KR101265364B1 - 보조 매니폴드로부터의 유체 유동을 이용한 중합체성재료의 멜트블로잉을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

멜트블로잉을 위한 방법 및 장치는 보조 매니폴드를 이용하여 중합체성 섬유를 방출하는 다이의 오리피스와 섬유 상으로 가스의 제2 유동을 분배하는 덕트의 출구 사이에 유체를 분배한다. 보조 매니폴드로부터 분배된 유체는, 매니폴드로부터의 유체의 부재시, 재순환하는 제2 유동에 의해 다이의 면 내로 다시 불어 보내지는 잘못된 섬유를 초래하는, 출구와 오리피스 사이의 제2 유동의 재순환 구역을 감소시킨다.

멜트블로잉, 매니폴드, 중합체, 섬유, 오리피스, 다이

Description

보조 매니폴드로부터의 유체 유동을 이용한 중합체성 재료의 멜트블로잉을 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR MELTBLOWING OF POLYMERIC MATERIAL UTILIZING FLUID FLOW FROM AN AUXILIARY MANIFOLD}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2005년 5월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/683,643호의 이익을 청구한다.

본 발명은 부직(non-woven) 중합체성 재료를 생산하는 멜트블로잉(meltblowing) 공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 멜트블로잉 다이(die)로부터 빠져나오는 섬유 내로 제2 유동을 분배하는 덕트와 관련한 보조 매니폴드로부터의 유체 유동을 이용하면서 멜트블로잉하는 것에 관한 것이다.

유용한 특성을 갖는 부직 웨브(web)는 필라멘트가 일련의 소형 오리피스로부터 압출되면서 고온 공기 또는 다른 감쇠 유체(attenuating fluid)를 이용하여 섬유로 가늘어지는 멜트블로잉 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 가늘어진 섬유는 원격 위치한 수집기(collector) 또는 다른 적합한 표면 상에서 웨브로 형성된다.

보다 근래에, 본 기술 분야에서의 문헌은, 섬유들이 오리피스로부터 압출되어 가늘어진 후에 그러나 수집기에 충돌하기 전에 어떻게 제2 유체 유동을 섬유들 로 안내할 수 있는지를 기술하였다. 제2 유동의 속도 및 온도를 조작함으로써, 섬유 그리고 이에 따른 수집기 상에서 섬유가 형성하는 부직 웨브의 특성은 유용한 방식으로 변경될 수 있다.

그러나, 이러한 방식으로의 제2 유동의 이용에는 제한이 있다. 천(fabric) 형성 속도가 증가함에 따라, 소정 지점에서 공지 기술은 실패하게 된다. 감쇠 유체의 스트림 및 제2 유체의 스트림은 생산 속도가 증가함에 따라 원하지 않는 방식으로 상호작용하기 시작한다. 나타나기 시작하는 하나의 특정 실패 모드는 오리피스의 하류측에서의 소용돌이치는 재순환 구역의 출현이다. 빠져나오는 섬유의 일부가 재순환 구역 내로 휩쓸리고 원하지 않는 방향으로 휩쓸려 나가게 되어, 낭비를 유발하고 생산을 감소시키며 설비를 더럽힌다. 부직 웨브의 균일성을 개선하기 위해 노력이 계속되어 왔다. 당업계는 섬유 특성을 위한 제2 유동의 이점을 생산 비용을 감소시키는 높은 생산 속도로 확장시킬 수 있는 메커니즘을 요구한다.

본 발명의 실시예는 재순환 구역을 감소시켜 다이 면(face)을 더럽히는 잘못된 섬유(errant fiber)의 양을 감소시키는 방법 및 장치를 제공함으로써 이들 문제 및 기타 문제들을 다룬다. 보조 매니폴드는 켄칭 가스(quench gas)의 유동 및 다이의 오리피스 사이에서 유체를 분배한다. 매니폴드로부터의 유체는 저압 영역을 감소시키고, 이에 의해 켄칭 가스의 재순환을 감소시킨다. 결과적으로, 다이 면에서의 잘못된 섬유의 양이 또한 감소된다.

일 실시예는 중합체성 재료를 방출하기 위한 복수의 필라멘트 오리피스를 갖는 다이를 구비한 멜트블로잉 장치이다. 적어도 하나의 덕트가 가스의 스트림을 방출된 중합체성 재료를 향해 지향시키도록 위치된다. 실시예는 다이와 적어도 하나의 덕트에 대해 위치된 적어도 하나의 보조 매니폴드를 구비하여, 유체가 보조 매니폴드로부터 스트림과 필라멘트 오리피스 사이에서 분배되게 하여 중합체성 재료를 재순환 구역으로부터 실질적으로 격리시키도록 한다. 실제 실시에서는 충분히 종종, 2개의 덕트가 제공될 것이고, 방출된 중합체의 커튼(curtain)의 일 측에 하나씩 제공될 것이다. 그러한 경우에, 대응하는 재순환 구역으로부터 중합체성 재료를 격리시키도록 각각 위치된 2개의 보조 매니폴드를 구비하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 있어서, 보조 매니폴드는 필라멘트 오리피스의 위치의 길이를 따라 단위 길이당 실질적으로 균일한 질량 유동으로 유체를 분배한다. 이하의 상세한 설명에 있어서, 유체가 압축가능한 경우에도, 실질적으로 균일한 질량 유동을 분배하는 매니폴드를 어떻게 편리하게 준비하는지에 대해 안내가 제공될 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 중합체성 재료를 방출하기 위한 복수의 필라멘트 오리피스를 갖는 다이를 구비하는 멜트블로잉 장치인데, 다이는 다이 내의 복수의 에어 나이프(air knife)로부터의 공기 스트림 내에 동반된 중합체성 재료의 스트림을 방출한다. 적어도 하나의 덕트가 제2 가스 유동을 방출된 중합체성 재료를 향해 그리고 다이로부터 멀어지는 방향으로 지향시키도록 위치된다. 또한, 적어도 하나의 보조 매니폴드가 다이와 적어도 하나의 덕트에 대해 위치되어, 유체가 보조 매니폴드로부터, 제2 유동의 질량 유량보다 작은 질량 유량으로, 제2 유동과 중합체성 재료의 스트림 사이의 위치 내로 그리고 다이에 인접한 가스의 재순환 구역의 영역을 향해 분배되게 하여, 덕트와 복수의 오리피스 사이에서 재순환 구역을 실질적으로 격리시킨다.

본 발명의 다른 태양은,

다이의 복수의 필라멘트 오리피스로부터 중합체성 재료를 방출하는 단계;

가스의 스트림을 방출된 중합체성 재료를 향해 지향시키는 단계; 및

보조 매니폴드로부터 유체를 분배하는 단계를 포함하며, 유체가 스트림과 필라멘트 오리피스 사이로 분배되어 중합체성 재료를 재순환 영역으로부터 실질적으로 격리시키는 멜트블로잉 방법이다.

도 1은 큰 재순환 구역을 발생시킬 수 있는 종래 기술의 종래의 멜트블로잉 장치의 단면도.

도 2는 보조 매니폴드를 설계하는 데에 이용된 멜트블로잉 장치의 단면의 2차원 기하학적 표현을 도시하는 도면.

도 3은 보조 매니폴드를 설계하는 데에 이용되도록 스트림라인(streamline)의 모델링을 허용하는 유한 요소들로 메시(mesh)된 후의 도 2의 기하학적 표현을 도시하는 도면.

도 4는 보조 매니폴드를 추가한 후의 도 2의 기하학적 표현을 도시하는 도면.

도 5는 보조 매니폴드의 도입에 기인한 스트림라인의 모델링을 허용하는 유한 요소들로 메시된 후의 도 4의 기하학적 표현을 도시하는 도면.

도 6은 도 5에 도시된 메시된 요소들의 2차원 기하학적 표현에 의해 한정된 조건을 갖는 보조 매니폴드의 3차원 기하학적 표현을 도시하는 도면.

도 7은 유동의 불균일 분배 및 비수직 방향을 초래한 도 6의 기하학적 표현 내에서 설계의 초기 시도 후, 보조 매니폴드의 제3 차원에 걸친 질량 유동의 분배 및 방향을 도시하는 도면.

도 8은 유동의 실질적으로 균일한 분배 및 실질적으로 수직인 방향을 초래한 도 6의 기하학적 표현 내에서 설계의 후속의 시도 후, 보조 매니폴드의 제3 차원에 걸친 질량 유동의 분배 및 방향을 도시하는 도면.

도 9A 내지 도 9D는 매니폴드를 설계하는 방법의 예시적인 실시예를 도시하는 플로우챠트.

본 발명의 실시예는, 최종 부직천의 특성을 최적화하기 위해 다이(die)로부터 빠져나오는 중합체성 섬유를 제어된 제2 유동으로 처리할 수 있고, 높은 생산 속도로도 이를 실행할 수 있는 멜트블로잉 장치를 제공한다. 적합한 보조 매니폴드의 제조를 계획하는 기술이 또한 논의될 것이다.

이제 도 1을 참조하면, 큰 재순환 구역을 발생시킬 수 있는 종래 기술의 종래의 멜트블로잉 장치의 단면도가 도시되어 있다. 멜트블로잉 다이(22)를 포함하는 멜트블로잉 장치(20)는 대표 단면으로 도시되어 있다. 멜트블로잉 다이(22)는 연장된 중합체성 필라멘트의 스트림(24)을 도시된 바와 같이 방향 "D"로 이동하는 수집 벨트(26)를 향해 방출하는 데에 이용된다. 종래의 실시에 따르면, 멜트블로잉 다이(22)에는, 스트림(24)이 압출 오리피스(32)의 라인으로부터 압출된 직후, 가열된 가스의 2개의 스트림을 스트림(24)에 대항하여 지향시키기 위한 공동(cavity)(28, 30)이 구비된다. 공동(28, 30)으로부터 빠져나오는 가열된 가스 제트(jet)는 압출 오리피스(32)로부터 빠져나오는 필라멘트를 연장시키고 가늘게 하여, 필라멘트들이 수집 벨트(26) 상에서 요구되는 천(34)을 형성하기에 적당한 크기 및 분산을 갖도록 한다. 벨트가 본 예와 관련하여 도시되었지만, 멜트블로잉 업계의 숙련자는 회전 드럼이 필라멘트를 천으로서 떼어내기 위하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

멜트블로잉 장치(20)는 한 쌍의 덕트(40, 42)를 포함하는데, 방향 "D"에 대하여 스트림(24)의 상류측과 하류측에 하나씩 있다. 제2 유동은 필라멘트 스트림(24)에 대항하여 덕트(40, 42)로부터 방출되어서, 필라멘트가 수집 벨트(26)에 충돌시 필라멘트는 천(34)에서 요구되는 특성을 갖는다.

전술한 설명은 일반적으로 브레이스터(Breister) 등의 미국 특허 제6,861,025호의 개시 내용을 따르고, 수집 벨트(26)의 저속 및 중속에서의 멜트블로운 천의 생산에 적당하다. 그러나, 공정이 더욱 과하고 더욱 빠르게 수행됨에 따라, 예를 들어 천의 생산이 대략 35g/시간/구멍을 초과한 후에는, 빠져나오는 필라멘트의 일부에 이상있는 움직임의 형태가 부여되게 되는 문제가 발생하게 된다. 보다 높은 압출 속도에서, 수집 벨트(26) 상에서의 필라멘트의 순서바른 축적은 교 란되고, 일부의 필라멘트는 다이(22)의 표면 상에 그리고 덕트(40, 42) 상에 수집되기 시작한다. 이러한 관찰은 기립한 소용돌이의 형태를 취하는 쌍을 이룬 재순환 영역이 대체로 A 및 B로 표시된 위치에 형성되었음을 시사한다.

천(34)의 바람직한 특성을 유지하면서 라인 속도를 증가시킬 수 있는 것이 바람직하다는 점에서, 위치된 재순환 구역(A 및 B)의 교란이 도 1의 2차원 표현에 수직인 방향으로 기다란 가스-분배 매니폴드에 의한 해법에 따르는 것처럼 보인다.

초기의 기하학적 표현은 도 2에 따라 설정되었다. 수집 벨트(도 1에서 26)가 움직이고 있고 노슬립 조건(no-slip condition)에 의해 약간의 유체 운동을 발생시킨다는 인식된 원인에도 불구하고, 문제점이 대칭성이라는 단순화한 가정이 이루어졌다. 공동(도 1에서 28), 덕트(도 1에서 42) 및 수집 벨트(도 1에서 26)의 기존의 기하학적 형태는 가상적으로 기하학적 표현(28v, 42v, 26v)으로서 각각 표현된다. 경계 조건은 수집 벨트(26)가 높은 라인 속도로 작동될 때 부적당하지만 최상의 작동 조건을 제공하는 공지된 가스 압력인 것으로서 설정된다. 기하학적 표현에 있어서, 이들 압력은 라인(50, 52, 54)을 따라 균일하게 존재하는 것으로 가정된다.

이 2차원 기하학적 형태 및 이들 경계 조건은, 보조 매니폴드를 추가하고 재순환 구역을 적당하게 격리시키기 위해 요구되는 질량 프로파일(profile)이 무엇이어야 하는지를 결정하기 위한 준비로서 재순환 구역의 존재를 결정하기 위해, 상업적으로 입수 가능한 유동 분석 패키지에 제공된다. 많은 상업적 제품이 적합한 것으로 고려되지만, 미국 뉴 햄프셔주 레바논 소재의 플루언트, 인크(Fluent, Inc.) 로부터 상업적으로 입수 가능한 플루언트 솔버(FLUENT solver)가 이용될 수 있다. 이러한 문제를 위해 k-엡실론 2-방정식 모델(k-epsilon two-equation model)이 선택되고, 재정규화된 그룹(renormalized group)의 사용이 가능하게 된다. 가스의 점성 가열(viscous heating)을 취하는 함수가 또한 가능하게 된다. 일단 설명된 기하학적 형태 및 경계 조건이 적절히 배치되고, 도 2에 한정된 공간이 유한 요소들로 메시되면, 솔버는 평형 상태가 이루어진 후 가스 유동을 나타내는 스트림라인을 시각화하는 방식으로 실행된다. 이들 스트림라인은 도 3에 도시되어 있다. 이 도면에서, A 및 B에서 재순환 구역이 형성된다는 가정이 이들 위치 주위에서의 폐쇄된 스트림라인의 출현에 의해 보강된다.

본 예에 있어서, 재순환 구역이 도 4에 도시된 바와 같은 새로운 매니폴드(62) 내의 개구(60)로부터 빠져나오는 가스의 추가 유동에 의해 교란될 수 있을 것이라고 여겨진다. 기하학적 형태의 나머지 부분에 대해서도 그러하듯이, 가스 분배 매니폴드(62)는 도 1의 2차원 표현에 대해 수직인 방향으로 기다랗게 위치되고, 임의의 주어진 단면은 그 수직선을 따라 취한 임의의 다른 단면에서의 유동을 나타낸다. 단순함을 위해, 경계 조건 선(64)이 매니폴드(62) 내에 확립되고, 이 단계에서는 균일한 압력이 모든 가능한 단면에서 선(64)을 따라 균일하게 유지되는 것으로 가정된다. 이후에 설계 공정에서, 이러한 단순화한 가정은 필요시 검증되고 다루어질 수 있다.

이러한 특정 예에 대한 출발점으로서, 재순환 구역을 교란시키도록 매니폴드(62)로부터 빠져나오는 질량 유동이, 요구되는 생산 속도(35g/시간/구멍 초과)로 필라멘트의 필요한 처리를 성취하기 위해, 덕트(42)로부터 필요한 공지의 질량 유동의 50%이어야 한다는 것이 가정된다. 다른 출발점으로서, 경계 조건 선(64)을 따른 압력은, 단지 용이하게 입수 가능한 압축기의 정압 용량의 합리적인 비율로부터, 0.14MPa(20psig)과 같은 어느 정도 합리적인 값으로 임의대로 설정된다. 개구(60)에 대한 출발 크기는 매니폴드(62) 내의 가정된 압력에서 매니폴드(62)로부터 필요한 가정된 질량 유동으로부터 간단한 오리피스 방정식에 의해 얻어진다.

이들 가정이 적절히 배치된 상태로, 새로운 기하학적 형태 및 경계 조건을 분석하기 위해 솔버가 다시 채용된다. 본 예에 대해서, 매니폴드(62)의 원주 둘레에서의 구멍(60)의 위치를 변화시키면서 많은 시도가 실행될 수 있다. 시도에 의해 생성된 스트림라인의 분석은, 매니폴드(62)로부터의 유출이 재순환 구역(B)의 중심을 향하도록 하는 것에 의해서가 아니라, 그 전방에서 이동 가스의 커튼월(curtainwall)을 형성하여 빠져나오는 필라멘트를 재순환 구역으로부터 격리시키도록 하는 것에 의해, 최상의 결과가 성취될 것임을 시사한다. 이러한 조건이 도 5에 도시되어 있고, 이때 분배 방향은 매니폴드(62)가 주어진 입력 압력에 대해 미리 가정된 질량 유량을 따르도록 결정된다고 말할 수 있다. 본 예에 대해, 제3 차원에서의 매니폴드의 기다란 길이에 걸친 유동의 분배가 재순환 구역을 적당하게 격리시키도록 균일해야 한다는 것이 또한 가정된다.

일단 매니폴드(62)의 유출을 지향하게 하기 위한 최상의 방향이 본 특정 예에 대해 결정되면, 매니폴드(62)로부터의 가정된 질량 유동이 그 유동을 제공할 때의 에너지 비용을 절감하기 위해 재순환 구역의 격리를 유지하면서도 감소될 수 있 는지의 여부를 결정하기 위해서, 솔버에 의한 추가적인 그룹의 시도들이 수행된다. 본 특정 예에 대한 이들 실험에 있어서, 질량 유동은, 매니폴드로부터의 유동이 필라멘트(24)의 스트림라인을 재순환 구역으로부터 더 이상 격리시킬 수 없기 전에, 덕트로부터 빠져나오는 질량 유동의 30%까지 감소될 수 있음을 알았다.

이 점에 의해, 2차원 표현에 대해 수직인 방향으로 매니폴드(62)의 기다란 길이를 따라 확인된 질량 유동을 적당히 제공할 수 있음이 판명된다면, 해결을 필요로 하는 실제적인 문제에 대한 실용적인 해결책, 즉 요구되는 질량 유동 프로파일이 성취되었다. 가능하다고 판명될, 이전에 행해진 단순화한 가정은 여전히 검증되어야 한다. 이러한 도전을 수행하기 위해, 매니폴드(62) 내부 및 그 바로 주변에서의 가스의 3차원 수학적 표현이 생성된다. 이 표현에 있어서, 매니폴드(62p)의 기하학적 형태는 본질적으로 반대로서, 가스가 횡단하여 유동할 수 없는 경계를 한정한다. 이 기하학적 표현이 도 6에 도시되어 있다. 이 도면에 있어서, 매니폴드(62)의 절반이 이러한 가상적인 표현(62p)으로 변환되었는데, 그 이유는 이 상황이 대칭이라는 단순화한 가정이 이루어졌기 때문이다. 매니폴드(62p)의 가상 표현으로부터 유출되는 배출 가스의 솔루션 도메인(solution domain)이 또한 이 표현에 포함된다. 슬롯(80p)으로부터 원주 둘레에서 먼 매니폴드(62p)의 외측 표면에 인접한 가스의 체적이 3차원 수학적 표현에 포함될 필요가 있는지가 직관적으로 분명하지 않을 수 있지만, 직관은 부정확하다. 이러한 겉보기에는 과잉의 체적을 3차원 수학적 표현에 포함시키지 않는 것은 종종 타당하지 않은 결과를 야기한다.

매니폴드(62p)의 표현은, 브릿지(bridge)(82p)에 의해 분리된 일련의 슬롯(80p)으로서 구멍(60p)들을 제공함으로써 구조적 강도를 증가시키는 것이 필요할 수도 있음을 인식하면서 설계될 수 있다. 물론, 구멍(60p)에 대한 다른 기하학적 형태가 가능하고, 본 발명의 범주 내인 것으로 여겨진다. 본 설명에 있어서, 외경이 51 ㎜, 내경이 45 ㎜ 그리고 길이가 188 ㎝인 원통형 튜브(전형적으로 60㎝보다 훨씬 짧은 종래 기술의 시행착오적인 매니폴드들에 비해 상대적으로 긴 매니폴드)가, 그러한 크기가 멜트블로잉 장치(20) 내에 편리하게 위치 가능하다는 이유로, 매니폴드(62)에 대한 출발점으로서 선택되었다. 본 특정 예에 대한 분석을 위한 출발점으로서, 튜브에는 길이가 38 ㎜이고 폭이 3.2 ㎜이며 관심 대상의 멜트블로잉 장치의 오리피스에 따라 브릿지에 의해 3.2 ㎜ 만큼 서로로부터 분리된 슬롯이 제공되는 것으로 가정된다. 경험상 얻은 법칙은 출구의 전체 표면적을 매니폴드의 입구의 전체 면적보다 크지 않은 양으로 유지하는 것이다.

그리고 나서, 매니폴드(62p)의 반대적인 표현의 내부에서의 그리고 외부에 인접한 가스 체적이 유한 육면체 요소로 메시되어, 육면체 요소의 적어도 일부가 이 도면에서 "F"로 도시된 분배 방향에 대해 배향되게 한다. 경계 조건으로서, 매니폴드(62p)는 일 단부(84) 또는 양 단부(84, 86)로부터 충전되는 것으로 가정된다. 보다 구체적으로, 2차원 표현에 있어서 재순환 구역의 격리를 제공하는 예를 들어 ㎏/sec/m 단위의 질량 유동이 매니폴드(62p)의 길이와 곱해진다. 그리고 나서, 단부(84), 또는 단부(84) 및 단부(86)의 표면을 통한 표현 내로의 전체 질량 유동의 절반의 유입(그 이유는 전체 질량 유동에 대한 나머지 절반이 매니폴드의 대칭적인 나머지 절반에 의해 취급되고 있다는 가정이 이루어졌기 때문임)이 경계 조건으로서 설정된다.

이러한 3차원 기하학적 형태 및 이들 경계 조건이 플루언트 솔버에 다시 제공되고, 다시 한번 k-엡실론 2-방정식 모델이 채용된다. 또한, 재정규화된 그룹의 사용, 및 (본 예에서의 유체는 압축 공기이기 때문에) 가스의 점성 가열을 고려한 함수가 또한 가능하다. 그리고 나서, 솔버는 여러 지점에서 유체의 속도의 벡터 및 크기를 제공하도록 실행된다. 미분에 의해 매니폴드의 기다란 길이에 걸친 질량 유동의 실제 분배의 표시를 제공하도록, 분배 방향으로 각각의 슬롯을 통과하는 유체의 속도의 가색상 시각화(false color visualization)를 준비하기 위해 이러한 벡터 필드를 사용하였다. 이것은 도 7과 같이 도시되는데, 여기서 가스는 유동 방향 "F"로 일 단부로부터 매니폴드 내로 들어가고 있다. 유동이 매니폴드의 기다란 길이를 따라 균일하지 않아 시도되는 기하학적 파라미터가 요구되는 질량 유동 프로파일을 생성하는 데에 실패했음을 도면으로부터 관찰할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 슬롯 길이, 슬롯 폭, 슬롯 간격, 매니폴드 직경 등의 이러한 시도되는 기하학적 파라미터의 분석이, 요구되는 것과 충분히 동일하게 되는 방식으로 매니폴드로부터 필요한 질량 유동의 전달을 기술하지 못한다면, 이들 기하학적 파라미터를 조정하여 분석을 재실행하는 것이 필요하다. 특정 응용을 위해 매니폴드의 기다란 길이에 걸친 균일한 유동이 요구된다면, 조합된 입구 영역에 대한 조합된 출구 영역의 비(ratio)를 감소시키는 것이 유동을 보다 균일하게 분배되게 하는 경향이 있다는 것을 알았다. 본 예에 있어서, 도 7의 시각화가 6.4 ㎜ 폭의 슬롯으로부터의 유동이 불충분하게 균일함을 나타내면, 3차원 모델의 기하학적 파라미터는 1.59 ㎜ 폭으로 조정되고, 모델은 다시 한번 솔버에 놓이게 된다. 솔버는 분배 방향으로 더 좁은 이들 슬롯 각각을 통과하는 유체의 속도의 시각화를 제공하도록 다시 실행된다. 이것은 도 8과 같이 도시되며, 도면으로부터 속도, 및 미분에 의한 질량 유동 프로파일이 도 7에서의 경우보다 매니폴드의 기다란 길이를 따라 유동의 훨씬 더 균일한 분배를 갖는다는 것을 관찰할 수 있다. 본 특정 예에 대해, 유동 프로파일의 균일성은 전체 생산 웨브에 걸쳐 필라멘트를 재순환 구역과 격리하기 위해 가스 유동의 균일한 커튼월을 발생시키기에 충분히 양호한 것으로 여겨진다.

이러한 특정 멜트블로잉 상황에 대한 이러한 추정을 시험하기 위해, 실제 매니폴드가 도 8에서 생성된 파라미터에 따라 금속으로부터 제조되고, 이 매니폴드는 도 4에 도시된 것과 같은 2차원 분석에서 확인된 방향 및 위치에 따라 멜트블로잉 라인에 설치되었다. 매니폴드는 양 단부에서 전체로 0.14MPa(20psig)까지 가압되었고, 천이 제조되었다. 다이 및 덕트의 표면 상에서의 필라멘트의 원치않는 축적이 억제되고, 천의 특성이 약영향을 받지 않은 것으로 관찰되었다.

매니폴드의 길이를 따라 출력의 필요한 균일도를 성취하기 위해 필요할 때, 매니폴드의 조합된 입구 면적에 대한 조합된 출구 면적의 비를 감소시키는 단계에 관한 주의에 경고가 적당하다. 부주의하게 필요 이상으로 비를 감소시키는 것은 다른 문제, 특히 질량 유동을 보내기 위해 필요한 압력의 양과 관련된 문제를 일으키는 경향이 있다. 보다 높은 압력은 매니폴드(62)에 적당한 압축기를 제공하는 것과 관련하여 그 성취 비용이 보다 많이 들고, 보다 높은 압력은 가압 응력에 견디기 위해 보다 비싼 재료로 매니폴드(62)가 구성될 것을 요구할 수도 있다.

사실, 몇몇 상황에 있어서, 이용하기 희망하는 설비의 제한 내에서, 목표 질량 유량, 및 매니폴드의 길이를 따른 목표 유동 분배를 성취하도록 3차원 모델에 있어서 기하학적 파라미터를 반복하는 것은 어려운 것으로 판명될 수도 있다. 이러한 것이 발생되면, 선택적인 단계가 수행될 수도 있다. 바람직한 설비가 매니폴드의 길이를 따라 원하는 수준의 균일도를 제공할 수 있는 최대 질량 유량이 알려지고, 2차원 표현이 그 수준의 질량 유량을 가지고 재구성된다. 그리고 나서, 목표 유동 분배를 유지하면서 매니폴드의 질량 유동의 최대 출력이 요구되는 질량 유동 프로파일, 예를 들어 본 예에서 재순환 구역의 격리에 대해 이전에 설정된 목표를 성취하기에 충분한 조합을 추구하면서, 매니폴드의 정확한 위치 및 분배 방향의 파라미터가 반복 및 재분석될 수 있다. 매니폴드 기하학적 형태 및 가스 공급 설비의 몇몇 조합에 대해 질량 유동 및 유동 분배의 조합을 포함하는 몇몇 질량 유동 프로파일을 성취하는 것이 가끔은 불가능하다는 것이 이해될 것이다. 본 방법이 요구되는 분배에 적당한 것으로서 허용하는 몇몇 구성이, 내부 압력을 보유하기 위해 또는 설치되었을 때 지지체들 사이의 거리에 걸치기 위해 충분한 구조적 강도를 갖기에 부적당할 것임이 추가로 이해될 것이다. 유체를 분배하기 보다는 배출하는 흡인 매니폴드에 대한 요건이 본 발명의 방법에 의한 처리에 적당한 것으로 고려된다.

본 발명은 본 발명의 여러 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었 지만, 당업자는 형태 및 상세한 사항에 있어서 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 여러 다른 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (9)

1. 중합체성 재료를 방출하기 위한 복수의 필라멘트 오리피스 및 내부에 복수의 에어 나이프를 갖는 다이;

   제2 가스 스트림을 방출된 중합체성 재료를 향해 지향시키도록 위치된 적어도 하나의 덕트; 및

   제2 가스 스트림으로부터 별도로 제어되는 제3 유체 스트림이 보조 매니폴드로부터 제2 가스 스트림과 필라멘트 오리피스 사이에서 제2 가스 스트림의 질량 유속보다 작은 질량 유속으로 분배되어 중합체성 재료가 재순환 구역으로부터 실질적으로 격리되도록, 상기 복수의 에어 나이프 아래에, 다이와 적어도 하나의 덕트에 대해 위치된 적어도 하나의 보조 매니폴드

   를 포함하는 멜트블로잉 장치.
2. 중합체성 재료를 방출하기 위한 복수의 필라멘트 오리피스를 가지며, 내부의 복수의 에어 나이프로부터의 공기의 스트림 내에 동반된 중합체성 재료의 스트림을 방출하는 다이;

   제2 가스 유동을 방출된 중합체성 재료를 향해 다이로부터 멀어지는 방향으로 지향시키도록 위치된 적어도 하나의 덕트; 및

   제2 가스 유동으로부터 별도로 제어되는 제3 유체 유동이 보조 매니폴드로부터 제2 가스 유동과 중합체성 재료의 스트림 사이의 위치 내로 그리고 다이에 인접한 가스의 재순환 구역의 영역을 향해 분배되도록, 상기 복수의 에어 나이프 아래에, 다이와 적어도 하나의 덕트에 대해 위치된 적어도 하나의 보조 매니폴드

   를 포함하고,

   상기 제3 유체 유동은 제2 가스 유동으로부터 별도로 제어되어 제2 가스 유동의 질량 유속보다 작은 질량 유속으로 제공되어 덕트와 복수의 오리피스 사이에서 재순환 구역이 실질적으로 격리되는, 멜트블로잉 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조 매니폴드는 필라멘트 오리피스의 위치의 길이를 따라 단위 길이당 실질적으로 균일한 질량 유동으로 유체를 분배하는 멜트블로잉 장치.
4. 제3항에 있어서, 유체는 압축가능한 멜트블로잉 장치.
5. 다이 내부의 복수의 에어 나이프로부터의 공기의 스트림 내에 동반되는 중합체성 재료를 다이의 복수의 필라멘트 오리피스로부터 방출하는 단계;

   덕트로부터의 제2 가스 스트림을 방출된 중합체성 재료를 향해 지향시키는 단계; 및

   제2 가스 스트림으로부터 별도로 제어되는 제3 유체 스트림을, 상기 복수의 에어 나이프 아래에, 다이와 적어도 하나의 덕트에 대해 위치된 보조 매니폴드로부터 분배하는 단계

   를 포함하고,

   상기 제3 유체 스트림은 제2 가스 스트림과 필라멘트 오리피스 사이에서 제2 가스 스트림의 질량 유속보다 작은 질량 유속으로 분배되어 중합체성 재료가 재순환 영역으로부터 실질적으로 격리되는, 멜트블로잉 방법.
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