JP6092235B2 - 合成のフィラメントを溶融紡糸及び冷却する装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部に記載の、合成のフィラメントを溶融紡糸及び冷却する装置に関する。

合成糸を製造する場合、多数のフィラメントが紡糸ノズルによる押出し後に、後置された冷却ゾーンにおいて冷却され、これによって熱可塑性の材料が硬化され、ひいてはフィラメントをマルチフィラメント糸にまとめることができることが一般的に知られている。押し出されたばかりのフィラメントを冷却するために、冷却空気流が生ぜしめられて、フィラメントに導かれる。この際に、フィラメント束の内部における個々のフィラメントストランドを強力に冷却できるようにするために、冷却空気流を、多孔性シリンダを介してフィラメントに供給するシステムが、有用であることが判明している。このような装置は、例えば欧州特許出願公開第１５０５１８０号明細書に基づいて公知である。

この公知の装置では、複数の紡糸ノズルを列型配置形式で保持している紡糸ビームの下に、ブローチャンバが配置されている。このブローチャンバは、紡糸ビームの下側に保持され、この場合各紡糸ノズルには、ブローチャンバの内部において多孔性シリンダが対応して設けられている。多孔性シリンダは、ガス多孔性のシリンダ壁を有しており、その結果ブローチャンバ内に吹き込まれた冷却空気は、多孔性シリンダを通して均一にすべての側から、紡糸ノズルから進出するフィラメントに向かって流れる。紡糸ビームと冷却装置との間には、断熱体が設けられており、その結果、フィラメントを押し出すために必要な紡糸ノズルの温度調整は、次いで行われるフィラメント冷却によって影響されずに行われる。

例えばポリアミドのような特定のポリマの押出し時には、モノマ及びオリゴマのような極めて揮発性の物質が発生し、このような揮発性物質は、周囲においてコントロールされずに付着もしくは沈着することがある。このような付着もしくは沈着傾向は、多孔性シリンダの上端部において強くなることが確認されており、これによって、多孔性シリンダのシリンダ壁におけるブロー開口が接着及び閉鎖してしまう。その結果、フィラメントの冷却は不均一となる。

このようなモノマを拘束もしくは凝集するために、従来技術では一般的に、水蒸気を紡糸ノズルの下に供給することが知られている。例えば独国特許出願公開第１９９２０６８２号明細書に記載されているように、いわばベールのように覆うこのいわゆるノズル覆い作用（Duesenbeschleierung）にはしかしながら、水蒸気が特に多孔性シリンダの低温の壁において凝縮し、かつ水を形成するという欠点がある。

ゆえに本発明の課題は、請求項１の前段部に記載した、合成のフィラメントを溶融紡糸及び冷却する装置を改良して、フィラメントの冷却のために使用される多孔性シリンダに、ポリマが紡糸時に不都合に沈着することを回避することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、多孔性シリンダの上端部に、加熱手段が対応して設けられており、該加熱手段によって多孔性シリンダの上端部が加熱可能であるようにした。

本発明の別の好適な態様は、従属請求項に記載された構成及びこれらの構成の組合せによって確定されている。

本発明は、モノマの沈着は主として温度差に関連しているという認識に基づいている。例えば、高温の部材にはまったく又は極めて僅かしか沈着物が形成されないということが観察されている。従って、多孔性シリンダの上端部を加熱することによって、沈着物の発生が増すことは回避される。

加熱手段としては、基本的には、例えば加熱スリーブのようなアクティブな加熱手段が適しており、この加熱手段は、多孔性シリンダの外壁又は内壁の周囲に配置されている。

しかしながら、既存の熱を利用するパッシブな加熱手段が特に有利である。このような加熱手段は、好ましくは、熱伝導性の金属リングによって形成されていて、該金属リングは、多孔性シリンダの上端部に接触して保持されており、かつ自由な加熱端部で、多孔性シリンダと紡糸ノズルとの間に形成された自由空間内に進入している。このように構成されていると、紡糸ノズル及び紡糸ビームから放出された熱を、多孔性シリンダの上端部を加熱するために好適に使用することができる。熱伝導性の金属リングはこの場合好ましくは熱伝導率が極めて高い金属から成っており、これによって、加熱端部を介して対流によって吸収される熱を、多孔性シリンダの上端部に直接供給することができる。

金属リングの加熱端部は、周囲の特性及び形態に応じて選択的に、紡糸ビームの熱を通す部材に又は片持ち式に接触なしに自由空間内において保持されてよい。この場合に重要なことは、直接的な接触時に、熱放出が紡糸ノズルの温度調整から影響を受けずに行われるということである。

少なくとも、多孔性シリンダの貫流されない端部を覆うことができるようにするために、金属リングは保持端部に、円筒形の加熱カラーを有していて、該加熱カラーは多孔性シリンダ内に進入している。この構成によってさらに、フィラメントがアクティブに冷却されずに案内されるゾーンを、紡糸ノズルの下に得ることができる。

運転時において可能な限り、金属リングと多孔性シリンダとの間における材料応力を回避するために、金属リングは好ましくは、円筒形の加熱カラーとの接触なしに、多孔性シリンダの内壁に対して保持される。

この場合金属リングが多孔性シリンダの上端部に追加的な固定なしに載設されていると、交換可能性をさらに改善することができる。

糸の特定の物理的な特性に影響を与えることを目的として、フィラメントの冷却を遅延させるために、本発明の別の態様では、再加熱装置が、紡糸ノズルと多孔性シリンダの上端部との間に配置されていて、再加熱装置によって、紡糸ノズルと多孔性シリンダとの間における温度調整された自由空間が形成されている。この場合、温度調整された自由空間における熱エネルギを利用して、同時に金属リングを加熱することができ、好適である。金属リングの加熱端部は好ましくは、再加熱装置の温度調整された自由空間内に進入している。

モノマ及びオリゴマを、可能な限り押出しの直後に拘束できるようにするために、本発明のさらに別の態様では、紡糸ノズルに蒸気供給装置が対応して設けられており、該蒸気供給装置によって蒸気が、紡糸ノズルの下における自由空間内に導入可能である。このように構成されていると、いわゆるノズル覆い作用が可能となり、この作用は、吸込み作用と好適に組み合わせることができる。

次に図面を参照しながら、本発明に係る装置の幾つかの実施の形態を説明する。

本発明に係る装置の１実施形態を示す横断面図である。 図１に示した本発明に係る装置の実施形態の縦断面図である。 本発明に係る装置の別の実施形態を示す横断面図である。 本発明に係る装置のさらに別の実施形態を示す横断面図である。 本発明に係る装置のさらなる別の実施形態を示す横断面図である。

図１及び図２には、本発明に係る装置の第１の実施形態が複数の見方で示されている。第１の実施形態は、図１においては糸走路の図示を省いて横断面図で示され、図２には糸走路と共に縦断面図で示されている。従って、特にいずれかの図面を選択していない場合には、以下における説明は、両方の図面に対するものである。

本発明に係る装置の実施形態は、紡糸ビーム１を有しており、この紡糸ビーム１はその下側面１２に複数の紡糸ノズル２を列型の配置形態で並んで保持している。紡糸ノズル２は、紡糸ビームの内部において複数の溶融物管路６を通して紡糸ポンプ３に接続されている。紡糸ポンプ３は、ポンプ駆動装置を介して駆動され、この場合紡糸ポンプ３はそれぞれの紡糸ノズル２に対して、別個の搬送手段を有している。紡糸ポンプ３は、溶融物供給路５を介して、図示されていない溶融物源に接続されている。紡糸ビーム１は加熱されるように形成されているので、紡糸ノズル２、溶融物管路６及び紡糸ポンプ３は加熱される。

紡糸ビーム１には、下側面１２に冷却装置４が対応して設けられている。この冷却装置４は図示の実施形態ではブローボックス８によって形成されており、このブローボックス８は、紡糸ビーム１の下側面１２に接続されている。ブローボックス８は、互いに結合されているトップボックス８.１とボトムボックス８.２とによって形成されている。トップボックス８.１とボトムボックス８.２との間には、孔付プレート２６が配置されていて、この孔付プレート２６はトップボックス８.１とボトムボックス８.２とを互いに分離している。トップボックス８.１は上側のブローチャンバ９を閉鎖し、ボトムボックス８.２は下側のブローチャンバ１０を閉鎖している。

ブローボックス８はその上側面１１において紡糸ノズル２の下に、貫通する糸開口２０を有しており、これらの糸開口２０は、上側のブローチャンバ９において挿入された多孔性シリンダ１７によって、かつ下側のブローチャンバ１０において挿入された管片２５によって継続される。そのために、孔付プレート２６は、多孔性シリンダ１７及び管片２５に対応する複数の開口を有している。多孔性シリンダ１７は、すべて同一に形成されていて、ガス透過性のシリンダ壁を有しており、このシリンダ壁は、図示の実施形態では内壁１８と外壁１９とによって形成されている。例えば内壁１８は多孔板によって、外壁１９はワイヤメッシュ又は金属織布によって形成されてよい。これに対して管片２５は、閉鎖された壁をもって形成されている。下側のブローチャンバ１０は、その側面もしくは長手方向において給気通路２４に接続されており、この給気通路２４を通して冷却空気が下側のブローチャンバ１０に導入される。給気通路２４は給気部２９に接続されている。管片２５の領域にボトムボックス８.２は、複数の流出開口２８を有しており、その結果フィラメントは冷却を目的としてブローボックス８を貫通することができる。ブローボックス８は、このブローボックス８に係合する２つのリフティングシリンダ２７.１，２７.２によって、高さ調節可能に形成されている。運転時にブローボックス８は、リフティングシリンダ２７.１，２７.２によって紡糸ビーム１の下側面１２に押し付けられる。

糸開口２０をシールするために、紡糸ビーム１の下側面１２とブローボックス８の上側面１１との間には、シールシステム１３が配置されている。このシールシステム１３は、紡糸ビーム１の下側面１２に堅く結合された押圧プレート１４によって形成されている。押圧プレート１４は複数の絶縁プレート１６を介して紡糸ビーム１に保持されている。シールのために押圧プレート１４は、ブローボックス８の上側面１１に保持されるフォームシールエレメント１５と共働する。

特に図１から分かるように、シールシステム１３は、紡糸ノズル２と多孔性シリンダ１７の上端部との間に自由空間２１が形成されるように、切り取られている。この場合多孔性シリンダ１７の上端部は、内側から自由に接近可能であり、これによって金属リング２３を収容することができる。金属リング２３は、自由空間２１内に進入する自由な加熱端部２３.１を有している。金属リング２３は、反対側に位置する保持端部２３.２で、多孔性シリンダ１７の内壁１８の端部に接触している。保持端部２３.２は、多孔性シリンダ１７内に進入する加熱カラー２３.３を有している。この場合金属リング２３の加熱カラー２３.３は、多孔性シリンダ１７の内壁１８の内径よりも幾分小さい外径を有している。これによって加熱カラー２３.３と内壁１８との間には僅かな遊びが形成されている。金属リング２３は、熱伝導性の良好な金属から形成されている。多孔性シリンダ１７内へのフィラメントの走入を促進するために、加熱端部２３.１は、加熱カラー２３.３に比べて大きな直径をもって形成されている。従って金属リング２３は、ホッパ形状の内輪郭を備えて形成されている。

図１及び図２から分かるように、ブローボックス８は、このブローボックス８に作用する２つのリフティングシリンダ２７.１，２７.２によって高さ調節可能に構成されている。運転時にブローボックス８は、リフティングシリンダ２７.１，２７.２によって紡糸ビーム１の下側面１２に押し付けられ、これによってフォームシールエレメント１５は押圧プレート１４に押圧されて、分離面もしくは継ぎ目はシールされる。運転位置において金属リング２３の加熱端部２３.１は、加熱される紡糸ビーム１と加熱される紡糸ノズル２とによって画定される自由空間２１内に進入している。これによって金属リング２３は、１００℃を越える温度に加熱され、熱エネルギを、保持端部２３.２を介して直接、多孔性シリンダ１７の内壁１８に導入する。多孔性シリンダ１７の上端部は、金属リング２３によって直接加熱される。これにより多孔性シリンダ１７の上端部における付着物の沈着を回避することができる。

フィラメントを冷却するために冷却空気流が、給気通路２４を介して下側のブローチャンバ１０内に導入される。冷却空気は下側のブローチャンバ１０から均一に孔付プレート２６を介して上側のブローチャンバ９内に達する。上側のブローチャンバ９から冷却空気は、多孔性シリンダ１７を介してフィラメントに供給される。参照符号７で示されたフィラメントは、下側のブローチャンバ１０における管片２５を貫通して、流出開口２８を介してブローボックス８から退出する。

長時間の運転時には、紡糸ノズル２の下側面における付着物も回避することができず、このような付着物に起因して、紡糸ノズル２の下側面は、一定時間毎にクリーニングされねばならない。そのためにブローボックス８は、リフティングシリンダ２７.１，２７.２によって下方の保守位置（ここには図示せず）に導かれる。ブローボックス８の保守位置において、金属リング２３はそれぞれ糸開口２０から取り外して交換することができる。

図１及び図２に示した実施形態では、金属リング２３は、紡糸ノズル２及び紡糸ビーム１から自由空間２１に放出された熱エネルギを、対流によって加熱端部２３.１において吸収し、この熱エネルギを、金属リング２３の壁を介して保持端部２３.２に導き、この保持端部２３.２から熱エネルギは、接触によって多孔性シリンダ１７の内壁１８に伝達される。追加的に、多孔性シリンダ１７の内部に突入する加熱カラー端部２３.３を介して、多孔性シリンダ１７の内壁１８のさらなる加熱が、主として熱放射によって達成される。さらに金属リング２３の内輪郭は、ブローボックス８の上側面１１に形成された糸開口２０のカバーを形成しており、この場合金属リング２３の内輪郭のホッパ形状の構成は、多孔性シリンダ１７内へのフィラメント及びガスの引込みを好適に促進する。

加熱端部２３.１を介して行われる金属リング２３への熱伝達を改善するために、しかしながらまた、加熱端部２３.１を、紡糸ビーム１の構成部材のうちの１つに接触させて保持することも可能である。そのために図３には別の実施形態が示されている。図３に示した実施形態は、図１及び図２に示した実施形態とほぼ同じであるので、ここでは相違点についてだけ言及し、その他の点については上記の記載を参照するものとする。

図３に示した実施形態では、金属リング２３はその保持端部２３.２で、多孔性シリンダ１７の上端部に接触して保持されている。金属リング２３における加熱カラー２３.３は、極めて短く形成されていて、多孔性シリンダ１７の内壁１８の内径部におけるセンタリングのためにしか役立たない。

金属リング２３の加熱端部２３.１は、自由空間２１内に進入している。この場合加熱端部２３.１は周囲に、均一に分配配置された複数の加熱リブ２３.４を有しており、これらの加熱リブ２３.４は、紡糸ビーム１に固定されたプレート１４，１６に接触している。これによって、金属リング２３の加熱端部２３.１への熱伝達を改善する熱ブリッジ（Waermebruecke）、つまり熱伝達部が生ぜしめられる。

しかしながら図３に示した実施形態において注意すべきことは、金属リング２３において生じる熱膨張によって、自由空間２１の内部において金属リング２３の応力が生じることはない、ということである。ブローボックス８の高さ調節時に金属リング２３の連行を保証するために、金属リング２３は好ましくはブローボックス８の上側に固定されている。このことは図３には示されていない。

モノマ及びオリゴマの配分が高い問題のある材料を紡糸するのに、図４に示した実施形態は特に適している。図４に横断面図で示した実施形態は、その構造及び機能に関して、図１及び図２に示した実施形態とほぼ同じであるので、以下においては相違点についてだけ述べ、その他の点については上の記載を参照するものとする。

図４に示した実施形態では、ブローボックス８は上側のブローチャンバ９及び下側のブローチャンバ１０の構成において、図１及び図２に示した実施形態と同じに構成されている。同様に、多孔性シリンダ１７の上端部における金属リング２３も、図１及び図２に示した実施形態と同じ構成を有し、その加熱端部２３.１で自由空間２１に進入している。この場合自由空間２１は、再加熱装置３０によって温度調整される。再加熱装置３０はそのために、紡糸ビーム１の下側において紡糸ノズル２と多孔性シリンダ１７との間に配置されている。再加熱装置３０は、温度調整されるゾーンを紡糸ノズル２の直ぐ下に生ぜしめるために、加熱装置（ここには図示せず）を有している。再加熱装置３０は、この実施形態では押圧プレート１４で、紡糸ビーム１の下側面１２に保持されており、この場合シールのためにブローボックス８は、フォームシールエレメント１５で押圧プレート１４に接触している。再加熱装置３０は円筒形に形成されているので、隣接した紡糸ノズルは別の再加熱装置を有している。これらの再加熱装置は好ましくは一緒に温度調整される。

紡糸ビーム１の内部には、蒸気供給装置３１が形成されており、この蒸気供給装置３１は、リング通路３２と供給管路３３とから形成されている。リング通路３２は、単数又は複数のブロー開口３４を有しており、これらのブロー開口３４は、紡糸ノズル２の直ぐ下において開口している。運転時に、供給管路３３を介して水蒸気が導入され、この水蒸気は、リング通路３２及びブロー開口３４を介して紡糸ノズル２の下において分配される。紡糸ノズル２の下側において流出する水蒸気は、フィラメントの押出し時に発生するガスを凝集させる。これによって、隣接した部材における不都合な付着物をさらに減じることができる。この場合蒸気供給装置３１は、紡糸ノズル２に保持された各紡糸ノズル２に対して、別個のブロー開口３４を有している。

図１〜図４に示した上に挙げた実施形態では、多孔性シリンダ１７の上端部を加熱するための別個の加熱手段は、パッシブな加熱手段として形成されており、この加熱手段では、紡糸ノズル２及び紡糸ビーム１の周囲において発生する熱エネルギが使用され、これによって多孔性シリンダ１７の上側の走入領域を加熱することができる。しかしながらまた、基本的には、多孔性シリンダ１７を加熱するアクティブな加熱手段を上端部において設けることも可能である。そのために図５には、別の実施形態が横断面図で略示されている。図５に示した実施形態は、冷却装置４の構造及び機能に関しては、既に述べた実施形態と同じであるので、ここでは繰り返しを回避するために相違点についてだけ述べる。

図５に示した実施形態では、多孔性シリンダ１７の上端部に、加熱スリーブ２２が配置されており、この加熱スリーブ２２は、外壁１９の周囲を取り囲んでいる。加熱スリーブ２２はこの場合、多孔性シリンダ１７の上端部において短い領域にわたって延在しており、この領域において貫流は行われない。加熱スリーブ２２は例えば抵抗加熱エレメントを介してアクティブに加熱され、これによって多孔性シリンダ１７の上端部を加熱することができる。加熱スリーブ２２はこの場合、再加熱装置３０のエネルギ供給部と好適に接続することができる。

従って図５に示した実施形態では、フィラメントと一緒にドラッグされる水蒸気が多孔性シリンダ１７の上側領域において凝縮することを好適に回避することができる。この場合多孔性シリンダ１７の温度調整時に、１００℃を越える範囲における温度が好適に得られる。例えば、ポリアミドＰＡ６の紡糸時に、再加熱装置３０は約２６０℃の温度に調節される。

図１〜図５に示した実施形態は、冷却装置の構造及び構成における例である。基本的にはまた、上側のブローチャンバ９に給気通路を直に対応して設け、これによって下側のブローチャンバから上側のブローチャンバへの冷却空気の分配が省かれるように、ブローチャンバを一体的に形成することも可能である。この場合に重要なことは、生ぜしめられる吸込み作用に基づいて、糸開口に進入するフィラメント及びガスが冷却装置への走入時に、加熱されたガイド面に直に衝突し、これによって付着物の発生を最小にできることである。この場合多孔性シリンダの走入領域を加熱するためには、パッシブな加熱手段又はアクティブな加熱手段のどちらも好ましい。

１ 紡糸ビーム
２ 紡糸ノズル
３ 紡糸ポンプ
４ 冷却装置
５ 溶融物供給路
６ 溶融物管路
７ フィラメント
８ ブローボックス
８.１ トップボックス
８.２ ボトムボックス
９ 上側のブローチャンバ
１０ 下側のブローチャンバ
１１ ブローボックスの上側面
１２ 紡糸ビームの下側面
１３ シールシステム
１４ 押圧プレート
１５ フォームシールエレメント
１６ 絶縁プレート
１７ 多孔性シリンダ
１８ 内壁
１９ 外壁
２０ 糸開口
２１ 自由空間
２２ 加熱スリーブ
２３ 金属リング
２３.１ 加熱端部
２３.２ 保持端部
２３.３ 加熱カラー
２３.４ 加熱リブ
２４ 給気通路
２５ 管片
２６ 孔付プレート
２７.１，２７.２ リフティングシリンダ
２８ 流出開口
２９ 給気部
３０ 再加熱装置
３１ 蒸気供給装置
３２ リング通路
３３ 供給管路
３４ ブロー開口

Claims (10)

1. 合成のフィラメントを溶融紡糸及び冷却する装置であって、前記フィラメントを押し出すための少なくとも１つの紡糸ノズル（２）を下側面に有する加熱された紡糸ビーム（１）と、該紡糸ビーム（１）の下に配置された冷却装置（４）とを備えており、該冷却装置（４）はブローチャンバ（９）と、該ブローチャンバ（９）の内部に配置されていてガス透過性の壁を備えた多孔性シリンダ（１７）とを有しており、該多孔性シリンダ（１７）の上端部は、前記紡糸ノズル（２）の下に間隔をおいて前記フィラメントを受け入れるために配置されている、装置において、
   前記多孔性シリンダ（１７）の前記上端部に、別体の加熱手段（２２，２３）が接触しており、該加熱手段（２２，２３）によって前記多孔性シリンダ（１７）の前記上端部が加熱可能であることを特徴とする、合成のフィラメントを溶融紡糸及び冷却する装置。
2. 前記加熱手段は、加熱スリーブ（２２）によって形成されていて、該加熱スリーブ（２２）は、前記多孔性シリンダ（１７）の外壁（１９）又は内壁（１８）の周囲に配置されている、請求項１記載の装置。
3. 前記加熱手段は、熱伝導性の金属リング（２３）によって形成されていて、該金属リング（２３）は、前記多孔性シリンダ（１７）の前記上端部に接触して保持されており、かつ自由な加熱端部（２３.１）で、前記多孔性シリンダ（１７）と前記紡糸ノズル（２）との間に形成された自由空間（２１）内に進入している、請求項１記載の装置。
4. 前記金属リング（２３）の前記加熱端部（２３.１）は前記自由空間（２１）において、前記紡糸ビーム（１）の熱を通す部材に接触するように又は片持ち式に接触せずに保持されている、請求項３記載の装置。
5. 前記金属リング（２３）は保持端部に、円筒形の加熱カラー（２３.３）を有していて、該加熱カラー（２３.３）は前記多孔性シリンダ（１７）内に進入している、請求項３又は４記載の装置。
6. 前記金属リング（２３）は、多孔性シリンダ（１７）の内壁（１８）に対して前記円筒形の加熱カラー（２３.３）との接触なしに、保持されている、請求項５記載の装置。
7. 前記金属リング（２３）は、前記多孔性シリンダ（１７）の前記上端部に交換可能に載設されている、請求項３から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 再加熱装置（３０）が、前記紡糸ノズル（２）と前記多孔性シリンダ（１７）の前記上端部との間に配置されていて、前記再加熱装置（３０）によって、前記紡糸ノズル（２）と前記多孔性シリンダ（１７）との間における温度調整された自由空間（２１）が形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 前記金属リング（２３）の前記加熱端部（２３.１）は、温度調整された前記自由空間（２１）内に進入している、請求項８記載の装置。
10. 前記紡糸ノズル（２）に蒸気供給装置（３１）が対応して設けられており、該蒸気供給装置（３１）によって蒸気が、前記紡糸ノズル（２）の下における前記自由空間内に導入可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。

Images