ポリカーボネート繊維及びその製造方法
【課題】高タフネスであって工業用に適したポリカーボネート繊維及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることを特徴とするポリカーボネート繊維。さらに、繊維がマルチフィラメントにより構成されたものであることや、総繊度が３００〜３０００ｄｔｅｘであることが好ましい。また製造方法は、ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸する単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維の製造方法であって、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０〜４５０℃の加熱域があり、紡糸後の引き取り速度が３００〜８００ｍ／分、延伸後の巻き取り速度が１０００〜４０００ｍ／分であることを特徴とする。さらには、紡糸口金直下の加熱域の長さが１００ｍｍ以上であることが好ましい。
【解決手段】単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることを特徴とするポリカーボネート繊維。さらに、繊維がマルチフィラメントにより構成されたものであることや、総繊度が３００〜３０００ｄｔｅｘであることが好ましい。また製造方法は、ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸する単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維の製造方法であって、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０〜４５０℃の加熱域があり、紡糸後の引き取り速度が３００〜８００ｍ／分、延伸後の巻き取り速度が１０００〜４０００ｍ／分であることを特徴とする。さらには、紡糸口金直下の加熱域の長さが１００ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高タフネスな工業用ポリカーボネート繊維及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ポリカーボネート樹脂は工業用用途として様々な形状で使用されており、ポリカーボネートを用いた繊維についても、これまでに種々の構成のものが提案されている。しかし、ポリカーボネートは吐出直後に脆化し糸切れが起こりやすいために、細繊度の例えばマルチフィラメントを工業的に効率よく製造できないという問題があった。
【０００３】
この問題の解決法としては、例えば特許文献１では、ポリカーボネートとポリプロピレンを均一に混合溶融し、溶融紡糸して得られる繊維が提案されている。この技術によれば、ポリカーボネート成分中に発生したクレイズの伝播や発生そのものを、混合溶融されたポリプロピレンが阻止することにより、ポリカーボネート繊維の脆化を抑制する効果が謳われている。しかし、このような複合繊維では元来ポリカーボネートが有する耐熱性や機械的特性および透明性といった特徴を阻害してしまい、高物性のポリカーボネート繊維を得ることはできない。
【０００４】
一方、ポリカーボネートを単独で脆化を抑制しつつ製糸する技術としては、例えば特許文献２には、溶融されたポリカーボネートを、ノズル吐出口から３５度以上、ポリカーボネートのガラス転移点未満、の雰囲気温度下で、かつ温風雰囲気中に吐出することでポリカーボネートの脆化を抑制した製糸方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献２は、細繊度のポリカーボネート繊維こそ得られているものの、最終的にはシート状の不織布の製造を目的とした技術であって、工業用繊維として十分な繊度や機械的特性を満たしていないという問題があった。例えばその好ましい態様としてはポリカーボネート成分を芯成分とし、他の熱可塑性ポリマー成分を鞘成分とすることにより、芯成分のポリカーボネート繊維を鞘成分が被覆し、ポリカーボネート成分を比較的さめにくくし、脆化現象を抑制する技術が記載されているが、このような芯鞘構造繊維では、元来ポリカーボネートが有する耐熱性や機械的特性および透明性といった特徴を阻害してしまい、工業用繊維として使用する高物性のポリカーボネート繊維、例えばタイヤコード、土木資材等の用途に適した細繊度の単繊維からなるマルチフィラメント繊維を得ることはできないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−０７２６１０号公報
【特許文献２】特開２００９−０８４７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高タフネスであって工業用に適したポリカーボネート繊維及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のポリカーボネート繊維は、単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることを特徴とする。
さらに、繊維がマルチフィラメントにより構成されたものであることや、総繊度が３００〜３０００ｄｔｅｘであることが好ましい。
【０００９】
またもう一つの本発明であるポリカーボネート繊維の製造方法は、ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸する単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維の製造方法であって、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０〜４５０℃の加熱域があり、紡糸後の引き取り速度が３００〜８００ｍ／分、延伸後の巻き取り速度が１０００〜４０００ｍ／分であることを特徴とする。
【００１０】
さらには、紡糸口金直下の加熱域の長さが１００ｍｍ以上であることや、延伸が多段延伸であって、引取ローラーと第１延伸ローラーとの間における熱セット温度が６０〜１２０℃であり、第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間（第１延伸）における熱セット温度が６０〜１２０℃、第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間（第２延伸）における熱セット温度が６０〜１６０℃であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高タフネスであって工業用に適したポリカーボネート繊維及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のポリカーボネート繊維は、単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘである細繊度のポリカーボネート繊維である。ここでこのポリカーボネート繊維に用いられるポリカーボネートポリマーとしては、汎用的なポリカーボネートポリマーであればいずれも用いることができ、また、ポリカーボネートポリマー中に少量であれば、例えば２０重量％以下であれば、適当な第３成分を含む共重合体であっても差し支えない。第３成分として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６等のポリアミドなどのホモポリマーや共重合体、を用いてもよい。また、ポリカーボネートと他の成分とのポリマーアロイであってもよい。ただしポリカーボネートの高いポリマー物性を活かすためには、できるだけポリカーボネートポリマーの比率が高いことが良く、ホモポリマーであることが最も好ましい。ただし必要に応じて、ワックス、粘着材、又は難燃剤等の添加剤を添加しても良いことはいうまでもない。
【００１３】
本発明のポリカーボネート繊維は、その一本の単繊維の繊度としては１〜２０ｄｔｅｘであることが必要だが、さらには５〜１５ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。このような細繊度の繊維であるために、強度と柔軟性が両立した工業用繊維に適した物性を確保できるようになった。
【００１４】
また、本発明のポリカーボネート繊維はマルチフィラメントにより構成されたものであることが好ましい。マルチフィラメントとすることにより、屈曲疲労性などの諸物性が向上し、工業的に適したもの、特にゴム補強用途のように使用中に繊維に変形が加えられる用途により適したものとなる傾向にある。総フィラメント数としては１０〜２０００本程度であることが好ましく、さらには２０〜５００本程度であることが好ましい。
【００１５】
さらにはこのようなマルチフィラメントに撚りをかけたものであることが好ましい。特に工業用の用途を考えた場合、マルチフィラメント繊維に撚りを掛けることにより、強力利用率が平均化し、その疲労性が向上することから、撚りを掛けたマルチフィラメント繊維であることが好ましい。
【００１６】
このような本発明のポリカーボネート繊維の総繊度としては、３００〜３０００ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。繊度が低すぎると、繊維としての強力が低下し、本発明の主用途である工業用途に適さなくなる。逆に繊度が高すぎると口金から吐出されたポリマーが冷却不十分となり、紡糸が困難になり、物性が低下する傾向にある。
【００１７】
本発明のポリカーボネート繊維は、以上のような単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることが必要である。強度としては８．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、さらには３．２〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。伸度としては５０％以下、さらには２５〜４０％の範囲であることが好ましい。ちなみに繊維においては強度と伸度は反比例の関係にあることが多いが、本発明のポリカーボネート繊維はそのバランスに優れ、従来の細繊度繊維よりも強度、伸度の両方の値が高くなっていることも特徴の一つであり、「強度」と「伸度の平方根」の積で定義あれるタフネスの値は１５以上であり、好ましくは１６〜２０の範囲にあることが好ましい。
【００１８】
本発明のポリカーボネート繊維は、工業用に使用する目的のためにも強度は高いことが必要だが、高すぎる場合には延伸工程で断糸しやすく、工程安定性や品質安定性が確保できなくなる傾向にある。また、伸度については強度とのバランスが重要となるが、大きいほど繊維の高タフネス化が期待できる。強度と伸度の平方根の積で表されるタフネスの値は、より高いことが好ましく、高タフネスなポリカーボネート繊維は剛性や耐衝撃性の向上が期待できる。逆にタフネスが不足すると、繊維としてばかりではなく、撚糸等の途中工程での強度劣化も大きくなる傾向にあり、工業用途に使用しにくい傾向にある。
【００１９】
このような本発明のポリカーボネート繊維は、耐熱性、剛性、耐衝撃性、寸法安定性に優れ、透明性などの外観に加え、強度、伸度、タフネスに優れた工業用繊維に適したものとなる。特に本発明の繊維はタフネスに優れることからタイヤコードなどのゴム補強用途や、土木資材などの工業用繊維に最適に用いられる。
【００２０】
もう一つの本発明であるポリカーボネート繊維の製造方法は、ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸するポリカーボネート繊維の製造方法である。そして、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０℃以上４５０℃以下の加熱域があることを必須とする。
【００２１】
溶融紡糸するポリマーとしては、先に述べたように第３成分が少量なら、例えば２０重量％以下であれば含まれていても良く、ポリカーボネートを８０重量％以上含むポリカーボネートチップを溶融することが好ましい。さらに物性面からは１００％のポリカーボネートのホモポリマーを溶融紡糸することがより好ましい。
【００２２】
溶融紡糸を行う際のポリマーの溶融温度としては、２８０〜３２０℃の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは３００℃以上３１５℃以下の範囲が好ましい。溶融温度が高すぎると紡糸は容易になるもののポリマーの熱分解が発生し、得られる繊維の高タフネス化（高強度、高伸度）が阻害される傾向にある。
【００２３】
そして本発明では、この溶融紡糸後に巻き取ること無く延伸する直接延伸法を採用し、そして紡糸口金直下に２５０℃以上４５０℃以下の加熱域があることが必要である。さらには加熱域は３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。またその長さとしては１００ｍｍ以上であることが好ましく、さらには８００ｍｍ以下、特には２００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２４】
本発明の製造方法においては、加熱域の温度はポリカーボネートポリマーのガラス転移点温度である１５０℃を大きく超える必要があり、本発明では２５０℃から４５０℃の範囲であることが必須なのである。加熱域の温度が２５０℃未満の場合には、溶融紡糸された繊維が口金下で急冷されてしまい脆化が発生し、その後の延伸にて、延伸性も悪く、高い物性が得られないばかりか繊維が白化してしまう。逆に４５０℃以上の場合には、冷却が不十分なままとなり、その後の引き取り等ができず、紡糸自体ができなくなる。
【００２５】
このような加熱域を有する加熱紡糸筒を用いることにより、遅延冷却を行うことが本発明の特徴の一つである。通常ポリカーボネートポリマーを溶融紡糸した場合、紡糸口金から吐出された直後のポリカーボネートポリマーは脆化しやすく、単糸切れが発生しやすいという問題があった。特にこの問題は細繊度や、マルチフィラメントにおいて顕著であった。しかし本発明では、遅延冷却を行うことにより脆化の発生量を有意に少なくし、最終的に得られる繊維の物性を向上さえることができたのである。
【００２６】
通常の溶融紡糸繊維であればこのような過度の遅延冷却は、紡糸された単繊維どうしが優着しやすくなり、歩留まりが低下するために採用しがたい条件である。しかしポリカーボネート繊維においては、紡糸直後の脆化を防ぐ優れた方法であり、ガラス転移点が１４０から１５０℃と、他の合成繊維に用いられる樹脂に比べ高いことから採用できた方法である。
【００２７】
そして本発明の製造方法では、この遅延冷却の効果をより発揮させるために、紡糸後の引き取り速度が３００ｍ／分以上８００ｍ／分以下の範囲とすることが必要である。さらに本発明では直接延伸法を用いているが、延伸後の巻き取り速度が１０００ｍ／分以上４０００ｍ／分以下であることが必要である。このように繊維に対して連続して高速処理を行うことにより、繊維の温度を低下させずに、脆化の発生も有効に防止しうるのである。ちなみに従来、紡糸直後の脆化を抑制するために、紡糸後の引き取り速度を低速とすることが一般的であった。しかし、本発明においては逆に高速紡糸を行い、遅延冷却技術を採用することにより、ポリカーボネート繊維製造工程における脆化の抑制に成功したのである。
【００２８】
そして本発明のポリカーボネート繊維の製造方法では、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法を採用するが、総延伸倍率としては２倍以上であることが好ましく、さらには２．５〜６倍の範囲であることが好ましい。倍率を高めることにより高タフネスなポリカーボネート繊維を製造しうるが、あまり倍率をあげると毛羽や断糸などが発生しやすく、製糸性が低下する傾向にある。
【００２９】
また、ポリカーボネート繊維の延伸工程としては多段延伸であることが好ましい。多段延伸することで、糸切れを防止し高効率の生産が行えることに加えて、延伸を複数回に分けて行うことは、強度やモジュラス等の物性を向上させる点からも好ましい。さらには、多段延伸する引取ローラーと第１延伸ローラー間において、熱セット温度が６０℃以上１２０℃以下であり、第１延伸時の第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間（第１延伸）において、熱セット温度が６０℃以上１２０℃以下であり、第２延伸時の第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間（第２延伸）において、熱セット温度が６０℃以上１６０℃以下であることが好ましい。特に引取ローラーと第１延伸ローラー間、第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間において熱セット温度が高すぎると脆弱な糸ができやすく、低すぎると延伸性が悪くなる傾向にある。また、第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間において熱セット温度は高すぎると断糸しやすくなり、低すぎると延伸性が悪くなる傾向にある。
【００３０】
さらには、延伸速度は１０００ｍ／分以上４０００ｍ／分以下であることが好ましい。このように延伸速度を高く保つことにより工程途中での繊維の温度低下を防止し、一定条件で、高い温度を保ったままの処理を行うことが可能となる。
【００３１】
このような本発明の製造方法にて得られたポリカーボネート繊維は、耐熱性、剛性、耐衝撃性、寸法安定性に優れ、透明性などの外観に加え、強度、伸度、タフネスに優れた工業用繊維に適したものとなる。特に本発明の繊維はタフネスに優れることからタイヤコードなどのゴム補強用途や、土木資材などの工業用繊維に最適に用いられる。
【実施例】
【００３２】
本発明をさらに下記実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例により限定されるものではない。また繊維の物性は下記の方法により測定した。
【００３３】
（ア）繊維の強伸度
引張荷重測定器（島津製作所製オートグラフ）を用い、ＪＩＳ Ｌ−１０１３に従って測定した。
【００３４】
［実施例］
ポリカーボネートチップを、窒素雰囲気下１３０℃にて８時間乾燥した。これをポリマー溶融温度３１３℃にて口径直径０．４ｍｍ、３６孔数の紡糸口金より紡出し、口金直下に具備した長さ３００ｍｍの４００℃に加熱した円筒状加熱帯を通じ、次いで脂肪族エステル化合物を主体成分とする油剤を、繊維の油剤付着量が０．５％となるように油剤付与したのち、ローラーにて４３８ｍ／ｍｉｎの速度で引き取った。
この吐出糸条を一旦巻き取ることなく引き続いて連続的に第１延伸倍率２．６６倍、第２延伸倍率１．０３倍の合計２．７４倍の２段延伸をおこなった。最終的な延伸速度は１２００ｍ／ｍｉｎであった。また熱処理条件としては、引取ローラーと第１延伸ローラーとの間において、６０℃の熱セット、第１延伸時の第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間において、６０℃の熱セット、第２延伸時の第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間において、１２０℃の熱セットを行った。そして最終的には、５１８ｄｔｅｘ／３６フィラメントのポリカーボネートマルチフィラメント繊維を得た。
このものの強度は３．２６ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２６．５％でタフネスは１６．８であった。毛羽欠点もなく、製糸性に優れたものであった。
なお、ポリマー溶融温度を上記実施例の３１３℃から３１７℃に上げたところ、伸度が低下し、若干タフネスの低下がみられた。
また、第２延伸温度を上記実施例の１２０℃から１４０℃に上げたところ、若干繊維の白濁が見られる傾向にあった。
【００３５】
［比較例］
口金直下に具備した円筒状加熱帯を使用しない以外は実施例と同様にして紡糸、延伸を行った。ポリカーボネート繊維の脆化が起こり、断糸が数多く発生した。一部巻取った繊維についても、延伸工程で繊維が白濁してしまい十分な延伸ができず、強度不良の繊維しか得られなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高タフネスな工業用ポリカーボネート繊維及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ポリカーボネート樹脂は工業用用途として様々な形状で使用されており、ポリカーボネートを用いた繊維についても、これまでに種々の構成のものが提案されている。しかし、ポリカーボネートは吐出直後に脆化し糸切れが起こりやすいために、細繊度の例えばマルチフィラメントを工業的に効率よく製造できないという問題があった。
【０００３】
この問題の解決法としては、例えば特許文献１では、ポリカーボネートとポリプロピレンを均一に混合溶融し、溶融紡糸して得られる繊維が提案されている。この技術によれば、ポリカーボネート成分中に発生したクレイズの伝播や発生そのものを、混合溶融されたポリプロピレンが阻止することにより、ポリカーボネート繊維の脆化を抑制する効果が謳われている。しかし、このような複合繊維では元来ポリカーボネートが有する耐熱性や機械的特性および透明性といった特徴を阻害してしまい、高物性のポリカーボネート繊維を得ることはできない。
【０００４】
一方、ポリカーボネートを単独で脆化を抑制しつつ製糸する技術としては、例えば特許文献２には、溶融されたポリカーボネートを、ノズル吐出口から３５度以上、ポリカーボネートのガラス転移点未満、の雰囲気温度下で、かつ温風雰囲気中に吐出することでポリカーボネートの脆化を抑制した製糸方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、この特許文献２は、細繊度のポリカーボネート繊維こそ得られているものの、最終的にはシート状の不織布の製造を目的とした技術であって、工業用繊維として十分な繊度や機械的特性を満たしていないという問題があった。例えばその好ましい態様としてはポリカーボネート成分を芯成分とし、他の熱可塑性ポリマー成分を鞘成分とすることにより、芯成分のポリカーボネート繊維を鞘成分が被覆し、ポリカーボネート成分を比較的さめにくくし、脆化現象を抑制する技術が記載されているが、このような芯鞘構造繊維では、元来ポリカーボネートが有する耐熱性や機械的特性および透明性といった特徴を阻害してしまい、工業用繊維として使用する高物性のポリカーボネート繊維、例えばタイヤコード、土木資材等の用途に適した細繊度の単繊維からなるマルチフィラメント繊維を得ることはできないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−０７２６１０号公報
【特許文献２】特開２００９−０８４７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高タフネスであって工業用に適したポリカーボネート繊維及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のポリカーボネート繊維は、単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることを特徴とする。
さらに、繊維がマルチフィラメントにより構成されたものであることや、総繊度が３００〜３０００ｄｔｅｘであることが好ましい。
【０００９】
またもう一つの本発明であるポリカーボネート繊維の製造方法は、ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸する単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維の製造方法であって、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０〜４５０℃の加熱域があり、紡糸後の引き取り速度が３００〜８００ｍ／分、延伸後の巻き取り速度が１０００〜４０００ｍ／分であることを特徴とする。
【００１０】
さらには、紡糸口金直下の加熱域の長さが１００ｍｍ以上であることや、延伸が多段延伸であって、引取ローラーと第１延伸ローラーとの間における熱セット温度が６０〜１２０℃であり、第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間（第１延伸）における熱セット温度が６０〜１２０℃、第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間（第２延伸）における熱セット温度が６０〜１６０℃であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高タフネスであって工業用に適したポリカーボネート繊維及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のポリカーボネート繊維は、単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘである細繊度のポリカーボネート繊維である。ここでこのポリカーボネート繊維に用いられるポリカーボネートポリマーとしては、汎用的なポリカーボネートポリマーであればいずれも用いることができ、また、ポリカーボネートポリマー中に少量であれば、例えば２０重量％以下であれば、適当な第３成分を含む共重合体であっても差し支えない。第３成分として、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ナイロン６等のポリアミドなどのホモポリマーや共重合体、を用いてもよい。また、ポリカーボネートと他の成分とのポリマーアロイであってもよい。ただしポリカーボネートの高いポリマー物性を活かすためには、できるだけポリカーボネートポリマーの比率が高いことが良く、ホモポリマーであることが最も好ましい。ただし必要に応じて、ワックス、粘着材、又は難燃剤等の添加剤を添加しても良いことはいうまでもない。
【００１３】
本発明のポリカーボネート繊維は、その一本の単繊維の繊度としては１〜２０ｄｔｅｘであることが必要だが、さらには５〜１５ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。このような細繊度の繊維であるために、強度と柔軟性が両立した工業用繊維に適した物性を確保できるようになった。
【００１４】
また、本発明のポリカーボネート繊維はマルチフィラメントにより構成されたものであることが好ましい。マルチフィラメントとすることにより、屈曲疲労性などの諸物性が向上し、工業的に適したもの、特にゴム補強用途のように使用中に繊維に変形が加えられる用途により適したものとなる傾向にある。総フィラメント数としては１０〜２０００本程度であることが好ましく、さらには２０〜５００本程度であることが好ましい。
【００１５】
さらにはこのようなマルチフィラメントに撚りをかけたものであることが好ましい。特に工業用の用途を考えた場合、マルチフィラメント繊維に撚りを掛けることにより、強力利用率が平均化し、その疲労性が向上することから、撚りを掛けたマルチフィラメント繊維であることが好ましい。
【００１６】
このような本発明のポリカーボネート繊維の総繊度としては、３００〜３０００ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。繊度が低すぎると、繊維としての強力が低下し、本発明の主用途である工業用途に適さなくなる。逆に繊度が高すぎると口金から吐出されたポリマーが冷却不十分となり、紡糸が困難になり、物性が低下する傾向にある。
【００１７】
本発明のポリカーボネート繊維は、以上のような単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることが必要である。強度としては８．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、さらには３．２〜６．０ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。伸度としては５０％以下、さらには２５〜４０％の範囲であることが好ましい。ちなみに繊維においては強度と伸度は反比例の関係にあることが多いが、本発明のポリカーボネート繊維はそのバランスに優れ、従来の細繊度繊維よりも強度、伸度の両方の値が高くなっていることも特徴の一つであり、「強度」と「伸度の平方根」の積で定義あれるタフネスの値は１５以上であり、好ましくは１６〜２０の範囲にあることが好ましい。
【００１８】
本発明のポリカーボネート繊維は、工業用に使用する目的のためにも強度は高いことが必要だが、高すぎる場合には延伸工程で断糸しやすく、工程安定性や品質安定性が確保できなくなる傾向にある。また、伸度については強度とのバランスが重要となるが、大きいほど繊維の高タフネス化が期待できる。強度と伸度の平方根の積で表されるタフネスの値は、より高いことが好ましく、高タフネスなポリカーボネート繊維は剛性や耐衝撃性の向上が期待できる。逆にタフネスが不足すると、繊維としてばかりではなく、撚糸等の途中工程での強度劣化も大きくなる傾向にあり、工業用途に使用しにくい傾向にある。
【００１９】
このような本発明のポリカーボネート繊維は、耐熱性、剛性、耐衝撃性、寸法安定性に優れ、透明性などの外観に加え、強度、伸度、タフネスに優れた工業用繊維に適したものとなる。特に本発明の繊維はタフネスに優れることからタイヤコードなどのゴム補強用途や、土木資材などの工業用繊維に最適に用いられる。
【００２０】
もう一つの本発明であるポリカーボネート繊維の製造方法は、ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸するポリカーボネート繊維の製造方法である。そして、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０℃以上４５０℃以下の加熱域があることを必須とする。
【００２１】
溶融紡糸するポリマーとしては、先に述べたように第３成分が少量なら、例えば２０重量％以下であれば含まれていても良く、ポリカーボネートを８０重量％以上含むポリカーボネートチップを溶融することが好ましい。さらに物性面からは１００％のポリカーボネートのホモポリマーを溶融紡糸することがより好ましい。
【００２２】
溶融紡糸を行う際のポリマーの溶融温度としては、２８０〜３２０℃の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは３００℃以上３１５℃以下の範囲が好ましい。溶融温度が高すぎると紡糸は容易になるもののポリマーの熱分解が発生し、得られる繊維の高タフネス化（高強度、高伸度）が阻害される傾向にある。
【００２３】
そして本発明では、この溶融紡糸後に巻き取ること無く延伸する直接延伸法を採用し、そして紡糸口金直下に２５０℃以上４５０℃以下の加熱域があることが必要である。さらには加熱域は３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。またその長さとしては１００ｍｍ以上であることが好ましく、さらには８００ｍｍ以下、特には２００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２４】
本発明の製造方法においては、加熱域の温度はポリカーボネートポリマーのガラス転移点温度である１５０℃を大きく超える必要があり、本発明では２５０℃から４５０℃の範囲であることが必須なのである。加熱域の温度が２５０℃未満の場合には、溶融紡糸された繊維が口金下で急冷されてしまい脆化が発生し、その後の延伸にて、延伸性も悪く、高い物性が得られないばかりか繊維が白化してしまう。逆に４５０℃以上の場合には、冷却が不十分なままとなり、その後の引き取り等ができず、紡糸自体ができなくなる。
【００２５】
このような加熱域を有する加熱紡糸筒を用いることにより、遅延冷却を行うことが本発明の特徴の一つである。通常ポリカーボネートポリマーを溶融紡糸した場合、紡糸口金から吐出された直後のポリカーボネートポリマーは脆化しやすく、単糸切れが発生しやすいという問題があった。特にこの問題は細繊度や、マルチフィラメントにおいて顕著であった。しかし本発明では、遅延冷却を行うことにより脆化の発生量を有意に少なくし、最終的に得られる繊維の物性を向上さえることができたのである。
【００２６】
通常の溶融紡糸繊維であればこのような過度の遅延冷却は、紡糸された単繊維どうしが優着しやすくなり、歩留まりが低下するために採用しがたい条件である。しかしポリカーボネート繊維においては、紡糸直後の脆化を防ぐ優れた方法であり、ガラス転移点が１４０から１５０℃と、他の合成繊維に用いられる樹脂に比べ高いことから採用できた方法である。
【００２７】
そして本発明の製造方法では、この遅延冷却の効果をより発揮させるために、紡糸後の引き取り速度が３００ｍ／分以上８００ｍ／分以下の範囲とすることが必要である。さらに本発明では直接延伸法を用いているが、延伸後の巻き取り速度が１０００ｍ／分以上４０００ｍ／分以下であることが必要である。このように繊維に対して連続して高速処理を行うことにより、繊維の温度を低下させずに、脆化の発生も有効に防止しうるのである。ちなみに従来、紡糸直後の脆化を抑制するために、紡糸後の引き取り速度を低速とすることが一般的であった。しかし、本発明においては逆に高速紡糸を行い、遅延冷却技術を採用することにより、ポリカーボネート繊維製造工程における脆化の抑制に成功したのである。
【００２８】
そして本発明のポリカーボネート繊維の製造方法では、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法を採用するが、総延伸倍率としては２倍以上であることが好ましく、さらには２．５〜６倍の範囲であることが好ましい。倍率を高めることにより高タフネスなポリカーボネート繊維を製造しうるが、あまり倍率をあげると毛羽や断糸などが発生しやすく、製糸性が低下する傾向にある。
【００２９】
また、ポリカーボネート繊維の延伸工程としては多段延伸であることが好ましい。多段延伸することで、糸切れを防止し高効率の生産が行えることに加えて、延伸を複数回に分けて行うことは、強度やモジュラス等の物性を向上させる点からも好ましい。さらには、多段延伸する引取ローラーと第１延伸ローラー間において、熱セット温度が６０℃以上１２０℃以下であり、第１延伸時の第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間（第１延伸）において、熱セット温度が６０℃以上１２０℃以下であり、第２延伸時の第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間（第２延伸）において、熱セット温度が６０℃以上１６０℃以下であることが好ましい。特に引取ローラーと第１延伸ローラー間、第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間において熱セット温度が高すぎると脆弱な糸ができやすく、低すぎると延伸性が悪くなる傾向にある。また、第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間において熱セット温度は高すぎると断糸しやすくなり、低すぎると延伸性が悪くなる傾向にある。
【００３０】
さらには、延伸速度は１０００ｍ／分以上４０００ｍ／分以下であることが好ましい。このように延伸速度を高く保つことにより工程途中での繊維の温度低下を防止し、一定条件で、高い温度を保ったままの処理を行うことが可能となる。
【００３１】
このような本発明の製造方法にて得られたポリカーボネート繊維は、耐熱性、剛性、耐衝撃性、寸法安定性に優れ、透明性などの外観に加え、強度、伸度、タフネスに優れた工業用繊維に適したものとなる。特に本発明の繊維はタフネスに優れることからタイヤコードなどのゴム補強用途や、土木資材などの工業用繊維に最適に用いられる。
【実施例】
【００３２】
本発明をさらに下記実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例により限定されるものではない。また繊維の物性は下記の方法により測定した。
【００３３】
（ア）繊維の強伸度
引張荷重測定器（島津製作所製オートグラフ）を用い、ＪＩＳ Ｌ−１０１３に従って測定した。
【００３４】
［実施例］
ポリカーボネートチップを、窒素雰囲気下１３０℃にて８時間乾燥した。これをポリマー溶融温度３１３℃にて口径直径０．４ｍｍ、３６孔数の紡糸口金より紡出し、口金直下に具備した長さ３００ｍｍの４００℃に加熱した円筒状加熱帯を通じ、次いで脂肪族エステル化合物を主体成分とする油剤を、繊維の油剤付着量が０．５％となるように油剤付与したのち、ローラーにて４３８ｍ／ｍｉｎの速度で引き取った。
この吐出糸条を一旦巻き取ることなく引き続いて連続的に第１延伸倍率２．６６倍、第２延伸倍率１．０３倍の合計２．７４倍の２段延伸をおこなった。最終的な延伸速度は１２００ｍ／ｍｉｎであった。また熱処理条件としては、引取ローラーと第１延伸ローラーとの間において、６０℃の熱セット、第１延伸時の第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間において、６０℃の熱セット、第２延伸時の第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間において、１２０℃の熱セットを行った。そして最終的には、５１８ｄｔｅｘ／３６フィラメントのポリカーボネートマルチフィラメント繊維を得た。
このものの強度は３．２６ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２６．５％でタフネスは１６．８であった。毛羽欠点もなく、製糸性に優れたものであった。
なお、ポリマー溶融温度を上記実施例の３１３℃から３１７℃に上げたところ、伸度が低下し、若干タフネスの低下がみられた。
また、第２延伸温度を上記実施例の１２０℃から１４０℃に上げたところ、若干繊維の白濁が見られる傾向にあった。
【００３５】
［比較例］
口金直下に具備した円筒状加熱帯を使用しない以外は実施例と同様にして紡糸、延伸を行った。ポリカーボネート繊維の脆化が起こり、断糸が数多く発生した。一部巻取った繊維についても、延伸工程で繊維が白濁してしまい十分な延伸ができず、強度不良の繊維しか得られなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることを特徴とするポリカーボネート繊維。
【請求項２】
繊維がマルチフィラメントにより構成されたものである請求項１記載のポリカーボネート繊維。
【請求項３】
総繊度が３００〜３０００ｄｔｅｘである請求項１または２記載のポリカーボネート繊維。
【請求項４】
ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸する単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維の製造方法であって、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０〜４５０℃の加熱域があり、紡糸後の引き取り速度が３００〜８００ｍ／分、延伸後の巻き取り速度が１０００〜４０００ｍ／分であることを特徴とするポリカーボネート繊維の製造方法。
【請求項５】
紡糸口金直下の加熱域の長さが１００ｍｍ以上である請求項４記載のポリカーボネート繊維の製造方法。
【請求項６】
延伸が多段延伸であって、引取ローラーと第１延伸ローラーとの間における熱セット温度が６０〜１２０℃であり、第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間（第１延伸）における熱セット温度が６０〜１２０℃、第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間（第２延伸）における熱セット温度が６０〜１６０℃である請求項４または５のいずれかに記載のポリカーボネート繊維の製造方法。
【請求項１】
単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維であって、強度３．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度２２．５％以上、かつ強度と伸度の平方根との積であるタフネスが１５以上であることを特徴とするポリカーボネート繊維。
【請求項２】
繊維がマルチフィラメントにより構成されたものである請求項１記載のポリカーボネート繊維。
【請求項３】
総繊度が３００〜３０００ｄｔｅｘである請求項１または２記載のポリカーボネート繊維。
【請求項４】
ポリカーボネート成分を主成分とするポリマーを溶融紡糸する単糸繊度が１〜２０ｄｔｅｘであるポリカーボネート繊維の製造方法であって、溶融紡糸後巻き取ることなく延伸処理する直接延伸法であり、紡糸口金直下に２５０〜４５０℃の加熱域があり、紡糸後の引き取り速度が３００〜８００ｍ／分、延伸後の巻き取り速度が１０００〜４０００ｍ／分であることを特徴とするポリカーボネート繊維の製造方法。
【請求項５】
紡糸口金直下の加熱域の長さが１００ｍｍ以上である請求項４記載のポリカーボネート繊維の製造方法。
【請求項６】
延伸が多段延伸であって、引取ローラーと第１延伸ローラーとの間における熱セット温度が６０〜１２０℃であり、第１延伸ローラーと第２延伸ローラー間（第１延伸）における熱セット温度が６０〜１２０℃、第２延伸ローラーと第３延伸ローラー間（第２延伸）における熱セット温度が６０〜１６０℃である請求項４または５のいずれかに記載のポリカーボネート繊維の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−６７４０７（Ｐ２０１２−６７４０７Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２２３５（Ｐ２０１０−２１２２３５）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（３０２０１１７１１）帝人ファイバー株式会社 (1,101)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（３０２０１１７１１）帝人ファイバー株式会社 (1,101)
【Ｆターム（参考）】
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