JP2009243017A - 熱可塑性重合体の溶融紡糸パックおよび熱可塑性重合体の溶融紡糸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性重合体の溶融紡糸パック内でのポリマーの長期滞留を解消し、ポリマーの均質化をおこない、紡糸操業性を向上させることのできる溶融紡糸用口金パックと溶融紡糸方法を提供すること。
【解決手段】熱可塑性重合体を濾過する濾過部、熱可塑性重合体の流れを形成する耐圧板、外周部に円環状に配列された吐出孔群を有する口金板からなる熱可塑性重合体の溶融紡糸用口金パックにおいて、前記耐圧板の上面の中心部、内周部、外周部のそれぞれの領域から前記耐圧板下面の外周部へ向かう熱可塑性重合体流路を有し、かつ前記口金板の上面の吐出孔群を挟んだ内外部がシールされてなることを特徴とする溶融紡糸用口金パックと該溶融紡糸用口金パックを用いた溶融紡糸方法。
【選択図】図１

Description

本発明は熱可塑性重合体の溶融紡糸パックおよび熱可塑性重合体の溶融紡糸方法に関するものである。特に溶融紡糸用口金パック内で熱可塑性重合体の滞留を抑制することで、粘度ばらつきの増大や熱劣化により生じる糸切れを減少させる熱可塑性重合体成型用口金パックおよび熱可塑性重合体の溶融紡糸方法に関するものである。

熱可塑性重合体を溶融紡糸する場合、熱可塑性重合体（以下、ポリマーと略す）は熱可塑性重合体成型用口金パック（以下、パックと略す）内で濾過、整流を行った後、口金から吐出されたポリマーを冷却し、巻き取り、糸条を得る。

一般に、紡糸の工程通過性を向上する上でパック内のポリマー流れを均一にすることが非常に重要であることが知られている。

すなわち、パック内の部材や構成によりポリマーの流れに淀みが生じてしまうと、その部分のポリマーは他のポリマーより多く熱履歴を受けることになり、例えば、ポリアミドでは粘度上昇や熱劣化によるゲル化が部分的に進行し、通常のポリマーと混じることで糸条の曳糸性の低下が生じ、糸切れを発生させる原因となる。

このような観点から古くから数多くの検討がなされ、提案されているが、特に吐出孔が口金の外周部に偏在しているような場合においては未だに満足できる状態ではなかった。

例えば、口金板上部で溶融ポリマーが外周部へ流れやすくするための部材を使用する提案があり（特許文献１）、該提案ではポリマー流路孔を中央部に１つ有する耐圧板を配置した溶融紡糸パックにおいて、該耐圧板の口金と対向する側の面がポリマー流路孔出口側に向かって環状凸部の流路形状を有することが記載されている。しかしながら、このような流路形状の場合、凸部外周の凹部にポリマーの滞留部が発生し、結果的に各フィラメント間の物性ばらつきは大きくなるため、効果が不十分である。

また、ポリマー流路孔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とする提案がある（特許文献２）。しかしながら、このような方法でも、中間パック部材上に位置している濾層の外周部は中心部に比べてポリマーが流れにくく、外周部では滞留による熱劣化が生じてしまう。一度生じてしまった熱劣化は他のポリマーと混合しても分散されるのみでもとに戻ることはなく、熱劣化ポリマーを含んだポリマーとなってしまうため効果が不十分である。
特開２００１−２５４２１９号公報 特開２００６−１３２０５７号公報

本発明者らは溶融紡糸におけるパックにおいて、特に、上述したような従来技術の欠点を解消することについて検討を重ね、本発明に到達したものであり、本発明の目的は、熱可塑性重合体の押し出し形成、詳しくは、熱可塑性重合体の溶融紡糸に使用する口金パックにおいて、特に、口金パック内でのポリマーの長期滞留部分を解消し、ポリマーの均質化をおこない、紡糸操業性を向上させることができる溶融紡糸用口金パックと熱可塑性重合体の溶融紡糸方法を提供せんとするものである。

本発明者らは、上記問題点を解決するべく検討した結果、下記耐圧板を溶融紡糸パックに用いることによりこれらの問題を解決できることがわかった。

上述した目的を達成する本発明の溶融紡糸用口金パックは、以下の（１）の構成を有する。

（１）熱可塑性重合体を濾過する濾過部、熱可塑性重合体の流れを形成する耐圧板、外周部に円環状に配列された吐出孔群を有する口金板からなる熱可塑性重合体の溶融紡糸用口金パックにおいて、前記耐圧板の上面の中心部、内周部、外周部のそれぞれの領域から前記耐圧板下面の外周部へ向かう熱可塑性重合体流路を有し、かつ前記口金板の上面の吐出孔群を挟んだ内外部がシールされてなることを特徴とする溶融紡糸用口金パック。

また、かかる本発明の溶融紡糸用口金パックにおいて、より好ましい具体的構成として、以下の（２）の構成を有する。

（２）前記濾過部が濾砂部を有し、耐圧板の上面における熱可塑性重合体流路の面積密度の最大値と最小値の比が、該濾砂部の熱可塑性重合体流路半径の２０％以上の半径の同心円を４５度で任意に８等分に区切った領域のいずれの領域においても３未満であり、耐圧板下面において口金板の最内周吐出孔群の各孔の中心を結んだ円の半径の５０％の半径の円より外側に実質的にすべての熱可塑性重合体流路の出口が存在していることを特徴とする上記（１）記載の溶融紡糸用口金パック。

また、上述した目的を達成する本発明の熱可塑性重合体の溶融紡糸方法は、以下の（３）の構成を有する。

（３）熱可塑性重合体の溶融紡糸方法において、上記（１）または（２）記載の溶融紡糸口金パックを使用して溶融紡糸を行うことを特徴とする熱可塑性重合体の溶融紡糸方法。

本発明の溶融紡糸用口金パックを用いることによりパック内でのポリマーの長期滞留部分を解消し、ポリマーの均質化を行い、紡糸操業性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、パック構成の一例を表すモデル図であり、熱可塑性重合体を濾過する濾過部、熱可塑性重合体の流れを形成する耐圧板７、外周部に円環状に配列された吐出孔群を有する口金板９からなる熱可塑性重合体の溶融紡糸用口金パックにおいて、耐圧板７の上面の中心部、内周部、外周部のそれぞれの領域から耐圧板７の下面の外周部へ向かう熱可塑性重合体流路を有し、かつ、口金板９の上面の吐出孔群を挟んだ内外部がパッキン１１によりシールされて構成されている。１および２はパック部材を支持するパックケースの本体であり、以下、ポリマーの流れる順に分配板３、濾砂５、フィルター６、耐圧板７、口金板９が設置されている。

溶融装置（図示しない）にて溶融されたポリマーを計量ポンプ（図示しない）により輸送し、パックケース上部のポリマー導入孔よりポリマーをパック内に供給するものである。

本発明の目的とする溶融紡糸に用いられる熱可塑性重合体（以下、ポリマーと呼ぶ）としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレートなど溶融紡糸可能なあらゆるポリマーが該当する。これらのポリマーには本発明の目的を逸脱しない範囲で、主成分の他に第２，第３成分を共重合または混合してもよい。また、本発明におけるポリマーには各種の添加剤、たとえば、艶消剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、螢光増白剤などを必要に応じて共重合または混合していてもよい。

パック内に供給されたポリマーは分配板３によりパック内ポリマー流路全体に拡流される。分配板３の形状は、図２のように円盤に孔を設置した形のものや、円盤にスリットを設置したものでもよく、また、分配板３の設置方法も、図１では上部リッドとボルトで固定されているが、濾砂５の上に直接設置してもよい。次に、ポリマーは濾砂５、フィルター６によって中に含まれる微小な異物を濾過されて耐圧板７に到達する。耐圧板７は濾砂５、フィルター６を支持し、ポリマーの濾過圧による部材の変形、破損を防止する。このとき、本発明の耐圧板７では耐圧板上面の中心部、内周部、外周部それぞれの領域から耐圧板下面外周部へ向かう熱可塑性重合体流路を有しており、耐圧板７上面のポリマーが輸送されて口金孔１０群の直上に供給され、速やかに口金孔１０より紡糸される。このとき耐圧板７は図３のような多孔タイプ７でもよいしスリットタイプ８でもよい。

なお、本発明において、耐圧板７の中心部とはおよそ耐圧板７の中心より濾砂部５のポリマー流路面積の３０％の半径の同心円内の部分をいい、内周部とは耐圧板7中心より濾砂部５のポリマー流路面積の３０％以上６０％未満の半径の領域内の部分をいい、外周部とは耐圧板7中心より濾砂部５のポリマー流路面積の６０％以上の領域をいうものである。

また、耐圧板７と口金９の間に図４のようなパッキン１１を設置するか、図５（ａ）、（ｂ）に示したように耐圧板７下面のポリマー流路孔群もしくは口金９上面の吐出孔群周りに沿って溝を掘り、環状のポリマーだまり１２を形成する必要がある。すなわち、本発明において、「口金板の上面の吐出孔群を挟んだ内外部がシールされてなる」とは、パッキン１１を使用する態様や、環状のポリマーだまり１２を穿設してその周囲でシールがなされる態様などを含むものである。

このことにより、耐圧板７の上下面、及び口金９上面にはポリマーが滞留する領域が発生せず、熱劣化したポリマーが口金孔１０に流入することもなく、紡糸安定性が向上する。

上述の様に口金孔１０から吐出されたポリマーを冷却し、その後巻き取り、糸条を得る。必要に応じて、糸条を巻き取る前に、一定の温度域を通過させたり、また糸条に給油や交絡を付与したり、延伸や熱処理を行ってもよい。

本発明の溶融紡糸用口金パックにおいて、好ましくは、濾過部が濾砂部を有し、耐圧板の上面における熱可塑性重合体流路の面積密度の最大値と最小値の比が、該濾砂部の熱可塑性重合体流路半径の２０％以上の半径の同心円を４５度で任意に８等分に区切った領域のいずれの領域においても３未満であり、耐圧板下面において口金板の最内周吐出孔群の各孔の中心を結んだ円の半径の５０％の半径の円より外側に実質的にすべての熱可塑性重合体流路の出口が存在している態様である。

ここで、耐圧板の上面における熱可塑性重合体流路の面積密度の最大値、最小値とは、溶融紡糸用口金パックの濾砂部の熱可塑性重合体流路半径の２０％以上の半径の同心円を４５度で任意に８等分に区切った領域において、前記同心円半径を熱可塑性重合体流路半径の２０％から１００％まで連続的に変化させたときの熱可塑性重合体流路の面積密度の取りうる値の最大値と最小値をいう。そして、該最大値と最小値の比が濾砂部の熱可塑性重合体流路半径の２０％以上の半径の同心円を４５度で任意に８等分に区切ったいずれの領域においても３未満であるとは、耐圧板の半径方向で均一に熱可塑性重合体流路孔が穿設されているということであり、いずれかの領域で３以上の値となる場合には、一般に熱可塑性重合体流れが耐圧板の半径方向で不均一になるので好ましくないのである。

本発明が用いられる溶融紡糸パックは、１つのパックから複数の糸条を紡出する溶融紡糸パックであることが好ましい。複数とは２糸条以上をいい、４糸条から８糸条の多糸条を同時に得ることが生産性の観点からさらに好ましい。
図６は、従来の溶融紡糸用パックの一例を表す図であり、耐圧板７内において熱可塑性重合体流路は、耐圧板７の上面における配置位置から、そのまま鉛直方向に該耐圧板７の下面に至っているものである。

各評価項目は以下の通り定義した。

Ａ．繊度
試料を枠周１．１２５ｍの検尺機にて２００回巻カセを作成し、熱風乾燥機にて乾燥後（１０５±２℃×６０分）天秤にてカセ重量を量り、公定水分率を乗じた値から繊度を算出した。
Ｂ．糸切れ率
各サンプルを１３０時間紡糸し、その間発生した糸切れ回数と使用ポリマー量から１ｔ紡糸したときの糸切れ回数を算出した。
Ｃ．単糸粘度
紡糸したパックを水中に入れ急冷したあとパックを解体し、口金孔の各孔内で固化しているポリマーを採取、乾燥させたあと、この試料それぞれ０．２５ｇを９８％硫酸２５ｍｌにより溶解させ、直径１．０７ｍｍ、長さ１５０ｍｍのガラス管を滴下する時間Ｔ１および９８％硫酸２５ｍｌのみを滴下させたときの時間Ｔ２を測定し、以下の式にて算出した。
相対粘度＝Ｔ１／Ｔ２

実施例１
耐圧板上面に孔半径２ｍｍのポリマー流路がサンド部のポリマー流路半径１００ｍｍに対し、２０％、４０％、７０％の半径の同心円上にポリマー流路の流入孔中心が設置され、最内円周上には流入孔が３箇所１２０度の間隔で設置され、２、３周目の円周上にはそれぞれ８カ所ずつ４５度の間隔で設置され２周目と３周目の流入孔は２２．５度の間隔となっており、各流入孔から耐圧板下面のサンド部のポリマー流路半径の５５％、７０％、８０％の半径の同心円上にポリマー流路の出口孔中心を最短距離で穿設し、耐圧板上面における熱可塑性重合体流路の面積密度の最大値と最小値の比が２．２５の耐圧板とサンド部のポリマー流路半径の７０％、７５％の位置に口金吐出孔を設置した口金を用い、図１に示したようなパックを作製し、６１デシテックス、９８フィラメントのナイロン６６糸、５４デシテックス、５２フィラメントのナイロン６６糸、４４デシテックス、６８フィラメントのナイロン６６糸を１パック当たり２糸条取りパックでそれぞれ、引き取り速度４４００ｍ／ｍｉｎで１３０時間ずつ巻き取り、糸切れ回数を測定した。
また紡糸を行ったパックを水中で急速に冷却し、パック部材を分解し、任意の口金孔１０カ所に残っているポリマーを取り出し相対粘度を測定して単糸粘度ＣＶ値を算出した。それぞれの結果を表１に示す。

比較例１
耐圧板にサンド部のポリマー流路半径の中心と２０％、５０％、８０％の半径の同心円上にポリマー流路の流入孔中心が設置され、中心に１箇所、最内円周上には流入孔が３箇所１２０度の間隔で設置され、２、３周目の円周上にはそれぞれ８カ所ずつ４５度の間隔で設置され２周目と３周目の流入孔は２２．５度の間隔となっており、各流入孔から耐圧板下面に垂直にポリマー流路の出口孔中心を穿設し、耐圧板上面における熱可塑性重合体流路の面積密度の最大値と最小値の比が３．６７の耐圧板を用いた図６に示したようなパックを使用した以外は実施例１と同様な方法で糸切れ回数を測定した。
その結果を表１に示す。

本発明の溶融紡糸用口金パックの例を表す図である。 本発明の溶融紡糸用口金パックに用いることのできる掃流板の例を表す図である。 本発明の溶融紡糸用口金パックに用いることのできる耐圧板の例を表す図である。 本発明の溶融紡糸用口金パックに用いることのできるパッキンの１例を表す図である。 本発明の溶融紡糸用口金パックにおける耐圧板と口金のシール方法の例を表す図である。 従来の溶融紡糸用パックの一例を表す図である。

符号の説明

１ パックケース
２ パックケース
３ 分配板
４ 分配板
５ サンド（濾砂）
６ フィルター
７ 耐圧板
８ 耐圧板
９ 口金板
１０ 口金孔
１１ パッキン
１２ ポリマーだまり

Claims (3)

1. 熱可塑性重合体を濾過する濾過部、熱可塑性重合体の流れを形成する耐圧板、外周部に円環状に配列された吐出孔群を有する口金板からなる熱可塑性重合体の溶融紡糸用口金パックにおいて、前記耐圧板の上面の中心部、内周部、外周部のそれぞれの領域から前記耐圧板下面の外周部へ向かう熱可塑性重合体流路を有し、かつ前記口金板の上面の吐出孔群を挟んだ内外部がシールされてなることを特徴とする溶融紡糸用口金パック。
2. 前記濾過部が濾砂部を有し、耐圧板の上面における熱可塑性重合体流路の面積密度の最大値と最小値の比が、該濾砂部の熱可塑性重合体流路半径の２０％以上の半径の同心円を４５度で任意に８等分に区切った領域のいずれの領域においても３未満であり、耐圧板下面において口金板の最内周吐出孔群の各孔の中心を結んだ円の半径の５０％の半径の円より外側に実質的にすべての熱可塑性重合体流路の出口が存在していることを特徴とする請求項１記載の溶融紡糸用口金パック。
3. 熱可塑性重合体の溶融紡糸方法において、請求項１または請求項２記載の溶融紡糸口金パックを使用して溶融紡糸を行うことを特徴とする熱可塑性重合体の溶融紡糸方法。

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