JP3261856B2 - 溶融紡糸方法 - Google Patents

溶融紡糸方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱可塑性重合体の溶融紡
糸方法に関するものであり、さらに詳しくは熱可塑性重
合体を溶融紡糸した糸条を特定のセラミックス製糸道ガ
イドにより規制する溶融紡糸方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、溶融紡糸において紡糸された
糸条をセラミックス製糸道ガイドにより規制すること
は、その耐摩耗性の特徴を生かして合成繊維の生産に広
く適用されている。
【0003】最近では引取速度を3000m/分以上と
することにより引き伸ばしが不要で実用特性を満足する
繊維の得られる高速紡糸法が採用され、従来の2工程法
に対して1工程法と呼ばれる。この1工程法の中には、
一旦冷却固化した糸条をホットチューブのような加熱帯
域で繊維を加熱することにより延伸熱処理し3000m
/分以上で引き取るホットチューブ紡糸法があるが、こ
のホットチューブ紡糸法では、マルチフィラメントをホ
ットチューブのような加熱帯域に導入するため、通常、
その直前で糸道ガイドによりマルチフィラメントの束を
所定の直径にまで集束させる。この場合、従来のセラミ
ックス製糸道ガイドを用いると、一部のフィラメントが
擦過抵抗を受け、フィラメント間で強伸度、配向度など
に物性差を生じ、巻取パッケージのタルミや毛羽とな
り、場合によっては糸切れを引き起こす。また、高次工
程で染斑や熱処理時のヒケ斑を起こす問題が発生する。
【0004】これを防ぐために、加熱帯域上流で油剤を
付与し、擦過抵抗を軽減しようとすると、油剤が熱容量
をもつために均一加熱ができなかったり、油剤の表面張
力によってマルチフィラメントが完全に集束してしま
い、各フィラメントを均一に加熱することが極めて困難
となったり、あるいは加熱帯域内が油剤で汚染されるな
ど、新たな問題が生じてしまう。
【0005】特開昭61−194218号公報では、重
合体にカオリンやメタカオリンを添加させることによっ
て糸道ガイドでの摩擦を軽減する方法が提案されてい
る。しかしながら、これらの粒子には粗粒が多く重合添
加前に粗粒分離処理の必要があったり、紡糸時の濾過で
目詰まりを起こしやすいという問題がある。また、従来
のポリエステルに添加すると光沢、色調が微妙に変化
し、従来と同一用途への適用が困難になる可能性があ
る。
【0006】以上のように、従来のホットチューブ紡糸
法では、加熱帯域入口の糸道ガイドとマルチフィラメン
トの間の擦過抵抗により、フィラメント間に物性差が生
じたり、糸切れが多くなるなどの問題がありこれを解決
する手段を見出すことはできなかった。
【0007】油剤を付与する以前に糸道を集束する溶融
紡糸の工程としては、通常の集束ガイド、エア交絡ガイ
ド、振動防止ガイド、スパンボンド不織布製造の際の流
体吸引装置入口ガイド、紡糸口金下を加圧、減圧とする
際の出口ガイドなどが挙げられるが、上述したようなホ
ットチューブ紡糸法と同様に、極細品種や粒子を添加し
ないか極少量添加する品種などにおいて糸切れやフィラ
メント間の物性差が生じるという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題点を解決するため検討を重ねた結果、得られたもので
あり、熱可塑性重合体を溶融紡糸し冷却した後の糸条の
糸道を規制するに際し、極細品種や粒子を添加しないか
極少量添加する品種などにおいて、糸切れやフィラメン
ト間の物性差が生じるという問題を解決することを目的
とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、熱可塑性重
合体を溶融紡糸した糸条をZrO 2 を10〜40重量%含むAl
2 O 3 を主成分とする糸道ガイドにより規制するに際
し、該糸道ガイドのAl2O 3 の平均結晶粒径が1.5 〜30
μmであり、ZrO 2 の結晶構造における正方晶の割合が
少なくとも50体積%であり、該糸道ガイド表面における
ZrO 2 結晶粒全体に対するAl2 O 3 結晶粒内に存在する
ZrO 2 結晶粒の割合が2%以下であり、かつ該糸条が該
糸道ガイドに接触する位置における該糸道ガイド形状が
1mm以上のRをなすことを特徴とする溶融紡糸方法に
よって達成される。
【0010】本発明に適用される熱可塑性重合体は、ポ
リエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどである。
これらにおいては、既知の添加物を添加し、既知の共重
合を組み合わせることができる。また本発明では特に、
粒子添加量が0.1体積%以下の繊維表面に添加粒子な
どによる突起が少なく、摩擦係数の比較的高い重合体組
成物に好適である。
【0011】本発明では、熱可塑性重合体を溶融紡糸す
るが、その溶融紡糸方法は限定されるものではない。し
かしながら、本発明は単繊維直径の100μm以下、特
に10μm以下の、破断強力の比較的低い極細繊維を製
造する際に有効であり、また、引取速度300m/分以
上、さらに3000m/分以上の高速で紡糸する際に好
ましく適用される。
【0012】本発明では溶融紡糸した糸条を糸道ガイド
により規制するが、該糸道ガイドは溶融紡糸した糸条の
引取り、ないしは巻取を終了するまでの任意の位置に設
置されるものをいう。本発明に用いられる糸道ガイド
は、特に油剤が付与されていない糸条の糸道を規制する
必要のある溶融紡糸に好適に用いられる。この工程とし
ては、ホットチューブの出入口ガイド、通常の油剤付与
ガイド、集束ガイド、エア交絡ガイド、振動防止ガイ
ド、スパンボンド不織布製造の際の流体吸引装置入口ガ
イド、紡糸口金下を加圧、減圧する際の出口ガイドなど
を挙げることができる。
【0013】本発明の糸道ガイドはAl2 O 3 を主成分と
することにより、硬度の高く耐摩耗性の良好な糸道ガイ
ドを提供する。しかしながら、Al2 O 3 を90重量%以上
使用すると高硬度ではあるものの粒界強度の低いものと
なり、粒界破壊による粒子離脱摩耗の優先的に起こる耐
摩耗性の低いものとなる。このために本発明では、Al2
O 3 に、結晶構造における正方晶の割合が少なくとも50
体積%であるZrO 2 を10〜40重量%含むことを必要とす
る。ZrO 2 の含有量を10重量%以上とすることにより、
上記した耐摩耗性を向上させることが可能となる。ま
た、ZrO 2 の結晶粒の凝集が起こり強度が低下し、耐摩
耗性や摩擦特性も低下することを防ぐため、ZrO 2 の含
有量を40重量%以下とする。一方、ZrO 2 の正方晶から
単斜晶への応力誘起変態による強度の向上作用を期待す
るために、ZrO 2 の正方晶の割合を50体積%以上とする
ことが必要である。ここで、結晶構造において少なくと
も50体積%の正方晶を含むZrO 2 を得るためには、1.5
〜5.0 モル%程度の安定化剤であるY 2 O 3 やCeO 2
を含み、室温下で正方晶が準安定な状態にあるものを用
いること、あるいはZrO 2 の平均結晶粒径を10μm以下
とすることが好ましい。
【0014】本発明ではAl2 O 3 の平均結晶粒径は1.5
〜30μmである。平均結晶粒径が1.5 μm未満では、表
面処理加工によっても適度な表面粗さが得られず、糸条
との接触面積が増大して摩擦抵抗が大きくなり、タルミ
や糸切れを起こしやすくなる。一方、平均結晶粒径が30
μmを越えると、1個の結晶粒における粒界の面積が大
きくなり、摩擦抵抗が増加し、やはりタルミや毛羽の発
生を促す。Al2 O 3 の結晶粒を本発明の範囲とするため
には、焼結過程においてAl2 O 3 の結晶粒の成長を制御
するためにTiO 2 を1〜5重量%含有させて焼結させる
ことが好ましい。Al2 O 3 のより好ましい平均結晶粒径
は2〜10μmである。
【0015】MgO は、焼結中に生じる一部のAl2 O 3
異常な粒成長を抑制し、Al2 O 3 の結晶粒径を均一に
し、耐摩耗性や強度を向上させるとともに、ZrO 2 がAl
2 O 3の結晶粒内に取り込まれるのを抑制する作用をも
つ。MgO を共存させると、かかる現象を抑制することが
でき、このような作用を期待するためには、MgO を0.1
重量%以上含有することが好ましい。また、Al2 O 3
結晶粒成長を抑制する作用が強くなりすぎないように、
1重量%以下とすることが好ましい。
【0016】本発明では糸道ガイド表面のZrO 2 結晶粒
全体に対するAl2 O 3 結晶粒内に存在するZrO 2 結晶粒
の割合を2%以下とすることが必要である。2%を越え
るとZrO 2 結晶粒が表面に突起状に形成され、摩擦抵抗
の上昇を招く。2%以下とするためには、ZrO 2 の平均
結晶粒径を1.5 μm以上とすることが好ましい。
【0017】本発明では、糸条が糸道ガイドに接触する
位置における該糸道ガイド形状が1mm以上のRをなす
必要がある。Rは、該糸条が該糸道ガイドに接触する各
位置における該糸条を含む平面を仮想し、この平面で該
糸道ガイドを切断した場合の各位置における該糸道ガイ
ド表面のなす曲率のうち最小の曲率をいう。Rが1mm
未満の場合、糸条接触位置での局部的な摩耗が進行しや
すく、また糸道ガイドの表面粗さの局部的なばらつきが
糸条の張力変動を引き起こしやすくなり、糸切れやフィ
ラメント間の物性差が生じやすくなる。Rは好ましくは
3mm以上である。
【0018】糸道ガイドの形状は、使用目的によって適
宜選択することができ、棒ガイド、スリットガイド、ス
ネルガイドやその変形のドッグテイルガイドなど、アイ
レットガイド、パイプガイド、ローラガイドなど、いず
れも本発明に適用することができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。なお、実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。
【0020】A.平均結晶粒径 ガイド焼結体をダイヤモンド砥石で平面研削し、研削面
をダイヤモンドの研磨砥粒を使用して鏡面研磨した後に
エッチングし、エッチング面の顕微鏡写真上でランダム
に線を引き、その線にかかる粒の、線に平行な結晶粒の
最大長さを求め、単純平均して求めた。
【0021】B.結晶構造における正方晶の割合 ガイド焼結体を注意深く鏡面研磨し、X線回折法によっ
て分析したとき、2θ=30.2°付近に現れる正方晶
の(111)面の回折ピークの積分強度T(111)
と、2θ=28.2°付近に現れる単斜晶の(111)
面の回折ピークの積分強度M(111)と、2θ=3
1.5°付近に現れる単斜晶の(111)面の回折ピ
ークの積分強度M(111)とから、 {T(111)/[T(111)+M(111)+M
(111))]}×100 によって求めた。なお、1は−1を表す。
【0022】C.表面のZrO 2 結晶粒全体に対するAl2
O 3 結晶粒内に存在するZrO 2 結晶粒の割合 ガイド焼結体の表面の顕微鏡写真から、視野全体のZrO
2 の結晶粒の数Nと、Ai2 O 3 の結晶粒内に存在してい
るZrO 2 結晶粒の数Nzとを読取り、 (Nz/N)×100 によって求めた。
【0023】D.タルミ、毛羽の状況 糸速300m/分、張力0.1g/dの条件で、東レ製
毛羽計数装置DT−104、F形検出部を用いて、測定
時間55.6時間でのタルミ、毛羽数をカウントした。
カウントは最大99まで行った。測定は新作ガイドと、
経時変化後のガイドについて行った。経時変化は、酸化
チタンを5.0重量%含有するポリエチレンテレフタレ
ートを実施例と同一条件で100時間走行させることに
より促進させた。
【0024】実施例1 オルソクロロフェノール中25℃で測定した極限粘度
[η]が0.66の酸化チタンを0.05重量%含有す
るポリエチレンテレフタレートを溶融し、孔径0.20
mm、孔深度0.30mm、孔数24の口金1から、紡
糸温度290℃で吐出した。吐出した糸条は、図1に示
すように、冷却後、口金下2.0mに設置した長さ2.
5m、加熱温度200℃のホットチューブ2内で延伸熱
処理した後、給油ガイド3により給油、集束した。この
際、ホットチューブの入口ガイド1として図2に示すよ
うなアイレットガイドを用いた。図2はホットチューブ
入口部を拡大した縦断面図である。冷却された糸条は入
口ガイド1により糸道を規制されたホットチューブ2内
へ導かれる。糸条Yが入口ガイド1に接触する最初の位
置における入口ガイドの形状を表1に示す種々のRをな
すものとし、また内径を10mmとして実験を行った。
さらに交絡付与装置4により交絡を付与して、引取ロー
ラ5、6により4800m/分の速度で引取り、巻取機
7により巻き取った。
【0025】アイレットガイドは以下の方法により作製
した。平均粒径が0.5 μmで純度が99.8%であるAl2 O
3 粉末と、平均粒径が0.7 μmで純度が99.9%であるTi
O 2 と、平均粒径が0.3 μmで純度が99.99 %であるMg
O 粉末と、安定化剤としてY 2 O 3 を含む平均粒径0.7
μmのZrO 2 粉末とを、ボールミルを使用して種々の割
合で24時間、純水中で湿式混合した後、ポリビニルア
ルコールを加えて噴霧、造粒乾燥し、混合粉末を得た。
なお、ZrO 2 粉末はZrOCl 2 ・8H2 O の水溶液にYCl 3
の水溶液を添加して混合し、これにアンモニア水を加え
て水酸化物を共沈させ、共沈物を水洗し、乾燥した後、
1000℃で60分仮焼することによって用意した。
【0026】次に上記混合粉末を金型に充填し、100
0kgf/cm2 の圧力を加えて、成形体を得た。成形
体は大気中にて昇温速度を1000℃までは2℃/分、
それ以上では0.5℃/分で昇温し、2時間焼結した
後、5℃/分で冷却した。かくして得られた焼結体は
0.5μmのダイヤモンド研磨砥粒を使用してバフ研磨
した。
【0027】Al2 O 3 の平均結晶粒径、ZrO 2 の結晶構
造における正方晶の割合、ガイド表面におけるZrO 2
晶粒全体に対するAl2 O 3 結晶粒内に存在するZrO 2
晶粒の割合は、TiO 2 、MgO 、ZrO 2 中のY 2 O 3 の含
有量、および焼結温度を変更することにより得た。例え
ば実施例1ではTiO 2 、MgO 、ZrO 2 中のY 2 O 3 の含
有量は、それぞれ3.0 重量%、0.5 重量%、2.5 モル%
であり、焼結温度は1550℃である。
【0028】
【表1】 得られた繊維のタルミ、毛羽の状況を表1に示す。本発
明のNo1、7、9、10はタルミ、毛羽発生がなく良
好な繊維が得られた。一方、本発明の範囲を外れるNo
4、6は新作ガイドの段階で摩擦係数が高いためと思わ
れるタルミ、毛羽が多発した。また、No2、3、5、
8、11は、経時変化させることによりタルミ、毛羽が
多発するものであった。
【0029】
【発明の効果】熱可塑性重合体を溶融紡糸し冷却した後
の糸条の糸道を規制するに際し、極細品種や粒子を添加
しないか極少量添加する品種などにおいて、糸切れやフ
ィラメント間の物性差が生じるという問題を解決するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶融紡糸装置の概略図である。
【図2】ホットチューブ入口部の拡大図である。
【符号の説明】
1:入口ガイド 2:ホットチューブ 3:給油ガイド 4:交絡描付与装置 5:引取ローラ 6:引取ローラ 7:巻取機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−99605(JP,A) 特開 昭50−123920(JP,A) 特開 平4−243961(JP,A) 特公 昭59−24751(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01D 11/04 D01D 5/08 C04B 35/00 - 35/22 D01F 6/00 - 6/94

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性重合体を溶融紡糸した糸条をZrO
    2 を10〜40重量%含むAl2 O 3 を主成分とする糸道ガイ
    ドにより規制するに際し、該糸道ガイドのAl2 O 3 の平
    均結晶粒径が1.5 〜30μmであり、ZrO 2 の結晶構造に
    おける正方晶の割合が少なくとも50体積%であり、該糸
    道ガイド表面におけるZrO 2 結晶粒全体に対するAl2O
    3 結晶粒内に存在するZrO 2 結晶粒の割合が2%以下で
    あり、かつ該糸条が該糸道ガイドに接触する位置におけ
    る該糸道ガイド形状が1mm以上のRをなすことを特徴
    とする溶融紡糸方法。
  2. 【請求項2】油剤が付与されていない糸条の糸道を該糸
    道ガイドにより規制することを特徴とする請求項1記載
    の溶融紡糸方法。
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