KR20000031948A - 방사 응고욕 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 용액 공극 습식 방사 장치의 응고 욕조의 하단으로부터 하향 연장되어 응고 욕조 중의 응고액 및 응고 욕조를 통과한 응고사가 통과하는 통로를 형성하는 방사 응고욕 팩에 관한 것으로, 상단부가 응고액 및 응고사의 입구(27)를 형성하고, 하단부가 응고액 및 응고사의 출구(29)를 형성하는 하향 원추형 내면(17)과, 하향 원추형 내면(17)의 하단부 일부분을 포함하는 공동부(18)를 구비한 본체(19)와, 공동부(18)에 삽입되어 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 면(31a)을 구비하고 상기 제1 면(31a)이 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 위치(P1)와 그로부터 본체(19)의 외부 방향으로 소정 거리 이격된 제2 위치(P2) 사이에서 이동 가능한 유량 조절 밸브(23) 및, 유량 조절 밸브(23)의 상기 이동을 구동하는 스위칭 수단(25)으로 이루어져, 유량 조절 밸브의 신속하고 용이한 개폐 작동을 통해서 물성이 우수한 필라멘트사를 제조하도록 한 것이다.

Description

방사 응고욕 팩

본 발명은 공극 습식 방사용 방사 응고욕 팩에 관한 것으로, 특히, 방사 응고욕 팩에 응고사 및 응고액의 유량 조절 밸브를 적용하여 물성이 우수한 필라멘트사를 제조하는 공극 습식 방사용 방사 응고욕 장치에 관한 것이다.

공극 습식 방사 방법을 사용하는 공정은 수천 개 내지 수만 개의 방사구로 이루어진 방사 구금을 통해 다량의 필라멘트사를 압출하고 이를 냉각 공기층에서 냉각시킨 후, 응고액을 함유하고 있는 응고 욕조로 냉각된 필라멘트사를 입수시켜 용매 추출 및 응고가 이루어지게 한 다음, 방사 욕조를 통과시키는 것으로 이루어진다. 여기에서 사용되는 응고 욕조로는 응고 욕조에서의 섬유 이동 방향에 따라 수평형 응고 욕조와 수직형 응고 욕조가 있다.

수평형 응고 욕조는 공극 습식 방사 방법에서 보편적으로 사용되는 것으로 서 제1 고뎃 롤을 응고 욕조에 입수시키는 기술이 초기에 도입되었으나 회전하는 고뎃 롤에 의한 와류 형성이 문제가 되어 응고 욕조내에 방향 전환 가이드를 도입하고 응고 욕조 밖에서 고뎃 롤을 설치하는 형태가 일반화되었다. 그러나, 방향 전환 가이드와 응고사 간의 마찰이 문제되어 다시 회전 가능한 방향 전환 가이드를 도입하는 것이 제안되었다. 그런데, 응고사가 충분히 응고되지 않은 상태에서, 이와같은 방향 전환 가이드의 사용은 필라멘트사와 같은 소량의 응고사를 다룰 때는 큰 무리가 없으나, 스테플사와 같은 다량의 응고사를 다룰 때는 응고사 다발의 안쪽과 바깥쪽에 걸리는 힘이 다르게 적용되므로 응고사가 변형되는 문제점이 있었다. 또한, 응고 욕조내에서는 응고사에 장력이 크게 작용하게 되는데, 이러한 큰 장력으로 인하여 방사성이 낮아지고 제조된 섬유의 인장 성질이 열악해지는 문제점이 발생하였다.

한편, 수직형 응고 욕조의 경우, 응고 욕조의 하단 방향으로 움직이는 응고사의 이동 방향과 하중에 의해 배출되는 응고액의 진행 방향이 같으므로 응고사에 걸리는 장력이 적고 또한 응고사 전체에 장력이 고르게 분배되어 방사 안정성이 높다. 그러나, 미연신된 응고사와 연신된 응고사의 직경 변화는 수배에서 수십배에 이르므로 응고 욕조 하단의 배출 구멍이 응고사의 직경에 비해 충분히 크지 못하면 미연신된 응고사가 배출 구멍으로부터 빠져 나오지 못하게 된다.

반면에 배출 구멍이 너무 크면 미연신 응고사가 용이하게 빠져 나올 수는 있으나 과도한 응고액의 배출로 인해 응고액의 수직 방향 속도가 지나치게 높아지고 또한 응고욕의 수위가 급격히 저하된다. 응고액의 수직 방향 속도가 높아지면 과도하게 높은 연신비를 요구하므로 방사 안정성이 떨어지고 또한 절사가 생기기 쉽다. 또한, 급격한 수위 변화는 공기층과 응고액간의 경계에서 절사를 쉽게 발생시킨다. 이와 같이 급격한 수위 변화를 줄이기 위해서는 다량의 응고액을 응고 욕조에 급속히 주입하여야 하나 짧은 시간내에 다량의 응고액을 주입하여야 하므로 대용량의 펌프가 요구되고, 이로써 발생되는 과도한 장치비 부담은 상용화에 어려움을 준다. 또한, 응고욕 수위를 일정하게 하기 위한 급속한 응고액의 보충은 응고 욕조 내부에 와류를 형성하기 쉽다. 이와 같은 와류는 욕조내에 있는 응고사의 정렬을 흐트러지게 하는 요인이 되므로 와류의 형성을 피해야 한다.

따라서, 작업이 개시될 때(비정상 조업시) 미연신 응고사가 응고 욕조를 빠져나오기 직전에는 작은 배출 구멍을 유지하고, 직경이 큰 미연신 응고사가 배출 구멍에 도달하면 쉽게 빠져나올 수 있도록 큰 배출구멍을 형성하다가 미연신 응고사가 빠져나오면 즉시 작은 배출 구멍으로 회복되는 것이 바람직하다. 즉, 직경이 큰 미연신 응고사가 지나갈 때에만 배출 구멍이 크게 열렸다가, 빠져나온 응고사가 연신되면서 직경이 작아진 연신사가 지나갈 때(정상 조업시)에는 배출 구멍이 다시 작게 조절되어야 한다. 이러한 조작을 미연신 응고사가 지나가는 시간 동안만 최단시간에 이루어지게 함으로써 급격한 수위 변화나 와류 등에 의한 영향을 최소화할 수 있다.

종래의 기술에 의하면, 일본 공개특허공보 소 51-35716 호에 수직형 응고 욕조의 응고액 배출 밸브의 구멍 직경을 조절하기 위해 카메라의 셔터와 유사한 장치가 개시되어 있다. 그런데, 이 장치에는 수직 방향으로 흐르는 응고액에 대해 둥근 노치(notch)가 형성된 수평 방향의 판이 설치되어 있어 응고 욕조내에 와류가 형성되는 문제점이 있었다. 즉, 이 와류는 응고 욕조내의 응고사의 정렬을 흐트러지게 하며, 응고사가 충분히 응고되지 않을 때에는, 심할 경우 응고사에 손상을 입히기도 한다. 또한, 이 장치는 복잡한 구조를 가지고 있어 작업성이 떨어진다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해 미국 특허출원 제 5,299,926 호에는 중공 튜브형의 탄성체를 사용하는 장치가 개시되어 있다. 이 장치에는 튜브내에 압력의 변화를 줌으로써 풍선처럼 튜브가 팽창하여 응고액 배출 구멍의 크기를 조절하는 기술이 개시되어 있다. 이 방법은 상술한 와류 등의 문제점이 해소되고 필라멘트사 제조와 같은 적은 양의 방사시에는 큰 무리가 없었다. 그러나, 스테플사와 같은 다량의 섬유를 응고 욕조에서 방사하고자 할 때 방사 초기의 비정상 조업시에 나오는 미연신 상태의 응고사의 직경은 정상 조업시 나오는 연신 상태의 응고사의 직경에 비해 차이가 매우 크므로, 튜브형의 탄성체로는 조절할 수 있는 응고액 배출 구멍의 조절 폭에 한계가 있으며 또한 조절 폭의 변환 범위를 넓히기 위해 탄성체의 길이를 크게 제작하면 응고사와 탄성체의 접촉면적이 넓어져 마찰이 커지는 문제점이 있다. 이같은 마찰의 증가는 섬유의 물성에 손상을 준다.

또한, 미국 특허출원 제 5,639,484 호에서는 실린더형의 변형 가능한 각반 형태의 탄성체가 개시되어 있다. 즉, 응고 욕조와 연결된 관형 튜브로 튜브 상부의 직경은 하단에 비해 약간 크게 설계되어 있다. 그러나, 본 기술에 의하면, 스테플사와 같은 다량의 섬유를 응고욕에서 방사하고자 할 때, 방사 초기에 나오는 미연신 상태의 응고사 직경에 비해 정상 조업시 나오는 연신 상태의 응고사 직경이 매우 작으므로 조업 초기의 경우 조업자가 응고사를 응고 욕조로부터 제거하여 고뎃 롤에 연결하기가 용이하지 않다. 또한, 응고 욕조에서 미연신된 응고사가 응고 욕조 하단의 구멍으로 빠져나오기가 쉽지 않고, 이와 같은 어려움으로 인하여 장시간 응고액 유출 구멍이 넓은 상태로 유지되어야 하므로 응고 욕조에서의 응고액 수위 변화가 커지고 이와 같은 변화가 장시간 발생하면 공기층에 노출된 응고되지 않은 섬유가 쉽게 절사되는 문제점이 있었다. 그리고, 수위 변화를 억제하기 위해 응고액을 보충하는 것도 다량의 응고액이 장시간 투여되어야 하므로 응고 욕조에 와류가 형성되기 쉽다.

이에 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고분자 용액의 방사시 공극 습식 방사 방법과 수직형 응고 욕조를 사용하는 경우, 응고 욕조 하단에 형성되는 출구의 직경 변화가 자유롭고 응고액 출구의 변화 시간을 최소화시키며 응고 욕조내에서의 와류 형성을 피하면서 조업의 편의성을 극대화할 수 있도록 한 공급 습식용 방사 응고욕 팩을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 방사 장치의 구성을 도시한 개략도.

도2a는 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩의 출구가 최소인 상태를 도시한 단면도.

도2b는 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩의 출구가 최소인 상태를 도시한 저면도.

도3a는 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩의 출구가 개구된 상태를 도시한 단면도.

도3b는 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩의 출구가 개구된 상태를 도시한 저면도.

도4a 내지 도4c는 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩이 적용된 다양한 예들을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

9: 응고 욕조

13: 방사 응고욕 팩

17: 원추형 내면

18: 공동부

19: 본체

20: 지지 부재

21: 지지부

23: 유량 조절 밸브

25: 스위칭 수단

29: 출구

31: 활주부

33: 스프링

35: 정지부

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 고분자 용액 공극 습식 방사 장치의 응고 욕조의 하단으로부터 하향 연장되어 응고 욕조 중의 응고액 및 응고 욕조를 통과한 응고사가 통과하는 통로를 형성하는 방사 응고욕 팩에 있어서, 상단부가 응고액 및 응고사의 입구를 형성하고, 하단부가 응고액 및 응고사의 출구를 형성하는 하향 원추형 내면과, 하향 원추형 내면의 하단부 일부분을 포함하는 공동부를 구비한 본체와, 공동부에 삽입되어 원추형 내면을 완성하는 제1 면을 구비하고 상기 제1 면이 원추형 내면을 완성하는 제1 위치와 그로부터 본체의 외부 방향으로 소정 거리 이격된 제2 위치 사이에서 이동 가능한 유량 조절 밸브와, 유량 조절 밸브의 상기 이동을 구동하는 스위칭 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다.

도1은 일반적인 방사 장치로서, 섬유 재료용 수지 분말과 수지 분말을 용융시키는 용매가 투입되면 투입 재료들로 방사 용액을 만드는 압출기(1)와, 압출기(1)에서 압출된 방사 용액을 펌핑하는 기어 펌프(3), 기어 펌프(3)에서 펌핑된 방사 용액을 수용하여 하부에 설치된 방사 노즐(미도시함)을 통해 필라멘트사(5)를 압출하는 방사팩(7), 방사팩(7)에서 압출되는 필라멘트사(5)를 수용하여 필라멘트사(5)를 응고하는 응고 욕조(9) 및, 상기 응고 욕조(9)의 하단으로부터 하향 연장되어 응고 욕조(9) 중의 응고액 및 응고 욕조(9)를 통과한 응고사(11)가 통과하는 통로를 형성하는 방사 응고욕 팩(13)이 도시되어 있다.

여기에서, 방사 응고욕 팩(13)을 통해 통과된 응고사(11)는 고뎃 롤(15)을 매개로 다음 공정으로 들어가게 된다.

도2a 및 도2b에 의하면, 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩(13)은, 상단부가 응고액 및 응고사의 입구(27)를 형성하고 하단부가 응고액 및 응고사의 출구(29)를 형성하는 하향 원추형 내면(17)과, 하향 원추형 내면(17)의 하단부 일부분을 포함하는 공동부(18)를 구비한 본체(19)와, 공동부(18)에 삽입되어 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 면(31a)을 구비하고 상기 제1 면(31a)이 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 위치(P1)와 그로부터 본체(19)의 외부 방향으로 소정 거리 이격된 제2 위치(P2) 사이에서 이동 가능한 유량 조절 밸브(23)와, 유량 조절 밸브(23)의 상기 이동을 구동하는 스위칭 수단(25)으로 이루어져 있다.

여기에서, 공동부(18)는 일단부가 하향 원추형 내면(17)에 연결되는 동일 단면의 길다란 직선형 안내홈(19a)과, 안내홈(19a)의 타단부로부터 연장되고 안내홈(19a)의 상기 단면보다 확장된 단면을 가지고 본체(19)의 외부와 연통되는 확장부(19d)로 구성된다.

유량 조절 밸브(23)는 공동부(18)의 안내홈(19a)을 따라 활주하고 일단부가 상기 제1 면(31a)을 형성하는 활주부(31)와, 활주부(31)의 일단부가 타단부로부터 확장된 단면으로 연장된 정지부(35)로 구성된다.

유량 조절 밸브(23)의 활주 운동은 본체(19)의 밑에 수평하게 설치된 지지부(21) 상에서 수평하게 이루어진다.

이때, 유량 조절 밸브(23)의 활주부(31)가 안내홈(19a)에 완전히 끼워져 상기 제1 면(31a)이 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 위치(P1)에 있을 때, 출구(29)는 최소 직경을 가지는데, 출구(29)는 본체(19)의 하단 중앙부분에 형성된 반원 홈(19c)과 활주부(31)의 일측 선단에 형성된 반원 홈(31a)에 의해 이루어진다. 출구(29)의 최소 직경 크기는 출구(29)를 통과하는 응고사의 배출 속도가 고뎃 롤(15)의 권취 속도보다 더 작게 되도록 하여 결정하는 것이 바람직하다. 이는 출구(29)의 직경이 너무 작으면 응고사의 배출이 용이하지 않고, 직경이 너무 크면 응고사의 배출 속도가 커져서 상대적으로 고뎃 롤(15)의 권취 속도를 소정의 크기로 조절하기가 용이해지지 않기 때문이다.

유량 조절 밸브(23)의 정지부(35)와 본체(19)의 수직측벽(19b)의 사이에는 스프링(33)이 설치되어 있는데, 스프링(33)은 후술하는 스위칭 수단(25)의 작용에 의해 신장 및 수축된다.

상기 스위칭 수단(25)은, 유량 조절 밸브(23)의 정지부(35)의 후방 외측벽으로부터 후방으로 연장되는 제1 링크(37a)와, 정지부(35) 상부의 본체(19)로부터 후방으로 돌출되는 지지 부재(20)와, 하단부가 제1 링크(37a)에 선회 가능하게 연결되고, 상단부가 지지 부재(20)에 선회 가능하게 연결되는 제2 링크(37b)와, 일측 단부가 지지 부재(20)에 선회 가능하게 연결되고 중간부가 제2 링크(37b)에 선회 가능하게 연결되는 구동 레버(39)로 구성된다.

구동 레버(39)의 타측 단부에 인가되는 상하 방향의 외력에 의해 제1 및 제2 링크(37a, 37b)를 매개로 하여 유량 조절 밸브(23)는 상기 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)의 사이에서 수평 이동한다.

도4a 내지 도4c는 일반적인 여러 가지 형태의 응고 욕조에 본 발명에 따른 응고욕 팩(13)이 용이하게 설치될 수 있는 것을 보여준다. 도시된 바에 의하면, 종래의 응고 욕조로서 원추형 응고 욕조(41), 유도관형 응고 욕조(43) 및, 사각형 응고 욕조(45) 등이 도4a 내지 도4c에 각각 나타나 있다.

도4a는 원추형 응고 욕조(41)의 하단에 방사 응고욕 팩(13)을 적용시킨 일예이고, 도4b는 유도관형 응고 욕조(43)의 하단에 방사 응고욕 팩(13)을 적용시킨 일예로서, 특히, 유도관형 응고 욕조(43)는 아라미드 등의 필라멘트사의 방사시 적용된다. 또한, 도4c는 사각형 응고 욕조(45)의 하단에 방사 응고욕 팩(13)을 적용시킨 일예로서, 사각 방사팩 등을 사용하여 방사할 때 적용 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 응고욕 팩이 설치된 방사 장치의 작동을 설명한다.

먼저, 소정의 용매 및 수지 분말을 압출기(1)에 투입하면, 압출기(1)에 의해 방사 용액이 제조되고, 방사 용액은 기어 펌프(3)를 거쳐 방사팩(7)으로 이송된다. 이때, 방사팩(7)의 온도는 소정 온도 범위(85 - 130 °C)내에서 일정하게 유지된다. 방사팩(7)에서 압출되는 필라멘트사는 냉각 공기층을 거쳐 응고 욕조(9)로 입수된다. 이때, 방사 중 응고액의 공급은 응고 욕조(9) 하단의 공급부(미도시함)로부터 다수의 개구를 통하여 이루어진다. 응고액의 공급량은 응고 욕조(9)를 약간 넘치는 양으로 조절하는 것이 바람직하다. 응고액은 응고 욕조(9) 하단에 설치된 방사 응고욕 팩(13)의 출구(29)를 통하여 빠져 나가는데, 그 일부는 넘쳐 응고 욕조(9)의 중간 바닥부에서 모아져 방출구(미도시함)를 통하여 미도시한 응고욕 저장탱크 혹은 회수탑으로 배출된다.

응고 욕조(9) 내에서 응고되는 응고사는 응고 욕조(9) 하단에 설치된 방사 응고욕 팩(13)에 형성된 출구(29)를 통하여 배출된다. 여기에서, 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 구동 레버(39)를 반시계 방향(A)으로 올리면 제1 및 제2 링크(37a, 37b)를 매개로 유량 조절 밸브(23)가 뒤로 움직여 제1 위치(P1)에서 제2 위치(P2)로 이동하고 출구(29)의 개구 면적은 커져 더 많은 양의 응고사 및 응고액이 배출된다. 이때, 스프링(33)은 신장 상태에 있다.

다음에, 개구된 출구(29)를 통해 빠져나온 응고사가 연신되어 직경이 작은 응고사가 된 후, 구동 레버(39)에 인가한 힘을 해제하면, 스프링(33)에 의해 구동 레버(39)는 시계 방향으로 회전하여 회동 전의 초기 상태로 복귀하고, 이와 함께 유량 조절 밸브(23)도 전진하여 최초의 제1 위치(P1)로 복귀되며, 도2a 및 도2b에 도시한 바와 같이, 출구(29)가 최소의 직경인 상태로 된다.

따라서, 방사 응고욕 팩(13)의 출구(29)의 배출 개구 면적은 유량 조절 밸브(23)의 단순 활주 운동과 구동 레버(39)의 단순 선회 운동을 통해 조작자에 의해 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 내장된 스프링(33)에 의해 개구된 출구(29)의 상태로부터 최소 직경을 가지는 출구(29)의 상태로 신속하게 회복됨으로써, 응고액의 갑작스런 유출을 방지할 수 있어, 응고 욕조(9)에 많은 양의 응고액을 보충할 필요가 없고, 이로써 다량의 응고액을 급속하게 보충하면서 발생되는 와류 형성을 방지할 수 있다.

이와 같이, 배출되는 응고사는 응고액을 일부 함유한 상태로 방사 응고욕 팩(13)의 하측에 설치된 고뎃 롤(15)에서 방향 전환되면서 수세 욕조(47)로 입수된다.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예에서 행한 평가 방법은 다음과 같다.

(1) 섬유의 인장 성질

섬유의 인장 특성은 인스트롱(Textechno사 Fafegraph M test)을 이용하여 측정하였다. 이때, 인장 속도는 분당 20mm, 측정 시료의 길이는 20mm로 하였다. 사용한 셀의 용량은 100cN이고 측정 시료는 20개로 하였다.

(b) 섬유의 복굴절 측정

섬유의 복굴절(△n)은 니콘사의 편광 현미경(OPTIPHOT-POL, Japan)으로 측정하였다. 이때, 시료의 단면은 원형이라고 가정하였다. 측정값은 20개의 시료로부터 평균하여 측정하였다. 콰르츠 웨지 보정기(quartz wedge compensator)로 주차수(order) n을 구한 다음, 세나몬트 보정기(senamont compensator)를 이용하여 시료가 가장 어두워질 때까지 검광자(analyzer)를 회전시켜 회전각(θ)을 구하였다. 이 각도로부터 다음 식(1)을 이용하여 지연값(Γ:retardation)을 얻었다.

… (1)

여기에서, Γ: 지연값, θ: 검광자의 회전각도, n: 차수, λ: 사용한 단색광의 파장(546nm).

그리고, 필라멘트 시료 직경을 측정한 후, 다음 식(2)를 사용하는 복굴절을 구하였다.

… (2)

여기에서, △n: 복굴절, d: 시료의 직경(nm).

실시예

공극 습식 방사에 의하여 생산되는 인조 섬유(man-made fiber)로는 셀룰로오스, 아크릴, 아라미드, 폴리비닐알콜 및 폴리아닐린 등이 있는데, 이 중 N-메틸몰포린-N-옥사이드(이하, "NMMO"라고 함) 용매를 사용한 셀룰로오스 섬유 제조 공정을 본 발명의 실시예로 하였다. NMMO에 12 중량% Cellunier-F를 용해시킨 셀룰로오스 용액을 제조하여 방사팩(7)으로 이송시킨 후 압출하였다. 방사 노즐의 방사구 직경은 0.15mm이고, 방사구의 개수는 36개로 하였다. 셀룰로오스 용액의 압출 온도를 115℃로 하고, 방사 중 주위 대기 온도는 18℃로 하였다. 방사 견인비(권취 속도에 대한 압출 속도의 비;DR)는 18로 하였다.

응고 욕조(9)는 원추형 응고 욕조로서 하단 쪽보다 상단 쪽이 그 폭이 넓어 수두 변화에 따른 영향이 최소화하도록 하였다. 응고 욕조(9)에서의 농도는 10% NMMO 수용액으로 하였다. 방사 응고욕 팩(13)의 출구(29)가 닫힐 때의 출구(29)의 최소 직경은 1.5mm(출구(29) 직경/연신사의 총직경 = 3.8)로 하고, 미연신사를 빼기 위해 출구(29)를 열 때의 직경은 5mm로 하였다. 응고 욕조(9)를 통과한 응고사는 응고 욕조(9) 하단에서 80cm 떨어진 곳에 설치된 고뎃 롤(15)에서 방향 전환시키고 수세 욕조로 입수하도록 하였다. 이렇게 수세된 수세사를 140℃에서 건조하여 셀룰로오스 필라멘트사로 제조하였다.

응고액의 배출 속도 변화에 따른 방사 안정성을 보기 위해 응고 욕조(9) 및 방사 응고욕 팩(13)의 합계 높이에 따른 실험을 하였다. 이에 대한 결과를 표1에 나타내었다. 본 발명에 따른 방사 응고욕 팩(13)을 사용한 결과, 방사 초기에 미연신 응고사를 빼는 데에 1초 이내에서 조작 가능해져 응고 욕조(9)의 수두 변화는 인지하기 어려운 정도였고 응고 욕조(9) 내에서의 와류 형성도 관찰되지 않았다.

표 1

	응고욕조 길이#(cm)	복굴절(△n)	인장강도(g/d)	초기탄성계수(g/d)	신도(%)	방사안정성
실험1	15	0.0405	5.7	150	14	양호
실험2	30	0.0403	5.2	145	12	양호
실험3	45	0.0398	4.9	145	11	양호
실험4	60	0.0397	4.6	143	9	양호
실험5*	80	-	-	-	-	불안

# 응고 욕조 길이 = 응고 욕조 및 방사 응고욕 팩의 합계 높이

* 실험5의 경우 수압이 높아 응고욕에서 빠져 나오는 출구에서의 응고액 유속이 빨라서 보다 빠른 권취 속도가 요구되었고 이러한 빠른 권취 속도로 인해 절사가 가끔 발생하는 등 방사 안정성이 상대적으로 낮았다.

비교예1

본 발명의 방사 응고욕 팩 대신에, 미국 특허 출원 제 5,639,484 호에서 개시된 실리콘 고무 각반을 사용하여 실시예와 동일한 방법으로 셀룰로오스 필라멘트사를 제조하였다. 응고액 내부의 와류 형성이 관찰되지 않았고 장치의 간편성 등의 장점을 보여주었으나, 출구의 크기를 자유롭게 조절할 수 없으므로 방사 초기 작업성이 떨어져 방사 초기에 형성된 응고사 덩어리를 자동적으로 배출할 수 없었다. 이 경우, 응고 욕조 하단부에서 쇠갈퀴를 사용하여 미연신 응고사를 빼내었다. 이때, 실리콘 고무 각반의 직경을 너무 작게 하면 미연신 응고사 덩어리가 너무 커서 쇠칼퀴로도 빼낼 수 없었고 직경이 크면 응고액의 속도가 빨라서 안정된 방사가 어려웠다.

비교예2

본 발명의 방사 응고욕 팩 대신에, 일본 공개 특허 출원 제 51-35716 호에 개시된 출구 개폐 장치를 사용하여 실시예와 동일한 방법으로 셀룰로오스 필라멘트사를 제조하였다. 이 경우, 출구의 크기를 자유롭게 변화할 수 있지만 와류가 형성되어 응고상의 정렬이 흐트러지는 것이 관찰되었다.

비교예3

본 발명의 방사 응고욕 팩 대신에, 미국 특허 출원 제 5,299,926 호에서 개시된 압력차를 이용한 천연 고무 장치를 사용하여 실시예와 동일한 방법으로 셀룰로오스 필라멘트사를 제조하였다. 이 경우, 방사 초기 작업성이나 와류의 미형성 등 장점이 관찰되지만, 압력 변화를 이용하는 천연 고무 튜브의 내경 변화에는 한계가 있고 응고사와 튜브간의 접촉면적이 다른 방법에 비해 넓음이 관찰되었다. 즉, 10,000홀 이상의 토우 제조 방사의 경우 초기 응고사와 정상 상태의 응고사의 직경 변화가 너무 커서 미연신 응고사 덩어리를 쉽게 배출하지 못하여 미국 특허 출원 제 5,639,484 호와 유사한 어려움이 있었다.

이상 설명한 본 발명에 따른 공극 습식용 방사 응고욕 팩에 의하면, 비교적 단순한 구조로 이루어진 유량 조절 밸브가 간단한 스위칭 수단에 의해 응고욕 팩내에서 좌우 활주 이동과 같은 단순 운동을 하게 되므로 응고욕 팩의 출구의 배출 개구 면적이 용이하게 조절 가능하며, 특히 유량 조절 밸브가 개구되어 미연신 응고사가 빠져 나간 후 유량 조절 밸브는 내장된 스프링을 매개로 즉시 최소의 출구 직경 상태로 신속하게 복귀 이동할 수 있다.

이러한 유량 조절 밸브의 작동의 용이성 및 신속성은 수직형 응고 욕조의 수위 변화를 최소화할 수 있어 출구의 확장에 따른 응고액의 보충시 급작스럽고 많은 양의 응고액을 보충할 필요가 없어 와류 형성을 최소로 억제할 수 있다.

따라서, 직경이 큰 미연신 응고사가 빠져나갈 때 배출 개구 면적을 최대화시키는 방사 초기 상태로부터, 응고사가 연신되면서 직경이 작아지는 응고사가 빠져 나갈 때 배출 개구 면적을 최소화시키는 정상 상태로의 조작이 단시간에 이루어짐으로써 방사 초기의 조작에서 정상 상태의 조작으로의 전환시 방사 작업이 안정되게 이루어질 수 있다.

그리고, 응고액을 수용하는 공간을 원추형으로 형성시킴으로써 배출되는 응고사가 항상 중심쪽에 모이게 할 수 있어, 상기의 와류 형성 억제 효과와 함께, 응고사의 배열이 흐트러지는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 방사 응고욕 팩 출구 부위 중 응고사와 접촉되는 부분을 최소화하도록 제작할 수 있어 응고사가 출구를 빠져나갈 때 발생되는 접촉 마찰에 의한 섬유 물성의 손상을 최소화시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 고분자 용액 공극 습식 방사 장치의 응고 욕조(9)의 하단으로부터 하향 연장되어 응고 욕조(9) 중의 응고액 및 응고 욕조(9)를 통과한 응고사가 통과하는 통로를 형성하는 방사 응고욕 팩에 있어서,

   상단부가 응고액 및 응고사의 입구(27)를 형성하고, 하단부가 응고액 및 응고사의 출구(29)를 형성하는 하향 원추형 내면(17)과, 하향 원추형 내면(17)의 하단부 일부분을 포함하는 공동부(18)를 구비한 본체(19)와,

   공동부(18)에 삽입되어 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 면(31a)을 구비하고 상기 제1 면(31a)이 원추형 내면(17)을 완성하는 제1 위치(P1)와 그로부터 본체(19)의 외부 방향으로 소정 거리 이격된 제2 위치(P2) 사이에서 이동 가능한 유량 조절 밸브(23)와,

   유량 조절 밸브(23)의 상기 이동을 구동하는 스위칭 수단(25)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사 응고욕 팩.
2. 제1항에 있어서,

   공동부(18)는 일단부가 하향 원추형 내면(17)에 연결되는 동일 단면의 길다란 직선형 안내홈(19a)과, 안내홈(19a)의 타단부로부터 연장되고 안내홈(19a)의 상기 단면보다 확장된 단면을 가지고 본체(19)의 외부와 연통되는 확장부(19d)로 구성되고,

   유량 조절 밸브(23)는 공동부(18)의 안내홈(19a)을 따라 활주하고 일단부가 상기 제1 면(31a)을 형성하는 활주부(31)와, 활주부(31)의 일단부가 타단부로부터 확장된 단면으로 연장된 정지부(35)로 구성된 것을 특징으로 하는 방사 응고욕 팩.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 스위칭 수단(25)은,

   유량 조절 밸브(23)의 정지부(35)의 후방 외측벽으로부터 후방으로 연장되는 제1 링크(37a)와,

   정지부(35) 상부의 본체(19)로부터 후방으로 돌출되는 지지 부재(20)와,

   하단부가 제1 링크(37a)에 선회 가능하게 연결되고, 상단부가 지지 부재(20)에 선회 가능하게 연결되는 제2 링크(37b)와,

   일측 단부가 지지 부재(20)에 선회 가능하게 연결되고 중간부가 제2 링크(37b)에 선회 가능하게 연결되는 구동 레버(39)로 구성되며,

   구동 레버(39)의 타측 단부에 인가되는 상하 방향의 외력에 의해 제1 및 제2 링크(37a, 37b)를 매개로 하여 유량 조절 밸브(23)를 상기 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2)의 사이에서 수평 이동시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사 응고욕 팩.