KR101026505B1 - Ｏｘｉ－ＰＡＮ섬유 확포 장치 - Google Patents

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이세윤
권기철
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Abstract

니들 펀칭 장비(100)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)를 니들 펀칭하기 전에 확포하는 본 발명에 따른 Oxi-PAN섬유 확포 장치는, 언와인딩존, 바이브레이션존, 스프레드존, 및 라인업존의 순서로 구분되어 있고, 상기 Oxi-PAN섬유(11)는 각 존을 따라 순서대로 진행하면서 확포되며,
상기 언와인딩 존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)가 설치된 Oxi-PAN섬유 설치부(210) 및 상기 Oxi-PAN섬유 설치부(210)로부터 상기 Oxi-PAN섬유(11)를 가압하면서 푸는 언와인딩 롤러(220)가 설치되어 있고,
상기 바이브레이션존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)에 진동을 부여하는 바이브레이션부(230)가 설치되어 있고,
상기 스프레드존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)에 상기 언와인딩 롤러(220)보다 더 큰 가압력을 부가하는 복수의 그루부 롤러(240)가 설치되어 있고,
상기 라인업존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)에 대하여 빗질하는 복수의 콤브(250)가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｏｘｉ－ＰＡＮ섬유 확포 장치{OXIDIZED PAN FIBER SPREAD DEVICE}
본 발명은 48K 이상의 헤비 토우 형태의 Oxi-PAN섬유(Oxidized PAN Fiber)를 균일하게 확포하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Oxi-PAN섬유 프리폼(Oxidized PAN Fiber Preform)을 형성하는 예비체인 Oxi-PAN섬유 직물을 48K 이상의 헤비 토우 형태의 Oxi-PAN섬유를 사용하여 직물을 성형함에 있어서 Oxi-PAN 섬유를 균일하게 확포하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 고강도, 고탄성 구조재료용 탄소섬유(Carbon Fiber)는 아크릴 섬유로(Polyacrylonitrile, PAN) 제조한다. PAN계 탄소섬유를 제조하는 과정에서 약 200∼300℃에서 산화 또는 안정화시킨 섬유를 Oxi-PAN섬유(Oxidized PAN Fiber, 내염섬유, 안정화섬유)라고 한다.
일반적으로 Oxi-PAN섬유 프리폼을 형성하는 예비체는 Oxi-PAN섬유 직물로 성형되거나, 또는 Oxi-PAN섬유 직물에 Oxi-PAN섬유 웹(Web, 부직포)을 결합시킨 강화 Oxi-PAN섬유 직물(펠트)로 제조된다.
전자는 토우 형태의 PAN계(Polyacrylonitrile) Oxi-PAN섬유(Oxidized PAN Fiber) 다발을 수작업으로 평면으로 펼친 후 니들 펀칭 장비, 직조 장비 등을 이용하여 일방향 Oxi-PAN섬유 직물을 제조한다. 후자는 평면으로 펼친 토우 형태의 PAN계 Oxi-PAN섬유 다발 위에 Oxi-PAN섬유 웹을 니들 펀칭(Needle Punching)장비를 이용해서 강화 Oxi-PAN섬유 직물(Oxi-PAN섬유 웹 + 일방향 Oxi-PAN섬유 직물)을 제조한다.
상술한 48K에 있어서, K는 Oxi-PAN섬유의 필라멘트(Filament)의 수를 나타내는 단위이며, 1K는 Oxi-PAN섬유에 필라멘트의 수가 1000개인 경우로 정의된다. 토우 형태의 Oxi-PAN섬유를 필라멘트(Filament)의 수의 따라 종류를 구분 지어 볼 때. 보통 48K 이하는 스몰 토우, 48K 이상은 헤비(또는 라지) 토우라 한다.
스몰 토우 또는 헤비 토우 형태의 Oxi-PAN섬유를 이용하여, Oxi-PAN섬유 프리폼을 형성하는 예비체를 상술한 바와 같은 방식으로 Oxi-PAN섬유직물 또는 강화 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하며, Oxi-PAN섬유 직물 또는 강화 Oxi-PAN섬유 직물 제조시에, 헤비 토우는 320K Oxi-PAN섬유를 주로 사용하며, 스몰 토우는 12K Oxi-PAN섬유를 주로 사용한다. 통상적으로 헤비 토우 형태의 Oxi-PAN섬유의 단가는 스몰 토우 형태의 Oxi-PAN섬유의 단가 보다 저렴하다. 이하 헤비 토우 형태의 Oxi-PAN섬유를 설명의 편의를 위해 Oxi-PAN섬유라 한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 종래에 있어서, 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하는 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하는 니들 펀칭 장비를 나타낸 도면이다.
도 1에서, 니들 펀칭 장비(100)는, Oxi-PAN섬유 다발(10)로부터 풀린 Oxi-PAN섬유(11)를 이송시키는 섬유 이송 롤러(22, 23), 섬유 이송 롤러(22, 23)에 걸쳐 있는 섬유 이송 벨트(21), 섬유 이송 벨트(21)에 의해서 이송된 Oxi-PAN섬유(11)를 니들 펀치 상판(41)과 니들 펀칭 하판(43) 사이로 인입시키는 인입 롤러(31, 32), 상하 운동하는 니들 펀칭 상판(41), 니들 펀칭 상판(41)의 하부에 매트릭스 방식으로 복수 배열 설치되어 있는 니들(42), 니들 펀칭 상판(41)의 하부면에 대면하여 위치되어 있는 니들 펀칭 하판(43), 니들 펀칭 상판(41)의 니들(42)이 삽입될 수 있도록 니들 펀칭 하판(43)에 형성된 니들 삽입 홀(44), 니들 펀칭 상판(41)과 니들 펀칭 하판(43)에 의해 상호 작용(니들 펀칭)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)가 직조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 인출하는 인출 롤러(34, 35), 직조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 이송하는 섬유 직물 이송 롤러(51) 및 섬유 직물 이송 롤러에 걸쳐 있는 섬유 직물 이송 벨트(52)를 포함한다. Oxi-PAN 섬유(11)는 통상 박스에 담겨 있고 이를 수작업으로 Oxi-PAN 섬유 롤러(12)에 걸쳐 감아서 섬유 이송 롤러(22, 23)에 이송되지만, Oxi-PAN 섬유 롤러(12)에 Oxi-PAN 섬유(11)가 감겨있을 수도 있다.
작업자는 폭 80cm이고 면밀도 400g/m2인 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하기 위해서 먼저 320K Oxi-PAN섬유 다발(10) 8개를 10cm간격으로 도 1에 도시된 바와 같이 일렬로 이격하여 설치하고, 이로부터 320K Oxi-PAN섬유(11)를 풀어서 섬유 이송 벨트(21) 상에 올려놓고, 수작업으로 도 1에 도시된 바와 같은 모양으로 Oxi-PAN섬유(11)를 펼친다. 펼친 Oxi-PAN섬유(11)를 섬유 이송 롤러(22, 23)와 섬유 이송 벨트(21)를 서서히 이동시켜서, 인입 롤러(31, 32)에 의해서 니들 펀칭 상판(41)과 니들 펀칭 하판(43) 사이로 인입시킨다. 인입된 Oxi-PAN섬유(11)는 니들 펀칭 상판(41)과 니들 펀칭 하판(43)의 상호 작용, 즉 니들 펀칭 동작에 의해서 직조된다. 니들 펀칭 동작은 니들 펀칭 상판(41)이 상하 운동을 수십 내지 수백 회 반복함으로써 이루어진다.
이때, 니들 펀칭 장비(100)에 사용되는 니들(42)은 니들 펀칭 동작 시에 Oxi-PAN섬유(11)의 표면으로부터 아래 방향, 즉 z축 방향으로 Oxi-PAN섬유의 필라멘트를 끌고 내려가 층과 층 사이를 결합하는, 즉 직조하는 기능을 한다.
직조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 인출 롤러(34, 35)에 의해서 인출되고, 섬유 직물 이송 롤러(51) 및 섬유 직물 이송 벨트(52)에 의해서 이송된다.
여기에서 설명하는 니들 펀칭 장비(100) 및 이에 사용되는 니들(42)은 단순히 설명하기 위한 것이므로, 당해 분야에서 숙련된 자에 의해서 취사선택할 수 있는 어떤 것이어도 좋다.
이렇게 형성된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 면밀도가 400g/m2인지의 여부를 검사하게 되고, 만일 면밀도가 400g/m2를 초과하거나 미만인 경우에는, 작업자가 320K Oxi-PAN섬유 다발(10)을 추가 또는 제거하고 다발간 간격을 좁히거나 넓힌 후에, 재차 수작업으로 Oxi-PAN섬유 다발(10)로부터 Oxi-PAN섬유를 풀어 상기의 작업을 반복한다. 이를 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 니들 펀칭 장비(100)를 이용하여 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하는 방법을 나타낸 플로차트이다.
먼저, 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하기 위해서, 작업자의 판정에 따라 320K Oxi-PAN 섬유 다발(10)의 수를 8개로 하고 다발간 간격을 10cm로 설정한다(S100). 작업자는 설정된 대로 320K Oxi-PAN 섬유 다발(10) 8개를 10cm간격으로 이격하여 위치시키고 320K Oxi-PAN 섬유 다발(10)로부터 Oxi-PAN 섬유(11)를 풀어 수작업으로 폭 80cm가 되도록 확포한다(S110). 이 확포 작업은 도 1에 도시된 바와 같이 섬유 이송 벨트(21) 상에서 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 그 다음, 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)를 니들 펀칭하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다(S115). 그 다음, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)의 면밀도를 측정한다(S120). Oxi-PAN섬유 직물(13)의 면밀도를 측정하는 장비는 특별히 한정되지 않으며, 당해 분야의 숙련된 자에 의해서 취사 선택할 수 있는 어떠한 것이어도 좋다.
다음으로, 면밀도 측정 결과, 면밀도가 400g/m2인지의 여부를 판정한다(S130). 면밀도 판정시 통상적으로 오차 범위가 있는 것으로 한다. 면밀도가 400g/m2가 아닌 것으로 판정되면, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 불량이므로, 작업자는 상기 판정 결과를 참고하여 320K Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 재설정(S140)한다. 작업자는 재설정된 바에 따라 320K Oxi-PAN섬유 다발(10)을 위치 설정하고, S100 내지 S130을 반복하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다. 예를 들어, 작업자는 면밀도가 400g/m2보다 낮다고 판정되면, S140에서, 320K Oxi-PAN섬유 다발을 8개에서 9개로 1개 추가하고, 다발간 간격을 10cm에서 8.8cm로 좁힌다. 또한, 면밀도가 400g/m2보다 높다고 판정되면, S140에서, 320K Oxi-PAN섬유 다발을 8개에서 7개로 1개 제거하고, 다발간 간격을 10cm에서 11.4cm로 넓히고, S100 내지 S130을 반복하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다.
S130에서, 면밀도가 400g/m2인 것으로 판정되면, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 양품이므로 작업자가 원하는 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 획득하게 된다(S150).
그러나, 도 1 및 도 2에서 설명한 종래 기술에 의해서 결과적으로 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)이 양품으로 판명난다고 하더라도, S110에서, 320K Oxi-PAN 섬유 다발(10)을 작업자가 수작업으로 확포하기 때문에, 니들 펀칭 장비(100)에서 니들 펀칭 되는 Oxi-PAN섬유의 분포 균일도가 저하되고, 부분 불량을 포함하게 되어 결과적으로 전체가 분량이 되는 문제점이 있었다.
구체적으로, 320K Oxi-PAN 섬유 다발을 작업자가 수작업으로 확포하기 때문에, Oxi-PAN섬유 직물의 면밀도를 정밀하게 조절할 수 없고, Oxi-PAN섬유 직물의 생산성이 떨어지고, Oxi-PAN섬유 직물의 면적의 균일 분포성이 저하되고, 그 직물 면적 내의 Oxi-PAN섬유의 균일 배향성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 수반하는 부가적인 문제점을 살펴보면, 니들 펀칭 장비(100)의 Oxi-PAN섬유직물에 대한 니들의 삽입 깊이가 균일하지 못하여, Oxi-PAN섬유 직물에 불량이 발생한다. Oxi-PAN섬유 직물 두께가 얇은 층 부위는 아래 방향, 즉 z축 방향으로의 보강이 미흡하여 Oxi-PAN프리폼 불량의 한 형태인 층간 분리(Delamination)를 초래한다. Oxi-PAN섬유직물 두께가 두꺼운 층 부위는 아래 방향, 즉 z축 방향으로의 보강이 과하게 되어 Oxi-PAN섬유의 필라멘트를 요구 수준 이상으로 끊어뜨리거나, 니들의 부러짐을 유발하게 된다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, Oxi-PAN섬유를 균일하게 확포하는 장치에 의해서, Oxi-PAN섬유 프리폼을 형성하는 예비체인 Oxi-PAN섬유 직물 면적의 균일 분포성, 그 직물 면적 내의 Oxi-PAN섬유의 균일 배향성을 향상시킴으로써 Oxi-PAN섬유 프리폼의 물리적 특성 향상과 제품의 불량률을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 특히, Oxi-PAN섬유를 균일하게 확포하는 장치의 자동화를 통하여 작업 환경 개선과 Oxi-PAN섬유 직물의 면밀도 조절을 용이하게 하고, Oxi-PAN섬유 직물의 생산성을 향상시켜 Oxi-PAN섬유 프리폼의 생산성까지 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 Oxi-PAN섬유 확포 장치는 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 Oxi-PAN섬유를 니들 펀칭하기 전에 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치로서, 복수의 빗살이 마련되어 상기 Oxi-PAN섬유를 균일 분포 및 균일 배향하도록 빗질하는 콤브(comb)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 Oxi-PAN섬유 확포 장치에 있어서, 바람직하게는 상부 롤러와 하부 롤러를 포함하는 그루부 롤러 - 상기 상부 롤러에는 돌기부가 상부 롤러의 장방향 축을 따라 길게 연장 형성되어 있고, 상기 하부 롤러에는 오목부가 상기 하부 롤러의 장방향 축을 따라 길게 연장 형성되어 있고, 상기 돌기부와 상기 오목부는 상부 롤러와 상기 하부 롤러의 회전시에 맞물림 - 를 더 포함하고,
상기 그루부 롤러는 상기 콤브의 전방(前方)에 설치되어 상기 그루부 롤러(240)의 돌기부와 오목부에 의해서 상기 Oxi-PAN섬유를 가압하여 펼치는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 Oxi-PAN섬유 확포 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 Oxi-PAN섬유에 진동을 부가하는 바이브레이션부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다른 Oxi-PAN섬유 확포 장치는, 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 Oxi-PAN섬유를 니들 펀칭하기 전에 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치로서, 상기 Oxi-PAN섬유 확포 장치는 언와인딩존, 바이브레이션존, 스프레드존, 및 라인업존의 순서로 구분되어 있고, 상기 Oxi-PAN섬유는 각 존을 따라 순서대로 진행하면서 확포되며,
상기 언와인딩 존에는 상기 Oxi-PAN섬유가 설치된 Oxi-PAN섬유 설치부 및 상기 Oxi-PAN섬유 설치부로부터 상기 Oxi-PAN섬유를 가압하면서 푸는 언와인딩 롤러가 설치되어 있고,
상기 바이브레이션존에는 상기 Oxi-PAN섬유에 진동을 부여하는 바이브레이션부가 설치되어 있고,
상기 스프레드존에는 상기 Oxi-PAN섬유에 상기 언와인딩 롤러보다 더 큰 가압력을 부가하는 복수의 그루부 롤러가 설치되어 있고,
상기 라인업존에는 상기 Oxi-PAN섬유에 대하여 빗질하는 복수의 콤브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 Oxi-PAN 섬유 확포 장치 및 확포 방법에 의하면, Oxi-PAN섬유 다발을 기계적으로 자동으로 확포하기 때문에, Oxi-PAN섬유 직물의 면밀도를 정밀하게 조절할 수 있고, Oxi-PAN섬유 직물의 생산성이 높아지고, Oxi-PAN섬유 직물의 면적의 균일 분포성이 향상되고, 그 직물 면적 내의 Oxi-PAN섬유의 균일 배향성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하는 니들 펀칭 장비를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 니들 펀칭 장비(100)를 이용하여 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하는 방법을 나타낸 플로차트이다.
도 3은 Oxi-PAN섬유를 언와인딩 존, 바이브레이션 존, 스프레드 존, 및 라인업 존에 따라 1 내지 4차 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 획득한 확포 데이터가 저장되어 있는 데이터 베이스를 이용함으로써, 제조하고자 하는 Oxi-PAN섬유의 폭과 면밀도에 따라 정확하게 Oxi-PAN섬유를 1 내지 4차 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 각 존에 따라 Oxi-PAN섬유가 1 내지 4차 확포되어 가는 과정을 나타낸 도면으로서, (a)는 Oxi-PAN섬유의 각 존에 따른 확포를 나타낸 평면도이고, (b)는 Oxi-PAN섬유의 각 존에 따른 확포를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 각 존에 따라 Oxi-PAN섬유를 1 내지 4차 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 전체를 나타낸 도면으로서, (a)는 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 각 존에 따른 구성을 나타낸 평면도이고, (b)는 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 각 존에 따른 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Oxi-PAN섬유 확포 장치 및 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 Oxi-PAN섬유를 언와인딩 존, 바이브레이션 존, 스프레드 존, 및 라인업 존에 따라 1 내지 4차 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 각 존에 따라 Oxi-PAN섬유가 1 내지 4차 확포되어 가는 과정을 나타낸 도면으로서, (a)는 Oxi-PAN섬유의 각 존에 따른 확포를 나타낸 평면도이고, (b)는 Oxi-PAN섬유의 각 존에 따른 확포를 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 5의 각 존에 따라 Oxi-PAN섬유를 1 내지 4차 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 전체를 나타낸 도면으로서, (a)는 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 각 존에 따른 구성을 나타낸 평면도이고, (b)는 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 각 존에 따른 구성을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예는, 종래에 수작업으로 이루어지던 Oxi-PAN섬유의 확포를 기계적으로 자동으로 확포하는 구성에 특징이 있다.
도 5에는 Oxi-PAN섬유가 각종 존을 따라 기계적으로 자동으로 확포되는 것이 도시되어 있다. 도 5의 (a)를 참조하면, 종래에 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 니들 펀칭하기 전에 수작업으로 이루어지던 확포 작업은, 본 발명에서는 언와인딩존(Unwinding zone), 바이브레이션존(Vibration zone), 스프레드존(Spread zone), 및 라인업존(Lineup zone)으로 구별되고, Oxi-PAN섬유(11)가 각 존을 상기 기재 순으로 진행하면, 자동으로 측방향으로 확포되고, 최종 단계인 라인업존에서는 Oxi-PAN섬유(11)가 균일하게 분포 배향되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 5의 (b)를 참조하면, Oxi-PAN섬유(11)는 각 존을 상기 기재 순으로 진행하면서 그 뭉쳐 있는 두께가 점점 얇아지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 5의 (a)와 (b)를 함께 고려하면, Oxi-PAN섬유(11)는 각 존을 상기 기재 순으로 진행할수록, 측방으로 확포되면서 뭉쳐 있는 두께는 얇아지는 것을 알 수 있다.
Oxi-PAN섬유(11)는 도 5의 언와인딩존에 있어서 (a)의 평면도 및 (b)의 단면도에 도시된 바와 같이, Oxi-PAN섬유(11)가 뭉쳐 있으며, 도면상에서는 나타나 있지 않지만 통상적으로 Oxi-PAN섬유(11)가 엉켜있게 된다.
도 3 및 도 6을 참조하여, 뭉쳐 엉켜있는 Oxi-PAN섬유(11)를 각종 존을 따라서 순차로 확포하는 방법을 설명한다.
상술한 바와 같이, 작업자는 폭 80cm 400g/m2 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조하기 위해서, 먼저 320K Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 설정한다(S210). 예를 들면, 작업자는 작업자의 판단에 따라 다발 수를 8로 다발간 간격을 10cm로 설정한다. 작업자는 설정에 따라 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 언와인딩존에 320K Oxi-PAN섬유 다발(10) 8개를 10cm간격으로 위치시킨다. Oxi-PAN섬유 확포 장치는 언와인딩존에서 1차 확포를 행하고(S215), 바이브레이션존에서 2차 확포를 행하고(S220), 스프레드존에서 3차 확포를 행하고(S230), 라인업존에서 4차 확포를 행한다(S240). 1 내지 4차에 걸친 확포는 도 5에 도시된 바와 같이 이루어지고, 그 구체적인 확포 장치는 후술한다. S240에서, 라인업존에서 4차 확포가 이루어진 Oxi-PAN섬유(11)는 균일한 분포와 균일한 배향성을 가지게 된다. 4차 확포가 이루어진 Oxi-PAN섬유(11)는 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 니들 펀칭되어 Oxi-PAN섬유 직물(13)이 제조된다(S250).
제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)에 대해서 면밀도 측정이 이루어진다(S260). 면밀도 측정 장비 및 방법은 당해 분야에서 숙련된 자에 의해서 취사 선택될 수 있는 어떤 것이어도 좋다. 그 다음, 면밀도 측정 결과에 의거하여 면밀도가 400g/m2인지의 여부가 판정된다(S270). 면밀도 판정시 통상적으로 오차 범위가 있는 것으로 한다. 판정 결과, 면밀도가 400g/m2가 아닌 것으로 판정되면, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 불량이므로, 작업자는 상기 판정 결과를 참고하여 320K Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 재설정(S275)한다. 작업자는 재설정된 바에 따라 320K Oxi-PAN섬유 다발(10)을 설정하고, S215 내지 S260을 반복하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다. 예를 들어, 작업자는 면밀도가 400g/m2보다 낮다고 판정되면, S275에서, 320K Oxi-PAN섬유 다발을 8개에서 9개로 1개 추가하고, 다발간 간격을 10cm에서 8.8cm로 좁힌다. 또한, 면밀도가 40/㎠보다 높다고 판정되면, S275에서, 320K Oxi-PAN섬유 다발을 8개에서 7개로 1개 제거하고, 다발간 간격을 10cm에서 11.4cm로 넓히고, S100 내지 S130을 반복하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다.
S270에서, 면밀도가 400g/m2인 것으로 판정되면, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 양품이므로, 설정된 320K Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 정보로서 데이터 베이스에 저장함으로써(S280), 작업자가 원하는 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 획득하게 된다(S285).
이렇게 하여 획득된 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물은 그 직물 면적 내의 Oxi-PAN섬유의 균일 분포성과 균일 배향성이 매우 우수하다.
또한, S280에서 얻어진 정보는 데이터 베이스에 저장되어 있기 때문에, 작업자는 언제든지 필요에 따라 이들 판독할 수 있다. 이에 의하면, 상술한 S275로 진행하지 않고 바로 S280으로 진행할 수 있게 된다. 이때 사용되는 데이터 베이스는 당해 분야에서 숙련된 자가 입수할 수 있는 데이터 베이스 프로그램을 포함하는 장치를 의미한다.
이상 설명한 본 실시예에 있어서, S210 및 S275의 다발 수의 설정 및 다발간 간격 설정은 작업자가 판단하는 것으로 되어 있으나 프로그램화하여 컴퓨터에 의해서 제어될 수도 있다. 이는 자동화를 위해서는 필수적인 사항이 된다. 즉, 상술한 S210 ~ S285는 컴퓨터에 의해서 제어되도록 모두 프로그램화될 수도 있다.
도 4는 도 3을 모두 프로그램화하여 자동으로 제어하는 경우를 상정한 것이다. 도 4의 플로차트는 당해 분야에서 숙련된 자에 의한 제어 컴퓨터(미도시)에 의한 제어를 기반으로 이루어진 것이다.
도 4에서, 작업자는 제어 컴퓨터에 제조하고자 하는 Ox-PAN 섬유 직물의 폭과 면밀도를 입력한다(S310)(폭 80cm, 면밀도 400g/m2). 제어 컴퓨터는 데이터베이스로부터 대응하는 Oxi-PAN섬유 다발의 수 및 다발간 간격을 판독하고 위치 설정한다(320)(다발 수 8, 다발간 간격 10cm). 이 때 Oxi-PAN섬유 다발은 도 1에서와 같이 박스에 담겨져 있는 것이 아니라 Oxi-PAN 섬유(11)가 Oxi-PAN 섬유 롤러(12)에 감겨 있고 다수의 Oxi-PAN 섬유 롤러(12)가 하나의 축에서 이동 가능하게 설치되어 있으며, 이 이동은 제어 컴퓨터(미도시)에 의해서 이루어지는 것으로 상정한다.
제어 컴퓨터는 Oxi-PAN섬유 확포 장치에 명령하여, Oxi-PAN섬유(11)를 Oxi-PAN섬유 확포 장치의 언와인딩존에 320K Oxi-PAN섬유 다발(10) 8개를 10cm간격으로 위치시킨다. Oxi-PAN섬유 확포 장치는 언와인딩존에서 1차 확포를 행하고(S330), 바이브레이션존에서 2차 확포를 행하고(S340), 스프레드존에서 3차 확포를 행하고(S350), 라인업존에서 4차 확포를 행한다(S360). 1 내지 4차에 걸친 확포는 도 5에 도시된 바와 같이 각 존에 따라 진행되고, S360의 라인업존에서 4차 확포가 이루어진 Oxi-PAN섬유(11)는 도 5에 도시된 바와 같이 균일한 분포와 균일한 배향성을 가지게 된다. 4차 확포가 이루어진 Oxi-PAN섬유(11)는 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 니들 펀칭되어 Oxi-PAN섬유 직물(13)이 제조되고, 제어 컴퓨터는 면밀도 측정 장비(미도시)에 명령하여, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)에 대해서 면밀도 측정이 이루어진다(S370). 면밀도 측정 장비 및 방법은 당해 분야에서 숙련된 자에 의해서 취사 선택될 수 있는 어떤 것이어도 좋다.
그 다음, 제어 컴퓨터는 면밀도 측정 결과에 의거하여 면밀도가 400g/인지의 여부를 판정한다(S380). 면밀도 판정시 통상적으로 오차 범위가 있는 것으로 한다. 판정 결과, 면밀도가 400g/m2이 아닌 것으로 판정되면, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 불량이므로, 제어 컴퓨터는 상기 판정 결과를 참고하여 320K Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 재설정한다(S275). 제어 컴퓨터는 재설정된 바에 따라 320K Oxi-PAN섬유 다발(10)을 설정하고, S330 내지 S370을 반복하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다. 예를 들어, 제어 컴퓨터는 면밀도가 400g/m2보다 낮다고 판정되면, S385에서, 320K Oxi-PAN섬유 다발을 8개에서 9개로 1개 추가하고, 다발간 간격을 10cm에서 8.8cm로 좁힌다. 또한, 면밀도가 400g/m2보다 높다고 판정되면, S385에서, 320K Oxi-PAN섬유 다발을 8개에서 7개로 1개 제거하고, 다발간 간격을 10cm에서 11.4cm로 넓히고, S100 내지 S130을 반복하여 Oxi-PAN섬유 직물(13)을 제조한다.
S380에서, 면밀도가 400g/m2인 것으로 판정되면, 제조된 Oxi-PAN섬유 직물(13)은 양품이므로, 제어 컴퓨터는 설정된 320K Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 정보로서 제이터 베이스에 저장함으로써, 작업자가 원하는 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 획득하게 된다(S390). S390에서 얻어진 정보는 데이터 베이스에 저장되어 있기 때문에, 제어 컴퓨터는 언제든지 이들 판독할 수 있다. 이때 사용되는 데이터 베이스는 당해 분야에서 숙련된 자가 입수할 수 있는 데이터 베이스 프로그램을 포함하는 장치를 의미한다.
도 4에 도시된 S310 ~ S390은 모두 제어 컴퓨터에 의해서 자동으로 이루어지기 때문에, S310 ~ S390에 의해서 획득된 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물은 그 직물 면적 내의 Oxi-PAN섬유의 균일 분포성과 균일 배향성이 매우 우수하다.
본 실시예에서는 폭 80cm 면밀도 400g/m2의 Oxi-PAN섬유 직물을 제조하는 것으로 설명을 하였지만, 이는 본 발명의 개념을 서명하기 위한 것이므로 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 따라서, 작업자가 원하는 어떠한 폭이나 면밀도도 매우 균일한 분포성과 균일한 배향성으로 이루어질 수 있다.
도 6을 이용하여, Oxi-PAN섬유 확포 장치에 대하여 설명한다.
Oxi-PAN섬유 확포 장치는 언와인딩존, 바이브레이션존, 스프레드존 및 라인업존으로 구분되고, 언와인딩존에는 Oxi-PAN섬유 설치부(210) 및 언와인딩 롤러(220)가 설치되어 있고, 바이브레이션존에는 바이브레이션부(230)가 설치되어 있고, 스프레드존에는 복수의 그루부 롤러(Groove Roller)(240)가 설치되어 있고, 라인업존에는 복수의 콤브(comb)(250)가 설치되어 있다.
도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 Oxi-PAN섬유 확포 장치에 의하면, Oxi-PAN 섬유 다발(10)이 Oxi-PAN섬유 설치부(210)에 설치되고, 이로부터 풀린 Oxi-PAN 섬유(11)가 언와인딩 롤러(220) => 바이브레이션부(230) => 복수의 그루부롤러(240) => 복수의 콤브(250) => 니들 펀칭 장비(100)의 인입 롤러(31, 32)의 순으로 진행하면서 균일한 분포와 균일한 배향성으로 확포된다.
도 6의 Oxi-PAN섬유 설치부(210)에는 Oxi-PAN섬유 다발(10)이 복수 설치될 수 있고 그 수는 한정되지 않는다. Oxi-PAN섬유 설치부(210)는, 제조하고자 하는 Oxi-PAN섬유 직물(13)의 폭과 면밀도를 작업자가 제어 컴퓨터(미도시)에 입력하면, 제어 컴퓨터는 데이터 베이스(미도시)로부터 대응하는 Oxi-PAN섬유 다발 수 및 다발간 간격을 판독하고 이에 대응하도록 Oxi-PAN섬유 다발(10)을 위치시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
언와인딩 존에 있는 언와인딩 롤러(220)는 Oxi-PAN섬유 설치부(210)에 설치되어 있는 Oxi-PAN 섬유 다발(10)로부터 Oxi-PAN섬유(11)을 가압하면서 푼다(1차 확포). 언와인딩 존에 있는 Oxi-PAN섬유(11)는 뭉쳐서 엉켜있기 때문에 언와인딩 롤러(220)에 의해서 가압하면 그 뭉침이 풀리기 시작하는데 이를 1차 확포라고 정의하였다. 언와인딩 롤러(220)는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 두개의 롤러가 맞물려 회전하는 형태로서 일반적인 이송 롤러이다.
바이브레이션존에 있는 바이브레이션부(230)는 1차 확포된 Oxi-PAN섬유(11)를 전우좌우진동 또는 상하진동을 부여하여 그 뭉침을 더욱 풀어주는 기능을 한다. 바이브레이션부(230)의 상부에는 Oxi-PAN섬유(11)의 진행을 가이드하면서 Oxi-PAN섬유(11)에 진동을 부여하기 위해, 복수의 진동 가이드 홈(231)이 형성되어 있다. Oxi-PAN섬유(11)가 진행하는 방향의 진동 가이드 홈(231)의 단면은 "凹"로 되어 있다. 진동 가이드 홈(231)의 수나 그 폭은 특정되어 있지 않기 때문에, 바이브레이션부(230)의 진동 가이드 홈(231)은 당해 분야의 숙련된 자에 의해서 필요에 따라 추가 또는 삭감되거나, 바이브레이션부(230)의 폭 및 진동 가이드 홈(231)의 폭이 가변 가능하도록 조절될 수도 있다. 또한, 바이브레이션부(230)의 진동 주기도 특별히 한정되지 않으며, 진동에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)의 뭉침이 풀어질 수 있기만 하면 당해 분야에서 숙련된 자에게 취사 선택될 수 있다. 또한, 바이브레이션부(230)의 액추에이터도 특별히 한정되지 않으므로, 초음파 진동자 일 수도 있고 그 공기압 또는 유압 액추에이터, 모터 등 각종 액추에이터가 사용될 수 있다.
이렇게 바이브레이션존에 있는 바이브레이션부(230)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)에 진동이 부여되면 Oxi-PAN섬유(11)는 1차 확포시보다 더 뭉침이 풀리기 시작하는데 이를 2차 확포라고 정의하였다.
다음으로, 스프레드존에 있는 복수의 그루부 롤러(240)는 2차 확포된 Oxi-PAN섬유(11)를 그루부 롤러(240)에 형성된 돌기부와 오목부의 맞물림을 이용하여 가압하면서 펴줌으로써 그 뭉침을 더욱 풀어주는 기능을 한다.
그루부 롤러(240)는 도 6에 도시된 바와 같이 상부롤러에 장방향 축을 따라 길게 연장 형성된 돌기부와 하부 롤러에 장방향 축을 따라 길게 연장 형성된 오목부가 맞물려 회전하도록 구성되어 있다. 2차 확포된 Oxi-PAN섬유(11)는 그루부 롤러(240)에 형성된 돌기부와 오목부가 맞물리는 그 사이를 통과하기 시작하면서 언와인딩 롤러(220)보다 더 큰 가압력으로 가압되고 통과하여 나오면서 가압력이 풀리면서 퍼지게 된다. 따라서, Oxi-PAN섬유(11)는 2차 확포보다 더 그 뭉침이 풀어진다. 그루부 롤러(240)는 도 6에 도시된 바와 같이 연속하여 복수 개 형성되어 있으므로, Oxi-PAN섬유(11)는 그루부 롤러(240)를 하나씩 통과하면서 도 5의 (b)의 스프레드존에 도시된 바와 같이 서서히 그 뭉침이 풀어지고, 스프레드존의 끝에서는 거의 그 뭉침이 풀어진 것을 알 수 있다.
이렇게 스프레드존에 있는 그루부 롤러(240)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)가 2차 확포시보다 더 뭉침이 풀리는데 이를 3차 확포라고 정의하였다.
다음으로, 라인업존에 있는 콤브(250)는 3차 확포되어 그 뭉침이 거의 다 풀어진 Oxi-PAN섬유(11)를 콤브(250)의 하부에 복수개 형성되어 있는 빗살에 의해서 빗질하여 Oxi-PAN섬유(11)의 균일한 분포성과 균일한 배향성을 크게 높여주는 기능을 한다.
라인업존에 있는 콤브(250)는 Oxi-PAN섬유(11)의 진행 방향으로 연속하여 복수개 형성될 수 있다. 콤브(250)간 간격 및 각 콤브(250)에 형성된 빗살의 수와 간격은 특별히 한정되지 않으므로, 당해 분야의 숙련된 자에 의해서 필요에 따라 취사 선택할 수 있다.
이렇게 라인업존에 있는 콤브(250)에 의해서, Oxi-PAN섬유(11)의 3차 확포시에 확포된 상태가 유지되면서 균일한 분포성과 균일한 배향성이 크게 향상되는 데 이를 4차 확포라고 정의하였다.
이렇게 4차 확포된 Oxi-PAN섬유(11)는 니들 펀칭 장비(100)의 인입 롤러(31, 32)에 의해서 니들 펀칭 장비(100)로 인입된다.
한편, Oxi-PAN섬유 확포 장치에서, 스프레드존과 라인업존 사이에는 Oxi-PAN섬유(11)가 진행 방향에서 벗어나는 것을 방지하기 위한 가이드판(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, Oxi-PAN섬유 확포 장치에서, 바이브레이션존과 스프레드존 사이에 Oxi-PAN섬유(11)가 한번 만곡되도록 구성될 수도 있다. 이는 Oxi-PAN섬유(11)가 진행 중에 각 존의 진행 속도 차로 인하여 끊기는 것을 방지할 뿐만 아니라, 확포가 더욱 잘 일어날 수 있도록 해주는 기능을 한다.
또한, Oxi-PAN섬유 확포 장치에 있어서, 콤브(250) 근방에 에어 블로우잉 장치(미도시) 및 잔류물 흡입 장치(미도시)를 구비하여, Oxi-PAN섬유(11)가 콤브(250)를 통과할 때 콤브(250)의 빗살 사이에 보프라기나 잔류물 들이 끼는 것을 에어 블로우잉 장치에 의해서 불어서 잔류물 흡입 장치로 흡입하도록 구성될 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 니들 펀칭 장비
210 : Oxi-PAN섬유 설치부
220 : 언와인딩 롤러
230 : 바이브레이션부
240 : 그루부 롤러
250 : 콤브

Claims (4)

  1. 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)를 니들 펀칭하기 전에 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치로서,
    복수의 빗살이 마련되어 상기 Oxi-PAN섬유(11)를 균일 분포 및 균일 배향하도록 빗질하는 콤브(comb)(250)를 포함하고,
    상부 롤러와 하부 롤러를 포함하는 그루부 롤러(240) - 상기 상부 롤러에는 돌기부가 상부 롤러의 장방향 축을 따라 길게 연장 형성되어 있고, 상기 하부 롤러에는 오목부가 상기 하부 롤러의 장방향 축을 따라 길게 연장 형성되어 있고, 상기 돌기부와 상기 오목부는 상부 롤러와 상기 하부 롤러의 회전시에 맞물림 - 를 더 포함하고,
    상기 그루부 롤러(240)는 상기 Oxi-PAN섬유(11)의 진행 방향을 기준으로 상기 콤브의 앞쪽에 설치되어 상기 그루부 롤러(240)의 돌기부와 오목부에 의해서 상기 Oxi-PAN섬유(11)를 가압하여 펼치는 것을 특징으로 하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 Oxi-PAN섬유(11)에 진동을 부가하는 바이브레이션부(230)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치.
  4. 니들 펀칭 장비(100)에 의해서 Oxi-PAN섬유(11)를 니들 펀칭하기 전에 확포하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치로서,
    상기 Oxi-PAN섬유 확포 장치는 언와인딩존, 바이브레이션존, 스프레드존, 및 라인업존의 순서로 구분되어 있고, 상기 Oxi-PAN섬유(11)는 각 존을 따라 순서대로 진행하면서 확포되며,
    상기 언와인딩 존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)가 설치된 Oxi-PAN섬유 설치부(210) 및 상기 Oxi-PAN섬유 설치부(210)로부터 상기 Oxi-PAN섬유(11)를 가압하면서 푸는 언와인딩 롤러(220)가 설치되어 있고,
    상기 바이브레이션존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)에 진동을 부여하는 바이브레이션부(230)가 설치되어 있고,
    상기 스프레드존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)에 상기 언와인딩 롤러(220)보다 더 큰 가압력을 부가하는 복수의 그루부 롤러(240)가 설치되어 있고,
    상기 라인업존에는 상기 Oxi-PAN섬유(11)에 대하여 빗질하는 복수의 콤브(250)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 Oxi-PAN섬유 확포 장치.
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JP2009161864A (ja) 2007-12-28 2009-07-23 Hara Shokki Seisakusho:Kk コーマ機

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