(57)【要約】【課題】  熱可塑性ポリマの溶融紡糸において、溶融紡糸用パック口金の内外層の熱履歴差よって生じる溶融粘度ムラを均一化し、均一な品質のフィラメントを得ることができる溶融紡糸用パック口金を提供する。【解決手段】  熱可塑性溶融ポリマを紡糸するに際し、濾材・フィルター・多孔板・合流板・口金を順に配置する溶融紡糸用パック口金において、多孔板と口金の間にポリマを合流させる合流板を有し、合流板にはポリマ紡出経路方向の上流部に複数の流路孔を有し、ポリマ紡出経路方向の下流に向かうにつれ複数のポリマ流路を複数回合流させ、最下流で一つの流路孔となる多段合流微細流路が半径線上に複数形成されている溶融紡糸用パック口金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性溶融ポリマを紡糸するに際し、濾材・フィルター・多孔板・合流板・口金を順に配置する溶融紡糸用パック口金において、合流板にはポリマ紡出経路方向の上流部に複数の流路孔を有し、該流路孔がポリマ紡出経路方向の下流に向かうにつれ複数回合流して最下流で一つの流路孔となる多段合流微細流路が複数形成されている溶融紡糸用パック口金。
【請求項２】
前記合流板の多段合流微細流路は口金の吐出孔と同数個存在し、各多段合流微細流路のポリマ紡出経路方向の最下流にある流路孔は、各吐出孔に連通している請求項１に記載の溶融紡糸用パック口金。
【請求項３】
前記多段合流微細流路のポリマ紡出経路方向の上流部にある複数の流路孔は、合流板の半径線上に形成されている請求項１または２に記載の溶融紡糸用パック口金。
【請求項４】
前記合流板の厚みは２ｍｍ以上かつ６０ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の溶融紡糸用パック口金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱可塑性ポリマの製糸工程に用いられる溶融紡糸用パック口金に関するものである。さらに詳しくは、溶融ポリマの溶融紡糸用パック口金の熱履歴差によって生じる粘度ムラを均一化し口金吐出孔に供給することで、均一な品質のフィラメントを得るものである。加えて、僅かなスペースで合流させることで、滞留時間の減少によるポリマの熱劣化を抑制し、良好な製糸性を得ることを可能とした溶融紡糸用パック口金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に熱可塑性ポリマを溶融紡糸する繊維の製造に関しては、原料であるチップを押出機で溶融混練し溶融ポリマとなし、加熱ボックス内に設置されたポリマ用の配管を通じて溶融紡糸用パック口金にポリマを導く。導入されたポリマは溶融紡糸用パック口金内に積層された濾材・フィルターを通ることでポリマ中にある異物を除去し、多孔板にて分配され、ポリマを口金の吐出孔から紡糸してフィラメントを得る。
【０００３】
このような溶融紡糸用パック口金は、ポリマの溶融状態を維持するために加熱ボックス内に設置され、高温で加熱されている。そのため、加熱ボックスに接している溶融紡糸用パック口金は外層部に比べ内層部の温度が低くなり、溶融紡糸用パック口金内部の内外層で温度差が生じてしまう。この結果、溶融紡糸用パック口金の内外層を通過するポリマで熱履歴差による粘度ムラが生じ、不均一なポリマになることで、各吐出孔間から紡出された単糸間で物性差が発生することになる。また、溶融ポリマは熱影響を受ける時間である滞留時間が長くなると熱劣化し、劣化したポリマによって、毛羽や糸切れ等の操業不調を引き起こし、製糸性が損なわれてしまう。
【０００４】
そこで、溶融紡糸用パック口金を通過する溶融ポリマで熱履歴差によって生じる粘度ムラを均一化し、品質差を抑制するとともに、滞留時間の影響による熱劣化を抑制するために、溶融紡糸用パック口金に関しては従来から種々の検討がなされてきている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、溶融ポリマを溶融紡糸用パック口金の中心部で縮流させながら一箇所に合流させる合流流路と、前記合流部の終端の出口部から下流方向に末広がりに等間隔で円周配列された複数の円管状流路と、円周上に等配に穿設された吐出孔群のポリマが流入する始端開口部と前記円管状流路の終端開口部とを円環状に連結するために形成された環状流路を構成することで、溶融紡糸用パック口金中心にポリマを合流させ均一化を図り、単糸間での物性差を低減させる技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、溶融ポリマを一穴の集合孔に集めたのち静止系混練素子を通過させることよって、溶融ポリマを混練・分散させることで均一化を図り、単糸間もしくは溶融紡糸用パック口金間での物性差を低減させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１１９７７号公報
【特許文献２】特開２００８−８１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の溶融紡糸用紡糸パック口金を検証したところ、一箇所に合流させるだけでは、粘度が高く層流状態となっている溶融ポリマに対しては、ポリマの合流回数が少ないため、十分なポリマ混合効果が得られない。そのため、内外層の熱履歴差によって生じる粘度ムラの均一化が足りず、単糸間での品質差を解消するには至らなかった。また、滞留時間については、円管状の流路に分割してポリマを流すことで滞留時間の差を無くすことが記載されているが、滞留時間そのものを少なくし、熱劣化を抑制させるような検討はなされていない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の溶融紡糸用パック口金は、十分なポリマ混合効果が得られ、内外層の熱履歴差によって生じる粘度ムラを均一化できるような混練性を担保するには、静止系混練素子を長くする必要がある。そのため、溶融紡糸用パック口金部材の長尺化によるポリマ流路長の増加によって滞留時間が多くなり、ポリマの熱劣化を引き起こしやすく、製糸性が損なわれてしまう。さらには、静止系混練素子の必要長によって他の溶融紡糸用パック口金部材を設置するスペースに制限を受けてしまうなどの問題があった。
【００１０】
本発明は、従来技術の課題を解消し、熱可塑性ポリマの溶融紡糸において、溶融ポリマが溶融紡糸用パック口金を流れる際に、溶融紡糸用パック口金内外層の熱履歴差よって生じる溶融粘度ムラを均一化し口金吐出孔に供給することで、均一な品質のフィラメントを得ることができるものである。加えて、僅かなスペースで複数回合流させることで、滞留時間の減少によるポリマの熱劣化を抑制し、良好な製糸性を得ることを可能とした溶融紡糸用パック口金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
（１）熱可塑性溶融ポリマを紡糸するに際し、濾材・フィルター・多孔板・合流板・口金を順に配置する溶融紡糸用パック口金において、合流板にはポリマ紡出経路方向の上流部に複数の流路孔を有し、該流路孔がポリマ紡出経路方向の下流に向かうにつれ複数回合流して、最下流で一つの流路孔となる多段合流微細流路が複数形成されている溶融紡糸用パック口金。
（２）前記合流板の多段合流微細流路は口金の吐出孔と同数個存在し、各多段合流微細流路のポリマ紡出経路方向の最下流にある流路孔は、各吐出孔に連通している（１）記載の溶融紡糸用パック口金。
（３）前記多段合流微細流路のポリマ紡出経路方向の上流部にある複数の流路孔は、合流板の半径線上に形成されている（１）または（２）に記載の溶融紡糸用パック口金。
（４）前記合流板の厚みは２ｍｍ以上かつ６０ｍｍ以下である（１）〜（３）のいずれかに記載の溶融紡糸用パック口金。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱可塑性ポリマの溶融紡糸において、溶融ポリマが溶融紡糸用パック口金を流れる際に、溶融紡糸用パック口金の熱履歴差よって生じる溶融粘度ムラを均一化し口金吐出孔に供給することで、均一な品質のフィラメントを得ることができる。加えて、僅かなスペースで複数回合流させることで、滞留時間の減少によるポリマの熱劣化を抑制し、良好な製糸性を得ることを可能とした溶融紡糸用パック口金を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の溶融紡糸パック口金を模式的に例示した概略正断面図である。
【図２】本発明の合流板と口金を模式的に例示した概略正断面図（拡大図）である。
【図３】本発明の合流板多段合流微細流路配置を模式的に例示した概略アイソメトリック図（半断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を、図を用いて詳細に説明する。図１は本発明の溶融紡糸用パック口金を模式的に例示した概略正断面図である。この図１において、１は紡糸パック口金、２はポリマ導入孔、３は濾層部、４は濾材、５はフィルター、６は多孔板、７は合流板、８は口金、９は吐出孔を示す。
【００１５】
本発明の溶融紡糸用パック口金のポリマの流れについて説明する。図１の紡糸パック口金１はポリマの溶融状態を維持するために高温の加熱ボックス内に設置されており、溶融したポリマはポリマ導入孔２を通じて紡糸パック口金１に供給される。供給されたポリマは濾層部３内にある微細なサンドなどで構成された濾材４と、金網や焼結多孔質金属などで構成されたフィルター５を通過することで、ポリマ中にある異物の除去をする。その後異物を除去したポリマは多孔板６にて分配された後、ポリマが流れる流路孔を複数回合流させる合流板７と口金８の吐出孔９を通過し、フィラメントとして紡出される。
【００１６】
図２は、本発明の溶融紡糸パック口金に設置されている合流板７と口金８を模式的に例示した概略正断面図（拡大図）である。この図２において、多段合流微細流路７ａは、内層部多段合流微細流路孔群７ｂと外層部多段合流微細流路孔群７ｃとから構成され、口金８は吐出孔９への吐出孔流路８ａを有する。
【００１７】
本発明の溶融紡糸用パック口金は、多孔板６と口金８の間に合流板７を設け、その合流板７には、ポリマ紡出経路方向の上流部に複数の流路孔を有し、該流路孔がポリマ紡出経路方向の下流に向かうにつれ複数回合流して、最下流で一つの流路孔となる微細な多段合流流路が複数形成されている。かかる構成とすることにより、ポリマが合流板７を通過する際に、それぞれの流路孔から流れてきたポリマが多段合流微細流路７ａ内で徐々に合流される。さらに、徐々に繰り返し合流されたポリマは、最後には一つの流路孔に集約合流され均一なポリマとなる。また、ポリマ合流を複数回行うため、粘度の高い層流状態のポリマでも確実に混合させることができる。
【００１８】
次に、合流板７の多段合流微細流路７ａは口金の吐出孔９と同数個存在し、各多段合流微細流路のポリマ紡出経路方向の最下流にある流路孔は、口金８にある吐出孔流路８ａを通じて吐出孔９に連通するよう形成されていることが好ましい。かかる構成とすることにより、合流板７と口金８との流路体積が短くできるため、ポリマの熱劣化を抑制でき、最小の滞留時間でフィラメントを紡出することが可能となる。また、各吐出孔に流路体積が等しい多段合流微細流路を形成することにより、ポリマの熱履歴差がなくなり、単糸間の物性差をより抑制することができる。
【００１９】
合流板７の多段合流微細流路７ａは、ポリマ紡出経路方向の上流部にある複数の流路孔のうち、外層部の微細流路孔群（外層部多段合流微細流路孔群）と、内層部の微細流路孔群（内層部多段合流微細流路孔群７ｂ）とを、ポリマ紡出経路方向の下流に向かうにつれ、それぞれを徐々に合流させ、最下流で一つの流路孔となる多段合流微細流路が形成されていることが好ましい。この微細な多段合流流路をポリマが通過することによって、内層部と外層部とで異なる熱履歴差をもつポリマは徐々に合流・混練を繰り返され、最後には一つの流路孔に集約合流されることで、より粘度ムラのない均一なポリマとなり、均一な品質のフィラメントを得ることができる。
【００２０】
また、より粘度ムラのない均一なポリマを得るためには、多段合流微細流路７ａの流路孔を増やし、繰り返しの合流数を増やすことがさらに好ましい。図１〜図３は簡易説明のため、合流数を少なく図示しているが、５回以上合流させるように、一つの多段合流微細流路７ａに対して合流段数を５段以上設けることがさらに好ましい。
【００２１】
図３は、本発明の合流板７の多段合流微細流路の配置を模式的に例示した概略アイソメトリック図（半断面図）である。この図３において、７ｄは多段合流微細流路群、１０は合流板半径線、１１は半径線間角度を示す。
【００２２】
合流板７の多段合流微細流路の配置については、溶融紡糸用パック口金内層部と外層部で異なる熱履歴差をもつポリマを効率よく合流・混練させ、より粘度ムラのないより均一なポリマを得るために、合流板半径線１０上に多段合流微細流路群７ｄを形成させることと、吐出孔間での物性差を抑制するために、多段合流微細流路群７ｄが位置する合流板半径線１０が隣接する合流板半径線１０と半径線中心角とで示される半径線間角度１１が等しくなるように、多段合流微細流路群７ｄを配置することが好ましい。
【００２３】
また、各単糸間での滞留時間差の発生を抑制するため、各多段合流微細流路７ａで流路体積の違いによる圧損が異ならないように、多段合流微細流路形状の流路体積が等しい流路を形成することが好ましい。
【００２４】
合流板７の厚みは、２ｍｍ〜６０ｍｍで形成されていることが好ましい。より好ましくは２ｍｍ〜４０ｍｍ、更に好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍである。かかる構成とすることにより、ポリマ流路長を短くでき、滞留時間が少なくなり、熱劣化を抑制し、良好な製糸性を得ることができる。
【００２５】
本発明の溶融紡糸用パック口金に用いる合流板は、内部に微細な多段合流流路を複数形成させるため、通常の機械加工で内部流路を削り出し、形成することは非常に困難である。製作方法としては、例えば合流板をポリマ紡出経路方向軸に垂直に分割し、その分割したプレートに流路を加工製作し、それら分割プレートを積層させることで形成することが可能である。各分割プレートの加工には、ドリル加工、マシニング加工、レーザ加工などの各機械加工を用いる。これらの加工方法にて製作した分割プレートを複数枚積層させることで、合流数を複数回内部に設けた多段合流微細流路を２ｍｍ〜６０ｍｍの合流板厚みで製作することができる。従来技術に比べ、合流板を薄くし、ポリマ流路長を短くすることで、滞留時間を減少させ、熱劣化を抑制することができる。また、合流板が薄くできるため、既存のパックに追加で組み込む場合でも、設置スペースが少なくて済むため他の部材に変更が少なく、容易に組み込みやすいといった利点も兼ね備えている。
【００２６】
本発明の溶融紡糸用パック口金は、単糸繊度が６〜３０ｄｔｅｘの細繊度品種や、フィラメント数が少ない品種でより顕著な効果を得られる。それは、細繊度品種やフィラメント数が少ない品種は、ポリマの吐出量が少なくなるため、溶融紡糸用パック口金内にポリマによって持ち込まれる熱量が低くなり、パック内層部と外層部とで異なる熱履歴を持つポリマの温度ムラが大きくなりやすく、粘度ムラの影響が出やすい。また、吐出孔あたりのポリマ流入量が小さく、滞留時間が増加しやすく、その分熱劣化の影響をより受けやすくなりやすいためである。
【００２７】
本発明に用いられる熱可塑性ポリマとしては、溶融紡糸可能な熱可塑性樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、などに代表されるポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６などに代表されるポリアミドなどを例示することができる。
【００２８】
また、本発明の溶融紡糸用パック口金は、単一成分ポリマの均質化だけに限定されるものではない。たとえば、２種類以上のポリマを用いた複合ポリマに適用した場合、合流を繰り返すことでポリマ同士の混練が可能となり、ポリマの複合化を促進させることもできる。また、多段合流微細流路の合流数を変化させることで、複合ポリマの混練度を容易にコントロールすることも可能となる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお実施例における特性値の測定法等は次のとおりである。
【００３０】
（１）繊度
１．１２５ｍ／周の検尺器に繊維試料をセットし、４００回転させて、ループ状かせを作成し、熱風乾燥機にて乾燥後（１０５±２℃×６０分）、天秤にてかせ質量を量り、公定水分率を乗じた値から繊度を算出した。なお、公定水分率は４．５％とした。
【００３１】
（２）繊度差
１つの口金から得られる単糸それぞれの繊度を（１）に従い測定し、最大繊度値と最小繊度値の差を繊度差とした。基準繊度に対して２％以下を○、２％を超えると×として評価した
（３）硫酸相対粘度
ポリアミドチップ０.２５ｇを、濃度９８質量％の硫酸１００ｍｌに対して１ｇになるように溶解し、オストワルド型粘度計を用いて２５℃での流下時間（Ｔ１）を測定した。引き続き、濃度９８質量％の硫酸のみの流下時間（Ｔ２）を測定した。Ｔ２に対するＴ１の比、すなわちＴ１／Ｔ２を硫酸相対粘度とした。
【００３２】
（４）製糸性
合成繊維を製糸するときの１ｔ当たりの糸切れについて、１．０回以下を○、１．０回を超えると×として評価した。
【００３３】
［実施例１］
硫酸相対粘度２．７３のナイロン６チップを２８５℃で溶融し、２２．５ｇ／分の吐出量で図１の濾材（濾砂）・フィルター・多孔板・多段合流微細流路が複数形成されている合流板・口金を順に配置した溶融紡糸用パック口金（吐出孔数４８、糸条数６、多段合流微細流路数４８、一つの多段合流微細流路に対する合流段数５段、合流板厚さ５０ｍｍ、半径線間角度７．５°等配）を用い、常法にて製糸し、基準繊度１１ｄｔｅｘ、８フィラメントのナイロン６マルチフィラメント、６糸条を得た。
【００３４】
ナイロン６マルチフィラメント、６糸条の繊度を測定した結果、繊度差２％以下であった（○判定）。すなわち、合流板内で５回繰り返し合流され、均一化された状態で、吐出孔に配されるため、各吐出孔間から紡出された単糸間での品質差がないことがわかる。また、１ｔｏｎ生産での糸切れは０．５回（○判定）、製糸性良好であった。
【００３５】
［実施例２］
硫酸相対粘度２．７３のナイロン６チップを２８５℃で溶融し、２２．５ｇ／分の吐出量で図１の濾材（濾砂）・フィルター・多孔板・多段合流微細流路が複数形成されている合流板・口金を順に配置した溶融紡糸用パック口金（吐出孔数４８、糸条数６、多段合流微細流路数４８、一つの多段合流微細流路に対する合流段数５段、合流板厚さ３０ｍｍ、半径線間角度７．５°等配）を用い、常法にて製糸し、基準繊度１１ｄｔｅｘ、８フィラメントのナイロン６マルチフィラメント、６糸条を得た。
【００３６】
ナイロン６マルチフィラメント、６糸条の繊度を測定した結果、繊度差２％以下であった（○判定）。
【００３７】
また、１ｔｏｎ生産での糸切れは０．２回（○判定）、製糸性良好であった。合流板厚さが実施例１よりも薄いため、ポリマの滞留時間が実施例１より短くなり、糸切れが抑制され、製糸性の向上を示した。
【００３８】
［実施例３］
硫酸相対粘度２．７３のナイロン６チップを２８５℃で溶融し、２２．５ｇ／分の吐出量で図１の濾材（濾砂）・フィルター・多孔板・多段合流微細流路が複数形成されている合流板・口金を順に配置した溶融紡糸用パック口金（吐出孔数４８、糸条数６、多段合流微細流路数４８、一つの多段合流微細流路に対する合流段数５段、合流板厚さ２ｍｍ、半径線間角度７．５°等配）を用い、常法にて製糸し、基準繊度１１ｄｔｅｘ、８フィラメントのナイロン６マルチフィラメント、６糸条を得た。
【００３９】
ナイロン６マルチフィラメント、６糸条の繊度を測定した結果、繊度差２％以下であった（○判定）。
【００４０】
また、１ｔｏｎ生産での糸切れは無く（○判定）、製糸性良好であった。合流板厚さが実施例１、２よりも薄いため、ポリマの滞留時間が最も短くなり、糸切れが発生せず、最良の製糸性を示した。
【００４１】
［比較例１］
濾材（濾砂）・フィルター・多孔板・一穴合流板・口金を順に配置した特許文献１に準じた構成の溶融紡糸用パック口金（吐出孔数４８、糸条数６、一穴合流板厚さ３０ｍｍ）を用いた以外は実施例１と同様に製糸し、基準繊度１１ｄｔｅｘ、８フィラメントのナイロン６マルチフィラメント、６糸条を得た。
【００４２】
ナイロン６マルチフィラメント、６糸条の繊度を測定した結果、繊度差３％を超えた（×判定）。すなわち、本発明の複数回合流させるパック口金とは異なり、合流板内で１回合流された後に、それぞれの吐出孔に配されるため、ポリマの熱履歴差による粘度ムラが生じ、各吐出孔間から紡出された単糸間での品質差が発生していると考えられる。１ｔｏｎ生産での糸切れは１回を超えた（×判定）。一穴合流板では全流路のポリマを一穴に集約させた後に各吐出孔へ導くため、ポリマ流路長が長くなり、滞留時間が多くなることで、ポリマの熱劣化を引き起こしていると考えられる。
【００４３】
［比較例２］
濾材（濾砂）・フィルター・多孔板・静止系混練素子が形成されている一穴合流板・口金を順に配置した特許文献１に準じた構成の溶融紡糸用パック口金（吐出孔数４８、糸条数６、一穴合流板厚さ１００ｍｍ）を用いた以外は実施例１と同様に製糸し、基準繊度１１ｄｔｅｘ、８フィラメントのナイロン６マルチフィラメント、６糸条を得た。
【００４４】
ナイロン６マルチフィラメント、６糸条の繊度を測定した結果、繊度差２％を超えた（×判定）。すなわち、本発明の複数回合流させるパック口金とは異なり、静止系混練素子によりポリマの均一化は図れていると考えられるが合流板内で１回合流された後に、それぞれの吐出孔に配されるため、ポリマの熱履歴差による粘度ムラが生じ、各吐出孔間から紡出された単糸間での品質差が発生していると考えられる。１ｔｏｎ生産での糸切れは２回を超えた（×判定）。粘度ムラが生じていることに加え、一穴合流板の厚みが大きいことにより、ポリマ流路長の増加によって滞留時間が長くなり、ポリマの更なる熱劣化を引き起こしていると考えられる。
【符号の説明】
【００４５】
１：紡糸パック口金
２：ポリマ導入孔
３：濾層部
４：濾材
５：フィルター
６：多孔板
７：合流板
７ａ：多段合流微細流路
７ｂ：内層部多段合流微細流路孔群
７ｃ：外層部多段合流微細流路孔群
７ｄ：多段合流微細流路群
８：口金
８ａ：吐出孔流路
９：吐出孔
１０：合流板半径線
１１：半径線間角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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