KR20030075191A - 광물성 울을 제조하기 위한 방법과 장치 - Google Patents

광물성 울을 제조하기 위한 방법과 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나가 다른 하나의 위에 배치된 복수의 환형구역(ZA)에 분포된 오리피스로 천공된 주변 밴드가 제공되는 원심 분리기(원심 분리기는 원심 분리 위치에서 관찰됨)를 포함하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 상기 장치가 적어도 2개의 환형 구역(ZA1,ZA2)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 여기서 단위 면적 당 오리피스의 수(NS1,NS2)는 5% 이상, 특히 10% 이상, 그리고 심지어는 20% 이상 차이난다.

Description

광물성 울을 제조하기 위한 방법과 장치{METHOD AND DEVICE FOR FORMING MINERAL WOOL}
본 발명과 관련 있는 섬유-형성 공정은 섬유화 방사기(fiberization spinner)로 불리는 원심기에 용융 유리로 된 얇은 스트림을 공급하는 단계로 구성되는데, 이 원심기는 고속으로 회전하며 그 주변에 매우 많은 수의 오리피스가 뚫려 있어서 이 오리피스를 통해 원심력 작용시 필라멘트 형태로 유리가 분무된다. 다음으로 이러한 필라멘트는 원심기의 벽을 따라서 고온과 고속의 환형 연신 흐름의 작용을 받는다. 이러한 흐름은 상기 필라멘트를 얇게 하고 섬유로 변하게 한다. 이렇게 형성된 섬유는 가스 연신 흐름(gaseous drawing current)에 의해 일반적으로 가스 침투 가능 스트립(gas-permeable strip)으로 구성된 수용 메커니즘 쪽으로 운반된다. 이러한 공정이 "내부 원심 공정(internal centrifugation)"이라고 알려져 있다.
이러한 공정은 몇 번 개선되었는데, 이들 중 일부는 예를 들어, 특히 섬유화 방사기에 관련되며, 다른 일부는 버너(burner)의 특정 형태를 사용하는 환형 연신 흐름(annular drawing current)을 만드는 수단에 관한 것이다. 특히, 버너의 특정 형태에 관련된 EP-B-0 189 354, EP-B-0 519 797, WO 97/15532를 참조한다.
섬유화 방사기에 관하여, 프랑스 특허 제 1,382,917호(1963년, 2월 27일에 출원됨)는 섬유화 장치를 서술하고 있는데 이 장치의 원리는 아직도 널리 사용되고 있는데, 즉, 용융된 물질이 바스켓(basket)으로 이동되는데 이 바스켓의 수직벽은 회전체의 벽에 분무되어 벽에 부착되는 물질이 통과하는 오리피스를 포함하고 아주 많은 수의 오리피스를 포함한다. 이 벽은 섬유화 방사기의 "밴드(band)"라고 지칭된다. 우수한 품질의 섬유화를 얻기 위하여, 오리피스는 환형 열(row)에 분배되고 오리피스의 직경은 오리피스가 속한 열에 따라 변하는데, 이 직경은 밴드의 상단부에서 하단부로 가면서 감소된다.
본 발명의 본문에서, 원심 분리기의 "상단"은 원심 분리 위치에 있는 원심분리기를 기준으로 즉, 실질적으로 (회전의)수직축에 따라서 한정된다.
특히, 프랑스 특허 제 2,443,436호에서 나타난 바와 같이 이러한 기초 원리에 대한 개선이 있었는데, 여기서, 메커니즘은 방사기 밴드의 상단에서 바닥부까지 용융 물질의 층류 흐름을 얻을 수 있게 하였다.
본 발명은 고온에서 가스 흐름에 의한 연신 및 내부 원심 공정을 통하여 광물성 섬유 또는 기타 열 가소성 재료를 제조하는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 특히 예를 들어 열 및/또는 음향 차단 제품의 합성물에서 사용되는 유리 울의 산업적 제조에 응용된다.
도 1은 본 발명에 따른 원심 분리 장치의 부분도.
도 2는 본발명에 따른 원심 분리기의 부분도.
그리하여 본 발명의 목적은 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 통한 섬유화 공정 및 장치를 개선시키는 것이다. 이러한 개선은 특히, 제조되는 섬유의 품질과 공정의 수율 증가에 초점이 맞춰져 있다.
먼저, 본 발명의 목적은 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치인데, 이 장치는 하나가 다른 하나의 상단부에 위치된 복수의 환형 구역에 분포된 오리피스로 천공된 주변 밴드가 구비된 원심 분리기를 포함하고(원심분리기는 원심 분리 위치에 있다고 가정함), 이 장치는 단위 표면적 당 오리피스의 수(NS)가 5% 이상, 특히 10% 이상, 심지어 20% 만큼 다른 적어도 2개의 환형 구역을 포함한다.
본 발명을 실현하는 바람직한 방법에서, 단위 표면적 당 최대 오리피스 수를 포함하는 환형 구역은 원심 분리기가 섬유화 위치에 있다고 가정하면, 단위 면적 당 보다 작은 평균 수의 오리피스를 포함하는 다른 환형 구역 아래 위치된다.
"환형 구역"이라는 용어는 원심 분리기의 (회전)축에 대한 2개의 수직 평면 사이에 포함된 원심 분리기의 밴드 구역을 정의하는데 사용된다. 본 발명의 본문에서, 이러한 환형 구역은 단위 표면적 당 오리피스의 수가 상기 환형 구역에 포함된 밴드의 주변부 전체 부분에 걸쳐서 실질적으로 일정한 영역으로 정의된다.
단위 표면적 당 오리피스의 수(NS)는 환형 구역의 표면 요소의 표면적(제곱센티미터 단위)에 대한 환형 구역의 표면 요소에 포함된 오리피스의 수로 정의된다. 단위 표면적 당 오리피스의 수는 그 수가 하나의 환형 구역의 표면 요소 모두에 대해 0.5% 미만으로 변한다면 실질적으로 일정한 것으로 간주된다. 환형 구역은 수직 세그먼트당 단일 오리피스를 포함할 수 있지만, 이는 보통 몇 개의 오리피스를 포함하며, 특히 4 내지 15개의 오리피스를 포함한다. "수직 세그먼트"라는 용어는 원심 분리기가 섬유화 위치에 있다고 가정하면, 수평축에 있는 오직 하나의 오리피스의 평균이 관찰되는 한, 위에서 정의한 평면 각각에 의해 수직축에 한정되는 환형 구역의 일부를 지칭한다.
광물성 섬유는 통상적으로 단위 표면적 당 오리피스의 수가 원심 분리기 밴드의 전체 높이에 걸쳐 일정한 원심 분리기로 제조된다. 실제로, 종래의 원심 분리기는 전극 사이의 피치(pitch)가 일정한 라인에 분포되는 전극으로 구성되는 코움(comb)으로 전기 방전 기계 가공을 통해 천공된다. 수직 컬럼에 동시적으로 오리피스가 천공된 후, 코움은 다음 컬럼에 대한 천공을 수행하기 위해 이동되고, 그 후 연속적인 구멍의 중심 사이의 수평 갭(gap)에 해당하는 거리만큼 밴드를 따라 코움이 이동한다.
이 기술은 매우 정밀한 천공을 가능하게 하고 단위 표면적 당 오리피스의 수의 편차는 매우 낮은데, 특히 1000개 당 1개 미만이다.
통상의 원심 분리기는 일반적으로 2000 내지 40,000개의 오리피스를 포함하며, 특히 원심 분리기의 평균 직경은 200mm 내지 800mm이다.
본 발명에 따라 제조된 장치를 사용하여 섬유 매트(mat)의 품질, 특히 섬유 매트의 기계적 특성을 현저히 증가시키는 한편, 에너지 소비를 현저히 줄이고 그리하여 섬유화 공정의 수율을 높이는 것이 가능하다고 입증되었다.
이 효과는, 일정한 연신 속도에서, 용융 물질이 보다 많이 나눠질수록, 그것을 연신하기 위해 필요한 에너지는 줄어들기 때문에, 동일한 밴드 높이에 대해 오리피스의 수가 증가하면 에너지 소비가 감소한다고 알려져 있다는 점에서 특히 주목할만한 것이다. 그러나, 오리피스의 수가 종래의 원심 분리기가 있는 동일한 밴드 높이에 대해서 증가된다면, 제조되는 섬유 매트의 품질은 증가하지 않고 심지어는 감소하는 경향이 있지만, 본 발명에 따라 제조되는 장치를 사용하면 제품의 특성을 개선하고 동시에 공정의 수율도 개선할 수 있다.
본문에서, 원심 분리의 위치 즉, 섬유화하는 동안 용융 물질이 운반된 축 주위로 실질적으로 수직한 방식으로 배열된 오리피스를 포함하는 밴드가 있는 원심분리기가 기준이 된다는 것을 상기하자. 용융 물질은 이 위치에서 원심분리기의 "상단"을 통해 운반된다. 원심분리기의 베이스는 실질적으로 수평이고 환형 구역은 이 베이스에 평행하며 이 배열에서 서로 겹쳐있다.
본 발명에 따른 원심분리기는 적어도 2개의 겹쳐있는 환형 구역을 포함하는데, 그 중 아래에 있는 것은 위에 있는 것보다 단위 면적 당 오리피스의 수가 더 많다. 실시하는 바람직한 방법에서, 원심분리기는 적어도 3개의 겹쳐진 환형구역을 포함하고 이들 구역의 각각은 고려된 환형 구역 위에 위치된 가장 가까운 환형 구역보다 단위 면적 당 더 많은 수의 오리피스를 포함한다.
실시하는 바람직한 방법에 따라서, 각 구역의 오리피스는 열로 그룹져 있고, 오리피스의 직경(d)은 각 환형 구역에서 실질적으로 일정하고 하나의 환형 구역에서 다른 환형 구역으로 가면서 그리고 원심 분리 위치에 있는 원심분리기의 주변 밴드의 상단에서 하단으로 가면서 감소된다.
본 발명에서, 적어도 2개의 이웃하는 열은 서로 다른 직경의 오리피스를 갖는 것이 또한 장점이고, 더욱 바람직하게는, 열은 주변 밴드의 상단에서 하단까지 직경이 감소되는 오리피스를 갖는다는 것이 또한 장점이다(일반적으로 단일 열의모든 오리피스는 동일한 직경을 갖는다). 그리하여, 상단에서 하단까지, 주어진 직경의 오리피스의 n열(들), 보다 작은 직경의 오리피스의 p열(들), 더욱 작은 직경의 오리피스의 t열(들) 등으로 예상할 수 있다(여기서, n, p 및 t≥1).
예를 들어, 원심분리기는 n열로 구성된 제 1 환형 구역(ZA1), p 열로 구성된 제 2 환형 구역(ZA2) 및 t열로 구성된 제 3 환형 구역(ZA3)을 가질 수 있다.
상단에서 하단까지, 오리피스 크기에 있어서 일종의 감소하는 "구배"가 만들어짐으로써, 섬유화의 품질 개선이 관찰되었다. 그리하여, 가장 높은 열에서 온 필라멘트가 가장 낮은 열에서 온 필라멘트에 대해 섬유화되는 방법에서의 차이를 줄이는 것이 가능하였다. 이러한 "구배"는 오리피스를 빠져나가는 주요 필라멘트의 전개를 가능케 하고 궤도 교차를 제한하며, 이에 따라 서로 다른 오리피스의 열로부터 연신되는 섬유가 서로 충돌하는 것을 제한하고 연신 공정을 가능하게 함으로써 품질 개선을 관찰할 수 있다.
이러한 구성은 특히 덜 조밀한 광물성 울의 제조에 적용된다.
반면, 특정 경우에서, 섬유의 길이를 줄이기 위하여, 섬유 사이에서 충돌되는 것을 원하기도 한다. 이 경우는 한 광물성 울, 특히, 루핑(roofing)에 사용되는 패널에 적절한 제품에 해당된다. 이 경우에서, 예를 들어, 한 구역에서 다른 구역까지 오리피스의 크기를 교대시킬 수 있으므로, 상단에서 하단으로 가면서, 주어진 직경의 오리피스의 n열(들), 다음에, 보다 큰 직경의 오리피스의 p열(들), 다음에 위에 위치된 열의 오리피스의 직경보다 작은 직경의 오리피스의 t열(들) 등을 예상할 수 있다.
1 내지 2mm, 특히 1.2 내지 1.8mm의 간격만큼 서로 떨어져있는 열을 갖고, 바람직하게 한 열에서 다른 열까지 1 내지 2mm, 예를 들어 1.2 내지 1.6mm의 피치를 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게, 원심분리기의 오리피스의 적어도 일부분의 직경(d)은 최대 1.5 내지 1.2mm, 특히 1.1 내지 0.5mm, 예를 들어 0.9 내지 0.7mm이다.
본 발명에 따른 바람직한 장치를 실시하는 다른 방법에 따라서, 하나의 환형 구역에 가장 가까운 이웃하는 오리피스의 중심 사이의 간격(D)은 실질적으로 단일 환형 구역 모두에 걸쳐서 실질적으로 일정하고 이 간격(D)은 하나의 구역에서 다른 구역으로 가면서 적어도 3% 또는 심지어 적어도 5% 및 심지어 10% 이상 변경되고 원심분리기가 섬유화 위치에 있다는 가정하에 상단에서 하단으로 가면서 감소된다.
바람직하게 간격(D)은 0.8 내지 3mm, 예를 들어, 1 내지 2mm, 심지어 1.4 내지 1.8mm이다.
본 발명에 따른 원심분리기는 평균 직경(DM)이 800mm이하, 특히 적어도 200mm가 되도록 선택되는 것이 바람직하다.
원심분리기는 그의 가장 낮은 부분(위에서 정의된 바와 같이, 원심분리기의 상단 부분의 마주보는 부분)에서 바닥부가 없는 것이 바람직하다.
이러한 실시 방법에 따라서, 원심분리기는 용융 유리가 퍼지는 바스켓과 결합되는데, 바람직하게는 기계적인 조립에 의해 결합된다. 바스켓은 원심분리기와 동일한 회전 속도로 회전된다.
실시하는 바람직한 방법에 따라서, 본 발명에 따른 바람직한 장치는 특히 본출원인에 의한 유럽 특허 제 0 189 354 및 유럽 특허 제 0 519 797호에 서술된 바와같이, 환형 버너의 형태로 고온의 가스 연신 제트(gaseous drawing jet)를 발생시키는 적어도 하나의 메커니즘을 포함한다.
환형 버너는 본 출원인에 의한 유럽 특허 제 0 189 354호에 서술된 바와 같이 가스 연신 제트를 원심분리기의 외부 수평 에지에 대한 접선 성분으로 부여하는 메커니즘을 포함하는 접선 버너인 것이 바람직하다.
그리하여 버너의 축에 대한 가스 연신 제트의 기울어진 각을 얻는 것이 가능하다.
원심분리기 "내부에" 내부 버너 타입의 가열 메커니즘을 사용하는 것도 가능하다. 이것은 다른 역할을 할 수 있는데, 원심분리기의 외부벽에 달라붙기 쉬운 섬유를 계속적으로 재 용융하기 위하여 원심분리기 내의 유리 저장소를 적절한 온도로 유지하면서, 특히, 원심분리기의 "바스켓"(도면을 이용하여 아래에 설명된 용어임)에 있는 용융 유리의 열 조절을 종결한다.
환형 인덕터(inductor) 타입의 "외부" 가열 방법과 이러한 내부 가열 방법을 결합하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 또한 유리 저장소의 온도를 더욱 잘 조절할 수 있게 하고 달라붙은 섬유의 재 용융을 가능하게 한다. 실제로, 낮은 연신 속도에서는 내부 버너에 의존하는 것으로 충분하다고 관찰되었지만, 높은 연신 속도에서는 환형 인덕터가 필요하다고 입증되었고, 내부 버너를 가능한 한 추가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 특히, 상기의 장치를 수행하는 고온에서 가스 연신과 함께내부 원심분리에 의해서 광물성 섬유를 제조하는 방법이다. 섬유화되는 물질은 원심분리기가 원심분리 위치에 있다고 가정할 때, 하나가 다른 하나의 상단부에 위치된 복수의 환형 구역에 분포된 오리피스로 천공된 주변 밴드가 구비된 원심 분리기로 내보내어 진다. 원심분리기는 적어도 2개의 환형 구역(ZA1,ZA2)를 포함하는데, 이 환형 구역의 단위 면적 당 오리피스 수(NS1,NS2)는 5% 이상, 특히 10% 이상, 심지어 20% 이상의 값만큼 다르고 단위 면적 당 최대 오리피스 수를 포함하는 환형 구역은 원심분리기가 섬유화 위치에 있다고 가정할 때, 다른 환형 구역 아래에 위치된다.
- 원심분리기는 그 특성이 위에 설명된 것이어야 바람직하다.
뜨거운 가스 연신은 다음과 같이 선택될 수 있는 작동 파라미터를 갖는 환형 버너에 의해 달성되는 것이 바람직하다.
- 바람직하게, 버너를 떠나는 가스의 온도를 적어도 1350℃, 특히 적어도 1400℃, 예를 들어, 1400 내지 1500℃, 특히 1430℃ 내지 1470℃로 조절하는 것이 가능하다. 그 후 온도는 광물성 섬유의 조성 타입에 따라, 특히 광물성 섬유의 점성 거동(viscosimetric behavior)에 따라 조절된다.
- 버너를 빠져나가는 가스의 속도를, 버너의 립의 출구부에서 측정했을 때, 적어도 200m/s로, 특히 200 내지 295m/s로 조절하는 것이 유리하다.
- 마지막으로, 버너를 빠져나가는 기체의 환형 폭을 5mm 내지 9mm의 값으로 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 공정이 원심력의 영향 하에서 원심분리기의 오리피스로부터 방출되는 물질 및/또는 뜨거운 연신 가스를 동력화하는 수단을 사용하는 경우에, 최대 상온이고 공급 기체 압력이 0.5 내지 2.5×105Pa, 특히 0.7 내지 2×105Pa인 가스 연신 칼라(collar)가 수단인 것이 바람직하다.
원심분리기의 최하단 구역을 가열하고 원심분리기의 높이에 걸쳐서 온도 구배가 생기는 것을 방지하거나 제한하기 위하여 인덕터를 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 열 및/또는 차단 제품을 제조하기 위해 위에서 서술된 장치 및/또는 공정에 의해 얻어지는 광물성 섬유를 사용하는 것이다.
본 발명은 다음의 도면에 의해 설명되는 비 제한적인 예를 사용하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.
그리하여 도 1은 종래 기술로부터 알려진 것, 특히, 본 섬유화 방법의 일반적인 양상에 대해 보다 상세하게 설명될 수 있는 유럽 특허 제 91 866호, 제 189 354호 및 제 519 797호를 기준으로 구성되고 서술된 뜨거운 가스 연신(hot gas drawing)을 사용하는 내부 원심 분리 시스템의 부분도를 도시하고 있다.
본 시스템은 샤프트(2)에 부착되는 원심 분리기(1)를 포함한다. 샤프트와 원심 분리기는 도시되지 않은 엔진을 사용하는 빠른 회전 움직임에 의해 가동된다.샤프트(2)는 속이 비어 있고, 용융 상태에 있는 유리는 샤프트(2)에 도시되어 있지 않은 공급 메커니즘으로부터 용융 유리가 뿌려지는 "바스켓"(3)까지 흐른다. 바스켓(3)은 또한 오리피스가 뚫려있는 주변벽(4)에서, 상기 벽에 뚫려있는 원형 오리피스(14)를 공급하는 영구적인 용융 유리 예비품을 이 벽에 형성시키는 통상 원심 분리기(1)의 "밴드"라고 지칭되는 주변벽(7)에서의 부피가 큰 실(threads)(6)의 형태로 용융 유리가 분무되도록 회전에 의해 운반된다. 이 벽(7)은 수직에 대해서 약 5 내지 10°로 기울어져 있다. 열로 배열된 매우 많은 수의 원형 오리피스(14)는 버너(9)로부터 방출되는 환형 가스 흐름에 돌출되는 예비 섬유(15) 흐름으로 뻗는 콘부(8)로 돌출된다. 이 흐름의 효과의 영향으로, 이들 예비 섬유는 원심력 하에서 수집되는 불연속적인 섬유(10)를 생성시키는 말단부를 신장시킨다. 이 시스템은 또한 버너(9)에 의해 발생되는 환형 가스 흐름을 둘러싸는 "가스 구름"을 만드는 블로잉 컬럼(blowing column)(11)을 포함한다. 도시되지 않은 내부 버너 및/또는 원심 분리기(1) 하의 유도 흐름(12)을 사용하는 것은 또한 선택 사항이다.
표준 조건 하에서, 피치라고 지칭되는, 오리피스의 2개 평행 열의 중앙을 통과하는 라인 사이의 갭은 밴드의 전체 높이에 대해 일정하다. 이러한 조건 하에서, 동일 열에 있는 이웃하는 오리피스의 중심 사이의 거리도 일정하다.
그리하여, 표준 원심 분리기에서, 단위 표면적 당 오리피스의 수는 밴드의 전체 표면에 대해 일정하다.
표준 작동 조건 하에서, 이러한 장치로 평균 직경이 적어도 2㎛, 특히 약 3 내지 12㎛인 섬유를 얻는 것이 가능하다.
그리하여 본 발명은 원심분리기의 밴드(7)에서 오리피스의 분포를 변경함으로써 섬유화 공정을 최적화하는 것으로 구성되었다.
본 발명의 본문에서 만들어진 가장 중요한 구성은 도 2에 나타난다.
도 2는 원심 분리기(1)의 밴드(7)의 부분 정면도를 도시하는데, 여기서 상기밴드의 천공된 오리피스(14)는 음영 처리되었다.
이 도면에서, 장치를 섬유화 위치에서 봤을 때, 2개의 겹쳐진 환형 구역(ZA1,ZA2)이 도시되어 있는데, ZA2가 ZA1 아래에 위치되어 있다. 도시된 경우에서, 각각의 이러한 환형 구역은 오리피스(14)로 된 3개의 원형 열을 포함한다. 환형 구역(ZA1)에서, 열은 피치(P1)를 나타내고, 오리피스는 직경(d1)을 나타내며, 거리(D1)는 가장 가까운 오리피스(14)의 중심을 분리하며, 이웃하는 오리피스의 가장 가까운 에지 사이의 간격은 DB1이고 단위 면적 당 오리피스의 수는 구역(ZA1)에서 NS1이고, 환형 구역(ZA2)에서, 이러한 파라미터는 각각 P2, d2, D2, DB2 및 NS2이다.
ZA1과 ZA2 사이의 피치는 P 1/2라고 지칭된다.
한편, d2는 d1보다 작고, P2 및 D2는 각각 P1 및 D1보다 작다는 것을 주목한다. 결과적으로, NS2는 NS1보다 아주 크다.
이러한 설명은 결코 제한적인 것이 아니며 원심 분리기(1)의 밴드(7)는 2개를 초과하는 환형 구역을 포함할 수 있는데, 상기 구역 각각은 적어도 하나의 오리피스(14) 열을 포함한다.
본 발명에 따른 원심 분리기의 값을 설명하기 위하여, 한편으로, 표준 원심분리기와 다른 한편으로 본 발명에 따른 원심 분리기의 비교 테스트가 수행되었다. 동일한 평균 직경(DM) 및 동일한 밴드 표면적 및 동일한 높이의 천공된 밴드를 갖도록 선택된 2개의 원심 분리기의 특징이 표 1에 나타나 있다. 이러한 원심 분리기 각각은 3개의 환형 구역을 포함하는데, 각각은 일정한 직경이고, 열에서 일정 간격 떨어진 몇 개의 오리피스 열로 구성된다.
열당 오리피스의 수는 NO로 표시되고, 단위 면적 당 오리피스의 수(NS)는 NS = NO/(π.D.P)로 계산된다. NS는 여기서 mm2당 오리피스의 수로 표시된다.
단위 면적 당 오리피스의 수는 표준 원심 분리기에 대해 일정하다는 것을 주목한다. 본 발명에 따른 원심 분리기의 경우에, 단위 면적 당 오리피스의 수는 환형 구역에 따라 변하고, 이 수(NS)는 가장 높은 환형 구역(ZA1)에 대해 표준 원심 분리기 하나보다 낮으며, 다른 환형 구역(ZA2,ZA3)에 대한 표준 원심 분리기의 수보다는 높다. 본 발명에 따른 원심 분리기에 대해서, 단위 면적 당 오리피스의 수는 원심 분리기의 상단에서 하단까지의 구역에 따라, 하나의 구역에서 다른 구역까지 약 25 내지 30% 만큼 증가한다는 것을 주목한다.
2개의 원심 분리기가 특히 SEVA사에 의해 제조된, 기준 SG30 하에서 알려진, 동일한 합금으로 제조되었다. 표준 원심 분리기는 위에서 서술된 전자침식 기술을 사용하여 천공되었고, 본 발명에 따른 원심 분리기의 오리피스는 전자 충격을 사용하여 천공되었다. 레이저 천공도 고려될 수 있다.
제품은 동일한 연신 조건 하에서 각각의 원심 분리기로 제조되었다.
제조된 제품의 형태, 섬유화 조건 및 얻어진 제품에서 측정된 기계적인 특성이 표 2에 나타나 있다.
섬유의 섬세도는 5g 하의 섬도값(micronaire)(F)에 의해 결정된다. 크기가 측정되지 않은 매트(mat)로부터 추출된 섬유의 주어진 양이 기체 - 일반적으로 공기 또는 질소의 주어진 압력의 영향을 받게되면, "섬세도(fineness index)"라고도 지칭되는 섬도 측정은 공기 역학적 하중의 손실을 측정함에 의한 비 표면적을 고려한다. 이러한 측정은 광물성 섬유 제조 유닛에서 전형적인 것이고, 이 유닛은 목화 섬유를 측정하기 위해 표준화되고(DIN 53941 또는 ASTM D 1448), 이 유닛은 "섬도 장치"라고 지칭되는 장치를 사용한다. 본 실시예에서, 제품의 섬도는 동일한데, 즉, 본 경우에서, 유량(ℓ/min)이 동일하다는 것을 확신한다.
얻어진 제품은 동일한 타입 즉, 공칭 두께가 동일하고 밀도가 동일하다. 제품을 얻기 위하여, 동일한 버너가 사용되었는데, 이 경우에서는 기체 분사의 경사도가 약 10°인 접선 버너가 사용되었다. 사용된 바스켓은 동일한 형상이다. 버너 압력은 mmCE 단위(mm 물기둥 = mmH2O)이다.
이들 제품은 섬유의 중량에 대해서 4.7%의 결합제가 있는 동일한 포모페놀 결합제(formophenolic binder)로 모두 함침된다.
동일 타입의 제품을 얻는데 필요한 에너지 즉, 특히 연소{Nm3/h : 시간당 노르모(Normo) 입방미터 단위의 출력}를 위해 제공하는 공기 및 기체의 양이 비교된다.
동일 타입의 제품에서 각 원심분리기로 측정된 특성이 또한 비교된다.
두께 회복도는 압축 테스트 후의 두께와 공칭 두께 사이의 비(%)로 정의된다. 압축 테스트 전에 제조된 제품의 두께는 공칭 두께보다 더 두껍다는 것을 주의해야 한다. 위에서 언급된 테스트의 경우에, 제조된 제품의 두께는 80mm의 공칭 두께에 대해서 144mm이다.
표 2로부터, 12일의 압축 테스트 후 하중 해제된 섬유 매트의 두께는 본 발명에 따른 원심 분리기로 제조된 섬유 매트의 원래 두께(제조 두께)의 약 90%이고 표준 원심 분리기로 제조된 섬유 매트의 초기 두께의 약 80%라는 것이 추론될 수 있다.
위에서 언급된 압축 테스트를 수행하기 위하여, 섬유 매트의 패널이 제조 후 준비되고, 하중되어서 8/1의 압축 비율 즉, 위에서 언급된 경우에서, 약 18mm의 압축 두께를 얻는다. 특정된 압축 시간(12일, 1달) 후에, 패널은 하중 해제되고(압축 시간당 4개의 패널이 테스트된다) 압축 테스트 후의 평균 두께가 결정된다.
인장 강도는 섬유 제품의 매트에서 펀치(punch)에 의해 링 절단(ring cut)된 형태인 테스트 견본을 기준으로 결정된다. "인장 강도"는 테스트 견본의 질량에 대한 인장력의 한계{반지름이 12.5mm인 2개의 원형, 평행 굴대에 의해 300mm/min의 하중 속도로 찢어지는 링의 파단력(breaking force)}으로 표현되고 gf/g의 단위로 표시된다.
테스트가 시작될 때 하중된 테스트 견본은 실질적으로 장축 및 단축이 122 ×76mm 이고 26mm 토르의 두께인 타원형 원환체 링이다. 15개의 견본이 제품에 의해 테스트되었다. 이 테스트는 표준 BIFT 5012-76 및 ASTM C 681-76이라고 지칭된다.
제품이 제조된 후, 제품에 대한 인장 강도가 측정되고, 가압 용기 테스트 후에 에이징(aging)에 대한 제품의 용량을 측정하기 위하여 제품에 대한 인장 강도가 측정된다. 가압 용기 테스트의 기간은 107℃ 온도, 0.8bar 압력 및 100%의 습도에서 15분이다.
표 2에서, 동일한 타입의 제품에 대해서, 급격하게 개선된 기계적 특성이 표준 장치에 비교되는 본 발명에 따른 장치로 얻어지고, 동시에, 섬유를 제조하는데 필요한 에너지가 현저히 감소되는 것이 관찰될 수 있다.
실제로, 버너의 압력은 표준 원심 분리기로 얻어지는 결과에 비해서 본 발명에 따른 원심 분리기로 약 20% 미만으로 낮게 된다. 동시에, 유체, 공기 및 가스의 산출물은 약 10% 만큼 비교적 작다. 그리하여 공정의 에너지 수율은 본 발명에 따른 원심 분리기로 아주 바람직하게 증가된다.
기계적인 특성의 개선은 표준 원심 분리기로 얻어지는 제품에 비교되는 본 발명에 따른 원심 분리기로 얻어지는 약 10% 더 큰 두께 회복도와 약 20% 개선되는 인장 강도 둘 모두에 관한 것이다.
게다가, 이러한 두드러진 결과로부터 예상치 못하게, 원심 분리기의 오리피스의 수의 증가는 원심 분리기가 본 발명의 지시에 따라 제조될 때, 원심 분리기의 수명에 대해 부정적인 효과를 갖지 않는다는 것을 주목하였다.
표 2에 규정된 섬유화 조건 하에서, 본 발명에 따른 원심 분리기의 수명은약 370 시간이었고, 표준 원심 분리기의 수명은 약 300 시간이었다.
동일한 방법으로, 제품의 품질은 방사기의 섬유화에서 사용된 시간에 따라 그렇게 현저히 변하지 않지만, 단위 면적 당 구멍의 수가 증가하는 것은 동일한 방사기로 섬유화하는 동안 제품 특성의 급격한 저하에 의해 수반되는 원심 분리기의 노화를 가속시킬 수 있다는 것이 염려될 수 있다.
표 1에 있는 본 발명에 따른 원심 분리기에 대해 설명된 형태는 특히 형상적인 관점에서 볼 때 특히 바람직하다는 것이 주목된다. 실제로, 원심 분리기의 오리피스의 수가 증가할 때, 본 발명자들은 오리피스의 에지 사이의 간격(DB1)이 환형 구역(ZA1)에 있는 표준 원심 분리기의 오리피스의 에지 사이의 간격에 비해 증가되고, 오리피스가 가장 큰 직경(D1)을 갖고, 침식과 부식이 가장 활발한 기하학적인 형태를 규정할 수 있었다. 중간의 환형 구역(ZA2)에서, 오리피스의 에지 사이의 간격(DB2)은 양 형태에서 동일하고, 가장 작은 직경(D3)인 환형 구역(ZA3)에서, 선택된 형상은 오리피스의 에지 사이의 간격(DB3)이 감소되게 하는데, 이는 부식과 침식이 그렇게 크지 않기 때문에 해롭지 않다. 그리하여, 아주 바람직스럽게, 오리피스의 수를 크게 늘릴수록 본 발명에 따른 원심 분리기의 기계적 특성은 보존되고, 그 수명은 표준 원심 분리기와 동일하게 유지되거나 또는 증가될 수 있다.
본 발명은 이러한 실시 형태에 국한되지 않고 비 제한적인 방법으로 해석되어야 하는데, 본 발명은 원심분리기가 원심 분리 위치에 있다고 가정할 때, 한 가지가 다른 하나의 상단에 배치된 복수의 환형 구역에 분포한 오리피스가 천공되어 있는 주변 밴드를 구비한 원심분리기를 포함하는 광물성 섬유의 내부 원심 분리용장치를 포함하는데, 이러한 장치는 단위 표면적 당 오리피스의 수(NS)가 5% 이상, 특히 10% 이상, 심지어 20%가 다른 적어도 2개의 환형 구역을 갖고, 이러한 원심 분리 장치를 사용하는 임의의 공정을 포함한다.
표준 원심 분리기 본 발명에 따른원심 분리기
직경(mm) 600 600
천공된 밴드의 높이(mm) 34.25 34.25
환형 구역(ZA)의 수 3 3
제 1 환형 구역(ZA1)→열의 수→직경(d1)→거리(D1)→에지 간의 간격(DB1)→피치(P1)→열당 오리피스의 수(NO1)→오리피스/표면적(NS1)→피치(P 1/2) 41.01.70.71.4911000.391.49 60.91.80.91.5610470.361.75
제 2 환형 구역(ZA2)→열의 수→직경(d2)→거리(D2)→에지 간의 간격(DB2)→피치(P2)→열당 오리피스의 수(NO2)→오리피스/표면적(NS2)→피치(P 2/3) 70.91.70.81.4911000.391.49 80.81.60.81.3911780.451.55
제 3 환형 구역(ZA3)→열의 수→직경(d3)→거리(D3)→에지 간의 간격(DB3)→피치(P3)→열당 오리피스의 수(NO3)→오리피스/표면적(NS3) 130.81.70.91.4911000.39 120.71.40.71.2213450.58
표준 원심 분리기 본 발명에 따른 원심분리기
제품의 타입공칭 두께(mm)밀도(kg/m3)섬도(l/mm,5g)λ(mW/mK) 809.513.441.6 809.513.541.2
섬유화 조건연신(t/d)버너바스켓버너 압력(mm CE)공기 출력(Nm3/h)가스 출력(Nm3/h) 23접함표준6681953120 23접함표준5621743111
제품의 기계적 특성12일 후 두께의 회복도한달 후 두께의 회복도제조 후 인장 강도(gf/g)15분동안 가압 용기에서 있은 후 인장 강도(gf/g) 126116180126 131126220150
상술한 바와 같이, 본 발명은 특히 열 및/또는 음향 차단 제품의 합성물에서 사용되는 유리 울의 산업적 제조에 이용된다.

Claims (14)

  1. 하나가 다른 하나의 상단에 배치된 복수의 환형 구역(ZA)에 분포된 오리피스(14)로 천공된 주변 밴드(7)가 구비된 원심 분리기(1)(원심분리기는 원심 분리 위치에 있다고 가정함)를 포함하는 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치로서,
    상기 장치는 단위 면적 당 오리피스의 수(NS1,NS2)가 5% 이상, 특히 10% 이상, 심지어 20% 이상의 값만큼 차이나는 적어도 2개의 환형 구역(ZA1,ZA2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 원심 분리기가 섬유화 위치에 있다고 가정할 때, 단위 표면적 당 가장 많은 수의 오리피스를 포함하는 상기 환형 구역은 단위 면적 당 평균적으로 보다 적은 수의 오리피스를 포함하는 다른 환형 구역 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 각 환형 구역의 오리피스(14)는 열로 그룹지어있고, 오리피스의 직경(d)은 각각의 환형 구역에서 실질적으로 일정하며, 원심 분리 위치에서 하나의 환형 구역에서 다른 환형 구역으로 갈수록, 그리고 상기 원심분리기(7)의 주변 밴드의 상단에서 하단으로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 열은 1 내지 2mm, 특히 1.2 내지 1.8mm의 거리를 두고 서로 일정 간격 떨어져 있고, 바람직하게 한 열에서 다음 열까지의 피치(pitch)는 1 내지 2mm, 예를 들어 1.2 내지 1.6mm인 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 분리기(1)의 상기 오리피스(14)의 적어도 일부분의 직경(d)은 최대 1.5 또는 1.2mm이고, 특히 1.1 내지 0.5mm이며, 예를 들어 0.9 내지 0.7mm인 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동일한 환형 구역(ZA)과 이웃하는 가장 가까운 오리피스의 중심 사이의 간격(D)은 전체 환형 구역에 걸쳐서 실질적으로 일정하고, 이 간격(D)은 하나의 구역에서 다른 구역까지 적어도 3% 또는 심지어 적어도 5% 그리고 심지어 10% 이상 변하고, 상기 원심 분리기(1)가 섬유화 위치에 있다고 가정할 때, 상단에서 하단까지 특히 0.8mm 내지 3mm, 예를 들어 1 내지 2mm, 심지어 1.4 내지 1.8mm의 간격(D)으로 감소되는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심분리기(1)는 800mm이하, 특히 적어도 200mm의 평균 직경(DM)을 제공하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 분리기(1)는 상기 용융 유리가 퍼지는 바스켓(basket)(3)과 결합되는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 환형 버너(9) 형태의 고온 가스 연신 제트를 만드는 적어도 하나의 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 환형 버너(9)는 접선 버너(tangential burner)인데, 이 접선 버너는 상기 원심분리기의 외부 수평 에지에 대한 접선 성분을 상기 가스 연신 제트에 제공하는 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광물성 섬유의 내부 원심 분리를 위한 장치.
  11. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 것을 특징으로 하는 원심 분리기(1).
  12. 제 11항에 있어서, 상기 원심 분리기는 바닥이 없는, 원심 분리기(1).
  13. 고온에서 가스 연신과 관련되는 내부 원심 분리에 의한 광물성 섬유를 형성하는, 특히 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 수행하는 방법으로, 여기서, 섬유화 되는 물질은 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때, 하나가 다른 하나의 상단에 배치되는 복수의 환형 구역(ZA)에 분포되는 오리피스(14)로 천공되는 주변 밴드를 구비하는 원심 분리기(1)에 내보내지는 상기 방법으로서,
    상기 원심 분리기는 단위 면적 당 오리피스의 수(NS1,NS2)가 5% 이상, 특히 10% 이상, 심지어 20% 이상의 값만큼 차이나는 적어도 2개의 환형 구역(ZA1,ZA2)을 포함하고, 단위 면적 당 최대의 오리피스 수를 포함하는 상기 환형 구역은 상기 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있다고 가정할 때, 다른 환형 구역 아래에 위치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 열 및/또는 음향 차단 제품을 제조하기 위한 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 장치에 의해 얻어지고/얻어지거나 제 13항에 기재된 방법에 의해 얻어지는 광물성 섬유의 사용 방법.
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