JP4580570B2 - 中空糸製造用紡糸ノズルパック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融可能なポリマーから溶融賦形法により中空糸を製造するための紡糸ノズルパックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸製造用紡糸ノズルパックとしては、例えば実開昭５７−３９９７２号公報に開示され、図５にも示すようなノズルパック１００が使われている。このノズルパック１００は、上部フィーダー１１２の側壁部から下部に向けて形成された溶融樹脂流路１１２ａを通って供給された樹脂が、フィルター１３０を通って下部ケーシング１１１に組み付けられた紡糸ノズルユニット１２０へと導入される。前記紡糸ノズルユニット１２０には、ノズル面に開口する、環状の吐出スリット２５及び同吐出スリット２５の中心に配された気体排出孔２４ａと、前記吐出スリット２５に溶融ポリマーを分配する分配板１２１と、前記気体排出孔２４ａに気体を導入する気体導入室２３と、同気体導入室２３に気体を供給する気体供給路２２ｂとを備えている。
【０００３】
従来から溶融賦形法により中空糸膜を製造する際に、溶融ポリマーの濾過は５０〜１０００メッシュ程度の金網を数枚積層したディスクフィルターにより行われていた。溶融ポリマーのなかには混入不純物の他に未溶解物等が存在しており、これらを濾過して除去することにより、紡糸の安定性向上を図るだけでなく、溶融賦形法で製造された中空糸膜を後工程で延伸多孔化する際の安定性が格段に上昇し、歩留まりが大幅に向上することが確認されている。
【０００４】
そこで、濾過性能を高めるために、金網ディスクフィルターの上流側に金属サンドを充填して溶融ポリマーを濾過、整流する方法や、金属不織布のディスクフィルターを用いる方法などが検討されてきたが、溶融粘度が比較的高い中空糸膜用ポリマーの濾過では、濾過差圧が上昇して既設紡糸設備がこれに耐えられないという問題があった。
【０００５】
また一方で、紡糸生産性の向上を目的として紡糸速度を上げることも検討されてきたが、濾過フィルターの差圧上昇が制限となって、濾材の耐圧や紡糸設備自体の耐圧がこれに足らず、しかも差圧の上昇によってポリマーのせん断発熱が大きくなり、ノズル内でのポリマーの温度斑が大きくなり、紡糸速度を十分に上げられず、且つ紡糸斑の発生原因ともなっていた。
【０００６】
このような問題を解決するために、衣料用のポリエステル繊維の紡糸設備などで採用されているＣＰＦ（セントラルポリマーフィルター）を導入し、多数の紡糸ノズルパックに対し、中央に大規模な高性能濾過フィルターを設置し、中央のフィルターから周縁の紡糸孔へとポリマー配管を引きまわして供給する方法が考えられる。しかし、このＣＰＦは溶融ポリマーの滞留劣化が問題になりやすい。
【０００７】
しかも中空糸膜用のポリマーは溶融紡糸温度、紡糸条件下での溶融粘度が数万ポアズを超える比較的溶融粘度が高いポリマーであるため、中空糸製造用ノズルにおいては大規模なフィルターを中央に配置し、中央のフィルターから周縁の紡糸孔へとポリマー配管を引きまわして供給する方法がとりにくいという問題があった。更には、既設紡糸設備に対して大幅な設備改造が必要となり、実用的ではなかった。
【０００８】
また、実開昭６３−１４００７４号公報に開示されているように、一般の中実糸を紡糸するための溶融紡糸ノズルパックに採用されている、センターポールの中心に濾過したポリマーが滞留するＯＵＴ−ＩＮ濾過タイプのリーフディスクフィルターを、単純に中空糸製造用紡糸ノズルパックの中に設置することも考えられる。しかしながら、かかるリーフディスクフィルターはノズルパック内での溶融ポリマーの滞留時間が増加することから、ポリマーの熱劣化によって紡糸安定性自体を損なうおそれがある。また、ノズルパック内での溶融ポリマーの滞留時間の増大は、ポリマーの温度斑にも反映する。従って、ノズルパック内部の温度を均一化することが重要になるが、周囲から加熱するノズルパックは中心部の温度が他の部位より低くなり、またクエンチ風に曝される紡糸ノズル面の温度が他の部位よりも低くなる。そのため、かかるＯＵＴ−ＩＮ濾過タイプのリーフディスクフィルターを使用することは、溶融粘度の極めて低いポリマーを高速度で紡糸する場合を除いては不可能であった。
【０００９】
このような問題を解決するために、実開平５−５６９６５号公報や、実開平５−７７１号公報に開示されている一般の溶融紡糸用紡糸ノズルパックでは、同ノズルパックの中に設置されているリーフディスクフィルターとして、中心部から溶融ポリマーを供給し、フィルターの外周に向かって濾過を行うＩＮ−ＯＵＴ濾過タイプのリーフディスクフィルターが提案されている。このようなＩＮ−ＯＵＴ濾過タイプのリーフディスクフィルターを用いる場合には、分配板の周縁にポリマー用のノズルを穿孔し、フィルターの中心から外周に向かって濾過されたポリマーを一箇所に絞ることなく、比較的温度が制御しやすい前記周縁に穿孔されたノズルから紡糸することが可能になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的に市販されているリーフディスクフィルターは、周囲から中心に向かってＯＵＴ−ＩＮ濾過を行うことを前提とした構造であるため、その逆のＩＮ−ＯＵＴ濾過を行う場合に、フィルターが高い内圧には耐え得ない構造となっている。
【００１１】
従って、かかるＩＮ−ＯＵＴ濾過タイプのリーフディスクフィルターは溶融粘度の極めて低いポリマーにしか適用が不可能であり、中空糸膜用に使用される粘度の高い溶融ポリマーの濾過にＩＮ−ＯＵＴ濾過粘度が高い場合は、濾過メディヤが内圧に対して膨れたり変形したりして流路を狭くすることで、濾過自体ができなく場合がある。すなわち、内側に耐圧補強を行っている一般的なＯＵＴ−ＩＮ濾過タイプのリーフディスクフィルターを、溶融粘度の高い中空糸用の紡糸ノズルパックに使用し、しかもその逆のＩＮ−ＯＵＴ濾過として使用することは困難である。
【００１２】
本発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、溶融ポリマーのフィルターを既設の中空糸製造用紡糸ノズルパックと一体化し、従来の紡糸設備と互換性を持たせながら、粘度の比較的高い溶融ポリマーの濾過を高精度で行い、且つ温度斑の少ない溶融ポリマーを紡糸可能とする中空糸製造用紡糸ノズルパックを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本件請求項１に係る発明によれば、ノズル面に開口する、環状の吐出スリット及び同吐出スリットの中心に配された気体排出孔と、前記吐出スリットに溶融ポリマーを分配する分配板と、前記気体排出孔に気体を導入する気体導入室と、同気体導入室に気体を供給する気体供給路とを有する中空糸製造用紡糸ノズルパックにおいて、円盤積層式のリーフディスクフィルターが、前記分配板の直前にその中心をセンターポールにより支持されて配し、前記センターポールは、中心軸線上に前記リーフディスクフィルターによる濾過済み溶融ポリマーの流路を有するポスト部と、同ポスト部の一端から直交して延設されたフランジ部とを有し、前記フランジ部の外側面がノズルパックの外壁の一部を構成してなることを特徴としている。
【００１４】
更に本件請求項２に係る発明では、前記外壁にヒーターを有し、前記ポスト部が前記フランジ部を介して加熱されてなることを特徴としている。
【００１５】
本発明にあっては、粘度の高い中空糸用溶融ポリマーであっても、ＯＵＴ−ＩＮ濾過のリーフディスクフィルターにより高精度に濾過がなされ、また、濾過に要する時間が長くなっても、同フィルターの中心に配されているセンターポールのポスト部が外壁と同程度に加熱されているため、濾過済みのポリマーの温度斑が少なく、高性能な中空糸を安定して紡糸することが可能になる。
【００１６】
また、本件請求項３に係る発明によれば、前記気体供給路は前記ノズル面に開口しており、前記吐出スリット及び前記気体供給路に対応する部分にそれぞれポリマー紡糸孔と気体供給開口とを有する断熱プレートが前記ノズル面に設置されてなることを特徴としている。このように、前記ノズルパックのノズル面に上記断熱プレートを設置することによって、クエンチ風によるノズル面への影響を最小限に抑えて、安定した紡糸が可能になる。
【００１７】
本件請求項４に係る発明では、更に、前記ノズル面近傍にヒーターを設置してなることを特徴としている。前記ノズル面はクエンチ風の影響により、他の部位に比べて温度が低くなりやすいが、このノズル面近傍をヒーターにより加熱することで、他の部位との温度差を最小限に抑え、ノズルパック全体にわたって均一な温度分布を得ることができ、より安定した溶融ポリマーの紡糸が可能になる。
【００１８】
本件請求項５に係る発明は、前記センターポールの前記ポスト部の内部にスタティックミキサーが配されてなることを特徴としている。スタティックミキサーをポスト部内に配置すれば、濾過済みの溶融ポリマーが前記ミキサーにより撹拌され、溶融ポリマーの温度を更に均一化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の好適な実施形態である中空糸製造用紡糸ノズルパックの概略を示す図である。
【００２０】
前記ノズルパック１は下部ケーシング１１内に中空糸の紡糸ノズルユニット２０が組み込まれると共に上部フィーダー１２内にリーフディスクフィルターユニット３０が組み込まれている。
【００２１】
前記下部ケーシング１１は筒体からなり、中央に前記紡糸ノズルユニット２０が組み付けられている。前記ケーシング１１の下端には内周面は下方へ向けて拡径するテーパ部１１ａが形成されている。
【００２２】
前記紡糸ノズルユニット２０は前記ケーシング１１の上端に密嵌する分配板２１を有している。前記分配板２１はその周縁に上下に貫通するとともに下方が拡径する逆ロート状の複数の分配孔２１ａを有している。更に同分配板２１の上面は中心から前記分配孔２１ａへ向けて傾斜する分配面２１ｂとなっている。
【００２３】
前記分配板２１の下方には、所定の間隙をもってノズル本体２２が前記ケーシング１１に密嵌して配されている。前記分配板２１とノズル本体２２との間の空間は気体導入室２３を構成している。前記ノズル本体２２には複数のノズル用貫通孔２２ａが形成されると共に、前記気体導入室２３へと連通する複数の気体供給路２２ｂが形成されている。同ノズル本体２２は前記ノズル用貫通孔２２ａが前記分配板２１の分配孔２１ａの形成位置にくるよう位置決めされ、前記ケーシング１１にピン部材１３により固定されている。
【００２４】
前記気体供給路２２ｂは、ノズル本体２２のノズル用貫通孔２２ａ以外の部位に適宜設けられ、後述するノズル中子２４に形成された気体排出孔２４ａと断面積に大きな差異が無く、気体を大きな抵抗なく気体導入室２３に導入できるよう形成されており、その大きさ及び数は同図１に限定されるものではない。なお、前記気体供給路２２ｂは図１のノズルパック１にあってはノズル本体２２の中心にも形成されているが、ノズルパック全体の温度斑を考慮して、ノズル本体２２の中心には気体供給路２２ｂを形成しない場合もある。
【００２５】
前記ノズル本体のノズル用貫通孔２２ａにはノズル中子２４が嵌挿されている。前記ノズル中子２４はその上部を前記気体導入室に突出させ、上端が前記分配板２１の前記分配孔２１ａの周縁にガスケット１４を介して密着している。更に、同ノズル中子２４は前記ノズル本体２２のノズル用貫通孔２２ａの上部に密嵌すると共に、同貫通孔２２ａの下部では同ノズル中子２４の外周面と前記貫通孔２２ａとの間に環状の吐出スリット２５を形成する形態をなしている。この吐出スリット２５の下端から中空糸が紡糸される。更にノズル中子２４の前記気体導入室に露呈している上部側方から下端へと連通する気体排出孔２４ａが形成されている。
【００２６】
前記上部フィーダー１２はその中央に、下端が開放しているリーフディスクフィルターユニット３０の収納空間１２ａが形成されている。更にフィーダー１２には前記収納空間１２ａに連通する溶融ポリマー導入路１２ｂが形成され、同導入路１２ｂは前記フィーダー１２の側壁上部に溶融ポリマー導入開口１２ｃを有している。
【００２７】
前記リーフディスクフィルターユニット３０は、円盤状のリーフディスクフィルター３１が複数枚、ガスケット及びＳＵＳリングを挟んでセンターポスト３２により積層支持されている。前記センターポスト３２は円筒状のポスト部３２ａと、同ポスト部３２ａの下端から直交して延びるフランジ部３２ｂとからなり、前記ポスト部３２ａには多数のポリマー用開口３２ｃが形成されている。
【００２８】
前記センターポスト３２に積層支持されているリーフディスクフィルター３１は、その上部からカバープレート３３により圧縮され、前記センターポスト３２のポスト部３２ａの上端においてボルト３４により固定されている。
【００２９】
前記リーフディスクフィルター３１は、市販のものと構造的には全く同じものであり、ディスク周囲から中心に向かってＯＵＴ−ＩＮで濾過するタイプのものであるが、ノズルパック内に一体に組み込めるような直径のものを選定している。前記リーフディスクフィルター３１の積層枚数は、濾過精度及び濾材寿命から求められる所用濾過面積と、ノズルパック１やリーフディスクフィルターユニット３０の大きさとの関係で決定される。
【００３０】
本発明にあっては前記センターポスト３２に特徴がある。すなわち、従来のリーフディスクフィルターユニット３０に使用されているセンターポストは、ポスト部の下端から直交して延設されたフランジ部の延設長さは、前記ポスト部及びリーフディスクフィルターを支持するため、前記リーフディスクフィルターの径寸法よりも僅かに長い程度であり、ノズルパックのケーシング内に収納されている。
【００３１】
しかしながら、本発明のセンターポスト３２は、前記フランジ部３２ｂの延設長さがフィルターユニット１の下部ケーシング１１及び上部フィーダー１２の外周と同一面を形成する長さに設定されている。従って、前記センターポスト３２のフランジ部３２ｂにより、上述した紡糸ノズルユニット２０が組み込まれた下部ケーシング１１の上方がガスケット１５を介して閉塞されると共に、リーフディスクフィルター３０が組み込まれた上部フィーダー１２の前記収納空間１１ａがガスケット１６を介して閉塞される。そして、下部ケーシング１１、上部フィーダー１２及び両者間に挟持されたセンターポスト３２のフランジ部３２ｂが、ボルト１７により締め付けられる。
【００３２】
かかる構成を備えたノズルパック１により中空糸を製造するには、先ず、上部フィーダー１２の溶融ポリマー導入開口１２ｃから溶融ポリマーが導入され、溶融ポリマー導入路１２ｂを通ってリーフフィルターユニット３０の収納空間１２ａへと導入される。同収納空間１２ａとリーフディスクフィルターユニット３０のと間隙に充填された溶融ポリマーは、リーフディスクフィルター３１により濾過された後、センターポスト３２のポリマー用開口３２ｃからポスト部３２ａを通って滞留することなく速やかに紡糸ノズルユニット２０の分配板２１へと導かれる。
【００３３】
このとき、ノズルパック１はその外部から所定の温度に加熱されているが、通常は、リーフディスクフィルターユニット３０の中心に位置するセンターポスト３２のポスト部３２ａは、外周部から最も離れているため温度制御が困難であり、この部分に滞留する溶融ポリマーに大きな温度分布を与えることになる。
【００３４】
しかしながら本発明は、リーフディスクフィルター３１を支持するセンターポスト３２のフランジ部３２ｂがノズルパック１の外壁の一部を構成していることにより、前記センターポスト３２は紡糸時にノズルパック１の側面から直接、加熱される。このセンターポスト３２への直接熱伝導によって、上部フィーダー１２の中心に位置するセンターポスト３２のポスト部３２ａも、下部ケーシング及び上部フィーダー１２と同様、直接加熱されることになり、ノズルパック１の外壁近傍とリーフディスクフィルターユニット３０の中心部にあるポスト部３２ａとの温度差が極めて小さくなる。
【００３５】
そのため、中空糸膜用の溶融ポリマーは粘度が高く、前記フィーフディスクフィルターユニット３０内での滞留時間が比較的長くなるが、その外壁のみならず、中心の前記ポスト部３２ａも加熱されるため、溶融ポリマーの温度斑を最小限に抑えることができる。更には、センターポスト３２の滞留部分を極力小さく設計して滞留時間を極小にすることにより、温度斑を小さくできる。
【００３６】
その後、濾過済みの溶融ポリマーは紡糸ノズルユニット２０の分配孔２１ａへと分配されるが、溶融ポリマーが突き当たって滞留する分配板２１の上面を、外周に向けて傾斜させた分配面２１ｂとしているため、ポリマーの分配がスムースになされ、温度斑を小さくすることに補助的に有効である。
【００３７】
溶融ポリマーは各吐出スリット２５を通り、その下端の紡糸孔２５ａから中空糸として紡糸される。このとき、前記気体供給路２２ｂから気体導入室２３へとい導入された気体が、ノズル中子７の気体排出孔２４ａを通り、吐出スリット２５から紡糸される中空ポリマーの内側に導入され、中空糸が紡糸される。この紡糸の際、溶融ポリマーは温度斑がないため、均一且つ安定した紡糸が可能となる。
【００３８】
勿論、以上述べたノズルパック１の構成は本発明の一例にすぎず、補助的なノズルパックの設計はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
例えば、上記吐出スリット２５は、紡糸条件によっては、クエンチ風の影響を受けて放熱し、このことがノズルパック１全体の温度斑を大きくする。そこで、前記ノズル本体２２の下端、すなわちノズル面に、図２に示すような断熱プレート２６を設置することが好ましい。かかる断面プレート２６を設置することによりノズル面からの放熱を抑えて、ノズルパック全体の温度を均一化することができる。
【００４０】
前記断熱プレート２６には、前記吐出スリット２５と略同一径をもち、中空糸を紡糸するための紡糸孔２６ａと、前記気体供給路２２ｂと同一径をもつ気体導入開口２６ｂとが形成され、前記ノズル本体２２に対して円周方向の位置決めのためのピン穴等を設けること等で、同本体２２に容易に組み付けできるようになっている。また、紡糸孔２６ａは段付き孔とされており、前記吐出スリット２５の近傍では前記ノズル本体２２の下面（ノズル面）に断熱プレート２６が直接接触しないようにし、断熱効果をより高めている。なお、断熱プレート２６の材質は、紡糸や予熱時のノズルパック１の温度に耐えられるものであれば特に制限は無いが、熱膨張や、清掃を考慮してノズルパック１の材質と同じものを用いることがより好ましい。
【００４１】
また、クエンチ風の影響を抑えるために、図１に示すノズルパック１の下部ケーシング１１の下端部分に、図３に示すようなバンドヒーター２７を取り付けて積極的に温度制御することも、ノズルパック全体の温度を均一化することには有効である。前記バンドヒーター２７は一部が離間したリング状であり、その離間部分に間隙を調節すると共に、ノズルパック１の下部ケーシング１１下端に締め付けて固定するためのネジ部材２７ａが取り付けられている。そのため、バンドヒーター２７は下部ケーシングの下端の寸法に応じて適宜、その寸法を調節し固定可能である。
【００４２】
なお、バンドヒーター２７は図３に示すものに限定されるものではないが、ノズルパック１を一体として設置し、従来の紡糸ノズルパックと互換性をもたせて使用するためには、図１の下部ケーシング１１の下端部分にケーシング１１をハンドヒーターの厚さ分だけ削り込むようにして設置できるようにすることがより望ましい。
【００４３】
バンドヒーター２７は使用温度範囲、制御精度条件を満たすものであれば特に制限は無く、フイルム製造装置等のＴダイ等に用いられるリップヒーターと同様に補助的な温度制御を行うものである。
【００４４】
ところで、上述したノズルパック１によれば、ノズルパック１全体の温度を均一化することが可能であるが、ディスクフィルターを使用した従来のノズルパックと比較すると、溶融ポリマーのノズルパック１内での滞在時間は長くならざるを得ない。従ってポリマー粘度の温度依存性の特に大きなポリマーや、熱履歴に敏感なポリマーにおいては、紡糸安定性を損なう場合もある。
【００４５】
かかる問題点を解決すべく改良されたノズルパック１′を図４に示す。同ノズルパック１′は、リーフフィルターユニット３０′のセンターポスト３２のポスト部３２ａ内にスタティックミキサー３５が設置されている点、及び分配板２１′の上面が平坦面２１ｂ′である点が上記ノズルパック１と異なる以外は、上記ノズルパック１と同一の構成を備えている。従って、ノズルパック１と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
前記センターポスト３２のポスト部３２ａ内にスタティックミキサー３５を設置することにより、濾過後の溶融ポリマーを積極的に均一混合させることができるため、安定した紡糸が可能となる。なお、このように濾過後のポリマーをスタティックミキサー３５により均一化する場合には、紡糸時のポリマー圧力の増加を招くので、濾過差圧や、ノズルパック１′全体の差圧、均一混合の程度を調整しながらスタティックミキサー３５の段数をパック１内の寸法許容範囲内で決定する必要がある。
【００４７】
以下、本発明について実施例を参照して具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示すような、中空糸製造用紡糸ノズルパックを作製した。リーフディスクフィルターの仕様は以下の通りである。
リーフディスクフィルター
金属不織布／ナスロンＬＦ２Ｍ０８Ｄ１（９５％濾過精度２０μ）
直径φ７８−３０、日本精線（株）製
積層枚数９枚
合計濾過面積０．０４３２ｍ2
センターポール内径：φ１０ｍｍ
この中空糸製造用紡糸ノズルパックにより以下の紡糸条件にて溶融ポリマーを供給して、中空糸の紡糸を行った。
紡糸条件
ポリマー ：高密度ポリエチレン（ハイゼックス：三井化学製）
紡糸温度 ：１６０℃
吐出量 ：７５．０６ｃｃ／ｍｉｎ
ノズルパック圧力：６．０ＭＰａ
紡糸速度 ：２００ｍ／ｍｉｎ
クエンチ条件 ：吹き出し温度１６℃、風量適宜調整
【００４８】
以上の結果、吐出樹脂温度は１５６℃程度で安定して制御可能であり、安定して紡糸を行うことが可能であった。また、紡糸時の管理項目である直径（こぶ）も安定しており、糸切れは全く発生しなかった。更に、次の工程である延伸工程で、紡糸欠陥起因と思われる糸切れ率は３％台であり、従来のノズルパックでのそれの半分に削減することができた。さらに、ノズルパック圧力は、通常の紡糸時間の５０時間経過後も、圧力上昇が０．１ＭＰａと極僅かであり、差圧上昇によるノズル寿命に関しては全く問題が無く、継続して紡糸を継続することが可能であった。
【００４９】
（比較例１）
図５に示すディスクフィルターを用いた従来の中空糸製造用紡糸ノズルパック１００により、上述した実施例１とほぼ同じ紡糸条件により中空糸を紡糸した。前記ノズルパック１００は上部フィーダー１１２の側壁部から下部に向けて溶融樹脂流路１１２ａが形成されている。下部ケーシング１１１には紡糸ノズルユニット１２０とディスクフィルター１３０とが組み付けられている。前記紡糸ノズルユニット１２０は、分配板１２１以外の構成が上述した本発明のノズルパック１の紡糸ノズルユニット２０と同一であり、それら同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
前記分配板１２１はその上端にディスクフィルター１３０の支持段部１２１ａを有し、その下部に濾過されたポリマーが滴下する空間１２１ｂが形成されている点で上述の分配板２１とは異なるが、その他の構成は同一であり、前記空間１２１ｂの底面が中心から外周に向けて傾斜した分配面１２１ｃとなっており、外周には溶融ポリマーの分配路１２１ｄが形成されている。また、ここで使用したディスクフィルター１３０は下記の仕様であった。
ディスクフィルター
ＳＵＳ金網９層 （＃５０、＃１００、＃３２５、＃６００、＃１０００、＃３２５、＃１００、＃５０、＃１０）
直径７５ｍｍ、関西金網（株）製
９５％濾過精度：５１μｍ
濾過面積：０．００４９ｍ2
【００５１】
この結果、紡糸速度１９０ｍ／ｍｉｎで紡糸することが可能であった。ノズルパック圧力は１１ＭＰａであり、吐出樹脂温度は１５２℃程度で、安定になるまで２時間程度の時間を要した。また、紡糸時の管理項目である直径（こぶ）での不良率は４％であった。更に、次の工程である延伸工程で、紡糸欠陥起因と思われる糸切れ率は約７％であった。ノズルパックの差圧上昇は、通常の紡糸時間５０時間後に５ＭＰａ程度であり、大幅な寿命延長は困難な状況であった。
【００５２】
以上説明したように、本発明の本中空糸製造用紡糸ノズルパックでは、リーフフィルターユニットにおけるセンターポストのフランジ部によりノズルパック外周面を構成しているため、このフランジ部からの直接熱伝導により、中央のポスト部も加熱され、同ポスト部内に滞留する溶融ポリマーをも加熱し、その温度を制御することができる。そのため、ポスト部内に滞留する溶融ポリマーの温度斑を最小限に抑え、溶融ポリマーの温度を均一化して、安定に中空糸を紡糸生産することが可能になる。
【００５３】
また、本発明の本中空糸製造用紡糸ノズルパックは、従来のノズルパックと完全に互換性を持たせることが可能であり、既存の紡糸設備を全く変更することなく、高精度な濾過を行うことが可能になる。これにより、紡糸速度向上の律束となっていたポリマーの紡糸圧力を下げることが可能になるばかりでなく、ノズルパックの寿命を延長することも可能になり、中空糸膜の品質の安定化だけでなく、生産性の大幅な向上を図れるという、格別の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態による中空糸製造用紡糸ノズルパックの断面図である。
【図２】図１の中空糸製造用紡糸ノズルパックのノズル面に配されている断熱プレートの斜視図である。
【図３】図１の中空糸製造用紡糸ノズルパックに付加的に取りつけるバンドヒーターの一例を示す上面図及び側面図である。
【図４】本発明の好適な変形例による中空糸製造用紡糸ノズルパックの断面図である。
【図５】従来の中空糸製造用紡糸ノズルパックの断面図である。
【符号の説明】
１０ 中空糸製造用紡糸ノズルパック
１１ 下部ケーシング
１１ａ テーパ部
１２ 上部フィーダー
１２ａ リーフディスクフィルターユニットの収納空間
１２ｂ 溶融ポリマー導入路
１２ｃ 溶融ポリマー導入開口
１３ ピン部材
１４ ガスケット
２０ 紡糸ノズルユニット
２１ 分配板
２１ａ 分配孔
２１ｂ 分配面
２２ ノズル本体
２２ａ ノズル用貫通孔
２２ｂ 気体供給路
２３ 気体導入室
２４ ノズル中子
２４ａ 気体排出孔
２５ 吐出スリット
２６ 断熱プレート
２６ａ 紡糸孔
２６ｂ 気体導入開口
２７ バンドヒーター
３０ リーフディスクフィルターユニット
３１ リーフディスクフィルター
３２ センターポスト
３２ａ ポスト部
３２ｂ フランジ部
３２ｃ ポリマー用開口
３３ カバープレート
３４ ボルト
３５ スタティックミキサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融可能なポリマーから溶融賦形法により中空糸を製造するための紡糸ノズルパックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸製造用紡糸ノズルパックとしては、例えば実開昭５７−３９９７２号公報に開示され、図５にも示すようなノズルパック１００が使われている。このノズルパック１００は、上部フィーダー１１２の側壁部から下部に向けて形成された溶融樹脂流路１１２ａを通って供給された樹脂が、フィルター１３０を通って下部ケーシング１１１に組み付けられた紡糸ノズルユニット１２０へと導入される。前記紡糸ノズルユニット１２０には、ノズル面に開口する、環状の吐出スリット２５及び同吐出スリット２５の中心に配された気体排出孔２４ａと、前記吐出スリット２５に溶融ポリマーを分配する分配板１２１と、前記気体排出孔２４ａに気体を導入する気体導入室２３と、同気体導入室２３に気体を供給する気体供給路２２ｂとを備えている。
【０００３】
従来から溶融賦形法により中空糸膜を製造する際に、溶融ポリマーの濾過は５０〜１０００メッシュ程度の金網を数枚積層したディスクフィルターにより行われていた。溶融ポリマーのなかには混入不純物の他に未溶解物等が存在しており、これらを濾過して除去することにより、紡糸の安定性向上を図るだけでなく、溶融賦形法で製造された中空糸膜を後工程で延伸多孔化する際の安定性が格段に上昇し、歩留まりが大幅に向上することが確認されている。
【０００４】
そこで、濾過性能を高めるために、金網ディスクフィルターの上流側に金属サンドを充填して溶融ポリマーを濾過、整流する方法や、金属不織布のディスクフィルターを用いる方法などが検討されてきたが、溶融粘度が比較的高い中空糸膜用ポリマーの濾過では、濾過差圧が上昇して既設紡糸設備がこれに耐えられないという問題があった。
【０００５】
また一方で、紡糸生産性の向上を目的として紡糸速度を上げることも検討されてきたが、濾過フィルターの差圧上昇が制限となって、濾材の耐圧や紡糸設備自体の耐圧がこれに足らず、しかも差圧の上昇によってポリマーのせん断発熱が大きくなり、ノズル内でのポリマーの温度斑が大きくなり、紡糸速度を十分に上げられず、且つ紡糸斑の発生原因ともなっていた。
【０００６】
このような問題を解決するために、衣料用のポリエステル繊維の紡糸設備などで採用されているＣＰＦ（セントラルポリマーフィルター）を導入し、多数の紡糸ノズルパックに対し、中央に大規模な高性能濾過フィルターを設置し、中央のフィルターから周縁の紡糸孔へとポリマー配管を引きまわして供給する方法が考えられる。しかし、このＣＰＦは溶融ポリマーの滞留劣化が問題になりやすい。
【０００７】
しかも中空糸膜用のポリマーは溶融紡糸温度、紡糸条件下での溶融粘度が数万ポアズを超える比較的溶融粘度が高いポリマーであるため、中空糸製造用ノズルにおいては大規模なフィルターを中央に配置し、中央のフィルターから周縁の紡糸孔へとポリマー配管を引きまわして供給する方法がとりにくいという問題があった。更には、既設紡糸設備に対して大幅な設備改造が必要となり、実用的ではなかった。
【０００８】
また、実開昭６３−１４００７４号公報に開示されているように、一般の中実糸を紡糸するための溶融紡糸ノズルパックに採用されている、センターポールの中心に濾過したポリマーが滞留するＯＵＴ−ＩＮ濾過タイプのリーフディスクフィルターを、単純に中空糸製造用紡糸ノズルパックの中に設置することも考えられる。しかしながら、かかるリーフディスクフィルターはノズルパック内での溶融ポリマーの滞留時間が増加することから、ポリマーの熱劣化によって紡糸安定性自体を損なうおそれがある。また、ノズルパック内での溶融ポリマーの滞留時間の増大は、ポリマーの温度斑にも反映する。従って、ノズルパック内部の温度を均一化することが重要になるが、周囲から加熱するノズルパックは中心部の温度が他の部位より低くなり、またクエンチ風に曝される紡糸ノズル面の温度が他の部位よりも低くなる。そのため、かかるＯＵＴ−ＩＮ濾過タイプのリーフディスクフィルターを使用することは、溶融粘度の極めて低いポリマーを高速度で紡糸する場合を除いては不可能であった。
【０００９】
このような問題を解決するために、実開平５−５６９６５号公報や、実開平５−７７１号公報に開示されている一般の溶融紡糸用紡糸ノズルパックでは、同ノズルパックの中に設置されているリーフディスクフィルターとして、中心部から溶融ポリマーを供給し、フィルターの外周に向かって濾過を行うＩＮ−ＯＵＴ濾過タイプのリーフディスクフィルターが提案されている。このようなＩＮ−ＯＵＴ濾過タイプのリーフディスクフィルターを用いる場合には、分配板の周縁にポリマー用のノズルを穿孔し、フィルターの中心から外周に向かって濾過されたポリマーを一箇所に絞ることなく、比較的温度が制御しやすい前記周縁に穿孔されたノズルから紡糸することが可能になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般的に市販されているリーフディスクフィルターは、周囲から中心に向かってＯＵＴ−ＩＮ濾過を行うことを前提とした構造であるため、その逆のＩＮ−ＯＵＴ濾過を行う場合に、フィルターが高い内圧には耐え得ない構造となっている。
【００１１】
従って、かかるＩＮ−ＯＵＴ濾過タイプのリーフディスクフィルターは溶融粘度の極めて低いポリマーにしか適用が不可能であり、中空糸膜用に使用される粘度の高い溶融ポリマーの濾過にＩＮ−ＯＵＴ濾過粘度が高い場合は、濾過メディヤが内圧に対して膨れたり変形したりして流路を狭くすることで、濾過自体ができなく場合がある。すなわち、内側に耐圧補強を行っている一般的なＯＵＴ−ＩＮ濾過タイプのリーフディスクフィルターを、溶融粘度の高い中空糸用の紡糸ノズルパックに使用し、しかもその逆のＩＮ−ＯＵＴ濾過として使用することは困難である。
【００１２】
本発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、溶融ポリマーのフィルターを既設の中空糸製造用紡糸ノズルパックと一体化し、従来の紡糸設備と互換性を持たせながら、粘度の比較的高い溶融ポリマーの濾過を高精度で行い、且つ温度斑の少ない溶融ポリマーを紡糸可能とする中空糸製造用紡糸ノズルパックを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本件請求項１に係る発明によれば、ノズル面に開口する、環状の吐出スリット及び同吐出スリットの中心に配された気体排出孔と、前記吐出スリットに溶融ポリマーを分配する分配板と、前記気体排出孔に気体を導入する気体導入室と、同気体導入室に気体を供給する気体供給路とを有する中空糸製造用紡糸ノズルパックにおいて、円盤積層式のリーフディスクフィルターが、前記分配板の直前にその中心をセンターポールにより支持されて配し、前記センターポールは、中心軸線上に前記リーフディスクフィルターによる濾過済み溶融ポリマーの流路を有するポスト部と、同ポスト部の一端から直交して延設されたフランジ部とを有し、前記フランジ部の外側面がノズルパックの外壁の一部を構成してなることを特徴としている。
【００１４】
更に本件請求項２に係る発明では、前記外壁にヒーターを有し、前記ポスト部が前記フランジ部を介して加熱されてなることを特徴としている。
【００１５】
本発明にあっては、粘度の高い中空糸用溶融ポリマーであっても、ＯＵＴ−ＩＮ濾過のリーフディスクフィルターにより高精度に濾過がなされ、また、濾過に要する時間が長くなっても、同フィルターの中心に配されているセンターポールのポスト部が外壁と同程度に加熱されているため、濾過済みのポリマーの温度斑が少なく、高性能な中空糸を安定して紡糸することが可能になる。
【００１６】
また、本件請求項３に係る発明によれば、前記気体供給路は前記ノズル面に開口しており、前記吐出スリット及び前記気体供給路に対応する部分にそれぞれポリマー紡糸孔と気体供給開口とを有する断熱プレートが前記ノズル面に設置されてなることを特徴としている。このように、前記ノズルパックのノズル面に上記断熱プレートを設置することによって、クエンチ風によるノズル面への影響を最小限に抑えて、安定した紡糸が可能になる。
【００１７】
本件請求項４に係る発明では、更に、前記ノズル面近傍にヒーターを設置してなることを特徴としている。前記ノズル面はクエンチ風の影響により、他の部位に比べて温度が低くなりやすいが、このノズル面近傍をヒーターにより加熱することで、他の部位との温度差を最小限に抑え、ノズルパック全体にわたって均一な温度分布を得ることができ、より安定した溶融ポリマーの紡糸が可能になる。
【００１８】
本件請求項５に係る発明は、前記センターポールの前記ポスト部の内部にスタティックミキサーが配されてなることを特徴としている。スタティックミキサーをポスト部内に配置すれば、濾過済みの溶融ポリマーが前記ミキサーにより撹拌され、溶融ポリマーの温度を更に均一化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の好適な実施形態である中空糸製造用紡糸ノズルパックの概略を示す図である。
【００２０】
前記ノズルパック１は下部ケーシング１１内に中空糸の紡糸ノズルユニット２０が組み込まれると共に上部フィーダー１２内にリーフディスクフィルターユニット３０が組み込まれている。
【００２１】
前記下部ケーシング１１は筒体からなり、中央に前記紡糸ノズルユニット２０が組み付けられている。前記ケーシング１１の下端には内周面は下方へ向けて拡径するテーパ部１１ａが形成されている。
【００２２】
前記紡糸ノズルユニット２０は前記ケーシング１１の上端に密嵌する分配板２１を有している。前記分配板２１はその周縁に上下に貫通するとともに下方が拡径する逆ロート状の複数の分配孔２１ａを有している。更に同分配板２１の上面は中心から前記分配孔２１ａへ向けて傾斜する分配面２１ｂとなっている。
【００２３】
前記分配板２１の下方には、所定の間隙をもってノズル本体２２が前記ケーシング１１に密嵌して配されている。前記分配板２１とノズル本体２２との間の空間は気体導入室２３を構成している。前記ノズル本体２２には複数のノズル用貫通孔２２ａが形成されると共に、前記気体導入室２３へと連通する複数の気体供給路２２ｂが形成されている。同ノズル本体２２は前記ノズル用貫通孔２２ａが前記分配板２１の分配孔２１ａの形成位置にくるよう位置決めされ、前記ケーシング１１にピン部材１３により固定されている。
【００２４】
前記気体供給路２２ｂは、ノズル本体２２のノズル用貫通孔２２ａ以外の部位に適宜設けられ、後述するノズル中子２４に形成された気体排出孔２４ａと断面積に大きな差異が無く、気体を大きな抵抗なく気体導入室２３に導入できるよう形成されており、その大きさ及び数は同図１に限定されるものではない。なお、前記気体供給路２２ｂは図１のノズルパック１にあってはノズル本体２２の中心にも形成されているが、ノズルパック全体の温度斑を考慮して、ノズル本体２２の中心には気体供給路２２ｂを形成しない場合もある。
【００２５】
前記ノズル本体のノズル用貫通孔２２ａにはノズル中子２４が嵌挿されている。前記ノズル中子２４はその上部を前記気体導入室に突出させ、上端が前記分配板２１の前記分配孔２１ａの周縁にガスケット１４を介して密着している。更に、同ノズル中子２４は前記ノズル本体２２のノズル用貫通孔２２ａの上部に密嵌すると共に、同貫通孔２２ａの下部では同ノズル中子２４の外周面と前記貫通孔２２ａとの間に環状の吐出スリット２５を形成する形態をなしている。この吐出スリット２５の下端から中空糸が紡糸される。更にノズル中子２４の前記気体導入室に露呈している上部側方から下端へと連通する気体排出孔２４ａが形成されている。
【００２６】
前記上部フィーダー１２はその中央に、下端が開放しているリーフディスクフィルターユニット３０の収納空間１２ａが形成されている。更にフィーダー１２には前記収納空間１２ａに連通する溶融ポリマー導入路１２ｂが形成され、同導入路１２ｂは前記フィーダー１２の側壁上部に溶融ポリマー導入開口１２ｃを有している。
【００２７】
前記リーフディスクフィルターユニット３０は、円盤状のリーフディスクフィルター３１が複数枚、ガスケット及びＳＵＳリングを挟んでセンターポスト３２により積層支持されている。前記センターポスト３２は円筒状のポスト部３２ａと、同ポスト部３２ａの下端から直交して延びるフランジ部３２ｂとからなり、前記ポスト部３２ａには多数のポリマー用開口３２ｃが形成されている。
【００２８】
前記センターポスト３２に積層支持されているリーフディスクフィルター３１は、その上部からカバープレート３３により圧縮され、前記センターポスト３２のポスト部３２ａの上端においてボルト３４により固定されている。
【００２９】
前記リーフディスクフィルター３１は、市販のものと構造的には全く同じものであり、ディスク周囲から中心に向かってＯＵＴ−ＩＮで濾過するタイプのものであるが、ノズルパック内に一体に組み込めるような直径のものを選定している。前記リーフディスクフィルター３１の積層枚数は、濾過精度及び濾材寿命から求められる所用濾過面積と、ノズルパック１やリーフディスクフィルターユニット３０の大きさとの関係で決定される。
【００３０】
本発明にあっては前記センターポスト３２に特徴がある。すなわち、従来のリーフディスクフィルターユニット３０に使用されているセンターポストは、ポスト部の下端から直交して延設されたフランジ部の延設長さは、前記ポスト部及びリーフディスクフィルターを支持するため、前記リーフディスクフィルターの径寸法よりも僅かに長い程度であり、ノズルパックのケーシング内に収納されている。
【００３１】
しかしながら、本発明のセンターポスト３２は、前記フランジ部３２ｂの延設長さがフィルターユニット１の下部ケーシング１１及び上部フィーダー１２の外周と同一面を形成する長さに設定されている。従って、前記センターポスト３２のフランジ部３２ｂにより、上述した紡糸ノズルユニット２０が組み込まれた下部ケーシング１１の上方がガスケット１５を介して閉塞されると共に、リーフディスクフィルター３０が組み込まれた上部フィーダー１２の前記収納空間１１ａがガスケット１６を介して閉塞される。そして、下部ケーシング１１、上部フィーダー１２及び両者間に挟持されたセンターポスト３２のフランジ部３２ｂが、ボルト１７により締め付けられる。
【００３２】
かかる構成を備えたノズルパック１により中空糸を製造するには、先ず、上部フィーダー１２の溶融ポリマー導入開口１２ｃから溶融ポリマーが導入され、溶融ポリマー導入路１２ｂを通ってリーフフィルターユニット３０の収納空間１２ａへと導入される。同収納空間１２ａとリーフディスクフィルターユニット３０のと間隙に充填された溶融ポリマーは、リーフディスクフィルター３１により濾過された後、センターポスト３２のポリマー用開口３２ｃからポスト部３２ａを通って滞留することなく速やかに紡糸ノズルユニット２０の分配板２１へと導かれる。
【００３３】
このとき、ノズルパック１はその外部から所定の温度に加熱されているが、通常は、リーフディスクフィルターユニット３０の中心に位置するセンターポスト３２のポスト部３２ａは、外周部から最も離れているため温度制御が困難であり、この部分に滞留する溶融ポリマーに大きな温度分布を与えることになる。
【００３４】
しかしながら本発明は、リーフディスクフィルター３１を支持するセンターポスト３２のフランジ部３２ｂがノズルパック１の外壁の一部を構成していることにより、前記センターポスト３２は紡糸時にノズルパック１の側面から直接、加熱される。このセンターポスト３２への直接熱伝導によって、上部フィーダー１２の中心に位置するセンターポスト３２のポスト部３２ａも、下部ケーシング及び上部フィーダー１２と同様、直接加熱されることになり、ノズルパック１の外壁近傍とリーフディスクフィルターユニット３０の中心部にあるポスト部３２ａとの温度差が極めて小さくなる。
【００３５】
そのため、中空糸膜用の溶融ポリマーは粘度が高く、前記フィーフディスクフィルターユニット３０内での滞留時間が比較的長くなるが、その外壁のみならず、中心の前記ポスト部３２ａも加熱されるため、溶融ポリマーの温度斑を最小限に抑えることができる。更には、センターポスト３２の滞留部分を極力小さく設計して滞留時間を極小にすることにより、温度斑を小さくできる。
【００３６】
その後、濾過済みの溶融ポリマーは紡糸ノズルユニット２０の分配孔２１ａへと分配されるが、溶融ポリマーが突き当たって滞留する分配板２１の上面を、外周に向けて傾斜させた分配面２１ｂとしているため、ポリマーの分配がスムースになされ、温度斑を小さくすることに補助的に有効である。
【００３７】
溶融ポリマーは各吐出スリット２５を通り、その下端の紡糸孔２５ａから中空糸として紡糸される。このとき、前記気体供給路２２ｂから気体導入室２３へとい導入された気体が、ノズル中子７の気体排出孔２４ａを通り、吐出スリット２５から紡糸される中空ポリマーの内側に導入され、中空糸が紡糸される。この紡糸の際、溶融ポリマーは温度斑がないため、均一且つ安定した紡糸が可能となる。
【００３８】
勿論、以上述べたノズルパック１の構成は本発明の一例にすぎず、補助的なノズルパックの設計はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
例えば、上記吐出スリット２５は、紡糸条件によっては、クエンチ風の影響を受けて放熱し、このことがノズルパック１全体の温度斑を大きくする。そこで、前記ノズル本体２２の下端、すなわちノズル面に、図２に示すような断熱プレート２６を設置することが好ましい。かかる断面プレート２６を設置することによりノズル面からの放熱を抑えて、ノズルパック全体の温度を均一化することができる。
【００４０】
前記断熱プレート２６には、前記吐出スリット２５と略同一径をもち、中空糸を紡糸するための紡糸孔２６ａと、前記気体供給路２２ｂと同一径をもつ気体導入開口２６ｂとが形成され、前記ノズル本体２２に対して円周方向の位置決めのためのピン穴等を設けること等で、同本体２２に容易に組み付けできるようになっている。また、紡糸孔２６ａは段付き孔とされており、前記吐出スリット２５の近傍では前記ノズル本体２２の下面（ノズル面）に断熱プレート２６が直接接触しないようにし、断熱効果をより高めている。なお、断熱プレート２６の材質は、紡糸や予熱時のノズルパック１の温度に耐えられるものであれば特に制限は無いが、熱膨張や、清掃を考慮してノズルパック１の材質と同じものを用いることがより好ましい。
【００４１】
また、クエンチ風の影響を抑えるために、図１に示すノズルパック１の下部ケーシング１１の下端部分に、図３に示すようなバンドヒーター２７を取り付けて積極的に温度制御することも、ノズルパック全体の温度を均一化することには有効である。前記バンドヒーター２７は一部が離間したリング状であり、その離間部分に間隙を調節すると共に、ノズルパック１の下部ケーシング１１下端に締め付けて固定するためのネジ部材２７ａが取り付けられている。そのため、バンドヒーター２７は下部ケーシングの下端の寸法に応じて適宜、その寸法を調節し固定可能である。
【００４２】
なお、バンドヒーター２７は図３に示すものに限定されるものではないが、ノズルパック１を一体として設置し、従来の紡糸ノズルパックと互換性をもたせて使用するためには、図１の下部ケーシング１１の下端部分にケーシング１１をハンドヒーターの厚さ分だけ削り込むようにして設置できるようにすることがより望ましい。
【００４３】
バンドヒーター２７は使用温度範囲、制御精度条件を満たすものであれば特に制限は無く、フイルム製造装置等のＴダイ等に用いられるリップヒーターと同様に補助的な温度制御を行うものである。
【００４４】
ところで、上述したノズルパック１によれば、ノズルパック１全体の温度を均一化することが可能であるが、ディスクフィルターを使用した従来のノズルパックと比較すると、溶融ポリマーのノズルパック１内での滞在時間は長くならざるを得ない。従ってポリマー粘度の温度依存性の特に大きなポリマーや、熱履歴に敏感なポリマーにおいては、紡糸安定性を損なう場合もある。
【００４５】
かかる問題点を解決すべく改良されたノズルパック１′を図４に示す。同ノズルパック１′は、リーフフィルターユニット３０′のセンターポスト３２のポスト部３２ａ内にスタティックミキサー３５が設置されている点、及び分配板２１′の上面が平坦面２１ｂ′である点が上記ノズルパック１と異なる以外は、上記ノズルパック１と同一の構成を備えている。従って、ノズルパック１と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
前記センターポスト３２のポスト部３２ａ内にスタティックミキサー３５を設置することにより、濾過後の溶融ポリマーを積極的に均一混合させることができるため、安定した紡糸が可能となる。なお、このように濾過後のポリマーをスタティックミキサー３５により均一化する場合には、紡糸時のポリマー圧力の増加を招くので、濾過差圧や、ノズルパック１′全体の差圧、均一混合の程度を調整しながらスタティックミキサー３５の段数をパック１内の寸法許容範囲内で決定する必要がある。
【００４７】
以下、本発明について実施例を参照して具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示すような、中空糸製造用紡糸ノズルパックを作製した。リーフディスクフィルターの仕様は以下の通りである。
リーフディスクフィルター
金属不織布／ナスロンＬＦ２Ｍ０８Ｄ１（９５％濾過精度２０μ）
直径φ７８−３０、日本精線（株）製
積層枚数９枚
合計濾過面積０．０４３２ｍ2
センターポール内径：φ１０ｍｍ
この中空糸製造用紡糸ノズルパックにより以下の紡糸条件にて溶融ポリマーを供給して、中空糸の紡糸を行った。
紡糸条件
ポリマー ：高密度ポリエチレン（ハイゼックス：三井化学製）
紡糸温度 ：１６０℃
吐出量 ：７５．０６ｃｃ／ｍｉｎ
ノズルパック圧力：６．０ＭＰａ
紡糸速度 ：２００ｍ／ｍｉｎ
クエンチ条件 ：吹き出し温度１６℃、風量適宜調整
【００４８】
以上の結果、吐出樹脂温度は１５６℃程度で安定して制御可能であり、安定して紡糸を行うことが可能であった。また、紡糸時の管理項目である直径（こぶ）も安定しており、糸切れは全く発生しなかった。更に、次の工程である延伸工程で、紡糸欠陥起因と思われる糸切れ率は３％台であり、従来のノズルパックでのそれの半分に削減することができた。さらに、ノズルパック圧力は、通常の紡糸時間の５０時間経過後も、圧力上昇が０．１ＭＰａと極僅かであり、差圧上昇によるノズル寿命に関しては全く問題が無く、継続して紡糸を継続することが可能であった。
【００４９】
（比較例１）
図５に示すディスクフィルターを用いた従来の中空糸製造用紡糸ノズルパック１００により、上述した実施例１とほぼ同じ紡糸条件により中空糸を紡糸した。前記ノズルパック１００は上部フィーダー１１２の側壁部から下部に向けて溶融樹脂流路１１２ａが形成されている。下部ケーシング１１１には紡糸ノズルユニット１２０とディスクフィルター１３０とが組み付けられている。前記紡糸ノズルユニット１２０は、分配板１２１以外の構成が上述した本発明のノズルパック１の紡糸ノズルユニット２０と同一であり、それら同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
前記分配板１２１はその上端にディスクフィルター１３０の支持段部１２１ａを有し、その下部に濾過されたポリマーが滴下する空間１２１ｂが形成されている点で上述の分配板２１とは異なるが、その他の構成は同一であり、前記空間１２１ｂの底面が中心から外周に向けて傾斜した分配面１２１ｃとなっており、外周には溶融ポリマーの分配路１２１ｄが形成されている。また、ここで使用したディスクフィルター１３０は下記の仕様であった。
ディスクフィルター
ＳＵＳ金網９層 （＃５０、＃１００、＃３２５、＃６００、＃１０００、＃３２５、＃１００、＃５０、＃１０）
直径７５ｍｍ、関西金網（株）製
９５％濾過精度：５１μｍ
濾過面積：０．００４９ｍ2
【００５１】
この結果、紡糸速度１９０ｍ／ｍｉｎで紡糸することが可能であった。ノズルパック圧力は１１ＭＰａであり、吐出樹脂温度は１５２℃程度で、安定になるまで２時間程度の時間を要した。また、紡糸時の管理項目である直径（こぶ）での不良率は４％であった。更に、次の工程である延伸工程で、紡糸欠陥起因と思われる糸切れ率は約７％であった。ノズルパックの差圧上昇は、通常の紡糸時間５０時間後に５ＭＰａ程度であり、大幅な寿命延長は困難な状況であった。
【００５２】
以上説明したように、本発明の本中空糸製造用紡糸ノズルパックでは、リーフフィルターユニットにおけるセンターポストのフランジ部によりノズルパック外周面を構成しているため、このフランジ部からの直接熱伝導により、中央のポスト部も加熱され、同ポスト部内に滞留する溶融ポリマーをも加熱し、その温度を制御することができる。そのため、ポスト部内に滞留する溶融ポリマーの温度斑を最小限に抑え、溶融ポリマーの温度を均一化して、安定に中空糸を紡糸生産することが可能になる。
【００５３】
また、本発明の本中空糸製造用紡糸ノズルパックは、従来のノズルパックと完全に互換性を持たせることが可能であり、既存の紡糸設備を全く変更することなく、高精度な濾過を行うことが可能になる。これにより、紡糸速度向上の律束となっていたポリマーの紡糸圧力を下げることが可能になるばかりでなく、ノズルパックの寿命を延長することも可能になり、中空糸膜の品質の安定化だけでなく、生産性の大幅な向上を図れるという、格別の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施形態による中空糸製造用紡糸ノズルパックの断面図である。
【図２】図１の中空糸製造用紡糸ノズルパックのノズル面に配されている断熱プレートの斜視図である。
【図３】図１の中空糸製造用紡糸ノズルパックに付加的に取りつけるバンドヒーターの一例を示す上面図及び側面図である。
【図４】本発明の好適な変形例による中空糸製造用紡糸ノズルパックの断面図である。
【図５】従来の中空糸製造用紡糸ノズルパックの断面図である。
【符号の説明】
１０ 中空糸製造用紡糸ノズルパック
１１ 下部ケーシング
１１ａ テーパ部
１２ 上部フィーダー
１２ａ リーフディスクフィルターユニットの収納空間
１２ｂ 溶融ポリマー導入路
１２ｃ 溶融ポリマー導入開口
１３ ピン部材
１４ ガスケット
２０ 紡糸ノズルユニット
２１ 分配板
２１ａ 分配孔
２１ｂ 分配面
２２ ノズル本体
２２ａ ノズル用貫通孔
２２ｂ 気体供給路
２３ 気体導入室
２４ ノズル中子
２４ａ 気体排出孔
２５ 吐出スリット
２６ 断熱プレート
２６ａ 紡糸孔
２６ｂ 気体導入開口
２７ バンドヒーター
３０ リーフディスクフィルターユニット
３１ リーフディスクフィルター
３２ センターポスト
３２ａ ポスト部
３２ｂ フランジ部
３２ｃ ポリマー用開口
３３ カバープレート
３４ ボルト
３５ スタティックミキサー
Claims (5)
- ノズル面に開口する、環状の吐出スリット及び同吐出スリットの中心に配された気体排出孔と、前記吐出スリットに溶融ポリマーを分配する分配板と、前記気体排出孔に気体を導入する気体導入室と、同気体導入室に気体を供給する気体供給路とを有する中空糸製造用紡糸ノズルパックにおいて、
円盤積層式のリーフディスクフィルターが、前記分配板の直前にその中心をセンターポールにより支持されて配し、
前記センターポールは、中心軸線上に前記リーフディスクフィルターによる濾過済み溶融ポリマーの流路を有するポスト部と、同ポスト部の一端から直交して延設されたフランジ部とを有し、前記フランジ部の外側面がノズルパックの外壁の一部を構成してなることを特徴とする中空糸製造用紡糸ノズルパック。 - 前記外壁にヒーターを有し、前記ポスト部が前記フランジ部を介して加熱されてなることを特徴とする請求項１記載の中空糸製造用紡糸ノズルパック。
- 前記気体供給路は前記ノズル面に開口しており、前記吐出スリット及び前記気体供給路に対応する部分にそれぞれポリマー紡糸孔と気体供給開口とを有する断熱プレートが前記ノズル面に設置されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の中空糸製造用紡糸ノズルパック。
- 更に、前記ノズル面近傍にヒーターを設置してなることを特徴とする請求項２記載の中空糸製造用紡糸ノズルパック。
- 前記センターポールの前記ポスト部の内部にスタティックミキサーが配されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸製造用紡糸ノズルパック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037403A JP4580570B2 (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 中空糸製造用紡糸ノズルパック |
Applications Claiming Priority (1)
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