CN116324055A

CN116324055A - 树脂纤维形成用喷嘴、树脂纤维的制造装置和树脂纤维的制造方法

Info

Publication number: CN116324055A
Application number: CN202180066444.3A
Authority: CN
Inventors: 道平创; 奥村哲平; 熊野隆史; 永谷勇人
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-06-23
Also published as: TW202222532A; WO2022070869A1; US20230364843A1; JP6859477B1; JP2022056957A

Abstract

本发明的树脂纤维形成用喷嘴(20)是将熔融的树脂材料呈纤维状喷出的喷嘴。喷嘴(20)具备内部流路(21)、使上述树脂材料流入内部流路(21)的流入口(22)、以及将上述树脂材料从内部流路(21)向喷嘴(20)外喷出的喷出口(23)。内部流路(21)在从距离喷出口(23)为内部流路(21)的上游侧5mm的位置A到喷出口(23)的位置B为止的区域中具有内部流路(21)的直径从位置A朝向位置B连续减少的形状。

Description

树脂纤维形成用喷嘴、树脂纤维的制造装置和树脂纤维的制造方法

技术领域

本发明涉及树脂纤维形成用喷嘴、具备该喷嘴的树脂纤维的制造装置和树脂纤维的制造方法。

背景技术

作为制造塑料光纤(以下，记载为“POF”。)等树脂纤维的方法的一个例子，已知有熔融纺丝法。在熔融纺丝法中，例如，将熔融的树脂材料输送至喷嘴，从该喷嘴的喷出口将树脂材料呈纤维状喷出。通过将呈纤维状喷出的树脂材料冷却而使其固化，从而制作树脂纤维。

以往，在用于熔融纺丝法的上述喷嘴中，为了稳定地制作具有目标外径的纤维，认为优选使从喷出口附近延伸至喷出口的内部流路的直径恒定，即，内部流路以从喷出口附近延伸至喷出口的内部流路的内壁面相对于喷嘴的喷出面大致垂直的方式直线地延伸。例如，如专利文献1所公开的那样，为了使纤维的形状稳定化，在利用熔融挤出法制造POF时使用的喷嘴的喷出口设置有与喷出方向平行地延伸的成型段(日文：ランド)。需要说明的是，设置于喷嘴的喷出口部分的成型段是喷嘴的一部分。通过成型段的树脂材料为熔融状态，装置内成为大气压以上的压力，因此熔融的树脂材料以与成型段的内壁接触的状态向喷嘴外喷出。因此，在从成型段的前端向外部释放时决定树脂材料的纤维形状。即，在喷嘴的喷出口部分设置有成型段的情况下，实质上成型段的前端成为喷嘴的喷出口。需要说明的是，成型段有时也被称为引导件。

另外，例如专利文献2和3中公开的、通过熔融挤出法制造POF时使用的喷嘴具有：具备目标POF的截面形状的流路直线地延伸至喷出口的构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-356716号公报

专利文献2：日本特开2006-163007号公报

专利文献3：日本特开2011-253005号公报

发明内容

发明要解决的课题

即使在使用被认为能够稳定地得到目标外径的以往的喷嘴并通过熔融纺丝法制造树脂纤维的情况下，也难以充分抑制所制造的树脂纤维的外径变动。

因此，本发明的目的在于提供一种树脂纤维形成用喷嘴，其在通过熔融纺丝法制造树脂纤维时使用的情况下，能够将所得到的树脂纤维的外径变动抑制得比以往小。此外，本发明的目的还在于提供能够使用这样的树脂纤维形成用喷嘴将所制造的树脂纤维的外径变动抑制得比以往小的树脂纤维的制造装置和制造方法。

用于解决课题的手段

本发明人对树脂纤维的制造中使用的喷嘴进行了深入研究，发现以往认为能够稳定地得到目标外径的喷嘴的形状存在改善的余地。具体而言，本发明人发现，在喷嘴的内部流路中，在即将喷出树脂材料之前通过的流路形状存在改善的余地。以往，在树脂纤维的技术领域中，对于从熔融纺丝法中使用的喷嘴的喷出口附近延伸至喷出口的内部流路的内壁面，认为优选该内壁面形成为与喷嘴的喷出面垂直。但是，本发明人进行了深入研究，结果新发现了，为了将树脂纤维的外径变动抑制得更小，使在即将喷出树脂材料之前通过的内部流路的直径缩径至到达喷出口是重要的。

基于上述那样的见解，本发明人完成了以下的本发明的喷嘴。

本发明的第1方式涉及的树脂纤维形成用喷嘴是将熔融的树脂材料呈纤维状喷出的喷嘴，所述树脂纤维形成用喷嘴具备：

内部流路；

流入口，其使上述树脂材料流入上述内部流路；

喷出口，其将上述树脂材料从上述内部流路向上述喷嘴外喷出，

上述内部流路在从距离上述喷出口为上述内部流路的上游侧5mm的位置A到上述喷出口的位置B为止的区域中具有上述内部流路的直径从上述位置A朝向上述位置B连续减小的形状。

本发明的第2方式涉及的树脂纤维的制造装置具备：

挤出装置，其具有容纳部和挤出部，所述容纳部容纳成为上述树脂纤维的原料的树脂材料，所述挤出部将熔融的上述树脂材料从上述容纳部挤出；以及

喷嘴，其将从上述挤出装置挤出的熔融的上述树脂材料呈纤维状喷出，

上述喷嘴为上述第1方式涉及的树脂纤维形成用喷嘴。

本发明的第3方式涉及的树脂纤维的制造方法包括：

使熔融的树脂材料从上述第1方式涉及的树脂纤维形成用喷嘴的上述流入口流入上述内部流路，使上述树脂材料从上述喷出口呈纤维状喷出的步骤。

本发明的第4方式涉及的树脂纤维的制造方法包括：

从上述第2方式涉及的树脂纤维的制造装置的上述挤出装置挤出成为上述树脂纤维的原料的树脂材料的步骤；以及

使从上述挤出装置挤出的上述树脂材料从上述制造装置的上述喷嘴的上述流入口流入上述内部流路，使上述树脂材料从上述喷出口呈纤维状喷出的步骤。

发明效果

根据本发明的第1方式涉及的树脂纤维形成用喷嘴，在通过熔融纺丝法制造树脂纤维时使用的情况下，能够将所得到的树脂纤维的外径变动抑制得比以往小。另外，根据本发明的第2方式涉及的树脂纤维的制造装置和本发明的第3和第4方式涉及的树脂纤维的制造方法，能够将所制造的树脂纤维的外径变动抑制得比以往小。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的树脂纤维制造装置的一个例子的示意截面图。

图2是表示本发明的实施方式的树脂纤维形成用喷嘴的一个例子的示意截面图。

图3是表示本发明的实施方式的树脂纤维形成用喷嘴的另一例的示意截面图。

图4是作为本发明的实施方式的树脂纤维制造装置的另一例的POF的制造装置的示意截面图。

图5是针对使用实施例1的树脂纤维形成用喷嘴制造的树脂纤维表示外径的测定结果的曲线图。

图6是表示比较例1和2中使用的树脂纤维形成用喷嘴的示意截面图。

图7是针对使用比较例1的树脂纤维形成用喷嘴制造的树脂纤维表示外径的测定结果的曲线图。

图8是针对使用比较例2的树脂纤维形成用喷嘴制造的树脂纤维表示外径的测定结果的曲线图。

具体实施方式

对本发明的树脂纤维形成用喷嘴、树脂纤维的制造装置和树脂纤维的制造方法的实施方式进行说明。

本实施方式的树脂纤维的制造装置具备：

挤出装置，其具有容纳部和挤出部，所述容纳部容纳成为树脂纤维的原料的树脂材料，所述挤出部将熔融的树脂材料从容纳部挤出；以及

喷嘴，其将从挤出装置挤出的熔融的树脂材料呈纤维状喷出。

设置于本实施方式的树脂纤维的制造装置的上述喷嘴是本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴。本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴具备：内部流路；使树脂材料流入内部流路的流入口；以及将树脂材料从内部流路向喷嘴外喷出的喷出口。内部流路在从距离喷出口为内部流路的上游侧5mm的位置A到喷出口的位置B为止的区域中具有内部流路的直径从位置A朝向位置B连续减少的形状。通过使用这样的形状的喷嘴，能够将所制造的树脂纤维的外径变动抑制得较小。例如，在使用本实施方式的喷嘴的情况下，能够将树脂纤维的外径的标准偏差的3倍值(3σ)相对于所制造的树脂纤维的外径的平均值(AVE)的比率3σ/AVE抑制为例如3％以下。

图1是表示本实施方式的树脂纤维制造装置的一个例子的示意截面图。

图1所示的树脂纤维制造装置100具备挤出装置10和喷嘴20。挤出装置10具有容纳成为树脂纤维的原料的树脂材料1的容纳部11和将熔融的树脂材料1从容纳部11挤出的挤出部12。从挤出装置10挤出的树脂材料1从喷嘴20的流入口22流入内部流路21，从喷出口23喷出到喷嘴20外。

喷嘴20使用本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴。

在图2中示出作为喷嘴20使用的本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴的一个例子的构成。喷嘴20具备内部流路21；流入口22，其使树脂材料1流入内部流路21；以及喷出口23，其将树脂材料1呈纤维状从内部流路21向喷嘴20外喷出。内部流路21在从距离喷出口23为内部流路21的上游侧5mm的位置A到喷出口23的位置B为止的区域中具有内部流路21的直径从位置A朝向位置B连续减少的形状。内部流路21优选具有直径在整个范围内连续减小的形状。即，内部流路21优选具有直径从流入口22朝向喷出口23连续减少的形状。

在此，喷嘴20的喷出口23是从喷嘴20的内部流路21向喷嘴外喷出流体的出口部分。因此，在喷嘴20具有在喷出口部分设置有成型段的构成的情况下，喷嘴20的喷出口23成为成型段的前端的开口部。

如图2所示，喷嘴20的内部流路21优选从位置A朝向位置B具有锥形状。在这种情况下，内部流路21在从位置A到位置B为止的区域中更优选满足以下的式(I)：

4≤tanθ₁≤100…(I)。

tanθ₁进一步优选为8以上，特别优选为10以上。tanθ₁进一步优选为90以下，特别优选为80以下。

在此，上述式(I)中，θ₁表示锥角，tanθ₁通过以下的式(II)求出。

tanθ₁＝(从位置A到位置B的距离C₁)/0.5(位置A处的内部流路21的直径D_A1-位置B处的内部流路21的直径D_B1)…(II)

需要说明的是，位置B处的内部流路21的直径D_B1相当于喷出口23的直径。从位置A到位置B的距离C₁为5mm。

内部流路21优选其整体具有锥形状。即，如图2所示，内部流路21优选从流入口22朝向喷出口23具有锥形状。在该情况下，内部流路21在从流入口22到喷出口23的区域中更优选满足以下的式(III)：

4≤tanθ₂≤100…(III)。

在此，上述式(III)中，0₂表示锥角，tanθ₂通过以下的式(IV)求出。

tanθ₂＝(从流入口22到喷出口23的距离C₂)/0.5(流入口22的直径D_A2-喷出口23的直径D_B2)…(IV)

喷嘴20的喷出口23的直径根据目标树脂纤维的外径适当选择即可，没有特别限定。例如，在制造POF作为树脂纤维的情况下，喷嘴20的喷出口23可以具有例如0.3～30mm的直径。即使在制造具有这样的小的直径的树脂纤维的情况下，通过使用本实施方式的喷嘴20，也能够将所得到的树脂纤维的外径变动抑制得较小(例如，将比率3σ/AVE抑制为3％以下)。

制造装置100的挤出装置1还可以具有对容纳部11内的树脂材料1进行加热而使其熔融的加热部(未图示)。例如，也可以将棒状的树脂材料作为树脂材料1供给至容纳部11，在该容纳部11内通过加热而熔融，利用挤出部12将熔融的树脂材料1从容纳部11挤出。

本实施方式的树脂形成用喷嘴中的内部流路的形状并不限定于图2所示的喷嘴20。在本实施方式的树脂形成用喷嘴中，只要内部流路21在从位置A到位置B为止的区域中具有内部流路的直径从位置A朝向位置B连续减少的形状。因此，从流入口22到位置A的区域中的内部流路21的形状没有特别限定。例如，如图3所示的另一例的树脂纤维形成用喷嘴20A那样，在从流入口22到位置A的区域中，内部流路21的直径也可以不从流入口22朝向位置A连续减少，例如内部流路21也可以从流入口22到位置A具有相同的直径。

树脂纤维制造装置100优选还具备冷却管30。冷却管30具有使从喷嘴20的喷出口23呈纤维状喷出的树脂材料1通过的内部空间31。冷却管30能够抑制外部空气(存在于外部的空气)对通过内部空间31的纤维状的树脂材料1的干扰。由此，从喷嘴20喷出的纤维状的树脂材料1能够不受外部空气的影响而被冷却。其结果是，能够将所制造的纤维的外径变动抑制得更小。

如图1所示，冷却管30例如与喷嘴20连接地设置。冷却管30具有与内部空间31连通的上方的第1开口部32和下方的第2开口部33。冷却管30例如与喷嘴20连接，且从喷嘴20朝向下方延伸。冷却管30的第1开口部32例如包围喷嘴20的喷出口23。以从喷嘴20的喷出口23喷出的树脂材料1不与冷却管30的内壁35接触的方式设计冷却管30的第1开口部32、内部空间31和第2开口部33。冷却管30的第1开口部32、内部空间31和第2开口部33的直径优选比喷嘴20的喷出口23的直径大15mm以上。

冷却管30只要具有能够形成与外部空气隔绝的内部空间31的筒状体即可，其结构没有特别限定。冷却管30的形状例如为圆筒状。

冷却管30的长度优选为100mm以上，更优选为200mm以上，更优选为300mm以上。

在冷却管30的外壁34与面向冷却管30的内部空间31的内壁35之间还可以设置有能够容纳制冷介质的容纳空间(未图示)。在该情况下，冷却管30可以进一步具备用于向容纳空间供给制冷介质的机构(例如制冷介质供给路径和制冷介质排出路径等)。作为制冷介质，例如可以使用水等液体。

另外，冷却管30可以进一步具备向内部空间31供给冷却流体的机构(未图示)。冷却流体例如是气体。作为气体的冷却流体，可举出空气和氦等非活性气体等，优选为空气。冷却管30可以进一步具有对冷却流体进行整流的筒状的过滤器(未图示)。该筒状的过滤器设置于内部空间31。过滤器的形状例如为圆筒状。冷却流体例如被导入到冷却管30的内壁35与过滤器之间的空间。过滤器例如由无纺布、织物或网等冷却流体能够透过的材料形成。过滤器例如沿与冷却管30相同的方向延伸。过滤器的长度可以与冷却管30相同，也可以不同。在该情况下，纤维状的树脂材料1通过由过滤器包围的内部空间。即，由过滤器包围的内部空间能够视为冷却管30的内部空间31的一部分。冷却管30也可以具有冷却流体不透过的筒状的壁部来代替过滤器。

图1所示的树脂纤维制造装置100是本实施方式的树脂纤维制造装置的一个例子。树脂纤维制造装置100是使用1种树脂材料来制造树脂纤维的装置，但树脂纤维制造装置不限于此。例如，本实施方式的树脂纤维制造装置也可以具有如下构成：使用多种树脂材料，使这些树脂材料通过例如多层熔融挤出而呈同心圆状层叠成的材料流入喷嘴20，从喷嘴20呈纤维状喷出。这样，本实施方式的树脂纤维制造装置也可以使用多种树脂材料，使这些树脂材料通过多层熔融挤出而呈同心圆状层叠成的材料从喷嘴20呈纤维状喷出而制造树脂纤维。

本实施方式中制造的树脂纤维例如可以为POF。POF例如包含纤芯和配置于纤芯的外周的包层。因此，本实施方式的树脂纤维制造装置也可以是POF的制造装置。

图4表示作为本实施方式的树脂纤维制造装置的另一例的POF的制造装置200的示意截面图。

图4所示的装置200具备纤芯形成用的第1挤出装置10a、包层形成用的第2挤出装置10b和上包层形成用的第3挤出装置10c。装置200还具备第1室40和第2室50。第1室40和第2室50在铅直方向下方依次排列。需要说明的是，在此说明的POF的制造装置200是具备纤芯形成用的第1挤出装置10a、包层形成用的第2挤出装置10b和上包层形成用的第3挤出装置10c的、使用3种树脂材料的装置例。但是，本实施方式的POF的制造装置也可以是具备纤芯形成用的第1挤出装置10a和包层形成用的第2挤出装置10b的、使用2种树脂材料的装置。

第1挤出装置10a具有第1容纳部11a和第1挤出部12a，所述第1容纳部11a容纳具有适于POF的纤芯的组成的第1树脂材料1a，所述第1挤出部12a将容纳于第1容纳部11a的第1树脂材料1a从第1容纳部11a挤出。第1容纳部11a和第1挤出部12a分别具有与图1所示的装置100的容纳部11和挤出部12相同的功能。第1挤出装置10a也可以还设置有加热器等加热部(未图示)，以便能够在第1容纳部11a中使第1树脂材料1a熔融，并且能够保持熔融状态直至熔融的第1树脂材料1a成形为止。在该情况下，例如，棒状的树脂材料(预塑形坯)1a通过第1容纳部11a的上方的开口部而插入到第1容纳部11a内，在第1容纳部11a内被加热而熔融。

在第1挤出装置10a中，第1树脂材料1a例如通过气体挤出而经由第1挤出部12a从第1容纳部11a向外挤出以形成纤芯2。经由第1挤出部12a挤出以形成纤芯12的第1树脂材料1a之后向铅直方向下方移动，依次向第1室40和第2室50分别供给。

第2挤出装置10b例如具有第2容纳部11b和第2挤出部12b，所述第2容纳部11b容纳具有适于POF的包层的组成的第2树脂材料1b，所述第2挤出部12b将容纳于第2容纳部11b的第2树脂材料1b从第2容纳部11b挤出。第2挤出装置10b挤出熔融的第2树脂材料1b以被覆从第1挤出装置10a挤出的由第1树脂材料1a形成的纤芯2的外周。具体而言，从第2挤出装置10b挤出的第2树脂材料1b被供给到第1室40。在第1室40内，通过用第2树脂材料1b被覆由第1树脂材料1a形成的纤芯2，能够形成覆盖纤芯2的外周的包层3。由纤芯2和被覆纤芯2的外周的包层3形成的层叠体从第1室40向第2室50移动。

第3挤出装置10c例如具备容纳具有适于POF的上包层(被覆层)的组成的第3树脂材料1c的第3容纳部11c、配置在第3容纳部11c内的螺杆13、以及与第3容纳部11c连接的料斗14。在第3挤出装置10c中，例如颗粒状的第3树脂材料1c通过料斗14向第3容纳部11c供给。供给到第3容纳部11c的第3树脂材料1c例如一边被加热一边被螺杆13混炼，从而软化而能够流动。软化的第3树脂材料1c被螺杆13从第3容纳部11c挤出。

从第3挤出装置10c挤出的第3树脂材料1c被供给到第2室50。在第2室50内，通过利用第3树脂材料1c被覆由纤芯2和包层3形成的层叠体的表面，能够形成覆盖包层3的外周的上包层4。

纤芯2、包层3和上包层4呈同心圆状层叠而成的层叠体5从第2室50向配置于第2室50的铅直方向下方的扩散管60移动。扩散管60例如可以配置有用于对该层叠体5进行加热的加热器(未图示)。在扩散管60中，例如适当地调整通过内部的层叠体5的温度和粘度。扩散管60能够使通过扩散管60的内部的层叠体5中所含的折射率调节剂等掺杂剂在层叠体5中扩散。

扩散管60与喷嘴20的内部流路21连接。即，扩散管60的下方的开口部与喷嘴20的流入口22连接，通过了扩散管60的层叠体5经由喷嘴20的流入口22流入内部流路21。层叠体5在通过内部流路21时被缩径，从喷出口23呈纤维状喷出。喷嘴20的内部流路21的形状如上所述。通过使用本实施方式的喷嘴20，能够将从喷出口23喷出的纤维状的层叠体5的外径变动抑制得较小。由此，能够稳定地制造具有目标外径的POF。

从喷嘴20的喷出口23呈纤维状喷出的层叠体5例如从冷却管30的第1开口部32流入内部空间31内，一边通过内部空间31内一边被冷却，并从第2开口部33向冷却管30外释放。从冷却管30释放的层叠体5例如通过夹持辊70所具有的2个辊71和72之间，进而经由导辊73～75，作为POF 6被卷绕于卷绕辊76。在卷绕辊76的附近，例如在导辊75与卷绕辊76之间还可以具备测定POF 6的外径的位移计80。

第1树脂材料1a优选具有适合于POF 6的纤芯2的组成。第1树脂材料1a例如包含含氟聚合物(聚合物(P))。从抑制由C-H键的伸缩能量引起的光吸收的观点出发，聚合物(P)优选实质上不含氢原子，特别优选与碳原子键合的全部氢原子被氟原子取代。在本说明书中，聚合物(P)实质上不含氢原子是指聚合物(P)中的氢原子的含有率为1摩尔％以下。

聚合物(P)优选具有含氟脂肪族环结构。含氟脂肪族环结构可以被包含在聚合物(P)的主链中，也可以被包含在聚合物(P)的侧链中。聚合物(P)例如具有下述式(1)所示的结构单元(A)。

[化学式1]

式(1)中，R_ff ¹～R_ff ⁴各自独立地表示氟原子、碳数1～7的全氟烷基或碳数1～7的全氟烷基醚基。R_ff ¹与R_ff ²可以连接而形成环。“全氟”是指与碳原子键合的全部氢原子被氟原子取代。式(1)中，全氟烷基的碳数优选为1～5，更优选为1～3，进一步优选为1。全氟烷基可以为直链状，也可以为支链状。作为全氟烷基，可举出三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基等。

式(1)中，全氟烷基醚基的碳数优选为1～5，更优选为1～3。全氟烷基醚基可以为直链状，也可以为支链状。作为全氟烷基醚基，可举出全氟甲氧基甲基等。

在R_ff ¹与R_ff ²连接而形成环的情况下，该环可以为五元环，也可以为六元环。作为该环，可举出全氟四氢呋喃环、全氟环戊烷环、全氟环己烷环等。

作为结构单元(A)的具体例，例如可举出下述式(A1)～(A8)所示的结构单元。

[化学式2]

结构单元(A)优选为上述式(A1)～(A8)所示的结构单元中的结构单元(A2)、即下述式(2)所示的结构单元。

[化学式3]

聚合物(P)可以包含1种或2种以上的结构单元(A)。聚合物(P)中，结构单元(A)的含量相对于全部结构单元的合计优选为20摩尔％以上，更优选为40摩尔％以上。通过包含20摩尔％以上的结构单元(A)，从而聚合物(P)有具有更高耐热性的趋势。在包含40摩尔％以上的结构单元(A)的情况下，聚合物(P)有除了具有高耐热性以外，还具有更高的透明性和高的机械强度的趋势。聚合物(P)中，结构单元(A)的含量相对于全部结构单元的合计优选为95摩尔％以下，更优选为70摩尔％以下。

结构单元(A)例如来自于下述式(3)所示的化合物。式(3)中，R_ff ¹～R_ff ⁴与式(1)相同。需要说明的是，式(3)所示的化合物例如可以通过以日本特表2007-504125号公报中公开的制造方法为代表的已知的制造方法得到。

[化学式4]

作为上述式(3)所示的化合物的具体例，例如可举出下述式(M1)～(M8)所示的化合物。

[化学式5]

聚合物(P)除了包含结构单元(A)以外，还可以包含其他结构单元。作为其他结构单元，可举出以下的结构单元(B)～(D)。

结构单元(B)由下述式(4)表示。

[化学式6]

式(4)中，R¹～R³各自独立地表示氟原子或碳数1～7的全氟烷基。R⁴表示碳数1～7的全氟烷基。全氟烷基可以具有环结构。氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。全氟烷基中的氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。

聚合物(P)可以包含1种或2种以上的结构单元(B)。聚合物(P)中，结构单元(B)的含量相对于全部结构单元的合计优选为5～10摩尔％。结构单元(B)的含量可以为9摩尔％以下，也可以为8摩尔％以下。

结构单元(B)例如来自于下述式(5)所示的化合物。式(5)中，R¹～R⁴与式(4)相同。式(5)所示的化合物为全氟乙烯基醚等含氟乙烯基醚。

[化学式7]

结构单元(C)由下述式(6)表示。

[化学式8]

式(6)中，R⁵～R⁸各自独立地表示氟原子或碳数1～7的全氟烷基。全氟烷基可以具有环结构。氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。全氟烷基中的氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。

聚合物(P)可以包含1种或2种以上的结构单元(C)。聚合物(P)中，结构单元(C)的含量相对于全部结构单元的合计优选为5～10摩尔％。结构单元(C)的含量可以为9摩尔％以下，也可以为8摩尔％以下。

结构单元(C)例如来自于下述式(7)所示的化合物。式(7)中，R⁵～R⁸与式(6)相同。式(7)所示的化合物为四氟乙烯和三氟氯乙烯等含氟烯烃。

[化学式9]

结构单元(D)由下述式(8)表示。

[化学式10]

式(8)中，Z表示氧原子、单键或-OC(R¹⁹R²⁰)O-，R⁹～R²⁰各自独立地表示氟原子、碳数1～5的全氟烷基或碳数1～5的全氟烷氧基。氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。全氟烷基中的氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。全氟烷氧基中的氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。s和t各自独立地表示0～5且s+t为1～6的整数(其中，Z为-OC(R¹⁹R²⁰)O-的情况下，s+t可以为0)。

结构单元(D)优选由下述式(9)表示。需要说明的是，下述式(9)所示的结构单元是上述式(8)中Z为氧原子、s为0且t为2的情况。

[化学式11]

式(9)中，R¹⁴¹、R¹⁴²、R¹⁵¹和R¹⁵²各自独立地表示氟原子、碳数1～5的全氟烷基或碳数1～5的全氟烷氧基。氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。全氟烷基中的氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。全氟烷氧基中的氟原子的一部分可以被氟原子以外的卤素原子取代。

聚合物(P)可以包含1种或2种以上的结构单元(D)。聚合物(P)中，结构单元(D)的含量相对于全部结构单元的合计优选为30～67摩尔％。结构单元(D)的含量例如为35摩尔％以上，可以为60摩尔％以下，也可以为55摩尔％以下。

结构单元(D)例如来自于下述式(10)所示的化合物。式(10)中，Z、R⁹～R¹⁸、s和t与式(8)相同。式(10)所示的化合物是具有2个以上的聚合性双键且能够环化聚合的含氟化合物。

[化学式12]

结构单元(D)优选来自于下述式(11)所示的化合物。式(11)中，R¹⁴¹、R¹⁴²、R¹⁵¹和R¹⁵²与式(9)相同。

[化学式13]

作为式(10)或式(11)所示的化合物的具体例，可举出下述的化合物。

CF₂＝CFOCF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFOCF(CF₃)CF＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂CF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂CF(CF₃)CF＝CF₂

CF₂＝CFOCF(CF₃)CF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFOCFClCF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFOCCl₂CF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂OCF＝CF₂

CF₂＝CFOC(CF₃)₂OCF＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂CF(OCF₃)CF＝CF₂

CF₂＝CFCF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFCF₂CF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFCF₂OCF₂CF＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂CFClCF＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂CF₂CCl＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂CF₂CF＝CFCl

CF₂＝CFOCF₂CF(CF₃)CCl＝CF₂

CF₂＝CFOCF₂OCF＝CF₂

CF₂＝CFOCCl₂OCF＝CF₂

CF₂＝CClOCF₂OCCl＝CF₂

聚合物(P)可以进一步包含结构单元(A)～(D)以外的其他结构单元，优选实质上不包含结构单元(A)～(D)以外的其他结构单元。需要说明的是，聚合物(P)实质上不含结构单元(A)～(D)以外的其他结构单元是指相对于聚合物(P)中的全部结构单元的合计，结构单元(A)～(D)的合计为95摩尔％以上，优选为98摩尔％以上。

聚合物(P)的聚合方法没有特别限定，例如可以利用自由基聚合等通常的聚合方法。用于使聚合物(P)聚合的聚合引发剂可以是全氟代的化合物。

聚合物(P)的玻璃化转变温度(Tg)没有特别限定，例如为100℃～140℃，可以为105℃以上，也可以为120℃以上。在本说明书中，Tg是指依据JIS K7121：1987的规定求出的中间点玻璃化转变温度(T_mg)。

第1树脂材料1a可以包含聚合物(P)作为主成分，优选实质上仅由聚合物(P)形成。第1树脂材料1a可以进一步包含折射率调节剂等添加剂。第1树脂材料1a例如在常温(25℃)下为固体。

第2树脂材料1b优选具有适于POF 6的包层3的组成。形成包层3的第2树脂材料1b的折射率优选比形成纤芯2的第1树脂材料1a的折射率低。作为第2树脂材料1b中所含的树脂材料，例如可举出含氟树脂、甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系树脂、苯乙烯系树脂、碳酸酯系树脂等。

作为形成POF 6的上包层4的第3树脂材料1c中所含的树脂材料，例如可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯、聚醚砜、聚碳酸酯、各种工程塑料、环烯烃聚合物、聚四氟乙烯(PTFE)、改性PTFE和四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物(PFA)等。

作为本实施方式的树脂纤维的制造方法的第1例，可举出使用喷嘴20那样的本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴的方法。该第1例的方法包括：

使熔融的树脂材料从喷嘴20那样的本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴的流入口流入内部流路，使树脂材料从喷出口呈纤维状喷出的步骤。

作为本实施方式的树脂纤维的制造方法的第2例，可举出使用上述的制造装置100和200那样的本实施方式的树脂纤维的制造装置的方法。该第2例的方法包括：

从制造装置100和200这样的本实施方式的树脂纤维的制造装置的挤出装置挤出成为树脂纤维的原料的树脂材料的步骤；以及

使从挤出装置挤出的树脂材料从喷嘴的流入口流入内部流路，使树脂材料从喷出口呈纤维状喷出的步骤。

作为本实施方式的树脂纤维的制造方法的第3例，可举出使用上述POF的制造装置200那样的本实施方式的树脂纤维的制造装置的方法。该第3例的方法包括：

利用第1挤出部将容纳于POF的制造装置200那样的本实施方式的树脂纤维的制造装置的第1挤出装置的第1容纳部中的第1树脂材料从上述第1容纳部挤出以形成纤芯的步骤；

利用第2挤出部将容纳于树脂纤维的制造装置的第2挤出装置的第2容纳部中的第2树脂材料从第2容纳部挤出以被覆从第1挤出装置挤出的由第1树脂材料形成的纤芯的外周从而形成包层的步骤；以及

使从第2挤出装置挤出的包含纤芯和包层的层叠体从喷嘴的流入口流入内部流路，从喷出口呈纤维状喷出的步骤。

作为本实施方式的树脂纤维的制造方法的第4例，可举出在上述第1例～第3例的任一方法中进一步包括使从喷嘴的喷出口呈纤维状喷出的树脂材料通过冷却管而进行冷却的步骤的方法。

根据本实施方式的树脂纤维的制造方法，能够将所制造的树脂纤维的外径变动抑制得较小。

实施例

以下，通过实施例和比较例进一步详细地说明本发明，但本发明并不限定于此。

(实施例1)

在实施例1中，使用图4所示的POF的制造装置200来制造POF。作为树脂纤维形成用喷嘴，使用图2所示的喷嘴20。即，设置有从流入口朝向喷出口具有锥形状的内部流路的喷嘴被用作树脂纤维形成用喷嘴。实施例1的喷嘴的锥角θ₂(θ₁)为84.6°，流入口的直径D_A2为12.5mm，喷出口的直径D_B2为3mm，从流入口到喷出口的距离C₂为50mm，tanθ₂(tanθ₁)为10.53。实施例1的喷嘴由哈氏合金(Hastelloy)形成。

作为纤芯形成用的第1树脂材料，使用非晶性的全氟树脂。作为包层形成用的第2树脂材料，使用非晶性的全氟树脂。作为上包层形成用的第3树脂材料，使用聚碳酸酯。

使用第1树脂材料、第2树脂材料和第3树脂材料，使用制造装置200并通过多层熔融挤出来制作纤芯、包层和上包层呈同心圆状层叠而成的层叠体，使该层叠体从喷嘴的流入口流入喷嘴的内部流路。使从喷嘴的喷出口喷出的纤维状的层叠体流入冷却管进行冷却，然后，将所得到的纤维用卷绕辊卷绕而得到POF。熔融挤出时的各树脂材料的加热温度和流量如下。

第1树脂材料(纤芯)：温度250℃，流量3.6×10^-9m³/s

第2树脂材料(包层)：温度260℃，流量3.5×10^-9m³/s

第3树脂材料(上包层)：温度250℃，流量9.0×10^-8m³/s

所得到的POF的纤芯的直径为50μm，包层的外径为70μm，上包层的外径为260μm。

使用位移计(KEYENCE公司制的LS-9006M)，在卷绕辊的附近测定纤维的外径，将所得到的测定值视为POF的外径。外径的测定周期为0.1秒，测定部位为4096处。外径的测定结果示于图5的曲线图。另外，基于所得到的结果算出比率3σ/AVE。实施例1中得到的POF的比率3σ/AVE为0.6％。

(比较例1)

在比较例1中，作为树脂纤维形成用喷嘴，使用了图6所示那样的喷嘴90。喷嘴90具备：内部流路91；使树脂材料流入内部流路91的流入口92；以及从内部流路91向喷嘴90外呈纤维状喷出树脂材料的喷出口93。对于内部流路91，在喷出口93附近设置有沿喷出方向呈直线状延伸的成型段94。内部流路91的成型段94以外的区域与实施例1中使用的喷嘴同样地，整体具有锥形状。比较例1的喷嘴的流入口的直径D_A2为12.5mm，喷出口的直径D_B2为3mm，从流入口到喷出口(即，从流入口到成型段的前端)的距离C₂为60mm，成型段长度L为10mm。锥形状部分的锥角与实施例1的喷嘴同样地为84.6°。比较例1的喷嘴由与实施例1的喷嘴相同的材料形成。

除了使用比较例1的喷嘴90这一点以外，利用与实施例1同样的方法制作POF，测定POF的外径。外径的测定结果示于图7的曲线图。另外，比较例1中得到的POF的比率3σ/AVE为9.5％。

(比较例2)

在比较例2中，除了成型段长度L和距离C₂不同这一点以外，使用了具有与比较例1同样的形状的喷嘴90。在比较例2的喷嘴90中，从流入口到喷出口(即，从流入口到成型段的前端)的距离C₂为53mm，成型段长度L为3mm。

除了使用比较例2的喷嘴90这一点以外，利用与实施例1同样的方法制作POF，测定POF的外径。外径的测定结果示于图8的曲线图。另外，比较例2中得到的POF的比率3σ/AVE为5.5％。

(比较例3)

在比较例3中，使用从实施例1、比较例1和比较例2中使用的POF的制造装置中除去了冷却管后的装置。即，在比较例3中，不使从喷嘴的喷出口喷出的纤维状的层叠体流入冷却管地进行冷却，然后，用卷绕辊卷绕所得到的纤维而得到POF。在比较例3中，除了使用未设置冷却管的装置这一点以外，利用与比较例2同样的方法制作POF。即，所使用的喷嘴与比较例2中使用的喷嘴90相同，从流入口到喷出口(即，从流入口到成型段的前端)的距离C₂为53mm，喷嘴90的成型段长度L为3mm。

利用与实施例1同样的方法测定POF的外径。比较例3中得到的POF的比率3σ/AVE为约12％。

对实施例1和比较例1～3的结果进行比较，得到如下结果：通过使用在内部流路中从喷出口附近到达喷出口为止的区域中内部流路的直径被缩径的本发明的喷嘴，与使用从喷出口附近到达喷出口为止的区域中内部流路未被缩径的以往的喷嘴相比，能够将所得到的POF的外径变动抑制得较小。

(实施例2～8)

在实施例2～8中，使用了图2所示的喷嘴20。对于各实施例中使用的喷嘴而言，将流入口的直径D_A2、喷出口的直径D_B2、从流入口到喷出口的距离C₂、tanθ₂(tanθ₁)和锥角θ₂(θ₁)示于表1。实施例2～8的喷嘴也由与实施例1的喷嘴相同的材料形成。除了使用实施例2～8的喷嘴这一点以外，利用与实施例1同样的方法制作POF。

[表1]

在使用实施例2～8的喷嘴的情况下，也与实施例1同样地制造了外径变动被抑制得较小的POF。

对实施例1～8的树脂纤维进行比较可知，通过使用内部路径具有满足4≤tanθ₂≤100的锥形状的喷嘴，能够制造外径变动被抑制得较小且具有更高强度的树脂纤维。与使用tanθ₂小于4的喷嘴制作的实施例2和3的POF相比，使用tanθ₂为4以上的喷嘴制作的实施例1、4～8的POF不易断裂，具有充分高的强度。使用tanθ₂超过100的喷嘴制作的实施例8的POF与实施例1～7的POF相比，外径变动稍大。认为这是因为，实施例8中使用的喷嘴的锥角高达89.7deg.，因此难以高精度地进行机械加工，在实际加工时锥角接近90deg.。

产业上的可利用性

本实施方式的树脂纤维形成用喷嘴和树脂纤维的制造装置适于POF的制造。

Claims

1.一种树脂纤维形成用喷嘴，其是将熔融的树脂材料呈纤维状喷出的喷嘴，所述树脂纤维形成用喷嘴具备：

内部流路；

流入口，其使所述树脂材料流入所述内部流路；以及

喷出口，其将所述树脂材料从所述内部流路向所述喷嘴外喷出，

所述内部流路在从距离所述喷出口为所述内部流路的上游侧5mm的位置A到所述喷出口的位置B为止的区域中具有所述内部流路的直径从所述位置A朝向所述位置B连续减小的形状。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述内部流路从所述位置A朝向所述位置B具有锥形状。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其中，所述内部流路在从所述位置A到所述位置B为止的所述区域中满足以下的式(I)：

4≤tanθ₁≤100…(I)，

在此，所述式(I)中，θ₁表示锥角，tanθ₁通过以下的式(II)求出，

tanθ₁＝(从位置A到位置B的距离C₁)/0.5(位置A处的内部流路的直径D_A1-位置B处的内部流路的直径D_B1)…(II)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的喷嘴，其中，所述内部流路从所述流入口朝向所述喷出口具有锥形状。

5.根据权利要求4所述的喷嘴，其中，所述内部流路在从所述流入口到所述喷出口的区域中满足以下的式(III)：

4≤tanθ₂≤100…(III)，

在此，所述式(III)中，θ₂表示锥角，tanθ₂通过以下的式(IV)求出，

tanθ₂＝(从流入口到喷出口的距离C₂)/0.5(流入口的直径D_A2-喷出口的直径D_B2)…(IV)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的喷嘴，其中，所述喷出口具有0.3mm～30mm的直径。

7.一种树脂纤维的制造装置，所述树脂纤维的制造装置具备：

挤出装置，其具有容纳部和挤出部，所述容纳部容纳成为所述树脂纤维的原料的树脂材料，所述挤出部将熔融的所述树脂材料从所述容纳部挤出；以及

喷嘴，其将从所述挤出装置挤出的熔融的所述树脂材料呈纤维状喷出，

所述喷嘴为权利要求1～6中任一项所述的喷嘴。

8.根据权利要求7所述的树脂纤维的制造装置，其中，所述挤出装置还具有对所述容纳部内的所述树脂材料进行加热而使其熔融的加热部。

9.根据权利要求7或8所述的树脂纤维的制造装置，其中，所述树脂纤维是包含纤芯和配置于所述纤芯的外周的包层的塑料光纤，

所述挤出装置包含第1挤出装置和第2挤出装置，

所述第1挤出装置具有第1容纳部和第1挤出部，所述第1容纳部容纳用于形成所述纤芯的第1树脂材料，所述第1挤出部将熔融的所述第1树脂材料从所述第1容纳部挤出以形成所述纤芯，

所述第2挤出装置具有第2容纳部和第2挤出部，所述第2容纳部容纳用于形成所述包层的第2树脂材料，所述第2挤出部将熔融的所述第2树脂材料挤出以被覆从所述第1挤出装置挤出的由所述第1树脂材料形成的所述纤芯的外周，

所述喷嘴将从所述第2挤出装置挤出的包含所述纤芯和所述包层的层叠体呈纤维状喷出。

10.根据权利要求9所述的树脂纤维的制造装置，其还具备设置于所述挤出装置与所述喷嘴之间的扩散管，

所述扩散管使通过该扩散管的内部的所述层叠体中所含的掺杂剂在所述层叠体中扩散。

11.根据权利要求7～10中任一项所述的树脂纤维的制造装置，其还具备冷却管，所述冷却管具有使从所述喷嘴呈纤维状喷出的所述树脂材料通过的内部空间。

12.根据权利要求11所述的树脂纤维的制造装置，其中，所述冷却管与所述喷嘴连接。

13.一种树脂纤维的制造方法，其包括使熔融的树脂材料从权利要求1～6中任一项所述的树脂纤维形成用喷嘴的所述流入口流入所述内部流路，使所述树脂材料从所述喷出口呈纤维状喷出的步骤。

14.一种树脂纤维的制造方法，其包括：

从权利要求7～12中任一项所述的树脂纤维的制造装置的所述挤出装置挤出成为所述树脂纤维的原料的树脂材料的步骤；以及

使从所述挤出装置挤出的所述树脂材料从所述制造装置的所述喷嘴的所述流入口流入所述内部流路，使所述树脂材料从所述喷出口呈纤维状喷出的步骤。

15.根据权利要求14所述的树脂纤维的制造方法，其中，所述制造装置为权利要求9或10所述的制造装置，所述树脂纤维的制造方法包括：

利用所述第1挤出部将容纳于所述制造装置的所述第1挤出装置的所述第1容纳部中的所述第1树脂材料从所述第1容纳部挤出以形成所述纤芯的步骤；

利用所述第2挤出部将容纳于所述制造装置的所述第2挤出装置的所述第2容纳部中的所述第2树脂材料从所述第2容纳部挤出以被覆从所述第1挤出装置挤出的由所述第1树脂材料形成的所述纤芯的外周从而形成包层的步骤；以及

使从所述第2挤出装置挤出的包含所述纤芯和所述包层的层叠体从所述喷嘴的所述流入口流入所述内部流路，从所述喷出口呈纤维状喷出的步骤。

16.根据权利要求13～15中任一项所述的树脂纤维的制造方法，其还包括使从所述喷嘴的所述喷出口呈纤维状喷出的所述树脂材料通过冷却管而进行冷却的步骤。