KR101202201B1 - 섬유의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 섬유의 냉각 장치는 방사구금 중앙에 설치되어 방사구금을 통과하는 섬유에 공기를 공급하여 섬유를 냉각 후 고화시키는 송풍수단을 포함하되, 상기 송풍수단은 외주연에 히팅수단을 장착하고 내주연에 고정시킨 브라켓을 통해 축을 수직으로 설치한 하우징과, 상기 하우징 하부면에 설치되되 상면은 만곡된 호 형상의 분사홈을 형성하고, 상기 분사홈의 중앙에는 상기 축이 결합되는 결합공을 형성한 분사판과, 상기 분사판에 관통된 축의 하부에 수평으로 고정하되 상기 분사판과 이격되게 배치시켜 상기 결합공과 축의 사이 틈새를 통과한 공기가 충돌하여 방사구금의 전면과 이격된 평행한 방향으로 공기를 분사시키는 분산판으로 이루어진다.

Description

섬유의 냉각장치{COOLING DEVICE FOR SYNTHETIC FIBER}

본 발명은 섬유의 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사구금을 통과한 미응고 섬유를 점진적으로 냉각시켜 안정되게 고화시킬 수 있도록 하는 섬유의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 합성섬유의 방사방법으로는 용융방사와 용액방사로 나누어진다.

용융방사는 고분자물질이 열에 의하여 용융되어 유동성을 가지는 상태에서 구금을 통과시켜 섬유 형태를 이루고, 냉각공기를 송풍하여 균일하게 냉각/고화시켜 권취하는 공정으로 진행된다.

용액방사의 경우는 열에 의하여 용융이 어려운 고분자 물질의 방사에 사용되는 공정으로서, 다시 습식방사와 건식방사 공정으로 나뉘어진다.

건식 방사와 습식 방사의 차이는 고분자 물질을 용제에 용해시켜 방사 원액을 제조하는 공정은 동일하나, 습식 방사는 방사 원액을 방사구금으로부터 바로 응고욕에 토출하여 응고/고화시키는 공정으로 진행되며, 건식 방사는 방사 용액을 응고 없이 뜨거운 공기 중에 토출하고, 용제를 증발시켜 고화시키는 공정으로 진행된다.

용융방사의 경우에는 열에 의하여 가소성을 가지는 상태에서 연신을 행할 수 있으며, 용액방사 중 건식방사의 경우는 솔벤트가 증발되는 동안에 연신을 행하고, 습식방사의 경우는 응고욕의 농도 및 온도 등에 따라서 응고 과정 중에 연신이 가능하다.

상기의 방사 방법들은 일반적인 방사 방법으로 현재 개발되어 시판되고 있는 합성섬유에 널리 이용되고 있는 방법들이다.

이러한 방사방법을 조합한 방사방법들이 개발되고 있는데 건습식 방사의 경우가 그러한 예이다.

건습식 방사는 건식방사와 습식방사의 형태를 모두 취하고 있는 형태로 구금을 통한 방사 원액의 토출은 공기 중에서 행하고, 방사구금과 응고욕 사이에 존재하는 에어겝 구간을 통과한 후, 응고욕으로 진입하여 용제를 비용제로 탈용매시켜 응고시키는 방사법이다. 즉, 방사 구금에서의 토출은 건식의 방법으로 행하며, 용매 추출은 습식의 방법으로 행하는 방사법을 건습식 방사라 한다.

라이오셀 섬유의 제조방법은 셀룰로오즈/N-메틸몰폴린N-옥사이드(NMMO)/물 3성분으로 구성된 방사 원액을 제조한 후, 이를 방사하는 방법으로 진행되며, 비용매인 물을 포함하기 때문에 습식방사법에 따라 방사할 경우에 매우 빠른 응고 작용을 일으켜 연신성능 및 물성을 확보하기 어렵다. 또한, 상기 방사 원액은 약 8,000 내지 15,000 Poise의 고 점도를 가질 뿐만 아니라, NMMO 용제가 염 화합물이므로 증발이 불가능하다.

따라서, 라이오셀 섬유를 제조하기 위해서는 건식방사와 습식방사 공법이 적절히 조합된 건습식 방사공법이 가장 적절하며, 특히 이 과정에서 방사구금과 응고욕의 계면 사이에 존재하는 공기층인 에어겝을 최대한 활용하여 물성 및 방사성의개선이 필수적이다.

동독특허 218,124에는 3급 아민옥사이드계 수용액을 사용하여 셀룰로오스 용액을 방사함에 있어 필라멘트끼리의 점착을 방지하기 위하여 에어갭을 사용했다는 내용이 기재되어 있다.

미국특허 4,261,943에는 50 ~ 300 mm 길이의 에어갭 구간에 필라멘트끼리의 점착을 방지하기 위하여 비용매인 물을 분무한다는 내용이 기재되어 있다.

국제특허공개 WO 96/21758에는 필라멘트의 냉각을 위해 에어 갭 구간에서 공기의 온도 및 습도가 다른 두 종류의 공기를 부여함으로써 점착성을 개선하고 피브릴을 감소시켰다는 내용이 기재되어 있다.

미국특허 5,589,125에는 셀룰로오스 섬유의 제조 시에 에어갭 구간에서 내부와 외부의 양방향 냉각기류를 도입하여 필라멘트간의 점착 없이 효율적인 방사를 할 수 있다고 보고하고 있으나, 이를 위한 장치 구성이 복잡하고, 양쪽에서 불어주는 냉각공기가 중간에서 부딪혀 냉각 기류의 와류현상이 발생하는 문제점이 있었다.

미국특허 5,698,151는 환형의 구금을 가지는 도넛 형태의 구금을 사용하고 그 중심에 파이프형 냉각 기체 유입구를 설치하여 구금 하부에서 방사상 방향으로 냉각기류를 송풍하는 장치를 사용하여 선상기류를 형성하여 공정개선을 하였다고 보고되어 있으나, 선상기류의 의미가 모호하고, 냉각 공기가 환형의 공기 공급부를 나온 직후 방사상으로 퍼짐에 따라 중심에서 멀어질수록 풍속과 공기 밀도가 낮아지고, 냉각공기의 온도는 상승하여 원형 구금의 제일 안쪽 부분의 토출 구멍과 제일 바깥쪽의 토출 구멍에서 토출된 미응고사는 완전히 다른 냉각 특성을 갖는 문제점이 있다.

대한민국 특허 제0488607호, 및 제0540042호에 의하면 에어갭 구간에 냉각 공기의 챔버를 만들어 냉각공기의 유출방지 및 효율을 향상시킬 수 있다는 내용이 기재되어 있으나, 이러한 챔버로 냉각공기의 손실 효율은 향상 시킬 수 있으나, 공기 공급부와 흡입부가 양쪽으로 나뉘어져 위치하기 때문에 공급부 측의 공기 온도와 흡입부측의 공기온도가 다르기 때문에 균일한 냉각을 하기 어려운 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 방사구금에서 토출되는 섬유를 냉각시키는 공기가 방사구금에 이격된 위치에서 방사구금 전면과 평행한 방향으로 분사될 수 있도록 하는 섬유의 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 섬유의 냉각장치는 방사구금 중앙에 설치되어 방사구금을 통과하는 섬유에 공기를 공급하여 섬유를 냉각 후 고화시키는 송풍수단을 포함하되, 상기 송풍수단은 외주연에 히팅수단을 장착하고 내주연에 고정시킨 브라켓을 통해 축을 수직으로 설치한 하우징과, 상기 하우징 하부면에 설치되되 상면은 만곡된 호 형상의 분사홈을 형성하고, 상기 분사홈의 중앙에는 상기 축이 결합되는 결합공을 형성한 분사판과, 상기 분사판에 관통된 축의 하부에 수평으로 고정하되 상기 분사판과 이격되게 배치시켜 상기 결합공과 축의 사이 틈새를 통과한 공기가 충돌하여 방사구금의 전면과 이격된 평행한 방향으로 공기를 분사시키는 분산판으로 이루어진다.

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상술한 바와 같이, 본 발명의 섬유 냉각장치는 방사구금에서 토출되는 섬유를 냉각시키는 공기가 방사구금에 이격된 위치에서 방사구금 전면과 평행 방향으로 분사될 수 있도록 하여 유동성을 갖는 미응고 섬유를 점진적으로 냉각시켜 안정되게 고화되도록 함으로써, 섬유의 절사 및 물성변화 없이 안정적인 강성을 갖는 섬유를 제조할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 섬유 냉각장치는 점진적인 섬유의 냉각을 통해 안정된 고화상태를 유지하도록 하여 보다 높은 압력을 갖는 공기를 보다 많은 양으로 공급하여도 안정적인 섬유의 고화를 이룰수 있어 방사구금을 통한 섬유의 생산량을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 방사구금에 섬유 냉각장치가 설치된 상태를 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 섬유 냉각장치를 나타낸 평단면도.

이하, 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상

세히 설명하기로 한다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명의 방사구금에 섬유 냉각장치가 설치된 상태를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 섬유 냉각장치를 나타낸 평단면도이다.
일반적인 방사 공정에서 방사구금 10을 빠져나온 미응고 섬유 11가 균일하게 냉각되지 못하면, 필라멘트 마다 고화점이 달라지게 되고, 이로 인해 모노 필라멘트 사이에 굵기의 차이가 생기게 되어 방사 성능 및 균제도에 문제가 발생하게 된다.

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이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 섬유 냉각장치는 방사구금 10의 중앙에 송풍수단 100을 설치하여 방사구금 10에서 토출되는 섬유 11를 점진적으로 냉각시킨다.
특히, 본 발명의 섬유 냉각장치는 상기 방사구금 10에서 토출된 미응고 상태의 섬유 11가 실온에서 1차로 냉각된 이후 상기 송풍수단 100에 의해 분사되는 공기를 통해 2차 냉각과정을 거치도록 하여 섬유 11의 안정화된 고화를 이룰 수 있도록 한다.
즉, 방사구금 10에 관통된 복수의 미세한 구멍으로 미응고 섬유 11가 토출되어 실온에 노출된 상태가 되면서 1차 냉각 과정을 거쳐 미응고 상태의 섬유 11를 응고 상태의 섬유 11로 변화시킨다.
다음으로 1차 냉각 과정을 거친 섬유 11에 상기 송풍수단 100을 통해 공기를 분사시켜 섬유 11가 완전한 응고 상태로 고화될 수 있는 2차 냉각과정을 거치도록 한다.
결국, 1차 및 2차 냉각 과정을 통해 미응고 상태의 섬유 11가 응고 상태로 되어 섬유 11를 안정적으로 고화시킬 수 있다.
이를 가능하도록 하는 송풍수단 100의 구체적인 구성은 아래와 같다.
상기 송풍수단 100은 방사구금 10 중앙에 설치되어 방사구금 10를 통과하는 섬유 11에 방사구금 10 전면과 이격되어 평행한 방향으로 공기를 분사시켜 섬유 11를 냉각 후 고화시킨다.
상기 송풍수단 100은 하우징 120, 분사판 130, 분산판 140으로 이루어진다.
상기 하우징 120은 외주연에 히팅수단 121을 장착하고 중공의 하우징 120 내주연에 고정시킨 브라켓 123을 통해 축 122을 수직으로 설치하되, 상기 축 122은 하부가 하우징 120 외부로 관통된다.
상기 분사판 130은 하우징 120 하부면에 설치된다.
상기 분사판 130 상면은 만곡된 호 형상의 분사홈 131을 형성하고, 상기 분사홈 131의 중앙에는 상기 축 122이 관통되는 결합공 132을 형성한다.
여기서, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 결합공 132과 축 122 사이에는 틈새가 형성된다.
상기 분산판 140은 상기 분사판 130을 관통한 축 122의 하부에 수평으로 고정되되, 상기 분산판 140은 분사판 130과 일정 간격을 갖는다.
그리고, 상기 분산판 140은 축 122에 고정된 클램프 141를 통해 축 122에 지지된다.
결국, 상기 분산판 140은 결합공 132과 축 122 사이 틈새를 통과한 공기가 상기 분산판 140에 충돌되면서 공기의 흐름 방향이 전환된다. 즉, 공기는 분산판 140에 충돌 후 공기 흐름 방향이 전환되어 방사구금 10의 전면과 이격된 평행한 방향으로 흐름된다.
즉, 상기 송풍수단 100은 하우징 120을 통해 외부 공기를 유입시켜 분사판 130을 통해 공기를 분산판 140측으로 분사시키고, 상기 분산판 140에 공기가 충돌된 다음 방사구금 10의 전면과 이격된 평행한 방향으로 공기를 흐름된다.
이때, 방사구금 10에서 토출되어 빠져나온 섬유 11는 실온에서 1차로 냉각되고, 이후 분산판 140에 의해 방향이 전환된 공기에 의해 2차로 냉각된다.
여기서 2차 냉각 과정 중에서 방사구금 10을 통해 토출되는 섬유 11 보다 낮은 온도의 공기를 제공하게 되면 섬유 11의 급냉각에 의해 고화된 섬유 11에 취성이 발생하기 때문에 이를 방지하고자 하우징 120에 설치된 히팅수단 121을 통해 분사되는 공기는 실온과 유사한 온도를 갖도록 한다.
이렇게 구성되는 송풍수단 100의 작용을 살펴보면 아래와 같다.
외부에서 제공되는 공기는 하우징 120을 통과하면서 히팅수단 121에 의해 실온의 온도와 유사한 온도를 갖은 다음 분사판 130의 만곡된 홈 형상을 갖는 분사홈 131을 거쳐 결합공 132과 축 122 사이의 틈새를 통해 외부로 분사된다.
이후, 상기 공기는 축 122의 하부에 고정된 분산판 140에 충돌되어 분사 방향이 변환된다.
즉, 섬유 11는 방사구금 10에서 토출되면 곧바로 실온에서 1차로 냉각된 다음 상기 분산판 140에 의해 흐름 방향이 전환된 공기에 의해 2차로 냉각된다.
결국, 섬유 11는 실온에서의 1차 냉각과정과 분사 공기에 의한 2차 냉각 과정을 통해 점진적으로 냉각 후 고화되어 섬유 11가 절사 없이 안정되게 제조될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 섬유의 냉각장치를 통해 섬유 11는 점진적인 냉각 과정을 거쳐 절사 현상이 방지되는 데, 그 이유로는, 방사구금 10에서 토출된 미응고 상태의 섬유 11에 직접적으로 공기를 제공하지 않고 실온에서 1차 냉각과정을 거치도록 한 후 분사 공기에 의해 2차 냉각 과정을 거치도록 하여 섬유 11의 물성 변화를 최소화시켜 섬유 11의 절사를 최대한 방지하면서 안정적인 강성을 갖는 섬유 11를 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어서 명백할 것이다.

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10 : 방사구금 11 : 섬유
100 : 송풍수단 120 : 하우징
121 : 히팅수단 122 : 축
123 : 브라켓 130 : 분사판
131 : 분사홈 132 : 결합공
140 : 분산판 141 : 클램프

Claims (4)

1. 방사구금 중앙에 설치되어 방사구금을 통과하는 섬유에 공기를 공급하여 섬유를 냉각 후 고화시키는 송풍수단을 포함하되,
   상기 송풍수단은,
   외주연에 히팅수단을 장착하고 내주연에 고정시킨 브라켓을 통해 축을 수직으로 설치한 하우징과,
   상기 하우징 하부면에 설치되되 상면은 만곡된 호 형상의 분사홈을 형성하고, 상기 분사홈의 중앙에는 상기 축이 결합되는 결합공을 형성한 분사판과,
   상기 분사판에 관통된 축의 하부에 수평으로 고정하되 상기 분사판과 이격되게 배치시켜 상기 결합공과 축의 사이 틈새를 통과한 공기가 충돌하여 방사구금의 전면과 이격된 평행한 방향으로 공기를 분사시키는 분산판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 섬유의 냉각장치.
   
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