JP2000503076A - 溶融紡糸されたモノフイラメントを製造する方法及び装置 - Google Patents

溶融紡糸されたモノフイラメントを製造する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、溶融紡糸法で製造され60乃至2500ミクロンの直径を有する、モノフイラメントをフアイバー形成用ポリマーから形成するための連続的な方法及び装置に関する。この方法では、溶融ポリマーは紡糸ヘッド(17)から空気中に紡糸され、紡糸カラム(2)内で規定された空気速度で横方向に吹き付けられ、次いで液浴(5)で冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】 溶融紡糸されたモノフイラメントを製造する方法及び装置 本発明はフアイバー形成用ポリマー、特にポリアミドから60ミクロン乃至2 500ミクロンの直径を有する溶融紡糸されたモノフイラメントを製造する連続 的方法及び装置に関する。この方法では、溶融ポリマーは紡糸ヘッドから空気中 へ紡糸され、規定された空気速度プロフアイルを有する紡糸キャビネット内で横 方向に急冷(quench)され、次いで液浴中で冷却される。 紡糸ヘッドと液体冷却剤を含む紡糸用大おけの間での追加的空気急冷無しで熱 可塑性ポリマーからモノフイラメントを製造する方法は原理的に公知である。1 986年ウイーン、ミュンヘン市カールハンサー発行、材料押し出し技術ハンド ブックII(プラスチック押し出し用マニュアルII)第295乃至319ページ{ Handbuch der Kunststoff-ExtrusiontechnikII(manual of plastics extrusionI I),Carl Hanser Verlag,Munich,Vienna,1986,pages 295 to 319}は該公知 方法を詳細に説明している。この参考文献によれば、(60ミクロンより大きい 直径を有する)熱可塑性モノフイラメントは、例えば水中で、精々毎分600メ ートルの仕上げ済みモノフイラメント繰り出し速度(delivery speed)で紡糸す ることにより製造される。 実質的に小断面のモノフイラメントやマルチフイラメントのフアイバーは他の 方法を使用して明確に高速の繰り出し速度で冷却剤としての空気中に直接紡糸さ れる。従って公告されたドイツ特許出願第DE4129521A1号は少なくと も毎分2000メートルの捲き上げ速度の高速マルチフイラメントフアイバー紡 糸用装置を説明している。 該後者に述べた方法では、モノフイラメントやマルチフイラメントは空気中へ 紡糸され、直接巻き上げられる。この方法の1つの特定的な特徴はそこに使用さ れている該冷却装置にある。それは紡糸方向に開いており、トウ(tow)に対し て同心状に配置された多孔質のパイプから成っている。巻き上げ速度は高く、冷 却媒体は何ら積極的には供給されていない。そこに説明されている方法は個別線 密度が0.1乃至6デシテックス(dtex)の該フイラメントを有するフイラメン ト糸に関しており、50ミクロン(約22デシテックス)より大きい直径を有す るモノフイラメントには適用出来ない。 国際出願第WO91/11547号は1乃至30デシテックス(約10乃至5 7ミクロンに対応する)の個別線密度を有するモノフイラメントの高速紡糸用の 方法及び装置を説明している。この方法では溶融紡糸されたモノフイラメントは 空気吹き付けで冷却され、摩擦要素上を引き出され、仕上げを施され、毎分60 00メートルまでの速度で捲き上げられる。この方法は、空気吹き付けにより又 フアイバー張力を調整する摩擦要素の使用により該モノフイラメントを積極的に 冷却することに関しては第DE4129521A1号の方法とは基本的に異なっ ている。 両方の(第DE4129520A1号と第WO91/11547号の)直接的 な紡糸/延伸工程は空気冷却でもたらされる不都合な熱消費と該フアイバーの低 い内部熱伝導率のために原理的に小径のモノフイラメント(すなわち57ミクロ ンより細いフアイバー径を有する)の製造に限定される。 ドイツ特許出願第P4336097.1号は60乃至500ミクロンの直径を 有する溶融紡糸されたモノフイラメントフアイバーの製造用の 連続高速製造方法を説明している。この方法では、形成されたポリマーフアイバ ーは該フアイバーのスムーズな走りを安定化させるために紡糸ヘッドの下1乃至 10センチメートルの区域上でノズルからの温度制御された空気で横方向に急冷 される。該空気冷却の後で該ポリマーフイラメントは液浴で冷却される。 例えば最後に述べた方法に於ける様に短い空気の区域を通過するのみで、次い で液中に直接紡糸された溶融フアイバーの表面はみかんはだ(orange peel)に似 た肌理を表す。該モノフイラメントは強度の喪失や結節強さ(knot strength)の 広い分散を示す。 更に、該モノフイラメントの冷却液中での急激な冷却はフイラメントの機械的 特性をも劣化させる顕著なコア/シェル構造を該フイラメント内に引き起こさせ る。 冷却媒体として空気しか使用されないこの種方法に於いて空気冷却と低い内部 熱伝導率に於ける不都合な熱消費のために、モノフイラメント製造は57ミクロ ンより小さい直径に限定される。 紡糸ヘッドと紡糸浴間で1乃至10センチメートルの空気区域(第DE433 6097号に対応する)に亘ってのノズルによる追加的空気急冷は、高速で紡糸 された細いモノフイラメント(200ミクロンより小さい直径を有する)で満足 すべき繊維特性を引き起こしてくれる。述べられた空気冷却区域の使用はより太 いモノフイラメントには不充分である。更に、該方法はフアイバー形成区域の空 気の動きに極端に敏感であり、そのためプラントの運転信頼性を損なわせる。 本発明の目的は紡糸信頼性と結果としてのモノフイラメントの繊維特性(text ile characteristics)、特にその結節強さを改善するような 仕方でモノフイラメントの前記紡糸方法を改善することである。 本発明によると、この目的は、紡糸ヘッドから空気中へ溶融ポリマーを溶融紡 糸し、紡糸キャビネット内で冷却ガスにより横方向急冷を行い、形成したフアイ バーを液浴内で冷却し、付着液を除去し、オプションとして仕上げ加工し、該フ アイバーの1段以上の延伸加工を行い、セットしそして該セットされたフアイバ ーの毎分100乃至4000メートルの繰り出し速度での該フアイバーの捲き上 げを行うが、該冷却ガスは摂氏0乃至50度の温度を有し、該冷却ガスは該フア イバーの走る方向と直角に測定して該フアイバーの走る方向に低下する速度プロ フアイルを示し、そして該冷却液は摂氏−10乃至150度の温度を有すること を特徴とする、フアイバー形成用熱可塑性ポリマーから60ミクロン乃至200 0ミクロンの直径を有するモノフイラメントフアイバーを製造するための連続的 方法により達成される。 特に、フアイバー形成用ポリマーはそれ自体は公知の溶融紡糸ヘッドから空気 中へ溶融紡糸され、好ましくはノズルの1つの側から、丸い紡糸口金の場合は環 状ノズルから、規定された空気速度プロフアイルに従う温度制御された(摂氏0 乃至50度の温度の)空気を用いて紡糸キャビネット内で横方向に急冷され、次 いで摂氏5乃至50度の温度の液浴で冷却される。 好ましい変法では、紡糸口金の直下(例えば紡糸口金から0.5乃至6センチ メートルの距離で)のモノフイラメントに対する横断空気速度は毎秒0.1乃至 10メートル、特に毎秒0.1乃至2メートルであり、紡糸キャビネットの長さ 全体に亘ってはより低い値に、しかし紡糸キャビネットの長手方向断面に対して は毎秒0.001乃至1メートル、特 に毎秒0,01乃至0.2メートルと極めて均一な空気速度に低下する。 好ましい方法では、冷却ガスは紡糸キャビネット内でフアイバーの回りに環状 に配置されたノズルから該紡糸キャビネット内へ流れ、該冷却ガスは紡糸された フアイバーにより放出された蒸気と共に、該ノズルの下に排気される。 もう1つの変法では、ノズルは紡糸キャビネットの1つの側に配列され、冷却 ガスは紡糸されたフアイバーにより放出された蒸気と共に該ノズルの反対側へ排 気される。 もう1つの好ましい方法は紡糸ヘッドと該液浴の間の間隔を覆う紡糸キャビネ ットを使用するものである。該紡糸キャビネットは2乃至200センチメートル の長さを有しても良い。該紡糸キャビネットは好ましくは8乃至60センチメー トルの長さを有するのが良い。 この方法の好ましい変法では、紡糸キャビネット内でのモノフイラメントに対 する横断空気速度は紡糸口金から0.5乃至6センチメートルの距離で毎秒0. 05乃至10メートル、特に毎秒0.1乃至2メートルである。特に紡糸口金か ら6乃至200センチメートルの距離で、紡糸キャビネット内の空気速度は毎秒 0.001乃至1メートル、好ましくは毎秒0.01乃至0.2メートルが良い 。 該モノフイラメントは該紡糸キャビネット内で好ましくは摂氏0乃至50度に 、特に摂氏10乃至30度に温度制御された空気で急冷されるのが良い。 この方法のもう1つの好ましい変法では紡糸キャビネットに導入された空気は 紡糸されたフアイバーにより放出された蒸気と共に該紡糸キャビネット全体に亘 り均一に空気取り入れ口の反対の方へ排気される。特 に、該紡糸ガスが該紡糸キャビネットから排気されると、周囲圧力に対し10乃 至100パスカルの程度の圧力差が発生する。 冷却浴の温度は好ましくは摂氏5乃至50度が良い。 フアイバーの繰り出し速度は好ましくは毎分1000乃至3500メートルが 良い。特にこの方法から得られるモノフイラメントは100乃至400ミクロン の直径を有し、好ましくは180乃至250ミクロンであるのが良い。 考えられるフアイバー形成ポリマーは、特にポリアミド、ポリエチレンテレフ タレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びポリエチレンであ る。好ましいポリマーはポリアミドで、特に、ポリアミド-6、ポリアミド-6. 6、ポリアミド-6.10、ポリアミド-6.12、ポリアミド11、ポリアミド1 2、前記ポリアミドの配合物(blend)又は前記ポリアミドのコーポリアミド(c opolyamide)である。特に好ましいポリマーはポリアミド-6とポリアミド-6. 6から成るコーポリアミド、ポリアミド-6とポリアミド-12のコーポリアミド 、そしてポリアミド-6とポリアミド-11から成るコーポリアミドである。もう 1つの好ましいコーポリアミドはポリアミド-6、ポリアミド-6.6にポリアミ ド-11又はポリアミド-12のどちらかを含めたものから成る。 もう1つの好ましい変法では紡糸キャビネットの底部は紡糸浴内の冷却液表面 の所で終了している。 液浴を離れた後、モノフイラメントは何らかの付着している冷却液を従来の仕 方で除去され、仕上げ、延伸、及びセット作業をオプション的に実施することに より後処理される。次いで該モノフイラメントはリール上に捲かれる。 説明した新しい“ドライ/ウエット”溶融紡糸方法を使用して製造されたモノ フイラメントはよりスムーズな表面とより高い作動能力(workcapacity)(切断 強さと最大引っ張り伸びとの積で定義された)とで卓越している。 説明した規定された空気冷却、特に好ましい流れプロフアイルに従った場合の 空気冷却により、スムーズなフアイバー表面が作られ、モノフイラメントの殻は 該核/殻構造が従来の方法(小さな空気隙間を通して液浴内へ紡糸する)に於け るよりも目立たないように緩やかに冷却される。 説明した本発明の紡糸方法はモノフイラメントに求められる織物特性を達成す るために毎分600乃至3000メートルの高生産速度の際に特に必要とされる 。 本発明の溶融紡糸方法は好ましくは釣り糸、特に高強度の、透明釣り糸の生産 用に、又産業用モノフイラメントを、特に比較的高生産速度で(毎分600メー トルより速い)又は数を増やした紡糸口金孔で生産するために利用されるのが良 い。 該モノフイラメントで作られた、例えば、釣り糸の透明性や特に結節強さは本 発明の紡糸方法により実質的に改善される。 又本発明は、本発明の方法を実施するための装置として、紡糸口金を有する溶 融紡糸ヘッド、急冷ユニットと排気ユニットとを有する紡糸キャビネット、フア イバーガイドとバッフル(baffle)を有する液浴、ワイパー及び付着液吸引器、オ プションとしての仕上げ加工ステーション、1つ以上の、特に高温延伸用の、延 伸ユニット、セット用区域、及び捲き取りステーションから成る装置を提供する 。該装置は該紡糸ヘッドと該 冷却液浴表面間の空間を該紡糸キャビネットが囲んでおり、特にそれをガス気密 式(in gas-tight manner)に封じていることに特徴がある。 特に該紡糸キャビネット内でモノフイラメントを急冷するためのガスノズルは 該キャビネットの1つの側に備えられており、かつ、該ノズルはオプションとし て該モノフイラメントの範囲内にフロースムーザー(flow smoothers)を備える 場合もある。 好ましい装置では紡糸キャビネット内の紡糸口金の下にある第1のノズルは調 整可能なスロットを有する平ノズル(flat nozzle)である。好ましくは、該紡 糸キャビネット空気ノズルは全て必要な空気流れプロフアイルに従って該空気流 が調整出来るように別々に制御されるのが良い。 該装置の1つの変形品は紡糸キャビネット内のモノフイラメントを急冷するた めにノズルの上流でガス速度プロフアイルを均一にするフロースムーザーを有す る環状ノズルを備えている。もう1つの好ましい装置は環状ノズルの下に環状排 気路を有しており、それにより紡糸キャビネットに導入された空気は紡糸された フアイバーにより放出された蒸気と共に排気される。好ましい装置は紡糸キャビ ネット内の排気ユニットが空気取り入れノズルに相対して配置されている様な装 置である。 下記図1乃至図3は本発明のより詳細な、但し限定的な意味ではない図解を提 供するものである。 各図に於いて、 図1は本発明による紡糸装置の上流断面の略図である。 図2は図1の紡糸装置の1つの変形品における紡糸口金と冷却浴の拡大図であ る。 図3は後段の処理部を有する紡糸装置全体の略図である。実施例 方法の概要の説明 溶融ポリマーはラインを経由して紡糸口金1を有する溶融紡糸ヘッド17へ導 入される(図1参照)。紡糸キャビネット2は空気急冷ユニット(air quenchin g unit)3と排気ユニット4を有しており、それらは冷却空気を導入し、かつ、 それを取り除いており、図1に示す様に相互に相対して配置されている。ノズル 19の上流でガス速度プロフアイルを均一にするフロースムーザー21を有する 追加的スロットノズル19が該急冷ユニット上に配置されている。 図2による該装置の1つの変形品では、排気ユニット4は紡糸キャビネット2 の回りを通過する環状排気路22を有しており、該排気路は紡糸ガスの空間的に 均一な放出を保証している。スロットノズル19は環状ノズル20と置き換えら れ、フロースムーザーを有する環状のノズルは急冷ユニット3として備えられる 。 両変形品で、モノフイラメントのトウ(tow)23は空気での急冷により紡糸 キャビネット2内で予備冷却される。 次いで該トウ23は液浴5内で更に冷却、凝固される。フアイバーガイド6は 複数のガイドバーにより該トウ23の走る方向の緩やかな変化を保証している。 該冷却浴液内の該モノフイラメントにより伴出された液体により生ずる乱れを避 けるため、そして未だ柔らかい(図1参照)該モノフイラメントへの衝撃を防止 するために、生産速度を高める際、該冷却浴のバッフル16は該冷却浴液を静め る働きをする。モノフイラメントの高繰り出し速度では冷却浴液は該冷却浴5か ら伴出されるので、 該冷却浴液からの該モノフイラメント23の出口の下流で、1対の引き取りロー ル(haul-off roll)8の上流に液体ワイパー7が配置されており、該ワイパー は付着液吸引器9と共に該モノフイラメント23から伴出冷却浴液を除去する。 該紡糸装置は更に仕上げ加工ステーション10と次の余分の仕上げ用の副吸引器 11、高温延伸区域13,セット用区域14,そして該モノフイラメントを捲く ための捲き取り装置15を有する。7本ローラーユニット12,24及び25の 走行速度は高温延伸区域13とセット用区域14内での引く度合を決定する(図 3参照)。 該装置の両変形品では該紡糸装置の紡糸キャビネット2は該紡糸キャビネット 2が紡糸ヘッド17とモノフイラメントが形成される冷却液浴5の液面18の間 の空間をガス気密式に封じるような仕方で配置されている。 図1に示す該装置の変形品は下記の実施例で使用される。しかしながら、紡糸 ヘッド17と液体表面18の間の空間のガス気密式の封止は紡糸キャビネット2 により提供されてはいない。1つ又は3つの相対するノズル19と3a、3bは 急冷用に使用されている。各場合の該ノズルの幅は該トウの幅を覆っている。 ノズル19は各実施例で述べる高さにあるスロットノズルである。ノズル3a 、3bはフロースムーザーを装着したノズルであり、その高さは紡糸口金の下の 残る高さを概ね覆っている。実施例1 直径0.40ミリメートルのモノフイラメントは登録商標ウルトラアミド シ ー35(Ultramid C 35){製造者:ベーアーエスエフ アーゲー、ルドウイッ ヒスハーフエン(BASF AG,Ludwigshafen)}で商業 的に入手可能なコーポリアミドから上記標準条件で製造された。紡糸口金オリフ イスからの溶融品放出部と冷却媒体(水)表面の間の距離は60ミリメートルで あった。 スロット高さ25ミリメートルを有するスロットノズル19がこの区域に装着 され、それによりモノフイラメントは紡糸口金を出て冷却媒体に入る間で規定さ れた仕方により空気急冷された。表1は結果としてモノフイラメントの測定され た線状及び結節強さを示す。 表1では比較例示品(Comparative Example)については急冷ノズルは省略さ れている。トウは紡糸ヘッド17と冷却液表面間の区域では15ミリメートルの 間周囲空気中を通過した。 実施例2 直径0.20ミリメートルのモノフイラメントは登録商標ドウレタンビー31 (Durethan B31){製造者:ベーアーエスエフ アーゲー、ルドウイッヒスハー フエン(BASF AG,Ludwigshafen)}で商業的に入手可能なポリアミドから既に 述べた標準条件で製造された。紡糸口金オリフイスからの溶融品放出部と冷却媒 体(水)表面の間の間隔は280ミ リメートルであった。 表2では比較例示品については急冷ノズルは省略されている。トウは紡糸ヘッ ド17と冷却液表面間の区域では15ミリメートルの間周囲空気中を通過した。 実施例3 種々の直径のモノフイラメントは登録商標ウルトラアミド シ−35(Ultram id C35){製造者:ベーアーエスエフ アーゲー、ルドウイッヒスハーフエン( BASF AG,Ludwigshafen)}で商業的に入手可能なコーポリアミドから既に述べ た標準条件で製造された。紡糸口金オリフイスからの溶融品放出部と冷却媒体( 水)表面の間の間隔は60ミリメートルであった。 スロット高さ25ミリメートルを有するスロットノズル19がこの区域に装着 され、それによりモノフイラメントは紡糸口金を出て冷却媒体に入る間で規定さ れた仕方で空気急冷された。表3では比較例示品につ いては急冷ノズルは省略されている。トウは紡糸ヘッド17と冷却液表面間の区 域で15ミリメートルの間周囲空気中を通過した。 結果として該モノフイラメントの測定された線状及び結節強さは下記の様である 。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.紡糸ヘッド17からの溶融ポリマーの溶融紡糸と、紡糸キャビネット2内 での冷却ガスによるフアイバー23の横方向急冷と、形成フアイバーの冷却液浴 5内での冷却と、付着する冷却液体24の除去と、オプションとしての仕上げ加 工と、1段階以上でのフアイバー23の延伸と、フアイバー23のセットとセッ トされたフアイバー23の毎分100乃至4000メートルの繰り出し速度での 巻き取りとにより、フアイバー形成用熱可塑性ポリマーから直径60乃至200 0ミクロンを有するモノフイラメントフアイバー23を生産するための連続方法 であって、 該冷却ガスは摂氏0乃至50度の温度を有し、 該冷却ガスは規定された速度プロフアイルを示し、そして 該冷却液は摂氏ー10度乃至150度の温度を有することを特徴とする方法。 2.請求項1の方法に於いて、該冷却ガスは該紡糸キャビネット内の該フアイ バー23の回りに環状に配置されたノズル20から該紡糸キャビネット2内へ流 れ、該冷却ガスは該紡糸されたフアイバー23により放出された蒸気と共に該ノ ズル20の下へ排気されることを特徴とする方法。 3.請求項1の方法に於いて、該冷却ガスは該紡糸キャビネット2の1つの側 上に配置された急冷ユニット3を通して入り、該冷却ガスは該紡糸されたフアイ バー23により放出された蒸気と共に該ユニット3の反対の方へ排気されること を特徴とする方法。 4.請求項1乃至3の方法に於いて、該紡糸キャビネット2は該紡糸ヘッド1 7と該液浴5の間で該フアイバー23を周囲から隔離すること を特徴とする方法。 5.請求項1乃至4の中の1つの方法に於いて、該紡糸キャビネット2は2乃 至200センチメートル、特に8乃至60センチメートルの長さを有することを 特徴とする方法。 6.請求項1乃至5の中の1つの方法に於いて、該フアイバー23の引き取り 方向に対し横断して測定した該紡糸キャビネット2内の空気速度が紡糸口金1か ら0.5乃至6センチメートルの距離で毎秒0.05乃至10メートル、特に毎 秒0.1乃至2メートルであることを特徴とする方法。 7.請求項1乃至6の中の1つの方法に於いて、該紡糸キャビネット2内での 該紡糸ガス速度が紡糸口金1から6乃至200センチメートルの距離で毎秒0. 001乃至1メートル、特に毎秒0.01乃至0.2メートルであることを特徴 とする方法。 8.請求項1乃至7の中の1つの方法に於いて、該フアイバー23が該紡糸キ ャビネット2の中で摂氏0度乃至50度、特に摂氏10度乃至30度の温度の温 度制御された空気で急冷されることを特徴とする方法。 9.請求項1乃至7の中の1つの方法に於いて、該紡糸キャビネット2内に導 入された空気が該紡糸されたフアイバー23により放出された蒸気と共に空気取 り入れ口と反対の方へ該紡糸キャビネット2全体に亘り均一に排気されることを 特徴とする方法。 10.請求項4乃至9の中の1つの方法に於いて、排気作用が該紡糸キャビネ ット2内に周囲圧力に対し10乃至100パスカルの圧力差を生ずることを特徴 とする方法。 11.請求項1乃至10の中の1つの方法に於いて、使用されるフア イバー形成用ポリマーがポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ ンテレフタレート、ポリプロピレン又はポリエチレン、特にポリアミドであるこ とを特徴とする方法。 12.紡糸口金1を有する溶融紡糸ヘッド17、急冷ユニット3を有する紡糸 キャビネット2、排気ユニット4,フアイバーガイド6及びバッフル12を有す る液浴5、ワイパー7及び付着液吸引器9,オプションとしての紡糸仕上げ加工 ステーション10,特に高温延伸用の1つ以上の延伸ユニット12,セット用区 域14及び巻き上げステーション15から成る請求項1乃至11の中の1つの方 法を実施するための装置であって、該紡糸キャビネット2は該モノフイラメント 23の範囲に於いて該紡糸ヘッド17と該冷却液浴5の表面18の間の空間を取 り囲むことを特徴とする装置。 13.請求項12の装置に於いて、該急冷ユニット3のノズルは該フアイバー 23を急冷するために該紡糸キャビネット2内で1つの側に配置され、フロース ムーザー21を備えていることを特徴とする装置。 14.請求項12乃至13の装置に於いて、該紡糸キャビネット2内で該紡糸 口金1の下にある該急冷ユニット3の第1ノズルは調整可能なフラットノズルで あることを特徴とする装置。 15.請求項12乃至14の装置に於いて、該ノズルのガス速度を必要な空気 流プロフアイルに従って調整出来るように該紡糸キャビネット2の全てのノズル は別々に制御可能であることを特徴とする装置。 16.請求項12の装置に於いて、該フアイバー23用の急冷ユニット3とし てフロースムーザーを有する環状のノズルが該紡糸キャビネット2内に備えられ ていることを特徴とする装置。 17.請求項12内至16の装置に於いて、該紡糸キャビネット2内に環状の 排気路22を備えており、それにより該紡糸キャビネット2に導入された空気が 該紡糸されたフアイバー23により放出された蒸気と共に該ノズルの下方に排気 されることを特徴とする装置。 18.請求項12内至16の装置に於いて、該紡糸キャビネット2が空気取り 入れノズルと反対の方に冷却ガス排気路を含むことを特徴とする装置。
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