▶ サイテック インダストリーズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-14
(45)【発行日】2022-10-24
(54)【発明の名称】ポリマー繊維を紡糸するための紡糸口金アセンブリ
(51)【国際特許分類】
D01D 4/06 20060101AFI20221017BHJP
D01D 5/08 20060101ALI20221017BHJP
【ＦＩ】
D01D4/06
D01D5/08 A
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2018555563
(86)(22)【出願日】2017-04-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-06-06
(86)【国際出願番号】 US2017029148
(87)【国際公開番号】W WO2017189438
(87)【国際公開日】2017-11-02
【審査請求日】2020-04-17
(31)【優先権主張番号】62/326,978
(32)【優先日】2016-04-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】517318182
【氏名又は名称】サイテック インダストリーズ インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】テイラー， トーマス ベイカー
【審査官】鈴木 祐里絵
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０３７６２８５０（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０４２９０９８９（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第０５５１３９７３（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平１１－３５０２３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１３２０５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｄ０１Ｄ１／００－１３／０２
Ｂ２９Ｃ４８／００－４８／９６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリマー繊維を紡糸するための紡糸口金アセンブリであって、以下の構成要素：（ａ）インレットポートと、前記インレットポートから流れの方向に外に向けてフレアするフレアド下面とが備えられたキャップ；
（ｂ）中央部分を有する紡糸口金であって、前記中央部分はその厚さを通して多数の紡糸フローチャネルを有する、紡糸口金；ならびに
（ｃ）前記キャップと前記紡糸口金とにより規定されるキャビティ内に備え付けられた先細幾何形状を有するフローガイドであって、前記フローガイドは、前記インレットポートに面するアペックス、前記紡糸口金に面する底部、および前記底部と鋭角を形成する、前記アペックスまで先細になっている１つ以上の側面を有する、フローガイド
を含み；
ここで、
発散性流路は、前記フローガイドの先細の側面と、キャップのフレアド下面とにより規定され、前記発散性流路は、前記フローガイドの先細の側面を取り囲み、および前記インレットポートと流体連通状態にあり、かつ
前記フローガイドの底部は、前記紡糸口金の上面から離れて間隔を置かれ、前記発散性流路と流体連通状態にある空間をもたらし、前記フローガイドが、前記キャップに取り外し可能に付加され、一方で前記キャップのフレアド下面から間隔を置かれている、紡糸口金アセンブリ。
【請求項2】
前記紡糸口金の中央部分で自由に静止するフィルタをさらに含み、前記フィルタは液体に透過性である、請求項１に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項3】
前記多数の紡糸フローチャネルが位置する、前記紡糸口金の中央部分が、前記フローガイドの底部の表面積よりも大きい上部表面積を有する、請求項１または２に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項4】
前記フローガイドが、円形底部をもつ円錐形状を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項5】
前記キャップのフレアド下面が、切頂円錐形状を有する、請求項４に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項6】
前記フローガイドが、多角形底部をもつピラミッド形状、および前記底部と鋭角を形成する複数の多角形側壁を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項7】
前記キャップのフレアド下面が、切頂ピラミッド形状を有する、請求項６に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項8】
前記紡糸口金の上面区域が、前記多数の紡糸フローチャネルに対応する多数の入口開口部を含み、かつ前記紡糸口金が、前記多数の紡糸フローチャネルに対応する多数の出口開口部を含む下面区域を有し、前記入口開口部の直径は、前記出口開口部の直径より大きい、請求項１～７のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項9】
前記フローガイドに、その先細の側面上の複数の離れて間隔を置かれたスペーサが備えられて、先細の側面とキャップのフレアド下面との間に間隔を与え、かつ前記フローガイドが、前記スペーサを介して延在しているねじで前記キャップに取り外し可能に付加される、
請求項１～８のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項10】
前記紡糸口金の中央部分の上面が、平坦または実質的に平坦であり、かつ前記フローガイドの底部が、平坦または実質的に平坦であり、前記上面に実質的に平行に向けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項11】
前記紡糸口金内の紡糸フローチャネルの数が、１００～１００，０００の範囲である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項12】
前記紡糸口金内の紡糸フローチャネルの数が、２５～１００，０００の範囲である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項13】
前記紡糸口金を支持し、および前記紡糸口金を前記キャップに連結するように構成されるケーシングをさらに含み、前記ケーシングは、前記キャップに取り外し可能に固定されている、請求項１～１２のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項14】
前記紡糸口金が、その中央部分を取り囲む突出リムを有し、かつ前記ケーシングが、前記突出リムがその上に置かれている内に向かって延在するフランジ部分を有する、請求項１３に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項15】
前記紡糸口金の突出リムと前記キャップの周辺下部部分との間に閉じ込められた弾力性Ｏリングを、それらの間に流体シールを形成するためにさらに含む、請求項１４に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項16】
前記紡糸口金の突出リムと前記ケーシングのフランジ部分との間にとどめられたガスケットをさらに含む、請求項１４または１５に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項17】
前記ケーシングおよび前記キャップが、前記ケーシングが前記キャップとのかみ合いにねじり込まれ、またはかみ合いからねじり外され得るように、それらが互いにかみ合う補完的ねじ込み面を含む、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項18】
前記キャップおよび前記紡糸口金に、ねじ込みボルトを収容するための補完的ねじ込み穴が備えられ、前記キャップは、前記ねじ込み穴を通して延在するねじ込みボルトによって前記紡糸口金に連結され、かつ前記紡糸口金が、前記ボルトを前記キャップから離脱させることによって前記キャップから脱連結される、
請求項１～１２のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリ。
【請求項19】
請求項１～１２、および１８のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリを使用して、繊維紡糸する方法であって、前記方法は、原料をポリマー溶液または溶融ポリマーの形態で前記紡糸口金アセンブリの前記インレットポート中に連続的に供給し、前記原料を前記紡糸口金内の前記多数の紡糸フローチャネルに通して噴出させ、複数の連続フィラメントを形成する工程を含み、
前記インレットポートからの前記原料は、前記発散性流路を通って、次いで、前記フローガイドの底部と前記紡糸口金の前記上面との間の空間の中に放射状に内に向かって流れ、前記空間を充満させる、方法。
【請求項20】
請求項１９の方法の前に行われる予備的パージング段階をさらに含み、前記予備的パージング段階は、原料をポリマー溶液または溶融ポリマーの形態で、その時点では前記キャップに付加された前記フローガイドを含むが、前記紡糸口金を含まない部分アセンブリを通して連続的に供給し、前記原料が前記発散性流路を通って流れるようにする工程；
前記発散性流路から排出される前記原料を検査する工程
を含み、
前記予備的パージング段階は、前記紡糸口金を含む完成紡糸口金アセンブリをアセンブルする前に行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項21】
請求項１３～１７のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリを使用して、繊維紡糸する方法であって、前記方法は、原料をポリマー溶液または溶融ポリマーの形態で、前記紡糸口金アセンブリの前記インレットポート中に連続的に供給し、前記原料を前記紡糸口金内の前記多数の紡糸フローチャネルに通して噴出させ、複数の連続フィラメントを形成する工程を含み、
前記インレットポートからの前記原料は、前記発散性流路を通って、次いで、前記フローガイドの底部と前記紡糸口金の前記上面との間の空間の中に放射状に内に向かって流れ、前記空間を充満させる、方法。
【請求項22】
請求項２１の方法の前に行われる予備的パージング段階をさらに含み、前記予備的パージング段階は、原料をポリマー溶液または溶融ポリマーの形態で、その時点では前記キャップに付加された前記フローガイドを含むが、前記紡糸口金または前記ケーシングを含まない部分アセンブリを通して連続的に供給し、前記原料が前記発散性流路を通って流れるようにする工程；
前記発散性流路から排出される前記原料を検査する工程
を含み、
前記予備的パージング段階は、前記紡糸口金および前記ケーシングを含む完成紡糸口金アセンブリをアセンブルする前に行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項23】
連続繊維フィラメント、好ましくは連続炭素繊維フィラメントを形成するための繊維紡糸方法における、請求項１～１８のいずれか一項に記載の紡糸口金アセンブリの使用。【発明の詳細な説明】
【図面の簡単な説明】
【0001】
【発明を実施するための形態】
【0002】
繊維の紡糸では、液体ポリマー溶液または溶融ポリマーが、紡糸口金の小さい穴を通って押し出されて、細いフィラメントを形成する。紡糸口金を出た直後に、フィラメントは固化する。固化後、フィラメントは延伸（ｄｒａｗｎ ｏｒ ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ）されて、フィラメントの特性を変え得る。
【0003】
典型的には、エアギャップ紡糸ダイ設計には、紡糸口金濡れ区域を横切ってポリマードープを分配するために、ブレーカプレートおよび分配フィルタが組み込まれる。操作者がダイを出るドープの品質を迅速かつ容易に判断することを可能にして、ポリマー送達システムから気泡およびポリマーゲルをパージするために十分な時間が与えられるようにポリマードープを分配することは考慮されていない。さらに、典型的なダイ設計は、ドープを紡糸口金キャビティに導入させ、その結果、紡糸口金キャビティ内に空気が捕捉されるおそれがあり、気泡が壊れるに時間がかかり、開始数時間後、さらには数日後にも紡糸欠陥をもたらす。
【0004】
ポリマー繊維を紡糸するための装置、より特には紡糸口金アセンブリが本明細書で開示される。一部の実施形態において、紡糸口金は、紡糸口金取り付け前のゲルまたは気泡の視覚的検査と、および良好な紡糸がより迅速に達成され得るように紡糸口金の上のキャビティ内になんらの空気を有することも回避するような取り付け後の紡糸口金へのドープの送達との、両方に適した環状フィルムとしてポリマードープを提示することができる。
【0005】
本明細書で開示される紡糸口金アセンブリは、溶融紡糸、湿式紡糸、乾式紡糸および乾燥ジェット湿式紡糸を含めて、従来の繊維紡糸方法で使用されてもよい。
【0006】
乾式紡糸では、「ドープ」と呼ばれるポリマー溶液が、溶媒が蒸発する加熱ゾーン中に紡糸口金を通して押し出される。これは、溶融紡糸繊維の冷却よりもより遅いプロセスであり、結果として、非一様な特性およびあまり円形でない断面を有する繊維を生成させる傾向がある。
【0007】
乾燥ジェット湿式紡糸は、ポリマードープが、凝固剤と呼ばれる溶媒／非溶媒混合物が入っている液体凝固浴中に紡糸口金を通して押し出されることを除いて、乾式紡糸と同一である。溶媒は、ドープで使用されるものとほとんど常に同じであり、非溶媒は通常、水である。
【0008】
一般に、本開示の紡糸口金アセンブリは、（ａ）インレットポート、およびインレットポートから流れの方向に外に向かってフレアするフレアド下面が備えられたキャップ；（ｂ）その厚さを通して多数の紡糸フローチャネルを有する紡糸口金；および（ｃ）キャップと紡糸口金とで規定されるキャビティ内に備え付けされた先細幾何形状を有するフローガイドを含む。フローガイドは、インレットポートに面するアペックス、紡糸口金に面する底部、およびアペックスまで先細になっている１つ以上の側面を有する。発散性流路は、フローガイドの先細の側面とキャップのフレアド下面とで規定される。フローガイドの底部は、紡糸口金の上面から離れて間隔を置かれ、発散性流路と流体連通状態にある空間をもたらす。
【0009】
図１は、本開示の紡糸口金アセンブリの実施形態を例示する。紡糸口金アセンブリの主要構成要素は、インレットポート１１を有するキャップ１０、キャップ１０に取り外し可能に固定されているケーシング１２、複数の紡糸フローチャネルを有する紡糸口金１３、紡糸口金上に静止しているフィルタ１４、および先細幾何形状を有するフローガイド１５を含む。インレットポート１１は、キャップ１０の厚さを通して延在しており、一部の実施形態において、中央に位置している。フローガイド１５は、キャップ１０と紡糸口金１３とで規定されるキャビティ内に備え付けられている。フローガイド１５は、スペーサ１５ａを介してキャップ１０に取り外し可能に取り付けられているが、紡糸口金１３に機械的に付加または接続はされていない。
【0010】
さらに図１を参照して、フローガイド１５は、インレットポート１１の出口端に向けられたアペックス（またはピーク部）を有する先細幾何形状、フィルタ１４に面する底部、およびアペックスまで先細にされた１つ以上の側面を有する。フローガイドの先細幾何形状は、円錐またはピラミッド形状であってもよい。キャップ１０は、インレットポート１１から流れの方向に外に向かってフレアし、かつフローガイド１５の先細面から離れて間隔を置かれ、環状ギャップをもたらすフレアド下面１０ａを有する。環状ギャップは、フローガイド１５の先細面の大部分に沿って実質的に一定であってもよい。一部の実施形態において、このギャップは、０．５～１０．０ｍｍの範囲であってよい。まとめて、キャップ１０のフレアド下面１０ａとフローガイド１５とは、インレットポート１１と流体連通状態にある発散性流路を規定する。フローガイド１５の底部は、紡糸口金１３から離れて間隔を置かれ、分散性流路と流体連通状態にある空間を規定する。ある実施形態において、フローガイド１５の底部は、平坦または実質的に平坦であり、紡糸口金１３の、やはり平坦または実質的に平坦である、入口面に平行に向けられている。本明細書で使用される場合の「実質的に平坦な」は、完全に平坦ではない面を包含する。フローガイドの底部と紡糸口金の入口面との間の空間は、１～２０ｍｍのギャップ高さを有してもよい。代替の実施形態において、フローガイドの底部は、曲面、例えば、凸面を有してもよい。
【0011】
一実施形態において、キャップ１０のフレアド下面１０ａは、フローガイド１５の形状に対応する。例えば、フローガイド１５は、形状が円錐であってもよく、フレアド下面１０ａは、ファンネルのような、切頂円錐形状を有してもよい。例示的な円錐形状フローガイドは、図２Ａおよび図２Ｂ（それぞれ、透視図および横断面図）により例証され、対応するキャップは、図３に示される。図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、フローガイド１５は、その円錐面１５ａ上に複数のスペーサ１５ａを有して、フレアド下面１０ａとフローガイド１５との間に必要なギャップを与える。この実施形態において、スペーサは、短い管状構造であり（図２Ａ）、これは、フローガイド内のねじ穴と軸方向に整列されている（図２Ｂ）。ねじ穴は、フローガイドの底部からスペーサに延在する。４つのスペーサが示されるけれども、スペーサの数は、それに限定されない。めくら穴は、キャップ１０内に備えられて（図３）、フローガイド１５上のスペーサに対応し、およびフローガイドから延在するねじを受ける。キャップ１０にフローガイド１５を取り付けるために、ねじは、フローガイド１５の底部から、管状スペーサを通って、キャップ１０内のめくら穴にねじ込まれる。
【0012】
図２を参照すると、フローガイド１５の円錐面１５ｂは、底部に対して鋭角θ（９０度未満）を形成する。鋭角θは、１０～９０度、一部の実施形態において、１５～４５度であってもよい。別の実施形態において、フローガイド１５は、多角形底面、およびそれぞれが、底部と鋭角θを形成する３つ以上の三角形傾斜面を有するピラミッド形状を有してもよく、キャップ１０のフレアド下面１０ａは、フローガイド１５の傾斜面に対応する複数の接続性多角形面を有する切頂ピラミッド形状を有してもよい。
【0013】
図３中のキャップ１０は、円形周囲（または周辺エッジ）をもつ円形形状を有するものとして示されるけれども、他の形状および外側の幾何形状が可能であると理解されるべきである。例えば、キャップ１０は、四角形または他の多角形の周囲を有してもよい。そして、ケーシング１２は、やはりそれがキャップ１０および紡糸口金１３の形状および外側幾何形状を収容する限り、形状が変えられてもよい。
【0014】
図１を再び参照すると、ケーシング１２は、これらの２つの構成要素が比較的容易に互いから離脱させることができるように、キャップ１０に取り外し可能に固定される。そのような取り外し可能な取り付けを与えるための一つの仕方は、分配キャップ１０およびケーシング１２に、それらが互いにかみ合う補完的ねじ込み面を与えることである。このようにして、ケーシング１２は、ナットおよびボルトの（ｎｕｔ－ａｎｄ－ｂｏｌｔ）留め具のようにキャップ１０にねじで留めるか、またはそれからねじを外すことができる。あるいは、環状ケーシング１２は、従来の留め具、例えば、クランプ、皿頭ボルトの配置、および他の従来の留め具手段を使用して分配キャップに取り外し可能に固定することができる。キャップ１０およびケーシング１２は、金属、セラミック、または複合材料（例えば、チョップドまたは連続繊維で強化された樹脂またはプラスチック）から作られてもよい。紡糸口金は、金属またはセラミックから作られてもよい。
【0015】
図４は、図３に示される対応するキャップ１０に連結された、図２Ａに示される円錐形状フローガイド１５の部分アセンブリを示す。図４に示される部分アセンブリ（取り外し可能なケーシング１２および紡糸口金１３なしの）は、予備的パージング工程の間「そのままで」操作的に機能性であり、ここで、繊維を紡糸するための原料（例えば、ポリマー溶液または溶融ポリマー）が、インレットポート１１の中に加圧下で連続的に導入され、キャップ１０とフローガイド１５との間の発散性流路を通って原料を流させる。排出される材料は、薄い管状フィルムの形態である。この予備的パージング工程は、紡糸口金１３および環状ケーシング１２の取り付け前に操作者が原料を目視検査することを可能にするために、所定の期間、例えば、１５～９０分間行われてもよい。透明ポリマー溶液または溶融ポリマーが、ポリマー繊維フィラメントを紡糸するために望ましい。したがって、ポリマー溶液または溶融ポリマー中のいずれの望ましくない気泡、ポリマーゲルまたは他の不純物も、容易に見ることができ、そのような不純物が見られる場合、紡糸口金取り付けは、ポリマー溶液または溶融ポリマーが透明になり、いかなる異成分も含まなくなるまで遅延させることができる。この予備的パージング工程により、紡糸口金が早まって取り付けされず、そのように、安定な紡糸が、そうでなければ可能であるよりも迅速に達成され得ることが保証される。
【0016】
図１に示される実施形態において、紡糸口金１３は、突出リム１３ａを有し、ケーシング１２は、紡糸口金１３の突出リムをキャップ１０の周辺部分に連結するように構成される。その目的のために、環状ケーシング１２の下端部は、リム１３ａがその上に静止する、内に向かって延在するフランジ部分１２ａを有する。紡糸口金１３は、ケーシング１２によって適所に支持および保持されるが、いかなる留め機構によってもそれに永久的または機械的に取り付けられない。フィルタ１４は、紡糸フローチャネルを覆って、紡糸口金１３の流体入口面上に自由に静止している。任意選択で、薄いガスケット１６は、リム１３ａとフランジ部分１２ａとの間に配置されて、ケーシング１２の底面に対して正しい紡糸口金高さをもたらす。ガスケット１６は、フランジ部分１２ａの形状に対応し、例えば、それは、ケーシング１２が円形形状紡糸口金を収容するように構成される場合、リング形状化されていてもよい。一部の実施形態において、弾力性シール１７、例えば、Ｏリングは、紡糸口金１３のリム１３ａとキャップ１０の周辺下部分との間に閉じ込められて、キャップ１０と紡糸口金１３との間に流体シールを形成し、それにより、紡糸口金アセンブリを通って流れるポリマー溶液／溶融物の漏洩を防止する。
【0017】
図５は、分離した構成要素として、実施形態による紡糸口金１３、フィルタ１４、および弾力性シール１７を示す。紡糸口金１３は、突出リム１３ａにより取り囲まれた中央部分を有し、この中央部分には、その厚さを通して延在する多数の紡糸フローチャネルが備えられている。中央領域は、フローガイドの底部の表面積よりも大きい表面積を有する。この実施形態において、紡糸口金１３は、突出リム１３ａにより取り囲まれた中央部分を有し、中央部分には、その厚さを通して延在する多数の紡糸フローチャネルが備えられている。弾力性シール１７は、紡糸口金１３の突出リム１３ａの形状に対応する。この実施形態において、シール１７は、Ｏリングである。フィルタは、紡糸口金１３の形状に対応するために円形形状を有してもよい。紡糸口金１３、フィルタ１４およびシール１７は、図５に示されるとおりの円形以外の他の幾何形状を有してもよい。例えば、これらの構成要素は、四角形または多角形の周囲を有してもよい。
【0018】
フィルタ１４は、紡糸口金１３に永久的に取り付けられるとは限らず、容易に置き換えることができる。また、フィルタ１４は、液体、特にポリマー溶液および低粘度溶融ポリマーに透過性であり、金属メッシュ、不織材料、焼結粒子ディスク、またはセルロースポリマーもしくは金属繊維から構成される織布の形態であってもよい。フィルタは、紡糸口金アセンブリを通って流れるポリマー溶液／溶融物に不活性である任意の不活性材料から作られていてもよい。そのような不活性材料の例には、金属、セルロース、またはポリマーが含まれる。
【0019】
ガスケット１６は、アルミニウム、ステンレス鋼、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、特に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、および紡糸環境に対して化学的および熱的に影響を受けない任意の他の頑健な材料から作られていてもよい。弾力性シール１７、例えば、Ｏリングは、可撓性材料、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンモノマーゴム）、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、もしくはポリエチレン（ＰＥ）、軟質アルミニウム、または使用されるポリマー溶液／溶融物と相溶性である任意の他の圧縮性材料から作られている。
【0020】
図６は、一実施形態による紡糸口金内の紡糸フローチャネルの分解横断面図である。紡糸口金のフローチャネルは、円形断面形状を有してもよいが、他の形状、例えば、長円形、四角形、三角形、五角形、および他の多角形形状が可能である。紡糸フローチャネルの数は、紡糸方法、原料、および繊維のための最終市場に依存して広範囲に変わってもよい。ポリマー溶液を使用する湿式紡糸の場合、紡糸フローチャネルの数は、少なくとも１０００、例えば、３０００～７５０００の範囲である。乾燥ジェット湿式紡糸の場合、範囲は、１００～１００００であってもよい。溶融ポリマーを使用する溶融紡糸の場合、紡糸フローチャネルの数は、２５～１００，０００の範囲であってもよい。円形断面を有するフローチャネルの場合、紡糸口金の入口側にある開口部（「入口開口部」）の直径は、図６に示されるとおりに出口側にあるもの（「出口開口部）」の直径よりも大きい。一実施形態において入口開口部の直径は、出口開口部のものの１０～１００倍であってもよい。例えば、入口開口部は、１０００～１５０００μｍの範囲の直径を有してもよく、出口開口部は、４０～５００μｍの範囲の直径を有してもよい。紡糸フローチャネルの長さ（すなわち、フローチャネルが位置する紡糸口金の中央部分の厚さ）は、２～５０ｍｍの範囲であってもよい。紡糸口金１３の上面領域内の入口開口部の密度は、５～２００開口部／ｃｍ２の範囲であってもよい。同様に、非円形開口部の場合、入口開口部のサイズ（周囲により決定して）は、出口開口部のサイズよりも大きくてよく、例えば、１０～１００倍より大きい。
【0021】
図７は、紡糸口金アセンブリについての代替の実施形態を示す。この実施形態において、インレットポート２１を有するキャップ２０は、直接紡糸口金２２に連結され（図１に示されるケーシング１２なしで）、紡糸口金２２は、突出リムを有しない。補完的ねじ込み穴（キャップ２０内の２３ａおよび紡糸口金２２内の２３ｂ）は、キャップを紡糸口金に連結するためのねじ込みボルト（図示せず）を収容するためにキャップおよび紡糸口金を通して与えられる。先細フローガイド２４は、キャップ２０と紡糸口金２２とにより規定されるキャビティ内に備え付けられる。弾力性シール２５、例えば、Ｏリングは、キャップ２０と紡糸口金２２との間に割り込まされて、流体シールを与える。キャップ２０およびフローガイド２４は、図１を参照して上に記載されたとおりにインレットポートと流体連通状態である発散性流路を規定するように構成される。また、フローガイド２４は、図１、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上に記載されたとおりにスペーサ（簡略化のために図示せず）を介してキャップ２０に取り外し可能に取り付けられる。紡糸口金２２は、フィルタ（簡略化のために図示せず）を置くことができる窪み面を有する。フィルタは、図５を参照して上に記載されたとおりである。紡糸口金の窪み面２２ａは、フローガイド２４の底部に面し、多数の開口部を有し、これらは、紡糸口金の紡糸フローチャネルに対応する。紡糸口金内の紡糸フローチャネルは、上に記載されたとおりである。紡糸口金２２がキャップ２０から離脱されると、キャップ２０およびフローガイド２４の部分アセンブリは、図４を参照して記載されたとおりに予備的パージング工程で機能し得る。
【0022】
本開示の紡糸口金アセンブリを経る原料（以後「ポリマードープ」）の流路は、図８により例証される。操作では、ポリマードープは、キャップ３１のインレットポート３０の中に加圧下で連続的に導入される。操作中に、インレットポート３０は、典型的には計量ポンプ（図示せず）から出て来る、ポリマー供給に接続される。インレットポート３０から、ポリマードープは、フローガイド３２の先細面（例えば、円錐面）を取り囲む発散性流路Ｆと通って流れ、次いで、フローガイドの底部と紡糸口金３３との間の空間Ｓの中にフローガイド底部の周囲を回って流れ、この空間Ｓを充満させる。ポリマードープは、フローガイドの底部の周囲からこの空間の中心に向けて放射状に内に向かって空間Ｓを充満させる。流路Ｆおよび空間Ｓ内に捕捉されるすべての空気は、紡糸口金３３内の非障害紡糸フローチャネルを通って最初に押し出される。空間Ｓがポリマードープで完全に充満され、その中の圧力がある特定のレベルに達すると、ドープはフィルタ（図示せず）を通過し、紡糸口金３３内の多くの紡糸フローチャネルを通って押し出され、紡糸口金３３の出口側で連続ポリマーフィラメントを形成する。空間Ｓは、ポリマードープが紡糸口金内のフローチャネルのすべてを通過することを防止し得るいかなる介在構造物によっても障害されないことに留意されたい。
【0023】
図９は、比較として、ポリマードーブが、フローガイド３２なしの図８に示される同じ紡糸口金アセンブリを通ってどのように流れるかを示す。この状況においては、ポリマードープは、キャビティＣ（キャップ３１と紡糸口金３３とにより規定される）を中心から外れて充満させ、キャビティ内に捕捉されるエアポケットを生じさせ、紡糸フローチャネルを出るポリマー材料中に同伴されることによることを除いて回避する方法はない。結果として、材料中の空気同伴は、連続フィラメントの代わりに排出フィラメントにおける破壊、またはポリマードリップを生じさせる。
【0024】
本明細書に記載される紡糸口金アセンブリは、その後に炭素繊維に変換され得る、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）前駆体繊維を生成させるための湿式紡糸または乾燥ジェット湿式紡糸（「空気ギャップ紡糸」としても知られる）プロセスで使用されてもよい。ＰＡＮ前駆体繊維を作製するために、ＰＡＮポリマー溶液（スピン「ドープ」と呼ばれる）が初期工程として形成される。このスピンドープは、溶液の全重量に基づいて、５重量％～２８重量％（好ましくは１５～２５重量％）の範囲内のポリマー濃度を有してもよい。湿式紡糸の場合、紡糸口金を通して押し出されたドープは、液体凝固浴中に直接入って、フィラメントを形成する。紡糸口金穴は、ＰＡＮ繊維の所望のフィラメント番手を決定する（例えば、３Ｋ炭素繊維用には３，０００穴）。エアギャップ紡糸では、１～５０ｍｍ、好ましくは２～１５ｍｍの垂直エアギャップが、紡糸口金と凝固浴との間に維持される。エアギャップ紡糸では、紡糸口金から押し出されたドープは、エアギャップに入り、その後、凝固浴中で凝固される。これらの紡糸プロセスで使用される凝固液は、溶媒と非溶媒との混合物である。水またはアルコールが典型的には、非溶媒として使用される。溶媒と非溶媒との比および浴温が、凝固中の押し出されたフィラメントの固化速度を調整するために使用される。
【0025】
一部の実施形態において、紡糸フィラメントは、次いで、繊維直径を制御する最初の工程として、洗浄浴を通ってローラにより凝固浴から引き出されて、過剰の凝固剤を除去し、熱水浴中で延伸されて、フィラメントに分子配向を付与する。次いで、延伸フィラメントは、例えば、乾燥ロール上で乾燥される。乾燥ロールは、直列および蛇行構造に配置された複数の回転可能なロールから構成されてもよく、ロール上をフィラメントが、ロールからロールへ順次、および十分な張力下に通過して、ロール上でフィラメントに延伸または緩和を与える。ロールの少なくともいくつかは、内部をもしくはロールを通って循環する、加圧スチーム、またはロールの内部の電気加熱素子によって加熱される。ＰＡＮ前駆体繊維を炭素繊維に変換するために、ＰＡＮ前駆体繊維は、酸化および炭化にかけられる。
【0026】
本明細書に開示される紡糸口金アセンブリは、ポリマーが分解なしに適切な低粘度まで溶融され得る場合、溶融紡糸法で使用されてもよい。この方法は、ポリマー、例えば、ポリプロピレン、ナイロン、およびポリエステル繊維から熱可塑性繊維を紡糸するために適する。溶融紡糸では、加圧溶融ポリマーが、インレットポートに導入されて、ガス状媒体、例えば、空気の中に紡糸口金を通って押し出され、ここで、押し出された繊維は、冷め、固体連続フィラメントを生成する。次いで、フィラメントは、延伸されて、ポリマー分子を配向させ、かつ得られた繊維の引張り特性を改善する。
【0027】
様々な実施形態が本明細書で説明されるが、本明細書に開示される要素の様々な組み合わせ、実施形態の変形が、当業者によってなされてもよく、本開示の範囲内であることが本明細書から理解される。さらに、その本質的な範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本明細書に開示される実施形態の教示に適合させるために多くの修正がなされてもよい。したがって、特許請求された発明は、本明細書に開示される特定の実施形態に限定されないこと、および特許請求された発明は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】