JP5551149B2 - 合成繊維用の紡糸セル - Google Patents

Description

スパンデックスのような合成繊維のための紡糸セルが含まれる。紡糸セルにおいては溶媒蒸気の１種または複数のプロセスガスがセルを排出して、室内の空気が紡糸セル中に導入される可能性があるが、当該紡糸セルは、溶媒蒸気の移動を軽減または排除する上部クロージャを含む。

要約および関連技術

合成繊維は融解紡糸および乾式紡糸を含む種々の方法から調製することができる。スパンデックスのような繊維の乾式紡糸はセグメントポリウレタンのようなポリマーの溶液を調製することにより達成することができる。次に溶液を紡糸セルの紡糸口金開口部を通して乾式紡糸して、フィラメントを形成する。フィラメントは、紡糸口金から排出するとセルのチェンバーを通って送られ、そこで溶媒は熱風の導入によりフィラメントから蒸発される。フィラメントは相互に凝集し、付着して、一本の糸を形成することができるか、あるいはまた、単一のフィラメントから糸を調製することができる。糸はセルから巻き取り装置に送られ、そこで糸の包装物に形成される。

熱風が酸素を含む時は、溶媒が発火する危険が存在する。この危険を軽減させるためにセル中に低い溶媒濃度を維持するように注意を払われる。これは大量のガスを紡糸セル中に押し込むことにより達成される。

火事の危険を最小にするためにセル中のガスは窒素または二酸化炭素のような不活性ガスであることができる。蒸発された溶媒が不活性ガスから分離され、不活性ガスが紡糸セルに再循環される閉鎖ループシステムはしばしば、不活性ガスを紡糸セルに供給することと関連し、操作経費を節減するために使用される。不活性ガス使用に伴う１つの困難は、溶媒蒸気をセルから追い出さず、かつ紡糸セルを通るガス流を妨げずに、セル操作中、そして紡糸口金の洗浄／交換中に、紡糸セル中への空気の導入から紡糸セルを封止することである。紡糸セルが封止されて空気の導入を妨げる時の他の利点は、セルのオペレータの紡糸工程で使用される溶媒またはプロセスガスへの暴露を減少させることであろう。

今日、不活性ガスの代わりに空気を使用する多数の紡糸セルが使用される。これらの紡糸セルはしばしば、それを通って空気が紡糸セル中に導入され、そして溶媒の蒸気およびプロセスガスが漏洩する可能性がある開放された上部および底部を有する。紡糸口金を交換するための生産中断期間に、乾燥ガス流を、紡糸セルを通して維持し、そしてこれらのセル開口部を製造区域に対して開放することは一般的な方法である。紡糸口金交換期間中、乾燥ガスが周囲の製造区域に漏洩し、そして／または室内の空気が紡糸セル中に吸引される可能性がある。紡糸セルが一般的な閉鎖ループの不活性ガス供給システムから供給される場合、この操作中に、過剰な室内の空気がセル中に吸引されると、閉鎖されたガスシステムの酸素含量が危険なレベルに到達する可能性がある。あるいはまた、製造区域への不活性プロセスガスの過剰な放出は、喪失を補充するための操作経費を増加し、そして過剰量の不活性ガスに操作作業員を暴露する危険をもたらすであろう。紡糸口金を交換するための生産中断期間に、乾燥ガス流を、紡糸セルを通して維持し、そしてこれらのセル開口部を製造区域に対して開放することは一般的な方法である。紡糸口金を交換するための生産中断期間に、乾燥ガス流を、紡糸セルを通して維持し、そしてこれらのセル開口部を製造区域に対して開放することは一般的な方法である。

発明の要約
幾つかの態様は、乾式紡糸セル中に含むことができる、または既存の乾式紡糸セルを修飾するために使用することができる装置である。本セルは、
（ａ）実質的に垂直な構造、開放された上部、開放された底部および紡糸口金の配列を有する、合成繊維用乾式紡糸セル；並びに
（ｂ）溶媒蒸気の放出物を減少または排除し、そして前記乾式紡糸セル中への空気の侵入を軽減または排除するための上部クロージャ（ここで前記上部クロージャは前記乾式紡糸セルの前記の開放された上部に隣接する）：を含む。本乾式紡糸セルは二酸化炭素または窒素のような不活性ガスとの使用に適合し、火事および溶媒蒸気への職員の暴露の危険を軽減する。

他の態様は、
（ａ）実質的に垂直な構造、開放された上部、開放された底部および紡糸口金の配列を有する、合成繊維用乾式紡糸セル；
（ｂ）溶媒蒸気の放出物および前記乾式紡糸セル中への空気の導入を軽減または排除するための上部クロージャ（ここで前記上部クロージャは前記乾式紡糸セルの前記の開放された上部に隣接する）；並びに
（ｃ）溶媒蒸気の放出物を減少または排除し、そして前記乾式紡糸セル中への空気の侵入を軽減または排除するための底部クロージャ（ここで前記の底部クロージャは前記の乾式紡糸セルの前記底部に隣接し、前記底部クロージャは凝集ジェットまたはモノフィラメントガイドおよびフィラメント排出ガイドの少なくとも１つを含んでなる）：
を含む装置である。

更に、
（ａ）実質的に垂直な構造、開放された上部、開放された底部および紡糸口金の配列を有する、合成繊維用乾式紡糸セル；
（ｂ）溶媒蒸気の移動および前記乾式紡糸セル中への空気の導入を軽減または排除するための装置（ここで前記装置は前記の開放された上部に設置されている）；並びに
（ｃ）溶媒蒸気の放出物を減少または排除し、そして前記乾式紡糸セル中への空気の侵入を軽減または排除するための装置（ここで前記装置は前記の開放された底部に設置されている）：
を含む装置が含まれる。

更なる態様は、
（ａ）実質的に垂直な構造、開放された上部、開放された底部および紡糸口金の配列を有する、合成繊維用乾式紡糸セルを提供する工程；
（ｂ）前記乾式紡糸セルの前記の開放された上部に隣接し、そして前記紡糸口金の配列の上方に上部クロージャを設置する工程；並びに
（ｃ）前記乾式紡糸セルの前記底部に隣接して底部クロージャを設置する工程（ここで前記の底部クロージャは凝集ジェットおよびフィラメント排出ガイドを含んでなる）：
を含む、溶媒蒸気の移動および／または乾式紡糸セル中への空気の導入を軽減または排除するための方法である。

図１は開放された上部および底部を有する紡糸セルの１例を示す。 図２Ａは底部クロージャを含む紡糸セルの略図である。 図２Ｂはフィラメントガイドの透視図である。 図３は閉鎖位／操作位にある底部クロージャの側面図である。 図４は閉鎖位／操作位にある底部クロージャの正面図である。 図５は開放位の底部クロージャの側面図である。 図６は開放位の底部クロージャの正面図である。 図７Ａ〜図７Ｄは紡糸口金を外すための工程の異なる段階における上部クロージャの側面図である。 図８Ａ〜図８Ｄは紡糸口金を取り付けるための工程の異なる段階における上部クロージャの側面図である。 図９は代わりの上部クロージャのデザインの透視図である。

発明の詳細な説明
本明細書で使用されるようなスパンデックスは、その繊維形成物質が、少なくとも８５重量％のセグメントポリウレタンを含む長鎖合成エラストマーである人造繊維である。スパンデックスは一般に、ジメチルアセトアミド、ジメチルホフムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドのような溶媒中でポリウレタンまたはポリウレタン尿素の溶液から乾式紡糸される。ポリマーは、ポリエーテル、ポリエステルまたはポリカーボネートグリコールのようなポリマージオールをジイソシアネートでキャップし、次に、生成されたキャップグリコールを１種または複数のジアミンまたはジオールで連鎖延長することにより調製することができる。

本明細書で使用されるような用語、紡糸セルの「開放された上部」は、紡糸口金の交換または設置期間中にガス、蒸気および溶媒を、それを通して移動させることができるセルの部分を意味する。本発明者は、典型的な操作中は、セルのこの部分は一般に閉鎖されていると認識する。

紡糸セルのための上部クロージャおよび底部クロージャを含む幾つかの態様のクロージャシステムは紡糸セルの統合された一部として形成しても、または既存の紡糸セルの修飾物として追加してもよい。大気から紡糸セルを隔離し、窒素または二酸化炭素のような不活性ガスを使用することにより、溶媒を発火させる危険および／または操作区域中への溶媒蒸気またはプロセスガスの放出の危険が最小化される。

図１は、シャフト２０、例えば紡糸口金の変更を実施するために定期的に開放される、開放された上部１０およびスパンデックスフィラメント３８を調製するために営業的に使用される開放された底部１５を含む紡糸セルを示す。本装置の上部１０において、ポリウレタン尿素のようなポリウレタンの熱溶液が紡糸口金１２にポンプで注入され、そこで、溶液がフィラメント３８に押し出される。次に、この紡糸セルは一般に、セルの底部に引かれる約５〜１０％の室内空気を含む約２００℃超の温度の乾燥ガスとして空気を使用して溶媒の放出を減少させる。大量の空気をセル中に導入して、乾燥用エネルギーを提供し、そしてセル中の溶媒蒸気の希釈を維持して、セル内の空気中溶媒の燃焼可能な混合物を回避する。この工程は空気を加熱し、そして次に溶媒蒸気を冷却するために要するエネルギー量に対してエネルギー非効率である。更に大部分のガスは空気に熱を提供するエネルギーを完全に使用せずに、上部セルの真空を通って排出する。次にフィラメント３８は底部でセルを排出し、糸包装物上に巻かれる。

上部および底部クロージャ装置の組み合わせは、他の場合には必要と考えられる熱の制御およびガス流速の制限を伴わずに、乾燥ガスとして窒素または二酸化炭素のような不活性ガスの使用を許す。上部および底部が大気に開放されている時、セル内の溶媒濃度を爆発または火事を排除するように管理しなければならない。上部および底部クロージャが下記のように導入され、紡糸セルから酸素が最少にされるかまたは排除される時は溶媒濃度は問題ではない。

次に図２Ａにおいて、凝集ジェットマニホールド３２およびフィラメント排出ガイド３４を含むことができる底部クロージャ部分３０がシャフト２０の底部に取り付けられて示されている。図２Ａの部分に示される底部クロージャは、それから収束する断面をもつか
、または側部ドア３６および正面パネル４２とともに紡糸セルの底部を囲むフィラメント排出ガイド３４に対して紡糸シャフト２０に取り付けられている。図２Ｂにおいて、糸の排出ガイド３４は各フィラメント３８に対し１個の排出通路３５を含み、２４個の排出通路が示されているが、この数字は所望されるフィラメント数により変動することができる。排出ガイドを通って排出後、スパンデックスフィラメント３８はコア上に巻き取られて包装物を形成することができる。

図３および４において、操作位の底部クロージャが、それぞれ側面図および正面図から示されている。底部クロージャはセル１５の底部にシャフト２０を延伸することにより取り付けられる。底部クロージャは側部ドア３６および、図２Ａの正面パネルに対応する正面ドア４２を含む。側部パネル４０は囲みを完成する。フィラメント３８は底部クロージャを排出し、包装物上に巻き取ることができる。

図５および６は、それぞれ側面図および正面図からの開放位の底部クロージャを示す。側部ドア３６および正面ドア４２は凝集ジェットマニホールド３２およびフィラメントガイド３４を露出するために開放位に維持されている。ジェットマニホールドへのアクセスを増すために、側部パネル４０は側部ドアであることができる。

図５および６にはセルの底部クロージャの特定の構造が提供されているが、その機能は形態に依存しないので、他のセルクロージャの構造を含むことができることは理解される。更に、底部クロージャは開放する側部ドアを有するものとして示されているが、１個または複数のドアは滑動し、旋回し、または回転してもよい。更なる代替物として、底部クロージャ全体を取り外し可能にすることができる。

図７Ａ〜７Ｄおよび図８Ａ〜８Ｄはそれぞれ、紡糸口金の取り外しおよび交換中の上部クロージャ装置の断面図を示す。

図７Ａ〜７Ｄは紡糸口金の配列２８を含むトレー２６の取り外しを示す。紡糸口金の配列はどんな所望の構造でもあることができる少なくとも１個の紡糸口金を含む。図７Ａにおいて、シャフト２０を含む紡糸セルはスパンデックスであってもよい合成フィラメント３８を調製する操作中である。上部クロージャは、シャフト２０の一体部分を形成しても、または既存の紡糸セルの上に取り付けた別の部品でもよい、シャフトの延長物２４を含む。水平面を含む封止板２２によりエアロックが提供される。図７Ｂにおいて、封止板を、この目的のために知られた種々の潤滑剤のいずれかにより運動の容易さを提供するように潤滑化させることができる。更に、封止板２２はシャフト２０へのまたはシャフト２０からのいずれかのガスの漏洩を最少にするためのガスケットを含むことができる。ガスケットはシリコーンまたはガラス繊維のようなあらゆる適当な柔軟な／適合する材料であることができる。図７Ｃにおいて、封止板２２は、紡糸口金２８を保持しているトレー２６が垂直方向２５に持ち上げられる時に紡糸セルのシャフト２４中に水平方向２３に移動される。次に紡糸口金の配列２８を含むトレー２６は、紡糸セルから遠くに水平方向２７に移動させることができる。

図８Ａ〜８Ｄは合成繊維の生産を再開するためにシャフト２４の延長物上で紡糸セルに対する紡糸口金の配列２８を含むトレー２６の交換を示す。図８Ａは、紡糸口金２８が洗浄のために取りはずされ、次に図８Ｂにおいてトレーに再導入されることができ、そして再開することができることを示す。図８Ｂは更に、封止板２２上への薄いシート４５の挿入を示す。薄いシート４５はダンボール、紙またはアルミニウムのようなあらゆる適当な材料であることができる。次に図８Ｃにおいて、薄いシート４５を含むトレー２６を紡糸セル２０上を水平２３に戻して移動させる。走行している糸のラインは薄いシート４５上にたまる。次に封止板２２を外し２７、付着した糸のラインを伴う薄いシートが紡糸セル
のシャフト２０を落下する。次に紡糸口金のトレーがセル中に垂直に戻って移動して、フィラメント３８の生産を再開する。

セルクロージャの構造は紡糸セルの開口部および１種または複数の紡糸口金の所望の配列に対応するあらゆる形状または幾何学構造であることができることに注目することは重要である。図９は幾つかの態様の上部クロージャ装置に対する代わりの構造および機構を提供する。トレー２６は、封止板２２がシャフト２４の延長物中に移動された後に、トレー２６がセル２０に対して回転されて、紡糸口金２８の取り外しを許すように、紡糸セルに回転可能に取り付けられる。トレー２６は閉鎖／操作位５０から開放位６０に移動される。

セルの上部における紡糸口金の取り外しおよび交換の工程中、溶媒蒸気およびプロセスガス放出およびセル中への空気の導入は最小化または排除される。更に、セルへの気流および加熱は、上部クロージャと底部クロージャの組み合わせにより提供されるエアロックにより、変更されることが必要でなかった。

本発明の特徴物および利点は、説明の目的のために提供される以下の実施例により更に詳細に示され、そしてどんな方法でも本発明を限定するものと考えるべきではない。

実施例に対する測定部分は以下のような紡糸セルに対応する：
図１のセル上部開口部１０における部位＃１および
図８Ａの紡糸口金２８の部位における部位＃２。

セルの上部開口部近位の操作区域のＯ₂放出量−従来の構造（上部クロージャまたは底部クロージャなし）
４〜５容量％のＯ₂を含み、残りはＮ₂である、上部供給プレナムを通るセル中への約２０℃で５００ｋｇ／時間のガス流量の流れが確立された。システムガスの逃がし排気および、ガスシステム圧を維持するための９９.９９＋％の純粋Ｎ₂の組成を含むＮ₂消費量を最小化するために、供給ガスは閉鎖ループシステム中で再循環された。底部の紡糸セル内の圧力は、必要に応じて復帰ガス流量に対する僅かな調整により室圧に維持された。セルから復帰するプロセスガス流量は上部ガス復帰プレナムからは３３０ｋｇ／時間に、そして下部ガス復帰プレナムからは１７０ｋｇ／時間に設定された。セルを通るガス流量を伴って紡糸口金の変更を実施するためのセル上部を開放する効果を算定するために、上部セル開口部上方のＯ₂濃度を２カ所（図１参照）において開放された下部セルとともにモニターした。これらの条件下で、示された部位のＯ₂は、１５秒後に部位＃１で１７％、そして５秒後に部位＃２で４.８％と測定された。

セル上部開口部近位の操作区域におけるＯ_２放出量−セルの上部および底部クロージャは定位置
実施例１に記載の条件を使用し、典型的な紡糸口金の変更サイクルの２工程においてＯ_２読取りを実施した。紡糸口金の変更の第１の工程において、紡糸口金を持ち上げ（図７Ｂと７Ｃ間の部分２８の位置における変更により示されるように）、滑り板は定位置（図７Ｂに示した部分２２）にまだ挿入されていなかった。これらの条件下で、部位＃１または部位＃２における基底線２０．８％の基底線Ｏ_２読取からの偏りは認めなかった。

次に、滑り板２２を定位置に移動させて、セルの上部開口部１０をブロックし、そして紡糸口金２８を図７Ｄに示されるその維持部位に移動させた。部位＃１または部位＃２の
いずれでもＯ_２測定値の変化は認められなかった。

操作中の供給ガスのＯ₂含量−従来の構造
紡糸セルは、紡糸口金２８を図７Ａに示されるように設置されて、上部供給プレナムを通るセルへのガス流量で操作された。供給ガスは、システムガスの逃がし排気および、ガスシステム圧を維持するための９９.９９＋％純粋のＮ₂の組成を含むＮ₂消費量を最小化するために閉鎖ループシステム中で再循環された。底部における紡糸セル内の圧力は必要に応じて復帰ガス流に対する僅かな調整により室圧に維持された。ガス温は本試験期間中約２３５℃の室温にあつた。ガス供給プレナムを通るセル中への総ガス流量は２３０ｋｇ／時間であった。セルから復帰するプロセスガス流量は上部ガス復帰プレナムから８０ｋｇ／時間に設定された。これらの条件下で、上部真空復帰物中のＯ₂濃度は２.５容量％のＯ₂であると測定された。次に、ガス流量の条件を変更さずに、滑り板または封止板２２を、図７Ａ〜７Ｄに示されるような段階的方法で紡糸口金２８の代わりに設置した。操作およびその後の平衡化の経過中、復帰ガス中のＯ₂濃度は約１.７容量％Ｏ₂の定常状態レベルに低下したことを測定した。

本発明は説明的方法で記載されてきたが、使用された用語は限定よりもむしろ言語の本質または説明にあることが意図されることは理解されなければならない。更に、本発明は幾つかの説明的態様に関して記載されてきたが、当業者はこれらの教示を本発明の他の可能な変更物に容易に適用するであろうことを理解することができる。

Claims (12)

1. （ａ）実質的に垂直な構造、開放された上部、開放された底部および紡糸口金の配列を有する、合成繊維用のシャフトを有する乾式紡糸セル；
   （ｂ）溶媒蒸気の放出物を減少または排除し、そして前記乾式紡糸セル中への空気の侵入を軽減または排除するための上部クロージャ、ただし前記上部クロージャは前記乾式紡糸セルの前記の開放された上部に隣接している；
   （ｃ）前記上部クロージャの一部を形成し、前記シャフトの中へおよび前記シャフトから外へ移動できるように前記開放された上部において前記シャフトによって支えられているトレー；並びに
   （ｄ）前記紡糸口金が前記開放された上部から外される時に前記紡糸口金の配列の下の位置に移動できるように、前記開放された上部に隣接している封止板、ただし前記封止板は前記紡糸口金の交換ができるように前記シャフトの開放された上部とエアロックを形成する：
   を含んでなる装置。
2. 上部クロージャが、紡糸口金の配列と実質的に同一サイズおよびディメンションをもつ内腔を一緒に区画する四面を含み、そしてエアロックが前記紡糸口金の配列の下方に挿入するまたは取り外すことができる水平面を含んでなる、請求項１の装置。
3. 前記封止板が前記シャフトの開放された上部を横切って滑動できる、請求項１の装置。
4. 前記封止板が水平面である、請求項３の装置。
5. 溶媒蒸気の放出物および前記乾式紡糸セル中への空気の導入を軽減または排除するための底部クロージャをさらに含んでいる、ただし前記底部クロ−ジャは前記乾式紡糸セルの前記底部に隣接し、前記底部クロ−ジャは凝集ジェットおよび／またはフィラメント排出ガイドを含んでいる、請求項１の装置。
6. 前記封止板の上に取り外し可能に位置された薄いシートをさらに含んでいる、請求項１の装置。
7. 前記薄いシートがダンボール、紙およびアルミニウムから選ばれる、請求項６の装置。
8. 底部クロージャが正面のドアおよび側面ドアまたは正面のドアおよび２枚の相対する側面ドアを含んでなる、請求項５の装置。
9. フィラメントの排出ガイドが長方形で、前記側面ドアに対応する片側上に、または前記の相対する側面ドアに対応する相対する側面上に、各繊維のためのスロットを含む、請求項８の装置。
10. （ａ）実質的に垂直な構造、開放された上部、開放された底部および紡糸口金の配列を有する、合成繊維用乾式紡糸セルを提供する工程；
    （ｂ）前記乾式紡糸セルの前記の開放された上部に隣接し、そして前記紡糸口金の配列の上方に上部クロージャを設置する工程；並びに
    （ｃ）前記乾式紡糸セルの前記底部に隣接して底部クロージャを設置する工程、ただし前記底部クロージャは凝集ジェットおよび／またはフィラメント排出ガイドを含んでなる：
    を含んでなる、溶媒蒸気の放出物および／または乾式紡糸セル中への空気の導入を軽減または排除する方法。
11. 上部クロージャが、紡糸口金の配列と実質的に同一の長さおよび幅をもつ内腔を一緒に区画する四面を含み、そして前記紡糸口金の配列の下方に、取り外し可能に導入することができる水平面を含んでなるエアロックを含んでなり、そして更に、前記エアロックを維持するために、前記上部クロージャを通して前記紡糸口金を持ち上げ、そして前記受け皿を前記紡糸口金の下方に滑り込ませる工程を含んでなる、請求項１０の方法。
12. 更に前記紡糸口金を取り外し、洗浄し、前記上部クロージャを通して前記紡糸口金を交換し、そして前記水平面を取り外す工程を含んでなる、請求項１１の方法。

Images