紡績中のプロセス条件は、成形プロセス中の繊維の変化を決定し、紡績性、巻き取られた糸の構造と特性、および完成した糸の特性に大きな影響を与えます。したがって、完成した糸の特性はこれらの条件に大きく影響されます。
01 溶融温度 (Tm)
紡糸温度とも呼ばれる溶融温度は、良好な紡糸性と完成した糸の優れた物理的および機械的特性を確保するために適切に制御されなければなりません。溶融温度は、ポリエステル高分子の深刻な熱劣化を防ぎながら、チップを完全に溶融する必要があります。したがって、特性粘度が 0.64 ～ 0.66 の範囲のチップの場合、溶融温度は通常 285 ～ 290°C の間に制御することが推奨されます。 300℃を超えるとポリエステル高分子が急激に熱劣化します。前述の温度範囲内では、温度が上昇するにつれて溶融物の流動粘度が徐々に低下し、均一性とレオロジー特性が向上し、それによって紡糸性が向上します。
巻き取られた糸の予備配向度（複屈折率ｎ）が低下し、断面均一性が低下し、紡糸張力も低下する。巻き取った糸の最大延伸率と自然延伸率が増加します。延伸後の糸の強度と伸びも増加傾向を示します。したがって、溶融粘度が大幅に低下しない限り、温度を可能な限り高く保つことができます。
ただし、溶融温度は高すぎてはなりません。温度が高すぎると、ポリエステル高分子の劣化が促進され、スクリュー圧力の低下または変動が生じ、繊維の凝固点の変動、スライバーのムラの増加、染色ムラの発生率の増加などの問題が発生する可能性があります。さらに、射出ヘッドからのフィラメントの増加、巻き取り中の毛羽立ちや端切れの増加、最終製品の過度の伸びを引き起こす可能性があります。ひどい場合には、押し出されたフィラメントが不連続に見え、適切に巻き取ることができない場合があります。
溶融温度も低すぎることはできません。温度が低すぎると、粘度が高くなりすぎて口金内での溶融物のせん断応力が増加し、溶融物の破断が発生し、紡糸性が低下します。温度が２８０℃未満では、紡糸されたフィラメントの強度および伸度がともに低い。このタイプのフィラメントは弱いフィラメントと呼ばれ、延伸時に毛羽立ちや糸切れが発生しやすく、作業が困難です。
実際の製造工程では、溶融温度が変動することが多く、繊維の色差が生じやすくなります。温度変動は通常±1℃以内に抑えられます。ポリエステルチップの特性が異なると固有粘度や融点も異なるため、選択する溶融温度範囲もそれに応じて異なる必要があることに注意してください。一般に、固有粘度の変化が ±0.1 の場合、溶融温度はそれに対応して ±10°C 変化する必要があります。
選択した溶融温度の適切性は、紡糸・延伸の運転条件や完成糸の品質指標だけでなく、オイルフリー糸の粘度低下を評価することによっても評価できます。 Δn が 0.04 未満で、変動が最小限であることが望ましい。
溶融温度はスクリュー押出機と紡糸ボックスの温度によって制御できます。さらに、摩擦熱の発生の影響も考慮する必要があります。スクリューの基本的な機能に基づいて、供給セクション、圧縮セクション、計量セクションに分けることができます。実際の使用では、温度制御を容易にするために、スクリューをいくつかの加熱制御ゾーンに分割できます。
02 スクリュー押出圧力
スクリュー押出圧力とは、スクリュー押出機の出口における溶融圧力を指し、圧力センサーによって測定および制御されます。スクリュー押出圧力は、パイプやミキサーなどの装置内の溶融物の抵抗を克服するために使用され、定量ポンプの入口に一定の溶融物圧力が存在することを保証します。
文献報告によると、定量ポンプが正確に測定して出力するには、ポンプ入口圧力が 2 MPa に達する必要があります。ポンプ供給量が不足したり、供給量が変動したりして、紡績糸が細くなったり、ムラができたりすることがあります。
VC406A紡績機を例にとると、167dtexのフィラメントを1000m/minの速度で紡糸する場合、パイプライン抵抗は2.6MPaとなり、通常の生産では紡績機のスクリュー押出圧力は4.6MPa以上必要となります。
実際の生産では6.5～7.5MPaの間で圧力を制御する必要があります。スクリュー押出圧力が高いほど紡糸には有利ですが、圧力が高すぎるとスクリューの回転が速くなり、押出機内での溶融物の逆流が増加し、エネルギー消費量が増加します。装置の圧力許容範囲を超える圧力がかかると事故が発生する可能性があります。
03 ポンプ供給量
ポンプ供給量とは、単位時間当たりに定量ポンプによって送られる溶融物の質量を指します。ポンプの供給量の大小は紡績糸の太さに直接影響します。ポンプ供給量は計算により決定され、実際の条件に基づいて調整できます。計算式は次のとおりです。
Q = DRV/(l0000 K)
式中、Ｑはポンプ供給量（ｇ／ｍｉｎ）、Ｄは仕上がり糸の密度（ｄｔｅｘ）、Ｒは延伸倍率、ｖは紡糸速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｋは繊維収縮率（通常１．０５～１．１０とする）である。実際の生産では、ポンプの供給量は直接制御されません。代わりに、ポンプの回転速度を制御することによって実現されます。ポンプの回転速度は次の式で計算できます。
N=Q/γηC
式中、nは定量ポンプ速度(r/min)、Qはポンプ供給量(g/min)、γは溶融密度(g/cm3)、ηは定量ポンプ効率(通常98%)、Cは定量ポンプ能力(cm3/r)です。
一般的なドージングポンプの許容速度は 15 ～ 40 r/min で、最適範囲は 20 ～ 30 r/min です。計算された速度がこの範囲外の場合は、ドージングポンプの仕様を変更することで調整できます。
04 成分圧力
成分圧力は、溶融物がフィルター層と紡糸口金の穴を通過する際に受ける抵抗に打ち勝つために使用され、繊維の品質の均一性に密接に関係しています。
高圧紡糸時の成分圧力は9.8～24.5MPaの範囲となり、巻き取られる糸の品質が向上します。コンポーネントの使用時間が増加するにつれて、フィルター層内の不純物が徐々に蓄積し、抵抗が増加し、コンポーネントの圧力が継続的に上昇します。コンポーネントの圧力に関して、このプロセスでは主に初期圧力と圧力増加率が考慮されます。
初期圧力とは、新しいコンポーネントが紡糸中に安定してから 30 分後に測定された圧力を指し、開始圧力とも呼ばれます。フィルター層の組成、ポンプ出力、溶融温度、粘度に関係し、一般的には9.8～14.7MPaに設定されます。
圧力上昇率とは、通常使用時の単位時間（時間または日）当たりの成分圧力の上昇の度合いを指します。 1 日あたりの圧力上昇率は 6% 未満である必要があります。圧力が急激に上昇すると、コンポーネントの寿命が短くなる可能性があります。コンポーネントの圧力が最大 30 MPa に達した場合は交換する必要があります。使用を続けると分注ポンプが破損したり、口金プレートの変形や材料漏れの原因となる場合があります。
05 冷却風温度・湿度・風速
フィラメントを紡糸する場合は、温度、湿度、風速 (風量) の 3 つの主要なパラメーターを使用してサイドブローが一般的に使用されます。また、横吹き窓の表面には風速分布があります。
冷風吹き出し温度は20～30℃です。紡糸速度が増加する場合は、冷却を促進するために空気温度を適切に下げる必要があります。現在、28℃の温度が一般的に使用されています。
冷却風は、ダクト内の乾燥空気とフィラメントの摩擦によって発生する静電気を防止し、フィラメントの揺れや跳ね返りを軽減するために、ある程度の湿度を持たせる必要があります。また、室内温度を一定に維持し、熱伝達を促進し、フィラメントの冷却を強化します。さらに、フィラメントの結晶化度、伸び、水分の回復にも影響します。相対湿度は 65% ～ 80% が許容され、通常は約 70% に制御されます。
風速（風量）は、巻き取った糸の予配向（複屈折）や延伸率に大きな影響を与えます。風速が増加すると、巻き取られた糸の複屈折が減少し、一方、冷延伸率が増加します。これは、風速が高くなると冷却効果が向上し、凝固点が紡糸口金側に移動し、変形ゾーンが短くなり、凝固前の溶融物に対する延伸配向効果が弱まるためです。
さらに、風速が高くなると、染料の均一性が向上し、線濃度の変動が減少すると同時に、屋外の空気の流れによる干渉も軽減されます。ただし、風速が一定レベルを超えると、フィラメントが揺れて乱流となり、口金表面の冷却効果が増大し、製品の品質指標のばらつきが大きくなる可能性があります。異なる線密度のフィラメントの冷却風速を表に示します。
| 表 9-2: 冷却風速の参考表 | |||
ライン速度（dtex） | 50 | 76 | 167 |
冷却風速選択範囲（m/s) | 0.25～0.30 | 0.30～0.35 | 0.40～0.50 |
さらに、風速の変動によりフィラメントの直径の不均一性が大きくなる可能性があるため、風速は安定している必要があります。この不均一性は、染色の不均一性や引張強度の変動の主な原因の 1 つです。風速分布曲線には通常、均一直線、曲線、S 字の 3 つの形式があり、直線と曲線が最も一般的です。紡糸口金表面の温度を維持するために、一部のセットアップには紡糸窓内に冷却ゾーンが含まれており、下部開口部はアスベスト ボードを使用して断熱されています。通常の生産では、断熱ボードを適切に配置することが重要です。
06 巻取り速度
巻き取り速度は、巻き取った糸の事前配向に影響を与える重要な要素です。巻き取り速度が速いほど予備延伸度は大きくなりますが、その後の延伸倍率は低下する傾向があります。スピンドルの生産性は巻取り速度に応じて増加しますが、直線的に比例するわけではありません。
最適な条件下では、生産効率が向上するだけでなく、糸の品質も向上するため、巻取速度を最大化する必要があります。入手可能なデータによると、従来の紡績の最適な巻き取り速度は 900 ～ 1200 m/min です。
巻き取り速度と溶融物排出速度の比は、口金延伸比と呼ばれます。紡糸口金の延伸比が増加すると、その後の延伸比が減少します。口金延伸率は式(9-9)を使用して計算できます。
式中、R'R'R'は口金の延伸倍率、vvvは巻取り速度(cm/min)、γγγは溶融密度(g/cm3)、dddは口金の穴の直径(cm)、nnnは口金の穴の数、QQQはポンプ出力(g/min)を表します。
07 横移動ガイド糸装置の往復周波数
横移動するガイドヤーン装置の往復周波数は、ボビンの巻き角度の大きさを決定し、巻きの張力に影響を与えるため、良好な巻きの形成を達成するための重要な要素となります。生産において、一般的に使用される巻き角度は通常 6° ～ 7° です。往復周波数は式(9-10)で計算できます。
式中、NNNは往復周波数（回/分）、αααは巻取角度（°）、HHHはヤーンガイドストローク（m）、vvvは巻取速度（m/min）を表します。
ヤーンの重なりによる巻線形成不良を防止するために、横移動ガイドヤーン装置の往復周波数を周期的に変更する必要がある。変化の範囲は振幅と呼ばれ、変化の継続時間は周期と呼ばれます。振幅は通常、±15 ～ 25 サイクル/分に設定され、周期は通常 15 ～ 25 秒の間に設定されます。巻取り速度が増加する場合は、振幅と周期の両方を適切に減少させる必要があります。
08 ローラーの回転と油濃度
巻き取られた糸に塗布されるオイルの量は、完成したマルチフィラメントのオイル含有量を直接決定します。油濃度が高く、ローラーの回転速度が速いほど、油の塗布量が増加します。塗布されるオイルの量は糸の最終用途によって異なります。織糸の場合は 0.6% ～ 0.7%、織糸の場合は 0.6% ～ 0.7% です。ニット糸の場合、0.7% ～ 0.9%。弾性糸の場合は 0.5% ～ 0.6%。ローラーの回転速度は通常 10 ～ 20 r/min、オイル濃度は 10% ～ 16% です。
オイルを均一に塗布するには、ローラーの回転速度とオイル濃度を調整する必要があります。オイル濃度が高くなってローラー速度が遅くなると、オイルの飛散性や拡散性は良くなりますが、密着性は悪くなります。逆に油濃度が低くなり、ローラー速度が上がると飛散性、拡散性は悪くなりますが、密着性は向上します。
紡糸油は使用前に特定の濃度のエマルションとして調製する必要があります。調製されたオイルは均一で透明性が高いものでなければなりません。
