KR20130002561A

KR20130002561A - 부직포 및 그 제조장치

Info

Publication number: KR20130002561A
Application number: KR1020110063580A
Authority: KR
Inventors: 김진일; 최진환; 이민호
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-08
Also published as: KR101773758B1

Abstract

높은 중량 균일도를 갖는 부직포 및 그 제조장치가 개시된다. 본 발명의 부직포 제조장치는 노즐로부터 토출되는 필라멘트들이 충돌하는 충돌판을 포함하고, 상기 충돌판은 상기 필라멘트들이 충돌하는 충돌면을 가지며, 상기 충돌면에는 다수의 홈들이 형성되어 있다.

Description

부직포 및 그 제조장치{Nonwoven Fabric and Apparatus for Manufacturing The Same}

본 발명은 부직포 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 높은 중량 균일도를 갖는 부직포 및 그 제조장치에 관한 것이다.

폴리에스터 스펀본드 부직포는 생산성이 높고 고강력 및 저후도의 특성이 있어 산업적으로 많은 분야에 이용되고 있다. 고강도 및 배수성이 우수한 특성을 이용하여 토목 및 건축 용도에 사용되기도 하고, 저렴한 가격 대비 우수한 내구성을 갖기 때문에 자동차용으로도 많이 사용되고 있다. 특히, 근래에 와서 우수한 형태안정성과 먼지 입자 포집 능력으로 인해 필터 소재로 많이 사용되기도 한다.

이렇게 많은 용도에 적용되면서, 우수한 중량 균일도(weight uniformity)를 갖는 스펀본드 부직포에 대한 요구가 수요처로부터 증가하고 있다. 부직포의 중량 분포가 불균일하면, 중량이 낮은 부위에서 결점(특히, 인장강도의 부족)이 발생하여 생산효율을 저하시키는 문제점이 발생하기 때문이다.

스펀본드 부직포의 제조를 위한 개섬 방식은 여러 가지가 있으나, 특히 우수한 중량 균일도가 요구되는 제품에는 충돌판법이 사용되고 있다. 이 외에도 기류 확산법이나 코로나 대전법 등도 상업적으로 사용되고 있지만 중량 분포 제어에는 충돌판법이 가장 우수하다고 알려져 있다.

일본 특허공개공보 소57-112451호는 충돌판법이 적용된 스펀본드 부직포의 제조방법를 개시하고 있다. 여기서 사용된 충돌판은 편평한 충돌면을 갖는다.

일본 특허공개공보 평11-323713호는 2단 또는 3단으로 배열된 충돌판들을 사용하여 중량 분포도를 개선하려고 하였다. 그러나 이 방법은 실제 상업적으로 이용하기에 복잡하고 중량 분포도의 개선에 직접적으로 도움이 되지 않아 상업적으로 사용되지 않는다.

일본 특허공개공보 평3-40828호는 충돌판의 재질을 변경함으로써 중량 균일도와 사용주기를 개선하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이 방법도 역시 일본 특허공개공보 57-112451호 및 평11-323713호와 같이 편평한 충돌면을 갖는 충돌판을 사용한다.

일본 특허공개공보 평5-59653호는 필라멘트 내부에 무기계의 미세 첨가물을 투입함으로써 충돌판에 부딪히는 필라멘트에 정전기를 많이 발생시키는 방법을 개시하고 있다.

이상에서 살펴본 방법들은, 정전기 발생 원리만 상이할 뿐, 충돌판과 부딪히는 필라멘트들에 더욱 많은 정전기를 발생시킴으로써 필라멘트들 사이의 상호 반발 및 그에 따른 중량 균일도 향상을 유도한다는 점에서 서로 동일하다.

그러나 정전기력에 의한 중량 분포의 제어는 국부적인 좁은 부위의 중량 분포를 조절하는 것은 가능하지만 넓은 부위의 중량 분포를 제어하는 것은 불가능하거나 극히 어렵다는 문제점이 있다. 특히, 부직포의 제조 폭의 크기, 즉 부직포의 TD(Transverse Direction) 방향의 길이가 점점 길어지는 추세에서 위와 같은 문제점은 더욱 심각해지고 있다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 부직포 및 그 제조장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면은 중량 분포도가 우수한 부직포를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 중량 분포도가 우수한 부직포를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.

본 발명의 일 측면으로서, 방사도프의 압출을 위한 방사구금; 다수의 필라멘트들을 형성하기 위하여 상기 방사구금으로부터 압출되는 방사도프에 냉각 공기(cooling air)를 제공하는 냉각 챔버; 상기 필라멘트들을 연신(stretch)시키기 위한 고속의 공기 흐름(high-speed air stream)을 제공하는 이젝터(ejector); 상기 고속의 공기 흐름 및 상기 필라멘트들을 안내하는 연신관(stretching tube); 상기 연신관의 말단에 위치하며 상기 필라멘트들을 토출하는 노즐; 상기 노즐로부터 토출되는 필라멘트들이 충돌하는 충돌판; 및 상기 충돌판과의 충돌로 인해 확산되는 상기 필라멘트들이 포집되는 벨트를 포함하되, 상기 충돌판은 상기 필라멘트들이 충돌하는 충돌면을 갖고, 상기 충돌면에는 다수의 홈들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면으로서, 8.0 CV% 이하의 중량 변동 계수(coefficient of variation of weight)를 갖는 부직포가 제공된다.

위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.

최근 생산성 개선의 필요성과 수요처로부터의 다양한 요구로 인해 부직포의 제조 폭이 넓어지면서 부직포의 중량 분포에 대한 제어가 더욱 중요해지고 있는바, 본 발명의 제조장치에 의하면 큰 제조 폭을 가지면서도 높은 중량 균일도를 갖는 부직포가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 효과들은 그와 관련된 기술적 구성과 함께 이하에서 자세히 기술될 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 제조장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌판의 단면도이다.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 및 그 제조장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 제조장치를 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 부직포 제조장치는 방사구금(10)을 포함한다. 방사구금(10)을 통해 방사도프(spinning dope)가 압출된다.

방사구금(10)의 하부에는 냉각 챔버(cooling chamber)(20)가 위치한다. 냉각 챔버(20)는 방사구금(10)을 통해 압출되는 방사도프에 냉각 공기(cooling air)를 제공함으로써 다수의 필라멘트들(Y)을 형성한다.

상기 필라멘트들(Y)은 이젝터(30) 및 연신관(40)을 순차적으로 통과하면서 그 길이방향으로 연신됨으로써 높은 결정화도와 배향을 갖게 된다. 연신된 필라멘트들(Y)은 높은 인장강도와 낮은 열수축율을 가지므로 후속 공정에서 연속적으로 가해지는 높은 장력 및 높은 온도에도 불구하고 그 고유 물성을 잃지 않는다.

이젝터(30)는 필라멘트들(Y)을 연신시키기 위한 고속의 공기 흐름(high-speed air stream)을 제공하고, 연신관(40)은 상기 고속의 공기 흐름 및 상기 필라멘트들(Y)을 연신관(40)의 말단에 위치한 노즐(50)까지 안내한다. 노즐(50)은 상기 고속의 공기 흐름 및 연신된 필라멘트들(Y)을 고속으로 토출한다.

본 발명의 장치는 노즐(50)로부터 토출되는 필라멘트들(Y)이 충돌하는 충돌판(60)을 더 포함한다. 필라멘트들(Y)과 충돌판(60)의 강한 충돌은 필라멘트들(Y)에 정전기를 발생시키고 기류의 확산을 야기한다. 이와 같은 정전기 및 기류의 확산에 의해 필라멘트들이 확산되면서 롤러(80)에 의해 구동되는 벨트(70) 상에 포집된다.

이렇게 제조되는 부직포의 중량 분포는 충돌판(60)에 필라멘트들(Y)이 부딪히는 강도, 상기 충돌로 인해 발생하는 정전기력 및 공기의 확산력에 의해 주로 결정된다.

따라서, 이젝터(30)에 공급되는 공기의 압력을 높이거나, 노즐(50)의 각도 조절을 통해 충돌판(60)과 필라멘트들(Y)의 충돌 각도를 최적화하여 부직포의 중량 분포를 제어하는 방법이 고려될 수 있으나, 이와 같은 방법만으로는 수요자가 요구하는 정도의 높은 중량 균일도를 구현할 수 없다.

본 발명의 발명자들은 큰 제조 폭을 가지면서도 중량 균일도가 우수한 부직포를 생산하기 위하여 여러 가지 실험들을 거듭하였다. 이와 같은 실험들을 통해, 충돌판법에 있어서 정전기력은 중량 균일도의 개선에 큰 영향을 주지 않는 것으로 판명되었다. 즉, 전술한 것과 같이 정전기력은 필라멘트들(Y)의 운동량에 비해 극히 작기 때문에, 정전기력이 영향을 미치는 국부적인 부위의 중량 균일도 개선은 가능하지만, 넓은 부위에서의 중량 균일도 개선은 불가능하다는 사실이 발견되었다.

결과적으로, 5,000m/분 이상의 고속으로 움직이는 필라멘트들(Y)의 높은 운동량을 고려할 때, 정전기력보다는 압축 공기의 확산 및 제어를 통해 필라멘트들(Y)을 균일하게 분산시키는 방법이 부직포의 중량 균일도 향상에 더욱 효과적이라고 본 발명자들은 판단하였다. 사조(Y)를 균일하게 확산시킬 수만 있다면, 더욱 폭이 넓은 제품을 제조할때도 별도의 장치를 이용하지 않고도 우수한 중량 균일도를 갖는 부직포를 효율적으로 제조할 수 있게 된다.

본 발명자들은 충돌판법을 적용하면서도 더욱 균일하고 효율적인 필라멘트들(Y)의 확산을 유도하여 높은 중량 균일도를 갖는 부직포를 제조하기 위하여, 도 2에 예시되어 있는 충돌판(60)을 발명하였다. 이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 충돌판(60)을 더욱 상세히 설명한다.

도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 충돌판(60)은 상기 필라멘트들(Y)이 충돌하는 충돌면(60a) 및 그 반대 편의 후면(60b)을 갖는다. 상기 충돌면(60a)에는 다수의 홈들(61)이 소정의 간격을 두고 형성되어 있다. 상기 홈들(61)은 확산되는 필라멘트들(Y)이 포집되는 벨트(70)를 향해 길게 연장되어 있다.

충돌판(60)의 충돌면(60a)에 일정한 간격으로 공기가 빠질 수 있는 홈들(61)을 형성한 결과, 충돌판(60)의 충돌면(60a)을 따라 확산되는 필라멘트(Y)들이 홈들(61) 부위에 도달할 때 선행 확산되면서 필라멘트들(Y)의 확산성이 더욱 개선되는 현상이 나타났다.

종래의 편평한 충돌면을 갖는 충돌판의 경우, 충돌판의 하단 끝 부분에 필라멘트들(Y)이 도달할 때 모든 필라멘트들(Y)이 동시에 확산되기 때문에 필라멘트들(Y)끼리 서로 엉키거나 간섭하는 현상에 의해 균일한 확산이 어려워지고, 결과적으로 부직포의 중량 균일도가 저하된다.

이에 반해, 본 발명의 충돌판(60)이 사용될 경우, 충돌판(60)의 충돌면(60a)을 따라 확산되는 필라멘트들(Y)들이 홈들(61)에 도달하면 그 홈들(61)을 따라 충돌판(60)의 외각으로 순차적으로 빠지면서 확산 현상이 연속적으로 발생하게 된다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 정전기력 발생에 더하여 한층 강화된 기류 확산이 필라멘트들(Y)의 균일한 확산을 위해 제공될 수 있어 더욱 우수한 중량 균일도를 갖는 부직포가 제조될 수 있다. 더욱이, 충돌판법이 적용되는 기존의 장치에서 충돌판만을 본 발명의 홈들(61)을 갖는 충돌판(60)으로 단순히 교체하면 되기 때문에 최소한의 비용으로 제품 개선을 달성할 수 있다.

본 발명의 부직포 제조장치에 의해 제조된 부직포는 종래의 장치를 통해 달성될 수 없었던 8.0 CV% 이하의 중량 변동 계수를 갖는다. 특히, 본 발명에 의하면, 2M 이상의 제조 폭으로 부직포를 제조함에 있어서도 8.0 CV% 이하의 중량 변동 계수를 갖는 부직포가 제조될 수 있다.

본 명세서에서 용어 '중량 변동 계수'는 부직포의 TD(Transverse Direction) 방향을 따른 중량 균일도를 나타내는 것으로서, 장섬유 스펀본드 부직포 측정방법인 JIS L 1906 규격에 따라 다음의 방법에 의해 구해진다.

제조된 부직포로부터 전체 제조 폭 및 1M의 MD 방향 길이를 갖는 샘플을 얻은 후, 10cm×10cm 시편을 폭 방향, 즉 TD 방향으로 제조 폭 만큼 채취한다. 이어서, 얻어진 시편들의 중량을 소수점 이하 2자리까지 읽어 측정하고, 이들의 평균중량(g/m²) 및 중량 변동 계수(CV%)를 아래의 식들에 의해 각각 구한다.

* 평균중량(g/m²) = (시편들의 중량의 합/시편 개수) × 100

* 중량 변동 계수(CV%) = (중량 표준편차/평균중량) × 100

본 발명자들은 일정 두께(H)를 갖는 충돌판(60)의 충돌면(60a)에 형성되는 홈들(61)의 폭(w), 홈들(61) 간의 간격(d), 및 홈들(61)의 깊이(h1)를 변경해가면서 실험을 거듭한 결과 다음과 같은 조건을 만족시킬 때 더욱 우수한 중량 균일도를 얻을 수 있음을 알게 되었다.

먼저, 상기 홈들(61) 각각은 5 내지 50 mm, 바람직하게는 8 내지 30 mm, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 mm의 폭(w)을 갖는다.

상기 홈들(61) 간의 간격(d)도 역시 5 내지 50 mm, 바람직하게는 8 내지 30 mm, 더욱 바람직하게는 10 내지 15 mm이다.

상기 홈들(61)의 깊이(h1)는 상기 홈들(61)의 폭(w)의 30 내지 250 %, 더욱 바람직하게는 50 내지 120 %이다.

상기 홈들(61) 간의 간격(d)은 상기 홈들(61)의 폭(w)과 동일한 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 홈들(61)의 폭(w)과 깊이(h1)가 상기 홈들(61)들 간의 간격(d)과 동일하다.

가장 바람직하게는, 상기 홈들(61)의 폭(w)과 깊이(h1) 및 상기 홈들(61) 간의 간격(d)은 10 내지 15 mm이며 서로 동일한 크기를 갖는다. 이와 같은 충돌판(60)을 사용할 경우, 5.0 CV% 이하의 중량 변동 계수를 갖는 부직포가 제조될 수 있다.

이하, 실시예들 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다.

실시예 1-9, 비교예1

고유점도(IV)가 0.655 이고 용융온도가 254℃ 인 폴리에스테르 칩이 통상적인 스펀본드 부직포 제조장치에서 방사온도 288℃ 하에서 용융 및 방사되었다. 이때 방사구금의 모세공 개수와 토출량을 조정하여 연신 후 웹(web) 형태로 적층되는 필라멘트의 직경이 4 데니어가 되도록 하였다.

연신된 후 노즐로부터 토출될 때 필라멘트들이 충돌하는 충돌판을 아래의 표 1에 나타난 바와 같이 변경하면서 실시예 1-9 및 비교예 1의 실험을 진행하였다.

충돌판과의 충돌 후 확산되는 필라멘트들을 컨베이어 벨트 상에 포집한 다음, 캘린더 롤을 이용하여 180℃ 온도 분위기를 통과시켜 약간의 집속성을 부여하하였다.

이와 같이 제조된 실시예 1-9 및 비교예 1의 부직포들의 제조 폭은 4.4M 이었다.

이와 같이 제조된 실시예 1-9 및 비교예 1의 부직포들의 중량 변동 계수를 다음의 방법으로 각각 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.

중량 변동 계수(CV%)의 측정

장섬유 스펀본드 부직포 측정방법인 JIS L 1906 규격에 따라 다음의 방법에 의해 각 부직포의 중량 변동 계수를 구하였다.

제조된 부직포로부터 전체 제조 폭 및 1M의 MD 방향 길이를 갖는 샘플을 얻은 후, 10cm×10cm 시편을 폭 방향, 즉 TD 방향으로 제조 폭 만큼 채취하였다. 실시예 1-9 및 비교예 1의 부직포들의 제조 폭은 4.4M이었으므로, 총44개의 시편들이 각 부직포 별로 얻어졌다. 이어서, 얻어진 시편들의 중량을 소수점 이하 2자리까지 읽어 측정하고, 이들의 평균중량(g/m²) 및 중량 변동 계수(CV%)를 아래의 식들에 의해 각각 구하였다.

* 평균중량(g/m²) = (시편들의 중량의 합/시편 개수) × 100

* 중량 변동 계수(CV%) = (중량 표준편차/평균중량) × 100

	홈 폭 (mm)	홈 간격 (mm)	홈 깊이 (mm)	충돌판 두께 (mm)	평균중량 (g/m²)	중량 변동 계수 (CV%)
실시예1	10	10	5	100	98.8	5.2
실시예2	10	10	10	100	97.6	4.3
실시예3	10	10	15	100	99.6	5.7
실시예4	10	10	25	100	98.3	6.6
실시예5	10	10	30	100	99.4	7.8
실시예6	5	10	8	100	97.5	5.6
실시예7	4	4	4	100	98.2	7.4
실시예8	55	55	30	100	98.9	7.6
실시예9	15	10	10	100	97.3	6.3
비교예1	편평한 충돌면			100	98.4	10.3

10: 방사구금 20: 냉각 챔버
30: 이젝터 40: 연신관
50: 노즐 60: 충돌판
60a: 충돌면 60b: 후면
61: 홈 70: 벨트
80: 롤러

Claims

방사도프의 압출을 위한 방사구금;
다수의 필라멘트들을 형성하기 위하여, 상기 방사구금으로부터 압출되는 방사도프에 냉각 공기(cooling air)를 제공하는 냉각 챔버;
상기 필라멘트들을 연신(stretch)시키기 위한 고속의 공기 흐름(high-speed air stream)을 제공하는 이젝터(ejector);
상기 고속의 공기 흐름 및 상기 필라멘트들을 안내하는 연신관(stretching tube);
상기 연신관의 말단에 위치하며 상기 상기 필라멘트들을 토출하는 노즐;
상기 노즐로부터 토출되는 필라멘트들이 충돌하는 충돌판; 및
상기 충돌판과의 충돌로 인해 확산되는 상기 필라멘트들이 포집되는 벨트를 포함하되,
상기 충돌판은 상기 필라멘트들이 충돌하는 충돌면을 갖고,
상기 충돌면에는 다수의 홈들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 홈들은 상기 벨트를 향해 길게 연장된 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 홈들 각각은 5 내지 50 mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 홈들 간의 간격은 5 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제4항에 있어서,
상기 홈들 간의 간격은 상기 홈들의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 홈들의 깊이는 상기 홈들의 폭의 30 내지 250 %인 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 홈들의 폭과 깊이는 상기 홈들 간의 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
제7항에 있어서,
상기 홈들의 폭과 깊이 및 상기 홈들 간의 간격은 10 내지 15 mm인 것을 특징으로 하는 부직포 제조장치.
8.0 CV% 이하의 중량 변동 계수(coefficient of variation of weight)를 갖는 부직포.
제9항에 있어서,
상기 부직포는 2M 이상의 제조 폭으로 제조된 부직포인 것을 특징으로 하는 부직포.
제10항에 있어서,
상기 부직포는 5.0 CV% 이하의 중량 변동 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 부직포.