JP4334342B2 - フィラメント延伸ジェット装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、延伸フィラメントを製造するために高速延伸ジェットでの合成ポリマー溶融紡糸法を用いることに関する。より具体的には、高速延伸ジェットは、高速空気によって、それがフィラメントスレッドラインに衝突してフィラメントを延伸する時に生じる張力を利用する。フィラメントは、スクリーン上に集め一緒に接合して不織布を製造するか、または織布もしくは他の最終用途での使用のために巻き取ることができる。

ジェット装置は、延伸、テキスチャリング、バルキー出し、クリンプ加工、インターレーシングなどをはじめとする多くの目的のために合成ポリマー織物フィラメントで用いられてきた。例えば、スパンボンド不織布は、典型的には、フィラメントの１つ以上の並びを溶融紡糸し、フィラメントを延伸し、フィラメントのランダムレイダウンをスクリーン上に集め、フィラメントを一緒に接合することによって製造される。フィラメントを延伸する方法は、フィラメントの並びを延伸ジェットにさらすことである。延伸ジェットは、下向きに噴出される高速空気を用いて、フィラメントを延伸する張力をそれらの上に与える。張力が増えるにつれて、ポリマー処理量およびフィラメント速度が増える。これは、増加した生産性をもたらすであろう。しかしながら、より多くの空気を消費することは、経費を要することであり得る。また、空気は加熱されてもよいが、それは費用を追加する。スパンボンド法において、多すぎる空気流れは、レイダウン方法での非一様性につながり得る。従って、フィラメント張力を増やす一方で空気使用量を最小にすることが有利であろう。生産性を増やすために高速度で最小量の空気を使用する一方で、延伸のために高い張力をフィラメントスレッドラインに与え得る延伸ジェットを用いることが望ましいであろう。

第１の実施形態において、本発明は、熱可塑性ポリマーフィラメントを延伸するための延伸ジェットであって、出口部で終わる継続通路に通じている合流通路を含む入口部材によって画定される延伸スロットと、前記入口部材の前記出口部に通じている約２．０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材と、前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に置かれた前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．０〜約１０であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルとを含む延伸ジェットに関する。

本発明の別の実施形態は、熱可塑性ポリマーフィラメンを溶融紡糸するための装置であって、出口部で終わる継続通路に通じている合流通路を含む入口部材によって画定される延伸スロットと、前記入口部材の前記出口部に通じている約２．０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材と、前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に置かれた前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．０〜約１０であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルとを含む、熱可塑性ポリマーフィラメントを延伸するための延伸ジェットを含む装置に関する。

別の実施形態において、本発明は、熱可塑性ポリマーフィラメントの延伸方法であって、出口部で終わる継続通路に通じている合流通路を含む入口部材と、前記入口部材の前記出口部に通じている約２．０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材と、前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に置かれた前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．０〜約１０であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルとを有する延伸ジェットによって前記フィラメントを延伸する工程を含む方法に関する。

別の実施形態において、本発明は、熱可塑性ポリマーフィラメントの溶融紡糸法であって、熱可塑性ポリマーを溶融し、前記溶融熱可塑性ポリマーを紡糸口金を通して紡糸してフィラメントを形成する工程と、出口部で終わる継続通路に通じている合流通路を含む入口部材、前記入口部材の前記出口部に通じている約２．０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材、および前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に置かれた前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．０〜約１０であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルを有する延伸ジェットによって前記フィラメントを延伸する工程と、捕集スクリーン上に前記延伸フィラメントを集めて不織ウェブを形成する工程とを含む方法に関する。

本発明は、フィラメント延伸ジェットおよびそれを用いる方法に関する。このジェットは、フィラメント延伸ロールの必要性を不要にするであろう高速溶融紡糸法で用いることができる。スパンボンド法において、これらのフィラメントは、形成スクリーン上に集め、一緒に接合して不織布またはウェブを生産することができる。この布またはウェブは、例えば、フィルター、ワイプ、および衛生製品において使用することができる。

本発明によれば、溶融紡糸フィラメントのカーテンは、延伸ジェットを通って導かれ、そこでフィラメントはスレッドライン上に張力を生み出す高速空気で衝撃を与えられる。この張力は、フィラメントが延伸されるようにし、より小さなフィラメント直径と、増加したフィラメント強度のための増加した分子整列（増加した結晶化度）とをもたらす。

本発明は、図１の装置による延伸ジェットでフィラメントを延伸する具体例に関して説明することができる。

図１は、本発明のフィラメント延伸ジェットの横断面の略図である。熱可塑性合成ポリマーは、押出機中で溶融され、スピニングビームによって紡糸されてフィラメント（図示せず）を作り出す。延伸ジェット１はスピニングビームの下方に配置される。延伸ジェット１は、スピニングビームの長さに沿って走るスロット形状開口部を有する。図１は、スロットを見下ろした延伸ジェット１の断面を示す。

フィラメントは、延伸ジェット１のスロット４の中へおよびそれを通って導かれる。スロット４は、延伸部材８に結合した入口部材６から形成される。入口部材６は、合流通路１０と継続通路１２とを含む。合流通路１０は合流板１４および１６によって画定され、継続通路１２は、それぞれ、合流板１４および１６に結合した継続板１８および２０によって画定される。継続通路１２の長さは、空気ノズル３２用の余地が与えられる限り、最小にすることができる。継続板１８および２０の壁は、図１に示されるように平行配列にあることができる。入口部材６は、継続通路１２の末端の出口部で終わる。継続通路１２は、入口ギャップ幅２２を画定する。入口ギャップ幅２２は約０．５〜約４．０ｍｍである。

延伸部材８は、延伸板２６および２８によって画定される延伸通路２４を含む。延伸部材８の入口部は、軸方向整列で入口部材６の出口部に通じている。端板（図示せず）は、延伸ジェットの各末端を包んで、合流板１４および１６、継続板１８および２０、ならびに延伸板２６および２８の末端をカバーする。延伸通路２４は、延伸板２６および２８によって画定され、その最も狭い部分で延伸ギャップ幅３０を画定する。延伸ギャップ幅３０は、好ましくは約２．０〜約１０ｍｍ、より好ましくは約２．３〜約８ｍｍ、最も好ましくは約２．６〜約６ｍｍである。延伸ギャップ幅３０は、入口ギャップ幅２２に等しいかまたはそれよりも大きい。延伸部材長さは、好ましくは約２５〜約７５ｃｍ、より好ましくは約２８〜約６５ｃｍ、最も好ましくは約３０〜約５５ｃｍである。延伸通路２４は、板２６および２８のいずれか１つまたは両方がスロット４の軸方向整列から発散する発散角度を画定する。発散角度は、好ましくは約０．０〜約５°、より好ましくは約０．１〜約３°、最も好ましくは約０．２〜約１°である。

空気ノズル３２は、入口部材６の出口部と延伸部材８の入口部との間に置かれ、スロット４のフィラメント上へ下流方向に高速空気を導く。具体的には、空気ノズル３２は、継続板１８と延伸板２６との間か継続板２０と延伸板２８との間かのいずれかに形成される。互いに向かい合った２つの空気ノズルの場合、各空気ノズルは、一対の継続板と延伸板との間に配置されるであろう。空気ノズル３２はノズルギャップ幅３６を有する。

ギャップ比は、ギャップ比＝延伸ギャップ幅／（ノズルギャップすべての総合幅）（式中、ノズルギャップすべての総合幅は、２個以上のノズルギャップが存在する場合、個々のノズルギャップすべての合計である）のように定義される。ギャップ比は、好ましくは約１．０〜約１０、より好ましくは約１．２〜約７、最も好ましくは約１．４〜約５である。

延伸フィラメントは、捕集スクリーン（図示せず）上に集めて不織ウェブを形成することができる。

６，０００ｍ／分を超えるフィラメント紡糸速度を得ることができる。

実施例１
二成分紡糸パックを用いて、繊維が（ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８に従って測定されて）２７ｇ／１０分のメルトインデックスの２０％ダウ（Ｄｏｗ）アスパン（ＡＳＰＵＮ）（登録商標）６８１１Ａおよび（ＡＳＴＭ Ｄ−１２３８に従って測定されて）１７〜１８ｇ／１０分のメルトインデックスの８０％ダウ（Ｄｏｗ）アスパン（ＡＳＰＵＮ）（登録商標）６１８００．３４である線状低密度ポリエチレンと、クリスター（Ｃｒｙｓｔａｒ）（登録商標）ポリエステル（マージ（Ｍｅｒｇｅ）３９４９）としてデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）から入手可能な（米国特許第４，７４３，５０４号で測定されるように）０．５３の固有粘度のポリ（エチレンテレフタレート）ポリエステルとのブレンドから製造されたスパンボンド布を製造した。ポリエステル樹脂を１８０℃の温度で結晶化させ、使用前に１２０℃の温度で５０ｐｐｍ未満の含水率に乾燥した。

別個の押出機で、ポリエステルを２９０℃に加熱し、ポリエチレンを２８０℃に加熱した。ポリマーを押し出して濾過し、シース−コアフィラメント断面を与えるようにデザインした２９５℃に維持した二成分紡糸パックに計量して供給した。紡糸口金を通してポリマーを紡糸し、ポリエチレンシースおよびポリ（エチレンテレフタレート）コアの二成分フィラメントを作り出した。紡糸パック毛細管当たりの総ポリマー処理量は０．８ｇ／分であった。繊維重量を基準にして３０％ポリエチレン（シース）および７０％ポリエステル（コア）であるフィラメント繊維を与えるためにポリマーを計量して供給した。急冷空気が１２℃の温度および１の速度で２つの向かい合った急冷ボックスから提供される３８ｃｍ長さの急冷ゾーンでフィラメントを冷却した。次に、紡糸パックの毛細管開口部の下に６３ｃｍの間隔をおいて配置した本発明の空気圧延伸ジェット中へフィラメントを通した。ジェットの延伸部材の長さは３０ｃｍであり、入口ギャップ幅は２．７９ｍｍであり、ノズルギャップ幅は１．０２ｍｍであり、延伸ギャップ幅は３．５６ｍｍであり、延伸ギャップ幅対ノズルギャップ幅のギャップ比は３．５であり、延伸部材の延伸通路は０．３°の発散角度を有した。延伸ジェット供給空気圧を２１０から４２０ｋＰａに変えて試料を集めた。フィラメントがおおよそ１０，０００ｍ／分の最大速度まで延伸されるように、これらの条件でジェットは延伸張力を生み出した。切断するであろうと観察されたいかなるフィラメントも、入口部分での吸引により速やかに自動的に延伸ジェット中へ引き戻した。生じた小さくて強い実質的に連続のフィラメントを、真空吸引でレイダウンベルト上へ沈積させた。ウェブ中の繊維は約０．７０〜１．０ｄｐｆの範囲の有効寸法を有した。繊維寸法および繊維速度データについては表１を参照されたい。

実施例２
穴当たりの総ポリマー質量処理量が１．２ｇ／分であった以外は実施例１の手順によって、同じジェット延伸装置で試料を加工した。繊維寸法および繊維速度データについては表１を参照されたい。

実施例３
二成分紡糸パックを用いて、繊維が両側ともクリスター（Ｃｒｙｓｔａｒ）（登録商標）ポリエステル（マージ（Ｍｅｒｇｅ）３９４９）としてデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）から入手可能な（米国特許第４，７４３，５０４号で測定されるように）０．５３の固有粘度のポリ（エチレンテレフタレート）ポリエステルを供給された溶融紡糸繊維を製造した。ポリエステル樹脂を結晶化させ、使用前に真空オーブン中１６０℃の温度で５０未満の含水率に乾燥した。

２つの別個の押出機でポリエステルを溶融して２８７℃に加熱した。ポリマーを押し出して濾過し、２９２℃に維持した二成分紡糸パックに計量して供給した。紡糸口金を通してポリマーを紡糸し、単一成分フィラメントを作り出した。紡糸パック毛細管当たりの総ポリマー処理量は０．４ｇ／分であった。急冷空気が２５℃の周囲空気温度で２側面並流受動的急冷ボックスから提供される３８ｃｍ長さの急冷ゾーンでフィラメントを冷却した。次に、紡糸パックの毛細管開口部の下に６７ｃｍの間隔をおいて配置した本発明の空気圧延伸ジェット中へフィラメントを通した。ジェットの延伸部材の長さは３０ｃｍであり、入口ギャップ幅は１．２７ｍｍであり、ノズルギャップ幅は１．０２ｍｍであり、延伸ギャップ幅は２．０３ｍｍであり、延伸ギャップ幅対ノズルギャップ幅のギャップ比は２．０であり、延伸部材の延伸通路は０．３°の発散角度を有した。１４０および１７０ｋＰａの延伸ジェット供給空気圧で試料を集めた。フィラメントがおおよそ６，０００ｍ／分の最大速度まで延伸されるように、これらの条件でジェットは延伸張力を生み出した。切断するであろうと観察されたいかなるフィラメントも、入口部分での吸引により速やかに自動的に延伸ジェット中へ引き戻した。生じた小さくて強い実質的に連続のフィラメントを集めて分析した。繊維は０．６ｄｐｆの範囲の有効寸法を有した。繊維寸法および繊維速度データについては表２を参照されたい。

本発明のフィラメント延伸ジェットの横断面の略図である。

Claims (14)

1. 熱可塑性ポリマーフィラメントを延伸するための延伸ジェットであって、
   出口部で終わる継続通路に通じている収束通路を含む入口部材によって画定される延伸スロットと、
   前記入口部材の前記出口部に通じ約２.０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材と、
   前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に位置決めされ前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．４〜約５であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルと、を含み、
   前記延伸部材がギャップ壁間に約０．１〜約３°の発散角度の延伸通路を有し、前記延伸部材の前記入口部は、前記入口部材の前記出口部より広い、
   ことを特徴とする延伸ジェット。
2. たった１つの空気ノズルがある、請求項１に記載の延伸ジェット。
3. 熱可塑性ポリマーフィラメントを溶融紡糸するための装置であって、
   出口部で終わる継続通路に通じている収束通路を含む入口部材によって画定される延伸スロットと、
   前記入口部材の前記出口部に通じ約２.０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材と、
   前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に位置決めされ前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．４〜約５であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルと、を含み、
   前記延伸部材がギャップ壁間に約０．１〜約３°の発散角度の延伸通路を有し、前記延伸部材の前記入口部は、前記入口部材の前記出口部より広い延伸ジェットを含む、
   ことを特徴とする装置。
4. たった１つの空気ノズルがある、請求項３に記載の装置。
5. 前記延伸ジェットの配置上流側が、熱可塑性ポリマーを溶融し、前記溶融熱可塑性ポリマーを紡糸し、およびフィラメントを形成するための溶融紡糸装置であり、かつ、前記延伸ジェットの配置下流側が、延伸されたフィラメントを不織ウエブへ集めるためのフィラメント捕集スクリーンである、請求項３に記載の装置。
6. たった１つの空気ノズルがある、請求項５に記載の装置。
7. 前記延伸ギャップ幅が約２.３〜約８ｍｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記延伸ギャップ幅が約２.６〜約６ｍｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
9. 熱可塑性ポリマーフィラメントの延伸方法であって、
   出口部で終わる継続通路に通じている収束通路を含む入口部材と、
   前記入口部材の前記出口部に通じ約２.０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材と、
   前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に位置決めされ前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．４〜約５であるノズルギャップ幅を持った空気ノズルと、を含み、前記延伸部材がギャップ壁間に約０．１〜約３°の発散角度の延伸通路を有し前記延伸部材の前記入口部は、前記入口部材の前記出口部より広い、延伸ジェットによって前記フィラメントを延伸する工程を含む、
   ことを特徴とする方法。
10. たった１つの空気ノズルがある、請求項９に記載の方法。
11. 熱可塑性ポリマーフィラメントの溶融紡糸法であって、
    熱可塑性ポリマーを溶融し、前記溶融熱可塑性ポリマーを紡糸口を通して紡糸してフィラメントを形成する工程と、
    出口部で終わる継続通路に通じている合流通路を含む入口部材、
    前記入口部材の前記出口部に通じ約２.０〜約１０ｍｍの延伸ギャップ幅を有する入口部を含む延伸部材、および
    前記入口部材の前記出口部と前記延伸部材の前記入口部との間に位置決めされ前記フィラメント上へ下流方向に高速空気を導くための少なくとも１つの空気ノズルであって、前記延伸ギャップ幅対前記ノズルギャップすべての総合幅のギャップ比が約１．４〜約５であるノズルギャップ幅を持った空気ノズル、を含み、前記延伸部材がギャップ壁間に約０．１〜約３°の発散角度の延伸通路を有し前記延伸部材の前記入口部は、前記入口部材の前記出口部より広い、延伸ジェットによって前記フィラメントを延伸する工程と、
    捕集スクリーン上に前記延伸フィラメントを集めて不織ウエブを形成する工程と、を含む、
    ことを特徴とする方法。
12. たった１つの空気ノズルがある、請求項１１に記載の方法。
13. 前記延伸ギャップ幅が約２.３〜約８ｍｍである、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記延伸ギャップ幅が約２.６〜約６ｍｍであり、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。

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