KR100743213B1 - 유리 성형 튜브, 및 유리 케이크 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
코팅된 유리 섬유용 성형 튜브(32)는 섬유를 위한 경화/건조 공정 중에 발생되는 증기를 통과시킨다. 상기 성형 튜브는 각종 재질로 형성될 수 있으며, 천공 구멍을 갖는 성형 플라스틱, 금속[예를 들면, 와이어 스크린(wire screen) 또는 케이지 구조(cage structure)], 판지가 액체를 통과시키지 않으며 증기를 통과시키도록 하는 사이징 혼합물로 처리되는 감져진 판지, 권선형 합성지 또는 합성 섬유로 형성되는 부직포 재질, 또는 권선형 천공된 판지를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
튜브, 성형, 코팅, 판지, 경화, 건조, 사이징, 유리, 섬유, 증기, 액체
Description
본 발명은 대체로 유리 섬유의 제조에 관한 것으로, 특히 유리 섬유의 제조에 사용되는 유리 성형 튜브에 관한 것이다.
각종 용도의 장치용 유리 섬유의 제조에서, 유리 스트랜드(glass strands)가 다이(die) 또는 부싱(bushing)에 형성된 오리피스를 통과하여 흐르는 용융 유리 흐름으로부터 제조된다. 상기 스트랜드는 연속적인 필라멘트(filaments)의 형태로 당겨지고, 상기 필라멘트는 베이스 스트랜드로 모아지며, 그 다음 일반적으로 롤(rolls) 또는 "케이크(cakes)"로 감겨진다.
상기 필라멘트가 스트랜드의 형태로 모아지기 이전에, 상기 필라멘트는 바인더(binder) 또는 사이징 혼합물(sizing composition)로 코팅된다. 상기 바인더 또는 사이징은 윤활제로서 작용하고 섬유 제조 공정 동안 스트랜드를 보호한다. 또한, 상기 바인더 또는 사이징은 스트랜드 내에서 서로에 대한 필라멘트의 접합을 용이하게 할 수 있다. 스트랜드가 강한 기계적 응력을 받는 직물 장치에서 양호한 일체성이 특히 중요하다. 또한 바인더 또는 사이징은 섬유-매트릭스(fiber-matrix) 혼합물 재질에서 유리 스트랜드와 매트릭스 재질 사이의 향상된 접합을 용 이하게 할 수 있다.
일반적으로 바인더 또는 사이징 혼합물(이하에서 대체로 "코팅 혼합물"이라 함)은 수계(water-based)이다. 일반적으로 물은 혼합물의 중량으로 90%에 상당하며, 따라서 상기 물은 혼합물의 적용 후 증발되어야 한다. 그러므로, 일부 타입의 건조 장치는 코팅된 유리 스탠드를 가열하는데 사용되어야 한다. 일반적으로, 코팅된 유리 스트랜드 또는 섬유가 롤 또는 케이크를 형성하도록 성형 튜브를 중심으로 감겨지고, 그 다음 상기 케이크가 코팅을 건조/경화시키기 위하여 오븐 등에서 가열된다.
습식 코팅 섬유가 튜브에 감겨질 때 튜브가 혼합물에 노출되기 때문에, 대부분의 성형 튜브는 상기 튜브가 액체 코팅 혼합물을 통과시키지 않도록 실리콘 등으로 코팅된 판지(paperboard)로 형성된다. 또한 상기 코팅은 튜브가 증기를 통과시키지 않도록 한다. 경화/건조 중에, 코팅 혼합물의 휘발성 성분(들)의 증발에 의하여 증기가 발생된다. 케이크 내에 생성된 증기압은 성형 튜브가 파열될 수 있는 레벨까지 증가될 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 경화/건조 공정은 상당한 시간(예를 들면, 4S 이상까지)을 필요로 할 수 있으며, 따라서 상당한 양의 에너지가 소비된다.
본 발명은 경화/건조 공정 중에 발생되는 증기를 통과시키는 성형 튜브를 제공함으로써 상기와 같은 요구를 해소하고, 그 이외의 다른 장점을 달성한다. 따라서, 성형 튜브의 폭발 경향이 감소되거나 또는 제거된다. 또한, 발생된 증기는 케이크의 외측면 뿐만 아니라 성형 튜브를 통하여 배출될 수 있기 때문에, 케이크의 경화/건조가 가속되어 보다 적은 양의 에너지가 소요된다.
본 발명에 따른 성형 튜브는 상기 성형 튜브는 각종 재질로 형성될 수 있으며, 천공 구멍을 갖는 성형 플라스틱, 금속[예를 들면, 와이어 스크린(wire screen) 또는 케이지 구조(cage structure)], 판지가 액체를 통과시키지 않으며 증기를 통과시키도록 하는 사이징 혼합물로 처리되는 감겨진 판지, 권선형 합성지 또는 합성 섬유로 형성되는 부직포 재질, 또는 권선형 천공된 판지를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 특정 실시예에서 성형 튜브의 벽을 관통하는 개구 또는 구멍은 0.1 인치 이하의 직경, 또는 개구를 가로지르는 최대 거리를 가지고 있다. 개구로부터 이격되어 있는, 상기 튜브의 외측면은 원통형이다.
따라서, 본 발명이 첨부 도면을 참조하여, 일반적인 용어로 설명되며, 도면은 반드시 일정한 축척으로 도시되지 않는다.
도 1은 종래의 유리 섬유 성형 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 섬유 케이크의 사시도이다.
도 3은 도 2의 3-3선을 따른 단면도이다.
도 4는 성형 튜브의 보디 벽 근처의 케이크의 일부 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 다른 성형 튜브의 보디 벽의 단면도이다.
이하에서 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명되지만, 본 발 명의 모든 실시예가 도시되지 않는다. 실제로, 본 발명은 다수의 다른 형태로 실시될 수 있고, 여기서 설명되는 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않으며, 오히려, 이들 실시예는 본 명세서가 적용가능한 법률 조건을 만족시키기 위하여 제공된다. 동일한 참조 번호는 일관되게 동일한 구성요소를 지시한다.
종래의 유리 섬유 성형 공정이 도 1에 도시된다. 배치(batch) 유리 재질이 믹서(blender)(10)에서 혼합되고, 용융 유리를 생성하도록 로(furnace)(12) 내에서 용융된다. 상기 용융 유리는 다이(die) 또는 부싱(bushing)을 통하여 공급되며, 상기 다이 또는 부싱은 이를 관통하여 형성되는 복수의 매우 작은 오리피스를 가지고 있다. 상기 용융 유리는 오리피스로부터 중력을 받아 외부로 흘러 용융 유리의 복수의 흐름을 생성하고, 상기 흐름이 아래쪽으로 내려가면 상기 용융 유리는 냉각되어 유리 필라멘트(glass filaments)(16)로 응고된다. 일반적으로 다수의 필라멘트(16)는 스트랜드(strand)(18)를 형성하도록 함께 모아진다. 상기 필라멘트가 스트랜드의 형태로 함께 모이기 이전에, 상기 필라멘트는 바인더 적용 공정(20)에서 바인더(binder) 또는 사이징(sizing) 혼합물의 코팅재로 코팅된다. 그 다음 코팅된 필라멘트의 스트랜드(18)는 와인더(winder)(22)로 전진되고, 와인더에서 상기 스트랜드는 케이크(24)를 형성하도록 성형 튜브(도 1에 도시되지 않음)를 중심으로 감겨진다. 일반적으로, 그 다음 복수의 케이크(24)는, 카트(cart)(26) 또는 다른 수단 등에 의하여, 코팅된 코팅 혼합물이 건조되거나 또는 경화되는 영역으로 이송된다. 코팅 혼합물 중 일부 타입의 경우에는, 혼합물을 경화시키기 위하여 케이크를 가열시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 케이크는 건조/경화 오븐(oven)(28) 등으 로 이송된다. 일반적으로 상기 오븐은 케이크를 약 200℉ 내지 400℉의 온도로 가열시키는데, 상기 온도는 코팅된 특정 코팅 혼합물(들)에 일부 의존한다. 건조/경화 후, 상기 케이크는 오븐으로부터 제거되고, 결과적으로 생성되는 유리 섬유는 추가 공정 작업(30)을 받게 되며, 상기 추가 공정 작업은 와아핑(warping), 텍스트럴라이징(texturizing), 얀 성형(yarn forming) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리 섬유 케이크(24)가 도 1 내지 도 4에 도시된다. 본 발명의 기본 개념은 건조/경화 공정 중에 발생된 증기가, 도 3에 도시된 바와 같이, 케이크를 유리 섬유가 감겨지는 성형 튜브를 관통하는 방향을 포함하여, 모든 방향으로 배출될 수 있도록 한다. 따라서, 유리 섬유는 발생된 증기를 통과시키는 성형 튜브(32)를 중심으로 감겨진다. 본 발명에 다른 투과성 성형 튜브를 제조하는데 여러 가지 구조 및 재질이 사용될 수 있다.
성형 튜브(32)의 일 실시예가 도 4에 보다 상세하게 도시된다. 성형 튜브는 튜브의 축을 중심으로 나선상으로 감겨지고 관형 보디 벽을 형성하도록 함께 부착되는 섬유 재질(fibrous material)의 복수(도시된 실시예에서는 2개)의 겹(plies)(34, 36)을 포함한다. 섬유 재질은 각종 타입의 섬유로 형성될 수 있고, 상기 겹은 다수의 공정에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 겹은 제지(papermaking) 타입의 공정(소위 합성지의 제조)에 의하여 시트(sheets)로 형성되는 합성 섬유를 포함하며, 대안으로, 상기 겹은 각종 타입의 부직포 제조법에 의하여 시트로 형성되는 합성 섬유를 포함한다. 또 다른 대안으로, 상기 겹은 종이 또는 판지(여기에서는 총괄하여 "종이"라 함)를 포함할 수 있다. 상기 종이는 고 도로 개구되거나 또는 다공성 종이일 수 있거나, 또는 비교적 큰 구멍을 갖도록 기계적으로 천공될 수 있다. 천공되지 않은 종이 겹(34, 36)의 경우에, 적어도 최외측 겹(36)은 상기 종이가 코팅 혼합물에 사용되는 액체를 실질적으로 통과시키지 않도록 하며 또한 건조/경화 공정 중에 발생되는 증기를 통과시키도록 하는 사이징 혼합물을 포함할 수 있다. 일반적으로 권선형 판지 성형 튜브는 대략 3겹 내지 5겹을 포함하는데, 이 겹들은 비교적 두꺼운 하나 또는 2개의 기본 구조층, 및 비교적 얇고 신장가능한 크라프트(kraft)를 포함할 수 있는 내측 겹 및 외측 겹을 포함한다. 튜브를 구성하는 모든 겹은, 원한다면, 사이징 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 사이징 혼합물은 판지의 보다 큰 구멍을 본질적으로 채워 액체가 통과되는 것이 실질적으로 방지되며 증기가 판지 구조체의 보다 작은 통로를 통과할 수 있다.
본 발명에 따른 성형 튜브(40)의 다른 실시예가 도 5에 도시된다. 상기 성형 튜브(40)는 플라스틱으로 형성되고 튜브의 벽을 관통하는 복수의 개구(42)를 가지고 있다. 바람직하게는, 상기 개구(42)는 비교적 작은데, 예를 들면, 직경(또는 비-원형 개구의 경우에는, 개구를 가로지르는 최대 거리)이 대략 0.1인치 이하이다. 상기 튜브의 외측면(44)은 개구의 존재를 제외하면, 원통형이다. 상기 개구는, 여러 가지 방법, 예컨대, 튜브(40)의 성형 공정 중에, 또는 상기 튜브의 성형 공정 후 기계적 공정에 의하여 형성될 수 있다. 개구를 갖는 플라스틱 튜브가 도시되어 있지만, 플라스틱 이외에, 금속 또는 판지와 같은 다른 재질도 사용될 수 있다.
본 발명의 일부의 실시예에 따른 성형 튜브는 일회용으로 설계될 수 있으며, 그 후 상기 성형 튜브는 폐기될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 일회용 성형 튜브는 판지(도 5와 유사하게 천공되거나, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 천공되지 않은), 부직포 시트 금속(도시하지 않음) 등과 같은 비교적 값싼 재질로 형성된다.
실제로, 본 발명에 따른 성형 튜브는 와인더 상에 놓여지고, 유리 섬유는 하나 이상의 코팅 혼합물로 코팅 된 후, 유리 케이크를 형성하도록 튜브를 중심으로 감겨진다. 케이크가 와인더로부터 제거되고 건조 또는 경화를 위하여 다른 장소로 이송된다. 일부의 경우에는, 가열 장치 없이 케이크를 충분히 건조시킬 수 있지만, 다른 경우에는, 코팅 혼합물을 경화시키고 및/또는 코팅의 건조를 신속하게 하기 위하여 가열 장치가 필요할 수 있다. 어느쪽 경우에나, 본 발명에 따른 성형 튜브는 증기를 튜브를 통하여 전달시킬 수 있도록 하며 따라서 건조 및/또는 경화를 용이하게 한다. 또한 벽을 통한 열 전달이 종래 기술의 불투과성 성형 튜브에 비하여 향상된다. 성형 튜브에 의하여 제공된 향상된 증기 및 열 전달의 결과로서, 코팅된 유리 섬유의 특성이 케이크 전체에 걸쳐서 매우 균일하게 된다.
여기에서 설명된 본 발명의 다수의 변형예 및 다른 실시예가 상기 상세한 설명 및 첨부 도면에 제시된 사항의 이점을 가진다는 것을 당업자가 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 공개된 특정 실시예로 제한되지 않으며 변형 및 다른 실시예가 첨부된 청구범위 내에 포함되도록 의도되는 것을 알 수 있다. 특정 용어가 여기에 사용되고 있지만, 이들 용어는 일반적이고 설명적인 의미로만 사용되고 제한의 목적으로 의도되지 않는다.
본 발명은 대체로 유리 섬유의 제조, 특히 유리 섬유의 제조에 사용되는 유리 성형 튜브에 이용될 수 있다.
Claims (12)
- 유리 섬유 케이크(glass fiber cake)를 형성하기 위해서, 외부에 새로이 형성되고 코팅된 유리 섬유가 감겨지는 유리 성형 튜브로서,상기 성형 튜브의 축을 중심으로 서로 나선상으로 감겨지고 관형 보디 벽을 형성하도록 서로 부착되는 복수의 판지 겹(plies)을 포함하고,상기 겹 중 적어도 최외측 겹은 사이징 화합물(sizing compound)로 처리되는 판지를 포함하여, 상기 판지는 유리 섬유에 사용된 액체 코팅 혼합물은 실질적으로 통과시키지 않지만, 유리 섬유의 케이크의 경화 및 건조 중에 발생된 증기는 통과시키는 것을 특징으로 하는 유리 성형 튜브.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 성형 튜브는 케이크를 형성하도록 상기 성형 튜브를 중심으로 감겨지는 유리 섬유와 협력하며,상기 유리 섬유는, 액상으로 유리 섬유에 적용되고 이후에 경화/건조되는 재질을 포함하는 코팅재를 가지는 것을 특징으로 하는 유리 성형 튜브.
- 제3항에 있어서,상기 성형 튜브는 상기 성형 튜브의 축을 중심으로 서로 나선상으로 감겨지고 상기 관형 보디 벽을 형성하도록 서로 부착되는 복수의 판지 겹을 포함하며,상기 겹 중 적어도 최외측 겹은, 상기 판지가 유리 섬유에 사용된 액체 코팅 혼합물을 실질적으로 통과시키지 않도록 하며, 유리 섬유의 케이크의 경화/건조 중에 발생된 증기를 통과시키도록 하기 위하여 사이징 화합물로 처리되는 판지를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 성형 튜브.
- 유리 섬유의 제조 방법에 있어서,연속적인 유리 섬유를 제조하도록 성형 부싱(forming bushing)를 통하여 용융 유리를 통과시키고, 상기 유리 섬유를 냉각시키는 단계,상기 유리 섬유에 액체 코팅 혼합물을 코팅하는 단계,유리 케이크를 형성하도록, 성형 튜브의 축을 중심으로 서로 나선상으로 감겨지고 관형 보디 벽을 형성하도록 서로 부착되는 복수의 판지 겹(plies)을 포함하는 유리 성형 튜브를 중심으로 코팅된 유리 섬유를 감는 단계,증기를 발생시키기 위하여 상기 코팅 혼합물의 구성 성분을 휘발시킴으로써 상기 코팅 혼합물을 건조/경화시키도록 상기 유리 케이크를 가열시키는 단계, 및상기 증기를, 케이크를 통하여 외측으로 및 상기 성형 튜브의 관형 보디 벽을 통하여 내측으로 배출시키는 단계를 포함하며,상기 판지의 복수의 겹 중 적어도 최외측 겹은 사이징 화합물(sizing compound)로 처리되는 판지를 포함하여, 상기 판지는 유리 섬유에 사용된 액체 코팅 혼합물은 실질적으로 통과시키지 않지만, 유리 섬유의 케이크의 경화 및 건조 중에 발생된 증기는 통과시키는 것을 특징으로 하는 유리 섬유의 제조 방법.
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