JP3895167B2

JP3895167B2 - 極細繊維の溶融紡糸口金及び溶融紡糸方法

Info

Publication number: JP3895167B2
Application number: JP2001384380A
Authority: JP
Inventors: 正洋小西; 正神野; 浩幸逢坂
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Fibers Ltd
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: JP2003193321A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリエステル、ポリアミドなどの熱可塑性合成樹脂を溶融紡糸するための紡糸口金に関し、特に、単繊維繊度が０.２〜０．６dtexであって、その単繊維数（以下、“フィラメント”とも称する）が１００以上の極細マルチフィラメントを紡糸するための紡糸口金とこれを用いた溶融紡糸方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、柔らかい独特の風合いを有するスエード調の織編物を得るための原糸として、その単繊維繊度が１.０dtex前後の極細繊維を用いることが盛んに行われている。その際、単繊維繊度を更に小さくして、０.３dtex以下の超極細繊維を用いると、極めて柔らかくて、その上、好ましい独特の風合いを持った織編物が得られることもよく知られている。
【０００３】
このような０.３dtex以下の超極細繊維を得る方法として、従来、下記に述べる三つの方法が知られている。
【０００４】
先ず、通称“溶解法（例えば、特開昭４８−２５３６２号公報参照）”と呼ばれる方法は、いわゆる“海島型複合繊維”を紡糸して、これを延伸した後、海成分ポリマーのみを溶剤で溶解除去して、島成分だけを残すことで、超極細繊維を得る技術である。
【０００５】
次に、通称“分割法（例えば、特公昭５１−１３０３１７号公報参照）”と呼ばれる方法として、互いに相溶性が乏しい複数のポリマーからなる貼り合わせ型の複合繊維を紡糸・延伸して、その後、貼り合わせ部を機械的又は化学的に分割することによって、超極細繊維を得る技術である。
【０００６】
そして、直接紡糸法（例えば、特開昭５５−２６２０１号公報、特開昭５６−１２３４０９号公報など参照）として、極細繊維を紡糸した後、一旦巻き取った後延伸するか、あるいは、巻き取らずに紡糸に引き続いてそのまま延伸することによって超極細繊維を得る技術である。
【０００７】
しかしながら、複合繊維から超極細繊維を得る前記溶解法や分割法では、複合繊維を得るための紡糸工程が複雑で特殊な紡糸設備が必要とされるために、設備コストも大きくなる。また、溶剤を使用したり、分割工程が必要となったりするなど、この面での費用もかさむ上、均一な超極細繊維を工業的に得る方法としても好ましくない。
【０００８】
そこで、このような諸問題を解決するための技術として、複合繊維を経由せずに、極細繊維を溶融紡糸して、これを更に適当な倍率で延伸して超極細繊維を直接的に得る“直接紡糸法”が行われるようになってきた。
【０００９】
しかしながら、この“直接紡糸法”では、単繊維繊度が０.３dtex以下の超極細繊維を得るためには、先ず、延伸工程へ供する前の紡糸工程で得られる未延伸糸の段階で、単繊維繊度を０.６dtex以下とする必要がある。更にその上、延伸を良好に行うためには、このとき得られる未延伸糸が低複屈折率を有することが必要となる。
【００１０】
ところが、このような物性を有する超極細繊維を安定して得るためには、紡糸工程で一旦糸を巻き取る、通称“別延法”と呼ばれる技術を使用すると、フィラメント切れなどによる紡糸調子の悪化が生じて、安定した未延伸糸を得ることができないという問題がある。しかも、生産効率を上げるために、極細繊維の紡糸引取速度を上昇させると、この傾向は特に顕著となる。
【００１１】
そこで、前記“別延法”に代わって、前記問題を解消して安定に超極細繊維を製造する技術として、紡出された糸条を一旦巻き取ることなく、紡糸工程に引き続き、そのまま延伸を行う“直接紡糸延伸法”を採用することが考えられる。
【００１２】
しかしながら、この“直接紡糸延伸法”においては、例えば、特開昭５６−１２３４０９号公報に記載されているように、紡糸時の引取速度を２０００〜４０００ｍ／分にすると、細化工程で紡出された糸条が空気抵抗を受けて、配向が進んでしまうと言う問題を有する。
【００１３】
特に、超極細繊維を得る必要上から、紡出後に延伸工程へ直接に供する糸条の単繊維繊度が、０.６dtex以下としなければならないような極細糸を溶融紡糸する場合には、この傾向が著しくなって、０.０８〜０.１２という高複屈折率を有する配向が進んだ未延伸糸しか得られなくなる。したがって、紡糸工程に引き続く延伸工程において、十分な延伸をこの未延伸糸に施すことができず、目的とする０.３dtex以下の超極細繊維を得ることができなくなる。
【００１４】
また、未延伸糸の単繊維繊度を０.６dtex以下としなければならず、紡糸口金に穿設された吐出孔群からそれぞれ吐出させるポリマー吐出量もこれに対応させ低吐出量とする必要がある。
【００１５】
しかしながら、このような低吐出量での溶融紡糸は、フィラメント切れなどの原因となって紡糸調子が極めて悪化すると言う深刻な問題も有している。しかも、紡出糸条のフィラメント数も１００以上と多くなってくると、フィラメント切れを誘発する確率もそれだけ上昇し、これに伴って、紡糸調子も更に悪化する。
【００１６】
このような問題は、前述のように、紡出する糸条の単繊維繊度が小さくフィラメント数が多いこと、紡出後の糸条に作用する不可避的な空気抵抗、紡糸口金から吐出するポリマー量が少ないことなどが主要因である。このため、“直接紡糸法”に使用するための、極細繊維を紡出する紡糸口金に関する改良に対しては、これら従来技術が有する諸問題を解決するための有力な手段であるとは余り考えられず、その関心もほとんど払われてこなかった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、以上に述べた従来技術が有する諸問題を解決することにある。すなわち、本発明の目的は、“直接紡糸法”によって複合繊維を経由することなく、紡糸速度が２０００ｍ／分以上において、単繊維繊度が０.２〜０.６dtexであって、且つ、そのフィラメント数が１００以上である低配向の未延伸糸をフィラメント切れの発生もなく、安定な紡糸調子を維持しながら得ることができる溶融紡糸方法と、この溶融紡糸方法を可能とした溶融紡糸口金を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のように、従来技術において複合繊維を紡糸するための口金に対しては重大な関心が払われていたが、“直接紡糸法”における複合繊維用紡糸口金とは異なる“直接紡糸法”用紡糸口金の改良によって達成されたものである。
【００１９】
ここで、“直接紡糸法”によって、極細繊維を紡出するための本願発明の紡糸口金として、「単繊維繊度が０.２〜０.６dtex、且つ、そのフィラメント数が１００以上の熱可塑性極細繊維を２０００ｍ／分以上で溶融紡糸するための吐出孔群が穿設された溶融紡糸口金であって、
前記吐出孔群が開口する前記口金のポリマー吐出面と、開口した吐出孔群の各側壁面とがなす交差部（以下、この“交差部”を“エッジ部”とも称する）に対して、１.０〜５.０μｍの面取り及び／又はＲ取りを有するエッジ加工が施された極細繊維の溶融紡糸口金」が提供される。
【００２０】
その際、本願発明の紡糸口金として、記エッジ加工が１.０〜３.０μｍの面取り及び／又はＲ取りであることが特に好ましい。
【００２１】
更に、本願発明の紡糸口金として、前記ポリマー吐出面の表面粗さ（Ｒａ）が０.０１Ｓ〜０．５Ｓであることが、前記エッジ加工の効果を減殺することがないため好ましい。
【００２２】
また、本発明の極細繊維の溶融紡糸方法として、「前記溶融紡糸口金を用いて、巻取後の糸条の複屈折率（ΔＮ）が０.０４〜０.０８である極細ポリエステル繊維を得る極細繊維の溶融紡糸方法」が提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明で言う熱可塑性ポリマーとは、ポリエチレンテレフタレート（以後、「ポリエステル」と称することにする）、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等を指すが、本発明の極細繊維の溶融紡糸口金と、これを用いた溶融紡糸方法では、ポリエステルを対象とすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明において前記ポリエステルとは、芳香族ジカルボン酸を主たる酸成分とする繊維形成能を有するポリエステルを指す。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン―２，６―ナフタレンジカルボキシレート等を挙げることができる。
【００２５】
また、これらポリエステルは第３成分として、ブタジオールのようなアルコール成分又はイソフタル酸等のジカルボン酸を共重合させた共重合体でも良く、更にこれら各種ポリエステルの混合体でも良い。なお、これらのうちポリエチレンテレフタレート系重合体が最適である。また、これらポリエステルには、必要に応じて艶消し剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、末端停止剤、蛍光増白剤等が含まれていても良い。
【００２６】
以上に述べた熱可塑性ポリマーを用いて通常の溶融紡糸を実施すると、紡糸口金に穿設された吐出孔から吐出された直後のポリマーが膨らむ、と言ういわゆる“ベーラス効果”といわれる現象を起こすことはよく知られている。
【００２７】
本発明者等は、複合繊維を経由する“溶解法”や“分割法”に代えて、既に述べた“直接紡糸法”によって極細繊維を得た後、これを更に延伸する際に問題となる前述の従来技術に係わる諸問題を究明するために鋭意検討した。そして、その結果、この“ベーラス効果”が重要な役割を果たしていることを知見して、本発明に到達したものである。
【００２８】
以下、図面を参照しながら、本発明をなすに至った経過を説明しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明することにする。
【００２９】
図１は、本発明の溶融紡糸口金の説明図であって、その主要部を部分的に拡大した模式正断面図である。この図１において、参照符号１は紡糸口金を示しており、この紡糸口金１には、上流側にポリマー導入孔１０を有する吐出孔１１が穿設されている。なお、図１には、ポリマー導入孔１０を有する吐出孔１１が一つだけ穿設された部分拡大図を示したが、公知の紡糸口金と同様に、このような吐出孔１１が一つの紡糸口金１には多数個穿設されていることは言うまでもない。
【００３０】
本発明の紡糸口金の一大特徴とするところは、前記吐出孔１１が開口する紡糸口金１のポリマー吐出面１２と、開口した吐出孔１１の側壁面とがなすエッジ部（交差部）１３に対して、１.０〜５.０μｍ、特に好ましくは１.０〜３.０μｍの面取り及び／又はＲ取りを有するエッジ加工が施されていることである。
【００３１】
なお、図１では、前記エッジ部１３を分りやすく明示するために、一点鎖線をその近傍に付記して強調してある。また、図１の例は、前記エッジ部１３に曲率半径がＲであるＲ取りが施されたものがエッジ加工の例として示されているが、このＲ取り加工に代えて、エッジ部１３の角を直線状に削ぎ落とした面取り加工を施しても良い。
【００３２】
一般に、高い吐出圧力を加えられて吐出孔１１から押出されたポリマーＰは、図示したように前記ベーラス効果によって、一旦、吐出直後に膨らみ部Ｐａを形成し、その後、空気抵抗や伸長張力によって細流部Ｐｂが形成させられて、細化が進行し、最終的に繊維状に成形される。
【００３３】
その際、本発明者等は、ベーラス効果による膨らみ部Ｐａが大きくなると、フィラメント切れを誘発するなどして、紡糸調子が不安定になることを究明した。何故、このような現象が生じるのか、その原因はよく分らない。
【００３４】
しかしながら、ポリマーＰが吐出孔１１から出た直後に膨らみ部Ｐａを形成し、細流部Ｐｂに移行する際に膨らみ部Ｐａが大きくなりすぎると、多分、その内部応力が不均一になり、これに伴ってポリマーＰの流れが不安定になって、ベンディングなどを起こして、紡糸調子を悪化させるものと推定される。
【００３５】
なお、紡糸調子を安定させるための吐出孔１１の形状としては、孔径Ｄを小さくすると共に、孔長Ｌを長くすることによって、吐出するポリマー流を安定化できることは公知である。
【００３６】
しかしながら、通常の繊維径より細い極細繊維を紡糸するためには、孔径Ｄは必然的に小さくならざるを得ない。それに加えて、孔長Ｌも長くするとなると、吐出孔１１からポリマーＰを押出すための圧力と吐出速度が高くなり過ぎるため、吐出孔１１のエッジ部１３が急激に磨耗したり、極端な場合には紡糸口金１が変形したりするという問題がある。このような問題は、紡糸口金１に穿設する吐出孔１１の数が増えれば増えるほど、より顕在化することはいうまでもない。
【００３７】
したがって、このような従来の方法では、単繊維繊度が０.２〜０.６dtex、且つ、そのフィラメント数が１００以上の熱可塑性極細繊維を２０００ｍ／分以上で溶融紡糸するような紡糸口金では限界がある。本発明は、このような従来の紡糸口金が有する問題を一挙に解決するものであって、孔径Ｄを必要以上に小さくすることもなく、また、孔長Ｌを必要以上に長くすることも要求しない。
【００３８】
すなわち、既に述べたように本発明の溶融紡糸口金１においては、前記エッジ部１３に対して、１.０〜５.０μｍ、特に好ましくは１.０〜３.０μｍの面取り及び／又はＲ取りを有するエッジ加工を施すことが極めて重要となる。そして、このようにすることによって、前記ベーラス効果によるポリマーＰの膨らみを小さくでき、その結果として、ポリマーＰの流れを安定化することができる。
【００３９】
何故ならば、ベーラス効果によるポリマーＰの膨らみは、吐出孔１１のエッジ部１３がシャープであるほど小さくなるからである。この意味からも、前記のエッジ加工は、５.０μｍ以下が好ましい。
【００４０】
もし、吐出孔１１のエッジ部１３が５.０μｍより大きいシャープでないエッジ加工がなされていると、ポリマーＰの流れは、このエッジ部を容易にトレースできる。そして、その結果として、ベーラス効果によるポリマーＰの膨らみが大きくなる。
【００４１】
これについて、図１の例に則して説明すると、エッジ部１３がシャープなＲ取り加工（図では参照符号Ｒ１で明示）がされている場合は、吐出直後のポリマーＰの膨らみ部Ｐａは実線で示したように大きく膨らむことはない。これに対して、シャープでないＲ取り加工（図では参照符号Ｒ２で明示）がされていない場合には、破線で示したように、ポリマーＰの膨らみ部Ｐａ' は、大きくなる。
【００４２】
このように膨らみ部Ｐａ' が大きくなると、一旦大きく膨らんだポリマーが今度は、伸長張力によって急激に細化が行われることとなって、この時にポリマーに作用する内部応力が不均一となって、ポリマーの流れを不安定化させるものと考えられる。
【００４３】
しかも、このような現象は、高速で紡糸され、且つ繊維径が細くなるほど急激に起こると考えられる。これに対して、本発明は、まさに、２０００ｍ／分という高速の“直接紡糸法”によって極細繊維を紡糸して未延伸糸を得るという工程を経る。このため、紡糸後に、これを一旦巻き取るか、あるいは巻き取らないかは別として、延伸して超極細繊維を得るという場合には、紡糸工程における工程調子の安定化は極めて重要となる。
【００４４】
なお、本発明の紡糸口金では、１.０μｍ未満の面取り及び／又はＲ取りを有するエッジ加工では、次に述べるような理由から好ましくない。つまり、１.０μｍ未満のエッジ加工しか施されていないシャープなエッジ部を有する吐出孔では、このエッジ部の近傍にポリマーから昇華して出てきた異物、ポリマーの熱分解物、ポリマー中に含まれる低分子量物などが付着堆積し、これによって紡糸調子がかえって悪くなると言う結果を招来するからである。
【００４５】
したがって、通常、従来の紡糸口金において、吐出孔１１のエッジ部１３に対してシャープでない面取りを行うことが一般に行われていが、本発明の紡糸口金のようなシャープなエッジ部を形成することは、一般に行われない。
【００４６】
なお、本発明においては、ベーラス効果による吐出直後のポリマーの膨らみを極力抑制することが肝要であることは、既に繰り返し述べたところである。また、このための吐出孔のエッジ部に対してエッジ加工が極めて重要であることも既に述べたところである。
【００４７】
したがって、本発明で言う“面取り及び／又はＲ取りを有するエッジ加工”とは、単に、直線状に面取り加工されていたり、あるいは曲率半径がＲであるような曲線でＲ取り加工が施されたりしたもののみを指すのではないことは、その主旨より明らかである。
【００４８】
つまり、ベーラス効果による吐出直後のポリマーの膨らみを極力抑えることが肝要であって、このため直線と曲線とを多段に組み合わせたエッジ加工を施すようにしても良い。しかしながら、このような複雑でかつ精巧な孔開け加工は、コストと時間がかかるため、必要以上に複雑な加工を施す理由はあまりない。
【００４９】
また、本発明の溶融紡糸口金１においては、前述のように、吐出孔１１が開口するポリマー吐出面１２の表面粗さ（Ｒａ）が重要であって、この吐出面１２の表面粗さ（Ｒａ）を０.０１Ｓ〜０．５Ｓ（０.０１〜０．５μｍ）とすることが必要である。
【００５０】
何故ならば、シャープなエッジ加工を施しても、表面粗さ（Ｒａ）が０.５Ｓ（０．５μｍ）より大きくなって吐出面１２が荒れていては、その効果が減殺されるからである。また、表面粗さ（Ｒａ）が０.０１Ｓ（０.０１μｍ）未満のように必要以上に吐出面１２を鏡面加工することは、加工コスト上及び機能上からもあまり意味がない。
【００５１】
以上に述べた本発明の紡糸口金を使用することによって、単繊維繊度が０.２〜０.６dtex、且つ、そのフィラメント数が１００以上の熱可塑性極細繊維を２０００ｍ／分以上でフィラメント切れなく、安定に溶融紡糸することができる。
【００５２】
そして、巻取後の糸条の複屈折率（ΔＮ）が０.０４≦ΔＮ≦０.０８である低複屈折率を有する極細ポリエステル繊維を得ることができる。そして、この未延伸糸を延伸することによって、０．３dtex以下の超極細繊維を得ることができる。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明の溶融紡糸方法について、実施例により具体的に説明する。なお、本実施例に用いる評価は下記の方法によって評価した。
【００５４】
（１）製糸限界単繊維繊度
紡糸速度を３０００ｍ／分と一定に維持して、紡糸口金に穿設された吐出孔から吐出するポリマー量を徐々に低下させて巻取、溶融紡糸を安定に実施できなくなるフィラメント切れが頻発する時点での単繊維繊度を製糸限界単繊維繊度とした。
【００５５】
（２）紡糸調子
紡糸速度を３０００ｍ／分と一定に維持して、吐出孔一孔当り０.１４ｇ／分でポリエステルを紡出して連続紡糸を行って巻取機に巻き取った。その際、巻取長１０⁵ｍに対して糸条が断糸しなかった回数（Ｎ１）と、巻取長１０⁵ｍに対して断糸した回数（Ｎ２）とをそれぞれカウントして、｛Ｎ２／（Ｎ１＋Ｎ２）｝×１００を算出し、紡糸調子を百分率で評価した。つまり、この値が大きくなるほど紡糸調子が悪いこととなる。
【００５６】
（３）複屈折率（ΔＮ）
オリンパス光学（株）社製ＢＨ-２型偏光顕微鏡を使用して、コンペンセータ法によって、フィラメントのレターデーションとフィラメント径を測定して求めた値から定法によって算出した。
【００５７】
［実施例１及び２、比較例１及び２］
図１に例示した孔径Ｄが０．１５ｍｍ、吐出孔長Ｌが０．６ｍｍの吐出孔１１を１４４個穿設した溶融紡糸口金１に対して、ポリマー吐出面１２と吐出孔１１の側壁面とが交差するエッジ部（交差部）１３に下記の表１に示したＲ取り加工（円弧状のエッジ加工）を行った。なお、この時のポリマー吐出面１２における表面粗さ（Ｒａ）は表１に示す通りであった。
【００５８】
３５℃のオルソ−クロロフェノール溶液を溶媒として使用して公知の方法によって算出した固有粘度が０.６３のポリエチレンテレフタレートからなる溶融ポリマーを前記紡糸口金から紡出し、常法にしたがって、ガラス転移温度以下に冷却した後、油剤を付与し、フィラメント間に交絡を付与し、引取ローラーで紡糸速度３０００ｍ／分で引き取り、最終的に複屈折率（ΔＮ）が０.０５の１４４フィラメントからなる極細繊維の未延伸糸条パッケージとして巻き取った。このとき得られた結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１より明らかな如く、本発明の溶融紡糸口金を使用して極細繊維を溶融紡糸した場合（実施例１及び２）は、０．３dtex以下の単繊維繊度を有する極細繊維の未延伸糸を紡糸調子の悪化もなく得られた。これに対して、本発明の溶融紡糸口金を使用しなかった場合（比較例１及び２）では、製糸限界単繊維繊度を０．３dtex以下にすることは困難であって、紡糸調子も悪かった。
【００６１】
【発明の効果】
以上に述べた本発明の溶融紡糸口金と、この口金を使用した溶融紡糸方法を用いることによって、複合繊維を経由することなく、紡糸速度が２０００ｍ／分以上において、単繊維繊度が０.２〜０.６dtexであって、且つ、そのフィラメント数が１００以上である低配向の未延伸糸をフィラメント切れの発生もなく、安定な紡糸調子を維持しながら得ることができるという極めて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶融紡糸口金の説明図であって、その主要部を部分的に拡大した模式正断面図である。
【符号の説明】
１溶融紡糸口金
１１吐出孔
１２ポリマー吐出面
１３交差部（エッジ部）
Ｐポリマー

Claims

単繊維繊度が０.２〜０.６dtex、且つ、そのフィラメント数が１００以上の熱可塑性極細繊維を２０００ｍ／分以上で溶融紡糸するための吐出孔群が穿設された溶融紡糸口金であって、
前記吐出孔群が開口する前記口金のポリマー吐出面と、開口した吐出孔群の各側壁面とがなす交差部に対して、１.０〜５.０μｍの面取り及び／又はＲ取りを有するエッジ加工が施された極細繊維の溶融紡糸口金。
前記エッジ加工が１.０〜３.０μｍの面取り及び／又はＲ取りである請求項１の極細繊維の溶融紡糸口金。
前記ポリマー吐出面の表面粗さ（Ｒａ）が０.０１Ｓ〜０．５Ｓである請求項１又は２記載の極細繊維の溶融紡糸口金。
請求項１〜３の何れか一項に記載の溶融紡糸口金を用いて、巻取後の糸条の複屈折率（ΔＮ）が０.０４〜０.０８である極細ポリエステル繊維を得る極細繊維の溶融紡糸方法。