KR20190042722A - 섬유들을 수집하기 위한 방법 및 장비 - Google Patents

Abstract

예를 들어, 멜트 블로잉에 의해 가스 스트림에 혼입된 섬유들(12)을 수집하는 방법 및 장비는 인클로저(50)를 포함하며, 이 인클로저(50)는 혼입된 섬유들(12)을 운반하는 가스 스트림을 인클로저(50) 내로 지향시킬 수 있는 입구(57), 수집된 섬유들(12)의 집합체가 인클로저(50)로부터 인출될 수 있는 섬유 출구(58), 및 가스를 인클로저(50) 외부로 통과시킬 수 있는 배기 출구(41)를 갖는다. 인클로저(50)는 입구(57)로부터 섬유 출구(58)까지 섬유들(12)을 위한 경로를 제공하도록 구성되고, 가스 스트림 내의 잉여 가스가 혼입된 섬유들(12)로부터 분리되고 배기 출구(41)로 지향되고, 이에 의해 완성된 집합체의 품질에 영향을 미칠 수 있는 인클로저(50) 내의 섬유들(12)에서의 난류를 감소시킨다.

Description

섬유들을 수집하기 위한 방법 및 장비

본 발명의 분야는 섬유 웨브들(fibre webs), 타래들(skeins) 또는 로드들(rods), 특히 필터 토우(filter tow), 필터 로드들(filter rods) 및 시가렛 필터들(cigarette filters)의 웨브들 및 타래들과 같은 집합체들(assemblies)을 형성하기 위해 섬유를 수집하기 위한 방법들 및 장비이다.

섬유 재료로 형성된 다수의 제품들은 섬유들을 집합체, 예를 들어 실, 웨브, 타래, 로빙(roving), 매트(mate) 또는 로드로 수집함으로써 제조될 수 있다. 그러한 집합체들은, 예를 들어 가열함으로써 또는 접착제 또는 가소제를 적용함으로써, 섬유들을 응집성 통합체에 보유하도록 처리되어, 섬유들이 그들의 접촉점들에서 서로 접착되게 할 수 있다. 예를 들어, 시가렛 필터들은, 섬유들을 수집하여, 종종 필터 토우로 지칭되는 얽힌 섬유들(entangled fibres)의 스트랜드(strand) 또는 타래를 형성하고, 이어서 압연 및 연신(drawing)에 의해 스트랜드를 압축하여 보다 고밀도의 로드들을 형성함으로써, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 섬유들과 같은 필터 재료의 섬유들로 형성될 수 있으며, 로드들은 다음에 래핑(wrapping)되고, 시가렛에의 합체에 적합한 개별의 짧은 길이들로 절단될 수 있다.

섬유들을 수집하기 위한 프로세스들 및 장비에서, 집합체 내의 섬유들의 밀도 변동들을 감소시키는 것이 바람직하며, 이는 그러한 변동이 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

본 특허 명세서는 가스 스트림(gas stream)에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비를 개시하고 있으며, 장비는 인클로저(enclosure)를 포함하며, 인클로저는, 혼입된 섬유들을 운반하는 가스 스트림을 인클로저 내로 지향시킬 수 있는 입구, 수집된 섬유들이 인클로저로부터 인출될 수 있는 섬유 출구, 및 가스를 인클로저 외부로 통과시킬 수 있는 배기 출구를 가지며, 인클로저는 입구로부터 섬유 출구로의 인클로저를 통한 섬유들을 위한 경로를 제공하여, 가스 스트림 내의 잉여 가스(surplus gas)를 혼입된 섬유들로부터 분리시키고, 잉여 가스를 배기 출구로 지향시키도록 구성된다.

본 특허 명세서는 또한, 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비에 사용하기 위한 인클로저를 개시하며, 인클로저는 혼입된 섬유들을 운반하는 가스 스트림을 인클로저 내로 지향시킬 수 있는 입구, 수집된 섬유들이 인클로저로부터 인출될 수 있는 섬유 출구, 및 가스를 인클로저 외부로 통과시킬 수 있는 배기 출구를 한정하며, 인클로저는 입구로부터 섬유 출구로의 섬유들을 위한 경로를 제공하고, 가스 스트림 내의 잉여 가스를 혼입된 섬유들로부터 멀리 지향시키도록 구성된다.

일 실시예에서, 인클로저는 가스 및 섬유들을 입구 내로 지향시키고 잉여 가스를 인클로저 외부로 지향시키도록 구성된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 인클로저는 인클로저 내의 하나 이상의 위치들에서 섬유들로부터의 잉여 가스의 분리를 실행하도록 구성될 수 있다.

섬유들로부터의 잉여 가스의 분리는 섬유들이 인클로저를 통과할 때 섬유들에서의 난류(turbulence)를 감소시키는데 효과적일 수 있으며, 보다 균일한 집합체로의 섬유들의 수집을 용이하게 할 수 있다.

인클로저는 입구로부터 섬유 출구로의 인클로저를 통한 섬유들을 위한 경로를 전체적으로 또는 부분적으로 밀폐하거나 둘러싸도록 구성될 수 있다.

장비 또는 인클로저는 가스 스트림 및 혼입된 섬유들을 핸들링(handling)하기 위한 다수의 상이한 구역들을 한정할 수 있다. 예를 들어, 장비의 일 실시예에서, 인클로저는 가스 스트림이 입구를 통해 지향될 수 있는 수용 구역, 섬유들을 섬유 출구를 향해 통과시킬 수 있는, 수용 구역의 하류의 안정화 구역(stabilizing zone), 및 잉여 가스를 배기 출구로 지향시킬 수 있는 배기 구역을 포함한다.

섬유들은 임의의 적합한 프로세스, 예를 들어 멜트 블로잉 프로세스(melt blowing process)에 의해 가스 스트림에 혼입될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 섬유 수집 장비는 가스 스트림에 혼입된 플라스틱 재료의 섬유들을 생성하기 위한 멜트 블로잉 장비를 더 포함할 수 있으며, 멜트 블로잉 장비는 가스 스트림을 인클로저 내로 지향시키도록 배열된다.

전형적인 멜트 블로잉 프로세스에서, 섬유-형성 중합체는 하나 이상의 오리피스들(orifices)로부터 고온 가스(예를 들어, 공기 또는 가능하게는 불활성 가스)의 수렴 스트림들 내로 압출된다. 가스는 오리피스들로부터 나오는 중합체를 용융 중합체의 얇은 스트림들로 연신하고(blows), 다음에 용융 중합체의 얇은 스트림들은 응고되어 소직경의 섬유들을 형성한다. 섬유들은 가스 스트림에 혼입되고, 예를 들어 가스 및 섬유들의 스트림을 포집 표면(collection surface) 상으로 지향시킴으로써 포집될 수 있다. 얽힌 섬유들로 구성된 결과적인 집합체는, 예를 들어 가열에 의해 처리되어, 그들의 접촉점들에서 섬유들을 함께 융합시켜 부직 섬유 집합체를 제공할 수 있다.

또한, 본 명세서는 수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법을 개시하며, 방법은, 가스 스트림에 섬유들을 혼입시키는 단계; 가스 및 혼입된 섬유들의 스트림을 전체적으로 또는 부분적으로 밀폐된 공간 내로 지향시키는 단계; 밀폐된 공간 내에서 섬유들을 함께 수집하는 단계; 밀폐된 공간으로부터 수집된 섬유들을 인출하는 단계; 및 밀폐된 공간으로부터 가스를 배출하는 단계를 포함하며; 잉여 가스가 가스 스트림으로부터 분리되고 수집된 섬유들로부터 멀리 전환되어 수집된 섬유들에서의 난류를 감소시킨다.

가스 스트림으로부터의 잉여 가스의 분리는 하나 이상의 단계들에서 실행될 수 있다. 하나의 단계에서, 혼입된 섬유들은 밀폐된 공간 내로 지향될 수 있고, 잉여 가스는 밀폐된 공간 외부로 지향될 수 있다. 대안적으로, 또는 다른 단계에서, 가스 스트림 및 혼입된 섬유들로부터의 잉여 가스의 분리는 밀폐된 공간 내에서 실행될 수 있다. 다른 대안적인 방법들에서, 잉여 가스는 밀폐된 공간 내에서의 복수의 연속 단계에서 가스 스트림으로부터 분리될 수 있다.

본원에 개시된 방법들 및 장비는 섬유 집합체들; 특히 웨브들, 매트들, 실들, 타래들, 로빙들, 로드들, 필터 토우 및 필터 로드들을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 섬유들의 로드들은, 본원에 개시된 방법에 의해 또는 장비를 사용하여 섬유들의 웨브를 형성하고, 예를 들어 알려진 로드 제조 기계를 사용하여 웨브를 연속 로드 또는 필터 로드들로 추가로 형성함으로써 형성될 수 있다.

장비는 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 함께 수집하여 웨브를 형성하도록 구성될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 인클로저 내에, 보다 상세하게는 인클로저의 수용 구역 내에 포집기(collector)가 제공될 수 있다. 포집기는 입구와 정렬되고 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하도록 위치결정된 포집 표면을 가질 수 있다.

따라서, 방법의 일 실시예에서, 가스 및 혼입된 섬유들의 스트림을 포집 표면 상으로 지향시키고, 포집 표면과 가스 스트림 사이의 상대 이동을 일으킴으로써 섬유들이 수집된다.

포집기는 인클로저를 통한 경로의 적어도 일부를 따라 수집된 섬유들을 이동시키는 이송 시스템에 합체될 수 있다. 예를 들어, 이송 시스템은, 수용 구역 내에 위치되고, 가스로부터 혼입된 섬유들을 포집하도록 입구와 정렬되어 배치되고, 그 위에 침착된 섬유들을 챔버를 통해 섬유 출구를 향해 이동시키도록 배열될 수 있는 상류 부분을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비는 수용 구역으로부터 안정화 구역으로 그 위에 침착된 섬유들을 이동시키기 위한 이송 표면; 및 이송 표면을 적어도 부분적으로 덮는 인클로저를 포함하고, 인클로저는 수용 구역으로부터 안정화 구역으로 연장되는 챔버, 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 챔버 내로 그리고 이송 표면 상으로 지향시킬 수 있는 입구, 이송 표면 상의 섬유들이 웨브로서 인클로저로부터 인출될 수 있는 섬유 출구, 및 섬유 출구로부터 멀리 위치결정된 가스를 위한 배기 출구를 한정하고, 인클로저는 가스 스트림 내의 잉여 가스를 섬유들로부터 분리시키고, 잉여 가스를 출구로 지향시키도록 구성된다.

이송 시스템은 가스 스트림의 방향과 상이한 방향으로 섬유들을 이동시키도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 섬유들 및 잉여 가스는 서로에 대해 대체로 직교하여 또는 직각으로 지향될 수 있다. 유사하게, 입구는 이송 시스템의 이동 방향에 대해 대체로 직각이거나 대체로 수직인 방향으로 가스 스트림을 수용하도록 배열될 수 있다.

이송 시스템은 예를 들어, 무한 컨베이어 벨트(endless conveyor belt) 또는 회전 가능한 포집기 드럼(rotatable collector drum)과 같은 컨베이어(conveyor)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 이송 시스템은 중력 및/또는 가스 스트림의 영향하에서 섬유들을 입구로부터 섬유 출구로 통과시킬 수 있는 활주 표면(slide surface), 또는 섬유들을 챔버를 통해 또는 챔버 외부로 연신시키기 위한 롤러들(rollers)을 포함할 수 있다.

컨베이어는 그 위에 섬유를 지지하면서 가스 스트림으로부터의 가스의 통과를 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨베이어는 인접한 링크들(links)이 컨베이어를 통한 가스의 통과를 허용하도록 이격되어 있는 링크들의 체인 또는 가요성 재료의 천공 또는 다공성 시트 또는 벨트를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 인클로저는 인클로저 내의 실질적으로 모든 잉여 가스를 배기 출구로 지향시키도록 구성된다. 다른 실시예에서, 인클로저는 인클로저 내의 적은 비율의 잉여 가스를 섬유 출구로 지향시켜 섬유들과 함께 챔버를 떠나도록 구성된다.

방법의 일 실시예에서, 잉여 가스는 가스 스트림의 주변부로부터, 예를 들어 섬유 포집 표면의 상류로 전환된다.

장비의 일 실시예에서, 가스 스트림은 포집 표면에 접근함에 따라 그 유동 방향에서 보다 작은 단면적의 영역 내로 모여질 수 있고, 주변부 상의 잉여 가스는 유동 방향으로부터 멀리 측방향으로 전환된다.

장비의 일 실시예에서, 가스 스트림 내의 잉여 가스를 혼입된 섬유들로부터 분리시키고, 그리고/또는 잉여 가스를 가스 스트림으로부터 멀리 지향시키기 위해 하나 이상의 배플들(baffles)이 인클로저 내에 제공될 수 있다. 잉여 가스를 배기 출구로 지향시키고, 이에 의해 잉여 가스가 인클로저를 통과할 때 섬유들에서의 난류를 감소시키기 위해 하나 이상의 배플들이 또한 제공될 수 있다.

가스 스트림 내의 섬유를 이송 표면 또는 컨베이어 상으로 지향시키고, 가스 스트림 내의 잉여 가스를 이송 표면 또는 컨베이어로부터 멀리 지향시키기 위해 하나 이상의 배플들이 또한 제공될 수 있다.

장비의 일 실시예에서, 적어도 하나의 배플에는 하나 이상의 루버들(louvres)이 제공될 수 있다. 루버들은 예를 들어, 가스가 배플을 통해 어느 방향으로도 유동할 수 있게 하면서 섬유들을 배플로부터 멀리 하나의 방향으로 지향시키도록 배열될 수 있다. 각각의 루버는, 예들 들어 사용 중일 때 배플의 표면 위의 가스의 유동 방향에 횡방향으로 배열된 직선형 또는 아치형 슬롯(slot)의 형태로, 배플에 개구를 포함한다. 루버들은 배플 위의 가스 유동의 방향에 따라 임의의 효과적인 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 루버들은 세장형의 평행한 슬롯들의 단일 열(column)의 형태이거나, 하나 이상의 행들(rows)에 다수의 열들을 갖는 슬롯들의 어레이일 수 있다.

일 실시예에서, 배플은 가스 스트림의 경로 내에 위치결정되며, 섬유를 가스 스트림으로부터 주 통로 내로 지향시키고, 잉여 가스를 가스 스트림으로부터 주 통로와 별개인 보조 통로 내로 지향시키도록 배열된다.

주 통로는 관형일 수 있으며, 임의의 원하는 단면 형상, 예를 들어 원형, 직사각형, 육각형, 또는 그렇지 않으면 다각형일 수 있다. 보조 통로는, 예를 들어 환형 구성으로, 주 통로를 둘러쌀 수 있다. 대안적으로, 주 통로 및 보조 통로는 서로 나란히 또는 서로 별도로 놓일 수 있다. 그러한 배열들에서, 추가적인 보조 통로들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 직사각형의 주 통로의 경우, 최대 4 개의 보조 통로들이 사용될 수 있으며, 하나의 보조 통로가 주 통로의 4 개의 벽들 중 각 하나에 인접하여 있을 수 있다. 주 통로 및 보조 통로의 공유 벽은 잉여 가스를 섬유들로부터 멀리 가스 스트림의 주변부로부터 보조 통로 내로 전환시키기 위한 배플을 제공할 수 있으며, 메인 가스 스트림 내의 섬유들 및 가스는 주 통로 내로 지향된다.

장비의 일 실시예에서, 주 통로는 섬유들을 수용하도록 배열된, 입구에 인접한 유입구(entrance), 및 섬유들을 인클로저 내의 제1 영역 상으로 지향시키도록 배열된 배출구(exit)를 가지며, 보조 통로는 주 통로와 나란히 놓이고, 가스 스트림의 주변부로부터 가스를 수용하도록 배열된 유입구, 및 잉여 가스를 인클로저 내의 제2 영역으로 지향시키도록 배열된 배출구를 갖는다.

제1 영역은 예를 들어, 웨브를 형성하기 위해 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 함께 수집하도록 구성된 포집기, 또는 경로의 일부를 따라 섬유들을 이동시키도록 배열된 컨베이어를 보유할 수 있으며, 제2 영역은 수집기 또는 컨베이어의 일 측부에 놓일 수 있다.

그러한 배열에서, 주 통로의 측방향 폭은 제1 영역을 향해 감소할 수 있다. 보조 통로들의 측방향 폭은 제2 영역을 향해 증가할 수 있다.

원하는 폭 및 두께의 웨브로 섬유들을 형성하기 위해, 인클로저는, 예를 들어 섬유 오리피스의 상류에 위치된 도관을 포함할 수 있고, 도관은 그 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면 형상의 세장형 섹션을 가지며, 이 세장형 섹션을 통해 섬유들이 섬유 출구를 향해 통과할 수 있다.

장비의 일 실시예에서, 인클로저 내에는 가이드가 제공되며, 가이드를 통해 섬유들이 도관 내로 통과할 수 있고, 가이드는 도관의 세장형 섹션을 향해 테이퍼지는 단면을 갖는다.

방법의 일 실시예에서, 수집된 섬유들에 인접한 잉여 공기는 포집 표면으로부터의 웨브의 수집된 섬유들의 분리를 용이하게 하기 위해 수집된 섬유들로부터 멀리 전환된다. 이러한 목적을 위해, 섬유 출구는 수집된 섬유들의 이동 방향으로 연장되는 개방 채널(open channel) 내로 배출하는 출구 오리피스(outlet orifice)를 포함할 수 있다. 배플은 오리피스로부터 나오는 가스를 섬유들의 이동 방향으로부터 멀리 지향시키도록 배열될 수 있다.

방법의 일 실시예에서, 전환된 잉여 공기는 감압에 의해 제거된다. 대안적으로, 장비는 잉여 공기가 그 자체 압력하에서 장비로부터 배출되도록 배열될 수 있다.

장비의 일 실시예에서, 인클로저는 잉여 가스를 수용하도록 배열된 배기 챔버를 포함하고, 가스 출구는 배기 챔버와 연통하도록 위치결정되고, 이에 의해 잉여 가스는 감압에 의해, 예를 들어 진공 펌프에 의해서, 장비로부터 흡인될 수 있다.

장비의 일 실시예에서, 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비는, 분리 챔버 및 배기 챔버를 한정하는 인클로저, 혼입된 섬유들을 운반하는 가스 스트림을 분리 챔버 내로 지향시킬 수 있는 입구, 가스 스트림 내의 잉여 가스를 혼입된 섬유들로부터 분리시키고, 이에 의해 섬유들이 분리 챔버를 통과할 때 섬유들에서의 난류를 감소시키고, 잉여 가스를 배기 챔버로 지향시키기 위해 분리 챔버 내에 위치결정된 배플들; 가스를 배기 챔버 외부로 통과시킬 수 있는 배기 출구; 수집된 섬유들이 분리 챔버로부터 인출될 수 있는 섬유 출구; 및 분리 챔버와 배기 챔버 사이에 있고, 섬유들을 수집하고 이 섬유들을 분리 구역을 통해 이동시키도록 배열된 이송 시스템을 포함하며, 이송 시스템은 분리 챔버로부터 배기 챔버로의 가스의 통과를 허용하도록 구성된다.

본원에 개시된 섬유들을 수집하기 위한 장비는 또한, 섬유 출구로부터 섬유들의 웨브를 수용하고 웨브를 연속 로드로 형성하도록 배열된 로드 형성 장비와 함께 사용될 수도 있다.

이제, 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시로서, 장비 및 방법들의 실시예들이 설명될 것이다:
도 1은 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하고 수집된 섬유들을 시가렛 필터들에 사용되는 종류의 연속 로드로 형성하기 위한 장비의 제1 실시예의, 상부 및 일 측부로부터 하류 방향으로의 사시도이고;
도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 취한, 도 1의 장비의 일부의 개략적인 수직 단면도이고;
도 2a는 도 1 및 도 2의 장비의 일부를 형성하는 인클로저의 상부 및 일 측면으로부터의 사시도이고;
도 3은 도 2의 선 B-B를 따라 취한, 도 1 및 도 2의 장비의 개략적인 수직 단면도이고;
도 4는 도 1 및 도 3에 도시된 구조에 대한 대안적인 구조를 갖는, 도 1 및 도 2의 장비의 일부를 형성하기에 적합한 인클로저의 제2 실시예의 상부 및 일 측면으로부터의 사시도이고;
도 4a는 도 4의 선 C-C를 따라 취한, 도 4의 인클로저의 개략적인 수직 단면도이고;
도 4b는 도 4의 인클로저의 상부로부터의 평면도이고;
도 4c는 도 4에 도시된 배플들에 대한 대안으로서, 도 4의 인클로저에 사용될 수 있는 배플의 상부 및 일 측부로부터의 사시도이고;
도 4d는 도 1 내지 도 3에 도시된 장비의 하류 방향 및 상부로부터의 부분적인 개략 사시도이고;
도 5는 도 1 및 도 3과, 도 4, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명된 구조들에 대한 대안적인 구조를 갖는, 도 1 및 도 3의 장비의 일부를 형성하기에 적합한 인클로저의 제3 실시예의 상부 및 하류 단부로부터의 사시도이고;
도 5a는 도 5의 인클로저의 하부 및 상류 단부로부터의 사시도이고;
도 5b는 도 4의 선 D-D를 따라 취한, 도 5의 인클로저의 개략적인 수직 단면도이고;
도 6a는 도 1의 장비에 합체된 성형 콘의 상부 및 일 측부로부터의 사시도이고;
도 6b는 선 6B를 따라 취한, 도 6a의 성형 콘의 수직 단면도이고;
도 7a는 도 1의 장비에 합체된 이송기 분출구의 단부도이고;
도 7b는 선 7B를 따라 취한, 도 7a의 이송기 분출구의 단면도이고;
도 8a는 도 1의 장비에 합체된 스터퍼 분출구의 상부로부터의 사시도이고;
도 8b는 선 8B를 따라 취한, 도 8a의 스터퍼 분출구의 단면도이고;
도 9a는 도 1의 장비에 합체된 증기 블록의 분해도이며;
도 9b는 선 9B를 따라 취한, 도 9a의 증기 블록의 단면도이다.

도면들에서, 참조의 용이성을 위해, 상이한 실시예들에서의 유사한 부품들 또는 구성요소들에는 유사한 참조 번호들이 부여되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 도시된 실시예는 시가렛 필터들로서 사용하기에 적합한 필터 재료의 로드들을 형성하기 위한 장비이다. 장비는 모듈 구조이며, 3 개의 모듈들, 즉 가스 스트림에 혼입된 플라스틱 재료의 섬유들을 생성하기 위한 멜트 블로잉 모듈(melt blowing module)(1), 멜트 블로잉 모듈(1)로부터 섬유들을 수집하고 그로부터 웨브(38)를 형성하기 위한 섬유 수집 모듈(2), 및 웨브를 연속 로드(81)로 형성하기 위한 로드 형성 모듈(3)을 포함한다.

멜트 블로잉 모듈

멜트 블로잉 모듈(1)은 종래의 구조일 수 있고, 도 1의 상측 부분에 개략적으로 도시되어 있다. 멜트 블로잉 모듈의 기본 특징부는 다이 헤드(die head)(14)이며, 화살표(P)로 표시된 용융 중합체 재료가 다이 헤드(14) 내로 공급될 수 있고, 용융 중합체가 다이 헤드(14)로부터 분출구들(16)의 어레이를 통해 액체로서 나온다. 가스 통로들은 분출구들에 바로 인접한 다이 헤드에 형성된다. 화살표들(A, A)로 표시된 공기와 같은 고온 가스는 다이 헤드 내로 공급되고, 2 개의 수렴하는 고속 가스 스트림들로서 가스 통로들로부터 나온다. 고온 가스의 스트림들은 분사구들(16)의 어레이로부터 나오는 중합체를 용융 중합체(17)의 얇은 스트림들로 연신하고, 용융 중합체(17)의 얇은 스트림들은 분출구들(16)의 수 센티미터 내에서 응고되어 다수의 연속적인 소직경 섬유들(12)을 형성한다. 섬유들(12)은 가스 스트림에 혼입되어, 빠르게 유동하는 가스 스트림 내에 혼입된 얽힌 섬유들의 복잡한 패턴을 형성한다.

섬유 수집 모듈

섬유 수집 모듈(2)은 멜트 블로잉 모듈(1)로부터 공기 스트림에 혼입된 섬유들을 수용하도록 멜트 블로잉 모듈(1)의 수직방향 아래에 배열된다. 명확화를 위해, 도 1에서는, 멜트 블로잉 모듈과 섬유 수집 모듈 사이의 수직 거리가 과장되어있다.

섬유 집합 모듈(2)은 중공형 케이싱(hollow casing)(24)을 지지하는 강성 프레임(rigid frame)(22)을 포함하며, 케이싱(24)은 함께 용접 또는 볼트 체결되고 지지 프레임(22)에 고정된 금속 플레이트들로 형성된다. 케이싱(24)은 그 장축이 상류 단부(25)로부터 하류 단부(26)까지 종방향으로 수평 연장되는, 평면도에서 대체로 직사각형이며, 케이싱의 내부를 2 개의 챔버들로 분할하는 제거 가능한 격벽(27)을 갖는 2 개의 유사한 형상의 박스 유닛들(24a 및 24b)(도 2)을 포함한다. 격벽(27)은 2 개의 챔버들을 서로 연통하도록 배치하기 위해 제거될 수 있다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 컨베이어(28)는 케이싱(24) 상에 장착되어, 통로(30)(포락선이 도 2에 파선들로 표시됨)를 따라 도중에 멜트 블로잉 모듈(1)로부터의 섬유를 섬유 수집 모듈(2)을 통해 로드 형성 모듈(3)로 이동시키기 위한 이송 시스템을 제공한다. 컨베이어(28)는 케이싱의 횡방향으로 연장되는 수평축을 중심으로 회전하도록 케이싱(24)의 상류 단부에 고정된 베어링들(bearings)에 장착된 비교적 대직경의 인장 롤러(tensioning roller)(32)를 포함한다. 케이싱(24)의 하류 단부(26)에서는, 인장 롤러보다 작은 직경을 각각 갖는 아이들러 롤러(idler roller)(34) 및 구동 롤러(drive roller)(35)가 인장 롤러(32)의 수평축에 평행한 수평축들을 중심으로 회전하도록 케이싱(24)에 고정된 베어링들에 장착되며, 아이들러 롤러(34)는 구동 롤러(35)의 상방 및 상류에 장착된다. 전기 구동 모터는 도 2에 도시된 바와 같이 구동 롤러(35)를 그 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전시키도록 케이싱(24)의 하류 단부(26)에 장착된다.

3 개의 롤러들(30, 32 및 34)은, 케이싱(24)의 종방향으로 인장 롤러(32)로부터 케이싱(24)의 상측 표면을 따라 아이들러 롤러(34)로 연장되는 상측 주행부(upper run)를 갖고, 하향으로 그리고 구동 롤러(35) 주위로 연장된 후에, 상측 주행부와 평행한 하측 주행부(lower run)에서 인장 롤러(32)로 복귀하는 무한 구조의 컨베이어 벨트(37)를 지지한다. 아이들러 롤러(34) 및 인장 롤러(32)는 상측 주행부를 케이싱(24)의 상측 표면과 정확하게 정렬시키고 컨베이어 벨트에 충분한 장력을 제공하도록 그들의 베어링들에서 조정될 수 있다.

컨베이어 벨트(37)는 가스에 혼입된 섬유 재료가 얽힌 섬유들의 웨브(web)(38)로서 그 표면 상에 침착 및 보유되면서, 벨트를 통한 가스의 통과를 허용하도록 구성된다. 예를 들어, 컨베이어 벨트(37), 또는 그것의 적어도 일부, 특히 벨트의 길이로 연장되는 중앙 영역은, 그 표면 상에 섬유 재료를 지지하면서 벨트를 통한 가스의 통과를 허용하기 위해 천공부들, 슬롯들, 개구들을 구비하거나, 다른 방식으로 다공성이다. 이러한 목적을 위해, 컨베이어 벨트는, 예를 들어 가압하에서 그것을 통한 원하는 가스 유동을 허용하기에 충분한 밀도로 직조된 직물 재료(fabric material)일 수 있다.

케이싱(24)의 상류 및 하류 박스 유닛들(24b, 24a)의 상부 표면들에는 각각 컨베이어 벨트(37)의 상측 주행부 아래에 놓인 개구들 또는 슬롯들이 제공되어, 가스가 컨베이어 벨트를 통해 박스 유닛들의 내부로 통과할 수 있게 한다. 개구들 또는 슬롯들을 바로 둘러싸는 상측 표면들의 일부분들은 벨트(37)의 상측 주행부를 위한 지지를 제공한다.

박스 유닛들(24a 및 24b)은 가스를 배기 챔버 외부로 통과시킬 수 있는, 케이싱(24)의 일 측부에 있는 배기 가스 출구(41a)(도 1)와 연통하는 배기 챔버(40)를 제공한다. 배기 출구(41a)는 가스가 배기 챔버(40)로부터 흡인될 수 있게 하도록 진공 펌프(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 격벽(27)이 제거되는 경우, 양쪽 박스 유닛들의 내부들은 동일한 압력으로 진공배기될 수 있다. 격벽이 제 위치에 있는 경우, 상류 박스 유닛(24b)의 내부는 하류 박스 유닛(24a)과 별도로 진공배기될 수 있다. 하류 박스 유닛(24a) 내의 배기 챔버의 일부가 개별적으로 진공배기될 수 있게 하기 위해, 하류 박스 유닛(24a)의 일 측부에는 추가의 배기 출구(41b)(도 1에는 폐쇄된 것으로 도시됨)가 제공된다.

강철, 알루미늄 또는 내열성 플라스틱 재료(temperature resistant plastics material)와 같은 시트 재료로 제조된, 도 2a에 상세하게 도시된 인클로저(50)는 케이싱(24) 상에 장착되고 컨베이어(28) 위에 놓여서 챔버(10)를 한정하고, 이 챔버(10)에서, 멜트 블로잉 모듈(1)로부터의 섬유들이 함께 수집되고 잉여 가스로부터 분리될 수 있다.

인클로저(50)는, 컨베이어 벨트(37)의 상측 주행부와 함께, 다이 헤드(14)와 컨베이어(28) 사이의 섬유 경로를 둘러싸고 부분적으로 밀폐한다. 인클로저는 경사진 상측 코너부들을 갖는 대체로 직사각형인 직립 단부 벽(51)에 의해 형성된다. 단부 벽(51)은 케이싱(24)의 종방향으로 정렬된 2 개의 직립 측벽들(52, 52)에 연결된다. 각각의 측벽(52)은 대체로 직사각형의 하류 부분(52a) 및 하류 부분보다 작은 종횡비(smaller aspect ratio)의 대체로 직사각형의 상류 부분(52b)을 포함하여, 각 측벽(52)의 상류 부분은 하류 부분보다 높다. 상류 및 하류 부분들의 프로파일들은 아치형 연결 부분(52c)에 의해 서로 부드럽게 조합된다.

측벽들(52)의 하측 에지들은 내향 플랜지들(inwardly-turned flanges)(43, 43)(도 2a)을 가지며, 내향 플랜지들(43, 43) 사이에는 섬유들의 웨브(38)를 운반하는 컨베이어 벨트(37)의 중앙 영역 위에 놓이기에 충분히 폭이 넓은 인클로저의 베이스에 있어서의 종방향 갭(longitudinal gap)이 한정된다. 플랜지들(43)에는 케이싱(24)의 상측 표면의 대응하는 개구들 위에 놓이는 3 개의 종방향 연장 개구들(44, 44)이 각각 제공되어, 인클로저(50) 내로부터 배기 챔버(40) 내로의 가스 유동을 허용한다.

측벽들의 하류 부분들(52a)의 수평 상측 에지들은 에이프런(apron)(53)에 의해 연결되고, 에이프런(53)은 측벽들의 아치형 연결 부분들(51c)을 서로 연결시키는 만곡된 상류 부분(54)을 가지고, 이에 의해 인클로저의 상류 단부에서 단부 벽(51)에 대향하는 인클로저(50)를 위한 하류 단부 벽을 제공한다.

인클로저(50)의 하류 단부에 있는 섬유 출구(58)는 에이프런(53)의 하류 단부로부터 연장되는 중앙의 종방향 돌출부에 의해 형성된다. 돌출부는, 컨베이어 벨트(37)의 중앙 영역 위에 놓이고 에이프런(53)의 하류 단부와 동일한 컨베이어 위로의 높이를 갖는 역 U자형 횡단면의 개방-단부형 터널 부분(open-ended tunnel portion)(62)의 형태이다. 터널 부분의 상부는 에이프런(53)과 일체형이며, 터널 부분의 측벽들은 후술하는 배플 플레이트들(baffle plates)(65, 65)의 연장부들에 의해 형성된다.

2 개의 수직 단부 플레이트들(63, 63)은 터널 부분(62)의 측부들로부터 횡방향으로 멀리 연장되고, 측벽들(52, 52)의 하류 단부들에 연결되어, 섬유 출구(58)가 컨베이어 주위에 비교적 제한된 직사각형 개구를 한정한다.

도 1, 도 2 및 도 2a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 단부 벽(51), 측벽들의 상류 부분들(52b) 및 에이프런(53)의 상측 에지들은 인클로저(50) 및 인클로저 내의 챔버(10)에 대한 직사각형 입구(57)를 형성한다. 입구는 다이 헤드(14)로부터 이격되어, 다이 헤드로부터의 과잉 가스(excess gas)가 섬유들의 경로에 대해 측방향으로 인클로저 외부로 빠져나갈 수 있게 한다. 입구(57)는 다이 헤드(14)와 정렬되어, 혼입된 섬유들(12)을 운반하는 가스 스트림을 다이 헤드로부터 수용하고, 섬유들을, 통로(30)를 따라 하향으로, 챔버(10) 내로 그리고 컨베이어의 상측 주행부의 이동 방향에 대체로 수직한 방향에서 컨베이어(28) 상으로 지향시킨다. 컨베이어(28)는 그에 상응하여, 가스 스트림의 방향에 대해 대체로 직교하거나 직각인 방향으로 섬유들을 이동시키도록 배치된다.

인클로저(50) 내에서, 챔버(10)는, 도 2에 대체로 나타낸 바와 같이, 컨베이어의 상류 부분을 입구(57)와 정렬시켜 수용하는, 에이프런(53)의 상류에 있는 수용 구역(R), 및 그 위에 침착된 섬유들을 챔버(10)를 통해 섬유 출구(58)로 이동시키는 컨베이어(58)의 하류 부분을 수용하는 하류의 안정화 구역(S)을 갖는다. 수용 구역(R) 및 안정화 구역(S)은 측벽들의 아치형 연결 부분들(52c), 에이프런(53)의 만곡된 상류 단부 부분(54) 및 컨베이어(28)의 상측 주행부에 의해 형성된 깔때기부(funnel)(55)를 통해 연통한다. 깔때기부(55)는 섬유들(12)이 안정화 구역(S) 내로 통과하는 단면적을 감소시키는 테이퍼형 또는 수렴형 가이드(convergent guide)를 형성한다.

수용 구역(R)은 측벽들의 플랜지들(43)의 개구들(44), 다공성인 컨베이어(28)의 상측 주행부, 및 상류 박스 유닛(42b)의 상측 표면의 개구들을 통해 배기 챔버(40)와 연통한다. 따라서, 챔버(10)에 진입한 가스는 배기 챔버(40) 내로 통과하고, 배기 출구(41)를 통해 장비를 떠날 수 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 2 개의 배플들(65, 65)은 챔버(10)의 수용 구역 내에 위치결정되며, 이들은 측벽들(52) 중 하나에 각각 대향한다. 각각의 배플은 케이싱(24)의 종방향으로 배열된 그 하측의 하류 단부로부터 연장되는 세장형 설형부(elongated tongue)(66)를 갖는 편평한 플레이트를 포함한다. 각각의 배플은 편평한 단부 벽(51)에 고정된 상류 에지, 측벽(52)의 하측 에지들 상의 플랜지들(43) 중 하나에 고정된 하측 에지(67), 및 에이프런(52)의 만곡된 상류 부분에 고정되고 그에 정합하는 만곡된 상측 하류 에지를 갖는다. 배플들의 세장형 설형부(66)의 상측 에지들은 에이프런(53)의 편평한 하류 부분의 내부 표면과 접촉하여 놓이고, 터널 부분(62)의 측벽들을 형성한다.

배플들은 가스 스트림 내의 섬유들을 컨베이어에 의해 제공된 이송 표면 상으로 지향시키도록 입구(57) 내에 위치결정된다. 이와 관련하여, 배플들(65), 에이프런(53) 및 단부 벽(51)은 입구에서 중앙 또는 주 통로(48)의 측면들을 형성한다. 배플들의 상측 부분들은 수직으로부터 약 10° 내지 20°로 만곡되어, 주 통로가 컨베이어(28)를 향해 하향 방향으로 수렴하게 한다. 배플들의 하측 에지들(67)은 컨베이어(37)의 이송 표면 상으로 지향된 배출구 또는 출구를 제공한다.

배플(65) 및 그것의 텅들(66), 컨베이어(28), 깔때기부(52), 에이프런(53), 및 측벽들(52)의 하류 부분들(52b)은 입구(57)로부터 섬유 출구(58)까지 단면적이 감소되는 통로(30)를 따라 인클로저를 통한 섬유들의 도관(56)을 제공한다.

도 3을 참조하면, 측벽들(52) 각각의 상류 부분들(52b), 대향 배플(65), 단부 벽(51) 및 에이프런(53)은, 컨베이어의 일 측부로 지향된 배출구 또는 출구를 각각 갖고 중앙 통로(48)와 나란히 놓이는 2 개의 주변 또는 보조 수직 통로들(49a, 49b)을 형성한다. 배플들의 경사 또는 곡률의 결과로서, 보조 통로들은 컨베이어(28)를 향해 하향 방향으로 발산한다. 보조 통로들로부터 컨베이어(37)의 측부들로 배출되는 가스는 컨베이어 벨트 및 케이싱(24)의 상측 표면의 개구들을 통해 배기 챔버(40) 내로 통과한다. 따라서, 배플들(65)은 통로 내에 위치결정되어, 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 잉여 가스를 컨베이어의 이송 표면으로부터 멀리 지향시키고, 이에 의해 섬유들(12) 사이의 난류를 감소시킨다.

도관(56)을 포함하는 안정화 구역(S)의 하류 부분은 그 길이를 따라 실질적으로 균일한 대체로 직사각형의 수직 단면의 세장형 섹션을 가지며, 다이 헤드(14)로부터 수용 구역(R)을 통해 그리고 깔때기부(55)를 통해 연속적으로 연장되는 섬유들(12)을 수용하도록 배열된다. 도관(56)은 인클로저의 측벽들(52)의 하측 하류 부분들(52a), 에이프런(53)과 터널 부분(62)의 연결 부분에 의해 한정되고, 컨베이어(28)의 하류 단부 위에 놓이는 섬유 출구(58)에서 종단되고, 섬유 출구(58)에서는, 섬유들(12)이 대체로 직사각형 단면의 수집된 웨브(38)로서 챔버로부터 인출될 수 있다.

로드 형성 모듈

로드 형성 모듈(3)(도 1)은 로드 형성 장비(80 내지 86)의 다수의 구성요소들을 지지하는 강성 프레임(70) 및 이들 구성요소들을 위한 제어 패널(72)을 포함한다. 로드 형성 구성요소들은 섬유 수집 모듈(2)을 통한 섬유들의 경로와 정렬된 상태로 프레임(70)에 고정된 레일(71) 상에 조정 가능하게 장착된다. 레일을 따르는 구성요소들의 상대적인 종방향 포지션들은 장비의 우세한 작동 조건들에 부합하도록 필요에 따라 조정될 수 있다.

로드 형성 장비는 다른 로드 형성 구성요소들을 운반하는 레일(71)과 정렬된 상태로 프레임(70) 상에 장착된 성형 콘(forming cone)(74)을 포함한다. 성형 콘(74)은, 대체로 직사각형의 상류 입구(75)로부터 원형의 하류 출구(76)까지 하향 방향으로 연장되는 테이퍼진 중앙 통로를 함께 한정하는 외측의 편평한 표면 및 내측의 리세스형 표면(recessed surface)을 갖는, 평면도에서 각각 대체로 삼각형인 상측 및 하측 절반 쉘들(shells)(74a, 74b)(도 6a 및 도 6b)로 구성된다. 입구(75)는 수집된 섬유들(12)을 편평해진 매트 또는 웨브(38)의 형태로 섬유 수집 모듈의 섬유 출구(58)로부터 직접적으로 수용하도록 배열된다. 감소하는 단면적의 테이퍼진 중앙 통로는 섬유들이 출구(76)를 향해 이동함에 따라 섬유들을 원통형 형상으로 안내 및 압축하도록 배열된다.

이송기 분출구(transporter jet)(80)(도 7a 및 도 7b)는 원통형으로 형성된 섬유들을 성형 콘(74)으로부터 직접적으로 수용하도록 레일(71) 상에 장착된다. 성형 콘 및 이송기 분출구는 이송기 분출구(80)로부터의 가스가 대기로 통기될 수 있게 하기 위해 짧은 거리만큼 레일(71)을 따라 축방향으로 이격될 수 있다.

이송기 분출구(80)는 외부 튜브(801) 및 관형 인서트(tubular insert)(806)를 포함한다. 외부 튜브는, 그 하류 단부에서 출구(804)와 연통하고, 튜브(801)의 상류 단부에서 소켓(socket)(803)과 연통하는 중앙 원통형 통로(802)를 한정하고, 소켓(803)은 중앙 통로(802)보다 큰 내경 및 외경을 갖는다. 관형 인서트(806)는 그 하류 단부에 중앙 원통형 통로(802)의 직경보다 약간 작은 외경을 갖는 스피곳(spigot)(807)을 가지며, 그 상류 단부에 이송기 분출구에 대한 깔때기형 유입구를 한정하는 소켓(808)을 갖는다. 인서트(806)는 외부 튜브(801)의 상류 단부에 장착되어, 인서트의 스피곳(807)이 외부 튜브(801)의 원통형 통로의 상류 단부 내에 수용되어 이들 사이에 좁은 환형 가스 통로를 한정한다. 인서트의 소켓(808)은 외부 튜브(801)의 소켓(803) 내에 수용된다. 내부 및 외부 튜브들은 인서트의 소켓(808)의 외부 표면 상의 플랜지를 통해 외부 튜브의 소켓(803)의 벽들의 축방향 나사형 볼트 구멍들 내로 연장되는 축방향 연장 볼트들(809)에 의해 서로 고정된다. 인서트 상의 소켓의 외부 표면의 주변 홈 내에 수용된 개스킷(gasket)(805)은 외부 튜브 상의 소켓의 내부 벽에 기밀 시일(air-tight seal)을 제공한다.

인서트(806) 및 외부 튜브(801)는 튜브와 인서트의 소켓들 사이에 환형 챔버(95)가 형성되도록 축방향으로 이격되어 있다. 가압된 공기는 외부 튜브의 소켓의 외부 표면 상에 장착된 2 개의 가스 입구 연결부들(96)을 통해 챔버(95) 내로 도입될 수 있다. 사용 시에, 가압 가스는 인서트와 외부 튜브 사이의 가스 통로를 통해 고속으로 챔버로부터 나와서, 이송기 분출구(80)를 통한 공기의 하류 유동을 생성한다. 이에 의해, 원통형으로 형성된 섬유들을 이송기 분출구(80) 내로 연신하고 이들을 하류로 이송하기에 충분한 감압이 생성된다. 인서트(806)의 소켓(808)의 마우스(mouth)는 성형 콘의 출구(76)와 직경이 동일한 반면, 외부 튜브(801)의 출구(804)는 직경이 보다 작아서, 섬유들은 이송기 분출구를 통과함에 따라 보다 작은 직경의 로드로 추가로 수집된다.

이송기 분출구(80)의 바로 하류에서, 그리고 그와 축방향으로 정렬된 상태로, 추가의 이송기 분출구 또는 스터퍼 분출구(stuffer jet)(180)(도 8a 및 도 8b)가 이송기 분출구(80)와 축방향으로 정렬된 상태로 레일(71) 상에 장착되어, 그로부터 나오는 원통형으로 형성된 섬유들을 수용한다. 스터퍼 분출구(180)는 이송기 분출구(80)와 구조가 유사하며, 벤투리(Venturi) 효과를 사용하여 하류 방향으로 섬유들을 연신하고, 수집된 섬유들을 더욱 압축시켜 훨씬 더 작은 직경의 로드를 형성함에 있어서 유사한 기능을 수행한다. 이송기 분출구와 스터퍼 분출구는 이송기 분출구(80)로부터의 과잉 공기(excess air)가 대기로 통기될 수 있게 하기 위해 짧은 거리만큼 축방향으로 이격될 수 있다.

스터퍼 분출구(180)는 튜브(181)를 포함하며, 튜브(181)는 그 하류 단부에서 출구(184)와 연통하고 상류 단부에서 소켓(183)과 연통하는 중앙 원통형 통로(182)를 갖는다. 소켓(183)은 그 개방 단부에 중앙 통로(182)보다 직경이 큰 원통형 내부 표면을 가지며, 소켓의 개방 단부로부터 중앙 통로(182)를 향해 테이퍼진 원추형 내부 표면을 갖는다.

관형 인서트(186)는 소켓(183) 내에 장착된다. 인서트(186)는 이송기 분출구(80)의 출구(804)의 직경과 동일한 직경을 갖는 스터퍼 분출기로의 깔때기형 유입구를 한정하는 원통형 칼라(cylindrical collar)를 그 상류 단부에 갖는다. 칼라에는, 튜브(181) 상의 소켓(183) 내로의 인서트(186)의 이동을 제한하는 플랜지(185)가 제공된다. 인서트는 소켓(183)의 벽에 있는 나사형 반경방향 보어(threaded radial bore) 내에 위치된 그러브 스크류(grub screw)에 의해 소켓 내에 보유된다. 칼라로부터 축방향 하류로 연장되는 원추형 스피곳(187)은 중앙 통로(182)를 향해 테이퍼지고, 중앙 원통형 통로(182)의 외경보다 작은 외경을 갖는다.

인서트(186)는 원추형 스피곳(187) 및 원통형 통로(182)의 상류 단부가 그 사이에 좁은 환형 가스 통로를 한정하도록 소켓(183) 내에 축방향으로 위치결정된다. 칼라와 인서트(186)의 소켓(183)의 내부 표면 사이에 원형 개스킷이 제공되어 기밀 시일을 제공할 수 있다.

인서트(186) 및 스피곳(187)의 대면하는 원추형 표면들은 반경방향으로 이격되어 이들 사이에 환형 챔버(195)를 한정한다. 가압된 공기는 튜브(181)의 소켓의 외부 표면 상에 장착된 2 개의 가스 입구 연결부들(96)을 통해 챔버(195) 내로 도입될 수 있다. 사용 시에, 가압 가스는 튜브(181)와 인서트(186) 사이의 통로를 통해 고속으로 챔버로부터 나와서, 스터퍼 분출구(180)를 통한 공기의 하류 유동을 생성한다. 이에 의해, 압축된 섬유들을 스터퍼 분출구(10) 내로 연신하고 이 섬유들을 하류로 이송하기에 충분한 감압이 생성된다.

얇은 벽의 절두 원추형 노즐(frusto-conical nozzle)(188)은 튜브(181)의 최하류 단부 부분 상에 장착된다. 노즐은 튜브의 중심축과 축방향으로 정렬된 상태로 장착되며, 튜브의 하류 출구보다 직경이 큰 상류 단부로부터, 중앙 통로(182)와 동일한 직경인 하류 단부까지 테이퍼지는 직경을 갖는다. 노즐은 과잉 가스가 노즐의 큰 상류 단부를 통해 대기로 빠져나가게 하면서, 튜브로부터 나오는 섬유들을 하류 방향으로 지향시킨다. 천공부들이 동일한 목적을 위해 노즐의 벽에 제공된다.

예비성형 블록(performing block)(82)은 압축된 섬유들을 수용하도록 이송 분출구(180)의 바로 하류에서 레일(71) 상에 위치결정된다. 예비성형 블록(82)은 예비성형 블록을 레일(71)에 고정시킬 수 있는 장착 브래킷(mounting bracket)(902)이 제공된 중공 입방형 하우징(hollow cuboidal housing)(901)(도 9)을 포함한다. 블록의 상류면 및 하류면에는 원통형 다이(cylindrical die)(904)를 지지하기 위한 개구들(903)이 제공된다. 다이(904)는 중공 관형 구조의 형태이고, 그 벽에는 다이의 내부를 외부 환경들과 연통 상태로 배치하는 천공부들이 제공된다. 다이의 상류 단부는 필터 로드들의 원하는 직경과 동일한 직경까지 하류 방향으로 테이퍼진 원추 형태의 내부 표면을 갖는 소켓(905)을 가지고 있다. 다이는, 그 하류 단부(906)가 하우징의 하류면의 개구 외부로 돌출하고 스피곳이 상류면의 개구(903)에 밀봉식으로 결합되도록 하우징 내에 설치될 수 있다. 밀봉 플레이트(907)는 하우징에 볼트 체결되고, O-링들에 의해 하우징에 대해 밀봉될 수 있다.

하우징(901)의 측면들에는 증기를 하우징 내로 도입할 수 있는 증기 커넥터들(도시되지 않음)을 수용하기 위한 개구들(908)이 제공된다. 사용 시에, 증기는 다이(904) 내의 천공부들을 통과하고 섬유들과 접촉하여, 로드의 유연성을 증가시키고 원하는 크기의 로드의 형성을 용이하게 한다.

증기 블록(84)은 예비성형된 로드를 수용하도록 예비성형 블록(82)의 바로 하류에서 레일(71) 상에 위치결정된다. 증기 블록은 예비성형 블록과 유사한 구조이며, 과열된 증기가 증기 블록 내로 도입되어 로드를 관통하고 로드를 섬유들이 함께 본딩되는 온도까지 가열할 수 있게 한다.

예비성형 블록 및 증기 블록과 유사한 구조의 공기 블록(86)은 증기 블록으로부터 로드를 수용하도록 증기 블록(84)의 바로 하류에서 레일(71) 상에 위치결정된다. 공기 블록에 공기가 도입되어 로드로부터 임의의 과잉 수분을 축출한다.

이따금 일부 섬유들이 장비를 통과할 때 파손될 수 있지만, 공기 블록(86)으로부터 나오는 로드 내의 대부분의 섬유들 또는 실질적으로 모든 섬유들은 공기 블록으로부터 통로(30)를 따라 다이 헤드(14)까지 내내 파손되지 않은 필라멘트들(filaments)로서 연장된다. 공기 블럭에서의 처리 후에, 완성된 로드는 필터 플러그 제조기(filter plug maker)(도시되지 않음) 내로 공급될 수 있으며, 여기서 설명된 장비에서 생성된 연속 로드가 개별 세그먼트들(segments)로 절단된다.

인클로저들

도 4, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 종류의 장비에 사용하기 위한 대안적인 인클로저들을 도시하고 있다. 도 4, 도 4a 및 도 4b의 인클로저는 도 1 및 도 2의 인클로저와 구조가 유사하며, 입구를 한정하고 다이 헤드와 컨베이어(28) 사이의 섬유들의 경로를 둘러싸고 부분적으로 밀폐하는 후방 벽(51), 측벽들 및 에이프런(53)을 포함하도록 유사한 방식으로 구성된다. 인클로저는 2 개의 변형들, 즉 변형된 배플(65a, 65b) 및 안정화 구역(S)의 하류 부분의 변형된 섬유 출구(58)를 포함한다. 이들 특징부들 중 어느 하나는 함께 또는 다른 것과 독립적으로 장비에 합체될 수 있다.

도 4, 도 4a 및 도 4b의 실시예에서, 도 1의 실시예의 2 개의 배플들(65)은 루버들(68)이 둘 모두에 제공된 변형된 배플들(65a, 65b)로 대체된다. 루버들 각각은 수집 챔버(10) 내의 배플의 표면 위의 가스의 유동 방향에 횡방향으로 연장되는 평행한 세장형 직선 슬롯들의 형태로 배플에 일련의 개구들을 포함하며, 배플의 양측부의 우세한 압력 조건들에 따라, 가스가 슬롯을 통해 어느 방향으로도 유동할 수 있게 하면서, 배플의 일 측부로부터 접근하는 섬유들 또는 다른 재료를 배플로부터 멀리 전환시키도록 배열된다. 도 4에 도시된 배플들에서, 슬롯들 각각에는 그 상측 에지를 따라 카울(cowl)(69)이 제공되며, 이 카울(69)은 중앙 통로(48) 내로 내측으로 돌출하여, 가스 스트림 내의 하향으로 이동하는 섬유들을 슬롯으로부터 멀리 중앙 통로(48)의 중간을 향해 편향시킨다.

도 4c는 도 4의 인클로저에 사용될 수 있는 대안적인 배플(65c)을 도시하고 있다. 이러한 배플은 규칙적으로 이격된 열들 및 행들로 정렬하여 함께 배열된 루버들(68a)의 직사각형 어레이를 포함한다. 각각의 루버는 도 4의 슬롯보다 길이가 짧은 슬롯(68b), 및 관련 카울(69a)을 포함한다. 비교적 짧은 루버들의 어레이는 배플 위로의 그리고 배플을 통한 가스 유동의 균등한 분포를 제공한다. 배플의 유동 특성들은 상이한 치수들 및/또는 형상의 보다 적거나 보다 많은 루버들을 제공함으로써 변경될 수 있다. 배플들이 인클로저에 설치될 때 카울(69a)이 주 통로의 양 측부들 상에서 내측으로 향하도록, 2 개의 그러한 배플들이 서로가 미러 이미지(mirror image)가 되도록 변형된 인클로저에 사용된다.

이제 도 4 및 도 4d를 참조하면, 인클로저의 안정화 구역(S)의 하류 부분에서의 도관(56)은 섬유 출구(58)의 영역에서 변형된다. 이러한 실시예에서, 섬유 출구(58)는 도관의 하류 단부에 중앙 리세스(central recess)를 형성하는 채널(64) 내로 배출되는 출구 오리피스(59)를 제공한다. 채널(64)은 배플들로부터 하류로 연장되고 컨베이어의 각 측부 상에서 에이프런(53) 아래에 배열된 세장형 설형부(66)에 의해 형성된 벽들에 의해 각 측부 상에서 경계지어진다. 채널은 인클로저의 외부로 개방되어 있으며, 수집된 섬유들의 이동의 하류 방향으로 연장된다.

채널(64)은 단순한 직사각형 개구와 비교하여 하우징의 내부로부터 가스의 제어된 방출을 제공하고, 채널의 측벽들은 컨베이어 위의 대기에서의 난류를 감소시킨다. 채널의 효과는, 그 종방향 길이에 의해 영향을 받으며, 가스 유량, 가스 온도, 내부 가스 압력, 컨베이어 속도, 다이 헤드(14)와 컨베이어(28) 사이의 수직 거리, 및 중합체가 다이 헤드를 통해 공급되는 레이트와 같은 장비의 작동 조건들에 적합하도록 선택될 수 있다. 전형적으로, 채널은 도관 길이의 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%, 60%, 65% 또는 70% 이하, 예를 들어 도관의 길이(L)의 25% 내지 65%, 40% 내지 60%만큼 연장될 수 있다(도 4 참조). 도시된 실시예에서, 채널은 도관의 길이의 약 30%만큼 연장된다.

도 4d는 컨베이어에 의해 채널(64)을 따라 운반될 때 출구 오리피스로부터 나오는 수집된 섬유들의 웨브(38)를 도시하고 있다. 인클로저로부터 하류 방향으로의 섬유 다발의 이동은 잉여 가스의 유동에 의해 동반된다. 나온 가스 스트림은 섬유 다발보다 더 빨리 유동하고, 컨베이어(28) 및 채널(64)의 측부들에 의해 제한된다. 출구 오리피스의 하류의 가스 유량은 또한 인클로저 내의 가스 유량보다 크다. 가스가 오리피스로부터 채널을 따라 통과할 때의 가스의 결과적인 유체 역학은 채널의 측부들에서 섬유 다발을 떨어지게 하고 섬유들이 로드 형성 모듈(3)에 접근함에 따라 컨베이어의 표면으로부터 섬유들을 해제시키는 것을 돕는다.

도 5, 도 5a 및 도 5b는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 종류의 장비에 사용하기 위한 다른 대안적인 인클로저를 도시하고 있다. 이러한 인클로저는 또한도 1 및 도 2의 인클로저와 구조가 유사하지만, 2 개의 다른 변형들, 즉 배플들의 변형된 배열 및 변형된 섬유 출구(58)를 포함한다. 이들 특징부들 중 어느 하나는 함께 또는 다른 것과 독립적으로 장비에 합체될 수 있다.

도 5 및 도 5a에 도시된 인클로저는 가스 및 혼입된 섬유들을 위한 입구를 한정하고 다이 헤드로부터 컨베이어(28)로의 하우징을 통한 섬유들의 경로를 부분적으로 둘러싸는 단부 벽(51), 측벽들(52, 52) 및 에이프런(53)을 포함하도록 유사한 방식으로 구성된다. 단부 벽(51) 및 에이프런(53)의 상류 단부의 상측 에지들은 도 2 및 도 3에 도시된 대응 구성요소들과 반대 방향으로 비스듬하거나 경사져 있다. 이러한 경우, 각 에지의 수평 중앙 섹션은 중앙 섹션으로부터 상향으로 멀리 연장되는 경사 에지가 각 측부의 옆에 있다. 2 개의 배플들(65c, 65d)은 도 1의 배향과 유사한 배향으로 인클로저 내에 배열된다. 배플들은 도 3에 도시된 배플들과 동일한 방식으로 경사질 수 있지만, 이러한 경우에, 배플들은 서로 평행하고 인접한 측벽들(52)에 평행한 수직 평면들에 놓여 있다. 따라서, 배플들, 단부 벽(51) 및 에이프런(53)은 일정한 단면의 주 통로(48)를 형성한다.

각 측부 상에서, 배플들, 단부 벽(51) 및 에이프런(53)의 상측 에지들 사이에 한정된 직사각형 영역은 디플렉터 패널(deflector panel)(61, 61)에 의해 폐쇄되어, 측벽(52)의 상측 에지로부터 중앙 통로를 향해 하향으로 그리고 내측으로 경사지는 외부 표면을 형성한다. 각각의 측벽(52) 및 그와 연관된 하부 플랜지(43)는, 예를 들어 프레싱(pressing)에 의해, 관련 디플렉터 패널(61) 및 배플(65c, 65d)과 일체로 형성된다. 측벽 상의 하부 플랜지들(43)은 또한, 플랜지의 길이를 따라 연장되고 채널(64)의 측벽들을 형성하는 수직 내부 복귀 벽(vertical inner return wall)(46)을 포함한다. 복귀 벽(46)의 상측 에지들은 배플 플레이트들(65c, 65d)의 하부 에지들부터 수직방향 및 측방향으로 이격되어, 가스가 주 통로(48)의 출구로부터 인접한 보조 통로들(49a, 49b) 내로 측방향으로 유동할 수 있게 하는 세장형 갭들(66)을 챔버(10)의 길이를 따라 남긴다. 측벽들(52), 디플렉터 패널들(61) 및 배플들(65c, 65d)은 섬유들을 주 통로(48) 내로 지향시키고 잉여 가스를 하우징의 외부로 지향시킬 수 있는, 가스 스트림을 위한 배플로서 작용한다.

도 5의 인클로저에서, 섬유 출구(58)는, 도 4에 도시된 것과 유사한 방식으로, 도관의 하류 단부에 중앙 리세스를 형성하는 개방 채널(64) 내로 배출되는 출구 오리피스(59)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 채널은 도관의 길이의 약 50%를 따라 연장된다. 섬유 출구(58)는, 오리피스로부터 나오는 가스를 상향으로, 컨베이어의 표면 상에 수집된 섬유들의 이동 방향으로부터 멀리 편향시키기 위해, 출구 오리피스(59)에 인접하게 배플(90)이 장착된다는 점에서 변형된다. 배플은 채널을 가로질러 측방향으로 연장되는 2 개의 배플 플레이트들(91, 92)을 포함하고, 배플 플레이트들(91, 92)은 각 배플 플레이트의 상류 에지가 채널 내로 돌출하도록 에이프런(53)의 하류 부분의 평면에 대해 소정 각도로 장착된다. 배플 플레이트들은 고정될 수 있거나, 대안적으로 배플들의 경사 각도가 조정될 수 있게 하기 위해 채널을 가로질러 연장되는 축을 중심으로 피봇 운동하도록 장착될 수도 있다. 배플들은 세트(gang)로 함께 연결되어 동시에 조정되게 할 수 있다.

장비의 방법 및 사용

도 1 내지 도 3의 장비는 하기와 같이 작동된다. 멜트 블로잉 모듈(1)에서, 다이 헤드(14)에는 용융 중합체 및 고온 가스가 공급된다. 용융 중합체는 분출구들(16)의 어레이를 통해 액체로서 나오고, 고온 공기에 의해 얇은 스트림들로 연신되고(blown), 얇은 스트림들은 응고되어 소직경의 섬유들(12)을 형성하고 가스 스트림에 혼입된다.

다이 헤드는 단일 중합체 재료로 단성분 섬유들(mono-component fibres)을 생성하거나, 상이한 중합체로 형성된 외피로 감싸진 제1 중합체로 형성된 코어(core)를 갖는 이성분 섬유들(bi-component fibres)을 생성하도록 구성될 수 있다. 필터 로드들의 제조를 위해, 단성분 섬유들은, 선택적으로 중합체의 특성들을 변경하기 위한 다른 재료들, 예를 들어 트리아세틴(triacetin)과 같은 가소제를 함유하는, 예를 들어 폴리에스터, 폴리아미드, 에틸 비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올 또는 셀룰로오스 아세테이트로부터 형성될 수 있다. 이성분 섬유들은 전술한 중합체들의 임의의 조합으로부터 형성될 수 있으며, 선택적으로 트리아세틴 가소제를 함유하는, 예를 들어 폴리프로필렌의 코어 및 셀룰로오스 아세테이트의 외피를 가질 수 있다.

블로잉 가스(blowing gas)로서 공기를 사용하여, 다이 헤드는 전형적으로 컨베이어 벨트(37)의 상측 주행부보다 25 내지 65 cm 위에 위치결정되고, 250 내지 350 ℃, 예를 들어 300 내지 320 ℃의 공기 온도, 분당 500 내지 600 입방 피트 또는 14,000 내지 17,000 리터의 공기 유속, 및 분당 분출구 구멍 당 0.3 내지 0.5 그램의 중합체 처리량으로 작동된다. 결과적인 섬유들은 전형적으로 5 내지 10 미크론, 예를 들어 약 7 미크론의 직경을 가지며, 약 24 mm의 원주 및 로드의 10 cm 길이 당 약 550 mg의 중량을 갖는 필터 로드를 형성하도록 수집될 수 있다.

가스 및 혼입된 섬유들(12)의 스트림은 인클로저(50)의 입구(57)를 통해 수집 챔버(10) 내로 그리고 인클로저(50)의 수용 구역(R) 내의 컨베이어(28)의 상류 부분 상으로 지향된다. 섬유들(12)은 컨베이어 벨트(37)의 상측 주행부 상에 얽힌 매트(entangled mat)로 함께 수집된다. 컨베이어(28)는 도 2에 도시된 바와 같이 벨트(37)를 시계 방향으로 이동시키도록 작동되고, 이에 의해, 섬유들은, 섬유들이 벨트 상에 수집됨에 따라, 가스 스트림의 방향에 대해 가스 스트림 외부로 그리고 섬유 출구(58)를 향해 하류로 이동된다.

로드 형성 모듈(3)의 이송기 분출구(80)는 수집된 섬유들의 웨브를 챔버(10)로부터 성형 콘(74)을 통해 인출하고, 성형 콘(74)은 섬유들(12)을 원통 형상의 로드(81)로 안내 및 압축한다. 다음에, 로드는 예비성형 블록(82)을 통과하며, 예비성형 블록(82) 내로 증기가 도입되어 로드가 유연하게 된다. 다음에, 로드는 예비성형 블록(82)으로부터 증기 블록 내로 통과하며, 증기 블록에서 로드는, 예를 들어 1 내지 3 bar, 전형적으로는 약 1.5 bar의 압력으로 가압 접촉되고, 과열된 증기는, 예를 들어 증기를 150 내지 200 ℃ 범위의 온도로 가열함으로써 생성된다. 이러한 처리는 로드 내의 섬유들이 그들의 접촉점들에서 함께 본딩되게 한다. 다음에, 로드는 공기 블록(86)으로 통과하고, 공기 블록(86)은 로드로부터 과잉 수분을 제거한다. 다음에, 형성된 로드(81)는 추가의 처리 장비, 예를 들어 원하는 길이의 연속 세그먼트들로 로드를 절단하는 절단 기계를 통해 연신될 수 있다.

멜트 블로잉에 의해 섬유들을 형성하는데 필요한 가스의 체적들 및 압력들은, 멜트 블로잉 모듈(14)로부터 나오는 가스 스트림이 난류이고, 섬유들, 및 이러한 섬유들을 타래, 웨브 또는 매트 또는 다른 수집된 배열로 형성하기 위한 프로세스와 간섭하거나 이를 방해할 수 있게 하기 위한 것이다. 특히, 난류 잉여 가스는 경로의 일부를 따라 수집된 섬유들의 매트를 들어올려서, 매트가 컨베이어 표면으로부터 박리될 때 매트의 무질서한 이동을 생성하여, 매트 내의 섬유들의 불균일한 분포를 생성하며, 제조 프로세스를 중단시킬 수 있다. 그러한 박리들에 대한 프로세스의 민감성은, 섬유들이 장비를 통해 공급되는 속도에 따라 증대된다.

가스 스트림에 의한 제조 프로세스와의 간섭을 감소시키기 위해, 가스 및 혼입된 섬유들이 인클로저(50)를 통해 통로(30)를 따라 통과할 때 잉여 가스가 가스 스트림 내의 섬유들(12)로부터 분리된다. 잉여 가스를 가스 스트림으로부터 분리하고 수집된 섬유들로부터 멀리 전환시킴으로써, 수집된 섬유들에서의 난류가 감소되고, 섬유들(12)이 안정화된다. 따라서, 보다 균일하고 일정한 섬유 밀도를 갖는 수집된 제품의 제조가 달성될 수 있다.

도면들에 도시된 실시예들에서, 잉여 가스의 분리는 일련의 단계들에서 수행된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 섬유들(12)은 인클로저(50)의 주 또는 중앙 통로(48) 내로 연신되고, 컨베이어의 방향으로 수렴하는 배플들(65, 65)에 의해 컨베이어의 상측 주행부(37) 상으로 지향된다. 가스 스트림 및 섬유들로부터의 잉여 가스의 일차 분리는 측벽들(52), 단부 벽(51) 및 에이프런(53)을 포함하는 인클로저의 외부 벽들에 의해 컨베이어(28)의 상류에서 이루어진다. 이들 벽들은, 도 3에서 화살표들(D, D)로 표시된 바와 같이, 잉여 가스를 가스 스트림의 주변부 상의 외부 구역으로부터 섬유들로부터 멀리 지향시켜, 주변 가스가 인클로저(50)의 벽들 외부로 통과하여, 주위 대기로 배출되게 한다. 스트림으로부터의 잉여 가스의 분리의 이러한 일차 단계는 난류의 과잉 가스가 하우징 내의 섬유들로부터 잘 분리되기 때문에 섬유들에 대한 안정화 효과를 갖는다.

잉여 가스의 이차 분리는 배플들(65, 65)에 의해 컨베이어의 상류에서 이루어지며, 배플들(65, 65)은, 도 3에서 화살표들(E, E)로 표시된 바와 같이, 인클로저 내의 잉여 가스를 가스 스트림의 내부 구역들로부터, 주변 구역의 내측으로, 배플들과 하우징의 측벽들(52)의 인접한 부분들 사이의 보조 통로들(49a, 49b) 내로 지향시킨다. 전환된 가스는, 도 3에서 화살표들(H, H)로 표시된 바와 같이, 인클로저(50)로부터, 컨베이어(28)의 상측 영역에 인접한 케이싱(24)의 상측 표면의 개구들을 통해, 배출 챔버(40) 내로 배출된다. 이러한 이차 단계에서 분리된 가스는 섬유들로부터 멀리 배출 챔버(40) 내로, 그 후에 출구(41)를 통해 대기로 지향된다. 따라서, 하우징 내의 섬유들에서의 난류는 더욱 감소되고, 섬유들은 안정된 조건들하에서 웨브로 수집된다.

대체로 내부 구역들의 내측에 놓이는 가스 스트림의 중앙 구역 내의 가스 및 혼입된 섬유들은, 화살표들(F, F)로 표시된 바와 같이, 중앙 통로(48) 내로, 그리고 컨베이어(28)의 방향으로 수렴하는 배플들(65, 65)에 의해 컨베이어(28) 상으로 지향된다. 컨베이어 벨트(37)의 표면의 다공성 구조로 인해, 가스 스트림 내의 섬유들(12)은 컨베이어의 상측 주행부 상에 포집되는 반면, 잉여 가스는, 도 3에서 화살표들(G, G)로 표시된 바와 같이, 인클로저(50)로부터 컨베이어를 통해 지향되고, 인클로저 아래의 배기 챔버(40) 내로 배출되고, 배기 챔버(40)로부터 잉여 가스가 배기 출구(41)를 통해 진공배기된다. 컨베이어와 가스 스트림 사이의 상대적인 이동은, 섬유들을, 가스 스트림으로부터 하류로 가스 스트림에 직각으로 이동되는 연속 웨브로 형성한다. 중앙 통로 내의 가스 스트림으로부터의 잉여 가스는 섬유를 방해하지 않고서 컨베이어를 통해 배출 챔버 내로 통과하고, 이에 의해 하우징 내의 난류를 감소시키고 컨베이어 상의 섬유들의 웨브를 안정화시킨다.

삼차 분리 단계에서, 섬유들의 웨브는 수용 구역(R)으로부터 깔때기부(55)를 통해 안정화 구역(S) 내의 도관(56) 내로 운반되며, 도관(56)은, 웨브 위의 비교적 작은 공기 갭을 갖고서, 그 길이를 따라 컨베이어 상의 웨브의 원하는 대체로 직사각형 단면에 정합하는 횡단면을 갖는다. 도관은, 예를 들어 웨브의 원하는 폭보다 10%, 25% 또는 50% 또는 그 초과만큼 넓은 폭을 가질 수 있고, 10:1 내지 10:5의 범위, 예를 들어 10:1, 10:2 또는 10:3의 종횡비(폭:높이 비)를 가질 수 있다. 도관에 진입하는 잉여 가스는 낮은 난류 또는 실질적으로 난류가 아닌 유동 경로를 따라 실질적으로 층류로 웨브에 밀접하게 제한되고, 따라서 잉여 가스가 도관을 통해 이송될 때 웨브를 안정화시킨다.

이러한 실시예에서, 잉여 가스의 대부분은 배기 챔버(40) 및 배기 출구로 지향되고, 적은 비율의 잉여 가스가 섬유 출구(58)로 지향되어, 섬유들과 함께 챔버(10)를 떠난다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 장비가 도 4를 참조하여 설명된 변형된 인클로저와 함께 사용되는 경우, 하우징을 통한 공기 및 가스의 유동 패턴은 도 4a에 도시된 바와 같다.

도 4a를 참조하면, 가스 스트림 및 섬유들로부터의 잉여 가스의 일차 분리는, 도 3의 실시예에서와 같이, 화살표들(D, D)로 표시된 바와 같이, 잉여 가스를 가스 스트림의 주변부 상의 외부 구역으로부터, 섬유들로부터 멀리, 인클로저 외부의 주위 대기로 지향시키는, 측벽들(52), 단부 벽(51) 및 에이프런(53)에 의해 이루어진다. 잉여 가스의 이차 분리는 배플들(65, 65)에 의해 인클로저 내에서 실행되며, 배플들(65, 65)은, 화살표들(E, E)로 표시된 바와 같이, 잉여 가스를 가스 스트림의 내부 구역들로부터 보조 통로들(49a, 49b) 내로, 그 후에 화살표들(H, H)로 표시된 바와 같이, 배출 챔버 내로 지향시킨다. 이러한 단계에서 분리된 가스는 더 이상 섬유들(12)에서의 난류를 야기하지 않으며, 섬유들(12)은 안정화된 조건들하에서 웨브(38)를 형성하도록 수집된다. 또한, 도 3a의 실시예에서와 같이, 가스 스트림의 중앙 구역 내의 가스 및 혼입된 섬유들은 배플들(65, 65)에 의해 중앙 통로(48) 내로 그리고 컨베이어(28) 상으로 지향된다. 가스 스트림 내의 섬유들(12)은 컨베이어의 상측 주행부 상에 포집되는 반면, 잉여 가스는, 도 3에서 화살표들(G, G)로 표시된 바와 같이, 인클로저(50)로부터 컨베이어를 통해 지향되고, 인클로저 아래의 배기 챔버(40) 내로 배출된다.

배플들(65a, 65b)의 루버들(68)은 섬유들로부터의 가스의 분리를 위한 대안적인 경로를 제공한다. 중앙 통로(48)에 진입하는 가스 스트림은 컨베이어 벨트(37)에 의해 유발된 통로를 통한 유동에 대한 저항을 겪는다. 컨베이어는, 케이싱에 의해 보조 통로들을 통한 가스의 하향 유동에 대해 제공되는 저항보다, 중앙 통로에서의 가스의 하향 유동에 대해 더 높은 저항을 제공한다. 결과적으로, 보다 높은 압력의 가스가 보조 통로들에서보다 중앙의 주 통로(48)에서 생길 수 있다. 이러한 실시예에서, 루버들은 중앙 통로로부터 보조 통로들 내로 화살표들(J-J)의 방향으로 가스를 유동시킬 수 있는 통로들을 제공하며, 이로써 중앙 통로에서의 보다 높은 압력을 완화시키고, 가스로부터의 섬유들의 분리를 향상시키고, 하우징 내의 난류를 더욱 감소시키며, 컨베이어 상의 섬유들의 안정성을 향상시킨다.

도 4c를 참조하여 설명된 하우징을 통한 가스 및 섬유들의 유동은 도 4a에 도시된 것과 유사하지만, 배플 위의 그리고 배플을 통한 가스 및 섬유들의 유동 특성들은 루버들의 패턴 및 구성에 따라 변할 것이다.

도 5, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 가스 스트림 및 섬유들로부터의 잉여 가스의 일차 분리는, 화살표들(M, M)로 표시된 바와 같이, 잉여 가스를 가스 스트림의 주변부로부터, 섬유들(12)로부터 멀리, 인클로저 외부의 주위 대기로 지향시키는, 측벽(52)의 상측 에지 및 디플렉터 패널(61)에 의해 이루어진다. 가스 스트림의 내부 구역으로부터의 섬유들 및 가스는, 화살표들(N, N, N)로 표시된 바와 같이, 중앙의 주 통로(48) 내로 지향된다. 중앙 통로(48)는 컨베이어(28)와 수직으로 정렬되며, 컨베이어(28)는 가스 스트림에 의해 컨베이어(28)에 전달된 섬유들을 포집한다. 섬유들을 혼입한 가스의 일부는, 화살표들(G, G)로 표시된 바와 같이, 컨베이어를 통해 배출 챔버(40) 내로 통과된다. 섬유들로부터의 가스의 이차 분리는 배플 플레이트들과 하우징의 측벽들(52, 52) 사이의 세장형 갭들(46)에 의해 인클로저 내에서 이루어지며, 세장형 갭들(46)은, 화살표(Q, Q)로 표시된 바와 같이, 중앙 통로(48) 아래로의 섬유들의 이동 방향으로부터 멀리 가스가 측방향으로 유동하고, 그 후에, 화살표(P, P)로 표시된 바와 같이, 배기 챔버(40) 내로 유동할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 잉여 가스는 섬유들로부터 멀리 지향되어, 방해를 거의 유발하지 않으며, 섬유들이 컨베이어 상에 규칙적이고 균일한 웨브로 수집될 수 있게 한다.

추가의 분리 단계가 출구 오리피스(59)에서 일어나며, 여기서 배플 플레이트들(91, 92)은 섬유들의 웨브가 개방 채널(64) 내로 나올 때 섬유들의 웨브로부터 멀리 상향으로 공기를 지향시킨다. 결과적인 웨브 위의 압력 감소는 웨브(38) 위의 압력을 감소시키고, 컨베이어로부터 성형 콘(74) 내로의 웨브의 이송을 돕는다.

전술한 실시예들에 따른 인클로저를 사용하는 효과는 인클로저를 포함하는 장비의 성능을, 도 1과 유사하지만 인클로저(50)를 갖지 않는 장비의 성능과 비교함으로써 입증 가능하다.

인클로저의 부재 시에, 멜트 블로잉 모듈(1)로부터의 잉여 가스가 컨베이어(28) 상의 섬유들의 웨브의 형성을 방해하는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 장비(8)에 걸친 잉여 가스의 유동의 랜덤 변동은 컨베이어를 따라 하류 방향으로 진행함에 따라 웨브의 두께 및 밀도에 변화들을 야기하며, 또한 웨브가 파손되거나 또는 컨베이어의 표면으로부터 분리되게 할 수 있다. 이러한 효과들은 멜트 블로잉 헤드로부터의 섬유들의 전달 레이트(rate of delivery) 또는 컨베이어(28)의 주행 속도(speed of travel)가 증가함에 따라 증가한다. 결과적으로, 인클로저(53)의 부재 시에, 장비는 수집된 섬유들 내의 섬유들의 분포에서의 방해들, 및 형성되는 섬유 재료의 밀도의 변화들 및 그로부터 형성된 제품들의 품질의 불균일성을 회피하기 위해, 웨브의 비교적 낮은 생산 레이트로 작동되어야 한다.

예로서, 인클로저(53)가 제공되면, 직경이 5 내지 10 미크론의 섬유들을 150 내지 200 m/분 또는 그 초과의 생산 레이트로 생산하도록 성공적으로 작동될 수 있는 반면, 인클로저를 갖지 않는 유사한 장비의 작동은 컨베이어로부터의 섬유 웨브의 이탈(break-out)을 회피하기 위해 보다 느린 생산 레이트, 전형적으로 30 내지 50 미터/분의 생산 속도를 필요로 한다.

다양한 쟁점들을 해결하고 당해 기술을 진보시키기 위하여, 본 개시의 전체는, 청구된 발명(들)이 실시될 수 있고 가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 우수한 장비 및 수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법을 제공하는 다양한 실시예들을 예시로서 도시한다. 본 개시의 장점들 및 특징들은 단지 실시예들의 대표적인 샘플이고, 여기에만 국한되거나 그리고/또는 배타적인 것은 아니다. 이러한 장점들 및 특징들은 청구된 특징들을 이해하고 교시하는 것을 돕기 위해서만 제시된다. 본 개시의 장점들, 실시예들, 예들, 기능들, 특징들, 구조들, 및/또는 다른 양태들은 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 개시에 대한 제한들로서, 또는 청구항들의 균등물들에 대한 제한들로서 고려되지 않아야 하고, 본 개시의 범위 및/또는 사상으로부터 이탈하지 않으면서 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 변형들이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들은 개시된 요소들, 구성요소들, 특징들, 부품들, 단계들, 수단들 등의 다양한 조합들을 적절하게 포함할 수 있거나, 이들로 구성될 수 있거나, 이들을 필수적으로 포함할 수 있다. 또한, 본 개시는 현재 청구되지 않지만 추후에 청구될 수 있는 다른 발명들을 포함한다.

Claims (38)

1. 가스 스트림(gas stream)에 혼입된(entrained) 섬유들을 수집하기 위한 장비로서,
   상기 장비는 인클로저(enclosure)를 포함하며,
   상기 인클로저는, 혼입된 섬유들을 운반하는 가스 스트림을 상기 인클로저 내로 지향시킬 수 있는 입구, 수집된 섬유들이 상기 인클로저로부터 인출될 수 있는 섬유 출구, 및 가스를 상기 인클로저 외부로 통과시킬 수 있는 배기 출구를 가지며,
   상기 인클로저는 상기 입구로부터 상기 섬유 출구로의 상기 인클로저를 통한 상기 섬유들을 위한 경로를 제공하여, 상기 가스 스트림 내의 잉여 가스(surplus gas)를 상기 혼입된 섬유들로부터 분리시키고, 상기 잉여 가스를 상기 배기 출구로 지향시키도록 구성되는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 인클로저는 가스 및 섬유들을 상기 입구 내로 지향시키고 상기 잉여 가스를 상기 인클로저 외부로 지향시키도록 구성되는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 섬유들을 웨브(web)로 함께 수집하도록 구성되는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 경로의 일부를 따라 상기 섬유들을 이동시키도록 배열된 이송 시스템(transport system)을 포함하는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 이송 시스템은 컨베이어(conveyor)를 포함하는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 이송 시스템은 상기 가스로부터 혼입된 섬유들을 포집하도록 상기 입구와 정렬되어 배치되고, 그 위에 침착된 섬유들을 상기 인클로저를 통해 상기 섬유 출구를 향해 이동시키도록 배열된 상류 부분을 갖는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
   상기 이송 시스템은 상기 가스 스트림의 방향과 상이한 방향으로 상기 섬유들을 이동시키도록 배열되는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
8. 제5 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입구는 상기 이송 시스템의 이동 방향에 직각인 방향으로 상기 가스 스트림을 수용하도록 배열되는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
9. 제5 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이송 시스템은, 상기 섬유들을 그 위에 지지하면서 상기 가스 스트림으로부터의 가스의 통과를 허용하도록 구성된 컨베이어를 포함하는,
   가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 인클로저 내의 실질적으로 모든 잉여 가스를 상기 배기 출구로 지향시키도록 구성되는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 인클로저 내의 적은 비율의 잉여 가스를 상기 섬유 출구로 상기 배기 출구로 지향시키도록 구성되는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 잉여 가스를 상기 가스 스트림으로부터 멀리 지향시키도록 상기 경로 내에 위치결정된 하나 이상의 배플들(baffles)을 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 경로의 일부를 따라 상기 섬유들을 이동시키도록 배열된 이송 표면, 및 상기 가스 스트림 내의 섬유를 상기 이송 표면 컨베이어 상으로 지향시키고 상기 가스 스트림 내의 잉여 가스를 상기 이송 표면으로부터 멀리 지향시키도록 위치결정된 적어도 하나의 배플을 더 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는, 상기 가스 스트림의 경로 내에 위치결정되고, 그리고 섬유들을 상기 가스 스트림 내로부터 주 통로 내로 지향시키고 잉여 가스를 상기 가스 스트림으로부터 상기 주 통로와는 별개인 보조 통로 내로 지향시키도록 배열된 배플을 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 주 통로는, 섬유들을 수용하도록 배열된, 상기 입구에 인접한 유입구, 및 섬유들을 상기 인클로저 내의 제1 영역으로 지향시키도록 배열된 배출구를 가지며; 상기 보조 통로는 주 통로와 나란히 놓이며, 상기 보조 통로는 상기 입구에 인접하고 상기 가스 스트림의 주변부로부터 가스를 수용하도록 배열된 유입구, 및 상기 제1 영역의 일 측부로 지향된 배출구를 갖는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 주 통로의 측방향 폭은 상기 제1 영역을 향해 감소하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
17. 제15 항 또는 제16 항에 있어서,
    상기 보조 통로들의 측방향 폭들은 상기 제2 영역을 향해 증가하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
18. 제14 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 배플에는 루버들(louvres)이 제공되는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
19. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 섬유들을 상기 섬유 출구를 향해 통과시킬 수 있는, 실질적으로 균일한 단면 형상의 세장형 섹션(elongated section)을 갖는 도관을 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 섬유들을 상기 도관 내로 통과시킬 수 있는 가이드(guide)를 더 포함하며, 상기 가이드는 상기 도관의 세장형 섹션을 향해 테이퍼지는 단면을 갖는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
21. 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 출구는 상기 수집된 섬유들의 이동 방향으로 연장되는 개방 채널(open channel) 내로 배출되는 출구 오리피스(outlet orifice)를 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
22. 제21 항에 있어서,
    상기 오리피스로부터 나오는 가스를 상기 섬유들의 이동 방향으로부터 멀리 지향시키도록 배열된 배플을 더 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
23. 제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 상기 잉여 가스를 수용하도록 배열된 배기 챔버를 포함하며, 상기 가스 출구는 상기 배기 챔버와 연통하도록 위치결정되는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
24. 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 스트림에 혼입된 플라스틱 재료의 섬유들을 생성하기 위한 멜트 블로잉 장비(melt blowing equipment)를 더 포함하며, 상기 멜트 블로잉 장비는 상기 가스 스트림을 상기 인클로저 내로 지향시키도록 배열되는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
25. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송 표면으로부터 섬유들의 웨브를 수용하고 상기 웨브를 연속 로드(continuous rod)로 형성하도록 배열된 로드 형성 장비(rod forming equipment)를 더 포함하는,
    가스 스트림에 혼입된 섬유들을 수집하기 위한 장비.
26. 제1 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 따른 장비에 사용하기 위한 인클로저로서,
    상기 인클로저는 혼입된 섬유들을 운반하는 가스 스트림을 상기 인클로저 내로 지향시킬 수 있는 입구, 수집된 섬유들이 상기 인클로저로부터 인출될 수 있는 섬유 출구, 및 가스를 상기 인클로저 외부로 통과시킬 수 있는 배기 출구를 한정하며,
    상기 인클로저는 상기 입구로부터 상기 섬유 출구로의 상기 섬유들을 위한 경로를 제공하고, 상기 가스 스트림 내의 잉여 가스를 상기 혼입된 섬유들로부터 멀리 지향시키도록 구성되는,
    인클로저.
27. 수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법으로서,
    가스 스트림에 섬유들을 혼입시키는 단계; 가스 및 혼입된 섬유들의 스트림을 전체적으로 또는 부분적으로 밀폐된 공간 내로 지향시키는 단계; 상기 밀폐된 공간 내에서 상기 섬유들을 함께 수집하는 단계; 상기 밀폐된 공간으로부터 수집된 섬유들을 인출하는 단계; 및 상기 밀폐된 공간으로부터 상기 가스를 배출하는 단계를 포함하며; 잉여 가스가 상기 가스 스트림으로부터 분리되고 상기 수집된 섬유들로부터 멀리 전환되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
28. 제27 항에 있어서,
    상기 혼입된 섬유들은 상기 밀폐된 공간 내로 지향되고, 잉여 가스는 상기 밀폐된 공간 외부로 지향되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
29. 제27 항 또는 제28 항에 있어서,
    상기 잉여 가스는 상기 가스 스트림의 주변부로부터 전환되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
30. 제27 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 및 혼입된 섬유들의 스트림을 포집 표면(collecting surface) 상으로 지향시키고, 상기 포집 표면과 상기 가스 스트림 사이의 상대 이동을 일으킴으로써, 상기 섬유들이 수집되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
31. 제27 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 스트림은, 상기 가스 스트림이 상기 포집 표면에 접근함에 따라 그 유동 방향에서 보다 작은 단면적의 영역 내로 모여지며(funnelled), 상기 가스 스트림의 주변부 상의 잉여 가스는 상기 유동 방향으로부터 멀리 측방향으로 전환되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
32. 제27 항 내지 제31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전환된 상기 잉여 공기는 감압에 의해 제거되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
33. 제27 항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유들은 웨브를 형성하도록 상기 밀폐된 공간에서 함께 수집되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
34. 제27 항 내지 제33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집된 섬유들에 인접한 잉여 공기는, 상기 포집 표면으로부터의 상기 웨브의 수집된 섬유들의 분리를 용이하게 하도록 상기 웨브로부터 멀리 전환되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
35. 제27 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유들은 멜트 블로잉 프로세스(melt blowing process)에 의해 상기 가스 스트림에 혼입되는,
    수집된 섬유들의 집합체를 형성하는 방법.
36. 섬유들의 로드를 형성하는 방법으로서,
    제27 항 내지 제35 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 섬유들의 웨브를 형성하는 단계, 및 상기 웨브를 연속 로드로 추가로 형성하는 단계를 포함하는,
    섬유들의 로드를 형성하는 방법.
37. 제27 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성되는,
    섬유 집합체(fibrous assembly).
38. 제27 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 형성되는,
    필터 로드(filter rod).

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