KR100586578B1 - 난류 냉각 송풍을 수반하는 방사 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스, 물, 및 3차 산화아민을 함유한 방사액과 같은 성형 재료로부터 연속 성형체를 제조하는 장치에 관한 것이다. 그러한 장치(1)는 성형 재료가 그것을 통해 대략 필라멘트형 연속 성형체(5)로 압출되는 압출 오리피스(4)를 포함한 다이 플레이트(3)를 구비한다. 연속 성형체(5)는 에어 갭(6)을 통과하여 침전 욕(9) 중에서 디플렉터(10)에 의해 다발 형성 수단(12)으로 안내되는데, 그 다발 형성 수단(12)에서는 연속 성형체가 섬유의 다발로 합쳐진다. 에어 갭에는 통과 방향(7)을 가로지르는 방향으로 연속 성형체(5) 상으로 냉각 가스 흐름(15)을 인도하는 송풍 수단(14)이 마련된다. 연속 성형체의 방사 안정성 및 기계 특성을 개선시키기 위해, 본 발명에 따라 냉각 가스 흐름(15)은 송풍 수단으로부터 분출될 때 난류인 것이 특징이다.

연속 성형체, 방사액, 압출 오리피스, 침전 액, 에어 갭, 차폐 구역, 냉각 구역

Description

난류 냉각 송풍을 수반하는 방사 장치 및 방법{SPINNING DEVICE AND METHOD HAVING TURBULENT COOLING BY BLOWING}

본 발명은 셀룰로오스, 물, 및 3차 산화아민(tertiary ammine oxide)을 함유한 방사액과 같은 성형 재료로부터 연속 성형체를 제조하는 장치로서, 작업 동안 성형 재료를 통과시켜 연속 성형체로 압출할 수 있는 다수의 압출 오리피스, 침전 욕, 압출 오리피스와 침전 욕 사이에 배치된 에어 갭(air gap) 및 냉각 가스 흐름을 생성하는 송풍 수단을 구비하고, 성형된 연속 성형체가 작업 동안 순차적으로 에어 갭과 침전 욕을 통해 안내되며, 에어 갭의 구역에서 연속 성형체 상으로 냉각 가스 흐름이 인도되는 그러한 장치에 관한 것이다.

셀룰로오스, 물, 및 3차 산화아민, 바람직하게는 N-메틸모폴린-N-옥사이드 (N-methylmorpholine-N-oxide; NMMNO)를 함유한 방사액으로부터 리오셀(lyocell) 섬유와 같은 연속 성형체를 제조하는 것의 기초는 US 4,246,221에 개시되어 있다. 즉, 연속 성형체는 대체로 3개의 단계로 제조된다. 첫째로, 방사액을 다수의 압출 오리피스를 통해 압출하여 연속 성형체를 얻는다. 그런 연후에, 연속 성형체를 에어 갭에서 연신함으로써 원하는 섬유 강도를 세팅하며, 이어서 성형체를 그것이 응고되는 침전 욕을 통해 안내한다.

리오셀 섬유 또는 그에 상응하는 연속 성형체의 장점은 한편으로는 산화아민의 거의 완전한 회수를 허용하는 매우 환경 친화적인 제조 공정에 있고, 다른 한편으로는 리오셀 섬유의 탁월한 방직 특성에 있다.

그러나, 그러한 공정은 새로이 압출된 연소 성형체가 오직 침전제와 접촉될 때에만 감소될 강한 표면 점착성을 나타내는 한에 있어서는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 연속 성형체가 에어 갭을 통과할 경우에 연속 성형체가 서로 접촉되어 그 즉시로 한데 들어붙거나 유착될 위험이 있다. 그러한 유착의 위험은 에어 갭에서의 인장 강도, 에어 갭 높이, 필라멘트 밀도, 점도, 온도, 및 방사 속도와 같은 작업 및 공정 파라미터를 조정함으로써 감소될 수 있다. 하지만, 그러한 유착이 일어날 경우에는 그것이 연속 성형체에서 파단 및 두꺼운 부분을 유발하기 때문에 제조 공장 및 섬유 품질에 악영향을 미친다. 최악의 경우에는 제조 방법을 중단하고 방사 공정을 다시 한번 시작해야 하며, 그것은 높은 비용을 수반한다.

오늘날, 연속 성형체의 제조자, 예컨대 직물 처리 체인의 일부로서의 방사 제조자로부터 유착이 없는 방사 공정이 요구되고 있다. 즉, 개개의 필라멘트 더미는 한데 들어붙지 않아야 하는데, 왜냐하면 그렇지 않을 경우에는 예컨대 방사 두께에서 불규칙성이 있게 되기 때문이다.

그러나, 리오셀 섬유, 주로 스테이플 섬유 및 필라멘트를 제조함에 있어서의 고수익성은 방사구(spinneret) 오리피스가 서로 좁은 간격으로 배열된 경우에만 구현될 수 있다. 그러나, 간격이 좁음으로 인해 연속 성형체의 우연한 접촉에 기인하여 에어 갭에서의 유착의 위험이 증대되게 된다.

리오셀 섬유의 기계 특성 및 직물 특성을 개선시키기 위해서는 에어 갭이 가능한 한 넓은 것이 유리한데, 그것은 에어 갭이 넓을 경우에 필라멘트의 연신이 보다 더 긴 주행 거리에 걸쳐 분포되고, 이제 막 압출된 연속 성형체에서 발생되는 응력이 보다 더 쉽게 감소될 수 있기 때문이다. 그러나, 에어 갭이 넓을수록 방사 안정성이 더욱 더 낮아지거나, 방사 필라멘트의 유착으로 인해 제조 공정을 중단해야 할 위험이 보다 더 커지게 된다.

US 4,246,221의 기초로부터 출발하여, 선행 기술의 몇 가지 해결 방안에서는 셀룰로오스 및 3차 산화아민을 함유한 방사액으로부터 연속 성형체를 제조함에 있어 경제적 효율성 및 방사 안정성을 제고하려는 시도가 이뤄진 바 있다.

예컨대, US 4,261,941 및 US 4,416,698은 연속 성형체를 압출 직후에 비용제(nonsolvent)와 접촉시켜 표면 점착성을 감소시키는 방법을 개시하고 있다. 이어서, 연속 성형체를 침전 욕을 통해 안내한다. 그러나, 연속 성형체를 침전액을 통과하기 전에 부가적으로 비용제로 적시는 것은 상업적으로 사용하기에는 너무 복잡하다.

방사 밀도, 즉 단위 면적당 압출 오리피스의 수를 증가시키는 다른 접근 방안은 WO 93/19230에 개시되어 있다. 그 문헌에 기재된 방법에서는 연속 성형체를 그 압출 직후에 압출 방향을 가로지르는 방향으로 냉각 가스 흐름을 송풍함으로써 직접적으로 냉각시킨다. 그러한 조치에 의해, 연속 성형체의 표면 점착성이 감소되고, 에어 갭이 연장될 수 있게 된다.

그러나, 그러한 해결 방안은 냉각 가스 흐름이 압출 오리피스에서 압출 공정 과 상호 작용하여 그 압출 공정에 악영향을 미칠 수 있다는 내재적인 문제점을 수반한다. 특히, WO 93/19230의 방법에서는 모든 필라멘트가 동일하게 냉각 가스 흐름을 받는 것은 아니기 때문에 방사 필라멘트가 균일한 품질을 갖지 못하는 것으로 판명되었다. 여하튼, WO 93/19230의 방법에서는 한데 들어붙을 위험이 만족스러울 정도로 감소되지는 않는다.

연속 성형체를 압출 오리피스로부터의 그 이송 직후에 균일하게 송풍할 수 있도록 하기 위해, WO 95/01470의 장치는 압출 오리피스가 대략 원형의 표면에 걸쳐 분포된 링 노즐을 채용하고 있다. 냉각 공기 흐름으로 송풍하는 것은 외부와 수평하게 반경 방향으로 링 노즐의 중심을 통해, 그리고 연속 성형체의 원형 링을 통해 행해진다. 그 경우, 공기 흐름은 송풍 수단으로부터 나올 때에 층류 상태로 유지된다. 층류 공기 흐름의 형태는 본 특허 명세서에 지시된 공기 안내 수단에 의해 눈에 뜨게 현저히 증진된다.

WO 95/04173은 대체로 WO 95/01470의 장치에 그 기반을 둔 링 노즐 및 송풍 수단의 구조적 진전에 관해 언급하고 있다.

WO 95/01470 및 WO 95/04173의 해결 방안이 보다 더 균일한 송풍 작업을 가져오는 것은 사실이지만, 연속 성형체의 링형 배열은 연속 성형체가 침전 욕을 통과할 때에 문제점을 야기한다. 연속 성형체는 원형 링으로서 침전 욕 중에 잠겨 침전 욕 중에서 침전액을 탑재하기 때문에, 연속 성형체 사이의 구역에 침전액의 공급이 불충분한 영역이 생성되고, 그 결과 연속 성형체의 링을 통해, 그리고 교반된 침전 욕 표면에서 보상 흐름이 발생되는데, 그것은 다시 섬유의 유착을 수반하 게 된다. 또한, WO 95/01470 및 WO 95/04173의 해결 방안에서는 기계 특성 및 직물 제품 특성에 필수적이고 압출 오리피스에 유포되는 압출 조건을 제어하기가 매우 어려운 것으로도 판명되었다.

링 노즐 장치에 대한 대안으로서, 분할된 장방형 노즐 장치, 즉 대략 장방형의 베이스 구역 상에 대략적으로 열을 지어 배치되는 압출 오리피스를 구비한 노즐이 선행 기술로 개발된 바 있다. 그러한 분할된 장방형 노즐 장치는 WO 94/28212에 개괄화되어 있다. 그러한 장치에서는 송풍이 냉각 공기 흐름으로써 압출 방향을 가로지르는 방향으로 이뤄지는데, 냉각 공기 흐름은 장방형 노즐 장치의 장변을 따라 연장된다. WO 94/28218의 장치에서는 냉각 공기 흐름이 연속 성형체를 통과한 후에 다시 흡인 배출된다. 그러한 흡인은 공기 흐름이 에어 갭의 전체의 횡단면을 통과할 수 있도록 하기 위해 필요한 것이다.

추가로, 열을 지어 배치된 압출 오리피스를 구비한 장방형 노즐의 개념은 WO 98/18983에서도 개발된 바 있다. WO 98/18983의 목적은 하나의 열에 있는 압출 오리피스가 다른 압출 오리피스의 열과는 상이하게 서로 이격되도록 하는 것이다.
WO 96/17118에서는 냉각을 위해 건조 공기 kg 당 수증기 0.1g 에서 7g의 수분 성분 및 85% 보다 낮은 상대 습도를 가진 공기로 조절된 공기가 사용된다. 송풍 속도는 0.8m/s였다.

마지막으로, WO 01/68958은 다른 목적으로 에어 갭을 통한 연속 성형체의 통과 방향을 대략 가로지르는 방향으로 송풍 작업을 하는 것을 개시하고 있다. 공기 흐름에 의한 송풍은 연속 성형체를 냉각시키려고 의도된 것이 아니라, 연속 성형체가 침전 욕과 방사 퍼넬(spinning funnel) 중에 각각 잠기는 구역에서 침전 욕의 침전 욕 표면을 진정시키려고 의도된 것이다. WO 01/68958의 사상에 따르면, 방사 욕 표면의 움직임을 진정시키기 위해 모세 다발이 침전 욕 중에 잠기는 시점에서 송풍 공정이 행해질 때에 에어 갭의 길이가 상당하게 증가될 수 있다. 방사 욕 표면 상에서 그것을 진정시키는 송풍 작업을 행함으로써, 침전 욕 표면 상에서의 송풍 작업에 의해 방사 필라멘트를 통한 액체 이송이 유도된다는 점에서 방사 패널에서 전형적인 강렬한 욕 난류가 감소될 것을 전제하고 있다. WO 01/68958의 사상에 따르면, 그를 위해 단지 약한 공기 흐름만이 제공될 따름이다. WO 01/68958의 사상에서는 연속 성형체가 방사 욕 표면 중에 들어가기 직전에 송풍 작업을 행하는 것이 필수적이다. 그러나, WO 01/68958에 지시된 공기 흐름의 속도 및 방사 욕 표면을 진정시키려고 공기 흐름이 사용되는 위치에서는 연속 성형체에서의 냉각 효과가 더 이상 구현되지 못한다.

즉, WO 01/68958의 장치에서는 연속 성형체가 방사 욕 표면 중에 들어가기 직전에 행하는 전술된 송풍 작업에 추가하여 선행 기술에서 알려진 바와 같이 압출 오리피스 근처에서 방사 필라멘트를 냉각시키는 것이 아울러 필요하다. 그러나, 그와 같이 추가로 필요한 냉각은 시스템을 매우 고가로 만드는 결과를 가져온다.
WO 00/06813은 바(bar) 장치를 포함하는 난류를 이용한 부직포 필라멘트의 개선된 냉각 장치 및 방법에 대해 기술하고 있다. 바 장치는 송풍 장치와 필라멘트들 사이의 냉각 가스 흐름에 배치된다. 냉각 가스 흐름의 속도는 100 ft/min과 500 ft/min 사이(약 105 m/s에서 2.5 m/s)이다.

선행 기술로부터 공지된 해결 방안의 단점에 비추어, 본 발명의 목적은 단지 적은 구조적 노력만을 들여서 높은 방사 안정성으로 긴 에어 갭 길이와 높은 방사 밀도를 조합시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 서두에 전술된 바와 같은 방사 장치에서 송풍 수단으로부터의 출구에서 적어도 난류인 냉각 가스 흐름에 의해 달성된다.

지금까지, 선행 기술에서는 대개 리오셀 방사 필라멘트의 경우에 냉각 효과 가 층류 냉각 가스 흐름에 의해서만 이뤄질 수 있는 것으로 가정되어 왔는데, 왜냐하면 층류 냉각 가스 흐름이 연속 성형체 상에서 난류 흐름보다 더 낮은 표면 마찰을 일으켜서 연속 성형체가 기계적으로 덜 부하를 받거나 덜 이동되기 때문이다.

놀랍게도, 이제는 송풍 수단으로부터 고속으로 유출되는 난류 냉각 가스 흐름의 경우에 층류 냉각 가스 흐름의 경우와 동일한 냉각 용량으로도 원래 가정되었던 것보다 훨씬 더 적은 송풍 공기 또는 송풍 가스의 양이 필요한 것으로 여겨진다. 바람직하게는 가스 흐름의 횡단면을 작게 함으로써 얻어지는 감소된 송풍 공기의 양으로 인해, 연속 성형체 상에서의 표면 마찰이 난류 송풍에도 불구하고 낮게 유지될 수 있어 방사 작업에 악영향이 미쳐지지 않는다.

난류 냉각 가스 흐름의 긍정적인 효과는 더욱 더 놀라운 것인데, 왜냐하면 일반적인 유체 역학에 따르면 적은 수의 열인 경우에만 난류 흐름에 의한 개선된 냉각 효과를 기대해야 했을 것이기 때문이다. 방사 공정을 높은 구멍 밀도로 경제적으로 행하기 위해서는 다수의 열이 마련되어야 하므로, 그러한 유체 역학에 따르면 연속 성형체 중의 일부만이 개선된 열 교환 조건으로부터 수혜를 받았어야 한다. 그럼에도 불구하고, 고속의 난류 냉각 가스 흐름을 사용할 경우에 냉각 가스 흐름으로부터 가장 멀리 떨어진 마지막 열에서도 역시 개선된 방사 특성이 얻어졌다.

또한, 고속의 난류 냉각 송풍 작업의 경우에는 방사 필라멘트가 고속으로 인해 날려져서 한데 들어붙을 것으로 예상했었다. 그러나, 놀랍게도 적은 난류 가스 흐름의 사용 시에 방사 필라멘트가 손상되는 것이 아니라, 오히려 가스 수요가 현 격히 감소될 수 있고 한데 들어붙는 위험도 매우 적은 것으로 판명되었다. 난류 가스 흐름으로도 아무런 문제점이 없이 0.6 dtex 미만의 섬도(fiber titer)가 방사될 수 있다. 난류 가스 흐름 냉각의 특징은 본 발명의 다른 개선책과는 별개로 방사 방법에서는 그 자체로도 유리한 것이다.

본 발명의 일 구성에 따르면, 통과 방향으로의 냉각 가스 흐름의 폭과 냉각 가스 흐름의 속도에 의해 생성되는 레이놀즈수(Reynolds number)는 2,500 이상, 바람직하게는 3,000 이상일 수 있다.

냉각 가스 흐름의 속도는 적어도 30 ㎧이고, 적어도 40 ㎧의 흐름 속도에서, 심지어 50㎧ 이상의 흐름 속도에서는 더 나은 우수한 결과를 달성했다.

다수의 필라멘트 열을 뚫고 지나가기 위해 중요한 것은 냉각 흐름이 에너지 집약적으로 필라멘트 다발을 향해 안내되어 그것을 통과해야 하는 것이다. 그러한 요건을 충족시키기 위해, 냉각 가스 흐름을 생성하는 송풍 수단은 한편으로 비 송풍력(specific blowing power)이 높고 다른 한편으로 송풍 수단에 의해 생성되었을 때에 개개의 냉각 흐름의 분포가 냉각시키려는 필라멘트 다발의 요건에 부합되도록 설계되어야 한다.

다른 바람직한 변형에 따르면, 개개의 냉각 흐름의 분포는 대략적으로 평면 제트 패턴(플랫 제트)을 생성하는데, 대략적 평면 제트의 폭은 냉각시키려는 필라멘트 커튼의 폭 이상으로 되어야 한다. 바람직하게는 평면 제트 패턴 분포는 나란히 배치된 개개의 원형, 타원형, 장방형, 또는 다른 다각형의 제트에 의해 형성될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 평면 제트 패턴 부포의 형성을 위해 서로 상하 로 몇 열이 배치되는 것도 가능하다.

비 송풍력은 다음과 같이 정의된다. 장방형(플랫) 제트 패턴 분포 및 최대 250 ㎜의 폭으로 냉각 가스 흐름을 생성하는 노즐을 칭량 장치 상에 장착되고 400 × 500 ㎜의 면적을 갖는 배플 플레이트와 수직한 송풍 방향으로 장착한다. 송풍 수단으로부터 유출되는 냉각 가스 흐름의 출구를 형성하는 노즐 출구를 배플 플레이트로부터 50 ㎜만큼 이격시킨다. 노즐에 1 bar의 과도 압력을 갖는 압축 공기를 작용시켜 배플 플레이트에 작용하는 송풍력을 측정하고, 그것을 노즐의 폭(㎜ 단위)으로 나눈다. 결과적으로 얻은 값이 [mN/㎜]의 단위를 갖는 비 송풍력이다.

바람직한 일 구성에서는 노즐이 5 내지 10 mN/㎜의 비 송풍력을 갖는다. 적어도 10mN/mm의 송풍력을 가지면 향상된 냉각 효과가 달성될 수 있다.

장방형 노즐은 열을 지어 배치된 다수의 압출 오리피스를 구비할 수 있다. 여기서, 열은 냉각 가스 흐름의 방향으로 서로 엇갈릴 수 있다. 냉각 가스 흐름의 방향으로 가장 배후에 있는 것인 연속 성형체의 열에서도 냉각 가스 흐름의 강한 영향력을 얻기 위해, 장방형 노즐의 경우에 열 방향으로의 압출 오리피스의 수가 냉각 가스 흐름의 방향으로의 그 수보다 더 많을 수 있다.

특히, 장방형 노즐을 사용할 경우에는 침전 욕 중에서 대략적으로 평면 커튼으로서 침전 욕 표면을 향해 연속 성형체의 편향이 발생될 수 있으므로, 연속 성형체가 다발로 될 수 있다. 즉, 연속 성형체는 침전 욕 밖에 있는 가상점을 향해 모여질 수 있다.

또 다른 유리한 구성에 따르면, 에어 갭은 압출 직후의 차폐 구역 및 상기 차폐 구역에 의해 출 오리피스로부터 분리된 냉각 구역을 포함하며, 상기 냉각 구역은 냉각 가스 흐름으로서 작용하는 가스 흐름에 의해 형성된다. 즉, 냉각 구역은 냉각 가스 흐름이 연속 성형체에 작용하여 그것을 냉각시키는 구역이다.

놀랍게도, 특히 난류 냉각 가스 흐름의 조합에서 그러한 구성의 결과는 냉각 구역이 압출 오리피스로 직접 연장되고 차폐 구역이 존재하지 않는 종래의 장치에서보다 더 높은 방사 밀도 및 보다 더 긴 에어 갭을 제공한다.

차폐 구역, 즉 냉각 가스 흐름 경계를 압출 오리피스로부터 이격시키는 것은 압출 오리피스의 냉각을 저지하여 압출 오리피스에서의 압출 공정에 악영향이 미쳐지는 것을 방지하는 것으로 여겨지는데, 그러한 압출 오리피스에서의 압출 공정은 기계 특성 및 직물 특성을 전개하는데 매우 중요하다. 따라서, 본 발명에 따른 구성에 의해, 압출 공정이 정확하게 규정되고 정확하게 관찰되는 파라미터로써 행해질 수 있게 된다. 특히, 그러한 공정이 성형 재료의 온도를 압출 오리피스까지 정확하게 제어하면서 행해질 수 있게 된다.

본 발명에 따른 해결 방안이 그러한 놀라운 효과를 제공하는 하나의 이유는 연속 성형체가 압출을 바로 뒤따르는 구역에서 팽창된다는데 있을 수 있다. 그러한 팽창 구역의 배후에서는 연속 성형체를 연신하는 작용을 하는 인장력만이 효력을 발휘한다. 팽창 구역 그 자체에서는 연속 성형체가 아직 방향성을 띄지 못하여 매우 이방성으로 된다. 차폐 구역은 이방성 팽창 구역에서 섬유의 특성에 결정적인 냉각 가스 흐름의 작용을 눈에 띄게 회피시킨다. 본 발명에 따른 해결 방안의 경우에는 인장력이 연속 성형체에 작용하여 연속 성형체의 점진적인 분자 정렬을 일으킬 때에 시작되는 것으로 여겨진다.

침전 욕의 표면이 냉각 가스 흐름에 의해 교반되는 것을 방지하기 위해, 본 발명의 장치의 매우 바람직한 일 구성에 따라 에어 갭이 제1 차폐 구역에 추가하여 냉각 구역을 침전 욕의 표면으로부터 격리시키는 제2 차폐 구역을 구비한다. 그러한 제2 차폐 구역은 필라멘트 다발이 잠기는 구역에서 냉각 가스 흐름이 침전 욕과 접촉되는 것을 방지하고, 연속 성형체가 침전 욕 표면 중에 들어갈 때에 연속 성형체에 기계적으로 응력을 가할 수 있는 파동을 생성한다. 특히, 제2 차폐 구역은 냉각 가스 흐름의 속도가 높을 경우에 유용하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에 따르면, 통과 방향 또는 압출 방향으로의 냉각 가스 흐름의 경사가 흐름 방향으로의 냉각 가스 흐름의 펼쳐진 정도보다 더 클 경우에 놀랍게도 생성된 연속 성형체의 품질이 개선될 수 있다. 그러한 실시예에서는 냉각 가스 흐름이 연속 성형체 구역의 각각의 지점에서 통과 방향으로 정향되어 에어 갭에서의 연신 작업을 지원하는 흐름 성분을 갖는다.

압출 공정을 냉각 가스 흐름에 대해 매우 양호하게 차폐하거나 격리시키는 것은 각각의 압출 오리피스로부터 냉각 구역까지의 간격이 10 ㎜ 이상일 경우에 구현된다. 그러한 간격에서는 강한 냉각 가스 흐름조차도 더 이상 압출 오리피스에서의 압출 공정에 영향을 미치지 못한다.

특히, 매우 바람직한 실시예에 따르면, 각각의 압출 오리피스로부터 냉각 구역까지의 간격 I(㎜ 단위)은 다음의 부등식(무차원 부등식)을 만족시킨다:

여기서, H는 압출 오리피스의 평면으로부터 냉각 가스 흐름의 출구까지의 냉각 가스 흐름의 상부 에지의 간격(mm 단위)이다. A는 냉각 가스 흐름의 출구와 연속 성형체가 에어 갭을 통과하는 통과 방향, 통상적으로 수평 방향을 가로지르는 방향인 흐름 방향으로 마지막 것에 해당되는 연속 성형체의 열 사이의 간격(㎜ 단위)이다. 냉각 제트 방향과 통과 방향을 가로지르는 방향 사이의 각도(도 단위)가 β로서 지시되어 있다. 냉각 가스 흐름 방향은 대체로 중심 축선으로써, 평면 냉각 흐름의 경우에는 냉각 가스 흐름의 중심 평면으로써 규정된다. 그러한 치수 설정 공식이 관찰될 경우에 방사 품질 및 방사 안정성이 놀랍게도 상당 정도 개선될 수 있다.

각도 β는 40°까지의 값을 취할 수 있다. 값 H는 각도 β와는 상관이 없이 여하튼 압출 공정에 어떠한 영향도 미치지 않도록 0보다 더 커야 한다. 간격 A는 적어도 통과 방향을 가로지르는 방향으로의 연속 성형체의 커튼의 두께 E와 일치할 수 있다. 필라멘트 커튼의 두께 E는 40 ㎜ 이하이고, 바람직하게는 30 ㎜ 이하이며, 더욱 바람직하게는 25 ㎜ 이하이다. 간격 A는 필라멘트 커튼의 두께 E보다 5 ㎜, 바람직하게는 10 ㎜만큼 더 클 수 있다.

그와 유사하게, 연속 성형체가 차지하는 에어 갭의 구역에서 통과 방향으로의 에어 갭의 높이 L(㎜ 단위)과, 통과 방향으로의 연속 성형체로부터 냉각 구역까지의 간격 I(㎜ 단위)과, 냉각 가스 흐름의 출구와 연속 성형체가 에어 갭을 통과 하는 통과 방향, 통상적으로 수평 방향을 가로지르는 방향인 흐름 방향으로 마지막 것에 해당되는 연속 성형체의 열 사이의 간격 A(㎜ 단위)와, 통과 방향으로의 냉각 가스 흐름의 높이 B(㎜ 단위) 사이에 다음의 관계식(무차원 관계식)이 만족될 경우에 방사 품질 및 방사 안정성의 양자가 모두 증진되는 것으로 판명되었다:

본 발명에 따른 장치는 그 압출 전에 85 ℃의 측정 온도에서 10000 Pas 이상, 바람직하게는 150000 Pas 이상의 영 전단 점도(zero shear viscosity)를 갖는 방사액으로부터 연속 성형체를 제조하는데 특히 적합하다. 일반적으로 펄프 유형 및 방사액 중에서의 셀룰로오스와 물의 농도를 선택함으로써 행해지는 성형 재료의 점도 조정에 의해, 특정의 고유 강도 또는 기본 강도가 압출체에 부여되어 성형체로의 연신이 행해질 수 있게 된다. 그와 동시에, 용액의 조제 시에 안정화제를 첨가하고 반응을 유도함으로써 필요한 점도 범위가 세팅될 수 있게 된다.

전술된 본 발명의 목적은 물, 셀룰로오스, 및 3차 산화아민을 함유한 방사액과 같은 성형 재료로부터 연속 성형체를 제조하는 방법으로서, 먼저 성형 재료를 압출하여 연속 성형체를 얻고, 이어서 연속 성형체를 에어 갭을 통해 통과시켜 그 에어 갭에서 연신하고 송풍 수단으로부터 냉각 가스 흐름을 맞고, 이어서 침전용을 통과하는데, 냉각 가스 흐름은 적어도 송풍 수단으로부터의 출구에서 송풍 수단에 의해 난류 흐름 상태로 된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 개략적인 사시도로 나타낸 도면이고;

도 2는 도 1에 도시된 장치의 제1 실시예를 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 면을 따라 취한 개략적인 단면도로 나타낸 도면이며;

도 3은 기하학적 파라미터를 설명하기 위해 도 1의 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고;

도 4는 압출 직후의 연속 성형체에서의 공정을 설명하기 위한 개략적이 도면이다.

우선, 본 발명에 따른 장치의 구성은 도1을 참고로하여 기술될 것이다.

도 1은 성형 재료(도시를 생략)로부터 연속 성형체를 제조하는 장치(1)를 나타낸 것이다. 특히, 성형 재료는 셀룰로오스, 물, 및 3차 산화아민을 함유한 방사액일 수 있다. 3차 산화아민으로서는 N-메틸모폴린-N-옥사이드가 사용될 수 있다. 85 ℃에서의 성형 재료의 영 전단 점도는 10000 내지 약 30000 Pas이다.

그러한 장치(1)는 그 하단에 전체적으로 천공된 대략 장방형의 다이 플레이트(3)를 베이스로서 구비하여 압출 헤드(2)를 구비한다. 여기서, 다이 플레이트(3)는 열을 지어 배치된 다수의 압출 오리피스(4)를 제공한다. 도면에 도시된 열의 수는 단지 예시의 목적을 위한 것에 불과하다.

성형 재료는 가열되어 바람직하게는 가열된 압출 오리피스를 통과하는데, 그 경우에 각각의 압출 오리피스를 통해 연속 성형체(5)가 압출된다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 연속 성형체(5)는 대략 필라멘트의 형태로 된다.

연속 성형체(5)는 통과 방향 또는 압출 방향(7)으로 연속 성형체에 의해 가로질러지는 에어 갭(6)으로 압출된다. 도 1에 따르면, 압출 방향(7)은 중력 방향으로 정향될 수 있다.

연속 성형체(5)는 에어 갭(6)을 통과하고 난 후에 대략적으로 평면 커튼으로서 물과 같은 침전제를 함유한 침전 욕(9) 중에 잠기게 된다. 침전 욕(9) 중에는 평면 커튼(8)을 압출 방향으로부터 커튼(11)으로서의 침전 욕 표면 쪽으로 편향시켜 본 공정의 다발 형성 수단(12)으로 안내하는 디플렉터(10)가 마련된다. 평면 커튼은 다발 형성 수단(12)에 의해 필라멘트(13)의 다발로 합쳐지거나 모여진다. 다발 형성 수단(12)은 침전 욕(9)의 외부에 배치된다.

디플렉터(10)에 대한 대안으로서, 연속 성형체는 통과 방향(7)으로 침전 욕을 통과하여 침전 욕 표면(11)의 반대 측, 즉 침전 욕의 바닥 측에 있는 방사 퍼넬(도시를 생략)을 통해 나올 수도 있다. 그러나, 그러한 실시예는 침전 욕의 소모가 많고, 방사 퍼넬에서 난류 흐름이 생성되며, 퍼넬 출구에서 침전 욕과 섬유 케이블을 분리시키는데 문제점이 발생된다는 점에서 불리하다.

에어 갭(6)의 구역에는 송풍 수단(14)이 배치되는데, 그 송풍 수단(14)으로부터 통과 방향(7)을 가로지르는 방향으로 연장되는 축선(16)을 갖거나 그 방향으로 하나 이상의 주 흐름 성분을 갖는 냉각 가스 흐름(15)이 유출된다. 도 1의 실시예에서는 냉각 가스 흐름(15) 대략 평면으로 된다.

"평면 가스 흐름"이라 부르는 것은 가스 흐름의 방향(16)을 가로지르는 방향으로의 그 높이 B가 열 방향으로의 가스 흐름의 폭 D보다 작은, 바람직하게는 매우 작고 중실 벽으로부터 이격된 냉 가스 흐름이란 것을 의미한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 가스 흐름의 폭 D의 방향은 장방형 노즐(2)의 장변(17)을 따라 연장된다.

냉각 가스 흐름(15)의 2개의 경계 구역(18a, 18b)은 냉각 구역(19)을 형성하는데, 그 중에서 "18a"는 다이 플레이트(3)와 대면된 상부 경계 구역을 지시하고, "18b"는 침전 욕 표면(11)과 대면된 하부 경계 구역을 지시하고 있다. 평면 가스 흐름(15)의 온도는 압축 공정에 의해 아직 가열된 상태인 연속 성형체(5)의 온도보다 더 낮기 때문에, 냉각 구역에서는 평면 가스 흐름(15)과 연속 성형체(5) 사이의 상호 작용 및 그에 따른 연속 성형체의 냉각 및 응고가 일어나게 된다.

냉각 구역(19)은 연속 성형체가 냉각되지 않는 제1 차폐 구역(20)에 의해 압출 오리피스(4)로부터 격리된다.

냉각 구역(19)은 역시 냉각 및/또는 공기 이동이 없는 제2 차폐 구역 또는 격리 구역(21)에 의해 침전 욕 표면(11)으로부터 격리된다.

제1 차폐 구역(20)은 압출 오리피스에 직접 유포되는 압출 조건이 냉각 구역(19)에서의 냉각 가스 흐름에 의한 후속 냉각 작업에 의해 가능한 한 덜 영향을 받도록 하는 기능을 갖는다. 반면에, 제2 차폐 구역(21)은 침전 욕 표면(11)을 냉각 가스 흐름으로부터 격리시켜 그것을 가능한 한 평온하게 유지시키는 기능을 갖는다. 침전 욕 표면(11)을 평온하게 유지시키는 한 가지 방안은 제2 차폐 구역(21)에서 공기가 가능한 한 움직임이 없이 유지되도록 하는데 그 특징이 있다.

냉각 가스 흐름(15)을 생성하는 송풍 수단(14)은 예컨대 독일 Metzingen에 소재한 Lechler GmbH사에 의해 제공되는 것과 같이 1개 또는 수개의 열을 갖는 다중 덕트 노즐을 구비한다. 그러한 다중 덕트 노즐에서는 냉각 가스 흐름(15)이 0.5 ㎜ 내지 5 ㎜, 바람직하게는 0.8 ㎜의 직경을 갖는 다수의 개별 원형 흐름에 의해 생성되고, 그 다수의 개별 원형 흐름은 그 직경 및 유속에 의존하는 일정 경로를 주행한 후에 합쳐져서 평면 가스 흐름을 형성한다. 개별 흐름은 20 m/s, 바람직하게는 30 m/s 이상의 속도로 유출된다. 특히, 양호한 방사 안정성을 구비한 난류 냉각 가스 흐름을 생성하는데는 50 m/s를 넘는 속도도 적합하다. 그러한 유형의 다중 덕트 노즐의 비 송풍력은 5 mN/㎜ 이상, 바람직하게는 10 mN/㎜ 이상이어야 한다. 레이놀드 수는 적어도 2500, 아주 높은 속도에서는 적어도 3000이다.

냉각 가스 흐름이 뚫고 지나가야 하는 연속 성형체(5)의 커튼의 두께 E는 통과 방향(7)을 가로지르는 방향으로 측정했을 때에 도 1의 실시예에서는 40 ㎜ 미만이다. 그러한 두께는 실질적으로 가스 흐름 방향(16)으로의 마지막 것인 연속 성형체(5)의 열에서 냉각 구역(16)의 냉각 가스 흐름에 의한 충분한 냉각 효과가 생성되는지의 여부에 의해 결정된다. 냉각 가스 흐름의 온도 및 속도와 압출 오리피스(4)의 구역에서의 압출 공정의 온도 및 속도에 의존하여, 두께 E가 30 ㎜ 미만 또는 25 ㎜ 미만으로 되는 것도 가능하다.

도 2는 도 1에 도시된 방사 장치(1)의 특정의 실시예를 나타낸 것이다. 도 1에서 이미 설명된 장치(1)의 요소에 대해서는 도 2에서도 동일한 도면 부호가 사용된다. 본 실시예는 흐름(15)의 폭 D의 방향으로 대칭면을 형성하는 도 1의 평면 Ⅱ를 따른 개략적인 단면도로 도시되어 있다.

흐름 방향(7)으로 측정된 차폐 구역(20)의 높이 l(㎜ 단위)과, 흐름 방향(7)으로 측정된 에어 갭(6)의 높이 L(㎜ 단위)과, 송풍 수단(14)으로부터 나오는 냉각 가스 흐름(15)의 출구로부터 연속 성형체(5)의 마지막 열(22)까지의 간격 A(㎜ 단위)와, 냉각 가스 흐름(16)을 가로지르는 방향으로의 냉각 가스 흐름(15)의 높이 B(㎜ 단위) 사이에는 다음의 무차원 관계식이 적용될 수 있다:

[수학식2]

여기서, 간격 A는 적어도 연속 성형체(5)로부터 유래된 커튼의 두께 E와 일치할 수 있지만, 그 두께 E보다 5 ㎜ 또는 10 ㎜만큼 더 큰 것이 바람직할 수도 있다. L, I, A, B의 크기는 도 3에 도시되어 있다.

원형 횡단면을 갖는 냉각 가스 흐름(15)을 사용할 경우에는 냉각 가스 흐름(15)의 폭 B 대신에 그 직경을 취할 수 있다.

도 2는 냉각 가스 흐름(15)의 방향(16)이 낙하 방향(7) 쪽으로의 수직선(23)에 대해 각도 β만큼 기울어진 실시예를 도시하고 있다. 그럼으로써, 냉각 가스 흐름(15)이 통과 방향(7)으로 정향된 속도 성분을 갖게 된다.

도 2의 실시예에서는 각도 β가 냉각 가스 흐름의 전파 각도 γ보다 더 크다. 그러한 치수 설정 방식으로 인해, 가스 흐름(15)과 제1 차폐 구역(20) 사이의 경계 구역(18a)이 통과 방향(7)으로 경사지게 연장된다. 도 2에 도시된 각도 β는 40°까지로 될 수 있다. 냉각 가스 흐름(15)은 냉각 구역(19)의 모든 지점에서 통과 방향(7)으로 정향된 성분을 갖는다.

도 2의 실시예에서는 이미 전술된 에어 갭 높이 L에 대한 부등식 이외에도 통과 방향(7)으로의 제1 차폐 구역(20)의 높이 I을 결정하는 다음의 부등식이 항상 만족된다. 즉, 다음의 부등식이 적용될 수 있다:

[수학식1]

여기서, 크기 H는 압출 오리피스(4)와 송풍 수단(14)으로부터 유출될 바로 그때의 냉각 가스 흐름(15)의 상부 에지 사이의 간격을 나타낸다.

특히, 제1 차폐 구역(20)의 높이는 압출 오리피스의 구역에서 그 어디에서도 10 ㎜보다 더 작아서는 안 된다.

차폐 구역의 높이 I은 일 실시예를 묘사하고 있는 도 4와 연계하여 다음과 같이 설명될 수 있다. 도 4는 도 3의 세부 Ⅵ을 나타낸 것으로, 거기에는 압출 오리피스(4)로부터 에어 갭(6)으로 유출된 직후의 단일의 연속 성형체가 단지 예시적으로 도시되어 있다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 연속 성형체(5)는 압출 직후에 인장력의 작용 하에 대략 압출 오리피스(4)의 직경으로 다시 줄어들기 전에 팽창 구역(24)에서 팽창된다. 통과 방향(7)을 가로지르는 방향으로의 연속 성형체의 직경은 압출 오리피스의 직경의 3배에까지 달할 수 있다.

팽창 구역(24)에서는 연속 성형체가 여전히 상대적으로 강한 이방성을 보이는데, 그러한 이방성은 통과 방향(7)으로 연속 성형체에 작용하는 인장력의 작용 하에 점차 감소된다.

선행 기술로 공지된 송풍 방법 및 장치와는 대조적으로, 도 4에 따른 본 발명의 해결 방안에서는 적어도 팽창 구역(24)에 걸쳐 차폐 구역(20)이 연장된다. 그러한 차폐 구역(20)은 냉각 가스 흐름(15)이 팽창 구역에 작용하는 것을 저지한다.

본 발명은 연속 성형체(5)의 팽창이 작거나 더 이상 존재하지 않은 구역(25)까지 제1 차폐 구역(20)이 연장되도록 의도하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 통과 방향(7)으로의 구역(25)은 팽창 구역의 가장 큰 직경의 배후에 위치된다. 냉각 구역(19)과 팽창 구역(24)이 겹쳐지지 않고, 바로 서로 뒤따르는 것이 바람직하다.

이제, 본 발명에 따른 방사 장치의 및 본 발명에 따른 방법의 작용을 비교예를 참조하여 설명하기로 한다.

예시된 예 및 총괄표 1에는 방사 밀도, 즉 ㎟당 압출 오리피스의 수, 필라멘트 다발(12)을 인출하는 권출 속도(m/s 단위), 성형 재료 온도(℃ 단위), 압출 오리피스의 가열 온도(℃ 단위), 에어 갭 높이(㎜ 단위), 레이놀즈수, 송풍 수단으로부터 유출될 바로 그때의 냉각 가스 흐름의 속도(m/s 단위), 간격 H(㎜ 단위), 각도 β(도 단위), 방사 섬유 섬도(dtex 단위), 변화율(퍼센트 단위), 1 내지 5의 평점을 갖는 객관적으로 평가된 방사 거동, 냉각 가스 흐름의 폭 또는 원형 냉각 가스 흐름의 경우의 그 직경, 및 냉각 가스 흐름이 폭으로 표준화된 가스량(노즐 폭 ㎜당 liter/hour 단위)이 표시되어 있다. 방사 거동은 평점 1로써 양호한 것으로 평가되고, 평점 5로써 열악한 것으로 평가된다.

변화율은 Lenzing Instruments Vibroskop 300 시험 장치에 의해 DIN EN 1973에 따라 결정되었다.

가스 흐름의 난류성의 척도로서의 레이놀즈수는 공식 Re = w₀ * B/υ에 따라 결정되었는데, 여기서 w₀은 노즐로부터의 공기의 유출 속도(m/s 단위)이고, B는 송풍 수단의 송풍 갭 폭 또는 구멍 직경(㎜ 단위)이며, υ는 가스의 동점도이다. 동점도 υ는 20 ℃의 온도에서 공기에 대해 153.5 × 10^-7 ㎡/s로 가정되었다. 냉각 가스 흐름을 발생시키기 위해 다른 가스 또는 가스 혼합물을 생성할 경우에는 υ의 값이 그에 상응하게 맞춰질 수 있다.

총괄표 1은 시험 결과의 요약이다.

비교예 1

셀룰로오스 타입 MoDo Crown Dissolving-DP 510-550 13 %, NMMNO 76 %, 및 물 11 %를 함유한 NMMNO 방사 재료를 몰식자산(gallic acid) 폴리에스테르로 안정화시켜 78 ℃의 온도로 약 200 ㎜의 링 직경을 갖는 환형 방사 노즐에 공급하였다. 방사 노즐은 다수의 개별 천공 세그먼트로 이뤄지고, 그 각각의 세그먼트는 모세 구멍 형태의 압출 오리피스를 포함하였다. 압출 오리피스를 85 ℃의 온도까지 가열하였다.

침전 욕 표면과 압출 오리피스 사이의 공간을 약 5 ㎜ 높이의 에어 갭에 의해 형성하였다. 연속 성형체를 송풍함이 없이 에어 갭을 통해 통과시켰다. 연속 성형체를 압출 오리피스의 아래에 방사 퍼넬이 배치된 방사 욕 중에서 응고시켰다.

방사 퍼넬에서 그 유출 표면에 의해 연속 성형체의 환형 다발을 다발로 만들어 방사 퍼넬 밖으로 안내하였다. 통과 방향으로의 방사 퍼넬의 길이는 약 500 ㎜이었다.

방사 거동은 매우 문제가 있는 것으로 판명되었는데, 그것은 방사 섬유 재료가 도처에서 한데 들어붙기 때문이었다. 섬유 섬도의 큰 변동으로부터 조건이 열악한 것도 명백해졌는데, 그러한 변동은 본 비교예에서 30 %를 넘었다.

비교예 2

비교예 2에서는 압출 직후에 제1 차폐 구역이 없이 외부로부터 내부로 향하는 송풍 작업을 추가로 행하였는데, 그 이외는 동일한 조건 하에서였다. 송풍 작업을 약 6 m/s의 상대적으로 낮은 속도로 행하였다.

그러한 송풍 작업은 에어 갭의 높이를 단지 미미하게만 증가시킬 수 있었고, 방사 품질 및 방사 안정성은 비교예 1과 비교하여 사실상 변함이 없는 채로 머물렀다.

비교예 3

비교예 3에서는 비교예 1 및 2에서 사용된 성형 재료를 역시 78 ℃의 온도로 다수의 개별 천공 세그먼트로 이뤄진 장방형 노즐에 공급하였다. 장방형 노즐은 약 90 ℃의 온도로 유지되는 3열의 개별 세그먼트를 구비하였다.

압출 오리피스의 아래에는 내부에 디플렉터가 장착된 침전 욕을 마련하였다. 연속 성형체가 커튼으로서 통과하는 약 6 ㎜의 에어 갭을 침전 욕 표면과 압출 오리피스 사이에 형성하였다. 방사 욕 표면과 평행한 냉각 송풍을 사용하여 방사 작 업을 지원하였다.

연속 성형체를 침전 욕 중에서 응고시키되, 그 침전 욕 중에서 연속 성형체로 이뤄진 커튼을 디플렉터에 의해 편향시켜 침전 욕의 외부에 배치된 다발 형성 수단에 상향으로 경사지게 공급하였다. 연속 성형체의 커튼을 다발 형성 수단에 의해 필라멘트의 다발로 합치고 나서 추가의 처리 단계로 보냈다.

비교예 3은 약간 개선된 방사 거동을 보였지만, 방사 결함이 수차례 관찰되었다. 연속 성형체는 부분적으로 한데 들어붙었고, 섬유 섬도도 상당히 변동되었다.

비교예 4

비교예 4에서는 8 ㎜의 폭 B를 갖는 송풍 수단을 냉각 구역이 압출 오리피스까지 연장되도록, 즉 제1 차폐 구역이 없도록 장방형 노즐의 장변에 장착하였다는 점을 제외하고는 비교예 3에 대한 조건과 동일한 조건 하에서 시험을 하였다.

냉각 가스 흐름은 송풍 수단으로부터 유출될 때에 약 10 m/s의 속도를 보였다.

비교예 4의 장치에서는 에어 갭이 비교예 3에 비해 단지 미미하게만 커질 수 있었고, 얻어진 방사 안정성 및 섬유 데이터는 비교예 3의 값과 비교할 때에 변함이 없이 머물렀다.

비교예 5

비교예 4에서와 유사하게, 본 비교예에서는 송풍 수단으로부터 유출될 때에 6 ㎜의 냉각 가스 흐름 폭을 갖는 송풍 수단을 냉각 구역이 차폐 구역의 개재 없이 압출 오리피스까지 연장되도록 장방형 노즐의 장변에 장착하였다. 비교예 4와는 대조적으로, 세그먼트로 구획된 장방형 노즐 대신에 그 표면에 걸쳐 전체적으로 천공된 장방형 노즐은 사용하였다.

송풍 수단의 출구에서의 냉각 가스 흐름의 속도는 약 12 m/s이었다.

비교예 5에서는 에어 갭이 약 20 ㎜로 커질 수 있었고, 방사 안정성도 상당히 개선되었다. 섬유 데이터에 있어서는 특히 들어붙음이 수차례 발생되었기 때문에 개선이 관찰되지 않았다.

이후의 비교예 6 내지 비교예 8에서는 일렬로 나란히 배치된 다수의 다중 덕트 압축 공기 노즐에 의해 냉각 가스 흐름을 생성하였다. 각각의 압축 공기 노즐의 직경은 약 0.8 ㎜이었다. 비교예 6 내지 비교예 8에서는 송풍 수단으로부터 나오는 개개의 냉각 가스 흐름의 유출 속도가 50 m/s를 넘었다. 개개의 냉각 가스 흐름은 난류였다. 노즐에 가스를 공급하는 것을 1 bar의 과도 압력의 압축 공기로써 행하였고, 가스 흐름을 송풍 속도에 맞추기 위한 밸브에 의해 교축시켰다.

방사 헤드는 그 표면에 걸쳐 전체적으로 천공된 특수강제 장방형 노즐을 구비하였다. 그 이외에는 비교예 3 내지 비교예 5의 시스템을 그대로 사용하였다.

비교예 6

비교예 5와 유사하게, 비교예 6에서는 다중 덕트 압축 공기 노즐을 냉각 구역이 압출 오리피스까지 직접 연장되도록, 즉 제1 차폐 구역이 없도록 장착하였다.

본 장치에서는 개선된 결과가 관찰되지 않았다. 방사 특성은 만족할만한 것으로 평가될 수 없었다.

비교예 7

본 시험에서는 냉각 가스 흐름을 노즐 쪽으로 경사지게 상향으로 인도하여 냉각 가스 흐름이 통과 방향과 대향된 성분을 갖도록 하였다.

비교예 7에서는 방사 특성이 비교예 8에서만큼 양호하지 않았다.

비교예 8

비교예 7과는 대조적으로, 냉각 가스 흐름은 방사액 표면 쪽으로 경사지게 하향으로 향하는 흐름 방향을 가졌다. 즉, 냉각 가스 성분은 통과 방향으로의 속도 성분을 가졌다.

비교예 8에 따른 장치에서는 가장 양호한 결과가 얻어졌다. 연속 성형체의 변화율은 확연히 10 % 미만이었다. 방사 특성이 매우 만족스러웠고, 좀더 미세한 섬도 또는 좀 더 높은 권출 속도에 대한 약간의 개선의 여지만이 남겨졌다.

여기서, 비교예 6, 비교예 7, 및 비교예 8에서는 냉각 구역 및 침전 욕이 그 사이에 배치된 제2 차폐 구역을 구비하고, 그 제2 차폐 구역에서는 공기가 거의 정적이라는 것을 유의해야 할 것이다.

총괄표 1에 있어서, 표시된 흐름 속도일 경우에 비교예 6 내지 비교예 8의 높은 유속에서 난류 냉각 가스 흐름이 존재하는 것으로 전제되어야 한다.

Claims (27)

1. 셀룰로오스, 물, 및 3차 산화아민을 함유한 방사액과 같은 성형 재료로부터 연속 성형체(5)를 제조하는 장치(1)로서, 작업 동안 성형 재료를 통과시켜 연속 성형체(5)로 압출할 수 있는 다수의 압출 오리피스(4), 침전 욕(9), 압출 오리피스(4)와 침전 욕(9) 사이에 배치된 에어 갭(6) 및 냉각 가스 흐름(15)을 생성하는 송풍 수단(14)을 구비하고, 성형된 연속 성형체(5)는 작업 동안 순차적으로 에어 갭(6)과 침전 욕(9)을 통해 안내되며, 에어 갭(6)의 구역에서 연속 성형체(5) 상으로 가스 흐름(15)이 인도되는 연속 성형체 제조 장치에 있어서,

   상기 냉각 가스 흐름(15)은 송풍 수단(14)으로부터의 출구에서 난류인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
2. 제1항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)은 에어 갭(5)을 통한 연속 성형체(5)의 통과(7) 방향에서 실질적으로 측정된 그의 폭(B)과 흐름 방향(15)에서의 속도에 기초한 적어도 2,500의 레이놀즈수(Re) 및 냉각 흐름 매개체의 점도(ν)를 가지는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
3. 제2항에 있어서, 레이놀즈수는 적어도 3,000인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 흐름(15)의 속도는 적어도 30m/s인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
5. 제4항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)의 속도는 적어도 40m/s인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
6. 제5항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)의 속도는 적어도 50m/s인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
7. 제1항에 있어서, 출구에서 냉각 가스 흐름의 폭은 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
8. 제7항에 있어서, 출구에서 냉각 가스 흐름의 폭은 1mm 이하인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
9. 제1항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)의 비 송풍력(specific blowing force)은 적어도 5 mN/㎜ 인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
10. 제9항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)의 비 송풍력은 적어도 10 mN/㎜ 인 것 을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
11. 제1항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)은 그것이 부딪히는 연속 성형체(15)의 첫 번째 열의 구역에서 난류인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
12. 제1항에 있어서, 에어 갭(6)은 냉각 가스 흐름(15)이 연속 성형체(5)에 작용하는 냉각 구역(19)을 압출 오리피스로부터 분리시키는 제1 차폐 구역(20)을 구비하는 것을 특징을 하는 연속 성형체 제조 장치.
13. 제12항에 있어서, 에어 갭은 제1 차폐 구역(20)에 추가하여 냉각 구역(19)을 침전 욕 표면(11)으로부터 분리시키는 제2 차폐 구역(21)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
14. 제12항에 있어서, 냉각 구역(19)과 제1 차폐 구역(20) 사이에 압출 오리피스(4)와 대면하는 경계 구역(18a)이 위치하고, 그것은 압출 오리피스(4)가 평균적으로 위치한 평면에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
15. 제1항에 있어서, 압출 오리피스(4)는 냉각 가스 흐름(15)의 방향(16)을 가로지르는 방향으로 열을 지어 대략 장방형의 베이스 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
16. 제4항에 있어서, 열 방향으로의 압출 오리피스(4)의 수는 냉각 가스 흐름 방향(16)으로의 그 수보다 더 많은 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
17. 제1항에 있어서, 침전 욕(9)에는 작업 동안 연속 성형체(5)를 대략적으로 평면 커튼(8)으로서 침전 욕 표면 쪽으로 편향시키는 디플렉터(10)가 배치되고, 침전 욕의 외부에는 작업 동안 연속 성형체(5)를 합쳐 섬유다발(13)을 형성하는 다발 형성 수단(12)이 마련되는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
18. 제1항에 있어서, 연속 성형체(5)가 에어 갭(6)을 통해 통과하는 방향(7)을 가로지르는 방향으로의 냉각 가스 흐름(15)의 폭(D)은 통과 방향으로의 냉각 가스 흐름의 높이(B)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
19. 제1항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)은 다수의 개별 냉각 가스 흐름들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
20. 제8항에 있어서, 개별 냉각 가스 흐름은 열 방향으로 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
21. 제1항에 있어서, 냉각 가스 흐름은 연속 성형체(5)가 에어 갭(6)을 통과하는 구역에서 난류 가스 흐름으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
22. 제1항에 있어서, 냉각 가스 흐름(15)은 통과 방향(7)으로 정향된 속도 성분을 갖는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
23. 제1항에 있어서, 성형 재료는 그 압출 전에 85 ℃에서 10000 Pas 이상, 바람직하게는 15000 Pas 이상의 영 전단 점도(zero shear viscosity)를 갖는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
24. 제12항에 있어서, 통과 방향(7)으로 각각의 압출 오리피스(4)로부터 냉각 구역(19)까지의 간격은 매회 적어도 2 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
25. 제12항에 있어서, 통과 방향(7)으로 각각의 압출 오리피스(4)로부터 냉각 구역(1)까지의 간격 I(㎜ 단위)는 다음의 부등식을 만족시키고,

    

    여기서, H는 송풍 수단(14)으로부터 유출될 때에 통과 방향 방향으로 압출 오리피스의 평면으로부터 냉각 가스 흐름의 상부 모서리까지의 간격(mm 단위)이고, A는 통과 방향을 가로지르는 방향으로 송풍 수단(14)의 냉각 가스 흐름(15)의 출구와 흐름 방향으로 마지막의 것인 연속 성형체(5)의 열(22) 사이의 간격(㎜ 단위)이며, β는 냉각 흐름 방향(16)과 통과 방향(7)을 가로지르는 방향 사이의 각도(도 단위)인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
26. 제1항에 있어서, 통과 방향(7)으로의 에어 갭(6)의 높이 L(㎜ 단위)은 다음의 부등식을 만족시키고,

    

    여기서, I는 연속 성형체(5)가 에어 갭(6)을 통과하는 구역에서 압출 오리피스(4)로부터 냉각 구역(19)까지의 간격이고, A는 통과 방향(7)을 가로지르는 방향으로 송풍 수단(14)으로부터 유출되는 냉각 가스 흐름(15)의 출구와 흐름 방향(16)으로 마지막 것인 연속 성형체(5)의 열(22) 사이의 간격 A(㎜ 단위)이며, B는 냉각 가스 흐름(15)이 통과 방향(7)으로 송풍 수단(14)으로부터 유출될 될 때에 냉각 가스 흐름 방향(16)을 가로지르는 방향으로의 냉각 가스 흐름(15)의 높이인 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 장치.
27. 물, 셀룰로오스, 및 3차 산화아민을 함유한 방사액과 같은 성형 재료로부터 연속 성형체(5)를 제조하는 방법으로서, 먼저 성형 재료를 압출하여 연속 성형체(5)를 얻고, 이어서 연속 성형체(5)를 에어 갭(6)을 통해 통과시켜 그 에어 갭(6)에서 연신하고 송풍 수단(14)으로부터 가스 흐름(15)으로 노출시켜, 이어서 연속 성형체(5)를 침전 욕(9)을 통해 안내하는 연속 성형체 제조 방법에 있어서,

    냉각 가스 흐름(15)은 난류 흐름 상태로 송풍 수단(14)으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 연속 성형체 제조 방법.

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