KR900004382B1 - 미세섬유의 제조방법 - Google Patents

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게이이찌로오 다나까
시게가즈 요시이
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닛뽕이다가라스 가부시끼가이샤
사스가 노부오
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Abstract

내용 없음.

Description

미세섬유의 제조방법
제 1 도는 본 발명에서 사용되는 일례의 섬유화 장치에 대한 개략적인 부분 평면도임.
제 2 도는 제 1 도의 A-A'선 단면도임.
제 3 도는 본 발명에서 사용되는 섬유화 장치에서 산소분자가 풍부한 가스를 사용함으로써 제 2 고속 가스유체의 제조를 예증하는 것으로서 고속가스 유체를 제조하기 위한 장치의 개략도임.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
M : 유출 오리피스 3의 개구부 a1,b1,a'1,b'1: 노즐
1 : 섬유화 장치 2 : 용융 유리
3 : 오리피스 4, 4' : 제 1가스 분사노즐
5 : 점성물질 유체 8 : 가스 분사구
9 : 제 2 고속가스 유체
본 발명은 용융 유리 또는 플라스틱같은 점성질 물질로부터 섬유를 제조하기 위한 방법, 특히 고점성질유리 용융물로부터 유리섬유를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2 내지 3마이크론 이하의 직경을 갖는 초미섬유를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근 IC 및 LSI 같은 전기부품과 시계 및 카메라의 정밀부품을 조립하는 작업은 이들 물품의 효과를 감소시키지 않기 위해서 먼지 및 오물이 없고 온도 및 습도가 조절된 소위 깨끗한 방에서 실시되어 왔다. 이러한 작업은 앞으로 더 증가될 전망이다. 먼지 및 오물을 제거하여 작업장을 깨끗하게 하기 위해서 필터로서 미세한 유리섬유가 종종 사용되고, 이러한 섬유의 수요가 앞으로 더 증가할 것 같다. 또한 이들 섬유의 더 많은 양이 점점 필요하게 된다. 필요로 하는 질에 따라 직경이 달라지지만 이러한 먼지 제거 필터에서 사용되는 유리섬유는 보통 0.2 내지 3마이크론의 직경을 갖는다.
한편, 자동차 또는 오토바이에 사용되는 납전지는 전해 용액으로서 묽은 황산 용액을 포함한다. 용액은 진동 또는 텀블링에 의해 가끔 누출되기 때문에, 경우에 따라서는 새로운 것을 채워주어야 하는 불편이 있다. 최근 텀블링 경우에 전해 용액의 누출을 방지하기 위한 방법이 개발되었는데 이 방법에서 묽은 황산 용액으로 함침된 유리섬유는 전극 사이에 놓인다. 그러므로 전지에 사용하기 위한 유리섬유의 수요가 증가하는 경우가 있다.
공기 필터 또는 전지에 사용되는 유리섬유는 일반적인 주택에 사용되는 단열재 유리섬유 직경의 약 1/50내지 1/3에 해당하는 0.2 내지 3마이크론으로 작은 직경을 갖는 짧은 섬유이다.
짧은 유리섬유를 제조하기 위한 다음 방법이 공지되어 있다.
(1) 수증기 송풍방법 ·
고압의 수증기 제트는 하향류의 용융 유리를 향해 송풍시켜 용융 유리를 날라가게 하며 그결과 가늘게 되어 유리솜을 만들게 된다[제이. 길버트 모어 앤드 윌리암 피. 로웨(J. Gilbert Mohr and William P.Rowe)가 지은 "섬유 유리(FIBER GLASS)", 반 노스트란도 레인홀도 컴페니[Van Nostrand ReinhodCompany,1978,9 ∼10면 참조]
(2) 화염약화(attenuation) 방법
고속 화염을 유리의 고체 필라멘트에 적용시켜 섬유로 만든다(상기 문헌,10면 참조).
(3) 원심력 방법
원심력에 의해 용융 유리를 잡아당기고 고속 공기를 적용시켜 섬유로 만든다(상기 문헌,12∼13면 참조).
(4) 토레이숀(Toration) 방법
용융 유리 유체는 그를 따라 흐르는 고온 고압 가스 유체에 의해 제 2 제트 유체로서 고온 고속 가스 유체에 도입된 후 제 2 제트 유체에 의해 미세한 섬유로 된다(상기 문헌 11면 및 미국 특허 제3,874,886호에 대응하는 일본 특허 공보 제43932/1977호 참조).
(5) RGJ 방법(회전 가스 제트 방법)
다수의 고온 고압 가스유체가 용융 유리 유체를 향해 소용돌이 형태로 송풍되어 유리를 가늘게 한다(일본특허 공개 공보 제25113/1977호, 일본 특허 공보 제17855/1982 및 미국 특허 제4135903,4185981 및 4243400호 참조).
상기 방법 (1) 내지 (5)에 의해 제조된 유리섬유는 일반 주택, 공업용 배관 등의 단열재로 사용하기에 적당하며 약 3 내지 20마이크론의 직경을 갖는다.
이들 방법이 이를테면, 상기 공기 필터에 사용될 수 있는 초미섬유를 제조하는데 사용될때, 다음 문제점들이 있다.
수증기 송풍 방법(1)에서는 유리를 직경 3 내지 2마이크론까지 가늘게할 수 있으나, 더 가느다란 섬유를 얻을 수는 없다. 유리는 섬유직경이 상기 값 이하까지 감소되기전에 고화된다고 믿어진다. 더우기 이 방법에 의하면 하향류 유리 유체는 고속 증기 유체에 의해 파괴되기 쉽고 점성 상태의 유리는 고속 증기 유체에 잘 공급될 수 없다. 결국 이 방법에 의해 제조된 필라멘트는 직경이 균일하지 않고 필름(얇은 조각 모양의 유리), 볼(볼같은 유리) 및 포환(두꺼운 섬유)같이 수많은 불완전 제품을 포함할 수 있다.
화염 약화 방법 (2)에서, 미리 제조된 1차 섬유는 1차 섬유를 가열 연화(열로 부드럽게 함)하고 고속 공기 유체에 의해 동시에 잡아당기기 위해 고온 고속 공기 유체에 연속적으로 도입된다. 그러므로 작은 직경과 큰 길이를 갖는 짧은 섬유가 얻어질 수 있다. 그러나, 가열 연화하는데 필요한 열에너지와 1차 섬유를 연신시키는데 필요한 운동에너지는 재가열 연화 및 1차 섬유의 연신을 동시에 실시하기 위해서 동시에 제공되어야 한다. 그러므로 연신에 필요한 에너지보다 더 많은 에너지를 공급하기 위해서 에너지 공급원으로서 고속 공기 유체가 대단히 많은 양으로 사용되어야 한다. 더우기 가스로부터 유리로의 열전도 효율이 나쁘기 때문에 고속가스 유체의 양은 예상외로 매우 크다.
방법 (2)는 현재 상기 필터로 사용되는 초미섬유가 공업적으로 제조되는 유일한 방법이다. 이러한 초미섬유를 얻기 위하여 고온 고속 가스 유체에 도입될 1차 섬유의 직경은 더 균일하고 더 작아야 하므로, 섬유로 만드는데 필요한 가스의 양은 더 증가한다. 예를 들면, 직경이 8 내지 9마이크론인 유리섬유 1kg을 얻기 위해서는 고온 고속 가스 유체를 만드는데 약 1kg의 부탄이 필요하다. 직경이 2마이크론인 섬유의 경우에 부탄 3kg이 필요하다. 직경이 0.6마이크론인 섬유를 원할때, 필요한 부탄의 양은 약 6kg이다. 이러한 결점을 해결하기 위해서 고속 가스 유체에 도입하기 전에 1차 섬유를 예열하였다(미국 특허 제2,607,075호 참조). 그러나 그 결과는 전혀 만족스럽지 못했다.
원심력 방법 (3)에서는 가열 연화 물질을 회전 디스크 또는 스피너에 공급하고 원심력에 의해 디스크 또는 스피너 주위에 돌기 또는 구멍으로부터 나온 실같은 물질의 유체를 향해 고속 공기 유체를 송풍하여 멀리 날라가게 한다. 그러므로 수마이크론 이하의 직경을 갖는 유리섬유를 얻기가 매우 어렵다. 그 이유는 유리가 수마이크론 이하까지 가늘어지려고 할때, 주위대기는 온도가 낮고 유리는 연신되기전에 고화되기 때문인 것 같다. 또한 회전부품이 고온에 있기 때문에 그 저하는 급격하다.
토레이션 방법 (4)는 상기 화염 약화 방법을 개량한 것이다. 이 방법에서 1차 섬유는 용융 유리로부터 제조된 후 고온 고속 가스 유체에 도입되기 때문에 고온 고속 가스 유체에 도입된 유리는 이미 연화된 상태에 있으며, 고온 고속 가스 유체는 유리를 가늘게 하는데만 사용된다. 그러므로 유리를 가늘게 하는데 있어서의 열효율은 상기 화염 연화방법에 비해 현저하게 증가된다. 그러나 토레이션 방법에 따라 고온 고속 가스유체에 도입되는 유리는 하나의 유리 유출(flowout) 오리피스로부터 하향으로 흐르는 단일 유체만을 형성한다. 고온 고속 가스 유체에 수직으로 유리 유출 오리피스를 일례로 배열할때, 유리 유출 오리피스의 제조에 물리적인 제한이 있기 때문에 오리피스의 배열 피치를 감소하는데 제한이 있다. 따라서 이 방법은 열효율에 있어 전혀 만족스럽지 못하다.
RGJ 방법 (5)은 오리피스로부터 아래로 흐르는 용융 유리 유체를 향한 소용돌이 형태로 다수의 고온 고압 가스 유체를 송풍시킴으로써 유리가 가늘게 되기 때문에 열효율에 있어 우수한 섬유화 방법이다. 그러나 3마이크론 이하의 직경을 갖는 미세 섬유를 얻으려고 할때는 오리피스로부터 아래로 흐르는 용융 유리 유체의 점도를 감소시킬 필요가 있다. 이 목적을 위해서, 오리피스 기본 물질의 온도는 상승되어야 한다. 이는오리피스의 기본 물질로서 백금의 온도가 그 한계점에 있는 단점을 발생시킨다. 화학적 내성을 갖는 유리섬유가 필요할 때, 유리 조성물의 점도는 더 커지므로 결국 상기 경향이 더 강해진다.
본 발명의 목적은 점성물질로부터 초미섬유, 특히 초미 단섬유를 공업적으로 제조하기 위한 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 RGJ 방법을 개량한 것으로서 점성물질로부터 초미단섬유를 공업적으로 능률적으로 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명에 따라서 이들 목적 및 장점은 하기 단계로 구성된 미세 섬유 제조방법에 의해 달성된다 : (1) 유출 오리피스로부터 점성물질을 유출시키고, (2) 유출된 점성물질의 제 1 미세 유체의 횡단면적을 갑자기 감소시키고 감소된 횡단면적을 갖는 점성물질의 제 2 미세 유체를 형성하기 위해 유출 오리피스 주위에 놓여진 적어도 3개의 원주형으로 떨어져 있는 가스 분사 노즐들의 각각으로부터 직선의 제 1 속 가스 유체를 송풍하고, 제 1 고속 가스 유체는 다음 2개의 백터 성분을 갖는다 : (A) 제 1 미세 유체축을 횡단하는 점성물질의 제 1 미세 유체의 단면의 외주를 따르는 접선방향 성분, (B) 먼저 점성물질의 흐름방향으로 제 1 미세 유체의 축에 점차적으로 접근하고 이어서 상기 축으로부터 점차적으로 멀리 움직이는 성분,(3) 점성물질의 흐름방향에서 볼때 제 1 고속 가스 유체가 점성 물질의 제 1 미세 유체의 축에 가장접근하여 제 2 미세 유체를 더 가늘게하는 그 위치의 하류의 위치에서 점성물질의 제 1 미세 유체의 축으로부터 횡단하여 감소된 횡단면적의 상기 제 2 미세 유체를 향해 제 2 고속 가스 유체를 송풍한다.
본 발명은 첨부 도면을 참고로 상세히 설명한다. 본 발명의 방법은 유출 오리피스로부터 점성물질을 유출시키기 위한 제 1 단계, 미세 유체의 횡단면적을 갑자기 감소시키고 제 2 미세 유체를 형성하기 위해 유출 오리피스로부터 유출하는 점성물질의 미세 유체를 향해 직선상의 제 1 고속 가스 유체를 송풍하기 위한 제 2 단계, 그리고 제 2 유체를 더 가늘게 하기 위해 제 2 미세 유체를 향해 제 2 고속 가스 유체를 더 송풍하기 위한 제 3 단계로 구성되어 있다.
점성물질은 유리 같은 가열 연화 물질이다. 유출 오리피스로부터 점성물질의 유출은 이를테면 유리의 경우에 점성물질을 형성하기 위해 용융 폿트에서 유리를 가열 용융시킨 다음, 예를 들면 용융 폿트의 바닥벽에 제공된 유출 오리피스를 통해 연속적으로 점성물질을 유출시킴으로써 실시될 수 있다. 일반적으로, 유출오리피스는 원형의 횡단면을 가지므로 유출 오리피스로부터 유출하는 점성물질의 미세 유체는 원형 횡단면을 갖는다.
제 2 단계에서 직선의 고속 가스 유체는 점성물질의 미세 유체를 향해 송풍된다. 고속 가스 유체는 유출 오리피스의 원주에 간격을 유지하여 배치한 적어도 3개의 가스 분사 노즐의 각각으로부터 직선의 고속 가스유체를 분사시킴으로써 송풍된다. 각각의 고속 가스 유체는 제 1 미세 유체의 축을 횡단하는 점성물질의 제 1 미세 유체단면의 외주를 따르는 접선 방향 성분과 점성물질의 흐름 방향으로 제 1 미세 유체에 축을 먼저 점차적으로 접근한 다음 상기 축으로부터 점차적으로 멀어지는 성분을 가져야 한다.
점성물질의 미세 유체가 적어도 개의 직선상 고속 가스 유체 작동을 할때, 미세 유체축의 회전 모멘트가 고속 가스 유체의 접선 방향 성분에 의해 미세 유체에 부여된다. 한편, 미세 유체는 고속 가스 유체의 다른 성분에 의해 그 흐름 방향으로 동시에 연신된다. 따라서 고속 가스 유체의 축이 미세 유체축에 가장 접근하는 위치 근처(때로는 제 1 집중점이라고도 함)에서, 미세 유체는 이를 고속 가스 유체에 의해 점점 가늘어지는 원추형 형태로 변형된 다음, 갑자기 횡단 면적이 감소된다. 그러므로 이를테면 제 1 단계에서 직경 0.5내지 2.0mm로 흐르는 점성물질의 제 1 고속 가스 유체는 제 2 단계에서 원추형 끝부분의 직경으로서 약 0.3mm까지 감소된다.
그러므로 바람직하게는 고속 가스 유체를 분사시키기 위한 3이상의 가스 분사 노즐이 제 1 집합점에서 미세 유체에 회전 모멘트를 원활하게 부여하기 위해서 유출 오리피스 주위에 대칭적으로 배열된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 단계에 관련되는 대응 영국 특허 제1,555,780호와 미국 특허 제4,135,903호의 기술이 본 출원 명세서에서 참고로 인용된다.
제 3 단계에서 제 2 고속 가스 유체는 제 2 미세 유체를 향해 송풍된다. 이 송풍은 제 1 고속 가스 유체가 제 1 미세 유체의 흐름 방향에서 볼때 제 1 유체축에 가장 접근하는 하향류 지점(제 1 집합점)에서 제 1 미세 유체축을 횡단하여 실시된다.
바람직하게는 단위 부피당 제 2 고속 가스 유체의 운동에너지는 미세 유체와 충돌 후 제 2 고속 가스 유체를 접촉하는 제 1 고속 가스 유체의 단위 부피당 운동에너지보다 작다. 다시 말하면 제 1 고속 가스 유체가 제 2 고속 가스 유체보다 단위 부피당 더 큰 운동에너지를 가질때, 제 1 고속 가스 유체는 제 2 고속 가스 유체로 침투하고, 제 1 고속 가스 유체에 운반되는 점성물질의 제 2 미세 유체는, 제 2 고속 가스 유체에 부드럽게 도입된다. 마찬가지로, 제 2 고속 가스 유체의 횡단면적은 제 1 고속 가스유체의 횡단면적은 제 1 고속 가스 유체의 횡단면적보다 크므로 제 2 미세 유체는 제 2 고속 가스 유체에 부드럽게 도입될 수 있다.
제 1 집합점의 하향류 지점에서 제 2 미세 유체를 향해 제 2 고속 가스 유체를 송풍함으로써 제 1 고속 가스유체에 의해 크기가 감소된 제 2 미세 유체는 더 가늘어 질 수 있다. 또한 제 1 미세 유체의 축을 횡단하는 방향으로, 이를테면 제 1 미세 유체의 축과 직각방향으로 제 2 미세 유체를 향해 제 2 고속 가스 유체를 송풍함으로써 제 2 고속 가스 유체를 분사하기 위한 가스 분사 노즐을 제공하기 위한 공간이 쉽게 설정될 수 있다. 더우기 제 2 미세 유체의 비행 방향은 제 2 고속 가스 유체에 의해 변경되며 제 2 미세 유체는 더 가늘어진다.
점성물질이 고온에서 안정한 점성질 상태를 유지하는 물질(예. 유리)일때, 제 2 고속 가스 유체는 제 2 미세 유체를 더 연신시키기에 충분히 높은 온도에서 제 2 미세 유체를 유지하기 위해서, 공기보다 산소함량이 더 많은 산소 분자 함유 가스, 양호하기로는 적어도 22부피%의 산소 함량을 갖는 산소 분자가 풍부한 가스로 연료가스를 연소함으로써 제조된다. 산소 함량이 많은 상기 산소 분자-풍부 가스는 이를테면 공기를 산소와 혼합함으로써 쉽게 제조될 수 있으며 이는 연료를 완전 연소하는데 필요한 양으로 산소 분자 함유 가스의 양이 적게 유지될 수 있는 장점이 있다. 그러므로 이와같이 해서 얻어진 가스 온도는 공기를 사용하여 얻어지는 가스보다도 더 높다. 이 고온 가스를 제 2 고속 가스 유체로 사용하면 제 2 고속 가스 유체에 침투할때 제 1 고속 가스 유체가 갖는 낮은 온도에서 주위공기에 의해 제 1 고속 가스 유체를 냉각함으로써 야기될 수 있는 역효과를 줄일 수 있다. 결국, 제 2 미세 유체는 제 2 고속 가스 유체에 의해 더 연신시키기에 충분히 높은 온도로 유지되고 초이섬유로 유리하게 전환된다.
본 발명의 방법은 기본적으로 상기 단계 1 내지 3으로 구성되지만, 단계 2와 단계 3사이에 다음 단계 4를 실시할 수 있다.
단계 4는 적어도 3개의 가스 분사 노즐 외부로 제공되는 다수의 보조 가스 분사 노즐(제 1 가스 분사 노즐이라 함)로부터 제 1 집합점 아래 또는 유출 오리피스의 축에평행인 제 1 미세 유체의 축에 가장 가까운 제 2 집합점을 갖는 다수의 보조 고속 가스 유체를 분사함으로 인해 제 2 고속 가스 유체를 접촉하기전에 제 1 고속 가스 유체에 의해 형성된 제 2 미세 유체를 만나게 함으로써 실시된다. 보조 고속 가스 유체를 사용하는 장점은 제 2 고속 가스 유체에 의해 연신되기 전에 제 2 미세 유체가 연신될 수 있으며, 제 2 미세 유체는 보조 고속 가스 유체의 작용에 의해 제 2 고속 가스 유체로 매우 쉽게 도입될 수 있다는 것이다.
그러므로 본 발명에서는 점성물질의 미세 유체가 제 2 단계에서 및 임의로는 제 4 단계에서 소량의 가스유체에 의해 효과적으로 더 가늘어질 수 있으며, 가스 유체를 분사하기 위한 노즐이 점성물질에 대한 유출 오리피스의 근처에 제공될 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 사용된 가스의 단위량당 생성된 섬유의 양을 매우 크게 증가시킬 수 있다.
또한 다수의 유출 오리피스는 본 발명에서 병행으로 제공될 수 있기 때문에 장치당 생성된 섬유량은 매우 높아질 수 있다. 이러한 장점은 예를 들면 토레이숀 방법에 의해 달성될 수 없다.
본 발명의 특징을 더 쉽게 이해하기 위하여 본 발명의 방법은 제 1 내지 3도를 참고로 설명된다.
제 1 도에서 M은 점성물질에 대한 유출 오리피스 3의 개구부를 나타내고, 가스 분사 노즐 a1, b1, a'1및 b'1의 제 1 그룹은 유출 오리피스3(M) 주위에 거의 대칭적으로 배열되어 있다.
제 2 도는 가스 분사 노즐의 제 1 그룹을 횡단한 제 1 도의 단면도이다. 제 1 도는 4개의 가스 분사 노즐을 나타낸다. 본 발명에서 사용되는 섬유화 장치에서, 제 1 그룹의 가스 분사 노즐 다수는 유출 오리피스 주위에 대칭적으로 배열되어야 할 필요가 있다. 이러한 노즐의 수는 제한되지 않는다.
필요하다면, 다수의 보조 가스 제트 노즐(도시되지 않음)이 제 1 그룹의 가스 분사 노즐 외부로 제공될 수 있다. 보조 가스 분사 노즐의 축은 유출 오리피스의 축에 거의 또는 완전 집합되거나 유출 오리피스의 축에 거의 평행으로 놓일 수 있는 제 2 집합점을 갖는다. 제 2 집합점은 제 1 그룹의 가스 분사 노즐이 유출 오리피스의 축을 거의 접근하는 제 1 집합점 훨씬 아래에 존재한다.
제 2 도에서 번호 8은 제 2 고속 가스 유체 9를 분사하기 위한 슬릿 또는 노즐 형태로 가스 분사 구멍(제 2 분사구라 함)을 나타낸다. 바람직하기로는 가스 분사구 8의 상단부 또는 그 내벽의 연장면은 제 1 가스 분사노즐 4 및 4'의 축의 집합점 약간 아래에 놓여 있다. 제2분사구의 상단부가 제 1 가스 분사 노즐축의 집합점 위에 놓여있다면, 점성물질 5의 원추형 10은 제 2 고속 가스 유체 9의 작용에 의해 흐트러지고 흐름이 비균일하게 된다. 결과적으로 점성물질은 부분적으로 섬유화 되지 않고 있다.
따라서 제 1 그룹의 가스 분사 노즐 a1,a'1,b1및 b'1(제 1 도)으로부터 분사된 제 1 고속 가스 유체에 의해 회전력을 받는 미세 유체 5는 제 1 그룹의 가스 분사 노즐의 집합점 C를 통과하는 점에서 방출되어 그 자체에의 원심력에 의해 유출 오리피스 3의 축에 수직인 방향에서 반경 방향으로 비행한다. 그러나, 그 일부는 제 1그룹의 가스 분사 노즐 a1, a'1, b1및 b'1으로부터 분사된 제 1 고속 가스 유체에 의해 송풍된 후 분사구 8에 의해 분사된 제 2 고속 가스 유체 9의 중앙부로 들어가 더 큰 속도를 갖는 가스 유체의 작용을 거친다. 한편, 제 1 그룹의 가스 분사 노즐 a1, a'1, b1및 b'1으로부터 분사된 제 1고속 가스 유체에 운반되지 않는 점성 물질의 미세 유체 부분은 제 2 고속 가스 유체 9 또는 병류하는 공기 유체의 낮은 속도 대역으로 간다. 제 2 고속 가스 유체 9의 중앙부로 도입된 미세 유체 부분은 저속 대역 또는 공기의 병발 유체에 도입된 부분과 연결되어 있기 때문에 이들이 제 2 고속 가스 유체 9에 도입된 후 서로 다른 시간내 일지라도 연신되고 가늘어진다. 유리하기로는 횡단면 단위 면적당 가스 분사 노즐 a1, a'1, b1및 b'1의 제 1 그룹으로부터 분사된 제 1고속 가스 유체의 운동량은 제 2 고속 가스 유체 9의 운동량보다 더크다. 바람직하기로는 제 1 고속 가스유체는 제 2 분사구로부터 분사된 제 2 고속 가스 유체 9의 중앙부(여기서 가스 유체의 속도가 가장 크다)에 도달하며, 이 경우에 미세 섬유가 쉽게 얻어질 수 있다.
보조 가스 본사 노즐이 제공될때, 이를 보조 노즐로부터 송풍된 가스 유체는 미세 유체 5를 제 2 고속 가스 유체 9로 공급하는 작용을 하여 더 미세한 섬유를 쉽게 얻을 수 있다. 횡단면 방향에서 제 2 고속 가스유체 9의 속도 분포가 넓어짐으로써 더 미세한 섬유가 유리하게 얻어질 수 있다. 제 2 고속 가스 유체의 적당한 온도는 이를테면 초미유리 섬유를 제조하는 것이 바람직할때, 적어도 1000℃(양호하기로는 적어도1300℃임)이다. 제 2 고속 가스 유체의 온도가 너무 높으면, 섬유는 다시 용해하고 그 표면 장력이 커진다.결과적으로 섬유는 볼모양으로 된다.
본 발명의 방법을 실시하는데 편리하게 사용되는 섬유화 장치의 양호한 실례는 하기에 나타나 있다.
(1) 오리피스 및 노즐의 직경 및 길이.
용융 유리에 대한 유출 오리피스의 직경(제 2 도에서 DL) : 0.4∼2.5mm (양호하기로는 0.5∼1.5mm), 제 1 그룹 각각의 가스 분사 노즐의 직경(제 2 도에서 DG) : 0.2∼1.5mm (양호하기로는 0.5∼0.8mm), 제 1 그룹 가스 분사 노즐의 길이(제 2 도에서 LG) : 1∼7.5mm (양호하기로는 2.5∼4.0mm).
(2) 절단면에서 제 1 가스 분사 노즐의 상대적인위치.
구멍 표면에서 축 사이의 거리(제 2 도에서 BG) : 1∼5mm (양호하기로는 2∼4mm)유출 오리피스의 축에 수직인 가상의 평면과 제 1 가스 분사 노즐의 축 사이에서 형성된 각(제 2 도에서α) : 20∼70 : (양호하기로는 35∼55℃).
구멍 표면과 제 1 집합점 사이의 수직거리(제 2 도에서 LF) : 0·5∼3mm (양호하기로는 1∼2mm).
(3) 절단면에서 제 2 분사구의 상대 위치.
제 1 가스 분사 노즐의 구멍 표면과 제 2 분사구의 구멍 표면 상단부 사이의 거리(제 2 도에서 Ls) : 0.6∼5mm (양호하기로는 1∼3mm), 단 LB는 LF.보다 큼.
제 2 분사구의 구멍 표면의 직경 (제 2 도에서 SB) : 1∼10mm(양호하기로는 1.5∼5mm).
제 2 분사구의 구멍 표면과 유출 오리피스 축 사이의 거리(제 2 도에서 S1) : 1.5∼20mm (양호하게는 2∼10mm) 제 2 분사구의 가스 흐름 중앙축과 유출 오리피스축에 수직인 가상의 평면 사이에 형성된 각(제 2 도에서 β) : 0∼60°(양호하기로는 0∼45°이고, 가장 양호하기로는 0∼15임).
(4) 평면위에서 가스 분사 노즐의 상대 위치.
제 1 집합점을 통과하고 유출 오리피스에 수직인 가상 평면내에 2개의 제 1 가스 분사 노즐 축사이의 거리(제 1 도에서 SG) : 0.5∼2mm (양호하기로는 0.7∼1.5mm).
인접한 유출 오리피스 사이의 거리(제 1 도에서 p) : 1.0∼10mm (양호하기로는 1.5∼5mm).
본 발명은 여러 점성물질에 이용될 수 있다. 예를 들면 유리가 점성물질로서 사용될때 제 1 가스는 1.0 내지 2.0kg/㎠(예를 들면, 1.5kg/㎠)의 압력(제 2 도에서 오리피스 4,4' 내의 압력)과 1150 내지 1250℃의온도(제 2 도에서 오리피스 4,4' 내의 온도)로 유지될 수 있고, 제 2 가스는 0.2 내지 0.5kg/㎠ 예를 들면, 0.3kg/㎠)의 압력(제 2 도에서 8 내부 압력)과 1600 내지 2000℃의 온도(제 2 도에서 8 내부 온도)로 유지될 수 있다. 점성물질이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 같은 열가소성 물질일때, 제 1 가스의 온도는 약 300℃이고 제 2 가스의 온도는 400 내지 500℃이다. 이들 가스의 압력은 유리에 대한 상기 압력과 같을 수 있다. 상기 조건하에서 제 1 가스의 단위 면적당 운동에너지는제 2 가스의 약 2배이다.
본 발명에서 편리하게 사용되는 제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 섬유화 장치에서, 유리 용융 폿트(도시되지 않음)에서 용융되고 섬유화 장치(백금 폿트) 1로 흐르는 용융 유리 2는 유출 오리피스 3으로부터 흘러나와 입구(도시되지 않음)을 통해 고온 고압 가스 발생 장치(도시되지 않음)로 부터 공급된다. 용융 유리는 매니포울도 7 및 7'를 통과하여 제 1 가스 분사 노즐 4 및 4'로 분사되는 고온 고압의 제 1 고속 유체 작용을 거쳐 원추형 10을 형성하는 동안 섬유화 된다. 그다음 제 2 분사구 8로부터 분사된 고온에서의 제 2 고속 가스유체의 작용에 의해 그 섬유는 더가열 및 연신되어 매우 미세한 유리 섬유로 된다.
제 3 도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 섬유화 장치에서 산소 분자 풍부가스를 사용함으로써 제 2 고속가스 유체를 형성하기 위한 고속 가스 유체 제조장치의 개략도이다.
압축기 18에 의해 압축된 공기는 유량 조절 밸브 27에 의해 고정되는 필요량만 메인 파이프 31을 통해 혼합기 30으로 도입된다. 압축된 공기 유량은 오리피스 24 및 차압발생기 25에 의해 감지된다. 연료 탱크 19로부터 부탄과 같은 연료에 대한 제1유속 조절 밸브 28의 개구 정도는 압축공기의 흐름 감지량과 일치시키기 위해서 유량계/유속 기록 장치 26에 의해 기록되는 원하는 연료 공급 속도에 따라 조절되며, 필요한 연료의 양은 메인 파이프 31로 공급된다. 동시에 산소 발생기 17로부터 산소는 산소량 조절 밸브 23에 의해 조절되는 필요량으로 메인 파이프 31을 통해 혼합기로 보내진다. 산소 유량은 오리피스 20 및 차압발생기 21에 의해 감지된다. 연료 유량 조절 밸브 29의 개구 정도는 산소 흐름 감지량과 일치시키기 위해서 유량계/유속기록장치 22에 의해 기록되는 원하는 연료 공급속도에 따라 조절되고, 필요한 연료량은 메인 파이프 31에 공급된다. 연료, 공기 및 산소는 혼합기 30에 의해 치밀하게 혼합된 후 배출 노즐 16내에서 연소되어 일정 온도의 제 2 고속 가스 유체를 제공한다.
본 발명에 따른 섬유 제조 방법에 이용함으로써 용융 유리를 섬유로 만들때, 직경이 2.0마이크론 이하인 매우 미세한 섬유가 얻어질 수 있다. 이러한 미세섬유는 제 1 그룹의 가스 분사 노즐만을 갖는 섬유화 장치, 또는 제 1 그룹의 가스 분사 노즐과 보조 가스 분사 노즐을 갖는 섬유화 장치를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 가열 및 연신에 필요한 열에너지는 화염 약화 방법에 필요로 하는 열량의 1/3 내지 1/4이고, 토레이숀 방법에서 필요로 하는 열량의 약 1/2 이하이며, 상기 방법들에서 얻어지는 섬유와 똑같은 질을 갖는 매우미세한 섬유가 본 발명에 따라 얻어질 수 있다.

Claims (3)

  1. 다음 단계로 구성된 미세 섬유의 제조방법 : (1) 유출 오리피스로부터 점성물질을 유출시킴; (2) 유출된 점성물질의 제 1 미세 유체 횡단면적을 갑자기 감소시키고 감소된 횡단면적을 갖는 점성물질의 제 2 미세유체를 형성하기 위해 유출 오리피스 주위에 원주형으로 놓여 있는 3개 이상의 가스 분사 노즐 각각으로부터 직선상의 제 1 고속 가스 유체를 송풍하고, 상기 제 1 고속 가스 유체가 다음 2벡터 성분을 가지며 : (A)제1이세 유체의 축을 횡단하는 점성물질의 제 1 미세 유체 단면의 외주를 따라 존재하는 접선 방향 성분과(B) 점성 물질의 흐름 방향으로 제 1 미세 유체의 축을 먼저 점차적으로 접근한 다음 상기 축으로부터 점차 멀어져 가는 성분 ; 3) 점성물질의 흐름 방향에서 볼때 제 1 고속 가스 유체가 점성물질의 제 1 미세 유체의축에 가창 접근하는 위치의 하향류 위치에서 점성물질의 제 1 미세 유체의 축을 횡단함으로써 제 2 미세 유체를 더 가늘게 하기 위하여 감소된 횡단 면적의 제 2 미세 유체를 향해 제 2 고속 가스 유체를 송풍함.
  2. 제 1 항에 있어서, 단계 (3)전에 적어도 3개의 가스 분사 노즐의 외측에 제공된 다수의 보조 가스 분사노즐로부터 유출 오리피스의 축에 거의 평행이거나 제 1 집합점 아래에서 제 1 미세 유체의 축에 가장 가까운 제 2 집합점을 갖는 다수의 보조 고속 가스 유체를 분사함으로써 제 2 미세 유체가 제 2 고속 가스 유체와 접촉하기 전에 다수의 보조 고속 가스 유체로 하여금 제 1 고속 가스 유체에 의해 형성된 제 2 미세 유체와 만나게 하는 단계를 포함하는 미세 섬유의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 2 고속 가스 유체가 산소 분자 가스 0.22부피% 이상을 함유하는 산소 분자가 풍부한 가스로 연료를 연소함으로써 얻어진 고온 가스인 것을 특징으로 하는 미세 섬유의 제조방법.
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