DE69127118T2

DE69127118T2 - Polyesterfaser und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69127118T2
Application number: DE69127118T
Authority: DE
Inventors: Fumio Himematsu; Jun Tanaka
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2011-04-04
Also published as: US5558935A; DE69127118D1; US5547627A; EP0450607A3; KR930003222B1; EP0450607B1; EP0450607A2; KR910018601A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Polyesterfaser, die eine äußerst stabile innere Struktur besitzt, wenn sie Hitze ausgesetzt ist. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Polyesterfaser mit einem hohen Elastizitätsmodul und einer hohen Ermüdungsfestigkeit, die als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur dienen kann, die eine stark verbesserte Formstabilität besitzt, wenn sie Hitze ausgesetzt ist.

2. Beschreibung des technischen Zusammenhangs

Es ist bekannt, daß eine Polyesterfaser, insbesondere eine Polyethylenterephthalatfaser, eine hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul sowie überlegene Eigenschaften, wie Formstabilität, Haltbarkeit oder dergleichen, besitzt, und entsprechend wird diese Polyesterfaser verbreitet als Faser zum Verstärken von Kautschukstrukturen, wie einem Keilriemen, einem Förderband, einem Reifen oder dergleichen, verwendet. Insbesondere erfüllen die oben genannten Merkmale der Polyesterfaser die Anforderungen für eine Radialreifenkarkasse für ein Auto, und entsprechend hat die Verwendung dieser Polyesterfaser in Radialreifen für Autos zugenommen.
Wenn man jedoch die einzelnen Eigenschaften der als Faser zum Verstärken der Kautschukstruktur verwendeten Polyesterfaser analysiert, ist die Formstabilität der Polyesterfaser in der Hitze im Vergleich zu ihrer Warmschrumpfbarkeit schlechter als die einer Rayonfaser, und die Haltbarkeit der Polyesterfaser ist geringer als die einer Polyamidfaser, und entsprechend besteht ein Bedürfnis, die oben genannten Eigenschaften zu verbessern.
Insbesondere wenn man die Formstabilität der Polyesterfaser in der Hitze besser macht als die von Rayon, ist es möglich, ein Verfahren des Aufblasens nach der Härtung wegzulassen, das verwendet wird, um die Spannung in dem Reifen zu beseitigen, die während des Reifenformpressens entsteht, und entsprechend erwartet man, daß das Potential der Polyesterfaser als Faser zum Verstärken der Kautschukstruktur, die kostengünstiger ist als eine Rayonfaser und eine Polyamidfaser, größer wird.
Die Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 53-58031, Nr. 57- 154410, Nr. 57-161119, Nr. 58-98419 oder dergleichen offenbaren ein Polyesterfaserherstellungsverfahren, bei dem ein unverstrecktes Garn mit einer relativ hohen Orientierung, d.h. ein POY, das aus einem Polyesterharz mit einem hohen Polymerisationsgrad gesponnen wurde, indem man unter einer hohen Spannung spann, verstreckt wird, so daß man eine Polyesterfaser mit einer verbesserten Formstabilität in der Hitze und einer verbesserten Ermüdungsfestigkeit erhält.
Obwohl die nach dem obigen POY-Streckverfahren hergestellte Polyesterfaser im Vergleich zu einer herkömmlichen Polyesterfaser eine verbesserte Formstabilität in der Hitze und eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit besitzt, ist die Formstabilität der erhaltenen Polyesterfaser in der Hitze dennoch, wenn man sie mit einer Rayonfaser vergleicht, immer noch schlechter als die der Rayonfaser, und die anderen Eigenschaften der erhaltenen Polyesterfaser, die für eine Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur erforderlich sind, d.h. Hitzestabilität bei erhöhter Temperatur, wie ihrem Schmelzpunkt, Festigkeit, Arbeitsverlust oder dergleichen, sind nicht in befriedigender Weise verbessert.
Weiterhin offenbaren die Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 61-41320, Nr. 62-69819, Nr. 63-159518, Nr. 63-165547 oder dergleichen ein Polyesterfaserherstellungsverfahren, bei dem man ein unverstrecktes Garn mit einer höheren Orientierung erhält, indem man die beim Spinnen an das Garn angelegte Spannung erhöht und dann das unverstreckte Garn verstreckt, wobei man eine Polyesterfaser mit einer Formstabilität in der Hitze erhält, die der einer Rayonfaser näherkommt. Dennoch ist die in der obigen Veröffentlichung offenbarte Technik der in den früheren Veröffentlichungen, d.h. in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 53-58031 oder dergleichen, offenbarten Technik insofern ähnlich, als das Spinnen des Polyesters mit einem hohen Polymerisationsgrad unter einer hohen Spannung dadurch erreicht wird, daß man die Spinngeschwindigkeit erhöht, und weiterhin insofern, als die Formstabilität in der Hitze und die Merkmale bei der erhöhten Temperatur bei der erhaltenen Polyesterfaser nicht befriedigend sind.
Wie oben beschrieben, sind diese Polyesterfaserherstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester, der einen hohen Polymerisationsgrad aufweist, mit einer hohen Spinngeschwindigkeit gesponnen wird, wie es in den oben genannten Patentveröffentlichungen offenbart ist, so daß das unverstreckte Multifilamentgarn eine höhere Orientierung erhält. Dennoch ist, wenn ein Multifilament des Polyesters, der einen hohen Polymerisationsgrad hat, mit einer solchen hohen Geschwindigkeit gesponnen wird, die Kühlung zwischen einzelnen Filamenten, die das Multifilament bilden, unzureichend, und der die Filamente begleitende Luftstrom wird stärker, so daß es zu einer Verschmelzung zwischen den Einzelfilamenten und einer Fluktuation des Multifilaments kommt. Dadurch treten Probleme auf, wie eine Vermehrung der Garnrisse und eine Erhöhung der Fusselbildung, und daß die Gleichmäßigkeit der Dicke der Einzelfilamente sehr schlecht wird. Wenn ein solches unverstrecktes Garn verwendet wird, wird auch die Verstreckbarkeit schlecht, und somit werden die Festigkeit und Dehnung der erhaltenen Polyesterfaser sowie ihre Verarbeitbarkeit in einem Zwirnverfahren, bei einer Klebstoffbehandlung oder dergleichen schlecht.
Weiterhin kann wegen der Verminderung der Spinnbarkeit keine ausreichende Orientierung des unverstreckten Garns erreicht werden, und daher ist es nicht möglich, eine große Verbesserung der Formstabilität und der Eigenschaften der Polyesterfaser bei erhöhter Temperatur zu erhalten.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Polyesterfaser bereitzustellen, die einen hohen Elastizitätsmodul und eine hohe Ermüdungsfestigkeit aufweist, wobei Merkmale, die einen Schmelzpunkt, eine Festigkeit, einen Arbeitsverlust oder dergleichen, die bei einer Erhöhung der Temperatur äußerst stabil sind, sowie eine Formstabilität in der Hitze, wie Warmschrumpfung, Schrumpfspannung oder dergleichen, ergeben, stark verbessert sind und die Faser sich besonders als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur eignet.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der Polyesterfaser mit den oben genannten Eigenschaften bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das erste Ziel durch eine Polyesterfaser erreicht, die ein Ethylenterephthalat als Hauptrepetiereinheiten umfaßt und gleichzeitig die folgenden Merkmale aufweist:
(a) eine Grenzviskosität zwischen 0,45 und 0,85,
(b) tan δ ≤ 0,140
Tmax ≤ 130ºC,
wobei tan δ für den Spitzenwert des Verlustfaktors steht und Tmax für die Spitzentemperatur steht,
(c) E&sub2;/E&sub1; ≤ 0,49,
wobei E&sub1; für die Dehnung von null bis zur sekundären Streckgrenze steht und E&sub2; für die Dehnung von der sekundären Streckgrenze bis zum Reißen steht,
(d) einen Stabilitätskoeffizienten, der durch den Kehrwert des Produkts aus dem Arbeitsverlust ΔE bei 150ºC und dem Schrumpfungsfaktor unter einer trockenen Hitze bei 175ºC ausgedrückt wird, von 50 oder mehr.
Die Definitionen der unter den obigen Punkten (a) bis (d) verwendeten Merkmale werden im folgenden ausführlich angegeben.
Die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise nach dem folgenden Herstellungsverfahren erhalten. Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung kann nämlich durch ein Verfahren erreicht werden, das die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Schmelzspinnen eines Polyesters, das eine Grenzviskosität zwischen 0,50 und 0,90 hat, mit einer Spinngeschwindigkeit von wenigstens 6,0 km/min, so daß man ein unverstrecktes Garn erhält,
(b) Heißverstrecken des unverstreckten Garns unter Bedingungen, die den folgenden Gleichungen (1) bis (3) genügen:
(2,05 - 12,3Δn + 43,6Δn²) ≤ DR ≤ (2,6 - 16,5Δn + 50,0Δn²) (1)
(Tg - 10) ≤ DT&sub1; ≤ (Tg + 100) (2)
(Tg + 100) ≤ DT&sub2; ≤ Tm&sub2; (3),
wobei DR für das Streckverhältnis steht, DT&sub1; für die Strecktemperatur in einem früheren Teil des Streckvorgangs steht, DT&sub2; für die Strecktemperatur in einem späteren Teil des Streckvorgangs steht, Tg für die Glasübergangstemperatur steht, Δn für die Doppelbrechung steht und Tm&sub2; für den kristallinen Schmelzpunkt steht,
(c) Wärmebehandlung im entspannten Zustand.
Die Definitionen der unter den obigen Punkten (a) bis (c) verwendeten Merkmale werden im folgenden ausführlich angegeben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen dem Spitzenwert des Verlustfaktors tan δ und der Spitzentemperatur Tmax der Polyesterfaser zeigt, wobei Zone A eine Zone einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist, Zone B eine Zone einer Polyesterfaser ist, die nach einem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde, und Zone C eine Zone eines unverstreckten Garns ist, wie es zur Herstellung der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 2 zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurven von Polyesterfasern, wobei Kurve a eine Kurve einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Kurve b eine Kurve einer Polyesterfaser ist, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde;
Figur 3 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen dem Schrumpfungsfaktor bei trockener Hitze und dem Stabilitätskoeffizient zeigt, wobei Zone D eine Zone einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Zone F eine Zone einer Polyesterfaser ist, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde;
Figur 4 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur und der Festigkeit einer Polyesterfaser zeigt, wobei Zone G eine Zone einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Zone H eine Zone einer Polyesterfaser ist, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde;
Figur 5 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur und dem Schrumpfungsfaktor einer Polyesterfaser zeigt, wobei Zone I eine Zone einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Zone J eine Zone einer Polyesterfaser ist, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde;
Figur 6 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Temperatur und der Schrumpfspannung beim Erwärmen zeigt, wobei Kurve c eine Kurve einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Kurve d eine Kurve einer Polyesterfaser ist, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde; und
Figur 7 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Spinngeschwindigkeit und der Doppelbrechung einer Faser zeigt, wobei Zone K eine Zone eines unverstreckten Garns einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Zone L eine Zone eines unverstreckten Garns einer Polyesterfaser ist, die man nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhält.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben, wobei auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen wird und Ausführungsformen einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
Die Grenzviskosität der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung muß zwischen 0,45 und 0,85 liegen, da es, wenn die Grenzviskosität der Polyesterfaser kleiner als 0,45 ist, nicht möglich ist, die Festigkeit der Polyesterfaser ausreichend zu erhöhen, und sich die erhaltene Polyesterfaser nicht als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur eignet.
Wenn durch Schmelzspinnen eines Polyesterharzes mit einer Spinngeschwindigkeit von 6,0 km/min oder mehr eine Polyesterfaser mit einer höheren Grenzviskosität als 0,85 erhalten wird, kühlen die Einzelfilamente, die das Polyestermultifilament bilden, schlechter ab, und der das Multifilament begleitende Luftstrom wird erhöht, und als Ergebnis kommt es zum Verschmelzen zwischen Einzelfilamenten und einer Vibration des Multifilaments, und die Garnrisse und die Fusselbildung werden vermehrt, und weiterhin wird die Gleichmäßigkeit der Dicke jedes Einzelfilaments sehr schlecht. Weiterhin kann dem unverstreckten Multifilament wegen des obigen Phänomens keine ausreichend hohe Orientierung verliehen werden, und daher ist es nicht möglich, eine Polyesterfaser mit stark verbesserten Eigenschaften in der Hitze während einer Erhöhung der Temperatur und einer Formstabilität in der Hitze, die mit der von Rayonfaser vergleichbar ist, zu erhalten.
Die schlechte Spinnfähigkeit in diesem Fall hat einen nachteiligen Einfluß auf einen Streckvorgang, der sich an den Spinnvorgang anschließt, und als Ergebnis werden die Festigkeit und Dehnung der erhaltenen Polyesterfaser und ihre Verarbeitbarkeit in einem Zwirnverfahren, bei einem Verklebungsverfahren oder dergleichen schlecht. Daher liegt die Grenzviskosität der Polyesterfaser vorzugsweise zwischen 0,50 und 0,80.
Die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch einen Spitzenwert des Verlustfaktors, d.h. tan δ, von 0,14 oder weniger und eine Spitzentemperatur Tmax von 130ºC oder weniger gekennzeichnet.
Dieses Merkmal wird unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnung beschrieben. Figur 1 zeigt die Beziehung zwischen tan δ und Tmax. In der Zeichnung ist Zone A eine Zone, die die Beziehung zwischen tan δ und Tmax der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Zone B ist eine Zone, die die Beziehung zwischen tan δ und Tmax einer Polyesterfaser zeigt, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde. Wie man aus Figur 1 erkennt, sind die Werte von tan δ und Tmax für die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung viel niedriger als die der Polyesterfaser, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde. Der niedrigere Wert von Tmax bedeutet, daß im Hinblick auf die Mikrostruktur der Faser die Relaxation einer Verzerrung eines amorphen Teils in der Faser sehr hoch ist, und der niedrigere Wert von tan δ bedeutet, daß durch das Streckverfahren eine gute, hohe Orientierung erhalten werden kann. Entsprechend ist offensichtlich, daß die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine geeignete Festigkeit und einen geeigneten Elastizitätsmodul besitzt und eine im Vergleich zu der Polyesterfaser, die nach dem POY-Streckverfahren erhalten wurde, beträchlich verbesserte Ermüdungsfestigkeit und Formstabilität in der Hitze aufweist.
Die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung weist in einer Spannungs-Dehnungs-Kurve vorzugsweise die folgenden Merkmale auf:
(1) eine Spannung T&sub1; an der sekundären Streckgrenze von 5 g/d oder mehr;
(2) eine Dehnung E&sub1; bei der sekundären Streckgrenze von 13% oder weniger;
(3) E&sub2;/E&sub1; ≤ 0,49,
wobei E&sub1; für die Dehnung von null bis zur sekundären Streckgrenze steht und E&sub2; für die Dehnung von der sekundären Streckgrenze bis zum Reißen steht.
Der Wert von E&sub2;/E&sub1; ist ein bemerkenswerter charakteristischer Wert dieser Polyesterfaser im Vergleich zu herkömmlichen Polyesterfasern.
Die obigen Merkmale werden unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnung beschrieben. Figur 2 zeigt eine Spannungs-Dehnungs- Kurve der Polyesterfaser, wobei Kurve a eine Kurve der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Kurve b eine Kurve der Polyesterfaser ist, die nach dem POY-Streckverfahren erhalten wurde.
Die sekundäre Streckgrenze ist ein Merkmal, das in Figur 2 an einem Punkt (A) in der Spannungs-Dehnungs-Kurve ausgedrückt ist, und der Wert der sekundären Streckgrenze wird bestimmt, indem man zwei Tangenten an die Punkte einer gekrümmten Linie auf beiden Seiten der sekundären Streckgrenze anlegt, eine Gerade im halben Winkel des Winkels A, der von den beiden Tangenten gebildet wird, vom Schnittpunkt der beiden Tangenten zur Spannungs-Dehnungs- Kurve zieht und den Schnittpunkt der Geraden mit der Spannungs- Dehnungs-Kurve ermittelt.
Wenn das Dehnungsverhältnis E&sub2;/E&sub1; der Polyesterfaser zu groß ist, wird die Verminderung des Verhältnisses der Festigkeit der Faser in der Kautschukstruktur zur Festigkeit der Faser selbst erhöht, und die Verminderung des Verhältnisses der Festigkeit eines aus der Polyesterfaser hergestellten und bei hoher Temperatur und hohem Druck vulkanisierten Strangs wird ebenfalls erhöht, und somit hat der Strang nicht die erforderliche Zähigkeit, die für die Verwendung als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur erforderlich ist.
Es wird angenommen, daß das obige Phänomen durch eine innere Mikrofeinstruktur der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung verursacht wird. Wenn E&sub2;/E&sub1; größer als 0,49 ist, werden der mittlere Orientierungsgrad jedes Teils der Faser, d.h. dessen Merkmale, wie mittlere Doppelbrechung und Grad der amorphen Orientierung, niedriger, und die chemische Stabilität gegenüber einem Klebstoff, Wasser oder Amingruppen in der Kautschukstruktur wird ebenfalls gering.
Wenn E&sub2;/E&sub1; zu klein ist, hat die erhaltene Polyesterfaser eine übermäßige Orientierung, und das Nutzungsverhältnis der Festigkeit der Faser in einem verzwirnten Strang wird in unerwünschter Weise gesenkt. Entsprechend liegt der Wert von E&sub2;/E&sub1; vorzugsweise zwischen 0,10 und 0,49, noch mehr bevorzugt zwischen 0,20 und 0,47.
Wenn das Polyestermultifilament mit einer ersten Verzwirnung und dann mit einer weiteren Verzwirnung versehen wird, so daß ein Strang entsteht, und der Strang dann bei hoher Temperatur in gestrecktem Zustand mit einem Klebstoff versehen wird, so daß man eine Faser zum Verstärken der Kautschukstruktur erhält, hat eine Polyesterfaser mit einer Spannung T&sub1; an der sekundären Streckgrenze von unter 5,0 g/d eine unzureichende Festigkeit als Faser zum Verstärken der Kautschukstruktur, und vorzugsweise hat die Polyesterfaser eine Spannung an der sekundären Streckgrenze von 5,5 g/d oder mehr.
Eine Polyesterfaser mit einer Dehnung E&sub1; an der sekundären Streckgrenze von über 13% kann nicht ausreichend verstreckt werden, und entsprechend wird der mittlere Orientierungsgrad jedes Teils der Faser geringer, und insbesondere wird die chemische Stabilität gegenüber einem Klebstoff, Wasser oder Amingruppen in der Kautschukstruktur sehr gering, und das Nutzungsverhältnis der Festigkeit der Faser nach Behandlung der Faser mit dem Klebstoff und Vulkanisieren der Faser wird klein, und somit hat diese Faser keine ausreichende Zähigkeit für die Verwendung als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur. Daher liegt die Dehnung E&sub1; an der sekundären Streckgrenze vorzugsweise zwischen 6% und 13%.
Der Stabilitätskoeffizient der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung, der durch den Kehrwert des Produkts aus dem Arbeitsverlust ΔE bei 150ºC und dem Schrumpfungsfaktor unter einer trockenen Hitze bei 175ºC ausgedrückt wird, beträgt 50 oder mehr, vorzugsweise 55 oder mehr.
Der Arbeitsverlust wird in der vorliegenden Anmeldung erhalten, indem man ein Teststück des Multifilaments in einem Abstand von 10 inch zwischen einer oberen Klemme und einer unteren Klemme bei einer Temperatur von 150ºC und einer Streckgeschwindigkeit von 0,5 inch/min verstreckt, die Hystereseschleife der Spannung zwischen 0,05 g/d und 0,2 g/d mißt und den Hystereseverlust pro 1000 denier der Faser in einer inch-pound-Einheit ausdrückt. Wenn der erhaltene Wert gering ist, wird die Wärmeerzeugung durch wiederholte geringfügige Expansionen und Kontraktionen kleiner, und entsprechend ist dieser Wert ein wichtiger Faktor, wenn man die Ermüdungsfestigkeit der Faser mißt.
Dieses Merkmal wird unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnung beschrieben. Figur 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Schrumpfungsfaktor unter einer trockenen Hitze bei 175ºC und dem oben beschriebenen Stabilitätskoeffizienten, wobei Zone D eine Zone ist, die die Beziehung zwischen dem Schrumpfungsfaktor und dem Stabilitätskoeffizienten der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und Zone F eine Zone ist, die die Beziehung zwischen dem Schrumpfungsfaktor und dem Stabilitätskoeffizienten der Polyesterfaser zeigt, die nach dem POY- Streckverfahren erhalten wurde.
Wie aus einem Vergleich zwischen Zone D und Zone F hervorgeht, können bei der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig ein kleiner Schrumpfungsfaktor und ein geringer Arbeitsverlust erreicht werden, und die Faser ist gegenüber einer auf die Faser wirkenden Temperaturänderung, so daß der Stabilitätskoeffizient über 50 liegt, sowie wiederholter Expansion und Kontraktion äußerst stabil. Umgekehrt beträgt der Stabilitätskoeffizient der herkömmlichen Polyesterfaser höchstens 20, und es ist äußerst schwierig, mit einem Stapelspinn- und Streckverfahren, das nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren durchgeführt wird, wie es zum Beispiel in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 53-58031 gelehrt wird, eine Polyesterfaser mit einer hohen Festigkeit, einem hohen Elastizitätsmodul und einem Stabilitätskoeffizienten von 20 oder mehr, wünschenswerterweise 45 oder mehr, zu erhalten.
Der Stabilitätskoeffizient von 50 oder mehr muß aufrechterhalten werden, um eine Polyesterfaser mit einer hohen Ermüdungsfestigkeit und einer stark verbesserten Formstabilität in der Hitze, die mit der einer Rayonfaser vergleichbar ist, zu erhalten. Wenn der Stabilitätskoeffizient unter 50 liegt, wird entweder die Formstabilität in der Hitze oder die Ermüdungsfestigkeit schlecht, und somit ist es nicht möglich, die Polyesterfaser der vorliegenden Anmeldung mit stark verbesserter Qualität zu erhalten.
Der Arbeitsverlust ΔE der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 0,015 oder weniger, vorzugsweise 0,010 oder weniger. Weiterhin beträgt der Schrumpfungsfaktor unter einer trockenen Hitze bei 175ºC der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung 2,5% oder weniger, vorzugsweise 2,2% oder weniger.
Vorzugsweise weist die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden zusätzlichen Merkmale auf.
Das Kreuzungsverhältnis des Einzelfilaments Cd der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 1,20 oder weniger, und die Gleichmäßigkeit der Dicke des Einzelfilaments unter allen Einzelfilamenten, die ein Multifilament der Polyesterfaser bilden, ist im Vergleich zu der der Polyesterfaser, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde, beträchtlich verbessert. Das Kreuzungsverhältnis des Einzelfilaments Cd wird durch einen Wert bestimmt, den man erhält, indem man den maximalen Durchmesser durch den minimalen Durchmesser aller Einzelfilamente in dem Multifilament dividiert, und kann als Wert verwendet werden, der die Gleichmäßigkeit des Einzelfilaments in dem Multifilament anzeigt. Das Kreuzungsverhältnis des Einzelfilaments Cd beträgt vorzugsweise 1,15 oder weniger, noch mehr bevorzugt 1,10 oder weniger.
Der obige geeignete Bereich des Kreuzungsverhältnisses des Einzelfilaments Cd kann bei einer Polyesterfaser mit einer Grenzviskositat zwischen 0,45 und 0,85 effektiv erhalten werden.
Der Wert von TS/[η], d.h. des Verhältnisses der Festigkeit TS der Faser zur Grenzviskosität [η] in der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise 9,0 oder mehr, noch mehr bevorzugt 9,5 oder mehr. Es liegt im Bereich der normalen Fähigkeiten des Durchschnittsfachmanns, eine Grenzviskosität der Polyesterfaser von 0,90 oder mehr zu erreichen, um die Festigkeit der Polyesterfaser zu verbessern, aber auch wenn bei Verwendung des POY-Streckverfahrens oder eines Verfahrens des Spinnens eines unverstreckten Garns, das eine gute Orientierung aufweist, eine Polyesterfaser mit einer Grenzviskosität von 0,90 oder mehr erhalten werden kann, erreicht der Wert von TS/[η] der erhaltenen Polyesterfaser nicht 9,0 oder mehr, und somit kann keine Polyesterfaser mit ausreichender Festigkeit erhalten werden. Dies wird gewöhnlich dadurch erklärt, daß die Streckfähigkeit eines unverstreckten Garns mit einer hohen Orientierung, d.h. eines unverstreckten Garns mit hoher Doppelbrechung, im allgemeinen gering ist. Dennoch fanden die Erfinder der vorliegenden Anmeldung, daß die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann, indem man ein unverstrecktes Garn mit einer extrem hohen Orientierung verstreckt, wobei der Wert von TS/[η] der erhaltenen Polyesterfaser extrem hoch ist, wie 9,0 bis 9,5.
Die obige Verbesserung des Wertes von TS/[η] wird erhalten, da die Streckoperation für jedes Einzelfilament unter extrem gleichmäßigen Bedingungen erfolgen kann, da das Kreuzungsverhältnis des Einzelfilaments der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung sehr hoch ist, d.h. die Gleichmäßigkeit des Multifilaments der Polyesterfaser ist sehr gut.
Die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine extrem hohe Kristallisierbarkeit, d.h. das Produkt aus dem kristallinen Schmelzpunkt Tm&sub2; und der Dichte der Polyesterfaser beträgt 370 oder mehr, vorzugsweise 375 oder mehr. In diesem Fall muß der kristalline Schmelzpunkt Tm&sub2; 268ºC oder mehr, vorzugsweise 269ºC oder mehr, und die Dichte 1,398 oder mehr, vorzugsweise 1,400 oder mehr, betragen.
Weiterhin beträgt die anhand einer Schmelzkurve der DSC gemessene Temperatur des Schmelzbeginns Tm&sub1; vorzugsweise 260ºC oder mehr, noch mehr bevorzugt 265ºC oder mehr. Umgekehrt beträgt das Produkt aus dem kristallinen Schmelzpunkt Tm&sub2; und der Dichte der Polyesterfaser, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde, höchstens 369, und ihre Temperatur des Schmelzbeginns Tm&sub1; liegt zwischen 253ºC und 258ºC.
Wenn man die obigen Merkmale auf eine extrafeine Struktur der Polyesterfaser anwendet, beträgt die aus der Dichte berechnete Kristallinität X 55% oder mehr, und die Größe des kristallinen Bereichs Dc beträgt 50 Å oder mehr. Dies zeigt, daß die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen mit ausreichender Verstreckung versehen werden kann, und dies läßt vermuten, daß die dynamischen Merkmale, wie Festigkeit, Elastizitätsmodul oder dergleichen, wenig gesenkt werden. Entsprechend hat die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Hochtemperaturbehandlung mit Dampf oder trockener Hitze (zum Beispiel bei einer Temperatur zwischen 200ºC und 260ºC), wie einer Wärmebehandlung mit einem Klebstoff und einer Vulkanisationsbehandlung, wie sie zur Herstellung einer Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur verwendet wird, und eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Temperatur, die in der Kautschukstruktur an die Faser angelegt wird, zum Beispiel eine Temperatur zwischen 100ºC und 200ºC, die bei der Herstellung eines Reifens oder Riemens verwendet wird.
Da die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl eine hohe Kristallisierbarkeit als auch Relaxationsfähigkeit einer Spannung in einem amorphen Teil hat, besitzt die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Erhöhung der Temperatur überlegene Wärmeeigenschaften, die bei einer herkömmlichen Polyesterfaser nicht erreicht werden können.
Die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine extrem hohe Wärmebeständigkeit, d.h. der temperaturabhängige Parameter der Reißfestigkeit ΔTS/T in einem Bereich zwischen der normalen Temperatur und einer Temperatur von 250ºC beträgt vorzugsweise 0,020 g/d/ºC oder weniger, noch mehr bevorzugt 0,018 g/d/ºC oder weniger, und am meisten bevorzugt 0,015 g/d/ºC oder weniger. Wenn der Wert von ΔTS/T klein ist, wird die Senkung des Verhältnisses der Festigkeit bei Erhöhung der Temperatur in einer Atmosphäre gering, d.h. wenn die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur, wie eines Reifens, verwendet wird, hat die Polyesterfaser eine hohe Beständigkeit gegenüber einer Erhöhung der Temperatur, während der Reifen läuft. Dieses Merkmal wird unter Bezugnahme auf eine Begleitzeichnung beschrieben. Figur 4 zeigt die Änderung der Festigkeit der Polyesterfaser bei Erhöhung der auf die Polyesterfaser wirkenden Temperatur, wobei Zone G eine Zone einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Zone H eine Zone einer Polyesterfaser ist, die nach dem herkömmlichen POY-Streckverfahren erhalten wurde. Wie man aus einem Vergleich zwischen Zone G und Zone H erkennt, hat die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine viel geringere Temperaturabhängigkeit der Reißfestigkeit.
Der als Änderung der Schrumpfung unter trockener Hitze bei einer Erhöhung der Temperatur ausgedrückte temperaturabhängige Parameter des Schrumpfungsfaktors ΔHS/T beträgt vorzugsweise 0,040%/ºC oder weniger. Dieses Merkmal wird unter Bezugnahme auf eine Begleitzeichnung erklärt. Figur 5 zeigt den Schrumpfungsfaktor unter trockener Hitze der Polyesterfaser bei mehreren Temperaturen, wobei Zone I eine Zone einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist und Zone J eine Zone einer Polyesterfaser ist, die nach dem POY-Streckverfahren erhalten wurde. Wie man aus einem Vergleich zwischen Zone I und Zone J erkennt, hat die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung einen geringeren Schrumpfungsfaktor unter trockener Hitze und eine bei weitem geringere Änderung des Schrumpfungsfaktors in Abhängigkeit von der Erwärmungstemperatur. Der geringere Wert von ΔHS/T bedeutet, daß die Änderung der Formstabilität in der Hitze bei Erhöhung der Temperatur in einer Atmosphäre geringfügig ist, und dadurch wird die Verarbeitbarkeit der Polyesterfaser, wenn aus der Polyesterfaser in derselben Weise eine Kautschukstruktur hergestellt wird wie bei Fasern zum Verstärken der Kautschukstruktur, gleichmäßig und stabil. Zum Beispiel ist die Änderung der Spannung der Polyesterfaser bei einem Vulkanisationsvorgang gering.
Der Wert von ΔHS/T beträgt vorzugsweise 0,025%/ºC, noch mehr bevorzugt 0,017%/ºC.
Die Kurve der Schrumpfspannung in der Hitze für die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, daß die Schrumpfspannung in der Hitze bei 200ºC im wesentlichen nicht vorhanden ist, und eine Spitze der Schrumpfspannung in der Hitze von 0,10 g/d erscheint in einer Zone einer Temperatur von 255ºC oder mehr.
Die Schrumpfspannung in der Hitze und der Schrumpfungsfaktor in der Hitze sind Faktoren, die verwendet werden, um die Formstabilität der Faser in der Hitze zu bestimmen. Wenn nämlich eine Faser mit einem großen Schrumpfungsfaktor in der Hitze und einer großen Schrumpfspannung in der Hitze als Verstärkungsfaser zum Beispiel für einen Kautschukreifen verwendet wird, wird der Kautschukreifen vulkanisiert, und während der vulkanisierte Kautschukreifen stationär gehalten wird, wird der vulkanisierte Kautschukreifen durch die Schrumpfspannung in der Hitze in eine unregelmäßige Form verformt, und die Größe der Kautschukreifen wird reduziert. Entsprechend ist es notwendig, ein zusätzliches Verfahren anzuwenden, d.h. ein Aufblasen nach der Härtung, bei dem der vulkanisierte Kautschukreifen in einem Zustand gehalten wird, bei dem ein Druck auf die Innenseite des Reifens ausgeübt wird, so daß der vulkanisierte Kautschukreifen nicht schrumpfen kann, und dann wird der Reifen abgekühlt.
Wie oben beschrieben, hat die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung einen bemerkenswert kleinen Schrumpfungsfaktor im Vergleich zu der herkömmlichen Polyesterfaser, und ihre Formstabilität in der Hitze ist ebenfalls merklich verbessert. Dies wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Figur 6 ist eine Temperatur/Schrumpfspannung-in-der-Hitze-Kurve, die man erhält, indem man die Schrumpfspannung in der Hitze bei mehreren Temperaturen aufträgt. Die Kurve c ist eine Kurve einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung, und Kurve d ist eine Kurve einer Polyesterfaser, die nach dem herkömmlichen POY- Streckverfahren erhalten wurde.
Wie man aus einem Vergleich zwischen Kurve c und Kurve d erkennt, ist die Schrumpfspannung der Polyesterfaser c bei 200ºC im wesentlichen konstant, und die Polyesterfaser c hat eine Spitze von 0,10 g/d oder weniger bei einer Temperatur von 255ºC oder mehr. Umgekehrt wird die Schrumpfspannung in der Hitze des nach dem POY-Streckverfahren erhaltenen Polyesters von etwa 100ºC an größer, und insbesondere nimmt die Schrumpfspannung in der Hitze bei etwa 100ºC plötzlich zu, und diese Polyesterfaser hat eine Spitze von 0,17 g/d oder weniger bei einer Temperatur von 250ºC oder weniger. Entsprechend sind die Merkmale der Temperatur/Schrumpfspannung-in-der-Hitze-Kurve der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung von denen der herkömmlichen Polyesterfasern völlig verschieden.
Die Schrumpfspannung in der Hitze bei bis zu 200ºC der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise 0,02 g/d oder weniger, noch mehr bevorzugt 0,015 g/d oder weniger, und bis zu 200ºC tritt im wesentlichen keine Erhöhung der Schrumpfspannung in der Hitze auf.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Schmelzspinnen eines Polyesters mit einer Grenzviskosität zwischen 0,50 und 0,90, vorzugsweise zwischen 0,55 und 0,85, der Ethylenterephthalat als Hauptrepetiereinheiten umfaßt, mit einer Spinngeschwindigkeit von wenigstens 6,0 km/min unter Bildung eines unverstreckten Garns und dann Heißverstrecken des unverstreckten Garns erhalten werden.
In dem Polyester der vorliegenden Erfindung macht Ethylenterephthalat in dem Polyester 85 Mol-% oder mehr der Repetiereinheiten aus, und hauptsächlich wird das aus Terephthalsäure oder einem funktionellen Derivat davon und Ethylenglycol hergestellte Polyethylenterephthalat verwendet.
Dennoch kann auch ein Polyester als Copolymer verwendet werden, bei dem ein Teil der Terephthalsäure oder des funktionellen Derivats, bei dem es sich um die Säurekomponente des Polyethylenterephthalats handelt, in einem Anteil von weniger als 15 Mol-% durch wenigstens eine Verbindung ersetzt ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer difunktionellen Säure oder einem funktionellen Derivat davon besteht, wie Isophthalsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Azelainsäure, Naphtholsäure, p-Oxybenzoesäure, 2,5- Dimethylterephthalsäure oder dergleichen, oder bei der ein Teil des Ethylenglycols, bei dem es sich um die Glycolkomponente des Polyethylenterephthalats handelt, in einem Anteil von weniger als 15 Mol-% durch wenigstens eine Verbindung ersetzt ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem zweiwertigen Alkohol, wie Diethylenglycol, 1,4-Butandiol oder dergleichen, besteht. Weiterhin kann den Polyestern ein Antioxidans, ein flammenhemmendes Mittel, ein haftungsverbesserndes Mittel, ein Mattierungsmittel, ein Färbemittel oder dergleichen zugesetzt werden.
Der Gehalt des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyesters an endständigen Carboxygruppen kann 30 Äquivalente/10&sup6; g oder weniger, vorzugsweise 20 Äquivalente/10&sup6; g oder weniger, noch mehr bevorzugt 15 Äquivalente/10&sup6; g oder weniger, betragen. Falls notwendig, kann ein Hinderungsmittel, das die endständige Carboxygruppe zu behindern vermag, wie eine Epoxyverbindung, eine Carbonatverbindung, ein Carbodiimid oder dergleichen, zu einem Extruder gegeben werden, um ein gemischtes Material herzustellen. Der Gehalt des so erhaltenen Polyesters an endständigen Carboxygruppen beträgt 25 Äquivalente/10&sup6; g oder weniger, vorzugsweise 15 Äquivalente/10&sup6; g oder weniger, noch mehr bevorzugt 10 Äquivalente/10&sup6; g oder weniger.
Die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Schmelzspinnen eines Polyesters, der Ethylenterephthalat als Hauptrepetiereinheit aufweist, mit einem herkömmlichen Schneckenextruder erhalten werden. Die Temperatur des Polymers unmittelbar nach der Extrusion beträgt 310ºC oder weniger. Der Durchmesser der Löcher einer Spinndüse kann zwischen 0,2 mm und 0,7 mm liegen, und vorzugsweise ist eine Vielzahl von Löchern in einer ringartigen eins-zu-fünf-Anordnung angeordnet. Weiterhin beträgt die Dicke eines Einzelfilaments vorzugsweise 3 d/f bis 10 d/f (d/f = denier pro Filament).
Das aus der Spinndüse extrudierte Garn wird sofort durch eine Heizzone mit einer Länge von 5 cm oder mehr und einer Temperatur ihrer Innenatmosphäre zwischen 150ºC und 350ºC geleitet. Dann wird das Garn durch eine Kühlvorrichtung geleitet, in der das Garn gekühlt wird, indem man kühle Luft aus einem äußeren Umfang des Garns anwendet, so daß man ein abgekühltes festes Garn erhält.
Es ist sehr wichtig, die Extrusionsbedingungen und die Kühlbedingungen geeignet auszuwählen, so daß man eine Polyesterfaser mit guter Gleichmäßigkeit, insbesondere eine Polyesterfaser mit einem geringeren Kreuzungsverhältnis der Einzelfaser, erhält.
Das abgekühlte feste Garn wird mit einer vorbestimmten Menge Öl versehen, indem man eine Ölzufuhrdüse als Fasersammelführung verwendet, und dann wird das Garn als unverstrecktes Garn mit einer Geschwindigkeit, d.h. Spinngeschwindigkeit, von 6,0 km/min oder mehr, vorzugsweise zwischen 6,0 km/min und 8,0 km/min, aufgewickelt.
Die Merkmale des so erhaltenen unverstreckten Garns und die Beziehung zwischen dem unverstreckten Garn und der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung werden im folgenden im einzelnen beschrieben.
Wie oben beschrieben, beträgt der Spitzenwert tan δ des Verlustfaktors der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung 0,140 oder weniger, und die Spitzentemperatur Tmax davon beträgt 130ºC oder weniger. Um die obige Polyesterfaser zu erhalten, muß tan δ des unverstreckten Garns 0,165 oder weniger sein, und Tmax davon muß 120ºC oder weniger sein. Das heißt, die Werte von tan δ und Tmax der Polyesterfaser werden durch einen Streckvorgang und einen Hitzebehandlungsvorgang verändert, und somit kann die Polyesterfaser mit den oben genannten Merkmalen nur durch Strecken und Heißverarbeiten eines unverstreckten Garns, das die oben genannten Merkmale in bezug auf seine Mikrostruktur aufweist, erhalten werden.
Dieses Merkmal wird unter Bezugnahme auf eine Begleitzeichnung beschrieben. Eine Zone C in Figur 1 ist eine Zone, die die Beziehung zwischen tan δ und Tmax des unverstreckten Garns in der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie man aus Figur 1 erkennt, bewegt sich die Zone C des tan δ und Tmax des unverstreckten Garns auf die Zone A des tan δ und Tmax der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung zu.
Die Doppelbrechung Δn des unverstreckten Garns der vorliegenden Erfindung genügt der folgenden Gleichung:
(0,058V - 0,004V² - 0,105) ≤ Δn ≤ (0,058V - 0,004V² - 0,059),
wobei V für die Spinngeschwindigkeit (km/min) steht.
Die Doppelbrechung des unverstreckten Garns zeigt einen Orientierungsgrad der Faser und hat einen großen Einfluß auf die Bildung einer Mikrostruktur der verstreckten und hitzebehandelten Polyesterfaser, und die Formstabilität in der Hitze und die Ermüdungsfestigkeit der Polyesterfaser hängen stark von dem Wert der Doppelbrechung der unverstreckten Faser ab.
Die Beziehung zwischen der Spinngeschwindigkeit und den Merkmalen des unverstreckten Garns wird unter Bezugnahme auf eine Begleitzeichnung beschrieben. Figur 7 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen der Spinngeschwindigkeit und der Doppelbrechung des unverstreckten Garns der Polyesterfaser zeigt, wobei Zone K eine Zone ist, die sich auf die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung bezieht, und Zone L eine Zone ist, die sich auf die Polyesterfaser bezieht, die man nach dem herkömmlichen POY- Streckverfahren erhält. Das unverstreckte Garn der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen hohen Wert der Doppelbrechung im Verhältnis zur Spinngeschwindigkeit, und dieser Wert scheint ein Maximum davon zu sein, und somit wird das unverstreckte Garn, das eine so extrem höhere Orientierung aufweist, zur Herstellung der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die Doppelbrechung des unverstreckten Garns der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 0,099 oder mehr, vorzugsweise 0,110 oder mehr, noch mehr bevorzugt 0,120 oder mehr.
Die Doppelbrechung Δnc einer kristallinen Phase des unverstreckten Garns der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt 0,190 oder mehr, und die durch Röntgen-Weitwinkelbeugung erhaltene Kristallinität Xc (%) genügt der folgenden Gleichung:
Xc ≥ (1337Δnc - 202)
Der Wert der Doppelbrechung Δnc der kristallinen Phase zeigt eine Orientierung des kristallinen Teils der Faser, und das unverstreckte Garn gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine hohe Kristallisierbarkeit und eine hohe kristalline Orientierung.
Da die Doppelbrechung der kristallinen Phase und die Kristallinität des unverstreckten Garns gleichzeitig auf einem hohen Wert gehalten werden, können die Festigkeit, die Dichte und der Schmelzpunkt der kristallinen Phase der durch Verstrecken und Heißbehandeln des unverstreckten Garns erhaltenen Polyesterfaser hohe Werte erreichen, und wenn die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung als Faser zum Verstärken der Kautschukstruktur verwendet wird, können daher eine hohe Zähigkeit und ein hoher Elastizitätsmodul sowie eine verbesserte Wärmebeständigkeit der Kautschukstruktur erhalten werden.
Die Doppelbrechung Δnc der kristallinen Phase des unverstreckten Garns der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt, wie oben beschrieben, 0,190 oder mehr, vorzugsweise 0,195 oder mehr. Die Kristallinität dieses unverstreckten Garns beträgt 52% oder mehr, vorzugsweise 60% oder mehr, noch mehr bevorzugt 65% oder mehr.
Im folgenden werden ein Streckverfahren und ein Heißbehandlungsverfahren beschrieben, die bei der Herstellung der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das unverstreckte Garn wird unter Bildung einer Polyesterfaser verstreckt. Das unverstreckte Garn kann direkt aus einem Spinnverfahren zu einem Streckverfahren gezogen werden, oder das unverstreckte Garn kann auf eine Garnpackung, wie eine Kreuzspule, aufgewickelt werden, und das unverstreckte Garn kann dann von der Garnpackung abgewickelt und dem Streckverfahren zugeführt werden. Das Verstrecken des unverstreckten Garns kann in einer Stufe oder in mehreren Stufen, wie zwei oder mehr Stufen, vorgenommen werden. Wenn das Streckverfahren unter Verwendung der Garnpackung durchgeführt wird, kann die Aufwickelgeschwindigkeit der verstreckten Faser optimal bestimmt werden, aber im Hinblick auf die Stabilität des Streckvorgangs und die Produktivität der Polyesterfaser liegt die Aufwickelgeschwindigkeit vorzugsweise zwischen 500 und 3000 m/min.
Das Streckverhältnis DR und die Strecktemperatur DT in dem Streckverfahren sind äußerst wichtige Faktoren bei der Bestimmung fundamentaler physikalischer Merkmale, wie Zähigkeit, Elastizitätsmodul, Verschlechterung durch Vulkanisation sowie Formstabilität oder dergleichen.
Das Streckverhältnis DR kann gemäß dem Wert der Doppelbrechung Δn des unverstreckten Garns in einem Bereich bestimmt werden, der in der folgenden Gleichung ausgedrückt ist:
(2,00 - 12,3Δn + 43,6Δn²) ≤ DR ≤ (2,6 - 16,5Δn + 50,0Δn²) (1)
Es wurde bemerkt, daß im allgemeinen eine Korrelation zwischen der Doppelbrechung des unverstreckten Garns und dem Streckverhältnis besteht, aber da der Streckvorgang bei einer extrem hohen Spinngeschwindigkeit, z.B. 6,0 km/min oder mehr, wie in der vorliegenden Erfindung, im allgemeinen Probleme mit sich bringt, wurde die Beziehung zwischen der Doppelbrechung des bei einem Spinnverfahren mit 6, 0 km/min oder mehr erhaltenen unverstreckten Garns und dem Streckverhältnis bisher nicht geklärt.
Nachdem sie den Streckvorgang des unverstreckten Garns mit einer extrem hohen Doppelbrechung untersucht hatten, fanden die Erfinder, daß ein Verfahren, das keine Fusseln oder Garnrisse verursacht und zu Merkmalen wie Zähigkeit, Elastizitätsmodul, Stabilität gegenüber chemischen Substanzen und Formstabilität in der Hitze führt, erhalten werden kann, indem man Verfahrensbedingungen verwendet, die der obigen Gleichung (1) genügen.
Wenn das Streckverhältnis DR für die Doppelbrechung des unverstreckten Garns außerhalb des durch die Gleichung (1) bestimmten Bereichs liegt, kommt es zu Fusseln und vielen Garnrissen, und die Ausnutzung der Festigkeit der Polyesterfaser in einem verzwirnten Garn und die Formstabilität in der Hitze werden geringer. Wenn das Streckverhältnis DR geringer als der durch die Gleichung (1) bestimmte Wert ist, wird die Zähigkeit gering, und die Stabilität gegenüber chemischen Substanzen wird gesenkt. Wenn das Streckverfahren unter den Bedingungen gehalten wird, die der Gleichung (1) genügen, kann das Streckverhältnis E&sub2;/E&sub1; in dem oben beschriebenen geeigneten Bereich gehalten werden, und es kann eine Polyesterfaser mit hoher Zähigkeit und hohem Elastizitätsmodul, überlegener Beständigkeit gegenüber chemischen Substanzen und überlegener Formstabilität in der Hitze erhalten werden. Das tatsächliche, geeigneterweise zu verwendende Streckverhältnis hängt von der Doppelbrechung des unverstreckten Garns ab, aber wenn eine Spinngeschwindigkeit von 7,0 km/min verwendet wird, liegt das geeignete Streckverhältnis zwischen 1,05 und 1,55, vorzugsweise zwischen 1,10 und 1,40, noch mehr bevorzugt zwischen 1,20 und 1,30.
Die zu verwendende Strecktemperatur wird gemäß den folgenden Gleichungen (2) und (3) bestimmt:
(Tg - 10) ≤ DT&sub1; ≤ (Tg + 100) (2)
(Tg + 100) ≤ DT&sub2; ≤ Tm&sub2; (3),
wobei DT&sub1; für die Strecktemperatur in einem früheren Teil des Streckvorgangs steht, DT&sub2; für die Strecktemperatur in einem späteren Teil des Streckvorgangs steht und Tg für die Glasübergangstemperatur steht.
Man erkennt, daß die Strecktemperatur das fundamentale Merkmal der Polyesterfaser mit dem Streckverhältnis bestimmt.
Die gestreckte Faser wird nacheinander in einem entspannten Zustand zwischen 0,9 und 1,0, vorzugsweise zwischen 0,95 und 1,0, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 180ºC und 260ºC unterzogen. Bei diesem Wärmebehandlungsvorgang wird eine Spannung, die durch eine während des Herstellungsverfahrens der Polyesterfaser angelegte Spannung verursacht ist, gleichmäßig entspannt, und die endgültige Kristallinität und Orientierung können bestimmt werden.
Die Doppelbrechung des durch Verstrecken des unverstreckten Garns gemäß dem obigen Verfahren erhaltenen Polyesters erhält einen Wert zwischen 0,150 und 0,180.
Die nach dem obigen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltene Polyesterfaser besitzt eine gute Gleichmäßigkeit als Einzelfilament, einen hohen Elastizitätsmodul und eine hohe Ermüdungsfestigkeit und besitzt weiterhin eine überlegene Formstabilität in der Hitze, die der von Viskose-Rayon ähnlich ist.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert, die die Erfindung in keiner Weise einschränken. Die Definitionen und Messungen verschiedener Eigenschaften, wie sie in der gesamten Beschreibung verwendet werden, sind wie folgt.

Spannungs-Dehnungs-Kurve

Diese Messung beruht auf JISL-1017-1983 (7.5), und es wird ein Shimazu Autograph SS-100 verwendet.
Die Messung des Parameters der Temperaturabhängigkeit der Reißfestigkeit wird durchgeführt, indem man ein Teststück einer Faser in einem Ofen bei einer vorbestimmten Temperatur einspannt und das Teststück in dem Shimazu Autographen streckt.

Grenzviskosität [η]

Die Viskositätszahl ηsp/c einer Lösung, bei der eine 1-g-Probe in 100 ml o-Chlorphenol gelöst ist, wird unter Verwendung eines Ostwald-Viscometers in einem temperierten Bad mit einer Temperatur von 35ºC gemessen, und die Grenzviskosität wird nach der folgenden Gleichung berechnet:
ηsp/c = [η] + 0,277 [η]²

Endständige Carboxygruppen

Diese Messung beruht auf dem POHL-Verfahren, das in Anal. Chem. 26, 1616 (1957), beschrieben ist.

Schrumpfungsfaktor unter trockener Hitze HS

Diese Messung beruht auf JIS-1017-1983 (7.10.2).

Arbeitsverlust ΔE bei 150ºC

Die Hystereseschleife einer Probe wird unter den folgenden Bedingungen gemessen:
Probenlänge: 10 inch
Ziehgeschwindigkeit: 0,5 inch/min
Temperatur: 150ºC
an die Probe angelegte Spannung: zwischen 0,6 g/d und 0,05 g/d
Der Hystereseverlust pro 1000 d wird berechnet und in einer Einheit des inch pound-Einheitensystems ausdrückt (siehe Japanische Offenlegungsschrift Nr. 53-58031).

Schrumpfspannung in der Hitze

Diese Messung wird unter Verwendung eines THERMAL STRESS TESTERS, der von der Kanebo Engineering Co. geliefert wurde, unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Anfangsbelastung: 0,01 g/d
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit: 100ºC/min

Doppelbrechung Δn

Diese Messung wird unter Verwendung eines optischen Polarisationsmikroskops, das von der Olympus Kougaku Co. geliefert wurde, auf der Basis eines Verzögerungsverfahrens unter Verwendung eines Berek Compensators unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Lichtquelle: Na-D-Linie
Immersionsflüssigkeit: α-Bromnaphthalin/Olivenöl

Kreuzungsverhältnis Cd des Einzelfilaments

Der Durchmesser aller Einzelfilamente, die ein Multifilament bilden, wird auf der Basis einer Querschnitts-Mikrophotographie gemessen, und das Kreuzungsverhältnis Cd wird als Verhältnis zwischen dem mittleren maximalen Durchmesser und dem mittleren minimalen Durchmesser ausgedrückt.

Verlustfaktor tan δ und Spitzentemperatur Tmax

Die Werte für tan δ werden bei jeder Temperatur unter Verwendung eines Testers für dynamische Viscoelastizität des Typs Rheo- Vibron DDV-II, der von TOYO Baldwin Co. geliefert wurde, unter den folgenden Bedingungen gemessen:
Probengewicht: 0,1 mg
Frequenz: 110 Hz
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit: 5ºC/min
Der Spitzenwert der erhaltenen Werte für tan δ ist als in der vorliegenden Erfindung verwendete tan δ definiert, und Tmax ist als die Temperatur definiert, die dem Wert tan δ entspricht.

Dichte

Die Messung wird unter Verwendung einer Gradientenröhrchen- Dichtebestimmung mit Anpassung durch Tetrachlorkohlenstoff/n-Heptan bei einer Temperatur von 25ºC durchgeführt.

Kristalliner Schmelzpunkt Tm&sub2; und Temperatur des Schmelzbeginns Tm&sub1;

Eine Schmelzkurve wird unter Verwendung eines Testers des Typs DSC-4, der von Perkin Elmer geliefert wurde, unter den folgenden Bedingungen gemessen:
Probengewicht: 4,0 mg
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit: 20ºC/min
Die Spitzentemperatur der erhaltenen Schmelzkurve wird als Tm&sub2; definiert.
Die Temperatur am Schnittpunkt der Tangente an der Seite der Schmelzkurve mit niedrigerer Temperatur mit der Grundlinie ist als Tm&sub1; definiert.

Kristallinität X nach dem Dichteverfahren

Die Kristallinität X wird auf der Basis der folgenden Gleichung aus der gemessenen Dichte berechnet:
X = { c( - a)/ ( c - a)} x 100,
wobei für die gemessene Dichte steht, c 1,455 g/cm³ beträgt und a 1,335 g/cm³ beträgt.

Größe des kristallinen Bereichs Dc

Ein Röntgengenerator des Typs RU-200PL wird verwendet, der von der Rigaku Electric Company geliefert wurde, eine Strahlungsquelle auf der Basis der CuKα-Linie und eine Wellenlänge λ von 1,5418 Å besitzt und mit einem Nickelfilter monochromatisch gemacht wurde.
Dc wird aus der Halbwertsbreite in einer Intensitätsverteilungskurve, die durch Abtasten entlang einer äquatorialen Geraden (010) und (100) in einer Röntgen-Weitwinkelstreuung erhalten wurde, auf der Basis der folgenden Gleichung (Scherrer) als Mittelwert erhalten:
Dc = Kλ/β.cosθ,
wobei β für die Halbwertsbreite steht (radiant),
θ für den Beugungswinkel steht (º), K 1 ist und
λ für die Röntgenwellenlänge steht (1,5418 Å).

Durch Röntgen-Weitwinkelstreuung gemessene Kristallinität Xc

Xc wird erhalten, indem man die Fläche der bei der Messung von Dc verwendeten Röntgen-Weitwinkelstreuungs-Intensitätsverteilungskurve in einen kristallinen Teil und einen amorphen Teil unterteilt und das Flächenverhältnis auf der Basis der folgenden Gleichung berechnet:
Xc = Streuintensität im kristallinen Teil/Gesamtstreuintensität x 100

Doppelbrechung in der kristallinen Phase Δnc

Δnc wird aus dem Produkt des Orientierungsgrads fc und der Doppelbrechung Δncm eines perfekt kristallinen Körpers erhalten; als Δncm wird 0,213 verwendet. Der Wert für fc wird aus der Halbwertsbreite H&sup0; einer Intensitätsverteilungskurve, die entlang eines Debye-Scherrer-Rings auf einer äquatorialen Geraden (010) und (100) in einer Röntgen-Weitwinkelstreuung gemessen wurde, auf der Basis der folgenden Gleichung erhalten:
Fc = (180 - H)/180

Eigenschaften des behandelten Strangs

(1) Intermediäre Dehnung KE

Dieser Wert wird als Dehnung des behandelten Strangs, die einer Spannung von 6,75 kg entspricht, ausgedrückt.

(2) Nutzungsverhältnis der Festigkeit des Rohgarns zur Festigkeit des behandelten Strangs

Dieser Wert wird als Prozentsatz der Festigkeit eines Rohgarns, d.h. eines verstreckten Garns, zur Festigkeit eines unverstreckten Garns ausgedrückt.

(3) Formstabilität

Dieser Wert wird als Summe aus dem Schrumpfungsfaktor unter trockener Hitze HS bei 150ºC und der intermediären Dehnung KE ausgedrückt.

(4) Nutzungsverhältnis der Festigkeit des Rohgarns zur Festigkeit des behandelten Strangs

Dieser Wert wird als Prozentsatz der Festigkeit zweier Rohgarne, d.h. zweier verstreckter Garne, zur Festigkeit eines vulkanisierten Strangs ausgedrückt. Eine Probe des vulkanisierten Strangs wird hergestellt, indem man den Strang aus einer vulkanisierten Kautschukstruktur auszieht. Die Bedingungen des Vulkanisationsverfahrens sind wie folgt:
Temperatur: 153ºC
Druck: 60 kg/cm²
Behandlungszeit: 60 min

(5) Nutzungsverhältnis der Festigkeit des Rohgarns zur Festigkeit eines einem Ermüdungstest unterzogenen Strangs

Dieser Wert wird als Prozentsatz der Festigkeit zweier Rohgarne, d.h. zweier verstreckter Garne, zur Festigkeit eines einem Ermüdungstest unterzogenen Strangs ausgedrückt. Der Strang wird 72 Stunden dem Ermüdungstest gemäß dem Scheibenverfahren auf der Basis von JIS L-1017-1963 (1.3.2.2) unterzogen, und die Festigkeit des behandelten Strangs wird gemessen.

(6) Exothermtemperatur eines Rohres

Ein Rohrermüdungstest gemäß dem Goodyear-A-Verfahren auf der Basis von JIS L-1017-1963 (1.3.2.1) wird 100 Minuten lang mit einer Kautschukstruktur durchgeführt, und dann wird die Temperatur der Oberfläche der Kautschukstruktur mit einem Thermometer des kontaktfreien Typs gemessen.

Beispiele 1 bis 9

Chips aus Polyethylenterephthalat mit einer Grenzviskosität [η] zwischen 0,55 und 0,85 werden mit einem Schneckenextruder schmelzgesponnen. Bei diesem Vorgang wird N,N'-Bis(2,6-diisopropyl)phenylcarbodiimid in einer solchen Weise zu dem Polyethylenterephthalat gegeben, daß man eine Konzentration der endständigen Carboxygruppen zwischen 8 eq/10&sup6; g und 10 eq/10&sup6; g erhält.
Die Temperatur der Polymere wird unter 305ºC gehalten, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, und eine Spinndüse wird verwendet, bei der eine Vielzahl von Löchern mit einem Durchmesser von 0,35 mm konzentrisch angeordnet sind.
Das aus der Spinndüse extrudierte Garn wird durch eine Heizzone mit einer Länge von 100 mm und einer Temperatur ihrer Innenfläche von 300ºC geleitet, und kühlende Luft mit einer Temperatur von 20ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 80% wird vom Umfang des Garns her auf das Garn geleitet, um das Garn zu kühlen und fest werden zu lassen. Das erhaltene Garn wird mit Öl versehen, indem man das Garn durch eine Öldüse führt, und mit einer Geschwindigkeit zwischen 6,0 km/min und 8,0 km/min auf eine Garnpackung des unverstreckten Garns aufgewickelt.
Dann wird eine Vielzahl unverstreckter Garne gebündelt einer Streckmaschine zugeführt, die eine Aufnahmerolle, eine erste Streckrolle, eine zweite Streckrolle, eine Relaxationsrolle und einen Wickler umfaßt, und einer Streckoperation sowie einem Heißbehandlungsvorgang bei einer Aufwickelgeschwindigkeit von 1500 m/min unterzogen, so daß man eine Polyesterfaser mit 1500 denier/255 Filamente erhält.
Die Herstellungsbedingungen jedes Beispiels und die Merkmale des unverstreckten Garns sind in Tabelle 1 unter Beispiel Nr. 1 bis Nr. 9 gezeigt, und die Merkmale des verstreckten Garns sind in Tabelle 2 unter Beispiel Nr. 1 bis Nr. 9 gezeigt.
Das Streckverhältnis DR1 in Tabelle 1 ist das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der ersten Streckrolle zur Umfangsgeschwindigkeit der Aufnahmerolle, das Streckverhältnis DR2 in Tabelle 1 ist das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Streckrolle zur Umfangsgeschwindigkeit der ersten Streckrolle. Der Ausdruck R ist das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit der Relaxationsrolle zur Umfangsgeschwindigkeit der zweiten Streckrolle. Das Zeichen FR bedeutet die Aufnahmerolle, das Zeichen 1GD bedeutet die erste Streckrolle, das Zeichen 2GD bedeutet die zweite Streckrolle, und das Zeichen RR bedeutet die Relaxationsrolle.
Die Bewertung des Spinnzustands und des Streckzustands erfolgt durch Eintragen eines Kreises O oder eines Kreuzes X, wobei das Auftreten von Fusseln und Garnrissen berücksichtigt und die auf dem Garn erscheinenden Fussel beobachtet werden.
Die verstreckten Garne aus den Polyesterfasern in den Beispielen 1 bis 9 haben eine überlegene Gleichmäßigkeit des Einzelfilaments (Cd) und eine Mikrofeinstruktur mit einer extrem hohen Kristallisierbarkeit, bei der die Spannung im amorphen Teil merklich relaxiert ist. Die thermischen Merkmale bei erhöhter Temperatur, wie Schmelzpunkt, Festigkeit, Arbeitsverlust oder dergleichen, der verstreckten Garne aus den Polyesterfasern in den Beispielen 1 bis 9 sind äußerst stabil, und ihre Formstabilität in der Hitze, wie Schrumpfung in der Hitze, Spannung in der Hitze oder dergleichen, ist stark verbessert. Das heißt, die verstreckten Garne in den Beispielen 1 bis 9 erfüllen alle Anforderungen der vorliegenden Erfindung.

Vergleichsbeispiel 1

Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 1 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß eine Spinngeschwindigkeit von 3,0 km/min und ein Streckverhältnis von 2,52 verwendet werden.
Die anderen Herstellungsbedingungen und Merkmale des verstreckten Garns von Vergleichsbeispiel 1 sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Wie man aus den Tabellen 1 und 2 erkennt, erfüllen die erhaltenen Polyesterfasern nicht die Anforderungen der vorliegenden Erfindung, wie Kristallisierbarkeit, d.h. Tm&sub1;, Tm&sub2;, Tm2x , X und Dc, Δn, der Parameter im amorphen Teil, d.h. tan δ und Tmax, die thermischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur, d.h. ΔE, Stabilitätskoeffizient und ΔTs/T, sowie die Formstabilität in der Hitze, d.h. Schrumpfbarkeit in der Hitze und Schrumpfspannung in der Hitze.

Vergleichsbeispiel 2

Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 2 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß eine Spinngeschwindigkeit von 3,0 km/min, eine Temperatur des Polymers von 310ºC, eine Grenzviskosität der Chips von 0,95 und ein Streckverhältnis von 2,35 verwendet werden.
Die anderen Herstellungsbedingungen und Merkmale des verstreckten Garns von Vergleichsbeispiel 2 sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Wie man aus den Tabellen 1 und 2 erkennt, sind die Gleichmäßigkeit des Einzelfilaments, d.h. das Kreuzungsverhältnis und das Verhältnis der Festigkeit zur Grenzviskosität Ts/[η], des verstreckten Garns in Vergleichsbeispiel 2 nicht ausreichend, und dieses verstreckte Garn erfüllt nicht die Anforderungen der vorliegenden Erfindung, wie Kristallisierbarkeit, d.h. Tm&sub1;, Tm&sub2;, Tm2x , X und Dc, Δn, der Parameter im amorphen Teil, d.h. tan δ und Tmax, die thermischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur, d.h. ΔE, Stabilitätskoeffizient und ΔTs/T, sowie die Formstabilität in der Hitze, d.h. Schrumpfbarkeit in der Hitze und Schrumpfspannung in der Hitze.

Vergleichsbeispiel 3

Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 3 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß eine Spinngeschwindigkeit von 4,5 km/min und ein Streckverhältnis von 1,68 verwendet werden.
Die anderen Herstellungsbedingungen und Merkmale des verstreckten Garns von Vergleichsbeispiel 3 sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Wie man aus den Tabellen 1 und 2 erkennt, erfüllen die erhaltenen Polyesterfasern nicht die Anforderungen der vorliegenden Erfindung, wie Kristallisierbarkeit, d.h. Tm&sub1;, Tm&sub2;, Tm2x , X und Dc, Δn, der Parameter im amorphen Teil, d.h. tan δ und Tmax, die thermischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur, d.h. ΔE, Stabilitätskoeffizient und ΔHS/T, sowie die Formstabilität in der Hitze, d.h. Schrumpfbarkeit in der Hitze und Schrumpfspannung in der Hitze.

Vergleichsbeispiel 4

Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 4 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß eine Grenzviskosität der Chips von 0,95, eine Temperatur des Polymers von 310ºC und ein Streckverhältnis von 1,19 verwendet werden.
Die anderen Herstellungsbedingungen und Merkmale des verstreckten Garns von Vergleichsbeispiel 4 sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. In diesem Vergleichsbeispiel 4 kommt es zu einer Verschmelzung zwischen den Einzelfilamenten und einer Fluktuation des Garns, und dadurch treten viele Garnrisse auf, und Fusseln entstehen. Solche Garnrisse und Fusseln treten auch beim Streck- und Heißbehandlungsvorgang auf.
Wie man aus den Tabellen 1 und 2 erkennt, erfüllt das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 4 nicht die Anforderungen der vorliegenden Erfindung, wie Kristallisierbarkeit, d.h. Tm&sub1;, Tm&sub2;, Tm2x , X und Dc, Δn, der Parameter im amorphen Teil, d.h. tan δ und Tmax, die thermischen Eigenschaften bei erhöhter Temperatur, d.h. ΔE, Stabilitätskoeffizient und ΔHS/T, sowie die Formstabilität in der Hitze, d.h. Schrumpfbarkeit in der Hitze und Schrumpfspannung in der Hitze.

Vergleichsbeispiel 5

Anmerkung: Dieses Beispiel ist im Gegensatz zu allen anderen Vergleichsbeispielen in Wirklichkeit ein Beispiel der vorliegenden Erfindung; es ist jedoch ein weniger bevorzugtes, da E&sub2;/E&sub1; zu klein ist (= 0,10).)
Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 5 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß ein viel größeres Streckverhältnis, d.h. 1,35, verwendet wird, als in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In diesem Vergleichsbeispiel 5 kommt es beim Streck- und Heißbehandlungsvorgang zu Garnrissen und Fusseln, und die Dehnung und der Wert von E&sub2;/E&sub1; des verstreckten Garns aus der Polyesterfaser in diesem Vergleichsbeispiel 5 sind zu klein, und daher wird das Nutzungsverhältnis der Festigkeit des verstreckten Garns in einem aus dem verstreckten Garn hergestellten Strang erheblich geringer, und die Festigkeit des Strangs ist erheblich geringer.

Vergleichsbeispiel 6

Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 6 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß ein sehr viel kleineres Streckverhältnis, d.h. 1,19, verwendet wird, als in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Der Wert von E&sub2;/E&sub1; des verstreckten Garns aus der Polyesterfaser in diesem Vergleichsbeispiel 6 ist zu groß, und daher wird die Festigkeit eines aus dem verstreckten Garn hergestellten Strangs geringer, und das Nutzungsverhältnis der Festigkeit des verstreckten Garns in einem vulkanisierten Strang ist in unerwünschter Weise geringer.

Vergleichsbeispiel 7

Das verstreckte Garn von Vergleichsbeispiel 7 wird unter denselben Bedingungen hergestellt, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurden, außer daß eine Grenzviskosität der Chips von 0,40, eine Temperatur des Polymers von 290ºC und ein Streckverhältnis von 1,24 verwendet werden.
Beim Streck- und Heißbehandlungsvorgang kommt es häufig zu Garnrissen und Fusseln, und der Wert von T&sub1; und die Festigkeit des verstreckten Garns aus der Polyesterfaser werden geringer.

Beispiele 11 bis 19 und Vergleichsbeispiele 11 bis 17

Die in den Beispielen 1 bis 9 und in den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 erhaltenen verstreckten Garne werden mit einem Garnzwirner mit einer ersten Verzwirnung von 400 T/m in Z-Richtung versehen, und das erhaltene verzwirnte Garn wird weiterhin mit einer endgültigen Verzwirnung von 400 T/m in S-Richtung versehen, so daß ein Strang entsteht. Der Strang wird mit einem Klebstoff beschichtet, dessen Hauptkomponenten Resorcin, Formalin und ein Kautschuklatex sind, und dann einer Heißbehandlung unterzogen, wobei ein behandelter Strang entsteht. Bei der Heißbehandlung wird der Strang nacheinander einer Behandlung bei trockener Hitze bei 160ºC während 90 s, wobei der Strang auf einer konstanten Länge gehalten wird, einer Behandlung bei trockener Hitze bei 240ºC während 120 s, wobei der Strang gestreckt wird, und einer Behandlung bei trockener Hitze bei 240ºC während 40 s, wobei der Strang relaxiert ist, unterzogen. Das Streckverhältnis und das Relaxationsverhältnis werden so bestimmt, daß man je nach den Merkmalen des verwendeten verstreckten Garns eine Dehnung des Strangs unter einer Spannung von 6,75 kg zwischen 3,5% und 4,0% erhält.
Die Merkmale der behandelten Stränge in den Beispielen 11 bis 19 und in den Vergleichsbeispielen 11 bis 17 sind in Tabelle 3 gezeigt. Die behandelten Stränge in den Beispielen 11 bis 19 und in den Vergleichsbeispielen 11 bis 17 werden aus dem verstreckten Garn in einem Beispiel oder Vergleichsbeispiel hergestellt, das eine um 10 kleinere Nummer als das Beispiel bzw. Vergleichsbeispiel hat.
Die behandelten Stränge in den Beispielen 11 bis 19 haben überlegene Merkmale, wie hohe Festigkeit bei erhöhter Temperatur, geringe Exothermtemperatur eines Rohres, hohe Ermüdungsfestigkeit, geringen Schrumpfungsfaktor in der Hitze und überlegene Formstabilität. Diese behandelten Stränge haben also eine überlegene Formstabilität in der Hitze.
Dagegen ist die Festigkeit bei erhöhter Temperatur bei den behandelten Strängen in den Vergleichsbeispielen 11 bis 13 geringer, und die Exothermtemperatur eines Rohres, die Ermüdungsfestigkeit, der Schrumpfungsfaktor in der Hitze und die Formstabilität in der Hitze sind gering.
Der behandelte Strang in Vergleichsbeispiel 14 hat eine geringere Festigkeit, und die Festigkeit bei erhöhter Temperatur, die Exothermtemperatur eines Rohres, die Ermüdungsfestigkeit, der Schrumpfungsfaktor in der Hitze dieses behandelten Strangs sowie die Formstabilität in der Hitze sind gering.
Der behandelte Strang in Vergleichsbeispiel 15 hat ein geringeres Nutzungsverhältnis der Festigkeit des verstreckten Garns zur Festigkeit des Strangs sowie eine geringere Festigkeit des Strangs. Der behandelte Strang in Vergleichsbeispiel 16 hat eine geringere Festigkeit des Strangs sowie ein geringeres Nutzungsverhältnis der Festigkeit des verstreckten Garns zur Festigkeit des vulkanisierten Strangs. Der behandelte Strang in Vergleichsbeispiel 17 hat ein geringeres Nutzungsverhältnis der Festigkeit des verstreckten Garns zur Festigkeit des Strangs sowie eine geringere Festigkeit des Strangs.
Wie oben beschrieben, besitzt die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung eine extrem hohe Kristallisierbarkeit und eine stark verbesserte Relaxation einer Spannung im amorphen Teil, und daher sind bei der Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung die thermischen Eigenschaften, wie Schmelzpunkt, Festigkeit, Arbeitsverlust oder dergleichen, bei erhöhter Temperatur äußerst stabil, und die Formeigenschaften in der Hitze, wie thermische Schrumpfung, Schrumpfspannung in der Hitze oder dergleichen, sind stark verbessert. Wenn die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung als Faser zum Verstärken einer Kautschukstruktur verwendet wird, hat die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung nämlich die folgenden überlegenen Eigenschaften:
1. Jede Senkung der Festigkeit bei erhöhter Temperatur und bei einem Elastizitätsmodul ist gering.
2. Der Arbeitsverlust ist gering, und entsprechend wird die durch den Arbeitsverlust erzeugte exotherme Wärme gering.
3. Das Kriechverhältnis der Faser bei erhöhter Temperatur ist klein.
4. Der Schrumpfungsfaktor in der Hitze ist gering.
Entsprechend hat die Polyesterfaser gemäß der vorliegenden Erfindung überlegene thermische Eigenschaften bei erhöhter Temperatur sowie eine Formstabilität in der Hitze, die denen einer Rayonfaser im wesentlichen gleich sind. Tabelle 1: Bedingungen des Spinn- und Streckverfahrens und Merkmale des unverstreckten Garns
Anmerkung: Das Zeichen * in der Tabelle zeigt Punkte außerhalb des Bereichs, der durch die vorliegende Erfindung bestimmt ist, oder zeigt einen ungeeigneten Zustand. Tabelle 2: Eigenschaften des unverstreckten Garns
Anmerkung: Das Zeichen * in der Tabelle zeigt Punkte außerhalb des Bereichs, der durch die vorliegende Erfindung bestimmt ist, oder zeigt einen ungeeigneten Zustand. Tabelle 2: Eigenschaften des unverstreckten Garns (Fortsetzung)
Anmerkung: Das Zeichen * in der Tabelle zeigt Punkte außerhalb des Bereichs, der durch die vorliegende Erfindung bestimmt ist, oder zeigt einen ungeeigneten Zustand. Tabelle 3: Eigenschaften des behandelten Strangs
Anmerkung: Das Zeichen * in der Tabelle zeigt Punkte außerhalb des Bereichs, der durch die vorliegende Erfindung bestimmt ist, oder zeigt einen ungeeigneten Zustand.

Claims

1. Polyesterfaser, die ein Ethylenterephthalat als Hauptrepetiereinheiten umfaßt und gleichzeitig die folgenden Merkmale aufweist:

(a) eine Grenzviskosität zwischen 0,4 und 0,85,

(b) tan δ ≤ 0,140

Tmax ≤ 130ºC,

wobei tan δ für den Spitzenwert des Verlustfaktors steht und Tmax für die Spitzentemperatur steht,

(c) E&sub2;/E&sub1; ≤ 0,49,

wobei E&sub1; für die Dehnung von null bis zur sekundären Streckgrenze steht und E&sub2; für die Dehnung von der sekundären Streckgrenze bis zum Reißen steht,

(d) ein Stabilitätskoeffizient, der durch den Kehrwert des Produkts aus dem Arbeitsverlust ΔE bei 150ºC und dem Schrumpfungsfaktor unter einer trockenen Hitze bei 175ºC ausgedrückt wird, von 50 oder mehr.

2. Polyesterfaser gemäß Anspruch 1, bei der die folgende Gleichung erfüllt ist:

Cd ≤ 1,20,

wobei Cd für das Kreuzungsverhältnis des Einzelfilaments steht.

3. Polyesterfaser gemäß Anspruch 2, bei der die folgende Gleichung erfüllt ist:

TS/[η] ≤ 9,0,

wobei TS für die Festigkeit der Faser steht und [η] für die Grenzviskosität der Faser steht.

4. Polyesterfaser gemäß Anspruch 1, bei der die folgende Gleichung erfüllt ist:

ΔE ≤ 0,015,

wobei ΔE für den Arbeitsverlust bei 150ºC steht.

5. Polyesterfaser gemäß Anspruch 1, bei der die folgende Gleichung erfüllt ist:

Tm&sub2; x ≥ 370,

wobei Tm&sub2; für den kristallinen Schmelzpunkt steht und für die Dichte steht.

6. Polyesterfaser gemäß Anspruch 5, bei der die folgenden Gleichungen erfüllt sind:

Tm&sub1; ≥ 260ºC

Tm&sub2; ≥ 268ºC,

wobei Tm&sub1; für die Schmelzstarttemperatur steht und Tm&sub2; für den kristallinen Schmelzpunkt steht.

7. Polyesterfaser gemäß Anspruch 6, bei der die folgenden Gleichungen erfüllt sind:

HS ≤ 2,5%

ΔHS/T ≤ 0,040 (%/ºC),

wobei HS für den Schrumpfungsfaktor unter trockener Hitze bei 175ºC steht und ΔHS/T für einen Parameter der Temperaturabhängigkeit des Schrumpfungsfaktors unter trockener Hitze steht.

8. Polyesterfaser gemäß Anspruch 6, bei der die folgende Gleichung erfüllt ist:

ΔTS/T ≤ 0,02 (g/d/ºC),

wobei ΔTS/T für einen Parameter der Temperaturabhängigkeit der Reißfestigkeit steht.

9. Polyesterfaser gemäß Anspruch 6, wobei der Spitzenwert der Schrumpfspannung unter Hitze in einer Kurve, die die Beziehung zwischen der Temperatur und der Schrumpfspannung unter Hitze zeigt, 0,10 g/d oder weniger beträgt, die Spitzentemperatur davon 255ºC oder mehr beträgt und die Spannung unter Hitze bei einer Temperatur von 200ºC auf 0,02 g/d oder weniger gehalten wird.

10. Polyesterfaser gemäß Anspruch 6, bei der die folgenden Gleichungen erfüllt sind:

X ≥ 55%

Dc ≥ 50 Å,

wobei X für die aus der Dichte erhaltene Kristallinität steht und DC für die Größe eines Kristalls steht.

11. Verfahren zur Herstellung einer Polyesterfaser, die ein Ethylenterephthalat als Hauptrepetiereinheiten umfaßt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) einen Schritt des Schmelzspinnens eines Polyesters, das eine Grenzviskosität zwischen 0,50 und 0,90 hat, mit einer Spinngeschwindigkeit von wenigstens 6,0 km/min, so daß man ein unverstrecktes Garn erhält,

(b) einen Schritt des Heißverstreckens des unverstreckten Garns unter Bedingungen, die den folgenden Gleichungen (1) bis (3) genügen:

(2,05 - 12,3Δn + 43,6Δn²) ≤ DR ≤ (2,6 - 16,5Δn + 50,0Δn²) (1)

(Tg - 10) ≤ DT&sub1; ≤ (Tg + 100) (2)

(Tg + 100) ≤ DT&sub2; ≤ Tm&sub2; (3),

wobei DR für das Streckverhältnis steht, DT&sub1; für die Strecktemperatur in einem früheren Teil des Streckvorgangs steht, DT&sub2; für die Strecktemperatur in einem späteren Teil des Streckvorgangs steht, Tg für die Glasübergangstemperatur steht, Δn für die Doppelbrechung steht und Tm&sub2; für den kristallinen Schmelzpunkt steht,

(c) einen Schritt der Wärmebehandlung im entspannten Zustand.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Spitzenwert tan δ des Verlustfaktors des unverstreckten Garns geringer als 0,165 ist und die Spitzentemperatur Tmax davon geringer als 120ºC ist.

13. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Beziehung zwischen der Spinngeschwindigkeit V und der Doppelbrechung Δn des unverstreckten Garns der folgenden Gleichung (4) genügt:

(0,05V - 0,004V² - 0,105) ≤ Δn ≤ (0,058V - 0,004V² - 0,059) (4).

14. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Doppelbrechung Δnc der kristallinen Phase des unverstreckten Garns 0,190 oder mehr beträgt und die Beziehung zwischen Δnc und der auf einer Weitwinkelröntgenbeugung beruhenden Kristallinität Xc der folgenden Gleichung (5) genügt:

Xc ≥ (1337Δnc - 202) (5).