KR0129863B1 - 유량조정가능한 멜트블로잉 시스템 - Google Patents

유량조정가능한 멜트블로잉 시스템

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KR0129863B1
KR0129863B1 KR1019940700773A KR19940070773A KR0129863B1 KR 0129863 B1 KR0129863 B1 KR 0129863B1 KR 1019940700773 A KR1019940700773 A KR 1019940700773A KR 19940070773 A KR19940070773 A KR 19940070773A KR 0129863 B1 KR0129863 B1 KR 0129863B1
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polymer
meltblowing
pump
flow
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KR1019940700773A
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Inventor
안터니 알렌 마아틴
토마스 펙코 존
Original Assignee
알렌 마틴 에이
제이앤드 엠 래보레토리스 인코포레이티드
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Abstract

유량조정가능한 멜트블로잉 시스템
본 발명은 모듈형으로 다이가 설계되고 웹의 특성을 온라인으로 감시할수 있는 멜트블로잉 시스템을 제공한다. 이 모듈형 다이는 독립적으로 공급받는 병렬형 멜트블로잉 유닛들로 구성된다. 멜트블로잉 유닛으로의 중합체 공급속도가 자동으로 제어되도록 하면 기본 중량의 균일성이 탁월한 웹이 제도되는 것으로 나타났다. 또한, 상기 다이는 중합체의 사후 흐흠과 다이팁의 막힘 가능성을 최소화하기 위한 밸브 조립체도 구비하는 특징을 갖는다.

Description

[발명의 명칭]
유량조정가능한 멜트블로잉 시스템
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따라 구성된 멜트블로잉 시스템의 측면도이다.
제2도는 제1도에 도시한 시스템의 평면도이다.
제3도는 제2도의 3-3선을 따른 멜트블로잉 시스템중 일부의 확대 단면도이다.
제4도는 제3도에 도시한 기어펌프의 4-4선 단면도이다.
제5도는 상시 시스템의 다이 팁 조립체와 밸브 엑츄에이터의 단면도이다.
제6도는 제3도에 도시한 조립체의 6-6선 단면도이다.
제7도는 제1도의 7-7 선을 따라 본 다이 조립체의 개략적인 정면도이다.
제8도는 상기 시스템의 피이드백 조절기를 개념상으로 설명하는 개략도이다.
제9도는 멜트블로잉 시스템용 펌프 조립체의 변형 실시예이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 멜트블로잉 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 실시예는 중합체 필라멘트를 멜트블로잉하기 위한 평행배열 유니트들로 구성된 멜트블로잉 다이에 관한 것으로서, 각각의 유니트는 그것을 통하여 중합채 용융물의 흐름을 제어하는 유량조정 수단을 구비하고 있다.
멜트블로잉이란 다수개의 오리피스를 통하여 중합체 용융물을 압출하고, 이 오리피스를 통해 압출된 필라멘트를 동시에 고온의 공기와 접촉시켜서, 상기 필라멘트가 미소한 크기의 섬유로 가늘게 인발될수 있게 함으로써, 부직포 웹을 형성하는 공정을 말한다. 상기 섬유는 회전 스크린 또는 표면과 같은 접적장치위에 무질서하게 집적되어, 뒤엉킨 섬유질 웹을 형성한다. 웹의 미소 섬유는 극도로 가늘게 인발되었기 때문에 필터 오일 와이프(oil wipe), 전지 세퍼레이터(battery separator), 오일 흡수품, 기저귀 내부의 적층 웹 및 기타의 흡수성 제품들을 비롯한 여러 가지 응용예의 적용하기에 대단히 적합하다. 상술한 많은 응용예에 사용하기 위한 고품질(기본 중량과 두께가 균일한 것을 뜻함) 웹을 제공하려면 멜트블로잉 다이를 신중하게 설계하고 기계가공해야 한다. 많은 응용예에 적합한 대체로 균일한 특성의 웹을 제공하려면, 중합테 처리량, 공기유속, 집적장치의 흡입속도 등과 같은 여러 가지 공정 변수들을 신중히 제어하여야 한다. 넓은 웹을 얻어야 하는 경우에는 중합체 흐름 및 공기 흐름을 다이 길이 전체를 통해 균일하게 하기가 어렵기 때문에 상술한 사항이 문제점으로 대두되기도 한다. 다이를 통과하는 용융물 흐름의 균일화는 보통 미국 특허 제 4,818,463호에 개시되어 있는 것과 같은 균형 유동 채널(balancing flow channel)[때로는 코트 행거 다이(coat hanger die)또는 유동 채널이라 하기도 함]을 사용하여 얻어진다. 이런 채널은 오리피스 중합체가 균일하게 분배되도록 신중히 기계가공된 것이다. 다이를 가로질러 균일한 공기 흐름을 제공하기 위해서, 다이 조립체는 미국 특허 제 4,818,463호에 개시되어 있는 바와 같이 유동채널내에 배치된 전환기와 공기 입구를 가로질러 다이로 흐르는 공기를 균일하게 분배하기 위한 수단을 구비하는 경우도 있다.
일반적으로 상기 미국 특허에 개시되어 있는 다이뿐 아니라 다른 상업적인 멜트블로잉 다이들로 중합체 용융물이 코트 행거 채널로 흘러 들어가기 전에 관통하는 하나의 중합체 입구를 가진다. 작은 다이에는 전술한 코트행거 균형채널에 적합한 바, 이것은 특히 공기 유동을 균일하게 제어해야 하는 경우에 더욱 적합하다. 그러나, 중간 길이 내지 긴 길이의 다이에 대해서는 단일 중합체 입구로부터 오리피스까지의 중합체 흐름이 길며, 특히 다이의 외단부에서 그러하다. 이것은 상기 오리피스를 통과하는 용융물 흐름에 있어서 변화를 야기시키며, 웹의 품질 , 특히 웹의 기본 중량과 두께의 균일성에 악영향을 미친다.
[발명의 요약]
본 발명의 방법과 장치는 분리되지만 서로 연관된 두가지의 신규한 멜트블로잉 특징을 제공한다. (1)분리된 펌프와 제어기를 가진 다이 조립체의 분할된 구성으로 인해서, 길이가 짧은 다이에서 멜트블로잉 동작이 가능하게 되어, 기계방향으로 연장된 평행스트립으로 구성된 일체형 웹의 제조할수 있게 된다. (2) 또한, 바람직한 실시예에 있어서, 분할된 구성에 의하면, 각각의 멜트블로잉 유닛의 동작을 조절하기 위하여 피이드백 제어기와 연결된 센서에 의해서 상기 웹 스트립을 감시할수 있게 되므로, 균일하거나 제어된 특성(예를들면, 두께 또는 기본 중량)이 만들어진다.
위에서 언급한 제1실시예에 있어서, 상기 시스템의 다이조립체는 다수개의 평행한 흐름통로로 구성되어, 멜트블로잉 동작이 평행하게 분리된 멜트블로잉 유닛으로부터 일어난다. 다이의 전체 길이에 걸쳐서 단 하나의 공기 시스템만이 제공되지만, 중합체 압출은 직선형의 오리피스군을 각기 포함하고 있는 유닛들로부터 일어나고, 각 오리피스군은 용적형 펌프(positive displacement pump)에 의헤서 공급받는다. 따라서 다이 시스템은 다수개의 병렬형 멜트블로잉 유닛으로서 기능을하여, 하나의 균일한 멜트블로잉된 웹을 형성한다. 각 멜트블로잉 유닛은 하나의 종방향 스트립을 형성한다. 위에서 언급한 바람직한 제 2실시예에 있어서, 각 웹스트립의 물리적 특성(예들 들어 기본 중량 또는 두께)을 감시하기 위해서 프로브가 제공되며, 장치는 각 멜트블로잉 유닛의 펌프를 구동하는데 사용되는 모터로 신호를 피이드백하여, 각 스트립의 제어 특성을 거의 일정하게 유지시킨다. 본 발명의 분할된 다이는 웹의 폭에 걸쳐서 기본 중량과 두께가 대단히 균일한 커다란 웹을 제조하는 것으로 도시하였다. 그러나, 본 발명의 신규한 특징은 웹의 폭에 걸쳐서 선결된 기본 중량 및/또는 두께의 편차를 갖는 웹들을 제조하는데 사용될 수 있다. 이것은 병렬형 멜트블로잉 유닛에 상이한 속도로 단순히 공급됨으로써 이루어진다. 상기 제 2실시예의 피드백 제어는 이와같은 방법으로 양호하게 직동한다. 본 발명의 다이 시스템은 각 유닛의 오리피스군으로의 흐름을 차단하기 위한 밸브 조립체를 유닛마다 포함한다.
[바람직한 실시예의 설명]
제 1도에 대해 설명하면, 본 발명에 따라 제조된 멜트블로잉 시스템(10)은 다이 조립체(11), 펌프조립체(12), 펌프 매니폴드(13), 구동축(14), 전기모터(16), 모터제어기(17) 및 센서조립체(18)를 각각 포함하는 다수개의 멜트블로잉 장치를 포함한다. 또한, 상기 구동축(14)은 전자 클러치(electromagnetic clutch)(15)와 축 커플링(26)을 구비할수 있다. 일열형 가열기(21)를 각기 포함할 수도 있는 라인(20)을 통해 흐르는 고온 공기는 다이 조립체(11)의 양측면으로 운반되며, 회전형 집적장치(19)는 멜트블로잉 섬유를 공급받기 위해서 다이를 조립체(11) 아래에 위치한다.
제 2, 6, 7, 8 및 9도에 있어서, 상기 시스템의 상이한 유니트들은 대응 부분에 대해서는 동일한 번호를 부여하되 상이한 문자를 병기하였다. 예를 들어 펌프(12A)는 모터(16A)로부터 구동축(14A)를 통해 구동된다. 펌프(12A)는 11A로 표시한 다이조립체(11)의 종방향 부분으로 중합체 용융물을 공급한다(아래에 자세하게 기술함). 본원에서는 본 발명이 4개의 장치를 갖는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명이 2개 내지 100개, 바람직하게는 4개 내지 80개, 가장 바람직하게는 4개 내지 50개의 다수의 장치를 가질수도 있다고 생각된다. 제 1, 3, 4, 및 5도에는 상기 시스템의 멜트블로잉 장치 또는 구성요소중 하나만을 도시하며, 문자(예를 들면 A 내지 D)를 병기하지 않았다. 그러나 각각의 멜트블로잉 장치는 다른 표시가 없는 한 제 1, 3, 4 및 5도에 묘사한 것에 대응하는 요소를 갖는다는 것을 이해하여야 한다.
제 1, 2도를 참조하여 간략하게 설명하면, 본 발명의 멜트블로잉 시스템은 아래와 같이 작동된다. 즉, 중합체 용융물은 라인(23)을 통하여 매니폴드(22)내로 이송됨으로써 장치로 반송된다. 상기 매니폴드(22)는, 중합체 용융물을 각 펌프 조립체(12A-12D)로 운반한 다음 별개의 다이 조립체(11A-AAD)까지 운반하는 통로(아래에 상세히 기술함)를 포함하며, 중합제 용융물은 상기 다이 조립체에서 다수개의 평행한 필라멘트로 압출된다. 공기 도관(20)을 경유하여 수렴하면서 다이로 이송된 고온 공기는 압출된 필라멘트(24)와 접촉하여, 그 필라멘트를 미소 크기의 필라멘트 또는 섬유로 신장시킨다. 필라멘트 또는 섬유는 집적 표면(19)상에 무질서한 방향으로 집적되어 부직포 웹(25)을 형성한다. (본 명세서에서 사용한 필라멘트와 섬유란말은 동일한 의미로 사용된다.) 상기 웹은 일체형으로 보이지만, 유닛(11A-11D)에 의해 각긱 형성된 종방향 스트립들(25A-25D)로 구성되어 있다. 평행한 스트립들(25A-25D)은 스캐너(18)에 의해서 감시되며, 이 스캐너는 두께 또는 기본 중량과 같은 스트립 각각의 물리적 특성을 측정한다. 모니터(18)는 제어기(17A-17D)로 각기 신호를 보내며, 이 제어기는 각기 변속 전동기(16A-16D)의 동작을 변경시켜서 중합체 처리량을 증가 또는 감소시킴으로써 각 스트립내에 및/또는 웹(25)의 폭을 가로질러 선택된 특성이 균일하게 유지되도록 한다.
본 발명에 의한 시스템(10)은 하기의 주요 구성요소, 즉 다이 조립체, 펌프와 매니폴드 조립체, 구동축과 모터 및 제어기와 관련하여 자세하게 기술될 것이다.
(다이 조립체)
제5도에 가장 잘 도시된 바와같이, 다이 조립체(11)는 길다란 다이 본체(27), 다이 본체(27)의 바닥과 연결된 다이팁 조립체(28) 및 다수개의 밸브 조립체(29)를 포함하여, 각각의 다이 조립체 유닛(11A-11D)중 하나를 아래에 기술할 것이다. 다이 본체와 다이팁 구성요소뿐 아니라 높은 멜트블로잉 온도에 노출된 상기 시스켐의 다른 부분도 강 또는 강합금으로부터 제조될수 있다. 다이 본체(27)는 각 유닛마다 서로 교차하는 중합체 흐름통로(30,31)를 갖는다. 흐름통로(30)은 펌프 매니폴드(13) (이하에서 설명됨)내의 중합체 흐름통로와 정렬되어 있으며, 흐름통로(31)는 다이 본체(27)내에서 수직으로 연장되고, 다이 본체(27)의 하측에서 종지됨으로써, 다이 본체(27)의 출구 통로 역할을 한다. 삽입물(32)은 출구 통로를 둘러싸고 있는 홈(36)내에 설치된다. 삽입물(32)의 노출된 외측 단부는 홈(36)의 바닥으로부터 이격지게 배치되어, 다이 조립체(28)의 밀봉 표면과 결합하는 환상의 밀봉 표면(37)을 제공한다. 삽입물(32)은 환상 밸브시트(34)와 원통형 표면(35)으로 둘러싸여 있는 포트(33)를 내부에 구비한다. 매니폴드와 소정의 온도로 그곳을 통과하는 중합체를 가열하고 그 온도로 유지시키기 위해서 전열기(도시하지 않음)를 구비할 수도 있다. 다이 팁 조립체(28)는 세부분 즉, (ⅰ), 전달판(38), (ⅱ) 다이팁(39), (ⅲ)공기판(41,42)으로 구성된다. 전달판(38)은 다이팁(39)의 하단에 볼트 조임되고, 이 조립체는 볼트(43)에 의해 다이 본체(27)와 구정된다. 전달판(38)은 다이 본체(27)(제7도 참조)의 거의 전체길이에 걸쳐 연장되며, 그 내에는 각 멜트블로잉 유닛(11A-11D)마다 하나의 중합체 통로(44)가 형성되어 있다. 흐름통로(44)는 전달판(38)의 하측에 형성된 반원형 홈과 연결되어 있으며, 이것은 다이 팁(39)의 하측에 형성된 유사한 홈과 결합하여 길다란 체임버(46)를 형성한다. 다이 팁(39)은 길다란 플랜지(48,49)에 접해 있는 삼각형 단면의 노즈 섹션(47)을 형성한다. 이 노즈 섹션(47)은 다수의 오리피스(51)(제 7도의 51A-51D참조 요망)가 뚫려져 있는 정점(50)에서 종지된다. 채널(53)은 오리피스(51)와 체임버(46)를 상호 연결한다. 오리피스(51)는 정점(50)을 따라 정렬되어 일 라인을 형성한다. 제 7도에 나타난 바와 같이 오리피스(51)는 정점(50)의 길이를 따라 등간격으로 이격져서, 일체화된 단일 웹(25)이 집적장치(19)상에 형성되게 하는 것이 바람직하다. 볼트로 연결된 다이팁(39)과 정달판(38)의 조립체는 플랜지(48,49)와 전달판(38)을 관통하는 볼트(43)에 의해서 다이 본체(27)의 하측에 장착된다. 환상의 밀봉측면(37)은 전달판(38)의 하측과 결합하며, 0-링의 도음을 받아 유체 밀봉을 제공한다. 공기판(41,42)은 측판(54,55)상에 장착되고 측판(54,55)은 다이 본체(27)에 고정된다. 또한, 공기판(41,42)은 조절가능한 장착 블록(56,57)을 포함하는 바, 이 장착 블록(56,57)을 조절함에 의해서 역류 및 공기 갭(gap)을 설정하는 것이 가능해진다. 조절나사(58,59)는 역류의 조절을 허용하고, 조절나사(60,61)는 공기 갭의 조절을 허용한다.
공기판(41,42)의 내면은 테이퍼지며, 삼각형 노즈섹션(47)의 측면과 협동하여 수렴형 공기통로(62,63)를 규정한다. 마주보는 표면 사이의 공간은 공기갭이라 칭하고자 한다. 공기통로(62,63)상류의 공기통로(64,65)는 제 5도에 나타난 바와같이 다이팁(39), 전달판(38), 장착블록(64,57) 다이 본체(27)와 측판(54,55)의 형태에 의해서 각기 규정된다. 제 6도에 도시한 바와같이, 공기관(20)은 각 공기판(54,55)의 중간부와 연결된다. 각각의 다이 조립체 유닛을 통과하는 중합체 흐름은 다이 본체(27)의 통로(30,31)를 경유하여, 삽입물(32)과 전달판의 통로(44)를 차례로 통과한 다음 체임버(46)내로 들어가서 채널(53)을 통과하고 마지막으로 오리피스(51)를 통과하는 반면, 파이프 입구(20)로부터의 공기는 오리피스의 일 측면에 있는 통로(64,62)와 또 다른 측면에 있는통로(65,63)를 통하여 정점(50)에서 압출 필라멘트(240의 양 측면으로 수렴형 공기 사이트로서 배출된다. 멜트블로잉 유닛(11A-11D)들을 통과하는 평행한 흐름은 제 7도에 도시된다.
본 발명에서 필수적인 것은 아니지만, 제 5도에 상세히 나타낸 차단 밸브 조립체(29)를 가진 각각의 멜트블로잉 유닛(11A-11D)을 제공하는 것이 바람직하다. 각 유닛의 밸브 조립체(29)는 흐름통로(31)내에 동심으로 배치된 밸브봉(71)을 포함하고, 이 밸브 봉(71)은 밸브 액츄에이터(69)에 작동가능하게 연결되어 있다. 각 장치의 백브 엑츄에이터는 피스톤 조립체(70)와 공압 제어밸브(74)를 포함한다. 밸브 봉(71)은 적당한 패킹 조립체(76)를 통하여 통로(31)내로 연장되어, 밸브팁(77)에서 종지된다. 하우징(75)내에 장착된 피스톤(72)은 그것의 내부를 상부 체임버(75a)와 하부 체임버(75b)로 분할한다. 피스톤(72)은, 밸브팁(77)이 삽입 부재(32)의 밸브 시트(77)위쪽에 이격상태로 배치되는 개방위치와, 상기 팁(77)이 포트(33)를 통한 중합체 흐름을 차단하도록 표면(34)에 안착되는 폐쇄위치 사이에서 하우징(75)내를 이동할 수 있다. 상기 밸브는 공압 제어밸브(74)에 의해서 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 이동되는 바, 상기 공압 제어밸브는 두 개의 위치를 갖는 4-웨이 솔레노이드 밸브일수도 있다. 전기 제어기(78)는 솔레노이드 제어밸브(74)를 동작 상태로 하거나 또는 비동작 상태로 할 수 있다. 종합체 유동 포트(33)를 개방하면, 솔레노이드가 동작 상태로 되어, 공압 제어밸브(74)로부터 라인(79)을 통하여 체임버(75a)로 공기가 흐르게 하는 한편, 체임버(75a)로부터 라인(80)을 통하여 공기가 배출되게 한다. 피스톤(72)과 밸브봉(71)은 상향으로 이동하여 포트(33)를 개방한다. 피스톤(72)의 상향 이동은 조절 로드(81)에 의해서 제한된다. 엑츄에이터(69)의 통상의 비동작 위치에서, 제어밸브(74)의 솔레노이드는 비동작 상태로 되어, 관(80)을 통하여 체임버(75a)내로 공기가 흐르게 하는 한편, 체임버(75b)로부터 라인(79)을 통하여 공기가 배출되도록 한다. 스프링(82)은 피스톤(72)을 폐쇄 위치로 가압하여, 팁(77)이 밸브시트(34)와 접촉하도록 한다. 밸브 엑츄에이터(69)의 구성과 작동은 1990년 10월17일자로 출원된 미국 특허충원 제 599,006호(미국 특허 제 5,145,689 호로 특허되었음)에 상세히 기술되어 있으며, 본 명세서에서는 상기 특허출원을 참고로 인용한다. 라인(20)을 통해 다이 조립체(11)의 양측면으로 전송된 고온의 공기는 상기 미국 특허출원 제 599,006호 (미국 특허 5,145,689호)에 기술된 것과 동일한 구성을 가질수도 있는 일렬형 전열기(21)(제1도 참조)를 포함한다.
제7도에 도시한 바와같이, 다이 본체(27), 전달판(38), 다이 팁(39) 및 공기판(41,42)[일반적으로 상기 부재들(39,41)은 다이 팁 조립체(28)로서 도시한다]은 오리피스(51)열의 전체 길이에 걸쳐서 대체로 동일한 길이를 갖는다. 다이 본체(27)는 일체형 구성을 가질수도 있지만, 유로[30A-30D(제 7도에 도시되지 않음) 및 31A-31D]와 삽입물(30A-30D) 및 밸브 조립체(29A-29D)[엑츄에이터 (69A-69D)를 구비함]를 갖는 분리된 병렬섹션들로써 나타날 수도 있다. 마찬가지로, 다이팁 조립체(28)는 다이 본체(27A-27D)와 각기 정렬되도록 말단이 서로 접촉하게 배치된 체임버(46A-46D)를 포함한다. 하나의 다이 조립체 섹션(예를들어 28A)의 오리피스(예를들어 51A)를 통하여 압출된 중합체는 체임버(예를들어 46A)로부터 공급받은 것으로서, 오리피스(예를들어 51B-51D)를 통하여 압출된 중합체와 분리된다. 오리피스들이 섹션으로 묶여지더라도, 다이 길이를 가로지른 오리피스의 간격은 그것에 의해 생성된 웹이 균일해 지도록 균일한 것이 바람직하다. 중합체 흐름은 본 시스템내에 존재하는 별개의 멜트블로잉 유닛(11A-11D)을 통하여 이루어지지만, 공기 전달 시스템은 단 하나만 제공된다. 공기 흐름은 제 5도와 관련하여 상술한 바와같이 노즈편(47)의 양쪽에서 수렴하도록 형성된 두 개의 주요 통로를 통하여 이루어진다. 공기 통로는 유닛들로 분할되지는 않지만, 다이의 거의 전체 길이에 연장된다.
(펌프와 매니폴드의 조립체)
제 3도에 도시한 바와같이, 각 본체섹션(27)의 입구 중합체 흐름통로(30)는 펌프(12)에 의해서 공급받는다. 각 유닛의 펌프(12)로의/로부터의 중합체 흐름은 헤더 매니폴드(22)와 펌프 매니폴드(13)내에 형성된 통로에 의해서 제공된다. 중합체는 헤더 매니폴드(22)의 통로(83)로 이송되며, 상기 통로(83)는 헤더 매니폴드(22)의 다수개의 흐름통로(84)로 상기 흐름을 분산시킨다. 매니폴드(13)는 헤더 매니폴드 통로(84) 및 펌프(12)입구와 정렬되는 펌프 흡입통로(86)를 내부에 구비한다. 펌프 출구통로(87)는 펌프(12)출구로부터 다이 본체(27)의 입구통로(30)와 정렬되도록 연장된다. 제6도에 도시한 바와같이, 헤더 매니폴드(22)로의 중합체 흐름은 라인(23) 및 분산 배치된 헤더 통로(83)로부터 통로(84A-84D)로 이루어진다. 중합체는 통로(86A-86D)를 통하여 각 펌프로 공급되며, 상기 펌프(12A-12D)(제2도 참조)로부터 통로(87A-87D)를 통하여 다이본체 입구 통로(30A-30D)(제6도에 도시되지 않음)와 출구 통로(31A-31D)로 각기 배출된다. 헤더 통로(83)은 다공성 필터(90)를 구비할수도 있다. 각 멜트블로잉 유닛의 펌프(12)는 구동축의 회전속도에 비례하는 출력속도를 제공하는 용적형 펌프(positive displacement pump)중 하나일 수 있다. 제3도 및 제4도에 도시한 바와같이, 바람직한 용적형 펌프는 축(14)에 고장된 피동기어(88)와 아이들 기어(89)를 포함하는 기어 펌프이다. 상기 기어(88,89)는 엔드 플레이트(end plate)(92,93)를 가진 적당한 하우징(91)내에 장착되어 있다. 하우징(91)은 기어(88,89)를 수용 장착하는 체임버(94)를 규정한다. 매니폴드 통로(86,87)는 포트(95,99)를 통하여 결합중인 기어의 양측면상에서 체임버(94)와 각기 연통한다. 따라서, 기어(88)가 반기계 방향으로 구동될때(제4도에 도시됨), 기어(89)는 시계방향으로 구동되어 중합체를 펌핑함으로써, 펌핑된 중합체가 통로(86)로부터 포트(95)로 진입한 다음 기어의 외주를 돌다가 포트(99)를 통하여 통로(87)내로 배출되게 한다. 종래의 팩킹과 베어링이 상기 기어펌프에 채용될 수도 있다.
(구동축과 모터)
제1 및 2도에 도시한 바와같이 , 구동축(14)은 기어 박스(96)을 통하여 변속(16)에 의해 구동된다. 또한 구동축(14)은 축 커플링(26)과 전자 클러치(15)를 포함할수도 있다. 상기 클러치(15)는 펌프(12)가 작동하지 않을 때 모터의 손상을 방지하는 안전 장치이다. 출력 축(14)은 기어 박스(96)를 관통해 연장되어 펌프속도 센서 기어(97)에서 종지된다. 전기 모터(16)는 변속가능하고 그 출력 회전속도가 1500 내지 2000rpm이며, 기어 박스(96)는 그 감속비가 20 내지 1 인 것이 바람직하다. 근접 스위치 또는 디지탈 펄스 인코더와 같은 센서 프로브(98는 축(14)의 회전 속도를 검츨하는데 사용된다. 이러한 장치는 상업적으로 구입가능하다. 전기 모터(16)는 많은 설계구조 중 하나일 수도 있다. 모터는 발명의 장치에 있어서, 성공적인 것으로 입증된 바 있는 전기 모터는 발도(Baldor)에 의해 제조된다. 감속기어 박스를 가진 상술한 1725rpm의 모터는 0 내지 104rpnm의 출력을 제공한다.
(제어기)
앞서 언급한 바와같이, 본 발명의 주요 부분은 웹이 집적장치상에 집적될 때 웹(25)의 특성을 감시하기 위한 감지수단(18)의 설비에 있다. NDC시스템즈(NDC System)애서 판매하는 모델 6100시리즈 베이직 스캐닝 시스템(Basic Scanning System)과 같은 온라인 후도계(on-line thickness guage)가 제공될 수도 있지만 상기 감시장치는, NDC시스템에서 판매하는 감마 백스캐터 프로브(Gamma Backscatter Probe)와 같은 기본 중량 모니터가 바람직하다.
제1도 및 제8도에 도시한 바와같이, 센서 수단(18)은 웹(250의 폭을 횡단하는 트랙(102)위에 장착된 감지 프로브(101)를 포함한다. 감지 프로브(101)는 트랙을 따라 이동하면서 웹(25)을 주사함으로써, 웹의 두께 또는 웹(25)의 기본 중량과 같은 그것의 특성을 감지한다. 제8도는 프로브(101)에 의해서 감지된 웹 특성과 관련하여 발생되는 각종 멜트블로잉 유닛(11A-11D)의 작동 개면을 개략적으로 도시한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 프로브는 감마 백스캐터 프로브(Gamma Backscatter Probe)(Compton Photon Backscatter)이다. 매우 작은 방사능 동위원소로부터 나온 광자는 프로브 앞에서 웹의 질량(즉, 단위 면적당 중량 또는 기본 중량)에 정비례하여 역산란된다. 신틸레이션 계수기 또는 전자장치는 광자 카운트(count)를 전기 신호로 변환시키고, 이 전기 신호는 도선(103을 통하여 컴퓨터로 전송되며, 컴퓨터는 웹의 각 스트립(25A-25D)에 감지된 신호에 대응하는 신호를 각 펌프 제어기(17A-17D)로 보낸다. 따라서, 프로브(101)가 스트립((25A)을 가로질러 트랙(102)을 따라 이동할 때 신호가 수신되어 펌프 제어기(17A)로 전송된다. 또한, 컴퓨터는 웹 신호의 평균을 산출하여 스트립(25A)을 가로지른 평균 기본 중량을 나타낼 수도 있다. 프로브(101)가 스트립(25B)을 따라 계속 이동됨에 따라, 프로브(101)는 유사한 방식으로 펌프 제어기(17B)등으로 신호를 보낸다.
상기 제어들은, 만일 조정된 특성(예를들면 기본 중량)이 미리 결정된 값과 다른 경우, 각각의 멜트블로잉 유닛의 전기 모터로 전송되는 신호를 조절하여 회전속도를 변화시키고 그 멜트블로잉 유닛용 기어 펌프의 출력을 변화시키도록 연산한다. 센서(98)는 센서 기어(97)를 통해 구동축(14)의 회전 속도를 감지하고, 제어기로 신호를 보내어 모터의 회전 속도를 제어함으로써, 소망하는 웹 특성을 얻기 위한 정확한 펌프 속도 및 중합체 흐름 속도가 자동으로 설정되도록 한다.
상술한 기능을 수행하기 위한 프로브, 센서, 컴퓨터, 및 제어기는 NDC 시스템을 비롯한 다양한 회사들로부터 구입가능하다. 그러나, NDC 시스템에서는 이들 시스템이 주조되거나 압출된 시이트 및 필름, 송풍된 필름, 고무 및 비닐 피복물, 복합체, 파이프와 튜브, 종이와 필름, 직물 및 부직포를 포함하는 것으로서 산업상 이용가능성을 갖는다고 광고하고 있지만, 이러한 감 시스템은 본 발명에서 기술하거나 청구하는 것; 즉, 부직포 웹의 비교적 종방향 스트립의 특성을 감지하여 그에 따라 시스템 츨력을 변화시키는 것으로서 결코 사용된 적이 없었다.
(조립체)
상술한 멜트블로잉 시스템 부품들의 조합수 및 크기는 대체로 무한대로 가능하기는 하지만 이하에서는 전형적이고 바람직한 범위를 나타내기로 한다.
본 발명에 따라 구성된 다이 조립체의 중요한 특징은 간헐적인 동작이다. 밸브를 차단하여 중합체의 사후 흐름을 최소화하기 위해서는, 밸브 시이트와 오리피스 배출구 사이의 부피가 다이 길이의 매센치미터(㎝)당 0.12 cc인 것이 바람직하고, 다이 매센치미터당 0.08 내지 0.12cc일 수도 있다. 본 발명의 멜트블로잉 시스템은 설명을 명확히 하기 위해서는 다소 단순한 구성으로 도시되었다. 실제로, 다이 본체 및 매니폴드와 같이 일체형 본체로서 기술된 많은 구성요소들이 조립이 쉬워지도록 하기 위해서 두 개 또는 그 이상의 부분으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 시스템은 안전과 작동 보호를 위해서 후드 또는 하우징을 포함할 수도 있다.
(작동)
멜트블로잉 시스템(10)의 구성요소는 제1, 2및 8도에 나타낸바와 같이 조립된다. 밸브 엑츄에이터(69A-69D)는 소망된 행정(예를들면, 0.245 내지 1.905인치)을 제공할 수도 있도록 조절된다. 집적장치(19)는 제품의 사양에 따라 다이 출구 아래로 대략 5 내지 15인지 이내에 배치되며 프로브(101)는 집적장치(19)보다 높게 배치된다. 중요한 것은 아니지만, 집적장치(19)상에 섬유가 처음 집적되는 영역보다 4 내지 24인치 하류에 프로브를 재치하는 것이 바람직하다 컴퓨터(19)는 감시대상의 웹의 특성(예를들면 두께 또는 기본중량)을 제어하기 위해서 조절된다. 기본 중량을 제어하는 경우에 있어서, 전형적인 수치는 5 내지 100g/㎡이다.
상기 시스템(10)은 종래의 접속을 이용해서 압출기에 의해 공급받을 수도 또는 1989년 12월 8일자로 출원된 미국 특허출원 제 447,930호(미국 특허 제 5,061,170호로 특허되었음)에 개시된 중합체 전송 시스템에 의해 공급 받을 수도 있다.
멜트블로잉 될 수 있는 중합체라면 그 어느 것이라도 이용될 수 있다. 전형적인 멜트블로잉 웹을 형성하는 프로필렌과 에틸렌의 단독중합체 및 이들의 공중합체와 같은 넓은 범위의 폴리올레핀을 포함한다. 특정 열가소성 물질을 언급하면, 에틸렌 아크릴 공중합체, 나일론, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리-(메틸 메타크릴레이트), 폴리트리플루오로-클로로에틸렌, 폴리-우레탄, 폴리카보나이트, 실리콘, 술파이드, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 피치 및 이들의 혼련물을 들 수 있다. 바람직한 수치는 폴리프로필렌이다. 신규하고 개선된 멜트블로잉 열가소성 수치가 계속적으로 개발되고 있기 때문에, 위의 목록으로 제한되지는 않는다. 멜트블로잉 시스템의 작동 온도는 사용되는 수지에 따라 당연히 달라질 것이다. PP(MFR 이 800임)의 경우에, 그 작동 온도는 하기와 같을 수도 있다.
중합체 온도 : 246.1 내지 271.1°C
공기 온도 :260 내지 398.9°C
섬유(24)는 프로브(101) 아래를 지나가는 웹(25)을 형성하는 집적장치상에 집적된다. 전형적으로 웹의 이동 속도눈 매분당 25 내지 762㎝이다. 트랙(102)를 따라 이동하는 프로브(101)는 총 폭이 60인 웹(25)의 각 스트립(25A-25D)을 대략 3 내지 5 초에 주사한다. 검출되는 웹 스트립의 기본 중량 및 제어 범위(+0.5%와 기어 1%)에 속하지 않는 경우, 스트립에 대한 모터(16)와 기어 펌프(12)의 속도의 편차는 제어값에 따라서 변화된다. 예를들면, 기본 중량의 제어 레벨이 10g/㎡이고 웹 스트립(25B)의 기본 중량이 9.87g/㎡인 경우에 모터(16B)의 회전 속도와 그에 따른 펌프(12B)의 회전속도가 증가되어서, 멜트블로잉 유닛(11B)의 중합체 처리량이 증가된다. 그렇게 하면 스트립(25B)를 형성하기 위해 아래에 놓이는 섬유량이 증가되고 중량도 증가된다.
상기 시스템의 작동을 정지시키는 경우에는, 조립체(29A-29D)가 각 멜트블로잉 유닛(11)의 포트(33)를 폐쇄하도록 동작하여 사후 흐름을 억제한다. 또한, 오리피스가 막힌 경우, 막힌 오리피스를 포함하는 유닛의 밸브 엑츄에이터(69)는 수동으로 작동될 수도 있다. 삽입물(32)의 원통형 표면(35)내를 관통하거나 그것에 결합하여 폐쇄시키는 밸브 통(71)은 플랜저로서 작용하여 압력 또는 부피 펄스 또는 서지(surge)가 하류 오리피스(51)를 관통해 흐르도록 할 것이며, 상기 압력 또는 부피 펄스 또는 서지는 오리피스의 배출구에 있는 충전물질 또는 잔류물질을 제거한다.
(실험예)
최량의 실시태양으로서 상술하고 도면에 도시한 바와같은 구성요소를 포함하는 멜트블로잉 시스템(10)을 제작하였다. 상기 시스템은 4개의 유닛을 갖게 하고, 중합체 용융물을 제공하는 하나의 압출기를 채용하게 하였다. 상기 시스템은 폭이 6인치인 웹을 생산하였으며, 모니터(NDC의 감마 백스캐터 프로브)는 상기 웹의 기본 중량을 검출하는데 사용되었고, 15 GSM으로 제어되었다. 웹의 폭을 가로지른 증량의 편차는 고품질 웹의 표시가 되는 +0.95%였다.
(변형 실시예)
위에서 강조한 바와같이, 본 발명에 따라 구성된 시스템(10)의 주요 잇점중 하나는 다이가 평행하게 배열된 다수개의 횡방향 멜트블로잉 유닛을 포함하며, 각 유닛은 분리된 펌프수단과 중합체 흐름통로를 구비한다는 것이다. 앞서 기술한 실시예에 있어서, 펌프 수단은 웹의 두께 또는 기본 중량과 같은 웹 특성의 변화에 따라 변하는 용적형 펌프를 만들 수 있도록 개별적으로 제어된다. 또한, 본 명세서에 기술된 변형 실시예에 있어서, 다이 조립체(11)을는 상술한 바와같이 다수개의 횡방향 병렬형 멜트블로잉 유닛으로서 기능을 하도록 구성되며, 또한 분리된 기어 펌프(12)에 의해서 제공된다. 그러나 이런 변형 실시예에 있어서, 기어 펌프(12)는 멜트블로잉 유닛의 출력이 동일하도록 동일축에 의해서 동일속도로 구동된다. 이와같은 구성에 의하면, 각 유닛으로 전달되어 그것으로부터 압출된 중합체 속도가 다른 유닛에서의 중합체 속도와 정확하게 동일해진다. 이렇게 하면 폭을 가로질러 균일한 중합체 출력이 생성되고, 따라서 균일한 웹이 제작될 것인 바, 이러한 다이(11)는 넓은 웹을 생산하는 긴 다이의 경우에 중요하게 된다.
이 실시예에 있어서, 각 멜트블로잉 유닛(11A-11D)이 그 길이가 7.62㎝이하, 바람직하게는 1.27 내지 5.1㎝라는 점은 중요하다. 또한, 각 유닛은 상술한 바와같이 매센치미터당 8내지 12개의 오리피스(51)를 구비한다. 이 변형 실시예에 있어서, 다이 조립체(11A-11D)와 밸브 조립체(29A-29D) 및 공기 전송 시스템은 제1도 및 제5도에 도시하고 상술한 것과 동일할 수도 있다. 다이 조립체(11)에 비추어 본 실시예의 유일한 차이점은 기어펌프(12)로부터의 공기통로이다.
제9도에 나타난 바와같이 변형실시예는 적층관계로 배열된 다수개의 기어 펌프(110A 내지 110D로 도시함)를 포함한다. 각 기어 펌프는 각각의 아이들 기어(112A-112D)와 각기 맞물려 있는 피동 기어(111A-111D)를 포함한다. 피동 기어(111A-111D)는 제 1도에 나타난 바와같이 배향될 수도 있는 모터(16)에 의해서 구동되는 구동 축(14)상에 장착된다. 그렇게 하여, 모든 기어 펌프(110A-110D)는 구동축(14)에 의해서 구동된다. 각 기어 펌프(110A-110D)는 중합체 공급 통로(113A-113D)와 출구 흐름통로(114A-114D)를 각기 갖는다. 각 기어 펌프의 출구 흐름통로(114A-114D)는 다이 본체(27)에 각기 형성되어 있는 흐름통로(116A-116D)와 정렬된다. 상기 흐름통로(116A-116D)는 중합체를 다이본체(27)내에 각기 형성된 흐름 통로(31A-31D)(상술한 바와 동일할 수도 있음)로 전송된다. 이 중합체는 통로(113A-113D) 및 매니폴드(115,116)를 통하여 각 펌프(110A-110D)로 전송된다.
제1도 및 제2도에 나타낸 실시예의 경우와 마찬가지로, 제9도에 도시한 실시예는 각 기어 펌프(110A-110D)로, 그리고 그곳으로부터 멜트블로잉 유닛으로 중합체 흐름을 사용한다.
종래 기술의 시스템과 변형실시예의 주요 잇점은 동일한 크기를 갖고 일 축(14)에 의해서 동일한 회전속도로 구동되는 용적형 펌프를 이용하기 때문에 각 유닛으로의 흐름이 동일하여, 복수개의 비교적 짧은 유닛에 의해서 생산된 웹이 균일할 것이라는 점이다. 종래기술의 다이에서는 중합체를 단일 중합체 입구로부터 다이 전체 폭으로 전송하는데 코트 행거 균형 다이가 필요했다. 이런 종래 기술의 구성은 짧은 다이의 경우에는 양호하게 작동하나, 긴 다이의 경우에는 다이의 중앙으로부터 외부 및 다이의 오리피스까지 중합체 마찰 손실이 상이하게 일어나서, 본질적으로 불균일한 흐름 및 웹의 불균일성을 나타낸다. 게다가 코트 행거 다이는 제작하기가 복잡하며 비싼 기계가공 작업을 필요로 한다.
각 멜트블로잉 유닛의 균일한 출력을 이루게 하려면 펌프 출력이 분리되고 동일한 속도로 이루어지도록 하기만 하면 된다.
그러나, 펌프의 흡입라인은 일반적인 것일수 있다.
예를들면,제니스 니콜스(Zenith Nichols)에 의해서 4 스트림, 6개의 기어, 두 개의 분리된 펌프를 포함하는 H형 펌프로서 기술된 기어 펌프가 제조된 바 있다. 각 유닛은 피동기어와 두 개의 동일한 아이들 기어를 포함하여, 흡입구에서는 흐름을 상호 혼합시키지만 배출구에서는 흐름을 분리시키는 2개의 펌프 기능을 한다. 피동기어는 동일한 rpm으로 서로 맞물려진 아이들 기어를 구동시키기 때문에 각 출력을 동일하다. 그러므로, 이와같은 조립체는 6개의 기어로 4개의 출구를 만들고 6개의 기어중 두 개는 동일축으로 구동된다. 또한, 피동기어 하나로 4개나 및 8개의; 아이들 기어를 구동시키는 조립체도 이용할 수 있다. 이 변형예의 설계 및 작동에 이용할 수 있는 중합체는 센서가 제공되지 않아서 출력이 다이 길이를 따라 변화되지 않을수도 있다는 점을 제외하고는, 상술한 바와 동일할 수도 있다.

Claims (9)

  1. (a) 장착 표면과, 서로 나란하게 이격 배치되어 있는 다수개의 분리된 중합체 흐름통로를 갖고, 상기 각 흐름통로는 상기 장착 표면상에 형성된 (ⅰ)입구와 (ⅱ)출구를 갖는 다이 본체와; (b) (ⅰ) 상기 장착 표면상에 장착되고 말단부끼리 서로 접촉하도록 형성된 다수개의 길다란 중합체 헤더 채널을 내측에 구비하며, 중합체를 각 출구로부터 상기 헤더 채널중 관련된 것으로 반송하기 위한 수단을 더 포함하는 베이스와, (ⅱ) 상기 베이스로부터 외향으로 연장되어 길다란 정점에서 종지되는 노즈편과; 상기 정점을 따라서 매 인치당 10 내지 50 개씩 등간격으로 일열로 배치되어 있는 중합체 오리피스와, 각 중합체 헤더 채널을 상기 오리피스의 종방향 부분과 상호 접속시키는 수단을 갖되, 각 종방향 부분과 각 관련 헤더 채널의 길이는 1 내지 8인치인 다이팁과; (ⅲ) 상기 다이팁상에 장착되고 상기 노즈편과 협동하여 상기 노즈편의 정점에거 배출되는 수렴형 공기 채널을 규정하는 표면을 구비한 공기판을 가진 다이팁 조립체와; (c) 중합체 용융물이 다이를 통해 평행 스트립 형태로 흐를 수 있도록 상기 중합체 용융물을 상기 다이 본체의 각 입구로 운반하기 위한 것으로, 중합체 흐름통로와, 헤더 채널과 상기 오리피스의 종방향부를 포함하는 용적형 회전펌프와; (d) 각각의 헤더 채널과 각각의 오리피스 종방향부로의 중합체 용융물의 흐름속도가 거의 동일하도록 회전펌프를 거의 동일한 회전 속도로 회전시키기 위한 수단을 포함하는 멜트블로잉 다이.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 회전 펌프는 기어펌프이며, 서로 거의 동일한 펌핑 용량을 가진 멜트블로잉 다이.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 펌프를 회전시키기 위한 수단은 구동축과 상기 축을 회전시키기 위한 모터를 포함하며 모든 기어 펌프는 상기 축에 의해 구동되는 멜트블로잉 다이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다이 조립체는 4 내지 80개의 멜트블로잉 유닛과 각 유닛마다 하나씩 제공된 펌프를 구비하는 멜트블로잉 다이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다이팁 조립체 길이는 6내지 150인치이고, 각 유닛의 길이는 1.5 내지 3인치의 멜트블로잉 다이.
  6. (a) 다수의 오리피스군으로부터의 중합체 용융물을 압출하여 일련의 필라멘트를 형성하는 압출단계와; (b) 상기 필라멘트를 공기와 함께 가동 집적장치상으로 송풍하여, 미소 크기의 필라멘트들이 얽혀 있는 복수개의 병렬 배치된 웹 스트립을 형성하되, 각 스트립은 분리된 오리피스군으로부터 압출되어 접적장치의 이동방향으로 연장된 필라멘트에 의해서 형성되는 송풍단계와; (c) 상기 집적장치상에 있는 각 스트립의 두께, 기본 중량 및 밀도로 구성된 군으로부터 선택된 믈리적 특성을 감시하는 단계와; (d) 상기 감시단계에 따라서 오리피스군으로의 중합체 출력을 제어함으로써, 각 스트립의 물리적 특성이 선결된 값으로 유지되도록 하는 제어단계를 포함하는 중합체 용융물을 멜트블로잉하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 2내지 100개의 오리피스군으로부터 각기 압출되어 2 내지 100개의 나란한 스트립을 형성하며, 상기 스트립들은 결합하여 일체형 웹을 형성하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 물리적 특성은 기본 중량(g/㎡)이고, 상기 제어단계는 각 스트립을 향해 배향된 센서에 의해 이루어져서 기본 중량에 비례하는 출력이 발생되도록 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각 오리피스군에 대한 제어는 오리피스군으로부터 나온 필라멘트로 형성된 스트립을 감시한 결과 그 기본중량이 선결레벨 미만이면 중합체 흐름을 증가시키고, 기본 중량이 선결레벨 이상이면 상기 오리피스군으로의 중합체 흐름을 감소시키기에 접합한 방법.
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