KR102341360B1

KR102341360B1 - 필라멘트 부양장치 및 이를 이용한 바이오 필라멘트 제조방법

Info

Publication number: KR102341360B1
Application number: KR1020200165877A
Authority: KR
Inventors: 천병용
Original assignee: 천병용
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-12-21

Abstract

개시되는 발명은 필라멘트 부양장치에 관한 것으로서, 몸체;와, 상기 몸체의 길이방향을 따라 오목하게 형성된 이송 홈; 및 상기 몸체의 저면 또는 측면으로부터 상기 이송 홈에 대해 연통하도록 연장되고, 상기 이송 홈을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성되어 가압된 건조 기체를 분사하는 노즐구를 구비하는 노즐;을 포함한다.

Description

필라멘트 부양장치 및 이를 이용한 바이오 필라멘트 제조방법{Apparatus for filament levitation and manufacturing method for bio filament using the same}

본 발명은 자연 유래 소재인 바이오 파우더를 함유하는 필라멘트를 제조하기 위한 압출 성형 공정에 사용되는 필라멘트 부양장치 및 이를 이용한 바이오 필라멘트 제조방법에 관한 것이다.

최근 의류, 건축, 식품, 의약품 등 여러 산업분야에 걸쳐 친환경 소재에 대한 관심이 높아지면서, 자연 유래 소재들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 자연 유래 소재로는 각종 광물이나 식물이 많이 연구되고 있으며, 특히 식물 소재는 친환경적이고 재배와 수확이 용이하며 다양한 기능성을 발휘하기에 인기가 높다. 예를 들어, 대마 줄기의 섬유는 섬유소가 풍부하기에 예로부터 삼베나 그물을 짜는 원료로 사용되었으며, 근래에는 항균, 항염증, 항진균성 등의 기능적 효능이 발견되면서 자연 유래 소재로 재조명되고 있다.

식물 소재는 소정의 공정을 거쳐 사용하기에 적합한 형태로 가공되어야 하는데, 그 한 가지 방법으로서 바이오 파우더(합성 고분자가 아닌 자연 유래의 섬유소 입자를 의미함)로 일차 가공을 한 후 폴리머와 혼합하여 필라멘트 형태로 압출 성형(extrude)을 함으로써 내구성과 형태성을 부여하는 처리를 할 수 있다.

그런데, 바이오 파우더를 함유한 폴리머의 압출 성형 과정에는 바이오 파우더에 나쁜 영향을 줄 수 있는 수분을 배제할 필요가 대두된다. 통상적으로 압출 성형 후의 냉각은 수조를 이용한 수냉 방식을 채택하고 있지만, 바이오 파우더는 흡수성이 강하기 때문에 수냉식으로 압출 성형된 바이오 필라멘트를 냉각하는 것은 수분 침투에 의한 변성, 기능 열화 등의 문제를 야기하기 쉽다.

이런 점에서 공랭 방식으로 바이오 필라멘트를 냉각, 경화하는 것이 바람직하다고 할 수 있지만, 공랭 과정 중에는 대기 중에 부유하는 이물질이 유입될 가능성이 높고 수냉 방식에 비해 냉각시간이 오려 걸리기 때문에, 이물질 유입을 방지하고 빠르게 공랭을 할 수 있는 특별한 방안이 필요해진다.

한국공개특허 제10-2019-0127492 (2019.11.13 공개)

본 발명은 바이오 파우더를 함유한 폴리머를 압출하여 바이오 필라멘트를 제조함에 있어서, 바이오 필라멘트를 효과적으로 냉각할 수 있는 공랭 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 필라멘트 부양장치에 관한 것으로서, 몸체;와, 상기 몸체의 길이방향을 따라 오목하게 형성된 이송 홈; 및 상기 몸체의 저면 또는 측면으로부터 상기 이송 홈에 대해 연통하도록 연장되고, 상기 이송 홈을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성되어 가압된 건조 기체를 분사하는 노즐구를 구비하는 노즐;을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 이송 홈은 상기 몸체 상면과 경계를 이루는 반원 단면일 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 노즐구는, 상기 이송 홈의 바닥면 중앙 부분에 대해 연통한다.

여기서, 상기 노즐구는, 상기 이송 홈을 따라 단속적으로 형성된 슬릿 노즐이거나 또는 점형 노즐일 수 있다.

그리고, 상기 노즐구는, 단면적의 변화가 없는 단순 노즐이거나 또는 단면적이 축소되는 축소형 노즐일 수 있다.

그리고, 상기 노즐구는, 상기 이송 홈을 따라 이동하는 이송물의 이송방향을 향해 경사지게 형성될 수 있다.

이러한 실시예에서, 본 발명의 필라멘트 부양장치는, 상기 몸체는 상기 이송 홈을 길이방향을 따라 반분하는 제1 분할체 및 제2 분할체로 이루어지고, 상기 제1 분할체 및 제2 분할체 사이에는 상기 노즐구가 상기 이송 홈을 향해 개방 형성된 노즐 플레이트가 개재되며, 상기 노즐구의 폐색된 단부는 상기 제1 분할체 또는 상기 제2 분할체에 형성된 기체 유입구에 연통하는 구조로서 제공될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 노즐구는, 상기 이송 홈의 바닥면 또는 측면을 통해 서로 대향하여 가압된 건조 기체를 분사하는 제1 노즐구 및 제2 노즐구를 포함한다.

여기서, 상기 제1 및 제2 노즐구는, 상기 이송 홈을 따라 단속적으로 형성된 슬릿 노즐이거나 또는 점형 노즐일 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 노즐구는, 단면적의 변화가 없는 단순 노즐이거나 또는 단면적이 축소되는 축소형 노즐일 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 노즐구는, 상기 이송 홈을 따라 이동하는 이송물의 이송방향을 향해 경사지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 및 제2 노즐구는 상기 몸체의 상면 양측으로 형성되고, 상기 몸체 상면과 상기 이송 홈의 경계는 곡면을 이루며, 상기 제1 및 제2 노즐구의 출구는 상기 곡면의 시작점으로부터 소정 거리 이격되어 있음으로써 상기 제1 및 제2 노즐구에서 분사하는 가압된 건조 기체와 상기 이송 홈의 표면 사이에 코안다 효과가 발생하도록 구성할 수도 있다.

이러한 실시예에서, 본 발명의 필라멘트 부양장치는, 상기 몸체는 상기 이송 홈을 길이방향을 따라 반분하는 제1 분할체와 제2 분할체, 그리고 상기 제1 분할체와 제2 분할체 사이에 배치되면서 상기 이송 홈의 바닥면의 적어도 일부를 형성하는 중간체로 이루어지고, 상기 제1 분할체와 중간체 사이, 그리고 상기 제2 분할체와 중간체 사이에는 상기 제1 노즐구가 상기 이송 홈을 향해 개방 형성된 제1 노즐 플레이트 및 상기 제2 노즐구가 상기 이송 홈을 향해 개방 형성된 제2 노즐 플레이트가 각각 개재되며, 상기 제1 노즐구의 폐색된 단부는 상기 제1 분할체 또는 상기 중간체에 형성된 기체 유입구에 연통하고, 상기 제2 노즐구의 폐색된 단부는 상기 제2 분할체 또는 상기 중간체에 형성된 기체 유입구에 연통하는 구조로서 제공될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 바이오 필라멘트의 제조방법은, 폴리머와 바이오 파우더를 함께 또는 별개로 투입하고, 용융된 폴리머를 다이를 통해 압출 성형하여 바이오 필라멘트 형태로 가공하는 단계; 및 상기 압출 성형된 바이오 필라멘트에 대해 상기와 같은 구성을 가진 필라멘트 부양장치를 이용하여 부양 상태에서 냉각하며 이송하는 단계;를 포함한다.

그리고, 상기와 같은 바이오 필라멘트의 제조방법은, 상기 필라멘트 부양장치를 통해 냉각되면서 이송된 바이오 필라멘트를 권취하거나, 또는 소정 길이의 펠릿으로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 필라멘트 부양장치에 의하면, 이송 홈 위를 지나가는 바이오 필라멘트에 대해 노즐을 통해 가압된 건조 기체를 분사함으로써 바이오 필라멘트를 이송 홈 위로 부양한 상태에서 이송하는 동시에 냉각 공정이 함께 이루어지게 된다. 이에 따라, 분사된 건조 기체는 바이오 필라멘트를 냉각하는 동시에 바이오 필라멘트 주위를 감싸면서 배출되면서 수분이나 부유물 등의 외부 이물질이 바이오 필라멘트에 침투하는 것을 방지하게 된다.

또한, 바이오 필라멘트가 부양된 상태에서 냉각 공정을 거침에 따라 바이오 필라멘트의 모든 표면에 걸쳐 고르게 냉각 작용이 일어난다는 이점이 있다.

도 1은 압출 성형 공정을 통해 바이오 필라멘트를 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 부양장치의 전체적인 외형을 도시한 도면.
도 3 내지 도 5는 도 2의 일 실시예에 따른 필라멘트 부양장치의 다양한 실시형태를 도시한 도면.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 필라멘트 부양장치의 다양한 실시형태를 도시한 도면.
도 10은 도 2 내지 도 5에 도시된 필라멘트 부양장치의 분해 조립 구조에 대한 일례를 도시한 도면.
도 11은 도 6 내지 도 9에 도시된 필라멘트 부양장치의 분해 조립 구조에 대한 일례를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 압출 성형 공정을 통해 바이오 필라멘트(30)를 제조하는 공정을 개략적으로 도시하고 있다. 여기서, 바이오 필라멘트(30)란, 합성 고분자가 아닌 자연 유래의 식물 섬유소 입자인 바이오 파우더를 폴리머와 혼합하여 필라멘트 형태로 압출 성형(extrude)한 것을 의미한다. 또한, 바이오 파우더는 대체적으로 자연 유래의 식물 섬유소 입자를 지칭하지만, 이보다 조금 더 넓게 식물에서 유래한 입자를 통칭하는 것으로 볼 수도 있다.

도 1을 참조하면, 바이오 필라멘트(30) 제조를 위한 압출 성형 공정은 원재료인 폴리머와 바이오 파우더를 혼합하여 함께 압출 성형기(10)에 투입하거나, 또는 별개로 투입한다. 압출 성형기(10) 안에서 폴리머는 가열되어 용융되고, 용융된 폴리머 안에 바이오 파우더가 혼입된 상태로서 압출 성형기(10) 출구단의 다이(die)(20)를 거치면서 소정 직경의 바이오 필라멘트(30)로 가공되면서 압출된다.

이런 압출 성형 과정 중에, 필요하다면 다이(20)로 압출하기 전에 필터링 과정을 거치도록 하여 이물질을 제거할 수 있으며, 또한 적절한 지점에서 가스를 배출(ventilation)할 수도 있다. 가스 배출은 원활한 압출 공정을 위해 필요한 것인데, 바이오 파우더 안에 함유된 수분이 고열을 받아 증기로 변화함으로써 압출 진행에 방해로 작용하고, 또한 증기 기포가 중간 중간에 존재함으로써 바이오 필라멘트(30)가 연속적으로 압출되지 못하고 끊어지는 문제가 발생하기 때문이다. 또한, 압출 성형기(10) 내부에서 발생한 유해가스를 배기하는 것은 바이오 파우더 본연의 좋은 성질을 그대로 유지시키는데도 기여한다.

다이(2)에서 압출된 바이오 필라멘트(30)는 냉각 공정으로 들어가게 된다. 본 발명에서 바이오 필라멘트(30)의 냉각은 후술할 필라멘트 부양장치(100)를 통해 이루어진다. 압출 성형된 바이오 필라멘트(30)가 필라멘트 부양장치(100)로 이송되는 중간에는 도 1의 (b)와 같이 철망 컨베이어 벨트가 배치됨으로써 이송 추진력을 부가할 수도 있다. 철망 컨베이어 벨트는 냉각 과정 이전에 아직 경화되지 않은 바이오 필라멘트(30)을 이송하는데 적합하다. 그리고, 후술할 본 발명의 필라멘트 부양장치(100)에 이송 방향으로의 하향 경사를 줌으로써 철망 컨베이어 벨트 없이도 이송 추진력을 부가할 수도 있다.

압출 성형기(10)에서 가압 성형된 고온의 바이오 필라멘트(30)는 냉각 과정을 거침으로써 경화되어야 한다. 통상적인 압출 성형 공정에서의 냉각 공정은 단순히 수조 안에 성형물을 통과시키는 수냉 과정을 통해 이루어지지만, 본 발명이 목적으로 하는 바이오 필라멘트(30)는 수분이 침투하면 바이오 파우더 성분에 악영향을 미칠 수 있으므로, 공랭 방식으로 바이오 필라멘트(30)를 냉각, 경화하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 공랭 과정에서는 냉각 중에 이물질이 유입될 위험이 있기에 이를 방지할 수 있고, 또한 단시간에 빠르게 냉각을 하면서 압출된 필라멘트의 형태를 유지하며 이송할 수 있는 장치가 요긴할 것이며, 이를 위해 마련된 장치가 본 발명의 필라멘트 부양장치(100)이다. 이러한 목적으로 도출된 필라멘트 부양장치(100)에 대해서는 도 2 이하를 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 필라멘트 부양장치(100)의 전체적인 외형을 보여준다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 필라멘트 부양장치(100)는 이송방향을 따라 길게 연장된 몸체(110)를 구비하며, 몸체(110)의 길이방향(몸체의 장축방향으로서, 이송방향에 일치함)을 따라 그 상면에는 오목하게 이송 홈(130)이 형성되어 있다. 그리고, 몸체(110)의 저면 또는 측면으로부터 이송 홈(130)에 대해 연통하도록 연장되고, 이송 홈(130)을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성되어 가압된 건조 기체를 분사하는 노즐구(142)를 포함하는 노즐(140)을 구비한다.

위와 같은 구성을 가진 필라멘트 부양장치(100)는 이송 홈(130) 위를 지나가는 바이오 필라멘트(30)에 대해 노즐(140)을 통해 가압된 건조 기체를 분사함으로써, 바이오 필라멘트(30)를 이송 홈(130) 위로 부양한 상태에서 이송하는 동시에 냉각 공정이 함께 이루어지게 된다. 즉, 바이오 필라멘트(30)의 자중을 이기면서 이송 홈(130) 위로 부양할 수 있는 압력으로 건조 기체를 분사하는데, 분사된 건조 기체는 바이오 필라멘트(30)를 냉각하는 동시에 바이오 필라멘트(30) 주위를 감싸면서 배출되면서 외부 이물질이 바이오 필라멘트(30)에 침투하는 것을 방지하게 된다.

특히, 바이오 필라멘트(30)가 부양된 상태에서 냉각 공정을 거침에 따라 바이오 필라멘트(30)의 모든 표면에 걸쳐 고르게 냉각 작용이 일어나며, 이송 홈(130)에 접촉한 상태로 이송했을 때 생길 수 있는 변형이나 손상이 발생하지 않게 된다(냉각 전의 무른 상태에서 이송 홈에 접촉하면 자중과 마찰에 의해 바이오 필라멘트(30)에 변형이나 손상이 발생할 수 있음). 분사되는 건조 기체는 정화된 건조 공기(Clean Dry Air; CDA) 또는 일반적인 건조 공기를 사용하는 것이 보통이지만, 특별한 목적으로 공기 이외의 다른 건조 기체(예를 들어, 질소가스 등)를 분사할 수도 있다.

그리고, 도시되지는 않았으나, 필라멘트 부양장치(100)를 통해 냉각되면서 이송된 바이오 필라멘트(30)는 롤의 형태로 권취되거나, 또는 소정 길이의 펠릿으로 절단한 형태로 제공될 수 있다. 이처럼, 제품으로서의 바이오 필라멘트(30)의 최종 형태는 사용하는 목적이나 용도에 따라 다양하게 제공될 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필라멘트 부양장치(100)의 다양한 실시형태, 특히 다양한 노즐(140) 구조에 대해 도시하고 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 건조 기체가 분사되는 노즐(140)의 출구인 노즐구(142)는 이송 홈(130)의 바닥면 중앙 부분에 대해 연통하도록 배치된다. 즉, 노즐구(142)가 바이오 필라멘트(30)를 상방으로 부양하는 방향으로 직접 건조 기체를 분사하는 구조이다. 바이오 필라멘트(30)에 충돌한 건조 기체는 바이오 필라멘트(30)를 부양하면서 양옆으로 분기되어 이송 홈(130) 밖으로 배출된다. 여기서, 이송 홈(130)의 단면 형태는 바이오 필라멘트(30)의 단면과 건조 기체의 원활한 유동을 고려하여 반원과 같은 만곡면을 이루고 있다.

이송 홈(130)을 따르는 노즐구(142)의 배치 내지 형태는 도 4와 같이 다양하게 구성될 수 있다. 즉, 선형을 이루는 하나의 노즐구(142)로서 연속적으로 형성되거나{연속 슬릿 구조, 도 4의 (a) 참조}, 또는 단속적으로 형성된 슬릿 노즐이거나{단속 슬릿 구조, 도 4의 (b) 참조}, 또는 원형 단면의 점형 노즐{도 4의 (c) 참조}일 수 있다.

연속 슬릿의 폭이나, 단속 슬릿 노즐 또는 점형 노즐 사이의 간격은 바이오 필라멘트(30)의 자중과 분사 압력을 고려하여 바이오 필라멘트(30)를 적정 높이로 부양할 수 있도록 설계된다. 또한 노즐구(142)의 단면 형태 또한 바이오 필라멘트(30)의 부양 조건을 고려하여, 도 3과 같이 단면적의 변화가 없는 단순 노즐이나 단면적이 축소되는 축소형 노즐로 적절히 설계될 수 있다.

그리고, 도 5와 같이, 노즐구(142)는 이송 홈(130)을 따라 이동하는 이송물(바이오 필라멘트)의 이송방향을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 도 5의 (a)와 같이 연속적으로 형성된 노즐구(142)의 양단에 경사를 주거나, 또는 도 5의 (b)와 같이 단속적으로 형성된 단속 슬릿 노즐 또는 점형 노즐의 관통 방향에 경사를 줌으로써, 분사되는 건조 기체의 유동에 이송방향을 향하는 속도성분을 부여하고, 이를 통해 바이오 필라멘트(30)의 이송을 보조할 수 있다.

한편, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 필라멘트 부양장치(100)의 다양한 실시형태에 대해 도시하고 있다.

도 6 내지 도 9에 도시된 필라멘트 부양장치(100)는 노즐구(142)의 구성에 있서 전술한 실시예와 차이가 있다. 다른 실시예에서의 노즐구(142)는, 이송 홈(130)의 바닥면 또는 측면을 통해 서로 대향하여 가압된 건조 기체를 분사하는 제1 노즐구(143) 및 제2 노즐구(144)를 포함한다. 즉, 바이오 필라멘트(30)를 상방으로 부양하는 방향으로 직접 건조 기체를 분사하는 구조가 아니라, 서로 대향하는 제1 노즐구(143)와 제2 노즐구(144)에서 각기 분사된 건조 기체가 서로 충돌한 후 바이오 필라멘트(30)를 부양하는 상승 유동이 형성되는 구조이다. 이러한 노즐구(142)의 실시예는 분사 압력이 변동하는 등의 외란에도 좀더 안정적으로 바이오 필라멘트(30)를 부양할 수 있음에 이점이 있다.

그리고, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 노즐구(143, 144)가 이송 홈(130)을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성될 수 있음과, 제1 및 제2 노즐구(143, 144)가 단면적의 변화가 없는 단순 노즐이거나 또는 단면적이 축소되는 축소형 노즐일 수 있음과, 또는 제1 및 제2 노즐구(143, 144)가 이송 홈(130)을 따라 이동하는 이송물의 이송방향을 향해 경사지게 형성될 수 있음은 전술한 도 3 내지 도 5의 실시예와 마찬가지이다. 더 나아가, 제1 노즐구(143)와 제2 노즐구(144)가 서로 대향하는 배치를 이룸에 따라, 도 7의 (c)와 같이 단속적으로 형성된 제1 노즐구(143)와 제2 노즐구(144)는 서로 직접 대향하지 않고 엇갈리게 배치(staggered pattern)될 수도 있다.

도 6 내지 도 8은 제1 노즐구(143) 및 제2 노즐구(144)가 이송 홈(130)의 바닥면을 통해 서로 대향하는 배치를 이루는데, 이와 대비할 때 도 9의 실시형태는 제1 노즐구(143) 및 제2 노즐구(144)가 이송 홈(130)의 측면을 통해 서로 대향하는 배치를 이루고 있다. 이송 홈(130)의 측면을 통해 분사되는 건조 기체는 이송 홈(130)의 바닥면을 따라 흐른 후에 충돌하여 상승 유동을 발생시킨다. 따라서, 이러한 실시형태는 바이오 필라멘트(30)의 저면에 충분히 두터운 기체층을 형성함으로써 더욱 안정적인 부양 효과를 기대할 수 있다.

특히 도 9의 (b)는 이송 홈(130)의 측면에서 가장 위라고 할 수 있는 몸체(110)의 상면 양측으로 제1 노즐구(143) 및 제2 노즐구(144)를 배치하는 실시형태를 보여준다. 제1 및 제2 노즐구(143, 144)가 몸체(110)의 상면 양측으로 형성되는 것과 더불어 몸체(110) 상면과 이송 홈(130)의 경계는 곡면을 이루고 있으며, 제1 및 제2 노즐구(143, 144)의 출구는 곡면의 시작점으로부터 소정 거리(e) 이격되어 있다. 이러한 곡면 경계와 노즐구(142) 출구의 배치는 제1 및 제2 노즐구(143, 144)에서 분사하는 가압된 건조 기체와 이송 홈(130)의 표면 사이에 코안다 효과가 발생하도록 하기 위한 것이다. 코안다 효과에 의해 건조 기체는 이송 홈(130)의 만곡면을 따라 흐르게 되고, 이를 통해 가장 넓게 바이오 필라멘트(30)를 감싸는 두터운 기체층을 형성할 수 있게 된다.

한편, 도 9의 (b)는 코안다 효과를 발생시키고자 몸체(110) 상면과 이송 홈(130)의 경계가 곡면을 이루고 있지만, 그 외 실시형태에서의 이송 홈(130)은 몸체(110) 상면과의 경계가 예리한 모서리를 이루는 반원 또는 이에 유사한 만곡 단면을 이루고 있다. 이는 이송 홈(130)의 예리한 모서리를 벗어나는 건조 기체의 유동에 급속히 박리가 일어나도록 함으로써 건조 기체의 유속 상승을 억제하기 위한 것이다. 즉, 유속이 빨라진 건조 기체는 압력 강하로 인해 바이오 필라멘트(30)에 흡인력을 작용할 수 있기에(부양 효과의 약화), 이를 방지하기 위해 이송 홈(130)의 경계에 유동박리가 바로 일어나도록 한 것이다.

그리고, 도 10은 도 2 내지 도 5에 도시된 필라멘트 부양장치(100), 즉 건조 기체가 분사되는 노즐구(142)가 이송 홈(130)의 바닥면 중앙 부분에 배치되는 구조의 필라멘트 부양장치(100)를 좀더 간편하게 제작할 수 있는 일 실시형태를 도시한 것이다.

도 10을 참조하면, 몸체(110)는 이송 홈(130)을 길이방향을 따라 반분하는 제1 분할체(111)와 제2 분할체(112)로 이루어져 있다. 그리고, 제1 분할체(111) 및 제2 분할체(112) 사이에는 노즐구(142)가 이송 홈(130)을 향해 개방 형성된 노즐 플레이트(120)가 개재되어 있으며, 노즐구(142)의 폐색된 단부는 제1 분할체(111) 및/또는 제2 분할체(112)에 형성된 기체 유입구(114)에 연통하는 구조를 이루고 있다.

노즐 플레이트(120)의 구성은 몸체(110)에 대해 노즐을 형성하는 공정을 대폭적으로 간소화한다. 만일 몸체(110)에 대해 노즐을 일체로 형성한다면 유동 통로를 만들기 위한 복잡한 절삭 가공이 필요하겠지만, 노즐 플레이트(120)는 이보다 간편한 레이저 가공 또는 프레스 가공 등으로 쉽게 만들 수 있기에 필라멘트 부양장치(100)의 제작 편의성은 크게 향상된다. 또한, 노즐 플레이트(120)를 제1 분할체(111)와 제2 분할체(112) 사이에 끼워넣는 구조는 분해 조립을 가능케 하므로, 유지 보수의 측면에서도 큰 이점을 갖는다.

한편, 도 11은 도 6 내지 도 9와 같이 제1 노즐구(143)와 제2 노즐구(144)가 대향 배치되는 필라멘트 부양장치(100)를 간편하게 제작할 수 있는 일 실시형태를 보여준다.

도 11의 실시형태도 도 10과 기본적인 맥락에서는 동일하다. 다만, 제1 노즐구(143)와 제2 노즐구(144)의 한 쌍의 노즐구를 형성해야 하기에, 몸체(110)가 이송 홈(130)을 길이방향을 따라 반분하는 제1 분할체(111)와 제2 분할체(112)에 더불어, 제1 분할체(111)와 제2 분할체(112) 사이에 배치되면서 이송 홈(130) 바닥면의 적어도 일부를 형성하는 중간체(113)의 도합 3개의 분할체로 이루어져 있다는데 차이가 있는 것이다.

이에 따라, 제1 분할체(111)와 중간체(113) 사이에는 제1 노즐구(143)가 이송 홈(130)을 향해 개방 형성된 제1 노즐 플레이트(121)가 개재되고, 제2 분할체(112)와 중간체(113) 사이에는 제2 노즐구(144)가 이송 홈(130)을 향해 개방 형성된 제2 노즐 플레이트(122)가 개재된다. 그리고, 제1 노즐구(143)의 폐색된 단부는 제1 분할체(111) 및/또는 중간체(113)에 형성된 기체 유입구(114)에 연통하고, 제2 노즐구(144)의 폐색된 단부는 제2 분할체(112) 및/또는 중간체(113)에 형성된 기체 유입구(114)에 연통하는 구조를 이룬다. 도 11의 실시형태가 가진 이점은 도 10의 실시형태에 대해 설명한 내용과 동일하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 압출 성형기(extruder) 20: 다이(die)
30: 바이오 필라멘트 100: 필라멘트 부양장치
110: 몸체 111: 제1 분할체
112: 제2 분할체 113: 중간체
114: 기체 유입구 120: 노즐 플레이트
121: 제1 노즐 플레이트 122: 제2 노즐 플레이트
130: 이송 홈 140: 노즐
142: 노즐구 143: 제1 노즐구
144: 제2 노즐구

Claims

몸체(110);
상기 몸체(110)의 길이방향을 따라 오목하게 형성된 이송 홈(130); 및
상기 몸체(110)의 저면 또는 측면으로부터 상기 이송 홈(130)에 대해 연통하도록 연장되고, 상기 이송 홈(130)을 따라 연속적으로 형성되어 가압된 건조 기체를 분사하는 노즐구(142)를 구비하는 노즐(140);을 포함하되,
상기 이송 홈(130)은 상기 몸체(110) 상면과 경계를 이루는 반원 단면 구조로 형성되고,
상기 몸체(110)는 상기 이송 홈(130)에 대해 서로 대칭되는 형태로 분할되어 상호 분해 조립이 가능하게 설치되는 제1 분할체(111) 및 제2 분할체(112)를 포함하고,
상기 제1 분할체(111) 및 제2 분할체(112) 사이에는, 건조 기체가 분사되도록 상기 이송 홈(130)을 향해 개방 형성된 노즐구(142)를 구비하는 노즐(140)이 형성된 노즐 플레이트(120)가 개재되되,
상기 노즐 플레이트(120)는 제1 분할체(111)와 제2 분할체(112) 사이에 끼워 넣는 구조로 분해 조립이 가능하게 결합되고,
상기 노즐(140)은 선형을 이루는 연속 슬릿 노즐 구조로 형성되어 이송물의 이송방향을 향해 경사지게 형성되며, 서로 마주보는 양 측면이 상기 노즐 플레이트(120)의 양 측면 부분으로 개방된 구조로 형성되어 상기 개방된 노즐(140)의 양 측면 부분이 상기 노즐 플레이트(120)와 면접하는 상기 제1 분할체(111) 및 제2 분할체(112)에 의해 폐쇄되고, 상기 노즐구(142)의 반대편에 위치하는 상기 노즐(140)의 폐색된 단부는 상기 제1 분할체(111) 또는 상기 제2 분할체(112)에 형성된 기체 유입구(114)에 연통하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 부양장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 노즐구는,
단면적의 변화가 없는 단순 노즐이거나 또는 단면적이 축소되는 축소형 노즐인 것을 특징으로 하는 필라멘트 부양장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
폴리머와 바이오 파우더를 함께 또는 별개로 투입하고, 용융된 폴리머를 다이를 통해 압출 성형하여 바이오 필라멘트 형태로 가공하는 단계; 및
상기 압출 성형된 바이오 필라멘트에 대해 제1항 또는 제5항 중의 어느 한 항의 필라멘트 부양장치를 이용하여 부양 상태에서 냉각하며 이송하는 단계;
를 포함하는 바이오 필라멘트의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 필라멘트 부양장치를 통해 냉각되면서 이송된 바이오 필라멘트를 권취하거나, 또는 소정 길이의 펠릿으로 절단하는 단계를 더 포함하는 바이오 필라멘트의 제조방법.
제14항에 따른 바이오 필라멘트의 제조방법에 따라 제조된 바이오 필라멘트.