JPS5817291B2 - 合成繊維の溶融紡糸方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はエクストルーダ型溶融紡糸機を用いた合成繊
維を溶融紡糸する方法に関するものである。

エクストルーダ型溶融紡糸機を用いて合成繊維を溶融紡
糸する工程は、公知である。

これを第１図を参照しながら説明すると次のとおりであ
る。

ホッパー１に仕込まれたペレット２は、エクストルーダ
本体３に入り、スクリュー４にて溶融され溶融ポリマ５
となって押し出される。

溶融ポリマ５は保温材１によって保温されている分配管
６を通り、保温ボックス８内へ導かれ、次いで計量ポン
プ９によってゴ定量計量され、パック１０を通り口金１
１から紡出糸１２となって紡出される。

加熱媒体１３によって保温ボックス８内の分配管６′、
計量ポンプ９、パック１０、口金１１等は所定の温度に
保たれている。

加熱媒体１３は加熱ヒータ１４によって加熱される。

この工程において口金は、溶融ポリマ５の目標としてい
る温度（目標値）に加熱されているのであるが、実際、
口金を通る溶融ポリマの温度と前記目標値との間にズレ
が生ずる。

この様子を第２図の温度推移パターンをもって示す（第
２図中のブロック図における番号符号１はホッパー、３
はエクストルーダ本体、６，６′は分配管、９は計量ポ
ンプ、１０はパック、１１は口金を示す）。

第２図中温度推移パターンを表わしたグラフは横軸に時
間、縦軸にポリマ温度をとり、横軸上のａ点はエクスト
ルーダ出口、ｂ点は口金の紡出面にそれぞれポリマが達
した時点を示し、縦軸上の０点はバレル設定温度、ｄ点
はポリマの目標温度を示す。

第２図において、Ａ〜Ｅは種々の溶融ポリマ温度推移パ
ターンを示す。

紡糸機口金で押し出される溶融ポリマの温度を目標値に
するにはＡ、Ｂ。

Ｃのようなパターンが望まれるのであるが、実際はＤま
たはＥのようなパターンとなる。

Ｄのパターンではエクストルーダ出口のポリマの温度が
目標値よりかなり高（またＥのようなパターンでは逆に
低い。

そのため口金の温度を目標値に保っても、口金を通過す
る溶融ポリマの温度は、目標値とかけはなれたものとな
る。

これは目標とする品質の合成繊維の取得が不可能である
ことを意味している。

また一方、エクストルーダ出口のポリマの温度を応答の
速い温度検出端、例えば、１．５ｍｍφ熱電対で測定す
ると、ポリマ温度がある変動幅をもって秒単位の周期で
変動しているのが観察できる（第３図参照）。

このような温度変動があるポリマを口金を通して紡糸す
ると、口金通過時に糸の縦方向に溶融粘度むらが発生し
、これが縦方向のウースタむら、あるいは強度むらをひ
き起こし結局、高品質の合成繊維が得られなくなる。

そこで本発明者らは、口金の設定温度と、前記目標値と
の差をなくするとともにエクストルーダ出口におけるポ
リマの温度変動を減少させるために、鋭意検討した結果
、エクストルーダのバレル温度と前記目標値との差を５
℃以内とすればよいということを見い出した。

そして、このために特定の構造のエクストルーダを用い
ればよいことがわかったが、ポリマの溶融粘度によって
も、前記構造が異なる事が判明した。

特に一つのエクストルーダに多錘の溶融紡糸ユニットを
備えた押出機を使用する場合、顕著である。

従って本発明の目的は、特定の溶融粘度を示す高重合度
ポリマを、それが口金から吐出されるときの溶融温度を
変動させることなく、かつその温度と口金の設定温度と
の差を解消して、多錘溶融紡糸する方法の提供にある。

この目的は次の手段（構成）を採ることによって達成で
きる。

即ち高重合度ポリマペレットをエクストルーダ型溶融押
出機を用いて押込み、溶融、計量押出しを施し、口金を
経て糸を形成する合成繊維の多錘溶融紡糸方法において
、エクストルーダ出口の溶融粘度が６５００乃至１１０
００ポイズとなすポリマを、あらかじめ、後記式（１）
表わされるエクストルーダスクリュー計量部によって計
量し、該計置部を経たポリマをバレル末端を通過させて
から後記式（２）で表わされる時間ｔ（分）で口金面に
到達させ紡出することによって達成される。

ただし式（１）において、記号は次の定義に従う。

Ｄ＝スクリューロ径（ｍｔｒ＝ ） ｈＭニスクリユー計量置部おける溝深さくｍｍ）１Ｍニ
スクリユーの計量部長さく ｍｍ ）Ｌニスクリユー有
効長さく ｍｕ ） ただし式（２）において、記号は次の定義に従う。

Ｓ：バＬ／／Ｌ／内面積−πＤ１（７ｎ４）■二バレル
の長さくｍｍ） Ｄ：スクリュー口径（ｍｍ ） ｈＭニスクリユー計量置部おける溝深さくｍｍ）Ｐ：エ
クストルーダの先端圧（ｋｙ／ｃｒａ）Ｑ：吐出速度（
ｉ／分） １ｎ：自然対数 上記の構成において、エクストルーダ出ロポリマ溶融粘
度を６５００ポイズ以上で１１０００ポイズ未滴の範囲
に特定したのは、後記する実施例６で明らかなように、
スクリューの形状との関係から決められる本発明の適用
範囲である。

スクリュー形状におけるＬ／Ｄ、１Ｍ、Ｄは合。

成繊維の溶融紡糸用エクストルーダとして使用した際の
有用な範囲であることから定めたものである。

更に、スクリュー計量部における溝深さｈＭは、後記す
る実施例１〜５で明らかなようにポリマの吐出速度を変
更した場合でもポリマ温度の変動が少なく安定した操業
を可能とする範囲としたものである。

更にまた、計量部を経たポリマをバレル末端を通過させ
てから口金面に到達させるまでの時間ｔを上記範囲に設
定した理由は実施例７によって明らかとなる。

次に本発明について図面を参照しながら説明する。

本発明の対象となるエクストルーダはそのスクリュー以
外は略公知の構造をなしているスクリュー４は一般に第
４図に示すように供給部２０、圧縮部２１、計量部２２
から構成され、供給部溝深さは計量部溝深さｈＭの２〜
３倍のものが多い。

ホッパー１からスクリュー４に供給されたペレット２は
供給部２０でバレルからの伝熱によって昇温され、次第
に溶融を始め、圧縮部２１で溶融圧縮され、計量部２２
に入りバレル１６からの伝熱およびスクリュー４とバレ
ル１６との間のポリマのせん断発熱の両者によって熱エ
ネルギーを得て、さらに昇温されエクストルータ社口１
５から溶融ポリマとなって押し出される。

本発明においては一つのエクストルーダで多錘紡糸を行
なう場合、常用ポリマ吐出速度範囲内でポリマ温度変化
が±５℃以内のスクリューを用いれば、そのうちの口金
のいくつかがポリマの吐出を停止した場合（火鉢した場
合）吐出速度が変化しても、火鉢時間中の糸について延
伸性が悪（ならないと云うところに最大の特徴がある。

これを満足するエクストルーダは前記（１）式で示され
る。

次に上記構造を有するエクストルーダを使って第１図に
示されるごとき多錘紡糸を行なう場合、計量部を経たポ
リマをバレル末端を通過させてから前記（２）式で示さ
れる時間ｔ（分）で口金面に到達させる。

すると口金面においてはポリマ温度変動が皆無（±０．
５℃以下）となり高品質の糸が得られる。

次に本発明の効果を実施例をもって説明する。

実施例 １ ０径４０ｍｍ、 Ｌ／ Ｄ ２２のエクストルーダにお
いて、エクストルーダ先端圧１００ ｋｇ／ｃｒＡ、
シリンダ温度２８０℃の条件下で、ηｒ３．８２〜３
．８６（エクストルーダ出ロポリマ溶融粘度８６００〜
９５００ポイズ）のナイロン６ポリマ押出試験を第１表
に示すスクリューを用いて実施した。

吐出速度とポリマ温度との関係を第５図に示す。

シリンダ温度±５ ｄｅｇに入るのは、スクリュー廃４
０１２．４０１３．４０１４であることがこの結果から
れかり、計量部溝深さは２．５０〜２、９０ ｍｍが最
適といえる。

実施例 ２ ０径６５ｍｍ１Ｌ／Ｄ ２２のエクストルーダにおいて
、エクストルーダ先端圧１００ｋｇ／ＣｒＡ１シリンダ
温度２８０℃の条件下で、η、３．８２〜３．８６のナ
イロン６ポリマ押出試験を第２表に示すスクリューを用
いて実施した。

吐出速度とポリマ温度との関係を第６図に示す。

シリンダ温度±５ ｄｅｇに入るのは、スクリュー廃６
５１２．６５１３．６５１４であることがこの結果から
れかり、計量部溝深さは３．１０〜３．５０が最適とい
える。

実施例 ３ ０径９０ｒｕｎ、 Ｌ／Ｄ ２２のエクストルーダにお
いて、エクストルーダ先端圧１００ ｋｇ／ｃｒＡ、シ
リンダ温度２８０℃の条件下で、ηｒ３．８２〜２．８
６のナイロン６ポリマ押出試験を第３表に示すスクリュ
ーを用いて実施した。

吐出速度とポリマ温度との関係を第７図に示す。

シリンダ温度±５ ｄｅｇに入るのは、スクリュー應９
０１２．９０１３．９０１４であることがこの結果から
れかり、計量部溝深さは３．７０〜４．１０が最適とい
える。

Ａ９０１３スクリューを用い、先端圧を５０ｋｇ／ｃｒ
ｊ、、３００ ｋｇ／ｃｔｒｌにかえた試験を実施した
が両者のポリマ温度の差はｌｄｅｇ以内であった。

実施例 ４ ０径１１５ｍｍ、 Ｌ／Ｄ ２５のエクストルーダにお
いて、エクストルーダ先端圧１００ｋｇ／ｃｒＡ、シリ
ンダ温度２８０℃の条件下で、ηｒ３．８２〜３．８６
のナイロン６ポリマ押出試験を第４表に示すスクリュー
を用いて実施した。

吐出速度とポリマ温度との関係を第８図に示す。

シリンダ温度±５ ｄｅｇに入るのは、スクリューＡ１
１５１２．１１５１３．１１５１４であることがこの結
果かられかり、最適計量部溝深さは４．３０〜４．７０
であるといえる。

実施例 ６ ０径９０ｍｍ、 Ｌ／Ｄ ２２のエクストルーダを組込
んだ多錘取り溶融紡糸機（８糸条）を用い、チップη１
、スクリュースペックおよび吐出速度を変更し、製糸試
験を実施した。

即ち、エクストルーダ先端圧１００ ｋｇ／ｃｒＡ、シ
リンダ温度２８０℃の条件下で、第６表に示すチップη
、およびスクリューを用い、吐出速度的１５００ ｆ／
ｍｉｎの場合は４４５０デニールの未延伸糸を４６０
ｍ ／ｍｉｖで紡糸し、延伸糸強度が９．１〜９．３ｆ
／ｄの得られる延伸倍率で延伸し８４０デニールの延伸
糸を得た。

また吐出速度的２５００Ｐ／−Ｉｎの場合は６６８０デ
ニールの未延伸糸を４９０ ｍ ／ｍｉｎで紡糸し上記
８４０Ｄと同様強度の得られる延伸倍率で延沖し１２６
０デニールの延伸糸を得た。

その時の運転成績を第６表に示した。また吐出速度とポ
リマ温度の関係を第１０図に示した。

実施例 ５ ０径１５０ｍｒｎ、 Ｌ／Ｄ ２５のエクストルーダに
おいて、エクストルーダ先端圧１００ｋｇ／ｃｒｒｔ１
シリンダ温度２８０℃の条件下で、η、３．８２〜３．
８６のナイロン６ポリマ押出試験を第５表に示すスクリ
ューを用いて実施した。

吐出速度とポリマ温度との関係を第９図に示す。

シリンダ温度±５ ｄｅｇに入るのは、スクリューＡｌ
５Ｏ１２，１５０１３，１５０１４であることがこの結
果かられかり、最適計量部溝深さは５．１５〜５．５５
であることがわかった。

低吐出速度のときはＡ−Ｆ条件間８１級率の差はあまり
みとめられないが、高吐出時には差がはっきりみとめら
れる。

実験例１〜５では粘度範囲８６００〜９５００ポイズで
説明したが、この粘度範囲では１級率は高い。

６５００〜８０００゜９５００〜１１０００ポイズの範
囲も、これに準じて１級率が高い。

しかし、これ以外の粘度範囲では６５００未満の低粘度
あるいは１１０００をこえる高粘度になるにつれて急激
に１級率が低（なる。

バレル末端を通過してから口金面に到達させるまでのポ
リマ滞留時間（１）についてポリマ温度の変動△θはＱ
／Ｓ（Ｑ／Ｓはバレルからポリマへの伝熱の程度を表わ
し、この値が大きい相単位ポリマ当りのバレルから得る
熱量が小さくなり、ポリマ温度のバラツキは太き（なる
〕と、ｈ／ｈ。

〔ｈ／ｈｏは計量部最適溝深さに対する計量部溝深さの
比で、溝深さが深い程ポリマ温度が変動する〕と、Ｐ／
Ｐｏ〔常用圧力１００に９／ｃａに対するエクストルー
ダ先端圧力の比で運転圧力が高い程スクリューの押出安
定性は悪くなり、ポリマ温度が変動する〕の３つの要因
の関数と考えられ、ｈ／ｈｏ、Ｐ／Ｐｏはそれらの変化
に対し、太き（ポリマ温度が変化するのでｅｘｐのべき
に入れ下記（４）式の推定式を作った。

４０φ〜１５０φまでのエクストルーダを用い、溶融粘
度６５００〜１１０００ポイズのポリマを押出し実験し
、その結果を集約し、（４）式のパラメータに１〜に４
を求めた。

参考までに第１１図に口径９０φのエクストルーダを用
いた場合、第１２図に口径１１５φのエクストルーダを
用いた場合のエクストルーダ出ロポリマ温度変動の結果
を示す。

Ｋ１ ：０．２００ｘｌＯ” Ｋ２ ：２．４５ に３ ：５．２０ に４ ：１．２９ ｈ：計量部溝深さくｍｙｘ） ｈｏ：０．２４Ｄ０・６１７ Ｄ二ロ径（ｍｍ ） Ｐ ｏ ： １００ ｋｇ／ｃｍ Ｐ：エクストルーダ先端圧（ｋｇ／ｃｒｒｔ）Ｓニジリ
ンダ内面積ｍａ（１ｚＤ） Ｑ：吐出速度（ｄ／ｍｚｎ） ポリマ温度変動の吸収 エクストルーダ出ロポリマ温度の変動は、口金面までの
滞留中に減少し、滞留時間が長い場合は変動が皆無にな
るがあまり長いとポリマの熱劣化が生じるから、変動が
皆無になる最小滞留時間で紡糸することが望ましい。

口金面ポリマ温度変動が±０．５℃以下になるポリマ滞
留時間とエクストルーダ出ロポリマ温度バラツキ△θと
の関係の実験値を第１３図に示す。

これを式であてはめると（５）式を得る。

ｔ ＝ １．２ ＋１．２０ ｉｎ△θ （５）
△θ：エクストルーダ出ロポリマ温度変動巾ｔ：最小滞
留時間 ｌｎ：自然対数 （４）式を（５）式へ代入すると（２′）式を得る。

すなわち、使用したスクリューディメンションと押出条
件から決定された最小滞留時間以上で紡糸すれば、口金
面でのポリマ温度の変動がないポリマを紡糸することが
でき、高品質の糸が得られる。

前述したスクリューディメンション及びポリマ滞留時間
と操業成績との関係を実施例７に示す。

実施例 ７ この実験に使用した素材はナイロン６であり、ペレット
の相対粘度ηｒ−３，８４（ポリマ温度２８０℃で溶融
粘度は約９３００ポイズ）、また製造条件として延伸倍
率を３．５６倍に設定し、３ケ月間の操業実績により実
施例３に使用したスクリュー／′ｉ６．９０１１．９０
１３．９０１５について比較を行なった。

なお、ポリマ目標温度は２８０°Ｃである。

スクリュー／１６．９０１１は本発明によって求められ
る計量部溝深さより浅い計量部溝深さを持つスクリュー
、スクリュー／ｆ６．９０１３は本発明によって求めら
れる計量部溝深さを持つスクリュー、スクリユー／１６
．９０１５は本発明によって求められる計量部溝深さよ
り深い計量部溝深さを持つスクリューである。

第７表に、これら５種類のスクリューについて比較を行
なった結果を示す。

スクリュー４９０１１を用いて運転した場合、吐出速度
を増加させるとポリマ温度が高くなる。

吐出速度１５００Ｐ／分（最大吐出速度の約６０％）の
場合はポリマ温度水準は最適値にあり、１級率も９６％
と非常に安定した操業ができたが、吐出速度を２０００
．２５００ ？／分と増大させるとポリマ温度が高くな
り（バレル温度を下げたりしても効果はなかった）、口
金よごれが激しく安定した操業ができなかった。

スクリュー／Ｍ９０１３を用いて運転した場合、吐出速
度を増大させるとポリマ温度変動は大きくなるが、ポリ
マ温度水準は変化しない。

そこで、特許請求の範囲の（２）式で計算したポリマ滞
留時間以上で紡糸すると、口金出口においてはポリマ温
度の変動はほとんどな（なり、最大吐出速度に近い２５
０ Ｏｆ／分で吐出をした場合においても、一級率は９
５％と非常に安定した操業ができた。

なお、（２）式で計算したポリマ滞留時間より短かい時
間で紡糸した場合は、口金出口においてポリマ温度の変
動がみられ、しかも一級率は若干低い。

スクリュー４９０１５を用いて運転した場合、吐出速度
を増大させるとポリマ温度が低下し、しかも変動が太き
（なる。

吐出速度１５０Ｍ’／分（最大吐出速度の約６０％）の
場合はポリマ温度水準は最適値にあり、（２）式で計算
したポリマ滞留時間以上で紡糸すると、口金出口におい
てポリマ温度の変動は小さく一級率も９７％と操業成績
も良い。

しかし、吐出速度を２０００ Ｐ／分、２５００ Ｐ／
分と増大させるとポリマ温度が低下スルので、この温度
低下を防止するためにバレル温度を上昇させたがポリマ
温度変動は大きい。

このため、（２）式で求めたポリマ滞留時間以上にポリ
マを滞留させ、口金出口におけるポリマ温度変動をほと
んど皆無にして紡糸したが、延伸工程での糸切れが多く
操業成績が悪い。

これは、ポリマの温度履歴のバラツキが大きいことが溶
融ポリマ粘度にバラツキをもたらし−この結果−ポリマ
の口金紡出以降の糸形成時にマルチフィラメントの場合
、フィラメント間の糸質にバラツキが発生し、これが延
伸工程の糸切れの原因となっているせいと思われる。

以上の説明から明らかなように、本発明によるスクリュ
ーを用い、かつ、本発明によるポリマ滞留時間で紡糸を
行なうと、常用ポリマ吐出速度範囲内で常に適切なポリ
マ温度水準が得られ、また、口金紡出面において安定し
た温度状態でポリマの紡出が可能であり、良好な品質の
糸を高収率で生産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエクストルーダ型溶融紡糸機を用いた合成繊維
の紡糸工程の概略を示した図、第２図はエクストルーダ
型溶融紡糸機を用いた紡糸工程においてペレット供給か
ら口金にて糸が形成されるまでのブロック図と、その間
におけるポリマの温度推移パターンを示した図、承３図
はエクストルーダ出口のポリマ温度の変動を説明する図
、第４図はスクリューの概略図である。 第５図〜第１０図は実施例１〜６におけるポリマ温度と
吐出速度の関係を示すグラフである。 第１１図及び第１２図はエクストルーダ出ロポリマ温度
とＱ／Ｓとの関係を示すグラフである。 第１３図はポリマ滞留最小時間（１）とエクストルーダ
出ロポリマ温度変動（△θ）の関係に示すグラフである
。 １：ホッパー、２：ペレット、３：エクストルーダ本体
、４ニスクリユー、５：溶融ポリマ、６゜６′：分配管
、７：保温材、８：保温ボックス、９：計量ポンプ、１
０：バック、１１：口金、１２：紡出糸、１３：加熱媒
体、１４：ヒーター、２０ニスクリユ一供給部、２１ニ
スクリユ一圧縮部、２２ニスクリユ一計量部、ａ：エク
ストルーダ出口にポリマが達した時点、ｂ：口金紡出面
にポリマが達した時点、Ｃ：バレル設定温度、ｄ：ポリ
マ目標温度、Ａ−Ｅ：溶融ポリマ温度推移パターン、ｈ
Ｍニスクリユー計計量溝溝深。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高重合度ポリマペレットをエクストルーダ型溶融押
   出機を用いて押込み、溶融、計量押出しを施し、口金を
   経て糸を形成する合成繊維の多錘溶融紡糸方法において
   、エクストルーダ出口の溶融粘度が６５００乃至１１０
   ００ポイズとなすポリマを、あらかじめ、後記式（１）
   表わされるエクストルーダのスクリュー計量部によって
   計量し、該計量部を経たポリマをバレル末端を通過させ
   てから後記式（２）で表わされる時間ｔ（分）で口金面
   に到達させ紡出することを特徴とする合成繊維の溶融紡
   糸方法。 ただし司１）において、 Ｄはスクリュー口径（ｉｔ、） ｈＭはスクリュー計量部における溝深さくｍｒｎ）１Ｍ
   はスクリューの計量部長さく朋） そしてＬはスクリ
   ュー有効長さく酊）をそれぞれ示す。 ただし式（２）において、 Ｓはバレル内面積−πＤＩ（ｍｉ） ■はバレルの長さく朋） Ｄはスクリュー口径（ｍｍ ） ｈＭはスクリュー計量部における溝深さく ｍｍ ）Ｐ
   はエクストルーダの先端圧（ｋｇ／ＣｒＡ）Ｑは吐出速
   度（ｉ／分）、そして、 ■ｎは自然対数をそれぞれ示す。