配向を向上させた延伸フィラメントの製造手段
【課題】 特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、全ての熱可塑性ポリマーより、簡便な手段で高度に分子配向した極細フィラメントを連続的に安定して製造可能にすることにあり、また高速での延伸に拘わらず工程中でよく熱処理されたフィラメントを提供することにある。
【解決手段】
原フィラメントが赤外線光束で加熱されて１００倍以上の超高倍率に延伸されて巻取時に熱処理されることにより、分子配向度を向上させ、熱収縮率を小さくし、また、その熱処理手段として熱風加熱、赤外線加熱等の手段を提供する。
【解決手段】
原フィラメントが赤外線光束で加熱されて１００倍以上の超高倍率に延伸されて巻取時に熱処理されることにより、分子配向度を向上させ、熱収縮率を小さくし、また、その熱処理手段として熱風加熱、赤外線加熱等の手段を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向を向上させたフィラメントの製造方法およびその製造装置に関し、特に赤外線法により超高延伸倍率を行う場合のフィラメントの分子配向を向上させた、極細のフィラメントの製造手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明人は、赤外線法により、分子配向を伴って、１，０００倍以上という超高倍率の延伸倍率で極細フィラメントを得る手段について発明を行った（特開２００３−１６６１１５、特開２００４−１０７８５１など）。これらは、簡便な手段で、極細の分子配向したフィラメントが得られた。本発明は、これらを発展させ、さらに分子配向が向上させたフィラメント、およびそれらの連続して安定した製造を可能にする手段に関する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６６１１５号公報（第１−２頁、図４、図５）。
【特許文献２】特開２００４−１０７８５１号公報（第１−２頁、図１，図３）。
【非特許文献１】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．８８、ｐ．３２７９−３２８３、２００３年、（米国）。
【非特許文献２】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１４４９−１４５３、２００４年、（米国）。
【非特許文献３】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１５３４−１５３９、２００４年、（米国）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術をさらに発展させたものであって、その目的とするところは、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に分子配向が向上した極細フィラメントを連続的に得ることができるようにすることにある。また他の目的は、分子配向とともに、充分に熱処理され、熱収縮率を小さくされた極細フィラメントの製造手段に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、フィラメントの配向向上手段としての特徴は、下記の通りである。本発明は、フィラメントの送出手段により送り出された原フィラメントが、赤外線光束で加熱され、それによって加熱されたフィラメントが１００倍以上に延伸されるフィラメントの製造方法において、その延伸されたフィラメントが巻取機に巻かれている状態で加熱されていることによる、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記延伸における延伸張力が、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸あたり１０ＭＰａ以下の張力により延伸される、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記巻取機に巻かれている状態での加熱が熱風加熱である、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記巻取機に巻かれている状態での加熱が赤外線加熱である、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。さらに本発明は、前記巻取機に巻かれている状態での加熱が、加熱室内での巻取であることによる加熱である、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。
【０００６】
さらに本発明は、配向が向上したフィラメントの製造装置関して次の特徴を有する。本発明は、原フィラメントの送出手段と、原フィラメントを赤外線光束で加熱する手段と、加熱されたフィラメントが、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸当たり１０ＭＰａ以下の張力で１００倍以上に延伸されるように引き取る引取装置と、延伸されたフィラメントを巻き取る巻取機と、巻き取られたフィラメントを加熱する加熱装置とを含む、配向を向上させたフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記加熱装置が熱風ヒータである、配向を向上させたフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記加熱装置が赤外線ヒータである、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。さらに本発明は、前記加熱装置が、巻取機が加熱室内に設けられていることよりなる、配向を向上させたフィラメントの製造装置に関する。
【０００７】
さらに本発明は、前記において延伸されたフィラメントがポリエチレンテレフタレート系ポリマーを含み、複屈折が１００×１０-3以上であり、径が５μ以下である、配向が向上されている極細フィラメントに関する。
【０００８】
本発明は、原フィラメントを延伸して、延伸されたフィラメントをさらに熱処理する手段を提供するものである。本発明における、原フィラメントとは、既にフィラメントとして製造されて、リール等に巻き取られたものであってもよいし、紡糸過程において、溶融または溶解フィラメントが冷却や凝固によりフィラメントとなったものを、紡糸過程に引き続き使用され、本発明の延伸手段の原料となるフィラメントである。ここで、フィラメントとは、実質的に連続した繊維であり、数ミリメータから数十ミリメータの長さである短繊維とは区別される。原フィラメントは、単独で存在することが望ましいが、数本ないし数十本に集合されていても使用することができる。なお、本発明におけるフィラメントは、一本のフィラメントからなるシングルフィラメントである場合と、複数のフィラメントからなるマルチフィラメントである場合が含められる。一本のフィラメントにかかる張力等では、「単糸あたり」と表現するが、一本のフィラメントでは、「その一本のフィラメントあたり」を意味し、マルチフィラメントでは、それを構成する「個々のフィラメント一本あたり」を意味する。
【０００９】
本発明における原フィラメントは、複屈折で測定した配向度が３０％、あるいは５０％以上といった、高度に分子配向したフィラメントでも使用できることに特徴があり、このような高度に配向した原フィラメントからでも、数百倍といった超高延伸倍率が実現できる点においても、他の延伸法と際だって異なる点である。このように原フィラメントが高配向している場合は、延伸開始点において、原フィラメント径以上の膨張部をもって延伸されることが多い。
【００１０】
本発明の原フィラメントは、ポリエチレンテレフタレートや脂肪族ポリエステルを含むポリエステル、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）を含むポリアミド、ポリプロピレンやポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、フッ素系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレン系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマーなどの熱可塑性ポリマーからなるフィラメントであれば使用することができる。特に、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）、ポリプロピレンは、延伸性もよく、分子配向性もよく、本発明の巻取加熱法に特に適する。また、アラミド等の高強度、高弾性ポリマーや、ポリ乳酸やポリグリコール酸等の生分解性ポリマーや生体内分解吸収性ポリマー等も本発明の赤外線ビームによる延伸性もよく、本発明の巻取加熱法の製造に特に適する。
【００１１】
本発明の連続法においは、フィラメントを送り出す手段から送り出された原フィラメントについて延伸が行われる。送出手段は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを送り出すことが出来るものであれば種々のタイプのものが使用できる。
【００１２】
フィラメントの送り出し手段により送り出された原フィラメントは、さらに送風管を通して、送風管中を原フィラメントの走行方向に流れる気体によって送られることが望ましい。本発明においては、延伸張力が非常に小さいため、送り出されてくるフィラメントに、途中の抵抗等で張力のムラが生じると、延伸性に大きく影響する。そのため、このような送風管で、抵抗の少ないように送られてくることが望ましい。
【００１３】
本発明における送風管は、必ずしも筒状である必要がなく、溝状であってもよく、それらの中を気体とともに原フィラメントが流れればよい。複数本同時に流す場合は、長方形や他の形状も用いられる。１本のフィラメントを流す場合の管の断面は、円が好ましいが、矩形でもその他の形状でもよい。管を流れる気体は、枝分かれした管の一方より供給してもよく、管が２重になっており、外側の管から内側の管へ、孔などによって供給してもよい。合成繊維のインターレース紡糸やタスラン加工に使用されるフィラメントの空気交絡ノズルも本発明の送風管として使用される。また、スパンボンド不織布のエアーサッカーとして使用される多数本同時吸引方式も本発明では使用することができるが、スパンボンドほど多量高速のエアーは必要ないので、構造も簡便なものでよい。
【００１４】
送風管の出口には、フィラメントの位置を規制する案内具を設けることが好ましい。導かれてきた原フィラメントは、赤外線光束による加熱で延伸されるが、その加熱は、非常に狭い範囲において加熱されることが特徴であり、その狭い範囲の加熱を可能にするため、フィラメントの位置を規制する案内具を設ける。上記の送風管の出口の形状によって、そのような機能を持たすことも可能であるが、送風管はフィラメントを送る気体の通気や、フィラメントの通し易さに重点を置き、その後に簡便な案内具でフィラメントの位置を規制することが好ましい。案内具は、細い管や溝、コーム、細いバーの組み合わせなどが使用できる。
【００１５】
本発明の原フィラメントは、赤外線加熱手段（レーザーを含む）により照射される赤外線光束により延伸適温に加熱される。赤外線は、原フィラメントを加熱するが、延伸適温に加熱される範囲が、フィラメントの中心でフィラメントの軸方向に、上下４ｍｍ（長さ８ｍｍ）以内であることが好ましく、さらに好ましくは３ｍｍ以下、最も好ましくは２ｍｍ以下で加熱される。本発明は、狭い領域で急激に延伸することにより、高度の分子配向を伴った延伸を可能にし、しかも超高倍率延伸であっても、延伸切れを少なくすることができた。なお、この赤外線光束が照射されるフィラメントが、マルチフィラメントである場合は、上記のフィラメントの中心は、マルチフィラメントのフィラメント束の中心を意味する。
【００１６】
本発明の赤外線加熱には、レーザーによる加熱が特に好ましい。中でも、１０．６μｍの波長の炭酸ガスレーザーと、１．０６μｍの波長のＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット系）レーザーが特に好ましい。レーザーは、放射範囲を小さく絞り込むことが可能であり、また、特定の波長に集中しているので、無駄なエネルギーも少ない。本発明の炭酸ガスレーザーは、パワー密度が１０Ｗ／ｃｍ2以上、好ましくは２０Ｗ／ｃｍ2以上、最も好ましくは、３０Ｗ／ｃｍ2以上である。狭い延伸領域に高パワー密度のエネルギーを集中することによって、本発明の超高倍率延伸が可能となるからである。
【００１７】
なお、この場合の赤外線光束の照射は、複数箇所から照射されることが好ましい。フィラメントの片側のみからの加熱は、そのポリマーの融解温度が高い場合や、溶融が困難な場合、また、もともと延伸が困難なフィラメントの場合は、非対称加熱により、延伸が困難になるからである。このような複数箇所からの照射は、複数個の赤外線光束の光源から照射してもよいが、一つの光源からの光束を鏡によって反射させることにより、複数回、原フィラメントの通路に沿って照射させることによって達成することもできる。鏡は、固定型ばかりでなく、ポリゴンミラーのように回転するタイプも使用することができる。
【００１８】
また、複数箇所からの照射の別な手段として、複数光源からの光源を原フィラメントに複数箇所から照射する手段がある。比較的小規模のレーザー光源で安定してコストの安いレーザー発振装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。
【００１９】
一般に、延伸はフィラメント等を延伸適温に加熱して、それに張力が加わることにより行われる。本発明の配向が向上したフィラメントを製造する際に適応されるフィラメントの延伸力は、非常に小さく、単糸当たり好ましくは１０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１ＭＰａ以下、最も好ましくは０．１ＭＰａ以下にすることで延伸される。１０ＭＰａを越えると、延伸切れが生じ易くなり、高倍率延伸するためには、このような小さい張力範囲にあることが望ましい。このように小さい延伸張力で、延伸倍率が１００倍以上、ひいては１，０００倍以上という極端に大きな倍率が実現できるのは、延伸温度が融点前後と、極端に高い温度を維持しつつ、非常に狭い延伸領域であるため、フィラメントの切断を免れて変形できるものと思われる。合成繊維の通常のローラ間延伸では、１０ＭＰａから１００ＭＰａという張力で延伸されていることと、大幅に異なる範囲で延伸されていることに特徴がある。
【００２０】
本発明の配向が向上したフィラメントの延伸の張力は、自己の自重により与えられる張力程度で延伸される。これは、一般の延伸が、ローラ間の速度差によって与えられる張力や、巻き取りによる張力によって延伸されることと原理的に異なる。本発明では、加熱部に加わるフィラメントの自重の大きさ（加熱部から自由落下している距離によって定まる）を、自由落下距離を変化させることで最適の張力を選択することができる。通常のローラ間の延伸では、１００倍以上という大きな延伸倍率は、コントロールが困難であるが、本発明では、距離という簡便な手段で、容易にコントロールできるようにしたことに特徴がある。
【００２１】
本発明において、得られた延伸フィラメントの延伸倍率が１００倍以上、好ましくは５００倍以上、さらに好ましくは１，０００倍以上、最も好ましくは５，０００倍以上の超高倍率で延伸されることを特徴とする。通常の合成繊維の延伸では、３〜７倍であり、ＰＥＴ繊維のスーパードローイングでも１０数倍程度であることを考慮すると、現状の延伸の１００倍以上の超高倍率での延伸を可能にしたところに本発明の特徴がある。このように超高倍率の延伸を可能にしたのは、非常に狭い領域での延伸を可能にしたことにより、その間の延伸温度を原フィラメントの融点前後まで上昇することができ、そのために延伸張力が小さくなるが、その小さい延伸張力と超高倍率をコントロールする手段を見いだしたことに本発明の特徴がある。このように超高倍率延伸を可能にしたことにより、繊維径が１０μｍ以下、さらには５μｍ以下、さらに３μｍ以下といった超極細フィラメントの製造を可能にしたばかりでなく、フィラメント製造の生産速度を数百倍に高めたことにより、生産性の面からも意義がある。
【００２２】
なお、本発明における原フィラメントおよび延伸フィラメントの複屈折で測定した配向度ｆは、下式により示される。なお、この式では、密度の補正が必要であるが、煩雑になるので無視して計算する。
ｆ（％）＝（Δｎ／Δｎｃ）×１００
ここで、Δｎは実測で得た複屈折で、Δｎｃは、それぞれのポリマーの結晶の複屈折で、理論値等から求められており、それらの値は必ずしも一致しないが、一般に多く用いられる値として、ポリエチレンテレフタレートでは、０．２４であり、ナイロン６または６６では、０．０９６であり、アイソタクチックポリプロピレンでは、０．０４２である。また、本発明における延伸倍率λは、原フィラメントの径ｄｏと延伸後のフィラメントの径ｄより、下記の式で表される。この場合、フィラメントの密度は一定として計算する。繊維径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、原フィラメントは３５０倍、延伸フィラメントは１０００倍での撮影写真に基づき、１０点の平均値で行う。
λ＝（ｄo／ｄ）2
【００２３】
本発明の延伸工程の後に、加熱ゾーンを有する加熱装置を設け、延伸されたフィラメントを熱処理することもできる。加熱は、加熱気体中を通過させる手段や、赤外線加熱等の輻射加熱、加熱ローラ上を通す、またはそれらの併用などの手段で行うことができる。熱処理は、延伸フィラメントの熱収縮を小さくすることや、結晶化度を上げ、フィラメントの経時変化を小さくしヤング率を向上させるなど、種々の効果をもたらす。
【００２４】
本発明の延伸されたフィラメントを、さらに延伸した後に巻き取ることもできる。後段階の延伸の手段は、前の段階で行った延伸手段を用いることもできるが、前の段階で充分に高倍率延伸されて、既に極細フィラメントが得られている場合は、通常のゴデットローラ等のローラ間延伸や、ピン延伸などを用いることもできる。また、本発明の後延伸の手段として、本発明人による（非特許文献１、２、３）ゾーン延伸法やゾーン熱処理法が用いられることが望ましい。
【００２５】
本発明の延伸されたフィラメントは、その後続工程で、ボビン、チーズ、リール等（以下リールで代表させる場合がある）に巻き取られ、リールやチーズ巻の形態の製品とされる。これらの巻き取りにおいては、延伸フィラメントはトラバースされながら巻き取られることが望ましい。トラバースされることにより、均一な巻き上げ形態を確保できるからである。極細フィラメントでは、糸切れや毛羽の発生が最も問題となるが、本発明では、高度に分子配向しているためと、延伸張力が小さいため、小さな巻き取り張力で巻き取ることが可能となるので、糸切れ毛羽を少なくできることも本発明の特徴である。本発明におけるフィラメントの巻取速度は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを巻き取る手段が使用される。
【００２６】
本発明においては、巻取時にリール全体が加熱処理されることにより、熱処理されることに特徴がある。従来は、巻取時の加熱は、フィラメント以外の装置なども加熱することになることや、巻芯と表面層との熱履歴の均一性に問題がある場合があるので、採用されていない。しかし、本発明では、巻取時加熱法によりフィラメントの配向性が向上し、強度がアップし、収縮率が低下するなど、フィラメントの特性を飛躍的に向上させることができる。
【００２７】
本発明における巻取時における加熱処理温度は、通常の熱可塑性合成繊維における熱処理温度であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート延伸フィラメントにおいては、１２０℃から２００℃、好ましくは１５０℃から１９０℃の範囲である。本発明においては、これらの最適熱処理温度において、熱処理時間を長時間稼ぐことできることに特徴がある。
【００２８】
本発明におけるリールの加熱手段は、フィラメントがリールに巻かれて行く過程で、リールに熱風を吹きかけることによって行うことができる。また、巻かれているリールの上から、赤外線ヒータやハロゲンランプ等による輻射熱でフィラメントが加熱されるようにすることができる。また、フィラメントが巻き取られている部分全体を加熱室とすることで、巻かれているフィラメントが加熱されるようにすることができる。
【００２９】
本発明の巻取時加熱による配向が向上される延伸フィラメントが、ポリエチレンテレフタレートである場合、複屈折が５０×１０-3以上で、好ましくは１００×１０-3以上、最も好ましくは１８０×１０-3であって、繊維径が５ミクロンメータ以下、好ましくは３μｍ以下であることを特徴とする、高度に分子配向された極細ポリエステルフィラメントとすることができる。また、かかる延伸された極細ポリエステルフィラメントをゾーン延伸やゾーン熱処理を行うことで、さらに配向度や強度、弾性率を向上されることができる。ポリエステルはコストも安く、耐熱性も大きく、強度、ヤング率を大きくできることから、衣料ばかりでなく、種々の産業用途において使用されており、高度に分子配向した極細フィラメントとすることで、さらに高度な用途において展開が期待される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、上記のように、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に分子配向が向上した極細フィラメントが得られる。また、ほとんど全ての熱可塑性ポリマーより５μｍ以下という超極細で高度に分子配向したフィラメントを製造できた。これらの配向性が向上した極細フィラメントは、１００倍以上、ひいては１０００倍以上という超高倍率延伸と熱処理手段の組み合わせによって実現できたものであり、高性能の極細フィラメントが簡便に得られると云うばかりでなく、延伸フィラメントを高速で生産できることを意味しており、生産性の面からの意義が大きい。
【００３１】
また、本発明の分子配向手段ばかりでなく、フィラメントが熱処理されていると言う面からも効果が大きい。フィラメントが熱処理されていることより、フィラメントの熱による寸法安定性が高まり、耐収縮性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態の例を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の連続法のプロセスの例を示した。原フィラメント１は、リール１１に巻かれた状態から繰り出され、コーム１２を経て、繰出ニップローラ１３ａ、１３ｂより一定速度で送り出される。送り出された原フィラメント１は、案内具１５で位置を規制されて一定速度で下降する。案内具１５は、レーザーの照射位置とフィラメントの走行位置を正確に定めるもので、図では、内径が０．５ｍｍの注射針を使用したが、細いパイプやコーム、また図５で示すスネイルワイヤなども使用できる。案内具１５の直下に、レーザー発振装置５より、走行する原フィラメント１に対して、一定幅の加熱域Ｍにレーザー光６が照射される。このレーザー光６は、図３、図４に示す複数箇所からの照射が好ましい。レーザー光６により加熱され、原フィラメントおよび延伸されたフィラメントの自重、または引取ニップローラ１９によってもたらされる延伸張力により、原フィラメントは延伸されて、延伸されたフィラメント１６となって下降し、下降過程に備えられている熱処理ゾーン１７を通過することが望ましい。延伸されたフィラメント１６は、滑車１８を通り、引取ニップローラ１９ａ、１９ｂを経て、巻取リール２０で巻き取られる。この場合において、滑車１８への延伸されたフィラメント１６の通路は、フィラメントの自由落下の軌跡ｐとして延伸される場合と、滑車１８への直線的な軌跡ｑとして延伸される場合と、それらの中間的な軌跡として延伸される場合がある。軌跡ｑおよび軌跡ｐと軌跡ｑの中間位置では、引取テンションが延伸の張力に及ぶが、その場合は、延伸張力が１０ＭＰａ以下であることが望ましいく、１ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。延伸張力は、滑車１８に張力測定機構を設けることもできる。他の方法として、バッチ法のロードセル測定により、同一送出速度やレーザー照射条件、延伸倍率等の関係から推定することができる。巻取リール２０で巻き取る前に、加熱されている延伸ロール２１ａ、２１ｂと延伸ロール２２ａ、２２ｂ間で、延伸ロール２１と２２の速度の比によって、さらに延伸することもできる。この場合の延伸されたフィラメントの熱処理ゾーン１７は、延伸ローラ２２の後に設けることもできる。本発明においては、巻取時に加熱されるので、この熱処理ゾーン１７は省略することも出来る。また、複数の原フィラメントが同時に延伸された場合は、引取リールの直前で、インターレース法などでフィラメント間を空気交絡しておくことが望ましい。また、滑車１８や引取ローラ１９に入る直前などの位置に、フィラメント径測定装置を設け、測定されたフィラメント径をフィードバックすることにより、引取速度または送出速度等を制御して、常に一定のフィラメント径の製品を得ることができる。
【００３３】
本発明においては、延伸されたフィラメント１６が巻取リール２０に巻かれている過程で、熱風発生器３１により発生する熱風で巻かれているフィラメントが加熱され、この加熱処理でフィラメントが熱処理される。巻かれている時間が長いので、長時間の熱処理が可能となる。
【００３４】
図２に、他の巻取時加熱手段について説明する。延伸されたフィラメント１６が巻取リール２０に巻かれている過程で、赤外線ヒータ３５により加熱される。また、巻取部分が一定温度になるように、加熱室３６の中で加熱されることが好ましい。そして、加熱室３６の内壁は、反射板で構成されていることが好ましい。加熱室の中では、熱風発生器３１も併用することができる。
【００３５】
図３に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の例を示す。図Ａは平面図であり、図Ｂは側面図である。赤外線照射器より照射された赤外線光束４１ａは、原フィラメント１の通る領域Ｐ（図の点線内）を通って、鏡４２に達し、鏡４２で反射された赤外線光束４１ｂとなり、鏡４３で反射されて赤外線光束４１ｃとなる。赤外線光束４１ｃは、領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置から１２０度後から、原フィラメントを照射する。領域Ｐを通過した赤外線光束４１ｃは、鏡４４で反射されて、赤外線光束４１ｄとなり、鏡４５で反射されて、赤外線光束４１ｅとなる。赤外線光束４１ｅは領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置の赤外線光束４１ｃとは逆の１２０度後から、原フィラメント１を照射する。このように、原フィラメント１は、３つの赤外線光束４１ａ、４１ｃ、４１ｅにより、１２０度ずつ対称の位置から均等に原フィラメント１を加熱することができる。
【００３６】
図４に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の他の例で、複数の光源を使用する例を、平面図で示す。赤外線放射装置から放射された赤外線光束４７ａは、原フィラメント１へ放射される。また、別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束４７ｂも、原フィラメント１へ放射される。さらに別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束４７ｃも、原フィラメント１へ放射される。このように、複数の光源からの放射は、比較的小規模の光源で安定したコストの安いレーザー発信装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。なお、図では光源が３個の場合を示したが、２個でもよいし、４個以上も使用できる。特に、複数本延伸では、このような複数光源による延伸が特に有効である。
【実施例１】
【００３７】
原フィラメントとして未延伸ポリエチレンテレフタレートフィラメント（繊維径２４０μｍ、複屈折０．５×１０-3であり、広角Ｘ線回折写真より、非晶質無配向であることを確認した）を使用し、図１の延伸装置により延伸を行った。この時のレーザー発振装置は、（株）鬼塚硝子社製で、最大出力１０Ｗの炭酸ガスレーザー発振装置を使用し、レーザーのパワー密度１７．８Ｗ／ｃｍ2 でビーム径は４．０ｍｍであった。原フィラメントの送出速度０．３ｍ／分で、延伸されたフィラメントは、図１における軌跡ｑを辿った。このときの延伸張力は、先願のバッチ方式から推定して、巻取速度１８００ｍ／分では、０．４８ＭＰａ、２０００ｍ／分の場合においては、０．４１ＭＰａであった。延伸されたフィラメントをリールに巻き取っていく過程で、リールに巻かれているフィラメントを熱風発生機からの熱風で加熱した。巻かれているフィラメント層の温度は、輻射温度計により測定すると１６０℃であった。このように延伸・熱処理されたフィラメントの物性を図５に示す。巻取速度１８００ｍ／分および２０００ｍ／分の場合も共に、繊維径は３μｍを切っている。また、延伸倍率も１００倍を越え、３０００倍以上、７０００倍にも達している。得られたフィラメントの複屈折は、１８００ｍ／分の場合で、１５７×１０-3であり、２０００ｍ／分の場合では、１８３×１０-3であった。この複屈折の値は、巻取時加熱を行わなかった場合では、１８００ｍ／分の場合で、８４×１０-3であり、２１００ｍ／分の場合では、９７×１０-3であり、巻取時加熱で、格段と配向が向上していることがわかる。この２０００ｍ／分で巻き取ることにより、延伸され巻取時加熱されたフィラメントをさらにゾーン熱処理およびゾーン延伸を行った結果について、図６に示す。巻取時熱処理無しに比較して、巻取時熱処理することにより、ヤング率、引張強度も向上していることがわかる。また、ＤＳＣによる融解熱量および結晶化度も、熱処理無しに比較して向上していることがわかる。ゾーン延伸、ゾーン熱処理により、強度、弾性率ともに格段と向上している。なお、ゾーン延伸では、延伸温度９０℃、延伸張力は１８２．２ＭＰａ、ゾーン熱処理では、ゾーン延伸したサンプルを、熱処理温度１８０℃で張力は２３１．１ＭＰａで処理したものである。なお、強伸度等の測定は、ＪＩＳＬ１０１５によった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
これらの高度に分子配向した極細フィラメントは、人工皮革やワイピングクロス、エアーフィルター等の従来極細フィラメントが使用されてきた分野ばかりでなく、スクリーン印刷用基布、自動車用エアーバッグ等の分野にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の配向を向上させた延伸フィラメントを製造するための連続法のプロセス概念図。
【図２】本発明の巻取時加熱の別の手段を示す装置の側面図。
【図３】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射するための鏡の配置の例を示し、Ａ図は平面図、Ｂ図は側面図である。
【図４】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射する他の例で、複数の光源を有する場合で、平面図で示す。
【図５】本発明におけるフィラメントを延伸・熱処理したことによる、フィラメントの径と配向度等を示す実験結果の図表。
【図６】本発明におけるフィラメントを延伸・熱処理したことによる、フィラメントの物性を示す実験結果の図表。
【符号の説明】
【００４０】
１：原フィラメント、 ５：レーザー発振器装置、 ６：レーザー光、
１１：リール、 １２：コーム、 １３ａ、１３ｂ：繰出ニップロール、
１５：案内具、
１６：延伸されたフィラメント、 １７：熱処理ゾーン、
１８：滑車、 １９ａ、１９ｂ：引取ニップロール、
２０：巻取リール、 ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ：延伸ローラ、
Ｍ：フィラメント上のレーザー光の照射域、
ｐ：延伸されたフィラメントが自由落下の場合のフィラメントの軌跡、
ｑ：延伸されたフィラメントに巻取張力が及ぶ場合のフィラメントの軌跡。
３１：赤外線ヒータ、 ３２：加熱室。
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ：赤外線光束、
４２、４３、４４、４５：鏡、 Ｐ：領域。
４７ａ、４７ｂ、４７ｃ：赤外線光束、 Ｑ：領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向を向上させたフィラメントの製造方法およびその製造装置に関し、特に赤外線法により超高延伸倍率を行う場合のフィラメントの分子配向を向上させた、極細のフィラメントの製造手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明人は、赤外線法により、分子配向を伴って、１，０００倍以上という超高倍率の延伸倍率で極細フィラメントを得る手段について発明を行った（特開２００３−１６６１１５、特開２００４−１０７８５１など）。これらは、簡便な手段で、極細の分子配向したフィラメントが得られた。本発明は、これらを発展させ、さらに分子配向が向上させたフィラメント、およびそれらの連続して安定した製造を可能にする手段に関する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６６１１５号公報（第１−２頁、図４、図５）。
【特許文献２】特開２００４−１０７８５１号公報（第１−２頁、図１，図３）。
【非特許文献１】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．８８、ｐ．３２７９−３２８３、２００３年、（米国）。
【非特許文献２】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１４４９−１４５３、２００４年、（米国）。
【非特許文献３】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１５３４−１５３９、２００４年、（米国）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術をさらに発展させたものであって、その目的とするところは、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に分子配向が向上した極細フィラメントを連続的に得ることができるようにすることにある。また他の目的は、分子配向とともに、充分に熱処理され、熱収縮率を小さくされた極細フィラメントの製造手段に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、フィラメントの配向向上手段としての特徴は、下記の通りである。本発明は、フィラメントの送出手段により送り出された原フィラメントが、赤外線光束で加熱され、それによって加熱されたフィラメントが１００倍以上に延伸されるフィラメントの製造方法において、その延伸されたフィラメントが巻取機に巻かれている状態で加熱されていることによる、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記延伸における延伸張力が、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸あたり１０ＭＰａ以下の張力により延伸される、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記巻取機に巻かれている状態での加熱が熱風加熱である、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記巻取機に巻かれている状態での加熱が赤外線加熱である、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。さらに本発明は、前記巻取機に巻かれている状態での加熱が、加熱室内での巻取であることによる加熱である、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。
【０００６】
さらに本発明は、配向が向上したフィラメントの製造装置関して次の特徴を有する。本発明は、原フィラメントの送出手段と、原フィラメントを赤外線光束で加熱する手段と、加熱されたフィラメントが、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸当たり１０ＭＰａ以下の張力で１００倍以上に延伸されるように引き取る引取装置と、延伸されたフィラメントを巻き取る巻取機と、巻き取られたフィラメントを加熱する加熱装置とを含む、配向を向上させたフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記加熱装置が熱風ヒータである、配向を向上させたフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記加熱装置が赤外線ヒータである、配向を向上させたフィラメントの製造方法に関する。さらに本発明は、前記加熱装置が、巻取機が加熱室内に設けられていることよりなる、配向を向上させたフィラメントの製造装置に関する。
【０００７】
さらに本発明は、前記において延伸されたフィラメントがポリエチレンテレフタレート系ポリマーを含み、複屈折が１００×１０-3以上であり、径が５μ以下である、配向が向上されている極細フィラメントに関する。
【０００８】
本発明は、原フィラメントを延伸して、延伸されたフィラメントをさらに熱処理する手段を提供するものである。本発明における、原フィラメントとは、既にフィラメントとして製造されて、リール等に巻き取られたものであってもよいし、紡糸過程において、溶融または溶解フィラメントが冷却や凝固によりフィラメントとなったものを、紡糸過程に引き続き使用され、本発明の延伸手段の原料となるフィラメントである。ここで、フィラメントとは、実質的に連続した繊維であり、数ミリメータから数十ミリメータの長さである短繊維とは区別される。原フィラメントは、単独で存在することが望ましいが、数本ないし数十本に集合されていても使用することができる。なお、本発明におけるフィラメントは、一本のフィラメントからなるシングルフィラメントである場合と、複数のフィラメントからなるマルチフィラメントである場合が含められる。一本のフィラメントにかかる張力等では、「単糸あたり」と表現するが、一本のフィラメントでは、「その一本のフィラメントあたり」を意味し、マルチフィラメントでは、それを構成する「個々のフィラメント一本あたり」を意味する。
【０００９】
本発明における原フィラメントは、複屈折で測定した配向度が３０％、あるいは５０％以上といった、高度に分子配向したフィラメントでも使用できることに特徴があり、このような高度に配向した原フィラメントからでも、数百倍といった超高延伸倍率が実現できる点においても、他の延伸法と際だって異なる点である。このように原フィラメントが高配向している場合は、延伸開始点において、原フィラメント径以上の膨張部をもって延伸されることが多い。
【００１０】
本発明の原フィラメントは、ポリエチレンテレフタレートや脂肪族ポリエステルを含むポリエステル、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）を含むポリアミド、ポリプロピレンやポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、フッ素系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレン系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマーなどの熱可塑性ポリマーからなるフィラメントであれば使用することができる。特に、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）、ポリプロピレンは、延伸性もよく、分子配向性もよく、本発明の巻取加熱法に特に適する。また、アラミド等の高強度、高弾性ポリマーや、ポリ乳酸やポリグリコール酸等の生分解性ポリマーや生体内分解吸収性ポリマー等も本発明の赤外線ビームによる延伸性もよく、本発明の巻取加熱法の製造に特に適する。
【００１１】
本発明の連続法においは、フィラメントを送り出す手段から送り出された原フィラメントについて延伸が行われる。送出手段は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを送り出すことが出来るものであれば種々のタイプのものが使用できる。
【００１２】
フィラメントの送り出し手段により送り出された原フィラメントは、さらに送風管を通して、送風管中を原フィラメントの走行方向に流れる気体によって送られることが望ましい。本発明においては、延伸張力が非常に小さいため、送り出されてくるフィラメントに、途中の抵抗等で張力のムラが生じると、延伸性に大きく影響する。そのため、このような送風管で、抵抗の少ないように送られてくることが望ましい。
【００１３】
本発明における送風管は、必ずしも筒状である必要がなく、溝状であってもよく、それらの中を気体とともに原フィラメントが流れればよい。複数本同時に流す場合は、長方形や他の形状も用いられる。１本のフィラメントを流す場合の管の断面は、円が好ましいが、矩形でもその他の形状でもよい。管を流れる気体は、枝分かれした管の一方より供給してもよく、管が２重になっており、外側の管から内側の管へ、孔などによって供給してもよい。合成繊維のインターレース紡糸やタスラン加工に使用されるフィラメントの空気交絡ノズルも本発明の送風管として使用される。また、スパンボンド不織布のエアーサッカーとして使用される多数本同時吸引方式も本発明では使用することができるが、スパンボンドほど多量高速のエアーは必要ないので、構造も簡便なものでよい。
【００１４】
送風管の出口には、フィラメントの位置を規制する案内具を設けることが好ましい。導かれてきた原フィラメントは、赤外線光束による加熱で延伸されるが、その加熱は、非常に狭い範囲において加熱されることが特徴であり、その狭い範囲の加熱を可能にするため、フィラメントの位置を規制する案内具を設ける。上記の送風管の出口の形状によって、そのような機能を持たすことも可能であるが、送風管はフィラメントを送る気体の通気や、フィラメントの通し易さに重点を置き、その後に簡便な案内具でフィラメントの位置を規制することが好ましい。案内具は、細い管や溝、コーム、細いバーの組み合わせなどが使用できる。
【００１５】
本発明の原フィラメントは、赤外線加熱手段（レーザーを含む）により照射される赤外線光束により延伸適温に加熱される。赤外線は、原フィラメントを加熱するが、延伸適温に加熱される範囲が、フィラメントの中心でフィラメントの軸方向に、上下４ｍｍ（長さ８ｍｍ）以内であることが好ましく、さらに好ましくは３ｍｍ以下、最も好ましくは２ｍｍ以下で加熱される。本発明は、狭い領域で急激に延伸することにより、高度の分子配向を伴った延伸を可能にし、しかも超高倍率延伸であっても、延伸切れを少なくすることができた。なお、この赤外線光束が照射されるフィラメントが、マルチフィラメントである場合は、上記のフィラメントの中心は、マルチフィラメントのフィラメント束の中心を意味する。
【００１６】
本発明の赤外線加熱には、レーザーによる加熱が特に好ましい。中でも、１０．６μｍの波長の炭酸ガスレーザーと、１．０６μｍの波長のＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット系）レーザーが特に好ましい。レーザーは、放射範囲を小さく絞り込むことが可能であり、また、特定の波長に集中しているので、無駄なエネルギーも少ない。本発明の炭酸ガスレーザーは、パワー密度が１０Ｗ／ｃｍ2以上、好ましくは２０Ｗ／ｃｍ2以上、最も好ましくは、３０Ｗ／ｃｍ2以上である。狭い延伸領域に高パワー密度のエネルギーを集中することによって、本発明の超高倍率延伸が可能となるからである。
【００１７】
なお、この場合の赤外線光束の照射は、複数箇所から照射されることが好ましい。フィラメントの片側のみからの加熱は、そのポリマーの融解温度が高い場合や、溶融が困難な場合、また、もともと延伸が困難なフィラメントの場合は、非対称加熱により、延伸が困難になるからである。このような複数箇所からの照射は、複数個の赤外線光束の光源から照射してもよいが、一つの光源からの光束を鏡によって反射させることにより、複数回、原フィラメントの通路に沿って照射させることによって達成することもできる。鏡は、固定型ばかりでなく、ポリゴンミラーのように回転するタイプも使用することができる。
【００１８】
また、複数箇所からの照射の別な手段として、複数光源からの光源を原フィラメントに複数箇所から照射する手段がある。比較的小規模のレーザー光源で安定してコストの安いレーザー発振装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。
【００１９】
一般に、延伸はフィラメント等を延伸適温に加熱して、それに張力が加わることにより行われる。本発明の配向が向上したフィラメントを製造する際に適応されるフィラメントの延伸力は、非常に小さく、単糸当たり好ましくは１０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１ＭＰａ以下、最も好ましくは０．１ＭＰａ以下にすることで延伸される。１０ＭＰａを越えると、延伸切れが生じ易くなり、高倍率延伸するためには、このような小さい張力範囲にあることが望ましい。このように小さい延伸張力で、延伸倍率が１００倍以上、ひいては１，０００倍以上という極端に大きな倍率が実現できるのは、延伸温度が融点前後と、極端に高い温度を維持しつつ、非常に狭い延伸領域であるため、フィラメントの切断を免れて変形できるものと思われる。合成繊維の通常のローラ間延伸では、１０ＭＰａから１００ＭＰａという張力で延伸されていることと、大幅に異なる範囲で延伸されていることに特徴がある。
【００２０】
本発明の配向が向上したフィラメントの延伸の張力は、自己の自重により与えられる張力程度で延伸される。これは、一般の延伸が、ローラ間の速度差によって与えられる張力や、巻き取りによる張力によって延伸されることと原理的に異なる。本発明では、加熱部に加わるフィラメントの自重の大きさ（加熱部から自由落下している距離によって定まる）を、自由落下距離を変化させることで最適の張力を選択することができる。通常のローラ間の延伸では、１００倍以上という大きな延伸倍率は、コントロールが困難であるが、本発明では、距離という簡便な手段で、容易にコントロールできるようにしたことに特徴がある。
【００２１】
本発明において、得られた延伸フィラメントの延伸倍率が１００倍以上、好ましくは５００倍以上、さらに好ましくは１，０００倍以上、最も好ましくは５，０００倍以上の超高倍率で延伸されることを特徴とする。通常の合成繊維の延伸では、３〜７倍であり、ＰＥＴ繊維のスーパードローイングでも１０数倍程度であることを考慮すると、現状の延伸の１００倍以上の超高倍率での延伸を可能にしたところに本発明の特徴がある。このように超高倍率の延伸を可能にしたのは、非常に狭い領域での延伸を可能にしたことにより、その間の延伸温度を原フィラメントの融点前後まで上昇することができ、そのために延伸張力が小さくなるが、その小さい延伸張力と超高倍率をコントロールする手段を見いだしたことに本発明の特徴がある。このように超高倍率延伸を可能にしたことにより、繊維径が１０μｍ以下、さらには５μｍ以下、さらに３μｍ以下といった超極細フィラメントの製造を可能にしたばかりでなく、フィラメント製造の生産速度を数百倍に高めたことにより、生産性の面からも意義がある。
【００２２】
なお、本発明における原フィラメントおよび延伸フィラメントの複屈折で測定した配向度ｆは、下式により示される。なお、この式では、密度の補正が必要であるが、煩雑になるので無視して計算する。
ｆ（％）＝（Δｎ／Δｎｃ）×１００
ここで、Δｎは実測で得た複屈折で、Δｎｃは、それぞれのポリマーの結晶の複屈折で、理論値等から求められており、それらの値は必ずしも一致しないが、一般に多く用いられる値として、ポリエチレンテレフタレートでは、０．２４であり、ナイロン６または６６では、０．０９６であり、アイソタクチックポリプロピレンでは、０．０４２である。また、本発明における延伸倍率λは、原フィラメントの径ｄｏと延伸後のフィラメントの径ｄより、下記の式で表される。この場合、フィラメントの密度は一定として計算する。繊維径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、原フィラメントは３５０倍、延伸フィラメントは１０００倍での撮影写真に基づき、１０点の平均値で行う。
λ＝（ｄo／ｄ）2
【００２３】
本発明の延伸工程の後に、加熱ゾーンを有する加熱装置を設け、延伸されたフィラメントを熱処理することもできる。加熱は、加熱気体中を通過させる手段や、赤外線加熱等の輻射加熱、加熱ローラ上を通す、またはそれらの併用などの手段で行うことができる。熱処理は、延伸フィラメントの熱収縮を小さくすることや、結晶化度を上げ、フィラメントの経時変化を小さくしヤング率を向上させるなど、種々の効果をもたらす。
【００２４】
本発明の延伸されたフィラメントを、さらに延伸した後に巻き取ることもできる。後段階の延伸の手段は、前の段階で行った延伸手段を用いることもできるが、前の段階で充分に高倍率延伸されて、既に極細フィラメントが得られている場合は、通常のゴデットローラ等のローラ間延伸や、ピン延伸などを用いることもできる。また、本発明の後延伸の手段として、本発明人による（非特許文献１、２、３）ゾーン延伸法やゾーン熱処理法が用いられることが望ましい。
【００２５】
本発明の延伸されたフィラメントは、その後続工程で、ボビン、チーズ、リール等（以下リールで代表させる場合がある）に巻き取られ、リールやチーズ巻の形態の製品とされる。これらの巻き取りにおいては、延伸フィラメントはトラバースされながら巻き取られることが望ましい。トラバースされることにより、均一な巻き上げ形態を確保できるからである。極細フィラメントでは、糸切れや毛羽の発生が最も問題となるが、本発明では、高度に分子配向しているためと、延伸張力が小さいため、小さな巻き取り張力で巻き取ることが可能となるので、糸切れ毛羽を少なくできることも本発明の特徴である。本発明におけるフィラメントの巻取速度は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを巻き取る手段が使用される。
【００２６】
本発明においては、巻取時にリール全体が加熱処理されることにより、熱処理されることに特徴がある。従来は、巻取時の加熱は、フィラメント以外の装置なども加熱することになることや、巻芯と表面層との熱履歴の均一性に問題がある場合があるので、採用されていない。しかし、本発明では、巻取時加熱法によりフィラメントの配向性が向上し、強度がアップし、収縮率が低下するなど、フィラメントの特性を飛躍的に向上させることができる。
【００２７】
本発明における巻取時における加熱処理温度は、通常の熱可塑性合成繊維における熱処理温度であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート延伸フィラメントにおいては、１２０℃から２００℃、好ましくは１５０℃から１９０℃の範囲である。本発明においては、これらの最適熱処理温度において、熱処理時間を長時間稼ぐことできることに特徴がある。
【００２８】
本発明におけるリールの加熱手段は、フィラメントがリールに巻かれて行く過程で、リールに熱風を吹きかけることによって行うことができる。また、巻かれているリールの上から、赤外線ヒータやハロゲンランプ等による輻射熱でフィラメントが加熱されるようにすることができる。また、フィラメントが巻き取られている部分全体を加熱室とすることで、巻かれているフィラメントが加熱されるようにすることができる。
【００２９】
本発明の巻取時加熱による配向が向上される延伸フィラメントが、ポリエチレンテレフタレートである場合、複屈折が５０×１０-3以上で、好ましくは１００×１０-3以上、最も好ましくは１８０×１０-3であって、繊維径が５ミクロンメータ以下、好ましくは３μｍ以下であることを特徴とする、高度に分子配向された極細ポリエステルフィラメントとすることができる。また、かかる延伸された極細ポリエステルフィラメントをゾーン延伸やゾーン熱処理を行うことで、さらに配向度や強度、弾性率を向上されることができる。ポリエステルはコストも安く、耐熱性も大きく、強度、ヤング率を大きくできることから、衣料ばかりでなく、種々の産業用途において使用されており、高度に分子配向した極細フィラメントとすることで、さらに高度な用途において展開が期待される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、上記のように、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に分子配向が向上した極細フィラメントが得られる。また、ほとんど全ての熱可塑性ポリマーより５μｍ以下という超極細で高度に分子配向したフィラメントを製造できた。これらの配向性が向上した極細フィラメントは、１００倍以上、ひいては１０００倍以上という超高倍率延伸と熱処理手段の組み合わせによって実現できたものであり、高性能の極細フィラメントが簡便に得られると云うばかりでなく、延伸フィラメントを高速で生産できることを意味しており、生産性の面からの意義が大きい。
【００３１】
また、本発明の分子配向手段ばかりでなく、フィラメントが熱処理されていると言う面からも効果が大きい。フィラメントが熱処理されていることより、フィラメントの熱による寸法安定性が高まり、耐収縮性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態の例を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の連続法のプロセスの例を示した。原フィラメント１は、リール１１に巻かれた状態から繰り出され、コーム１２を経て、繰出ニップローラ１３ａ、１３ｂより一定速度で送り出される。送り出された原フィラメント１は、案内具１５で位置を規制されて一定速度で下降する。案内具１５は、レーザーの照射位置とフィラメントの走行位置を正確に定めるもので、図では、内径が０．５ｍｍの注射針を使用したが、細いパイプやコーム、また図５で示すスネイルワイヤなども使用できる。案内具１５の直下に、レーザー発振装置５より、走行する原フィラメント１に対して、一定幅の加熱域Ｍにレーザー光６が照射される。このレーザー光６は、図３、図４に示す複数箇所からの照射が好ましい。レーザー光６により加熱され、原フィラメントおよび延伸されたフィラメントの自重、または引取ニップローラ１９によってもたらされる延伸張力により、原フィラメントは延伸されて、延伸されたフィラメント１６となって下降し、下降過程に備えられている熱処理ゾーン１７を通過することが望ましい。延伸されたフィラメント１６は、滑車１８を通り、引取ニップローラ１９ａ、１９ｂを経て、巻取リール２０で巻き取られる。この場合において、滑車１８への延伸されたフィラメント１６の通路は、フィラメントの自由落下の軌跡ｐとして延伸される場合と、滑車１８への直線的な軌跡ｑとして延伸される場合と、それらの中間的な軌跡として延伸される場合がある。軌跡ｑおよび軌跡ｐと軌跡ｑの中間位置では、引取テンションが延伸の張力に及ぶが、その場合は、延伸張力が１０ＭＰａ以下であることが望ましいく、１ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。延伸張力は、滑車１８に張力測定機構を設けることもできる。他の方法として、バッチ法のロードセル測定により、同一送出速度やレーザー照射条件、延伸倍率等の関係から推定することができる。巻取リール２０で巻き取る前に、加熱されている延伸ロール２１ａ、２１ｂと延伸ロール２２ａ、２２ｂ間で、延伸ロール２１と２２の速度の比によって、さらに延伸することもできる。この場合の延伸されたフィラメントの熱処理ゾーン１７は、延伸ローラ２２の後に設けることもできる。本発明においては、巻取時に加熱されるので、この熱処理ゾーン１７は省略することも出来る。また、複数の原フィラメントが同時に延伸された場合は、引取リールの直前で、インターレース法などでフィラメント間を空気交絡しておくことが望ましい。また、滑車１８や引取ローラ１９に入る直前などの位置に、フィラメント径測定装置を設け、測定されたフィラメント径をフィードバックすることにより、引取速度または送出速度等を制御して、常に一定のフィラメント径の製品を得ることができる。
【００３３】
本発明においては、延伸されたフィラメント１６が巻取リール２０に巻かれている過程で、熱風発生器３１により発生する熱風で巻かれているフィラメントが加熱され、この加熱処理でフィラメントが熱処理される。巻かれている時間が長いので、長時間の熱処理が可能となる。
【００３４】
図２に、他の巻取時加熱手段について説明する。延伸されたフィラメント１６が巻取リール２０に巻かれている過程で、赤外線ヒータ３５により加熱される。また、巻取部分が一定温度になるように、加熱室３６の中で加熱されることが好ましい。そして、加熱室３６の内壁は、反射板で構成されていることが好ましい。加熱室の中では、熱風発生器３１も併用することができる。
【００３５】
図３に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の例を示す。図Ａは平面図であり、図Ｂは側面図である。赤外線照射器より照射された赤外線光束４１ａは、原フィラメント１の通る領域Ｐ（図の点線内）を通って、鏡４２に達し、鏡４２で反射された赤外線光束４１ｂとなり、鏡４３で反射されて赤外線光束４１ｃとなる。赤外線光束４１ｃは、領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置から１２０度後から、原フィラメントを照射する。領域Ｐを通過した赤外線光束４１ｃは、鏡４４で反射されて、赤外線光束４１ｄとなり、鏡４５で反射されて、赤外線光束４１ｅとなる。赤外線光束４１ｅは領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置の赤外線光束４１ｃとは逆の１２０度後から、原フィラメント１を照射する。このように、原フィラメント１は、３つの赤外線光束４１ａ、４１ｃ、４１ｅにより、１２０度ずつ対称の位置から均等に原フィラメント１を加熱することができる。
【００３６】
図４に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の他の例で、複数の光源を使用する例を、平面図で示す。赤外線放射装置から放射された赤外線光束４７ａは、原フィラメント１へ放射される。また、別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束４７ｂも、原フィラメント１へ放射される。さらに別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束４７ｃも、原フィラメント１へ放射される。このように、複数の光源からの放射は、比較的小規模の光源で安定したコストの安いレーザー発信装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。なお、図では光源が３個の場合を示したが、２個でもよいし、４個以上も使用できる。特に、複数本延伸では、このような複数光源による延伸が特に有効である。
【実施例１】
【００３７】
原フィラメントとして未延伸ポリエチレンテレフタレートフィラメント（繊維径２４０μｍ、複屈折０．５×１０-3であり、広角Ｘ線回折写真より、非晶質無配向であることを確認した）を使用し、図１の延伸装置により延伸を行った。この時のレーザー発振装置は、（株）鬼塚硝子社製で、最大出力１０Ｗの炭酸ガスレーザー発振装置を使用し、レーザーのパワー密度１７．８Ｗ／ｃｍ2 でビーム径は４．０ｍｍであった。原フィラメントの送出速度０．３ｍ／分で、延伸されたフィラメントは、図１における軌跡ｑを辿った。このときの延伸張力は、先願のバッチ方式から推定して、巻取速度１８００ｍ／分では、０．４８ＭＰａ、２０００ｍ／分の場合においては、０．４１ＭＰａであった。延伸されたフィラメントをリールに巻き取っていく過程で、リールに巻かれているフィラメントを熱風発生機からの熱風で加熱した。巻かれているフィラメント層の温度は、輻射温度計により測定すると１６０℃であった。このように延伸・熱処理されたフィラメントの物性を図５に示す。巻取速度１８００ｍ／分および２０００ｍ／分の場合も共に、繊維径は３μｍを切っている。また、延伸倍率も１００倍を越え、３０００倍以上、７０００倍にも達している。得られたフィラメントの複屈折は、１８００ｍ／分の場合で、１５７×１０-3であり、２０００ｍ／分の場合では、１８３×１０-3であった。この複屈折の値は、巻取時加熱を行わなかった場合では、１８００ｍ／分の場合で、８４×１０-3であり、２１００ｍ／分の場合では、９７×１０-3であり、巻取時加熱で、格段と配向が向上していることがわかる。この２０００ｍ／分で巻き取ることにより、延伸され巻取時加熱されたフィラメントをさらにゾーン熱処理およびゾーン延伸を行った結果について、図６に示す。巻取時熱処理無しに比較して、巻取時熱処理することにより、ヤング率、引張強度も向上していることがわかる。また、ＤＳＣによる融解熱量および結晶化度も、熱処理無しに比較して向上していることがわかる。ゾーン延伸、ゾーン熱処理により、強度、弾性率ともに格段と向上している。なお、ゾーン延伸では、延伸温度９０℃、延伸張力は１８２．２ＭＰａ、ゾーン熱処理では、ゾーン延伸したサンプルを、熱処理温度１８０℃で張力は２３１．１ＭＰａで処理したものである。なお、強伸度等の測定は、ＪＩＳＬ１０１５によった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
これらの高度に分子配向した極細フィラメントは、人工皮革やワイピングクロス、エアーフィルター等の従来極細フィラメントが使用されてきた分野ばかりでなく、スクリーン印刷用基布、自動車用エアーバッグ等の分野にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の配向を向上させた延伸フィラメントを製造するための連続法のプロセス概念図。
【図２】本発明の巻取時加熱の別の手段を示す装置の側面図。
【図３】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射するための鏡の配置の例を示し、Ａ図は平面図、Ｂ図は側面図である。
【図４】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射する他の例で、複数の光源を有する場合で、平面図で示す。
【図５】本発明におけるフィラメントを延伸・熱処理したことによる、フィラメントの径と配向度等を示す実験結果の図表。
【図６】本発明におけるフィラメントを延伸・熱処理したことによる、フィラメントの物性を示す実験結果の図表。
【符号の説明】
【００４０】
１：原フィラメント、 ５：レーザー発振器装置、 ６：レーザー光、
１１：リール、 １２：コーム、 １３ａ、１３ｂ：繰出ニップロール、
１５：案内具、
１６：延伸されたフィラメント、 １７：熱処理ゾーン、
１８：滑車、 １９ａ、１９ｂ：引取ニップロール、
２０：巻取リール、 ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ：延伸ローラ、
Ｍ：フィラメント上のレーザー光の照射域、
ｐ：延伸されたフィラメントが自由落下の場合のフィラメントの軌跡、
ｑ：延伸されたフィラメントに巻取張力が及ぶ場合のフィラメントの軌跡。
３１：赤外線ヒータ、 ３２：加熱室。
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ：赤外線光束、
４２、４３、４４、４５：鏡、 Ｐ：領域。
４７ａ、４７ｂ、４７ｃ：赤外線光束、 Ｑ：領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントの送出手段により送り出された原フィラメントが、赤外線光束で加熱され、該加熱されたフィラメントが１００倍以上に延伸されるフィラメントの製造方法において、該延伸されたフィラメントが巻取機に巻かれている状態で加熱されることによる、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１の前記延伸における延伸張力が、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸あたり１０ＭＰａ以下の張力により延伸される、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１における前記巻取機に巻かれている状態での加熱が熱風加熱である、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項４】
請求項１における前記巻取機に巻かれている状態での加熱が赤外線加熱である、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１における前記巻取機に巻かれている状態での加熱が、加熱室内での巻き取られることによる加熱である、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項６】
原フィラメントの送出手段と、
該原フィラメントを赤外線光束で加熱する手段と、
該加熱されたフィラメントが、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸当たり１０ＭＰａ以下の張力で１００倍以上に延伸されるように引き取る引取装置と、
該延伸されたフィラメントを巻き取る巻取機と、
該巻き取られたフィラメントを加熱する加熱装置と、
を含む、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項７】
請求項６における前記加熱装置が熱風ヒータである、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項８】
請求項６における前記加熱装置が赤外線ヒータである、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項９】
請求項６における前記加熱装置が、巻取機が加熱室内に設けられていることよりなる、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項１０】
請求項１における前記延伸されたフィラメントがポリエチレンテレフタレート系ポリマーを含み、複屈折が１００×１０-3以上であり、径が５μ以下である、配向が向上されている極細フィラメント。
【請求項１】
フィラメントの送出手段により送り出された原フィラメントが、赤外線光束で加熱され、該加熱されたフィラメントが１００倍以上に延伸されるフィラメントの製造方法において、該延伸されたフィラメントが巻取機に巻かれている状態で加熱されることによる、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１の前記延伸における延伸張力が、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸あたり１０ＭＰａ以下の張力により延伸される、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１における前記巻取機に巻かれている状態での加熱が熱風加熱である、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項４】
請求項１における前記巻取機に巻かれている状態での加熱が赤外線加熱である、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１における前記巻取機に巻かれている状態での加熱が、加熱室内での巻き取られることによる加熱である、配向を向上させた延伸フィラメントの製造方法。
【請求項６】
原フィラメントの送出手段と、
該原フィラメントを赤外線光束で加熱する手段と、
該加熱されたフィラメントが、自己の自重により与えられる張力、又は、単糸当たり１０ＭＰａ以下の張力で１００倍以上に延伸されるように引き取る引取装置と、
該延伸されたフィラメントを巻き取る巻取機と、
該巻き取られたフィラメントを加熱する加熱装置と、
を含む、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項７】
請求項６における前記加熱装置が熱風ヒータである、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項８】
請求項６における前記加熱装置が赤外線ヒータである、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項９】
請求項６における前記加熱装置が、巻取機が加熱室内に設けられていることよりなる、配向を向上させた延伸フィラメントの製造装置。
【請求項１０】
請求項１における前記延伸されたフィラメントがポリエチレンテレフタレート系ポリマーを含み、複屈折が１００×１０-3以上であり、径が５μ以下である、配向が向上されている極細フィラメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２２５８３７（Ｐ２００６−２２５８３７Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３６６７０（Ｐ２００６−３６６７０）
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【分割の表示】特願２００５−３９４５２（Ｐ２００５−３９４５２）の分割
【原出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（８００００００７９）株式会社山梨ティー・エル・オー (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１４日（２００６．２．１４）
【分割の表示】特願２００５−３９４５２（Ｐ２００５−３９４５２）の分割
【原出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（８００００００７９）株式会社山梨ティー・エル・オー (11)
【Ｆターム（参考）】
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