JP5984928B2 - エンドレスな糸の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、合成ポリマー溶融物からエンドレスな糸を製造する装置及び方法に関する。

ポリマー溶融物からエンドレスな糸を製造する場合、紡糸機器において、多数のフィラメント束を押し出し、その次に冷却している。この冷却は、大抵所謂噴射シャフト内で空気を用いて行なわれ、それによって、フィラメント束を５０°Ｃ以内の温度にまで冷却している。それらのフィラメント束は、糸に撚り合わされて、延伸ゾーンで延伸される。その次に、糸をリールに巻き取っている。この場合、延伸する手法は、ポリマー溶融物と最終生成物の目的とする特性とに依存する。

従来技術により、高強度の糸を製造する高度な方法が周知である。例えば、特許文献１は、そのような方法を開示している。その場合、ポリエステル糸の強度の更なる向上が、固有粘度が大きいポリマー溶融物を使用することによって達成されている。このポリマー溶融物は、周囲の空気との接触を防止するために、窒素雰囲気の下で保持されている。このポリマー溶融物から紡がれたフィラメント束は、紡糸ノズルの直後に、フィラメント束の延伸性を更に改善する再加熱器を通して案内されている。

この従来技術により周知の高強度の糸の製造方法は、それぞれ相応の高品質なポリマーを初期生成物として使用している。

国際特許公開第２００９／０６１１６１号明細書

以上のことから、本発明の課題は、安価で低品質なポリマーを初期生成物として高強度の糸を製造することが可能な装置及び方法を実現することである。

本課題は、独立請求項の特徴を有する装置及び方法によって解決される。

この合成ポリマー溶融物からエンドレスな糸を製造する装置は、多数のフィラメント束を押し出して冷却するための紡糸機器と、紡糸準備を実施するための機器と、巻取機と、この紡糸機器と巻取機の間に配置されたフィラメント束を延伸するための延伸ゾーンとを有する。

この延伸ゾーンは、紡糸機器の後に配置された１式の前置ローラ対と、それに続く４〜６式、有利には、５式の延伸ローラ対とによって構成される。これらの前側の延伸ローラ対は加熱器を備え、最後の延伸ローラ対は冷却器を備えている。各延伸ローラ対の二つのローラの中の少なくとも一つは、加熱器又は冷却器を備えている。最後の延伸ローラ対により糸を能動的に冷却することによって、ポリマー内の分子鎖の調節を行ない、それによって、強度を向上させている。この場合、分子の結晶化度及び向きを調節するとともに、冷却によって、分子構造を固定している。この固定効果は、冷却した延伸ローラを用いてフィラメント束を急速に冷却することによって得られる。この場合、延伸ローラの周りには、糸を何重にも巻き付けており、そのことが冷却能力を向上させている。

前置ローラ対も延伸ローラ対も、二つのローラが駆動される所謂複式駆動対として、或いは一つのローラが駆動され、それに対応して一つのローラが伴走する所謂単式駆動対として構成することができる。有利な実施構成では、１式の前置ローラ対と５式の延伸ローラ対が使用される。この場合、前置ローラ対が単式駆動対として構成され、延伸ローラ対が複式駆動対として構成される。各ローラ対は、糸を何重にも巻き付けられている。

フィラメント束又は糸の冷却から得られる効果を生じさせるために、最後の延伸ローラ対の冷却器を備えたローラの表面温度が１００°Ｃ以内に規定される。有利には、この表面温度は６０°Ｃ以内である。最後の延伸ローラ対の二つのロールに冷却器を配備することによって、延伸ローラ対に何重にも巻き付けられている糸の冷却効果を更に向上できる。冷却器としては、液体式冷却器が最適である。ローラの表面を介して、糸から熱を回収する。この熱は、ローラ内を循環する液体によって運び去られる。この液体の温度は、ローラの表面温度が１００°Ｃ、有利には、６０°Ｃの所定の温度を上回らないように制御される。

この延伸ゾーンは、前置ローラ対とそれに続く延伸ローラ対から構成される。有利には、前置ローラ対の後に、５式の延伸ローラ対が配置される。延伸ゾーン全体に渡って、紡糸機器から入って来た糸を全体として当初の長さの３〜８倍に延伸するものと規定する。有利には、全体の延伸倍率は５〜７倍である。この場合、延伸倍率は、詳しくは、前置ローラ対と第一の延伸ローラ対の間で１．０２〜１．１であり、第一の延伸ローラ対と第二の延伸ローラ対の間で４〜６であり、第二の延伸ローラ対と第三の延伸ローラ対の間で１．２〜２．０であり、第三の延伸ローラ対と第四の延伸ローラ対の間で０．７〜１．２であり、第四の延伸ローラ対と第五の延伸ローラ対の間で０．７〜１．２である。特に有利な実施構成では、全体の延伸倍率は６．２倍である。この場合、延伸倍率は、詳しくは、前置ローラ対と第一の延伸ローラ対の間で１．０４であり、第一の延伸ローラ対と第二の延伸ローラ対の間で４．６であり、第二の延伸ローラ対と第三の延伸ローラ対の間で１．３であり、第三の延伸ローラ対と第四の延伸ローラ対の間で１．０１であり、第四の延伸ローラ対と第五の延伸ローラ対の間で１．０である。実際の延伸は、それぞれ延伸ローラ対の間で行なわれる。一つの延伸ローラ対の二つのローラは、ほぼ同じ回転数で動作する。

使用するポリマー溶融物に応じて、加熱する延伸ローラの温度を規定する。一つの延伸ローラ対の二つのローラの中の少なくとも一つがそれぞれ加熱される。有利には、一つの延伸ローラ対の二つのローラが同じ温度に加熱される。表面温度は、第一の延伸ローラ対に関しては４０°Ｃ〜９０°Ｃの範囲内に有り、第二の延伸ローラ対に関しては８０°Ｃ〜１７０°Ｃの範囲内に有り、第三の延伸ローラ対に関しては１２０°Ｃ〜２８０°Ｃの範囲内に有り、第四の延伸ローラ対に関しては１２０°Ｃ〜２５０°Ｃの範囲内に有る。有利な実施構成では、表面温度は、第一の延伸ローラ対に関しては８５°Ｃであり、第二の延伸ローラ対に関しては１１０°Ｃであり、第三の延伸ローラ対に関しては２４５°Ｃであり、第四の延伸ローラ対に関しては２２５°Ｃである。

第五の延伸ローラ対は、その表面が冷却されているために、糸の個々のフィラメント内の分子の向きを調節して固定し、それにより高い強度を得るとの作用を奏する。それによって、１２％以内の延び率に対して８０センチニュートン／テックスを上回る強度を有する糸を製造することができる。有利には、糸は、１１％以内の延び率に対して８５センチニュートン／テックスを上回る強度を有する。本発明により製造された糸は、有利には、５％以内の延び率に対して５０センチニュートン／テックスを上回る強度を有し、それは、ＴＡＳＥ（特定の延び率におけるテナシティ）とも呼ばれる。

本発明による装置により、様々なポリマー溶融物を用いて高強度の糸を製造することができる。ポリエステルでは、１．２デシリットル／グラム以内、有利には、１．０３デシリットル／グラム以内の固有粘度を有するポリマー溶融物を容易に使用することができる。ポリアミドでは、３．６以内、有利には、３．５以内の相対粘度を有するポリマー溶融物を使用することができる。ポリプロピレンでは、メルトフローインデックスが２を上回る、有利には、４を上回るポリマー溶融物を使用することができる。

以下において、図１による有利な実施構成に基づき本発明を詳しく説明する。

本発明の一つの実施構成の模式図 ポリエステルを例とした延び率Ｄに依存する強度Ｆの推移を示すグラフ図

図１は、合成ポリマー溶融物からエンドレスな糸を製造する装置の実施構成を模式図で図示している。紡糸機器１を用いて、使用するポリマーの融解温度を上回る４０°〜５０°の温度で多数のフィラメント束３を押し出す。この紡糸機器１の後の噴射シャフト２内で、このフィラメント束３は５０°Ｃ以内の温度、有利には、２０°Ｃに冷却される。この噴射シャフト２内での冷却は、冷気によって行なわれる。その次に、フィラメント束３は、糸５に撚り合わされて、紡糸準備４を実施される。この紡糸準備の実施後に、糸５は予備渦流部６を介して１式の前置ローラ対７に到達する。この予備渦流部６を省略することもできる。この予備渦流部６の存在により、フィラメント束３又は糸５の更なる誘導が簡単になる。この前置ローラ対７は、一つの駆動されるローラと一つの駆動されない伴走ローラとから構成される。前置ローラ対７に続いて、糸５は、５式の延伸ローラ対８，９，１０，１１，１２を通り抜ける。これらの前置ローラ対７と延伸ローラ対８，９，１０，１１，１２には、有利には、糸６が何重にも巻き付けられている。一つの延伸ローラ対８，９，１０，１１，１２の二つのローラは、ほぼ同じ回転数で駆動されている。順番に並んだ延伸ローラ対９，１０，１１，１２の各々は、その前の延伸ローラ対８，９，１０，１１と比べて異なる周速度で駆動されている。そのようにして、周速度が速くなって行く延伸ローラ対８，９，１０，１１，１２の間で糸５が張力を受け、それに応じて延伸される。周速度が遅くなって行く場合、糸５は負荷を軽減されて弛緩する。

これらの前側の延伸ローラ対８，９，１０，１１は、（図示されていない）加熱器を備えている。それに対して、最後の延伸ローラ対１２は、冷却器１４を備えている。この延伸ローラ対１２の少なくとも一つのローラは、冷媒接続部１３を介して冷却器１４と繋がっている。糸６から延伸ローラの表面を介して延伸ローラ１２に回収された熱は、冷媒を用いて、冷媒接続部１３を介して冷却器１４に運び去られ、それによって、糸５自体が冷却される。冷媒接続部１３として、管路又はチューブを使用することができる。その効率を改善するために、延伸ローラ対１２の二つのローラを冷却器１４と接続することもできる。

最後の延伸ローラ対１２に続いて、糸５は、渦流部１５を介して巻取機１６に供給される。

図２は、ポリエステルを例とした延び率Ｄに依存する強度Ｆの推移を示すグラフを図示している。破線２０によって、従来技術による従来の糸の力対延び率の推移が図示されている。引張試験を行なう場合、糸は負荷が上昇する長さに引っ張られる。この場合、延び率Ｄに依存する強度Ｆの推移が記録される。負荷の増大によって延び率Ｄ、即ち、糸の延伸を高めて行った場合、所定の延び率Ｄで糸は切れる。実線２１により示された曲線は、本発明による装置で製造した糸の強度の推移を表している。従来技術による糸と異なり、最大１２％、有利には、１１％の延び率Ｄに対して８５センチニュートン／テックスの高い強度（ＴＡＳＥ）が容易に実現され、５％の延び率に対して６０センチニュートン／テックスの強度（ＴＡＳＥ）が容易に実現されている。従来の糸に６０センチニュートン／テックスの負荷を掛けた場合、９％を上回る延び率が得られている。このような改善の実現によって、高い要件を課された綱やロープなどの技術的な要件の多い用途分野でも、大幅に安い糸を使用することができるようになった。

１ 紡糸機器
２ 噴射シャフト
３ フィラメント束
４ 紡糸準備
５ 糸
６ 予備渦流部
７ 前置ローラ対
８ 第一の延伸ローラ対
９ 第二の延伸ローラ対
１０ 第三の延伸ローラ対
１１ 第四の延伸ローラ対
１２ 第五の延伸ローラ対
１３ 冷媒接続部
１４ 冷却器
１５ 渦流部
１６ 巻取機
２０ 従来の糸の力対延び率の推移
２１ 本発明により製造した糸の力対延び率の推移
Ｆ センチニュートン／テックス単位の強度
Ｄ ％単位の延び率

Claims (10)

1. 多数のフィラメント束（３）を押し出して冷却するための紡糸機器（１）と、紡糸準備（４）を実施するための機器と、巻取機（１６）と、この紡糸機器（１）と巻取機（１６）の間に配備されたフィラメント束（３）を延伸するための延伸ゾーンとを有する、合成ポリマー溶融物からエンドレスな糸（５）を製造する装置において、
   この延伸ゾーンが、１式の前置ローラ対（７）と、５式又は６式の順番に並んだ延伸ローラ対（８，９，１０，１１，１２）とから構成され、これらの前側の延伸ローラ対（８，９，１０，１１）が加熱器を備え、最後の延伸ローラ対（１２）が冷却器（１３，１４）を備えており、各延伸ローラ対（８，９，１０，１１，１２）の二つのローラの中の少なくとも一つが加熱器又は冷却器（１３，１４）を備えていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   最後の延伸ローラ対（１２）の冷却器（１３，１４）を備えたローラの表面温度が１００°Ｃ以内に規定されていることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   最後の延伸ローラ対（１２）の冷却器（１３，１４）を備えたローラの表面温度が６０°Ｃ以内に規定されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置において、
   最後の延伸ローラ対（１２）の二つのローラが冷却器（１３，１４）を備えていることを特徴とする装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置において、
   当該の冷却器（１３，１４）が液体式冷却器であることを特徴とする装置。
6. 請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置において、
   第一の延伸ローラ対（８）のローラの表面温度が４０〜９０°Ｃであり、第二の延伸ローラ対（９）のローラの表面温度が８０〜１７０°Ｃであり、第三の延伸ローラ対（１０）のローラの表面温度が１２０〜２８０°Ｃであり、第四の延伸ローラ対（１１）のローラの表面温度が１２０〜２５０°Ｃであるように、当該の前側の延伸ローラ対（８，９，１０，１１）の加熱器による加熱が規定されていることを特徴とする装置。
7. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の装置において、
   当該の延伸ゾーンでの全体の延伸倍率が３〜８倍に規定されていることを特徴とする装置。
8. 請求項１から６までのいずれか一つに記載の装置において、
   当該の延伸ゾーンでの全体の延伸倍率が５〜７倍に規定されていることを特徴とする装置。
9. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置において、
   前置ローラ対（７）と第一の延伸ローラ対（８）の間の延伸倍率が１．０２〜１．１であり、第一の延伸ローラ対（８）と第二の延伸ローラ対（９）の間の延伸倍率が４〜６であり、第二の延伸ローラ対（９）と第三の延伸ローラ対（１０）の間の延伸倍率が１．２〜２．０であり、第三の延伸ローラ対（１０）と第四の延伸ローラ対（１１）の間の延伸倍率が０．７〜１．２であり、第四の延伸ローラ対（１１）と第五の延伸ローラ対（１２）の間の延伸倍率が０．７〜１．２であることを特徴とする装置。
10. 合成ポリマー溶融物からエンドレスな糸（５）を製造する方法において、
    ａ）ポリマー溶融物のフィラメント束（３）を押し出す工程と、
    ｂ）これらのフィラメント束（３）を冷却して糸（５）に撚り合わせる工程と、
    ｃ）この糸に紡糸準備（４）を実施する工程と、
    ｄ）１式の前置ローラ対（７）と５式又は６式の順番に並んだ延伸ローラ対（８，９，１０，１１，１２）とによって、糸（５）の全体の延伸倍率を３〜８倍として糸（５）を延伸し、これらの前側の延伸ローラ対（８，９，１０，１１）を加熱し、この最後の延伸ローラ対（１２）を冷却する工程と、
    ｅ）糸（５）を巻き取る工程と、
    を有することを特徴とする方法。

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