JPS5926510A - 磁界紡糸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、本発明は磁界紡糸装置に関するものである。

□ その目的とするところは、磁界によって、紡出糸条の分
子配向に影響を与え、紡出糸条の分子配向を制御するた
めの紡糸装置を提供することＫある。

従来より、人造繊維を製造する比は、まず、紡糸工程で
分子配向のあまり進行していない未延伸糸を得、次いで
この未延伸糸を、延伸熱処理して配向結昌化させる方法
がとられている。

近年になって、紡糸速度を３０００〜４０００ｍ／分と
いう比較的高速度にとり、比較的配向の高い部分配向糸
（ｐｏｙ　）とした後、わずかな延伸と仮撚とを同時に
行なう方法（ＰＯＹ−ＤＴＹ加工法）が、企業化され始
めている。

更に最近においては、後工程における延伸処理が不要で
ある高配向糸を、一段で得ようとして、捲取速度がｓ　
ｏ　ｏ　ｏ　ｍ−７分以上の超高速紡糸において得られ
る繊維の、全体としての分子の配向け、かなりの水準ま
で到達するが、非晶部の分子の乱れは、従来の未延伸糸
を延伸して得られた繊維よりも大きくなる傾向がわかっ
て来た。

一方、通常の溶融紡糸法によって得た未延伸糸に大きい
張力をかけながら急速に加熱と冷却を繰り返すいわゆる
ゾーン延伸法を行い、その後に、大きい張力をかけなが
ら熱処理するゾーン熱処理を行い、高分子ののび切り鎖
結晶組織からなる高弾性率高強力繊維を作製しようとい
う方法が、繊維学会誌第３８巻、第６号、第２５７頁（
１９８２）、に記載されている。この方法においては冷
却を繰り返す点において省エネルギー的製糸方法とは言
えない。しかもゾーン延伸、ゾーン熱処理された繊維の
物性は最。初の紡糸段階の未延伸糸の配向状態によって
左右されるという限界がある。このように紡出糸条の分
子配向を制御するということは極めて重要な技術となっ
てきている。

もう一方、従来がら、強い磁界をかけて分子の配向を制
御する技術として次の如くのやものが知られている。

まず、ある檜のポリマーが適当な１容媒中で、溶液粘度
が数ポイズから数十ポ、イズの低粘度域妬ある時、磁場
をかけると一定の方向妬ポリマーが配向することが知ら
れている（例えば、繊維学会誌４第３５巻、第１１号、
第３３７頁（１９７９））。この文献の中の記載による
と、配向させる高分子の溶液は、一定の磁界の中で、静
的状態にあり、長時間（例えば数分以上）磁界の中でさ
らされ続けて初めて、高分子の配向が観察されている町
すぎな°い。また、上記文献の中に記載されている磁界
の強さは、数キロガウスからせいぜい２５ないし３５キ
ロガウスにすぎない。

また、液晶性の七ツマ−を強い磁界の中で静的に保持し
、配向させながら重合すると、配向化された高分子が合
成できることが例えばジャーナルオプポリマーザイエン
ス、ボリマーレターズユディション（Ｊ、、Ｐｏｌｙｍ
、８ｃ１．；Ｐｏｌｙｍｌｒ　Ｌｅｔｔ−ｅｒｓ　Ｅｄ
ｉｔｉｏｎ）第１３巻、第２４３ｉ（１９７５’）Ｋ記
載されている。

更Ｋ、高温状態で、数６ポイズ以下の中低粘度状態おい
て、数分間以上の長い間、１５キロガウス以下の強さの
磁界をかけて、ネマチック液晶を示す高分子を配回させ
ることが可能であることも例えばジャーナルオブボリマ
ーサイエンス、ボリマーフィジックスエディション（Ｊ
、−Ｐｏｌｙｍ、Ｓｃｌ、；Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　Ｅｄｌｔｏｎ）第２０巻第９７５頁（１９８２
）に記載されている。

しかし、これらの文献の中に記載されてぃイ）例は、い
づれも、中低粘度状態で、静的状態に保持されたものに
数分間以上、磁界をかけて、七ツマ−とか高分子などの
配向を制御しているものばかりである。

そこで、本発明者らは、人情繊維の紡糸工程で磁界を働
かせることＫつき検討を重ねた結果、紡糸口金から吐出
された溶液粘度又は溶融粘度が高いポリマー流体に、数
秒以内という短時間の間、強い磁界をがけて、紡出糸条
の分子配向を制御しうる装置を開発することに成功し本
発明に到対した。

即ち、本発明は紡糸口金から巻取装置までの間Ｋ、紡出
糸条に対してほぼ平行方向の磁界をかける磁場発生装置
を設けたことを特徴とする磁界紡糸装置である。以下、
本発明を図面により１見明する。

第１図は、溶融紡糸の際に用いる本発明装置の一例を示
すものであり、１は紡糸口金、２は磁場発生装置、３．
３′は引取ゴデツトａ−ラ、４は巻取装置である。紡糸
ＩＩ　７−ら溶融吐出された糸条Ｙは、引取ゴデツトロ
ーラ３．３′により一定の紡糸速度で引取られ、巻取装
置４に巻取られる。紡出糸条Ｙに対しては、紡糸口金１
の直下に設けた磁場発生装置２により、はぼ平行方向の
磁界をかける。磁場発生装置２を設ける位置は、紡出糸
条Ｙの同化が児了するまでの開、即ち、紡出糸条の結晶
化速度が十分に遅くて、かつ高温状態で＝Ｗｉｌ化現象
が進行している領域が最も好ましく・が、特にこの位置
に限定されるものではなく、紡糸口金１と巻取装置１ｑ
４の間であれば任意の位置に設けることができる。（遅
し、完全に冷却固化した状態で磁界をかげても、分子配
向を制御することは困難なので、なろべく、紡出糸条Ｙ
の温度が高くて分子が動き易い状態にある間に磁界をか
げるようＫすることが肝要である。溶融紡糸の場合は、
紡糸口金１から６０〜１５０（７）離れたところまでに
磁場発生装置２を設けるのが好ましい。

尚、本発明でいう巻取装置は、ワイングーに限られ六潟
ではなく、タンス、ネット等の捕集装置をも含むもので
ある。

第２図は、溶融紡糸に用いられる本発明装置の他の例を
示すものであり、磁場発生装置２が紡糸口金ｌの部分及
び紡出糸４ｙが完全に冷却固化した後の領域にまで設け
られ−（いる。３．３′及び４は第１１ｆｆｌの場合と
同じく、引Ｊｇｌゴデツトー例を示すものであり、１は
紡糸口金、２は磁場発生装置１．（は引取ローラ、４は
巻取装置、５はｃ４固浴、６．６′、６“はガイド、７
は凝固液循環パイプ、８は凝固液循環ポンプである・紡
糸原液は紡糸口金１から吐出されて紡出糸条Ｙとなり、
凝固浴５中で療［６ｉ　して、ガイド６、ｂ−６’を経
て引取ｐ−ラ３により一定の紡糸速度で引取られ、巻取
装置４に巻取られる。凝固浴５中の凝固液は、循環パイ
プ７及び循環ポンプ８によって適宜循環されている。紡
出糸条ＹＫ対しては、紡糸口金１の直下に投げた磁場発
生較１ｆｉ２により、はぼ平行方向の磁界をかける。磁
場発生装置２の設置位！ｄは、紡出糸条Ｙの固化が′原
子するまでの間、即ち紡出糸ｔｆＴｈｙと共存する溶媒
残存敞が５係以上で、糸条細化現象が凝固浴５中で進行
して℃゛る領域が最も好ましいが、特にこの位ｌｉｔに
限定されるものでないことは溶融紡糸σ）場合と同様で
ある。

本発明装置は、第１図に示した溶融紡糸の場合と同様に
して乾式紡糸にも適用することができる。乾式紡糸の場
合の磁場発生装置の最適設置位置は、紡糸口金がら紡出
糸条の固４乞が光子するまでの間、即ち紡出糸条と共存
する溶媒残存線が５−以上で、糸条細化現象が進行して
いる領域である。

本発明において用いられる磁場発生＠置のマグネットと
しては、従来公知の任意のマグネットを用いることがで
きるが、！侍に中空型ンレノイドタイプのマグネットが
好ましく、更に磁界の強さを太きく【−、エネルギー効
率を置めるうえから超伝導マグネットが好ましい。

本発明装置に用いられる磁場発生装置の一例を第４図及
び第５図に示す。第４ＢＩＣおいて、１１は中壁円筒型
ソレノイドのコイル部、１２．１２′は該コイル部委冷
却する冷却媒体、１３はデユワ−びん、１４は高性能断
熱体、１５は糸条通路である。第５図は、第４同のＡ部
拡大図であり、１６はコイル支持台、１７はコイル線材
、１８．１８′ハ伝熱薄板、１９．２ｏ、２０’、２ｏ
’、　ｚｏ”、　２ｏ”　ハ絶縁１采裏板である。

コイル支持台１６は非磁性体からなり、例えば造銅、ア
ルミニウノ１、ｓＵＳ　　３０４−Ｌなどが用いられる
。コ・ｒル線材１７の利質は、電気抵抗の少ないものが
好ましく、安価なものとし“Ｃは銅線等があげられるが
、低温での軽気５４抗を出来るだけ小さ←する為には、
Ｎｌ＋−ＴＩ　、Ｎｈｊ’Ｓｎ、Ｖｊ＝Ｇａ　、Ｎｂ　
ｊ’Ｇｅ　、　ＰｂＭｏｐ４ＪＳｇ　、　Ｎｂ　ｚ　（
Ａ　Ｉ４Ｑ、７Ｇｅ　６−３’）等の材、イがよい。伝
熱薄板−１８，１８’はコイル線材１７を効率的に冷却
するためのもので通常銅板が用いられる。絶縁保護板１
９．２０．２ｏｔｚｏＩＳ２０て２０”としては、ポリ
エステルフィルム、テフロンシートなどが好、ｆ４に用
いられる。第４図においてコイル部１１を冷却する媒１
本１２．１２’には、液体窒素、液体ヘリウムなどが用
（・られ、液体窒素を用いて冷却した場合は、コイル線
材１７の電気抵抗を常温の場合の約１／１ｏに低下させ
ることができ、また液体ヘリウムを用いて冷却した場合
は、コイル線月１′１′の電気抵抗を液体窒素の場合の
四に約１７１０に低減させることができる。このようＫ
、冷却媒体１２．１２′によって冷却した超伝導マグネ
ットは、コイル線材１７の電気抵抗を小さくすることが
できるため、より大きい電流をコイルに流すことが可能
となり、その分だけ磁界の強さを大きくすることができ
、エネルギー効率を高めることが可能である。尚、糸％
連路１５の直径は紡出糸条Ｙに効率的に磁界を作用させ
るうえで、１０３以下、特に５ｍ以下であることが好ま
しい。

かかる磁場発生装置は、その最高の磁場ベクトルが紡出
糸条忙対してほぼ平行となるように設けられる。ここで
、はぼ平行とは、その最高の磁場ベクトルと紡出糸条と
のなす角一度が４５度未満であることを意味し、特に：
　３０度以下であることが望ましい。また、磁界をかけ
る方向は、紡出糸条の走行方向と同じ方向でもよく、逆
の方向でもよい。史Ｖｃ磁界は、直流磁界であっても、
又磁界のベクトル方向が経時的に変化する交番磁界であ
ってもよい。これらは、その目的によって、任意に選択
使用することができる。

第６図に、本発明装置における磁場発生装置の種々の実
施態様を示す、 まず、紡出糸条Ｙの走行方向と磁場発生装置２に、よっ
て発生する磁界の平均ベクトル方向（図中点線で示す）
との相互関係は（ａ）の如く、互いに同一方向の場合も
あり、（ｂｊの如く、互いに反対方向の場合もあり、更
に、（ｃ）の如り、４５度未満の任意の角度で傾いてい
る場合もある。

これらは、〜・ずれも「紡出糸条に対して、はぼ平行方
向の磁界をかげる」という範ちゅうに含まれるものであ
る。また、磁場発生装置４２の糸条通路１５の形状は、
必要に応じて任意に変えることができる。例えば、（ａ
）　、　（ｂｊ　、　（ｃ）の如く円筒状のもの、（ｄ
）の如く、その円筒部の一部が、テーパー状に拡開して
いるもの、（、）の如く、不規則な波形をしているもの
、！ｊ　Ｋ　（ｆ）の如く、階段状の形状をしているも
のなど、種々の形状をとることができる。一方、マグネ
ットのコイル部１１（ロ））の如く同一コイル部の中で
区切りをつけることができる。また、（ｈ）の如く、同
一コイル部の中で、ソレノイドを流れる電流の方向が一
部逆になるよ５Ｋして、発生する磁界の方向を部分的に
変化させることも可能である。

また（１）の如く、コイルの巻量をマグネットの長さ方
向に変えて発生する磁界の強さをマグネットの長さ方向
に徐々に強くしたり、又は徐々に弱くしたりすることも
可能である。これらの磁場発生装置は、種々組み合わせ
て使用することも可能である。（ｊ）は３ｆ’ｄ類の磁
場発生装置２．２′、２′を組み合せた例を模式的に示
したものである。

次に、磁場発生装置によって発生する磁界の強さについ
て、具体的に説明する。第７図は、ソレノイド型マグネ
ットによって発生した磁界の強さと時間との関係を示し
た図である。磁場発生装置の糸条通路における磁界の強
さはｖ、７図（ａ）の如くいつも、一定であってもよ（
、（ｂ）の如く、その磁界の強さが時間とともに変化し
てもよい。（Ｌその磁界の変化の仕方が（ｅ）の如く、
ステップ状の値をとりながら変化してもよ（ゝ０ また、第６図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）　Ｊ）如（、磁
界のベクトル方向を一定方向とする直流磁界であっても
よく、逆忙、磁界のベクトル方向が変化する交番磁界で
あってもよい。

これらは、紡出糸条の分子配向をどのよ５に制御したい
かという目的に従って、任意に選択使用される。

本発明装置における磁場発生装置では、紡出糸条にかけ
る磁界の最高強さは１０キロガうス以上であることが望
ましく、好ましくは２０キロガラス以上、更に好ましく
は３０キロガウス以上である。紡出糸条にかける磁界の
強さは、溶融紡糸に適用する場合には、溶媒を用いてポ
リマー溶液粘度が相対的に低くなっている乾式紡糸及び
湿式紡糸の場合よりも、より大きくするのが好ましい。

しかし磁界の強さの最適値は紡出するポリマーの種類、
用いる溶媒の種類、紡糸温度、等によって異なってくる
。

本発明の紡糸装、ｆ　において、紡糸口金１及び／又は
該口金を装填する紡糸パックを非磁性体材質で構成して
おくと、磁場発生装置による磁界を紡糸口金１．紡糸バ
ックの中Ｋまで有効に波及させることができるので好ま
しく・。

本発明の紡糸装置において、磁場発生装置として用いる
ソレノイドタイプのマグネットにＪＮｉす励磁用の電源
は、通常の低電圧大電流の定電流電源回路を使うのが好
ましい。具体的に＆ｉ、市販の超電導マグネット励磁電
源（例え１了真空冶金■社＃！！　ＶＭＣ−ＭＯＤＥＬ
　Ｒシ！＋−ズ）を用Ｘ、することか簡便である。

事故等でマグネットの超伝導がやぶれたとき電［Ｃ大き
な逆電圧がかかるので保護のために、第８図に示すよ５
に、マグネツ）Ｍと並夕１［に電流容量の大きいダイオ
ードＤなつけること力１好ましい。

本発明の紡糸装置は、紡糸口金から吐出された糸条を重
力の作用する方向即ち上から下へ向つて走行させて巻取
る通常の紡糸装置であってもよく、また、その逆Ｋ、下
に設けた紡糸口金から、紡出糸条を上方へ引取るように
した紡糸装置であってもよ（・。更に、紡糸口金から紡
出糸条を水平方向に走行させて引取るようにした紡糸装
置であってもさしつかえない。

本発明の紡糸装置は、コンジュゲート紡糸。

混合紡糸等にも適用することができる。また、〉Ｌ 溶融紡糸の一態様であるメルトプ゛ロー紡素工′及可能
である。また、異形断面糸、中空断面糸等の紡糸にも適
用することができる。

本発明の紡糸装置においては、磁場発生装置と共に他の
エネルギー付加装置又は、繊維加工装置を組み合わせて
使用することも可能である。

例えば、他のエネルギー付加手段として、電５界発生装
置を用い、本発明装置の磁場発生装置の前、又は後に併
用して、紡出糸条の分子配向の制御をより確実、有効な
らしめることができる。

更に１例えば磁場発生装置の次Ｋ、インタレース加工ノ
ズルとか捲縮加工装置などの繊維加工手段を種々組み合
わせて、繊維を形成すること以上、説明した如く、本発
明の紡糸装置は、紡糸口金から捲取装置までの間に、紡
出糸条に対してほぼ平行方向の磁界をかげる磁場発生装
置を設けたものであるから、極めて容易に紡出糸条の分
子配向を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一例を模式的に示す概略図、第
２図は本発明装置の他の例を示す概略図、第３図は本発
明装置の更に他の実施態様を示す概略図、第４図は本発
明装置ｔ　Ｋ用〜・られる磁場発生装置の一例を示す縦
断側面図、第５図は、第４図のＡ部を拡大して示した断
面図、第６図は本発明装置に用いられる磁場発生装置の
種々の実施態様を示す断面図、第７図は本発明装置に用
いられる磁場発生装置における磁界の強さと時間との関
係を示すグラフ、第８図は、本発明装ＲＫ用いられるの
が好ましい保護ダイオード回路図である。 １・・・紡糸口金、　　２・・・磁場発生装置４・・・
巻取装置、　Ｙ・・・紡出糸条特許出願人　帝人株式会
社 オ　１　目 オ　２　絽 ９ｒ４　　図 ヤ　７　阻 藺Ｕ 萌ｎ 才　８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　紡糸口金から巻取装置ｌまでの間に、紡出糸条に対
   してほぼ平行方向の磁界をかける磁場発生装置を設けた
   ことを特徴とする磁界紡糸装置。 ２　磁場発生装置がソレノイドタイプのものである特許
   請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。 ３　磁場発生装置が超伝導マグネットからなる特許請求
   の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。 ４　磁場発生装置が直流磁界を発生させるものである特
   許請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。 ５　磁場発生装置が交番磁界を発生させるものである特
   許請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。 ６　磁場発生装置が１０キロガウス以上の最大磁界強さ
   を有するものである特許請求の範囲第１項記載の磁界紡
   糸装置。