KR20240035437A - 부직포의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

발명이 해결하고자 하는 과제는, 섬유 직경이 매우 작은 극세 섬유의 부직포를 효율적으로 얻을 수 있는 부직포의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 부직포의 제조 장치는, 용융된 폴리머를 토출하기 위한 토출 구멍(2)이 1열로 배치된 토출 구멍군을 갖는 노즐(1)과, 상기 노즐(1)의 토출 구멍군을 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 립(3) 사이에, 슬릿상의 갭(4)을 갖고, 상기 토출 구멍(2)으로부터 토출된 폴리머에 대하여 상기 갭(4)으로부터 기체를 분사하여 부직포를 제조하는 장치이며, 상기 토출 구멍(2)으로부터 토출되는 폴리머를 사이에 두고 대향하도록, 상기 립(3)의 하면을 기점으로, 폴리머 토출 방향으로 연장되는 한 쌍의 폭 확대 벽면(6)을 배치하고, 상기 한 쌍의 폭 확대 벽면(6)이 이루는 각도 α가 60°≤α≤120°의 범위이며, 또한 상기 립(3)의 하면과 상기 갭(4)을 형성하는 벽면의 교점을 (X), 상기 립(3)의 하면과 상기 폭 확대 벽면(6)의 교점을 (Y)라 했을 때, 대향하는 교점(X)간의 간격 P와, 대향하는 교점(Y)간의 간격 H가, 2≤H/P≤15의 범위인 것을 특징으로 한다.

Description

부직포의 제조 장치 및 제조 방법

본 발명은, 멜트블로우법에 의한 부직포의 제조에 적합한 장치 및 방법에 관한 것이다.

부직포의 제조 방법 중 하나로서는, 구금의 노즐로부터 토출된 폴리머에, 고속 또한 고온의 기류를 분사함으로써, 폴리머를 인장하면서 용융 접착시켜 웹을 형성하고, 그것을 넷 컨베이어 위에 포집하여 부직포를 얻는 멜트블로우법을 들 수 있다. 멜트블로우법에서 사용되는 구금은, 폭 방향으로 토출 구멍이 일렬로 배열된 토출 구멍군을 갖는 노즐과, 이 노즐의 양측에 토출 구멍군을 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 립을 갖고, 노즐과 립 사이에 간극이 형성되어 있다. 그리고, 노즐의 토출 구멍으로부터 토출된 폴리머에 대하여, 간극으로부터 고온 공기를 고압력 하에서 고속으로 분출함으로써, 극세 섬유를 포함하는 부직포를 제조하는 것이 가능해진다. 근년에는, 이 부직포가 다종 다양한 용도로 전개되는 가운데, 필터, 의료용 마스크, 의료용 가운 등의 고성능 용도에의 전개로서, 섬유 직경이 매우 작은 부직포가 요구되고 있다.

이러한 상황 중에서, 부직포의 섬유 직경을 작게 하는 수단으로서, 여러가지 개선 검토가 진행되어 왔다. 섬유 직경을 작게 하기 위해서는, 예를 들어 구금의 하나의 토출 구멍으로부터 토출되는 폴리머양을 적게 하는 방법을 들 수 있지만, 그 때에는, 생산량이 저하되어버리는 문제가 발생한다. 또한, 폴리머의 토출량을 저하시키면, 토출의 불안정화가 발생하는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1에서는, 멜트블로우 구금에 관하여, 슬릿(토출 구멍)으로부터 토출하는 용융 폴리머에 대하여 분출하는 열풍의 유로 폭을, 해당 열풍이 슬릿 하단부에서 폴리머와 합류하는 지점 이후에 최소화하고, 그 후에 서서히 확대시키는 것이 개시되어 있다. 이것에 의하면, 최소 유로폭의 부위에 있어서 열풍이 음속에 달하고, 그 후에 열풍이 완만하게 단열 팽창함으로써, 효율적으로 섬유를 세경화할 수 있다.

일본 특허 공개 소51-67411호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 멜트블로우 구금은, 슬릿으로부터 분출된 열풍의 유로가, 폴리머 분출 후에 일단 축류(縮流)되고, 그 후 서서히 폭 확대되는 형상을 이루고 있다. 그 때문에, 분류가 코안다 효과로 한쪽의 벽면을 따르게 되어버려, 웹을 포집하는 넷 컨베이어에 대하여 비스듬히 분사된다. 그 결과, 넷 컨베이어의 상방으로 섬유가 깃털과 같이 날아 올라가버려, 웹을 형성하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 노즐로부터 토출된 폴리머가, 유로의 축류부 및 폭 확대 유로에 부착되기 쉬워져, 샷(폴리머의 덩어리)이 발생하여, 연속 생산이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 유로 폭이 국소적으로 매우 좁아지기 때문에, 압력 손실이 높아져, 필연적으로 열풍을 공급하기 위한 컴프레서 장치 성능을 높일 필요가 있어, 설비비가 높아지는 경우가 있다. 또한, 멜트블로우 구금에 있어서는, 공급하는 열풍의 공급압을 높임으로써, 섬유 직경의 세경화의 효과를 얻는 것이 가능하지만, 압공 에어를 사용하는 점에서 용역 비용이 높아진다.

따라서, 본 발명의 목적은, 섬유 직경이 매우 작은 극세 섬유의 부직포를 효율적으로 얻을 수 있는 부직포의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 이하 중 어느 구성을 채용한다.

(1) 용융된 폴리머를 토출하기 위한 토출 구멍이 1열로 배치된 토출 구멍군을 갖는 노즐과, 상기 노즐의 토출 구멍군을 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 립 사이에, 슬릿상의 갭을 갖고, 상기 토출 구멍으로부터 토출된 폴리머에 대하여 상기 갭으로부터 기체를 분사하여 부직포를 제조하는 장치이며,

상기 토출 구멍으로부터 토출되는 폴리머를 사이에 두고 대향하도록, 상기 립의 하면을 기점으로, 폴리머 토출 방향으로 연장되는 한 쌍의 폭 확대 벽면을 배치하고,

상기 한 쌍의 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α가 60°≤α≤120°의 범위이며, 또한

상기 립의 하면과 상기 갭을 형성하는 벽면의 교점을 X, 상기 립의 하면과 상기 폭 확대 벽면의 교점을 Y라 했을 때, 대향하는 교점 X간의 간격 P와, 대향하는 교점 Y간의 간격 H가, 2≤H/P≤15의 범위인

것을 특징으로 하는 부직포의 제조 장치.

(2) 상기 립의 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도 β가, 70°≤β≤120°인, 상기 (1)에 기재된 부직포의 제조 장치.

(3) 상기 폭 확대 벽면의 폴리머 토출 방향의 길이 γ가 10mm 이상인, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 부직포의 제조 장치.

(4) 상기 폭 확대 벽면이 폴리머 토출 방향과 교차하는 방향으로 이동 가능한, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 부직포의 제조 장치.

(5) 상기 폭 확대 벽면의 산술 평균 조도 Ra가 100㎛ 이하인, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 부직포의 제조 장치.

(6) 상기 폭 확대 벽면의 가열 기구를 갖고 있는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 것에 기재된 부직포의 제조 장치.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 장치를 사용한 부직포의 제조 방법.

또한, 본 발명에 있어서 「립의 하면」이란, 립의 폴리머 토출 방향 하류측에 면한 면인 것을 의미한다.

본 발명에 있어서 「슬릿상의 갭」이란, 1열로 배치된 토출 구멍군과 대략 평행하게 배치되고, 단면이 일방향으로 긴 직사각 형상의 갭인 것을 의미한다.

본 발명에 있어서 「한 쌍의 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α」란, 도 1에 나타내는 바와 같이, 실질적으로 평면의 벽면, 폴리머 토출 방향 상류측으로의 연장선에 의해 형성되는 각도이지만, 예를 들어 한 쌍의 평면 벽면이 립측에 R부를 갖는 경우 등, 평면부와 함께 폴리머 토출 방향으로 폭 확대 각도가 변화되고 있는 부분을 갖는 폭 확대 벽면의 경우에는, 한 쌍의 평면부의 연장선이 이루는 각도를 채용한다.

「립의 하면과 갭을 형성하는 벽면의 교점」에 대해서도, 실질적으로 2개의 평면의 교점을 말하지만, 교점에 상당하는 위치가 R부로 형성되어 있는 경우에는, 각각의 평면의 연장선의 교점을 채용한다. 또한, 「립의 하면과 상기 폭 확대 벽면의 교점」이란, 실질적으로 평면의 폭 확대 벽면과 실질적으로 평면의 립 하면과의 교점을 말하지만, 교점에 상당하는 위치가 R부로 형성되어 있는 경우에는, 각각의 평면의 연장선의 교점을 채용한다.

본 발명에 따르면, 구금 바로 아래의 분류를 제어함으로써, 샷 등의 결점 발생을 방지하여, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금의 일 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 종래예에 있어서의 멜트블로우 구금의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 부직포의 제조 장치의 일 실시 형태를 도시하는 개략 측면도이다.
도 4는 종래예에 있어서의 멜트블로우 구금의 바로 아래에서의 기류의 방향을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금의 바로 아래에서의 기류의 방향을 도시한 모식도이다.
도 6은 종래예에 있어서의 멜트블로우 구금의 바로 아래에서의 기류의 방향을 도시한 모식도이다.
도 7은 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금의 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금의 또 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명에 포함되지 않는 멜트블로우 구금의 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명에 포함되지 않는 멜트블로우 구금의 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금의 추가 별도로 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 부직포의 제조 장치 및 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명에 사용되는 멜트블로우 구금의 일 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다. 도 2는, 종래예의, 립 하면에 폭 확대 벽면이 없는 멜트블로우 구금의 개략 단면도이다. 도 3은 부직포의 제조 장치예를 도시하는 개략 측면도이다. 도 4는, 종래예의, 립 하면에 폭 확대 벽면을 설치하지 않은 경우에 있어서의, 멜트블로우 구금 바로 아래에서의 기류의 방향을 도시하는 도면이다. 도 5는, 본 발명의 실시 형태에 있어서의, 멜트블로우 구금 바로 아래에서의 기류의 방향을 나타낸다. 도 6은, 립 하면에 폭 확대 벽면을 설치하지만, 본 발명에는 포함되지 않는 다른 종래예의, 멜트블로우 구금 바로 아래에서의 기류의 방향을 도시하는 도면이다. 도 7, 8은, 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금의 다른 실시 형태를 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 도 4 내지 6에 있어서, 화살표의 방향은 기류의 방향을 나타낸다. 또한, 여기서 말하는, 「멜트블로우 구금 바로 아래」란, 멜트블로우 구금의 노즐의 토출 구멍으로부터 폴리머 토출 방향에 대하여 하방의 영역을 나타낸다. 그리고, 이들 도면은, 본 발명의 요점을 정확하게 전달하기 위한 개략도이며, 도면을 간략화하고 있고, 본 발명에 있어서의 멜트블로우 구금은, 특별히 제한되는 것은 아니고, 또한 치수비 등은 실시 형태에 맞게 변경 가능하다.

본 발명의 실시 형태에 사용되는 부직포의 제조 장치는, 도 3에 도시한 바와 같이, 폴리머 도입관(8), 멜트블로우 구금(9), 포집 넷 컨베이어(10), 롤러(11) 등으로 구성된다. 멜트블로우 구금(9)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 토출 구멍(2)이 일방향(도 1에 있어서의 지면 깊이 방향)으로 배치된 토출 구멍군을 갖는 노즐(1)과, 노즐(1)의 토출 구멍군을 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 립(3)을 갖고, 노즐(1)과 각각의 립(3) 사이에는, 슬릿상의 갭(4)이 형성되어 있다.

이러한 장치 구성에 있어서, 폴리머를 폴리머 도입관(8)으로부터 멜트블로우 구금(9)에 공급함과 함께, 고온 공기 등의 기체도 멜트블로우 구금(9)에 공급하고, 노즐(1)의 토출 구멍(2)으로부터 용융 폴리머를 토출한다. 이 때, 폴리머는 폴리머 도입관(8)으로부터 멜트블로우 구금(9)에 직접 공급해도 되지만, 코트 행거 다이를 포함하는 스핀 블록(도시 없음)을 통해 멜트블로우 구금(9)으로 유도해도 된다. 그 후, 토출 구멍(2)으로부터 연속적으로 토출된 폴리머에, 노즐(1)과 립(3) 사이에 형성된 갭(4)으로부터 고온 공기 등의 기체를 분사함으로써, 폴리머를 견인하고, 세경화하면서, 용융 접착시켜 웹(12)을 형성한다. 그 웹(12)을 포집 넷 컨베이어(10)로 포집하고, 부직포로서 롤러(11)에 권취한다. 또한, 포집 넷 컨베이어(10)를 사용하지 않고, 직접 회전하고 있는 롤러에 폴리머를 토출하고, 고온 공기 등의 기체를 분사함으로써 웹(12)을 형성해도 된다.

여기서, 토출 구멍(2)으로부터 토출된 폴리머는, 점도가 낮은 상태인, 토출 구멍(2)으로부터 폴리머의 토출 방향으로 수밀리까지의 구간(연신 구간이라고 칭함)에서, 견인되어 세경화되기 때문에, 이 연신 구간에서 효율적으로 견인력을 발현시키는 것이 중요해진다. 여기서 견인력 F는, 상수를 CF, 분사하는 기체의 밀도 ρ, 연신 구간에서의 기체의 풍속 v, 선상이 되는 폴리머의 원주 길이 c, 연신 구간의 길이 l이라 하면, 식 (A)에 나타내는 바와 같이, 기류의 풍속 v의 2승, 연신 구간의 길이 l에 비례한다.

F=CF×ρ×v²×c×l 식 (A)

그 때문에, 견인력 F를 효율적으로 증가시키는 방법으로서는, 연신 구간으로의 기체의 풍속 v와 연신 구간의 길이 l을 증가시키는 것을 생각할 수 있다.

그 수단으로서, 예를 들어 전술한 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 분출하는 기체의 유로를 슬릿 하단부에서 합류시킨 후에 유로 폭을 최소화하고, 그 후 유로 폭을 확대함으로써, 기체의 속도 v를 높일 수 있다. 그러나, 이러한 방법에 의하면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 폴리머 토출 후에 매우 유로 폭이 좁은 부분이 폴리머 토출 방향을 따라서 연장되는 점에서, 분류가 코안다 효과로 한쪽의 벽면을 따라서 흐르기 쉬워진다. 그 결과, 토출 구멍(2)으로부터 토출된 폴리머가 토출 방향으로 직진하여 흐를 수 없어, 연신 구간의 길이 l이 매우 짧아진다. 또한, 전술한 바와 같이, 폴리머가 포집 넷 컨베이어(10)에 대하여 비스듬히 분사되는 점에서, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

또한, 일반적으로 멜트블로우 구금에서는, 한 쌍의 갭(4)으로부터 고속의 기체를 분출하고, 충돌시킨 후에 분류를 형성하는 점에서, 기류 혼란이 매우 커지기 쉽고, 구금 바로 아래에서 안정적으로 분류부를 형성하는 것이 매우 어렵다. 또한, 분류부는, 갭(4)으로부터 분출된 기류의 고속 영역(일반적으로 정의되는 마하수 0.3 이상의 영역)이지만, 이 분류부의 풍속 v가 높은 구간이, 연신 구간이 된다. 따라서, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조하기 위해서는, 멜트블로우 구금의 바로 아래에 있어서, 안정적으로 연신 구간의 길이 l을 충분히 확보하면서, 그 구간에 있어서 풍속 v를 증가시키는 것이 필요해진다.

그래서, 본 발명자들은, 종래의 기술에서는, 어떤 배려도 되지 않았던, 상기 문제에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 본 발명의 새로운 기술을 알아내기에 이르렀다. 즉, 본 발명에 있어서는, 도 1, 5에 나타내는 바와 같이, 립(3)의 하면을 기점으로, 폴리머 토출 방향으로 연장되는 한 쌍의 폭 확대 벽면(6)을 배치시킨다. 그리고, 한 쌍의 폭 확대 벽면(6)이 이루는 각도 α를 60°≤α≤120°의 범위로 한다. 또한, 립(3)의 하면과 갭(4)을 형성하는 벽면의 교점 X, 립(3)의 하면과 폭 확대 벽면(6)의 교점을 Y라 할 때, 대향하는 교점 X간의 간격 P[mm]와, 대향하는 교점 Y간의 간격 H[mm]가, 2≤H/P≤15의 범위가 되도록 한다.

여기서, 종래예의 실시 형태(도 4)와, 상기 구성의 폭 확대 벽면을 갖는 본 발명의 실시 형태(도 5)에 있어서의 구금 바로 아래에서의 기류의 형태의 차이를 설명한다. 도 4에 나타내는 종래예의 실시 형태에서는, 1쌍의 갭(4)으로부터 분출된 고속의 기체가 서로 충돌하여 분류부를 형성하고, 분류부의 기체가, 대향하는 교점 X의 간극으로부터 하방을 향해 확산된다. 그 때, 립(3)의 하면을 따라서, 수반류가 분류부에 대하여 대략 수직으로 유입하고, 이 수반류를 말려들게 하면서, 서서히 분류부가 폭 확대되어 간다. 이 분류부에 의해, 섬유상의 폴리머는, 연신된 후에 감속되고, 넷 컨베이어(10)에 착지한다. 한편, 도 5에 나타내는 본 발명의 실시 형태에서는, 1쌍의 갭(4)으로부터 분출된 분류부에 대하여, 수반류가 폭 확대 벽면(6)과 립(3)의 하면을 따라서 흐르고, 분류부의 주류 방향(도면 중의 하향)과는 역향하는 방향으로부터 분류부에 유입된다. 그 결과, 구금 바로 아래의 분류부에서는, 노즐(1)의 양측으로부터 유입된 수반류에 의해 분류 폭 w가 눌러 좁혀져 분류부의 단면적이 작아지고, 나아가서는, 연신 구간의 풍속 v가 종래예에 비해 빨라진다. 또한, 분류의 주류 방향과는 역향하도록 폭 확대 벽면(6)을 따라서 기류가 흘러듦으로써, 분류부의 폭 확대가 억제된다. 그 결과, 폴리머 토출 방향으로 분류부가 길어지고, 연신 구간 l이 증가한다. 이와 같이, 본 발명의 실시 형태의 멜트블로우 구금에서는, 연신 구간의 길이 l과 그 구간의 풍속 v가 높아짐으로써, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같이, 대향하는 한 쌍의 폭 확대 벽면(6)이 이루는 각도 α가, 60°≤α≤120°의 관계를 만족시킨 후, 토출 구멍(2)을 사이에 두고 대향하는 교점 X간의 간격 P[mm]와, 토출 구멍(2)을 사이에 두고 대향하는 교점 Y간의 간격 H[mm]가, 2≤H/P≤15의 관계를 만족시키도록 조정하지만, H/P가 2≤H/P≤15의 관계를 만족시켜도, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이 상기 각도 α가 α<60°인 경우에는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 토출한 폴리머가 한쪽의 폭 확대 벽면(6)으로 치우쳐버려, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 얻는 것이 곤란해진다. 한편, 상기 각도 α가 α>120°인 경우에는, 수반류가 분류부를 좁힐 수 없어, 세경화의 효과를 얻지 못한다.

또한, 상기 각도 α가 60°≤α≤120°의 관계를 만족시켜도, H/P<2인 경우에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 토출한 폴리머가 한쪽의 폭 확대 벽면(6)으로 치우쳐버려, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 얻는 것이 곤란해진다. 또한, H/P>15인 경우에도, 수반류가 분류부를 좁힐 수 없어, 세경화의 효과를 얻지 못한다. 본 발명에 있어서는, 60°≤α≤120° 또한 2≤H/P≤15를 만족시키도록 조정함으로써, 노즐(1)의 바로 아래 분류를 제어하여, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조할 수 있다.

상기 각도 α는 70°≤α≤110°의 범위인 것이 바람직하다. 또한, H/P는 3≤H/P≤8의 범위인 것이 바람직하다. 결국은, 간격 P[mm]는 분류부의 초기의 폭을 결정하면서, 간격 H[mm]는 그 분류의 하류측에 있어서의 분류의 폭 확대를 결정하게 되기 때문에, 이 비율 H/P가 분류의 제어, 나아가서는 세경화에 중요한 파라미터가 된다.

본 발명에 있어서는, 토출 구멍(2)을 사이에 두고 대향하는 교점 X간의 간격 P[mm]는, 0.4≤P≤4.0의 범위인 것이 바람직하다. 에어 갭 폭은 토출 구멍의 배열 방향(장치 폭)에 걸쳐 균일하게 설정할 필요가 있지만, 0.4≤P로 함으로써 해당 에어 갭 폭을 장치 폭에 걸쳐 균일하게 설정하기 쉬워진다. 한편, P≤4.0으로 함으로써 분류 속도를 빠르게 하여 세경화를 보다 달성하기 쉬워진다.

한 쌍의 폭 확대 벽면(6)은, 임의로 각 폭 확대 벽면(6)의 기울기를 변경할 수 있는 것이 바람직하다. 폭 확대 벽면(6)을 구성하는 부재(5)는 블록이어도 판재여도 되고, 립(3)과 폭 확대 벽면(6)이 일체 구성이어도 된다. 또한, 립은, 폴리머에 대하여 분출되는 기체의 유로를, 노즐과 함께 형성·규제하는 데에 기여하는 부위이며, 일체 구성인 경우, 해당 부위의 기체를 분출하는 선단(교점 X)을 포함하는 하면이 「립의 하면」이 된다.

본 발명에 있어서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 노즐(1)의 선단이 폴리머 토출 방향에 대하여 립(3)의 하면과 동일 위치여도 되지만, 도 11에 나타내는 바와 같이 노즐(1)의 선단이 폴리머 토출 방향에 대하여 립의 하면보다도 상류측이어도 되고, 또한 하류측에 있어도 된다.

본 발명에 있어서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 립(3)의 하면이 폴리머 토출 방향에 대하여 수직이지 않아도 되고, 상기 립의 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도 β가, 70°≤β≤120°인 것이 바람직하다. β를 70° 이상으로 함으로써, 분출부에서 수반류가 폭 확대 벽면(6)으로 치우치는 것을 보다 확실하게 방지하여 컨베이어 벨트에서의 포집을 보다 용이하게 할 수 있다. 단, β가 120°보다 커지면, 립 선단 두께가 얇아지는 점에서, 가공이 곤란할 뿐 아니라 내구성이 저하되기 쉬워진다.

본 발명에 있어서는, 폭 확대 벽면(6)의 폴리머 토출 방향의 길이 γ가 10mm 이상인 것이 바람직하다. γ를 10mm 이상으로 함으로써, 갭(4)으로부터 분출된 기류의 분류부를 확실하게 좁게 할 수 있는 점에서, 세경화의 효과가 높아지기 쉬워진다. 특히 해당 길이 γ는 10mm 내지 50mm의 범위인 것이 바람직하다. 해당 길이 γ를 50mm 이하로 함으로써, 분류부의 폭 확대 벽면(6)으로의 치우침을 더욱 방지할 수 있다. 또한, 폭 확대 벽면(6)은 2개 이상의 폭 확대 부재로 구성되어 있어도 되고, 그 경우, 폴리머 토출 방향에 하방의 폭 확대 부재(6)를 착탈 가능하게 하는 것이 바람직하다. 2개 이상의 폭 확대 부재(6)의 접속면에 있어서는, 폭 확대 벽면이 1직선은 아니고, 단차가 발생하고 있는 구성이어도 되지만, 공기가 빠지지 않도록 시일되어 있을 필요가 있다. 또한, 그 경우, 상기 α나 H는, 립(3)의 하면에 접해 있는 측의 폭 확대 부재(6)를 기준으로 구한다.

본 발명에 있어서는, 폭 확대 벽면(6)을 구성하는 폭 확대 부재(5)가, 립(3)의 하면을 따라서, 수평 방향으로 이동 가능한 것이 바람직하다. 이것은, 장치의 운전 개시 시 등 폴리머 토출이 불안정한 상태에서는 폭 확대 벽면(6)에 폴리머가 부착될 가능성이 있기 때문에, 운전 개시 시 등에는 폭 확대 벽면(6)을 노즐(1)의 토출 구멍(2)으로부터 이격시켜두고, 토출 상태가 안정된 단계에서, 폭 확대 부재(5)를 소정의 위치로 이동하기 위함이다. 이동 거리에 대해서는, 수평 방향으로 10mm 이상인 것이 바람직하고, 특히 50mm 이상이 바람직하다. 이 때의 폭 확대 부재(5)의 이동에는, 볼트의 압인, 이송 나사나 레일 기구를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 폭 확대 벽면(6)의 가열 기구를 갖고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 폭 확대 벽면(6)을 구성하는 폭 확대 부재(5)가, 히터 등의 가열 기구에 의해 가열되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 폭 확대 벽면(6)을 따라서 노즐(1)을 향해 예를 들어 상온의 수반류가 흐르는 점에서, 폭 확대 부재(5)를 통하여 노즐(1)의 선단이 냉각되기 쉬워진다. 그 결과, 토출 시의 폴리머 용융 점도가 상승함으로써, 섬유를 효율적으로 연신하는 것이 저해되어 세경화의 효과가 저감되어버릴 우려가 있다. 그 때문에 폭 확대 벽면(6)의 가열 기구를 마련하여, 폴리머의 토출 시의 용융 점도 상승을 방지하는 것이 바람직하다. 히터의 종류에 대해서는, 막대 형상이어도 플레이트상 등을 들 수 있지만, 균일성의 관점에서 플레이트상이 보다 바람직하다. 히터의 열량에 대해서는, 1.2KW/ｍ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 가열 기구 대신에, 폭 확대 부재의 표면이 열전도율이 낮은 단열판으로 덮여 있어도 되고, 열전도율에 대해서는, 1.0W/m/K 이하인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 립(3)의 하면 근방에 있어서, 폭 확대 벽면(6)이 평면부에 더하여 립(3)의 하면에 점근하는 R부를 갖는 구성이어도 된다. 본 발명에서는, 전술한 바와 같이, 구금 바로 아래에서의 에어의 분류부의 폭 확대를, 폭 확대 벽면(6)을 따르게 한 수반류의 유입에 의해 억제하는 것이 포인트인 점에서, 수반류의 주된 흐름에 영향이 없는 범위에서 R부를 형성하였다고 해도, 세경화의 효과가 발현된다.

본 발명에 있어서, 폭 확대 벽면은, 산술 평균 조도 Ra가 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. 폭 확대 벽면의 산술 평균 조도 Ra가 Ra>100㎛인 경우에는, 폭 확대 벽면(6)의 요철에 의해 와류가 발생하기 쉽고, 수반류의 혼란이 커져, 세경화의 효과가 저감될 우려가 있다. 또한, 폭 확대 벽면(6)의 가공에 의한 절목(節目)의 방향은, 도 5에 나타내는 폭 확대 벽면(6) 근방의 기류의 방향에 대하여 평행한 것이, 와류의 발생을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 폭 확대 부재의 재질로서는, 스테인리스나 알루미늄 등의 금속 재료나 유리 섬유 등의 플라스틱 재료를 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명은 매우 범용성이 높은 발명이며, 공지된 멜트블로우 부직포를 제조할 때 적용할 수 있다. 따라서, 부직포를 구성하는 폴리머에 의해 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 부직포를 구성하는 폴리머의 일례를 들면, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌술피드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 등을 들 수 있다. 폴리머의 MFR(멜트 플로 레이트)는 300 내지 1500g/10분인 것이 바람직하고, 특히, 900 내지 1300g/10분인 것이 바람직하다. 상기한 폴리머에, 제사 안정성을 손상시키지 않는 범위에서, 이산화티타늄 등의 소광제, 산화규소, 칼리온, 착색 방지제, 안정제, 항산화제, 소취제, 난연제, 실 마찰 저감제, 착색 안료, 표면 개질제 등의 각종 기능성 입자나 유기 화합물의 첨가제가 함유되어 있어도 되고, 공중합이 포함되어도 된다. 또한, 셀룰로오스, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴니트릴 등의 폴리머를 용매에 용해시킨 폴리머 용액이어도 된다. 폴리머의 방사 온도는, 사용하는 폴리머의 융점이 기준이 되고, 융점+60℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 갭(4)으로부터 분사하는 기체는, 공기가 가장 경제적이어서 바람직하지만, 혼합 가스나 스팀, 포화 증기, 과열 증기여도 된다. 견인력을 향상시키기 위해서는, 전술한 식 (A)와 같이, 기체의 밀도 ρ도 관련되어 있는 점에서, 밀도가 높은 기체를 선택하는 것이 바람직하다. 기체의 온도는, 토출되는 폴리머 온도로부터 +50℃ 이하의 범위로 설정하는 것이 좋다.

또한 본 발명에 있어서는, 좌우의 갭(4)으로부터 공급되는 기체의 유량에 차가 있어도 된다.

실시예

이하, 실시예를 들어, 본 발명의 제조 장치와 제조 방법의 효과를 구체적으로 설명한다. 또한 실시예에 있어서의 특성값의 측정법 등은 다음과 같다.

<기류의 치우침>

기류의 치우침은, 방사 중에, 풍속계(닛본 카노막스 가부시키가이샤: MODEL6501 시리즈)를 사용하여, 장치 폭의 중앙의 위치에서 평가한다. 구체적으로는, 좌우의 폭 확대 벽면에 대하여, 노즐 토출면으로부터 폴리머 토출 방향으로 10mm 하류측의 위치에서, 또한 폭 확대 벽면으로부터 2mm 내측의 위치에, 풍속계의 프로브를 설치하여, 1초마다 풍속을 측정하고, 10초간의 평균값을 사용한다. 얻어진 풍속값에 대해서, 좌우의 벽면에서 5배 이상의 차가 난 경우, 기류의 치우침이 있다고 판단한다.

<평균 섬유 직경>

포집 넷 컨베이어 위에 포집하여 얻은 부직포로부터, 폭 방향 중앙 50mm 이외를 제거한 다음, 랜덤하게 소편 샘플을 채취한다. 전자 현미경으로 각 소편 샘플의 사진을 촬영하고, 그 중에 100개를 무작위로 추출하여 섬유 직경을 측정하여, 산술 평균값을 구한다.

(비교예 1)

도 2에 도시한 바와 같은 멜트블로우 구금(즉, 립 하면측의 폭 확대 벽면 없음)을 사용하여, 부직포의 제조를 행하였다. 원료 수지로서, ASTM-D1238에 준거하여, 추 2.16Kg, 온도 230℃에서의 멜트 플로 레이트가 1100g/10분인 폴리프로필렌 수지를 사용하고, 용융 수지 온도 280℃, 노즐 구멍수 150개, 노즐 토출 구멍의 피치 1mm, 노즐 구멍 직경 0.4mm, 단공 토출량 0.1g/min, 립 하면에 있어서의, 열풍을 공급하는 갭 폭 1.5mm, 열풍 유량 560Nm³/(hr·m), 립 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도 90°(β=90°)로 하여, 표 1에 나타내는 조건에서, 부직포의 제조를 행하였다. 시험 결과를 표 1에 나타낸다. 비교예 1에서는, 부직포를 컨베이어 벨트 위에 포집할 수 있고, 평균 섬유 직경은 1.1㎛였다.

(실시예 1 내지 10, 비교예 2 내지 6)

도 1에 도시한 바와 같은 멜트블로우 구금(즉, 립 하면측의 폭 확대 벽면 있음)을 사용하여, 부직포의 제조를 행하였다. 원료 수지로서, ASTM-D1238에 준거하여, 추 2.16Kg, 온도 230℃에서의 멜트 플로 레이트가 1100g/10분인 폴리프로필렌 수지를 사용하고, 용융 수지 온도 280℃, 노즐 구멍수 150개, 노즐 토출 구멍의 피치 1mm, 노즐 구멍 직경 0.4mm, 단공 토출량 0.1g/min, 립 하면에 있어서의, 열풍을 공급하는 갭 폭 1.5mm, 열풍 유량 560Nm³/(hr·m), 히터에 의한 폭 확대 부재의 가열은 없고, 표 2 내지 4에 나타내는 조건에서, 부직포의 제조를 행하였다. 시험 결과를 표 2 내지 4에 나타낸다.

대향하는 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α가 60° 내지 120°의 범위이고, 또한 교점 X간의 간격 P와 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P가 2 내지 15의 범위였던 실시예 1 내지 10에 있어서는, 어느 것에 있어서도, 구금 바로 아래의 분류를 제어할 수 있어, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조할 수 있었다. 실시예 6, 8에서는, 때때로 폭 확대 벽면에 수지가 퇴적되는 모습이 관찰되었기 때문에, 정기적으로 부착된 폴리머를 제거할 필요가 있었지만, 안정적인 부직포의 연속 제조에 지장을 초래하지 않는다.

한편, 비교예 2에서는, 대향하는 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α를 50°, 교점 X간의 간격 P와, 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P를 1로 변경하는 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 부직포의 제조를 시도한 바, 한쪽의 벽면에 기류가 따라서 흘러버려, 부직포를 컨베이어 벨트 위에 포집할 수 없었다

비교예 3에서는, 대향하는 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α를 50°로 변경하는 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 부직포의 제조를 시도했지만, 한쪽의 벽면에 기류가 따라서 흘러, 부직포를 컨베이어 벨트 위에 포집할 수 없었다.

비교예 4에서는, 교점 X간의 간격 P와, 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P를 1로 변경하는 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 부직포의 제조를 시도했지만, 한쪽의 벽면에 기류가 따라서 흘러, 부직포를 컨베이어 벨트 위에 포집할 수 없었다.

비교예 5에서는, 교점 X간의 간격 P와, 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P를 21로 변경하는 것 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여 부직포의 제조를 시도한 바, 부직포를 얻을 수 있기는 했지만, 수반류가 분출한 기류를 좁힐 수 없어, 세경화의 효과를 얻지 못하는 결과가 되었다.

비교예 6에서는, 대향하는 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α를 150°로 변경하는 것 이외에는 실시예 4와 마찬가지로 하여 부직포의 제조를 시도한 바, 부직포를 얻을 수 있기는 했지만, 수반류가 분출한 기류를 좁힐 수 없어, 세경화의 효과를 얻지 못하는 결과가 되었다.

(비교예 7)

도 2에 도시한 바와 같은 멜트블로우 구금(즉, 립 하면측의 폭 확대 벽면 없음)을 사용하고, 갭 폭 0.5mm, 열풍 유량 450Nm³/(hr·m), 이외의 조건은 비교예 1과 동일 조건에서, 부직포의 제조를 행하였다. 시험 결과를 표 5에 나타낸다. 비교예 7에서는, 부직포를 컨베이어 벨트 위에 포집할 수 있고, 평균 섬유 직경은 1.1㎛였다.

(실시예 11 내지 13, 비교예 8, 9)

도 1에 도시한 바와 같은 멜트블로우 구금(즉, 립 하면측의 폭 확대 벽면 있음)을 사용하고, 갭 폭 0.5mm, 열풍 유량 450Nm³/(hr·m), 대향하는 벽면이 이루는 각도 α를 90°, 립 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도 β를 90°, 폭 확대 벽면의 폴리머 토출 방향의 길이 γ를 30mm, 폭 확대 벽면의 산술 평균 조도 Ra를 12.5㎛, 히터에 의한 폭 확대 부재의 가열은 없음으로 하여, 표 5에 나타내는 조건에서 부직포의 제조를 행하였다.

교점 X간의 간격 P와 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P가 2 내지 15의 범위였던 실시예 11 내지 13에 있어서는, 어느 것에 있어서도, 구금 바로 아래의 분류를 제어할 수 있어, 안정적으로 극세 섬유의 부직포를 제조할 수 있었다.

비교예 8에서는, 교점 X간의 간격 P와, 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P를 1로 변경하는 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 하여 부직포의 제조를 시도했지만, 한쪽의 벽면에 기류가 따라서 흘러, 부직포를 컨베이어 벨트 위에 포집할 수 없었다.

비교예 9에서는, 교점 X간의 간격 P와, 교점 Y간의 간격 H의 비율 H/P를 25로 변경하는 것 이외에는 실시예 11과 마찬가지로 하여 부직포의 제조를 시도한 바, 부직포를 얻을 수 있기는 했지만, 수반류가 분출한 기류를 좁힐 수 없어, 세경화의 효과를 얻지 못하는 결과가 되었다.

(실시예 14)

도 1에 도시한 바와 같은 멜트블로우 구금(즉, 립 하면측의 폭 확대 벽면 있음)을 사용하고, 갭 폭 0.5mm, 열풍 유량 450Nm³/(hr·m), 대향하는 벽면이 이루는 각도 α를 90°, 립 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도 β를 90°, 폭 확대 벽면의 폴리머 토출 방향의 길이 γ를 30mm, 폭 확대 벽면의 산술 평균 조도 Ra를 12.5㎛, 플레이트상의 히터를 사용하여 폭 확대 부재를 2.0KW/m으로 가열(가열면: 폭 확대 벽면의 반대 측면)하여, 표 5에 나타내는 조건에서 부직포의 제조를 행하였다.

폭 확대 부재를 가열하지 않은 실시예 12에 비해, 추가로 극세 섬유를 포함하는 부직포를 안정적으로 제조할 수 있었다.

본 발명의 제조 장치·제조 방법에 의한 부직포는, 공업 자재용 필터, 기저귀, 생리 용품, 의료용 마스크, 의료용 가운, 화분 가드 마스크, 드레이프와 같은 위생 재료, 자동차용 자재, 액체 여과용 필터, 합지, 세차 브러시와 같은 산업 자재, 식품 포장재, 보자기, 테이프얀, 구두 자재, 카이로, 티백, 클리닝 커버와 같은 생활 자재, 멀칭, 농자(農資) 포트와 같은 농업 자재, 지붕 원재, 토목 안정 시트, 단열재 수단재, 바닥재, 하우스 랩과 같은 건축재, 토목 자재 등에 응용할 수 있지만, 그 응용 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다.

1: 노즐
2: 토출 구멍
3: 립
4: 갭
5: 폭 확대 부재
6: 폭 확대 벽면
7: 토출 후의 주된 폴리머의 궤적
8: 폴리머 도입관
9: 멜트블로우 구금
10: 포집 넷 컨베이어
11: 롤러
12: 웹
13: 분류부와 분류부가 아닌 영역의 경계
X: 립의 하면과 갭을 형성하는 벽면의 교점
Y: 립의 하면과 폭 확대 벽면의 교점
α: 대향하는 폭 확대 벽면이 이루는 각도
β: 립의 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도
γ: 폭 확대 벽면의 폴리머 토출 방향의 길이
l: 연신 구간의 길이
w: 분류 폭
H: 토출 구멍을 사이에 두고 대향하는 교점 Y간의 간격
P: 토출 구멍을 사이에 두고 대향하는 교점 X간의 간격

Claims (7)

1. 용융된 폴리머를 토출하기 위한 토출 구멍이 1열로 배치된 토출 구멍군을 갖는 노즐과, 상기 노즐의 토출 구멍군을 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 립 사이에, 슬릿상의 갭을 갖고, 상기 토출 구멍으로부터 토출된 폴리머에 대하여 상기 갭으로부터 기체를 분사하여 부직포를 제조하는 장치이며,
   상기 토출 구멍으로부터 토출되는 폴리머를 사이에 두고 대향하도록, 상기 립의 하면을 기점으로, 폴리머 토출 방향으로 연장되는 한 쌍의 폭 확대 벽면을 배치하고,
   상기 한 쌍의 폭 확대 벽면이 이루는 각도 α가 60°≤α≤120°의 범위이며, 또한
   상기 립의 하면과 상기 갭을 형성하는 벽면의 교점을 X, 상기 립의 하면과 상기 폭 확대 벽면의 교점을 Y라 했을 때, 대향하는 교점 X간의 간격 P와, 대향하는 교점 Y간의 간격 H가, 2≤H/P≤15의 범위인
   것을 특징으로 하는 부직포의 제조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 립의 하면과 폴리머 토출 방향이 이루는 각도 β가, 70°≤β≤120°인, 부직포의 제조 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폭 확대 벽면의 폴리머 토출 방향의 길이 γ가 10mm 이상인, 부직포의 제조 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폭 확대 벽면이 폴리머 토출 방향과 교차하는 방향으로 이동 가능한, 부직포의 제조 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폭 확대 벽면의 산술 평균 조도 Ra가 100㎛ 이하인, 부직포의 제조 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폭 확대 벽면의 가열 기구를 갖고 있는, 부직포의 제조 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 장치를 사용한 부직포의 제조 방법.

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