JP2006118087A

JP2006118087A - 乾湿式紡糸装置

Info

Publication number: JP2006118087A
Application number: JP2004306693A
Authority: JP
Inventors: Masashi Tokuda; 政志徳田; Kohei Takatani; 幸平高谷; Takashi Moriguchi; 高志森口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】
本発明は、乾湿式紡糸法での凝固浴中に設置された整流板への気泡付着による凝固浴液面変動による口金の液面浸かり、吐出糸条の糸切れ等のトラブルを軽減し、得られる前駆体繊維を安定して高品位の製品を製造可能な乾湿式紡糸装置を提供する。
【解決手段】
部材の表面に梨地加工を施した整流板を備えた凝固浴を有することを特徴とする乾湿式紡糸装置であり、炭素繊維用アクリル系前駆体繊維の製造に好適である。前記整流板の表面粗さＲａは３〜３０μｍの範囲が好ましく、また、前記整流板の表面は、梨地加工の上にメッキ加工処理が施されているものが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、安定して高品位の炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を製造することが可能な乾湿式紡糸装置に関するものである。

近年、炭素繊維用アクリル系前駆体繊維の製造において、生産効率を高め、そして製造原価を低減させることは極めて重要である。これに対して、一錘当たりの孔数を増加させた紡糸口金や、口金錘数・糸条数を増加させる方法、更には糸条走行速度を増大させる方法等、多種多様の方法が提案されている。これらの方法のうち、口金一錘当たりの孔数を増加したり、糸条走行速度を増加させることは、大幅な設備投資を伴わずに実施可能な点で大きな利点がある。

しかしながら、アクリル系前駆体繊維束の製造において、アクリル系ポリマー溶液を一旦空気中に押し出した後、凝固浴中に吐出する乾湿式紡糸法を採用する場合、凝固浴中の糸条走行速度を増加させると、得られるアクリル系前駆体繊維束の品位が著しく悪化し、更には糸切れ等の操業性の悪化を伴う。この原因は、糸条走行速度が増加すると、凝固浴液の流れに乱れが生じ、凝固浴液面が変動することにより、口金面と凝固浴液面の距離が変動するためであると考えられる。

この問題を解決するため、走行糸条を取り囲むように整流板を配置する方法が提案されており（特許文献１参照）、この方法により、操業性を良好に保ちつつ製糸速度を向上させることが可能となった。しかしながら、この方法では、該整流板に付着した気泡が経時的に増大し、凝固浴液面へ浮上した際、凝固液の液面が乱れ、口金の一部分が凝固液に浸かり、単糸切れ等のトラブルを発生させることが判明した。

このことから、凝固浴液面変動指数を０．０５ｍｍ／ｓｅｃ以下に保つため、室温での水との接触角が７５°以下となるように表面に親水処理のコーティングを施した円錐状の整流板を設置する方法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、整流板への親水加工処理は、運搬・取り付け時等の人為的な理由で親水コーティングが脱落し易い問題があり、しかも、親水処理加工処理費が高くコストアップになるため工業的に不利である。

更に、凝固浴液面上にボールを浮かべ液面の変動を抑制する方法が提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、この方法でも凝固浴液面の変動抑制には限界があり、糸条直近でボールを設置することは困難であることから、効果は不十分である。

従って、糸条走行速度を増加させた際に、整流版の設置により凝固浴液面の変動を抑制し、しかも、整流板への気泡附着を抑制して、安定して高品位のアクリル系前駆体繊維を安いコストで製造する方法が求められている。
特許公報第２８９１１１５号公報特開平１１−３５０２４４号公報特開平１１−３５０２４５号公報

本発明の目的は、前述したような従来技術の問題点に鑑み、乾湿式紡糸法で安定して高品位のアクリル系前駆体繊維を安価に製造可能な乾湿式紡糸装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成せんとするものであり、本発明の乾湿式紡糸装置は、表面に梨地加工が施された整流板が凝固液中に備えられていることを特徴とする乾湿式紡糸装置である。

本発明の好ましい態様によれば、前記整流板の表面粗さＲａは３〜３０μｍの範囲であり、また、前記整流板の表面は梨地加工の上にメッキ加工処理が施されているものである。また、本発明の好ましい態様によれば、整流板には、凝固液が内側から外側に拡散できるように孔が穿孔されていている。

本発明の前記乾湿式紡糸装置は、炭素繊維用アクリル系前駆体繊維の製造好適に用いられる。

本発明の乾湿式紡糸装置によれば、乾湿式紡糸法で安定して高品位の炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を安価に製造することが可能となる。即ち、乾湿式紡糸において、経時的に整流板表面に付着する気泡が起因となる口金浸漬や糸切れ等のトラブルを減少させることができる。

本発明は、乾湿式紡糸法において、製糸工程の安定性向上を可能とする乾湿式紡糸装置、および、その乾湿式紡糸装置を用いて、高品位の炭素繊維用アクリル系前駆体繊維を安価に製造することを目的とするものである。

まず、アクリル系前駆体繊維製造方法について、例示説明する。

アクリル系前駆体繊維を構成するアクリル系重合体には、アクリロニトリル９０重量％以上からなる重合体が好ましく使用される。アクリル系重合体は、アクリロニトリル１００重量％からなるホモポリマーであってもよく、アクリロニトリルに他のモノマーを共重合させたコポリマーであってもよい。アクリロニトリル（以下、ＡＮと略記する）に共重合させるモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、又はこれらのメチルエステル、およびエチルエステル等を採用することができる。

かかるアクリル系重合体の溶媒には、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド（以下、ＤＭＳＯと略記する）、およびジメチルホルムアミド等を用いることが可能である。これらのアクリル系重合体溶液のポリマー濃度は、１０重量％以上５０重量％以下であることが好ましい。ポリマー濃度が１０重量％未満では、凝固浴中へ吐出した糸条の単繊維がローラーとの擦過により容易に切断し易い。また、ポリマー濃度が５０重量％を超えると、口金内の圧力が大きくなり、吐出孔がポリマーにより詰まりやすく操業性が悪化する。

これらのアクリル系重合体溶液を使用して、乾湿式紡糸法により、アクリル系重合体溶液に使用される溶媒と同種の溶媒と水からなる凝固浴中に、アクリル系重合体を吐出する。

本発明においては、凝固浴液の流れの乱れや、凝固浴液面変動を抑制するため、凝固浴中に整流板を設置した乾湿式紡糸装置を使用する。

図１は、本発明の乾湿式紡糸装置を例示説明するための概念側面図である。図１において、口金１と凝固浴５中の集束ガイド４（方向転換ガイド）の間に、流下する糸条２を適度な距離を置いて取り囲むようにして整流板３を設置すること好ましい。具体的には、整流板３と糸条２間の最短距離が、８０ｍｍ以下となるよう設置することが好ましい。その距離が８０ｍｍより大きくなると、随伴流の発生が大きく、凝固浴５の液面変動を抑制する効果が低下する傾向を示す。その距離は、好ましくは５０ｍｍ以下であり、更に好ましくは０〜１５ｍｍである。

また、整流板３は、その上端部が凝固浴液面６下の５０〜２００ｍｍの位置に配置されていることが好ましい。整流板３の上端部と凝固浴液面６との距離が５０ｍｍより小さくなると、整流板３上部からの浴液の供給が不十分となり易く、得られる凝固糸に凝固斑が発生する場合がある。反面、整流板３の上端部と凝固浴液面６との距離が２００ｍｍより大きくなると、凝固浴５の液面変動を抑制する効果が低下することがある。

本発明において整流板３は、その乾湿式紡糸装置の仕様によって多様の構成を採用することができる。即ち、整流板３を、円形、楕円形、および多角形等の断面形状に加工することにより、凝固浴５の液面変動を抑制する効果を高めることができる。

また、整流板３下端部と凝固浴中に設置される集束ガイド４（方向転換ガイド）との距離は５０ｍｍ〜２００ｍｍに離すことが好ましい。その距離が５０ｍｍより小さくなると、整流板３を通して排出された凝固浴液が、集束ガイドにより糸道が転換した糸条７に衝突し、単糸同士が擦過されて得られる繊維の品位低下を引き起こす可能性がある。また、その距離が２００ｍｍを超えると、液面変動の抑制効果が小さく傾向を示す。

本発明で用いられる整流板の材質は特に限定されないが、凝固浴液に対して耐腐食性があり長期間経時変化しないもの、吐出糸条を擦過により傷めないものが好ましく、具体的にはステンレス、ポリ四フッ化エチレン樹脂およびアクリル樹脂等が好適である。特に耐久性の点から、ステンレスが好ましい。

また、整流板はその形状を維持するために適度な厚みを有することが求められ、具体的には厚みは０．２〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。厚みが１．０ｍｍを超えると多様な構成への加工が困難となり好ましくないことや、重量が増加するために作業負担が大きい。また、厚みが０．２ｍｍより小さいと、強度的に不十分で変形し易くなる。

特に、本発明においては、表面に梨地加工が施された整流板が用いられる。表面に梨地加工を施すことにより、整流板への気泡の付着を著しく減少させることが可能であり、優れた製糸工程安定性を得ることができる。

さらに、本発明では、用いられる整流板の表面粗さＲａを３〜３０μｍに設定することが好ましい。整流板の表面粗さＲａが３μｍより小さくなると、表面が平滑な状態に近づくため、浴液の表面張力により気泡が付着し易くなる傾向を示す。逆に、表面粗さＲａが３０μｍを超えると、表面凹凸の差が大きくなるため、凹部分に気泡を付着させる空間を生じることがある。さらに、表面粗さＲａは、より好ましくは５〜２０μｍの範囲である。

梨地加工を施したステンレス製整流板において、かかる表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ−０６０１／２００１、ＪＩＳＢ−０６５１／２００１による３箇所の測定点の平均値で表すことができる。かかる表面粗さＲａの測定装置としては、ミツトヨフォームトレーサーＣＳ−４００を使用することができる。

また、整流板に梨地加工処理後、メッキ加工処理を施すことで経時的な錆の発生や埃の付着による汚染を防ぐことが可能である。

本発明で用いられる整流板は、凝固液の随伴液流がその内部側面から外部に拡散できるように、孔が穿孔されていている構造のものが好ましい。かかる孔の開孔率は、０．０２〜０．５０の範囲が好ましい。ここでいう開孔率とは、整流板表面の側面に開孔された孔面積の総和を、該側面の全表面積で除した値を指す。開孔率が０．０２より小さくなると、随伴液流が凝固浴液面にわき上がり凝固浴液面が大きく変動する傾向を示す。また、開孔率が０．５を超えると凝固浴液面の変動を抑制する効果が著しく低下する傾向を示す。更に、孔の形状としては、円形、楕円形および多角形等の何れの形状でも良いが、吐出糸条が孔のエッジ部で擦過されて品位の低下を引き起こさないように、エッジ部は十分角落ちされ、ある程度丸みを有した形状のものが良い。孔の寸法としては、特に限定されるものではないが、５〜３０ｍｍφが好ましく、特に好ましくは１０〜２５ｍｍφである。整流板に設けられる孔は、整流板全体の表面にできるだけ均一に分布していることが好ましい。
以上のように、本発明の乾湿式紡糸装置を用いて、凝固糸条を得た後、水洗・浴延伸工程を経て、例えばアミノシリコーン等を主成分とする油剤を必要に応じて付与し、乾燥緻密化・後延伸工程を経て、アクリル系前駆体繊維を製造することができる。

以下、本発明を実施例により、更に詳細に説明する。

表面加工、及び表面粗さの条件を変更した計８種類の整流板を凝固浴中に設置し、気泡付着量チェックを１４日間に渡り実施した。その結果、表１に示すように、梨地加工品は、何れも気泡付着量の少ない良好な結果であった。また、梨地＋メッキ加工品は、若干効果が低下するものの問題ないレベルであった。これらの整流板と比べ、通常品である鏡面仕上げの整流板では、気泡付着量が多く発生した。

（比較例１）
紡糸原液としてＡＮ９９モル％、イタコン酸１モル％からなるＡＮ共重合体を２０重量％含むジメチルスルホキシド溶液を用い、一錘当たりの孔数が４,０００ホールの口金から、２０℃の温度に温調された２０重量％ＤＭＳＯ水溶液で調整された凝固浴中へ、乾湿式紡糸法により吐出した。吐出された糸条は、逆円錐状に加工され上下開口部を備え、高さ２００ｍｍ、上開口部が１５０ｍｍφ、下開口部が７０ｍｍφでありステンレス製鏡面仕上げ（表面粗さＲａが０μｍ、厚み２ｍｍ）、開孔率０．２の整流板内を、凝固浴液面下より整流板上端部までの距離が１００ｍｍ、整流板下端部より集束ガイドまでの距離が１００ｍｍの位置に設置し、吐出糸条と整流板の最短距離が１５ｍｍであり、整流板内を通過しながら凝固構造が進展し、集束ガイド（方向転換ガイド）により集束させ凝固浴外へ駆動ロールにより搬送し、水洗・浴延伸工程で好適に延伸させながら工油工程でシリコーンを主成分とする油剤を付与し、更に乾燥・後延伸工程を経て前駆体繊維を得た。この該繊維束の繊度はこのときの整流板への気泡付着量は目視で観測した結果、２１個／ｈｒであり、７日間に渡り該試験を実施し、口金が凝固浴液面に浸漬した回数を記録した。この結果、付着した気泡が経時的に増大して凝固液面に浮上することに起因する口金の凝固浴液面浸漬回数は１．０回／日であった。

（比較例２）
比較例１において整流板を設置しないこと以外は、比較例１と同様にしてアクリル系前駆体繊維を製造し、比較例１と同様の条件により試験を行った結果、吐出糸条が発生させる随伴流により凝固浴液面変動が大きく、口金の凝固浴液面への浸漬が頻発し、紡出は不可能であった。

（実施例１）
表面を梨地加工し、表面粗さＲａが３５．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着量は９個／ｈｒであり、口金の凝固浴液面浸漬回数は１．０回／日であった。

（実施例２）
表面を梨地加工し、表面粗さＲａが１．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着量は１０個／ｈｒであり、口金の凝固浴液面浸漬回数は０．４回／日であった。

（実施例３）
表面を梨地加工し、表面粗さＲａが５．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着はなく、口金の凝固浴液面浸漬回数は０回／日であった。

（実施例４）
表面を梨地加工し、表面粗さＲａが１５．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着量は１個／ｈｒであり、口金の凝固浴液面浸漬回数は０回／日であった。

（実施例５）
表面を梨地加工し、表面粗さＲａが３０．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着量は４個／ｈｒであり、口金の凝固浴液面浸漬回数は０．３回／日であった。

（実施例６）
表面を梨地加工した後、クロムメッキ加工し、表面粗さＲａが５．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着はなく、口金の凝固浴液面浸漬回数は０回／日であった。

（実施例７）
表面を梨地加工した後、クロムメッキ加工し、表面粗さＲａが１５．０μｍの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着量は３個／ｈｒであり、口金の凝固浴液面浸漬回数は０．２回／日であった。

（実施例８）
表面を梨地加工した後、クロムメッキ加工し、表面粗さＲａが３０．０μの整流板を用いたこと以外は、比較例１と同様の方法により紡出して糸条を得た。その結果、整流板への気泡付着量は７個／ｈｒであり、口金の凝固浴液面浸漬回数は０．３回／日であった。

本発明の乾湿式紡糸装置は、炭素繊維用アクリル系前駆体繊維の製造に好適であり、産業上有用である。

図１は、本発明の乾湿式紡糸装置を例示説明するための概念側面図である。

符号の説明

１口金
２糸条
３整流板
４集束ガイド
５凝固浴
６液面
７糸道が転換した糸条

Claims

表面に梨地加工が施された整流板が凝固浴中に備えられている乾湿式紡糸装置。
整流板の表面粗さＲａが３〜３０μｍの範囲である請求項１記載の乾湿式紡糸装置。
整流板の表面が梨地加工の上にメッキ加工処理が施されている請求項１または２記載の乾湿式紡糸装置。
整流板に、凝固液が内側から外側に拡散できるように、孔が穿孔されていている請求項１〜３のいずれかに記載の乾湿式紡糸装置。
炭素繊維用アクリル系前駆体繊維の製造に用いられる請求項１〜４のいずれかに記載の乾湿式紡糸装置。