KR100750961B1 - 섬유집합체 적층 밀도의 측정 방법 및 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실시간 적층 밀도의 측정 및 그에 따른 분포를 분석하는 기술과 관련되고, 더욱 상세하게는 용융, 건식, 습식, 건습식 및 전기 방사 공정을 거치는 웹(즉, 섬유 집합체)의 적층 밀도의 분포를 측정하기 위한 방법 및 장치와 관련된다. 본 발명에 따른 장치는 아래와 같은 구성요소를 포함한다:
(a) 상기 웹에 빛을 조사시키기 위한 광원;
(b) 상기 광원으로부터 투과된 빛의 밝기를 측정하기 위한 현미경;
(c) 상기 빛의 밝기를 이용하여 미리 결정된 중량-광도 곡선에 의하여 단위 부피당 질량을 결정하기 위한 분석 장치;
(d) 상기 웹의 두께를 측정하기 위한 레이저 센서.
본 발명에 따른 장치는 실시간으로 웹의 적층밀도를 측정함으로서 생산되는 웹의 밀도를 실시간으로 제어하는 것을 가능하도록 한다.
섬유집합체, 레이저 센서, 적층밀도, 중량-광도곡선
Description
도 1은 본 발명에 따른 섬유집합체의 밀도를 측정할 수 있는 측정 장치를 블록으로서 도시한 것이다.
도면 주요 부호의 설명
1 : 용액 저장조 2 : 방사 노즐
3 : 고전압 발생기 4 : 광원
5 : 현미경 6 : 분석 장치
7 : 제어장치 8 : 두께 측정 장치
9 : 레이저 센서
본 발명은 실시간 적층 밀도의 측정 및 그에 따른 분포를 분석하는 기술과 관련되고, 더욱 상세하게는 용융, 건식, 습식, 건습식 및 전기 방사 공정을 거치는 웹(즉, 섬유 집합체)의 적층 밀도의 분포를 측정하기 위한 방법 및 장치와 관련된다.
부직포의 물리적 특성에 중요한 영향을 미치는 섬유 집합체(직·편물 부직포 포함)의 적층 밀도를 측정하는 공지의 방법으로는 내부 구조를 측정할 수 있는 핵자기 공명 장치(NMR) 등을 이용할 수 있다. 상기 장치를 이용한 웹의 적층 밀도의 측정 및 평가는 밀도뿐만 아니라 내부 구조를 알 수 있고 또한 정확한 밀도 산출이 가능하다는 장점을 가지는 반면, 장치의 가격이 고가이며 신호 처리 시간이 길어짐으로서 실시간 밀도 측정에는 적합하지 못하다는 단점을 가진다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 레이저 두께 센서와 현미경을 이용하여 웹의 밀도를 측정하는 방법이 제안된다. 그러므로 본 발명은 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 실시간으로 웹의 밀도를 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
웹의 적층 밀도는 웹의 물리적 특성에 중요한 영향을 미친다. 본 발명에서는 상기 밀도의 측정을 위하여 레이저 두께 센서와 현미경을 이용하여 센서 융합 시스템을 구축하여, 시스템에서 처리된 정보를 이용하여 웹의 적층 밀도를 구하는 새로운 방법 및 장치를 제공한다.
위와 같은 목적을 이루기 위하여 본 발명 발명에 따른 방법은 a) 광원으로부터 상기 웹에 조사된 빛의 밝기를 현미경으로 측정하는 단계;
(b) 상기 밝기를 이용하여 미리 결정된 중량-광도 곡선을 이용하여 단위 부피당 질량을 계산하는 단계;
(c) 레이저 센서를 이용하여 웹의 두께를 측정하는 단계;
(d) 상기 두께를 이용하여 계산된 질량을 이용하여 적층 밀도를 계산하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명에 따른 장치는 a) 상기 웹에 빛을 조사시키기 위한 광원;
(b) 상기 광원으로부터 투과된 빛을 밝기를 측정하기 위한 현미경;
(c) 상기 빛의 밝기를 이용하여 미리 결정된 중량-광도 곡선에 의하여 단위 부피당 질량을 결정하기 위한 분석 장치;
(d) 상기 웹의 두께를 측정하기 위한 레이저 센서를 포함한다.
아래에서 위와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 방법 및 장치를 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 실시 예를 이용하여 상세하게 설명되지만, 제시된 실시 예는 발명의 명확한 이해를 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명에 따른 불균일한 두께를 가지는 웹의 적층 밀도 및 그 분포를 실시간으로 측정하는 방법은 부직포의 단위 면적당 적층 밀도는 중량/부피로 계산되므로 중량 및 부피를 각각 계산하여 그에 따라 밀도를 산출한다. 먼저 중량은 현미경을 이용하여 빛의 밝기를 측정하여 미리 결정된 질량-광도 곡선을 이용하여 중량을 간접 측정한다. 그리고 레이저 센서를 이용하여 두께를 측정하고 중량/부피에 의하여 적층 밀도를 계산하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 적층 밀도를 측정하기 위한 장치를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 적층 밀도를 측정하기 위한 장치는 빛의 양을 측정하기 위한 현미경(5) 및 두께를 측정하기 위한 레이저 센서(9)를 포함한다. 본 발명에 따른 장치는 실시간으로 적층 밀도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다. 도시된 바와 같이 웹이 생산되면서 적층 밀도의 측정이 가능하므로 필요한 밀도를 가지지 못하는 경우에는 제조되는 웹의 밀도를 조절할 수 있다.
용액 저장조(1)로부터 방사 노즐(2)을 통하여 방사되어 고전압 발생기(3)를 이용하여 웹이 제조된다. 일반적으로 섬유의 방사방법에는 용융 방사, 건식 방사, 습식 방사, 건습식 방사, 전기 방사등 다양한 공정이 있으며 특히 전기 방사 공정은 나노 섬유를 제조하기 위한 방법 중의 하나로, 최근 다양한 고분자 용액을 사용하여 높은 비표면적을 갖는 초미세 섬유를 생산할 수 있음으로 인해 필터나 분리막의 최적 소재로 주목받고 있다. 본 발명에 따른 장치는 임의의 방사 공정으로 생산된 웹에도 적용 가능하고 바람직하게는 전기 방사 공정에 적용 가능하다. 상기 전기 방사 공정을 설명하면, 부직포 섬유들의 웹은 고압력에 의해 집속 벨트 위로 낙 하하면서 고전압에 노출되어 세섬화된 후 용매는 증발되고 섬유화된다. 전형적으로, 웹은 세섬화된 섬유들의 접촉에 의해 형성되며, 시간의 경과에 따라 여러 층으로 평행 적층된 두꺼운 웹을 형성하게 된다. 따라서, 수직방향의 섬유의 얽힘은 극도로 배제되어 있으며, 주로 평면 축에 평행하게 배열된 다층구조를 형성하게 된다.
위와 같이 전기 방사 공정에 의하여 생산된 웹에서 광원(4)을 통과하게 된다. 광원(4)은 도시된 것처럼 웹의 아래쪽에서 조사된다. 광원(4)은 임의의 투과 광원이 사용될 수 있지만 약 150W의 할로겐 광원이 적절하다. 광원(4)에서 투과된 빛은 현미경(5)으로 입사되어 빛의 밝기가 측정된다. 그리고 투과된 빛의 밝기는 분석 장치(6)로 보내진다. 일반적으로 투과된 빛의 밝기는 투과되는 부분의 중량에 따라 달라진다. 중량이 클수록 투과되는 빛의 양은 작아지게 되고 이에 따라 밝기가 어두워진다. 구체적으로 광도는 질량에 대하여 지수 함수에 따라 감소하는 것으로 알려져 있다. 그러나 구체적으로 어떤 지수 함수의 형태를 가지는지 여부는 예를 들어 흡수 계수 또는 반사 계수와 같은 특정 섬유의 성질에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 중량-광도 곡선은 실험적으로 결정되는 것이 바람직하다. 즉 미리 실험적으로 결정된 특정 섬유 또는 웹에 대한 중량-광도 곡선이 분석 장치(6)에 입력되고, 현미경(5)으로부터 송신된 광도 또는 밝기와 비교하여 해당되는 부분의 웹의 중량이 결정될 수 있다. 중량이 결정된 웹은 이송되는 과정에서 레이저 센서(9) 통과하게 된다. 레이저 센서(9)는 웹에 빛을 투과시켜 두께를 측정하는 장치로서 임의의 공지된 레이저 장치가 사용될 수 있다. 추가적으로 두께는 도 1에 도시된 것처럼 두께 측정 장치(8)에 의하여 측정될 수도 있지만 레이저 센서(9)에 의하여 측정하는 것이 바람직하다. 레이저 센서(9)에 의하여 측정된 두께는 분석 장치(6)로 전송되고 상기 분석 장치에서는 단위 면적당 부피가 계산된다. 그리고 광도 곡선에 의하여 결정된 중량을 이용하여 단위 면적당 중량이 계산되면 중량/부피에 의하여 밀도가 결정된다. 상기와 같은 방법으로 결정된 단위 면적당 적층밀도는 웹의 적층 밀도 분포를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 만약 위와 같은 방법으로 실시간으로 측정된 웹의 적층밀도가 요구되는 적층밀도와 다른 경우라면, 제어장치(7)는 생산되는 웹의 적층밀도를 조정할 수 있다.
위와 같이 본 발명에 따른 웹의 적층 밀도를 측정하는 장치는 실시간으로 밀도를 측정함으로서 생산되는 웹의 밀도를 적절히 조절할 수 있도록 한다.
위에서 본 발명에 따른 웹의 적층 밀도를 측정하는 장치가 실시 예로서 상세하게 설명되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것이며 본 발명의 범위는 제시된 실시 예에 제한되지 않고 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 따른 웹의 적층 밀도를 측정하기 위한 장치 및 방법은 실시간으로 웹의 적층밀도를 측정함으로서 생산되는 웹의 밀도를 실시간으로 제어하는 것을 가능하도록 한다.
Claims (4)
- 웹의 적층 밀도를 실시간으로 측정하는 방법에 있어서,(a) 광원으로부터 상기 웹에 조사된 빛의 밝기를 현미경으로 측정하는 단계;(b) 상기 밝기를 이용하여 측정하고자 하는 웹에 대하여 미리 결정된 중량-광도 곡선을 이용하여 단위 부피당 질량을 계산하는 단계;(c) 레이저 센서를 이용하여 웹의 두께를 측정하는 단계;(d) 상기 계산된 질량 및 측정된 두께를 이용하여 적층 밀도를 계산하는 단계를 포함하는 방법.
- 웹의 적층 밀도를 실시간으로 측정하는 장치에 있어서,(a) 상기 웹에 빛을 조사시키기 위한 광원;(b) 상기 광원으로부터 투과된 빛의 밝기를 측정하기 위한 현미경;(c) 상기 빛의 밝기를 이용하여 측정하고자 하는 웹에 대하여 미리 결정된 중량-광도 곡선에 의하여 단위 부피당 질량을 결정하기 위한 분석 장치;(d) 상기 웹의 두께를 측정하기 위한 레이저 센서를 포함하는 웹의 적층 밀도를 측정하는 장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 광원은 할로겐 광원이 되는 것을 특징으로 하는 웹의 적층 밀도를 측정하는 장치.
- 청구항 2에 있어서,실시간으로 측정된 웹의 적층 밀도를 이용하여 생산되는 웹의 밀도를 제어하는 제어장치를 추가로 포함하는 웹의 적층 밀도를 측정하는 장치.
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2004
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