JP4379166B2

JP4379166B2 - 合成繊維の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP4379166B2
Application number: JP2004073919A
Authority: JP
Inventors: 基水橋; 比沙夫宮崎; 誠司桐生
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2004300659A

Description

本発明は、より低コストで、多様な品種の合成繊維を製造することができる、合成繊維の製造方法および製造装置に関する。

従来より、衣料用途の高強度糸の分野では、一般的に強度・耐久性に優れるナイロン６、ナイロン６６等に代表されるポリアミド繊維が幅広く用いられている。近年、高次加工品のさらなる高強度化や薄地化のニーズ等により原糸の高強度化が要求されている。

ポリアミド繊維を直接紡糸延伸法によって製造する場合、一般に、溶融−冷却−固化された糸条を非加熱のネルソンローラーと呼ばれる一対のローラーに複数回周回させて繊維を引取り、さらに高速の加熱されたローラー対に複数回周回させ、ローラー対間で延伸し、その後熱処理し、弛緩処理する方法で製造されている。

この方法では、ローラーに複数回糸条を周回させるため、糸条間の干渉を避けるため、ローラー上での糸条間隔を広くする必要があり、同時に８糸条以上、さらに１２糸条以上の多糸条を同時に引取り、延伸するには長大なローラーを必要とし、装置コスト、設置面積の面から製造コストが高くなる。

そこで、ネルソンローラーを用いず、ローラーに糸条を捲回せず、いわば糸条を「片掛け」する方法が提案されている。

ところが、片掛け方式は、ネルソンローラー方式に比べ、ローラーと糸の接触長が短いため、ローラー間での延伸倍率を上げて、より高強度低伸度の糸を得ようとすると、延伸張力が大きくなるため、ローラー上でスリップが発生しやすく、スリップが発生すると、延伸むらとなり、得られた繊維の繊度むらや染色時の背染め斑が生じるなど、問題が発生する。このため、採用できる生産条件が限定され、生産できる品種・条件が限定されてしまう。ただし、品種・条件の制約はあるものの、装置コスト、設置面積の面から製造コストはネルソンローラー方式に比べ、大きく低減される。

そこで、「片掛け」のメリットを最大限生かすため、従動ローラーの設置を検討し、スリップ限界の高い設置方法を見いだし、本発明に至った。

従動ローラーを駆動ローラーに並設して用いることは一般によく知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、駆動ローラーに自由回転ローラー（従動ローラー）を並設したセパレートローラ方式が取り上げられている。該文献では、駆動ローラーから従動ローラーに糸掛けする際に、従動ローラーを補助駆動源により回転せしめ、糸掛け時の糸張力低下−糸切れを解消することが提案されているが、「片掛け」方式のスリップ抑制に従動ローラーを採用するという考え方の開示はなく、また、設置に関して特に規定もされていない。
特開昭５２−１２４９１８号公報（第２頁左上欄４−１１、１８−２４行目）

本発明の目的は、より低コストで、多様な品種の合成繊維を製造することができる、合成繊維の製造方法および製造装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）紡糸口金から吐出し冷却固化した糸条をローラーで引き取り、引き続きローラー間で延伸した後巻き取る合成繊維の製造方法において、引き取りローラーを、駆動回転する主ローラーと該主ローラーに並設した従動回転する従動ローラーから構成し、上記主ローラーと従動ローラーとの直径および軸間距離を下記（１）〜（３）式の関係を満足するように配置したことを特徴とする合成繊維の製造方法。

Ｄ２≦５０ｍｍ（１）
Ｄ２≦０．２Ｄ１（２）
Ｌ≦Ｄ１（３）
ただし、Ｄ１：主ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｄ２：従動ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｌ：主ローラーと従動ローラー回転軸間距離（ｍｍ）
（２）紡糸口金から吐出し冷却固化した糸条を引き取るローラーと、引き続いて設けられた延伸ローラーと、該延伸ローラーからの糸条を巻き取る巻取装置を備えた合成繊維の製造装置において、前記引き取りローラーを、駆動回転する主ローラーと該主ローラーに並設した従動回転する従動ローラーから構成し、上記主ローラーと従動ローラーとの直径および軸間距離を下記（１）〜（３）の関係を満足するように配置したことを特徴とする合成繊維の製造装置。

Ｄ２≦５０ｍｍ（１）
Ｄ２≦０．２Ｄ１（２）
Ｌ≦Ｄ１（３）
ただし、Ｄ１：主ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｄ２：従動ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｌ：主ローラーと従動ローラー回転軸間距離（ｍｍ）

本発明を採用することにより、従来のネルソンローラー方式に比べて装置コスト、設置面積の面で優れ、片掛け方式に比べ、製糸可能品種・条件が大きい合成繊維の製造方法、製造装置を得ることができ、衣料用繊維をより低コストで、安定して製造することができる。

以下、本願発明についてさらに詳細に説明する。

本発明における熱可塑性重合体（以下ポリマーと呼ぶ）としては、ポリエステル、ポリアミドなど溶融紡糸可能なあらゆるポリマーが該当するが、力学的特性面から、ポリアミドが好ましい。また、本発明の効果を有効に発現するためには、９８％硫酸相対粘度が２．３以上のポリマーを使用することが好ましい。９８％硫酸相対粘度が２．３よりも小さくては、十分な破断強度を得ることが難しくなる。しかし、硫酸相対粘度を高くしすぎると、破断伸度が低下し、その結果、布帛の引裂強度を下げてしまうばかりでなく、紡糸時の溶融ポリマーの押し出し圧およびその経時上昇速度が高くなり、生産設備への過剰な負荷や口金の交換周期短縮など、生産性が著しく下がることから、９８％硫酸相対粘度は４．０以下とするのが好ましい。

ここで９８％硫酸相対粘度（ηｒ）とは、測定温度は２５℃で、以下の方法で測定した値をいう。試料を秤量し、９８重量％濃硫酸に試料濃度（Ｃ）が１ｇ／１００ｍｌとなるように溶解する。その溶液をオストワルド粘度計にて２５℃での落下秒数（Ｔ１）を測定し、試料を溶解していない９８重量％濃硫酸の２５℃での落下秒数（Ｔ２）を同様に測定し、試料の９８％硫酸相対粘度（ηr）を（ηｒ）＝（Ｔ１／Ｔ２）＋｛１．８９１×（１．０００−Ｃ）｝の式により算出する。

本発明のポリアミド繊維に使用されるポリアミドは、ポリアミドのホモポリマーまたはコポリマーであり、これらのポリアミドは、ラクタム、アミノカルボン酸あるいはジアミノとジカルボン酸との塩から形成されるアミド結合を有する溶融成形可能な重合体である。ポリアミドとしては、種々のポリアミドを使用することができ、特に限定されないが、繊維形成能および力学的特性の点でポリカプラミド（ナイロン６）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６６）が好ましい。ポリアミドのコポリマーとしては、２０モル％以下の割合で他のアミノカプロン酸、ラクタムなどを共重合されたものが使用できる。また、本発明で使用するポリアミドはラクタム、アミノカルボン酸あるいはジアミノとジカルボン酸との塩から形成されるアミド結合を混合成分として含むものについても使用可能である。

本発明におけるポリマーには本発明の目的を逸脱しない範囲で、主成分の他に第２，第３成分を共重合または混合してもよい。また、本発明におけるポリマーには各種の添加剤、たとえば、艶消剤、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、結晶核剤、螢光増白剤、帯電防止剤などを、総添加物含有量が０．００１〜１０重量％の間で必要に応じて共重合または混合していてもよい。

本発明は直接紡糸延伸の工程を適用するが、この場合、３０００ｍ／分以上の速度で巻き取ることが１工程化による労務費、設備費や屑の減少などのコストメリットが活かせ、さらには紡糸した直後の、物性の経時変化のない繊維を延伸できるため均一延伸に対して有利となるため好ましい。高速化に伴う紡糸糸切れによる製糸性悪化のデメリットおよび生産性向上のメリットを考慮した場合、引き取り速度は７０００ｍ／分以下が好ましい。

本発明の連続紡糸延伸方法においては、複数の繊維糸条を引き取りローラーと延伸ローラーを用いて延伸する。

本発明ではコストメリットから複数糸条を１つのローラーで引き取り、同時に紡糸するものであることが好ましい。複数とは、２糸条以上をいい、本発明の特徴を生かすためには４糸条から１２糸条の多糸条を同時に得ることが生産性の観点からさらに好ましい。

また、本発明では糸条を引き取りローラーと延伸ローラーの周速度の比により１段で延伸することが好ましい。

引き取りローラーとは糸条が口金から吐出され該ローラー上に接触し最初に速度規制されるローラーであり、駆動回転する主ローラーと該主ローラーに並設した、従動回転する従動ローラーから構成される。

従動ローラーを駆動しないことにより、駆動のための装置が不要となり生産コストの上昇が抑えられる。

従動ローラーの直径Ｄ２は５０ｍｍ以下とする。５０ｍｍ以下とすることで糸が従動ローラーにかかった際の初期駆動負荷が小さくなり、糸切れを予防でき、また、追従性を向上させることができる。５０ｍｍを越えると、初期駆動負荷が大きくなりまた、主ローラーに近接させて設置することが難しくなる。また、従動ローラーの直径Ｄ２が３０ｍｍより小さくなると、周回させる糸張力に対して強度的に問題を生じるとともに加工精度上高速回転に耐えるものが作製しにくくなるので３０ｍｍ以上が好ましい。

また、従動ローラーの表面は梨地とすることが、従動ローラーからの糸離れ性が向上し、糸切れを予防できるため好ましい。従動ローラーの表面粗度はハードクロムメッキの場合、２Ｓ以上８Ｓ以下が好ましい。２Ｓ未満の場合はローラーからの糸離れが悪く糸切れが多く操業性が低下する。８Ｓを超える場合は糸条の把持力が低く、ローラーの追従性が低下し、糸条が擦過され糸切れが多くなる。また、表面を鏡面とした場合も溝付きとして接触面積を減少させるか、または表面粗度を粗くすることにより、糸離れ性を向上させることができるため好ましい。本発明では、これらいずれかの従動ローラーを用いることができる。

また、従動ローラーの長さは８０ｍｍ以上１３５ｍｍ以下とすることが好ましい。８０ｍｍより小さくなると糸条の周回数が不足し、１３５ｍｍを超えると、転がり抵抗が大きくなり、糸条による追従率が低下する。

また、従動ローラーの直径Ｄ２は主ローラーの直径Ｄ１の１／５以下とし、主ローラーと従動ローラーとの回転軸間距離Ｌを主ローラーの直径Ｄ１以下とすることで、従動ローラーを主ローラーに接近させて設置することができ、それだけ主ローラーの接糸長が長くでき、糸の把持力が大きくなり、ローラー上でのスリップが起こりにくくなり、適用できる生産条件範囲が大きくなり、生産可能な品種が拡大できる。

主ローラーと従動ローラーへの糸条の巻き付け周回数はローラーの表面粗度、生産する品種により変動するが、従動ローラー回転数が主ローラー回転数の８５％以上となるように設定することが好ましい。従動ローラー回転数が８５％を下回ると糸の強度、伸度が低下したり、染めムラが生じる場合がある。従動ローラー回転数は糸掛け成功率の面から主ローラー回転数の９０％以上が好ましい。

引き取り主ローラーと延伸ローラーの表面は実質上鏡面加工されていることがローラー上での糸条のスリップを抑制し、糸条の延伸領域を一定位置に固定するためには好ましい。引き取り主ローラーと延伸ローラーの表面粗度は１Ｓ以下が好ましく、０．２Ｓから０．８Ｓがさらに好ましい。１Ｓを超えると、糸条の把持力が低下し、ローラー上で糸条がスリップするなど延伸性が低下する。０．２Ｓ未満ではローラーのコストが高くなる。

本発明ではローラーとの接触、離反による毛羽発生を防ぐため、引き取りローラー前に流体交絡ノズルを設けて糸条に交絡を施すことが好ましい。その際の交絡数としては０．５個／ｍ以上、糸条と引き取りローラーとの接触面積が減少しない程度が好ましく、７０個／ｍ以下が好ましい。

本発明のポリアミド繊維の延伸方法の一例を、図１にしたがって具体的に説明する。図１は本発明に係る合成繊維の製造工程の一例を示す概略図である。

溶融されたポリアミドを口金１から吐出し、口金下保温ゾーン２を通過させた後、チムニー３により冷却風を吹き当てることにより糸条を室温まで冷却し、給油装置４で給油するとともに集束し、流体交絡ノズル装置５で交絡し、主引き取りローラー６−１、従動ローラー６−２、延伸ローラー７を通過し、その際引き取りローラー６と延伸ローラー７の周速度の比に従って延伸する。さらに、糸条を延伸ローラー７により熱セットし、ワインダー（巻取装置）８で巻き取る。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例中の各特性値は次の方法にしたがって求めた。
（１）スリップ率（％）
TSI社製レーザースピード^(TM)システム LS50Mを用いて引取主ローラー直前の糸速を測定し、それと引取ローラーの周速度の差を引取ローラーの周速度で割った値に１００を掛けたものをいう。
（２）速度追従率
ストロボによる回転数から算出した従動ローラーの周速度を同様に算出した主ローラーの周速度で割った値に１００を掛けたものをいう。
（３）延伸ムラ
ｋｅｉｓｏｋｋｉ社製ＵＳＴＥＲＴＥＳＴＥＲＩＩＩにて求めた繊維の長手方向の太さの変動が平均値に対して１．５％以内のものを○、１．５％を越えるものを×として判定した。
（４）染色ムラ
６６ｄｔｅｘの繊維を編み密度が５０となるように調整した丸編み地をパラチン染料０．２重量％、硫酸アンモニウム３．０重量％、酢酸０．０９重量％を添加した溶液中に浸漬し、６０℃で３０分処理した後、水洗・乾燥したサンプルで濃染や淡染の筋状や斑点状の染色ムラがなかったものは○、あったものは×として判定した。
（５）糸掛け成功率
糸掛け時の成功率が９９．５％以上のものは◎、９５から９９．５％未満のものは○、９５％未満のものは×として判定した。

実施例１〜５、比較例１〜３
ポリアミド組成物を、図１の直接紡糸延伸工程により、１つのローラーで４糸条を同時に引取り、延伸熱処理し、４４ｄｔｅｘ、１０フィラメントの４糸条のポリアミド繊維を得た。なお、主ローラーと従動ローラーの間で２．５回糸を周回し、１ＧＤ（主ローラー）の周速度は２５００ｍ／分、２ＧＤの周速度は４５００ｍ／分、２ＧＤの表面温度は１６５℃であった。

実施例６〜８
１つのローラーで引き取る糸条数および主ローラーと従動ローラーの間の糸条の周回数を変更した以外は実施例１と同様の条件で４４ｄＴｅｘ、１０フィラメントのポリアミド繊維を得た。

従動ローラーの直径および主ローラーと従動ローラー回転軸間の距離を変更し、スリップ率、従動ローラーの速度追従率、糸掛け成功率および得られたポリアミド繊維の延伸ムラ、染色ムラを表１および表２に示した。

表１、表２より、従動ローラーの直径および主ローラーと従動ローラー回転軸間の距離を本発明の範囲とすることにより、ローラー上での糸のスリップがなく延伸ムラ、染色ムラのない繊維を得ることが可能であることがわかる。

本発明に係る合成繊維の製造工程の一例を示す概略図である。

符号の説明

１：口金
２：口金下保温ゾーン
３：チムニー
４：給油装置
５：交絡装置
６−１：主引き取りローラー
６−２：従動ローラー
７：延伸ローラー
８：巻取装置

Claims

紡糸口金から吐出し冷却固化した糸条をローラーで引き取り、引き続きローラー間で延伸した後巻き取る合成繊維の製造方法において、引き取りローラーを、駆動回転する主ローラーと該主ローラーに並設した従動回転する従動ローラーから構成し、上記主ローラーと従動ローラーとの直径および軸間距離を下記（１）〜（３）式の関係を満足するように配置したことを特徴とする合成繊維の製造方法。
Ｄ２≦５０ｍｍ（１）
Ｄ２≦０．２Ｄ１（２）
Ｌ≦Ｄ１（３）
ただし、Ｄ１：主ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｄ２：従動ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｌ：主ローラーと従動ローラー回転軸間距離（ｍｍ）
紡糸口金から吐出し冷却固化した糸条を引き取るローラーと、引き続いて設けられた延伸ローラーと、該延伸ローラーからの糸条を巻き取る巻取装置を備えた合成繊維の製造装置において、前記引き取りローラーを、駆動回転する主ローラーと該主ローラーに並設した従動回転する従動ローラーから構成し、上記主ローラーと従動ローラーとの直径および軸間距離を下記（１）〜（３）の関係を満足するように配置したことを特徴とする合成繊維の製造装置。
Ｄ２≦５０ｍｍ（１）
Ｄ２≦０．２Ｄ１（２）
Ｌ≦Ｄ１（３）
ただし、Ｄ１：主ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｄ２：従動ローラーの直径（ｍｍ）、
Ｌ：主ローラーと従動ローラー回転軸間距離（ｍｍ）