KR20100033246A - 가열/냉각기구가 결합된 방사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열/냉각기구가 결합된 방사기에 관한 것이다.

압출기에 의해 고분자 재료로부터 섬유화(纖維化)하는 방사부(紡絲部)와, 가열 연신롤러에 의해 원사를 연신하는 연신부(延伸部)로 된 방사기(紡絲機)에 있어서, 원사를 연신(延伸)하는 여러 개의 가열 연신롤러(hot godet roller)를 복수의 다단으로 설치하여, 가열 연신롤러에 필라멘트의 접촉확률과 롤러의 접촉시간을 증대시키어 원사의 연신에 유효한 고분자 분자쇄의 유동성(mobillity)의 부여(附與)와, 멀티 필라멘트간의 균일한 온도구배를 유지하여, 원사의 축방향 결정과정에서 동일한 탄성응력의 유지로 균일한 연신이 가능하게 하며, 상기 연신부에 열풍/냉풍의 공급이 가능한 가열/냉각기구(heating/cooling setting system)를 결합하여 원사를 열풍/냉풍영역을 통과시키어 연신롤러의 접촉과정에서 발생되는 멀티 필라멘트간 온도구배의 편차를 균일하게 조정하면서 연신 또는 수축이 일어나게 하여 고강도 저수축성 원사를 이루고 마지막 단계에서 가열세팅롤러와 냉각세팅롤러에 의해 원사의 분자쇄의 결정(結晶)을 고정화처리 하여, 원사의 안정적인 수축율을 갖인 고강도의 원사를 제조할 수 있게 한 것이다.

방사기, 방사부, 연신부, 가열 연신롤러, 가열/냉각기구.

Description

가열/냉각기구가 결합된 방사기{SPINING MACHINE HAVING A HEATING/COOLING SETTING SYSTEM}

본 발명은 고분자 재료로부터 고강력 원사(原絲)의 제조를 위한, 가열/냉각기구가 결합된 방사기에 관한 것이다.

본 발명과 관련된 종래의 한 예의 고분자 재료의 방사기(紡絲機)는, 제1도에 표시된 바와 같이, 원료의 공급수단에 의해 홉퍼(h)로 투입된 원사의 고분자재료가 가열기구가 구비된 원통(d)에서 용융되면서 스크류에 의해 압출되어, 다수의 미세한 방사공이 형성된 방사 블록(b)에서 섬유로 방사되는 압출기(e), 압출된 원사(f)의 고분자 재료의 분자유동을 억제하기 위하여 냉각(quenching)하는 냉각부(Quenching system)(q)로 이루어진, 기틀(m)의 상부측의 방사부(紡絲部)(S)와, 압출된 원사의 진행중에 방사유제도포롤러(Spin finish supply roller)에 의해 방사 유연제를 도포하는 유연제도포부(c), 원사에 열에너지를 공급하면서 소정의 연신배율로 섬유축방향(길이방향)으로 연신(drawing)하는, 복수의 가열 연신롤러(hot godet roller)(r)와, 제조된 원사를 보빈에 권취하는 권취부(w)로 이루어진 기 틀(m)의 하부측의 연신부(延伸部)(D)로 구성되어 있다.

종래의 방사기는, 방사부(S)에서 방사된 원사(f)가 연신부(D)에서 고속으로 회전하는 연신롤러(r)를 감아 돌면서 연신롤러(r) 간의 회전비의 차이에 따라 설정된 배율의 섬유축방향으로 연신되는 바, 이때 연신롤러(r)는 내장된 가열기구에 의해 연신롤러(r)의 주면이 설정된 온도로 가열되고 가열된 연신롤러의 주면에 원사의 필라멘트가 접촉되어 연신(延伸)에 필요한 열에너지가 공급되어 고분자 재료의 유동성이 부여되어 연신하게 되어 있다.

그런데, 원사가 멀티필라멘트(multifilament)의 경우에는 연신롤러(r)의 주면에 접촉되어 열을 공급받는 필라멘트(monofilament)와, 연신롤러(r)의 주면에 접촉되지 못하여 열을 공급받지 못하는 필라멘트가 있게 된다. 이와 같이 원사중 열을 받고 연신되는 필라멘트와, 열을 공급받지 못하고 연신되는 필라멘트 간에 열 공급의 불균형이 발생되어, 적은량의 열에너지를 공급받은 필라멘트는 고배율 연신과정에서 고배율의 연신비를 견디지 못하고 절단되는 문제점이 발생된다.

따라서 원사를 고배율의 연신을 하고자 해도 충분한 열에너지를 공급을 받지 못한 필라멘트의 절단으로 인하여 결국, 이보다 낮은 배율의 연신비를 선정하여 연신할 수밖에 없고 이러한 연신비의 한계성으로 인하여 높은 강도의 원사의 제조가 어려운 문제점이 있었다.

또 원사의 고강도를 획득할 수 있는 고배율 연신은 분자쇄의 자유로운 이동 성을 높이기 위해 에너지공급에 의해 강제로 이루어지기 때문에 원사를 제조한 후에 후공정 사용과정에서 원사제조과정에서 공급된 에너지 이상의 에너지가 투입되면 원사내 분자쇄들의 자유로운 운동이 일어나면서 배향성이 흐트러지게 되고 이것은 결국 원사의 수축율이 높아지고 원사의 강도가 낮아지는 결과를 가진다.

본 발명의 목적은 방사기의 연신부에 배치되는 가열 연신롤러(hot godet roller)의 설치개수를, 원사의 멀티필라멘트의 접촉확률과, 온도의 접촉시간을 증대시킬 수 있는 범위로 한정하여, 섬유축방향으로 연신에 유효한 유동성 (mobillity)의 부여(附與)와, 고배율(高倍率)의 연신(延伸)이 가능한 "가열/냉각기구가 결합된 방사기"를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 방사기의 연신부측에 열풍/냉풍의 공급이 가능한 가열/냉각기구(heating/cooling setting system)를 결합하여 가열 연신롤러의 접촉과정에서 발생되는 멀티 필라멘트의 온도구배의 편차를 균일하게 조정할 수 있는 가열/냉각기구가 결합된 방사기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연신부의 단말측에 가열세팅롤러와 냉각세팅롤러를 배치하여, 원사의 고분자 분자쇄 결정(結晶)을 고정화시키어 수축율이 낮은 강력한 원사를 제조할 수 있는 가열/냉각기구가 결합된 방사기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 제1발명은 방사된 원사의 연신에 필요한 열에너지를 균등하게 공급할 수 있는 가열 연신롤러의 배열수단에 관한 것이다.

즉 압출기에 의해 고분자 재료로부터 섬유화(纖維化)하는 방사부(紡絲部)와, 가열 연신롤러(hot godet roller)에 의해 방사된 섬유를 소정의 배율로 연신하는 연신부(延伸部)로 구성된 방사기(紡絲機)에 있어서, 가열 연신롤러(hot godet roller)의 설치개수를, 원사의 필라멘트의 롤러에 대한 접촉확률 및 온도의 접촉시간을 증대할 수 있는 범위로 한정하여 증가배치 한다.

원사에 열에너지를 공급하는 가열 연신롤러의 설치개수가 증대되어 있기 때문에 원사의 필라멘트가 가열 연신롤러에 접촉할 수 있는 확률이 높게 되고 롤러의 접촉시간이 그만큼 증대된다. 따라서 원사의 모든 필라멘트가 균일한 온도구배로 열 에너지를 공급받기 때문에 연신에 유효한 원사의 고분자 분자쇄(chain)의 유동성(mobillity)이 부여(附與)되어 원사의 고분자 분자쇄가 섬유축방향으로 배향 (orientation)되도록 고배율(高倍率)의 연신(延伸)이 가능하게 된다.

본 발명에서 채용된 가열 연실롤러는 롤러의 내부에 내장된 가열기구에 의하여 롤러의 표면이 가열되어 이 롤러에 접촉된 필라멘트에 열에너지를 공급하게 된 공지한 것이다.

본 발명에서는 가열 연신롤러를 필라멘트의 온도구배의 편차를 균일하게 할 수 있는 조건을 충족시킬 수 있는 개수(個數)로 한정하여, 멀티필라멘트가 가열 연신롤러에 접촉확률을 높이고 온도의 접촉시간을 연장하여 멀티 필라멘트간에 온도구배의 편차를 제거할 수 있게 한 점이 종래의 것과 다르다.

또 가열 연신롤러의 설치수가 증대되어 있기 때문에 설치된 롤러의 수에 상응하게 목적하는 원사의 연신배율을 좁은 폭으로 분할 설정하여, 좁은 폭의 연신작 용이 다단으로 이루어지면서 결국 목적하는 배율로 균일하게 연신되어 강도가 높은 양질의 원사를 제조할 수 있다.

일반적으로 고분자 재료의 섬유화 공정에서 원사의 강도를 높이는 가장 좋은 방법은 섬유축으로 고분자의 분자쇄(chain)를 고배향(high orietation)시키는 방법으로 알려져 있다. 이러한 이유는 모든 합성 고분자의 경우 섬유화 과정에서 결정영역과 비결정영역이 연속으로 반복 형성되면서 섬유에 물리적인 성질(Physical property)을 부여하게 되는데, 이들 결정영역(cryatal part)와 비결정 영역(amorphous part)의 비율과 배향(orientation)의 정도에 따라 물리적인 성질, 즉, 강도(tenacity), 신장도(elongation), 수축율(shrinkage)등이 달라지게 된다.

즉 원사에 있어 상대적으로 강한 결정영역의 분율이 높아짐에 따라 원사의 강도가 증가하게 된다. 이러한 결과는 X-ray 회절법에 의해 원사 내의 결정화도를 측정함으로서 알 수 있으며 결정화가 높은 원사의 강도가 높다.

섬유에 있어 강도를 높이는 과정은 이렇게 결정화도를 높여주는 방법에 의해 이루어진다. 한편 원사의 강도를 높여주기 위해서는 무조건 고분자의 분자쇄의 고배향을 위해서 무조건 연신비를 높일 수 있는 것은 아니다. 합성 고분자 내에 존재하는 분자쇄들은 무질서하게 정렬되어 있는데 이들을 섬유축 방향으로 배향시키기 위해서는 원사의 연신과정에서 유리전이온도(glass trasition tempreture) 이상의 온도가 주어져야 섬유축방향으로 분자쇄의 이동이 일어난다. 이러한 온도의 부여는 외부로부터 공급해야 한다. 즉 외부에서 열에너지를 공급하여 분자쇄의 내부 에너지를 증가시키고 이 내부에너지의 증가가 분자쇄의 유동성(mobillity)을 증가시키 어, 분자쇄의 이동이 가능해 지는 것이다.

이러한 원사의 연신과정에서 외부에너지는 주로 가열 연신롤러에 의해 공급된다. 원사가 단필라멘트(monofilament)의 경우에는 종래의 방사기의 연신부에 배치된 가열 연신롤러에 의해서도 원사에 열을 공급하여 연신이 가능하다. 그러나 원사가 멀티필라멘트(multifilament)인 경우에는, 원사의 멀티필라멘트가 고속으로 회전하는 가열 연신롤러를 감아 돌면서 접촉하는 시간은 극히 순간적이고 열에너지의 공급에 의해 또 가열 연신롤러에 접촉되는 필라멘트와 동 롤러에 접촉되지 않는 필라멘트가 생기어 멀티 필라멘트 간에 온도구배의 편차가 크게 된다.

원사의 멀티 필라멘트에 공급된 열에너지의 온도구배의 편차가 크게 되면, 고배율로 연신하는 경우, 높은 열에너지를 공급받은 필라멘트는 고배율 연신이 가능하지만 적은 열에너지를 공급 받게 된 필라멘트는 고배율의 연신을 건디지 못하고 절단되는 문제가 발생하기 때문에 그 보다 낮은 배율로 연신비를 조정하여 연신할 수밖에 없는 한계성을 가진다. 이것이 원사의 강도를 높일 수 있는 한계점이 있다.

이를 이론적으로 살펴보면 다음과 같다.

필라멘트간 온도 구배는 원사 내부의 탄성응력(Q, tensil stress)을 변화 시키는데 그 메카니즘은 다음 식과 같다.

식 1

일반적으로 방사연신 공정에서 dv/dx는 constant로 간주함으로 Q는 n_e에 비례하는 값을 갖는다.

그런데 n_e는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

식 2

(n_e*: Specific Elongational Viscosity ;고분자물질의 고유값, 변하지 않는 값. T: 온도, 273을 더하면 절대온도가 됨. exp : exponential(수학기호) E : 온도와 관계 있는 열에너지 상수로 온도 dimension을 갖임. 방사온도가 정해지면 일정한 값을 갖게 됨.)

위 식2에서 n_e*와 E는 고분자 고유의 물리적 성질이므로 위의 식1과 식2로 부터 n_e와 Q는 온도에 반비례함을 알 수 있다.

즉 원사의 배향 결정화에서 온도에 따라 탄성응력이 변화함을 알 수 있다.

따라서 필라멘트간 균일한 온도구배가 원사의 배향 결정화 과정에서 같은 탄성응력을 갖게 하고 이것은 균일한 연신을 가능케 한다.

본 발명의 제1발명에 의하면, 가열 연신롤러가 필라멘트의 온도구배를 균일하게 유지할 수 있는 범위로 한정하여, 복수열의 다단으로 배치되어 있기 때문에 연신과정에서 하나의 가열 연신롤러를 통과할 때 동 롤러에 접촉된 필랄멘트는 열을 공급받게 되고 동 롤러에 접촉되지 못한 필라멘트는 다음의 가열 연신롤러를 통과할 때 동 롤러에 접촉되어 열공급을 받을 수 있다. 이러한 작용의 반복에 의해 결국 모든 가열 연신롤러에 대한 필라멘트의 접촉확률이 높게되고 온도의 접촉시간이 증대되어 멀티필라멘트 간 온도구배의 편차가 없이 균일화가 이루어진다.

이와 같이, 멀티필라멘트의 가열 연신롤러에 접촉되는 확률을 높이고 온도에 접촉되는 시간을 늘리어 섬유축방향으로 분자쇄의 유동성(mobillity)을 증가시키는 동시, 멀티 필라멘트간의 균일한 온도구배를 달성하여 원사의 배향 결정화 과정에서 같은 탄성응력(tensile stress)을 갖게 되어 균일한 연신이 가능하게 되는 것이다.

즉, 섬유용 고분자를 섬유축방향으로 방사 연신하게 되면, 방사과정에서 형성된 결정핵(結晶核)이 연신(延伸)과정을 거치면서 결정(結晶)으로 성장되는데 이때 연신비율(draw ratio)를 높여 주면, 결정핵 주변의 분자쇄들이 묶이게(folded)되면서 쇄속(鎖束 ;folded chain)이 형성하게 되고 이러한 쇄속이 많아지면서 이들 의 결정(結晶)이 성장(成長)하며 이러한 과정이 지속되면서 결정화도(結晶化度)가 높아지게 된다. 이뿐만 아니라 다수의 가열 연신롤러에 의하여 원사의 연신폭을 작게 하면서도 다단계의 연신작용을 통하여 결국 고배율의 연신이 균일하게 이루어져서 고강도의 원사의 제조가 가능하게 되는 것이다.

본 발명의 제2발명은 상기 방사기의 연신부에 열풍/냉풍의 공급이 가능한 가열/냉각기구(heating/cooling setting system)를 결합하여, 가열 연신롤러에 의하여 원사의 필라멘트에 연신(延伸)에 유효한 열에너지를 공급하는 과정에서 발생되는 멀티필라멘트간의 온도구배의 편차를 균일화한 것이다.

즉 상기 제1발명에서 설명한 바와 같이 가열 연신롤러에 접촉되는 필라멘트와 비접촉 필라멘트간에 가열 연신롤러에 의해 공급되는 외부 열에너지의 수열조건의 차이로 인하여 멀티필라멘트간에 온도구배의 편차가 발생되는 경우가 있는데 이러한 편차를 없에고 온도구배를 균등화 균등화 하기 위해서 원사에 열풍영역에 필라멘트를 통과시키어 원사에 외부 열에너지를 충분히 공급하여 필라멘트의 온도구배를 균일하게 하는 것이다.

또한 냉풍영역으로 원사를 통과시키어 필라멘트의 온도구배를 균일하게 할 수도 있다.

이미, 방사된 원사의 연신과정에서 필라멘트에 대한 열공급의 차이에 따라 발생되는 멀티필라멘트의 온도구배의 편차가 크게 되면, 고배율의 연신이 어렵게 되는 점에 대하여는 상기 제1발명에서 상세히 설명한 바와 같다.

따라서 고강도의 원사를 제조하기 위해서는 멀티필라멘트의 온도구배를 균일하게 유지하는 것이 필요적 요건이며, 종래의 선행기술의 방사기에는 이러한 멀티필라멘트의 온도구배를 균일화하는 구체적인 수단에 대한 설명이 개시(開示)되어 있지 않았다.

본 발명의 제2발명의 가열/냉각기구는 열풍/냉풍 영역이 확보된 본체와, 격실 내부에서 원사를 상하 지그재그로 안내하도록 배치된 인버터모터로 구동되는 복수의 안내롤러 및 연신롤러와, 원사의 이동방향의 측방향에서 열풍,또는 냉풍을 원사에 공급하는 다수의 작은 통공이 천공된 다공판(honeycomb), 및 열풍/냉풍의 공급용 송풍덕트가 구비되고 배기공이 구비된 도어가 여닫을 수 있게 본체의 앞쪽에 경첩으로 장착되어 있다.

가열/냉각기구에 대한 열의 공급수단으로는 송풍덕트를 통하여 외부로 부터 열풍, 또는 냉풍을 공급할 수 있고 또 가열/냉각기구 내에 전기히터, 또는 원적외선 히터를 내장하여 내부적으로 열에너지를 공급할 수 있다.

제2발명의 가열/냉각기구는 연신부의 연신롤러군의 후반부에 배치되고 연신공정 중에 원사가 온도처리(quenching)되는 부분이다.

즉, 연신부의 각 가열 연신롤러를 통과하면서 연신된 원사는, 가열/냉각기구의 열풍/냉풍영역에 인버터 모터로 회전비를 가변할 수 있게 배치된 다수의 안내롤러에 의해 상하지그재그의 궤도를 따라 설정된 회전비의 차등에 의해 원사의 늘어짐을 방지하면서 진행한다. 진행궤도의 길이는 약 20m 정도이고 1500m~250m/min의 속도로 진행한다. 이 속도는 독자적인 것이 아니고 전단계의 연신롤러의 회전주면 속도(回轉周面速度)와 권취부의 와인더 속도에 관련된다. 송풍덕트를 통하여 외부에서 공급된 열풍 또는 냉풍을 공급하여 다공판의 통공으로 분출시킨다. 원사의 수직진행방향의 직각측방에서 공급된 유체가 원사에 접촉되어 냉풍인 경우에는 냉각시키고 열풍인 경우에는 가열시킨다.

열풍의 온도는 60~120℃정도이고 냉풍의 온도는 2~30℃정도이다. 열풍/냉풍영역은 격실의 공간이며, 원사가 이 열풍/냉풍영역을 통과하는 시간은 불과 4~6초정도이므로 열풍, 또는 냉풍과의 접촉은 극이 짧은 시간이다. 열풍을 가할 것인가, 아니면, 냉풍을 가할 것인가는 선택적 사항이다.

원사의 멀티필라멘트는 열풍, 또는 냉풍의 접촉에 의하여 자체의 내부 에너지의 온도구배의 편차가 균일화되는 것이다.

본 발명의 제2발명에 의하면, 가열 연신롤러에 의하여 열에너지를 공급받으면서 연신되는 과정에서 발생되는 멀티필리멘트의 온도 구배를 균일화할 수 있으므로 이 과정에서 보다 높은 강도의 원사를 얻기 위한 연신부를 부여하면 원사의 배향성이 높아져 강도를 높일 수 있고 반대로 열에너지를 공급하면서 권축비(over feed)를 부여하면 5~20%의 수축이 발생하면서 원사 내부의 수축율을 획기적으로 줄일 수 있다. 즉, 고강도 저수축 원사의 제조가 가능하게 된다.

일반적으로 고강도를 달성하기 위해 높은 연신비를 부여하면, 섬유축 방향으로 배향성이 높아져 원사 사용시 외부 에너지의 공급에 의해 배향성이 흩어지면서 원사가 수축하게 된다. 이러한 수축의를 수축율이라 하는데 고강도 원사의 경우 특히 배향성이 높기 때문에 수축율 또한 높게 된다.

그러나 고강도를 이용하는 용도에서도 낮은 수축율의 원사를 요구하는 경우가 많은데 이 경우 수축율을 제어할 마땅한 방법이 없었다.

본 발명의 제2발명의 가열/냉각기구를 설치하여 이 기구를 적용하면, 연신비, 권축비, 등을 이 공정에 도입하여 고강도 저수축 원사의 제조가 가능하게 된다. 또 아러한 가열/냉각기구를 통과한 원사는 고분자물질의 강도와 관계가 있는 분자쇄의 쇄속(folded chain)의 결정화균일성 및 결정의 밀도가 증가되어 원사의 강도에 균일성을 갖게 되는 특징이 있다.

본 발명의 제3발명은 가열 센팅롤러와 냉각 세팅롤러가 권취부의 바로 전단부에 각각 2단으로 배치된 것이다. 가열 세팅롤러는 가열 연신롤러와 같은 구조이고 냉각 세팅롤러는 냉각수단이 구비된 냉각연신롤러 (cooling godet roller)로서 롤러의 구성은 공지된 것을 채용하였다.

본 발명의 제3발명은 연신과장을 거친 원사의 고분자 재질을 가열 및 냉각에 의해 안전한 수축율을 갖도록 고정화처리(setting treatment)하는 것이다.

즉, 가열/냉각기구의 열풍/냉풍영역을 통과한 원사는 가열 세팅롤러를 통과하는 중에 소정의 온도로 가열 센팅되고 이어서 냉각 세팅롤러를 통과하는 중에 소정의 온도로 냉각 세팅되어 원사의 고분자의 분자쇄 결정이 고정화된다.

본 발명의 제3발명에 의하면, 연신된 원사의 고분자 물질이 최종적으로 가열에 의한 세팅과 냉각에 의한 세팅에 의해 고정화 처리되었기 때문에 되기 때문에 후에 원사의 가공이나 사용시에 연신과장에서 공급된 열에너지 이상의 열에너지가 투입되어어도 원사는 수축율의 변화가 크지 않고 안정성을 갖게 된다.

제조된 원사는 공지의 권취부(winding part)의 권취 보빈(winding bobbin)에 감긴다.

본 발명은 방사기의 연신부에 가열 연신롤러를 원사의 멀티 필라멘트에 균일하게 열에너지를 공급할 수 있는 범위로 한정한 수로 증설 배치하였기 때문에, 종래의 곳에 비하여 원사에 대한 균일한 열에너지의 공급이 원활하게 이루어져서 고분자쇠의 결정화 과정에서 동일한 탄성응력으로 균일한 연신이 가능하고 설정된 고배율의 연신비를 가열 연신롤러의 수에 상응하게 다단의 좁은 폭으로 분할설정하여 안정된 연신에 의해 고강도의 원사를 제조할 수 있다.

또 연신부에 결합된 가열/냉각기구에 의해, 가열 연신롤러로 부터 열을 공급받는 과정에서 발생되는 멀티필라멘트의 온도구배를 균일화되게 조정하여 연신 및 권축이 일어나게 함으로서 강도증가와 안정된 수축율을 갖는 원사의 제조가 가능하고 원사의 연신에 따른 분자쇄의 결정화도를 균일하게 높일 수 있다.

또 원사를 가열세팅및 냉각세팅처리에 의해 원사의 고분자의 분자쇄의 결정을 고정화 하였기 때문에 후에 원사의 가공및 사용시, 연신할 때 공급된 열에너지 이상의 열을 가해도 분자쇄의 배열이 흐트러지지 않아, 원사의 수축율이 안정되고 품질이 향상된 강력한 원사를 제조할 수 있는 여러 가지 효과가 있다.

본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 한 실시예의 방사기의 측면도, 제3도는 본 발명의 가열/냉각기구의 한 실시예의 정면 사시도, 제4도는 가열/냉각기구의 동 측면도,제5도는 가열/냉각기구의 동 평면도이다.

본 발명의 실시에서 선행기술과 같은 구조에 대하여는 종래와 동일한 부호를 기재하고 그 부분에 대하여는 설명을 생략한다.

제2도에 표시된 바와 같이, 고분자 재료를 섬유화하는 방사기에 있어서, 방사기의 연신부(D)에는 가열 연신롤러(R)에 방사된 원사의 필라멘트가 원활하게 접촉하여 충분한 열에너지를 공급받아, 멀티필라멘트 간에 온도구배가 균일화 할 수 있는 범위로 한정한 개수의 가열 연신롤러가 복수열의 다단으로 설치되어 있다. 제2도에는 10개의 가열 연신롤러가 설치되어 있다.각 가열 연신롤러(R1-Rn)는 내부에 구비된 전열기구에 의해 설정된 열(80℃~120℃)을 롤러의 주면에 공급하여 0.5~ 0.8mm 지름의 미세한 방사공으로 방사된 90~100가닥의 원사(f)가 상기 롤러(R)를 감아 돌아 이동하는 중 롤러에 접촉시간 동안 롤러의 표면접촉을 통하여 필라멘트에 고분자 분자쇄의 유동성 부여에 유효한 열에너지가 공급된다. 또 각 가열 연신롤러(R)의 회전비는 상대적으로 단차(段差)를 두어, 예컨데, 1번째 가열 연신롤러의 회전면속도가 600m/min이면, 2번째 가열 연신롤러(R2)의 회전 주면속도는 900m/min, 그 다음은 1200m/min 등으로 점차 회전비를 다르게 설정되어 소정의 연신 배율로 원사(f)를 열에너지의 공급조건에서 연신하게 되어 있다.

연신부(D)의 연신롤러(R)군의 후부측에 열풍/냉풍을 공급하는 가열/냉가기구(HC)가 결합되어 있다. 본 실시예의 가열/냉각기구(HC)는 제3도,제4도및 제5도에 표시된 바와 같이, 열풍/냉풍영역(A)의 격실(1a)를 가진 직사각형 입방체의 본체(1)의 뒤쪽에 유체가 통풍되는 다수의 통공(2h)이 배열된 다공판(2)이 배치되고 다공판(2)의 전면 상하측에 다수의 안내롤러(3)가 배치되어 연신된 원사(f)가 안내롤러(3)에 의해 상하 지그재그로 열풍/냉풍영역(A)에 노출상태로 이동하게 되어 있다. 입구측(i)은 조단부의 가열 연신롤러(Rn)와 연관되어 있고 출구측(u)에는 일조의 롤러(godet roller)(3R)(3Rn)가 배치되어 있다. 상기 다공판(2)의 후부에는 열풍/냉풍의 공급용 송풍덕트(4)가 구비되어 도시되지 않은 외부의 열풍공급원 또는 냉풍공급원과 연통하여 60~130℃의 열풍, 또는 2~30℃의 냉풍을 공급하게 되어 있다. 본체(1)의 앞쪽에는 투명유리판(5g)이 장착된 도어(5)가 힌지(5n)로 여닥을 수 있게 장착되어 있고 도어(5)의 상부측에 배기공(5h) 구비되어 공급된 공기가 습기와 함께 격실(1a)의 외부로 배출하게 되어 연신된 원사의 내부 열에너지의 온도구배를 균일화 처리하게 되어 있다.

이때 제6도에 표시된 바와 같이, 가열/냉각기구(HC)의 본체(1)의 내부의 다공판(2)의 뒤쪽에 전열히터(EH)를 설치하여 송풍관(4)을 대체하여 내부적으로 열에너지를 공급할 수 있고 또 제7도에 표시된 바와 같이, 본체(1)의 내부의 다공판(2)의 뒤쪽에 원적외선 히터(UH)를 설치하여 내부적으로 열에너지를 제공할 수도 있다.

상기 가열/냉각기구(HC)의 출구(u)측에서 하부측 권취부(W) 사이의 중간부에는 2개 1조의 가열세팅롤라(HR1)와 냉각 세팅롤러(CR1)가 배치되어 구성된 것이다.

상기 가열세팅롤러(HR)는 열공급로러(R)와 같은 구성의 롤러로서 가열온도는 60~130℃이고 냉각 세팅롤러(CR)는 롤러 내부에 냉각기구가 구비된 롤러로서 냉각 온도는 2~30℃이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예는 원료공급수단에 의해 방사부(S)의 압출기(e)의 홉퍼(h)로 투입된 원사의 고분자재료가 원통(d)에서 내부의 가열수단에 의해 80~270℃로 용융되면서 스크류에 의해 압출되어, 다수의 미세한 방사공이 형성된 방사 블록(b)에서 90~100가닥의 원사가 방사된다. 방사된 원사(f)는 냉각부(q)를 통과하는 중에 소정의 온도로 냉각되어 원사의 고분자 재료의 분자유동이 억제된다. 기틀(m)의 상부측에서 방사된 원사는 기틀(m)의 하부측 연신부(D)로 진행하여 유연제도포부(c)에서 도포롤러에 의해 방사 유연제가 도포되고 복수의 열 공급 연신롤러(R)에 의해 원사에 열에너지를 공급하면서 원사의 고분자의 분자쇄를 섬유축방향으로 고배향시키는 소정 배율의 연신(drawing)작용이 순차적으로 이루어진다. 이때 원사(f)의 멀티 필라멘트는 가열 연신롤러에 접촉되어 열에너지를 공급받는 필라멘트와, 동 롤러에 접촉되지 못하여 열에너지를 공급받지 못한 필라멘트 간에 온도구배에 편차가 생기게 된다. 그러나 다단으로 배치된 다수의 가열 연신롤러에 필라멘트 접촉확율이 높아지므로 모든 가열 연신롤러를 통과하는 중에 결국 모든 필라멘트는 연신작용에 유효한 열에너지를 균일하게 공급받게 되어 균등하게 연신작용이 이루어진다.

최종 열공급연신롤러(Rn)를 통과한 연신된 원사(f)는 가열/냉각기구(HC)의 입구(i)를 통하여 열풍/냉풍영역(A)으로 안내된다. 안내된 원사(f)는 모터(dm)로 구동되는 다수의 안내롤러(3)에 의하여 상하 지그재그의 궤도로 이동되며, 이때의 이동속도는 1500m~2500m/min 정도이고 각 안내롤러(3)의 회전비에 소정의 등차(等差)를 두어 원사의 늘어짐을 방지한다. 이때 송풍덕트(4)를 통하여 다공판(2)의 통공(2h)을 통하여 진행하는 원사의 측면에서 외부에서 공급되는 열풍 또는 냉풍을 가한다. 열풍을 가하는 때는 열에너지를 공급한 조건에서 연신하는 경우이고 냉풍을 공급하는 때는 가열된 원사의 내부 열에너지를 일단 냉각 수축상태에서 연신하는 경우로서 어느 경우든 간에 원사의 필라멘트의 온도구배의 편차를 균일화하여, 섬유측방향으로 배향된 분자쇄의 결정화가 균일화되어 고강도의 원사를 제조하기 위한 것이다. 따라서 열풍과 냉풍의 공급은 연신조건에 따라 선택적이다. 열풍의 온도는 60~130℃이고 냉풍의 온도는 2~30℃정도이다. 열풍, 또는 냉풍에 접촉되는 원사의 길이는 약 20m,접촉시간은 약 4~5초간이다. 즉 원사가 격실(1a)의 입구(i)로 유입하여 안내롤러(3)를 거치는 동안 온도처리가 이루어지고 출구(u)로 나가기 직전,일조의 연신롤러(3R)(3Rn)에 의해 연신된다.

상기 가열/냉각기구(HC)에서 원사에 열을 공급하는 경우에는 제6도및 제7도에 표시된 바와 같이, 전열히터(EH), 또는 원적외선 히터(UH)에 의하여 송풍덕트(4) 대신 내부적으로 열에너지를 공급해도 된다. 또 수증기를 통하여 열을 공급해도 된다.

가열/냉각기구(HC)를 통과하는 원사는 전단계(前段階)인 가열 연신롤러에 의해 원사에 열에너지를 공급하는 과정에서 발생되는 멀티필라멘트의 온도구배의 편차를 균일화시킨다. 송풍된 공기는 수분과 함께 도어(5)의 상부측에 형성된 배기 공(5h)으로 배출된다.

이와 같이, 방사된 원사는 열에너지를 공급하면서 연신하는 과정에서 원사의 고분자 분자쇄가 축방향으로 배향되면서 결정화되고 열풍/냉풍영역에서 원사의 멀티필라멘트간의 온도구배의 편차가 균일화되어 균일한 온도분포에 의해 균일한 연신이 이루어지거나, 권축비에 의한 수축이 진행되어 고강도 원사이면서 수축율이 낮은 저수축사의 제조가 가능하게 된다.

마지막으로 상기 가열/냉각구기(HC)를 통과한 원사는 가열세팅롤러(HR)에 의해 가열세팅된 다음 이어서 냉각세팅로러(CR)에 냉각세팅 된다. 세팅처리에 의해 원사의 고분자의 분자쇠결정이 고정화되어, 후에 연사의 가공이나 사용시, 연신과정에서 외부에서 공급된 열에너지 온도 이상의 온도가 가해져도 원사는 수축율이 크지 않고 안정성을 가진 고강도의 원사로 된다. 제조된 원사는 공지의 권취부(W)에서 보빈에 감긴다.

제1도는 본 발명과 관련된 종래의 방사기의 예시도

제2도는 본 발명의 한 실시예의 방사기의 측면도

제3도는 본 발명의 가열/냉각기구의 한 실시예의 정면 사시도

제4도는 가열/냉각기구의 동 측면도

제5도는 가열/냉각기구의 동 평면도이다

제6도는 가열/냉각기구의 내부에 전열히터를 내장한 측면 예시도

제7도는 가열/냉각기구의 내부에 원적외선 히터를 내장한 측면예시도

1 : 본체 2 : 다공판 2h : 통공 3 : 안내롤러 3r : 연신롤러

4 : 송풍닥터 5 : 도어 5h : 배기공 D : 연신부 S : 방사부

R : 열공급 연신롤로 HR : 가열세팅롤러 CH : 냉각세팅롤러

EH :전열히터 UH :원적외선 히터

c : 유연재도포부 f : 원사 w : 권취부 q : 냉각부

Claims (5)

1. 압출기에 의해 고분자 재료로부터 섬유화(纖維化)하는 방사부(S)와, 가열 연신롤러에 의해 방사된 원사를 연신하는 연신부(D)로 된 방사기에 있어서, 원사에 열에너지를 균일하게 공급하여 고분자의 분자쇄에 유동성을 부여하면서 섬유축방향으로 배향시키어 결정화를 이루게 하여 원사의 강도를 높이도록 연신하는 가열 연신롤러(R)가 복수열의 다단으로 배치된 연신부(D)에,

   열공급 연신과정에서 가열 연신롤러와 원사의 접촉과정에서 생기는 멀티 필라멘트간의 온도구배의 편차를 균일화 처리하면서 연신하는 연신롤러와 열풍/냉풍영역(A)을 가진 가열/냉각기구(HC)와,

   권취부의 전단부(前段部)에 배치되어 연신공정을 거친 원사의 분자쇄의 결정을 최종적으로 고정화처리하는 가열세팅롤러(HR)와, 냉각세팅롤러(CH)를,

   결합하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열/냉각기구가 결합된 방사기.
2. 제1항에 있어서 가열/냉각기구(HC)는, 열풍/냉풍영역(A)의 격실(1a)를 가진 직사각형 입방체의 본체(1)의 뒤쪽에 유체가 통풍되는 다수의 통공(2h)이 배열된 다공판(2)이 배치되고 다공판(2)의 전면 상하 측에 원사를 안내하는 다수의 안내롤러(3)가 배치되며, 출구측(u)에 일조의 연신롤러(3R)(3Rn)가 배치되고 상기 다공판(2)의 후부에는 열풍/냉풍의 공급용 송풍덕트(4)가 구비되며, 본체(1)의 앞쪽에는 투명 유리판(5g)이 장착되고 배기공(2h이 상부에 형성된 도어(5)가 여닫을 수 있게 장착되어 구성된 것을 특징으로 하는 가열/냉각기구가 결합된 방사기.
3. 제2항에 있어서, 가열/냉각기구(HC)의 본체(1)의 내부의 다공판(2) 뒤쪽에 열공급수단으로서 전열히터(EH)를 배치하여 내부적으로 열에너지를 공급하게 된 것을 특징으로 하는 가열/냉각 기구가 결합된 방사기.
4. 제2항에 있어서, 가열/냉각기구(HC)의 본체(1)의 내부의 다공판 뒤쪽에 열공급수단으로 원적외선(UH)를 배치하여 내부적으로 열에너지를 공급할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 가열/냉각기구가 결합된 방사기.
5. 제2항에 있어서 가열/냉각기구의 열풍/냉풍영역(A)을 통과하는 원사를 처리하는 열풍의 온도는 60~130℃, 냉풍의 온도는 2~30℃, 원사의 열풍공기 접촉길이는 20m 정도인 것을 특징으로 하는 가열/냉각기구가 결합된 방사기.

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