KR102402510B1 - 섬유 재료의 튜브들을 형성하기 위한 방법들 및 장비 - Google Patents

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Abstract

섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비는, 섬유들의 연속 공급을 수용하고 섬유들이 장비를 통해 전진함에 따라 섬유들을 다발로 수집하도록 구성된 수집 스테이션; 장비를 통해 섬유들의 경로에 배열되고 섬유가 장비를 통해 전진할 때 다발의 길이를 따라 갈라진 틈으로부터 구성되는 분할기; 맨드릴 - 이 맨드릴은 분할기와 정렬된 섬유들의 다발의 경로에 위치결정되고 섬유들의 다발이 맨드릴 위로 전진함에 따라 섬유들의 다발을 통한 통로로 갈라진 틈을 형성하도록 구성됨 -; 및 맨드릴 주위에 튜브형 구성으로 섬유들을 형성하기 위해 맨드릴과 협력하도록 구성 및 배열되는 다이를 포함한다.

Description

섬유 재료의 튜브들을 형성하기 위한 방법들 및 장비{METHODS AND EQUIPMENT FOR FORMING TUBES OF FIBROUS MATERIAL}
본 특허 명세서는 섬유 재료의 튜브들, 특히 시가렛들(cigarettes)에 사용하기 위한 튜브형 필터 로드(rod)들을 형성하기 위한 방법들 및 장비에 관한 것이다.
섬유 재료의 튜브형 로드는 섬유들을 세장형 다발(bundle)로 수집하고(gather), 맨드릴(mandrel) 둘레의 다발의 섬유들을 튜브형 구성으로 형성하고, 그리고 결과적인 섬유들을 중심 축 통로를 갖는 튜브형 로드로서 맨드릴로부터 분리함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 섬유들의 다발이 연속적인 프로세스에서 맨드릴 둘레에 형성되는 경우, 다발은 때때로 다발 내의 밀도 섬유들의 변동들로 인해 맨드릴과 오정렬 되게 될 수 있고, 그 결과 중심 통로의 축은 튜브의 중심 축과 오정렬되고, 따라서 튜브의 벽 두께는 균일하지 않거나, 튜브형 구성은 완전히 붕괴된다. 이어서, 프로세스 및 장비는 중단되고 재시작되어야 하고, 이는 제조 지연들 및 부가적인 비용들을 유발한다. 이것은, 특히 섬유들의 다발이 낮은 밀도 섬유들의 공급 원료로부터 수집되거나, 튜브들이 더 높은 속도들로 형성되는 경우 발생한다.
(특허문헌) 미국 특허공보 US 3684662 (1972.08.15.)
일 실시예에서, 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법은, 섬유들을 세장형 다발로 수집하는 단계, 다발의 길이를 따라 갈라진 틈(cleft)을 형성하기 위해 섬유들을 분할하는 단계, 맨드릴을 갈라진 틈으로 도입하는 단계, 튜브형 구성으로 다발의 섬유들을 맨드릴 주위에 폐쇄시키는 단계, 및 튜브형 로드로서 맨드릴로부터 섬유들을 분리시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 섬유 재료의 튜브형 로드를 제조하기 위한 연속 제조 프로세스는 섬유들을 다발로 수집하는 단계, 방사상 갈라진 틈을 형성하기 위해 다발 전진들의 길이를 따라 섬유들을 분할하는 단계, 리세스에 위치결정된 맨드릴 위로 다발을 전진시키는 단계, 맨드릴 주위의 다발의 섬유들을 폐쇄하는 단계, 안정적인 튜브형 구성을 형성하도록 다발을 처리하는 단계, 및 다발을 맨드릴로부터 제거하는 단계를 포함한다.
섬유들의 다발의 처리는, 예를 들어 섬유들의 다발에 대해 원하는 원주 프로파일을 규정하는 수축부를 통해 다발을 전진시키는 것, 그리고 섬유들이 수축부에 진입함에 따라 다발에 도입된 섬유들을 경화시키기 위해 처리 유체를 도입하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비는, 섬유들의 연속 공급을 수용하고 섬유들이 장비를 통해 전진함에 따라 섬유들을 다발로 수집하도록 구성된 수집 장비; 장비를 통해 섬유들의 경로에 배열되고 섬유가 장비를 통해 전진할 때 다발의 길이를 따라 갈라진 틈으로부터 구성되는 분할기; 맨드릴-이 맨드릴은 분할기와 정렬된 섬유들의 다발의 경로에 위치결정되고 섬유들의 다발이 맨드릴 위로 전진함에 따라 섬유들의 다발을 통한 통로로 갈라진 틈을 형성하도록 구성됨-; 및 맨드릴 주위에 튜브형 구성으로 섬유들을 형성하기 위해 맨드릴과 협력하도록 구성 및 배열되는 다이를 포함한다.
일 실시예에서, 다이는 관통하는 중심 통로를 가지며, 맨드릴은 다이와 맨드릴 사이에 환형 공간을 규정하기 위해 중심 통로 내에 장착된 로드를 포함한다.
장비는 튜브형 구성의 섬유들을 경화 또는 고정하도록 구성 및 배열된 처리 장비를 더 포함할 수 있다. 처리 장비의 구성은 섬유 재료의 성질 및 섬유들의 다발의 최종 형태를 고정시키는 데 사용되는 기법에 따라 가변할 것이다. 예컨대, 섬유들은 열의 인가에 의해 연화될 수 있는 열가소성 재료로 형성될 수 있고, 이는 섬유들이 자신의 접촉 지점들에서 함께 융합하게 한다. 그런 섬유들로, 처리 스테이션은 맨드릴 상에 지지되는 동안 섬유들에 열을 인가하도록 구성된다. 이 목적을 위해, 처리 스테이션은 그를 통한 섬유들의 통과를 수용하도록 구성된 증기 챔버를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 처리 스테이션은, 처리 유체가 도입될 수 있는 챔버를 규정하는 하우징을 포함하고, 다이는 하우징 내에 위치결정되고 다이에는 챔버로부터 섬유들로 처리 유체를 전달하기 위한 하나 이상의 도관들이 제공된다.
맨드릴의 도입 전에 섬유 다발에 갈라진 틈이 형성되면 튜브의 형성이 용이해지고, 섬유들의 다발과의 맨드릴의 오정렬의 결과로서의 파손 위험이 줄어든다.
갈라진 틈은 다발을 별도의 부분들, 예를 들어 2 개의 별개의 다발로 분할할 수 있거나, 또는 대안적으로 틈새는 다발을 통해 부분적으로, 예를 들어 주변으로부터 다발의 중심을 향해 반경 방향으로, 예를 들어 다발의 두께를 통해 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 % 또는 80 % 연장하는 오목부의 형태일 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. 이어서, 이들 방식들 중 임의의 방식으로, 또는 다른 프로세스에 의해 제조되는 얽힌 섬유들(entangled fibres)의 웹은 본원에 개시된 방법 또는 장비를 사용하여 세장형 다발로 수집될 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. 크림프는 섬유들로부터 완전히 제거되지 않는다. 섬유들의 크림핑 정도는 토우 재료에 탄성을 제공하고, 이는 원하는 형상, 이를테면 로드 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 고온 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, 용융 취입된 섬유들은 필수적으로 선형이고, 크림핑되지 않는다. 그러므로, 용융 취입된 섬유들의 다발은 비교적 낮은 탄성을 가지며 개별 섬유들은 더 부서지기 쉬운 경향이 있다. 용융 취입된 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 웨브로의 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. 용융 취입된 섬유들에 대해, 가소제는 보통 섬유들을 형성하는 폴리머 재료에 통합되고 폴리머를 연화 또는 용융하기에 충분한 열을 섬유들에 인가하여 분리된다.
일 실시예에서, 수집 스테이션 또는 장비는 이 분야의 장비에서 전형적으로 사용되며 성형 콘(cone)으로 알려진 구조일 수 있다. 성형 콘은 예를 들어, 섬유들을 수용하기 위한 입구와 섬유들의 웹이 다발로서 인출될 수 있는 출구 사이에서 테이퍼링 구성의 종 방향 연장 통로를 규정하는 구조를 포함할 수 있다.
분할기는 맨드릴의 상류에 있는 장비를 통해 섬유들의 경로에 장착된 벽, 핀, 블레이드, 플라우(plough) 또는 다른 포메이션을 포함할 수 있다. 분할기는 다발 섬유들에서 갈라진 틈의 형성을 용이하게 하기 위해 그의 상류 단부에서 성형될 수 있다. 예를 들어, 분할기는 섬유들의 다발에 만곡되거나 V자 형상 면 또는 에지를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 분할기는 성형 콘에 위치결정된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 분할기는 입구와 출구 사이에서 연장되는 성형 콘의 통로에 벽을 포함한다.
일 실시예에서, 섬유들의 웹을 형성하기 위한 장비는 섬유들의 웹을 수용하기위한 입구, 섬유들의 웹이 다발로서 인출될 수 있는 출구를 가지며 입구와 출구 사이에서 테이퍼링 구성의 종방향 연장 통로를 규정하는 성형 콘을 포함하고, 성형 콘은 통로 내에 위치결정되며 섬유들의 다발에 길이 방향으로 연장하는 갈라진 틈을 형성하도록 출구를 가로질러 돌출하는 분할기를 갖는다.
장비는 성형 콘의 출구로부터 섬유들의 다발을 수용하기 위해 성형 콘의 출구와 정렬되어 위치결정되고 주위에서 중심 통로가 섬유들의 다발에 형성될 수 있는 맨드릴을 포함할 수 있다.
장비의 일 실시예에서, 맨드릴은 기계를 통해 섬유들의 다발의 경로 주위에 장착된 튜브형 케이싱에 장착된다. 맨드릴은 예를 들어 섬유들의 다발의 이동 방향으로 기다랗고 튜브형 케이싱의 축과 일치하거나 평행한 축을 따라 튜브에 장착되는 로드를 포함할 수 있다. 그러한 구성의 실시예에서, 분할기는 맨드릴을 튜브형 케이싱에 연결하는 지지부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 맨드릴은 섬유들의 다발이 맨드릴을 지나감에 따라 증기 또는 고온 수증기와 같은 처리 유체를 섬유들로 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 맨드릴에는 처리 유체의 도입을 위한 입구 및 맨드릴의 표면과 연통하는 출구를 갖는 통로가 제공될 수 있다.
본 명세서는 또한 섬유들을 기다란 다발로 수집하는 단계, 맨드릴 주위의 다발의 섬유들을 튜브형 구성으로 폐쇄하는 단계, 튜브형 로드로서 맨드릴로부터 섬유들을 분리하는 단계를 포함하고, 처리 유체가 맨드릴을 통해 다발로 도입되는, 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법을 개시한다.
본 명세서는, 섬유들의 다발이 맨드릴 위로 전진함에 따라 섬유들의 다발을 통한 통로를 형성하도록 구성된 맨드릴을 포함하고, 맨드릴에는 처리 유체의 도입을 위한 입구 및 맨드릴의 표면과 연통하는 출구를 갖는 통로가 제공되는, 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비를 더 개시한다.
맨드릴 주위의 로드 또는 튜브 내로의 섬유들의 포메이션은 처리 유체가 맨드릴 위로 다발의 이동 방향과 대향되지 않는 방향으로 도입된다면 용이해질 수 있거나 용이해진다. 예를 들어, 맨드릴의 통로는 유체를 일반적으로 방사상으로, 또는 일반적으로, 섬유들의 이동 방향에 직각으로, 이에 예각으로, 예를 들어 섬유들의 다발의 이동 방향에 90 도보다 상당히 크지 않은 각도로, 가능하게는 이동 방향으로 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 또는 80 도 방향으로 배출하도록 배열될 수 있다. 이들 구성들에서, 유체는 일반적으로 하류 방향으로 섬유 다발로 지향된다. 90도보다 약간 큰 각도로 지향될지라도 (예를 들어, 이동 방향으로 최대 95도), 유체 유동은 맨드릴 위의 섬유들의 다발의 이동에 크게 대향되지 않을 수 있고, 유체 스트림의 운동 에너지는 맨드릴 주위 및 그 위로의 섬유들의 다발의 압축 및 성형을 여전히 도울 수 있다. 90도보다 큰 방향으로, 예를 들어 100 내지 180도의 방향들에서, 유체에 의해 섬유들에 가해지는 힘의 성분은 맨드릴 위의 섬유 다발의 이동과 상당히 상반되게 될 것이며 섬유 다발의 압축 및 성형에 대향할 것이다.
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 처리 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 처리 조립체의 위 및 일 단부로부터의 분해 사시도이다.
도 6b는 화살표들(6B-6B)의 방향으로 도 6a의 조립체를 통한 수직 단면도이다.
도 7a 내지 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(web) 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. 고온 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 제트들의 어레이로부터 나올 수 있다. 고온 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.
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.
섬유 수집 모듈
섬유 수집 모듈(2)은 함께 용접 또는 볼트 결합된 금속 판들로 형성되고 지지 프레임(22)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 성형 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 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(28)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 증착 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 성형 모듈
성형 모듈(3)은 섬유들(15)의 다발을 중공 튜브(5)로 변형시키기 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 처리 조립체(80)를 포함한다. 성형 콘(50)은 수집 모듈(2)의 컨베이어(24)와 정렬하여 프레임(40)에 고정된다. 맨드릴 조립체(60) 및 처리 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 정의하고, 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)로부터 길이방향으로 출구(57)의 원통형 튜브를 통해 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 내측에 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 분할기의 연속부를 형성한다.
맨드릴 조립체
도 5a 내지 도 5b를 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 처리 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 처리 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 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 스레디드 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 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.
대안적인 맨드릴 조립체
장비에 사용하기 위한 대안적인 맨드릴 조립체(60)가 도 5d 및 도 5e를 참조하여 하기에 설명된다. 맨드릴 조립체(60)는 도 5a, 도 5b 및 도 5c를 참조하여 설명된 구조와 유사한 구조이며, 도면에서 유사한 부분들은 동일한 참조 번호들로 표시된다.
도 5d 및 도 5e의 맨드릴 조립체(60)에서, 맨드릴(73)은, 다발이 맨드릴을 통과함에 따라 가스 또는 액체 처리 유체, 예컨대, 증기 또는 수증기가 섬유 다발로 전달되게 할 수 있도록 변형된다. 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(92)와 연통하는 중심 통로를 가진 가스-기밀 연결부(90)를 포함한다. 보어(92)는 맨드릴의 중심 라인까지 방사상 하향으로 연장되고, 여기서 보어는 상부 맨드릴 로드(73a)의 중심 축방향 통로(94)와 연통된다. 축방향 통로(94)는 상부 맨드릴 로드의 하류 단부에서 스레디드 애퍼처로 연장된다. 하부 맨드릴 로드(73b)는 마찬가지로 상부 맨드릴 로드(73a)의 통로(94)와 정렬되는 중심 축 통로(95)가 제공된다. 축방향 통로(95)는 하부 맨드릴 로드의 상류 단부에서 스레디드 볼트(77)를 통해 연장되고 맨드릴의 테이퍼링된 중간 세그먼트(74)의 중심에서 종결된다. 중간 세그먼트(74)는 맨드릴(73) 상에 지지된 섬유에 처리 유체를 배출하기 위해 통로(95)를 하부 맨드릴 로드의 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 커넥터(90)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.
처리 유닛
맨드릴 조립체(60)의 하류에 위치결정된 처리 유닛(80)은 도 6a 및 도 6b에 보다 상세히 예시된, 당업자들에게 증기 블록으로 알려진 형태이다. 처리 유닛은, 섬유 다발이 자신의 최종 구성으로 형성되는 다이(84), 및 형상화된 섬유 다발을 경화시키기 위해 증기로 다이를 가열하고 섬유들을 처리하기 위한 구조적 컴포넌트들을 포함하는 다이 조립체이다.
조립체는 중공 입방형 챔버를 정의하는 하우징(81)을 포함하고, 하우징이 레일(43)의 하류 부분을 따라 앞뒤로 슬라이딩 이동하기 위해 장착될 수 있는 장착 브래킷(82)이 제공된다. 처리 유닛은 일렬의 볼트 홀들(44)에 의해 정의된 레일을 따라 몇몇 별개의 위치들 중 임의의 위치에 잠겨질 수 있다. 장착 브래킷(82) 상의 잠금 핀은 레일(43) 상의 선택된 포지션에 처리 유닛을 고정하기 위해 볼트 홀들과 맞물릴 수 있다.
하우징(81)의 측면들은 증기가 하우징 내로 도입될 수 있는 증기 커넥터들(도시되지 않음)을 수용하기 위한 애퍼처(83a)가 각각 제공된다. 하우징의 상류 및 하류 면들은 원통형 다이(84)를 지지하기 위한 애퍼처(83b)가 각각 제공된다. 다이(84)는 맨드릴(73)의 하류 세그먼트(73c)를 수용하고 맨드릴(73)과, 섬유들의 튜브의 원하는 환형 두께와 동일한 통로의 원통형 벽 사이에 환형 갭을 정의하기에 충분한 직경의 중심 축 통로를 가진 튜브형이다.
다이(84)의 원통형 벽은 외부 환경과 연통하는 다이의 중심 축방향 통로를 두는 통로들(89)이 제공된다. 다이의 상류 단부는 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 테이퍼링되는 콘 형태의 내부 표면을 가진 소켓(85)을 보유한다. 다이(84)는, 다이의 하류 단부(86)가 하우징의 하류 면의 애퍼처 밖으로 돌출하도록 하우징(81)에 설치될 수 있고, 소켓(85)은 하우징의 상류 면의 애퍼처(83)에 밀봉식으로 맞물림된다. 다이의 하류 단부를 수용하기 위한 중심 애퍼처(88)를 가진 밀봉 플레이트(87)는 하우징에 볼트 결합되고 O-링들에 의해 밀봉될 수 있다.
처리 유닛은, 제어 패널(42)로부터 제어되는 밸브(도시되지 않음)에 의해, 과열된 증기가 공급 라인으로부터 애퍼처들(83)을 경유하여 하우징(81)의 챔버를 통과할 수 있도록 구성 및 배열된다. 증기는 챔버로부터 다이(84)의 통로들(89)을 통과하고 맨드릴(75)의 하류 단부 상에 지지되는 섬유들과 접촉하여, 섬유들을 이들이 접촉 지점들에서 함께 융합되는 온도로 가열하고, 이에 의해 섬유들을 튜브형 구성으로 고정시킨다.
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.
장비 사용 및 동작 및 제조 프로세스
섬유 재료의 튜브형 로드들을 제조하기 위한 연속 제조 프로세스에서 장비의 사용이 이제 설명될 것이다. 대략적으로 설명된 프로세스는 섬유들을 다발로 수집하고, 방사상 갈라진 틈을 형성하기 위해 섬유들을 다발 전진들의 길이를 따라 나누고, 리세스에 위치결정된 맨드릴을 통해 다발을 전진시키고, 맨드릴 둘레의 다발의 섬유들을 폐쇄하고, 튜브형 구성으로 다발을 고정하기 위해 다발을 처리하고, 그리고 맨드릴로부터 다발을 제거하는 것을 포함한다.
섬유 공급 모듈(1)에서, 용융 취입 헤드(10)는 용융된 폴리머 및 고온 가스가 공급된다. 용융된 폴리머는 제트들의 어레이(13)를 통해 액체로서 나오고 고온 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 제1 폴리머로 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 분할에 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 처리 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 5d 및 도 5e에 따라 구조화된 맨드릴 조립체가 사용되면, 증기가 맨드릴(73) 내로 통과되어 섬유 다발이 맨드릴을 통과할 때 섬유 다발에 적용될 수 있고, 이에 의해 섬유들을 컨디셔닝하고 하부 맨드릴 로드(73b)가 다이(84)에 진입할 때 하부 맨드릴 로드(73b) 둘레의 압축을 용이하게 한다.
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 증기 블록을 통해 이동함에 따라, 다발은 압력, 예컨대, 1-3 바아, 통상적으로 약 1.5 바아의 압력에서, 예컨대, 150-200℃ 범위의 온도로 증기를 가열함으로써 생성된 과열된 증기와 접촉된다. 이런 처리는 섬유들이 자신의 접촉 지점들에서 함께 본딩하게 하고, 이에 의해 도 7g에 예시된 바와 같이 튜브형 로드(5) 형태의 본딩된, 자체-지지 구조를 형성한다.
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, 프로세스의 중요한 점은 튜브형 구조가 둘레에 형성될 중심 지지부를 형성하는 목적과 함께, 섬유 다발의 중심으로 맨드릴을 삽입하는 것이다. 맨드릴의 사용 시, 특히 프로세스가 고속으로 동작될 때, 섬유들 자체가 맨드릴 둘레에 균일하게 분포하지 않고, 비-튜브형 구조, 비-원통형 구조로 붕괴될 위험이 발생한다. 그러나, 본원에 설명된 실시예들에서, 섬유 다발이 맨드릴을 지나가기 전에 갈라진 틈이 형성되면 튜브형 구조로의 섬유들의 이동을 제어 및 안정화시키고, 튜브형 구조의 형성을 촉진하며 그리고 튜브형 구조의 붕괴 발생률들을 감소시킨다.

Claims (22)

  1. 섬유 공급 모듈(fibre supply module)에 의해 생산된 복수의 섬유들로부터 섬유 재료의 튜브형 로드(rod)를 형성하는 방법에 있어서,
    섬유들을 수집 장비를 통해 전진시키는 것에 의해 섬유들을 다발로 수집하는 단계로서, 상기 수집 장비는 성형 콘(forming cone)을 포함하고, 상기 성형 콘은 상기 성형 콘을 통해 전진함에 따라 섬유들의 다발의 길이를 따라 갈라진 틈(cleft)을 형성하기 위한 분할기(divider)를 포함하는, 섬유들을 다발로 수집하는 단계;
    상기 성형 콘의 출구로부터 섬유들의 다발을 수용하기 위해 그리고 섬유들의 다발 내에 중심 통로를 형성하기 위해, 상기 성형 콘의 하류에 있는 맨드릴(mandrel)을 포함하는 맨드릴 조립체를 위치결정시키는 단계; 및
    상기 맨드릴을 상기 성형 콘의 상기 분할기에 정렬시키기 위해, 상기 성형 콘에 대한 상기 맨드릴의 위치를 조정하는 단계를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 맨드릴(73)은 상기 맨드릴(73)을 지탱(carry)하는 분할기 플레이트(78)를 포함하는 맨드릴 지지부(72)를 포함하고, 상기 방법은 섬유들의 다발이 상기 맨드릴(73) 위로 전진함에 따라 상기 분할기(59)에 의해 다발 내에 형성된 갈라진 틈이 개방되어 있는 것을 유지하기 위해 상기 맨드릴의 상기 분할기 플레이트를 상기 성형 콘의 상기 분할기(59)에 정렬시키도록 상기 성형 콘에 대한 상기 맨드릴의 위치를 조정하는 단계를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 맨드릴 조립체는 레일(rail) 상에 슬라이딩 가능하게 장착되는 캐리지(carriage)를 포함하고, 상기 방법은 상기 맨드릴을 상기 레일을 따라 상기 성형 콘의 위치에 대해 길이 방향(longitudinal direction)으로 슬라이딩시키는 것에 의해 상기 맨드릴 조립체의 위치를 조정하는 단계를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 캐리지는 슬라이드 블록들을 포함하고, 상기 방법은 상기 성형 콘에 대한 상기 맨드릴의 수직 및 수평 위치를 조정하기 위해 상기 슬라이드 블록들을 횡방향(transverse direction)으로 이동시키는 단계를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 콘은 직사각형 상류 입구로부터 원통형 튜브를 포함하는 하류 출구로 연장하는 완만하게 테이퍼링(smoothly tapering)되는 중심 통로를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    튜브형 출구 연장 피스(tubular outlet extension piece)는 출구로부터 연장되고 그리고 출구와 축방향 정렬되는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 출구 연장 피스는, 상기 분할기의 연속부를 형성하기 위해 상기 분할기와 동일한 평면에 놓이고 동일한 반경 길이를 갖는 축방향 내부 리브(rib)로 형성되는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 성형 콘의 상기 분할기는, 상기 분할기가 상기 통로의 축을 향해 방사상으로 돌출하는 정도가 분할기의 전체 길이의 10 내지 20%의 거리에서 입구의 내측의 지점까지 분할기를 따라 완만하게 증가하도록 곡선화되는 상류 단부를 갖는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 분할기는 상기 지점으로부터 상기 성형 콘을 통해 상기 통로의 중심을 넘어서 연장하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 분할기는 출구의 직경의 50% 보다 더 큰 방사상 돌출부를 갖는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하는 방법.
  11. 섬유 공급 모듈(1)에 의해 생산된 복수의 섬유들로부터 섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비에 있어서,
    성형 콘을 포함하는 수집 장비(2)로서, 상기 성형 콘은 상기 섬유 공급 모듈(1)로부터 섬유들의 연속적인 공급을 수용하도록 구성되고 섬유들이 상기 성형 콘을 통해 입구로부터 출구까지 전진함에 따라 섬유들을 다발로 수집하도록 구성되며, 상기 성형 콘은 상기 성형 콘을 통해 전진함에 따라 다발의 길이를 따라 갈라진 틈을 형성하도록 구성되는 분할기를 포함하는, 수집 장비(2); 및
    상기 성형 콘의 하류에 있으며, 상기 성형 콘의 출구로부터 섬유들의 다발을 수용하기 위해 그리고 섬유들의 다발 내에 중심 통로를 형성하기 위해 맨드릴(73)을 포함하는 맨드릴 조립체(60)를 포함하고,
    상기 맨드릴은 자신의 위치가 상기 성형 콘의 상기 분할기의 위치에 대해 조정되는 것이 가능하게 장착되는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 맨드릴(73)은 상기 맨드릴(73)을 지탱(carry)하는 분할기 플레이트(78)를 포함하는 맨드릴 지지부(72)를 포함하고, 섬유들의 다발이 상기 맨드릴(73) 위로 전진함에 따라 상기 분할기(59)에 의해 다발 내에 형성된 갈라진 틈이 개방되어 있는 것을 유지하기 위해 상기 맨드릴의 상기 분할기 플레이트를 상기 성형 콘의 상기 분할기(59)에 정렬시키도록 상기 맨드릴은 자신의 위치가 조정될 수 있도록 장착되는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 맨드릴 어셈블리의 위치가 상기 성형 콘의 위치에 대해 길이 방향으로 조정될 수 있도록, 상기 맨드릴 조립체는 레일 상에 슬라이딩 가능하게 장착되는 캐리지를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 맨드릴의 수직 및 수평 위치가 상기 성형 콘에 대해 설정될 수 있도록 상기 캐리지의 횡방향으로의 이동을 가능하게 하기 위해 상기 캐리지는 슬라이드 블록들을 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  15. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 콘은 직사각형 상류 입구로부터 원통형 튜브를 포함하는 하류 출구로 연장하는 완만하게 테이퍼링되는 중심 통로를 포함하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  16. 제15 항에 있어서,
    튜브형 출구 연장 피스는 출구로부터 그리고 출구와 축방향 정렬로 연장하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 출구 연장 피스는, 상기 분할기의 연속부를 형성하기 위해 상기 분할기와 동일한 평면에 놓이고 동일한 반경 길이를 갖는 축방향 내부 리브로 형성되는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  18. 제12 항에 있어서,
    상기 성형 콘의 상기 분할기는, 상기 분할기가 상기 통로의 축을 향해 방사상으로 돌출하는 정도가 분할기의 전체 길이의 10 내지 20%의 거리에서 입구의 내측의 지점까지 분할기를 따라 완만하게 증가하도록 곡선화되는 상류 단부를 갖는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 분할기는 상기 지점으로부터 상기 성형 콘을 통해 상기 통로의 중심을 넘어서 연장하는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 분할기는 출구의 직경의 50% 보다 더 큰 방사상 돌출부를 갖는,
    섬유 재료의 튜브형 로드를 형성하기 위한 장비.
  21. 삭제
  22. 삭제
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