KR101910948B1 - 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상,하부의 크림퍼 블레이드와 스터퍼 박스에 의해 형성되는 크림프 성형공간의 형상 및 단면적을 변화시켜 고강도 필라멘트 토우에 대해서도 물성이 균일하고 또한 단위길이 당 크림프 수를 증가시켜 포합성을 향상시킬 수 있는 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 제공한다.
본 발명의 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치는, 상,하부의 크림퍼 블레이드와 양측의 스터퍼 박스에 의해 크림프 형성을 위한 크림프 성형공간을 구비하고, 상기 크림프 성형공간은, 필라멘트 토우의 인입 초입구간에 구비되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드의 단면적이 점점 작아지는 1차 성형구간과, 상기 1차 성형구간에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드의 단면적이 확장된 성형유지구간과, 상기 성형유지구간에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 클림퍼 블레이드의 단면적이 점점 작아지는 2차 성형구간으로 이루어진 것이다. 따라서 필라멘트 토우의 인입 초기에 강한 성형 압력을 작용하여 고강도 합성섬유에 대해서도 크림프 형성률을 극대화시킬 수 있다.

Description

고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치{Crimping Apparatus for Staple Fiber of High Strength Filament}

본 발명은 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필라멘트 토우를 크림핑(crimping)하여 권축을 부여함으로써 포합성, 즉 엉키는 성질을 부여하기 위한 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 합성섬유의 제조시 방사 노즐을 통해 인출되는 섬유 다발, 즉 직선형태의 필라멘트 토우(filment tow)에 대해 포합성을 부여하기 위해 크림핑 공정을 수행하고 있다.

이러한 크림핑 공정을 위한 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치의 통상적인 구성은 도 1a에 도시된 바와 같이, 상호 닙(nip)을 형성하기 위한 한 쌍의 원통형 닙 롤러(1a,1b)와, 상,하의 크림퍼 블레이드(2a,2b)(crimper blade)와, 상,하의 크림퍼 블레이드(2a,2b)의 양측을 차폐하는 한 쌍의 스터퍼 박스(3)를 구비하며, 상,하의 크림퍼 블레이드(2a,2b)와 스터퍼 박스(3)에 의해 크림프 형성을 위한 크림프 성형공간(4)이 형성된다.

이러한 구성에 의하면, 도 1a에서와 같이 크림프 성형공간(4)이 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 점점 단면적이 작아지도록 상,하의 크림퍼 블레이드를 배치한 상태에서, 필라멘트 토우(T1)를 닙 롤러(1a,1b)에 의해 크림프 성형공간(4)으로 통과시키고, 또한 크림프 성형공간(4)의 입구로 유입되는 속도보다 출구로 배출되는 속도를 느리게 하면, 크림프 성형공간(4) 내에서 필라멘트 토우(T1)가 진행방향에 대해 수직으로 압력을 받아 접히면서 적층되고, 이어서 접힌 상태를 유지하여 출구로 빠져나감으로써 크림핑된 합성섬유를 제조할 수 있다.

이때, 통상적인 크림프 부여 장치는 상,하의 크림퍼 블레이드(2a,2b)와 스터퍼 박스(3)에 의해 형성되는 크림프 성형공간(4)이 육면체의 직선 형태로서 일정한 것으로서, 필라멘트 토우(T1)의 재질 강도가 높지 않은 일반적인 합성섬유(예들 들면, PP, PET, Nylon, Acryl 등)인 경우에는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 인입 초기부터 원활한 접힘이 진행되어 크림프 형성에 적합한 유효성형구간(H)을 길게 확보함에 따라 단위길이당(예를 들어, 1인치) 크림프 수를 증가시켜 포합성을 부여할 수 있다.

그러나 도 1b에서와 같이, 필라멘트 토우(T2)의 재질이, 예를 들어, 아라미드(aramid), 다이니마(dyneema), PBO, LCP 등의 고강도 합성섬유인 경우는, 고유의 강직한 구조로 인한 높은 인장강도, 높은 모듈러스, 내절단성, 내화학성, 내열성 등으로 인해 일반적인 합성섬유에 비해 크림프 성형이 어렵기 때문에, 크림프 성형공간의 인입초기에 쉽게 접히지 않아 크림프 유효성형구간(H)이 짧고, 진행방향의 수직으로 완전히 접히질 않아 최종적으로 출구를 빠져나오는 크림프의 물성이 균일하지 않으며, 또한 일반적인 합성섬유에 비하여 단위길이당 크림프 수가 적다.

크림프의 물성은 방적사 및 부직포 제조시 섬유 간 결합특성을 좌우하게 되며, 물성이 불균일하거나, 크림프 수가 일정수준 이상이 되지 않을 경우, 포합성 저하로 불량률 증가의 원인으로 작용한다.

또한, 종래기술로서, 국내 공개특허공보 10-2008-0021116호에 스터퍼 박스 크림퍼 및 크림핑 방법이 알려져 있다.

상기 종래기술은 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 원통형 닙 롤러(1a,1b)와 상,하부의 크림퍼 블레이드(2a,2b)와, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드(2a,2b) 양측을 차폐하는 스터퍼 박스(3)로 이루어지는 통상적인 크림퍼 장치에 더하여 상부의 크림퍼 블레이드(2a)에 플래퍼(5)(flapper)를 구비하고 있다.

상기 플래퍼(5)는 필라멘트 토우의 진행방향으로 길게 배치되어 입구 쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하도록 설치된 것으로, 상,하부의 크림퍼 블레이드(2a,2b)와 스터퍼 박스(3)에 의해 형성되는 크림프 성형공간(4)의 단면적이 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 점점 작아지게 함과 동시에, 스윙운동의 정도에 따라 크림프 성형공간(4)의 기울기를 조절할 수 있도록 되어 있다. 플래퍼(5)의 스윙운동은 액츄에이터(actuator, 미도시)를 통해 조절되는 것으로, 웨이트(weight), 공압(pneumatic), 전기적인 수단(electrical), 전자적인 수단(electronic means)와 같은 방법들을 사용할 수 있다.

그러나, 이러한 종래기술에 있어서도, 도 1a에 도시한 통상적인 크림프 부여 장치와 마찬가지로, 플래터(5)가 크림프 성형공간(4)의 입구쪽에서 출구쪽으로 길게 배치되어 스윙운동에 의해 단면적을 점차 작게 하는 기능만을 수행하기 때문에, 도 3a에서와 같이 일반적인 합성섬유의 경우는, 인입 초기부터 원활한 접힘이 진행되어 크림프 유효성형구간(H)이 길고 적정수의 크림프를 형성할 수 있지만, 고강도 합성섬유일 경우는, 도 3b에서와 같이 인입초기에 쉽게 접히지 않아 크림프 유효성형구간(H)이 짧고 진행방향의 수직으로 완전히 접히질 않아 최종적으로 출구를 빠져나오는 크림프의 물성이 균일하지 않고, 또한 일반적인 합성섬유에 비하여 단위길이당 크림프 수가 적다.

따라서, 통상의 크림프 부여 장치와 마찬가지로 고강도 필라멘트 토우의 크림핑 공정시 크림프의 물성이 균일하지 않고, 단위길이당 크림프 수가 매우 적어 포합성을 부여하는데 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 상, 하부의 크림퍼 블레이드와 스터퍼 박스에 의해 형성되는 크림프 성형공간의 형상 및 단면적을 변화시켜 고강도 필라멘트 토우에 대해서도 물성이 균일하고 또한 단위길이 당 크림프 수를 증가시켜 포합성을 향상시킬 수 있는 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 한 쌍의 원통형 닙 롤러와, 상,하부의 크림퍼 블레이드와, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드의 양측을 차폐하는 한 쌍의 스터퍼 박스로 이루어지고, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드와 양측의 스터퍼 박스에 의해 크림프 형성을 위한 크림프 성형공간을 구비하는 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 있어서, 상기 크림프 성형공간은, 필라멘트 토우의 인입 초입구간에 구비되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드 사이의 단면적이 축소되는 1차 성형구간과, 상기 1차 성형구간에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드 사이의 단면적이 확장되는 성형유지구간과, 상기 성형유지구간에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드 사이의 단면적이 축소되는 2차 성형구간으로 이루어진 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 특징이 있다.

또한, 본 발명은 상기 크림프 성형공간의 1차 성형구간, 성형유지구간 및 2차 성형구간은, 하부의 크림퍼 블레이드 대향면을 기준으로 하여 상부의 크림퍼 블레이드의 대향면을 가공하여 기울기를 설정함으로써 형성된 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 특징이 있다.

또한, 본 발명은 상기 크림프 성형공간의 1차 성형구간은, 상기 상부의 크림퍼 블레이드에 필라멘트 토우의 진행방향으로 배치되어 입구쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하는 제1 플래퍼에 의해 형성되고, 상기 크림프 성형공간의 성형유지공간은, 상기 상부의 크림퍼 블레이드에 필라멘트 토우의 진행방향으로 배치되어 출구쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하는 제2 플래퍼에 의해 형성되는 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 특징이 있다.

상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 크림프 성형공간의 인입 초기에 구비된 1차 성형구간에서 필라멘트 토우를 1차적으로 압축시켜 크림프를 형성하고, 이어서 성형유지공간을 거쳐 다시 2차 성형공간에서 2차적으로 크림프를 형성함에 따라, 고강도 필라멘트 토우의 경우에도 크림프 유효성형구간을 길게 할 수 있고, 이로써 크림프 형성률을 극대화시켜 물성이 균일하고 또한 단위길이 당 크림프 수를 증가시킴으로써 포합성을 부여한 합성섬유를 제조할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 통상적인 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 의한 크림프 형성과정을 나타낸 개략도.
도 2는 종래의 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 나타낸 개략도.
도 3a 및 도 3b는 종래의 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 의한 크림프 형성과정을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 의한 크림프 형성과정을 나타낸 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명은 한 쌍의 원통형 닙 롤러(11a,11b)와, 상,하부의 크림퍼 블레이드(12a,12b)와, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드(12a,12b)의 양측을 차폐하는 한 쌍의 스터퍼 박스(13)로 이루어지고, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드(12a,12b)와 양측의 스터퍼 박스(13)에 의해 크림프 형성을 위한 크림프 성형공간(14)이 형성된다.

본 발명에 있어서, 상기 크림프 성형공간(14)은, 필라멘트 토우(T2)의 진행방향을 따라 1차 성형구간(14a), 성형유지구간(14b) 및 2차 성형구간(14c)을 연이어 배치함으로써 이루어진다.

1차 성형구간(14a)은 필라멘트 토우(T2)의 인입 초입구간에 형성되는 것으로, 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드(12a,12b)의 사이 단면적이 점점 작아지게 되어 있고, 성형유지구간(14b)은, 상기 1차 성형구간(14a)에 연이어 형성되는 것으로, 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드(12a,12b)의 사이 단면적이 점점 확장되어 있으며, 2차 성형구간(14c)은 상기 성형유지구간(14b)에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드(12a,12b)의 사이 단면적이 점점 작아지게 되어 있다.

이러한 1차 성형구간(14a), 성형유지구간(14b) 및 2차 성형구간(14c)은, 하부의 크림퍼 블레이드(12b) 대향면을 기준으로 하여 상부의 크림퍼 블레이드(12a)의 대향면을 가공하여 기울기를 설정함으로써 형성할 수 있고, 1차 성형구간(14a)의 기울기는 2차 성형구간(14c)의 기울기 보다 크게 하여 인입 초기의 크림프 성형 압력을 더 크게 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 닙 롤러(11a,11b)를 통해 고강도 필라멘트 토우(T2)를 크림프 성형공간(14)에 인입시키게 되면, 인입 초기에서 1차 성형구간(14a)에 의한 강한 크림프 성형 압력이 작용하여 1차적으로 크림프를 형성하게 되고, 이어서 필라멘트 토우(T2)는 1차 크림프 성형을 유지한 상태로 성형유지구간(14b)을 지난 후, 2차 성형구간(14c)을 통해 2차적으로 크림프 성형되어 출구를 빠져나가게 된다.

이와 같이 본 발명은 크림프 성형공간(14)의 인입 초기에서부터 강한 크림프 성형 압력을 작용시키게 되므로, 종래의 크림프 부여 장치에서 고강도 필라멘트 토우(T2)의 경우 인입 초기에 크림프 성형이 잘 이루어지지 않는 단점을 해소할 수 있고, 이로써 크림프 유효성형구간(H)을 일반적인 합성섬유를 크림핑 할 때와 마찬가지로 길게 유지할 수 있으며, 크림프 형성률을 극대화시켜 물성이 균일하고 또한 단위길이 당 크림프 수를 증가시킨 합성섬유를 제조할 수 있다.

아래의 표 1은 본 발명과 종래기술의 크림프 부여 장치를 이용하여 합성수지 종류별 필라멘트 토우(T2)에 대하여 크림핑 공정을 실시한 후, 인치(inch)당 크림프 수를 측정한 것이다.

합성섬유 구분	본 발명에 의한 (크림프 수/inch)	종래기술에 의한 (크림프 수/inch)
PET	15~20	15~18
아라미드(Aramid)	8~12	2~5
다이니마(Dyneema)	9~13	2~6
LCP	5~10	0~1

위의 표 1에서와 같이, 일반적인 합성섬유인 PET의 경우, 본 발명의 크림프 부여 장치와 종래기술의 크림프 부여 장치가 비슷한 크림프 수를 형성하였으나, 고강도 합성섬유인 아라미드(Aramid), 다이니마(Dyneema) 및 LCP의 경우, 본 발명의 크림프 부여 장치로 형성한 크림프 수가 종래기술의 크림프 부여 장치로 형성한 크림프 수에 비하여 월등하게 증가하였음을 확인하였다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치를 나타낸 것으로, 제1 실시예에 있어서 크림프 성형공간(14)의 1차 성형구간(14a)이, 상기 상부의 크림퍼 블레이드(12a,12b)에 필라멘트 토우(T2)의 진행방향으로 배치되어 입구쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하는 제1 플래퍼(15)에 의해 형성되고, 상기 크림프 성형공간(14)의 성형유지구간(14b)은, 상기 상부의 크림퍼 블레이드(12a,12b)에 필라멘트 토우(T2)의 진행방향으로 배치되어 출구쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하는 제2 플래퍼(16)에 의해 형성되도록 한 구성이다.

이때, 제1 및 제2 플래퍼(16)의 스윙운동은, 액츄에이터(actuator, 미도시)를 통해 조절될 수 있고, 액츄에이터로는 웨이트(weight), 공압(pneumatic), 전기적인 수단(electrical), 전자적인 수단(electronic means)와 같은 방법들을 사용할 수 있으며, 제1 플래퍼(15)의 경우, 스윙운동의 정도에 따라 1차 성형구간(14a)에서의 크림프 성형 압력을 조절할 수 있다.

제1 및 제2 플래퍼(16)의 재질은, 초경합금, 복합내화성 카바이드, 세라믹, SUS 합금 등 로크웰 C-스케일 경도가 적어도 62 이상인 단단한 물질로 구성되거나, 상기 물질들의 혼합물로 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 도 6에서와 같이 한 쌍의 닙 롤러(11a,11b)를 통해 고강도 필라멘트 토우(T2)를 크림프 성형공간(14)에 인입시키게 되면, 인입 초기에 1차 성형구간(14a)에 구비된 제1 플래퍼(15)에 의해 강한 크림프 성형 압력이 작용하여 1차 크림프를 형성하게 되고, 이어서 필라멘트 토우(T2)는 1차 크림프 성형을 유지한 상태로 제2 플래퍼(16)에 의해 형성된 성형유지구간(14b)을 통과한 후, 2차 성형구간(14c)을 통해 2차적으로 크림프 성형되어 출구를 빠져나가게 된다.

이와 같이 본 발명은 제1 실시예와 마찬가지로, 크림프 성형공간(14)의 인입 초기에서부터 강한 크림프 성형 압력을 작용시키게 되므로, 종래의 크림프 부여 장치에서 고강도 필라멘트 토우(T2)의 경우 인입 초기에 크림프 성형이 잘 이루어지지 않는 단점을 해소할 수 있고, 이로써 크림프 유효성형구간(H)을 일반적인 합성섬유를 크림핑 할 때와 마찬가지로 길게 유지할 수 있으며, 크림프 형성률을 극대화시켜 물성이 균일하고 또한 단위길이 당 크림프 수를 증가시킨 합성섬유를 제조할 수 있다.

또한, 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예에 더하여 1차 성형구간(14a)에서의 크림프 성형 압력이 제1 플래퍼(15)의 스윙운동량에 따라 조절되므로, 고강도 필라멘트 토우(T2)의 재질에 따라 적절한 크림프 성형 압력을 설정할 수 있어 크림프 형성 효율을 더욱 높일 수 있다.

지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

11a,11b : 닙 롤러 12a,12b : 크림퍼 블레이드
13 : 스터퍼 박스 14 : 크림프 성형공간
15 : 제1 플래퍼 16 : 제2 플래퍼
T2 : 필라멜트 토우 H : 유효성형구간

Claims (3)

1. 한 쌍의 원통형 닙 롤러와, 상,하부의 크림퍼 블레이드와, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드의 양측을 차폐하는 한 쌍의 스터퍼 박스로 이루어지고, 상기 상,하부의 크림퍼 블레이드와 양측의 스터퍼 박스에 의해 크림프 형성을 위한 크림프 성형공간을 구비하는 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치에 있어서,
   상기 크림프 성형공간은, 필라멘트 토우의 인입 초입구간에 구비되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드 사이의 단면적이 축소되는 1차 성형구간과,
   상기 1차 성형구간에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드 사이의 단면적이 확장되는 성형유지구간과,
   상기 성형유지구간에 연이어 형성되어 입구쪽에서 출구쪽으로 갈수록 상,하의 크림퍼 블레이드 사이의 단면적이 축소되는 2차 성형구간으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 크림프 성형공간의 1차 성형구간, 성형유지구간 및 2차 성형구간은, 하부의 크림퍼 블레이드 대향면을 기준으로 하여 상부의 크림퍼 블레이드의 대향면을 가공하여 기울기를 설정함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 크림프 성형공간의 1차 성형구간은, 상기 상부의 크림퍼 블레이드에 필라멘트 토우의 진행방향으로 배치되어 입구쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하는 제1 플래퍼에 의해 형성되고,
   상기 크림프 성형공간의 성형유지공간은, 상기 상부의 크림퍼 블레이드에 필라멘트 토우의 진행방향으로 배치되어 출구쪽 끝단을 중심으로 스윙운동하는 제2 플래퍼에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 필라멘트의 단섬유 가공용 크림프 부여 장치.

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