JP2011162915A

JP2011162915A - メルトブロー不織布製造設備

Info

Publication number: JP2011162915A
Application number: JP2010028092A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Otani; 靖彦大谷; Tsuyoshi Onishi; 強大西
Original assignee: Nippon Nozzle Co Ltd
Current assignee: Nippon Nozzle Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】メルトブロー不織布の繊維をより細く作製する際のエネルギーコストを低減できるメルトブロー不織布製造設備を提供せんとする。
【解決手段】熱可塑性樹脂を押し出すダイ５と、熱可塑性樹脂をダイ５に供給する樹脂供給手段Ａと、ダイ５から押し出される熱可塑性樹脂に熱風を供給して繊維状に延伸する熱風供給手段Ｂとを備え、熱風供給手段Ｂの熱風の供給源として圧縮空気の冷却器を有しないアフタクーラレスコンプレッサ６を用いてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイから押し出される熱可塑性樹脂を熱風で繊維状に延伸して不織布を製造するメルトブロー不織布の製造設備に関するものである。

不織布を製造するメルトブロー法は、一般に、ダイのノズルヘッドから押し出される熱可塑性の樹脂を熱風で噴射することにより繊維状に延伸し、コンベア上に集積してその自己融着性によりウェブを形成させる溶融紡糸法である（例えば、特許文献１〜４参照。）。図１は、一般的なメルトブロー製造設備の概略図である。押出機１により溶融され押し出される熱可塑性樹脂は、異物を除去するフィルタ２を介してギアポンプ３に送られ、このギアポンプ３によりダイ（スピニングヘッド４）に定量が連続的に送られることで、該ダイ（スピニングヘッド４）のノズルヘッド５の細孔２１から下方に押し出される。

図２は、ノズルヘッド５の部分断面図である。ノズルヘッド５の細孔２１は、図２のヘッド断面に直角な方向に多数並んで配列されており、細孔２１の両側（図２の左右両側）に熱風の吹き出し口（スリット２２）がヘッド断面に直角な方向に沿って設けられている。細孔２１から押し出された熱可塑性樹脂は、両側のスリット２２から細孔２１の出口を挟むように吹き出る高速の熱風によって延伸され、細い繊維状となる。このように多数並んだ細孔２１から出て延伸され、繊維状になった樹脂は、コレクタ８のメッシュコンベア１３上に集積して不織布となる。

メッシュコンベア１３上の不織布は、カレンダロール１９を経て、巻取装置２０でロール上に巻き取られる。コレクタ８は、より具体的には、コンベアローラ１４、１５、１６、１７とテンションローラ１８により駆動されるメッシュベルト１３とそれぞれ主吸引ブロア１０と副吸引ブロア１２により引かれる主吸引ダクト９、副吸引ダクト１１とから構成されている。コンベア１３上の空気は、メッシュベルト１３を通ってそれぞれ主吸引ダクト１０、副吸引ダクト１２に吸引されるようになっている。したがって、ノズルヘッド５から熱風により延伸された繊維状の熱可塑性樹脂は、主吸引ダクト９上で一定速度で走行するメッシュベルト１３上に吸引・集積・搬送されて、副吸引ダクト１１上を通過して、自己融着性により不織布となるのである。

特開平２−２８９１０７号公報特開平９−４９１１１号公報特開２００２−３８３２６号公報特開２００６−８３５１１号公報

ところで、メルトブロー不織布は繊維を細くできることから、例えばフィルター用途に適しており、近年のフィルター用途の不織布には、より細かい微粒子を捕捉するべく、より細い繊維からなるものが求められる傾向にある。ダイ（スピニングヘッド４）からの熱可塑性樹脂の押出量を抑えて熱風を高速にすれば、繊維径は細く、ミクロン、サブミクロンの繊維の不織布を得ることは可能である。しかし、生産量が低下し、実用的ではなくなるという問題がある。

生産性を落とすことなく細い繊維を得るためには、ダイからの熱可塑性樹脂の押出量を抑えずに熱風の速度を更に増大させる必要がある。このためには、熱風のスリット２２を小さくし且つ風量を大きくする必要がある。また、これを高温にするためのヒータ容量も大きくしなければならない。熱風は押しだされる熱可塑性樹脂温度より高い温度とする必要がある。通常、スリット２２を出ると大気圧であるため、熱風の最高速度といっても音速を超えることはないが、このような高速を得るためには、一定以上の圧力が必要であるため、ブロアではなくコンプレッサを使わねばならなくなる。図１は、熱風供給手段Ｂにコンプレッサ６を用いた例であり、コンプレッサ６とノズルヘッド５をつなぐ空気配管の途中に設けられたヒータ７により加熱されて熱風として供給される。

このように、細い繊維の不織布を得ようとすると、ヒータ、コンプレッサの容量が大きくなり、エネルギーコストが高くなってしまう。そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、メルトブロー不織布の繊維をより細く作製する際のエネルギーコストを低減できるメルトブロー不織布製造設備を提供する点にある。

本発明者は係る現況に鑑み、鋭意検討した結果、熱風を高速にするために必須となるコンプレッサに着目した。コンプレッサは通常、常温の空気を供給することを目的としている。空気は圧縮すると温度が上昇する。したがって、市販のコンプレッサでは、圧縮された空気を冷却して常温に戻すための冷却器が備えられている。メルトブロー法では熱風が必要であるため、コンプレッサから供給される空気を加熱するためにヒータが必要である。そこで、コンプレッサから供給される空気の温度が高温のままであれば、それだけヒータ容量は小さくてすみ、省エネルギーに繋がることを見出し、圧縮による温度上昇した空気をそのまま吐出できるコンプレッサ（以後、「アフタクーラレスコンプレッサ」と称す。）を使ったメルトブロー不織布製造設備を発案した。

すなわち、本発明は、熱可塑性樹脂を押し出すダイと、熱可塑性樹脂を前記ダイに供給する樹脂供給手段と、前記ダイから押し出される熱可塑性樹脂に熱風を供給して繊維状に延伸する熱風供給手段とを備えるメルトブロー不織布製造設備において、前記熱風供給手段の熱風の供給源として圧縮空気の冷却器を有しないアフタクーラレスコンプレッサを用いてなることを特徴とするメルトブロー不織布製造設備を提供する（請求項１）。

ここで、前記ダイにおける熱風の吹き出し口の開度を調整可能とするとともに、前記熱風供給手段のアフタクーラレスコンプレッサの吐出圧力を調整可能としたものが好ましい（請求項２）。

以上にしてなる本願発明に係るメルトブロー不織布製造設備によれば、熱風供給手段の熱風の供給源としてアフタクーラレスコンプレッサを使用しているため、ヒータ消費電力を大幅に削減することができ、メルトブロー不織布の繊維をより細く作製する際のエネルギーコストを低減できる。

メルトブロー製造設備の概略図。ノズルヘッドの部分断面図。

本発明のメルトブロー不織布製造設備は、図１のメルトブロー不織布製造設備Ｅにおける熱風供給手段Ｂの熱風供給源であるコンプレッサ６として、圧縮空気の冷却器を有しないアフタクーラレスコンプレッサを用いたものである。本発明では、ヒータ７も小型化でき、大幅な省エネルギー化を図ることができる。本例では、樹脂供給手段Ａとして押出機１、フィルタ２及びギアポンプ３が設けられている。また、熱風供給手段Ｂとして、上記アフタクーラレスコンプレッサ６及びヒータ７が設けられている。すなわち、熱風発生までの経路は、コンプレッサ６−配管−ヒータ７（熱交換器）−配管−熱風吹き出しスリット２２である。

この熱風供給手段Ｂにおける系において、ヒータ７の部分での空気圧力は、コンプレッサ６の空気吐出能力とヒータ７以降の系の圧力損失とで決まる。吹き出しスリット２２で高い速度を得るためには、コンプレッサ６の能力を高めるか、或いはスリット２２の幅を狭めるかの何れかが必要である。スリット２２の幅を狭めていくとスリット２２の背圧が大きくなり、噴出する空気の流速はどんどん早くなるが音速を超えることはなく、コンプレッサ６の許容吐出圧力でバランスすることになる。もちろん、コンプレッサ６の許容吐出圧力が大きくない場合は、流速が音速に達しない状況にとどまる場合もある。いずれにしてもコンプレッサ６から送られる空気の温度はこのスリット２２の隙間で決まることになる。したがって、アフタクーラレスコンプレッサ６の吐出圧力を調整可能とし、これと熱風スリット２２の間隙を調整可能とすることで、より省エネルギー化が図れることになる。

特に、熱風の最高速度を音速となしうるように熱風の吹き出し口（スリット）の開度を調整できるようにすることが好ましい。スリット幅の調整の構造については、従来からのダイと同様、スリットを構成するスリット板を移動させればよい。具体的な調整幅については、出口（スリット）で音速にしようとすれば、臨界圧力比（空気で０．５３）から考えると、内側の絶対圧力は、１／０．５３＝１．９４ｋｇ／ｃｍ²、すなわちゲージ圧で０．９ｋｇ／ｃｍ²以上となるように調整される。

以下、図２に示す構造のノズルヘッドを用いて、アフタクーラレスコンプレッサにより熱風を供給したときの効果を従来のコンプレッサと対比して算出した結果について説明する。

算出に用いたノズルヘッドの仕様は、一般的なものであり、細孔（２１）の孔径を０．１９ｍｍ，その配列ピッチを１ｍｍ，孔数を４５１個とし、熱風のスリット（２２）の幅（スリット幅）を０〜１ｍｍの範囲で調節可とし、そのヘッド断面に直角な方向に沿った長さを５０８ｍｍとした。また、アフタクーラレスコンプレッサ及び従来のコンプレッサ（圧縮機）の最高圧力を０．４１ＭＰａ，風量を５ｍ³／ｍｉｎとした（同じ条件とした）。

スリット（２２）のスリット幅を０．０５ｍｍ又は０．１ｍｍに調整した場合、各コンプレッサの最高圧力０．４１ＭＰａにおいて、スリット長さ２５．４ｍｍ当りの風量（ＳＬＰＭ）は、下記表１のとおり計算できる。スリット長さが５０８ｍｍであるので、それぞれの空気量は表１から、スリット幅０．０５ｍｍで１．２ｍ³／ｍｉｎ、スリット幅０．１０ｍｍで２．４ｍ³／ｍｉｎとなる。

次に、この風量に基づき、アフタクーラレスコンプレッサ及び従来のコンプレッサを用いた場合におけるその後のヒータで２９５℃まで昇温をする場合に必要となるエネルギーをそれぞれ各スリット幅で算出する。空気密度１．２９３ｋｇ／ｍ³、等圧比熱Ｃｐ＝０．２４（ｋｃａｌ／（ｋｇ・Ｋ）），等積比熱Ｃｖ＝０．１７１（ｋｃａｌ／（ｋｇ・Ｋ）），１ｋｃａｌ／ｓ＝４．１８６ｋＷとする。従来のコンプレッサでは、吐出温度が１５℃であり、これを２９５℃まで昇温するには、２８０℃温度を上げる必要があり、その場合に必要なエネルギは、下記表２のとおり、それぞれのスリット幅で３０．３ｋＷ、６０．８ｋＷとなる。

他方、本発明のアフタクーラレスコンプレッサの場合、断熱圧縮として、Ｔｄ＝Ｔｓ×（Ｐｄ／Ｐｓ）^(k-1/k)の式が成立する。ここで、Ｔｄは吐出温度（Ｋ）、Ｔｓは吸込温度（Ｋ）＝２８８（１５℃）、Ｐｄは吐出圧力（ＭＰａａｂｓ）＝０．５１１３，Ｐｓは吸込圧力（ＭＰａａｂｓ）＝０．１０１３、ｋは比熱比≒１．４であり、Ｔｄ（吐出温度）は４５７Ｋ、すなわち１８４℃になる。したがって、２９５℃まで昇温するには、１１１℃だけ上げればよく、その場合に必要なエネルギは、下記表２のとおり、それぞれのスリット幅で１２．０ｋＷ、２４．０ｋＷとなる。

このように、アフタクーラレスコンプレッサを用いることで、スリット幅０．０５ｍｍの場合に約１８ｋＷ、スリット幅０．１０ｍｍの場合に約３６ｋＷの省エネルギー化を図ることができ、いずれもエネルギーが半分以下に抑えられ、大幅な省エネルギーになる。これをコスト換算すると、仮に電力料金が１２円／ｋＷ時、年間７０００時間の稼動とすると、スリット幅０．０５ｍｍの場合、１２×１８×７，０００円＝１，５１２，０００円、スリット幅０．１０ｍｍの場合、１２×３６×７，０００円＝３，０２４，０００円のそれぞれコストダウンを図ることが可能となる。このように本発明のメルトブロー不織布製造設備によれば、ヒータ消費電力が大幅に低減されることが分かる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１押出機
２フィルタ
３ギアポンプ
４スピニングヘッド
５ノズルヘッド
６コンプレッサ
７ヒータ
８コレクタ
９主吸引ダクト
１０主吸引ブロア
１１副吸引ダクト
１２副吸引ブロア
１３メッシュコンベア
１４、１５、１６、１７コンベアローラ
１８テンションローラ
１９引取装置
２０巻取装置
２１細孔
２２スリット

Claims

熱可塑性樹脂を押し出すダイと、熱可塑性樹脂を前記ダイに供給する樹脂供給手段と、前記ダイから押し出される熱可塑性樹脂に熱風を供給して繊維状に延伸する熱風供給手段とを備えるメルトブロー不織布製造設備において、
前記熱風供給手段の熱風の供給源として圧縮空気の冷却器を有しないアフタクーラレスコンプレッサを用いてなることを特徴とするメルトブロー不織布製造設備。
前記ダイにおける熱風の吹き出し口の開度を調整可能とするとともに、前記熱風供給手段のアフタクーラレスコンプレッサの吐出圧力を調整可能とした請求項１記載のメルトブロー不織布製造設備。