KR20030007677A - 부직포의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필라멘트 끊어짐이나 생산성 감소 없이 필라멘트의 직경을 줄일 수 있어 부직포를 안정되게 제조할 수 있는 부직포의 제조 방법에 관한 것으로, 방사 노즐을 통해 용융 방사된 다수의 연속 필라멘트를 냉각실에 도입된 냉각풍으로 냉각하고, 필라멘트를 연신풍으로 연신하고, 필라멘트를 이동 포집면 상에 퇴적하는 단계를 구비하고, 냉각실에 도입된 냉각풍은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고, 최하단의 냉각풍의 풍속이 최상단의 냉각풍의 풍속보다 높게 세트된다. 본 발명은 또한 다수의 연속 필라멘트를 용융 방사하는 방사 노즐과, 냉각풍으로 스펀 필라멘트를 냉각하는 냉각실과, 냉각된 필라멘트를 연신하는 연신부와, 상기 연신부로부터 연신된 필라멘트를 퇴적하는 이동 포집면을 구비하고, 냉각실에 도입된 냉각풍은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고, 냉각풍의 풍속은 각 단에서 독립적으로 제어 가능한 스펀본드 부직포의 제조 장치를 제공한다.

Description

부직포의 제조 방법 및 장치{PRODUCTION METHOD AND DEVICE FOR NONWOVEN FABRIC}
부직포의 제조 방법으로서, 냉각풍(quenching air)으로 용융 방사된 필라멘트를 냉각하고, 이를 라운드 에어건(round air gun) 또는 슬릿 에어건(slit air gun)에 통과시켜서 필라멘트를 연신한 다음 이를 분리기 또는 발진기를 사용해서 메쉬 벨트위에 펼치는 개방형과, 예를 들어 일본 특개소57-35053 또는 특개소60-155765호 공보에 기재된 바와 같이, 냉각실에 도입된 냉각풍으로 용융 방사된 필라멘트를 냉각하고, 연신풍(drawing air)으로서 냉각풍을 재사용하여 노즐을 통해 필라멘트를 연신하고 필라멘트를 메쉬 벨트 상에 펼치는 폐쇄형이 있다.
부직포의 제조 방법에서, 방사 노즐을 통해 용융 방사된 다수의 연속 필라멘트에 대해 냉각풍을 송풍함으로서 필라멘트가 냉각된다. 생산성을 보다 향상시키고자 필라멘트의 토출량을 늘리려면, 늘어나는 양에 상당하는 충분한 체적의 냉각풍을 공급할 필요가 있게 된다. 냉각풍의 공급이 부족한 곳에서는, 필라멘트의 냉각이 불충분해져서 웹상에서 수지가 덩어리지게 하고(shot), 개방형에서는 에어건 등의 연신 장치에서 플러깅(plugging)이 발생한다. 한편, 냉각풍이 과도하게 도입되면, 과냉으로 인해 필라멘트의 끊어짐이 일어날 수도 있다.
폐쇄형에서는, 간단한 공정으로 양질의 필라멘트를 얻을 수 있고, 균일성이 탁월한 웹을 생산할 수 있다. 그러나 필라멘트가 냉각실에 도입되는 냉각풍에 의해 연신됨으로써, 즉 냉각풍과 연신풍이 같이 사용됨으로써 냉각과 연신이 독립적으로 진행하지 않는다. 이러한 이유로 필라멘트 직경을 줄이기 위해 다량의 연신풍을 공급함으로써 연신 장력을 증가시킬 경우에는, 다량의 냉각풍이 동시에 공급됨으로써 필라멘트의 끊어짐을 야기한다.
본 발명의 목적은 다량의 냉각풍을 공급하더라도 필라멘트의 끊어짐이 발생하지 않아 생산성의 감소 없이도 필라멘트의 직경을 줄이면서 안정되게 부직포를 생산할 수 있는 부직포의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 방법에 적합한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 부직포의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 의학, 위생, 토목, 공업 및 포장재를 포함하는 다양한 용도에 적합한 스펀본드(spun-bonded) 부직포에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상술한 방법에 의한 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 부분 단면을 나타내는 개략 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 용융 수지 도입관
2: 스피너렛
3: 냉각실
4: 배기 노즐
5: 조절 밸브
6: 메쉬
7: 연신부
8: 이동 포집면
9: 흡인 장치
10: 필라멘트
11: 냉각풍 흐름 방향
12: 냉각풍 공급실
본 발명에 의한 부직포의 제조 방법은 방사 노즐을 통해 용융 방사된 다수의 연속 필라멘트를 냉각실에 도입된 냉각풍으로 냉각하고, 필라멘트를 연신풍으로 연신하고, 필라멘트를 이동 포집면 상에 퇴적하는 단계를 구비하고, 냉각실에 도입된 냉각풍은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고, 최하단의 냉각풍의 풍속이 최상단의 냉각풍의 풍속보다 높게 세트된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 냉각실에 도입되는 냉각풍은 바람직하게는 상하 방향으로 2~20단으로 분할된다. 냉각풍을 2단으로 분할하는 경우, 하단 냉각풍의 풍속(V2)에 대한 상단의 냉각풍의 풍속(V1)의 속도비(V1/V2)는 0<V1/V2<0.7이다.
냉각실에 도입되는 냉각풍을 상하 방향으로 n단(n≥3)로 분할하는 경우, 최하단 냉각풍의 풍속(V2)에 대한 최상단 냉각풍의 풍속(V1)의 속도비(V1/Vn)는 바람직하게는 0<V1/Vn<0.7이고, 위에서 m번째 단(n≥m≥2)의 냉각풍의 풍속(Vm)은 Vm>Vm-1을 만족하는 것이 좋다.
본 발명에서, 분할된 각 단에서의 냉각풍의 온도는 10~70℃ 범위가 실용상 바람직하고, 각단의 온도는 동일하거나 적어도 부분적으로 달라도 좋다. 최상단의 냉각풍의 온도는 10~40℃ 범위이고, 최하단의 냉각풍의 온도는 최상단보다 적어도 10℃ 높아서 30~70℃ 범위인 것이 특히 바람직하다. 이러한 온도차는 필라멘트 끊어짐의 발생을 현격히 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다수의 연속 필라멘트를 용융 방사하는 방사 노즐과, 방사된 필라멘트를 냉각풍으로 냉각하는 냉각실과, 냉각된 필라멘트를 연신하는 연신부와, 상기 연신부로부터 인출한 필라멘트를 퇴적하는 이동 포집면을 구비하고, 상기 냉각실에 도입된 냉각풍은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고, 냉각풍의 풍속은 각 단에서 독립적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조 장치가 제공된다.
상술한 부직포 제조 장치에서, 냉각실에 도입된 냉각풍의 송풍 면적의 비율이 전체 송풍 면적에 대한 최상단의 송풍 영역의 비율로 0.1~0.9 범위에 있는 것이바람직하다.
본 발명의 부직포를 제조하는 방법은 방사 노즐(spinneret)을 통해 토출된 다수의 연속 필라멘트를 냉각실로 도입하고, 1방향 또는 대향하는 양방향으로부터냉각풍을 도입하여 필라멘트를 냉각하며, 폐쇄형에서는 냉각풍을 노즐을 통해 좁아지게 하여 필라멘트를 연신하는 연신풍으로서 사용하고, 개방형에서는, 필라멘트를 별도의 연신풍을 공급하는 라운드 에어건 또는 슬릿 에어건을 통과시켜 연신하여 이동 포집면 상에 퇴적함에 있어서, 냉각실에 도입되는 냉각풍을 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할하고, 최하부의 냉각풍의 풍속은 최상부의 냉각풍의 풍속보다 높게 세트된 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 상방향은 방사 노즐에 접근하는 방향이고 하방향은 방사 노즐로부터 멀어지는 방향이다.
냉각실로 도입된 냉각풍을 상하 방향으로 2단으로 분할할 때에는 최상 및 최하의 단의 냉각풍의 풍속을 각각 V1및 V2라고 할 때 V1<V2이다. 여기서 풍속이란 냉각풍 공급실 출구(냉각실의 입구)의 단위 단면적당 냉각풍의 유량을 의미한다.
이 경우 하단 냉각풍의 풍속(V2)에 대한 상단 냉각풍의 풍속(V1)의 속도비(V1/V2)는 0<V1/V2<0.7이고, 보다 바람직하게는 0.1≤V1/V2≤0.5, 가장 바람직하게는 0.05≤V1/V2≤0.4이다.
냉각실에 도입된 냉각풍은 상하 방향으로 3단 이상, 바람직하게는 3~20단으로 분할될 수 있다. 냉각풍이 n단(n≥3)으로 분할되면, 최하단 냉각풍의 풍속(Vn)에 대한 최상단에서의 냉각풍의 풍속(V1)의 속도비(V1/Vn)는 바람직하게는 0<V1/Vn<0.7이고, 보다 바람직하게는 0.01≤V1/Vn≤0.5이고, 가장 바람직하게는 0.05≤V1/Vn≤0.4이며, 위에서 m번째 단(n≥m≥2)의 냉각풍의 풍속(Vm)은 Vm≥Vm-1을 만족시키는것이 바람직하다.
각 단의 냉각풍의 송풍 면적, 즉 분할된 냉각풍 공급실의 출구(냉각실의 입구)의 단면적 비율은 소망의 냉각 조건(냉각 속도)에 따라 적절히 결정된다. 냉각풍의 풍속이 최상단에서 가장 느릴 때, 전체 면적에 대한 최상단의 송풍 면적(단면적)의 비율은 0.1~0.9, 바람직하게는 0.2~0.8 범위이다. 단면적이 상기 범위 내로 세트될 때, 소망 품질의 부직포를 생산성의 감소 없이 얻을 수 있다.
상기와 같이 분할된 냉각풍의 온도는 각 단에서 10~70℃ 범위로 세트함이 실용적으로 바람직하다. 각 단에서 온도는 동일하거나, 적어도 부분적으로 달라도 좋다. 냉각실이 2부분으로 분할하는 경우에는, 상부의 냉각풍의 온도는 10~40℃ 범위이고, 하부의 냉각풍의 온도는 상부의 냉각풍의 온도보다 적어도 10℃ 높고, 30~70℃ 범위임이 바람직하다. 냉각실이 3개 이상으로 분할되면, 최상단의 냉각풍의 온도는 10~40℃이고, 최하단의 온도는 최상단보다 적어도 10℃ 높고, 30~70℃ 범위임이 바람직하다.
부직포 제조에 사용 가능한 재료는 특히 한정되지 않고 임의의 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리올레핀 수지 등, 열가소성 중합체이면 된다. 그 중에서도 폴리올레핀 수지가 우수한 생산성의 면에서 볼 때 바람직하게 채용된다.
본 발명에 의한 부직포를 제조하는 장치는 다수의 연속 필라멘트를 용융 방사하는 방사 노즐과,
1방향 또는 대향 양방향으로부터의 냉각풍으로 방사된 필라멘트를 냉각하는 냉각실과,
폐쇄형에서는, 노즐을 통해 냉각풍을 좁아지게 하고 좁아진 냉각풍을 연신풍으로 해서 필라멘트를 연신하는 연신부와,
개방형에서는, 별도로 도입된 연신풍으로 필라멘트를 연신하기 위한 라운드 에어건 또는 슬릿 에어건과, 연신부로부터 인출된 필라멘트를 그 위에 퇴적하는 이동 포집면을 갖고, 냉각실에 도입된 냉각풍은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고 냉각풍의 풍속은 각 단에 대해 독립적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조 장치이다. 이와 같이 함으로써, 각 단에서의 풍속을 자유롭게 선택할 수 있고, 예를 들어 최하단에서의 냉각풍의 풍속을 최상단의 냉각풍의 풍속보다 높게 설정하여도 좋다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 방법을 수행하는 장치(폐쇄형 장치)의 실시예의 부분 단면을 나타내는 개략 사시도이다. 장치는 기본적으로 다수의 방사 노즐이 있는 스피너렛(2)과, 필라멘트를 냉각하는 냉각실(3), 냉각풍을 공급하는 냉각풍 공급실(12), 냉각한 필라멘트를 연신하는 연신부(7), 연신부(7)로부터 인출된 필라멘트를 퇴적하는 이동 포집면(8)을 구비한다.
용융 수지가 용융 수지 도입관(1)을 통해 스피너렛(2)에 도입된다. 다수의 방사 노즐이 스피너렛(2) 하부에 마련되어 있고, 다수의 필라멘트(10)가 방사 노즐로부터 방사된다. 방사된 필라멘트(10)는 냉각실(3)에 도입된다. 저분자량 중합체의 증기를 주로 토출하는데 사용되는 배기 노즐(4)은 냉각실(3)의 상부의 스피너렛과 냉각풍 공급실(12) 사이에 마련된다. 배기 노즐(4)로부터 배기되는 증기량은 조절 밸브(5)에 의해 적절히 조절된다.
냉각실(3)에서, 대향 양방향으로부터 유입한 냉각풍(도1의 화살표11로 나타낸 유동 방향)에 필라멘트가 노출됨으로써 필라멘트는 냉각한다. 냉각풍 공급실(12)의 출구에서, 메쉬(6)가 마련되어 냉각풍을 정류하는 효과를 실현할 수 있다. 냉각풍 공급실(12)은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고, 최하단의 냉각풍의 풍속은 최상단의 냉각풍의 풍속보다 높게 세트된다. 도1에 나타낸 바와 같이, 냉각실이 상하 2단으로 분할될 경우, 하단의 냉각풍의 풍속에 대한 상단의 냉각풍의 풍속의 속도비는 상기와 같은 비율인 것이 바람직하다. 냉각풍의 온도는 각각의 단에서 같거나 달라도 좋다. 어느 경우이든 온도가 상술한 범위로 세트되는 것이 바람직하다.
이와 같이 냉각풍을 상하 방향으로 분할하고 냉각 조건을 변경함으로써, 냉각풍의 양이 증가하더라도, 필라멘트의 끊어짐이나 생산성의 감소 없이 필라멘트의 직경을 줄일 수 있다. 이와 같이 안정된 부직포의 제조를 숏(shot) 등의 어떠한 품질 열화 없이 실현할 수 있다.
냉각실(3)의 하부는 양측에서 좁혀져서 좁은 경로(연신부(7))를 형성한다. 냉각풍의 풍속은 좁은 경로에서 가속된 다음 냉각풍이 연신풍으로서 작용하여 냉각된 필라멘트를 연신한다. 연신부(7)로부터 인출된 필라멘트는 메쉬 또는 천공판으로 된 이동 포집면(8)에 퇴적됨으로써 웹이 형성된다. 이동 포집면(8) 아래에, 흡인 장치(9)가 설치되어 연신부로부터 배기된 연신풍을 흡입한다. 퇴적으로 얻은 웹은 도시를 생략한 장치에 의해 얽혀서 부직포를 형성한다. 얽는 방법(entanglingmethod)은 특히 한정되지는 않으며, 니들 펀칭법, 워터젯법, 엠보싱법 또는 초음파 웰딩법등으로 수행할 수 있다.
상기에서는 폐쇄형 스펀본드 부직포 제조 장치에 대하여 설명하였다. 개방형의 경우, 라운드 에어건 또는 슬릿 에어건을 연신부에 설치하고 연신풍을 추가로 도입하는 것 외에는 폐쇄형과 동일한 장치를 채용한다.
본 발명의 부직포 제조 방법에서는, 필라멘트의 냉각이 최적 조건 하에서 수행되므로, 냉각풍의 양이 증가하더라도, 필라멘트의 끊어짐이나 생산성의 감소 없이 필라멘트의 직경을 줄일 수 있다. 그 결과 안정된 부직포의 제조를 실현할 수 있다.
[실시예]
이하의 실시예와 비교예에 사용된 측정법을 아래에 설명한다.
(1) 필라멘트 끊어짐
노즐의 개구에서의 필라멘트 형성을 관측하여, 5분당 필라멘트 끊어짐의 횟수를 세었다. 평가 척도는 이하와 같다.
◎: 필라멘트 끊어짐 없음(0회/5분)
○: 약간의 필라멘트 끊어짐(1~2회/5분)
×: 많은 필라멘트 끊어짐(3회 이상/5분)
(2) 숏(shot)
진행 방향으로 2m의 부직포 길이에서 발견되는 숏의 수를 세었다. 수치는 대조를 위해 사용된 비교예1의 샘플의 숏수와 비교 평가하였다.
(실시예1~5, 비교예 1 및 비교예2)
부직포는 도1에 나타낸 장치로 제조하였다. ASTM D 1238에 준거하여 2.16kg 하중, 230℃에서 측정한 융융 유량 60g/10분의 프로필렌 단독 중합체를 원료 수지로 사용하였다. 용융 수지의 온도는 200℃로 세트하고, 단공 토출량을 0.57g/min로 하여, 냉각풍 공급실 출구의 단면적(상단 면적/전체 면적)을 0.44의 비율을 갖도록 분할하고, 또한 부직포(폭 100mm)를 표1의 냉각풍의 유량, 풍속 및 온도의 조건 하에 제조하였다. 평가 결과를 표1에 나타낸다.
(실시예6~8, 비교예3)
표2에 나타낸 조건으로 변경한 것을 제외하고는 실시예1과 마찬가지로 부직포를 제조하였다. 평과 결과를 표2에 나타낸다.
(실시예 9, 10, 비교예4)
냉각풍 공급실 출구를 3분할하고 냉각풍 공급실 출구의 면적이 최상단 면적/전체 면적으로 0.29이고 표3에 나타낸 바와 같이 조건을 변경한 것 외에는 실시예1과 마찬가지의 방법으로 부직포를 제조하였다. 평가 결과를 표3에 나타낸다.
본 발명의 부직포를 제조하는 방법 및 장치에 의하면, 냉각풍이 상하 방향으로 적어도 2부분으로 분할되고 냉각이 각 부분에서 최적의 조건으로 조절되어 수행되므로, 필라멘트 끊어짐이나 생산성 감소 없이 필라멘트의 직경을 줄일 수 있고, 그 결과 부직포의 안정된 제조를 달성할 수 있다.

Claims (9)

  1. 방사 노즐을 통해 용융 방사된 다수의 연속 필라멘트를 냉각실에 도입된 냉각풍으로 냉각하고, 필라멘트를 연신풍으로 연신하고, 필라멘트를 이동 포집면 상에 퇴적하는 부직포의 제조 방법으로서, 냉각실에 도입되는 냉각풍을 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할하고, 최하단의 냉각풍의 풍속이 최상단의 냉각풍의 풍속보다 높게 세트된 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각실에 도입되는 냉각풍을 상하 방향으로 2~20단으로 분할하는 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각실에 도입되는 냉각풍을 상하 방향으로 2단으로 분할하고, 하단의 냉각풍의 풍속이 상단의 냉각풍의 풍속보다 높은 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하단의 냉각풍의 풍속(V2)에 대한 상단의 냉각풍의 풍속(V1)의속도비(V1/V2)는 0<V1/V2<0.7인 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각실에 도입되는 냉각풍을 상하 방향으로 n단(n≥3)로 분할하고, 최하단의 냉각풍의 풍속(Vn)에 대한 최상단의 냉각풍의 풍속(V1)의 속도비(V1/Vn)는 0<V1/Vn<0.7이고, 위에서 m번째 단(n≥m≥2)의 냉각풍의 풍속(Vm)이 Vm≥Vm-1인 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 1항에 있어서,
    각단의 냉각풍의 온도가 동일하거나 다르고, 각각 10~70℃ 범위인 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    최상단의 냉각풍의 온도는 10~40℃ 범위이고, 최하단의 온도는 최상단의 온도보다 10℃ 이상 높고 30~70℃ 범위인 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 방법.
  8. 다수의 연속 필라멘트를 용융 방사하는 방사 노즐과, 방사된 필라멘트를 냉각풍으로 냉각하는 냉각실과, 냉각되는 필라멘트를 연신하는 연신부와, 상기 연신부로부터 인출된 필라멘트를 퇴적시키는 이동 포집면으로 된 스펀본드 부직포 제조장치로서, 상기 냉각실에 도입되는 냉각풍은 상하 방향으로 적어도 2단으로 분할되고, 냉각풍의 풍속은 각 단에서 독립적으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    냉각실에 도입되는 냉각풍의 송풍 면적이 전체 송풍 면적에 대한 최상단의 송풍 면적의 비율로 0.1~0.9 범위인 것을 특징으로 하는 부직포의 제조 장치.
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