(57)【要約】【課題】合成繊維の製造に当たり、高温の熱板延伸における延伸性を改善し、高品位の合成繊維を製造する。【解決手段】熱可塑性合成繊維を熱板上で延伸して合成繊維を製造するに際し、該熱板における接糸面における表面粗度をあらわす断面曲線の最大深さが延伸後の繊維の単糸径の２０％〜９０％の範囲にある熱板上で延伸する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性合成繊維を熱板上で延伸して合成繊維を製造するに際し、該熱板の接糸面における表面粗度を表わす断面曲線の最大深さが延伸後の繊維の単糸径の２０％〜９０％の範囲にある熱板上で延伸することを特徴とする合成繊維の製造方法。
【請求項２】
合成繊維の延伸後の単糸径が３μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の合成繊維の製造方法。
【請求項３】
合成繊維が、芳香族ポリアミドであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の合成繊維の製造方法。
【請求項４】
芳香族ポリアミドが、コポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレンテレフタラミドであることを特徴とする請求項３記載の合成繊維の製造方法。
【請求項５】
接糸面の温度が４５０℃以上６００℃以下であることを特徴とする請求項４記載の合成繊維の製造方法。
【請求項６】
熱板表面を、容易に交換可能な薄板で構成し、該薄板上に繊維を接触させて延伸することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の合成繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性合成繊維を熱板上で延伸して合成繊維を製造する方法において、優れた高速延伸性にて、毛羽の少ない高品位な合成繊維を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業用又は産業用に用いられる合成繊維に要求される特性は、より高機能化され、近年の幅広い用途展開に伴い、それぞれの用途に適した改質も行われている。代表的な高機能繊維である芳香族系ポリアミド繊維やポリアクリロニトリル繊維などでは、通常、ポリマーを含む溶液から乾湿式紡糸法を用いて未延伸糸を形成し、次いで高温下で熱延伸・熱処理して繊維物性を向上・改質することが行われている。また、近年は需要量の急激な増加に対応するため製糸速度が高速化されているため、延伸・熱処理も高速化している。
【０００３】
特開平５−２７２００５号公報（特許文献１）に開示されている高強力ポリアクリロニトリル繊維の製造方法では、重量平均分子量５０万以上のアクリロニトリル系重合体を有機溶媒に溶解して得られる紡糸原液を水と有機溶媒とからなる凝固浴中に乾湿式紡糸を行い、得られた凝固糸を洗浄・乾燥し、次いでローラ延伸と熱板延伸を行うことで高強力のアクリル繊維を製造する方法が提案されている。
【０００４】
特公平１−１５６０５号公報（特許文献２）に記載されているような、分子鎖の一部にエーテル基を含む全芳香族コポリアミド繊維の場合には、該コポリアミドポリマーの等方性溶液を紡糸口金から不活性気体中へ紡出した後に凝固液と接触させて未延伸糸となし、次いで該未延伸糸をまず１００℃以下の温度で１．１〜２．０倍に予備延伸し、引続いて１００℃を超え４００℃を超えない温度で１．５〜３．０倍に延伸し、さらに４００℃を超え５５０℃を超えない温度で３．０〜５．０倍に延伸し、全延伸倍率１０〜１４倍で逐次延伸する方法が提案されている。高温延伸方法については、熱板又は加熱水蒸気浴が提案されているが、熱板を用いる延伸では、高温高速での延伸は断糸や毛羽が生じやすいため、単糸径や熱板温度、製糸速度などに対応した延伸技術が必要となる。また、加熱水蒸気浴を用いる場合、多錘紡糸および製糸速度の高速化に対して、高品位かつ安定的に延伸することが困難となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２７２００５号公報
【特許文献２】特公平１−１５６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決すべくなされたもので、その目的は、従来の熱板延伸における諸問題を解決し、高速延伸性に優れた高品位な合成繊維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】
【０００７】
本発明者の研究によれば、合成繊維を高温の熱板を用いて延伸する際、従来考慮されていなかった熱板の表面粗度（微細な表面凹凸の度合）によって延伸性および延伸繊維の物性が左右されること、さらには、合成繊維を高温で延伸する際に用いる熱板の表面粗度に関連する断面曲線の最大深さが延伸後の繊維の単糸径の２０％〜９０％、特に３０％〜６０％にすることによって、延伸時の断糸が大幅に減少し、しかも延伸繊維の物性も向上することが見出された。
【０００８】
本発明はかかる新知見に基づくものであり、以下の方法に係るものである。
（１）熱可塑性合成繊維を熱板上で延伸して合成繊維を製造するに際し、該熱板における接糸面における表面粗度をあらわす断面曲線の最大深さが延伸後の繊維の単糸径の２０％〜９０％（好ましくは３０％〜６０％）の範囲にある熱板上で延伸することを特徴とする合成繊維の製造方法。
（２）合成繊維の延伸後の単糸径が３μｍ以上であることを特徴とする上記（１）の合成繊維の製造方法。
（３）合成繊維が、芳香族ポリアミドであることを特徴とする上記（１）又は（２）の合成繊維の製造方法。
（４）芳香族ポリアミドが、コポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレンテレフタラミドであることを特徴とする上記（３）の合成繊維の製造方法。
（５）接糸面の温度が４５０℃以上６００℃以下であることを特徴とする上記（４）の合成繊維の製造方法。
（６）熱板表面に、容易に交換可能な薄板を設置し、該薄板に繊維を接触させて延伸することを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の合成繊維の製造方法。
【０００９】
なお、本発明でいう断面曲線の最大深さとは、熱板の接糸面の表面粗度をあらわす一つの指標であって、ＪＩＳ-Ｂ０６０１に準拠して、表面粗度計を用い、ドライブスピード０．５ｍｍ／秒で測定される接糸面の糸条走行方向におけるミクロな凹凸を表示する断面曲線から、それぞれ中心線に平行でかつ該断面曲線のカーブ上端と下端に接する２直線の間隔を測定した値の最大値であり、この数値が高いほど表面の粗さが大きいことを意味する。
【発明の効果】
【００１０】
かかる本発明の製造方法によれば、合成繊維の熱板延伸工程の毛羽、断糸などが大幅に減少して延伸工程の安定性が向上し、高品位な合成繊維を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明により製造される合成繊維としては、特に限定されるものではないが、一般に、１００℃以上でかつ繊維の融着または分解開始温度以下の高温で熱板延伸を行う熱可塑性重合体の合成繊維を対象とする。このような繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、芳香族ポリアミド繊維、高強力ポリビニルアルコール繊維などを例示することができる。このうち、本発明は芳香族ポリアミド繊維、特にコポリパラフェニレン・３、４‘オキシジフェニレンテレフタラミド繊維、の製造において好適に採用される。すなわち、コポリパラフェニレン・３、４‘オキシジフェニレンテレフタラミド繊維は、延伸の最終段階で４００℃以上の高温で熱板延伸を施すことによって繊維の強度や弾性率などの引張特性が著しく発達するため、高温での熱板延伸が重要なプロセスとなるが、従来は、高温での熱板延伸で良好な延伸性を実現するのが難しく、延伸中の断糸や毛羽が生じやすいという問題が見られた。本発明の方法によれば、上記繊維を４００℃以上で高温熱板延伸する際にも、断糸や毛羽などを大幅に減少させることができるので、本発明は上記繊維の製造に適用すると特に効果が顕著である。
【００１２】
本発明の方法が適用される合成繊維の太さについては、延伸後の単糸径が３μｍ以上である必要があり、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下である。単糸径が３μｍ未満では、単糸が切れやすいために上記熱板との摩擦を低くする必要があるが、摩擦を低くすると熱板上で繊維がスリップしやすく、均一で安定的な熱板延伸が困難となる。延伸される繊維の全繊度は特に制限されないが、通常、延伸後の全繊度にして１０００ｄｔｅｘ〜１７００ｄｔｅｘのものが好適である。
【００１３】
本発明の方法では、延伸に用いる熱板が、その接糸面において、表面粗度に関わる断面曲線の最大深さが延伸後の繊維の単糸径の２０％〜９０％であることが必要であり、なかでも、３０％〜６０％であることが好ましい。
【００１４】
なお、延伸工程で、２段の熱板延伸をする場合は、延伸後の繊度は各段の延伸直後の繊度を指す。例えば２段で熱板延伸する場合は、第１段延伸の熱板の接糸面における断面曲線の最大深さは、当該第１段延伸直後の繊維の単糸径の２０〜９０％（好ましくは３０％〜６０％）とし、第２段延伸の熱板の接糸面における断面曲線の最大深さは、該第２段延伸直後の繊維の単糸径の２０〜９０％（好ましくは３０％〜６０％）とする。したがって、多段延伸の場合は、各段における熱板の接糸面の断面曲線の最大深さは必ずしも同一で無く、互いに異なる場合もある。
該繊維は延伸前に油剤を付与しても良いが、油剤を付与する場合は、高温の熱板に接触しても安定な油剤を使用するのが望ましい。
【００１５】
本発明において延伸に用いる熱板の材料としては、ステンレスなどの金属や、セラミックなどを用いることができる。特に、ステンレスは、耐食性、加工性およびコストなどの観点から好適である。
【００１６】
この断面曲線の最大深さは、既に述べたとおり、ＪＩＳ-Ｂ０６０１に準拠して、表面粗度計を用い、ドライブスピード０．５ｍｍ／ｓｅｃで測定される接糸面における糸条走行方向に沿ったミクロな凹凸を示す断面曲線から、それぞれ該断面曲線のカーブ上端と下端に接する中心線に平行な２直線の間隔を測定した値の最大値である。図１にこの断面曲線を模式的に示すが、図中の１が断面曲線、２が中心線であり、３が最大深さとなる。この断面曲線は、接糸面の全有効長にわたって測定しなくても、糸条走行方向で無作為に選んだ１０ｃｍ以上の距離について測定すれば足りる。
【００１７】
この最大深さが、延伸後の単糸径（単繊維径）の２０％未満である場合、繊維と熱板の摩擦が非常に大きくなり、延伸中に毛羽や断糸が多発する。一方、最大深さが、繊維径の９０％を超えると、接糸面の表面凹凸が過大となり、繊維と熱板の接糸面と摩擦が小さくなるため、糸条が滑りやすくなる。糸条が滑りやすくなると、延伸中に張力変動が発生し、均一に、かつ安定的に延伸することが困難となる。
【００１８】
合成繊維の延伸工程で繊維を所定温度に加熱する目的で、供給ローラと延伸ローラと間に熱板を設け、繊維（糸条）を該熱板に接触と接触させて延伸することは古くから実施されているが、従来の熱板延伸では、熱板の接糸面の表面粗度については全く配慮されていなかった。従来の通常の熱板では、摩擦抵抗を下げるため接糸面を梨地などにすべきと考えられていたため、従来の熱板の最大深さを測定するといずれも糸径の９０％を越えている。本発明では、熱板の接糸面の断面曲線の最大値深さを従来よりも小さな特定範囲に加工することで、延伸時の断糸および毛羽を大幅に減らすことを実現し、しかも、延伸後の繊維物性、特に弾性率、も改善したのである。
【００１９】
熱板の接糸面の温度は、特に制限されないが、コポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレンテレフタラミド繊維を４５０℃の高温熱板上で延伸する場合に本発明を適用すると特に効果的である、例えば、予備延伸あるいは第１段延伸後の上記繊維を４５０℃以上６００℃以下の高温熱板延伸により延伸する場合に適用すると、断糸や毛羽の発生がなく、強度や弾性率などの引張特性が良好な繊維を製造することができる。熱板の接糸面の有効長は延伸速度によって異なるが、通常５０〜３００ｃｍが好ましい。
【００２０】
熱板延伸の倍率は、繊維の種類や高温熱板延伸に供せられる直前の繊維の分子配向に応じて適宜選択されるが、コポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレンテレフタラミド繊維の場合は、上記特許文献２に記載のとおり、水性浴中で予備延伸した繊維を、１００℃を超え４００℃を超えない温度で１．５〜３．０倍に第１段熱板延伸し、さらに４００℃を超え５５０℃を超えない温度で３．０〜５．０倍に第２段熱板延伸することで、全延伸倍率を１０〜１４倍とするのが好ましいが、予備延伸した繊維を４００℃〜５５０℃の熱板上で所望の倍率に１段延伸してもよい。この際の延伸速度（製糸速度）は２５０〜６００ｍ／分が好ましい。
【００２１】
本発明を実施するに当たり、記熱板本体の表面粗度が上記条件を満たすよう加工された熱板を使用してもよいが、熱板本体の表面に容易に交換可能な薄板を設けて、該薄板上に繊維を接触走行させて延伸を行うことが好適である。すなわち、さまざまな繊維径の糸を、異なる製糸速度・延伸倍率で延伸する場合、一つの熱板で最適な表面粗度を適用することはできない。また、高速で走行する繊維との摩擦により、熱板表面の経時劣化も進行し、表面が磨耗してくるという問題がある。このため、目的とする表面粗度を有する薄板を熱板表面に貼り付け、延伸する繊維の銘柄毎に薄板を貼り替えることで最適な熱板により延伸することが可能となる。薄板はある程度張力を保ちながら基板となる熱板表面に貼り付けることで、熱板表面温度斑を防ぐことができる。
かかる薄板は、熱伝導性が良好な金属、例えばステンレス、鉄、銅、それらを含む合金などで構成されたものがよく、その厚みは、０．０５〜２．０ｍｍか好ましい。
【００２２】
熱板あるいは記薄板における接糸面の断面曲線の最大深さが上記の範囲とするには、その表面（接糸面）を、例えばサンドブラスト加工、その他の粗面化加工を施して、断面曲線の最大深さを上記範囲内に調整する方法が採用される。
【実施例】
【００２３】
以下、実施例および比較例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。だたし、例中において単に「部」とあるは、特に断らない限り重量部を意味する。また、例中に示す各物性値は下記の方法で測定した値である。
（１）繊度、切断強度、切断伸度、弾性率
ＪＩＳ-Ｌ１０１３に準拠して測定した。
（２）断面最大深さ
既に述べたように、ＪＩＳ-Ｂ０６０１に準拠して、表面粗度計を用い、ドライブスピード０．５ｍｍ／秒で接糸面のミクロな凹凸を測定した。その断面曲線から、中心線に平行な２直線の間隔を断面曲線の縦倍率の方向に測定して、その最大値をμｍで表した。
【００２４】
［実施例１〜４、比較例１〜２］
水分率が１００ｐｐｍ以下のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと記す）１１２．９部、パラフェニレンジアミン１．５０６部、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル２．７８９部を常温下で反応容器に入れ、窒素中で溶解した後、攪拌しながらテレフタル酸クロリド５．６５８部を添加した。最終的に８５℃で６０分間反応せしめ、透明の粘稠なポリマー溶液を得た。次いで、２２．５重量％の水酸化カルシウムを含有するＮＭＰスラリー９．１７４部を添加し、中和反応を行った。得られたポリマー（コポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレンテレフタラミド）の極限粘度は３．３３であった。
【００２５】
得られたポリマー溶液を用い、孔数６６７〜１０００の紡糸口金から吐出し、吐出糸条をＮＭＰ水溶液（濃度３０重量％）の凝固浴に導入して湿式紡糸した。この際、紡糸口金面と凝固浴との距離は１０ｍｍとした。凝固浴から引出された糸条を水洗・乾燥後、この未延伸糸を５０℃の水浴中で１．３倍に予備延伸後、接糸面温度５００℃、有効長２５０ｃｍの熱板上で、表１に示すように、延伸倍率が１０倍となるよう１段で延伸を行い、５００ｍ／分で引き取った。
【００２６】
この際、実験ごとに熱板上に表面（接糸面）の断面曲線が表１に示す断面最大深さをもつステンレス製の薄板（厚さ０．２ｍｍ）を貼り付けて、その上で延伸を行った。それぞれ得られた延伸糸の物性および工程調子（断糸・毛羽回数）を表１に示す。なお、表１中の全繊度および単糸繊度は延伸後の繊度であり、断糸回数は延伸中に生じた糸条の切断回数を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示す結果から明らかなように、高温の熱板上で延伸する場合、本発明により熱板断面曲線の最大深さを特定範囲に調整することによって、延伸性が向上し、断糸や毛羽が目立って減少し、しかも、延伸した繊維の弾性率の向上が見られる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、熱板延伸によって合成繊維を製造する場合に、広く応用することができ、特に、高温の熱板延伸を用いて芳香族ポリアミド繊維を製造する場合に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明で使用する熱板表面における断面曲線の最大深さを説明する模式説明図（断面曲線の例）である。
【符号の説明】
【００３１】
１  熱板表面の断面曲線
２  中心線
３  最大深さ
【図１】
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