KR101339139B1 - 생분해성 세절원사 제조장치 - Google Patents

생분해성 세절원사 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 세절원사 제조장치에 관련되며, 이때 생분해성 세절원사 제조장치는 생분해성 수지를 이용하여 원사를 제조하는 과정에서 주변온도에 영향을 받지 않고 원사의 품질이 균일하게 유지되고, 이송력에 의한 원사의 끊어짐이 방지되도록 하기 위해 압출부(10), 온수조(20), 세절부(30), 연신부(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.

Description

생분해성 세절원사 제조장치{Biodegradable yarn manufacturing device}
본 발명은 생분해성 세절원사 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 수지를 원통형으로 압출성형후 세절가공을 통하여 원사를 제조하는 생분해성 세절원사 제조장치에 관한 것이다.
통상적으로 국내외에서 주로 사용되는 나이론, 또는 폴리에스테르 원사의 경우는 제조 과정에서 에너지 소모가 많고, 폐기시 이산화탄소 및 환경호르몬 배출이 심각함에 따라 환경친화적인 원사의 개발이 시급한 실정이다.
따라서, 근자에는 생분해성 수지(PLA(Poly Lactic Acid, 이하 “PLA”), PBS(Poly Buthylene Succinate, 이하 “PBS"), PCL(폴리 카프로락탐,( P(HB-HV), 전분/PVA계등)를 이용한 원사 제조기술이 개발되고 있지만, 생분해성 수지는 대체로 융점이 낮고 결정화도가 낮아 용융방사에 불리하여 섬유형성성이 저하되는 문제점이 따랐다.
이에 종래에 특허공개번호 10-2011-56144호에서 연신존에서 다단연신장치에 가열냉각시스템을 부가하여 가열과 냉각을 반복하면서 연신비를 높이면서 균일하게 연신되도록 한 생분해성 폴리락트산(PLA) 고강력 섬유사의 제조방법이 공개된바 있다.
또, 특허 공개번호 10-2009-92154호에서 PLA(POLYLACTICACID)를 개질하는 단계와, 개질된 PLA를 용융된 상태로 압출시키는 단계와, 압출된 PLA를 노즐바디를 통해 PLA 실로 뽑아져 나오도록 하는 방사 단계와, 방사된 PLA 실이 이송중 경질화가 방지 되도록 60℃∼80℃에서 인취시키는 단계와, 인취단계를 거친 PLA실을 히팅 로울러로 70℃∼90℃에서 늘려주는 연신 단계와, 연신단계를 거친 PLA 실의 원사를 감는 1차 와인딩단계와, 와인팅된 PLA 실의 원사를 140℃∼160℃에서 어닐링 시키는 결정화 단계로 이루어져, 인체에 무해한 친환경소재로 섬유를 만들기 위한 실을 제조함과 동시에 생분해 처리가 가능한 인체친화용 실의 제조방법이 선 공개된바 있다.
그러나, 생분해성 수지의 낮은 용융점으로 인해 저온에서 융용됨에 따라 방사단계에서 쉽게 냉각되고, 특히 노즐바디를 통하여 압출되는 시점에서 방사된 각각의 원사가 주변온도에 민감하게 반응하여 냉각속도 차이로 인해 구간별 데니어가 서로 상이하게 형성되는 실정이다.
즉, 노즐바디를 통하여 방사된 원사가 공기중에 노출되어 자연냉각되는바, 주변온도가 내려가면 원사가 급냉되어 데니어가 방사직전의 굵기로 형성되고, 주변온도가 올라가면 냉각속도가 지연되면서 방사된 원사가 이송 중 쉽게 늘어나 굵기가 축소되므로, 구간별 데니어 편차가 심하게 발생되는 문제점이 따랐다.
또, 방사된 각각의 원사가 연신단계를 거치기 위해 당겨지면, 장력을 견디지 못하고 쉽게 끊어지므로 수시로 원사제조장치를 정지해야 하는 문제점이 따랐고, 특히 저데니어 원사를 제조하는 과정에서 원사가 끊어지는 불량율이 증가되는 실정이다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 생분해성 수지를 이용하여 원사를 제조하는 과정에서 주변온도에 영향을 받지 않고 원사의 품질이 균일하게 유지되고, 이송력에 의한 원사의 끊어짐이 방지되도록 하기 위한 생분해성 세절원사 제조장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 노즐바디(12)를 통하여 생분해성 수지를 원통형으로 압출하도록 구비되는 압출부(10); 상기 압출부(10)를 통하여 압출된 압출물을 냉각하도록 온수가 저장되는 온수조(20); 상기 온수조(20)를 통하여 냉각된 압출물을 세절하도록 커팅날(32)이 구비되는 세절부(30); 및 상기 세절부(30)를 통하여 세절된 압출물을 연신하도록 구비되는 연신부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 세절부(30)는 원통형 압출물을 종방향으로 세절하는 커팅날(32)과, 원통형 압출물의 양측단을 절개하는 횡날(34)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐바디(12)을 통하여 압출되는 압출물 내측에 팽창에어가 충진되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연신부(40)는 세절된 압출물의 이송속도를 제어하는 한 쌍의 연신롤러부(42)와, 연신롤러부(42) 사이에 설치되어 포개진 압출물을 이격시키면서 가열하는 히팅부(44)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐바디(12)와 온수조(20) 사이에 설치되어, 압출물의 외주면으로 에어를 분사하는 에어분사부(50)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 생분해성 수지가 원통형으로 압출되어 세절과정을 거쳐 원사로 가공됨에 따라 주변온도 및 이송력에 의해 원사가 끊어지는 현상이 방지되면서 원사의 구간별 데니어가 균일하게 유지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생분해성 세절원사 제조장치를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2a 내지 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 생분해성 세절원사 제조장치의 세절부를 나타내는 구성도.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.
본 발명은 생분해성 세절원사 제조장치에 관련되며, 이때 생분해성 세절원사 제조장치는 생분해성 수지를 이용하여 원사를 제조하는 과정에서 주변온도에 영향을 받지 않고 원사의 품질이 균일하게 유지되고, 이송력에 의한 원사의 끊어짐이 방지되도록 하기 위해 압출부(10), 온수조(20), 세절부(30), 연신부(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 압출부(10)는 노즐바디(12)를 통하여 생분해성 수지를 원통형으로 압출하도록 구비된다. 압출부(10)는 생분해성 수지 원료가 투입되는 호퍼와, 호퍼를 통하여 투입된 생분해성 수지 원료를 용융하는 가열로와, 가열로에서 용융된 생분해성 수지를 압출하는 이송부(실린더 또는 스크류타입)와, 이송부를 통하여 압출된 생분해성 수지를 원통형으로 압출하는 노즐바디(12)가 구비된다.
이때, 압출부(10)는 180~200℃의 온도에서 생분해성 수지를 융용하고, 융용된 생분해성 수지는 노즐바디(12)를 통하여 원통형으로 압출되어, 반으로 접힌 상태로 후술하는 온수조(20)를 통과하게 된다.
이처럼 생분해성 수지가 원통형으로 압출되어 이송됨에 따라 주변온도 및 이송력에 의해 원사가 끊어지는 현상이 방지됨과 더불어 압출물의 구간별 두께가 균일하게 유지되어 후단계를 통한 원사의 데니어가 균일하게 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 온수조(20)는 압출부(10)를 통하여 압출된 압출물을 냉각하도록 온수가 저장된다. 온수조(20)는 노즐바디(12) 하부에 위치되어 온수가 저장되고, 압출된 원통형 압출물이 반으로 접힌 상태로 수중으로 이송되도록 이송롤러가 설치된다. 온수조(20)는 상부가 개방된 상태로 내부에 온수가 저장되되, 이때 온수는 외부에서 가열되어 공급되거나, 상온수를 온수조(20)로 투입 후 별도의 열원에 의해 설정된 온도로 가열하게 된다.
이때, 상기 온수조(20)에 저장된 온수의 온도는 50~75℃로 일정하게 유지된다. 이에 노즐바디(12)를 통하여 압출된 압출물이 온수조(20)로 투입되어 균일한 온도(예컨대, 50~75℃)에서 냉각됨에 따라 주변온도에 영향을 받지 않고 냉각속도가 일정하게 유지되므로 압출물의 구간별 두께가 일정하게 유지된다.
한편, 온수가 50℃ 미만으로 유지되면 원사의 냉각속도가 빨라져 원사의 내외측부분 경질화 편차가 심하게 발생되고, 75℃ 초과하면 원사가 이송중에 쉽게 늘어나 굵기가 가변되거나 끊어지는 문제점이 따르므로, 온수의 온도는 온도센서에 의해 수시로 검출되어 제어부에 의해 50~75℃로 자동 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐바디(12)와 온수조(20) 사이에 설치되어, 압출물의 외주면으로 에어를 분사하는 에어분사부(50)가 구비된다. 에어분사부(50)는 압출물의 외주면을 감싸도록 링형태로 형성되고, 압출물의 외주면에 균일한 압력으로 에어를 분사하여 압출물이 1차냉각된 후 온수조(20)로 이송된다.
이때, 에어분사부(20)의 형상이 타원형으로 형성되어 에어의 분사압력에 의해 원통형의 압출물이 타원형으로 성형되어 온수조(20)로 투입시 반으로 쉽게 접히도록 하는것이 바람직하다.
또, 에어분사부(20)의 에어 분사압력에 의해 원통형의 압출물 내주면이 서로 접합 및 변형되는 현상이 방지되도록 노즐바디(12)을 통하여 압출되는 압출물 내측에 팽창에어를 충진하게 된다. 팽창에어는 압출물을 초기 압출시 주입되고, 주입된 팽창에어는 압출물이 압출되는 동안 압출물 내측에 지속적으로 잔류하며 압출물을 내측에서 형상유지하는 역활을 수행하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 세절부(30)는 온수조(20)를 통하여 냉각된 압출물을 세절하도록 커팅날(32)이 구비된다. 세절부(30)는 온수조를 거쳐 판형태로 배출되는 압출물을 종방향으로 세절하는 구성으로, 도 2a와 같이 종방향을 향하도록 설치된 고정날 형태의 커팅날(32)을 압출물의 폭방향으로 다수개소에 배치된 상태를 도시하고, 도 2b는 커팅날(32)이 원형으로 형성되어 회전되도록 설치되고, 이때 커팅날(32)은 압출물의 폭방향으로 다수개소에 배치된다.(도 2b에서는 압출물의 상하측에서 커팅날(32)이 서로 엇물리게 배치된 상태를 도시함)
또한, 상기 세절부(30)는 원통형 압출물의 양측단을 절개하는 횡날(34)이 더 구비된다. 횡날(34)은 상기 세절부(30) 전방에 설치되고, 압출물의 폭방향을 향하도록 설치되어, 원통형으로 압출되어 반으로 접힌 압출물의 양단부를 절개하므로, 압출물이 2장의 판형태로 가공된다.
또한, 본 발명에 따른 연신부(40)는 세절부(30)를 통하여 세절된 압출물을 연신하도록 구비된다. 연신부(40)는 세절된 압출물의 이송속도를 제어하는 한 쌍의 연신롤러부(42)와, 연신롤러부(42) 사이에 설치되어 포개진 압출물을 이격시키면서 가열하는 히팅부(44)가 구비된다.
연신롤러부(42)는 전방 연신롤러부와 후방 연신롤러부의 회전속도를 상이하게 설정하되, 후방 연신롤러부의 속도가 빠르게 설정되어, 세절된 압출물이 후방 연신롤러부의 당기는 힘에 의해 연신되어 원사의 데니어가 결정된다.
그리고, 히팅부(44)는 판형태로 형성되어 상면과 저면에서 압출물을 가열하고, 상기 전후방 연신롤러부(42) 사이에서 압출물의 이송방향으로 설치된다. 이에 포개진 상태로 세절부(30)를 통과한 압출물이 서로 이격되어, 상측에 위치된 압출물은 히팅부(44)의 상면을 타고 이송되고, 하측에 위치된 압출물은 히팅부(44)의 저면을 타고 이송되면서 가열된다. 이때 압출물이 히팅부(44)를 통과시, 마찰저항이 감소되도록 히팅부(44)의 상하면이 아치형으로 볼록하게 돌출된다.
한편, 도 1에서 상기 연신부(40)가 2개소에 설치되는 구성을 도시하고 있지만, 이에 국한되지 않고 히팅부(44)의 온도 및 연신롤러부(42)의 회전속도를 서로 상이하게 셋팅된 연신부(40)를 더 구비하는 구성도 가능하고, 연신부(40) 후방에는 연신이 완료된 원사를 권취하기 위한 와이딩부(W)가 추가로 설치된다.
10 : 압출부 20: 온수조
30: 세절부 40: 연신부
50: 에어분사부

Claims (5)

  1. 노즐바디(12)를 통하여 생분해성 수지를 원통형으로 압출하도록 구비되는 압출부(10);
    상기 압출부(10)를 통하여 압출된 압출물을 냉각하도록 온수가 저장되는 온수조(20);
    상기 온수조(20)를 통하여 냉각된 압출물을 세절하도록 커팅날(32)이 구비되는 세절부(30); 및
    상기 세절부(30)를 통하여 세절된 압출물을 연신하도록 구비되는 연신부(40);를 포함하여 이루어지고,
    상기 노즐바디(12)을 통하여 압출되는 압출물 내측에 팽창에어가 충진되는 것을 특징으로 하는 생분해성 세절원사 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 세절부(30)는 원통형 압출물을 종방향으로 세절하는 커팅날(32)과, 원통형 압출물의 양측단을 절개하는 횡날(34)이 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 세절원사 제조장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 연신부(40)는 세절된 압출물의 이송속도를 제어하는 한 쌍의 연신롤러부(42)와, 연신롤러부(42) 사이에 설치되어 포개진 압출물을 이격시키면서 가열하는 히팅부(44)이 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 세절원사 제조장치.
  5. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 노즐바디(12)와 온수조(20) 사이에 설치되어, 압출물의 외주면으로 에어를 분사하는 에어분사부(50)가 구비되는 것을 특징으로 하는 생분해성 세절원사 제조장치.
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