KR20140072747A - 메타아리미드 제조용 건식방사장치 - Google Patents

Abstract

메타아라미드 제조용 건식 방사장치를 제공한다.
본 발명은 일정크기의 내부공간을 갖는 방사통 ; 외부로부터 공급되는 방사원액을 하향 토출시키는 방사구금을 갖추어 상기 방사통의 상단에 구비되는 헤드 ; 상기 방사구금으로부터 토출되는 복수개의 파이버에 포함된 용매를 증발시키는 열풍을 상기 방사통 내부로 공급하도록 상기 방사통의 상단 일측에 구비되는 유입구 ; 및 상기 유입구로부터 멀어지는 원주방향으로 갈수록 단위면적당 개공밀도가 높아지도록 복수개의 정류공을 관통형성한 정류통을 상기 방사구금의 하부에 갖추어 상기 정류공을 통해 상기 방사구금의 하부로 공급되어 파이버와 접하는 열풍의 유속과 압력을 균일하게 하는 정류부를 포함한다.

Description

메타아리미드 제조용 건식방사장치{Dry Spinning Device for Fabricating the Meta-Aramide}

본 발명은 메타아라미드를 제조하기 위한 건식 방사장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 방사구금으로부터 토출되는 파이버와 유입구로부터 공급되는 열풍간의 접촉을 균일하게 하면서 열풍의 기류 불균일에 기인하는 사조의 흔들림을 예방할 수 있고, 용매의 증발성을 균일하게 유지할 수 있는 메타아라미드 제조용 건식방사장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리아미드계 합성수지는 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드로 분류된다.

상기 방향족 폴리아미드는 파라계 아라미드(para-aramid)와 메타계 아라미드(meta-aramid)로 분류되며, 파라계 아라미드는 듀폰사에서 개발된 케블라(Kevlar)가 대표적이다.

파라계 아라미드는 벤젠 고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것이다. 분자쇄가 매우 뻣뻣하고 선상구조를 가지므로 강도가 매우 높고 탄성률이 특히 높아 충격을 흡수하는 성능이 매우 우수하여 방탄복, 방탄 핼멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시 줄, 골프 클럽등의 스포츠 기구 재료로 또한 산업용으로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), 석면대체용 섬유등에 사용되고 있다.

메타계 아라미드는 듀폰사에서 개발된 노멕스(Nomex), 데이진사에서 개발된 코넥스(Conex)가 대표적이다. 메타계 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀 흡수도 어느 정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있다.

한편, 이러한 폴리아미드계 합성수지 섬유는 제조방식에 따라 크게 건식, 습식 및 용융방사로 나누어지고 있으며 건식 및 습식 방사법은 합성수지를 용제에 녹인 후 방사 중에 용제를 증발 또는 추출하여 제조하는 방식으로 전세계 제조 프로세스 중 95%이상을 점유하고 있다.

이중 건식방사의 경우 물성면에서 우수한 제품생산이 가능하므로 가장 많이 채용하고 있는 프로세스로 방사통 내에서의 용제 증발의 용이성, 후공정에서의 사절방지 등을 목적으로 다홀 방사구금에서 멀티파이버멀티파이버(multi fiber)로 방사되어 멀티파이버가 서로 융착 또는 점착되어 있는 원사형태를 가지고 있다.

통상적으로 건식방사 공정은 도 1에 도시한 바와 같이, 방사헤드(spinning head: 1)에 도입된 방사원액을 헤드에 구비된 방사구금을 통하여 방사통(spinning chamber: 3)내로 토출하고, 상기 방사통(3)의 상단 일측에 구비된 유입구(2)를 통하여 도입되는 열풍에 의해 상기 방사구금(1a)으로부터 토출되어 형성되는 단섬유인 복수개의 파이버에 포함된 용매가 증발되면서 고화된다.

그러나, 이러한 종래의 건식방사에서 상기 유입구(2)를 통하여 방사통(3)의 내부로 유입되는 열풍의 기류가 불안정하게 되는 경우, 상기 헤드(1)의 방사구금으로부터 방사되는 복수개의 파이버와 접하여 용매를 증발시켜 고화시키는 공정의 불량에 의해서 합성섬유의 불량을 초래하였다.

즉, 상기 유입구와 대응하는 영역을 통해 공급되는 열풍의 공급량과 상기 유입구의 반대측 영역을 통해 공급되는 열풍의 공급량 및 내부압이 서로 상이하기 때문에 열풍과 접하는 파이버부터 용매가 용출되는 증발효율이 상부영역에서 불균일해지게 되고, 기류의 불안정으로 인하여 사조의 흔들림을 발생시키게 되어 방사성이 불량해지고, 합성섬유의 제품불량을 초래하는 원인으로 작용하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 방사구금으로부터 토출되는 파이버와 유입구로부터 공급되는 열풍간의 접촉을 균일하게 하면서 열풍의 기류 불균일에 기인하는 사조의 흔들림을 예방할 수 있고, 용매의 증발성을 균일하게 유지할 수 있는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 일정크기의 내부공간을 갖는 방사통 ; 외부로부터 공급되는 방사원액을 하향 토출시키는 방사구금을 갖추어 상기 방사통의 상단에 구비되는 헤드 ; 상기 방사구금으로부터 토출되는 복수개의 파이버에 포함된 용매를 증발시키는 열풍을 상기 방사통 내부로 공급하도록 상기 방사통의 상단 일측에 구비되는 유입구 ; 및 상기 유입구로부터 멀어지는 원주방향으로 갈수록 단위면적당 개공밀도가 높아지도록 복수개의 정류공을 관통형성한 정류통을 상기 방사구금의 하부에 갖추어 상기 정류공을 통해 상기 방사구금의 하부로 공급되어 파이버와 접하는 열풍의 유속과 압력을 균일하게 하는 정류부를 포함하는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 방사통은 상기 방사구금과 대응하는 상부대경부와, 내경크기가 상부대경부에 비하여 작은 하부소경부를 포함하고, 상기 정류통은 상기 방사구금에 상단이 연결되고, 상기 하부소경부에 하단이 연결되어 상기 상부대경부와 정류통사이에 열풍이 체류하는 정류공간을 구비한다.

바람직하게, 상기 정류공은 상기 정류통의 외부면에 관통형성되는 원형, 다각 단면상의 관통공으로 구비된다.

바람직하게, 상기 정류공은 상기 정류통의 외부면에 파이버의 진행방향과 나란한 방향으로 길게 관통형성된 장공으로 구비된다.

더욱 바람직하게, 상기 정류통에 서로 인접하여 관통형성되는 복수개의 정류공은 서로 동일한 관통크기로 구비되거나 서로 다른 관통크기로 구비된다.

더욱 바람직하게, 상기 정류통의 외부면 또는 외부면에는 부직포 또는 메쉬로 이루어지는 중공원통형 다공체를 구비한다.

더욱 바람직하게, 상기 방사통은 상단 외주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 열풍을 공급하는 복수개의 유입구를 구비한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 파이버가 토출되는 방사구금의 하부영역에 복수개의 정류공을 관통형성한 정류통을 구비함으로써 정류통과 방사통사이에 형성된 정류공간으로 1차 공급된 열풍이 정류공을 통해 상기 방사구금의 하부로 공급되어 파이버와 접하는 열풍의 유속과 방사통의 내부압력을 균일하게 유지할 수 있기 때문에 사조의 흔들림을 예방할 수 있고, 열풍과 파이버간의 접촉 불균일을 해소하여 용매의 증발성을 향상시킬 수 있다.

(2) 방사통의 내부면에 구비되는 내경축소부를 방사통의 내부면으로부터 내측으로 돌출시키는 프레싱 공정에 의해서 형성함으로써 별도의 조립공정이 불필요해져 제조원가를 절감하고 관리비용을 절감할 수 있다.

(3) 방사통의 내부면에 구비되는 내경축소부를 유체주입시 부피팽창되는 튜브부재로 구비함으로써 내경축소부의 내경크기를 간편하게 조절하여 방사조건에 따라 내경크기를 가변시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 건식방사장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 메타아라미드 제조용 건식방사장치를 도시한 구성도이다.
도 3는 본 발명의 제2실시 예에 따른 메타아라미드 제조용 건식방사장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 메타아라미드 제조용 건식방사장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시 예에 따른 메타아라미드 제조용 건식방사장치를 도시한 구성도이다.
도 6는 본 발명의 제6실시 예에 따른 메타아라미드 제조용 건식방사장치를 도시한 구성도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 메타 아라미드 제조용 건식방사장치(100)는 도 2에 도시한 바와 같이, 방사통(110), 헤드(120), 유입구(130) 및 정류부(140)를 포함한다.

상기 방사통(110)은 섬유모양으로 성형되는 공정이 이루어지도록 일정크기의 내부공간을 갖추어 대략 중공원통형 구조물이다.

상기 헤드(120)는 이물이 제거된 고분자 용액인 방사원액을 기어펌프에 걸리는 압력을 분산시켜 공급받을 수 있도록 상기 방사통(110)의 상단에 설치되된다.

상기 방사통(110)의 내부로 노출되는 헤드(120)의 하부단에는 외부로부터 공급되는 방사원액을 상기 방사통(110)의 내부에서 섬유상으로 만들어 주도록 하향 토출시키는 복수개의 노즐공을 갖는 방사구금(125)을 구비한다.

여기서, 상기 노즐공은 상기 방사구금의 하부면에 원주방향으로 일정간격을 두고 원주방향으로 구비된다.

상기 유입구(130)는 질소와 같은 불황성 가스로 이루어지는 고온의 열풍을 별도의 송풍기로서 상기 방사통(110)의 내부공간으로 공급할 수 있도록 상기 방사통(110)의 상단 일측에 구비된다.

이에 따라, 상기 방사통(110)의 내부공간으로 공급되는 불활성 가스의 열풍에 의해서 상기 헤드(120)의 방사구금(125)으로부터 토출되는 방사원액이 섬유상으로 만들어지도록 복수개의 파이버로 전환되는 과정에서 복수개의 파이버에 포함된 용매를 증발시키게 된다.

한편, 상기 정류부(140)는 상기 방사구금의 하부에 배치되어 상기 방사구금의 하부로 공급되어 파이버와 접하는 열풍의 유속과 압력을 균일하게 하는 중공원통형의 정류통(140a)을 포함한다.

이러한 정류통(140a)은 고온의 열풍이 공급되는 유입구(130)와 대응하는 외부면으로부터 멀어지는 원주방향으로 갈수록 단위면적당 개공밀도가 높아지도록 몸체 외부면에 복수개의 정류공(141)을 관통형성한다.

여기서, 상기 정류통(140a)이 구비되는 방사통(110)은 상기 방사구금(125)과 대응하는 상부대경부(112)와, 내경크기가 상부대경부에 비하여 작은 하부소경부(114)로 이루어진다.

상기 정류통(140a)의 상단은 방사원액이 통과하면서 파이버가 직하부로 하향 토출되는 방사구금(125)에 상단이 연결되고, 하단은 상기 하부소경부(114)에 연결되도록 설치됨으로써 상기 상부대경부(112)의 내주면과 상기 정류통(140a)의 외주면사이에는 상기 유입구(130)로부터 공급되어 유입된 열풍이 체류하게 되는 정류공간을 구비한다.

상기 정류통(140a)에 관통형성되어 열풍이 통과하는 정류공(141)은 도 2에 도시한 바와 같이, 원형단면상으로 관통형성되는 관통공으로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 삼각 또는 사각과 같은 다각 단면상의 관통공으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 정류통(140a)에 관통형성되어 열풍이 통과하는 정류공(142,143)은 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 방사구금(125)으로부터 토출되어 하향하는 파이버의 진행방향과 나란한 방향으로 길게 관통형성된 장공형태로 구비될 수 있다.

여기서, 상기 정류통에 서로 인접하여 관통형성되는 복수개의 정류공(141,142)은 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 동일한 관통크기로 구비될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 도 4에 도시한 바와 같이, 서로 다른 개구면적을 갖도록 서로 다른 관통크기로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 방사구금(125)의 직하부에 상기 유입구(130)로부터 공급되는 열풍이 체류하는 정류공간을 형성하면서 상기 유입구로부터 멀어지는 원주방향으로 갈수록 단위면적당 개공밀도가 높아지도록 관통형성한 복수개의 정류공을 갖는 정류통(140a)을 구비함으로써 상기 정류공을 통해 상기 방사구금의 하부로 공급되는 열풍의 유속과 압력을 균일하게 하여 방사구금으로부터 토출되는 파이버와의 접촉을 균일하게 하고, 열풍의 흐름을 균일하게 형성한다.

즉, 상기 유입구(130)와 근접하여 열풍의 유속이 빠르고 압력이 높게 형성되는 정류통의 외부면에는 정류공의 개공밀도를 작게 하고, 상기 유입구(130)와 멀어져 열풍의 유속이 느리고 압력이 낮게 형성되는 정류통(140a)의 외부면에 상대적으로 개공밀도를 크게 하여 상기 정류공을 통해 정류통의 내부로 열풍을 균일하게 공급할 수 있는 것이다.

이에 따라, 상기 파이버가 토출되는 방사구금(125)의 하부영역에서의 열풍의 흐름을 균일하게 하여 사조의 흔들림을 방지하고, 우수한 품질을 갖는 제품을 제조하기 위한 안정적인 방사통의 방사조건을 만족시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 정류통(140)의 외부면에는 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 정류통(140)에 형성된 정류공(141)으로 열풍이 통과하기 전에 1차 통과시켜 정류할 수 있도록 부직포 또는 메쉬로 이루어지는 중공원통형 다공체(150)를 구비할 수 있다.

이러한 중공원통형 다공체(150)는 상기 정류통(140)의 외부면에 밀착되도록 구비하는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 정류통(140)의 내부면에 밀착되도록 구비할 수도 있다.

또한, 상기 방사통(110)은 상단외주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 열풍을 공급하는 복수개의 유입구(130,130a)을 구비함으로써 상기 방사통(110)의 내부로 공급되는 열풍을 상기 방사구금(125)의 외측테두리 전체영역을 통하여 고르게 공급할 수 있기 때문에 상기 방사구금의 하부로 토출되는 멀티 파이버측으로 기류편차없이 고르게 열풍을 공급할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

110 : 방사통
120 : 헤드
125 : 방사구금
130 : 유입구
140 : 정류부
140a : 정류통
141,142,142 : 정류공
150 : 중공원통형 다공체

Claims (7)

1. 일정크기의 내부공간을 갖는 방사통 ;
   외부로부터 공급되는 방사원액을 하향 토출시키는 방사구금을 갖추어 상기 방사통의 상단에 구비되는 헤드 ;
   상기 방사구금으로부터 토출되는 복수개의 파이버에 포함된 용매를 증발시키는 열풍을 상기 방사통 내부로 공급하도록 상기 방사통의 상단 일측에 구비되는 유입구 ; 및
   상기 유입구로부터 멀어지는 원주방향으로 갈수록 단위면적당 개공밀도가 높아지도록 복수개의 정류공을 관통형성한 정류통을 상기 방사구금의 하부에 갖추어 상기 정류공을 통해 상기 방사구금의 하부로 공급되어 파이버와 접하는 열풍의 유속과 압력을 균일하게 하는 정류부를 포함하는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방사통은 상기 방사구금과 대응하는 상부대경부와, 내경크기가 상부대경부에 비하여 작은 하부소경부를 포함하고,
   상기 정류통은 상기 방사구금에 상단이 연결되고, 상기 하부소경부에 하단이 연결되어 상기 상부대경부와 정류통사이에 열풍이 체류하는 정류공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 정류공은 상기 정류통의 외부면에 관통형성되는 원형, 다각 단면상의 관통공으로 구비되는 것을 특징으로 하는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 정류공은 상기 정류통의 외부면에 파이버의 진행방향과 나란한 방향으로 길게 관통형성된 장공으로 구비되는 것을 특징으로 하는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 정류통에 서로 인접하여 관통형성되는 복수개의 정류공은 서로 동일한 관통크기로 구비되거나 서로 다른 관통크기로 구비되는 것을 특징으로 하는 메타아라미드 제조용 건식 방사장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 정류통의 외부면 또는 외부면에는 부직포 또는 메쉬로 이루어지는 중공원통형 다공체를 구비하는 것을 특징으로 하는 메타아리미드 제조용 건식방사장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 방사통은 상단 외주면에 원주방향으로 일정간격을 두고 열풍을 공급하는 복수개의 유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 메타아리미드 제조용 건식방사장치.

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