JPH10251919A - ポリエステル繊維およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性と寸法安定性とが同時に改善された高
強力ポリエステル繊維およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 紡糸速度２５００〜３０００ｍ／分で得
た１８０℃乾熱収縮率が３〜１０％、固有粘度が０．８
５〜１．０のポリエチレンテレフタレート系ポリエステ
ル未延伸糸を、一旦巻き取ることなく引続いて１．４〜
２．０倍に延伸した後に温度２５０〜２７０℃で４〜８
％の制限収縮熱処理を施して、平均微結晶体積が２．０
×１０² 〜５．０×１０² ｎｍ³ 、融点が２７０℃以
上、強度が７．０ｇ／ｄｅ以上、４．５ｇ／ｄｅ荷重伸
度が１０％未満および１８０℃乾熱収縮率が３．０％未
満の特性を有するポリエステル繊維を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業資材用、特に
ゴムおよび樹脂補強用繊維として好適な、高強度で且つ
寸法安定性に優れると同時に、耐熱性にも優れたポリエ
ステル繊維およびその製造方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、産業資材用繊維と
して広く使用されており、特にゴムおよび樹脂補強用繊
維として優れた性能を有しているが、近年高性能化と生
産性向上への要求の高まりとともに、高熱環境下での寸
法安定性、すなわち耐熱性と低収縮性とを同時に満足す
る高強力繊維が要求されている。

【０００３】従来、低収縮性のポリエステル繊維を製造
する方法としては、低重合度のポリエステルからなる未
延伸糸を多段に延伸し、引続いて特定の収縮率で制限収
縮熱処理する方法がよく知られている。しかしながら、
かかる方法で得られる繊維はポリエステルの重合度が低
いため、耐熱性が不十分であるという問題がある。この
方法において、用いるポリエステルの重合度を高くする
と、満足できる低収縮率を達成するためには制限収縮熱
処理温度を融点近傍まで上げる必要があり、その結果強
力劣化が起こって強度が不十分になるという問題があ
る。

【０００４】また別の方法として、高速紡糸して分子配
向の高い未延伸糸を引取り、これを熱延伸する方法（特
公昭６３−５２８号公報、特開平６−１３６６１４号公
報、特開平７−１０２４１７号公報等）が提案されてい
るが、かかる方法により得られる繊維は、１８０℃乾熱
収縮率が３％未満の寸法安定性と耐熱性とを同時に満足
できるレベルには達していない。例えば特開平７−１０
２４１７号公報においては、延伸時の糸表面温度を２１
０℃以下にする必要があり、強度を７．０ｇ／ｄｅ以上
にすると１８０℃乾熱収縮率を３％未満にすることがで
きなくなるという問題がある。

【０００５】この様に、従来優れた寸法安定性および耐
熱性と、７．０ｇ／ｄｅ以上という高強度特性とを兼ね
備えたポリエステル繊維は、未だ提案されていないのが
実情である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記背景を
鑑みてなされたもので、その目的は、耐熱性と寸法安定
性とが同時に改善された高強力ポリエステル繊維および
その直接紡糸延伸方法による製造方法を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らの研究によれ
ば、上記本発明の第１の課題は、「固有粘度が０．８５
〜１．００のポリエチレンテレフタレート系ポリエステ
ルより構成されたポリエステル繊維であって、該繊維中
の平均微結晶体積が２．０×１０² 〜５．０×１０² ｎ
ｍ³ 、融点が２７０℃以上、強度が７．０ｇ／ｄｅ以
上、４．５ｇ／ｄｅ荷重伸度が１０％未満および１８０
℃乾熱収縮率が３．０％未満であるポリエステル繊
維。」により達成することができる。

【０００８】また別の課題は、「固有粘度が０．９０以
上のポリエチレンテレフタレート系ポリエステルを紡糸
口金から溶融吐出し、該吐出糸条に直に冷却風を吹き付
けて冷却固化させた後２５００〜３０００ｍ／分の紡糸
速度で引き取って得た１８０℃乾熱収縮率が３〜１０％
の未延伸糸を、一旦巻き取ることなく引続いて１．４〜
２．０倍に延伸した後、温度２５０〜２７０℃で４〜８
％の制限収縮熱処理を施すポリエステル繊維の製造方
法。」により達成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の繊維を構成するポリエス
テルは、繰返し単位の９５モル％以上、好ましくは９７
モル％以上がエチレンテレフタレートであるポリエチレ
ンテレフタレート系ポリエステルであり、本発明の繊維
の耐熱性を阻害しない範囲内で少量の第３成分が共重合
されていてもよい。許容される共重合量は第３成分の種
類によって異なるが、例えばジエチレングリコールの場
合にはポリエステルの重量を基準として０．８重量％
（全酸成分を基準にすると約２．５モル％）以下、好ま
しくは０．７重量％（約２．２モル％）以下であり、こ
の範囲を越えると耐熱性が不十分となりやすい。なお本
発明においては、共重合成分が３官能以上の多価カルボ
ン酸成分であり、その共重合量が０．０１〜１．０モル
％、特に０．０５〜０．５０モル％（全酸成分を基準と
して）の範囲内である場合、高強力で且つ良好な寸法安
定性を有すると共に、耐熱性にも優れた繊維を、後述す
る直接紡糸延伸方法により容易に製造することができる
ので好ましい。ここで好ましく用いられる３官能以上の
カルボン酸成分としては、例えばトリメリット酸、トリ
メシン酸などをあげることができる。またポリエステル
中の分子鎖末端カルボキシル基濃度は１５当量／１０⁶
ｇポリマー以下であると、耐熱性がより向上するので好
ましい。

【００１０】上記ポリエステルからなる繊維の固有粘度
（３５℃、ｏ−クロロフェノール溶液で測定）は、０．
８５〜１．０、好ましくは０．９〜１．０の範囲内にあ
る必要がある。固有粘度がこの範囲未満の場合には、強
度７．０ｇ／ｄｅ以上の繊維を得ることが困難になるだ
けでなく、融点２７０℃以上の耐熱性に優れた繊維を得
ることもできなくなる。一方、固有粘度が前記範囲を越
える場合には、製糸時の工程安定性が低下して単糸切れ
や断糸が増加し、得られる繊維の物性が不十分なものに
なりやすいので好ましくない。

【００１１】次ぎに本発明のポリエステル繊維は、その
微結晶体積（Ｖ）が２．０×１０²〜５．０×１０² ｎ
ｍ³ の範囲内にある必要がある。ここで微結晶体積は、
Ｘ線回折で求められる（０１０）、（１００）面の干渉
ピークの半価巾からシェラーの式を用いて算出されるａ
軸方向およびｂ軸方向の結晶サイズの積に、Ｘ線小角散
乱から求められる長周期間隔および桜田・温品法により
求められる結晶化度をかけたもので、該体積が２．０×
１０² ｎｍ³ 未満の場合には微結晶が小さすぎるため、
後記する本発明の要件である「融点が２７０℃以上」を
達成することができなくなって耐熱性が不十分となる。
一方５．０×１０² ｎｍ³ を越える場合には、微結晶が
大きすぎるために強度７．０ｇ／ｄｅ以上の繊維を安定
に得ることは困難になり、産業資材用繊維としては利用
価値が低くなるので好ましくない。

【００１２】また繊維の融点は２７０℃以上、好ましく
は２７３〜２７７℃の範囲内にあることが必要であり、
かかる特性を有することにより、寸法安定性を向上させ
るための制限収縮熱処理の処理温度を高めることが可能
となり、強度７．０ｇ／ｄｅ以上と１８０℃乾熱収縮率
３．０％未満とを同時に満足する繊維を容易に得ること
ができるだけでなく、該繊維を使用する際の雰囲気温度
を高くすることができる。ここで繊維の融点は、示差走
査熱量計を用いて窒素気流下昇温速度２０℃／分で測定
した結晶融解吸熱曲線の融解吸熱ピーク温度である。な
お、この融解吸熱ピークに副ピークが存在する場合に
は、該副ピークの結晶成分は主ピークの結晶成分よりも
分子鎖が比較的ルーズに固定されているため、応力が付
加された場合にその集中を緩和することができると推定
されより好ましい。

【００１３】本発明の繊維においては、上記特性に加え
て、さらに強度が７．０ｇ／ｄｅ以上好ましくは７．５
〜１０．０ｇ／ｄｅ、４．５ｇ／ｄｅ荷重伸度が１０％
未満好ましくは７〜９％および１８０℃乾熱収縮率が
３．０％未満好ましくは２．５〜２．９％を満足する必
要がある。強度が７．０ｇ／ｄｅ未満の場合には、従来
寸法安定性の良好なものは知られており、本発明の対象
とするものではない。また４．５ｇ／ｄｅ荷重伸度が１
０％以上の場合には、繊維の一次降伏点近傍の強度が低
くなりすぎて小さな伸長応力でも変形が起こりやすくな
るため好ましくない。さらに１８０℃乾熱収縮率が３．
０％以上の場合には、例えば織物等の繊維製品にしてゴ
ムや樹脂を被覆処理する際に、熱収縮変形が起こりやす
くなるだけでなく、高温下での使用中にも変形しやすく
なるため好ましくない。

【００１４】なお本発明のポリエステル繊維は、その繊
度（単糸繊度）が１．０〜６．０デニール、好ましくは
２．０〜５．０デニールの範囲にあることが好ましく、
１．０デニール未満の場合には前記の繊維特性を同時に
満足する繊維を安定に紡糸することが困難となり、一方
６．０デニールを越える場合には高強力化と熱寸法安定
性とを同時に満足させることが困難となる。

【００１５】以上に詳述した本発明のポリエステル繊維
は、例えば下記の方法により得ることができるが、本発
明はこの方法により製造されたものに限定されるわけで
はない。

【００１６】本発明の繊維を製造するに当っては、２５
００〜３０００ｍ／分といった比較的遅い速度でも分子
鎖にかかる張力（したがって紡糸張力）を高くして高配
向高結晶の未延伸糸を得、これによって直接延伸後の糸
条速度を低下させて制限収縮熱処理時の処理時間を長く
とれるようにし、かくすることにより、制限収縮熱処理
を十分施せるようにして高強度特性を維持しながら乾熱
収縮率を下げることが大切で、そのためには用いるポリ
マー及び紡糸延伸条件の選択が重要となる。すなわち、
まず得られる延伸糸の固有粘度を０．８５以上とするた
めに、溶融紡糸に供するポリエチレンテレフタレート系
ポリエステルのチップ固有粘度は０．９０以上、好まし
くは０．９５以上のものを用い、紡糸温度３００〜３１
０℃で紡糸口金から溶融吐出し、該吐出糸条を直に冷却
固化させて２５００〜３０００ｍ／分の速度で引取る。
この際、糸条に紡糸張力が十分かかるようにして配向結
晶化を進行させ、得られる未延伸糸の１８０℃乾熱収縮
率が１０％未満、好ましくは７％未満となるようにする
ことも大切で、そのためには吐出糸条を前記のように急
冷したり、用いるポリマーに大きな伸長変形応力が発生
しやすいように３官能以上の多価カルボン酸成分が０．
０１〜１．００モル％共重合されたものを用いることが
好ましい。なお紡糸速度が２５００ｍ／分未満になる
と、紡糸時の配向結晶化が不十分となって、高融点で且
つ良好な寸法安定性を兼備する繊維は得られなくなり、
一方３０００ｍ／分を越えると、未延伸糸の配向結晶化
は進行するものの、十分な強度を持つような延伸倍率で
延伸するとその後の糸条速度が非常に大きくなり、十分
な制限収縮熱処理を施すことができなくなるため、高強
度と寸法安定性とを両立させることができなくなる。

【００１７】上記のように紡糸することにより、糸条の
配向結晶化が進み、微結晶サイズの大きい高配向高結晶
化未延伸糸が得られ、該未延伸糸の１８０℃乾熱収縮率
も１０％未満となる。しかも融解吸熱ピークには複数
（２５５℃付近の副ピークと２６０〜２７５℃付近の主
ピーク）現れ、この副ピークは前記のようにポリマー鎖
が比較的ルーズに固定されているためと推定され、延伸
時の応力集中が緩和されて高倍率延伸が可能となる。

【００１８】得られた未延伸糸は、一旦巻き取ることな
く連続して延伸（直接紡糸延伸）されるが、この際延伸
倍率を大きくしすぎると得られる繊維の微結晶体積が小
さくなったり延伸時に単糸切れや断糸が発生しやすくな
り、一方延伸倍率を小さくしすぎると強度が不十分とな
るので、１．５〜２．０倍に延伸する。ここで、延伸は
２段以上に分けて行うことが好ましく、その際第１段延
伸は結晶化抑制のためにできるだけ低温で行うことが好
ましく、紡糸直延伸する際には別延伸の場合とは異なっ
て糸温度が高いため、第１段予熱ロールは非加熱とする
ことが望ましい。延伸後の糸は、その寸法安定性を向上
させるため、さらに制限収縮熱処理を施すことが必要で
ある。熱処理装置は１８０℃乾熱収縮率を３％未満にで
きるものであれば特に限定する必要はないが、通常は加
熱ローラーが簡便で且つ熱効率も良好で好ましく、その
際温度は２５０〜２７０℃の範囲が適当である。ローラ
ー温度がこの範囲未満の場合には十分熱処理できなくな
って得られる繊維の寸法安定性が不十分となり、逆に前
記範囲を越える場合には強力劣化が起こりやすくなって
強度７．０ｇ／ｄｅ以上を達成できなくなる。制限収縮
倍率は４〜８％の範囲が適当であり、４％未満では得ら
れる繊維の１８０℃乾熱収縮率を３％未満にすることは
困難になり、一方８％を越える場合には安定に制限収縮
熱処理を施すことが困難になるので好ましくない。

【００１９】制限収縮処理を施す熱ローラーは、ローラ
ー径が４〜８％で小さくなる段付きローラーを用いて徐
々に収縮させてもよく、かくすることにより糸条の走行
安定性がより向上するので好ましい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。なお、ポリエステル繊維の構造や物性を特定す
る各パラメーターの測定方法は以下のとおりである。 切断強度、伸度、４．５ｇ／ｄｅ荷重伸度 ＪＩＳ Ｌ １０１７に準拠した。

【００２１】 微結晶体積 広角Ｘ線回折での（０１０）、（１００）面の回折ピー
クの半価巾よりシェラーの式を用いて算出したａ軸方向
の結晶サイズ、およびｂ軸方向の結晶サイズ、さらにＸ
線小角散乱測定から求めた長周期間隔、ならびに桜田・
温品法により求めた結晶化度から、次式で算出した。 結晶体積＝ａ軸方向の結晶サイズ×ｂ軸方向の結晶サイ
ズ×長周期間隔×結晶化度

【００２２】 融点 示差走査熱量計（パーキンエルマー社製 ＤＳＣ−Ｉ
型）を用い、窒素気流下昇温速度２０℃／分で測定し、
その吸熱ピーク温度をもって結晶融点とした。

【００２３】 １８０℃乾熱収縮率 試料に０．０１ｇ／ｄｅの荷重をかけて糸長Ｌ₀ を求
め、次いで１８０℃で３０分間無張力下で熱処理した後
に同じく０．０１ｇ／ｄｅの荷重をかけて糸長Ｌ₁ を求
め、下記式で算出する。 １８０℃乾熱収縮率（％）＝（（Ｌ₀ −Ｌ₁ ）／Ｌ₀ ）
×１００

【００２４】生コード耐熱強力維持率 生コードとガラス管とを温度２０℃湿度６０％雰囲気下
で１２時間調湿した後、該生コードを該ガラス管に封入
して１５０℃下４８時間加熱処理し、次いで強力を測定
して熱処理前後の強力比率を％で表す。

【００２５】［実施例１］固有粘度が０．９５、トリメ
リット酸成分の共重合量が０．１モル％、ジエチレング
リコールの共重合量が０．６重量％のポリエチレンテレ
フタレート系ポリエステルを約３００℃で溶融し、孔径
１．２ｍｍのノズルを２４９個有する紡糸口金より、延
伸後に得られる繊維の繊度が表１記載のとおりになる割
合で吐出した後、該吐出糸条に直ちに温度２５℃の冷却
風を吹き付けて冷却固化させ、オイリングノズルで油剤
を付与した後に温度７０℃加熱引取りローラーで３００
０ｍ／分の速度で引取り、次いで一旦巻き取ることなく
続いて２段延伸を行い、さらに制限収縮熱処理を施して
巻き取った。

【００２６】ここで第１段延伸の供給ロールは前記加熱
引取りローラーとし、第２段延伸の予熱は第１段延伸ロ
ーラーで行いその温度は１２０℃とした。また第１段延
伸倍率は１．３０倍とし、第２段延伸倍率は全延伸倍率
が表１記載のようになるようにした。さらに第２段延伸
ローラーは段付きローラーを使用し、表１記載のローラ
ー温度で表１記載の収縮率になるように制限収縮熱処理
を施した。

【００２７】得られたポリエステル繊維は、総繊度が３
０００デニールとなるよう複数本合糸して５０回／１０
ｃｍの下撚をかけた後、これを３本合わせて５０回／１
０ｃｍの上撚をかけて生コードとした。結果を表１に示
す。

【００２８】［実施例２〜３、比較例１〜５］実施例１
において、表１記載のように使用するポリマーの種類、
紡糸条件および延伸条件を変更する以外は実施例１と同
様に行った。結果を表１に合わせて示す。なお、比較例
１および２では、吐出糸条は一旦加熱帯域を通過させた
後冷却固化させた。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明のポリエステル繊維は、強度が
７．０ｇ／ｄｅ以上と高強力でありながら、１８０℃乾
熱収縮率が３％未満と寸法安定性が非常に良好で、しか
も融点が２７０℃以上と耐熱性にも優れているため、ゴ
ム類や樹脂の補強用繊維を初めとして各種産業資材用と
して好適に用いることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固有粘度が０．８５〜１．０のポリエチ
   レンテレフタレート系ポリエステルより構成されたポリ
   エステル繊維において、該繊維中の平均微結晶体積が
   ２．０×１０² 〜５．０×１０² ｎｍ³ 、融点が２７０
   ℃以上で、且つ強度が７．０ｇ／ｄｅ以上、４．５ｇ／
   ｄｅ荷重伸度が１０％未満および１８０℃乾熱収縮率が
   ３．０％未満であることを特徴とするポリエステル繊
   維。
2. 【請求項２】 ポリエチレンテレフタレート系ポリエス
   テルが、ジエチレングリコール成分の共重合量がポリエ
   ステル重量を基準として０．８重量％以下で、且つ３官
   能以上の多価カルボン酸成分の共重合量がポリエステル
   の全酸成分を基準として０．０１〜１．００モル％のポ
   リエチレンテレフタレート系共重合ポリエステルである
   請求項１記載のポリエステル繊維。
3. 【請求項３】 固有粘度が０．９０以上のポリエチレン
   テレフタレート系ポリエステルを紡糸口金から溶融吐出
   し、該吐出糸条に直に冷却風を吹き付けて冷却固化させ
   た後２５００〜３０００ｍ／分の紡糸速度で引き取って
   得た１８０℃乾熱収縮率が３〜１０％の未延伸糸を、一
   旦巻き取ることなく引続いて１．４〜２．０倍に延伸し
   た後、温度２５０〜２７０℃で４〜８％の制限収縮熱処
   理を施すことを特徴とするポリエステル繊維の製造方
   法。