(57)【要約】【課題】ゴム補強用繊維や樹脂補強用繊維などの補強用繊維の製造方法であって、熱寸法安定性に優れた補強用繊維を高効率で製造できる補強用繊維の製造方法および該製造方法により得られた補強用繊維を提供する。【解決手段】融点が２１０℃以上であり、かつ強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、熱可塑性樹脂からなる繊維を、前記融点よりも１０℃以上低くかつ１００℃以上の温度で、−１０％〜＋１０％の緊張または弛緩乾熱処理を施し、次いで過熱水蒸気処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強用繊維の製造方法であって、
融点が２１０℃以上であり、かつ強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、熱可塑性樹脂からなる繊維を、前記融点よりも１０℃以上低くかつ１００℃以上の温度で、−１０％〜＋１０％の緊張または弛緩乾熱処理を施し、次いで過熱水蒸気処理を行うことを特徴とする補強用繊維の製造方法。
【請求項２】
前記乾熱処理を３０〜２４０秒間行う、請求項１に記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項３】
前記過熱水蒸気処理を、１８０〜３５０℃の温度で１〜１２０秒間行う、請求項１または請求項２に記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項４】
繊維を走行速度１０〜１００ｍ／分で走行させながら、前記乾熱処理および過熱水蒸気処理を連続的に行う、請求項１〜３のいずれかに記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項５】
前記繊維が、ポリエステル繊維またはポリアミド繊維である、請求項１〜４のいずれかに記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項６】
前記繊維が、総繊度が５００〜３５０００ｄｔｅｘの糸条である、請求項１〜５のいずれかに記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項７】
前記繊維に、撚数３０〜１０００回／ｍの撚りが施されている、請求項１〜６のいずれかに記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項８】
補強用繊維が、ゴム補強用繊維または樹脂補強用繊維である、請求項１〜７のいずれかに記載の補強用繊維の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法により得られた補強用繊維。
【請求項１０】
１５０℃における乾熱収縮率が１．０％未満である、請求項９に記載の補強用繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム補強用繊維や樹脂補強用繊維などの補強用繊維の製造方法であって、熱寸法安定性に優れた補強用繊維を高効率で製造できる補強用繊維の製造方法および該製造方法により得られた補強用繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タイヤ、トランスミッションベルト、ゴムホースなどの車輌用ゴム部品や、自動車・家電・ＯＡ機器等の樹脂材料などは、強度、耐久性などを付加するために様々な繊維で補強している。このような繊維補強材料は、近年ますます高まってきている軽量化、薄型化といった低燃費化、省エネルギーの観点から、材料を補強する繊維に対しては熱寸法安定性などの高性能化とともにコストダウンの要求が高まっている。中でも汎用性が高いポリエステル、ポリアミドといった熱可塑性樹脂からなる繊維は、更なる熱寸法安定化と高効率生産の両立が望まれている。
【０００３】
こういった背景のもと、熱可塑性樹脂からなる繊維の熱寸法安定性を高める方法としては、例えば、特許文献１では、ポリエステルを紡糸口金から溶融吐出した後、１５００〜４０００ｍ／分の引取り速度で引取り、次いで超臨界流体またはそれに類する流体で２０〜１００℃、７〜２５ＭＰａの圧力下で処理すると同時にまたはその後に延伸するポリエステル繊維の製造方法が提案されている。しかしながら、この方法はポリエステル繊維を超臨界流体で可塑化して延伸し高強度化と高弾性率化、低収縮化の両立を図るものであるが、紡糸段階での処理のため緩和、熱固定時間が短く、低収縮化に至らないばかりでなく、断糸・毛羽などの多発によって工業生産性が極めて低いという問題があった。
【０００４】
また、特許文献２では、溶融紡糸した未延伸糸を一旦巻き取ることなく連続して２段以上に多段延伸し、次いで最終延伸ローラーと弛緩ローラーとの間で過熱水蒸気を噴射しつつ弛緩率１２％以上で熱処理した後、２５００ｍ／分以上の速度で巻き取る高タフネス低収縮ポリエステルの製造方法が提案されている。しかしながら、この方法では、１２％以上の弛緩処理時に過熱蒸気噴射ノズルに糸条を通して処理しているため、張力変動による糸揺れが大きく、物性のバラツキが大きく、さらにノズルへの糸条接触による断糸、毛羽が多発するため工業生産性が極めて低いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−００３３２４号公報
【特許文献２】特開２０００−０２７０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる背景に鑑みなされたものであり、その目的は、ゴム補強用繊維や樹脂補強用繊維などの補強用繊維の製造方法であって、熱寸法安定性に優れた補強用繊維を高効率で製造できる補強用繊維の製造方法および該製造方法により得られた補強用繊維を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は上記課題を達成するため鋭意検討した結果、乾熱処理および過熱水蒸気処理の条件を巧みに組合せることにより熱寸法安定性に優れた補強用繊維を高効率で製造できることを見出し、さらに鋭意検討を重ねることにより本発明を完成するに至った。
【０００８】
かくして、本発明によれば「補強用繊維の製造方法であって、融点が２１０℃以上であり、かつ強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、熱可塑性樹脂からなる繊維を、前記融点よりも１０℃以上低くかつ１００℃以上の温度で、−１０％〜＋１０％の緊張または弛緩乾熱処理を施し、次いで過熱水蒸気処理を行うことを特徴とする補強用繊維の製造方法。」が提供される。
【０００９】
その際、補強用繊維が、ゴム補強用繊維または樹脂補強用繊維であることが好ましい。また、前記乾熱処理を３０〜２４０秒間行うことが好ましい。また、前記過熱水蒸気処理を、１８０〜３５０℃の温度で１〜１２０秒間行うことが好ましい。また、繊維を走行速度１０〜１００ｍ／分で走行させながら、前記乾熱処理および過熱水蒸気処理を連続的に行うことが好ましい。また、前記繊維が、ポリエステル繊維またはポリアミド繊維であることが好ましい。また、前記繊維が、総繊度が５００〜３５０００ｄｔｅｘの糸条であることが好ましい。また、前記繊維に、撚数３０〜１０００回／ｍの撚りが施されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明によれば、前記の製造方法により得られた補強用繊維が提供される。その際、１５０℃における乾熱収縮率が１．０％未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ゴム補強用繊維や樹脂補強用繊維などの補強用繊維の製造方法であって、熱寸法安定性に優れた補強用繊維を高効率で製造できる補強用繊維の製造方法および該製造方法により得られた補強用繊維が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明において用いることのできる繊維処理装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明の製造方法において、融点が２１０℃以上（より好ましくは２２０℃以上、特に好ましくは２２０〜２８０℃）、強度（引張り強さ）が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上（より好ましくは７ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは７〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘ）である熱可塑性樹脂からなる繊維を用いる。
【００１４】
ここで、前記融点が２１０℃未満の場合、ゴム加硫成型あるいは樹脂の射出成型、プレス成型など加熱成型加工時に繊維が融解、劣化してしまい、補強材料としての適用性が損なわれるおそれがある。また、繊維の強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合、ゴム又は樹脂を補強するのに充分な製品強度が得られにくく、補強繊維をより一層多量に添加、使用する必要性が生じ、ゴムまたは樹脂製品の軽量化、薄膜化が損なわれるおそれがある。
【００１５】
前記繊維の種類としては、熱可塑性樹脂からなる繊維であれば特に限定されないが、ポリエステル繊維またはポリアミド繊維が好ましい。なかでも、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレン−２，６−ナフタレート繊維、ポリアリレート繊維、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維、ナイロン４６繊維などがより一層好ましい。前記ポリエステル繊維を形成するポリエステルとしては、マテリアルリサイクルまたはケミカルリサイクルされたポリエステルや、特開２００４−２７００９７号公報や特開２００４−２１１２６８号公報に記載されているような、特定のリン化合物およびチタン化合物を含む触媒を用いて得られたポリエステル、ポリ乳酸やステレオコンプレックスポリ乳酸などの脂肪族ポリエステルでもよい。また、テレフタル酸成分の一部を他の二官能性カルボン酸成分で置換えたポリエステルであってもよく、および／またはグリコール成分の一部を他のジオール化合物で置換えたポリエステルであってもよい。
【００１６】
これらの繊維は汎用性が高いことからコスト、生産性とのバランスが優れている。なお、該繊維を構成する熱可塑性樹脂組成としては、主にこれらのポリマー主鎖からなるが、融点、熱寸法安定性や強度など機械特性を損なわない範囲で共重合したり、結晶核剤、増粘剤、熱安定化剤など各種改質剤を添加していてもよい。
【００１７】
前記繊維の製糸方法は、特に制限はなく、従来公知の方法が採用される。例えば、ポリエステル繊維の場合、ポリエステル（チップ）を乾燥後、溶融紡糸して製造することが好ましい。また、溶融紡糸において、未延伸または部分延伸または延伸して引取り速度４００〜５０００ｍ／分で引取ることが好ましい。引取り速度がこの範囲にあると、得られる繊維の強度も充分なものであるとともに、安定して捲取りを行うこともできる。さらには、上述の方法で得られた未延伸糸もしくは部分延伸糸を、延伸工程にて１．２倍〜６．０倍程度の範囲で延伸することが好ましい。
【００１８】
次いで、前記繊維を無撚ないしは撚糸した状態（撚糸コード）で用いて、前記融点よりも１０℃以上低くかつ１００℃以上の温度（より好ましくは、前記融点よりも１５℃以上低くかつ１２０℃以上の温度）で、−１０％〜＋１０％の緊張または弛緩乾熱処理を施す。かかる乾熱処理により、あらかじめ繊維の乾燥とともに、結晶化度と結晶サイズを高めることが可能となる。
【００１９】
その際、前記繊維は１本の糸条として用いてよいし、複数本の糸条を引きそろえて撚糸してもよい。その際、総繊度１００〜５０００ｄｔｅｘの糸条を複数本引きそろえて総繊度５００〜３５０００ｄｔｅｘの糸条（「コード」ということもある。）とすることが、熱処理能力と生産能力上好ましい。撚数としては３０〜１０００回／ｍであると、繊維に伸度が付与されて補強用繊維の耐疲労性が向上し好ましい。また、撚りの形態としては、片撚、双撚、カバーリング等の撚りが例示されるが特に限定はされない。
【００２０】
また、前記乾熱処理の温度としては、１００℃未満の場合は繊維を構成する結晶性熱可塑性樹脂の結晶化が進まないため、寸法安定性が低下してしまうおそれがある。一方、該繊維の融点より１０℃未満の高い温度においては繊維が融着、融解が起こりやすく、強度低下や熱処理時の断糸が発生しやすくなるおそれがある。
【００２１】
また、前記乾熱処理の熱処理時間としては、３０〜２４０秒間（より好ましくは６０〜１８０秒間）であることが良好な機械物性と熱寸法安定性を両立する上で好ましい。該熱処理時間が３０秒未満であると、熱セットが不足して熱寸法安定性が低下するおそれがある。逆に、該熱処理時間が２４０秒間を越える場合は繊維を構成する熱可塑性樹脂の熱、空気酸化などの劣化により機械特性が低下するおそれがある。
【００２２】
また、前記乾熱処理において、−１０％〜＋１０％（より好ましくは−８％〜８％）の範囲で緊張あるいは弛緩乾熱処理を施すことも重要である。ここで、緊張率あるいは弛緩率は用いる繊維の熱収縮応力などの物性により適宜設定する。また、プラスの数値は緊張率を示し、マイナスの数値は弛緩率を示す。−１０％未満（マイナスの数値が大きい場合）の弛緩率では、走行繊維の張力が低すぎて断糸など工程通過性が安定しないおそれがある。逆に、１０％を越える緊張率では走行繊維の張力が高すぎて断糸、毛羽などの発生により工程通過性や品位の低下のおそれがある。
【００２３】
なお、前記緊張率は下記式により算出する。該緊張率がマイナスの数値の場合、弛緩率となる。
緊張率（％）＝（（走行繊維の乾熱処理炉出側速度）−（走行繊維の乾熱処理炉入側速度））／（走行繊維の乾熱処理炉入側速度）×１００
【００２４】
前記乾熱処理を施す速度（繊維の走行速度）としては、１０〜１００ｍ／分（より好ましくは２０〜９０ｍ／分）の範囲であることが好ましい。特に、この範囲で繊維を走行させながら、前記乾熱処理および後記の過熱水蒸気処理を連続的に行うことが好ましい。前記速度が１０ｍ／分以下では生産性が低くなるおそれがある。逆に、前記速度が１００ｍ／分を越えると、熱処理時間を維持するのにより大きい乾燥炉設備としなければならないだけでなく物性や工程の安定性にも問題が出やすくなるため生産効率が低下するおそれがある。
【００２５】
前記の乾熱処理としては、本発明の処理温度などの範囲において、複数段階に分けて連続的に処理してもよい。また、タイヤコードディップ処理機やシングルコードディップ処理機など既存の繊維加工用熱処理機を活用することは好ましいことである。
なお、前記の乾熱処理は繊維の紡糸工程とは別工程で行うことが好ましい。紡糸段階での熱処理では、非常に高速で短い熱処理時間となるため、繊維を形成するポリマーの緩和、結晶化が不十分となり熱寸法安定性に優れた補強用繊維を安定的に得ることが難しくなるおそれがある。
【００２６】
また、前記の乾熱処理の前工程で、公知のゴム補強用や樹脂補強用の繊維表面処理を繊維に施してもよい。例えば、繊維表面の活性化、接着処理として、エポキシ化合物、ウレタン化合物、レゾルシン・ホルマリン・ラテックス（ＲＦＬ）などの熱硬化性樹脂処理や、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミン、オレフィンの共重合や変性化合物などの熱可塑性樹脂処理、アニオン、ノニオン系界面活性剤などがあげられる。これらの処理は、取扱性、作業性、環境負荷の観点から、水系処理で用いられることが好ましい。
【００２７】
上記のように乾熱処理を施した繊維は、引き続いて過熱水蒸気下で熱処理することが肝要である。具体的には、乾熱処理後の繊維を駆動ローラー間に設けられた１８０〜３５０℃（より好ましくは２００℃〜３００℃）の過熱水蒸気を封入した加温炉で連続的に熱処理することが好ましい。このように過熱水蒸気処理を加えることによってより一層緻密で均一な繊維微細構造が形成される。
【００２８】
ここで、過熱水蒸気の温度が１８０℃未満では、熱セットが充分ではなく熱寸法安定性が低下するおそれがある。逆に、過熱水蒸気の温度が３５０℃を越える場合は、繊維の融解、融着により生産効率が低下するおそれがある。また、過熱水蒸気の処理時間としては１〜１２０秒間が優れた熱寸法安定性を得る上で好ましい。
【００２９】
前記過熱水蒸気処理を施す速度（繊維の走行速度）としては、１０〜１００ｍ／分（より好ましくは２０〜９０ｍ／分）の範囲であることが好ましい。特に、この範囲で繊維を走行させながら、前記乾熱処理および過熱水蒸気処理を連続的に行うことが好ましいは前述の通りである。
【００３０】
また、過熱水蒸気処理に際し、公知の既存タイヤコード熱処理機やシングルコード熱処理機の乾燥炉を活用したり、過熱水蒸気処理炉を付加するなど既存設備を流用、活用することができることは言うまでもない。
かくして得られた補強用繊維は、熱寸法安定性に優れる。ここで、熱寸法安定性としては、１５０℃における乾熱収縮率が１．０％未満であることが好ましい。
かかる補強用繊維は熱寸法安定性に優れるため、ゴム補強用繊維材料、樹脂補強用繊維材料などとして好適に用いることができる。もちろん、他の用途に用いてもよい。
【実施例】
【００３１】
（１）融点
Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製  熱示差分析計９９０型を使用し、昇温２０℃／分で測定し、融解ピークをもとめた。
（２）繊維の強度（引張り強さ）、強力（引張り強力）、伸度、１５０℃乾熱収縮率
ＪＩＳ  Ｌ１０１３に従い測定を行った。
【００３２】
［実施例１］
ポリエチレンテレフタレート繊維（帝人社製  ＢＨＴ  総繊度１１００ｄｔｅｘ／フィラメント数２５０本  Ｐ９００Ｍ；引張り強度８．１ｃＮ／ｄｔｅｘ、１５０℃乾熱収縮率１１．５％、融点２６３℃）をＺ方向に４００回／ｍの下撚を行い、この下撚コードを２本合せてＳ方向に４００回／ｍの上撚を行い、１１００ｄｔｅｘ／１×２の撚糸コード（処理前の繊維）とした。この撚糸コードをリツラー社製コンピュートリーター処理機にて２５ｍ／分の速度で１３０℃×９０秒間、＋０．５％の緊張乾熱処理を行い、次いで２２０℃×９０秒間、０％の定長乾熱処理を行い、引き続き２５０℃の過熱水蒸気下、３０秒間の熱処理を−３．０％の弛緩条件で行い、ポリエチレンテレフタレート繊維からなる熱処理コード（補強用繊維）を得た。
得られた熱処理コード（補強用繊維）の物性は強力１６８Ｎ、伸度２６．５％、４４Ｎ荷伸７．５％、１５０℃乾熱収縮率０．２％であり、高強力かつ低収縮に優れたものであった。
次いで、前記熱処理コード（補強用繊維）をゴム補強用繊維材料としてゴム製品を得た。また、前記熱処理コード（補強用繊維）を樹脂補強用繊維材料として樹脂製品を得た。これらのゴム製品および樹脂製品は熱寸法安定性に優れるものであった。
【００３３】
［比較例１］
実施例１と同様にポリエチレンテレフタレート繊維からなる１１００ｄｔｅｘ／１×２撚糸コードを用い、リツラー社製コンピュートリーター処理機にて２５ｍ／分の速度で１３０℃×９０秒間、＋０．５％の緊張乾熱処理、次いで２４０℃×９０秒間、−６．０％の弛緩乾熱処理を行い、ポリエチレンテレフタレート繊維からなる熱処理コード（補強用繊維）を得た。得られた熱処理コード（補強用繊維）の物性は強力１５７Ｎ、伸度２４．２％、４４Ｎ荷伸６．４％、１５０℃乾熱収縮率３．２％であり、実施例１で得られた熱処理コードに比べると強力、熱収縮に劣るものであった。
【００３４】
［実施例２］
ナイロン６６繊維（旭化成せんい社製  レオナ６６  Ｔ−５  総繊度１４００ｄｔｅｘ／フィラメント数２１０本；引張り強度８．９ｃＮ／ｄｔｅｘ、１５０℃乾熱収縮率３．５％、融点２６０℃）をＺ方向に３００回／ｍの下撚を行い、この下撚コードを２本合せてＳ方向に３００回／ｍの上撚を行い、１４００Ｔ／１×２の撚糸コードとした。この撚糸コードをリツラー社製コンピュートリーター処理機にて２５ｍ／分の速度で１３０℃×９０秒間、０．５％の緊張乾熱処理、次いで２２０℃×９０秒間、０％の定長乾熱処理を行い、引き続き２５０℃の過熱水蒸気下、３０秒間の熱処理を−１．０％の弛緩条件で行い、ナイロン６６の熱処理コード（補強用繊維）を得た。得られた熱処理コード（補強用繊維）の物性は強力２４０Ｎ、伸度２５．０％、６６Ｎ荷伸１０．２％、１５０℃乾熱収縮率０．１％であり、高強力かつ低収縮に優れたものであった。
【００３５】
［比較例２］
実施例２と同様にナイロン６６繊維からなる総繊度１４００ｄｔｅｘ／フィラメント数２１０本撚糸コードを用い、リツラー社製コンピュートリーター処理機にて２５ｍ／分の速度で１３０℃×９０秒間、０．５％の緊張乾熱処理、次いで２３０℃×９０秒間、−３．０％の弛緩乾熱処理を行い、ナイロン６６繊維からなる熱処理コードを得た。得られた熱処理コードの物性は強力２３１Ｎ、伸度２３．４％、６６Ｎ荷伸９．５％、１５０℃乾熱収縮率１．８％であり、実施例２に比べると強力、熱収縮に劣るものであった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、ゴム補強用繊維や樹脂補強用繊維などの補強用繊維の製造方法であって、熱寸法安定性に優れた補強用繊維を高効率で製造できる補強用繊維の製造方法および該製造方法により得られた補強用繊維が提供され、その工業的価値は極めて大である。
【符号の説明】
【００３７】
１  処理前の繊維
２  給糸クリール
３  駆動ローラー
４  ディッピングバス
５  乾熱処理炉
６  過熱水蒸気炉
７  捲取機
８  処理後の繊維
【図１】
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