KR20210019726A - 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 토출압력에 의하여 팽창되는데 팽창시 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원될 수 있는 공간과 시간을 갖추도록하여 균제도를 향상시켜 합성섬유사의 품질향상에 그 특징이 있다.

Description

분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법 {Method for reduce the swell of injection nozzle}

본 발명은 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 토출압력에 의하여 팽창되는데 팽창시 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원될 수 있는 공간과 시간을 갖추도록하여 균제도를 향상시켜 합성섬유사의 품질향상한 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 관한 것이다.

섬유의 방사공정(spinning process)이란 고분자 유체를 가는 구멍을 통해 계속적으로 밀어내어 길고 가는 섬유로 전환시키는 공정으로 기존의 방사방법은 용융방사, 습식방사, 건식방사, 건습식 방사 등은 고분자 용융체 혹은 용액을 기계적 힘으로 노즐을 통해 압출시켜 방사하고 연신한 후, 이를 응고 혹은 고화시켜 섬유를 제조한다.

좀 더 구체적으로 설명하면 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 호퍼에 합성섬유사를 제조하기 위한 칩을 공급 후 압출기를 통해 상기 합성섬유사를 제조하기 위한 칩을 융용시키며 이때 원료로서 합성수지가 주로 사용되며 융용 온도는 약 200~300℃이다.

상기 압출기(100)에서 합성섬유사를 제조하기 위한 칩을 융용시킬 때 용융온도에 의해 가스가 발생되며 상기 용융된 수지에는 수지가 기화된 가스가 포함되어 있으며, 방사블럭(300)에 부착된 방사노즐의 토출구를 통해 일정한 형태와 지름을 갖도록 토출된 섬유사는 대기중으로 토출됨과 동시에 냉각챔버(200)의 차가운 냉각공기(QUENCHING SYSTEM)에 의해 고화시킨 후, 연신오일이 담겨있는 연신욕조를 통과시켜 표면에 연신오일을 코팅 처리하고 연신로울러(400)를 통과시켜 섬유사의 굵기를 조절하고 권취기(400)로 권취시키는 형태이다.

상기에서와 같이 합성섬유사를 제조하기 위한 칩을 용융하여 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 토출압력에 의하여 분사되고 있는 합성섬유사 분사노즐의 끝단에서 팽창되는데 팽창시 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원되야 하는데 이때 냉각챔버(200)의 차가운 냉각공기(QUENCHING SYSTEM)에 의해 고화됨으로 불균일한 섬유상태를 형성하게 되어 섬유사의 품질이 전체적으로 저하되는 문제가 있다.

또한 토출되는 섬유와 같이 수지에 포함되어 있는 기화되어 있는 가스가 대기중으로 노출되면서 방사노즐의 토출구 주변에 응고되어 제조되는 섬유사의 외부 표면을 손상시키고 또는 토출구 일부를 폐쇄하여 방사된 섬유사의 굵기가 고르지 못하게 하여 제품의 불량율을 높여 품질저하를 초래하며 심할 경우 분사노즐을 폐쇄시키는 문제가 있다.

더불어 상기한 문제점으로 인해 일정한 시간마다 방사장치의 사용을 중지시키고 방사노즐의 하부면을 청소해 주어야 하는 불편함으로 인해 생산성이 저하되는 등의 문제점이 있다.

대한민국 특허공개 제2001-32265호

본 발명은 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 토출압력에 의하여 팽창되는데 팽창시 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원될 수 있는 공간과 시간을 갖추도록하여 균제도를 향상시켜 합성섬유사의 품질 향상을 할 수 있는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법을 제공하는데 있다.

다른 목적으로는 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 액체상태의 수지가 사방으로 뛰어 노즐의 끝단에 응고되어 응고된 수지와 마찰에 의해 방사중인 섬유사가 절단되는 문제가 있는 것을 방지하도록 한 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법을 제공하는데 있다.

또 다른 목적으로는 기화되어 있는 수지(가스)가 대기중으로 노출되면서 방사노즐의 토출구 주변에 응고되더라도 분사노즐에 공간부가 형성되어 있어 합성섬유사의 외부 표면의 손상을 방지하여 제품의 불량율을 저감시켜 품질을 향상시키는 등의 효과가 있는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적은 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 있어서, 합성수지를 용융하여 방사하는 방사노즐 끝단을 방사노즐의 안쪽으로 들어간 공간부를 형성시켜 방사노즐로부터 대기중으로 섬유사가 노출될 때 대기의 흐름에 영향을 받지 않도록 한 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 의하여 달성된다.

상기 공간부가 반원형, ∩, △, □ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 의하여 달성된다.

상기 공간부가 단턱을 형성하여 다단으로 형성된 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 의하여 달성된다.

이와 같은 본 발명은 첫째, 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 토출압력에 의하여 팽창되는데 팽창시 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원될 수 있는 공간과 시간을 갖추도록하여 균제도를 향상시켜 합성섬유사의 품질 향상의 이점과,

둘째, 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 액체상태의 수지가 사방으로 뛰어 노즐의 끝단에 응고되어 응고된 수지와 마찰에 의해 방사중인 섬유사가 절단되는 문제가 있는 것을 방지하도록 하는 이점과,

셋째, 기화되어 있는 수지(가스)가 대기중으로 노출되면서 방사노즐의 토출구 주변에 응고되더라도 분사노즐에 공간부가 형성되어 있어 합성섬유사의 외부 표면의 손상을 방지하여 제품의 불량율을 저감시켜 품질을 향상시키는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1은 일반적인 합성섬유사의 제조방법을 보여주는 예시도.
도 2는 일반적으로 분사노즐에서 합성섬유사가 토출될 때의 구조를 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 기술의 요점인 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법을 설명하기 위한 분사노즐의 구조를 보여주는 단면도.
도 4a 및 도 4d는 분사노즐의 다른 실시 구조를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 사용상태를 보여주는 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 3은 본 발명의 기술의 요점인 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법을 설명하기 위한 분사노즐의 구조를 보여주는 단면도로써 이에 따른 본 발명은 합성수지를 용융하여 방사하는 방사장치(300)의 방사노즐(10) 끝단을 방사장치(300)의 안쪽으로 들어간 공간부(200)를 형성시켜 방사노즐(10)로부터 대기중으로 섬유사가 노출될 때 대기의 흐름에 영향을 받지 않도록 한 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법이 제공된다.

분사노즐(100)의 끝단에서 발생되는 스웰은 폴리머 재료를 분사노즐(100)을 통해 압출하여 분사 할 때 특히 폴리머 압출과 같은 합성수지재 프로세싱에서는 폴리머의 탄성과 관련이 있습니다. 고분자의 불규칙 나사선 구조가 분사노즐을 통과할 때 수축이 발생하고 분사노즐 내에서 부분적으로 이완된 후 분사노즐의 출구에서 회복됩니다.

회복 즉, 팽창의 효과는 매우 크며 특히 폴리올레핀계(폴리에틸렌, 폴리프로필렌) 또는 저준위 폴리아미드 및 폴리카보네이트(폴리에스터)에는 더욱 편차가 크게 나타난다.

상기 본 발명은 분사노즐(100)로부터 일정 압력으로 방사되는 합성섬유사가 압력에 의해 토출될 때 순간적으로 토출압력에 의하여 팽창되는데 팽창시 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원될 수 있는 공간과 시간을 갖도록 분사노즐 끝단에 분사노즐 내측으로 들어가 형성된 공간부를 형성시켜 균제도를 향상시켜 합성섬유사의 품질 향상을 할 수 있는 분사노즐(100)에서 스웰을 저감시키는 방법을 제공하는데 있다.

한편, 상기 공간부(200)는 첨부도면 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 반원형, △, □ 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며 첨부도면 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 공간부(200)를 다단으로 형성시켜 사용할 수도 있다.

상기한 스웰은 상기 분사노즐(100)의 출구 직경(D)과 계산된 상기 용융 스트랜드)의 두께로부터 용융수지의 팽창비(DSR)를 얻게 된다. 이를 수학식으로 나타내면 하기의 수학식 1과 수학식 2와 같다.

여기서, Q는 용융수지의 유량, A는 분사노즐의 단면적, R은 분사노즐의 반지름, r은 분사노즐의 출구 반지름, v는 압력이다.

상기 식에서와 같이 분사노즐(100)을 통과한 섬유사는 순간적으로 팽창이 일어나게 되면서 하부에 있는 냉각장치에 의해 경화가 일어나게 되는데 이때 상기 팽창되는 섬유사가 일정하게 팽창되는 것이 아니어서 회복되는 시간이 필요하게 되는데 상기 공간부가 분사노즐(100)에서 대기중으로 분사되어 팽창되고 다시 회복되는 시간을 갖을 수 있도록 하는 구간이다.

상기 대기중으로 방출된 섬유사가 냉각장치에 의해 바로 냉각되면 팽창율이 다른 섬유사의 균제도가 저하됨으로 팽창 후 회복시간을 갖도록 함으로서 균제도를 향상시키는 방법이다.

한편 본 발명은 분사노즐로부터 일정 압력으로 방사되는 될 때 순간적으로 기화되어 있는 수지(가스)가 대기중으로 노출되면서 방사노즐의 토출구 주변에 응고되더라도 분사노즐에 공간부가 형성되어 있어 합성섬유사의 외부 표면의 손상을 방지하여 제품의 불량율을 저감시켜 품질을 향상시키는 등의 효과가 있으며 액체상태의 수지가 사방으로 뛰어 노즐의 끝단에 응고되어 응고된 수지와 마찰에 의해 방사중인 섬유사가 절단되는 문제를 방지하게 된다.

좀더 구체적으로 설명하면 방사되는 섬유사에 의해 공간부(200)는 진공상태가 형성되며 이때 공간부에 노출된 섬유사는 팽창과 함께 순간적으로 수축이 일어나게 된다.

이때 상기 수축 회복현상 발생시 대기중의 공기 또는 냉각장치에서 공급되는 저온의 공기와의 접촉을 방지하게 되면서 팽창부분이 냉각되지 않고 원상태로 복원될 수 있는 공간과 시간을 갖추도록하여 균제도를 향상시켜 합성섬유사의 품질 향상의 이점을 갖게 되는 것이다.

한편 공간부가 순간적으로 진공현상이 발생되기 때문에 섬유사와 함께 방출되던 가스도 공간부에 노출되는 순간 섬유사의 방사속도에 의해 방사장치의 표면과 접촉하여 응고되지 않고 그대로 대기중으로 방출되기 때문에 방사노즐 끝단에 가스가 응고되는 것을 방지하게 된다.

본 발명의 공간부의 표면에 코팅층을 형성시켜 가스 또는 수지 찌꺼기가 누러 붙는 것을 방지할 수 있다. 상기 코팅층으로는 테프론이 바람직하다.

10 : 방사노즐 100 : 분사노즐
200 : 공간부 300 : 방사장치

Claims (4)

1. 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법에 있어서,
   합성수지를 용융하여 방사하는 방사노즐 끝단을 방사노즐의 안쪽으로 들어간 공간부를 형성시켜 방사노즐로부터 대기중으로 섬유사가 노출될 때 대기의 흐름에 영향을 받지 않도록 한 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공간부가 반원형, △, □ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 공간부가 단턱을 형성하여 다단으로 형성된 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 공간부의 표면에 코팅층을 더 형성한 것을 특징으로 하는 분사노즐의 스웰을 저감시키는 방법.

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