JPS6366924B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は溶融紡糸可能なポリエチレンテレフ
タレートから製造した、紡糸、巻き取りに引き続
く延伸を必要としないポリエチレンテレフタレー
トの連続フイラメントヤーンに関する。 重合体フイラメントヤーンは、従来広範な溶融
押出し条件で製造されてきた。 OLS2117659には、重合体溶融物をマルチオリ
フイスピンナレツトから押し出して多数のフイラ
メントを形成し、フイラメントを固化するために
フイラメントを冷却ガスの横方向流れの中を通
し、固化フイラメントを加熱帯域を通してからフ
イラメントを捲取ることよりなる溶融押出し法が
記載されている。 この方法の一つの具体例では、加熱帯域は空気
充填加熱シヤフトよりなり、これを固化フイラメ
ントが通過している。 B.P.1487843には類似の方法が示され、溶融紡
糸可能のポリエステルを成形オリフイスから押出
し、得られる溶融フイラメント状物をそのガラス
転移点以下の温度のガス雰囲気よりなる固化帯域
を通し、得られる固化フイラメントをそのガラス
転移点以上で溶融点以下の温度のガス雰囲気を有
する調質帯域を通し、得られる結晶化フイラメン
ト状物を調質帯域より引き出すことよりなるポリ
エステルフイラメント状物の製造法が記載されて
いる。この方法の調質帯域で用いるガス雰囲気
は、静止空気または水蒸気である。 特開昭52−118030には、溶融重合体を押し出し
てフイラメントを形成し、溶融フイラメントを固
化帯域中を前進させ、固化フイラメントをその中
で実質的な延伸を与えることなく緊張帯域を前進
させ、固化フイラメントをそのガラス転移点以上
の温度に加熱した流体雰囲気よりなる処理帯域を
通し、フイラメントを1000ｍ／分以上の速度で処
理帯域より引き出すことよりなるポリアミドまた
はポリエステルのフイラメント状物の製造法が記
載されている。流体としては、空気が好ましい
が、窒素または水蒸気も用いられる。B.
P.1478787では、急冷直後にポリヘキサメチレン
アジパミド（ナイロン６−６）よりなるスパンヤ
ーンを、開口チユーブ中の水蒸気雰囲気（好まし
くは水蒸気を供給しながら）で処理する。大気圧
の水蒸気は、90〜140℃の間での乾熱収縮を有す
るヤーンを与える。 この発明により、溶融紡糸フイラメントヤーン
を従来よりも非常に高い圧力の水蒸気雰囲気より
なる調質帯域を通すことで、非常な利益が達成さ
れることが判明した。 この発明によれば、溶融したポリエチレンテレ
フタレートを成形オリフイスから押出して溶融フ
イラメント状物を形成させ、溶融フイラメント状
物をその長さ方向で固化帯域を通しその中で溶融
フイラメント状物を固化させ、固化フイラメント
状物をその長さ方向で温度がそのガラス転移点以
上で融点以下及び絶対圧力が446KN／m²乃至
1176KN／m²の圧縮水蒸気を有する調質帯域に通
し、得られたフイラメントヤーンを調質帯域から
引き出し、このヤーンを3000ｍ／分以上の速度で
捲き取ることによつて製造される、複屈折率
（Δn）0.105以上、５％モジユラス290センチニユ
ートン／テツクス以上、長周期間隔200Å以下お
よび次の関係で規定される初期モジユラス（IM） IM≧260cosh（Δn／0.0784） を有することを特徴とするポリエチレンテレフタ
レートの連続フイラメントヤーンが提供される。 この明細書で用いる“ヤーン”は、モノフイラ
メントヤーン、マルチフイラメントヤーンまたは
マルチフイラメントトウを意味する。 この発明の方法は、個々のフイラメントに溶融
紡糸できる普通の任意の合成線状重合体、例えば
ポリエステル、ポリアミドまたはポリオレフイ
ン、特にポリエチレンテレフタレートまたはその
コポリエステル、ポリε−カプロアミド、ポリヘ
キサメチレンアジパミド、ポリプロピレン等から
フイラメントヤーンの製造に用いられる。これら
の重合体は、非常に細い個々のフイラメントに紡
糸でき、これは最終用途に応じてヤーンまたはト
ウに集めてから常法でさらに処理する。 この発明のフイラメントヤーンの製造法は、ポ
リエチレンテレフタレートおよび少なくとも85モ
ル％のエチレンテレフタレート特に少なくとも90
モル％のエチレンテレフタレートを含む溶融紡糸
可能なポリエステルからフイラメント繊維の製造
に特に適している。この発明の特に好ましい具体
例では、溶融紡糸可能なポリエステルは実質上全
部がポリエチレンテレフタレートである。ポリエ
ステルの製造中に、エチレングリコール、テレフ
タル酸またはその誘導体以外の１種またはそれ以
上のエステル形成性成分の少量を共重合させるこ
ともできる。例えば、溶融紡糸可能なポリエステ
ルは、85〜100モル％（好ましくは90〜100モル
％）のエチレンテレフタレート単位および０〜15
モル％（好ましくは０〜10モル％）のエチレンテ
レフタレート以外の共重合したエステル単位を含
んでいる。エチレンテレフタレートと共重合でき
る他のエステル形成性成分の例としては、グリコ
ール例えばジエチレングリコール、テトラメチレ
ングリコール、ヘキサメチレングリコールおよび
ジカルボン酸例えばヘキサヒドロテレフタル酸、
ベンゼンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン
酸、アゼライン酸がある。 この発明のフイラメントヤーンの製造法で用い
るのに選択された溶融紡糸可能なポリエチレンテ
レフタレートは、好ましくは極限粘度（IV）0.45
〜1.0dl／ｇ、より好ましくはIV0.60〜0.95dl／ｇ
を示すものである。溶融紡糸可能なポリエステル
のIVは、次の式で決定される： lim Ｃ→Ｏ ln ηr／Ｃ 式中ηrは重合体の稀薄溶液の粘度を用いた溶剤
の粘度（同一温度で測定）で除して得た相対粘
度、Ｃはｇ／100で示した溶液の重合体濃度で
ある。 ポリエチレンテレフタレートは、さらに一般に
ガラス転移温度75〜80℃および融点250〜265℃、
例えば260℃を示す。 押出しオリフイスは、繊維押出しに普通用いら
れるスピンナレツトオリフイスから選択される。
スピンナレツトは多数の押出しオリフイスを有
し、フイラメントヤーンの場合には約40までのオ
リフイスが用いられ、トウの場合には数千ないし
数万のオリフイスが用いられる。 例えば、一般にポリエチレンテレフタレートの
溶融紡糸に用いられる各オリフイスの直径が150
〜500μｍのような、標準的の多数のオリフイス
を含むスピンナレツトが、この発明方法で用いら
れる。オリフイスの断面は、円形でも非円形でも
よい。 ポリエステル材料は、その融点以上の温度より
好ましくは270〜310℃、最も好ましくは285〜305
℃の温度で押出しオリフイスに供給される。 成形オリフイスからの押出し後、得られる溶融
フイラメント状物はその長さ方向でそのガラス転
移点以下のガス雰囲気を有する固化帯域（しばし
ば急冷帯域と称する）を通し、その中で溶融フイ
ラメント状物を固化フイラメント状物に変換させ
る。固化帯域内で、溶融材料は溶融状態から半固
体状態に、半固体状態から固体状態に移る。半固
体状態にある間に、フイラメント状物は実質的な
配向が与えられる。固化帯域のガス雰囲気は、好
ましくは10〜40℃の温度、より好ましくは室温で
ある。ガス雰囲気の化学的組成は、ポリエステル
材料と不当に反応性でなければ、特に重要ではな
い。実用上は、空気が一般に用いられる。 固化帯域のガス雰囲気は、均一な急冷を与える
ように溶融フイラメント状物に衝突させて、固化
製品に実質上半径方向の非均質性がないようにす
る。 固化帯域は、成形押出しオリフイスの直下に設
けるのが好ましい。しかし、所望に応じて成形オ
リフイスと固化帯域との中間に熱囲いを設けるこ
ともできる。 押出したフイラメント状物は、固化帯域内に軸
方向に懸垂させながら10〜250ミリ秒、好ましく
は30〜150ミリ秒間滞留させるのが好ましい。一
般に、固化帯域は0.5〜４ｍ、好ましくは１〜３
ｍの長さを有している。 固化したフイラメント状物は、ヤーンに集束さ
せ、その長さ方向で239kN／m²と1548kN／m²と
の間、より好ましくは446kN／m²と1176kN／m²
との間の絶対圧力を有する圧縮水蒸気の雰囲気を
含む調質チユーブを通過させる。 適当な調質チユーブは、両端にバルブを取付け
た金属チユーブよりなつている。開口したときバ
ルブは、ヤーンのチユーブへの供給を許容する。
バルブが閉じたときでも、ヤーンは自由に移動で
きる。しかし、少量であるが常に調質チユーブか
らの水蒸気の連続的損失がある。 チユーブには、所望のレベルに水蒸気／圧力コ
ントロールを促進する適当な手段が設けてある。 チユーブは、保温材で包むことができる。しか
し、断熱ジヤケツトを設け、これに調質チユーブ
自体に用いるのと同じ供給源から水蒸気を送るの
が好ましい。 チユーブは、円形断面で長さ10cmないし1.5ｍ、
内径３〜40mmのものが好ましい。 ヤーンは調質チユーブから3000ｍ／分以上、好
ましくは3500ｍ／分以上の速度で引き出し、最後
に所望により適当な紡糸仕上げ剤をヤーンに適用
後、適当な回転ボビンワインダーに捲き取る。 調質チユーブ内部の熱加圧水蒸気および高速で
の捲き取りによりヤーンに加える張力の影響下
で、ヤーン中のフイラメントの結晶化および配向
が起き、ヤーン処理で捲き取り後に一般にヤーン
に施す延伸処理と匹敵する。したがつて、この発
明の方法では、ヤーンが調質帯域にあるときおよ
びこれを離れた直後に、フイラメントヤーンは延
伸されて、調質帯域の前後でフイラメントの速度
および太さは異つている。 調質帯域のスピンナレツトからの距離は、重合
体に応じて広範に選択される。重合体がポリエチ
レンテレフタレートのとき、スピンナレツト出口
と調質帯域入口との最適距離は、0.4ないし4.0ｍ
の範囲で選択される。 さらに、調質帯域の長さは、調質帯域中の水蒸
気雰囲気の温度に左右される。しかし、どんな場
合でも調質帯域の長さは、フイラメントヤーンの
所望の結晶化および配向が達成できるものでなけ
ればならない。 この発明のフイラメントヤーンの製造法をポリ
エステルの処理に用いて、次の効果が達成でき
る。 １ 極めて良好な熱伝達のために急速かつ均一な
フイラメントの加熱が起き、このためにフイラ
メントを調質帯域でヤーンまたはトウに収束し
てフイラメントからフイラメントへの変動を低
下できる。 ２ 非常に多くのフイラメントが同時に均一な温
度に加熱されるので、各紡糸位置間の性質は均
一性となりさらに個々のフイラメントの代りに
ヤーンとして処理することによりヤーン中のフ
イラメント間の均一性も増大する。しかし、こ
の発明の別の利点は、製造されたフイラメント
が独特の物性の組み合せ、すなわち複屈折率
（△ｎ）0.105以上、５％モジユラス290センチ
ニユートンテツクス以上、長周期間隔200Å以
下、および次の関数で規定される初期モジユラ
ス（IM） IM≧260cosh（△ｎ／0.0784） を有していることである。 複屈折率は、当業者に公知のように、フイラメ
ント状繊維の配向度の関数で、フイラメント状繊
維のその軸に平行な屈折率および直角な屈折率の
差として示される。 複屈折率は、R.MeredithおよびJWS Hearle
編、Textile Book Publishers Inc.発行
“Physical Methods of Investigating Textiles”
にR.C.Faustにより説明されているように、偏光
顕微鏡およびBerek式補正装置を用いて測定す
る。 モジユラスは、負荷対伸びの比として規定され
る。しかし、重合体では負荷−伸びカーブは直線
でないので、モジユラスはカーブの一部に関しな
ければならない。モジユラスは、インストロン試
験機で測定される。 初期モジユラスは、０〜２％伸びの領域内での
負荷−伸びカーブの最大傾斜として規定される。
５％モジユラスは、５％伸びに対応するカーブ上
の点と負荷−伸びカーブの原点とを結ぶ線の傾斜
である。 両モジユラスは、テストするフイラメント状物
の伸びおよび曲げに対する抵抗の尺度である。 長周期間隔（long−period spacing）200Å以
下は、ポリエチレンテレフタレートから作つたこ
の発明のフイラメントヤーンの大部分、多分すべ
ての特性である。 この長周期間隔は従来の一段高速紡糸法では達
成されていなかつたものである。すなわち、従来
の一段高速紡糸法によるポリエチレンテレフタレ
ートフイラメントの長周期間隔は300Å以上であ
つた。一方、従来の、紡糸と延伸を別個の工程で
行うスピン−ラグ−ドロー法（Spin−Lag−
Draw process）によるポリエチレンテレフタレ
ートフイラメントは本発明のフイラメントと略同
等の長周期間隔を有することが知られており、従
つてこの観点からは本発明は従来のスピン−ラグ
−ドロー法により達成されたフイラメントの長周
期間隔を一段高速紡糸法により達成したものと言
うことができる。本発明によるポリエチレンテレ
フタレートフイラメントは、しかしながら、その
長周期間隔がスピン−ラグ−ドロー法の場合と同
程度であるにも係わらず、後記において明らかに
されるように、同等の複屈折率において比較する
とき、より高い初期モジユラスを有する、という
特徴を有する。 長周期間隔は、公知の写真法で作つた小角度Ｘ
線散乱パターンから得られる。波長1.54ÅのＸ線
を、フイラメント軸に直角の方向でKratkyロー
アングルカメラに装着したフイラメントの平行束
を通過させ、回折パターンをフイラメントから
29.5cmに設けた写真フイルムに記録する。分離し
た垂直散乱が約1゜以下の角度で得られる。強度パ
ターンを、公知の数学的方法で形成させ、装置の
形状および測定した回折角から例えばL.E.
Alexander著JWiley and Sons発行“Ｘ−ray
Diffraction Methods in Polymer Science”に
記載のようにし長周期間隔を計算する。 上記の通り、この発明の方法は、ポリヘキサメ
チレンアジパミド（ナイロン６、６）およびポリ
ε−カプロアミド（ナイロン６）のフイラメント
ヤーンの処理にも特に適している。 上述のポリエチレンテレフタレートの方法と同
様にして作つた押出し、固化した材料は、次いで
絶対圧力170〜618kN／m²、好ましくは200〜
580kN／m²を有する圧縮水蒸気の雰囲気を有する
調質帯域を通過させる。 フイラメントヤーンは、ポリエチレンテレフタ
レートのように引き出し、捲き取つた。 この発明を、フイラメント状繊維の製造に用い
る装置を示す第１図を参照して説明する。 第１図で、フイラメント１はスピンナレツト２
から煙突３よりなる固化（急冷）帯域に押出さ
れ、固化帯域では煙突の片側から他の側に流れる
（図示せず）室温の空気でフイラメントを急冷し
た。 フイラメントは固化され、ガイド４によりヤー
ンに集束され、調質帯域５に通される。 調質帯域は、両端にバルブ（図示せず）を取付
けた金属チユーブよりなつている。開口したとき
バルブは、ヤーンのチユーブへの供給を許容す
る。バルブが閉じたときでも、ヤーンは自由に移
動できる。しかし、少量であるが常に調質チユー
ブからの水蒸気の連続的損失がある。適当な供給
源（図示せず）から種々の所要の圧力でチユーブ
に水蒸気を供給する手段（図示せず）が設けられ
ている。 チユーブは、保温材で包むことができる。しか
し、断熱ジヤケツトを設け、これに調質チユーブ
自体に用いるのと同じ供給源から水蒸気を送る。
この方法で、均一な温度が調質チユーブに維持さ
れる。 調質帯域を離れた後、所望に応じてヤーンはガ
イド６、一部を仕上げ浴８に浸漬した仕上げ剤ロ
ール７，ガイド９を通り、高速引き取りロール１
０，１１を廻つてからパツケージ１２としてボビ
ン１３上で捲き取られる。 この発明を、次の実施例で説明する。 実施例 １〜16 溶融ポリエチレンテレフタレートを291℃のス
ピンナレツトから、その直下の室温空気急冷帯域
を用いてフイラメントの固化を行うフイラメント
ヤーンの溶融紡糸法において、固化したフイラメ
ントを調質帯域を通過させた。調質帯域は、長さ
0.5ｍ、直径0.5cmでスピンナレツト出口から2.2ｍ
に入口を設けた垂直に取つけたチユーブよりなつ
ていた。ヤーンは、チユーブの両端に設けた適当
なバルブを通つてチユーブに入りこれから出てい
つた。チユーブ内は、適当な供給源からチユーブ
に連続的に供給する加圧水蒸気雰囲気であつた。
バルブを通して水蒸気の連続漏洩があつた。 紡糸仕上げ剤の適用後、最後に得られたヤーン
は4000〜6000ｍ／分の速度でボビンに捲き取つ
た。 処理条件を大きく変動させ、得られた結果を表
１に示した。

【表】

【表】 実施例 17 実施例１〜16の方法を用いてポリエチレンテレ
フタレートを、ヤーンに溶融紡糸したが、調質チ
ユーブの水蒸気圧は僅か239kN／m²であつた。ヤ
ーンの性質は、次の通りであつた。

【表】 実施例 18 実施例１〜16の方法で、ポリエチレンテレフタ
レートをヤーンに溶融紡糸したが、水蒸気調質チ
ユーブを長さ１ｍ、直径20mmの開口チユーブに取
換えた。200℃の熱空気をチユーブ底部に導入し、
90／分の流量でチユーブの上方に流した。得ら
れるヤーンの性質は、次の通りであつた。

【表】 実施例 19〜28 調質チユーブなしの常法で、ポリエチレンテレ
フタレートをヤーンに溶融紡糸した。これらのヤ
ーンを、熱ロールおよび熱プレートを用いる通常
の延伸機で延伸した。得られるヤーン性質を、表
２に示した。

【表】

【表】 実施例22、23、26および28は、熱プレートを用
いなかつた。 第２図は、実施例１〜28および後記実施例42〜
45で作つたすべてのサンプルについて初期モジユ
ラスに対し複屈折率をプロツトして得たグラフで
ある。グラフには、ラインＡおよびＢでこの発明
の新規なポリエチレンテレフタレートの境界を示
し、ラインＡは最小複屈折率0.105に相当し、ラ
インＢは 260cosh（△ｎ／0.0784）に相当する。 第２図において黒点に付けられた番号は実施例
の番号に対応し、図中黒点番号１〜16及び42〜45
はこの発明の範囲内のフイラメントのプロツトで
あり、黒点番号17〜28はこの発明の範囲外のフイ
ラメントのプロツトである。 第２図から分かるように、この発明に係る実施
例のフイラメントとこの発明に該当しない実施例
のフイラメントとはラインＢの通り引いた分離線
を挾んで２つの領域にきれいに分離される。上記
の式はこの分離線がどのように表わされるかを線
上の点の切期モジユラス値と複屈折率の値から数
学的に求めたものである。 第２図はこの発明のポリエチレンテレフタレー
トの物性上の１つの特徴を端的に明らかにしてい
る。 すなわち、実施例17のフイラメントはこの発明
の圧力範囲から外れる低圧の圧縮水蒸気の使用に
よつて得られたものであるが、図示される通りそ
の複屈折率と初期モジユラスは共に低い。 一方、実施例18と実施例19〜28は、前者はこの
発明の圧縮水蒸気に代えて調質帯域のガス雰囲気
として200℃の熱空気を用いることによつて得た
フイラメントに関し、また後者は調質帯域なしで
常法により紡糸巻取り後、通常の延伸手段（熱ロ
ールおよび熱プレート）を用いて後延伸する２段
法によつて得たフイラメントに関する。 これら実施例18および実施例19〜28のフイラメ
ントとこの発明のフイラメントを第２図を参照し
て比較すると（各実施例の表も参照されたい）、
この発明のフイラメントはより低複屈折率、従つ
てより低い分子の配向度において実施例18〜28の
フイラメントと同等レベルの初期モジユラスを有
していること、言い換えると、複屈折率が同等で
あればこの発明のフイラメントの方がより高い初
期モジユラスを有することが分かる。 例えば、略同等の初期モジユラス（650〜
670cN／テツクス）を持つ実施例６（本発明）の
フイラメントと実施例18（熱空気の調質帯域）及
び実施例24（常法）のフイラメントとを比較する
と、実施例６のフイラメントは実施例18及び実施
例24のフイラメントより複屈折率がそれぞれ
0.010及び0.022低いことが分かる。それにもかゝ
わらずそれらと同等の初期モジユラスを持つとい
うことはこの発明のフイラメントの特異性を示す
ものである。このことは同等の複屈折率のものに
ついて比較すればその意味がさらに明確になる。
すなわち、実施例18（複屈折率Δn＝133×10^-3）
とこの発明に係る実施例44（Δn＝131×10^-3）を
比較すると、実施例44のフイラメントが約
210cN／テツクス高い初期モジユラスを有し、ま
た同様に実施例24（Δn＝145×10^-3）と実施例42
（Δn＝146×10^-3：本発明）との比較は、実施例
42のフイラメントが実施例24より220cN／テツク
ス高い初期モジユラスを持つことが分かる。 実施例 29〜41 溶融ナイロン６、６ポリアミドを288℃のスピ
ンナレツトからその直下に設けた室温空気を用い
る急冷帯域でフイラメントを固化するフイラメン
トヤーンの溶融紡糸法において、固化フイラメン
トを実施例１〜16で説明した調質チユーブを通過
させた。 紡糸仕上げ剤の適用後、得られたヤーンを最後
に4.0〜5.0Km／分の速度でボビンに捲き取つた。 処理条件を大きく変えて、得られる結果を表３
に示した。これらの結果は、強度およびモジユラ
スは調質帯域の水蒸気圧力／温度の増加とともに
向上した。

【表】 表中で実施例32、37および41は、この発明の範
囲外であつた。 実施例 42〜45 多少異なる処理条件を用い、実施例１〜16を反
覆した。得られた結果を表４に示した。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明で用いる紡糸装置を示し、第
２図はこの発明のポリエチレンテレフタレートフ
イラメントの複屈折率および初期モジユラスを示
すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融したポリエチレンテレフタレートを成形
   オリフイスから押出して溶融フイラメント状物を
   形成させ、溶融フイラメント状物をその長さ方向
   で固化帯域を通しその中で溶融フイラメント状物
   を固化させ、固化フイラメント状物をその長さ方
   向で温度がそのガラス転移点以上で融点以下及び
   絶対圧力が446KN／m²乃至1176KN／m²の圧縮水
   蒸気を有する調質帯域に通し、得られたフイラメ
   ントヤーンを調質帯域から引き出し、このヤーン
   を3000ｍ／分以上の速度で捲き取ることによつて
   製造される、複屈折率（Δn）0.105以上、５％モ
   ジユラス290センチニユートン／テツクス以上、
   長周期間隔200Å以下および次の関係で規定され
   る初期モジユラス（IM） IM≧260cosh（Δn／0.0784） を有することを特徴とするポリエチレンテレフタ
   レートの連続フイラメントヤーン。