KR900004585B1 - 중공섬유 번들을 포함하는 투과기 - Google Patents

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Description

중공섬유 번들을 포함하는 투과기

제1도는 중공코어, 투과성 중공섬유의 나선형 권취 번들(bundle) 및 드릴링, 절단 등으로 튜브 쉬이트로 전환시킬 수 있는 중심에 배치된 토로이달(toroidal)수지상 벽 부재로 이루어진 본 발명 조립품의 사시도.

제2도는 코어 축을 포함하는 평면으로 수직 절단한 투과기를 나타내는 단면도.

제2a도는 번들부의 섬유층 부분의 확대도.

제3도는 제2도의 십자류(cross-flow)블록과 투과방출 파이프부에 대한 사시도.

제4도는 제1도에 도시한 바와 같은 본 발명의 예비 형성된 조립품의 코어 성분 속에 (투과 파이프와 함께) 이후에 삽입시킬 수 있는 불완전한 형태인 십자류 블록의 사시도.

제5도는 본 발명의 방법에 의해 형성된, 제2a도에 도시한 번들보다 더 큰 섬유 번들을 도시한 것.

제6도는 정상, 축상 및 원주상 밴드폭에 대한, 또는 파이프 직경에 대한 원통형 권취각 A의 관계와 1회 권취에 대한 미권취 수직길이를 용이하게 알 수 있도록 나타낸 도표.

제7도는 C의 정의, 즉 패턴당 서키트 수와, p, 즉 패턴의 진행을 설명하는 개략도이다.

본 발명은 다공성 코어, 수지상 튜브 쉬이트 및 자체-고정(self-locking)되고 나선형으로 권취된 중공섬유 번들(bundle)로 이루어진 조립품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 미연방정부 계약(United States Government Contract) 제14-34-0001-0501호(OWRT)에 따라 이루어진 것이다.

미합중국 특허 제4,080,296호에는 가공 용수(processed water)의 1일 개별 생산용량이 250,000 갤론인 중공섬유 투과기 유니트가 기술되어 있다. 이 유니트는 중심을 통과하는 선택투과성 중공섬유의 신장 배열된 번들(bundle), 압력 평형 튜브 쉬이트 및 튜브 쉬이트 내의 수집구를 투과시키기 위해 반경적으로 배치된 십자형 도관을 통해 연결된, 동축상으로 배치된 투과 방출 도관을 함유하는 다공성 공급 튜브로 이루어져 있다. 생성된 조립품은 이의 말단으로부터 연장되는 튜브에 의해서만 차단되는 필라멘트-권취 케이싱(casing)내에 봉입되어 있다. 중공섬유 번들의 말단은 튜브 쉬이트로서 작용하지 않으나, 섬유 번들을 코어에 고착시키고, 번들의 각 말단에서 섬유간에 반경 공간을 유지시키는 수지상 벽부재에 봉입된다. 직물 랩(wrap)과 같은 수단을 사용하여 번들을 구속하고/하거나 섬유 사이의 공급 유체의 균일한 분포성을 향상시킬 수 있다.

상술한 형태의 유니트, 즉 소위 "퀀텀 모듈(quantum module)"은 투과기술을 상당히 진전시킨 것이나, 말단 수지상 벽 부재, 즉 "막힘 말단 튜브 쉬이트"(dead end'tubesheets')가 없는 경우에는 더 우수한 결과가 나타난다. 즉, 말단 벽 부재속에 봉입된 섬유 번들부는 비생산적이나, 이들이 봉입되지 않은 경우에는 투과용으로 사용할 수 있다. 그러나, 필수적인 로킹(locking)과 스페이싱(spacing)을 이러한 벽 부재 또는 당해분야에 알려진 유사한 구속 수단의 부재하에 달성할 수 있는 방법은 나타나지 않고 있다.

중공섬유로 이루어진 큰 직경의 번들을 나선형으로 권취하는데 따른 문제(예를 들면, 번들 구조물이 다른 부재와 구도로 친화성이 있도록 하는 방법)는 번들 말단 근처의 말단 팽창(terminal bulge) 또는 팽출(hump)이 형성되는 점이다. 즉, 권취방향이 번들의 말단에서 역전될때 필요한 턴 어라운드(turn-around)의 결과, 조립품은 통상 "독본(dog bone)"형 이라고 불리는 아령(dumbbell)과 같은 형태가 된다. 이러한 형태는 케이싱 벽과 번들의 더 작은 직경부 사이의 공간의 효율적인 사용을 방해하고, 유체 분포에 대한 문제점을 증가시킨다.

독본의 문제는 권취물의 각 말단에서 턴-어라운드 되는 섬유의 하부에 있는 코어부의 직경이 일정하지 않는 경우, 심지어는 직경이 돌변하지 않는 경우, 즉 수인치의 코어 길이에 걸쳐 균일하게 분포되는 경우에도 악화된다.

이러한 독본의 문제를 해결하는 선행기술 중의 한가지 방법은 더 긴 번들을 제조하고, 말단 팽출부의 내측 벽 부재를 형성시킨 다음, 각각의 벽 부재를 충분히 절단하여 튜브 쉬이트로 전환시키며, 이때 팽출된 번들 부분도 동시에 절단한다. 이 절단부는 폐기물이 된다. 다른 방법은 턴-어라운드(나선형 권취) 시에 코어의 주위에 섬유(스트랜드, 토우, 로빙 또는 밴드)를 통과시키지 않으나, 섬유가 턴-어라운드하는 도중에 이들 필라멘트를 루프상으로 감는 방법으로 구조물의 각 말단에서 별개의 필라멘트상에 원주상으로 권취시켜 작은 권취각으로 나선형 권취를 하지만, 이 방법은 약간의 독본이 형성된다. 말단 매듭에 의지하지 않고 나선형 권취를 할 수 있도록, 독본형 섬유 번들에 대한 섬유 소모물이나 고정물을 사용하는 것이 고도로 바람직하다.

섬유가 젖은 경우, 특히 민감하게 나타나는, 큰 번들을 권취하는데 수반하는 또다른 문제점을 번들의 미끄러짐이나 슬럼핑(Slumping)이 일어나는, 즉 번들이 불안정해지는 것이다. 직경이 작은 섬유 번들을 직경이 돌발적으로 감소하는 코어 말단부에 포함시키거나, 이에 따라 제공된 환상 "쇼울더" 또는 "스텝"에, 또는 하부에 권취하여 고정시킬 수 있다. 그러나, 이는 직경이 큰 안정한 번들을 제조하기에는 충분치 않다.

선행기술에서는 직경이 크고 나선형으로 권취된 필라멘트 번들을 안정화시키고, 축방향으로 회전하는 코어에 나선형 권취를 하는 것이 포함된 파라미터를 조절하여 간단히 자체-고정시킬 수 있는 방법이 제안되어 있지 않다. 그러나, 이것이 가능하다 하더라도, 필라멘트가 비교적 취약한 중공섬유이고, 형성된 번들이 투과 분리 장치에서 효율적으로 작용해야 하는 경우, 그러한 파라미터들을 부과된 제약내에서 유지시킬 수 있는지의 여부가 문제점으로 제기된다.

본 발명의 주목적은 유공성(foraminous)코어, 압력 평형 튜브 쉬이트 및 코어에 자체-고정되고 말단이 원형인 원통형 압력 용기의 일반적 형태를 가지며 안정하고 직경이 큰 나선형 권취된 중공섬유 번들로 이루어지며, 투과기용으로 사용할 수 있는 조립품을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 번들 말단부를 구속하고, 그 안에 섬유 사이의 균일한 공간을 유지시키기 위한 분리 장치를 면제시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 섬유 폐기물을 방지하고 주형 봉입재료(potting material)가 필요없도록 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 섬유 번들 자체의 이용성을 극대화하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 번들(섬유들 사이)을 통과하는 유량이 더욱 균일한, 상술한 형태의 조립품을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 그밖의 목적은 공급 유체를 뒤집는 장점을 완전히 이용하는 것이다.

제1도는 중공 코어, 투과성 중공섬유의 나선형 권취 번들 및 드릴링, 절단 등에 의해 튜브 쉬이트로 전환될 수 있는 중심에 배치된 토로이달(toroidal)수지상 벽 부재로 이루어진 본 발명의 조립품의 사시도이다. 번들의 표면층을 나타내는 인터레이싱된 섬유부분은 확대도시하였다.

제2도는 코어 축을 포함하는 평면으로 수직 절단한 투과기를 나타낸다. 코어/튜브 쉬이트/섬유 번들 내부 조립품의 두가지 중요한 특징은 (1) 섬유 번들의 말단에 벽 부재(막힌 말단 튜브 쉬이트)가 없고, (2) 섬유 번들은 본 발명의 방법에 의해 형성된 다수의 층(strata)으로 이루어진 4개의 형성층으로 구성된 나선형으로 권취된 번들이라는 점이다. 조립품은 제1도와 동일하나 코어에 공급 유입구, 중앙 십자류 블록(Central Cross-flow block), 투과 방출 파이프 및 동축 염수 방출구를 포함하는, 본 발명중의 하나로부터 유도된다. 섬유 번들의 상부 우측부를 이루는 섬유층 부분만 제2도에 도시하였다. 번들부의 섬유층 부분의 확대도를 제2a도에 도시하였다.

제3도는 제2도의 십자류 블록과 투과 방출 파이프부에 대한 사시도이다. 도시한 바와 같이, 블록, 파이프 및 피팅(fitting)은 섬유 번들 및 벽 부재(튜브 쉬이트 전구체)를 형성하기 전에 코어에 도입시킨다.

제4도는 제1도에 도시한 바와 같은 본 발명의 예비-형성된 조립품의 코어 성분 속에(투과 파이프와 함께)나중에 삽입할 수 있는 불완전한 형태의 십자류 블록의 사시도이다. 이 블록은 블록내의 투과 파이프 부분과 코어 사이의 공간에서 (후술하는 방법으로)수지를 경화시켜 코어에 결합시켜 완성할 수 있다.

제5도는 본 발명의 방법에 의해 형성된, 제2a도에 도시한 바와 같은 더 큰 섬유 번들을 도시한 것이며, 섬유층들은 제2a도에 도시한 것보다 수적으로 더 많고 다르게 배치한 것이다.

제6도는 정상, 축상 및 원주상 밴드폭에 대한 또는 파이프 직경에 대한 원통형 권취각 A의 관계와 1회 권취에 대한 미권취 수직 길이가 어떠한가를 용이하게 알 수 있도록 나타낸 도표이다.

제7도는 C, 즉 패턴당 서키트 수와 P, 즉 패턴의 진행을 설명적으로 나타낸 반개략도이다. 또한, C와 Z의 관계, 즉 커버리지(coverage)당 서키트 수를 도시하였다.

제2도, 제2a도 및 제5도에서, 각 형태중의 다소 굵은 선으로 나타낸 최종 층은 다른 층과 실질적으로 차이가 없다.

또한, 제2도, 제2a도 및 제5도에서 섬유 번들은 실제 단면이 광범위한 각으로 나타나는 다수의 모발과 같은 중공섬유로 이루어진다. 그러나, 도면의 단면도에 나타난 섬유의 말단은 본 발명을 이해하는데 있어서 필수적인 층의 형태와 상대위치를 구별하기가 매우 곤란하게 되어 있다.

상술한 목적은 생성된 섬유 번들이 연속적으로 더 긴 층(strata)의 계속적으로 더 짧거나 긴 형성물(formation)로 이루어지도록 섬유의 나선형 권추를 조절하여 달성할 수 있으며, 각 층은 약 하나 내지 다수의 커버리지로 구성된다. 이는 각 형성물의 전후면에서 팽출부 또는 독본 부분을 교대로 형성시켜 연속적인 팽출부가 직접 겹쳐지지 않으나 부착된 번들의 말단이 거의 평활하고 원형 형태를 갖도록 한다. 또한, 겹쳐진 층에 의해 층이 결속되는 결과를 가져온다.

통상적으로, 튜브 쉬이트가 될 수지체(resinous body)는 조립품의 반분점에서 (이 위치에서 경화되는) 점성 주형 봉입 수지의 밴드를 적용시켜 형성된 반경적으로 배치된 벽 부재로서 조립품에 삽입된다. 권취 및 주형 봉입작업이 완결되면, 벽 부재는 즉시 사용가능한 튜브 쉬이트로 전환될 수 있고, 이어서 조립품은 완전한 투과기 유니트로 도입된다는 의미에서 생성되는 조립품은 유용하다.

경우에 따라, 즉시 사용가능한 하나 이상의 튜브 쉬이트가 조립품 속에 도입될 수 있다. 또한, 벽 부재(막힌 말단 튜브 쉬이트)가 하기한 바와 같은 조립품에 포함되더라도, 특히 번들의 길이가 상당히 긴 경우에도 본 발명의 장점이 크다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 조립품은 코어, 섬유 번들 및 하나 이상의 벽 부재(여기서, 코어는 두개의 말단부와 조정용 유공성 부분을 갖는 견고한 신장된 원통형인 도관이며, 번들은 도관의 말단부가 연장되는 두개의 통상의 돔형 말단부와 조절용 원통형 부분의 형태로 코어의 주위에 배치된 중공섬유로 이루어지며, 각각의 벽 부재는 이들과의 밀봉계합으로 코어와 섬유가 통과하는 통상의 토로이달 수지체이며, 섬유를 번들이 안정화되고 코어에 자체 고정되는 방법으로 직경이 더 큰 일련의 십자형 나선형으로 코어 주위에 바람직하게는 밴드로 연속적으로 권취시키며, 하나 이상의 벽 부재중의 적어도 하나가 투과기에서 튜브 쉬이트로서 작용할 수 있으며, 각각의 섬유 또는 밴드의 개개 말단은 이와 같이 적합성이 있는 벽 부재 중의 하나 속에 배치된다)로 이루어지며, 투과기의 부재로서 사용하는데 적합할 수 있는 조립품으로 더 상세히 설명할 수 있다.

바람직하게는, 섬유는 투과성 벽을 가지며, 조립품의 코어 성분은 튜브 쉬이트로 전환될 각각의 벽 부재에 대한 십자류 장치 및 유체 유입 또는 방출장치등으로 적합한 하나 또는 두개의 말단 피팅과 같은 배선장치(plumbing means)가 내부에 배치된다(제2도 참조).

본 발명은 상기한 바와 같은 조립품을 형성시키는 방법을 제공하며, 그 방법은 A. 코어를 제공하고, 벽 부재 구성용 위치로서 코어 표면의 하나 이상의 테두리(hoop)를 선택하며, B. (1) 중공섬유의 하나 또는 일련의 밴드를 시계 방향 및 시계 반대방향으로 코어 주위에 나선형으로 교호로 권취하고, 이때 각각의 밴드는 상기 위치의 대략 중간선으로부터 시작하여 상기 위치와 동일하거나 상이한 위치의 대략 중간선에서 평면으로 종결되며, (2) 각각의 위치에서 코어와 밴드에 경화성 수지를 적용한 후, 그들 위치에서 생성된 수지/섬유체에 상기 수지를 계속 적용시켜 코어에 번들과 벽 부재를 형성시키고, C. 수지/섬유체를 경화시키고; 여기에서, 연속적으로 더 짧거나 더 긴 형태의 반경순서로 계속적으로 더 길어지는 층(각 층은 약 하나 내지 다수의 커버리지로 이루어진다)을 갖는 번들을 형성하기 위해 다음과 같은 일련의 단계로 권취를 수행하며,

[단계 I]

(a) 각각의 말단에서 말단까지 턴 어라운드 부분을 권취하는 동안 섬유의 더욱 국부적인 축적의 결과로서, 직경이 연속적으로 커지고 축 길이가 거의 동일한 수개(Na)의 커버리지를 감아 코어의 양 말단으로 연장되지 않으며 층의 각 말단에서 적어도 약간의 팽출한 기부가 있는 제1층을 형성하고, 여기에서, 섬유길이에 대한 장력, 및 Na의 값, 휴지각, 및 턴 어라운드 범위는 섬유와 밴드의 치수에 따라 선택하여 제1층의 코어에서 미끄러지지 않도록 하며, 층의 비원통형 말단부의 테이퍼가 (b)에서와 같이 제2층이 형성되고 배치되는 경우, 위에 겹쳐지는 더 긴 제2층의 축 방향 운동에 대해 실질적인 저항성을 제공하기에 충분히 급격하도록 하며, (b) 필수적으로 제1층을 형성하는 방법으로 제1층의 각 말단을 넘어서 제2층이 연장될 정도의 길이로 제2층을 형성하며, (c) 형성된 제1형성물의 두 말단이 적어도 현저하게 팽출될 때까지, (b)에서와 같이, 일련의 추가층을 첨가시키고,

[단계 II]

생성된 제1층이 선행의 제1층 보다 더 짧거나 길어지는 것을 제외하고는 단계 a를 반복하고, 형성된 제2층이 적어도 각 말단에서 현저하게 팽출될 때까지 단계 b와 c를 반복하는데, 제2형성물의 팽출 피이크가 하부의 제1형성물의 팽출 피이크보다 더 가깝거나 훨씬 떨어져 있도록 하며; 각 단계에서 단계 a 내지 c를 반복하고, 일련의 층이 N 값 및 길이는, 각 형성물이 이전의 형성물과는 상당히 다른 팽출 피이크 사이의 거리를 가지며, 최종 번들의 각 말단이 이들로부터 돌출한 코어말단에 적합한 플라(polar)개구를 갖는 일반적인 돔 형태를 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

[용어의 정의]

[(권취공정에서 상세히 기술하지 않은 용어)]

"통상의 원통형(Generally cylindrical)"이란 단면이 다각형인 코어 또는 번들을 포함하는 것을 의미한다. 다른 언급이 없으면, "원통형"이란 단어는 "통상의 원통형"이란 단어와 동의어로 사용한다.

"코어 표면의 테두리(Hoop of core surface)"란 코어의 짧은 원통형 부분의 표면을 의미한다.

"투과기(permeator)"란 다수의 중공섬유의 벽을 투과성 막으로 사용하는 장치이며, 투과성 막은 유체(가스상 또는 액상)스트림 중의 적어도 한가지 성분을 막이 파괴되지 않을 정도의 압력차에서 통과시킨다. 바람직하게는, 막은 선택투과성이다.

"섬유 밴드(fiber band)"란 통상 평행 길이가 다수인 벨트 또는 테이프 형태의 개개 섬유 또는 별개의 섬유 토우를 뜻한다. 토우를 구성하는 섬유는 교차되어야 하며, 토우의 두께는 단일 섬유의 직경보다 크다.

"안정한 번들(stable bundle)"이란 번들을 통과하는 섬유부의 위치 또는 공간의 교체에 저항성이 있고, 변형에 대한 저항성이 있는 (코어 주위에 배치된)섬유 번들을 뜻한다.

"자체 고정(Self-anchoring)"은 어떠한 접착제, 주형 봉입 수지체 또는 기계적 구속물도 사용하지 않고 코어에서 번들의 이탈을 야기하는 힘에 대한 강력한 저항력을 뜻한다. 조립품에 막힌 말단 튜브 쉬이트, 코어 쇼울더, 접착제 등이 포함되면, 보조 고정장치가 조립품 속에 포함되어 있지 않는 경우, 번들이 자체 고정되는 한, 조립품은 본 발명의 범위에 포함된다.

"번들의 말단(End of bundle)"이란 래디알 벽 부재의 위치에 대하여 번들의 통상의 돔형 말단부이거나, 후자의 부분이 후속 과정에 따라 절단되는 경우, 돔형 부분에 인접한 원통형 부분을 의미한다.

"팽출 피이크간 거리(Inter hump-peak distance)"란 형태(또는 층)의 한쪽 말단에서의 팽출 피이크로부터 다른 쪽 말단에서의 상응하는 피이크까지의 코어 축에 평행한 거리를 나타낸다.

본 발명의 조립품은 실제적인 방법으로 조립하기 위해, 코어 축에 대하여 평행하게 전후 운동하는 몇 종류의 가이드를 통하여 적어도 통상적인 평행 섬유의 테이프, 토우, 사, 스키엔 또는 벤드를 코어에 공급하면서 이의 장축(아보(arbor) 또는 맨드렐에서)주위에 코어를 회전시키는 권취기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 선상 왕복하는 비회전 코어 주위에 가이드를 회전시키거나 운동하지 않는 코오 주위에 가이드를 왕복운동 및 회전시키기 위해 고정된 위치에서 가이드를 유지시키고 그 축을 따라 전후로 코어를 이동시키면서 가이드를 회전시킴으로써 코어에 대한 가이드의 필요한 운동을 성취할 수 있다.

바람직한 권취형태의 당해 분야에 공지되어 있으며 (예를 들면, 복합 압력 용기의 권취) ; 완전 투과기 조립품을 장치할 케이싱을 제조하는데 사용할 수 있는 시판용 권취기를 사용한다. 이러한 형태에서, 가이드는 0의 속도("정지")에서 "스트로크"(말단에서 말단까지의 이동)를 시작하고, 미리 선택된 제한속도로 가속하고, 스트로크의 끝에 도달할 때까지 그 속도를 유지하며, 0의 속도로 감속하고, 최대 왕복위치에서 간단히 정지한다. 번들의 원통형 부분은 계속되는 스트로크의 속도가 일정할 때 형성되며, 통상의 돔형의 말단부는 "턴 어라운드"하는 동안 형성된다(감속 정지 및 역방향 가속).

[권취 종료방법]

나선형 권취에 있어서, 1회전에서 코어(또는, 번들)에 적용되는 섬유 밴드부를 "턴(turn)"이라고 한다. 1스트로크에서 형성된 턴의 코일은 우측 또는 좌측 나선이며, 가이드의 "서키트" 또는 1라운드 트립(round trip)에서 형성된 나선의 반대쌍 (그러나, 말단 루프가 연결된)은 2중 나선이다. 어느 하나의 나선에서 연속적인 턴은 서로 측면으로 접촉하지 않기 때문에, 다수의 2중 나선은 갭에 충진되고 균일한 방법으로 하부 표면을 완전히 덮도록 특정한 방법으로 권취되어야 한다. 즉, "커버리지"는 각각 동일한 측(좌측 또는 우측)의 나선으로 이루어지는 두개의 뒤섞인 플라이(층)로 구성된다. 절반의 커버리지 내가 수개의 커버리지를 권취기에서 고정물 세트를 변화시키지 않고 권취할 수 있다(예를 들면, 컴퓨터 프로그램으로 혼동되지 않는 권취 "셋업(set up)" 또는 기계 프로그램).

[서키트(circuit)]

코어 또는 번들의 한쪽 말단으로부터 다른쪽 말단으로 되돌아가는 가이드의 "라운드 트립(round trip)"(가이드는 권취될 표면에 도달하기 직전에 섬유가 통과하는 최종 장치이다)이다.

[패턴(Pattern)]

동일한 방향으로 권취된 나선에 있어서, 권취 패턴은 일련의 나선이며, 여기에서 나중에 적용되는 나선의 턴은 규칙적인 방법으로 제1나선의 턴들 사이(및 턴에 "평행하게")에 위치하여, 최종 나선의 턴이 제1나선의 턴에 인접(바로전 또는 후)할 때까지 계속되는 나선의 각각의 위치를 축을 따라 진행하는 나선을 유도하거나 지연시킨다.

패턴은 커버리지를 완성시키는데 필요한 횟수 만큼 반복한다.

P : 연속적인 나선이 시작되는 코어(또는 번들)의 주연상의 지점들 사이에서 서클의 코드(chord)를 따라 지연(lagging) 또는 유도(leading) 권취 패턴 "진행"(예를 들면, 전후 통로)으로 이루어진 방식에 대한 P 코드의 값(내부 연소기관의 헤드 볼트가 조여지는 십자형 서열).

C : 패턴당 서키트의 수(제7도 참조).

Z : 커버리지당 서키트의 수.

N : 권취 셋 업, 예를 들면, 충당 커버리지의 수.

L : 스트로크 길이 : 말단에서 말단까지의 가이드의 이동거리; 이는 번들이 가이드가 정지하는 동안 위치해야 할 그 이상의 돔형 말단을 형성하기 때문에 스트로크에 의한 권취된 축 길이보다 길다.

E : 형성될 원통형 권취부의 축 길이; 맨드렐의 회전당 캐리지 이동은 이 길이 전체를 통해 일정하다.

R : 범위(range); 턴 어라운드 도중에 감속(기계적 충격을 방지하기 위한) 또는 가속하는 동안의 가이드 이동거리. 이동 도중에 맨드렐 RPM은 변화하지 않으나 맨드렐 1회전당 캐리지 이동거리는 (권취각이 변화하는 것과 같이)변화한다.

["층(stratum)" :]

권취장치를 변화시키지 않고 적용된 연속적인 커버리지의 축적으로 형성된 번들부; 이는 최종 커버리지가 완결된 후 가해진 커버리지의 단편을 포함한다.

S : 층에서 최종 단편 커버리지가 적용되는 경우에 형성된 추가 스트로크의 수(S는 통상 0이다).

f : 필라멘트 속도-파이프상 및 가이드를 통과하는 필라멘트의 선상 이동속도.

["형성물(Formation)" :]

층의 축적으로 형성된 대부분의 번들; 몇가지 형태로 번들이 구분되는 것은 번들의 말단에서 가시적으로 분별할 수 있다.

W : 정상 밴드 폭-밴드를 형성하는 (평행)필라멘트에 대해 직각으로 측정한 것(제6도 참조).

X : "주연 밴드 폭"은 코어 축에 대하여 수직인 면을 갖는 밴드 변부의 교차점들 사이의 직선거리이다. 이는 W와 권취각으로 측정한다.

Wa : 축상 밴드 폭-코어 축에 대하여 평행인 선상에서 측정.

D : 권취 직경 : 통상 턴이 권취된 원통형 "파이프"(맨드렐 또는 번들) 표면의 직경으로 취한다. 통상 어느 정도 임의의 조절하여 W와 휴지각 사이의 관계를 만족시킨다.

[A : 번들의 원통형 부분에 대한 권취각]

(1) 파이프 축에 대하여 평행인 면과 "파이프"표면 사이의 접촉선과 (2) 평면상에 미권취된 섬유 밴드의 1/2-턴의 양 말단 사이의 각, 기계적으로 A는 캐리지 속도 대 맨드렐 RPM(π D)의 비로 측정한다.

Ap : 폴라(polar)권취각, 돔을 통과하는 안정한 필라멘트에 대해 요구되는 권취각, 통상의 권취에 있어서, Ap는 돔 말단 원통형 권취를 통해 A를 대신한다.

H : 헤드스톡 위치(Headstock position)-헤드스톡[코어, 맨드렐 또는 아보의 한쪽 말단을 감싸는 구동 "척"(chuck)]으로부터 권취부 또는 번들의 상응하는 말단까지의 거리.

l : 나선의 한쪽 턴의 감지 않은 길이.

휴지각(Dwell) : 가이드가 턴 어라운드 위치에서 정지하는 동안의 코어의 회전 정도.

T : 턴 어라운드 시간-가이드가 감속, 정지, 및 가속하는 동안의 시간의 합계; 코어는 통상 균일한 각 속도로 회전하기 때문에, 턴 어라운드 시간은 편리하게는 회전 정도로 표현된다.

B : "폴라 개구(Polar opening)"-코어가 돌출하는, 처리된 번들 말단에서의 개구부의 직경, 예를 들면, 출구면에서의 코어 직경.

축(Axis) : 장착되거나 상호작용하는 부재에 대해 운동하는 부재[맨드렐, 캐리지, 크로스-피드 암 또는 회전성 아이(eye)]

M : 사용되는 특정한 맨드렐 구동 기어 세트에 따른 값을 갖는 수, M의 값은 맨드렐의 회전당 맨드렐 인코더로부터 컴퓨터에 전달되는 전자 "펄스"의 수를 10,000으로 나눈 값이며, 맨드렐의 회전 각속도와는 무관하다. 대조위치로부터 각각의 축이 운동하는 동안 수신되는 펄스의 수를 계산함으로써, 컴퓨터는 축의 위치를 탐지할 수 있다.

[돔형 말단 원통상 나선형 권취에 대한 수학적 관계]

안정한 필라멘트 통로에 있어서, 폴라 권취각(라디안)은 다음과 같다 :

상기식에서, lc는 코일의 미권취 길이이며, n은 축 길이 E인 코일에서의 턴의 수이고 D는 코일의 직경이며, h는 턴당 축의 진행거리(pitch)이며, n이 1이며 lc²=πD²+n²이고, sinA는 πD/lc이다.

제1도를 참조하면, 조립품(1)은 다공성 코어(2), 섬유 번들(3) 및 수지상 벽 부재(4)로 구성된다. 코어(2)중의 몇개의 기공(5)만이 도시되어 있다(확대 도시됨). 섬유 번들(3)은 코어 주위에 나선형 패턴으로 권취된 투과성 중공섬유 토우 밴드의 적어도 하나(6)의 나선형 램(약간 확대된 부분)으로 이루어진다. 섬유와 코어가 밀봉상태에서 통과하는 통상의 토로이달 벽 부재(4)는 섬유가 권취되는 동안 형성되며, 그 자리에서 경화된다.

제2도에 있어서, 투과기(10)는 3개의 축소된 부분으로 도시하였으나, 통상적으로 길이 대 직경비가 적어도 6 대 1이다. 투과기는 내부 조립품(11), 케이싱권취 예비 성형품의 두개의 인접한 분무 유리 섬유 반편(12) 및 나선형으로 권취된 유리섬유 케이싱(13)으로 구성되어 있다. 내부 조립품은 에폭시 수지를 투과성 방출 파이프의 내측 말단(20) 주위에 캐스팅하여 블록(19)과 일체화되는 플러그(21)로 파이프 말단(20)을 부분적으로 충진시키고 종방향 공급통로(22)를 드릴링 함으로써 형성된 십자류 블록(19), 스테인레스 스틸 투과성 방출 파이프(18), 스테인레스 스틸 염수(불용물) 방출구(17) 및 스테인레스 스틸 유입구(16)를 포함하는 배관 시설물의 예비조립된 복합품으로 밀봉계합되어 형성된 다공성 유리 섬유/에폭시 코어(15)를 포함하는 단일 부조립품(개별적으로 번호는 기재하지 않았음)과 튜브시이트(14)를 포함한다. 방출구(17)는 코어(14)가 형성되기 전에 설치된 주형 봉입 수지의 원통형체(24)에 의해 투과성 방출 파이프의 외측 말단(23)과 밀봉계합된다. 튜브 쉬이트(14)는 코어(15)에 밀봉결합된 토로이달 수지당 벽 부재(25)를 포함하며, 주(투과헤더) 구멍(26)에 의해 관통되어 있으며, 구멍(26)은 코어에서 직경에 대하여 반대인 다이아몬드-드릴링된 개구부(27)와 일치하여 위치하며, 또한 개구부(27)는 십자류 블록(19)에서 개구부(28)와 일치하여 위치하고, 후자의 개구부는 파이프(18)의 벽에서 개구부(29)와 일치하여 위치한다. 벽 부재(25)는 또한 더 작은 다수의 구멍(30)이 뚫려있다. 구멍(26,30)은 벽 부재(25)에 봉입된 섬유를 절단하여 섬유 루멘으로부터 투과출구를 제공한다. 구멍(26,30)은 결합된, 에워싸는 섬유-유리 후프(32)에 의해 씌어지고, 벽 부재의 주연부의 외측으로 쉘로우 트렌치(shallow trench)(31)에 종속되고 연결된다. 다수의 결합된 스페이서 리브(33)는 후프(31)과 예비 성형재(12) 사이의 튜브 쉬이트(14) 주위의 틈에 위치하며, 따라서 공급 유수의 방해없이 전체 구조물을 경화시킨다.

코어(15)의 말단과 중심부는 직접된 비다공성 유리섬유 플라이로 제조되나, 코어의 나머지는 다공성이며, 섬유 사이로부터 불용물(염수 또는 농축액)의 출구를 제공한다. 도시한 바와같이, 공급 유수는 번들을 통하여 아웃사이드 인"(Outside in)"통로에 이른다. 그러나, 덜 바람직하지만 인사이드 아웃 유동도 가능하다.

섬유 번들(34)은 더욱 사실적으로 나타낸 우측 상단부 이외에는 이상적으로 도시하였으며, 네가지 형태(I, II, III, IV)의 층(35)으로 이루어지고, 후자는 형태 I 을 부분적으로 생략하여 선을 뚜렷하게 하였다. 후자의 번들부는 모든 층을 완전하게 하여 제2도에 확대하여 도시하였다.

제3도는 투과 방출 튜브(제2의 18)의 내측말단부(20)와 십자류 블록(19)의 확대 사시도이며, 공급 통로(22)와 투과통로(28)는 일반적으로 서로에 대해 직각인 통로에서 블록을 통하여 공급 및 투과시킨다.

제4도는 본 발명의 조립품에 대한 이미 형성된 세부분(기본 골격)에 추가할 수 있는 십자류 블록 구조와 투과 방출 튜브의 부조립품이다. 튜브의 내측 말단(40)은 도시한 바와같이 튜브 단면의 말단(40)이 지지되는 하부판(42)과 판(42)에 결합된 두개의 평행 측판(43)으로 이루어지는 U형 유리섬유/에폭시 구조(브라켓; 41)속에 위치한다. 부재(40,42,43)는 서로 접촉하는 선을 따라 소량의 에폭시(도시하지 않음)로 함께 접착시키며, 수득된 부조립품(번호는 기재하지 않았음)은 조립품의 코어에 가해진다. 조립품은 수직으로 위치하며, 코어의 내측표면 사이의 반대 공간(모형으로 도시하였음), 브라켓 판(42,43) 및 파이프 말단(40)은 에폭시(도시하지 않음)로 충진된 후 그 자리에서 경화된다. 이러한 방법은 코어 말단이 공급구와 투과 방출구의 후속 도입에 적합해야 하며, 이어서 방출구와 코어 말단 사이에 접착성 수지의 적합한 체(body)를 설치하여 경화시킬 필요가 있다.

제5도는 실시예 1에서 기술한 바와같이, 코어(51)위에 구성된 섬유 번들부(50)의 종단면을 나타낸 것이다. 이는 각각 7개, 10개, 5개, 12개 및 7개의 층(52)으로 나타낸 다섯가지 형성물(V, VI, VII, VIII, IX)로 구성된다. 코어(51)는 섬유/유리 에폭시로 구성되며, 내부직경은 균일하나 도시한 바와같이 벽 두께가 점차 얇아지는 말단부(53)를 포함한다. 코어의 비경사부(54)에는 기공(55)이 관통한다. 종방향과 반경방향으로 나타낸 코어/번들 조립품은 각각 코어의 중간원주(도시하지 않음)와 코어 축으로부터 측정하며, 수평(Ls/2) 스케일과 수직(반경) 스케일로 나타낸다(Ls/2=층 길이의 1/2).

각각의 형성물에서 제1층 말단에서의 팽출은 선행하는 제1층 팽출의 축방향으로 배치되며, 권취 파라메타는 번들에 대한 "독-보닝"의 정도가 최저가 되도록 조절한다. 도면에 나타낸 번들은 완성단계에서 최대 직경이 약 16in이나, 구조물은 최대 직경과 최소 직경의 절대차가 증가하지 않고 최대 직경이 약 24in인 번들을 제조하는 동일한 방법으로 계속 제조되고 있다.

제6도에서, 정상 폭 W은 섬유 밴드(60)의 나선형 권취의 두개로 분리된 1/2턴은 연신 쉬이트의 면에서 반경 D/2인 코어(61)로부터 미권취된 것을 나타낸다(말단에서 코어에 대한 접선방향).

권취각 A는 편평한 밴드 부분의 변부와 코어표면과 상기 부분 사이의 접촉선 사이의 각이다. sin A, W 및 Wa(축방향 밴드폭) 사이의 관계는 1/2턴으로 나타내며, cos A, W 및 X(주연 밴드 폭) 사이의 관계는 다른 것으로 나타낸다. 삼각형 PQU, 선 QU 및 PQ(πD/2)의 길이와 1/2로부터 sinA는 πD/1임이 명백하다.

제7도는 Z, C 및 P값의 상이한 여러가지 세트에 상응하는 5개의 상이한 기하 형태를 도시한 것이다. 각 패턴에서, 곡선은 섬유 번들(도시하지 않음)의 회전방향을 나타내며, 내측 환은 돔형 말단부(도시하지 않음)의 기부면에서의 번들의 표면(70)을 나타내며, 외측 환(모형으로 도시, 번호는 기재하지 않았음)은 하나 이상의 커버리지가 완성된 경우, 형성될 다음 표면을 나타낸다. 두개의 환 사이의 반경선은 번들이 형성되는, 섬유 토우(72)의 밴드(71)의 Z-단부 변부를 나타낸다. 간략하게 하기 위해서 커버리지의 시계방향 나선만을 후자에 의해서 나타낸다. 실선은 마지막 층이 부분(71)에 인접하기 전에 놓일 나선의 수(C)에 의해 점유된 표면(70)상의 후속 위치의 진행을 나타낸다(이점에서 제1"패턴"이 완성된다). 굵은 점선 화살표는 커버리지가 완성될때까지 패턴이 어떻게 반복되는가를 나타낸다.

컴퓨터로 제어하지 않았으나, 융통성 있고 고도로 자동화되면서 경제적이고 컴퓨터 제어 시스템에 의해 품질관리되는 권취기를 사용하여 본 발명의 조립품을 제조할 수 있다. 당해분야의 권취기 디자인, 전자 조절회로 및 컴퓨터 프로그램의 상태는 잘 알려져 있으며, 본 발명의 실시에 적합한, 컴퓨터에 의해 조절된 권취기 시스템을 조립 및 프로그래밍할 수 있다. 그러나, 컴퓨터에 의해 조절된 적당한 "3축"권취기 시스템(축은 캐리지, 맨드렐 또는 가이드와 같은 분리된 조립품이며, 연결된 다른 조립품들 중의 적어도 하나의 방향과 무관하게 이동시킬 수 있다)은 맥클린-앤더슨사(McClean-Anderson, Inc., Milwaukee, Wisconsin, U.S.A)에서 시판하고 있으며, 소프트웨어(카세트 또는 디스크 형태)도 제공하고 있다. 후자 형태의 시스템, 즉 "N-101"은 실시예에서 사용할 것이다.

독-보닝을 이동시키고, 번들을 고정시키며, 안정화시키는 이외에, 번들은 투과기에 적용될 공급유체의 유속에 대한 저항성이 낮아야 한다(낮은

P). 또한, 섬유 패킹의 균일성과 번들을 통과하는 횡단성은 챈널링(channeling; 및 부합하는 polarization 및 scaling)을 피해야 하며, 플러슁(flushing) 및 역류 클리닝/데실팅 공정(reverse flow cleaning/desilting operation)을 촉진시켜야 한다. 다른 요건은 번들의 돔형 말단부를 통한 코어의 다공성(또는 투과성) 부분까지의 (가장 짧은) 유체 통로의 길이가 번들의 나머지를 통한 토어까지의 (가장 짧은) 유체 통로의 길이에 필적하는 것이다.

밴드를 구성하는 섬유를 이들의 투과 (또는 다른) 특성을 유지하기 위해 액체로 적시키는 경우, 턴이 스테이풋(Stay put)하는 최소의 권취각은 더 커지며, 최대의 각(나선형이지만 주연에 권취되지 않는다)은 더 작아질 것이다. 권취각 범위에 대한 제한은 L/D 비(신장 번들의 구조물을 통과하는데 대한)가 비교적 큰 코어의 선택에 있다. 즉, L/D비가 커질수록, "안정한 필라멘트 통로"에 대한 최소각은 증가하며, 최대각은 감소한다. 따라서, L/D비가 약 16 내지 20인 섬유 유리코어에 습윤상태의 셀룰로오즈 아세테이트 섬유를 권취하는 경우, 만족할만한 권취안정성은 약 25° 내지 약 50°범위밖의 권취각에서 나타나지 않았다.

필요한 최소 휴지도는 섬유 장력, 턴 어라운드가 일어나는 표면적과 섬유 사이의 마찰계수 및 표면을 한정하는 체(코어 또는 번들부)의 형태와 같은 인자들에 따라 결정된다. 밴드를 역나선 방향으로 훅(hook)할 수 있는 쇼울더가 더 많을수록, 필요한 휴지도가 더 작거나 섬유장력이 더 크거나 또는 마찰계수가 더 작아질 수 있다. 따라서, 설유 유리/에폭시 복합 코어에 습윤 셀룰로오즈에스테르 섬유 밴드를 권취하는 경우, 비교적 높은 휴지각(예를들면, 약 110°)이 번들의 제1층 구조에 적합함을 알았다. LD이 증가하여 제2층이 제1층의 말단에 연장되고 그 말단이 "훅"으로서 사용될 수 있도록 하는 경우, 제2층에 대한 휴지각을 상당히 감소(예를들면, 약 15°)시킬 수 있다. 이는 제2층에서 팽출부의 두께를 감소시키고 제1층에서 팽출부의 피크로부터 외측으로 피크를 이동시킨다. 연속적으로 더 긴층에 있어서, 약 45 내지 60°의 휴지각을 제1형성물이 완성될 때까지 유지시킬 수 있다. 다음 형태의 제1층이 제1형성물 팽출부의 피크에 연장되지 않는 경우 비교적 큰 휴지각(예를들면, 134°)을 이용할 수 있으나, 제2형성물에서의 연속적인 긴 층에 대한 휴지각을 약 45 내지 60°로 줄일 수 있다. 물론 각 층에 대한 정확한 휴지각은 휴지 및 다른 선택된 권취 파라메타값 사이의 관계를 만족시켜 턴 어라운드 말단 루프가 동일한 커버리지에서 진행하는 루프 위에 겹치지 않아야 하며 루프와 그 사이의 간격이 없어야 한다.

섬유에 대한 장력이 더 커지면 위에 겹쳐진 커버리지는 그 밑에 겹쳐진 커버리지를 더 효율적으로 결속시킨다. 또한, 장력은 밑에 겹쳐진 섬유가 편평해질 정도로 커질 수 없으며, 이러한 높은 장력에 달하기 전에 제어해야 한다. 다시 말하면, 섬유들이 접촉하는 지점에서 섬유를 연신시키기에 충분할 정도로 장력이 너무 크지 않아야 한다. 또한 대부분의 공지된 중공섬유의 역침투에 필요한 염-거부 표면층은 연신에 의해 손상될 수 있다. 따라서, 습윤 셀룰로오즈 에스테르 섬유를 사용하면 24 또는 30개의 섬유 토우당 약 150 내지 약 350g 범위내의 장력이 적합함을 알았다. 일반적으로 10개의 토우를 밴드로서 조합할지라도(예를들면, 코어 또는 번들에 함께 병렬로 연신), 각 토우는 별도로 장력을 받는다.

본 발명의 조립품이 단 1개의 튜브 쉬이트로 이루어진 경우, 튜브 쉬이트의 각 측면상에 섬유 루멘을 통과하는 압력 강하가 동일해야 한다. 따라서 튜브 쉬이트를 이루는 단독 벽 부재는 번들의 각 말단으로부터 동일한 거리에 위치해야 한다(번들에서 섬유 크기의 균일성 확보). 유사하게, 조립품 내에 구성된 벽 부재의 수가 2이상이고, 번들 말단에 위치한 부재의 수(막힌 말단 튜브 쉬이트의 경우)가 0.1 또는 2인 경우, 번들의 말단에서가 아닌 인접한 두개의 벽 부재 사이의 축상 거리는 번들의 각 말단으로부터 그 말단에서 이격된 가장 인접한 벽 부재까지의 거리가 약 2배 이어야 한다. 그 이유는 번들과 이로부터 이격된 가장 인접한 벽 부재 사이의 섬유부가 번들 말단으로부터 가장 인접한 벽 부재(그 말단에 위치한 벽 부재가 아닌)까지의 거리의 약 2배인 길이를 갖는 루프이기 때문이다. 코어로서 사용하는 도관은 나선형 섬유 밴드 권취가 안정한 일정 단면 형태일 수 있으나, 통상적으로 원통형이 바람직하다. 금속, 열경화성 플라스틱, 경화수지/섬유 복합품, 그라파이트 또는 세라믹(유리포함)과 같은 다른 적합한 물질 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 필수적인 유공이 코어가 형성된 물질에 존재할 수 있으며, 예를들면, 다공성 소결물(sinter) 또는 수지 함침된 다공성 직물의 원통형 적층물일 수 있다. 또한, 예비 형성된 구멍 없는 파이프의 벽을 드릴링, 리칭(leaching) 또는 레이저"니들링(needling)"으로 다공화할 수 있다.

도관 벽의 다공도는 유공부의 한쪽 말단에서 다른쪽 말단까지 균일한 것이 바람직하다, 균일하지 않은 번들의 섬유 사이에서 유체 통로의 유체 저항의 차에 대한 보정이 필요한 경우, 미리 선택된 패턴에 따라 변화시킬 수 있다.

상기한 바와같이, "배관 조립부품"과 같은 다른 투과부재를 번들이 제조되기 전에 코어에 삽입할 수도 있다. (또는, 번들이 형성된 후에 삽입할 수 있다)

코어는 코어 말단(또는 예비 장착된 말단구)에 도입된 아보 또는 맨드렐과 같은 통상적인 장치로 권취기에 위치시킬 수 있으며, 레드형 헤드스톡(lathe-type headstock) 및 테일 스톡 조우(tailstock jaw) 또는 작용이 동일한 다른 적합한 장치로 유지시킬 수 있다.

벽 부재(튜브 쉬이트)를 형성하는 수지의 적용은 일반적으로 적어도 하나의 섬유 커버리지가 코어 위에 권취될때까지 적용시키지 않는다. 수지를 분산시키고 번들 표면에 수지를 문지르는 가요성 독터 블레이드(doctor blade) 바로 앞에서 선택된 축방향에서 섬유 번들 상부에 위치하는 노즐에 대한 특성을 적합한 점도의 수지를 적용하고 경화시켜 달성할 수 있다. 이러한 공정은 사용하는 섬유의 종류, 조건 및 투과기에 적용될 물질에 대해 적합한 주형 봉입 수지를 사용하여 수행할 수 있다.

수지의 선택은 본 발명의 중요한 요소가 아니다. 선행 기술에 나타난 튜브 쉬이트 수지는 본 발명의 실시에 적합하다. 이들은 수지 조성물에 함유된 경화제의 작용으로 및/또는 열 또는 조사로 경화시킬 수 있다.

실제적인 방법으로서, 섬유는 적어도 수개의 다중섬유 토우 또는 러빙의 밴드 형태로 별도의 장력을 받으면서 적용될 수 있다(조절가능한 회전저항성이 있는 반대쌍의 발포 표면 롤과 같은 통상적인 장치에 이어서 스프링-부하된 아이들러 암(idler arm)에 장착된 풀리(pulley)와 같은 통상적인 장치에 의해, 밴드는 적절한 가이드(예를들면, 훅 아이 또는 풀리 등)를 통하여 공급되며, 전후 운동하는 권취기 부재는 코어와 같이 코어 축에 평행하게 회전한다. 상기한 N-101기계에서, 당해 부재는 아이(eye) 또는 바람직하게는 아이를 따라 전후로 이동하는 캐리지로부터 코어를 향하여 연장된 신축성/신장성 "크로스피드"(cross feed)암의 말단에 위치하는 다수의 홈이 있는 풀리이다. 회전 풀리의 아이 또는 축은 밴드의 풀에 대하여 수직면으로 전후 회전할 수 있으며, 크로스피드암의 것과 평행으로 또는 공동으로 축 주위를 회전할 수 있다. 후자의 풀리 운동은 "체터(chatter)"를 방지하기 위해 코일 스프링에 의해 다소 억제된다. 크로스-피드암은 풀리가 번들(코어)로부터 미리 선택된 거리에 있을 때까지 전진하며, 층이 완성된 직후(초기의 공간을 다시 구성하기에 충분한) 주기적으로 수축한다. 크로스-피드 암이 턴 어라운드하는 동안 움직이도록 프로그램되어 있지 않는한, 풀리로부터 번들까지의 거리는 휴지점이 도달한 만큼 증가한다. 섬유 밴드의 풀과 각은 심지어 크로스-피드 암이 움직일지라도 턴 어라운드 하는 동안 변화한다.

권취 "셋-업" (번들 또는 번들부가 커짐에 따라 다양한 권취 파라미터에 주어진 연속적인 값)의 설치는 실제로 비교적 두껍게 축적된 권취물을 형성하도록 고안되지 않은 당해분야의 기계에서는 다소 오차가 발생하는 공정이다. 특정값의 파라미터를 확보하고 하나 이상의 커버리지를 권취하며, 미끄러짐, 권취간격 또는 랩 및 턴 어라운드에서의 적합한(또는 과도한)휴지정도를 관찰한다. 시스템 컴퓨터의 기억장치는 선택된 파라미터값들 사이의 관계를 저장하며, 소프트웨어는 상이한 기계축들의 필요한 운동을 계산하고 따라서 기계의 작동을 지시하기 위해 이러한 관계를 사용한다. 필요에 따라, 생성된 제1층을 절단하고, 폐기하며, 반복실험하나, 이러한 변화가 권취 파라미터의 변화를 야기한다. 이 과정은 만족스러운 제1층이 얻어질 때까지 반복하며, 기계에 대한 얻어진 "프로그램"을 저장한다. 또한, 목적하는 치수, 형태 및 안정성을 가진 번들을 제조하는 프로그램의 순서가 얻어질 때까지 연구한다.

"파이프"표면에 있는 섬유 밴드의 실제 폭(W)은 풀리를 떠나는 밴드 폭을 초과할 수 없으며, 풀리로부터 파이프 표면까지의 거리에 비례하여 후자의 폭보다 약간 적을 것이다. 번들의 말단에서 말단까지의 권취물의 직선 길이를 최소화하기 위해, 각도 A는 비교적 작아야 하나, 안정한 필라멘트 통로가 생성될 정도로 충분히 커야 한다.

연속적인 층에 대한 장치 작동 방법은 더 상세히 기술할 것이다. 코어와 선택된 섬유 밴드의 실질적인 치수는 알려져 있으며, 권취각에 대한 위선(latitude)은 번들 안정성이 아닌 다른 것을 기준으로 결정한다. 마찬가지로, N(층당 목적하는 커버리지의 수)과 필라멘트 속도(f)는 적어도 시험적으로 선택한다.

파이프 표면에 공급하는 것과 같은 밴드의 실제 폭(W)은 가이드(아이 또는 풀리)를 후진시켜 감소시킬 수 있으나, 이때 레이 다운의 조절이 급격히 손실된다. 결과적으로, 권취각은 Z(커버리지당 서키트 수)를 정수로 만들기 위해 변화시키는 파라미터이다. 즉, Z=π D/X 및 X(주연 밴드 폭)는 A/cosA와 동일하다(나선형 권취에 있어서, X는 π D/2 미만이어야 한다).

파라미터 R(가속 또는 감속범위)은 턴 어라운드에서 기계에 대한 기계적 충격을 최소화하기 위해 부여된 더 낮은 한계를 갖는다. N-101에 있어서, 이러한 한계는 감속전의 캐리지 속도인 초당 10ft당 캐리지(가이드) 이동이 1"이며, 캐리지 속도는 cot A÷(πD 맨드렐 RPM)이다. 독-보닝을 최소화하기 위해, R은 통상적으로 가능한한 낮게 유지한다. 본 발명의 실시에 있어서, 독-보닝은 파일(및 후속 절단)되기 보다는 오히려 분배된다. 따라서 번들 말단의 목적하는 돔 형태가 허용될 수 없을 정도로 변형되지 않는 한, R은 정수인 서키트(c)에 의해 완전한 커버리지가 형성되는 "턴 어라운드 시간"(T)의 확정이 용이한 경우, 다소 크게 할 수 있다.

턴 어라운드 시간(파이프의 회전도)은 다음과 같다 :

T에 대한 통상적인 최소 및 최대치는 각각 휴지각 0°및 360°인 경우에 나타난다. 0의 휴지각은 본 발명의 실시에서 허용할 수 없으며, 휴지각이 360°이상일 수도 있으나, 통상 360° 이하의 휴지각을 사용한다. 통상, 다양한 값의 T가 각 커버리지를 완성시키기 위한 필요성을 충족시키지는 못한다. Z의 값이 몇개의 C값을 허용할 정도이고, 더 많은 섬유 크로스-오버(cross-over)가 허용되는 경우, 더 많은 T값을 선택할 수 있다.

더 많은 C값을 가질 수 있을수록 T값은 밴드가 C값에 상응하는 패턴 중의 하나의 위치와 일치하는 돔의 주연을 횡단하는 지점에서 찾을 수 있다(제7도 참조).

Z-1이 소수인 경우, C는 단자 1일 수 있으나, Z-1이 소수가 아닌 경우, C는 Z-1의 적분 제수(Z-1은 제외)일 수 있다. 예를 들면, Z가 12이고 Z-1이 11인 경우에 C는 단지 1일 수 있으나, Z가 2가 13이고 Z-1이 12일 경우에 C는 1,2,3,4 또는 6일 수 있고, Z가 100이고 Z-1이 9이면 C는 1 또는 3일 수 있다.

돔 말단 맨드렐 또는 예비성형물에 대한 나선형 권취에 있어서, 통상의 실시(N-101과 같은 권취기를 사용)는 나선형 권취에 대한 몇몇 파라미터(T, A 및 R)에 대한 특정 값을 사용하고, 파라미터 B(돌출한 코어 말단 주위의 "폴라 개구"의 직경)를 포함하고, 캐리지의 각 스트로크가 시작되거나 종료되는 턴 어라운드 기간 동안 보조축으로서 크로스-피드 암(및 "회전 아이")을 가동시키는 것을 포함한다. 이들 축의 필요한 운동은 비행기형 "조이 스틱(joy stick)"을 수동으로 작동시켜 시행착오를 거쳐 결정한다. 캐리지는 컴퓨터 기억장치에 저장된 나선형 권취 셋-업에 따라 작동시키며, 보조축의 운동은 별도의 셋-업으로 기록한다. 경우에 따라, 보조축의 운동에 대해 기록된 위치 좌표의 추이는 나중에 셋-업된 "폴리쉬(polish)"로 변화시킬 수 있다. 캐리지와 보조축에 대한 셋-업을 조합하여 기계를 전체 권공정에 걸쳐 자동으로 작동시킬 수 있다.

돔상의 안정한 필라멘트 통로를 확보하기 위해, A값은 B, W 및 D로 나타낸 다음 식을 만족시켜야 한다 :

요구되는 R의 값(통상, (L-E)÷2와 동일)은 폴라 개구에서 절단에 의해 짧아진 반구형 돔에 대한 돔 길이(반경)이다. 권취에 대해 선택된 필라멘트 속도는 상응하는 캐리지 속도(=fcosA)가 사용된 권취기에 대한 적절한 한계를 초과하지 않을 정도여야 한다(N-101에 대해 10R 이하이나 150ft/분을 초과하지 않음). 필요한 맨드렐의 RPM은 (필라멘트 속도 sinA)÷π로서 결정한다.

첫번째 해결방법으로서, 돔상의 안정한 필라멘트 통로에 대한 적절한 T값은 돌출한 코어("Neck")에 대해 접선방향이고 두개의 떨어진 점에서 돔의 기부에서 주연을 차단하는 통로의 표면 위에 필라멘트를 위치시키고 통로 내에서 필라멘트를 전후 운동시키며, 필라멘트가 돔의 기부 또는 말단을 향한 슬립 또는 통로에 머무르는 지의 여부를 주지함으로써 알 수 있다. 후자의 점들 사이에 위치한 주연의 필라멘트 통로를 안정화시키는 경우, 이들 점 사이의 하향호를 측정하고, 그 길이를( °)로 계산한다. 생성된 T값은 가장 큰 적절한 C값을 사용하여 나선형 권취부에 대한 필요치에 따라 보정한다.

가장 적절한 P값(리딩 또는 래깅권취 패턴)을 결정한다. 필요에 따라, W,T,C, 및/또는 A의 "보정"은 가장 양호한 결과를 위해(바람직하게는 컴퓨터에 의해)수행한다.

보조축의 도움없이 "돔"형 말단 섬유 번들을 권취할 수 있음을 밝혀내었다. 즉, 크로스-피드 암과 회전성 아이는 층의 구성 도중(권취 셋-업의 완성 도중)에 캐리지에 대하여 이동시킬 필요가 없다. 크로스-피드 암은 연속 셋-업의 제1단계에서와 같이 이동되나, 가이드 위치만 변화시켜 가이드 거리에 대한 파이프 표면이 번들 직경이 증가함에 따라 미리 선택된 범위내에 있도록(예를 들면, 2 내지 3인치)유지시킨다.

권취 파라미터에 대한 다음 변형 이외에, 형성물을 구성하는 층에 대한 셋-업은 전체 번들이 통상 원통형이 되도록 고안한다. 제1형성물중의 제1층에 있어서, 컴퓨터에 의해 초기에 주어진 파라미터 값이 실제 값(true value)이다. 컴퓨터에 의해 계산된 휴지 정도를 제1층의 우수한 "록킹 온(locking on)"을 확보하기 위해 충분히 높게 하는 경우, 이에 대한 셋-업은 이점에서 허용된다. 또한 컴퓨터로 주어진 L,D,W등의 값(2차 시도)은 컴퓨터로부터 더 긴 휴지정도를 얻기 위해 이의 실제 값으로부터 약간 조정한다. 각 형성물에서 제1층후의 나머지 층에 있어서,독-보닝을 최소화하기 위해 휴지를 최소화하며 비교적 짧은(그러나 적절한)휴지를 얻기 위해 필요한 파라미터 값은 실제값일 수도, 아닐 수도 있다. 제1층 후 각 형성물에서의 제1층에 있어서, 첫번째 시도에서 목적하는 연장된 휴지값을 얻기 위해 파라미터 값을 적절히 조절할 수도 있다.

D,W,A등의 실제값에 상응하는 Z의 값을 확보하기 위해, D 및 W로 행한 조절은 D 대 W의 비가 변화하지 않는 범위내에서 할 수 있다. 또한, 바람직한 휴지에 대해 필요한 조절의 폭은 번들 특성에 심각한 악영향을 미치지 않음을 알았다.

[실시예 1]

제5도에 도시한 특성을 갖는 섬유 번들을 도면에서 도시한 형태의 코어에 권취한다. 생성된 부조립품은 튜브 쉬이트를 포함하지 않으며, 번들 말단의 구조를 변경시키지 않을 수 있다. 제1도의 벽 부재를 포함하는 다른 동일한 조립품은 벽 부재를 튜브 쉬이트로부터 전환시켜 염수로부터 음료수를 회수하기 위한 장치로서 매우 만족스러운 작용을 하는 것으로 밝혀진 시험용 투과기(제2도 참조)에 삽입하도록 변형시켰다.

섬유밴드를 각각 24개 섬유의 10개의 토우로 이루어진 번들을 구성하기 위해 사용하였으며, 섬유는 외부 직경이 305μ인 셀룰로오즈 아세테이트 섬유이다. 각 커버리지의 두께는 0.1069in이다. 모든 층에 대하여, S는 0이고 A는 45°이며 p는 2이다. C가 2인 2 내지 7을 제외한 모든 층에 대하여 C는 1이다. 제5도에 도시한 층에 대한 셋-업은 다음 표 1에 기재한다.

[표 1]

Claims (2)

1. 코어(2), 중공섬유 번들(3) 및 하나 이상의 튜브 쉬이트(14) (여기에서, 코어(2)는 두개의 말단부와 하나의 조정용 유공성 부분을 갖는 견고하고 신장된 통상적인 원통형 도관이며, 번들(3)은 두개의 통상적인 돔형 말단부와 하나의 조정용 원통형 부분의 형태로 코어의 주위에 분리된 가닥 또는 밴드로서 배치된 중공섬유로 이루어지며, 각각의 튜브 쉬이트(14)는 코어와 섬유가 밀봉계합되어 통과하는 통상적인 트로이달 수지체를 부착시켜 유도되며, 번들의 말단이 아닌 곳에 위치하며, 섬유는 튜브 쉬이트에 주형봉입되지 않은 번들 부분이 안정화되고 코어에 자체 고정되도록 직경이 더 큰 일련의 십자형 나선형으로 코어 주위에 연속적으로 권취되고, 각 섬유의 각 말단은 튜브 쉬이트들 중의 하나 속에 배치된다)로 이루어지는 투과기.
2. 제1항에 있어서, 나선의 권취각이 40°내지 50°의 범위이며, 번들은 연속적으로 더 길어지는 나선층으로 이루어지는, 일련의 반경을 가진 연속적으로 더 길거나 짧아지는 형성물인 투과기.

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