JP2004300658A - Device and method for manufacturing fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、口金から吐出されたポリマー流を固化して糸条とする繊維の製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a fiber which solidifies a polymer stream discharged from a die to form a yarn.
ポリエステル(たとえば、ポリエチレンテレフタレート、以下PET)等に代表される繊維、特に部分延伸糸(POY)を製造する場合、図1のような装置を用いるのが一般的である。図1の装置は、口金1から吐出されたポリマーから形成されるポリマー流Fが、冷却手段3から発生する冷却風3aによって冷却されながらゴデーローラ4に引取られて糸条Yとなり、その糸条Yが最終的に巻取装置5に巻き取られる構成となっている。
In the case of producing fibers typified by polyester (for example, polyethylene terephthalate, hereinafter referred to as PET) and the like, in particular, partially drawn yarn (POY), an apparatus as shown in FIG. 1 is generally used. In the apparatus shown in FIG. 1, a polymer stream F formed from a polymer discharged from a
生産効率を向上させようとした場合、生産スピードの増加を試みることが一般的であるが、このような装置を用いる場合、特にゴデーローラ4の引取速度を上昇させると引取張力Tが増大し、糸のもつ伸度が奪われる。すなわち、たとえば引取速度が3000m/分で典型的なPET繊維を得るとそのPET繊維の伸度は135%となるが、4000m/分に増速すると伸度は90%、5000m/分では伸度65%と、高速化に伴い糸の伸度が低下する。 In order to improve the production efficiency, it is common to try to increase the production speed. However, when such a device is used, especially when the take-up speed of the god roller 4 is increased, the take-up tension T increases, and the yarn tension increases. Is lost. That is, for example, when a typical PET fiber is obtained at a take-up speed of 3000 m / min, the elongation of the PET fiber becomes 135%, but when the speed is increased to 4000 m / min, the elongation becomes 90%, and at 5000 m / min, the elongation becomes 90%. With 65%, the elongation of the yarn decreases as the speed increases.
さらに、上述の装置においては、図2に示すような円形の口金1に設けた複数個の吐出孔6から吐出されるポリマー流Fに対して、一方の側のみから、そのポリマー流Fの走行方向に交差する方向に冷却風3aを与えるため、特に高速化した場合にポリマー流Fの揺れが大きくなり、また、複数本のポリマー流F間で冷却手段3との距離に差があることに起因して、各ポリマー流Fの冷却状態に手前・奥とで違いが生じ、最終的に糸条Yとなった際に糸斑を発現する虞がある。
Further, in the above-described apparatus, the polymer flow F discharged from the plurality of
このように、引取速度を高速化したうえで低速時と同等の伸度をポリマー流ごとの差を小さくしつつ実現することは困難であった。 Thus, it has been difficult to increase the take-up speed and achieve the same elongation as at low speeds while reducing the difference between the polymer flows.
特許文献1には、上記問題点を解決し高速にて高伸度の糸条を得るために、図3に示すように、口金1の下流側に筒状冷却手段55とその筒状冷却手段55よりも径が小さいチューブ73とを設け、筒状冷却手段55の冷却風により下流のチューブ73内に下降気流を発生させて、ポリマー流に対してポリマー流の走行方向(吐出方向)に成分を有する速度の気流を付与する技術が開示されている。
ところで、合成繊維の紡糸工程において、口金から吐出された直後のポリマー流からはガスが発生することがある。このガスは、ポリマーの低重合物、すなわちモノマー、オリゴマー(以下、揮発物)等のガスであり、口金面やその周辺に堆積して、運転時に断糸等を引き起こし、連続運転を妨げる要因となってしまう場合があった。これらガスは、PET繊維に限らず様々な種類のポリマーで同様に発生する。特に、熱分解しやすい材料(例えば、ナイロンやポリプロピレン、脂肪族ポリエステル(ポリ乳酸など))では、ガスの発生量が非常に多く、いずれの場合であっても、この揮発物の堆積が連続運転の妨げになってしまうことがある。 In the synthetic fiber spinning process, gas may be generated from the polymer stream immediately after being discharged from the die. This gas is a gas of a low polymer of a polymer, that is, a gas such as a monomer or an oligomer (hereinafter referred to as a volatile matter), and is deposited on and around a base surface, causing thread breakage and the like at the time of operation, and a factor that hinders continuous operation. There was a case. These gases are generated not only by PET fibers but also by various types of polymers. In particular, materials that are easily thermally decomposed (for example, nylon, polypropylene, and aliphatic polyesters (polylactic acid, etc.)) generate an extremely large amount of gas. May interfere with the operation.
特許文献2や特許文献3には、これらガスを吸引する装置として、口金から吐出された直後のポリマー流の側方からガスを吸引する手段を設けることが開示されている。しかしながら、図2のような円形の口金1に設けた円内に実質的に均等に分布した複数個の吐出孔6から吐出されるポリマー流Fに対して、その外周域を走行するポリマー流の近傍のガスのみしか十分に吸引できない。そのため、ポリマー流群の内域で発生したガスをも十分に除去することはできず、ガスがポリマー流に随伴して下流に運び出されることになる。
Patent Literature 2 and
上記特許文献1の構成においても、これらガスの発生は存在しうるがこの場合は、口金1下の領域が筒状冷却手段55に気密に保持されているため、これにより供給される冷却風が揮発物を含んだガスを下流のチューブに運び、下端から排出するよう構成されている。本発明者らの知見によれば、このような構成においては、上記ガスは筒状冷却手段55により排出されるので、口金面近傍にはガスが残存せず、このガスに起因する口金面に汚れは発生しにくい。そのため、このような構成においては、口金面の汚れを低減するために特許文献2,3のような吸引手段を設ける必要はない。
Even in the configuration of
また、上記特許文献1の発明においては、図2に示したように円形の口金の円内に実質的に均等に分布した複数個の吐出孔からポリマーが吐出されるものと推定される。この場合、上述の通り、ポリマー流の群の内域で発生したガスはポリマー流に随伴して下流に運び出されるから、揮発物を口金から遠ざけるという点では好ましい構成である。さらに、このような構成において、筒状冷却手段の流路は、ポリマーの吐出方向に直交する方向における断面の形状は、円形であり、その直径は少なくとも25mm以上であった。
Further, in the invention of
本発明者らの知見によれば、このように広い流路の内壁に上記ガスに含まれる揮発物が多少付着しても、ポリマー流の走行に対する影響は口金の吐出孔近傍のおける付着に比べて軽微なものであった。したがって、このような構成において、口金の下流において筒状冷却手段を用いてポリマーの吐出方向の気流を発生させることは、口金近傍におけるガスをすみやかに排出することができるので、上記特許文献2や3に開示されたようなガスの吸引装置は、通常、必要ない。 According to the findings of the present inventors, even if the volatiles contained in the gas adhere to the inner wall of such a wide flow path to some extent, the influence on the running of the polymer flow is smaller than the adhesion near the discharge hole of the base. It was light. Therefore, in such a configuration, generating the airflow in the polymer discharge direction using the cylindrical cooling means downstream of the die can quickly discharge the gas in the vicinity of the die. A gas aspirator as disclosed in No. 3 is usually not required.
一方、特許文献4や本願出願人による特願2002−161124号明細書には、列をなす吐出孔をもつ口金からポリマーを吐出し、ポリマー流の吐出方向に直交する方向における断面における形状がスリット形の流路にて高温のポリマー流にそのポリマー流の走行方向下流側へ向けて流体を噴射することで紡糸速度を高速化しても高伸度の糸条をより安定して得る技術が開示されている。この技術は、列をなすポリマー吐出孔からポリマーを吐出し、スリット形のエジェクタの流路を通過させることにより、吐出されたそれぞれのポリマー流に均一に気体を付与できるというものである。この技術に用いられているエジェクタは、上流側から吸引により空気を取り込み、この空気と噴射流とを合わせて上記流路内を通過するポリマー流に吐出方向の気流を付与する構成をとっているため、特許文献1の技術と同様に、その流路内や噴射口に口金近傍にて発生した揮発物を含むガスが運ばれることになる。
On the other hand, Patent Literature 4 and Japanese Patent Application No. 2002-161124 filed by the present applicant disclose that a polymer is discharged from a base having discharge holes in a line, and the shape in a cross section in a direction perpendicular to the discharge direction of the polymer flow is a slit. Discloses a technology for more stably producing high elongation yarns even if the spinning speed is increased by injecting fluid toward the downstream side in the direction of travel of the high-temperature polymer stream in a high-temperature polymer stream in a flow path Have been. According to this technique, a polymer is discharged from a row of polymer discharge holes and passes through a flow path of a slit-shaped ejector, whereby gas can be uniformly applied to each of the discharged polymer streams. The ejector used in this technology takes in air from the upstream side by suction, and combines this air with the jet flow to apply an airflow in the discharge direction to the polymer flow passing through the flow path. Therefore, similarly to the technique of
したがって、上記構成においても、口金にて発生した揮発物を含むガスは、気流の走行する流路に運ばれ、その壁面にガス内の揮発物を堆積させる。前述の通り、特許文献1に開示されているような、流路(例えば図3のチューブ73)が大きな内径の円筒で構成され、壁面から走行ポリマー流が十分離れている場合は、付着堆積した揮発物によって走行するガスの速度や流路内を通るポリマー流の走行へ影響することはほとんどないか、少なくとも、影響がでるまで相当長い時間がかかる。しかしながら、本発明者らの知見によれば、特許文献4に開示されたスリット状の狭い流路を気流とポリマー流とが流れ、かつ、ポリマー流が流路壁面の近くを走行する場合、なかでも流路の途中に幅の狭いスリットとなっている噴射口から気体を噴射する構成では、ガス中の揮発物が流路壁面や気体の噴射口近傍に経時的に堆積したものは、流路や噴射口のポリマー流の吐出方向およびポリマー流の配列方向にそれぞれ直交する方向(以下、この方向を「ポリマー流の列の厚み方向」、「流路の厚み方向」または単に「厚み方向」という)の寸法に対して相対的に大きいので、気流の速度など条件を変化させ、気流を乱しやすい。その結果、ポリマー流の走行が影響を受け、最終的に糸の斑やポリマー流の融着等による断糸が発生するため、長時間の安定運転が困難である場合がある。特に、厚み方向における流路の幅が10mm以下の場合には、この影響が顕著である。さらに、円筒形の流路であってもスリット形の流路であっても、ポリマー流の走行方向下流に回転体等の引取設備が設けられていることが多く、ポリマー流の走行方向の気流が揮発物を含むガスを運んで、それら設備を揮発物の堆積物で汚してしまい、停機して清掃するなど操業性の悪化が伴うことも多くなるおそれもある。
Therefore, also in the above configuration, the gas containing the volatile matter generated in the base is carried to the flow path in which the air flow runs, and the volatile matter in the gas is deposited on the wall surface. As described above, as disclosed in
加えて、特許文献1の繊維の製造装置のような、気流の導入部(筒状冷却手段55)からの気流がその流路内に比較的広範囲から供給される場合は、堆積物が気流の導入部に付着しても、その供給速度が比較的遅い(特許文献1、5の実施例において、供給気体の風速は10〜150m/min程度と推算される。)こともあり気流のバランスを崩しにくいが、上記特願2002−161124号明細書に開示されているような(気体噴射速度が1000m/minを越え、噴射スリットEiが1mm以下の狭い領域であるような)高速噴射によりエジェクタの流路に気体が供給される場合は、気体が噴射される領域における堆積物が、流路内の気流の挙動を大きく乱してしまうため、繊維製造、不織布製造を問わず、堆積物の付着防止はそのプロセスにおける性能以上に重要視されるべきである。
In addition, when the airflow from the airflow introduction part (the cylindrical cooling means 55) is supplied from a relatively wide range into the flow path, as in the fiber manufacturing apparatus of
ところで、特許文献5には、図3に示したエジェクタに類似した冷却チャンバを不織布の製造に用いた技術が開示されている。場合において、列をなして配置されている吐出孔をもつ口金とその下流の冷却室3との間に排気ノズル4を設け、口金近傍のガスに含まれるポリマー流の揮発物を除去している。しかしながら、この文献に開示された技術は、不織布製造設備であるためにポリマー流を固化させて形成した繊維を引き取ることなく、冷却室3から排出してこれを移動捕集面8にて捕集する。移動捕集面8の下面には吸引装置9が備えられており、繊維とともに冷却室3から排出されたガスは移動捕集面8を通過して吸引装置9に取り込まれるため、排出されたガスが製造設備周辺をガスの揮発物で汚してしまうことはほとんどない。
Meanwhile, Patent Document 5 discloses a technique in which a cooling chamber similar to the ejector shown in FIG. 3 is used for manufacturing a nonwoven fabric. In some cases, an exhaust nozzle 4 is provided between a nozzle having discharge holes arranged in rows and a
また、不織布製造装置であるため、不織布の目付を十分確保するために気流の流路である冷却室3の延伸部7には多数のポリマー流の列が配列される必要がある。しかも繊維の引取りをしないために、ポリマー流に作用する力はポリマー走行方向の気流による牽引力(張力)のみであり、繊維を引き取る場合のように各ポリマー流にポリマー流走行方向に作用する引取張力など各ポリマー流の走行路を安定化させる要素が存在しないから、厚み方向両端の列に属するポリマー流が流路の壁面に接触しないようにするために壁面までの距離を十分とる必要がある。そのため、実用上流路の最小幅は20mm以上であるのが普通であるから、上記特願2002−161124号明細書に記載された技術におけるような、堆積物による大きな影響を受けることはほとんどなかった。
本発明は、口金から吐出されたポリマー流を引き取る繊維の製造方法および装置に関するものであり、特に、ポリマー流と平行な気流を用い、高速化しても糸斑を発現することなく高伸度等の所望の特性を有する糸を長時間安定して得ると同時に、ポリマー流から発する揮発物を含むガスがポリマー流の通過する流路さらにはその周辺設備への汚してしまうことを防止することのできる繊維の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a fiber for drawing a polymer stream discharged from a mouthpiece, and in particular, to use an air stream parallel to the polymer stream and to achieve high elongation without developing thread spots even at high speed. It is possible to stably obtain a yarn having desired characteristics for a long period of time, and at the same time, prevent a gas containing volatile substances emanating from the polymer stream from fouling a flow path through which the polymer stream passes and the surrounding equipment. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing a fiber.
上記課題を解決するために、本発明によれば、列をなす複数個の吐出孔を備えた口金からポリマーを吐出してポリマー流の列を形成し、前記口金の吐出方向下流に設けた流路内でポリマー流に対してポリマー流の走行方向に平行な成分を有する速度をもつ気体を付与し、ポリマー流の固化により得た繊維を引き取る繊維の製造方法であって、前記口金から前記流路の間でポリマー流の周囲の気体を吸引する繊維の製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, a polymer stream is formed by discharging a polymer from a base having a plurality of discharge holes, forming a row of polymer streams. A method for producing a fiber, in which a gas having a velocity having a component parallel to the running direction of the polymer flow is applied to the polymer flow in the passage, and the fiber obtained by solidifying the polymer flow is drawn. A method is provided for producing fibers that draw gas around a polymer stream between passages.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記流路として、ポリマー流の列の厚み方向の最小幅が10mm以下のものを用いる繊維の製造方法が提供される。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a fiber, wherein the flow path has a minimum width of 10 mm or less in the thickness direction of the polymer stream.
また、本発明の別の形態によれば、複数個の吐出孔を列をなすように設けた口金からポリマーを吐出してポリマー流の列を形成し、前記口金の吐出方向下流に設けたポリマー流の列の厚み方向の最小幅が10mm以下の幅の流路内でポリマー流に対してポリマー流の走行方向に平行な成分を有する速度をもつ気体を付与し、ポリマー流の固化により繊維となす繊維の製造方法であって、前記口金から前記流路の間でポリマー流の周囲の気体を吸引する繊維の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a plurality of discharge holes are arranged in a row to form a row of polymer flow by discharging a polymer from a base provided in a row, and a polymer provided downstream of the base in a discharge direction of the base. A gas having a velocity having a component parallel to the running direction of the polymer flow is applied to the polymer flow in a flow path having a width of the flow row having a minimum width in the thickness direction of 10 mm or less. A method for producing fibers to be made, wherein the method comprises drawing gas around a polymer flow from the base to the space between the channels.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記気体の吸引を前記ポリマー流の列の厚み方向における両側から行う繊維の製造方法が提供される。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a fiber, wherein the gas is sucked from both sides in the thickness direction of the polymer stream.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記気体の吸引を、整流しながら行なう繊維の製造方法が提供される。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a fiber, wherein the suction of the gas is performed while rectifying the gas.
また、本発明の好ましい形態によれば、3個以下の前記ポリマー流の列を形成する繊維の製造方法が提供される。 Also, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a fiber forming three or less rows of the polymer stream.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記気体のポリマー流に対する付与は、吸引により行なう繊維の製造方法が提供される。 According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a fiber, wherein the application of the gas to the polymer stream is performed by suction.
また、本発明の別の形態によれば、列をなす複数個のポリマーの吐出孔を備えた口金と、前記各吐出口から吐出された列をなす複数本のポリマー流に対してポリマー流の走行方向に平行な成分を有する速度をもつ気体を付与するエジェクタと、ポリマー流の固化によって得られた繊維の引取装置とを備えた繊維の製造装置であって、前記口金と前記エジェクタとの間にポリマー流の周囲の気体を吸引するエアサクションを設けたことを特徴とする繊維の製造装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a base having a plurality of polymer discharge holes in a row, and a polymer flow with respect to a plurality of polymer streams in a row discharged from each of the discharge ports. An apparatus for producing a fiber, comprising: an ejector for applying a gas having a velocity having a component parallel to the traveling direction; and a take-off device for a fiber obtained by solidifying a polymer stream, wherein a fiber is provided between the base and the ejector. Provided with an air suction for sucking gas around the polymer stream.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記エジェクタは、吐出方向および前記吐出口の配列方向にそれぞれ直交する方向の最小幅が10mm以下の幅の流路中においてポリマー流に対して気体を付与するものである繊維の製造装置が提供される。 According to a preferred embodiment of the present invention, the ejector applies gas to the polymer flow in a flow path having a minimum width of 10 mm or less in a direction orthogonal to a discharge direction and an arrangement direction of the discharge ports. An apparatus for producing a fiber is provided.
また、本発明の別の形態によれば、列をなす複数個のポリマーの吐出孔が列を備えた口金と、厚み方向の最小幅が10mm以下の幅の流路中において前記吐出口から吐出されたポリマー流にその走行方向に平行な成分を有する速度をもつ気体を付与するエジェクタと、を備えた繊維の製造装置であって、前記口金と前記エジェクタとの間にポリマー流の周囲の気体を吸引するエアサクションを設けたことを特徴とする繊維の製造装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a base having a plurality of rows of polymer discharge holes in a row, and a discharge port having a minimum width in the thickness direction of 10 mm or less. An ejector for imparting a gas having a velocity having a component parallel to the traveling direction to the polymer flow, wherein the gas around the polymer flow is provided between the die and the ejector. The manufacturing apparatus of the fiber provided with the air suction which sucks in.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記エジェクタは、ポリマー流の吐出方向に直交する方向の断面における形状がスリット形の流路を有していることを特徴とする繊維の製造装置が提供される。 Further, according to a preferred aspect of the present invention, there is provided a fiber manufacturing apparatus, wherein the ejector has a slit-shaped flow path in a cross section in a direction orthogonal to a discharge direction of a polymer flow. Is done.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記口金は、列をなす複数個の吐出孔からなる吐出孔の列が複数本形成され、かつ、吐出孔の配列方向における各吐出口の位置が吐出口の列ごとに互いに異なっている繊維の製造装置が提供される。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the base has a plurality of rows of discharge holes formed of a plurality of discharge holes, and a position of each discharge port in the arrangement direction of the discharge holes. An apparatus is provided for producing fibers that differ from one another for each row of outlets.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記エアサクションを、ポリマー流の列の厚み方向における両側に備えた繊維の製造装置が提供される。 According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for producing a fiber, wherein the air suction is provided on both sides in the thickness direction of a row of a polymer stream.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記エアサクションは、気流を整流する整流格子を備えた繊維の製造装置が提供される。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for producing a fiber, wherein the air suction includes a rectifying grid for rectifying an air flow.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記口金は、3個以下の前記吐出口の列を有するものである繊維の製造装置が提供される。 According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for producing fibers, wherein the base has three or less rows of the discharge ports.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記エジェクタは、吸引により前記ポリマーの吐出方向の気流を発生させるものである繊維の製造装置が提供される。 According to a preferred aspect of the present invention, there is provided a fiber manufacturing apparatus in which the ejector generates an airflow in a discharge direction of the polymer by suction.
本発明において、「エジェクタ」とは、口金から吐出されたポリマー流に対してポリマー流の走行方向に平行な速度成分をもつ気体を付与する装置をいう。エジェクタは、通常、ポリマー流の流れに沿う流路を形成する筒状壁面を備え、この流路中にポリマー流を通過させるに際し、ここに積極的にポリマー流に沿う向きの気体の流れを発生させる。図3や特許文献1に記載の筒状気流付与手段や特許文献5に記載の構成のように、ポリマー流の周辺から流路入り口に対して送風する形態をとるものや、流路の出口近くに吸引装置を備え、この吸引により気体の流れを発生させるものや、特許文献4や上記特願2002−161124号明細書に記載のもののように、流路の途中にポリマー流に沿う方向の噴射流を付与することにより、流路入り口からの吸引流も含めた気流を発生させる形態もある。
In the present invention, the “ejector” refers to a device that applies a gas having a velocity component parallel to the running direction of the polymer flow to the polymer flow discharged from the base. The ejector usually has a cylindrical wall that forms a flow path along the flow of the polymer flow, and when the polymer flow passes through this flow path, a gas flow is actively generated along the flow of the polymer. Let it. As shown in FIG. 3 and the cylindrical airflow applying means described in
また、本発明において、「繊維を引き取る」とは、ポリマー流が固化して形成された繊維を所定の張力を付与しつつ引っ張り、次の工程に供給することをいう。たとえば、図1においてはゴデーローラ4が繊維を引き取っている。また、ゴデーローラを備えず、直接巻き取り装置が繊維に対して張力を付与しつつ巻き取っている場合には、この巻き取り装置が引き取っていることになる。本発明においては、繊維の引き取りは必須ではないが、気体付与を効果的に行うためには、非常に狭い流路中にポリマー流またはこれが固化した繊維を通過させるのが好ましく、そのためには流路中のポリマー流や繊維の走行経路が安定させるべく引き取り張力を付与するほうがよいことが多い。 Further, in the present invention, "pulling the fiber" means that the fiber formed by solidifying the polymer stream is pulled while applying a predetermined tension, and is supplied to the next step. For example, in FIG. 1, the god roller 4 is drawing fibers. In addition, when the winding device is not provided with the godet roller and directly winds while applying tension to the fiber, the winding device is taking over. In the present invention, it is not essential to take up the fibers, but it is preferable to pass the polymer stream or the fiber into which the polymer is solidified in a very narrow flow path in order to effectively perform gas supply. In many cases, it is better to apply a pulling tension to stabilize the flow of the polymer flow or fiber in the road.
また、本発明において、「流路のポリマー流の吐出方向に直交する断面における形状がスリット形である」とは、ポリマー流の配列方向における流路の寸法が、厚み方向における流路の寸法よりも大きいことをいう。 Further, in the present invention, "the shape of the cross section of the flow path in a direction orthogonal to the discharge direction of the polymer flow is a slit shape" means that the size of the flow path in the arrangement direction of the polymer flow is larger than the size of the flow path in the thickness direction. Also means big.
本発明の方法および装置によれば、複数個の吐出孔を列状に設けた口金からポリマー流を吐出し、前記口金の下流に備えた流路内でポリマー流に対してポリマー流の走行方向に平行な速度成分をもつ気体を付与し、前記口金から前記流路の間でポリマー流の周囲の気体を吸引することにより、ポリマー流の走行方向に平行な速度成分を持つ気体が、流路内に吐出ポリマー流が発する揮発性のガスを吸引し、それによる汚れが流路壁面に付着・堆積して流路内の気体流れを乱し、強いてはポリマー流自身の挙動を害してしまうことを防止でき、長時間であっても安定して操業できる。 According to the method and the apparatus of the present invention, a polymer stream is discharged from a base provided with a plurality of discharge holes in a row, and the traveling direction of the polymer flow with respect to the polymer flow in a flow path provided downstream of the base. By applying a gas having a velocity component parallel to the, and by suctioning the gas around the polymer flow from the base between the flow channel, the gas having a velocity component parallel to the running direction of the polymer flow, Volatile gas generated by the discharged polymer flow is sucked into the inside, and the dirt caused by the flow adheres to and accumulates on the wall of the flow channel, disturbing the gas flow in the flow channel and, if not, impairing the behavior of the polymer flow itself. And can operate stably even for a long time.
以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を詳細に説明する。本実施態様では、特にポリエステル(PET)繊維の製造、とりわけ部分延伸糸(POY)の製造方法および装置を例に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a method and an apparatus for producing polyester (PET) fibers, particularly, a partially oriented yarn (POY) will be described as an example.
図4は、本発明の一実施形態に係る合成繊維の製造装置10を示しており、溶融紡糸機におけるスピンブロック11内に吐出孔13を備えた口金12が組み込まれている。口金12の吐出方向下流側にはエジェクタ20が設けられ、エジェクタ20の下流側には、給油部17、第1ゴデーローラ14、第2ゴデーローラ15、巻取装置16などが設けられ、口金12から吐出されたポリマー流Fを糸条(繊維)Yとして製造できる構成となっている。
FIG. 4 shows a synthetic
エジェクタ20は、外部に設けた昇降装置26で上下方向に移動可能となっている。すなわち、例えば、エジェクタ20が摺動部材26aに締結され、その摺動部材26aがボールネジ26b上を摺動用モータ26cの回転によって摺動できるように設けられ、口金12とエジェクタ20との間の距離を任意に設定できるように構成されている。
The
口金12と、エジェクタ20の間にはガス吸引装置60が備えられ、口金12直下のポリマー流Fから発する揮発物を含んだガスを吸引可能となっている。
A
図5は、口金12を下方から見た図である。(a)、(b)が口金12の下面図、(c)が(b)の口金12に設けられた吐出孔13の投影図である。口金12の吐出孔13は、図5(a)の様に、架空の直線Z上に一列に配置され直線状をなしている。口金12は吐出孔が列状に配置されており、たとえば図5(b)に示すように、直線状をなす複数個の吐出孔からなる吐出孔列がZ1、Z2・・・というように厚み方向に配列され複数本存在するように配置されていてもよい。なお、吐出孔列が複数本の場合は、図5(c)に示されるように、その吐出孔13の投影が重ならないようにすることが、エジェクタ20内でのポリマー流同士の融着を回避できる上、ガス吸引装置60によるポリマー流周辺のガスの吸引効率が向上する。なお、ポリマー流周辺のガスの吸引により均一性を持たすためには、ポリマー流の吐出孔列は1列であることが最もよく、3列以下であることが好ましい。
FIG. 5 is a view of the base 12 as viewed from below. (A), (b) is a bottom view of the
続いて、エジェクタ20の構成について図6を用いて詳細に説明する。
Next, the configuration of the
エジェクタ20は、気体流入部22、気体噴射部23、定常流部21および気体排出部24を、上流側から下流側に向かってこの順序で備え、気体流入部22から気体排出部24に亘ってポリマー流Fが走行する流路25を備えている。このエジェクタ20においては、気体供給装置41によって供給される圧力空気41aを気体噴射部23から流路25内に噴射することによって、気体流入部22に吸込流が発生し、その吸込流体と気体噴射部23から噴射された噴射流体とが下流側へと流れ、定常流部21で一定速度で流れた後、気体排出部24から排出される。
The
図7は、図6に指示したエジェクタ20のA−A断面である。流路25は、図7に示すようにその断面形状が矩形であり、スリット形でもあり、エジェクタ20は、流路25の長辺21a側が上述の吐出孔13の配列方向に、短辺21b側が配列方向に直交する方向に平行になるように設けられる。
FIG. 7 is an AA cross section of the
気体噴射部23には、流路25内を走行するポリマー流Fに対して、ポリマー流Fの配列状態を維持しつつポリマー流の走行方向(吐出方向)に平行な速度成分をもつ気体を噴出する噴射孔23aが設けられている。噴射孔23aは、圧力空気41aが気体排出部24に向かって流れるように、ポリマー流Fの走行方向に対して噴射角θをもって構成されており、その噴射角θは45°以下である。45°を超えると、噴射流体が気体流入部22側へと流れ、糸の走行を阻害することがある。
A gas having a velocity component parallel to the running direction (discharge direction) of the polymer stream is ejected from the
次にガス吸引装置60について説明する。図8のようにガス吸引装置60は、口金12と、エジェクタ20との間に脱着自在に設けられ、口金12直下のポリマー流Fから発する揮発物を含んだガスを吸引可能となっている。ガス吸引装置60は、吸引バッファ61と通気性の格子部材からなるガス吸引口62とで構成され、口金12から吐出されたポリマー流Fの列を挟むように両側に平行に備えられている。吸引バッファ61にはガス吸引口62から吸引したガスを装置外へ運ぶためのガス吸引ブロア63が接続されており、吸引ガスはガス吸引ブロア手前の揮発物捕集フィルタ64を通して、気体だけがガス吸引ブロア63から外気へ開放される構成となっている。
Next, the
ガス吸引装置60は、可能な限り口金12の下面に近い位置に備えることがガスの吸引に効果的であるが、口金12に当接してしまうと口金12を冷やしてしまうので、口金下空間の吐出方向長さSLは少なくとも2mm以上有するように配備するのがよい。また、ガス吸引口62はポリマー流Fの列に並行な平面内に形成されている。ガス吸引口62はできるだけポリマー流Fの列に近づけるほど、ガス吸引効率はよいが、近づけすぎると吸引流れによりポリマー流Fの揺れが大きくなり、ポリマー流Fの融着を発生させることもあるので、ガス吸引口62からポリマー流Fの列までの吸引距離PLは2mm以上20mm以下の距離に調整するのが好ましい。また、ガス吸引口62にハニカム部材等の抵抗の少ない整流部材を用いて吸込ガスの整流を行えるように構成するとより良い。なお、ガスの吸引量は吸引調整バルブ65によって所望の流量に調整可能であり、流量計66の測定から、両面の吸引口62の吸引流量を同じにすることが吸引のバランスがよく、ポリマー流Fへの吸引による揺れなどの影響が少なくなり好ましい。なお、流量のコントロールは、負圧計67と事前に計測したガス吸引口62の風速との相関を得ておくことからも容易に行えるものである。口金直下のポリマー流の走行速度が小さいことから、口金直下のポリマー流から発するガスの移動速度も小さいので、吸引風速は微速でよい。通常、ガス吸引口62とポリマー流Fとの距離にもよるが、5m/minから30m/min程度が好ましい。また、下流に行くほどポリマー流の走行速度が高くなるので、吸引流量は、ガス吸引装置60の上流よりも下流に行くほど増加するように調整すると、ポリマー流に随伴するガスを効率よく捕集することができて好ましい。
It is effective for the
ガス吸引装置60によるポリマー流周辺のガスを吸引すると、その周辺から外部の空気を吸引するような現象が生じる。そこで、外気が口金周辺を冷やし、製糸性を損なわないためにも、図9のように口金12下面に保温板12Lを備えることが望ましい。また、別の手段として、図10のように、ガス吸引装置60の吸引バッファ61を口金12とは当接せず、スピンブロック11の下面に当接させたり、パッキン11pを介して口金12直下を気密化したり(ポリマー流の周囲における口金12と吸引バッファ61との間のすきまをパッキン11pで塞ぐ)しても良い。
When a gas around the polymer flow is sucked by the
図11はガス吸引装置60のポリマー流の走行方向に直交する方向の断面図である。ガス吸引装置60がガス吸引口62の両側面62aから外気をも吸引する場合、ポリマー流Fの列の両端のポリマー流をほかよりも強く吸引してしまい、得られた糸条の単糸の特性に斑を生じることがあるため、図11のように側板68を用いてガス吸引装置60の側面を閉鎖する(流路を矩形にする、あるいは、ポリマー流Fの列の厚み方向両側からのみ吸引する構成をとる)構成が好ましい。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
ガス吸引装置60の下部から流入する外気については、その流入方向を整流するため図13に示すようなハニカム状の格子状部材88を備えた整流部31を設けておけばよい。図12のように吸込空間80から流入した外気81aはポリマー流Fの走行に反して上昇流を発生させるため、ポリマー流Fに随伴して流れてくるガスであっても効率よく排除して吸引装置60に捕集できる。そのため、その下流に備えたエジェクタ20への口金12近傍の発生ガスの流入を効果的に防止することができる。
With respect to the outside air flowing from the lower part of the
そして、吸込空間80の整流部31をガス吸引装置60の下端からエジェクタ20にわたる間で配備させることにより、整流部31の下流層では、エジェクタ20によって発生する吸込流42aも整流されるため、所定の方向性をもった吸込流42aを流入させることができ、エジェクタ20内に揮発物のすくない安定した気流を付与できる。そして、整流部31は、その長手方向が、走行するポリマー流Fの配列方向に対して平行になるように格子状部材88を設ければよく、エジェクタ20と同様に流路断面が矩形になるように形成することで、走行するポリマー流Fに対して気流をより均一に作用させることができるので好ましい。また、整流部31は、ポリマー流Fの走行をより安定させるため、配列されたポリマー流Fを挟むように両側に設けることが好ましい。
By arranging the rectifying
整流部31に設ける格子状部材88は、ポリマー流Fの列(例えば図5(a)の吐出孔列Z)の配列方向に直交する方向に整流されていればよい。この整流方向は、厚み方向(ポリマー流Fの走行方向およびポリマー流Fの列の配列方向にそれぞれ直交する方向)に一致していてもよいが、厚み方向に対して傾斜した方向に整流されていてもよい。さらに、その傾斜角度が格子状部材の上流から下流に行くに従い変化するように備えられているものであっても、ポリマー流Fの列の走行を乱すものでない限り、有効な手段となりうる。なお、格子状部材88は、整流方向の厚み88tが厚いほど整流効果が高まるから、5mm以上の部材で構成するのが好ましい。また、図14に示すような、送風機33を用いて、吸込空間80の整流部31に積極的に気体を導入し、吸引装置60に向けて流れる外気81aやエジェクタ20に向けて流れる吸込流42aの流れを補助するような構成としてもよい。また、走行するポリマーの種類や状態など必要に応じて窒素等の不活性ガスを導入してもよいし、熱風や冷風を供給するなどしてポリマー流Fに作用する気体の温度をコントロールしてもよい。
The
続いて、本発明における繊維の製造方法に係る実施の形態について図4、図6および図8を参照して説明する。 Next, an embodiment of the method for producing a fiber according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 6, and 8. FIG.
まず、ガス吸引装置60を吸引ファン63を運転させて、ガス吸引装置60の吸引状態を保つ。そして、気体供給装置41によってエジェクタ20内に圧縮空気41aを供給して走行流40を発生させる。続いて、エジェクタ20を、口金12の鉛直方向下側で、かつ、列状に吐出されたポリマー流がそのまま真っ直ぐ鉛直方向下向きに走行しエジェクタ20内を通過するような位置に配置する。このように配置することで、気体流入部22に発生している吸込流42aによってポリマー流Fがエジェクタ20内に容易に取り込まれ、ポリマー流Fをエジェクタ20内に容易に通過させることができる。また、このとき、昇降装置26を用いてエジェクタ20を口金12からより下方に下降させておくと、ポリマー流の冷却固化が進んだ状態となり、糸通しが容易になると同時に、ポリマー流Fから発する口金近傍のガスを運転始業前(糸掛け前)にエジェクタ20内に取り込んでしまい、エジェクタ内を汚してしまうことを回避できる。
First, the
ガス吸引装置60はエジェクタ20と一緒に昇降するよう、エジェクタ20の上部に付帯させても良いが、エジェクタ20とは別体とし、スピンブロック11(あるいは口金12)の下面に別途配備しておけば、エジェクタ20の昇降位置により、吸込空間80の間隙を所望の距離に容易に調整できる。
The
次に、スピンブロック11に設けられた口金12の列状に配列された吐出孔13からポリマー流Fを吐出し、ガス吸引装置60およびエジェクタ(気体付与手段)20を通過させる。ポリマー流Fは、エジェクタ20を通過して固化され、その後、サクションガン等(図示せず)で吸引されて、給油部17、第1ゴデーローラ14、第2ゴデーローラ15へと順次糸かけされ、最終的に巻取装置16へと導かれる。こうして繊維の製造における始動作業を完了する。
Next, the polymer flow F is discharged from the discharge holes 13 arranged in a row of the die 12 provided in the
その後は、連続的に、口金12からポリマー流を列状に吐出し、吐出されたポリマー流Fに対して、そのポリマー流Fの配列状態を維持したまま、揮発したガスを吸引しつつ、ポリマー流Fの走行方向に平行な速度成分をもつ圧力空気41aを付与し、冷却固化した後、給油部17で複数のポリマー流を収束・給油し、第1ゴデーローラ(引取手段)14、第2ゴデーローラ15を経て巻取装置16に巻き取ることで糸条Yを製造する。
Thereafter, the polymer stream is continuously discharged from the base 12 in a row, and while maintaining the arrangement state of the polymer stream F with the discharged polymer stream F, the vaporized gas is sucked while the polymer stream is sucked. After applying
また、本発明は、従来技術に比べて品質および生産性の両者をバランスよく満足するものであるので、ポリプロピレンやポリ乳酸など多種多様なポリマー流であっても問題なく実施できるものであり、加えて、糸品質管理が困難な、単糸が0.5dtex以下の極細糸や、モノフィラメント等など太物糸の生産において好適に実施できるものである。 In addition, since the present invention satisfies both quality and productivity in a well-balanced manner compared to the prior art, it can be practiced without problems even with a wide variety of polymer streams such as polypropylene and polylactic acid. Thus, the present invention can be suitably implemented in the production of thick yarns such as ultrafine yarns having a single yarn of 0.5 dtex or less and monofilaments in which yarn quality control is difficult.
図8に示す装置を用いてポリエステル繊維を製造し、得られた繊維の評価を行った。各評価における詳細な実験条件は表1に示すとおりであった。なお、各評価における装置の状態はそれぞれ36時間の評価を行い、ポリマー流の状態を適宜観察しつつ、各12時間ごとに糸条サンプルを評価し、36時間後に運転停止し、その際のエジェクタ20内の流路25の状態を観察した。
Polyester fibers were manufactured using the apparatus shown in FIG. 8, and the obtained fibers were evaluated. Detailed experimental conditions in each evaluation are as shown in Table 1. In each evaluation, the state of the apparatus was evaluated for 36 hours, and while appropriately observing the state of the polymer flow, the yarn sample was evaluated every 12 hours, and the operation was stopped after 36 hours. The state of the
実施例1で用いたエジェクタ20は、図6、図7に示すように矩形の流路25を有し、気体流入部22および気体排出部24に拡幅部22a、24aを有するものであった。定常流部21における流路25の(厚み方向の)短辺長さExは2mmで、(吐出孔配列方向の)長辺長さEyは100mmであった。噴射孔23aは、流路25の長辺21aの流路の吐出口配列方向の全巾にわたるスリットで、スリット幅Ei=0.4mmであった。そして、気体噴射部23を流れる圧力空気41aの噴射流速Vs(m/min)は、計測が困難であるため、気体供給装置41としてブロアから供給される圧力空気41aの噴射流量Ef(m3/min)と噴射孔23aの流路断面積(Ey×Ei)ならびにエジェクタ20への圧力空気41aの供給圧力から換算し、Vsとした。さらに、定常流部21を流れる走行流40の走行流速度Ve(m/min)は、定常流部21の壁面に設けた圧力管P1と気体排出部24の下流側に設けた圧力管P2による差圧Poを計測し、次の一般的な換算式によって得た(図6参照)。なお、ρは気体の密度である。
The
Ve=(2・Po/ρ)1/2
ガス吸引装置60においては、ガス吸引口62において発生する吸引風速SVを圧力計67の指示と達成風速との相関を事前に計測した値を用いている。なお、ポリマー流Fは、その両側に備えたガス吸引口62間の中央を走行するようにし、ガス吸引口62とポリマー流Fとの吸引距離PLは両側のガス吸引口62が構成する間隙の1/2とした。また、図12に示したようなガス吸引装置60とエジェクタ20との間に設けられた吸込空間80には、格子状のハニカム部材(厚み15mm、格子ピッチ3mm)を用い、ポリマー流列と並行に両面に配備させ、ガス吸引装置60と同様に、側板68によって短辺方向を閉ざした形態としている(図11参照)。
Ve = (2 · Po / ρ) 1/2
In the
表中の記号について、図8にあるとおり、口金12の下面からガス吸引装置60上面までの距離を口金下空間SL、ガス吸引装置60のポリマー流走行方向長さを吸引域BL、ガス吸引装置60の下面からエジェクタ20上面までの吸込空間80のポリマー流走行方向長さを通気距離AL、図4にあるとおり、口金12の下面からエジェクタ20上面までの距離をエジェクタ距離L1(mm)、エジェクタ20の全長をエジェクタ長L2(mm)、エジェクタ20の上面から気体噴射部23の噴射孔23a(噴射孔23aの流路25への開口面中心)までの距離をスリット位置Es、口金12の下面から給油ガイド17までの距離を給油位置L3(mm)、口金12の下面から第1ゴデーローラ14までを引取位置L4(mm)とし、第1ゴデーローラ14による引取速度はVw(m/min)としている。
For the symbols in the table, as shown in FIG. 8, the distance from the lower surface of the base 12 to the upper surface of the
口金12については、図5にあるとおり吐出孔の間隔を口金孔ピッチP(mm)、口金下面での孔径を口金孔径d(mm)、複数個の吐出孔のうち最も離れている2つの孔の中心間距離を最外幅dwとした。
<実施例1>
図8の装置を用い、表1に示す条件で、135dtex、フィラメント数36本のポリエステル繊維(PET繊維)を速度5000m/minで製造した。口金は、図3(a)に示すように、架空の直線Z上に全ての吐出孔が配列されているものを用い、口金孔ピッチP=2.5mm、口金孔径d=0.3mm、最外幅dwが87.5mmであった。
<実施例2、比較例1>
比較例1、実施例2は、ガス吸引量が異なる以外は同条件であった。
なお、所定時間経過後に得られた糸条の糸質状態は表2の通りであり、強度、伸度、U%、毛羽および36時間後のエジェクタ20の流路25内面の観察結果を示している。強度、伸度に関しては、一般的な引張試験機により、50mmのマルチフィラメントを引張速度400mm/minの速度で破断に至るまで延伸させて得たものである。糸ムラを示すU%はZellweger社製 USTER TESTER1 MODELCを使用し、100m/minの速度で糸を供給しながらノーマルモードで測定した。毛羽に関しては東レエンジニアリング社製フライカウンターを用い、400m/minの速度で測定距離12000mにおける毛羽個数を測定した。
As shown in FIG. 5, the distance between the discharge holes is the die pitch P (mm), the hole diameter on the lower surface of the die is the die hole diameter d (mm), and the two furthest holes among the plurality of discharge holes are as shown in FIG. Is the outermost width dw.
<Example 1>
A polyester fiber (PET fiber) having 135 dtex and 36 filaments was produced at a speed of 5000 m / min using the apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 3 (a), a die having all the discharge holes arranged on an imaginary straight line Z is used. The die pitch P is 2.5 mm, the die diameter d is 0.3 mm, and The outer width dw was 87.5 mm.
<Example 2, Comparative Example 1>
Comparative Example 1 and Example 2 were under the same conditions except that the gas suction amount was different.
In addition, the thread quality state of the yarn obtained after the lapse of a predetermined time is as shown in Table 2, and shows the strength, elongation, U%, fluff, and the observation result of the inner surface of the
実施例1、2におけるいずれの条件においても、実験期間中を通じてポリマー流Fは揺れも少なく、良好な紡糸状態であり、ポリマー流Fは、口金12からエジェクタ20の出口まで、口金12にて吐出された直後の配列状態を維持しており、単糸同士が収束(接触)することもなくエジェクタ20を通過していることを確認した。また、巻き取った繊維の糸質を評価したところ、表1に示すように、実施例1では、12時間後で糸ムラを現すU%が0.85、実施例2では、U%が0.83、24時間後でそれぞれ0.88、0.80、36時間後で0.84、0.82であり、全体を通して、毛羽の発生も見られなかった。また、36時間後にエジェクタ20を解体し、流路25に付着した揮発物の状態を確認したところ、汚れも少なく、良好であった。
Under any of the conditions in Examples 1 and 2, the polymer stream F was less swayed during the experimental period and was in a good spinning state, and the polymer stream F was discharged from the
一方、ガス吸引装置60の吸引操作を行わなかった比較例1では18時間を経過したあたりでエジェクタ20に進入するポリマー流の揺れが見られはじめ、30時間のあたりで大きな揺れが現れた。得られた糸条のU%も経時的に悪化し、スタート時に毛羽のなかったサンプルも運転が長時間化することで多く現れるようになった。36時間後のエジェクタ20の流路を観察したところ、白粉状の堆積物が多量に付着しており、一部で気体噴射部23を塞いでしまっていた。堆積物をクロマトグラフィーにて調べたところ、主要成分はポリエステルの昇華物であるヒドロキシエチルテレフタレートであることを確認した。
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the suction operation of the
なお、上記実施例においては、代表的なポリエステル繊維であるPET繊維についてのみの記述したが、ポリマーの種類は特に限定されるものではない。たとえば、ナイロン、ポリプロピレンおよび脂肪族ポリエステル(ポリ乳酸等)に代表されるような繊維の製造工程においては、同様な効果を期待することができる。特に、ポリ乳酸を用いた繊維は、揮発物が多いので、本発明の特に好適な適用対象となろう。 In the above embodiment, only the typical polyester fiber, PET fiber, has been described, but the type of the polymer is not particularly limited. For example, similar effects can be expected in the process of producing fibers typified by nylon, polypropylene, and aliphatic polyester (such as polylactic acid). In particular, fibers using polylactic acid have a large amount of volatile substances, and thus will be a particularly suitable application object of the present invention.
本発明は、PET、ナイロン、ポリプロピレン、脂肪族ポリエステル等の熱分解しやすく、ガスの発生量が多い材料を含む繊維にもっとも好適に適用されるが、その適用対象はこれらに限定されるものではない。 The present invention is most suitably applied to fibers containing a material which easily undergoes thermal decomposition, such as PET, nylon, polypropylene, and aliphatic polyester, and which generates a large amount of gas.However, the application object is not limited to these. Absent.
1 口金 3 冷却手段
4 ゴデーローラ 5 巻取装置
6 吐出孔 10 合成繊維の製造装置
11 スピンブロック 12 口金
13 吐出孔 14 第1ゴデーローラ
15 第2ゴデーローラ 16 巻取装置
17 給油部 20 エジェクタ(気体付与手段)
21 定常流部 22 気体流入部
23 気体噴射部 24 気体排出部
25 流路 26 昇降装置
30 気流調整手段 31 整流部
40 走行流 41 気体供給装置
60 ガス吸引装置 62 ガス吸引口
70 筒状気流付与部 72 加速部
73 チューブ
80 吸込域
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