KR102649060B1 - 필라멘트의 압출 및 스펀본디드 패브릭의 제조를 위한 장치 - Google Patents

필라멘트의 압출 및 스펀본디드 패브릭의 제조를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

적어도 두 연속적인 열로 배열되며 필라멘트(2)가 형성되는 방사 용액을 압출하기 위한 압출 개구(4)를 갖는 복수의 압출 캐필러리(3) 및 적어도 압출 개구(4)의 영역에서 본질적으로 필라멘트(2)의 압출의 방향으로 향하는 가스 스트림을 제공하기 위한 가스 스트림 발생을 위한 복수의 수단(7, 8, 10)을 포함하고, 압출 캐필러리(3)는 베이스 플레이트(5)로부터 돌출되며 상기 베이스 플레이트(5)와 일체로 형성된 압출 칼럼(6)에 배열되는 필라멘트(2)의 압출을 위한 장치(1).

Description

필라멘트의 압출 및 스펀본디드 패브릭의 제조를 위한 장치
본 발명은 적어도 두 연속적인 열로 배열되며 필라멘트가 형성되는 방사 용액을 압출하기 위한 압출 개구를 갖는 복수의 압출 캐필러리 및 적어도 압출 개구의 영역에서 본질적으로 필라멘트의 압출의 방향으로 향하는 가스 스트림을 제공하기 위한 가스 스트림의 발생을 위한 복수의 수단을 포함하는 필라멘트의 압출을 위한 장치에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 필라멘트의 압출을 위한 장치를 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 다양한 융액 및 용액으로부터 구조적으로 서로 다른 형상의 미세한 필라멘트의 압출 시 높은 스루풋이 가능하게 제공되는 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 다열 설계를 갖는 견고한 압출 칼럼으로 구성되고, 기재(base material)로부터 일체로 구성될 수 있다는 점에서, 높은 스루풋, 다양한 설계, 용이한 조립, 단순화된 제작에 대한 요건을 만족하는 필라멘트의 압출 및 스펀본디드 패브릭의 제조를 위한 장치이다.
수십 년 동안, 고온의 가스 스트림에 의해 다양한 고분자 융액 및 용액으로부터 미세한 파이버 및 필라멘트를 제조하기 위해 다양한 노즐에 대해 다양한 방법이 사용되어 왔다. 제조된 파이버 및 필라멘트는 타공면, 예컨대 드럼이나 컨베이어 벨트에 부직포로 적치될 수 있다. 사용된 방법과 고분자에 따라, 제조된 부직포는 직접 권취되거나, 롤로 권취되어 판매를 위해 마무리되기 이전에 먼저 후처리된다. 제조 비용을 더 줄이기 위해, 적어도 부직포의 일관된 품질을 가지면서, 스루풋을 증가시키고 에너지에 대한 요구를 감소시키는 것이 스펀본디드 웹의 산업에서 가장 큰 최적화 영역이다.
예컨대 US3543332에 개시된 바와 같이, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴레이스터, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로스 아세테이트 및 그밖에 다양한 가용성 또는 용해성 물질이 원료로 사용될 수 있다. 또한 US6306334, US8029259 및 US7922943에 개시된 바와 같이, 로이셀 원액으로부터의 스펀본디드 웹의 제조를 위해 공정들이 개발되어 왔다. 다른 예로, 녹말로부터의 스펀본디드 웹의 제조가 US7939010에 개시되어 있다. 부분적으로, 사용되는 원료는 그 특성, 특히 유동성이 매우 다양하기 때문에, 노즐 설계의 탄력성 및 적응성에 대한 요건이 늘어난다.
멜트블론 공정에 의한 스펀본디드 패브릭의 제조를 위해 사용되어 온 노즐은 크게 단열(single-row) 및 다열(multi-row) 노즐로 구분될 수 있다.
US3825380에 개시된 바와 같은 단열 노즐은 융액 및 용액으로부터 스펀본디드 패브릭의 제조를 위해 사용될 수 있으나, 융액 또는 용액의 점성에 따라, 압력 손실이 매우 높아질 수 있으며, 최대 스루풋이 매우 낮아질 수 있다. 더 미세한 파이버 및 더 높은 스루풋에 대한 요구를 충족하기 위해, US6245911과 US7316552에 개시된 바와 같이, 단열 노즐이 추가적인 개발의 대상이 되어 왔으나, 그 설계는 이미 제작 기술의 관점에서 구조적으로 한계에 도달했다. 예를 들어, 개발의 과정에서, 압출 캐필러리 사이의 거리는 노즐당 스루풋을 증가시키기 위해 계속해서 감소해 왔지만, 이는 높은 비용, 노즐 부품의 제작의 선행 및 작동 동안 방사 결함의 더 높은 위험성을 유발해 왔다. 단열 노즐의 스루풋은 사용된 융액 또는 용액 및 선택된 작동 파라미터에 따라, 10 kg/h/m 내지 100 kg/h/m이다.
스루풋을 높이기 위해, US4380570에 개시된 바와 같은 다열 니들 노즐이 개발되어 왔다. 이 경우, 융액 또는 용액은 중공 니들을 통해, 몇몇 열과 갭을 갖는 노즐을 관통하여 압출된다. 결과적인 니들 필드로 인해, 단열 노즐에 비해 노즐당 스루풋이 증가할 수 있다.
단점은 중공 니들이 주위 가스 스트림에 의해 과도하게 절곡되거나 진동하지 않도록 복잡한 지지 플레이트에 의해 고정되어야 한다는 것이다. 제작 및 조립 동안 섬세한 니들에 대한 손상은 거듭되는 위험이다. 손상의 정도에 따라, 복구는 매우 많은 비용이 들 수 있으며, 레이저 드릴 및 레이저 웰더와 같은 특수 제조 도구로만 수행될 수 있다. 또한 지지 플레이트는 추가적인 제조 비용 외에, 노즐에서 가스 스트림의 압력 강하를 야기한다.
노즐의 하단에서, 중공 니들은 가스 유동 아웃렛 플레이트를 관통하여 돌출된다. 가스 유동 아웃렛 플레이트는 중공 니들 주변에 가스 스트림을 고르게 분배하고 고속의 방출 속도로 가속하기 위해 필요하다. 가장 단순한 예에서, 가스 유동 아웃렛 홀이 각각의 중공 니들 주변에 배열되는데, 이로부터 고온의 가스 스트림이 나와 필라멘트를 끌고 간다. 이러한 노즐 설계는 10 kg/h 내지 500 kg/h의 스루풋을 얻지만, 조립, 작동 및 세척이 매우 복잡하다. 또한 이러한 설계는 높은 스루풋을 얻으면서 다양한 원료에 맞춰지기 위해 필요한 적응성을 제공하지 못한다. US5476616, US7018188 및 US6364647에서, 중공 니들, 지지 플레이트 및 가스 아웃렛 플레이트의 설계에 대해 최적화가 이루어져 왔으나, 이들 최적화된 설계에도 불구하고, 다수의 부품으로 인한 누설 및 손상된 니들의 위험성이 매우 높다. 니들이 예컨대 20 mm 내지 70 mm의 길이를 갖기 때문에, 노즐 내 압력 손실이 단열 노즐보다 더 높다. 더 긴 노즐에서, 이는 변형으로 인한 정역학적 문제를 유발한다. 다만, 경제적 이유로, 작업 폭, 스루풋 및 설비의 비용 효율성을 높이기 위해 최대 5 m 그 이상의 길이를 갖는 더 긴 노즐에 대한 개발이 마련되어야 한다.
언급된 노즐 타입에 더하여, US7922943에 따른 라발 노즐과 같은 대안적인 설계가 있는데, 이는 다수의 개별적인 부품으로 구성되어, 높은 스루풋과 제작 및 조립의 용이성에 대한 요건을 충족하지 않는다.
단열 또는 다열 노즐은 적은 노력으로 제작, 조립 및 작동될 수 있는 설계를 갖지 않았기 때문에, 그리고 더 높은 스루풋, 더 긴 노즐, 더 적은 작동 비용 및 적어도 다양한 원료로 구성된 부직물의 일관된 품질에 대한 요구가 있기 때문에, 본 발명의 목적은 새로운 노즐 설계에 의해 이루어지는 요건들을 충족하는 것이다.
본 발명은 노즐의 제조, 조립 및 작동을 가급적 단순화하는 한편, 서로 다른 파이버 구조와 부직포의 제조를 위해, 압출 캐필러리, 압출 개구의 방출 구조 및 기류에 대해 설계의 자유도를 가급적 확장하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 융액 또는 용액의 측면에서, 그리고 가스 스트림의 측면에서, 압력 손실을 최소화하는 데 있다. 이는 한편으로는 노즐 길이(미터)당 스루풋을 증가시키고, 다른 한편으로는 적은 노력으로 더 긴 노즐을 제작할 수 있게 하기 위해 노즐의 변형을 줄이는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 목적은 압출 캐필러리가 베이스 플레이트로부터 돌출되며 상기 베이스 플레이트와 일체로 형성된 압출 칼럼에 배열됨으로써 이루어진다.
나아가, 본 목적은 필라멘트의 압출을 위한 장치를 제작하는 방법에 의해 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예는 하위 청구항에 서술되어 있다.
본 발명에 따른 장치는 베이스 플레이트와 일체로 형성된 압출 칼럼을 포함하는데, 베이스 플레이트와 압출 칼럼은 기재로부터 일체로 함께 형성된다. 이러한 새로운 타입의 노즐은 다열 설계 및 큰 직경으로 인한 융액 또는 용액의 측면에서 높은 스루풋과 적은 압력 손실을 가능하게 하는 견고한 압출 칼럼으로 구성된다.
본 발명에 따른 장치는 예컨대 밀링이나 에칭과 같은 절삭 제조의 분야로부터의 제작 방법에 의해 하나의 기재 블록으로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 기재는 금속일 수 있다. 추가적인 절삭 제조 방법은 이러한 예시적인 참조로부터 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 대안적으로, 본 발명에 따른 장치는 예컨대 3D 프린팅 방법과 같은 적층 제조의 분야로부터의 제작 방법에 의해 제조될 수 있다. SLM(Selective Laser Melting)과 FDM(Fused Deposition Modelling)이 예로서 언급된다. 추가적인 적층 제조 방법은 이러한 예시적인 참조로부터 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 나아가, 본 발명에 따른 장치는 프라이머리 성형 또는 형성, 예컨대 캐스팅에 의해 제조될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 압출 오리피스는 작은 설계를 가질 수 있으며, 적은 양의 공기를 이용해 다양한 형상으로 미세한 파이버 및 필라멘트를 제조하기 위해 다양한 구조로 구성될 수 있다.
본 발명을 더 잘 도시하기 위해, 본질적인 특징들이 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 기반해 아래 도면에 나타난다.
도 1은 압출 칼럼, 압출 캐필러리, 가스 공급 개구 및 가스 유동 디스트리뷰터를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략적인 측면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 사시도로 나타낸다.
도 3은 본 장치의 압출 칼럼의 외부 구조의 다양한 형상을 나타낸다.
도 4는 본 장치의 압출 캐필러리의 내부 구조의 다양한 형상을 나타낸다.
도 5a, 5b는 인렛 섹션의 구조의 다양한 설계 형태를 개략적인 측면도로 나타낸다.
도 5c는 압출 캐필러리의 배열과 인렛 섹션의 구조의 다양한 설계 형태를 측면도로 나타낸다.
도 6은 압출 캐필러리의 아웃렛에서 압출 개구의 다양한 형상을 나타낸다.
도 7a는 가스 아웃렛 개구의 다양한 구조와 아웃렛에서 기류에 영향을 주기 위한 가스 유동 아웃렛 플레이트를 개략적인 측면도로 나타낸다.
도 7b는 가스 아웃렛 개구의 다양한 구조와 아웃렛에서 기류에 영향을 주기 위한 가스 유동 아웃렛 플레이트를 개략적인 평면도로 나타낸다.
도 1은 필라멘트(2)의 압출을 위한 본 발명에 따른 장치(1)의 바람직한 실시예의 개략적인 측면도를 나타낸다. 본 장치(1)는 적어도 두 연속적인 열로 배열된 복수의 압출 캐필러리(3)를 갖는다. 압출 캐필러리(3)는 방사 용액의 압출을 위한 압출 개구(4)를 갖는데, 이에 의해 필라멘트(2)가 형성된다. 나아가 본 장치(1)는 적어도 압출 개구(4)의 영역에서 본질적으로 필라멘트(2)의 압출의 방향으로 향하는 가스 스트림을 제공하기 위한 가스 스트림의 발생을 위한 복수의 수단(7, 8, 10)을 포함한다. 본 발명에 따른 장치(1)에서, 압출 캐필러리(3)는 베이스 플레이트(5)로부터 돌출되며 상기 베이스 플레이트(5)와 일체로 형성된 압출 칼럼(6)에 배열된다. 본 장치(1)는 칼럼 노즐이라고도 불린다.
가스 스트림의 발생을 위한 수단(7, 8, 10)은 추가적으로 도시되어 있지 않은 가스 유동 디스트리뷰터(8) 및 베이스 플레이트(5)에 이웃하게 배열된 적어도 두 가스 공급 개구(7)를 포함한다. 또한 본 장치의 추가적인 실시예에 따르면, 가스 스트림의 발생을 위한 수단은 도 7a, 7b에 도시된 가스 아웃렛 개구(10)를 포함한다. 가스 공급 개구(7)는 서로 마주보게 배치되며, 가스 공급 개구(7)의 영역에서 본질적으로 필라멘트(2)의 압출의 방향에 수직으로 가스 스트림을 제공하도록 구성된다.
나아가 도 1은 압출 칼럼(6), 압출 캐필러리(3) 및 가스 유동 덕트(9)를 포함하는 장치(1)를 나타낸다. 상단에서, 융액 또는 용액이 압출 캐필러리(3)로 들어가며, 필라멘트(2)로 하단에서 압출된다. 가스 스트림은 가스 공급 개구(7)를 통해 측 방향으로 가스 유동 디스트리뷰터(8)로 들어가며, 가스 유동 덕트(9)에서 개별적인 압출 칼럼(6)으로 전달되고, 압출 칼럼(6)에 의해 압출 개구(4)를 향해 굴절된다.
도 1에 나타난 바와 같은 본 발명에 따른 장치(1)는 일체로 제작될 수 있다. 스펀본디드 웹의 제조를 위해 요구되는 모든 구조는 다양한 제작 방법을 이용해 한 블록의 기재로 통합될 수 있거나, 예컨대 캐스팅 또는 적층 제조 방법에 의해, 제작 과정에서 기재로부터 함께 생산될 수 있다. 이 경우, 압출 칼럼(6)의 내부 구조는 압력 손실이 대폭 감소할 수 있기 때문에, 융액 또는 용액의 압출 조건에 있어서 중요하다.
한편, (종래 장치에서 필요한) 가스 유동 아웃렛 플레이트 없이 본 발명으로 융액 및 용액으로부터 부직포의 제조가 가능하다. 압출 칼럼(6)의 외부 구조와 서로에 대한 배열, 즉 그로부터 야기되는 가스 유동 덕트(9)의 형상은 가스 스트림을 촉진하고 압출된 필라멘트(2)를 인출하기 위해, 가스 스트림을 방향 조정하기에 충분하다.
본 발명에 따르면, 압출 칼럼(6)은 충분히 안정적이며, 절곡될 수 없거나, 가스 스트림에 의해 진동하지 않기 때문에, 지지 플레이트가 요구되지 않는다.
융액 또는 용액은 압출 캐필러리(3)로 들어가며, 압출 개구(4)까지 유동한다. 동시에, 가스 스트림은 본질적으로 필라멘트의 압출의 방향에 수직으로 가스 공급 개구(7)와 가스 유동 디스트리뷰터(8)를 통해 본 장치(1)의 양 길이 방향 측에 공급된다. 가스 스트림은 압출 칼럼(6) 사이에 형성된 가스 유동 덕트(9)를 관통하여 가이드된다. 가스 스트림이 두 측으로부터 마주치기 때문에, 이들은 압출 개구(4)를 향해 압출 칼럼(6)을 따라 가이드되고 가속된다. 압출 캐필러리(3)에서 나올 때, 압출된 융액 또는 용액 필라멘트는 고속으로 고온의 가스 스트림에 의해 혼입되고 인출된다. 가스 스트림의 난류 때문에, 인출된 필라멘트(2)는 무작위 배열로 배치되며, 드럼 또는 컨베이어 벨트(미도시)에 부직포로 적치된다.
본 장치의 이점은 니들 노즐과 달리, 기재로부터 일체로 또는 하나의 기재 블록으로부터 제작될 수 있으며, 길고 가는 튜브가 플레이트로 삽입되고 복잡한 방식으로 용접되거나 접착될 필요가 없다는 것이다. 가스 유동 덕트(9)는 예컨대 기계적으로 제거되며, 이는 동시에 압출 칼럼(6)을 야기한다. 이는 본 장치(1)의 제작을 단순화하며, 안정성을 높인다. 그 결과, 지지 플레이트의 제작과 설치가 필요 없다. 더욱이, 본 장치(1)의 제작이나 조립 동안 니즐이 절곡될 위험도 없다.
가스 유동 덕트(9)를 통해, 가스 유동 디스트리뷰터(8)를 통해 들어가는 가스 스트림이 압출 개구(4)를 향해 안내되고 가속된다. 한편, 가스 스트림 사전 압력이 0.1 bar 내지 3 bar, 바람직하게는 0.3 bar 내지 1.5 bar, 더 바람직하게는 0.5 bar 내지 1.0 bar로 가스 유동 덕트(9)를 관통하는 이러한 굴절은 가스 유동 아웃렛 플레이트를 사용할 필요 없이, 압출 개구(4)에서 20 m/s 내지 250 m/s의 속도를 유발한다. 그 결과, 가스 유동 아웃렛 플레이트(11)를 관통하여 가스를 전달함 없이, 본 장치(1)로 부직포가 제조될 수 있다. 따라서, 본 장치(1)를 제작, 조립 및 작동하는 것과 연관된 노력을 줄이기 위해 추가적인 노즐 부품이 생략될 수 있다.
또한, 가스 아웃렛 플레이트(11)가 도 1에 제공되어 있다. 도 7을 참조하면, 필라멘트(2)의 인출, 부직물의 적치, 제품 품질 및 가스 요구량에 영향을 주기 위해 특히 다양한 구조를 갖는 가스 아웃렛 플레이트(11)가 선택적으로 더 사용될 수 있다.
도 1, 7에 나타난 바와 같이, 이들 가스 아웃렛 플레이트(11)에서, 압출 개구(4)의 영역에 배열된 가스 아웃렛 개구(10)가 가스 공급 개구(7)에 선택적으로 더 제공될 수 있다. 가스 아웃렛 개구(10)는 압출의 방향으로 향하는 가스 스트림의 제공을 위해 설계될 수도 있고, 가스 공급 개구(7)가 베이스 플레이트에 이웃하게 제공되어 있을 경우, 압출의 방향으로 가스 공급 개구(7)에 의해 발생한 가스 스트림을 방출하도록 구성될 수도 있다.
본 장치(1)의 일 실시예에서, 가스 아웃렛 플레이트(11)는 베이스 플레이트(5) 및 압출 칼럼(6)과 일체로 형성된다. 이는 기재로부터 일체로 제작된다.
앞서 설명된 실시예 중 하나에 따라 제작된 장치(1)는 상단이 융액 또는 용액 디스트리뷰터에 고정된다. 가스 유동 공급 라인에 대한 가스 유동 디스트리뷰터(8)의 연결은 길이 방향 측에서, 옆에서, 또는 본 장치(1)의 상측에서 이루어질 수 있다. 본 장치(1)가 솔리드 피스의 기재로 구성되기 때문에, 방사 안정성을 개선하고 부직포의 품질의 일관성을 높이기 위해 적은 노력으로 가열 시스템(예컨대 고온의 물, 오일, 스팀, 전기 히터 등)이 설치될 수 있다.
가스 유동 디스트리뷰터(8)를 통한 압출 칼럼(6)으로의 가스 유동 공급은 도 2에 나타난 바와 같이, 본 장치(1)의 두 길이 방향 측에 걸쳐 균일하게 이루어진다. 도 2는 설명된 바와 같이, 전체 장치(1)가 하나의 섹션으로 제작될 수 있음을 나타낸다. 물론, 더 큰 장치의 경우, 설명된 바와 같이 제작되며 일반적인 방식으로 상호 연결될 수 있는 복수의 섹션(미도시)으로부터 이들을 구성하여 하나의 장치를 형성할 수도 있다. 이에 의한 각각의 섹션은 전체 장치(1)의 세그먼트를 형성하는데, 종래 장치에 비해 앞서 설명된 제작 및 작동상 이점이 그대로 보존된다.
섹션 또는 섹션들의 제조에 대해 다양한 구조와 변경이 가능하다. 예컨대 도 2에 도시되어 있지 않은 압출 캐필러리(3)가 드릴링 될 수 있는 한편, 압출 칼럼(6)이 기재 블록으로부터 밀링 될 수 있거나 그 섹션으로 캐스팅 될 수 있다. 구조에 따라, 다른 제작 방법도 가능하다. 또한 압출 칼럼(6)은 가스 유동 분배가 보장되는 한, 본 장치(1)의 폭에 걸쳐 그룹으로 배열될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시되어 있지 않은 가스 유동 디스트리뷰터(8)로부터 아웃렛의 높이와 형상이 달라질 수 있다. 아웃렛 덕트의 높이는 5 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 10 mm 내지 50 mm, 더 바람직하게는 15 mm 내지 30 mm이다. 가스 유동 디스트리뷰터(8)의 길이는 모든 압출 칼럼(6)에 가스 스트림이 고르게 공급되도록 적어도 일 측에 있는 압출 칼럼의 가장 바깥쪽 열로부터 반대 측에 있는 압출 칼럼의 마지막 열까지 연장된다. 이와 관련하여, 안정성의 이유로 가스 유동 디스트리뷰터(8)는 구성요소의 안정성을 보장하기 위해 웹에 의해 가로막혀야 할 필요가 있을 수 있다. 나아가, 가스 유동 디스트리뷰터(8)로부터의 아웃렛 이전에 난류를 최소화하기 위해 가스 스트림을 이송하는 부품의 표면을 연마하는 것이 바람직하다. 가스 유동 디스트리뷰터(8)의 아웃렛 구조는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 일부 예는 연속적인 직사각형 슬롯, 몇몇 단속적인 직사각형 슬롯, 몇몇 원형, 사다리꼴, 삼각형 단면이다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 조합 및 다른 구조도 가능하다.
가스 공급 디스트리뷰터(8)로부터 가스 공급 개구(7)를 통해 나오는 가스 스트림의 일부는 압출 칼럼의 제1열에 부딪히며, 압출 개구(4)를 향해 굴절된다. 가스 스트림의 나머지는 다른 장치 측으로부터의 가스 스트림에 마주칠 때까지 내측 열에서 압출 칼럼(6) 사이의 가스 유동 덕트(9)에서 유동한다. 이는 압출 아웃렛까지 압출 칼럼의 내측 열을 따라 가스 스트림을 가이드하는 컨제스천 콘(congestion cone)을 형성한다. 이러한 굴절 효과는 압출 칼럼의 한 열에 대해 이루어진다. 추가적인 가스 아웃렛 플레이트(11)에 대한 필요 없이 가스 스트림이 공급될 수 있는 압출 칼럼의 열의 개수는 압출 칼럼 설계와 가스 덕트 폭에 따라, 예컨대 1열 내지 30열, 바람직하게는 2열 내지 20열, 더 바람직하게는 3열 내지 8열이다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 조합 및 다른 구조도 가능하다.
도 3은 압출 칼럼(6)의 외부 구조가 다양한 형상을 가질 수 있음을 나타낸다. 압출 칼럼(6)의 형상에 따라, 다른 형상의 가스 유동 덕트(9)가 이루어지며, 가스 스트림이 다르게 굴절된다. 또한 스트림에 영향을 주기 위한 가이드 웨지가 가스 유동 덕트(9)에 형성될 수 있다.
가스 스트림의 굴절을 촉진하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 압출 칼럼(6)의 외부 구조와 배열이 달라질 수 있다. 이에, 외부 구조는 예컨대 연속적으로, 엇갈리게, 다중으로 엇갈리게, 원통형으로, 원추형으로, 입방형으로, 오벨리스크형으로, 피라미드형으로 또는 서로 다른 구조의 조합으로 설계될 수 있다. 압출 칼럼(6)의 외부 구조는 바람직하게는 원통형, 원추형, 입방형, 오벨리스크형, 피라미드형 또는 그 혼합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. "혼합"이란 외부 구조가 압출 칼럼의 길이에 걸쳐 변경됨을 의미한다. 예를 들어, 압출 칼럼(6)은 그 길이의 대부분에 걸쳐 원통형이되, 그 끝에서 콘으로 구성될 수 있다.
압출 칼럼(6)은 파이버의 미세도에 변화를 주기 위해 같거나 다른 길이를 가질 수 있다.
밑에서 끝까지 압출 칼럼(6)의 길이는 10 mm 내지 200 mm, 바람직하게는 20 mm 내지 100 mm, 더 바람직하게는 30 mm 내지 60 mm일 수 있다. 원통형 압출 칼럼(6)의 경우, 외경은 압출 캐필러리(3)의 내부 구조와 압출 칼럼(6)의 길이에 따라, 3 mm 내지 30 mm, 바람직하게는 6 mm 내지 20 mm, 더 바람직하게는 9 mm 내지 15 mm일 수 있다. 원추형 압출 칼럼(6)의 경우, 밑면의 직경은 3 mm 내지 30 mm, 바람직하게는 6 mm 내지 20 mm, 더 바람직하게는 9 mm 내지 15 mm일 수 있다. 콘의 끝은 0.1 mm의 직경으로 가늘어질 수 있다. 입방형 압출 칼럼(6), 오벨리스크형 및 피라미드형의 경우, 일 측 길이는 3 mm 내지 30 mm, 6 mm 내지 20 mm, 더 바람직하게는 9 mm 내지 15 mm이다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 조합 및 다른 구조도 가능하다.
압출 칼럼(6)은 방사 안정성을 개선하기 위해 추가로 가열되거나 냉각될 수 있다.
도 3은 가스 스트림의 굴절을 최적화하기 위해 압출 칼럼(6) 사이의 가스 유동 덕트(9)가 유동 웨지(13), 구배 및 다른 구조에 의해 변경될 수 있음을 나타낸다. 본 장치(1)의 총 길이, 압출 칼럼(6)의 구조, 폭 및 열의 개수에 따라, 가스 유동 덕트(9)의 폭이 산출된다. 가스 유동 덕트(9)의 폭은 1 mm 내지 50 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 40 mm, 더 바람직하게는 3 mm 내지 30 mm이다. 하나의 갭 내에서, 압출 칼럼(6) 사이의 가스 유동 덕트(9)가 생략될 수 있다. 이는 몇몇 압출 캐필러리(3)를 포함하는 넓은 압출 칼럼(6)을 야기한다. 압출 칼럼(6)과 가스 유동 덕트(8)의 표면은 난류를 최소화하기 위해 연마되어야 한다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 조합 및 다른 구조도 가능하다.
본 발명에 따른 장치(1)의 바람직한 실시예에 따르면, 압출 칼럼(6)당 하나의 압출 캐필러리(3)가 제공된다. 대안적인 실시예에서, 본 장치(1)는 적어도 하나의 압출 칼럼(6)을 가져, 둘 이상의 압출 캐필러리(3)가 배열된다. 도 3에 나타난 장치(1)는 예컨대 공동의 압출 칼럼(6)에 배열된 연관된 압출 개구(4)를 갖는 두 완전히 별개의 압출 개필러리(4)를 갖는다.
이론상, 압출 칼럼(6)당 많은 개수의 압출 캐필러리(3)를 갖는 실시예도 가능하다. 이러한 방식으로, 본 장치는 다양한 소재로부터 복수의 서로 다른 스펀본디드 웹의 생산에 적합한 이점이 얻어진다.
도 4는 압출 캐필러리(3)의 내부 구조가 다양한 형상을 취할 수 있음을 나타낸다. 그 형상에 따라, 융액 또는 용액의 유동이 다르게 영향을 받으며, 압력 손실과 방사 거동이 변경된다.
압출 칼럼(6)은 예컨대 종래 다열 니들 노즐의 니들보다 더 공간을 차지하기 때문에, 필요한 스루풋을 얻기 위해 홀당 스루풋이 훨씬 더 높아야 한다. 이를 위해, 압출 캐필러리(3)의 구조는 사용된 소재의 유동적 특성에 맞춰져야 한다. 도 4는 본 장치(1)에서, 높은 스루풋을 위해 가급적 다양한 융액 및 용액에 대한 압력 강하를 줄이기 위해 압출 캐필러리(3)의 구조가 필요에 따라 달라질 수 있음을 나타낸다. 이 경우, 압출 캐필러리(3)는 예컨대, 연속적으로, 엇갈리게, 다중으로 엇갈리게, 원통형으로, 원추형으로, 입방형으로, 오벨리스크형으로, 피라미드형으로 또는 서로 다른 구조의 조합으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 압출 캐필러리(3)는 그 길이의 대부분에 걸쳐 원통형일 수 있되, 그 끝은 콘으로 구성될 수 있다. 콘의 끝은 0.09 mm의 직경으로 가늘어질 수 있다. 압출 캐필러리(3)는 파이버의 미세도에 변화를 주기 위해 같거나 다른 길이를 가질 수 있다. 언급된 바와 같이, 압출 캐필러리(3)는 방사 안정성을 개선하기 위해 추가로 가열되거나 냉각될 수 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, 본 장치(1)의 바람직한 실시예에 따르면, 압출 캐필러리(3)는 인렛 섹션(12)을 갖는데, 그 구조는 압출 캐필러리(3)의 나머지 섹션과 다르다.
본 장치(1)의 추가적인 실시예에 따르면, 적어도 하나의 압출 캐필러리(3)는 예컨대 도 4에 예로서 나타난 바와 같이, 둘 이상의 압출 개구(4)를 갖는다.
도 5a, 5b, 5c는 인렛 섹션(12)의 인렛 구조, 압출 캐필러리(3)의 중첩 또는 배열 및 단면이 다양하게 달라질 수 있음을 나타낸다. 도 5a-5c에서, 압출 캐필러리(3)의 인렛 섹션(12)의 구조의 다양한 변경이 도시되어 있는데, 도 5a, 5b는 인렛 섹션(12)의 서로 다른 구조를 측면도로 나타내고, 도 5c는 서로 다른 인렛 섹션(12)의 평면도를 나타낸다. 압출 캐필러리(3)의 인렛 섹션(12)의 구조는 높은 스루풋을 위해 다양한 융액 및 용액에 대한 압력 강하를 가급적 줄이기 위해 필요에 따라 달라질 수 있다. 도 5a, 5b는 인렛 섹션(12)의 구조가 원통형이나 원추형으로 설계될 수 있음을 측면도로 나타낸다. 인렛 섹션(12)의 구조의 충접이나 거리는 개별적인 인렛 형상 사이에 존재할 수 있다. 도 5c의 평면도에서, 압출 캐필러리(3)의 인렛 섹션(12)의 구조가 정사각형, 직사각형, 원형 및 타원형일 수 있는 것으로 도시되어 있다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 혼합 및 다른 구조도 가능하다. "혼합"이란 인렛 섹션(12)의 구조가 그 길이에 걸쳐 변경됨을 의미한다. 나아가, 도 5c는 몇몇 압출 개구(4)가 공동의 인렛 섹션(12)에 의해 제공될 수 있음을 나타낸다. 또한 상기 인렛 섹션(12)은 압출 개구(4)가 연결되는 압출 캐필러리(3)를 제공할 수 있다.
도 6은 압출 캐필러리(3)의 아웃렛에서 압출 개구(4)의 다양한 형상을 나타낸다. 압출 캐필러리(3)의 아웃렛에서 압출 개구(4)는 서로 다르게 형성될 수 있다. 이는 서로 다른 필라멘트 구조와 제품 특성을 야기한다. 압출 캐필러리(3)의 압출 개구(4)는 압출된 필라멘트(2)의 단면 형상을 좌우하며, 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 6에 나타난 바와 같이, 압출 개구(4)는 특히 원형으로, 타원형으로, 삼각형으로, 정사각형으로, 직사각형으로, 갭으로, 반원형으로, 초승달 모양으로, 별 모양으로, 사다리꼴로, L형으로, T형으로, U형으로, Y형으로 또는 Z형으로 설계될 수 있다. 나아가, 압출 개구(4)는 H 형태로 설계될 수 있다. 원형 압출 개구(4)의 직경은 90 μm 내지 700 μm, 바람직하게는 150 μm 내지 500 μm, 더 바람직하게는 200 μm 내지 400 μm일 수 있다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 조합 및 다른 구조도 가능하다.
도 7a는 가스 유동 아웃렛 플레이트(11)를 개요도로 나타내고, 도 7b는 추가적인 가스 유동 아웃렛 플레이트(11)를 평면도로 나타낸다. 가스 유동 아웃렛 플레이트(11)는 아웃렛에서 기류에 영향을 주기 위해 사용될 수 있다. 가스 아웃렛 개구(10)의 구조에서, 다양한 변경이 가능하다. 이는 필라멘트의 형성과 부직물의 제조에 추가적인 변경을 발생시킬 수 있다. 가스 아웃렛 개구(10)의 구조는 예컨대 원형, 직사각형, 정사각형 또는 삼각형일 수 있다. 원형 가스 아웃렛 개구(10)의 경우, 직경은 1 mm 내지 15 mm, 바람직하게는 1.5 mm 내지 10 mm, 더 바람직하게는 2 mm 내지 8 mm이다. 홀은 예컨대 원추형이나 원통형일 수 있다. 가스 방출은 압출 개구(4) 이전 또는 이후에 이루어질 수 있다. 가스 아웃렛 개구(10)는 하나 이상의 압출 개구(4)를 둘러쌀 수 있다. 또한, 추가적인 가스 아웃렛 개구(10)가 압출 개구(4)를 둘러쌈 없이 가스 유동 아웃렛 플레이트(11)에 있을 수 있다. 또한 가스 유동 아웃렛 플레이트(11)는 복수의 플레이트, 핀, 빔 및 와이어로 형성될 수 있다. 언급된 예에 더하여, 본 장치(1)에 대해 추가적인 구조, 상기 구조의 조합 및 다른 구조도 가능하다.
본 장치(1)의 실시예에 따르면, 적어도 본 발명에 따른 장치(1)의 압출 칼럼(6)의 일부는 압출 칼럼(6)의 길이, 압출 칼럼(6)의 외부 구조, 압출 칼럼(6)의 외부 직경, 압출 캐필러리(3)의 인렛 섹션(12)의 존부, 인렛 섹션(12)의 구조 및 압출 개구(4)의 구조로부터 선택된 적어도 하나의 특성에 있어서 압출 칼럼(6)의 다른 부분과 다를 수 있다.
추가적인 실시예에서, 본 장치(1)는 실질적으로 직사각형 기본 형상을 갖는다. 그 결과, 제조상 이점이 얻어진다.
나아가 도 7b는 몇몇 압출 개구(4)가 같은 가스 유동 아웃렛 개구(10)를 통해 공급될 수 있음을 나타낸다. 가스 유동 아웃렛 개구(10) 내에 배치된 압출 개구(4)는 도 7b에 도시되어 있지 않은 공동의 압출 칼럼(6)을 향하는 압출 개구(4)이다.
설명된 발명은 제조 비용, 다양한 설계, 스루풋, 조립, 큰 길이로의 확장성 및 작동의 관점에서 공지된 노즐에 비해 개선됐다. 원료로서, 단량체와 중합체(예컨대, EVA)로 다른 멜트블론 공정에 사용되고 있는 폴리올레핀뿐만 아니라, 3량체, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리비닐, 나일론, PC 및 그밖에 적절한 원료가 사용될 수 있다. 바람직하게는 단량체나 중합체로 PP, PE, LDPE, HDPE, LLDPE와 같은 폴리올레핀이 사용된다. 본 발명과 필라멘트 및 스펀본디드 패브릭의 제조에 대해 앞서 언급된 이점과 관련하여 셀룰로스 아세테이트, 녹말 용액 및 리오셀 용액이 사용될 수 있다.
본 장치(1)는 필라멘트(2)의 압출 및 다양한 고분자 소재를 이용한 스펀본디드 웹의 제조를 위해 사용될 수 있다. 이들은 특히 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아미드, EVA, EMA, EVOH, 가용성 공중합체, PBT, PPS, PMP, PVA, PLA 또는 리오셀 방사 원액과 같은 열가소성의 융액을 포함하는데, 리오셀 방사 원액의 사용이 특히 바람직하다.
"리오셀"이라는 속명은 BISFA(International Bureau for Standardisation of Man-made Fibres)에 의해 수여됐으며, 유기 용매에서 셀룰로스의 용액으로부터 구성된 셀룰로스 파이버를 말한다. 바람직하게는 용매로 3차 아민 옥사이드, 특히 N-메틸-모르폴린-N-옥사이드(NMMO)가 사용된다. 리오셀 파이버를 제조하는 방법은 예컨대 US 4,246,221 A에 개시되어 있다. 다른 가능한 용매는 흔히 "이온성 액체"라는 속징으로 요약된다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 장치(1)를 이용한 부직포의 제조에서, 융액 및 용액이 본 장치(1)를 통해 펌핑 되며, 고온의 공기로 인출되고, 드럼이나 컨베이어 벨트에 부직포로 적치된다. 원료에 따라, 제조된 부직물은 직접 권취될 수도 있고, 먼저 세척, 후처리 및 건조되어야 할 수도 있다. 사용된 원료에 따라, 본 발명의 설계는 원료와 제조된 부직물이 그 온도에 의해 손상되지 않는 한, 20℃ 내지 500℃, 바람직하게는 50℃ 내지 400℃, 더 바람직하게는 100℃ 내지 300℃의 온도로 작동될 수 있도록 맞춰질 수 있다. 본 발명에 따르면, 본 장치(1)는 융액의 측면에서 10 bar 내지 300 bar, 바람직하게는 20 bar 내지 200 bar, 더 바람직하게는 30 bar 내지 150 bar 사이의 압력으로 실시되는 솔리드 설계를 가질 수 있다. 융액 또는 용액 및 부직물의 제조를 위해 요구되는 가스 스트림의 스루풋은 사용된 원료, 본 장치(1)와 데포 사이의 거리, 노즐 설계 및 적용된 온도에 따라 다양하게 달라질 수 있다. 압출 홀당 융액 또는 용액의 일반적인의 스루풋은 1 g/hole/min 내지 30 g/hole/min, 바람직하게는 2 g/hole/min 내지 20 g/hole/min, 더 바람직하게는 3 g/hole/min 내지 10 g/hole/min이다. 1 m의 길이, 6개의 열 및 100개의 홀을 갖는 장치(1)의 경우, 이는 1080 kg/h/m의 스루풋에 상응한다. 그 결과, 본 장치(1)의 스루풋은 니들 노즐보다 더 높고, 단열 노즐보다 훨씬 더 높다. 융액 또는 용액(kg)당 가스(kg)에서 가스 스트림의 양에 대한 일반적인 범위는 10 kg/kg 내지 300 kg/kg, 바람직하게는 20 kg/kg 내지 200 kg/kg, 더 바람직하게는 30 kg/kg 내지 100 kg/kg이다. 본 장치(1)는 최대 5 m 그 이상의 길이로 구성될 수 있기 때문에, 5 m 그 이상의 부직 폭이 얻어질 수 있다. 본 장치의 설계, 원료 및 작동 파라미터에 따라, 제작된 제품은 1 μm 내지 30 μm, 바람직하게는 2 μm 내지 20 μm, 더 바람직하게는 3 μm 내지 10 μm의 파이버 직경을 갖는다. 스루풋과 이송 속도에 따라, 본 발명에 따른 장치를 이용해 5 g/m2 내지 1000 g/m2, 바람직하게는 10 g/m2 내지 500 g/m2, 더 바람직하게는 15 g/m2 내지 200 g/m2의 단위 면적당 무게를 갖는 부직포가 제조될 수 있다.
필라멘트(2)의 압출을 위한 본 발명에 따른 장치(1)는 기재로부터 일체로 함께 형성함으로써 베이스 플레이트(5), 압출 칼럼(6), 선택적으로 가스 공급 개구(7), 더 선택적으로 가스 아웃렛 플레이트(11)를 제작하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다.

Claims (15)

  1. 필라멘트(2)의 압출을 위한 장치(1)로서,
    적어도 두 연속적인 열로 배열되며, 필라멘트(2)가 형성되는 방사 용액을 압출하기 위한 압출 개구(4)를 갖는 복수의 압출 캐필러리(3) 및
    적어도 압출 개구(4)의 영역에서 필라멘트(2)의 압출의 방향으로 향하는 가스 스트림을 제공하기 위한 가스 스트림 발생을 위한 복수의 수단(7, 8, 10)을 포함하되,
    압출 캐필러리(3)는 베이스 플레이트(5)로부터 돌출되며 상기 베이스 플레이트(5)와 일체로 형성된 압출 칼럼(6)에 배열되고,
    가스 스트림의 발생을 위한 수단(7, 8, 10)은 압출 개구(4) 영역에 배열되며 압출의 방향으로 향하는 가스 스트림의 제공을 위해 설계되거나 가스 공급 개구(7)가 베이스 플레이트(5)에 이웃하게 제공될 경우, 압출의 방향으로 가스 스트림을 방출하기 위해 구성된 가스 아웃렛 개구(10)를 선택적으로 더 포함하며,
    장치(1)는 가스 아웃렛 플레이트(11)를 포함하되, 가스 아웃렛 개구(10)는 가스 아웃렛 플레이트(11)에 형성되고,
    가스 아웃렛 플레이트(11)는 베이스 플레이트(5) 및 압출 칼럼(6)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    가스 스트림의 발생을 위한 수단(7, 8, 10)은 베이스 플레이트(5)에 이웃하게 배열되며 서로 마주보게 배치되고 가스 공급 개구(7)의 영역에서 필라멘트(2)의 압출의 방향에 수직으로 향하는 가스 스트림을 제공하도록 구성된 적어도 두 가스 공급 개구(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    압출 칼럼(6)의 외부 구조는 원통형, 원추형, 입방형, 오벨리스크형, 피라미드형 또는 그 혼합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  4. 제1항에 있어서,
    압출 캐필러리(3)는 인렛 섹션(12)을 갖되, 그 구조는 압출 캐필러리(3)의 나머지 섹션과 다른 것을 특징으로 하는 장치(1).
  5. 제4항에 있어서,
    인렛 섹션(12)의 구조는 원통형, 원추형, 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 또는 그 혼합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  6. 제1항에 있어서,
    압출 개구(4)의 구조는 원형, 타원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, T형, H형, U형, Y형 및 Z형으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 압출 칼럼(6)의 일부는
    - 압출 칼럼(6)의 길이,
    - 압출 칼럼(6)의 외부 구조,
    - 압출 칼럼(6)의 외부 직경,
    - 압출 캐필러리(3)의 인렛 섹션(12)의 존부,
    - 인렛 섹션(12)의 구조 및
    - 압출 개구(4)의 구조로부터 선택된 적어도 하나의 특성에 있어서 압출 칼럼(6)의 다른 일부와 다른 것을 특징으로 하는 장치(1).
  8. 제1항에 있어서,
    장치(1)는 직사각형 기본 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  9. 제1항에 있어서,
    압출 칼럼(6)당 하나의 압출 캐필러리(3)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  10. 제1항에 있어서,
    장치(1)는 둘 이상의 압출 캐필러리(3)가 제공되는 적어도 하나의 압출 칼럼(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치(1).
  11. 다양한 고분자 물질로부터의 필라멘트(2)의 압출 및 스펀본디드 패브릭의 제조를 위한 제1항에 따른 장치(1)의 사용 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에스터, 폴리우레탄, 폴리아미드, EVA, EMA, EVOH, 가용성 공중합체, PBT, PPS, PMP, PVA 또는 PLA를 포함하는 열가소성 물질의 융액으로부터의, 또는 로이셀 방사 원액으로부터의 필라멘트(2)의 압출 및 스펀본디드 패브릭의 제조를 위한 장치(1)의 사용 방법.
  13. 베이스 플레이트(5), 압출 칼럼(6) 및 가스 공급 개구(7) 및 가스 아웃렛 플레이트(11)를 기재로부터 일체로 함께 형성함으로써 제작하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 장치(1)의 제조 방법.
  14. 삭제
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