JP2000515934A - 有機繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 底壁（１６）とそこから上方に延びて上端（１９）で終る周壁（１８）とを有し、且つ底壁（１６）、周壁（１８）、及び周壁（１８）の上端（１９）から底壁（１６）とほぼ平行に延びる平面（２２）によって構成されたキャビティ（２１）を有するスピナー（１０）を回転させ、乱流をスピナーキャビティ（２１）内に生じさせ、溶融有機材料（２８）をスピナーキャビティ（２１）の外側に位置した箇所で終る送出管（２４）に供給し、乱流に打ち勝ち且つスピナーキャビティ（２１）内の所望箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機材料（２８）を送出管（２４）から放出し、繊維（３４）を溶融有機材料（２８）から速心紡糸することからなる、有機材料（２８）を繊維化する方法。開示した有機材料（２８）を繊維化するための装置。

Description

【発明の詳細な説明】 有機繊維の製造方法 技術分野 本発明は有機繊維の生産に関し、更に詳細には、有機ポリマー繊維を遠心即ち 回転スピナーから形成することに関する。 発明の背景 断熱製品及び構造製品のような製品が、かなり長い間、鉱物繊維、特にガラス 繊維で作られてきた。ガラス繊維を作る周知の方法が、溶融ガラスを小さい孔か ら遠心紡糸させて、ガラス繊維を形成することを含む。送出管が溶融ガラスを円 筒形回転スピナーに供給する。スピナーは複数の小さい孔がある周壁を有する。 スピナーは、ガラスを溶融状態に保つために加熱される。スピナーが回転すると き、遠心力が溶融ガラスを周壁に向って移動させる。溶融ガラスは回転スピナー から遠心作用を受け、周囲孔から押し出されてガラス繊維を形成する。この手順 は、ガラス繊維を高生産速度で生産する効率的な仕方をもたらす。 ポリマー繊維のような有機繊維の多くの用途が有機繊維の望ましい品質のため に開発されてきた。例えば、ポリマー繊維を、大きな程度の可撓性を有する断熱 製品を生産するのに使用することができる。ポリマー繊維は、典型的な断熱製品 であるガラス繊維よりも撓みによる破壊に耐える。又、これらのポリマー繊維断 熱製品は皮膚を刺激しないので、ガラス繊維よりもより優れた取扱いやすさを有 する。ポリマー繊維を、断熱材、防音材、フィルター、及び吸収材料を含む広範 囲の製品に使用することができる。 ガラス繊維を生産する際に得られた立証済みの製造手順を利用するために、ポ リマー繊維を含む有機繊維を同様の仕方で生産することができることが望ましい 。しかしながら、溶融有機材料は溶融ガラスと異なる特徴を有し、溶融ガラスは 生産技術の直接移転を妨げる。溶融ガラスは２．２乃至２．７の範囲の比重を有 し、溶融ポリマー材料は０．９．乃至１．９の範囲の比重を有する。スピナーが 回転 するとき、風の流れ即ち乱流がスピナーキャビティ内に引き起こされる。又、ス ピナーを加熱するのに使用される加熱空気が乱流を生じさせる。溶融ガラスがス ピナーに供給されるとき、溶融ガラスは乱流によって大きく乱されないほど密度 が大きいけれども、有機材料が送出管から出るとき、スピナー内の乱流は有機材 料の進路を乱すことがあり、有機材料が所望箇所に到達することを妨げる。その ような乱された有機材料はスピナーの周壁を十分に覆うことができず、スピナー から放り出されることすらある。周壁の十分な被覆なしでは遠心紡糸は中断され 、繊維が望ましくない不連続になる。溶融有機材料がスピナーの所望箇所に到達 する前に溶融有機材料が乱されないようにする、溶融有機材料を回転スピナーに 供給する適当な仕方を提供することが望ましい。 発明の概要 上述の目的並びにその他の特に列挙していない目的は、本発明による有機繊維 を製造する方法によって達成される。本発明の有機繊維を製造するための方法は 底壁とそこから上方に延びて上端で終る周壁とを有するスピナーを回転させるこ とからなり、スピナーは、底壁、周壁、及び周壁の上端を通って底壁とほぼ平行 に延びる平面によって構成されたスピナーキャビティを有する。本方法は、更に 、乱流をスピナーキャビティ内に生じさせ、溶融有機材料をスピナーキャビティ の外側に位置した箇所で終る送出管に供給し、乱流に打ち勝ち且つスピナーキャ ビティ内の所望箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機材料を送出管から放出 し、繊維を溶融有機材料から遠心紡糸することからなる。 本発明の目的は、底壁とそこから上方に延びて上端で終る周壁とを有する遠心 スピナーを含み、スピナーは、底壁、周壁、及び周壁の上端を通って底壁とほぼ 平行に延びる平面によって構成されたスピナーキャビティを有する、溶融有機材 料を繊維化するための装置によっても達成される。装置は、スピナーキャビティ 内の所望箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機材料を放出するための手段を 更に含み、放出手段は平面より上に位置した箇所で終っている。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の原理によるポリマー繊維を生産するための装置の図式的な立 面横断面図である。 図２は、図１に示した装置のスピナーの立面横断面図である。 図３は、図１の装置の放出手段の一部分の立面横断面図である。 図４は、放出手段の変形の実施形態の立面横断面図である。 図５はスピナー及び放出手段の変形の実施形態の立面横断面図である。 詳細な説明 溶融有機材料から有機繊維を製造するための方法及び装置を以下に説明する。 図１及び図２に示すように、スピナー１０が回転軸線１２を中心に回転し、典型 的には、約１０００乃至約７０００ＲＰＭの範囲の速度でシャフト１４によって 駆動される。スピナーは底壁１６と、底壁から上方に延びて上端１９で終る周壁 １８と、周壁１８の上端１９から半径方向内方に延びるフランジ２０とを含む。 スピナーキャビティ２１が底壁１６と、周壁１８と、周壁１８の上端１９を通っ て底壁１６とほぼ平行に延びる平面２２との間に構成される。周壁は有機繊維を 遠心紡糸するための約１００乃至約１５，０００個のオリフィス２３を有し、好 ましくは、約５００乃至２，５００個のオリフィスを有する。スピナーを、ガラ ス繊維の生産に使用されるように、ニッケル/コバルト/クロム合金で鋳造しても 良いし、或いは、スピナーは溶接ステンレススチールで作られたスピナーのよう な他の適当なスピナーであっても良い。スピナーの外径は２０ｃｍ乃至１００ｃ ｍの範囲であり、好ましい直径は約４０ｃｍである。スピナーは、スピナーキャ ビティ内の有機材料を溶融状態に保つように加熱される。好ましい加熱方法は、 加熱空気をスピナーキャビティに送り込むブロワ（図示せず）を使用するけれど も、誘導加熱を含むスピナーの加熱方法を使用しても良い。 移動空気の流れ即ち乱流がスピナーキャビティ内に生じる。乱流の種々の原因 があり得る。最低でも、スピナーの回転は空気の渦巻き運動をスピナーキャビテ ィ内に引き起こす。又、ブロワをスピナー内の材料を加熱するのに使用するなら ば、ブロワは乱流を引き起こすことがある。乱流の他の原因もあり得る。そのよ うな乱流は、以下に論ずるように望ましくない影響を引き起こすことがある。 図２に示すように、ノズル２６を含み且つノズルで終る送出管２４の形態の放 出手段が、有機材料２８の溶融流れを回転スピナー１０に供給する。送出管及び ノズルはスピナーキャビティ２１の外側に位置決めされ、これにより分析目的の ための溶融有機流れの目視検査に備える。流れの目視検査は材料２８の品質の変 動性、材料温度、プラグゲージ（pluggage）が上流で起ったかどうかについての 情報を提供する。 放出手段即ち送出管２４は溶融有機材料を、以下ここに説明するように、押出 機からスピナー１０内の所定箇所２５に移送する。回転スピナーの遠心力はスピ ナー内の溶融材料を回転軸線１２から周壁１８に向って移動させる。周壁は、遠 心紡糸中、溶融材料で完全に覆われなければならず、さもなければ、繊維の望ま しくない不連続が生じることになる。周壁の完全な被覆を達成するように、スピ ナー底で溶融材料をスピナー内に堆積させる好ましい箇所は、スピナー底壁で周 壁１８から約１．２５ｃｍ乃至２．０ｃｍである。もし溶融材料がスピナー内の 他の箇所に放出されるならば、溶融材料は周壁１８を完全に覆うことはできない 。 図３及び図４に示すように、送出管２４の端のノズル２６は、溶融有機材料の 流路の直径を減少させる制限オリフィス４２を有するプラグ４１からなる。制限 オリフィスの直径は、ポリマー材料については、約０．１２５ｃｍ乃至約０．５ ｃｍの範囲であり、好ましい範囲は約０．２５ｃｍ乃至約０．３１ｃｍである。 図４に示すように、制限オリフィス４２の入口４３は詰まりを減少させるための テーパ側面４４を有するのが良い。ノズルプラグは、好ましくは、真鍮で構成さ れるけれども、任意適当な材料を使用しても良い。ノズルプラグの外径は送出管 の内径とほぼ等しい。プラグを管に押し込んで、それを溶接によって適所に保持 することができる。変形例として、ノズルを送出管にねじ込んでも良い。ノズル は又、溶融有機材料の流れをスピナーキャビティ内の異なる箇所に向けさせる、 シャワーヘッドと同様のスイベル連結（図示せず）を有しても良い。 溶融有機材料が制限オリフィス４２の縮直部を通過するとき、材料の速度は増 す。材料の質量は一定のままであるので、速度が増すにつれて材料の運動量は増 す。材料が十分な運動量を獲得するとき、材料はスピナーキャビティ内の乱流に よって影響を受けるようなものではない。よって、乱流の望ましくない影響を減 少させ、或いは最小にして、放出手段をスピナーキャビティの外側に位置させる ことの前述の利益を達成することができる。 材料の放出速度は比重、材料の圧力、及び制限オリフィスの直径によって決定 される。押出機での溶融材料の一定圧力では、制限オリフィスの直径が小さけれ ば小さいほど、溶融材料の放出速度、かくして運動量は大きくなる。しかしなが ら、直径制限オリフィスは詰まる傾向がより大きい。一定のオリフィス直径では 、送出管の出口端の材料圧力が大きければ大きいほど、放出速度は大きくなる。 圧力を、引き速度を増すことによって増すことができ、引き速度はスピナーの孔 を通過する材料の量によって制限される。有機材料の粘度を増すことによって圧 力を増すこともできるけれども、材料の粘度が増すと、材料はあまりにも急激に 硬化しそうになるので遠心紡糸できない。又、材料の粘度を増すと、溶融流れは スピナーキャビティ内でスピナーシャフトの周りに巻き付く傾向がある。 溶融材料は、直径４０ｃｍのスピナーの乱流に打ち勝つために少なくとも約１ ００ｇｃｍ／ｓｅｃ²の運動量を有しなければならず、約３００乃至約５００ｇ ｃｍ／ｓｅｃ²の運動量が最適な結果のために好ましいことがわかった。０．２ ５ｃｍの制限オリフィスがポリマー材料を約４０乃至５５ｃｍ/ｓｅｃで放出す る。１００ｇｃｍ／ｓｅｃ²の運動量を達成するためには、放出速度４０ｃｍ/ｓ ｅｃのポリマー材料を２．５ｇ/ｓｅｃの引き速度と呼ばれる速度でノズルに供 給しなければならない。 図２に示すように、ノズルから放出された溶融材料は、スピナーキャビティ内 のスピナー周壁１８を覆うヘッド即ち層３２を形成する。溶融層からの材料はオ リフィス２３から遠心紡糸されて繊維３４を形成する。図１に示すように、半径 方向に移動した繊維はブロワ３６によって下方に曲げられて、繊維の円筒形ベー ル３８になり、下方に、即ちスピナーの軸線の方向に移動する。繊維は収集され て、繊維製品を生産するのに使用されるパック４０を形成する。 繊維化することのできるどんな有機材料をもスピナーに供給することができる ことを理解すべきである。適当なポリマーの特定な例は、ポリエチレンテレフタ レート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン又は硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）を含む。 繊維を作るのに適したその他の有機材料は、ナイロン、ポリカーボネート、ポリ スチレン、ポリアミド、種々のポリオレフィン、アスファルト、及びその他の樹 脂、及び熱可塑性材料又は熱硬化性材料を含む。 もし有機材料がＰＥＴのように重合体であるならば、それをポリマー材料の当 業者に通常知られている押出機設備（図示せず）から溶融状態で供給することが できる。溶融有機材料をスピナーに供給する温度は材料の性質に依る。ポリプロ ピレンは、これが押出機から出るとき、典型的には、約２６０℃の温度を有する 。アスファルトは、典型的には、より低温になり約２００℃であり、ＰＰＳはよ り高温になり約３１５℃である。溶融有機材料は、約２，０００ｋＰａ乃至約１ ５，０００ｋＰａの圧力で押出機を出るのが好ましく、好ましくは約７００ｋＰ ａより低い低圧力で放出手段に達するのが好ましい。 管２４は、好ましくは、放出された溶融材料を最適な箇所に向けるために垂直 に対して角度をなし、最も好ましくは約１２度の角度をなすけれども、角度をス ピナーの寸法及び回転速度に応じて変えても良い。送出管は、好ましくは、ステ ンレススチールチューブ材で構成されるけれども、任意適当なチューブ材料を使 用しても良い。管は長さ５メートルでも良いし、それより長くても良く、これに より、押出機をスピナーと別体に位置させて、生産設備を設置するに当ってより 大きな融通性をもたらす。好ましくは、内径１．２５ｃｍの管が使用されるが、 外径はチューブ材の長さ及び使用される材料に応じて変わることがある。 図５に示すように、ノズル２６は、溶融有機材料を２つの流れ２８ａ、２８ｂ でスピナーに放出する２つのオリフィス４２ａ、４２ｂを有しても良い。周壁１ ８のより良い被覆、従って、上記のようなより優れた遠心紡糸を達成するために 、流れをスピナーキャビティ内の異なる箇所に向けても良い。２つより多くのオ リフィスを使用して、スピナーキャビティ内の種々の箇所に向けることができる より多くの流れを形成しても良い。加えて、ノズル２６を含む管２４よりほかの 、スピナーキャビティ内の所定箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機材料を 放出するための放出手段を使用しても良く、それにより、本発明の少なくともい くつかの利点を達成することができることを認識すべきである。 本発明の範囲を逸脱することなしに、本発明を、詳細に説明し且つ図示した以 外の方法で実施することができることを理解すべきである。産業上の利用性 本発明は構造製品又は断熱製品として使用するための有機繊維の繊維製品の生 産に有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モーリス ヴァージル ジー アメリカ合衆国 オハイオ州 43055 ニ ューアーク イースト チャンネル スト リート 70 (72)発明者 ヘインズ ランダル エム アメリカ合衆国 オハイオ州 43822 フ レゼイスバーグ チャーチ ロード 9001

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．底壁とそこから上方に延びて上端で終る周壁とを有し、且つ前記底壁、前記 周壁、及び前記周壁の上端を通って前記底壁とほぼ平行に延びる平面によって 構成されたスピナーキャビティを有するスピナーを回転させ、乱流を前記スピ ナーキャビティ内に生じさせ、溶融有機材料を、前記スピナーキャビティの外 側に位置した箇所で終る送出管に供給し、乱流に打ち勝ち且つ前記スピナーキ ャビティ内の所望箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機材料を前記送出管 から放出し、繊維を溶融有機材料から遠心紡糸することからなる、有機材料を 繊維化する方法。 ２．溶融有機材料を１００ｇｃｍ／ｓｅｃ²よりも大きい運動量で放出すること を含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．溶融有機材料を約３００乃至約５００ｇｃｍ／ｓｅｃ²の範囲の運動量で放 出することを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．前記放出段階は、溶融材料を前記送出管の終端の制限オリフィスに通すこと を含み、該制限オリフィスは前記平面より上に位置した箇所に位置決めされる 、請求の範囲第１項に記載の方法。 ５．溶融有機材料を１００ｇｃｍ／ｓｅｃ²よりも大きい運動量で放出すること を含む、請求の範囲第４項に記載の方法。 ６．溶融有機材料を垂直から約１２度で前記送出管から放出することを含む、請 求の範囲第１項に記載の方法。 ７．放出する前記段階は、溶融材料を、複数の制限オリフィスを有するノズルか ら放出することを含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ８．放出溶融有機材料を前記スピナーキャビティ内の複数の異なる箇所の方に向 けることを含む、請求の範囲第７項に記載の方法。 ９．有機材料は有機ポリマー材料である、請求の範囲第１項に記載の方法。 10．底壁とそこから上方に延びて上端で終る周壁とを有し、且つ前記底壁、前記 周壁、及び前記周壁の上端を通って前記底壁とほぼ平行に延びる平面によって 構成されたスピナーキャビティを有するスピナーを回転させ、それにより、乱 流を前記スピナーキャビティ内に生じさせ、溶融有機材料を、前記スピナーキ ャビティの外側に位置した箇所で終る送出管に供給し、乱流に打ち勝ち且つ前 記スピナーキャビティ内の所望箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機ポリ マー材料を前記送出管から放出し、ポリマー繊維を溶融有機ポリマー材料から 遠心紡糸することからなる、有機ポリマー材料を繊維化する方法。 11．溶融有機ポリマー材料を１００ｇｃｍ／ｓｅｃ²よりも大きい運動量で放出 することを含む、請求の範囲第１０項に記載の方法。 12．前記放出段階は、溶融材料を前記送出管の終端の制限オリフィスに通すこと を含み、該制限オリフィスは直径約０．１２５ｃｍ乃至約０．５ｃｍであり、 且つ前記スピナーキャビティの外側に位置した箇所に位置決めされる、請求の 範囲第１０項に記載の方法。 13．放出する前記段階は、溶融材料を、複数の制限オリフィスを有するノズルか ら放出し、前記制限オリフィスを前記スピナーキャビティ内の複数の異なる箇 所に向けることを含む、請求の範囲第１０項に記載の方法。 14．底壁とそこから上方に延びて上端で終る周壁とを有し、且つ前記底壁、前記 周壁、及び前記周壁の上端を通って前記底壁とほぼ平行に延びる平面によって 構成されたスピナーキャビティを有する遠心スピナーと、前記スピナーキャビ ティ内の所定箇所に達するのに充分な運動量で溶融有機材料を放出するための 手段と、を有し、前記放出手段は前記平面よりも上に位置した箇所で終ってい る、溶融有機材料を繊維化するための装置。 15．前記放出手段は送出管と、該送出管の終端に位置した制限オリフィスとを含 む、請求の範囲第１４項に記載の方法。 16．前記制限オリフィスは直径約約０．１２５ｃｍ乃至約０．５ｃｍである、請 求の範囲第１５項に記載の方法。 17．前記送出管は垂直から約１２度の角度をなす、請求の範囲第１４項に記載の 方法。 18．前記放出手段は前記送出管と、前記制限オリフィスを有するノズルとを含む 、請求の範囲第１４項に記載の方法。 19．前記ノズルは複数の制限オリフィスを有する、請求の範囲第１８項に記載の 方法。 20．前記制限オリフィスは前記スピナーキャビティ内の複数の異なる箇所に向け られる、請求の範囲第１９項に記載の方法。