JP3144003B2 - ポリエステル繊維の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業用の利用分野】本発明はポリエステル繊維の製造
法に関するものであり、詳しくは高強度、高弾性率およ
び熱寸法安定性にすぐれ、かつゴム中で高温に曝された
時の劣化が改良されたポリエステル繊維の製造法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリエステル繊維は、高強度、高弾性率
の特徴を有するため、例えばタイヤコード、伝動用ベル
ト、搬送用ベルト等のゴム補強資材、シートベルト、漁
網、安全ネット、縫糸、カバーシートおよびカバン地な
ど各種産業資材用途に広く用いられている。

【０００３】従来から、高強度、高弾性率ポリエステル
繊維の製造法としては、溶融紡糸して得た未延伸糸につ
いて、その未延伸糸の配向度に応じた適切な倍率を決
め、熱延伸する方法が採用されてきた。そして、熱延伸
の具体的な手段としては、高温のスチームを用いる方
法、高温の熱板やスリットを用いる方法、熱ロールを用
いる方法、および上記２種以上の方法を組合せる方法な
どが挙げられ、これらについては例えば特開昭５９−１
７１４号公報、特開昭６０−９４６１９号公報および特
開昭６３−１９６７１２号公報などが開示されている。
また、特開平３−１３７２１７〜２０号公報には低温プ
ラズマ中で延伸する方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上述した特開
昭５９−１７１４号公報、特開昭６０−９４６１９号公
報および特開昭６３−１９６７１２号公報などに記載さ
れた方法における熱延伸法は、ポリエステル繊維をその
ガラス転移温度以上で熱延伸するため、分子鎖が動き易
い状態で延伸することができ、高度に配向させることが
できるので、高強度、高弾性率のポリエステル繊維を製
造する方法として、実用的にすぐれた方法であると言え
る。

【０００５】ところで、最近の産業資材用ポリエステル
繊維に求められる品質レベルは、益々高くなっており、
一層の高強度、高弾性率のポリエステル繊維が要求され
ている。

【０００６】しかしながら、上述した従来のポリエステ
ル繊維の熱延伸法においては、高倍率に延伸して、高強
度、高弾性率化するほど熱収縮率が高くなり、寸法安定
性が低下すること、および熱延伸工程での分子鎖の切断
が無視できない程度におこり、目的とする高強度、高弾
性率が達せられないことなどの欠点があった。

【０００７】また、上述した従来のポリエステル繊維の
熱延伸法は、確かに分子鎖の易動性を高め、延伸し易く
する利点を有する筈であるが、同時に配向の進んだ部分
の結晶化を促進するため、分子鎖の配向を十分に高める
ことができない場合がある。とくに、最近のポリエステ
ル繊維の製造法の主流である高速紡糸で得た未延伸糸を
熱延伸する場合には、高配向化が達せられないうちに結
晶化が先行してしまうため、一旦形成された結晶構造を
破壊しながら延伸をしているというのが実態である。し
たがって、その結果として、延伸時に著しい分子鎖切断
が生じてしまう不具合が招かれるのである。

【０００８】また、高速紡糸で得た未延伸糸を、上述し
た従来の熱延伸法で延伸したポリエステル繊維の欠点
は、繊維の微細構造的観点からみると、非晶部の分子鎖
の配向度（以下非晶分子配向度と言う）分布が大きいこ
とによって生じていると考えることができる。すなわ
ち、非晶分子配向度分布が高いということは、例えば一
定の弾性率を達成するために、必要以上に高配向化した
分子鎖と、弛緩した分子鎖が混在していることになる。
そして、必要以上に高配向化した分子鎖の一部は切断し
たり、一方必要以上に弛緩した分子鎖の部分は低密度で
あるため、例えばゴム中で加熱された時、ゴム中の低分
子量アミン化合物や水分が該非晶部分に侵入し易く、劣
化され易いなどの欠点となっているのである。

【０００９】また、前記特開平３−１３７２１７〜２０
号公報に記載された、低温プラズマ中で延伸する方法で
は、高強度、高弾性率にもかかわらず低収縮率のポリエ
ステル繊維が得られる。しかしながら、この低温プラズ
マを用いる方法では、低温プラズマを発生させるため
に、雰囲気を５０Ｔｏｒｒ以下、さらには２０Ｔｏｒｒ
以下の低圧にする必要がある。したがって、そのための
真空容器、排気設備を必要とする上に、低圧条件に至る
までに長時間を要するので、著しくコスト高になるとい
う欠点があった。

【００１０】本発明は、上記した従来技術における問題
点を解決するためになされたものであり、その目的とす
るところは、高強度、高弾性率にもかかわらず低収縮率
であり、かつ高温下でのゴム中劣化の改良されたポリエ
ステル繊維を、低コストで効率よく製造する方法を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のポリエステル繊維の製造方法は、極限粘度
［η］が０．７以上で複屈折が１００×１０^-3以下のポ
リエステル繊維を、６０モル％以上の希ガス類元素を含
有する常圧雰囲気下の放電部分で、１．２〜８．０倍の
範囲内で延伸し、複屈折が１９０×１０^-3以上の高配向
度ポリエステル繊維となすことを特徴とする。

【００１２】また、本発明において、上記放電部分は、
少なくとも片側の電極表面が誘電体によって被覆された
１対の電極に印加された高電圧によって形成されること
を特徴とする。

【００１３】さらに、本発明において、上記放電部分を
形成する希ガス類元素は、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン、クリプトン、キセノンおよびラドンから選ばれた少
なくとも１種類であることを特徴とする。

【００１４】本発明の方法に用いるポリエステル繊維
は、未延伸糸または、好ましくは一部延伸してなる中間
配向糸などを用いる。

【００１５】すなわち、極限粘度［η］が０．７以上の
未延伸糸を、一旦、２０×１０^-3〜１００×１０^-3の複
屈折となるまで冷延伸、または１００℃以下の低温熱延
伸を行なって中間配向糸とした後、１．２〜８．０倍の
範囲内で延伸することにより、複屈折が１９０×１０^-3
以上の高配向度とすることによって、本発明のポリエス
テル繊維が得られる。これらの未延伸糸は、複屈折０〜
１００×１０^-3の範囲のものに相当するが、好ましくは
５×１０^-3〜８０×１０^-3の低配向糸ないし中間配向糸
である。

【００１６】これらのポリエステル中間配向糸の密度
は、１．３３〜１．３８ｇ／ｃｍ³ の範囲である。複屈
折が１００×１０^-3を越えるポリエステル繊維は、密度
が１．３８を越え、相当配向結晶化が進んでいるため、
本発明に係る方法を用いても、繊維構造に再編成するこ
とが難しく、目的とする高強度、高弾性率および熱寸法
安定性にすぐれ、ゴム中での高温に曝された時の劣化が
改良されたポリエステル繊維を得ることができない。

【００１７】本発明に係る方法によって得られるポリエ
ステル繊維を、高強度、高弾性率とするためには、高重
合度ポリマが適用され、この高重合度ポリマの極限粘度
［η］は、０．７以上、好ましくは０．８〜１．２の範
囲にあることが必要である。

【００１８】ポリマの極限粘度［η］が０．７未満の場
合、得られるポリエステル繊維の強度が満足し得る値と
ならないことがあり、極限粘度［η］を０．８〜１．２
の範囲内とすることによって、製糸性の良好な延伸条件
との組合せが容易になる。

【００１９】本発明の方法を実施する際に用いられる延
伸装置としては、例えば図１に示した装置が挙げられ
る。

【００２０】図１は、本発明の方法で用いられる延伸装
置の一例を示す縦断面概略図であり、Ｙは延伸処理を施
されるポリエステル繊維、５は印加する電圧を発生させ
るための電源を示す。

【００２１】上記装置における放電は、対向して設けら
れた金属などの導体電極１、２に高電圧を印加して発生
させるが、導体電極１、２は一方あるいは両方の表面が
誘電体３、４で被覆されたものを用いる。導体電極１、
２の表面を覆う誘電体３、４としては、ゴム、ガラスお
よびセラミックなどの、印加される電圧に対し十分な耐
電圧を持つものが選択されるが、とくにガラスおよびセ
ラミックの使用が好ましく、その厚さは０．１〜５mmの
範囲が好ましい。

【００２２】安定した放電を維持するためには、導体電
極１、２間の距離は５mm以下が好ましく、誘電体３、４
を介して両電極１、２が接触していてもよい。

【００２３】導体電極１、２に印加する電圧の周波数
は、５〜２０００ＫＨｚの範囲で選定するのが好まし
い。５ＫＨｚ未満では放電が開始しにくく、２０００Ｋ
Ｈｚより高い周波数では整合を取るのが難しい。より好
ましくは２０〜５００ＫＨｚである。導体電極１、２に
印加する電圧は、放電を安定したものにするため、１〜
１０ＫＶ、とくに１〜８ＫＶとすることが好ましい。

【００２４】本発明においては、雰囲気のガス組成が極
めて重要であり、上記装置を用いて希ガス元素類を６０
モル％以上含有する常圧雰囲気で放電する。このような
雰囲気での放電は、通常の火花放電（コロナ放電と呼ば
れる）ではなく、減圧下で起るグロー放電に似た放電に
なる。そして、希ガス元素類の含有率が高いほど上記の
放電は均一で安定したものになるため、好ましくは８０
モル％以上、とくに９０モル％以上含有するのが望まし
い。

【００２５】上記の放電は、火花放電に比較して、多く
の電力を放電に供給することができる。また、低温プラ
ズマ中での延伸と同様に、上記放電中で延伸を行うと、
延伸時の熱結晶化を抑制しながら高配向化することが可
能となる。

【００２６】なお、本発明でいう常圧とは、積極的に減
圧、加圧を行わないことを意味し、希ガス元素類の濃度
を上記の範囲に保つために、希ガスを供給し若干雰囲気
圧力が上昇することは問題ない。

【００２７】本発明で使用される希ガス元素としては、
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンお
よびラドンから選ばれた一種以上が挙げられるが、なか
でもアルゴン、ヘリウムがとくに好ましく用いられる。

【００２８】本発明において、放電中でポリエステル繊
維を延伸する際の延伸倍率は、延伸に供する原糸の物性
によって、１．２〜８．０の範囲内で選択されるが、延
伸倍率が高くなると延伸中の繊維の破断が起きやすくな
るため、１．４〜３．４の範囲が好ましい。

【００２９】本発明に係る放電中での延伸は、低温プラ
ズマにおける延伸と同様に、従来の熱延伸法に比べて、
結晶化を抑制しながら延伸することが可能であり、した
がって高倍率延伸を可能とし、ポリエステル繊維の高配
向化が達成できる。

【００３０】前記の放電中での延伸は、１段階で行なっ
てもよく、２段以上の多段階で行なってもよい。

【００３１】前記の延伸に供する原糸の物性や形態、放
電の印加電圧、希ガス濃度および延伸速度などによっ
て、放電の条件を変化させるが、本発明に係る延伸によ
って得られるポリエステル繊維の複屈折が１９０×１０
^-3以上、好ましくは１９０×１０^-3〜２２０×１０^-3の
高配向度になるよう放電条件を組合せて延伸する。

【００３２】本発明に係る放電中での延伸を行ったポリ
エステル繊維は、更に追加して通常の熱延伸や熱処理を
行なうこともできる。

【００３３】

【作用】本発明の方法によって得られたポリエステル繊
維は、高強度、高弾性率および熱寸法安定性にすぐれ、
かつ、ゴム中で高温に曝された時の劣化が改良される。
例えば強度１０ｇ／ｄ以上、初期弾性率１３０ｇ／ｄ以
上で、かつ１５０℃の乾熱収縮率が１０％以下のポリエ
ステル繊維が得られる。これに対し、従来の熱延伸法に
よって得られるポリエステル繊維は、強度１０ｇ／ｄ、
初期弾性率１３０ｇ／ｄを得ようとすると、１５０℃の
乾熱収縮率が１２％以上のものしか得られない。また、
本発明の方法によれば、低温プラズマ中での延伸のよう
に、低圧の雰囲気を必要とせず、低コストで効率よく上
記の特性を持ったポリエステル繊維が得られる。

【００３４】本発明の方法によって延伸されたポリエス
テル繊維は、従来の熱延伸法で延伸した場合に比べ、延
伸時の分子量低下が少ない。また密度はやや低く、複屈
折が高いことから、結晶化が抑制されて高配向が達せら
れることがわかる。以上の現象は、本発明の放電中での
延伸によって円滑な延伸が行なわれていることを裏づけ
るものである。

【００３５】上記本発明の方法で得られたポリエステル
繊維の特徴は、非晶分子配向度分布が、従来のポリエス
テル繊維に比べ小さいという微細構造的特徴によって説
明される。その結果、例えば本発明の方法で得られたポ
リエステル繊維をゴム補強材として用い、ゴム中での耐
熱性を評価すると、従来のポリエステル繊維に比べ相当
な改良が認められる。

【００３６】次に、本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明によって得られた繊維の物性の測定法は以下
の通りである。

【００３７】（イ）極限粘度［η］：試料をオルソクロ
ロフェノール溶液に溶解し、オストワルド粘度計を用い
て２５℃で測定した。

【００３８】（ロ）複屈折Δｎ：日本光学工業（株）製
ＰＯＨ型偏光顕微鏡を用い、Ｄ線を光源として、通常の
ベレックコンペンセータ法により求めた。

【００３９】（ハ）密度ρ：四塩化炭素を重液、ｎ−ヘ
プタンを軽液として作製した密度勾配管を用い、２５℃
で測定した。

【００４０】（ニ）強度Ｔ／Ｄ、伸度Ｅ、および初期弾
性率Ｍi ：ＪＩＳ−Ｌ１０１７の定義によった。すなわ
ち、試料を綛状にとり、２０℃、６５％ＲＨの温湿度調
節室で２４時間放置後、（株）オリエンテック社製“テ
ンシロン”ＵＴＭ−４−１００型引張試験機を用い、試
長２５ｃｍ、引張速度３０ｃｍ／分で測定した。

【００４１】（ホ）乾熱収縮率△Ｓ150 （原糸）、△Ｓ
177 （コード）：試料を綛状にとり、２０℃、６５％Ｒ
Ｈの温調室で２４時間以上放置して測定試料とした。試
料の０．１ｇ／ｄに相当する荷重をかけて測定した長さ
Ｌ0 の試料を、無張力状態で１５０℃（コードの場合は
１７７℃）に加熱されたオーブン中に３０分間放置した
後、オーブンから取り出して、上記温調室で４時間放置
し、再び上記荷重をかけて測定した長さＬ1 とから次式
により算出した。

【００４２】 △Ｓ150 ＝〔（Ｌ0 −Ｌ1 ）／Ｌ0 〕×１００（％） △Ｓ177 ＝〔（Ｌ0 −Ｌ1 ）／Ｌ0 〕×１００（％） （ヘ）ゴム中耐熱性：サンプルコードを次の組成の未加
硫ゴムシートに埋込み、５０ｋｇ／ｃｍ² Ｇの圧力をか
けて、１６０℃で５時間加硫した。次に、加硫ゴムシー
トからコードを取り出し、強力を測定して強力保持率を
求め、ゴム中耐熱性を評価した。

【００４３】未加硫ゴム組成（重量部）：天然ゴム１０
０／亜鉛華３．５／ステアリン酸１．５／カーボンブラ
ック３５．０／加工油３．５／硫黄２．５／２−メルカ
プトベンゾチアゾール１．０

【００４４】

【実施例】

実施例１〜３および比較例１〜２ 極限粘度［η］が１．１０のポリエチレンテレフタレー
トポリマを、通常の産業資材用ポリエステル繊維の製造
で行なわれている溶融紡糸法で紡糸した。紡糸速度は２
０００ｍ／分〜５０００ｍ／分とし、それぞれ複屈折お
よび密度の異なる未延伸糸を得た。

【００４５】上記未延伸糸を、図１の装置を用い、アル
ゴンガスを含有する常圧雰囲気下での放電部分を通し延
伸した。なお、電極はガラス（厚み１ｍｍ）で被覆され
た銅製の棒状電極を用いた。電極の有効長は１００ｃ
ｍ、放電のための印加電圧の周波数は１１０ＫＨｚと
し、アルゴンの濃度および印加電圧は未延伸糸の物性お
よび延伸速度の変化に応じて変化させた。

【００４６】比較として、長さ１００ｃｍの熱板を用
い、温度を変更して熱延伸した。それぞれのポリエステ
ル繊維の製造条件および物性を表１に示した。

【００４７】次に、上記方法で得られた各々のポリエス
テル繊維に、上撚りおよび下撚りをそれぞれ反対方向に
１０ｃｍ当たり４９回づつかけて、１０００／２の生コ
ードとした。この生コードをリツラー社（米国）製ディ
ッピング機によって常法によって接着剤付与および熱処
理をしてディップコードとした。得られたディップコー
ドの物性を表２に示した。

【００４８】本発明の方法により製造したポリエステル
繊維は、高強度、高弾性率で、かつ低収縮率の特性を有
している。また、タイヤコードとして用いた場合も、同
様の特徴を有し、かつゴム中耐熱性が改良されている。

【００４９】 表１ 実施例１ 実施例２ 実施例３ 比較例１ 比較例２ 紡糸条件 紡糸速度(m/ 分) 2000 3500 5000 3500 5000 未延伸糸物性 複屈折Δｎ( ×10^-3) 35.3 48.0 80.8 48.0 80.8 密度ρ( g/cm^-3) 1.352 1.362 1.370 1.362 1.370 極限粘度［η］(dl/g) 0.97 0.96 0.95 0.96 0.96 延伸方法 本発明法 本発明法 本発明法 熱板延伸 熱板延伸 延伸速度(m/ 分) 15 15 15 15 15 アルコ゛ン 濃度( モル%) 85 90 96 − − 印加電圧(KV) 4.0 4.0 5.5 − − 熱板温度( ℃) − − − 240 240 延伸倍率 2.4 1.9 1.5 2.0 1.6 表２ 実施例-1 実施例-2 実施例-3 比較例-1 比較例-2 延伸糸物性 極限粘度［η］(dl/g) 0.93 0.92 0.93 0.90 0.88 密度ρ( g/cm^-3) 1.396 1.398 1.398 1.401 1.403 複屈折Δｎ( ×10^-3) 201 198 196 183 176 繊度Ｄ(D) 1004 1002 1004 1003 1001 強度Ｔ／Ｄ(g/d) 9.8 9.8 8.7 9.0 7.2 伸度Ｅ(%) 12.0 9.8 9.5 8.8 8.8 初期弾性率Ｍｉ(g/d) 138 137 138 126 116 乾熱収縮率ΔＳ150(%) 2.5 2.4 1.5 3.2 4.0 コード物性 強度Ｔ／Ｄ(g/d) 7.6 7.1 6.0 6.4 5.2 伸度Ｅ(%) 13.5 13.2 12.0 12.8 12.0 ４．５Ｋｇ時伸度(%) 3.4 3.5 3.4 3.5 3.5 乾熱収縮率ΔＳ177(%) 1.5 1.3 1.1 3.5 2.6 ゴム中耐熱性(%) 80 74 66 63 52

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
り、高強度、高弾性率および熱寸法安定性にすぐれ、か
つ、ゴム中で高温に曝された時の劣化が改良されたポリ
エステル繊維が、低コストで効率よく得られる。

【００５１】本発明の方法によれば、ポリエステル繊維
の延伸において、延伸時の結晶化を抑制し、高配向化が
常圧下で達成できること、すなわち円滑な延伸を常圧下
で可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を実施する際に用いられる延伸装
置の縦断面概略図である。

【符号の説明】

Ｙ：繊維 １，２：導体電極 ３，４：誘電体 ５：電源

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｄ０６Ｍ 10/02 Ｄ０６Ｍ 10/02 Ｃ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01F 6/62 D01D 1/00 - 13/02 D02J 1/00 - 1/22 D06M 10/00 - 10/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリエステル繊維の製造法において、
   極限粘度［η］が０．７以上で、複屈折が１００×１０
   ^-3以下のポリエステル繊維を、６０モル％以上の希ガス
   類元素を含有する常圧雰囲気下の放電部分で、１．２〜
   ８．０倍の範囲内で延伸し、複屈折が１９０×１０^-3以
   上の高配向度ポリエステル繊維となすことを特徴とする
   ポリエステル繊維の製造法。
2. 【請求項２】 常圧雰囲気下の放電部分、少なくとも
   片側の電極表面が誘電体によって被覆された１対の電極
   に印加された高電圧によって形成されることを特徴とす
   る請求項１に記載のポリエステル繊維の製造法。
3. 【請求項３】 希ガス類元素が、アルゴン、ヘリウ
   ム、ネオン、クリプトン、キセノンおよびラドンから選
   ばれた少なくとも１種類であることを特徴とする請求項
   １に記載のポリエステル繊維の製造法。