JP2017531746A - フィラメント群を溶融紡糸しかつ冷却する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、フィラメント群を溶融紡糸しかつ冷却する装置および方法に関する。本発明の目的は、多くのフィラメントを最小のスペースにおいて紡出すること、およびそれにもかかわらず均一に冷却することである。この目的は、多孔性の外側シリンダに加えて多孔性の内側シリンダを有している中空円筒形のエアキャンドルによって達成される。このようにして、エアキャンドルの内側においても外側においても、フィラメントをエアキャンドルに沿って案内すること、および冷却することが可能になる。特に短繊維の製造時には、紡糸兼冷却装置の、スペースを節減するこの構造は、特に経済的な理由から特別な利点を有している。

Description

本発明は、請求項１の前段部に記載した、フィラメント群を溶融紡糸しかつ冷却する装置、および請求項９の前段部に記載した、このような装置を用いて実施可能な方法に関する。

合成の繊維ストランドまたは糸の溶融紡糸時には、ストランド形状の細い複数のフィラメントが、紡糸ノズルのノズル孔を通して押し出される。そのために紡糸ノズルには、溶融されたポリマが高圧下で供給される。１つの繊維ストランドまたは複数の糸を形成するために、複数のストランド形状のフィラメントは、その全体がまとめられるか、または束毎にまとめられる。まとめられる前に、フィラメントは冷却空気流によって冷却され、その結果、フィラメントの溶融流動状態はノズル孔からの進出後に、硬化された状態に変化する。繊維ストランドもしくは糸の品質のために、すべてのフィラメントの冷却の均一化は、大きな意味がある。極めて多数のフィラメントを冷却するために使用される、公知の方法および装置では、複数のフィラメントがリング紡糸ノズルから押し出されて、１つのリング形状のフィラメントカーテンが形成され、このフィラメントカーテンの内部において、ブローキャンドルとして形成されたエアキャンドルによって半径方向内側から外側に向かって生ぜしめられる冷却空気流が、フィラメント群を冷却させる。このような装置は、例えば欧州特許出願公開第１４６７００５号明細書（EP1467005A1）に基づいて公知である。フィラメント群を冷却する冷却空気流は、ブローキャンドルによって生ぜしめられ、このブローキャンドルは、多孔性の外側シリンダを有しているので、ブローキャンドルの全周にわたって均一な冷却空気流が半径方向に流出し、フィラメントカーテンを貫通してフィラメントを冷却する。

比較的高い製造速度および比較的大きな製造出力に向かう傾向に追従できるようにするために、多数のフィラメントが紡糸ノズルを用いて押し出され、これらの紡糸ノズルは、極めて多数かつ高密度のノズル孔を有しているので、フィラメント群は、フィラメントカーテン内において比較的高い密度で案内される。このような場合に、公知の方法および公知の装置では冷却空気流は、内側から外側に向かってのフィラメントカーテンの通過時に加温される。このような作用によって、フィラメントカーテンの外側のフィラメントは、フィラメントカーテンの内側のフィラメントのようには冷却されないということが生じる。しかしながら冷却効果におけるこの相違は、繊維ストランドまたは糸の品質に対して極めて不都合な影響を及ぼす。高い製造出力時におけるフィラメントの均一な冷却の他に、設備全体の所要スペースも益々重要になっている。所要スペースが大きければ大きいほど、製造工場のためにより多くの手段を準備しなくてはならない。欧州特許出願公開第１４６７００５号明細書では、内側からのフィラメントカーテンの冷却装置に加えて、多数のフィラメントに対して均一な冷却を達成するために、外側からの別の冷却装置が設けられている。しかしながらこの追加的な冷却装置は、紡糸ノズル当たりの所要スペースを増大させ、ひいては設備全体の所要スペースをも増大させる。

ゆえに本発明の課題は、上に述べたような装置および所属の方法を改良して、可能な限り多くのフィラメントを最も小さいスペースにおいて紡出することができ、しかもこのときすべてのフィラメントが均一に冷却される、装置および方法を提供することである。

この課題は本発明によれば、エアキャンドルの外側においてフィラメントカーテンとして延びているフィラメントに加えて、エアキャンドルの内部において、フィラメント束として形成されたフィラメントが案内されることによって、解決される。このとき中空円筒形に形成されたエアキャンドルが形成される。このエアキャンドルの内周部および外周部は、フィラメントに、該フィラメントの冷却に関連して関係付けられている。エアキャンドルの内部およびエアキャンドルの外部において延びているフィラメントに冷却空気を供給するために、一方ではエアキャンドルの外周部が、かつ他方では内周部が、少なくとも部分的に空気透過性の周壁として形成されている。これによってエアキャンドルの部分は、特に穿孔された外側シリンダおよび穿孔された内側シリンダである。このときエアキャンドルを用いて冷却空気が吸い込まれるかまたは吹き出されるかは、問題ではない。この装置を用いて、主として半径方向でフィラメントに向かって流れる冷却空気流が生ぜしめられ、この冷却空気流へとすべてのフィラメントは均一にその熱エネルギを放出することができる。エアキャンドルの内部において延びる追加的なフィラメントによって、より多くのフィラメントを比較的小さなスペースにおいて紡出することができる。製造出力が等しい場合には、設備全体の所要スペースは減じられるので、製造工場を提供するためのコストは低減する。同様にまた、設備の鋼構造に対するコストおよび電気的なおよび流体技術的な導体システムもしくは管路システムのためのコストも低減する。

このような中空円筒形のエアキャンドルは、紡糸ノズル装置におけるノズル孔の特殊な配置形態を必要とする。紡糸ノズル装置は、１つまたは複数の溶融物分配装置と、１つまたは複数の紡糸ノズルとから成っている。紡糸ノズル装置の、エアキャンドルに隣接するリング形状の領域には、ノズル孔は設けられていない。さらに、このリング形状の領域の内側および外側には、各１つのノズル孔ゾーンが存在しており、このノズル孔ゾーンのそれぞれには、複数のノズル孔が配置されている。単にエアキャンドルの外側にノズル孔を有している汎用の紡糸ノズル装置とは異なり、ここに提案されたノズル孔の配置形態を用いて、常に、十分な冷却を達成することができるという条件下で、著しく多くの孔を等しいスペースに配置することができる。１つまたは複数の紡糸ノズルを使用するという可能性は、例えばシステムのシール性のような別の問題に関する装置の最適な構成を見出す機会を、設計者に提供する。

フィラメントの案内の種々様々な形式にもかかわらず、すべてのフィラメントは可能な限り均一に冷却されることが望まれている。そのためには一般的に、外側シリンダと内側シリンダとは異なった空気抵抗を有することが必要である。このとき両方のシリンダのこの空気抵抗は、まさにこの均一な冷却が達成されるように、互いに適合されている。

エアキャンドルは、少なくとも１つの接続部を有しており、この接続部を通して冷却空気は、エアキャンドルに供給されるか、またはエアキャンドルから排出される。

本発明の特に好適な実施形態では、エアキャンドルの内部に分離シリンダが配置されている。このように構成すると、外側シリンダに隣接して外側通路が形成され、内側シリンダに隣接して内側通路が形成される。この分離によって、フィラメントカーテンの冷却空気とフィラメント束の冷却空気とがエアキャンドル内において混合しないので、フィラメントカーテンとフィラメント束との均一な冷却が容易になる。

エアキャンドルの内部におけるこの分離によって、外側通路における流れと内側通路における流れとに対して別個に影響を及ぼすことが可能になる。本発明の別の実施形態では、そのために各通路に少なくとも１つの空気接続部が対応配置されている。このように構成すると、各通路において互いに異なる流れ状態を調節することができる。

択一的な構成では、互いに異なる流れ状態の調節の代わりに、流れに対して影響を及ぼす相応の手段が使用される。そのために内側通路および外側通路に、場合によっては調節可能な各１つの絞りが対応配置されている。このような場合には、エアキャンドルのための空気接続部はただ１つで十分であり、このときそれにもかかわらず、外側通路と内側通路とにおいて互いに異なる状態を形成もしくは調節することができる。これらの絞りは、さらに整流器の機能をも果たすことができる。

上に記載した装置の特徴を用いて、紡糸ノズル装置から紡出されるすべてのフィラメントを均一に冷却する方法を構成することが可能である。このとき紡糸ノズル装置には、特に多くのノズル孔が最小のスペースに配置されている。均一な冷却は、例えば短繊維プロセスにおいて、形成されたすべての短繊維がその特性に関して所望の誤差範囲にあることによって証明されている。

次に本発明に係る装置および本発明に係る方法を、添付の図面を参照しながら、本発明に係る装置のいくつかの実施形態について詳説する。

本発明に係る装置の第１実施形態を概略的に示す横断面図である。 本発明に係る装置の第１実施形態をＡ−Ａ線に沿って断面して概略的に示す断面図である。 本発明に係る装置の第２実施形態を概略的に示す横断面図である。 本発明に係る装置の第２実施形態をＡ−Ａ線に沿って断面して概略的に示す断面図である。 本発明に係る装置の第３実施形態を概略的に示す横断面図である。

すべての図面において、等しい符号が使用される。図１には、本発明に係る方法を実施する本発明に係る装置の第１実施形態が横断面図で示されている。

装置は、紡糸装置１と、この紡糸装置１の下に配置された冷却装置１１とから成っている。紡糸装置１は下側面に紡糸ノズル装置を有していて、この紡糸ノズル装置は、溶融物分配装置４と紡糸ノズル５とから成っている。紡糸ノズル５は、紡糸ノズル装置の下側面に配置されていて、複数のノズル孔６を有している。これらのノズル孔６は、２つのノズル孔ゾーンに配置されており、第１のゾーンは、ノズル孔６の、外側に配置されたリングによって形成され、かつ第２のゾーンは、第１のゾーンの内側において、ノズル孔６の円形状の配置形態によって形成される。紡糸ノズル５は、溶融物分配装置４を介して紡糸ポンプ２に接続されている。紡糸ポンプ２は、溶融物供給路３を介して溶融物製造装置（ここには図示せず）に、好ましくは押出し機または重縮合装置に接続されている。紡糸ポンプ２、溶融物分配装置４および紡糸ノズル５は、加熱されている。そのためには通常、いわゆる紡糸ビームが使用され、これらの紡糸ビームには、複数の紡糸ノズルが、例えば一列に互いに並んで保持されている。

紡糸装置１の下における冷却装置１１は、エアキャンドル（Luftkerze）１２とそれに配属された空気通路２０とを有している。エアキャンドル１２は、多孔性の外側シリンダ１３と多孔性の内側シリンダ１４とを有しており、これらのシリンダ１３，１４は、例えばフリース、フォーム材料、スクリーン織布または焼結材料から製造されていてよい。

エアキャンドル１２は、その自由端部において紡糸ノズル５に隣接している。エアキャンドル１２は、紡糸ノズル５に対して同心的に保持されているので、エアキャンドル１２は、フィラメントカーテン９によって取り囲まれており、かつエアキャンドル１２は、フィラメント束１０を取り囲んでいる。紡糸ノズル５から押し出されたフィラメント群７は、まさにこのフィラメントカーテン９とフィラメント束１０とから成っており、フィラメントカーテン９およびフィラメント束１０を押し出すためにそれぞれ１つのノズル孔ゾーンが、紡糸ノズル５に設けられている。

エアキャンドル１２への冷却空気供給のために、空気通路２０がエアキャンドル１２に接続されている。この空気通路２０は、エアキャンドル１２に冷却空気を供給するかまたは冷却空気をエアキャンドル１２から排出する送風機２１.１に接続されている。

運転状態において、溶融されたポリマが紡糸ポンプ２を介して高圧下で溶融物分配装置４を介して紡糸ノズル５に供給される。紡糸ノズル５の内部において、ポリマ溶融物は、下側面に形成された複数のノズル孔６を通して押し出され、これによって複数のストランド形状のフィラメント８が生じる。押し出されたフィラメント群７は、リング形状のフィラメントカーテン９と円柱状のフィラメント束１０とを形成し、これらのフィラメントカーテン９およびフィラメント束１０は、紡糸ノズル５から均一に引出し装置（ここには図示せず）によって引き出される。

押し出されたばかりのフィラメント群７を冷却するために、冷却媒体、好ましくは冷却空気が、空気通路２０を介してエアキャンドル１２に供給され、外側シリンダ１３と内側シリンダ１４との間に位置する、エアキャンドル１２の内部における空間に、さらに導かれる。いまや冷却媒体は、エアキャンドル１２の外側シリンダ１３を介して均一に外側に向かって流出し、かつ内側シリンダ１４を介して均一に内側に向かって流出する。エアキャンドル１２の内周部および外周部には、半径方向の流出流が発生し、このような流出流は、冷却空気流をフィラメント群７に向かって導く。冷却空気流は、フィラメント群７内に進入し、このときフィラメント群７のフィラメント８から熱を吸収し、これによってなお液状のフィラメント８は徐々に硬化する。

択一的に、冷却媒体を、送風機２１.１を用いてエアキャンドル１２から排出させることも可能である。この場合には、周囲から周囲空気が吸い込まれる。この周囲空気は、最初にフィラメント群７を貫通することによって、冷却空気として働き、このときフィラメント８はその熱を冷却空気へと放出する。次いで冷却空気は、外側シリンダ１３および内側シリンダ１４を介してエアキャンドル１２内に流入する。空気通路２０を介して冷却空気は、エアキャンドル１２から再び排出される。

外側シリンダ１３および内側シリンダ１４の材料は、フィラメントカーテン９およびフィラメント束１０に対して最適なかつ好ましくは均一な冷却条件が生じるように、互いに適合されている。そのためには、異なった空気抵抗を有する２つの異なったフリースを使用することが可能である。

紡糸ノズルの図示の構造上の構成は、単に一例である。例えば両方のノズル孔ゾーンを、２つの異なった紡糸ノズル５によって形成することも同様に可能である。また、ただ１つのノズル孔ゾーンが複数の紡糸ノズルから成っていてもよい。外側のフィラメントカーテン９に向かってプラスチック溶融物を押し出すために、例えば複数の円柱状の紡糸ノズルを１つのリングに配置することも可能である。さらにまた、フィラメント束１０を押し出すノズル孔６が、複数の紡糸ノズルに分配されているような態様も可能である。

１つまたは複数の紡糸ノズル５への供給のために、さらに１つまたは複数の溶融物分配装置４を使用すること、および１つまたは複数の紡糸ポンプ２を使用することも可能である。

図２は、図１に示した第１実施形態をＡ−Ａ線に沿って断面して概略的に示す断面図である。

この図２において特に良好に、フィラメント群７およびエアキャンドル１２の領域の同心的な配置形態を知ることができる。フィラメント束１０の周りに、エアキャンドル１２の内側シリンダ１４が配置されている。この内側シリンダ１４の周りに外側シリンダ１３が配置されている。両方のシリンダの間の空間において、冷却空気が供給または排出される。外側シリンダ１３の周りには、リング形状にフィラメントカーテン９のフィラメント８が配置されている。冷却空気は、矢印で示唆するように、主として半径方向でフィラメント群７を貫いて流れる。エアキャンドル１２内において正圧が存在している場合には、冷却空気は半径方向外側に向かってフィラメントカーテン９を通して流れ、かつ半径方向内側に向かってフィラメント束１０を通して流れる（黒塗りされた矢印先端の方向を参照）。エアキャンドル１２に負圧が供給される場合には、冷却空気は半径方向内側に向かってフィラメントカーテン９を通して流れ、かつ半径方向外側に向かってフィラメント束１０を通して流れる（破線の矢印先端の方向を参照）。

この図面から明らかなように、最小のスペースにおいて可能な限り多くのフィラメント８を紡出し、かつ冷却することができる。

図３には、本発明に係る方法を実施する本発明に係る装置の第２実施形態が横断面図で示されている。多くのエレメントは、図１に示した第１実施形態のエレメントに相当しているので、ここでは単に相違点についてだけ記載する。

外側シリンダ１３と内側シリンダ１４との間に、ここでは分離シリンダ１５が配置されており、これによって外側シリンダ１３に対応配置された外側通路１６と、内側シリンダ１４に対応配置された内側通路１７とが形成されている。このようにして、フィラメント束１０を通る冷却空気流とフィラメントカーテン９を通る冷却空気流とを適合させるための可能性が拡大される。そのために外側通路１６および内側通路１７には、流れに対して影響を及ぼす別個の手段が対応配置されている。空気通路２０と内側通路１７との間の移行部には、内側絞り１９が配置されている。空気通路２０と外側通路１６との間の移行部には、外側絞り１８が配置されている。内側絞り１９および外側絞り１８は、その流れ抵抗に関して最適に調節可能である。この両方の絞りはさらに、整流器として働くような機能を有することができる。図１に示した第１実施形態におけるように、送風機２１.１は、冷却空気をエアキャンドル１２に供給するために用いられても、又は冷却空気をエアキャンドル１２から排出するために用いられてもよい。

図４は、図３に示した第２実施形態をＡ−Ａ線に沿って断面して概略的に示す断面図である。ここでは、図２に示した第１実施形態との相違点についてだけ記載する。それというのは、その他のすべてのエレメントは等しいからである。図面から分かるように、両方の実施形態が異なっているのは単に、外側シリンダ１３と内側シリンダ１４との間の空間を外側通路１６と内側通路１７とに分割する分離シリンダ１５だけである。

図５には、本発明に係る装置の第３実施形態が示されている。この第３実施形態は、以下に記載の相違点以外は、図３に示した第２実施形態と同一に構成されている。外側絞り１８および内側絞り１９は、本実施形態では存在しない。その代わりに外側通路１６および内側通路１７はそれぞれ１つの別体の空気供給部もしくは空気排出部を有している。さらに空気通路２０は、相応の分離手段によって分割されている。外側通路１６には送風機２１.１が対応配置されており、内側通路１７には別の送風機２１.２が対応配置されている。このような構成によっても、フィラメント束１０用の冷却空気流とフィラメントカーテン９用の冷却空気流とを互いに別個に調節することができる。２つの送風機を備えたこの変化形態は、冷却空気案内に関する様々な可能性を提供する。例えば内側通路１７と外側通路１６の両方に正圧を供給することもまたは負圧を供給することも可能である。さらに、交互の制御形態が可能である。例えば外側通路１６に負圧を供給しかつ内側通路１７に正圧を供給することが可能であり、またはその逆の圧力を供給することが可能である。

上に記載の装置および方法を用いて、短繊維を特に経済的に製造することができる。このような短繊維を製造するために、フィラメントは冷却後にまず延伸され、次いで巻縮され、最後に切断される。このようなポリマ繊維は、例えば織編工業において、綿繊維の代わりとして用いられる。

Claims (9)

1. フィラメント（８）を押し出してリング形状のフィラメントカーテン（９）を形成する複数のノズル孔（６）を備えた紡糸ノズル装置（４，５）を有する紡糸装置（１）と、該紡糸装置（１）の下に配置された冷却装置（１１）とが設けられており、該冷却装置（１１）は、前記紡糸ノズル装置（４，５）に対して同心的に保持されたエアキャンドル（１２）を、前記フィラメントカーテン（９）の内部に有しており、前記エアキャンドル（１２）によって、半径方向外側に向かってかまたは半径方向内側に向かって流れる冷却空気流が、前記フィラメントカーテン（９）の内部において前記フィラメント（８）を冷却するために発生可能であり、前記エアキャンドル（１２）の外周部が、少なくとも部分的に、穿孔された外側シリンダ（１３）によって形成される、フィラメント群（７）を溶融紡糸しかつ冷却する装置であって、
   前記エアキャンドル（１２）は、中空円筒形に構成されていて、前記エアキャンドル（１２）の内周部が、少なくとも部分的に、穿孔された内側シリンダ（１４）によって形成されることを特徴とする、フィラメント群（７）を溶融紡糸しかつ冷却する装置。
2. 前記紡糸ノズル装置（４，５）は、少なくとも２つのノズル孔ゾーンを有しており、該ゾーンのうちの１つを用いて、前記エアキャンドル（１２）の内部に形成されるフィラメント束（１０）が押出し可能である、請求項１記載の装置。
3. 前記ノズル孔ゾーンは、１つまたは複数の紡糸ノズル（５）を用いて形成される、請求項２記載の装置。
4. 前記外側シリンダ（１３）および前記内側シリンダ（１４）は、互いに異なった空気抵抗を有している、請求項１記載の装置。
5. 前記エアキャンドル（１２）は、空気供給および／または空気排出のために１つまたは複数の空気通路（２０）を有している、請求項１記載の装置。
6. 前記エアキャンドル（１２）の内部に分離シリンダ（１５）が配置されており、これによって、前記外側シリンダ（１３）に対応配置された外側通路（１６）と、前記内側シリンダ（１４）に対応配置された内側通路（１７）とが形成されている、請求項１記載の装置。
7. 前記外側通路（１６）および前記内側通路（１７）にそれぞれ１つまたは複数の空気供給部が対応配置されているか、または前記外側通路（１６）および前記内側通路（１７）にそれぞれ１つまたは複数の空気排出部が対応配置されている、請求項６記載の装置。
8. 前記外側通路（１６）および前記内側通路（１７）に、流れを案内するもしくは流れに影響を及ぼすための、それぞれ少なくとも１つの手段が対応配置されている、請求項６記載の装置。
9. 請求項１から８に記載の装置を用いて実施可能な方法であって、フィラメントカーテン（９）のフィラメント（８）とフィラメント束（１０）のフィラメント（８）とを、同じ形式で冷却することを特徴とする方法。

Images