KR102366775B1

KR102366775B1 - 섬유 재료의 로드들을 형성하기 위한 다이, 다이 조립체, 장비 및 방법

Info

Publication number: KR102366775B1
Application number: KR1020197027966A
Authority: KR
Inventors: 개리 팰런; 아놀드 허홀트; 게하르트 르 록스; 존 리차드슨
Original assignee: 브리티시 아메리칸 토바코 (인베스트먼츠) 리미티드
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2022-02-22
Also published as: WO2018172743A1; EP4233578A3; KR20220025296A; KR102355964B1; WO2018172742A1; WO2018172744A1; US11794424B2; EP4233578A2; US20210106047A1; CN110740852A; EP3600856B1; EP3600856A1; KR20210117350A; JP7170805B2; RU2740134C1; EP3600858A1; PL3600858T3; JP6903763B2; JP7277512B2; EP3600857A1

Abstract

섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 또는 다이 조립체는 입구로부터 출구로 다이를 통해 섬유들의 다발을 전달하기 위한 통로(86)를 규정하는 본체(84), 다발이 다이를 통과할 때 다발의 섬유들을 원하는 구성으로 형성하도록 형상화된 진입부를 가진 통로의 수축부(91), 및 섬유들의 다발을 경화시키기 위한 처리 유체, 예컨대 증기가 통로에 도입될 수 있는 하나 이상의 도관들(92)을 포함하고, 그리고 적어도 하나의 도관은 다이를 통한 섬유들의 통과를 용이하게 하고 차단 위험을 감소시키기 위해 수축부에 대한 진입부 바로 근처에 유체를 배출하도록 배열된다.

Description

섬유 재료의 로드들을 형성하기 위한 다이, 다이 조립체, 장비 및 방법

본 특허 명세서는 섬유 재료의 로드(rod)들, 특히 시가렛들(cigarettes)에 사용하기 위한 필터 로드들을 형성하기 위한 방법들 및 장비에 관한 것이다.

섬유 재료의 로드들은 섬유들을 세장형 다발(bundle)로 수집하고, 섬유들을 원하는 형상 및 크기의 로드로 압축 또는 달리 형성하도록 수집된 섬유들을 다이(die)를 통해 통과시키고, 그리고 이어서 섬유들의 다발을 원하는 형태로 고정시키기 위해 섬유들을 처리 유체에 노출시킴으로써 섬유들을 경화시켜 형성될 수 있다. 예컨대, 섬유들의 열의 인가에 의해 연화될 수 있는 열가소성 재료로 구성되면, 로드는 예컨대 안정된 구조를 형성하기 위해 섬유들의 접촉 지점들에서 섬유들을 함께 융합시키기에 충분한 온도의 증기와 다이 내의 섬유들을 접촉시킴으로써 경화될 수 있다.

이런 기법은 고체 단면의 로드들, 또는 튜브형 로드들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 튜브형 로드들을 형성하기 위해, 섬유들이 튜브형 형상으로 형성될 수 있는 다이 및 맨드릴(mandrel)을 포함하는 다이 조립체가 사용될 수 있다. 예컨대, 다이는 관통하는 중심 통로를 가질 수 있고, 맨드릴은 다이와, 섬유 다발이 통과되는 맨드릴 사이에 환형 공간을 규정하기 위해 중심 통로 내에 위치결정될 수 있다.

로드들 또는 튜브들의 제조을 위한 시작 재료는 비교적 낮은 밀도 섬유 다발, 이를테면 섬유 토우(tow)이다. 고속으로 높은 밀도의 로드들 또는 튜브들을 제조하기 위해, 제품을 형성하기 위해 높은 공급 속도들 및 압축력들이 다이 조립체에 요구되고, 그 결과로서 제조 프로세스는 다이 조립체 내의 막힘들로 인해 실패하는 경향이 있다.
(특허문헌) 미국특허공보 US 3684622 (1972.08.15.)

본 명세서는 대략적으로 섬유들을 세장형 다발로 수집하고, 다발을 섬유들의 다발에 대해 원하는 원주 프로파일을 규정하는 수축부를 통해 전진시키고, 그리고 섬유들이 수축부에 진입할 때, 및/또는 섬유들의 다발이 다이를 통해 전진되는 방향과 반대되지 않는 방향으로 섬유들을 경화시키기 위해 처리 유체를 다발에 도입하는 것을 포함하는 섬유들의 다발을 로드로 형상하는 방법을 개시한다.

다이의 수축부에 대한 진입부에 또는 그 근처에 처리 유체의 도입은 특히 튜브형 로드들의 제조의 경우 섬유들의 압축 및 형상화를 용이하게 할 수 있다.

수축부를 통한 다발의 이동 방향과 반대되지 않는 방향으로 처리 유체를 도입함으로써 섬유들의 형성이 또한 용이하게 될 수 있다.

본 명세서는 또한 섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 및 이의 사용을 개시하고, 여기서 다이는, 입구로부터 출구로 다이를 통한 통로를 규정하는 본체; 다발이 다이를 통과할 때 다발의 섬유들을 원하는 구성으로 형성하도록 형상화된 진입부를 가진 통로의 수축부; 및 섬유들의 다발을 경화시키기 위한 처리 유체가 통로에 도입될 수 있는 하나 이상의 도관들을 포함하고; 그리고 도관들 각각 또는 이들의 적어도 하나는 수축부에 대한 진입부 바로 근처에 그리고/또는 다이를 통한 섬유들의 다발의 이동 방향과 반대되지 않는 방향으로 유체를 배출하도록 배열된다.

본 명세서는 또한 섬유들의 연속적인 공급을 수용하고 섬유들이 수집 장비를 통해 전진할 때 섬유들을 다발로 수집하도록 구성된 수집 장비, 및 섬유들의 다발을 수용하고 다발을 로드로 형성하도록 배열된 본원에 개시된 바와 같은 다이를 포함하는 섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비를 개시한다.

본원에 개시된 바와 같은 다이는 다이 및 다른 컴포넌트들을 포함하는 다이 조립체에 통합될 수 있다.

예컨대, 다이 조립체는 부가적으로, 처리 유체가 다이에 공급될 수 있는 구조적 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 다이 조립체는 다이를 가열하기 위한 구조적 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 다이 조립체는, 처리 유체가 도입될 수 있는 챔버를 규정하는 하우징, 및 챔버에 장착된 본원에 개시된 바와 같은 다이를 포함하고, 도관들 각각 또는 이 중 적어도 하나는 챔버와 통로 사이에서 연통하고, 이에 의해 유체는 수축부에 대한 진입부 바로 근처에서 챔버로부터의 통로로 도입될 수 있다.

처리 유체는 뜨거운 유체, 예컨대 증기 또는 수증기 또는 가열된 가스 또는 증기일 수 있다. 다이는, 다이의 본체가 챔버로부터 다이를 통해 통로로 열을 전도하도록 조립체에 장착될 수 있다. 예컨대, 챔버는, 챔버에 뜨거운 유체를 도입하여 다이가 가열될 수 있도록 다이 둘레에 재킷을 형성하도록 구성될 수 있다.

다이는 금속 또는 다른 열-전도 재료로 구성될 수 있고, 그리고 다이의 본체를 통해 통로로 열을 전도하도록 장착될 수 있다.

일 실시예에서, 다이를 통한 통로는 통로에 대한 입구를 포함하는 입구 섹션, 및 수축부를 포함하는 성형 섹션을 포함하고, 그리고 수축부에 대한 진입부는 성형 섹션과 입구 섹션 사이의 접합부에 있다.

성형 섹션은 일반적으로 수축부로부터 하류로 연장되고 그리고 섬유 다발이 경화되는 동안 섬유 다발을 원하는 형상 크기 또는 구성으로 유지하도록 형상화될 수 있다. 성형 섹션은 섬유들을 원하는 구성으로 방사상으로 압축하고 섬유들의 다발이 다이를 통해 전진될 때 섬유들을 압축된 상태로 유지하도록 구성될 수 있다. 성형 섹션은 예컨대 입구보다 더 작은 단면적의 구역을 규정할 수 있다.

일부 실시예들에서, 다이를 통한 통로는 통로로부터의 출구를 포함하고 수축부를 포함하는 통로의 섹션과 연통하는 출구 섹션을 더 포함할 수 있다. 출구 섹션은 일반적으로 성형 섹션으로부터 하류로 연장될 것이고 성형 섹션과 출구 사이에서 경화된 섬유 다발을 안내 또는 지지하도록 형상화될 수 있다. 출구 섹션은 성형 섹션의 수축부에 의해 규정된 원주 프로파일 이상의 원주 프로파일을 규정할 수 있다. 출구 섹션이 성형 섹션보다 더 큰 내부 원주 프로파일을 가지는 경우, 그런 실시예에서 형성된 로드는 다이의 출구 섹션의 벽들과 덜 접촉하고, 그러므로 성형 섹션의 처리 유체와 접촉한 이후 더 빠르게 냉각될 수 있다.

일 실시예에서, 입구 섹션은 입구로부터 수축부에 대한 진입부로 연장되는 통로의 부분을 규정하고, 성형 섹션은 진입부로부터 출구를 향해 연장되고 수축부를 포함하는 통로의 부분을 규정하고, 그리고 선택적인 출구 섹션은 성형 섹션으로부터 출구로 연장되는 통로의 부분을 규정한다.

다이는 통로의 섹션들, 특히 입구 섹션, 성형 섹션, 출구 섹션 및 이들의 조합에 선택된 비율들로 다이를 통해 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 다이는 주로 성형 섹션, 또는 수축부를 포함하는 통로의 섹션을 통해 통로로 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다이는 주로 수축부 및 입구를 포함하는 통로의 섹션들을 통해, 또는 성형 섹션 및 입구 섹션 둘 모두를 통해 통로로 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다이는 주로 성형 섹션 및 출구 섹션 둘 다를 통해, 또는 수축부 및 출구를 포함하는 통로의 섹션들을 통해 통로로 열을 전달하도록 구성될 수 있다.

통로의 상이한 섹션들에 원하는 비율들로 열의 전달은, 로드 또는 튜브의 제조에 사용되는 특정 섬유들에 적절한 열의 원하는 상대적 전달 속도들을 제공하기 위해 입구, 성형 및 출구 섹션들의 상대적 길이를 선택하여 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 입구 섹션은 성형 섹션보다 더 큰 축방향 길이일 수 있다. 예컨대, 성형 섹션 대 입구 섹션의 길이들의 비율은 1:1 내지 1:5 또는 그 초과의 범위, 예컨대 다음 범위들(- 1: 1 - 1:2, 1:1 - 1:2.5, 1:1 - 1:3, 1:1 -1:3.5, 1:1 - 1:4, 또는 1:1 - 1: 1.5)일 수 있다.

다른 실시예들에서, 출구 섹션은 성형 섹션보다 더 짧거나 같을 수 있다. 예컨대, 성형 섹션의 길이 대 출구 섹션의 길이의 비율은 1:1 내지 1:0.1의 범위, 예컨대 다음 범위들(- 1: 1 - 1:0.1, 1:1 - 1:0.2, 1:1 - 1:0.4, 1:1 - 1:0.6, 1:1 - 1:0.8, 또는 1: 1 - 1:0.9)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 출구 섹션은 성형 섹션보다 더 길 수 있다. 예컨대, 성형 섹션 대 입구 섹션의 길이들의 비율은 1:1 내지 1:5 또는 그 초과의 범위, 예컨대 다음 범위들(- 1: 1 - 1:2, 1:1 - 1:2.5, 1:1 - 1:3, 1:1 -1:3.5, 1:1 - 1.4, 또는 1:1 - 1: 1.5)일 수 있다.

다이의 개별 섹션들에 대한 열의 비율은 또한 상이한 온도들로 상이한 섹션들에 외부 온도를 인가 또는 제거하거나, 예컨대 상이한 속도들로 개별 섹션들을 외부적으로 가열 또는 냉각하거나, 또는 다이의 상이한 섹션들에 대해 상이한 재료들을 사용하거나, 섹션들을 상이하게 절연함으로써 선택적으로 가변될 수 있다.

입구 섹션, 또는 이의 적어도 일부는 섬유들을 수집하고 다발을 성형 섹션으로 지향시키기 위해 성형 섹션의 진입부의 수축부를 향해 테이퍼링할 수 있다. 테이퍼링된 섹션의 콘 각도(즉, 입구 섹션의 테이퍼링된 내부 표면이 놓이는 콘의 꼭지점 각도)는 다이를 통한 섬유의 축방향 이동에 대한 저항에 영향을 준다. 더 작은 콘 각도들을 가진 표면들은 더 적은 저항을 제공하지만, 더 큰 길이에 걸쳐 연장되고 다이 조립체 또는 장비 내의 이용가능한 공간에 패키지하기 더 어려울 수 있다. 테이퍼링된 섹션은 예컨대 다음 범위(10°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 50°, 60°, 70°, 75°, 80°, 85°, 90°, 120°, 140°, 또는 160° 내지 최대 180°) 및 이의 임의의 범위의 콘 각도가 제공될 수 있다. 동일한 특징은 테이퍼링된 섹션의 반-콘 각도, 즉 통로의 중심 축과 동일한 축 평면의 입구의 내부 표면 상의 라인 사이의 각도 측면에서 설명될 수 있다.

반-콘 각도들은 대응하는 콘 각도들의 값들의 절반, 즉 다음 값들(5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 35°, 40°, 45° 등 내지 최대 90°범위 및 이의 임의의 범위를 가질 것이다.

다이 내의 도관들 중 적어도 하나, 보통 1 개 이상은 수축부에 대한 진입부의 바로 근처에서 유체를 배출하도록 배열된다. 섬유 다발이 수축되는 통로의 지역들에 처리 유체의 전달은 예컨대 섬유들의 가소화, 윤활유, 개선된 열 전달, 또는 수축부를 통한 재료 유동에 대한 운동 도움의 결과로서, 다이를 통한 섬유들의 유동을 개선시킬 수 있다.

도관들로부터의 출구들은 수축부의 진입부에, 예컨대 섬유 다발이 다이를 통과할 때 자신의 원하는 구성으로 수축되는 지역과 일치하는 통로의 축방향 길이를 따른 지점, 예컨대 성형 섹션에 대한 진입부에 위치결정될 수 있다. 대안적으로, 도관 출구들은 수축부에 대한 진입 옆 또는 옆에 예컨대 이의 약간 상류 또는 약간 하류에 위치결정될 수 있다. 성형 섹션에 대한 진입부에 관하여 도관 출구들의 최적 위치는 다이의 크기, 도관들의 수, 다이의 성형 섹션 및 도관의 상대적 크기 같은 그런 요인들에 따라 가변할 것이다. 출구들은, 섬유들이 진입부를 통과함에 따라 섬유들에 다른 경화 유체의 증기를 전달하도록 진입부에 충분히 가까이 있어야 한다.

진입부의 바로 근처에 출구들의 위치결정은 유체, 예컨대 증기를, 다발에 대한 압축력들이 가장 높은 지점에 있는 섬유 다발에 전달한다. 이들 압축력들은 진입부를 통해 다이로의 섬유들의 통과를 방해하고 섬유 다발이 심지어 다이에 대한 진입부 바로 상류의 다이의 막힘을 백업하게 할 수 있다. 이 지역에서 처리 유체를 다이로 지향시킴으로써, 다이로 그리고 다이를 통한 섬유들의 통과가 용이하게 되고, 막힘의 발생이 감소될 수 있다.

진입부에 대한 출구의 근접도는 다이의 통로와 교차하는 출구의 중심과, 성형 섹션에 대한 입구 사이의 거리를 성형 섹션의 길이의 퍼센티지로서 표현하여 정량화될 수 있다.

표시로서, 출구의 중심이 성형 섹션에 대한 입구와 동일하면, 근접도는 0이 될 것이다. 출구의 중심이 진입부의 하류의 상류에 있는 경우, 근접도는 통상적으로 성형 섹션의 길이의 0 내지 20%, 예컨대 성형 섹션의 길이의 0- 20%, 0-18%, 0-15%, 0-12%, 0-10%, 0-8%, 0-5% 또는 0-3%일 것이다.

진입부에 대한 출구의 근접도는 또한 출구의 중심과 성형 섹션에 대한 진입부 사이의 통로를 따른 축방향 거리를 도관의 폭의 배수로서 표현하여 정량화될 수 있다. 예컨대, 출구의 중심이 성형 섹션에 대한 진입부와 동일하면, 중심에 대한 출구의 근접도는 0이 될 것이다. 출구의 중심이 상류 또는 하류 방향들로 진입부로부터 이격되면, 출구의 중심과 수축부에 대한 진입부 사이의 거리는 예컨대 출구에서의 도관의 폭 또는 단면 직경의 최대 0.5, 1, 1.5, 2. 2.5, 3, 3.5, 4 또는 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 20 배일 수 있다.

수축부를 통한 다발의 이동 방향과 반대되지 않는 방향으로 처리 유체가 도입되면, 섬유들을 로드 또는 튜브로의 형성이 또한 용이하게 될 수 있다. 예컨대, 도관의 출구는 통로의 축에 대해 일반적으로 방사상으로, 또는 일반적으로 직각 방향으로 다이를 통한 통로에 유체를 배출하도록 배열될 수 있거나, 또는 도관은 통로의 축에 대해 예각으로, 예컨대 다이를 통한 섬유들의 다발 이동 방향에 대해 90°보다 상당히 크지 않은 각도로, 가능하게 이동 방향에 대해 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 또는 80 도로 통로에 유체를 배출하도록 배열될 수 있다. 이들 구성들에서, 도관의 출구는 유체를 일반적으로 하류 방향으로, 통로의 출구를 향해 지향시킨다. 90°보다 약간 더 큰 각도들(예컨대, 이동 방향에 대해 최대 95-100°)로 지향되면, 유체 유동은 여전히 다이를 통한 섬유들의 다발의 이동을 크게 반대하지 않을 수 있고, 유체 스트림의 운동 에너지는 여전히 섬유들의 다발의 압축 및 형상화 및 다이를 통한 섬유들의 이동을 도울 수 있다. 90°보다 상당히 더 큰, 예컨대 100 내지 180°의 방향들에서, 다발에 의해 섬유에 가해지는 중요한 힘의 성분은 수축부를 통한 섬유 다발의 이동에 반대일 것이고 섬유 다발의 압축 및 형상화를 반대할 것이다.

수축부 근처, 또는 수축부에 또는 그 옆에 도관들의 정확한 최적 구성은 이 지점에서 다이 조립체 자체의 구성, 및 존재하는 다이 조립체 및 임의의 맨드릴을 통한 통로의 구성에 의존할 것이다.

통로의 다른 지점, 성형 섹션에 대한 진입부의 상류 또는 하류에서 섬유들을 처리하기 위해 유체가 통로로 도입될 수 있는 추가 도관들이 제공될 수 있다. 특히, 하나 이상의 추가 도관들은, 섬유들이 수축부에 진입하기 전에 섬유들의 예비 처리를 수행하기 위해, 예컨대 섬유들의 가소성을 증가시키기 위해 수축부의 상류의 입구 섹션에 유체를 배출하도록 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 입구 섹션은 상류 섹션 및 상류 섹션보다 더 작은 단면적의 하류 섹션을 포함하고, 추가 도관들은 상류 섹션과 하류 섹션 사이의 접합부 근처의 통로에 유체를 배출하도록 구성 및 배열된다.

튜브들의 제조를 위해, 다이 또는 다이 조립체는, 섬유들의 다발이 맨드릴을 통해 전진함에 따라 맨드릴 둘레의 튜브형 구성으로 섬유들을 형성하기 위해 섬유들의 경로에 위치결정된 맨드릴을 더 포함할 수 있다. 맨드릴은, 다발이 맨드릴을 통해 전진됨에 따라, 튜브형 구성으로 형성되도록 다이의 통로에 위치결정될 수 있다. 이어서, 수축부는 맨드릴과 통로의 벽 사이의 환형 공간에 형성될 수 있고, 통로의 단면적과 비교하여 감소된 단면적을 가진다.

맨드릴은 균일한 방사상 단면이고 통로의 길이의 일부를 따라 통로를 수축시키기 위해 통로를 통해 부분적으로 연장되도록 통로 내에 동축으로 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 맨드릴은 인접한 세그먼트보다 더 큰 단면적을 가진 자신의 길이의 세그먼트가 제공될 수 있어서, 더 큰 단면의 세그먼트는 인접한 섹션보다 더 많은 통로를 수축시킨다.

일 실시예에서, 맨드릴은 다이에 인접한 맨드릴 조립체에 장착되고 맨드릴 조립체로부터 다이의 통로로 돌출하고, 그리고 맨드릴 조립체는 섬유들의 다발을 맨드릴로 및 다이 조립체의 통로로 지향시키도록 구성된다. 로드들을 형성하기 위한 제조 장비에 통합될 때, 맨드릴 조립체는 다이 조립체의 상류의 섬유 다발의 경로에 위치결정될 수 있고, 그리고 맨드릴은 다이 조립체릍 통한 통로로 하류로 돌출할 수 있다.

장비가 맨드릴을 포함하는 경우, 도관들 중 하나 이상은, 다발이 맨드릴을 통과할 때 섬유 다발에 처리 유체를 전달하기 위해 맨드릴 내에 제공될 수 있다. 예컨대, 맨드릴은 처리 유체의 도입을 위한 입구 및 맨드릴의 표면과 연통하는 출구를 갖는 통로가 제공될 수 있다.

따라서, 본 명세서의 개시내용은 구체적으로 섬유들의 다발이 맨드릴을 통해 전진할 때 섬유들의 다발을 통한 통로를 형성하도록 구성된 맨드릴을 포함하는 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비를 포함하고, 맨드릴은 처리 액체의 도입을 위한 입구 및 맨드릴의 표면과 연통하는 출구를 갖는 통로가 제공된다.

본 명세서는 또한 섬유들을 세장형 다발로 수집하는 단계, 맨드릴 둘레의 다발의 섬유들을 튜브형 구성으로 폐쇄하는 단계, 및 섬유들을 튜브형 로드로서 맨드릴로부터 분리하는 단계를 포함하는 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법을 개시하고, 처리 유체는 맨드릴을 통해 다발로 도입된다.

맨드릴을 통한 다발의 이동 방향과 반대되지 않는 방향으로 처리 유체가 도입되면, 섬유들을 맨드릴 둘레에 로드 또는 튜브로 형성하는 것은 더 용이하게 될 수 있다. 예컨대, 맨드릴 내의 통로는 맨드릴을 통한 섬유들의 이동 방향에 대해 일반적으로 방사상으로, 또는 일반적으로 직각으로, 또는 이에 대해 예각으로, 예컨대 섬유들의 다발의 이동 방향에 대해 중요하게 90° 이하의 각도로, 가능하게는 이동 방향에 대해 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 또는 80 도 방향으로 유체를 배출하도록 배열될 수 있다. 이들 구성들에서, 유체는 일반적으로 하류 이동 방향으로 섬유 다발로 지향된다. 90°보다 약간 더 큰 각도들(예컨대, 이동 방향에 대해 최대 95°)로 지향되더라도, 유체 유동은 맨드릴을 통한 섬유들의 다발의 이동을 크게 반대하지 않을 수 있고, 유체 스트림의 운동 에너지는 여전히 맨드릴 둘레의 그리고 이를 통한 섬유들의 다발의 압축 및 형상화를 도울 수 있다. 90°보다 상당히 더 큰, 예컨대 100 내지 180°의 방향들에서, 유체에 의해 섬유들에 가해지는 힘의 성분은 맨드릴을 통한 섬유 다발의 이동에 상당히 반대가 되고 섬유 다발의 압축 및 형상화에 덜 유리할 것이다.

튜브를 형성하기 위해 맨드릴을 통한 섬유들의 유동은 섬유들의 경로에 있고 섬유들의 다발이 맨드릴 및 다이 조립체를 향해 전진할 때 섬유들의 다발의 길이를 따라 갈라진 틈을 형성하도록 구성된 분할기를 제공함으로써 개선될 수 있다. 세장형 다발의 수집된 섬유들은 다발의 길이를 따라 갈라진 틈을 형성하도록 나누어지고, 맨드릴은 갈라진 틈에 도입되고, 다발의 섬유들은 튜브형 구성으로 맨드릴 둘레에서 폐쇄되고, 다발은 맨드릴 상에 지지되는 동안 다이를 통해 전진되고, 섬유들은 경화되고, 그리고 섬유들의 다발은 튜브형 로드로서 맨드릴로부터 제거된다.

맨드릴의 도입 전에 섬유 다발에 갈라진 틈의 형성은 튜브의 형성을 용이하게 하고, 그리고 섬유들의 다발과 맨드릴의 오정렬의 결과로서의 실패 위험성을 감소시킨다. 갈라진 틈은 다발을 분리된 부분들, 예컨대 2 개의 별개의 다발들로 분할할 수 있거나, 또는 대안적으로 갈라진 틈은 다발을 통해 부분적으로 연장되는, 예컨대 다발의 두께를 통해 20%, 30%, 40%, 50% 60%, 70% 또는 80% 연장되는 리세스 형태일 수 있다.

분할기는 맨드릴의 상류에, 장비를 통해 섬유들의 경로에 장착된 벽, 핀, 블레이드(blade), 플라우 또는 다른 형성물을 포함할 수 있다. 분할기는 자신의 상류 단부가 다발 섬유들에 갈라진 틈의 형성을 용이하게 하도록 형상화될 수 있고, 예컨대 섬유들의 다발에 곡선형 또는 v-형상 면 또는 에지를 제시한다.

일 실시예에서, 다이 및 다이 조립체는 섬유들의 연속적인 공급을 수용하고 섬유들이 장비를 통해 전진함에 따라 섬유들을 다발로 수집하도록 구성된 수집 스테이션을 포함하는 섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비에 사용된다. 장비는, 섬유들을 수용하기 위한 입구와 섬유들의 웹(web)이 다발로서 인출될 수 있는 출구 사이에 테이퍼링 구성의 길이방향으로 연장되는 통로를 규정하는 성형 콘을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 분할기는 섬유들의 다발에 길이방향으로 연장되는 갈라진 틈을 형성하기 위해 출구를 가로질러 돌출하도록 통로 내에 위치결정될 수 있다.

본원에 개시된 방법 및 장비는 예컨대 용융-취입(melt-blowing), 용융-방사(spinning), 전기-방사 프로세스들 및 장비에 의해, 또는 당업자들에게 알려진 섬유들을 제조하기 위한 다른 프로세스들 또는 장비에 의해 섬유 재료의 공급 원료, 예컨대 섬유 토우(tow)의 베일(bale)로부터, 또는 연속 제조 프로세스 또는 장비로부터 직접 공급된 섬유들로부터 섬유들을 프로세싱하는 데 사용될 수 있다.

섬유 토우는 크림핑된(crimped) 섬유들, 예컨대 셀룰로스 아세테이트로 형성된다. 섬유들의 크림핑은 이로부터 섬유 다발의 탄성(즉, 섬유들이 파손되지 않고 늘어날 수 있는 정도)을 증가시킨다. 차례로, 이것은 튜브들 또는 이로부터 형성된 로드들의 탄성에 영향을 준다. 토우의 베일에서, 섬유들은 매우 크림플링된다(crimpled). 사용 전에, 토우는 보통 "블루밍되고(bloomed)" 또는, 크림핑을 감소시키고 섬유들을 서로 분리시키기 위해 처리된다. 그러나, 크림프는 섬유들로부터 완전히 제거되지 않는다. 섬유들의 크림핑 정도는 토우 재료에 탄성을 제공하고, 이는 원하는 형상, 이를테면 막대 또는 튜브로의 섬유 다발의 형성을 용이하게 한다.

본원에 개시된 방법 및 장비는 용융-취입에 의한 섬유들의 제조에 의해 예시된다. 통상적인 용융 취입 프로세스에서, 섬유-형성 폴리머는 하나 이상의 오리피스(orifice)들로부터 수렴하는 뜨거운 가스의 스트림들(예컨대 공기 또는 가능하게는 불활성 가스)로 압출 성형된다. 가스 스트림들은 오리피스들로부터 나오는 폴리머를 용융된 폴리머의 얇은 스트림들로 취입하고, 이어서, 필라멘트들의 작은 직경 섬유들을 형성하기 위해 고형화한다. 섬유들은 가스의 스트림 내에 혼입되고 예컨대 가스 및 섬유들의 스트림을 수집 표면 상으로 지향시킴으로써 수집될 수 있다. 토우 섬유들과 달리, 용융취입된 섬유들은 필수적으로 선형이고, 크림핑되지 않는다. 그러므로, 용융취입된 섬유들의 다발은 비교적 낮은 탄성을 가지며 개별 섬유들은 더 부서지기 쉬운 경향이 있다. 용융취입된 섬유들의 다발의 탄성은 주로 웹, 매트 또는 다발로의 섬유들의 축적에 의해 생성된 다발의 얽힌 웹 구조로부터 주로 발생한다.

예컨대 가열된 처리 유체, 이를테면 공기 또는 불활성 가스 내에서 증기 또는 수증기에 의해 웹으로의 열의 인가는 섬유들을 윤활화하고 원하는 선형 구조, 이를테면 로드 또는 튜브로의 형성을 위해 섬유들의 얽힘 해제 및 더 정돈된 웹의 형성을 용이하게 한다.

다발 섬유들이 다이를 통과할 때, 열의 인가는 섬유 다발로 하여금 늘어나게 한다. 다이의 성형 섹션에 섬유들이 더 오래 있을수록, 섬유 다발은 더 많이 늘어난다. 섬유 다발이 다이에서 늘어나는 정도는 완성된 제품의 최종 밀도, 형상, 크기 및 구조에 영향을 준다.

가소제는 섬유 다발의 접촉 지점들에서 함께 본딩함으로써 섬유 다발을 형성된 형상으로 경화시키는 것을 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 가소제는 예컨대 스프레잉에 의해 섬유 다발에 적용될 수 있다. 이런 기법은 크림핑된 섬유 토우에 일반적으로 사용된다. 용융취입된 섬유들에 대해, 가소제는 보통 섬유들을 형성하는 폴리머 재료에 통합되고 폴리머를 연화 또는 용융하기에 충분한 열을 섬유들에 인가하여 분리된다.

다이, 다이 조립체, 장비 및 방법들의 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로써만 설명될 것이다.

도 1은 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비의 실시예의 부분적으로 수직 단면도이고, 폭을 감소시키기 위해 절단된 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1의 장비의 개략도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 장비에 사용될 수 있는 성형 콘의 실시예의 분해도이다.
도 3a는 도 3의 성형 콘의 일 컴포넌트의 확대된 사시도이다.
도 4a는 일 단부로부터 도 3의 성형 콘의 상부 부분의 입면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 부분의 아래로부터의 평면도이다.
도 4c는 반대 단부로부터 도 4a에 도시된 부분의 입면도이다.
도 5a는 도 1 및 도 2의 장비에 사용될 수 있는 맨드릴 조립체 및 다이 조립체의 실시예들의 확대된, 위 및 일 단부로부터의 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 조립체들의 길이방향 수직 단면도이다.
도 5c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 장비의 측면도이고, 조립체들은 서로 분리된다.
도 5d는 맨드릴 조립체의 대안적인 실시예를 보유하는 도 1의 장비의 도 5b와 유사한 길이방향 단면도이다.
도 5e는 상류측에서 본 장비 상에 설치된 도 5d의 맨드릴 조립체의 단부 입면도이다.
도 6a는 맨드릴 조립체로부터 분리된, 도 5a의 다이 조립체의 위 및 일 단부로부터의 분해 사시도이다.
도 6b는 화살표들(6B-6B)의 방향으로 도 6a의 다이 조립체를 통한 수직 단면도이다.
도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 도 1의 장비에 사용하기 위한 다이 조립체들의 대안적인 실시예의 도 6b와 유사한 단면도들이고, 도 6d 및 도 6e는 도 6b 및 도 6f보다 더 큰 스케일로 도시된다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e, 도 7f 및 도 7g는 연속적인 스테이지들로서 도 1 내지 도 6b의 장비를 통해 진행함에 따라, 도 1의 라인들(7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F 및 7G)을 따라 취해진 섬유 재료의 다발의 엔벨로프를 단면도 및 사시도로 예시하고, 화살표들에 의해 표시된 바와 같이 상류 및 하류 방향들에서, 도 7a 및 도 7b는 도 4a 내지 도 4c보다 더 큰 스케일로 섬유 다발 및 성형 콘을 도시하고, 도 7c 내지 도 7g는 대략 서로 동일한 스케일이지만, 도 7a 및 도 7b에 비해 감소된 다발을 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 예시된 장비는 모듈식 구성이고 연속으로 동작가능한 섬유 공급 모듈(1), 섬유들이 연속적인 웹 형태의 다발로 수집되는 섬유 수집 모듈(2), 및 섬유들의 다발이 중공 튜브(5)의 형태로 로드로 연속으로 형성되는 성형 모듈(3)을 포함한다.

이 예에서, 제조된 섬유 튜브는 시가렛들용 필터들의 제조에 사용하기에 적합하다.

섬유 공급 모듈

섬유 공급 모듈(1)은 용융-취입 헤드(10)를 포함하고, 용융-취입 헤드(10)의 구성 및 동작은 당업자에게 친숙할 것이고, 상세히 예시되지 않는다. 다른 실시예들에서, 섬유 공급 모듈은 예컨대 용융-방사 또는 전기-방사 유닛, 또는 필터 토우 재료의 베일로부터 섬유의 팽창된 웹의 공급을 위한 공급 시스템을 포함할 수 있다.

예시된 용융-취입 장비에서, 용융된 폴리머 재료는 폴리머 입구 매니폴드(manifold)(12)를 통해 용융-취입 헤드(10)로 공급되고 제트(jet)들의 어레이(13)에서 헤드로부터 나온다.

뜨거운 가압된 가스, 보통 공기는 폴리머 입구 매니폴드(12)의 양측 상의 공기 입구 매니폴드들(14, 14)을 통해 용융 취입 헤드(10)로 도입되고 2 개의 수렴된 고속 가스 스트림들로 헤드로부터 나올 수 있다. 뜨거운 가스의 스트림들은 제트들의 어레이(13)로부터 나오는 폴리머를 용융된 폴리머의 얇은 스트림들로 취입하고, 용융된 폴리머의 얇은 스트림들은 제트들의 몇 센티미터 내에서 고형화되어 다수의 연속적인 작은 직경 섬유들(15)을 형성한다. 이에 의해, 가스의 빠른-유동 스트림 내에 혼입된 얽힌 섬유들의 복잡한 패턴이 형성된다.

섬유 수집 모듈

섬유 수집 모듈(2)은 헤드로부터의 공기 스트림에 혼입된 섬유들(15)을 수용하기 위해 용융 취입 헤드(10) 아래에 수직으로 배열된다. 용융 취입 헤드와 섬유 수집 모듈 사이의 수직 거리는 명확성을 위해 도 1에서 과장된다.

수집 모듈(2)은 함께 용접 또는 볼트 결합된 금속 판들로 형성되고 프레임(20)에 고정되는 중공 케이싱(22)을 지지하는 강성 프레임(20)을 포함한다.

케이싱(22)은 그 주 축이 도 1의 우측에서 상류 단부로부터 도 1의 좌측으로의 하류 단부로 길이 방향으로 수평으로 연장되는 평면에서 일반적으로 직사각형이다.

케이싱(22) 상에 장착된 컨베이어(24)는 경로(25)를 따르는 길의 용융 취입 헤드(10) 부분으로부터(이의 엔벨로프는 도 1에서 파선으로 표시되고 도 2에 부분적으로 표시됨) 섬유 수집 모듈(2)을 통해 로드 형성 모듈(3)로 섬유들(15)을 이동시키기 위한 이송 시스템을 제공한다. 컨베이어(24)는 케이싱의 횡방향으로 연장되는 수평 축을 중심으로 회전하기 위해 케이싱(22)의 상류 단부에 고정된 베어링에 장착된 비교적 큰 직경의 텐셔닝(tensioning) 롤러(26)를 포함한다. 케이싱(22)의 하류 단부에서, 각각 텐셔닝 롤러보다 더 작은 직경의 아이들러 롤러(idler roller)(27) 및 구동 롤러(28)는 텐셔닝 롤러(26)의 축과 평행한 수평 축들을 중심으로 회전을 위해 케이싱(22)에 고정된 베어링들에 장착되고, 아이들러 롤러(27)는 구동 롤러(28)의 위 및 상류에 장착된다. 전기 구동 모터(도시되지 않음)는 도 1에 도시된 바와 같이 구동 롤러(28)를 자신의 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전시키기 위해 케이싱(22)의 하류 단부에 장착된다.

3 개의 롤러들(26, 27, 28)은 텐셔닝 롤러(26)로부터 케이싱(22)의 상부 표면을 따라 아이들러 롤러(27)로 케이싱(22)의 길이 방향으로 연장되는 상부 런(run)을 가지며, 하향으로 그리고 구동 롤러(28)를 돌아, 이어서 상부 런과 평행한 하부 런에서 다시 텐셔닝 롤러(26)로의 무한 구성의 컨베이어 벨트(29)를 지지한다. 아이들러 롤러 및 텐셔닝 롤러는 상부 런을 케이싱(22)의 상부 표면과 정확하게 정렬시키고 컨베이어 벨트에 충분한 장력을 제공하기 위해 자신들의 베어링들이 조정될 수 있다.

컨베이어 벨트(29)는, 가스가 혼입된 섬유 재료가 얽힌 섬유들의 웹으로서 자신의 표면에 배치 및 유지되는 동안 벨트를 통해 가스의 통과를 허용하도록 구성된다. 예컨대, 컨베이어 벨트(29), 또는 이의 적어도 일부, 특히 벨트의 길이를 연장시키는 중심 지역은 자신의 표면 상에 섬유들(15)을 지지하는 동안 가스의 통과를 허용하기 위해 천공들, 슬롯들 또는 애퍼처들이 제공될 수 있거나, 또는 달리 다공성으로 만들어질 수 있다. 이 목적을 위해, 컨베이어 벨트는 예컨대 압력 하에서 원하는 가스 유동을 허용하기에 충분한 밀도로 직조된 직물 재료일 수 있다.

케이싱(22)의 상부 표면은 컨베이어 벨트(29)의 상부 런 아래에 놓이는 애퍼처들 또는 슬롯들이 제공되어, 가스가 컨베이어 벨트를 통해 케이싱(22)의 내부로 통과하게 하고, 이로부터 공기는 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 배기되고 장비로부터 멀리 배출될 수 있다. 애퍼처들 또는 슬롯들을 바로 둘러싸는 케이싱의 상부 표면의 부분들은 컨베이어 벨트(29)의 상부 런에 대한 지지를 제공한다.

섬유 형성 모듈

형성 모듈(3)은 섬유들(15)의 다발을 중공 튜브(5) 내로 변형하기 위해 로드-형성 장비의 다수의 컴포넌트들을 지지하는 강성 프레임(40) 및 이에 대한 제어 패널(42)을 포함한다. 로드 형성 장비는 성형 콘(50), 맨드릴 조립체(60) 및 다이 조립체(80)를 포함한다. 성형 콘(50)은 수집 모듈(2)의 컨베이어(24)와 정렬하여 프레임(40)에 고정된다. 맨드릴 조립체(60) 및 다이 조립체(80)는 섬유 수집 모듈(2)을 통해 섬유들의 선형 경로와 정렬하여 프레임(40)에 고정되는 상향-개방 채널의 형태로 레일(43) 상에 조정가능하게 장착된다. 레일을 따라 맨드릴 및 처리 조립체들(60, 80)의 길이방향 포지션들은 장비의 우세한 동작 조건들과 매칭시키기 위해 요구된 바와 같이 서로 및 성형 콘에 관하여 조정될 수 있다.

성형 콘

도 3, 도 3a, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하여, 성형 콘(50)은 각각 일반적으로 평면이 삼각형이고, 편평한 외부 표면 및 리세스된 내부 표면을 가진 상부 및 하부 절반 쉘들(51, 52)을 포함한다. 절반 쉘들은 볼트들(53)에 의해 함께 고정된다. 절반 쉘들의 내부 표면들은 일반적으로 직사각형 상류 입구(56)로부터 하류 출구(57)로 연장되는 완만한 테이퍼링 중심 통로(55)를 함께 규정하고, 통로(55)는 원형 단면의 원통형 튜브 형태이다.

튜브형 출구 연장 피스(58)(도 3 및 도 3a)는 출구(57)와 축방향 정렬로 절반 쉘들(51, 52)에 볼트 결합된다.

입구(56)는 섬유 수집 모듈의 컨베이어(24)로부터 직접 평평한 매트 또는 웹 형태로 수집된 섬유들(15)을 수용하도록 배열된다. 테이퍼링된 중심 통로는, 섬유들이 성형 콘을 통해 출구(57)를 향해 전진함에 따라 섬유들을 압축하고 웹을 원통형 형상으로 형상화하도록 형상화 및 배열된다.

상부 절반 쉘(51)의 내부 표면은 중심 통로(55)의 축을 향해 방사상 내향으로 성형 콘을 통해 섬유들의 경로로 돌출하고, 그리고 입구(56)와 출구(57) 사이에서 길이방향으로 연장되는 리브(rib)(59) 형태의 분할기가 제공된다. 분할 리브(59)는, 섬유들의 다발이 성형 콘을 통과할 때, 분할기가 다발의 길이를 따라 갭 또는 갈라진 틈을 형성하도록, 성형 콘의 출구의 직경과 비교하여 좁다. 분할기를 통한 섬유 다발의 유동을 용이하게 하기 위해, 리브의 상류 단부(59a)는, 리브(59)가 통로의 축을 향해 방사상으로 돌출하는 정도가 분할기의 전체 길이의 약 10 내지 20%의 거리에서 입구(56)의 내향에 위치결정된 지점(A)까지 리브를 따라 완만하고 점진적으로 증가하도록 곡선화된다. 이 지점(A) 및 이의 하류로부터, 리브는 성형 콘을 통해 통로의 중심을 넘어 약간 연장된다. 리브는 예컨대 섬유들로부터 형성된 완성된 튜브의 원하는 내부 직경에 따라, 출구의 직경의 50%보다 약간 더 큰, 예컨대 출구의 직경의 최대 55%, 60% 또는 65%까지의 방사상 돌출부를 가질 수 있다.

출구 연장 피스(58)는 또한 동일한 반경 길이를 갖고 상부 절반 쉘 내의 리브(59)와 동일한 평면에 놓이는 축방향 내부 리브(59a)로 형성되고, 이에 의해 상부 절반 쉘(51)의 분할기(59)의 연속부를 형성한다.

맨드릴 조립체

도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하여, 맨드릴 조립체(60)는 레일(43)의 상류 부분을 따라 슬라이딩 이동을 위해 장착되고 레일(43)의 각각의 측에 부착된 평행 가이드들(48, 48)에 의해 지지되는 캐리지(carriage)(61)를 포함한다. 캐리지는 레일(43)에 의해 형성된 채널 내에 수용되고 핸드-휠(hand-wheel)(64)에 의해 횡방향 축을 중심으로 회전하기 위해 레일(43) 상에 장착된 피니언(pinion) 휠(63)과 맞물리는 랙(rack)(62)을 포함하고, 이는 맨드릴 조립체가 레일(43)을 따라 길이방향으로 앞뒤로 다이 조립체(80) 및 성형 콘(50)에 관하여 원하는 포지션으로 이동되게 할 수 있다.

캐리지(61)는 또한 캐리지(61)에 관하여 횡방향 이동을 위해 가이드에 장착된 제1 슬라이드 블록(65a)에 대한 수평 가이드(65)를 포함한다. 수평 가이드 내에서 제1 슬라이드 블록의 횡방향 포지션은 잠금 볼트(66)에 의해 조정 및 고정될 수 있다. 제1 슬라이드 블록(65a)은 캐리지(61)에 관하여 수직 이동을 위해 내부에 장착된 제2 슬라이드 블록(67a)에 대한 수직 가이드(67)를 지지한다. 수직 가이드(67) 내에서 제2 슬라이드 블록(67a)의 수직방향 포지션은 잠금 볼트(68)에 의해 조정 및 고정될 수 있다. 제2 슬라이드 블록(67a)은 각각의 단부에서 개방된 축방향-배향 튜브형 케이싱(71)을 지지하는 브래킷(69)을 보유한다. 케이싱은 케이싱(71)의 중심 축을 따라 연장되는 세장형 로드 형태의, 일반적으로 73으로 표시된 맨드릴을 하우징한다. 그러므로, 맨드릴의 길이방향, 수직 및 수평 포지션은 트랙을 따라 길이방향으로 캐리지의 이동에 의해, 그리고 제1 및 제2 슬라이드 블록들(65a 및 65b)의 조정에 의해 성형 콘 및 다이 조립체(80)에 관하여 정확하게 설정될 수 있다.

맨드릴(73)에 대한 튜브형 케이싱(71)은 일반적으로 외부 단면이 정사각형이고, 자신의 길이를 따라 경사진 에지들을 가지며, 일반적으로 내부 단면이 원통형이고, 케이싱의 하류 단부보다 더 큰 내부 직경의 상류 단부에 카운터보어(counterbore)(75)를 갖는다. 케이싱(71)은 2 개의 볼트들에 의해 브래킷(69)에 고정되고, 그리고 길이 방향으로 정렬되고, 즉 케이싱(71)의 중심 축은 장비를 통한 섬유들의 다발 이동 방향으로 배열된다.

튜브형 맨드릴 지지부(72)는 케이싱(71)의 카운터보어(75) 내에 장착된다. 맨드릴 지지부는 카운터보어(75)의 내부 직경과 일치하는 외부 직경을 가지며 맨드릴(73)에 대한 브래킷 또는 캐리어가 내부적으로 제공된다. 이 실시예에서, 브래킷은 맨드릴 지지부(72)의 내부 표면으로부터 방사상 내향으로 돌출하고 그 상류 단부로부터 지지부 내에서 축방향으로 연장되는 분할기 플레이트(78) 형태이다. 케이싱(71) 내의 맨드릴 지지부(72)의 회전 포지션은, 플레이트(78)가 원하는 방사상 배향, 이 경우 수직으로 놓이도록 조정된다. 분할기 플레이트(78)의 방사상 맨 끝은 맨드릴(73)에 연결되고 예컨대 몰딩으로 분할기 플레이트(78)와 일체형으로 형성될 수 있다.

맨드릴(73)은 조립체의 경우에 대해, 동축으로 배열된 2 개의 부분들, 즉 상부 맨드릴 로드(73a) 및 하부 맨드릴 로드(73b)로 만들어진 세장형 원통형 로드를 포함한다. 상부 로드(73a)는 연결된 분할기 플레이트의 두께보다 더 큰 직경을 갖는 균일한 방사상 단면을 가지며, 지지부(72)로 하류로 돌출하도록 맨드릴 지지부(72)의 중심 축을 따라 플레이트에 의해 위치결정된다. 상부 맨드릴 로드의 상류 단부는 맨드릴 지지부를 넘어 섬유들의 다발의 이동 경로로 상류로 돌출하는 돔형 부분 또는 보스(boss)(76)에서 종결된다. 상부 맨드릴 로드(73a)의 하류 단부는 로드의 중심 축과 평행하게 연장되는 내부-스레디드(threaded) 애퍼처가 제공된다.

하부 맨드릴 로드(72b)는 자신의 상류 단부에 상부 맨드릴 로드(73a)와 직경이 대응하는 원통형 세그먼트 및 자신의 하류 단부에 완성된 튜브형 필터 로드(5)의 원하는 내부 직경에 대응하는 감소된 직경의 원통형 세그먼트(73c)를 가진다. 하부 맨드릴 로드의 2 개의 원통형 세그먼트들은 도 5b 및 도 5c에 예시된 바와 같이 테이퍼링된 중간 세그먼트에 의해 서로 원활하게 연결된다. 하부 맨드릴 로드(73b)의 상류 단부는 상부 맨드릴 로드(73a)의 하류 단부 내의 애퍼처에 수용되는 스레디드 축방향 볼트를 보유하고, 이에 의해 맨드릴의 2 개의 부분들을 맨드릴 지지부(72) 및 케이싱(71) 내에서 동축 정렬로 고정한다. 하부 맨드릴 로드(73b)는 완성된 튜브형 로드(5)의 원하는 치수들에 따라, 상이한 직경의 하류 단부를 가진 유사한 컴포넌트에 의해 제거 및 대체될 수 있다.

맨드릴 조립체(60)는 성형 콘(50)의 출구로부터 나오는 섬유들의 다발을 수용하도록 배열 및 구성된다. 맨드릴 지지부(72)의 분할기 플레이트(78)는 성형 콘(50) 및 출구 연장 피스(58)의 분할기 리브들(59, 59a)과 방사상으로 정렬되어, 섬유들의 다발이 케이싱을 통과함에 따라, 분할기 플레이트(78)는, 맨드릴(73) 플레이트의 상류 맨 끝 상의 돔형 부분(76)이 섬유들의 다발의 중심에서 갈라진 틈에 삽입될 때, 다발의 길이를 따라 갈라진 틈의 형성을 유지한다. 그러므로, 분할기 플레이트(78)는 맨드릴을 보유하는 브래킷, 및 그 상류에 형성된 섬유들에서 갈라진 틈을 개방하기 위한 분할기의 이중 기능을 제공한다. 분할기의 하류에서, 섬유 다발의 갈라진 틈은 폐쇄되고 섬유들의 다발은 맨드릴 둘레에 연속적인 튜브형 구성을 채택한다.

대안적인 맨드릴 조립체

장비에 사용하기 위한 대안적인 맨드릴 조립체(160)는 도 5d 및 도 5e를 참조하여 아래에 설명된다. 맨드릴 조립체(160)는 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하여 설명된 구성과 유사한 구성이고, 도면들에서 동일한 부분들은 동일한 참조 번호들에 의해 표시된다.

도 5d 및 도 5e의 맨드릴 조립체(160)에서, 맨드릴(73)은, 다발이 맨드릴을 통과함에 따라 가스 또는 액체 처리 유체, 예컨대 증기 또는 수증기가 섬유 다발로 전달되게 할 수 있도록 수정된다. 이를 위해, 케이싱(71)의 상류 단부는 자신의 상부 표면 상에 증기 라인(도시되지 않음)을 위한 입구가 제공된다. 입구는 분할기 플레이트(78)의 방사상 보어(192)와 연통하는 중심 통로를 가진 가스 기밀 연결부(190)를 포함한다. 보어(192)는 맨드릴의 중심 라인까지 방사상 하향으로 연장되고, 여기서 보어는 상부 맨드릴 로드(73a)의 중심 축방향 통로(194)와 연통된다. 축방향 통로(194)는 상부 맨드릴 로드(73a)의 하류 단부에서 스레디드 애퍼처로 연장된다. 하부 맨드릴 로드(73b)는 마찬가지로 상부 맨드릴 로드(73a)의 통로(194)와 정렬되는 중심 축 통로(195)가 제공된다. 축방향 통로(195)는 하부 로드의 상류 단부에서 스레디드 볼트(77)를 통해 축방향으로 연장되고 맨드릴의 테이퍼링된 중간 세그먼트(74)의 중심에서 종결된다. 중간 세그먼트(74)는 맨드릴(73) 상에 지지된 섬유에 처리 유체를 배출하기 위해 맨드릴의 중심 보어를 맨드릴의 외부 표면에 연결하는 4 개의 출구 통기구들(79)이 제공된다. 통기구들은 맨드릴의 축을 중심으로 등각 간격들(90°)로 배치되고 맨드릴을 통한 섬유 다발의 이동 방향으로 맨드릴의 중심 축에 대해 20-70°의 각도로 하류 방향으로 경사진다.

이 실시예에서, 증기 또는 다른 처리 유체는 연결기(190)를 통해 맨드릴(73)에 공급될 수 있다. 이어서, 증기는 통기구들(79)을 통과할 수 있고, 여기서 증기는 장비를 통해 전진되고 맨드릴의 표면을 통과할 때 섬유 다발과 접촉한다. 이 스테이지에서 증기에 의한 섬유들의 처리는 섬유들의 굴곡성 및 유연성을 증가시키고, 이에 의해 처리 유닛(80)에서 추가 처리를 위해 섬유들을 사전-컨디셔닝한다.

다이 조립체

맨드릴 조립체(60)의 하류에 위치결정된 다이 조립체(80)는 도 6a 및 도 6b에 더 상세히 예시된 증기 블록으로 알려진 형태이다. 다이 조립체는, 섬유 다발이 자신의 최종 구성으로 형성되는 다이(84), 및 형상화된 섬유 다발을 경화시키기 위해 다이를 가열하고 섬유들을 증기로 처리하기 위한 구조적 컴포넌트들을 포함한다.

다이는 내부 증기 챔버(81a)를 규정하는 중공 입방형 하우징(81)에 장착된다. 하우징(81)은, 조립체가 레일(43)의 하류 부분을 따라 앞뒤로 슬라이딩 이동하기 위해 장착될 수 있는 장착 브래킷(82)이 제공된다. 하우징은 일렬의 볼트 홀들(44)에 의해 규정된 레일을 따라 몇몇 별개의 위치들 중 임의의 위치에 잠겨질 수 있다. 장착 브래킷(82) 상의 잠금 핀은 레일(43) 상의 선택된 포지션에 다이 조립체를 고정하기 위해 볼트 홀들과 맞물릴 수 있다.

하우징(81)의 측면들은 증기가 하우징 내로 도입될 수 있는 증기 연결기들(도시되지 않음)을 수용하기 위한 애퍼처(83a)가 각각 제공된다. 조립체의 하류 면은 하우징의 애퍼처에 볼트 결합되고 와셔(washer)들에 의해 밀봉될 수 있는 제거가능 폐쇄 플레이트(77)가 제공된다. 하우징의 폐쇄 플레이트(77) 및 상류 면은, 다이(84)가 하우징에 장착되고 와셔들에 의해 밀봉될 수 있는 대향되는 애퍼처들(77a, 83b)이 제공된다.

다이(84)는 일반적으로 86으로 표시된 중심 축 관통 통로를 가진 튜브형 본체이다. 다이의 본체를 통한 중심 통로는 외부 표면 상에 밀봉 칼라(87)가 제공된 소켓 형태의 입구 섹션(85)을 가진다. 입구 섹션(85)은 자신의 하류 단부에서 통로(86)의 중심의 성형 섹션(89)과 연통하고, 입구 섹션(85)과 성형 섹션(89) 사이의 접합부는 성형 섹션에 대한 진입부(91)를 제공한다. 성형 섹션은, 섬유 다발이 형성되는 로드의 원하는 외부 프로파일(이 실시예에서 원형)에 대응하는 내부 원주 프로파일을 가진다.

이 실시예에서, 입구 섹션은 중심 통로의 전체 길이의 약 1/3, 예컨대 30-35%(예시된 바와 같이 실시예에서 33%)을 넘어 연장된다. 입구 섹션(85)의 내부 표면은 콘형이고 맨드릴 지지부(72)로부터의 하류 출구 이하인 직경(예컨대, 70%, 60%, 50%, 또는 40% 더 작음)으로부터 완성된 튜브형 필터 로드들의 원하는 외부 직경과 동일한 직경까지 하류 방향으로 테이퍼링된다. 섬유들의 다발이 성형 섹션에 대한 진입부(91)에 의해 제공된 수축부에 접근할 때 섬유들의 다발을 수집하는 것을 용이하게 하고, 그리고 섬유들이 진입부를 차단할 가능성을 감소시키기 위해, 콘형 표면은 다이의 중심 축에 대해 비교적 작은 각도, 예컨대 9-27 도의 각도, 예컨대 12-20 도, 이 실시예에서 약 18°의 각도로 다이의 중심 축으로 테이퍼링된다.

성형 섹션(89)은 자신의 축방향 길이를 따라 균일한 원형 내부 단면 프로파일을 가지며, 섬유들이 통과함에 따라 완성된 튜브의 원하는 외부 원주 프로파일을 가진 구성으로 섬유들(15)을 형성하도록 형상화된다. 성형 섹션은 중심 통로의 길이의 약 1/4, 예컨대 20-30%(이 경우 26%)을 넘어 연장된다.

성형 섹션의 하류 단부는 중심 통로(86)의 출구 섹션(88)과 연통하고, 또한 자신의 길이를 따라 균일한 원형 단면 프로파일을 가지지만, 성형 섹션보다 더 큰 직경을 가지며, 이는 완성된 로드의 원하는 외부 프로파일보다 더 큰 내부 원주 프로파일을 규정한다.

출구 섹션은 중심 통로의 나머지 섹션, 예컨대 중심 통로의 전체 길이의 35-50%(이 경우 41%)를 형성한다. 다이의 출구 섹션(88)의 외부 표면은 밀봉 칼라(94)에 의해 둘러싸인 스피곳(spigot)(90) 형태이다.

다이(84)는, 다이의 하류 단부에 있는 스피곳(90)이 플레이트(77)와 스피곳 상의 밀봉 칼라(94) 사이의 밀봉 와셔와 함께 하우징(81)의 하류 면의 밀폐 플레이트(77)의 애퍼처(83b)에 수용되도록 하우징(81)에 설치될 수 있다. 다이의 상류 단부의 소켓(85)은 하우징과 소켓 상의 밀봉 칼라(87) 사이의 추가 밀봉 O-링과 함께 하우징의 상류 면의 애퍼처(83b)에 수용된다.

장비가 사용 중일 때, 맨드릴 로드(73c)(도 6b에서 파선들로 표시됨)의 하류 단부는 중심 통로(86)에 삽입되어, 맨드릴은 성형 섹션의 전체 또는 실질적으로 전체 길이를 통해, 또는 약간 넘어 연장된다. 맨드릴(73)의 팁은 성형 섹션(89)과 출구 섹션(88)의 상류 단부 사이의 접합부에 또는 그 가까이에, 이 경우 출구 섹션(88)의 바로 상류에 있다. 성형 섹션(89) 및 맨드릴(73)은 맨드릴(73)과 섬유들의 튜브의 원하는 환형 두께와 동일한 통로의 원통형 벽 사이에 환형 수축부를 규정하도록 협력한다.

다이(84)의 원통형 벽은 다이의 본체를 통해 다이의 외부 표면으로부터 중심 축 통로(86)로 연장되는 이 경우 직경이 2 mm인 4 개의 도관들(92)이 제공되고, 이에 의해 중심 통로가 증기 챔버(81a)와 연통하여 배치된다.

도관들은 다이의 축에 대해 직각으로 공통 방사상 평면에서 다이의 축을 향해 연장되고, 도관들 중 2 개의 도관이 수직이고 2 개의 도관이 수평이도록 900의 동일하게 이격된 간격들로 배열된다. 도관들의 공통 방사상 평면은 입구 섹션과 성형 섹션 사이의 접합부(91)의 바로 하류에 놓여, 도관들의 출구들은 증기 챔버(81)로부터의 증기를 성형 섹션(89)에 대한 진입부(91) 바로 근처의 다이의 중심 통로(86)로 배출할 수 있다. 이 실시예에서, 출구들은 진입부로부터 성형 섹션의 길이의 약 5% 이하의 거리에서 진입부(91)의 바로 하류에 놓인다. 출구들의 중심들은 진입부의 하류의 공통 원 상에 놓이고 도관들 직경의 약 절반(0.5 배 또는 50%)의 거리만큼 진입부(91)의 평면으로부터 축방향으로 이격된다.

사용 중, 제어 패널(42)로부터 제어되는 밸브(도시되지 않음)에 의해, 과열된 증기가 공급 라인으로부터 애퍼처들(83)을 경유하여 하우징(81)의 증기 챔버를 통과할 수 있다.

증기로부터의 열은 다이 내의 섬유들로 전달되고 섬유들을, 섬유들이 자신의 접촉 지점들에서 함께 융합하는 경화 온도로 가열하고, 이에 의해 튜브형 구성으로 섬유들의 다발을 고정시킨다.

열은 다이의 본체를 통해 중심 통로로 그리고 통로의 내부 벽들과 접촉하는 통로 내부의 섬유들로 전도에 의해 전달된다. 이 실시예에서, 열은 주로 완전히 증기 챔버(81a) 내에 있는 성형 섹션으로 전도에 의해 전달된다. 소켓(85)의 일부가 증기 챔버 내의 증기와 직접 접촉하지 않고, 하우징(81)의 벽들 내에 놓이기 때문에 입구 섹션(85)은 성형 섹션보다 더 냉각될 것이다.

유사하게, 밀봉 칼라(94)의 하류의 출구 섹션의 지역은, 챔버(81a) 내의 증기와 직접 접촉하지 않고 폐쇄 플레이트(77) 내에 있기 때문에, 그 상류 지역보다 더 냉각될 것이다.

게다가, 열은 도관들(92)을 통과하고 맨드릴(75)의 하류 단부 상에 지지되는 섬유들과 직접 접촉하는 증기에 의해 다이의 중심 통로로 전달된다.

다발이 성형 섹션을 통과함에 따라, 섬유들의 압축 속도는 성형 섹션(89)에 대한 진입부(91)에서 최대이고, 다발의 섬유들의 밀도는 최대로 증가된다. 따라서, 다이를 통한 섬유들의 통과에 대한 저항은 이 지역에서 최대이다. 성형 섹션에 대한 진입부로서 동일한 방사상 평면에 또는 그 가까이에 도관들(92)의 출구들을 배열함으로써, 증기는 섬유 다발을 경화하는 것뿐 아니라, 섬유들을 가소화하고, 성형 섹션의 진입부를 통한 섬유들의 통과를 윤활화하고, 그리고 섬유들에 대한 항력을 감소시키고, 이에 의해 맨드릴 둘레에 튜브형 구조의 섬유들의 형성을 용이하게 하고, 그리고 진입부가 섬유에 의해 차단되는 위험을 감소시키는 효과를 가진다. 4 개의 도관들(92)이 다이를 통한 섬유들의 다발의 이동 방향에 대해 90°이기 때문에, 도관들로부터 나오는 증기의 제트들은 상류 및 하류 방향들 둘 모두에서 실질적으로 동일한 힘들을 섬유들에 인가하고 그러므로 섬유들의 다발이 다이를 통과할 때 섬유들의 다발의 이동을 크게 반대하지 않는다.

출구 섹션(88)은 성형 섹션보다 더 큰 단면적을 가지므로, 성형 섹션으로부터 나오는 곡선형 섬유 로드는, 출구 섹션을 통과할 때 중심 통로(86)의 내부 벽들과 대체로 접촉하지 않는다. 이것은 출구 섹션에서 로드가 더 빠르게 냉각하게 할 수 있다.

섬유 다발은 처리 유닛의 하류에 위치결정된 종래의 구성의 테이크-오프(take-off) 롤러들(도시되지 않음)에 의해 장비를 통해 인출된다. 장비를 통한 섬유들의 이동은 또한 스터퍼 제트(stuffer jet)(예시되지 않음)에 의해 도움을 받을 수 있고, 스터퍼 제트는 예컨대 성형 콘(50)과 맨드릴 조립체(60) 사이에 위치된다.

대안적인 다이들 및 다이 조립체들

다이 조립체들의 추가 실시예들은 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f에 예시된다. 도 6c 내지 도 6d에 예시된 실시예들은 도 6b에 예시된 구성과 유사한 구성이고, 동일한 참조 번호들은 다이 조립체들의 동일한 피처(feature)들을 식별하는 데 사용된다. 간략성을 위해 실시예들의 공통 피처들의 설명은 반복되지 않을 것이다.

도 6c에 예시된 실시예를 참조하여, 다이(84)의 입구 섹션(85)은 도 6b에 예시된 실시예의 대응하는 입구 섹션보다 더 큰 축방향 길이를 가지며, 소켓(85)의 상류 단부로부터 성형 섹션(89)에 대한 진입부(91)로 중심 통로의 전체 길이의 약 70%, 예컨대 65-75%(이 경우 67%)에 걸쳐 연장된다. 입구 섹션(85)의 콘형 내부 표면은 도 6b의 실시예보다 다이의 중심 축에 대해 더 작은 각도, 예컨대 다이의 중심 축에 대해4-15 도, 예컨대 8-12 도, 이 실시예에서 9°의 각도로 하류 방향으로 테이퍼링된다.

성형 섹션(89)은 자신의 축방향 길이를 따라 균일한 원형 내부 단면 프로파일을 가지며, 입구 섹션(85)과 성형 섹션의 접합부로부터 스피곳(90) 상의 밀봉 칼라(94)의 축방향 포지션까지 중심 통로의 길이의 약 25%, 예컨대 20-30%(이 경우 24%) 이상 연장된다.

중심 통로(86)의 출구 섹션(88)은 다이의 하류 단부에 있는 스피곳(90)의 내부 표면을 형성하고, 이 실시예에서 길이를 따라 성형 섹션(89)과 동일한 원형 단면 프로파일을 가진다. 출구 섹션은 중심 통로의 나머지 섹션, 전체 길이의 약 15%, 예컨대 5-15%(이 경우 9%)를 형성한다.

이 실시예에서, 열은 주로 성형 섹션보다 더 길고 증기 챔버(81) 내의 성형 섹션의 외부 표면적보다 더 큰 부분을 가진 입구 섹션으로 전도에 의해 주로 중심 통로로 전달된다. 성형 섹션의 외부 표면은 완전히 증기 챔버 내에 놓이고 또한 열의 상당한 비율을 중심 통로로 전도한다. 그러나, 챔버 내에 놓이는 입구 섹션의 부분보다 더 짧으면, 입구 섹션보다 중심 통로로 열이 비례적으로 더 적게 전달된다. 출구 섹션은 열의 최소 비율을 중심 통로로 전달할 것이고, 출구 섹션의 외부 표면이 챔버(81a) 내의 증기와 직접 접촉하지 않고 거의 완전히 폐쇄 플레이트(77) 내에 놓이기 때문에 가장 차가울 것이다.

V-형 그루브(95)는 자신의 가장 깊은 원주가 입구 섹션과의 접합부에서, 통로의 성형 섹션에 대한 진입부의 상류에 정렬된 채로 다이(84)의 외부 벽에 원주로 형성된다. 이 경우 직경이 2 mm인 6 개의 도관들(92)은 다이의 본체에 형성되고, 그루브의 하류 면으로부터 중심 축 통로(86)의 벽을 통해 연장되고, 이에 의해 증기 챔버(81a)가 다이의 중심 통로와 연통하여 배치된다. 도관들(92)은 직선으로 연장되고, 통로의 축에 대해 90° 미만의 각도, 이 경우 다이의 축에 대해 약 30°의 각도로 다이의 축을 향해 하류 방향으로 수렴한다. 도관들은 축을 중심으로 60° 도의 동일하게 이격된 간격들로 배열된다. 도관들의 출구들은, 통로의 축을 횡단하는 공통 원 상에서, 증기 챔버(81a)로부터 성형 섹션(89)에 대한 진입부(91)의 바로 근처의 다이의 중심 통로(86)로 유체를 배출하기 위해, 입구 섹션과 성형 섹션 사이의 접합부의 바로 하류에 놓인다. 이 실시예에서, 도관들은 성형 섹션의 길이의 약 15%의 입구로부터의 거리에서 성형 섹션으로 배출한다. 출구들의 중심들이 놓이는 공통 원은 도관들 직경의 약 1.5 배(약 150%)의 거리만큼 진입부의 평면으로부터 축방향으로 이격된다.

장비가 사용 중일 때, 맨드릴(73)의 하류 세그먼트(73c)는 맨드릴(73)과 섬유들의 튜브의 원하는 환형 두께와 동일한 통로의 원통형 벽 사이에 환형 갭을 규정하기 위해 중심 통로(86)에 삽입된다. 맨드릴 로드의 팁은 폐쇄 플레이트(77)의 내부 면에 의해, 스피곳(90)의 밀봉 칼라의 방사상 평면에 또는 그 가까이에 놓인다. 이것은, 출구 통로 내의 온도가 성형 섹션의 온도 미만으로 떨어지는 지역이고, 이 지점에서 섬유 다발의 경화는 실질적으로 완료된다.

도 6b에 예시된 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이, 사용 중, 과열된 증기는 공급 라인으로부터 애퍼처들(83)을 경유하여 하우징(81)으로 통과될 수 있다.

증기는 다발을 튜브형 구성으로 경화시키기 위해 도관들(92)을 통해 다이의 성형 섹션으로 통과한다. 비교적 긴 입구 섹션은 맨드릴 주위에 섬유들을 형성하는 데 더 많은 시간을 허용하고, 더 균일한 튜브형 구조를 초래할 수 있다. 입구 섹션의 증가된 길이, 및 이의 세장형 콘형 표면은 또한 다이의 벽들을 통한 열 전달을 개선시킬 수 있다. 성형 섹션에 대한 진입부 바로 근처에 도관들(92)의 출구들의 배열은 증기가 섬유 다발을 경화하는 것뿐 아니라, 섬유들을 가소화하고, 성형 섹션의 진입부를 통한 섬유들의 통과를 윤활화하고, 그리고 섬유들에 대한 항력을 감소시키고, 이에 의해 진입부가 섬유에 의해 차단되는 위험을 감소시키게 할 수 있다.

6 개의 도관들(92)이 다이를 통한 섬유들의 다발의 이동 방향에 대해 30°이기 때문에, 도관들로부터 나오는 증기의 제트들은 상류 및 하류 방향들 둘 모두에서 섬유들에 힘들을 인가하고, 섬유들의 다발이 다이를 통과할 때 섬유들의 다발의 이동을 반대하지 않는다. 하류 방향으로 섬유들에 압축력의 인가는, 특히 섬유들이 용융 취입 프로세스에 의해 제조될 때, 완성된 로드의 탄성을 개선시킨다.

도 6d에 예시된 실시예를 참조하여, 하우징(81) 및 다이(84)의 전체 구성들은, 상류에서 하류 방향으로 증기 챔버의 내부 길이가 도 6c의 실시예의 길이의 약 40%로 감소되고, 다이의 길이가 도 6c에 예시된 길이의 약 60%인 것을 제외하고, 도 6c에 예시된 실시예들들과 유사하다.

다이의 입구 섹션(85)은 도 6c에 예시된 실시예의 대응하는 입구 섹션과 축 방향 길이의 비율과 대략 동일한 비율이고, 다이의 전체 길이의 약 70%, 예컨대 65-75% 이상 연장된다. 입구 섹션은 실질적으로 증기 챔버 내의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 증기 챔버(81a) 내에 입구 섹션의 외부 표면적의 대부분을 가지면, 섬유 로드가 다이를 통해 입구 섹션과 성형 섹션의 접합부에 있는 성형 섹션에 대한 진입부(91)로 전진할 때 섬유 로드에 열의 전도성 전달을 주로 담당한다. 입구 섹션(85)의 콘형 내부 표면은 도 6c의 실시예보다 다이의 중심 축에 대해 더 큰 각도, 예컨대 다이의 중심 통로에 대해 7 내지 21 도, 예컨대 10-18 도, 이 실시예에서 14°의 각도로 하류 방향으로 테이퍼링된다.

성형 섹션(89)은 중심 통로의 길이의 나머지에 걸쳐 연장되고, 그 자체가 하우징의 폐쇄 플레이트(77) 내에 놓이는 다이의 스피곳(90) 내에 완전히 놓인다. 입구 섹션과 성형 섹션의 접합부에서 성형 섹션에 대한 진입부는 증기 챔버의 내부 벽과 동일한 평면에 놓인다. 그러므로, 성형 섹션을 둘러싸는 다이의 벽들은 증기 챔버(81)와 직접 접촉하지 않는다. 그러므로, 성형 섹션은 도 6b 및 도 6d를 참조하여 설명된 조립체들의 성형 섹션보다 더 차갑다.

성형 섹션(89)은 자신의 축방향 길이를 따라 균일한 원형 내부 단면 프로파일이고 중심 통로의 길이의 약 30%, 예컨대 25-35%를 구성한다.

성형 섹션은 하우징을 둘러싸는 공간에 직접 배출하는 출구에서 종결되고, 본원에 설명된 다이 조립체의 다른 실시예들과 달리, 중심 통로는 별개의 출구 섹션을 포함하지 않는다.

V-형 그루브(95)는 자신의 가장 깊은 원주가 통로의 입구 섹션과 성형 섹션 사이의 접합부(91)의 상류에 정렬된 채로 다이(84)의 외부 벽에 원주로 형성된다.

직경이 약 2 mm인 6 개의 도관들(92)은 다이의 본체에 형성되고, 그루브의 하류 면으로부터 중심 축 통로(86)를 향해 연장되고, 이에 의해 증기 챔버(81a)가 다이의 중심 통로와 연통하여 배치된다. 도관들(92)은 직선으로 연장되고, 다이의 축에 대해 90° 미만의 각도, 이 경우 약 45°의 각도로 다이의 축을 향해 하류 방향으로 수렴한다. 도관들은 축을 중심으로 60° 도의 동일하게 이격된 간격들로 배열된다. 중심 통로에 대한 도관들(92)의 출구들은, 통로의 축을 횡단하는 공통 원 상에서, 증기 챔버(81a)로부터 성형 섹션(89)에 대한 진입부 바로 근처의 다이의 중심 통로(86)로 유체를 배출하기 위해, 입구 섹션과 성형 섹션 사이의 접합부(91)에 있는 수축부의 바로 하류에 놓인다. 도관들은 진입부(91)로부터 성형 섹션의 길이의 약 15% 이하(이 예에서 약 14%)의 거리에 있는 성형 섹션에 배출한다. 출구들의 중심들의 공통 원은 도관들 직경과 대략 동일한(약 100%)의 거리만큼 진입부의 평면으로부터 축방향으로 이격된다.

장비가 사용 중일 때, 맨드릴 로드(73b)의 하류 단부는 맨드릴(73)과 섬유들의 튜브의 원하는 환형 두께와 동일한 통로의 원통형 벽 사이에 환형 갭 형태의 수축부를 규정하기 위해 중심 통로(86)에 삽입된다. 맨드릴 로드의 팁은 통로(26)의 하류 단부에서, 하우징(81) 외측의 성형 섹션의 출구에 놓인다. 성형 섹션으로부터 나오는 경화된 섬유 다발은 장비의 주변 대기에 의해 냉각된다.

사용 중, 과열된 증기는 섬유들을 튜브형 구성으로 성형 섹션에서 경화시키기 위해 공급 라인으로부터 애퍼처들(83)을 경유하여 하우징(81)으로 통과될 수 있다. 도 6d의 실시예의 더 긴 입구 섹션은 다이 내의 맨드릴 둘레에 섬유들을 형성하는 데 더 많은 시간을 허용하고, 더 균일한 튜브형 구조를 초래할 수 있다. 입구 섹션의 증가된 길이, 및 이의 세장형 콘형 표면은 또한 다이의 벽들을 통해 섬유들로 열 전달을 개선시킬 수 있다. 성형 섹션에 대한 진입부 바로 근처에 도관들의 배열은 증기가 섬유 다발을 경화하는 것뿐 아니라, 섬유들을 가소화하고, 성형 섹션의 진입부를 통한 섬유들의 통과를 윤활화하고, 그리고 섬유들에 대한 항력을 감소시키고, 이에 의해 진입부가 섬유에 의해 차단되는 위험을 감소시키게 할 수 있다.

증기 챔버의 내부 벽의 바로 하류에 있고 대기 분위기로 배출하는 성형 섹션의 포지션은, 로드가 성형 섹션에서 경화된 직후 냉각되는 것을 보장하고, 이는 로드에 안정성을 제공하고 다이를 통해 고정된 로드의 인출을 용이하게 한다. 하류, 도관들의 각도들의 45° 배향은 증기 제트들을 장비를 통한 섬유들의 이동 방향으로 지향시키고, 이는 다이 조립체를 통해 로드를 전진시키는 것을 돕는다. 증기에 의한 하류 방향으로 용융 취입된 섬유들의 결과적인 부가 압축은 완성된 로드의 탄성을 개선시킨다.

도 6e에 예시된 실시예를 참조하여, 하우징(81)의 전체 구성은 도 6b 및 도 6c에 예시된 실시예들보다 내부 길이가 더 짧은 증기 챔버(81)를 갖는 도 6d에 예시된 실시예의 전체 구성과 유사하다.

다이(84)의 전체 구성은, 다이의 길이가 도 6b의 약 60%로 감소되는 것을 제외하고, 도 6b에 예시된 실시예와 유사하다. 다이의 입구 섹션(85)은 중심 통로의 전체 길이의 약 30%, 예컨대 30-35%(이 경우 32%)를 이상 연장된다. 입구 섹션(85)의 콘형 내부 표면은 도 6c의 실시예보다 다이의 중심 축에 대해 더 큰 각도, 예컨대 다이의 중심 축에 대해 15-45°도, 예컨대 20-40 도, 이 실시예에서 30°의 각도로 하류 방향으로 테이퍼링된다.

성형 섹션(89)은 전체적으로 증기 챔버(81) 내에서 입구 섹션의 바로 하류에 놓이고, 중심 통로의 길이의 다음 약 33%, 예컨대 30-35%, 이 경우 32%를 넘어 연장된다. 입구 섹션과 성형 섹션의 접합부에서 성형 섹션에 대한 진입부(91)는 증기 챔버의 상류 내부 벽과 동일한 평면에 놓인다.

성형 섹션의 하류 단부는 중심 통로(86)의 출구 섹션(88)과 연통하고, 또한 자신의 길이를 따라 균일한 원형 단면 프로파일을 가지지만, 성형 섹션보다 더 큰 직경을 가지며, 이는 완성된 로드의 원하는 외부 프로파일보다 더 큰 내부 원주 프로파일을 규정한다. 출구 섹션은 중심 통로의 나머지 길이, 예컨대 전체 길이의 약 30-40%(이 경우 36%)를 형성한다. 통로의 출구 섹션은 폐쇄 플레이트(77)의 하류 애퍼처 내에 수용되는, 다이의 스피곳(90) 내에 거의 완전히 놓인다.

이 실시예에서, 열은 실질적으로 증기 챔버의 증기 챔버 폭(81a)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 성형 섹션에 주로 전도에 의해 전달된다. 입구 섹션(85) 및 출구 섹션(88) 둘 모두는, 이들의 외부 표면들이 챔버(81a) 내의 증기와 직접 접촉하지 않고 하우징(81)의 벽들 또는 폐쇄 플레이트(77) 내에 완전히 놓이기 때문에, 성형 섹션보다 더 차갑다.

장비가 사용 중일 때, 맨드릴 로드(73b)의 하류 단부는, 맨드릴 로드의 팁이 성형 섹션(89)과 출구 섹션(88)의 상류 단부 사이의 접합부에 또는 그 가까이에 놓이도록 중심 통로(86)에 삽입된다. 성형 섹션(89) 및 맨드릴(73)은 맨드릴(73)과 섬유들의 튜브의 원하는 환형 두께와 동일한 통로의 원통형 벽 사이에 환형 갭을 규정하도록 협력한다.

다이(84)의 원통형 외부 벽은 다이(84)의 외부 표면으로부터 중심 축 통로(86)로 연장되는 6 개의 도관들(92)이 제공되고, 이에 의해 중심 통로가 증기 챔버(81a)와 연통하여 배치된다. 도관들은 이전 실시예들의 직경보다 직경이 더 작고, 즉 직경이 1.5 mm이다. 도관들은 다이의 축에 대해 직각으로 공통 방사상 평면에서 다이의 축을 향해 연장되고, 하류 방향으로 수렴되고, 한 쌍의 대향하는 도관이 수직으로 60°의 간격들로 동일하게 이격되어 배열된다. 도관들의 공통 평면은 입구 섹션과 성형 섹션 사이의 접합부(91)의 바로 하류에 놓이고, 도관들의 출구들은 증기 챔버(81)로부터의 증기를 성형 섹션(89)에 대한 진입부 바로 근처의 다이의 중심 통로(86)로 배출하도록 배열된다. 도관들은 진입부 옆의 성형 섹션에 그리고 진입부(91)로부터 성형 섹션의 길이의 약 5% 미만(이 예시에서 2% 또는 3%)의 하류 거리에 배출한다. 출구들의 중심들의 공통 원은 도관들 직경과 대략 동일한(약 100%)의 거리만큼 진입부의 평면으로부터 축방향으로 이격된다.

사용 중, 증기 챔버(81) 내의 과열된 증기는 다이(84)의 도관들(92)을 통과하고 맨드릴(75)의 하류 단부 상에 지지되는 섬유들과 접촉하여, 섬유들을, 이들이 접촉 지점들에서 함께 융합되는 온도로 가열하고, 이에 의해 섬유들의 다발을 튜브형 구성으로 고정시킨다. 섬유들에 대한 압축력들은 성형 섹션(89)의 진입부에서 가장 크고 섬유 다발의 밀도는 최대이다. 성형 섹션에 대한 진입부의 바로 하류에 있는 동일한 수직 방사상 평면에 6 개의 도관들을 배열함으로써, 모두 6 개의 도관들(92)은 다이를 통한 섬유들의 다발의 이동 방향에 대해 90°이다. 도관들로부터 나오는 증기의 제트들은 상류 및 하류 방향들 둘 모두에서 동일한 힘들을 섬유들에 효과적으로 인가하고 그러므로 섬유들의 다발이 다이를 통해 이동할 때 섬유들의 다발의 이동을 크게 반대하지 않는다. 섬유들에 증기의 전달은 섬유 다발을 경화하는 것뿐 아니라, 섬유들을 가소화하고, 성형 섹션의 진입부를 통한 섬유들의 통과를 윤활화하고, 그리고 섬유들에 대한 항력을 감소시키고, 이에 의해 맨드릴 둘레에 튜브형 구조의 섬유들의 형성을 용이하게 하고, 그리고 진입부가 섬유에 의해 차단되는 위험을 감소시키는 데 효과적이다.

출구 섹션(88)은 성형 섹션보다 더 큰 단면적을 가지므로, 성형 섹션으로부터 나오는 경화된 섬유 로드는, 출구 섹션을 통과할 때 통로(26)의 내부 벽들과 대체로 접촉하지 않는다. 그러므로, 이런 로드는 출구 섹션을 더 빠르게 냉각 및 안정화할 수 있다.

도 6f에 예시된 실시예를 참조하여, 하우징(81)의 전체 구성은 도 6b 및 도 6c에 예시된 실시예와 유사하고, 도 6d 및 도 6e보다 길이가 더 크다.

다이(84)의 구성은, 다이의 입구 섹션이 연장되고 성형 섹션의 상류인 입구 섹션(85)에 유체를 배출하도록 배열된 도관들(96)의 추가 세트를 포함하도록 수정된 것을 제외하고, 도 6c에 예시된 실시예의 구성과 유사하다. 이들 부가적인 도관들(96)은 도 6b 내지 도 6d의 실시예들보다 직경이 더 작다, 이 경우 직경이 1.5 mm이다. 입구 섹션(85)은 중심 통로의 전체 길이의 약 60%, 예컨대 55-65% 이상 연장된다. 그러므로, 입구 섹션은 증기 챔버의 길이의 상당 부분과 접촉하고, 섬유 로드가 다이를 통해 성형 섹션에 대한 진입부(91)로 전진함에 따라 열의 상당 비율을 섬유 로드에 전달하는 책임을 진다.

입구 섹션(85)의 내부 표면은 맨드릴 지지부(72)로부터의 하류 출구와 동일하거나 작은 입구 섹션의 상류 단부에 있는 직경으로부터, 완성된 튜브형 필터 로드의 원하는 외부 직경과 동일한 입구 섹션과 성형 섹션의 접합부에서의 직경으로 2 개의 스테이지들을 통과하는 섬유들의 다발의 단면을 감소시키도록 형상화된다. 이 목적을 위해, 입구 섹션은 상류 콘형 섹션(97), 중간 원통형 섹션(98) 및 하류 콘형 섹션(99)을 포함한다.

상류 콘형 섹션은 통로의 상류 단부의 직경의 약 50% 직경으로 테이퍼링된다. 중간 섹션을 갖는 상류 콘형 섹션의 접합부는 성형 섹션(89)에 대한 진입부(91)에 형성된 수축부로부터 상류의 입구 섹션에 수축부(100)를 형성한다. 하류 콘형 섹션(99)은 중간 섹션(98)을 성형 섹션(89)에 연결하여, 성형 섹션에 대한 진입부의 중간 통로에 수축부를 생성한다.

상류 콘형 섹션(97)은 다이의 중심 축에 대해 비교적 작은 각도로, 예컨대 다이의 중심 축에 대해 9-27°, 예컨대 12-20°, 이 실시예에서 18°의 각도로 테이퍼링될 수 있다. 하류 콘형 섹션(99)은 다이의 중심 축에 대해 더 작은 각도로, 예컨대 중심 통로의 축에 대해 3-15°도, 예컨대 7-12도, 이 실시예에서 10°도의 각도로 테이퍼링될 수 있다.

성형 섹션(89)은 중심 통로(86)의 길이의 약 25%, 예컨대 20-30% 이상 연장되고, 입구 섹션의 바로 하류에 위치된다. 입구 섹션과 성형 섹션의 접합부에서 성형 섹션에 대한 진입부는 하우징 블록의 중심 및 하류 면 사이에서, 증기 챔버의 중심을 향해 놓인다. 성형 섹션(89)은 자신의 축방향 길이를 따라 균일한 원형 내부 단면 프로파일이고 중심 통로의 전체 길이의 약 20%(이 경우 22%)이다.

성형 섹션(89)의 하류 단부는 중심 통로(86)의 출구 섹션(88)과 연통하고, 또한 자신의 길이를 따라 균일한 원형 단면 프로파일을 가지지만, 성형 섹션보다 더 큰 직경을 가지며, 이는 완성된 로드의 원하는 외부 프로파일보다 더 큰 내부 원주 프로파일을 규정한다. 출구 섹션은 중심 통로의 전체 길이의 약 20%, 예컨대 10-25%(이 경우 18%)를 형성한다. 출구 섹션(88)의 외부 표면은 밀봉 칼라(94)에 의해 둘러싸인 스피곳(90) 형태이고, 그러므로 증기 챔버와 직접 접촉하지 않는다.

이 실시예에서, 열은 주로 입구 섹션 및 성형 섹션에 전도에 의해 전달된다. 입구 섹션의 상당 길이는 증기 챔버(81a) 내에 있고, 성형 섹션은 완전히 증기 챔버에 놓인다. 출구 섹션은, 챔버(81a) 내의 증기와 직접 접촉하지 않고 폐쇄 플레이트(77) 내에 있기 때문에, 성형 섹션보다 더 냉각될 것이다.

V-형 그루브(95)는 자신의 가장 깊은 원주가 통로의 입구 섹션과 성형 섹션 사이의 접합부의 상류에 정렬된 채로 다이(84)의 외부 벽에 원주로 형성된다. 약 1.5 mm의 직경들을 가진 4 개의 도관들(92)은 다이의 벽에 형성되고, 그루브의 하류 면으로부터 중심 축 통로(86)를 향해 연장되고, 이에 의해 증기 챔버(81a)가 다이의 중심 통로와 연통하여 배치된다.

도관들(92)은 직선으로 연장되어, 다이의 축에 대해 약 40°의 각도로 다이의 축을 향해 하류 방향으로 수렴하고 중심 통로의 축을 중심으로 90°로 동일하게 이격된 간격들로 배열된다. 도관들의 출구들은, 통로의 축을 횡단하는 공통 원 상에서, 증기 챔버(81)로부터 성형 섹션(89)에 대한 진입부(91)의 바로 근처의 다이의 중심 통로(86)로 유체를 배출하기 위해, 성형 섹션에 대한 진입부(91)의 바로 하류에 놓인다. 출구들의 공통 원은 성형 섹션의 길이의 약 10%의 진입부(91)로부터 하류의 거리에 놓이고 도관들의 직경의 100 내지 150%, 이 경우 도관들의 직경의 133%의 거리만큼 진입부의 평면으로부터 축방향으로 이격된다.

게다가, 입구의 중간 섹션을 둘러싸는 다이(84)의 원통형 외부 벽은 다이(84)의 외부 표면으로부터 중심 축 통로(86)로 연장되는 2 개의 추가 도관들(96)이 제공되고, 이에 의해 중심 통로가 성형 섹션 상류의 증기 챔버(81a)와 연통하여 배치된다. 상류 도관들(96)은 다이의 축에 대해 직각으로 공통 방사상 평면에서 중심 통로의 축을 향해 연장되고, 180°의 이격된 간격들로 배열되고 수직으로 정렬된다. 도관들의 공통 평면은 입구의 중간 섹션(98)의 길이의 20% 이하(이 경우 16%), 또는 중간 섹션(98)과 하류 원통형 섹션(99)의 결합된 길이들의 15% 미만(이 경우 12%)의 접합부(100)로부터의 하류의 거리에서, 상류 콘형 섹션(92)과 입구(94)의 중간 섹션 사이의 접합부(100)의 바로 하류에 놓인다. 추가 도관들의 출구들의 공통 원은 도관들 직경의 약 2.5 내지 3.5 배, 이 경우에는 그의 300%의 거리만큼 접합부(100)의 평면으로부터 축방향으로 이격된다. 그러므로, 추가 도관들(96)은 입구의 중간 섹션(98)에 대한 진입부에 의해, 증기 챔버(81)로부터 접합부(100)의 수축부 바로 근처의 다이의 중심 통로(86)로 증기를 배출하도록 배열될 수 있다.

성형 섹션에 대한 진입부의 도관들 및 입구 섹션의 추가 도관들의 수 및 크기들은 다이의 2 개의 섹션들에 제어된 양들의 증기를 전달하기 위해 선택된다. 일반적으로, 더 적은 양들의 증기는 성형 섹션에서보다 입구 섹션에서 요구될 것이다. 따라서, 각각의 섹션에서 도관들의 수들 및 크기들은 2 개의 위치들 사이에서 상이할 수 있다.

장비가 사용 중일 때, 맨드릴 로드(73c)의 하류 단부는 맨드릴(73)과 섬유들의 튜브의 원하는 환형 두께와 동일한 성형 섹션의 원통형 벽 사이에 환형 갭을 규정하기 위해 도 6f에 예시된 바와 같이 중심 통로(86)에 삽입된다. 맨드릴 로드의 팁은 성형 섹션(89)과 출구 섹션(88)의 상류 단부 사이의 접합부에 또는 그 가까이에, 이 경우 성형 섹션으로부터 출구의 바로 상류에 놓인다. 사용 중에, 과열된 증기는 성형 섹션에서 튜브형 구성으로 섬유들을 경화시키기 위해, 예시된 다른 실시예들을 참조하여 설명된 바와 같이, 공급 라인으로부터 애퍼처들(83)을 통해 하우징(81)으로 통과될 수 있다. 도 6d의 실시예의 더 긴 입구 섹션은 맨드릴 둘레에 섬유들을 형성하는 데 더 많은 시간을 허용하고, 더 균일한 튜브형 구조를 초래할 수 있다. 성형 섹션의 상류에 있는 입구 섹션에 부가적인 수축부의 제공은 섬유들의 압축을 용이하게 하고 입구 섹션의 길이를 따라 더 균일하게 압축력들을 분배한다. 입구 섹션을 통한 섬유 다발의 통과는 입구 섹션의 2 개의 콘형 섹션들 사이의 부가적인 도관들을 통해 상류 수축부(100)에 또는 그 가까이에 증기의 도입에 의해 더 용이해 진다. 성형 섹션의 상류인 이 지점에서 섬유들에 도입된 증기는 성형 스테이지 전에 섬유들을 예열 및 가소화하고 성형 섹션으로의 진입 전에 다발을 윤활화하고, 이에 의해 항력을 감소시킨다.

증기 챔버의 내부 벽의 바로 하류에 성형 섹션의 위치결정은, 로드가 성형 섹션에서 경화된 직후 냉각되는 것을 보장하고, 이는 로드에 안정성을 제공하고 다이를 통한 형성된 로드의 인출을 용이하게 한다. 도관들(92)의 각도들의 하류 배향은 증기 제트들을 장비를 통한 섬유들의 이동 방향으로 지향시키고, 이는 다이 조립체를 통해 로드를 전진시키는 것을 돕는다. 4 개의 도관들(92)이 다이를 통한 섬유들의 다발의 이동 방향에 대해 40°이기 때문에, 도관들로부터 나오는 증기의 제트들은 하류 방향으로 섬유들에 힘들을 인가하고, 섬유들의 다발이 다이를 통과할 때 섬유들의 다발에 대해 반대인 상류 방향으로 상대적으로 힘을 거의 인가하지 않거나 아예 인가하지 않는다. 하류 방향으로 섬유들에 압축력의 인가는, 특히 섬유들이 용융 취입 프로세스에 의해 제조될 때, 완성된 로드의 탄성을 개선시킨다.

출구 섹션(88)은 성형 섹션보다 더 큰 단면적을 가지므로, 성형 섹션으로부터 나오는 경화된 섬유 로드는, 출구 섹션을 통과할 때 통로(26)의 내부 벽들과 대체로 접촉하지 않는다. 그러므로, 이 실시예에서, 로드는 출구 섹션을 더 빠르게 냉각 및 안정화할 수 있다.

장비 사용 및 동작 및 제조 프로세스

섬유 재료의 로드들을 제조하기 위한 연속 제조 프로세스에서 장비의 사용이 이제 설명될 것이다. 대략적으로 설명된 프로세스는 섬유들을 세장형 다발로 수집하고, 다발을 섬유들의 다발에 대해 원하는 원주 프로파일을 규정하는 수축부를 통해 전진시키고, 그리고 섬유들을 다발로 수집하는 수축부의 바로 근처에서, 그리고 또한 섬유들의 다발이 다이를 통해 통로의 출구를 향해 전진됨에 따라 다발의 이동 방향에 반대되지 않는 방향으로 섬유들을 경화시키기 위해 처리 유체를 다발에 도입하는 것을 포함한다.

섬유 공급 모듈(1)에서, 용융 취입 헤드(10)는 용융된 폴리머 및 뜨거운 가스가 공급된다. 용융된 폴리머는 제트들의 어레이(13)를 통해 액체로서 나오고 뜨거운 공기에 의해 얇은 스트림들로 취입되어 작은 직경 섬유들(15)을 형성하도록 고형화되고 가스 스트림에 혼입된다.

용융 취입 헤드는 단일 폴리머 재료의 단일-성분 섬유들 또는 상이한 폴리머로 형성된 외장에 감싸진 제1폴리머로 형성된 코어를 가진 이-성분 섬유들을 제조하도록 구성될 수 있다. 튜브형 필터 로드들의 제조을 위해, 단일-성분 섬유들은 선택적으로 폴리머의 특성을 수정하기 위한 다른 재료들, 예컨대 가소제, 이를테면 트리아세틴을 포함하는, 예컨대 폴리에스테르, 폴리아미드, 에틸 비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올 또는 셀룰로스 아세테이트로 형성될 수 있다. 이-성분 섬유들은 선택적으로 트리아세틴 가소제를 포함하는, 예컨대 폴리프로필렌의 코어 및 셀룰로스 아세테이트의 외장을 가진 호환가능 폴리머들의 임의의 조합으로 형성될 수 있다.

공기를 취입 가스로 사용하여, 다이 헤드는 통상적으로 컨베이어 벨트(29)의 상부 런 위 25-65 cm에 위치결정되고 250-350℃, 예컨대 300-320℃의 공기 온도, 500-600 입방 피트 또는 분당 14,000-17,000 리터의 공기 흐름 속도, 및 분당 제트 홀당 0.3-0.5 그램의 폴리머 처리량으로 동작된다. 결과적인 섬유들은 통상적으로 5-10 미크론, 예컨대 약 7 미크론의 직경을 가지며 5-10 mm, 예컨대 7 내지 9 mm, 예컨대 약 8 mm(특히 7.7 mm)의 외부 직경, 1 내지 6 mm, 예컨대 2 내지 5 mm의 내부 직경 및 로드의 밀리미터 길이 당 5 mg, 통상적으로 8 내지 12 mg/mm, 예컨대 약 10 mg/mm의 중량을 가진 튜브형 필터 로드(5)를 형성하기 위해 수집될 수 있다.

가스 스트림 및 혼입된 섬유들(15)은 컨베이어(24)로 지향되고, 섬유들은 컨베이어 벨트(29)의 상부 런 상에 얽힌 매트로 함께 수집된다. 컨베이어(24)는 도 2에 보여진 바와 같이 반시계 방향들로 벨트(29)를 이동시키도록 동작되고, 이에 의해 섬유들을 가스 스트림 밖으로 그리고 성형 모듈(3)을 향해 하류로 이동시킨다.

수집된 섬유들의 결과적인 웹(30)은 성형 콘(50) 내로 그리고 이를 통해 연속으로 끌어 당겨진다. 도 7a는 섬유들(15)이 성형 콘(50)에 진입하기 직전에 섬유들(15)의 웹의 일반적인 직사각형 단면 형상을 예시한다. 예컨대, 웹은 폭이 150 mm이고 두께가 20 mm이거나 "로프트(loft)"일 수 있다. 웹이 성형 콘을 통해 이동할 때, 섬유들(15)은 점점 원통형 형상의 다발(32)로 안내 및 압축된다. 도 1에서 섹션 라인(7B)에 의해 표시된, 콘(50)을 통한 약 절반 지점에서 웹의 단면 형상은 도 7b에 개략적으로 예시된다. 이 지점에서, 웹이 성형 콘을 통해 전진할 때, 웹의 길이방향 에지들은 성형 콘의 중심 축을 향해 압축되고, 그리고 섬유들은 원형 방사상 단면을 가진 튜브형 출구(57)에 접근할 때 분할기 리브(59)의 양측 및 아래 상에 놓이도록 복잡한 폴딩 동작으로 측방향 및 수직방향으로 서로를 향해 그리고 이를 통해 이동된다.

성형 콘 내에서, 다발 내의 섬유들의 밀도는 입구에서의 비교적 낮은 밀도로부터 출구(57)에서의 더 높은 밀도로 콘의 축을 따라 점진적으로 증가한다. 다발의 단면 밀도는 균일하지 않다. 다발의 길이를 따라 각각의 지점에서, 섬유 밀도는 다발의 중심에서 보이드 또는 낮은 밀도 지역으로부터 다발의 주변에서 더 높은 밀도 지역으로 방사상 방향으로 증가한다.

섬유들의 웹이 성형 콘을 통해 전진할 때, 분할기 리브(59)는 다발의 길이를 따라 갈라진 틈(35)을 형성하기 위해 다발의 상부 부분에서 섬유들을 분리한다. 예시된 실시예에서, 분할기 리브는 최대 다발의 중심까지 그리고 약간 넘어 침투하는 갈라진 틈을 형성하고, 이는 다발의 직경의 50 내지 60%, 예컨대 약 55%의 갈라진 틈의 깊이를 만든다.

도 7c에 예시된 바와 같이, 섬유들(15)의 다발이 성형 콘의 출구 연장 피스(58)로부터 나올 때, 다발의 엔벨로프는, 웹이 성형 콘에 진입할 때 웹의 폭의 약 15-25%, 예컨대 약 20%의 직경을 가진 형상의 원통형이고 그 길이를 따라 갈라진 틈(35)이 형성된다.

이어서, 다발은 성형 콘로부터 맨드릴 조립체(60)로 하류로 통과한다. 도 7d는 섬유들(15)의 다발이 맨드릴 조립체에 진입할 때 다발의 구성을 하류에 보았을 때를 개략적으로 예시하고, 다발의 엔벨로프는 파선으로 표시된다.

분할기 플레이트(78)는 성형 콘에서의 분할기에 의해 상류에서 섬유들의 다발에 형성된 갈라진 틈(35)과 정합하고, 그리고 섬유들이 분할기 플레이트의 양측 및 아래를 통과할 때 갈라진 틈을 개방으로 유지한다. 상부 맨드릴 로드(73a)의 팁 상의 보스(76)는 다발의 중심에서 섬유들의 개방 이동을 개시하여, 다발의 중심에 삽입되고 섬유들을 확장하여 섬유들의 다발에 중심 축 통로(36)를 형성하는 상부 맨드릴 로드(73a)에 대한 길을 만든다.

다발이 분할기 플레이트(78)로부터 하류의 상부 맨드릴 로드를 통해 하부 맨드릴 로드(73b)로 전진함에 따라, 섬유 다발의 갈라진 틈은 맨드릴 둘레에서 폐쇄되기 시작하고 섬유들은 도 7e에 예시된 바와 같이, 하부 맨드릴 로드(73b)의 더 넓은 직경 세그먼트 둘레에 연속적인 주변 층을 형성한다. 이 지점에서, 중심 통로(36)는 완성된 튜브의 원하는 내부 직경보다 더 큰 직경, 예컨대 10%, 15%, 20%, 또는 30% 더 큰 직경을 가진다.

다발이 맨드릴 지지부(72) 및 케이싱(71) 밖으로 다이 조립체(80)를 향해 하류로 전진함에 따라, 다발은 상부 맨드릴 로드의 더 넓은-직경 세그먼트(73b)로부터 완성된 튜브형 로드의 원하는 내부 직경에 대응하는 직경을 가진 하부 맨드릴 로드의 더 작은-직경 세그먼트(73c)로 통과한다. 다발이 다이(84)에 접근하여 진입함에 따라, 다이(84)의 테이퍼링된 소켓(85)은 맨드릴의 하류 세그먼트(73c) 둘레의 섬유들의 다발을 압축하여, 갈라진 틈의 폐쇄를 완료하고 완성된 튜브의 원하는 외부 직경에 대응하는 외부 직경을 갖는 맨드릴 주위에 튜브형 구조를 제조한다. 도 7f는 다이의 소켓(85)으로의 진입 지점에서 섬유들의 다발의 구성을 예시하고, 그리고 도 7g는 맨드릴의 하류 단부를 통과한 이후 다이(84)의 바로 하류의 튜브형 로드의 구성을 예시한다. 통상적으로, 로드의 외부 직경은 도 7e에 예시된 맨드릴 조립체의 하류 단부에서의 섬유들의 다발의 직경의 10-20%, 예컨대 15%일 것이다. 다이로부터 나오는 튜브형 구조는 완성된 제품의 원하는 내부 및 외부 직경들을 가진다. 내부 및 외부 직경들의 상이한 크기들 및 상이한 조합들의 튜브들은 상이한 직경들의 맨드릴들과 조합하여 상이한 내부 직경들의 다이들을 사용하여 제조될 수 있다.

다발이 맨드릴에 의해 지지되는 동안 다이 조립체(80)를 통해 이동함에 따라, 다발은 예컨대 150-200°C 범위의 온도로 증기를 가열함으로써 생성된 과열된 증기와 함께, 압력, 예컨대 1-3 바아, 통상적으로 약 1.5 바아의 압력 하에서 접촉된다. 이런 처리는 섬유들이 이들 접촉 지점들에서 함께 본딩되게 하고, 이에 의해 도 7g에 예시된 바와 같이 튜브형 로드(5) 형태의 본딩된, 자체-지지 구조를 형성한다.

도 5d 및 도 5e에 따라 구성된 맨드릴 조립체가 사용되면, 처리 유체는 맨드릴(73)로 통과하고, 섬유 다발이 맨드릴을 통과하고 다발이 맨드릴 둘레를 폐쇄됨에 따라, 섬유 다발에 적용될 수 있고, 이에 의해 섬유들의 다발을 사전-컨디셔닝하고 하부 맨드릴 로드(73b)가 다이(84)에 진입할 때 하부 맨드릴 로드(73b) 둘레의 압축을 용이하게 한다.

이어서, 도 7f에 예시된 바와 같이, 로드(5)는 로드로부터 과잉의 물을 제거하기 위해, 맨드릴로부터, 그리고 이어서 추가 프로세싱 장비, 예컨대 공기 블록을 통해, 그리고 로드를 원하는 길이의 연속적인 튜브형 세그먼트로 자르는 커팅 머신을 통해 인출될 수 있다.

본원에 개시된 프로세스의 실시예들에서, 섬유들은 완성된 제품에 요구되는 밀도로 다이에서 압축되고 제품의 원하는 안정성을 유지하도록 곡선화된다. 이것은 다이의 수축부를 통해 섬유들을 통과시키고, 섬유들의 압축 및 경화를 용이하게 하기 위해, 섬유들을 수축부 바로 근처의 섬유들의 다발로 경화시키기 위한 증기 또는 다른 처리 유체를 도입함으로써 달성된다. 섬유 다발과 동일한 이동 방향으로 또는 이에 대해 90°보다 크지 않은 각도로 유체의 도입은 또한 섬유들의 다발을 압축 및 형상화하고 수축부를 통한 섬유들의 이동을 용이하게 한다. 90°보다 상당히 더 큰 방향들에서, 다발에 의해 섬유에 가해지는 힘의 성분은 수축부를 통한 섬유 다발의 이동에 반대일 것이고 섬유 다발의 압축 및 형상화를 반대할 것이다. 이 지점에서 유체의 도입은 섬유들을 경화시키는 것 뿐만 아니라, 수축부에서 수축을 용이하게 하여, 막힘들을 회피시킨다. 처리 유체와 함께, 유체 다발이 다이 조립체를 통과할 때 열 및 압축 에너지가 섬유들에 인가되는 조건들은 다이 조립체의 설계에 의해 제어될 수 있다. 특히, 입구 섹션, 성형 섹션 및 출구 섹션의 구성은, 있다면, 사용된 섬유들에 열의 최적 전달을 위한 일상적인 실험에 의해 가변 및 선택될 수 있다.

튜브들의 형성을 위해, 튜브형 구조가 형성될 수 있는 중심 지지부를 형성하기 위해, 맨드릴은 섬유 다발의 중심에 도입될 수 있다. 맨드릴은, 다발이 통과할 때 처리 유체를 섬유 다발에 전달하기 위한 통로를 포함할 수 있다. 본원에 설명된 실시예들에서, 맨드릴을 통과하기 전에 섬유 다발에 갈라진 틈의 형성은 튜브형 구성으로 섬유들의 이동을 제어 및 안정화하여, 튜브형 구조의 형성을 용이하게 하고, 튜브형 구조의 붕괴 발생률을 감소시킨다.

Claims

섬유들의 다발(bundle)을 로드(rod)로 형성하기 위한 다이 조립체(die assembly)로서,
상기 다이 조립체는:
다이(die)로서, 입구로부터 출구로 상기 다이를 통해 상기 섬유들의 다발을 전달하기 위한 통로를 규정하는 본체, 상기 다발이 상기 다이를 통과할 때 다발의 섬유들을 원하는 구성으로 형성하도록 형상화되며 상기 입구에 또는 그 하류에 진입부를 가진 상기 통로 내의 수축부, 및 상기 수축부에 대한 진입부 바로 근처에 그리고 상기 다이를 통한 상기 섬유들의 다발의 이동 방향과 반대되지 않는 방향으로 가열된 처리 유체를 배출하도록 배열되는 상기 본체 내의 적어도 하나의 도관을 가지는, 다이; 및
가열된 처리 유체가 도입되는 챔버를 규정하는 하우징을 포함하고,
상기 챔버는, 상기 가열된 처리 유체로부터의 열이 상기 챔버로부터 상기 다이의 본체를 통해 상기 통로로 전도되도록 구성되고,
상기 본체 내의 상기 적어도 하나의 도관은, 상기 챔버와 상기 챔버로부터 상기 통로로 상기 가열된 처리 유체의 도입을 위한 상기 통로 사이에서 연통하고,
상기 통로 내로 도입되는 처리 유체로부터의 열과, 상기 챔버 내의 처리 유체로부터의 열 그리고 상기 다이의 본체를 통해 전도된 열은, 상기 통로 내로 도입되는 상기 섬유들의 다발을 경화시키는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항에 있어서,
상기 도관은 상기 다이를 통한 상기 섬유들의 다발의 이동 방향에 대해 90°보다 크지 않은 방향으로 상기 유체를 상기 통로로 지향시키도록 배열되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 통로는 상기 통로에 대한 입구를 포함하는 입구 섹션, 및 상기 수축부를 포함하는 성형 섹션을 포함하고, 그리고 상기 수축부에 대한 진입부는 상기 입구 섹션과 상기 성형 섹션 사이의 접합부에 있는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제3 항에 있어서,
상기 본체 내의 상기 적어도 하나의 도관은, 상기 수축부에 대한 진입부 바로 하류에 있는 상기 성형 섹션 내로 가열된 처리 유체를 배출하도록 배열되고,
가열된 처리 유체가 내부로 도입되는 상기 챔버는, 가열된 처리 유체로부터의 열이 상기 챔버로부터 주로 상기 성형 섹션 그리고 상기 입구 섹션의 일부로 전도되도록 구성되고,
상기 다이의 상기 본체를 통해 상기 입구 섹션 및 상기 성형 섹션으로 전도된 처리 유체로부터의 열은, 상기 통로 내로 도입되는 섬유들의 다발을 경화시키는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 통로는 상기 수축부를 향해 테이퍼링되는 입구 섹션을 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 통로는, 상기 통로의 출구를 포함하고 상기 수축부를 포함하는 상기 통로의 섹션과 연통하는 출구 섹션을 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제6 항에 있어서,
상기 출구 섹션은 상기 수축부에 의해 규정된 원주 프로파일보다 더 큰 원주 프로파일을 규정하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 다이는, 열이 상기 통로의 인접한 섹션들에 선택된 비율들로 전달되도록 상기 챔버로부터 상기 다이의 본체를 통해 상기 통로로 열을 전도하도록 구성되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제8 항에 있어서,
주로 상기 수축부를 포함하는 상기 통로의 섹션을 통해 상기 통로로 열을 전달하도록 구성되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제8 항에 있어서,
주로 상기 수축부 및 상기 입구를 포함하는 상기 통로의 섹션들을 통해 상기 통로로 열을 전달하도록 구성되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제8 항에 있어서,
주로 상기 수축부 및 상기 출구를 포함하는 상기 통로의 섹션들을 통해 상기 통로로 열을 전달하도록 구성되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제8 항에 있어서,
상기 다이의 섹션들의 상대적 길이들은 원하는 비율들로 상기 섹션들에 열 전달을 제공하도록 선택되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
섬유들의 다발을 튜브로 형성하기 위해 상기 섬유들의 다발의 경로에 위치결정되도록 구성된 맨드릴(mandrel)을 더 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 맨드릴은 상기 다이에 인접한 맨드릴 조립체에 장착되고 상기 맨드릴 조립체로부터 상기 다이의 통로로 돌출하도록 구성되고, 그리고 상기 맨드릴 조립체는 상기 섬유들의 다발을 상기 맨드릴 상으로 그리고 상기 다이의 통로 내부로 지향시키도록 구성되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 다이 내 수축부는 상기 맨드릴과 상기 통로의 벽들 사이에 형성되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제13 항에 있어서,
상기 맨드릴은, 섬유 다발이 상기 맨드릴을 통과할 때 처리 유체를 상기 섬유 다발에 전달하기 위한 도관을 규정하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제16 항에 있어서,
상기 맨드릴 내 도관은 상기 맨드릴을 통한 상기 다발의 이동 방향에 반대되지 않는 방향으로 상기 맨드릴 상의 섬유 재료의 다발에 처리 유체를 전달하도록 배열되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제17 항에 있어서,
상기 맨드릴 내 도관은 상기 다발의 이동 방향에 대해 예각으로 유체를 상기 섬유 다발에 배출하도록 배열되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
유체가 통로 내의의 섬유들을 처리하기 위해 상기 통로에 도입될 수 있는 상기 다이 내의 추가 도관들을 포함하고, 상기 추가 도관들은 상기 수축부의 상류에 있는 통로의 입구 섹션에 유체를 배출하도록 구성 및 배열되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
제19 항에 있어서,
상기 입구 섹션은 상류 섹션 및 더 작은 단면적의 하류 섹션을 포함하고, 상기 추가 도관들은 상기 상류 섹션과 상기 하류 섹션 사이의 접합부 근처의 통로에 유체를 배출하도록 구성 및 배열되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 다이 조립체.
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비로서,
수집 장비로서, 섬유들의 연속적인 공급을 수용하고 상기 섬유들이 상기 장비를 통해 전진할 때 상기 섬유들을 다발로 수집하도록 구성되는, 수집 장비, 및
상기 섬유들의 다발을 수용하고 상기 다발을 로드로 형성하도록 배열된 제1 항 또는 제2 항에 따른 다이 조립체를 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비.
제21 항에 있어서,
상기 장비를 통해 상기 섬유들의 다발의 경로에 배열되고 상기 다발이 맨드릴을 향해 전진함에 따라 상기 다발의 길이를 따라 갈라진 틈을 형성하도록 구성된 분할기를 더 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비.
제22 항에 있어서,
상기 섬유들의 다발을 수용하기 위한 입구, 상기 섬유들의 웹(web)이 다발로서 인출될 수 있는 출구를 가지며 그리고 상기 입구와 상기 출구 사이에 테이퍼링 구성의 길이방향으로 연장되는 통로를 규정하는 성형 원뿔을 더 포함하고, 상기 분할기는 상기 입구와 상기 출구 사이에서 연장되는 상기 성형 원뿔의 통로에 돌출부를 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비.
제22 항에 있어서,
상기 맨드릴은 상기 섬유들의 다발을 수용하도록 구성된 튜브형 케이싱에 장착되고, 상기 분할기는 상기 맨드릴을 상기 케이싱에 연결하는 지지부를 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비.
제21 항에 따른 섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위한 장비에, 섬유들의 다발을 공급하기 위한 장치로서,
용융 취입 헤드로서, 용융된 폴리머 재료가 입구 매니폴드(manifold)를 통해 상기 용융 취입 헤드 내로 공급되고 그리고 용융된 폴리머 재료가 다수의 연속적인 작은 직경 섬유들을 형성하도록 고형화되는 용융된 폴리머의 얇은 스트림들의 형태로 상기 용융 취입 헤드로부터 제트(jet)들의 어레이를 통해 나오게 되는, 용융 취입 헤드, 및
섬유들의 다발을 로드로 형성하기 위해 섬유들을 수용하고 상기 섬유들을 상기 장비로 전달하도록 상기 용융 취입 헤드의 수직 아래에 있는 섬유 수집 모듈을 포함하는,
섬유들의 다발을 공급하기 위한 장치.
입구로부터 출구로 다이를 통해 섬유들의 다발을 전달하기 위한 통로를 규정하는 본체, 및 상기 본체 내의 적어도 하나의 도관을 가진 상기 다이를 포함하는 다이 조립체에서, 섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법으로서,
상기 방법은 섬유들을 세장형 다발로 수집하는 단계, 상기 다발을 상기 섬유들의 다발에 대해 원하는 원주 프로파일을 규정하는 상기 통로 내의 수축부를 통해 전진시키는 단계, 및 상기 섬유들이 상기 수축부에 진입할 때 상기 섬유들의 다발을 경화시키기 위해, 상기 적어도 하나의 도관을 통해 상기 통로로 가열된 처리 유체를 도입하는 단계를 포함하고, 상기 가열된 처리 유체는, 상기 섬유들의 다발이 상기 다이를 통해 전진되는 방향과 반대되지 않는 방향으로 상기 통로에 도입되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제26 항에 있어서,
상기 가열된 처리 유체는 증기, 수증기 또는 가열된 가스 또는 증기인,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제26 항 또는 제27 항에 있어서,
상기 다이 조립체는 챔버를 규정하는 하우징을 더 포함하고, 그리고 상기 적어도 하나의 도관은 상기 챔버와 상기 통로 사이에서 연통하고,
상기 방법은, 상기 챔버 내의 상기 가열된 처리 유체로부터의 열이 상기 다이의 상기 본체를 통해 상기 통로로 전도되도록 상기 가열된 처리 유체를 상기 챔버에 도입하는 단계를 포함하고, 그리고 상기 적어도 하나의 도관을 통해 상기 통로로 도입되는 상기 가열된 처리 유체는 상기 챔버로부터 상기 적어도 하나의 도관을 통과하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제26 항 또는 제27 항에 있어서,
맨드릴 둘레의 상기 섬유들의 다발을 튜브형 구성으로 폐쇄하는 단계, 및 상기 섬유들을 튜브형 로드로서 상기 맨드릴로부터 분리하는 단계를 더 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제29 항에 있어서,
상기 다발의 길이를 따라 갈라진 틈을 형성하기 위해 상기 세장형 다발의 수집된 섬유들을 나누는 단계, 상기 맨드릴을 상기 갈라진 틈에 도입하는 단계, 상기 맨드릴 상에 지지되는 동안 상기 수축부를 통해 상기 다발을 전진시키는 단계, 및 상기 섬유들의 경화된 다발을 튜브형 로드로서 상기 맨드릴로부터 제거하는 단계를 더 포함하는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제29 항에 있어서,
가열된 처리 유체는 상기 맨드릴을 통해 상기 다발로 도입되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제26 항 또는 제27 항에 있어서,
상기 섬유들은 섬유 재료의 공급 원료로부터 공급되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제26 항 또는 제27 항에 있어서,
상기 섬유들은 연속적인 제조 프로세스에 의해 공급되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.
제33 항에 있어서,
상기 섬유들은 용융-취입(melt-blowing) 프로세스에 의해 제조되는,
섬유들의 다발을 로드로 형성하는 방법.