JP2002542402A - ポリマーフィラメントを紡糸するための装置および方法 - Google Patents

ポリマーフィラメントを紡糸するための装置および方法

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    • D—TEXTILES; PAPER
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  • Textile Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 紡糸口金(113)の下に位置付けられるように適合された第1段ガス入口チャンバ(105)と、任意選択で第1段ガス入口チャンバの下に配置された第2段ガス入口チャンバ(106)とを含む、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置。ガス入口チャンバは、フィラメントの温度を制御するためにフィラメントにガスを供給する。溶融紡糸装置は、フィラメントが冷却されるときにこのフィラメントを取り囲む、第2段ガス入口チャンバの下に配置された管(119)も含む。この管は、絞り部分と、任意選択でその後に続く拡散部分とを有する内壁を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (関連出願) 本出願は、1999年4月15日に出願された仮出願第60/129,412
号の優先権を主張し、その全体を参照により併合するものである。
【0002】 (発明の背景) 本発明は、ポリマーフィラメントを、高速で、例えばポリエステルフィラメン
トの場合には1分当たり3,500メートル(mpm)を超える速度で、溶融紡
糸するための、方法および装置に関する。
【0003】 ポリエステルなどのほとんどの合成ポリマーフィラメントは溶融紡糸される、
すなわち加熱されたポリマー溶融体から押し出される。現行のプロセスでは、新
たに押し出された溶融フィラメントの流れが紡糸口金から出て来た後、その流れ
を冷却ガス流により急冷して、その硬化を促進させている。次いで、その流れを
巻き取って連続フィラメント糸のパッケージを形成するか、または別の方法で加
工し、例えば一束の平行連続フィラメント、例えば連続フィラメントのトウとし
て加工を行って、これを例えばステープルに変換するか、または別の方法で加工
することができる。
【0004】 ポリエステルなどのポリマーフィラメントは直接調製できることが、すなわち
、紡糸したままの状態で全く延伸する必要なく5km/分程度またはそれ以上の
高速で紡糸することによって直接調製できることが、長い間知られてきた。He
belerは、このことをポリエステルに関して米国特許第2,604,667
号に開示した。
【0005】 本質的に2つの基本的なタイプの急冷システムが商用として一般に使用されて
きた。直交流急冷が商用として好まれ使用されてきた。直交流急冷では、新たに
押し出されたフィラメントアレイの一方の側から横切るように冷却ガスを吹き込
むことが必要である。この直交流の空気のほとんどは、フィラメントアレイを通
過してその他方の側から出ていく。しかし、様々な要因によってその空気の一部
がフィラメントに混入され、フィラメントと共に、従動型で通常は各紡糸位置の
ベースにあるプーラーロールに向かって下方に運ばれる可能性がある。プーラー
ロールの速度(「引出し速度」とも呼ばれ、ときどき紡糸速度と呼ばれる)が速
くなるにつれて、直交流が一般に多くの繊維工業の会社に好まれてきたが、それ
は、「直交流急冷」が、速度または処理量の増大により必要とされる大量の冷却
ガスを吹き込むための最良の方法を提供すると考えられていたからである。
【0006】 別のタイプの急冷は、「ラジアル急冷」と呼ばれ、例えば、Knoxによる米
国特許第4,156,071号やCollins他の米国特許第5,250,2
45号および第5,288,553号に開示されているように、何種類かのポリ
マーフィラメントを商業的に製造する際に使用されてきた。このタイプの「ラジ
アル急冷」では、冷却ガスが、新たに押し出されたフィラメントアレイを取り囲
む急冷スクリーンシステムを通して、内側に向けられる。このような冷却ガスは
、通常、急冷装置から出てフィラメントと共に通り過ぎて行くことによって、急
冷システムから離れる。フィラメントアレイが円形である場合には「ラジアル急
冷」という用語が適切であるが、これと同じシステムは、フィラメントアレイが
円形ではない場合、例えば長方形や楕円形や別の形である場合でも、冷却ガスが
フィラメントアレイの方に内側に向かうように、それ相応に成形された周囲シス
テムによって、本質的に同様に作動させることができる。
【0007】 1980年代に、VassilatosおよびSzeはポリマーフィラメント
の高速紡糸にかなりの改善を加え、これらおよびその結果改善されたフィラメン
トについて、米国特許第4,687,610号、第4,691,003号、第5
,141,700号、および第5,034,182号に開示した。これらの特許
はガス管理技法について述べているが、この技法は、ガスが、新たに押し出され
たフィラメントを取り囲んで、その温度および減衰プロフィルを制御するという
ものである。これらの特許は高速紡糸の分野における画期的な成功について述べ
ているが、引出し速度を増すことによって、少なくとも同等かまたはそれよりも
改善された糸の性質を維持しながら糸を紡糸する生産性を増大させることが、引
き続き望まれている。
【0008】 (発明の概要) これらのニーズによれば、ポリマーフィラメントを紡糸するための方法および
装置が提供される。
【0009】 本発明の一態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡
糸装置であって、 紡糸口金の下に位置するように設けられた第1段ガス入口チャンバおよびこの
第1段ガス入口チャンバの下に配置された第2段ガス入口チャンバであって、前
記フィラメントの温度を制御するためにフィラメントにガスを供給するこれら第
1および第2段ガス入口チャンバと、 前記フィラメントが冷却されるときにこのフィラメントを取り囲む前記第2段
ガス入口チャンバの下に配置された管であって、絞り部分を有し、その後に拡散
部分が続く内壁を有する管と を含む装置が提供される。
【0010】 本発明の別の態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融
紡糸装置であって、 紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、 このハウジングの内壁にそれぞれ形成された第1段チャンバおよび第2段チャ
ンバと、 前記第1段チャンバにガスを供給するための第1段ガス入口と、 前記第2段チャンバにガスを供給するための第2段ガス入口と、 前記第1段チャンバと第2段チャンバとを分離するために、前記第1段チャン
バの下部の前記内壁に取り付けられた壁と、 前記第1段チャンバ内の中央に設置された急冷スクリーンであって、加圧ガス
が前記第1段ガス入口から前記第1段チャンバを通って該急冷スクリーンの内壁
に形成された領域へ内側に向かって吹き込まれるように当該装置が設けられてい
る急冷スクリーンと、 前記急冷スクリーンの下の、前記第1段ガス入口と前記第2段ガス入口の間に
配置された内壁と、 前記内壁の内側に形成された第1段絞り部分と、 前記第1段絞り部分の下の、前記第1段ガス入口と前記第2段ガス入口との間
に配置された多孔管であって、前記第2段チャンバ内の中央に配置された多孔管
と、 前記多孔管の下に配置された内壁と、 前記内壁の内側に配置された管であって、前記第2段チャンバ内に配置された
第2段絞り部分および前記第2段チャンバの出口に配置された拡散部分を有する
内壁面を持つ管と、 任意選択で、前記管の出口に配置された多孔壁を有する絞り錐体と、 を含む装置が提供される。
【0011】 本発明の別の態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融
紡糸方法であって、加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメント
を形成すること、第1段の前記紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから
前記フィラメントにガスを供給すること、第2段のガス入口チャンバから前記フ
ィラメントにガスを供給すること、前記ガス入口チャンバの下に配置され第1絞
り部分を有する内壁を持つ管に前記フィラメントを移動させること、およびこの
管に前記フィラメントを通すことを含む方法が提供される。
【0012】 本発明の別の実施形態によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための
溶融紡糸装置であって、前記フィラメントを取り囲む管と、紡糸口金の下に位置
するように設けられ、前記フィラメントの温度を制御するために該フィラメント
にガスを供給し、当該装置からの空気を除去するように設けられた少なくとも1
つの排気段をさらに含む2つまたはそれ以上のガス入口チャンバとを含む装置が
提供される。
【0013】 本発明の別の態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融
紡糸方法であって、 加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、 第1段の前記紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから前記フィラメン
トにガスを供給すること、 前記第1段の下に配置された少なくとも1つのガス排気チャンバからガスを抜
くための手段を提供すること、 前記ガス入口チャンバの下に配置され空気の速度を増大させる第1絞り部分を
有する内壁を持つ管に、前記フィラメントを通すこと、および 前記フィラメントを前記管から出すこと、 を含む方法が提供される。
【0014】 本発明の別の実施形態では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融
紡糸装置であって、前記フィラメントを取り囲む管と、紡糸口金の下に位置する
ように設けられた1つまたは複数のガス入口であって、少なくとも1つの入口が
、前記フィラメントの温度を制御するために大気圧よりも高い圧力で前記フィラ
メントにガスを供給する手段を含むガス入口と、ガスを除去する真空排気部とを
含む装置が提供される。
【0015】 本発明の別の態様では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸
装置であって、ガス入口チャンバの下に配置され前記フィラメントが冷えている
ときにこのフィラメントを取り囲む管であって、ガスを加速させるための絞り部
分と、その後に続く拡散部分を含む内壁を持つ管を有する装置がさらに提供され
る。
【0016】 本発明の別の実施形態では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融
紡糸装置であって、 紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、 前記ハウジングの内壁にそれぞれ形成された第1段チャンバ、第2段チャンバ
、および第3段チャンバと、 前記第1段チャンバにガスを供給するための第1段のガス入口と、 前記第2段チャンバにガスを供給または該第2段チャンバからガスを排気する
ための第2段ガス入口と、 前記第3段チャンバにガスを供給するための第3段のガス入口と、 前記段の少なくとも1つ、または前記第3段の後の、ガスを加速させるための
絞り部分と、 を含む装置がさらに提供される。
【0017】 本発明の一実施形態では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡
糸装置であって、 紡糸口金の下に位置するように設けられ、前記フィラメントの温度を制御する
ために該フィラメントにガスを供給する2つまたはそれ以上のガス入口チャンバ
と、 前記入口チャンバの1つまたは複数にガスを供給するための少なくとも1つの
ガス入口と、 前記入口チャンバを分離する少なくとも1つの多孔環状板と、 前記フィラメントが冷えているときにこのフィラメントを取り囲む管であって
、絞り部分を有し、任意選択でその後に拡散部分が続く内壁を持つ管と、 を有する装置も提供される。
【0018】 本発明の一態様では、溶融紡糸ポリエステルフィラメントを冷却するための方
法であって、少なくとも2つの段で前記フィラメントに冷却ガスを供給すること
、およびこれらの段と段との間でガスを加速させることを含む方法も提供される
。
【0019】 本発明の別の態様では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸
装置であって、前記フィラメントを取り囲む管であって、孔が空けられた拡散部
分を有する管と、1つまたは複数のガス入口とを含む装置が提供される。
【0020】 本発明の別の態様では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸
装置であって、前記フィラメントを取り囲む管と、1つまたは複数のガス入口と
、少なくとも1つの前記入口に大気圧を超える圧力のガスを導入する手段と、少
なくとも1つの前記入口に周囲空気を導入する手段とを含む装置が提供される。
【0021】 本発明の別の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から明らかになる
であろう。
【0022】 (例示する実施形態の詳細な説明) 本発明は、フィラメントの速度が速くなるように冷却ガスを管理することが可
能であり、それによって生産性が高まると同時に製品特性が維持されまたは改善
される装置および方法を提供する。さらに、この方法では、使用される空気を従
来のプロセスよりも少なくすることができ、それによって、より多くの空気が必
要とされる場合よりも費用が削減される。
【0023】 対照として使用される急冷システムおよびプロセスは従来のラジアル急冷シス
テムであり、これについて図面の図1を参照しながら述べる。対照として使用さ
れるラジアル急冷システムは、ガス供給入口8を通して吹き込まれる冷却ガスで
加圧される環状冷却ガス供給チャンバ5を形成する円筒形ハウジング7を含む。
環状冷却ガス供給チャンバ5は、底壁1と、中央に配置された円筒形内壁10と
、内壁の頂上に配置された1つまたは複数の部品を含む同じ直径の円筒形急冷ス
クリーンアセンブリ11によって形成される。急冷スクリーンアセンブリ11は
、金網スクリーンの周りに多孔管を含むことが好ましく(図示せず)、それによ
って均等な空気流および分布が容易になる。加圧された冷却ガス(空気や窒素、
その他のガスなど)は、急冷スクリーンアセンブリ11を通して環状チャンバ5
から紡糸口金13の下の領域12に均一に供給され、そこで紡糸口金13から押
し出されたフィラメントのアレイ14が冷却し始める。紡糸口金13はハウジン
グ7に対して中央に位置付けられており、ハウジング7が接するポンプブロック
(紡糸ブロックまたは紡糸ビームとも呼ばれる)の底面22と同一平面に、また
はその底面22に凹所形成することができる。フィラメント14は、領域12を
通り抜け、急冷ユニットを出て環状排気シリンダ15(排気管とも呼ばれる)を
通過し、プーラロール4へと下がるが、その表面速度はフィラメント14の引出
し速度で表されるものである。
【0024】 以下の対照急冷器の寸法を図1に示し、実施例1で具体的に述べる。 A − 急冷ディレイの高さは、紡糸口金面とポンプブロック底面22との距
離である。 B − 急冷スクリーンの高さは、円筒形急冷スクリーンアセンブリ11の鉛
直高さである。 C − 排気管の高さは、急冷スクリーンアセンブリ11を通過した後に急冷
器をフィラメント14が通過していく管の高さである。 D − 急冷スクリーンの直径は、急冷スクリーンアセンブリの内径である。 D1 − 排気管の直径は、排気管の内径である。
【0025】 本発明によれば、ポリマーフィラメントを紡糸するための方法および装置が提
供される。一般に、ガスは、1つまたは複数の段の1つまたは複数の入口を経て
装置に導入される。このガスは、段の内部を下方に流れるときに一緒になる。次
いで、ガスは、出口管または壁を経て装置から排出される。若干のガスが1つま
たは複数の排気段を通してシステムから出る可能性があり、新たなガスを後続の
ガス入口を経て追加することができる。図2に、例示的なシステムを示す。図2
には、本発明による二段急冷システムを示す。本発明の方法について、以下に述
べる装置の動作に関連して記述する。このシステムは、紡糸口金113の下に位
置付けられるように適合された外部円筒形ハウジング107など、図1と同様の
要素を含む。紡糸口金113はハウジング107に対して中央に位置付けられて
おり、図2に示すように、ハウジング107が接するポンプブロック底面122
に凹所形成されている。
【0026】 しかし、例えば、図2に示す本発明は、2つの段と、空気を加速するための絞
り部分116と、管119内の絞り拡散部分とを含んでおり、その点で本発明に
よる急冷システムおよび方法は図1に示す対照とは異なっている。第1段チャン
バ105および第2段チャンバ106は、それぞれ、ハウジング107の円筒形
内壁内に形成されている。第1段チャンバ105は、紡糸口金113の下に位置
付するように設けられ、ガスをフィラメント114に供給してこのフィラメント
114の温度を制御する。第2段チャンバ106は、第1段ガス入口108と、
第1ガス流入口108の下に配置された管119との間に配置され、フィラメン
トが冷却されるときにこのフィラメントを取り囲む。第1段チャンバ105の底
部で円筒形内壁103に取着されている環状壁102は、第1段チャンバ105
と第2段チャンバ106を分離する。しかし、図11に示すように、本発明の装
置では、単一のガス入口を備える1つまたは複数のチャンバであってもよい。ガ
ス入口の数に変更を加えて、ガス流の制御に融通性を持たせることができる。第
1段ガス入口108は、第1段チャンバ105にガスを供給する。同様に、第2
段ガス入口109は、第2段チャンバ106にガスを供給する。冷却媒質として
は、どのようなガスも使用することができる。冷却ガスとしては、特にポリエス
テルを加工する場合は他のガスよりも安価であるという理由で空気が好ましいが
、特に高温で新たに押し出されるとき、ポリマーフィラメントが感受性の高い性
質であるという理由で望まれる場合には、例えば、水蒸気や窒素などの不活性ガ
スといったその他のガスを使用することができる。各段に流れる冷却ガスは、加
圧した冷却ガスを、入口108および109のそれぞれを通して供給することに
よって、独立に調節することができる。
【0027】 図1に示す円筒形急冷スクリーンアセンブリ111は、1つまたは複数の部品
、好ましくは円筒形多孔管およびワイヤスクリーン管を含むものであり、第1段
チャンバ105の中央に設置されている。本発明の全ての実施形態で、「多孔管
」は、段の内部にガス流を半径方向に分布させるための手段である。金網スクリ
ーン、電気腐食スクリーン、または、金網スクリーンおよび多孔管からなるスク
リーンアセンブリを使用することができる。加圧した冷却ガスは、第1段入口1
08から第1段チャンバ105および円筒形急冷スクリーンアセンブリ111を
通り、紡糸口金113の下の、円筒形急冷スクリーンアセンブリ111の円筒形
内壁内に形成された領域112へと、内側に向かって吹き込まれる。紡糸口金の
孔(図示せず)を通って押し出された後、一束の溶融フィラメント114は領域
112を通過し、そこでフィラメント114は冷却し始める。内壁103は、円
筒形急冷スクリーンアセンブリ111の下であって第1段ガス入口108と第2
段ガス入口109の間に配置される。第1段絞り部分116は、ハウジング10
7の内側に形成され、より具体的には内壁103の内側の壁であって、第1段ガ
ス入口108と第2段ガス入口109の間に形成される。絞り部分は、空気の速
度が加速されるように、本発明の装置の任意の部分に位置付けることができる。
絞り部分は、所望のガス管理を実現するために、管内を上下に移動することがで
きる。そのような絞り部分を、1つまたは複数設けることができる。フィラメン
ト114は、領域112から急冷システムの第1段を出て内壁103の短い管状
部分を通った後、第1段絞り部分116を第1段冷却ガスと共に通過するが、こ
れはフィラメント114が冷却されるにつれてフィラメントの移動方向で加速す
る。
【0028】 円筒形多孔管117は、第1段絞り部分116の下であって第1段ガス入口1
08と第2段ガス入口109の間に配置される。円筒形多孔管117は、第2段
チャンバ106内の中央に位置付けられている。しかし、多孔管は、フィラメン
トに所望のガスが供給されるよう望み通りに位置付けることができる。例えば、
第2段ガス入口の下で、円筒形内壁118を円筒形多孔管117の下に位置付け
る。冷却ガスの第2の供給は、第2段供給入口109から、ガスを円筒形多孔管
117に通すことによって行われる。第1段絞り部分116と第2段絞り部分1
26の間には、それぞれ、入口径D3、出口径D4、および高さL2の絞り部分
116の内壁によって、管状部分125が形成されている。管状部分125およ
び絞り部分116は単一部片として形成することができ、または例えばねじ切り
などによって一緒に接続された別個の部片として形成することができる。
【0029】 管状部分125は、図2に示すように真っ直ぐでもよく、または図4に示すよ
うにテーパ状でもよい。直径D2とD4の比は、一般にD4/D2<0.75で
あり、好ましくはD4/D2<0.5である。このような比を使用することによ
って、冷却空気の速度を速くすることができる。第2段冷却ガスは、第1絞り部
分116の管状部分125の出口と紡糸管119の入口とによって作り出された
直径がD5の、第2段絞り部分入口を通過する。紡糸管という用語は、絞り拡散
用配置構成を有する装置のその部分を指すのに使用する。管の最後の部分はその
ような配置構成を有することが好ましい。紡糸管119の上端は、円筒形内壁1
18の内面に位置付けられる。
【0030】 長さがL3で出口径がD6の第2段絞り部分126が管119の内壁に形成さ
れ、その後に、やはり管119の内壁に形成されて管119の端部まで延在する
長さがL4で出口径がD7の拡散部分127が続く。フィラメント114は、出
口径D7を通って管119を離れ、ロール104に巻き取られるが、この表面速
度はフィラメント114の引出し速度で表されるものである。この速度は望み通
りに変更することができる。ロールは、500mpmよりも速い表面速度で駆動
されることが好ましく、ポリエステルの場合は3,500mpmよりも速い表面
速度であることが好ましい。第1段および第2段のガスが一緒になったときの平
均速度は、第2段絞り部分126のフィラメントの移動方向で速くなり、次いで
冷却ガスが拡散部分127内を移動するにつれて遅くなる。第2段冷却ガスは、
第2段絞り部分126内で第1段冷却ガスと一緒になって、フィラメントの冷却
を補助する。冷却ガスの温度と入口108および109への流れは、独立に制御
することができる。
【0031】 紡糸管119の出口には、多孔壁を有する任意選択の絞りスクリーン120ま
たはディフューザ錐体を位置付けることができる。冷却ガスは、ディフューザ錐
体120の多孔壁を通って排出することができ、それによって出口ガス速度が低
下し、フィラメントの経路に沿った乱流が減少する。その他の図は、乱流が減少
するような、出口ガスを排出する代替の手段を例示している。フィラメント11
4は、絞りスクリーン120の出口ノズル123を通って紡糸管119を離れる
ことができ、そこからロール104で巻き取ることができる。
【0032】 図1で定義された高さの寸法AおよびBの他、本発明による好ましい急冷器は
以下の寸法を有する。 L1 − 第1段絞り部分の長さ L2 − 第1段管の長さ D2 − 第1段絞り部分入口径 L3 − 第2段絞り部分の長さ D3 − 第1段絞り部分の管状部分入口径 D4 − 第1段絞り部分の管状部分出口径 L4 − 第2段絞り部分の長さ D5 − 第2段絞り部分入口径 D6 − 第2段絞り部分出口径 D7 − 第2段拡散部分出口径 L5 − 任意選択の絞りスクリーンの長さ
【0033】 図2に例示する装置は二段装置であるが、管119の出口に配置された任意選
択の絞りスクリーン120は、任意の多段装置と同様に一段式のものにも利用可
能である。さらに、図2に示す管119の出口の前にある絞り部分116および
126は、管119の内部の絞り(126)/拡散(127)配置構成と同様に
、任意の多段装置または一段式装置に利用することができる。本発明は、二段装
置に限定されない。ガスは、大気圧かまたはそれよりも高い圧力で、108およ
び109に独立に導入することができる。また、ガスが108に吸引されるよう
に、ガスを大気圧よりも高い圧力で強制的にガス入口109に入れることができ
る。108および109には同じかまたは異なるガスを追加することができる。
【0034】 図2のディレイ(A)は、加熱されていないディレイでも加熱されたディレイ
でもよい。加熱されたディレイ(しばしばアニーラ(annealer)と呼ば
れる)が使用される。ディレイの長さおよび温度は、フィラメントの所望の冷却
速度が得られるように様々に変えることができる。
【0035】 本発明の全ての実施形態では、ロール204に加えて、またはロール204の
代わりに、任意の所望のタイプの巻取りを使用することができると考えられる。
例えば、連続フィラメント糸の場合、Knoxにより米国特許第4,156,0
71号に示されるように、その中で示されるインターレース処理を行う3本ロー
ル巻取りシステムを使用することができ、または、例えば、図3に示すように、
糸をインターレス処理して、次いで第1従動ロール204でパッケージとして巻
き取るいわゆるゴデットレスシステムを使用することができ、または、例えば、
インターレース処理も巻取りもなされていないフィラメントを一束の平行な連続
フィラメントとして通過させてトウとして加工することができ、この場合、その
ようないくつかの束は、一般にトウとして加工するために一まとめにされるもの
である。
【0036】 図3を参照すると、本発明による三段急冷システムが示されている。図中、矢
印は、ガス流の方向を示す。図1に示す二段急冷システムと同様に、このシステ
ムは、紡糸口金213の下に位置付けられるように適合された外部円筒形ハウジ
ング207と、一般に1つまたは複数の部品を含む円筒形急冷スクリーンアセン
ブリ211とを含む。第1段チャンバ205、および第2段チャンバ206は、
それぞれハウジングの円筒形内壁内に形成されている。
【0037】 第1段チャンバ205は、紡糸口金213の下に位置付けられるように適合さ
れ、ガスをフィラメント214に供給して、フィラメント214の温度を制御す
る。第2段チャンバ206は、第1段チャンバ205の下に位置付けられる。図
3の多段システムは、ハウジングの円筒形内壁内に形成された第2段チャンバ2
06の下に配置された第3段チャンバ230をさらに含む。
【0038】 図2と同様に、第1段チャンバ205の下部で円筒形内壁203に取着されて
いる環状壁202は、第1段チャンバ205と第2段チャンバ206を分離する
。さらに、図3では、第2段チャンバ206の下部で第2円筒形内壁233に第
2環状壁232が取着され、第2段チャンバ206と第3段チャンバ230を分
離している。
【0039】 第1段ガス入口208は第1段チャンバ205にガスを供給し、第2段ガス入
口209は第2段チャンバ206にガスを供給し、第3段ガス入口231は第3
段チャンバ230にガスを供給する。第2段チャンバ206の第1段絞り部分2
16の下には、円筒形多孔管217が配置されている。第2段絞り部分235と
第3段絞り部分236の間には、別の円筒形多孔管248が配置されている。各
段に流れる冷却ガスは、これらの入口を通して加圧した冷却ガスを供給すること
により、独立に調節することができる。
【0040】 図3では、連続的に絞る第1段絞り部分216が、第1段ガス入口208と第
3段ガス入口231の間に形成されている。絞り部分の出口に真っ直ぐな管を有
する第2段絞り部分235は、第2段ガス入口209と底壁201の間に形成さ
れている。絞り部分236、次いで拡散部分227を含む管219は、第3段入
口231から延在している。管219の上端は、円筒形内壁218の内面に位置
付けられている。入口径がD5′であり出口径がD6′である長さL6の第3段
絞り部分236が管219の内壁に形成され、その後に、やはり管219の内壁
に形成されて管219の端部に延びる、長さL7の拡散部分227が続いている
。図2に示す実施形態と同様に、フィラメント214は出口ノズル223を通っ
て管219を離れ、ロール204で巻き取られる。図3には、上述の任意選択の
絞りスクリーンまたは多孔排気ディフューザ錐体220も示されている。
【0041】 本発明の装置の全ての実施形態は、図3に示すように、仕上げ用アプリケータ
238およびインターレースジェット239を含むこともできる。急冷システム
を離れた後のフィラメント214は、ロール204へと流下し続ける。ロール2
04は、フィラメント214を頭部紡糸口金からその経路に引き入れ、したがっ
てフィラメントのロール204での速度はロール204の表面速度と同じになる
が、この速度は引出し速度と呼ばれている。従来のように、仕上げは、フィラメ
ントがロール204に到達する前に、仕上げ用アプリケータ238によって中実
フィラメント214に対して行うことができる。
【0042】 本発明は、部分延伸糸(POY)、高延伸糸(HOY)、および全延伸糸(F
DY)のフィラメント糸プロセスに適用される。POYおよびHOYプロセスで
は、フィラメント糸は引出し速度と本質的に同じ速度で巻き上げられる。FDY
プロセスでは、糸は引き出された後に機械的に延伸され、引出し速度のX倍近く
で巻き上げられるが、この場合Xは延伸比である。
【0043】 図3に示すように、三段式を使用することによってガスをより良好に制御する
ことが可能になり、かつ冷却により融通性を持たせることが可能になるので有利
であると考えられる。
【0044】 図4は、本発明による多段急冷システムを示す。図4のシステムは図2のシス
テムと同様であるが、2つの排気段をさらに含んでいる。図4の多段急冷システ
ムは、図3の三段急冷システムのように、紡糸口金313の下に位置付けられる
ように適合されかつ図3に示す3つの段205、206、および230と同様の
3つの段305、306、および330を有する外部円筒形ハウジング307を
含む。しかし、変更が加えられた図4の急冷システムは、図3に示す第2段ガス
入口209の代わりに第2段306を第1排気段309として使用する点が、図
3のシステムとは異なっている。図4の急冷システムは、第2排気段342を収
容する第4段チャンバ341をさらに含む。第4段チャンバ341は、第3段チ
ャンバ330の下に位置付けられ、これは第2段306と同様のものである。図
4は、入口および排気部の特定の配置構成について述べているが、入口および排
気段の位置および数は、冷却ガスを望み通りに制御できるように様々に変えるこ
とができる。
【0045】 ガスは、任意の所望の手法でシステムに導入することができる。一般に、第1
ガス入口308は第1段チャンバ305にガスを供給し、第2ガス入口331は
第3段チャンバ330にガスを供給する。第1段チャンバは、1つまたは複数の
部品を有する円筒形急冷スクリーンアセンブリ311をさらに含む。第1排気段
309および第2排気段342によって、第2段チャンバ306および第4段チ
ャンバ341にはシステム排気部がそれぞれ設けられる。第2段306内の、第
1絞り部分316の下でありかつ第1ガス入口308の下には、円筒形多孔管3
17が配置されている。テーパ状端部350を有する第2絞り部分335と第3
絞り部分340の間には、別の円筒形多孔管348が配置されている。第3絞り
部分340と管319の間には、第3円筒形多孔管349が配置されている。図
4のシステムの各チャンバに流れる冷却ガスは、入口を通して加圧された冷却ガ
スを供給することにより、独立に調節することもできる。
【0046】 ガスは、任意の所望の手法でシステムから排気することができる。一般に、真
空または自然/大気圧を使用する。例えば、この排気部によれば、大気圧でガス
を大気中に単に放出することができ、または真空を使用することによってガスを
除去することができる。排気部によって高温の空気が除去され、またこの排気部
はフィラメントの冷却速度を制御するために使用される。
【0047】 図4は、例えば図2に示す最後の段に、絞り拡散部分を任意選択で含むことが
できると考えられる。管319のの上端は、円筒形内壁318の内面に位置付け
られている。あるいは管319は、図1に示す排気管のような真っ直ぐな管でよ
い。図2に示す実施形態と同様に、フィラメント314は管319を離れ、任意
の所望の手法でロール304に巻き取られる。
【0048】 ガスは、任意の手段によりガス入口308および331を介してシステムに導
入することができ、大気圧にまたは加圧することができる。供給と排気は望み通
りに構成され、例えば、交互に行われる。一実施形態では、308を通して新た
な急冷空気を供給する。次いで、第2段チャンバ306を使用して、第1段チャ
ンバ305から熱風の一部を除去する。除去される熱風の速度は、第1排気段3
09の圧力によって、かつ/または第2段チャンバ306内の円筒形多孔管31
7の流動領域を適正に寸法決めすることによって(第2絞り部分335の出口の
流動領域に対して)、積極的に制御することができる。第2段チャンバ306内
で熱風の一部を除去した後、必要に応じてより新しい急冷空気を第3段チャンバ
330に供給する。
【0049】 第4段チャンバ341では、熱風の一部が第2段チャンバ306の場合と同様
の手法で再び除去される。これは、主に、スレッドラインの移動方向における全
体的な急冷空気流を減少させることによって、すなわち急冷出口での著しい乱流
および大規模な蛇行を減少させることによって、スレッドラインの安定性/均一
性が改善されるように行われる。
【0050】 図5は、図3の別の実施形態を示し、図3と同様の要素については200番台
の同じ参照番号で示し、図3に見られない要素については新たな400番台の参
照番号で示す。図5に示す多段システムは、第2段チャンバ406に排気部40
9を備える。図5のシステムは、図3の三段システムと同様に、2つの絞り部分
416および435と、絞り、次いで拡散する管419と、出口にある任意選択
の絞りスクリーン420を含む。第1ガス入口408は、第1段チャンバ405
にガスを供給する。第2ガス入口209の代わりに排気段409を使用し、第2
段チャンバ406からガスを除去する。第3段チャンバ430は、この第3段チ
ャンバ430にガスを供給する第2ガス入口431を含む。各段に流れ、各段か
ら出て行く冷却ガスは、これらの入口を通して冷却ガスを供給することにより、
独立に調節することができる。
【0051】 排気部409は、図4の排気部と同様でよい。この場合も、全ての図と同様に
、ガスに所望の速度が与えられるように拡散部分の位置を様々に変えることがで
きる。また、図5では絞り部分を必要とせず、したがって管は真っ直ぐな管でよ
い。
【0052】 図3で論じた実施形態と同様に、ガスは、任意の手段によってガス入口408
および431を介してシステムに導入することができ、このガスは大気圧でも加
圧されたものでもよい。供給と排気は交互にすることができる。本発明の一実施
形態で、新たな急冷空気は通常通りに供給される。次いで第2段チャンバ406
を使用して、第1段チャンバ405からの熱風の一部を除去する。除去される熱
風の速度は、第1排気段409の圧力によって、かつ/または第2段チャンバ4
06内の円筒形多孔管217の流動領域を適正に寸法決めすることによって(第
2絞り部分435の出口の流動領域に対して)、積極的に制御することができる
。第2段チャンバ406内で熱風の一部を除去した後、必要に応じてより新しい
急冷空気を第3段チャンバ430に供給する。
【0053】 本発明には、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができるこ
とが、当業者に明らかであるべきである。例えば、図6には、図2の装置のその
ような変形例の1つが示されており、図2と同様の要素については100番台の
同じ参照番号で示し、図2に見られない要素については新しい500番台の参照
番号で示している。図6では、任意選択の絞りスクリーン120の外側に、真空
ボックス521を介して適切なレベルの真空がもたらされる。この真空により、
ガスは側方に容易に出るようになり、それによって、ガス出口速度およびそれに
関連する紡糸ライン方向でのガスの乱流が最小限に抑えられる。真空ボックス5
21は、絞りスクリーン120の出口、および真空または吸引アウトレット54
7近くに設置された任意選択の多孔板(図示せず)を、任意選択で含むことがで
きる。孔が空けられていることにより、ガスは静かに出て行くことができる。
【0054】 図7は、図2の装置の別の変形例を示し、図2と同様の要素については100
番台の同じ参照番号で示し、図2に見られない要素については600番台の新た
な参照番号で示す。この実施形態では、任意選択の絞りスクリーン120の代わ
りに、真空ボックス621を介してガスが側方に出ることができるように孔が空
けられた直壁管645を使用する。
【0055】 図8および図9は、本発明のその他の実施形態を示す。やはりこれらの図でも
、図2と同様の要素については同じ100番台の参照番号で示すが、その他につ
いては700番台の新たな参照番号で示す。図8は、第1段絞り部分116およ
び第2段絞り部分126と、D6を出たガスがその方向を急激に変えることなく
緩やかに曲がり易くなるよう湾曲した拡散部片727とを有する二段急冷システ
ムを示す。直径がD8の直壁管、すなわち、その直径が好ましくはD6の少なく
とも2倍である直壁管によれば、ガス流の残部が下方に流れて静かに出て行くこ
とが可能である。また、出口ノズル123を有する任意選択の絞りスクリーン1
20を備えることもでき、その場合は、ガス流が任意選択の絞りスクリーン12
0を通って下方に流れ、ノズル123から出て行くことができる。図9における
装置は、任意選択の絞りスクリーン120を取り除いて図7と同様の多孔管72
0に代えたこと以外、図8の装置と同じである。
【0056】 図6〜9の構成には図2の構成と類似の効果があり、すなわち、これらの構成
によれば、ガスが側方に出易くなり、それによって、ガス出口速度およびそれに
関連する紡糸ライン方向でのガスの乱流が最小限に抑えられる。図6〜9に示さ
れる概念は、1つまたは複数のガス入口を備え、任意選択で1つまたは複数の排
気部を備える急冷装置に、等しく十分に当てはめることができる。
【0057】 図10は、図2の装置の別の変形例を示し、図2と同様の要素については同じ
100番台の参照番号で示し、図2に見られない要素については新たな800番
台の参照番号で示す。図10に示す本発明は、二段式であり、空気を加速するた
めのテーパ状絞り部分816と、管819に設けられた絞り拡散部分を含む。拡
散部分827の全てまたは一部には孔が空けられており、ガスは、その一部が広
がりながら、かつ図6〜9に示すものと同様の効果を実現させながら、排気する
ことが可能になる。
【0058】 図11は、図2の装置の別の変形例を示し、図2と同様の要素については同じ
100番台の参照番号で示し、図2に見られない要素については新たな900番
台の参照番号で示す。図11は、本発明による単一入口二段装置を示す。単一入
口二段装置は図2の装置と同様であるが、単一のガス入口を有する。第1段チャ
ンバ105および第2段チャンバ106は、それぞれハウジング107の円筒形
内壁内に形成されている。第1段チャンバ105は、紡糸口金113の下に位置
付けられるように適合される。第2段チャンバ106は、第1段チャンバ105
と管119の間に位置付けられる。第1段チャンバ105の下部で円筒形内壁1
03に取着されている多孔環状壁902は、第1段チャンバ105と第2段チャ
ンバ106を分離する。第2段ガス入口109を介して供給されたガスは、第2
段チャンバ106にガスを供給し、ガスは多孔環状壁902を通って第1段チャ
ンバ105へと流れる。したがって、第2段ガス入口を通って供給されるガスは
、第1段チャンバおよび第2段チャンバの両方でフィラメントにガスを供給する
。
【0059】 図12は、図3および図4の装置の変形例を示し、図3および図4と同様の要
素については同じ200番台および300番台の参照番号で示し、図3および図
4に見られない要素については新たな1100番台の参照番号で示す。図12は
、本発明による四段装置を示す。第1段1105は大気に通じている。第2段チ
ャンバ1106内で空気を加速させると、このチャンバがアスピレータとしての
役目をし、ガス流が第1段1105内に流れ込んで通って行くようになる。第2
段ガス入口1108のガス供給は大気圧を超えた圧力状態にある。第1絞り部分
1116での加速空気速度が速いとアスピレータとしての役目をし、第1段11
05から周囲(大気)ガスを引き込む。第3段チャンバ1130には排気部11
09が設けられている。したがって、第1段チャンバ1105および第2段チャ
ンバ1106から熱風の一部を除去するために第3段チャンバ1130を使用す
る。除去される熱風の速度は、排気段1109の圧力によって、かつ/または円
筒形急冷スクリーンアセンブリ1111および/または多孔管1117の流動領
域を適正に寸法決めすることによって、積極的に制御することができる。ガスは
、大気圧または大気圧を超えた圧力で、第4段チャンバ1141のガス入口11
31を介してシステム内にさらに導入される。
【0060】 図13は、図4の装置の別の変更例を示し、図4と同様の要素については同じ
300番台の参照番号で示し、図4に見られない要素については新たな1200
番台の参照番号で示す。図13に示す本発明は、急冷出口に絞り部分1236お
よび真っ直ぐな部分1227を有する管1219を含む。管の真っ直ぐな部分1
227の直径および長さは、第4段チャンバ341で除去される空気の量を制御
するため最適な背圧が得られるように、寸法決めすることができる。同様に、絞
り部分1236は、フィラメントを取り巻く空気にブレーシングおよび安定性を
もたらすように、寸法決めすることができる。
【0061】 図13では、第1段チャンバ305の下部で円筒形内壁303に取り付けられ
た環状壁302が、第1段チャンバ305と第2段チャンバ306を分離する。
第1排気段309と環状壁343の間には、絞り部分の出口にテーパ状または連
続的な絞りを有する第1絞り部分1216が形成されている。第2段チャンバ3
06の下部で円筒形内壁333に取り付けられている別の環状壁332は、第2
段チャンバ306と第3段チャンバ330を分離する。第2ガス入口331と底
壁301の間には、第2絞り部分1235が形成されている。第3段チャンバ3
30の下部で円筒形内壁344に取り付けられている第3環状壁343は、第3
段チャンバ330と第4段チャンバ341を分離する。
【0062】 図6〜13に示される概念は、1つまたは複数のガス入口と、任意選択で1つ
または複数の排気部を備えた1つまたは複数の段を有する急冷装置に等しく十分
に当てはまる。単段式は、1つまたは複数のガス入口、あるいは1つまたは複数
のガス排気部、あるいは少なくとも1つの排気部と少なくとも1つの入口の組合
せを含むことができる。さらに、本発明は、円形および円筒形の幾何形状に限定
されない。例えば、紡糸口金(フィラメント)のアレイが長方形または異形の断
面である場合、急冷スクリーン、多孔管、絞りおよび拡散部分は、その断面を長
方形または楕円形にすることができる。
【0063】 本発明は、フィラメントの円形のアレイを取り囲む急冷システムに限定されず
、より広く適用することができ、例えば、紡糸口金の下の領域で、新たに押し出
された溶融フィラメントの適切に構成されたアレイに冷却ガスを導入する、その
他の適切な急冷システムに適用することができる。
【0064】 上記の記述および以下の事項により、ポリエステルフィラメントの調製の詳細
が得られる。しかし、本発明はポリエステルフィラメントにとどまらず、例えば
ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィンを含めたその他の溶融紡糸
可能なポリマーに適用することができる。ポリマーには、ほんの2、3の例とし
て、コポリマー(copolymer)、混合ポリマー(mixed poly
mer)、ブレンド、鎖分枝状ポリマーが含まれる。また、合成ポリマーは、一
般に、溶融紡糸されたままの(押し出されたままの)連続ポリマーフィラメント
の形として初めに調製されるが、フィラメントという用語は総称として使用され
、カットされた繊維(しばしばステープルと呼ばれる)を必ずしも除外するとは
限らない。フィラメントの速度は、使用されるポリマーによって異なる。しかし
本発明の装置は、従来のシステムよりも速い速度で使用することができる。
【0065】 (実施例) 次に、以下の非限定的な実施例によって、本発明を例示する。図1の従来のラ
ジアル急冷システムをラジアル急冷の対照として使用し、以下これを「RQ対照
A」と呼ぶ。この実施例で生成された繊維は、ある性質を測定することにより特
徴付けられる。
【0066】 繊維の性質の大部分を占めるものは、従来の引張り特性および収縮特性であり
、これらは、米国特許第4,678,610号、第4,691,003号、第5
,141,700号、第5,034,182号、および第5,824,248号
に記載されているように、従来通りに測定される。
【0067】 デニールスプレッド(DS)は、糸に沿って規則的に間隔を空けて測定された
質量のばらつきを計算することによる、糸のアロングエンド(along−en
d)でのむらの尺度である。デニールのばらつきは、キャパシタスロット内に糸
を走らせることによって測定されるが、これはスロット内の瞬間質量に応答する
ものである。試験サンプルは、0.5mごとに測定された30mのサブ部分8個
に電子的に分割される。8個のサブ部分のそれぞれにおける最大質量測定値と最
小質量測定値との差を平均する。デニールスプレッドは、この平均差を240m
の糸全体に沿った平均質量で割った値を、パーセンテージとして記録する。試験
は、Lenzing Technik、Lenzing、Austria、A−
4860から入手可能なACW400/DVA(Automatic Cut
and Weight/Denier Variation Accessor
y)器で行うことができる。
【0068】 gを単位とする延伸張力(DT)は、180℃のヒータ温度で1.7倍の延伸
比で測定した。延伸張力は、延伸の尺度として使用する。延伸張力は、やはりL
enzing Technikから入手可能なDTI 400 Draw Te
nsion Instrument(延伸張力器)で測定することができる。
【0069】 テナシティ(Ten)は、単位当たりのグラム数を単位として測定し、伸び(
E)は%を単位とする。これらの値は、ASTM D2256に従って、10イ
ンチ(25.4cm)ゲージ長のサンプルを使用し、かつ65%RHおよび華氏
70度(約21℃)で、伸び率を1分当たり60%として測定する。
【0070】 水のCFMについて、インチを単位として測定した。
【0071】 スイスのUster、Zellweger Uster AG CH−861
0製のUster Tester 3 Model Cを使用して、対照および
試験用の糸の質量の不規則性U%(N)を測定した。パーセントを単位とする数
値は、試験をしたサンプルの平均質量からの質量のずれの量を示し、全体的な材
料の均一性に関するテナシティなインジケータである。試験は、ASTM法D1
425に従って行った。試験をした全ての糸を、200yds./分(約180
m/分)で2.5分間走らせた。試験者のRotofil撚糸機ユニットを、糸
がS撚りになるように設定し、その圧力は、最適なU%が得られるように調整し
た。127−34、170−34、および115−100 POYの場合、その
圧力は1.0バールであり、265−34 POYでは1.5バールを使用した
。1.0バールの圧力は、100−34 HOY製品を試験する場合にも使用し
た。
【0072】 実施例1 上述の図2に示す急冷システムであって、以下の表1に列挙する主な装置パラ
メータを有する急冷システムを使用して、ポリ(エチレンテレフタレート)ポリ
マーから、127デニール、34ラウンド断面フィラメント(127−34)ポ
リエステル糸を紡糸し、その結果、その性質がやはり表1に示されている糸が生
成された。第1段急冷空気は、内径がDの急冷スクリーンアセンブリ111を通
して供給されるが(50CFM、23 l/秒)、このアセンブリ111の下に
は、入口径がD2で高さがL1の第1段絞り部分がある。絞り部分116の内壁
によって形成される管状部分125は、その入口径がD3であり、出口径はD4
、長さはL2である。独立の、冷却空気の二次供給源(44CFM、20.5
l/秒)を、円筒形多孔管117を通して供給し、第2段絞り部分126の入口
(直径D5)で第1段空気供給と一緒にする。第2段絞り部分126は、その出
口径がD6であり、絞りの長さがL3であり、紡糸管119の入口に位置決めさ
れている。紡糸管119の下部は、その長さL4全体を通して直径D7にまで拡
がり、長さL5の多孔排気ディフューザ錐体120に取り付けられている。全て
の実施例および適用可能な対照では、第2段多孔管の長さ117は1.875イ
ンチ(約4.76cm)である。実施例1の本発明による装置を、以後「実施形
態A」と呼ぶ。実施形態Aにより紡糸された糸は、その引出し速度が3,900
mpmであった。
【0073】 比較のため、図1を参照しながら前に記述しかつ示された急冷システムを使用
して、同じポリマーから対照の糸も紡糸し、その関連するプロセスおよび得られ
た糸の性質も、比較のために、表1に示す。対照の糸のプロセスは従来の「ラジ
アル急冷」設計であり、この場合、冷却空気は、冷却空気がそこを通って供給さ
れる急冷スクリーンアセンブリ11の直径と同様の直径を有する排気管15を通
って、急冷器から出て行く。急冷器には、42CFM(19.5 l/秒)の冷
却空気が供給され、糸の引出し速度は3,100mpmであった。
【0074】 この実施例では、デニールスプレッドの近似値によって反映されるように、本
発明の装置でのフィラメント速度を速くすることができ、同等の優れた性質の糸
が実現されることが実証される。この実施例では、本発明の空気を利用した紡糸
の重要な特徴についても実証され、例えば、同じかまたはより良好な製品を生成
しながら紡糸を高速で(かつより高い生産性で)行うことができる。空気の作用
を利用した紡糸を行わずに、より速い速度、例えば3,400mpmかまたはそ
れよりも速い速度で操作しようとする場合、製品は異なるものになると考えられ
、したがって受け入れることができない。延伸張力は高くなり、Eb%は低くな
ると考えられる。例えば、実施例1で対照試験(空気を利用しない)を3,90
0mpmで実施した場合、延伸張力は、おそらく約140gになると考えられる
(米国特許第5,824,248号の第8欄、第19〜22行を参照)。ポリエ
ステルPOYの場合、事実上、延伸張力が糸を特徴付ける。2つのサンプルの延
伸張力が同じ場合、Eb%、テナシティ、およびその他の性質はほぼ同じになる
。
【0075】
【表1】
【0076】 実施例2 第1段絞り錐体と第2段絞り錐体の間に配置された、入口径がD3で出口径が
D4である直管がテーパ状である他は、実施例1と同じ急冷システムを使用して
、第2の127−34ポリエステル糸を紡糸した。入口径D3は実施例1と同様
に1インチ(約2.54cm)であるが、この部分の出口径D4は0.75イン
チ(約1.9cm)となってテーパ状になっており、第1段冷却ガスはこの絞り
部分通ることにより加速され、この部分が真っ直ぐである場合よりも速い平均速
度になる。上述の実施例1に変更を加えた装置を、以後「実施形態B」と呼ぶ。
実施例2では、第1段に33CFM(15.4 l/秒)の冷却空気を供給し、
一方第2段への空気供給は35CFM(16.3 l/秒)であった。実施例2
での第1段の管125の出口の平均空気速度は、実施例1の場合よりも17%速
いものであった(3225mpm対2755mpm)。テーパ状の管により、紡
糸プロセスに必要とされる冷却空気の全消費量を約30%削減することができ(
第1段および第2段の空気供給に関し、68CFM(31.7 l/秒)対94
CFM(43.8 l/秒))、それでも依然として同等の引出し速度(約39
00mpm)または生産性が提供され、デニールスプレッドを下げることによっ
て、すなわち0.65%対1.1%にすることによって、なお糸の均一性が改善
されることが重要である。
【0077】
【表2】
【0078】 実施例3 この実施例によれば、本発明の装置を使用して、その他のタイプの製品を紡糸
し急冷できることが実証される。例えば、本発明の空気急冷システムを制御する
ことによって、任意の所望のデニールの糸を従来のシステムよりも速い速度で生
成することができる。これらの実験に関する対照には、市販のBARMAG直交
流急冷システム(XFQ対照)と、第2ラジアル急冷対照、RQ対照Bも含まれ
る。従来の直交流急冷システムは、長さ47.2インチ(119.9cm)、幅
32.7インチ(83.1cm)、および断面積1543in2(9955cm 2 )の拡散スクリーンを通して、6スレッドライン当たり1278cfm(60
3リットル/秒)を供給した。RQ対照Bは、D=3インチおよびD1=2.7
5インチおよびC=7.8インチである他はその幾何形状が図1に示されるもの
である商用のラジアル急冷ディフューザである。
【0079】 得られた結果を表3に示す。本発明の全ての実施形態および適用可能な対照で
は、第2段多孔管の長さ117は1.875インチ(約4.76cm)である。
実験3以外の全ての実験では、急冷ディレイが3.25in.(約8.26cm
)であった。
【0080】 図2による装置を使用して、6種の異なるタイプのポリエステル糸を紡糸した
。第1の実験は、127−34または3.7dpfといった低デニールのポリエ
ステル部分延伸糸(POY)であり、これは、XFQ対照を使用し3035mp
mで、RQ対照Aを使用し3100mpmで、実施形態Aを使用し3940mp
mで、実施形態Bを使用し3900mpmで、かつアニーラを備えた実施形態B
を使用し4500mpmで紡糸した。
【0081】 その他の寸法およびパラメータは、以下の通りである。 対照の紡糸ブロック温度=293℃ 本発明の紡糸ブロック温度=297℃ 第1段での急冷空気流 RQ対照A=42.0CFM 実施形態A=44.0CFM 実施形態B=33.0CFM 第2段での急冷空気流=35.0CFM(適用可能な場合) 実施形態Aとラジアル急冷対照を比較すると、本発明により、紡糸速度が27
%速い状態で同様の製品が提供されることが示される。
【0082】 実施形態Aと実施形態Bの比較は、テーパ状の錐体部分(管径1″から0.7
5″(約2.54cmから約1.9cm)の管)と、真っ直ぐな錐体部分(管径
1″(約2.54cm))とを比較することになる。この結果は、テーパ状の錐
体出口によって、より少ない空気を使用しながら良好な均一性(DS%、U%(
N))を得ることができることが示される。紡糸速度はほぼ同じであった。
【0083】 実施形態Bと同様の急冷システムと共にアニーラを使用する実施形態Bも、こ
の実験で示されている。アニーラは、より小さい装置、すなわち第1段(1S)
錐体出口径(直径0.60″(約1.5cm)の直管対直径1.0/0.75の
実施形態B)と、非常に少ない第1段空気流(19CFM対33CFM(実施形
態B))と、より低いポリマー温度(290対297(実施形態B))を有する
より小さい装置と組み合せて使用した(200℃、アニーリング長100mm)
。紡糸速度は、3900mpmからアニーラと共に4500mpmまで増大させ
た。この実施例は、本発明の別の変形例と、アニーラなどその他のハードウェア
と組み合せたときの追加の利益を示している。この実施例は、溶融減衰を最大限
にするために、第1段の設計によって、紡糸生産性を独立に制御できることも実
証している。
【0084】 次の実験は、170−34または5dpfという中デニールのポリエステルP
OYであり、これは、RQ対照Aを使用し3445mpmで、実施形態Aを使用
し4290mpmで、かつ実施形態Aを使用し4690mpmで紡糸した。
【0085】 その他の寸法およびパラメータは以下の通りであった。 対照の紡糸ブロック温度=291℃ 本発明の紡糸ブロック温度=293℃ 第1段での急冷空気流 RQ対照A=58.0CFM 実施形態A(4290mpm)=35.0CFM 実施形態A(4690mpm)=44.0CFM 第2段での急冷空気流 実施形態A(4290mpm)=35.0 実施形態A(4690mpm)=50.0 中デニールの糸に関し、高速でのRQ対照Aと実施形態Aを比較した。その結
果は、一段および二段での空気流の増加による紡糸生産性に対する影響を示して
いる。生産性は、94CFMの場合36.1%向上し、それに対し70CMFの
場合は24.5%向上した。
【0086】 第3の実験は、265−34または7.8dpfという高デニールのポリエス
テルPOYであり、これは、XFQ対照を使用し3200mpmで、RQ対照A
を使用し3406mpmでかつ第1段での空気流を42.0CFMとして、RQ
対照Aを使用し3406mpmでかつ第1段での空気流を58.0CFMとして
、実施形態Bを使用し4272mpmでかつ第1段での空気流を29.5CFM
として、実施形態Bを使用し4422mpmでかつ第1段での空気流を33.0
CFMとして、紡糸した。
【0087】 その他の寸法およびパラメータは、以下の通りであった。 RQ対照および本発明での紡糸ブロック温度=281℃ 第1段での急冷空気流 RQ対照A(42CFM)=42.0 RQ対照A(58CFM)=58.0 実施形態B(29.5CFM)=29.5 実施形態B(33CFM)=33.0 第2段での急冷空気流=35.0 急冷ディレイ=1.25in.(約3.18cm)
【0088】 第3の実験の結果は、急冷空気流の増加がRQ対照の生産性に及ぼす影響につ
いて示している。空気流が42CFMから58CFMに増加したとき(+38%
)には何の影響も見られなかった。この結果は、急冷空気の増加が実施形態Bの
急冷システムの生産性に及ぼす影響について、さらに示している。空気流が29
.5CFMから33CFMに増加したとき(+11.9%)、生産性は25.4
%から29.8%に増大した。
【0089】 実験4は、115−100ポリエステルミクロPOYを使用し、2670mp
mのRQ対照B、3490mpmの実施形態B、および3500mpmの実施形
態Bについて行った。その結果は、ミクロデニールの糸に関し、より速い紡糸速
度で同等の製品が生成されることを示していた。
【0090】 その他の寸法およびパラメータは以下の通りであった。 紡糸ブロック温度+297℃ 第1段での急冷空気流 RQ対照B=42.0 実施形態B(3490mpm)=29.5 第2段での急冷空気流=35.0 実験5は、170−100または170−34のポリエステル糸を使用して行
った。170−100または170−34のポリエステル糸は、RQ対照Bを使
用し3200mpmで、実施形態Bを使用し4580mpmで、紡糸した。その
結果は、やはりミクロデニールの糸の場合、より速い紡糸速度で同等の製品が生
成されることを示していた。
【0091】 最後の実験は、100−34HOYを、実施形態Bに関して5000mpm、
6000mpm、7000mpm、および7,500mpmで紡糸することによ
って構成された。その結果は、高延伸糸を高速で紡糸できることを示していた。
【0092】
【表3】
【表4】
【0093】 本発明について、例示を目的として詳細に述べてきたが、当業者なら、上述の
特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく
数多くの変形例および変更例を作り上げることができると理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 比較装置を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図2】 本発明の一実施形態を部分的に断面で示す、実施例1および2で使用される概
略立面図である。
【図3】 本発明の第2の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図4】 本発明の第3の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図5】 本発明の第4の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図6】 本発明の第5の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図7】 本発明の第6の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図8】 本発明の第7の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図9】 本発明の第8の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図10】 本発明の第9の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図11】 本発明の第10の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図12】 本発明の第11の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図13】 本発明の第12の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年4月10日(2001.4.10)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0004】 ポリエステルなどのポリマーフィラメントは直接調製できることが、すなわち
、紡糸したままの状態で全く延伸する必要なく5km/分程度またはそれ以上の
高速で紡糸することによって直接調製できることが、長い間知られてきた。He
belerは、このことをポリエステルに関して米国特許第2,604,667
号に開示した。さらに、紡糸装置における溶融フィラメントの冷却、または急冷
が、非常に注目されている。一般にはWO0005439、WO9515409
、EP0334604、JP62184107、およびJP60246807を
参照されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス アール.イー.フランクフォード アメリカ合衆国 28504 ノースカロライ ナ州 キンストン スパロー ドライブ 2203 (72)発明者 グレゴリー ユージン スウィート アメリカ合衆国 27858 ノースカロライ ナ州 グリーンビル スタンウッド ドラ イブ 309 (72)発明者 ジョージ ヴァシラトス アメリカ合衆国 19810 デラウェア州 ウィルミントン ケネディー ロード 2811 Fターム(参考) 4L045 AA05 DA21

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置で
    あって、 紡糸口金の下に位置するように設けられた第1段ガス入口チャンバおよび第1
    段ガス入口チャンバの下に配置された第2段ガス入口チャンバであって、前記フ
    ィラメントの温度を制御するために該フィラメントにガスを供給する第1段およ
    び第2段ガス入口チャンバと、 前記フィラメントが冷却されるときに該フィラメントを取り囲む前記第2段ガ
    ス入口チャンバの下に配置された管であって、絞り部分を有してその後に拡散部
    分が続く内壁を有する管と、 を含むことを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 第1段絞り部分が、前記第1段ガス入口チャンバと前記第2
    段ガス入口チャンバとの間に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
    装置。
  3. 【請求項3】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置で
    あって、 紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、 前記ハウジングの内壁にそれぞれ形成された第1段チャンバおよび第2段チャ
    ンバと、 前記第1段チャンバにガスを供給するための第1段ガス入口と、 前記第2段チャンバにガスを供給するための第2段ガス入口と、 前記第1段チャンバと第2段チャンバとを分離するために、前記第1段チャン
    バの下部の前記内壁に取り付けられた壁と、 前記第1段チャンバ内の中央に設置された急冷スクリーンであって、加圧ガス
    が前記第1段ガス入口から前記第1段チャンバを通って該急冷スクリーンの内壁
    に形成された領域へ内側に向かって吹き込まれるように当該装置が設けられてい
    る急冷スクリーンと、 前記急冷スクリーンの下の、前記第1段ガス入口と前記第2段ガス入口との間
    に配置された内壁と、 前記内壁の内側に形成された第1段絞り部分と、 前記第1段絞り部分の下の、前記第1段ガス入口と前記第2段ガス入口との間
    に配置された多孔管であって、前記第2段チャンバ内の中央に配置された多孔管
    と、 前記多孔管の下に配置された内壁と、 前記内壁の内側に配置された管であって、前記第2段チャンバ内に配置された
    第2段絞り部分および前記第2段チャンバの出口に配置された拡散部分を有する
    内壁面を持つ管と、 任意選択で前記管の出口に配置された多孔壁を有する絞り錐体と、 を含むことを特徴とする装置。
  4. 【請求項4】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法で
    あって、 加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、 第1段の前記紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから前記フィラメン
    トにガスを供給すること、 第2段のガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、 前記ガス入口チャンバの下に配置され、第1絞り部分を有する内壁を持つ管に
    、前記フィラメントを移動させること、および 前記管に前記フィラメントを通すこと、 を含むことを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】 前記管を離れた前記フィラメントが、少なくとも1分当たり
    500メートルの表面速度で駆動される巻取りロールによって巻き取られること
    を特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記第1段内の前記ガス入口チャンバにおいて、加圧ガスは
    、前記フィラメントが冷却し始める領域に向かって内側に吹き込まれることを特
    徴とする請求項4に記載の方法。
  7. 【請求項7】 前記フィラメントおよび前記ガスが第1絞り部分を通過し、
    前記フィラメントが冷却され続けるにつれて前記ガスが前記フィラメントの移動
    方向に加速されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  8. 【請求項8】 加圧ガスが、前記第2段のガス入口から内側に向かって吹き
    込まれ、前記第2段のガスが前記絞り部分で前記第1段のガスと一緒になって、
    フィラメントの冷却を補助することを特徴とする請求項4に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記一緒になった第1段および第2段のガスの速度が、前記
    絞り部分の前記フィラメント移動方向で増大し、次いで、前記冷却ガスが前記管
    内に配置された拡散部分を進むにつれて低下することを特徴とする請求項8に記
    載の方法。
  10. 【請求項10】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 フィラメントを取り囲む管と、 紡糸口金の下に位置するように設けられ、前記フィラメントの温度を制御する
    ために該フィラメントにガスを供給し、当該装置からの空気を除去するように設
    けられた少なくとも1つの排気段をさらに含む2つまたはそれ以上のガス入口チ
    ャンバと、 を有することを特徴とする装置。
  11. 【請求項11】 前記管が、絞り部分の後に拡散部分を含むことを特徴とす
    る請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記ガス入口チャンバの少なくとも1つの下に配置された
    前記管内に絞り部分をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記絞り部分がテーパ状の端部を含むことを特徴とする請
    求項10に記載の装置。
  14. 【請求項14】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法
    であって、 加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、 第1段の前記紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから前記フィラメン
    トにガスを供給すること、 前記第1段の下に配置された少なくとも1つのガス排気チャンバからガスを抜
    くための手段を提供すること、 前記ガス入口チャンバの下に配置され、空気速度を増大させる第1絞り部分を
    有する内壁を含む管に、前記フィラメントを通すこと、および 前記フィラメントを前記管から出すこと、 を含むことを特徴とする方法。
  15. 【請求項15】 第3段チャンバのガス入口チャンバから前記フィラメント
    にガスを供給することをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記フィラメントが、前記絞り部分を通過した後に前記管
    の拡散部分を通過することを特徴とする請求項14に記載の方法。
  17. 【請求項17】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 前記フィラメントを取り囲む管と、 紡糸口金の下に位置するように設けられた1つまたは複数のガス入口であって
    、少なくとも1つの入口が、前記フィラメントの温度を制御するために大気圧よ
    りも高い圧力で前記フィラメントにガスを供給する手段を含む入口と、 ガスを除去する真空排気部と、 を含むことを特徴とする装置。
  18. 【請求項18】 少なくとも1つの入口が周囲空気を供給し、該周囲空気が
    大気圧よりも高い圧力のガスによって引き入れられることを特徴とする請求項1
    7に記載の装置。
  19. 【請求項19】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 ガス入口チャンバの下に配置され、前記フィラメントが冷却されるときに該フ
    ィラメントを取り囲む管であって、ガスを加速させるための絞り部分とその後に
    続く拡散部分を含んだ内壁を有する管を含むことを特徴とする装置。
  20. 【請求項20】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、 前記ハウジングの内壁にそれぞれ形成された第1段チャンバ、第2段チャンバ
    、および第3段チャンバと、 前記第1段チャンバにガスを供給するための第1段のガス入口と、 前記第2段チャンバにガスを供給または該第2段チャンバからガスを排気する
    ための第2段ガス入口と、 前記第3段チャンバにガスを供給するための第3段のガス入口と、 前記段の少なくとも1つ、または前記第3段の後の、ガスを加速させるための
    絞り部分と、 を含むことを特徴とする装置。
  21. 【請求項21】 前記フィラメントが冷却されるときに該フィラメントを取
    り囲む前記第3段のガス入口の下に配置された管であって、拡散部分を有する内
    壁を含む管をさらに有することを特徴とする請求項20に記載の装置。
  22. 【請求項22】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 紡糸口金の下に位置するように設けられ、前記フィラメントの温度を制御する
    ために該フィラメントにガスを供給する2つまたはそれ以上のガス入口チャンバ
    と、 前記入口チャンバの1つまたは複数にガスを供給するための少なくとも1つの
    ガス入口と、 前記入口チャンバを分離する少なくとも1つの多孔環状板と、 前記フィラメントが冷却されるときに該フィラメントを取り囲む管であって、
    絞り部分を有し任意選択でその後に拡散部分が続く内壁を有する管と、 を含むことを特徴とする装置。
  23. 【請求項23】 溶融紡糸ポリエステルフィラメントを冷却するための方法
    であって、少なくとも2つの段で前記フィラメントに冷却ガスを供給すること、
    および前記段と段との間でガスを加速させることを含むことを特徴とする方法。
  24. 【請求項24】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 前記フィラメントを取り囲む管であって、孔が空けられた拡散部分を有する管
    と、 1つまたは複数のガス入口と、 を含むことを特徴とする装置。
  25. 【請求項25】 連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置
    であって、 前記フィラメントを取り囲む管と、 1つまたは複数のガス入口と、 少なくとも1つの前記入口に大気圧を超える圧力のガスを導入する手段と、 少なくとも1つの前記入口に周囲空気を導入する手段と、 を含むことを特徴とする装置。
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