JPH02289115A - 高タフネスポリエステル繊維およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はベルト用補強材、タイヤコード、ローブ等の産
業責材用途に適するポリエステル繊維およびその製造方
法に関し、特に強度および切断伸度がいずれも高い値を
示す高タフネスポリエステル繊維およびその様な繊維を
製造する為の方法に関するものである。

［従来の技術］ ポリエステル繊維は、ナイロンと同程度の強度およびレ
ーヨンと同程度の初期弾性率を併有し、他の繊維素材に
比べて物性のバランスが優れていることから、産業資材
用として広く利用されている。特に産業資材用としては
、高強度のポリエステル繊維が好ましいとされており、
近年ベルト用補強材、タイヤコード、ローブ等の用途で
広く使用される様になっている。

〔発明が解決しようとする課題］ 高強度ポリエステル繊維の製造方法としては、例えば特
公昭４１−７８９１号には高分子量のポリエチレンテレ
フタレートを用いる技術が提案されている。しかしなが
らこの技術は、高分子量のポリエチレンテレフタレート
を単に高倍率で延伸するだけのものであることから、延
伸倍率を高くして強度を高くすればするほど、産業用資
材として要求されるもう１つの要件である切断伸度が低
くなるという欠点を有している。

一方切断伸度の高い（即ち高タフネスな）ポリエステル
繊維を製造する技術としては例えば特公昭５８−５１５
２４号や特開昭６２−６９８４２号等の技術がｔ是案さ
れている。しかしながら特公昭５８−５１５２４に開示
された技術では、切断伸度において２４．６％という高
い値を示すポリエステル繊維が得られているものの、強
度の点では７．８ｇ／ｄ以下のものしか得られておらず
、この程度の強度では産業資材用として必要とされる特
性を満足しているとは言えない。また特開昭６２−６９
８４２号に開示された技術は、弛緩熱処理によって高伸
度を得ようとするものであり、２次降伏点を適切にコン
トロールする技術であるが、この技術においても２次降
伏点における伸度から切断伸度に至るまでの応力増大が
見込めず、実質的に高強度のものが得られていない。

この様にポリエステル繊維の強度と切断伸度は相反する
特性であり、その両者の特性を同時に満足するポリエス
テル繊維の開発が望まれている。

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、高い強度を有し且つ高タフネ
スな、産業資材用として最適なポリエステル繊維および
その製造方法を提供する点にある。

［課題を解決する為の手段〕 上記目的を達成し得た本発明の高タフネスポリエステル
繊維とは、エチレンテレフタレートを主成分とし、下記
（ａ）〜（ｄ）の要件を満足するものである。

（ａ）強度≧ｔｏ、ｏｇ／ｄ （ｂ）切断伸度≧１５％ （Ｃ）初期モジュラス（Ｍｏ）≦１４０ｇ／ｄ（ｄ）　
８ｇ／ｄ応力点でのモジュラス（Ｍ、）と初期モジュラ
ス（Ｍｏ）の比（Ｍ　ａ／Ｍ　ｏ）≧０．４また上記の
様な高タフネスポリエステル繊維は、ポリエチレンテレ
フタレートを溶融紡糸して極限粘度数；０．９以上、複
屈折率：　０．００１〜０．００６の低配向未延伸フィ
ラメントを得、該フィラメントを加熱下に３．８倍以上
に延伸した後、２８０〜４５０℃の温度で１．０７〜１
．３５倍に延伸し、引続！ｅ２ｔｓ〜２８０℃の加熱ロ
ールを通して１〜１５％の弛緩率で捲取ることによって
製造することができる。

［作用］ 本発明は上述の如く構成されるが、要するにポリエチレ
ンテレフタレートを溶融紡糸して所定の極限粘度指数お
よび複屈折率を示す低配向未延伸フィラメントを得、こ
のフィラメントに対して２回の延伸処理を施した後第１
回の弛＆ｌ処理を施せば希望する特性を有する高タフネ
スポリエステル繊維が製造できることを見出し、本発明
を完成した。

本発明で用いる重合体は、エチレンテレフタレートを主
成分とするものであるが、これはポリエチレンテレフタ
レートが少なくとも９０％以上、好ましくは９５％を含
んだ重合体の意味である。即ち本発明に係る高タフネス
ポリエステル繊維は、タイヤコード用としての特性を具
備することを想定したものであるが、その特性を満足す
る為には後述する様に高温での熱処理工程を必要とする
ものであり、この工程における共重合による融点降下を
防ぐ為には共重合単位は少なくとも１０％未満、好まし
くは５％未満に抑える必要がある。尚ポリエステルの共
重合単位は、酸成分として例えばイソフタル酸、ナフタ
レンジヵルボン酸、アジピン酸、オキシ安息香酸等が挙
げられ、グリコール成分として例えばジエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、トリメリット酸、ペンタ
エリスリトール等が挙げられるが、これらの例に限定さ
れるものではない。また本発明に係るポリエステル繊維
には、安定剤や着色剤等の添加剤を含み得ることは勿論
である。

本発明に係るポリエステル繊維の前記各要件（ａ）〜（
ｄ）を満足するものであるが、その設定値の限定理由は
次の通りである。

（ａ）強度≧ｌＯ，Ｏｇ／ｄ 近年バイテクノロジー化の流れの中にあって、構造材と
して要求される品質水準を考慮すれば、強度は少なくと
も１０．０ｇ／ｄは必要である。

（ｂ）切断伸度≧１５％ ポリエステル繊維を構造材として利用するには、その切
断伸度は１５％以上である必要がある。即ちポリエステ
ル繊維の強度が１０．０ｇ／ｄ以上であっても切断伸度
が１５％未満の場合には、負荷のエネルギー吸収量が充
分とは言えない。

（ｃ）初期モジュラス（Ｍｏ）≦１４０　ｇ／ｄ構造材
の変形が小さいとぎに大きな変形抵抗を生じる繊維では
、繊維に対して大きな仕事負荷を与えてしまうことにな
るので、微小変形であっても繊維が受けるダメージが大
きくなり、容易に疲労してしまう、従ってこの様な繊維
では、本来その効果を発揮すべき高変形領域において、
十分なエネルギー吸収量を確保できない。こうしたこと
から、かかる用途に適した繊維には、応力−歪特性にお
ける初期モジュラス（Ｍｏ：第１図中のラインＡの勾配
で示される）が１４０　ｇ／ｄ以下である必要がある。

尚初期モジュラスＭ０の好ましい範囲は、１３０　ｇ／
ｄ以下である。

（ｄ）　８　ｇ／ｄ応力点でのモジュラス（Ｍｏ）と初
期モジュラス（Ｍｏ）の比（Ｍ　ａ／　Ｍ　ｏ）≧０．
４高荷重下で利用する繊維としては、高い応力下におい
ても引張抵抗が大きいものが優れている。

本発明のポリエステル繊維は、引張試験（変形速度＝１
００％ｗｉｎ−’）の応力が歪曲線において、８ｇ／ｄ
応力点でのモジュラス（Ｍｏ：第１図中のラインＢの勾
配）が十分に高いという特徴を有する。

即ち、本発明のポリエステル繊維では、８　ｇ／ｄ応力
点でのモジュラスＭ８と初期モジュラスＭ０の比（Ｍａ
／Ｍｏ）が０．４以上のものが得られる。尚上記の比＜
　Ｍ　１１／Ｍ　Ｏ）について、より好ましい値は０．
６以上であり、更に好ましくは０．７以上である。

また８　ｇ／ｄ応力点でのモジュラスＭ♂の絶対値とし
ては、４０　ｇ／ｄ以上であれば実質的に強度を十分高
く設定することができるが、より好ましくは５０　ｇ／
ｄ以上、特に好ましいのは６０　ｇ／ｄ以上である。

一方高応力下で大変形を受ける際のエネルギー吸収を確
実に達成するという観点からしても、上記モジュラスＭ
６は５０　ｇ／ｄ以上であることが好ましい。モジュラ
ス　Ｍ！、が５０　ｇ／ｄ未満では、中間的な伸度例え
ば破断伸度の％におけるモジュラス（第１図のラインＣ
の勾配）と差がなくなってしまい、変形をくい止める作
用が十分発揮されない。

ところで高応力下でのモジュラスが高い繊維では、歪が
小さい低伸度域で応力を受持つ分子鎖の割合と、歪が大
きい高伸度域で応力を受持つ分子、鎖の割合等を考慮す
ると、低伸度域で応力を受持つ分子鎖が少ない構造のも
のが適している。こうした観点からすれば（Ｍ　ａ／Ｍ
ｏ）比が高い繊維を得る為には、繊維表面の配向度を繊
維中心の配向度に比べて低くすればよいと思われる。ま
た配向度は複屈折率を基準として表わされることから上
記考案は繊維表面の複屈折率よりも繊維中心の複屈折率
が大きいことが好ましいことを示している。

即ち（繊維表面の複屈折率）−（ｉａ維中心の複屈折率
）で示される複屈折率の差Δｎ０がＯ以下であることが
好ましい、尚より好ましい値は、差Δｎ０≦−ＩＸＩＯ
−３である。

この様に繊維断面における外層部の分子鎖配向を、中心
部の分子鎖配向に対して低く抑えてやることによって、
体積分率の大きい外層部の分子鎖が高伸度域で応力を受
持つことができるのである。

この様に高い切断伸度を有し且つ高応力下における高い
弾性率を示す繊維は、構造材として利用した場合にエネ
ルギー吸収の増加率が緩やかであり、また全エネルギー
吸収量が大きい特徴を有し、高い安全性が得られる。こ
の様な繊維は、例えばシートベルト等に用いた場合、人
体への安全性の確保に極めて有効である。

次に上記の様な特性を有するポリエステル繊維の製造方
法について説明する。

本発明では、まずポリエチレンテレフタレートを溶融紡
糸して極限粘度数二０．９以上、複屈折率＋　０．００
１〜０．００６の低配向未延伸フィラメントとする必要
がある。

ここで上記極限粘度数を０．９以上としたのは、産業用
資材として最少低限要求される強度を考慮した為である
。尚極限粘度指数の好ましい値は０．９５以上である。

また本発明における極限粘度数は、ｐ−クロロフェノー
ル／テトラクロロエチン（３：１）の混合溶媒を用いて
３０℃で測定したときの値である。

本発明では後述する様に、高強度を得る為には第１回目
の延伸は高温下で高倍率で行なう必要がある。この様に
第１回目の延伸における延伸倍率を上げる為には紡糸工
程での分子鎖配向をできるだけ抑える必要がある。こう
した観点からして未延伸フィラメントの複屈折率は０．
００６以下とする必要がある。但し、未延伸フィラメン
トの複屈折率が０．００１未満では、安定した紡糸が難
しく、長平方向に斑の少ない未延伸糸を得ることができ
ず、延伸工程での単糸切れ等のトラブルにつながる。

本発明の繊維を得るには、まず第１回目の延伸を高温下
に高倍率で行なう必要がある。このときの温度は例えば
２５０〜３７０℃程度である。この様な温度範囲での延
伸において延伸倍率を低く押えると１０．０ｇ／ｄ以上
の高強度糸を得ることができないから、例えば加熱蒸気
雰囲気中で３．８倍以上に延伸する必要がある。尚この
ときの延伸倍率の好ましい範囲は、５．０倍以上である
。

一方２回目の延伸は高タフネスの繊維を得る為に必須の
工程である。この延伸では、糸断面の外層部の温度がポ
リマー融点近傍の温度に達してから（中心部の温度が十
分に上った状態で）変形を生じる様に延伸を行なう必要
がある。即ち、糸断面内の温度分布において、糸外層部
の温度が融点近傍に達する時点で延伸を行なう様に、ヒ
ーターの加熱能力および延伸倍率を制御する必要がある
。高すぎる延伸倍率では、系中６部の温度が十分に上が
る前に延伸されてしまい強度は高くできるものの、初期
弾性率が上がりすぎ、高タフネスのポリエステル繊維を
得ることができない、また延伸倍率が低すぎると、糸内
部の配向が進まず、高強度糸を得ることができない、こ
の様な観点から本発明では、２回目の延伸倍率を１．０
７〜１．３５倍に設定した。またこの様なところから、
延伸温度は比較的高く設定する必要があり、その範囲は
２８０〜４５０℃である。

上述の様な２回目の延伸工程を行なうのは、高タフネス
の繊維を得る為にフィラメントの表層部の分子鎖の配向
を低下させても本来の強度を確保で籾ることを見出した
ことによるものである。尚延伸を２段階に分けて行なう
こと自体は、これまでも行なわれてきたが、従来の２回
目の延伸では延伸張力をできるだけ高くして高温下で最
大限に延伸するものであり、加熱条件は系全体の温時上
昇をできるだけ早くすることができるものが望ましいと
されていた。従って、従来法で延伸倍率を低下させるだ
けでは、系全体の配向を低下させることになり、その分
強度が低下するだけである。

本発明に係る製造方法では、最終的に弛緩熱処理を施す
ものであるが、これは具体的には前記特開昭６２−６９
８４２号と同様の趣旨で高伸度を得る為に行なうもので
ある。但し、本発明では上述の２回の延伸処理によって
希望する強度を確保しているのである。

この弛緩熱処理では、ヤーンの寸法安定性という点を考
慮すれば、２１５〜２８０℃の加熱ロールを通す必要が
ある。また弛緩率は１〜１５％の範囲とする必要がある
。弛緩率が１％未満であると、ボビンの捲締め等のトラ
ブルが発生し易く、１５％を超えると弛緩が進み強度の
低下が生じるからである。

次に、本発明に係るポリエステル繊維の繊維断面内にお
ける複屈折率Δｎの分布の測定法について説明する。

〈繊維断面内における複屈折率Δｎの分布の測定法〉 透過定量型干渉顕微鏡を使用して得られる中心屈折率（
ｎ上、Ｏ，ｎＨ、Ｏ）及び外周屈折率（ｎ上、　０．９
　、　ｎ７７　　、０．９　）の値によって、本発明の
繊維の特異な分子配向が明らかとなり、本発明の繊維の
優れた強度との関連を示すことができる。透過定量型干
渉顕微鏡（例えば東独カールツァイスイエナ社製干渉顕
微鏡インターフアコ）を使用して得られる干渉縞法によ
って、繊維の側面から観察した平均屈折率の分布を測定
することができる。この方法は円形断面を有する繊維に
適用することができる。繊維の屈折率は、繊維の平行方
向に振動している偏光に対する屈折率（ｎ／／）と繊維
軸の垂直軸の垂直方向に振動している偏光に対する屈折
率（ｎ上）によって特徴づけられる。

ここに説明する測定は全て光源としてキセノンランプを
用い、偏光下、干渉フィルター波長５４４ｎ１１の緑色
光線を使用して得られる屈折率（ｎ／／　及びｎ上）を
用いて実施される。以下ｎ／／　　の測定及びｎ上より
求められるｎ／／、０とｎ／／　　＊　”について詳細
に説明するが、ｎ上（ｎ上、Ｏ，ｎ上、０，０．９）に
試験される繊維は光学的にフラットなスライドグラス及
びカバーグラスを使用し、０．２〜１波長の範囲内の干
渉縞のいずれを与える屈折率（ｎＥ）をもつ繊維に対し
て不活性の封入剤中に浸漬する。封入剤の屈折率（ｎ、
）は緑色光線（波長λ−＊５４４ｎｓ）を光源としてア
ツベの屈折計を用いて測定した２０℃における値である
。この封入剤はたとえば流動ノ＼ラフインとα−ブロム
ナフタリンの混合液より１゜４８〜１．６５の屈折率を
有するものが調製できる。

この封入剤中に１本の繊維を浸漬する。この干渉縞のパ
ターンを写真撮影し、ｔｏｏｏ倍〜２０００倍に拡大し
て解析する。

繊維の封入剤の屈折率をｎｌ、繊維のＳ。

Ｓ″間の平均屈折率をｎ／／＋　ｓ’　−ｓ″間の厚み
をｔ、使用光線の波長λを、バックグランドの平行干渉
縞の間隔（１λに相当）をＤｎ、繊維による干渉縞のず
れをｄｎとすると、光路差りはで表わされる。

試料の屈折率をｎｌとすると、封入液の屈折率は、ｎｓ
　＜ｎ（−ｎｌ、ｎ３　＞ｎｙ−ｎｌの２種のものを用
いて干渉縞のパターンを評価する。

従って［１１式にもとづいて繊維の中心から外周までの
各位置での光路差から、各位置の繊維の平均屈折率（ｎ
　／／）の分布を求めることができる。

厚みｔは得られる繊維が円型断面と仮定して計算によっ
て求めることができる。しかしながら製造条件の変動や
製造後のアクシデントによって、円形断面になっていな
い場合も考えられる。このような不都合を除くため、測
定する個所は繊維軸を対称軸として干渉縞のずれが左右
対称になっている部分を使用することが適当である。測
定は繊維の半径をＲとすると０〜０．９Ｒの間を０．Ｉ
Ｒの間隔で行ない、各位置の平均の屈折率を求めること
ができる。同様にしてｎ上の分布も求められるので複屈
折率分布は Δｎ（ｒ／Ｒ）＝ ｎ　／／　（ｒ　／　Ｒ）　−ｎ上（ｒ／Ｒ）−［１１
］より求められる。尚Δｎ（ｒ／Ｒ）は少なくとも３本
のフィラメント、好適には５〜１０本のフィラメントに
ついて測定したものを平均して用いるのが良い。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 分子量の異なるポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸
し、過熱蒸気ヒーターで２回の延伸処理を引続いて行な
った後、８％の弛緩を与えて壱取った。このときの製造
条件および得られた繊維の物性は第１表に示す。

第１表から次の様に考察できる。

まず重合度の影響につき検討すると、極限粘度数０．８
８の条件（Ｎｏ、　１〜３）では延伸倍率をかえても、
強度１０．０ｇ／ｄ以上で且つ破断伸度１５％である繊
維が得られなかった。これに対し、極限粘度数０．９４
．１．０１．１．１７の繊維（Ｎｏ、４．５．８゜９）
では、強度１０．０ｇ／ｄ以上でかつ伸度１５％以上の
ものが得られた（第１図参照）。

次に未延伸の複屈折値の影響につき検討すると、未延伸
糸の配向が高い条件（Ｎｏ、　６．　７）では、１０．
０ｇ／ｄ以上の強度を得ることができなかった（第１図
参照）。

更に、延伸倍率の効果について検討すると、１回目の延
伸倍率が低い条件（Ｎｏ、　　ｔｏ、　　１１）では、
強度１０．０ｇ／ｄ以上で且つ伸度１５％以上である繊
維は得られなかった。また、１回目の延伸倍率をやや抑
えて２回目の延伸倍率を高く設定した条件（Ｎｏ、１２
）では、（Ｍ　ａ／Ｍｏ）が０．４０以上である繊維は
得られなかった。

尚Ｎｏ、８　（実施例３）およびＮｏ、１２（比較例）
の繊維断面内複屈折分布は、第２図の様になり、第１表
と対比すると、（繊維表面の複屈折率）−（Ｉａ維中心
の複屈折率）≦０の繊維は、比（Ｍ　８／Ｍ　Ｏ）が高
くなっているのが分かる。

次に、極限粘度数１．３のポリエチレンテレフタレート
を、Ｎｏ、　８　（実施例３）と同じ紡糸条件で溶融紡
糸し直ちに、過熱蒸気ヒーターを用い１回目の温度１５
０℃、２回目の温度２７０℃で２回の延伸を行った。こ
のときの延伸倍率および得られた繊維の物性は第２表に
示す。

上記各繊維における応力・歪曲線を第１図上に併記する
。

この結果から明らかな様に、本発明の代表的な応力−歪
曲線（ラインＢ）は、（Ｎｏ、１３〜１７）に比べて高
伸度域でのモジュラスが高い。

またＮｏ、１３〜１７の１ａ維の破断点は第１図中の一
点鎖線上にあり、強度１０．０ｇ／ｄ以上であり且つ伸
度１５％を表す領域（第１図中斜線部で示す）には、到
達していない。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、本発明に係るポリ
エステル繊維は高タフネスでありながら従来にない高強
度のものが得られており、且つエネルギー吸収が高応力
下で急増するという特徴を有していることから、耐衝撃
に極めて優れた繊維である。この様な繊維は、大変形が
起こりやすい構造材の補強材として特に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は伸度と強度の関係（応力・歪の関係）を示すグ
ラフ、第２図は実施例３勿よび比較例（Ｎｏ、１ ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）エチレンテレフタレートを主成分とし、下記（ａ
   ）〜（ｄ）の要件を満足することを特徴とする高タフネ
   スポリエステル繊維。 （ａ）強度≧１０．０ｇ／ｄ （ｂ）切断伸度≧１５％ （ｃ）初期モジュラス（Ｍ＿ｏ）≦１４０ｇ／ｄ（ｄ）
   ８ｇ／ｄ応力点でのモジュラス（Ｍ＿ａ）と初期モジュ
   ラス（Ｍ＿ｏ）の比（Ｍ＿ａ／Ｍ＿ｏ）≧０．４（２）
   Ｍ＿ａ≧５０ｇ／ｄである請求項（１）に記載のポリエ
   ステル繊維。 （３）（繊維表面の複屈折率）−（繊維中心の複屈折率
   ）≦０である請求項（１）または（２）に記載のポリエ
   ステル繊維。 （４）ポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸して極限
   粘度数：０．９以上、複屈折率：０．００１〜０．００
   ６の低配向未延伸フィラメントを得、該フィラメントを
   加熱下に３．８倍以上に延伸した後、２８０〜４５０℃
   の温度で１．０７〜１．３５倍に延伸し、引続き２１５
   〜２８０℃の加熱ロールを通して１〜１５％の弛緩率で
   捲取ることによって請求項（１）〜（３）のいずれかに
   記載のポリエステル繊維を得ることを特徴とする高タフ
   ネスポリエステル繊維の製造方法。