JP2021050447A

JP2021050447A - 繊維の製造方法

Info

Publication number: JP2021050447A
Application number: JP2019174847A
Authority: JP
Inventors: 隆三加藤; Ryuzo Kato
Original assignee: Semtech Eng Co Ltd; SEMTECH ENGINEERING CO Ltd
Current assignee: Semtech Eng Co Ltd; SEMTECH ENGINEERING CO Ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-01

Abstract

【課題】非常に多くの本数の繊維を同時に製造することができるブッシング体の提供。【解決手段】収容槽４の底部６に取り付けられるブッシング本体と、ブッシング本体の底壁１６に設けられた複数の紡糸ノズル２４とを備えたブッシング体。複数の紡糸ノズル２４の各々は少なくとも１０万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１５μｍ以下であり、複数の紡糸ノズル２４のノズル孔の総数は８０万個以上である。このように複数の紡糸ノズル２４を用いることにより、非常に多数、例えば８０万本以上の繊維を同時に製造することができる。このことは、この繊維として例えばアクリル繊維（アクリロニトリル）を製作し、製作した繊維を耐炎化処理を行った後に炭素化処理することによって、８０万本以上の炭化繊維束、即ち超ラージトウの炭素繊維を製造することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維を製造するときに用いるブッシング体及びこれを用いた繊維の製造方法に関する。

繊維を製造するために用いるブッシング体として、エレクトロフォーミング（所謂、電鋳）技術を利用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このブッシング体は、ブッシング本体の底壁に固定されたノズルプレートを備え、このノズルプレートに多数のノズル孔が設けられている。

このようなブッシング体を用いて繊維を製造するときには、収容槽の底部にブッシング体を取り付ける。そして、収容槽に溶融した樹脂（例えば、アクリル樹脂）を収容し、この溶融した樹脂をブッシング体の多数のノズル孔から流出させ、この流出した樹脂が冷却して糸状となることにより繊維が形成される。

このような製造方法では、ノズルプレートのノズル孔の個数により一度に製造できる繊維の本数が決まり、ノズル孔の個数を増やすことにより繊維を製造する際の製造効率を高めることができる。また、これらのノズル孔の大きさにより製造できる繊維の太さが決まり、ノズル孔のサイズを小さくすることにより製造する際の繊維の太さを細くすることができる。

特開２００１−２００４２０号公報

しかしながら、従来のブッシング体では、例えば縦：１０ｍｍ、横２０ｍｍのサイズのノズルプレートに１００〜３０００個ほどしか設けられておらず、一層の製造効率の改善が望まれている。

また、近年、例えばアクリル樹脂（例えば、アクニロニトリル）を炭化させた繊維（所謂、炭素繊維）が注目され、航空機、自動車などの種々の分野に利用されている。この炭素繊維では、繊維束（「フィラメント」とも称される）を構成する繊維数が多くなるほど強度が増し、２４，０００本以下の繊維束はレギュラートウ（又はスモールトウ）と称され、４０，０００本以上の繊維束はラージトウと称されている。

炭素繊維のラージトウを製造する場合、４０，０００本以上の繊維（例えば、アクリル繊維）を同時に製造し、これら繊維を耐炎化させた後に炭化処理しなければならない。このようなことから、炭素繊維の分野では、非常に多くの本数の繊維を同時に製造することができるブッシング体の実現が望まれていた。

本発明の目的は、非常の多くの本数の繊維を同時に製造することができるブッシング体及びこれを用いた繊維の製造方法を提供することである。

本発明のブッシング体は、収容槽の底部に取り付けられるブッシング本体と、前記ブッシング本体の底壁に設けられた複数の紡糸ノズルとを備え、前記複数の紡糸ノズルの各々は少なくとも１０万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１５μｍ以下であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔の総数は８０万個以上であることを特徴とする。

また、本発明の繊維の製造方法では、ブッシング本体の底壁に設けられた複数の紡糸ノズルのノズル孔を通し繊維を製造する繊維の製造方法において、
前記複数の紡糸ノズルの各々は少なくとも１０万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１５μｍ以下であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔の総数は８０万個以上であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔を通して多数本の極細繊維を同時に形成することを特徴とする。

本発明のブッシング体及びこれを用いた繊維の製造方法によれば、ブッシング本体の底壁に設けられた複数の紡糸ノズルの各々は少なくとも１０万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１５μｍ以下であり、複数の紡糸ノズルのノズル孔の総数は８０万個以上であるので、複数の紡糸ノズルを用いて非常に多数、即ち８０万本以上の繊維を同時に製造することができる。例えば、この繊維としてアクリル繊維（例えば、アクリロニトリル）を製作し、製作した繊維を耐炎化処理を行った後に炭素化処理することによって、８０万本以上の炭化繊維束、即ち超ラージトウの炭素繊維を製造することができる。

本発明に従う繊維の製造方法の一例を実施するための製造装置の一部を簡略的に示す部分断面図。図１の製造装置のブッシング体を示す平面図。図２のブッシング体に固定された紡糸ノズルを拡大して示す平面図。紡糸ノズルのノズル内径及びノズルピッチを説明するための説明図。ブッシング体の他の実施形態を示す平面図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従うブッシング体及びこれを用いた繊維の製造方法の一実施形態について説明する。

図１及び図２において、図示の製造装置は、収容空間２を規定する収容槽４を備え、この収容槽４に溶融した樹脂、例えばアクリル樹脂（例えば、アクニロニトリル）が収容される。この収容槽４の底部６にはブッシング体８が取り付けられ、このブッシング体８を通して、後述するようにして多数の繊維１０が製造される。

この実施形態では、収容槽４の底壁部１２に円形状の開口１４が設けられ、この開口１４に外側からブッシング体８が取り付けられる。図示のブッシング体８は、円形状の底壁１６及びこの底壁１６の外周部から垂直上方に延びる周側壁１８を有するブッシング本体１９を備え、この周側壁１８（即ち、ブッシング本体１９）の上端部に、径方向外方に延びる環状フランジ２０が設けられている。このブッシング体８は、環状フランジ２０を収容槽４の底壁部１２の外面に位置付け、押圧リング２２をこの底壁部１２に取り付けることにより、収容槽４の底部６に取り付けられる。

ブッシング体８の底壁１６には、複数の紡糸ノズル２４が設けられている。図３をも参照して、各紡糸ノズル２４は、円形状のノズルプレート２６を有し、このノズルプレート２６の外周部３０を除くほぼ全域に非常に多数のノズル孔２８が設けられている。ブッシング体８の底壁１６には、紡糸ノズル２４の配置部位に対応して円形状のノズル開口３２が設けられ、各紡糸ノズル２４は、外側からノズル開口３２を塞ぐように配設され、その外周部３０がブッシング体８の底壁１６に例えば溶接（例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接など）により固定される。

この実施形態では、ノズルプレート２６は円形状に形成されているが、楕円状、矩形状などの適宜の形状に形成することができ、例えば円形状、矩形状などに形成したときには、ブッシング体８の底壁１６側のノズル開口３２も、ノズルプレート２６の形状に対応して楕円状、矩形状などに形成される。

各紡糸ノズル２４には、１０万個以上のノズル孔２８を設けることができ、１５万個以上のノズル孔２８を設けるのが好ましい。このように非常に多くのノズル孔２８を設けることにより、紡糸ノズル２４から流出する樹脂（例えば、アクリル樹脂）の本数が非常に多くなり、多数本の糸状の繊維を同時に製造することができる。

図４をも参照して、これらノズル孔２８は、それらの内径Ｒが１５μｍ以下であり、隣接するノズル孔２８間のピッチＰ（具体的には、隣接するノズル孔２８の中心間の距離）が３０μｍ以下であり、このような寸法関係のノズル孔２８を設けることにより、小さいノズルプレート２６でもって多くの繊維１０を製造することができる。これらノズル孔２８の内径Ｒが１０μｍ以下で、ノズル孔２８間のピッチＰが２５μｍ以下であるのが好ましく、このように構成することにより、より小さいノズルプレート２６でもってより多くの繊維１０を製造することができる。尚、ノズル孔２８の内径Ｒとは、円形である場合にはノズル孔２８の直径となるが、円形でない場合にはノズル孔２８の平均内径となる。

このような紡糸ノズル２４は、エレクトロフォーミング（所謂、電鋳）技術を用いることにより形成することができ、ノズルプレート２６の肉厚を厚くすることにより、充分な強度のものを製作することができる。この紡糸ノズル２４の具体的な製造方法については、特開２００１−２００４２０号公報を参照されたい。

このような紡糸ノズル２４は、ブッシング体８の底壁１６に複数個設けることができ、例えば８個以上設けるようにするのが好ましい。例えば、８個以上設ける場合、図２に示すように、ブッシング体８の底壁１６に周方向に間隔をおいて設けることができ、図２に示すように一重に設けるようにしてもよいが、同心状に二重に設けるようにしてもよい。

例えば、ノズル孔２８の内径Ｒが１５μｍ以下で、ノズル孔２８間のピッチＰが３０μｍ以下である場合、小さなノズルプレート２６に１０万個以上設けることができ、このような紡糸ノズル２４を８個備えたブッシング体８では、ノズル孔２８の総数が８０万個以上となり、一度に非常に多くの本数（即ち、８０万本以上）の繊維１０を製造することができる。

上述した実施例よりもノズル孔２８の内径Ｒ及びピッチＰより小さくし、例えば、ノズル孔２８の内径Ｒが１０μｍ以下で、ノズル孔２８間のピッチＰが２５μｍ以下である場合、小さなノズルプレート２６に１５万個以上設けることができ、このような紡糸ノズル２４を８個備えたブッシング体８では、ノズル孔２８の総数が１２０万個以上となり、一度に更に多くの本数（即ち、１２０万本以上）の繊維１０を製造することができる。

この製造装置を用いて繊維を製造するときには、収容槽４内に溶融した樹脂（例えば、アクリル樹脂）を収容した後、収容槽４の収容空間２に所望圧力を加えればよい。このように収容空間２内に圧力を加えると、収容槽４内の溶融樹脂が複数の紡糸ノズル２４の多数のノズル孔２８から流出し、この流出した樹脂が冷却されて固まることにより、直径５〜１０μｍ程度の細長い連続した微細繊維が一度に製造することができる。

このように一度に多くの繊維ができる場合、炭素繊維の製造に適用するのが望ましい。炭素繊維を製造する前の段階の製糸段階で８０万本以上（又は１２０万本以上）の糸状繊維１０（例えば、直径５μｍ程度の極細繊維）を同時に製造することができ、このことはその後に行われる耐炎化処理（耐炎化繊維の生成）及び炭素化処理（炭素繊維の生成）を同時に行って８０万本以上（又は１２０万本以上）が一つの束となった超ラージトウの繊維の製造を可能とするものである。

図５は、ブッシング体の他の実施形態を示している。尚、この実施形態において、上述した実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

図５において、この実施形態のブッシング体８Ａでは、その底壁１６Ａに合計４８個の紡糸ノズル２４が間隔をおいて設けられている。径方向内側の領域に８個の紡糸ノズル２４が周方向に間隔をおいて設けられ、また径方向外側の領域に２４個の紡糸ノズル２４が周方向に間隔をおいて設けられ、更に径方向中間（内側領域と外側領域との間の中間領域）に１６個の紡糸ノズル２４が周方向に間隔をおいて設けられている。このように４８個の紡糸ノズル２４を設けた場合、各紡糸ノズル２４のノズル孔２８が１０万個以上（又は１５万個以上）であると、総数４８０万個以上（又は７２０万個以上）のノズル孔２８が存在することになり、このことは炭素繊維の製造に適用したときには、その後に行われる耐炎化処理及び炭素化処理を同時に行って４８０万本以上（又は７２００万本以上）が一つの束となった超ラージトウの繊維の製造を可能とするものである。

図５に示す実施例では、紡糸ノズル２４が同心状に三重に設けられているが、例えば同心状に二重に設けるようにしてもよく、この場合、紡糸ノズル２４が例えば２４個設けられるようになる。これら紡糸ノズル２４は、必ずしも同心状に設ける必要はなく、適当な間隔をおいてランダムに設けるようにしてもよい。

以上、本発明に従うブッシング体及びこれを用いた繊維の製造方法について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、紡糸ノズル２４のノズル孔２８を円形状に形成しているが、楕円状、三角状、菱形状、十字状、Ｙ字状などの適宜の形状にすることができ、この場合、かかる形状のノズル孔２８を通すことにより、楕円状、三角状、菱形状、十字状、Ｙ字状などの断面形状の繊維を製造することができる。

４収容槽
６底部
８，８Ａブッシング体
１０繊維
１６，１６Ａ底壁
１９ブッシング本体
２４紡糸ノズル
２６ノズルプレート
２８ノズル孔

Claims

収容槽の底部に取り付けられるブッシング本体と、前記ブッシング本体の底壁に設けられた複数の紡糸ノズルとを備え、前記複数の紡糸ノズルの各々は少なくとも１０万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１５μｍ以下であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔の総数は８０万個以上であることを特徴とするブッシング体。
前記複数の紡糸ノズルは、前記ブッシング本体の前記底壁に周方向に間隔をおいて環状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のブッシング体。
前記複数の紡糸ノズルは、前記ブッシング体の前記底壁に周方向に間隔をおいて環状に配設されているとともに、同心状に二重以上にわたって設けられていることを特徴とする請求項２に記載のブッシング体。
前記複数の紡糸ノズルの各々は少なくとも１５万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１０μｍ以下であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔の総数は１２０万個以上であることを特徴とするブッシング体。
ブッシング本体の底壁に設けられた複数の紡糸ノズルのノズル孔を通し繊維を製造する繊維の製造方法において、
前記複数の紡糸ノズルの各々は少なくとも１５万個以上のノズル孔を有し、各ノズル孔の内径は１０μｍ以下であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔の総数は８０万個以上であり、前記複数の紡糸ノズルの前記ノズル孔を通して多数本の極細繊維を同時に形成することを特徴とする繊維の製造方法。