JPS61174410A - 紡糸口金装置 - 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】 ａ、　　！業上の利用分野 本発明は主として従来溶融紡糸困難とされてた重合体か
ら繊維集束体を製造するための新規にして有用な紡糸口
金装置に関する。

ｂ、従来技術 従来一般に矧られている溶融紡糸装置ｆＦｉ、主として
重合体の溶融定量供給装置と紡糸口金装置から構成され
ており、前者に関しては銀板メルターとギヤーポンプあ
るいはエクストルーダーとギヤーポンプが使用されるこ
とが多い。ポリエチレンテレフタレート、ナイクン、ボ
リブａピレン等のいわゆる溶融紡糸グレードの重合体ｔ
−原料とする場合は、上記従来装ｆはきわめて有用な装
置といえる。しかしながら、ポリメタフェニレンイソフ
タルアミド（ＰＭＩＡ）やポリテトラクロロエチレン（
ｐ’ｒｐｇ　Ｊあるいはポリ塩化ビニールＣＰＶＣ）　
等の融点と熱分解点がきわめて近接した重合体、あるい
は分子量が１００万オーグーの超高分子量ポリエチレン
（ＵＨＭＷ−ＰＥ）　、あるいは分子量がＵＨＪ＃−Ｐ
Ｅはどではないがかなり高くて熱により分子量低下の大
きいポリ−β−ヒドロキシ酪５ｋ　（ＰＨＢ）や固有粘
度が１．５以上の高重合度ポリエテレンテレフタレート
（高粘度ボＰＥＴ　）等は、溶融粘度が高すぎて押出し
不能になるか、あるいは粘度を下げようとしてより高温
で溶融すると熱分解してしまうため、従来の溶融紡糸装
置ではほとんど紡糸不可能であった。

このような従来溶融紡糸困難な重合体から繊維集束体を
溶融紡糸する方法及び装置に関しては、本発明者が他の
発明者とともに特開昭５９−１４４６０７号明細書にお
いて提案した。

すカわち、この提案は平板状の重合体成形物を、押込み
クーラー等の押込み手段によって予熱ダイの中に押込λ
、誼ダイの先端に設置されたメツシュ状紡糸口金の通電
加熱によって瞬間的Ｋｉｌ！融し、口金の多数の細隙か
ら重合体を押出して多数の繊維状細流を形成するもので
ある。前記特開昭５９−１４４６０７号明細書で提案し
た発明では、上記成形物の充てん率は３０％〜１００％
の範囲で、紡糸に最適なものを選ぶ。たとえばＰＭＩＡ
やＵＨＭＷ−ＰＥの如く紡糸時の粘度が高すものけ実施
例に記載の如＜４０％〜７０％程度の充てん率を有す　
−る成形物を採用する。もしこれらの重合体に関し、充
てん本が実質的に１００％であって有限の長さを有する
成形物を採用すると成形物相互の連結部（おいて線維切
断が多発することがあるからである。この現象は、通電
加熱されたメツシュ状紡糸口金の短い細隙のみで高粘度
重合体の分子相互を十分に密着あるいは混合させること
の困難性を意味するものと思われる。充てん藁が４０％
〜７０％の成形物を用りるのは予備加熱されたダイ内で
の押込過程で、被数の不連続成形物を可塑化圧縮せしめ
ることによって実質的に連続体を形成し、同時に充てん
軍１に１００％にしてから通電加熱されたメツシュ状紡
糸口金で瞬間溶融しこれを多数の細隙から押出すためで
ある。

このようなダイ内での圧縮過程は、当然ダイ内壁との摩
擦を伴うが特開昭５９−１４４６０７号明細書で汀、ダ
イ厚さを口金の方向に拡大したり、ダイ壁表面をフッ素
樹脂加工する等の手段で１！ｌ擦抵抗を減少させたりダ
イの長さ方向に温度勾配全つけたジしてダイ内壁との摩
擦抵抗を減少させている。しかしながら、この方法では
ダイ内での圧縮挙動が重合体の１類によってそｎぞれ鼻
るから、ダイ厚さや温度の勾配等それぞれ最適条件をさ
がし出さなければならないという難点があった＠もし最
適条件を選びきれぬまま製造すれば、成形物のダイ内で
の圧縮不足によるガス混入やダイ内壁との粘着による押
出し不良等の問題点が生ずる。

上記の背景から、本発明者は熱的に可塑化し得る全ての
重合体に容易に適用し得る技術に到達すべく研究を進め
た。その結果、長さが有限の成形物から繊維集束体全製
造するための紡糸口金装置を発明するに到ったものであ
る。

Ｃ７発明の目的 本発明の目的は、融点と熱分解点が近接しているため溶
融紡糸困難とされている重合体から繊維集束体を製造す
るための紡糸口金装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、極めて高分子量であって普通の装
置では溶融押出し困難な重合体から繊維集束体を製造す
るための紡糸口金装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、高分率の無機物混合重合体
成形物から繊維集束体ｔｉＭ造するための紡糸口金装置
を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、普通の溶融紡糸用重合体で
あっても、水分等溶融一時に分子量を低下させる物質を
含む重合体から繊維集合体を製造するための紡糸口金装
置を提供することＫある。

本発明のさらに他の目的は、以下の詳細な説明から明ら
かとなるであろう。

ｄ０発明の構成 本発明者の研究結果に工ｎは、上記本発明の目的は、通
電によってジュール熱が発生し得るようにした多孔板を
、少くとも２枚密着させずに積層して構成した加熱フィ
ルターを、紡糸口金板の重合体吐出側の反対側に密着さ
せずに設置した紡糸口金装置を用いることに工って達成
されることが明らかとなった。

本発明の目的をより効果的に達成するには、該加熱フィ
ルターを構成する多孔板の少くとも２枚は互いに電気抵
抗の異る導体から形成されるか、もしくは互いに別便の
電＠に：接続さｎておりジュール熱の発生量が別個に制
御可能になっているべきである。

本発明の目的をさらに効果的に達成するには、該加熱フ
ィルターを構成する多孔板の少くとも２枚は実質的に異
る多孔構造を呈しているべきである。

また、本発明の装置を有効に活用するためには、該加熱
フィルターと該紡糸口金板とは表面間距離が０．５〜２
０−となるように隔てられているべきであり、少くとも
２枚密着させずに積層さｎた多孔板は互いに表面間距離
が０．５〜２０＋ｍｍとなるように隔てられているべき
であり、該加熱フィルターの厚さＦｉ１〜５０鰭の範臼
におさえられるべきである。

以下、本発明の紡糸口金装置の構成、作用、可能の範囲
等を図面によりさらに詳細に駅明する。

第１図は本発明の紡糸口金装置を用いて、板状に成形さ
れた多数の重合体成形物から繊維集束体を装造するため
の装置の略図を示すものである。

９通の溶融紡糸用重合体はもちろんのこと、前述の如き
従来溶融紡糸困難とさｎていた重合体すなわちポリメタ
フェニレンイソフタルアミド（ＰＭＩＡ）、ポリテトラ
クロクエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニール（Ｐｖ
Ｃ）、超高分子全ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）　、
ポリ−β−ヒトミキシ酪酸（ＰＨＢ）　、高重合度ポリ
エチレン（高粘度ＰＥＴ　）であっても、それらの粉体
そのものあるいは若干の可塑剤が混合さｎた粉体から、
圧縮成形法等によジ板状の成形物を製造することは容易
である。

第１図において、このよ５ＫＬで成形された板状成形物
１はすべり台２上に図の如く多数並べられている。

この成形物１の形状は、一定の厚さａと巾すと長さＣを
有する板状物であって、下記式であられさｎる充てん藁
とが実質的に１００％のものが好適である。

充てん率ｚ　＝Ｖ／Ｖａ　Ｘ　Ｉ　Ｏ０＝（Ｗ／ρ・Ｖ
ａ　）ＸＩＯＱ　（％ここでＶａ　ｌｉ　＃成形物の見
掛けの体積、ｘｂｘｅ、Ｖは該成形物を構成する重合体
（無機物等信の物質が混合さｎていればその物質の体積
も含まれる）の真の体積、ｗＦＸ＃成形物の重量、ρけ
上記重合体の真の密度である。

この二う危成形物１は、ガイド壁３に沿って順次下方に
供給さｎ、押込ローラ一群４（図面でＨ３組のｌ対ａ−
ラー）に到り、ローラー間で把持さｎつつ強制的に予熱
ボックス５内に押込まれる。この予熱ホックス５の内部
断面形状は、成形物ｌのそれと実質的に同じであって、
成形物ｌがなめらかに移動できる工５に蒼千大きい程度
になっており、入口から出口まで一様でよい。

また、この予熱ボックス５の予熱温度は成形物１が押込
み圧で変形軟化し予熱ホックスの内壁に密着し始める以
前の温度におさえられるべきである。すなわち成形物は
予熱ボックス５内で雲質的に剛体として挙動し得る最大
の温度にしておくことが本発明の紡糸口金ａｔを最大限
に活用するために好ましいことである。この工うにして
おけば、予熱ボックス５内の成形物の挙動Ｆ１重合体の
種類にほとんど依存しなくなり、押込ローラ一群４によ
る押込圧は後述の紡糸口金装置６にはぼ直接的に伝達さ
れる。

このように予熱ボックス５内で実質的に剛体として挙動
できる最大の温度Ｔｂに予熱された底形物１は予熱ホッ
クス５の出口に膜量された本発明の紡糸口金装置６ＶＣ
達し、この装置で紡糸に必要な町田化温度Ｔｃまで急速
加熱され短時間で口金の小孔から押出され、必要（応じ
て強制冷却されながら引取ｆ）ＣＩ−ラー７によって引
取られて繊維集束体９となる。

口金装置に達するまで実質的に剛体として挙動する成形
物はそれ自身あたかも金属プランジャーの如き役割を演
するから、口金から吐出される重合体の吐出量は、口金
全面にわたってきわめて均一になりしかも充てんＩＥ　
Ｚｏ。

％またはそれに近いものであるから繊維化された１合体
内に気泡が含まれる心配は全くないＯ ところで、予熱ホックス内で予熱された充てん車１００
％の固体状成形物を紡糸可能な町ｍ化状態まで短時間（
数秒〜数ｌＯ秒）で急速く加熱する際の重畳かつ困難な
問題は、相瞬接する２コの成形物の境界部を可塑化時に
全くなくしてしまうことである。粘度の高い重合体にお
いてこの問題を克服するには、可塑化されつつある重合
体に剪斬的流動を与え、積極的に分子を混合させる手段
が必ず必要である。

本発明の紡糸口金装置１ＩＦｉ、このＬうな問題を解決
したものであって、第２図にその実施態様の一つを示す
。この口金装置は予熱ボックス５の成形物通路５−１の
出口ｍｍに口金ホルダー８によって密着固定されている
。この口金装置６は、３枚の耐熱絶縁パツキンＡ−ＩＬ
入−２，Ａ−３と２枚の多孔板Ｂ−１゜Ｂ−２と１枚の
口金板ＣＫ工って第２図のように構成されている。成る
本発明の実施態様の場合多孔板Ｂ−１は１５メツシユの
ステンレス標準金網、多孔板Ｂ−２は３０メツシユのス
テンレス標準金網からなり互いに絶縁パツキン入−２に
よってその厚さ分Ｄ１だけの表面間距離で絶縁状態で分
離されている。すなわち、多孔板の表面間距離とσ、２
枚の多孔板の相対する表面側におけるそれぞれの接触平
面間の平均距離で定義する。

なお、多孔板Ｂ−１とＢ−２にはそれぞれ別個の電源が
接絣されておりそれぞれ最適なジュール熱の発生を可能
ならしめている。多孔板Ｂ−１とＢ−２は、重合体が流
動する領域すなわち予熱ボックス５の成形物通路断面と
実質的に同じ面積以外はその細孔を無機接着材Ｅで充て
んされた上で耐熱絶縁パツキンＡ−２ｉＣｆＪ鳩接着さ
れている。この積層体を本発明者は加熱フィルターと呼
んでいる。

この加熱フィルターＦｉ第２図の如く、紡糸口金板Ｃの
上側すなわち重合体吐出側の反対側に耐熱絶縁パツキン
Ａ−３を介して８１ｔ層されており、Ｄ！なる表面間距
離を保って絶縁されている。

本発明者の研究結果によれば、上記の分離した多孔板に
おけるジュール熱の発生分を互いにｎら七ることはきわ
めて有意義なことである。すなわち、多孔板Ｂ−１に必
要な発熱量は、予熱ボックスで実質的に剛体として挙動
し得る最大の温度Ｔｂまで予熱された成形物が、多孔板
Ｂ−１に接触した際、該多孔版の細隙を可塑化［勘し得
るに必要最低の温度）に上昇せしめるに心安かつ十分な
量でなければならない。一方、多孔板Ｂ−２に必要な発
熱量は、多孔版Ｂ−１を通過してＴｐなる温度になった
重合体の温度牙紡糸に好適な温度Ｔｃまで昇温せしめる
に必要かつ十分な鎗でよい。

重合体の種類によって程には嚢るが、多くの場合Ｔｐ−
Ｔｂ＞Ｔｃ−Ｔｐ″Ｔ：あるから両釜孔板の発熱量Ｆｉ
当然異らせるべきである。

本発明者の実験結果によれば、両釜孔体の発熱量を等し
くすると、多孔板Ｂ−１の流動抵抗が高すぎて押出し困
難になったり、逆に多孔板Ｂ−２の発熱量が大きすぎて
重合体が熱分解することがある。

それぞれの多孔板の発熱量を最適値に設定する手段とし
ては、上記の如く各多孔板をそれぞれ個別の電源に接続
する手段のほかに、各多孔板の電気抵抗を相対的に異ら
せ同一の電源に接続する手段がある。

前：１ｆＦｉ同じ口金装置で糧々の重合体を使用する場
合にそれぞれの重合体に最適な通電量を容易に設定でき
るので便利である。後者は重合体の種類と製造条件が定
められた定常の工場生産用として採用すれば、装置が簡
単でコントロールも容易であるので都合がよい。

多孔板相互の電気抵抗の差は、多孔板の断面積の差、あ
るいは材質たとえばステンレスとニクロムの差、あるい
け両者の差で与えることができる。

本発明の口金装置を通過する重合体の昇温−ｉ１を理惣
的にする為ｖｃは、多孔板の積層枚数を３枚、４枚とふ
やし、それぞれ最適なジュール熱を発生させることが有
効である。しかしながら多孔板の増大とともに重合体の
流動抵抗と滞溜時間が増大する傾向がでる点には注意を
要する。本発明者の実験結果にＬれば多孔板の枚数は２
へ５枚が実用的であった。

通電によってジュール熱！を発生し得るようにした多孔
板を２枚以上積層する本発明の口金ｆｉ＆雪には、もう
一つの菖要な効果がある。

それは、成形物相互の隣接部を完全に接合する効果であ
る。前述の如く、充てん車が１００％の成形物’に−２
枚並べ、七のｌＩ接部を融点以上に加熱して可塑化し、
単純に圧着してもその隣接部を完全に接合させることは
困難である・これは単純な圧着のみでは、分子相互がま
ざりあうことが少いからであって、この傾向は本発明で
対象としている溶融粘度の高い重合体はど顕著である。

成形物の隣接部の結合を成形物内部と同じように強固に
するには可塑化時に剪断流動を与え、分子相互を積極的
に混合させる必要がある。

そのような混合は１枚の多孔板を通過させることによっ
ても可能であるが、本発明で対象とする高粘度重合体や
熱分解しやすい重合体の場合厚い焼結金属板のような複
雑な細隙を有する多孔板は、流動抵抗が大きすぎたり細
隙内部で熱分解が生じたｆ）シて実際問題として使えな
い。従って金網のＬうな単純な多孔板を使用せざるを得
ないが１枚のみでは混合効果が不充分であり、紡糸時に
繊維切断が多発する。本発明者の実験結果によれば、こ
のような単純な構造で流動抵抗の少い多孔体を、２枚以
上近接させかつ確実九分離して積層させて用いると、極
めて混合効果が大きくかつ流動抵抗も小さくてすむこと
が明らかとなった。この際、第１の多孔板と第２．第３
の多孔板の構造を、それぞれの多孔板の発熱による重合
体の昇温程度に対応させて適度に変えると一層効果的で
ある。すなわち可塑化の程度の少い第１の多孔板にはメ
ツシュの粗い金網を、可塑化の進んだ纂２．第３の多孔
板には順次細かい金網を使用すればよい。

分離されて設置される多孔板の表面距離り。

は、近すぎても離れすぎてもよくない。近すぎる場合は
流動抵抗によって多孔板が変形し多孔板相互が部分的に
接触し、発熱状態にムラが発生する。離れすぎる場合は
混合効果が減少し、流動抵抗が増大しさらに口金装置内
での重合体の滞溜時間が増大するから、本発明の目的に
合致しなくなる。本発明者の実験結果に工れば、この距
離はＯ，Ｓ關Ｎ２０ｍｍＩｍｍ８１度にすべきであり好
ましくはｍｍ〜５Ｍであった０ 以上述べたよ５１Ｃ，本発明の口金装置における少くと
も２枚以上の多孔体は、固体状成形物の急速可塑化と成
形物相互の接合という２つの役割を充分考慮して選定さ
れなければならない。

上８ピの観点から加熱フィルターを構成する多孔板の８
ａ及び積層方法を種々検討した結果に工れば複数の多孔
板を使用する場合全部の多孔板を必イしも互いに分離プ
せる必要がない。

たとえば多孔板として３枚のステンレス金網を用いる場
合、まず３０メツシュ程度の金網を網目の位相ｔずらし
て密着させて積層し。

窟らにその積層体と１０メツシュ穆度の粗いステンレス
金網に２論Ｉの耐熱絶縁パツキンを介して積層し加熱フ
ィルターを構成する。この際１０メツシユの金網の両端
に専用の電源を接続し、さらに２枚の密着積層された金
網に他の専用の電源を接続する。このような加熱フィル
ターは、３０メツシユの金網のかわりに６０メツシユの
金網を１枚使用した加熱フィルターよりも、耐久性があ
り成形物相互の接合［Ｓ強固にする。

しかしながら上記３枚の金網を全部密着させたて積層し
、全体に通電加熱された加熱フィルターは重合体流動抵
抗の著しい増大、過大な発熱番でよる熱分解、成形物相
互の不完全な接合等のドラフルが発生しやすく、本発明
の目的を充分満足する装置の構成要素とはな９がたい。

４孔板の材料としてはステンレス、ニッケルクａム、鉄
クロム等電気抵抗が比較的高く高温耐久性のある金ぷが
望しく、構造的には金網、パンチングプレート等の単純
な多孔構造で孔径が（）、３〜３ＩＩＩＩＩ（金網では
８０へ８メツシユ）、空隙率が２０〜７０％、厚さが０
．３〜３ｍｍｍｍ穆度が好ましい。

なお、上記多孔体の通電端子は、多孔体自身の末端が予
熱ボックス６及び口金ホルダー８の外部に突出して形成
され、専用電源に接続される・第１図、第２図では、通
電が紙面Ｋｍ直方法に行われるので通電端子は省略され
ている。

第１図、第２図の冥加態様において、多孔体Ｂ−１，Ｂ
−２から構成された加熱フィルターを通過した熱可塑化
重合体は紡糸口金板Ｃ＆ＣＪし、該口金板Ｃの多数の細
孔Ｃ′から繊維状細流として押出される。この際、口金
板と加熱フィルターに密着されずに０．５〜２０闘の表
面間距離′％−保って設置されていることが必要である
。この表面間距離をあまり長くしすぎると加熱フィルタ
ーで短時間に熱可塑化でれ九重合体が口金に違する前に
熱分解したり、加熱フィルターからせっかく均一に流動
してきた重合体１ｃ　ａ動むらが発生してしまう。逆に
あまり短かくしすぎると加熱フィルターと口金板が接融
して多孔体のｔ流が口金に流れ、不均一加熱される場合
がある。この表面間距離の好ましい範囲は１〜５ｍｍｍ
である。

この口金板の材質、形状：４Ｆｉ特に限定されるもので
はないが、本発明の目的を効果的に達成するには、重合
体の流動抵抗な減少させ。

熱分解を防ぎ加熱フィルターと口金板の間の重合体滞溜
を防ぐ為に、厚δが０．３〜３ｍｓ。

好ましくは０．５へ２ｍｍの薄いステンレス板を使用し
、下記式で定義される細孔の貫孔率βを１０〜７０％、
好ましくは１５％〜５０％とし、孔径が０．３〜３　ｗ
　ｃＤａ孔を口金の成形領域全体に一様に分布させるべ
きである。

口金の底形領域面積 ここで、口金の成形領域面積とは、第２図において加熱
フィルターと口金板の間に介在する耐熱フィルターＡ−
３が囲む面積であり、加熱フィルターからの重合体吐出
面積に等しくまたこの面積は前記板状成形物１の断面積
ａＸｂと実質的１ｃ等しい。

なお、この口金板には両端に通ＩＥ端子を設け、専用の
電源ＶＣ接続して通電し、積極的に加熱してもよい。こ
の場合は口金近傍に冷却風をつきつける場合には特に有
効である。

本発明の紡糸口金装置から繊維状細流として押出される
重合体は、必要に応じて冷却され第１図の如き引取りａ
−ラー７で積極的に引取られ、その後直接巻きとられた
り、分線して巻きとられたりあるいζトウとして宛に入
りられたり、あるいＦｉ直接延伸し巻縮加工して力、ノ
ドａれたＤして利用される。いずれにしても本発明の口
金装置は高粘度重合体から１００ｒｎ以下の低速で多数
の繊維集合体を製造するのに好適であり、Ｐ１々の後加
工を紡糸と直結させることができる。この際、低速によ
る恢生産性の恐れは口金板にあけられた多数の細孔によ
る繊緋本数で元弁カバーされる。たとえば、第１図の実
施態様において断面ｆｌｌＩａ　Ｘ　ｂ　＝　２　Ｑ　
Ｘ　５００　ｍｍ　ＣＤ板状成形物ｔＪ料ＶＣして、成
形領謔面槓が２０　Ｘ　５００　ｍｍ。

円孔径１ｍ、ｊｊ孔克３０％の口金板を使用した本発明
の口金装置からは総計３８２０本からなる繊維集合体が
製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の紡糸口金装置１に用いて板状に成形
された多数の重合体成形物から繊維集束体を製造すうた
めの装置の略図である。 ４２図は第１図の装置に利用された本発明の口金装置の
一笑施′Ｂ様を示す断面拡大図であるＯ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）通電によつてジユール熱が発生し得るようにした
   多孔板を、少くとも２枚密着させずに積層して構成した
   加熱フイルターを、紡糸口金板の重合体吐出側の反対側
   に密着させずに設置したことを特徴とする紡糸口金装置
   。
2. （２）該加熱フイルターを構成する多孔板の少くとも２
   枚は互いに電気抵抗の異る導体から形成されている第１
   項の紡糸口金装置。
3. （３）該加熱フイルターを構成する多孔板の少くとも２
   枚は互いに別個の電源に接続されており、ジユール熱の
   発生量が別個に制御可能である第１項の紡糸口金装置。
4. （４）該加熱フイルターを構成する多孔板の少くとも２
   枚は実質的に異る多孔構造を呈している紡糸口金装置。
5. （５）該加熱フイルターと該紡糸口金板とは表面間距離
   が０．５〜２０ｍｍとなるように隔てられている第１項
   の紡糸口金装置。
6. （６）少くとも２枚密着させずに積層された多孔板は互
   いに表面間距離が０．５〜２０ｍｍとなるように隔てら
   れている第１項の紡糸口金装置。
7. （７）該加熱フイルターの厚さが１ｍｍ〜５０ｍｍであ
   る第１項の紡糸口金装置。