JP3394523B2

JP3394523B2 - 重合体フィラメントを紡糸する方法

Info

Publication number: JP3394523B2
Application number: JP2000542508A
Authority: JP
Inventors: グレゴリーユージーンスウィート; ジョージバシラトス
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2003-04-07
Anticipated expiration: 2019-04-06
Also published as: BR9909596A; ID25819A; WO1999051799A1; KR100389668B1; TR200002892T2; KR20010042546A; WO1999051799A8; US6090485A; CN1296532A; CN1188552C; EP1070162A1; JP2002510754A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は、重合体フィラメントを紡糸する方法に関し、
詳しくは、フィラメントが加熱された溶融重合体から吐
出された後に、どのようにクエンチ（冷ま）されて、巻
き取られ、または他の方法で処理されるかに関する。

【０００２】（発明の背景）合成重合体フィラメントの多くは溶融紡糸される。すな
わち加熱溶融した重合体から、吐出法で溶融紡糸され
る。この方法は、ナイロンを発明した、Ｗ．Ｈ．Ｃａｒ
ｏｔｈｅｒｓの時代以来５０年以上にわたって行われて
きた。今日においては、溶融状態で吐出直後のフィラメ
ント流は、紡糸ノズルから吐出された後、硬化を促進す
るために冷却ガスの流れによって、「クエンチされ」、
巻き取られて連続フィラメントヤーンのパッケージにな
るか、もしくは他の方法で処理されて、たとえば、ステ
ープル化もしくは他の処理に供するための連続フィラメ
ントトウのような平行な連続フィラメントの束として集
められる。

【０００３】当技術分野におけるクエンチシステムは、
Ｂｒｏｗｎｌｅｙに与えられた英国特許第１０３４
１６６号および米国特許第３，３３６，６３４号に見ら
れる。英国特許第１０３４１６６Ａ号の図２にお
いては、実施例の前の２ページで論じられているよう
に、扉２２近辺の開口部を通しておよび穿孔された部分
２４を通して流入する空気が矢印で示されている。Ｂｒ
ｏｗｎｌｅｙによる引例は閉じたクエンチ装置を有せ
ず、フィラメントにより装置外の室内空気からどのくら
いの量のガスが吸入され、供給される冷却空気と共に管
状部を通過するかを知ることはできない。したがって、
管状部を通過するガスの速度を知ることはできず、また
ガスがフィラメント速度より低速で管状部から出るかど
うかも知ることができない。同様に米国特許第３，３３
６，６３４号では、紡糸筒１０の最上部から入る空気が
示されている。Ｄａｕｃｈｅｒｔに与えられた米国特許
第３，０６７，４５８号においては、限られた直径の管
状部すなわち漏斗状筒２６が図４に示されている。Ｄａ
ｕｃｈｅｒｔのクエンチ装置は閉じており、使用される
流量および漏斗状筒の直径の計算に基づいており、漏斗
状筒内のガス速度は巻き上げ速度より低速であると結論
づけることができる。しかしながら、Ｄａｕｃｈｅｒｔ
は漏斗状筒から出るフィラメント速度について、またフ
ィラメント速度が漏斗状筒から出るガス速度に比べて重
要かどうかも論じていない。したがって、本段で触れた
引例はどれも、ガスが加速されるがフィラメントの速度
よりは低速でガスが管状部から出るような管状部の寸法
および位置を制御することを開示していない。

【０００４】１９８０年代に、Ｖａｓｓｉｌａｔｏｓと
Ｓｚｅは重合体フィラメントの高速紡糸における重要な
改良を行い、これらの改良および改良されたフィラメン
トを、米国特許第４，６８７，６１０号（Ｖａｓｓｉｌ
ａｔｏｓ）、第４，６９１，００３等、５，０３４，１
８２号（ＳｚｅおよびＶａｓｓｉｌａｔｏｓ）および第
５，１４１，７００号（Ｓｚｅ）に開示した。これらの
特許は、ガスの管理技術を開示しており、このガス管理
技術においては、ガスは、吐出直後のフィラメントの周
囲を取り巻いて、これらフィラメントの温度および細化
断面形状を制御し、このガスの速度は、少なくともフィ
ラメント速度の１．５倍から１００倍であり、フィラメ
ントを引き出す効果を発揮する。

【０００５】帝人に与えられた日本特許第０３１８０
５０８号（帝人′５０８号）においては、紡糸ノズルか
ら直径縮小部分の距離の重要性について議論されてい
る。特に帝人′５０８号には、直径縮小部分の位置が蓋
部表面より８０ｃｍ未満であれば、糸条は紡糸中カット
時間に一体化して、取り扱い上の問題を起こしやすくな
ると記述されている。

【０００６】（発明の概要）従来技術とは異なり、出願人は、ガスがフィラメント速
度よりも低速で管状部を離脱するようにガスを加速する
ことによって、さらに管状部の最上部を紡糸ノズルの下
部８０ｃｍより短い距離に配置させることによって、取
り扱い上の問題を起こすことなく、改良された均一性を
有する糸条を生産できることを見いだした。さらに、こ
のような方法を用いることにより、糸条速度の増大に対
応して起こりがちな伸度の減少、または延伸張力の増大
を起こすことなく、糸条の巻き取り速度を上げることが
できることを見いだした。

【０００７】したがって、本発明に従えば、紡糸ノズル
中の加熱溶融重合体から最低５００ｍ／分の表面速度で
回転しているロールへの経路において、重合体を連続フ
ィラメントとして溶融紡糸する方法が提供される。冷却
ガスは、紡糸ノズル下の領域における吐出直後の溶融フ
ィラメントに対して送られる。フィラメントと冷却ガス
は、ともに、フィラメントが冷却する過程において、フ
ィラメントを取り囲む特定の寸法を有する管状部を通っ
て、前記領域を通過する。管状部の最上部は、紡糸ノズ
ル下部８０ｃｍ、好まいくは６４ｃｍより短い距離に配
置される。この管状部の寸法と位置およびガス量は、ガ
スが加速されるもののフィラメントの速度より低速で管
状部を離脱するように、制御される。

【０００８】（好ましい実施形態の詳細な説明）本発明に従えば、重合体の連続フィラメントを溶融紡糸
する方法が提供される。前記「フィラメント」という用
語は、本明細書においては総称として使用され、必ずし
もカットファイバー（しばしばステープルと称される）
を除外するものではない。とはいえ、合成重合体は、一
般に溶融紡糸（吐出法）される場合、最初は重合体の連
続フィラメントの形で得られるものである。本発明は、
ポリエステルフィラメントに限定されるものではなく他
の重合体、ほんの数例を挙げると、ポリアミドたとえば
ナイロン６６およびナイロン６、ポリオレフィンたとえ
ばポリプロピレンおよびポリエチレン、および共重合
体、混合重合体、ブレンド重合体および鎖状分岐重合体
（ｃｈａｉｎ−ｂｒａｎｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｓ）の
ような重合体に応用することができる。

【０００９】対照例として用いたクエンチシステムおよ
び方法について、図１を参照して記述する。図１のクエ
ンチシステムは、米国特許第４，６８７，６１０号にお
いてＶａｓｓｉｌａｔｏｓが示唆した方法の変形であ
る。図１のクエンチシステムは、ハウジング５０を有し
ており、ハウジング５０はその外壁５１の内部に作成さ
れている導入導管５４を通して導入される加圧冷却ガス
が供給されているチェンバ５２を構成している。チェン
バ５２は、底部壁５３を有しており、この底部壁５３
は、チェンバ５２の下部で、円筒状クエンチスクリーン
システム５５の下部において、内壁６６に取り付けられ
ており、前記円筒状クエンチスクリーンシステムはチェ
ンバ５２の上部の内表面を定めている。この円筒状クエ
ンチスクリーンシステムを通して、加圧冷却ガスが、チ
ェンバ５２から紡糸ノズル面１７の下部領域１８内へ導
入される。その領域１８をいまだに溶融状態のフィラメ
ント２０の束が通過する。この時のフィラメント２０
は、加熱されたスピンパック１６内で加熱溶融状態であ
ったものから紡糸ノズル面１７に空けられたノズル孔
（不図示）を通して吐出された直後のものであり、前記
ノズル面１７は、ハウジング５０に対して中央に配置さ
れ、その上にハウジング５０が接している（スピンパッ
ク１６の）表面１６ａから引っ込んでいる。フィラメン
ト２０は、クエンチシステムの領域１８からフィラメン
トを包囲する内壁６６によって形成されている管状部を
連続して通り、引き込みロール３４へ落下する。このロ
ール３４の表面速度は、フィラメント２０の巻き取り速
度に設定されている。

【００１０】以下の寸法は図１において示されており、
たとえば表１から９におけるように従来の放射状冷却法
の対照例として示されている。

【００１１】Ａ−クエンチ遅延の高さ。表面１６ａの上
部での紡糸ノズル表面１７の高さ。

【００１２】Ｂ−クエンチスクリーンの高さ。円筒状ク
エンチスクリーンシステム５５の高さ。（表面１６ａか
ら内壁６６の最上部まで）および

【００１３】Ｃ−管状部の高さ。円筒状クエンチスクリ
ーンシステム５５の底部を通った後フィラメント２０が
ハウジング５０の底部５３の下を通過するまでにフィラ
メント２０を包囲する内壁６６の高さ。

【００１４】これで分かると思うが、対照例として使用
する方法における紡糸ノズル面から出口までの合計高さ
は、Ａ＋Ｂ＋Ｃである。

【００１５】本発明に従う好ましいクエンチシステムお
よび方法は、図２を参照して説明するが、図２におい
て、図１の構成要素と同一構成要素には同一符号を、す
なわち、加熱されたスピンパック１６、ハウジング５０
に取り付けられているスピンパックの表面１６ａ、紡糸
ノズル表面１７、領域１８、フィラメント２０、引き込
みロール３４、ハウジング５０の外壁５１、チェンバ５
２、底部壁５３、導管５４、円筒状クエンチスクリーン
システム５５と、付している。しかしながら、円筒状ク
エンチスクリーンシステム５５の下部においては、本発
明のクエンチシステムおよび方法は、図１および上述の
対照例とは異なっている。下部においては、フィラメン
トは円筒状クエンチスクリーンシステム５５と等しい内
径の短い管状部７１を効果的に通過して、より狭い内径
の管状部７３に導入する前に、好ましくはテーパーのつ
いた部分７２を通過する。この構成部品の寸法は、フィ
ラメント２０が管状部７３に入るにつれて細くしぼら
れ、導管５４に導入され管状部７３からフィラメント２
０とともに出る冷却ガスの量を考慮に入れて、管状部７
３を出るガスの速度が管状部７３を出るフィラメント２
０の速度よりも低速になるようになされる。フィラメン
ト２０は管状部７３を出る前にすでに硬化していること
が好ましく、このような場合はフィラメント２０が管状
部７３を出るとき、その速度はすでにロール３４におけ
る巻き取り速度と同速になっている。

【００１６】図１に示されているように上述の高さ寸法
ＡおよびＢに加えて、表１から９は図２のためのリスト
を示す。

【００１７】Ｃ₁−連結管状部の高さ。短い管状部７１
の高さ。または、

【００１８】Ｃ₂−連結テーパー部の高さ。テーパー部
７２の高さ。または、

【００１９】Ｃ₃−管状部の高さ。この例では、冷却ガ
スが領域１８から離脱する際に加速を起こすための特定
の内径を持つ管状部７３の高さ。

【００２０】これで分かると思うが、本発明の糸条を製
造するために使用される方法の紡糸ノズル（表面）から
管状部出口までの合計高さは、Ａ＋Ｂ＋Ｃ₁＋Ｃ₂＋Ｃ₃
である。

【００２１】図１および図２に示すように、フィラメン
ト２０は、クエンチシステムを出た後、続いて、ドライ
ブロール３４へ降下する。ドライブロール３４は、加熱
された紡糸ノズルからの経路において、フィラメント２
０をロール３４での速度がドライブロール３４の表面速
度と同一に（スリップを考慮しないで）なるように、フ
ィラメント２０を引っ張る。この速度は巻き取り速度と
して知られている。従来の技術では（図には示されてい
ないが）糸条としてロール３４に達する前に、固形フィ
ラメント２０には後処理が施される。この段階では、種
々の巻き取り法が使用される。Ｋｎｏｘによる米国特許
第４，１５６，０７１号に示されているように、連続フ
ィラメント糸条に対しては、インターレース法を使用し
た３ロール巻き取り法が好ましい。もしくは、たとえ
ば、糸条がインターレースされ、その後、図１の３４で
示される第１ドライブロール上でパッケージとして巻き
取られるゴデットレスシステム、もしくは、たとえばフ
ィラメントがインターレースされることなしに、また巻
き上げられることなしに並行する連続フィラメントの束
として通され、トウとして処理されるような、通常複数
の束が合体されトウ処理に供される方法が好ましい。

【００２２】図３については、本発明に従う例として一
台のディフューザー内に８個のクエンチシステムがある
概略配置が示されている。種々の構成要素が本発明のシ
ステムの左に順番に示されている。図２を参照すると
（そして、実施例中の表においても）、「クエンチ遅延
部」は紡糸ノズル表面１７と表面１６ａ間の「クエンチ
遅延高さＡ」を示し、「スクリーン管状部」は円筒状ク
エンチスクリーンシステム５５の底部と短い管状部７１
の下に延びる「クエンチスクリーン高さＢ」を示し、
「スリーブ」はテーパーのついた部分７２の最上部に向
かって下向きに延びる「連結管状部の高さ（Ｃ₁）」を
示し、「コーン部」はより小口径の管状部７３の最上部
に下向きに延びる「転結６０゜テーパーの高さ
（Ｃ₂）」を示し、さらに、「管状部」は小口径の管状
部７３そのものの「管状部の高さ（Ｃ₃）」を示す。
「管状部」は、右部において、システムに対して持ち上
げられた状態になって調整できるように示されており、
この管状部は、位置を制御する手段を提供していること
は注目されるべきである。また、異なった寸法を有する
管状部に交換することも可能であり、かつ／または、ク
エンチ条件を調節するために、およびガス速度が加速さ
れるもののフィラメントの速度より低速に加速すること
を確実にするために、（共通の「空気導入部」を通して
導入される）冷却ガスの量および／または温度を調節す
ることができる。

【００２３】本発明のシステムおよび方法は、フィラメ
ントの巻き取り速度の約１／４から１／２の速度の加速
されたガスで操作されることができる。管状部を通るガ
ス速度は供給するガスの容量と管状部の断面積から容易
に計算が可能であり、フィラメントの巻き取り速度は管
状部を出るフィラメントの速度よりも容易に測定するこ
とができる。フィラメントがフィラメントより低速で管
状部を出るガスとともに管状部を出るに際して、すでに
巻き取り速度またはその近くの速度であることが好まし
いため、管状部を出る前にフィラメントは硬化している
ことが好ましい。ガスとフィラメントの相対速度は、求
める結果によって異なり、たとえばフィラメント速度の
約２０％から約６０％、もしくは９０％までさえも、も
しくは必要とあれば９５％までも変化させることができ
る。しかし、発明者らは、これまでの技術の示唆とは異
なり、ガスとフィラメントの双方がクエンチシステムの
底部より現れるに際し、ガス速度をフィラメント速度よ
りも速くすることを、避けることが重要であることを見
いだした。

【００２４】本発明によれば、このようにして、冷却ガ
スは、最初に、吐出直後のフィラメントが毛細管を通っ
て紡糸ノズルから溶融状態で分離された流れとして現れ
る紡糸ノズル下の領域に、送られる。冷却ガスの導入は
種々の方法で実施されることができる。たとえば、冷却
ガスを導入する従来の方法または新たな方法を考案する
こともできる。どのような方法が採用されても、冷却ガ
スは、前記領域に、紡糸ノズルから低速で離れて移動し
始めるフィラメントの動きの方向へ、比較的低速で導入
されることが適当である。この領域の断面積は、従来は
吐出直後のフィラメントの配列の断面積よりも比較的大
きいものであった。しかしながら、本発明によれば、前
記領域を出るためには、冷却ガスは特定の断面積（前記
領域の断面積よりも小さい）を持つ管状部に入らなけれ
ばならず、そのためガスは管状部に入り通過するにつれ
て加速されなければならない。このため、冷却ガスはフ
ィラメントの配列の内部に入るよう強制され、そのこと
でフィラメントに対するガスの冷却効果が向上すると、
信じられる。

【００２５】管状部に対してテーパーのついた導入部を
提供することが好ましい。管状部に対して、適度にテー
パーのついた導入部を設けることで冷却ガスの加速が円
滑に行われ、糸長方向で均一性を損なうことにつながる
ことのある乱流を避けられるものと信じられる。管状部
へのテーパーのついた導入部は、テーパー角度が３０
゜、４５゜、６０゜のものが使用されたが、最適テーパ
ー角度は種々の要因の組み合わせに依存する。１インチ
（２．５ｃｍ）の直径を有する管状部が実際に非常に有
用であることが見いだされた。１．２５インチ（３．２
ｃｍ）の直径を有する管状部もまた効果的であった。管
状部の最上部は紡糸ノズルから遠距離すぎないように配
置されることが好ましい。管状部の最上部は紡糸ノズル
の表面から８０ｃｍまたはそれより短い距離に配置され
るべきであり、紡糸ノズルの表面から６４ｃｍまたはそ
れより短い距離に配置されることが好ましい。このよう
に、ここで議論されたように、Ａ＋Ｂ＋Ｃ₁＋Ｃ₂の高さ
は、８０ｃｍより短距離で、またさらに６４ｃｍより短
距離であることが好ましい。

【００２６】本発明は、円状配列のフィラメントを包囲
するクエンチシステムに限定されるものではなく、より
広く適用することができる。たとえば、紡糸ノズル下の
領域で適切な方法で配置された配列の吐出直後の溶融フ
ィラメントに対して冷却ガスを送る適切なクエンチシス
テムに適用することができる。さらに、特定の寸法を持
つ管状部の形状は、円筒状断面を持つだけではなく、特
に円状配列ではないのフィラメントが吐出される場合に
は変更することができる。たとえば、長方形、正方形、
楕円形その他の断面が使用できる。このような管状部の
断面は、供給される冷却ガスの量に関連して、冷却ガス
の速度を計算するに際して重要である。

【００２７】冷却ガスは空気であることが好ましく、特
にポリエステルを取り扱う場合はそうである。それは空
気が他のガスに比べて安価であるからであるが、他のガ
ス、たとえば水蒸気もしくは不活性ガスを使用すること
もできる。

【００２８】本発明の方法を用いれば、付随して発生す
る伸度（Ｅ_B）の減少もしくは延伸張力の増大を招くこ
となく、均一性を改良することおよび／または糸条の巻
き取り速度を高速化することができる。デニール分布
（ＤＳ）は、本願明細書において改良された均一性を示
すために用いられる。デニール分布は、糸条の糸長方向
の不均一性の尺度であり、糸条に沿って一定間隔で測定
された重量のばらつきから計算される。破断伸度は、破
断に至るまでに糸条を延伸することができる限度の尺度
であり、米国特許第５０６６４４７号に記述されている
ように元の長さに対する百分率で測定される。

【００２９】このようにして本発明に従って、破断伸度
が約１００％もしくはそれより大きいポリエチレンテレ
フタレート連続糸条か生産される。この糸条は２５から
１５０の範囲の単糸を含む。この糸条のデニール分布は
以下の式で与えられる。

【００３０】デニール分布％≦０．１１（デニール／単糸）＋０．７６（１）この式（式（１））は、単糸デニールが４．０より小さ
い（単糸が４．５ｄｔｅｘより小さい）場合に成立す
る。

【００３１】図４は、以下の本発明実施例に従う本発明
の糸条における、単糸デニールに対するデニール分布を
表示したものであり、同様のデニールおよびフィラメン
ト数の従来技術糸条も表示している。

【００３２】本発明の糸条は、少なくとも２５％の沸水
収縮率（ＢＯＳ）を有することが好ましい。沸水収縮率
は糸条のタイプを定量的に表現するものであり、当該技
術分野で従来用いられてきた方法で測定される。

【００３３】本発明は、以下の実施例においてさらに例
示される。実施例において関係する糸物性の多くは、従
来の強度および収縮物性であり、一般のおよび／または
引用された従来技術に記述されている方法で測定され
る。相対粘度は本明細書において「ＬＲＶ」と称され、
８０ｍｇの重合体を１０ｍｌの溶剤に溶解した溶液の粘
度の溶剤のみの粘度に対する比率である。本明細書でＬ
ＲＶ測定に使用される溶剤は、１００ｐｐｍの硫酸を含
有するヘキサフルオロイソプロパノールであり、Ｂｒｏ
ａｄｄｕｓの米国特許第５，１０４，７２５号およびＤ
ｕｎｃａｎの米国科学用計測器研究協会Ｈ１２７５に記
載されている方法で２５℃で測定される。

【００３４】デニール分布（ＤＳ）は本明細書において
は以下のように定義され、測定される。すなわち、糸条
をコンデンサ間隙を通過させ、その間隙中のある瞬間に
おける質量に応答するよにする場合の質量として定義さ
れる。試験資料は、電子的に８箇所の３０ｍの複領域に
分割され０．５ｍごとに測定する。８複領域間内で最大
値と最小値の差が平均される。本明細書においてデニー
ル分布（ＤＳ）は、２４０ｍ全体の糸条に対して、平均
値で差の平均を除した百分率で記録される。試験は、Ｌ
ｅｎｚｉｎｇＴｅｃｈｎｉｋ社、Ｌｅｎｚｉｎｇ、オ
ーストリア、Ａ−４８６０で入手可能な機器ＡＣＷ４０
０／ＤＶＡ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｕｔａｎｄＷ
ｅｉｇｈ／ＤｅｎｉｅｒＶａｒｉａｔｉｏｎＡｃｃ
ｅｓｓｏｒｙ）で実施できる。

【００３５】延伸張力はグラムで表示し、延伸比１．７
倍、ヒーター温度１８０℃で測定した。延伸張力は配向
性の尺度であり、捲縮時のフィード糸条にとって特に重
要な要件である。延伸張力は、ＬｅｎｚｉｎｇＴｅｃ
ｈｎｉｋ社より入手可能なＤＴＩ４００Ｄｒａｗ
ＴｅｎｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔで測定すること
ができる。通常は、巻き取り速度が高速化すると延伸張
力の増大および伸度の低下を伴い、好ましくない場合が
ある。しかしながら本発明で以下の実施例に示されてい
るように、延伸張力の増大もしくは伸度の低下を伴うこ
となしに、巻き取り速度の高速化を達成した。

【００３６】実施例には、同様にして行ったが本発明に
従わない対照実験との比較を提供した。たとえ、空気速
度が、常に対応する対照例の実験における空気速度より
大幅に高速であるとはいえ、各表で見ることができるよ
うに、本発明に従う以下の各実施例において、管状部を
ともに出るときの空気速度はフィラメントの速度より常
に相当に低速であった信じられる。

【００３７】実施例１２１．５ＬＲＶのポリエチレンテレフタレートから２
９７℃で、１２７デニール−３４フィラメントで円形断
面形状のポリエステル糸条（表１参照）を、前記記述お
よび図２を参照して説明したようなクエンチシステムを
使用して、紡糸した。該当する処理の諸パラメータは表
１に示されており、得られた糸条の諸パラメータも表１
に示されている。クエンチスクリーン５５の内径は３イ
ンチ（７．５ｃｍ）、その下部に高さＣ₂のテーパー部
７２があり、これは表１において「連結３０゜のテーパ
ー高さ」として表現されており、特定の内径１インチ
（２．５ｃｍ）および高さＣ₃の管状部７３へ連結され
ている。「３０゜テーパー」とは、テーパー部で３０゜
の角度を含むことを意味し、すなわちテーパーの表面は
垂直に対して１５゜の角度で傾いていることを意味す
る。この構造は管状部７３の導入部、紡糸ノズル面１７
から１３．６インチ（３４．５ｃｍ）に位置する。

【００３８】比較として、対照糸条「Ａ」を、同様の重
合体を使用し、前述のおよび図１に関連して図示されて
いるクエンチシステムを使用して、２９５℃で紡糸し
た。該当する処理および結果として得られた糸条の諸パ
ラメータが表１に示されている。この対照糸条「Ａ」に
ついて、クエンチスクリーン５５の内径は３インチ
（７．６ｃｍ）であり、排気出口６６は、２．７５イン
チ（７．０ｃｍ）がそれに続くものである。従って、管
状部から離脱する空気速度は本発明に従う離脱空気より
も大幅に低速であった。

【００３９】３４．９立方フィート／分（１６．５リッ
トル／秒）の冷却空気が実施例１で使用されたのに対
し、対照例「Ａ」に対しては、４３．５立方フィート／
分（２０．５リットル／秒）が使用された。空気は初期
段階では室温であった。

【００４０】第２の対照糸条「Ｂ」は、重合体を使用
し、２８９℃において、クロスフロー（横流）クエンチ
システムを使用し、６糸条につき１２７８立方フィート
／分（６０３リットル／秒）を、長さ４７．２インチ
（１１９．９ｃｍ）幅３２．７インチ（８３．１ｃｍ）
のディフューズスクリーン（diffusing screen）を通し
て、断面積１５４３ｉｎ²（９９５５ｃｍ²）で供給して
紡糸した。

【００４１】

【表１】

【００４２】実施例１の糸条は、従来の放射状（ラジア
ル）またはクロスフロー冷却の対照例「Ａ」または
「Ｂ」のどれよりも驚くほど極めて優秀な（低い）デニ
ール分布を有しており、それは、対照例「Ａ」および対
照例「Ｂ」が１．６０％および１．４５％であるのに対
して１．０９％であり、おのおの３２％および２５％低
かった。これは極めて改良された糸条製品であり、デニ
ール分布は上述の式（１）に従い、図４の情報から導か
れた値を有することが示されている。

【００４３】本発明により、両対照例の糸条に対して比
較できる、実施例の糸条の他の物性（すなわち延伸張
力、強度、破断伸度）が得られた。実施例１の糸条は、
対照例「Ａ」および対照例「Ｂ」よりもそれぞれ１９％
および２８％高速の巻き取り速度で紡糸されたにもかか
わらず（３２６５ｍ／分および３０２５ｍ／分に対して
３８８６ｍ／分）デニール分布の改良が達成された。し
かしながら、もし他の対照糸条が従来の放射状またはク
ロスフロークエンチシステムの一方を使用して、実施例
１の巻き取り速度（３８８６ｍ／分）で紡糸されたとす
るならば、この対照糸条の延伸張力は増大し、１００ｇ
を超え、糸条の延伸性に限度が出てくるであろう。

【００４４】本発明に従う実施例１において特定の直径
（１インチの直径）の管状部を使用することにより、冷
却ガスの速度は、本発明に従えば、（対照例「Ａ」の）
３２１ｍ／分から６倍の１９５２ｍ／分に増大した。し
かしながら、この高速の空気速度は、フィラメントの巻
き取り速度の５０％にすぎないものであった。

【００４５】実施例２同様な１１５フィラメント−３４フィラメント、円形断
面形状の細単糸ポリエステル糸条を、実施例１と同じク
エンチシステムを使用して、紡糸した。諸パラメータは
表２に示されている。米国特許第４５２９３６８号（Ｍ
ａｋａｎｓｉ）に記述されているような管状の遅延装置
を使用した従来の放射状（ラジアル）および変形クロス
フロークエンチシステムを用いた対照糸条が同様に紡糸
された。諸パラメータが表２に示されている。

【００４６】実施例２においては、３４．９立方フィー
ト／分（１６．５リットル／秒）の冷却空気を使用し、
それに対し、対照例「Ａ」では、（４１．１立方フィー
ト／分１９．４リットル／秒）および、対照例「Ｂ」で
は、５２．５立方フィート／分（２４．８リットル／
秒）を、１糸条に対して使用した。対照例「Ｂ」のクロ
スフロークエンチシステムは、幅２．７５インチ（７．
０ｃｍ）長さ３０インチ（７６．２ｃｍ）の寸法のディ
フュージングスクリーンを有する８区間のセルで構成さ
れている。

【００４７】

【表２】

【００４８】実施例２においてもまた、糸長方向デニー
ル均一性において極めて大きな改善が達成され、１．４
４％および１．４３％に対して１．０５％（それぞれ対
照例「Ａ」および「Ｂ」より２７％低い）と低デニール
分布が達成され、実施例のデニール分布値は図４の単糸
デニールに対するデニール分布の式から得られる値より
も低いものになっている。実施例２は同等の延伸張力、
強度、破断伸度を持つものとして紡糸したものである
が、極めて高い巻き取り速度、すなわち対照例に比べて
１８から２０％高い３７３０ｍ／分で、紡糸した。ここ
においても、冷却空気の速度は、実施例２において、冷
却空気をクエンチスクリーンの１／３の直径である特定
の直径の管状部を通して通過させることにより、ほぼ６
倍の１９５２ｍ／分（対照例「Ａ」の管状部空気速度３
０３ｍ／分に対して）まで、加速された。これでも、い
まだに、この空気速度は巻き取り速度のほぼ５２％であ
る。

【００４９】実施例３１１０フィラメント−３４フィラメント、三角異型断面
形状の細単糸ポリエステル糸条（表３参照）を、前述の
および図２に示されたクエンチシステムを使用して、紡
糸した。諸パラメータは本実施例３の表３に示されてお
り、また放射状冷却の対照糸条についても同様である。
実施例３において、重合体より２９７℃にて紡糸し、こ
れに対して対照例は、ポリマーから２９６℃で紡糸し
た。

【００５０】本実施例では、糸条を３２．０立方フィー
ト／分（１５．１リットル／秒）を使用して冷却し、対
照例では、３０．０立方フィート／分（１４．２リット
ル／秒）を使用した。両方の場合において、冷却空気は
ほぼ室温（２１℃、７０゜Ｆ）であった。

【００５１】

【表３】

【００５２】実施例３においては、糸長方向の均一性に
おいて極めて大きな改良が達成され、デニール分布が対
照糸条では１．４９％であったのに対し、０．９１％と
３９％低いものであった。本実施例のデニール分布は図
４における式を使用して計算される値より低いものであ
る。実施例３では、対照例と同等の延伸張力、強度、破
断伸度をもつものが紡糸されたが、巻き取り速度が１
１．６％高い状態で（３３４２ｍ／分に対して３７３１
ｍ／分）行われたものである。冷却空気速度は、空気お
よびフィラメントを特定の直径の管状部を通して通過さ
せることにより、対照例よりも８倍まで高速化され、本
実施例の空気速度は巻き取り速度の４８％であった。

【００５３】実施例４１１５デニール−１００フィラメントの極細単糸デニー
ルのポリエステル糸条を、表４に示されているように、
既出の実施例と同じクエンチシステムを使用して、紡糸
し、それと対照糸条を比較として紡糸した。

【００５４】実施例４においては、２３．５立方フィー
ト／分（１１．１リットル／秒）の冷却空気を使用し、
対照例では、２７．２立方フィート／分（１２．８リッ
トル／分）を使用した。ここで、空気は初期状態で室温
（２１℃、７０℃）であった。

【００５５】

【表４】

【００５６】実施例４では、糸長方向均一性における極
めて大きな改良を示し、デニール分布が１．０８％に対
して０．８７％（実施例４では対照例より１９％低い）
と低いものであった。本実施例のデニール分布の値は、
図４における式から得られる値より低いものである。実
施例４の延伸張力、強度、破断伸度は対照糸条と同等の
ものであるが、実施例４では２０％高速の巻き取り素度
で紡糸されたものである（２７４３ｍ／分に対して３２
８３ｍ／分）。本実施例における冷却空気の速度は対照
例の６倍（２０１ｍ／分に対して１３１６ｍ／分）であ
るが、それでも本実施例の巻き取り速度の４０％（３２
８３ｍ／分に対して１３１６ｍ／分）であった。

【００５７】実施例５１７０デニール（１８９ｄｔｘ）−１３６フィラメント
のポリエステル糸条を、前述されおよび図２で説明され
ているクエンチシステムを使用して、紡糸した。諸パラ
メータが表５に示されており、比較として対照糸条を図
１に説明されている放射状冷却を使用して紡糸した。実
施例５においては、フィラメントは２１．５ＬＲＶの重
合体を使用し、２９８℃で紡糸し、対照糸条は同じ重合
体を使用し、２９６．５℃で紡糸した。高い重合体温度
にもかかわらず、実施例５では１９．１立方フィート／
分（９．０リットル秒）の冷却空気（２１℃、７０゜
Ｆ）を使用し、対照糸条に用いた２６．２立方フィート
／分（１２．４リットル／分）の７３％を使用したのみ
であった。

【００５８】

【表５】

【００５９】実施例５においては、クエンチ遅延高さＡ
は、前述の実施例において使用した３．９インチ（９．
９ｃｍ）に比べて、２．６インチ（６．６ｃｍ）と短縮
した。

【００６０】実施例５においては、均一性において極め
て大きい改良が達成され、１．１２％に対して０．８５
％と低いデニール分布を有する一方、糸条の破断伸度は
１４５％を保ち、そのため１７０デニール１３６フィラ
メントの糸条は１００デニールまで、すなわちフィラメ
ントあたり１デニールよりも細いフィラメントまで（す
なわち、「サブデニール」まで）延伸可能であった。こ
のフィラメントあたり極細デニールの糸条の均一性の改
良は、２５４２ヤード／分（２３２３ｍ／分）よりも１
７．６％高い２９９０ヤード／分（２７３３ｍ／分）の
極めて高速の巻き取り速度で紡糸することで達成され
た。空気速度は、特定の直径の管状部を通して空気とフ
ィラメントを通過させることで標準の放射状冷却法の５
倍から６倍に増大されたが、この空気速度はそれでもフ
ィラメントの巻き取り速度の約３６％にすぎないもので
あった。実施例５のデニール分布は、図４と式で得られ
るものより低く、これは既存の放射状冷却構造を使用し
て紡糸された１７０デニール−１３６フィラメントの対
照糸条のデニール分布とともに、図４に示されている。
この均一性の改良は、約７３％の容量にすぎない冷却空
気によって達成されたものである。

【００６１】実施例６１１５デニール（１２８ｄｔｘ）−１３６フィラメント
のポリエステル糸条（表６参照）、すなわちサブデニー
ルフィラメントより構成された糸条を、前述のおよび図
２において説明されたクエンチシステムを使用して、紡
糸した。本実施例６の表６に諸パラメーターを示す。比
較として、１１５デニール−１３６フィラメントの対照
糸条を図１で説明されているような放射状冷却装置を使
用して紡糸した。実施例６において、フィラメントはＬ
ＲＶ２１．５を持つ重合体をから重合体温度３０４℃で
紡糸し、対照糸条は同じＬＲＶの重合体から２９５．５
℃で紡糸した。

【００６２】

【表６】

【００６３】実施例６の糸条は、１１％高速の巻き取り
速度と処理量で、また高温の紡糸温度で生産されたにも
かかわらず、より少量の（２１℃、７０゜Ｆ）冷却空
気、すなわち対照例の各糸条に対して２６．２立方フィ
ート／分（１２．４リットル／秒）を使用したのに比
べ、実施例６では１９．１立方フィート／分（９．０リ
ットル／秒）を使用した。実施例６のサブデニール糸条
は、このような細単糸デニール糸条としては極めて良好
な均一性を有し、対照糸条における１．０２％のデニー
ル分布に比べて、デニール分布は０．７９％にすぎない
ものであった。実施例６のデニール分布は、図４の式か
ら得られる値より小さいものであり、既存の放射状冷却
装置を使用した１１５デニール−１３６フィラメントの
対照糸条のデニール分布とともに、図４に示されてい
る。生産速度を上げ、７３％の容量の冷却空気を使用し
たのみであるにもかかわらず、このサブデニール糸条で
２３％改良された均一性が達成された。

【００６４】実施例７１２５デニール−３４フィラメントのポリエステル糸条
（表７参照）を、前述のおよび図２で説明されたクエン
チシステムを使用して、２１．９のＬＲＶを持つポリエ
チレンテレフタレート重合体から２９２℃で紡糸した。
関係する処理パラメータが表７に、および得られた糸条
の諸パラメータも表７に示されている。クエンチスクリ
ーン５５の内径は３インチ（７．５ｃｍ）で、その下部
に同じ内径および高さＣ₁の連結管状部７１が連結さ
れ、さらにその下部に高さＣ₂のテーパー部７２が連結
されており、「連結６０゜テーパー高さ」と表７で称さ
れており、特定の内径１インチ（２．５ｃｍ）、高さＣ
₃の管状部７３に連結されている。「６０゜テーパー」
とは、テーパー部で角度６０゜を含むことを意味し、す
なわちテーパーの表面は垂直に対して３０゜の角度で傾
いていることを意味する。

【００６５】比較として、対照糸条もまた同じ重合体か
ら２９２℃で、前述のおよび図１で説明されたクエンチ
システムを使用して紡糸した。関係する処理および得ら
れた糸条の諸パラメータもまた比較として表７に示され
ている。この対照糸条に対して、クエンチスクリーン５
５およびスクリーン下部の管状部６６の内径は３インチ
（７．５ｃｍ）であり、すなわちクエンチスクリーン下
の特定の直径の管状部は使用されず、したがって管状部
から出てくる空気速度は本実施例における空気よりも大
幅に低速である。

【００６６】実施例７においては、同じ量の冷却空気３
０立方フィート／分（１４リットル／秒）を使用し、対
照例に対しても同様である。空気の初期温度は室温であ
った。

【００６７】

【表７】

【００６８】実施例７の糸条は、対照例が１．４３％で
あるのに対して１．１５％と（対照例は１．１５％より
２０％以上高い）極めて良好な（低い）デニール分布を
有していたことは注目すべきである。これは、本発明を
使用することから得られる極めて重要な利点である。双
方の糸条が他の物性では同等であることが判明した。実
施例７の糸条は、２０％より高速（３２９０ｍ／分に対
して４０１５ｍ／分）の巻き取り速度で紡糸したにもか
かわらず、デニール分布の改良が達成された。しかしな
がら、他の対照糸条が、同じクエンチシステムを使用し
て実施例７で使用された巻き取り速度（４０１５ｍ／
分）で紡糸した場合、この対照糸条の延伸張力は１５０
ｇを超えて増大した。

【００６９】本発明に従う実施例７において、特定の直
径（１インチの直径にすぎない）の管状部で同じ容量の
冷却空気を使用することにより、本発明に従えば冷却空
気の速度は、２００ｍ／分（対照例において）より低い
速度の約９倍のほぼ１７００ｍ／分まで加速された。し
かしこの高速の空気速度もフィラメントの巻き取り速度
のほぼ４０％にすぎなかった。

【００７０】実施例８同様のポリエステル糸条ではあるが太デニール（２６０
デニール−３４フィラメント）のポリエステル糸条を、
実施例７とある程度同様のクエンチシステムを使用し
て、紡糸した。本実施例８および比較のために対照例の
糸条の諸パラメータが表８に示されている。実施例８に
おいて、フィラメントは、同様の重合体より２９６℃で
紡糸したが、一方、対照糸条は重合体より２９３℃で紡
糸した。各糸条に対して３５立方フィート／分（１６リ
ットル／秒）の冷却空気を使用した。

【００７１】

【表８】

【００７２】実施例８においてもまた、同等の延伸張力
を有し、３５７０ｍ／分より２５％以上高い４５３０ｍ
／分の極めて高速の巻き取り速度で、均一性において極
めて大きな改良、すなわち、デニール分布において４．
７２％（約６５％高い）に対して低い２．８５％が達成
された。また、冷却空気の速度は、フィラメントと冷却
空気を、クエンチスクリーン（対照例において使用され
た下部管状部の直径で、クエンチスクリーンと同じ直
径）の１／３の直径の、特定の直径を持つ管状部を通し
て通過させることにより、対照例の２１８ｍ／分から、
実施例８においては１９６０ｍ／分へ約９倍加速され
た。

【００７３】実施例９１７０デニール−２００フィラメントの糸条（表９参
照）すなわちサブデニール糸条を、本発明に従って、紡
糸した。また、比較として、表９に示す以外は基本的に
は実施例７に従う対照糸条を紡糸した。実施例９におい
ては、管状部７３の最小部は、クエンチスクリーンの底
部に配置した。すなわち、連結するフレア部（広がり
部）を使用しなかった。（使用することにより、より結
果が得られることが信じられた）。

【００７４】

【表９】

【００７５】実施例９においてもまた、均一性において
極めて大幅な改良すなわち、５．２６％（１．１３％の
４倍より大きい）に比べて１．１３％と低いデニール分
布が達成され、延伸張力はやや良好で、実施例９におけ
る巻き取り速度は、対照糸条の巻き取り速度２５６０ｍ
／分より２０％より高い速度の３１３０ｍ／分が達成さ
れた。さらに別の対照糸条を、同じ対照例クエンチシス
テムを使用して、紡糸したが、実施例９で使用した巻き
取り速度（３１３０ｍ／分）では、この対照糸条の延伸
張力は１７０ｇを超えて増大した。

【００７６】上述の実施例に加えて、示唆されたクエン
チシステムおよび他の方法で重合体フィラメントを他の
実験で紡糸した。以下の事柄は、ある限定された範囲で
認められたことである。

【００７７】１．特定の寸法を有する管状部７３の長さ
を増大させることを、フィラメントの延伸張力を減少さ
せるために使用することができる。この延伸張力の減少
は顕著であるが、効果は、単糸デニール、巻き取り速
度、管状部の直径、および以下に述べる他の要因のよう
な他の条件に、依存する。

【００７８】２．紡糸ノズルの面１７から特定の寸法を
有する管状部７３の最上部までの距離を減少させること
は、フィラメントの延伸張力を減少させるために使用で
きる。一般にその効果は低く、大きめの微少な調整程度
であり、これもまた説明のように他の条件に依存する。

【００７９】３．空気流を増加させることは、一般に延
伸張力を減少させるが、また一般にデニール分布を増大
させ、特に紡糸ノズルの面１７から特定の寸法を有する
管状部７３の最上部までの距離を過度に減じ、また管状
部が紡糸ノズルに近接するとデニール分布を増大させ
る。

【００８０】４．紡糸温度を上昇させることはフィラメ
ントの延伸張力を減少させることにも効果を持ち、これ
もまた説明のように他の条件に依存する。

【００８１】注目すべき重要な点は、本発明を使用する
ことは、冷却法に対して単純な調整法を提供することで
あり、このことにより結果として得られるフィラメント
における所望する物性を改良すること、および必要に応
じて修正をすることが可能となる。このことは、３から
５ｋｍ／分の範囲の巻き取り速度に対して実証されてい
る、なぜならこのような巻き取り速度で紡糸されたフィ
ラメントのタイプは、非常に大量に商業的に生産されて
きており、少なからぬ商業的重要性を有するからであ
る。低速でおよび高速で、また異なるタイプのフィラメ
ントに対しておよび用途に対して本発明を実施すること
により、優位性を達成することができる。本クエンチシ
ステムの有効性は、クロスフロー法において商業的に行
われてきたように、もっとも有効な冷却はフィラメント
配列を通して可能な限り大量の冷却空気を吹き付けフィ
ラメントの反対側へ吹き抜けさせることにより達成され
る、と信じられてきた従来の見解とはよい対照をなすも
のである。［図面の簡単な説明］

【図１】図２に示す本発明に従う装置との比較のための
対照例として用いた従来技術の装置の部分的な断面の概
略立面図である。

【図２】本発明を実践するための装置の一実施形態中の
一部断面の概略立面図であり、実施例７および８におい
て使用され、かつ実施例１から６において使用されるク
エンチシステムの各構成部品の高さを表示する概略立面
図である。

【図３】実施例１から６において使用される本発明を実
践するための他の実施形態の一部断面の概略立面図であ
る。

【図４】本発明の方法に従って製造された製品につい
て、および比較のために、前述したように、これまで公
開されている技術の例からの市場製品および糸条につい
て、単糸デニール（ｄｐｆ）に対するデニール分布（Ｄ
Ｓ）をプロットした図である。

フロントページの続き (72)発明者バシラトスジョージアメリカ合衆国 19810 デラウェア州ウィルミントンケネディーロード 2811 (56)参考文献特開昭62−263309（ＪＰ，Ａ) 特開昭47−30918（ＪＰ，Ａ) 特開昭47−25413（ＪＰ，Ａ) 特公昭48−43563（ＪＰ，Ｂ１) 特表平７−501365（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01D 5/088 - 5/092 D01F 1/00 - 6/96

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】紡糸ノズル中の加熱された溶融重合体か
ら少なくとも５００ｍ／分の表面速度で駆動されている
ロール（３４）へ至る経路において重合体の連続フィラ
メント（２０）を紡糸する溶融紡糸法であって、冷却ガ
スが、前記紡糸ノズル下の領域（１８）で吐出直後の溶
融フィラメントに導入され、前記フィラメント（２０）
と冷却ガスとが、前記領域（１８）から、フィラメント
が冷却する過程で、フィラメント（２０）を包囲する限
られた寸法の管状部（７３）を一緒に通過し、該管状部
（７３）にはテーパーのついた部分（７２）が設けられ
ており、さらに、前記管状部（７３）の最上部（Ａ＋Ｂ
＋Ｃ_１＋Ｃ_２）が前記紡糸ノズル面（１７）の下８０ｃ
ｍより短い距離に配置され、前記管状部（７３）の寸法
と位置およびガスの量は、ガスが加速されるが前記フィ
ラメント（２０）の速度より低速で管状部（７３）から
出るように、制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】前記フィラメントが少なくとも５００ｍ
／分のロール速度で前記管状部から出ることを特徴とす
る請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記冷却ガスが、前記紡糸ノズル下の領
域に放射状に吐出直後の前記フィラメントに送られるこ
とを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】前記管状部の最上部が前記紡糸ノズル面
から下へ６４ｃｍより短い距離に配置されることを特徴
とする請求項１に記載の方法。