JP2006132057A - 溶融紡糸方法及びそのための紡糸口金パック - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチフィラメントを構成する各フィラメントの形状及び物性などにおいて、品質差が生じない紡糸口金パックを提供することにあり、特に分繊用親糸を紡糸するのに好適な紡糸口金パックを提供する。
【解決手段】 紡糸口金パック内に供給された熱可塑性の溶融ポリマーを拡流し、拡流した状態で該ポリマーを濾過してポリマー中の異物を濾過し、濾過したポリマーをパック中心部に形成した合流部において縮流させながら一箇所に合流させ、該合流部から出たポリマーの出口を頂点として下流方向に末広がりとなるラッパ状の膜状流にし、ラッパ状膜状流としたポリマーの終端部が形成する円環中心線上に等配された吐出孔群へ分配し、該吐出孔群からマルチフィラメントを紡出することを特徴とする溶融紡糸方法とその紡糸口金パックに関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性ポリーからなるマルチフィラメントを溶融紡糸するための方法とそのための紡糸口金パックに関する。

従来、例えば紡糸したマルチフィラメントを分繊して得たモノフィラメントは、衣料用途としてはオーガンジー等の薄地衣料に、また産業資材用途としては捺染やスクリーン印刷用紗に、更に生活資材用途としてはティーバッグや水切りネットに幅広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。

このように、親糸であるマルチフィラメントから分繊によってそれぞれ子糸であるモノフィラメントを得ようとする場合には、親糸マルチフィラメントからなる糸条として使用する場合の全体性能ではなく、各モノフィラメントが単独で使用されるためにモノフィラメント単独の性能が要求される。しかも、各モノフィラメントはそれぞれ同一の用途に使用されるため、マルチフィラメントを構成する各モノフィラメント間における繊度差や物性差などの品質差が各モノフィラメント間でほとんど発生しないことが要求される。

このため、親糸マルチフィラメントを紡出した後に分繊して子糸モノフィラメントを製造しようとすると、先ず品質差がないモノフィラメント群から構成されるマルチフィラメントを紡糸する必要がある。

しかしながら、図２に示したような従来の紡糸口金パックでは、品質差がないフィラメント群からなるマルチフィラメントを紡糸するには問題がある。ここで、この問題について簡単に図２を援用しながら説明する。

図２は、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどの熱可塑性ポリマー（以下、単に“ポリマー”と称する）からなるマルチフィラメントを溶融紡糸するための紡糸口金パックである。なお、この紡糸口金パックは、図２のような状態で組み立てられた後、熱媒加熱装置などの加熱手段とギアポンプなどの定量供給装置が付設された溶融紡糸装置のパックドームに取り付けられて、溶融紡糸に供される。

図２において、連続的に定量されて紡糸口金パックに供給された溶融ポリマーは、紡糸口金パックの上部に穿設された導入流路Ｆ_１’から口金パック内へと供給され、メタルサンドやガラスビーズなどで構成される濾砂５’を通過して、金網や多孔質焼結体などで構成される平板状濾材６’でポリマー中に含まれる微小な異物を除去する。なお、このとき、ポリマーが濾砂５’や濾材６’を通過する際に発生する圧力を低減すると共に、濾材６’が異物を捕捉して急激に濾過圧力が上昇するのに対処するために、濾材６’の濾過面積は図示したようにできるだけ広く取られている。

このようにして、濾材６’全面を通過したポリマーは、濾材６’を支持するブリッジプレート７’を通過し、口金パックの中央部に穿設されたポリマーを一箇所に合流させる合流流路Ｆ_３’へと導かれる。ここで、この合流流路Ｆ_３’の果たす役割は、口金パック内部の外周部と中央部とで、加熱温度が異なったり、滞留時間が異なったりして、異なった物性を有するようになったポリマーを一つの合流流路Ｆ_３’に合流させることによって、異なる物性を有するようになったポリマーをこの合流流路Ｆ_３’で均一化しようとすることにある。

以上に述べたようにして、合流流路Ｆ_３’で互いに合流したポリマーは、今度は口金１’に穿設された吐出孔群Ｈ’へ分配するために、下流方向へ末広がりに円錐状に形成された円錐状流路Ｆ_４’を流れて、各吐出孔Ｈ’へ分配される。このとき、円錐状流路Ｆ_４’を流れるポリマーの経路は、円錐状流路Ｆ_４’の外周部に沿って流れるものと、円錐状流路Ｆ_４’の中央部を流れて、口金１’の反吐出面に到達した後、この反吐出面に沿ってその中央部から外周部へと流れるものとが生じる。このため、合流流路Ｆ_３’でせっかく均一化したポリマーが、円錐状流路Ｆ_４’から吐出孔群Ｈ’へと分配される過程において、再びポリマー物性差が生じる結果を招いていた。

図３に示した紡糸口金パックは、このような問題を解決するために提案されたものであって、図２に例示した従来の口金パックにおいて、円錐状流路Ｆ_４’部の口金１’と対向する側の面に対して、ポリマー流路孔出口側に向かって環状且つ凸状の流路形状を形成したものである。しかしながら、このような流路形状であっても、ポリマーが流れる経路は本質的に図２で示した口金パックと変わりはない。したがって、このような環状且つ凸状の流路形状であっても、マルチフィラメントを構成する各フィラメントの均斉性を上げるためのポリマーの分配流路として不十分である。
特開２００４−２７７９１０号公報（従来の技術欄） 特開２００１−２５４２１９号公報（特許請求の範囲）

本発明は上述の従来技術が有する問題を解決し、マルチフィラメントを構成する各フィラメントの形状及び物性などにおいて、品質差が生じない紡糸口金パックを提供することにあり、特に分繊用親糸を紡糸するのに好適な紡糸口金パックを提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究した結果、請求項１に記載のように、「紡糸口金パック内に供給された熱可塑性の溶融ポリマーを拡流し、拡流した状態で該ポリマーを濾過してポリマー中の異物を濾過し、濾過したポリマーをパック中心部に形成した合流部において縮流させながら一箇所に合流させ、該合流部から出たポリマーの出口を頂点として下流方向に末広がりとなるラッパ状の膜状流にし、ラッパ状膜状流としたポリマーの終端部が形成する円環中心線上に等配された吐出孔群へ分配し、該吐出孔群からマルチフィラメントを紡出することを特徴とする溶融紡糸方法」という構成を採用することによって、本発明の目的が達成されることを究明した。

このとき、請求項２に記載のように、請求項１に記載の溶融紡糸方法に対して、更に、前記ラッパ状膜状流を形成するポリマーの膜厚を１．０ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが好ましいことも究明した。

更に、請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載のマルチフィラメントを分繊用親糸として好適に使用することができることを究明した。

また、前記課題を解決するための発明として、請求項４に記載のように、「熱可塑性ポリマーからなるマルチフィラメントを紡出するために、内部に導入された前記ポリマーを拡流して濾過する濾過部材と、該濾過部材による濾過後のポリマーを口金パックの中心部で縮流させながら一箇所に合流させる合流流路が形成されたパック部材と、前記合流流路から出たポリマーを拡流して分配供給する吐出孔群が同心円上に等配に穿設された口金と、を備えた紡糸口金パックにおいて、前記合流流路の出口から前記吐出孔群へラッパ状膜状流にしてポリマーを分配供給するラッパ状スリット流路が形成されたことを特徴とする紡糸口金パック」が提供される。

このとき、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載のラッパ状スリット流路が、前記パック部材に形成された凹部と前記口金へのポリマー流入面に形成された凸部とが係合して形成された紡糸口金パックとすることが好ましい。

そして、請求項６に記載の発明のように、請求項４又は５に記載のラッパ状スリット流路の間隙が１．０ｍｍ以上５ｍｍ以下である紡糸口金パックとすることが好ましい。

以上に述べた本発明によれば、紡糸口金パックの濾過部において、広い濾過面積を採ることができるため、濾過圧力を低下させることができ、捕捉する異物の目詰まりによる濾過圧力の経時的な上昇も抑制することが、紡糸口金パックの耐圧構造をより低圧側にシフトさせることができる。

また、ポリマーの流通経路が異なることによって生じる加熱温度差や滞留時間差などの相違紡糸口金パックについては、紡糸口金パックの中央部にポリマーを縮流させて一箇所に合流させることによって均一化することができる。また、このようにして均一化したポリマーを口金に穿設された各吐出孔にラッパ状の膜状流状態で分配供給するため、ラッパ状膜状流の外周側と内周側とをそれぞれ流れるポリマーの流通経路差がほとんど無くなる。このため、従来技術のように、合流流路部から口金の吐出孔群へポリマーを分配する際の分配性の悪化という問題を解消することができる。したがって、マルチフィラメントを紡糸する口金パックを使用しながらも、マルチフィラメントを構成する一本々々のフィラメント（単繊維）を取り出しても、これらフィラメント間に品質差が無い極めて均斉なフィラメントを得ることができる。

したがって、本発明の溶融紡糸方法と紡糸口金パックとは、各フィラメントが均斉であって品質差が無いことが要求される分繊用親糸を製造する上で極めて有効である。

なお、請求項２又は６に記載の発明のように、前記ラッパ状膜状流を形成するポリマーの膜厚が１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下（ラッパ状スリット流路の間隙が１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下）とすることで、口金パックの外周側と内周側とを流れるポリマー流の加熱温度差や滞留時間差を無くすことができるため、より均斉なフィラメント群を製造することができる。

さらに、請求項５に記載の紡糸口金パックのように、前記ラッパ状スリット流路が、前記パック部材に形成された凹部と前記口金へのポリマー流入面に形成された凸部とが係合して形成されるようにすれば、口金のポリマー流入面に凸部を設けるだけの安価で簡単な装置改造によって、前述の効果が期待できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の溶融紡糸方法を実施するための紡糸口金パックを説明するための模式正断面図である。この図１において、紡糸口金パックを構成する各要素（各エレメント）を参照符号別に説明すると、１：紡糸口金パック、２：口金、３：パック本体、４：濾砂収容部材、５：濾砂、６：ブリッジプレート、７ａと７ｂ：平面状濾材、８：パックの締結部材（具体的には、“ボルト”である）、９ａと９ｂ：シール材、Ｈ：口金２に穿設されたポリマーの吐出孔群、そして、Ｃ：吐出孔群Ｈがその上に穿設される同心円を、それぞれ表す。

このとき、このような各要素から構成される紡糸口金パック１は、該紡糸口金パック１を所定の溶融紡糸を実施するための温度にまで加熱すると共に、該紡糸口金パック１に対して、連続的に定量的に計量して供給するギアポンプなどの連続計量手段を備えたスピンブロック（図示せず）のパックドームに装着される。

次に、この紡糸口金パック１を構成する各要素の相互関係について説明する。先ず、本例の紡糸口金パックは、パック本体３が下パック部材３１（口金ホルダー）、上パック部材３２及び上パック部材３３という三つのパック部材に分割されて構成されている。ここで、上パック部材３３には、図示省略したスピンブロックから導入されるポリマーを受け入れる導入流路Ｆ_１が穿設されており、この導入流路Ｆ_１の下方には、図示したように、下流方向に漏斗状に広がった漏斗状流路Ｆ_２が形成されている。したがって、口金パック１に流入したポリマーは、この漏斗状流路Ｆ_２で必要な程度に拡流され広い濾過面積をとれる状態となる。

本発明では、パック本体３を前述のように、三つのパック部材３１〜３３で分割して構成することによって、中間パック部材３２に対して、上パック部材３１（口金ホルダー）と上パック部材３３とによって、締結部材８ａと８ｂを使用してシール材９ａと９ｂ及び平面状濾材７ａの外周リム部に設けられたシール部をそれぞれ分担して締め付けている。このようにして、口金パック１内を流れるポリマーが口金パック１外に漏れ出るのを防止している。

このとき、このようにして、外部へのポリマー漏れが防止された口金パック１の内部には、メタルサンド、ガラスビーズなどからなる濾砂５が濾砂収容部材４中に充填され、この濾砂５の最下端部には、ポリマー中に含まれる微小な異物を濾過するために濾過面積を広く取った平面状濾材７ｂが図示したように設けられている。また、該平面状濾材７ｂの直下部には、ポリマーの濾過時に発生する濾過圧力によって平面状濾材７ｂが変形したり、破損したりしないように下方から支持固定するブリッジプレー６が設けられている。

なお、このブリッジプレート６は、平面状濾材７ｂを通過する拡流されたポリマーを一箇所に集合させるために、パック中心部へとポリマーを縮流させながら合流させ、合流流路Ｆ_３へと導く役割をも果たしている。このようにして、濾砂５、濾材７ｂなどの異なる経路を通過して、異なる滞留時間と異なる温度で加熱されてきたポリマーは、合流流路Ｆ_３で合流させられて均一化される。このとき、合流流路Ｆ_３に関しては、更に合流させたポリマーの均一化を促進するために、この合流流路Ｆ_３’に適当な数の混練素子数を有するケニックス型スタチックミキサなどが設けられることもある。

以上に述べたようにして合流流路Ｆ_３へと導かれたポリマーは、合流流路Ｆ_３を出て下流に行くに従ってラッパ状回転対称に末広がりに形成されたスリット流路Ｆ_４を通過する。なお、このラッパ状スリット流路Ｆ_４は、図１に示したように、合流流路Ｆ_３の出口部から下流方向へとラッパ状に間隙Ｘをおいて形成されたスリット流路である。このようにして、ラッパ状の膜状流にされたポリマーは、その終端部においてラッパ状スリット流路Ｆ_４の開口部が形成する円環の中心線が形成する同心円Ｃ上に等配に口金２に穿設された吐出孔群Ｈへと分配される。

本発明においては、合流流路Ｆ_３から出たポリマーを前述のように「ラッパ状回転対称の膜状流」とする。このため、口金パック１の中心部側を流れるポリマーと口金パックの外周側を流れるポリマーとの間で滞留時間差や加熱温度差が生じるとしても、「ラッパ状回転対称の膜状流」の膜厚差（間隙Ｘ）分だけである。このため、「ラッパ状回転対称の膜状流」の膜厚差（間隙Ｘ）を適当な範囲に制御すれば、吐出孔群Ｈへのポリマーの分配を良好に行うことができる。そこで、このスリット流路の間隙Ｘ（膜状流の膜厚）が重要であって、この間隙Ｘとしては、好ましくは０．５ｍｍ以上８ｍｍ以下、特に好ましくは、１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下である。

何故ならば、間隙Ｘが０．５ｍｍ未満の場合は、口金ハック１の組み立て時に、間隙Ｘを回転対称に精度良く均等に調節することが困難であるからであり、更に、間隙Ｘを余りにも小さくすると、バック圧力が上昇して、口金パック１の耐圧性やポリマーのシール性において問題が発生する。また、反対に間隙Ｘが８ｍｍを超えると、ポリマーを合流流路Ｆ_３の出口部から各吐出孔Ｈへ分配するときに、ポリマー流の膜厚が大きくなり過ぎて、本発明のように膜状流とすることができないため従来技術と同様の問題を惹起する。

以下実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに何等限定されるものではない。なお、実施例中の各特性値は以下の方法を用いて測定した。
（１）固有粘度
オルトクロロフェノール中（２５℃）で測定した値である。
（２）総繊度（ｄｔｅｘ）
浅野機械製作（株）製検尺機を用い、得られたマルチフィラメントを１０００ｍサンプリングして重量を測定し、１００００ｍに換算した重量値を総繊度（ｄｔｅｘ）とした。
（３）単糸繊度（ｄｔｅｘ）
２２０ｄｔｅｘ／１０フィラメントのマルチフィラメントを単糸に分解し、その単糸をサーチ社製ＤＥＮＩＥＲＣＯＭＰＵＴＥＲを使用して、試料長５ｃｍ、マルチフィラメントの繊度の１／１０の荷重下で測定した。
（４）紡糸時糸切れ回数（回／トン）
２２０ｄｔｅｘ／１０フィラメントのマルチフィラメントを紡糸するに当たって、生産量１トン当たりの糸切れ回数である。
（５）単糸繊度バラツキ（単糸繊度ＣＶ％）
２２０ｄｔｅｘ／１０フィラメントのマルチフィラメントをそれぞれ１０本の単糸に分解し、５本のマルチフィラメントから５０本の単糸を分繊した。そして、分繊した５０本の単糸をサーチ社製ＤＥＮＩＥＲＣＯＭＰＵＴＥＲを使用して、試料長５ｃｍ、マルチフィラメントの繊度の１／１０の荷重下で各単糸の繊度をそれぞれ測定した。このとき得られた単糸繊度から、「単糸繊度ＣＶ％（％）＝（Ｖ／Ｘ）×１００」という式によって “単糸繊度ＣＶ％”を“単糸繊度バラツキ”として求めた。ただし、この式において、「Ｖ：マルチフィラメントを構成する総単糸繊度の不偏分散の平方根、Ｘ：マルチフィラメントを構成する総単糸繊度の平均値」である。
（６）単糸断面形状バラツキ
２２０ｄｔｅｘ／１０フィラメントのマルチフィラメント１０本から５０本の単糸を取り出して各単糸の直径を測定し、測定した直径中で最大の直径（ｄ_ｍａｘ）と最小の直径（ｄ_ｍｉｎ）との差（ｄ_ｍａｘ−ｄ_ｍｉｎ）、を求め、求めた差（ｄ_ｍａｘ−ｄ_ｍｉｎ）を平均直径値（ｄ_ａｖｅ）で除し、１００を掛けた値である。

［実施例１〜２、比較例１〜２］
このとき、図１に示した紡糸口金パックを使用し、間隙Ｘについてのみ表１に記載の条件にそれぞれ変更した他は、全て同一の条件とした。すなわち、固有粘度が０．６３のポリエチレンテレフタレートを特開昭５９−１１６４０５号公報などで提案されている周知の直接紡糸延伸法を用いて紡糸温度２８５℃で丸断面の吐出孔を１０個穿設した口金から吐出した後に冷却風で紡出糸条を冷却した後に、油剤を該糸条に付与して、加熱ローラで延伸し総繊度２２０ｄｔｅｘ、単糸デニール２２ｄｔｅｘの分繊用マルチフィラメント糸を巻き取った。その結果を表１に示す。

［比較例３］
図２に示した紡糸口金パックを使用した他は、実施例１〜２及び比較例１〜２と同様の条件とした。その結果を表１に示す。

本発明の溶融紡糸方法を実施するための紡糸口金パックを説明するための模式正断面図である。 従来の紡糸口金パックの実施形態を例示した模式正断面図である。 他の従来の紡糸口金パックの実施形態を例示した模式正断面図である。

符号の説明

１：紡糸口金パック
２：口金
３：パック本体
４：濾砂収容部材
５：濾砂
６：ブリッジプレート
７ａと７ｂ：平面状濾材
８：パックの締結部材（具体的には、“ボルト”である）
９ａと９ｂ：シール材
Ｈ：口金２に穿設されたポリマーの吐出孔群
Ｃ：吐出孔群Ｈがその上に穿設される同心円

Claims (6)

1. 紡糸口金パック内に供給された熱可塑性の溶融ポリマーを拡流し、拡流した状態で該ポリマーを濾過してポリマー中の異物を濾過し、濾過したポリマーをパック中心部に形成した合流部において縮流させながら一箇所に合流させ、該合流部から出たポリマーの出口を頂点として下流方向に末広がりとなるラッパ状の膜状流にし、ラッパ状膜状流としたポリマーの終端部が形成する円環中心線上に等配された吐出孔群へ分配し、該吐出孔群からマルチフィラメントを紡出することを特徴とする溶融紡糸方法。
2. 前記ラッパ状膜状流を形成するポリマーの膜厚が１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である請求項１に記載の溶融紡糸方法。
3. 前記マルチフィラメントが分繊用親糸である請求項１に記載の溶融紡糸方法。
4. 熱可塑性ポリマーからなるマルチフィラメントを紡出するために、内部に導入された前記ポリマーを拡流して濾過する濾過部材と、該濾過部材による濾過後のポリマーを口金パックの中心部で縮流させながら一箇所に合流させる合流流路が形成されたパック部材と、前記合流流路から出たポリマーを拡流して分配供給する吐出孔群が同心円上に等配に穿設された口金と、を備えた紡糸口金パックにおいて、
   前記合流流路の出口から前記吐出孔群へラッパ状膜状流にしてポリマーを分配供給するラッパ状スリット流路が形成されたことを特徴とする紡糸口金パック。
5. 請求項４に記載のラッパ状スリット流路が、前記パック部材に形成された凹部と前記口金へのポリマー流入面に形成された凸部とが係合して形成された紡糸口金パック。
6. 請求項４又は５に記載のラッパ状スリット流路の間隙が１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である紡糸口金パック。

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