JP2006057206A - Apparatus and method for producing fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高弾性率(例えば、弾性率50GPa以上)を有する繊維を、湿式紡糸法により製造する装置および製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a manufacturing method for manufacturing a fiber having a high elastic modulus (for example, an elastic modulus of 50 GPa or more) by a wet spinning method.
強度・弾性率・耐熱性・難燃性など優れた特性を有するスーパー繊維は、土木建築・農林水産・工業資材など幅広い分野で使用されている。このようなスーパー繊維としては、パラ系アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維(PBO繊維)、超高強度ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維などがある。 Super fibers with excellent properties such as strength, elastic modulus, heat resistance and flame resistance are used in a wide range of fields such as civil engineering, agriculture, forestry and fisheries, and industrial materials. Examples of such super fibers include para-aramid fibers, polybenzazole fibers (PBO fibers), ultrahigh strength polyethylene fibers, and polyarylate fibers.
これらの繊維の中には、湿式紡糸法により製造されているものがある。例えば、特許文献1には、ポリベンザゾール繊維の製造方法が開示されている。ここでは、ベンザゾールのポリマーとポリリン酸などの溶媒からなるポリベンザゾールドープを、紡糸口金の細孔からリン酸水溶液などの凝固液中に押出して繊維とし、これを洗浄して繊維中に含まれる前記溶媒や凝固液を除去し、さらにアルカリ性水溶液(中和剤)と接触させて繊維内部に残留する酸イオンを中和してから乾燥させる方法が記載されている。
Some of these fibers are manufactured by a wet spinning method. For example,
また、特許文献2にはアラミド繊維の製造方法などが開示されており、ここでは特許文献1と同様、湿式紡糸法を採用し、凝固、洗浄、中和工程を経た乾燥前の繊維を、搬送ローラーに巻きつけ、該繊維に過熱蒸気(superheated steam)を吹き付けると共に、ローラー内部に設けた加熱手段により乾燥させる方法が記載されている。
上述の湿式紡糸法においては、中和工程を短時間で完遂するために、繊維と接触させるアルカリ性水溶液中に、繊維内部に残留する酸イオンに対して過剰のアルカリイオンを含有させている。そして、中和工程に次ぐ乾燥工程には、繊維束(ヤーンもしくはトウ)表面および繊維間隙に、上記洗浄および中和工程で使用されたアルカリ性水溶液(凝固液性分が含まれることもある)を保持(同伴)したままの状態の繊維が導入されることとなる。 In the above-described wet spinning method, in order to complete the neutralization step in a short time, the alkaline aqueous solution brought into contact with the fiber contains an excess of alkali ions relative to the acid ions remaining inside the fiber. Then, in the drying step subsequent to the neutralization step, the alkaline aqueous solution (which may contain a coagulating liquid component) used in the washing and neutralization step is formed on the surface of the fiber bundle (yarn or tow) and the fiber gap. The fibers in the state of being held (entrained) will be introduced.
従って、乾燥装置内では、上記繊維の同伴液が繊維の搬送ローラー上に拡がり、これが加熱されることより水分が蒸発して濃縮され、同伴液中の成分と空気中の炭酸ガスとの反応生成物である固形塩が搬送ローラー表面に析出してしまうことがある。例えばポリベンザゾール繊維を製造する場合であれば、凝固液中に含まれるリン酸や中和剤中に含まれるナトリウムに由来する塩として、リン酸ナトリウムや炭酸ナトリウムが析出する。このような固形塩は、ローラー表面の平滑性を低下させて、糸切れなどを起こし、操業性の低下や、毛羽欠点などの製品品位の低下要因になるといった問題があった。特に、ポリマーの分子構造が柔軟なアクリル繊維などに比べて、ポリベンザゾールやパラアラミドなどの剛直な分子構造を有し高い弾性率を示す繊維は、繊維軸方向(長さ方向)の強度には優れるが、側面からの圧縮やねじれに対する強度が劣るため、上述のような固形塩と接触すると単繊維の表面がささくれてダメージが発生し易いという傾向がある。 Therefore, in the drying device, the entrained liquid of the fiber spreads on the fiber transport roller, and when this is heated, the water is evaporated and concentrated, and the reaction between the components in the entrained liquid and carbon dioxide in the air is generated. The solid salt that is a thing may precipitate on the conveyance roller surface. For example, in the case of producing polybenzazole fiber, sodium phosphate or sodium carbonate is precipitated as a salt derived from phosphoric acid contained in the coagulation liquid or sodium contained in the neutralizing agent. Such a solid salt has a problem in that the smoothness of the roller surface is lowered to cause yarn breakage and the like, resulting in a reduction in operability and a reduction in product quality such as fuzz defects. In particular, fibers with a rigid molecular structure such as polybenzazole and para-aramid that have a high modulus of elasticity compared to acrylic fibers with a flexible molecular structure of the polymer have a higher strength in the fiber axis direction (length direction). Although excellent, the strength against compression and twisting from the side surface is inferior, and when contacted with the solid salt as described above, the surface of the single fiber tends to be rolled up and easily damaged.
本発明は、上記事情に着目してなされたものであって、湿式紡糸法により製造される繊維の乾燥工程において、繊維表面あるいは内部に残留する中和剤由来の固形塩堆積物の影響による歩留まりの低下や製品品位低下を防止し得る繊維の製造装置、および、製造方法の提供を目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and in the drying process of the fiber produced by the wet spinning method, the yield due to the influence of the solid salt deposit derived from the neutralizing agent remaining on or inside the fiber. It is an object of the present invention to provide a fiber manufacturing apparatus and a manufacturing method that can prevent a decrease in product quality and product quality.
上記課題を解決し得た本発明の繊維の製造装置とは、湿式紡糸法により弾性率50GPa以上の繊維を製造するための装置であって、凝固液中から引き上げた繊維を乾燥工程へ搬送する搬送経路上に配置されて、繊維を搬送するローラーと、前記ローラーにより張力が与えられた繊維をローラー軸方向に強制的に往復移動させる繊維ガイドと、前記繊維ガイドの繊維搬送方向上流側および下流側の少なくともいずれか一方に、繊維に接触することで該繊維に過剰に付着した液を除去する除去手段を備えてなるところに要旨を有するものである。 The fiber manufacturing apparatus of the present invention that has solved the above problems is an apparatus for manufacturing a fiber having an elastic modulus of 50 GPa or more by a wet spinning method, and transports the fiber pulled up from the coagulating liquid to the drying step. A roller that is arranged on the conveyance path and conveys the fiber, a fiber guide that forcibly reciprocates the fiber tensioned by the roller in the roller axial direction, and upstream and downstream of the fiber guide in the fiber conveyance direction It has a gist in that at least one of the sides is provided with a removing means for removing liquid excessively attached to the fiber by contacting the fiber.
本発明者らは、上記問題を解決すべく検討を進めたところ、搬送ローラー表面に析出する固形塩による操業性及び製品品位の低下は、乾燥装置内に導入される繊維が、ローラー上の同一箇所を通過するためであることを突き止めた。すなわち、乾燥工程において繊維から染み出した同伴液はローラー上に拡がるが、該ローラー上の繊維が通過する領域では、当該領域を通過する繊維により常にローラー表面が拭き取られており、一方、ローラー上の繊維が通過しない領域では、繊維から染み出した同伴液は蓄積されていく。そして、繊維非通過領域に溜まった同伴液は加熱・濃縮され、最終的には固形塩として析出しローラー表面に堆積するのである。この固形塩の析出によってローラー上における繊維通過領域はいわゆる轍のような状態となり、何らかの弾みで繊維がローラー軸方向に移動して固形塩と接触すると、繊維に不良が発生すると考えられる。 As a result of investigations to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that the operability and product quality degradation due to the solid salt deposited on the surface of the transport roller is the same as that of the fiber introduced into the drying apparatus on the roller. I found out that it was to pass the passage. That is, the entrained liquid that exudes from the fiber in the drying process spreads on the roller, but in the region where the fiber on the roller passes, the surface of the roller is always wiped off by the fiber passing through the region. In the region where the upper fibers do not pass, the entrained liquid that exudes from the fibers accumulates. The entrained liquid collected in the fiber non-passing region is heated and concentrated, and finally precipitates as a solid salt and deposits on the roller surface. The precipitation of the solid salt causes the fiber passage region on the roller to be in a so-called wrinkle state, and it is considered that when the fiber moves in the roller axial direction by some kind of elasticity and comes into contact with the solid salt, a defect occurs in the fiber.
そこで、本発明者らは更なる検討を進めたところ、繊維が上記ローラー軸方向に往復移動しながら搬送されれば、ローラー表面は該ローラーが搬送する繊維によって拭き取られることとなり、繊維から滲出した同伴液などは繊維と共に搬送されて、ローラー表面における固形塩の析出を抑制し得ることを見出した。また、繊維と共に乾燥装置内に流入する同伴液量を予め減量しておけば塩の析出抑制効果を一層高めることができる。 Therefore, the present inventors have made further studies. As a result, when the fiber is conveyed while reciprocating in the roller axis direction, the surface of the roller is wiped off by the fiber conveyed by the roller, and the fibers exude from the fiber. It has been found that the entrained liquid and the like can be conveyed together with the fibers to suppress precipitation of solid salt on the roller surface. Further, if the amount of the entrained liquid flowing into the drying apparatus together with the fibers is reduced in advance, the salt precipitation suppressing effect can be further enhanced.
前記除去手段は、搬送される繊維の上面および下面の少なくとも一方に接触し得る棒状部材であり、該棒状部材は、前記ローラーと平行に複数配設されているのが好ましい。 The removing means is a rod-shaped member that can contact at least one of the upper surface and the lower surface of the conveyed fiber, and it is preferable that a plurality of the rod-shaped members are arranged in parallel with the roller.
さらに、前記繊維ガイドは櫛歯を有するものであるのが望ましく、搬送される繊維が複数本である場合には、前記繊維ガイドの往復運動の振幅を、前記ローラー上を走行する繊維−繊維間の幅以上とすることが推奨される。 Furthermore, it is desirable that the fiber guide has comb teeth, and when there are a plurality of fibers to be conveyed, the amplitude of the reciprocating motion of the fiber guide is determined between the fiber and the fiber traveling on the roller. It is recommended that the width be greater than.
また、本発明は上記課題を解決し得る繊維の製造方法をも提供するものであり、本発明の製造方法とは、湿式紡糸法により弾性率50GPa以上の繊維を製造する方法であって、凝固液中から引き上げた繊維を乾燥工程へ搬送する搬送経路上に配置されたローラーによって繊維に対して張力を与え、前記ローラーにより張力が与えられた繊維をローラー軸方向に強制的に往復移動させるところに特徴を有するものである。 The present invention also provides a method for producing a fiber that can solve the above-mentioned problems, and the production method of the present invention is a method for producing a fiber having an elastic modulus of 50 GPa or more by a wet spinning method, A place where tension is applied to the fiber by a roller arranged on the transport path for transporting the fiber pulled up from the liquid to the drying process, and the fiber tensioned by the roller is forcibly reciprocated in the roller axis direction. It has the characteristics.
また、本発明の製造方法は、前記ローラーにより搬送される繊維の上面および下面の少なくとも一方に接触し、かつ、前記ローラーと平行に配設された棒状部材により、上記繊維に過剰に付着した液を除去することが好ましい。 Further, the production method of the present invention includes a liquid that is in contact with at least one of the upper surface and the lower surface of the fiber conveyed by the roller and is excessively attached to the fiber by a rod-shaped member disposed in parallel with the roller. Is preferably removed.
上記繊維の往復移動は、乾燥工程の初期段階で行うことが望ましい。繊維中に含まれる水分量は乾燥工程の初期段階が最も高く、塩が析出しやすいと考えられるからである。 The reciprocating movement of the fiber is desirably performed at an initial stage of the drying process. This is because the amount of water contained in the fiber is the highest in the initial stage of the drying process, and it is considered that salt is likely to precipitate.
本発明の製造装置および製造方法を用いることにより、乾燥工程において中和剤の影響による固形塩の析出を抑制することが可能となるため、該固形塩の析出に起因する製造工程の操業性低下が抑制され、繊維製品の歩留まりが向上する。また、あらかじめ乾燥工程に導入される水溶液量を低減することで、乾燥時の熱量も抑制することができるので、省エネルギーによる費用削減と炭酸ガス発生削減効果も有する。 By using the production apparatus and production method of the present invention, it becomes possible to suppress the precipitation of the solid salt due to the influence of the neutralizing agent in the drying process, so that the operability of the production process is reduced due to the precipitation of the solid salt. Is suppressed, and the yield of the textile product is improved. Further, since the amount of heat during drying can be suppressed by reducing the amount of the aqueous solution introduced into the drying process in advance, it also has the effect of reducing the cost by energy saving and reducing the generation of carbon dioxide gas.
本発明の繊維の製造装置とは、湿式紡糸法により弾性率50GPa以上の繊維を製造するための装置であって、凝固液と接触させてさらに溶媒を抽出した繊維を乾燥工程へ搬送する搬送経路上に配置されて、繊維を搬送するローラーと、前記ローラーにより張力が与えられた繊維をローラー軸方向に強制的に往復移動させる繊維ガイドと、前記繊維ガイドの繊維搬送方向上流側および下流側の少なくともいずれか一方に、繊維に接触することで該繊維に過剰に付着した液を除去する除去手段を備えてなるところに特徴を有するものである。 The fiber manufacturing apparatus of the present invention is an apparatus for manufacturing a fiber having an elastic modulus of 50 GPa or more by a wet spinning method, and a transport path for transporting a fiber that has been contacted with a coagulation liquid and further extracted with a solvent to a drying process. A fiber guide disposed on the fiber, a fiber guide forcing the fiber tensioned by the roller to reciprocate in the axial direction of the roller, and an upstream side and a downstream side of the fiber guide in the fiber transport direction. It is characterized in that at least one of them is provided with a removing means for removing the liquid excessively attached to the fiber by contacting the fiber.
図1に本発明の繊維の製造装置の代表的な模式図を示す。図1中、1は繊維、2,2’はローラー、3は繊維ガイド、4、4’は液の除去手段(スクレーパー)を示している。 FIG. 1 shows a typical schematic diagram of a fiber production apparatus of the present invention. In FIG. 1, 1 is a fiber, 2 and 2 'are rollers, 3 is a fiber guide, and 4 and 4' are liquid removal means (scrapers).
原料ポリマーと溶媒からなる紡糸ドープが凝固浴中に押し出されて得られたドープフィラメント(繊維1)は、洗浄・中和工程(図示せず)を経て、ローラー2、2’により、前記ローラー2,2’間に設けられた繊維ガイド3、液の除去手段4,4’を経て、乾燥装置(図示せず)へと搬送される。
A dope filament (fiber 1) obtained by extruding a spinning dope composed of a raw material polymer and a solvent into a coagulation bath is subjected to a washing and neutralization step (not shown), and the
上記ローラー2,2’は、繊維1に張力を与えてこれを搬送する手段として機能するものである。従って、このローラー2,2’には、駆動手段が設けられているのが好ましい。なお、図1では、2本のローラー2,2’が設けられている態様を示したが、本発明はこの例に限られず、ローラーは1本であってもよく、また、2本以上のローラーを備える態様であってもよい。
The
上記ローラー2(2’)は、繊維1中に含まれる同伴液に対して耐性を有するものであるのが好ましく、ステンレス鋼や鋼鉄の表面に酸化クロムめっきやセラミックスの被覆処理を施した材料などが好適である。また、同伴液による腐食を防ぐため、ローラー表面に、ニッケルめっき層用の下地処理や、酸化クロムの多層処理などのめっき処理が施されているものも好ましい。セラミックス被覆の場合は、封孔処理が施されているものがより好ましい。
The roller 2 (2 ') is preferably resistant to the entrained liquid contained in the
上記ローラー2(2’)により張力が与えられた繊維1は、次いで、ローラー2,2’間に設けられた繊維ガイド3へと送られる。繊維ガイド3は、繊維1をローラー2(2’)の軸方向に往復移動させるために設けられるものである。かかる構成を採用することにより、後の乾燥装置内において、繊維1を搬送ローラー軸方向に往復移動(揺動)させることが可能となる。本発明では、このように、繊維1を往復移動させることによって、乾燥装置内の搬送ローラー表面に拡がった同伴液を、繊維1により拭き取らせて、固形塩の析出を抑制して、乾燥装置内の繊維搬送ローラー表面を平滑・清浄に保っている。
The
繊維ガイド3の設置位置は、乾燥工程の初期段階で繊維1を往復移動させることが可能であれば特に限定されず、繊維1が乾燥装置に達するまでの搬送経路上の任意の位置に設けることができる。なお、繊維ガイド3は上記ローラー2(2’)と同一平面上に設けるのが好ましい。繊維ガイド3によって繊維1が鋭角に折れ曲がると、繊維1に不要な張力や摩擦を生じ、糸切れが発生する虞があるからである。
The installation position of the
繊維ガイド3は、繊維1と接触するものであるため、その表面は、洗浄・中和工程に由来する水溶液を含んだ繊維1がよくすべる平滑な仕上げであることが好ましい。かかる繊維ガイド3の材質としては、ステンレス鋼やポアフリー(微細な空孔のない緻密な)のセラミックスを鏡面に仕上げたものが挙げられる。繊維1と接触する部分が平滑に仕上げられていればハイドロプレーン現象により、繊維1を磨耗させることなく誘導できるからである。
Since the
また、上記繊維ガイド3の形態は、繊維1をローラー軸方向に往復移動させ得るものであれば特に限定されないが、櫛歯ガイド、案内溝(U型、V型)を設けた棒状ガイドなどが挙げられる。なお、搬送される繊維1同士の接触を防ぎ、確実に繊維1を往復移動させる観点からは、上記繊維ガイド3は、櫛歯を有するものであるのが好ましい。尚、上記繊維ガイド3が櫛歯を有する場合には、繊維ガイド3の往復移動により、繊維1自体が移動するように隣接する櫛歯の間隔を調整するのが好ましい。
The form of the
繊維ガイド3による繊維1の往復移動(揺動)は連続的であっても、また、断続的に行うものであってもよい。しかしながら、上記ローラー表面を常時清潔に保つには、繊維ガイド3は連続的に移動させるのが好ましい。
The reciprocating movement (swing) of the
往復移動の時間周期は、繊維1表面および繊維間隙に含まれる同伴液の量や、乾燥装置内のローラー周長、および該ローラー上を走行する繊維間の距離に応じて適宜設定すればよい。例えば、紡糸速度を高めたり、中和工程で使用する中和液の濃度を高める場合には、往復移動の周期を短くすることが好ましく、また、ローラー径が細い場合や、繊維間距離が小さく、ローラーの単位面積当たりの繊維1に同伴する水溶液量(固形塩形成成分量)が多い場合にも、往復移動の周期は短くすることが好ましい。しかし、往復移動周期が短くなりすぎると、乾燥装置内のローラーと繊維の接触態様によっては、摩擦により繊維にダメージが生じる場合がある。従って、往復移動の周期は、乾燥装置内のローラー表面状態を観察しながら、肉眼では固形塩の発生が認められない範囲で、ゆっくりと長い周期で往復移動するように設定することが望ましい。実用的には3〜300分とするのが好ましい。
What is necessary is just to set suitably the time period of a reciprocating movement according to the quantity of the entrainment liquid contained in the
上記往復移動の振幅は、走行繊維の本数、乾燥装置内の通糸形式に応じて適宜決定すればよい。例えば、乾燥装置が多数の繊維を多連ローラーにワンウェイ方式で通糸する方式の場合には、往復移動の振幅を隣接する繊維間の間隔程度にすれば、ローラー軸方向に満遍なく繊維1を移動させることができる。尚、繊維製造工程における実際の走行繊維には、繊維ガイド3によらない制御されていない揺動も生じる。したがって、上記振幅で厳密に繊維を移動させる必要はないが、固形塩の析出を抑制するためには、乾燥装置内のローラー表面の軸方向に繊維1をくまなく移動させるのが好ましく、この観点からは、往復移動の振幅は大きい方が好ましい。また、ローラー軸方向端部(走行繊維が存在しない領域)は、繊維1による拭き取り効果を得ることは難しいが、繊維ガイドの往復移動の振幅を大きくすれば、繊維ガイドを挟むロール間における糸経路が長くなり、これにより走行繊維には、繊維ガイドの移動により受ける張力を緩和する力(復元力)が働くため、ローラー軸方向端部を繊維が走行する頻度が低くなる。また、この張力により走行繊維の揺れが低減されるため、繊維ガイドより下流側の乾燥装置内においてはローラー軸方向端部を繊維が走行する頻度が低減される。好ましい往復移動の振幅は、1周期振幅が隣接する繊維間距離以上であることが好ましく、より好ましくは隣接する繊維間距離の1.2倍以上である。ただし、振幅が大きすぎると、乾燥装置の幅が必要以上に大きくなり乾燥装置自体を大型化することになるので、振幅の上限は隣接する繊維間距離の5倍以下とすることが好ましい。より好ましくは2.0倍以下である。
The amplitude of the reciprocating movement may be appropriately determined according to the number of traveling fibers and the threading type in the drying device. For example, when the drying device uses a one-way method to pass a large number of fibers through multiple rollers, if the amplitude of the reciprocating movement is set to the interval between adjacent fibers, the
上記往復移動のパターンは、特に限定されず、スクロール・カムやハート・カムなどで任意に設定すればよい。 The reciprocating pattern is not particularly limited, and may be arbitrarily set using a scroll cam, a heart cam, or the like.
次いで、繊維ガイド3により往復移動させられた繊維1は、液の除去手段4(4’)へと送られる。この除去手段4(4’)は、繊維1の表面および繊維間隙に含まれる同伴液量を低減するものである。本発明では、上記繊維ガイド3を使用して、繊維1を揺動させて乾燥装置内の搬送ローラー上を移動させ、繊維1自身でローラー表面を清浄に保つことに加えて、上記除去手段4によって繊維に同伴して乾燥装置内に流入する同伴液量を低減することでも、乾燥装置内における固形塩の析出を抑制している。
Next, the
上記除去手段4(4’)は、繊維1と接触して、繊維1に同伴する水溶液を脱落させ得る構成であるのが好ましく、例えば、繊維に接する態様であるのが好ましい。具体的には、上記除去手段4(4’)は、繊維の上面および下面の少なくとも一方に接触し、かつ、上記ローラー2(2’)と平行に配設されていることが好ましい。また、上記除去手段4(4’)は、ローラー2(2’)と平行に複数本設置して繊維を挟みこむ態様とすることも好ましい。かかる態様であれば、繊維1が拡繊されて、繊維間隙に含まれる同伴液を一層効率的に除去することができる。また、上記繊維ガイド3との接触による繊維1の集合状態の変化を緩和することができる。尚、かかる態様を採用する場合には、通糸作業の障害とならないように、繊維1の上側または下側いずれかの除去手段4(4’)を可動式にするか、隣接する除去手段4,4’・・・の間隔を十分に長くとることが好ましい。
The removing means 4 (4 ') is preferably configured to come into contact with the
上記除去手段4(4’)としては、繊維1と点で接触するような棒状部材や、繊維1と面で接触する板状部材などが挙げられる(以下、これらをスクレーパーと言うことがある)。
Examples of the removing means 4 (4 ′) include a rod-shaped member that makes contact with the
上記スクレーパー4(4’)の材質は、洗浄工程や中和工程で使用される水溶液に対して耐食性を有し、化学的な減量が少ないものであるのが好ましく、例えば、ステンレスや、ステンレスと同等か、それ以上の硬度を有し、かつ物理的な磨耗が少ないものであるのが好ましい。例えば、ガラス、セラミックス、ステンレスなどに窒化処理やコーティング処理を施したものが挙げられる。 The scraper 4 (4 ′) is preferably made of a material that has corrosion resistance to the aqueous solution used in the washing process and the neutralization process and has a small chemical weight loss. It is preferable to have a hardness equal to or higher than that and with little physical wear. For example, there may be mentioned glass, ceramics, stainless steel and the like subjected to nitriding treatment or coating treatment.
またスクレーパー4(4’)は、繊維を傷つけることがないように、その表面が平滑に仕上げられているものが好ましい。上記スクレーパー4(4’)の断面形状は、繊維内部から滲出した同伴液を速やかに落下させ得る形状であれば特に限定されず、丸、楕円、あるいは三角形、四角形などの多角形など、さまざまな形状を採用することができる。 The scraper 4 (4 ') preferably has a smooth surface so as not to damage the fibers. The cross-sectional shape of the scraper 4 (4 ′) is not particularly limited as long as it can rapidly drop the accompanying liquid exuded from the inside of the fiber, and various shapes such as a circle, an ellipse, a polygon such as a triangle, a quadrangle, etc. Shape can be adopted.
上記スクレーパー4(4’)の設置個数は限定されず、乾燥装置直近に設けたスクレーパー4(4’)から脱落する液量を観察して適宜設置すればよい。なお、繊維内部に含まれる同伴液を効率的に除去する観点からは、上記棒状部材は、複数個連続して設置することが好ましい。また、スクレーパー4(4’)の設置位置も限定されず、繊維ガイド3の繊維搬送方向上流側、下流側、あるいは上流側・下流側の双方に設ける態様であってもよい。
The number of the scrapers 4 (4 ') to be installed is not limited, and may be appropriately set by observing the amount of liquid dropped from the scraper 4 (4') provided in the immediate vicinity of the drying apparatus. In addition, from the viewpoint of efficiently removing the entrained liquid contained in the fiber, it is preferable to install a plurality of the rod-shaped members continuously. Further, the installation position of the scraper 4 (4 ') is not limited, and may be provided on the upstream side, the downstream side, or both the upstream side and the downstream side of the
上記スクレーパー4(4’)の採用により、繊維1表面および内部の付着水分量は低減するが、このときの低減量の目安は、繊維質量の50%以上である。例えば、繊維質量に対して250%の水分を含有する場合には、スクレーパー通過後の水分量を200%以下とすることが好ましく、より好ましくは170%以下、更に好ましくは150%以下である。
Adoption of the scraper 4 (4 ') reduces the amount of moisture adhering to and from the surface of the
このようにスクレーパー4(4’)により繊維内に含まれる同伴液を除去し、乾燥装置内に持ち込まれる水分量を予め低減させることで、乾燥装置内において固形塩の析出を抑制する効果に加えて、乾燥装置熱源の省エネルギー化や乾燥装置内のローラーの寿命向上などの効果が得られる。通常、繊維に付着した水分を蒸発させる際には、蒸発熱として水1kgあたり2257kJのエネルギーが消費される。従って、乾燥機に持ち込まれる同伴液が少なければ少ないほど消費エネルギーは少なくなるため、同伴液量の低減により乾燥工程の省エネルギー化に寄与することができる。 In this way, the scraper 4 (4 ′) removes the entrained liquid contained in the fiber and reduces the amount of moisture brought into the drying device in advance, in addition to the effect of suppressing solid salt precipitation in the drying device. Thus, effects such as energy saving of the drying device heat source and improvement of the life of the rollers in the drying device can be obtained. Normally, when the water adhering to the fibers is evaporated, 2257 kJ of energy is consumed as heat of evaporation per kg of water. Accordingly, the less entrained liquid brought into the dryer, the lower the energy consumption. Therefore, reducing the amount of entrained liquid can contribute to energy saving in the drying process.
また、本発明にかかる繊維1に含まれる同伴液には、中和工程などに由来する固形塩形成成分が多量に含まれているため、かかる同伴液がローラー表面に付着すると、ローラー表面を被覆するめっきの間隙から塩がローラー内部に浸透し、母材に到達して腐食が進行する虞がある。従って、繊維に含まれる同伴液量を減少させることで、ローラー上に供給される塩量が低減され、ローラー母材の腐食を抑制することが可能となる。
In addition, since the entrained liquid contained in the
除去手段4(4’)により水分量が低められた繊維1は、乾燥装置へと送られる。本発明で使用可能な乾燥装置は特に限定されないが、装置内を走行させる繊維の温度を上げて、繊維表面および繊維内部の水分を蒸発させる乾燥装置が好適である。
The
尚、乾燥工程では、繊維表面のみならず、繊維内部の水分も蒸発させるため、高い温度は勿論のこと、乾燥装置内における繊維の滞在時間を十分に確保することが要求される。従って、乾燥装置内の糸経路(糸パス)は、前記要求を満足し得るものであれば限定されるものではなく、例えば、搬送ローラーに繊維を複数回巻きつける方式、同一の乾燥装置で多数の繊維を処理することが可能な多連ローラーにワンウェイで通糸する方式などが挙げられる。 In the drying step, not only the fiber surface but also the moisture inside the fiber is evaporated, so that it is required to ensure a sufficient stay time of the fiber in the drying apparatus as well as a high temperature. Accordingly, the yarn path (yarn path) in the drying device is not limited as long as it can satisfy the above requirements. For example, a method of winding a fiber around a conveying roller a plurality of times, a large number of the same drying device. One-way threading through a multi-roller capable of processing the fibers is one example.
乾燥装置の加熱方式は、特に限定されず、従来公知の加熱方式であればいずれも採用可能である。例えば、ローラー内部に設けた加熱手段によりローラーを加熱して繊維温度を上げる方式、高温気体を繊維と接触させる方式、または、これらを併用する形式のいずれであっても良い。ただし、乾燥初期は、繊維の含水率が高いため蒸発水分量も多く熱負荷が高いので繊維温度の上昇が遅れる傾向がある。したがって、乾燥工程における時間効率を高める為には、乾燥初期における熱源を強化することが好ましい。 The heating method of the drying apparatus is not particularly limited, and any conventionally known heating method can be adopted. For example, any of the system which heats a roller with the heating means provided in the roller and raises fiber temperature, the system which contacts high temperature gas with a fiber, or the form which uses these together may be sufficient. However, at the initial stage of drying, the fiber moisture content is high, and the amount of evaporated water is large and the heat load is high. Therefore, in order to increase the time efficiency in the drying process, it is preferable to strengthen the heat source in the initial stage of drying.
熱源を強化する方法としては、乾燥用高温気体の温度もしくは流速を高める方法、ローラーに供給するエネルギーを高める方法(例えば誘導加熱コイルの容量強化する方法)などが挙げられる。 Examples of the method for strengthening the heat source include a method for increasing the temperature or flow rate of the drying hot gas, a method for increasing the energy supplied to the roller (for example, a method for enhancing the capacity of the induction heating coil), and the like.
本発明にかかる繊維の製造装置及び繊維の製造方法は、例えばASTM D 885Mの規定に準じて測定される弾性率が50GPa以上になるまで繊維中の高分子を繊維軸方向に高度に配向させた繊維の製造に好適に利用できる。例えば、ポリマー構造が柔軟なアクリル繊維などに比べて、ポリベンザゾールやパラアミドなどの剛直な分子構造を有する繊維は、繊維の軸方向(長さ方向)の強度には優れるが、側面からの圧縮やねじれに対しては弱く、単繊維の表面がささくれて不良が発生し易い傾向がある。この傾向がより顕著となるのは、弾性率が90GPa以上、さらには弾性率が110GPa以上の繊維であり、具体的には、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリアリレート繊維などが挙げられる。本発明は、かかる繊維の製造に好適に使用することができる。 In the fiber manufacturing apparatus and fiber manufacturing method according to the present invention, for example, the polymer in the fiber is highly oriented in the fiber axis direction until the modulus of elasticity measured according to ASTM D 885M is 50 GPa or more. It can utilize suitably for manufacture of a fiber. For example, fibers with a rigid molecular structure such as polybenzazole and paraamide are superior in strength in the axial direction (length direction) of the fiber compared to acrylic fibers with a flexible polymer structure, but compressed from the side. It is weak against twisting and twisting, and the surface of the single fiber tends to flutter and tends to cause defects. This tendency becomes more conspicuous for fibers having an elastic modulus of 90 GPa or more, and further an elastic modulus of 110 GPa or more, and specific examples thereof include aramid fibers, polybenzazole fibers, and polyarylate fibers. The present invention can be suitably used for producing such fibers.
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは全て本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.
〔遠心脱水法による付着水量の測定〕
手回し式遠心分離機用の遠心管底部に0.5gの脱脂綿をつめて、80℃で2時間乾燥させてデシケーター中で冷却した後、風袋を測定した。次いで、乾燥・冷却した遠心管に、中和槽排出直後または乾燥装置入口前の繊維から切り出した試料10mgを詰め込み、これを5分間回転させて試料を取り出した後、遠心管重量を測定し、遠心管重量の増加量と乾燥させた試料の重量との比を百分率で求め、繊維の付着水量とした。
[Measurement of amount of attached water by centrifugal dehydration method]
The bottom of the centrifuge tube for a hand-centrifuge is filled with 0.5 g of absorbent cotton, dried at 80 ° C. for 2 hours, cooled in a desiccator, and then tared. Next, the dried and cooled centrifuge tube is filled with 10 mg of the sample cut out from the fiber immediately after discharging the neutralization tank or before the entrance of the drying apparatus, and after rotating the sample for 5 minutes to remove the sample, the centrifuge tube weight is measured, The ratio between the increase in the weight of the centrifuge tube and the weight of the dried sample was determined as a percentage and used as the amount of water adhering to the fiber.
〔実験1〕
中和槽から乾燥装置への繊維の搬送経路上に、速度450m/分で繊維を搬送する1対の駆動ローラーを設け、この駆動ローラー間に櫛歯を有する繊維ガイドを取り付けたトラバース装置(振幅:9mm、往復周期:15分)を設置し、さらに、搬送方向下流側(乾燥装置側)に、直径:10mm、長さ:350mmの棒状部材(SUS304製)を繊維上側および下側にそれぞれ5本ずつ、繊維に接触するように配置した。
[Experiment 1]
A traverse device (amplitude) provided with a pair of drive rollers for conveying fibers at a speed of 450 m / min on the fiber conveyance path from the neutralization tank to the drying device, and a fiber guide having comb teeth between the drive rollers. : 9 mm, reciprocating cycle: 15 minutes), and further, a rod-shaped member (made of SUS304) having a diameter of 10 mm and a length of 350 mm on the downstream side in the transport direction (drying device side) is 5 on the upper and lower sides of the fiber, respectively. Each book was placed in contact with the fiber.
中和槽(ナトリウムイオン濃度:250ppm)から排出されたポリベンズ・ビスオキサゾール繊維(引張弾性率:180GPa、繊度:555dtex、繊維間距離:6mm、走行本数:16本)を、上記棒状部材により、繊維内部に含まれる同伴液の除去を行い、上記繊維ガイドにより繊維をローラー軸方向に往復移動させながら熱風循環式乾燥機(250℃)へと搬送した。 Polybenz bisoxazole fibers (tensile elastic modulus: 180 GPa, fineness: 555 dtex, distance between fibers: 6 mm, number of running: 16) discharged from the neutralization tank (sodium ion concentration: 250 ppm) are made into fibers by the rod-like member. The entrained liquid contained in the interior was removed, and the fiber guide was conveyed to a hot air circulation dryer (250 ° C.) while reciprocating the fiber in the roller axis direction.
遠心脱水法で測定した走行繊維の付着水量は、210%(中和層排出直後)から105%(乾燥装置入口前)にまで低減していた。また、乾燥機内のローラー表面に析出物は見られなかった。本実験1の乾燥工程における糸切れの発生頻度は、10億メートル当たり1件であった。
The amount of water adhering to the running fibers measured by the centrifugal dehydration method was reduced from 210% (immediately after the neutralization layer was discharged) to 105% (before the inlet of the drying device). Further, no precipitate was observed on the roller surface in the dryer. The frequency of yarn breakage in the drying process of
〔実験2〕
トラバース装置および同伴液除去用の棒状部材を設置しなかったこと以外は上記実験1と同様にしてポリベンズ・ビスオキサゾール繊維の製造を行った。
[Experiment 2]
Polybenz bisoxazole fibers were produced in the same manner as in
遠心脱水法により測定した走行繊維の付着水量は215%(乾燥装置入口前)であった。本実験2で使用した乾燥装置内のローラー表面には、ナトリウム塩がリング状に析出していた。なお、乾燥工程における糸切れの頻度は10億メートルあたり36件であった。
The amount of water adhering to the running fiber measured by the centrifugal dehydration method was 215% (before the entrance of the drying device). Sodium salt was deposited in a ring shape on the roller surface in the drying apparatus used in
〔実験3〕
棒状部材による同伴液の除去を行わなかったこと以外は上記実験1と同様にしてポリベンズ・ビスオキサゾール繊維の製造を行った。
[Experiment 3]
Polybenz-bisoxazole fibers were produced in the same manner as in
遠心脱水法で測定した乾燥装置入口前の走行繊維の付着水量は198%であった。本実験3では、乾燥装置内のローラー表面には、白色塩の析出が多く見られる箇所があった。また、乾燥工程における糸切れの発生頻度は10億メートルあたり15件であった。
The amount of water adhered to the traveling fiber before the entrance of the drying apparatus measured by the centrifugal dehydration method was 198%. In this
〔実験4〕
トラバース装置を設けなかったこと以外は、上記実験1と同様にして、ポリベンズ・ビスオキサゾール繊維の製造を行った。
[Experiment 4]
Polybenz-bisoxazole fibers were produced in the same manner as in
遠心脱水法で測定した乾燥装置入口前の走行繊維の付着水量は108%であった。本実験4では、乾燥装置内のローラー表面には、走行繊維に沿って明瞭な白色塩の析出が認められた。なお、乾燥工程における糸切れの発生頻度は10億メートルあたり9件であった。
The amount of water adhering to the traveling fiber before the entrance of the drying apparatus measured by the centrifugal dehydration method was 108%. In
実験1〜4より、繊維ガイドおよび本発明の製造装置および製造方法を採用すれば、湿式紡糸法により製造される高弾性率繊維の乾燥工程において、中和剤由来の固形塩堆積物の生成を抑制できるため、該堆積物の影響による操業性や歩留まり、更には製品品位の低下を効果的に防止し得ることがわかる。
From
1 繊維
2,2’ ローラー
3 繊維ガイド
4,4’ 除去手段(スクレーパー)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
凝固液中から引き上げた繊維を乾燥工程へ搬送する搬送経路上に配置されて、繊維を搬送するローラーと、
前記ローラーにより張力が与えられた繊維をローラー軸方向に強制的に往復移動させる繊維ガイドと、
前記繊維ガイドの繊維搬送方向上流側および下流側の少なくともいずれか一方に、繊維に接触することで該繊維に過剰に付着した液を除去する除去手段を備えてなることを特徴とする繊維の製造装置。 An apparatus for producing a fiber having an elastic modulus of 50 GPa or more by a wet spinning method,
A roller disposed on a transport path for transporting the fiber pulled up from the coagulation liquid to the drying step, and a roller for transporting the fiber;
A fiber guide that forcibly reciprocates the fiber tensioned by the roller in the roller axis direction;
A fiber production comprising a removal means for removing a liquid excessively attached to the fiber by contacting the fiber on at least one of the upstream side and the downstream side in the fiber conveying direction of the fiber guide apparatus.
凝固液中から引き上げた繊維を乾燥工程へ搬送する搬送経路上に配置されたローラーによって繊維に対して張力を与え、
前記ローラーにより張力が与えられた繊維をローラー軸方向に強制的に往復移動させることを特徴とする繊維の製造方法。 A method for producing a fiber having an elastic modulus of 50 GPa or more by a wet spinning method,
Tension is given to the fiber by a roller arranged on the conveyance path for conveying the fiber pulled up from the coagulation liquid to the drying process,
A method for producing a fiber, comprising forcibly reciprocating a fiber to which a tension is applied by the roller in a roller axial direction.
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