JP2004502881A

JP2004502881A - Method for producing polymer filament

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Publication number: JP2004502881A
Application number: JP2002509569A
Authority: JP
Inventors: ハンス　アール．フランクフォート; レオナード　ジェイ．ハービッグ; グレゴリー　イー．スウィート; ジョージ　バシラトス
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2004-01-29
Also published as: KR20030020917A; CA2411874A1; CN1446274A; DE60117993D1; DE60117993T2; US20020037411A1; WO2002004719A1; EG23110A; EP1299580A1; ZA200209567B; ATE320516T1; ES2259035T3; EP1299580B1; AU2001271915A1; MXPA03000280A; AR033983A1; BR0112533A; US20040140582A1; TW587107B

Abstract

高粘度のポリマーを使用してデニール分布率の低い高分子フィラメント、たとえば、ポリエステルフィラメントを作製する方法を記載する。このフィラメントは、糸および他の物品を作製するのに有用である。A method for making a polymer filament having a low denier distribution, for example, a polyester filament, using a high-viscosity polymer is described. This filament is useful for making yarns and other articles.

Description

【０００１】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、デニール分布率の低い高分子フィラメント、たとえば、ポリエステルフィラメントを作製する方法に関する。本発明はまた、そのようなフィラメントから形成される糸および他の物品に関する。
【０００２】
（２．関連技術の説明）
ポリエステルのような多くの合成高分子フィラメントは、溶融紡糸される。すなわち、それらは、加熱された高分子溶融体の状態で押出される。溶融紡糸高分子フィラメントは、溶融されたポリマー、たとえば、ポリエチレンテレフタレートおよび関連するポリエステルを、複数のキャピラリーを備えた紡糸口金に通して押出すことにより作製される。そのキャピラリーの数は、たとえば、約１０個から約３００個までの範囲とすることができる。フィラメントは紡糸口金から送出され、次に冷却領域で冷却される。溶融ポリマーの冷却（急冷）およびそれに続く固化は、その細部にわたり、デニール分布率およびフィラメント間の均一性により示される紡糸フィラメントの品質に顕著な影響を及ぼす可能性がある。
【０００３】
急冷方法としては、直交流式、ラジアル式および空気式の急冷が挙げられる。直交流式急冷では、押出されたばかりのフィラメントのアレイの一方の側から横方向に冷却ガスが吹き付けられる。速度またはスループットの増大に必要とされるより多量の冷却ガスを吹き付ける最良の方法が「直交流式急冷」により提供されると考えられていたため、直交流式急冷は、プラーロール速度（「引出速度」としても知られ、紡糸速度と呼ばれることもある）が増大するので多くの繊維製造会社により広く支持されてきた。
【０００４】
他のタイプの急冷は「ラジアル式急冷」と呼ばれ、たとえば、Ｋｎｏｘの米国特許第４，１５６，０７１号ならびにＣｏｌｌｉｎｓらの米国特許第５，２５０，２４５号および同第５，２８８，５５３号に開示されているように、ある種の高分子フィラメントの商業生産に使用されてきた。このタイプの「ラジアル式急冷」では、押出されたばかりのフィラメントのアレイを取り囲む急冷スクリーンシステムにより冷却ガスが内向きに誘導される。そのような冷却ガスは、通常、フィラメントと共に降下して急冷システムを離れ、急冷装置から出る。フィラメントの円形アレイに関しては「ラジアル式急冷」という用語は適切であるが、フィラメントのアレイが円形でなく、たとえば、長方形、長円形、またはその他の形状である場合にも、フィラメントのアレイに向かって内向きに冷却ガスを誘導する対応した形状をもつ周囲スクリーンシステムを用いることにより、本質的に同様に同一のシステムを機能させることができる。
【０００５】
１９８０年代、ＶａｓｓｉｌａｔｏｓおよびＳｚｅは、高分子フィラメントの高速紡糸に関して顕著な改良を行い、この改良およびそれから得られる改良フィラメントを米国特許第４，６８７，６１０号、同第４，６９１，００３号、同第５，０３４，１８２号、同第５，１４１，７００号、およびより最近の同第５，８２４，２４８号ならびに１９９８年１０月１６日出願の同時係属出願第０９／１７４，１９４号および２０００年４月１２日出願の同第０９／５４７，８５４号に開示した。これらの特許には、押出されたばかりのフィラメントをガスで取り囲んでフィラメントの温度およびその減少のプロフィルを制御するガス操作技術が開示されている。これらのタイプの急冷システムおよび方法は、空気式急冷または紡糸として知られている。他の空気式急冷法としては、米国特許第５，９７６，４３１号に記載の方法が挙げられる。空気式紡糸は、溶融フィラメントを急冷するだけでなく紡糸線張力を減少させ、それにより、より良好な生産性および加工性を提供する。空気式紡糸では、同一方向に移動する冷却ガスおよびフィラメントは導管に通され、導管内の速度は引取ロールにより制御される。張力および温度は、ガス流量と、ガス速度を制御する導管の直径または断面積と、導管の長さとにより制御される。導管に沿って１箇所以上でガスを導入することが可能である。空気式急冷は、約５，０００ｍｐｍを超える紡糸速度を可能にする。
【０００６】
ある種の空気式急冷システムにより冷却された特定のタイプの高分子フィラメントの場合、フィラメントのデニールが増大するにつれて生成フィラメントのデニール分布率が増加するため、フィラメントの生産性および加工性が減少することを見いだした。デニール分布率の増加は、少なくとも部分的には、空気式急冷システム中でより多くのフィラメントを冷却するためにガスの体積を増大させる必要がありフィラメントの不均一性を増大させるガスの乱流が増加したことが原因であると考えられる。
【０００７】
したがって、低いデニール分布率つまり改良された性質を有する溶融紡糸フィラメントを作製する方法、好ましくは高速な方法が必要とされている。
【０００８】
（発明の概要）
こうした要求に答えて、高分子フィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法を提供する。この方法は、１種以上の鎖分岐剤から形成されたポリマーの高分子溶融体を紡糸口金に通して高分子フィラメントを形成する工程と、冷却ガスが該フィラメントを冷却するために該フィラメントに提供され、該冷却ガスがフィラメントの方向と同じ方向に移動するように方向付けられている空気式急冷領域に該フィラメントを送る工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また、こうした要求に答えて、高分子フィラメントを紡糸するためのさらなる溶融紡糸方法を提供する。この方法は、ポリマーの高分子溶融体を紡糸口金に通してフィラメント１本あたり約４を超えるデニールを有する高分子フィラメントを形成する工程と、該フィラメントを冷却するために冷却ガスが該フィラメントに提供され、該冷却ガスが該フィラメントの方向と同じ方向に移動し、加速されるように方向付けられた急冷領域に、該フィラメントを送る工程とを含み、それにより、生成された該フィラメントから形成される糸が２未満のデニール分布率を有することを特徴とする。
【００１０】
また、こうした要求に答えて、約２未満のデニール分布率を有する高分子フィラメントを作製するための溶融紡糸方法を提供する。この方法は、２２．５を超える実験室相対粘度を有するポリマーの高分子溶融体を紡糸口金に通して高分子フィラメントを形成する工程と、冷却ガスが該フィラメントを冷却するために該フィラメントのアレイに提供され、該冷却ガスが該フィラメントの方向と同じ方向に移動し、加速するように方向付けられている急冷領域に、該フィラメントを送る工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、こうした要求に答えて、約２％未満のデニール分布率を有するポリエステル糸を作製する方法を提供する。この方法は、２２．５を超える実験室相対粘度を有するポリエステルからフィラメントを形成する工程と、該フィラメントから糸を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、これらの方法により作製されるフィラメント、糸、および他の物品を提供する。
【００１３】
本発明のさらなる目的、特徴および利点は、以下に記載の詳細な説明から自明なものとなるであろう。
【００１４】
こうした要求に答えて、高分子フィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法を提供する。この方法は、１種以上の鎖分岐剤から形成されたポリマーの高分子溶融体を紡糸口金に通して高分子フィラメントを形成する工程と、冷却ガスが該フィラメントを冷却するために該フィラメントに提供され、該冷却ガスがフィラメントの方向と同じ方向に移動するように方向付けられている空気式急冷領域に該フィラメントを送る工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、こうした要求に答えて、高分子フィラメントを紡糸するためのさらなる溶融紡糸方法を提供する。この方法は、ポリマーの高分子溶融体を紡糸口金に通してフィラメント１本あたり約４を超えるデニールを有する高分子フィラメントを形成する工程と、該フィラメントを冷却するために冷却ガスが該フィラメントに提供され、該冷却ガスが該フィラメントの方向と同じ方向に移動し、加速されるように方向付けられた急冷領域に、該フィラメントを送る工程とを含み、それにより、生成され該フィラメントから形成される糸が２未満のデニール分布率を有することを特徴とする。
【００１６】
また、こうした要求に答えて、約２未満のデニール分布率を有する高分子フィラメントを作製するための溶融紡糸方法を提供する。この方法は、２２．５を超える実験室相対粘度を有するポリマーの高分子溶融体を紡糸口金に通して高分子フィラメントを形成する工程と、冷却ガスが該フィラメントを冷却するために該フィラメントのアレイに提供され、該冷却ガスが該フィラメントの方向と同じ方向に移動し、加速するように方向付けられている急冷領域に、該フィラメントを送る工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、こうした要求に答えて、約２％未満のデニール分布率を有するポリエステル糸を作製する方法を提供する。この方法は、２２．５を超える実験室相対粘度を有するポリエステルからフィラメントを形成する工程と、該フィラメントから糸を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
また、これらの方法により作製されるフィラメント、糸、および他の物品を提供する。
【００１９】
本発明のさらなる目的、特徴および利点は、以下に記載の詳細な説明から自明なものとなるであろう。
【００２０】
（発明の詳細な説明）
本発明は、低いデニール分布率を有する溶融紡糸高分子フィラメントを空気式紡糸により作製する方法に関する。本発明はまた、本明細書に記載された本発明の方法により作製される低いデニール分布率を有する溶融紡糸高分子フィラメントに関する。
【００２１】
本発明者らは、紡糸されるポリマーの粘度を増大させることにより、生成フィラメントのデニール分布率を減少させることができることを見いだし、それにより、他の方法に見られる高いデニール分布率の問題を克服した。
【００２２】
合成ポリマーは、溶融紡糸（押出）される場合、一般的には連続高分子フィラメントの形態で最初に調製されるが、「フィラメント」という用語は、本明細書中では総称的に使用され、カット繊維（しばしばステープルと呼ばれる）を包含する。一群のフィラメントを組み合わせて糸が形成される。本発明の方法は、完全延伸糸、部分配向糸（ＰＯＹ）、またはステープルのような任意のタイプの糸を作製するために使用することができる。好ましくは、作製される糸は、当技術分野で公知の方法による後続のテクスチャード加工のために部分配向される。仮撚テクスチャード加工、エアジェットテクスチャード加工、および延伸テクスチャード加工を含めて、任意の所望のテクスチャード加工法を使用することができる。
【００２３】
円形、長円形、三葉形、およびスカラップ状長円形を含めて任意の所望の断面を有するフィラメントを作製することができる。ポリエステルおよびポリオレフィンを含めて任意の溶融紡糸性ポリマーを本発明の方法で使用することができる。好ましくは、ポリマーはポリエステルである。ポリエステルは、ホモポリマー、コポリマー、ポリエステルの混合物、バイコンポーネント、または鎖分岐ポリエステルの形をとることができる。有用なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（「２−ＧＴ」）、ポリトリメチレンテレフタレートまたはポリプロピレンテレフタレート（「３−ＧＴ」）、ポリブチレンテレフタレート（「４−ＧＴ」）、ポリエチレンナフタレート、ポリ（シクロヘキシレンジメチレン）テレフタレート、ポリ（ラクチド）、ポリ（エチレンアゼレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ポリ［エチレン（２，７−ナフタレート）］、ポリ（グリコール酸）、ポリ（エチレンスクシネート）、ポリ（エチレンアジペート）、ポリ（エチレンセバケート）、ポリ（エチレンセバケート）、ポリ（デカメチレンアジペート）、ポリ（デカメチレンセバケート）、ポリ（α，α−ジメチルプロピオラクトン）、ポリ（パラ−ヒドロキシベンゾエート）（ａｋｏｎｏ）、ポリ（エチレンオキシベンゾエート）、ポリ（エチレンイソフタレート）、ポリ（テトラメチレンテレフタレート）ポリ（ヘキサメチレンテレフタレート）、ポリ（デカメチレンテレフタレート）、ポリ（１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（トランス）、ポリ（エチレン１，５−ナフタレート）、ポリ（エチレン２，６−ナフタレート）、ポリ（１，４−シクロヘキシリデンジメチレンテレフタレート）（シス）、およびポリ（１，４−シクロヘキシリデンジメチレンテレフタレート）（トランス）が挙げられる。本発明で使用されるポリマーの製造方法については、当技術分野で公知である。また、こうした製造方法では、当技術分野で知られているように、触媒、共触媒、およびコポリマーやターポリマーを形成するための鎖分岐剤を使用することも可能である。
【００２４】
たとえば、好適なポリエステルは、米国特許第５，２８８，５５３号に記載されているようにエチレン−Ｍ−スルホ−イソフタレート構造単位〔式中、Ｍはアルカリ金属カチオンである〕を約１〜約３モル％の範囲で含有するかまたは米国特許第５，６０７，７６５号に記載されているように５−スルホ−イソフタル酸のグリコレートのリチウム塩を０．５〜５モル％含有することができる。本発明のフィラメントはまた、先に述べた任意の２種のポリマーから、並列構成またはシース−コア構成で配列されたいわゆる「バイコンポーネント」フィラメントの形で形成することができる。特に有用なのは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。ＰＥＴは、以下に記載のＤＭＴ法またはＴＰＡ法のいずれかで調製することができる。同様に有用なのは、以下に詳述されている鎖分岐ポリマーである。
【００２５】
本発明の方法により、有用なデニール分布率を有する糸が作製される。デニール分布率（ＤＶＡ）は、糸のエンドに沿ったデニール変動率の尺度であり、糸に沿って一定の間隔で質量の変化を計算することにより得られる。デニール変動率は、コンデンサースロットに糸を通すことにより測定され、スロット中の瞬時質量に対応する。試験サンプルを３０ｍの小部分８個に電子工学的に分割し、０．５ｍごとに測定を行う。８個の小部分のそれぞれで得られる最大および最小の質量測定値の差の平均を求める。差の平均を全長２４０ｍの糸に沿った平均質量で割りパーセントすなわち％ＤＶＡとしてデニール分布率を記録する。Ｌｅｎｚｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｋ，Ｌｅｎｚｉｎｇ，Ａｕｓｔｒｉａ，Ａ−４８６０から入手可能なＡＣＷ４００／ＤＶＡ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｕｔ　ａｎｄ　Ｗｅｉｇｈ／Ｄｅｎｉｅｒ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ）装置を用いて試験を行うことができる。
【００２６】
フィラメントが不均一であると下流におけるフィラメントの加工で問題を起こす可能性があるので、低いデニール分布率が望ましい。さらに、デニール分布率が低いと、速いテクスチャード加工速度、着色の一様性、およびフィラメントから形成される布のバルクまたは表面の均一性を得ることができる。本発明の方法により、約２．０未満、好ましくは約１．５未満、より好ましくは約１．２未満、最も好ましくは約１．０未満のＤＶＡを有する糸を提供することができる。図３および４に示されているように、他の条件を同じにした場合、ｄｐｆが小さいほど、得られるデニール分布率は小さくなる。
【００２７】
任意の所望の本数のフィラメントから糸を形成することができる。ｄｐｆ値が５を超える場合、好ましくは約５〜約２００本のフィラメント、より好ましくは約８〜約１００本、最も好ましくは約１０〜約７０本のフィラメントから糸を形成する。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態では、フィラメントのｄｐｆ値は、約３．４ｄｐｆ超、好ましくは約３．５〜約１５．０、より好ましくは約４．０〜約１２、最も好ましくは約５．０〜約９．０ｄｐｆの範囲である。しかしながら、本発明は、高デニールフィラメント糸のデニール分布率を低下させることに関するだけでなく、すでに許容しうるデニール分布率を呈する可能性のある低デニールフィラメント糸、たとえば、約３．５未満、約２．０未満、または約１．０未満のｄｐｆ値を有するフィラメント糸のデニール分布率を減少させることに関するものでもある。速度やポリマー粘度のようなプロセス条件を適切に選択することにより、ｄｐｆ値にかかわらず、以上に述べたＤＶＡの全範囲を取得することができる。
【００２９】
本発明者らは、デニール分布率がポリマーの粘度に関連づけられることを見いだした。実施例に説明されているように、また図３および４に示されているように、相対粘度が増加すると高分子フィラメントのデニール分布率は減少する。したがって、許容しうるＤＶＡを与えるのに十分な程度に高いＬＲＶを有するポリマーを選択しなければならない。溶融粘度は、任意の所望の方法により増加させることができる。たとえば、鎖分岐剤を使用してポリマーを形成したり、ポリマー鎖長を延長するようにさらに重合するなどの当技術分野で公知の他の重合技術を用いてより高い粘度を有する最初のポリマーを形成したりすることができる。
【００３０】
さらに、実施例２に説明されているように、空気式紡糸および鎖分岐剤の使用により、デニール分布率の減少に関して相乗効果が得られると同時に高速度の使用が可能になるため、生産性が増大する。したがって、本発明はまた、鎖分岐剤を添加しかつフィラメントを空気式紡糸することにより、高分子フィラメントの製造の生産性を増大させることに関する。
【００３１】
所望のデニール分布率が得られるようにポリマーの溶融粘度を増加させることのできる任意の鎖分岐剤を使用することができる。最初のポリマーの形成中またはその後で鎖分岐を付与することにより、粘度を所望のレベルまで増加させることができる。鎖分岐剤は、モノマー（１種もしくは複数種）またはポリマーと反応してポリマーの粘度を増加させる任意の薬剤である。それらは、一般的には、ヒドロキシル基、カルボキシル基、またはエステル基のような官能基を３個以上含有する多官能性化合物である。好適な鎖分岐剤としては、トリメチルトリメリテート、ペンタエリトリトール、トリマー酸、メリト酸、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、トリメシン酸およびそれらの３官能性エステル、トリメチロールプロパン、テトラエチルシリケート、ピロメリト酸、フロログルシノール、ヒドロキシヒドロキノン、ならびに当技術分野で公知の他の鎖分岐剤が挙げられる。好ましい鎖分岐剤は、処理および重合の際にモノマーの形態でならびに形成、紡糸およびさらなる処理の際に高分子の形態で十分に安定なものである。米国特許第３，５７６，７７３号、同第４，０９２，２９９号、同第４，１１３，７０４号、同第４，９４５，１５１号、同第５，０３４，１７４号および同第５，３７６，７３５号、ならびにＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｏｌｙ．Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｖｏｌ．７４　ｐｐ．７２８−７３４，１９９９）を参照されたい。それらはいずれも、有用な鎖分岐剤の説明に関して、参照により本明細書に組み入れられるものとする。鎖状ポリマーは、当技術分野で公知の技術により作製することができる。本発明の好ましい実施形態では、鎖分岐剤は、トリメチルトリメリテートを含む。
【００３２】
高分子フィラメントがポリエチレンテレフタレートポリエステルである本発明の実施形態では、当技術分野で公知の任意の好適な合成経路によりフィラメントを作製することが可能である。特に、ポリエチレンテレフタレートポリエステルを調製するための２つの主要な合成経路、すなわち、（１）エチレングリコールによるジメチルテレフタレートのエステル交換「ＤＭＴ」および（２）テレフタル酸とエチレングリコールとの反応「ＴＰＡ」のいずれかによりフィラメントを作製することが可能である。いずれの合成経路においても、当技術分野で公知の任意の好適な鎖分岐剤を使用することが可能である。ＤＭＴポリマーは、多くの場合、分岐を形成して粘度を増加させるＤＭＴ法に固有の不純物に起因して、鎖分岐を付与しないでも適切な高粘度を有する。本発明の鎖分岐剤は、プロセスに添加される追加の官能性化合物であり、ＤＭＴ法やＴＰＡ法に固有のものではない。鎖分岐剤がトリメチルトリメリテートである好ましい実施形態では、ＤＭＴ経路またはＴＰＡ経路のいずれでもポリエチレンテレフタレートを調製することが可能である。
【００３３】
本発明で使用されるポリマー中で任意の適切量の鎖分岐剤を使用することが可能である。適切量とは、所望のデニール分布率に対応する相対粘度までポリマーの相対粘度を効果的に増加させる量である。これは、フィラメントのｄｐｆおよびポリマーのタイプならびに紡糸速度のようなプロセスパラメーターの関数である。たとえば、図３に示されるフィラメントに対して約１．０％のデニール分布率が望まれる場合、鎖分岐剤の有効量は、高分子フィラメントの相対粘度を約２３．３ＬＲＶまで増加させる量であろう。たとえば、約１００〜約１０，０００ｐｐｍの架橋を使用することができる。鎖分岐剤がトリメチルトリメリテートである好ましい実施形態では、約０．０８５〜約０．２３重量％のトリメチルトリメリテート（ポリマー重量基準）またはポリマー１グラムあたり約３．４〜約９．１マイクロ当量の架橋剤を用いてポリマーを重合する。
【００３４】
十分に高いＬＲＶを有するポリマーを選択して十分に低いｄｐｆを有するフィラメントを作製することにより適切なＤＶＡが得られる場合、鎖分岐剤は必要でない。好ましくは、ポリマーのＬＲＶは、鎖分岐の有無に関係なく、所望のデニール分布率を与えるために約２２．０超もしくは約２２．５超または約２３．０超である。
【００３５】
本発明の方法では、公知の技術を用いてポリマーを紡糸口金に通して溶融紡糸する。その後、紡糸フィラメントを空気式方法により急冷する。一般的には、空気式急冷では、高分子フィラメントを冷却するために所与の体積の冷却ガスが供給される。任意のガスを冷却媒質として使用することが可能である。空気は容易に利用できるので、冷却ガスは好ましくは空気であるが、特に、押出されたばかりの高温時、高分子フィラメントの感受性が原因で必要とされる場合には他のガス、たとえば、水蒸気または窒素のような不活性ガスを使用することも可能である。
【００３６】
空気式紡糸では、冷却ガスおよびフィラメントは導管に通され、導管内の速度は引取ロールにより制御される。張力および温度は、ガス流量と、ガス速度を制御する導管の直径または断面積と、導管の長さとにより制御される。導管に沿って１箇所以上でガスを導入することが可能である。好ましくは、収束部もしくはテーパー部を用いてまたは制限された体積の管を用いて、急冷領域中でまたはその下流でガスを加速する。
【００３７】
空気式急冷では、約３，０００ｍｐｍを超える紡糸速度、たとえば、４，０００ｍｐｍ超または５，０００ｍｐｍ超の紡糸速度を使用することができる。使用しうる好適な空気式紡糸方法およびシステムの例は、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第５，８２４，２４８号（’２４８特許）および同様に参照により本明細書に組み入れられる２０００年４月１２日出願の米国特許出願第０９／５４７，８５４号に開示されている。背景の節に記載されている任意の空気式方法を使用することができる。好ましい実施形態には、’２４８特許に示される単段法および第０９／５４７，８５４号の２段法が含まれる。代表的な単段法を図１に示し、代表的な２段法を図２に示す。
【００３８】
図１および２の装置は環状であるが、それらは他の形状をとることもできる。図１に示されているように、単段空気式急冷装置は、加圧冷却ガスが供給される環状チャンバー５２を形成する円筒状ハウジング５０を備えている。加圧冷却ガスは、ハウジング５０の外側円筒状壁５１に形成された入口導管５４を通って吹き込まれる。環状チャンバー５２は、環状チャンバー５２の下部でかつ円筒状急冷スクリーンシステム５５の下方で円筒状内壁６６に取り付けられた環状底壁５３を有する。円筒状急冷スクリーンシステム５５は、環状チャンバー５２の上部の内面を規定し、加圧冷却ガスは、このスクリーンシステムを貫通して環状チャンバー５２から紡糸口金面１７の下方の領域１８中に半径方向内向きに吹き込まれる。紡糸口金面１７中の孔（図示せず）を通って加熱紡糸パック１６中に加熱溶融体として押出されたばかりの依然として溶融状態にあるフィラメントの束２０は、領域１８中を通過する。紡糸口金面１７は、ハウジング５０に対して中央に位置し、ハウジング５０が当接する面１６ａ（紡糸パック１６の面）に凹設される。フィラメント２０は、領域１８から継続的に移動し、急冷システムを出てからフィラメントを取り囲む内壁６６により形成された管を通ってプラーロール３４に至る。プラーロール３４の表面速度は、フィラメント２０の引出速度と呼ばれる。
【００３９】
フィラメントは、円筒状急冷システム５５の下方に降下させながら、実際的には、円筒状急冷システム５５と同一の内径の短管７１中を通過させてもよく、好ましくは、ハウジング５０の底５３の下方に延在するより小さな内径の管７３に入る前にテーパー部７２を通過させる。所望の結果が得られるように、ガスとフィラメントの相対速度を変化させることができる。フィラメント２０は、好ましくは、管７３を離れる前にすでに硬化されているであろう。その場合、フィラメント２０の速度は、管７３を離れる時、すでにロール３４の引出速度と同一の速度になっているであろう。
【００４０】
管にテーパー付き入口部７２を設けることは任意であるが、設けるほうが好ましい。管に対して適切にテーパーの付けられた入口部は冷却ガスの加速を円滑にし、乱流を低減しうると考えられる。管に対するテーパー付き入口部は、３０°、４５°、および６０°のテーパー角度で使用したが、最適なテーパー角度は、因子の組み合わせに依存する。直径約１インチ（２．５ｃｍ）の管は、実用上非常に有用であることが判明した。直径約１．２５インチ（３．２ｃｍ）の管を使用することもまた効果的であった。管の上端が紡糸口金から離れすぎないようにすることが好ましい。管の上端は、管の上端から約８０ｃｍ以下の距離、好ましくは約６４ｃｍ未満の距離にしなければならない。
【００４１】
制限寸法をもつ管７３の形状は、円筒状断面だけに限定する必要はなく、特に、フィラメントの非円形アレイが押出される場合には変更してもよい。したがって、たとえば、長方形、正方形、長円形または他の断面の管を使用してもよい。
【００４２】
以下の寸法を図１に示す。
Ａ−急冷遅延部の高さ、すなわち、面１６ａより上の紡糸口金面１７の高さ。
Ｂ−急冷スクリーンの高さ、すなわち、円筒状急冷スクリーンシステム５５の高さ（面１６ａから内壁６６の上端まで延在する）。
Ｃ_１−連結管の高さ、すなわち、短管７１の高さ。
Ｃ_２−連結テーパーの高さ、すなわち、テーパー部７２の高さ。
Ｃ_３−管の高さ、すなわち、領域１８から冷却ガスを加速させる制限された直径をもつ管７３の高さ。
【００４３】
図１において、フィラメント２０は、急冷システムを離れた後、従動ロール３４まで継続的に降下する。従動ロール３４は、ロール３４におけるフィラメントの速度が従動ロール３４の表面速度と同一になるように（滑りを無視する）その経路でフィラメント２０を加熱紡糸口金から牽引する。この速度は、引出速度として知られる。従来どおり（ただし、図面には示されていない）、一般的には、従動ロール３４に達する前、固形フィラメント２０に仕上げ加工が施される。
【００４４】
図２に示されているように、空気式急冷システムは、たとえばフィラメントにガスを２箇所で導入する２つの段と、空気を加速するための収束部１１６と、管１１９中の収束／末広部とを備えることも可能である。第１段チャンバー１０５および第２段チャンバー１０６は、それぞれ、ハウジング１０７の円筒状内壁内に形成される。第１段チャンバー１０５は、紡糸口金１１３よりも下に位置するように調節され、フィラメント１１４にガスを供給してフィラメント１１４の温度を制御する。第２段チャンバー１０６は、冷却時にフィラメント１１４を取り囲むように、第１段ガス入口１０８と、第１のガス流入口１０８よりも下に位置する管１１９との間に配置される。第１段チャンバー１０５の下部で円筒状内壁１０３に取り付けられた環状壁１０２は、第１段チャンバー１０５を第２段チャンバー１０６から分離する。
【００４５】
第１段ガス入口１０８は、第１段チャンバー１０５にガスを供給する。同様に、第２段ガス入口１０９は、第２段チャンバー１０６にガスを供給する。単一のガス入口を設けて１つ以上のチャンバーに供給することができることおよびガスの流れの制御を柔軟に行えるようにガス入口の数を変更することができることに留意されたい。それぞれの段に流入する冷却ガスは、それぞれ入口１０８および１０９から加圧冷却ガスを供給することにより、独立に調節することができる。
【００４６】
１つ以上の部分、好ましくは円筒状有孔管とワイヤースクリーン管とを含む円筒状急冷スクリーンアセンブリー１１１は、第１段チャンバー１０５の中央に配置される。「有孔管」は、ガスの流れを段の半径方向に分配するための手段である。加圧冷却ガスは、第１段入口１０８から内向きに吹き込まれ、第１段チャンバー１０５を通りさらに円筒状急冷スクリーンアセンブリー１１１を貫通して、紡糸口金１１３よりも下の円筒状急冷スクリーンアセンブリー１１１の内側円筒状壁内に形成された領域１１２に入る。溶融フィラメントの束１１４は、紡糸口金孔（図示せず）から押出された後、フィラメント１１４の冷却が開始される領域１１２を通過する。内壁１０３は、円筒状急冷スクリーンアセンブリー１１１よりも下にかつ第１段ガス入口１０８と第２段ガス入口１０９との間に配置される。第１段収束部１１６は、ハウジング１０７の内側に、より特定的には第１段ガス入口１０８と第２段ガス入口１０９との間の内壁１０３の内側壁に形成される。収束部は、空気速度を加速するように装置の任意の部分に配置することができる。収束部は、所望のガス操作が達成されるように管の上方または下方に移動させることができる。そのような収束部を１つ以上設けることができる。フィラメント１１４は、領域１１２から継続的に移動し、急冷システムの第１段を出てから内壁１０３の短管状部分を通り、その後、フィラメント１１４の冷却を続けながらフィラメントの移動方向に加速する第１段冷却ガスと共に第１段収束部１１６を通過する。
【００４７】
円筒状有孔管１１７は、第１段収束部１１６よりも下にかつ第１段ガス入口１０８と第２段ガス入口１０９との間に配置される。円筒状有孔管１１７は、第２段チャンバー１０６内に中央に位置する。しかしながら、所望のガスをフィラメントに提供するのに望ましい位置に、たとえば、第２段ガス入口よりも下に、有孔管１１７を配置することができる。円筒状内壁１１８は、円筒状有孔管１１７よりも下に位置する。冷却ガスの第２の供給は、ガスが円筒状有孔管１１７を貫通するように第２段供給口１０９から行われる。第１段および第２段収束部（それぞれ１１６および１２６）の間には、収束部１１６の内壁により形成された入口直径Ｄ３、出口直径Ｄ４および高さＬ２の管状部１２５が存在する。管状部１２５および収束部１１６は、単一片として形成するかまたはねじ切りなどにより互いに連結される個別片として形成することができる。
【００４８】
管状部１２５は、図２に示されているように直線状であってもよいし、テーパー状であってもよい。直径Ｄ２対Ｄ４の比は、一般的にはＤ４／Ｄ２＜０．７５、好ましくはＤ４／Ｄ２＜０．５である。そのような比を用いることにより、冷却空気の速度を増大させることができる。第２段冷却ガスは、第１の収束部１１６の管状部１２５の出口と紡糸管１１９の入口とにより形成された第２段収束部の直径Ｄ５の入口１２６を通過する。紡糸管という用語は、この装置中の収束／末広構成を有する部分を示すために使用される。好ましくは、管の最後の部分がそのような構成をとる。紡糸管１１９の上端は、円筒状内壁１１８の内側面に位置する。
【００４９】
長さＬ３および出口直径Ｄ６を有する第２段収束部１２６は、管１１９の内側壁に形成され、長さＬ４を有する末広部１２７がそれに続く。末広部１２７は、同様に管１１９の内側壁に形成され、出口直径Ｄ７を有する管１１９の端部まで延在する。フィラメント１１４は、出口直径Ｄ７を通って管１１９を離れ、フィラメント１１４の引出速度と呼ばれる表面速度をもつロール１０４に引取られる。所望により速度を変更してもよい。好ましくは、３，５００ｍｐｍを超える表面速度でロール１０４を駆動する。組み合わさられた第１段および第２段ガスの平均速度は、第２段収束部１２６中でフィラメント移動方向に増加し、次に、冷却ガスが末広部１２７を通って移動する際に減少する。第２段冷却ガスは、第２段収束部１２６中で第１段冷却ガスと合流してフィラメントの冷却を支援する。入口１０８および１０９に入る冷却ガスの温度および流れは、独立に制御することが可能である。
【００５０】
有孔壁を有する任意の収束スクリーン１２０すなわちディフューザーコーンを紡糸管１１９の出口に配置してもよい。ディフューザーコーン１２０の有孔壁から冷却ガスを排出させると、フィラメント経路に沿った出口ガス速度および乱流が減少する。さまざまなディフューザーコーン１２０を利用してフィラメント１１４に作用する乱流を減少させることが可能である。フィラメント１１４を収束スクリーン１２０の出口ノズル１２３に通して紡糸管１１９から取り出し、そこからフィラメント１１４をロール１０４により引取ることが可能である。
【００５１】
以下の寸法を図２に示す。
Ａ−急冷遅延部の高さは、紡糸口金面と、ハウジング１０７が当接するポンプブロック底面１２２との差である。
Ｂ−急冷スクリーンの高さは、円筒状急冷スクリーンアセンブリー１１１の垂直方向の長さである。
Ｌ１−第１段収束部の長さ。
Ｌ２−第１段管の長さ。
Ｄ２−第１段収束部の入口直径。
Ｄ３−第１段収束部の管状部入口直径。
Ｄ４−第１段収束部の管状部出口直径。
Ｄ５−第２段収束部の入口直径。
Ｄ６−第２段収束部の出口直径。
Ｄ７−第２段末広部の出口直径。
Ｌ５−任意の収束スクリーンの長さ。
【００５２】
ガスは、大気圧でまたは加圧して１０８および１０９に独立に導入することが可能である。また、大気圧を超える圧力で第１段ガス入口１０８にガスを吹き込んで、第２段ガス入口１０９中にガスが吸い込まれるようにすることも可能である。同一のまたは異なるガスを第１段および第２段ガス入口１０８および１０９中導入することが可能である。
【００５３】
米国特許出願第０９／５４７，８５４号に記載されているように、さまざまな２段装置を使用することができる。たとえば、２つ以上のガス入口および１つ以上のガス出口を装置に設けることができる。また、管１１９を直管にして収束／末広部を含まないようにすることもできる。ただ一つ重要なことは、冷却ガスを加速するために少なくとも１つの収束部を装置に設けることである。
【００５４】
図６中の遅延部Ａを非加熱型または加熱型の遅延部（しばしばアニーラーと呼ばれる）にすることができる。遅延部の長さおよび温度を変化させて、フィラメントの所望の冷却速度を与えることも可能である。
【００５５】
急冷後、当技術分野で公知の技術を用いて、マルチフィラメント束として、フィラメントの収束、交絡、および巻取が行われる。摩擦駆動式巻取機またはスピンドル駆動式巻取機を使用して巻取るなど、任意の所望の巻取方法を使用することができる。たとえば、Ｂａｒｍａｇ　ＡＧ（Ｒｅｍｓｃｈｅｉｄ−Ｌｅｎｎｅｐ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製のマルチエンド自動移動タレット巻取機に糸を巻取ることができる。
【００５６】
生成されたフィラメントから、マルチフィラメント、糸、布、および他の物品を形成することができる。
【００５７】
本発明のフィラメントを特性づけるために使用した性質は、次のように測定したものである。
延伸張力（ＤＴ）は、１．７倍の延伸比および１８０℃のヒーター温度でグラム単位で測定する。延伸張力は、配向の尺度として使用される。延伸張力は、同様にＬｅｎｚｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｋから入手可能なＤＴＩ　４００　Ｄｒａｗ　Ｔｅｎｓｉｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔを用いて測定することが可能である。
【００５８】
靭性（Ｔｅｎ）は、破断点におけるグラム単位の荷重をデニールで割った値として求められる。伸び（％Ｅ）は、破断点における糸の長さの増加パーセントである。Ｔｅｎおよび％Ｅは、６５％ＲＨおよび７０°Ｆならびに毎分６０％の伸長速度でゲージ長１０インチ（２５．４ｃｍ）のサンプルを用いてＡＳＴＭ　Ｄ２２５６に従って測定する。
【００５９】
ＤＶＡ％は、先に述べたように測定する。Ｑ１／Ｑ２は、図２のチャンバー１０５および１０６に流入する立方フィート毎分（ＣＦＭ）単位で測定された体積空気流量である。これは、Ｂｒａｎｄｔ　Ｂ−ＮＺＰ　１０００　Ｓｅｒｉｅｓ　Ｇａｓ　Ｆｌｏｗ　Ｓｅｎｓｏｒを用いて測定した。
【００６０】
％Ｕは次のように測定した。Ｚｅｌｌｗｅｇｅｒ　Ｕｓｔｅｒ　ＡＧ　ＣＨ−８６１０，Ｕｓｔｅｒ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄにより製造されたＵｓｔｅｒ　Ｔｅｓｔｅｒ　３　Ｍｏｄｅｌ　Ｃを用いて、試験糸の一様性Ｕ％すなわち質量値の線むらを測定することが可能である。パーセントは、試験サンプルの平均質量からの質量偏差の大きさを示し、全体的な材料の均一性の強力な指標である。試験は、ＡＳＴＭ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｄ　１４２５に従って行うことができる。糸にＳ撚を付与するように試験装置のＲｏｔｏｆｉｌ撚糸機ユニットを設定し、最適なＵ％が得られるようにその圧力を調節した。
【００６１】
Ｕ％ＣＶは、質量の平均値により規格化した質量偏差の分散の平方根であり、パーセントで表される。一様性と同様に、それは、糸のエンドに沿った質量変動率すなわちデニール変動率の尺度である。
【００６２】
実験室相対粘度（ＬＲＶ）は、２５℃でＣａｎｎｏｎ−Ｆｅｎｓｋｅ粘度計（サイズ２００）を用いてポリマー溶液の絶対粘度と溶媒の絶対粘度との比またはポリマー溶液の流出時間と溶媒の流出時間との比を測定したものである。ポリマー溶液は、２５℃で８重量／体積％（４．７５重量／重量％）の濃度であった。使用した溶媒は、１００ｐｐｍの硫酸を含有するヘキサフルオロイソプロパノールである。
【００６３】
デニールすなわち線質量は、９０００メートルの糸のグラム単位の重量である。デニールは次のようにして求められる。まず、通常４５メートルの既知の長さの糸をマルチフィラメント糸パッケージからデニールリールまで前進させ、そして天秤を用いて０．００１ｇの確度で秤量する。次に、４５メートルの長さの測定重量からデニールを計算する。糸デニールは、Ｌｅｎｚｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｋ　ＡＣＷ　４００／ＤＶＡ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｕｔ　ａｎｄ　Ｗｅｉｇｈ／Ｄｅｎｉｅｒ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ）装置を用いて測定した。Ｈ_２ＯのＰ１／Ｐ２は、Ａｌｎｏｒ　Ｍｏｄｅｌ　Ｓ３０微圧計を用いて図２のチャンバー１０５および１０６の壁でそれぞれ測定した第１段および第２段の圧力である。Ｐ１／Ｐ２は、大気圧に対する実際のゲージ圧である。
【００６４】
ブロック温度は、紡糸用計量ポンプと紡糸パックとの間のポリマー輸送用の金属ブロックを取り囲む加熱キャビティー内のダウサム（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ）加熱蒸気の温度である。
【００６５】
ポリマー温度は、紡糸口金プレートの前の溶融体プール中のポリマー温度を熱電対で測定した値である。
【００６６】
以下の実施例により本発明についてさらに具体的に説明するが、これら実施例に限定されるものではない。
【００６７】
（実施例）
（実施例１）
（低および高デニールフィラメントのデニール分布率に及ぼすポリマー粘度の影響）
この実験では、以上で説明しかつ図２に図示した２段空気式急冷システムを用いて、ＤＭＴ法により調製された次の市販のポリエチレンテレフタレートポリマーを溶融紡糸した。（１）２３．３の相対粘度（ＬＲＶ）を有する１２７デニール−３４フィラメント（１２７−３４）、（２）２１．８のＬＲＶを有する１２７デニール−３４フィラメント（１２７−３４）、（３）２３．３のＬＲＶを有する２６５デニール−３４フィラメント（２６５−３４）、および（４）２１．８のＬＲＶを有する２６５デニール−３４フィラメント（２６５−３４）。フィラメントは、円形の断面を有していた。使用したポリマーは、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ　Ｃｒｙｓｔａｒ，Ｏｌｄ　Ｈｉｃｋｏｒｙ，ＴＮから入手可能なＤＭＴ　Ｃｒｙｓｔａｒ　３９５６（３９５６）およびＤＭＴ　Ｃｒｙｓｔａｒ　３９１５（３９１５）であった。作製したフィラメントは、部分配向させた。
【００６８】
使用した関連する加工パラメーターおよびフィラメントの特性を表１に示す。急冷装置の他の特徴部分は、米国特許出願第０９／５４７，８５４号の実施例１に記載されているとおりである。実施例Ｂ、ＤおよびＦは、低粘度がデニール分布率に悪影響を及ぼすことを実証する比較例である。第１のペアであるフィラメントＡおよびＢは、１２７デニール−３４フィラメントに関して相対粘度が増加するにつれてデニール分布率（ＤＶＡ）が減少することを示す比較である。この関係をデニール分布率％ｖｓ相対粘度として図３にグラフで示す。
【００６９】
第２のペアであるフィラメントＣおよびＤは、２６５−３４フィラメントに関して相対粘度が増加するにつれてデニール分布率が減少することを示す比較である。
【００７０】
第２のペアを第３のペアであるフィラメントＥおよびＦと比較することにより、より遅い紡糸速度を用いてさらに小さいデニール分布率を達成しうることを実証することが可能である。ＥおよびＦについてデニール分布率％ｖｓ相対粘度として図４にグラフで示す。このように、ＬＲＶを増加させると、使用できる紡糸速度はわずかに低下する可能性があるが（ただし、依然として従来の方法よりも高速である）、デニール分布率は大幅に減少する。
【００７１】
【表１】

【００７２】
（実施例２）
（高デニールフィラメントのデニール分布率に及ぼすポリマー粘度の影響）
高デニール高分子フィラメントのデニール分布率に及ぼす粘度増加の影響を明らかにするために、以上で説明しかつ図２に図示した２段空気式冷却法によりポリマーを溶融紡糸した。最初の４種のポリマーは、米国特許出願第０９／５４７，８５４号の実施例１に記載の装置を用いて急冷した。第５のポリマーは、第１段管の高さＬ２が６となるように６”×１”の第１段コーンを備えた同一の装置を用いて紡糸した。次の４種の市販のポリエチレンテレフタレートポリマーから２６５デニール−３４フィラメントの円形断面高分子フィラメントを形成した。（１）Ｙｉｚｈｅｎｇ，Ｙｉｚｈｅｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｆｉｂｒｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａから入手したＴＰＡポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ポリマー、（２）ＤＭＴ　Ｃｒｙｓｔａｒ　３９５６ポリマー、（３）Ｄｕｐｏｎｔ　Ｓｕｚｈｏｕ　Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｎｅｗ　Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｓｕｚｈｏｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａから入手したＴＰＡポリエチレンテレフタレートポリマー、および（４）第２のＤＭＴ　Ｃｒｙｓｔａｒ　３９５６　ＰＥＴポリマー。ＤｕＰｏｎｔ　Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ’Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＬａｂｏｒａｔｏｒｙでＴＰＡ重合経路を用いてポリエチレンテレフタレートポリマーを重合した。また鎖分岐剤トリメチルトリメリテートを約８５６ｐｐｍの量で使用した。Ｃｒｙｓｔａｒポリマーはすべて、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ　Ｃｒｙｓｔａｒ，Ｏｌｄ　Ｈｉｃｋｏｒｙ，Ｔｅｎｎｅｓｓｅｅから入手した。
【００７３】
使用した関連する加工パラメーターおよびフィラメントの特性を表２に示す。この表は、鎖分岐剤を用いずに粘度を増加させたときにデニール分布率が減少することを示している。フィラメントはすべて部分配向させ、さらなるテクスチャード加工を施すことを意図したものであった。表２に示されているように、鎖分岐剤を使用すると良好なデニール分布率が得られると同時に高速度を保持することができる。なぜなら、鎖分岐剤を使用しなかったときほど大幅に粘度を増加させる必要がないからである。特に、鎖分岐剤を用いたＴＰＡポリエチレンテレフタレートポリマーでは、約１．６１％ＤＶＡの低いデニール分布率を有する高分子フィラメントが得られる。このデニール分布率は、鎖分岐剤を用いないＴＰＡおよびＤＭＴポリエチレンテレフタレートポリマーのいずれから得られたデニール分布率よりも低く、しかも鎖分岐ポリエステルよりも高いＬＲＶを有するものよりも低い。さらに、表２に示されているように、鎖分岐剤を用いたＴＰＡポリエチレンテレフタレートポリマーでは、より速い紡糸速度で溶融紡糸することが可能であり、しかも依然として低いデニール分布率を有するフィラメントが得られる。
【００７４】
【表２】

【００７５】
（実施例３）
（単段空気式急冷における延伸張力％ＣＶに対する影響）
鎖分岐剤および空気式急冷を使用することにより影響を調べるために、以上で説明しかつ図１に図示した単段急冷システムを用いてフィラメントを作製した。空気式紡糸システムを用いて（ｉ）Ｃｒｙｓｔａｒ製のＤＭＴ　ＰＥＴホモポリマーおよび（ｉｉ）鎖分岐剤を含むＰＥＴを紡糸することにより、１２７デニール−３４フィラメントのポリエチレンテレフタレートフィラメントを得た。鎖分岐剤を用いたＰＥＴは、実施例２で使用したものと同じであった。
【００７６】
表３に示されている第１のフィラメントに対しては、図１に図示した空気式急冷システムをＡ＝１．０”、Ｂ＝５．５”、Ｃ１＝２．５”、Ｃ２＝２．０”、Ｃ３＝１５．０”、および紡糸口金〜管出口＝２６．０”ならびに管７３＝　１．０”に設定して使用した。表３に示されている第２のフィラメントに対しては、図１に図示した空気式急冷システムをＡ＝１．０”、Ｂ＝５．５”、Ｃ１＝３．０”、Ｃ２＝０．０”、Ｃ３＝１５．０”、紡糸口金〜管出口＝２４．５”、および管７３＝　１．０”に設定して使用した。
【００７７】
使用した関連する加工パラメーターおよびフィラメントの特性を表３に示す。表３に示されているように、鎖分岐剤を用いて調製したポリマーからフィラメントを形成すると％ＣＶは著しく減少しかつより速い紡糸速度が利用できる。％ＣＶは、サンプル平均により規格化されたサンプル分散の平方根として定義され、パーセントで表される。サンプル平均は、個々の観測値の合計を全サンプル数で割ることにより求められる。したがって、％ＣＶが低いほどフィラメントが均一であることを意味する。したがって、架橋剤を用いて粘度を増加させると単段空気式システムにおいてより均一な製品が得られる。
【００７８】
【表３】

【００７９】
以上、例示を目的として本発明について詳細に説明してきたが、次の特許請求の範囲により規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者であればさまざまな修正および変更を行いうることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に使用しうる単段空気式急冷システムの図である。
【図２】
本発明に使用しうる２段空気式急冷システムの図である。
【図３】
１２７デニール−３４フィラメントの円形断面ＤＭＴポリエチレンテレフタレートポリマーについてデニール分布率（ＤＶＡ）と相対粘度（ＬＲＶ）との関係を図示したグラフである。
【図４】
２６５デニール−３４フィラメントの円形断面ＤＭＴポリエチレンテレフタレートポリマーについてデニール分布率（ＤＶＡ）と相対粘度（ＬＲＶ）との関係を図示したグラフである。[0001]
(Background of the Invention)
(1. Field of the Invention)
The present invention relates to a method for producing a polymer filament having a low denier distribution, for example, a polyester filament. The invention also relates to yarns and other articles formed from such filaments.
[0002]
(2. Description of Related Technology)
Many synthetic polymer filaments, such as polyester, are melt spun. That is, they are extruded in a heated polymer melt. Melt spun polymer filaments are made by extruding a molten polymer, for example, polyethylene terephthalate and related polyesters, through a spinneret equipped with a plurality of capillaries. The number of capillaries can range, for example, from about 10 to about 300. The filament is delivered from the spinneret and then cooled in a cooling zone. Cooling (quenching) and subsequent solidification of the molten polymer over its details can have a significant effect on the quality of spun filaments as indicated by denier distribution and uniformity between filaments.
[0003]
Examples of the quenching method include cross-flow type, radial type and pneumatic quenching. In crossflow quench, a cooling gas is blown laterally from one side of an array of filaments that have just been extruded. The cross-flow quench was considered to provide the best method of blowing the larger amount of cooling gas required for increased speed or throughput, so that the cross-flow quench was reduced by the puller roll speed ("draw-out speed"). (Also known as spinning speed) has been widely supported by many textile manufacturers.
[0004]
Other types of quenching are referred to as "radial quenching" and include, for example, Knox U.S. Patent No. 4,156,071 and Collins et al. U.S. Patent Nos. 5,250,245 and 5,288,553. Has been used in the commercial production of certain polymeric filaments. In this type of "radial quench", the cooling gas is directed inward by a quench screen system surrounding an array of freshly extruded filaments. Such cooling gas typically drops with the filament, leaves the quench system, and exits the quench device. Although the term "radial quenching" is appropriate with respect to a circular array of filaments, even if the array of filaments is not circular, e.g., rectangular, oval, or any other shape, it may be directed toward the array of filaments. By using a peripheral screen system with a corresponding shape that directs the cooling gas inward, essentially the same system can function.
[0005]
In the 1980's, Vassilatos and Sze made significant improvements in high speed spinning of polymeric filaments, and the improvements and improved filaments obtained therefrom were disclosed in U.S. Patent Nos. 4,687,610; 4,691,003; Nos. 5,034,182, 5,141,700, and more recently 5,824,248 and co-pending applications 09 / 174,194 and 2000 filed Oct. 16, 1998. No. 09 / 547,854, filed April 12, 2012. These patents disclose gas handling techniques that surround a freshly extruded filament with gas to control the temperature of the filament and the profile of its reduction. These types of quench systems and methods are known as pneumatic quench or spin. Other pneumatic quenching methods include those described in US Pat. No. 5,976,431. Pneumatic spinning not only quench the molten filaments, but also reduce spinning line tension, thereby providing better productivity and processability. In pneumatic spinning, co-moving cooling gas and filaments are passed through a conduit, the speed in the conduit being controlled by a take-off roll. Tension and temperature are controlled by the gas flow rate, the diameter or cross-section of the conduit that controls the gas velocity, and the length of the conduit. It is possible to introduce gas at one or more points along the conduit. Pneumatic quenching allows spinning speeds in excess of about 5,000 mpm.
[0006]
For certain types of polymeric filaments cooled by some type of air quenching system, the filament denier distribution increases as the filament denier increases, thereby reducing filament productivity and processability. Was found. The increase in denier distribution is due, at least in part, to the need to increase the gas volume in order to cool more filaments in an air quench system, and the turbulence of the gas to increase filament non-uniformity. This is probably due to the increase.
[0007]
Therefore, there is a need for a method of making melt spun filaments having a low denier distribution or improved properties, preferably a high speed method.
[0008]
(Summary of the Invention)
In response to such a demand, a melt spinning method for spinning a polymer filament is provided. The method includes passing a polymer melt of a polymer formed from one or more chain branching agents through a spinneret to form a polymer filament, and providing a cooling gas to the filament to cool the filament. Sending the filaments to a pneumatic quench zone that is oriented to move the cooling gas in the same direction as the filaments.
[0009]
Further, in response to such a demand, a further melt spinning method for spinning a polymer filament is provided. The method includes passing a polymer melt of a polymer through a spinneret to form a polymer filament having a denier per filament of greater than about 4, and providing a cooling gas to the filament to cool the filament. Transporting the filament to a quench zone oriented so that the cooling gas moves in the same direction as the filament and accelerated, thereby forming the filament formed from the filament. Wherein the yarn has a denier distribution of less than 2.
[0010]
Also, in response to such a need, there is provided a melt spinning method for making polymer filaments having a denier distribution of less than about 2. The method comprises passing a polymer melt of a polymer having a laboratory relative viscosity of greater than 22.5 through a spinneret to form a polymer filament, and an array of filaments for cooling gas to cool the filament. And sending the filament to a quench zone that is oriented to accelerate and move the cooling gas in the same direction as the direction of the filament.
[0011]
Also, in response to such a need, there is provided a method of making a polyester yarn having a denier distribution of less than about 2%. The method comprises forming a filament from a polyester having a laboratory relative viscosity of greater than 22.5, and forming a yarn from the filament.
[0012]
Also provided are filaments, yarns, and other articles made by these methods.
[0013]
Further objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description given hereinafter.
[0014]
In response to such a demand, a melt spinning method for spinning a polymer filament is provided. The method includes passing a polymer melt of a polymer formed from one or more chain branching agents through a spinneret to form a polymer filament, and providing a cooling gas to the filament to cool the filament. Sending the filaments to a pneumatic quench zone that is oriented to move the cooling gas in the same direction as the filaments.
[0015]
Further, in response to such a demand, a further melt spinning method for spinning a polymer filament is provided. The method includes passing a polymer melt of a polymer through a spinneret to form a polymer filament having a denier per filament of greater than about 4, and providing a cooling gas to the filament to cool the filament. Transporting the filament to a quench zone oriented so that the cooling gas moves in the same direction as the filament and accelerated, thereby producing and forming from the filament Characterized in that the yarn has a denier distribution of less than 2.
[0016]
Also, in response to such a need, there is provided a melt spinning method for making polymer filaments having a denier distribution of less than about 2. The method comprises passing a polymer melt of a polymer having a laboratory relative viscosity of greater than 22.5 through a spinneret to form a polymer filament, and an array of filaments for cooling gas to cool the filament. And sending the filament to a quench zone that is oriented to accelerate and move the cooling gas in the same direction as the direction of the filament.
[0017]
Also, in response to such a need, there is provided a method of making a polyester yarn having a denier distribution of less than about 2%. The method comprises forming a filament from a polyester having a laboratory relative viscosity of greater than 22.5, and forming a yarn from the filament.
[0018]
Also provided are filaments, yarns, and other articles made by these methods.
[0019]
Further objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description given hereinafter.
[0020]
(Detailed description of the invention)
The present invention relates to a method for making melt spun polymer filaments having a low denier distribution by pneumatic spinning. The present invention also relates to a melt spun polymer filament having a low denier distribution made by the method of the invention described herein.
[0021]
We have found that by increasing the viscosity of the spun polymer, the denier distribution of the resulting filaments can be reduced, thereby overcoming the high denier distribution problem found in other methods. did.
[0022]
Synthetic polymers, when melt spun (extruded), are generally first prepared in the form of continuous polymeric filaments, but the term "filament" is used generically herein to refer to cut Includes fibers (often called staples). A group of filaments are combined to form a yarn. The method of the present invention can be used to make any type of yarn, such as fully drawn yarn, partially oriented yarn (POY), or staples. Preferably, the yarn produced is partially oriented for subsequent texturing by methods known in the art. Any desired texturing method can be used, including false twist texturing, air jet texturing, and stretch texturing.
[0023]
Filaments having any desired cross-section can be made, including round, oval, trilobal, and scalloped oval. Any melt-spinnable polymer can be used in the method of the present invention, including polyesters and polyolefins. Preferably, the polymer is a polyester. Polyesters can take the form of homopolymers, copolymers, mixtures of polyesters, bicomponents, or chain-branched polyesters. Useful polyesters include polyethylene terephthalate ("2-GT"), polytrimethylene terephthalate or polypropylene terephthalate ("3-GT"), polybutylene terephthalate ("4-GT"), polyethylene naphthalate, poly (cyclohexyl). (Methylene methylene) terephthalate, poly (lactide), poly (ethylene azelate), poly (butylene terephthalate), poly [ethylene (2,7-naphthalate)], poly (glycolic acid), poly (ethylene succinate), poly (Ethylene adipate), poly (ethylene sebacate), poly (ethylene sebacate), poly (decamethylene adipate), poly (decamethylene sebacate), poly (α, α-dimethylpropiolactone), poly (para- Hydroxybenzoate G) (akono), poly (ethylene oxybenzoate), poly (ethylene isophthalate), poly (tetramethylene terephthalate) poly (hexamethylene terephthalate), poly (decamethylene terephthalate), poly (1,4-cyclohexane dimethylene terephthalate) ) (Trans), poly (ethylene 1,5-naphthalate), poly (ethylene 2,6-naphthalate), poly (1,4-cyclohexylidene dimethylene terephthalate) (cis), and poly (1,4-cyclohexy Dendimethylene terephthalate) (trans). Methods for making the polymers used in the present invention are known in the art. Also, such manufacturing methods can use catalysts, cocatalysts, and chain branching agents to form copolymers and terpolymers, as is known in the art.
[0024]
For example, suitable polyesters comprise ethylene-M-sulfo-isophthalate structural units wherein M is an alkali metal cation, as described in U.S. Patent No. 5,288,553. It may contain in the range of 3 mol% or 0.5 to 5 mol% of the lithium salt of the glycolate of 5-sulfo-isophthalic acid as described in U.S. Pat. No. 5,607,765. it can. The filaments of the present invention can also be formed from any of the two aforementioned polymers in the form of so-called "bi-component" filaments arranged in a side-by-side or sheath-core configuration. Particularly useful is polyethylene terephthalate (PET). PET can be prepared by either the DMT method or the TPA method described below. Also useful are the branched chain polymers detailed below.
[0025]
The method of the present invention produces a yarn having a useful denier distribution. Denier distribution (DVA) is a measure of the rate of variation of denier along the end of a yarn and is obtained by calculating the change in mass at regular intervals along the yarn. The denier rate of change is measured by passing the thread through the condenser slot and corresponds to the instantaneous mass in the slot. The test sample is electronically divided into eight small 30 m sections and measurements are taken every 0.5 m. The average of the difference between the maximum and minimum mass measurements obtained for each of the eight subsections is determined. The average of the differences is divided by the average mass along the 240 m length of yarn and the denier distribution is recorded as a percent or% DVA. The test can be performed using an ACW400 / DVA (Automatic Cut and Weigh / Denier Variation Accessory) device available from Lenzing Technik, Lenzing, Austria, A-4860.
[0026]
Low denier distribution is desirable because non-uniform filaments can cause problems in downstream filament processing. In addition, a low denier distribution can provide high texturing speeds, uniform coloration, and bulk or surface uniformity of the fabric formed from the filaments. The method of the present invention can provide a yarn having a DVA of less than about 2.0, preferably less than about 1.5, more preferably less than about 1.2, and most preferably less than about 1.0. As shown in FIGS. 3 and 4, when the other conditions are the same, the smaller the dpf, the smaller the obtained denier distribution ratio.
[0027]
The yarn can be formed from any desired number of filaments. If the dpf value is greater than 5, the yarn is preferably formed from about 5 to about 200 filaments, more preferably from about 8 to about 100, and most preferably from about 10 to about 70 filaments.
[0028]
In some embodiments of the present invention, the filament has a dpf value greater than about 3.4 dpf, preferably from about 3.5 to about 15.0, more preferably from about 4.0 to about 12, and most preferably about 5 to about 12. 0.0 to about 9.0 dpf. However, the present invention is not only directed to reducing the denier distribution of high denier filament yarns, but also to low denier filament yarns that may already exhibit acceptable denier distribution, for example, less than about 3.5, about It also relates to reducing the denier distribution of filament yarns having a dpf value less than 2.0, or less than about 1.0. By properly selecting process conditions such as speed and polymer viscosity, the full range of DVA described above can be obtained regardless of the dpf value.
[0029]
The present inventors have found that the denier distribution is related to the viscosity of the polymer. As described in the examples, and as shown in FIGS. 3 and 4, as the relative viscosity increases, the denier distribution of the polymer filament decreases. Therefore, a polymer must be selected that has an LRV high enough to give an acceptable DVA. The melt viscosity can be increased by any desired method. For example, using a chain branching agent to form a polymer, or further polymerizing to extend the polymer chain length, the first polymer having a higher viscosity using other polymerization techniques known in the art. Or can be formed.
[0030]
In addition, as described in Example 2, the use of pneumatic spinning and chain branching agents provides a synergistic effect with respect to the reduction of denier distribution, while allowing for the use of higher speeds, thus increasing productivity. Increase. Accordingly, the present invention also relates to increasing the productivity of the production of polymeric filaments by adding a chain branching agent and pneumatically spinning the filaments.
[0031]
Any chain branching agent that can increase the melt viscosity of the polymer so as to obtain the desired denier distribution can be used. By imparting chain branching during or after the formation of the initial polymer, the viscosity can be increased to a desired level. A chain branching agent is any agent that reacts with the monomer (s) or polymer to increase the viscosity of the polymer. They are generally polyfunctional compounds containing three or more functional groups such as hydroxyl groups, carboxyl groups or ester groups. Suitable chain branching agents include trimethyltrimellitate, pentaerythritol, trimeric acid, melitic acid, trimethylolpropane, trimethylolethane, glycerin, trimesic acid and their trifunctional esters, trimethylolpropane, tetraethylsilicate, pyromellitate Examples include acids, phloroglucinol, hydroxyhydroquinone, and other chain branching agents known in the art. Preferred chain branching agents are those that are sufficiently stable in monomeric form during processing and polymerization and in polymeric form during formation, spinning and further processing. U.S. Patent Nos. 3,576,773, 4,092,299, 4,113,704, 4,945,151, 5,034,174 and 5, 376,735, and Journal of Applied Poly. Science (Vol. 74 pp. 728-73, 1999). All of which are incorporated herein by reference for descriptions of useful chain branching agents. Chain polymers can be made by techniques known in the art. In a preferred embodiment of the present invention, the chain branching agent comprises trimethyl trimellitate.
[0032]
In embodiments of the present invention in which the polymeric filament is a polyethylene terephthalate polyester, the filament can be made by any suitable synthetic route known in the art. In particular, either of two main synthetic routes for preparing polyethylene terephthalate polyesters: (1) transesterification of dimethyl terephthalate with ethylene glycol "DMT" and (2) reaction of terephthalic acid with ethylene glycol "TPA". Thus, it is possible to produce a filament. In any of the synthetic routes, any suitable chain branching agent known in the art can be used. DMT polymers often have adequately high viscosities without imparting chain branching, due to impurities inherent in the DMT process, which often form branches and increase viscosity. The chain branching agent of the present invention is an additional functional compound added to the process and is not specific to the DMT method or the TPA method. In a preferred embodiment where the chain branching agent is trimethyl trimellitate, it is possible to prepare polyethylene terephthalate by either the DMT or TPA routes.
[0033]
It is possible to use any suitable amount of chain branching agent in the polymers used in the present invention. An appropriate amount is an amount that effectively increases the relative viscosity of the polymer to a relative viscosity corresponding to the desired denier distribution. This is a function of filament dpf and polymer type and process parameters such as spinning speed. For example, if a denier distribution of about 1.0% is desired for the filament shown in FIG. 3, then an effective amount of a chain branching agent is an amount that increases the relative viscosity of the polymeric filament to about 23.3 LRV. Would. For example, about 100 to about 10,000 ppm of crosslinks can be used. In a preferred embodiment where the chain branching agent is trimethyl trimellitate, about 0.085 to about 0.23% by weight of trimethyl trimellitate (based on polymer weight) or about 3.4 to about 9.1 per gram of polymer. The polymer is polymerized using a microequivalent crosslinker.
[0034]
If a polymer with a sufficiently high LRV is selected to produce a filament with a sufficiently low dpf, a suitable DVA can be obtained and no chain branching agent is required. Preferably, the LRV of the polymer, with or without chain branching, is greater than about 22.0 or greater than about 22.5 or greater than about 23.0 to provide the desired denier distribution.
[0035]
In the method of the present invention, the polymer is melt-spun through a spinneret using known techniques. Thereafter, the spun filament is quenched by a pneumatic method. Generally, pneumatic quenching provides a given volume of cooling gas to cool the polymer filament. Any gas can be used as the cooling medium. The cooling gas is preferably air, since air is readily available, but other gases, such as steam or water, if needed due to the sensitivity of the polymer filaments, especially at the high temperature of the freshly extruded material It is also possible to use an inert gas such as nitrogen.
[0036]
In pneumatic spinning, cooling gas and filaments are passed through a conduit, the speed in the conduit being controlled by a take-off roll. Tension and temperature are controlled by the gas flow rate, the diameter or cross-section of the conduit that controls the gas velocity, and the length of the conduit. It is possible to introduce gas at one or more points along the conduit. Preferably, the gas is accelerated in or downstream of the quench zone using a converging section or taper or using a limited volume tube.
[0037]
For pneumatic quenching, spinning speeds of greater than about 3,000 mpm, for example, greater than 4,000 or 5,000 mpm, can be used. Examples of suitable pneumatic spinning methods and systems that can be used are described in US Pat. No. 5,824,248 (the '248 patent), which is hereby incorporated by reference, and in 2000, also incorporated herein by reference. No. 09 / 547,854, filed Apr. 12, which is hereby incorporated by reference. Any of the pneumatic methods described in the background section can be used. Preferred embodiments include the single-stage method shown in the '248 patent and the two-stage method of 09 / 547,854. A typical single-stage method is shown in FIG. 1 and a typical two-stage method is shown in FIG.
[0038]
Although the devices of FIGS. 1 and 2 are annular, they can take other shapes. As shown in FIG. 1, the single-stage pneumatic quench includes a cylindrical housing 50 defining an annular chamber 52 to which pressurized cooling gas is supplied. Pressurized cooling gas is blown through an inlet conduit 54 formed in the outer cylindrical wall 51 of the housing 50. Annular chamber 52 has an annular bottom wall 53 attached to cylindrical inner wall 66 below annular chamber 52 and below cylindrical quench screen system 55. A cylindrical quench screen system 55 defines an upper interior surface of the annular chamber 52 and pressurized cooling gas passes through the screen system from the annular chamber 52 into the region 18 below the spinneret face 17 in a radially inward direction. It is blown in the direction. The still molten filament bundle 20 that has just been extruded as a heated melt into the heated spin pack 16 through holes (not shown) in the spinneret face 17 passes through the region 18. The spinneret surface 17 is located at the center with respect to the housing 50, and is recessed on a surface 16a (the surface of the spin pack 16) with which the housing 50 contacts. The filament 20 moves continuously from the area 18 and exits the quench system before reaching the puller roll 34 through a tube formed by the inner wall 66 surrounding the filament. The surface speed of the puller roll 34 is called the drawing speed of the filament 20.
[0039]
The filament may actually pass through a short tube 71 of the same internal diameter as the cylindrical quench system 55 while descending below the cylindrical quench system 55, and preferably, through the bottom 53 of the housing 50. The taper 72 is passed before entering the smaller inner diameter tube 73 that extends downward. The relative velocities of the gas and filament can be varied to achieve the desired result. The filament 20 will preferably have already been cured before leaving the tube 73. In that case, the speed of the filament 20 when leaving the tube 73 will already be at the same speed as the withdrawal speed of the roll 34.
[0040]
Providing a tapered inlet 72 in the tube is optional, but preferred. It is believed that a properly tapered inlet to the tube may facilitate cooling gas acceleration and reduce turbulence. The tapered inlet to the tube was used with taper angles of 30 °, 45 °, and 60 °, but the optimal taper angle depends on a combination of factors. A tube about 1 inch (2.5 cm) in diameter has been found to be very useful in practice. Using a tube about 1.25 inches (3.2 cm) in diameter was also effective. It is preferred that the upper end of the tube is not too far from the spinneret. The top of the tube should be no more than about 80 cm from the top of the tube, preferably less than about 64 cm.
[0041]
The shape of the tube 73 having the limiting dimensions need not be limited to only a cylindrical cross-section, and may vary, especially when a non-circular array of filaments is extruded. Thus, for example, rectangular, square, oval or other cross-section tubes may be used.
[0042]
The following dimensions are shown in FIG.
A-Height of the quench delay, i.e. the height of the spinneret face 17 above the face 16a.
B-Quench screen height, ie, the height of cylindrical quench screen system 55 (extending from surface 16a to the top of inner wall 66).
C ₁ The height of the connecting pipe, ie the height of the short pipe 71;
C ₂ The height of the connecting taper, ie the height of the tapered portion 72;
C ₃ The height of the tube, i.e. the height of the tube 73 with a limited diameter that accelerates the cooling gas from the area 18;
[0043]
In FIG. 1, the filament 20 continuously descends to the driven roll 34 after leaving the quenching system. The driven roll 34 pulls the filament 20 from the heated spinneret in its path such that the speed of the filament at the roll 34 is the same as the surface speed of the driven roll 34 (ignoring slippage). This speed is known as the withdrawal speed. As before (but not shown in the drawings), the solid filament 20 is generally finished before reaching the driven roll 34.
[0044]
As shown in FIG. 2, the pneumatic quenching system comprises, for example, two stages for introducing gas to the filament at two locations, a converging section 116 for accelerating the air, and a converging / diverging section in tube 119. It is also possible to provide The first-stage chamber 105 and the second-stage chamber 106 are respectively formed in a cylindrical inner wall of the housing 107. The first-stage chamber 105 is adjusted to be positioned below the spinneret 113, and supplies gas to the filament 114 to control the temperature of the filament 114. The second stage chamber 106 is disposed between the first stage gas inlet 108 and the pipe 119 located below the first gas inlet 108 so as to surround the filament 114 when cooled. An annular wall 102 attached to the cylindrical inner wall 103 below the first chamber 105 separates the first chamber 105 from the second chamber 106.
[0045]
The first stage gas inlet 108 supplies gas to the first stage chamber 105. Similarly, the second stage gas inlet 109 supplies gas to the second stage chamber 106. It should be noted that a single gas inlet can be provided to supply one or more chambers and that the number of gas inlets can be varied to allow for flexible control of gas flow. The cooling gas flowing into each stage can be adjusted independently by supplying pressurized cooling gas from inlets 108 and 109, respectively.
[0046]
A cylindrical quench screen assembly 111 including one or more portions, preferably a cylindrical perforated tube and a wire screen tube, is centrally located in the first stage chamber 105. A "perforated tube" is a means for distributing the flow of gas in the radial direction of the step. Pressurized cooling gas is blown inwardly through the first stage inlet 108, through the first stage chamber 105, and further through the cylindrical quench screen assembly 111, and below the spinneret 113. It enters a region 112 formed in the inner cylindrical wall of the lee 111. After being extruded from a spinneret hole (not shown), the bundle of molten filaments 114 passes through a region 112 where cooling of the filaments 114 is started. The inner wall 103 is located below the cylindrical quench screen assembly 111 and between the first stage gas inlet 108 and the second stage gas inlet 109. The first-stage converging portion 116 is formed inside the housing 107, more specifically, on the inner wall of the inner wall 103 between the first-stage gas inlet 108 and the second-stage gas inlet 109. The converging section can be located at any part of the device to increase the air speed. The converging section can be moved up or down the tube to achieve the desired gas operation. One or more such converging sections can be provided. The filament 114 continues to move from the region 112 and exits the first stage of the quench system, passes through the short tubular portion of the inner wall 103, and then accelerates in the direction of filament travel while continuing to cool the filament 114. It passes through the first stage converging section 116 together with the stage cooling gas.
[0047]
The cylindrical perforated pipe 117 is disposed below the first-stage converging portion 116 and between the first-stage gas inlet 108 and the second-stage gas inlet 109. The cylindrical perforated pipe 117 is centrally located in the second stage chamber 106. However, the perforated tube 117 can be located at a location desired to provide the desired gas to the filament, for example, below the second stage gas inlet. The cylindrical inner wall 118 is located below the cylindrical perforated pipe 117. The second supply of the cooling gas is performed from the second-stage supply port 109 so that the gas passes through the cylindrical perforated pipe 117. Between the first and second stage converging sections (116 and 126, respectively) there is a tubular section 125 having an inlet diameter D3, an outlet diameter D4 and a height L2 formed by the inner wall of the converging section 116. The tubular portion 125 and the converging portion 116 can be formed as a single piece or as separate pieces that are connected together, such as by threading.
[0048]
The tubular portion 125 may be straight, as shown in FIG. 2, or may be tapered. The ratio of the diameters D2 to D4 is generally D4 / D2 <0.75, preferably D4 / D2 <0.5. By using such a ratio, the speed of the cooling air can be increased. The second-stage cooling gas passes through an inlet 126 having a diameter D5 of the second-stage converging portion formed by an outlet of the tubular portion 125 of the first converging portion 116 and an inlet of the spinning tube 119. The term spin tube is used to indicate the portion of this device that has a converging / diverging configuration. Preferably, the last part of the tube adopts such a configuration. The upper end of the spinning tube 119 is located on the inner surface of the cylindrical inner wall 118.
[0049]
A second stage convergent portion 126 having a length L3 and an outlet diameter D6 is formed on the inner wall of the tube 119, followed by a divergent portion 127 having a length L4. The divergent portion 127 is also formed on the inner wall of the tube 119 and extends to the end of the tube 119 having the outlet diameter D7. The filament 114 leaves the tube 119 through the outlet diameter D7 and is taken up by a roll 104 having a surface speed called the withdrawal speed of the filament 114. The speed may be changed as desired. Preferably, roll 104 is driven at a surface speed greater than 3,500 mpm. The average velocity of the combined first and second stage gases increases in the direction of filament movement in the second stage converging section 126 and then decreases as the cooling gas moves through the divergent section 127. The second stage cooling gas merges with the first stage cooling gas in the second stage converging section 126 to assist in cooling the filament. The temperature and flow of the cooling gas entering the inlets 108 and 109 can be controlled independently.
[0050]
An optional converging screen 120 having a perforated wall or diffuser cone may be located at the exit of the spinning tube 119. Evacuating cooling gas from the perforated walls of diffuser cone 120 reduces exit gas velocity and turbulence along the filament path. Various diffuser cones 120 can be utilized to reduce turbulence on the filament 114. The filament 114 can be removed from the spinning tube 119 through the exit nozzle 123 of the converging screen 120, from which the filament 114 can be pulled by the roll 104.
[0051]
The following dimensions are shown in FIG.
The height of the A-quenching delay portion is the difference between the spinneret surface and the pump block bottom surface 122 with which the housing 107 abuts.
B—Quench Screen Height is the vertical length of cylindrical quench screen assembly 111.
L1-Length of the first-stage convergent portion.
L2-Length of the first stage tube.
D2-Inlet diameter of the first stage converging section.
D3-Diameter of the tubular section inlet of the first stage converging section.
D4-Diameter of tubular section exit of first stage converging section.
D5-Inlet diameter of the second stage converging section.
D6-Outlet diameter of the second stage converging section.
D7-Exit diameter of the second stage divergent section.
L5-length of any convergent screen.
[0052]
The gas can be independently introduced at 108 or 109 at atmospheric pressure or under pressure. It is also possible to blow gas into the first-stage gas inlet 108 at a pressure exceeding atmospheric pressure so that the gas is sucked into the second-stage gas inlet 109. The same or different gases can be introduced into the first and second stage gas inlets 108 and 109.
[0053]
A variety of two-stage devices can be used, as described in US patent application Ser. No. 09 / 547,854. For example, two or more gas inlets and one or more gas outlets can be provided in the device. Alternatively, the tube 119 may be a straight tube so as not to include a converging / diverging portion. The only important thing is that the device is provided with at least one converging section for accelerating the cooling gas.
[0054]
The delay A in FIG. 6 can be a non-heated or heated delay (often called an annealer). The length and temperature of the delay can be varied to provide a desired cooling rate of the filament.
[0055]
After quenching, the filaments are converged, entangled, and wound as a multifilament bundle using techniques known in the art. Any desired winding method can be used, such as winding using a friction driven winder or a spindle driven winder. For example, the yarn can be wound on a multi-end automatic moving turret winder manufactured by Barmag AG (Remscheid-Lennep, Germany).
[0056]
From the produced filaments, multifilaments, yarns, fabrics, and other articles can be formed.
[0057]
The properties used to characterize the filaments of the present invention were measured as follows.
The draw tension (DT) is measured in grams at a draw ratio of 1.7 and a heater temperature of 180 ° C. Stretch tension is used as a measure of orientation. Stretch tension can be measured using a DTI 400 Draw Tension Instrument, also available from Lenzing Technik.
[0058]
Toughness (Ten) is determined as the value obtained by dividing the load in grams at the break point by denier. Elongation (% E) is the percent increase in yarn length at break. Ten and% E are measured according to ASTM D2256 using a 10 inch (25.4 cm) gauge length sample at 65% RH and 70 ° F. and an extension rate of 60% per minute.
[0059]
DVA% is measured as described above. Q1 / Q2 is the volumetric air flow measured in cubic feet per minute (CFM) entering chambers 105 and 106 of FIG. This was measured using a Brandt B-NZP 1000 Series Gas Flow Sensor.
[0060]
% U was measured as follows. Using the Uster Tester 3 Model C manufactured by Zellweger Uster AG CH-8610, Uster, Switzerland, it is possible to measure the uniformity U% of the test yarn, i.e. the linearity of the mass values. The percentage indicates the magnitude of the mass deviation from the average mass of the test sample and is a strong indicator of overall material uniformity. Testing can be performed according to ASTM Method D 1425. The Rotofil twister unit of the test apparatus was set to apply S twist to the yarn and the pressure was adjusted to obtain an optimal U%.
[0061]
U% CV is the square root of the variance of the mass deviation normalized by the mean value of the mass, expressed as a percentage. Like uniformity, it is a measure of the mass or denier variation along the end of the yarn.
[0062]
Laboratory relative viscosity (LRV) was determined at 25 ° C. using the ratio of the absolute viscosity of the polymer solution to the absolute viscosity of the solvent using a Cannon-Fenske viscometer (size 200) or the efflux time of the polymer solution and the efflux time of the solvent. The ratio was measured. The polymer solution was at a concentration of 8% w / v (4.75% w / w) at 25 ° C. The solvent used is hexafluoroisopropanol containing 100 ppm of sulfuric acid.
[0063]
Denier or linear mass is the weight in grams of 9000 meters of yarn. Denier is determined as follows. First, a yarn of known length, typically 45 meters, is advanced from a multifilament yarn package to a denier reel and weighed using a balance to an accuracy of 0.001 g. Next, the denier is calculated from the measured weight of 45 meters in length. Yarn denier was measured using a Lenzing Technik ACW 400 / DVA (Automatic Cut and Weight / Denier Variation Accessory) apparatus. H ₂ P1 / P2 of O are the first and second stage pressures measured at the walls of chambers 105 and 106, respectively, in FIG. 2 using an Alnor Model S30 micromanometer. P1 / P2 is the actual gauge pressure relative to atmospheric pressure.
[0064]
The block temperature is the temperature of the Dowtherm heating steam in the heating cavity surrounding the metal block for polymer transport between the spinning metering pump and the spin pack.
[0065]
Polymer temperature is the value of the temperature of the polymer in the melt pool in front of the spinneret plate measured with a thermocouple.
[0066]
The present invention will be described more specifically with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.
[0067]
(Example)
(Example 1)
(Effect of polymer viscosity on denier distribution of low and high denier filaments)
In this experiment, the following commercially available polyethylene terephthalate polymer prepared by the DMT method was melt spun using the two-stage pneumatic quench system described above and illustrated in FIG. (1) 127 denier-34 filament (127-34) having a relative viscosity (LRV) of 23.3, (2) 127 denier-34 filament (127-34) having an LRV of 21.8, (3) 23 265 denier-34 filament (265-34) having an LRV of 0.3, and (4) 265 denier-34 filament (265-34) having an LRV of 21.8. The filament had a circular cross section. The polymer used was E.I. I. DMT Crystar 3956 (3956) and DMT Crystar 3915 (3915) available from DuPont Crystar, Old Hickory, TN. The produced filament was partially oriented.
[0068]
The relevant processing parameters and filament properties used are shown in Table 1. Other features of the quenching device are as described in Example 1 of US patent application Ser. No. 09 / 547,854. Examples B, D and F are comparative examples demonstrating that low viscosity has an adverse effect on denier distribution. The first pair, filaments A and B, is a comparison showing that as the relative viscosity increases for 127 denier-34 filaments, the denier distribution (DVA) decreases. This relationship is graphically shown in FIG. 3 as the denier distribution ratio% vs. relative viscosity.
[0069]
The second pair, filaments C and D, is a comparison showing that the denier distribution decreases as the relative viscosity increases for the 265-34 filament.
[0070]
By comparing the second pair with the third pair, filaments E and F, it is possible to demonstrate that a lower denier distribution can be achieved with a lower spinning speed. FIG. 4 is a graph showing denier distribution ratio% vs. relative viscosity for E and F. Thus, increasing the LRV can slightly reduce the spinning speed that can be used (although still faster than conventional methods), but significantly reduces the denier distribution.
[0071]
[Table 1]

[0072]
(Example 2)
(Effect of polymer viscosity on denier distribution of high denier filament)
To clarify the effect of increasing viscosity on the denier distribution of high denier polymer filaments, the polymer was melt spun by the two-stage pneumatic cooling method described above and illustrated in FIG. The first four polymers were quenched using the apparatus described in Example 1 of US patent application Ser. No. 09 / 547,854. The fifth polymer was spun using the same equipment with a 6 ″ × 1 ″ first-stage cone so that the height L2 of the first-stage tube was 6. A round cross-section polymeric filament of 265 denier-34 filament was formed from the following four commercially available polyethylene terephthalate polymers. (1) Yizheng, Yizheng Chemical Fiber Co. , Ltd, P.S. R. TPA polyethylene terephthalate (PET) polymer obtained from China, (2) DMT Crystar 3956 polymer, (3) Dupont Suzhou Polyester Co. , Ltd. New Direct, Suzhou Jiangsu, P .; R. TPA polyethylene terephthalate polymer obtained from China, and (4) a second DMT Crystar 3956 PET polymer. The polyethylene terephthalate polymer was polymerized using a TPA polymerization route at DuPont Polyester Technologies' Technical Laboratory. The chain branching agent trimethyl trimellitate was used in an amount of about 856 ppm. All Crystar polymers are E.I. I. DuPont Crystar, Old Hickory, Tennessee.
[0073]
The relevant processing parameters and filament properties used are shown in Table 2. This table shows that the denier distribution decreases when the viscosity is increased without using a chain branching agent. All filaments were partially oriented and intended for further texturing. As shown in Table 2, when a chain branching agent is used, a good denier distribution can be obtained, and at the same time, a high speed can be maintained. This is because it is not necessary to increase the viscosity as much as when no chain branching agent was used. In particular, a TPA polyethylene terephthalate polymer using a chain branching agent provides a polymer filament having a low denier distribution of about 1.61% DVA. This denier distribution is lower than the denier distribution obtained from both TPA and DMT polyethylene terephthalate polymers without the use of a chain branching agent, and lower than those having a higher LRV than the chain branched polyester. Furthermore, as shown in Table 2, the TPA polyethylene terephthalate polymer using a chain branching agent can be melt-spun at a higher spinning speed and still obtain a filament having a low denier distribution. .
[0074]
[Table 2]

[0075]
(Example 3)
(Effect on stretching tension% CV in single-stage pneumatic quenching)
To investigate the effects of using a chain branching agent and pneumatic quench, filaments were made using the single-stage quench system described above and illustrated in FIG. Polyethylene terephthalate filaments of 127 denier-34 filaments were obtained by spinning (i) DMT PET homopolymer from Crystar and (ii) PET with a chain branching agent using a pneumatic spinning system. PET using a chain branching agent was the same as that used in Example 2.
[0076]
For the first filament shown in Table 3, the pneumatic quench system shown in FIG. 1 uses A = 1.0 ″, B = 5.5 ″, C1 = 2.5 ″, C2 = 2. 0.0 ", C3 = 15.0", and spinneret to tube outlet = 26.0 "and tube 73 = 1.0" were used. For the second filament shown in Table 3, For example, the pneumatic quenching system shown in FIG. 1 is A = 1.0 ″, B = 5.5 ″, C1 = 3.0 ″, C2 = 0.0 ″, C3 = 15.0 ″, a spinneret. Tube outlet = 24.5 "and tube 73 = 1.0" were used.
[0077]
The relevant processing parameters and filament properties used are shown in Table 3. As shown in Table 3, when filaments are formed from polymers prepared with chain branching agents, the% CV is significantly reduced and higher spinning speeds are available. % CV is defined as the square root of the sample variance, normalized by the sample mean, and is expressed as a percentage. The sample mean is determined by dividing the sum of the individual observations by the total number of samples. Therefore, the lower the% CV, the more uniform the filament. Thus, increasing the viscosity with a crosslinking agent results in a more uniform product in a single-stage pneumatic system.
[0078]
[Table 3]

[0079]
While the invention has been described in detail for purposes of illustration, various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims. It will be understood.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a diagram of a single-stage pneumatic quench system that can be used in the present invention.
FIG. 2
FIG. 1 is a diagram of a two-stage pneumatic quench system that can be used in the present invention.
FIG. 3
4 is a graph illustrating the relationship between denier distribution (DVA) and relative viscosity (LRV) for a DMT polyethylene terephthalate polymer having a circular cross section of 127 denier-34 filaments.
FIG. 4
4 is a graph illustrating the relationship between denier distribution (DVA) and relative viscosity (LRV) for a circular cross-section DMT polyethylene terephthalate polymer of 265 denier-34 filaments.

Claims

A melt spinning method for spinning a polymer filament,
Passing a polymer melt of the polymer formed from one or more chain branching agents through a spinneret to form a polymer filament;
Providing a cooling gas to the filament to cool the filament, and directing the filament to a pneumatic quench zone oriented to move the cooling gas in the same direction as the filament. The method characterized by the above.

The method of claim 1, wherein the cooling gas is provided to the filament in a single stage and accelerated through a taper and a narrow area.

The method of claim 1, wherein the cooling gas is provided to the filament in two stages, and the gas is accelerated by a converging section of the quench zone.

The method of claim 1, further comprising collecting the filaments to form a yarn.

The method of claim 1, wherein the polymer comprises a polyester.

The method of claim 1, wherein said polymer comprises polyethylene terephthalate.

The method of claim 1, wherein the chain branching agent comprises a tri- or higher functional acid, alcohol, or ester.

The method of claim 1, wherein the chain branching agent comprises trimethyl trimellitate.

The method of claim 1, wherein the yarn formed from the produced filaments has a denier distribution of less than about 2, and the filaments have a denier of greater than about 4 per filament.

The method of claim 1, wherein the yarn formed from the produced filaments has a denier distribution of less than about 1.5 and less than about 4 denier per filament.

The method of claim 1, wherein the polymer has a laboratory relative viscosity of greater than about 22.

The method of claim 1, wherein the filament travels through the quench zone at a rate greater than about 3,500 meters per minute.

The method of claim 1, wherein the filament travels through the quench zone at a rate greater than about 4,000 meters per minute.

A filament produced by the method according to claim 1.

An article formed from the filament of claim 14.

A melt spinning method for spinning a polymer filament,
Passing a polymer melt of the polymer through a spinneret to form a polymer filament having a denier of greater than about 4 per filament;
Cooling gas is provided to the filament to cool the filament, and the cooling gas moves in the same direction as the filament and sends the filament to a quench zone oriented to be accelerated; Including
A method whereby the yarn formed from the produced filaments has a denier distribution of less than 2.

17. The melt spinning method of claim 16, wherein the filaments have a denier per filament of greater than about 5.

The method according to claim 16, wherein the polymer comprises polyethylene terephthalate.

A melt spinning method for making a polymer filament having a denier distribution of less than about 2, comprising:
Passing a polymer melt of a polymer having a laboratory relative viscosity of greater than 22.5 through a spinneret to form a polymer filament;
Cooling gas is provided to the array of filaments to cool the filament, and the cooling gas travels in the same direction as the filament and directs the filament to a quenching region oriented to accelerate. And a method.

A method of making a polyester yarn having a denier distribution of less than about 2%, comprising forming a filament from polyester containing one or more chain branching agents and having a laboratory relative viscosity of greater than 22.5. Forming a yarn from the filament.