JPH03213505A - フィラメントの成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はフィラメントの成形方法に関し、特に、引張強
度に優れ、糸切れの少ないフィラメントの成形方法に関
する。

本発明のフィラメントの成形方法は、流動状態にある成
形材料を繊維状にするために、ダイスまたはノズルを通
過させ、かつ緊張下で延伸する成形方法の全てに利用で
きる。

［従来の技術］ プラスチック、ピッチ、セラミックス等の成形材料を、
細い線状あるいは連続した長繊維等のフィラメント状に
成形する方法、例えば押出成形方法にあっては、■成形
材料の溶融粘度が高い場合や、押出速度を速くする場合
、■極細のフィラメントを成形する場合、あるいは■成
形材料とダイス表面またはノズル表面との摩擦抵抗が大
きい場合等には、非常に大きな圧力をかけながらノズル
からフィラメント状の成形材料を押し出し供給する必要
かある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、大きな圧力をかけつつノズルからフィラ
メントを押し出すと、フィラメントは、押出口の径より
も大きくなって押出されるという現象、いわゆるバラス
効果を生し、細いフイラメン１−を得ることか困難とな
る。また、ハラス効果により発生ずる目やに（押出１１
の外側近傍に成形材料か付着する現象）か原因となって
フィラメン１〜か切れやすくなるという問題もある。

これらの問題を解決するためには、押出機からの材料供
給速度を低めたり、あるいは成形装置を停止させて頻繁
に目やにの除去作業を行なわなければならず、生産性の
向上を図れないという大きな問題があった。

本発明は上記の問題にかんがみてなされたもので、超音
波振動をダイスに効果的に作用させることにより、振動
を効率よく伝達させ、成形材料のダイス及び／もしくは
ノズル内における流動性を良好ならしめ、ハラス効果を
低減して低温域において細いフィラメントの成形を可能
とするとともに、目やにの発生を防止し、フィラメント
成形の生産性を飛躍的に向上させることを目的としたフ
ィラメントの成形方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明のフィラメント成形方
法は、成形材料をフィラメント状に成形する方法におい
て、ダイスと、押出口を有するノズル部材、あるいは押
出口を有するノズル部材のみを共振させつつ成形材料を
押し出し、次いで、この成形材料を素張丁て延伸する方
法としである。

また好ましくは、振動の効果を効率よく発現てきるよう
に、ノズルの押出口を共振の腹部に一致させ成形材料と
ノズル内表面との摩擦抵抗を最小にして成形を行なう方
法としである。

さらに好ましくは、フィラメントの成形方法を無理な〈
実施するため、ダイスの保持部及びダイスへの成形材料
の流入口を共振の節部と一致させて成形を行なう方法と
しである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

まず、成形装置の一実施例について第１図を参照して説
明する。

同図において、１は円柱形状のダイスてあり、ダイス部
材１ａとダイス部材１ｔ＋をねし結合しである。２は複
数個の押出口２ａを有するノズル部材２であり、ダイス
部材１ｂにボルト３によって固定されている。このノズ
ル部材２の押出口２ａの形状９寸法、数、配置位置は、
成形しようとするフィラメントに応じて任意に選ぶこと
がてきる。

ダイス１及びノズル部材２には、従来押出成形に用いら
れている金属材料をはじめ、セラミックスやグラファイ
ト等の種々の材料を用いることができるが、このような
材料のうちでも、成形温度での振動の伝達損失の少ない
材料を用いることが好ましく、特に、ジュラルミン、チ
タン合金。

Ｋ−モネル、りん青銅、グラファイト等が好ましい。

また、第２図に示すように、ダイス１とノズル部材２は
結合された状態て共振するようにしである。この場合、
ダイス部材１ｂとノズル部材２の接合面はどのような形
状になっていてもよいか、ダイスｌに結合した超音波振
動発生装置である超音波振動子４からの振動がノズル部
材２に良好に伝達し、良好な共振状態となるためには、
その接合面ばてきるたけ共振の腹部（変位波形の最も離
れる部分て、一番強く振動している点）と一致するよう
にすることか好ましい。

ダイス１及びノズル部材２は、複数の分割される部材て
構成することも可能てあり、この場合、それらは同質の
材料を用いても、また異質の材料を用いてもよい。さら
に、ダイス１には耐摩耗性、耐腐蝕性、あるいは成形材
料との摩擦係数を低くする等のため各種のメツキ処理や
コーティング処理を行なってもよく、また糸切れ防止の
ために窒化ホウ素等の離型材を塗布することも可能であ
る。

また　ダイスｌには、振動方向を変換する機構を備える
ことも可能である。例えば、超音波振動の場合に従来よ
り使用されているＬ−Ｌ変換体。

Ｌ−Ｒ変換体、あるいはＬ−Ｌ−Ｌ変換体等の変換体を
ダイス１に設けることが可能である。

さらに、共振は、ダイスｌ及びノズル部材２を共振させ
てもよいし、またノズル部材２のみな共振させてもよい
（第６，７図参照）。たたし、ダイス１及びノズル部材
２の双方を共振させたほうが、低温での押し出しか可能
となるため、より高強度のフィラメントを得ることかで
きる。

共振している状態では、ダイスｌまたはノズル部材２の
ほとんどの部分は振動するため、従来用いてきた板状ヒ
ータを取り付けると、板状ヒータ内の配線が振動によっ
て切断するおそれがある。

したがって、ダイスｌの加熱には、ダイス１に接触しな
くても加熱てきる遠赤外線式のヒータ（図示せず）を用
いることが好ましい。この場合には共振の節部（変位波
形の交差する部分で、振動していない点）にのみヒータ
が接触するようにし、その節部でねじ等を用いてダイス
ｌと遠赤外線ヒータとを固定する。

４は超音波振動子であり、ダイスｌ及びノズル部材２に
振動を与え、共振する位置に結合しである。ダイスｌや
ノズル部材２を共振させる振動発生装置としては、この
超音波振動子４のほか、動電式あるいは電気油圧式の装
置等を用いることがてきる。

またダイスｌと超音波振動子４の間には、振動を伝達す
る振動伝達体を組み込むことも可能であり、振動伝達体
の形状を適当に選べば超音波振動子４で生じた振動の振
幅を容易に増減することが可能となる。超音波振動子４
で生じる振動を高い効率で、しかも容易にダイス１に伝
達するためには、超音波振動子４とダイス１の接触部を
、共振状態のダイスｌにおいて最も大きい振幅で振動す
る部分、すなわち共振の腹部と一致させることが好まし
い。

ざらに−、ダイスｌに結合する超音波振動子４の数は、
特に限定されるものではないが、それらを複数結合する
場合には、振動の時期を調整し、ダイス１の共振状態が
乱れないようにする必要がある。超音波振動子４を多く
結合する程、ダイス１を強力に振動させることができる
。

５は超音波発振器で、超音波振動子４に超音波を発生さ
せ、ダイス１とノズル部材２が結合された状態での共振
周波数で励振し、ダイス１とノズル部材２を共振させる
。

このダイス１とノズル部材２が結合された状態ての共振
周波数は、あらかじめ超音波発振器５の追尾可能な周波
数に設計、製作しであるので、押出機ノズル６から成形
材料をダイス１に供給し、最終的に押出口２ａから成形
材料が押し出されるまでの刻々の負荷変動に対しての若
干の共振周波数の変化に対して常に追尾を行ない、また
、必要電力の供給も刻々の変化に応じて必要量（最大出
力以下）を供給するように設定されている。すなわち、
自動周波数追尾、自動電力制御方式が採用されている。

６は単軸あるいは多軸押出機のノズルであり、このノズ
ル６から流入口を経てダイスｌａに成形材料を供給し、
最終的に押出口２ａから成形材料を押し出す。ここで押
出口２ａは振動の効果を最大限利用するために共振の腹
部としである。また、ダイス１ａと押出機との間に静的
混線機を設けることも可能である。

また、ノズル６はダイス１ａにおける共振のはぼ節部の
位置で、ねじ等の取付手段により固定されている。この
ようにすると、振動をノズル６にほとんど伝達しないよ
うにすることができる。またさらに、ノズル６への振動
伝達を抑えるためには、ノズル６とダイスｌａの接触部
分に、例えばチタン合金製の繊維等のクツション材を組
み入れるとよい。

複数の成形材料を用いて複合フィラメントを成形する場
合には、ノズル６を複数設けることもできる。

ノズル部材２の押出口２ａから押し出される成形材料の
押出方向と、押出口２ａを伝達する振動の方向について
はなんら限定されるものではないが、押出口２ａにおい
て振動による成形材料の分散、攪拌をも行なう場合には
、押出方向とその振動方向は垂直にすることが好ましい
。

また共振する形状であれば、押出口２ａの形状を変える
ことにより、押出口２ａの振動の効果を増減させること
もてきる。例えば、押出方向に振動が伝達するようにし
て、押出口２ａを直線的ま０ たは関数的に絞り込んだ形状にすれば、押出口２ａでは
振幅すなわち、振動の効果を大きくすることがてき、そ
のような形状とすることにより、振動による推進力を押
出方向に発現でき、熱可塑性材料を、流動性が低くなる
低温でも、ガラス転移温度以上の温度であれば良好に押
し出すことか可能となる。

７は延伸用引取装置であり、ノズル部材２の押出口２ａ
より押し出されたフィラメント状押出物を一定の張力を
かけた状態て延伸しつつ引き取る。

次に、上記成形装置を用いて行なうフィラメントの成形
方法の一実施例について説明する。

図示せざる成形機のノズル６をダイスｌａに結合し、ダ
イス１に成形材料を供給してフィラメントの成形を行な
うとともに、超音波発振器５により超音波振動子４に超
音波振動を発生させることによってダイス１及びノズル
部材２をｎ波長共振（ｎ＝ｍ／２：ｍは正の整数）させ
る。

このときの振動周波数は任意に選定できるか、１ 通常、１０Ｈｚ〜１０　Ｍ　Ｈｚとすればよい。流動状
態の材料に振動効果をきわめて有効に作用させるために
は、ｌ０ＫＨ，〜１００ＫＨ，の周波数とすることか好
ましい。

ｎ波長共振におけるｎは、上述のようにｍ　／　２であ
るか（第３図）、ダイス１及びノズル部材２ての超音波
振動の損失を少なくするためにはｎ〈３とすることが好
ましい。

さらに、ダイス１に与える超音波振動の振幅は、成形材
料の流動性及び分散性を向上させ、また、振動による推
進力を大きくするためには０．１ＪＬｍ〜１１００ｐと
することが好ましい。

ノズル部材２から押し出されたフィラメント状の押出物
は、その後延伸処理する。延伸処理は、その押出物の押
出口からの押出速度と引取速度の比、すなわちドラフト
比が一倍より大きく千倍以下となるように設定すればよ
い。そのほか、公知の方法によって、冷却、熱処理９表
面処理等を行なうことが可能てあり、例えば、押出物を
高周波加熱することにより結晶性樹脂のフィラメントの
　２ 結晶化度を上げることもできる。

表面処理としては、樹脂加工、パーマネントプレス加工
、帯電防止加工、吸汗加工、透湿性防水加工、防汚加工
、難燃加工、防蝕加工、抗菌防臭加工等を挙げられる。

なお、本明細書において、フィラメントとは、一般的な
繊維のほか、構造捲縮繊維、中空繊維。

コンジュゲート繊維、高収縮繊維、高強力繊維。

医用繊維２合成紙用繊維、スパンボンド用繊維。

人工皮革用繊維９分離膜用繊維等を含むものである。

上述したフィラメントの成形方法によって成形可能な成
形材料としては、次のようなものを用いることができる
。

■熱可塑性樹脂 α−オレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリスチレン、シンジオタフｌチックポリスチレン、
塩化ビニル樹脂、ボリブデン、超高分子量ポリエチレン
、ポリメチルペンテン、アイオノマー、ポリブチレン等
） ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタ　３ レート、ポリエチレンテレフタレート、ボリアリレート
等） ポリエーテル系樹脂（ポリサルホン、ポリエーテルサル
ホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリアリルスルホン、ポリオキシベンジレン、ポリ
フェニレンオキサイド、ポリシアノアリルエーテル［特
開昭６２−２２３２６］等）ポリカーボネート系樹脂 ポリイミド系樹脂 ポリアミド系樹脂 ポリアミドイミド系樹脂 メタクリル樹脂 フッソ樹脂 ＭＢＳ（メタクリレート　ブタジェン　スチレン）樹脂 ＡＡＳ　（アクリレート　アクリロニトリル　スチレン
）樹脂 ＡＳ（アクリロニトリル　スチレン）樹脂ＡＣ３（塩素
化アクリロニトリル　ポリエチレン　スチレン）樹脂 ＡＢＳ　（アクリロニトリル レン）樹脂 ポリアセタール系樹脂 セルロース系樹脂 ブタジェン スチ 　４ ポリ塩化ビニリデン 塩素化ポリエチレン ＥＶＡ　（エチレン　ビニル ポリウレタン系樹脂 シリコーン樹脂 アリル樹脂 フラン樹脂 液晶性ポリマー　等 ■熱硬化性樹脂 エポキシ樹脂 フェノール樹脂 ポリブタジェン樹脂 シリコーン樹脂 不飽和ポリエステル樹脂 アミノ樹脂　等 ■熱可塑性エラストマー スチレン−ブタジェン系エラストマー ポリエステル系エラストマー ポリエチレ系エラストマー ウレタン系エラストマー 塩化ビニル系エラストマー　　等 などのプラスチック、ゴム、エラストマー等の有樹脂 アセテート） 　５ 機材料、ピッチ、無機高分子、超伝導材料を含むセラミ
ックス、金属、ガラス等の無機材料およびそれらの混合
材料等成形時に少なくとも若干の流動性を有する材料を
挙げることができる。特に、プラスチックやピッチに適
用すれば従来では糸切れを起すような低温域での高速成
形が可能となるたけでなく、極細かつ、高配向のフィラ
メントを容易に成形でき、さらに引続いて行なわれる延
伸の条件を最適化することにより高強度の繊維を得るこ
とができる。

さらに、プラスチック等の流動性を有する材料とともに
、補強用の繊維をダイスへ供給すると、振動により材料
は繊維の内部まで浸透し、ボイドのない高強度の複合繊
維を製造することができる。

また、本発明におけるフィラメントの成形方法とは、押
出成形、引抜成形など流動状態にある成形材料を繊維状
にするために、ダイスまたはノズルを通過させ、緊張下
で延伸する全ての方法を含むものである。

　６ ［実験例］ 以下、本発明実施例の成形方法によって行なった、実験
例を、比較例と比較しつつ説明する。

実験例１ 成形装置：第１図に示す装置 成形材料：ポリエチレン （出光石油化学■製４４０Ｍ） ダイス及びノズル部材： 材質　５ＵＳ３０４ 押出口８個　各１．（ｌｖ＄ ダイス形状　円柱状 超音波発振器二基本周波９１９．１５ＫＮ。

（精電舎電子工業■製 ５ＯＮＯＰＥＴ１２００−Ｂ） 振幅１１１Ｌｍ 振動モード　縦振動 押出条件：材料温度　２８０℃ ダイス、ノズル部材温度　２８０°Ｃ 押出量　６　、８Ｋｇ／　ｈｒ 引取速度　６５０鳳ｌ肩ｉｎ 上記条件によりダイス及びノズル部材を共振させつつ押
出成形を行ない、２４時間連続成形したときに生じた目
やにによる糸切れの頻度を調べた。

　７ その頻度は一回であった。

比較例１ 超音波の発振を停止させた以外、実験例１と同じ条件で
、目やにによる糸切れ頻度を調べた。

その頻度は３７回であった。

実験例２ 成形装置：第４図（ａ）、（ｂ）に示すように、ダイス
部材を横長とし、Ｌ−Ｌ変換体を形成した構造の装置を
用いた。

含有率１ｗｔ％） 引取速度　２．５（■／■ｉｎ） 上記以外は実験例１と同じ条件でダイスを共振させつつ
成形を行ない、得られたフィラメントの２５℃における
引張強度を測定した。

その結果、引張強度は１９６　Ｋｇ／ｃ■２であった。

比較例２ ８ 超音波の発振を停＋卜させた以外、実験例２と同し条件
で実験を開始したか、実験例２と同じ材料温度及びダイ
ス温度てはメルトフラクチャーか発生した。そこて、材
料温度及びダイス、ノズル部材温度を徐々にＬげたか、
成形材料か分解し始めたため、押出量を０　、３　　Ｋ
ｇ／ｈｒとし、またダイス及びノズルの温度を２６５°
Ｃとして実験を行なった。

その結果、得られたフィラメントの２５℃における引張
強度は１４０　Ｋｇ／ｃｍ２てあった。

た。

含有率１ｗｔ％） 超音波発振器： 基本周波数１９゜ １５ＫＮ□ 　９ （精電舎電子工業■製 ５ＯＮＯＰＥＴ１２０ローＢ） 振幅１１ｇｍ（押出口部ては１ｌｘ ８．５＝９３゜５川ｍ） 振動モード　縦振動 押出条件：材料温度　２００°Ｃ ダイス、ノズル部材温度　２００　’Ｃ押出量　０．０
２５Ｋｇ／ｈｒ 引取速度　０．９ｍ／ｍｉｎ 上記条件によりダイス及びノズル部材を共振させつつ押
出成形を行ない、得られたフィラメントの２５°Ｃにお
ける引張強度を測定した。

その結果、引張強度は２２７　Ｋｇ／ｃｍ２てあった。

また、このときフィラメントにはメルトフラクチャは発
生していなかった。

比較例３ 超音波の発振を停止させた以外、実験例３と同し条件で
実験を開始したが、実験例３と同じ材料温度及びダイス
温度ではメルトフラクチャか著しく発生した。そこで、
材料温度及びダイス、ノズル部材温度を徐々に上げ２５
０°Ｃてようやくメルトフラクチャの発生していないフ
ィラメントな得　０ た。

得られたフィラメントの２５℃における引張強度は１３
５　Ｋｇ／ｃ■２であった。

実ｍ 成形装置として、第６図に示すような装置を用いた。そ
して、円柱状のダイス部材のみを共振させる構造のもの
を用いたこと、及び径振動を発生する径振動子を用いた
こと以外は、実験例３と同じ条件で実験を行なった。ノ
ズル部材の共振時の変位波形を第７図に示す。この場合
、押出口部でのノズルの部材の振動方向は、フィラメン
トの押出方向に対して垂直である。得られたフィラメン
トの２５℃における引張強度を測定した。

その結果、引張強度は２００　Ｋｇ／ｃｍ”であった。

また、このときフィラメントにはメルトフラクチャは発
生していなかった。

ル遺む１４ 超音波の発振を停止させた以外、実験例４と同じ条件で
実験を開始したが、実験例４と同じ材料温度及びダイス
温度ではメルトフラクチャか著し１ く発生した。そこで、材料温度及びダイス、ノズル部材
温度を徐々に上げ２５０°Ｃてようやくメルトフラクチ
ャの発生していないフィラメントを得た。

得られたフィラメントの２５°Ｃにおける引張強度は１
４２　Ｋｇ／ｃｒｓ２であった。

［発明の効果］ 以上のように、本発明のフィラメント成形方法によれば
、超音波振動をダイスに効果的に作用させることにより
、振動を効率よく伝達させ、Ｉ＆形材料のダイス及び／
もしくはノズル内における流動性を良好ならしめ、バラ
ス効果を低減して低温域において高強度のフィラメント
の成形を可能とするとともに、目やにの発生による糸切
れを防止し、フィラメント成形の生産性を飛躍的に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はフィラメント成形装置の一実施例（実験例１に
用いたもの）の要部裁断断面図、第２図は実験例１に用
いたフィラメント成形装置におけ２ るダイス及びノズル部材の共振時の変位波形、波長の説
明図、第３図は本発明押出成形方法における超音波振動
の変位波形、波長の一具体例の説明図、第４図（ａ）及
び（ｂ）は実験例２に用いたフィラメント成形装置の要
部側面図及び要部正面図、第５図は実験例２に用いたフ
ィラメント成形装置におけるダイス及びノズル部材の共
振時の変位波形、波長の説明図、第６図は実験例４に用
いたフィラメント成形装置の要部断面図、第７図は実験
例４に用いたフィラメント成形装置におけるダイス及び
ノズル部材の共振時の変位波形、波長の説明図。 １：ダイス　　　　ｌａ、ｌｂ：ダイス部材２：ノズル
部材　　２ａ：押出口 ４：超音波振動子　　５：超音波発振器７：延伸用引取
装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）成形材料をフィラメント状に成形する方法におい
   て、ダイスと、押出口を有するノズル部材を共振させつ
   つ成形材料を押し出し、次いで、この成形材料を緊張下
   で延伸すること特徴としたフィラメントの成形方法。
2. （２）成形材料をフィラメント状に成形する方法におい
   て、押出口を有するノズル部材を共振させつつ成形材料
   を押し出し、次いで、この成形材料を緊張下で延伸する
   こと特徴としたフィラメントの成形方法。