KR101975318B1

KR101975318B1 - 습식 부직포 제작 장치

Info

Publication number: KR101975318B1
Application number: KR1020170078262A
Authority: KR
Inventors: 복진선; 이현석; 권희분; 전길우; 차달준; 김봉준; 이수정
Original assignee: 한국섬유개발연구원; 경창산업주식회사
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2019-08-28
Also published as: KR20180138281A

Abstract

본 발명에 의한 습식 부직포 제작 장치는, 섬유와, 액체와, 열경화성 수지가 혼합되어 수용되는 혼합 용기와; 혼합 용기 내의 액체가 배출되는 배수조와; 혼합 용기와 배수조를 연결하며 탈수 밸브가 제공되는 배수관과; 배수조의 내부를 진공 상태로 하는 진공 펌프를 포함한다.

Description

습식 부직포 제작 장치{Apparatus for Forming Wet Non-Woven Fabric}

본 발명은 습식 부직포 제작 장치에 관한 것으로서 좀 더 자세하게는 강도가 강한 초고중량 습식 부직포를 제작할 수 있는 장치에 관한 것이다.

습식 부직포는 고대 중국에서 개발된 후 오랫동안 사용되어 오고 있다. 1872년에 일본에서 최초의 양지 제조 공장을 유우코오샤가 설립해서 종이를 생산했으며 국내에도 전파되어서 지속적인 발전을 거듭해 왔다.

현대에 들어서는 부직포 제조 기술이 전통적인 의미의 종이에서 더욱 확장하여 전기절연지, 포장지, 전지분리막 등의 다양한 분야에 적용되고 있는 실정이다.

일반적인 습식 부직포 제조 장치와 공정은 연속식 생산 방식으로서, 대개의 경우 100g/m²~ 500g/m²의 박막형 부직포를 생산한다.

습식 부직포는 단위 표면적당 높은 밀도의 섬유 웹(web)을 형성할 수 있기 때문에, 수지 등과 함께 제조될 경우에 통상의 공정으로 제조된 부직포에 비해 높은 물성(강도 등)을 얻을 수 있다.

그런데 일반적인 습식 부직포 제조 장치와 공정은 연속식이어서 속도가 빨라 대량 생산에는 적합하지만 1,000g/m²이상의 초고중량 습식 부직포를 제조하기는 거의 불가능한 문제가 있다. 초고중량 습식 부직포 소재는 자동차 부품과 같은 산업 부품 소재, 건축용 소재 등에서 엔지니어링 플라스틱을 대체하여 사용될 수 있어 그 활용폭이 넓다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하여 초고중량 습식 부직포 소재를 제작할 수 있는 제작 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

혼합 용기의 내측으로 기체를 공급하여 섬유와 액체의 혼합율을 증대시키는 아지테이션(Agitation) 장치를 더 포함할 수 있다.

혼합 용기의 측벽에는 기체가 공급되는 공급관이 연결될 수 있다.

배수조의 진공 상태를 해제하는 해압 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 습식 부직포 제작 장치는 혼합 용기의 하단에 배치되는 매쉬 부재를 더 포함할 수 있으며, 매쉬 부재를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 장치에 의해 제작된 습식 부직포를 핫 프레싱하여 소망하는 두께로 성형하는 핫 프레싱 장치가 더 포함될 수 있다.

본 발명에 의한 장치 및 방법에 의하면, 연속 공정에서 가능하지 않던 1,000g/m²이상의 초고중량의 습식 부직포의 제작이 가능하고, 따라서 그러한 초고중량의 습식 부직포를 이용한 높은 기계적 성능의 각종 산업용 부품을 제작할 수 있는 작용효과가 제공된다.

도 1은 본 발명에 의한 습식 부직포 제작 장치의 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 장치 중에서 혼합 용기의 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 방법에 의해서 습식 부직포를 제작하는 과정의 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 방법에 의해서 제작된 습식 부직포 시트를 소정의 형태로 가공하는 과정을 도시한 도면.
도 5는 혼합 용기 아래쪽에 배치되는 메쉬와 지지부를 도시한 도면.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명한다.

본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 필수적인 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 습식 부직포 제작 장치는, 혼합 용기(10)와, 배수조(20)와, 배수관(30)과, 진공 펌프(40)를 주요 구성 요소로 포함한다. 혼합 용기(10)의 아래쪽에는 중간 배수 용기(15)가 제공되며, 배수관(30)은 중간 배수 용기(15)와 배수조(20) 사이를 연결한다. 배수관(30)의 도중(途中)에는 탈수 밸브(35)가 제공된다. 진공 펌프(40)와 배수조(20) 사이는 파이프(50)로 이어져 있으며, 파이프(50)의 도중(途中)에 해압 밸브(55)가 제공된다. 배수조(20)에는 드레인(60)이 연결되어 있으며, 드레인(60)의 도중(途中)에는 배수 밸브(65)가 제공된다. 제어 디스플레이(70)가 추가로 제공될 수 있으며, 이 제어 디스플레이(70)를 통해서 장치의 상태를 알거나 장치를 조작할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 의한 습식 부직포 제작 장치의 혼합 용기(10) 및 관련 구성 요소가 도시되어 있다. 혼합 용기(10)와 중간 배수 용기(15) 사이에 지지부(17)가 제공되며, 지지부(17)의 상부에는 메쉬 부재(90)가 제공된다. 도 5에는 지지부(17)와 메쉬 부재(90)가 도시되어 있다. 지지부(17)는 격자 패턴으로 되어 있다.

혼합 용기(10)에는 각종 섬유 소재(1)가 분산되어 있는 액체(2; 예를 들어, 물)이 수용되어 있다. 섬유 소재(1)는 슈퍼 섬유인 파라아라미드(p-Aramid) 계열 섬유, PBO, 고강도 폴리에틸렌 등이 사용될 수 있다. 혼합 용기(10)에는 개구(11)가 제공되는데, 아지테이션(Agitation) 장치(80)에 의해서 개구(11)에 연결된 공급관(85)을 통해서 공기가 빠른 속도로 혼합 용기(10)내로 공급되어서, 아지테이션(Agitation) 작용을 통해 액체(2)에 포함되어 있는 섬유 소재(1)의 혼합율을 증대시킬 수 있다.

다음으로 본 발명에 의한 습식 부직포 장치에 의한 습식 부직포 제작 방법에 대해서 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 습식 부직포 장치에 의한 습식 부직포 제작 방법의 흐름도가 도시되어 있다.

먼저, 각종 섬유 소재(1)를 물과 같은 액체(2)에 분산시켜서 혼합 용기(10)에 넣는다. 습식 부직포의 주요 섬유 소재(1) 뿐만 아니라, 수지(3)와, 충진재(4)와, 보강 섬유(5)와, 기타 성분(6)을 더 분산시킬 수 있다. 수지(3)로는, 파우더 형태의 열경화성 및 열가소성 수지 예를 들어, 페놀(phenol), 에폭시(epoxy), PLA, PPS 등이 사용될 수 있다. 충진재(4)와 보강 섬유(5)로는, 단섬유(short fiber) 형태, 다져진 섬유(chopped fiber) 형태, 펄프(pulp) 형태의 모든 섬유 소재가 사용될 수 있으며 특히 p-아라미드, m-아라미드, PBO, 유리섬유 등의 슈퍼섬유가 사용될 수 있다. 기타 성분(6)은 정착재 및 입자 형태 또는 수용액 형태의 기능성 소재 등이 사용될 수 있다.

이처럼 섬유 소재(1) 등 각종 재료가 분산된 액체(2)를 혼합 용기(10)에서 교반한다. 교반에는 기계적 교반기를 사용할 수도 있고, 또는 전술한 바와 같이 아지테이션(Agitation) 장치(80)를 통한 고속의 공기 공급에 의한 아지테이션(Agitation) 효과에 의해서 교반을 촉진시킬 수도 있다.

충분히 교반이 된 상태에서 다음와 같이 탈수 공정을 수행한다.

먼저, 진공 펌프(40)에 의해서 배수조(20)를 진공 상태로 만든다. 이 때 탈수 밸브(35)는 잠긴 상태로 한다. 배수조(20)가 진공상태가 된 후에 탈수 밸브(35)를 개방해서 혼합 용기(10) 내의 액체(2)를 탈수시킨다. 그렇게 되면, 메쉬 부재(90) 위에 섬유 소재 등 다른 소재들이 남게 되어서 두께가 비균일한 시트가 남는다. 배수조(20)가 진공인 상태에서 탈수되기 때문에 보다 강한 탈수가 가능하며, 슈퍼 섬유와 같은 섬유 소재(1)의 양을 많게 제공하더라도 탈수가 확실하게 되기 때문에 초고중량 습식 부직포의 제조가 가능해진다.

진공 상태에서 배수하게 되면 두께가 두껍고 중량이 높은 부직포의 탈수가 용이하다. 초고중량 부직포를 제작할 때에 진공이 아닌 상태에서 배수하게 되면, 탈수가 불완전하게 진행되어 부직포 내에 수많은 수분이 존재하고 그렇게 되면 건조 시간이 길어지고 성형물의 물성이 현저하게 저하되는 것을 피할 수 없다.

배수조(20)로 탈수된 물과 같은 액체는 배수 밸브(65)를 개방해서 드레인(60)을 통해 외부로 배출된다.

배수조(20)의 진공 상태는 해압 밸브(55)의 작동에 의해서 해소될 수 있다.

메쉬 부재(90) 위에 놓여서 취출된 비균일 시트를 핫 프레스(100, 200) 사이에 두고 소망하는 두께의 시트로 성형하여, 성형에 필요한 프리폼(preform)으로서의 시트(300)를 성형한다.

도 4에는 상기 방법에 의해 제작된 편평한 프리폼 시트(300)를 이용하여 다른 형태의 프리폼 시트를 제작하는 과정이 도시되어 있다.

먼저 도 4(a)와 같이 핫 프레스(150, 250) 사이에 시트(300)를 두고 상하에서 프레스 공정을 수행한다. 그러면 도 4(b)와 같이 상하 핫 프레스(150, 250)의 형상을 따라서 성형되어 다른 형태의 프리폼 시트(300-1)가 된다.

이렇게 성형한 프리폼 시트(300-1, 300-2, 300-3)를 적층시킨 후에 도 4(d)와 같이 핫 프레스 성형을 하면, 다양한 형태와 두께의 부품을 제작할 수 있다. 프리폼 시트(300, 300-1, 300-2, 300-3 등)에는 수지(3)가 포함되어 있기 때문에 핫 프레스 공정을 거치면서 수지 등이 용융되어 프리폼 간의 견고한 결합이 가능하게 된다. 복수 개의 편평한 프리폼 시트를 적층하여 핫 프레스 공법에 의해 두께가 증가하거나 강도가 더 강한 프리폼 적층체를 제작할 수도 있다.

프리폼 시트(300)는 필요한 경우, 천공 등의 공정을 통해서 원하는 형태로 가공될 수도 있다.

이상 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

10: 혼합 용기
20: 배수조
30: 배수관
40: 진공 펌프
50: 해압 밸브

Claims

슈퍼 섬유를 포함하는 초고중량 습식 부직포 제작 장치에 있어서,
슈퍼 섬유와, 액체와, 열경화성 수지가 혼합되어 수용되는 혼합 용기(10)와,
혼합 용기(10)의 하부에 인접하여 배치되는 중간 배수 용기(15)와,
혼합 용기 내의 액체가 배출되며 중간 배수 용기(15)의 하부에 제공되는 배수조(20)와,
중간 배수 용기(15)와 배수조(20)를 연결하며 탈수 밸브가 제공되는 배수관(30)과,
배수조(20)의 내부를 진공 상태로 하는 진공 펌프(40)를 포함하며,
탈수 밸브(35)는, 진공 펌프(40)에 의해 배수조(20)의 내부가 진공 상태로 된 후에 배수관(30)을 개방하도록 작동하는,
초고중량 습식 부직포 제작 장치.
청구항 1에 있어서,
혼합 용기의 내측으로 기체를 공급하여 섬유와 액체의 혼합율을 증대시키는 아지테이션(Agitation) 장치(80)를 더 포함하는,
초고중량 습식 부직포 제작 장치.
청구항 2에 있어서,
혼합 용기의 측벽에는 기체가 공급되는 공급관(85)이 연결되는,
초고중량 습식 부직포 제작 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
배수조의 진공 상태를 해제하는 해압 밸브(55)를 더 포함하는,
초고중량 습식 부직포 제작 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
혼합 용기의 하단에 배치되는 매쉬 부재(90)를 더 포함하며,
매쉬 부재를 지지하는 지지부(17)를 포함하는,
초고중량 습식 부직포 제작 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
제작된 습식 부직포를 핫 프레싱하여 소망하는 두께로 성형하는 핫 프레싱 장치를 더 포함하는,
초고중량 습식 부직포 제작 장치.