JP2021038501A - モノフィラメント糸製造のための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】促進された製造速度にて、高末端数を有する高デニールモノフィラメント糸を得るための方法の提供。
【解決手段】多穴紡糸口金から、複数のモノフィラメントを紡糸し、急冷用の水浴に押し出す際に、20 cmから80 cmの間の範囲内のエアギャップ（紡糸されたモノフィラメントが、新たに紡糸されたフィラメントの好ましい予冷のための空気に触れることを可能にする距離）を、水浴と紡糸口金穴との間に存在させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、糸の製造、より詳しくは、強力モノフィラメント糸の製造のためのシステムおよび方法に関する。

典型的な商業的モノフィラメント製造ラインは、逐次プロセス工程／部分：押出し、押し出したフィラメントの水浴を通過させる冷却、第１延伸ゾーン、さらなる（第２）延伸ゾーン、加熱処理、および製造したモノフィラメント糸の巻取りを包含する。そのような商業的モノフィラメント製造ラインは、普通、タイヤグレードモノフィラメントにつき約150から300 m/分（mpm: 糸の１分間あたりのメートルとしても知られる）の巻取り速度を達成し、それらは、通常、水平方向に流れ、製造システムにつき広い投影面積（約25 mから35 mの長さの）の割り当てに相当する。

US 5 240 772 Aは、7.5 gpd（１デニールあたりグラム重）を超える強度と共に1000デニールより高い線密度を有するポリアミドモノフィラメントの製造方法を開示する。50を超えるポリマー相対粘度（ギ酸の粘度に対する）、およびモノフィラメント芯温度を５５°Cより下に維持するための水浴を用いている。延伸点定位器およびスチーマーを採用して、生成物に要求される、巻取りまたは使用の間に発生する張力に抵抗する力などの機械特性を維持した。このプロセスにて、第１段延伸ロールを１４０°Cに加熱して、第２延伸ゾーンに入る前にモノフィラメントを加熱し；延伸点定位器およびスチーマーを、延伸速度を加速するフィードロールの後ろに配置した。加えて、ラジエントヒーターも、加熱処理用のシステムに採用した。

US 3 963 678 Aは、1000デニールより高い線密度で10 gpdのポリアミドモノフィラメント製造の別のプロセスを開示し、モノフィラメントは、13 kg/hから20 kg/h（１時間あたりキログラム）の間のスループットにて紡糸される。しかし、このスループットを達成するために製造されたモノフィラメントの末端数は開示されていない。モノフィラメントの高速紡糸において、４末端超のモノフィラメントの連続製造をうまく対処することは大いなる挑戦である。この挑戦は、新しいプロセス、装置および方法の設計を必要とする。延伸点定位器およびスチーマーの逐次採用が、当該文献に開示されている。モノフィラメントは、９５°Cから９８°Cの間の範囲の温度にて水で被覆される。さらに、この文献に開示されるスチーマーは、１８０°Cのスチーム温度にて80から140 psig（5.51バールから9.65バール）の間の圧力を負荷する。最大巻取り速度は516.7 m/分と開示されるが、依然としてモノフィラメント末端数は開示されていない。

モノフィラメント糸製造において高速（例えば、500 m/分以上）を達成することは、特に、糸に高末端数が求められるときには非常に大いなる挑戦である。モノフィラメント糸製造において高デニール値および高末端数を目標にする場合、押出しの際の水槽中での不十分な冷却、吸引ガンによるフィラメントの捕捉の困難性、およびゴデットでのフィラメントの個別巻き付けなどのいくつかの問題に遭遇する。さらに、商業的モノフィラメントラインは、生成物への損傷を防止するために要求される低い巻取り速度のため、製造能力は低い。

本発明の主たる目的は、先行技術の上記欠点を克服することにある。

本発明のもうひとつの目的は、促進された製造速度にて、高末端数を有する高デニールモノフィラメント糸を得るための方法の提供である。

本発明のさらなる目的は、低減された資源および運転コストでのモノフィラメント糸製造のプロセスおよび方法の提供である。

本発明は、モノフィラメントフロー方向に沿って以下の逐次プロセスユニット：紡糸口金および、紡糸口金の下方に整流板を備える垂直紡糸機；紡糸されたモノフィラメントを急冷する水浴；モノフィラメントを水浴から移送するための真空ジェット装置；３００°Cから３８０°Cの間の範囲内の温度にて、4バールから5バールの間の範囲内の圧力で、加熱スチームを供給できるスチームジェット；延伸ユニット；および500 m/分を超える速度にてモノフィラメントを巻き取るモノフィラメントワインダーを備える多端モノフィラメント製造装置を提唱する。本発明は、さらに、多端モノフィラメント糸製造の方法を提唱する。

簡単な説明が下記されている図面は、単に、本発明のより良い理解を提供することを意図するのみであり、保護範囲や、その範囲が説明なしに解釈される文脈を画定する意図はない。

図１は、本発明の装置および方法によるいくつかの実験試行での生成物のプロセスパラメータおよび得られた物理特性をまとめた表である。 図２は、本発明の方法による製造ラインに沿ったプロセス工程に対応する、装置のプロセスユニットを示す概略図である。 図３は、本発明による方法の態様に対応する、本発明による装置の具体例の概略図を示す。

上で概説した図面を参照して、本発明は、モノフィラメント糸製造の装置および方法を提唱する。

本発明による方法は、ポリエステルまたはポリアミドフレーク（すなわち、ポリアミド6.6、ポリアミド6、ポリアミド6.6／ポリアミド6コポリマーまたはそれらのブレンド）の固相重合、多端モノフィラメント紡糸、水急冷、延伸、および生成物としてのモノフィラメント糸の高速巻取りの逐次工程を含む。

本発明による装置の概要は図２に示され、装置内のプロセスユニット間のシーケンスは矢印で強調され、装置全体で押出物（すなわち、フィラメント）のフロー方向にも一致する装置の好ましい具体例および製造のフロー方向が図式化されている。同様に、図３に、装置の好ましい具体例および製造のフロー方向が図式化されている。

この装置は、ほぼ垂直方向（使用時、重力ベクトル、すなわち、下向き、すなわち、地球の重力中心に向いて、平衡位置にて静止した振り子のロープから最大でも５°（３６０°以上）のずれで、ほぼ平行または共通の方向）に押出物を出すための押出出口を有する紡糸機（１）を備える。よって、そのような紡糸機は垂直紡糸機と定義される。この装置は、さらに、水浴（２）（急冷タンクとも呼ばれる）を備えて、紡糸機（１）からの退出の際、ファイバーを急冷し、結晶度最適化する。水浴（２）の後は、フィラメントを垂直方向（下向き）に移送する真空ジェット装置（３）である。真空ジェット装置の後は、３００°Cから３８０°Cの間の範囲、好ましくは３４５°Cから３５５°Cの間の範囲の温度にて加熱スチームを供給するスチームジェット（４）である。スチームの圧力は、好ましくは、4バールから5バールの間の範囲である。

モノフィラメントの水での均一コーティングは非常に重要である。なぜならば、そうしなければ、モノフィラメントは脆弱になり、より低い破断時伸長およびより低い強度を有するようになってしまうからである。

本発明による装置および方法は、プロセス全体に増強されたモジュールおよび、促進された速度を付与し、それは典型的な商業的紡糸ラインと比較して3-4倍高い能力に対応する。向上した能力は、生成物（すなわち、モノフィラメント糸）の単位重量あたりの低い運転コストのお蔭で、削減された製品コストをもたらす。製造ラインがほぼ垂直であることは、装置が、空間使用の観点から削減された資源コストをもたらす最小限の投影面積しか必要としないということを意味する。コスト削減は、すでに利用可能な商業的モノフィラメント紡糸システムと比較しておよそ50%と算出される。さらに、垂直紡糸は、公知の商業的ポリアミドモノフィラメント製造ラインと比較して3-4倍速い紡糸を可能とする。

本発明による方法および装置の代表的な試験において、12-末端モノフィラメント糸製造に関して1300 m/分の巻取り速度が達成された。フィラメントは0.1 mmのフィラメント径にて100 dtexから、0.6 mmのフィラメント径にて3000 dtexまでの範囲の線質量密度値を有していた；dtexとは、decitex（すなわち、10000メートルあたりのグラムでのフィラメントの質量）の略号である。各生成物のプロセスパラメータおよび機械特性を表１にまとめた（注：表１は、本発明の装置および方法によるいくつかの試行での生成物のプロセスパラメータおよび得られた物理特性をまとめる）。3%伸長時負荷（3% LASEとしても知られる）および4.5 kgf時伸長 (%)（E 4.5としても知られる）がモジュールを示すとされた。得られた生成物のモジュールは、典型的な商業的モノフィラメンと比較して30-35%高かった。「タイヤコード」用途に関して、7.5 gpd（１デニールあたりグラム重の略号）の強度で十分であると考えられている。より高いモジュール値のモノフィラメント糸は、タイヤの剛性の向上および、それによる回転抵抗の低減を達成するのに有利である。

本発明による装置は、代表的試行に用いられ（例えば、図３）、紡糸口金（１１）および整流板（１２）を備え、後者の下で（垂直方向に紡糸口金から移動する）押出フローを受容してモノフィラメント糸を形成する、垂直紡糸機（１）を含む。フロー（矢印で示される）は、水浴（２）内まで連続する。実験に用いた装置にて、紡糸機（１）と水浴（２）との間にエアギャップ（１３）を維持することが好ましかった。水浴（２）の後は真空ジェット装置（３）であり、さらにウォーターストリッピング装置（３１）が優先的に備えられていた。真空ジェット装置（３）を通過してきたフィラメントは吸引ガン（３２）（吸引ジェットとも命名できるであろう）によって捕捉され、第１延伸ゾーン（３３）に向けられ、そして、フィラメントは、スチームジェット（４）に引き続き、主延伸ユニット（５）としてのさらなる（第２）延伸ゾーンに付される。スチームジェット（４）にて、スチームが、4.5バールの圧力にてフィラメント上に適用される。フィラメントは、次いで、緩和（５１）ステップに付され、ワインダー（６）の高速巻取りで終了する。用語「高速」は、500 m/分超、より好ましくは1000 m/分超、さらにより好ましくは1200 m/分より高い速度に用いられた。1300 m/分の巻取り速度が実験試行に用いられた。

実験試行において、88から100の間の範囲内のギ酸の粘度に対する自由落下相対粘度を採用し、より好ましくは、自由落下相対粘度は93から97の間の範囲内であった。75から100までの範囲にある自由落下ポリマーのギ酸相対粘度 (ASTM D 789)にて、9.0 gpdの強度および5.7 GPa（ギガパスカル、109 N/m²）のモジュール（2%歪みにて）が、1300 m/分巻取り速度にて達成された。この相対粘度にてポリアミドは溶融し、12-穴紡糸口金から、紡糸されたモノフィラメントの急冷用の水浴に押し出される。20 cmから80 cmの間の範囲内のエアギャップ（紡糸されたモノフィラメントが、新たに紡糸されたフィラメントの好ましい予冷のための空気に触れることを可能にする距離）が、水浴と紡糸口金穴との間に存在した。当該距離は水浴に入る前にモノフィラメント材料の結晶化度を増大する。

（モノ−）フィラメントの強度、モジュールおよび収縮挙動を、水浴を通過する間にその結晶度をさらに増大して、増進する。この目的のため、水浴温は、好ましくは、７°Cから２０°Cの間の範囲内に維持する。

モノフィラメントは、水浴の出口のプーラーロールによって優先的に引っ張られ、そこで、プーラーロールは、フィラメントが真空ジェットに付される前に（例えば、水槽の出口前の床上）、フィラメントを投げ出すことによって機能する。各実験試行において、フィラメントに接触するプーラーロール表面上の線速度は、モノフィラメントのdtex値および巻取り速度に応じて100 m/分から300 m/分の間の範囲内の値に調節される。

モノフィラメントは、好ましくは、プーラーロールに接触する前に脱水される。モノフィラメントは（床上に落とされることもあり）、オペレーターによって、真空ジェットに向けられてもよい。真空ジェット装置は、モノフィラメントを延伸ユニットに投げ落とされ、例えば1300 m/分の高速にて（多-末端、例えば、2-末端）モノフィラメントを移送するのに重要である。

延伸ユニットに移送されるモノフィラメントは、好ましくは、TR 2014/03829に記載された方法により捕捉され得る。次いで、モノフィラメントは、フィードロール周りに巻き付けられる。ここで、プーラーロールとフィードロールとの間では延伸は望まれない、それゆえ、フィードロールの側面での線速度は、プーラーロールのそれに近い。そのような場合、フィードロールの側面とプーラーロールとの線速度の間の比率は、好ましくは、0.95から1.05の間の範囲内である。

フィードロールと第１段ロールとの間、モノフィラメントは、延伸点定位および延伸率の増大のためにスチーム処理に付された。スチームは、３００°Cから３８０°Cの間、より好ましくは３００°Cから３４０°Cの間、さらにより好ましくは３１０°から３３０°Cの範囲内の温度にて開口を通してあてられた。実験試行において、スチーム温度は３２０°Cであった。スチーム圧力は、4バールから5バールの間の範囲内に維持した。

次いで、モノフィラメントを（主）延伸点（第２段ロールと命名することもできる）に移送し、そこで、高速（実験試行に対して、1400 m/分まで）にて、最大延伸比率をモノフィラメントに与えた。強度は、主にこの段階で増進される。最適な強度値にとって、好ましくは、主延伸ユニットでのロールのモノフィラメント接触面は２２５°Cから２５０°Cの間、より好ましくは２３５°Cから２４５°Cの間の範囲内の温度に維持される。実験試行において、主延伸ユニットでのロールの表面温度は２４０°Cに維持された。12末端モノフィラメントに対して1300 m/分の巻取り速度にて、約5.05xの総延伸比率が、本発明による方法で達成された。

実験試行において、モノフィラメントは、主延伸ユニットを退出する際に緩和ロールに移送された。その後、モノフィラメントは、吸引ガン（吸引ジェット）付きのワインダー上のつば付きボビンに移送された。向上した生産性を付与するために、モノフィラメントは、個別にロールで移送された。本発明による方法および装置は、モノフィラメントの線質量密度に依存して16から67 kg/hまでの範囲のポリマースループット比を可能にした。さらに、実験試行において、公知の商業的製造ラインと比較して、3から4倍高い紡糸速度が達成され；生成物の断面形状によらなかった。

本発明による方法および装置は、4-末端を超えるモノフィラメント、より好ましくは12以上の末端のモノフィラメントに相当する、高末端数のモノフィラメントの製造に特に適している。12以上の末端のモノフィラメントのロスのない高速製造は、本発明による方法および装置で高度に促進される。

Claims (13)

1. モノフィラメントフロー方向に沿って、以下の逐次プロセスユニット：
   a)押出出口穴を有する紡糸口金（１１）を備え、さらに、前記紡糸口金下に整流板（１２）を備える垂直紡糸機（１）、
   b)紡糸されたモノフィラメントを急冷するために７°Cから２０°Cの間の範囲内の水浴温度を与えるように適合された水浴（２）、
   c)水浴からモノフィラメントを移送するための真空ジェット装置（３）、
   d)３００°Cから３８０°Cの間の範囲内の温度にて、４バールから５バールの間の範囲内の圧力で加熱スチームを供給するように構成されたスチームジェット（４）、
   e)延伸ユニット（５）、
   f)モノフィラメントを５００ｍ/分を超える速度で巻き取るためのモノフィラメントワインダー（６）、
   を備える、多端モノフィラメントの製造装置。
2. １０００ｍ/分を超える速度を付与する、請求項１に記載の装置。
3. エアギャップ（１３）が紡糸機（１）と水浴（２）との間に存在し、前記エアギャップは、水浴（２）と紡糸口金（１１）の押出出口穴との間で、２０ cmから８０ cmの間の範囲内の距離に相当する、請求項１または２のいずれかに記載の装置。
4. 真空ジェット装置（３）とスチームジェット（４）との間に、吸引ガン（３２）および第１延伸ゾーン（３３）をさらに備える、先行するいずれかの請求項に記載の装置。
5. 以下の逐次工程：
   ｉ)ポリエステルまたはポリアミドフレークの固相重合であって、前記ポリアミドがポリアミド６．６、ポリアミド６、ポリアミド６．６／ポリアミド６コポリマーまたはそれらのブレンドからなる群から選択される、固相重合；
   ｉｉ)紡糸口金および、前記紡糸口金下に整流板を備える垂直紡糸機を用いる、多端モノフィラメント紡糸；
   ｉｉｉ)紡糸されたモノフィラメントの急水冷；
   ｉｖ)モノフィラメントの延伸；
   ｖ)５００ｍ/分を超える速度での生成物としてのモノフィラメントの巻取り；
   を含む、多端モノフィラメント糸の製造方法。
6. 前記速度が１０００ｍ/分を超え、より好ましくは１２００ｍ/分を超える、請求項５に記載の方法。
7. 前記紡糸されたモノフィラメントが、工程ii)を退出する際、88から100の間の範囲内、好ましくは、９３から９７の間の範囲内のギ酸の粘度に対する自由落下相対粘度を有する、請求項５又は６のいずれかに記載の方法。
8. 工程ｉｉ)から出る紡糸されたモノフィラメントが、工程ｉｉｉ)の急水冷に入る前に、２０cmから８０cmの間の範囲内の距離に沿って、エアと接触し、前記急水冷が、７°Cから２０°Cの間の範囲内の水浴温度の水浴を用いて行われる、請求項５〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記モノフィラメントが急水冷の出口のプーラーロールによって引っ張られ、フィラメントに接するプーラーロールの表面上の線速度は１００ｍ/分から３００ｍ/分の間の範囲内の値に調節される、請求項５〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記モノフィラメントが、プーラーロールに接触する前に脱水される、請求項９に記載の方法。
11. 前記モノフィラメントが、第１段ロールに移送され、その前に、前記モノフィラメントが、供給ロールを出る際にスチーム処理に付され、前記スチームは、４バールから５バールの間の範囲内の圧力で、３００°Cから３８０°Cの間の範囲内の温度、好ましくは３００°Cから３４０°Cの間の範囲内の温度、より好ましくは３１０°Cから３３０°Cの間の範囲内の温度である、請求項９または１０のいずれかに記載の方法。
12. 工程iv)にて、前記モノフィラメントは延伸ユニットのローラー表面に付され、前記表面の温度は２２５°Cから２５０°Cの間、より好ましくは２３５°Cから２４５°Cの間の範囲内である、請求項５〜１１いずれかに記載の方法。
13. モノフィラメントが１２以上の末端を有する、請求項５〜１２いずれかに記載の方法。