乾湿式紡糸装置
【課題】多数の吐出孔が穿設された紡糸口金より紡糸ドープを一旦空気中に紡出し、凝固液を貯えた凝固浴へドープを導いて繊維化する乾湿式紡糸において、糸条を構成する単糸群の物性が高く、且つ単糸間群の品質のバラツキの無い安定した性能を有する繊維を得ることができる装置を提供する。
【解決手段】紡糸液を繊維状に紡出するための多数の紡糸孔が穿設された紡糸口金１と、紡糸口金との間でエアギャップを介して一定距離に維持された液面レベルを有する凝固液を充填する凝固浴と、凝固液中に浸漬され且つその上端部から流入した凝固液が内部を流下する流管２ｂと、流管内の下方に設けられ且つ強制駆動されるローラ３とを少なくとも備え、多数の紡糸孔から紡出された紡糸液を流管内を流下する凝固液と共に走行させて凝固・繊維化して糸条Ｙ１，Ｙ２とし、糸条をローラに巻き付けて引き取ることを特徴とした乾湿式紡糸装置。
【解決手段】紡糸液を繊維状に紡出するための多数の紡糸孔が穿設された紡糸口金１と、紡糸口金との間でエアギャップを介して一定距離に維持された液面レベルを有する凝固液を充填する凝固浴と、凝固液中に浸漬され且つその上端部から流入した凝固液が内部を流下する流管２ｂと、流管内の下方に設けられ且つ強制駆動されるローラ３とを少なくとも備え、多数の紡糸孔から紡出された紡糸液を流管内を流下する凝固液と共に走行させて凝固・繊維化して糸条Ｙ１，Ｙ２とし、糸条をローラに巻き付けて引き取ることを特徴とした乾湿式紡糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の吐出孔が穿設された紡糸口金より紡糸液(以後、「ドープ」ともいう)を一旦空気などの気体中に紡出した後、紡出したドープを凝固液中に導入して繊維化するための乾湿式紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度と高モジュラスを兼ね備えた全芳香族ポリアミド繊維を紡糸するための従来技術として、紡糸口金より全芳香族ポリアミド重合体を含むドープを一旦空気中に紡出し、紡出した前記ドープ流を凝固液により凝固させることによって、繊維化することは周知である。
【０００３】
例えば、特許文献１(特開昭５６−１２８３１２号公報)には、紡糸口金より一旦空気中へ紡出したドープをスピンチューブへ導き、更に、スピンチューブの途中から複数の小径ノズルあるいはスリットから噴出させた別途供給の凝固液を糸条引取方向にドープと並行して流す技術が開示されている。この従来技術によれば、繊維化するドープを凝固液から大きな抵抗を受けることなく、凝固液流と共に繊維化するドープを加速して紡糸できる。確かに、この乾湿式紡糸方法を採用することによって、流下速度を加速することができ、これによって紡糸張力を低減しながら、高速紡糸を行うことが可能となる。
【０００４】
しかしながら、この従来技術では、スピンチューブの途中から凝固液を強制推進流としてドープに沿って並行して流すために、この時点から凝固液の流速が増加することとなる。したがって、ドープの凝固過程において、この流速増加によって繊維化された糸にダメージが与えられてしまったり、単糸切れを惹起するというという重大な問題を内包している。
【特許文献１】特開昭５６−１２８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上に述べた従来技術が有する諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、「多数の吐出孔が穿設された紡糸口金より紡糸ドープを一旦空気中に紡出し、凝固液を貯えた凝固浴へドープを導いて繊維化する乾湿式紡糸において、糸条を構成する単糸群の物性が高く、且つ単糸間群の品質のバラツキの無い安定した性能を有する繊維を得ることができる装置を提供すること」にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに、上記課題を解決する本発明として、請求項１に記載の「紡糸液を繊維状に紡出するための多数の紡糸孔が穿設された紡糸口金と、前記紡糸口金との間でエアギャップを介して一定距離に維持された液面レベルを有する凝固液を充填する凝固浴と、前記凝固液中に浸漬され且つその上端部から流入した凝固液が内部を流下する流管と、前記流管内の下方に設けられ且つ強制駆動されるローラとを少なくとも備え、
前記多数の紡糸孔から紡出された紡糸液を前記流管内を流下する凝固液と共に走行させて凝固・繊維化して糸条とし、前記糸条を前記ローラに巻き付けて引き取ることを特徴とした乾湿式紡糸装置」が提供される。
【０００７】
その際、本発明は、請求項２に記載のように、「前記ローラが、前記糸条が巻き付けられる接糸面が通液性部材で形成されると共に前記通液性部材を介して前記流管中の凝固液をローラ内部に吸引する液体吸引ローラであることを特徴とする請求項１に記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【０００８】
また、本発明は、請求項３に記載のように、「糸条が巻き付いている部分の前記接糸面から凝固液を選択的に吸引し且つ糸条が巻き付いていない前記接糸面からは凝固液を吸引しないようにマスキングを行なうと共に、回転する前記通液性部材に近接して前記ローラの内部に固定設置されたマスキング部材を備えた請求項２に記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【０００９】
更に、本発明は、請求項４に記載のように、「前記ローラの外径が１０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【００１０】
そして、本発明は、請求項５に記載のように、「全芳香族ポリアミド繊維の乾湿式紡糸に用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の乾湿式紡糸装置によれば、流管途中に浴中に駆動可能な液体吸引ローラを用い、更にその後の流管の速度を適正な値をとることにより、糸のダメージの少ない凝固が可能となり糸物性の高い単糸を得ることができる。このため得られる糸条は、単糸切れの少なく且つ高物性の安定したものを得ることができるといる極めて顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明がその対象とするのは、高強度と高モジュラスを兼ね備えた全芳香族ポリアミド繊維などを製造するために好適な湿式または乾湿式紡糸方法とその装置である。以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る乾湿式紡糸装置の一実施形態を模式的に例示した概略構成図である。この図１において、１は多数の吐出孔が穿設された紡糸口金１である。また、Ｙ１はこの紡糸口金１からエアギャップ中に一旦紡出された後に、凝固液中に導入されて紡出糸条から溶媒が抜き出されて繊維としての形態を保持できる程度に凝固した糸条である。更に、２は凝固装置、３は回転駆動された駆動ローラ、４は引取ローラ、そして、Ｙ２は繊維化が完了した糸条をそれぞれ示す。
【００１４】
以上のように構成される本発明の乾湿式紡糸装置に係る実施形態例において、前記凝固装置２は、凝固浴本体部２ａ、流管部２ｂ、凝固液のオーバーフロー部２ｃ、凝固液の供給部２ｄ、凝固液の排出部２ｅなどを含んで構成されている。したがって、凝固液は凝固浴の供給部２ｄから凝固浴本体部２ａへ供給された後、その大部分は流管部２ｂへ流入して紡出された糸条Ｙ１の凝固に使用され、余分に供給された凝固液は、オーバーフロー部２ｃからオーバーフローし、尾バーフローした凝固液は排出部２ｅから流出する。
【００１５】
したがって、凝固浴本体部２ａに一時的に貯えられる凝固液の液面レベルは、以上に説明したオーバーフローによって、常に一定の位置に保たれることになる。このとき、前記紡糸口金１の紡糸液の吐出面は、凝固液の液面レベルよりも高い一定位置に設定されているので、前記吐出面と凝固液面とは常に一定の距離が維持される。このような状態で、糸条Ｙ１は紡糸口金から空気などの気体からなるエアギャップ中へ一旦紡出され、その後に、凝固液中へ導入され、乾湿式紡糸が行なわれる。
【００１６】
次に、図１に例示した実施形態例に係る乾湿式紡糸装置を用いて、特に全芳香族ポリアミドからなるポリマーを含むドープが繊維化されてマルチフィラメント糸を形成する乾湿式紡糸プロセスについて詳細かつ具体的に説明する。
【００１７】
先ず、本発明で言う「ドープ」について説明すると、この「ドープ」は、例えば次に述べるようにして調製することができる。すなわち、水分率が１００ｐｐｍ以下のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰという）１１２．９部、パラフェニレンジアミン１．５０６部、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル２．７８９部を常温下で反応容器に入れ、窒素中で溶解した後、攪拌しながらテレフタル酸クロライド５．６５８部を添加する。そして、最終的に８５℃で６０分間反応させ、透明の粘稠なポリマー溶液を得る。次いで、２２．５重量％の水酸化カルシウムを含有するＮＭＰスラリー９．１７４部を添加し、中和反応を行って必要な「ドープ」を得る。
【００１８】
前述のようにして調製したドープを繊維化するにあたって、先ずギアポンプなどの計量供給手段（図示せず）を使用して、ドープの供給量を連続的に計量しながらスピンブロックへ分配供給し、スピンブロックに装着された紡糸口金１からドープを紡出する。ただし、前記紡糸口金１は、例えば、外径１００ｍｍの円形状円板に０．３ｍｍの吐出孔を１０００個穿設したものであって、これら多数の吐出孔群からドープを繊維状に紡出するものである。その際、図１に例示したように、凝固液が形成する液面Ｓと紡糸口金１のドープ吐出面との間はエアギャップが形成されており、このため、ドープは紡糸口金１から前記エアギャップ中へ最初に紡出される。
【００１９】
なお、前記エアギャップは、小さ過ぎると紡糸口金１のドープ吐出面に凝固液が接触する事態が発生し、紡糸口金１から吐出されたドープが紡糸口金１の直下で凝固を起こし、単糸切れを生じる。また、大き過ぎると紡糸口金１内の隣接する単糸同士が密着を起し、独立した繊維を得ることができない。このような理由から、前記エアギャップは、例えば、上記紡糸口金１では１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下が適している。
【００２０】
以上に述べたようにして、紡糸口金１に穿設された多数の吐出孔から吐出されたドープは、マルチフィラメント糸とするために一旦空気や窒素などの気体中に紡出され、ついで、凝固浴２に充填された凝固液へと浸漬され、ついで、本発明の一大特徴とする駆動ローラ３へと導かれる。
【００２１】
このとき、ドープが繊維化されるプロセスとして、凝固浴の本体部２ａと流管部２ｂとに存在する凝固液とドープとが接触することによって、ドープに含有される有機溶剤が凝固液中へ抽出される。しかしながら、ドープ中の溶媒が十分に抜けない状態では、全芳香族ポリアミドポリマーと残存する有機溶剤とからなる不完全な凝固状態にあるマルチフィラメント糸条Ｙ１が形成される。
【００２２】
この糸条Ｙ１は、凝固が完全に完了していない状態であって、このような状態で糸条Ｙ１が凝固液中に設けられたガイドあるいはローラに接触して走行抵抗を受けると繊度斑を惹起しやすい。そこで、ガイドやローラに接糸させてもダメージが無い状態とするために、本発明に係る「強制駆動された液体吸引ローラ３」を使用するのである。
【００２３】
そこで、強制駆動された液体吸引ローラ３を使用することで、液体吸引ローラ３上に糸条Ｙ１を載せて、糸条Ｙ１の走行速度に同期された一定の速度で搬送する。この搬送時において、液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１は、接糸面部分でローラの外側から内側へ吸引される凝固液の液圧によって、接糸面Ｃに押し付けられるために、ローラ上でのスティックスリップが抑制される。このとき、糸条Ｙ１は、下方へ落下する凝固液で満たされた流管部２ｂ中を落下する凝固液と共に走行するので、糸条Ｙ１の液中での走行抵抗は大幅に低減されている。
【００２４】
しかも、同時に糸条Ｙ１に含まれる溶剤が、落下する凝固液中へ抽出されて、繊維化された糸条Ｙ２の状態となる。このようにして繊維化される際に、流管部２ｂでは溶媒抽出が飽和した状態になった糸条Ｙ１が受ける液抵抗によって、十分に凝固が完了していない糸条Ｙ１が過度に延伸されてしまうのを抑制することも必要である。このため、流管部２ｂを流れる凝固液の流速と糸速度とをほぼ等しくすることが望ましい。
【００２５】
なお、紡出された糸条Ｙ１の走行速度は、生産性を考えれば、より高速化することが好ましい。したがって、このように高速化する糸条Ｙ１の走行速度に対して、流管部２ｂを流下する凝固液の流速を調整することが必要となる。ところが、本発明においては、前述のように、流管部２ｂ中に液体吸引ローラ３を設けているので、この液体吸引ローラ３が吸引する凝固液の量を好ましい範囲に設定することによって容易に行なうことができる。
【００２６】
ただし、流管部２ｂを流れる凝固液の流量は、流管部２ｂの流路断面積とも密接に関係する。したがって、流管部２ｂの流路断面積と、流管部２ｂ内の凝固液の流速と、走行糸条Ｙ１をローラ上に液圧で押さえ付けながら内部に吸引する凝固液の流量との間には密接な相関関係があり、また、これらの関係は、紡糸条件などによって変わってくるため、これらの間の最適な値は、最終的には、実験によって決定することが好ましい。
【００２７】
以上に述べたようなきわめて良好な一連の乾湿式紡糸を可能とするのは、もちろん本発明が一大特徴とする「強制駆動される液体吸引ローラ３」を用いるためである。これによって、一定速度で回転する液体吸引ローラ３上を糸条Ｙ１がスティックスリップを起こすことなく安定走行し、しかも、液体吸引ローラ３によって糸条Ｙ１の走行方向、即ち糸道を変えて凝固が完了した糸条Ｙ２のダメージをできるだけ抑制して凝固浴２から搬出できる状態を現出したことにある。
【００２８】
更に、このようにして形成された糸条Ｙ２は、引取ローラ４などの回転体によって引き取られ、定法によって、糸条Ｙ２に付着した凝固液を取り除く水洗工程、水洗工程で付着した水分を乾燥させる乾燥工程、糸条Ｙ２を引き伸ばす延伸工程などからなる一連の製糸プロセスが行われる。そして、この一連の製糸プロセスによって高性能及び／又は高機能を有する繊維を得ることも周知の通りである。
【００２９】
次に、図１に例示した乾湿式紡糸装置において使用する前記液体吸引ローラ３の詳細構造は、図２の模式側断面図に示したような実施形態を有しており、この詳細構造について以下に詳細に説明する。
【００３０】
すなわち、この液体吸引ローラ３は、凝固浴２の流管部２ｂの中に設けられ、液体吸引ローラ３の外部にある凝固液をその内部へ吸引できる通液性部材３１ａ（この通液性部材３１は、ローラシェルを構成している）からなる接糸面Ｃ（図２には接糸面Ｃのごく近傍に一転鎖線を付して示している）を有し、この接糸面Ｃから凝固液をローラシェル３１ａ（通液性部材３１ａ）の内部へ吸引するように構成されている。
【００３１】
接糸面Ｃには、紡糸口金１からドープとして紡出され、凝固浴２中で繊維化された糸条Ｙ１が直接接触する。このように、接糸面Ｃは、糸条Ｙ１が直接接触することから、糸条Ｙ１にダメージを無いように通液性部材３ａの表面が滑らかに処理されていることが必要である。何故ならば、本発明に係る液体吸引ローラ３は、液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１のスティックスリップの防止を目的として設計されていることは勿論であるが、例えスティックスリップを起こしたとしても液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１がダメージを受けない配慮が当然のこととして要求されるからである。
【００３２】
なお、通液性部材３ａの全周面から凝固液を均一に供給することが望ましく、そのためには、金網などで構成されたメッシュ体のような整流効果のあるものが良い。ただし、メッシュ体だけに限定するものではなく、同様の効果が得られる部材、すなわち、液体吸引ローラ３が凝固液中で強制回転させられたり、ある程度の糸条張力が作用したりしたとしても、変形しないような適切な剛性を有する「不織布，焼結体，メッシュ体，穴開きプレート等」を単独または組合わせて用いてもよい。なお、ローラシェル３１ａを枠体と通液性部材３１ａを組合わせて、高い剛性を有する枠体を高剛性と高強度を有する補強材として用い、この枠体の上に小さな剛性を有する通液性部材３１ａを張設するようにすることもできる。
【００３３】
本発明に係る液体吸引ローラ３においては、紡糸口金１から吐出されたドープが凝固液中で繊維化される非常にデリケートな紡糸工程に使用するので、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３上でスティックスリップしないようにしている。すなわち、紡糸張力が僅かであっても極力変動しないように絶えず一定に保つと共に、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３上をスリップして単糸切れや擦過損傷などのダメージを受けない状態を現出させることを肝要とする。
【００３４】
したがって、本発明に係る液体吸引ローラ３では、接糸面Ｃから吸引される凝固液の液流が生み出す液圧の作用により、液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１を押さえ付けて、糸条Ｙ１の液体吸引ローラ３上での滑りを抑制するものである。そうであるから、接糸面Ｃを通過する凝固液の流速についても流速斑がなくほとんど一定となるようすることが必要である。したがって、接糸面Ｃを設計するに当って、流速斑の発生がなく設計通りの流速が得られる開口面積と開口率などのパラメータを選定しなければならないことは言うまでもない。
【００３５】
なお、これについては、選定する通液性部材３１ａの種類、紡糸する糸条Ｙ１の銘柄（フィラメント数、単糸繊度）、紡糸速度（液体吸引ローラ３の回転速度）などの様々な条件が複雑に絡み合ってくる。そこで、設計時点である程度の目安をつけることはできるものの、最終的には実験によって最適な仕様を決定すべき事項である。
【００３６】
ところで、前述のように紡糸口金１から吐出されたドープは、凝固液中で繊維化されてマルチフィラメント糸条Ｙ１となった後に液体吸引ローラ３と接触して所定の巻付角度を形成しながら走行する。なお、巻付角度は糸条Ｙ１の糸道の変更角度でもあって、糸条Ｙ１の糸道変更をどの程度にするかによって決定される。このようにして、糸条Ｙ１が巻きつく液体吸引ローラ３には、定常状態で糸条Ｙ１が走行している限りにおいて巻付角度は殆ど一定である。すなわち、液体吸引ローラ３の接糸面Ｃの円周方向では、ほぼ一定の巻付角度を有して糸条Ｙ１が接触する部分と、糸条Ｙ１が巻き付かない非接触部が常に存在することになる。
【００３７】
それにもかかわらず、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３上を走行している時、通液性部材３１ａの全円周面から凝固液を吸引するようにすると、次に述べるような不都合が生じる。つまり、液体吸引ローラ３に接触して巻き付いた糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３から離脱しようとしても、糸条Ｙ１を押さえ付ける液圧のために、容易に糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３から離脱しがたくなって、単糸が液体吸引ローラ３に取られて液体吸引ローラ３に巻き付いてしまうという問題である。
【００３８】
そこで、このような問題を解消するために、通液性部材３１ａの全円周面から凝固液を吸引するのではなく、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３に巻き付いている部分からのみ液体を吸引できるようにする必要がある。このような機能は、液体吸引ローラ３が回転せずに固定されている場合には、通液性部材３１ａへの糸条Ｙ１の巻付部位は常に一定であるから、凝固液を吸引したい箇所にのみ開口を設け、その他の凝固液を吸引したくない箇所には開口を設けないようにすることで具現化できる。
【００３９】
しかしながら、本発明に係る液体吸引ローラ３のように、望ましくは強制駆動された液体吸引ローラ３（なお、「糸条Ｙ１の張力によって低トルクで自由回転する液体吸引ローラ３」であっても良い）を使用する場合では、このような方策を採ることができない。そこで、本発明においては、回転する液体吸引ローラ３に対応できるようにマスキング部材３６を用いる。以下、このマスキング部材３６の作用効果について、図２を参照しながら詳細に説明する。なお、図２に例示したマスキング部材３６には、部分断面を施している。
【００４０】
このマスキング部材３６は、例え液体吸引ローラ３が回転していても糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３に巻き付く通液性部材３１ａの部分からのみ凝固液を吸引し、液体吸引ローラ３に糸条Ｙ１が巻き付いていないその他の通液性部材３１ａの部分からは凝固液を吸引しないようにする機能を果たすものである。
【００４１】
そのために、ローラ本体３１ｂに設けた円筒状の通液性部材３１ａに近接対応させて、円筒状のマスキング部材３６を図２に示したように、通液性部材３１ａに対して２重円筒状に設ける。そして、通液性部材３１ａの糸条Ｙ１が巻き付く箇所に対応した位置にだけ、凝固液が通過できる開口（孔）部を設ける。すなわち、図２に例示したように、非マスキング部３６ａ（図２でメッシュ状の網掛けを施した部分）とマスキング部３６ｂを設けて、非マスキング部３６ａにのみ開口（孔）部を設け、マスキング部３６ｂには開口（孔）部を設けないようにする。
【００４２】
更に、部分的に開口部が形成された静止型通液性部材と同様の理由によって、マスキング部材３６を回転させてしまうと、糸条Ｙ１が巻き付く箇所のみからなる特定部分から凝固液を吸引できないので回転させないようにする。そこで、非回転とするために、マスキング部材３６に接続固定された吸引管３２を介して固定ブロック３３に動かないようにしっかりと固定する。
【００４３】
なお、図２において、参照符号３８ａと３８ｂで示した部材は、凝固浴２に充填された凝固液が外部に漏れ出さないようにするシール部材であって、図２の例ではＯリングを使用している。ただし、このシール部材３８ａと３８ｂは、当然のことながらＯリングに限定されることなく、周知のメカニカルシールなどのシール部材を用いることができるのは言うまでもない。
【００４４】
ところで、本発明に好ましく使用できる「強制駆動される通液性部材３１ａ」では、この通液性部材３１ａの接糸面Ｃとなる全周面にわたって開口（孔）部が均等に形成されていることを付言しておく。しかしながら、マスキング部材３６を設けることによって、マスキング部３６ａの位置へ回転してきた通液性部材３１ａの部分の通液性がマスクされるので、この部分から凝固液が吸引されることはない。これに対して、非マスキング部３６ｂの位置へ回転してきた通液性部材３１ａの部分からは、そこに設けられた開口を介して良好に凝固液を吸引することができる。
【００４５】
以上に説明したようにマスキング部材３６を構成することにより、凝固液の液体吸引ローラ３への吸引は、後述する乾湿式紡糸装置の場合も含めて、図１に示したように、液体吸引ローラ３の近傍に引いた一点鎖線を施した箇所以外の部分に対して、矢印で示した方向から行なわれる。しかし、それ以外の液体吸引ローラ３の近傍に一点鎖線を施した部分については凝固液の吸引が行われない。
【００４６】
なお、マスキング部材３６の後端には、吸引した液体を吸引管３２を介して系外へ排出する排出管３４が設けられている。このとき、系外への凝固液の排出は、排出管３４の流路上に設けられたポンプやエジェクターなどの周知の装置を用いて行なわれる。その際、系外へ排出された凝固液は、ドープから抜き出された溶媒を回収した後、その成分調整を行なって再び凝固浴内に戻し循環して使用してもよく、再循環せずにそのまま排出してもよい。
【００４７】
本発明において、糸条Ｙ１の走行速度に同期させて液体吸引ローラ３を強制的に駆動することがきわめて好ましいことは既に述べたとおりである。そのために、本発明に係る液体吸引ローラ３では、図２に例示したように、ローラ本体３１ｂに設けられたローラ軸３１ｃにローラ駆動用プーリー３１ｄとローラ駆動用ベルト３１ｅなどの駆動手段を固定し、プーリー３１ｄに動力を伝達してローラ軸３１ｃを回転させる。これにより、液体吸引ローラ３の通液性部材３１ａを軸心周りに回転自在としている。
【００４８】
その際、前記ローラ軸３１ｃは、図２に示したように中空軸を形成しており、この中空軸の外周面側に軸受支持部材３５ｂ，３５ｂによって支持された軸受３５ａ，３５ａを、そして、内周面（中空）側に吸引管３２に外接して軸受３７，３７を挿設して、ローラ軸３１ｃ自体を吸引管３２の中心軸と同軸に回転自在としている。したがって、液体吸引ローラ３の回転速度を一定に制御できるモーターなどの回転駆動手段（図示せず）からプーリー３１ｄを介してローラ軸３１ｃへ動力を伝達することによって、容易にローラ軸３１ｃ、すなわち「接糸面Ｃを有する通液性部材３１」を強制駆動できる。なお、回転速度の制御は、例えばインバータなどの周知の回転速度制御機器を用いることができる。
【００４９】
以上に説明したように、本発明においては、糸条Ｙ１の走行速度に同期した速度で強制駆動された液体吸引ローラ３を用いることができるので、静止したローラと比較すると、ローラ上を走行する糸条Ｙ１が擦過されることがなく、糸条Ｙ１が損傷することがない。しかも、走行糸条Ｙ１は液圧で液体吸引ローラ３に押し付けられているために、糸条Ｙ１の液体吸引ローラ３上でのスティックスリップが生じがたい上に、液体吸引ローラ３から糸条Ｙ１が離脱する際には、糸条Ｙ１に作用する液圧が解消されているので、液体吸引ローラ３から糸条Ｙ１が容易に離脱でき、液体吸引ローラ３に巻き付くといった事態を回避することができる。
【００５０】
更に、本発明に係る「強制駆動された液体吸引ローラ３」においては、紡出後の糸条Ｙ１が接触する接糸面Ｃを有した通液性部材３ａにおいて、この通液性部材３ａを通過する凝固液の平均流速が適正な範囲にあることが必要である。何故ならば、この平均流速が適正範囲よりも小さいと、液体吸引ローラ３に入る糸条Ｙ１と液体吸引ローラ３を出るＹ２の張力差によりスティックスリップが発生するからである。その結果、凝固が未完了の糸条Ｙ１の走行速度が変動し凝固によって繊維化される糸条Ｙ１に繊度斑の発生を起こしてしまう。
【００５１】
また、この平均流速が適正範囲よりも大きすぎると、凝固液の吸引速度が過大となって、逆に糸揺れなどを惹起して、糸条Ｙ１あるいは糸条Ｙ２にダメージを与え、得られる糸条Ｙ２の物性が低下する。そのため、最終的には、これらの条件に適合するように実験を行って、適正な条件を見極める必要がある。なお、本発明者の実験結果によると、前記平均流速が０．０５ｍ／ｍｉｎ以上、１０．０ｍ／ｍｉｎ以下の範囲に入ることが好ましいことが分かっている。
【００５２】
なお、この平均流速の算出方法について念のために以下に簡単に補足しておくと、先ず排出管３４から排出される凝固液の一分間当りの流量を計測する。次に、接糸面Ｃを有する通液性部材３ａの「凝固液が通過する通液性部材３ａの通液部分（つまり、「通液性部材３ａに設けられた、凝固液が通過する開口部分」である）」の総面積を算出して、この総面積で前記流量を割り算することによって容易に求めることができる。
【００５３】
次に、接糸面Ｃを有した通液性部材３ａの外径については、この外径が小さいと吸引による液体吸引ローラ３上への糸条拘束効果が低減する。一方、この外径が大き過ぎると液体吸引ローラ３の回転に伴って凝固浴２内で生じる回転随伴流が大きくなり凝固浴２内の凝固液流に乱れを生じさせる。特に、凝固前後の糸条Ｙ１に対して、このような凝固液流の乱れが生じると、紡糸安定性が著しく低下する。そのため、液体吸引ローラ３の外径には適正な範囲があり、この適正範囲としては１０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下である。
【００５４】
更に、本発明において、液体吸引ローラ３を用いることの利点を挙げると、凝固液を吸引する機能がないローラが液中で回転すると、ローラの回転に随伴して生じる乱流が回転ローラの周りに生じるが、本発明においては、このような現象が抑制されることが挙げられる。すなわち、本発明においては、液体吸引ローラ３を使用しているため、逆にローラの外周からローラ内に凝固液が吸引されるために、前述のような随伴流は殆ど生じない。
【００５５】
最後に、本発明に係る液体吸引ローラの効果を確認するために、本発明者が実施した実験結果について説明する。
先ず、実施例として全芳香族ポリアミドの乾湿式紡糸において、単糸数が１０００本のマルチフィラメント糸を得るために、吐出孔径が０．３ｍｍの吐出孔が１０００個穿設された紡糸口金から一孔当り７ｇ／ｍｉｎでドープを紡出した。その際、前述の条件で紡出したドープを２０ｍｍの気相部（エアギャップ）を経て凝固液中に導入し、凝固液の液面から下方へ５００ｍｍの位置に設けた外径が２０ｍｍの液体吸引ローラによって糸道を変更して引取ローラによって凝固浴から凝固が完了した糸条Ｙ２を引き上げた。このとき、凝固浴を出る糸条Ｙ２の引取速度は２００ｍ／ｍｉｎであり、また、強制駆動する液体吸引ローラの回転速度も同一速度とした。なお、液体吸引ローラに形成した通液部材を通過する凝固液の平均流速は０．５ｍ／ｍｉｎであった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る乾湿式紡糸装置の一実施形態を模式的に例示した概略構成図である。
【図２】本発明に係る乾湿式紡糸装置の一実施形態を模式的に例示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 紡糸口金
２ 凝固装置
２ａ 凝固浴本体部
２ｂ 流管部
２ｃ オーバーフロー部
２ｄ 凝固液の供給部
２ｅ 凝固液の排出部
３ 液体吸引ローラ
４ 引取ローラ
３０ 基盤
３１ａ 通液性部材
３１ｂ ローラ本体
３１ｃ ローラ軸
３１ｄ ローラ駆動用プーリー
３１ｅ ローラ駆動用ベルト
３２ 吸引管
３３ 固定ブロック
３４ 排出管
３５ａ 軸受
３５ｂ 軸受支持部材
３６ マスキング部材
３６ａ マスキング部
３６ｂ 非マスキング部
３７ 軸受
３８ａ シール部材
３８ｂ シール部材
Ｃ 接糸面
Ｓ 凝固液の液面
Ｙ１ 凝固過程にある糸条
Ｙ２ 凝固完了後の糸条
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の吐出孔が穿設された紡糸口金より紡糸液(以後、「ドープ」ともいう)を一旦空気などの気体中に紡出した後、紡出したドープを凝固液中に導入して繊維化するための乾湿式紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度と高モジュラスを兼ね備えた全芳香族ポリアミド繊維を紡糸するための従来技術として、紡糸口金より全芳香族ポリアミド重合体を含むドープを一旦空気中に紡出し、紡出した前記ドープ流を凝固液により凝固させることによって、繊維化することは周知である。
【０００３】
例えば、特許文献１(特開昭５６−１２８３１２号公報)には、紡糸口金より一旦空気中へ紡出したドープをスピンチューブへ導き、更に、スピンチューブの途中から複数の小径ノズルあるいはスリットから噴出させた別途供給の凝固液を糸条引取方向にドープと並行して流す技術が開示されている。この従来技術によれば、繊維化するドープを凝固液から大きな抵抗を受けることなく、凝固液流と共に繊維化するドープを加速して紡糸できる。確かに、この乾湿式紡糸方法を採用することによって、流下速度を加速することができ、これによって紡糸張力を低減しながら、高速紡糸を行うことが可能となる。
【０００４】
しかしながら、この従来技術では、スピンチューブの途中から凝固液を強制推進流としてドープに沿って並行して流すために、この時点から凝固液の流速が増加することとなる。したがって、ドープの凝固過程において、この流速増加によって繊維化された糸にダメージが与えられてしまったり、単糸切れを惹起するというという重大な問題を内包している。
【特許文献１】特開昭５６−１２８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上に述べた従来技術が有する諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、「多数の吐出孔が穿設された紡糸口金より紡糸ドープを一旦空気中に紡出し、凝固液を貯えた凝固浴へドープを導いて繊維化する乾湿式紡糸において、糸条を構成する単糸群の物性が高く、且つ単糸間群の品質のバラツキの無い安定した性能を有する繊維を得ることができる装置を提供すること」にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに、上記課題を解決する本発明として、請求項１に記載の「紡糸液を繊維状に紡出するための多数の紡糸孔が穿設された紡糸口金と、前記紡糸口金との間でエアギャップを介して一定距離に維持された液面レベルを有する凝固液を充填する凝固浴と、前記凝固液中に浸漬され且つその上端部から流入した凝固液が内部を流下する流管と、前記流管内の下方に設けられ且つ強制駆動されるローラとを少なくとも備え、
前記多数の紡糸孔から紡出された紡糸液を前記流管内を流下する凝固液と共に走行させて凝固・繊維化して糸条とし、前記糸条を前記ローラに巻き付けて引き取ることを特徴とした乾湿式紡糸装置」が提供される。
【０００７】
その際、本発明は、請求項２に記載のように、「前記ローラが、前記糸条が巻き付けられる接糸面が通液性部材で形成されると共に前記通液性部材を介して前記流管中の凝固液をローラ内部に吸引する液体吸引ローラであることを特徴とする請求項１に記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【０００８】
また、本発明は、請求項３に記載のように、「糸条が巻き付いている部分の前記接糸面から凝固液を選択的に吸引し且つ糸条が巻き付いていない前記接糸面からは凝固液を吸引しないようにマスキングを行なうと共に、回転する前記通液性部材に近接して前記ローラの内部に固定設置されたマスキング部材を備えた請求項２に記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【０００９】
更に、本発明は、請求項４に記載のように、「前記ローラの外径が１０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【００１０】
そして、本発明は、請求項５に記載のように、「全芳香族ポリアミド繊維の乾湿式紡糸に用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の乾湿式紡糸装置」とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の乾湿式紡糸装置によれば、流管途中に浴中に駆動可能な液体吸引ローラを用い、更にその後の流管の速度を適正な値をとることにより、糸のダメージの少ない凝固が可能となり糸物性の高い単糸を得ることができる。このため得られる糸条は、単糸切れの少なく且つ高物性の安定したものを得ることができるといる極めて顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明がその対象とするのは、高強度と高モジュラスを兼ね備えた全芳香族ポリアミド繊維などを製造するために好適な湿式または乾湿式紡糸方法とその装置である。以下、本発明について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る乾湿式紡糸装置の一実施形態を模式的に例示した概略構成図である。この図１において、１は多数の吐出孔が穿設された紡糸口金１である。また、Ｙ１はこの紡糸口金１からエアギャップ中に一旦紡出された後に、凝固液中に導入されて紡出糸条から溶媒が抜き出されて繊維としての形態を保持できる程度に凝固した糸条である。更に、２は凝固装置、３は回転駆動された駆動ローラ、４は引取ローラ、そして、Ｙ２は繊維化が完了した糸条をそれぞれ示す。
【００１４】
以上のように構成される本発明の乾湿式紡糸装置に係る実施形態例において、前記凝固装置２は、凝固浴本体部２ａ、流管部２ｂ、凝固液のオーバーフロー部２ｃ、凝固液の供給部２ｄ、凝固液の排出部２ｅなどを含んで構成されている。したがって、凝固液は凝固浴の供給部２ｄから凝固浴本体部２ａへ供給された後、その大部分は流管部２ｂへ流入して紡出された糸条Ｙ１の凝固に使用され、余分に供給された凝固液は、オーバーフロー部２ｃからオーバーフローし、尾バーフローした凝固液は排出部２ｅから流出する。
【００１５】
したがって、凝固浴本体部２ａに一時的に貯えられる凝固液の液面レベルは、以上に説明したオーバーフローによって、常に一定の位置に保たれることになる。このとき、前記紡糸口金１の紡糸液の吐出面は、凝固液の液面レベルよりも高い一定位置に設定されているので、前記吐出面と凝固液面とは常に一定の距離が維持される。このような状態で、糸条Ｙ１は紡糸口金から空気などの気体からなるエアギャップ中へ一旦紡出され、その後に、凝固液中へ導入され、乾湿式紡糸が行なわれる。
【００１６】
次に、図１に例示した実施形態例に係る乾湿式紡糸装置を用いて、特に全芳香族ポリアミドからなるポリマーを含むドープが繊維化されてマルチフィラメント糸を形成する乾湿式紡糸プロセスについて詳細かつ具体的に説明する。
【００１７】
先ず、本発明で言う「ドープ」について説明すると、この「ドープ」は、例えば次に述べるようにして調製することができる。すなわち、水分率が１００ｐｐｍ以下のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰという）１１２．９部、パラフェニレンジアミン１．５０６部、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル２．７８９部を常温下で反応容器に入れ、窒素中で溶解した後、攪拌しながらテレフタル酸クロライド５．６５８部を添加する。そして、最終的に８５℃で６０分間反応させ、透明の粘稠なポリマー溶液を得る。次いで、２２．５重量％の水酸化カルシウムを含有するＮＭＰスラリー９．１７４部を添加し、中和反応を行って必要な「ドープ」を得る。
【００１８】
前述のようにして調製したドープを繊維化するにあたって、先ずギアポンプなどの計量供給手段（図示せず）を使用して、ドープの供給量を連続的に計量しながらスピンブロックへ分配供給し、スピンブロックに装着された紡糸口金１からドープを紡出する。ただし、前記紡糸口金１は、例えば、外径１００ｍｍの円形状円板に０．３ｍｍの吐出孔を１０００個穿設したものであって、これら多数の吐出孔群からドープを繊維状に紡出するものである。その際、図１に例示したように、凝固液が形成する液面Ｓと紡糸口金１のドープ吐出面との間はエアギャップが形成されており、このため、ドープは紡糸口金１から前記エアギャップ中へ最初に紡出される。
【００１９】
なお、前記エアギャップは、小さ過ぎると紡糸口金１のドープ吐出面に凝固液が接触する事態が発生し、紡糸口金１から吐出されたドープが紡糸口金１の直下で凝固を起こし、単糸切れを生じる。また、大き過ぎると紡糸口金１内の隣接する単糸同士が密着を起し、独立した繊維を得ることができない。このような理由から、前記エアギャップは、例えば、上記紡糸口金１では１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下が適している。
【００２０】
以上に述べたようにして、紡糸口金１に穿設された多数の吐出孔から吐出されたドープは、マルチフィラメント糸とするために一旦空気や窒素などの気体中に紡出され、ついで、凝固浴２に充填された凝固液へと浸漬され、ついで、本発明の一大特徴とする駆動ローラ３へと導かれる。
【００２１】
このとき、ドープが繊維化されるプロセスとして、凝固浴の本体部２ａと流管部２ｂとに存在する凝固液とドープとが接触することによって、ドープに含有される有機溶剤が凝固液中へ抽出される。しかしながら、ドープ中の溶媒が十分に抜けない状態では、全芳香族ポリアミドポリマーと残存する有機溶剤とからなる不完全な凝固状態にあるマルチフィラメント糸条Ｙ１が形成される。
【００２２】
この糸条Ｙ１は、凝固が完全に完了していない状態であって、このような状態で糸条Ｙ１が凝固液中に設けられたガイドあるいはローラに接触して走行抵抗を受けると繊度斑を惹起しやすい。そこで、ガイドやローラに接糸させてもダメージが無い状態とするために、本発明に係る「強制駆動された液体吸引ローラ３」を使用するのである。
【００２３】
そこで、強制駆動された液体吸引ローラ３を使用することで、液体吸引ローラ３上に糸条Ｙ１を載せて、糸条Ｙ１の走行速度に同期された一定の速度で搬送する。この搬送時において、液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１は、接糸面部分でローラの外側から内側へ吸引される凝固液の液圧によって、接糸面Ｃに押し付けられるために、ローラ上でのスティックスリップが抑制される。このとき、糸条Ｙ１は、下方へ落下する凝固液で満たされた流管部２ｂ中を落下する凝固液と共に走行するので、糸条Ｙ１の液中での走行抵抗は大幅に低減されている。
【００２４】
しかも、同時に糸条Ｙ１に含まれる溶剤が、落下する凝固液中へ抽出されて、繊維化された糸条Ｙ２の状態となる。このようにして繊維化される際に、流管部２ｂでは溶媒抽出が飽和した状態になった糸条Ｙ１が受ける液抵抗によって、十分に凝固が完了していない糸条Ｙ１が過度に延伸されてしまうのを抑制することも必要である。このため、流管部２ｂを流れる凝固液の流速と糸速度とをほぼ等しくすることが望ましい。
【００２５】
なお、紡出された糸条Ｙ１の走行速度は、生産性を考えれば、より高速化することが好ましい。したがって、このように高速化する糸条Ｙ１の走行速度に対して、流管部２ｂを流下する凝固液の流速を調整することが必要となる。ところが、本発明においては、前述のように、流管部２ｂ中に液体吸引ローラ３を設けているので、この液体吸引ローラ３が吸引する凝固液の量を好ましい範囲に設定することによって容易に行なうことができる。
【００２６】
ただし、流管部２ｂを流れる凝固液の流量は、流管部２ｂの流路断面積とも密接に関係する。したがって、流管部２ｂの流路断面積と、流管部２ｂ内の凝固液の流速と、走行糸条Ｙ１をローラ上に液圧で押さえ付けながら内部に吸引する凝固液の流量との間には密接な相関関係があり、また、これらの関係は、紡糸条件などによって変わってくるため、これらの間の最適な値は、最終的には、実験によって決定することが好ましい。
【００２７】
以上に述べたようなきわめて良好な一連の乾湿式紡糸を可能とするのは、もちろん本発明が一大特徴とする「強制駆動される液体吸引ローラ３」を用いるためである。これによって、一定速度で回転する液体吸引ローラ３上を糸条Ｙ１がスティックスリップを起こすことなく安定走行し、しかも、液体吸引ローラ３によって糸条Ｙ１の走行方向、即ち糸道を変えて凝固が完了した糸条Ｙ２のダメージをできるだけ抑制して凝固浴２から搬出できる状態を現出したことにある。
【００２８】
更に、このようにして形成された糸条Ｙ２は、引取ローラ４などの回転体によって引き取られ、定法によって、糸条Ｙ２に付着した凝固液を取り除く水洗工程、水洗工程で付着した水分を乾燥させる乾燥工程、糸条Ｙ２を引き伸ばす延伸工程などからなる一連の製糸プロセスが行われる。そして、この一連の製糸プロセスによって高性能及び／又は高機能を有する繊維を得ることも周知の通りである。
【００２９】
次に、図１に例示した乾湿式紡糸装置において使用する前記液体吸引ローラ３の詳細構造は、図２の模式側断面図に示したような実施形態を有しており、この詳細構造について以下に詳細に説明する。
【００３０】
すなわち、この液体吸引ローラ３は、凝固浴２の流管部２ｂの中に設けられ、液体吸引ローラ３の外部にある凝固液をその内部へ吸引できる通液性部材３１ａ（この通液性部材３１は、ローラシェルを構成している）からなる接糸面Ｃ（図２には接糸面Ｃのごく近傍に一転鎖線を付して示している）を有し、この接糸面Ｃから凝固液をローラシェル３１ａ（通液性部材３１ａ）の内部へ吸引するように構成されている。
【００３１】
接糸面Ｃには、紡糸口金１からドープとして紡出され、凝固浴２中で繊維化された糸条Ｙ１が直接接触する。このように、接糸面Ｃは、糸条Ｙ１が直接接触することから、糸条Ｙ１にダメージを無いように通液性部材３ａの表面が滑らかに処理されていることが必要である。何故ならば、本発明に係る液体吸引ローラ３は、液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１のスティックスリップの防止を目的として設計されていることは勿論であるが、例えスティックスリップを起こしたとしても液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１がダメージを受けない配慮が当然のこととして要求されるからである。
【００３２】
なお、通液性部材３ａの全周面から凝固液を均一に供給することが望ましく、そのためには、金網などで構成されたメッシュ体のような整流効果のあるものが良い。ただし、メッシュ体だけに限定するものではなく、同様の効果が得られる部材、すなわち、液体吸引ローラ３が凝固液中で強制回転させられたり、ある程度の糸条張力が作用したりしたとしても、変形しないような適切な剛性を有する「不織布，焼結体，メッシュ体，穴開きプレート等」を単独または組合わせて用いてもよい。なお、ローラシェル３１ａを枠体と通液性部材３１ａを組合わせて、高い剛性を有する枠体を高剛性と高強度を有する補強材として用い、この枠体の上に小さな剛性を有する通液性部材３１ａを張設するようにすることもできる。
【００３３】
本発明に係る液体吸引ローラ３においては、紡糸口金１から吐出されたドープが凝固液中で繊維化される非常にデリケートな紡糸工程に使用するので、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３上でスティックスリップしないようにしている。すなわち、紡糸張力が僅かであっても極力変動しないように絶えず一定に保つと共に、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３上をスリップして単糸切れや擦過損傷などのダメージを受けない状態を現出させることを肝要とする。
【００３４】
したがって、本発明に係る液体吸引ローラ３では、接糸面Ｃから吸引される凝固液の液流が生み出す液圧の作用により、液体吸引ローラ３上を走行する糸条Ｙ１を押さえ付けて、糸条Ｙ１の液体吸引ローラ３上での滑りを抑制するものである。そうであるから、接糸面Ｃを通過する凝固液の流速についても流速斑がなくほとんど一定となるようすることが必要である。したがって、接糸面Ｃを設計するに当って、流速斑の発生がなく設計通りの流速が得られる開口面積と開口率などのパラメータを選定しなければならないことは言うまでもない。
【００３５】
なお、これについては、選定する通液性部材３１ａの種類、紡糸する糸条Ｙ１の銘柄（フィラメント数、単糸繊度）、紡糸速度（液体吸引ローラ３の回転速度）などの様々な条件が複雑に絡み合ってくる。そこで、設計時点である程度の目安をつけることはできるものの、最終的には実験によって最適な仕様を決定すべき事項である。
【００３６】
ところで、前述のように紡糸口金１から吐出されたドープは、凝固液中で繊維化されてマルチフィラメント糸条Ｙ１となった後に液体吸引ローラ３と接触して所定の巻付角度を形成しながら走行する。なお、巻付角度は糸条Ｙ１の糸道の変更角度でもあって、糸条Ｙ１の糸道変更をどの程度にするかによって決定される。このようにして、糸条Ｙ１が巻きつく液体吸引ローラ３には、定常状態で糸条Ｙ１が走行している限りにおいて巻付角度は殆ど一定である。すなわち、液体吸引ローラ３の接糸面Ｃの円周方向では、ほぼ一定の巻付角度を有して糸条Ｙ１が接触する部分と、糸条Ｙ１が巻き付かない非接触部が常に存在することになる。
【００３７】
それにもかかわらず、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３上を走行している時、通液性部材３１ａの全円周面から凝固液を吸引するようにすると、次に述べるような不都合が生じる。つまり、液体吸引ローラ３に接触して巻き付いた糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３から離脱しようとしても、糸条Ｙ１を押さえ付ける液圧のために、容易に糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３から離脱しがたくなって、単糸が液体吸引ローラ３に取られて液体吸引ローラ３に巻き付いてしまうという問題である。
【００３８】
そこで、このような問題を解消するために、通液性部材３１ａの全円周面から凝固液を吸引するのではなく、糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３に巻き付いている部分からのみ液体を吸引できるようにする必要がある。このような機能は、液体吸引ローラ３が回転せずに固定されている場合には、通液性部材３１ａへの糸条Ｙ１の巻付部位は常に一定であるから、凝固液を吸引したい箇所にのみ開口を設け、その他の凝固液を吸引したくない箇所には開口を設けないようにすることで具現化できる。
【００３９】
しかしながら、本発明に係る液体吸引ローラ３のように、望ましくは強制駆動された液体吸引ローラ３（なお、「糸条Ｙ１の張力によって低トルクで自由回転する液体吸引ローラ３」であっても良い）を使用する場合では、このような方策を採ることができない。そこで、本発明においては、回転する液体吸引ローラ３に対応できるようにマスキング部材３６を用いる。以下、このマスキング部材３６の作用効果について、図２を参照しながら詳細に説明する。なお、図２に例示したマスキング部材３６には、部分断面を施している。
【００４０】
このマスキング部材３６は、例え液体吸引ローラ３が回転していても糸条Ｙ１が液体吸引ローラ３に巻き付く通液性部材３１ａの部分からのみ凝固液を吸引し、液体吸引ローラ３に糸条Ｙ１が巻き付いていないその他の通液性部材３１ａの部分からは凝固液を吸引しないようにする機能を果たすものである。
【００４１】
そのために、ローラ本体３１ｂに設けた円筒状の通液性部材３１ａに近接対応させて、円筒状のマスキング部材３６を図２に示したように、通液性部材３１ａに対して２重円筒状に設ける。そして、通液性部材３１ａの糸条Ｙ１が巻き付く箇所に対応した位置にだけ、凝固液が通過できる開口（孔）部を設ける。すなわち、図２に例示したように、非マスキング部３６ａ（図２でメッシュ状の網掛けを施した部分）とマスキング部３６ｂを設けて、非マスキング部３６ａにのみ開口（孔）部を設け、マスキング部３６ｂには開口（孔）部を設けないようにする。
【００４２】
更に、部分的に開口部が形成された静止型通液性部材と同様の理由によって、マスキング部材３６を回転させてしまうと、糸条Ｙ１が巻き付く箇所のみからなる特定部分から凝固液を吸引できないので回転させないようにする。そこで、非回転とするために、マスキング部材３６に接続固定された吸引管３２を介して固定ブロック３３に動かないようにしっかりと固定する。
【００４３】
なお、図２において、参照符号３８ａと３８ｂで示した部材は、凝固浴２に充填された凝固液が外部に漏れ出さないようにするシール部材であって、図２の例ではＯリングを使用している。ただし、このシール部材３８ａと３８ｂは、当然のことながらＯリングに限定されることなく、周知のメカニカルシールなどのシール部材を用いることができるのは言うまでもない。
【００４４】
ところで、本発明に好ましく使用できる「強制駆動される通液性部材３１ａ」では、この通液性部材３１ａの接糸面Ｃとなる全周面にわたって開口（孔）部が均等に形成されていることを付言しておく。しかしながら、マスキング部材３６を設けることによって、マスキング部３６ａの位置へ回転してきた通液性部材３１ａの部分の通液性がマスクされるので、この部分から凝固液が吸引されることはない。これに対して、非マスキング部３６ｂの位置へ回転してきた通液性部材３１ａの部分からは、そこに設けられた開口を介して良好に凝固液を吸引することができる。
【００４５】
以上に説明したようにマスキング部材３６を構成することにより、凝固液の液体吸引ローラ３への吸引は、後述する乾湿式紡糸装置の場合も含めて、図１に示したように、液体吸引ローラ３の近傍に引いた一点鎖線を施した箇所以外の部分に対して、矢印で示した方向から行なわれる。しかし、それ以外の液体吸引ローラ３の近傍に一点鎖線を施した部分については凝固液の吸引が行われない。
【００４６】
なお、マスキング部材３６の後端には、吸引した液体を吸引管３２を介して系外へ排出する排出管３４が設けられている。このとき、系外への凝固液の排出は、排出管３４の流路上に設けられたポンプやエジェクターなどの周知の装置を用いて行なわれる。その際、系外へ排出された凝固液は、ドープから抜き出された溶媒を回収した後、その成分調整を行なって再び凝固浴内に戻し循環して使用してもよく、再循環せずにそのまま排出してもよい。
【００４７】
本発明において、糸条Ｙ１の走行速度に同期させて液体吸引ローラ３を強制的に駆動することがきわめて好ましいことは既に述べたとおりである。そのために、本発明に係る液体吸引ローラ３では、図２に例示したように、ローラ本体３１ｂに設けられたローラ軸３１ｃにローラ駆動用プーリー３１ｄとローラ駆動用ベルト３１ｅなどの駆動手段を固定し、プーリー３１ｄに動力を伝達してローラ軸３１ｃを回転させる。これにより、液体吸引ローラ３の通液性部材３１ａを軸心周りに回転自在としている。
【００４８】
その際、前記ローラ軸３１ｃは、図２に示したように中空軸を形成しており、この中空軸の外周面側に軸受支持部材３５ｂ，３５ｂによって支持された軸受３５ａ，３５ａを、そして、内周面（中空）側に吸引管３２に外接して軸受３７，３７を挿設して、ローラ軸３１ｃ自体を吸引管３２の中心軸と同軸に回転自在としている。したがって、液体吸引ローラ３の回転速度を一定に制御できるモーターなどの回転駆動手段（図示せず）からプーリー３１ｄを介してローラ軸３１ｃへ動力を伝達することによって、容易にローラ軸３１ｃ、すなわち「接糸面Ｃを有する通液性部材３１」を強制駆動できる。なお、回転速度の制御は、例えばインバータなどの周知の回転速度制御機器を用いることができる。
【００４９】
以上に説明したように、本発明においては、糸条Ｙ１の走行速度に同期した速度で強制駆動された液体吸引ローラ３を用いることができるので、静止したローラと比較すると、ローラ上を走行する糸条Ｙ１が擦過されることがなく、糸条Ｙ１が損傷することがない。しかも、走行糸条Ｙ１は液圧で液体吸引ローラ３に押し付けられているために、糸条Ｙ１の液体吸引ローラ３上でのスティックスリップが生じがたい上に、液体吸引ローラ３から糸条Ｙ１が離脱する際には、糸条Ｙ１に作用する液圧が解消されているので、液体吸引ローラ３から糸条Ｙ１が容易に離脱でき、液体吸引ローラ３に巻き付くといった事態を回避することができる。
【００５０】
更に、本発明に係る「強制駆動された液体吸引ローラ３」においては、紡出後の糸条Ｙ１が接触する接糸面Ｃを有した通液性部材３ａにおいて、この通液性部材３ａを通過する凝固液の平均流速が適正な範囲にあることが必要である。何故ならば、この平均流速が適正範囲よりも小さいと、液体吸引ローラ３に入る糸条Ｙ１と液体吸引ローラ３を出るＹ２の張力差によりスティックスリップが発生するからである。その結果、凝固が未完了の糸条Ｙ１の走行速度が変動し凝固によって繊維化される糸条Ｙ１に繊度斑の発生を起こしてしまう。
【００５１】
また、この平均流速が適正範囲よりも大きすぎると、凝固液の吸引速度が過大となって、逆に糸揺れなどを惹起して、糸条Ｙ１あるいは糸条Ｙ２にダメージを与え、得られる糸条Ｙ２の物性が低下する。そのため、最終的には、これらの条件に適合するように実験を行って、適正な条件を見極める必要がある。なお、本発明者の実験結果によると、前記平均流速が０．０５ｍ／ｍｉｎ以上、１０．０ｍ／ｍｉｎ以下の範囲に入ることが好ましいことが分かっている。
【００５２】
なお、この平均流速の算出方法について念のために以下に簡単に補足しておくと、先ず排出管３４から排出される凝固液の一分間当りの流量を計測する。次に、接糸面Ｃを有する通液性部材３ａの「凝固液が通過する通液性部材３ａの通液部分（つまり、「通液性部材３ａに設けられた、凝固液が通過する開口部分」である）」の総面積を算出して、この総面積で前記流量を割り算することによって容易に求めることができる。
【００５３】
次に、接糸面Ｃを有した通液性部材３ａの外径については、この外径が小さいと吸引による液体吸引ローラ３上への糸条拘束効果が低減する。一方、この外径が大き過ぎると液体吸引ローラ３の回転に伴って凝固浴２内で生じる回転随伴流が大きくなり凝固浴２内の凝固液流に乱れを生じさせる。特に、凝固前後の糸条Ｙ１に対して、このような凝固液流の乱れが生じると、紡糸安定性が著しく低下する。そのため、液体吸引ローラ３の外径には適正な範囲があり、この適正範囲としては１０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下である。
【００５４】
更に、本発明において、液体吸引ローラ３を用いることの利点を挙げると、凝固液を吸引する機能がないローラが液中で回転すると、ローラの回転に随伴して生じる乱流が回転ローラの周りに生じるが、本発明においては、このような現象が抑制されることが挙げられる。すなわち、本発明においては、液体吸引ローラ３を使用しているため、逆にローラの外周からローラ内に凝固液が吸引されるために、前述のような随伴流は殆ど生じない。
【００５５】
最後に、本発明に係る液体吸引ローラの効果を確認するために、本発明者が実施した実験結果について説明する。
先ず、実施例として全芳香族ポリアミドの乾湿式紡糸において、単糸数が１０００本のマルチフィラメント糸を得るために、吐出孔径が０．３ｍｍの吐出孔が１０００個穿設された紡糸口金から一孔当り７ｇ／ｍｉｎでドープを紡出した。その際、前述の条件で紡出したドープを２０ｍｍの気相部（エアギャップ）を経て凝固液中に導入し、凝固液の液面から下方へ５００ｍｍの位置に設けた外径が２０ｍｍの液体吸引ローラによって糸道を変更して引取ローラによって凝固浴から凝固が完了した糸条Ｙ２を引き上げた。このとき、凝固浴を出る糸条Ｙ２の引取速度は２００ｍ／ｍｉｎであり、また、強制駆動する液体吸引ローラの回転速度も同一速度とした。なお、液体吸引ローラに形成した通液部材を通過する凝固液の平均流速は０．５ｍ／ｍｉｎであった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る乾湿式紡糸装置の一実施形態を模式的に例示した概略構成図である。
【図２】本発明に係る乾湿式紡糸装置の一実施形態を模式的に例示した概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 紡糸口金
２ 凝固装置
２ａ 凝固浴本体部
２ｂ 流管部
２ｃ オーバーフロー部
２ｄ 凝固液の供給部
２ｅ 凝固液の排出部
３ 液体吸引ローラ
４ 引取ローラ
３０ 基盤
３１ａ 通液性部材
３１ｂ ローラ本体
３１ｃ ローラ軸
３１ｄ ローラ駆動用プーリー
３１ｅ ローラ駆動用ベルト
３２ 吸引管
３３ 固定ブロック
３４ 排出管
３５ａ 軸受
３５ｂ 軸受支持部材
３６ マスキング部材
３６ａ マスキング部
３６ｂ 非マスキング部
３７ 軸受
３８ａ シール部材
３８ｂ シール部材
Ｃ 接糸面
Ｓ 凝固液の液面
Ｙ１ 凝固過程にある糸条
Ｙ２ 凝固完了後の糸条
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸液を繊維状に紡出するための多数の紡糸孔が穿設された紡糸口金と、前記紡糸口金との間でエアギャップを介して一定距離に維持された液面レベルを有する凝固液を充填する凝固浴と、前記凝固液中に浸漬され且つその上端部から流入した凝固液が内部を流下する流管と、前記流管内の下方に設けられ且つ強制駆動されるローラとを少なくとも備え、
前記多数の紡糸孔から紡出された紡糸液を前記流管内を流下する凝固液と共に走行させて凝固・繊維化して糸条とし、前記糸条を前記ローラに巻き付けて引き取ることを特徴とした乾湿式紡糸装置。
【請求項２】
前記ローラが、前記糸条が巻き付けられる接糸面が通液性部材で形成されると共に前記通液性部材を介して前記流管中の凝固液をローラ内部に吸引する液体吸引ローラであることを特徴とする請求項１に記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項３】
糸条が巻き付いている部分の前記接糸面から凝固液を選択的に吸引し且つ糸条が巻き付いていない前記接糸面からは凝固液を吸引しないようにマスキングを行なうと共に、回転する前記通液性部材に近接して前記ローラの内部に固定設置されたマスキング部材を備えた請求項２に記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項４】
前記ローラの外径が１０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項５】
全芳香族ポリアミド繊維の乾湿式紡糸に用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項１】
紡糸液を繊維状に紡出するための多数の紡糸孔が穿設された紡糸口金と、前記紡糸口金との間でエアギャップを介して一定距離に維持された液面レベルを有する凝固液を充填する凝固浴と、前記凝固液中に浸漬され且つその上端部から流入した凝固液が内部を流下する流管と、前記流管内の下方に設けられ且つ強制駆動されるローラとを少なくとも備え、
前記多数の紡糸孔から紡出された紡糸液を前記流管内を流下する凝固液と共に走行させて凝固・繊維化して糸条とし、前記糸条を前記ローラに巻き付けて引き取ることを特徴とした乾湿式紡糸装置。
【請求項２】
前記ローラが、前記糸条が巻き付けられる接糸面が通液性部材で形成されると共に前記通液性部材を介して前記流管中の凝固液をローラ内部に吸引する液体吸引ローラであることを特徴とする請求項１に記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項３】
糸条が巻き付いている部分の前記接糸面から凝固液を選択的に吸引し且つ糸条が巻き付いていない前記接糸面からは凝固液を吸引しないようにマスキングを行なうと共に、回転する前記通液性部材に近接して前記ローラの内部に固定設置されたマスキング部材を備えた請求項２に記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項４】
前記ローラの外径が１０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の乾湿式紡糸装置。
【請求項５】
全芳香族ポリアミド繊維の乾湿式紡糸に用いることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の乾湿式紡糸装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１４４２８４（Ｐ２００９−１４４２８４Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２３３１４（Ｐ２００７−３２３３１４）
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（３０３０１３２６８）帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１４日（２００７．１２．１４）
【出願人】（３０３０１３２６８）帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Ｆターム（参考）】
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