KR20170031379A

KR20170031379A - 원단용 기능성 용액 주입장치

Info

Publication number: KR20170031379A
Application number: KR1020150128799A
Authority: KR
Inventors: 박종철; 김민우; 한춘수; 이문형; 차인창; 김형국; 박도영; 정연재
Original assignee: 아마쎌지오스에어로젤스 리미티드
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-21
Also published as: KR101807916B1

Abstract

본 발명은 원단용 기능성 용액 주입장치에 관한 것으로, 원단이 권취된 공급롤(110)이 구비된 제1공급부(100); 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등을 위한 에어로겔 분말 및 용매들을 혼합하여 기능성 용액을 제조하는 혼합탱크(210); 상기 혼합탱크(210)에 저장된 기능성 용액을 공급받아 공기압 배출장치를 통해 용액을 주입하는 배출탱크(220); 상기 배출탱크(220)에 저장된 기능성 용액을 주입받아 분배하는 분배장치(260)가 구비된 제2공급부(200); 상기 제1공급부(100)로부터 이송된 원단의 내부에 상기 분배장치(260)로부터 공급된 상기 기능성 용액을 교번하여 주입하는 복수개의 니들(370)이 구비된 주입부(300); 상기 주입부(300)를 통과한 원단으로부터 상기 용매를 증발시키기 위해 상기 용매의 끓는점보다 더 고온의 열풍을 토출하는 열풍기 또는 블로워가 구비된 건조부(400); 및 상기 건조부(400)를 통과한 원단을 다시 권취하는 회수롤이 구비된 회수부;를 포함하여 이루어짐으로써, 배출탱크를 통해 주입공정간 발생하는 기능성 용액의 응집현상을 발생하지 않도록 함으로써 기능성 용액을 원단 내부에 정량 투입하고 연속적인 주입이 가능하여 공정시간이 단축되어 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

원단용 기능성 용액 주입장치 {Injection manufacture for functional solution for textile}

본 발명은 원단에 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염 등을 위한 기능성 용액을 효율적으로 주입시키기 위한 원단용 기능성 용액 주입장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혼합탱크에서 혼합된 용액의 응집을 막고 기능성 용액을 복수개의 니들(needle)을 이용하여 섬유에 주입시키는 원단용 기능성 용액 주입장치에 관한 것이다.

일반적으로 의류는 인체를 외부의 환경으로부터 보호하기 위한 수단으로부터 현대에서는 타인에게 보여주기 위한 패션의 수단을 거쳐 최근에 이르러 표현의 방식 이외에도 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염 등의 기능성 의류가 각광을 받고 있다. 이러한 의류를 제작하기 위해 원단에 특수 가공처리를 하고 있다.

이들 중 일 예로 단열 기능을 갖는 원단의 경우, 열전도율이 매우 낮아 단열재로 사용하는 에어로겔을 통상적으로 코팅 또는 침윤방식으로 제조되었다. 이 에어로겔은 1930년대에 처음 발견된 이후 열,전기,소리 및 충격 등에 강하고, 무게도 같은 부피의 공기보다 3배 밖에 무겁지 않아 단열재, 충격완충재, 및 방음재 등으로 주목을 받아 온 신소재로, 재료는 규소산화물(SiO₂)이다. 또한 에어로겔은 머리카락의 1만 분의 1 굵기인 규소산화물실(絲)이 극히 성글게 얽혀 이루어지며, 실과 실 사이에는 공기 분자들이 들어있어 전체 부피의 98%를 공기가 차지한다.

이러한 에어로겔을 침윤제로 하는 원단의 가공처리 시스템 및 방법은 본 출원인이 출원하여 등록된 특허 제01255631호에 개시되어 있다. 이를 간략히 설명하자면, 혼합물 공급부, 부직포 공급롤, 블레이드를 이용하여 혼합물을 부직포에 침윤시키는 단열처리 및 이송부, 건조부, 및 단열패딩 회수롤 등을 포함하여 이루어졌다.

하지만, 블레이드를 이용하는 경우 혼합물의 침윤성이 낮고, 침윤하는데 소요되는 시간이 길어 장시간의 침윤공정이 요구되며, 이에 따라 전체 공정의 작업시간이 길어지는 등의 애로사항이 있었다.

특히, 이러한 침윤방식 또는 이외의 코팅방식등은 침윤제를 원단의 외표면으로부터 내부로 흡수시키는 방식으로, 침윤제가 원단의 내부 깊숙이 침투되지 못하기 때문에 외부와의 가벼운 마찰이나 세탁등의 심한 마찰에 의해 침윤제가 원단으로부터 쉽게 탈리(脫離)되는 심각한 문제점이 있었다.

또한, 침윤방식과 코팅방식의 경우 에어로겔 혼합물에서 발생하는 응집현상에 의해 침윤제가 원단 내부에 흡착되지 않는 문제가 있었다.

KR01255631 10

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등의 기능을 부여하는 기능성 용액을 니들로 원단의 내부에 직접 주입할 수 있도록 한 원단용 기능성 용액 주입장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명의 목적은 배출탱크를 구비하여 기능성 용액의 응집을 방지하고, 니들밸브를 통해 기능성용액의 토출량을 제어하도록 한 원단용 기능성 용액 주입장치를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원단이 권취된 공급롤(110)이 구비된 제1공급부(100); 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등을 위한 기능성 재료 및 용매들을 혼합하여 기능성 용액을 제조하는 혼합탱크(210); 상기 혼합탱크(210)에 저장된 기능성 용액을 공급받아 공기압 배출장치를 통해 용액을 주입하는 배출탱크(220); 상기 배출탱크(220)에 저장된 기능성 용액을 주입받아 분배하는 분배장치(260)가 구비된 제2공급부(200); 상기 제1공급부(100)로부터 이송된 원단의 내부에 상기 분배장치(260)로부터 공급된 상기 기능성 용액을 교번하여 주입하는 복수개의 니들(370)이 구비된 주입부(300); 상기 주입부(300)를 통과한 원단으로부터 상기 용매를 증발시키기 위해 상기 용매의 끓는점보다 더 고온의 열풍을 토출하는 열풍기 또는 블로워가 구비된 건조부(400); 및 상기 건조부(400)를 통과한 원단을 다시 권취하는 회수롤이 구비된 회수부;를 포함할 수 있다.

상기 배출탱크(220)는 교반기와 컴프레서가 구비될 수 있다.

상기 분배장치(260)는, 상기 배출탱크(220) 일단부에 필터가 구비되어 연결된 공급라인(261); 및 상기 공급라인(261)의 타단부에 장착되어 상기 주입부(300)에 기능성 용액을 공급하도록 설치된 분배기(262);를 포함할 수 있다.

상기 니들(370)에는 전자밸브가 구비되어 토출량과 토출압을 제어할 수 있다.

또한, 상기 주입부(300)는 상기 원단의 진행방향에 대해 가로질러 배치된 지지부재(320); 상기 지지부재(320)의 양단부에 각각 설치되어 지지부재(320)를 원단의 진행방향에 대해 전,후방향으로 왕복이동시키도록 설치된 제1로봇(310); 상기 지지부재(320)에 장착된 제2로봇(330); 상기 제2로봇(330)의 하부에 장착되고, 상기 제2로봇(330)에 의해 교번되도록 상하이동하는 복수개의 니들블럭(350); 상기 니들블럭(350)에 장착되고, 상기 분배장치(260)로부터 기능성 용액을 공급받도록 설치된 복수개의 니들밸브(340); 및 상기 니들블럭(350)에 설치되고, 상기 니들밸브(340)로부터 공급되어 니들블럭(350)을 통과한 기능성 용액이 교차유입되도록 설치되며, 상기 니들(370)이 장착된 복수개의 니들소켓(360);을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 원단용 기능성 용액 주입장치는 왕복이동하도록 설치된 주입부의 니들을 원단 내부에 직접 삽입하여 기능성 용액을 직접 주입됨으로써, 원단의 외표면에 집중된 상태에서 외부와의 마찰에 의해 기능성 용액이 원단으로부터 탈리되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 배출탱크를 통해 주입공정간 발생하는 기능성 용액의 응집현상을 발생하지 않도록 함으로써 기능성 용액을 원단 내부에 정량 투입하고 연속적인 주입이 가능하여 공정시간이 단축되어 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원단용 기능성 용액 주입장치이 개략적으로 도시된 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 주입부에 공급되는 기능성 용액을 제조 및 공급하는 제2공급부가 개략적으로 도시된 모식도.
도 3은 도 1에 도시된 주입부에서 기능성 용액을 주입하는 니들장치가 개략적으로 도시된 정면도.
도 4는 도 3의 평면도.
도 5는 도 3의 측면도.
도 6은 도 3에 도시된 니들이 도시된 저면도.
도 7은 도 1에 도시된 원단용 기능성 용액 주입장치를 이용한 원단 제작방법이 도시된 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원단용 기능성 용액 주입장치이 개략적으로 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 주입부에 공급되는 기능성 용액을 제조 및 공급하는 공급부가 개략적으로 도시된 모식도이며, 도 3은 도 1에 도시된 주입부에서 기능성 용액을 주입하는 니들부가 개략적으로 도시된 정면도이고, 도 4는 도 3의 평면도이며, 도 5는 도 3의 측면도이고, 도 6은 도 3에 도시된 니들이 도시된 저면도이다.

또한, 도 7은 도 1에 도시된 원단용 기능성 용액 주입장치를 이용한 원단 제작방법이 도시된 순서도이다.

본 발명에 따른 원단용 기능성 용액 주입장치를 이용한 원단 제작방법의 원단용 기능성 용액 주입장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1공급부(100), 제2공급부(200), 주입부(300) 및 건조부(400)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 원단의 공급 및 회수는 통상의 롤투롤(roll to roll) 구조이다.

제1공급부(100)는 도 1에서와 같이, 기능성을 부여하기 위한 원단을 공급하기 위한 부분으로, 원단이 권취된 공급롤(110)을 포함하여 이루어진다. 이외에도 공급롤(110)에서 주입부(300)를 통과하는 원단을 팽팽하게 조절하도록 설치된 통상의 텐션장치(미도시) 및, 이 텐션장치를 지나 이동하는 원단이 팽팽한 상태를 유지하면서 기능성 용액 주입에 최적인 각도(일 예로 수평)로 전환되도록 설치된 보조롤러(미도시)가 더 구비된다.

또한, 텐션장치는 공급롤(110)에서 풀린 원단의 표면에 접촉하면서 외력을 제공함으로써, 원단이 팽팽한 상태가 되도록 이루어진다. 또한, 보조롤러는 텐션장치와 주입부(300) 사이에 배치된다. 여기서, 롤투롤방식으로 이동하는 원단의 이동속도는 20-50cm/min이 적당하고, 이는 주입부(300)에서 기능성 용액을 원단에 주입하는 속도와 연관되어 조절된다.

실시 예로, 두께 10mm, 0.11g/cm³의 글라스파이버매트의 경우 주입부(300)의 주입속도와 관련하여 20cm/min의 속도가 적당하였다.

그리고, 원단은 일 예로 부직포형태로, 무기글라스파이버매트, PE부직포, PET부직포 또는 유기섬유이며, 이 원단의 두께는 5-20mm가 적당하다. 5mm 미만인 경우 니들이 원단 내부의 정확한 위치에 삽입되기 어렵고, 20mm를 초과하면 기능성 용액을 투입하는 시간이 길어져 연속생산 및 대량 생산이 효율성이 낮아진다. 또한, 원단의 종류 및 밀도를 고려하면, 무기글라스파이버매트의 경우 밀도는 0.09-0.11g/cm³이고, 유기섬유의 경우 밀도는 0.025-0.03g/cm³가 바람직하고, 이보다 밀도가 낮을 경우에는 주입된 기능성 용액이 외부로 유출되기 쉽고, 높을 경우에는 주입량 및 주입된 후 퍼져나가는 분산속도등에 지장이 있다. 물론, 원단의 두께 및 밀도에 대해 한정하는 것은 각 원단에 기능성 용액을 주입하였을 때의 작업 효율성에 대한 것으로, 위에서 언급한 비효율성을 고려한다면 종류, 두께 및 밀도와 전혀 무관하게 모든 원단에 대해 본 발명에 따른 주입장치을 사용할 수 있음은 당연하다.

제2공급부(200)는 기능성 용액을 제조하여 주입부(300)로 공급하기 위한 부분으로, 도 2에서와 같이 다수의 기능성 재료가 투입되는 혼합탱크(210), 혼합탱크(210)에 수용된 재료들을 교반하기 위한 교반모터(220)와 교반날개(230), 탱크(210) 내에 투입되는 재료의 양과 재료들이 교반된 상태의 기능성 용액의 양을 측정하는 레벨게이지(240), 혼합탱크(210)의 이동을 위해 혼합탱크(210)가 안착된 혼합탱크 프레임(250), 혼합탱크(210) 내부의 압력을 조절하기 위한 공기압 조절장치 및 배출탱크(260), 분배장치(270)가 포함되어 이루어진다.

또한, 기능성 재료를 종류별로 보관하고, 혼합탱크(210)에 일정 비율로 공급하는 다수의 재료보관탱크(미도시)가 더 포함된다.

따라서, 혼합탱크(210)에 다수의 기능성 재료가 투입되면, 교반모터(220)가 작동하여 교반날개(230)가 동작하면서 이들 기능성 재료를 혼합하여 기능성 용액을 제조하도록 이루어진다.

기능성 용액은 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등의 기능을 부여할 수 있는 재료들이 용매에 혼합되어 이루어진다. 여기서, 종래의 코팅 또는 침윤방식에서 에어로겔 분말에 바인더를 첨가해야하지만, 본 발명에서는 니들로 원단에 직접 주입하기 때문에 바인더를 첨가하지 않는다.

일 예로, 기능성 용액은 단열을 주요기능으로 하는 경우, 5-15중량비의 에어로겔 분말이 용매에 혼합되어 이루어진다. 여기서, 에어로겔 분말의 입자는 20±5㎛ 정도이고, 기능성 용액의 점도는 대략 1,500cp 이하가 바람직하고, 700-1,500cp가 적당하다. 이러한 에어로겔 분말의 입자 및 기능성 용액의 점도는 기능성 용액이 니들(370,도 3 참조)을 통과할 때, 니들이 막히지 않도록 하고, 단열 기능을 위한 에어로겔 분말이 충분히 함유되도록 하기 위함이다. 또한, 용매는 에어로겔 분말의 분산이 용이하도록 노멀헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌등의 유기용매나, 메틸알콜 또는 에틸알콜을 포함한 알콜계, 또는 기타 비극성 용매 중 어느 하나가 사용되고, 바람직하게는 끓는점(boiling poing;b.p)가 낮은 노멀헥산이 좋다. 이는 추후 건조부(400)에서 용매를 증발시켜 원단으로부터 제거하기 때문이다. 또한, 고온에서 단열특성을 향상시키기 위한 첨가제로 이산화타이타늄(TiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 수산화철(Fe₂O₃)의 미분말 2-5중량비가 하나 또는 둘 이상 혼합되어 이루어진다. 물론, 이들 첨가제가 첨가된 상태에서의 기능성 용액의 점도는 700-1,500cp를 유지한다.

여기서, 공기압 조절장치를 통해 혼합탱크(210)의 내압은 혼합이 용이하도록 4-5kg/cm²로 하고, 이 공기압 조절장치에는 컴프레서를 포함한다.

또한, 대략 교반모터(220)의 속도는 혼합시에는 최소 1,200rpm으로 하고, 대략 1,200-2,00rpm을 유지하는 것이 바람직하다.

이때, 혼합탱크(210)에서 혼합된 기능성 용액은 배출탱크(260)로 주입되고 주입된 기능성 용액은 배출탱크(260)를 통해 분배장치(270)로 주입된다.

배출탱크(260) 내부에는 교반기와 컴프레셔가 구비된다.

배출탱크(260) 내부에 구비된 교반기는 혼합된 기능성 용액의 주원료인 에어로겔이 응집되는 것을 차단하고 응집에 의해 발생하는 덩어리가 니들(370)에 흡착되어 막히는 것을 방지한다.

이때, 교반기의 속도는 최소 120rpm이상으로 설정한다.

또한, 배출탱크(260) 내부에 구비된 컴프레셔는 기능성 용액을 분배장치로 토출하며, 토출압력은 최소 2kfg/cm²이상이 바람직하다.

이는 기능성 용액이 교반과정에서 발생될 수도 있는 응집에 의한 니들(370) 막힘현상을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

그리고, 분배장치(270)는 배출탱크(260)에 의해 주입되는 기능성 용액을 주입부(300)에 공급하기 위한 것으로, 배출탱크(260)와 주입부(300) 사이에 설치된다.

분배장치(270)는 배출탱크(210) 일단부에 필터가 구비되어 연결된 공급라인(261)과, 공급라인(261)의 타단부에 설치되어 후술된 주입부(300)의 니들밸브(340)로 기능성 용액을 제공하는 분배기(262)가 포함되어 이루어진다.

이때, 필터는 기능성 용액이 배출탱크(260)를 통해 분배장치(270)로 주입되는 과정에 에서 발생하는 공급라인(271) 내부의 기능성 용액 침전문제를 제거하여 니들(370)이 막히는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 주입부(300)는 도 3 내지 도 6에서와 같이, 분배장치(270)의 분배기(272)로부터 공급된 기능성 용액을 원단에 주입하기 위한 부분으로, 제1로봇(310), 지지부재(320), 제2로봇(330), 니들밸브(340), 니들블럭(350), 니들소켓(360) 및 니들(370)이 포함되어 이루어진다. 그리고, 주입부(300)의 전,후부에는 원단의 이송 및 이송속도를 제어하는 공급롤러(미도시)가 더 설치된다. 이 주입부(300)의 개략적인 동작 및 기능은 지지부재(320)가 제1로봇(310)에 의해 원단의 이동방향으로 왕복이동하고, 지지부재(320)에 고정되면서 니들밸브(340), 니들소켓(360) 및 니들(370)이 장착된 니들블럭(350)이 제2로봇(330)에 의해 교번되도록상,하로 왕복이동하면서 원단에 기능성 용액을 주입시키도록 이루어진다.

또한, 니들밸브(340), 니들블럭(350), 니들소켓(360) 및 니들(370)은 알루미늄으로 제작되어 그 무게를 가능한 줄이는 것이 바람직하다.

먼저, 제1로봇(310)은 도 3에서와 같이, 지지부재(320)를 원단의 이동방향인 전,후방으로 왕복이동시키는 장치로서, 원단의 이동방향에 대해 가로질러 배치된 지지부재(320)를 지지하도록 원단이 안착되는 컨베이어(410)의 양측에 각각 설치되어 지지부재(320)의 양단부가 장착된다. 지지부재(320)의 왕복이동을 위해, 제1로봇(310)은 도 4 및 도 5일정 길이만큼 원단의 이동 방향으로 일정 길이의 레일을 갖는다. 따라서, 지지부재(320)는 제1로봇(310)에 의해 원단의 이동방향인 전,후로 왕복이동하게 된다.

또한, 지지부재(320)는 제2로봇(330)을 고정시키기 위한 부재로서, 한 쌍의 제1로봇(310)을 가로질러 고정되고, 중간에 제2로봇(330)이 하나 또는 다수 설치된다.

또한, 제2로봇(330)은 니들블럭(350)을 교번되도록 상,하로 왕복이동시키기 위한 장치로서, 지지부재(320)의 소정 위치에 하나 또는 다수가 설치되고, 하부에 니들블럭(350)이 고정된다. 이 제2로봇(330)은 지지부재(320)에 의해 지지된 상태에서 니들블럭(350)을 상,하로 이동시키도록 이루어진다.

또한, 니들밸브(340)는 전자밸브로로 구비되어 분배기(262)에서 공급된 기능성 용액을 니들블럭(350)측으로 안내하면서 정량토출을 제어하고 토출량의 편차를 정밀하게 제어하기 위한 부재로, 일단부는 분배기(262)와 연결되고, 타단부는 니들블럭(350)에 설치된다. 이 니들밸브(340)는 1개의 니들(370)에서 토출되는 기능성 용액의 양을 0.5-0.7㎖/cm²이 되도록 그 양을 조절하여 공급한다.

또한, 니들블럭(350)은 분배기(262)와 연결된 니들밸브(340)와, 니들(370)이 장착된 니들소켓(360)이 장착되는 부재로, 니들밸브(340)에서 유동된 기능성 용액이 니들소켓(360)으로 통과할 수 있도록 제작된다. 이 니들블럭(350)은 도 6에서와 같이, 1개 또는 다수가 지지부재(320)의 길이방향으로 연속되어 배치되고, 다수가 일직선상으로 설치될 수도 있고, 도면에서와 같이 중심선을 다르게 하여 설치될 수도 있다. 이들 각각의 니들블럭(350)은 5-10개의 니들밸브(340)가 장착되는 정도의 길이를 갖는다. 특히, 니들블럭(350)의 하부에는 일정 각도의 경사면이 형성되고, 이 경사면에 니들소켓(360)이 원단의 이동방향에 대해 역방향이면서 10-45°각도로 장착된다. 이 니들소켓(360)의 경사각도는 이동하는 원단에 대해 전,후 및 상,하로 이동하는 니들(370)이 삽입되기 용이하도록 하기 위함이다. 또한, 니들밸브(340)가 장착되는 니들블럭(350)의 상면은 수평을 이루고, 경우에 따라 경사면을 이룰 수도 있다.

또한, 니들소켓(360)은 니들블럭(350)의 하부 경사면에 장착되고, 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액이 니들블럭(350)을 통과하여 유입되면 니들(370)로 유동하도록 설치된다. 각각의 니들소켓(360)에는 하나씩의 니들(370)이 장착된다.

그리고, 니들(370)은 니들소켓(360)에서 공급된 기능성 용액을 원단의 내부에 주입하기 위한 부재로서, 압출구가 18-24G의 크기이고, 길이가 30-50mm, 바람직하게는 40mm를 주삿바늘 형태이다. 이 니들(370)은 각각 1-1.5cm 간격으로 설치된 5-10개 정도가 1셋트로 이루어져 다수의 셋트로 구성되고, 1셋트의 니들(370)은 1개 또는 2-3개 정도의 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액을 토출하게 된다. 일 예로, 1개의 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액이 니들소켓(360)을 통해 1셋트인 5-10개의 니들(370)로 공급된다. 또한, 이 니들(370)에서 기능성 용액을 토출하는 압력은 최소 2kg/cm²로 하고, 2-5kg/cm²로 한다.

또한, 일 예로, 니들(370)은 0.1m당 10개를 배치하고, 니들(370) 1개당 1cm² 영역을 담당하도록 한다. 또한, 니들(370)은 니들블럭(350)의 하부에 이동방향에 대해 역방향이면서 10-45°각도로 장착되고, 니들소켓(360)이 동일한 각도로 니들블럭(350)에 설치되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라 니들소켓(360)의 각도와 무관하게 니들(370)은 제시된 10-45°각도를 이루도록 설치될 수도 있다.

여기서, 니들(370)을 통해 토출되는 기능성 용액의 1회 양을 0.5-0.7㎖/cm²정도이다. 또한, 니들(370)은 제1,2로봇(310,330)에 의해 일정 두께의 원단에 삽입된 상태에서 상향 이동하여 원단으로부터 빠져나오면서 1-3회 정도 기능성 용액을 토출하도록 이루어진다. 물론, 원단이 두꺼우면 더 많은 횟수로 기능성 용액을 토출할 수도 있다. 일 예로, 니들(370)은 원단의 하면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최초 토출한 다음, 상면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최후 토출하도록 이루어진다. 이러한 니들(370)의 이동 거리는 원단 두께를 미리 설정하여 제2로봇(330)을 정교하게 이동시키기 때문에 가능하다. 이 니들(370)은 상호 간의 거리가 1-1.5cm로 하고, 이는 소정 위치에서 니들(370)이 원단에 삽입되어 토출된 일정량의 기능성 용액과, 다음 위치에서 원단에 삽입되어 토출된 일정량의 기능성 용액이 퍼져나가면서 원단 전체에 고루 함침되는 정도와 연관이 있다. 니들(370) 상호 간의 거리가 너무 멀거나 가까우면 기능성 용액이 함침되는 양이 너무 많아 흘러 넘치거나 너무 적어 기능 효과가 떨어지게 된다.

건조부(400)는 주입부(300)에서 배출된 원단을 이동시키면서 원단으로부터 용매를 증발시켜 기능성 재료만 잔존시키기 위한 부분으로, 컨베이어(410) 및 열풍기(또는 블로워)가 포함되어 이루어진다.

먼저, 컨베이어(410)는 주입부(300)에서 배출된 원단이 안착되고, 이 안착된 원단이 건조부(400)를 통과할 때까지 안정된 이송을 보장하도록 건조부(400) 전체 길이에 걸쳐 설치된다.

또한, 열풍기 또는 블로워는 컨베이어(410)를 따라 이송하는 원단에 열풍을 토출하여 용매를 증발시키는 기기로, 제2공급부(200)에서 혼합된 용매의 끓는점(b.p)보다 더 높은 온도의 열풍을 토출한다.

또한, 건조부(400)는 열풍기 또는 블로워의 후방에 열교환기 및 진공장치를 더 설치할 수 있다. 이는, 열풍기 또는 블로워에서 토출된 열풍으로 원단에 흡수된 용매를 증발시키고, 열교환기에서 액체로 변환시킨 후 진공장치로 집수함으로써, 용매를 회수하기 위함이다.

그리고, 건조부(400)는 기능성 용액이 주입되고, 용매가 제거되면서 부풀어진 상태의 원단 두께를 조정하기 위해 원단이 통과하도록 하면과의 높이 조절로 슬롯을 형성시키는 높이조절판(420)과, 높이조절판(420)의 양단부가 장착되는 고정부재(430)를 더 포함하여 이루어진다. 이때, 높이조절판(420)은 원단의 두께에 따라 그 높이가 가변되도록 고정부재(430)를 따라 상,하로 이동 가능하도록 설치된다. 즉, 원단의 종류 및 자체 두께에 따라 높이조절판(420)의 고정부재(430)를 따라 상,하로 이동되어 고정된다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 주입부(300)를 통과하여 건조부(400)에 진입하기 이전의 원단의 외표면에 종래의 통상적인 코팅 또는 침윤방식으로 기능성 용액 또는, 에어로겔 분말을 혼합하여 제조한 침윤제를 원단에 한 번 더 도포할 수도 있도록 주입부(300)와 건조부(400) 사이에 코팅부 또는 침윤부가 더 설치된다. 이때, 침윤제를 제조하기 위한 별도의 탱크가 마련되고, 탱크로부터 침윤제를 공급하기 위한 별도의 공급기가 설치된다.

또한, 코팅부는 일 예로, 분배장치(260)에서 공급된 기능성 용액을 원단에 분사하도록 설치된 노즐과, 기능성 용액이 도포된 원단의 표면을 가압하도록 설치된 하나 이상의 가압롤러를 포함하여 이루어진다.

또한, 코팅부는 다른 예로, 에어로겔 분말과, 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조된 침윤제를 공급기에서 공급받아 원단에 도포하도록 설치된 노즐과, 침윤제가 도포된 원단의 표면을 가압하도록 설치된 하나 이상의 가압롤러를 포함하여 이루어진다.

또한, 침윤부는 일 예로, 에어로겔 분말과, 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조된 침윤제를 공급하도록 설치된 공급유닛과, 공급유닛으로부터 공급된 침윤제를 회전하면서 묻혀 원단에 도포하도록 설치된 다수의 침윤패들을 포함하여 이루어진다.

그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 건조부(400)를 통과한 원단은 당연히 회수부의 회수롤에 회수된다.

<제조방법>

도 7은 도 1에 도시된 원단용 기능성 용액 주입장치를 이용한 원단 제작방법이 도시된 순서도이다.

먼저, 제2공급부(200)의 혼합탱크(210)에서 기능성 재료를 혼합하여 기능성 용액을 제조한다(S10).

이때, 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등의 기능을 갖는 하나 또는 다수의 기능성 재료가 노멀헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌등의 유기용매나, 메틸알콜 또는 에틸알콜을 포함한 알콜계, 또는 기타 비극성 용매 중 어느 하나의 용매에 혼합된다.

일 예로, 기능성 용액이 단열을 주요기능으로 하는 경우, 20±5mm의 입자를 갖는 에어로겔 분말이 5-15중량비로 용매와 혼합되고, 혼합된 기능성 용액의 점도는 700-1,500cp를 갖는다. 이때, 용매는 끓는점이 낮은 노멀헥산이 사용되고, 이는 건조부(400)에서 열풍으로 증발되기 쉽게 하기 위해서이다. 또한, 기능성 용액에는 고온에서 단열특성을 향상시키기 위한 첨가제로 이산화타이타늄(TiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 탄화규소(SiC) 및 수산화철(Fe₂O₃) 중 하나 또는 둘 이상의 미분말이 2-5중량비로 첨가된다.

또한, 혼합탱크(210)의 내압은 4-5kg/cm²로 하고, 교반 속도는 혼합시 1,200-2,000rpm으로 한다.

다음으로, 원단을 공급한다(S11).

공급롤(110)에 권치된 원단을 주입부(300)로 공급한다. 이때, 원단의 이동 속도는 20-50cm/min가 바람직하고, 일 예로, 두께 10mm, 0.11g/cm³의 원단의 경우 20cm/min으로 이동한다.

S10단계에서 제조된 기능성 용액은 혼합탱크(210)와 연결된 배출탱크(220)로 주입된다(S12).

또한, 배출탱크(260)의 교반기 속도는 최소 120rpm이상으로 설정하고 토출압력은 최소 2kfg/cm²이상으로 설정한다.

다음으로, 배출탱크(210)에 주입된 기능성 용액을 배출탱크(260)에 구비된 필터를 통과하여 공급라인(271) 및 분배기(272)를 통해 주입부(300)의 니들밸브(340)로 공급한다(S13).

이때, 니들밸브(340)는 전자밸브로 구성되어 니들(370)을 통해 토출되는 기능성 용액의 1회 투입양을 0.5-0.7㎖/cm²로 조절한다.

다음으로, 제2공급부(200)에서 공급된 기능성 용액을 주입부(300)에서 원단 내부로 주입한다(S14).

니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액이 니들블럭(350) 및 니들소켓(360)을 통과하여 니들(370)로 유동하게 된다. 그리고, 제1로봇(310)에 의해 지지부재(320)가 원단방향에 대해 전,후방향으로 이동하고, 지지부재(320)에 장착된 제2로봇(330)에 의해 니들블럭(350)이 교번되도록 상하이동하면서 니들(370)이 원단에 삽입된 후 기능성 용액이 주입된다. 이때, 기능성 용액은 니들(370)을 통해 원단의 하면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최초 주입되고, 니들(370)이 상향 이동하면서 원단으로부터 빠져나오면서 상면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최후 주입되며, 원단의 두께에 따라 그 주입 횟수는 가변된다. 또한, 원단에 삽입되는 니들(370)의 각도는 원단의 이동방향과 역방향이면서 10-45°이다.

다음으로, 기능성 용액이 주입된 원단에 기능성 용액 또는, 에어로겔과 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조한 침윤제를 원단의 외표면에 도포한다(S14-1). 이때, 침윤제를 제조하기 위한 별도의 탱크가 마련되고, 탱크로부터 침윤제를 주입부(300)에 공급하도록 별도의 공급장치가 설치된다.

다음으로, 기능성 용액이 주입된 원단이 건조부(400)를 통과하면서 열풍에 의해 용매를 제거한다(S15).

열풍의 온도는 용매의 끓는점보다 더 고온을 갖는다.

다음으로, 용매가 제거된 원단이 일정 높이의 슬롯을 통과하면서 두께가 조정된다(S16).

이때, 슬롯은 하면으로부터 높이조절판(420)이 일정 높이만큼 이격되어 고정됨으로써 형성되고, 이 슬롯의 높이는 원단의 두께에 따라 가변된다.

끝으로, 원단을 회수한다(S17).

건조부(400)를 통과하여 건조된 원단이 회수롤에 권취된다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 원단용 기능성 용액 주입장치는 니들을 원단 내부에 직접 삽입하여 기능성 용액을 직접 주입하여 기능성 용액이 원단으로부터 탈리되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 배출탱크를 통해 주입공정간 발생하는 기능성 용액의 응집현상을 발생하지 않도록 함으로써 기능성 용액을 원단 내부에 정량 투입하고 연속적인 주입이 가능하여 공정시간이 단축되어 생산성을 높일 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100:제1공급부
110:공급롤
200:제2공급부
210:혼합탱크
220:교반모터
230:교반날개
240:레벨 게이지
250:혼합탱크프레임
260:배출탱크
270:분배장치
271:공급라인
272:분배기
300:주입부
310:제1로봇
320:지지부재
330:제2로봇
340:니들밸브
350:니들블럭
360:니들소켓
370:니들
400:건조부
410:컨베이어
420:높이조절판
430:고정부재.

Claims

원단이 권취된 공급롤(110)이 구비된 제1공급부(100);
단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등을 위한 기능성 재료 및 용매들을 혼합하여 기능성 용액을 제조하는 혼합탱크(210);
상기 혼합탱크(210)에 저장된 기능성 용액을 공급받아 공기압 배출장치를 통해 용액을 주입하는 배출탱크(220);
상기 배출탱크(220)에 저장된 기능성 용액을 주입받아 분배하는 분배장치(260)가 구비된 제2공급부(200);
상기 제1공급부(100)로부터 이송된 원단의 내부에 상기 분배장치(260)로부터 공급된 상기 기능성 용액을 교번하여 주입하는 복수개의 니들(370)이 구비된 주입부(300);
상기 주입부(300)를 통과한 원단으로부터 상기 용매를 증발시키기 위해 상기 용매의 끓는점보다 더 고온의 열풍을 토출하는 열풍기 또는 블로워가 구비된 건조부(400); 및
상기 건조부(400)를 통과한 원단을 다시 권취하는 회수롤이 구비된 회수부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원단용 기능성 용액 주입장치.
제 1항에 있어서,
상기 배출탱크(220)는 교반기와 컴프레서가 구비된 원단용 기능성 용액 주입장치.
제 1항에 있어서,
상기 분배장치(260)는,
상기 배출탱크(260) 일단부에 필터가 구비되어 연결된 공급라인(271); 및
상기 공급라인(271)의 타단부에 장착되어 상기 주입부(300)에 기능성 용액을 공급하도록 설치된 분배기(262);를 포함하는 것을 특징으로 하는 원단용 기능성 용액 주입장치.
제 1항에 있어서,
상기 니들(370)에는 전자밸브가 구비되어 토출량과 토출압을 제어하는 원단용 기능성 용액 주입장치.
제 1항에 있어서,
상기 주입부(300)는,
상기 원단의 진행방향에 대해 가로질러 배치된 지지부재(320);
상기 지지부재(320)의 양단부에 각각 설치되어 지지부재(320)를 원단의 진행방향에 대해 전,후방향으로 왕복이동시키도록 설치된 제1로봇(310);
상기 지지부재(320)에 장착된 제2로봇(330);
상기 제2로봇(330)의 하부에 장착되고, 상기 제2로봇(330)에 의해 교번되도록 상하이동하는 복수개의 니들블럭(350);
상기 니들블럭(350)에 장착되고, 상기 분배장치(260)로부터 기능성 용액을 공급받도록 설치된 복수개의 니들밸브(340); 및
상기 니들블럭(350)에 설치되고, 상기 니들밸브(340)로부터 공급되어 니들블럭(350)을 통과한 기능성 용액이 교차유입되도록 설치되며, 상기 니들(370)이 장착된 복수개의 니들소켓(360);을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 원단용 기능성 용액 주입장치.