WO1999029935A1 - Procede de production d'une fibre synthetique et la fibre synthetique - Google Patents

Procede de production d'une fibre synthetique et la fibre synthetique Download PDF

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WO1999029935A1
WO1999029935A1 PCT/JP1998/005351 JP9805351W WO9929935A1 WO 1999029935 A1 WO1999029935 A1 WO 1999029935A1 JP 9805351 W JP9805351 W JP 9805351W WO 9929935 A1 WO9929935 A1 WO 9929935A1
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nylon
synthetic fiber
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PCT/JP1998/005351
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Kigen Kawai
Hiromi Yanase
Hajime Kambara
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Kansai Research Institute
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
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    • D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/60—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyamides

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a synthetic fiber by a spinning direct drawing method, and more particularly, to a method for easily producing a highly drawn synthetic fiber having a high strength and a high elastic modulus at a low cost.
  • the present invention also relates to a highly drawn synthetic fiber obtained by this production method.
  • the present invention provides a Ni-pin synthetic fiber which has high tensile strength, high tensile modulus and low elongation at break obtained by this production method and is particularly useful as a reinforcing fiber for composite materials and the like.
  • thermoplastic synthetic fibers are often performed by a melt spinning method. That is, for example, as described in “Textile Handbook” (edited by The Society of Textile Machinery, Mar. 25, 1994, Maruzen), pp. 25-29, a molten polymer is extruded using an extruder and a gear pump. By passing it through a spinning cylinder, cooling and solidifying it with cooling air, applying oil with an oiling roller, passing it through a godet roller and winding it up with a winder. A thermoplastic synthetic fiber is manufactured. The undrawn yarn obtained here is drawn in a separate heating and drawing process to obtain a drawn yarn having practical strength.
  • polyhexamethylene adipamide fiber For example, for nylon, a method for producing polyhexamethylene adipamide fiber is described in JP-A-6-73612 (1994). In the same publication, a blend polymer of polyhexamethylene adipamide and polyacrylamide is melted and extruded, the cooling is delayed by a heating cylinder, and then cooled and solidified by cooling air at 20. It describes that a yarn is formed, then a non-aqueous oil is applied to the yarn, and two or more multi-stage drawing operations are performed. The polyhexamethylene adipamide fiber obtained at a total draw ratio of 6.4 times has a strength of 12.Og / d and an elongation of 13.6% (Example 1 of the same publication). is there.
  • a non-aqueous oil agent is used to suppress the generation of spherulites in the undrawn yarn, but crystallization proceeds because the yarn is cooled and solidified after melt extrusion. Will be. Therefore, a high draw ratio cannot be achieved by only one-stage drawing, and a desired high-strength fiber cannot be obtained. In addition, even if it is stretched in two steps, the total stretching ratio is at most about 6 to 7 times.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-21008 (1991) describes a direct spin drawing method for polyhexamethylene adipamide fiber.
  • the publication describes that polyhexamethylene adipamide is melt-spun, passed through a heating tube, cooled and solidified by cooling air at 20 ° C., and plasma-stretched.
  • the total draw ratio is as low as about 6.5 times, and the obtained fiber has a strength of 11.8 gZd and an elongation of 21.9% (Example 1 in the same publication).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-28713 (1991) describes a method for directly spinning and drawing a polyamide resin fiber.
  • the same publication describes that a polycoupler is melt-spun, passed through a heating tube, cooled and solidified by cooling air at 20 ° C., and plasma-stretched.
  • W Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-28713
  • the total draw ratio is as low as about 2.9 times, and the obtained fiber has a strength of 12.1 g / d and an elongation of 20.9% (Example 1 of the same publication).
  • Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-174744 / 1992 and 19949/1992 dissolve and extrude nylon 6 polymer and cool it.
  • a direct spin drawing method in which an oil agent is applied after the solidification and drawing is performed is described.
  • the draw ratio is low, and the strength of nylon 6 fiber is also low.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-21664 (19995) describes a direct spin drawing method for nylon 6 fibers.
  • nylon 6 polymer is melt-extruded, cooled and solidified, then a non-aqueous oil agent is applied, and stretching is performed.
  • the draw ratio is as low as 3.0 times, and the strength of the obtained nylon 6 fiber is as low as 5.2 g Zd.
  • Polyesters are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 60-259613 (19985) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-259514 (19985).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-199432 (1991) also discloses a method of direct spinning and drawing of polyester fibers by discharging molten polyethylene terephthalate into a heating cylinder. It describes that the film is cooled and solidified by cooling air at 0 ° C and then subjected to plasma stretching.
  • the draw ratio is as low as 2.8 times, the strength of the obtained fiber is 10.4 g Zd, and the elongation is 10.5% (Example 1 of the same publication). Things.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a method capable of easily producing, at a low cost, a high-strength, high-modulus synthetic fiber highly drawn by a direct spinning and drawing method. Is to do.
  • Another object of the present invention is to provide a highly drawn synthetic fiber obtained by this production method.
  • the present invention is a method for producing a synthetic fiber by melt-spinning a melt-spinnable fiber-forming polymer
  • the melted fiber-forming polymer is spun from the spinneret, passed through a heated spinning zone maintained in a high-temperature atmosphere directly below the spinneret, and cooled to a heating zone downstream of the hot spinning zone without cooling the spun yarn.
  • a method for producing a synthetic fiber comprising: conducting drawing, heating and drawing a spun yarn at a high draw ratio in a heating zone, and winding the drawn yarn using a winding means.
  • the melted fiber-forming polymer is spun from a spinneret and is lower than a melting temperature (T m) of the fiber-forming polymer.
  • the fiber is passed through a heated spinning zone maintained at a temperature in a temperature range ( ⁇ ) at which the spun polymer does not substantially crystallize, and is spun while maintaining a temperature of T m — I ⁇ mI or higher.
  • the method includes guiding the spun yarn to a heating zone and heat-stretching the spun yarn at a high draw ratio in the heating zone.
  • the fiber-forming polymer that can be melt-spun is selected from the group consisting of, for example, nylon polymers, polyesters, polyolefins, and thermopic liquid crystalline polymers. Further, the fiber-forming polymer that can be melt-spun may be a blend polymer.
  • the stretching ratio is, for example, 10 times or more.
  • a nylon polymer is spun from a spinneret, and is heated to a temperature lower than the melting temperature of the nylon polymer and 100 ° C. or higher.
  • the spun yarn is passed through the held heated spinning zone, and the spun yarn is led to the heating zone while maintaining the temperature at 100 ° C or higher, and the spun yarn is heated at a draw ratio of 35 times or more in the heating zone. It is good to stretch.
  • the nylon-based polymer includes, for example, polyamide (nylon 6), polyhexamethylene adipamide (nylon 66), and a polyamide resin repeating unit and Z or hexamethylene adipamide. It is selected from the group consisting of nylon copolymers containing at least 80 mol% of repeating units.
  • the present invention provides a method of spinning a molten fiber-forming polymer from a spinneret, passing the melted fiber-forming polymer through a heated spinning zone held in a high-temperature atmosphere immediately below the spinneret, and cooling the spun yarn without cooling.
  • It is a synthetic fiber produced by a method including leading to a heating zone downstream of the zone, heating and drawing the spun yarn at a high draw ratio in the heating zone, and winding the drawn yarn using a winding means.
  • the present invention relates to a nylon synthetic fiber having a tensile strength of 10 g Zd or more, a tensile elastic modulus of 400 g Zd or more, and a breaking elongation of 2.4% or less. is there.
  • FIG. 1 is a view schematically showing an example of a spinning and stretching apparatus for carrying out the production method of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the stretching temperature and the maximum stretching ratio in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the draw ratio and the tensile strength in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the draw ratio and the tensile modulus in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the draw ratio and the elongation at break in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the stretching temperature and the stretching ratio in Example 2 of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the draw ratio and the tensile strength in Example 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the draw ratio and the tensile modulus in Example 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of a spinning and stretching apparatus for carrying out the production method of the present invention. Detailed description of the invention
  • the production method of the present invention can be applied to any of the fiber-forming polymers that can be melt-spun.
  • Such a fiber-forming polymer capable of being melt-spun is not particularly limited, and examples thereof include a nylon-based polymer, a polyester, and a polyolefin. Fin, thermotropic liquid crystalline polymer, and the like. These polymers may be either homopolymers or copolymers. Further, the production method of the present invention can be applied to a blend polymer made of a fiber-forming polymer. These fiber-forming polymers may be selected variously depending on the purpose of the fiber and the like. Further, the polymer may contain various known additives such as a heat stabilizer, an antioxidant, and a lubricant.
  • nylon-based polymers polyamide (Nylon 6), polyhexamethylene adipamide (Nylon 66), polytetramethylene azihamide (Nylon 46), Polyhexamethylene sebacamide, polyhexamethylene terephthalamide, polyhexamethylene isophthalamide, polydodemethylene dodecamide, polymethyxylene adipamide, polyparaxylylene adipamide, etc.
  • Polyesters include, for example, polyethylene terephthalate, polytetramethylene terephthalate, polyethylene 1,2—diphenyloxetane pp′—dicarboxylate, polynaphthalene terephthalate, and lunar aliphatic polyester Examples thereof include polylactic acid.
  • polystyrene-11 examples include polyethylene, polypropylene, and polybutene-11.
  • thermo-portable liquid crystal polymer examples include polyarylates having a benzene ring or a naphthalene ring in the main chain, or a polymer having a side chain via an ester or ether bond. Cellulose-based polymers having a liquid crystal with a high peak density.
  • polyvinylidene fluoride polyfluoroethylene-polyvinylidene fluoride copolymer
  • polyvinyl chloride polyvinylidene chloride
  • polyacetate A melt-spinnable thermoplastic polymer such as polyphenylene sulfide (PPS) can also be used.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the fiber-forming polymer is melted, the molten polymer is spun from a spinneret, passed through a heated spinning zone maintained in a high-temperature atmosphere, and the spun yarn is heated without cooling.
  • the spun yarn is heated and drawn at a high draw ratio in the heating zone.
  • Melting of the polymer and spinning out of the spinneret can be performed by a conventional method.
  • the heated spinning zone just below the melt spinneret must be kept at a high temperature atmosphere.
  • the high-temperature atmosphere is, for example, a temperature atmosphere lower than the melting temperature (T m) of the fiber-forming polymer and in a temperature range ( ⁇ ) in which the spun polymer does not substantially crystallize. That is, the temperature of the heated spinning zone can be represented by Tm-I ⁇ I (° C), the temperature of the heated spinning zone, and Tm (° C).
  • the temperature range in which the spun polymer is “substantially not crystallized” means that the polymer forming the spun running yarn can be heated and drawn at a high draw ratio. Crystallization occurs only to an extent “means the temperature range.
  • This temperature range ( ⁇ ) is a value that varies depending on the type of the fiber-forming polymer to be used, the length of the heated spinning zone, the running speed of the spun yarn, and the like. be able to.
  • the spun yarn that has passed through the heated spinning zone is guided to the heating zone without cooling. If the spun yarn is cooled and solidified, as in the conventional method, the crystallization of the polymer proceeds, making it impossible to heat draw at a high draw ratio.
  • "without cooling” means that, for example, a temperature of Tm-I ⁇ TI (° C) or more is maintained. By maintaining this temperature, the polymer is guided to the heating zone without substantial crystallization, enabling high-stretching heat stretching. Becomes
  • the spun yarn guided to the heating zone is heat-drawn at a high draw ratio in the heating zone.
  • High draw ratio differs depending on the type of polymer, for example.
  • the draw ratio is 10 times or more, preferably 15 times or more. Such a high draw ratio could not be achieved by the conventional method.
  • the drawn yarn is wound up.
  • a nylon polymer is spun from a spinneret, and the nylon polymer is produced.
  • the spun yarn is passed through a heated spinning zone maintained at a temperature lower than the melting temperature and at a temperature of 100 ° C or higher, and the spun yarn is guided to the heating zone while maintaining the temperature at a temperature of 100 ° C or higher.
  • the temperature of the heated spinning zone is maintained at a temperature lower than the melting temperature of the Nymouth-based polymer and generally at a temperature of 100 ° C or higher, and a temperature of 100 ° C or higher.
  • nylon-based polymer various known nylon-based polymers can be used, as described above.
  • Polyamide nylon 6
  • polyhexamethylene adipamide nylon 66
  • Nylon copolymers containing at least 80 mol% of a repeating unit of hexamide and / or hexamethylene adipamide are preferred.
  • Copolysynthesis in copolymers The minutes are not particularly limited.
  • the preferred temperature of the heated spinning zone and the preferred temperature of the heating zone differ depending on the type of the nylon polymer.
  • the temperature of the heated thread is maintained in a range of not less than 120 ° C and not more than 180 ° C, and the temperature of the heating zone is set to 1 ° C. It is preferable to keep the temperature in the range of 20 ° C. to 140 ° C. By setting the temperature in such a range, a high draw ratio can be obtained, and nylon 6 having a high tensile strength, a high tensile modulus and a low elongation at break can be obtained.
  • the temperature of the heated thread is maintained in the range of 140 ° C or more and 214 ° C or less, and the temperature of the heating zone is maintained. Is preferably maintained in a range from 170 ° C. to less than 190 ° C. By setting the temperature within such a temperature range, a high stretching ratio can be obtained, and a diaper 66 having high tensile strength, high tensile modulus and low elongation at break can be obtained.
  • the heating spinning zone is not particularly limited, but is preferably constituted by a spinning cylinder or a heating plate for spinning. Also, hot air may be supplied to this zone to maintain a high-temperature atmosphere.
  • the heating zone is provided downstream of the heating spinning zone.
  • the distance between the heating zone and the hot spinning zone is preferably as short as possible. For example, it is about 0 to 100 mm, and in an actual manufacturing apparatus, for example, it is about 200 to 100 mm.
  • the heating spinning zone and the entire heating zone may be covered with a heating cylinder, and both zones may be arranged continuously. In this case, the distance between both bands is substantially 0 mm.
  • the heating zone may be configured so that stretching is performed in the heating zone or between the heating zone and the winding means, and known heating means, for example, but not particularly limited thereto.
  • the heating zone may be composed of a plurality of heating zones, and may be composed of, for example, a first heating zone and a second heating zone.
  • the first heating zone may be constituted by at least one kind of heating means selected from a heat roll, a heating pin and a pin.
  • the second heating zone is preferably constituted by a heating cylinder or a heating plate.
  • the stretching may be mainly performed in the heating zone (when the heating zone is composed of the first zone and the second zone, mainly the first heating zone). Further, the stretching may be performed at a stretching ratio of 35 times or more between the heating zone (mainly the first heating zone when the heating zone is composed of the first zone and the second zone) and the winding means. . Where the stretching takes place can be changed depending on the operating conditions.
  • the fiber oil (oil) may not be applied from the melt spinneret to the heating zone (or the second heating zone when the heating zone is composed of the first zone and the second zone).
  • the fiber oil agent is applied, (if the heating zone is composed of the first zone and the second zone, the second), it is performed downstream of the heating zone, for example, immediately before winding. If a fiber oil is applied to the undrawn yarn, the fiber cools and crystallization proceeds. To avoid this, it is preferable not to apply a fiber oil (oil) between the spinning step and the drawing step.
  • the heating zone comprises the first zone and the second zone
  • the second tension or constant between the heating zone and the winding means or after winding the drawn yarn
  • a synthetic synthetic fiber having a tensile strength of at least 100 g Zd, a tensile modulus of at least 400 g / d, and a breaking elongation of at most 2.4% is obtained.
  • Such high-strength, high-tensile-modulus, and low-break elongation nylon-type synthetic fibers have not been known so far.
  • This synthetic synthetic fiber is particularly useful as a reinforcing fiber for a composite material or the like.
  • the spinning and drawing operation is performed at a preferable temperature and a preferable temperature, and the tensile strength is 13 g Zd or more and the tensile modulus is 8 or more.
  • a nylon synthetic fiber having a modulus of elongation at break of 1.6 g or less and a modulus of elongation at break of 1.6 g or less is obtained.
  • synthetic synthetic fibers having a bow I tensile strength of at least 14 g Zd, a tensile modulus of at least 100 g / d, and a breaking elongation of at most 1.5% can be obtained. .
  • Fibers comprising a nylon copolymer containing at least 80 mol% of a mid repeating unit and a Z or hexamethylene adipamide repeating unit are useful.
  • a molten polymer is spun from a spinneret, passed through a heated spinning zone maintained in a high-temperature atmosphere, and the spun yarn is guided to the heating zone without cooling, and the polymer is substantially reduced. Since the crystallization is prevented, the film can be stretched by heating at a high stretching ratio in the heating zone. As a result, highly drawn synthetic fibers having high strength and high elastic modulus can be manufactured. As described above, according to the production method of the present invention, it is possible to produce low-cost, high-strength, high-modulus synthetic fibers with a very simple apparatus configuration and operation method.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a spinning and stretching apparatus for carrying out the production method of the present invention.
  • the melt extrusion mechanism mainly consists of an extruder (1) for supplying the molten polymer, a gear pump (2) for accurately controlling the discharge rate, and a spinneret (3). Have been.
  • an air bath heating cylinder (4) with a length of about 200 to 100 mm is provided as a heating spinning zone.
  • the heating cylinder (4) is configured to be heated by a heater (5).
  • Heat rolls (7) and (8) are provided below the heating cylinder (4) as a first heating zone at a distance of about 20 to 200 mm (at a distance of about 20 mm). ) May be, for example, about 200-500 mm in an actual production apparatus, and the rollers (7) and (8) have a diameter of about 20-150 mm and a depth of 100 mm. It has a cylindrical shape of about mm and usually uses two pieces.
  • an air bath heating cylinder (9) having a length of about 300 to 200 mm as a second heating zone is provided.
  • a heating plate may be used instead of the heating cylinder.
  • a guide roll (10) is provided below the heating cylinder (9), and a winder (11) is further provided.
  • the guide rolls can be arranged appropriately.
  • the molten polymer is spun from the spinneret (3), passed through a heating tube (4) maintained in a high-temperature atmosphere, and the spun yarn (Y) is heated without cooling. Leads to trawls (7) and (8), preventing the polymer from substantially crystallizing. And between heat rolls (7) and (8), Alternatively, heat stretching is performed at a high stretching ratio between the rolls (7) and (8) and the winder (11).
  • the temperature inside the heating cylinder (4) is
  • the surface temperature of the heat rolls (7) and (8) and the temperature of the heating cylinder (9) should be at least 120 ° C and not more than 180 ° C and not more than 180 ° C, for example, 140 ° C. ° C or less, preferably 120 ° C or more and 140 ° C or less, particularly preferably 127 ° C or more
  • the stretching is performed at a temperature not higher than 38 ° C. and at a draw ratio of 35 times or more, preferably at least 40 times, to obtain nylon 6 having high tensile strength, high tensile modulus and low elongation at break.
  • the temperature inside the heating cylinder (4) is set to 140 ° C. or higher and 214 ° C. or lower, for example, 200 ° C.
  • the temperature of the heating cylinder (9) is set to 170 ° C or more and less than 190 ° C
  • the surface temperature of the cooling pipes (7) and (8) is set to 170 ° C or more and less than 190 ° C.
  • the film is stretched at a stretching ratio of 5 times or more, preferably at a stretching ratio of 40 times or more, to obtain nylon 66 having high tensile strength, high tensile elasticity and low elongation at break.
  • the yarn may be wound around the heat roll (7) and / or (8) several times. Further, it may be heat-set by tension or fixed length heat treatment between the heating cylinder (9) and the winding machine (11), or may be tensioned or fixed length in a separate step after winding the drawn yarn. You may heat-process and heat-set.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of a spinning and stretching apparatus for performing the production method of the present invention.
  • the melt extrusion mechanism composed of an extruder (1), a gear pump (2), and a spinneret (3) is the same as that in FIG.
  • a heating cylinder (15) equipped with a heater (16) is provided as a heating spinning zone.
  • a heating cylinder (17) is provided continuously downstream.
  • the heating cylinder (17) is configured to be heated by a heater (18), and heat rollers — (21), (22) and (23) are arranged inside the heating cylinder (17).
  • a heating cylinder (19) is continuously provided immediately downstream of the heating cylinder (17), and the heating cylinder (19) includes a heater (20).
  • a guide roll (24) is provided below the heating cylinder (19), and a winder (25) is further provided.
  • the molten polymer is spun from the spinneret (3) using the device having such a configuration, passed through the heating cylinder (15) maintained in a high-temperature atmosphere, and immediately led into the heating cylinder (17). Substantially prevents crystallization. Then, heat stretching is performed at a high stretching ratio between the heat rollers (21), (22), (23), or between the heat rollers (21), (22), (23) and the winder (25). .
  • Example 1 In order to carry out the production method of the present invention, two examples of the spinning and stretching apparatus are shown. Other various spinning and stretching apparatuses can be considered. Example
  • spinning stretching was performed using the apparatus shown in FIG. Further, the measurement of the tensile strength, the tensile elastic modulus and the elongation at break was performed in accordance with the ASTM method D3379-75 (19775).
  • the first heating stretching zone and the stretching rolls (7) and (8) both have a diameter of 30 mm and a depth of 70 mm
  • Temperature of stretch rolls (7) and (8) 120 ° C, 126 ° C, 130 ° C, 133 ° C, 135 ° C, or 1339 ° C
  • Second heating stretching zone one heating cylinder (9) Temperature: 120 ° C, 126 ° C, 130 ° C, 133 ° C, 135 ° C, or 1339 ° C (same temperature as stretching rolls (7) and (8), respectively) Length: about 500 mm
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the stretching temperature and the maximum stretching ratio.
  • nylon 6 was manufactured at a stretching temperature of 133 ° C. by changing the stretching ratio to 21 times, 41 times, 51 times, and 60 times.
  • nylon 6 with higher tensile strength, higher tensile modulus, and lower elongation at break was obtained as the draw ratio was increased.
  • the stretching ratio was set to 41 or more, nylon 6 having a tensile strength of 10 g / d or more, a tensile modulus of 400 g / d or more, and a breaking elongation of 2.4% or less was obtained.
  • Temperature of stretching rolls (7) and (8) 160 ° C, 170 ° C, 180 ° C, or 190 ° C
  • FIG. 6 shows the change in the draw ratio when the temperature of the drawing rolls (7) and (8) (hereinafter, this temperature is referred to as the drawing temperature) is changed. That is, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the stretching temperature and the stretching ratio.
  • FIG. 7 shows the relationship between the draw ratio and the tensile strength.
  • Figure 8 shows the relationship between the draw ratio and the tensile modulus ( Table 3: Physical properties of nylon 66).
  • nylon 66 with higher tensile strength, higher tensile modulus and lower elongation at break was obtained as the draw ratio was increased.
  • nylon 66 having a tensile strength of 13 g Zd or more, a tensile modulus of 800 g Zd or more, and a breaking elongation of 1.6% or less was obtained.
  • Examples 1 and 2 are examples of the production of nylon-based synthetic fibers, and include the temperature and length of the heating and drawing zone, the distance (L) between the heating and drawing zone and the heating zone, the temperature of the heating zone, and the like.
  • the spun yarn is guided to the heating zone without substantially crystallizing the polymer, and is heated and drawn at a high draw ratio in the heating zone. It is possible to produce a highly drawn synthetic fiber having a high strength and a high elastic modulus which has not been obtained conventionally.
  • the above-mentioned synthetic fiber having high strength and high elastic modulus can be produced at a low cost with a very simple apparatus configuration and operation method.
  • the production method of the present invention can be applied to all fiber-forming polymers that can be melt-spun.
  • a synthetic nylon fiber having a tensile strength of at least 10 g Zd, a tensile modulus of at least 400 g / d and an elongation at break of 2.4% or less can be obtained.

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Description

明 細 書 合成繊維の製造方法及び合成繊維 技術分野
本発明は、 紡糸直結延伸法による合成繊維の製造方法に関し、 より詳 しくは、 高延伸された高強度 ·高弾性率の合成繊維を低コス 卜で簡便に 製造する方法に関する。 また、 本発明は、 この製造方法により得られる 高延伸された合成繊維に関する。 さらに、 本発明は、 この製造方法によ り得られる高引張強度、 高引張弾性率及び低破断伸度を有し、 複合材料 などの補強用繊維として特に有用なナイ口ン系合成繊維にも関する。 背景技術
従来より、 ナイロン、 ポリエステル、 ポリエチレン、 ポリ プロピレン 等の各種合成繊維はそれぞれ、 衣料用、 タイヤコー ド用などの種々の用 途に使用されている。
このような熱可塑性合成繊維の製造は、 溶融紡糸法によって行われる 場合が多い。 すなわち、 例えば、 「繊維便覧」 （繊維機械学会編、 1994 年 3月 25日、 丸善発行） 2 5〜 2 9頁に記載のように、 溶融ポリマ一を ェクス トル一ダ及びギヤポンプを用いて口金から押し出して糸条と し、 糸条を紡糸筒内を通過させ冷却風により冷却固化し、 オイ リ ングローラ でオイルを付与し、 ゴデッ トロ一ラを通過させて巻取機で巻取ることに より、 熱可塑性合成繊維が製造される。 ここで得られた未延伸糸は、 別 工程の加熱延伸工程において延伸され、 実用的な強度を有する延伸糸が 得られる。
また、 最近では、 未延伸糸を巻き取ることなく、 延伸を行う紡糸直結 延伸法（direct spinning drawing) も提案されている。
例えば、 ナイロンについては、 特開平 6 — 7 3 6 1 2号公報 （ 1 9 9 4 ) に、 ポリへキサメチレンアジパミ ド繊維の製造方法が記載されてい る。 同号公報には、 ポリへキサメチレンアジパミ ドとポリ 力プラ ミ ドと のブレン ドポリマ一を溶融押し出しし、 加熱筒で冷却を遅延した後、 2 0での冷却風により冷却固化して糸条を形成し、 次いで糸条に非水系油 剤を付与し、 2段以上の多段延伸を行う ことが記載されている。 そして、 全延伸倍率 6. 4倍で得られたポリへキサメチレンアジパミ ド繊維は、 強度 1 2. O g/d、 伸度 1 3. 6 % (同号の実施例 1 ) という もので ある。
同号公報によれば、 未延伸糸中の球晶の発生を抑制するために非水系 油剤を用いているが、 溶融押し出しの後、 糸条を冷却固化しているため に、 結晶化が進んでしまう。 そのため、 1段延伸のみでは高い延伸倍率 を達成することができず、 所望の高強度の繊維は得られない。 また、 2 段延伸しても、 全延伸倍率は高々 6 ~ 7倍程度である。
特開平 3 — 2 4 1 0 0 8号公報 （ 1 9 9 1 ) には、 ポリへキサメチレ ンアジパミ ド繊維の直接紡糸延伸法が記載されている。 同号公報には、 ポリへキサメチレンアジパミ ドを溶融紡糸し、 加熱筒を通過させた後、 2 0 °Cの冷却風により冷却固化し、 プラズマ延伸することが記載されて いる。 しかしながら、 全延伸倍率は 6. 5倍程度と低く 、 得られた繊維 は、 強度 1 1 . 8 gZd、 伸度 2 1. 9 % (同号の実施例 1 ) という も のである。
また同様に、 特開平 3 — 2 8 7 8 1 3号公報 （ 1 9 9 1 ) には、 ポリ 力プラ ミ ド繊維の直接紡糸延伸法が記載されている。 同号公報には、 ポ リ カプラ ミ ドを溶融紡糸し、 加熱筒を通過させた後、 2 0 °Cの冷却風に より冷却固化し、 プラズマ延伸することが記載されている。 しかしなが W
ら、 全延伸倍率は 2 . 9倍程度と低く、 得られた繊維は、 強度 1 2 . 1 g / d、 伸度 2 0 . 9 % (同号の実施例 1 ) という ものである。
特開平 4— 1 7 4 7 1 4号公報 （ 1 9 9 2 ) 及び特開平 4 一 2 4 5 9 0 9号公報 （ 1 9 9 2 ) には、 ナイロン 6ポリマ一を溶融押し出しし、 冷却固化した後、 油剤を付与し延伸を行う直接紡糸延伸法が記載されて いる。 しかしながら、 両公報によれば、 延伸倍率は低く、 ナイ ロ ン 6繊 維の強度も低い。
特開平 7— 2 1 6 6 4 2号公報 （ 1 9 9 5 ) には、 ナイロン 6繊維の 直接紡糸延伸法が記載されている。 同号公報には、 ナイ ロ ン 6ポリマー を溶融押し出しし、 冷却固化した後、 非水系油剤を付与し、 延伸を行う ことが記載されている。 しかしながら、 同号公報によれば、 延伸倍率は 3 . 0倍と低く、 得られたナイ ロ ン 6繊維の強度は 5 . 2 g Z dと低い。 ポ リ エステルについては、 例えば、 特開昭 6 0 - 2 5 9 6 1 3号公報 ( 1 9 8 5 ) 及び特開昭 6 0— 2 5 9 6 1 4号公報 （ 1 9 8 5 ) には、 溶融ポリエチレンテレフタ レ一 トを加圧雰囲気紡糸筒内に吐出し、 2 5 °Cの加圧冷却風で冷却固化した後、 加熱延伸することが記載されている。 しかしながら、 両公報によれば、 得られた繊維の強度は 5 g Z d程度と 低い。
また、 特開平 3 — 1 9 9 4 2 3号公報 （ 1 9 9 1 ) にも、 ポリエステ ル繊維の直接紡糸延伸法について、 溶融ポリェチレンテレフタレ一トを 加熱筒内に吐出し、 3 0 °Cの冷却風で冷却固化した後、 プラズマ延伸す ることが記載されている。 しかしながら、 同号公報によれば、 延伸倍率 は 2 . 8倍と低く、 得られた繊維の強度は 1 0 . 4 g Z d、 伸度 1 0 . 5 % (同号の実施例 1 ) という ものである。
以上、 いずれの直接紡糸延伸法においても、 加熱延伸する前に、 糸条 を冷却固化しており、 十分高い延伸倍率は得られていない。 そのため、 高強度 ·高弾性率の合成繊維を得ることは困難であつた。 発明の開示
発明の目的
そこで、 本発明の目的は、 上記従来技術の欠点を解決し、 紡糸直結延 伸法によって高延伸された高強度 ·高弾性率の合成繊維を低コス トで簡 便に製造し得る方法を提供することにある。
また、 本発明の目的は、 この製造方法により得られる高延伸された合 成繊維を提供することにある。
さらに、 本発明の目的は、 この製造方法によって、 高引張強度、 高引 張弾性率及び低破断伸度を有するナイ口ン系合成繊維を提供することに ある。 発明の概要
本発明者らは鋭意検討した結果、 溶融ポリマーを紡出した後、 冷却す ることなく加熱延伸することによって、 超延伸することが可能になるこ とを見出し、 本発明を完成した。
すなわち、 本発明は、 溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマーを溶融紡糸 して合成繊維を製造する方法であって、
溶融された繊維形成性ポリマ一を紡糸口金より紡出し、 紡糸口金直下 の高温雰囲気に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 紡出糸を冷却する ことなく加熱曳糸帯域下流の加熱帯域に導き、 加熱帯域において高延伸 倍率で紡出糸を加熱延伸して、 巻取手段を用いて延伸糸を巻き取ること を含む、 合成繊維の製造方法である。
本発明において、 前記製造方法は、 溶融された繊維形成性ポリマーを 紡糸口金より紡出し、 前記繊維形成性ポリマーの溶融温度 （T m ) 未満 かつ紡出されたポリ マーが実質的に結晶化しない温度範囲 （Δ Τ ) の温 度に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 T m — I Δ Τ I 以上の温度を 保ったまま紡出糸を加熱帯域に導き、 加熱帯域において高延伸倍率で紡 出糸を加熱延伸することを含むことが好ま しい。
本発明において、 溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマーは、 例えば、 ナ イロン系ポリマ一、 ポリエステル、 ポリオレフイ ン、 サーモ ト口ピッ ク 液晶性ポリマーからなる群から選ばれる。 また、 溶融紡糸可能な繊維形 成性ポリマーは、 プレン ドポリマーであってもよい。
本発明において、 延伸倍率は、 例えば 1 0倍以上である。
ナイ ロ ン系合成繊維を製造するには、 前記製造方法において、 ナイ口 ン系ポリ マ一を紡糸口金より紡出し、 前記ナイロン系ポリマーの溶融温 度未満かつ 1 0 0 °C以上の温度に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 1 0 0 °C以上の温度を保ったまま紡出糸を加熱帯域に導き、 加熱帯域に おいて 3 5倍以上の延伸倍率で紡出糸を加熱延伸すると良い。
前記ナイロン系ポリ マ一は、 例えば、 ポリ 力プラ ミ ド （ナイロン 6 ) 、 ポリへキサメチレンアジパミ ド （ナイロン 6 6 ) 、 及び力プラ ミ ド繰り 返し単位及び Z又はへキサメチレンアジパミ ド繰り返し単位を 8 0 モル %以上含むナイロン系コポリマ一からなる群から選ばれる。
また、 本発明は、 溶融された繊維形成性ポリマーを紡糸口金より紡出 し、 紡糸口金直下の高温雰囲気に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 紡出糸を冷却することなく加熱曳糸帯域下流の加熱帯域に導き、 加熱帯 域において高延伸倍率で紡出糸を加熱延伸して、 巻取手段を用いて延伸 糸を巻き取ることを含む方法により製造された合成繊維である。
さ らに、 本発明は、 引張強度が 1 0 g Z d以上、 引張弾性率が 4 0 0 g Z d以上、 かつ破断伸度が 2 . 4 %以下である、 ナイ ロ ン系合成繊維 である。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の製造方法を実施するための紡糸延伸装置の一例の 概略を示す図である。
第 2図は、 本発明の実施例 1の延伸温度と最大延伸倍率の関係を示す グラフである。
第 3図は、 本発明の実施例 1の延伸倍率と引張強度の関係を示すダラ フである。
第 4図は、 本発明の実施例 1の延伸倍率と引張弾性率の関係を示すグ ラフである。
第 5図は、 本発明の実施例 1の延伸倍率と破断伸度の関係を示すグラ フである。
第 6図は、 本発明の実施例 2の延伸温度と延伸倍率の関係を示すグラ フである。
第 7図は、 本発明の実施例 2の延伸倍率と引張強度の関係を示すグラ フである。
第 8図は、 本発明の実施例 2の延伸倍率と引張弾性率の関係を示すグ ラフである。
第 9図は、 本発明の製造方法を実施するための紡糸延伸装置の一例の 概略を示す図である。 発明の詳細な説明
本発明の製造方法は、 溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマ—のいずれに も適用することが可能である。
このような溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマーとしては、 特に限定さ れることなく、 例えば、 ナイロン系ポリマ一、 ポリエステル、 ポリオレ フィ ン、 サ一モ トロピッ ク液晶性ポリマ一等が挙げられる。 これらのポ リマーは、 ホモポリマ一でもコポリマ一のいずれであっても良い。 また、 繊維形成性ポリ マ一のブレン ドボリマーにも、 本発明の製造方法を適用 することができる。 これら繊維形成性ポリマーは、 繊維の目的等に応じ て種々選択すれば良い。 また、 ポリマーに、 熱安定剤、 酸化防止剤、 滑 剤等の公知の各種添加剤を含ませること も可能である。
より詳しく は、 ナイロン系ポリ マ一と しては、 ポリ 力プラ ミ ド （ナイ ロン 6 ) 、 ポリへキサメチレンアジパミ ド （ナイロン 6 6 ) 、 ポリテ ト ラメチレンアジハ°ミ ド （ナイロン 4 6 ) 、 ポリへキサメチレンセバカ ミ ド、 ポリへキサメチレンテレフタラ ミ ド、 ポリへキサメチレンイ ソフタ ラ ミ ド、 ポリ ドデカメチレン ドデカ ミ ド、 ポリ メ タキシリ レンアジパミ ド、 ポリパラキシリ レンアジパミ ド等、 及び力プラ ミ ド繰り返し単位及 び Z又はへキサメチレンアジパミ ド繰り返し単位を 8 0 モル％以上含む ナイロン系コポリマ一等が挙げられる。
ポリエステルと しては、 例えば、 ポリエチレンテレフタ レー ト、 ポリ テ トラメチレンテレフタ レー ト、 ポリエチレン 1 , 2 —ジフヱノキシェ タ ン p p ' —ジカルボキシレー ト、 ポリナフタ レンテレフタ レ一 卜、 月旨 肪族ポリエステル、 例えばポリ乳酸等が挙げられる。
ポリオレフイ ンと しては、 例えば、 ポリエチレン、 ポリ プロピレン、 ポリ ブテン一 1等が挙げられる。
サ一モ ト口ピッ ク液晶性ポリ マ一と しては、 例えば、 主鎖にベンゼン 環あるいはナフタ レン環を含むポリ アリ レー ト類、 エステルやエーテル 結合を介して側鎖を有するサ一モ ト口ピッ ク液晶性のセルロース系高分 子等が挙げられる。
また、 ポリ フ ッ化ビニリデン、 ポリ フッ化工チレン一ポリ フ ッ化ビニ リデン共重合体、 ポリ塩化ビニル、 ポリ塩化ビニリデン、 ポリ アセター ル、 ポリフエニレンサルフアイ ド （ P P S ) 等の溶融紡糸可能な熱可塑 性ポリマ一を用いることもできる。
本発明の方法では、 繊維形成性ポリマ一を溶融して、 この溶融ポリマ 一を紡糸口金より紡出し、 高温雰囲気に保持された加熱曳糸帯域を通過 させ、 冷却することなく紡出糸を加熱帯域に導き、 加熱帯域において高 延伸倍率で紡出糸を加熱延伸する。
ポリマーの溶融、 紡糸口金よりの紡出は、 常法により行うことができ る。
溶融紡糸口金直下の加熱曳糸帯域は、 高温雰囲気に保持されているこ とが必要である。 この高温雰囲気とは、 例えば、 繊維形成性ポリマーの 溶融温度 （T m ) 未満の温度でかつ紡出されたポリマーが実質的に結晶 化しない温度範囲 （Δ Τ ) の温度雰囲気である。 すなわち、 加熱曳糸帯 域の温度は、 T m— I Δ Τ I ( °C ) 加熱曳糸帯域温度く T m ( °C ) で 表すことができる。
ここで、 紡出されたポリマ一が 「実質的に結晶化しない」 温度範囲と は、 紡出された走行中の糸条を形成するポリマーが 「加熱延伸において、 高延伸倍率の加熱延伸が可能な程度までしか結晶化を起こさない」 温度 範囲を意味する。 この温度範囲 （Δ Τ ) は、 用いる繊維形成性ポリマー の種類、 加熱曳糸帯域の長さ、 紡出された糸条の走行速度等によって変 化する値であり、 当業者が検討し決定することができる。
加熱曳糸帯域を通過した紡出糸を冷却することなく加熱帯域に導く。 従来法のように、 紡出糸を冷却固化してしまうと、 ポリマーの結晶化が 進んでしまい高延伸倍率の加熱延伸が不可能となる。 ここで 「冷却する ことなく」 とは、 例えば、 T m— I Δ T I ( °C ) 以上の温度を保ったま まという意味である。 この温度を保つことによって、 ポリマーが実質的 に結晶化することなく加熱帯域に導かれ、 高延伸倍率の加熱延伸が可能 となる。
加熱帯域に導かれた紡出糸を、 加熱帯域において高延伸倍率で加熱延 伸する。 高延伸倍率とは、 ポリマーの種類によっても異なるが、 例えば.
1 0倍以上の延伸倍率、 好ま しく は 1 5倍以上の延伸倍率である。 この ような高い延伸倍率は、 従来法では達成できなかった。 また、 より高い 延伸倍率を得るためには、 加熱帯域の最適な温度範囲を検討することが 好ま しい。 この最適な温度範囲は、 ポリ マーの種類によって異なる。 続 いて、 延伸糸を巻き取る。 次に、 本方法のナイ口ン系合成繊維の製造への適用について説明する c ナイロン系合成繊維を製造するには、 上記方法において、 ナイロン系 ポリマーを紡糸口金より紡出し、 前記ナイロン系ポリ マ一の溶融温度未 満かつ 1 0 0 °C以上の温度に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 1 0 0 °c以上の温度を保ったまま紡出糸を加熱帯域に導き、 加熱帯域におい て 3 5倍以上の延伸倍率で、 好ま しく は 4 0倍以上の延伸倍率で加熱延 伸すると良い。
ナイロン系ポリマ一の場合には、 加熱曳糸帯域の温度を前記ナイ口ン 系ポリマーの溶融温度未満かつ一般に 1 0 0 °C以上の温度に保持し、 1 0 0 °C以上の温度を保持したまま加熱帯域に導入することによって、 ポリマーの実質的な結晶化を防ぐことができ、 加熱帯域において 3 5倍 以上、 好ま しく は 4 0倍以上の高い延伸倍率の延伸が可能となる。
ナイロン系ポリマーと しては、 上述したように公知の種々のナイロン 系ポリマ一を用いることができるが、 ポリ 力プラ ミ ド （ナイロン 6 ) 、 ポリへキサメチレンアジパミ ド （ナイロン 6 6 ) 、 力プラ ミ ド繰り返し 単位及び/又はへキサメチレンアジパミ ド繰り返し単位を 8 0モル％以 上含むナイロン系コポリマ一が好ま しい。 コポリマーにおける共重合成 分は、 特に限定されない。
ナイロン系ポリマ一の種類によつて、 加熱曳糸帯域の好ましい温度、 及び加熱帯域の好ましい温度が異なる。
例えば、 ナイロン系ポリマ一としてポリ力プラミ ドを用いた場合には、 加熱曳糸部の温度を 1 2 0 °C以上 1 8 0 °C以下の範囲に保持し、 加熱帯 域の温度を 1 2 0 °C以上 1 4 0 °C以下の範囲に保持することが好ましい。 このような温度範囲とすることによって、 高い延伸倍率が得られ、 高引 張強度、 高引張弾性率及び低破断伸度を有するナイロン 6が得られる。 また、 ナイロン系ポリマ一としてポリへキサメチレンアジパミ ドを用 いた場合には、 加熱曳糸部の温度を 1 4 0 °C以上 2 1 4 °C以下の範囲に 保持し、 加熱帯域の温度を 1 7 0 °C以上 1 9 0 °C未満の範囲に保持する ことが好ましい。 このような温度範囲とすることによって、 高い延伸倍 率が得られ、 高引張強度、 高引張弾性率及び低破断伸度を有するナイ口 ン 6 6が得られる。
本発明の方法において、 加熱曳糸帯域は、 特に限定されないが、 紡糸 筒又は曳糸用加熱板により構成されることが好ましい。 また、 この帯域 に熱風を供給して高温雰囲気を保っても良い。
加熱帯域は、 加熱曳糸帯域の下流に設けられる。 加熱曳糸帯域を通過 した糸条の温度を下げないために、 加熱帯域と加熱曳糸帯域との距離は、 なるべく短い方が好ましい。 例えば 0〜 1 0 0 0 m m程度、 実際の製造 装置では例えば 2 0 0〜 1 0 0 0 m m程度である。 あるいは、 加熱曳糸 帯域及び加熱帯域の全体を加熱筒でおおつて、 両帯域を連続的に配置し てもよい。 この場合には、 両帯域間の距離は実質的に 0 m mとなる。 本発明の方法において、 加熱帯域は、 加熱帯域において、 あるいは加 熱帯域と巻取手段との間で延伸が行われるように構成されていればよく、 公知の加熱手段、 例えば、 特に限定されないが、 ヒ一 トロール、 加熱ピ ン、 ピン、 加熱筒、 加熱板等の加熱手段によって構成することができる。 また、 十分な延伸を行うため、 加熱帯域が複数の加熱帯域からなって いてもよく、 例えば第 1加熱帯域及び第 2加熱帯域からなっていてもよ い。
このような場合、 第 1加熱帯域が、 ヒー 卜ロール、 加熱ピン及びピン から選ばれる少なく とも 1種の加熱手段により構成されるとよい。 また、 第 2加熱帯域が、 加熱筒又は加熱板により構成されるとよい。
本発明の方法において、 延伸が主と して加熱帯域 （加熱帯域が第 1帯 域及び第 2帯域からなる場合には、 主として第 1加熱帯域） で行われて も良い。 また、 延伸が加熱帯域 （加熱帯域が第 1帯域及び第 2帯域から なる場合には、 主として第 1加熱帯域） と巻取手段との間で 3 5倍以上 の延伸倍率で行われても良い。 延伸がどこで行われるかは、 操作条件に よつて変更可能である。
本発明の方法において、 溶融紡糸口金から加熱帯域 （加熱帯域が第 1 帯域及び第 2帯域からなる場合には、 第 2加熱帯域） までの間に繊維油 剤 （オイル） 付与を行わないことが好ましい。 繊維油剤付与を行う場合 は、 （加熱帯域が第 1帯域及び第 2帯域からなる場合には、 第 2 ) 加熱 帯域よりも下流のいずれか、 例えば巻取りの直前で行う。 未延伸糸に繊 維油剤を付与すると、 繊維が冷却され結晶化が進むので、 これを回避す るために紡糸工程一延伸工程間では繊維油剤 （オイル） 付与を行わない ことが好ま しい。
また、 本方法において、 （加熱帯域が第 1帯域及び第 2帯域からなる 場合には、 第 2 ) 加熱帯域と巻取手段との間で、 又は延伸糸を巻き取つ た後に、 緊張又は定長熱処理して熱固定することも可能である。 緊張又 は定長熱処理は、 常法により行うことができる。
以上説明した本方法を、 ナイ口ン系合成繊維の製造へ適用することに よって、 引張強度が 1 0 g Z d以上、 引張弾性率が 4 0 0 g / d以上、 かつ破断伸度が 2 . 4 %以下であることを特徴とするナイ口ン系合成繊 維が得られる。 このような高引張強度、 高引張弾性率、 低破断伸度のナ ィ口ン系合成繊維はこれまで知られていない。 このナイ口ン系合成繊維 は、 複合材料などの補強用繊維と して特に有用である。
また、 ナイロン系ポリマーの種類によって、 好ま しい温度の加熱曳糸 帯域、 及び好ま しい温度の加熱帯域で、 紡糸延伸操作を行う ことにより、 引張強度が 1 3 g Z d以上、 引張弾性率が 8 0 0 g Z d以上、 かつ破断 伸度が 1 . 6 %以下であるナイロン系合成繊維が得られる。 さ らに、 弓 I 張強度が 1 4 g Z d以上、 引張弾性率が 1 0 0 0 g / d以上、 かつ破断 伸度が 1 . 5 %以下であるナイ口ン系合成繊維が得られる。
ナイ口ン系合成繊維と しては、 原料ポリマ一の種類に応じて種々のも のが得られるが、 ポリ カプラ ミ ド （ナイロン 6 ) 、 ポリへキサメチレン アジパミ ド （ナイロン 6 6 ) 、 力プラ ミ ド繰り返し単位及び Z又はへキ サメチレンアジパミ ド繰り返し単位を 8 0モル％以上含むナイロン系コ ポリマ一からなる繊維が有用である。
本発明の製造方法によれば、 溶融ポリマ一を紡糸口金より紡出し、 高 温雰囲気に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 冷却することなく紡出 糸を加熱帯域に導き、 ポリマーが実質的に結晶化することを防ぐので、 加熱帯域において高延伸倍率で加熱延伸することができる。 その結果、 高延伸された高強度 · 高弾性率の合成繊維を製造することができる。 こ のように、 本発明の製造方法によれば、 非常に簡単な装置構成及び操作 法で、 低コス トで高強度 · 高弾性率の合成繊維を製造することができる。 本発明の製造方法においてナイロン系ポリマ一を用いると、 高引張強 度、 高引張弾性率及び低破断伸度を有するナイ口ン系合成繊維が得られ る。 発明を実施するための形態
次に、 図 1を参照して、 本発明をより具体的に説明する。
図 1 は、 本発明の製造方法を実施するための紡糸延伸装置の一例の概 略を示す図である。
図 1 において、 溶融押し出し機構は主として、 溶融ポリマ一を供給す るためのェクス トル一ダ（1 ) 、 吐出量を正確に制御するためのギヤボン プ（2) 、 及び紡糸口金（3) により構成されている。
紡糸口金（3) 直下には、 加熱曳糸帯域として、 長さ 2 0 0〜 1 0 0 0 m m程度の空気浴加熱筒（4) が設けられている。 この加熱筒（4) は、 ヒ —タ一（5) により加熱されるように成されている。
加熱筒（4) の下方には、 2 0〜 2 0 0 m m程度の距離（い をおいて、 第 1加熱帯域としてのヒー トロール（7) 及び（8) が設けられている。 距離（L) は、 実際の製造装置では例えば 2 0 0 - 5 0 0 m m程度であつ てもよい。 ヒ一 トロール（7) 及び（8) は、 直径 2 0〜 1 5 0 m m程度、 奥行き 1 0 0 m m程度の円筒形状のものであり、 通常 2個用いる。
ヒー トロール（8) の直ぐ下方には、 第 2加熱帯域としての長さ 3 0 0 〜 2 0 0 0 m m程度の空気浴加熱筒（9) が設けられている。 加熱筒の代 わりに加熱板を採用してもよい。
加熱筒（9) の下方には、 ガイ ドロール（10)が配され、 さらに巻取り機 ( 11 )が設けられている。 なお、 ガイ ドロールは、 適宜配置することがで さる。
このような構成の装置を用いて、 溶融ポリマーを紡糸口金（3) より紡 出し、 高温雰囲気に保持された加熱筒（4) 内を通過させ、 冷却すること なく紡出糸（Y) をヒー トロール（7) 及び（8) に導き、 ポリマーが実質的 に結晶化することを防ぐ。 そして、 ヒー トロール（7) 及び（8) の間で、 あるいはヒ一 トロール（7) 及び（8) と巻取り機（1 1 )との間で、 高延伸倍 率で加熱延伸する。
例えば、 ポリ力プラミ ドを用いた場合には、 加熱筒（4) 内温度を
1 2 0 °C以上 1 8 0 °C以下、 例えば 1 4 0 °Cとして、 ヒー トロール（7) (8) の表面温度及び加熱筒（9) の温度を 1 2 0 °C以上 1 6 0 °C以下、 好ましく は 1 2 0 °C以上 1 4 0 °C以下、 特に好ましく は 1 2 7 °C以上
1 3 8 °C以下として、 3 5倍以上の延伸倍率、 好ましく は 4 0倍以上の 延伸倍率で延伸し、 高引張強度、 高引張弾性率及び低破断伸度を有する ナイロン 6が得られる。
また、 ポリへキサメチレンアジパミ ドを用いた場合には、 加熱筒（4) 内温度を 1 4 0 °C以上 2 1 4 °C以下、 例えば 2 0 0 °Cと して、 ヒ一 トロ ール（7) 及び（8) の表面温度を 1 7 0 °C以上 1 9 0 °C未満として、 加熱 筒（9) の温度を 1 7 0 °C以上 2 0 0 °C以下として、 3 5倍以上の延伸倍 率、 好ましく は 4 0倍以上の延伸倍率で延伸し、 高引張強度、 高引張弾 性率及び低破断伸度を有するナイロン 6 6が得られる。
なお、 糸をヒー トロール（7) 及び/又は（8) に数回周回させてもよい。 また、 加熱筒（9) と巻取り機（11 )との間で緊張又は定長熱処理して熱固 定してもよいし、 又は延伸糸を巻き取った後に、 別工程で緊張又は定長 熱処理して熱固定してもよい。
また、 本発明の製造方法を実施するために、 図 9に示す紡糸延伸装置 を用いることも可能である。 すなわち、 図 9は、 本発明の製造方法を実 施するための紡糸延伸装置の一例の概略を示す図である。
図 9において、 ェクス トルーダ（1 ) 、 ギヤポンプ（2) 、 及び紡糸口金 (3) により構成される溶融押し出し機構は図 1のものと同じである。 紡糸口金（3) 直下には、 加熱曳糸帯域として、 ヒーター（16)を備えた 加熱筒（15)が設けられている。 第 1加熱帯域として、 加熱筒（15)の直ぐ 下流に連続的に加熱筒（17)が設けられている。 加熱筒（17)は、 ヒーター (18)により加熱されるように成され、 加熱筒（17)の内部には、 熱ローラ — (21) (22) (23)が配されている。 そして、 第 2加熱帯域として、 加熱筒 (17)の直ぐ下流に連続的に加熱筒（19)が設けられ、 加熱筒（19)はヒータ ― (20)を備える。
加熱筒（19)の下方には、 ガイ ドロール（24)が配され、 さらに巻取り機 (25)が設けられている。
このような構成の装置を用いて、 溶融ポリマ一を紡糸口金（3) より紡 出し、 高温雰囲気に保持された加熱筒（15)内を通過させ、 直ぐに加熱筒 (17)内に導き、 ポリマーが実質的に結晶化することを防ぐ。 そして、 熱 ローラ一（21) (22) (23)の間で、 あるいは熱ローラー（21 ) (22) (23)と巻取 り機（25)との間で、 高延伸倍率で加熱延伸する。
本発明の製造方法を実施するために、 2つの紡糸延伸装置例を示した 力 この他にも種々の紡糸延伸装置が考えられる。 実施例
以下に、 実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、 本発明は これらに限定されるものではない。
実施例においては、 図 1 に示す装置を用いて紡糸延伸を行った。 また、 引張強度、 引張弾性率及び破断伸度の測定は、 A S T Mメ ソ ッ ド D 3 3 7 9 - 7 5 ( 1 9 7 5 ) に従って行った。
[実施例 1 一ナイロン 6の製造]
ナイロン 6 ポリマ一チップ （メル トイ ンデッ クス （M l ) = 6 . 5 g Z分、 市販品 （東洋紡社製）.） を使用して、 以下の条件で紡糸延伸を 行った。 1. 紡糸延伸条件
( 1 ) フィ ラメ ン 卜の巻取り速度 ： 2 0 0〜 6 0 0 mZ分
( 2 ) フィ ラメ ン ト数： 8、 単糸繊度 ： 1 . 1 6 ~ 3. 3 5デニール
( 3 ) ポリマ一吐出量： 0. 1〜 0. 6 gZ分/ホール
( 4 ) ギヤポンプ（2) 及び紡糸口金（3) の温度 ： 2 5 0 °C
( 5 ) 加熱曳糸帯域一加熱筒（4) 温度 ： 1 4 0 °C、 長さ ： 4 0 0 mm
( 6 ) 距離（い : 5 0 mm
( 7 ) 第 1加熱延伸帯域一延伸ロール（7) 及び（8) (共に直径 3 0 mm 奥行き 7 0 mm)
延伸ロール（7) 及び（8) の温度 ： 1 2 0 °C、 1 2 6 °C、 1 3 0 °C、 1 3 3 °C、 1 3 5 °C、 又は 1 3 9 °C
延伸ロール（7) 及び（8) の表面速度： 1 O mZ分
( 8 ) 第 2加熱延伸帯域一加熱筒（9) 温度 ： 1 2 0 °C、 1 2 6 °C、 1 3 0 °C、 1 3 3 °C、 1 3 5 °C、 又は 1 3 9 °C (延伸ロール（7) 及び (8) とそれぞれ同温度） 、 長さ ： 約 5 0 0 mm
2. 延伸ロール（7) (8) 及び加熱筒（9) 温度と最大延伸倍率について 延伸ロール（7) (8) 及び加熱筒（9) 温度 （以下、 両者の温度を延伸温 度という） を変化させた時に最大延伸倍率は、 表 1 に示す値であった。 また、 図 2に、 延伸温度と最大延伸倍率の関係をグラフ化して示す。
表 1 延伸温度 （°C ) 最大延伸倍率 （倍）
1 2 0 1 2
1 2 6 2 6
1 3 0 7 6
1 3 3 8 2
1 3 5 5 9
1 3 9 3 9
表 1及び図 2から、 上記条件で加熱曳糸帯域の温度を 1 4 0 °Cとした 場合には、 1 2 0 °C〜 1 4 0 °Cの延伸温度で 1 2倍以上の延伸倍率が得 られた。 特に延伸温度を 1 2 7 °C以上 1 3 8 °C以下の範囲とすると、 4 0倍以上という特異的に高い延伸倍率が得られることが明らかになつ た。
3 . 延伸倍率と繊維特性について
そこで、 次に、 1 3 3 °Cの延伸温度で、 延伸倍率を 2 1倍、 4 1倍、 5 1倍、 6 0倍に変化させて、 ナイロン 6を製造した。
得られたナイロン 6の引張強度、 引張弾性率、 破断伸度の各物性値を 測定したところ、 表 2に示す結果であった。 また、 図 3に、 延伸倍率と 引張強度の関係を示す。 図 4に、 延伸倍率と引張弾性率の関係を示す。 図 5に、 延伸倍率と破断伸度の関係を示す。 表 2 ： ナイ ロ ン 6の物性値 延伸温度 ： 1 3 3 °C
Figure imgf000020_0001
表 2及び図 3〜 5から、 延伸倍率を高くするほど、 高引張強度、 高引 張弾性率、 低破断伸度のナイロン 6が得られた。 特に、 延伸倍率を 4 1 倍以上にすると、 引張強度 1 0 g/ d以上、 引張弾性率 4 0 0 g/d以 上、 破断伸度 2. 4 %以下のナイロン 6が得られた。
[実施例 2—ナイ ロ ン 6 6の製造]
ナイ ロ ン 6 6 ポ リマ一チッ プ （メ ノレ トイ ンデッ クス （M l ) = 4. 5 gZ分、 市販品 （東洋紡社製） ） を使用して、 以下の条件で紡糸延伸を 行った。
1. 紡糸延伸条件
( 1 ) フィ ラメ ン トの巻取り速度 ： 2 0 0〜 6 0 0 mZ分
( 2 ) フィ ラメ ン ト数 ： 8、 単糸繊度 ： 2. 1〜 6. 8デニール
( 3 ) ポリマ一吐出量 ： 0. 1 〜 0. 6 gZ分 Zホール ( 4 ) ギヤポンプ（2) 及び紡糸口金（3) の温度 ： 2 8 0 °C
( 5 ) 加熱曳糸帯域一加熱筒（4) 温度 ： 2 0 0 °C、 長さ ： 4 0 0 mm
( 6 ) 距離（い : 5 0 mm
( 7 ) 第 1加熱延伸帯域一延伸ロール（7) 及び（8) (共に直径 3 0 mm, 奥行き Ί 0 mm)
延伸ロール（7) 及び（8) の温度 ： 1 6 0 °C、 1 7 0 °C、 1 8 0 °C、 又 は 1 9 0 °C
延伸ロール（7) 及び（8) の表面速度 ： 1 0 mZ分
( 8 ) 第 2加熱延伸帯域—加熱筒（9) 温度： 2 0 0 °C、 長さ ： 5 0 0 m m
2. 延伸ロール（7) (8) 温度と延伸倍率について
延伸ロール（7) (8) 温度 （以下、 この温度を延伸温度という） を変化 させた時の延伸倍率の変化を図 6に示す。 すなわち、 図 6は、 延伸温度 と延伸倍率の関係を示すダラフである。
図 6から、 上記条件で加熱曳糸帯域の温度を 2 0 0 °Cとした場合には、 1 6 0 °C以上 1 9 0 °C未満の延伸温度で 1 1倍以上の延伸倍率が得られ た。 特に延伸温度を 1 7 0 °C以上 1 9 0 °C未満の範囲とすると、 1 5倍 以上の高い延伸倍率が得られ、 1 8 0 °C近傍の延伸温度では 4 0倍以上 の特異的に高い延伸倍率が得られることが明らかになつた。
3. 延伸倍率と繊維特性について
そこで、 次に、 1 8 0 °Cの延伸温度 （延伸ロール（7) (8) 温度） で、 延伸倍率を 1 5倍、 3 7倍、 4 2. 5倍、 4 8. 5倍に変化させて、 ナ ィロン 6 6を製造した。
得られたナイロン 6 6の引張強度、 引張弾性率、 破断伸度の各物性値 を測定したところ、 表 3に示す結果であった。 また、 図 7に、 延伸倍率 と引張強度の関係を示す。 図 8に、 延伸倍率と引張弾性率の関係を示す ( 表 3 : ナイロン 6 6の物性値 延伸温度 ： 1 8 0で
Figure imgf000022_0001
表 3及び図 7 〜 8から、 延伸倍率を高くするほど、 高引張強度、 高引 張弾性率、 低破断伸度のナイロン 6 6が得られた。 特に、 延伸倍率を 4 2 . 5倍以上にすると、 引張強度 1 3 g Z d以上、 引張弾性率 8 0 0 g Z d以上、 破断伸度 1 . 6 %以下のナイロン 6 6が得られた。 以上、 実施例 1及び 2は、 ナイロン系合成繊維の製造例であり、 加熱 曳糸帯域の温度や長さ、 加熱曳糸帯域と加熱帯域との距離（L) 、 加熱帯 域の温度等の種々の条件を最適化することによって、 さらに高物性値を 有するナイロン系合成繊維が得られるであろう。 また、 本発明の製造方 法は、 溶融紡糸可能なすべての繊維形成性ポリマーに適用することが可 能である。 そのため、 前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、 限定的に解釈してはならない。 さらに、 請求の範囲の均等範囲に属する 変更は、 すべて本発明の範囲内のものである。 産業上の利用可能性
本発明の合成繊維の製造方法によれば、 上述のように、 ポリマーを実 質的に結晶化させることなく紡出糸を加熱帯域に導き、 加熱帯域におい て高延伸倍率で加熱延伸するので、 従来得られなかった高延伸された高 強度 ·高弾性率の合成繊維を製造することができる。
また、 本発明の製造方法によれば、 上記高強度 ·高弾性率の合成繊維 を、 非常に簡単な装置構成及び操作法で、 低コス トで製造することがで きる。
本発明の製造方法は、 溶融紡糸可能なすべての繊維形成性ポリマーに 適用することが可能である。 ナイロン系ポリマーに適用すると、 引張強 度 1 0 g Z d以上、 引張弾性率 4 0 0 g / d以上、 かつ破断伸度 2 . 4 %以下であるナイ口ン系合成繊維が得られる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマーを溶融紡糸して合成繊維 を製造する方法であって、
溶融された繊維形成性ポリマ一を紡糸口金より紡出し、 紡糸口金直下 の高温雰囲気に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 紡出糸を冷却する ことなく加熱曳糸帯域下流の加熱帯域に導き、 加熱帯域において高延伸 倍率で紡出糸を加熱延伸して、 巻取手段を用いて延伸糸を巻き取ること を含む、 合成繊維の製造方法。
2 . 溶融された繊維形成性ポリマ一を紡糸口金より紡出し、 前記 繊維形成性ポリマーの溶融温度 （T m ) 未満かつ紡出されたポリマーが 実質的に結晶化しない温度範囲 （Δ Τ ) の温度に保持された加熱曳糸帯 域を通過させ、 T m — I Δ Τ I 以上の温度を保ったまま紡出糸を加熱帯 域に導き、 加熱帯域において高延伸倍率で紡出糸を加熱延伸することを 含む、 請求の範囲第 1項に記載の合成繊維の製造方法。
3 . 溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマーが、 ナイロン系ポリマー、 ポリエステル、 ポリオレフイ ン、 サーモ ト口ピッ ク液晶性ポリマ一から なる群から選ばれる、 請求の範囲第 1項に記載の合成繊維の製造方法。
4 . 溶融紡糸可能な繊維形成性ポリマ一が、 プレンドボリマ一で ある、 請求の範囲第 1項に記載の合成繊維の製造方法。
5 . 延伸倍率が 1 0倍以上である、 請求の範囲第 1項に記載の合 成繊維の製造方法。
6 . ナイロン系ポリマーを紡糸口金より紡出し、 前記ナイロン系 ポリマーの溶融温度未満かつ 1 0 0 °C以上の温度に保持された加熱曳糸 帯域を通過させ、 1 0 0 °C以上の温度を保ったまま紡出糸を加熱帯域に 導き、 加熱帯域において 3 5倍以上の延伸倍率で紡出糸を加熱延伸する ことを含む、 請求の範囲第 1項に記載の合成繊維の製造方法。
7 . ナイ ロ ン系ポリマーが、 ポリ力プラ ミ ド （ナイ ロ ン 6 ) 、 ポ リへキサメチレンアジパミ ド （ナイロン 6 6 ) 、 及び力プラ ミ ド繰り返 し単位及び Z又はへキサメチ レンアジパミ ド繰り返し単位を 8 0 モル％ 以上含むナイロン系コポリマーからなる群から選ばれる少なく とも 1種 である、 請求の範囲第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
8 . ナイロン系ポリマ一と してポリ力プラ ミ ドを用いて、 加熱曳 糸帯域の温度を 1 2 0 °C以上 1 8 0 °C以下の範囲に保持し、 加熱帯域の 温度を 1 2 0 °C以上 1 4 0 °C以下の範囲に保持する、 請求の範囲第 6項 に記載の合成繊維の製造方法。
9 . ナイロン系ポリマ一と してポリへキサメチレンアジパミ ドを 用いて、 加熱曳糸帯域の温度を 1 4 0 °C以上 2 1 4 °C以下の範囲に保持 し、 加熱帯域の温度を 1 7 0 °C以上 1 9 0 °C未満の範囲に保持する、 請 求の範囲第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
1 0 . 加熱曳糸帯域が、 钫糸筒又は加熱板により構成される、 請 求の範囲第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
1 1 . 加熱帯域が、 第 1加熱帯域及び第 2加熱帯域からなる、 請 求の範囲第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
1 2 . 第 1加熱帯域が、 ヒ一 トロール、 加熱ピン及びピンから選 ばれる少なく とも 1種の加熱手段により構成される、 請求の範囲第 1 1 項に記載の合成繊維の製造方法。
1 3 . 第 2加熱帯域が、 加熱筒又は加熱板により構成される、 請 求の範囲第 1 1項に記載の合成繊維の製造方法。
1 4 . 延伸が主として加熱帯域で行われる、 請求の範囲第 6項に 記載の合成繊維の製造方法。
1 5 . 加熱帯域と巻取手段との間で 3 5倍以上の延伸倍率で延伸 する、 請求の範囲第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
1 6. 溶融紡糸口金から加熱帯域までの間に繊維油剤 （オイル） 付与を行わない、 請求の範囲第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
1 7. 加熱帯域と巻取手段との間で、 又は延伸糸を巻き取った後 に、 緊張又は定長熱処理して熱固定することが可能である、 請求の範囲 第 6項に記載の合成繊維の製造方法。
1 8. 溶融された繊維形成性ポリマーを紡糸口金より紡出し、 紡 糸口金直下の高温雰囲気に保持された加熱曳糸帯域を通過させ、 紡出糸 を冷却することなく加熱曳糸帯域下流の加熱帯域に導き、 加熱帯域にお いて高延伸倍率で紡出糸を加熱延伸して、 巻取手段を用いて延伸糸を巻 き取ることを含む方法により製造された合成繊維。
1 9. 引張強度が 1 0 gZd以上、 引張弾性率が 4 0 0 gZd以 上、 かつ破断伸度が 2. 4 %以下である、 ナイ ロン系合成繊維。
2 0. 引張強度が 1 3 g/d以上、 引張弾性率が 8 0 0 gZd以 上、 かつ破断伸度が 1. 6 %以下である、 請求の範囲第 1 9項に記載の ナイ口ン系合成繊維。
2 1. 引張強度が 1 4 gZ d以上、 引張弾性率が 1 0 0 0 gZd 以上、 かつ破断伸度が 1. 5 %以下である、 請求の範囲第 1 9項に記載 のナイ口ン系合成繊維。
2 2. ナイ口ン系合成繊維が、 ポリ力プラ ミ ド （ナイロン 6 ) 、 ポリへキサメチレンアジパミ ド （ナイロン 6 6 ) 、 及び力プラ ミ ド繰り 返し単位及び Z又はへキサメチレンアジパミ ド繰り返し単位を 8 0モル %以上含むナイロン系コポリマーからなる群から選ばれるナイ口ン系ポ リマ一からなる、 請求の範囲第 1 9〜 2 1項のうちのいずれか 1項に記 載のナイ口ン系合成繊維。
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