JP3726427B2 - ポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合成繊維の直接紡糸延伸方法に関するものであり、さらに詳しくは実用に供し得る良好な特性を有するポリエステル繊維を低コストで製造する直接紡糸延伸方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ポリエステルやポリアミドの工業的な製造方法にワインダーへの巻き取り速度を４０００ｍ／分以上とした高速製糸方法が採用されてきている。
【０００３】
この高速製糸方法のなかで、従来の紡糸工程と延伸工程の２工程を連続化した直接紡糸延伸方法は、延伸倍率を制御することができるため、従来工程法での糸質をほぼ再現できる有用な製造方法である。しかし、複数の加熱ローラを用い、ローラに糸を必要な熱処理時間に応じて複数回捲回する方法においては、長大なローラを必要とし、装置コスト、エネルギー消費量の面から、製造コストが高く、また作業性も悪く、同時に多糸条を製糸するには対応できないなど欠点も多い製造方法となっている。
【０００４】
これらの欠点を解消するため、加熱ローラの代わりにスチームを用いて、延伸倍率が制御可能でかつ低コストの製造方法が特開昭６２−１４１１１８号公報で提案されている。 該公報では溶融紡出糸条を４０００ｍ／分以上の非加熱ローラに引取り、ついで過熱スチームを噴射してガラス転移点以上に加熱しつつ延伸する方法が提案されている。しかしながら、該公報では熱処理室内を走行する繊維の一点に集中するようにスチームを噴射するため、繊維が急速に加熱され、スチームとの接触時期の早遅で、各単繊維間で昇温速度に差を生じ、結果的に、延伸が不均一で、得られる繊維に未延伸部が残存し、染色布帛に濃染状の染め欠点を含むものになってしまうという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高速製糸では、短時間で糸を延伸可能な温度まで加熱する必要がある上に、加熱ローラを使用しない場合には非接触で糸を昇温する必要がある。熱伝達の面から考えるとスチームが最も好ましいが、高熱伝達係数ゆえに糸が急速加熱されるため、上述のように昇温むらが生じて延伸が不均一となってしまう。
【０００６】
繊維糸条を非接触で加熱する際のスチーム以外の加熱媒体としては、吐出後の冷却固化糸条をホットチューブのような加熱帯域で延伸熱処理してから巻き取るホットチューブ紡糸法で使われる乾熱空気がある。乾熱空気はスチームに比べ熱伝達係数が小さいため、いかに効率的に加熱処理を行うかがスチーム以上に重要である。そのために加熱帯域内で糸を開繊とすることが一般的に行われている。
【０００７】
例えば、特開昭６２−６９８１６号公報ではホットチューブ入口と出口の内径を規定することにより、また特開平７−２６８７２１号公報は加熱帯域に導入する糸の配列状態および加熱帯域を有する熱処理装置の形状を規定することにより、糸条を効率的にかつより均一に加熱することを試みている。
【０００８】
しかしながら、これらはいずれも口金から吐出された糸条が第１のローラで引き取られるまでの開繊された単繊維状態の糸条に適用されるものであり、ローラ間の延伸のような集束糸条に適用することはできない。また、加熱装置の出入り口は平面状に大きく開口されており、随伴気流の流入があり、効率的な加熱処理が行われているとは言い難い。
【０００９】
集束糸条に対する乾熱空気加熱処理は、一旦巻き取った糸の延伸仮撚加工では、特公平２−６０７６９号公報で提案されているように、よく行われている。該公報では仮撚加工時の第１ヒータに非接触の乾熱高温ヒータを用い、そのヒータ温度及び熱処理時間を規定していることにより、染めむらの発生の少ない糸条を得ている。
【００１０】
延伸仮撚加工でこのような処理が可能なのは、同加工の最終巻き取り速度が高々９００ｍ／分程度で、ヒータに入る糸条の速度は高々６００ｍ／分前後と、低速で走行する糸条を対象としているためで、熱処理に供し得る時間が長く取れるためである。
【００１１】
本発明が対象とする４０００ｍ／分以上の速度で巻き取る直接紡糸延伸方法では、ヒータに入る糸条の速度が１０００ｍ／分以上となり、該公報の熱処理条件を適用しても、集束糸条全体を延伸可能な温度まで均一に加熱することができず、かえって延伸むらを生じさせる結果となる。
【００１２】
そこで、高速走行糸条の乾熱高温短時間処理を実用可能とするためには検討を進めた結果、熱処理温度とその時間に加え、熱処理装置内の糸条加熱領域を特定のものとすることで同処理が実用可能となることを見いだし、本発明に至った。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は集束された高速走行糸条の非接触加熱延伸において、染めむらの発生のない方法を提供することにある。詳しくは、集束された高速走行糸条のローラー間延伸時の非接触乾熱高温短時間加熱方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は紡糸口金から吐出し冷却固化した後、集束した複数のポリエステル繊維糸条を、非加熱の第１ローラと第２ローラとの間に設置した乾熱熱処理装置内に導入して延伸した後、４０００ｍ／分以上の速度で巻き取る直接紡糸延伸方法において、乾熱熱処理装置内の糸条加熱領域の温度Ｔｅおよび糸条の通過時間Ｔｉが下記範囲であることを特徴とするポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法などを採用することにより達成される。
【００１５】
熱処理温度 ３００≦Ｔｅ（℃）≦１０００
通過時間 ０．０１≦Ｔｉ（sec)≦０．０３５
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明におけるポリエステルはポリエステルを構成する主たるジカルボン酸成分がテレフタル酸成分が好ましいが、それ以外のジカルボン酸成分を本発明の目的を逸脱しない範囲で使用しても良い。本発明のポリエステルを構成する主たるジオール成分はエチレングリコールが好ましいが、それ以外のジオール成分を、本発明の目的を逸脱しない範囲で使用しても良い。また、本発明のポリエステルには、各種の添加剤、例えば、艶消剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、螢光増白剤などを必要に応じて共重合または混合していても良い。
【００１８】
本発明は直接紡糸延伸の工程を適用するが、この場合、４０００ｍ／分以上の速度で巻き取ることが１工程化による労務費、設備費や屑の減少などのコストメリットが活かせ、さらには紡糸した直後の、物性の経時変化のない繊維を延伸できるため均一延伸に対して有利となる。高速化に伴う紡糸糸切れによる製糸性悪化のデメリットおよび生産性向上のメリットを考慮した場合、引き取り速度は７０００ｍ／分以下が好ましい。
【００１９】
本発明の連続紡糸延伸方法においては、複数のポリエステル繊維を一つの第１ゴデーローラ、第２ゴデーローラ、乾熱空気雰囲気を用いて延伸する。
【００２０】
本発明では第１ローラおよび第２ローラは非加熱ローラを用いる。非加熱ローラを用いることにより、加熱ローラを用いる従来の方法に対してコストメリットを有する。また、第１ローラおよび第２ローラは糸を捲回しない、いわゆる片掛けとすることが好ましい。片掛けとすることにより、作業効率の向上および同時９糸条以上の多糸条同時製糸が可能となる。
【００２１】
口金から吐出された糸条は冷却・固化後、第１ローラとの間で集束される。集束とは単糸群を１つの糸条にまとめることで、集束には通常糸道規制ガイドが使用されるが、交絡ノズルや給油のためのガイドを用いてもよく、その際に交絡や給油を行ってもよい。
【００２２】
本発明ではコストメリットから複数糸条を同時に紡糸する。複数とは、２糸条以上をいい、これにより、製造コストを低減させることが可能となる。
【００２３】
第１ローラで引き取られた糸条は第２ローラとの間に設置した乾熱熱処理装置内に導入されるが、糸条は１糸条づつ個別の領域に導入され延伸される。そのため、乾熱熱処理装置は複数の糸条が個別に走行し加熱延伸されるための複数の加熱領域を有する。
【００２４】
加熱効率およびコスト面から４個以上の加熱領域を有することが好ましく、片掛け非加熱ローラとの組み合わせでは９〜１６個の加熱領域を持つことが好ましい。
【００２５】
加熱領域はその周りの一部または全部の壁面が加熱され、加熱壁面の加熱には電力、熱媒等が利用される。
【００２６】
加熱領域は領域への糸条導入の容易さと糸条熱処理温度変動抑制の面から溝状とすることが好ましく採用される。
【００２７】
加熱領域への糸条導入のため、壁面の一部にスリットを設けることができるが、その場合はスリットの巾は極力小さくし、糸条導入時以外はスリット部分を塞ぐことができる構造とすることが加熱効率を高める上で好ましい。加熱領域を溝状とした場合には溝の開口面には開閉可能な蓋を設置することが好ましく、その蓋を保温することがより好ましい。
【００２８】
糸条を均一に延伸可能な温度まで昇温するためには糸条と領域を囲む壁面のうち少なくとも三方との距離は１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることが好ましい。この距離は処理する繊維糸条の繊度により最適値が変化するが、２ｍｍ以上４ｍｍ以下が対応性が高く、好ましい。
【００２９】
該領域が溝状である場合には溝幅が２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、溝深さが溝幅の３倍以上で、糸条走行位置は溝の深さの５分の１以下とする必要がある。
【００３０】
溝幅は処理する繊維糸条の繊度により最適値が変化するが、４ｍｍ以上８ｍｍ以下が対応性が高く、好ましい。
【００３１】
溝深さとその内部の糸条走行位置は加熱領域への外部および非加熱面の影響を低減し、温度分布が均一な加熱領域を得て、より均一な熱処理を糸条に施すために一体となって決定されるが、溝深さが溝幅の３倍未満である場合には開口面からの影響を受け、温度変動が大きくなり、糸条走行位置での温度が安定せず、均一な熱処理が行われない。糸条走行位置での温度をより安定にする場合には溝深さは１５ｍｍ以上がより好ましい。 また、糸条走行位置は溝の深さの５分の１を超える位置である場合には、上記に加え、糸条には溝底からの加熱が行われず、均一な延伸が可能な温度までの十分な加熱が行われない。
【００３２】
加熱領域の温度Ｔｅは３００℃以上１０００℃以下とする。温度は熱処理装置中央部の加熱領域の壁面に設置した熱電対により測定する。３００℃未満では、糸条の全ての単繊維を均一延伸可能な温度まで加熱することができない。また、１０００℃を超えると糸条が急速に加熱されるため、単繊維間で昇温むらを生じ、均一な延伸ができない。また、加熱壁面部分にＭｏなどの高融点材料を使用する必要が生じ、装置コストが高くなる。８００℃を超える場合も合金元素添加量が鉄よりも多くなる、いわゆる超合金を使用する必要があるため、装置コストの面からは８００℃以下が好ましい。
【００３３】
加熱領域の糸条の通過時間Ｔｉは０．０１秒以上０．０３５秒以下とする。０．０１秒未満では糸条の全ての単繊維が均一延伸可能な温度まで加熱することができない。また、
０．０３５秒を超えると、高温になりすぎて単繊維同士の融着が起こり、糸切れ等の原因となる。
【００３４】
熱処理装置の入口または／および出口では必要に応じて、糸条と接触する糸条糸道規制ガイドを設けることができる。糸条糸道規制ガイドは糸条随伴気流を分離する機能もあるため、入口側では糸条に常時接触することが好ましい。
【００３５】
熱処理装置内では糸条は実質的に非接触で加熱することが好ましい。実質的に非接触とは装置内部において糸条が延伸規制の抵抗体以外の例えば糸道規制ガイド等に接触しないことをいう。装置内に糸道規制のガイド等がある場合、それとの接触により、十分糸温度上がっていないのに延伸が起こり、延伸むらの原因となったり、擦過抵抗により糸切れの原因となる。
【００３６】
延伸を装置内で終了させるため、装置出入口または内部に延伸規制のための抵抗体を入れてもよい。出入り口の場合は糸条糸道規制ガイドと兼用できるので、できるだけ出入り口に設置することが好ましい。内部に設置する場合には装置内の糸条は非接触で処理されることが好ましいため、抵抗体と糸が接触する領域は熱処理装置の糸条通過領域長の1/１０以下であることが好ましい。
【００３７】
本発明では延伸倍率は第１ローラと第２ローラの周速度の比により設定する。
【００３８】
本発明では糸条の結晶化を促進させるために、熱セット工程を連続して設けることが好ましい。熱セットの方法としては、本発明の処理時間を長くすること、ホットローラ、加熱板、スチームなどが採用できる。
【００３９】
スチームを用いる場合には、糸条を高温で処理する必要があるため、加圧スチーム内を糸条が走行できる装置とすることが好ましく採用される。
【００４０】
本発明のポリエステル繊維の延伸方法の一例を、図１にしたがって具体的に説明する。
【００４１】
溶融されたポリエステルを口金１から吐出し、口金下保温ゾーン２を通過させた後、チムニー３により冷却風を吹き当てることにより糸条をガラス転移温度以下まで冷却し、給油装置４で給油するとともに集束し、非加熱の第１ゴデーローラ５、乾熱熱処理装置６、非加熱の第２ゴデーローラ７を通過し、その際第１ゴデーローラ５と第２ゴデーローラ７の周速度の比に従って延伸する。さらに、第２ゴデーローラ７を通過した糸条を加圧スチーム処理装置８により熱セットし、非加熱の第３ゴデーローラ９、交絡付与装置１０、非加熱の第４ゴデーローラ１１を経て、ワインダー１２で巻き取る。
【００４２】
乾熱熱処理装置６は図２に示すごとく、糸条通過口（入口）１３、糸条加熱領域１４、糸条通過口（出口）１５、加熱壁面１６よりなる。また、装置入口、出口には糸条導入案内用のセラミックガイド１７、１８が装着されている。
【００４３】
【実施例】
実施例中の各特性値は次の方法にしたがって求めた。
(A) 熱処理温度測定
乾熱熱処理装置の糸条通過領域の加熱壁面の長手方向の中央部の壁面に設置したＣＡ 熱電対により、糸走行状態で温度が安定した後に実測した。
【００４４】
(B) 染色斑
試料をヨコ糸として７５本/inchの織密度で製織し、染料としてテラシールネイビーブ ルーを９５℃、１０リットルの沸騰水中に２ｇ加え、試料織物を１５分間浸漬し、撹 拌しつつ染色した。水洗、乾燥後、染色斑を以下の基準により判定した。なお、濃染部 は肉眼観察後、拡大鏡により濃染単糸の存在を確認したものとした。

実施例１〜１１、比較例１〜４
オルソクロロフェノール２５℃で測定した極限粘度［η］＝０．６２５で酸化チタンを０．４０重量％添加したポリエチレンテレフタレートを２９０℃で溶融し、図１に示した直接紡糸延伸装置を用いて、孔数２４の口金１から吐出した。吐出糸条を口金下の０．２ｍの保温ゾーン２を通過させた後、１．０ｍにわたって糸条に対して垂直に２５ｍ／分、２０℃の空気をチムニー３により吹き当てて糸条を冷却し、口金下２．０ｍに設置した給油装置４により給油し、集束した後、周速度２５００ｍ／分の非加熱の糸条片掛けの第１ローラ５で引取った。同様にして計１２糸条のポリエステル繊維を第１ローラで引取り、周速度５０００ｍ／分の非加熱の糸条片掛けの第２ローラ７との間で乾熱熱処理装置６を用いて熱延伸した。さらに第２ローラ７を通過した糸条を、第２ローラ７と非加熱の糸条片掛けの第３ローラ９の間で内部の糸条処理室が処理長０．５ｍで２．０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力に維持されている加圧スチーム処理装置を有する熱処理装置８により熱セットした後、交絡付与装置１０、第３ローラ９と同一周速度の非加熱の糸条片掛けの第４ローラ１１を経て、ワインダー１２で巻き取ることによって、１２本の５０デニール／２４フィラメントのポリエステル繊維を得た。
【００４５】
その際の乾熱熱処理装置６には糸条加熱領域が図２(A)〜(C)に示す形状のものを用いて、図２(B)の溝幅Ｗ１は８ｍｍ、溝深さＷ２は４０ｍｍ、領域内の糸条走行位置は溝底からの距離Ｄ＝５ｍｍのところであった。
【００４６】
表１に乾熱熱処理装置の熱処理長、熱処理温度、糸条通過時間、得られた繊維の染めむらを示す。
【００４７】
【表１】

実施例１２〜２２、比較例５、６
実施例１１と同一の条件で、乾熱熱処理装置の溝幅Ｗ１、溝深さＷ２、糸条走行位置の溝底からの距離Ｄを変更して、１２糸条の５０デニール／２４フィラメントのポリエステル繊維を得た。
【００４８】
表２にＷ１、Ｗ２、Ｄと得られた繊維の染めむらを示す。
【００４９】
【表２】

【００５０】
【発明の効果】
本発明の直接紡糸延伸方法を用いることにより、低コストでかつ染めむらの発生なく、集束された糸条の非接触乾熱加熱延伸が可能となった。そのため従来技術の欠点であった、加熱ローラ使用による高コストやスチーム使用による染め欠点発生の問題を解決できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的に採用される本発明の直接紡糸延伸方式での高速製糸の工程の例を示す概略図である。
【図２】 Ａ：本発明の一例の乾熱熱処理装置の側面図である。
Ｂ：本発明の一例の乾熱熱処理装置の上面図である。
Ｃ：本発明の一例の乾熱熱処理装置の正面図である。
【符号の説明】
１：口金
２：口金下保温ゾーン
３：チムニー
４：給油装置
５：第１ゴデーローラ
６：乾熱熱処理装置
７：第２ゴデーローラ
８：加圧スチーム処理装置
９：第３ゴデーローラ
１０：交絡付与装置
１１：第４ゴデーローラ
１２：ワインダー
１３：糸条通過口（入口）
１４：糸条加熱領域
１５：糸条通過口（出口）
１６：加熱壁面
１７、１８：糸条導入案内用セラミックガイド
１９：走行糸条

Claims (3)

1. 紡糸口金から吐出し冷却固化した後、集束した複数のポリエステル繊維糸条を、非加熱の第１ローラ、第２ローラの間に設置した乾熱熱処理装置内に導入して延伸した後、４０００ｍ／分以上の速度で巻き取る直接紡糸延伸方法において、乾熱熱処理装置内の糸条加熱領域の温度Ｔｅおよび糸条の通過時間Ｔｉが下記範囲であることを特徴とするポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法。
   熱処理温度 ３００≦Ｔｅ（℃）≦１０００
   通過時間 ０．０１≦Ｔｉ（sec)≦０．０３５
2. 乾熱熱処理装置において、複数の糸条が個別に走行する複数の加熱領域を有し、該領域はその周りの一部または全部の壁面が加熱していることを特徴とする請求項１記載のポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法。
3. 乾熱熱処理装置が糸条とは実質的に非接触であることを特徴とする請求項１または２記載のポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法。

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