KR0157408B1 - 방사노즐 - Google Patents

Abstract

방사노즐에서, 방적모세관과 오리피스로 형성된 방적판이 모세관 판의 두께와 무관한 두께를 갖고 모세관의 밀도(단위 면적당 모세관 수)를 제한하지 않고 적절히 단단한 물질로 구성되어 있는 매우 단단한 지지판의 단계진 구멍안으로 눌려 들어가는 다수의 작은 판으로 구성되어 있다. 그러한 목적을 위해서 작은 판은 보다 부드러운 물질로 구성된다.

Description

방사노즐

제1도는 본 발명을 따르는 방사노즐의 축방향 단면도.

제2도는 제1도의 방사노즐에 이용되는 지지판의 확대 측단면도.

제3도는 제2도의 지지판에 사용되는 방사판을 제2도보다 더욱 확대하여 나타낸 상세도.

제4도는 지지판과 방사판으로 구성된 조립체의 평면도.

제5도는 구멍판과 필터로 덮어있는 조립체의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 노즐헤드 1a : 너트고정부

1b : 헤드몸체 1c : 유동통로

2 : 지지판 3 : 구멍판

4 : 필터 5 : 너트(nut)

6 : 가열통로 7 : 구멍

8 : 방사판 9 : 모세관

본 발명은 노즐헤드(nozzle head)를 가지는 방사노즐(spinning nozzle) 또는 소위 스피너렛(spinneret)에 관련되고, 필라멘트(filament)섬유제조시 상기 방사노즐의 개구부로부터 압출(extrusion)되는 유동성재료(flowable material)의 온도제어를 위한(가열된 유체를 수용하는) 가열통로가 상기 노즐헤드에 제공되는 것이 선호된다. 좀더 구체적으로 설명하면, 본 발명은 상기 가열통로이외에 오리피스(orifice)를 형성하는 모세관으로 이루어진 방사판으로 구성된 노즐헤드에 관련된다.

노즐헤드는 유기재료(organic material) 또는 무기재료(inorganic material)로 제조되는 섬유(fiber) 또는 필라멘트(filament)섬유의 제조에 이용된다. 극미세유동(extremely fine stream)의 형태로 필라멘트섬유를 형성하도록 설정되고 여과(filter)가 이루어지며 모세관을 통해 오리피스로부터 방출되는 유동성재료에 하중이 가해지기 시작한다. 다음에, 매우 높은 점성을 가지고, 유동성을 가지거나 펌핑(pumping)이 가능한 재료는 적절한 압력에서 다양한 모양을 가지는 방사노즐의 모세관으로부터 압축되고, 관련 특수공정에 따라 상기 재료는 연속처리를 위해 섬유(fiber) 또는 필라멘트섬유로서 모아질 수 있다. 예를 들어 스펀본드(spun bond)의 제조시, 연속적으로 형성되는 필라멘트섬유들은 보풀이 일어난 부드러운 직물(fleece) 또는 매트(mat)로 모아질 수 있다. 연속적으로 형성된 실가닥(strand)은 멜트스펀매트(melt-spun mat)로서 모아질 수 있는 각각의 섬유(filber)로 나누어질 수 있고, 섬유 또는 필라멘트섬유는 다용도의 토우(tow), 로빙(roving) 또는 슬리버(sliver)로 모아질 수 있다.

우수한 방사노즐은 품질에 영향을 미치는 다수의 특정을 요구한다. 치수 정밀도와 관련하여 구멍 및 오리피스벽의 매끄러운 정도, 모세관에 형송된 출구의 예리한 변부구조 특성, 노즐하부의 매끄러운 정도, 노즐구성부의 부식저항특성, 방사와 관련한 통로들의 특수형상들이 구멍, 모세관 또는 오리피스의 품질과 관련된다. 방사노즐에는 일반적으로 엄청난 압력이 작용하므로, 방사노즐의 안정성이 방사작업과 관련한 가장 중요한 요소들중 하나가 된다.

방사(spinning)와 관련하며, 200바(bar)에 이르는 압력이 가해질때 방사노즐의 구성재질이 상기 압력을 견뎌내어 특히 모세관 또는 오리피스 구성부분에서 방사노즐의 변형이 최소화되어야 하고, 고점성 셀롤로우즈 현탁액(high viscosity cellulose suspension)의 방사(spinning)작업이 이루어지는 경우에 있어서, 방사노즐의 상기 안정성이 중요한 요소가 된다.

상기 문제들은 NMMO 공정에 따르는 셀로로우즈용액의 방사작업시 발생된다. DE-OS 29 13 589에서 상기 NMMO 공정이 실시예로서 설명된다. NMMO는 셀롤로우즈용 용매로서 이용되는 N-메틸 모르폴린-N-옥사이드(N-Metyl Morpholine-N-Oxide)를 나타낸다. 종래기술에 따르면, 방사작업과 관련하여 상기 시스템내에 존재하는 고점성에 기인하여 방사작업을 위한 보강판(reinforced spinning plate)이 필요했다.

선호적으로 방사노즐을 형성하는 모세관 및 오리피스의 구성 밀도가 증가하고 (즉, 방사노즐의 단위면적당 오리피스의 구성갯수가 더 많은 것이 선호된다), 따라서 단위면적당 방사노즐의 출력이 최대로 된다. 물론 오리피스들이 지나치게 근접하게 되면 섬유 또는 필라멘트섬유는 서로 달라붙게 된다.

모세관 구성과 관련하여, 표면밀도(surface density)를 증가시키기 위해 오리피스를 통해 압출되는 재료의 성분에 적절한 첨가제(additive)가 추가되어 필라멘트섬유의 달라붙는 성질(stickiness)이 감소된다. 용제의 효과를 감소시키기 위하여, 압출된 필라멘트섬유상에 비용해 액체(nonsoluble liquid)를 보호막으로 도포시키는 것에 의해 필라멘트섬유의 달라붙는 성질이 확실히 감소될 수 있다(DE-AS 28 44 163를 참고). 제3 아민 옥사이드(tertiary armine oxide)에 적합한 첨가제는 폴리알킬렌 에테르(polyalkylene ether), 특히 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)이다(DE-PS 21 81 121를 참고).

상기 방법에 따르면, 모세관 및 오리피스들이 상대적으로 근접하게 구성되는 것이 가능하기 때문에, 상대적으로 직경이 크고 모세관 구성밀도가 높으며(단위면적당 모세관의 갯수가 많으며) 모세관의 실제 갯수가 증가하는 방사노즐이 요구되었다. 셀롤로우즈 용액의 경제적인 방사(spinning)작업을 위해, 상기 방사노즐은 예를 들어 130바(bar)에 이르는 고압에 견뎌야만 한다.

종래기술을 따르는 방사노즐들중 일부는 부분적으로 상대적으로 높은 무세관 구성밀도를 가지지만 방사작업과 관련한 고압에는 견딜 수 없다. 방사가 이루어지는 판은 볼룩해지거나 파손된다. 상기 문제가 점성유체와 관련된 작업에서 파악된다. 반면에 고압을 견딜 수 있는 강(steel)으로 제조되고 특수형태를 가지는 방사노즐이 있다. 건식 방사공정(dry spinning process)에서 상기 방사노즐은 열가소성 용해물(thermoplastic melts)에 이용된다. 상기 방사노즐이 가지는 단점을 보면, 방사노즐에 구성된 판내에 노즐구멍이 복잡한 구조로 형성되므로, 상대적으로 강성을 가지며 충분히 작은 직경을 가지고 방사가 이루어지는 각각의 모세관을 구성하기 위한 재료내에는 미리 보링작업(preliminary boring)이 필요하다. 그러나 미리 형성된 구멍들이 더 커지면, 방사노즐에 형송된 판내에는 모세관의 갯수가 줄어들 뿐이며 따라서 모세관의 구성밀도가 제한된다.

따라서 본 발명의 주요목적은 우선 판이 불룩해지거나 파손되지 않고 높은 방사압력에 견디며 높은 모세관 구성밀도 즉 단위면적(㎟)당 다수의 모세관을 가지는 방사노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 단점들을 극복하고 섬유 및 필라멘트섬유 생산시 높은 출력을 가지는 방사노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 종래기술을 따르는 시스템의 단점을 회피하는 개선된 방사노즐을 제공하는데 있다.

상기 목적들 및 다른 목적들은 방사작용이 이루어지는 판이 안정한 지지판으로 구성되는 방사노즐에 관한 다음 설명으로부터 용이하게 이해되며, 상기 지지판내에는 구멍들이 제공되고 상기 구멍들내부에 방사판이 삽입되거나 압축되며, 상기 방사판에는 모세관이 제공된다.

지지판은 스테인레스강으로 구성되고, 방사판들은 선호적으로 금, 은, 탄탈(tantalum)의 귀금속 및 이들의 합금과 같이, 스테인레스강보다 작은 강성을 가진 재료로 제조되는 것이 유리하다.

특히 유동성재료로부터 필라멘트섬유를 생산하기 위한 방사노즐은 상기 유동성재료를 수용하기 위한 노즐헤드와 상기 노즐헤드내에 수용되고, 전체에 걸쳐 다중의 구멍이 제공되며, 기계적으로 안정하고 강성을 가지는 지지판과 각각의 상기 구멍내에 수용되고, 필라멘트섬유를 방출하기 위해 각각의 오리피스를 형성하는 복수개의 모세관들이 구성되는 각각의 방사판으로 구성되고, 상기 방사판은 상기 구멍내에 세팅되거나 압축된다.

본 발명에 따르면, 방사작업이 이루어지는 동안 실제로 굽힘(bending) 또는 불룩해짐(bulging)이 발생하지 않고, 예를 들어 130바(bar)에서부터 200바(bar)까지의 압력에 이르는 고압에 견딜 수 있을 정도로 충분한 치수의 두께를 가지는 지지판이 이용된다.

지지판에 형성된 계단구조의 구멍내부로 귀금속제의 방사판이 삽입되거나 압축되고, 방사판의 재질이 상대적으로 연성(softness)를 가지기 때문에 방사판을 미리 드릴링(drilling) 하지 않고도 방사작업에 필요한 갯수의 모세관들이 구성될 수 있다.

지지판에 형성된 계단구조의 구멍들은 지지판의 외측면에 인접한 위치에서 계단모양부가 구성되고, 방사판의 소직경부가 상기 외측면쪽으로 구성된다. 이와 같은 구성에 의해, 각각의 구멍에 형성된 소직경의 계단모양부 및 대직경의 계단모양부 사이에 위치한 돌출측부에 의해 상기 방사판이 고정되며, 방사작업이 이루어지는 동안 상기 방사판은 고압을 견딜 수 있게 된다.

또한 지지판의 내측면 또는 측면상에 구멍판을 제공하고, 상기 지지판과 구멍판사이에 필터를 배치시키는 것이 유리하다는 것이 밝혀졌다.

구멍판의 구멍들은 지지판의 구멍들과 일치하는 것이 선호되고, 구멍판은 셀롤로우즈 용액 또는 폴리머 용해물을 지지판의 구멍들에 균일하게 분포시키는 작용을 한다. 필터는 불순물 또는 용해되지 않은 조각들을 제거한다.

첨부되는 도면을 참고로 다음 설명으로부터 본 발명의 상기 목적 및 다른 목적들 그리고 특징 및 장점이 더욱 용이하게 이해된다.

제1도에 있어서, 노즐헤드(nozzle head)(1)는 지지판(2)이 너트(nut)(5)에 의해 고정되는 너트고정부(1a)로 구성되고, 내식성의 스테인레스강(stainless steel)으로 제조되고 노즐헤드(1)를 형성하는 헤드몸체(1b)로 구성된다. 유동통로(1c)를 통해 전달되는 셀룰로우즈 용액의 온도를 제어하기 위해 압출되는 재료가 유동하는 유동통로(1C)를 가열통로(6)가 둘러싸고, 상기 가열통로(6)는 가열유체(heating fluid)의 공급원에 연결되며, 전체 방사공정동안 상기 가열통로(6)는 셀룰로우즈 용액의 온도를 제어해야만 한다. 필터(filter)(4)가 방사노즐의 노즐헤드(1) 내부 및 지지판(2)의 상부에 위치하고, 구멍판(3)이 상기 필터(4)상부에 위치한다. 상기 지지판(2), 구멍판(3) 및 필터(4)가 나사구조의 너트(nut)(5)에 의헤 노즐헤드(1) 내부로 압축된다. 씰링(sealing)을 위해 도면에 도시되지 않지만 O-링(O-ring)과 같은 연성의 씰링링이 이용될 수 있다.

제4도에 있어서, 제2도에서 한 개만 도시될지라도 제4도에서 복수개로 구성되고 계단구조를 가진 구멍(stepped bore)(7)들이 지지판(2)에 구성된다. 지지판(2)의 재료보다 더 연성을 가지는 재료로 제조되는 방사판(8)이 상기 구멍(7)내에 압축된다. 재질의 특성에 기인하여 연성을 가지는 상기 방사판(8)내에 서로 인접한 다수의 모세관(9)을 구성가능하다. 제3도에서 단지 한 개의 모세관(9)만이 도시되는 반면에, 제4도에는 다중의 모세관(9)들이 도시된다.

구멍판(3)에 구성된 각각의 구멍(3')들은 지지판(2)에 구성된 구멍(7)들과 일치하고, 필터(4)가 상기 구멍판(3)과 지지판(2) 사이에 제공될 수 있다.

셀룰로우즈용액(cellulose solution)또는 폴리머용해물(polymer melt)에 따라 필터(4)는 다양한 구멍폭을 가지고, 서로 다른 재료들로 구성가능하다. 그러나 상기 필터(4)는 내식성 금속 플리스(fleece)가 선호된다.

섬유 및 필라멘트섬유로 방사되는 유동성재료의 덩어리는 구멍판(3)에 의해 분산되고, 필터(4)에 의해 여과되며, 구멍(7) 및 모세관(9)을 통해 하중을 받게 된다.

본 발명의 구성에 따르면, 방사노즐은 높은 내압성을 가지면서도 모세관 구성밀도가 크다. 45㎜의 직경을 가지는 방사노즐에 대해 1147개의 모세관이 구성가능하고, 이것은 85바(bar)의 압력하에서 작동가능한 방사노즐에서 16.23개/㎟의 단위면적당 모세관갯수에 해당하고 반면에, 55바(bar)의 최대 작동압력하에서 종래기술을 따르는 방사노즐의 모세관은 단지 1.19개/㎟의 단위면적당 모세관 갯수를 가질 뿐이다. 서로 다른 직경, 길이 및 단면적을 가진 모세관이 구성가능한 스테인레스강(stainless steel)제의 방사판(8)이 본 발명을 따르는 방사노즐의 구성에 의해 이용가능하다.

Claims (6)

1. 유동성재료로부터 필라멘트섬유를 생산하기 위한 방사노즐에 있어서, 상기 유동성재료를 수용하기 위한 노즐헤드(1)와, 상기 노즐헤드(1)내에 수용되고 관통구조를 이루는 다중의 구멍(7)이 제공되며 기계적으로 안정하고 강성을 가지는 지지판(2)과, 각각의 상기 구멍(7)내에 수용되고, 필라멘트섬유를 방출하는 각각의 오리피스로 구성된 복수개의 모세관(9)들이 형성되는 각각의 방사판(8)으로 구성되고, 상기 방사판(8)은 상기 구멍(7)내에 세팅되거나 압축되는 것을 특징으로 하는 방사노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지판(2)은 스테인레스강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방사노즐.
3. 제1항에 있어서, 상기 방사판(8)은 귀금속과 같이 스테인레스강보다 강성이 적은 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 방사노즐.
4. 제1항에 있어서, 상기 방사판(8)은 은 또는 금 또는 탄탈로 제조되는 것을 특징으로 하는 방사노즐.
5. 제1항에 있어서, 상기 지지판(2)의 외측면에 인접하고, 내측면으로 연장구성되는 돌출측부를 가지며, 계단구조를 가진 상기 구멍(7)에 상기 방사판(8)이 놓여지는 것을 특징으로 하는 방사노즐.
6. 제1항에 있어서, 상기 지지판(2)의 내측면을 따라 배치되고 상기 구멍(7)과 일치하는 구멍(3')을 가진 구멍판(3)이 구성되고, 상기 구멍판(3)과 상기 지지판(2) 사이에 필터(4)가 구성되는 것을 특징으로 하는 방사노즐.