KR101416709B1 - 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 기술은 단섬유 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 합성섬유의 원료와 합성섬유 착색을 위한 색소를 융용 혼합하여 착색된 원사를 방사하는 단섬유 제조 장치에 있어서, 상기 합성섬유의 원료를 융용하는 압출기; 상기 압출기에서 융용된 상기 원료에 상기 색소를 혼합하는 색소 혼합기; 융용된 상기 원료를 방사블록으로 공급하는 기어 펌프; 및 상기 색소가 혼합된 융용된 상기 원료를 방사하는 방사블록을 포함하는 단섬유 제조 장치를 제공한다.
또한, 합성섬유의 원료와 합성섬유 착색을 위한 색소를 융용 혼합하여 착색된 원사를 방사하는 단섬유 제조 방법에 있어서, 상기 합성섬유의 원료를 융용하는 원료 융용단계; 상기 압출기에서 융용된 상기 원료에 제1 색소를 혼합하는 제1 색소 혼합단계; 상기 압출기에서 융용된 상기 원료에 제2 색소를 혼합하는 제2 색소 혼합단계; 상기 제1 색소가 혼합된 원료 및 상기 제1 색소가 혼합된 원료를 동시에 방사하는 방사 단계를 포함하는 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 방법을 제공한다.

Description

두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS FOR PRODUCING STAPLE FIBER HAVING TWO-TONE AND METHOD OF PRODUCING THE STAPLE FIBER}

개시된 기술은 단섬유 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합성섬유의 원료에 복수의 색소를 첨가하여 복수의 톤을 가지는 원사를 방사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

합성섬유는 우수한 물성, 내후성을 가지며 가격 경쟁력 또한 뛰어나다. 따라서 산업용 자재 및 인테리어 소재 등으로 널리 사용되고 있다.

그러나 합성섬유를 염색하기 위해서는 고온 고압이 필요해 염색의 어려움이 있다. 또한 염료의 특성에 기인하여 가수분해성이 커지고, 고온의 염색 과정에서 열적 안정성이 떨어지는 단점이 발생한다.

종래기술(한국 공개특허 제10-2004-0045534호, 합성섬유 필라멘트사의 염색방법)에서 알 수 있듯 필라멘트 원사의 착색은 권취된 원사에 염료를 분사하고 스팀 가열하여 수행된다.

이러한 염색에 따른 문제를 해결하기 위하여 합성섬유의 원료를 융용하는 단계에서 색소를 첨가하는 방법이 제시되었으나, 주문자가 원하는 색상을 맞추기 어려운 점이 있다. 색상을 정확히 맞추기 위해서는 10~20 차례 이상의 실험실 테스트 및 본 생산 설비에서의 시험 방사 과정을 거쳐야 하는데, 일반적으로 본 생산 설비는 10톤을 한 색상으로 방사하고, 또한 방사 후 방사기 내의 잔류 색소가 섞인 원료를 제거하기 위해서는 약 3시간 이상의 세척 공정이 요구된다. 또한, 부품 교환 등의 부가적 프로세스를 포함하면 1회 방사시 6시간 내지 12시간이 소요된다. 따라서 색상을 정확히 맞추기 위해 많은 로스가 발생하는 단점이 있다.

또한, 합성섬유의 원료를 융용하는 단계에서 색소를 첨가하는 방법에서는 원료의 온도, 압출기 내에서의 색소의 체류시간, 색소 제조 단계에서 발생하는 색소의 색상차이 등의 미세한 편차에 의해서도 결과물의 색상 차이가 크게 발생하는 빈도가 높다.

본 발명은 상기한 합성섬유의 원료를 융용하는 단계에서 색소를 첨가하는 방법에서 발생하는 문제들을 해결하기 위하여 제한된 것으로서, 특히 요구되는 색상을 위해 발생되는 시간 소요 및 로스를 줄이기 위한 단섬유 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술의 제1 특징은 합성섬유의 원료와 합성섬유 착색을 위한 색소를 융용 혼합하여 착색된 원사를 방사하는 단섬유 제조 장치에 있어서, 상기 합성섬유의 원료를 융용하는 압출기; 상기 압출기에서 융용된 상기 원료에 상기 색소를 혼합하는 색소 혼합기; 융용된 상기 원료를 방사블록으로 공급하는 기어 펌프; 및 상기 색소가 혼합된 융용된 상기 원료를 방사하는 방사블록을 포함하는 단섬유 제조 장치를 제공한다.

상기 압출기와 상기 기어 펌프 사이에 배치되는 폴리머 필터를 더 포함하고,

상기 색소 혼합기는 상기 폴리머 필터와 상기 기어 펌프 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 색소 혼합기는 그 내부에 고정된 스크류를 포함하고, 상기 색소 혼합기 내부는 융용된 상기 원료가 유동성을 가지는 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술의 제2 특징은 합성섬유의 원료를 융용하는 제1 압출기; 합성섬유의 원료를 융용하는 제2 압출기; 상기 제1 압출기에서 융용된 상기 원료에 제1 색소를 혼합하는 제1 색소 혼합기; 상기 제2 압출기에서 융용된 상기 원료에 제2 색소를 혼합하는 제2 색소 혼합기; 상기 제1 압출기에서 융용된 상기 원료를 방사블록으로 공급하는 제1 기어 펌프; 상기 제2 압출기에서 융용된 상기 원료를 방사블록으로 공급하는 제2 기어 펌프;및 상기 제1 압출기에서 융용된 상기 원료 및 상기 제2 압출기에서 융용된 상기 원료를 방사하는 방사블록을 포함하는 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치를 제공한다.

여기서, 상기 제1 색소 혼합기는 상기 제1 압출기와 상기 제1 기어 펌프사이에 배치되고, 상기 제2 색소 혼합기는 상기 제2 압출기와 상기 제2 기어 펌프사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 색소 혼합기 및 제2 색소 혼합기는 각각은 그 내부에 고정된 스크류를 포함하고, 내부는 융용된 상기 원료가 유동성을 가지는 온도로 유지되는 것을 특징으로 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 색소 및 상기 제2 색소는 액체 상태로 상기 색소 혼합기에 주입되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 개시된 기술의 제3 특징은 합성섬유의 원료와 합성섬유 착색을 위한 색소를 융용 혼합하여 착색된 원사를 방사하는 단섬유 제조 방법에 있어서, 상기 합성섬유의 원료를 융용하는 원료 융용단계; 상기 압출기에서 융용된 상기 원료에 제1 색소를 혼합하는 제1 색소 혼합단계; 상기 압출기에서 융용된 상기 원료에 제2 색소를 혼합하는 제2 색소 혼합단계; 상기 제1 색소가 혼합된 원료 및 상기 제1 색소가 혼합된 원료를 동시에 방사하는 방사 단계를 포함하는 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 방법을 제공한다.

여기서, 상기 제1 색소 혼합단계 및 상기 제2 색소 혼합단계 각각은 상기 원료가 융용 상태를 유지하도록 가열된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 색소 혼합단계 및 상기 제2 색소 혼합단계 각각은 상기 제1 색소 및 상기 제2 색소 각각이 액체인 상태로 상기 융용된 상기 원료에 혼합되는 것을 특징으로 한다.

개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에 따른 단섬유 제조 장치에 의하면 색소는 압출기를 통과한 원료에 혼합되므로 색소의 산화를 방지할 수 있다. 따라서 원하는 색상 발현에 유리하다.

또한, 원료의 점도와 유사한 색소를 사용하므로 원료의 혼합이 용이하다. 따라서 생산물의 균일성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 단섬유 제조 장치에 의하면 생산물의 색상을 변경하는데 걸리는 시간을 단축할 수 있다. 따라서 소량 다품종 생산을 가능하다.

본 발명에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치 및 방법에 의하면, 단섬유 한 가닥이 두 가지 색상을 가지도록 할 수 있게 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 단섬유 제조 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단섬유 제조 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치에서 방사된 원사의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 방법의 순서도이다.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

폴리에스터를 염색하기 위해서는 고온 고압이 필요해 염색의 어려움이 있다. 또한 염료의 특성에 기인하여 가수분해성이 커지고, 고온의 염색 과정에서 열적 안정성이 떨어지는 단점이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 폴리에스터의 원료를 융용하는 단계에서 색소를 첨가하는 방법이 제시되었다.

도 1은 종래 기술에 따른 단섬유 제조 장치의 블록도이다.

종래 기술에 따르면 원료 칩과 색소 칩이 일정 비율로 블랜딩되어 압출기로 투입된다. 이어서, 압출기에서 원료 칩의 융용에 따라 색소 칩이 혼합 융용되고, 기어펌프를 지나 방사 블록에서 섬유로 방사된다. 종래 기술에 따르면 원료와 색소의 혼합은 대량으로 수행되므로, 다품종 소량 생산에는 부적합한 점이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단섬유 제조 장치의 블록도이다.

도 2에 의하면 단섬유 제조 장치(100)는 압출기(110), 색소 혼합기(120), 기어 펌프(130) 및 방사 블록(140)을 포함한다.

압출기(110)는 칩 형태의 합성섬유의 원료를 융용시킨다. 원료로서 폴리에스테르를 사용하는 경우 융용 온도는 약 290℃ 이다. 압출기(110)는 스크류와 베럴로 구성되며, 스크류는 공급되는 원료를 연속적으로 융용시켜 압출 탈포시켜 다음 공정으로 균일하게 공급하는 역할을 한다.

색소 혼합기(120)는 압출기(110)에서 융용된 원료에 색소를 혼합한다.

색소 혼합기(120)는 상기 압출기(110)와 기어 펌프(130)에 배치될 수 있으며, 실시예에 따라 압출기(110)와 기어 펌프(130) 사이에 폴리머 필터가 더 배치되고, 색소 혼합기(120)는 상기 압출기(110)와 기어 펌프(130)에 배치될 수 있다.

또한, 실시예에 따라 색소 혼합기(120)의 내부에는 융용된 원료와 색소를 혼합하기 위한 스크류 형태의 믹서(미도시)가 설치될 수 있다.

색소 혼합기(120)는 그 내부의 온도를 원료가 유동성을 가지는 온도를 유지하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 260℃로 색소 혼합기(120)의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 색소는 원료와의 혼합이 원활하게 진행되기 위해서 액체 상태의 색소를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합의 균일성을 위해 색소는 그 점도가 융용된 원료의 점도와 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 색소는 융용된 원료와 동일한 점도를 가지기 위하여 분산제와 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합 비율은 부피비로 색소 20~30%일때 분산제 70%~80%로 혼합하며, 가장 바람직하게는 색소 25%일때 분산제 75%로 혼합한다.

또한, 색소는 염료 간의 혼색 및 간섭이 적고 상호 계면이 유지 가능한 염료 또는 안료를 선택하는 것이 바람직하다.

기어 펌프(130)는 색소가 혼합된 융용된 원료를 방사 블록(140)으로 공급한다.

방사 블록(140)은 가열 금속 블록으로 이우어져 있으며 계량 펌프와 방사팩(Spining Pack)을 포함하고, 전체가 균일하게 가열된 상태에서 융용된 원료를 토출한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치의 블록도이다.

도 3에 의하면 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치(100)는 제1 압출기(110a), 제2 압출기(110b), 제1 색소 혼합기(120a), 제2 색소 혼합기(120b), 제1 기어 펌프(130a), 제2 기어 펌프(130b) 및 방사 블록(140)을 포함한다.

제1 압출기(110a) 및 제2 압출기(110b)는 각각 스크류와 베럴로 구성되며, 스크류는 공급되는 원료를 연속적으로 융용시켜 압출 탈포시켜 다음 공정으로 균일하게 공급하는 역할을 한다.

제1 색소 혼합기(120a) 및 제2 색소 혼합기(120b)는 각각 제1 압출기(110a) 및 제2 압출기(110b)에서 융용된 원료에 제1 색소 및 제2 색소를 혼합한다.

제1 색소 혼합기(120a) 및 제2 색소 혼합기(120b)는 각각 제1 압출기(110a) 및 제2 압출기(110b)와 제1 기어 펌프(130a) 및 제2 기어 펌프(130b)사이에 배치될 수 있다. 실시예에 따라 각각의 압출기와 각각의 색소 혼합기 사이에는 폴리머 필더가 더 배치될 수 있다.

제1 색소 혼합기(120a) 및 제2 색소 혼합기(120b)의 내부에는 융용된 원료와 색소를 혼합하기 위한 스크류 형태의 믹서(미도시)가 각각 설치될 수 있다.

제1 색소 혼합기(120a) 및 제2 색소 혼합기(120b)의 내부 온도를 융용된 원료가 유동성을 가지는 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 260℃로 제1 색소 혼합기(120a) 및 제2 색소 혼합기(120b)의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.

제1 기어 펌프(130a) 및 제2 기어 펌프(130b)는 각각의 색소가 혼합된 융용된 원료를 방사 블록(140)으로 공급한다.

방사 블록(140)은 제1 색소가 혼합된 원료와 제2 색소가 혼합된 원료를 토출한다.

원료의 방사는 고속으로 수행되므로 제1 색소가 혼합된 원료와 제2 색소가 혼합된 원료는 서로 섞이기 전에 방사된다. 따라서 방사된 단섬유는 도 4에 도시된 바와 같이 반은 제1 색소로 착색되고 반은 제2 색소로 착색된 형태를 가진다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 방법의 순서도이다. 도 5는 도 2의 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조 장치를 시계열 적으로 구현한 경우에도 본 실시예에 해당하므로 제1 압출기(110a), 제2 압출기(110b), 제1 색소 혼합기(120a), 제2 색소 혼합기(120b), 제1 기어 펌프(130a), 제2 기어 펌프(130b) 및 방사 블록(140)에 대하여 설명된 부분은 본 실시예에서도 그대로 적용된다.

일 실시예에 따른 두 가지 톤을 가지는 단섬유 제조방법은 합성섬유의 원료를 융용하는 원료 융용단계(S510), 압출기에서 융용된 원료에 제1 색소를 혼합하는 제1 색소 혼합단계(S520), 압출기에서 융용된 원료에 제2 색소를 혼합하는 제2 색소 혼합단계(S530) 및 제1 색소가 혼합된 원료 및 제1 색소가 혼합된 원료를 동시에 방사하는 방사 단계(S540)를 포함한다.

S510 단계에서는 합성섬유의 원료를 융용한다. 원료의 융용은 압출기에서 수행될 수 있다.

S520 단계에서는 압출기에서 융용된 원료에 제1 색소를 혼합한다.

S530 단계에서는 압출기에서 융용된 원료에 제2 색소를 혼합한다. 여기서, 제1 색소의 혼합과 제2 색소의 혼합은 각각 다른 압출기에서 압출된 원료에 색소를 혼합하는 것이므로 S520 단계와 S530 단계는 동시에 수행되는 것이 바람직하다.

이때, S520 단계와 S530 단계 각각은 원료가 융용 상태를 유지하도록 가열된 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.

S540 단계에서는 제1 색소가 혼합된 원료 및 제1 색소가 혼합된 원료를 동시에 방사한다.

원료의 방사는 고속으로 수행되므로 제1 색소가 혼합된 원료와 제2 색소가 혼합된 원료는 서로 섞이기 전에 방사된다. 따라서 방사된 단섬유는 도 4에 도시된 바와 같이 반은 제1 색소로 착색되고 반은 제2 색소로 착색된 형태를 가진다.

이러한 개시된 기술인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 단섬유 제조 장치
110 : 압출기
120 : 색소 혼합기
130 : 기어 펌프
140 : 방사 블록

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 합성섬유의 원료를 융용하는 제1 압출기;
   합성섬유의 원료를 융용하는 제2 압출기;
   상기 제1 압출기에서 융용된 상기 원료에 제1 색소를 혼합하는 제1 색소 혼합기;
   상기 제2 압출기에서 융용된 상기 원료에 제2 색소를 혼합하는 제2 색소 혼합기;
   상기 제1 압출기에서 융용된 상기 원료를 방사블록으로 공급하는 제1 기어 펌프;
   상기 제2 압출기에서 융용된 상기 원료를 방사블록으로 공급하는 제2 기어 펌프;및
   상기 제1 압출기에서 융용된 상기 원료 및 상기 제2 압출기에서 융용된 상기 원료를 방사하는 방사블록을 포함하되,
   상기 제1 색소 혼합기는 상기 제1 압출기와 상기 제1 기어 펌프사이에 배치되고,
   상기 제2 색소 혼합기는 상기 제2 압출기와 상기 제2 기어 펌프 사이에 배치되고,
   상기 제1 색소 및 상기 제2 색소는 각각은
   색소 25% 대 분산제 75%의 부피비를 가지도록 혼합되고, 액체 상태로 상기 제1색소 혼합기 및 상기 제2색소 혼합기로 각각 주입되는 것을 특징으로 하는 단섬유 제조 장치.
   
7. 삭제
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 제1 색소 혼합기 및 제2 색소 혼합기는 각각은 그 내부에 고정된 스크류를 포함하고, 내부는 융용된 상기 원료가 유동성을 가지는 온도로 유지되는 것을 특징으로 것을 특징으로 하는 단섬유 제조 장치.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 청구항 6 또는 청구항 8에 기재된 어느 한 단섬유 제조 장치에 의해 제조되는 두 가지 톤을 가지는 단섬유.
    
15. 삭제

Images