(57)【要約】【課題】衣料用途の高強度ポリアミド繊維を従来の衣料用ポリアミド繊維の製造装置をベースに、より低コストで、安定して製造することができる、ポリアミド繊維の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】紡糸口金から吐出し冷却固化した複数の糸条をローラーで引き取り、引き続きローラー間で延伸した後巻き取る合成繊維の製造方法において、糸条を引き取りローラーに１周回未満の片掛けとし、引き取り出の糸条の温度Ｔを下記式１で示される範囲に設定することを特徴とするポリアミド繊維の製造方法。Ｔｇ≦Ｔ＜Ｔｇ＋２０　　・・・（１）ただし、Ｔｇ：使用するポリマーのＤＳＣ２ｎｄＲＵＮから測定されるガラス転移温度（℃）【選択図】図１
2004003082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸口金から吐出し冷却固化した複数の糸条をローラーで引き取り、引き続きローラー間で延伸した後巻き取る合成繊維の製造方法において、糸条を引き取りローラーに１周回未満の片掛けとし、引き取りローラー出の糸条の温度Ｔを下記式１で示される範囲に設定することを特徴とするポリアミド繊維の製造方法。
Ｔｇ≦Ｔ＜Ｔｇ＋２０　　・・・（１）
ただし、Ｔｇ：使用するポリマーのＤＳＣ２ｎｄＲＵＮから測定されるガラス転移温度（℃）
【請求項２】
ポリアミド繊維が、９８％硫酸相対粘度が２．８以上、総添加物含有量が０．００１〜１０重量％、破断強度が６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、沸騰水収縮率が１８％以下、破断エネルギーが１５ｍＪ／ｄｔｅｘ以上、結晶化度が３５％以下、複屈折率が０．０３０〜０．０４５であることを特徴とする請求項２に記載のポリアミド繊維の製造方法。
【請求項３】
紡糸口金から吐出し冷却固化した複数の糸条を引き取るローラーと、該引き取りローラーにて引き取られた糸条を延伸する延伸ローラーと、該延伸ローラーにて延伸された糸条を巻き取る巻き取り装置を備えた合成繊維の製造装置において、前記引き取りローラーは糸条を１周回未満の片掛けする構成とし、該引き取りローラー出の糸条の温度を下記式１で示される範囲に設定したことを特徴とするポリアミド繊維の製造装置。
Ｔｇ≦Ｔ＜Ｔｇ＋２０　　・・・（１）
ただし、Ｔｇ：使用するポリマーのＤＳＣ２ｎｄＲＵＮから測定されるガラス転移温度（℃）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衣料用繊維として好適な合成繊維の製造方法および製造装置に関し、さらに詳しくは、高強度であり、かつ、織り・編み−煮沸染色−熱セット加工後の高い強度保持性、寸法安定性、染色性、洗濯堅牢性が要求される高次加工品に使用できるポリアミド繊維などの合成繊維の製造方法および製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、衣料用途の高強度糸の分野では、一般的に強度・耐久性に優れるナイロン６、ナイロン６６等に代表されるポリアミド繊維が幅広く用いられている。近年、高次加工品のさらなる高強度化や薄地化のニーズ等により原糸の高強度化が要求されている。
【０００３】
ポリアミド繊維を直接紡糸延伸法によって製造する場合、一般に、溶融された糸条を非加熱のネルソンローラーと呼ばれる一対のローラーに複数回周回させて繊維を引取り、さらに高速の加熱されたローラー対に複数回周回させ、ローラー対間で延伸し、その後熱処理し、弛緩処理する方法で製造されている。
【０００４】
この方法では、ローラーに複数回糸条を周回させるため、糸条間の干渉を避けるため、ローラー上での糸条間隔を広くする必要があり、同時に８糸条以上、さらに１２糸条以上の多糸条を同時に引取り、延伸するには長大なローラーを必要とし、装置コスト、設置面積の面から製造コストが高くなる。
【０００５】
そこで、ネルソンローラーを用いず、ローラーに糸条を捲回せず、いわば糸条を「片掛け」する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１では溶融紡出された糸条を３００ｍ／分以上で引き取り、鏡面ローラーと梨地面ローラーからなるローラー群に片掛けし多段延伸および熱処理を施し、２０００ｍ／分以上で巻き取ることを提案しており、片掛け方式を採用することにより、同時４糸条以上の多糸条製糸が可能であるとしている。該公報では、延伸ローラーおよび熱処理ローラーを各々鏡面ローラーと梨地面ローラーからなる群で構成し、ローラー表面の粗度をある範囲に設定することで、糸条のスリップや糸条のローラーへの巻付きを防ぎ、円滑な糸条の延伸あるいは熱処理を施そうとしているが、摩耗などによりローラー表面の粗度が変化した場合、円滑な延伸あるいは熱処理ができなくなる。
【０００７】
高強力糸を得ようとする場合、従来のポリマーで延伸倍率を上げて、より高強度低伸度の糸を得ようとする場合と、ポリマーを高重合度ポリマーに変更し、それを延伸して、高強度糸を得ようとする場合がある。
【０００８】
従来の重合度のポリマーで、延伸倍率を上げて、より高強度低伸度の糸を得ようとすると高延伸張力が必要となるため、片掛け延伸の場合には、ローラー上でスリップが発生しやすく、スリップが発生すると、延伸むらとなり、得られた繊維のウースターむらが悪くなるなど、問題が生じる。高重合度ポリマーの延伸を行おうした際にも分子鎖を配向させるためには、従来の重合度のポリマーに比べ高延伸張力が必要となるため、ローラー上でのスリップ現象が生じる。
【０００９】
より高強度が必要とされる産業用繊維の製造は、延伸は多段階で行われ、延伸前の繊維はあらかじめ予熱されるのが一般的であり、１回の延伸での延伸倍率は大きくなく、また、延伸張力も糸条が予熱されるため、衣料用繊維の１段延伸に比べると低く、片掛け延伸を採用してもスリップが発生することはまれである。
【００１０】
衣料用繊維の製造でも、ポリエステル繊維の場合には延伸前の繊維はあらかじめ予熱されるのが一般的であるが、衣料用ポリアミド繊維の製造に関しては、延伸は１段で、非加熱の状態で行われるのが一般的であるため、ポリエステル繊維および産業用繊維に比べ、供給側ローラー前後での糸条の張力差が大きくなり、スリップが発生しやすい。
【００１１】
また、衣料用繊維では、産業用繊維に比べ、染色して使用するため、わずかな構造差が染めむらになりやすく、より厳密に延伸を制御する必要がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−２４５９０９号公報（第５３頁左欄第４９行目〜右欄第４９行目）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、衣料用途の高強度ポリアミド繊維を従来の衣料用ポリアミド繊維の製造装置をベースに、より低コストで、安定して製造することができる、ポリアミド繊維繊維の製造方法および製造装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）紡糸口金から吐出し冷却固化した複数の糸条をローラーで引き取り、引き続きローラー間で延伸した後巻き取る合成繊維の製造方法において、糸条を引き取りローラーに１周回未満の片掛けとし、引き取りローラー出の糸条の温度Ｔを下記式１で示される範囲に設定することを特徴とするポリアミド繊維の製造方法。
【００１５】
Ｔｇ≦Ｔ＜Ｔｇ＋２０　　・・・（１）
ただし、Ｔｇ：使用するポリマーのＤＳＣ２ｎｄＲＵＮから測定されるガラス転移温度（℃）。
。
【００１６】
（２）ポリアミド繊維が、９８％硫酸相対粘度が２．８以上、総添加物含有量が０．００１〜１０重量％、破断強度が６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、沸騰水収縮率が１８％以下、破断エネルギーが１５ｍＪ／ｄｔｅｘ以上、結晶化度が３５％以下、複屈折率が０．０３０〜０．０４５であることを特徴とする前記（２）に記載のポリアミド繊維の製造方法。
【００１７】
（３）紡糸口金から吐出し冷却固化した複数の糸条を引き取るローラーと、該引き取りローラーにて引き取られた糸条を延伸する延伸ローラーと、該延伸ローラーにて延伸された糸条を巻き取る巻き取り装置を備えた合成繊維の製造装置において、前記引き取りローラーは糸条を１周回未満の片掛けする構成とし、該引き取りローラー出の糸条の温度を下記式１で示される範囲に設定したことを特徴とするポリアミド繊維の製造装置。
【００１８】
Ｔｇ≦Ｔ＜Ｔｇ＋２０　　・・・（１）
ただし、Ｔｇ：使用するポリマーのＤＳＣ２ｎｄＲＵＮから測定されるガラス転移温度（℃）
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明についてさらに詳細に説明する。
【００２０】
本発明における熱可塑性重合体（以下ポリマーと呼ぶ）としては、力学的特性およびコストの面から、ポリアミドであることが必要である。また、本発明の効果を有効に発現するためには、９８％硫酸相対粘度が２．８以上のポリマーを使用することが好ましい。９８％硫酸相対粘度が２．８よりも小さくては、十分な破断強度を得ることが難しくなる。しかし、硫酸相対粘度を高くしすぎると、破断伸度が低下し、その結果応力歪み曲線の積分面積である破断エネルギーを１５ｍＪ／ｄｔｅｘにすることが難しくなり、高次加工品の引裂強度を下げてしまうばかりでなく、紡糸時の溶融ポリマーの押し出し圧およびその経時上昇速度が高くなり、生産設備への過剰な負荷や口金の交換周期短縮など、生産性が著しく下がることから、９８％硫酸相対粘度は４．０以下とするのが好ましい。
【００２１】
ここで、９８％硫酸相対粘度とは、繊維２５ｇを９８％硫酸２５ｍｌに溶解し、オストワルド粘度計を用いて２５℃で測定した値をいう。
【００２２】
本発明のポリアミド繊維に使用されるポリアミドは、ポリアミドのホモポリマーまたはコポリマーであり、これらのポリアミドは、ラクタム、アミノカルボン酸あるいはジアミノとジカルボン酸との塩から形成されるアミド結合を有する溶融成形可能な重合体である。ポリアミドとしては、種々のポリアミドを使用することができ、特に限定されないが、繊維形成能および力学的特性の点でポリカプラミド（ナイロン６）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６６）が好ましい。ポリアミドのコポリマーとしては、２０モル％以下の割合で他のアミノカプロン酸、ラクタムなどを共重合されたものが使用できる。また、本発明で使用するポリアミドはラクタム、アミノカルボン酸あるいはジアミノとジカルボン酸との塩から形成されるアミド結合を混合成分として含むものについても使用可能である。
【００２３】
本発明におけるポリアミドには本発明の目的を逸脱しない範囲で、主成分の他に第２，第３成分を共重合または混合してもよい。また、本発明におけるポリアミドには各種の添加剤、たとえば、艶消剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、螢光増白剤、帯電防止剤などを、総添加物含有量が０．００１〜１０重量％の間で必要に応じて共重合または混合していてもよい。
【００２４】
本発明は直接紡糸延伸の工程を適用するが、この場合、３０００ｍ／分以上の速度で巻き取ることが１工程化による労務費、設備費や屑の減少などのコストメリットが活かせ、さらには紡糸した直後の、物性の経時変化のない繊維を延伸できるため均一延伸に対して有利となるため好ましい。高速化に伴う紡糸糸切れによる製糸性悪化のデメリットおよび生産性向上のメリットを考慮した場合、引き取り速度は７０００ｍ／分以下が好ましい。
【００２５】
本発明の連続紡糸延伸方法においては、複数の繊維糸条を引き取りローラーと延伸ローラーを用いて延伸する。
【００２６】
本発明では、１つのパックから複数の糸条を同時に紡出する口金パックであることが好ましい。複数とは２糸条以上をいい、４糸条から８糸条の多糸条を同時に得ることが生産性の観点からさらに好ましい。
【００２７】
本発明ではコストメリットから複数糸条を１つのローラーで引き取り、同時に紡糸する。複数とは、２糸条以上をいい、本発明の特徴を生かすためには６糸条から１０数糸条の多糸条に適用できる。これにより、製造コストを低減させることが可能となる。
【００２８】
本発明では糸条を引き取りローラーと延伸ローラーの周速度の比により１段で延伸することが好ましい。
【００２９】
引き取りローラーとは糸条が口金から吐出され該ローラー上に接触し最初に速度規制されるローラーであり、同期し同一速度で回転する複数のローラー群とすることもできる。　延伸ローラーとは糸条が延伸後に最初に接触するローラーであり、同期し同一速度で回転する複数のローラー群とすることもできる。
【００３０】
引き取りローラーと延伸ローラーの表面は実質上鏡面加工されていることが糸条の滑りを抑制し、糸条の延伸領域を一定位置に固定するためには好ましい。
【００３１】
延伸までのローラーには糸を捲回しない、いわゆる片掛けとするものである。片掛けとすることにより、長大なネルソンローラーを使用することなく、コスト・作業効率の向上および多糸条同時製糸が可能となる。
【００３２】
本発明ではローラーとの接触、離反による毛羽発生を防ぐため、引き取りローラー前に交絡を施すことが好ましい。その際の交絡数としては０．５個／ｍ以上、糸条と引き取りローラーとの接触面積が減少しない程度が好ましく、４０個／ｍ以下が好ましい。
【００３３】
また、本発明では、引き取りローラ上で糸条をローラー出直後の糸温度がその糸条のガラス転移温度Ｔｇ以上Ｔｇプラス２０℃未満の温度になるように加熱する。ローラー出直後の糸条温度がＴｇ未満では糸条が十分に加熱されず、引き取りローラー上でのスリップや下流での延伸むらとなり、Ｔｇプラス２０℃以上ではローラー上で一部結晶化が進行し、染めむらや得られた繊維の強度が低下する。
【００３４】
ここで、引き取りローラー出直後とは、引き取りローラーと糸の接触が無くなった時点から１０ｃｍの地点をいう。引き取りローラー出直後の糸温度は帝人エンジニアリング（株）製ノンコンタクトＩＩ温度測定装置Ｈ７５０６とＮＣＴ−７０００で測定したものをいう。
【００３５】
ここで、ＴｇとはＤＳＣ２ｎｄＲＵＮから測定されるガラス転移温度（℃）で、ＤＳＣ２ｎｄＲＵＮとは、巻き取った糸条を市販のＤＳＣ測定機器で窒素雰囲気下で昇温速度１０℃／分で自由融解させた後、試料をそのまま放冷し、再び窒素雰囲気下で昇温速度１０℃／分で自由融解法により観測される熱特性曲線をいう。
【００３６】
本発明では糸条の結晶化を促進させるために、熱セット工程を連続して設けることが好ましい。熱セットの方法としては、本発明の片掛けローラー方式の熱処理を長くすること、ネルソンホットローラー、加熱板、スチームなどが採用できる。
【００３７】
スチームを用いる場合には、ポリマーや繊維の用途により、糸条を高温で処理する必要な場合があるため、加圧スチーム内を糸条が走行できる装置とすることが好ましく採用される。
【００３８】
本発明は、破断強度が６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、沸騰水収縮率が１８％以下、破断エネルギーが１５ｍＪ／ｄｔｅｘ以上、結晶化度が３５％以下、複屈折率が０．０３０〜０．０４５であることを特徴とするポリアミド繊維を製糸する場合に顕著な効果が得られる。
【００３９】
本発明のポリアミド繊維は、引っ張り強度が６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。繊維の引っ張り強度を６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上とすることにより、布帛のさらなる高強力化、もしくは布帛強度を損なわずにさらなる薄地化、コンパクト化を実現できる。
【００４０】
本発明のポリアミド繊維の沸騰水収縮率は１８％以下であることが好ましく、より好ましくは１６％以下、さらに好ましくは１４％以下である。沸騰水収縮率が１８％を越えると、高次加工品のアイロンや熱セット時の収縮が大きくなり、ちぢみやしわになるばかりでなく、煮沸染色、熱セット処理後の強度保持率低下を招く。
【００４１】
本発明のポリアミド繊維の破断エネルギーは、１５ｍＪ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましく、より好ましくは１７ｍＪ／ｄｔｅｘ以上である。破断エネルギーが１５ｍＪ／ｄｔｅｘより小さいと、強度が６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であったとしても破断伸度が低下してしまい、細物品種において特に著しい高次加工性の悪化を招くだけでなく、高次加工品の引裂強度を低下させる原因となる。
【００４２】
本発明のポリアミド繊維の結晶化度は３５％以下であることが好ましい。結晶化度を３５％より高くすると、染料分子が染料内へ浸透、結合するスペースである非晶部分の割合、単位体積ともに小さくなり、染料分子の吸着量が低下する。そのため、高次加工品の染色性、深色性が低下し、高発色布帛を得ることが困難となる。また、同時に染着速度が低下するため、染着に長時間を要することとなり、染色工程における生産効率を著しく低下させる原因となる。
【００４３】
本発明のポリアミド繊維の複屈折率は０．０３０〜０．０４５であることが好ましい。
【００４４】
複屈折率が０．０４５より高いと、ポリマー分子鎖が繊維軸方向に高度に配向し、配向結晶による結晶化度の増加を招く上に非晶部の分子構造が緻密化する。そのため非晶領域が減少し、かつ非晶部の構造自身も染料分子が入りにくくなるため、布帛の発色性、染色工程生産効率を悪化させることとなる。一方、複屈折率が０．０３０より低いと、ポリマー分子鎖の繊維軸方向への配向度が低下し、繊維強度の低下を招くだけでなく、非晶部の構造がルーズになることにより、ポリマー内に浸透、結合した染料分子に対する把持力が低下し、洗濯堅牢度の悪化を招く。
【００４５】
本発明のポリアミド繊維の延伸方法の一例を、図１にしたがって具体的に説明する。
【００４６】
溶融されたポリアミドを口金１から吐出し、口金下保温ゾーン２を通過させた後、チムニー３により冷却風を吹き当てることにより糸条を室温まで冷却し、給油装置４で給油するとともに集束し、交絡装置５で交絡し、所定温度の引き取りローラー６、延伸ローラー７を通過し、その際引き取りローラー６と延伸ローラー７の周速度の比に従って延伸する。さらに、糸条を延伸ローラー７により熱セットし、ワインダー８で巻き取る。
【００４７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例中の各特性値は次の方法にしたがって求めた。
【００４８】
（１）破断強度
オリエンテック社製引張試験機（テンシロンＵＣＴ−１００型）を用い、試料長５０ｃｍ、引張速度５０ｃｍ／分の条件で引張試験を行った際の破断点の応力をいう（ＪＩＳ　Ｌ　１０１３）。
【００４９】
（２）沸騰水収縮率
繊維をかせ取りし、０．０９ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で試料長Ｓ０を測定した後、無荷重の状態で１５分間、沸騰水中で処理を行い、処理後、風乾し、０．０９ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重下で試料長Ｓ１を測定し、次式で算出される値をいう。沸騰水収縮率（ＳＷ）（％）＝［（Ｓ０−Ｓ１）／Ｓ０］×１００。
【００５０】
（３）破断エネルギー
繊維を引っ張り強度測定法に従って定速度延伸して破断に至る際の応力−歪み曲線を積分した面積をいう。
【００５１】
（４）結晶化度
ポリアミド繊維の試料密度ｄ、結晶部密度ｄｃ、非晶部密度ｄａより、以下の式より導かれる値をいう。またナイロン６のｄａ、ｄｃについてはそれぞれ１．１０、１．２３を用いた。
結晶化度（％）＝ｄｃ（ｄ−ｄａ）／ｄ（ｄｃ−ｄａ）×１００。
【００５２】
（５）複屈折率
日本光学工業（株）製Ｐ０Ｈ型偏光顕微鏡を用い、光源として白色光を用いてペレックコンペンセーター法により測定した値をいう。
【００５３】
（６）高次加工品強度
６６ｄｔｅｘの繊維を編み密度が５０となるように調整した丸編み地の破裂強度（測定法：ＪＩＳ　Ｌ　１０１８に準じる）が０．２ＭＰａ以上のものを◎、０．１〜０．２ＭＰａのものを○、０．１ＭＰａに満たないものを×として判定した。
【００５４】
（７）沸騰水処理前後での強度保持率
かせ取りし、無荷重の状態で１５分間沸騰水中で処理を行い、風乾した繊維の引っ張り強度が処理前の引っ張り強度に対して８０％以上保持していたものを◎、７０〜８０％保持していたものを○、７０％に満たなかったものを×として判定した。
【００５５】
（８）アイロン処理によるシワ発生
丸編み地に対して、表面温度１００℃のアイロンを載せ、５秒間静置した際のシワ発生の有無を目視にて判定した。
【００５６】
（９）染色性
６６ｄｔｅｘの繊維を編み密度が５０となるように調整した丸編み地をパラチン染料０．２重量％、硫酸アンモニウム３．０重量％、酢酸０．０９重量％を添加した溶液中に浸漬し、６０℃で３０分処理した後、水洗・乾燥したサンプルの光透過度が６０％以上のものを染色性◎、５０〜６０％のものを○、４０〜５０％のものを△、４０％以下のものを染色性×として判定した。
【００５７】
（１０）洗濯堅牢度
ＪＩＳ　Ｌ−０８４４に準じて評価し、４．５級以上を◎、３．５〜４．５級のものを○、２〜３．５級のものを△、２級に満たないものを×として判定した。
【００５８】
（１１）延伸ムラ
ｋｅｉｓｏｋｋｉ社製　ＵＳＴＥＲ　ＴＥＳＴＥＲ　ＩＩＩにて求めた繊維の長手方向の太さの変動が平均値に対して３％以内のものを◎、３〜５％のものを○、５％を越えるものを×として判定した。
【００５９】
（１２）糸条温度
帝人エンジニアリング（株）製ノンコンタクトＩＩ温度測定装置Ｈ７５０６とＮＣＴ−７０００を使用して、引取ローラー出１０ｃｍの糸条の糸温度を測定した。
【００６０】
実施例１〜４、比較例１〜２
ポリアミド組成物（ヒンダードフェノール系添加剤を０．０２重量％、ヒンダードアミン系添加剤を０．０４重量％含む）を２９５℃で溶融し、図１の直接紡糸延伸工程により製糸し、引取ローラー周速度、延伸倍率および引取ローラー出の糸条の温度を変更して、巻き取り速度４０００ｍ／分で３３ｄｔｅｘ、２６フィラメントのポリアミド繊維を得た。得られたポリアミド繊維の９８％硫酸相対粘度、ガラス転移温度、糸特性、加工・染色特性を表１に示した。
【００６１】
表１より、引き取りローラー出の糸条の温度をＴｇ以上Ｔｇプラス２０℃未満にすることにより、延伸むらを起こさず、高い強度の繊維を得ることが可能であることがわかる。
【００６２】
【表１】
2004003082.tif 000003
【００６３】
【発明の効果】
本発明を採用することにより、衣料用途の高強度ポリアミド繊維を従来の衣料用ポリアミド繊維の製造装置をベースに、より低コストで、安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリアミド繊維の延伸方法の一例を示す工程概略図である。
【符号の説明】
１：口金
２：保温ゾーン
３：チムニー
４：給油装置
５：交絡装置
６：引き取りローラー
７：延伸ローラー
８：ワインダー
【図１】
2004003082.tif 000004