KR101031935B1 - 멜트블로잉 다이용 감쇠 유체 매니폴드 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 멜트 블로운 부직포 웨브는 감쇠 유체를 감쇠 유체 분포(10a-b) 통로를 통해 멜트블로잉 다이(12)로 공급함으로써 형성되며, 그 분포 특성은 다이(12) 및 매니폴드(22)가 조립되는 동안 변할 수 있다. 상기 통로의 분포 특성을 조절함으로써, 멜트블로잉 다이(12)에서의 채널로의 감쇠 유체의 질량 유동 및 다이 출구(18)에서의 감쇠 유체의 온도는 보다 균일해 질 수 있다.
멜트블로잉, 부직포, 웨브, 감쇠 유체, 다이, 질량 유동

Description

멜트블로잉 다이용 감쇠 유체 매니폴드{ATTENUATING FLUID MANIFOLD FOR MELTBLOWING DIE}
본 발명은 멜트 블로운(melt blown) 섬유를 준비하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
부직포 웨브는 통상적으로 고온 공기 또는 다른 감쇠(attenuating) 유체를 사용하여 섬유로 감쇠되는 동안 일련의 작은 오리피스로부터 필라멘트가 압출되는 멜트블로잉(melt blowing) 공정을 사용하여 형성된다. 상기 감쇠 섬유는 원거리로 위치된 수집기 또는 다른 적절한 표면 상의 웨브로 형성된다.
부직포 웨브의 균일성을 개선시키기 위한 노력이 진행 중에 있다. 웨브 균일성은 전형적으로 기본 중량, 평균 섬유 직경, 웨브 두께 또는 다공성과 같은 요인을 기초로 측정된다. 재료 처리량, 공기 유량, 다이에서 수집기로의 거리 등과 같은 공정 변수는 부직포 웨브 균일성을 개선시키기 위해 변경되거나 또는 제어될 수 있다. 또한, 멜트블로잉 장치의 설계에서 변경이 이루어질 수 있다. 이러한 대책을 설명하는 참조 문헌에는 미국 특허 제4,889,476호, 제5,236,641호, 제5,248,247호, 제5,260,003호, 제5,582,907호, 제5,728,407호, 제5,891,482호 및 제5,993,943호를 포함한다.
감쇠 유체는 전형적으로 다이 본체의 측면에 부착된 매니폴드(예로써, 공기 매니폴드)로 공급되고 매니폴드 또는 다이 본체에서의 비틀린 경로를 통해 선택적으로 보내어지고, 이후 필라멘트 오리피스에 인접하여 방출되게 감쇠 유체 유동 채널을 통해 보내어져서 감쇠 유체는 섬유로 압출된 필라멘트 상에 충돌하여 필라멘트를 하향으로 견인시킨다. 대표적인 매니폴드, 비틀린 경로 및 유동 채널은 예로써, 미국 특허 제4,889,476호, 제5,080,569호, 제5,098,636호, 제5,248,247호, 제5,260,003호, 제5,580,581호, 제5,607,701호, 제5,632,938호, 제5,667,749호, 제5,711,970호, 제5,725,812호, 제6,001,303호, 제6,182,732호에 도시되어 있다.
많은 연구자들에 의한 오랜 기간의 노력에도 불구하고, 상업적으로 적절한 부직포 웨브의 제조는 공정 변수 및 멜트블로잉 장치 변수의 주의 깊은 조절을 요구하고 있으며, 종종 만족할만한 결과를 얻기 위해서는 시행착오를 겪을 것도 요구된다. 균일한 특성을 갖는 넓은 멜트 블로운 부직포 웨브의 제조는 특히 어려울 수 있다.
기본 중량, 평균 섬유 직경, 웨브 두께 또는 다공성과 같은 육안으로 식별 가능한 부직포 웨브 특성은, 비록 사용 가능하지만, 부직포 웨브의 질 또는 균일성을 측정하기 위한 충분한 근거를 제공할 수 없다. 이러한 육안으로 식별 가능한 웨브 특성들은 전형적으로 웹의 다양한 부분으로부터 작은 견본을 절단함으로써 또는 이동식 웨브의 일부를 모니터링하기 위한 센서를 사용함으로써 결정된다. 이러한 접근은 특히, 낮은 기본 중량 또는 높은 다공성 웨브에 사용되는 경우 결과를 왜곡할 수 있는 샘플링 및 측정 에러가 발생하기 쉽다. 또한, 부직포 웨브가 균일하게 측정된 기초 중량, 섬유 직경, 웨브 두께 또는 다공성을 나타내더라도, 그럼에도 불구하고 상기 웨브는 개별적인 웨브 섬유의 감쇠에서의 차이로 인해 불균일성 특성을 나타낼 수 있다. 보다 균일한 웨브는 각각의 압출 필라멘트가 감쇠 유체의 동일한 또는 사실상 동일한 흐름을 받는 경우 얻어진다. 이상적으로, 감쇠 유체 흐름은 상기 다이의 폭을 따라 동일한 체적 유량 및 온도로 필라멘트 상에 충돌한다. 감쇠 및 수집 후에, 최종 감쇠 섬유는 섬유간의 보다 균일한 물리적 특성을 가질 수 있고, 보다 높은 질 또는 보다 균일한 멜트 블로운 부직포 웨브를 형성할 수 있다.
양호한 섬유 물리적 특성인 균일성은 바람직하게는 수집된 섬유의 하나 이상의 고유의 물리적 또는 화학적 특성 예로써, 중량 평균 또는 개수 평균 분자량, 바람직하게는 분자량 분포를 결정함으로써 측정된다. 분자량 분포는 전통적으로 다분산성(polydispersity)의 관점에서 특징지워질 수 있다. 웨브 견본보다 섬유의 특성을 측정함으로써, 샘플링 오차는 감소되며 웨브의 질 또는 균일성의 보다 정밀한 측정이 달성될 수 있다.
일 태양에 있어서, 본 발명은,
a) (i) 복수의 필라멘트 출구와, (ii) 상기 필라멘트 출구에 인접한 다이에서 배출되는 복수의 감쇠 유체 출구와 유체 연통하는 복수의 감쇠 유체 유동 채널을 갖는 멜트블로잉 다이와,
b) 상기 복수의 채널과 유체 연통하며, 감쇠 유체용의 적어도 하나의 입구를 갖는 매니폴드와,
c) 매니폴드 입구와 대응하는 감쇠 유체 출구들 사이의 감쇠 유체 분포 통로를 포함하며,
채널 내 감쇠 유체의 온도가 보다 균일해지도록, 다이 및 매니폴드가 조립되어 있는 중에 상기 통로의 분포 특성이 변화될 수 있는 멜트블로잉 장치를 제공하는 것이다.
다른 태양에서, 본 발명은,
a) (i) 복수의 필라멘트 출구와 (ii) 필라멘트 출구에 인접한 다이에서 배출되는 복수의 감쇠 유체 출구와 유체 연통하는 복수의 감쇠 유체 유동 채널을 갖는 멜트블로잉 다이를 통해 섬유 형성 유체를 유동시키는 단계와,
b) 복수의 채널과 유체 연통하는 매니폴드의 적어도 하나의 입구를 통해 감쇠 유체를 유동시키는 단계와,
c) 채널 내 감쇠 유체의 온도가 보다 균일해지도록, 다이 및 매니폴드가 조립되어 있는 중에 매니폴드 입구와 대응하는 감쇠 유체 출구 사이의 감쇠 유체 분포 통로의 분포 특성을 변화시키는 단계
를 포함하는 섬유 웨브를 형성하는 방법을 제공한다.
삭제
본 발명의 장치 및 방법은 섬유간의 보다 균일한 물리적 특성을 갖는 웨브를 포함하는 보다 높은 질 또는 보다 균일한 멜트 블로운 부직포 웨브를 제공할 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법은 다양한 감쇠 유체 유량 및 멜트블로잉 다이 작동 조건에서 멜트블로잉 다이로의 감쇠 유체의 균일한 이송을 제공하도록 조절될 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예는 멜트블로잉 중에 조절이 가능하다.
도1은 본 발명의 멜트블로잉 다이의 단부 단면도이다.
도2는 도1의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 조절식 공기 매니폴드의 측면도이다.
도3은 도1의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 조절식 다른 공기 매니폴드의 측면도이다.
도4는 본 발명의 또 다른 멜트블로잉 다이의 단부 단면도이다.
도5는 도4의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 조절식 공기 매니폴드의 사시도이다.
도6은 도4의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 다른 조절식 공기 매니폴드의 사시도이다.
도7은 도4의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 또 다른 조절식 공기 매니폴드의 사시도이다.
도8은 도4의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 또 다른 조절식 공기 매니폴드의 사시도이다.
본 명세서에서 사용된, 구 "부직포 웨브"는 얽혀지고 바람직하게는 충분한 결합력 및 자체 지지 가능한 강도를 갖는 것으로 특징지워지는 섬유 웨브를 나타낸다.
용어 "멜트블로잉"은 필라멘트를 형성하도록 복수의 오리피스를 통해 섬유-형성 재료를 압출시키고 필라멘트를 공기 또는 다른 유체에 접촉시켜 필라멘트를 섬유로 감쇠시킨 뒤 감쇠 섬유의 층을 수집함으로써 부직포 웨브를 형성하기 위한 방법을 의미한다.
구 "멜트블로잉 온도"는 멜트블로잉이 전형적으로 수행되는 멜트블로잉 다이 온도를 나타낸다. 적용예에 따라, 멜트블로잉 온도는 315 ℃, 325 ℃ 또는 340 ℃ 이상인 고온일 수 있다.
구 "멜트블로잉 다이"는 멜트블로잉에 사용하기 위한 다이를 나타낸다.
용어 "통로"는 멜트블로잉 다이에서의 폐쇄 공간 또는 감쇠 유체 유동이 그를 통해서 발생할 수 있는 감쇠 유체 매니폴드를 나타낸다.
구 "분배 통로"는 복수의 감쇠 유체 출구와 연통하고 이러한 출구를 통해 감쇠 유체의 각각의 질량 유량에 영향을 줄 수 있는 감쇠 유체 매니폴드 또는 멜트블로잉 다이에서의 통로를 나타낸다.
구 "분배 특성"은 복수의 감쇠 유체 출구를 통한 감쇠 유체의 상대적 질량 유량을 나타낸다.
구 "다이 및 매니폴드가 조립되어 있는 중에 변화되는"은 매니폴드가 멜트블로잉 다이에 체결된 상태로 수행되는 분배 통로의 분배 특성 변경을 지칭한다. 이 관용구는 조절을 수행하기 위해 다이 또는 매니폴드로부터 열 차폐부, 단열, 점검 덮개 등과 같은 다른 부분의 일시적인 제거의 가능성을 배제하지는 않는다.
구 "멜트 블로운 섬유"는 멜트블로잉을 사용하여 제조된 섬유를 나타낸다. 멜트 블로운 섬유의 종횡비(직경에 대한 길이의 비)는 멜트 블로운 섬유가 불연속이라고 보고되었지만, 본질적으로는 무한하다.(예로써, 일반적으로 적어도 10,000 이상이다.) 상기 섬유는 충분하게 길고 불균일하여 이러한 섬유의 매스(mass)로부터 하나의 완성된 멜트 블로운 섬유를 제거하거나 또는 시작점으로부터 종결점으로 하나의 멜트 블로운 섬유를 따라가는 것은 일반적으로 불가능하다.
구 "필라멘트를 섬유로 감쇠한다"는 필라멘트의 세그먼트를 보다 긴 길이 및 작은 직경의 세그먼트로의 변환을 나타낸다.
용어 "다분산성(polydispersity)"은 중량 평균 및 개수 평균 분자량 모두가 겔 침투 크로마토그래피 및 폴리스티렌 표준을 사용하여 계산된 폴리머의 개수 평균 분자량으로 나뉘어진 폴리머의 중량 평균 분자량을 나타낸다.
구 "사실상 균일한 다분산성을 갖는 섬유"는 그 다분산성이 평균 섬유 다분산성으로부터 ±5% 미만으로 상이한 멜트 블로운 섬유를 나타낸다.
도1은 도2의 라인 1-1'을 따라 취해진 본 발명의 멜트블로잉 장치(10)의 단부 단면도이다. 도2는 도1의 라인 2-2'를 따라 취해진 장치(10)의 일부의 부분 측단면도이다. 도1 및 도2에서, 멜트블로잉 장치(10)는 두 개의 다이 본체 반부(12a, 12b)로부터 형성된 멜트블로잉 다이(12)를 포함한다. 섬유-형성 재료(예로써, 열가소성 폴리머)는 입구(13)를 통해 멜트블로잉 다이(12)로 유입되어, 통로(14, 15) 및 제거식 팁(16)을 통해 진행하고, 다이(12)의 폭을 따라 근접하게 이격된 [출구(18)와 같은] 복수의 필라멘트 출구를 통해 다이(12)에서 배출된다.
감쇠 유체(전형적으로 가열 공기)는 도관(20a, 20b)을 통해 진행하고, 매니폴드(22)의 어느 하나의 단부에서 입구(21a, 21b)로 유입된다. 각각의 매니폴드(22)는 다이(12)의 폭을 따라 연장되고, 대체로 다이(12)의 중간점에 상응하는 중심선(42)을 갖는다. 입구(21a, 21b)를 통과한 후, 감쇠 유체는 이동식 상부벽(24a, 24b)에 의해, 매니폴드 하부벽(27)을 따라 이격 배치된 일련의 작은 오리피스(26)를 향해 편향된다. 이후, 감쇠 유체는 댐(dam; 28, 30)을 지나는 비틀린 경로를 통해 진행하고, 다이(12)의 폭을 따라 이격된 [채널(32a, 32b)과 같은] 복수의 감쇠 유체 채널로 유입된다. 몇몇 채널에서의 감쇠 유체는 열전쌍(34)과 같은 열전쌍을 지나 통과하고 팁(16) 근처의 다이(12)의 폭을 따라 이격된 [감쇠 유체 출구(36a, 36b)와 같은] 복수의 감쇠 유체 출구를 통해 멜트블로잉 다이(12)에서 배출된다.
다이(12)에 개재될 수 있는 조절식 열 입력 장치와 같은 다른 작용 요인 및 이동식 상부벽(24a, 24b)이 없는 때에는, 매니폴드(22)에서의 감쇠 유체는 매니폴드(22)의 길이를 따라 온도 및 압력이 변한다. 감쇠 유체는 각각의 오리피스(26)에서 매니폴드(22)로부터 압출되기 때문에, (그리고 벽(24a, 24b)은 존재하지 않는 것으로 가정하면) 매니폴드(22)에서의 감쇠 유체는 입구 단부(21a, 21b)에 인접부에서 고온 및 고압을 가지며, 중심선(42)의 인접부에서는 저온 및 저압을 갖는다. 상기 온도 및 압력차는 오리피스(26)를 통한 감쇠 유체의 질량 유량에서의 대응 압력차를 발생시키며, 큰 질량 유량은 입구 단부(21a, 21b)에 인접하여 발생하고, 낮은 질량 유량은 중심선(42)에 인접하여 발생한다. 이후에 출구(36a, 36b)와 같은 감쇠 유체 출구와 오리피스(26) 사이에서 일정한 압력 하강이 발생한다고 가정할 때, [채널(32a, 32b)과 같은] 감쇠 유체 채널에서와 [출구(36a, 36b)와 같은] 감쇠 유체 출구에서의 감쇠 유체의 온도는 다이(12)의 폭을 따라 변하며, 불균일 부직포 웨브가 생산된다.
이동식 상부벽(24a, 24b)및 조절식 볼트(38)는 바람직하게는 상기 온도 및 압력 변화에 대해 보상하는 데 사용될 수 있고, 바람직하게는 채널(32a, 32b)로의 감쇠 유체의 보다 균일한 이송을 위해 구비될 수 있으며, 바람직하게는 감쇠 유체 출구들에서의 감쇠 유체 질량 유량 및 온도차를 조절, 감소 또는 제거하는 것이 가능하게 한다. 이동식 상부벽(24a, 24b)은 힌지(44)를 통해 외부 단부에서 매니폴드(22)에 체결된다. 도2에 도시된 조절 위치에서, 상부벽(24a, 24b)의 내부 단부는 중심선(42)에 인접한 다른 것과 인접하게 만난다. 매니폴드(22)의 측벽(23a, 24a), 바닥벽(27), 상부벽(24a) 및 입구(21a)는 일반적으로 공급 도관(20a)으로부터 감쇠 유체의 오리피스(26)를 통과하는 질량 유량을 균등하게 하는 데 조력하는 형상의 통로(48)를 형성한다. 통로(48)의 상기 단면적은 입구(21a) 근처에서 가장 크며, 중심선(42) 근처에서 가장 작다. 이러한 중심선(42) 근처에서의 감소된 단면적은 감쇠 유체가 중심선(42)을 향해 이동할 때 오리피스(26)를 통해 감쇠 유체의 압출로 인해 발생할 수 있는 감쇠 유체 압력 및 온도에서의 감소를 오프셋한다. 유사하게, 매니폴드(22)의 입구(21b), 상부벽(24b), 바닥벽(27) 및 측벽(23a, 23b)은 일반적으로 공급 도관(20b)으로부터의 감쇠 유체의 오리피스(26)를 통한 질량 유량을 균등화하는 데 조력하는 다른 형상의 통로(50)를 한정한다.
매니폴드(22)의 내부 또는 외부에서 볼트(38)를 이동시킴으로써, 통로(48, 50)의 분산 특성은 다이(12)의 채널에서의 감쇠 유체 질량 유량 및 온도를 보다 균 일하게 하도록 조절될 수 있다. 볼트(38)는 매니폴드(22)의 고정식 상부벽(25)의 나사식 개구를 통과하고, 고정 나사(40)에 의해 유지된다. 볼트(38)의 하단부는 장형 러빙 블록(rubbing block; 46)에서 비나사식 구멍에서 자유롭게 회전한다. 블록(46)의 하단부는 상부벽(24a, 24b)의 인보드(inboard) 단부를 지지한다. 매니폴드(22)로 유입되는 감쇠 유체의 유압(예로써, 공기압)은 벽(24a, 24b)의 인보드 단부를 러빙 블록(46)의 하부면에 대해 견고하게 보유한다. 볼트(38)가 매니폴드(22)의 내부 또는 외부에 나사결합되기 때문에, 통로(48, 50)의 분산 특성은 변한다. 매니폴드(22) 안으로의 소정의 감쇠 유체 체적 유량에 대해, 볼트(38)에 대한 적절한 세팅 및 통로(48, 50)의 대응 형상은 매니폴드(22)의 길이를 따라 감쇠 유체의 균일하게 분포된 질량 유량을 제공할 수 있고, 감쇠 유체 출구에서 균일한 감쇠 유체 온도를 제공한다는 것을 발견할 수 있다. 양호한 통로 분포 특성의 달성은 다이(12)의 폭을 따라 분포된 복수의 열전쌍(34)을 사용하는 채널(32a, 32b)과 같은 몇몇의 유체 유동 채널을 모니터링함으로써 이루어질 수 있다.
멜트블로잉이 이러한 장치로 수행되는 방식에 대한 상세한 설명은 예로써 상기 인용한 특허 및 인더스트리얼 엔지니어링 케미스트리 제48권, 1342페이지의 웬테, 반 에이.(Wente, Van A.)의 "극상 열가소성 섬유(Superfine Thermoplastic Fibers)" 또는 웬테, 브이 에이(Wente, V. A.), 분, 씨, 디.(Boone, C, D.) 및 플루하티, 이. 엘.(Fluharty, E. L.)에 의해 1954년 5월 25일자로 발행된 네이벌 리서치 레버러토리스(Naval Research Laboratories)의 "극상 유기 섬유의 제조(Manufacture of Superfine Organic Fibers)"에서 발견할 수 있다.
도3은 도1에 도시된 것과 같은 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 다른 조절식 공기 매니폴드(52)의 측면도이다. 매니폴드(52)는 도관(54)으로부터 감쇠 유체가 공급되는 단일 입구(53)를 갖는다. 매니폴드(52)의 폐쇄 단부(55)는 도관(56)을 통해 압축 공기가 공급된다. 밀봉 링(58)을 구비한 활주식 웨지형 피스톤(57)은 공간(59)의 공기압이 형상을 갖는 통로(60)에서의 감쇠 유체압을 초과할 때 입구(53)를 향해 이동하며, 형상을 갖는 통로(60)에서의 감쇠 유체압이 공간(59)에서의 공기압을 초과할 때 폐쇄 단부(55)를 향해 이동한다. 상기 각각의 압력들이 동일할 때, 피스톤(57)은 매니폴드(52) 내의 균등 위치를 점유한다. 통로(60)의 분포 특성은 일반적으로 입구(53), 매니폴드 고정식 상부벽(61), 경사진 피스톤면(62), 매니폴드 하부벽(63) 및 매니폴드(52)의 측벽으로 한정된다. 공기압 조절기(64)를 조절함으로써, 피스톤(57)의 위치 및 통로(60)의 분포 특성은 매니폴드(52)의 길이를 따라 이격된 오리피스(66)를 통과하는 균일한 분포의 감쇠 유체의 질량 유량을 제공하고 다이(12)의 감쇠 유체 출구에서의 균일한 감쇠 유체 온도를 제공하도록 변경될 수 있다.
도4는 본 발명의 멜트블로잉 장치(70)의 단부 단면도이다. 장치(70)는 두 개의 다이 본체 반부(72a, 72b)로부터 형성된 멜트블로잉 다이(72)를 포함한다. 섬유 형성 재료는 입구(73)를 통해 멜트블로잉 다이(72)로 유입되고, 통로(74, 75) 및 제거식 팁(76)을 통해 진행하며, 다이(72)의 폭을 따라 밀접하게 이격된 [출구(78)와 같은] 복수의 필라멘트 출구를 통해 다이(72)로부터 배출된다.
도4 및 도5에서, 감쇠 유체는 도관(80a, 80b)과 같은 도관들을 통해 진행하 며, 튜브형 탄성강 매니폴드(82)의 단부에서의 입구(100, 101)로 유입된다. 장착링(102)은 다이 본체 반부(72a, 72b)에서 보어(bore) 형성된 원통형 챔버(84a, 84b) 내에 매니폴드(82)를 중심설정한다. 매니폴드(82)는 다이(72)의 전체 폭을 따라 연장된다. 감쇠 유체는 분포 특성이 다이(12) 내에서 또는 외부에서의 나사식 볼트(94)를 조절함으로써 변화될 수 있는 테이퍼진 슬롯(86)의 형태인 통로를 통해 각각의 매니폴드(82)에서 배출된다. 고정 너트(96)는 볼트(94)를 제위치에 유지시킨다. 스톱(98)은 각각의 매니폴드(82)의 인보드 측면을 지지한다. 볼트(94)가 조여질 때, 통로(86)는 매니폴드 측벽의 내향 편향으로 인해 매니폴드(82)의 중심선 근처에서 좁아진다.[그리고, 통로(86)의 형상 및 분포 특성은 변한다.] 볼트(94)가 느슨해질 때, 통로(86)는 넓어져서 그 형상은 원래의 구성으로 복귀되는 것이 일반적이다.
도5에 도시된 통로(86)는 전형적으로 큰 개구 또는 엄밀한 정도의 테이퍼부를 필요로 하지 않는다. 예로써, 두 개의 38 mm 직경의 매니폴드(82)가 1.2 m 폭의 멜트블로잉 다이에 사용되는 경우, 통로(86)는 매니폴드의 입구 단부에 인접한 폭 0.6 - 2 mm로부터 매니폴드의 중심선에 인접한 폭 1.8 내지 3.5 mm의 범위가 바람직하며, 더 바람직하게는 매니폴드의 입구 단부의 인접한 폭 1.3 내지 1.8 mm에서 매니폴드의 중심선에 인접한 폭 2.1 내지 2.8 mm의 범위이다. 종종 조절의 적절한 범위는 1 mm 이하로 통로의 치수를 변경함으로써 얻을 수 있다. 다양한 조절 기구는 통로의 분포 특성을 변경시키는 데 사용될 수 있다. 도4에 도시된 클램핑 볼트(94)에 대한 대표적인 다른 방도로써, 웨지는 매니폴드(82)의 중심선에 인접한 통로(86)의 내부로 견인되거나 또는 그 외부로 후퇴되며, 클램프는 매니폴드(82)의 적어도 일부 주위에서 둘러싸여 지거나 또는 나사식 드로우볼트(drawbolt)는 그 단부가 측벽을 함께 견인하는 데 사용되거나 또는 이들을 서로 분리시키는 데 사용되는 측벽에 부착된 좌우 핸드 나사를 구비한다.
도6은 도4에 도시된 바와 같이 멜트블로잉 다이에 사용되는 다른 매니폴드를 도시한다. 매니폴드(103)는 일반적으로 단부 입구(105, 107)를 갖는 튜브형 본체부(104)를 포함한다. 본체부(104)는 고정식 중심 링(108) 및 회전식 단부 링(109)에 의해 지지된다. 테이퍼진 슬롯(110, 112)은 그 유동 특성이 홀딩 링(108)이 정지하는 동안 링(109)을 회전시킴으로써 조절될 수 있는 통로를 형성하여, 본체부(104)의 단부를 비틀어 상기 단부를 슬롯(110, 112)의 단부 테이퍼까지 변화시킨다. 비교적 적당한 양의 비틀림은 공기 유동 특성에 사실상 상당한 변화를 발생시킬 수 있다.
도7은 도4에 도시된 바와 같은 멜트블로잉 다이에 사용되는 다른 매니폴드의 분해도이다. 매니폴드(120)는 일반적으로 단부 입구(127, 129)를 갖는 튜브형 본체부(121)를 갖는다. 본체부(121)는 단부 링(125)에 의해 지지된다. 한 쌍의 이동식 셔터(shutter; 122, 123)는 구멍(128)을 부분적으로 덮는다. 셔터(122, 123)는 힌지점(124)을 중심으로 피봇이동한다. 매니폴드(120)의 분포 특성은 힌지점(124)를 중심으로 셔터(122, 123)를 이동시킴으로써 조절될 수 있어 상기 단부를 구멍(128)의 노출부의 단부 테이퍼부까지 변화시킨다.
도8은 도4에 도시된 바와 같은 멜트블로잉 다이에 사용되는 다른 매니폴드를 도시한다. 매니폴드(130)는 단일 입구 단부(134) 및 폐쇄 단부(136)를 갖는 단일 튜브(132)로부터 형성된다. 고립링(114)은 튜브(132)의 측벽을 보어(84a, 84b)로부터 이격되게 유지시킨다. 테이퍼 슬롯(140)은 분포 특성이 튜브(132)를 보어(84a, 84b) 안으로 또는 밖으로 활주시킴으로써 조절되는 통로(142)를 형성한다.
본 기술 분야의 숙련자는 다양한 형상 및 크기를 갖는 감쇠 유체 분포 통로가 본 발명에서 채용될 수 있고, 다양한 조절 기구 또는 기술이 이러한 통로의 분포 특성을 조절하는 데 사용될 수 있다는 점을 알 수 있다. 공기가 감쇠 유체로 사용되는 경우, 통로는 통로 길이의 약 20 내지 100 ℓ/min/cm 사이의 체적 공기 유량을 수용할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 두개의 평행 감쇠 유체 매니폴드를 갖는 멜트블로잉 다이는 다이 폭의 약 40 내지 200 ℓ/min/cm 사이의 체적 공기 유량을 수용할 수 있는 것이 바람직하다. 상기 조절은 바람직하게는 다이의 폭을 따라 ±5℃, 더욱 바람직하게는 ±3℃까지 채널에서의 감쇠 유체 온도를 유지시킬 수 있다. 상기 조절은 멜트블로잉 다이의 열차폐부, 절연 또는 다른 구성 요소를 최소한으로 제거하고 간단한 기계 공구를 사용하여 수행될 수 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 상기 조절은 멜트블로잉 중에 수행될 수 있다. 필요할 경우, 상기 조절은 예로써, 상황 또는 웨브 특성을 모니터링하도록 적절한 센서, 제어 및 적절한 피드백 기술을 사용하여 자동화될 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 멜트블로잉 다이는 멜트블로잉을 수행하도록 하나 이상의 주 감쇠 유체 흐름과 연합하여 작동하는 부가적인(예로써, 제2) 감쇠 유체를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 예로써, 본 발명의 멜트블로잉 다이는 분포 특성이 상술한 바와 같이 조절될 수 있는 하나 이상의 제2 공기 통로를 포함할 수 있다.
본 발명의 멜트블로잉 다이에 사용하기 위한 특히 양호한 멜트블로잉 다이 공동들은 2002년 6월 20일자로 출원된 공히 계류중인 출원 번호 제 10/177,446호(발명의 명칭: 부직포 웨브 다이 및 이로 제작된 부직포 웨브)에 개시되어 있다. 바람직하게는 이러한 다이 공동의 배열은 단일 다이 공동을 사용하여 얻어진 것보다 넓거나 또는 두꺼운 웨브를 형성하도록 배열된다.
바람직하게, 섬유 형성 재료는 2002년 6월 20일자로 출원된 공히 계류중인 출원 번호 제10/177,419호(발명의 명칭: 유성 기어 측정 펌프를 채용하는 멜트블로잉 장치)에서 개시된 것과 같이 유성 기어 측정 펌프를 사용하여 본 발명의 멜트블로잉 다이에 적용된다.
본 기술 분야의 숙련자는 멜트블로잉 다이가 평면일 필요가 없다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 멜트블로잉 장치는 필라멘트의 원통형 배열을 형성하기 위해 대칭 중심선을 갖는 환형 다이를 채용할 수 있다. 복수의 비평면식(만곡된) 다이 공동을 갖는 다이는 유사한 다이 깊이의 단일 환형 다이 공동만을 사용하여 얻어진 것보다 더 큰 직경의 필라멘트 원통형 배열을 형성하도록 실린더의 주연부 주위에 배열될 수도 있다. 본 발명의 복수의 네스트식(nested) 환형 부직포 다이는 필라멘트의 다중층식 원통형 배열을 형성하도록 대칭 중심축 주위에 배열될 수도 있다.
본 발명의 양호한 멜트블로잉 시스템은 조절식 열 입력 장치(예로써, 다이 본체에 장착된 전기 가열기)에 따라 감소되고 또는 균일한 출력을 얻도록 다른 보 정식 측정기구를 갖는 평평한 온도 프로파일을 사용하여 작동될 수 있다. 이것은 다이 본체 내에 열 발생 응력을 감소시키고, 국부적인 기본 중량에 불균일성을 발생시키는 다이 공동 편향을 막을 수 있다. 열 입력 장치는 필요할 경우 본 발명의 다이에 부가될 수 있다. 절연은 다이의 작동 중에 열 거동을 제어하는 데 조력하도록 부가될 수도 있다.
본 발명의 양호한 멜트블로잉 시스템은 높은 균일성의 웨브를 생산할 수 있다. 웨브의 중심 및 단부 (그리고 에지 효과를 피하기 위해 에지로부터 충분히 멀리 떨어진) 근처로부터 절결된 일련의 0.01 ㎡의 샘플을 사용하여 평가될 경우, 본 발명의 양호한 멜트블로잉 시스템은 ±2% 이상 또는 적어도 ±1% 이상의 기본 중량 균일성을 갖는 부직포 웨브를 제공할 수 있다. 유사하게 수집된 샘플을 사용하여, 본 발명의 양호한 멜트블로잉 시스템은, 다분산성이 평균 섬유 다분산성과는 ±5% 미만, 보다 바람직하게는 ±3% 미만으로 상이한 멜트 블로운 섬유의 적어도 하나의 층을 포함한다.
다양한 합성 또는 자연 섬유 형성 재료는 본 발명의 멜트블로잉 시스템을 사용하여 부직포 웨브로 제조될 수 있다. 바람직하게 합성 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 나일론 6 또는 나일론 11과 같은 선형 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리(4-메틸 텐틴-1), 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함한다. 양호한 천연 재료는 (예로써, 탄소 섬유를 제조하기 위한) 비투민(bitumen) 또는 피치(pitch)를 포함한다. 섬유 형성 재료는 용융식 형태일 수 있거나 또는 적절한 용제에서 수행될 수 있다. 반응 모노머(monomer)는 본 발명에서 채용될 수도 있으며, 다이를 지나치거나 또는 통과할 때 서로 반응된다. 상기 부직포 웨브는 (예로써, 보통의 다이 팁을 공유하는 두 개의 밀접하게 이격된 다이 공동을 사용하여 제조된) 단일층, (예로써, 스택으로 배열된 복수의 다이 공동을 사용하여 제조된) 복수의 층, 또는 (미국 특허 제6,057,256호에 개시된 바와 같은) 다중요소 섬유 하나 이상의 층으로 섬유의 혼합물을 수용할 수 있다.
본 발명의 멜트블로잉 시스템을 사용하여 제조된 부직포 웨브에서의 섬유는 다양한 직경을 가질 수 있다. 예로써, 상기 섬유는 직경이 평균 5 ㎛ 미만 또는 1 ㎛ 미만인 초미립자 섬유, 직경이 평균 약 10 ㎛ 미만인 마이크로섬유, 또는 직경이 평균 25 ㎛ 이상인 큰 섬유일 수 있다.
본 발명의 멜트블로잉 시스템을 사용하여 제조된 부직포 웨브는, 예로써 미국 특허 제3,016,599호, 제3,971,373호 및 제4,111,531호에 개시된 바와 같은 첨가 섬유성 또는 미립자 재료를 포함할 수 있다. 염료, 안료, 충전재(filler), 연마식 입자, 광 안정기, 방화 재료, 흡수재, 약제 등과 같은 다른 보조제가 부직포 웨브에 부가될 수도 있다. 이러한 보조제의 부가는 이들을 섬유 형성 재료 흐름으로 유입시키고, 형성될 때나 또는 부직포 웨브가 수집된 후 섬유에 분사하고, 충전시키고, 본 기술 분야의 당업자에게 알려진 다른 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 예로써, 섬유 마무리(finish)는 감촉 및 느낌을 개선시키기 위해 부직포 웨브 상에 분사될 수 있다.
최종 부직포 웨브는 매우 다양한 두께일 수 있다. 대부분의 사용에서, 약 0.05 내지 15 cm 사이의 두께를 가지는 웨브가 바람직하다. 몇몇의 적용예에서, 두 개 이상의 별개로 또는 동시에 형성된 부직포 웨브는 하나의 두꺼운 시트 제품으로써 제조될 수 있다. 예로써, (미국 특허 제6,182,732호에서 개시된 층과 같은) 스펀 본드(spun bond)의 적층, 멜트 블로운 및 스펀 본드 섬유층은 SMS 구성으로 제조될 수 있다. 부직포 웨브는 최종 웨브의 일부를 형성하는 다공성 부직포 웨브와 같은 다른 시트 재료에 섬유 흐름을 증착시킴으로써 본 발명의 멜트블로잉 시스템을 사용하여 준비될 수 있다. 불침투성 필름과 같은 다른 구조가 기계적 접합, 열 접합 또는 접착을 통해 부직포 웨브에 적층될 수 있다.
상기 부직포 웨브는 수집 후에, 예로써 열 및 압력을 통해 컴팩팅(compacting)함으로써 점접합시키고, 시트 두께를 제어하고, 웨브에 패턴을 제공하거나 또는 미립자 재료의 보유를 증가시키도록 더 진행될 수 있다. 부직포 웨브는 미국 특허 제4,215,682호에 개시된 방식으로 형성된 바와 같이 전하를 섬유로 유입시킴으로써 또는 미국 특허 제3,571,679호에 개시된 방식으로 형성한 후 웨브를 대전시킴으로써 여과성능을 개선하도록 전기적으로 대전될 수 있다.
본 발명의 멜트블로잉 시스템을 사용하여 제조된 부직포 웨브는 여과 매체 및 여과 장치, 의료용 직물, 위생 제품, 오일 흡착제, 의복용 직물, 열 또는 음향의 절연, 배터리 격리판 및 캐퍼시터 절연을 포함하는 다양하게 사용할 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 알 수 있다. 본 명세서에서 설명된 것은 단지 설명을 목적으로 한 것이며 본 발명은 상기 설명으로 제한되지 않는다.

Claims (10)

  1. a) (i) 복수의 필라멘트 출구와, (ii) 상기 필라멘트 출구에 인접한 다이에서 배출되는 복수의 감쇠 유체 출구와 유체 연통하는 복수의 감쇠 유체 유동 채널을 갖는 멜트블로잉 다이와,
    b) 상기 복수의 채널과 유체 연통하며, 감쇠 유체용의 하나 이상의 입구를 갖는 매니폴드와,
    c) 매니폴드 입구와 대응하는 감쇠 유체 출구들 사이의 감쇠 유체 분포 통로를 포함하며,
    채널 내 감쇠 유체의 온도가 보다 균일해지도록, 다이 및 매니폴드가 조립되어 있는 중에 상기 통로의 분포 특성이 변화될 수 있는 멜트블로잉 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분포 특성은 채널에서 동일한 감쇠 유체 온도를 제공하도록 변화될 수 있는 멜트블로잉 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이는 폭을 갖고, 상기 매니폴드는 중심선을 가지며 매니폴드의 제1 및 제2 감쇠 유체 입구들 사이에서 다이 폭을 따라 연장되는 멜트블로잉 장치.
  4. 제3항에 있어서, 통로는, 매니폴드의 단면적이 중심선 근처보다 입구 근처에서 더 큰 제1 및 제2 입구 사이의 매니폴드의 영역을 포함하는 멜트 블로잉 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 유체는 공기이며, 분포 특성은 채널에서의 감쇠 유체 온도를 다이 폭을 따라 ±5℃ 내에서 유지시키면서 통로 길이 cm 당 20 내지 100 ℓ/min의 체적 공기 유량을 수용하도록 변화될 수 있는 멜트블로잉 장치.
  6. a) (i) 복수의 필라멘트 출구와, (ii) 상기 필라멘트 출구에 인접한 다이에서 배출되는 복수의 감쇠 유체 출구와 유체 연통하는 복수의 감쇠 유체 유동 채널을 갖는 멜트블로잉 다이를 통해 섬유 형성 재료를 유동시키는 단계와,
    b) 복수의 채널과 유체 연통하는 매니폴드의 하나 이상의 입구를 통해 감쇠 유체를 유동시키는 단계와,
    c) 채널 내 감쇠 유체의 온도가 보다 균일해지도록, 다이 및 매니폴드가 조립되어 있는 중에 매니폴드 입구와 대응하는 감쇠 유체 출구 사이의 감쇠 유체 분포 통로의 분포 특성을 변화시키는 단계를 포함하는 섬유 웨브 형성 방법.
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