KR100300469B1 - 섬유집합체의성형방법 - Google Patents

Abstract

바인더 섬유를 포함하는 섬유집합체를 최종적으르 열성형하여 쿠션 구조체로 전환시키기 위하여, 열수축대를 예상하여 다단으로 압축시켜 성형함과 동시에 성형품의 측면부에 열이 통과하는 바이패스 통로를 설치하여 성형품의 측면부에서의 가열 부족을 해소하며, 또한 금형 캐비티로의 섬유집합체의 충전 완료를 금형캐비티 내에서의 압력 변화에 의하여 검출함으로써, 품질이 우수한 쿠션 구조체를단시간에 제조하는 방법을 제공한다.

Description

섬유 집합체의 성형 방법

일반적으로, 자동차, 항공기 등의 복잡한 형상을 갖는 시트용 쿠션재료로는저렴한 우레탄 폼이 많이 사용되어 왔다. 그러나, 우레탄 폼은 연소시에 유독가스를 발생시키는 점, 재활용이 어렵다는 점 등의 문제가 있어, 이를 대신할 성형소재가 절실히 요구되어 왔다.

이러한 문제에서, 최근들어 우레탄 폼을 대체하기 위한 소재가 요청되고 있다. 그리고, 이러한 소재로서 섬유집합체를 사용한 쿠션 구조체가 상기 문제를 해결할 수 있는 소재로서 주목되기 시작했다. 이 섬유집합체는 합성섬유의 단섬유로 이루어지는 매트릭스 중에 상기 단섬유보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 혼입된 것이다. 즉, 섬유집합체를 금형의 캐비티 내에 충전시켜 금형을 닫은 후, 이를 열성형함으로써 섬유집합체 중에 포함된 바인더 섬유끼리를 열융착시켜 쿠션 구조체를 성형시킨 것이다.

종래에는, 성형금형 내에 섬유집합체를 충전하기 위한 방법으로서, 예를 들어 하기와 같은 방법이 채용되고 있었다. 즉, 섬유집합체 덩어리를 일정한 크기로 임시 정형(整形)하고, 임시 정형된 섬유집합체를 손으로 집어 넣거나, 로봇등의 자동기계에 의하여 성형 금형의 캐비티 내에 충전시키는 방법이다.

그러나, 이 방법은 섬유집합체를 일단 임시 정형한 후, 임시 정형된 섬유집합체를 금형 내에 집어넣을 필요가 있다. 따라서, 임시 정형이라고 하는 공정이 추가적으로 필요시 되기 때문에 비용이 상승됨과 동시에, 임시 정형된 섬유집합체를 설치하기 위한 임시 저장소도 필요해지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 섬유집합체를 임시 정형하지 않고, 작은 조각의 섬유집합체 덩어리로서 가압한 공기 흐름과 함께 성형 금형 내로 수송하는 방법이, 예를 들어 일본국 특허공개공보(일본 공개특허공보 소62-152407 호)에 제안되고 있다. 이 방법에 의하면, 임시 정형되지 않은 섬유집합체를 컨베어로 개섬기(開纖機)에 운반하고 먼저 개섬(開纖)한다. 이어서, 개섬된 섬유집합체의 작은 덩어리를 송풍기(blower)에 의하여 발생된 가압 상태의 공기 흐름에 수반시켜 금형 캐비티에 충전시킨다. 이렇게 하여 금형에 충전된 섬유집합체는 가열됨으로써 섬유집합체 중에 포함되어 있는 바인더 섬유에 의하여 섬유끼리가 튼튼하게 결합되어 금형 형상에 맞춘 쿠션 구조체로 전환되는 것이다.

그러나, 종래의 방법은 금형 캐비티에 충전하는 섬유집합체의 충전 완료를

판단하는 검출 기능을 갖고 있지 않다. 이 때문에, 종래의 방식에서는 금형 캐비티에 충전시키는 섬유집합체의 필요량을 미리 계량하고, 이 계량된 섬유집합체를 각 배치(batch)마다 충전시키게 된다. 따라서, 섬유집합체를 금형 캐비티 내에 충전시키기에 앞서, 섬유집합체의 충전량을 미리 계량한다고 하는 추가적 공정이 부득이 필요해진다. 이 때문에, 여분의 인력과 시간을 소비하게 되어 성형비용의 저감이라는 점에서 큰 문제를 안고 있다.

또한, 자동차용 쿠션 재료의 경우에서와 같이, 대량생산에 의하여 성형 비용을 저감시킬 필요가 있을 경우에는 섬유집합체를 금형 캐비티 내에 충전시키고, 상기 섬유집합체를 가열·냉각시키기까지의 공정을 매우 짧은 시간에 행할 필요가 있다. 이 때, 복수의 공정을 거치지 않고 하나의 금형 캐비티 내에서 전체 공정을 완료시키는 것이 바람직하다. 이러한 시도로는 금형을 통기성을 갖는 재료로 구성하고, 이에 따라 금형 캐비티 내에 충전된 섬유집합체 중에 열풍과 냉각풍을 관류시켜 섬유집합체(쿠션 재료)를 성형하는 방법이, 예를 들어 일본국 특허공개공보(일본국 공개특허공보 평7-324266 호)에서 제안되고 있다.

그러나, 상기와 같은 성형 방법에서는 일반적으로 열풍이 금형 캐비티에 도달하기 까지 어느 정도의 열을 빼앗겨 버리고, 바인더 섬유를 용융시키는데 충분한

온도까지 승온되는 시간이 길어지는 문제가 있다. 또한, 단시간에 열성형하려고 할 때는 섬유집합체에 대한 열전달 효과를 높이기 위하여 열풍의 송풍 속도를 빠르게 할 필요가 있으나, 풍속을 빠르게 높임에 따라 풍압도 상승된다. 이로 인해, 가열되어 탄력성을 어느 정도 상실한 섬유집합체는 커진 풍압의 영향을 받아 섬유집합체가 변형되기 쉬어진다. 이 경우, 성형후의 제품의 두께가 얇아져 목적하는 제품 두께를 얻을 수 없다는 문제가 생긴다. 또한, 금형 캐비티의 중앙부는 열풍 또는 냉각풍이 통과하기 쉬우나, 금형 캐비티의 측면부는 통과하기 어렵다는 문제가 있고, 이로 인하여 성형품의 품질이 중앙부와 측면부에서 상이하고, 균질의 성형품을 얻지 못하는 문제를 야기하는 원인이 되고 있다.

이 문제를 해결하기 위하여, 열풍 속도를 바인더 섬유가 연화되는 온도까지

빠르게 하고, 연화후에는 느리게 하며, 또한 냉각 중에는 섬유집합체가 용융 혹은 연화되기까지는 저속의 냉각풍으로 냉각시키고, 변형이 일어나기 힘들어진 시점에서는 냉각 속도를 높이는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 초기의 승온공정 또는 초기의 냉각공정에 필요한 시간을 단축시킬 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.

즉, 섬유집합체가 가열·냉각 사이클 과정에서 열수축되어 얻어진 쿠션 구조체의 형상이 소정의 수치로 되지 않는다는 점이다. 이 점은 특히, 섬유집합체에서 쿠션 구조체를 얻기 위하여 가열·냉각 사이클을 단축시키는데 큰 문제가 되고,

품질이 우수하고 또한 바람직한 형상의 쿠션 구조체를 얻는데 해결해야할 큰 문제

가 된다.

본 발명은 자동차, 항공기 등의 좌석용 쿠션 구조체를 섬유의 집합체로 성형하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 합성섬유의 권축 단섬유로 이루어지는 매트릭스 중에 상기 권축 단섬유보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 혼입되는 섬유집합체를 성형하기 위하여, 금형 캐비티 내에 상기 섬유집합체를 충전시켜 가열 성형하기 위한 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치를 예시한 정면부분에서의 단면도.

도2는 원하는 형상의 쿠션 구조체를 성형하기 위하여, 섬유집합체를 압축대를 남겨 압축한 상태를 예시하는 정면부분에서의 단면도.

도2-(a)는 압축대를 남기고 섬유집합체를 압축한 상태.

도2-(b)는 원하는 형상의 쿠션 구조체를 얻기 위하여 최종 형상까지 압축시킨 상태를 예시한 설명도.

또한, 도3은 금형 캐비티에서 배출되는 섬유집합체의 반송 공기 흐름의 배출 방법을 예시한 평면도.

그리고, 도4는 종래의 섬유집합체의 성형 방법을 예시한 정면부분에서의 단면도이다.

[실시예]

본 발명의 섬유집합체인 매트릭스를 구성하는 합성섬유의 권축 단섬유의 소재로는 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리헥사메틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌테레프탈레이트, 폴리 1,4-디메틸시클로헥산테레프탈레이트, 폴리비락톤, 또는 이달의 공중합 스테르로 이루어지는 단섬유 내지 이들 섬유의 혼합 섬유집합체, 또는 상기 폴리머에 성분 중의 2종류 이상으로 이루어지는 복합섬유(콘쥬게이트 섬유)등이 적절하다. 또한, 단섬유의 단면 형상은 원형, 편평, 이형(異形), 또는 중공(中空)의 어떠한 것일 수도 있다. 또한, 이 경우의 합성섬유의 단섬유에 부여되는 권축으로는 현재권축(顯在捲縮)인 것이 바람직하고, 이 현재권축은 크림퍼(crimper)등에 의한 기계적 방법, 방사시의 이방(異方)냉각에 의한 방법, 사이드 바이 사이드형 또는 편심 시스코어형 복합섬유의 가열에 의한 방법 등으로 얻을 수 있다.

한편, 바인더 섬유로는 예를 들어 폴리우레탄계 엘라스토머 또는 폴리에스테르 또는 폴리에스테르계 엘라스토머 섬유, 특히 이들 폴리머가 섬유표면의 일부에 노출된 복합섬유를 적절하게 사용할 수 있고, 상기 바인더 섬유는 성형되는 제품의 요구성능에 맞추어 적당량이 상기 매트릭스 섬유 중에 분산·혼입되어 있다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 방법을 적절히 실시하기 위한 장치를 예시한 것이다.

상기 도면에서 1은 섬유집합체, 2는 컨베어, 3은 개섬기, 4는 송풍기, 5는 덕트(duct)이다. 여기에서, 섬유집합체(1)는 컨베어(2)상에 놓여지고 상기 컨베어(2)에 의하여 개섬기(3)로 반송되며, 덕트(5)에서 금형 캐비티(C)로 보내어져 충전된다. 이때, 개섬기(3)에 의하여 개섬된 섬유집합체는 송풍기(4)에 의하여 발생된 반송 공기 흐름에 수반되어 덕트(5)를 통해 금형 캐비티(C)로 운반된다.

다음으로, 본 발명에 사용되는 금형의 구성을 설명하면, 6(6a ∼ 6c)은 복수개로 분할된 상금형(上金型), 7 은 상기 상금형을 상하로 이동시키기 위한 액추에이터(actuator), 8 은 하금형(下金型), 9 는 상기 하금형을 상하로 이동시키기위한 액추에이터이고, 10 은 상기 상하 금형(6 및 8)이 그 내벽면을 슬라이드하면서 이동하는, 고정 설치된 성형틀이다. 또한, 상금형 6(6a ∼ 6c 로 3 분할되어 있음)은 분할된 것을 예시하고 있으나, 분할하는 것이 필수가 아니며 단일체로 사용할 수도 있다. 단, 본 발명에서의 '금형 캐비티'란, 상하 금형(6 및 8)과 성형틀(10)에 의하여 형성되는 금형의 성형공간을 가리키는 것으로 한다.

이상과 같이 구성된 성형 금형에 있어서, 본 발명의 방법을 실시하기 위한

장치는 금형 캐비티의 상하면을 제외한, 측면 외주부를 둘러싸듯이 열풍 및/또는 냉각풍을 바이패스시킬 수 있는 바이패스 통로(R)가 설치되어 있는 것이 하나의

특징이다.

즉, 이 바이패스 통로(R)로 열풍을 통과시킴으로써 가열되기 힘든 금형 캐비티(C)의 측면부에 상기 측면부의 외주측에서 열풍이 갖는 열을 섬유집합체에 충분히 전달할 수 있는 것이다. 이 때문에, 바이패스 톨로를 설치하지 않은 종래의 방법과 같이 금형 캐비티(C)의 중앙부 및 측면부를 통과하는 열풍의 풍량 혹은 풍속의 차이 및 가열 반점에서 기인하는 성형 반점의 발생을 상기 바이패스통로(R)에 의하여 매우 훌륭하게 해결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 방법의 기타의 큰 특징은, 상기 열풍의 송풍계에 있어서 열풍이 금형 캐비티(C)와 바이패스 통로(R)에 도달하기까지, 당초에 열풍이 갖고 있던 열량을 잃지 않고 금형 캐비티(C)내와 바이패스 통로(R)내로 송풍할 수 있다는 것이다. 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 열풍에서 열을 빼앗기는 요인인 송풍실(11)또는 송풍 덕트 벽면에 히터(15)를 부설하여 미리 소정의 온도로 가열하여 제어해 놓고 있다. 이렇게 함으로써, 금형 캐비티(C)로 보내는 열풍의 풍속을 빠르게 할 필요도 없으며 소정의 열량을 금형 캐비티(C)에 충전된 섬유집합체에 부여하는 것을 가능케 하는 것이다. 이러한 히터(15)는 도 1 에서와 같이 송풍실(11)또는 송풍배관의 내벽면에 설치할 수도 있고, 또한 외벽면에 설치할 수도 있다. 이 때, 중요한 것은 열풍의 온도가 허용치보다 저하되지 않도록 하는 것으로, 이 목적을 달성할 수 있는 가열수단으로는 전기 히터 등으로 상기 벽면을 직접 가열하여도 좋고, 또한 자켓 내에 봉입된 열매(熱媒)등을 가열하여 열매 증기를 발생시키고, 이로써 간접적으로 가열하는 방식을 취할 수도 있다.

또한, 도 1 에서와 같은 장치에는 금형 캐비티(C)로 섬유집합체를 충전시

킬 때 수반되는 반송 공기 흐름의 압력 변화를 검출하는 압력계(P1 ∼ P3)가 설치 되어 있다. 이 압력계(P1 ∼ P3)는 충전이 진행됨에 따른 반송 공기 흐름의 압력 변화치가 금형 캐비티 내에 섬유집합체의 충전이 완료된 것을 나타내는 수치에 달했는가를 감시하기 위해 설치되어 있다. 즉, 압력계(P1)는 덕트(4)의 압력을 검지하고, 압력계(P2)는 금형 캐비티(C)의 섬유집합체와 반송 공기 흐름의 입구측 압력을 검지하며, 그리고, 압력계(P3)는 배풍실의 압력을 검지할 수 있도록 해 놓는다. 또한, 이러한 압력계로는 격막식(隔膜式)압력계 또는 마노미터식 압력계 등을 적절히 사용할 수 있으며, 특히 미소한 압력 변화를 검지할 수 있는 압력계가 바람직하다. 또한, 압력계(P1 와 P2)는 본 실시형태와 같이 2개가 설치되는 것이 바람직하나 어느 한 쪽만을 설치할 수도 있다. 또한, 필요에 따라 그 이외의 장소(예를 들어, 상하 금형(6 및 8 의 중간 위치 등)에 1 개이상의 압력 검출기를 부착하고, 받아들인 정보들을 종합적으로 판단할 수 있도록할 수도 있다.

상기 장치에 있어서, 섬유집합체(1)는 상하 금형(6 및 8)이 상하로 열린상태(도 1 에 예시된 상태)에서 송풍기(4)에 의하여 발생되는 반송 공기 흐름과 함께 금형 캐비티(C)에 충전된다. 이 때, 동시에 배풍기(16)에 의하여 금형 캐비티(C)내로 송풍된 반송 공기 흐름이 배풍실을 겸하는 바이패스 통로(R)를 통하여 배풍된다. 그리고, 금형 캐비티(C)에 섬유집합체의 충전이 종료되면, 상하 금형(6 및 8)을 각각 하방향 및 상방향으로 이동시키고, 금형 캐비티(C)에 충전된 섬유집합체를 소정의 부피의 밀도까지 압축한다.

이상에서 설명한 본 발명의 방법에 있어서, 금형 캐비티(C)내에 충전된 섬유집합체를 상하 금형(6 및 8)에 의하여 섬유집합체를 성형할 때의 열수축을 예상하는 것이 중요하다. 즉, 섬유집합체를 성형한 후에 얻어지는 쿠션 구조체의 최종 형상까지 일거에 압축하는 것이 아니고, 압축대를 남긴 예비 압축공정을 거치

는 것이 중요하다.

즉, 송풍기(4)에 의하여 발생된 반송 공기 흐름에 수반시켜 금형 캐비티(C)내에 섬유집합체가 충전되기까지의 공정은 종래의 대로 좋으나, 섬유집합체의 취입구를 막고 금형을 압축하는 공정에 있어서 성형후에 얻어지는 쿠션 구조체의 최종 형상 전(手前)에서 압축을 정지하고 압축대를 남겨 두는 것이다.

이에 대하여 도 2 를 참조하면서 상세하게 설명하기로 한다. 먼저, 도2a 는 금형 캐비티(C)내에 충전된 섬유집합체를 압축대(L)를 남기고 적어도 1회 이상 단계적 및/또는 연속적으로 압축시킨 후의 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는 분할된 상금형(6a ∼ 6c)을 액추에이터(7a ∼ 7c)로 하방으로 이동시켜 구현화 할 수 있다. 또한, 압축대(L)를 남긴 위치까지 섬유집합체를 압축할 때는 복수회에 걸쳐 단계적으로 압축할 수도 있으나, 통상적으로는 1 회로서 상기 압축대(L)를 남긴 위치까지 압축한다. 그리고 이렇게 압축대(L)를 남긴 상태에서 금형 캐비티(C)와 바이패스 통로(R)내에 열풍을 관류시켜 섬유집합체를 소정의 온도까지 승온한다. 이로써 바인더 섬유를 선택적으로 용융시켜 매트릭스 섬유 또는 바인더 섬유와 열융착시킨다.

이렇게 압축대를 남긴 다단의 압축에 의하여, 섬유집합체가 성형공정 중에 열수축되어 최종적으로 얻어지는 쿠션 구조체의 최종 형상보다 수축되는 것을 방지할 수 있다. 만일, 이러한 압축 공정을 거치지 않고 삼유집합체를 쿠션 구조체로 전환시켜도 원하는 형상의 성형품을 얻을 수 없다는 것은 말할 것도 없다.

특히, 성형 시간을 단축하고자 하여 단시간 가열하면 이러한 결점이 현실적으로 나타난다. 따라서, 성형 시간이 외관상 길어진 것처럼 보여도 본 발명의 압축대를 남긴 압축 공정은 결과적으로 성형 시간을 단축하여 품질이 양호한 쿠션 구조체를 얻는데 필수적이 된다.

이 후, 냉각풍을 순환시켜 성형품을 냉각시킴으로써 섬유집합체에 부분적으로 발생된 융착부를 고정시킨다. 이 냉각 공정에서 금형을 쿠션 구조체의 최종 형상이 얻어지는 위치까지 상금형(6)및/또는 하금형(8)을 압축방향으로 적어도 1회 이상 단계적 및/또는 연속적으로 압축한다. 이 때, 상기 압축은 복수회에 걸쳐 실시할 수 있으나, 통상적으로는 1회만 실시할 수도 있다. 이렇게 냉각 공기를 섬유집합체 중으로 관류시켜 섬유집합체를 소정 온도까지 냉각시키면, 섬유집합체 중에 형성된 바인더 섬유에서 유래하는 융착부가 고화된다. 이로써, 액추에이터(9)에 의하여 하금형(8)이 하방으로 이동되고, 성형품이 금형 캐비티(C)내에서 꺼내어짐으로써 하나의 성형 사이클이 완료되고, 이어서 금형이 소정위치로 이동되어 섬유집합체를 캐비티 중에 받아들일 준비가 아루어진다. 그리고, 컨베어상의 섬유집합체가 개섬 상태에서 금형 캐비티 내에 충전되는 공정부터 시작되는 다음의 성형 사이클이 개시된다.

또한, 상기 압축대(L)는 성형 완료후에 얻어지는 쿠션 구조체의 부피 밀도 또는 두께 등의 요인에 의하여 변화되나, 통상적으로 5 ∼ 100 mm 의 범위가 바람직하다. 그 이유는, 압축대(L)가 5 mm 미만일 경우, 열성형시의 섬유집합체가 많이 밀려 옮겨져 소정의 성형품보다 두께가 얇아짐으로써, 소정의 금형 형상을 전사하기 힘들어진다. 또한, 압축대(L)를 1OOmm 보다 크게 하는 경우, 실질적으로 열풍을 관류시키기 직전에 압축된 섬유집합체의 큰 부피 밀도를 작게 하지 않을 수 없다.

이로 인하여, 열풍의 관류저항이 변화하거나 금형 캐비티의 중앙부와 측면부가 받는 풍압의 차이에 의한 영향을 받아 성형 반점이 발생되기 쉬워 바람직하지 못하다.

이상에서와 같이, 쿠션 구조체의 성형 공정이 진행되는데, 본 발명의 방법에서는 금형 캐비티(C)내로의 섬유집합체의 충전 완료의 판단을 자동적으로 행하는것이 하나의 특징이다. 이하에서, 이에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

섬유집합체의 충전 중에 있어서, 금형 캐비티 내의 압력은 압력계(P1∼P3)에 의하여 검출된다. 여기에서, 충전 개시전, 즉 금형 캐비티 내에 섬유집합체가 충전되어 있지 않은 상태에서는 금형 캐비티(C)로 섬유집합체의 취입구(E)로부터 바이패스 통로(R)까지 원활하게 반송 공기 흐름이 흐른다. 이 때, 한쪽에서는 섬유집합체의 취입구(E)에는 송풍기(3)로부터 공기 흐름이 가압 상태에서 공급되고 있다. 또한, 다른 쪽에서는 상기 취입구(E)에 대향(對向)하는 측의 바이패스 통로(R)로부터 배풍기(16)에 의하여 공기가 흡인되고, 금형 캐비티 내에는 공기의 통과 저항이 되는 섬유집합체(1)가 아직 충전되어 있지 않다.

따라서, 충전 개시 전에는 섬유집합체의 취입구(E)로부터 바이패스 통로(R)까지의 압력차는 작다.

그러나, 금형 캐비티 내에 섬유집합체(1)가 충전되어감에 따라, 충전된 섬유집합체가 공기의 통과 저항체를 형성하기 시작하면서, 공기의 통과 저항이 서서히 상승된다. 이에 따라, 섬유집합체의 취입구(L)에서 바이패스 통로(R)까지의 반송 공기 흐름의 압력 손실이 커지고, 그로써 점차 섬유집합체의 취입구에서 바이패스 통로(R)까지의 압력차는 커진다. 즉, 일방의 섬유집합체의 취입구측에서는 충전된 섬유집합체가 공기 흐름에 대한 저항체로서 작용하므로, 충전이 진행됨에 따라 공기 흐름이 악화되어 압력 상승을 초래하는 결과가 된다. 이 때문에, 충전 개시때보다도 그 압력치(압력계 P1 및/또는 P2 로 검출됨)는 10∼100 mmAq 정도 증가한다. 또한, 다른 한 쪽의 배풍실 측의 압력치(압력계 P3로 검출됨)는 금형 캐비티(C)에서 배풍실(10)로의 공기 흐름이 서서히 감소한 결과, 부압(負壓)이 되어 초기의 압력 검출치보다도 1O ∼ 1OO mmAq 정도의 압력이 내려간다.

이렇게 하여, 압력치의 변화를 감시함으로써 금형 캐비티(C)내부에 섬유집합체(1)가 완전히 충전된 것을 검출하는 것으로, 충전 완료의 판단은 상기 압력계(P1 ∼ P3)의 압력 검출치가 앞서 실험 등으로 구해 놓은 설정치에 달했는가의 여부로 판단한다. 또한, 이러한 판단은 작업자가 압력계(P1 ∼ P3)가 가리키는 압력치를 육안으로 감시하여 행할 수 있다. 그러나, 일반적으로는 공지의 자동제어기기를 사용하여 압력계(P1 ∼ P3)로부터의 압력 검출치를 전기신호로 번환하고, 상기 전기신호에 의하여 충전 완료를 자동적으로 판단하는 제어방식으로 하는 것이 바람직하다. 단, 충전 완료의 판단기준이 되는 압력 설정치는 금형캐비티(C)로 충전하는 섬유집합체(1)의 부피 밀도, 캐비티의 크기, 금형 캐비티(C)에 취입되는 공기 압력 등의 조건에 따라 변화되기 때문에, 이들 조건에 맞게 미리 실험 등으로 구해 놓을 필요가 있다.

다음으로, 종래의 공기 취입에 의한 섬유집합체의 충전 방식에 있어서, 「섬유집합체를 수반하는 기류의 풍속이 커지는 금형 캐비티(C)의 중심부에서는 섬유 집합체가 과잉 충전되고, 한편으로 풍속이 중앙부와 비교하여 상대적으로 작아지는 측면부에서는 섬유집합체가 충분히 충전되기 힘들다」는 문제가 있는 것은 앞서 설명한 바와 같다. 이 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 이하에서 설명하

는 수단을 취하고 있으므로, 이에 관하여 도 3 을 참조하면서 상세하게 설명하기로

한다.

도3(a ∼ e)은 금형 캐비티(C)로의 섬유집합체의 충전 상황을 나타내는 도1 의 부분 평면도이다. 또한, 상기 도면은 설명을 알기 쉽게 하기 위하여 모식적으로 나타낸 것이고, 또한 상기 도면에서 섬유 집합체는 해칭(사선)으로 표시하였다.

여기에서 (a)도는 종래의 공기 휘입법에 의한 충전 상황을 도시한 것으로서, 섬유집합체(1)를 수반하는 기류의 풍속 분포는 도면과 같이 중앙부에서 크고측면부는 작게 되어 있다. 이 때문에, 섬유집합체(1)의 충전은 금형 캐비티(C)의 중앙부에서 많이 행해지고, 측면부는 그다지 행해지지 않는다고 하는 사태가 야기된다. 이러한 상황을 해결하기 위하여, (b)도에서와 같이 섬유집합체가 충전되기 어려운 금형 캐비티의 측면부에 미리 섬유집합체를 채워 넣는다. 그러나, 이러한 방법은 인력과 여분의 공정을 필요로 하는 것이 분명하므로 성형비용의 상승을 초래하여 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는, 금형 캐비티(C)에서 배출되는 공기의 풍속 분포를 유로 단면 내에서 균일화시켜 놓고, 이를 위한 수단으로서(C)∼(E)도면에서와 같이, 정류부재(整流部材;17)를 설치해 놓는다. 이러한 정류부재(17)로는 개구판, 허니콤(honey comb)판, 금망, 직편물, 다공성이면서 통기성을 갖는 소결체 등을 사용할 수 있으며, 또한 이것들을 복수 종류 및/또는 복수 개 조합하여 사용할 수도 있다. 나아가, 그 재질은 금속, 세라믹, 플라스틱 등을 사용할 수 있다.

즉, 반송 공기 흐름의 배기측에서의 유속(流速)분포를(C)∼(E)도에서와 같이 평균화시킬 수 있도록, 중앙부와 측면부에서 유속 분포와는 반대로 중앙부에서 통과 저항이 크고, 측면부에서 통과 저항이 작은 성질을 갖는 부재를 사용할 수 있다. 이렇게 하여,(D)도에서와 같이, 본 발명의 방법에 의하면 섬유집합체(1)는 금형 캐비티(C)의 가장 깊은 측부터 순서대로 균일하게 충전되는 것이다.

이 때문에, 종래의 방식에서와 같이 중앙부에 섬유집합체의 충전이 몰리거나, 측면부에 미리 섬유집합체를 채워넣는 일도 없는 것이다.

나아가, 본 발명의 기타 실시형태는 금형 캐비티(C)의 공기 흡인면에 저항부재를 형성하고, 공기 흡인면에서의 섬유집합체의 부피 밀도를 원하는 부피 밀도로 제어하도록 해놓는다. 이러한 저항부재(18)로는 정류부재(17)와 동일한 재료를 사용할 수 있다. 단, 상하 금형(6 및 8)에는 가열 공정이 가해지므로, 플라스틱을 사용할 때는 내열성과 내구성을 고려해야 하고, 또한 금형면과 평행되게 하는 필요상, 굽힘 가공(bending)이 용이한 판 형상의 재료를 사용하는것이 바람직하다.

여기에서, 상기 저항부재(18)의 작용에 대하여(E)도를 참조하면서, 이하

에서 상세히 설명하기로 한다. 본 발명자들은 공기 취입법으로 섬유집합체를 채워넣는 방법에서는 섬유집합체의 취입 압력에 비해 흡인 압력이 크면 금형의 흡인면에 있어서 섬유집합체의 충전 밀도가 상승된다는 사태가 발생하는 것을 알게 되었다.

금형 캐비티(C)에 취입된 섬유집합체는 금형 캐비티의 가장 깊은 곳에 닿고 이 가장 깊은 곳으로부터 퇴적되기 시작하나, 이 닿은 면(저항부재(18)를 형성한 면)에서는 도 1 에서와 같은 배풍기(16)에 의한 흡인력이 동시에 작용하고 있다. 또한, 이 흡인력은 금형 캐비티(C)의 측면부와 비교해도 흡인력이 강하다. 따라서, 닿은 면에 퇴적되는 섬유집합체의 부피 밀도는 부득이 커지지 않을 수 없다. 그래서 본 발명의 실시형태에서는 흡인력이 커지는 면(닿은 면에 해당함)에 저항부재(18)를 설치하고, 다른 부분(측면에 해당함)보다 흡인력을 저하시켜 놓는다. 이렇케 함으로써 금형 캐비티(C)의 측면부에서는 닿은 면부에 비하여 상대적으로 흡인력이 강하고, 섬유집합체의 충전이 어려운 측면부에서도 섬유집합체를 원하는 부피 밀도로 충전시킬 수 있게 된다는 지극히 현저한 효과를 얻게 되는 것이다.

또한, 금형 캐비티(C)의 흡인면에 저항부재(18)를 부착함과 동시에, 금형 캐비티(C)의 외측에서 흡인하는 흡인력을 섬유집합체의 충전 공정 중에 바꾸어, 금형 캐비티에 충전되는 섬유집합체를 원하는 충전 밀도로 제어할 수도 있다.

즉, 금형 캐비티의 흡인면의 풍속을 충전 초기에는 작게 해놓음으로써 초기의 충전 밀도가 높아지는 것을 막는 방법이다.

이를 위한 수단으로서, 흡인 작용원이 되는 배풍기(16)의 구동 모터의 회전수를 인버터로 컨트롤하는 방법, 또는 바이패스 통로(R)와 배풍기(16)간에 풍량 컨트롤용 댐퍼(damper)를 부착하는 등의 방법을 채용할 수 있다. 또한, 금형 캐비티(C)의 상하면에서는 후술하는 바와 같이 금형을 압축함으로써 소정의부피 밀도로 제어되므로 이러한 대책을 필요로 하지 않는다.

이상에서 설명한 방법을 채용함으로써, 금형 캐비티(C)의 각 부위에 섬유집합체(1)를 원하는 부피 밀도로 충전시킬 수 있고, 필요에 따라 충전 완료를 상기 압력계(P1 ∼ P3)로 확인했다면, 곧바로 섬유집합체(1)의 충전을 정지시키고 다음 공정으로 들어간다. 즉, 금형 캐비티 내에 소정의 섬유집합체를 완건히 충전시킨 후, 섬유집합체의 취입구를 막고 상하 금형(6 및 8)을 액추에이터(7 및 9)를 작동시켜 압축 방향으로 이동시키고, 섬유집합체를 소정의 부피 밀도로까지 압축시켜 채워넣는 공정을 완료한다.

나아가, 상술한 상기 금형 캐비티(C)에 충전된 섬유집합체를 성형하기 위하여, 열풍 및/또는 냉각풍을 송풍하기 위한 송풍장치(12)가 설치되고, 상기 송풍장치(12)에서 하금형 캐비티(C)와 바이패스 통로(R)의 하면으로 송풍실(11)에서 가열공기 및/또는 냉각공기가 보내진다. 또한, 냉각공기로는 통상적으로 실온 상태에 있는 공기를 적절하케 사용할 수 있으나, 어느 정도의 비용 상승을 허용한다면 냉각장치에 의해 강제적으로 냉각한 공기를 사용할 수도 있다. 또한, 금형 캐비티(C)와 바이패스 통로(R)의 상면(上面)에는 배풍실(13)이 설치되고, 상기 상면에서 열풍 및/또는 냉각풍이 배풍기(14)에 의하여 배풍되는 구성으로 되어 있다. 여기에서, 본 발명의 열풍 및/또는 냉각풍으로서는, 공기를 사용하는 것이 용이하게 얻을 수 있다는 점, 및 성형 비용을 저감할 수 있다는 점에서 바람직하나, 질소 등의 기체를 사용할 수도 있다.

[산업상 이용 가능성]

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 금형의 승온 시간을 최단으로 하고, 또한 성형시에 금형 캐비티에 충전된 섬유집합체 중을 관통하는 열풍의 편향적 흐름 또는 풍압의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다. 그리고, 이러한 효과에 의하여 성형 반점이 없는 품질이 우수한 성형품을 얻을 수 있다는 매우 현저한 효과를 올리게 된다.

본 발명은 합성섬유의 권축 단섬유로 이루어지는 매트릭스 중에 상기 단섬유보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 혼입된 섬유집합체를 쿠션 구조체로 전환하기 위한 성형 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 통기성을 갖는 금형의 캐비티 내로 개섬시킨 섬유집합체를 반송 공기 흐름에 수반시켜 충전하고, 상기 금형 캐비티에 충전된 섬유집합체를 소정의 부피 밀도로 압축하고, 압축된 섬유집합체 중으로 열풍을 관류시켜 바인더 섬유를 가열 용융시킨 후 섬유집합체 끼리를 부분적으로 상호 융착시키고, 다시 냉각풍을 관류시켜 냉각시킴으로써, 융착부를 고화(固化)결합시켜 쿠션 구조체를 얻는섬유집합체의 성형 방법이다.

본 발명에서는 쿠션 구조체를 성형하기 위한 성형시간과 우수한 품질을 얻기 위하여, 상기 섬유집합체를 쿠션 구조체로 전환시키기까지 가열 및 냉각시킬 때,가열시킬 때까지의 단계에서는 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻기 위하여 압축대(壓縮代)를 남기고 1회 이상 금형을 압축하고, 이어서 냉각공정에서는 쿠션 구조체의최종 형상을 얻게 되는 위치까지 1회 이상 금형을 압축한다. 이로써 섬유집합체의 열수축을 완화하고, 이어서 압축대 부분을 다시 금형으로 압축함에 의해 설계·한 대로의 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻을 수 있다.

나아가 본 발명에서는, 상기 금형 캐비티의 상하면을 실질적으로 제외한 측면 외주부를 둘러싸듯이 하여 열풍의 바이패스 통로를 형성시켜, 금형 캐비티에 충전된 섬유집합체 중으로 열풍을 관류시킴과 동시에 상기 바이패스 통로에도 동시에

열풍을 통과시키는 것을 특징으로 한다. 이로써 종래의 방법으로는 성형시간을 단축하면 금형의 측면부에서의 섬유집합체가 불충분하게 되어 층분한 품짙의 쿠션구조체를 얻을 수 없었던 것이, 충분히 가열되게 되어 품질이 우수한 쿠션 구조체를 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 상기 금형 캐비티에 대한 섬유집합체의 충전이 진행됨

에 따른, 반송 공기 흐름의 압력변화를 검출하고, 상기 압력 변화치가 금형 캐비티내로의 섬유집합체의 충전 완료를 나타내는 설정치에 달한 시점에서 금형 캐비티내로의 섬유집합체의 충전을 정지시키는 것을 특징으로 한다. 이로써, 섬유집합체의 금형 캐비티의 충전 완료가 자동적으로 검출되고, 미리 금형 캐비티에 충전된 섬유집합체의 양을 칭량할 필요가 없게 되고, 성형 시간의 단축과 공정의 간략화를 가능케 한다.

Claims (7)

1. 합성섬유의 권축 단섬유로 이루어지는 매트릭스 중에 상기 단섬유보다 낮점을 갖는 바인더 섬유가 분산 혼입된 섬유집합체를 성형하기 위하여, 통기갖 는 금형의 캐비티 내에 개섬된 상기 섬유집합체를 반송 공기 흐름에 수반시켜 충전하고, 상기 금형 캐비티에 충전된 섬유집합체를 소정의 부피 밀도로 압, 압축된 섬유집합체 중에 열풍을 관통시켜 바인더 섬유를 가열 용융시켜서 집합체끼리를 부분적으로 상호 융착시키고, 또한 냉각풍을 관류시켜 냉각함으로써 융착부를 고화 결합시켜서 쿠션 구조체를 얻는 섬유집합체의 성형 방법에 있어서, 상기 섬유집합체를 쿠션 구조체로 전환시킬 때까지 가열 및 냉각시킬 때, 가열시킬 때까지의 단계에서는 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻기 위하여 압축대를 1 회 이상 금형을 압축하고, 이어서 냉각공정에서는 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻게되는 위치까지 1 회 이상 금형을 압축하여 섬유집합체의 열수축을 완화하고, 이어서 압축대 부분을 금형에서 압축하는 것에 의해 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻고, 또한 열풍을 섬유집합체중의 관류시킬 뿐 아니라 섬유집합체외의 바이패스 통로에는 동시에 유통시키는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 성형 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 금형 캐비티에 섬유집합체를 충전시킴에 따른 반송 공기 흐름의 압력 변화를 검출하고, 상기 압력 변화치가 금형 캐비티 내로의 섬유집합체의 충전이 완료되었음을 나타내는 설정치에 도달한 시점에서 금형 캐비티 내로의 섬유집합체의 충전을 정지하는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 성형 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 금형 캐비티 내의 공기를 외측에서 흡인하고, 반송 공기에 의하여 금형 캐비티로 섬유집합체를 취입하는 측의 취입 공기 흐름의 압력의 상승치 및, 금형 캐비티의 외측을 흡인하는 흡인 압력의 하강치를 검출하여, 상기 취입 압력과 흡인 압력의 압력차에 의해 금형 캐비티로 충전하는 섬유집합체의 분량을 제어하는 섬유집합체의 성형 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 금형 캐비티의 외측으로부터 흡인되는 공기의 흐름을 정류(整流)하는 정류부재를 설치하여, 상기 금형 캐비티로부터 배출되는 공기의 풍속 분포를 유로 단면 내에서 균일화하는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 성형 방법.
5. 제2항에 있어서, 금형 캐비티의 공기 흡인면에 저항부재를 설치하여, 공기 흡인면에서의 섬유집합체의 부피 밀도를 원하는 부피 밀도로 제어하는 섬유 집합체의 성형 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 금형 캐비티의 의측으로부터 흡인되는 흡인력을 섬유집합체의 충전 공정 중에 변화시켜, 금형 캐비티에 충전되는 섬유집합체를 원하는 충전 밀도로 제어하는 섬유집합체의 성형 방법.
7. 합성섬유의 권축 단섬유로 이루어지는 매트릭스 중에 상기 단섬유보다 낮은 융점을 갖는 바인더 섬유가 분산 혼입된 섬유집합체를 성형하기 위하여, 열처리장치내에서 통기성을 갖는 금형의 캐비티 내에 개섬된 상기 섬유집합체를 반송공기 흐름에 수반시켜 충전을 행한 직후에, 상기 금형 캐비티에 충전된 섬유집합체를 소정의 부피 밀도로 압축하고, 압축된 섬유집합체 중에 열풍을 관통시켜 바인더 섬유를 가열 용융시켜서 섬유집합체끼리를 부분적으로 상호 융착시키고, 또한 냉각풍을 관류시켜 냉각함으로써 융착부를 고화 결합시켜서 쿠션 구조체를 얻는 섬유집합체의 성형 방법에 있어서, 상기 섬유집합체를 쿠션 구조체로 전환시킬 때까지 가열 및 냉각시킬 때, 가열시킬 때까지의 단계에서는 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻기 위하여 압축대를 남기고 1 회 이상 금형을 압축하고, 이어서 냉각공정에서는 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻게되는 위치까지 1 회 이상 금형을 압축하여 섬유집합체의 열수축을 완화하고, 이어서 압축대 부분을 금형에서 압축하는 것에 의해 쿠션 구조체의 최종 형상을 얻는 섬유집합체의 성형 방법.