JP3579665B2 - 合成繊維糸条の加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合成繊維糸条の加熱装置、特に熱セットまたは熱処理する温度がポリエステル、ポリアミドなどの合成繊維糸条の融点（例えば２５０℃）以上である合成繊維糸条の高温加熱装置に関する。本発明は、特に、撚掛け装置の上流に設けられ、２５０℃以上の温度に加熱されるとともに油剤が付与された糸条を実質的に非接触状態で走行させて、前記撚掛け装置により付与され糸条に沿って遡及する撚を熱セットする高速延伸仮撚機の非接触式高温加熱装置に適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撚掛け装置の上流に加熱装置を設置し、撚掛け装置により付与され糸条に沿って遡及する撚を熱セットし、次いで撚掛け装置を通過する際に解撚して仮撚加工糸を得ることが行われており、加熱装置としては昔から多くの提案がなされている。
【０００３】
最近、この加熱装置を高温度（糸条の融点以上の温度、好ましくは４００℃以上の温度）に加熱し、非接触状態で糸条を加熱することが行われている。すなわち、最近の延伸仮撚機加工速度は高速化され、従来の低温接触式加熱装置に代わり、高温非接触式の短いヒータが使用されている。
【０００４】
加熱温度が４００℃以下のヒータにあってはアルミニウム合金が使用されるが、加熱温度が４００℃以上となるとアルミニウム合金では融点が低く好ましくなく、場合によっては使用不可能となる。この対策として、上述のような高温で使用する加熱装置の材質としては黄銅、ステンレス鋼、セラミックスなど高融点の材質を使用することが考えられる。また、遠赤外線ヒータとして、素材を遠赤外線放射セラミックにしたり、表面にセラミックをコートして使用することも考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱板を黄銅により製作すると、高温加熱時の劣化が著しく、特に４００℃以上に昇温した場合の腐食が顕著になる。
【０００６】
また、一般に、合成繊維糸条には処理工程の調子を良くするため油剤（オイル）が付与されており、このような油剤を付与した糸条を上述のように高温に加熱する場合には、加熱装置（ヒータ）内で油剤は蒸発分解する。この蒸発分解した油剤と高温度のため、ヒータ材が腐食し易く、この対策としてヒータ材質としてはそれに耐えることが必要である。
【０００７】
このようなヒータ材として、上述の如くステンレス鋼を用いた場合には、耐酸化、耐腐食性はよいが、反面、熱伝導度が０．０３ Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ ・℃程度と低く上述のような高温ヒータとして使用する場合に、ヒータの長手方向の温度分布が極めて不均一になるとともに、加熱板の温度とそれを加熱する熱源としてのシーズヒータの温度差が大きくなり、加熱板を所望温度に加熱するべくシーズヒータを極めて高温に加熱するため、その寿命が短くなるという問題がある。また、ステンレス鋼では加熱装置の製作においても機械加工性が悪い。
【０００８】
他の材質として、セラミックスを用いた場合には、耐酸化、耐腐食性は全く問題ないが、機械加工性が極めて悪く、複雑な形状を製作することが難しい。また材料コストも高く、製品コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は上述した問題を解決して、耐腐食性がよく、製作が容易であり、しかも温度分布の良好な加熱装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記の目的を撚掛け装置の上流に設けられ、２５０℃以上の温度に加熱されるとともに油剤が付与された糸条を実質的に非接触状態で走行させて、前記撚掛け装置により付与され糸条に沿って遡及する撚を熱セットする加熱装置において、該加熱装置の加熱板が、銅の重量含有率が６０〜７０％、アルミニウムの重量含有率が３〜６％からなる銅合金で製作され、油剤に対する耐蝕性を有していることを特徴とする合成繊維糸条の加熱装置により達成する。
【００１１】
【作用】
本発明においては、アルミニウムを重量含有率で３〜６％含有し、銅の重量含有率が６０〜７０％の銅合金により、加熱板を製作することにより、加熱板の腐食の問題を解決できる。
【００１２】
また、本発明においては、上述の組成とすることにより、加熱板の材質の熱伝導度を良好に、例えば０．１Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上とでき、温度分布が良好となり、仮撚加工機械の仮撚固定用ヒータ（所謂第１ヒータ）として用いた場合に、糸品質が良好な仮撚加工糸が得られる加熱装置となる。
【００１３】
更に、本発明は、銅の重量含有率が６０〜７０％、アルミニウムの重量含有率を３〜６％として、銅合金の押出し成形性を良好としている。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図３は本発明に係る合成繊維糸条の熱処理装置を組込んだ延伸仮撚装置の断面図である。この図３において、供給糸１から、第１送りローラ２により糸条Ｙが引き出され、第２送りローラ６との間で所定の倍率に延伸されると同時に、摩擦ベルト、摩擦円板、仮撚スピンドル等の公知の仮撚装置５により糸条Ｙに撚が付与される。なお、延伸と同時に仮撚する代りに、延伸後に仮撚する装置であってもよい。
【００１５】
仮撚装置５により糸条Ｙに付与された撚は、第１送りローラ２の方向に向って、糸条Ｙに沿って遡及する。糸条Ｙに沿って遡及した撚は、熱処理装置３により熱固定され、更に、熱処理装置３の下流に設けられたスタビライジングトラック４ａ、４ｂにおいて冷却される。
【００１６】
このようにして、第１送りローラ２および第２送りローラ６の間において仮撚装置５の上流の糸条Ｙに仮撚が付与され、仮撚装置５を出た後、糸条Ｙは解撚され、糸条Ｙは第２送りローラ６から巻取装置７に送給される。
【００１７】
巻取装置７は、糸条を左右に綾振るトラバース装置８、糸条Ｙを巻取るボビンを装着するボビンホルダ１０、およびボビンまたはボビンに巻取られた糸条に圧接されボビンとボビンホルダ１０を回転させるフリクションローラ９からなっている。
【００１８】
本発明に係る熱処理装置の実施例の詳細を図１および図２を参照して詳細に説明する。ヒータ本体は全長が０．８〜１．２ｍであり、図１に示すように、本実施例の熱処理装置３は、ヒータ本体および加熱体（本実施例においてはシーズヒータ）が長さ方向に２分割されている。なお、加熱体としては、シーズヒータ以外のものを用いてもよく、例えばプレートヒータとしてもよい。
【００１９】
すなわち、ヒータ本体は長さ方向に２分割された加熱板１１および２１からなり、これら加熱板１１、２１を加熱するシーズヒータ１２、２２が加熱板１１、２１内に設けられている。また、１３、２３は加熱板１１、２１に設けられた温度センサーである。２分割された加熱体（シーズヒータ）１２、２２は２５０℃を越える温度に加熱可能である。これらの条件設定は図示していない制御器によって行うようになっている。
【００２０】
なお、加熱板１１、２１の外側は、保温材３１により保温されており、更に、その外側に保温カバー３２が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、加熱板１１、２１は糸道に直交する平面で切断すると、糸条Ｙを走行させるための溝１１ａ、２１ａが加熱板１１、２１の表面に形成され、溝１１ａ、２１ａは加熱板１１、２１の長手方向に延在している。加熱板１１、２１の内側には上述したようにシーズヒータ１２、２２が埋込まれている。
【００２２】
この実施例においては、溝１１ａ、２１ａ内に、糸条Ｙの走行方向に糸ガイド１４、２４が間隔を開けて突設されている。
【００２３】
ここに、本発明に係る加熱板１１、２１の材質は、銅の重量含有率が６０〜７０％、アルミニウムの重量含有率が３〜６％の銅合金として、その熱伝導度を、例えば０．１ Ｃａｌ ／ ｃｍ ・ ｓ ・℃以上として、良好としている。
【００２４】
以下に、本発明に係る加熱板１１、２１の材質を、銅の重量含有率が６０〜７０％、アルミニウムの重量含有率が３〜６％とした銅合金とすることが好ましいことを、本発明者が行った実験結果に基づき具体的に説明する。
【００２５】
（１）加熱板の均一加熱について
図１に示したように、本発明に係る高温加熱装置の加熱板１１、２１は糸条の走行路に沿って延在し、その表面に図２に示すように糸道を形成する溝１１ａ、２１ａを形成しており、この糸道に沿って加熱坂内を長手方向に延在するシーズヒータ１２、２２により加熱板１１、２１を加熱している。
【００２６】
加熱板１１、２１の加熱に際しては、通常加熱板の長手（図１の上下）方向の中点位置（すなわち、ヒータの長手方向の中間位置）において、糸条が走行する上記溝１１ａ、２１ａの底部の温度を温度センサー１３、２３により測定し、加熱板温度を所定の設定温度に制御している。この際の設定温度は、仮撚加工機の第１ヒータにあっては、ヒータ出口部での糸条温度が、例えば２２０℃のような所定温度になるように選定する。
【００２７】
本発明に係る非接触型高温加熱装置で加熱板の温度を所定温度（例えば５００℃）に設定した場合に、加熱板の長手方向の温度分布（糸条が走行する上記溝の底部の温度を測定）を図４に示す。図４において、破線は加熱板を黄銅で製作した場合であり、一点鎖線はステンレス鋼で製作した場合を示す。
【００２８】
加熱装置は長手（上下）方向の上下が開いているため、対流などにより此処から放熱され、従って、図４の上下位置の加熱板温度が中央部温度より低下している。また、設定温度を高めると、温度分布のバラツキは増加する。
【００２９】
破線で示す黄銅で製作した加熱板の温度分布状態と、一点鎖線で示すステンレス鋼で製作した加熱板の温度分布状態との差異は、加熱板材料の熱伝導度の差異に起因するものと本発明者は考えている。
【００３０】
黄銅の熱伝導度０．２６ Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ ・℃に比べてステンレス鋼の熱伝導度は０．０３ Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ ・℃（約１／１０程度）と小さく、このため、加熱板としてステンレス鋼を用いた場合には、図４に一点鎖線で示す如くヒータの長手方向の温度分布が極めて不均一になる。
【００３１】
このようなヒータにあって高温ヒータの特徴である、断糸時に糸ガイドに融着した糸条を短時間で溶融除去し糸掛けが行えるようにするためには、融着糸条が短時間で溶融除去されるように加熱板の全ての箇所を充分高温度（例えば３２０℃以上、好ましくは４００℃以上）に加熱する必要があり、すなわち加熱板の設定温度を高める必要があり、これに伴い加熱板の設定温度とそれを加熱する熱源としてのシーズヒータの温度差が大きくなる。
【００３２】
また、この場合にヒータ出口部での糸条温度を所定の温度とするためには、加熱板の設定温度を高める必要があり、同様に加熱板の設定温度とそれを加熱する熱源としてのシーズヒータの温度差が大きくなる。
【００３３】
このように加熱板を所望温度に加熱するべくシーズヒータを極めて高温に加熱するため、その寿命が短くなるという問題がある。また、糸条を温度分布が不均一なヒータ内を走行させることにより、糸質に対する悪影響が生じる心配も考えられる。従って、本発明の目的とする高温加熱装置の加熱板にステンレス鋼を用いることは好ましくない。
【００３４】
一方、図４の破線から見られるように熱伝導度の大きい（０．２６ Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ ・℃）黄銅を加熱板に用いた場合には、温度分布の不均一の問題は実質上なくなる。本発明者の検討によれば、ステンレス鋼は熱伝導度が黄銅の約１／１０と小さいために上述の問題があり、黄銅の熱伝導度の１／４〜１／３程度の熱伝導度を有していれば、温度分布の不均一の問題は殆ど生じないようである。本発明者の経験によれば、熱伝導度が０．１０ Ｃａｌ／ｃｍ・ｓ ・℃以上であることが好ましいようである。
【００３５】
（２）加熱板の耐腐食性について
しかしながら、本発明者の検討によれば、加熱板を黄銅により製作すると、前述した如く高温加熱時の劣化が著しく、特に４００℃以上に昇温した場合の腐食が顕著なため、本発明のような高温ヒータとして使用し得ない。
【００３６】
特に、合成繊維糸条には、一般に、処理工程の調子を良くするため油剤（オイル）が付与されており、このような油剤を付与した糸条を上述のように高温に加熱する場合には、加熱装置（ヒータ）内で油剤は蒸発分解する。この蒸発分解した油剤と高温度のため、ヒータ材が腐食し易く、この対策としてヒータ材質としてはそれに耐えることが必要である。
【００３７】
この対策として、本発明者は、銅合金にアルミニウム（Ａｌ）を添加すると耐腐食性が向上することに着目し、種々のアルミニウム含有率の銅合金について高温加熱装置の加熱板としての適性（熱伝導度と油剤に対する耐腐食性等）を鋭意検討した。
【００３８】
表１には、検討した種々の銅合金の一部（試料Ａ〜Ｈ）とその検討結果（熱伝導度、重量変化率等）を示している。
【００３９】
【表１】

ここに表１の重量変化率は次のようにして求めている。試料を代表的な合成繊維であるポリエステル糸条の処理用油剤原液中に１０秒程浸し、次いで５６０℃の雰囲気中に維持する操作（漬焼）を、２００時間の内に３６回繰り返す処理を行った場合の、処理前の試料重量をＷ_０ とし、上記処理後の重量をＷ_１ とし、処理前後の重量変化（Ｗ_１ −Ｗ_０ ）の絶対値を処理前の重量（Ｗ_０ ）で除した値の百分率〔１００×（Ｗ_１ −Ｗ_０ ）／Ｗ_０ ）〕を重量変化率としている。重量変化率は耐腐食性の判断の指標となるものであり、重量変化率が小さいほど耐腐食性が優れていると言える。
【００４０】
表１に示した実験結果のうち、試料Ａは銅合金内におけるアルミニウムの含有率が零であり、このものについての重量変化率（表１の＊１）は前述したように極めて大きく、測定するまでもないため、省略した。また、表１中で、試料Ｄ、Ｆ、Ｇについては、それぞれ漬焼回数が１６回目迄行ったが、その間のそれらの重量変化状態が試料Ｅ、Ｈと大差がなかったため、試料Ｄ、Ｆ、Ｇについてのそれ以後の漬焼実験を中止した、従って、それらについての重量変化率は記載していない（表１の＊２）。しかし、これらの試料Ｄ、Ｆ、Ｇを合成繊維糸条の加熱装置の加熱板として使用しても問題ないものと考えられる。また、銅合金は融点が高いため、４００〜８００℃で使用する加熱板に用いることについての問題はない。
【００４１】
表１に示した実験結果のうち、銅合金内におけるアルミニウムの含有率が、耐酸化・耐腐食性および温度分布（熱伝達率）に及ぼす影響を線図に表すと図５のようになる。この図５からアルミニウムの重量含有率が３％以上とした銅合金により加熱板を製作することにより、耐酸化、耐腐食性がよく、温度分布の良好な加熱装置が提供されることが分かる。また、ヒータの加熱板の均一加熱の面からはアルミニウムの添加量を１１％以下、好ましくは８％未満とすることにより熱伝導度を０．１ｃａｌ ／ｃｍ・ｓ ・℃となり好ましい。ただし耐腐食性を優先させる場合には、０．０７ｃａｌ ／ｃｍ・ｓ ・℃程度でも使用可能である。
【００４２】
なお、表１の試料Ｃを用いて製作した加熱板の温度分布を図４に実線で示す。図４の実線から明らかなように、試料Ｃで製作した加熱板は黄銅で製作した加熱板に近い温度分布を示し、しかも、表１および図５から明らかなように、試料Ｃで製作した加熱板は重量変化率が小さく、耐腐食性も良好である。
【００４３】
（３）ヒータの押出し成形性について
本発明に係る高温加熱装置の加熱板は糸条の走行路に沿って延在し、その表面に糸道を形成する長手方向溝を形成しており、このため、その製造に際しては押出し成形により製造する。
【００４４】
上記Ａ〜Ｈの試料について押出し成形性を検討したところ、表１に記載のような結果となった。すなわち、アルミの添加量が６％を越え８％未満の範囲では押出し成形が難しくなる。従って、アルミの添加量と加熱板の成形性のバランスを見つけることが大事であり、本発明の如く銅の重量含有率を６０％以上とする銅合金をベースに、アルミの添加量が重量含有率で３％以上、より好ましくは３〜６％または８〜１１％にすることが好ましい。
【００４５】
【具体的な実施例】
上述した試料Ｃの材料で図１に示す加熱装置の加熱板を製作し、この加熱装置を図３に示した延伸仮撚機に取付け、上側の加熱板１１の温度を５５０℃に、また下側の加熱板２１の温度を２５５℃に設定して、１２５Ｄｅ／３６ｆのポリエステル糸条（ＰＯＹ）を延伸倍率１．７８で延伸するとともに３軸多板式仮撚装置により撚を付与し、糸条に沿って遡及する撚を上記加熱装置により熱固定し、加工速度、１０００ｍ／分でパッケージに巻上げる仮撚加工する実用試験を６か月に亘り行ったところ、耐酸化・耐腐食性上および糸品質上、何等問題がなかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明により、合成繊維糸条の加熱装置の高温化に付随する加熱板の耐腐食性の問題点を解決することができ、銅合金の成分としてアルミニウムを含有させることにより、ヒータ内で蒸発分解する油剤に対する耐腐食性が向上する。しかしアルミニウムの含有量によって加熱板の押出し成形が困難になると言う問題がある。従って、アルミニウムの添加量と加熱板の成形性のバランスを見つけることが大事であり、本発明の如く銅の重量含有率を６０％以上とする銅合金をベースに、アルミニウムの添加量が重量含有率で３％以上、より好ましくは３〜６％または８〜１１％にすることにより、本発明を達成することができた。なお、アルミニウムの添加量が３％以下だと耐腐食性に問題があり、また、アルミニウムの添加量が６％を越え８％未満の範囲では押出し成形が難しくなるので、アルミニウムの添加量は上記好ましい範囲とすることが勧められる。
【００４７】
更に、ヒータの加熱板の均一加熱の面からはアルミニウムの添加量を８％未満とすることにより熱伝導度を０．１ ｃａｌ ／ ｃｍ ・ ｓ ・℃となり好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の縦方向断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明の熱処理装置を具備した延伸仮撚装置の断面図である。
【図４】加熱板の温度分布を示す線図である。
【図５】銅合金内におけるアルミニウムの含有率が、加熱板の重量変化率および熱伝導度に及ぼす影響を表す線図である。
【符号の説明】
３ 熱処理装置
１１ 加熱板
１２ シーズヒータ
１３ 温度センサー
２１ 加熱板
２２ シーズヒータ
２３ 温度センサー
３１ 保温材
３２ 保温カバー

Claims (2)

1. 撚掛け装置の上流に設けられ、２５０℃以上の温度に加熱されるとともに油剤が付与された糸条を実質的に非接触状態で走行させて、前記撚掛け装置により付与され糸条に沿って遡及する撚を熱セットする加熱装置において、該加熱装置の加熱板が、銅の重量含有率が６０〜７０％、アルミニウムの重量含有率が３〜６％からなる銅合金で製作され、油剤に対する耐蝕性を有していることを特徴とする合成繊維糸条の加熱装置。
2. 加熱温度が４００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の合成繊維糸条の加熱装置。

Images