JP2013119689A

JP2013119689A - 耐摩耗性ポリエステル繊維

Info

Publication number: JP2013119689A
Application number: JP2011269035A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Morishima; 一博森島
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2013-06-17

Abstract

【課題】溶融紡糸により得られたポリエステル繊維の構造を最適化し、耐摩耗性が改善された、衣料用、産業資材用織編物に最適な耐摩耗性ポリエステル繊維を提供すること。
【解決手段】エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルからなり、固有粘度が0.7〜1.5以下のポリエステル繊維であって、下記(1)〜(4)を同時に満足するポリエステル繊維を得る。
(1) 破断強度が4.5〜7.0 cN/dtex
(2) Δnが0.15〜0.20
(3) 結晶化度が30〜50%
(4) 結晶サイズが30〜50オングストローム
【選択図】なし

Description

本発明は、耐摩耗性に優れたポリエステル繊維に関するものであり、さらに詳しくは、衣料用、産業資材用を問わず、織編物とした際に優れた耐摩耗性を発現させることが可能な耐摩耗性ポリエステル繊維に関するものである。

ポリエチレンテレフタレートを主体とするポリエステル繊維は、力学特性と成型加工性は元より、耐熱性、耐薬品性などに優れた性能を示し、産業資材、衣料用分野に幅広く利用されている。

一方で、ポリエステル繊維はナイロンなどのポリアミド繊維と比較して耐摩耗性が低く、それを改善する為の種々の検討が行われてきた。例えば製糸方法を工夫して寸法安定性と耐疲労性を向上させたものが提示されている(特許文献1)。しかしこういった製法で得られた糸は繊維軸方向の強度は高いが、繊維軸と直交する方向など他の方向からの外力には弱く、衣料用などに想定される全方向から摩耗が生じる場合には十分な耐摩耗性を得ることができない。

また、耐摩耗性が良好な衣料用織物として、ポリエステルの繊度や極限粘度を規定したものが提示されている(特許文献2)。ここでは配向度や結晶化度が好ましい範囲として規定されているが、それだけではより過酷な状況が連続的に発生しうる産業資材における耐摩耗性には不十分である。

さらに、繊維引張り時の特定伸度範囲の荷伸曲線を規定し耐摩耗性を向上させるという繊維が提示されている(特許文献3)。これにより繊維を摩耗させるような外力に対しある程度の衝撃吸収能が発現される可能性はあるが、これも繊維軸方向に対する改良であり、繊維軸と直行する方向など他の方向からの外力には何ら考慮されておらず不十分である。

特開平４−２４５９１３号公報特開２０１０−１６８６７５号公報特開２０１０−１６８６８５号公報

本発明は、溶融紡糸により得られたポリエステル繊維の構造を最適化し、耐摩耗性が改善された、衣料用、産業資材用織編物に最適な耐摩耗性ポリエステル繊維を提供することをその目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、特に、ポリエステル繊維の強度、配向度、結晶化特性を特定範囲に規定することにより、上記目的が達成できることを究明し、本発明に到達した。

即ち、本発明によれば、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルからなり、固有粘度が0.7〜1.5以下のポリエステル繊維であって、下記(1)〜(4)を同時に満足することを特徴とする耐摩耗性ポリエステル繊維が提供される。
(1) 破断強度が4.5〜7.0 cN/dtex
(2) Δnが0.15〜0.20
(3) 結晶化度が30〜50%
(4) 結晶サイズが30〜50オングストローム

本発明によれば、衣料用、産業資材用いずれの用途にも好適な、織編物とした際に優れた耐摩耗性を発現させることが可能な耐摩耗性ポリエステル繊維を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明に用いられるポリエステルは、その繰り返し単位の90モル%以上、好ましくは95モル%以上がエチレンテレフタレートで構成された重合体である。10モル%未満の他の成分が共重合されているものでも良く、共重合成分としては例えば酸成分としては、イソフタル酸、フタル酸、アジピン酸、シュウ酸、セバシン酸、グルタル酸、ピメリン酸、フマル酸、コハク酸、ナフタレンジカルボン酸の様な2塩基酸を挙げることができる。また、安息香酸、パラオキシ安息香酸のような配向結晶抑制剤、酢酸、プロピオン酸の様な重合度調節剤を含んでいても良い。

一方、グリコール成分としては炭素数2〜10のポリエチレングリコール、例えばトリメチレングリコール、ブチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール等が使用される。また、改質剤として5-オキシジメチルヘキサヒドロイソフタレート、ベンゼン-1,3,5-トリカルボン酸等を少量含むものでも良い。さらに、安定剤、着色剤、制電剤などの添加剤が含まれていても差し支えない。

本発明のポリエステル繊維の固有粘度は0.7以上1.5以下であることが必要である。固有年度が0.7未満では、強度、耐摩耗性などの力学的特性が不十分なものとなる。また、固有粘度が1.5を超えると原糸の紡出時に口金直下での糸切れが頻発し、安定した紡糸が困難となる。また、延伸時にも単糸切れが発生しやすく工程安定性に劣るものとなる。

本発明のポリエステル繊維は、下記(1)〜(4)を同時に満足している必要がある。
(1) 破断強度が4.5〜7.0 cN/dtex
(2) Δnが0.15〜0.20
(3) 結晶化度が30〜50%
(4) 結晶サイズが30〜50オングストローム

上記(1)〜(4)を満たしていないと耐摩耗性に劣るものとなる。即ち、破断強度が4.5cN/dtex未満であると、元来の引張り強度が不十分な為、摩耗時に糸切れが発生しやすくなり、他方、破断強度が7.0cN/dtexを超えると繊維軸方向の引張強度が高くなりすぎ、他方向からの摩耗に弱くなる。
また、Δnが0.15未満であると繊維としての構造が十分でない為、耐摩耗性に劣るものとなり、一方、Δnが0.20を越えると強度と同様に他方向からの力に弱いものとなる。

さらに、結晶化度が30%未満であると、繊維表面の緻密性が下がるので耐摩耗性が下がり、一方、結晶化度が50%を超えると、これも他方向からの力に弱いものとなる。結晶サイズも同様で、30オングストローム未満であると、繊維表面の緻密性が下がるので他方向からの外力に弱くなり、一方で50オングストロームを超えると、繊維内の構造差が激しくなり逆に脆くなる。

従って、本発明のポリエステル繊維は、繊維をある程度の範囲で配向させ、繊維軸方向の強力と他方向からの力に対応できるフレキシブル性を持たせ、かつ結晶を適度に発達させることにより繊維表面に緻密な構造を形成し、摩耗力に抗する構造とするところに特徴がある。

上記本発明のポリエステル繊維を製造するための好ましい方法としては、例えば、ポリエステルチップを溶融し、口金からポリマーを吐出して溶融押出して紡糸するにあたり、口金直下の雰囲気を積極加熱したゾーンを用い、このゾーンを経由した繊維状ポリマーメルト流を冷却し、油剤付与した後、得られた未延伸繊維を引取りローラーを経由して巻取り、次いてこれを延伸する方法あるいは前記方法において引取りローラーにより引き取られた繊維を巻き取ることなくただちに延伸する方法などを例示することができる。

この際、強力の強い繊維を得るためには、一般的に低紡糸速度で得られた未延伸糸を高倍率で延伸するという技術手段が取られる。この方法により得られた原糸はその非晶部が均一に延伸されているため高い原糸強度を示すが、その原糸の耐熱性は低く、また原糸表面配向が高いため摩耗によりフィブリル化しやすいという欠点を持っている。

一方、高紡糸速度で得られた未延伸糸を延伸することで結晶サイズの大きい繊維構造を得ることができ、原糸の耐熱性を向上させ、原糸表面配向を低くすることで耐フィブリル性を向上させることが知られているが、得られた原糸の強度は低いものとなる。

この原糸の高強度化と耐摩耗性向上という相反する性能を両立するために鋭意検討した結果、ポリエステル原糸の配向性の代用特性である△ｎ、および結晶化度、結晶サイズを制御することにより、優れた耐摩耗性を発現させることが可能な、衣料、産業資材用布帛に適した原糸を得ることができることを見出した。

本発明のポリエステル繊維の単糸繊度は、1〜4dtexであることが好ましい。単糸繊度が1dtex未満の場合、この繊維から作られる布帛材料が破断しやすく、かつ摩耗しやすくなるという不都合を生じ、また、単糸繊度が4dtexより大きくなると、この繊維から作られた布帛材料が過度に粗剛になるという不都合を生ずる。

次に、本発明を実施例によって本発明を更に具体的に説明する。なお、実施例中の評価、測定は次のとおり実施した。

(1) 固有粘度
o-クロロフェノール溶液中、1.2g/100mlの濃度、および35℃の温度において、繊維の固有粘度([η]f)を測定した。

(2) 繊維破断強度
20℃、65%RHの雰囲気下で引張試験機により、試料長20cm、速度20cm/分の条件で測定したときの、破断時の強力を繊度で除し、測定数を5としてその平均を求めた。

(3) 複屈折率
干渉顕微鏡（カールツァイスイエナ社製インターファコ干渉顕微鏡）を用い、干渉縞法により求めた。浸漬液は所望の屈折率としたものを用いた。得られた干渉縞の写真から、干渉縞の間隔及びそのずれから屈折率を下記式より算出した。
λｄ/Ｄ=（n−N）ｔ
ただし、d：干渉縞のずれ、D：干渉縞の間隔、λ：測定光源波長、ｎ：サンプルの屈折率、N：溶液の屈折率、ｔ：サンプルの線径とする。

(4) 結晶化度及び結晶サイズ
広角Ｘ線回折法により、理学電気社製Ｘ線発生装置（RAD-3A型）を用い、ニッケルフィルターで単色化したCu-Kα線で散乱強度を測定し、次式により[010]面の結晶化度を算出した。
結晶化度 Xc＝結晶部の散乱強度／全散乱強度×100 （%）
また、結晶サイズは反射の半値幅から下記式(Scherrerの式)を用いて算出した。
結晶サイズ L = λ／β₀ｃｏｓθ_B(Å)
λ：X線の波長（1.5418Å）、θ_B：ブラッグ角、β₀：（β_E ²−β_I ²）^1/2、β_E：半値幅の測定値、
β_I：装置定数（1.046×10^-2）

(5) 耐摩耗性
24ゲージの筒編み機にてポリエステル延伸糸の筒編みを目付150g/分にて作成し、JIS L-1096に規定されるマーチンデール法により5000回磨耗させた後の布帛の表面状態を観察し、その摩耗度合いから1(不良)〜4(良)の4段階にて判定した。

実施例1
固有粘度が0.99のポリエチレンテレフタレートを300℃で溶融し、丸断面の吐出孔を有する紡糸口金から溶融ポリマーを吐出した。吐出された糸条は、冷風にて冷却後、オイリングノズルにて油剤を付与し2500m/分、表面温度90℃の第1ホットローラー1、速度4000m/分、表面温度100℃の第2ホットローラー2、速度4800m/分、表面温度145℃の第3ホットローラー3、速度4700ｍ/分のゴデッドローラー4を介した後、捲取機5にて84dｔｅｘ/36フィラメントのポリエステルフィラメントを巻き取った。
この時のトータル延伸倍率は1.88倍（ゴデッドローラー4の速度/ホットローラー1の速度）、オーバーフィード率は2%（ゴデッドローラー4の速度／ホットローラー3の速度）とした。
得られたポリエステルの破断強度：5.8cN/dtex、伸度：22%、[η]f；0.83、Δn；0.173であり、製糸性も良好であった。得られたポリエステル繊維の物性評価結果を表1に示す。この繊維を用いて作成した筒編は、軽量感、嵩高性に優れたものであった。

実施例2
実施例1において、得られるポリエステル延伸糸の繊度とフィラメント数を表1の通り168dtex/48フィラメントと変更した以外は、実施例1と同様の方法にてポリエステルフィラメントを得た。得られたポリエステル繊維の物性評価結果を表1に示す。筒編みでの耐摩耗性評価も良好であった。

比較例1〜2
実施例1において、用いた原料ポリマーの固有粘度を変更し、得られた延伸糸の[η]fを表１の通り変更した以外は、実施例１と同様の方法にて得たもの、及び実施例1と紡糸後の延伸条件を変更した以外は実施例1と同様の方法にて得たものをそれぞれ比較例１、2として表1に物性評価結果を示す。
比較例1は固有粘度が低く、得られる延伸糸を用いた筒編みの耐摩耗性が不十分であり、比較例2では強度、および配向度が本発明範囲から外れており、耐摩耗性も不十分なものとなった。

比較例3〜5
実施例1において、紡糸速度を1500m/分とし、延伸倍率を変更したもの、さらに、オーバーフィード率を上げて弛緩熱処理を強化したもの、延伸倍率を下げ熱セットを行わないものの物性評価結果をそれぞれ比較例3、4、5として表1に示す。
比較例3は強度は高いものの配向が進みすぎており、比較例4も同様に強度は高いが結晶サイズが大きく本発明範囲から外れており、耐摩耗性は不十分なものとなった。また比較例5は結晶が十分発達しておらずこれも耐摩耗性が劣る結果となった。

比較例6
実施例1において、紡糸速度を4000m/分とし、延伸倍率を変更した以外は実施例1と同様にして得た延伸糸の物性、評価結果を比較例6として表1に示す。得られた延伸糸の配向度は低く、また結晶サイズが本発明の範囲を超えて大きいことにより耐摩耗性は不十分なものとなった。

本発明によれば、繊維の強度、配向度、結晶化度のみならず、結晶サイズが特定の範囲に制御され、繊維表面に緻密な構造が形成されたポリエステル繊維が得られるので、繊維軸方向だけでなく、あらゆる方向からの摩耗外力に対する耐性を向上させることができ、衣料用、産業資材用いずれの用途にも好適な、耐摩耗性ポリエステル繊維を提供することができる。

Claims

エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルからなり、固有粘度が0.7〜1.5以下のポリエステル繊維であって、下記(1)〜(4)を同時に満足することを特徴とする耐摩耗性ポリエステル繊維。
(1) 破断強度が4.5〜7.0 cN/dtex
(2) Δnが0.15〜0.20
(3) 結晶化度が30〜50%
(4) 結晶サイズが30〜50オングストローム
ポリエステル繊維が延伸されたポリエステル繊維である請求項１記載の耐摩耗性ポリエステル繊維。
ポリエステル繊維の単糸繊度が1〜4 dtexである請求項１又は２記載の耐摩耗性ポリエステル繊維。