JP2008038278A - 溶融紡糸用口金パック用の混合ブロック - Google Patents

Abstract

【課題】溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーの劣化、溶融ポリマーの滞留部を最小限に抑えることにより糸切れを減少させ、溶融紡糸用口金パックの交換周期(時間)を長くできる溶融紡糸用口金パック用の混合ブロックを提供すること。
【解決手段】溶融紡糸用口金パック１に使用され、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーを混合するために複数の円筒形ポリマー通路１０が配置された混合ブロックであって、複数の前記円筒形ポリマー通路１０が前記混合ブロックの中心線より単一円周上に等間隔で配置された溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
【選択図】図１

Description

本発明は熱可塑性樹脂繊維の製造工程に用いられる溶融紡糸用口金パック用の混合ブロックに関するものである。

熱可塑性樹脂を溶融紡糸するために使用される溶融紡糸用口金パックは、一般にパックケース内に溶融ポリマー導入孔、濾層、異物除去用フィルター、多孔板、混合ブロック、及び口金が積層内蔵されており、溶融粘度が5000ポイズ以上、特に15,000〜25,000ポイズといった高粘度ポリマーの溶融紡糸においては、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーの流動状態は、溶融粘度が高い為、層流状態となり混合されにくく、溶融紡糸用口金パック内の中心付近と外周付近で溶融ポリマーの温度分布、粘度分布を均一に保てないという問題があった。これ等の温度分布、粘度分布が生じたまま口金から紡出されと、巻き取られたマルチフィラメント間において単糸間斑が大きくなり、品質、工程通過性に悪影響を及ぼすという問題があった。

これらの問題を解決する為に、3個以上のエレメント数を有するケニックス型のスタティックミキサーを並列に配した混合ブロックを設け、紡糸口金用パックに流入する溶融ポリマーを静的に混合することが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献2参照）。しかしながら、このようなスタティックミキサーを溶融紡糸用口金パック内に設けて溶融ポリマーを均一に混合しようとすると下記のような問題が生じてくる。
特開昭６０−３９４０５号公報 特開昭６０−１９９９０７号公報

すなわち、溶融ポリマーを均一に混合するためにはエレメント数の多いスタティックミキサーを設置する必要が有り、3エレメント以上のスタティックミキサーを採用している。このため、高粘度ポリマーが多エレメント数のスタティックミキサーを通過しようとする際、溶融ポリマーの圧力損失が大きくなり、その為、口金パック内での剪断が大きくなり、また、溶融ポリマー計量ポンプでのシア発熱が高くなり、その結果、溶融ポリマー温度が高くなり、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーの劣化が促進される。更に、溶融紡糸用口金パック内のスタティックミキサーで高粘度溶融ポリマーを混合しようとすると、スタティックミキサーの入口付近で高粘度ポリマーの流れに変流が起こり、これ等の変流が原因で溶融ポリマーの滞留部が発生する。長期操業運転を続けていくとこの滞留部に劣化ポリマーが蓄積される。劣化ポリマーが蓄積されると、毛羽、糸切れ等の操業不調の原因となるという問題もある。

結果的に、口金パック内の高粘度溶融ポリマーを静的混合するために、3個以上のエレメント数を有するケニックス型のスタティックミキサーを並列に配した混合ブロックにより、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーの内外層差は減少するが、上記のような問題が発生し操業不調に陥り、溶融紡糸用口金パック全体を交換することが行われる。しかし、かかる溶融紡糸用口金パックの交換は製造工程を停止する必要があること、交換のための工数が必要であること、交換時には材料ロスが発生すること等の理由により、溶融紡糸用口金パックの交換周期(時間)を長くすることが要求されている。

本発明は、かかる従来技術の課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーの劣化、溶融ポリマーの滞留部を最小限に抑えることにより糸切れを減少させ、溶融紡糸用口金パックの交換周期(時間)を長くできる溶融紡糸用口金パック用の混合ブロックを提供することにある。

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
１． 溶融紡糸用口金パックに使用され、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーを混合するために複数(n個)の円筒形ポリマー通路が配置された混合ブロックであって、複数(n個)の前記円筒形ポリマー通路が前記混合ブロックの中心線より単一円周上に等間隔で配置されており、前記混合ブロックにおける溶融ポリマー流が行き亘る円の半径をRとした際の溶融ポリマー流の総横断面積(πR²)に対して、前記円筒形ポリマー通路横断面の半径をaとした際の複数(n個)の円筒形ポリマー通路の横断面積の総和(nπa²⁾の占める比率((na²/R²)×100)が2%≦((na²/R²)×100)≦30%であり、かつ、前記混合ブロックの中心線より円筒形ポリマー通路が配置されている単一円の中心までの半径をrとした際、r/Rが0.5≦r/R≦0.9であることを特徴とする溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
２． 混合ブロックに配置された円筒形ポリマー通路の個数が4個以上であることを特徴とする上記第１に記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
３． 混合ブロックの溶融ポリマー流の総横断面積(πR²)に対して、複数個の円筒形ポリマー通路の横断面積の総和(nπa²⁾の占める比率((na²/R²)×100)が、5%≦((na²/R²)×100)≦20%であることを特徴とする上記第１又は第２に記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
４． 混合ブロックの溶融ポリマー流の総横断面積(πR²)に対して、複数個の円筒形ポリマー通路の横断面積の総和(nπa²⁾の占める比率((na²/R²)×100)が、8%≦((na²/R²)×100)≦15%であることを特徴とする上記第１〜第３のいずれかに記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
５． 混合ブロックにおける溶融ポリマー流が行き亘る円の半径Rに対する混合ブロックの中心線より円筒形ポリマー通路が配置されている単一円の中心までの半径rの比r/Rが、0.6≦r/R≦0.8であることを特徴とする上記第１〜第４のいずれかに記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。

本発明の溶融紡糸用口金パックの混合ブロックを用いることで、溶融紡糸用口金パック内での溶融ポリマーの発熱を抑え、かつ、溶融ポリマー滞留部をなくすことにより、操業運転を継続する上で、溶融紡糸用口金パック内での劣化ポリマーの蓄積速度が抑えられ、その結果、糸切れが減少し、かつ溶融紡糸用口金パックの交換周期(時間)がのびて、生産性を向上させることができる。

以下に本発明の実施形態を、図１参照しながら、詳細に説明する。
図1のイ．は本発明にかかる溶融紡糸口金パックの一態様例を示す縦断面図である。図1のイ．において、1はパックケース、2は溶融ポリマー導入口、3は溶融紡糸用口金パックにおける上蓋、4は濾層、5は異物除去用フィルター、6は多孔板、7は混合ブロック、8は口金である。かかる態様において溶融ポリマーは、スピンブロック(図示せず)を経て溶融ポリマー導入口から溶融紡糸用口金パック内に流入し、濾層4にて濾過され、異物除去フィルター5を通過し、千鳥状または同心円状に多数の小孔が配列された多孔板6を流下し、多孔板6と混合ブロック7との間で形成される空間9から重力方向に指向しつつ混合ブロック7に到る。

図１のロ．は図1のイ．の混合ブロック7のX-X’線横断面図であり、混合ブロック7に内蔵される円筒形ポリマー通路10の一例を示している。多孔板6を流下し混合ブロック上部に到達した溶融ポリマーは、溶融紡糸用口金パック内で何ら混合されていない為、溶融紡糸用口金パック内の中心付近と内壁付近の間で温度差、溶融粘度差が生じている。これ等の不均一な溶融ポリマーは、混合ブロックに設けられた円筒形ポリマー通路を通過する過程で溶融紡糸用口金パックの中心からの単一円周上に一旦集められ、ポリマー通路から出た後、口金上部の全体に広がり、オリフィスに流入していく。

ここで、混合ブロック7における溶融ポリマー流が行き亘る円形横断面の半径をRとした際の混合ブロック7における溶融ポリマー流が行き亘る総横断面積(πR²)に対して、混合ブロック7に配置された円筒形ポリマー通路10の半径をaとした際、複数(n個)の円筒形ポリマー通路の合計の横断面積の総和(nπa²⁾との比率((na²/R²)×100)が2%≦((na²/R²)×100)≦30%となるように円筒ポリマー通路10の形状を設計することが好ましい。また、混合ブロック7の中心から円筒形ポリマー通路10が配置されている単一円の中心までの半径をrとした際、r/Rが0.5≦r/R≦0.9となる様円筒形ポリマー通路10を設置することが好ましい。これらの混合ブロック7に設置された円筒形ポリマー通路10の入口で溶融ポリマーがいったん集められ、円筒形ポリマー通路10を通過後、口金上部の全体に広がるという溶融ポリマーの流動挙動だけで、操業運転していく上で十分な状態に溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーの内外層差を解消することができる。また、円筒形溶融ポリマー通路10には、スタティックミキサーの様な積極的にポリマーを混合するような部位を設けないことで溶融ポリマーの圧力損失が大きくなることもなく、ポリマー発熱を軽減することができ、更に溶融ポリマーの変流が発生することもなく、ポリマー滞留部を抑制することができる。その結果として、操業運転において、糸切れが減少し、さらに溶融紡糸用口金パックの交換周期(時間)が延長され、生産性を向上させることができる。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては、溶融紡糸可能な熱可塑性樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどに代表されるポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン６・１０などに代表されるポリアミドなどを例示することができる。その中でも特に、本発明の溶融紡糸用口金パックの混合ブロックは、タイヤコード、その他ゴム補強用繊維等の高粘度、高吐出量の熱可塑性樹脂繊維の製造方法で特に良好な結果が得られる。

例えば、ポリエステル樹脂の場合、固有粘度としては、0.8〜1.2dl/gが好ましく、更に好ましくは、0.9〜1.1dl/gとするのが良い。その理由としては、以下のとおりである。

固有粘度が0.8dl/g未満となる場合は、溶融紡糸用口金パック内でのシア発熱は抑制されるが、タイヤコード、その他ゴム補強用繊維等に要求される高強力、高弾性率といった力学的な物性を確保することが困難となる。一方、固有粘度が1.2dl/gを超えると、溶融粘度が極端に高くなり、溶融紡糸用口金パック内のシア発熱を軽減することが困難となる。

また、ポリエステル樹脂の溶融紡糸用口金パック当たりの溶融ポリマー吐出量としては、20〜60kg/hが好ましく、更に好ましくは、25〜55kg/hとするのが良い。その理由としては、以下のとおりである。

溶融紡糸用口金パック当たりの溶融ポリマー吐出量が、20kg/hr未満の場合は、吐出量が少ないことで、溶融紡糸用口金パック内でのシア発熱は軽減されるものの、溶融紡糸用口金パック当たりの生産効率が低下し、工業生産には不利な状態となる。一方、溶融紡糸用口金パック当たりのポリマー吐出量が、60kg/hrを超えるの場合は、高吐出量化により溶融紡糸用口金パック内でのシア発熱が著しく大きくなり、実質的に溶融紡糸が困難となる。

以下、混合ブロック7の詳細構成について述べていく。混合ブロック7に設置された円筒形ポリマー通路10の個数は、2個以上が好ましく、更に好ましくは4個以上とするのが良い。その理由としては、以下の通りである。

円筒形ポリマー通路10が1個の場合は、混合ブロック7の溶融ポリマーの流が行き亘る円形状の面に対して、(混合ブロックの中心に配置する場合を除き)均等なバランスで配置できないことより、溶融ポリマーの流れが不均一になり、溶融紡糸用口金パック内で溶融ポリマーの滞留部が発生し、ポリマー劣化物が蓄積され、操業性を悪化させるという問題が生じる。円筒形ポリマー通路10が複数個の場合は、均等バランスで配置できポリマー劣化物の蓄積といった観点では問題とならない。しかし、溶融紡糸用口金パックの混合ブロックとして最低限の強度を有するという点で実用上の上限個数が限定され、50個以下であることが好ましく、更に好ましくは３０個以下である。

ここで、混合ブロック7における溶融ポリマー流が行き亘るの総横断面積(πR²)に対する円筒形ポリマー通路の合計横断面積の総和(nπa²⁾の比率((na²/R²)×100)は、好ましくは、2%≦((na²/R²)×100)≦30%であり、更に好ましくは、5%≦((na²/R²)×100)≦20%とし、その上更に、8%≦(na²/R²×100)≦15%が好ましい。その理由としては、以下のとおりである。

((na²/R²)×100)が2％を未満の場合は、溶融ポリマーの流量に対して、溶融ポリマーの圧力損失が大きくなり、その為、溶融紡糸用口金パック内での剪断が大きくなり、ポリマー計量ポンプでのシア発熱が高くなる。その結果、溶融ポリマー温度が高くなり、溶融紡糸用口金パック内のポリマー劣化が促進される。一方、((na²/R²)×100)が30%を超える場合は、ポリマーの圧力損失の問題は改善されるものの、混合ブロック7に配置された円筒形ポリマー通路10の間隔が近接することになり、混合ブロック自身に強度上の欠陥が生じてくる可能性がある。更には、((na²/R²)×100)が30%を超えると溶融紡糸用口金パック内の混合ブロック7の円筒形ポリマー通路10部分での溶融ポリマーの圧力損失が著しく小さくなる影響でポリマーの内外層の攪拌効果が鈍化する傾向がある。その結果、紡出されるマルチフィラメント間の単糸間斑が大きくなるといる問題が生じてくる。

また、混合ブロック7における溶融ポリマー流が行き亘る円形の面の半径をRとし、混合ブロック7の中心からポリマー通路10が配置されている単一円の中心までの半径をrとした際のr/Rは、好ましくは、0.5≦r/R≦0.9であり、更に好ましくは、0.6≦r/R≦0.8とするのが良い。その理由としては、以下のとおりである。

r/Rが0.5未満となる場合は、すなわち、円筒形ポリマー通路10が溶融紡糸用口金パック内の中心側に近い部分に配置されることになり、混合ブロック7の上下の空間9、11において溶融紡糸用口金パック内の外周部分で滞留部が発生しやすくなる。一方、r/Rが0.9を超える場合は、すなわち、円筒形ポリマー通路10が溶融紡糸用口金パックの外周側に近い部分に配置されることになり、混合ブロック7の上下の空間9、11において溶融紡糸用口金パックの中心付近で滞留部が発生しやすくなるという問題が生じてくる。

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

尚、本実施例のポリエステル樹脂の固有粘度は、試料ポリマーを0.4dl/gの濃度で、パラクロロフェノール：テトラクロロエタン＝3：1の混合溶媒に溶解し、30℃における粘度をオストワルド粘度計により測定した。

また、実施例における糸切れ件数は、1tonの完成糸を生産する間に発生した糸切れ件数を表している。

また、実施例における溶融紡糸用口金パックの交換周期は、溶融紡糸用口金パック取り付けから取外しまでの平均日数を表している。尚、溶融紡糸用口金パックの取外し基準として、前述の糸切れ件数が5件/tonを超えると溶融紡糸用口金パックの交換を実施した。
（実施例1）
固有粘度が1.0dl/gからなるポリエチレンテレフタラート樹脂で、溶融紡糸用口金パック当たりの吐出量が45kg/hrで1440dtex-250filamentのタイヤコード用原糸を製造する溶融紡糸形態において、混合ブロックにおける溶融ポリマー流が行き渡る円形の横断面の半径がＲが56mmで、混合ブロックに設けられた円筒形ポリマー通路の単孔の半径ａが5mmで、前記円筒形ポリマー通路が混合ブロックの中心より半径ｒ40mmの円周上に12孔配置された溶融紡糸用口金パック(（na²/R²）×100)=9.57%、r/R=0.71）を使用して、3400m/minの紡糸速度で引き取り、1.68倍に延伸した後、3.5%の弛緩処理を行って巻き取った。

以下、実施例2〜5及び比較例1〜4として、混合ブロックにおける溶融ポリマー流が行き亘る円形の横断面の半径R、混合ブロックに設けられた円筒形ポリマー通路の単孔の半径a、円筒形ポリマー通路が配置されている単一円の半径ｒ、円筒形ポリマー通路の個数ｎをそれぞれ表1のように定めた溶融紡糸用口金パックの混合ブロックを用いて、実施例1と同様の溶融紡糸形態及び延伸巻取り形態においてタイヤコード用原糸の製造を行った。
上記の実施例1〜5、及び比較例1〜4の評価結果を表1、表2にまとめる。

以上より、実施例1〜5と比較例1〜4の評価結果を比較すると、糸切れ件数、溶融紡糸用口金パック交換周期ともに実施例の方が優れており、本発明の有効性が示された。

本発明により、熱可塑性樹脂の溶融紡糸における糸切れが減少し、更に溶融紡糸用口金パックの交換周期を長くすることができ、より生産性を向上させることが可能となった。工業技術としても非常に容易であることからも、産業界に大きく寄与することができる。

本発明の溶融紡糸口金パックの一態様例を示す模式図（イ．：縦断面図、ロ．：イ．における7のX-X’線横断面図）である。

符号の説明

1 ： パックケース全体
2 ： 溶融ポリマー導入口
3 ： 溶融紡糸用口金パックにおける上蓋
4 ： 濾層
5 ： 異物除去用フィルター
6 ： 多孔板
7 ： 混合ブロック
8 ： 口金
9 ： 多孔板6と混合ブロック7との間で形成される空間
10 ： 混合ブロック7の円筒形ポリマー通路

Claims (5)

1. 溶融紡糸用口金パックに使用され、溶融紡糸用口金パック内の溶融ポリマーを混合するために複数(n個)の円筒形ポリマー通路が配置された混合ブロックであって、複数(n個)の前記円筒形ポリマー通路が前記混合ブロックの中心線より単一円周上に等間隔で配置されており、前記混合ブロックにおける溶融ポリマー流が行き亘る円の半径をRとした際の溶融ポリマー流の総横断面積(πR²)に対して、前記円筒形ポリマー通路横断面の半径をaとした際の複数(n個)の円筒形ポリマー通路の横断面積の総和(nπa²⁾の占める比率((na²/R²)×100)が2%≦((na²/R²)×100)≦30%であり、かつ、前記混合ブロックの中心線より円筒形ポリマー通路が配置されている単一円の中心までの半径をrとした際、r/Rが0.5≦r/R≦0.9であることを特徴とする溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
2. 混合ブロックに配置された円筒形ポリマー通路の個数が4個以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
3. 混合ブロックの溶融ポリマー流の総横断面積(πR²)に対して、複数個の円筒形ポリマー通路の横断面積の総和(nπa²⁾の占める比率((na²/R²)×100)が、5%≦((na²/R²)×100)≦20%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
4. 混合ブロックの溶融ポリマー流の総横断面積(πR²)に対して、複数個の円筒形ポリマー通路の横断面積の総和(nπa²⁾の占める比率((na²/R²)×100)が、8%≦((na²/R²)×100)≦15%であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。
5. 混合ブロックにおける溶融ポリマー流が行き亘る円の半径Rに対する混合ブロックの中心線より円筒形ポリマー通路が配置されている単一円の中心までの半径rの比r/Rが、0.6≦r/R≦0.8であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶融紡糸口金パック用の混合ブロック。

Images