JP2005139604A - 円形断面の糸を製造するためのスピナレットおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピナレットのワイピング寿命を延ばして糸製造処理における生産性を向上させる。
【解決手段】 溶融押し出しスピナレット板は、非円形断面形状の毛管口を有して円形断面形状の少なくとも１つのフィラメントを作成する。この押し出し口の非円形断面形状は、円形断面形状のフィラメントを押し出すときに用いられて、熱的な堆積物を少なくすることによりスピナレットのワイピング寿命を延ばすことができる。
【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、非円形断面の毛管口を有するスピナレットおよびこのスピナレットを用いて円形断面を有したポリアミドの糸を製造するための方法に関する。特に、本発明はポリアミドのフィラメントを押し出してそれらのフィラメントよりなる糸を形成するためのスピナレットに関するものである。

ポリアミドのマルチフィラメント糸の製造、特にナイロン６６の製造では、糸の巻き取りをしばしば停止して、スピナレット板の毛管出口側の周囲に見られる好ましくない堆積物を取り除かなければならない。仮に取り除かない場合は、フォーン（Synthetic Fibers, Chapter 4, page 359, C. Hanser Publishers, Munich 1998）によれば、これらの堆積物は１週間で数ミリメートルの厚みまで堆積する。このような堆積物によって、フィラメントの曲げないし“ニーイング”を生じる。フィラメントの大部分に曲げが生じると、それが直されない場合は、最後には、フィラメントの切断、糸の欠陥または予定外の工程の停止、また、効率の低下がもたらされる。

フィラメントの曲げないしニーイングに対して、この技術分野で実施されている改善策は、毛管出口面における押し出しないしスピナレットプレート上の上記の堆積物を除くことである。この除去工程は“スピナレットワイピング”としても知られている。スピナレットワイピングと次のスピナレットワイピングの間のサイクル時間は、このサイクルでのそれぞれのワイピングは好ましくない堆積物の堆積によって必要になるものである場合において、スピナレットのワイピング寿命である。工程の効率や連続性の観点から、より長いスピナレットワイピングのサイクルすなわちワイピング寿命を持つことが好ましい。

一般に、フィラメントの断面形状は押し出し口断面の輪郭の形状によって決まる。例えば、特許文献１では、三裂輪郭のフィラメント糸が三裂形状の複数の口を持ったスピナレット板を用いて製造される。その一方で、円輪郭のフィラメント糸が、図１ａおよび図１ｂにおける符号１７０に示すような、円形状の複数の口１００を持ったスピナレット板を用いて製造されている。

米国特許第５，４３２，００２号明細書

本願の発明者等は、三裂輪郭のフィラメントを製造するためのワイピングサイクルが、一般には円輪郭の断面を持つフィラメントのワイピングサイクルより長くなることに注目した。特に、本発明者等は、非円形断面のスピナレット毛管口（すなわち押し出し口）が、円形断面のスピナレット毛管と実質的に同じ断面積であるが、円形断面のスピナレット毛管の周囲長より長い周囲長であることにより、各スピナレットワイピング間の時間間隔がより長くなることに注目した。この非円形断面形状の押し出し毛管は、円断面形状のフィラメントの押し出しに用いられるときは、熱による堆積物の量を少なくしてスピナレットワイピング寿命を延ばす。これにより、各ワイピングサイクル間の時間が延びる。ワイピング寿命が延びる結果、工程の生産性が高くなることになる。

従って、本発明によれば、円形断面形状の少なくとも１つのフィラメントを作成するための少なくとも１つの毛管口であって、非円形断面形状を有する毛管口を備えた溶融押し出しスピナレット板が提供される。好ましくは、毛管口は、少なくとも５つの放射状に配列した脚部で、好ましくは最大１２の脚部を有する。さらに好ましくは、８つの放射状に配列した脚部である。

また、本発明によれば、円断面形状のナイロンフィラメントを作成するための方法で、紡績ビームにポリマーを供給し、このビームで溶けたポリマーは紡績パックに渡され、非円形の輪郭の少なくとも１つの口を有したスピナレット板を通して円形断面毛管口を用いるときの速度と略同じ噴出速度で少なくとも１つのポリマーフィラメントを押し出し、該押し出されたばかりのフィラメントを調整された空気で冷却し、該フィラメントを引張り、該引っ張られたフィラメントを巻き取る方法が提供される。

本発明の他の目的は以下の説明から明らかとなる。

以下の詳細な説明では、総ての図における同じ要素には同じ参照符号を付す。

本発明によれば、円断面形状のナイロンフィラメントを作るための少なくとも１つの非円形断面毛管口を有した溶融押し出しスピナレット板を有した装置が提供される。図３ｂに１つの毛管口が模式的に示されている。スピナレット板の非円形の毛管口は、円断面形状の１つのフィラメントを形成するためのものであり、非円形断面形状の周辺部を有している。この周辺部は、その周囲長Ｐｃおよび押し出し面積によって特徴づけられるものであり、ここで、周囲長Ｐｃは２・π・Ｒおよび２・π・ｒのいずれよりも長い。非円形断面形状の口の押し出し面積は、π・ｒ^２より大きく、π・Ｒ^２より小さい。ここで、ｒは上記口周辺部に内接する最も大きな円の半径であり、Ｒは上記口周辺部に外接する最も大きな円の半径である。この関係は図３ｂに図示されている。

本発明によれば、好ましい溶融押し出しスピナレット板の非円形毛管口は、２・π・Ｒおよび２・π・ｒのいずれよりも約２〜１０倍長い周囲長Ｐｃを有したものである。好ましい溶融押し出しスピナレット板の非円形の毛管口は、放射状に配列した約５〜１２個の脚部を有している。

本発明によれば、円断面形状のナイロンフィラメントを作るための方法が提供される。フィラメントをつくる処理が図４に示される。この処理は溶けたポリマーを（要素１５０、１６０および１７０を備えた）紡績ビームに供給する工程を有し、このビームで溶けたポリマーは紡績パックに渡される。溶けたポリマーは図において符号１４０で示され、通常４５〜６０の範囲のＲＶ（相対粘度）値を有して、紡績ビームに運ばれる。そしてポリマーは計量ポンプ１５０によって送られ制御された速度で紡績フィルターパック１６０に供給される。

その後、ポリマーは、図２ａ、図２ｂ、図４に示されるスピナレット板１７０を通って押し出される。スピナレット板は少なくとも１つの毛管口１１０を有している。この毛管口は、（図２ｂによる側面図および図２ａによる平面図に示されるように）糸を構成する個々のフィラメントそれぞれに対応している。図３ｂは、図３ａに示す従来の円形毛管口との比較して示す本発明の毛管口を示している。これら図３ｂに示す非円形断面のスピナレット口（すなわち押し出し口）は、その設計によって、図３ａに示す円形断面のスピナレット毛管の断面積とほぼ同じ断面積を有するようにされている。同時に、本発明の非円形断面口の周囲長Ｐｃは、半径Ｒの円形断面スピナレット毛管の周囲長２・π・Ｒより長い。加えて、本発明の毛管口は、本発明の処理において、ポリマーの押し出し速度を、ほぼ同じ押し出し面積を持つ図３ａに示す円形押し出し口の場合の押し出し速度と同じままとすることができることに特徴がある。ポリマー押し出し速度は、スピナレット毛管から出るフィラメントの速度と同じである。一般に、あるポリマーの毛管ごとのスループットＧ（例えば、グラム／分）は、次の式が当てはまる。
Ｇ＝ρ_{(ｍｅｌｔ)}Ｄ^２ _{(ｃａｐｉｌｌａｒｙ)}(π／４)ｖ_{(ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ)} 式１
上式において、ρは溶融したポリマーの密度（例えば、２９０℃の溶融したナイロン６，６で１．０ｇ/ｃｍ^３）、Ｄ（＝２Ｒ）は円形口と仮定したときの毛管の直径（半径の２倍に等しい）、およびｖは、フィラメントの速度である。押し出し速度は次の式で与えられる。
ｖ_{(ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ)}＝Ｇ（４／π）／（Ｄ^２ _{(ｃａｐｉｌａｒｙ)}ρ_{(ｍｅｌｔ)}） 式２
組合せで、押し出し速度を変えないようにして本発明の毛管口の周囲長を増すと、各スピナレットワイピングの時間間隔がより長くなると考えられる。好ましい実施形態では、ポリマーは２０〜８０ｃｍ／秒の範囲の噴射速度で押し出される。

本発明の処理では、押し出されたばかりのフィラメントは、調整された空気によって公知の方法で冷却される。この工程では、それぞれのフィラメント２００は、調整された空気１９０を側方から通気する冷却室１８０において冷却され、その後符号２１０で示す要素に集められて公知の技術で油が塗られて、予備的な仕上げがなされて糸になる。この糸はフィードロール２２０によって対の引張ロール２３０に送られ、糸はこの対の引張ロールで伸ばされ、また、なじませられて引張糸を形成する。そして、この引張糸はロール２４０によって糸安定化装置２５０に向けられる。この装置はこの技術において一般的に用いられるものであり、ここでは糸の後処理工程として任意に用いられるものである。最後に、糸は符号２７０で示す要素で糸のパッケージとして巻き取られる。その巻き取り速度は４５００〜６５００ｍ／分の範囲であり、好ましくは５０００〜６０００ｍ／分である。この糸の測定されるＲＶ値は約５１〜約５４である。これらの速度で行われる一連の巻取りの間に、スピナレット板の出口側の面をクリーニングする目的で処理工程を中断することが必要なものはどのようなものも生産性に大きな影響を及ぼす。基本的に、巻き取りの終わった製造物は総て、スピナレット板がワイピングされている間、無為に時間を費やすことになる。

非円形断面の押し出し口を有した本発明のスピナレット板を用いて円形断面のフィラメントをつくることにより、処理において曲がったフィラメントを原因としたスピナレットワイピングを減らすことができる。本発明のスピナレット板１７０の面の出口側１７５における曲がったフィラメントの数は、観察によって直接カウントでき、また、スピナレット板のワイピングの後の代表的には８時間交代に備えて記録される。この記録は、その処理が曲がったフィラメントが製造される割合に対してどれだけ強いかを示すものである。同様に、スピナレット板面の毛管の出口側で糸束における総ての単一フィラメントの１０％に曲がりが現れる時間としてのスピナレットのワイピング寿命も記録される。この１０％の曲がりフィラメントの時間の測定は、冷却室内のスピナレット板を照らすオペレータが観察し直にカウントすることによって直接行われる。

図４に示される処理工程によって製造される糸は、伸び２２〜６０％の引き伸ばされた糸であり、熱湯に対する収縮率は３〜１０％、テナシティーは３〜７g／デニールの範囲であり、また、糸のＲＶは約４０〜約６０の範囲で変化し、その範囲内に制御される。この糸は光沢のないポリアミドのマルチフィラメント糸である。本発明の好ましいナイロンフィラメントは、０．０３〜３重量％の量の２酸化チタンのような顔料によってつや消しされる。

導かれるパラメータで本発明の糸の優れた特性を特徴付けるものは、ヤーンクオリティーと称し、式３に示されるように、糸のテナシティー（g／デニール）と％伸びの平方根との積によって得ることができるものある。
ヤーンクオリティー＝テナシティー×（伸び）^1／２ 式３
このヤーンクオリティーは“糸強さ”の値に近似したものである。当業者には知られているように、糸の荷重伸長曲線下面積は、その糸を伸ばすのにする仕事に比例する。ここで、テナシティーは、例えば単位デニール当たりの力で表され、伸びは単位長さ当たりのパーセントの変化で表され、また、荷重伸長曲線は応力歪曲線である。この場合、応力歪曲線下面積は、糸を伸ばすのにする仕事または糸強さである。糸の質を改善することによって衣服用のポリアミド糸を得ることができ、この糸は種々の用途により通用するものである。これらの用途には、以下のものに限定されることはないが、ワープニット織物、丸編地、縫い目のない織物衣料、メリヤス類、およびデニールの小さな工業織物などである。

試験方法
糸のテナシティーおよび糸の伸びは、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）の方法Ｄ２２５６−８０に従って決めることができ、この方法は、ＩＮＳＴＲＯＮの引っ張り試験機（ＩｎｓｔｒｏｎＣｏｒｐ，Ｃａｎｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，ＵＳＡ０２０２１）および一定のクロスヘッド速度を用いるものである。テナシティーはグラム重量／デニールで表され、伸びのパーセントは破壊荷重におけるその試験物の長さの増加であって、元の長さに対する比率として表される。

ヤーンクオリティーは、テナシティーおよび伸びから導かれ、式３に従って計算されるものである。

ポリマーの相対速度ＲＶは、ＡＳＴＭ Ｄ７８９−８６によるギ酸法によって測定することができる。

例
本発明の実施例
本発明の実施例では、４０デニール（４４デシテックス）で１３本フィラメントの糸を、１．５重量％の２酸化チタンを含む５１．５ＲＶのナイロン６６ポリマーから作成した。このポリマーは押し出し機内で溶融されて（図４に模式的に示される）紡績機に供給され、この紡績機を用いて糸が作成される。その処理は、調整された空気中で冷却すること、糸を集め予備的にオイルで処理すること、加熱されていないゴデットを用いて糸を引っ張ること、加熱された液体で糸を安定化すること、糸を絡み合わせること、および約５３００ｍ／分の速度で巻き取ることである。スピナレット板は、１３個の非円形断面形状の毛管を有するとともに、図３ｂに示すように、９個の放射状の突出する脚部を有している。図３ｂに示される１つの毛管の周囲長は１２０マイクロメータである。これらの紡績条件下で、この毛管を通るポリマーの噴出速度は１００フィート／分（５０．８ｃｍ／秒）である。本実施例の糸を作成する処理の間に、スピナレット板１７０は、（図２ａによる平面図における）毛管出口面１７５に関し、少なくとも１０％のフィラメントが曲がったという理由で、糸の巻き取りの１０時間ごとにワイピングを必要とした。製造される糸は円断面形状を有するものであった。巻き取られた４０−１３糸のＲＶ値、テナシティー、および伸びを測定した。ＲＶは５２．５であった。テナシティーおよび伸びは式３を用いた“ヤーンクオリティー”パラメータの計算に用いられた。このパラメータは、糸の強さすなわち糸の引っ張りにする仕事に関係し、ここでは３３．１であった。

比較例
従来技術の比較例では、４０デニール（４４デシテックス）で１３本フィラメントの糸を、ナイロン６６ポリマー（５１．５ＲＶ）を処理して作成した。このポリマーは押し出し機内で溶融されて紡績機に供給され、この紡績機を用いて４０−１３糸を作成した。その処理は、調整された空気中で冷却すること、糸を集め予備的にオイルで処理すること、加熱されていないゴデットを用いて糸を引っ張ること、加熱された液体で糸を安定化すること、糸を絡み合わせること、および約５３００ｍ／分の速度で巻き取ることである。スピナレット板は、図３ａに示すように、１３個の円形断面形状の毛管を有している。図３ａに示される１つの毛管の周囲長は２２マイクロメータである。これらの紡績条件下で、この毛管を通るポリマーの噴出速度は１００フィート／分（５０．８ｃｍ／秒）である。本比較例の円形断面形状の糸を作成する処理の間に、スピナレット板１７０は、毛管出口面１７５に関し、少なくとも１０％のフィラメントが曲がったという理由で、糸の巻き取りの１．５時間ごとにワイピングを必要とした。巻き取られた４０−１３糸のテナシティーおよび伸びを上記本発明の実施例と全く同じように測定した。本比較例の糸の測定されたＲＶは同様に５２．５であった。テナシティーおよび伸びは式３を用いた“ヤーンクオリティー”パラメータの計算に用いられた。このパラメータは、糸の強さすなわち糸の引っ張りにする仕事に関係し、ここでは３１．５であった。

約６倍に増加させる周囲長の変形、およびスピナレット板の毛管形状の変形の結果として、紡績処理の生産性の増大を実現できる。最も重要なことには、連続する処理を中断する必要性が、２４時間の間に１６回またはそれ以上から、２４時間の間に約２回に減ったことである。

複数の円形断面の押し出し毛管を有した従来のスピナレット板を平面図で示したものである。 複数の円形断面の押し出し毛管を有した従来のスピナレット板を正面図で示したものである。 複数の非円形断面の押し出し毛管を有した本発明のスピナレット板を平面図で示したものである。 複数の非円形断面の押し出し毛管を有した本発明のスピナレット板を正面図で示したものである。 １つの円形断面の押し出し毛管を備えた従来のスピナレット板を図示したものである。 １つの非円形断面の押し出し毛管を備えた本発明のスピナレット板を図示したものである。 本発明のスピナレットが有用である処理を模式的に図示したものである。

Claims (12)

1. 円形断面形状の少なくとも１つのフィラメントを作成するための少なくとも１つの毛管口であって、非円形断面形状の周囲部、周囲長Ｐｃ、および押し出し面積を有する毛管口を備えた溶融押し出しスピナレット板において、
   前記周囲長Ｐｃは、２πＲおよび２πｒのいずれよりも長く、
   前記押し出し面積は、πｒ^２より大きくπＲ^２よりも小さい、
   ここで、ｒは前記毛管口の周囲部に内接する最も大きな円の半径、
   また、Ｒは前記毛管口の周囲部に外接する最も大きな円の半径
   であることを特徴とする溶融押し出しスピナレット板。
2. 前記周囲長Ｐｃは、２πＲおよび２πｒの約２〜１０倍であることを特徴とする請求項１に記載の溶融押し出しスピナレット板。
3. 前記毛管口は、５〜１２個の放射状に配列した脚部を有したことを特徴とする請求項１に記載の溶融押し出しスピナレット板。
4. 前記毛管口は、半径Ｒの円形断面の毛管の面積と略同じ断面積を有するとともに、前記円形断面の毛管の周囲長２πＲより長い周囲長Ｐｃを有したことを特徴とする請求項１に記載の溶融押し出しスピナレット板。
5. 円断面形状のナイロンフィラメントを作成するための方法において、
   紡績パックに溶解したポリマーを供給し、
   該ポリマーを非円形の輪郭の少なくとも１つの口を有したスピナレット板を通して押し出して、円形断面の押し出されたばかりのフィラメントを形成し、
   該押し出されたばかりのフィラメントを調整された空気で冷却し、
   該フィラメントを引張り、
   該引っ張られたフィラメントを巻き取る
   工程を有したことを特徴とする方法。
6. 加熱された液体で前記引っ張られたフィラメントを安定化させる工程をさらに有したことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 糸にオイルを塗って仕上げる工程をさらに有したことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. ポリマーは４５〜６５のＲＶを有していることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. ポリマーは２０〜８０ｃｍ／秒の範囲の噴出速度で押し出されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. フィラメントは１．０〜２．０倍に引っ張られることを特徴とする請求項５に記載の方法。
11. フィラメントは４５００〜６５００ｍ／分の速度で巻き取られることを特徴とする請求項５に記載の方法。
12. 請求項５に記載の方法によって作成された円形断面のナイロンフィラメント。
    
    

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