JP5313798B2

JP5313798B2 - 芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金

Info

Publication number: JP5313798B2
Application number: JP2009174291A
Authority: JP
Inventors: 浩雄水岡
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: JP2011026739A

Description

本発明は、ポリエステル、ポリアミド等の２種以上の熱可塑性ポリマーを原料とする芯鞘型複合繊維を溶融紡糸するための紡糸口金であって、複合単繊維の横断面形状が扁平な芯鞘型複合繊維を紡糸するための紡糸口金に関する。

近年、２種以上のポリマーを芯鞘型に配置した芯鞘型複合繊維が製造されており、このような芯鞘型複合繊維は、単一ポリマーから製造される繊維では発現しない様々な優れた特性を備えている。例えば、高融点のポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートを芯成分とし、低融点のポリエチレンを鞘成分とした芯鞘型複合繊維は、熱融着によって鞘成分の低融点のポリエチレンにより繊維同士を容易に融着させることができ、芯成分のポリプロピレンまたは、ポリエチレンテレフタレートにより強度を保持することができるので、強度の高い不織布を容易に製造することができる。

このような芯鞘型複合繊維を用いて、より品位の高い製品を得るために、芯部の偏芯のない芯鞘型複合繊維や、鞘部の厚みが均一である芯鞘型複合繊維が求められており、円形断面形状の芯鞘型複合繊維を得るための紡糸口金は種々提案されている。例えば特許文献１や特許文献２において、口金板に穿設された紡糸孔に対応する分配孔を穿孔した分配板に芯成分ポリマーが流通するパイプを挿入して、前記分配板を特定の形状に規定することによって芯鞘複合斑が少ない均質な芯鞘型複合繊維を得るための紡糸口金が提案されている。この口金は分配板にパイプが挿入されているため、紡糸後の口金洗浄において各部品を分解・洗浄することができないといった問題など、様々な問題点を有している。

一方、特許文献３において、芯成分ポリマーを鞘成分ポリマーで被覆する際に鞘成分ポリマー用口金板に設けた円環状の突出部により圧力損失効果を持たせ、鞘成分の吐出を均一化させ、均一な芯鞘型複合繊維を得るように構成した芯鞘複合紡糸口金が提案されている。このような構成の複合紡糸口金は、前記円環状の突起を設けるための精密加工に多大の工数を要すが、芯鞘型複合繊維を紡糸することにおいては特に問題はない。

しかしながら、前記芯鞘紡糸口金は円形断面形状の芯鞘型複合繊維を得るための紡糸口金であって、扁平断面のような断面形状を有する芯鞘型複合繊維を得るために好適な複合紡糸口金は提案されていない。特に、扁平断面形状の芯鞘型複合繊維における鞘成分の厚み斑および偏芯は、鞘成分の損傷、剥離、および芯成分の露出を引き起こしやすく、芯鞘型複合繊維が本来有しているはずの特性を示さないばかりか、紡糸工程や最終製品にいたる種々の製造工程や加工工程において、機器の汚れや各種トラブルを生じやすく、重大な工程上の問題を引き起こす可能性がある。

特開昭６３−１９０００７号公報特開昭６３−２５６７０８号公報特開平７−２１６６３０号公報

本発明はこのような扁平型芯鞘型複合繊維における従来技術の問題を解消し、鞘成分の厚み斑がなく、芯成分の短軸方向の厚み斑も少ない芯鞘型複合繊維を安定して製造し、芯鞘型複合繊維が本来有している特性を十分有する繊維を供給できる扁平断面形状糸用芯鞘型複合紡糸口金を提供することにある。

ここに、前記課題を解決するための請求項１に係る第１発明として、「芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとが合流して芯鞘流として貼り合わされる合流部と、前記芯成分ポリマーを前記合流部に流入させる流路の終端部に設けられて流路断面積を縮小させると共に扁平形状を有する絞り部と、前記前記合流部に前記鞘成分ポリマーが流入する際に通過する堰と、前記堰を越えて前記絞り部の短軸方向から前記鞘成分ポリマーを前記合流部へ流入させる流路と、前記合流部で貼り合わされて形成された芯鞘流を扁平な横断面形状を有する芯鞘型複合繊維として紡出する吐出孔とを少なくとも備えたことを特徴とする芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金」が提供される。

また、請求項２に係る第２発明として、「芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとが合流して芯鞘流として貼り合わされる合流部と、前記芯成分ポリマーを前記合流部に流入させる流路の終端部に設けられて流路断面積を縮小させると共に一定間隔を置いた２つの円筒流路として形成された絞り部と、前記合流部に前記鞘成分ポリマーが流入する際に通過する堰と、前記合流部で貼り合わされて形成された芯鞘流を扁平な横断面形状を有する芯鞘型複合繊維として紡出する吐出孔とを少なくとも備えたことを特徴とする芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金」が提供される。

本発明の芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金によって、扁平型の糸であっても、鞘成分を均一な厚みで形成することが可能となり、糸物性を安定化でき、良好な工程調子の維持に寄与するという極めて顕著な効果を奏する。

本発明に係る芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金の一例を示す縦断面図である。本発明に係る芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金の第１実施形態例における芯鞘成分ポリマーの合流部を拡大した説明図である。本発明に係る芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金の第2実施形態例における芯鞘成分ポリマーの合流部を拡大した説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明で言う「扁平形状」とは、複合繊維の繊維軸方向（繊維の長手方向）に対して直角に切断した横断面形状に対し定義されるものである。すなわち、複合繊維の横断面において、横断面内に存在する任意の２点を結んだ線分が横断面形状の内部に収まり、かつ、横断面形状の輪郭線上の任意の２点を選択した時、この２点を結ぶ線分の長さが最も長い線分の長さを「長軸長さ」とし、最も短い線分の長さを「短軸長さ」とした時に、これら「長軸長さ」と「短軸長さ」との比（長軸長さ／短軸長さ）で定義される扁平率が２．０以上のものを指すものとする。

図１は、芯鞘型扁平複合繊維を溶融紡糸するための、本発明に係る紡糸口金の一実施形態を例示した縦断面図であり、この図１において、符合１は紡糸口金、符合Ｌはこの紡糸口金中心部を通る中心線であり、符合１ａは第１口金板、符合１ｂは第２口金板、符合１ｃは第３口金板、符合１ｄは第４口金板をそれぞれ示し、本発明に係る紡糸口金１は少なくともこれら４枚の口金板群１ａ〜１ｄを積層して構成されている。

前記紡糸口金１において、前記第１口金板１ａには芯鞘型複合繊維を紡出するために導入される芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとをそれぞれ受け入れるための導入孔２及び３が図１に例示したように穿設されている。

また、前記第２口金板１ｂには、口金中心から離れた位置に穿設された導入孔２から導入された、一方の芯成分ポリマーを口金中心部まで移送する移送流路４が設けられている。更に、他方の鞘成分ポリマーについては、口金中心部に穿設された導入孔３から導入された鞘成分ポリマーを分配斑が生じないように口金外周部へと均等に分配する分配流路７と、口金外周部に分配された鞘成分ポリマーを第４口金板４にまで供給する連通流路群８（図１に破線で示している）が設けられている。

次に、前記前記第３口金板１ｃには、鞘成分ポリマーを第２口金板１ｂから第４口金板１ｄまで第３口金板１ｃを貫通して供給する前述の連通流路群８が設けられている。他方で、第２口金板１ｂ下端面の口金中心部まで移送されてきた芯成分ポリマーを口金中心部から口金外周部へ分配斑が生じないように均等に分配する分配流路５と、最終的に吐出孔群１１のそれぞれから芯鞘流を吐出するために、各吐出孔１１に一対一に対応して設けられた芯成分ポリマーの分流孔群６が設けられている。なお、各分流孔６の終端部には流路断面積が縮小させられた絞り部６ａがそれぞれ設けられているが、これについての詳細は後述する。

最後に、前記前記第４口金板１ｄには、上方で合流して貼り合わされて芯鞘流を形成した芯鞘ポリマーを芯鞘型複合マルチフィラメントとして紡出する吐出孔群１１が設けられている。また、第２口金板１ｂから第３口金板１ｃを貫通して供給された鞘成分ポリマーを受け入れる円環状溝（ドーナツ状溝）に形成された第２分配流路が設けられている。そして、この第２分配流路には、前述の吐出孔群１１が中心線Ｌに対して、それぞれ直径Ｄ_１とＤ_２を有する２重同心円上に穿設されているのである。なお、各吐出孔１１の上端部には、各吐出孔１１の周りを取り囲むと共に、鞘成分ポリマーがそこを通過する堰１０がそれぞれ形成されている。

以上に説明したように第１〜第４口金板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが積層されて形成される本発明に係る紡糸口金１に対して導入孔２及び３からそれぞれ導入された芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとが、最終的に前記合流部Ｃで芯鞘状に貼り合わされる。そして、芯鞘ポリマー流となって、第４口金板４に穿設された吐出孔群１１へそれぞれ流入して芯鞘型マルチフィラメントから構成される複合繊維として紡出されるのである。なお、芯鞘型複合繊維を紡出するために吐出孔群１１の流路断面形状（ポリマー吐出面での流路断面形状）は、当業者にとって自明のことながらスリット状、長円状、楕円状などであることは言うまでもない。

以上に詳細に説明したように、紡糸口金１に穿設された導入孔２から導入された芯成分ポリマーは、流路断面積を縮小させられた絞り部６ａで流量調整された後に合流部Ｃに到る。他方で、導入孔３から導入された鞘成分ポリマーは、連通流路群８を介して円環状溝として形成された第２分配流路９に到達し、ポリマー流量を調整するための堰１０を通過して合流部Ｃに到る。なお、この第２分配流路９は、吐出孔１１の上端を取り囲むように円環状に形成された突起形状を有する堰１０を除いた部分の流路である。なお、堰１０により各合流部Ｃに鞘成分ポリマーを均等に分配するが、均一分配を実現するために、鞘成分ポリマーが堰１０を越る時に生じる圧力損失を利用して鞘成分ポリマーの圧力上昇を図っているのである。ただし、堰１０の詳細設計および連通流路８の数および配置の適正化は、当業者にとっての設計事項であるのでこれ以上の説明は省略する。

また、芯成分ポリマーの分配流路５および鞘成分ポリマーの第１分配流路７は、決められた任意の位置にポリマーを分配する溝形状を有する流路であるが、これらの流路の仕様についても、前記鞘成分ポリマーの第２分配流路９と同様に当業者が最適化すべき設計事項である。ただし、本発明者らは、これらの流路設計について、市販の流動解析プログラムを使用した流動シミュレーションにより、試行錯誤の実験による適正流路設計によらない設計手法を確立しているが、勿論、実験を重ねて最適化しても良い。

その際、本発明者は、芯鞘型複合繊維の形成（特に、扁平な芯鞘型複合繊維の形成）においては、合流部Ｃが非常に重要な役割を果たしていることを究明した。すなわち、本発明に係る芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金１において、本発明の一大特徴は、前記合流部Ｃが特定の構造を有することであって、この特定構造によって扁平な横断面形状を有し、かつ品質に優れた芯鞘型複合繊維を安定して紡糸できることである。以下、この点について図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。

図２及び図３は、本発明に係る芯鞘型扁平複合繊維を紡糸するための紡糸口金１の第１実施形態例と第２実施形態例であって、芯成分ポリマー流と鞘成分ポリマー流とが合流する合流部（図１における“Ｃ部”）を立体的にそれぞれ表した模式説明図である。すなわち、図２及び図３は、図１中の第３口金板３の下端部と第４口金板４の上端部との接合部の流路を拡大して立体的に表示した要部の模式説明図である。なお、これら図２及び図３において、同効の機能を果たす各要素については、図１で使用したものと同一の符合を用いて表している。

先ず、図２に例示した第１実施形態例から説明すると、この第１実施形態例においては、ポリマーの流れ方向に対して直角な方向に断面を施したときの絞り部６ａの断面形状は図示したように扁平形状である。また、各分流孔６から各合流部Ｃへ流入する鞘成分ポリマーの各流れＦ_２の方向は扁平な絞り部６ａが形成する長軸に対して直角となる両方向（すなわち、扁平な絞り部６ａの短軸に沿った両方向）から流れ込むように、堰１０の上端部に溝状の流路１２を刻設して合流部Ｃへ流れ込む鞘成分ポリマーの流れＦ_２を規制している。

このように、鞘成分ポリマーの合流部Ｃへの流れＦ_２の方向を溝状の流路１２によって規制することが、扁平形状の芯鞘型複合繊維の断面形状において重要である。これに対して、従来の円形形状の芯鞘型複合繊維と同様に鞘成分ポリマーの流れ方向を規制せずに合流部Ｃへ鞘成分ポリマーを流れ込ませる堰形状では、扁平型芯鞘型複合繊維の芯成分部分の横断面形状は糸全体の断面形状に対し、中央部が太くなり、また、長軸の両端部の鞘成分の厚みが他の部分と比較し厚くなり、理想的な繊維断面形状が得られず、物性も意図したものが得られないことを本発明者らは確認している。

次に、本発明に係る芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金１の第２実施形態例について、図３を参照しながら説明する。図３に示した第２実施形態例では、図２に示した第１実施形態例と異なり、各分流孔６の終端部にそれぞれ設けられる前記絞り部６ａは一定間隔を置いた２つの円筒流路から構成されており、その流路断面形状は円形である。また、鞘成分ポリマーが合流部Ｃへ流れ込む際に越えなければならない堰１０は、円環状に形成されており、第１実施形態例のように鞘成分ポリマーの流れＦ_２の方向は規制されていない。したがって、第２実施形態例における鞘成分ポリマーの合流部Ｃへの流れＦ_２は堰１０の全周方向から流れ込む。

この点について、第１実施形態例の説明において、円環状の堰１０が有する問題として、鞘成分ポリマーの流れ方向を規制しなければならないという問題を指摘した。しかしながら、第２実施形態例では、絞り部６ａを一定間隔を置いた２つの円筒流路とすることにより、第１実施形態例の説明の際に指摘した問題が解決できることを本発明者は見出した。なお、この２つの円筒流路間の距離としては、本発明者の実験によれば、合流部Ｃで合流した芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとが流入する吐出孔１１の上端部の流路直径の４０〜７０％の長さとすることが好適であることが分かっている。

１：紡糸口金
１ａ：第１口金板
１ｂ：第２口金板
１ｃ：第３口金板
１ｄ：第４口金板
２：芯成分ポリマーの導入孔
３：鞘成分ポリマーの導入孔
４：移送流路
５：芯成分ポリマーの分配流路
６：芯成分ポリマーの分流孔
６ａ：芯成分ポリマーの絞り部
７：鞘成分ポリマーの第１分配流路
８：鞘成分ポリマーの連通流路
９：鞘成分ポリマーの第２分配流路
１０：鞘リマーの堰
１１：吐出孔
１２：溝状の流路
Ｃ：合流部
Ｆ_１：芯成分ポリマーの合流部への流れ
Ｆ_２：鞘成分ポリマーの合流部への流れ

Claims

芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとが合流して芯鞘流として貼り合わされる合流部と、前記芯成分ポリマーを前記合流部に流入させる流路の終端部に設けられて流路断面積を縮小させると共に扁平形状を有する絞り部と、前記合流部に前記鞘成分ポリマーが流入する際に通過する堰と、前記堰を越えて前記絞り部の短軸方向から前記鞘成分ポリマーを前記合流部へ流入させる流路と、前記合流部で貼り合わされて形成された芯鞘流を扁平な横断面形状を有する芯鞘型複合繊維として紡出する吐出孔とを少なくとも備えたことを特徴とする芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金。
芯成分ポリマーと鞘成分ポリマーとが合流して芯鞘流として貼り合わされる合流部と、前記芯成分ポリマーを前記合流部に流入させる流路の終端部に設けられて流路断面積を縮小させると共に一定間隔を置いた２つの円筒流路として形成された絞り部と、前記前記合流部に前記鞘成分ポリマーが流入する際に通過する堰と、前記合流部で貼り合わされて形成された芯鞘流を扁平な横断面形状を有する芯鞘型複合繊維として紡出する吐出孔とを少なくとも備えたことを特徴とする芯鞘型扁平複合繊維の紡糸口金。