JPS6212323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明装置は、連続繊維束から不連続繊維の束
を製造する方法の１つである凍結牽切を実施する
装置に関するものである。その目的は連続繊維束
を連続して冷却し、繊維温度を低温に維持したま
ま牽切するとともに、牽切時に発生する牽切熱を
奪い、繊維温度の上昇を抑え凍結牽切のメリツト
を適確にもたらす低温牽切装置を提供するにあ
る。

凍結牽切法は特願昭56−157420、56−158196の
明細書に示したようにトウ紡績において、連続繊
維の束から不連続繊維の束を製造する際、繊維を
低温にて牽切する方法であり、紡出される不連続
繊維の束中の単繊維物性は牽切される前の連続繊
維の束中の物性と比べほとんど低下することなく
維持している。第１図にアクリル系合成繊維（商
品名カシミロン）3d、20本束の各温度におけ
る張力−伸度線図を示す。第１図より明らかなよ
うに、低温下での牽切は塑性変形量がきわめて少
なく、弾性領域近傍において切断できるため、切
断後の単繊維の強伸度が維持され、しかも残留歪
みが少ないので、100〔℃〕ボイルによる単繊維
収縮率が極めて低い単繊維群を有した不連続繊維
の束を得ることができる。そして、供給する連続
繊維の束を構成する各単繊維が捲縮を有するもの
を用いれば、牽切後もこの捲縮が維持された不連
続繊維の束を得ることができる。このため、従来
の紡績工程と比べると著しく工程短縮ができ、品
質の向上が可能となる。また、牽切時の繊維温度
を下げるに従い、切断は延性破壊から脆性破壊へ
と遷移し、単繊維の切断面は先細尖端となる。以
上のように、凍結牽切法は非常に有効的かつ特徴
的な牽切法である。

ところが、一般に繊維は延伸して切断すると発
熱する。これは繊維に仕事を加えると、弾性変形
する場合はこの仕事が位置エネルギーとして貯え
られるのに対し、さらに変形が進み塑性変形し始
めると、この仕事が熱エネルギーに変換され放熱
されるためである。第１図において20℃における
塑性変形領域はａ，a′，b′，ｂの面積であり、こ
の仕事が発熱量を決める。この面積は切断温度が
低下すると、一亘増加した後減少してゆき、−100
℃の時はほとんど弾性領域内で切断され、発熱量
は著しく減少する。第２図にこの塑性変形領域と
切断温度との関係を示す。ここでは第１図に示
した繊維束であり、は同じく商品名カシミロン
の低伸度タイプの繊維であるが、切断がある温
度以下で行なわれ、弾性領域内、もしくはその近
傍の領域であれば牽切による発熱はほとんどなく
なる。逆に言えば、牽切熱が繊維の温度を上げて
さらに大きな牽切熱を発生する原因となり繊維温
度は急激に上昇する。そこで、凍結牽切のもつ本
来の長所を損なうことなく発現するためには、牽
切熱が発生したならば素早く奪い取る必要があ
る。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、そ
の要旨は把持ローラーと牽切ローラーとの間で繊
維束を牽切する牽切機の前段に、繊維束を冷却す
る冷却槽を連設し、把持ローラーと牽切ローラー
との間に冷却手段を備えた低温牽切槽を設け、前
記冷却槽は繊維束送入口および引出口が一対の送
りローラーおよび把持ローラーにより閉塞してあ
り、かつ繊維束が緊張緩和状態で移送されるべ
く、送りローラーの線速度を可変とする手段を備
えていることを特徴とする低温牽切装置である。

この装置は牽切機の前段に冷却槽が連設してあ
り、この槽は送入口および引出口が一対の送りロ
ーラーおよび把持ローラーで閉塞してあるので、
冷却槽内空気と外気との接触を防ぎ、冷却効率を
高め、槽内の結露の発生を抑制する。また、緊張
緩和状態で繊維束を移送するので冷却に伴なう繊
維の収縮を吸収し、無用の張力が発生せず、繊維
の切断や捲縮の伸びが起らず、かつ繊維束の結束
が緩み、効率よく冷却が促進され、連続して牽切
機に送り込み牽切される。また、牽切に伴ない牽
切熱が発生する場合には多温牽切槽において吸熱
され繊維束の昇温は防止される。従つて、この装
置によると凍結牽切のメリツトが損なわれること
なく適確に発現できる。すなわち、牽切は塑性変
形量がきわめて少ない弾性領域近傍において行な
われるため牽切前の単繊維の物性を殆んど損なわ
ない。例えば、捲縮も維持され単繊維収縮率も極
めて低い水準に保たれる。また脆性破壊により切
断端を先細尖端とすることもできる。

以下、実施例の装置を図面を用い説明する。

第３図において、一対の把持ローラー１，１と
一対の牽切ローラー２，２との間で繊維束を牽切
する牽切機３の前段に、繊維束を冷却する冷却槽
Ａが連続して取付けてある。冷却槽Ａは、繊維束
の送込口が一対の送りローラー４，４で閉塞さ
れ、引出口が一対の把持ローラー１，１で閉塞し
てあり、外周は断熱材５で覆われた直方体形をな
し、送込口および引出口との間にジグザグに折曲
したトンネル状の繊維束通路６、およびその上部
に送込口および引出口近傍において、通路６に連
通する低温流体の循環路７が設けてある。

また、この装置は把持ローラー１，１と牽切ロ
ーラー２，２の間に低温牽切槽Ｂが設けてある。
この槽Ｂは断熱材５で覆われ、直方体形をなし、
送込口および引出口はそれぞれ一対の把持ローラ
ーおよび牽切ローラー２，２により閉塞してあ
る。繊維束はローラー１，１とローラー２，２の
間で延伸力および／または剪断力を受けて切断さ
れる。この実施例においては、切断に際して冷却
をより有効に行なうためにローラー１，１とロー
ラー２，２間を走行する繊維束の上下両面に接す
る面を有する２枚の冷却板８，８が配設してあ
る。なお第３図でＣは凍結牽切に必要とする冷熱
を供給する冷凍機ユニツト、Ｄはコイラーであ
る。

第４図は冷却槽の詳細図で、循環路７内には冷
凍機に接続してある冷却器９、冷却槽内霜とり用
の加熱器１０および送気フアン１１があり、冷却
器９により冷却された低温空気は循環路７から引
出口側の通路６に入り、通路６内を流動し、送込
口側の通路６から循環路７に戻り循環する。冷却
槽Ａ内部には、第５図ａ，ｂに示す、凹部１２が
ある下部トンネル形成枠A₁と凸部１３がある上
部トンネル形成枠A₂とを凹部１２内に凸部１３
が位置するように配置して、ジグザグに折曲した
トンネル状の繊維束の通路６が形成してある。ま
た第６図ａ，ｂに示す２個１組のフレーム１４，
１４が通路６の両側に対向して配設してあり、Ｖ
形に折曲した通路６の上下折曲部位置に、つば１
５が付いた回転ローラー１６が両端をフレーム１
４，１４に支持して取付けてある。

第７図は、フレーム１４に支持された回転ロー
ラー１６のシヤフト１７の軸受部を示す。２個１
組のフレーム１４，１４とシヤフト１７は冷却槽
Ａの構造的フレームを構成している。繊維束の折
曲した走行を案内する回転ローラー１６はベアリ
ング・ボツクス１８内のグリース凍結防止用ヒー
ター１９がシヤフト１７の端部に取付けてある。
冷却槽内温度がベアリングの使用限界温度−40
〔℃〕以下となつたときに、ヒータ１９を働かせ
るよう施しておく。また、回転ローラ１６にフツ
素系樹脂、あるいは超高分子量ポリエレン樹脂の
ような耐低温特性および自己潤滑性を有する材料
を用いることにより、軽量化が図られ、極低温下
においても使用に耐えることができる。

送込口に取付けた送りローラー４，４は、第８
図に示すようにバネ２０によりローラー４のシヤ
フトに荷重をかけ、ローラー４，４間の繊維束を
ニツプし、下部ローラー４のシヤフトを駆動する
ことにより、繊維束を冷却槽Ａ内に送り込む。引
出口に設けた把持ローラー１，１は、槽外からの
荷重および駆動により繊維束をニツプして引出
し、低温牽切槽Ｂに送り込む。この際、冷却器９
内で冷却された雰囲気を送気フアン１１により通
路６内を引出口側から送込口側に流動せしめる。
通路６内を移送される繊維束は低温雰囲気と向流
接触して、急速に深冷される。

一般に、繊維は冷却される過程で他の物質と同
様体積の収縮現象が起り、その繊維方向の収縮率
は著しい。従つて繊維を初期張力が零に近い緊張
状態で室温から冷却していくと、この収縮現象に
より張力が発生し、その大きさは温度の低下と共
に増加していく。さらに極低温まで冷却すると、
破断伸度の著しい低下と相俟つてその連続繊維の
束中の幾本かが切断されるまでに至る。また、繊
維は保温材にも用いられているように、繊維自体
の比熱は小さくなく熱伝導度も小さいため冷却し
にくく、その繊維が束状に集合体となつて各単繊
維が接触していると冷却効率は著しく低下する。
従つて単繊維切断を生じさせず繊維束を効率よく
冷却するためには、常に緊張を緩和した状態で冷
却することが必要となる。

この牽切装置の冷却槽では、送りローラー４，
４の繊維束の送り込みと、把持ローラー１，１の
引出しの線速度比が可変となつている。そこで送
りローラーの線速度を把持ローラーより大となし
繊維束をオーバーフイードし、緊張緩和状態で移
送する。かくオーバーフイードすることにより、
槽内に送り込まれる繊維束は送りローラーでニツ
プされて含有する空気を圧搾除却され、送りロー
ラーの荷重から解放された繊維束はオーバー・フ
イード作用により槽内で膨らみ槽内冷気が繊維束
の内部に入り込み均一に効率よく冷却できる。ま
た、冷却槽Ａ内における冷却による繊維束の収縮
を吸収し、該ローラー間で捲縮が伸び切るのを抑
え、さらには該ローラー間で生ずる張力の緩和を
可能にする。単繊維が捲維を有している場合は繊
維間に多くの空気を含有し、冷却しにくいが、オ
ーバーフイードにより効率よく冷却できる。

冷却槽のこれら２対の送りローラーおよび把持
ローラーと、冷却槽壁面とはすり合わせ等により
柔軟なシールを行ない、冷却槽内冷気と外気との
接触を防ぐ。また、冷却器９により槽内温度が低
下すると、槽内圧は外気圧に対して負圧となるた
め、水分を含んだ外気が送込口や引出口等から侵
入しやすくなり、露結が生じ各ローラーの回転に
支障を来たす。冷却槽Ａの任意の位置に液体窒素
等の低温気化ガスの供給口２１を設け、極微量の
低温気化ガスを槽内に供給し、槽内圧力を外気圧
に対して余圧となるよう施し、外気の侵入を防
ぐ。また、送込口には送りローラ４，４に加え、
繊維束が出入りできる小間隙を有すスリツトを多
重に設ける等の他の手段を加え、外気の槽内流入
を抑制しても良い。または冷却槽Ａの冷却効率を
を一層高めるため、第９図ａ，ｂのようにトンネ
ル状の通路６の壁面に繊維束の移速方向に平行な
銅等の高熱伝導性物質から成るフイン状の突条物
２２を多数並設しても良い。このとき通路６内を
移送される繊維束は突条物２２に沿つて移動し、
内部繊維も頻度高く、低温となつた突条物２２に
接触し開繊されつつ、巾方向、厚み方向にも均等
かつ効率よく冷却される。また、冷却槽Ａ内に冷
却器９を設けず、冷凍機Ｃ内で充分に冷却された
ブラインをパイプ等により冷却槽内のトンネル状
通路６の壁面と都合よく熱交換できるよう接触さ
せ循環させることにより、繊維束を深冷すること
もできる。

冷却槽内温度は、循環路７内に冷却器９の背後
や供給口の内側等の任意の位置に白金抵抗体や熱
電対等の検出端を設置して検出し、冷凍機の運転
を制御し冷却槽内温度も自動調整する。

第１０図は低温牽切槽Ｂの詳細図であり、槽内
の冷却板の下方に冷媒が内部を循環する冷却器２
３と送気フアン２４があり、槽内雰囲気を冷却し
つつ循環させる。そして牽切ローラー２，２の線
速度を把持ローラー１，１の線速度より大きく
し、油圧等により適当な荷重を加え繊維束を２対
のローラー間にて牽切し不連続繊維束となし紡出
する。槽内温度は把持ローラー１，１および牽切
ローラー２，２の近傍や、冷却器２３の背後等、
任意の位置に設けた白金抵抗体や熱電対等の温度
検出端により検出し、自動制御する。

一般にトウを牽切するとフライが発生するが、
牽切領域を密閉すると、このフライは堆積してい
き連続運転に支障をきたしたり浮遊してスライバ
ー中に入り品質を低下させるため、低温牽切槽Ｂ
では除去に都合の良いよう、槽下部の循環通路内
にフイルタ２５を設け、フライを集積できるよう
施してある。また、牽切ローラー２，２の上下に
は単繊維のローラー巻き付きを防止するよう、ブ
ラシ２６が設けてある。低温となつた容器内雰囲
気と外部との接触を防ぐため、２対のローラー側
面と槽内壁間ではすり合わせにより、また、ロー
ラー面と槽間では４ケ所にそれぞれローラー２７
を槽に設けた円形薄に設け、柔軟なシールを行な
う。また、２対の上下ローラー間では適当な荷重
を加えてニツプしているため、槽内雰囲気と外気
との接触を防ぐ。ここで、把持ローラー１，１お
よび牽切ローラー２，２は耐低温特性と機械的特
性に優れたゴムと、フツ素系樹脂や超高分子量ポ
リエチレン樹脂を組み合わせたが、これらを被覆
させたものでも良い。また、ローラー２７も自己
潤滑性に優れたこれらの樹脂を用いている。

牽切途中の繊維束の上下に設けた冷却板８，８
は、銅やアルミニウム等の熱伝導の優れた金属板
等を繊維束の進行の妨げとならないよう、両端に
丸みを付けた表面円滑な仕上げを施した接触面を
もつ。冷却板８は槽の下部にバー等で固定し冷却
板８は穴を設けバーを通す等、上下方向にのみ動
くよう牽切途中の繊維束の上に載せておく。ま
た、バネにより荷重を加え繊維束の走行の妨げと
ならない程度に積極的に繊維束に接触させるよう
にしても良い。牽切による発熱は冷却板８，８の
任意の位置に設けた温度検出端によつて検出で
き、この温度により槽内温度を調整しても良い。
牽切熱が発生した場合、昇温した冷却板８，８は
槽内の低温雰囲気により冷却され、熱伝達に優れ
た金属を接触させることにより昇温した牽切途中
の繊維束から素早く熱を奪い取ることができるも
のである。第１１図に示すよう冷却板８，８の表
面に多数のフイン状物２８を付けて熱交換を良く
することができる。また、冷却板８，８の替りに
冷却器２３を繊維束の進行の妨げとならない形状
とし、繊維束に接触させたり、また冷凍機Ｃ内で
充分に冷却されたブラインを第１２図に示すよう
に、パイプ２９により冷却板８，８に都合よく熱
交換できるよう接触させ冷凍機Ｃ内と循環させ冷
却することもできる。

この牽切装置により牽切できる繊維束として
は、単繊維デニール0.1〜100〔ｄ〕から構成され
るトータルデニール30〔ｄ〕〜200万〔ｄ〕に至
るフイラメント、ラージフイラメント、トウ等の
繊維束等が用いられ、ポリアクリル系、ポルエス
テル系等の化学繊維が主に用いられる。そして、
冷却には液体窒素、空気等の低温ガスを用いるの
が良いが、さらにこの低温ガスで冷却槽内を満た
し、繊維束の進行方向と逆向きに通路内を流動さ
せ循環させることにより繊維束の冷却効率を高め
る。また、窒素ガスや空気等の気体の繊維への熱
伝達度は低いため、銅や真ちゆう等の熱伝導度の
優れた金属に繊維束を接触させたり、また、金属
の突起物を常時接触させ開繊しつつ内部にまで均
一に効率よく冷却することができる。

この発明は以上の通りであり、この装置は凍結
牽切の本来のメリツトを発現し、製造工程の能率
化および高品質の不連続繊維束の製造を可能とす
る。

さらに、実施例の装置は次の作用効果をもたら
す。冷却槽において、 両端につばを有し、露結しない複数の回転バ
ーにより単繊維切断を抑え、単繊維の巻き付き
を抑える。

冷却槽内冷気を循環させることにより、被冷
却繊維の束と接触する冷気を流動させ、均一に
かつ、効率よく冷却できる。

被冷却繊維の束を冷却槽内で熱伝導度の優れ
た金属と面接触させることにより、効率よく冷
却できる。

低温牽切槽Ｂにおいて、 連続繊維束を低温雰囲気中で、牽切でき、さ
らに牽切熱により昇温した繊維の温度を素早く
下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアクリル系合成繊維（商品名；カシミ
ロン）3d、20本束の各温度における張力−伸
度線図、第２図はカシミロンの２種タイプの引
張切断に至る塑性変形領域と切断温度との相関
図、第３図は実施例の牽切装置の全体概要図、第
４図は冷却槽の縦断面図、第５図ａ，ｂは下部お
よび上部トンネル形成枠の側面図、第６図ａ，ｂ
はフレームの側面図および回転ローラーを取付け
たフレームの正面図、第７図は回転ローラーの軸
受部の断面図、第８図は冷却槽の送込口の一部断
面で示す正面図、第９図ａ，ｂはフイン状の突条
物を取付けた通路の側面図および平面図、第１０
図は低温牽切槽の縦断面図、第１１，１２図ａ，
ｂはフイン状物およびブライン循環パイプを取付
けた。冷却板の平面図および側面図である。 １……把持ローラー、２……牽切ローラー、３
……牽切機、４……送りローラー、５……断熱
材、６……通路、７……循環路、８……冷却板、
９……冷却器、１０……加熱器、１１……送気フ
アン、１２……凹部、１３……凸部、１４……フ
レーム、１５……つば、１６……回転ローラー、
１７……シヤフト、１８……ベアリングボツク
ス、１９……ヒーター、２０……バネ、２１……
低温気化ガス供給口、２２……突条物、２３……
冷却器、２４……送気フアン、２５……フイルタ
ー、２６……ブラシ、２７……ローラー、２８…
…フイン状物、２９……パイプ、Ａ……冷却槽、
Ｂ……低温牽切槽、Ｃ……冷凍機ユニツト、Ｄ…
…コイラー、A₁，A₂……下部および上部トンネ
ル形成枠。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 把持ローラーと牽切ローラーとの間で繊維束
   を牽切する牽切機の前段に、繊維束を冷却する冷
   却槽を連設し、把持ローラーと牽切ローラーとの
   間に冷却手段を備えた低温牽切槽を設け、前記冷
   却槽は繊維束送入口および引出口が一対の送りロ
   ーラーおよび把持ローラーにより閉塞してあり、
   かつ繊維束が緊張緩和状態で移送されるべく、送
   りローラーの線速度を可変とする手段を備えてい
   ることを特徴とする低温牽切装置。