説明

合成繊維の紡糸直接延伸装置および方法

【課題】延伸ロール表面の付着物堆積を抑制し、糸切れや毛羽の発生を解消することで、
稼働率の向上が可能でかつ生産効率を改善した合成繊維の製造方法を提供する。
【解決手段】溶融紡糸した合成繊維糸条を未延伸糸引取りロール2を介して複数段の延伸ロール3、9〜11に導き、該延伸ロールで多段に延伸、熱処理し、連続して巻き取る合成繊維の紡糸直接延伸装置において、第1延伸ロール3の前に、円錐状に旋回するセパレーターロール1を設け、延伸ロール上の糸条を延伸ロール回転軸方向にトラバースさせることを特徴とする合成繊維の紡糸直接延伸方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、合成繊維の紡糸直接延伸装置、すなわち紡糸された糸条を一旦巻取ることなく、直接延伸して巻取る紡糸直接延伸装置において、延伸ロール表面の局所的な汚れの蓄積と磨耗を防止し、紡糸生産性と製品品質の向上させた合成繊維の紡糸直接延伸装置および方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリアミドやポリエステル等に代表される合成繊維、なかでも産業用合成繊維の溶融紡糸方法による糸条製造においては、紡糸直接延伸法、すなわち溶融押出した糸条を複数のゴデッドロールを用いて引取り、高倍率かつ高張力下で熱延伸することにより、高引張強度を有する産業資材用の糸条が製造されている。
【0003】
その際、溶融紡糸時に糸条から発生したオリゴマー成分や、延伸前に付与した紡糸仕上剤の一部は汚れとして延伸ロール表面の糸条走行部に蓄積し、この汚れは、高温に加熱された延伸ロール表面上では、熱によってタール化するため、汚れが促進固着し、その上に糸条がのりあげて走行するため、糸条の張力変動が発生し、糸条斑が発生したり、糸条の断糸が生じるといった問題が発生する。
【0004】
また、紡糸直接延伸法による高引張強度繊維の製造に際しては、延伸ロールにかかる延伸される糸条の張力は非常に大きく、紡糸巻取り機を長時間運転した際に、引取りロール上の糸条走行部分の磨耗進行が非常に早くなるといった問題もある。
【0005】
このような延伸ロール上の汚れや磨耗による製品品質及び生産性の低下を抑制するため、特許文献1には最終ロール速度で1600〜3500m/分で走行する糸条に対し、糸道ガイドを設け、そのガイドを旋回させることにより走行する引取りロール上の糸条の走行位置を回転軸方向に揺動させ、引取りロールへの汚れの分散による固着を防止する技術が開示されている。しかしながらこの方法では糸条を揺動させる部材での糸張力が大きくなりすぎるために、糸毛羽を生じるおそれがある。
【0006】
特許文献2には、延伸ロールの前または延伸ロールの間に、糸条の走行位置を規制する糸道ガイドを設置し、走行糸条を糸道ガイドを延伸ロールの回転軸方向に往復運動させることにより、延伸ロール上でトラバースさせる方法及び装置が開示されている。
【0007】
しかしながら、本方法では糸道ガイドで糸条を押しながら往復運動をさせるために、延伸ロール上で糸幅が狭くなり、単糸が重なるという問題が生じ、延伸ロールの温度が均一に糸条に伝わらないことから、特に単糸数が多く、且つ強力の高い合成繊維の製造において毛羽が発生したり、糸切れが発生するという問題を生じる。
【0008】
特許文献3には、強度が7.5cN/dtex程度、繊度が1100dtexの繊維状物製造に際し、延伸ネルソンローラーを周期的に円弧運動させることにより、延伸ロールのネルソン角度を周期的に変化させ、糸条を延伸ロールの回転軸方向にトラバースさせる方法が提案されている。この方法では、円弧運動するネルソンローラー表面で糸条を滑らせながら往復運動させるために、糸条幅が狭くなる現象は回避できるが、設備的に延伸ロール本体を周期的に円弧運動させる形態であるため、特に高速度領域で架台が振動し、生産量が制約される問題を生じたり、広い設置スペースが必要であるため、設備投資が大きくなるという問題がある。
【0009】
また、多糸条の延伸を行う場合は、円弧運動するネルソンローラー上で糸条をトラバースさせると、ネルソン角度によって、糸条間の間隔の広狭の動作が繰り返され、特に糸条間の間隔が狭くなった時には、糸条間が接触する等の問題が生じるため、当該ネルソンローラーの直前に糸条間隔を一定に規制するガイド等を設置する必要があるが、延伸過程にある張力の高い領域にガイドを設置すると、ガイドの磨耗等により単糸切れが発生したり、糸が切れる等の問題が生じやすくなる問題があった。
【0010】
さらには、周期的にネルソン角度を変化させるネルソンローラーに4回以上ラップすると、ネルソン角度が大きい領域では、ラップ数を増やすほど糸が捩れ、糸幅が小さくなる現象が拡大され、延伸ロール上で温度が均一に糸条に伝わらないことから、特に単糸数が多く且つ強力の高い合成繊維の製造において毛羽が発生したり、糸切れが発生するという問題があり、糸道としての抵抗が少なく、糸条幅が変化しにくく、引取りロール上の糸条位置の変化がスムーズな揺動方法が求められていた。
【特許文献1】米国特許5,183,620号公報
【特許文献2】特開平8−170215号公報
【特許文献3】特開2004−137644号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の課題は、合成繊維糸条を延伸ロールによって延伸・熱処理し、連続して巻き取る製造方法で、長時間運転により延伸ロールに蓄積する汚れ及び延伸ロールの磨耗によって発生する品質及び生産性の低下を抑制するため、従来技術では解決し得なかった合成繊維の紡糸直接延伸装置において、送出し糸条の幅を一定に保ちながら、かつ多糸条の紡糸直接延伸であっても、糸条間の接触を回避して、延伸ロール回転軸方向に糸条をトラバースさせることができる、コンパクトでかつ安価な合成繊維の紡糸直接延伸装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明者等は、上記課題を解決するため、糸条張力の低い第1延伸ロールの前に、円錐状に旋回するセパレーターロールを設けることにより、糸条幅を一定に保ち、かつ多糸条の紡糸直接延伸であっても、糸条間の接触を回避して、延伸ロール回転軸方向に糸条をトラバースできることを見出し、本発明に到達した。
【0013】
すなわち、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。
(1)溶融紡糸した合成繊維糸条を未延伸糸引取りロールを介して複数段の延伸ロールに導き、該延伸ロールで多段に延伸、熱処理し、連続して巻き取る合成繊維の紡糸直接延伸装置において、前記未延伸糸引取りロールに回転可能なセパレーターロールを設け、かつ該セパレーターロールを円錐状に旋回させる手段を設けたことを特徴とする合成繊維の紡糸直接延伸装置。
(2)(1)記載の装置において、前記セパレーターロールを円錐状に旋回させ、該セパレーターロールを介して導かれた延伸ロール上の糸条を延伸ロール回転軸方向にトラバースさせることを特徴とする合成繊維の紡糸直接延伸方法。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、延伸ネルソンロール上に仕上剤等の熱変性物等の付着物が堆積するのを防止し、延伸ネルソンロールを長時間初期の状態に維持させることができるのみならず、安価で、かつコンパクトな装置でありながら、付着物除去のための停機を少なくして稼働率および生産効率を高めることが可能となり、しかも糸切れや毛羽の発生などの不具合を解消して品質・品位の優れた合成繊維を製造することが可能となる。
【0015】
特に、本発明の紡糸直接延伸方法は、繊度が100dtex以上、繊維強度が5.5cN/dtex以上のナイロン6、ナイロン66及びポリエステル等からなる産業資材用繊維の製造において、1または複数のネルソンローラーの表面温度が150℃以上で、2本以上の糸条を同時に紡糸直接延伸する場合に有効である。繊度が大きくなると、ネルソンローラーへの持込油剤量が多くなり、かつネルソンローラーの温度が150℃を超す高い温度の場合には油剤の熱変性が加速されるため、特に強度の高い産業資材用繊維のように延伸張力が高い場合に、ロール汚れを防止し、高品位な糸条が得られる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
次に本発明の詳細について説明する。
図1.A〜Dは、本発明の紡糸直接延伸装置におけるセパレーターロールの設置場所と糸掛け方法の諸例を示す模式図である。本発明の装置は、溶融紡糸された合成繊維糸条12を未延伸引取りロール2を介して複数段の延伸ロール3(a)、(b)に導き、該延伸ロールで多段に延伸、熱処理し、図示しない巻取り装置で連続して巻き取る装置において、延伸ロール3(b)の前にセパレーターロール1を設け、該セパレーターロール1をその回転軸の周りに円錐状に旋回させるようにしたものである。
【0017】
本発明における合成繊維としては、一般に溶融紡糸が可能な、ポリエステルやポリアミド、ポリオレフィンが可能である。紡糸直接延伸法とは熱可塑性樹脂を溶融押出し、糸条を冷却したのち、多段の引取りロールを用いて延伸し、巻き取る方法であって、公知の紡糸仕上剤付与や、交絡付与を行ってもよいのは勿論である。本発明により製造される糸条は、通常、繊度が5〜2000dtex、単糸繊度は0.1〜20dtex程度が可能であり、製造する糸条により適宜設定される。
本発明の紡糸における引取りロール速度は通常の3000〜6000m/分程度であるが、それ以上であっても、それ以下であっても特に問題はない。
【0018】
本発明はその紡糸直接延伸法に用いられる装置に特定のセパレーターロール1を組み込むことに特徴がある。図1A、1Bに示すように、糸条12は、セパレーターロール1を介して未延伸糸引取りロール2に引取られても、未延伸糸引取りロール2に引取られた後にセパレーターロール1に導かれてもよく、未延伸糸引取りロール2とセパレーターロール1に、肩掛けまたはラップした後に、第1延伸ロール3に導かれる。ラップする場合には、糸が捩れて糸幅が小さくなりすぎることを避けるために、3ラップ以下にするのが好ましい。また、多糸条の紡糸直接延伸をする場合は、セパレーターロール1に糸条が入る前に糸条間隔を一定に規制するための固定ガイドが設置されてもよい。
【0019】
また、このセパレーターロール1を円錐状に旋回させる方法としては、特に限定するものはないが、セパレーターロール1とセパレーターロールシャフト間にベアリングを挿入してセパレーターロールをフリーロールとして使用する場合は、例えば図2.Aに示すようなセパレーターロールシャフト4をセパレーターロール旋回駆動モーター5の回転軸に対して一定の旋回角度(θ)折り曲げてセパレーターロールシャフト4を回転させる方法や、図2.Bに示すようにセパレーターロールシャフトの端をセパレーターロール旋回円盤6に一定の旋回角度(θ)を持つように固定し、円盤を回転させる方法がある。また、セパレーターロール1とセパレーターロールシャフト4を固定して使用する場合は、図2.Cに示すようにセパレーターロール1の回転駆動モーター7をセパレーターロール旋回円盤に一定の旋回角度(θ)を持つように固定し、旋回円盤6を回転させれば良い。
【0020】
また、このセパレーターロールの径は、設備の設置スペースに合わせて決定すれば良く、特に限定するものでは無いが、セパレーターロールをフリーロールで使用する場合は、回転抵抗をできるだけ小さくするために、糸の張力でセパレーターロールシャフトが曲がらない範囲で可能な限り小さくする方が望ましい。セパレーターロール径の望ましい範囲は5mm以上、50mm以下である。
【0021】
また、このセパレーターロールの旋回速度は、0.1〜20rpm、好ましくは0.5〜15rpmの範囲である。旋回速度が20rpmを超えると、延伸ロール上での糸条のトラバース速度が速くなるため、糸条がばらけ単糸間の接触が生じ、毛羽や糸切れが発生しやすくなったり、多糸条の紡糸直接延伸においては、糸条間の接触が生じて糸切れが発生しやすくなる。また、回転速度が0.1rpm未満では、延伸ロール上での糸条のトラバース速度が遅いため、延伸ロール上に蓄積する汚れが効率的に除去できなくなる。
【0022】
また、このセパレーターロールの旋回角度(θ)は、1度から10度、好ましくは1.5度から8度の範囲である。旋回角度が1度未満の場合は、延伸ロール上での糸条の往復運動幅が小さく延伸ロール汚れを抑制する効果は期待できない。一方旋回角度が10度を超えると、セパレーターロール上の糸条のトラバース幅が大きくなるため、糸条のトラバース状態が安定せず、糸条がばらけ単糸間の接触を生じて、毛羽や糸切れが発生しやすくなったり、多糸条の紡糸直接延伸の場合は、糸条間で接触して糸切れにつながる等の問題が生じる。さらには、延伸ロール上での糸条のトラバース幅も同時に大きくなるため、必要以上に延伸ロールの長さが必要となる。
【0023】
さらに、このセパレーターロールは表面が鏡面あるいは梨地仕上げであり、その表面粗度は、Raで0.01ミクロン以上、6ミクロン以下、好ましくは0.1ミクロン以上、5ミクロン以下の範囲である。セパレーターロールの表面粗度が6ミクロンを超えると、わずかな張力変動でセパレーターロール上の糸条の揺れが大きくなり、延伸ロール上で糸条がばらけ単糸間の接触を生じて、毛羽や糸切れが発生しやすくなったり、糸条間の接触で糸が切れる等の問題を生じる。セパレーターロールの表面粗度の測定可能範囲は0.1ミクロン以上であるが、表面粗度が小さすぎると、セパレーターロールの駆動方法によってセパレーターロール表面で糸条がグリップしすぎて糸離れが悪くなる場合がある。
【実施例】
【0024】
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
まず、実施例における各特性の評価方法について述べる。
[表面粗さ]
セパレーターロールの表面粗度はJISB601−1982のJIS82他のパラメータ設定にて、小坂研究所製サーフコーダーSE1700αを用いて測定した。測定条件は、触針曲率半径2μm、送り速さ0.5mm/秒、カットオフλc0.8mm、λf10λc、評価長さ5mmである。計測した断面曲線からセパレーターロール表面の粗度を算出した。
【0025】
[延伸ロール汚れ]
紡糸開始48時間後の延伸ネルソンローラー上の糸道の状態を目視により観察し、○が汚れが軽微、△が汚れあり、×が汚れ多く、糸揺れ大と判定した。
[糸切れ]
紡糸開始48時間の糸切れ回数を表わした。
[毛羽数]
毛羽検知装置により、紡糸開始48時間の毛羽個数をカウントし、1億m当たりの毛羽個数を表わした。
【0026】
[実施例1]
95%蟻酸相対粘度(VR)が80のナイロン66ポリマーを、図3に示す装置を用いて4本の糸条を同時に紡糸した。
紡糸温度は300℃とし、口金から紡出した後、約20℃の冷風を吹き付けて冷却固化させた。その後オイルングロール8で油剤を付与し、未延伸糸引取りロール2で引き取り、得られた未延伸糸を一旦巻き取ることなくセパレーターロール1を介して未延伸糸引取りロール3(b)、第1延伸ロール3(a)間で1.09倍のプレストレッチを行い、次いで第1延伸ロール3(a)、第2延伸ロール9間で2.7倍に延伸し、第2延伸ロール9、第3延伸ロール10間で2倍に延伸し、第3延伸ロール10、第4延伸ロール11間で1.0%のリラックスを行って、2500m/分の速度で4本の糸条をワインダーで同時に巻き取ることにより、総繊度470dtex、フィラメント数70、繊維強度8.5cN/dtexの延伸糸を得た。
【0027】
各ロールの温度は、未延伸糸引取りロール3(b)が無加熱、第一延伸ロール3(a)が50℃、第2延伸ロール9が200℃、第3延伸ロール10が230℃、第4延伸延伸ロール11を150℃とした。また、各ロールへの糸条の捲回数は、未延伸糸引取りロール2とセパレーターロール1は肩掛けとし、第1延伸ロール3(a)が3回、第2延伸ロール9が5回、第3延伸ロール10が8回、第4延伸ロール11が5回とした。また、第4延伸ロール11とワインダーの間に毛羽検知装置を設置し、その個数をカウントし、また、糸切れ回数も併せて評価した。
【0028】
セパレーターロール1を回転させる機構としては、図2.Aに示したようなセパレーターロールシャフト4をモーターの回転軸5に対して一定の旋回角度(θ)折り曲げ、旋回速度1rpmで旋回させた。また、この旋回角度は、0.5、1.5度、5度、8度、15度の5水準とした。なお、セパレーターロール1は、直径30mmのセパレーターロールとシャフト間にベアリングを挿入してフリーロールとして使用した。
【0029】
また、セパレーターロール1の表面粗度は、Raで1.5ミクロンとし、4本の糸条を同時に紡糸するため、セパレーターロール直前に糸条間隔を規制するための固定ガイドを挿入した。
これらの条件及びローラー汚れ、単糸切れ、糸切れ、第2延伸ロール上の糸幅の評価結果を表1に併せて記した。
【0030】
表1から明らかなように、セパレーターロールの旋回角度が0.5度の場合(比較例1−1)は、延伸ロールに蓄積する汚れの除去が不十分で、毛羽数及び糸切れ回数が増加した。一方セパレーターロールの旋回角度が15度の場合(比較例1−2)は、延伸ロール上での糸条幅が広くなり単糸がばらけ単糸間の接触が生じたり糸条間での接触が生じて、毛羽数及び糸切れ回数が増加した。これに対し、セパレーターロールの旋回角度が1.5度、5度および8度の場合(実施例1−1、1−2および1−3)は、延伸ロールに蓄積する汚れを効果的に除去することが可能となり、かつ延伸ロール上での単糸ばらけ現象が無いため、毛羽数も少なくかつ糸切れ無く安定に紡糸直接延伸することが可能であった。
【0031】
【表1】

【0032】
[実施例2]
紡糸直接延伸の実施形態は、実施例1の通りで、セパレーターロールの旋回角度を5度、セパレーターロールの旋回速度を0rpm、0.5rpm、15rpm、25rpmと変化させた。
これらの条件及びローラー汚れ、単糸切れ、糸切れ、第2延伸ロール上の糸幅の評価結果を表2に併せて記した。
【0033】
表2から明らかなように、セパレーターロールの旋回速度が0rpmの場合(比較例2−1)は、延伸ロールに蓄積する汚れの除去が行われず、毛羽数及び糸切れ回数が増加した。一方セパレーターロールの旋回速度が25rpmの場合(比較例2−2)は、延伸ロール上での糸条幅が広くなり単糸がばらけ単糸間の接触および糸条間の接触が生じるため、毛羽数及び糸切れ回数が増加した。これに対し、セパレーターロールの旋回速度が、0.5rpmから20rpmの範囲(実施例2−1および2−2)であれば、延伸ロールに蓄積する汚れを効果的に除去することが可能となり、かつ延伸ロール上での単糸ばらけ現象が無いため、毛羽数も少なくかつ糸切れ無く安定に紡糸直接延伸することが可能であった。
【0034】
【表2】

【0035】
[実施例3]
紡糸直接延伸の実施形態は、実施例1の通りで、セパレーターロールの旋回角度を5度、セパレーターロールの旋回速度を1rpmとし、セパレーターロールの表面粗度をRaで0.5ミクロン、5ミクロン、7ミクロンと変化させた。
これらの条件及びローラー汚れ、単糸切れ、糸切れ、第2延伸ロール上の糸幅、第2延伸ロール上での糸揺れ状態の評価結果を表3に併せて記した。
【0036】
表3から明らかなように、セパレーターロールの表面粗度が7ミクロンの場合(比較例3−2)は、延伸ロール上での糸条幅が広くなり単糸ばらけと糸揺れが大きくなって、単糸間の接触および糸条間の接触が生じるため、毛羽数及び糸切れ回数が増加した。これに対し、セパレーターロールの表面粗度が、0.4ミクロンから6ミクロンの範囲(実施例3−1および3−2)であれば、セパレーターロール上での糸の動きが滑らかで、かつ過度に滑りすぎることがないため、延伸ロール上での単糸の重なりもなく、かつ延伸ロール上での単糸ばらけおよび糸条揺れが無いために、毛羽数も少なくかつ糸切れ無く安定に紡糸直接延伸することが可能であった。
【0037】
【表3】

【0038】
[実施例4]
紡糸直接延伸の実施形態は、実施例1の通りで、セパレーターロールの旋回角度を5度、セパレーターロールの旋回速度を1rpm、セパレーターロールの表面粗度をRaで1.5ミクロンとし、セパレーターロール1と未延伸糸引取りロール2に図1.Cのように肩掛けした場合とセパレーターロール1と未延伸糸引取りロール2に図1.Aのように、2ラップ及び4ラップした場合(実施例4−1および4−2、比較例4−1)で紡糸直接延伸を行った。また、円錐状に旋回するセパレータロールの代わりに、第1延伸ロールの回転軸方向に往復移動する糸道ガイドを設け、同様に紡糸直接延伸を行った(比較例4−2)。
これらの条件及びローラー汚れ、単糸切れ、糸切れ、第2延伸ロール上の糸幅の評価結果を表4に併せて記した。
【0039】
表4から明らかなように、セパレーターロールと未延伸糸引取りロールに4ラップした場合(比較例4−1)と第1延伸ロールの回転軸方向に往復移動する糸道ガイド(比較例4−2)を設けた場合は、延伸ロール上での糸幅が極端に小さくなり、延伸ロール上で熱が均一に伝わらないことから、毛羽数及び糸切れ回数の増加につながった。これに対し、セパレーターロール及び未延伸糸引取りロールに肩掛けしたもの(実施例4−1)、セパレーターロール及び未延伸糸引取りロールに3ラップ以下でラップしたもの(実施例4−2)については、延伸ロール上での糸幅が小さくなることなく、安定に紡糸直接延伸することが可能であった。
【0040】
【表4】

【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明の紡糸直接延伸法は、ナイロン6、ナイロン66及びポリエステル等からなる高強力でかつ太繊度の産業資材用繊維の製造において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明のセパレーターロールの配置及び糸掛け方法を示す模式図。
【図2】本発明のセパレーターロールを円錐状に周期的に旋回させる手段を示す説明図。
【図3】本発明の紡糸直接延伸方法の概略を表す説明図。
【符号の説明】
【0043】
1.セパレーターロール、2.未延伸糸引取りロール、3(a).糸条を引取る側の第1延伸ロール、3(b).糸条を送出す側の第1延伸ロール、4.セパレーターロールシャフト、5.セパレーターロール旋回駆動モーター、6.セパレーターロール旋回円盤、7.セパレーターロール回転駆動モーター、8.オイリングロール、9.第2延伸ロール、10.第3延伸ロール、11.第4延伸ロール、12.走糸。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶融紡糸した合成繊維糸条を未延伸糸引取りロールを介して複数段の延伸ロールに導き、該延伸ロールで多段に延伸、熱処理し、連続して巻き取る合成繊維の紡糸直接延伸装置において、前記未延伸糸引取りロールに回転可能なセパレーターロールを設け、かつ該セパレーターロールを円錐状に旋回させる手段を設けたことを特徴とする合成繊維の紡糸直接延伸装置。
【請求項2】
請求項1記載の装置において、前記セパレーターロールを円錐状に旋回させ、該セパレーターロールを介して導かれた延伸ロール上の糸条を延伸ロール回転軸方向にトラバースさせることを特徴とする合成繊維の紡糸直接延伸方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2006−274475(P2006−274475A)
【公開日】平成18年10月12日(2006.10.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−94401(P2005−94401)
【出願日】平成17年3月29日(2005.3.29)
【出願人】(303046303)旭化成せんい株式会社 (548)
【Fターム(参考)】