シートベルト用ポリエステル繊維
【課題】シートベルト用ウエビングに要求されるあらゆる特性、具体的には高い破断強力、優れたエネルギー吸収性能、薄くて適度な剛性をバランスよく兼ね備えたウエビングを得るためのポリエステル繊維を提供する。しかも特異な装置・設備を用いることなく低コストで製造できるポリエステル繊維とする。
【解決手段】繊維の荷重−伸長曲線における破断強度が７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、ターミナルモジュラスが５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘであることを特徴とするシートベルト用ポリエステル繊維。
【解決手段】繊維の荷重−伸長曲線における破断強度が７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、ターミナルモジュラスが５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘであることを特徴とするシートベルト用ポリエステル繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシートベルト用ポリエステル繊維に関する。詳しくは高強力、高タフネス、高品位を兼ね備えたシートベルトウエビングを得るために好適なポリエステル繊維であり、しかも特異な装置・設備を要することなく、低コストでの生産が可能なポリエステル繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シートベルト装置は自動車をはじめ飛行機、ロケット、ジェットコースターなどの乗り物に搭乗した乗員の安全を確保する装置として欠かせないものであり、多くの乗り物に装備されている。シートベルト装置は繊維を製織してなるウエビング部とリトラクターと呼ばれる巻取り装置から構成されており、そのうちウエビング部では衝撃時に直接人体を保持・拘束する役割を担っている。ウエビングに要求される特性としては、第一に容易に破断しない高い強力、人体への衝撃を軽減する優れたエネルギー吸収性能が挙げられる。特に近年、安全に対する意識の高まりからかかる要求特性は一段と厳しくなってきている。その他としてリトラクターへの巻取り性が重要であり、厚みが薄く適度な剛性を有するウエビングとすることで、リトラクターへの巻取りがスムーズに行われ、安全に対する信頼をますます高めまるものである。また、シートベルトウエビングは技術面での要求のみならず、製造コストをいかに抑えるかという点での要求も強く、コストアップを伴わずあらゆる特性をバランスよく兼ね備えたウエビングの実現が望まれ続けている。
【０００３】
これまでにシートベルト用ウエビングに関する技術は数多く提案されている。ウエビングの強力アップを図るため、いわゆる超高強力繊維を使用する方法があり、特許文献１ではアラミド繊維、特許文献２では全芳香族ポリエステル繊維を使用する方法が開示されている。特許文献１または特許文献２に記載の繊維を使用することで確かにウエビングの破断強力は格段に高まり、近年要求されるレベルをも容易にクリアすることができるが、繊維自体の伸びが小さいことに起因し、ウエビングのエネルギー吸収性能の面では不十分な結果しか得られず、また剛性が高すぎることからリトラクターへの巻取りがスムーズにいかず、時としてシートベルトの役割を果たさなくなることが懸念されるものであった。
【０００４】
この点ポリエステル繊維、なかでもポリエチレンテレフタレート繊維は高強力、高タフネス、適度な剛性、優れた寸法安定性を兼ね備えており、シートベルト用ウエビングを構成する繊維材として最も適当な素材と考えられており、従来より採用されてきた。
【０００５】
ポリエステル繊維を使用したシートベルトウエビングの高強力化を図る技術として特許文献３、４などがある。
【０００６】
特許文献３では、ポリエステル繊維の高強度化を図るべく高重合度のポリマを高倍率延伸する方法が開示されている。しかしポリエステル繊維を高倍率延伸で品位よく製造するのは難しく、全糸切れ、単糸切れの誘発など実用上の問題が多く残るものであった。また、単に高倍率延伸によりポリエステル繊維自体の破断強度を高めたとしても、該ポリエステル繊維を使用してなるウエビングの強力は必ずしも十分なレベルには至らず、高強力ウエビングを得るために好適なポリエステル繊維という観点では、依然課題の残るものであった。
【０００７】
特許文献４は、ウエビングに使用するポリエステル繊維の打ち込み本数を増やすことでウエビングの強力アップを期待したもので、繊維の単糸断面形状を扁平化することで打ち込み本数増によるウエビング厚みの増大を抑制した技術が開示されている。特許文献４に記載の技術によると高強力でありながら、厚みの薄いウエビングが得られるもののウエビング断面において繊維が最密充填構造をとっており、ウエビング剛性が高くなりすぎる結果、リトラクターへの巻取り性を損なう恐れがあった。また、扁平断面糸はその製造工程において冷却・加熱が均一に進まず、品位品質のバラツキや製糸性悪化を招くことがあり、安全装置に使用される繊維としては不安を残すものであった。
【０００８】
上記の通りシートベルトウエビングに要求される各種特性、具体的には高い破断強力、優れたエネルギー吸収性能、薄くて適度な剛性をバランスよく兼ね備えたシートベルトウエビングを安定かつ低コストで得ることは容易ではなく、その実現は多方面から望まれているものであった。
【特許文献１】特開昭６２−１０４９３８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−７２６６８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平６−１７３１３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開２００４−３１５９８４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の通り従来技術では解決できなかった種々の課題について、ウエビングを構成するポリエステル繊維の荷重−伸長曲線に着目・検討した結果、達成されたものである。すなわち、荷重−伸長曲線を適切にコントールすることでシートベルト用として特に好適なポリエステル繊維を提供することにあり、つまり本発明のポリエステル繊維を使用することで、これまでに存在しなかった高い強力、優れたエネルギー吸収力を有するとともに厚みを増すことなく適度な剛性を保持したシートベルトウエビングが得ることができるものである。しかも本発明のポリエステル繊維およびそれからなるウエビングは、特異な設備・装置を要すことなく製造することができ、コスト面においても極めて有利な技術といえるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は主として次の構成を有する。すなわち、繊維の荷重−伸長曲線における破断強度が７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、ターミナルモジュラスが５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。さらに、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれか１つまたはその組み合わせを満たすことが好ましい態様であり、さらに優れた効果が期待できるものである。
（ａ）繊維の荷重−伸長曲線における破断伸度が１２〜１６％、４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度が５．０〜６．５％である。
（ｂ）繊維の乾熱１００℃における乾熱収縮率Ｓ（１００）、乾熱１２０℃における乾熱収縮率Ｓ（１２０）、およびその差ΔＳが以下の特性を満たすこと。
Ｓ（１００）＝０．６〜１．５％
Ｓ（１２０）＝２．０〜３．５％
ΔＳ ＝１．０〜２．５％
（ｃ）乾熱１００℃における収縮応力Ｆ（１００）、乾熱１８０℃における収縮応力Ｆ（１８０）、および最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）が以下の特性を満たすこと。
Ｆ（１００）＝０．１０〜０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｆ（１８０）＝０．１８〜０．４０ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｔ（ｍａｘ）＝２００〜２３０℃
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポリエステル繊維は、荷重−伸長曲線を適当にコントールされておりシートベルト用ウエビングとして好適に用いることができる。つまり、本発明のポリエステル繊維を使用することで、これまでに存在しなかった高い強力、優れたエネルギー吸収力を有するとともに厚みを増すことなく適度な剛性を保持したシートベルトウエビングを得ることができる。しかもポリエステル繊維、およびウエビングを製造するのに特異な装置を必要としないことから、コスト面でも極めて有利な技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は高強度、高タフネス、高寸法安定性等を得るうえで実質的にエチレンテレフタレートを繰り返し単位とするポリマが使用される。ただし、かかる特性を損ねない範囲においてポリマの一部にイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸などの酸成分、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４シクロヘキサンジオールなどのジオール成分を共重合したものであってもよい。また、ポリマには艶消しを主な目的として酸化チタン、炭酸カルシウム、カオリン、クレーなどの無機物、耐候性の向上を目的としてベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、抗酸化剤、ラジカル補足剤などを含有していても何ら問題ない。さらに、ポリマ中に着色剤を含むものであってもよい。着色剤は、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化鉄などの無機着色剤、シアニン系、フタロシアニン系、アントラキノン系、アゾ系、ペリノン系、スチレン系、キナクドリン系などの有機着色剤が挙げられる。これら着色剤を含有したポリマを使用することで、着色したポリエステル繊維が得られ、シートベルトウエビング製造工程における染色工程を省略することができる。
【００１４】
高強度、高タフネス繊維を得るうえで使用するポリエチレンテレフタレートまたはその共重合体の重合度は高い方が良い。具体的には固有粘度０．８以上、好ましくは０．９以上、より好ましくは１．０以上である。
【００１５】
上述の固有粘度０．８以上のポリエチレンテレフタレートまたはその共重合体を溶融紡糸・延伸することで高強度、高タフネス繊維が得られるが、その破断強度は７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは８〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘである。繊維の破断強度が７．５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、後述するように破断強度に至るまでの荷重−伸長曲線をいくら適正にコントールしたとしても、ポリエステル繊維からなるシートベルトウエビングの強力は不足してしまい、近年要求されるレベルに達さないことがある。一方、破断強力が９．５ｃＮ／ｄｔｅｘを越えるものはそもそも製造することが難しく、無理に延伸することで全糸切れや単糸切れを誘発する結果となり、高品位のポリエステル繊維を安定に得ることができなくなる。
【００１６】
本発明のシートベルト用ポリエステル繊維の最大かつ重要な特徴は、繊維の荷重−伸長曲線をコントロールすることであり、該繊維の破断点における傾き、いわゆるターミナルモジュラスは５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘであり、８〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。これまでウエビング強力をアップさせるには、例えば特許文献３に記載されているように単に使用する繊維の破断強度を高くさえすればよいと考えられていたが、本発明者らが鋭意検討した結果、破断点付近のモジュラスを低下させることが高強力ウエビングを得るためには特に有効な要件であることがわかった。
【００１７】
シートベルトウエビングは、例えば１６７０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を３００本程度打ち込んでなるが、ウエビング強力は繊維の有する破断強力３００本分の和とはならず、通常その和よりも低い値となる。図１に繊維の荷重−伸長曲線の例を示す。曲線（ａ）は繊維の破断点における傾き、いわゆるターミナルモジュラスが大きい場合を、曲線（ｂ）は繊維の破断点における傾き、いわゆるターミナルモジュラスが小さい場合を示す。シートベルトウエビング内ではウエビングを構成する繊維に長さバラツキが存在するため、シートベルトウエビングに荷重がかかると一部の繊維には荷重が大きくかかり、また一部の繊維には荷重は小さくかかる。すなわちシートベルトウエビング全体として荷重がかかった場合に、ウエビングを構成する繊維すべてに一定の荷重がかかるのではなく、荷重のバラツキが存在する。そのため荷重が大きくかかった繊維が先に破断してしまい、結果シートベルトウエビングとして十分な物性を保てなくなってしまうのである。
【００１８】
曲線（ａ）の場合はターミナルモジュラスが大きいため、荷重が大きくかかった繊維（長さが小さい）が破断する時点で、荷重が小さくかかった繊維（長さが大きい）は破断するまでに伸張の余裕があり、荷重が小さくかかった繊維は繊維の物性が十分に活かされていないことになる。 一方、曲線（ｂ）の場合はターミナルモジュラスが小さいため、荷重が大きくかかった繊維（長さが小さい）が破断する時点で、荷重が小さくかかった繊維（長さが大きい）も破断するまで伸張の余裕は小さく、荷重が小さくかかった繊維も物性が十分に活かされていることになる。
【００１９】
すなわち従来の繊維は曲線（ａ）のように破断時の荷重は大きいものの、シートベルトウエビングに使用した場合にはウエビングを構成する繊維本来の特性が活かされていなかったのに対し、本願発明の繊維は曲線（ｂ）のように破断時の荷重は劣るものの、ターミナルモジュラスが小さいため、ウエビングを構成する繊維本来の特性が活かされているのである。その結果、繊維一本の破断時の荷重は小さくても、シートベルトウエビングとして使用した場合には曲線（ａ）のような荷重−伸長曲線を示す繊維より優れた特性を示すこととなるのである。
【００２０】
実際、曲線（ａ）のような荷重−伸長曲線を示す繊維を用いた場合、ウエビング強力を、ウエビングを構成する繊維の破断強力の和で除した値、いわゆる強力利用率はせいぜい７５〜８０％程度である。
【００２１】
本発明のポリエステル繊維のターミナルモジュラスは５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。かかる範囲のターミナルモジュラスを有するポリエステル繊維を使用することで、上述した通り各繊維の強力が最大限に発揮でき、ウエビングとしての高強力化が達成できるようになる。なお、本発明のポリエステル繊維から構成されるシートベルトウエビングで強力利用率を計算すると８０％を越える値となっている。ターミナルモジュラスが５ｃＮ／ｄｔｅｘに満たない繊維はそもそも破断強力自体が低い場合が多く、シートベルト用繊維としては適当ではない。一方、ターミナルモジュラスが２０ｃＮ／ｄｔｅｘを越える従来のポリエステル繊維の場合は、いくら繊維強力を高めても、ウエビング強力の向上効果は小さく、近年要求される強力レベルに達さない場合がある。
【００２２】
次に本発明のシートベルト用ポリエステル繊維の破断伸度は１２〜１６％が好ましく、１３〜１５％であることがより好ましい。シートベルト用ウエビングには高強力と同時に高タフネスが求められるものであり、かかる範囲の伸度特性を有するポリエステル繊維を使用することで、エネルギー吸収性能に優れたウエビングが得られやすくなる。また、４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時における伸度は５．０〜６．５％であることが好ましく、５．５〜６．５％であることがより好ましい。かかる範囲の伸び率とすることで、特に衝突直後に人体が受ける負荷を軽減でき、安全性の面で優れたウエビングが得られやすくなる。
【００２３】
これまでシートベルトウエビングとしての強力を高める方法として、ポリエステル繊維のターミナルモジュラスを低下させる方法、つまりはウエビング内でウエビングを構成する繊維長さにバラツキがあることを前提に各々の繊維が有する破断強力を最大限に利用する方法について述べてきたが、ウエビング内における各繊維の長さバラツキ自体を低減させることでも、ウエビングとしての強力を大きくすることが期待できる。
【００２４】
そしてウエビング内で各繊維の長さバラツキが生じる原因について検討したところ、繊維の熱収縮挙動が関係していることがわかった。つまり、シートベルトウエビングは数百本の繊維を引き揃え製織した後、染色・熱セット工程に供されるが、ウエビング部位ごとに受ける熱量が異なった場合に各繊維の収縮挙動に差が生じ、ウエビング内における長さバラツキの一因となって現れることを突き止めた。この点を考慮し、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は収縮率自体を低く抑え、また、熱による収縮率変化を小さくすることが好ましい。すなわち本発明のポリエステル繊維収縮率は、１００℃下における乾熱収縮率Ｓ（１００）では０．６〜１．５％であることが好ましく、０．８〜１．３％であることがより好ましい。また１２０℃下における乾熱収縮率Ｓ（１２０）では２．０〜３．５％であることが好ましく、２．３〜３％であることがより好ましい。また、Ｓ（１００）とＳ（１２０）の差ΔＳは１．０〜２．５％であることが好ましく、１．３〜２％であることがより好ましい。かかる範囲の収縮率を有するポリエステル繊維からなるウエビングは、高強力が得られやすくなり、特に好ましい。なお、染色工程初期において、シートベルトウエビングはおよそ１００〜１２０℃に達すると推定されている。
【００２５】
本発明のポリエステル繊維の熱収縮応力は低い方が好ましく、乾熱１００℃における収縮応力Ｆ（１００）は０．１０〜０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましく、０．１２〜０．２２ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。また乾熱１８０℃における収縮応力Ｆ（１８０）、０．１８〜０．４０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましく、０．２５〜０．３５ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。また、最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）は２００〜２３０℃であることが好ましい。熱収縮応力をかかる範囲とすることで前述した通りウエビング製造工程において、ウエビングを構成する各繊維の寸法変化が抑制され、ウエビング内における繊維の長さバラツキが低減することができ、ウエビングとしての強力を大きくすることが期待できる。
【００２６】
さらに上述の通りポリエステル繊維の乾熱収縮率、および熱収縮応力を特定の範囲とすることで、シートベルトウエビングの染色工程を安定化し、高品位の着色ウエビングが得られるという効果も発現する。繊維の収縮率、収縮応力がウエビングの染色工程に与える影響について、厳密に解析したわけではなく、本発明の範囲とすることで染色工程が安定化したメカニズムについての確証もないが、ウエビング強力が向上するのと同様にウエビング内で繊維長さのバラツキが低減した結果、ウエビング内での染液の流路、移動速度が均一化するためではないかと考えている。
【００２７】
引き続き、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維を得るための方法について説明する。本発明のシートベルト用繊維は荷重−伸長曲線を適当にコントロールしたものであるが、特異な装置・設備を用いることなく、産業用高強度ポリエステル繊維を製造する通常の方法をベースにすればよい。
【００２８】
まず、固有粘度が０．８以上のポリエチレンテレフタレートチップを溶融・濾過したのち口金細孔から紡出する。次に口金直下において紡出糸条はポリマの融点以上、例えば２７０〜３５０℃に加熱せしめた雰囲気中を通過した後、５０℃以下の冷却風にて冷却固化される。かかる温度履歴を経ることで、高強度、高タフネスのポリエステル繊維を品位よく製造することが可能となる。冷却後の糸条は油剤を付与され、所定の回転速度で回転する引き取りローラに捲回して引き取られる。引き続き、順次高速回転するローラに捲回することで延伸を行う。延伸は４．５〜６．５倍の倍率で２〜３段に分けて実施することが好ましく、破断強度７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘを有した高強力繊維が高品位で安定に得られやすくなる。
【００２９】
延伸後の糸条には熱セット、弛緩処理を施すが、この工程が本発明のポリエステル繊維、すなわちシートベルト用として極めて好適な荷重−伸長挙動を示すポリエステル繊維を得るうえで重要である。
【００３０】
従来のシートベルト用ポリエステル繊維では、延伸後の強度低下を回避するため、熱セットを施す最終延伸ローラの温度をあまり高く設定せず、最終延伸ローラと弛緩ローラとの速度差である弛緩率についても、できる限り低く設定し製造されていた。これに対し本発明のポリエステル繊維は最終延伸ローラの温度を融着等の問題が起こらない範囲においてできる限り高く、例えば２３５℃〜２５５℃に設定し、かつ、できる限り大きな弛緩率、例えば２〜５％を採用することで得られるのである。実際、高温の熱セット・高率の弛緩処理によりポリエステル繊維自体の強度は低下傾向にあるものの、先に説明した破断点における荷重−伸長曲線の傾き、すなわちターミナルモジュラスが低下することにより強力利用率が大きくなり、さらに乾熱収縮率および熱収縮応力の低下によりウエビング中における長さバラツキが低減することから、該繊維を使用したウエビングは優れた強力を有するものとなる。
【００３１】
熱セット・弛緩処理後の糸条には、高圧空気を噴射し交絡処理を施すことが好ましい。糸条に付与する交絡は多くかつ均一であることが望ましく、繊維長１ｍあたりの交絡数（ＣＦ値）は１５〜３０あれば十分である。糸条に交絡処理を施すことでウエビング製織等の工程通過性が向上し高品位のシートベルトウエビングが高収率で得られるようになる。
【００３２】
本発明のシートベルト用ポリエステル繊維を使用して、シートベルト用ウエビングを製造する場合においても特異の方法は必要とせず、常法によることができる。例えば、製織はニードル型織機を使用しタテ糸張力は０．０５〜１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ程度に、ヨコ糸は０．０５〜１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ程度にコントロールすればよい。続く染色工程では製織工程で得られたウエビングを公知のポリエステル用分散染料および補助剤などを含む染色液に浸漬させた後、発色槽、水洗槽、熱セット槽で順次処理すればよい。
【００３３】
かくして得られるシートベルトウエビングは高強力、高タフネスを保持しつつ、厚みが薄く適度な剛性を有すことから巻取り性能にも優れたものとなる。しかも本発明のポリエステル繊維および該ポリエステル繊維からなるウエビングは、特異な設備・装置を要すことなく製造することができ、コスト面においても極めて有利である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、各種物性は次に方法により算出した。
【００３５】
［ポリマの固有粘度（ＩＶ）］：
試料８．０ｇにオルソクロロフェノール１００ｍｌを加えて、１６０℃×１０分間加熱溶解した溶液の相対粘度ηｒをオストワルド粘度計を用いて測定し、次の近似式に従い算出した。
ＩＶ＝０．０２４２ηｒ＋０．０２６３４
【００３６】
［総繊度］：
ＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．３．１正量繊度ａ）Ａ法に従って、所定荷重５ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数、所定糸長９０ｍで測定した。
【００３７】
［破断強力・破断強度・破断伸度・ターミナルモジュラス］：
試料を気温２０℃、湿度６５％の温調室において、オリエンテック（株）社製“テンシロン”（ＴＥＮＳＩＬＯＮ）ＵＣＴ−１００でＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．５．１標準試験時に示される定速伸長条件で測定した。このときの掴み間隔は２５ｃｍ、引張速度は３０ｃｍ／ｍｉｎ、試験回数は１０回であった。なお、破断伸度は荷重−伸長曲線における最大強力を示した点の伸びから求めた。ターミナルモジュラスは破断点（最大強力を示す点）からゼロ点方向に接線を引き、その傾きから求めた。
【００３８】
［４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度］：
上記［破断強力・破断強度・破断伸度・ターミナルモジュラス］の測定で得られた荷重−伸長曲線から４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸び（％）を読みとった。
【００３９】
［乾熱収縮率］：
ＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．１８．２乾熱収縮率ａ）かせ収縮率（Ａ法）に従って、試料採取時の所定荷重５ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数、かせ長測定時の所定荷重２００ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数とし、処理温度１００℃でＳ（１００）を、また処理温度１２０℃でＳ（１２０）を求めた。またその差ΔＳは以下の式より求めた。
ΔＳ＝Ｓ（１２０）−Ｓ（１００）
【００４０】
［収縮応力および最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）］：
試料を東洋ボールドウィン社製ＳＳ−２０７Ｄ−ＵＥ歪み測定機に取り付け、東洋ボールドウィン社製ＴＫＣ−ＩＩＩＳ加熱炉を用い昇温しながら温度−熱収縮応力曲線を描き、各温度での収縮応力および最大収縮応力を与えるときの温度を読みとった。このときの試料長は２５ｃｍ、初荷重として０．０４５ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重をかけた。測定温度範囲は２５℃〜２６０℃とし、昇温速度を５℃／ｍｉｎに設定した。各試料について２回の測定を行い平均値を求めた。
【００４１】
［交絡数（ＣＦ値）］：
ＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．１５に従って、おもりの重量を０．２２ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数、フックの他端に所定荷重表示テックス数／フィラメント数×１．０９ｍＮ、下降速度１〜２ｃｍ／ｓｅｃで下降させ、次式により算出した。
ＣＦ値＝１００（ｃｍ）／下降距離（ｃｍ）
【００４２】
［ウエビングの引張強力・１１．１ｋＮ時の伸度］：
ＪＩＳ Ｄ−４６０４（１９９５）７．４に従って測定した。このときのクランプ間距離は２２０ｍｍ、引張速度１０ｃｍ／ｍｉｎ、試験回数５回であった。なお、１１．１ｋＮ時の伸度は荷重−伸長曲線における１１．１ｋＮの荷重を示したときの伸びから求めた。
【００４３】
［強力利用率］：
以下式の通りウエビング引張強力をウエビングを構成するポリエステル繊維の破断強力と使用本数の積で除して算出した。
強力利用率（％）＝（ウエビング引張強力（Ｎ））×１００／（繊維の破断強力（Ｎ）× 打ち込み本数（本））
【００４４】
［ウエビングの厚み］：
ミツトヨ製厚み測定器１５６−１０１を用いてウェビングの両端（左端、右端）、および中央部を各３回合計９回測定し平均値を求めた。
【００４５】
［ウエビングの剛性］：
ＪＩＳ Ｌ−１０９６ ８．２０．１の方法に従って、長さ３８．１ｍｍ、幅１２．７ｍｍのサンプルを採取し、テスター産業株式会社製ガーレ式スティフネステスターを用いて測定した。
【００４６】
［実施例１］
固有粘度１．２のポリエチレンテレフタレート１００重量部に対して、酸化チタンを０．１重量部含有したポリエチレンテレフタレート樹脂組成物をエクストルーダ型紡糸機で溶融し、計量ポンプで吐出量４６８ｇ／分となるように調整した後、紡糸パック内で濾過し紡糸口金より紡出した。溶融ポリマ温度が３００℃となるようにエクストルーダ、スピンブロック、紡糸パックの温度をそれぞれ調整した。紡糸口金には孔数１４４、円形孔型のものを使用した。
【００４７】
紡出された糸条は温度３２０℃、長さ３００ｍｍの加熱筒を通過させた後、２０℃の冷却風を３０ｍ／ｍｉｎの風速で糸条に吹き付け、冷却固化させた。次に冷却糸条に油剤を付与し、７０℃に設定された引き取りローラで引き取ったのち順次高速回転する加熱された供給ローラ、第１延伸ローラ、最終延伸ローラ、および最終延伸ローラより低速回転する弛緩ローラに捲回し延伸・熱セット・弛緩処理を施した。
【００４８】
ここで供給ローラの表面温度を１１０℃、第１延伸ローラの表面温度を１２０℃に設定した。また、供給ローラと第１延伸ローラの速度差で表される１段目倍率を３．６倍に設定した。最終延伸ローラと引取ローラの速度差で表される延伸倍率、最終延伸ローラと弛緩ローラの速度差で表される弛緩率、および最終延伸ローラの設定温度を表１に示す。
【００４９】
弛緩処理後の糸条に高圧空気を噴射することで交絡処理を施し巻取り機にて巻取り、１６７０ｄｔｅｘ−１４４フィラメントのシートベルトタテ糸用のポリエステル繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の特性を表２に示す。
【００５０】
これとは別に固有粘度１．２ポリエチレンテレフタレート１００重量部に対して、酸化チタンを０．１重量部含有したポリエチレンテレフタレート樹脂組成物をエクストルーダ型紡糸機で溶融し、計量ポンプで吐出量２３２ｇ／分となるように調整し、紡糸パック内で濾過し紡糸口金より紡出した。溶融ポリマ温度が３００℃となるようにエクストルーダ、スピンブロック、紡糸パックの温度をそれぞれ調整した。紡糸口金には孔数９６、円形孔型のものを使用した。
【００５１】
紡出された糸条は温度３００℃、長さ１５０ｍｍの加熱筒を通過させた後、２０℃の冷却風を３０ｍ／ｍｉｎの風速で糸条に吹き付け、冷却固化させた。次に冷却糸条に油剤を付与し、７０℃に設定された引き取りローラで引き取ったのち順次高速回転する加熱された供給ローラ、第１延伸ローラ、最終延伸ローラ、および最終延伸ローラより低速回転する弛緩ローラに捲回し延伸・熱セット・弛緩処理を施した。ここで供給ローラの表面温度を１１０℃、第１延伸ローラの表面温度を１２０℃、最終延伸ローラの表面温度を２１０℃に設定した。また、供給ローラと第１延伸ローラの速度差で表される１段目倍率を３．４倍、引取ローラと最終延伸ローラの速度差で表される総延伸倍率を５．３倍、最終延伸ローラと弛緩ローラの速度差で表される弛緩率を２％に設定した。弛緩処理後の糸条に高圧空気を噴射することで交絡処理を施し巻取り機にて巻取り、８３０ｄｔｅｘ−９６フィラメント、強力６３（Ｎ）、強度７．６（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、伸度２０％のシートベルトヨコ糸用のポリエステル繊維を製造した。
【００５２】
引き続き、得られたシートベルトタテ糸用ポリエステル繊維２８０本を引き揃え、直接ニードル型織機に導き２ｕｐ２ｄｏｗｎの条件で製織し５０ｍｍ幅のウエビングを得た。製織時のタテ糸張力は０．５ｃＮ／ｄｔｅｘに調整した。なお、ヨコ糸には前記得られた８３０ｄｔｅｘ−９６フィラメントのポリエステル繊維を使用し、０．５ｃＮ／ｄｔｅｘの張力条件で２０本／ｉｎｃｈになるように調整して打ち込んだ。次に得られたウエビングを分散染液浴に浸漬させ、赤外線ヒータにより予備乾燥し２００℃の発色槽にて発色させた。引き続き水洗槽で余分な染液を水洗除去し、１５０℃の乾熱下において１分間の熱処理を行いシートベルト用ウエビングを製造した。得られたシートベルト用ウエビングの特性を表２に併せて示す。
【００５３】
［実施例２、３、比較例１〜３］
引取ローラと最終延伸ローラの速度差で表される延伸倍率、最終延伸ローラと弛緩ローラの速度差で表される弛緩率、最終延伸ローラの表面温度を表１に示す値に設定した以外は実施例１と同様にした。得られたポリエステル繊維の特性、および得られたシートベルト用ウエビングの特性を表２に示す。
【００５４】
［実施例４、５］
紡糸口金に孔数７２の円形孔型のものを使用し吐出量を３３０ｇ／分に調整した以外は実施例１と同様の方法で１１００ｄｔｅｘ−７２フィラメントのポリエステル繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の特性の特性を表２に示した。
【００５５】
引き続き得られたポリエステル繊維を４３０本引き揃え、実施例１と同様の方法でシートベルト用ウエビングを製造した。得られたシートベルト用ウエビングの特性を表２に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２から明らかなように、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は高強度でありながら、荷重−伸長曲線における破断点でのターミナルモジュラスが低い値となっており、それからなるウエビングはシートベルト用として求められるあらゆる特性をバランスよく兼ね備えたものとなっている。具体的には高強力、高エネルギー吸収性を有し、厚みが薄く適度な剛性を有すウエビングが得られている。しかも本発明のポリエステル繊維、およびシートベルト用ウエビングは、特異な設備・装置を要すことなく製造することができ、コスト面においても極めて有利な技術といえるものである。一方、比較例１のポリエステル繊維はターミナルモジュラスが高いことから、いくら繊維自体の破断強度を高めても、該繊維からなるウエビングの強力は高くならず、安全装置としての信頼性を損なうものであった。逆に比較例２では繊維自体の破断強度が低いことから、破断点付近でのターミナルモジュラスを比較的低く抑えたとしても、得られるウエビングは強力不足となってしまっている。また、破断強度、ターミナルモジュラスとも本発明の範囲外にある比較例３のポリエステル繊維からなるウエビングでは強力が大幅に低下してしま、シートベルトとしての役割を果たさないものであった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のポリエステル繊維は、荷重−伸長曲線を適当にコントールした繊維であってシートベルト用ウエビングとして好適に用いられる。つまり、本発明のポリエステル繊維を使用することで、これまでに存在しなかった高い強力、優れたエネルギー吸収力を有するとともに厚みを増すことなく適度な剛性を保持したシートベルトウエビングを初めて得ることができるようになるものである。しかもポリエステル繊維、およびウエビングを製造するのに特異な装置を必要としないことから、コスト面でも極めて有利な技術といえる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】繊維の荷重−伸長曲線の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
（ａ）：ターミナルモジュラスが大きい場合の曲線
（ｂ）：ターミナルモジュラスが小さい場合の曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明はシートベルト用ポリエステル繊維に関する。詳しくは高強力、高タフネス、高品位を兼ね備えたシートベルトウエビングを得るために好適なポリエステル繊維であり、しかも特異な装置・設備を要することなく、低コストでの生産が可能なポリエステル繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シートベルト装置は自動車をはじめ飛行機、ロケット、ジェットコースターなどの乗り物に搭乗した乗員の安全を確保する装置として欠かせないものであり、多くの乗り物に装備されている。シートベルト装置は繊維を製織してなるウエビング部とリトラクターと呼ばれる巻取り装置から構成されており、そのうちウエビング部では衝撃時に直接人体を保持・拘束する役割を担っている。ウエビングに要求される特性としては、第一に容易に破断しない高い強力、人体への衝撃を軽減する優れたエネルギー吸収性能が挙げられる。特に近年、安全に対する意識の高まりからかかる要求特性は一段と厳しくなってきている。その他としてリトラクターへの巻取り性が重要であり、厚みが薄く適度な剛性を有するウエビングとすることで、リトラクターへの巻取りがスムーズに行われ、安全に対する信頼をますます高めまるものである。また、シートベルトウエビングは技術面での要求のみならず、製造コストをいかに抑えるかという点での要求も強く、コストアップを伴わずあらゆる特性をバランスよく兼ね備えたウエビングの実現が望まれ続けている。
【０００３】
これまでにシートベルト用ウエビングに関する技術は数多く提案されている。ウエビングの強力アップを図るため、いわゆる超高強力繊維を使用する方法があり、特許文献１ではアラミド繊維、特許文献２では全芳香族ポリエステル繊維を使用する方法が開示されている。特許文献１または特許文献２に記載の繊維を使用することで確かにウエビングの破断強力は格段に高まり、近年要求されるレベルをも容易にクリアすることができるが、繊維自体の伸びが小さいことに起因し、ウエビングのエネルギー吸収性能の面では不十分な結果しか得られず、また剛性が高すぎることからリトラクターへの巻取りがスムーズにいかず、時としてシートベルトの役割を果たさなくなることが懸念されるものであった。
【０００４】
この点ポリエステル繊維、なかでもポリエチレンテレフタレート繊維は高強力、高タフネス、適度な剛性、優れた寸法安定性を兼ね備えており、シートベルト用ウエビングを構成する繊維材として最も適当な素材と考えられており、従来より採用されてきた。
【０００５】
ポリエステル繊維を使用したシートベルトウエビングの高強力化を図る技術として特許文献３、４などがある。
【０００６】
特許文献３では、ポリエステル繊維の高強度化を図るべく高重合度のポリマを高倍率延伸する方法が開示されている。しかしポリエステル繊維を高倍率延伸で品位よく製造するのは難しく、全糸切れ、単糸切れの誘発など実用上の問題が多く残るものであった。また、単に高倍率延伸によりポリエステル繊維自体の破断強度を高めたとしても、該ポリエステル繊維を使用してなるウエビングの強力は必ずしも十分なレベルには至らず、高強力ウエビングを得るために好適なポリエステル繊維という観点では、依然課題の残るものであった。
【０００７】
特許文献４は、ウエビングに使用するポリエステル繊維の打ち込み本数を増やすことでウエビングの強力アップを期待したもので、繊維の単糸断面形状を扁平化することで打ち込み本数増によるウエビング厚みの増大を抑制した技術が開示されている。特許文献４に記載の技術によると高強力でありながら、厚みの薄いウエビングが得られるもののウエビング断面において繊維が最密充填構造をとっており、ウエビング剛性が高くなりすぎる結果、リトラクターへの巻取り性を損なう恐れがあった。また、扁平断面糸はその製造工程において冷却・加熱が均一に進まず、品位品質のバラツキや製糸性悪化を招くことがあり、安全装置に使用される繊維としては不安を残すものであった。
【０００８】
上記の通りシートベルトウエビングに要求される各種特性、具体的には高い破断強力、優れたエネルギー吸収性能、薄くて適度な剛性をバランスよく兼ね備えたシートベルトウエビングを安定かつ低コストで得ることは容易ではなく、その実現は多方面から望まれているものであった。
【特許文献１】特開昭６２−１０４９３８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開平８−７２６６８号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開平６−１７３１３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】特開２００４−３１５９８４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の通り従来技術では解決できなかった種々の課題について、ウエビングを構成するポリエステル繊維の荷重−伸長曲線に着目・検討した結果、達成されたものである。すなわち、荷重−伸長曲線を適切にコントールすることでシートベルト用として特に好適なポリエステル繊維を提供することにあり、つまり本発明のポリエステル繊維を使用することで、これまでに存在しなかった高い強力、優れたエネルギー吸収力を有するとともに厚みを増すことなく適度な剛性を保持したシートベルトウエビングが得ることができるものである。しかも本発明のポリエステル繊維およびそれからなるウエビングは、特異な設備・装置を要すことなく製造することができ、コスト面においても極めて有利な技術といえるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は主として次の構成を有する。すなわち、繊維の荷重−伸長曲線における破断強度が７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、ターミナルモジュラスが５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。さらに、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれか１つまたはその組み合わせを満たすことが好ましい態様であり、さらに優れた効果が期待できるものである。
（ａ）繊維の荷重−伸長曲線における破断伸度が１２〜１６％、４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度が５．０〜６．５％である。
（ｂ）繊維の乾熱１００℃における乾熱収縮率Ｓ（１００）、乾熱１２０℃における乾熱収縮率Ｓ（１２０）、およびその差ΔＳが以下の特性を満たすこと。
Ｓ（１００）＝０．６〜１．５％
Ｓ（１２０）＝２．０〜３．５％
ΔＳ ＝１．０〜２．５％
（ｃ）乾熱１００℃における収縮応力Ｆ（１００）、乾熱１８０℃における収縮応力Ｆ（１８０）、および最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）が以下の特性を満たすこと。
Ｆ（１００）＝０．１０〜０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｆ（１８０）＝０．１８〜０．４０ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｔ（ｍａｘ）＝２００〜２３０℃
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポリエステル繊維は、荷重−伸長曲線を適当にコントールされておりシートベルト用ウエビングとして好適に用いることができる。つまり、本発明のポリエステル繊維を使用することで、これまでに存在しなかった高い強力、優れたエネルギー吸収力を有するとともに厚みを増すことなく適度な剛性を保持したシートベルトウエビングを得ることができる。しかもポリエステル繊維、およびウエビングを製造するのに特異な装置を必要としないことから、コスト面でも極めて有利な技術である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は高強度、高タフネス、高寸法安定性等を得るうえで実質的にエチレンテレフタレートを繰り返し単位とするポリマが使用される。ただし、かかる特性を損ねない範囲においてポリマの一部にイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸などの酸成分、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，４シクロヘキサンジオールなどのジオール成分を共重合したものであってもよい。また、ポリマには艶消しを主な目的として酸化チタン、炭酸カルシウム、カオリン、クレーなどの無機物、耐候性の向上を目的としてベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、抗酸化剤、ラジカル補足剤などを含有していても何ら問題ない。さらに、ポリマ中に着色剤を含むものであってもよい。着色剤は、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化鉄などの無機着色剤、シアニン系、フタロシアニン系、アントラキノン系、アゾ系、ペリノン系、スチレン系、キナクドリン系などの有機着色剤が挙げられる。これら着色剤を含有したポリマを使用することで、着色したポリエステル繊維が得られ、シートベルトウエビング製造工程における染色工程を省略することができる。
【００１４】
高強度、高タフネス繊維を得るうえで使用するポリエチレンテレフタレートまたはその共重合体の重合度は高い方が良い。具体的には固有粘度０．８以上、好ましくは０．９以上、より好ましくは１．０以上である。
【００１５】
上述の固有粘度０．８以上のポリエチレンテレフタレートまたはその共重合体を溶融紡糸・延伸することで高強度、高タフネス繊維が得られるが、その破断強度は７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは８〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘである。繊維の破断強度が７．５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、後述するように破断強度に至るまでの荷重−伸長曲線をいくら適正にコントールしたとしても、ポリエステル繊維からなるシートベルトウエビングの強力は不足してしまい、近年要求されるレベルに達さないことがある。一方、破断強力が９．５ｃＮ／ｄｔｅｘを越えるものはそもそも製造することが難しく、無理に延伸することで全糸切れや単糸切れを誘発する結果となり、高品位のポリエステル繊維を安定に得ることができなくなる。
【００１６】
本発明のシートベルト用ポリエステル繊維の最大かつ重要な特徴は、繊維の荷重−伸長曲線をコントロールすることであり、該繊維の破断点における傾き、いわゆるターミナルモジュラスは５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘであり、８〜１５ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。これまでウエビング強力をアップさせるには、例えば特許文献３に記載されているように単に使用する繊維の破断強度を高くさえすればよいと考えられていたが、本発明者らが鋭意検討した結果、破断点付近のモジュラスを低下させることが高強力ウエビングを得るためには特に有効な要件であることがわかった。
【００１７】
シートベルトウエビングは、例えば１６７０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を３００本程度打ち込んでなるが、ウエビング強力は繊維の有する破断強力３００本分の和とはならず、通常その和よりも低い値となる。図１に繊維の荷重−伸長曲線の例を示す。曲線（ａ）は繊維の破断点における傾き、いわゆるターミナルモジュラスが大きい場合を、曲線（ｂ）は繊維の破断点における傾き、いわゆるターミナルモジュラスが小さい場合を示す。シートベルトウエビング内ではウエビングを構成する繊維に長さバラツキが存在するため、シートベルトウエビングに荷重がかかると一部の繊維には荷重が大きくかかり、また一部の繊維には荷重は小さくかかる。すなわちシートベルトウエビング全体として荷重がかかった場合に、ウエビングを構成する繊維すべてに一定の荷重がかかるのではなく、荷重のバラツキが存在する。そのため荷重が大きくかかった繊維が先に破断してしまい、結果シートベルトウエビングとして十分な物性を保てなくなってしまうのである。
【００１８】
曲線（ａ）の場合はターミナルモジュラスが大きいため、荷重が大きくかかった繊維（長さが小さい）が破断する時点で、荷重が小さくかかった繊維（長さが大きい）は破断するまでに伸張の余裕があり、荷重が小さくかかった繊維は繊維の物性が十分に活かされていないことになる。 一方、曲線（ｂ）の場合はターミナルモジュラスが小さいため、荷重が大きくかかった繊維（長さが小さい）が破断する時点で、荷重が小さくかかった繊維（長さが大きい）も破断するまで伸張の余裕は小さく、荷重が小さくかかった繊維も物性が十分に活かされていることになる。
【００１９】
すなわち従来の繊維は曲線（ａ）のように破断時の荷重は大きいものの、シートベルトウエビングに使用した場合にはウエビングを構成する繊維本来の特性が活かされていなかったのに対し、本願発明の繊維は曲線（ｂ）のように破断時の荷重は劣るものの、ターミナルモジュラスが小さいため、ウエビングを構成する繊維本来の特性が活かされているのである。その結果、繊維一本の破断時の荷重は小さくても、シートベルトウエビングとして使用した場合には曲線（ａ）のような荷重−伸長曲線を示す繊維より優れた特性を示すこととなるのである。
【００２０】
実際、曲線（ａ）のような荷重−伸長曲線を示す繊維を用いた場合、ウエビング強力を、ウエビングを構成する繊維の破断強力の和で除した値、いわゆる強力利用率はせいぜい７５〜８０％程度である。
【００２１】
本発明のポリエステル繊維のターミナルモジュラスは５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。かかる範囲のターミナルモジュラスを有するポリエステル繊維を使用することで、上述した通り各繊維の強力が最大限に発揮でき、ウエビングとしての高強力化が達成できるようになる。なお、本発明のポリエステル繊維から構成されるシートベルトウエビングで強力利用率を計算すると８０％を越える値となっている。ターミナルモジュラスが５ｃＮ／ｄｔｅｘに満たない繊維はそもそも破断強力自体が低い場合が多く、シートベルト用繊維としては適当ではない。一方、ターミナルモジュラスが２０ｃＮ／ｄｔｅｘを越える従来のポリエステル繊維の場合は、いくら繊維強力を高めても、ウエビング強力の向上効果は小さく、近年要求される強力レベルに達さない場合がある。
【００２２】
次に本発明のシートベルト用ポリエステル繊維の破断伸度は１２〜１６％が好ましく、１３〜１５％であることがより好ましい。シートベルト用ウエビングには高強力と同時に高タフネスが求められるものであり、かかる範囲の伸度特性を有するポリエステル繊維を使用することで、エネルギー吸収性能に優れたウエビングが得られやすくなる。また、４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時における伸度は５．０〜６．５％であることが好ましく、５．５〜６．５％であることがより好ましい。かかる範囲の伸び率とすることで、特に衝突直後に人体が受ける負荷を軽減でき、安全性の面で優れたウエビングが得られやすくなる。
【００２３】
これまでシートベルトウエビングとしての強力を高める方法として、ポリエステル繊維のターミナルモジュラスを低下させる方法、つまりはウエビング内でウエビングを構成する繊維長さにバラツキがあることを前提に各々の繊維が有する破断強力を最大限に利用する方法について述べてきたが、ウエビング内における各繊維の長さバラツキ自体を低減させることでも、ウエビングとしての強力を大きくすることが期待できる。
【００２４】
そしてウエビング内で各繊維の長さバラツキが生じる原因について検討したところ、繊維の熱収縮挙動が関係していることがわかった。つまり、シートベルトウエビングは数百本の繊維を引き揃え製織した後、染色・熱セット工程に供されるが、ウエビング部位ごとに受ける熱量が異なった場合に各繊維の収縮挙動に差が生じ、ウエビング内における長さバラツキの一因となって現れることを突き止めた。この点を考慮し、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は収縮率自体を低く抑え、また、熱による収縮率変化を小さくすることが好ましい。すなわち本発明のポリエステル繊維収縮率は、１００℃下における乾熱収縮率Ｓ（１００）では０．６〜１．５％であることが好ましく、０．８〜１．３％であることがより好ましい。また１２０℃下における乾熱収縮率Ｓ（１２０）では２．０〜３．５％であることが好ましく、２．３〜３％であることがより好ましい。また、Ｓ（１００）とＳ（１２０）の差ΔＳは１．０〜２．５％であることが好ましく、１．３〜２％であることがより好ましい。かかる範囲の収縮率を有するポリエステル繊維からなるウエビングは、高強力が得られやすくなり、特に好ましい。なお、染色工程初期において、シートベルトウエビングはおよそ１００〜１２０℃に達すると推定されている。
【００２５】
本発明のポリエステル繊維の熱収縮応力は低い方が好ましく、乾熱１００℃における収縮応力Ｆ（１００）は０．１０〜０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましく、０．１２〜０．２２ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。また乾熱１８０℃における収縮応力Ｆ（１８０）、０．１８〜０．４０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましく、０．２５〜０．３５ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。また、最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）は２００〜２３０℃であることが好ましい。熱収縮応力をかかる範囲とすることで前述した通りウエビング製造工程において、ウエビングを構成する各繊維の寸法変化が抑制され、ウエビング内における繊維の長さバラツキが低減することができ、ウエビングとしての強力を大きくすることが期待できる。
【００２６】
さらに上述の通りポリエステル繊維の乾熱収縮率、および熱収縮応力を特定の範囲とすることで、シートベルトウエビングの染色工程を安定化し、高品位の着色ウエビングが得られるという効果も発現する。繊維の収縮率、収縮応力がウエビングの染色工程に与える影響について、厳密に解析したわけではなく、本発明の範囲とすることで染色工程が安定化したメカニズムについての確証もないが、ウエビング強力が向上するのと同様にウエビング内で繊維長さのバラツキが低減した結果、ウエビング内での染液の流路、移動速度が均一化するためではないかと考えている。
【００２７】
引き続き、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維を得るための方法について説明する。本発明のシートベルト用繊維は荷重−伸長曲線を適当にコントロールしたものであるが、特異な装置・設備を用いることなく、産業用高強度ポリエステル繊維を製造する通常の方法をベースにすればよい。
【００２８】
まず、固有粘度が０．８以上のポリエチレンテレフタレートチップを溶融・濾過したのち口金細孔から紡出する。次に口金直下において紡出糸条はポリマの融点以上、例えば２７０〜３５０℃に加熱せしめた雰囲気中を通過した後、５０℃以下の冷却風にて冷却固化される。かかる温度履歴を経ることで、高強度、高タフネスのポリエステル繊維を品位よく製造することが可能となる。冷却後の糸条は油剤を付与され、所定の回転速度で回転する引き取りローラに捲回して引き取られる。引き続き、順次高速回転するローラに捲回することで延伸を行う。延伸は４．５〜６．５倍の倍率で２〜３段に分けて実施することが好ましく、破断強度７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘを有した高強力繊維が高品位で安定に得られやすくなる。
【００２９】
延伸後の糸条には熱セット、弛緩処理を施すが、この工程が本発明のポリエステル繊維、すなわちシートベルト用として極めて好適な荷重−伸長挙動を示すポリエステル繊維を得るうえで重要である。
【００３０】
従来のシートベルト用ポリエステル繊維では、延伸後の強度低下を回避するため、熱セットを施す最終延伸ローラの温度をあまり高く設定せず、最終延伸ローラと弛緩ローラとの速度差である弛緩率についても、できる限り低く設定し製造されていた。これに対し本発明のポリエステル繊維は最終延伸ローラの温度を融着等の問題が起こらない範囲においてできる限り高く、例えば２３５℃〜２５５℃に設定し、かつ、できる限り大きな弛緩率、例えば２〜５％を採用することで得られるのである。実際、高温の熱セット・高率の弛緩処理によりポリエステル繊維自体の強度は低下傾向にあるものの、先に説明した破断点における荷重−伸長曲線の傾き、すなわちターミナルモジュラスが低下することにより強力利用率が大きくなり、さらに乾熱収縮率および熱収縮応力の低下によりウエビング中における長さバラツキが低減することから、該繊維を使用したウエビングは優れた強力を有するものとなる。
【００３１】
熱セット・弛緩処理後の糸条には、高圧空気を噴射し交絡処理を施すことが好ましい。糸条に付与する交絡は多くかつ均一であることが望ましく、繊維長１ｍあたりの交絡数（ＣＦ値）は１５〜３０あれば十分である。糸条に交絡処理を施すことでウエビング製織等の工程通過性が向上し高品位のシートベルトウエビングが高収率で得られるようになる。
【００３２】
本発明のシートベルト用ポリエステル繊維を使用して、シートベルト用ウエビングを製造する場合においても特異の方法は必要とせず、常法によることができる。例えば、製織はニードル型織機を使用しタテ糸張力は０．０５〜１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ程度に、ヨコ糸は０．０５〜１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ程度にコントロールすればよい。続く染色工程では製織工程で得られたウエビングを公知のポリエステル用分散染料および補助剤などを含む染色液に浸漬させた後、発色槽、水洗槽、熱セット槽で順次処理すればよい。
【００３３】
かくして得られるシートベルトウエビングは高強力、高タフネスを保持しつつ、厚みが薄く適度な剛性を有すことから巻取り性能にも優れたものとなる。しかも本発明のポリエステル繊維および該ポリエステル繊維からなるウエビングは、特異な設備・装置を要すことなく製造することができ、コスト面においても極めて有利である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、各種物性は次に方法により算出した。
【００３５】
［ポリマの固有粘度（ＩＶ）］：
試料８．０ｇにオルソクロロフェノール１００ｍｌを加えて、１６０℃×１０分間加熱溶解した溶液の相対粘度ηｒをオストワルド粘度計を用いて測定し、次の近似式に従い算出した。
ＩＶ＝０．０２４２ηｒ＋０．０２６３４
【００３６】
［総繊度］：
ＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．３．１正量繊度ａ）Ａ法に従って、所定荷重５ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数、所定糸長９０ｍで測定した。
【００３７】
［破断強力・破断強度・破断伸度・ターミナルモジュラス］：
試料を気温２０℃、湿度６５％の温調室において、オリエンテック（株）社製“テンシロン”（ＴＥＮＳＩＬＯＮ）ＵＣＴ−１００でＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．５．１標準試験時に示される定速伸長条件で測定した。このときの掴み間隔は２５ｃｍ、引張速度は３０ｃｍ／ｍｉｎ、試験回数は１０回であった。なお、破断伸度は荷重−伸長曲線における最大強力を示した点の伸びから求めた。ターミナルモジュラスは破断点（最大強力を示す点）からゼロ点方向に接線を引き、その傾きから求めた。
【００３８】
［４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度］：
上記［破断強力・破断強度・破断伸度・ターミナルモジュラス］の測定で得られた荷重−伸長曲線から４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸び（％）を読みとった。
【００３９】
［乾熱収縮率］：
ＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．１８．２乾熱収縮率ａ）かせ収縮率（Ａ法）に従って、試料採取時の所定荷重５ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数、かせ長測定時の所定荷重２００ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数とし、処理温度１００℃でＳ（１００）を、また処理温度１２０℃でＳ（１２０）を求めた。またその差ΔＳは以下の式より求めた。
ΔＳ＝Ｓ（１２０）−Ｓ（１００）
【００４０】
［収縮応力および最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）］：
試料を東洋ボールドウィン社製ＳＳ−２０７Ｄ−ＵＥ歪み測定機に取り付け、東洋ボールドウィン社製ＴＫＣ−ＩＩＩＳ加熱炉を用い昇温しながら温度−熱収縮応力曲線を描き、各温度での収縮応力および最大収縮応力を与えるときの温度を読みとった。このときの試料長は２５ｃｍ、初荷重として０．０４５ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重をかけた。測定温度範囲は２５℃〜２６０℃とし、昇温速度を５℃／ｍｉｎに設定した。各試料について２回の測定を行い平均値を求めた。
【００４１】
［交絡数（ＣＦ値）］：
ＪＩＳ Ｌ−１０１３（１９９９）８．１５に従って、おもりの重量を０．２２ｍＮ／ｔｅｘ×表示テックス数、フックの他端に所定荷重表示テックス数／フィラメント数×１．０９ｍＮ、下降速度１〜２ｃｍ／ｓｅｃで下降させ、次式により算出した。
ＣＦ値＝１００（ｃｍ）／下降距離（ｃｍ）
【００４２】
［ウエビングの引張強力・１１．１ｋＮ時の伸度］：
ＪＩＳ Ｄ−４６０４（１９９５）７．４に従って測定した。このときのクランプ間距離は２２０ｍｍ、引張速度１０ｃｍ／ｍｉｎ、試験回数５回であった。なお、１１．１ｋＮ時の伸度は荷重−伸長曲線における１１．１ｋＮの荷重を示したときの伸びから求めた。
【００４３】
［強力利用率］：
以下式の通りウエビング引張強力をウエビングを構成するポリエステル繊維の破断強力と使用本数の積で除して算出した。
強力利用率（％）＝（ウエビング引張強力（Ｎ））×１００／（繊維の破断強力（Ｎ）× 打ち込み本数（本））
【００４４】
［ウエビングの厚み］：
ミツトヨ製厚み測定器１５６−１０１を用いてウェビングの両端（左端、右端）、および中央部を各３回合計９回測定し平均値を求めた。
【００４５】
［ウエビングの剛性］：
ＪＩＳ Ｌ−１０９６ ８．２０．１の方法に従って、長さ３８．１ｍｍ、幅１２．７ｍｍのサンプルを採取し、テスター産業株式会社製ガーレ式スティフネステスターを用いて測定した。
【００４６】
［実施例１］
固有粘度１．２のポリエチレンテレフタレート１００重量部に対して、酸化チタンを０．１重量部含有したポリエチレンテレフタレート樹脂組成物をエクストルーダ型紡糸機で溶融し、計量ポンプで吐出量４６８ｇ／分となるように調整した後、紡糸パック内で濾過し紡糸口金より紡出した。溶融ポリマ温度が３００℃となるようにエクストルーダ、スピンブロック、紡糸パックの温度をそれぞれ調整した。紡糸口金には孔数１４４、円形孔型のものを使用した。
【００４７】
紡出された糸条は温度３２０℃、長さ３００ｍｍの加熱筒を通過させた後、２０℃の冷却風を３０ｍ／ｍｉｎの風速で糸条に吹き付け、冷却固化させた。次に冷却糸条に油剤を付与し、７０℃に設定された引き取りローラで引き取ったのち順次高速回転する加熱された供給ローラ、第１延伸ローラ、最終延伸ローラ、および最終延伸ローラより低速回転する弛緩ローラに捲回し延伸・熱セット・弛緩処理を施した。
【００４８】
ここで供給ローラの表面温度を１１０℃、第１延伸ローラの表面温度を１２０℃に設定した。また、供給ローラと第１延伸ローラの速度差で表される１段目倍率を３．６倍に設定した。最終延伸ローラと引取ローラの速度差で表される延伸倍率、最終延伸ローラと弛緩ローラの速度差で表される弛緩率、および最終延伸ローラの設定温度を表１に示す。
【００４９】
弛緩処理後の糸条に高圧空気を噴射することで交絡処理を施し巻取り機にて巻取り、１６７０ｄｔｅｘ−１４４フィラメントのシートベルトタテ糸用のポリエステル繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の特性を表２に示す。
【００５０】
これとは別に固有粘度１．２ポリエチレンテレフタレート１００重量部に対して、酸化チタンを０．１重量部含有したポリエチレンテレフタレート樹脂組成物をエクストルーダ型紡糸機で溶融し、計量ポンプで吐出量２３２ｇ／分となるように調整し、紡糸パック内で濾過し紡糸口金より紡出した。溶融ポリマ温度が３００℃となるようにエクストルーダ、スピンブロック、紡糸パックの温度をそれぞれ調整した。紡糸口金には孔数９６、円形孔型のものを使用した。
【００５１】
紡出された糸条は温度３００℃、長さ１５０ｍｍの加熱筒を通過させた後、２０℃の冷却風を３０ｍ／ｍｉｎの風速で糸条に吹き付け、冷却固化させた。次に冷却糸条に油剤を付与し、７０℃に設定された引き取りローラで引き取ったのち順次高速回転する加熱された供給ローラ、第１延伸ローラ、最終延伸ローラ、および最終延伸ローラより低速回転する弛緩ローラに捲回し延伸・熱セット・弛緩処理を施した。ここで供給ローラの表面温度を１１０℃、第１延伸ローラの表面温度を１２０℃、最終延伸ローラの表面温度を２１０℃に設定した。また、供給ローラと第１延伸ローラの速度差で表される１段目倍率を３．４倍、引取ローラと最終延伸ローラの速度差で表される総延伸倍率を５．３倍、最終延伸ローラと弛緩ローラの速度差で表される弛緩率を２％に設定した。弛緩処理後の糸条に高圧空気を噴射することで交絡処理を施し巻取り機にて巻取り、８３０ｄｔｅｘ−９６フィラメント、強力６３（Ｎ）、強度７．６（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、伸度２０％のシートベルトヨコ糸用のポリエステル繊維を製造した。
【００５２】
引き続き、得られたシートベルトタテ糸用ポリエステル繊維２８０本を引き揃え、直接ニードル型織機に導き２ｕｐ２ｄｏｗｎの条件で製織し５０ｍｍ幅のウエビングを得た。製織時のタテ糸張力は０．５ｃＮ／ｄｔｅｘに調整した。なお、ヨコ糸には前記得られた８３０ｄｔｅｘ−９６フィラメントのポリエステル繊維を使用し、０．５ｃＮ／ｄｔｅｘの張力条件で２０本／ｉｎｃｈになるように調整して打ち込んだ。次に得られたウエビングを分散染液浴に浸漬させ、赤外線ヒータにより予備乾燥し２００℃の発色槽にて発色させた。引き続き水洗槽で余分な染液を水洗除去し、１５０℃の乾熱下において１分間の熱処理を行いシートベルト用ウエビングを製造した。得られたシートベルト用ウエビングの特性を表２に併せて示す。
【００５３】
［実施例２、３、比較例１〜３］
引取ローラと最終延伸ローラの速度差で表される延伸倍率、最終延伸ローラと弛緩ローラの速度差で表される弛緩率、最終延伸ローラの表面温度を表１に示す値に設定した以外は実施例１と同様にした。得られたポリエステル繊維の特性、および得られたシートベルト用ウエビングの特性を表２に示す。
【００５４】
［実施例４、５］
紡糸口金に孔数７２の円形孔型のものを使用し吐出量を３３０ｇ／分に調整した以外は実施例１と同様の方法で１１００ｄｔｅｘ−７２フィラメントのポリエステル繊維を製造した。得られたポリエステル繊維の特性の特性を表２に示した。
【００５５】
引き続き得られたポリエステル繊維を４３０本引き揃え、実施例１と同様の方法でシートベルト用ウエビングを製造した。得られたシートベルト用ウエビングの特性を表２に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２から明らかなように、本発明のシートベルト用ポリエステル繊維は高強度でありながら、荷重−伸長曲線における破断点でのターミナルモジュラスが低い値となっており、それからなるウエビングはシートベルト用として求められるあらゆる特性をバランスよく兼ね備えたものとなっている。具体的には高強力、高エネルギー吸収性を有し、厚みが薄く適度な剛性を有すウエビングが得られている。しかも本発明のポリエステル繊維、およびシートベルト用ウエビングは、特異な設備・装置を要すことなく製造することができ、コスト面においても極めて有利な技術といえるものである。一方、比較例１のポリエステル繊維はターミナルモジュラスが高いことから、いくら繊維自体の破断強度を高めても、該繊維からなるウエビングの強力は高くならず、安全装置としての信頼性を損なうものであった。逆に比較例２では繊維自体の破断強度が低いことから、破断点付近でのターミナルモジュラスを比較的低く抑えたとしても、得られるウエビングは強力不足となってしまっている。また、破断強度、ターミナルモジュラスとも本発明の範囲外にある比較例３のポリエステル繊維からなるウエビングでは強力が大幅に低下してしま、シートベルトとしての役割を果たさないものであった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のポリエステル繊維は、荷重−伸長曲線を適当にコントールした繊維であってシートベルト用ウエビングとして好適に用いられる。つまり、本発明のポリエステル繊維を使用することで、これまでに存在しなかった高い強力、優れたエネルギー吸収力を有するとともに厚みを増すことなく適度な剛性を保持したシートベルトウエビングを初めて得ることができるようになるものである。しかもポリエステル繊維、およびウエビングを製造するのに特異な装置を必要としないことから、コスト面でも極めて有利な技術といえる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】繊維の荷重−伸長曲線の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
（ａ）：ターミナルモジュラスが大きい場合の曲線
（ｂ）：ターミナルモジュラスが小さい場合の曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維の荷重−伸長曲線における破断強度が７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、ターミナルモジュラスが５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘであることを特徴とするシートベルト用ポリエステル繊維。
【請求項２】
繊維の荷重−伸長曲線における破断伸度が１２〜１６％、４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度が５．０〜６．５％であることを特徴とする請求項１に記載のシートベルト用ポリエステル繊維。
【請求項３】
繊維の乾熱１００℃における乾熱収縮率Ｓ（１００）、乾熱１２０℃における乾熱収縮率Ｓ（１２０）、およびその差ΔＳが以下の特性を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のシートベルト用ポリエステル繊維。
Ｓ（１００）＝０．６〜１．５％
Ｓ（１２０）＝２．０〜３．５％
ΔＳ ＝１．０〜２．５％
【請求項４】
乾熱１００℃における収縮応力Ｆ（１００）、乾熱１８０℃における収縮応力Ｆ（１８０）、および最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）が以下の特性を満たすことを特徴する請求項１〜３いずれか１項に記載のシートベルト用ポリエステル繊維。
Ｆ（１００）＝０．１０〜０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｆ（１８０）＝０．１８〜０．４０ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｔ（ｍａｘ）＝２００〜２３０℃
【請求項１】
繊維の荷重−伸長曲線における破断強度が７．５〜９．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、ターミナルモジュラスが５〜２０ｃＮ／ｄｔｅｘであることを特徴とするシートベルト用ポリエステル繊維。
【請求項２】
繊維の荷重−伸長曲線における破断伸度が１２〜１６％、４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ時の伸度が５．０〜６．５％であることを特徴とする請求項１に記載のシートベルト用ポリエステル繊維。
【請求項３】
繊維の乾熱１００℃における乾熱収縮率Ｓ（１００）、乾熱１２０℃における乾熱収縮率Ｓ（１２０）、およびその差ΔＳが以下の特性を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のシートベルト用ポリエステル繊維。
Ｓ（１００）＝０．６〜１．５％
Ｓ（１２０）＝２．０〜３．５％
ΔＳ ＝１．０〜２．５％
【請求項４】
乾熱１００℃における収縮応力Ｆ（１００）、乾熱１８０℃における収縮応力Ｆ（１８０）、および最大収縮応力を与えるときの温度Ｔ（ｍａｘ）が以下の特性を満たすことを特徴する請求項１〜３いずれか１項に記載のシートベルト用ポリエステル繊維。
Ｆ（１００）＝０．１０〜０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｆ（１８０）＝０．１８〜０．４０ｃＮ／ｄｔｅｘ
Ｔ（ｍａｘ）＝２００〜２３０℃
【図１】
【公開番号】特開２００９−２４２９５４（Ｐ２００９−２４２９５４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８７３９３（Ｐ２００８−８７３９３）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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