JPH02277811A - 高強度、高弾性率ポリエステル中空繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分腎） 本発明は従来に見ない高強度と高弾性率特性を有するエ
チレンテレフタレート系ポリエステル繊維に関するもの
である。

更に詳しくは、タイヤ補強材、コンベアベルト補強材あ
るいは熱可塑性コンポジットの補強材等の用途に有用な
ポリエステル繊維に関するものである。

（従来の技術） 従来、高強度・高弾性率ポリエステル繊維を得る方法と
しては、例えば特開昭６３−１２７１５号公報、特開昭
６３−９９３２２号公報、特開昭６３−１９６７ｔｉ号
公報、特開昭６３−１．９６７１２号公報、特開昭６３
−１９６７１３号公報等が提案されている。特開昭６３
−１２７１５号公報は極限粘度ＩＶが１．２以上のポリ
マーをトリフルオロ酢酸／塩化メチレン混合溶媒に溶解
して紡糸原液となし、これを紡出し未延伸糸にした後、
熱延伸することで高強度・高弾性率ポリエステル繊維を
得ることが示されている。特開昭６３−９９３２２号公
報では紡出した未延伸物を膨潤処理し、次いで全延伸倍
率が６倍以上となるように延伸することで高強度・高弾
性率ポリエステル繊維とすることが開示されている。特
開昭６３−１９６７１１号公報は権限粘度ＩＶが１．２
以上のポリマーを特定の条件で紡糸し、未延伸物を膨潤
処理した後、多段熱延伸することにより高強度・高弾性
率ポリエステル繊維とすることが示されている。

また、特開昭６３−１９６７１２号公報には極限粘度Ｉ
Ｖが１．２以上のポリマーを特殊な条件で紡糸・延伸す
ることにより折りたたみ分子鎖が減少し、結晶とをつな
ぐタイ分子が著しく増大した繊維構造を発現せしめ高強
度・高弾性率ポリエステル繊維とすることが開示されて
いる。特開昭６３−１９６７１３号公報は極限粘度［１
が０．５以上１．２未満のポリマーを溶融紡糸で複屈折
率が０．００２〜０．０６０の未延伸糸を得て、これを
膨潤処理した後、多段熱延伸する高強度・高弾性率ポリ
エステル繊維の製造方法を述べている。

（発明が解決しようとする課題） 一般に、産業資材用繊維、例えばゴムを補強するタイヤ
コード用繊維に要求される性能は高強度であることが好
ましい、しかし、現行のタイヤコード用ポリエチレンテ
レフタレート繊維の切断強度は９　（ｇ／ｄ）程度、初
期引張弾性率は１３０〜１５０（ｇ／ｄ）であり、１３
０　（ｇ／ｄ）未満の初期引張弾性率のポリエチレンテ
レフタレート繊維はゴムの補強効果が、小さいために、
一般には使用されない。

かかる現状において前記したようにエチレンテレフタレ
ート系ポリエステル繊維の高性能化に関する技術が多数
提案されている。しかしながら、前記提案の方法は次に
述べるような問題点を有している。

先ず、特開昭６３−１２７１５号公報に記載された方法
はポリマーの溶解及び溶媒の回収が必要であり、さらに
は紡糸速度等から考えて生産性が低い。

また、特開昭６３−９９３２２号公報に記載された方法
は未延伸糸の極限粘度ＩＶが１．４５と高い場合には高
強度・高弾性率のポリエステル繊維を得るが極限粘度Ｉ
Ｖが０．９５程度のとき、従来の産業資材用ポリエチレ
ンテレフタレート繊維と比較して良好な値とはいえ、膨
潤処理／高倍率延伸の効果が充分に出ているとはいえな
い。

特開昭６３−１９６７１１号公報及び特開昭６３−１９
６７１２号公報に記載された方法はいずれも原理的には
、極限粘度１ｖが１．２以上のポリマーを利用すること
によりタイ分子の数を増加せしめることで高強度・高弾
性率化をはかっている。しかしながら、ポリマーの極限
粘度ＩＶが高くなるにつれて溶融粘度も上昇するため、
より高温の紡糸条件、より高耐圧性の紡糸装置が必要に
なる。また複屈折率が０．００２〜０．０６と比較的低
配向の未延伸糸を得るためには限定された紡糸条件が必
要であるため通常の極限粘度（ＩＶ≦１．０）のポリマ
ーの紡糸に比べて生産性が低下する。

特開昭６３−１９６７１３号公報に記載された方法は、
通常の極限粘度（ＩＶ≦１．０）のポリマーを溶融紡糸
し、複「屈折率が０．００２〜０．０６と比較的低配向
の未延伸糸を得て、これを膨潤処理した後、特定の条件
で延伸することにより高強度・高弾性率化をはかってい
る。しかし、切断強度、初期引張弾性率は従来の産業資
材用ポリエチレンテレフタレート繊維と比較して良好な
値とはいえ、出願人が推測している切断強度及び初期引
張弾性率のそれぞれの限界値である３０　（ｇ／ｄ）　
、５００　（ｇ／ｄ）から判断して膨潤処理／高倍率延
伸の効果を充分に引き出しているとはいえない０本発明
は、かかる従来技術において達し得ない問題についての
解決と、前記従来技術では達成することができなかった
エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維の高強度化
と高弾性率化を達成し、従来のエチレンテレフタレート
系ポリエステル繊維とは明らかに区別される新規な構造
に起因して発現する高強力、高弾性率エチレンテレフタ
レート系ポリエステル繊維を提供せんとするものである
。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための手段、即ち本発明は、極限粘
度ＩＶが０．５〜２．０のエチレンテレフタレート系ポ
リエステルよりなり、横断面の中空率が２〜４５％の中
空繊維であり、繊維の切断強度が１４ｇ／ｄ以上であり
、且つ初期引張弾性率が２１０ｇ／ｄ以上であることを
特徴とする高強度、高弾性率ポリエステル中空繊維であ
る。

本発明では、エチレンテレフタレート系ポリエステルの
ポリマーを、溶融紡糸した後、可能な限り高倍率で延伸
し、本発明の繊維を構成する高分子鎖ができる限りその
繊維軸方向に配列させる必要がある。かかる延伸を施す
手段としてポリエステル系未延伸糸を膨潤剤で処理する
と高倍率延伸が可能となり、得られる延伸糸の繊維物性
も向上する。しかしながら、膨潤処理したことによる延
伸倍率の上昇に見合うだけの切断強度が発現していると
はいえない、ところが切断強度の向上を阻害している原
因でか、繊維横断面の中央部に存在する欠陥部分である
ことが本願発明者らの研究により判明した。かかる欠陥
部分を取り除く事について鋭意研究を重ねた結果、驚（
べきことには、溶融紡糸段階で中空繊維となすことによ
り切断強度の大幅な向上が達成されることが判明した。

本発明繊維を構成するポリエステルは、その反復単位の
８５モル％以上がエチレンテレフタレート単位よりなる
ものであって、特にテレツータル酸またはその機能的誘
導体とエチレングリコールとから製造されるポリエチレ
ンテレフタレートを主たる対象とする。しかしながら、
ポリエチレンテレフタレートを構成する酸成分であるテ
レフタル酸またはその機能的誘導体の一部を１５モル％
未満の例えばイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、
アゼライン酸、ナフタール酸、ｐ−オキシ安息香酸、２
．５−ジメチルテレフタル酸のような２官能性酸、また
はそれ等の機能的誘導体のうち少なくとも一種で置き換
えるか、もしくは、グリコール成分であるエチレングリ
コールの一部を１５モル％未満の例えばジエチレングリ
コール、１．４−ブタンジオール等の２価アルコールの
うち少な（とも一種で置き換えた共重合体であってもよ
い、また、これ等のポリエステル酸化防止剤、難燃剤、
接着性向上剤、艷消剤、着色剤等を含有させてもさしつ
かえない。

本発明に使用されるエチレンテレフタレート系ポリエス
テルの極限粘度ｒｖの上限を特に限定するものではない
が溶融粘度と、それに関係した紡糸設備や製糸条件を勘
案するとＩＶは２．０未満であることが望ましい。

なお、使用するエチレンテレフタレート系ポリエステル
の極限粘度ＩＶが０．５未満になると本発明の目的とす
る高強度・高弾性率ポリエステル繊維の製造が困難とな
る。

本発明法は通常、産業資材用繊維の製造に使用される極
限粘度ＩＶのポリマーを用いて中空繊維を紡出し、さら
に従来の高強度・高弾性率ポリエステル繊維の製造に適
用される手法を効果的に深川することにより新規な製造
法を達成したものである。即ち繊維横断面の中心に中空
部を有する未延伸糸を膨潤処理した後、多段熱延伸する
ことで１４（ｇ／ｄ）以上の高強度２１０　（ｇ／ｄ）
以上の高弾性率が同時に得られることを見い出だし、本
発明に至ったものである。以下、本発明の新規なエチレ
ンテレフタレート系ポリエステル繊維の製造法及び繊維
の特徴について更に詳しく述べる。

真空乾燥処理した極限粘度！Ｖが２．０未満の原料ポリ
エステルをポリマーの融点以上好ましくはポリマーの融
点より少な（とも２０℃以上高い温度で溶融押出しする
。

溶融押出し方法としては特に制限はないがエクストルー
ダー型押出機、ピストン型押出機、２軸混練型押出機等
が用いられる。溶融押出機より溶融したポリマーを延伸
後の繊維で２（％）以上４５（％）未満の中空率を得る
ことが可能な形状の紡糸孔を複数個配列した口金を通し
て吐出する。紡糸孔の形状は特に限定するものではない
が１箇所に欠内部を有するＣ字型で円環状のものが好ま
しい０ｗ４維の中空率は紡糸孔デイメンジョンのみなら
ず使用するポリマーの極限粘度ＩＶや紡糸温度さらには
吐出直後の糸条に吹き当てられる冷却気流の温度、流速
等に影響されるからこれらを考慮して紡糸条件を設定す
ることが肝要である。

延伸後の繊維の中空率が２（％）未満になる様な未延伸
糸を膨潤処理し、次いで多段熱延伸しても繊維横断面内
の構造の不均一性は解消されず高物性化は困難となる。

また延伸後の繊維の中空率が４５（％）以上になる様な
未延伸糸は吐出直後の冷却、固化の過程で繊維横断面内
に異方性を生じたり、また中空部の形成が困難になる等
の問題があり、結果的には高物性化の障害となる。

従って、中空率は２（％）以上４５（％）未満、好まし
くは５（％）以上４０　（％）未満することが必要であ
る。

このようにして溶融吐出されたポリエステル未延伸糸を
冷却、固化させ、適量の油剤を付与した後、糸速度を制
御する引取りローラーによって引取られる。

引取り速度は特に限定されるものではないが紡糸孔デイ
メンジョンやポリマーの吐出条件を考慮した上で未延伸
糸の自然延伸倍率ＮＥが２００（％）〜２５０（％）と
なるように設定することが好ましい。

自然延伸倍率が２００（％）未満では引き続き行なう膨
潤処理よる延伸性の向上効果が小さくなり、結果的に高
物性化が困難となる。自然延伸倍率２５０（％）以上に
なると紡糸状態が非常に不安定となり糸条の長手方向の
班の抑制が困難となる。

引取られた糸条は一旦巻き取った後、又は、紡糸に連続
して該ポリエステルを膨潤するｆｇ液に浸せき処理する
。膨潤溶液としては繊維自体を溶解することなく、繊維
を膨潤させることにより、高倍率延伸を可能にするもの
であればいかなるものでもよいが、特にアセトン／水系
（水含有率Ｏ〜５０ν０１χ）が最も好ましい。

膨潤処理は０゛Ｃ以上、好ましくは１０°Ｃ以上の一定
温度で糸条の外観が白く変化し、結晶化が完了するよう
に処理時間を設定する。処理速度の制御方法は処理温度
と膨潤溶液中の膨潤剤濃度の変更により可能である。

このようにして膨潤処理されたポリエステル未延伸糸を
９０°Ｃ以下の温度で、且つ、延伸ヒーター内での変形
・細化が支配的である最大の倍率で延伸する。延伸ヒー
ター温度が９０°Ｃを越えると延伸前に熱結晶化が進行
し延伸性を阻害するので好ましくない。

低温延伸に引き続き、１５０〜２５０°Ｃの温度の範囲
で高温延伸を行なう。高温延伸には多段延伸が好ましく
、まず１５０〜２００°Ｃの温度範囲で最大延伸倍率の
９５％以上で延伸する。ここで最大延伸倍率とは１００
０　ｍ以上のサンプルが連続して安定的に製糸し得るこ
とができる最大の延伸倍率をいう。

次いで、２００〜２５０’Ｃの温度の範囲で可能な限り
高倍率の延伸を行なうことが好ましい。

（作用） 本発明のポリエステル繊維の特徴を図面によって説明す
る。第１図は本発明のポリエステル繊維の横断面を示す
図であり、第２図は比較例のポリエステル繊維の横断面
を示す図である。

第２図に示す如く比較例の繊維横断には中央部が黒化し
て見え、繊維横断面内の内外層間で大きな密度差の存在
していることを示している。繊維横断面の中央部が黒化
していることから断面中央部の密度が外層に比べて著し
く低くなっており、断面中央部は比較的粗なボイド状、
構造単位を含んでおり、この部分の繊維物性はかなり低
いことが推察される。

一方第１図は本発明のポリエステル繊維の横断面を示す
ものであり、比較例のポリエステル繊維の横断面写真に
見られるような繊維横断面内に黒化部は存在しない。つ
まり、繊維横断面の中央の黒化部は膨潤処理時の膨潤剤
の繊維内部への浸透作用に伴って生じる現象と考えられ
るから繊維の中央部を予め中空化しておくことで黒化部
の発生が抑制されたものと判断される。このことが高強
度・高弾性率化という性能向上効果をもたらすものであ
ると推測される。

（実施例） 以下に実施例を示すが本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。尚、本発明の評価に用いた物性値の
測定法は以下のとおりである。

〈極限粘度ＩＶの測定法〉 本発明において、エチレンテレフタレート系ポリエステ
ルの極限粘度［Ｖは、Ｐ−クロルフェノール／テトラク
ロルエタン−３／１混合溶媒を用い、３０°Ｃで測定し
た極限粘度〔η〕を次式によりフェノール／テトラクロ
ルエタン＝６０／４０の極限粘度ＩＶに換算したもので
ある。

ＩＶ＝０．８３２５Ｘ　（η）　＋０．００５く繊維の
繊度の測定法〉 標準状態（温度２０±２°Ｃ１相対温度６５±２％の状
Ｂ）の試験室で、サーチ■製のオートバイブロ式繊度測
定器ＤＥＮＩＥＲＣＯＭＰＵＴ［！ＲＤＣ−１１Ｂ型を
使用して、単繊維の繊度（デニール、ｄ）を測定した。

但し、繊維の測定試料長は、５０１ｎ１１とした。

く繊維の強度の測定法） 繊維の引張強さ（強度）は、ＪＩＳ−Ｌ−１０１３（１
９８１）の７．５．１に準じ、標準状態の試験室で、東
洋ボールドウィン■製の定速伸長形万能引張試験機ＴＥ
ＮＳＩＬＯＮ　ＵＴ）ｌ−ＤＩを使用して単繊維の引張
強さを測定した。

但し、測定条件は、５ｋｇｆ引張型ロードセルを用い、
つかみ間隔１０ＣＩＩ引張速度１１０Ｃｌ／分（１分間
当たりつかみ間隔の１００％の伸長速度）、記録紙の送
り速度１００ＣＩＩ／分で試料を引張り、試料が切断し
た時の荷重（ｇｆ）を測定し次の式により引張強さ（ｇ
ｆ／ｄ）を算出し強度（ｇ／ｆ）とした。

ぐ繊維の初期引張弾性率の測定法〉 繊維の初期引張弾性率（初期引張弾性率）は、ＪｒＳ−
［、−１０１３（１９８１）の７．５．１に準じた上記
の繊維の強度の測定法と同じ方法で試験をおこない記録
紙上に荷重−伸長曲線を描きこの図より、ＪＩＳ−Ｌ−
１０１３（１９８１）の７．１０に記載の初期引張抵抗
度算出式により、初期引張弾性率（ｇｆ／ｄ　）を算出
し、初期引張弾性率（ｇ／ｆ）とした。

く繊維の断面観察法〉 試料を樹脂に包埋しミクロトームにより数十ミクロンの
厚みにカットした後、光学顕微鏡を用い２００〜６００
倍の倍率下に観察するか、あるいは、黒色のタフセル綿
を充填した貫通孔中に試料を差し込み、カミソリ刃でカ
ットしたものを光学顕微鏡を用い２００〜６００倍の倍
率下に観察する。

実施例１ 極限粘度ＩＶが１．０のポリエチレンテレツクレート原
料ポリマーをエクストルーダー型小型紡糸機を用いて２
９５℃単孔吐出ＩＦ０．７５ｇ／ｗｉｎの条件で、第３
図に示すＣ字型紡糸細孔（ａ／ｂ　＝　０．２２、ａ　
＝０．４０閣、ｂ　＝１．８０ｍｍ、　ｃ　＝０．１８
ｍｎ＋）を有する紡糸口金から吐出し、２０”Ｃ、０，
３ｍ／１ｌｉｎのクエンチ気流で冷却、固化させた後、
約１（％）の油剤を付与し、速度２００＋ｓ／ｍ１ｒｉ
で糸条を巻き取った。得られた糸条の自然延伸倍率２３
５（％）であった。

咳未延伸糸を５０’Ｃのアセトン（水１．Ｑｖｏｌχ含
有）中で３分間浸せき処理し、引き続き処理系を８０“
Ｃの温度で３．７５倍の延伸を行なった（延伸速度１、
Ｏｎ／ａ＋ｉｎ）後、１８５°Ｃで最大延伸倍率の９５
％で２段延伸を、次いで２４５°Ｃで３段延伸を行なっ
た。

得られた延伸糸の中空率は１２．５　（％）、繊維物性
は２．８デニール、切断強度１４．１　（ｇ／ｄ）、初
期引張弾性率２２０（’ｇ／ｄ）、繊維の極限粘度０．
８８であった。

実施例２ １箇所に欠同部を有するＣ字型環状紡糸細孔のデイメン
ジョンａ／ｂを０．１４に変えた口金を使用し、実施例
１と同一紡糸、巻取り条件で自然延伸倍率が２３８（％
）の中空未延伸糸を得て、該未延伸糸を実施例】と同一
条件でアセトンに浸漬させて膨潤処理し、引き続いて多
段熱延伸を行なった。得られた延伸糸の中空率は２３．
３　（％）で、その繊維繊度は２．９デニール、切断強
度１５．１．　（ｇ／’ｄ）、初期引張弾性率２３８（
ｇ／ｄ）　、繊維の極限粘度は０．８８であった。

比較例１ ．１箇所に欠内部を有するＣ字型環状紡糸細孔のデイメ
ンジョンａ／ｂ、　ｃをそれぞれ０．０８．０．４０ｍ
ｍに変えた口金を使用し、実施例１と同−紡糸及び巻取
り条件で自然延伸倍率が２１０（％）の未延伸糸を得た
。該未延伸糸を実施例１と同一条件でアセトンに浸漬さ
せて膨潤処理し、次いで多段熱延伸を行なった。得られ
た延伸糸はＣ型断面を有する異形糸で東北しており、そ
の繊維繊度は２．９デニール、切断強度１０．１　（ｇ
／ｄ）、初期引張弾性率１５０（ｇ／ｄ）、繊維の極限
粘度は０．８８であった。

比較例２ 通常の円形断面で直径が０．３ｍの紡糸細孔を有する口
金を用いて極限粘度Ｉｖが１，０のポリマーを溶融吐出
し、２５０ｍ／ｍｉｎの速度で自然延伸倍率２３７（％
）の未延伸糸を巻取った。該糸条を実施−１と同一の条
件で膨潤処理し、次いで多段熱延伸を行なった。得られ
た延伸糸の繊維繊度は２．８デニール、切断強度１３．
４（ｇ／ｄ）、初期引張弾性率１９７（ｇ／ｄ）　、繊
維の掻限粘度は０゜８７であつた。

実施例３ 極限粘度ＩＶ１．Ｏのポリエチレンテレフタレート原料
ポリマーをエクストルーダー型小型紡糸機を用いて、１
箇所に欠円部を有する第３図に示すＣ字型環状紡糸孔の
デイメンジョンａハ、Ｃを変更した以外は実施例１と同
一紡糸巻取条件で、各種中空率の異なる未延伸糸を得て
、それぞれの未延伸糸を実施例１と同一条件でアセトン
に浸漬させて膨潤処理し、引き続いて多段熱延伸を行な
った。

得られた各種中空率を有する延伸糸の物性を下記第１表
の実験Ｎα１〜５に示す、尚、実験階５は中空率４８％
の延伸糸を得るべく行なったものの紡糸延伸が困難で満
足な糸が得られなかった。

第１表 （発明の効果） 本発明の繊維は、切断強度が１４　（ｇ／ｄ）以上、初
期引張弾性率が２１０（ｇ／ｄ）以上と、従来には見ら
れなかった高物性を有するポリエステル繊維であり産業
資材用として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明繊維の横断面を示す図であり、第２図
は比較例２で得られた延伸系の横断面を示す図である。 第３図は中空繊維を得るための１箇所に欠円部を有する
Ｃ字型環状紡糸口金孔の横断面図の１例を示したもので
ある。 ａ：紡糸孔幅 ｂ：欠円状重合体紡糸孔外円の直径 Ｃ：欠内部重合体紡糸間隙 特許出願人　　東洋紡績株式会社 第　Ｉ！！１ 早　２図 早３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）極限粘度IVが０．５〜２．０のエチレンテレフタ
   レート系ポリエステルよりなり、横断面の中空率が２〜
   ４５％の中空繊維であり、繊維の切断強度が１４ｇ／ｄ
   以上であり、且つ初期引張弾性率が２１０ｇ／ｄ以上で
   あることを特徴とする高強度、高弾性率ポリエステル中
   空繊維。 但し、中空率は下式により求めた値である。 中空率＝（繊維横断面の中空部面積／中空部を含む繊維
   横断面の全面積）×１００