JP5785612B2 - ノズルプレート - Google Patents

Description

本発明は、連続フィラメント、好ましくは、シリカゲル繊維を製造するためのノズルプレートおよびノズルプレートの使用を提供する。

独国特許第１９６０９５５１（Ｃ１）号明細書および独国特許出願公開第１０２００４０６３５９９（Ａ１）号明細書は、シリカゲル繊維の製造方法を開示している。この製造方法は、複数のステップを含む。第１のステップにおいて、紡糸組成物が製造され、第２のステップで、その紡糸組成物がノズルを通って圧力容器から押し出されて、フィラメントの形で出てくる。ノズルのサイズに応じて、フィラメントの直径は、約１０〜１００μｍとなる。

独国特許出願公開第１０２００４０６３５９９（Ａ１）号明細書は、紡糸組成物を押し出すノズルに関する詳細について開示している。７孔または１９孔ノズルプレートが使用される。孔につながるドリル穴の幅は３．０ｍｍであり、孔の直径Ｄは０．１５ｍｍである。０．４５ｍｍのキャピラリー長Ｌでは、Ｌ／Ｄの比は３となる。この公開特許出願の図２は、ノズルプレートおよび独立孔型ノズルの概略断面図である。

先行技術に記載されているこのノズルプレートには、不利点がある。独国特許出願公開第１０２００４０６３５９９（Ａ１）号明細書に開示されているノズルによって紡糸組成物を押し出す動作の開始時に、出てくる紡糸組成物はノズルオリフィス周囲の平面ゾーンを濡らしてしまう。紡糸組成物は、オリフィス周囲に集まって、その後、重力の影響下で次第にノズルオリフィスから剥がれて、紡糸フィラメントと一緒に液滴の形で地面に落ちる。

この場合、各ノズルは、時間の経過と共に異なる挙動をする。各ノズルからフィラメントがすぐに出てくるが、フィラメントの厚さは、最初のうちは均一ではない。それは、出てくる紡糸組成物の一部が薄膜の他にノズルのオリフィス周囲の領域の裏に貼り付き、時間が経過するとノズルプレートから剥がれるためである。一定の時間が経過すると、フィラメントが切れ、各ノズルは新しい均一なフィラメントのみを形成する。不均一である以外に、ノズルオリフィス周囲の領域にある紡糸組成物がノズルプレートから完全に剥がれないで、裏に残った組成物がフィラメントと接触した場合、前記紡糸組成物は紡糸工程全体におけるフィラメント形成に悪影響をもたらす恐れがある。このことにより、フィラメントの形成に乱れが生じて、複数のフィラメントが絡まる、または周期的に液滴が形成されるところまで進む動きを生じる。

これらの問題から、例えば、最初にノズルから出てきたフィラメントは不均一であるために捨てる必要が出てくる。フィラメントの製造方法が中断された場合には、始動するのにかなりの時間をかけて、ノズルプレートを念入りにクリーニングした後に、ようやく再び均一なフィラメントが製造される。この場合、ノズルプレートから紡糸組成物が剥がれた後に紡糸材がノズル開口部周囲に薄膜のように裏に残るために、紡糸動作が再開された時に紡糸組成物がノズルプレートから完全に剥がれないことが多いので、ノズルプレートは再び使用される前に、まずクリーニングされなければならない。

独国特許第１９６０９５５１号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０６３５９９号明細書

上述の先行技術に鑑み、当業者は、紡糸組成物がノズルオリフィスに付着し、それに伴って不均一なフィラメントが初期に形成されることに対して解決策を見つけるという課題に直面する。特に、シリカゲル繊維の製造に適した解決策が求められる。

本発明によれば、前記課題は、請求項１に記載のノズルプレートによって解決される。好適な実施形態は、従属請求項に記載されている。

したがって、本発明は、ノズル開口部を有する少なくとも１つのノズルを備えるノズルプレートにして、ノズル開口部は断面積Ａ１を有し、５°〜９０°の角度βの切断縁がノズル開口部の周囲に広がり、ノズルの外側のノズル開口部に直接隣接し、ノズル開口部の周囲に広がる領域は面積Ａ２を有するノズルプレートであって、Ａ２／Ａ１の比が２０未満であることを特徴とするノズルプレートを提供する。

組成物は、ノズル開口部を通ってノズルから外に押し出される。ノズル開口部のサイズは、ノズルから外に出てくる糸の厚さを決定する。ノズル開口部は、断面積Ａ１を有する。

紡糸組成物は、種々の方法で紡糸ノズルから押し出される。先行技術の場合、通常、ガスで加圧された圧力容器が使用されている。同様に、適切なポンプを使用してノズルプレートから紡糸組成物を押し出すことも可能である。用途分野に応じて、この目的に適した複数のポンプ、例えば、ピストンポンプ、歯車ポンプ、偏心ポンプ、ねじポンプなどが使用される。好ましくは、歯車ポンプが使用される。同様に、ピストンを使用して円筒状容器からノズルを通って紡糸組成物を押し出すことも可能である。

ノズル開口部を通って外側に出る紡糸組成物は、ノズル開口部周囲の領域を出来る限り濡らさないようにしなければならない。そうでなければ、どうしても材料がノズル開口部周囲に蓄積してしまうからである。特に、開始時に、この蓄積により不均一なフィラメントを形成することになる。

したがって、切断縁がノズル開口部周囲に配置され、ノズル開口部周囲に広がるノズル開口部外側の領域は出来る限り小さくされる。

オリフィス領域の最小面積を有する切断縁は、原理上、ノズルが直線円錐の先端まで垂直に伸びるチャネルの形を取ることで達成される（例えば、図３の（ａ）を参照）。しかし、製造上、開口部周囲に有限幅のリングが常に存在するので、Ａ２／Ａ１の比を自由に最小にすることができない。これは、図３の（ｂ）と図５に示されている。図３の（ｂ）の下部は、ノズル断面を示しており、有限幅のリングがノズル開口部周囲に広がる。図５は、同じノズルを下から見た平面図である。ノズル開口部は、断面積Ａ１を有し、リングは面積Ａ２を有する。本発明によれば、Ａ２／Ａ１の比は２０未満である。

Ａ２／Ａ１は、好ましくは１５未満であり、特に好ましくは１０未満であり、さらに好ましくは５未満であり、最も好ましくは１未満である。

切断縁の角度βは、好ましくは１０°〜９０°であり、特に好ましくは２０°〜９０°であり、非常に好ましくは３０°〜９０°である。

本発明のノズルプレートは、好ましくは、上述の特徴を有する複数の同じノズルを備える。ノズルの数は、例えば、１〜１０００個、より好ましくは、４〜１００個である。

ノズルは、ノズルプレートの穴あけ加工および／またはフライス加工によって製造される。ノズルプレートは、モジュール構造であるのが好ましい。これは、ノズルプレートが、ノズルインサートが挿入できる開口部を有することを意味する。例えば、ノズルインサートをノズルプレートに締まり嵌めまたはねじ留めすることが考えられる。

本発明のノズルプレートは、特に、独国特許第１９６０９５５１（Ｃ１）号明細書および独国特許出願公開第１０２００４０６３５９９（Ａ１）号明細書に例示されているような乾式紡糸工程におけるフィラメントの製造、特に、シリカゲル繊維の製造に適している。したがって、本発明はさらに、シリカゲル繊維を製造するための本発明のノズルプレートの使用も提供する。

本発明のノズルプレートの好適な実施形態の平面概略図である。 図１のノズルプレートの破線に沿った概略断面図である。 ノズルの種々の実施形態の概略図である。 領域Ａ２が領域Ａ１に対して一定の角度を成して伸びている例を示している。 図３の（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）、図４の（ａ）、（ｂ）のノズルを下から見た場合の平面概略図である。 図１および図２の本発明のノズルプレートのノズル断面の拡大図である。 プレートを貫通する対応通路に挿入されるモジュールインサートの形の個々のノズルの好適な実施形態を示す図である。

本発明のノズルプレートの好適な実施形態を以下により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。図示されているノズル開口部は円形断面を有する。本来、円形断面であるのが好ましいが、任意の可能な形状、特に楕円形状の断面にすることも考えられる。同様に、個々の例示されている実施形態の特徴を組み合わせて、図示されていない本発明のさらに別の実施形態を開発することも考えられる。

図１は、本発明のノズルプレートの好適な実施形態の平面概略図である。ノズルプレートは円形であり、１９個のノズルを有する。

図２は、図１のノズルプレートの破線に沿った概略断面図である。個々のノズルは、いずれも、下方に向かって円錐状に先細になったチャネルを備える。

図３の（ａ）〜（ｅ）は、ノズルの種々の実施形態の概略図である。図１（ａ）では、ノズル開口部は、直線円錐の先端まで伸びるチャネルによって形成される。このようにして、鋭い切断縁がノズル開口部周囲に形成される。円錐状に先細になった円錐包絡線とノズル開口部を通る垂直線との間の角度βは、１０°〜８０°であり、好ましくは２０°〜７０°であり、特に好ましくは３０°〜６０°である。

図３の（ｂ）では、切断縁の角度βは９０°である。ノズル開口部の周囲には、生じる濡れが最小限に抑えられるように、できるだけ最小幅のリングがある。

図３の（ｃ）〜（ｅ）のノズルでは、ノズルチャネルの円筒状領域は、図３の（ａ）および（ｂ）の実施形態に比べて長くなっている。このことにより、Ｌ／Ｄの比が大きくなる。円筒状領域のＬ／Ｄの比は、０．５〜１０であり、好ましくは１〜５であり、特に好ましくは１．５〜３である。

図３の（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）では、領域Ａ１およびＡ２は互いに平行に伸びている。しかし、領域Ａ２が領域Ａ１に対して一定の角度を成して伸びることも考えられる。これは、例として、図４の（ａ）に示されている。角度ωは、好ましくは、０°〜８０°であり、特に好ましくは０°〜６０°である。

また、例として、図４の（ｂ）に例示されるように、領域Ａ２が曲面である場合も考えられる。しかし、ノズル開口部から出てくるフィラメントを切断するための切断縁としての働きをする縁部がノズル開口部周囲に広がることが重要である。図３の（ａ）の実施形態の例で示されているように、この縁部は角度βであることを特徴とする。

角度βが９０°である場合、領域Ａ１およびＡ２は互いに平行に伸び、本発明によれば、Ａ２／Ａ１の比が２０未満、好ましくは１５未満、特に好ましくは１０未満、非常に好ましくは５未満、最も好ましくは１未満であるので、領域Ａ２の濡れが最小限に抑えられる。

図５は、図３の（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）、図４の（ａ）、（ｂ）のノズルを下から見た場合の平面概略図である。

図６は、図１および図２の本発明のノズルプレートのノズル断面の拡大図である。

図７は、プレートを貫通する対応通路に挿入されるモジュールインサートの形の個々のノズルの好適な実施形態を示す図である。ノズルインサートは、垂直に伸びるチャネルを備える。図示されている例では、チャネルに上から紡糸組成物が供給され、その後、紡糸組成物は圧力下でチャネルの下方領域から出る。チャネルの形状は、最初は、流れ方向に円筒状であり、その後、垂直線に対して１０°〜８０°、好ましくは２０°〜７０°、特に好ましくは３０°〜６０°の角度γを成して円錐状に先細になり、最後にチャネル断面の直径Ｄが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ、特に好ましくは０．１２ｍｍ〜０．１８ｍｍまで小さくなる。チャネルの円錐状領域の次に、長さＬの円筒状領域が続く。図３に関する例で説明した好ましいＬ／Ｄの比と同じＬ／Ｄの比が図７に示されている実施形態にも適用できる。

Claims (2)

1. ノズル開口部を有する少なくとも１つのノズルを備えるノズルプレートにして、ノズル開口部は断面積Ａ１を有し、５°〜９０°の角度βの切断縁がノズル開口部の周囲に広がり、ノズル開口部に対してノズルの外側に直接隣接し、ノズル開口部の周囲に広がる領域は面積Ａ２を有するノズルプレートであって、Ａ２／Ａ１の比が１未満であり、ノズルがノズルプレート内の対応する開口部に挿入されるノズルインサートの形であることを特徴とする、ノズルプレート。
2. フィラメントを製造するための請求項１に記載のノズルプレートの使用。

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