KR100487264B1

KR100487264B1 - 공기캐논,절단섬유재료의수집및적층장치,및절단스트랜드매트를형성하는방법

Info

Publication number: KR100487264B1
Application number: KR10-1998-0708839A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 에프 헤이즐러; 크리스토퍼 제이 클레멘츠; 케네쓰 엠 베리
Original assignee: 오웬스 코닝 캐나다 인코오포레이티드
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2005-09-01
Also published as: KR20000010729A

Abstract

주입콘 (116), 공기 증폭기 (104) 및 배출콘 (124) 을 서로 합체하여 형성된 공기 캐논 (100) 은 절단 섬유를 수집하여 이 절단 섬유를 주입콘 (124) 의 배출 단부 (126) 를 지나서 이동하는 수집면 (102) 혹은 웨브에 가세적으로 적층시킨다. 바인더는 얻어진 절단 섬유의 매트 (172) 에 도포되고, 이 바인더는 에너지를 가하여 활성화되고, 처리된 얻어진 매트 (182) 는 압축되고, 냉각되고 롤링되어 절단 스트랜드 매트 패키지 (194) 를 형성한다. 넓은 매트를 위해서 공기 캐논 (100) 의 하나 이상의 열 (130) 이 이동 수집 웨브를 따라서 연장한다. 각 열 (130) 의 공기 캐논은 공기 캐논 (100) 간의 간섭을 감소시키기 위해 L-형 지지 로드 (136) 에 의해서 웨브의 상류-라인과 하류-라인으로 교대로 향해지고 이 로드 (136) 는 일반적으로 수평인 레그와 일반적으로 수직인 레그 (136H, 136V) 를 구비하며, 이 레그는 상류-라인과 하류-라인 방향으로 각각 예각 및 둔각 (140, 142) 으로 서로 분리된다. 또한 공기 캐논 (100) 은 L-형 지지 로드 (136) 의 일반적으로 수평인 레그 (136H) 의 회전에 의해서 웨브를 교차하는 공기 캐논 (100) 의 조준 방향을 변화시키도록 개별적으로 조절될 수 있다. 공기 캐논 (100) 은 절단 섬유를 상기 웨브로 가세적으로 향하게 하여 정전기에 기인한 힘과 형성 후드 (170) 내에서의 난류 공기 흐름을 억제한다.

Description

공기 캐논, 절단 섬유 재료의 수집 및 적층 장치, 및 절단 스트랜드 매트를 형성하는 방법 {AIR CANNON, APPARATUS OF COLLECTING AND DEPOSITING CHOPPED FIBROUS MATERIAL, AND PROCESS FOR FORMING A CHOPPED STRAND MAT}

본 발명은, 일반적으로 절단 섬유 재료의 수집에 관한 것이고, 특히 이러한 섬유 공급원으로부터 절단 섬유를 수집하고 통상적으로 절단 스트랜드 매트라 칭하는 결합된 절단 섬유 재료의 비직조 웨브로 처리될 상기 절단 섬유를 수집면에 적층하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 일반적으로 광물 섬유 재료 및 유기 섬유 재료를 포함하는 다양한 섬유 재료에 적용가능하지만, 여기에서는 특히 적용가능하고 시초에 적용된 유리 섬유와 관련하여 설명한다.

유리 필라멘트와 같은 섬유 재료의 연속 스트랜드는, 예컨대 단열용으로 사용된 재료와 같은 매트를 제조하기 위해서 대향하는 코안다 효과 표면 (Coanda effect surface) 을 사용하여 수집되고 분산되었다. 이러한 장치의 예는 미국 특허 제 4,300,931 호, 제 4,466,819호 및 제 4,496,384호에 개시된다. 이러한 연속 스트랜드는 이 스트랜드가 코안다 효과 표면을 지나가기 전에 스트랜드에 도포되거나 분무되는 사이징 (sizing) 또는 바인더로 코팅되기 때문에 전형적으로 습윤 상태로 처리된다.

이러한 연속 섬유와는 달리, 절단 섬유는 건조하여 이들의 처리 중에 정전기가 실질적으로 축적될 수 있다. 따라서, 절단 섬유가 처리되는 경우, 정전기를 없애거나 억제시키기 위한 장치가 통상적으로 제공된다. 불행히도, 정전기 억제 장치는 건조한 절단 섬유를 처리하는 장치에 경비를 추가시키고 유지의 관점에서 그 자체의 문제를 야기한다.

비록 그렇다 하더라도, 결합된 절단 유리의 비직조 웨브 즉, 절단 스트랜드 매트는 오랫동안 제조되어 왔다. 제조에서의 시작 단계는 절단 유리를 수집하고 이동 수집면에 이것을 적층시키고 얻어진 절단 유리의 매트를 처리하여 절단 스트랜드 매트를 제조하는 것이다. 절단기는 수집면을 둘러싸는 형성 후드 위에 배치되고 절단기는 절단 유리를 후드의 정점부에 있는 개구를 통하여 형성 후드에 제공하여 절단 유리 기류가 수집면쪽을 향하게 한다. 공기 노즐은 유리 기류를 분산시키기 위해서 유리 기류쪽으로 경사 진다.

수집면에 절단 유리를 균일하게 분산시키기 위해서 노즐은 구부러지고 각각의 절단기로 주입되는 유리 스트랜드의 함량은 조절된다. 수집면은 작은 구멍이 있고 이것을 통하여 공기가 빠져서 절단 유리의 균일한 분포를 돕고 수집면으로 유리를 끌어당긴다. 불행히도, 섬유를 수집면에 균일하게 분산시키기 위한 이러한 노력이 항상 성공적이지는 않다.

따라서, 절단 섬유를 이러한 섬유 공급원으로부터 수집하고 절단 섬유가 균일하게 분산되도록 수집면에 이러한 절단 섬유를 적층시켜서 절단 스트랜드 매트로 잘 처리되도록 하는 개선된 장치가 필요하다. 바람직하게는, 이러한 장치는 종래의 절단 섬유의 처리와 관련된 형성 후드에서의 난류 공기 흐름과 정전기의 문제를 극복할 것이다.

발명의 개요

이러한 필요성은 본 발명의 장치와 방법에 의해서 충족되며, 여기에서 주입콘, 공기 증폭기 및 배출콘이 서로 합체하여 공기 캐논을 형성하고 공기 캐논은 절단 섬유를 수집하고, 이 절단 섬유를 배출콘의 배출 단부를 지나서 이동하는 수집면 또는 웨브에 가세적으로 적층한다. 바인더는 얻어진 절단 섬유의 매트에 도포되며, 이 바인더는 열과 같은 에너지가 가해져 활성화될 수도 있고 처리된 얻어진 매트는 압축되고, 냉각된 후 롤링되어 절단 스트랜드 매트 패키지를 형성한다. 넓은 매트를 위해서, 하나 이상 바람직하게는 다수의 공기 캐논으로 이루어진 1 또는 2 이상의 열 (bank) 이 이동 수집 웨브에 걸쳐서 연장된다. 다수의 공기 캐논을 포함하는 열의 공기 캐논은 이들 사이의 간섭을 줄이도록 웨브의 상류-라인 (up-line) 과 하류-라인 (down-line) 을 교대로 향하도록 되며 또한 웨브를 교차하는 공기 캐논의 조준 방향을 변화시키기 위해서 개별적으로 조절될 수 있다. 공기 캐논은 절단 섬유를 웨브로 가세적으로 향하게 하는데 이에 의해서 정전기에 기인한 힘과 형성 후드 내에서의 난류 공기 흐름을 극복한다.

본 발명의 일 양상에 따라서, 절단 섬유 재료를 수집하고 수집된 절단 섬유 재료를 이동 수집면에 적층시키는 공기 캐논은, 그 사이에서 통로를 구성하며 주입구와 배출구를 구비하는 증폭기를 포함한다. 공기 증폭기는 공기 오리피스를 통하여 공기 증폭기의 통로에 들어오는 압축 공기에 의해서 구동된다. 주입콘의 배출 단부는 공기 증폭기의 주입구에 인접하여 배치되고 주입콘의 주입 단부는 절단 섬유를 수집한 후 이것을 증폭기로 향하게 한다. 배출콘의 주입 단부는 공기 증폭기의 배출구에 인접하여 배치되고 배출콘의 배출 단부는 절단 섬유를 이동 수집면으로 향하게 한다. 본 발명의 작업 실시예에서, 주입콘과 배출콘은 절두원추 (frustum of a circle cone) 형상이 되고, 주입콘의 주입 단부는 주입콘의 배출 단부보다 더 크며, 배출콘의 배출 단부는 배출콘의 주입 단부보다 더 크다.

공기 증폭기는 최소 내경을 가지며, 주입콘의 배출 단부는 그러한 최소 내경의 0.75 배 내지 1.25 배의 크기가 되는 것이 바람직하다. 주입콘의 배출 단부는 또한 오리피스로부터 약 1/32 인치 (0.8㎜) 내지 약 1/2 인치 (12.7㎜) 범위의 거리로 이직되는 것이 바람직하다. 공기 증폭기의 배출구는 최소 외경을 가지며 배출콘의 주입 단부는 그러한 최소 외경의 1.00 배 내지 1.25 배의 크기가 된다. 공기 증폭기, 주입콘 및 배출콘의 대칭축선 A 는 서로 일직선으로 정렬되며 바람직하게는 공기 증폭기, 주입콘 및 배출콘의 대칭축선 A 는 약 0.125 인치 내에서 서로 일직선으로 정렬된다. 공기 캐논에 의한 절단 섬유의 적절한 주입을 위해서, 일반적으로 일직선으로 정렬된 주입콘, 공기 증폭기 및 배출콘의 대칭축선 A 는 섬유가 절단 섬유의 공급원으로부터 배출될 때 절단 섬유의 속도 벡터의 45°이내에 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라서, 절단 섬유 재료를 수집하고 이동 수집면 상에 수집된 절단 섬유를 적층시키는 장치는, 이동 수집면에 걸쳐서 탑재된 공기 캐논의 하나 이상의 열을 포함한다. 상기 열 (bank) 은, 그들 사이의 간섭을 감소시키도록 서로에 대하여 배치된 하나 이상 바람직하게는 다수의 공기 캐논을 포함한다. 본 발명의 작업용 실시예에서, 다수의 공기 캐논의 인접한 공기 캐논 사이의 간섭을 감소시키기 위해서, 상기 장치는 다수의 공기 캐논을 탑재시키는 일반적으로 L-형인 다수의 로드를 또한 포함한다. L-형 로드는 공기 캐논을 이동 수집면의 이동에 대하여 상류-라인과 하류-라인으로 교대로 향하게 하도록 형성된다. L-형 로드는 지지 프레임에 탑재된 일반적으로 수평인 레그와, 공기 캐논이 고정된 일반적으로 수직인 레그를 구비한다. 공기 캐논의 상류-라인/하류-라인 방향의 교대 실시를 위해, L-형 로드는 이것의 일반적으로 수평인 레그와 일반적으로 수직인 레그 사이에서 예각 및 둔각을 교대로 갖는다.

탑재 로드의 일반적으로 수평인 레그는 이동 수집면의 교차 방향에서의 공기 캐논의 이동을 위해서 지지 프레임에서 회전하도록 탑재된다. 조절 아암은 L-형 로드의 일반적으로 수평인 레그와 수직인 레그와 수직 레그에 고정된 공기 캐논의 회전 위치를 조절하기 위해서 일반적으로 수평인 레그에 고정된다. 고정 장치는 조절 아암을 고정하여 일반적으로 수평인 레그가 바람직한 위치에 있게 하기 위해서 조절 아암과 합체된다. 작업용 실시예에서, 고정 장치는 타원형 홀을 통과하는 아이 볼트 (eye bolt) 와 이러한 아이 볼트에 선회가능하게 탑재된 캠레버 (cam lever) 를 포함한다. 캠레버는 일 위치로 이동되어, 타원형 홀과 아이볼트에 의해서 한정된 경계내에서의 조절 아암의 이동을 위해서 조절 아암을 이완시킨다. 고정된 위치에서, 탑재 로드의 조절을 유지하고 이에 의해서 공기 캐논의 교차 방향 위치를 유지하기 위해서 캠레버는 조절 아암을 지지 프레임에 고정한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따라서, 절단 스트랜드 매트를 형성하는 방법은, 섬유 재료의 스트랜드를 절단하는 단계와, 이동 수집면에 대해서 이 절단 스트랜드를 분산시키고 가세하기 위해서 이 절단 스트랜드를 하나 이상의 공기 캐논을 통과시키는 단계와, 이 절단 스트랜드에 바인더를 도포하는 단계와, 이 바인더를 활성화시키기 위해서 에너지를 가하는 단계와, 활성화된 바인더와 절단 스트랜드의 결합물을 압축하는 단계와, 활성화된 바인더와 절단 섬유의 결합물을 냉각하여 연속적인 절단 스트랜드 매트를 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 연속적인 절단 스트랜드를 롤링하여 패키지를 형성하는 단계를 추가로 포함할수도 있다. 이동 수집면에 대해서 절단 스트랜드를 분산시키고 가세하기 위해서 상기 절단 스트랜드를 하나 이상의 공기 캐논에 통과시키는 단계는, 절단 스트랜드를 두 개 이상의 공기 캐논을 통과시키는 단계를 포함할 수도 있고, 이러한 방법은 두 개 이상의 공기 캐논을 이동 수집면에 대해서 상류-라인과 하류-라인으로 교대로 정렬하는 단계를 추가로 포함한다. 절단 섬유를 수집면에 더 균일하게 분산시키기 위해서, 상기 방법은 두 개 이상의 공기 캐논 각각을 이동 수집면을 교차하는 범위내에서 선택적으로 향하게 하도록 두 개 이상의 공기 캐논을 탑재하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

본 발명의 추가의 다른 양상에 따라서, 절단 섬유 재료를 수집하고 이 수집된 절단 섬유를 이동 수집면에 적층시키는 방법은, 절단 섬유를 수집하기 위한 주입 단부와 배출 단부를 구비한 주입콘에 절단 섬유를 수집하는 단계와, 수집된 절단 섬유를 주입콘의 배출 단부로부터 공기 증폭기의 주입구로 향하게 하는 단계와, 섬유를 공기 증폭기의 배출구로부터의 배출콘을 통하여 이동 수집면에 분산시키는 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명의 장치와 방법의 목적은, 얻어진 절단 섬유의 매트를 절단 스트랜드 매트로 처리하기 위해 이동 수집면 상에의 절단 섬유의 적층을 개선시키고, 주입콘, 공기 증폭기 및 배출콘을 포함하는 공기 캐논에 의해서 이동 수집면 상에의 절단 섬유의 적층을 개선시키며, 표면에 따라서 탑재된 공기 캐논의 하나 이상의 열을 사용하여 이동 수집면 상에의 절단 섬유의 적층을 개선시키고, 표면에 걸쳐서 탑재된 공기 캐논의 하나 이상의 열을 사용하여 이동 수집면 상에의 절단 섬유의 적층을 개선시키는 것이며, 여기서 공기 캐논의 하나 이상의 열 내에 있는 공기 캐논은 교차 방향에서 조절가능한 이들 공기 캐논 사이의 간섭을 감소시키기 위해서 상류-라인과 하류-라인으로 교대로 향해진다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 발명의 상세한 설명, 첨부하는 도면 및 청구의 범위로부터 자명해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따라 실시 가능한 공기 캐논 (air cannon) 의 사시도이다.

도 2 는 도 1 의 공기 캐논의 정면도이다.

도 2a 는 도 1 및 도 2의 공기 증폭기의 단면도이다.

도 3, 도 4 및 도 5 는 도 1 및 도 2 에 도시된 공기 캐논의 열을 포함하는 장치의 각각의 정면도, 평면도 및 측면도이다.

도 6 은 섹션 라인 6-6 을 따라서 취해진 도 3 ∼ 도 5 에 도시된 공기 캐논의 열의 상류-라인으로 향해진 공기 캐논의 단면도이다.

도 7 은 섹션 라인 7-7 을 따라서 취해진 도 3 ∼ 도 5 에 도시된 공기 캐논의 열의 하류-라인으로 향해진 공기 캐논의 단면도이다.

도 8 은 도 3 ∼ 도 5 에 도시된 공기 캐논의 크로스-매트 (cross-mat) 위치를 조절하는 조절 아암을 도시한다.

도 9 는 본 발명에 따라서 절단 스트랜드 매트를 제조하는 기기의 개략적인 측면도이다.

본 발명이 상세한 설명 및 바람직한 실시예

설명은 도면을 참조하여 이루어질 것이고, 여기서 도 1 및 도 2 는, 공기 캐논 (100) 의 열로 또는 단독으로 절단 유리 섬유와 같은 절단 섬유화 재료를 수집하고, 수집된 절단 섬유를 도 3 ∼ 도 5 및 도 9 에 도시된 바와 같은 이동 수집면 (102) 상에 적층시키는 공기 캐논 (100) 을 도시한다. 공기 캐논 (100) 은 공압식으로 작동되는 공기 증폭기 (104) 를 포함하고 이 증폭기는 이것을 관통하는 통로 (106) 를 구성하고 주입구 (108) 와 배출구 (110) 를 갖는다. 공기 증폭기 (104) 는 압축 공기 공급원 (113) 으로부터 공기 주입구 (112) 로 주입되는 압축 공기에 의해서 구동되며 (도 5 참조), 압축 공기는 주입구 (112) 를 통하여 환상 챔버 (112a) 로 들어가서 오리피스 (114) 를 통하여 높은 속도로 공기 증폭기 (104) 의 통로 (106) 로 나온다 (도 2a 참조).

압축 공기는, 공기 증폭기 (104) 의 내면 (104a) 의 일부에 의해서 구성된 환상의 코안다 프로파일 (Coanda profile; 112c) 에 접촉하면서 흐르는 일차 공기 기류 (112b) 가 된다. 일차 공기 기류 (112b) 에 의해 저압 영역 (104b) 이 생성되어, 주변의 공기가 공기 증폭기 (104) 안으로 큰 체적유량으로 유입하게 된다. 공기 증폭기 (104) 로서 사용될 수 있는 공기 증폭기는 다수의 제조업체로부터 상업적으로 입수 가능하다. 당해 출원의 본 발명의 작업용 실시예를 위해서, 오아이호주 시시네티의 엑스에어 코포레이션 (Exair corporation) 으로부터 구입한 모델 넘버 6034 로 인증된 공기 증폭기가 20 PSIG (138kPa) 와 100 PSIG (689 kPa) 사이로 조절된 압축 공기 공급원에 의해서 가동되었다.

다시 도 1 및 도 2 를 참조하면, 공기 캐논 (100) 은 주입콘 (116) 을 포함하며, 이 주입콘은 공기 증폭기 (104) 의 주입구 (108) 에 근접하여 위치된 배출 단부 (118) 와 배출 단부 (118) 보다 큰 주입 단부 (120) 를 갖고 있다. 주입콘 (116) 의 주입 단부 (120) 는 절단 섬유를 수집하여 공기 증폭기 (104) 로 향하게 한다. 배출콘 (124) 또는 분산기의 주입 단부 (122) 는 공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 에 인접하여 위치되며, 배출콘 (124) 의 배출 단부 (126) 는 절단 섬유를 이동 수집면 (102) 으로 향하게 한다. 주입콘 (116) 과 배출콘 (124) 은 그 길이에 따라서 연장하는, 나이트라이드 스테인레스강의 절두원추 형상으로 구성하는 것이 바람직하다. 다른 기하학적 형상의 콘이 본 발명에 사용될 수 있는 것은 자명하다.

도 1, 도 2, 도 6 및 도 7 에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 주입콘 (116) 은 공기 증폭기 (104) 에 직접 부착되지 않으며, 공기 증폭기 (104) 의 통로 (106) 에 대한 절단 섬유의 충돌을 감소시켜 공기 증폭기 (104) 의 내면 (104a; 도 2a 참조) 에 대한 마찰 마모를 감소시키도록, 받아들여진 절단 섬유를 공기 증폭기 (104) 의 주입 영역으로 안내하도록 크기와 위치가 결정된다. 공기 증폭기 (104) 의 주입구 (108) 는 최소 내경 (MID) 을 갖고 주입콘 (116) 의 배출단부 (118) 는 바람직하게는 공기 증폭기 (104) 의 최소 내경 (MID) 의 약 0.75 배 내지 1.25 배이다. 주입콘 (116) 의 측벽의 각도는 주입콘 (116) 의 축선 A에 대하여 약 0°와 45°사이에서 변할 수 있다. 또한, 주입콘 (116) 의 배출단부 (118) 는 1/32 인치 (0.8㎜) 내지 약 1/2 인치 (12.7㎜) 범위의 거리만큼 공기 오리피스 (114) 로부터 이격되는 것이 바람직하다.

공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 는 최소 외경 (MOD) 을 갖고 배출콘 (124) 의 주입 단부 (122) 는 바람직하게는 공기 증폭기 (104) 의 최소 외경 (MOD) 의 약 1.00 배 내지 약 1.25 배의 크기가 된다. 도시된 바와 같이, 배출콘 (124) 은, 배출구 (110) 를 구성하는 공기 증폭기 (104) 단부의 적어도 일부 위에 끼워맞춤되는 연장부 (128) 를 포함한다. 그러나, 다른 탑재 구성이 가능하며, 예컨대, 배출콘 (124) 은 배출콘 (124) 의 주입구 (122) 가 공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 로부터 약 1.5 인치 (3.81 cm) 까지 이격되도록 탑재될 수 있다. 배출콘 (124) 의 측벽의 각도는 배출콘 (116) 의 축선 A 에 대하여 약 0°와 10°사이에서 변할 수 있다.

공기 증폭기 (104), 주입콘 (116) 및 배출콘 (124) 의 대칭축선 A 는 서로 일반적으로 일직선으로 정렬된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 대칭축선 A 는 완전히 일직선이다. 이러한 정렬이 바람직한 반면에, 주입콘 (116) 과 배출콘 (124) 의 대칭축선 A 가 공기 증폭기 (104) 의 대칭축선 A 의 약 0.125 인치 (3.2㎜) 내에서 일직선으로 정렬된 경우에 공기 캐논 (100) 은 바람직하게 작동한다. 섬유가 섬유 절단기 (fiber chopper) 와 같은 절단 섬유 공급원으로부터 배출될 때 일반적으로 직선으로 정렬된 증폭기, 주입콘 (116) 및 배출콘 (124) 의 대칭축선 A 가 절단 섬유의 속도 벡터 V (도 1 참조) 의 약 45°이내이고, 주입콘 (116) 의 주입 단부 (120) 가 섬유 절단기로부터의 배출물의 약 18 인치 (45.7㎝) 이내에 위치되는 경우에, 공기 캐논 (100) 의 바람직한 작동이 본 발명의 작업 실시예에서 관찰되었다.

압축 공기가 공기 증폭기 (104) 에 공급되는 경우에, 절단 섬유와 주위 공기는 주입콘 (116) 안으로 주입된다. 주입콘 (116) 은 공기 증폭기 (104) 의 마찰 마모를 줄이고 사용 시간을 연장하기 위해서 공기 증폭기 (104) 에 충돌하는 섬유의 수를 실질적으로 감소시키면서, 주위의 공기와 섬유를 공기 증폭기 (104) 의 통로로 안내한다. 공기 증폭기 (104) 는 공기 캐논 (100) 을 통하여 공기와 절단 섬유를 이송하기 위한 원동력을 만든다. 배출콘 (124) 은 공기 증폭기 (104) 로부터 흘러나오는 공기와 절단 섬유의 감속 및 분산을 제어한다. 배출콘 (124) 의 배출 단부 (126) 는 절단 섬유를 표면 (102) 으로 향하게 하기 위해서 이동 수집면 (102) 에 조준된다. 난류 공기 흐름과 정전기가 공기 캐논 (100) 의 사용으로 억제될 수 있어, 절단 섬유는 수집면 (102) 에 균일하게 적층되고 정전기 억제 장치는 필요하지 않는다.

표면 (102) 과 같은 넓은 이동 수집면에 걸쳐서 절단 섬유를 적층시키기 위해서, 공기 캐논 (100) 의 하나 이상의 열 (130) 이 표면 (102) 에 걸쳐서 탑재된다 (도 3 및 도 4 참조). 공기 캐논 (100) 의 하나 이상의 추가 열 (130) 이 표면 (102) 상에 적층되는 절단 섬유 매트의 두께를 증가시키기 위해서 설치될 수 있고, 공기 캐논의 두 개의 열 (130) 은 도 9 에 간략하게 도시된 기기에 나타나 있다. 상기 열이 단일 공기 캐논을 포함하고 일련의 열이 표면 (102) 에 걸쳐서 서로 엇갈리게 배치될 수도 있지만, 바람직하게는 상기 열은 표면 (102) 에 걸쳐서 일렬로 탑재되고 그들 사이에서의 간섭을 줄이도록 서로에 대하여 상대 위치된 다수의 공기 캐논 (100) 을 포함한다. 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 7 개의 공기 캐논 (100) 이 상기 열 (130) 에 포함되고, 물론 공기 캐논과 표면 (102) 의 크기에 따라서 7 개 이상 또는 이하의 공기 캐논이 사용될 수 있다.

이동 수집면 (102) 은 구멍이 있어서 공기는 예컨대 송풍기 (131) 에 의해서 표면 (102) 을 통하여 주입되어 (도 9 참조), 표면 (102) 상에의 절단 섬유의 적층을 어느 정도 돕고 더욱 중요하게는 주입된 공기는 공기 캐논 (100) 으로부터 회수된다. 표면 (102) 은 화살표 (132) 에 의해 지시된 바와 같이 열 (130) 의 상류-라인으로부터 하류-라인으로 이동한다 (도 4 및 도 5 참조). 도 3 및 도 4 에 도시된 7 개의 공기 캐논 (100) 의 열 (130) 에서, 공기 캐논 (100) 으로부터의 공기의 흐름과 절단 섬유의 흐름간에 간섭을 감소시키기 위해서 4 개의 공기 캐논 (100A, 100C, 100E, 100G) 은 상부 라인으로 향하고 3 개의 공기 캐논 (100B, 100D, 100F) 은 하부 라인으로 향한다. 섬유 (F) 는 도 5 및 도 9 에 도시된 바와 같이 종래의 방식으로 섬유 절단기 (134) 내부로 공급되고 섬유 절단기 (134) 가 각각의 공기 캐논 (100) 에 제공된다 (도 3 및 도 4 참조).

이제 도 5 내지 도 7 을 참조하면, 공기 캐논 (100) 의 상류-라인과 하류-라인 조준은, 지지 프레임 (138) 에 선회가능하게 탑재된 일반적으로 수평인 레그 (136H) 와 공기 캐논 (100) 이 탑재되는 일반적으로 수직인 레그 (136V) 를 구비하는, 강으로 제조된 일반적으로 L-형인 로드에 공기 캐논 (100) 을 탑재시킴에 의해서 이루어진다. L-형 로드 (136) 는 공기 캐논 (100) 을 상류-라인과 하류-라인으로 향하게 하기 위해서 그것들의 수평 및 수직 레그 사이에 예각과 둔각을 교대로 갖는다. 도 6 에 도시된 바와 같이, L-형 로드 (136U) 는 수평 레그와 수직 레그 (136H, 136V) 사이에 예각 (140) 을 가져서 거기에 탑재된 공기 캐논 (100) 은 상류-라인으로 향해진다 (도 3 내지 도 5 참조). 도 7 은 수평 레그와 수직 레그 (136H, 136V) 사이에 둔각 (142) 을 가져서 거기에 탑재된 공기 캐논 (100) 은 하류-라인으로 향해진다 (도 3 내지 도 5 참조).

공기 증폭기 (104) 로부터 주입콘 (116) 의 분리는 도 6 및 도 7 에 명확하게 도시되며, 공기 캐논 (100) 의 주입콘 (116) 은 레그 (136V) 와 주입콘 (116) 사이에서 연장하는 브라킷에 (144) 에 의해서 L-형 로드 (136) 의 일반적으로 수직인 레그 (136V) 로 부터 직접적으로 지지된다. 공기 증폭기 (104) 와, 공기 증폭기 (104) 에 고정된 배출콘 (124) 은 브라킷 (146) 에 의해서 L-형 로드 (136) 의 일반적으로 수직인 레그 (136V) 로부터 유사하게 지지된다. 공기 캐논(100) 의 주입콘 (116) 의 주입 단부 (120) 는 주입콘 (116) 의 각각의 대칭축선 A 에 대하여 직각으로 형성될 수 있거나, 예컨대 주입 단부 (120) 를 일반적으로 수평으로 배향하기 위하여 축선 A 에 대하여 경사지도록 배향될 수 있다. 또한, 주입 단부 (120) 는 경사지거나 외측으로 롤링될 수 있다. 공기 캐논 (100) 용 주입 단부 (120) 를 주입콘 (116) 의 대칭축선 A 에 대해서 직각을 이루게 하고 외측으로 롤링되도록 만드는 것이 바람직하다.

공기 캐논 (100) 의 상류-라인 및 하류-라인의 교대에 추가해서 각각의 공기 캐논 (100) 이 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 교차 방향 또는 좌우로 이동할 수 있다. 공기 캐논 (100) 의 좌우 또는 크로스-매트 이동은, 일반적으로 L-형인 로드 (136) 를 지지 프레임 (138) 에 선회가능하게 탑재시키는 베어링 (148) 에서 일반적으로 수평인 레그 (136H) 를 회전시켜서 수행된다. 이 때문에, 조절 아암 (150) 의 제 1 단부는 일반적으로 수평인 레그 (136H) 의 각각의 단부에 고정된다 (도 8 참조). 각 조절 아암 (150) 의 제 2 단부는, 타원형 슬롯 (154) 이 안에 형성되어 있는 조절 플레이트 (152) 에서 끝난다.

일단부에 핀 구멍 (eye; 156A) 이 있고 다른 단부에 나사산 (thread; 156B) 이 있는 아이 볼트 (eye bolt; 156) 가 슬롯 (154) 을 지나, 지지 프레임 (138) 에 적절히 위치된 나사산이 형성된 보어 (threaded bore) 로 끼워진다 (도 6참조). 캠레버 (158) 는 선회 운동을 위해 아이 볼트 (156) 의 핀 구멍 (156A) 에 장착된다 (도 3, 도 5, 도 6 및 도 7 참조). 캠레버 (158) 가 상승되는 경우, 조절 아암 (150) 은 축 (159) 에 대하여 상방이나 하방으로 이동될 수 있고 이 이동은 아이 볼트 (156) 에 맞물려있는 슬롯 (154) 의 단부들에 의해서 한정된다. 조절 아암 (150) 이 상방으로 이동하는 경우, 일반적으로 수직인 레그 (136V) 는 화살표 (160) 로 지시한 오른쪽으로 이동하고, 조절 아암 (150) 이 하방으로 이동하는 경우, 일반적으로 수직인 레그 (136V) 는 화살표 (162) 로 지시한 왼쪽으로 이동한다 (도 8 참조). 공기 캐논 (100) 이 소망하는 대로 조준되도록 조절 아암 (150) 이 위치되면, 캠레버 (158) 는 조절 아암 (150) 을 지지 프레임 (138) 에 대하여 고정하기 위해서 하강된다. 자명한 바와 같이, 일반적으로 수직인 레그 (136V) 와 공기 캐논 (100) 은 이중 화살표 (164) 로 지시한 바와 같이 일반적으로 원호형 경로를 따라 표면 (102) 에 대해서 앞뒤로 조절될 수 있다 (도 8 참조).

지금부터, 본 발명에 따라 절단 스트랜드 매트를 만드는 기기 (166) 를 개략적으로 도시하는 도 9 를 참조하여 설명한다. 스테이션 (168) 은, 상기한 바와 같이 섬유 (F) 를 수집한 후 절단하고 이 절단 섬유를 공기 캐논 (100) 으로 보내는 섬유 절단기 (134) 로 대표된 공기 캐논 (100) 의 두 개의 열 (130) 을 포함한다. 공기 캐논 (100) 은 도시되지 않은 스테이션 (168) 의 형성 후드 (170) 내부에 위치된다.

이동 수집면 (102) 에 적층된 절단 섬유 매트 (172) 는 바인더 증착기 (174) 로 이동되고 여기서 절단 섬유 매트 (172) 에 바인더가 도포된다. 예컨대, 파우더 매트의 경우에, 매트 (172) 에 도포되는 바인더는 약 95℉ 내지 160℉ (35℃ 내지 71℃), 바람직하게는 약 105℉ 내지 120℉ (41℃ 내지 49℃) 의 유리 전이점을 갖는 파우더화된 불포화 폴리에스테르일 수도 있고, 에멀젼 매트인 경우에, 매트 (172) 에 분사되는 바인더는 액화 폴리비닐 아세테이트 에멀젼일 수도 있다.

바인더 처리된 매트 (176) 는 바인더를 활성화시키기 위해서, 즉 파우더 열가소성 바인더를 용융시키고, 액화 바인더를 탈수시키거나 열경화성 바인더를 경화시키기 위해서 도 9 에 도시된 오븐 (178, 180) 에 의해서 가해지는 열과 같은 에너지를 가하는 장치를 통과한다. 액화 바인더를 사용하여 매트를 제조하는 경우에, 매트가 공기 건조될 수도 있기 때문에 열과 같은 에너지를 가하는 것이 필요하지 않을 수도 있지만, 빠른 건조를 위해서는 바람직하다. 그 후 절단 스트랜드 매트 (182) 는 압축/냉각 롤러 (184) 를 통과한 후, 냉각 팬 (186) 에 의해서 추가로 냉각된다.

그 후 절단 스트랜드 매트는 이것을 소정의 폭으로 절단하는 절단기 (188) 를 통과하고, 공급 롤러 (190) 와 적절한 포장 길이로 연속 매트를 절단하는 절단기 (192) 를 통과한다. 최종적으로, 절단 스트랜드 매트는 롤링되어 롤링된 패키지 (194) 를 형성한다. 당업자에게 잘 공지된 절단 스트랜드 매트 등의 제조에 관한 적절한 추가의 세부 사항은, 여기에서 참고 자료로 인용한, 1983 년에 엘스비어 (Elsevier) 가 발행한 K.L.Loewenstein 의 "연속적인 유리 섬유 제조 기술 (The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers)" 제 2 판을 참조하여 알 수 있다. 스테이션 (168) 에 의해서 제조된 매트 (172) 로부터 절단 스트랜드 매트를 형성하기 위해서 임의 타입의 적절한 처리가 스테이션 (168) 의 하류-라인에 사용될 수도 있다.

당해 출원의 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명하였으므로, 첨부한 청구 범위에서 한정된 본 발명의 범위 내에서 수정과 변형이 가능하다는 것은 자명하다.

Claims

절단 섬유 재료를 수집하고 수집된 절단 섬유를 이동 수집면 (102) 에 적층하는 공기 캐논 (100) 으로서,

통로 (106) 를 구성하고 주입구 (108) 와 배출구 (110) 를 구비하는 공기 증폭기 (104) 로서, 공기 오리피스 (114) 를 통하여 상기 공기 증폭기의 상기 통로에 들어오는 압축 공기에 의해서 구동되는 공기 증폭기 (104),

상기 공기 증폭기 (104) 의 주입구 (108) 에 인접하여 위치된 배출 단부 (118) 와, 절단 섬유를 받아들여 이를 공기 증폭기 (104) 로 향하게 하는 주입 단부 (120) 를 갖는 주입콘 (116), 및

상기 공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 에 인접하여 위치된 주입 단부 (122) 와, 절단 섬유를 상기 이동 수집면 (102) 으로 향하게 하는 배출 단부 (126) 를 구비하는 배출콘 (124) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 1 항에 있어서, 상기 주입콘 (116) 의 주입 단부 (120) 는 상기 주입콘 (116) 의 배출 단부 (118) 보다 더 크며 상기 배출콘 (124) 의 배출 단부 (126) 는 상기 배출콘 (124) 의 주입 단부 (122) 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 1 항에 있어서, 상기 주입콘 (116) 과 상기 배출콘 (124) 은 절두원추 형상인 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 3 항에 있어서, 상기 공기 증폭기 (104) 의 주입구 (108) 는 최소 내경 (MID) 을 가지며 상기 주입콘 (116) 의 배출 단부 (118) 는 상기 최소 내경의 0.75 배 내지 1.25 배의 크기가 되는 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 3 항에 있어서, 상기 공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 는 최소 외경을 가지며 상기 배출콘 (124) 의 주입 단부 (122) 는 상기 최소 외경의 1.00 배 내지 1.25 배의 크기가 되는 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 1 항에 있어서, 상기 주입콘 (116) 의 배출 단부 (118) 는 상기 공기 오리피스 (114) 로부터 약 1/32 인치 (0.8 ㎜) 내지 약 1/2 인치 (12.7 ㎜) 의 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 6 항에 있어서, 상기 증폭기 (104), 주입콘 (116) 및 배출콘 (124) 의 대칭축선 (A) 은 서로 일직선으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 7 항에 있어서, 상기 공기 증폭기 (104), 주입콘 (116) 및 배출콘 (124) 의 대칭축선 (A) 은 약 0.125 인치 (3.2 ㎜) 내에서 일직선으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
제 8 항에 있어서, 상기 일직선으로 정렬된 대칭축선 (A) 은, 섬유가 절단 섬유의 공급원 (134) 으로부터 배출될 때 절단 섬유의 속도 벡터 (V) 의 45°이내인 것을 특징으로 하는 공기 캐논 (100).
절단 섬유 재료를 수집하고 수집된 절단 섬유를 이동 수집면 (102) 에 적층시키는 장치 (130) 로서, 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항의 공기 캐논 (100) 을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 10 항에 있어서, 이동 수집면 (102) 에 걸쳐서 탑재된 공기 캐논 (100) 의 하나 이상의 열 (130) 을 포함하고, 상기 열 (130) 은 서로간의 간섭을 줄이도록 서로에 대해 상대 위치된 다수의 공기 캐논 (100) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 11 항에 있어서, 공기 캐논 (100) 을 상기 이동 수집면 (102) 의 이동에 대하여 상류-라인과 하류-라인으로 교대로 향하게 하여 이에 의해서 상기 다수의 공기 캐논 (100) 사이의 간섭을 감소시키도록 상기 다수의 공기 캐논 (100) 을 탑재하기 위해서 L-형인 다수의 로드 (136) 를 추가로 포함하며, 상기 L-형 로드 (136) 는 지지 프레임 (138) 에 탑재된 수평인 레그 (136H) 와 상기 공기 캐논 (100) 이 탑재된 수직인 레그 (136V) 를 구비하고, 상기 L-형 로드 (136) 는 공기 캐논 (100) 이 상류-라인과 하류-라인으로 교대로 향하게 하기 위해서 수평인 레그와 수직인 레그 (136H, 136V) 사이에 예각 및 둔각 (140, 142) 을 교대로 갖는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 12 항에 있어서, 상기 탑재 로드 (136) 의 수평인 레그 (136H) 는 상기 이동 수집면 (102) 의 교차 방향으로 상기 공기 캐논 (100) 을 이동시키기 위해서 상기 지지 프레임 (138) 에서 회전하도록 탑재되며, 상기 L-형 로드 (136) 의 수평인 레그 (136H) 의 회전 위치를 조절하기 위해서 상기 수평인 레그 (136H) 에 고정된 조절 아암 (150) 을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 13 항에 있어서, 상기 조절 아암 (150) 을 고정하여 상기 수평인 레그 (136H) 를 소정의 회전 위치에 고정하기 위하여 상기 조절아암 (150) 과 합체된 고정 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 14 항에 있어서, 상기 고정 장치는 상기 조절 아암 (150) 에 있는 타원형 홀 (154) 을 통과하는 아이 볼트 (156) 와 상기 아이 볼트 (156) 에 선회가능하게 탑재된 캠레버 (158) 를 포함하며, 상기 캠레버 (158) 는 일 위치에서는, 상기 타원형 홀 (154) 과 아이 볼트 (156) 에 의해서 한정된 범위내에서 상기 조절 아암 (150) 을 이동시키기 위해서 이 조절 아암 (150) 을 자유롭게 하고, 다른 위치에서는, 상기 탑재 로드 (136) 의 조정을 유지하고 이에 의해서 상기 공기 캐논 (100) 의 교차 방향으로의 위치 지정을 위해 상기 조절아암 (150) 을 지지 프레임 (138) 에 고정시키는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 15 항에 있어서, 각각의 상기 공기 캐논 (100) 은,

통로 (106) 를 구성하고 주입구 (108) 및 배출구 (110) 를 구비하는 공기 증폭기 (104) 로서, 공기 오리피스 (114) 를 통하여 상기 공기 증폭기 (104) 의 상기 통로 (106) 로 들어오는 압축 공기에 의해서 구동되는 공기 증폭기 (104) 와,

상기 공기 증폭기 (104) 의 주입구 (108) 에 인접하여 위치된 배출 단부 (118) 와, 절단 섬유를 받아 들여 이를 공기 증폭기 (104) 로 향하게 하는 상기 배출 단부 (118) 보다 더 큰 주입 단부 (120) 를 구비하는 주입콘 (116) 과,

상기 공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 에 인접하여 위치된 주입 단부 (122) 와, 절단 섬유를 상기 이동 수집면 (102) 으로 향하게 하는 상기 주입 단부 (122) 보다 큰 배출 단부 (126) 를 구비하는 배출콘 (124) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 16 항에 있어서, 상기 배출콘 (124) 은 상기 공기 증폭기 (124) 에 고정되고, 상기 주입콘 (116) 은 상기 L-형 로드 (136) 의 하나인 수직 레그 (136V) 들 중의 하나에 고정되며, 상기 레그는 상기 주입콘 (116) 과 상기 공기 증폭기 (104) 가 서로 직접 접촉하지 않도록 각각의 공기 캐논 (100) 을 지지하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
제 17 항에 있어서, 상기 장치 (130) 는 상기 이동 수집면 (102) 에 걸쳐서 탑재된 공기 캐논 (100) 의 두 개의 열 (130) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 (130).
절단 스트랜드 매트 (182) 를 형성하는 방법으로서,

섬유 재료 (F) 의 스트랜드를 절단하는 단계와,

이동 수집면 (102) 에 대해서 상기 절단 스트랜드를 분산시키고 가세하기 위해서 절단 스트랜드를 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항의 공기 캐논 (100) 의 하나 이상의 공기 캐논으로 통과시키는 단계와,

상기 절단 스트랜드에 바인더를 도포하는 단계 (174) 와,

상기 바인더를 활성화시키기 위해서 에너지를 가하는 단계 (178, 180) 와,

활성화된 바인더와 절단 스트랜드의 결합물을 압축하는 단계 (184) 와,

연속적인 절단 스트랜드 매트를 형성시키기 위해서 활성화된 바인더와 절단 섬유의 결합물을 냉각하는 단계 (184, 186) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 스트랜드 매트 (182) 를 형성하는 방법.
제 19 항에 있어서, 패키지 (194) 를 형성하기 위해서 상기 연속적인 절단 스트랜드 매트를 롤링시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 스트랜드 매트 (182) 를 형성하는 방법.
제 20 항에 있어서, 이동 수집면 (102) 에 대해서 절단 스트랜드를 분산시키고 가세하기 위해서 하나 이상의 공기 캐논 (100) 에 상기 절단 스트랜드를 통과시키는 단계는, 두 개 이상의 공기 캐논 (100) 에 절단 스트랜드를 통과시키는 단계를 포함하고, 상기 두 개 이상의 공기 캐논 (100) 을 상기 이동 수집면 (102) 에 대해서 상류-라인 및 하류-라인으로 교대로 배향시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 스트랜드 매트 (182) 를 형성하는 방법
제 21 항에 있어서, 상기 두 개 이상의 공기 캐논 (100) 의 각각을 상기 이동 수집면 (102) 을 교차하는 범위내에서 선택적으로 향하게 하여 이에 의해서 상기 절단 스트랜드를 상기 이동 수집면 (102) 에 대해서 균일하게 분산시키기 위한 작동을 위해서 상기 두 개 이상의 공기 캐논 (100) 을 탑재하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 스트랜드 매트 (182) 를 형성하는 방법.
절단 섬유 재료를 수집하고 수집된 절단 섬유를 이동 수집면 (102) 에 적층하는 방법으로서,

절단 섬유를 받아들이는 주입 단부 (120) 와 배출 단부 (118) 를 구비한 주입콘 (116) 에 절단 섬유를 수집하는 단계와,

수집된 절단 섬유를 상기 주입콘 (116) 의 상기 배출 단부 (118) 로부터 공기 증폭기 (104) 의 주입구 (108) 로 향하게 하는 단계와,

섬유를 상기 공기 증폭기 (104) 의 배출구 (110) 로부터 배출콘 (124) 을 통하여 상기 이동 수집면 (102) 상으로 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.