JP2006348408A - 溶融紡糸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱可塑性繊維の紡糸工程における紡糸口金への「目やに」の付着を防止し、ノズル清掃が容易かつ連続運転可能な溶融紡糸装置を提供すること。
【解決手段】 円形の紡糸口金と、紡糸口金を不活性ガスでシールするための不活性ガス噴出口および不活性ガス噴出スリットと、紡糸口金から紡出される糸条を冷却する冷却筒とを少なくとも備えてなる熱可塑性繊維の溶融紡糸装置であって、該不活性ガス噴出スリットが紡糸口金ノズルの最外周から１〜１０ｍｍの位置にあり、口金表面と冷却筒上端との距離が３０〜１００ｍｍであり、紡糸口金へ向かって噴出される冷却風の角度が水平軸に対して上向きに１２〜４０°となるよう冷却筒に冷却風噴出口が設けられていることを特徴とする溶融紡糸装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融紡糸装置に関する。より詳細には、紡糸口金を不活性ガスでシールすることにより紡出ポリマーから発生するモノマーに起因する炭化物等が紡糸口金面へ付着することを抑制し、連続運転が可能な溶融紡糸装置および該装置を用いた熱可塑性繊維の溶融紡糸方法に関する。

重合時に数％程度のモノマーを含むポリマー（例えばナイロン６）を溶融紡糸する場合、紡糸口金から紡出されるポリマーから大気中に気化するモノマーの蒸気が高温の口金面周辺に付着し、それらが時間とともに炭化され大きく成長すると紡出された糸条に接触、付着し、異常形状の糸条となったり、糸切れ（断糸）を発生して品質上、工程上に著しく支障をきたす。

従来、上記口金面周辺に付着する炭化物の成長を防止する方法として種々の方法が試みられており、口金面を水蒸気、窒素等の不活性ガスでシールする方法（特許文献１〜２参照）等が提案されており、特に不活性ガスとして水蒸気を使用する方法がよく使われている。

不活性ガスでシールする方法としては、口金中心部下方に不活性ガス噴出ノズルを設置し、不活性ガスを糸条に対して垂直に噴出し口金下面をシールする方法、口金外周部から口金中心部に向けて噴射する方法に大別され、噴出された不活性ガスを除去するため吸引する方法（特許文献３参照）等も提案されている。

前記不活性ガスでシールする方法は、口金のノズル個数の少ないフィラメントなどで応用されていて効果を上げている。この方法は、ノズル個数が少なく不活性ガスの通りがよいため口金周辺の温度を低くでき、ポリマー吐出直下近傍を急激に冷却しなくても不活性ガスシール部の下部を一方方向の冷却風で冷却することができる。また口金のノズル個数の少ない場合は、口金近傍をシールするために噴出された不活性ガスと、紡出された糸条を冷却する冷却風とが混合することなく紡糸できるため、口金直下のシール性を上げることができ目的とする酸素濃度を下げることができる。
しかし、ステープル用トウの紡糸のようにノズル個数を多数有する口金を用いる場合には、ポリマーが吐出される口金周辺の温度が高くなるため、冷却を口金近傍で行わないと安定に巻き取ることができない。特に、多ホールノズルの場合には、ノズルが何重にも列をなしているため内側のノズルから吐出された糸条は、より冷却されにくく、急激に冷却させるためには口金下部にある円筒形の冷却筒から上向きの冷却風を出す必要がある。その結果、不活性ガスと混合して流れを乱すだけでなく、不活性ガスシール性を下げることになる。

本来、不活性ガスシールの目的は、口金近傍の酸素濃度を下げることであり、ポリマーとともに放出されるモノマーがノズル周辺に付着したもの（いわゆる「目やに」状物）の熱劣化を遅らせ、炭化を遅くして糸条に接触されにくくすることにあるため、冷却風と不活性ガスとが口金周辺で混合することは効果を損なう結果となる。
そのため不活性ガスをスリットやホールから糸条に対して垂直に噴出して冷却するのみでなく、冷却風流れ方向と不活性ガスの流れ方向を揃えるガイド板をノズル周辺に設けることにより、口金表面を不活性ガスでシールし、その下を冷却風が層状をなして流れるようにして口金ノズル周辺に付着する「目やに」の炭化を抑制し、工程調子を改善する方法が提案されている。（特許文献４参照）

しかし、冷却風の流れ方向と不活性ガスの流れ方向を揃え、口金近傍側を不活性ガスが流れ、その下を冷却風が層状をなして流れるようガイド板を設ける方法は、電球の傘のようなフードが必要となる。また、このガイド板が装着されたままでは紡糸開始時や長時間紡糸した後の汚れた口金の表面の掃除（ノズル掃除）を行うことが非常に難しく、ガイド板を取り外してノズル掃除をする必要がある。これは多くの手間を必要とし運転中のロスを大きくしてしまう。

特公昭３８−１２３６５号公報 特公昭４４−２１１６９号公報 特開昭５２−３４０１６号公報 特開昭４９−２０４１８号公報

本発明は、上述の問題を解決するものであり、その目的は、熱可塑性繊維の紡糸工程における紡糸口金への「目やに」の付着を防止し、ノズル清掃が容易かつ連続運転可能な溶融紡糸装置を提供することにある。

本発明者らは、かかる問題点を解決するため鋭意検討を行った結果、口金と冷却筒の位置関係を調整することで、不活性ガスと冷却風が混合することなく口金近傍を不活性ガスでシールでき、さらにその直下は冷却風が流れ糸条を冷却して固化させることができることを見出した。

すなわち本発明は、円形の紡糸口金と、紡糸口金を不活性ガスでシールするための不活性ガス噴出口および不活性ガス噴出スリットと、紡糸口金から紡出される糸条を冷却する冷却筒とを少なくとも備えてなる熱可塑性繊維の溶融紡糸装置であって、該不活性ガス噴出スリットが紡糸口金ノズルの最外周から１〜１０ｍｍの位置にあり、口金表面と冷却筒上端との距離が３０〜１００ｍｍであり、紡糸口金へ向かって噴出される冷却風の角度が水平軸に対して上向きに１２〜４０°となるよう冷却筒に冷却風噴出口が設けられていることを特徴とする溶融紡糸装置である。

本発明により、熱可塑性繊維の紡糸工程において、「目やに」の付着に起因する断糸等の発生を低減できる。またノズル清掃も容易であり、安定して連続運転が可能で工程調子を格段によくすることができ、ひいては繊維品質の向上を図ることができる。

本発明の溶融紡糸装置を用いた紡糸方法に適用できる熱可塑性ポリマーとしては、ポリエステル系、ポリアミド系、酢ビ系等、溶融紡糸可能なポリマーを挙げることができ、特にポリアミド系や酢ビ系ポリマーの場合にその効果が顕著である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の紡糸装置の一例を示す模式図である。円形の紡糸口金１から紡出された糸条４は、紡糸筒５に設置された冷却筒６から噴出される冷却風７によって冷却、固化された後、引き取られるが、紡糸口金１と冷却筒６の間に不活性ガス噴出スリット２および不活性ガス噴出口３が設けられている。不活性ガス噴出スリット２から噴出されたガスは、紡糸口金表面に向けて噴出され口金面を被覆（シール）する。不活性ガス噴出口３から供給された不活性ガスは、周知の邪魔板や仕切り板によって均一に整流され、不活性ガス噴出スリット２から糸条に対して垂直に噴出されるように設計されている。
整流されてスリット２から噴出される不活性ガスが、ノズル面を均一に被覆するためにはノズル表面を層流状態で流れ、かつ冷却筒から供給される冷却風と混合することなく噴出されることが必要であるため、冷却風と不活性ガスは層状で同一方向（口金中心部方向へ向かって口金面に対して平行方向）に流れるように設計されている。

本発明に用いる不活性ガスは、加熱蒸気（スチーム）、窒素、ヘリウム等を用いることができる。また、これら不活性ガスは単独で用いてもよいし、混合ガスとして用いてもよい。中でも、コスト的に有利な点から加熱蒸気が好ましく用いられる。

不活性ガス噴出スリット２の巾は、紡糸ポリマーから発生したモノマーによりノズル周辺へ付着した「目やに」の炭化を抑制するため、「目やに」を覆うだけの不活性ガス厚さであればよく、０．２〜５ｍｍが好ましく、より好ましくは０．３〜１．０ｍｍである。また、その設置位置は不活性ガスが「目やに」をカバーする高さでよいため、紡糸口金表面から０〜１０ｍｍの位置が好ましく、より好ましくは０．５〜５ｍｍである。紡糸口金ノズルの最外周と不活性ガススリット２との距離は、糸条を乱すことなく、しかも口金中心部から紡出される糸条を冷却する必要があることから１〜１０ｍｍであり、好ましくは３〜７ｍｍである。

上記不活性ガスと冷却風を混合しないように流し、なおかつ紡出された糸条を冷却固化するためには口金表面から３〜５０ｍｍ下方の糸条を確実に冷却する必要がある。このためには冷却風がこの位置を冷却するように冷却風噴出角度を口金表面向きにする必要があり、その角度は水平軸に対して上向き１２〜４０°であり、好ましくは１６〜３０°である。上向き角度が大きいと、口金面に衝突したとき不活性ガス噴出方向とは逆方向の分力が発生して冷却風をかえって乱す原因となる。また、噴出する冷却風の巾は、固化を十分に行うために１０〜５０ｃｍ、好ましくは１５〜３５ｃｍが適当である。さらに口金表面と冷却筒の冷却風噴出口上端との距離が離れすぎても冷却風が届かなくなるため適正に保つ必要があり、適正な距離は３０〜１００ｍｍであり、好ましくは４０〜７０ｍｍである。

さらに重要なことは、冷却風と不活性ガスが層流状態で噴出しても糸条が下方に巻き取られることにより発生する随伴流により乱れてはならないし、冷却風が不活性ガス噴出スリットと冷却筒の隙間から流出すると、不活性ガスと層流状態を形成して流れる冷却風量が少なくなり、このため随伴流が混合する原因となり、層流状態を保持できない。しかも糸条で熱せられた随伴流が混合するため、糸条を十分冷却できなくなる。このために冷却筒、不活性ガススリットおよび紡糸口金との間は確実に密閉状態を保持することが望ましい。さらには、その内部空間は冷却風が偏流を生じさせないように均一な空間にしておくことが好ましい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は当該実施例に何ら限定されるものではない。

図１に示す溶融紡糸装置を用いて、ノズル径０．３ｍｍ、孔数１０００個を有する円形紡糸口金からナイロン６を紡糸温度２５０℃で溶融紡糸した。
溶融紡糸するに際して、不活性ガス噴出スリット巾０．７ｍｍ、糸条とスリットの間隔５ｍｍ、口金最外周と不活性ガス噴出スリット上端との距離が３ｍｍとなるよう不活性ガス噴出スリットを取り付け、不活性ガスとして１２０℃の加熱蒸気を用いて噴出量１．０ｋｇ／時間でシールを行いつつ紡糸を行った。
紡出された糸条の冷却は、円形紡糸口金下方５０ｍｍの位置に設けた円筒形冷却筒から温度２５℃の冷風を水平軸に対し上向き角度２０°で風速１．０ｍ／秒にて噴出させた。
単孔当りのポリマー吐出量は０．２ｇ／分に設定し、吐出された糸条は捲取速度１０００ｍ／分で引き取った。
この状態でノズル面から２ｍｍ下部の酸素濃度を測定した結果、３ｖｏｌ％であった。
紡糸開始１０時間後、口金のノズル面を観察したところノズル周囲に、ポリマーから発生した「目やに」と称しているモノマーらしきものが付着していたが、その量は極めて少なく、さらに紡糸を継続すると２０時間くらいで茶褐色に変色し始めていた。ノズル掃除を２４時間後に実施したところ、断糸もなく再び紡糸を継続することができた。このノズル掃除を２４時間毎に繰返すことにより、合計７日間紡糸を連続実施することができた。

比較例１
実施例１と同様の溶融紡糸装置を用い、不活性ガス噴出スリットの代わりに金網（ＳＵＳ３０４、５０メッシュ、線径０．２ｍｍ、平織）を取り付け、不活性ガスとして加熱蒸気を噴出したこと以外は、実施例１と同様にして溶融紡糸を行った。実施例１と同様にノズル付近の酸素濃度を測定した結果、１９ｖｏｌ％と高く、加熱蒸気と冷却風が混合していることが窺われた。
紡糸開始後４時間程度で「目やに」が発生し、５時間後には茶褐色に変色し始め、８時間後には断糸が頻発したため、ノズル掃除をせざるを得なかった。この作業を３回繰り返すとノズル掃除を繰り返しても断糸がすぐに発生し、紡糸できなくなった。

比較例２
実施例１と同様の溶融紡糸装置を用い、口金表面と冷却筒上端との間の距離を１０ｍｍとした。その結果、酸素濃度は５．０ｖｏｌ％と低かったが紡糸初期から単糸切れが激しく巻き取ることができなかった。これは冷却筒から噴出される冷却風が不活性ガス噴出を乱し、なおかつ冷却風がノズル表面まで直接的に届かないため冷却不足を生じて単糸切れが多発したものと考えられる。

比較例３
実施例１と同様の溶融紡糸装置を用い、冷却筒からの冷却風噴出角度を上向き１０°に設定して紡糸を行った。
実施例１と同様に酸素濃度を測定した結果、３ｖｏｌ％であり、低酸素状態であったが、単糸切れが多発して紡糸できなかった。これは冷却風噴出角度が１０°と小さいため、糸条の冷却位置が口金面よりも離れた位置になるため単糸切れが発生したものと考えられる。

本発明の溶融紡糸装置の一例を示す模式図。

符号の説明

１：紡糸口金
２：不活性ガス噴出スリット
３：不活性ガス噴出口
４：糸条
５：紡糸筒
６：冷却筒
７：冷却風

Claims (2)

1. 円形の紡糸口金と、紡糸口金を不活性ガスでシールするための不活性ガス噴出口および不活性ガス噴出スリットと、紡糸口金から紡出される糸条を冷却する冷却筒とを少なくとも備えてなる熱可塑性繊維の溶融紡糸装置であって、該不活性ガス噴出スリットが紡糸口金ノズルの最外周から１〜１０ｍｍの位置にあり、口金表面と冷却筒上端との距離が３０〜１００ｍｍであり、紡糸口金へ向かって噴出される冷却風の角度が水平軸に対して上向きに１２〜４０°となるよう冷却筒に冷却風噴出口が設けられていることを特徴とする溶融紡糸装置。
2. 請求項１記載の溶融紡糸装置を用いた熱可塑性繊維の溶融紡糸方法であって、不活性ガス噴出口から不活性ガス噴出スリットを通して不活性ガスを噴出し、紡糸口金下方をシールするとともに冷却筒から冷却風を噴出することを特徴とする熱可塑性繊維の溶融紡糸方法。
   

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