KR20150036009A - 결속 섬유 매트들의 제조 - Google Patents

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KR20150036009A
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filament
thermoplastic
fiber
strand
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KR1020157000295A
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로버트 제이. 하우버
게랄드 디. 보이드스톤
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써튼티드 집섬, 인크.
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Publication date
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Abstract

본 발명은 섬유 매트들을 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 연속 가닥의 필라멘트가 액화된 서머 플라스틱으로 예비 코팅된다. 다음에 상기 예비 코팅된 필라멘트들은 섬유 매트를 성형시키기 위해 밸트 위에 안착된다. 상기 필라멘트들은 연속 가닥으로 안착될 수 있거나 또는 불연속 가닥들로 세절될 수 있다. 상기 필라멘트들은 서머 플라스틱을 재액화하고 또한 교차하는 섬유들 사이의 결합을 용이하게 하도록 안착된 후 가열된다. 본 발명은 또한 제조된 섬유 매트들을 복합 건축용 보드 내로 합체시키기 위한 시스템 및 방법들에 관한 것이다.

Description

결속 섬유 매트들의 제조{CONSTRUCTION OF BOUND FIBROUS MATS}
본 발명은 섬유 매트들을 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 결속 섬유 매트들을 복합 건축용 보드 내에 합체시키기 위한 방법에 관한 것이다.
배경 기술로서 섬유 매트들을 제조하기 위한 다양한 예들을 포함한다. 하나의 예로서는 시몬스(Simmons) 등에 의한 미국특허 제5,565,049호에 공개되어 있다. 시몬스는 세절된 섬유 재료들로부터 매트들을 제조하기 위한 방법을 공개한다. 상기 방법은 한 쌍의 롤러들 위로 연장하는 세장형 순환 전송 벨트를 사용한다. 초기 스테이션에서, 일련의 스풀들이 연속 섬유 스트랜드들을 절삭 스테이션으로 전달한다. 절삭 스트랜드들은 느슨한 섬유 매트 구조를 생성하기 위해 상기 벨트 위에 적층된다. 다음에, 상기 매트 구조는 노즐들이 상기 매트 구조 위로 미세한 분무수를 분무하는 분무 스테이션으로 전달된다. 다음에, 접착제 분말이 상기 매트 구조의 상부 표면 위로 균일하게 도포된다. 상기 분말 접착제는 접착성 도포기로부터 계량되는 과립제 형태를 취한다. 연속 가열 스테이션에서, 상기 매트에 압력을 인가하는 상부 벨트가 제공된다. 상기 가열 스테이션은 또한 상기 매트 구조 위 아래에 위치한 가열 소자들을 포함한다. 상기 압력과 열은 상기 매트 구조를 평평하게 하고 상기 접착제가 가소화되게 한다. 다음에, 매트의 온도를 상기 접착제 온도의 초기 가소화 온도 미만으로 냉각시키는 냉각 스테이션이 제공된다. 이는 상기 접착제가 상기 섬유들을 함께 재응고 및 결속시키도록 한다.
섬유 매트들을 제조하기 위한 다른 방법은 리스(Reese) 등에 의한 미국특허 제5,051,122호에 공개되어 있다. 리스는 캘린더링 롤(calendaring roll)과 연속 벨트가 매트를 소형화하기 위해 사용되는 연속 유리 섬유 스트랜드의 매트들을 제조하기 위한 방법을 공개한다. 복수의 스트랜드 공급 장치들은 공급원으로부터 적어도 하나의 연속 스트랜드를 인발하고 또한 느슨한 섬유 매트 구조를 형성하기 위해 컨베이어 벨트의 표면 위로 상기 스트랜드를 돌출시키는 공급 장치를 각각 갖는 이동 천공 컨베이어의 표면을 가로지른다. 분말형 수지 입자들이 상기 느슨한 매트 위로 분배되고, 다음에 제 2 이동 컨베이어 또는 벨트와 적어도 하나의 가열 캘린더링 롤러 사이를 통과한다. 한 실시예는 상기 수지 재료를 용이하게 분배하기 위해 매트를 가습시키도록 물을 사용한다. 상기 매트가 제 2 컨베이어 벨트로 통과함에 따라, 상기 매트는 상기 컨베이어의 표면과 분리 구동되고 회전 및 가열되는 캘린더 롤 사이에서 조여진다. 상기 매트가 상기 롤 원주 둘레를 통과함에 따라, 상기 매트는 벨트의 장력에 의해 상기 롤에 대해 소형화된다. 상기 벨트가 회전됨에 따라, 상기 벨트는 상기 소형화된 매트를 상기 캘린더로부터 분리시키고 그의 경로를 재개한다. 상기 캘린더 롤에 의해 상기 매트의 가열로부터 발생된 증기는 후드를 통해 배출된다.
상기 문헌들 각각은 유용한 구조적 방법을 공개하고 있다고는 하나, 상기 문헌들은 또한 어느 정도의 단점들을 갖는다. 예를 들어, 상기 문헌들 각각은 입자 또는 과립제 형태로 수지 또는 접착제를 도포한다. 이와 같은 도포 기술은 여러 단계들을 필요로 하며 또한 밑에 놓인 섬유들을 충분히 코팅하지 못한다. 결과적으로, 인접한 섬유들 사이에 불충분한 결합이 존재한다. 이와 같은 배경 기술로는 섬유 매트들을 복합 건축용 보드들과 함께 제조하기 위한 방법을 설명하기에 부족하다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 상기 배경 기술에서 나타나는 여러 단점들을 극복하는 것을 목표로 한다.
본 발명은 섬유 매트들을 제조하기 위한 시스템 및 방법들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 섬유 매트들을 복합 건축용 보드들 안에 합체시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 가능한 장점은 서모플라스틱으로 예비 코팅된 플라멘트 가닥들로부터 섬유 매트들을 제조함으로써 실현된다.
다른 장점은 상기 필라멘트의 가닥들을 섬유 매트 내에 합체시키기 전에 액화된 서모플라스틱으로 필라멘트의 연속 가닥들을 완전히 코팅함으로써 성취된다.
추가의 가능한 장점은 필라멘트들이 성형 테이블 위에 놓여진 후에 상기 필라멘트들을 가열함으로써, 예비 코팅부를 액화시키고 또한 교차하는 필라멘트들 사이의 접합을 용이하게 함으로써 성취된다.
또 다른 잠재적인 장점은 섬유 매트를 제조한 다음 상기 제조된 매트를 복합 건축용 보드 내에 합체시킴으로써 성취된다.
또한, 본 발명은 페이퍼 표면 시트(paper facing sheet)들 또는 이면 시트(backing sheet)들을 필요로 하지 않으면서, 여전히 건축용 패널 내로 합체될 수 있는 섬유 매트를 제조하는 것을 장점으로 한다.
본 발명의 다양한 실시예들은 상기 장점들을 전혀 갖지 않거나, 일부만을 갖거나 또는 전부를 가질 수 있다. 본 발명의 다른 기술적 장점들도 당업자에 의해 명백하게 실현 가능할 수 있다.
본 발명 및 그의 장점들을 더욱 완벽하게 이해하기 위해, 이제 첨부된 도면들과 관련한 다음의 상세한 설명들을 참고하기 바란다.
도 1은 본 발명에 따른 제조 공정을 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 다른 제조 공정을 나타내는 측면도.
도 3은 섬유들을 매트 구조 내에 합체시키기 전에 개별 섬유들을 예비 코팅시키기 위한 장치를 나타내는 측면도.
도 4는 필라멘트들이 예비 코팅된 후에 그리고 섬유 매트 내에 합체되기 전에 상기 필라멘트들을 저장하기 위해 사용되는 스풀들을 나타내는 도면.
도 5는 상기 예비 코팅 및 개별 필라멘트 상호 연결을 설명하는 섬유 매트의 근접도.
도 6은 상기 예비 코팅 및 개별 필라멘트 상호 연결을 설명하는 섬유 매트의 근접도.
도 7은 상기 예비 코팅 및 개별 필라멘트 상호 연결을 설명하는 섬유 매트의 근접도.
본 발명은 섬유 매트들을 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 연속 가닥의 필라멘트들은 액화된 서모플라스틱으로 예비 코팅된다. 다음에, 상기 예비 코팅된 필라멘트들은 섬유 매트를 형성하기 위해 벨트 위에 안착된다. 상기 필라멘트들은 연속 가닥들로 안착될 수 있거나 또는 불연속 가닥들로 세절될 수 있다. 상기 필라멘트들은 상기 서모플라스틱을 재액화시키고 또한 교차하는 필라멘트들 사이의 접합을 용이하게 하기 위해 안착 후 가열된다. 본 발명은 또한 제조된 섬유 매트들을 복합 건축용 보드 내에 합체시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 특징들 및 그들이 상호 연관되는 방식은 이후 더욱 상세하게 설명될 것이다.
적합한 제조 시스템(10)이 도 1에 설명되어 있으며, 일련의 성형 테이블들(22)로 구성될 수 있는 단일 제조 라인(20)을 포함한다. 상기 라인의 초기 부분(24)은 필라멘트(26)의 연속 가닥들로부터 섬유 결속된 매트를 제조하기 위해 채용된다. 이후에 더욱 상세히 설명되겠지만, 이들 필라멘트(26)의 가닥들은 섬유 매트(28)로 되기 전에 서모플라스틱으로 예비 코팅된다. 다음에 상기 제조 라인(32)의 후미 부분은 섬유 결속된 매트들(28)을 복합 건축용 보드 내에 합체시킨다. 상기 라인의 후미 부분은 공동 소유자인 하우버(Hauber)에게 허여되고 발명의 명칭이 "유리 강화된 석고 보드"인 미국특허 제6,524,679호에 공개된 제조 방법을 포함할 수 있다. 상기 특허 '679의 내용은 모든 용도를 위해 본원에 완전히 합체되었다
도 2는 도 1의 제조 라인과 매우 유사한 대안적 실시예이다. 즉, 상기 라인(24)의 초기 부분은 섬유 매트들(28)을 형성하기 위해 사용되고, 그의 후미 부분은 상기 섬유 매트들(28)을 복합 건축용 보드들 내에 합체시킨다. 그러나, 도 2의 제조 라인은 연속 가닥의 필라멘트를 불연속 가닥들로 절삭하기 위해 필라멘트 세절기를 사용한다. 다음에, 상기 섬유의 불연속 가닥들은 상기 성형 테이블 위에 임의로 배치된다. 특히, 양 실시예들은 초기에 핫멜트 서모플라스틱(hot melt thermoplastic)으로 예비 코팅되는 필라멘트(26)의 연속 가닥들로 시작한다.
서모플라스틱으로 필라멘트들을 코팅하기 위한 시스템
필라멘트(26)의 복수의 개별 가닥들은 초기에 복수의 대응하는 필라멘트 공급 장치들로부터 코팅되지 않은 상태로 제공된다. 대안적으로, 상기 섬유는 필라멘트 제조 공정으로부터 직접 제공될 수 있다. 적합한 실시예에 있어서, 필라멘트들(26)은 최소 약 1 마이크로미터에서 최대 약 5,000 마이크로미터 범위의 직경을 갖는다. 본원에 사용된 "필라멘트"라는 용어는 함께 로빙(roving)으로 결속된 모노 필라멘트들 및 멀티 필라멘트들을 포함한다. 그것은 또한 스펀(spun) 멀티 필라멘트 스트랜드들 및 직포(woven) 필라멘트 스트랜드들을 추가로 포함한다. 사용되는 필라멘트들(26)의 수는 제조되는 섬유 매트(28)의 크기 및 밀도에 기초할 수 있으며, 본 발명은 어떠한 특정 수의 필라멘트들(26)로 제한되지는 않는다. 그러나, 2 내지 2000 사이의 개별 필라멘트들(26)이 사용될 수 있는 것으로 고려될 수 있다. 상기 필라멘트들(26)이 공급 장치들로부터 분배된 후에, 그들은 가이드 롤러들을 통해 코팅 스테이션(34)으로 전송되며, 이에 대하여는 도 3에 도시되어 있다. 코팅 스테이션(34)에서, 코팅되지 않은 필라멘트(26)의 가닥들은 각각 서모플라스틱 예비 코팅부에 잠긴다.
적합한 실시예에 있어서, 필라멘트들 각각은 임의 용적의 액화된 핫멜트 열가소성 결합제로 코팅된다. 이러한 결합제들은 유기물 또는 무기물 또는 그들의 혼합일 수 있다. 그의 목적은 개별 섬유들을 적소에 보유하고 또한 인장내력 및 가요성을 제공하는 결합제를 제공하고자 하는 것이다. 적합한 열가소성 결합제들은 개별적으로 또는 서로 혼합하여 사용되는 다음과 같은 물질 중 어느 것을 포함한다: 아크릴로니트릴 부타디엔 스틸렌(ABS), 셀룰로이드, 셀룰로즈 아세테이트, 에틸렌-부틸, 아크릴레이트, 에틸렌-메틸 아크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-아크릴-산-공중합체(EAA); 에틸렌 비닐 알콜(EVAL), 플루오로플라스틱들(FEP, PFA, CTFE, ECTFE, ETFE를 포함하는 PTFE들), 아이오노머, 액정 폴리머(LCP), 폴리아세탈(POM 또는 아세탈), 폴리아크릴레이트들(용융 및 경화 아크릴들), 폴리아크릴로니트릴(PAN 또는 아크릴로니트릴), 폴리아미드(PA 또는 나일론), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리아릴에트르케톤(PAEK 또는 케톤), 폴리부티아디엔(PBD), 폴리부틸렌(PB), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(PCT), 폴리카보네이트(PC), 폴리케톤(PK), 폴리에스터, 폴리에틸렌/폴리텐/폴리에탄, 폴리에테르 블록 아미드(PEBA), 폴리에테레테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌클로리나테스(PEC), 폴리이미드(PI), 폴리악틱산(PLA), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리페닐렌 옥시드(PPO), 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리프타라미드(PPA), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리술폰(PSU), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 스펙트랄론, 및 서모플라스틱 올레핀 엘라스토머들(TPO). 적합한 서모플라스틱의 적용 용해점 온도는 최소 100℉에서 최대 500℉의 범위에 있게 될 것이다. 실란 커플링제(silane coupling agent)인, Y-Si(OR)3가 위에서 기재된 핫멜트 서모플라스틱들 중 어느 것의 접착 강도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 상기 실란 커플링제는 또한 개량된 내구성, 기계적 특성, 전기적 특성, 및 결합제 분산(29)을 포함하는 많은 유익한 결과들을 제공한다.
상기 서모플라스틱 코팅부는 필러 합성물을 포함할 수 있으며, 이들의 사용을 목적으로, 제한적이지는 않지만, 컬러(불투명 또는 반투명), UV 저항력, 접착부여(tackifying) 특성 강화, 열적 절연, 열 전도성, 전기 전도성, 전기 비전도성, 내수성, 수증기 전달 강화, 수증기 전달 억제, 광흡수, 광굴절, 음향 전파, 음향 억제, 탄성 중합체 강화, 강성 강화, 충격 저항, 천공 저항, 부식 저항, 볼류마이징(volumizing), 치밀화, 내화성, 잔향, 및 가스, 액체, 또는 증기 중독성 화합물 흡수를 포함할 수 있다.
상기 코팅 스테이션(34)의 상세 내용은 실란(3)과 관련하여 다음에 설명된다. 설명된 특정 코팅 스테이션(34)은 상기 필라멘트들(26)이 얼마나 코팅될 수 있으며 또한 어떤 다른 코팅 기술들이 본 발명의 범위 내에 있게 되는지에 대한 일예에 불과하다. 스테이션(34)은 도포 롤러(36)를 포함한다. 도포 롤러(36)는 그의 외부면 내에 형성되는 일련의 원주 홈들(38)을 갖는다. 각각의 홈(38)은 필라멘트(26)의 개별 가닥을 수용하도록 치수결정된다. 적합한 실시예에 있어서, 필라멘트 공급 장치들의 전체 숫자는 도포 롤러(36) 내의 홈들(38)의 전체 숫자에 대응한다.
상기 스테이션(34)은 공급 롤러(42)를 추가로 포함한다. 공급 롤러들은 당업계에 널리 공지되어 있다. 공급 롤러(42)의 일 부분은 액화된 서모플라스틱(44)의 용적부와 접촉하며, 공급 롤러(42)의 다른 부분은 도포 롤러(36)와 접촉한다. 이 방식에 있어서, 공급 롤러(42)는 선택된 용적의 액화된 서모플라스틱(44)을 공급부(42)로부터 도포 롤러(36)의 표면으로 전달한다. 따라서, 홈들(38) 내에 위치된 필라멘트(26)의 개별 링크들은 공급 롤러(42)에 의해 전달된 액화된 서모플라스틱(44)으로 코팅된다.
코팅 스테이션(34)은 도포 롤러(36)의 상부 위에 작동식으로 배치되는 핀치 롤러(46)를 추가로 포함한다. 상기 핀치 롤러(46)는 도포 롤러(36)의 외주 표면과 양성(positive) 접촉을 유지한다. 핀치 롤러(46)는 회전됨에 따라 필라멘트(26)의 개별 가닥들을 도포 롤러(36) 상의 대응하는 홈들(38) 내에 유지시키는 기능을 한다.
계량 블록(48)이 코팅 스테이션(34)의 단부에 선택적으로 포함된다. 적합한 계량 블록(48)은 필라멘트들(26)로부터 과다 서모플라스틱을 제거하도록 설계된다. 계량 블록(48)은 필라멘트(26)의 개별 가닥을 수용하도록 치수 결정되는 복수의 개별 구멍들(52)을 포함한다. 블록(48)의 출구에는 구멍들(52)에 의해 제거된 과다 플라스틱을 유출시키는 하부 립(54)을 포함한다. 상기 서모플라스틱 유출은 수집 및 재사용될 수 있거나, 또는 폐기될 수 있다. 그로 인해, 계량 블록(48)은 요구되는 결합제 효과를 제공하도록 섬유(26)의 연속 가닥에 대한 특정 도포 속도와 범위를 제어한다. 상술된 핫멜트 서모플라스틱 코팅부/결합제의 도포된 필름 두께는 최소 0.01 밀(mil) 내지 최대 50 밀 두께의 범위를 가질 수 있다. 상기 코팅부는 균일한 또는 불균일한 레벨로 도포될 수 있다.
상기 코팅 스테이션(34)의 작동은 다음과 같다. 일련의 코팅되지 않은 필라멘트들(26)이 필라멘트 공급 장치들로부터 분배된다. 다음에, 가이드 롤러들이 상기 필라멘트들을 코팅 스테이션(34)의 시발점으로 전달하도록 채용된다. 다음에, 필라멘트들(26)은 도포 롤러(36) 내의 홈들(38) 내로 안내된다. 도포 롤러(36)가 회전함에 따라, 필라멘트들은 공급 롤러(42)를 통해 액화된 서모플라스틱(44)과 함께 연속 공급된다. 도포 롤러(36)의 연속 회전으로 인해, 필라멘트(26)의 각 가닥의 전체 외주 영역은 서모플라스틱에 의해 완전히 잠기게 된다. 다음에, 과다 서모플라스틱은 계량 블록(48)에 의해 제거된다. 채용되는 특정 계량 블록은 섬유 매트의 의도된 도포에 기초한다. 상기 코팅은 모든 주변 및 공동 합체된 섬유들에 대한 다 방향 접착력을 위한 큰 접촉 영역을 제공하기 위해 전체 원주 범위에 걸쳐 지속된다. 상기 범위는 상기 필라멘트의 0.1% 및 상기 필라멘트의 100% 사이에서 연장할 수 있다.
마지막으로, 코팅된 필라멘트들(26)은 가이드 롤러들(56)을 통해 상기 코팅 스테이션으로부터 멀리 전달된다. 상기 필라멘트들이 멀리 안내됨에 따라, 상기 서머 플라스틱 코팅부(44)는 냉각 및 고형화가 허용된다. 대안적으로, 상기 냉각 단계는 직접 또는 간접 냉각 기구를 통해 수행될 수 있다. 마지막으로, 필라멘트(26)의 각각의 코팅된 가닥은 스풀(58) 위에 감겨진다. 다른 경우, 코팅된 필라멘트들(26)은 스풀링, 풀림/낙하(loose/drop) 축적에 의해 축적될 수 있거나, 또는 제조 라인으로 연속 공급될 수 있다. 상술된 실시예에 있어서, 코팅된 필라멘트들(26)은 필요할 때까지 스풀들(58) 상에 저장된다. 이 후에 더욱 상세히 설명되겠지만, 그 후 코팅된 필라멘트들(26)은 섬유 결속된 매트들(28)이 제조되는 동안 스풀들(58)로부터 분배된다.
연속 필라멘트 섬유 매트
일단 필라멘트들(26)이 상술된 방식으로 코팅되면, 상기 필라멘트들은 섬유 매트들(28)로 성형될 준비가 된다. 도 1에 언급된 바와 같이, 예비 코팅된 필라멘트(26)의 스풀들(58)은 제조 라인(20)의 시발점에 위치된다. 스풀들(58)은 필라멘트 공급 장치들의 형태를 취할 수 있다. 스풀들(58)은 초기에는 필라멘트(26)의 가닥들이 성형 테이블(62) 위에 안치되도록 풀린다. 이를 수행하기 위해, 스풀들(56)은 필라멘트(26)의 각각의 가닥이 상기 성형 테이블(22) 위에 무작위 패턴으로 적층되도록 전후 또는 좌우 방식으로 이동될 수 있다. 이상적으로는, 섬유들(26)이 중량에 의해 동일하게 분배되도록 안착되는 것이다. 무작위 패턴의 결과로서, 개별 필라멘트들(26)은 복수의 필라멘트 교차점들(26(a))에서 서로 교차한다. 상기 필라멘트 교차점들(26(a))의 밀도는 적층되는 필라멘트(26)의 개별 가닥들의 수에 기초한다. 결과적으로, 채용되는 필라멘트(26)의 수는 매트(28)의 사용 용도에 기초하여 작업자에 의해 선택될 것이다.
필라멘트들(26)이 안착된 성형 벨트(62)는 이상적으로는 고형, 메시 또는 링크 구조체로부터 형성된다. 벨트(62)는 또한 적합하게도 서모플라스틱 코팅부에 비점착성 표면을 제공하고 또한 섬유들 사이의 교차 접착을 더욱 촉진하도록 액체 보유 특성을 포함한다. 성형 벨트(62)는 또한 유기 또는 무기 재료들 또는 양자의 혼합으로 형성될 수 있다.
다음에 무작위 필라멘트 패턴은 상기 벨트 상에서 복수의 오버헤드 가열 요소들(66)을 포함하는 가열 스테이션으로 전송된다. 적합한 실시예에 있어서, 가열 요소들(66)은 약 100℉ 내지 1,000℉의 온도로 상기 필라멘트 패턴을 가열한다. 직접 또는 간접 가열(또는 그들의 혼합)이 채용될 수 있다. 따라서, 가열 스테이션(64)은 상기 서모플라스틱 예비 코팅부를 충분히 재액화 또는 가소화될 수 있을 정도로 필라멘트들(26)을 가열한다. 일단 재액화되면, 상기 인접 필라멘트들 상의 코팅부(44)는 서로 혼합된다. 상기 필라멘트 패턴이 벨트 하류로 전송됨에 따라, 그들은 냉각 및 고형화된다. 상기 냉각은 상기 가열 스테이션 결과로서 존재하는 주변 온도를 통해 수행될 수 있다. 냉각은 일반적으로 상기 가열 스테이션에 이어 거의 동시에 발생한다. 핫멜트 서모플라스틱을 채용하는 장점은 상기 플라스틱을 재-고형화하기 위해 2차 냉각 단계가 요구되지 않는다는 점에 있다. 그러나, 만약 필요할 경우, 가열 스테이션(64)의 하류에 냉각 성형 라인(68)이 채용될 수 있다. 가열 및 냉각 단계들은 단속적으로 또는 연속적으로 또는 온도를 증가시키거나 또는 감소시키는 단계들에서 제공될 수 있다. 상기 필라멘트들의 가열 및 뒤이은 냉각의 결과, 필라멘트 교차점들의 결합 및 완전히 통합된 결속 섬유 매트의 생성이 초래된다.
상기 서모플라스틱 코팅의 결과로서 얻은 적합한 표면 경도는 록크웰 R 경도계(Rockwell R Hardness scale) 상에서 최소 약 15 내지 최대 약 150 상당의 경도 범위, 또는 쇼어(Shore) A 및 D 경도계 상에서 최소 약 10 내지 최대 약 70 상당의 경도 범위로 귀결될 수 있다. 도포된 서머 플라스틱 코팅/결합제의 적합한 공기 투과도는 최소 0.01 CFM/ft2/sec 내지 최대 1500 CFM/ft2/sec (노즐들을 사용하는 프레지어(Frazier) 투과도 실험은 최대 8 mm 내지 최소 2 mm 노즐의 범위이다)의 범위일 수 있으며, 따라서, 상기 코팅부는 수증기 운동의 전달에 대해 사실상 불침투성이 될 수 있거나 또는 수증기 운동의 전달에 완전히 개방될 수 있다.
결속된 섬유 매트의 형성에 이어, 상기 매트는 복합 건축용 보드 내에 합체될 수 있다. 건축용 보드 제조 단계들의 일부에 대해서는 공동 소유자인 하우버에게 허여되고 발명의 명칭이 "유리 강화된 석고 보드"인 미국특허 제6,524,679호에 개괄되어 있다. 상기 '679 특허의 내용들은 모든 용도를 위해 본원에 완전히 합체되어 있다. 상기 단계들은 대략적으로 슈(72)로부터 상기 섬유 매트(28)의 상부 위로 적층하는 단계를 포함한다. 슬러리는 슬러리 혼합기(74)로부터 공급된다. 이러한 석고 슬러리는 나중에 상기 건축용 보드의 코어를 형성한다. 그 후, 제 2 섬유 매트(76)가 복합 패널(78)을 형성하기 위해 상기 석고 코어의 상부 위에 안착된다. 이와 같은 제 2 섬유 매트(76)는 상술된 방식으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 섬유 매트(28)는 다양한 다른 제조 기술들로부터 형성될 수 있다. 마지막으로, 상기 복합 패널(78)은 균일한 두께로 압착되는 성형 스테이션(80)으로 전달된다. 공지된 기술에 따르면, 다음에 상기 성형된 패널(78)은 상기 보드의 의도된 용례에 기초하여 요구되는 길이들로 절삭될 수 있다.
불연속 필라멘트 섬유 매트
대안적 제조 공정이 도 2에 설명되어 있다. 이 공정은 도 1과 연관하여 개괄된 공정에 대해 모든 측면에서 동일하다. 그러나, 도 2의 공정은 섬유 매트의 제조에 있어서 필라멘트의 불연속 가닥들을 사용한다. 이를 수행하기 위해, 필라멘트의 연속, 비 코팅된 가닥들은 상술된 바와 같이 스풀들(58)로부터 분배되나, 그들은 다음에 필라멘트 세절기(82) 내로 전달된다. 필라멘트 세절기(82)는 필라멘트의 연속 가닥들을 절삭하기 위해 사용된다. 단일 세절기(82)가 제공될 수 있거나 또는 한 세트의 평행한 세절기들이 사용될 수 있다. 세절기(82)는 임의 길이의 복수의 짧은 섬유들을 형성한다. 절삭 필라멘트들은 0.1 센티미터 내지 45,720 센티미터 범위의 개별 섬유 길이를 가진다. 다음에, 이와 같은 짧은 섬유들은 어큐뮬레이터(84) 및 셰이커(86) 안으로 수집된다. 셰이커(86)는 개별 절삭 섬유들(26)이 무작위 패턴으로 성형 벨트(62)로 확실히 전달되도록 한다. 이상적으로는, 섬유들(26)이 성형 벨트(62) 전체에 걸친 중량에 의해 균등 분배되도록 안착된다. 계량 밸트가 적층된 섬유들의 밀도를 변형시키기 위해 채용될 수 있다. 상기 무작위 섬유 패턴은 복수의 필라멘트 교차점들을 포함한다.
상기 섬유 매트들의 제조에 사용된 필라멘트들은 유기 섬유들, 무기 섬유들, 또는 유기 및 무기 섬유들의 혼합으로 구성될 수 있다. 상기 섬유들은 직포 또는 부직포 장치 또는 그들의 결합 장치에 안착될 수 있다. 서모플라스틱에 의해 결속될 때, 그 유발 매트는 +X, -X, +Y, -Y, +Z, 및 -Z 배향들의 인장 내력을 나타낸다. 상기 매트는 또한 어떠한 방향의 인장력에 대한 저항을 제공할 수 있다. 또한, 상기 매트는 증가된 가요성, 마찰 및 파단 저항, 복합 동화성, 및 열적 저항을 갖는다. 상기 매트는 매트, 티슈, 섬유 또는 스크림(scrim)을 포함하는 많은 상이한 용례들에 있어서 제조적 가치를 갖는다.
상기 매트는 유리 보강된 석고 패널로서 사용하기 위한 복합 건축용 보드에 있어서 특별한 용례를 발견한다. 그러나, 상기 섬유 매트들은 또한 복합 석고 건축용 패널, 석고 섬유 건축용 패널, 시멘트 보드, 섬유 시멘트 보드, 석고 섬유 사이딩(siding), 섬유 시멘트 사이딩, 시멘드 사이딩, 석고 코브(cove) 또는 코니스(cornice), 섬유 석고 코브 및 코니스, 시멘트 코브 및 코니스, 섬유 코브 및 코니스, 산화마그네슘 건축용 보드, 산화마그네슘 코브 및 코니스, 산화마그네슘 사이딩, 산화마그네슘 슁글(shingle), 아스팔트 합침 슁글, 아스팔트 코팅 슁글, 아스팔트 합침 건축용 랩(rap), 유기 폴리머 코팅 랩, 무기 코팅 건축용 랩, 유기/무기 혼합 코팅 건축용 랩, 테이프 합체 연속 또는 불연속 또는 연속 및 불연속(매트, 스크림, 티슈, 섬유) 혼합 재료, 코너 비드(corner bead), 카페트, 보강 플라이우드, 보강층 폴리머 복합체, 및 보강 몰딩 또는 압출 유기 또는 무기 또는 유기 및 무기 혼합 재료(보강 기하학적 기재, 보강 강성 또는 가요성 플라스틱 배관, 및 보강 실린더를 포함)로서 사용될 수 있다.
모든 예들에 있어서, 본 발명의 섬유 매트는 추가의 페이퍼 표면 시트들 또는 이면 시트들을 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따라 제조된 매트들은 종래의 매트 구조체들과 비교하여 낮은 비용상의 이점을 갖는다. 제조 비용은 30% 내지 50%만큼 감소될 수 있다.
도 5 및 도 6은 밀도의 정도를 변화시킴에 따른 개별 필라멘트들 하의 서모플라스틱 코팅부의 도포를 설명한다. 도 5는 서모플라스틱의 도포 후의 교차 섬유 결합을 설명한다. 도 6은 그 유발 매트의 투과성이 효과적으로 감소되거나 또는 차단되도록 큰 농도로 도포된 서모플라스틱을 나타낸다. 그들이 다공성은 0% 내지 95%로 변화될 수 있다. 도 7은 서모플라스틱으로 완전히 코팅된 개별 섬유들을 설명한다. 원하는 결과에 기초하여, 섬유/필라멘트 전단 저항에 대한 향상된 섬유/필라멘트가 요구되는지, 또는 상기 매트의 향상된 친밀 반경 가요성이 요구되는지, 또는 감소된 공기 또는 액체 투과성이 요구되는지에 상관없이, 상기 핫멜트 열가소성 결합제는 부분 또는 완전 섬유/필라멘트 커버리지를 제공하도록 형성될 수 있거나 또는 섬유/필라멘터 교차점들/횡단지점들에서 더욱 응축하도록 제조될 수 있다. 이와 같은 특성들은 상기 매트가 성형 벨트 상에서 형성될 때 단순히 융착 온도를 조절함으로써 또는 화학 조성물 변형에 의해 성취될 수 있다. 본 발명의 큰 장점으로는, 전통적인 열적 셋팅 결합제 기술의 요구에 따른 지속적인 재형성 변화보다는, 온도만의 변화로 결합제의 재형성을 위한 추가의 비용없이 극적인 제품 변형/기능을 야기시킬 수 있다는 점을 들 수 있다. 이는 각각의 섬유/필라멘트가 상기 매트, 티슈, 섬유 또는 재료의 형성 전에 핫맬트 서모플라스틱으로 예비 코팅된다는 사실에 의해 성취된다.
비록 본 발명이 특정 실시예들의 관점에서 및 일반적인 관련 방법으로 설명되었다 할지라도, 이와 같은 실시예들 및 방법들의 변경 및 개조가 당업자들에게 명백할 것이다. 따라서, 예시적 실시예들의 상술된 설명은 본 발명을 한정하거나 제약하지 않는다. 다른 변경, 대체 및 개조가 또한 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않은 한도 내에서 가능하다.

Claims (7)

  1. 하나 이상의 섬유 매트들을 포함하는 복합 건축용 보드를 제조하는 방법으로서,
    복수의 필라멘트 공급 장치들을 제공하는 단계로서, 상기 복수의 필라멘트 공급 장치들 각각은 핫멜트 서모플라스틱(hot melt thermoplastic)으로 예비 코팅된 연속 가닥의 필라멘트를 포함하는, 상기 복수의 필라멘트 공급 장치들을 제공하는 단계;
    각각의 필라멘트 가닥을 성형 테이블 위에 무작위 패턴으로 안착(lay)시키는 단계로서, 상기 무작위 패턴은 복수의 필라멘트 교차점들을 포함하는, 상기 안착시키는 단계;
    상기 성형 테이블 위의 무작위 패턴의 필라멘트들을 약 100℉ 내지 1000℉의 온도로 가열하는 단계로서, 상기 가열은 각각의 가닥의 필라멘트 상의 상기 핫멜트 서모플라스틱 예비 코팅부를 용융시키는, 상기 가열하는 단계;
    상기 무작위 패턴의 필라멘트들을 주변 온도로 냉각시키는 단계로서, 상기 가열 단계 및 냉각 단계로 인해 상기 필라멘트 교차점들의 결합과 제 1 섬유 매트의 생성이 초래되는, 상기 냉각시키는 단계;
    상기 섬유 매트 위에 석고 슬러리를 적층시키는 단계로서, 상기 적층된 석고 슬러리는 상기 복합 건축용 보드의 코어를 형성하는, 상기 석고 슬러리를 적층시키는 단계;
    복합 패널을 형성하도록 제 2 섬유 매트를 상기 석고 코어의 위에 안착시키는 단계; 및
    상기 복합 패널을 성형 스테이션으로 전달하는 단계로서, 상기 복합 패널은 균일한 두께로 압축되는, 상기 전달하는 단계를 포함하는 복합 건축용 보드 제조 방법.
  2. 하나 이상의 섬유 매트들을 포함하는 복합 건축용 보드를 제조하는 방법으로서,
    연속 가닥의 필라멘트를 제공하는 단계;
    열가소성 결합제로 상기 필라멘트를 코팅하는 단계;
    상기 코팅된 필라멘트를 무작위 패턴으로 성형 테이블 위로 공급하는 단계로서, 상기 무작위 패턴은 복수의 필라멘트 교차점들을 포함하는, 상기 공급하는 단계;
    상기 열가소성 결합체를 용융시키기 위해 상기 성형 테이블 위의 상기 무작위 패턴을 가열하는 단계;
    상기 무작위 패턴을 주변 온도로 냉각시키는 단계로서, 상기 가열 단계 및 냉각 단계로 인해 상기 필라멘트 교차점들의 결합과 제 1 섬유 매트의 생성이 초래되는, 상기 냉각시키는 단계;
    상기 섬유 매트 위에 석고 슬러리를 적층시키는 단계로서, 상기 적층된 석고 슬러리는 상기 복합 건축용 보드의 코어를 형성하는, 상기 석고 슬러리를 적층시키는 단계; 및
    복합 패널을 형성하도록 제 2 섬유 매트를 상기 석고 코어의 위에 안착시키는 단계를 포함하는 복합 건축용 보드 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 성형 테이블 위에 적층되기 전에, 상기 코팅된 필라멘트를 불연속 단편들로 세절시키는 단계를 추가로 포함하는 복합 건축용 보드 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 필라멘트를 코팅하기 전에, 상기 열가소성 결합제에 실란 커플링제(silane coupling agent)인, Y-Si(OR)3를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 복합 건축용 보드 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 열가소성 결합제는 약 0.01 밀(mil) 내지 약 50 밀의 두께로 도포되는 복합 건축용 보드 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 열가소성 결합제의 용융점은 100℉ 내지 500℉ 범위인 복합 건축용 보드 제조 방법.
  7. 연속 가닥의 필라멘트를 코팅하기 위한 시스템으로서,
    임의의 가닥의 필라멘트를 각각 공급하는, 복수의 필라멘트 공급 장치들;
    핫멜트 서모플라스틱의 공급부로서, 상기 핫멜트 서모플라스틱은 가열 및 액화되는, 상기 핫멜트 서모플라스틱의 공급부;
    홈형 외주 표면을 갖는 도포 롤러로서, 상기 홈들 각각은 필라멘트 공급 장치로부터 임의 가닥의 필라멘트를 수용하도록 구성되는, 상기 도포 롤러;
    상기 도포 롤러에 인접 위치된 공급 롤러로서, 상기 공급 롤러는 상기 도포 롤러의 외주 표면으로 임의 용적의 상기 액화된 서모플라스틱을 전달하며, 상기 홈들 내의 필라멘트들은 액화된 서모플라스틱으로 코팅되는, 상기 공급 롤러;
    상기 도포 롤러의 상기 외주 표면과 접촉하는 핀치 롤러로서, 상기 필라멘트들이 코팅됨에 따라 상기 핀치 롤러는 상기 도포 롤러의 홈들 내에 임의 가닥의 필라멘트를 유지시키는, 상기 핀치 롤러;
    상기 특정 가닥의 필라멘트를 수용하기 위한 복수의 구멍들을 포함하는 계량 블록(metering block)으로서, 액화된 서모플라스틱의 초과 용적을 상기 특정 가닥의 필라멘트로부터 배출시키기 위한 유출 립(run off lip)을 추가로 포함하는, 상기 계량 블록을 포함하는 시스템.
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