JPH0770809A

JPH0770809A - 紡糸用ノズル

Info

Publication number: JPH0770809A
Application number: JP13585194A
Authority: JP
Inventors: Haruo Tomari; 治夫泊里; Yasuaki Sugizaki; 康昭杉崎; Toshiki Sato; 俊樹佐藤; Tatsuya Yasunaga; 龍哉安永; Masanori Sai; 政憲蔡; Kazuhisa Kawada; 和久河田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】これまでの技術の有する問題を悉く解消し、
ノズル吐出口近傍での樹脂溶着を生じ難くして耐溶着性
に優れると共に、ノズル孔の摩耗を生じ難くして耐摩耗
性に優れる紡糸用ノズルを提供する。【構成】溶融物質自体を溶融紡糸する紡糸用ノズル或
は繊維表面に溶融物質をコーティングしながら紡糸する
紡糸用ノズルであって、少なくともノズル吐出口近傍に
Ｎｉ基合金が被覆されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融樹脂（例えばポリ
エステルやナイロン等の溶融樹脂）等の溶融物質自体を
溶融紡糸する紡糸用ノズル、或は繊維表面に溶融金属等
の溶融物質をコーティングしながら紡糸する紡糸用ノズ
ルに関し、特に糸切れがなくて良好な紡糸性を有すると
共にノズル孔の耐摩耗性に優れた紡糸用ノズルに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】化学繊維の製造は、ポリエステルやナイ
ロン等の溶融樹脂を溶融紡糸する方法により行なわれ、
この溶融紡糸をするに際して紡糸用ノズルが使用され
る。かかる紡糸用ノズルとしては、耐食性に優れたステ
ンレス鋼等の材料に、複数個の孔（紡糸ノズル孔）を円
周方向に１列或いは同心円状に複数列、ドリルまたは放
電加工により穿孔し、該材料のノズル吐出口側の表面即
ち紡糸口金表面（以降、ノズル表面ということがある）
を鏡面または梨地面に仕上げたものが用いられている。

【０００３】ところで、ポリエステルやナイロン等を溶
融紡糸するに際し、その溶融紡糸温度は約３００℃の高
温であるため、溶融状態の樹脂から低分子量物質が発揮
性ガスとなって発生する。この様な発揮性ガスが紡糸中
にノズル吐出口近傍のノズル表面に付着固化したり、或
いは紡出された樹脂がノズル吐出口近傍のノズル表面や
ノズル孔内面に付着すると、ニーリングと称する紡出中
の樹脂糸条の曲がりが発生し、この樹脂糸条がノズル表
面に付着することがある。このニーリングに起因して、
糸径の斑、紡出糸条の脈動、糸切れ等が発生し、長時間
に亘り安定して紡糸することが不可能となる。そのた
め、７〜１０日で紡糸を停止し、溶着物（上記付着した
物）を取り除く必要があり、操業効率が低下するという
問題が生じる。

【０００４】また溶融紡糸する際の別の問題として、溶
融樹脂中に含まれるルチルやアルミナによる紡糸ノズル
孔の摩耗がある。即ち、ルチルやアルミナにより紡糸ノ
ズル孔のノズル吐出口側の縁が摩耗し、ノズル孔径や形
状が変化し、それに伴って糸の径や均質性に変化を来
す。そのため、現状では約１年程度で新しい紡糸用ノズ
ルと交換することが余儀なくされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の様な問題を解決
する為に、これまで下記の如き様々な技術が提案されて
いるが、いずれも夫々問題を有している。例えば、特開
昭５３−６６１３号には、前記溶着（付着）に係る問題
の解決する為に、紡糸口金表面（ノズル表面）にガスや
蒸気を吹き付ける方法が提案されている。しかしなが
ら、この方法では、ノズル表面の冷却による糸径斑の増
大や糸切れ、細化過程への影響等があって、充分な効果
が得られていない。

【０００６】一般に耐溶着性はノズル表面での耐濡れ性
を改善すると向上すると考えられており、かかる観点か
ら、ノズル吐出口近傍のノズル表面に金や白金を蒸着す
る方法も提案されている（例えば、特開平１−２８２３
０７号）。しかしながら、この方法では、金や白金の蒸
着膜は密着性不足のため紡糸時に剥離し、紡糸条中に不
純物として混入したり、ノズル孔の摩耗を却って助長し
てしまうという欠点がある。

【０００７】また金属コーティング繊維の製造（繊維表
面に溶融金属をコーティングしながら紡糸する）に際し
て用いる紡糸用ノズルに関して、例えば特開昭６３−２
８３７号や同６３−２８３８号には、耐濡れ性を改善し
て溶融金属の溶着を防止すると共に耐摩耗性を向上して
摩耗に係る問題を解決することを目的として、溶融金属
に接するノズル部分をＢＮ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等のセ
ラミックス焼結体とする技術が提案されている。しかし
ながら、これらセラミックス焼結体は前記したステンレ
ス鋼に比べて硬度は高いものの、靭性不足により割れや
欠けが生じ易いため、摩耗に係る問題を十分に解決でき
ないという欠点がある。

【０００８】更に、ピッチ系炭素繊維の溶融紡糸におい
て、上記と同様の問題を解決することを目的とし、紡糸
口金表面（ノズル表面）、に溶融ピッチで濡れないＴｉ
Ｎ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｔｉ０₂ ，ＳｉＯ₂ ，ＢＮ，Ｓｉ₃ Ｎ
₄ ，ＳｉＣ，ＴｉＣ等のセラミックスを被覆することも
提案されている（例えば、特開平２−７４６２０号）。
しかしながら、これらのセラミックスの被覆は、物理蒸
着法や化学蒸着法等の気相コーティング法でないと達成
できないので、一度に多量の処理ができ難く、製造コス
トが高く、且つ生産性が悪いという問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に着目してなさ
れたものであって、その目的は、これまでの技術の有す
る問題を悉く解消し、ノズル吐出口近傍での樹脂溶着を
生じ難くして耐溶着性に優れると共に、ノズル孔の摩耗
を生じ難くして耐摩耗性に優れる紡糸用ノズルを提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、溶融物質自体を溶融紡糸する紡糸用ノズル或
は繊維表面に溶融物質をコーティングしながら紡糸する
紡糸用ノズルであって、少なくともノズル吐出口近傍に
Ｎｉ基合金が被覆されたものである点に要旨を有するも
のである。上記紡糸用ノズルにおいて、前記Ｎｉ基合金
は、ノズル吐出口近傍の紡糸口金表面およびノズル孔内
面に被覆されることが最も効果的である。

【００１１】また前記Ｎｉ基合金としては、Ｐ，Ｗおよ
びＢよりなる群から選ばれる１種以上の元素を含有した
ものが挙げられ、該Ｎｉ基合金中におけるこれらの元素
の含有量は、単独または合計で０．５〜１５重量％であ
ることが好ましい。更に、前記Ｎｉ基合金の被覆厚みは
１〜１０μｍであることが好ましく、該Ｎｉ基合金の表
面粗さは、Ｒａ（平均粗さ）で０．７〜２．０μｍであ
ることが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明者らは、上記の様な問題を解決すべく、
特に溶着が発生し易いノズル吐出口近傍に被覆する最適
な物質について様々な角度から検討した。その結果、ノ
ズル吐出口近傍にＮｉ基合金を被覆したものでは、この
Ｎｉ基合金の性質に起因して、前記従来技術の有する問
題点を解消することができ、ノズル吐出口近傍での樹脂
溶着が生じ難く、且つノズル孔の摩耗が生じ難くなるこ
とを見い出し、本発明を完成した。上記構成を採用する
ことによって、上記の効果が得られた理由についてはそ
の全てを解明し得た訳ではないが、おそらく次の様に考
えることができる。

【００１３】まずＮｉ−Ｐ系等のＮｉ基合金は、硬度が
高く且つ靭性に優れている。例えば、前記したステンレ
ス鋼等に比べると極めて高い硬度を有し、また前記のセ
ラミックス焼結体に比べると極めて靭性に優れている。
そのため耐摩耗性に優れると共に、前記セラミックス焼
結体の如き靭性不足による割れや欠けも生じ難く、紡糸
中のノズル孔の摩耗を効果的に防止することができる。

【００１４】一方、Ｎｉ基合金等について、溶融樹脂等
の溶融物質に対する耐濡れ性を調べた結果、Ｎｉ−Ｐ系
等のＮｉ基合金は耐濡れ性に優れ、溶融物質で濡れ難い
という知見が得られた。例えば、前記ステンレス鋼等に
比べると極めて耐濡れ性に優れ、また前記のセラミック
ス焼結体と略同等の耐濡れ性を有している。しかも、ス
テンレス鋼等のノズル基材へのＮｉ基合金の被覆は、多
量処理が可能なめっきにより行なうことができるばかり
か、ノズル基材との密着性に優れているので、前記の金
や白金の蒸着膜の場合の如き密着性不足に起因する問題
や、ＴｉＮ等の気相コーティング膜の場合の如き高製造
コスト等の問題点が生じ難い。

【００１５】本発明に係る紡糸用ノズルは、溶融物質で
濡れず且つ紡糸中のノズル孔の摩耗を防止することので
きる様な性質を有するＮｉ基合金が、少なくともノズル
吐出口近傍に被覆されているので、前記従来技術の有す
る問題点を解消し得、ノズル吐出口近傍での樹脂溶着が
生じ難く、且つノズル孔の摩耗が生じ難くなる。

【００１６】前記Ｎｉ基合金の被覆部位に関しては、溶
着および摩耗が発生し易いところ、即ち上記の如く少な
くともノズル吐出口近傍とするが、具体的にはノズル吐
出口近傍の紡糸口金表面およびノズル孔内面とすれば最
も効果的である。それは、樹脂等の溶着が問題となるの
は前述の如くノズル表面のノズル吐出口近傍の紡糸口金
表面（ノズル表面）であり、また摩耗が問題となるのは
ノズル孔であって特にノズル吐出口近傍のノズル孔内面
の摩耗が糸の径や均質性の変化等の問題を引き起こすの
で、それらの部分にＮｉ基合金を被覆しておけば本発明
の効果が発揮されるからである。但し、ノズル吐出口近
傍の紡糸口金表面だけに限らず、該紡糸口金表面全面に
亘ってＮｉ基合金を被覆することを排除するものではな
く、この様な構成を採用することによって、本発明に係
る紡糸用ノズルの生産性が向上することになる。

【００１７】本発明において、少なくともノズル吐出口
近傍に被覆するＮｉ基合金としては、後記実施例で示す
Ｎｉ−Ｐ系合金の他、Ｐの代わりにまたはＰと共にＷや
Ｂ等の元素を含有した各種Ｎｉ基合金を挙げることがで
き、これらのＮｉ基合金は耐濡れ性および耐摩耗性に優
れ、紡糸用ノズルの溶着および摩耗の問題を解決でき
る。

【００１８】本発明で用いるＮｉ基合金において、Ｐ，
Ｗ，Ｂ等の含有量は、単独または合計で０．５〜１５重
量％にするのが好ましく、この含有範囲で紡糸用ノズル
の溶着および摩耗の問題を確実に解決できる。これらの
元素の含有量が０．５重量％未満になると硬度が低下し
て耐摩耗性が低下し、１５重量％を超えると耐濡れ性が
低下する。

【００１９】Ｎｉ基合金の被覆厚みは、１〜１０μｍで
あることが好ましく、この厚み範囲では紡糸用ノズルの
摩耗の問題を確実に解決でき、またステンレス鋼等のノ
ズル基材とＮｉ基合金の被覆層との密着性に優れたもの
にできる。尚この被覆厚みを１μｍ未満にすると極微量
の摩耗であっても耐摩耗性上の寿命が短くなり、１０μ
ｍを超えるとノズル基材との密着性が低下する傾向にあ
る。

【００２０】Ｎｉ基合金の表面粗さは、Ｒａ（平均粗
さ：以下「Ｒａ」と略記する）で０．７〜２．０μｍで
あることが好ましい。即ち、表面粗さが上記の範囲であ
ると、ノズル吐出口近傍の汚れ、濡れおよび糸切れ回数
が大幅に低減され、長時間に亘り安定して紡糸を行なう
ことができる。また摩耗によるノズル孔径の増加が最も
抑制されるのである。

【００２１】尚Ｎｉ基合金を被覆する方法としては、前
述の如く多量処理が可能な各種めっき法を採用できる。
かかるめっき法としては、電気めっきや無電解めっきが
挙げられ、例えばＮｉ−Ｐ系合金を被覆する場合には、
電気めっきでも良いし、無電解めっきでも良い。またこ
れらＮｉ基合金が被覆されるノズル基材の材質として
は、特に制限されるものではなく、ステンレス鋼、工具
鋼、セラミックス焼結体等を使用することができるが、
Ｎｉ基合金めっきの密着性や電気めっき処理時の導電性
の点からするとステンレス鋼を使用することが最も望ま
しい。

【００２２】本発明は各種紡糸用ノズルに適用でき、溶
融樹脂（例えばポリエステルやナイロン等の溶融樹脂）
等の溶融物質自体を溶融紡糸する紡糸用ノズル、或いは
繊維表面に溶融金属等の溶融物質をコーティングしなが
ら紡糸する紡糸用ノズルとして好適に使用できる。

【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定するものではな
く、前後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも
本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２４】

【実施例】図１は本発明に係る紡糸用ノズルの一構成例
の要部（一部のノズル）を示す縦断面図、図２はそのノ
ズル吐出口近傍を示す拡大図である。これらの図におい
て、１はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）からなる紡糸用
ノズル本体、Ａは紡糸用ノズルの吐出口側、２はノズル
表面（紡糸用ノズル本体１のノズル吐出口側Ａの紡糸口
金表面）、３はノズル孔、４はノズル表面２に被覆され
たＮｉ−Ｐ系合金めっき層、５はランド、６は吐出口近
傍のノズル孔２内面に被覆されたＮｉ−Ｐ系合金めっき
層を夫々示す。

【００２５】ここで、比較のために、従来の紡糸用ノズ
ルについてのノズル吐出口近傍の縦断面図を図３に示
す。図３に示した紡糸用ノズルは、上記のＮｉ−Ｐ系合
金が被覆されていないが、この点を除いては、図１およ
び図２に示した本発明の紡糸用ノズルと同様の構成を有
するものであり、対応する部分には同一の参照符号を付
してある。図３に示す紡糸用ノズルにおいて、樹脂等の
溶着が問題となるのはノズル吐出口近傍のノズル表面２
ａであり、また摩耗が問題となるのはノズル孔３であっ
て特にノズル吐出口近傍部Ｃのノズル孔内面である。

【００２６】本発明に係る紡糸用ノズルは、次の様にし
て製作した。まずステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）かなら
る紡糸用ノズル基材に対し、径（ノズル孔２の直径）：
０．１５ｍｍ、ランド５の長さ：０．６ｍｍのノズル孔
３を同心円状に３列で２５０ホールをドリル加工により
穿孔して設けた。次に、ノズル吐出口近傍のノズル表面
２およびノズル孔３内面に、Ｎｉ−Ｐ系合金めっき層
４，６を電気めっき法により被覆した。ここで、めっき
条件を変化させることによって、Ｎｉ−Ｐ系合金めっき
層４，６のＰ含有量を０．１〜３０重量％の範囲で変化
させると共に、めっき時間を変化させることによって、
Ｎｉ−Ｐ系合金めっき層４，６の厚みを０．５，１，
５，１０，１５（μｍ）と変化させた。またステンレス
鋼（紡糸用ノズル本体１）の表面の仕上げを、鏡面仕上
げからショットブラスト仕上げまで変化させることによ
って、Ｎｉ−Ｐ系合金めっき層４，６の表面粗さをＲａ
で０．５，０．７，１．０，２．０，３．０（μｍ）と
変化させた。

【００２７】溶融樹脂を溶融紡糸する装置の紡糸用ノズ
ルとして上記本発明に係る紡糸用ノズルを用い、下記の
如くポリエチレン樹脂について溶融紡糸し、ポリエチレ
ン繊維の製造を行った。即ち、ポリエチレン溶融樹脂を
一定流量で紡糸パックに供給し、該紡糸パックから紡糸
用ノズルに送給し、このノズル孔３のノズル吐出口より
吐出させることにより紡糸し、紡糸された糸（繊維）を
３００ｍｍ／分の引取速度で巻き取り、繊維径：２０μ
ｍのポリエチレン繊維を得た。このときノズル孔３の温
度は３００℃となる様に制御した。また紡糸時のパック
圧力は５５ｋｇ／ｃｍ² Ｇであった。

【００２８】上記紡糸の際に、ノズル孔３のノズル吐出
口近傍の汚れおよび濡れの発生状況、糸揺れの発生状況
等を観察すると共に、糸切れ回数の測定を行った。また
１０００時間紡糸後におけるノズル吐出口近傍のノズル
孔３内面の直径（内径）を測定し、その径の増加の程度
より摩耗量を調べた。これらの結果を表１〜５に示す
（但し、糸揺れの発生状況を除く）。尚前記ノズル孔３
内面の直径の初期値は前述の如く０．１５ｍｍであり、
Ｎｉ−Ｐ系合金の表面粗さはＲａで１．０μｍである。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】表１〜５には従来の紡糸用ノズルを用いた
場合の性能水準については示していないが、その性能水
準に比べて、本発明に係る紡糸用ノズルを用いた場合は
各性能とも優れており、ノズル吐出口近傍の汚れおよび
濡れの発生の程度が小さく、それに伴って糸揺れの発生
の程度が小さく、また糸揺れ回数も少なく、一方ノズル
孔径の増加の程度が小さくて耐摩耗性に優れている。特
に、本発明に係る紡糸用ノズルは、Ｎｉ−Ｐ系合金めっ
き層の厚みが、１，５，１０μｍの場合、更にこの厚み
の場合にＮｉ−Ｐ系合金めっき層のＰ含有量が０．５〜
１５重量％であるとき、ノズル吐出口近傍の汚れおよび
濡れの発生の程度、糸揺れ発生の程度、糸切れ回数が大
幅に低減し、長時間に亘り安定して紡糸および引取を行
うことができ、また摩耗によるノズル孔内径の増加の程
度が大幅に低減していることが上記表１〜５より分か
る。

【００３５】尚上記本発明に係るＮｉ−Ｐ系合金めっき
層に代えて、Ｎｉ−Ｗ系合金（例えばＮｉ−５〜２０％
Ｗ合金）、Ｎｉ−Ｂ系合金（例えばＮｉ−１〜３％Ｂ合
金）、Ｎｉ−Ｐ−Ｗ系（例えばＮｉ−２〜６％Ｐ−５〜
２０％Ｗ合金）、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ系合金（例えばＮｉ−２
〜６％Ｐ−１〜３％Ｂ合金）、Ｎｉ−Ｐ−Ｗ−Ｂ系合金
（例えばＮｉ−２〜６％Ｐ−５〜２０％Ｗ−１〜３％Ｂ
合金）等のＮｉ基合金のめっき層とした場合も、上記と
同様の傾向の結果が得られた。

【００３６】更に、上記Ｎｉ−Ｐ系合金めっき層に代え
て、ＴｉＮ，Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の気相コーティング膜を被覆
した紡糸用ノズルを比較例として作製し、これを用いて
上記実施例と同様の溶融紡糸、観察及び測定を行ったと
ころ、これらのコーティング膜（セラミックス層）は前
記したセラミックス焼結体と同様に、硬質は高いもの
の、靭性不足により割れや欠けが起こり、剥離してしま
うため、長時間の使用に耐えなかった。

【００３７】膜厚が５μｍで且つＰ含有量が１重量％
で、表面粗さをＲａで０．５，０．７，１．０，２．
０，３．０（μｍ）と変化させた場合の結果を表６に示
す。表面粗さがＲａで０．７，１．０，２．０の場合は
紡口近傍の汚れ、濡れ、糸切れ回数が大幅に低減し、長
時間に亘り安定して紡糸、引取を行なうことができる。
また、ノズル孔の摩耗による増加が最も抑制されること
が分かる。しかしながら表面粗さがＲａで０．５，３．
０（μｍ）の場合には、改善効果が顕著でなかった。

【００３８】

【表６】

【００３９】

【発明の効果】本発明の紡糸用ノズルは、前述の如き構
成を有しており、ノズル吐出口近傍での樹脂等の溶着が
生じ難くて耐溶着性に優れると共に、ノズル孔の摩耗が
生じ難くて耐摩耗性に優れており、同時に従来技術の有
する問題点を解消し得る。従って、ニーリングに起因す
る糸径の斑、紡出糸条の脈動及び糸切れが発生し難く、
そのため長時間に亘り安定して紡糸することが可能とな
ると共に、操業効率を向上し得、またノズル孔径や形状
の変化による糸の径や均質性の変化が生じ難く、そのた
め新しいノズルと交換する必要が生じる迄の期間を延長
し得るようになるという効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る紡糸用ノズルの一構成例の要部を
示す縦断面図である。

【図２】図１に示した紡糸用ノズルのノズル吐出口近傍
を示す拡大図である。

【図３】従来の紡糸用ノズルのノズル吐出口近傍を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

１紡糸用ノズル本体２ノズル表面３ノズル孔４，６Ｎｉ−Ｐ系合金めっき層５ランド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安永龍哉兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者蔡政憲兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者河田和久兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融物質自体を溶融紡糸する紡糸用ノズ
ル或は繊維表面に溶融物質をコーティングしながら紡糸
する紡糸用ノズルであって、少なくともノズル吐出口近
傍にＮｉ基合金が被覆されたものであることを特徴とす
る紡糸用ノズル。
【請求項２】前記Ｎｉ基合金が、ノズル吐出口近傍の
紡糸口金表面およびノズル孔内面に被覆されたものであ
る請求項１に記載の紡糸用ノズル。
【請求項３】前記Ｎｉ基合金が、Ｐ，ＷおよびＢより
なる群から選ばれる１種以上の元素を含有したものであ
る請求項１または２に記載の紡糸用ノズル。
【請求項４】前記Ｎｉ基合金中におけるＰ，Ｗ，Ｂの
含有量が、単独または合計で０．５〜１５重量％である
請求項３に記載の紡糸用ノズル。
【請求項５】前記Ｎｉ基合金の被覆厚みが１〜１０μ
ｍである請求項１〜４のいずれかに記載の紡糸用ノズ
ル。
【請求項６】前記Ｎｉ基合金の表面粗さが、Ｒａ（平
均粗さ）で０．７〜２．０μｍである請求項１〜５のい
ずれかに記載の紡糸用ノズル。