KR20060118538A

KR20060118538A - 폴리에스테르 섬유의 제조 방법 및 용융 방사용 방사 구금

Info

Publication number: KR20060118538A
Application number: KR1020067011302A
Authority: KR
Inventors: 마사나오 고하시
Original assignee: 토요 보세키 가부시기가이샤
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-11-23
Also published as: JP2005179823A; CN1898420A; WO2005059212A1; JP4337539B2

Abstract

본 발명은 고무 보강 용도로서 요구되는 강력, 치수 안정성을 나타내는 폴리에스테르 섬유를 생산성 좋게 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 폴리에스테르 섬유를 용융 방사하는 방법으로서, 방사 구금(10)당 구멍(11)의 총수가 250개 이상이고, 방사 구금 면적당 구멍(11)의 수가 1.5 개/cm² 이상이다. 구멍(11)의 토출 부분(12)의 구멍 직경(D)이 0.5 mm 이상이고, 이 구멍 직경(D)에 대한 토출 부분(12)의 구멍 길이(L)의 비(L/D)가 3.0 이하이다.

Description

폴리에스테르 섬유의 제조 방법 및 용융 방사용 방사 구금{METHOD FOR PRODUCING POLYESTER FIBER AND SPINNING MOUTH PIECE FOR MELT SPINNING}

본 발명은, 오로지 고무 보강용으로서 이용되는 폴리에스테르 섬유의 제조 방법, 및 이 때에 이용하는 용융 방사용 방사 구금에 관한 것이다. 본 발명에 의해 얻어진 폴리에스테르 섬유는, 예컨대 타이어 코드, V 벨트, 컨베이어 벨트, 호스 등의 산업용 자재에 그 보강용으로서 적합하게 사용된다.

폴리에스테르 섬유는 치수 안정성 등의 기계적 성질이나 내구성이 우수하기 때문에, 의료 용도뿐만 아니라 산업 용도로도 이용되고, 그 중에서도 타이어 코드나 V 벨트, 컨베이어 벨트, 호스 등의 고무 보강용으로서 널리 이용되고 있다. 특히 폴리에스테르 섬유의 대표예인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유는 최근 고무 보강용으로서 범용되고 있는데, 그 이유로는 전술한 바와 같이 기계적 성질 등의 특성에 부가하여 폴리아미드, 레이온, 아라미드 등의 다른 유기 섬유에 비해 저비용인 것도 들 수 있다.

그런데 고무 보강용 용도 중 예컨대 타이어 코드로서 이용하는 경우에는, 최근 진행되고 있는 승용차용 타이어의 라디얼화에 수반하여, 고속 주행시의 승차감이나 조종 안정성의 향상, 또한 연비 절약의 목적에서의 경량화의 요청이 높고, 특 히 타이어의 골격 형성을 위한 보강 부재인 카카스플라이에 이용하는 딥 코드[섬유를 꼰 생코드에 딥액(접착제)을 부여하여 열처리를 실시한 코드]로서는 고탄성율이면서 저수축성, 또한 고강도의 섬유인 것이 강하게 요구되고 있다.

이와 같은 요구에 응하여 종래에는 부분 배향사를 연신하고, 이에 따라 치수 안정성(저수축성인 것)의 향상을 도모한 폴리에스테르 섬유가 제안되었지만, 이렇게 하여 얻어진 폴리에스테르 섬유라도, 예전부터 고무 보강용으로서 이용되고 있는 레이온과 비교하면, 치수 안정성이 아직 불충분하였다. 그래서 방사 속도를 더 빠르게 하는(예컨대 3000 m/분 이상, 더 나아가서는 7000 m/분 이상) 것에 의해 이 미연신사를 고배향 결정화하고, 이에 따라 치수 안정성을 한층 더 개선하는 방법이 제안되고 있다(예컨대 특허 문헌 1 내지 3 참조).

그러나 이들의 제조 방법은, 단순히 방사 속도를 고속화한 것뿐이며, 이 고속화에 의한 실 흔들림을 원인으로 하여 단섬유 간에 냉각 얼룩이 생기고, 이 냉각 얼룩이 원인으로 그 후의 연신 공정시에 보풀이나 실 끊김이 다발하며, 고무 보강용으로서 충분한 고강력사를 얻지 못 할 우려가 있다. 또한, 충분한 강력의 섬유를 얻기 위해서는 고배율 연신을 하는 것이 좋은 방법이지만, 전술과 같이 방사 속도를 고속화한 경우는 단섬유 내외층의 배향도 차를 매우 크게하기 때문에, 연신시의 단섬유 내외층의 분자 배향이 불균등해지고, 따라서 상기 고배율 연신을 행할 수 없다고 하는 문제도 있다.

한편, 생산성을 향상시켜 비용 절감을 도모하는 것은 공업적 생산에서 매우 중요한 의미를 갖는다. 여기서 생산성의 관점으로부터 생산 능력의 지표의 하나인 방사 구금당 중합체 토출량에 착안하면, 종래에는 403 내지 626 g/분(구멍 직경이 0.60 mmφ, 구멍 수가 240)(예컨대 특허 문헌 4 참조), 500 내지 600 g/분(예컨대 특허 문헌 5 참조)이란 고토출량이 채용되어, 생산성의 향상이 도모되고 있다.

그러나, 고토출량의 방사를 장시간 연속적으로 실시하면 단량체나 올리고머 또는 열분해 생성물 등이 방사 구금의 토출구 주변에 부착되기 쉽고, 이들은 열이나 공기 중의 산소 등에 의해 변질되어 퇴적하게 된다. 그리고 이 토출구 부분의 퇴적물에 의해 방사 구금 표면으로부터의 용융 중합체의 이형성이 나빠져, 그 결과 제사성(製絲性)이 불안정해져 방출사의 구멍의 굴곡이나 흔들림, 단사(單絲) 흐름, 나아가서는 단사(斷絲)를 발생시키고, 심한 경우에는 제사할 수 없게 되는 사태도 일어날 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해서는, 토출구 주변의 퇴적물이 많아지기 전에 방사를 중단하여 토출구 주변을 청소하거나, 또는 방사 구금을 교환하는 등의 대책을 실시해야 하지만, 이 때의 생산의 중단이나 청소 등의 노동력, 또한 방사 원료 중합체의 손실은 제조 비용을 끌어올리게 된다.

그래서 이 문제의 개선책으로서 특허 문헌 6에서는 방사 구금의 구멍의 토출 부분에서의 구멍 길이와 구멍 직경을 적정화하는, 구체적으로는 구멍 길이를 1.5 내지 7.5 mm, 구멍 직경(D)을 0.5 내지 0.75 mm, L/D를 3.0 내지 10.0으로 하는 것에 의해, 토출 부분에서의 용융 중합체의 정류 효과를 높여 토출을 안정시키고, 토출 부분에서의 발라스 효과(점성 물질을 미세 구멍으로부터 압출하였을 때에, 응력 완화에 의해 점성 물질이 미세 구멍의 직경보다 넓어지려고 하는 작용)를 저감시켜 용융 중합체가 토출부 주변에 직접 부착되는 것을 저감시키는 동시에, 용융 중합체의 전단 발열을 억제하여 승화물 등의 발생을 억제시키는 것이 제안되어 있다.

그러나, 타이어 코드 용도에 적용되는 고점도 중합체를 이용하여 용융 방사를 행하는 경우에는, 상기 특허 문헌 6의 제안이더라도, 다이어 코드로서 강력이나 치수 안정성 등의 특성을 만족시킬 수 있는 것을 얻기 위해서는, 방사 구금당 중합체 토출량을 예컨대 500 g/분 정도로 억제할 필요가 있어, 이와 같이 생산성을 희생하지 않을 수 없다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 소61-41320호 공보(제3 페이지 좌측 하단란 내지 제4 페이지 우측 상단란)

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 소62-69819호 공보(제4 페이지)

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 소63-159518호 공보(제4 페이지 좌측 상단란 내지 좌측 하단란)

특허 문헌 4: 일본 특허 제2569720호 공보(제7 페이지 제14란 제37 내지 41 행째)

특허 문헌 5: 일본 특허 제2753978호 공보(단락 [0027])

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 제2000-273714호 공보

도 1은 본 발명에 따른 용융 방사용 방사 구금을 도시하는 사시도이다.

도 2는 방사 구금에 설치된 개개의 구멍의 단면도이다.

도 3은 용융 방사 장치(방사 구금, 보온통, 냉각통)를 도시하는 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 방사 구금

11: 구멍

12: 토출 부분

13: 도입 부분

14: 보온통

15: 냉각통

16: 토출 중합체

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 상기한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 고무 보강 용도로서 요구되는 강력을 가지며, 치수 안정성이 우수한 폴리에스테르 섬유를, 생산성을 손상하지 않고 제조하는 방법을 제공하는 것에 있고, 또한 이 방법에 이용하는 데 적합한 용융 방사용 방사 구금을 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 따른 폴리에스테르 섬유의 제조 방법은, 복수의 구멍을 구비한 방사 구금을 이용하여, 고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 폴리에스테르 섬유를 용융 방사하는 방법으로서, 상기 방사 구금당 상기 구멍의 총수가 250개 이상이며, 방사 구금 면적당 이 구멍의 수가 1.5 개/cm² 이상이고, 상기 구멍이 도입 부분과 이 도 입 부분보다 개구 면적이 작은 토출 부분을 구비하며, 이 토출 부분의 구멍 직경(D)이 0.5 mm 이상이고, 이 토출분의 구멍 직경(D)에 대한 이 토출 부분의 구멍 길이(L)의 비(L/D)가 3.0 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 용융 방사용 방사 구금은 고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 폴리에스테르 섬유를 용융 방사할 때에 이용하는 방사 구금으로서, 이 방사 구금이 복수의 구멍을 가지며, 이 구멍의 도입 부분과 이 도입 부분보다 개구 면적이 작은 토출 부분을 구비하고, 상기 방사 구금당 상기 구멍의 총수가 250개 이상이며, 방사 구금 면적당 이 구멍의 수가 1.5 개/cm² 이상이고, 상기 토출 부분의 구멍 직경(D)이 0.5 mm 이상이며, 이 토출 부분의 구멍 직경(D)에 대한 이 토출 부분의 구멍 길이(L)의 비(L/D)가 3.0 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 도입 부분이란, 방사 구금의 구멍에서의 용융 중합체를 도입하는 부분이며, 상기 토출 부분이란, 도입 부분으로부터 도입된 중합체를 밖으로 토출하는 부분이다. 또한 상기 구멍 직경(D)이란 구멍의 토출 부분의 최대 직경을 가리키며, 구멍의 토출 부분이 원형인 경우는 그 직경을, 타원의 경우는 그 긴 축을 의미한다. 상기 구멍 길이(L)란 구멍의 토출 부분의 길이이다.

종래에는 용융 방사에서 방사 구금으로부터 토출한 중합체를, 토출 후 즉시 실온 정도의 냉풍으로 냉각하거나, 또는 토출 후 즉시 가열통 내에서 가열하여 용융 상태를 유지하고, 이어서 급속히 냉각한다고 하는 방법이 이용되고 있었는데, 어느 쪽이든 급냉함으로써 중합체를 고화시키고 있었지만, 본 발명자들은 토출한 중합체를 서냉(徐冷)하는, 즉 용융 중합체의 토출로부터 냉각, 고화가 완료하기까지의 냉각 과정을 느리게 함으로써, 양호한 물성의 폴리에스테르 섬유를 조업성 좋게 얻을 수 있는 것을 발견한 것이다.

그리고, 이 서냉 방법으로서 상기와 같이, 방사 구금으로서 구멍의 총수가 250개 이상이고(요건 a-1), 방사 구금 면적당 구멍 수(이하, 구멍 밀도라고 칭하는 경우가 있다)가 1.5 개/cm²이상이며(요건 a-2), 이 구멍에서의 토출 부분의 구멍 직경(D)이 0.5 mm 이상이고(요건 b)[바람직하게는 구멍 직경(D)이 0.7 mm 이상], 이 구멍 직경(D)에 대한 토출 부분의 구멍 길이(L)의 비(L/D)가 3.0 이하인(요건 c) 것을 이용하여 방사하면, 토출 후에 토출 중합체 자신의 열량을 어느 정도 남기고, 이 열량을 이용하여 적절히 서냉할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 이룬 것이다. 상기한 각 요건이 총합됨으로써, 고유 점도가 0.85 dl/g 이상과 같은 고점도 중합체의 용융 방사를 행하는 경우에, 예컨대 방사 구금당 중합체 토출량이 700 g/분 이상(더 나아가서는 800 g/분 이상)이 되는 토출량이 높은 조건이더라도, 종래에는 이룰 수 없었던 적절한 서냉 프로파일을 실현할 수 있고, 그 결과, 고무 보강용으로서 요구되는 강력이나 치수 안정성을 만족시킬 수 있는 섬유를 방사할 수 있게 되었다.

또한, 고무 보강용 폴리에스테르 섬유로서는 상기한 바와 같이 고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 것이 요구된다. 고유 점도 0.85 dl/g 미만에서는 강도나 내구성 등의 고무 보강용으로서의 기본적인 특성을 만족시키지 못 할 우려가 있기 때문이 다. 또한 이와 같은 폴리에스테르 섬유로서는, 분자쇄의 전체 반복 단위의 90 몰% 이상이 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 한편 고유 점도가 지나치게 높으면 제사성 등의 조업성을 손상할 우려가 있기 때문에, 고유 점도 1.20 dl/g 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.00 dl/g 이하이다. 또한 상기 「고유 점도」란, 용융 방사 후, 연신하여 얻어진 폴리에스테르 섬유(원사)의 고유 점도를 가리킨다.

또한 본 발명에 따른 제조 방법에서는, 상기 방사 구금 하에 길이 150 mm 이하의 보온 영역과, 이 하류 측에 서냉 영역을 구비하고, 상기 방사 구금으로부터 용융 토출된 미고화 폴리에스테르 섬유 다발을, 상기 보온 영역에 통과시킨 후, 상기 서냉 영역에서 온도가 40℃ 이상에서 풍속(V)이 하기 수학식 1을 만족시키는 냉각풍에 의해 냉각 고화시키는 것이 바람직하다.

V≥0.27×H+4.7×10^-5×Vs

V: 풍속(m/초)

H: 상기 방사 구금 면적당 상기 구멍 수(개/cm²)

Vs: 방사 속도(m/분)

높은 구멍 밀도로 용융 토출된 폴리에스테르 섬유 다발에 있어서는, 방사통 내에서 융착이 일어나기 쉽다고 하는 문제가 있어, 종래에는 안정적으로 방사하는 것이 매우 곤란하다고 여겨지고 있었지만, 본 발명자들은 상기한 바와 같이 적극적 인 가열이나 냉각을 행하지 않는 보온 영역을 거치고, 이어서 40℃ 이상이라는 비교적 온도가 높은 냉각풍으로 천천히 식힘으로써, 매우 안정적으로 조업성 좋게 방사할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 이룬 것이다.

또한 본 발명에서는, 상기 방사 구금으로부터의 중합체 토출 선속도(V₀)에 대한 방사 속도(Vs)의 비(Vs/V₀)(이하, 드래프트비라고 칭하는 경우가 있다)를, 200 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 토출 선속도(V₀)란, 방사 구금의 구멍에서의 토출 출구의 속도(단위: m/분)이며, 방사 속도(Vs)란, 섬유의 받아들임 속도(단위: m/분)이다.

본 발명에서는 상기 요건 b와 같이 토출 부분의 구멍 직경을 크게 규정하고 있고, 이와 같은 큰 구멍 직경의 경우에서 높은 드래프트 비로 받아들이면 얻어진 미연신사는 동일한 복굴절율에서 결정화도가 높아지는 경향이 확인되어, 딥 코드 등의 고무 보강용 섬유로서 우수한 치수 안정성의 것이 된다. 드래프트 비로서 보다 바람직하게는 400 이상이다.

이와 같이 미연신사의 결정화도를 높이면 치수 안정성이 향상하는 것은 종래부터 알려져 있지만(예컨대 일본 특허 제3190553호 참조), 그 반면, 결정화가 진행되면 연신을 행하기 위한 분자의 이동성(易動性)이 손상되어, 고배율 연신을 할 수 없게 되며, 결과로서 고강력사를 얻을 수 없게 된다는 문제가 있었다. 그러나 본 발명과 같이 높은 구멍 밀도로 방사된 미연신사는 고결정화도이면서도 매우 우수한 연신성을 나타내어, 강력이 희생되지도 않으며, 또한 조업성도 우수한 것을 알 수 있었다. 이 이유에 관해서는 분명하지 않지만, 높은 구멍 밀도 토출에 의해 발현되는 자기 서냉 효과가 단섬유 내 얼룩의 저감에 기여하여, 그 결과로서 우수한 연신성를 얻을 수 있는 것으로 생각된다.

발명의 효과

본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 저수축이고 치수 안정성이 우수하며, 또한 강력이 우수한 고무 보강용 폴리에스테르 섬유를 생산성 좋게 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방사 구금을 이용함으로써, 상기한 바와 같은 치수 안정성이나 강력이 우수한 고무 보강용 폴리에스테르 섬유를 생산성 좋게 제조할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관해서 도면을 이용하여 보다 자세히 설명하지만, 본 발명은 이들 도시예에 한정되는 것은 아니며, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가한 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

도 1은 본 발명에 따른 용융 방사용 방사 구금(10)를 도시하는 사시도이고, 도 2는 이 방사 구금(10)에 설치된 개개의 구멍(11)의 단면도이다. 도 3은 용융 방사 장치[방사 구금(10)과 보온통(14), 냉각통(15)]를 도시하는 개략도이다.

방사 구금(10)에는 250개 이상의 구멍(11)이 구멍 밀도 1.5 개/cm² 이상이 되도록 설치되어 있다(요건 a-1, 2)(도 1). 이 구멍(11)은 도 2에 도시하는 바와 같이, 용융된 중합체를 도입하는 도입 부분(13)과, 도입 부분(13)으로부터 도입된 중합체를 토출하는 토출 부분(12)으로 이루어지고, 도입 부분(13)은 토출 부분(12) 을 향해 테이퍼형으로 개구 면적이 작아지며[테이퍼부(13a)], 토출 부분(12)에 연결되어 있다. 또한 테이퍼부(13a)와의 연접 지점(12b)으로부터 토출구(12a)까지, 즉 토출 부분(12)은 개구 면적이 일정하고, 그 구멍 직경(D)은 0.5 mm 이상이며(요건 b), 구멍 직경(D)에 대한 길이(L)의 비(L/D)는 3.0 이하이다(요건 c). 방사 구금(10)의 바로 아래에는 보온통(14)(보온 영역)이 설치되어 있고(요건 d), 또한 그 하류 측에는 온도가 40℃ 이상에서(요건 e) 풍속(V)이 하기 수학식 1을 만족하는(요건 f) 냉각풍에 의해 냉각할 수 있는 냉각통(15)(서냉 영역)이 설치되며, 이 냉각풍에 의해 토출 중합체(16)를 냉각 고화할 수 있도록 되어 있다(도 3). 이 용융 방사 장치를 이용하여 고유 점도 0.85 dl/g 이상의 폴리에스테르 섬유를 용융 방사한다.

수학식 1

V≥0.27×H+4.7×10^-5×Vs

V: 풍속(m/초)

H: 구멍 밀도(개/cm²)

Vs: 방사 속도(m/분)

본 발명에서는 상기 요건 a-2와 같이 방사 구금 면적당 구멍(11) 수(구멍 밀도)를 1.5 개/cm²이상으로 정하고 있고, 이와 같이 구멍 밀도를 매우 높게 함으로써, 토출 중합체(16) 자신의 열량을 많게 하여, 이에 따라 토출 중합체(16)가 급속하게 냉각되지 않도록 하는, 이른바 자기 서냉 효과를 발휘하게 하여 냉각 과정을 느리게 한다. 만약 구멍 밀도가 1.5 개/cm²보다 낮으면 개개의 토출 중합체(16)는 크게 떨어지게 되기 때문에 식기 쉬워, 상기한 바와 같이 냉각 과정에서의 자기 서냉 효과가 잘 발현되지 않게 된다. 또한 예컨대 카카스플라이용 딥코드로서 이용하는 섬유를 방사하는 경우에는, 하나의 방사 구금으로부터 100 내지 500 가닥의 섬유를 방사하는 것이 일반적으로 행해지고 있지만, 이와 같은 구멍 수(섬유 수)를 확보하기 위해서는, 구멍 밀도가 낮으면 큰 구금면 직경의 것이 필요해져서, 방사 구금의 구멍의 위치(냉각풍에 대하여 전열 측에 위치하는 구멍과 후열 측에 위치하는 구멍)에 의해 냉각 조건의 차가 커져, 단섬유 간의 냉각 얼룩의 증대를 초래할 우려도 있다. 보다 바람직하게는 구멍 밀도 2.0 개/cm²이상이다.

한편, 구멍 밀도가 높은 쪽이 서냉 효과가 발현되어 좋기는 하지만, 구멍(11)끼리가 너무 근접하면 인접하는 토출 중합체(16)가 융착할 우려가 있기 때문에, 구멍 밀도 3.5 개/cm² 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 요건 a-1과 같이 방사 구금(10)당 구멍(11)의 총수를 250개 이상으로 할 필요가 있고, 구멍 총수가 너무 적으면 상기 구멍 밀도가 충분히 높더라도 토출 중합체(16) 자신이 가지고 들어오는 열량이 적어져서 자기 서냉 효과가 나타나기 어려워지기 때문이다. 또한 고무 보강용으로서는 수백 가닥의 섬유를 다발로 하여 이용하는 것이 통상적이며, 고무 보강용 코드로서 요구되는 가닥수의 섬유를 하나의 방사 구금으로부터 방출하는 것이 제조 공정의 효율화의 관점에서 바람직하다. 구멍 총수가 너무 적으면 하나의 방사 구금으로서는 하기의 단사 섬도의 경우에 원 하는 고무 보강용 코드 굵기(예컨대 1000 dtex, 2000 dtex)의 것을 얻을 수 없고, 따라서 복수개의 방사 구금을 합쳐서 한 다발의 완성사를 얻게 되어, 이 경우에는 생산성이 현저하게 저하된다. 또한 방사 구금(10)의 구멍 총수로서는 고무 보강용으로서의 요청에 응하여 완성사의 단사 섬도가 6.0 dtex 이하, 바람직하게는 5.0 dtex 이하가 되도록 하여, 총 섬도에 따라 설정하면 좋다.

방사 구금면 직경(W)에 관해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 100 내지 200 mm이 바람직하고, 100 mm 미만에서는 필요한 구멍 수를 확보하는 것이 곤란해지며, 한편 200 mm 초과에서는 방사 구금의 구멍의 위치(냉각풍에 대하여 전열 측에 위치하는 구멍과 후열 측에 위치하는 구멍)에 의해 냉각 조건의 차가 커지기 때문에 단섬유 간의 냉각 얼룩의 증대를 초래할 우려가 있다.

다음에 상기 요건 b에 관해서 서술하면, 상기한 바와 같이 구멍(11)에서의 토출 부분(12)의 구멍 직경(D)을 0.5 mm 이상으로 하는 것이 필요하고, 구멍 직경(D)이 너무 작으면 압력 손실의 상승에 의해 과도한 발열을 초래하게 되며, 토출 중합체(16)가 가지고 들어오는 열량이 너무 많아지고, 또한 구멍 직경이 작으면 토출 부분의 전단 속도가 상승하여, 이 때문에 토출 중합체(방출사)(16)의 구멍 굴곡 현상이 현저하게 나타나 단량체나 올리고머, 열분해 생성물 등이 토출구(12a) 주변에 부착되기 쉬워지고, 또한 이들 단량체 등이 열이나 공기 중의 산소 등에 의해 변성하여 퇴적하여, 장기간의 조업이 곤란해질 우려가 있다. 토출 부분(12)의 구멍 직경(D)으로서 바람직하게는 0.7 mm 이상이다.

한편, 토출 부분(12)의 구멍 직경(D)의 상한을 2.0 mm로 하는 것이 바람직하 고, 구멍 직경(D)이 너무 크면 토출 구멍부의 압력 손실이 너무 작아져, 중합체의 균일 분배성에 문제가 발생할 우려가 있다.

요건 c는, 상기한 바와 같이 구멍 직경(D)에 대한 토출 부분(12)의 구멍 길이(L)의 비(L/D)를 3.0 이하로 하는 것이다. 본 발명에서 대상으로 하는 고점도 중합체를 고토출량으로 토출하는 경우에는 장기간에 걸친 양호한 조업성을 실현하는 데에 있어서, 방사 구금(10)에서의 중합체 발열을 억제하는 것이 최대의 포인트이므로, 만약 L/D가 3.0 초과이면 고점도 중합체이기 때문에 압력 손실의 상승이 발생하여 발열하여, 중합체의 열 열화가 가속되기 때문에 장기간 조업이 불안정해질 우려가 있다. 그러나 상기 본 발명과 같이 L/D를 3.0 이하로 하면 압력 손실의 상승이 억제되고, 또한 중합체의 분배성이 손상되지 않으면서, 안정적으로 토출하는 것이 가능해진다. 바람직하게는 L/D가 3.0 미만이며, 보다 바람직하게는 2.5 이하이다. 또한 L/D의 하한에 관해서는 1.0 이상인 것이 바람직하고, 중합체의 균일 분배성과 안정화를 도모한다.

본 발명은 이상의 요건 a-1, 2, b, c가 균형 통합되는 것에 의해 고점도의 중합체를 안정적으로 토출시키면서, 중합체 자신이 가지고 들어오는 열량에 의해 적절히 서냉시킬수 있고, 그 결과, 미연신사의 배향 결정화 상태로서 바람직한 것을 얻을 수 있으며, 그 후에 연신한 섬유로서 강력이나 치수 안정성이 우수한 것을 얻을 수 있다. 또한 고토출량으로 조업할 수 있기 때문에 생산성이 좋다고 하는 효과를 나타낸다.

그리고 또한 상기한 바와 같이, 토출된 폴리에스테르 섬유 다발[토출 중합 체(16)]을 방사 구금 하의 보온 영역[보온통(14)]에 통과시키고, 이어서 서냉 영역[냉각통(15)]에서 냉각 고화시키는 것이 바람직하다.

우선 상기 요건 d에 관해서 설명하면, 보온 영역[보온통(14)]은 방사 구금 하에 150 mm 이하의 길이로 설치하는 것이 좋고, 너무 길면 높은 드래프트 조건 하에서 이 보온 영역에서의 신장 유동이 불안정해져 안정적인 방사가 곤란해지며, 또한 미연신사의 결정화가 지연되어, 딥 코드 등의 제품에서 양호한 치수 안정성을 얻지 못 할 우려가 있다. 한편 보온 영역이 너무 짧으면 냉각풍의 영향에 의해 방사 구금의 온도 얼룩이 발생하기 쉬워지기 때문에 20 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한 이 보온 영역에서는 적극적인 가열을 행하지 않고, 예컨대 토출 중합체(16)를 둘러싸는 구성의 보온통(14)을 설치하는 것이 바람직하다.

이와 관련하여 종래에는 방사 구금 하에 가열통을 설치하고, 구금 바로 아래에서 가열함으로써 폴리에스테르를 용융 상태 그대로 하며, 그 후 냉각 고화시키는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 4 참조). 그런데, 본 발명과 같이 높은 구멍 밀도 조건 하에서는 용융 상태 그대로의 토출 폴리에스테르는 방사 장력이 낮기 때문에 섬유 다발의 흔들림이 커져, 안정적인 방사를 실현하지 못 할 우려가 있다. 이 점에서 본 발명의 보온 영역에서는, 방사 구금 바로 아래의 중합체에 적극적인 가열을 가하지 않음으로써 방사 장력이 높아지고, 섬유 다발의 흔들림이 억제된다.

다음에 서냉 영역[냉각통(15)]에 관해서 설명하면, 전술과 같이 냉각풍의 온 도를 40℃ 이상으로 하는 것이 좋고(요건 e), 온도가 너무 낮으면 단섬유 내외층의 온도차가 커지며, 이 때문에 단섬유 내의 배향 분포가 불균일하게 되어 연신성의 저하를 초래할 우려가 있기 때문이다. 서냉 영역의 온도로서, 보다 바람직하게는 중합체의 유리 전이 온도에 가까운 50 내지 100℃이고, 더 바람직하게는 60℃ 이상, 80℃ 이하이다.

서냉 영역[냉각통(15)]에서의 냉각풍의 풍속(V)으로서는 상기와 같이 상기 수학식 1을 만족시키는 것이 바람직하고(요건 f), 이 수학식 1의 우변에서 얻어지는 값보다도 풍속(V)이 낮으면 이 냉각풍의 섬유 다발 관통성이 불충분해져, 단섬유 간 얼룩을 조장하는 데다가, 미연신사의 결정화가 지연되어 치수 안정성의 악화를 초래하게 되기 때문이다. 한편 풍속(V)의 상한으로서는 토출 중합체(16)에 과도한 휨을 부여하지 않는 정도가 바람직하고, 구체적으로는 V≤0.27×H+0.000047×Vs+0.5로 하는 것이 바람직하다.

서냉 영역에서의 냉각 장치의 구조로서는 크로스 플로우형, 내측 송풍 원형, 외측 송풍 원형 등, 어느 것을 이용하더라도 좋지만, 본 발명의 특징인 중합체 자신이 가지고 들어오는 열량에 의한 자기 서냉 효과를 발현하기 쉬운 것은 크로스 플로우형이나 내측 송풍 원형이다.

상기 요건 a-1, 2 내지 c 및 요건 d 내지 f에 의해 토출 중합체는 급속히 고화하지 않고, 또한 용융 상태 그대로라는 것도 없으며, 토출 중합체가 갖는 열에 의한 셀프 컨트롤에 의해 적절한 서냉 프로파일을 실현할 수 있고, 또한 높은 구멍 밀도로 용융 토출된 폴리에스테르 섬유 다발만으로도, 방사통[보온통(14) 및 냉각 통(15)] 안에서 융착이 잘 생기지 않아, 안정적으로 방사 할 수 있다.

또한 상기와 같이 하여 냉각 고화한 섬유 다발의 인수는 미연신사의 복굴절율이 0.070 이상을 얻을 수 있는 방사 속도로 행하는 것이 좋다. 이 이유는 미연신사의 복굴절율이 너무 낮으면 치수 안정성이 불충분해지기 때문이다. 바람직하게는 미연신사의 복굴절율 0.075 이상을 얻는 방사 속도로 받아들인다.

이 때 드래프트비를 200 이상(바람직하게는 400 이상)으로 하는 것이 좋고, 이에 따라 딥 코드 등의 고무 보강용 섬유로서 보다 양호한 치수 안정성을 얻을 수 있기 때문이다.

또한, 상기한 바와 같이 높은 드래프트 조건에서 얻은 원사는 섬유에 접착제를 함침시키는 딥 처리시에서의 강력 이용률이 높은 것이 본 발명자들의 실험에 의해 명백해졌다. 즉, 딥 처리시의 강력 이용률은 「딥 강력/생코드 강력」로 정의될 때, 높은 드래프트 조건에서 얻은 원사는 동일한 원사 강력이면서, 높은 딥 강력(딥 처리 후의 섬유의 강력)을 얻을 수 있다.

이와 같은 방사 구금의 높은 구멍 밀도화와 큰 구멍 직경화에 의한 높은 드래프트 조건의 상승 효과에 의해 생산성, 강력, 치수 안정성이라는 3가지 효과를 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에서 연신 공정에 관해서는 방사에 계속하여 연속하여 실시하더라도 좋고, 또는 일단 미연신사를 권취한 후, 연신을 다른 공정에서 실시하더라도 좋다. 단, 방사로부터 직접 연신하는 방법 쪽이 제조 비용의 저감의 관점에서 바람직하다.

연신 배율로서는 1.5 내지 2.5배가 바람직하고, 1.5배 미만이면 고강력을 얻지 못할 우려가 있으며, 한편 2.5배 초과에서는 안정적인 연신이 곤란해지기 때문이다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니다.

또한 각 물성치는 하기의 방법에 의해 측정한 것이다.

<고유 점도>

시료의 중합체를 0.4 dl/g의 농도로, 파라클로로페놀:테트라클로로에탄=3:1의 혼합 용매에 용해하고, 30℃에서의 점도를 오스월드 점도계에 의해 측정하였다.

<섬도>

JIS L1017(화학섬유 타이어 코드 시험 방법)에 기초하여, 20℃, 65% RH에 온·습도 관리된 방에서 24시간 방치 후, 섬도를 측정하였다.

<강신도>

JIS L1017에 기초하여, 20℃, 65% RH에 온·습도 관리된 방에서 24시간 방치 후, 인장 시험기에 의해 강력, 파단 신도, 중간 신도(중간 신도 하중을 부가하였을 때의 신도)를 측정하였다. 또한, 중간 신도의 측정에 있어서의 하중(중간 신도 하중)으로서는 원사를 측정하는 경우에는 4.0 cN×시료의 기준 섬도로 하고(즉, 1 dtex당 4.0 cN의 하중이 되도록, 예컨대 시료가 1440 dtex의 경우는 57 N의 하중을 곱함), 생코드 및 딥 처리 코드를 측정하는 경우에는 2.0 cN×시료의 기준 섬도로 한다. 또한 생코드 및 딥 처리 코드의 기준 섬도는, 예컨대 1440 dtex 2 가닥을 꼰 것의 경우는 2880 dtex가 된다.

<수축률>

JIS L 1017에 기초하여, 20℃, 65% RH에 온·습도 관리된 방에서 24 시간 방치 후, 건조기 내에서 무하중 상태로 150℃, 30 분 열처리를 실시하고, 이 열처리의 전후의 시험편 길이의 차로부터 구하였다.

<복굴절율>

편향 현미경을 이용하여, 베렉컴펜세이터법에 의해 측정하였다.

<치수 안정성>

딥 코드의 중간 신도와 수축률의 합을 치수 안정성의 지표로 하였다.

<실 끊김 지수>

1 톤의 완성사를 생산하는 동안에 발생한 실 끊김 빈도를 시료 No.5를 기준치 100로 하여, 이 기준치에 대한 지수로 나타내었다. 또한 값이 작은 쪽이 조업성이 우수한 것을 나타낸다.

[실시예]

고유 점도 0.95의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 하기 표 1에 나타내는 조건에서 방사하고, 미연신사의 복굴절율이 약 0.080을 얻도록 3200 내지 3400 m/분의 방사 속도로 받아들이며, 계속해서 강도가 약 7.1 cN/dtex가 되도록 약 1.68배로 연신한 후, 3.5% 이완 처리를 행하여 권취하였다(원사). 이 원사의 물질을 하기 표 2에 나타낸다. 또한 본 발명에서 「고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 폴리에스테르 섬유」라고 규정하는 「고유 점도」란, 이 원사의 고유 점도이다.

상기 원사 2 가닥을 꼬아 생코드를 얻었다. 또한 연수(撚數)는 원사의 섬도에 따라 결정하고, 원사 섬도 1670 dtex의 원사를 2 가닥 꼰 것의 경우는 연수 40(하연)×40(상연)(t/10 cm)으로 하며, 원사 섬도는 1440 dtex의 원사를 2 가닥 꼰 것의 경우는 연수 43(하연)×43(상연)(t/10 cm)으로 하였다. 이 생코드의 물성을 하기 표 3에 나타낸다.

레졸신-포르말린-라텍스(이하, RFL이라고 칭하는 경우가 있음)와 상품명「바르카본 E」(바르낙스사 제조)를 혼합하여 제1 처리액으로 하고, 이 제1 처리액 중에 상기 생코드를 침지하며, 다음에 120℃의 오븐 속에서 56 초간 건조시킨 후, 240℃의 오븐 속에서 4.0%의 신장률을 부여하면서 45 초간 긴장 열처리를 실시하였다. 계속해서 RFL로 이루어지는 제2 처리액 중에 이 코드를 침지시킨 후, 120℃의 오븐 속에서 56 초간 건조시키고, 다음에 2.0%의 이완률을 부여하면서, 235℃의 오븐 속에서 45 초간 이완 열처리를 실시하여, 딥 코드를 얻었다. 이 딥 코드의 물성을 하기 표 4에 나타낸다.

섬도 1670 dtex의 시료 No. 1, 2, 6, 7에 착안하면, 시료 No. 6, 7에서는 구멍 밀도(H)가 높기는 하지만, 방사 구금의 구멍 직경(D)이 작고, 토출 구멍부 전단 속도가 높으며, 또한 L/D가 크기 때문에(표 1), 그 결과 실 끊김 지수가 나쁘고(표 2), 딥 코드 강력이나 치수 안정성도 낮아진 것으로 생각된다(표 4). 이에 대하여 시료 No. 1, 2에서는 방사 구금당 885 g/분의 토출량 조건에서 구멍 밀도(H)가 높고, 구멍 직경(D)이나 L/D가 적절하기 때문에 토출 구멍부 전단 속도가 낮아지며(표 1), 그 결과 양호한 실 끊김 지수가 되고(표 2), 또한 딥 코드 강력이나 치수 안정성이 양호했다고 생각된다(표 4).

섬도 1440 dtex의 시료 No. 3 내지 5, 8 내지 10에 착안하면, 시료 No. 3 내지 5에서는 방사 구금당 740, 763 g/분의 토출 조건에서 구멍 밀도가 높고, 또한 구멍 직경(D)이 높기 때문에(표 1) 실 끊김 지수가 양호하고(표 2), 또한 딥 코드 강력이나 치수 안정성이 양호했다고 생각된다(표 4). 한편 시료 No. 8, 9에서는 구멍 직경이 작고 또한 L/D도 크기 때문에(표 1) 실 끊김 지수가 나쁘고(표 2), 딥 코드 강력이나 치수 안정성도 낮아진 것으로 생각된다(표 4). 시료 No. 10에서는 구멍 밀도가 낮기 때문에(표 1) 실 끊김 지수가 나쁘고(표 2), 딥 코드 강력이나 치수 안정성도 낮아진 것으로 생각된다(표 4).

Claims

복수의 구멍을 구비한 방사 구금을 이용하여, 고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 폴리에스테르 섬유를 용융 방사하는 방법으로서,

상기 방사 구금당 상기 구멍의 총수가 250개 이상이고, 방사 구금 면적당 이 구멍의 수가 1.5 개/cm²이상이며,

상기 구멍이 도입 부분과, 이 도입 부분보다 개구 면적이 작은 토출 부분을 구비하고, 이 토출 부분의 구멍 직경(D)이 0.5 mm 이상이며,

이 토출 부분의 구멍 직경(D)에 대한 이 토출 부분의 구멍 길이(L)의 비(L/D)가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 구멍 직경(D)이 0.7 mm 이상인 것인 폴리에스테르 섬유의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방사 구금 하에 길이 150 mm 이하의 보온 영역과, 이 하류 측에 서냉(徐冷) 영역을 구비하고, 상기 방사 구금으로부터 용융 토출된 미고화의 폴리에스테르 섬유 다발을 상기 보온 영역에 통과시킨 후, 상기 서냉 영역에서 온도가 40℃ 이상에서 풍속(V)이 하기 수학식 1을 만족하는 냉각풍에 의해 냉각 고화시키는 것인 폴리에스테르 섬유의 제조 방법:

수학식 1

V≥0.27×H+4.77×10^-5×Vs

V: 풍속(m/초)

H: 상기 방사 구금 면적당 상기 구멍의 수(개/cm²)

Vs: 방사속도(m/분)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 구금으로부터의 중합체 토출 선속도(V₀)에 대한 방사 속도(Vs)의 비(Vs/V₀)가 200 이상인 것인 폴리에스테르 섬유의 제조 방법.
고유 점도가 0.85 dl/g 이상인 폴리에스테르 섬유를 용융 방사할 때에 이용하는 방사 구금으로서,

이 방사 구금은 복수의 구멍을 가지며, 이 구멍이 도입 부분과 이 도입 부분보다 개구 면적이 작은 토출 부분을 구비하고,

상기 방사 구금당 상기 구멍의 총수가 250개 이상이고, 방사 구금 면적당 이 구멍의 수가 1.5 개/cm² 이상이며,

상기 토출 부분의 구멍 직경(D)이 0.5 mm 이상이고,

이 토출 부분의 구멍 직경(D)에 대한 이 토출 부분의 구멍 길이(L)의 비(L/D)가 3.0 이하인 것을 특징으로 하는 용융 방사용 방사 구금.
제5항에 있어서, 상기 구멍 직경(D)이 0.7 mm 이상인 것인 용융 방사용 방사 구금.