JP5005031B2 - 湿式紡糸方法 - Google Patents

Description

本発明は、湿式紡糸装置および湿式紡糸方法に関する。
本願は、２００８年４月１８日に、日本に出願された特願２００８−１０８９７２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

湿式紡糸装置は、有機系高分子重合体を溶媒に溶解して調製した紡糸原液を、ノズルから凝固液中に吐出して繊維状に固化させる装置である。この湿式紡糸装置により、アクリル繊維、ポリビニルアルコール繊維、その他アクリル系繊維などが製造される。

湿式紡糸装置は、一般的に、凝固液が貯留される紡浴槽と、前記紡浴槽内の一端部に沈設されたノズルおよび他端部に沈設された引き上げロールとを備えており、前記ノズルから吐出された紡糸原液が凝固液により凝固されることで凝固糸条とされた後、前記凝固糸条が引き上げロールにより紡浴槽外に引き取られるようになっている。前記凝固液は、前記ノズルの背面側に配設された凝固液噴出し口から紡浴槽内に吐出され、前記凝固糸条を凝固させつつ前記凝固糸条の走行方向へと流されていき、紡浴槽の他端部に配設された紡浴槽出口より凝固液回収部へと流出される。前記紡浴槽内で固化された繊維（凝固糸条）は、凝固液から分離されて洗浄された後、薬液処理、乾燥、熱処理等の後工程へと送られる。

前記凝固糸条を引き取り紡糸する速度は、一般に紡浴槽内に供給される凝固液の平均流速よりも速く設定される。そのため、凝固糸条の近傍を流れる凝固液は凝固糸条に引き寄せられて随伴され、紡糸速度に近い速さで引き取り方向へと流される（以下、これを「随伴流」という）。そして、紡浴槽内の前記凝固糸条から離れた底壁や側壁付近では、随伴流を補うために凝固液が下流側から上流側へと逆流する現象が起こる。このように、紡浴槽内では随伴流と逆流との相反する方向の流れが同時に隣接して発生するため、それらが相互に干渉し合って凝固液の流れが不規則となり、局所的に渦や滞留が発生していた。
紡浴槽内でこのような渦や滞留が発生すると、紡糸原液の凝固不良により単糸切れした糸屑（ネスト）が紡浴槽内に浮遊し、糸屑溜りが凝固糸条に接触して製品の品質・性能の低下を引き起こすことがあった。また、生産性を向上させるために紡糸速度を上げると、凝固液の乱流がより顕著になり、凝固糸条が紡浴槽内で揺さぶられて繊度斑や単糸切れなどを引き起こすため、安定した生産の妨げとなっていた。

そのため、上記問題を解決するために、以下の湿式紡糸装置が示されている。
凝固糸条の両側に、凝固糸条の走行方向に沿って仕切る整流板を設けた湿式紡糸装置（例えば、特許文献１）。この湿式紡糸装置では、整流板により凝固液の流れが乱れることを抑制することができる。
しかし、このような湿式紡糸装置では、紡浴槽の凝固液の流出部分における凝固液の流速が速くなりすぎて凝固糸条（トウ）に乱れが生じることがあった。

そこで、凝固糸条と、紡浴槽の前記凝固糸条の走行方向に並行する壁面との間に、凝固液を仕切る凝固液仕切り側板（整流板）を設け、前記凝固液仕切り側板に凝固液抜き出し穴（開口）が形成された湿式紡糸装置が示されている（例えば、特許文献２〜４）。この湿式紡糸装置では、紡浴槽内が、凝固液仕切り側板の内側の凝固糸条が走行する内槽と、その両側の外槽とに分けられており、紡浴槽内で発生する随伴流が内槽を下流側へ流れ、逆流が外槽を上流側へ流れるように制御される。また、内槽から外槽に向かって前記開口から凝固液を流出させることにより内槽の凝固液の流速が速くなりすぎることを抑制できる。
特開昭６２−３３８１４号公報 特開平９−６７７１４号公報 特実昭４１−１８０９１号公報 特開平１１−２２９２２７号公報

しかし、特許文献２および３のような湿式紡糸装置では、整流板に設けられた開口に凝固糸条から生じたネストが詰まり、そのネストが凝固糸条に再付着することで製品の品質・性能が低下することがあった。
また、特許文献１、２および４のような湿式紡糸装置では、発生した逆流液を整流板の外側からノズル近傍に復流させて新たに供給される凝固液と混合させるため、ノズル近傍において、凝固液の乱流や、凝固液の濃度斑・温度斑が発生して凝固糸条の単糸切れなどを生じさせることがあった。
以上のような理由から、紡浴槽内の凝固液の流れを制御して、品質・性能に優れた合成繊維が得られる湿式紡糸装置が望まれている。

そこで本発明では、紡浴槽内での凝固液の流れを制御することで前記紡浴槽内における凝固液の濃度・温度を均一化し、また凝固液の乱流によって生じる単糸切れや、滞留によって発生して浮遊する糸屑（ネスト）の生成を抑制して、良好な品質の繊維を製造することができ、高速紡糸（高速引取り）にも対応できる湿式紡糸装置および湿式紡糸方法を目的とする。

本発明の湿式紡糸方法は、湿式紡糸装置を用いて紡糸原液を凝固させ凝固糸条にして、合成繊維を紡糸する湿式紡糸方法であって、
前記湿式紡糸装置は、凝固液を貯留する紡浴槽に、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっている前記紡糸原液を凝固させる凝固浴部と、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に大きくなっている前記凝固糸条が走行する糸条走行部とが設けられ、
前記糸条走行部の断面積の最大値Ｓ３と、前記凝固浴部と前記糸条走行部との接続部の断面積Ｓ２との比（Ｓ３／Ｓ２）が１．５以上５．５以下であり、
前記紡浴槽の一端部に、前記紡糸原液を他端部に向けて吐出するノズルと、前記ノズルの上流側から凝固液を噴き出す凝固液噴出し口とが配設され、
前記紡浴槽の他端部側に、前記紡浴槽から流出された凝固液を回収する凝固液回収部が配設されており、
前記接続部での凝固液の流速Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を、走行糸条トウ速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の０．５倍以上１．５倍以下として紡糸する方法である。

本発明の湿式紡糸装置は、紡浴槽内での凝固液の流れを制御することで前記紡浴槽内における凝固液の濃度・温度を均一化し、また凝固液の乱流によって生じる単糸切れや、滞留によって発生し浮遊する糸屑（ネスト）の生成を抑制して、良好な品質の繊維を製造することができる。また、凝固液の流れを均一にできるため、高速紡糸（高速引取り）にも対応できる。
また、本発明の湿式紡糸装置によれば、単糸切れや糸屑（ネスト）の付着が抑えられた良好な品質の繊維が得られる。また、高速紡糸（高速引取り）にも対応できるため高い生産性で繊維を製造できる。

本発明の湿式紡糸装置の一実施形態例の概略構成を示した平面図である。 図１の湿式紡糸装置を示した側面図である。 図１の湿式紡糸装置において傾斜板を示した側面図である。 図１の湿式紡糸装置のＸ−Ｘ線における断面図である。 図１の湿式紡糸装置のＹ−Ｙ線における断面図である。 図１の湿式紡糸装置の紡浴槽の他端面の紡浴槽出口を示した図である。 本発明の湿式紡糸装置の他の実施形態例の概略構成を示した平面図である。 本発明の湿式紡糸装置の他の実施形態例の概略構成を示した平面図である。 比較例１の湿式紡糸装置の概略構成を示した平面図である。 比較例２の湿式紡糸装置の概略構成を示した平面図である。 比較例２の湿式紡糸装置の整流板の側面形状を示した図である。 比較例３の湿式紡糸装置の概略構成を示した平面図である。

１ 湿式紡糸装置 ２ 紡浴槽 ２ａ 凝固浴部 ２ｂ 糸条走行部 ２ｃ 接続部 ３ 凝固液回収部 ４ａ、４ｂ 凝固液噴出し口 ５ ノズル １０ 引き上げロール １３ 凝固糸条 １４ａ、１４ｂ 整流板 ５１ ノズル背面 Ｃ 凝固液 Ｓ１ 凝固浴部の最大断面積 Ｓ２ 接続部断面積 Ｓ３ 糸状走行部の最大断面積

［湿式紡糸装置］
本発明の湿式紡糸装置の実施形態の一例について、図１〜５に基づいて詳細に説明する。
湿式紡糸装置１は、図１に示すように、凝固液Ｃを貯留する紡浴槽２と、紡浴槽２の下流側（図１における右側）に配設され、紡浴槽２から流出された凝固液Ｃを回収する凝固液回収部３とを備えている。紡浴槽２には、紡糸原液を凝固させて凝固糸条１３とする凝固浴部２ａと、凝固糸条１３が走行する糸条走行部２ｂと、凝固浴部２ａと糸条走行部２ｂの間に接続部２ｃが設けられている。また、紡浴槽２は、図２Ａに示すように、凝固液Ｃの液面ＣＵと紡浴槽２の底面ＣＢとが略平行になるように形成されている。

紡浴槽２の一端部（上流側の端部）には、紡糸原液を他端部（下流側の端部）に向けて吐出するノズル５と、ノズル５の上流側から凝固液Ｃを噴き出す２つの凝固液噴出し口４ａ、４ｂとが配設されている（図１）。
ノズル５は、紡浴槽２の凝固液Ｃ内に紡糸原液を吐出することのできるノズルであれば特に限定はなく、例えば、円柱形状のノズルが挙げられる。

ノズル５の背面５１（上流側の面。以下、ノズル背面５１という。）には、原液供給管１１が接続されている。これにより、原液供給管１１からノズル背面５１を通じて、紡糸原液がノズル５に流通されるようになっている。
ノズル５の吐出面（下流側の面）には、紡出口金５２が備えられている。紡出口金５２は、その面に、紡浴槽２内で凝固されて凝固糸条１３（繊維）となる紡糸原液を紡浴槽２内へと吐出する多数の微細吐出孔（不図示）を備えている。微細吐出孔の形状および数は特に限定はなく、目的の合成繊維の製造に応じて選択できる。

また、紡浴槽２の液面ＣＵと紡浴槽２の底面ＣＢまでの距離Ｌ３（液深）はノズル高さｚ（ｍｍ）の１．２倍以上２倍以下の範囲にあることが好ましい。
Ｌ３：液深（ｍｍ）， ｚ：ノズル高さ（ｍｍ）
液深（Ｌ３）がｚの１．２倍以上であれば、ノズル５の吐出面近傍に凝固液Ｃが充分に供給され、ノズル５近傍での凝固液Ｃの乱流や滞留を抑制することが容易になる。特にノズル５の上部付近の液面ＣＵで発生しやすい、凝固液の供給不足から生じる渦巻きによる乱流を抑えることが容易になる。
液深（Ｌ３）がｚの２倍以下であれば、凝固糸条１３から離れた位置で凝固液Ｃの滞留が発生し、その部分でノズル５の上部付近の液面ＣＵにおいて単糸切れした糸屑（ネスト）が浮遊することを防ぎやすく、その後の洗浄・延伸工程が安定して行いやすくなる。液深（Ｌ３）は、凝固液Ｃの逆流を防止する効果が高い点から、前記範囲内にすることが好ましい。

凝固液噴出し口４ａ、４ｂは、ノズル５の上流側に、噴き出されるそれぞれの凝固液Ｃの噴き出し方向が凝固糸条１３の走行方向と略平行になるように配設されている。凝固液噴出し口４ａ、４ｂのノズル５側の面には多数の微細噴出孔（不図示）が備えられており、これらの微細噴出孔から凝固液Ｃが下流側へと噴き出される。

また、凝固液噴出し口４ａ、４ｂは、凝固液噴出し口４ａと凝固液噴出し口４ｂの幅（図１）がノズル５の幅と略同一寸法となるように、間隔を開けて配設されている。これにより、凝固液噴出し口４ａ、４ｂから噴き出された凝固液Ｃがノズル５の背面（ノズル背面５１）に衝突して、ノズル５から吐出された直後の凝固糸条１３の周囲で凝固液Ｃの流れが乱れることを抑制することができる。

また、本実施形態における凝固液噴出し口４ａは、紡浴槽２の長手方向に沿った側面を形成する紡浴槽側板２１に接するように設けられ、凝固液噴出し口４ｂは、紡浴槽２の長手方向の側面を形成するもう一つの紡浴槽側板２２に接するように設けられている。また、凝固液噴出し口４ａと凝固液噴出し口４ｂの間には補助板１２が設けられている。補助板１２は、凝固液Ｃを噴き出す微細噴出孔を有していない。
このように、凝固液噴出し口４ａ、４ｂおよび補助板１２で、紡浴槽２の上流側の短手方向の槽壁面が形成されており、紡浴槽２内に凝固液Ｃが貯留できるようになっている。

紡浴槽２の他端部には、紡浴槽２から凝固糸条１３を引き上げる引き上げロール１０が設けられており、その下流側に紡浴槽出口１５が設けられている。引き上げロール１０の形状は、凝固糸条１３を紡浴槽２から引き上げることができるものであればよく、例えば、図２Ａに示すようなローラー形状が挙げられる。

ノズル５および引き上げロール１０は、ノズル５の吐出面の中心と、引き上げロール１０の凝固糸条巻き回し面３０の位置とが、紡浴槽２の液深の上下方向の中心位置になるように配設される（図２Ａ）。これにより、ノズル５の吐出面に掛かる凝固糸条１３の引き取り張力を、凝固糸条１３の中心部から外周部まで均等にすることができ、局所的に生じる過剰な引き取り張力に起因する単糸切れを極力低減することができる。また、これにより凝固糸条１３が均一に凝固化されやすくなる効果も得られる。

紡糸原液は紡浴槽２内へ吐出された直後に凝固液Ｃにより凝固されて凝固糸条１３となり、さらに下流側へと送られる。このとき、凝固糸条１３は、湿式紡糸装置１の上流側から下流側へと中心軸Ｃ１に沿うように走行する。ここで、中心軸Ｃ１は、ノズル５の吐出面の中心、および紡浴槽２の凝固液の液深における上下方向の中心位置を通って、紡浴槽２の長手方向に液面ＣＵおよび底面ＣＢと平行となるように延びる軸である。
そして、中心軸Ｃ１を通る引き上げロール１０の凝固糸条巻き回し面３０で凝固糸条１３が巻き回されながら矢印Ｆの向きに方向転換され、湿式紡糸装置１の外部に配設される引取り装置（不図示）によって引き取られるようになっている。

また、紡浴槽２は、図１に示すように、紡浴槽２内の一端部から他端部にわたって形成される２つの整流板１４ａ、１４ｂを備えている。本実施形態では、整流板１４ａ、１４ｂにより、紡浴槽２が凝固糸条１３を走行させる内槽２３と、内槽２３の両側に形成される２つの外槽２４とに分けられている。
整流板１４ａは、その一端が紡浴槽側板２１と凝固液噴出し口４ａとの当接部付近に接し、他端が紡浴槽出口１５に接するように形成されている。整流板１４ｂも同様に、その一端が紡浴槽側板２２と凝固液噴出し口４ｂとの当接部付近に接し、他端が紡浴槽出口１５に接するように形成されている。

整流板１４ａ、１４ｂは、整流板１４ａ、１４ｂの間隔により形成される断面積が紡浴槽２の一端部（上流側）から他端部（下流側）に向かって徐々に小さくされた後、徐々に大きくなるように形成されている。本願発明でいう、断面積とは、紡浴槽２の断面積の内、凝固液で満たされている部分の断面積のことをさす。
凝固浴部に浸漬させるノズル５の凝固浴長（Ｌ１；ノズル口金５２と接続部との接合点との距離）は、凝固浴長（Ｌ１）が短いとノズル５と整流板との隙間が狭くなり、凝固液の流速が凝固糸条の引き取り速度以上となり、紡浴液の乱流や紡浴液流による糸切れが生じ、凝固浴長（Ｌ１）が長いとノズル５と整流板間との隙間が広くなり、期待される整流効果が得られなくなる。
よって、凝固浴長（Ｌ１）は凝固液噴出し口４ａ、４ｂから噴出された凝固液Ｃの液流とノズル面に発生する凝固糸条に引き寄せられて随伴される凝固液Ｃの液流を制御することが可能となる様に、ノズル５の大きさ，生産量，引き取り速度によって適宜最適長を選択することができる。これにより、ノズル面における凝固液の置換効率が良くなり、均一な凝固が可能となる。
整流板１４ａ、１４ｂの間隔により形成される接続部における幅（Ｌ２）は、走行する凝固糸条１３に接触しない程度に極力小さくすることが好ましい。走行する凝固糸条１３に対して接続部における幅（Ｌ２）は、走行する凝固糸条に対して、同じか、もしくはわずかに広く設定する事が好ましい。走行する凝固糸条１３に対して接続部における幅（Ｌ２）が狭い場合、整流板との接触により凝固糸条が損傷し、糸切れの原因となり、また走行する凝固糸条１３に対して接続部における幅（Ｌ２）が広い場合、走行する凝固糸条１３と整流板１４ａ，１４ｂとの間で逆流や滞留が生じる為、好ましくない。
整流板１４ａ、１４ｂの間隔により形成される接続部における長さ（Ｌ４）は、４０ｍｍから１６０ｍｍであることが好ましい。Ｌ４の長さがこの範囲にあれば、接続部における逆流や滞留を防ぐことが可能となり、生産量や引き取り速度によって、適宜この範囲内で設定することが出来る。

凝固浴部の断面積の最大値Ｓ１と、接続部の断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が、１．５以上５以下の範囲であれば、凝固液Ｃがノズル５近傍へと逆流して、紡浴槽２内における凝固液Ｃの流れ全体の乱流や浴液抵抗の増大を引き起こすことを防ぎやすく、糸条走行部の断面積の最大値Ｓ３と、接続部の断面積Ｓ２との比（Ｓ３／Ｓ２）が、１．５以上５．５以下の範囲であれば、凝固に使用された後の凝固液が、ノズル５の近傍に復流として戻され、逆流や滞留を引き起こすことを防ぐことができ、さらに、ノズル５より発生する単糸切れや、滞留によって発生し浮遊する糸屑（ネスト）が、凝固糸条１３に再付着し、製品の品質・性能が低下することを防ぐことが可能となる。なお、接続部において、断面積が変化する場合は、前記断面積の最小値を接続部の断面積Ｓ２とする。
すなわち、凝固液Ｃは従来の湿式紡糸装置のようにノズル５の近傍に復流として戻されることなく、全て出口孔３０から凝固液回収部３へと流出され、その間凝固液Ｃは、紡浴槽２内を上流側から下流側に行くに従って、凝固糸条１３が走行する方向に対して垂直方向に拡がっていきながら逆流や滞留を起こすことなく流れていく。
また、整流板１４ａ、１４ｂの凝固糸条１３側の面は、凝固糸条１３が万一整流板１４ａ、１４ｂに接触した場合に起こる単糸切れを防止するため、極力平滑に形成し、突起等を存在させないことが好ましい。また、整流板１４ａ、１４ｂには、ハードクロムメッキを施したステンレス板を用いたり、フッ素樹脂などの摩擦係数の小さい材料をコーティングしたりすることがより好ましい。
整流板１４ａ、１４ｂの高さは、紡浴槽２の凝固液の液面ＣＵよりも高くなるようにする。
整流板１４ａ、１４ｂは、開口を有さない板である。整流板に開口がある場合、ノズルより発生する単糸切れや、滞留によって発生し浮遊する糸屑（ネスト）が、開口部に詰まり、安定生産が困難となったり、またそのネストが凝固糸条１３に再付着したりして、製品の品質・性能が低下する。

紡浴槽出口１５における紡浴液の系外への排出方法は、図５に示すような横型矩形孔が上下方向に均等に形成されている出口孔３０が複数備えられて排出板を介して、凝固液Ｃを紡浴槽出口１５全体から略均等に排出する方法や凝固液Ｃを紡浴槽の上部よりオーバーフローさせて排出させる方法などが挙げられる。この場合、紡浴槽出口１５付近での凝固液の逆流や滞留を防止するような、傾斜板を設けることが必要となる（図２Ｂ参照）。

（湿式紡糸方法）
以下、本実施形態の湿式紡糸装置１を用いて合成繊維を紡糸する方法について説明する。
まず、原液供給装置（不図示）から原液供給管１１に紡糸原液が供給され、前記紡糸原液が原液供給管１１からノズル背面５１を介してノズル５へと送られる（図２Ａ）。ついで、紡糸原液がノズル５の吐出面の紡出口金５２から凝固液Ｃ内へと吐出され、凝固浴部２ａで凝固されて凝固糸条１３となる。

凝固浴部２ａにおいて凝固された凝固糸条１３は、糸条走行部２ｂ内を走行し、糸条走行部２ｂの他端部に沈設された引き上げロール１０により方向転換され、湿式紡糸装置１外部へと送られて引取り装置（不図示）により引き取られ、その後の洗浄・延伸工程へと送られる。

凝固液Ｃは、凝固液噴出し口４ａ、４ｂのノズル５側の面に備えられる多数の微細噴出孔（不図示）から、紡浴槽２の下流側に向かって、かつ凝固糸条１３の走行方向と略平行になるように吐出される。これにより、凝固糸条１３と凝固液Ｃとの液抵抗を極力小さくすることができ、凝固液Ｃの流れの乱れによる凝固糸条１３の走行揺れを抑制することにより均一な凝固化が行える。

凝固液Ｃの噴出量は、接続部（図１：Ｘ点）での流速Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を、走行糸条トウ速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の０．５倍以上１．５倍以下の範囲となるように吐出させ、前記凝固液回収部へ排出させることが好ましい。
Ｖ：Ｘ点における流速（ｍ／ｍｉｎ）
ｖ：引取速度（ｍ／ｍｉｎ）
Ｘ点：接続部
接合点Ｘ（図１）の流速Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）が、走行糸条トウ速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の０．５倍以上であれば、凝固液Ｃがノズル５近傍へと逆流して、紡浴槽２内における凝固液Ｃの流れ全体の乱流や浴液抵抗の増大を引き起こすことを防ぎやすく、また１．５倍以下とすれば、走行する凝固糸条１３と凝固液Ｃの随伴流の流速とのバランスが崩れて凝固液Ｃの流れに乱流が発生して、凝固糸条１３の接着や単糸切れが生じることを防ぎやすい。

図１において符号を付していない矢印は、凝固液Ｃの対流方向を示している。凝固液噴出し口４ａ、４ｂから噴き出される凝固液Ｃは、凝固糸条１３が引取り装置（不図示）により引き取られて走行する際に発生する随伴流に伴い、紡浴槽２内の上流側から下流側へ向かって流されていく。

凝固浴部２ａにおける凝固液Ｃは、整流板１４ａ、１４ｂにより凝固浴部２ａの断面積が一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっているのに伴って、ノズル５近傍に極力乱流を起こすことなく供給されるようになっている。

ノズル５近傍に供給された凝固液Ｃは、凝固糸条１３に略均一に吸入された後、凝固糸条１３が引き上げロール１０に向かって走行されていくに従って徐々に紡浴槽２内へと搾り出される。
糸条走行部２ｂにおける凝固糸条１３から搾り出された凝固液Ｃおよび凝固糸条１３の走行によって生じる凝固液Ｃの随伴流は、整流板１４ａ、１４ｂにより糸条走行部２ｂの断面積が一端部から他端部に向かって徐々に大きくなっているのに伴って、乱流を起こすことなく紡浴槽２の短手方向に拡がっていきながら、紡浴槽出口１５へと流れていく。ついで、紡浴槽出口１５において、複数の出口孔３０から略均等に凝固液Ｃが凝固液回収部３へと流出される。

すなわち、凝固液噴出し口４ａ、４ｂから噴き出された凝固液Ｃは、凝固に使用された後に、従来の湿式紡糸装置のようにノズル５の近傍に復流として戻されることなく、全て出口孔３０から凝固液回収部３へと流出される。またその間、凝固液Ｃは、紡浴槽２内を上流側から下流側に行くに従って、凝固糸条１３が走行する方向に対して垂直方向に拡がっていきながら逆流や滞留を起こすことなく流れていく。

凝固液回収部３から湿式紡糸装置１の外部へと排出された凝固液Ｃは、回収タンク（図示せず）により回収された後、ＤＩ（脱イオン）水の添加により紡糸条件に適した凝固濃度に調整されて、再びポンプ（図示せず）により凝固液噴出し口４ａ、４ｂへと循環される。

以上説明した本発明の湿式紡糸装置および湿式紡糸方法は、紡浴槽内での凝固液の流れを制御することで、紡浴槽内における凝固液の濃度・温度を均一化し、また凝固液の乱流によって生じる単糸切れや滞留によって発生して浮遊する糸屑（ネスト）の生成を抑制して、良好な品質の繊維を製造することができる。また、凝固液の流れを均一にできるため、高速紡糸（高速引取り）にも対応できる。

これは、紡浴槽２に、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっている凝固浴部２ａと、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に大きくなっている糸条走行部２ｂを形成していることが要因であると考えられる。これにより、糸条走行部２ｂにおいて下流側に行くに従って、凝固液Ｃが紡浴槽２の短手方向に拡がりながら流れていくため、随伴流が起因となる逆流や滞留を抑えることができ、また凝固液Ｃの他端部における流速が速くなりすぎてトウ（凝固糸条）が乱れることを抑制でき、さらに、接続部では、凝固液の流速が早く、糸条走行部の凝固液の流速と速度差が生じ、これにより接続部（２ｃ）を介して、糸条走行部（２ｂ）から下流側へと流れる凝固液が凝固浴部（２ａ）へ逆流することを防ぐことが可能となる。また、従来の湿式紡糸装置とは異なり、凝固液Ｃをノズル５の近傍に復流として戻さなくても逆流や滞留を抑えることができるため、ノズル５近傍における凝固液Ｃの濃度および温度に斑が生じることを抑えることができ、また凝固液置換効率を向上させることもできる。
また、本発明の湿式紡糸装置では、開口を有する整流板を必要としないため、開口に糸屑（ネスト）が引っ掛かって凝固糸条に付着することを抑えることができる。

また、噴き出された凝固液Ｃがノズル背面５１に衝突しないように凝固液噴出し口４ａ、４ｂが配設されていることも好ましい。これにより、凝固糸条１３と凝固液Ｃとの液抵抗を極力小さくすることができ、凝固液Ｃの流れの乱れによる凝固糸条１３の走行揺れを防止できる。
紡糸原液が吐出された直後の凝固過程は、紡糸される繊維の品質・性能に非常に大きく影響するため、極力乱流を抑制することにより、繊維の接着や単糸切れ、繊度斑や異常繊維の発生を抑制できる。

また、本発明の湿式紡糸装置は、生産性を向上させるために紡糸速度を上げることにより随伴流量が増大した場合であっても、整流板１４ａ、１４ｂの形状を変えて凝固浴部２ａと糸条走行部２ｂの長さおよび幅を調節することで、容易に凝固液Ｃの流れを上流側から下流側へと一定方向へ均一に制御することができる。そのため、高速紡糸（高速引取り）においても良好な品質の繊維を安定して製造できる。

また、本発明の湿式紡糸方法は、前述の湿式紡糸装置を用いることにより、単糸切れや糸屑（ネスト）の付着が抑えられた良好な品質の繊維が得られる。また、高速紡糸（高速引取り）にも対応できるため高い生産性で繊維を製造できる。
これは、前述の湿式紡糸装置の効果に加え、凝固液を、接続部（図１：Ｘ点）での流速Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を、走行糸条トウ速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の０．５倍以上１．５倍以下の範囲となるように吐出させることにより、凝固液の逆流や滞留を効果的に抑制できるためであると考えられる。

尚、本発明の湿式紡糸装置は、図１〜５に例示した湿式紡糸装置には限定されない。例えば、整流板は、凝固液の逆流および滞留を抑制できる範囲であれば紡浴槽２の他端部（紡浴槽出口１５）まで形成されている形態でなくてもよく、図６に示すように、糸条走行部２ｂの中間部分で整流板１４ａ、１４ｂが紡浴槽側板２１、２２に接するような湿式紡糸装置６であってもよい。
また、整流板は、湿式紡糸装置１のように２枚には限定されず、例えば、底板と前記底板の両端部から立ち上がる側板とからなる１枚の整流板であってもよい。

また、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっている凝固浴部２ａと、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に大きくなっている糸条走行部２ｂを形成することができれば、図７に示すように、整流板１４ａ、１４ｂを用いずに、紡浴槽２の紡浴槽側板２１、２２の間隔を調節することにより凝固浴部２ａ、糸条走行部２ｂを形成した湿式紡糸装置であってもよい。ただし、既存の湿式紡糸装置を用いることができる点、紡糸条件によって凝固浴部２ａ、糸条走行部２ｂの形状を調節することが容易である点から、湿式紡糸装置１のように整流板を用いる方が好ましい。

以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［紡糸原液の調製］
アクリロニトリル、アクリルアミド、およびメタクリル酸を、過硫酸アンモニウム−亜硫酸水素アンモニウムおよび硫酸鉄の存在下、水系懸濁重合により共重合し、アクリロニトリル単位／アクリルアミド／メタクリル酸単位＝９６／３／１（質量％比）からなるアクリロニトリル系重合体を得た。このアクリロニトリル系重合体をジメチルアセトアミドに溶解して２１質量％の紡糸原液Ａを調製した。

［実施例１］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、Ｌ１を９０ｍｍ、Ｌ２を９０ｍｍ、Ｌ３を１９５ｍｍ（ｚの１．５倍の距離）、Ｌ４を８０ｍｍとして、凝固浴部の最大断面積を２６５２０ｍｍ^２，糸条走行部の最大断面積を２６５２０ｍｍ^２，接続部の断面積を１７５５０ｍｍ^２とした湿式紡糸装置を用いて、接続部におけるＸ点における流速を７．２ｍ／ｍｉｎ（ｖの０．９倍の速度）となる様に凝固液Ｃを調整した。
前記湿式紡糸装置１により、紡糸原液Ａを孔数２４，０００、孔径４５μｍの紡出口金５２を通して、濃度６０質量％、温度３５℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液Ｃ中へ吐出して湿式紡糸した。凝固液Ｃにより凝固された凝固糸条１３は、紡糸原液の吐出線速度の０．２７倍の速度で引き取った。
使用した紡糸口金装置は、ノズル幅：ｘ＝８０ｍｍ（図３），ノズル厚さ：ｙ＝５０（図１），ノズル高さ：ｚ＝１３０ｍｍ（図１）であった。
ついで、この繊維（凝固糸条）に対して、水洗と同時に５倍の延伸を行い、１．５質量％に調製したアミノシリコン系油剤の第一油浴槽に導き第一油剤を付与した後、この繊維を熱ロールにより乾燥し、熱ロール間による乾熱二次延伸を２．０倍行った。その後、タッチロールにて繊維の水分率を調整し、単繊維繊度１．２ｄｔｅｘの炭素繊維前駆体繊維をワインダーで捲き採った。

［実施例２〜５］
図２Ｂに例示した湿式紡糸装置１において、凝固浴部の最大断面積（Ｓ１），糸条走行部の最大断面積（Ｓ３），接続部の断面積（Ｓ２）を表１、２に示した通りに変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［実施例６］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、Ｌ１を１１０ｍｍ，Ｌ２を１４５ｍｍ，Ｌ３を２５２ｍｍ（ｚの１．８倍）として、凝固浴部の最大断面積を６０４８０ｍｍ^２，糸条走行部の最大断面積を３６５４０ｍｍ^２，接続部の断面積を６０４８０ｍｍ^２，とした湿式紡糸装置を用いて、接続部におけるＸ点における流速を９．６ｍ／ｍｉｎ（ｖの１．２倍の速度）となる様に凝固液Ｃを調整した。前記湿式紡糸装置１により、紡糸原液Ａを孔数２４，０００、孔径４５μｍの紡出口金５２を通して、濃度６０質量％、温度３５℃のジメチルアセトアミド水溶液からなる凝固液Ｃ中へ吐出して湿式紡糸した。凝固液Ｃにより凝固された凝固糸条１３は、紡糸原液の吐出線速度の０．２７倍の速度で引き取った。
使用した紡糸口金装置は、ｘ＝１４０ｍｍ，ｙ＝７０，ｚ＝１４０ｍｍの大きさであった。
引き続き、前記繊維（凝固糸条）に対して、水洗と同時に５倍の延伸を行い、１．５質量％に調製したアミノシリコン系油剤の第一油浴槽に導き、第一油剤を付与した後、この繊維を熱ロールにより乾燥し、熱ロール間で２．０倍の乾熱二次延伸を行った。さらに、タッチロールにて繊維の水分率を調整し、単繊維繊度１．２ｄｔｅｘの炭素繊維前駆体繊維をワインダーで捲き採った。
［実施例７］
図６に示す湿式紡糸装置を用いた以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。

［実施例８，９］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、Ｌ４を表１、２に示した通りに変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。

［実施例１０］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、Ｌ３を２９９ｍｍ（ｚの２．３倍）とした以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。

［比較例１］
図８に示す湿式紡糸装置を用いた以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［比較例２］
図９に示す湿式紡糸装置を用いた以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［比較例３］
図１１に示す湿式紡糸装置を用いた以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［比較例４］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、接続部における接合Ｘ点における凝固液Ｃの流速を、３．２ｍ／ｍｉｎ（ｖの０．４倍の速度）とした以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［比較例５］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、接続部における接合Ｘ点における凝固液Ｃの流速を、１４．４ｍ／ｍｉｎ（ｖの１．８倍の速度）とした以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［実施例１１］
図１〜図５に例示した湿式紡糸装置１において、凝固浴部の最大断面積（Ｓ１）を５４６００ｍｍ^２，糸条走行部の最大断面積（Ｓ３）を５４６００ｍｍ^２，接続部の断面積（Ｓ２）を９７５０ｍｍ^２とした以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。
［比較例６、実施例１２〜１５］
図２Ｂに例示した湿式紡糸装置１において、凝固浴部の最大断面積（Ｓ１），糸条走行部の最大断面積（Ｓ３），接続部の断面積（Ｓ２）を表１、２に示した通りに変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維前駆体繊維を得た。

［評価方法］
実施例および比較例における評価は、紡浴槽中における凝固液流動状況、滞留部の有無、濃度・温度の評価、および得られた炭素繊維前駆体繊維における繊維断面形状、単糸間の接着糸本数、引取り破断倍率の評価により行った。

（凝固液流動状況）
紡浴槽２内にＤＩ水をスポイトで滴下し、その流動状況を目視にて確認した。
（滞留部有無）
紡浴槽２内の滞留状況を目視にて確認した。
（濃度・温度の測定）
紡出口金５２の面の３箇所（図３におけるａ、ｂ、ｃ）、凝固浴部２ａの一端部の液面ＣＵ付近（図２Ａにおけるｄ）、糸条走行部２ｂの他端部の液面ＣＵ付近（図２Ａにおけるｅ）の各箇所において凝固液Ｃをスポイトで５ｍｌ採取し、屈折計（京都電子工業株式会社製、製品名：ＲＡ−５２０）を用いて濃度を測定した。また、温度についても同様の箇所を水銀温度計で測定した。

（繊維断面形状）
内径１ｍｍの塩化ビニル樹脂製のチューブ内に得られた炭素繊維前駆体繊維を通した後、これをナイフで輪切りにして試料を準備した。ついで、前記試料を炭素繊維前駆体繊維の繊維断面が上を向くようにしてＳＥＭ試料台に接着し、さらにＡｕを約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、走査型電子顕微鏡（ＰＨＩＬＩＰＳ社製、製品名：ＸＬ２０）により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で繊維断面を観察し、単繊維の繊維断面の長径および短径を測定し、長径／短径の比率を求めた。また変動率（ＣＶ値）は長径／短径の測定をｎ＝４００で測定し、変動率ＣＶを算出した。

（接着糸本数）
単糸間接着の判定は、巻き取った炭素繊維前駆体繊維を約５ｍｍにカットし１００ｍＬの水中に分散させ、１００ｒｐｍで１分間攪拌後、黒色濾紙にて濾過し、単糸繊維の接着個数を測定した。

（引取り破断倍率）
凝固糸条の引き取り速度を、紡糸原液の吐出線速度の０．４５倍とする条件を標準引き取り速度とする。そして紡糸原液の吐出線速度を変えることなく凝固糸条の引き取り速度を上げていき、ノズルの吐出面において凝固糸条が破断したときの凝固糸条の引き取り速度を破断引き取り速度とする。これら標準引き取り速度および破断引き取り速度から、下記式により引取り破断倍率を算出した。
（引取り破断倍率）＝（破断引き取り速度）／（標準引き取り速度）
実施例および比較例における評価結果を表３、４に示す。ただし、表３、４における濃度および温度は、濃度６０質量％、温度３５℃を基準としたものを示している。
（総合評価）
凝固液流動状況、滞留部有無、濃度・温度の測定、繊維断面形状、接着糸本数、引取り破断倍率、整流板へのネストの引っ掛かり量の評価結果を総合的に判断して、次の基準に従って、評価した。
○：非常に良い、△：良好、×：不良

表３、４に示すように、本発明の湿式紡糸装置１を用いた実施例１から６では、紡浴槽２内における凝固液Ｃの濃度および温度が均一化されており、また、凝固液の逆流や滞留も見られなかった。また、整流板に糸屑（ネスト）が付着することもなく、良好な品質の炭素繊維前駆体繊維が安定して得られた。総合評価は非常に良好であった。
また、実施例７では、紡浴槽２内において一部逆流や滞留が見られたものの、凝固液Ｃの濃度および温度が均一化されており、整流板に糸屑（ネスト）が付着することもなく、良好な品質の炭素繊維前駆体繊維が安定して得られた。総合評価は非常に良好であった。

一方、実施例８から１０では、接続部の長さＬ４，ノズルサイズ（ｘ，ｙ，ｚ）に対するＬ３（液深），凝固浴部の装置仕様が不適切である為、ノズル面における濃度，温度が不均一となり、凝固液の置換効率が悪くなる。また、目視による凝固液流も乱流や滞留など不均一となったが、総合評価は良好であった。
比較例１では紡浴槽２の他端部における凝固液Ｃの流速が速くなりすぎて、トウ（凝固糸条）を引き上げロール（１０）で引き上げる際に、凝固液（Ｃ）の随伴流により、トウ（凝固糸条）の乱れ及び単糸切れが生じ、凝固液Ｃの濃度および温度を測定を実施したが、安定した紡糸が不可能であり、評価用サンプルが得られなかった。総合評価は不良であった。
比較例２では、整流板１４ａ、１４ｂに形成された開口２５にノズル（５）より破断した糸屑（ネスト）が引っ掛かり、開口２５が糸屑で閉塞され、安定生産が困難であった。また、得られた炭素繊維前駆体繊維には糸屑（ネスト）の混入が確認され、総合評価は不良であった。
比較例３では紡浴槽の断面積が一定であるため、凝固液Ｃの流れが不均一になり、それにより凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られ、総合評価は不良であった。
比較例４では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、凝固浴部と糸条走行部の接合点Ｘ点に於ける凝固液Ｃの流速が遅いため、凝固液Ｃの流れが不均一になり、それにより凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られ、総合評価は不良であった。
比較例５では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、凝固浴部と糸条走行部の接合点Ｘ点に於ける凝固液Ｃの流速が速くなるため、ノズル周辺に発生する随伴流の影響により、単糸切れが生じ凝固液Ｃの濃度および温度を測定を実施したが、安定した紡糸が不可能であり、評価用炭素繊維前駆体繊維サンプルが得られなかった。総合評価は不良であった。
実施例１１では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、凝固浴部断面積（Ｓ１）と糸条走行部断面積（Ｓ３）が接続部断面積（Ｓ２）に対して広いため、凝固浴部周辺及び糸条走行部周辺において、凝固液Ｃの流れが不均一になり、それにより凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られ、総合評価は良好であった。
比較例６では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、接続部断面積（Ｓ２）に対して糸条走行部断面積（Ｓ３）が狭くなりすぎている為、紡浴槽２の他端部における凝固液Ｃの流速が速くなりすぎて、トウ（凝固糸条）を引き上げロール（１０）で引き上げる際に、凝固液（Ｃ）の随伴流により、トウ（凝固糸条）の乱れ及び単糸切れが生じ、凝固液Ｃの濃度および温度を測定を実施したが、安定した紡糸が不可能であり、評価用サンプルが得られなかった。総合評価は不良であった。
実施例１２では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、接続部断面積（Ｓ２）に対して糸条走行部断面積（Ｓ３）が狭くなりすぎている為、紡浴槽２の他端部における凝固液Ｃの流速がやや速くなり、トウ（凝固糸条）を引き上げロール（１０）で引き上げる際に、凝固液（Ｃ）の随伴流により、トウ（凝固糸条）の乱れが生じ、凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られ、総合評価は良好であった。
実施例１３では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、糸条走行部断面積（Ｓ３）が広すぎるため、凝固浴部周辺及び糸条走行部周辺において、凝固液Ｃの流れが不均一になり、それにより凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られた。
実施例１４では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、凝固浴部断面積（Ｓ１）が狭すぎるため、凝固糸引取り速度に対して凝固液Ｃの流速がやや速くなり、凝固液Ｃの流れが不均一になり、凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られ、総合評価は良好であった。
実施例１５では本発明の湿式紡糸装置１を用いているが、凝固浴部断面積（Ｓ１）が接続部断面積（Ｓ２）に対して広いため、凝固浴部周辺及び糸条走行部周辺において、凝固液Ｃの流れが不均一になり、それにより凝固液Ｃの濃度および温度も不均一になることから、品質の劣る炭素繊維前駆体繊維が得られ、総合評価は良好であった。

本発明の湿式紡糸装置および湿式紡糸方法は、紡浴槽内における凝固液の流れを制御して品質の優れた合成繊維を製造できることから、炭素繊維などの様々な合成繊維の湿式紡糸に好適に使用できる。

Claims (4)

1. 湿式紡糸装置を用いて紡糸原液を凝固させ凝固糸条にして、合成繊維を紡糸する湿式紡糸方法であって、
   前記湿式紡糸装置は、凝固液を貯留する紡浴槽に、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっている、前記紡糸原液を凝固させる凝固浴部と、断面積が一端部から他端部に向かって徐々に大きくなっている、前記凝固糸条が走行する糸条走行部とが設けられ、
   前記糸条走行部の断面積の最大値Ｓ３と、前記凝固浴部と前記糸条走行部との接続部の断面積Ｓ２との比（Ｓ３／Ｓ２）が１．５以上５．５以下であり、
   前記紡浴槽の一端部に、前記紡糸原液を他端部に向けて吐出するノズルと、前記ノズルの上流側から凝固液を噴き出す凝固液噴出し口とが配設され、
   前記紡浴槽の他端部側に、前記紡浴槽から流出された凝固液を回収する凝固液回収部が配設されており、
   前記接続部での凝固液の流速Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）を、走行糸条トウ速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の０．５倍以上１．５倍以下として紡糸する湿式紡糸方法。
2. 前記凝固浴部の断面積の最大値Ｓ１と、前記接続部の断面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が、１．５以上５以下である請求項１記載の湿式紡糸方法。
3. 前記接続部の長さが、４０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下である請求項１または２に記載の湿式紡糸方法。
4. 前記湿式紡糸装置が、前記凝固浴部と前記接続部と前記糸条走行部の側面及び底面に開口を有さない請求項１〜３のいずれか一項に記載の湿式紡糸方法。

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