JPH09500178A - ポリアミド類の水クエンチ紡糸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶融したポリアミドフィラメント（１０）を紡糸口金の毛細管から押出し、気体充填ギャップ（１２）の中に通した後、加熱された水系液体が入っているクエンチ浴（１３）の中に入れる。この浴には、垂直に位置していて浴表面の下で浴の中に入り口を有する筒状通路を限定しているノズルが備わっている。この入り口の所でフィラメントを収束させてフィラメントの束を生じさせそしてこれを該通路の出口から１分当たり約１５００から約３５００ｍの引き出し速度で引き出す。紡糸口金の毛細管中のジェット速度が該フィラメントをノズル通路の出口から引き出す引き出し速度の２から１０％の範囲になるように、このポリアミドポリマーを紡糸口金から押出す。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリアミド類の水クエンチ紡糸 発明の背景 織物およびカーペット最終用途用ポリアミド糸は、典型的に、溶融紡糸され、 空気中でクエンチされ（ｑｕｅｎｃｈｅｄ）、そしてこの糸のクエンチ後、延伸 されている。この延伸段階で数多くの延伸ロールおよび関連した駆動およびコン トロールシステムを用いる必要があり、これが紡糸機および製造工程の複雑さを 増している。延伸段階を用いないで「充分な延伸を受けた（ｆｕｌｌｙ−ｄｒａ ｗｎ）」糸を製造することを可能にするに充分な程高い速度でこの糸に紡糸を受 けさせる方法を用いることも可能であるが、複雑な装置を用いる必要がありそし て所望の糸特性を達成するのは困難である。本発明は、占有床面積がより小さく てより簡単な紡糸機の使用を可能にするものである。また、糸線にかかる張力が 低いことから、破断率が低くなって収率が高くなることが期待され得る。 発明の要約 本発明に従い、延伸を行う必要なく「充分な延伸を受けた」ポリアミド糸を製 造することを可能にする新規な方法を提供する。この方法は、溶融したポリアミ ドを紡糸口金の毛細管から押出して気体充填ギャップ（ｇａｓ−ｆｉｌｌｅｄ ｇａｐ）に通しそして少なくとも４５℃の温度の水系液体が入っているクエンチ 浴の中に入れることを含む。この浴表面の下に、一般的には垂直に位置していて 浴の中に入り口開口部を有する筒状通路を限定しているノズルを存在させる。こ のノズル通路への入り口の所でフィラメントを収束させて束にし、そしてこれら を、この 通路のもう１つの末端の所で、連行される浴液と一緒にこの浴から取り出す。こ のフィラメント束を１分当たり約１５００から約３５００メートル（ｍ／分）の 速度で上記浴から引き出す。このノズル通路の出口からフィラメント束を引き出 す速度（ｍ／分）とジェット速度の比率、即ちドローダウン（ｄｒａｗ−ｄｏｗ ｎ）比は、１０から５０でなくてはならない。 図の簡単な説明 図１は、本発明に従う方法の図式的立面図である。 図２は、図１に示した如き方法で有用なクエンチング装置（ｑｕｅｎｃｈｉｎ ｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）の図式的側面図である。 詳細な説明 本出願で用いる如きポリアミドは、典型的には溶融紡糸可能であって意図した 用途に適した特性を有する繊維をもたらす種々の一般的には線状の脂肪族ホモ− およびコ−ポリアミド類のいずれかを指す。本発明では、ポリ（ヘキサメチレン アジパミド）（６，６ナイロン）およびポリ（ε−カプロアミド）（６ナイロン ）およびそれらのコポリマー類が有用である。好適には、ポリ（ヘキサ−メチレ ンアジパミド）を少なくとも約８５重量％含むポリマー類を用い、ポリ（ヘキサ メチレンアジパミド）（６，６ナイロン）が最も好適である。 図１を参照して、ポリアミドフィラメント１０を紡糸口金１１から押出して気 体充填（好適には空気）ギャップ１２に通しそして水系液体が入っているクエン チ浴１３の中に入れる。図２に示すように、上記浴表面の下に位置しているノズ ル１４は、一般的には垂直に位置していて浴の中に開口部を有する入り口１６お よび該通路のもう１つの末端の所に 位置していて上記浴の外側に在る出口１７を有する筒状通路１５を限定している 。筒状通路１５は、該フィラメント束および連行される浴液を収容するに充分な 断面積を有していなければならないが、浴液が過剰に失われるほど大きくてはな らない。この出口ノズルを通して失われるのを補う目的で、流入手段（示してい ない）により、補充用の水系クエンチ液、好適には水を該クエンチ浴の中に供給 する。フィラメント１０は、通路１５の入り口１６の所で収束してフィラメント 束を生じ、そして連行される浴液と一緒に出口１７の所で出る。図１の参照に戻 って、該フィラメントをクエンチ浴１３から引き出して、フィードロール１９お よび２０の回りに巻き付けた後、巻き上げロール２１で巻き上げる。 本分野の技術者が理解するであろうように、繊維の周期的なデニール変動およ び／または繊維破断を最小限にするように紡糸条件を選択すべきである。ジェッ ト速度（ｊｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、ポリマー温度、相対粘度、気体充填ギャ ップのサイズおよびドローダウン比の調整が不適当であると上記変動および／ま たは破断が生じ得る。ドローダウン比を本明細書で用いる場合、紡糸口金毛細管 の中を通るポリマーのジェット速度に対する、ノズル通路の出口から引き出され るフィラメント束の速度（フィードロールの表面速度として測定）の比率である としてこれを定義する。ジェット速度は、紡糸口金の中を通る全ポリマー体積（ ｃｃ／分）（ポンプ速度として測定した時）を紡糸口金オリフィスの全断面積（ ｃｍ²）で割ることによって容易に計算される。 このフィラメント束をノズル通路の出口から好適には約１５００から約３５０ ０ｍ／分の範囲の速度で引き出す。引き出し速度（本明細書ではまた紡糸速度ま たはフィードロール速度と呼ぶ）を約１５００ｍ／分 未満にすると、延伸が不充分で望ましくなく高い伸びを示す糸がもたらされる。 引き出し速度を約３５００ｍ／分以上にすると、望ましくなく低い伸びとじん性 を示す過度の延伸を受けた糸がもたらされる。一般的には、カーペット用糸に適 切なかさ高くした連続フィラメント糸の場合の伸びは約７０％未満であるのが望 ましく、そして織物用糸の場合の伸びは約４０％未満であるのが望ましい。ドロ ーダウン比が約１０から５０の範囲に入るようにジェット速度および取り出し速 度のどちらかまたは両方を調整すべきである。 この紡糸すべきポリアミドの相対粘度（ＲＶ）は好適には約４５−５０である 。ＲＶが約４０未満であると実施可能ウインドーが狭くなり、ＲＶが５０よりず っと高いと、パック圧（ｐａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が問題になる可能性があ る。 気体充填ギャップは好適にはエアーギャップであるが、蒸気もまた使用可能で ある。所望の物性を有する繊維が得られるように、この気体充填ギャップの長さ を設定すべきである。このギャップの長さは好適には約５ｃｍから約２０ｃｍの 範囲である。ギャップ長を長くするにつれて糸線張力が低くなり、これが実施可 能ギャップ長に対する上限および下限を決める。例えば２．１、１．８および１ ．５インチ（それぞれ５．３、４．６および３．８ｃｍ）の直径を有する３つの 同心円上に位置させた毛細管が備わっている紡糸口金から２０００ｙｐｍ（１８ ３０ｍ／分）で１９ｄｐｆ（２１ ｄｔｅｘ／フィラメント）の６，６ナイロン 糸を紡糸する場合の実施可能最大ギャップ長は約２０ｃｍであった。約２５ｃｍ にすると、糸線張力が低くなりすぎてフィラメントが互いに接触すると一緒に粘 着し始めた。ストリングアップ（ｓｔｒｉｎｇ−ｕｐ） 中、該紡糸口金から約４インチ以内になるように該クエンチ浴を持ち上げること で束を分離させた。この束を一度開かせると、ギャップ長を２０ｃｍ以内に保持 する限り、そのフィラメントは分離したままであった。 この糸線が収束する前に該フィラメントの固化を生じさせるのが重要である。 ストリングアップ中のように、２本のフィラメントが接触すると一緒に粘着する 場合、これらを分離させる必要がある。しかしながら、一度これらが独立した状 態になったならば、これらを分離させたままにするに必要とされる力は、これら が遊走しないようにするに足りる力のみである。いろいろなクエンチ浴形態を用 いた実験で、フィラメントの固化はクエンチ浴表面の下方約２．５ｃｍ以上の所 で生じることが示された。 該ギャップにおける糸線張力を定量的には測定しなかったが、このギャップ長 を短くするにつれて張力が上昇することは目で見て明らかである。ギャップ長を 長くすると、張力が完全に失われ、フィラメントは真っすぐ落下してクエンチ浴 の中に入る。このギャップ長を短くするにつれて、クエンチ浴内のノズル入り口 の所でフィラメントを収束させるに充分な張力が生じる。好適な状態は、上記を 起こさせるにちょうど足りる張力を持たせた状態である。この時点で、該クエン チ浴の上でフィラメントが細くなる度合は僅かのみである。このギャップ長を更 に短くすると更に張力の上昇がもたらされ、このクエンチ浴の上でフィラメント が細くなる度合が顕著になる。目で見た観察により、ギャップ長を非常に短くす ると、この細くなる度合の大部分が該クエンチ浴の上で生じることが認められた 。 一般的には、実行可能な最大ギャップ長が好適である、と言うのは、 このようにすると最良の物性が得られるからである。ギャップ長を短くするにつ れて、じん性と伸びの両方が低下する。通常、このギャップ長が約１５ｃｍより 短くなるまで、じん性の損失はほとんど生じない。好適なギャップ長はフィラメ ントのデニールに伴って変化する。一般的には、約５から約２０ｃｍのギャップ 長が好適である。連続フィラメント糸（約１５−２５のｄｐｆ；１７−２８ｄｔ ｅｘ／フィラメント）の場合、ギャップ長を１０−１５ｃｍにすると加工安定性 と物性の最良バランスが得られる。織物用糸（約１．５−６のｄｐｆ；１．７− ６．７ｄｔｅｘ／フィラメント）の場合、ギャップ長をより短くすると、即ち約 １０ｃｍにすると、張力の損失が起こることで、好適な実施範囲は５−８ｃｍで ある。 この水系クエンチ液は好適には水である。このクエンチ浴に仕上げ用組成物を 添加すると、この工程の後で仕上げ剤を塗布する必要がなくなり、これは、工程 中の糸損傷を防止するにとって望ましい。一般的には、希釈した仕上げ用組成物 を用いると操作性がかなり改良される。エトキシル化した成分が入っている親水 性仕上げ用組成物が本方法で用いるに適切である。また、消泡剤と協力させて界 面活性剤を用いると優れた結果が得られることも確認した。また、このクエンチ 浴に他の添加剤、例えば染料、貯蔵剤（ｒｅｓｅｒｖｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）、 防汚組成物などを添加することも可能である。 このクエンチ浴の温度は重要な変数である。約４５℃から水系クエンチ液の沸 点温度以下の温度を用いると、満足される繊維特性が得られる。２５℃の水の中 でクエンチした糸が示す物性は劣っていた（じん性＜１．０ｇｐｄ（０．８８ｄ Ｎ／ｔｅｘ））。このクエンチ浴の温度を高くす ると、結果として有意に改良された物性が得られた。特に、糸に高い染色率（ｄ ｙｅ ｒａｔｅ）を持たせることが望まれている場合、約８５から９５℃の温度 が好適である。均一な特性を示す糸を得るには浴温度をほぼ一定に維持するのが 重要である。 このクエンチ浴の深さ、即ちノズル通路の入り口１６からクエンチ浴の表面に 至る距離を、好適には約２から約５ｃｍにする。このクエンチ浴の深さを浅くす るとじん性と伸びが若干改良されるが、浴表面におけるフィラメント間の間隔が 狭くなることで、フィラメントを互いに粘着させないようにしておくのがより困 難になる。浴の深さをフィラメントが互いに粘着しないようにするに必要な深さ 以上にする必要はない。浴の深さが増すにつれてフィラメントにかかる張力が高 くなり、その結果として、フィラメントの特性が低下する。 垂直に取り付けたノズルを該クエンチ浴の底部にか或は少なくともこの浴の表 面下に位置させることで、このクエンチ浴から出る糸線が通る通路を与える。こ のノズルの通路を好適には筒状にし、そして好ましいフローパターンが生じるよ うに滑らかにする。丸くない通路を用いると不規則なフローパターンが生じ、そ れによってフィラメントの粘着がもたらされる。好適には、フィラメントが摩耗 で損傷を受けないように、このノズル通路の入り口の角を丸くする。好適には、 糸線と一緒に運ばれるクエンチ流体が該ノズルから奇麗に分離するように、ノズ ルの壁を約４５度の角度で削り取ることで、出口をナイフエッジにする。このク エンチ浴の後側でストリッパージェット（ｓｔｒｉｐｐｅｒ ｊｅｔ）を用いる ことにより、糸を巻き上げる前の糸線が有する水含有量を低くしてもよい。 このノズル通路の直径およびクエンチ浴の深さを、好適には、このノズルを出 るフィラメント束にかかる張力（フィードロールの所で測定した時）が約２から 約６ｇ／フィラメントになるような直径および深さにする。この直径があまりに も大きすぎると、糸線と一緒に運ばれる水の量があまりにも多くなりすぎる。こ の水が最終的に引き抜き速度を速めることから、糸線の張力が過剰になり、糸が 過剰な延伸を受け、破断し得る。他方、直径があまりにも小さいと、糸線の動き が阻止され、この装置に糸を通すことができなくなる。約１４４０ｄｔｅｘの束 デニールを有する糸の場合、約５／３２インチ（４．０ｍｍ）の通路直径が好適 である。約４０の束デニール（４４ｄｔｅｘ）を有する織物用糸の場合、１／１ ６インチ（１．６ｍｍ）の直径が有用である。 ノズル通路の長さはそれの直径ほど重要でない。１／８インチ（３ｍｍ）の如 き短い長さおよび６インチ（１５ｃｍ）の如き長い長さを用いることで満足され る結果が得られる。長さを非常に短くするといくらか劣った糸が得られ、ノズル を非常に長くすると取り扱いにくくなる。 試験方法 本実施例で示すデニール値は公称デニールである。数パーセント高いデニール を有するリラックス処理糸を用いて物性を測定した。 静電容量式糸ムラ試験機を用いて糸の均一さを測定した。この装置を用いると 、変動パーセント率（ＣＶ）で糸ムラの尺度が得られ、これは、連続デニール測 定値を平均値で割った標準偏差の１００倍に相当する。本明細書に報告する値は 、二次積分装置が備わっているＵｓｔｅｒ糸ムラ試験機モデルＢで製造業者の測 定手順を用いて測定した値である。ＣＶ値が高ければ高いほど糸の均一さが劣る 。測定を２回行い、この測定 値は、非常に短い範囲の均一さ（０．０７６ｃｍ、即ち０．０３インチに切断し た長さに相当する）および長い範囲の均一さ（５４９ｃｍ）即ち２１６インチに 切断した長さに相当する）に相当する。 米国特許第３，５１１，８１５号に記述されている手順に従ってポリマーのＲ Ｖを測定した。ＡＳＴＭ方法Ｄ−２２５６−８０に従い、この方法の基準に合致 する引張り試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎモデル１１２２、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｅｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ．、ｃａｎｔｏｎ、Ｍａｓｓ．）を用いて、糸のじん 性、即ち正規化した破壊荷重、伸びおよび引張り応力を測定した。空気作動のし し鼻グリップを用いた。６０％伸び／分で試験を行った。本明細書に報告するじ ん性値は、よりが１インチ当たり３回でゲージ長が１０インチのサンプルを用い て測定した値である。試験を行うに先立って６５％の相対湿度および７０℃で糸 の条件付けを行った。 実施例Ｉ 図１に示す如き工程を用いてＲＶが４３．６のナイロン６，６を紡糸し、エア ーギャップに通してクエンチ浴に入れることにより、１３３デニールの１９ｄｐ ｆ（２１ｄｔｅｘ／フィラメント）糸を製造した。 約２５．４ｍｍの円の形に配置したトリロバル（ｔｒｉｌｏｂａｌ）毛細管が ７つ備わっている紡糸口金を用いた。この毛細管は、半円形末端を有する３スロ ットとして記述可能な断面形状を有しており、このスロットの幅は１０２μｍで あり、直線部分の長さは１５２μｍであり、そして全断面長は２０３μｍであっ た。この毛細管の長さは１２７μｍであった。メルトフラクチャー（ｍｅｌｔ ｆｒａｃｔｕｒｅ）に対する予防措置として、長さが１．２７ｍｍで開先角度が ４０度である長い皿穴を 与えた。各毛細管の断面積は０．０５８８ｍｍ²である。 このクエンチ浴と関連したノズルが通路を限定しており、この通路の直径は３ ．２ｍｍで長さは２５ｍｍであった。このノズル通路入り口の上の浴の深さを１ ３ｍｍにした。クエンチ液を温度が９０℃の水にした。紡糸口金から水表面に至 る距離（ギャップ）を１５２ｍｍにした。５０ｐｓｉｇの空気圧で作動するイン ターレースジェット（ｉｎｔｅｒｌａｃｅ ｊｅｔ）を用いて、クエンチ浴を出 る糸線が有する水含有量を低くした。 表１に記述する速度で品目Ａ−Ｄを製造した。全品目のドローダウンは３１． ７であった。 糸が示す各組の物性は３回行った測定の平均値を表す。速度を増すにつれて次 第にじん性、伸びおよび粘り強さが失われることは明らかである。品目Ｂが高い Ｕｓｔｅｒ値を示したことは説明不能である。 実施例ＩＩ 同じ紡糸口金を用い、紡糸速度を１８２９ｍ／分で一定にし、エアーギャップ を変化させて、ＲＶが５０のナイロン６，６を紡糸して１３３ デニール、１９ｄｐｆにした。クエンチ浴の温度を約８５℃にした。表２に示す エアーギャップを用いて品目Ａ−Ｅを製造した。 エアーギャップを短くするにつれて物性が次第に失われる。張力がある程度あ って高すぎない中間的なエアーギャップの時に均一さが最良になる。 実施例ＩＩＩ 実施例ＩＩと同じ紡糸口金および同じポリマーを用い、紡糸速度を１８２９ｍ ／分にしそしてエアーギャップを１５２ｍｍにして、いろいろなｄｐｆ（相当す るデニール）を有する一組の糸を紡糸した。表３に示すｄｐｆを持たせて品目Ａ −Ｄを製造した。 ドローダウンが３１．７の品目Ａはまだ痕跡程度のドローリゾナンス（ｄｒａ ｗ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を示し、このことは、ＣＶがより高いことを説明して いる。他の３品目は全部、より低いドローダウン（１９に対するそれらのｄｐｆ の比率により）を示し、ドローリゾナンスの徴候を全く示さなかった。 実施例ＩＶ （比較実施例） 異なる紡糸口金を用いて実施例ＩＩの品目Ｃを繰り返した。スロットの幅を２ ５４μｍにした。直線部分の長さを３７１μｍにした。スロットの全長を４９８ μｍにした。毛細管の面積は０．３６ｍｍ²であった。算出ジェット速度は９． ４ｍ／分であった。ドローダウンは１９５であった。この品目は３．９５％のＣ Ｖを示し、波長が約１０ｍである顕著なドローリゾナンスを示した。より細い毛 細管を用いるとドローリゾナンスを回避することができるかもしれない。 実施例Ｖ 図１に示した如き方法および装置を用いて公称デニールが１２３の織物用糸を 紡糸した。 紡糸口金は、直径が２５および３３ｍｍである２つの同心円上に３４個の穴を 有していた。この毛細管は円形断面を有しており、その直径は８９μｍで長さは ２７９μｍであった。ジェット速度は１０４ｍ／分でドローダウンは１７．６で あった。クエンチ水の温度を８５℃にし、そしてエアーギャップを７．６ｃｍに した。フィードロールの速度を１８２９ｍ／分にした。 その結果として得られるリラックス処理糸は１３４デニールであり、３．５３ ｇｐｄのじん性、５５％の伸び、２３．４ｇｐｄの引張り応力および１．３０ｇ ｐｄの粘り強さを示した。再試験で３．７４／６２／２１．９／１．５４および ３．５６／６０／２２．３／１．４８が得られた。Ｕｓｔｅｒ ＣＶは５．２％ であった。 ポンプ速度を変えないでフィードロール速度を２２８６ｍ／分に高めた。これ により、公称デニールが９８に低下し、ドローダウンが２２．０にまで上昇した 。リラックス処理糸は１０８デニールであり、３．４２ｇｐｄのじん性、４０％ の伸び、２４．４ｇｐｄの引張り応力および０．９１ｇｐｄの粘り強さを示した 。再試験で３．９０／４７／２４．２／１．２２および３．７２／４４／２３． ４／１．０７が得られた。Ｕｓｔｅｒ ＣＶは１．５％であり、ドローリゾナン スの証拠は全くなかった。 ポンプ速度を変えないでフィードロール速度を更に２７４３ｍ／分に高めた。 これにより、公称デニールが８２に低下し、ドローダウンが２６．４にまで上昇 した。リラックス処理糸は９１デニールであり、３．６７ｇｐｄのじん性、３２ ％の伸び、２３．４ｇｐｄの引張り応力および０．７７ｇｐｄの粘り強さを示し た。再試験で３．８６／３５／２５．１／０．８９および３．８３／３７／２６ ．６／０．９７が得られた。Ｕｓｔｅｒ ＣＶは１．６％であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ポリアミド糸を製造する方法であって、 溶融したポリアミドを一定のジェット速度で紡糸口金の毛細管から押出 してフィラメントを生じさせ、このフィラメントを気体充填ギャップの中に通し 、一般的には垂直に位置していて浴の中に入り口開口部を有する筒状通路を限定 しているノズルが関連して存在していて少なくとも４５℃の温度の水系液体が入 っているクエンチ浴の中に入れ、該ノズル通路への入り口の所で上記フィラメン トを収束させてフィラメントの束を生じさせ、そして上記フィラメントの束を該 浴から上記通路のもう１つの末端を通して約１５００から約３５００ｍ／分の引 き出し速度で取り出すことを含み、ここで、該ジェット速度に対する上記引き出 し速度の比率を１０から５０にする方法。 ２． 上記気体充填ギャップがエアーギャップである請求の範囲第１項の方法 。 ３． 上記フィラメントが上記エアーギャップの中を約５ｃｍから約２０ｃｍ の距離に渡って移動する請求の範囲第２項の方法。 ４． 上記クエンチ浴が水浴である請求の範囲第１項の方法。 ５． 上記水の温度が約８５から約９５℃である請求の範囲第３項の方法。 ６． 該ノズル通路への入り口と該浴の表面との間の距離が約２から５ｃｍで ある請求の範囲第１項の方法。 ７． 上記ノズル通路が約１．５ｍｍから約４ｍｍの範囲の直径を有する請求 の範囲第１項の方法。 ８． 残存しているクエンチ液を上記フィラメント束から除去しそし て該フィラメント束を巻いてパッケージにすることを更に含む請求の範囲第１項 の方法。 ９． 上記ポリアミドがポリ（ヘキサメチレンアジパミド）を含む請求の範囲 第１項の方法。