JP2508837B2 - 鞘芯型複合繊維の製造装置及び製造方法 - Google Patents

鞘芯型複合繊維の製造装置及び製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は鞘部が熱可塑性重合体、芯部が低融点金属よ
りなる鞘芯型複合繊維の製造装置及び製造方法に関する
ものである。
[従来の技術] 鞘部が熱可塑性重合体、芯部が低融点金属からなる鞘
芯型複合繊維は周知(繊維と工業vol.29,No.12,P443〜4
77、1973)であり、製品に高比重,電磁波遮蔽性,帯電
防止性,導電性等を付与し、更には優れた意匠性も与え
るという目的で広く利用されている(特開昭59−20794
7,特開昭59−1720,特開昭62−15327等)。
[発明が解決しようとする課題] この様な鞘芯型複合繊維は、鞘部を構成する熱可塑性
重合体の融点以下の温度で溶融する金属と、該熱可塑性
重合体とを夫々溶融状態で鞘芯構造に複合化して製造す
るのが一般的である。第4図は上記複合繊維の製造装置
例を示す説明図であり、熱可塑性重合体押出装置Eにお
ける吐出部側上方に溶融タンク6を設け、両者をクロス
ヘッド方式で結合する。従って図中の8は複合紡糸ノズ
ルである。該溶融タンク6には、その上方空間に連通す
る加圧ガス導入管6aを接続し、該加圧ガス導入管6aより
加圧ガスを導入して溶融金属12を前記複合紡糸ノズル8
の軸心部へ押出す。一方この溶融金属の回りから溶融状
態の熱可塑性重合体11を吐出し、鞘芯型複合繊維9とし
て紡糸ノズル8の下方から引き出す。この様な製造装置
の他、加圧ガスを利用せずに自重だけで溶融金属を複合
紡糸ノズルへ供給する装置やギヤポンプを介して溶融金
属を定量送給する様に構成した装置等が知られている。
しかし溶融金属は粘性が低く、表面張力が大きい等、そ
の特性は高分子化合物溶融体の特性と著しく異なってお
り、前記した様な装置を使った方法では溶融金属を複合
紡糸ノズル8へ一定量、しかも均一に、供給することが
非常にむづかしく、芯部が均一な太さで、且つ長さ方向
に破断のない鞘芯型複合繊維を得ることは困難であると
いう問題があった。特に、衣料等に用いる細い複合繊維
(一般に直径が50μm以下)を製造する場合は、溶融金
属を一定量連続的に供給することが非常に困難で、種々
工夫されているものの未だ満足できる品質を有する複合
繊維の製造装置及び製造方法は開発されていない。
そこで本発明においては溶融金属を安定して一定量連
続的に複合紡糸ノズルに供給することができ、それによ
って芯部が均一な鞘芯型複合繊維を製造することのでき
る装置及び方法を確立すべく種々検討した。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決することのできた本発明の製造装置と
は、密閉型の溶融タンクを複合紡糸ノズルより下方に設
けると共に、両者を溶融金属供給管を介して接続し、該
溶融タンクの上方空間には該タンク内へ一定圧の不活性
ガスを供給する不活性ガス供給管を連通し、さらに前記
溶融タンク内の液位を一定に維持する制御機構を設けて
なることを要旨とするものである。
一方本発明の製造方法は、低融点金属の溶融タンク内
液位をほぼ一定に維持しつつ、圧力変動が0.1kg/cm2
下となる様に制御した不活性ガスによって溶融状態の低
融点金属を複合紡糸ノズルに加圧供給して吐出させ芯成
分とすることを要旨とするものである。
[作用及び実施例] 第1図は本発明の代表的な実施例を示す説明図であ
る。複合紡糸ノズル8の構造自体は特に限定すべき理由
がなく、自由に設計して使用すれば良いが、一般的には
第2図に示す様な構造が賞用される。複合紡糸ノズル8
は第1図に示す如く溶融金属供給管18を介して溶融タン
ク6と接続される。該溶融タンク6内の溶融金属液面レ
ベルは前記複合紡糸ノズル8の吐出口より下方となる様
に設定される。即ち溶融タンク6内の溶融金属12を自重
による自然流下によって複合紡糸ノズルへ供給するとい
う自然法則の利用形態を一切排除し、後述する如く、不
活性ガスの圧力コントロールによる溶融金属の定量供給
調節を行ない易く構成したのである。
一方本発明では上記溶融タンク6内の液面レベルを一
定に維持する目的で制御機構Cが設けられる。該制機構
Cは補給用のサブタンク5とこれを上記溶融タンク6に
接続するオーバーフロー配管15並びに溶融金属補給配管
16によって構成され、該溶融金属補給配管16にはギヤポ
ンプ4が配設される。上記オーバーフロー配管15の上方
には溶融タンク6内の溶融金属12中に開口端を設け、一
定レベル以上になった溶融金属12をサブタンク5へ回収
する。即ち溶融タンク6内の溶融金属は複合ノズル8へ
の供給によって徐々に減少するが、これを若干上回る量
の溶融金属をサブタンク5から上記補給配管16を介して
溶融タンク6内へ補給し、余剰の溶融金属12はオーバー
フロー配管15を介して排出し、溶融タンク6内の溶融金
属12のレベルを一定に保つ。
他方前記溶融タンク6の上方空間6Aに連通して不活性
ガス供給管10を接続し、該供給管10の途中任意位置には
圧力調整装置13を設ける。該圧力調整装置13は供給管10
に設けられる調整弁1と、該調整弁1の開度を調節する
制御回路3及びパワーアンプ2によって構成される。尚
符号19は圧力センサーを示す。そして上記不活性ガス供
給管10の他端側にはブロワーや圧力ポンプ等の加圧発生
源(図示せず)が接続される。
圧力調整装置13によってコントロールされた一定圧力
の不活性ガスは供給管10を介して溶融タンク6内を加圧
し、溶融金属12を複合紡糸ノズル8に定量的に供給す
る。複合紡糸ノズル8には押出機(第4図のE)等によ
り溶融・供給された熱可塑性重合体11が供給されてお
り、ここで両者が鞘芯構造で複合化する。複合紡糸ノズ
ル8は前記した如く第2図にその断面を示す様な構造と
なっており、溶融金属12は溶融金属通路17を介して内側
ノズル8aに供給されると共に、溶融した熱可塑性重合体
11がチャンバー8bを介して外側のノズル8cに供給される
ので、これらを共同して紡糸すると芯部が金属、鞘部が
熱可塑性重合体よりなる鞘芯型複合繊維9が得られる。
一定量の溶融金属を複合紡糸ノズル8に供給するため
の不活性ガスとしては、窒素,アルゴン,ヘリウム等を
使用し、その圧力は使用する熱可塑性重合体の固有粘
度、複合紡糸ノズルのディメンジョンおよび溶融金属タ
ンクの設定位置等によって色々設定できるが、実用性を
考慮して0.05〜10kg/cm2とし,より好ましい範囲は0.1
〜5kg/cm2である。即ち該圧力が0.05kg/cm2未満である
と溶融タンク6内の溶融金属を下方へ押圧する力が弱過
ぎて複合紡糸ノズル8への連続安定供給ができなくな
り、またこの圧力が10kg/cm2を越えると溶融金属の供給
量が多くなり過ぎて熱可塑性重合体の供給量との均衡が
とれなくなり、鞘部に相当する重合体にひび割れや破断
を引き起こしてしまう。
本発明の製造方法における特徴は、溶融状態の低融点
金属を複合紡糸ノズル8に加圧供給する際に複合紡糸ノ
ズル8の上流側に設けた溶融タンク6内の液位を一定に
保ちつつ、上記不活性ガスの圧力の変動を0.1kg/cm2
下に抑制することにある。圧力変動が0.1kg/cm2以下の
場合、芯成分の混率(後に説明する)変動が小さくなり
製品糸の物性および繊維の色相が良好となる。さらに糸
物性や織編斑も考慮すると圧力変動を0.05kg/cm2以下に
することがより好ましい。一方圧力変動が0.1kg/cm2
上回ると、芯成分の混率が大きく変化して製品糸の物性
に悪影響を与えるばかりか繊維の色相斑が生ずる。
紡糸速度は製品糸質面を考慮して600〜2000m/分とす
るのが好ましい。
紡糸後の鞘芯型複合繊維の延伸には通常の延伸方法を
適用できるが、延伸前に加熱ローラ等により芯成分を融
点以上に加熱する必要がある。この工程を行なわずに延
伸すると芯成分の破断が著しく多くなり、糸質に斑が生
じる。
また複合紡糸ノズルの孔数を変えることによって、モ
ノフィラメントでもマルチフィラメントでも製造可能で
ある。
本発明において鞘部となる熱可塑性重合体としては、
ポリエチレン,ポリプロピレン等のオレフィン系重合
体、ポリスチレン,ポリ塩化ビニル,ポリ塩化弗化ビニ
リデン等のビニル系重合体、ポリエチレンテレフタレー
ト,ポリブチレンテレフタレート,ポリエチレン−2,6
−ナフタレート等のポリエステル系重合体、ナイロン6,
ナイロン66等のポリアミド系重合体、その他ポリカーボ
ネート系重合体、さらにはポリフェニレンサルファイ
ド,ポリエーテルエーテルケトン,全芳香族ポリエステ
ル等の耐熱性重合体等が挙げられ、これらの共重合体も
適用できる。更に艶消剤、各種添加剤等を含有する重合
体も当然鞘成分重合体として使用できる。
芯部に用いる金属としては、熱可塑性重合体の融点以
下の温度で溶融する金属が使用でき、具体的にはインジ
ウム,セレン,錫,ビスマス等の金属およびこれらの金
属からなる合金、例えばBi/Sn,Bi/In,Sn/Pb,Bi/Sn/In,B
i/Pb/Cd,Bi/Pb/Sn,Bi/Sn/In/Pb,Bi/Sn/Pb/Cd,Bi/Sn/In/
Pb/Cd等が挙げられる。そしてこれらの金属からなる芯
成分は鞘芯型複合繊維全断面積の0.1〜50%程度とする
ことが推奨される。しかし、糸強度,染色性および導電
性等の実用性面を考慮すると0.3〜20%とするのが好ま
しい。
(実験例) 次に本発明装置を用いて本発明方法を実施した製造例
について詳述する。但し本発明はこれら実験例に限定さ
れるものではない。また以下の実験例中の各特性は次に
示す方法で測定した。
強度及び伸度は引張り試験機により測定した。
・強度(g/d)は100%/分の速度で伸長した時の切断強
度である。
・伸度(%)は100%/分の速度で伸長した時の切断伸
度である。
芯成分の混率(%) 光学顕微鏡で観察した鞘芯型複合繊維全断面積に対す
る面積率である。
導電性 鞘芯型複合繊維の導電性は下記方法により測定した。
第3図に示す様に一定の距離を隔てて鞘芯型複合繊維
9の周囲に銀ペーストを塗布して端子14a,14bを設け、
端子14a,14b間に10Vを印加し、印加時の体積抵抗率(Ω
・cm)を下記式により求めた。
但しl :端子間距離 ΔV:電位差 I :電流 S :繊維全断面積 であり、l=5cmとし、室温20℃,RH65%の条件下で各値
を測定した。
実験例1 第1図に示した装置を使用し、[η]=0.85、酸化チ
タン2%を含有するポリエチレンテレフタレートを鞘成
分とし、融点が78.8℃の合金(ビスマス/スズ/インジ
ウム系)を第1図に示した工程により溶融、加圧(N2
0.35kg/cm2)して複合紡糸ノズルに供給し、紡糸温度28
5℃、紡速700m/分で複合紡糸した。その後、予熱ローラ
ー(85℃)、加熱器(150℃)を備えた延伸機で2.5倍に
延伸した。得られた鞘芯型複合繊維のデニールは18d
(モノフィラメント)で、強度は3.1g/d、伸度は38%で
あった。
比較例1 第4図に示す様な従来装置を使用し、加圧ガス導入管
6aを使った加圧方式で実験例1と同様に複合紡糸した
後、延伸を行なった。得られた鞘芯型複合繊維は糸質的
に斑の多いものであった。繊維のデニールは11〜18d、
強度2.4〜4.8g/d、伸度31〜52%であった。
比較例2 従来装置で溶融タンク6と複合紡糸ノズル8をギヤポ
ンプ4を介して接続し、該ギヤポンプによって溶融金属
を送給する方式によって実験例1と同様に紡糸を行なっ
たが、溶融合金の供給が不連続で、ノズル直下で糸切れ
が生じ、繊維として巻取ることができなかった。
比較例3 第1図に示した装置において圧力制御装置13を設け
ず、不活性ガスの圧力変動が0.1kg/cm2を上回る条件で
溶融タンク6内の液面レベルを一定に保ちながら紡糸す
る加圧方式で実験例1と同様に複合紡糸した後、延伸を
行なった。得られた鞘芯型複合繊維は糸質的に斑の多い
ものであった。繊維デニールは13〜18d、強度2.5〜4.2g
/d、伸度32〜48%であった。
実験例2 [η]=1.0のポリエチレンテレフタレートを鞘部分
とし、融点が138℃の合金(ビスマス/スズ糸)を第1
図に示した装置を用いて溶融、加圧(N2圧0.43kg/cm2
し、複合紡糸ノズル8に供給して紡糸した(紡糸温度30
0℃、紡速700m/分)。次いで予熱ローラー(145℃)、
加熱器(150℃)を備えた延伸機で1.5倍に延伸した。得
られた鞘芯型複合繊維のデニールは16d(モノフィラメ
ント)で、強度は2.6g/d、伸度は25%であった。
実験例1,2および比較例1,3で得た複合繊維の特性(芯
成分混率、体積抵抗率、色相)を第1表に示す。
なお上記実験例1,2で得られた複合繊維においては芯
部の直径のばらつきはほとんどなく、しかも長さ方向に
連続しており途中での破断は認められなかった。
上記制御機構Cは第1図に示した例に限定されず、そ
の他フロートやレベルセンサーを適用するものであって
も良く、また不活性ガスの圧力調整装置13については緩
衝タンクを併設するものや公知の定圧調整手段を用いる
ものであっても良い。
[発明の効果] 本発明の製造装置は以上の様に構成されているので、
複合紡糸ノズルへ溶融金属を均一に連続供給して高品質
な複合繊維を製造することができる。また本発明によっ
て得られる鞘芯型複合繊維は均質で糸質的にも安定して
おり、しかもすぐれた電気的特性および光沢を有する。
従ってこの鞘芯型複合繊維を用いた製品は、帯電防止
性,導電性および意匠性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明製造装置の代表的な実施例を示す概略説
明図、第2図は第1図における複合紡糸ノズルの拡大断
面図、第3図は体積抵抗率の測定方法を例示するための
説明図、第4図は従来の複合繊維紡糸装置の断面図であ
る。 1…圧力調整弁、2…パワーアンプ 3…制御回路、4…ギヤポンプ 5…サブタンク、6…溶融タンク 7…圧力計、8…複合紡糸ノズル 9…複合繊維 10…不活性ガス供給管 11…熱可塑性重合体、12…溶融金属 13…圧力調整装置 14a,14b…端子 15…オーバーフロー配管 16…溶融金属補給配管 17…溶融金属通路、18…溶融金属供給管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−1720(JP,A) 特開 昭51−11909(JP,A) 特開 昭50−118018(JP,A) 特開 昭49−30625(JP,A) 特開 昭47−39714(JP,A) 特公 昭51−36812(JP,B2) 特公 昭53−15166(JP,B2) 特公 昭56−4210(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鞘部が熱可塑性重合体、芯部が低融点金属
    からなる鞘芯型複合繊維の製造装置であって、密閉型の
    溶融タンクを複合紡糸ノズルより下方に設けると共に、
    両者を溶融金属供給管を介して接続し、該溶融タンクの
    上方空間には該タンク内へ一定圧の不活性ガスを供給す
    る不活性ガス供給管を連通し、さらに前記溶融タンク内
    の液位を一定に維持する制御機構を設けてなることを特
    徴とする鞘芯型複合繊維の製造装置。
  2. 【請求項2】鞘部が熱可塑性重合体、芯部が低融点金属
    からなる鞘芯型複合繊維の製造方法において、低融点金
    属の溶融タンク内液位をほぼ一定に維持しつつ、圧力変
    動が0.1kg/cm2以下となる様に制御された不活性ガスに
    よって該溶融状態の低融点金属を複合紡糸ノズルに加圧
    供給して吐出させ芯成分とすることを特徴とする鞘芯型
    複合繊維の製造方法。
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