JP6963224B2

JP6963224B2 - 溶融紡糸装置

Info

Publication number: JP6963224B2
Application number: JP2017073330A
Authority: JP
Inventors: 清己吉村; 幸雄広瀬
Original assignee: 清己吉村; 吉村光子; 幸雄広瀬
Priority date: 2017-04-01
Filing date: 2017-04-01
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-04-01
Also published as: JP2018172833A

Description

本発明は、繊維を溶融紡糸するための装置に関し、特に繊維の品質向上，有機系ガスの低減に係る。

熱可塑性ポリマーを用いて繊維を紡糸する方法として、溶融紡糸方法が公知である。
溶融紡糸は、押出機を用いて溶融した溶融ポリマーをギアポンプ等にて、細い複数の孔を有する口金に通して複数のフィラメントを押し出して、これを糸に紡ぎ、ロール等にて巻き取ることで、製造されている。
ここで、溶融したポリマーを口金からフィラメントとして吐出させた状態では軟らかく、冷却固化させる必要がある。
しかし、ポリマーの種類によっては溶融状態に加熱すると、臭いのする有機系のガスが発生するものがあったり、上記フィラメントの冷却過程にて均一に冷却されなかったり、空気中の酸素により酸化されてしまい、品質が低下する問題があったりした。

均一に冷却する方法としては、例えば特許文献１に紡糸筒内を負圧に減圧することで、吸気整流部材を介して冷却固化を取り入れる技術を開示する。
しかし、これでは構造が複雑になるだけでなく、酸化を抑えることができない。
また、紡糸筒内を窒素ガス等の不活性ガスにて置換することも考えられるが、その場合も装置が複雑になる。

特開２００３−１９３３２５号公報

本発明は、熱可塑性ポリマーを用いた繊維の紡糸において、有機性ガスの発生及び酸化による劣化を抑えることができる溶融紡糸装置の提供を目的とする。

本発明に係る溶融紡糸装置は、押出機と、前記押出機から押し出された溶融ポリマーを紡糸する紡糸筒を備え、前記紡糸筒内に過熱蒸気を供給するための過熱蒸気生成器を有し、前記紡糸筒内を過熱蒸気にて還元雰囲気に制御することができることを特徴とする。
ここで過熱蒸気とは、水の沸騰により発生した水蒸気をさらに１００℃を超える温度に過熱した蒸気をいう。
このような過熱蒸気は、乾燥したドライ蒸気である。
従って、過熱蒸気の状態では無色透明であり、紡糸筒内に充填すると空気が紡糸筒外に押し出され、低酸素となり、紡糸筒内が還元雰囲気となる。

本発明において、紡糸筒内の還元状態を維持しやすくするのに、紡糸筒は上部に設けた前記溶融ポリマーから複数本のフィラメントにするための口金と、下部に設けた紡糸の取出部と、前記口金の位置より下側であって紡糸筒の側壁に前記過熱蒸気の吐出口を有し、前記紡糸筒の下端開口部と前記紡糸の取出部との間をシールしてあってもよい。
このようにすると、紡糸筒内に外気が入るのを抑えることが容易である。
また、紡糸筒の下端開口部を糸の取り出し口を確保しつつ、ウオーターシールすると、紡糸筒内に発生したガスの吸収効果も生ずる。
過熱蒸気の吐出口を紡糸筒の上下方向の途中に設けることで、紡糸筒の上部側が相対的に高温低酸素状態となり、下部側を低温低酸素状態にすることができる。
フィラメントの冷却固化を促進するために、この低温低酸素エリアを冷却器等を介した循環冷却エリアにしてもよい。

本発明において、押出機の溶融ポリマーの溶出部と前記口金に溶融ポリマーを計量移送するために設けたギアポンプとの間に密閉ホッパーを有し、前記密閉ホッパー内に過熱蒸気を供給するための過熱蒸気生成器を有するようにしてもよい。
このようにすると、溶融ポリマーをフィラメントする前に過熱蒸気と接触させることができ、有機性ガスを過熱蒸気で分解し、臭いが少なくなる。
ここで、密閉ホッパーと表現したのは、外気の侵入を抑える意味であり、内部に吐出した過熱蒸気はガスとともに外部に排気し、水冷スクラバー等の浄化装置にてクリーンにした後に大気中に放出してもよい。

本発明において、押出機に原材料を投入するホッパーから押出スクリューの経路に過熱蒸気の通過手段を有するようにしてもよい。
このようにすると、押出機にてポリマーを溶融する前に過熱蒸気にてペレット等の原材料中に含まれるガスを取り除くことができる。

本発明においては、ポリマーを溶融する工程、あるいはフィラメントを紡糸する工程を過熱蒸気にて低酸素状態にしたので、酸化を抑え、臭い等のガスを低減することができる。

本発明に係る溶融紡糸装置の構造例を示す。紡糸筒の構造例を示す。過熱蒸気生成器の構造例を示す。

図１に本発明に係る紡糸装置の構成例を示し、図２に紡糸筒の構造例を示す。
押出機１０は、シリンダー１１内に図示を省略したスクリューを有し、このスクリューがモーター等の駆動部１２により回転制御されている。
ホッパー１３から投入されたペレット等のポリマー原材料は、スクリューの回転により混練されながら溶融する。
スクリューの回転により、原材料が練り込まれることで温度が上昇し溶融化するが、本実施例では複数のヒーターＨ_１〜Ｈ_４により加熱ゾーンを区分けした。
加熱制御装置１４にてゾーン（Ｈ_１），ゾーン（Ｈ_２），ゾーン（Ｈ_３），ゾーン（Ｈ_４）の４つのゾーン毎に温度制御し、ポリマーに適した加熱管理ができるようになっている。
これにより、例えばゾーン（Ｈ_１）〜ゾーン（Ｈ_４）に向けて２００〜４００℃の温度勾配を設定することができる。
本実施例で特徴的なのは、ホッパー１３からスクリューにて原材料が送り込まれる過程で、過熱蒸気を通過させて酸素（空気）の混入量を低下させた点にある。
図１にてＨＥ_１，ＨＥ_２，ＨＥ_３は、加熱蒸気生成器を示し、その構造は後述する。

シリンダー１１の先の吐出部１１ａからは、溶融状態になった溶融ポリマーが密閉ホッパー２０内に投入される。
密閉ホッパー２０の周壁には、加熱ヒーターＨ_５が配置されている。
比較的に高温に加熱され、過熱蒸気生成器ＨＥ_２にて発生させた過熱蒸気を内部に吐出する。
過熱蒸気は、落下してくる溶融ポリマーに向けて吐出され、その後は排気管Ｇ_１を経由してクリーン装置４０にて洗浄され、大気中に放出される（Ｖ）。
これにより、溶融ポリマーＭ中に含まれていたガスが取り除かれる。
次に、ギアポンプ２１にて計量されながら、複数の小さな孔からなるノズルを有する口金に送られ、紡糸筒３０内にマルチフィラメントＦとして押し出される。

紡糸筒３０の拡大図を図２に示す。
紡糸筒３０の天井は、排気口３０ｄを除いて密閉されている。
紡糸筒の上部に配置した口金３１のノズルから吐出したポリマーは、フィラメントＦとなり、下部にて紡糸され、取出部３３から図示を省略したロール等にて巻き取られる。
紡糸筒の下端の開口部は、取出部３３の周囲を密閉した貯水部３２を形成し、水Ｗにてウオーターシールされている。
紡糸筒３０の側壁から口金３１の真下に向けて過熱蒸気が吐出されるように、過熱蒸気生成器ＨＥ_３を取り付けてある。
紡糸筒３０内に供給された過熱蒸気にて上部側の高温低酸素エリアＡ_１と下部側の低温低酸素エリアＡ_２とにゾーン分けされている。
ゾーンの温度は、ポリマーの材質に合せて適宜、選定される。
高温低酸素エリアＡ_１中のガス等は、過熱蒸気とともに排気管Ｇ_２を経由して、クリーンにした後は大気に放出される。
低温低酸素エリアＡ_２では、内部の過熱蒸気が含まれる気体を吸引口３０ａから吸引し、冷却器３４を経由してウオーターシールの吐出口３０ｂから紡糸筒３０内に戻す循環系３４ａを形成してある。
これによりフィラメントは、低温低酸素エリアＡ_２にて充分に冷却固化される。
ウオーターシールにてガスが取り除かれ、オーバーフローした水は排出口Ｗ_１から排出される。
クリーン装置４０は、水冷スクラバーになっていて、洗浄後の水Ｗ_２は排水される。

過熱蒸気生成器ＨＥの構造例を図３に示す。
本出願人らは、過熱蒸気生成器をハイドロエンジンと称し、ＨＥの略語を用いた。
ＨＥは、略Ｌ字型のケース体５１からなり、下部側の水Ｗを貯める貯水部５１ｂと、この貯水部５１ｂから上方に立設した水蒸気過熱空間部５１ａを有する。
貯水部５１ｂにはヒーター５２を配設し、外部ケーブルと端子５２ａ，５２ｂをつなぐ。
水蒸気過熱空間部５１ａには過熱ヒーター５３を配設し、外部ケーブルと端子５３ａ，５３ｂをつなぐ。
貯水部５１ｂのヒーター５２にて水が加熱され、水蒸気が発生する。
発生した水蒸気は、過熱空間部５１ａにて過熱ヒーター５３により、３００〜５５０℃の過熱蒸気に過熱される。
過熱蒸気生成器ＨＥへの水Ｗの供給は、外部に設けた貯水タンク６０と配管で連通した状態で貯水部５１ｂの給水口５４に連結されている。
従って、貯水部５１ｂの水位が下がると、貯水タンク６０との水位差のみで水が補給される。
この水位は、水位計６２にて確認できるようにしてある。
また、貯水タンク６０は、水位が一定になるようにオーバーフロー部６１を設け、水道管等と連結し、バルブ調整する。
なお、本発明に係る過熱蒸気発生器は、貯水部とその上方に設けた水蒸気過熱空間部があれば、Ｌ字構造に限定されない。

１０押出機
１１シリンダー
１２駆動部
１３ホッパー
１４加熱制御装置
３０紡糸筒
３１口金

Claims

押出機と、前記押出機から押し出された溶融ポリマーを紡糸する紡糸筒を備え、
前記紡糸筒内に過熱蒸気を供給するための過熱蒸気生成器を有し、
前記紡糸筒内を過熱蒸気にて還元雰囲気に制御することができ、
前記紡糸筒は上部に設けた前記溶融ポリマーから複数本のフィラメントにするための口金と、下部に設けた紡糸の取出部と、前記口金の位置より下側であって紡糸筒の側壁に前記過熱蒸気の吐出口を有し、前記紡糸筒の下端開口部と前記紡糸の取出部との間をシールしてあり、
前記押出機の溶融ポリマーの溶出部と前記口金に溶融ポリマーを計量移送するために設けたギアポンプとの間に密閉ホッパーを有し、
前記密閉ホッパー内に過熱蒸気を供給するための過熱蒸気生成器を有することを特徴とする溶融紡糸装置。