KR100341649B1 - 이중성분섬유제조용스피너 - Google Patents

Abstract

이중성분 섬유를 제조하기 위한 장치는 원주벽을 갖는 스피너를 포함한다. 이중성분 섬유를 원심력으로 방출시키기 위한 오리피스들이 스피너의 원주벽에 제공되어 있으며, 스피너는 배플에 의해 일반적으로 수직으로 정렬된 일련의 격실로 분할되고, 상기 배플은 원주벽 내부에서 원주방향으로 배치되어 있다. 용융된 제 1 및 2 열가소성 재료는 스피너에 공급되어 서로 다른 격실로 보내지는데, 이로써 인접한 격실들은 다른 열가소성 재료를 수용하게 된다. 각 격실에는 통로들이 제공되는데, 이 통로를 통해 각 열가소성 재료가 스피너 원주벽의 오리피스로 흘러가게 된다. 인접한 격실에 있는 통로들은 그들끼리는 물론 오리피스와도 연통하도록 되어 있어, 제 1 및 2 열가소성 재료는 서로 합쳐저 이중성분 섬유로 된다.

Description

이중성분 섬유 제조용 스피너

본 발명은 열가소성 재료로부터 이중성분 섬유를 제조하는 장치, 구체적으로 말하면, 유리, 기타 광물질 섬유 또는 폴리머 섬유와 같은 용융된 열가소성 재료의 두 스트림으로부터 이중성분 유리를 원심분리시키는 스피너 장치에 관한 것이다.

유리섬유 및 기타 열가소성 광물질은 방음재나 열절연재를 포함한 여러 응용에 유용하게 사용되고 있다. 유리섬유 절연품을 제조하기 위한 종래의 방법에는 로터리 프로세스를 이용한 유리섬유 제조방법이 있다. 단일의 용융유리 성분이 일반적으로 스피너라고 하는 원심기의 외측벽에 있는 오리피스를 통과하면서 기본적으로 짧고 곧은 유리섬유로 된다.

일반적으로 곧은 종래의 유리섬유가 변형되어 곱슬머리 모양 (나선형) 의 섬유로 사용되고 있다. 이들 섬유는, 유리 (A) 와 유리 (B) 스트림(stream) 이라고 통칭되는 두 개의 별개로 된 유리 스트림을 결합시켜, 이중유리 스트림을 원심분리시켜 곱슬머리 모양 (나선형) 의 섬유로 제조할 수 있다.

스탈레고 (Stalego) 가 획득한 미국특허 제 2,998,620 호에는 이중유리 성분으로 이루어진 곱슬머리 모양 (나선형) 의 유리섬유가 개시되어 있다. 이 스탈레고의 특허에 의하면, 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 두 유리성분을 스피너의 오리피스를 통과시켜 곱슬머리 모양의 섬유를 만들고 있다. 유리들이 일체로 정렬되어 이중유리 섬유로서 압출되어 나오면서, 섬유들이 냉각될 때 열팽창 계수의 차이로 인해 곱슬머리 모양을 갖게 된다. 스탈레고 특허의 일 실시예에서는, 수직 정렬 격실들이 스피너의 원주벽 둘레로 배치된 수직 배플에 의해 분할되어 있고, 서로 인접한 격실들에는 상이한 유리가 수용되는 스피너가 개시되어 있다. 상기 미국특허는, 배플이 스피너 원주벽과 교차하는 경우, 배플보다 넓은 오리피스를 가공해야 함을 교시하고 있다. 오리피스가 배플보다 넓기 때문에, 오리피스는 배플의 양쪽에서 두 수직격실과 연통하게 되며, 유리 (A) 와 유리 (B) 는 오리피스를 통해 스피너를 빠져나가면서 이중유리 스트림을 형성한다.

그러나, 상기 종래기술은, 이중유리 또는 다른 열가소성 섬유를 만들기 위해 용융유리의 이중 스트림의 공급을 개선시켜야 할 필요가 있다.

본 발명은 유리섬유와 기타 광물질 섬유와 같은 열가소성 재료로부터 절연품용 섬유를 제조하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 별개의 열가소성 재료 성분을 갖는 용융된 열가소성 재료의 두 스트림 (stream) 으로 부터 이중성분 섬유를 원심분리시키는 스피너에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 이중성분 섬유를 제조하는 장치의 개략도.

도 2 는 본 발명의 실시에 사용되는 섬유형성기/스피너의 단면도.

도 3 은 도 2 의 선 3-3 을 따라 취한 스피너의 일부분에 대한 부분 단면 평면도.

도 4 는 도 3 의 선 4-4 을 따라 취한 스피너의 부분 개략도.

도 5 는 스피너에 있는 V 형 오리피스의 부분 단면도.

도 6 은 스피너에 있는 Y 형 오리피스의 부분 단면도.

도 7 은 유리 (A, B) 를 위한 격실과 디바이더를 보여주는, 스피너 내부에서 본 사시도.

본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해결키 위한 것으로서, 본 발명에 따르면, 이중성분 섬유를 만들기 위하여 인접한 격실로부터 통로를 통해 용융된 다른 열가소성 재료를 공급받는 일련의 오리피스가 스피너 원주벽에 제공된다. 본 명세서에서 " 유리섬유" 와 " 유리성분" 이라는 용어에서, " 유리" 는, 일반적인 유리는 물론, 암석, 슬래그 및 현무암과 같은 유리질 광물질도 포함함을 의미한다. 열가소성 재료와 열가소성 섬유에는, 유리와 다른 광물질 섬유외에, 폴리에스테르 섬유 및 폴리프로필렌 섬유와 같은 폴리머 재료의 섬유도 포함된다.

본 발명의 일태양에 의하면, 이중성분 섬유를 제조하기 위한 장치가 제공되는데 이 장치는 원주벽을 갖는 스피너를 구비한다. 이 스피너는 이중성분 섬유를 원심력으로 방출시키기 위한 오리피스들을 그의 원주벽상에 구비하며, 또한 상기 스피너는, 그의 원주벽의 내부에서 원주방향으로 배치된 배플들에 의해 일반적으로 수직으로 정렬된 일련의 격실로 분할된다.

상기 스피너에는, 용융된 제 1 및 2 열가소성 재료가 적절한 수단에 의해 공급된다. 예컨데, 재료가 유리라면, 두 용융유리를 공급하기 위해 상기 수단으로서 용해로 및 전로를 사용할 수 있다. 상기 스피너에는, 제 1 열가소성 재료를 일방의 격실로 보내고 제 2 열가소성 재료를 나머지 격실들로 보내어, 서로 인접하는 격실이 다른 열가소성 재료를 수용하도록 하기 위한 디바이더가 설치된다.

각 격실에는 통로가 있는데, 용융된 열가소성 재료가 이 통로를 통해 스피너 원주벽에 있는 오리피스로 흐르게 된다. 제 1 및 2 열가소성 재료를 하나로 합쳐 이중성분 섬유로 만들기 위해, 서로 인접한 격실에 있는 통로들은 그들끼리는 물론 오리피스와도 연통하도록 되어 있다.

인접한 격실에 있는 인접한 통로들은 바람직하게는 함께 V 또는 Y 형을 이루게 된다. 인접하는 격실에 있는 이들 통로들은 스피너 주위벽에 대한 법선으로부터 약 20°∼45° 의 각도로 모이는 것이 바람직하다. 상기 통로의 치수는, 용융된 열가소성 재료가 격실에서 형성되도록 설정된다. 서로 인접한 격실에 있는 상기 통로들이 실질적으로 동일한 직경과 길이를 갖고 있어, 용융된 두 열가소성 재료는 실질적으로 같은 양으로 오리피스에 들어간다. 그러나, 두 열가소성 재료의 비율에 따라 상기 통로의 직경과 길이를 다르게 할 수도 있다.

상기 스피너와 디바이더는, 스피너 원주벽의 중간에 위치하는 일반적으로 수평인 플랜지를 구비한다. 이 디바이더는 일반적으로 수직의 내부벽을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상기 내부벽에는, 용융된 제 1 열가소성 재료를 하나씩 거른 격실들에 공급하고 제 2 열가소성 재료는 나머지 격실들에 공급하기 위한 일련의 오리피스가 분리되어 구비되어 있다.

본 발명의 한 바람직한 일 실시예에서, 열가소성 재료로는 유리가 있으며, 이중유리 섬유를 만들기 위해 스피너는 서로 다른 두 용융유리를 받아들이도록 되어 있다.

따라서, 본 발명의 특징은, 이중성분 섬유를 만들기 위해 서로 인접한 격실로부터 통로들을 통해 용융된 다른 열가소성 재료를 공급받는 스피너 원주벽에 일련의 오리피스를 제공한다는 것이다. 이러한 특징과 기타 특징은 첨부된 도면과 관련하여 설명한 이하의 상세한 설명으로부터 잘 알 수 있을 것이다.

본 발명은 비단 곱슬머리 모양(나선형)의 섬유같은 다른 종류의 이중섬유를 제조하는 장치뿐만아니라, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌 같은 열가소성 재료로 이루어진 이중성분 섬유를 제조하는 장치에도 적용되는 것으로 이해해야 하나, 이하에서는 불규칙한 형상의 이중유리 섬유를 제조하는 장치에 관해 상술한다.

도 1 에서 보는 바와 같이, 불규칙한 모양의 유리섬유로 이루어진 절연품은 회전섬유성형과 팩열세팅(pack heat setting) 공정으로 제조할 수 있다. 서로 구별되는 용융된 유리성분 (유리 A 및 B) 는 노 (10) 와 전로 (forehearth: 12) 로부터 회전 섬유형성기 (14) 에 공급된다. 상기 유리들은 다른 기계적 특성들을 갖고 있기 때문에, 냉각되면 직선이 아닌 불규칙한 모양을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 기계적 특성의 차이로서는, 예컨데 열팽창 계수의 차이, 용융점의 차이, 점도의 차이 또는 기계적 강도의 차이를 들 수 있다. 상기 섬유형성기로 제조된 불규칙한 모양의 유리섬유와 같은 이중유리섬유의 베일 (veil:18) 은 컨베이어 (도시 안됨) 밑에 형성된 진공에 의해 울팩 (wool pack:20) 으로서 컨베이어 (16) 위에 집결된다.섬유형성기 옆에 있는 송풍기 (22) 에서 나오는 공기나 가스에 의해 섬유들은 컨베이어 (16) 위로 날려 가면서, 냉각 및 가늘게 되고 불규칙한 모양을 갖게 된다.

다음에 울팩은 경우에 따라, 약 700 ∼ 1000 ℉ (371 ∼ 593 ℃) 의 열세팅 온도에서 오븐 (24) 을 통과하게 된다. 이 열세팅 온도는, 섬유가 형성된 후에 섬유냉각 과정을 지연시켜 섬유형성 과정에서 생긴 열의 일부를 보유함으로써, 또는 열세팅 오븐 (24) 에서 섬유를 재가열시킴으로써 얻을 수 있다. 오븐을 통과할 때 상기 울팩 (20) 은 상부 컨베이어 (26) 와 하부 컨베이어 (28), 그리고 에지 가이드 (도시 안됨) 에 의해 그의 모양이 이루어진다. 오븐 (24) 안에 있을 때 유리섬유는 균일한 가열을 위해 고온가스의 흐름을 받을 수도 있다. 섬유들이 컨베이어 (26, 28) 에 의해 구속되면 압축을 받게 된다. 섬유들이 열세팅 온도로 가열되면 응력이 완화되어 울팩은 요구되는 모양을 갖게 된다. 10 분이 지나면 울팩은 절연재 (30) 가 되어 오븐 (24) 을 나가게 된다.

여기서 알아야 할 것은, 열세팅은 본 발명의 선택적인 양태라는 것이다. 본 발명이 참고로 하고 있는 Schelhorn 등에 의한 미국특허 제 5,277,955 호에서도 교시되어 있는 것처럼, 울팩을 외부 플라스틱층으로 캡슐화시킬 수도 있다. 또한, 울팩은 스팃칭 (stitching), 니들링 (needling) 또는 하이드로 인탱글먼트 (hydro-entanglement) 을 포함한 기타 제조기술로 처리할 수도 있다.

도 2 에서 보는 바와 같이, 스피너 (60) 는 스피너 원주벽 (64) 과 스피너 바닥벽 (62) 을 갖고 있다. 스피너는 공지된 바와 같이, 주축 (66) 상에서 회전한다. 스피너가 회전하면 용융된 유리는 원심력을 받아 스피너 원주벽 (64) 에 있는오리피스를 통과하면서 일차 섬유 (68) 가 된다. 이 일차 섬유 (68) 는 환상 버너 (70) 에 의해 유연하고 가늘게 된다. 스피너 (60) 의 내부에 열을 가하기 위해 내부 버너 (도시 안됨) 를 사용할 수도 있다. 통로 (74) 를 통해 유입되는 공기를 사용하는 환상 송풍기 (72) 는 일차 섬유 (68) 를 끌어내면서 더 가늘게 하여, 울절연재에 적합한 이차 이중유리섬유 (76) 로 만든다. 다음에 불규칙한 모양의 이중유리섬유는 울팩으로 성형되기 위해 (도 1 에서 보는 바와 같은) 컨베이어 위로 집결된다.

두 개의 다른 용융 유리의 스트림 (stream), 즉 유리 (A) 를 포함하는 제 1 스트림 (78) 과 유리 (B) 를 포함하는 제 2 스트림 (80) 이 스피너 (60) 의 내부로 들어간다. 도 2 에서 보는 바와 같이, 스트림 (78) 의 유리는 스피너 바닥벽 (62) 에 직접 떨어져, 원심력에 의해 스피너 원주벽 (64) 쪽으로 흘러가서 유리 (A) 의 헤드를 형성하게 된다. 용융된 유리의 스트림 (80) 에 있는 유리 (B) 는 스트림 (78) 보다 스피너 원주벽 (64) 에 더 가까이 있게 되며, 스트림 (80) 의 유리 (B) 는 스피너 바닥에 도달하기 전에 먼저 수평 플랜지 (82) 위에 떨어진다. 이렇게 해서 유리 (B) 의 의 빌드업(build-up) 또는 헤드(head)가 수평 플랜지 (82) 위에서 형성되게 된다.

도 3 과 도 7 을 참고하면, 스피너 (60) 안에는 수직 내부벽 (84) 이 있는데, 이 벽은 일반적으로 원주방향을 따르고 있으며 스피너 원주벽 (64) 으로부터 반경방향 내측에 배치된다. 스피너 원주벽 (64) 과 수직 내부벽 (84) 사이에 배치된 일련의 수직 배플 (86) 은 스피너 원주벽과 수직 내부벽 사이의 공간을 일반적으로 수직방향으로 정렬된 일련의 격실 (88) 로 분할하는데, 이 격실은 실질적으로 스피너 원주벽 (64) 의 전체 높이에 걸쳐 형성된다. 한 격실이 유리 (A) 를 포함하면 그에 인접한 격실은 유리 (B) 를 포함하도록 되어 있으며, 유리는 내부벽 (84) 에 있는 슬롯 (89) 을 통해 격실 (88) 로 들어간다. 수평 플랜지 (82), 수직 내부벽 (84) 및 배플 (86) 은 함께, 유리 (A, B) 를 각 격실 (88) 안으로 유도하여 모든 다른 격실은 유리 (A) 를 포함하고 나머지 격실은 유리 (B) 를 포함하도록 하는 디바이더 (devider) 를 구성한다.

스피너 원주벽 (64) 에는 오리피스 (90) 가 있다. 이 오리피스 (90) 는 수직 배플 (86) 의 반경방향 외측에지와 정렬하면서 그에 인접해 있다. 도 4, 7 에서 보는 바와 같이, 일련의 통로 (92,93) 가 각 격실 (88) 에 배치되어 있는데, 용융된 열가소성 재료가 상기 통로를 지나게 된다. 바람직하게 상기 통로들은 배플 (86) 의 양 측면과 인접하게 배치되며, 또한 그들끼리는 물론 원주벽 (64) 에 있는 오리피스 (90) 와도 연통하도록 각도를 이루면서 형성되어 있다.

도시된 바와 같이, 통로 (92, 93) 들은 일반적으로 수직 방향으로 정렬되며, 인접한 격실 (88) 에 있는 유리 (A) 와 (B) 가 동일한 유동길이를 갖도록 그의 치수가 설정되어 있다. 이렇게 함으로써, 유리 (A, B) 가 나란히 오리피스 (90) 를 빠져 나갈 때 각 섬유에 대해 유리 (A) 와 (B) 의 양이 거의 동일하게 된다. 만약 유리 (A) 와 (B) 의 양이 달라야 함이 요구될 때는, 두 유리의 유량을 다르게 하여 이중성분섬유에서 상기 유리성분의 비율이 같지 않게 되도록 통로 (92, 93) 의 크기를 설정하면 된다. 어떤 경우에는 두 유리성분의 비율을 다르게 하는 것이 바람직할 때가 있다. 또한, 각 격실에 있는 통로의 크기를 변하게 하여, 형성된 이중성분 섬유에서 유리 (A) 와 (B) 의 비율을 다르게 할 수도 있다.

전형적으로 통로 (92, 93) 의 직경은 약 0.010 ∼ 0.040 인치 (0.25 ~ 약 1.0 mm) 이며, 바람직하게는 약 0.015 ~ 약 0.025 인치 (0.38 ~ 약 0.63 mm) 이다. 통로의 갯수는 스피너 원주벽의 높이에 따른다. 격실 (88) 로 유입하는 용융 유리의 유량과 통로의 갯수 및 크기는 각 격실의 통로를 덮는 용융 유리의 " 헤드 (head)" 가 형성되도록 선정된다.

오리피스 (90) 와 통로 (92, 93) 는 레이저 드릴링, 방전밀링 (EDM) 또는 전자빔 드릴링과 같은 드릴링 기술을 사용하여 스피너 원주벽에 가공할 수 있다. 도 5, 6 에서 보는 바와 같이, 통로 (92,93) 는 수직방향에 대해 약 20° ∼ 45° 의 각을 이루면서 스피너 원주벽에 형성되어 있다. 주어진 각도에 따라, 통로 (92,93) 는 도 5 의 V 형 또는 도 6 의 Y 형으로 될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명에 대해 단지 예시적인 것으로, 본 발명의 범위를 이탈함이 없이, 상기 방법과 장치에 대해 변형이 가능하다.

Claims (12)

1. (a) 내부 및 외부표면을 갖는 원주벽 (64) 과, 그리고 이중성분 섬유 (76) 를 원심력으로 방출시키기 위한 오리피스 (90) 들이 상기 원주벽의 외부표면에 구비된 스피너로서, 상기 원주벽의 내부에 배치된 배플 (86) 에 의해 일련의 격실 (88) 로 분할되는 스피너 (60) 와,

   (b) 용융된 제 1 및 2 열가소성 재료를 상기 스피너 (60) 에 공급하기 위한 수단 (10, 12) 과,

   (c) 상기 용융된 제 1 열가소성 재료를 격실 (88) 중의 일방으로 보내고, 제 2 열가소성 재료를 나머지 격실 (88) 들에 보내기 위한 디바이더 (82, 84) 및,

   (d) 상기 격실 (88) 로 부터 원주벽 (64) 을 통과하여 오리피스 (90) 와 연통하므로써, 상기 용융된 열가소성 재료를 스피너 (60) 의 원주벽의 외부표면에 있는 오리피스 쪽으로 유동케하는 통로 (92, 93) 로서, 인접하는 격실에서 서로 인접해 있는 상기 통로들은 서로 각을 이루면서 격실로 부터 뻗어 있어, 그들끼리는 물론 오리피스와도 연통하는 통로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중성분 섬유 제조용 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 2 열가소성 재료가 용융된 제 1 및 2 유리 (78, 80) 인 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 인접하는 격실로 부터 뻗는 인접한 통로 (92, 93) 들이 함께 V 형을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 인접하는 격실로 부터 뻗는 인접한 통로 (92, 93) 들이 함께 Y 형을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 인접하는 격실로 부터 뻗는 인접한 통로 (92, 93) 들이 약 20°∼45°의 각도로 모이는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 통로 (92, 93) 의 직경이 약 0.010 인치 (0.254 mm) ∼ 0.040 인치 (1.016 mm) 인 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 통로 (92, 93) 는, 상기 격실 (88) 내에 용융된 열가소성 재료의 빌드업(build-up)을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 서로 인접한 격실로 부터 뻗는 상기 통로 (92, 93) 들이 실질적으로 동일한 직경과 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 디바이더 (82, 84) 가, 스피너 원주벽 (64) 의 중간에 배치되는 일반적으로 수평인 플랜지 (82) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 디바이더 (82, 84) 는 일반적으로 수직인 내부벽 (84) 을 추가로 구비하며, 상기 내부벽은, 용융된 제 1 열가소성 재료를 격실 (88) 중의 일방으로 공급하고 제 2 열가소성 재료는 나머지 격실 (88) 들에 공급하기 위한 일련의 오리피스 (89) 를 분산하여 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 3 항에 있어서, 상기 디바이더 (82, 84) 가, 스피너 원주벽 (64) 의 중간에 배치되는 일반적으로 수평인 플랜지 (82) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 4 항에 있어서, 상기 디바이더 (82, 84) 가, 스피너 원주벽 (64) 의 중간에 배치되는 일반적으로 수평인 플랜지 (82) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.