JP2974263B2 - 高速紡糸法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維形成性ポリマーを
５ｋｍ／分程度またはそれ以上の高速で紡糸することに
より、後続の延伸工程によることなく直接利用可能な紡
糸したままの状態の配向したポリマーフィラメント糸を
製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、より低い紡糸速度、たとえば
３，０００−４，５００ｍ／分で部分配向糸（ＰＯＹ）
を製造するための、十分に確立された方法とは区別され
る。この種の（ＰＯＹ）糸は布帛に直接使用するために
は伸び率が高すぎ、この糸はその伸び率を低下させるた
めに延伸する必要がある。この延伸工程はしばしばバル
キング工程と組み合わせられる。

【０００３】実験により、紡糸速度が５ｋｍ／分を越え
るのに伴って紡糸チムニー内の糸条に与えられる応力が
極めて急速に増大し、数センチメートル内で著しいドロ
ーダウン（ｄｒａｗ ｄｏｗｎ）が生じて最高６．０に
及ぶネック延伸比となり、破断の可能性が生じることが
証明された。よりいっそう高速で操作しうるためには、
最大応力、最大歪速度、従って″ネック延伸比（ｎｅｃ
ｋ ｄｒａｗ ｒａｔｉｏ）″を低下させる必要がある
ことは明らかである。

【０００４】紡糸口金の直下に恒温熱シュラウド（ｓｈ
ｒｏｕｄ）を用いることにより″ネック延伸比″を低下
させる試みは、ドローダウン地点すなわちネックをほぼ
シュラウドの長さの距離だけ移動させ、″ネック″形成
前の糸速度をわずかに高めたにすぎない。

【０００５】欧州特許出願第２４４，２１７および２４
５，０１１号；ならびに米国特許第４，６８７，６１０
号明細書（すべてイー・アイ・デュポン・デ・ネモアズ
・アンド・カンパニー）には、高速で糸条の繊細化（ａ
ｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）プロファイルを制御するための
各種技術が記載されている。欧州特許出願第２４４，２
１７および２４５，０１１号明細書には、ポリマーフィ
ラメントの製法が記載されており、その際新たに押出さ
れたフィラメントは低い加圧下の制御された気流によっ
て超大気圧に維持された閉鎖帯域に進入し、そしてフィ
ラメントは並行気流により補助された絞り（ベンチュリ
管またはチューブ）を通ってこの帯域から制御された高
速で排出される。この方法では、他の場合に高い紡糸速
度を採用した際に普通はフィラメントに生じる″ネッキ
ングダウン″の程度がかなり低下し、従ってフィラメン
トはより高度に、かつより均一に配向する（非晶質セク
ションと結晶質セクションの差がより小さい）。

【０００６】米国特許第４，６８７，６１０号明細書に
はこれとある程度類似する方法が記載されており、この
場合糸条は紡糸口金から排出されたのち、まず加圧ガス
を供給された閉鎖チャンバーを通り、次いでこのチャン
バーの下側に取り付けられたチューブを通る。このチュ
ーブにも加圧ガスが供給される。この方法では紡糸フィ
ラメントの速度プロファイルが最終引取り速度まで滑ら
かに増大し、急激な速度変化、すなわち″ネック″形成
の兆候がない。英国特許第１３９１４７１号明細書（ヘ
キスト・アクチェンゲゼルシャフト）には低度の予備配
向を有する紡糸フィラメント、すなわちＰＯＹ糸の製造
に用いるヒーターが記載されている。このヒーターは２
個の部品からなり、それらがそれぞれ円錐台の形状を備
え、これらが互いにそれらの大きい方の円形開口におい
て連結している。下側部品が加熱され、一方上側部品の
内壁は下側部品が放出する熱を反射する。従って紡糸さ
れる糸条はヒーターを通過するのに伴って温度変化を受
ける。

【０００７】特開昭５１−６７４２２号公報（帝人）に
は、紡糸されるポリエステル糸条を制御された温度勾配
の加熱雰囲気に導通する方法が記載されている。ポリエ
ステル糸は２ｋｍ／分の低速で引き取られる。特開昭５
１−１７１３号公報（帝人）および特開昭５８−２０３
１１２号公報（東レ）においては、紡糸される糸条は紡
糸口金の直下にある熱チューブを通過する。チューブ内
の温度はポリマーの融点と４００℃の間に保持され、温
度は次第に下降する。紡糸された繊維は１．５−３ｋｍ
／分の速度で引き取られる。特開昭６２−２５０２１３
号公報（帝人）にも、紡糸口金の直下にある円筒形のヒ
ーターを用いることが記載され、このヒーターによっ
て、新たに紡糸されたフィラメントにフィラメントに対
し平行な方向に降下する温度分布プロファイルを付与す
ることができる。この明細書には紡糸速度３ｋｍ／分以
上と述べられているが、明細書を読むと、その方法では
ＰＯＹ糸が製造され、後続の延伸工程が必要であること
が明らかである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】英国特許第１３９１４
７１号明細書および上記の日本特許明細書において採用
されている温度勾配加熱環境は、紡糸されたフィラメン
トの物理的特性を制御し、および／または溶融ポリマー
の熱劣化を防止するのに役立つにすぎない。これらの環
境の採用が、紡糸される糸条の″ネック延伸比″を低下
させるためにも利用されることは示唆されない。実際
に、ＰＯＹ糸の紡糸に際しては″ネッキング″は起こら
ない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、５ｋｍ／
分程度またはそれ以上の引取り速度により紡糸したまま
の状態のポリマーフィラメント糸を製造する方法におい
て、紡糸される糸条を紡糸口金から排出された直後、冷
却用空気を供給する前に、環境温度、従ってフィラメン
ト自体の温度が漸次降下する熱シュラウドに導通した場
合、利点が得られることを見出した。より詳細には、シ
ュラウドの存在によって″ネッキング″前にフィラメン
ト速度が増大し、従って″有効ネック延伸比″が低下す
る。

【００１０】従って本発明によれば、紡糸される糸条を
紡糸口金の直下に位置する熱シュラウドに導通し、糸条
を気流により冷却し、次いで５ｋｍ／分以上の速度で引
き取ることにより、繊維形成性ポリマーを溶融紡糸して
フィラメント糸となす方法において、糸条のフィラメン
トを気流により冷却する前に、シュラウド内の環境温
度、従ってフィラメント自体の温度を漸次降下させるこ
とを特徴とする方法が提供される。

【００１１】本発明の他の観点によれば、紡糸される糸
条を紡糸口金の直下に位置する熱シュラウドに導通し、
糸条を気流により冷却し、次いで７ｋｍ／分以上の速度
で引き取ることにより、ポリエチレンテレフタレートま
たはポリヘキサメチレンアジパミドを溶融紡糸してフィ
ラメント糸となす方法において、糸条のフィラメントを
気流により冷却する前に、シュラウド内の環境の温度、
従ってフィラメント自体の温度を漸次降下させ、これに
よりフィラメントに生じるネック延伸比を３．０以下と
することを特徴とする方法が提供される。

【００１２】″ネック延伸比″とは、ネッキング開始後
の糸条の速度をネッキング開始前の糸条の速度で割った
比を意味する。

【００１３】

【実施例】本発明を下記の例により説明する。例１およ
び２は、ＰＯＹ糸の製造に際して″ネック″形成が起こ
らないことを示すために提示される。例３および４は、
速度５−７ｋｍ／分ではポリエステルおよびポリアミド
糸の加工性が共に次第に低下することを示すために提示
される。例５は恒温シュラウドが７ｋｍ／分におけるＰ
ＥＴの紡糸に及ぼす作用を示す。例６および７は特に本
発明に関するものである。

【００１４】例１−ポリエステルＰＯＹ糸の製造 ｍ−クレゾール中（１％ｗ／ｗ）で測定した相対粘度
１．６３のポリエチレンテレフタレートを温度２９０℃
で直径０．３６ｍｍの孔２４個から１．７５ｇ／分／孔
の速度で押出した。フィラメントを長さ１．２ｍの急冷
チャンバーに導通し、ここで０．３ｍ／秒で移動する直
交流の空気により冷却した。糸に仕上げ剤を付与したの
ち、糸は２個のゴデット上を通過し、３５００ｍ／分で
巻き取られ、強力（ｔｅｎａｃｉｔｙ）２６．５ｃＮ／
ｔｅｘおよび伸び率１１２％の１２０ｆ２４糸が得られ
た。糸の製造中にフィラメントの速度を紡糸口金から種
々の距離において測定し、結果を図１に示す。フィラメ
ントの速度は、速度の急激な増大、すなわち″ネック″
形成の兆候なしに滑らかに最終速度にまで増大する。こ
の糸は直接使用には適していない。

【００１５】次いで糸を延伸比１．６１で延伸して強力
４３ｃＮ／ｔｅｘおよび伸び率３０％の７６ｆ２４糸を
得た。この糸は良好な品質を備え、布帛の製造に用いる
のに極めて適していた。

【００１６】例２−ポリアミドＰＯＹ糸の製造 ９０％蟻酸中の８．４％溶液として測定した相対粘度４
０のポリヘキサメチレンアジパミドを温度２８５℃で直
径０．３３ｍｍの孔１３個から１．４２ｇ／分／孔の速
度で押出した。フィラメントを長さ１．２ｍの急冷チャ
ンバーに導通し、ここで０．３ｍ／秒で移動する直交流
の空気により冷却した。糸に仕上げ剤を付与したのち、
糸は２個のゴデット上を通過し、４２００ｍ／分で巻き
取られ、強力３６ｃＮ／ｔｅｘおよび伸び率６６％の４
４ｆ１３糸が得られた。糸の製造中にフィラメントの速
度を紡糸口金から種々の距離において測定し、結果を図
１に示す。フィラメントの速度は、速度の急激な増大、
すなわち″ネック″形成の兆候なしに滑らかに最終速度
にまで増大する。この糸は特別な状況以外では直接使用
には適しておらず、通常は次いで延伸されることが多
い。

【００１７】例３−速度範囲５０００−７０００ｍ／分
におけるポリエステル糸の製造 ｍ−クレゾール中（１％ｗ／ｗ）で測定した相対粘度
１．６３のポリエチレンテレフタレートを孔２４個から
押出した。紡糸温度、紡糸口金の孔直径、および種々の
速度における紡糸口金孔押出量の詳細を表１に示す。フ
ィラメントを長さ１．２ｍの急冷チャンバーに導通し、
ここで０．３ｍ／秒で移動する直交流の空気により冷却
した。糸に仕上げ剤を付与したのち、糸は２個のゴデッ
ト上を通過し、それぞれの場合種々の速度で巻き取ら
れ、７６ｆ２４の糸が得られた。糸の製造中にフィラメ
ントの速度を紡糸口金から種々の距離において測定し、
結果を図２に示す。フィラメントの速度は滑らかには最
終速度にまで増大せず、速度の急激な増大が生じ、″ネ
ック″が形成された。″ネック延伸比″を同様に表１に
示す。最高速度７０００ｍ／分では加工性に乏しく、満
足すべき破断率（ｂｒｅａｋ ｒａｔｅ）を得ることは
できなかった。

【００１８】例４−速度範囲５０００−７０００ｍ／分
におけるポリアミド糸の製造 ９０％蟻酸中の８．４％溶液として測定した相対粘度４
０のポリヘキサメチレンアジパミドを温度２８５℃で１
３個の孔から押出した。紡糸温度、紡糸口金の孔直径、
および種々の速度における紡糸口金孔押出量の詳細を表
２に示す。フィラメントを長さ１．２ｍの急冷チャンバ
ーに導通し、ここで０．３ｍ／秒で移動する直交流の空
気により冷却した。糸に仕上げ剤を付与したのち、糸は
２個のゴデット上を通過し、それぞれの場合種々の速度
で巻き取られ、４４ｆ１３の糸が得られた。糸の製造中
にフィラメントの速度を紡糸口金から種々の距離におい
て測定し、結果を図３に示す。フィラメントの速度は滑
らかには最終速度にまで増大せず、速度の急激な増大が
生じ、″ネック″が形成された。速度増大の急激性は速
度の増大と共に増大する。″ネック延伸比″を同様に表
２に示す。最高速度７０００ｍ／分では加工性に乏し
く、満足すべき破断率を得ることはできなかった。

【００１９】例５−恒温シュラウドを用いた７０００ｍ
／分におけるＰＥＴの製造 ７６ｆ２４の製造に関して挙げた条件下で７０００ｍ／
分において例３を反復し、ただしこの場合図４に示す３
セクションからなり、全長２５０ｍｍのシュラウドを紡
糸口金の底と急冷キャビネットの頂部の間に取り付け
た。シュラウドはパックボックスの底にシールされた。
シュラウドの３セクションを３００℃の温度に設定し、
フィラメントの速度を紡糸口金から種々の距離において
測定した。結果をシュラウドの不在下で得た例３からの
ものと共に図５に示す。″ネック延伸比″がごくわずか
に低下したにすぎず（表３）、″ネック″がシュラウド
の長さにほぼ等しい距離だけずれたことが分かる。加工
性は若干改良された。

【００２０】例６−温度分布シュラウドを用いた７００
０ｍ／分におけるＰＥＴの製造 例５を反復し、ただしこの場合シュラウドをそれぞれ３
００℃、２５０℃および２００℃に加熱した。″ネック
延伸比″が例５に比べてさらに低下し（表３参照）、こ
の場合″ネック″がシュラウドの長さ２５０ｍｍに比べ
て３１０ｍｍの距離ずれた。加工性はさらにいっそう改
良された。

【００２１】例７−温度分布シュラウドを用いた７００
０ｍ／分におけるＰＡ６．６の製造 ４４ｆ１３の製造に関して挙げた条件下で７０００ｍ／
分において例４を反復し、ただしこの場合図５に記載し
たシュラウドを取り付け、３セクションの温度をそれぞ
れ２５０℃、２００℃および１５０℃にした。フィラメ
ントの速度を紡糸口金から種々の距離において測定し、
結果をシュラウドの不在下で得た例４からのものと共に
図６に示す。″ネック延伸比″がかなり低下し（表４参
照）、″ネック″がシュラウドの長さよりかなり大きな
距離ずれたことが分かる。加工性は大幅に改良された。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】図１においては、一般的なＰＯＹ速度、す
なわちＰＥＴおよびＰＡ６．６につきそれぞれ３５００
ｍ／分および４２００ｍ／分においてフィラメント速度
は速度が極めて急激に増大する地点の兆候なしに、すな
わち″ネック″なしに、漸増することが分かる。これら
の紡糸速度においてはシュラウドの効果が比較的小さい
ことが予想されるであろう。冷却の遅れが生じると、糸
の複屈折が低下し、糸の伸び率（紡糸し放し）が増大
し、匹敵する最終伸び率の糸を得るためにはわずかに高
い延伸比を採用する必要がある。このより高い延伸比の
結果、同一の最終繊度（デシテックス）を得るために紡
糸繊度を高め、従って紡糸時の押出量を増大させなけれ
ばならないであろう。従って潜在的利点があるとすれ
ば、生産性にあると思われる。

【００２９】その際速度の増大に伴って（図２および
３）ＰＥＴおよびＰＡ６．６の双方につき、数センチメ
ートルの距離にわたってフィラメント速度が極めて急激
に変化する地点に達する。すなわち糸は″ネック″にお
いて延伸するように見える（この速度の急激な変化は、
特にＰＥＴの場合は事実図示したよりいっそう小さい距
離にわたって起こるであろう、これに関連する測定は行
わなかった）。この急激な変化の後の速度を急激な変化
の前の速度で割った比を″ネック延伸比″と定義し、表
５に５０００−７０００ｍ／分の紡糸速度につき示す。
この延伸比が生じる距離の推定値も含まれる。速度が増
大するのに伴って、″ネック延伸比″が増大し、かつそ
れが起こる距離は低下する。明らかにこの″ネック″形
成によってこの地点に極めて高い応力および歪速度が共
に生じる。高速（＞６５００ｍ／分）におけるフィラメ
ントの破断の多くは″高すぎる応力速度″または″高す
ぎる歪速度″または実際には″高すぎるネック延伸比″
によって起こると考えられる。

【００３０】特定の紡糸速度における″ネック延伸比″
は糸の分子量にも依存し、特定の速度では分子量が高い
ほど″ネック延伸比″は大きい。

【００３１】冷却を遅らせるために紡糸口金の下方にシ
ュラウドを配置し、これにより冷却が起こる前にフィラ
メント速度を高め、かつ望ましくは″ネック延伸比″を
低下させるのは、明らかな工程である。均一なシュラウ
ド温度（３００℃）を採用することにより″ネック″に
入る糸条速度がわずかに変化するにすぎないこと、およ
び″ネック″の位置はシュラウドの長さにほぼ等しい距
離だけ移動することはむしろ意外であった（図５）。恐
らくこれは、シュラウドから排出されるフィラメントは
それらが紡糸口金から排出されるのと同じ温度である
が、冷却用空気が供給された際に周辺がより高い速度で
移動することによるものであろう。ジェット速度を高め
るためにこれよりわずかに小さな紡糸口金孔を採用し、
シュラウドを使用しないことによっても恐らく同じ効果
が達成されるであろう。

【００３２】しかし、冷却用空気が供給される前にフィ
ラメントの環境、従ってフィラメント自体の温度が漸次
降下するプロファイル型シュラウドを用いることによ
り、″ネック″に入るフィラメント速度が増大し、よっ
て″有効ネック延伸比″が低下する。これは図６に７０
００ｍ／分におけるＰＡ６．６につき明瞭に示され
る。″ネック延伸比″がかなり低下し（表６）、ネック
が生じるフィラメント位置の変化はシュラウド長さより
長い。

【図面の簡単な説明】

【図１】７６ｆ２４ ＰＥＴおよび４４ｆ１３ ＰＡ
６．６についてのフィラメント速度と紡糸口金からの距
離の関係を示すグラフである（例１、２）。

【図２】種々の速度における７６ｆ２４ ＰＥＴについ
てのフィラメント速度と紡糸口金からの距離の関係を示
すグラフである（例３）。

【図３】種々の速度における４４ｆ１３ ＰＡ６．６に
ついてのフィラメント速度と紡糸口金からの距離の関係
を示すグラフである（例４）。

【図４】３セクションからなるシュラウドを示す。

【図５】恒温シュラウドの効果を表す、７０００ｍ／分
における７６ｆ２４ ＰＥＴについてのフィラメント速
度と紡糸口金からの距離の関係を示すグラフである（例
５）。

【図６】本発明の温度分布シュラウドの効果を表す、７
０００ｍ／分における４４ｆ１３ ＰＡ６．６について
のフィラメント速度と紡糸口金からの距離の関係を示す
グラフである（例７）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−250213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−192711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−33821（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−26708（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−148808（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−314721（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D01F 6/62 301 D01F 6/60 301 D01D 5/084

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紡糸される糸条を紡糸口金の直下に位置
   する熱シュラウドに導通し、糸条を気流により冷却し、
   次いで７km／分以上の速度で引き取ることにより、ポリ
   エチレンテレフタレートまたはポリヘキサメチレンアジ
   パミドを溶融紡糸してフィラメント糸となす方法におい
   て、糸条のフィラメントを気流により冷却する前に、シ
   ュラウド内の環境の温度、従ってフィラメント自体の温
   度を漸次降下させ、これによりフィラメントに生じるネ
   ック延伸比を３.０以下とすることを特徴とする方法。