JPS6328121B2

JPS6328121B2 -

Info

Publication number: JPS6328121B2
Application number: JP13464382A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Konishi; Takatoshi Kuratsuji; Tsutomu Kiryama; Kazumi Ookawa; Katsuo Kunugi
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1982-08-03
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1988-06-07
Also published as: JPS5926510A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は磁界紡糸装置に関するものである。そ
の目的とするところは、磁界によつて、紡出糸条
の分子配向に影響を与え、紡出糸条の分子配向を
制御するための紡糸装置を提供することにある。

従来より、人造繊維を製造するには、まず、紡
糸工程で分子配向のあまり進行していない未延伸
糸を得、次いでこの未延伸糸を、延伸熱処理して
配向結晶化させる方法がとられている。

近年になつて、紡糸速度を3000〜4000ｍ／分と
いう比較的高速度にとり、比較的配向の高い部分
配向糸（POY）とした後、わずかな延伸と仮撚
とを同時に行なう方法（POY−DTY加工法）
が、企業化され始めている。

更に最近においては、後工程における延伸処理
が不要である高配向糸を、一段で得ようとして、
捲取速度が5000ｍ／分以上の超高速紡糸が研究さ
れている。

しかし、これらの高速紡糸法及び超高速紡糸法
において得られる繊維の、全体としての分子の配
向は、かなりの水準まで到達するが、非晶部の分
子の乱れは、従来の未延伸糸を延伸して得られた
繊維よりも大きくなる傾向がわかつて来た。

一方、通常の溶融紡糸法によつて得た未延伸糸
に大きい張力をかけながら急速に加熱と冷却を繰
り返すいわゆるゾーン延伸法を行い、その後に、
大きい張力をかけながら熱処理するゾーン熱処理
を行い、高分子ののび切り鎖結晶組織からなる高
弾性率高強力繊維を作製しようという方法が、繊
維学会誌第38巻、第６号、第257頁（1982）に記
載されている。この方法においては加熱冷却を繰
り返す点において省エネルギー的製糸方法とは言
えない。しかもゾーン延伸、ゾーン熱処理された
繊維の物性は最初の紡糸段階の未延伸糸の配向状
態によつて左右されるという限界がある。このよ
うに紡出糸条の分子配向を制御するということは
極めて重要な技術となつてきている。

もう一方、従来から、強い磁界をかけて分子の
配向を制御する技術として次の如くのものが知ら
れている。

まず、ある種のポリマーが適当な溶媒中で、溶
液粘度が数ポイズから数十ポイズの低粘度域にあ
る時、磁場をかけると一定の方向にポリマーが配
向することが知られている（例えば、繊維学会誌
（第35巻、第11号、第337頁（1979））。この文献の
中の記載によると、配向させる高分子の溶液は、
一定の磁界の中で、静的状態にあり、長時間（例
えば数分以上）磁界の中でさらされ続けて初め
て、高分子の配向が観察されているにすぎない。
また、上記文献の中に記載されている磁界の強さ
は、数キロガウスからせいぜい25ないし35キロガ
ウスにすぎない。

また、液晶性のモノマーを強い磁界の中で静的
に保持し、配向させながら重合すると、配向化さ
れた高分子が合成できることが例えばジヤーナル
オブポリマーサイエンス、ポリマーレターズエデ
イシヨン（J.Polym.Sci.；Polymlr Letters
Edition）第13巻、第243頁（1975）に記載されて
いる。

更に、高温状態で、数百ポイズ以下の中低粘度
域において、数分間以上の長い間、15キロガウス
以下の強さの磁界をかけて、ネマチツク液晶を示
す高分子を配向させることが可能であることも例
えばジヤーナルオブポリマーサイエンス、ポリマ
ーフイジツクスエデイシヨン（J.Polym.Sci.；
Polymer Physics Editon）第20巻第975頁
（1982）に記載されている。

しかし、これらの文献の中に記載されている例
は、いづれも、中低粘度状態で、静的状態に保持
されたものに数分間以上、磁界をかけて、モノマ
ーとか高分子などの配向を制御しているものばか
りである。

そこで、本発明者らは、人造繊維の紡糸工程で
磁界を働かせることにつき検討を重ねた結果、紡
糸口金から吐出された溶液粘度又は溶融粘度が高
いポリマー流体に、数秒以内という短時間の間、
強い磁界をかけて、紡出糸条の分子配向を制御し
うる装置を開発することに成功し本発明に到達し
た。

即ち、本発明は紡糸口金から巻取装置までの間
に、紡出糸条に対してほぼ平行方向の磁界をかけ
る磁場発生装置を設けたことを特徴とする磁界紡
糸装置である。以下、本発明を図面により説明す
る。

第１図は、溶融紡糸の際に用いる本発明装置の
一例を示すものであり、１は紡糸口金、２は磁場
発生装置、３，３′は引取ゴデツトローラ、４は
巻取装置である。紡糸口金１から溶融吐出された
糸条Ｙは、引取ゴデツトローラ３，３′により一
定の紡糸速度で引取られ、巻取装置４に巻取られ
る。紡出糸条Ｙに対しては、紡糸口金１の直下に
設けた磁場発生装置２により、ほぼ平行方向の磁
界をかける。磁場発生装置２を設ける位置は、紡
出糸条Ｙの固化が完了するまでの間、即ち、紡出
糸条の結晶化速度が十分に遅くて、かつ高温状態
で細化現象が進行している領域が最も好ましい
が、特にこの位置に限定されるものではなく、紡
糸口金１と巻取装置４の間であれば任意の位置に
設けることができる。但し、完全に冷却固化した
状態で磁界をかけても、分子配向を制御すること
は困難なので、なるべく、紡出糸条Ｙの温度が高
くて分子が動き易い状態にある間に磁界をかける
ようにすることが肝要である。溶融紡糸の場合
は、紡糸口金１から60〜150cm離れたところまで
に磁場発生装置２を設けるのが好ましい。

尚、本発明でいう巻取装置は、ワインダーに限
られたものではなく、ケンス、ネツト等の捕集装
置をも含むものである。

第２図は、溶融紡糸に用いられる本発明装置の
他の例を示すものであり、磁場発生装置２が紡糸
口金１の部分及び紡出糸条Ｙが完全に冷却固化し
た後の領域にまで設けられている。３，３′及び
４は第１図の場合と同じく、引取ゴデツトローラ
及び巻取装置を示す。

第３図は湿式紡止装置に用いられる本発明装置
の一例を示すものであり、１は紡糸口金、２は磁
場発生装置、３は引取ローラ、４は巻取装置、５
は凝固浴、６，６′，６″はガイド、７は凝固液循
環パイプ、８は凝固液循環ポンプである。紡糸原
液は紡糸口金１から吐出されて紡出糸条Ｙとな
り、凝固浴５中で凝固して、ガイド６，６′，
６″を経て引取ローラ３により一定の紡糸速度で
引取られ、巻取装置４に巻取られる。凝固浴５中
の凝固液は、循環パイプ７及び循環ポンプ８によ
つて適宜循環されている。紡出糸条Ｙに対して
は、紡糸口金１の直下に設けた磁場発生装置２に
より、ほぼ平行方向の磁界をかける。磁場発生装
置２の設置位置は、紡出糸条Ｙの固化が完了する
までの間、即ち紡出糸条Ｙと共存する溶媒残存量
が５％以上で、糸条細化現象が凝固浴５中で進行
している領域が最も好ましいが、特にこの位置に
限定されものでないことは溶融紡糸の場合と同様
である。

本発明装置は、第１図に示した溶融紡糸の場合
と同様にして乾式紡糸にも適用することができ
る。乾式紡糸の場合の磁場発生装置の最適設置位
置は、紡糸口金から紡出糸条の固化が完了するま
での間、即ち紡出糸条と共存する溶媒残存量が５
％以上で、糸条細化現象が進行している領域であ
る。

本発明において用いられる磁場発生装置のマグ
ネツトとしては、従来公知の任意のマグネツトを
用いることができるが、特に中空型ソレノイドタ
イプのマグネツトが好ましく、更に磁界の強さを
大きくし、エネルギー効率を高めるうえから超伝
導マグネツトが好ましい。

本発明装置に用いられる磁場発生装置の一例を
第４図及び第５図に示す。第４図において、１１
は中空円筒型ソレノイドのコイル部、１２，１
２′は該コイル部を冷却する冷却媒体、１３はデ
ユワーびん、１４は高性能断熱体、１５は糸条通
路である。第５図は、第４図のＡ部拡大図であ
り、１６はコイル支持台、１７はコイル線材、１
８，１８′は伝熱薄板、１９，２０，２０′，２
０″，２０，２０′′′′は絶縁保護板である。

コイル支持台１６は非磁性体からなり、例えば
黄銅、アルミニウム、SUS−304−Ｌなどが用い
られる。コイル線材１７の材質は、電気抵抗の少
ないものが好ましく、安価なものとしては銅線等
があげられるが、低温での電気抵抗を出来るだけ
小さくする為には、Nb−Ti、Nb₃Sn、V₃−Ga、
Nb₃Ge、PbMo_5.1S₆、Nb₃（Al_0.7Ge_0.3）等の材質
がよい。伝熱薄板１８，１８′はコイル線材１７
を効率的に冷却するためのもので通常銅板が用い
られる。絶縁保護板１９，２０，２０′，２０″，
２０，２０′′′′としては、ポリエステルフイル
ム、テフロンシートなどが好適に用いられる。第
４図においてコイル部１１を冷却する媒体１２，
１２′には、液体窒素、液体ヘリウムなどが用い
られ、液体窒素を用いて冷却した場合は、コイル
線材１７の電気抵抗を常温の場合の約1/10に低下
させることができ、また液体ヘリウムを用いて冷
却した場合は、コイル線材１７の電気抵抗を液体
窒素の場合の更に約1/10に低減させることができ
る。このように、冷却媒体１２，１２′によつて
冷却した超伝導マグネツトは、コイル線材１７の
電気抵抗を小さくすることができるため、より大
きい電流をコイルに流すことが可能となり、その
分だけ磁界の強さを大きくすることができ、エネ
ルギー効率を高めることが可能である。尚、糸条
通路１５の直径は紡出糸条Ｙに効率的に磁界を作
用させるうえで、10cm以下、特に５cm以下である
ことが好ましい。

かかる磁場発生装置は、その最高の磁場ベクト
ルが紡出糸条に対してほぼ平行となるように設け
られる。ここで、ほぼ平行とは、その最高の磁場
ベクトルと紡出糸条とのなす角度が45度未満であ
ることを意味し、特に30度以下であることが望ま
しい。また、磁界をかける方向は、紡出糸条の走
行方向と同じ方向でもよく、逆の方向でもよい。
更に磁界は、直流磁界であつても、又磁界のベク
トル方向が経時的に変化する交番磁界であつても
よい。これらは、その目的によつて、任意に選択
使用することができる。

第６図に、本発明装置における磁場発生装置の
種々の実施態様を示す。

まず、紡出糸条Ｙの走行方向と磁場発生装置２
によつて発生する磁界の平均ベクトル方向（図中
点線で示す）との相互関係はａの如く、互いに同
一方向の場合もあり、ｂの如く、互いに反対方向
の場合もあり、更に、ｃの如く、45度未満の任意
の角度で傾いている場合もある。これらは、いず
れも「紡出糸条に対して、ほぼ平行方向の磁界を
かける」という範ちゆうに含まれるものである。
また、磁場発生装置２の糸条通路１５の形状は、
必要に応じて任意に変えることができる。例え
ば、ａ，ｂ，ｃの如く円筒状のもの、ｄの如く、
その円筒部の一部が、テーパー状に拡開している
もの、ｅの如く、不規則な波形をしているもの、
更にｆの如く、階段状の形状をしているものな
ど、種々の形状をとることができる。一方、マグ
ネツトのコイル部１１はｇの如く同一コイル部の
中で区切りをつけることができる。また、ｈの如
く、同一コイル部の中で、ソレノイドを流れる電
流の方向が一部逆になるようにして、発生する磁
界の方向を部分的に変化させることも可能であ
る。

またｉの如く、コイルの巻量をマグネツトの長
さ方向に変えて発生する磁界の強さをマグネツト
の長さ方向に徐々に強くしたり、又は徐々に弱く
したりすることも可能である。これらの磁場発生
装置は、種々組み合わせて使用することも可能で
ある。ｊは３種類の磁場発生装置２，２′，２″を
組み合せた例を模式的に示したものである。

次に、磁場発生装置によつて発生する磁界の強
さについて、具体的に説明する。第７図は、ソレ
ノイド型マグネツトによつて発生した磁界の強さ
と時間との関係を示した図である。磁場発生装置
の糸条通路における磁界の強さは第７図ａの如く
いつも、一定であつてもよく、ｂの如く、その磁
界の強さが時間とともに変化してもよい。更に、
その磁界の変化の仕方がｃの如く、ステツプ状の
値をとりながら変化してもよい。

また、第６図ａ，ｂ及びｃの如く、磁界のベク
トル方向を一定方向とする直流磁界であつてもよ
く、逆に、磁界のベクトル方向が変化する交番磁
界であつてもよい。

これらは、紡出糸条の分子配向をどのように制
御したいかという目的に従つて、任意に選択使用
される。

本発明装置における磁場発生装置では、紡出糸
条にかける磁界の最高強さは10キロガウス以上で
あることが望ましく、好ましくは20キロガウス以
上、更に好ましくは30キロガウス以上である。紡
出糸条にかける磁界の強さは、溶融紡糸に適用す
る場合には、溶媒を用いてポリマー溶液粘度が相
対的に低くなつている乾式紡糸及び湿式紡糸の場
合よりも、より大きくするのが好ましい。しかし
磁界の強さの最適値は紡出するポリマーの種類、
用いる溶媒の種類、紡糸温度、等によつて異なつ
てくる。

本発明の紡糸装置において、紡糸口金１及び／
又は該口金を装填する紡糸パツクを非磁性体材質
で構成しておくと、磁場発生装置による磁界を紡
糸口金１、紡糸パツクの中にまで有効に波及させ
ることができるので好ましい。

本発明の紡糸装置において、磁場発生装置とし
て用いるソレノイドタイプのマグネツトに通す励
磁用の電源は、通常の低電圧大電流の定電流電源
回路を使うのが好ましい。具体的には、市販の超
電導マグネツト励磁電源（例えば真空冶金(株)社製
VMC−MODEL Ｒシリーズ）を用いることが簡
便である。

事故等でマグネツトの超伝導がやぶれたとき電
源に大きな逆電圧がかかるので保護のために、第
８図に示すように、マグネツトＭと並列に電流容
量の大きいダイオードＤをつけることが好まし
い。

本発明の紡糸装置は、紡糸口金から吐出された
糸条を重力の作用する方向即ち上から下へ向つて
走行させて巻取る通常の紡糸装置であつてもよ
く、また、その逆に、下に設けた紡糸口金から、
紡出糸条を上方へ引取るようにした紡糸装置であ
つてもよい。更に、紡糸口金から紡出糸条を水平
方向に走行させて引取るようにした紡糸装置であ
つてもさしつかえない。

本発明の紡糸装置は、コンジユゲート紡糸、混
合紡糸等にも適用することができる。また、溶融
紡糸の一態様であるメルトブロー紡糸法、及びジ
エツト紡糸法にも適用可能である。更に、乾式紡
糸におけるフラツシユ紡糸法などにも適用可能で
ある。また、異形断面糸、中空断面糸等の紡糸に
も適用することができる。

本発明の紡糸装置においては、磁場発生装置と
共に他のエネルギー付加装置又は、繊維加工装置
を組み合わせて使用することも可能である。例え
ば、他のエネルギー付加手段として、電界発生装
置を用い、本発明装置の磁場発生装置の前、又は
後に併用して、紡出糸条の分子配向の制御をより
確実、有効ならしめることができる。更に、例え
ば磁場発生装置の次に、インタレース加工ノズル
とか捲縮加工装置などの繊維加工手段を種々組み
合わせて、繊維を形成することも可能である。
尚、本発明でいう巻取装置は、ワインダーに限ら
れるものではなく、ケンス、ネツト等の捕集装置
をも含むものである。

以上、説明した如く、本発明の紡糸装置は、紡
糸口金から捲取装置までの間に、紡出糸条に対し
てほぼ平行方向の磁界をかける磁場発生装置を設
けたものであるから、極めて容易に紡出糸条の分
子配向を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一例を模式的に示す概
略図、第２図は本発明装置の他の例を示す概略
図、第３図は本発明装置の更に他の実施態様を示
す概略図、第４図は本発明装置に用いられる磁場
発生装置の一例を示す縦断側面図、第５図は、第
４図のＡ部を拡大して示した断面図、第６図は本
発明装置に用いられる磁場発生装置の種々の実施
態様を示す断面図、第７図は本発明装置に用いら
れる磁場発生装置における磁界の強さと時間との
関係を示すグラフ、第８図は、本発明装置に用い
られるのが好ましい保護ダイオード回路図であ
る。１……紡糸口金、２……磁場発生装置、４……
巻取装置、Ｙ……紡出糸条。

Claims

【特許請求の範囲】１紡糸口金から巻取装置までの間に、紡出糸条
に対してほぼ平行方向の磁界をかける磁場発生装
置を設けたことを特徴とする磁界紡糸装置。２磁場発生装置がソレノイドタイプのものであ
る特許請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。３磁場発生装置が超伝導マグネツトからなる特
許請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。４磁場発生装置が直流磁界を発生させるもので
ある特許請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。５磁場発生装置が交番磁界を発生させるもので
ある特許請求の範囲第１項記載の磁界紡糸装置。６磁場発生装置が10キロガウス以上の最大磁界
強さを有するものである特許請求の範囲第１項記
載の磁界紡糸装置。