KR20100014241A - Inorganic fabric - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 연사(yarn)로 형성된 직물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 무기 필라멘트로 구성된 연사로 형성된 고성능 직물에 관한 것이다. 본 발명은 특히 흑색 암석(black rock)을 포함하는 무기 원료로부터 유도된 연사로 직물을 생성하는데 유용하지만, 이것으로만 제한되지 않는다.The present invention relates to a woven fabric formed of yarn. More specifically, the present invention relates to a high performance fabric formed from twisted yarns composed of inorganic filaments. The present invention is particularly useful for, but not limited to, producing fabrics from twisted yarns derived from inorganic raw materials including black rock.
통상의 직물은 전형적으로 유기 또는 합성 중합체 섬유로 생산된다. 이들 조성으로 인해, 상기 직물(fabric)은 포스 내성(force resistance)이 요구되는 조건 하에 및 고온에서 매우 제한된 용도를 갖는다. 구체적으로, 이러한 직물은 고온에 적용되는 경우 급속히 악화되고, 상기 직물은 전형적으로 대부분의 조건 하에 제한된 강도를 갖는다.Conventional fabrics are typically produced from organic or synthetic polymer fibers. Due to their composition, the fabric has very limited use under conditions where force resistance is required and at high temperatures. Specifically, such fabrics deteriorate rapidly when applied at high temperatures, and the fabrics typically have limited strength under most conditions.
직물은 통상의 연사보다는 고성능 연사로 점점 형성되고 있다. 고성능 연사는 통상의 연사에 비해 증가된 강도 및 증가된 탄성률 모두를 갖는다. 통상적으로, 고성능 연사는 무기 필라멘트로 형성된다. 상기 필라멘트의 용도는 높은 인장 강도 및 모듈러스를 갖는 새로운 부류의 연사 및 직물로 귀결되고, 상기 필라멘트는 승온에서 이들 특성을 유지하는 능력을 갖는다. 뿐만 아니라, 공지된 무기 필라멘트로 형성된 직물의 강도 및 내열성은 상응하게 개선될 수 있다.Fabrics are increasingly formed of high performance yarns rather than conventional yarns. High performance yarns have both increased strength and increased elastic modulus compared to conventional yarns. Typically, high performance twisted yarns are formed of inorganic filaments. The use of the filaments results in a new class of twisted yarns and fabrics with high tensile strength and modulus, the filaments having the ability to retain these properties at elevated temperatures. In addition, the strength and heat resistance of fabrics formed from known inorganic filaments can be correspondingly improved.
공지된 직물의 강도 및 내열성을 상응하게 개선시키기 위해, 본 발명은 화산암과 같이 정제되지 않은 원료를 이용하여 직물로 직조될 수 있는 무기 필라멘트를 제조한다. 화산암으로 제조된 무기 필라멘트는 우수한 강도 및 내열성 품질을 나타내는 것으로 밝혀지고 있다. 마찬가지로, 상기 무기 필라멘트로 직조되거나 또는 그렇지 않으면 형성된 직물은 또한 동일하게 우수한 강도 및 내열성 품질을 나타낸다. In order to correspondingly improve the strength and heat resistance of known fabrics, the present invention produces inorganic filaments that can be woven into fabrics using raw materials such as volcanic rock. Inorganic filaments made of volcanic rock have been found to exhibit good strength and heat resistance qualities. Likewise, fabrics woven or otherwise formed of such inorganic filaments also exhibit equally good strength and heat resistance qualities.
상기한 바에 비추어, 본 발명의 목적은, 무기 연사로 형성된 직물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 화산암으로부터 유도된 유기 연사로 형성된 직물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 레이온으로 코팅된 무기 필라멘트를 포함하는 연사로 형성된 직물을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 제조가 비교적 용이하고, 사용하기 단순하며, 상당히 비용 효율적인 고 강도 내열성 직물을 제공하는 것이다.In view of the above, it is an object of the present invention to provide a fabric formed of inorganic yarns. Another object of the present invention is to provide a fabric formed of organic twisted yarn derived from volcanic rock. Another object of the present invention is to provide a fabric formed of twisted yarn comprising inorganic filaments coated with rayon. Another object of the present invention is to provide a high strength heat resistant fabric which is relatively easy to manufacture, simple to use and fairly cost effective.
본 발명은, 화산암으로 형성되고 레이온으로 코팅된 무기 필라멘트로 구성된 연사로 형성된 직물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 무기 필라멘트는 화산암의 용융물로부터 스펀된다. 바람직하게는, 화산암은 산화알루미늄, 산화철, 이산화규소, 이산화티탄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨 및 산화칼륨으로 구성된 흑색 암석이다. 흑색 암석 외에, 상기 용융물은 바람직하게는 산화철, 화이트스톤 및 붕소를 포함하는 첨가제를 포함한다.The present invention relates to a fabric formed from twisted yarns formed of volcanic rock and coated with inorganic filaments coated with rayon. More specifically, the inorganic filaments are spun from the melt of volcanic rock. Preferably, the volcanic rock is a black rock composed of aluminum oxide, iron oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, magnesium oxide, calcium oxide, sodium oxide and potassium oxide. In addition to the black rock, the melt preferably comprises an additive comprising iron oxide, white stone and boron.
상기 필라멘트가 용융물로부터 스펀된 후, 상기 필라멘트는 레이온 사이징 작용제에 의해 사이징되거나 또는 코팅된다. 이어서, 사이징된 필라멘트는 함께 트위스트되어 당업계에서 잘 이해되는 방식으로 연사를 형성한다. 바람직하게는, 생성된 연사는 10 내지 15 밀리미터 범위의 직경을 갖고, 대략 무기 필라멘트 98중량%와 레이온 2중량%이다.After the filament is spun from the melt, the filament is sized or coated by a rayon sizing agent. The sized filaments are then twisted together to form twisted yarns in a manner well understood in the art. Preferably, the resulting twisted yarns have a diameter in the range of 10 to 15 millimeters, with approximately 98 weight percent inorganic filament and 2 weight percent rayon.
흑색 화산암은 일정 성분 범위로 형성되지만, 제조 공정은 연사가 산화칼슘 35 ~ 45중량%, 산화마그네슘 30 ~ 40중량%, 산화칼륨 5 ~ 10중량%, 산화알루미늄 2중량% 미만, 산화철 5 ~ 10중량%, 이산화규소 2중량% 미만, 이산화티탄 2중량% 미만, 산화나트륨 2중량% 미만, 붕소 2중량% 미만, 및 레이온 1 ~ 5중량%로 구성되도록 조절되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 상기 연사는 대략적으로 산화칼슘 40중량%, 산화마그네슘 36.6중량%, 산화칼륨 8.4중량%, 산화알루미늄 0.8중량%, 산화철 8.85중량%, 이산화규소 0.85중량%, 이산화티탄 0.8중량%, 산화나트륨 0.8중량%, 붕소 0.6중량%, 및 레이온 2중량%로 구성된다.Black volcanic rocks are formed in a certain component range, but the manufacturing process is 35 to 45% by weight of calcium oxide, 30 to 40% by weight of magnesium oxide, 5 to 10% by weight of potassium oxide, less than 2% by weight of aluminum oxide, iron oxide to 5 to 10 It is preferably adjusted to consist of weight percent, less than 2 weight percent silicon dioxide, less than 2 weight percent titanium dioxide, less than 2 weight percent sodium oxide, less than 2 weight percent boron, and 1 to 5 weight percent rayon. More preferably, the twisted yarn is approximately 40% by weight of calcium oxide, 36.6% by weight of magnesium oxide, 8.4% by weight of potassium oxide, 0.8% by weight of aluminum oxide, 8.85% by weight of iron oxide, 0.85% by weight of silicon dioxide, 0.8% by weight of titanium dioxide, 0.8 wt% sodium oxide, 0.6 wt% boron, and 2 wt% rayon.
그 조성의 결과, 본 발명의 직물은, 대략적으로 1500℃ 내지 대략적으로 1650℃의 융점을 갖는다. 또한, 상기 직물은 대략적으로 -130℃ 내지 대략적으로 700℃의 작동 범위를 갖는다.As a result of the composition, the fabric of the present invention has a melting point of approximately 1500 ° C to approximately 1650 ° C. In addition, the fabric has an operating range of approximately -130 ° C to approximately 700 ° C.
그의 우수한 열적 특성 외에, 본 발명의 직물은 우수한 강도를 나타내고, 양호한 탄도 특성을 나타낸다. 구체적으로, 상기 직물은 대략적으로 500 lbf/in2 내지 대략적으로 1800 lbf/in2의 인장 강도를 갖는다. 또한, 상기 직물은 대략적으로 160g/m2 내지 대략적으로 350g/m2의 표면 밀도를 갖는다. 또한, 상기 직물은 비교적 매우 경량이고, 약 1.6g/cc의 밀도를 갖는다.In addition to its excellent thermal properties, the fabrics of the present invention exhibit good strength and good ballistic properties. Specifically, the fabric has a tensile strength of approximately 500 lbf / in 2 to approximately 1800 lbf / in 2 . In addition, the fabric has a surface density of approximately 160 g / m 2 to approximately 350 g / m 2 . In addition, the fabric is relatively very lightweight and has a density of about 1.6 g / cc.
본 발명 자체뿐만 아니라, 본 발명의 신규 특성은 모두 그의 구조 및 오퍼레이션에 관하여, 수반된 설명과 관련하여 취한 수반된 도면으로부터 가장 잘 이해될 것이고, 여기서 유사한 참조 문자는 유사한 부분을 의미하고, 여기서The novel features of the invention, as well as the invention itself, will all be best understood from the accompanying drawings taken in connection with the accompanying description, with respect to their structure and operation, wherein like reference characters indicate similar parts, wherein
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 직물의 확대된 도식적 측면도.1 is an enlarged schematic side view of a fabric according to an embodiment of the present invention.
도 2는, 본 발명에 따른 무기 연사를 제조하는 방법을 예시하는 개략도.2 is a schematic diagram illustrating a method of producing an inorganic yarn according to the present invention.
도 3은, 본 발명에 따른 직물에 사용될 수 있는 여러 가지 예시적인 직조 스타일의 도식적 설명도.3 is a schematic representation of various exemplary weaving styles that may be used in the fabric according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 기재된 고 강도 내열성 직물이 도시되고 일반적으로 10으로 표시된다. 도시된 바와 같이, 직물(fabric)(10)은 실질적으로 서로 평행하게 배열된 복수개의 씨실(fill yarn)(12)로 구성되어 있다. 또한, 복수개의 날실(warp yarn)(14)은 서펜타인(serpentine) 형식으로(즉, 인접한 씨실(12)의 위와 아래) 씨실(12)로 직조된다. 본 발명을 위해, 씨실(12) 및 날실(14) 모두는 무기 화산암, 첨가제 및 레이온으로 형성된 연사(yarn)(16)로 구성된다. 결과적으로, 상기 직물(10)은 무기 연사(16)로만 구성되고, 아래 고찰된 특정한 바람직한 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 1, the high strength heat resistant fabric described in the present invention is shown and generally indicated by 10. As shown, the
이하 도 2를 참조하면, 무기 연사(16)를 제조하기 위한 시스템(18)이 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 시스템(18)은 노(furnace)(20)를 포함한다. 상기 노(20)는 바람직하게는 큐폴라 노(cupola furnace)이고, 측벽(24)으로 형성된 챔버(22)를 포함한다. 상기 챔버(22)는 무기 연사를 제조하기 위해 필요한 원료(26)를 수용하도록 치수가 정해진다. 구체적으로, 원료(26)는 흑색 암석(black rock)(28)과 첨가제(30)를 포함한다. 지시된 바와 같이, 상기 흑색 암석(28) 및 첨가제(30)는 분쇄된 고체의 형태로 챔버(22)에 제공된다. 일단 이들 물질이 챔버(22) 내에 수용되면, 이들은 내부에서 액화되어 용융물(melt)(32)을 형성한다.Referring now to FIG. 2, a
상기 노(20)의 하류에서, 시스템(18)은 스피닝 장치(spinning device)(34)를 포함한다. 상기 스피닝 장치(34)는 노(20)와 통합될 수 있거나 또는 용융물(32)을 수용하기 위해 상기 노(20)에 직접적으로 접속될 수 있다. 대안적으로, 상기 용융물(32)은 레이들 등의 캐리어를 통해 스피닝 장치(34)에 전달될 수 있다. 두 경우, 상기 스피닝 장치(34)는 하나의 구명 또는 여러 구멍을 통해 용융물(32)을 강제로 밀어내어 복수개의 필라멘트(36)를 형성하는 펌프 또는 다른 수단을 포함한다. 바람직하게는, 상기 스피닝 장치(34)의 구멍은 상기 용융물(32)의 고온을 견딜 수 있는 정지 백금 노즐에 의해 형성된다.Downstream of the
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 시스템(18)은 스피닝 장치(34)의 하류에 배치된 냉각 장치(38)를 추가로 포함한다. 상기 스피닝 장치(34)와 마찬가지로, 냉각 장치(38)는 노(20)와 통합될 수 있거나 또는 그에 접속될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 냉각 장치(38)는 스피닝 장치(34)로부터 복수개의 필라멘트(36)를 수용하도록 배치된다. 또한, 사이징 스테이션(sizing station)(40)은 그로부터 복수개의 필라멘트(36)를 수용하도록 냉각 장치(38) 하류에 위치한다. 상기 사이징 스테이 션(40)은 복수개의 섬유(44)를 형성하기 위해 복수개의 필라멘트(36)에 도포될 수 있는 사이징 작용제(sizing agent)(42)를 포함한다. 도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 트위스팅 장치(twisting device)(46)는 사이징 스테이션(40) 바로 아래에 위치한다. 상기 트위스팅 장치(46)는 복수개의 섬유(44)를 수용하고, 그로부터 무기 연사(16)를 형성한다.As shown in FIG. 2, the
더욱 상세하게는, 본 발명의 흑색 암석(28)은 바람직하게는 오레곤, 워싱턴 및 기타 지역에서 흔히 발견되는 유형의 화산암이다. 이러한 흑색 암석(28)은 통상적으로 산화칼슘 44중량%, 산화마그네슘 41중량%, 산화칼륨 10중량%, 산화알루미늄 1중량%, 산화철 1중량%, 이산화규소 1중량%, 이산화티탄 1중량% 및 산화나트륨 1중량%를 함유한다. 다른 물질로 처리하거나 또는 그와 혼합되지 않는 한, 흑색 암석(28)은 통상적으로 1200℃ 이상의 융점을 갖는다. 노(20)의 챔버(22)에 도입되기 전에, 흑색 암석(28)은 약 4 ~ 8인치의 직경 "d"를 갖는 개별 조각으로 등급화된다. 바람직하게는, 흑색 암석(28)의 개별 조각들 모두는 실질적으로 동일한 직경 "d"를 갖는다.More specifically, the
도 2에 추가 도시된 바와 같이, 첨가제(30)는 분쇄된 고체의 형태로 제공된다. 상기 첨가제(30)는 바람직하게는 약 900℃ 이상의 융점을 갖고, 과망간산칼륨 약 26 ~ 33중량%, 산화철 39 ~ 45중량%, 화이트스톤 22 ~ 31중량% 및 붕소 3중량%를 포함한다. 본 발명을 위해, 과망간산칼륨은 원료(26)를 용융시키기 위한 연료 제공원으로서 제공되고, 산화철은 흑색 암석(28)을 변형시키기 위해 제공된다. 또한, 산화칼슘 약 58중량%, 산화마그네슘 41중량%, 이산화규소 1중량% 미만 및 산화 철 1중량% 미만을 함유하는 화이트스톤 및 붕소가 원료(26)의 혼합물의 융점을 낮추고, 가공을 촉진시키기 위해 제공된다.As further shown in FIG. 2, the additive 30 is provided in the form of a ground solid. The additive 30 preferably has a melting point of about 900 ° C. or more and includes about 26 to 33 wt% of potassium permanganate, 39 to 45 wt% of iron oxide, 22 to 31 wt% of whitestone, and 3 wt% of boron. For the present invention, potassium permanganate is provided as a fuel source for melting the
배치 공정으로서, 바람직한 양의 흑색 암석(28) 및 첨가제(30)가 노(20)에 전달된다. 바람직하게는, 챔버(22)에 제공된 원료(26)는 필수적으로 흑색 암석(28) 60 ~ 90중량% 및 첨가제(30) 40~ 10중량%로 구성된다. 특정한 바람직한 실시예에서, 원료(26)는 필수적으로 흑색 암석(28) 87 ~ 88% 및 첨가제(30) 13 ~ 12%로 구성된다. 이러한 일 실시예에서, 원료(26)의 혼합물은 과망간산칼륨 약 5 ~ 6중량%, 화이트스톤 4 ~ 6중량%, 산화철 8중량%, 및 붕소 0.6중량%를 포함한다. 부피 분석에 의해, 원료(26)는 바람직하게는 흑색 암석(28) 약 100부 및 첨가제(30) 약 14부이다.As a batch process, the desired amount of
노(20)의 챔버(22) 내에 위치할 때, 원료(26)의 혼합물은 대략적으로 955℃ ~ 1270℃ 범위의 온도로, 바람직하게는 1200℃ 내지 1270℃의 온도로 가열된다. 습득된 특정 온도와 무관하게, 원료(26)의 혼합물은 가공을 위한 점성 특성을 갖는 용융물(32)로 액화시키기 위해 원료(26)를 환원시키기에 충분히 가열된다. 가열 중에, 과망간산칼륨은 연료로서 연소되고, 다른 원료(26)를 액화시키는 단계를 촉진시킨다.When located in the
용융물(32)이 적절히 형성된 후, 이는 스피닝 장치(34)로 전달된다. 상기 스피닝 장치(34)는 그의 노즐을 통해 용융물(32)에 힘을 가함으로써 상기 용융물(32)을 복수개의 필라멘트(36)로 압출시킨다. 생성된 필라멘트(36)는 실질적으로 1 내지 10 미크론 범위의 직경을 갖는다. 필라멘트(36)의 변형을 방지하기 위해, 이들 은 냉각되고 연성 고체 상체로 경화되도록 냉각 장치(38)로 전달된다. 냉각 과정 동안, 냉각 장치(30)는 먼저 복수개의 필라멘트(36)를 800℃로 냉각시키고, 그 온도를 30분 동안 유지한다. 다음으로, 이는 복수개의 필라멘트(36)를 355℃로 냉각시키고, 그 온도를 30분 동안 유지한다. 결과적으로, 복수개의 필라멘트(36)는 추가의 가공을 촉진시키는 실질적으로 연성인 고체 상태에 도달한다.After the
355℃로 냉각된 후, 상기 필라멘트(36)는 사이징 스테이션(40)으로 통과된다. 상기 사이징 스테이션(40)에서, 레이온 사이징 작용제(42)는 복수개의 필라멘트(36)에 도포된다. 구체적으로, 복수개의 필라멘트(36)는 레이온 작용제(42)에 의해 코팅되어 복수개의 섬유(44)를 형성한다. 상기 레이온 작용제(42)는 바람직하게는 연사 형태이고, 레이온이 생성된 섬유(44)의 2중량%를 형성하는 양으로 제공된다. 레이온 코팅의 결과로서, 섬유(44)는 기계적 손상으로부터 보호되고, 섬유(44)로부터 연사의 형성이 촉진된다. 일단 이들이 사이징되면, 섬유(44)는 수집되어 트위스팅 장치(46)에 의해 처리된다. 구체적으로, 상기 트위스팅 장치(46)는 복수개의 섬유(44)를 드래프팅하고, 트위스팅하여 무기 연사(16)를 형성한다. 바람직하게는, 생성된 무기 연사(16)는 10 내지 15 밀리미터 범위의 직경을 갖는다.After cooling to 355 ° C., the
본 발명을 위해, 상기 방법에 따라 제조된 연사(16)는 바람직하게는 산화칼슘 약 40중량%, 산화마그네슘 36.6중량%, 산화칼륨 8.4중량%, 산화알루미늄 0.8중량%, 산화철 0.85중량%, 이산화규소 0.85중량%, 이산화티탄 0.8중량%, 산화나트륨 0.8중량%, 붕소 0.6중량%, 산화철 8중량% 및 레이온 2중량%로 구성된다. 이러한 연사(16)는 대략적으로 1500℃ 내지 대략적으로 1650℃ 범위의 융점을 갖고, 약 -130 ℃ 내지 700℃의 작동 범위를 갖는다. 또한, 상기 연사는 비교적 매우 경량이고, 약 1.6g/cc의 밀도를 갖는다.For the present invention, the twisted
도 1은 무기 연사(16)로 구성된 대표적인 위브를 나타내지만, 임의의 수의 위브가 본 발명의 직물(10)을 형성하는데 이용될 수 있음이 이해될 것이다. 모두 관련 업계에 잘 공지된 여러 전형적인 위브들은 도 3에 도시된다. 구체적으로, 도 3은 평직, 크로우풋 새틴 위브(crowfoot satin weave), 2x2 배스킷 위브, 2/2 능직(twill weave), 2/1 능직, 및 사직(leno weave)의 도해를 포함한다. 본 발명을 위해, 이러한 위브들은 직물(10)의 중량, 두께, 밀도 및 강도를 조절하기 위해 선택되거나, 디자인되거나 또는 이용될 수 있다. 또한, 특이적 위브들은 직물(10)의 특정 용도를 위해 요구될 수 있다.1 shows a representative weave composed of
본원에 도시되고 상세히 기재된 바의 특정 직물이 완전히 본원에 상기 기재된 목적을 획득하고 장점을 제공할 수 있지만, 그것은 단지 본 발명의 현재의 바람직한 실시예들을 예시하는 것으로 첨부된 특허 청구의 범위에 기재된 것 이외에 본 발명의 구조 또는 디자인의 상세한 설명에 대한 어떠한 제한도 의도되지 않음이 이해되어야 한다.While certain fabrics as shown and described in detail herein may fully achieve the objects described above and provide advantages, they are merely described in the appended claims as illustrating the presently preferred embodiments of the invention. It is to be understood that no limitation is intended to the details of the structure or design of the invention.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 무기 필라멘트로 구성된 연사로 형성된 고성능 직물을 제공하는데 사용된다.As mentioned above, the present invention is used to provide a high performance fabric formed of twisted yarn composed of inorganic filaments.
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