JP4523409B2 - 紡糸法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性材料から成るマルチフィラメント糸を紡糸する方法であって、溶融材料を、紡糸ノズルの多数のノズル孔を通って押し出して、多数のフィラメントを有するフィラメント束を形成し、固化したあとで糸として巻き取りる方法ステップと、フィラメント束を紡糸ノズルの下方で冷却する方法ステップを有する方法に関する。

さらにまた本発明は、ポリエステルフィラメントヤーンおよびポリエステルフィラメントヤーンを含むコードに関する。

このような方法は、欧州特許公開第１０７９００８号明細書から公知である。ここでは紡糸に際して新たに押し出されたフィラメントの前進運動が空気流によって助成される。この場合糸に対して平行に流れる冷却媒体流によって実質的な冷却が生じる。そのように冷却するとあらゆる場合に良好な結果が得られ、特に紡糸速度の高い場合にそうである。
熱可塑性材料からマルチフィラメント糸を紡糸するための２段階式の冷却法は、特開平１１−６１５５０号公報に開示されている。第１の冷却ステップで、フィラメントは１方向またはリング状に送風され、第２のステップで、冷却ステップの上位部分で圧縮空気が送り込まれるので、フィラメントに対して平行の下流気流が生じる。これによってフィラメントは均一な物理特性を得る。

熱可塑性ポリマーの冷却作業は極めて複雑であり、一連のパラメータに依存している。特に冷却中にフィラメント断面に関して異なる複屈折度が生じる。というのはつまりフィラメント表面はフィラメントの内部、つまり芯部よりも迅速に冷却されるからである。さらにこのような形式でフィラメントの間で異なる結晶化度が生じる。冷却は、フィラメントにおけるポリマーの結晶化を大部分特定し、このことはフィラメントの後続使用において、たとえば延伸で認識される。一連の使用に関して、迅速な結晶化を促進するために、押出のあとでできるだけ迅速に高レベルの冷却を達成するよう所望される。

従来技術の冷却法では、多くの場合このような要求を満たしていないか、または満足できるものではない。

したがって本発明の課題は、押し出されたフィラメントの効果的な冷却をもたらし、これによって特に比較的低い巻取速度でもフィラメントの良好な結晶化をもたらすような方法を提供することである。

本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載の方法において、冷却を２段階式に行い、第１の冷却域において、ガス状の冷却媒体が送風側とは反対側で実質的にフィラメント束から完全に離間するようにして、ガス状の冷却媒体がフィラメント束に対して横向きにフィラメント束を通流するように、フィラメント束にガス状の冷却媒体を送風し、第２の冷却域において、第１の冷却域の下方で、フィラメント束を、実質的にフィラメント束の周囲に存在するガス状の冷却媒体の自己吸引によって再度冷却することによって解決される。

要するに本発明では２段階式の冷却を行う。第１のステップでは、フィラメント束は、ガス状の冷却媒体によって通流される。この場合冷却媒体が送風側とは反対側でフィラメント束からほぼ完全に離間することがとりわけ重要である。要するに冷却媒体は、冷却のこのステップにおいて、フィラメント束によってできるだけ連行されないようにするのが望ましい。この第１の冷却ステップを実施するための思想によれば、ガス状の冷却媒体がフィラメント束の運動方向に対して横向きにフィラメント束を通流する、つまりいわゆる横方向送風が行われる。この送風は、ガス状の冷却媒体が糸束を通流したあとで吸込装置によって吸い込まれることによって、効果的に行うことができる。これによって一方では冷却流の良好な方向調整が得られ、また他方では冷却媒体が量的にフィラメント束から離間するよう保証されている。したがってたとえばフィラメント束が送風装置と吸込装置との間で通過案内されるようにすることもできる。別の可能性によれば、フィラメント流を分割して、たとえば特定の区間に関して平行にフィラメント流の間に延びる穿孔管によって、たとえば２つのフィラメント流の中央で送風を行う。したがってガス状の冷却媒体を、フィラメント束の中央からフィラメント束を通って外側に送風することができる。ここでも冷却媒体が束から実質的に完全に離間するよう注意する必要がある。もちろんフィラメント流の中央に延びる管を吸込手段として用いて、送風を外側から内側に行って、逆方向の送風−吸込を行うことも考えられる。

本発明の有利な方法によれば、ガス状の冷却媒体の送風速度が０．１〜１ｍ／ｓである。このような速度では、ほぼ乱れ（Verwirbelung）および結晶化における表面／芯部−差の形成されることのない均等な冷却が生じる。

さらにまた第１の冷却域が０．２〜１．２ｍの長さを有すると極めて満足のいく結果が得られることが判った。前述の条件下でこのような長さにわたる送風によって、第１の域もしくはステップにおいて所望される程度の冷却が得られる。

冷却の第２ステップは、いわゆる自己吸引（self suction yarn cooling）によって行われる。この場合フィラメント束は、周辺に存在するガス状の冷却媒体、たとえば周辺空気を連行し、さらに冷却される。この場合ガス状の冷却媒体の流れが形成され、この流れはフィラメント束の走行方向に対してほぼ平行に延びている。この場合ガス状の冷却媒体は、少なくとも２方向からフィラメント束に接近するようにすることが重要である。自己吸引性は、フィラメント束に対して平行に延びる穿孔された２つのプレート、いわゆる２方向プレートによって形成することができる。長さは少なくとも１０ｃｍであり、最大で数メートルである。一般的には、このような自己吸引区間の長さは３０〜１５０ｃｍである。

本発明の方法では、有利には、第２の冷却ステップが、複数の孔付材料、たとえば穿孔プレートの間でフィラメントを案内することによって行われ、それもガス状の冷却媒体が自己吸引に際して２方向からフィラメントに作用するように行われる。

さらに有利には、フィラメント束の第２の冷却域において穿孔管を通って案内が行われる。そのような「セルフサクションチューブ」（Self-suction-Rohr）は専門家に知られている。セルフサクションチューブは、フィラメント束を通るガス状の冷却媒体の連行を実現し、乱れ形成をほとんど回避する。

フィラメント束によって吸引される冷却媒体は、たとえば熱交換器を使用して温度調整することができる。このような構成によって、周辺温度とは無関係なプロセス実行が許容され、このことは紡糸法の長期安定性、たとえば昼−夜もしくは夏−冬−差に関して有利に働く。

さらに紡糸ノズルまたはノズルプレートと第１の冷却域の開始部との間に、一般的な形式でいわゆる熱管が存在する。フィラメント種に応じて、専門家にとって公知のこの部材は、１０〜４０ｃｍの長さを有している。

第１の冷却域と第２の冷却域との間で、有利な形式で、追加的に集束ステップ（Buendelungsschritt）が公知の形式で、たとえばいわゆるエアムーバー（airmover）またはエアナイフ（airknives）によって行われる。さらにまた集束ステップは第２の冷却域の内側で行うこともできる。

もちろん本発明の方法は、冷却域の後方で巻取を行うまえに、追加的にフィラメントの延伸を公知の形式で有することができる。「延伸」とは、ここではフィラメントを伸ばすための、専門家にとって公知の一般的なあらゆる方法と解される。このことはたとえばガレットを単独で、もしくは組み合わせて使用することによって、またはこれに類する形式で行うことができる。ここで述べておくと、「延伸」とは、１より大きな延伸度も、１より小さな延伸度も含むものである。１より小さな延伸度は専門家にとってリラックス（Relaxation）という定義で知られたものである。１より大小する延伸度は、１プロセスの間に相前後して発生する。

総延伸度は、一般的な形式で延伸速度、もしくは依然としてリラックスが行われる場合、プロセス終了時の巻取速度と、フィラメントの紡糸速度、つまりフィラメント束が冷却域を通走する速度との関係から求められる。典型的な組み合わせは、たとえば２７６０ｍ／ｍｉｎの紡糸速度、６０００ｍ／ｍｉｎの延伸、延伸に続く０．５％のリラックスを付加的に考慮すると、つまり５９７０ｍ／ｍｉｎの巻取速度である。結果として２．１６の総延伸度が生じる。

したがって本発明では、巻取のために少なくとも２０００ｍ／ｍｉｎの速度が有利である。原則としてプロセスには、技術的な実現性の範囲内で、速度に関する上限が定められていない。一般的に巻取の際の上限速度範囲に関して、約６０００ｍ／ｍｉｎが有利である。一般的な１．５〜３．０の総延伸度では、紡糸速度に関して５００〜４０００ｍ／ｍｉｎ、有利には２０００〜３５００ｍ／ｍｉｎの範囲が生じる。

延伸装置の手前で冷却域の後方に追加的に冷却筒を設けることができる。この構成部材も公知のものである。

ガス状の冷却媒体として、有利には空気または不活性ガスたとえば窒素もしくはアルゴンが使用される。

本発明の方法は、原則として特定のポリマーに制限されるものではなく、押し出してフィラメントを形成することのできるあらゆるポリマー種を使用することができる。もちろん熱可塑性材料として、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンまたはこれらの混合物もしくはコポリマーのようなポリマーが有利である。

特に有利には、熱可塑性材料が主にポリエチレンテレフタレートから成っている。

本発明の方法は、特に産業技術的な利用分野に適しており、特にタイヤコードに利用するのに適しているフィラメントの製作を許容する。さらに本発明の方法は、産業技術的なヤーンを製作するのにも適している。産業技術的なヤーンを紡糸するために必要な調節、特にノズルの選択ならびに熱管の長さは、専門家に知られている。

したがって本発明は、前述の方法で製作することのできるフィラメントヤーン、特にポリエステルフィラメントヤーンにも適している。

特に本発明は、破断強さＴｍＮ／ｔｅｘおよび破断伸度Ｅ％を有するポリエステルフィラメントヤーンに適しており、ここでは破断強さＴと破断伸度Ｅの三乗根との積（Ｔ*Ｅ^１／３）は少なくとも１６００ｍＮ％^１／３である。有利にはこの積は１６００〜１８００ｍＮ％^１／３ｔｅｘである。

パラメータＴ*Ｅ^１／３を特定するための破断強さＴならびに破断伸度Ｅの測定は、ＡＳＴＭ８８５に従って行われ、このことは専門家には一般的に知られている。

本発明は、有利にはポリエステルフィラメントヤーンに関しており、ここでは４１０ｍＮ／ｔｅｘの固有の力を加えることによる伸度ＥＡＳＴ（elongation at specific tension）％と、１８０度の熱収縮率（ＨＡＳ）％との合計、つまりＥＡＳＴ＋ＨＡＳの合計が１１％より小さく、有利には１０．５％より小さい。

ＥＡＳＴの測定はＡＳＴＭ８８５に従って行われ、ＨＡＳの特定も同様にＡＳＴＭ８８５に従って、１８０度で５ｍＮ／ｔｅｘの条件下で２分間にわたって行われる。

さらにまた本発明は、ポリエステルフィラメントヤーンを有しているタイヤコードに関しており、この場合コードはリテンション率（Retentionsvermoegen）Ｒｔ％を有しており、ポリエステルフィラメントヤーンは、ポリエステルフィラメントヤーンのＴ*Ｅ^１／３とコードのＲｔとの積を現す品質ファクタＱ_ｆが１３５０ｍＮ％^４／３ｔｅｘより大きくなっていることを特徴としている。

リテンション率とは、コードの破断強さに対するディッピングのあとの糸の破断強さの商と解される。

品質ファクタは、１３７５ｍＮ％^４／３ｔｅｘより大きいと特に有利であり、かつ有利には１８００ｍＮ％^４／３ｔｅｘまでである。

次に以下の実施例につき本発明を詳しく説明する。本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

２．０４の相対粘度（２，４，６−トリクロルフェノールおよびフェノール（ＴＣＦ／Ｆ，７：１０ｍ／ｍ）から成る１２５ｇの混合物に１ｇのポリマーを溶解した溶液をウデローデ（ＤＩＮ５１５６２）粘度計を用いて２５°の温度で測定した）を有するポリエチレンテレフタレート粒体は、紡糸されて、表１に記載した条件下で冷却される。延伸速度は６０００ｍ／ｍｉｎである。付加的なリラックスは０．５％に調節し、巻取速度は５９７０ｍ／ｍｉｎに調節した。

ヤーン特性は、３つのサンプルで特定し、表２に示した。

さらにディッピング（Dippen；浸漬）のあとのコード特性を特定し、表３にまとめた。

品質ファクタＱｆは、Ｔ*Ｅ^１／３とリテンション（Retention；保持回復）との積として現れる。

Claims (11)

1. 熱可塑性材料から成るマルチフィラメント糸を紡糸する方法であって、溶融材料を、紡糸ノズルの多数のノズル孔を通って押し出して、多数のフィラメントを有するフィラメント束を形成し、固化したあとで糸として巻き取る方法ステップと、フィラメント束を紡糸ノズルの下方で２段階式に冷却する方法ステップを有しており、第１の冷却域において、ガス状の冷却媒体がフィラメント束に対して横向きにフィラメント束を通流するように、フィラメント束にガス状の冷却媒体を送風する方法において、
   第１の冷却域において、ガス状の冷却媒体が、フィラメント束によってできるだけ連行されずに、送風側とは反対側で実質的にフィラメント束から実質的に離間するようにし、第２の冷却域において、第１の冷却域の下方で、フィラメント束を、実質的にフィラメント束の周囲に存在するガス状の冷却媒体の自己吸引によって、再度冷却することを特徴とする、紡糸法。
2. ガス状の冷却媒体を、糸束の通流のあとで、吸出装置を用いて吸い出す、請求項１記載の方法。
3. ガス状の冷却媒体の送風速度を、０．１ｍ／ｓから１ｍ／ｓまでにする、請求項１または２記載の方法。
4. 第１の冷却域が、０．２ｍから１２ｍまでの長さを有するようにする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 第２の冷却ステップを、孔付材料たとえば穿孔板の間でフィラメントを案内することによって、ガス状の冷却媒体が自己吸収に際して２方向からフィラメントに作用するように行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 穿孔管を通ってフィラメント束を案内することによって、第２の冷却ステップを行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
7. 冷却のあとで、かつ巻取のまえに、フィラメントの延伸を公知の形式で行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 少なくとも２０００ｍ／ｍｉｎの速度で巻取を行う、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. ガス状の冷却媒体が、空気または不活性ガスである、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 熱可塑性材料を、ポリエステル、ポリアミドもしくはポリオレフィンを有するグループ、またはこれらのポリマーの混合物から選択する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 実質的にポリエチレンテレフタレートから成る熱可塑性材料を使用する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。