JPH06235114A - 溶融可能な材料からフィラメントを製造するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融可能な材料から遠心力によってフィラメ
ントを製造するための装置を改善して、綿密に乾燥され
ていない若しくは軟化温度の近くで熱分解可能な、溶融
可能な、高分子量の材料がフィラメントに形成でき、該
フィラメントによって連続的なフリース形成が可能であ
るようにする。 【構成】 回転する中空体２が水平に配置された平らな
底部面５を備えており、加熱装置が中空体の円筒状の周
壁１と一体的に形成されていて、誘導加熱可能な円筒壁
を成しており、該円筒壁が巻線状に延びる複数の金属ス
トリップから構成されており、金属ストリップ間の間隔
が溶融された材料の出口開口を規定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融可能な材料から遠
心力によってフィラメントを製造するための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】前記形式の装置は米国特許Ａ−３５９６
３１２号明細書により公知であり、この場合、装置が垂
直軸線を中心として高速で回転する円筒状の上側の開い
た中空体を有している。中空体が周囲を円筒スリーブ状
の壁によって取り囲まれており、該壁が多数の出口開口
を備えている。中空体は円筒スリーブ状の壁に対して同
軸的に加熱装置を有しており、加熱装置が中空体内へ固
形状態で導入された溶融可能な合成の材料を接触に際し
て溶融させるようになっている。加熱装置は中空体の回
転軸線を中心として中空体と同じ速度で回転するように
なっている。

【０００３】前記公知の装置はさらに漏斗状の充填ステ
ーションを有しており、充填ステーションを介して固形
の合成の材料が連続的に重力によって、回転する中空体
内へ供給され、中空体の底部にぶつかり、遠心力に基づ
き加熱装置に向けて飛ばされるようになっている。そこ
から、材料は同じく作用する遠心力に基づき所定の距離
を経て開口を備えた円筒スリーブ状の外側の壁に送ら
れ、該開口を介して放出されて、フィラメントの形で冷
却される。回転体の回転は駆動装置、例えば電動モータ
によって行われる。

【０００４】変化例として、溶融可能な材料がグラニュ
ラート、フレーク、若しくは粉末の状態で回転する円筒
形の中空室内に満たされる。適当な合成の溶融可能な材
料としては、ポリイミド、ポリエチレン、ポリステロー
ル及びポリプロピレンのようなサーモプラスチックが挙
げられる。

【０００５】回転する中空体の内部の球状若しくは円筒
状の加熱装置は、電気的に運転される。中空体は閉じら
れており、即ち中空体の内部の全容積は加熱のために用
いられている。

【０００６】回転する中空体から周囲のノズル開口を介
して離れる材料は、直ちに個別繊維に冷却されながら、
回転する中空転体を所定の間隔で鐘状に取り囲む定置の
スタティックな吸引装置内を連続的に下方へ引き出さ
れ、即ち撚られた無端の繊維ヤーンとして直ちに巻かれ
る。形成されるモノフィラメントの長さは、溶融された
重合体材料の温度及び中空体の回転数の変化に影響され
る。

【０００７】重合体材料にそのつど作用する遠心力は、
中空体の回転数及び内部の半径によって規定される。

【０００８】前記公知の装置においては、使用される溶
融可能な材料が完全に利用される。繊維若しくはフィラ
メントの形成はほぼ遠心力によって行われ、かつ遠心力
によって極めて正確に制御される。

【０００９】しかしながら前記公知の装置においては欠
点として、加熱装置を介して溶融された熱可塑性の高分
子量の材料が、熱い流動状態で中空体の回転方向に対し
て接線方向のある一定の距離を経た後に、加熱装置に対
して同軸的に配置された回転する外側の壁の開口に達す
るようになっている。このような距離を経るのにかかる
時間は３秒を下回らない。その結果、容易に分解可能な
熱可塑性の重合体において、即ち分解温度がちょうど軟
化温度を越えた位置にある場合には、前記時間で既に熱
分解が始まっていて、ひいては熱分解された材料による
ノズルの閉塞に基づきフィラメント形成が妨げられ、若
しくは全く不可能になる。

【００１０】例えば、繊維を形成する熱可塑性の問題の
ある材料にとっては、あらかじめ乾燥されておらず、ま
だ含水量５０ｐｐｍを越えるポリエステル、ポリアミ
ド、例えばポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン
テレフタレート、ポリ−Ｙ−カプロラクタム、並びに容
易に熱分解可能な熱可塑性の材料、エチレンビニルアセ
テート、ポリウレタン、ポリエステルポリウレタン、ポ
リラクチド、及びポリヒドロキシブチレート／ポリヒド
ロキシバレレート−共重合体、並びに天然の糖、例えば
サッカロースがある。

【００１１】

【発明の課題】本発明の課題は、冒頭に述べた形式の装
置を改善して、該装置を用いて、綿密に乾燥されていな
い若しくは軟化温度の近くで熱分解可能な、溶融可能
な、高分子量の材料がフィラメントに形成でき、該フィ
ラメントによって連続的なフリース形成が可能であるよ
うにすることである。

【００１２】

【発明の構成】前記課題を解決するために本発明の構成
では、縦軸線を中心として迅速に回転する中空体の底部
面が平らであり、加熱装置が直接に中空体の円筒スリー
ブ状の壁、即ち周壁を形成している。

【００１３】加熱装置が並べて配置された誘導的に加熱
可能な巻線、即ち加熱巻線から構成されており、加熱巻
線が金属ストリップから形成されていて、連続的に並べ
て配置された順序で１ｍｍから３ｍｍの厚さの閉じた円
筒壁、即ち周壁を成している。個々の巻条、ひいては周
壁の横断面はまるくではなく、方形で平らであり、従っ
て並んで位置する巻線部材は垂直に位置する平行四辺形
を成している。回転する中空体の縦軸線、即ち回転軸線
に対して平行に延びる巻線部材間の間隔が、０．１ｍｍ
から１．５ｍｍであって、加熱装置の内部に供給されて
そこで溶融されかつ放出される材料のための出口開口を
形成している。

【００１４】加熱装置が中空体の壁と同一であって、か
つ同時に溶融された材料のための出口開口を形成してい
るという状態は、著しく短い時間、即ち１秒乃至３秒よ
り短い時間を意味しており、この時間でそれぞれの材料
が加熱装置との溶融接触にさらされる。従って、軟化温
度と熱分解温度とが接近している場合でさえも、サーモ
プラスチックを加熱装置と短時間接触させて本来の分解
温度よりも高く加熱する際に熱分解若しくはその他の分
解は生じない。

【００１５】これによって本発明に基づく装置において
は、加熱装置の温度は高くても、加熱装置の厚さ、即ち
各出口開口を通されるべき距離が３ｍｍを越えない限
り、危険ではない。

【００１６】形成しようとするフィラメントの品質に影
響を及ぼすパラメータ、例えば回転速度、回転する周
壁、即ち中空体若しくは加熱装置の内部の直径、即ち内
のり直径、形状、及び出口開口の横断面の作用は、前述
の公知技術により明らかであり、従ってパラメータの大
きさは当業者の知識に基づいて所与及び得ようとする結
果に適合させることができものであり、本発明に基づく
装置のための新たなプロセス規定が付け加えられること
はない。

【００１７】回転する中空体の誘導加熱のために必要な
電気エネルギは、有利には使用される重合体物質、即ち
溶融可能な材料の１ｋＷｈ／ｋｇより低くなっている。
このようなエネルギ費用は著しく少なく、公知のスタテ
ィックなノズルを用いた比較可能な紡糸方法は３乃至９
ｋＷｈ／ｋｇを必要とする。

【００１８】溶融可能なすべての重合体が本発明に基づ
く装置によって紡糸され、このような重合体の分解温度
は軟化温度を越えており、重合体は伸びてフィラメント
を形成する。

【００１９】公知技術とは逆に、フィラメントを形成す
るために、溶解可能な高分子量の材料の紡糸プロセス時
の最大の温度が材料のガラス温度より上側に、若しくは
軟化温度より上側にあるかどうかは重要ではない。この
ようなファクターは繊度、伸び率若しくは紡糸されたフ
ィラメントの結晶性に影響を及ぼすだけである。

【００２０】本発明に基づく装置によって、溶融可能な
高分子量の重合体に作用する熱エネルギを高め、粘性を
減少させ、一面では装置から離れる重合体溶融物をでき
るだけ細くし、ひいては著しく伸ばし、かつ他面では材
料を完全に結晶化するのではなく、封印性(Siegelfaehi
gkeit)を維持して、別のフィラメントと一緒にフリース
蓄積に際して等方性のネットワーク(Netzwerk)を形成す
ることが可能である。

【００２１】経験的に熱エネルギは本発明に基づく装置
の運転中に高められ、フィラメントがもっぱら数μｍの
太さでフリースとしておろされ、この場合、相互のフィ
ラメント付着が保証されている。このような効果は本発
明の装置によってのみ得られるのである。それというの
は本発明に基づく装置においてのみ、溶融された材料は
加熱の時点とノズルから離れる時点との間の言及しなけ
ればならない程の距離、即ち長い距離を通される必要が
ないからである。

【００２２】紡糸しようとする溶融可能な重合体材料は
任意の形で、例えばファイバーとして、グラニュラート
として、粉末状で、若しくは薄片状で上方から円筒形の
回転する中空体内に連続的に入れられる。この場合に粒
の大きさ、即ち粒子大きさは、有利には少なくとも個々
の巻線間の間隔に相応している。大きめの粒子は、大き
すぎるパルスによって加熱装置をそこなわないような寸
法までである。しかしながら、２ｍｍ乃至７ｍｍの大き
さの材料も困難なく処理可能である。

【００２３】例えば直径２０ｃｍの中空体においては、
紡糸しようとする固形の材料の１２ｋｇ／ｈまでの装入
量が可能である。紡糸開口、即ち出口開口若しくは加熱
装置から離れて周囲で成形されるフィラメントの受容
は、有利には円筒形の受容板によって行われ、受容板が
回転軸線に対して同軸的に１ｃｍ乃至２０ｃｍの距離を
置いて配置されている。

【００２４】受容板を、ロータ、即ち中空体を円筒状に
取り囲むベルトとして構成することも可能であり、この
ようなベルトは１巻の後にフィラメントを受け止めるよ
うになっていて、かつ引き続く処理のために補給される
ようになっている。

【００２５】

【実施例】図１から明らかなように、中空体２及び充填
漏斗、即ち充填ステーション３が定置に配置されてお
り、加熱巻線４及び底部面（底部プレート）５が装置の
垂直軸線Ｈを中心として回転するようになっている。加
熱巻線の周壁（円筒壁）１が紡糸ロータのノズル開口、
即ち出口開口を形成しており、該ノズル開口を介して、
溶融された材料が接線方向に外側へ放出される。

【００２６】図２に示してあるように、耐熱性の絶縁体
６が例えばガラス若しくは陶磁器から成っていて、同時
に巻線保持部材として用いられている。

【００２７】加熱巻線４が回転運動させられ、この場
合、有利には加熱巻線の懸架装置及び垂直な軸８が電気
モータによって、絶縁された耐熱性の電流接続部、すな
わち電流供給部７を介して駆動される。図２に示してあ
る皿形絶縁体９が、電流接続接点及びスリップ接点（図
示せず）を有している。

【００２８】例１ 本発明に基づく装置は次のような運転パラメータで運転
される： 加熱巻線の回転数： ２９５０／分 加熱巻線の温度： １００℃ 加熱巻線の直径： ２０ｃｍ 加熱巻線の高さ： ２ｃｍ 溶融可能な材料：ヘキサメチレンジイソシアネート及び
ポリエステル−ポリオール デスモフェン(Desmophen)2
001(Fa. Bayer, Leverkusen)から得られた１５０℃の溶
融範囲を有するポリウレタン グラニュラートの 使用される粒子大きさ： ２mm乃至４mm 前乾燥（予備乾燥） なし 装入量 １．２５ｇポリーマ／ｓ 生じるポリウレタンフィラメントは、加熱巻線（加熱
壁）を７cmの間隔で同軸的に取り囲むポリエチレン製の
円筒形の頑丈な受容板に受け止められて、繊維の自力結
合したフリースにまとめられる。このようなフリースは
数秒のうちに所定の強度及び弾性に達して、損傷なく受
容板から離される。０．４mmまでの厚さのフリースを形
成することができ、フリースはさらに高い強度を得るた
めに例えばエンボッシング・カレンダーを用いて熱及び
圧力をかけて処理されてよい。フリースを形成するフィ
ラメントの直径は８μｍである。

【００２９】例２ 加熱巻線の温度のみが２５０℃であり、ほかの運転パラ
メータは例１と同じである。放出されるフィラメント
は、ほぼ３μｍの太さであって、フリース状の面形成物
を成形し、このような面形成物は繊維の細さに基づきほ
ぼシート状の性質を有し、しかも多孔性である。

【００３０】例３ 例１で述べた装置を用いて、２２０℃の溶融範囲を有す
るポリアミド−６が、前乾燥なしに１回目に１５５℃の
巻線温度で、次いで２回目に２５０℃でフィラメントに
加工される。ポリアミド−６の使用される粒子大きさは
２mm〜３mmである。１５５℃で受容板にファイバー凝集
物がルーズな形成物として生じ、２５０℃で細いフィラ
メント（直径３μｍ）から太いフィラメント（直径１０
μｍ以上）による自己溶着された面形成物が生じる。

【００３１】例４ １８０℃の溶融範囲を有する乾燥されていないポリ-Ｌ-
ラクチドが１６５℃の巻線温度と２５０℃の巻線温度と
でフィラメントに紡糸される。使用される粒子大きさは
２mm〜５mmである。ポリ-Ｌ-ラクチドはノズルからの流
出の後に迅速に結晶化する。この場合、１６５℃でまだ
粒子を含む著しく粗いフリースが生じるのに対して、２
５０℃では細かい構造から中間の構造までのフリースが
生ぜしめられ、このような構造のフィラメント直径は３
μｍ乃至６μｍである。

【００３２】例５ 従来は急速な熱分解のために紡糸の期待できなかった３
５℃乃至１００℃の溶融範囲を有する乾燥されていない
エチレンビニルアセテートが、本発明に基づく装置内に
おいて１回目は１１０℃の巻線温度で、かつ２回目は１
６５℃の巻線温度で紡糸される。使用される粒子大きさ
は３mm乃至５mmである。１１０℃の巻線温度、即ち紡糸
温度で、表面の溶融したグラニュラートが生じ、受容板
に凝集形成物が生ぜしめられる。１６５℃の巻線温度で
はファイバーを介して自己結合された弾性的なフリース
が形成され、このようなフリースは著しく均質なフィラ
メント分布を有している。

【００３３】例６ 細菌類から得られる１８６℃の溶融範囲を有する乾燥さ
れていないコポリエステル ポリヒドロキシバレレート
／ポリヒドロキシブチレートが、２mm〜７mmの粒子で充
填開口内に供給され、この場合、巻線温度は１３７℃と
２５０℃とであり、残りの運転パラメータは例１の運転
パラメータと同じである。

【００３４】ポリヒドロキシバレレートの重量比５％の
割合及び重量比２４％の割合を有する変化例も可能であ
る。結晶化促進剤は添加されない。ポリヒドロキシバレ
レートの重量比５％の割合においては１３７℃で、直ち
に成形され太く脆弱な強度の低いフリースが生じ、２５
０℃では粗いフリース構造が観察される。

【００３５】ポリヒドロキシバレレートの重量比２４％
の割合においては１３７℃の紡糸温度で、粗いフリース
構造が生じる。２５０℃の巻線温度で紡糸を行おうとす
る場合、紡糸ロータを離れる溶融物が受容板の表面で崩
れて、シート状の膜を形成し、このような膜は十分に硬
くなっていて、破損なしに受容板の表面からはずされ
る。

【００３６】すべての例において加熱巻線の表面温度は
高温測定技術で規定される。

【００３７】例７（公知技術との比較） 例１、例２、例３、例４、及び例６の溶融可能な材料
が、米国特許Ａ−３５９６３１２号明細書に記載してあ
るような従来の紡糸ロータ内に入れられる。加熱装置と
ノズル開口との間の重合体物質によって通過されるべき
距離が、材料を固まらせないままにしておくために十分
に短くなっておらず、短い時間でノズルが閉塞し、若し
くは例えばポリ−Ｌ−ラクチドにおいてフィラメントが
生じない。

【００３８】しばしば、紡糸しようとする材料の煙発生
下での熱分解が観察され、この場合、タール状の残滓が
生じる。先行の乾燥なしには、ポリアミド−６は２５０
℃ではフィラメントに紡糸できない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく装置の概略的斜視図

【図２】図１の装置の加熱装置の平面図

【符号の説明】

１ 周壁、 ２ 中空体、 ３ 充填ステーショ
ン、 ４ 加熱巻線、５ 底部面、 ６ 絶縁体、
７ 電流供給部、 ８ 軸、 ９皿形絶縁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローベルト グローテン ドイツ連邦共和国 ヴァインハイム アル テ シュトラーセ 12−１ (72)発明者 アヒム グルーバー ドイツ連邦共和国 シェーナウ レルヒェ ンガルテンシュトラーセ 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融可能な材料から遠心力によってフィ
   ラメントを製造するための装置であって、垂直軸線
   （Ｈ）を中心として高速で回転する円筒状の上側の開い
   た中空体（２）を有しており、中空体が周壁（１）に周
   方向へ並べて設けられた多数の出口開口を備えており、
   中空体（２）内に該中空体の回転軸線に対して同軸的に
   かつリング状に配置されて、固形状態で充填された溶融
   可能な材料を該材料の軟化範囲を越えて加熱するための
   加熱装置を有しており、溶融可能な固形の材料のための
   漏斗状の充填ステーション（３）を有しており、充填ス
   テーションが中空体の内部に直接に開口していて、固形
   の材料を重力によって連続的に中空体の底部へ供給する
   ようになっており、中空体のための駆動装置を有してお
   り、中空体内で加熱された材料が中空体の周壁の出口開
   口を介して遠心力によって放出されて、フィラメントの
   形で冷却されるようになっている形式のものにおいて、
   回転する中空体（２）が水平に配置された平らな底部面
   （５）を備えており、加熱装置が中空体の円筒状の周壁
   （１）と一体的に形成されていて、誘導加熱可能な閉じ
   られた１mmから３mmの厚さの円筒壁を成しており、該円
   筒壁が、並べて配置されていて１つの加熱巻線（４）を
   形成する複数の金属ストリップから構成されており、金
   属ストリップ間の間隔が０．１mm乃至１．５mmであり、
   かつ同時に、溶融された材料の出口開口を規定してお
   り、加熱巻線（４）の各個別巻条が四角形に構成されて
   いて、円筒壁状の加熱装置の横断面が垂直に位置する平
   行四辺形を成していることを特徴とする、溶融可能な材
   料からフィラメントを製造するための装置。