KR100343091B1

KR100343091B1 - 고 배향성 플래시-스펀 연속 섬유로부터 로그를 형성하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100343091B1
Application number: KR1019970700831A
Authority: KR
Inventors: 아쇽 하라클랄 샤
Original assignee: 이.아이,듀우판드네모아앤드캄파니
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 2002-09-18
Also published as: WO1996005339A1; EP0775220B1; KR970704920A; DE69506264T2; DE69506264D1; CA2196759A1; JPH10503813A; ES2126309T3; EP0775220A1

Abstract

본 발명은 고 배향성 플래시-스펀 연속 섬유로부터 백와인딩 가능한 로드형 배트 또는 로그를 형성하는 것에 관한 것이다. 섬유는 방사구(91)의 출구로부터 터널(92)을 통해 2단계 발산 노즐(120) 내로 안내되어, 수집부(150) 내에서 질서 정연하게 수집되도록 감속되게 된다. 본 발명은 로그의 형성을 개시하기 위한 배출부(181) 내의 팽창 가능 블래더(185)와, 가스 방출구(152)를 통해 불어져 나오는 섬유의 발생을 감소시키기 위한 수집부(150) 내의 메쉬 스크린(155)도 포함한다.

<대표도>

도2

Description

고 배향성 플래시-스펀 연속 섬유로부터 로그를 형성하는 장치 및 방법{Apparatus and Method for Making Logs from Highly Oriented Flash-Spun Continuous Fibers}

<발명의 분야>

본 발명은 방사구(spinneret)로부터 고 배향성 플래시-스펀 연속 백와인딩 가능 섬유(highly oriented flash-spun continuous backwindable fiber)를 통상적으로 로그(log)라 칭하는 로드형 배트(rod-shaped batt)의 형태로 수집하는 것에 관한 것이다.

<발명의 배경 및 요약>

과거에는, 섬유가 배트로 공급되는 단부에 대향한 단부로부터 배트 내의 섬유가 해사(unwound)될 수 있도록, 방사구로부터의 플래시-스펀 연속 섬유를 로그라 칭하는 로드형 배트의 형태로 수집하는 것이 바람직하였다. 이를 통상적으로는 백와인딩 가능한 것이라고 칭한다. 예컨대, 미국 특허 제3,413,185호, 제3,417,431호 및 제3,600,483호 모두는 이러한 로그를 형성하는 방법을 기재하고 있다. 요약하면, 이러한 로그를 형성하는 방법은 방사구로부터의 섬유를 천공된 관형 수집관 내에서 수집하는 단계를 포함한다. 섬유가 그 수집관 내에 수집됨에 따라, 도관의 형상, 즉 로드형 배트의 형상을 취한다. 중합체 섬유와 함께 방사구로부터 배출되는 용제는 플래시 증발하여 도관 내로 팽창함으로써, 섬유를 로그로 압축하고 로그를 도관 내에서 전방으로 가압하며 도관의 외주의 가스 방출구를 통해 빠져나간다.

상기 참조 문헌에 있어서, 방사구는 그 출구에서 터널을 포함하지 않는다는 것을 알아야 한다. 미국 특허 제3,081,519호(블레이드즈 등) 및 제3,227,794호(앤더슨 등)에 기재된 바와 같이, 터널은 섬유 강도(fiber tenacity)에 상당한 영향을 미친다. 미국 특허 제4,352,650호(마샬)는 약 4.2 gpd 내지 약 5.2 gpd까지 섬유 강도를 증가시키기 위한 터널 구성의 최적화를 논의하고 있으며, 여기서 섬유 강도는 방사구의 출구에서 적정 크기의 터널을 사용함으로써 1.3 내지 1.7배만큼 증가되는 것으로 기재되어 있다. 따라서, 로드형 배트에 대하여 터널을 사용하여 높은 섬유 강도를 얻는 것이 매우 바람직하게 된다.

그러나, 섬유를 로그로 수집할 때, 방사구의 하류측에서의 고속 가스에 의해 생성되는 난류를 감소시키거나 이를 방지하기 위하여, 용제 증기의 팽창 제트는 완전하고 신속하게 팽창되어야 하는 것으로 오랫동안 여겨져 왔다. 이러한 난류는 섬유가 로그로 수집되기 이전에 섬유를 닥치는 대로 와해시키려고 하며, 섬유가 수집될 때 섬유는 무질서하게 된다. 이에 의해 섬유는 생성된 로그가 백와인딩(backwind)되기 곤란할 정도로 얽히게 된다. 백와인딩이 더욱 용이하도록 더욱 질서 정연하게 구성된 로그를 형성하기 위하여, 섬유가 여전히 팽창된 상태로 유지되면서 수집되는 것이 훨씬 양호하다.

종래의 로그 형성 방법의 다른 결점은 섬유가 팽창 가스에 의해 섬유 수집관을 따라 위치된 가스 방출구를 매우 빈번하게 순간적으로 빠져나간다는 것이다. 이러한 조건은 플래시-스펀 섬유의 망상 섬사 구조(plexifilamentary structure)의연속성을 손상시켜, 로그를 구성하는 플래시-스펀 섬유의 백와인딩 중에 매우 빈번한 섬사 파단을 초래한다. 더구나, 가스 방출구를 빠져나온 섬유는 생성된 로그의 표면 상에 대량의 축방향 리브 형태로 연속적인 흠집을 남긴다. 이러한 축방향 리브는 수집관을 통한 로그 이동 저항을 예측 불가능하게 변화시킨다. 이러한 조건으로 인해, 생성된 로그는 품질이 일관되지 못하다.

종래 기술의 로그 형성 장치의 다른 문제점은 로그 형성 방법을 개시하기 위하여 수집관 출구에 있는 기계식 게이트(gate)이다. 상기 게이트는 시동 중에 섬유를 매우 빈번하게 파지하여, 시동 고장을 초래하고 생산 비용을 증가시킨다.

종래 장치가 갖는 또 다른 문제점은 수집관을 빠져나가는 로그에 저항을 제공하는 고무 가스켓 등의 기계적 마찰 요소이다. 명백하게는, 로그가 수집관으로부터 원활하게 연속적으로 전진하는 방식으로 배출되는 것이 양호하다. 그러나, 이러한 기계적 장치는 수집 장치의 작동 중에 배출율을 조절하거나 수정하기에는 미숙하고 신뢰성이 없으며 적합하지 않다.

명백하게는, 요구되는 것은 종래 기술에서의 고유한 문제점 및 결점을 극복하는 장치 및 방법이다. 특히, 요구되는 것은 로그로 형성될 때 고강도의 고 배향성 플래시-스펀 연속 백와인딩 가능 섬유를 생산하는 로그 형성 장치이다. 본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부 도면과 이하의 본 발명의 상세한 설명을 참조할 때 당해 기술 분야의 숙련자에게는 명백해질 것이다.

본 발명의 목적은 수집관 내에서의 섬유의 수집 이전에 가스 및 섬유를 점차적으로 감속시키기 위하여 섬유 및 고속 가스를 수용하도록 배열된 노즐부 내로 비교적 고속인 가스 기류에 의해 이동하는 연속 섬유를 수집하는 장치의 설비에 의해 성취된다. 노즐부는 발산하는 내부 윤곽(diverging internal contour)을 가지는데, 노즐부는 약 20°이하의 발산 절반 각도를 가지며, 수집관은 외주를 통해 가스를 방출하고 섬유를 중심 통로에서 로드형 배트로 수집하도록 배열된다.

또한, 본 발명의 목적은 비교적 고속인 가스 기류에 의해 수집관 내로 이동하는 연속 섬유를 수집하는 장치의 설비에 의해 성취된다. 섬유는 중심 통로에서 로드형 배트로 형성되며, 중심 통로를 통해 로드형 배트가 이동하는 속도를 제어하기 위하여 중심 통로를 제한하도록 수집관의 출구에 제한 장치가 연결된다.

<도면의 간단한 설명>

본 발명의 상기 및 다른 목적은 양호한 실시예의 상세한 설명에 의해 완전히 이해될 것이다. 이하의 설명과 관련하여 첨부 도면은 본 발명을 보다 명확하게 이해할 수 있게 한다.

도1은 통상의 종래 기술인 로그 형성 장치의 길이 방향 단면도이다.

도2는 본 발명에 따른 개량형 로그 형성 장치의 양호한 실시예인 것을 제외하고는 도1과 유사한 길이 방향 단면도이다.

도3은 본 발명의 장치의 노즐부의 확대 길이 방향 단면도이다.

도4는 도2의 선 3-3을 따라 취한 개량형 로그 형성 장치의 횡단면도이다.

도5는 본 발명의 특별한 특징을 나타내도록 일부분이 제거된 상태의, 배출부의 단부의 분해 사시도이다.

<종래 기술의 장치의 설명>

도1을 참조하면, 참조 부호 50으로 나타낸 장치는 종래 기술의 장치의 대표적인 것이다. 장치(50)는 복수개의 가스 방출구(57)를 구비하는 관형 수집 챔버(55)를 포함한다. 섬유는 방사구(41)로부터 넓게 발산하는 원추형 전이부(transition portion, 42)를 통해 수집 챔버(55) 내로 이송된다. 섬유 수집은 수집 챔버(55)의 출구를 폐쇄하도록 하방으로 선회하는 기계식 게이트(61)에 의해 개시된다. 일단 섬유 배트가 형성되면, 게이트(61)는 배트가 수집관(55)의 출구 외부로 이동하도록 개방된다. 실제로, 배트의 형성은 배트의 만족스러운 개시를 위한 기계식 게이트(61)의 개방 속도보다 더 빠르다.

수집관(55) 외부로의 배트의 이동은 수집관(55)의 내부보다 약간 작은 크기로 된 일련의 고무 가스켓(65)에 의해 감속된다. 그러나, 로그의 크기 및 매끄러운 정도에 따라, 로그는 수집관(55)으로부터 여러 속도로 이동할 수 있다.

<양호한 실시예의 상세한 설명>

도면 중 특히 도2, 도3 및 도4를 참조하면, 플래시-스펀 연속 백와인딩 가능 섬유를 형성하는 장치의 양호한 실시예가 참조 부호 100으로 나타나 있다. 장치(100)는 종래의 플래시-스피닝(flash-spinning) 장치(90)의 방사구(91)에 있는 출구 터널(92)에 부착된다. 장치(100)는 3개의 부분, 즉 1) 참조 부호 120으로 나타낸 노즐부와, 2) 참조 부호 150으로 나타낸 수집부와, 3) 참조 부호 180으로 나타낸 배출부를 포함한다. 3개의 부분(120, 150, 180)은, 섬유가 방사구(91)에서 스펀되어 터널(92)을 지나 장치(100)로 들어가서 노즐부(120), 수집부(15) 및 배출부(180)를 최종적으로 통과하도록, 양호하게는 단부 대 단부로 동축으로 연결된다.

노즐부(120)는 개방된 내부(122)를 갖고 터널(92)과 동축으로 배치된 개방 단부형 관(121)을 포함한다. 노즐부(120)에는 플래시-스피닝 장치(90) 및 수집부(150)에 각각 부착되도록 노즐부 단부에서 적당한 플랜지(125, 126)가 마련된다. 개방된 내부(120)는 노즐부(120)에 걸쳐 그 길이를 따라 횡단면이 원형이며, 내부(122)는 입구 단부(131)에서보다 출구 단부(132)에서 더 크다. 양호하게는, 노즐부는 입구 단부에서의 직경의 적어도 1.5배인 길이와, 양호하게는 입구로부터 출구로 발산하는 내부 윤곽을 갖는다. 이하에 설명되는 바와 같이, 발산하는 윤곽은 반드시 연속적이거나 항상 발산할 필요는 없지만, 양호하게는 직경이 감소하는 어떠한 부분도 포함하지 않는다.

개방된 내부(122)는 2개의 단계(135, 140)를 갖는 특별한 기하학적 형상을 구비한다. 제1 단계(135)는 원통형이며 그 직경의 약 0.5 내지 10배 정도로 연장된다. 양호하게는, 제1 단계(135)의 직경은 터널(92)을 떠나는 섬유가 방사구(91)로부터 노즐부(120)로의 통로의 직경에서의 계단식 변화를 "인식"하도록 터널(92)의 직경보다 크다. 이러한 계단식 변화는 양호하게는 도면에 도시된 바와 같이 90°계단이라는 것을 알아야 한다. 그러나, 장치의 축 또는 중심선에 대한 각도가 90°보다 상당히 작도록 계단식 변화를 줄 수 있다. 바꿔 말하면, 계단은 장치(100)의 축에 대해 약 45°로 연장되는 형상을 갖는 짧은 부분일 수 있다.

계단식 변화는 직선 원통형인 제1 단계(135)의 횡단면을 터널 출구와 비교함으로써 양호하게 고찰된다. 제1 단계(135)의 단면적은 터널 출구의 단면적의 적어도 1.05배, 그러나 3배 이하가 된다는 것을 알았다. 단면적에서의 계단식 증가는터널 출구 단면적의 1.1배 내지 1.8배인 것이 양호하다.

터널(92)과 노즐부(120)의 제1 단계(135) 사이의 계단식 증가는 적어도 2가지의 이점을 제공한다고 가정된다. 첫째, 터널을 빠져나가는 제트의 팽창을 방해하지 않는다. 때때로, 팽창 불충분 제트 조건은 시간에 걸친 미소한 용액 유량 변동으로 인해 발생한다. 터널(92) 출구에서의 이러한 팽창 불충분 제트에 대한 방해는, 망상 섬사 구조에서의 대량의 불량한 소섬유 라인(fibrillated line) 및 짧은 매듭점(tie point)과 같이, 스펀 섬유의 망상 섬사 구조에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.

둘째로, 터널 하류측에서의 압력 변동은 이러한 변동이 터널(92)로 재전달되기 이전에 계단식 변화에 의해 감쇠되는 것으로 여겨진다. 터널(92) 내에서의 압력 펄스는 불규칙한 섬유 품질을 나타내는 경향이 있다. 이러한 2가지 이점은, 전술한 스펀 섬유의 망상 섬사 구조에서의 대량의 불량한 소섬유 라인 등의 바람직하지 않은 결함 없이, 일관된 섬유 품질을 갖는 "로그"를 형성할 수 있게 한다.

노즐부(120)를 따라 이동할 때, 2단계의 노즐부(120)의 직선 원통형 제1 단계(135)는 터널(92)을 빠져나가는 용제 증기 제트를 제트의 축방향 운동의 방향성 및 안정성을 교란시키지 않고 2단계 노즐부(120)의 제2 단계(140)로 안내한다. 직선 원통형 제1 단계(135)의 길이는 터널(92)의 출구 직경의 약 0.5배 내지 10배이며, 양호하게는 터널(92)의 출구 직경의 1배 내지 4배이다.

2단계 노즐부(120)의 제2 단계(140)는 노즐의 원통형 제1 단계(135)로부터 출구 단부(132)로 연장된 발산 원추 형상을 구비한다. 제2 단계(140)의 발산각도(α)(절반 각도라고도 한다)는 장치(100)의 축 또는 중심선에 대해 1°내지 20°사이에서 적당하다는 것을 알았지만, 양호하게는 4°내지 12°의 범위 내에 있다. 발산하는 제2 단계(140)의 [출구 단부(132)에서의] 출구 단면적은 하류측의 수집부(150)의 단면적의 적어도 0.1배이지만 수집부(150)의 단면적보다 크지는 않다. 발산하는 부분의 출구에서의 양호한 단면적은 수집부(150)의 단면적의 0.2배 내지 0.75배이다. 또한, 양호한 실시예에서, 발산하는 제2 단계(140)의 각도는, 발산하는 제2 단계(140)가 만약 터널(92)을 향해 연장된다면 터널의 출구에서 터널(92)의 출구와 대략 동일한 치수를 갖도록 하는 것이다. 바꿔 말하면, 양호한 실시예에 있어서, 발산하는 제2 단계(140)는 터널 출구의 단면적에 대응하는 단면적을 갖는 터널 출구와 원추 형상의 연장부가 교차하도록 배열된다.

노즐부(120)는 제트가 점차적으로 감속되게 하면서 용제의 플래싱이 연속되어 완성되게 한다. 이러한 장치 하에서, 난류력은 현저하지 않으며 섬유는 허용 가능한 로그로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 개량된 설계에 있어서, 수집부(150)에서의 개량도 포함되어 있다.

종래 기술의 장치에서처럼, 수집부(150)는 외주벽에서 복수개의 가스 방출구(152)를 갖는 원통형 관(151)이다. 방출구(152)는 섬유가 방출구를 통해 빠져나가는 것을 방지하면서 용제 증기가 빠져나가도록 적당히 이격되어 적당한 크기로 되어 있다. 그러나, 본 발명에 있어서, 수집부(150)는 섬유가 관(151)의 내부로부터 쉽게 빠져나가는 것을 방지하도록 원통형 보어의 내부에 덧대어진 와이어 메쉬 스크린(wire mesh screen, 155)을 포함한다. 이처럼, 용제 증기는 종래 기술과 동일한 속도로 방출구(152)를 통해 빠져나가게 되지만, 섬유는 방출구(152)의 크기에서의 효과적인 감소로 인해 방출구를 통해 덜 빠져나갈 수 있다. 사용된 스크린은 10 메쉬 내지 200 메쉬이고, 양호하게는 35 메쉬 내지 100 메쉬이다. 특정 메쉬의 스크린에 관한 상세한 내용은 알. 에이치. 페리 및 씨. 에이치. 칠톤의 케미칼 엔지니어스 핸드북 제5판의 표 21-12에 주어져 있다. 스크린(155)은 어떠한 허용 불가의 압력 강하도 없이 가스가 빠져나가기에 충분한 개방 면적을 제공함과 동시에, 섬유가 가스와 함께 스크린(155)의 개구를 통해 빠져나가는 것을 방지한다. 이는 스크린이 없을 때 섬유가 수집관의 가스 방출구를 통해 순간적으로 빠져나가는 것으로 인해 발생할 수 있는 섬유에 대한 기계적 손상을 제거한다. 양호하게는, 수집부(150)를 통해 이동하는 로그에 대해 견고하고 마찰이 적은 표면을 제공하도록 테플론 함유 니켈로 제조된다.

수집부(150)로부터, 이제 막 형성된 섬유 로그는 배출부(180)로 통과한다. 배출부(180)는 관형부(181)의 내부에 덧대도록 배열되고 구멍이 없는 탄성 중합체 블래더(bladder, 185)를 갖는 관형부(181)로 구성된다. 관형 블래더(185)의 말단 모서리는, 관형부(181) 내에서 블래더(185)의 치수를 변경하도록 블래더(185)와 관형부(181) 사이의 환상 공간(188)이 니플(nipple, 189)을 통해 공기 또는 다른 유체를 수용하고 보유할 수 있도록 관형부(181)에 대해 적당히 밀봉된다. 환상 공간(188)에 유체가 공급됨에 따라, 블래더(185)는 통로를 제한하거나 배출부(180)의 내부 치수를 변경한다. 유체의 신속한 배출을 용이하게 하기 위하여, 블래더(185)가 관형부(181)의 내부면에 대항하여 완전히 가압되는 동안에도 유체가니플(189)을 향해 이동할 수 있도록 관형부(181)의 내부면 내로 망상 구조 또는 매트릭스 형태의 홈(191)들이 절삭된다.

로그 형성은 니플(189)을 통한 고압 공기의 충격에 의해 블래더를 와해시킴으로써 개시된다. 일단 "로그" 형성이 개시되면, 블래더는 공기압이 해제됨으로써 최초의 치수로 신속하게 복귀하게 된다. 이후에, 블래더를 통한 "로그" 이동에 대한 저항은 공정 중에 블래더를 소정 레벨로 팽창시킴으로써 제어되어서, 로그가 수집부(150)를 빠져나가는 속도를 제어한다.

수집부(150)에서의 가스 압력은 용제 증기가 빠져나갈 수 있는 방출구(152)의 크기 및 개수에 일부 좌우된다. 개방된 방출구(152)의 개수는 로그의 단부가 수집부(150) 내에서 어디에 있는가에 좌우된다. 시작 단부(섬유가 공급되는 로그 단부)가 노즐 출구에 근접하여 있다면, 압력[또는 배압(back pressure)]은 로그 단부가 배출부(180)에 더 근접한 경우에서보다 훨씬 더 높을 것이다. 따라서, 로그가 수집부(150)로부터 빠져나가게 되는 속도를 제어함으로써, 수집부(150) 내에서의 배압을 제어한다.

배압은 섬유 품질에 상당한 영향을 미치며, 섬유 품질을 유지하기 위하여 공정 중에 배압을 소정 레벨로 제어하는 것이 바람직하다. 배압이 너무 낮다면, 생산된 "로그"는 취급하기에 너무 약하다. 배압이 너무 높다면, 플래시-스펀 섬유에는 양호한 소섬유가 있지 않으며, 또한 공정은 수집관의 가스 방출구를 통해 불어져 나온 섬유로 인해 실패하기 쉽다.

따라서, 본 발명은 강도 및 세기가 큰 백와인딩 가능 섬유를 산업적으로 생산할 수 있으므로 종래 기술 장치에 비해 상당한 개선을 제공한다. 이제, 백와인딩 가능 섬유 로그는 큰 인장 강도를 제공하는 것으로 오랫동안 공지된 종류의 터널을 사용함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 장치(100)가 기재되었으므로, 장치가 사용되는 방법을 설명하기로 한다. 전술한 바와 같이, 상기 장치는 종래의 섬유 수용 및 로그 형성 장치를 대체하는 것이다. 섬유 스트랜드(fiber strand)를 스피닝하는 장치는 종래 기술의 특허에서 설명된 것과 기본적으로는 동일하다. 그러나, 종래의 로그 형성 장치와는 대조적으로, 방사구는 플래싱 용제 증기의 가속을 증진시키고 스펀 섬유의 인장 강도를 향상시키도록 방사구의 출구에서 터널을 포함한다. 섬유 스트랜드는 터널로부터 노즐부(120)로 통과하며, 노즐부에서 용제 증기의 팽창 제트를 점차적으로 감속시키는 발산 연속 팽창 장치에서 측방향 팽창이 계속된다.

섬유 스트랜드가 노즐부(120)를 지나 수집부(150)로 통과할 때, 용제 증기는 섬유가 수집될 수 있도록 상당히 감속되어 있다. 수집부(150)는 용제 증기가 수집부로부터 빠져나가도록 하는 방출구(152)를 포함한다. 섬유 스트랜드는 안정하고 적당한 로그를 형성하기에 충분한 힘에 의해 로그로 수집된다. 수집관의 외주로 이동하는 섬유의 부분은 메쉬 스크린에 의해 외주 내에서 보유되고, 메쉬 스크린은 노즐 및 터널 내에서 과도한 배압을 형성하지 않는다. 그리고 나서, 로그는 수집관 외부로 이동하여 배출부로 들어간다. 블래더는 블래더 내의 로그 및 섬유의 물리적 성질과, 섬유가 장치 내로 공급되는 속도를 기초로 하여 로그의 배출을 제어하도록 배치된다.

본 발명은 종래 장치에 대한 적어도 3가지의 개선 사항의 조합으로서 설명되었지만, 설명된 모든 개선 사항이 반드시 함께 필요한 것은 아니라는 것을 알아야 한다. 설명되고 도2에 도시된 양호한 장치의 형성과 관련하여 모두 사용되는 것이 바람직하지만, 종래 장치의 작동을 개선하기 위하여 각각이 서로 독립적으로 사용될 수 있다.

전술한 발명을 이하의 비제한적인 예에 의해 설명하기로 한다.

예 1

고밀도 폴리에틸렌의 12 중량% 용액[(HDPE --용해 지수(melt index) 0.75, 응력 멱지수(stress exponent) 1.45, 유동 수(rheology number) 46, 비 밀도(specific density) 0.957, 수 평균 분자량(number average molecular weight) 28000 및 중량 평균 분자량 135000]이 180℃ 및 10.34 MPa(1500 psi)에서 프레온-11 용제 내에서 준비되었다. 그리고 나서, 용액 압력은 플래시 스피닝 이전에 2상 용액을 생성하도록 6.41 MPa(930 psi)로 강하된다. 방사구 크기는 1.19 mm(0.047 in)였으며, 방사구 출구에 터널이 없었다. 방사구는 도1에 도시된 바와 같이 방사구 출구에서 120°로 벌어진 개구(60°절반 각도)를 통해 수집관에 연결되었다. 수집관 내경은 38.1 mm(1.5 in)이고 길이는 254 mm(10 in)였다. 가스 방출구들은 직경이 3.18 mm(0.125 in)였으며, 원주 둘레에서 18°이격되었다. 가스 방출구 열들은 도1에 도시된 바와 같이 섬유 수집관의 길이를 따라 6.35 mm(0.25 in) 이격되었고 엇갈려 있다. 수집관 내부에는 스크린이 없었다. 로그 형성 공정 동안 로그 이동에 대한 소정의 저항을 성취하기 위하여 수집관 출구에서 몇 개의 고무 가스켓이 사용되었다. 로그 형성 공정을 개시하기 위하여 출구에 기계식 게이트가 사용되었다. 전체적인 설비 조립체는 도1에 도시된 바와 같다.

시험 중에, 중합체 유량은 91 pph였다. 섬유는 수집관의 가스 방출구의 처음의 2개 내지 3개의 열을 통해 약 6.35 내지 19.05 mm(0.25 내지 0.75 in)만큼 외부로 돌출하였다. 이는 로그의 표면 상에서 대량의 축방향 라인을 생성하였고 섬유의 연속성을 손상시켰다. 또한, 섬유는 대량의 불량한 소섬유 구역을 가졌다. 웨브(web) 강도는 3.4 gpd였다.

예 2

공급된 용액 및 설비 준비는 방출구 출구에 적정 크기의 터널이 사용되었다는 것을 제외하고는 예 1과 동일하였다. 터널 출구 직경은 10.74 mm(0.423 in)였고 길이는 6.89 mm(0.27 in)였다. 중심축에 대한 터널 발산 각도는 10°였다. 터널은 수집관 내로 개방되었다.

시험 중에, 시동시 최초로 "로그"를 형성하면서 심각한 어려움에 직면하였다. "로그"가 형성된 때에도, 형성된 "로그"가 수집관으로부터 외부로 불려 나가거나 섬유가 가스 방출구로부터 외부로 불려 나가는 것으로 인해 공정은 거의 순간적으로 실패하였다.

예 3

용액 공급 및 설비 준비는 수집관 직경이 50.8 mm(2.0 in)였다는 것을 제외하고는 예 2와 동일하였다. 공정은 "로그"를 형성하였다. 그러나, "로그" 내의 섬유는 완전히 얽혔으며, 이러한 "로그"로부터의 플래시-스펀 섬유의 백와인딩은실행될 수 없었다.

예 4

용액 공급 및 설비 준비는 도2에 도시된 바와 같이 2단계 노즐이 터널 출구에 추가되었다는 것을 제외하고는 예 2와 동일하였다. 2단계 노즐의 입구 직경은 터널 출구에서 단면적을 계단식으로 증가시키도록 12.95 mm(0.51 in)였다. 노즐의 직선부의 길이는 23.62 mm(0.93 in)였다. 발산부는 중심축에 대해 4°발산 각도를 가졌다. 발산부의 출구 직경은 25.4 mm(1.00 in)였다.

시험 중에, "로그" 형성 공정의 시동시의 "로그" 형성 개시뿐만 아니라 "로그" 형성 연속 모두는 어떠한 어려움도 없이 되었다. 그러나, 공정은 수집관의 가스 방출구들 중 처음의 몇 개의 열로부터 순간적으로 돌출된 플래시-스펀 섬유로 인해 보다 민감하고 불안정하게 되는 것으로 나타났다.

후자의 문제점으로 인해, 플래시-스펀 섬유의 망상 섬사 구조의 연속성은 예 1과 유사하게 손상되었다. 그러나, 예 1과는 다르게, 본 시험 중에 생산된 웨브에는 매우 양호한 소섬유가 있었고 강도가 컸다(5.1 gpd). 또한, 대량의 불량한 소섬유 구역 등의 결함이 없었다.

예 5

용액 공급 및 장비 준비는 100 메쉬 표준 스크린이 도2에 도시된 바와 같이 수집관 내에 사용되었다는 것을 제외하고는 예 4와 동일하였다. 스크린의 사용에 의해, 예 4에서와 같은 가스 방출구 외부로 돌출한 섬유와 관련된 문제점이 제거되었다. 그러나, 섬유에는 매우 불량한 소섬유가 있었다. 섬유의 소섬유가 양호해지도록, 30 메쉬 크기의 스크린이 시도되었고 섬유를 보유하기에는 개구가 너무 크다는 것을 알았다. 50 메쉬의 스크린 크기가 본 시험에 대해 최적인 것을 알았다. 섬유가 수집관 내부에서 보유됨과 동시에 스크린 개구 크기는 가스가 과도한 압력 강하 없이 빠져나가기에 충분히 컸다. 플래시-스펀 섬유는 강도가 컸고 망상 섬사 구조에는 예 4와 마찬가지로 매우 양호한 소섬유가 있었다. 이와 동시에, 본 시험 중에 생산된 로그로부터의 섬유의 백와인딩 성능은 매우 양호하였고, 플래시-스펀 섬유의 망상 섬사 구조의 연속성도 매우 양호하였다.

예 6

용액 공급 및 설비 준비는 팽창 가능 블래더가 섬유 수집관의 출구에서 고무 가스켓 및 기계식 게이트 대신에 사용되었다는 것을 제외하고는 예 5와 동일하였다. 고무 블래더는 네오프렌 고무로 제조되었다. 블래더 벽의 두께는 약 70의 듀로미터(durometer)를 갖는 1.27 mm(0.050 in)였다. 팽창 가능 블래더를 지지하는 금속 실린더의 내부에는 공기 공급 입구 구멍을 통한 공기의 배출을 용이하게 하기 위하여 망상 구조의 홈(91)들이 마련되어 있다. 공기 공급 압력은 310.3 kPa(45 psig)이었다.

310.3 kPa(45 psig)의 공기는 로그 형성을 개시하도록 시동시 블래더에 매우 짧은 시간에 급격히 공급되었다. 공기는 블래더를 팽창시켜 섬유 수집관의 출구를 제한하고 폐쇄하도록 한다. 몇 분의 1초 내에, 공기 압력을 해제시킴으로써 블래더는 최초 위치로 다시 수축되었다. 일단 "로그" 형성이 시작되었다면 공기 압력이 블래더에 전혀 공급되지 않는 방식으로, 블래더 직경은 섬유 수집관을 빠져나가는 "로그"의 직경과 부합되었다. 그러나, 블래더는 로그가 취급하기에 너무 약할 때에는 언제나 시험 중에 약간 팽창되었다.

섬유 품질 및 "로그" 품질은 예 5에서 설명된 바와 같이 매우 양호하였다. 본 예에서, 직선 튜브 및 자전거 튜브의 짧은 부분 모두가 블래더로서 시도되었고 모두가 동등하게 매우 양호하게 기능한다는 것을 알았다.

예 7

용액 공급 및 설비 준비는 양호한 2단계 노즐이 터널 출구에서 1단계 발산 노즐로 교체되었다는 것을 제외하고는 예 6과 동일하였다. 본 노즐은 입구에서 직선 원통형 부분을 갖지 않으며 단지 원추형 발산부를 갖는다. 그러나, 터널 출구 직경 10.74 mm(0.423 in)와 비교할 때 노즐 입구 직경 12.95 mm(0.51 in)으로 인해 터널 출구에서 단면적에서의 계단식 증가가 있다. 예 6에서처럼, 노즐의 발산 각도는 중심축에 대해 4°였고, 출구 직경은 25.4 mm(1.0 in)였다.

시험 중에, 공정은 예 6에서만큼은 안정적이지 않았다("로그" 이동 속도에서의 변동). 또한, "로그" 내의 섬유는 예 6에서처럼 백와인딩 가능한 방식으로 꾸려지지 않았다.

예 8

용액 공급 및 설비 준비는 터널 입구에서의 노즐이 (예 7처럼) 직선부도 갖지 않고 (예 7과는 달리) 터널 출구에서 단면적의 계단식 변화도 갖지 않는다는 것을 제외하고는 예 7과 동일하였다. 노즐의 입구 직경은 터널 출구 직경 10.74 mm(0.423 in)와 비교할 때 11.43 mm(0.450 in)였다. 예 7과 유사하게, 발산 각도는 4°(절반 각도)였고 출구 직경은 25.4 mm(1.0 in)였다.

본 시험 중에 형성된 로그 내의 플래시-스펀 섬유의 망상 섬사 구조에는 매우 불량한 소섬유가 있었다. 본 시험은 발산 각도를 터널 발산 각도, 즉 10°와 동일한 각도까지 증가시키면서 반복되었다. 망상 섬사 구조에 있는 소섬유는 향상되었지만, 공정은 여전히 매우 만족스럽지 못하였다. 또한, "로그" 형성 공정은 불안정하게 되었다.

예 9

용액 공급 및 설비 준비는 수집관의 가스 방출구가 각각의 열 내에서 18°대신에 9°이격된 것을 제외하고는 예 6에서와 동일하였다. 스크린 크기는 50 메쉬였다.

시험 중에, 섬유는 스크린 및 가스 방출구를 통해 외부로 불려 나왔다. 이처럼, 본 시험 중에 생산된 로그는 만족스럽지 못하였다.

본 발명의 특별한 실시예가 이상의 설명에서 설명되었지만, 당해 기술 분야의 숙련자는 본 발명이 본 발명의 정신 또는 특성으로부터 벗어나지 않고 다양하게 수정, 대체 및 재구성될 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 범주를 나타내는 것으로서, 이상의 명세서를 참조하기보다는 첨부된 청구의 범위를 참조하여야 한다.

Claims

연속 섬유가 섬유 스피닝 공급원(90)으로부터 비교적 집중된 고속 가스 기류 내에서 제공되는, 연속 백와인딩 가능 섬유의 로드형 배트를 형성하는 장치에 있어서,

섬유 및 고속 가스를 수용하여 가스 및 섬유가 점차적으로 감속되도록 배치되며, 발산하는 내부 윤곽과, 입구에서의 직경의 적어도 1.5배인 길이와, 약 20°이하의 발산 절반 각도를 갖는 관을 구비하는 노즐부(120)와,

상기 노즐부로부터 섬유 및 가스를 수용하도록 배치되며, 가스를 방출시키도록 외주에 있는 수단과, 연속 섬유를 로드형 배트로 수집하는 중앙 통로를 구비하는 수집관(151)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐의 내부 윤곽은 2단계 윤곽이며, 제1 단계(135)는 직선형 실린더인 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서, 제2 단계(140)는 상기 노즐부의 축에 대해 1°내지 20°사이의 발산 각도를 갖는 발산 원추형 부분으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서, 제1 단계(135)는 상기 노즐부의 길이의 5% 이상 50% 미만이며, 상기 제2 단계(140)는 상기 노즐부의 나머지 길이로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서, 상기 노즐부(120)의 내부 윤곽은 상기 노즐부의 길이를 따라 횡단면이 원형인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐부(120)의 출구 단부와 상기 수집관(151) 사이에서 단면적의 계단식 변화가 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 플래시-스펀 가스를 방출하는 상기 수단은 수집관의 외주벽에 있는 복수개의 개구(152)로 구성되며, 수집관은 섬유가 플래시-스펀 가스에 의해 상기 개구(152)로부터 빠져나가는 것을 방지하도록 수집관 내에 배치된 10 내지 200의 메쉬 크기를 갖는 스크린(155)도 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 연속 섬유가 상기 통로를 따라 통과하는 것을 방지하도록 상기 통로를 막아, 연속 섬유 생산의 시동시 배트 형성을 개시하는 제한 수단도 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 제한 수단은 밀봉된 환상 공간(188)을 배면에서 갖고 원주 방향으로 배치된 블래더(185)와, 상기 통로를 효과적으로 제한하도록 상기 블래더를 상기 통로의 방사상 내측으로 이동시키기 위하여 상기 환상 공간 내로 유체를 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 제한 수단은, 배트가 상기 통로를 따라 진행하는 속도를 제어하기 위하여, 통로의 내부 치수를 변경하도록 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 비교적 집중된 기류 내에서 연속 섬유를 제공하는 섬유 스피닝 공급원은 플래시-스피닝 장치(90)이며, 제공된 연속 섬유는 플래시-스펀 섬유인 것을 특징으로 하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 플래시-스피닝 장치는 연속 섬유가 플래시-스펀되게 하는 방사구(91)와, 입구 및 출구를 갖는 발산 터널(92)을 포함하며, 상기 방사구는 연속 섬유를 터널 입구 내로 제공하도록 배치되고, 상기 노즐부는 터널 출구에 연결된 입구를 구비하며, 노즐 입구의 단면적은 터널 출구의 단면적의 1.05배 내지 3.0배인 것을 특징으로 하는 장치.
연속 백와인딩 가능 섬유의 로드형 배트를 생산하는 방법에 있어서,

연속 섬유를 비교적 집중된 고속 가스 기류 내에서 노즐부(120)로 제공하는 단계와,

단면적이 약 20°이하의 절반 각도로 발산하는 노즐부 내부관(122) 내에서 가스 및 섬유를 점차적으로 감속시키는 단계와,

수집관의 외주벽의 외주 개구(152)를 통해 가스를 방출하면서 섬유를 수집관(151) 내에서 배트로 수집하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 연속 섬유를 비교적 집중된 기류 내에서 제공하는 단계는, 방사구(91)를 통해, 섬유 및 플래시 가스가 노즐부(120) 내로 안내되는 터널(92) 내로 연속 섬유를 플래시-스피닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.