JP4351063B2 - 光学異方性紡糸液からフィラメントを製造する方法およびエアギャップ紡糸装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学異方性紡糸液からフィラメントを製造する方法であって、前記紡糸液は、複数の紡糸口を備えた紡糸区を含んでなる紡糸口金からスロットすなわちダイヤフラムを介して凝固浴へと押し出され、前記ダイヤフラムの端部は、上面と下面とを有するプレートによって形成され、そして前記プレートの上面は前記紡糸区に最も近い面として定義されることを特徴とする前記方法、および、前記方法を実施するエアギャップ紡糸装置に関する。

隣り合った開口部の縁部を異なる高さ（異なるレベル）に設定することで凝固剤の表面の運動を少なくすることができる方法が欧州特許第０，９０４，４３１号に開示されている。前記特許明細書の実施例では、強度の良好なフィラメントが得られている。しかしながら、この方法には、紡糸の進行中に凝固浴がまだ連続運動の状態にあるという欠点がある。この方法を大きな規模で用いようとした場合、前記欠点はとくに厄介な問題となる。そのような運動は、形成されるフィラメントに悪影響を与えてしまう。すなわち、凝固浴内のフィラメント同士がくっついてしまい、最終製品が予想される高度な用途（例えば織物または複合強化材）に使用するのに適さなくなる。

極小の（例えば４ｍｍよりも小さい）エアギャップを用いる場合、フィラメント束の影響を受けて常にある程度の運動（振動、小さな波など）を見せる凝固剤が紡糸口金のプレートと接触してしまうという危険性がある。この状態が発生すると、処理を中止せざるを得ないほどの支障を来たすことがある。従って、極小のエアギャップを用いようとする場合、凝固浴の表面をできるだけ穏やかな状態にしておくことが必要不可欠である。どの程度の運動が凝固浴の表面に起こるかは凝固浴の底面の形状に依存することが分かっている。特に、３つ以上の紡糸区が用いられ、且つ、前記紡糸区に対応する数の排出口が凝固浴の底面に形成されている場合、凝固剤の表面に起こる運動の程度は、本発明の形状を導入することによってかなり小さくすることができる。前記公知の方法を大幅に改善できるとても単純で効果的な実施態様は、本発明の実施態様である。

本発明の目的は、凝固浴の表面を乱すことなく量産を行うことができる条件下において、良好ないし非常に良好な物性を有する複数のフィラメントを（３００ｍ／分を上回る）高速度で紡糸することができる方法を提供することである。

この目的は、紡糸区の中心を通り、且つ、プレートの上面に対して垂直であるラインがスロットすなわちダイヤフラムの中心を通る平行ラインと距離（ｄ）を置いて位置しており、前記ダイヤフラムの突出部が前記紡糸区の突出部とほぼ同じ大きさおよび形状を有し、一方のプレートの上面が他方のプレートの上面よりも前記紡糸区の中心に近く、そして前記紡糸区の中心を通るラインが、上面が前記紡糸区の中心と最長距離にあるプレートの方の端部に近いことを特徴とする前述のような最先端の方法を採用することによって達成される。

前記スロットすなわちダイヤフラムの端部は少なくとも２枚のプレートによって形成されるが、一方のプレートの上面が他方のプレートの上面よりも前記紡糸区に近い。前記紡糸区の中心を通り、且つ、前記プレートの上面に対して垂直であるラインは、上面が前記紡糸区と最長距離にあるプレートの方の端部に近い。プレートの上面から前記紡糸区までの距離は、前記紡糸区の中心から前記プレートの上面までの最短距離として定義することができる。

驚くべきことに、この方法は、酸濃度の比較的高い凝固浴において、小さなピッチで良好な物性を有するフィラメント（従って、単位面積当たり多数のフィラメント）を製造することができ、ごみの流れが少ない経済的な方法であることが分かった。実施例から分かるように、（外部シェルが十分に凝固する前に接触したフィラメントによって）処理中に発生する癒着の数は少ない。凝固浴に実質的な運動は起こらなかった。この現象の考えられる説明を以下に示す。

排出口の縁部において、排出されるフィラメント束に飛沫同伴する液体は擦り落とされる。慣性により、前記液体はその速度（の一部）を保ったまま、底面と平行に、隣接する排出口の方向へと流れる。しかしながら、この隣接する排出口の方向からも凝固剤が流れてくるので、反対方向に流れるこれらの液体同士が衝突することになる。その結果、液体が押し上げられ、凝固浴の表面がこのよどみ点よりも高くなる。この凝固剤のせき止めは、エアギャップを選択した場合、著しく制限されることは明らかである。いずれにしても、凝固剤は紡糸口金プレートと接触するのを防がなければならない。

前記流れが異なるレベルで合流する場合、前記せき止めは起こらない。それどころか、一方の流れ（すなわち、最も低い縁部から流れてくる流れ）の速度は、液体表面の方向に向かう成分をすでに有しているため、流れは消滅し、液体表面は穏やかなままである。

凝固浴の深さが１０ｍｍよりも深く、２０ｍｍ未満（好ましくは１５ｍｍ未満）である場合、一方では、フィラメントは浴内でわずかな抵抗しか受けず、凝固剤の使用量も少ないが、他方では、前記凝固浴における滞留時間が、必要とされる凝固が得られるほど長い。

本発明による方法は、比較的小型の紡糸装置の使用を可能にしたり、従来よりも紡糸口の数が多い紡糸口金プレートの既存の紡糸装置への配備を可能にしたりする。例えば、一紡糸位置当たり１，０００〜３，０００フィラメントの製造が可能になる。

良好な結果は、凝固剤がフィラメント束の中心へと流れるときに受ける低い抵抗に起因するものだと思われる（あるいは、これを高フィラメント束透過性と呼んでもよい）。前記抵抗は進行経路、すなわち、フィラメント束の幅の半分およびフィラメント間の間隔（ピッチ）に依存する。

紡糸口は複数の紡糸区にグループ分けすることが好ましい。そうして、独立した区域を互いに向かい合わせに配置することによって、近づいてくる凝固剤の流れが妨げられることを最小限に押さえることが可能となり、且つ、凝固浴が乱れることを最大限に回避することが可能となる。

また、独立した紡糸区は、最も外側のフィラメント同士間の最大間隔が異なる紡糸区の紡糸口から押し出されるときに比較的小さくなり、例えばガイドへの収束が少なくなるように配置されることが好ましい。

紡糸区を配置するのに非常に効果的な方法の１つは、各紡糸区の長手方向を半径方向に合わせ、円上に等間隔で配置する方法である。そのような配置は、近づいてくる凝固剤の流れ（たとえあったとしても）を十分に妨げ、各フィラメント束の収束を少なくする。紡糸区の形状は任意の所望の形状で構わないが、多くの場合、長方形の紡糸区が好ましいとされる。

フィラメント束の収束をさらに少なくするために、凝固浴の底に、各紡糸区に対応して開口部を設けることが好ましい。前記開口部の突出部は、紡糸区の突出部とほぼ同じ形状を有するが、紡糸区の突出部よりも幅は少し狭いことが好ましい。さらに、前記開口部が紡糸区よりも少し長いと、インスピニング工程が容易になる。その場合、凝固浴の底の開口部の長さも幅も実質的なフィラメント束の収束を引き起こすことはなく、フィラメントが押し固められたり、スロットすなわちダイヤフラムの縁部で擦られて損傷することが未然に防がれる。一般に、紡糸区に関する長さおよび幅の差は適度であるべきである。そのような差は、紡糸区の長さの６０％以下および紡糸区の幅の１００％以下であることが好ましく、紡糸区の長さの３５％以下および紡糸区の幅の５５％以下であることがさらに好ましい。

本発明の方法によって得られるフィラメントの物性は、糸状の押出物がガス状の不活性媒体（エアギャップ）内を進行する距離を、０．５ｍｍよりも長く、１６ｍｍよりも短い範囲から選択することによってさらに高めることができる。

本発明の構成において、「ピッチ」という用語は、隣り合う紡糸口の中心の間の平均距離を表すのに用いられる。

以下、本発明を実施例と図面を用いてさらに詳細に説明する。本発明はこの実施例によってなんら限定されるものではない。

図１には、８つの長方形の紡糸区２を有する紡糸口金１が示されている。各紡糸区２は、複数の紡糸口３を有する（前記紡糸区のうちの１つのみに示されている）。

図２には、本発明の方法について説明することのできる本発明の装置が示されている。光学異方性紡糸液は、複数の紡糸口３を有する紡糸区２を含んでなる紡糸口金１を通り、そしてスロットすなわちダイヤフラム５を通って、凝固浴槽４へと押し出される。ダイヤフラム５の端部６ａ、６ｂはプレート７ａ、７ｂによって形成され、プレート７ａ、７ｂは、それぞれ、上面８ａ、８ｂおよび下面９ａ、９ｂを有する。プレート７ａ、７ｂの上面８ａ、８ｂは、紡糸区２に最も近い面として定義される。紡糸区２の中心１３を通り、且つ、上面８ａ、８ｂに対して垂直であるライン１０は、スロットすなわちダイヤフラム５の中心１４を通る平行ライン１１と距離ｄを置いて位置している。中心１４は、端部６ａ、６ｂと、ライン１５ａと、ライン１５ｂとによって限定される領域の中心として定義される。ライン１５ａは端部６ａの上隅と端部６ｂの上隅との間のラインであり、そしてライン１５ｂは端部６ａの下隅と端部６ｂの下隅との間のラインである。前記領域がスロットすなわちダイヤフラム５である。図３には、この領域の断面および中心１４が示されている。

プレート７ａ、７ｂから紡糸区２までの距離は、プレート７ａ、７ｂの上面と紡糸区２の中心１３を通る垂直面との間の最短距離として定義される。図４には、凸状の紡糸区２の中心１３を通る垂直面とプレート７ｂの上面８ｂとの間の距離「ａ」が示されている。

別の実施態様（図示されていない）では、前記プレートの一方が他方よりも厚い。これらのプレートの下面を同じまたはほぼ同じ高さに合わせた場合、これらのプレートの上面は、紡糸区２の中心１３までの距離が異なることになる。すべての実施態様において、各紡糸区２は１つのスロットすなわちダイヤフラム５に対応している。１つのスロットすなわちダイヤフラム５が複数の紡糸区２と（紡糸繊維を介して）接触することはできない。プレート７ａ、７ｂの各々の厚みは、独立して、０．５〜５ｍｍの範囲から選択されることが好ましい。

本発明のエアギャップ紡糸装置において、プレート７ｂから紡糸区２までの距離は、プレート７ａから紡糸区２までの距離よりも短いことが好ましく、ライン１０は、プレート７ｂの端部６ｂよりもプレート７ａの端部６ａの方に近いことが好ましい。従って、距離ｄは０．４〜５０ｍｍであることが好ましく、１〜２ｍｍであることがさらに好ましい。

プレート７ａ、７ｂが、ライン１０とライン１１との間の距離ｄとほぼ等しい厚みを有することが特に有用であることが分かった。

スロットすなわちダイヤフラム５（の突出部）が紡糸区２の突出部とほぼ同じ大きさおよび形状を有する場合にとくに良好な結果が得られる。実際には、スロットすなわちダイヤフラム５は紡糸区２と同じ形状を有するが、紡糸区２よりもわずかに小さいことが好ましい。さらに、スロットすなわちダイヤフラム５が前記紡糸区よりもわずかに長いと、紡糸が容易になる。前記紡糸装置において、スロットすなわちダイヤフラム５のすぐ上をカバープレート（図示されていない）で塞ぐことが好ましい。

米国特許第４，３０８，３７４号の実施例６に記載されている方法と同じような方法で、Ｎ−メチルピロリドンと塩化カルシウムとの混合物を用いて、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）を調製した。中和、洗浄および乾燥を行った後、固有粘度が５．４であるポリマーが得られた。

得られたポリマーを、米国特許第４，３２０，０８１号の実施例３に記載されている方法で、濃度９９．８％の硫酸に溶かした。

得られた紡糸液を、異なる紡糸口金／ダイヤフラム実施態様を用いて紡糸した。

欧州特許第０，９０４，４３１号に記載されている紡糸口金による９０ｍｍの外径を有する円形の紡糸口金１は、８つの長方形の紡糸区２（幅２．６５ｍｍ、長さ１８．４ｍｍ）を備えており、各紡糸区２は２５０個の紡糸口３を有しており、前記紡糸口３は等間隔で紡糸口金１に形成されていた。紡糸口３の直径は６５μｍであり、ある紡糸口３から別の紡糸口３までの距離（ピッチ）は０．５ｍｍであった（従って、紡糸区２の幅に対する前記ピッチの比率は０．５／２．６５＝０．１９であった）。

紡糸液を、長さが６ｍｍのエアギャップを介して凝固浴へと押し出して紡糸した。凝固剤は、硫酸濃度が２％であり、かつ、温度が１３℃である水から成っていた。紡糸速度は３００ｍ／ｍｉｎであり、延伸倍率は、３，３６０ｄｔｅｘの総繊維束に対して６．８であった。物性はＡＳＴＭ Ｄ８８５に従って求めた。

前記凝固浴の表面から１０ｍｍ下には８つのダイヤフラム（各１．２６ｍｍ ｘ ２４ｍｍの長方形）が配置されている。各ダイヤフラムは紡糸区の真下からわずかにずらして配置されていてもよい。ダイヤフラムプレート７ａ、７ｂは、フィラメントに対して垂直な同じ方向に同時に移動させることができる。これにより、紡糸区２に対してダイヤフラム５の位置を決めることができる。移動距離は、目盛りから読み取ってもよい。この方法によって、紡糸区２の中心１３を通り、且つ、プレート７ａ、７ｂの上面８ａ、８ｂに対して垂直であるライン１０を、ダイヤフラム５の中心１４を通る平行なライン１１まで距離ｄの位置に配置することができる。距離ｄは（ライン１０とライン１１がぴったりと重なる場合である０ｍｍを含めた）−１０ｍｍ〜＋１０ｍｍの間を変動する。

ｄを０ｍｍに設定した場合、深刻な凝固浴の動作が起こり、浴が５ｍｍの高さにまで達してしまうため、紡糸は実質的に不可能になる。この状態を図４（参考例）に示す。

浴が最高で４ｍｍの高さに達する上記と似たような動作が発生した状態を図５に示す。図５において、紡糸区２はプレート７ｂの方向に−１．５ｍｍの距離ｄだけずれており、上面８ｂは、上面８ａに関して、紡糸区の中心１３と最短距離にある（参考例）。この実施態様では紡糸は極めて困難であり、エアギャップを許容範囲外の大きさまで伸ばす必要があった。

さらに、フィラメントの粘着度のかなりの増加が認められた（フィラメントの最大２５％に粘り気が見られた）。

図６には、紡糸区２がプレート７ａの方向に＋１．５ｍｍの距離ｄだけずれており、上面８ａが、上面８ｂに関して、紡糸区の中心１３と最長距離にある状態が示されている。凝固浴は支障をきたす動作をすることもなく、容易に紡糸を行うことができた。この実施態様を用いて、３，４２０ｄｔｅｘの束線密度と、２，２２５ｍＮ／ｔｅｘのヤーン引張強さと、１％未満の粘着度とを有するヤーンを製造した。

０．５ｍｍ＜ｄ＜２ｍｍの範囲内において最適な結果が得られたことが分かった。

８つの長方形の紡糸区を備えた本発明による紡糸口金の底面図である。 本発明による紡糸装置の断面図である。 図２の紡糸装置のダイヤフラムの詳細を示す図である。 本発明による凝固浴および本発明によるものではない基準浴における凝固剤の貯留の発生に対する効果を示す図である。 本発明による凝固浴および本発明によるものではない基準浴における凝固剤の貯留の発生に対する効果を示す図である。 本発明による凝固浴および本発明によるものではない基準浴における凝固剤の貯留の発生に対する効果を示す図である。

Claims (7)

1. 光学異方性紡糸液からフィラメントを製造する方法であって、
   紡糸液は、複数の紡糸口（３）を備えた紡糸区（２）を含んでなる紡糸口金（１）からスロットすなわちダイヤフラム（５）を介して凝固浴（４）へと押し出され、
   ダイヤフラム（５）の端部（６ａ、６ｂ）は、上面（８ａ、８ｂ）と下面（９ａ、９ｂ）とを有するプレート（７ａ、７ｂ）によって形成され、
   プレート（７ａ、７ｂ）の上面（８ａ、８ｂ）は、紡糸区（２）に最も近い面として定義され、
   紡糸区（２）の中心（１３）を通り、且つ、上面（８ａ、８ｂ）に対して垂直であるライン（１０）は、スロットすなわちダイヤフラム（５）の中心（１４）を通る平行ライン（１１）と距離（ｄ）を置いて位置しており、
   スロットすなわちダイヤフラム（５）の突出部は、紡糸区（２）の突出部とほぼ同じ大きさおよび形状を有し、
   一方のプレート（７ｂ）の上面（８ｂ）は、他方のプレート（７ａ）の上面（８ａ）よりも前記紡糸区の中心（１３）に近く、そして
   ライン（１０）は、プレート（７ｂ）の端部（６ｂ）よりもプレート（７ａ）の端部（６ａ）の方に近い、
   ことを特徴とする前記方法。
2. 紡糸口金（１）と、スロットすなわちダイヤフラム（５）とを含む、光学異方性紡糸液からフィラメントを製造するエアギャップ紡糸装置であって、
   紡糸口金（１）は複数の紡糸口（３）を備えた紡糸区（２）を含んでなり、
   ダイヤフラム（５）は、上面（８ａ、８ｂ）と下面（９ａ、９ｂ）とを有するプレート（７ａ、７ｂ）によって形成される端部（６ａ、６ｂ）を有し、
   プレート（７ａ、７ｂ）の上面（８ａ、８ｂ）は、紡糸区（２）に最も近い面として定義され、
   前記紡糸区の中心（１３）を通り、且つ、上面（８ａ、８ｂ）に対して垂直であるライン（１０）は、スロットすなわちダイヤフラム（５）の中心（１４）を通る平行ライン（１１）と距離（ｄ）を置いて位置しており、
   スロットすなわちダイヤフラム（５）の突出部は、紡糸区（２）の突出部とほぼ同じ大きさおよび形状を有し、
   一方のプレート（７ｂ）の上面（８ｂ）は、他方のプレート（７ａ）の上面（８ａ）よりも前記紡糸区の中心（１３）に近く、そして
   ライン（１０）は、プレート（７ｂ）の端部（６ｂ）よりもプレート（７ａ）の端部（６ａ）の方に近い、
   ことを特徴とする前記装置。
3. プレート（７ａ、７ｂ）の各々の厚みは、独立して、０．５〜５ｍｍである、請求項２に記載のエアギャップ紡糸装置。
4. ライン（１０）とライン（１１）の間の距離（ｄ）が０．４〜５０ｍｍである、請求項２または３に記載のエアギャップ紡糸装置。
5. ライン（１０）とライン（１１）の間の距離（ｄ）が１〜２ｍｍである、請求項４に記載のエアギャップ紡糸装置。
6. プレート（７ａ、７ｂ）の各々の厚みが、ライン（１０）とライン（１１）の間の距離（ｄ）とほぼ等しい、請求項２〜５のいずれか１つに記載のエアギャップ紡糸装置。
7. スロットすなわちダイヤフラム（５）の突出部は、紡糸区（２）の突出部よりもわずかに長く、わずかに幅が狭い、請求項２〜６のいずれか１つに記載のエアギャップ紡糸装置。

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