KR100560589B1

KR100560589B1 - 냉풍 멜트블로운 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100560589B1
Application number: KR1020007006706A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 디. 하이네스; 제프리 엘. 맥매너스; 릭 버즈비
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2006-03-16
Also published as: DE19882909T1; US6001303A; KR20010033269A; WO1999032692A1; AU746714B2; GB2348168B; BR9813659B1; GB0017146D0; AU1934599A; DE19882909B4; BR9813659A; GB2348168A

Abstract

본 발명은 멜트블로잉 노즐에서 함께 흐르는 제1 냉풍 기류 및 제2 열풍 기류를 사용하는 멜트블로운 섬유의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. 제1 냉풍 기류는 중합체 스트림을 섬유로 감쇄시키기 위하여 사용되는 에너지 힘을 대부분을 제공하고 제2 열풍 기류는 다이 팁을 감싸 조기 급냉을 방지한다.

멜트블로잉 노즐, 냉풍, 열풍, 용융 중합체, 웹, 멜트블로운 섬유, 다이 팁

Description

냉풍 멜트블로운 장치 및 방법{Cold Air Meltblown Apparatus and Process}

본 발명은 멜트블로운 섬유를 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 섬유로 제조되는 중합체의 융점보다 낮은 온도의 기체를 섬유를 연신하는데 사용하여 멜트블로운 섬유를 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

멜트블로운 섬유는 다수의 미세한, 일반적으로는 원형인 다이 모세관을 통해 용융 열가소성 물질을 수렴하는 일반적으로 고온 및 고속의 기류(예를 들면, 공기 기류) 내로 용융 쓰레드 또는 필라멘트로서 압출하여 용융 열가소성 물질의 필라멘트를 감쇄하여 섬유를 형성함으로써 형성된 섬유이다. 멜트블로잉 공정 동안, 용융 필라멘트의 직경은 연신 공기에 의해 목적하는 크기로 감소된다. 그 후, 멜트블로운 섬유는 고속의 기류에 의해 운반되어 포집면 상에 부착되어 불규칙하게 분산된 멜트블로운 섬유의 웹을 형성한다. 이러한 방법은 예를 들어 번틴(Buntin) 등의 미국 특허 제3,849,241호, 라우(Lau)의 미국 특허 제4,526,733호 및 도지 2세(Dodge, II) 등의 미국 특허 제5,160,749호에 개시되어 있으며, 상기 문헌 모두 본원에서 참고 문헌으로 인용된다. 멜트블로운 섬유는 연속상이거나 또는 불연속상일 수 있고 일반적으로 평균 직경이 10 마이크론보다 작다.

통상의 멜트블로잉 공정에서, 용융 중합체는 제1 공기 노즐을 형성하는 한쌍의 공기 판 사이에 배치된 다이로 공급된다. 표준 멜트블로운 장치는 나이프 가장자리를 따라 단일 열의 모세관이 있는 다이 팁을 포함한다. 전형적인 다이 팁은 다이 폭 1 선형 cm 당 대략 11.8 개(1 선형 인치 당 대략 30개)의 모세관 배출구가 있다. 다이 팁은 전형적으로 모세관이 위치하는 지점에서 나이프 가장자리에서 수렴되는 60°쐐기형 블록이다. 많은 공지된 멜트블로잉 노즐에서 공기 판은 다이의 팁이 제1 공기 노즐로부터 뒤에 있도록 함몰 구조로 탑재된다. 그러나, 일부 노즐에서 공기 판은 공기 판 말단이 다이 팁과 동일한 수평면에 있는 동일 선상의 구조로 탑재되며, 다른 노즐에서는 다이 팁이 튀어나온 구조 또는 "돌출(stick-out)" 구조로 되어 있어서 상기 다이의 팁이 공기 판의 말단을 지나 연장되어 있다. 또한, 도지 2세 등의 미국 특허 제5,160,746호에 개시되어 있는 바와 같이, 노즐에서 사용될 기류가 하나 초과로 제공될 수 있다.

가장 공지된 구조의 멜트블로잉 노즐에서, 열풍(hot air)이 다이 팁의 각 측면 상에 형성되어 있는 제1 공기 노즐을 통해 제공된다. 열풍은 다이를 가열하여 용융 중합체가 배출되어 냉각될 때 다이가 동결되는 것을 방지한다. 이러한 방식으로, 다이가 고화하는 중합체로 인해 움직임이 나빠지는 것이 방지된다. 열풍은 또한 용융물을 섬유로 연신하거나 또는 감쇄한다.

제1 열풍 기류 속도는 전형적으로 다이 폭 1 cm 당 분 당 약 0.22 내지 0.27 표준 m³(1 인치 당 1분 당 약 20 내지 24 표준 ft³ (scfm/인치)) 범위이다. 제1 공기의 기압은 전형적으로 0.34 내지 0.68 atm(5 내지 10 psig) 범위이다. 제1 공기 온도는 전형적으로 232.2℃ 내지 315.6℃(450℉ 내지 600℉)이나, 398.9℃(750℉)도 드문 온도는 아니다. 제1 열풍 기류의 특정 온도는 연신할 특정 중합체 뿐만 아니라 멜트블로운 웹에서 목적하는 다른 특성에 따라 좌우될 것이다.

단위 시간 당 다이의 1 cm(1 인치) 당 중합체 물질의 유량으로 나타내면, 중합체 처리량은 전형적으로 분 당 1 구멍 당 0.5 내지 1.25 그램(ghm)이다. 따라서, 1 cm 당 11.8 개(1 인치 당 30개)의 구멍이 있는 다이의 경우, 중합체 처리량은 전형적으로 약 0.357 내지 0.894 kg/cm/시간(약 2 내지 5 lbs/인치/시간(PIH))이다.

또한, 시간 당 cm 당 약 0.894 kg(시간 당 인치 당 약 5 파운드)의 중합체 용융물의 유입량으로부터 멜트블로운 섬유를 형성하기 위하여, 시간 당 cm 당 약 17.87 kg(시간 당 인치 당 약 100 파운드)의 열풍이 용융물을 개별 섬유로 연신하거나 또는 감쇄하기 위해 필요하다. 이러한 연신 공기는 다이 팁에 적절한 열을 유지시키기 위하여 204.4 내지 315.6℃(400 내지 600℉) 정도의 온도로 가열되어야 한다.

이러한 고온을 사용하여야 하기 때문에, 다이 오리피스로부터 나오는 섬유를 급냉(또는 고화)시키기 위하여 상당한 열량을 섬유로부터 제거하여야 한다. 공기와 같은 냉기를 멜트블로운 섬유의 냉각 및 고화를 촉진하기 위하여 사용하여 왔다. 특히, 본원에서 참고 문헌으로 인용하는 밀간(Millgan) 등의 미국 특허 제5,075,068호 및 구베르닉(Gubernick) 등의 미국 특허 제5,080,569호에서, 섬유 신장 방향에 대한 십자류 수직 또는 90°방향의 제2 기류를 멜트블로운 섬유를 급냉시키고 보다 작은 직경의 섬유를 제조하기 위하여 사용하여 왔다. 또한, 본원에서 참고 문헌으로 인용하는 알렌(Allen) 등의 미국 특허 제5,607,701호에서는 챔버 (71)에 압축된 급냉 공기가 채워져 있는 냉각기를 사용하여 섬유의 냉각 및 고화를 더 빠르게 한다. 본원에서 참고 문헌으로 인용하는 폴(Pall)의 미국 특허 제4,112,159호에서는, 섬유의 감쇄를 줄이는 것을 목적할 경우 냉풍(cold air) 기류를 사용하여 섬유를 감쇄한다.

일반적으로, 전형적인 멜트블로운 공정에서, 제1 공기의 에너지는 중합체 스트림에 대해 요구되는 에너지의 대략 7배이며, 제1 열풍의 온도 범위는 일반적으로 260℃ 내지 287.7℃(500℉ 내지 550℉)일 것이다. 통상의 멜트블로운 공정은 중합체가 가열되어야 하고, 다이 팁이 가열된 상태로 유지되어야 하며, 제1 열풍 기류가 중합체를 목적하는 직경으로 감쇄하고, 뜨겁고 감쇄된 섬유가 급냉되어야 하므로 큰 에너지가 소비된다. 따라서, 멜트블로잉 공정은 섬유 형성 동안 열을 가할 때 그리고 섬유 급냉 동안 열을 제거할 때 모두 에너지 집약적이다.

공기 및 다이 팁 온도, 공기 기압 및 중합체 공급 속도의 제어를 통해, 멜트블로운 공정 동안 형성되는 섬유의 직경을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 멜트블로운 폴리프로필렌 섬유의 직경은 3 내지 4 마이크론이다.

냉각 후, 섬유는 포집되어 통합 웹이 형성된다. 특히, 섬유는 다이 팁 밑에 위치한 이동 망 스크린 또는 벨트를 포함하는 포밍 웹 상에 포집된다. 섬유 형성, 감쇄 및 냉각을 위한 다이 팁 하부에 충분한 공간을 제공하기 위하여, 중합체 다이 팁과 망 스크린의 상부 사이에 약 20.32 내지 30.48 cm(약 8 내지 12 인치)의 형성 거리가 전형적인 멜트블로잉 공정에서 요구된다.

그러나, 10.16 cm(4 인치)만큼 작은 형성 거리가 본원에서 참고 문헌으로 인용하는 라우(Lau)의 미국 특허 제4,526,733호(하기에 '733 특허로 언급함)에 기술되어 있다. '733 특허의 실시예 3에 기술되어 있는 바와 같이, 용융 중합체의 온도보다 37.8℃(100℉) 이상 낮은 감쇄 기류를 사용할 경우에는 보다 짧은 형성 거리가 달성된다. 예를 들어, 라우는 266.1℃(511℉) 온도에서 용융 폴리프로필렌에 65.6℃(150℉)의 감쇄 공기를 사용하여, 다이 팁과 포밍 벨트 사이의 형성 거리가 10.16 cm(4 인치)가 되도록 했다. 라우 특허는 다이 팁을 단열하기 위하여 수동 에어 갭 (36)(라우 특허의 도 4에 나타내져 있음)을 사용한다.

얼룩 줄무늬(Zebra striping)는 고속의 멜트블로잉 공정 적용 동안 종종 발생하는 문제점이다. 줄무늬는 난류 에어 제트의 변동(flapping)의 결과로 횡방향(cross machine direction)으로 형성될 수 있다. 다이와 포밍 패브릭 사이의 형성 거리를 감소시킬 수 있을 경우, 얼룩 줄무늬는 마찬가지로 감소될 것이다. 작은 형성 거리에서 제1 에어 제트에서 보다 작은 규모의 난류 기구에 의해 균일성이 또한 개선될 것이다. 형성 거리가 증가함에 따라, 제1 에어 제트는 더욱 쇠퇴하고 형성은 더욱 열악해진다.

<발명의 목적 및 요약>

본 발명의 목적은 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 종래 장치 및 방법 보다 더욱 에너지 효율적인 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 중합체 용융물의 동결을 막기 위한 목적하는 온도로 다이를 유지시키기 위해 제2 가열 기류를 사용하고, 또한 주로 상대적으로 차가운 냉풍 기류의 사용을 통해 고온의 용융물을 섬유로 감쇄시키는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 중합체 용융물의 동결을 막기 위한 목적하는 온도로 다이를 유지시키기 위해 제2 가열 기류를 사용하고, 또한 종래 장치 및 방법에서 보다 빠른 섬유의 급냉이 가능하도록 주로 상대적으로 차가운 냉풍 기류의 사용을 통해 고온의 용융물을 섬유로 감쇄시키는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 중합체 용융물의 동결을 막기 위한 목적하는 온도로 다이를 유지시키기 위해 제2 가열 기류를 사용하고, 또한 종래 장치 및 방법에서 보다 포밍 표면에 근접하게 섬유가 형성되도록 주로 상대적으로 차가운 냉풍 기류의 사용을 통해 고온의 용융물을 섬유로 감쇄시키는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 중합체 용융물의 동결을 막기 위한 목적하는 온도로 다이를 유지시키기 위해 제2 가열 기류를 사용하고, 또한 종래 장치 및 방법을 사용하여 발생하는 얼룩 줄무늬의 형성을 줄이고 보다 작은 형성 거리에서의 난류의 감소에 의해 균일성을 개선시키기 위하여 주로 상대적으로 차가운 냉풍 기류의 사용을 통해 고온의 용융물을 섬유로 감쇄시키는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적 및 잇점을 하기의 기술에서 일부 기술할 것이며, 기술로부터 일부 명백해지거나, 또는 본 발명의 실시를 통해 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 잇점은 첨부된 청구 범위에서 구체적으로 지적한 수단 및 조합물을 통해 실현되고 달성될 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 그리고 본 발명의 의도에 따라, 본원에서 구체적으로 그리고 광범위하게 기술된 바와 같이, 본 발명의 장치 및 방법은 섬유를 그의 목적하는 직경으로 감쇄할 때, 즉 연신할 때 조력하기 위하여 상대적으로 차가운 압축된 공기를 사용한다. 본원에서 사용되는 "차가운" 또는 "냉풍" 공기 또는 기류란 섬유로 멜트블로잉되는 중합체의 용융 온도보다 낮은 온도의 공기를 의미한다. 상대적으로 작은 열풍 기류는 중합체를 운반하는 내부 다이 팁을 감싸기 위하여 사용된다. 냉풍 기류는 열풍 장막을 감싸고 둘러 싼다. 열풍 그리고 냉풍 기류를 합쳐 보다 빠른 급냉을 제공하며 냉풍 기류는 섬유를 연신한다. 또한, 열풍 그리고 냉풍 기류의 유로는 다이 팁에서 수렴하여 최소량의 난류가 생성된다. 유로는 실질적으로 평행하여, 그들이 다이 팁에서 합쳐질 때 기류는 난류 및 섬유 진동의 발생이 거의없이 상대적으로 대칭적일 것이다.

본 발명의 장치 및 방법의 한 특정 배열에서, 상대적으로 작은 열풍 기류는 다이 팁의 외부 경계를 따라 형상을 이루는 대향하는 제1 및 제2 열전달 흐름 채널을 따라 진행된다. 이러한 열풍은 모세관이 동결되어 고화된 섬유가 생성되는 것 을 방지하기 위하여 다이 팁에서 모세관 개구를 감싼다. 따라서, 너무 차가우면 팁의 밖으로 압출되는 중합체의 급속한 고화가 유발되어, 팁을 통과하는 중합체 흐름이 막히므로 열풍 기류를 사용하여 다이 팁이 너무 차갑게 되지 않도록 한다. 상기 실시양태에서, 제1 냉풍이 대향하는 제1 및 제2 열전달 흐름 채널의 외부 경계를 따라 형상을 이루는 대향하는 제1 및 제2 감쇄 흐름 도관에 통과하도록 하여, 내부의 제2 열풍 기류를 둘러싸는 제1 냉풍 기류의 외부 장막을 유발한다. 따라서, 노즐은 제1 냉풍 기류가 제1 열풍 기류와 합쳐지는 공흐름 배열을 유발하여 섬유가 포밍 표면으로 이동하는 도중에 섬유를 감쇄시킨다.

또한 제1 냉풍을 사용하므로써 섬유가 다이 팁 근처에서 제1 냉풍과 교차할 때 고화 속도가 증가하게 된다. 따라서, 섬유를 목적하는 형상 및 크기로 연신하기 위해 사용하는 것이외에, 제1 냉풍 기류는 또한 섬유를 급냉하고 그를 고화하는 역할을 한다.

섬유의 연신은 온도에 의존한다. 상대적으로 많은 열이 전형적으로 보다 미세한 섬유를 연신하는데 필요하나, 보다 미세한 섬유는 보다 빨리 냉각되어 보다 급속히 급냉된다. 그러나, 전형적인 작은 직경의 섬유이외에, 냉풍 멜트블로잉의 본 발명은 종래 멜트블로운 섬유(폴리프로필렌의 경우 직경이 3 내지 4 마이크론임) 보다 큰 직경의 섬유의 제조를 가능하게 할 것이다. 본 발명은 열 투입을 감소시켜 섬유의 급냉시 제거되어야 할 열을 감소시킨다. 보다 낮은 처리량에서, 매우 미세하고 높은 강도의 섬유가 형성될 수 있다.

다이 팁과 포밍 벨트 사이의 형성 거리는 또한 섬유가 보다 빨리 급냉되기 때문에 본 발명에 따라 감소될 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법은 형성 거리를 20.32 cm(8 인치) 미만으로 할 수 있고 이때 여전히 섬유는 적절히 급냉된다. 기본 중량이 5.086 g/m²(1.5 온스/yd² (osy)))인 직물의 시료를 12.7 cm(5 인치) 형성 거리에서 제조하였다.

본원에 포함되고 일부를 이루는 첨부된 도면은 본 발명의 일 실시양태를 예시하고 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

본 발명의 최상의 양식을 포함한 본 발명의 완전한 그리고 권리를 부여하는 개시는 첨부된 도면에 대한 참조를 포함하여 명세서의 나머지 부분에서 보다 구체적으로 당업계 숙련자에게 설명한다.

도 1은 도 3에서 화살표 1--1의 방향에서 나타내고 본원에서 설명한 멜트블로잉 노즐의 일 실시양태인 다이의 예시적인 섬유 형성부를 약간 위쪽에서 바라다 본 개략적인 투시도를 나타낸 것이다.

도 2는 도 1에서 2--2의 화살표 방향으로 나타낸 멜트블로잉 노즐의 개략 단면도를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 방법에 따른 멜트블로운 웹을 형성하기 위한 멜트블로잉 다이 장치 및 포밍 벨트를 약간 위쪽에서 바라다 본 개략적인 투시도를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 멜트블로잉 노즐의 또다른 실시양태를 약간 위쪽에서 바라다 본 개략적인 투시도를 나타낸 것이다.

도 5는 도 4에 나타낸 실시양태의 말단 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 6은 멜트블로잉 노즐의 또다른 실시양태의 말단 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

<바람직한 실시양태의 상세한 설명>

본 발명의 실시양태를 이제 자세히 언급할 것이며, 그의 하나 이상의 예를 첨부된 도면에서 예시한다. 각 예는 본 발명을 설명하기 위하여 제공한 것이지, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 사실, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어남없이 본 발명에서 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있다는 것은 당업계의 숙련자들에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시양태의 일부로서 예시되거나 또는 기술된 특징이 다른 실시양태에서 사용되어 또다른 실시양태를 만들어 낼 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 변경 및 변형을 첨부된 특허 청구 범위 및 그의 동등물로 포함시키는 것을 의도한다. 동일한 부호는 도면 및 설명 전반에서 동일한 성분에 부여된다.

멜트블로운 웹을 형성하기 위한 장치의 한 실시양태가 도 3에 개략적으로 나타내져 있고 부호 10으로 일반적으로 나타낸다. 종래 장치와 같이, 장치는 일정량의 섬유 형성 열가소성 중합체 수지를 모터 (13)에 의해 구동되는 압출기 (12)로 제공하기 위한 저장소 (11)를 포함한다.

섬유 형성 중합체는 다이 장치 (14)에 제공되어 통상적인 전기 가열기 (도면에 나타내지 않음)로 그 안에서 가열된다. 섬유를 형성하기 위하여 사용되는 특정 중합체의 융점 온도 미만의 온도에서 제1 차가운 감쇄 유체 흐름이 모터 (16)에 의 해 운전되는 송풍기 (15)에 의해 다이 (14)로 제공된다. 제2 가열 유체 흐름, 바람직하게는 공기가 모터 (18)에 의해 운전되는 송풍기 (17)에 의해 다이 (14)에 제공된다. 보조 가열기 (19)는 제2 가열 기류를 중합체의 용융 온도 정도의 보다 높은 온도로 만들기 위해 제공될 수 있다.

다이 (14)의 방출구에서, 급냉된 섬유 (80)가 형성되고 벨트 (90)가 부호 91로 나타낸 화살표가 가리키는 방향으로 움직임에 따라 연속 세공의 스크린 또는 벨트 (90) 상에 부직웹 (81)으로 포집된다. 섬유 형성 거리는 벨트 (90)의 상면과 다이 (14)의 방출구 면 사이의 거리이다. 본 발명에 따라서, 형성 거리는 20.32 cm(8 인치) 미만 정도일 수 있으며 여전히 섬유의 급냉 및 냉각을 가능케 한다.

도 3에 나타내져 있는 바와 같이, 벨트 (90) 상의 섬유 (80)의 포집은 흡인 박스 (38)에 의해 조력될 수 있다. 형성된 부직웹 (81)은 롤 (37, 39)에 의해 치밀화되거나 또는 접합될 수 있다. 벨트 (90)는 예를 들어 구동 롤 (95)을 통해 회전될 수 있다.

도 3의 선 1--1을 따라 나타낸 멜트블로운 다이 장치 (14)의 섬유 형성부의 한 실시양태가 도 1에 개략적으로 나타내져 있으며, 일반적으로 부호 20으로 나타낸다. 상기 도면에서 볼 수 있듯이, 다이 장치 (14)의 섬유 형성부 (20)는 종래 방식으로 다이 본체(나타내지 않음)에 연결된 다이 팁 (40)을 포함한다. 다이 팁 (40)은 일반적으로 나이프 가장자리 (21)를 한정하는 각기둥 (보통 대략 60°쐐기형 블록)의 형상으로 형성된다. 나이프 가장자리 (21)는 다이 팁 (40)의 부분의 말단을 형성한다. 다이 팁 (40)은 나이프 가장자리 (21)에 수직인 수평면에서 도 1에 나타낸 실시양태에서 교차하는 한쌍의 대향 측면 (42, 44)에 의해 또한 한정된다. 다이 팁 (40)에서 나이프 가장자리 (21)는 약 30°내지 60°범위 각도의 정점을 형성한다.

도 1에 나타내져 있는 바와 같이, 다이 팁 (40)은 모세관 (27)으로 공지되어 있는 다이 팁 (40)에 의해 한정되는 추가의 통로에서 끝나는 중합체 공급 통로 (32)를 한정한다. 모세관 (27)은 나이프 가장자리 (21)를 따라 형성된 개별 통로이고 일반적으로 다이 팁 (40)의 길이를 따라 펼쳐진다.

다이 팁 (40)의 확대 단면도인 도 2에 나타내져 있듯이, 모세관 (27)은 일반적으로 중합체 공급 통로 (32)의 직경보다 작은 직경을 가진다. 일반적으로, 모든 모세관 (27)의 직경은 균일한 섬유 크기 형성을 위하여 동일할 것이다. 모세관 (27)의 직경은 "d, d"로 나타낸 두 화살표에 의해 도 2 상에 나타내져 있다. 전형적인 모세관 직경 "d"는 0.03683 cm(0.0145 인치)이다. 모세관 (27)의 길이는 지정된 문자 "L"로 도 2에 나타내져 있다. 모세관 (27)은 바람직하게는 10/1 길이/직경 비를 가진다.

예를 들어 도 2에 나타내져 있는 바와 같이, 모세관 (27)은 문자 "P"로 나타낸 액상 중합체 스트림으로 배출구 (28)를 통해 액상 중합체를 방출하도록 형상을 이룬다. 액상 중합체 스트림 (P)은 다이 팁 (40)에서 배출구 (28)를 통해 배출되고 도 2에서 점선 (31)을 따라 나타내져 있는 제1 축을 한정하는 방향으로 흐른다. 제1 축 (31)은 다이 팁 (40)과 모세관 (27)을 양분한다.

도 1 및 2에 나타내져 있는 바와 같이, 다이 장치 (14)의 섬유 형성부 (20)는 제1 내벽 (23), 및 제1 내벽 (23)의 거울상 처럼 제1 내벽 (23)에 일반적으로 대향하여 배치된 제2 내벽 (24)을 포함한다. 내벽 (23 및 24)은 또한 "열풍 판" 또는 "고온 판"으로 공지되어 있다. 본원 전반에서, 이러한 벽은 내벽 (23 및 24) 또는 열풍 판 (23 및 24)으로 언급할 수 있다. 도 1 및 2에 나타내져 있는 바와 같이, 열풍 판 (23 및 24)은 첫번째 제2 열풍 채널 (30) 및 두번째 제2 열풍 기류 채널 (33)을 한정하기 위하여, 다이 팁 (40)과 협동하도록 형상되고 배치된다. 제2 열풍 채널 (30 및 33)은 채널을 통하여 흐르는 열풍이 다이 팁 (40)을 감싸도록 다이 팁 (40)에 대해 위치한다. 다양한 배열이 제2 열풍 채널 (30 및 33) 둘다 뿐만 아니라 제1 냉풍 채널 (35 및 36)의 초기 가동을 제공하기 위하여 이용될 수 있다(하기에 기술됨).

도 2에 나타내져 있는 바와 같이, 제1 열풍 판 (23)의 내면 (41)은 다이 팁 (40)의 제1 측면 (42)에 대향하여 배치되고 일반적으로 다이 팁 (40)의 제1 측면 (42)의 윤곽에 따라 첫번째 제2 열풍 채널 (30)을 형성한다. 유사하게, 제2 열풍 판 (24)은 다이 팁 (40)과 그의 사이에 두번째 제2 열풍 기류 채널 (33)을 한정하기 위하여 다이 팁 (40)과 협동하도록 형상되고 배치된다. 제2 열풍 판 (24)의 내면 (43)은 다이 팁 (40)의 제2 측면 (44)에 대향하여 배치되고 일반적으로 다이 팁 (40)의 제2 측면 (44)의 윤곽에 따라 두번째 제2 열풍 채널 (33)을 형성한다.

제2 열풍 채널 (30 및 33)은 중합체 스트림 (P)이 조기 급냉되거나 또는 고화되지 않아서 본 발명에서 사용되는 냉풍에 의해 연신될 수 있도록 다이 팁 (40) 이 충분하게 높은 온도로 유지될 수 있게 사용 동안 열풍 공기 기류가 그를 따라 움직이는 채널이다. 또한, 제2 열풍 채널 (30 및 33)을 협동함으로써 형성되는 열풍 장막은 다이 팁 (40)이 동결되고 막히는 것을 방지한다.

도 2에 나타내져 있는 바와 같이, 제2 열풍 채널 (30 및 33)의 간극은 열풍 판 (23 및 24)의 내면 (41 및 43)과 다이 팁 (40)의 측면 (42 및 44) 사이를 측정한다. 이러한 간극은 "g, g"로 나타낸 화살표에 의해 도 2에 나타내져 있다.

도 1 및 2에 나타내져 있는 바와 같이, 다이 장치 (14)의 섬유 형성부 (20)는 제1 외벽 (25), 및 제1 외벽 (25)의 거울상과 같이 제1 외벽 (25)에 일반적으로 대향하여 배치된 제2 외벽 (26)을 포함한다. 제1 및 제2 외벽 (25 및 26)은 또한 "냉풍 판" 또는 "저온 판"으로도 언급되며 본원에서 외벽 (25 및 26) 또는 냉풍 판 (25 및 26)으로 언급될 것이다. 제1 냉풍 판 (25)은 열풍 판 (23)의 외면 (42)과 그의 사이에 첫번째 제1 냉풍 채널 (35)을 한정하도록 외면 (42)과 협동하도록 형상되고 배치된다. 유사하게, 제2 냉풍 판 (26)은 열풍 판 (24)의 외면 (44)과 그의 사이에 두번째 제1 냉풍 채널 (36)을 한정하도록 외면 (44)과 협동하도록 형상되고 배치된다. 첫번째 및 두번째 제1 냉풍 채널 (35 및 36) 각각은 채널을 통하여 흐르는 유체의 실질적인 부분이 제1 축 (31)에 평행인 방향으로 향하도록 형상을 이룬다. 달리 말하면, 첫번째 및 두번째 냉풍 채널 (35 및 36)을 통하여 흐를 유체의 방향은 제1 축 (31)에 평행인 흐름 성분 및 제1 축 (31)에 수직인 흐름 성분으로 나누어질 수 있다.

도 2에 나타내져 있는 바와 같이, 제1 및 제2 열풍 판 (23 및 24)은 각각 제1 및 제2 가장자리 (45 및 46)에서 종결된다. 마찬가지로, 제1 및 제2 냉풍 판 (25 및 26)은 각각 제3 및 제4 가장자리 (49 및 50)에서 종결된다. 도 1 및 2에 나타내져 있는 실시양태에서, 열풍 판 (23 및 24)은 다이 팁 (40)이 종결되는 수평면을 따라 가장자리 (45 및 46)에서 종결된다. 냉풍 판 (25 및 26)은 다이 팁 (40)보다 수직으로 낮게 배치되어 있는 수평면에서 가장자리 (49 및 50)에서 종결된다. 따라서, 도 1 및 2에 나타내져 있는 실시양태는 다이 팁이 냉풍 판 보다 함몰되어 있으나 열풍 판과 동일 선상에 있는 멜트블로잉 노즐 배열로서 기술될 수 있다.

멜트블로운 다이 장치 (14)의 섬유 형성부의 배출구 (28)의 폭은 도 2에서 문자 "W"로 나타내져 있다. 개구의 폭은 하기에 기술되어 있는 다양한 인자에 따라 좌우될 것이나, 한 배열에서 대략 0.3302 cm(0.130 인치)일 수 있다. 도 2에 나타내져 있는 간극 "g"는 대략 0.0762 cm(0.030 인치)일 수 있다. 도 2에 나타내져 있는 바와 같이, 상기 실시양태에서 배출구 (28)는 냉풍 판 (25 및 26)의 가장자리 (49 및 50)를 따라 진행되는 수평면과 일치한다. 이 면은 다이 팁 (40)의 종결 말단 및 열풍 판 (23 및 24)의 가장자리 (45 및 46)가 놓여 있는 수평면과 이격되어 있다. 배출구 (28)의 면으로부터 다이 팁 (40)이 이격되는 상기 거리는 다이 팁 함몰부로 공지되어 있으며 도 2에 "R, R"로 나타낸 화살표로 개략적으로 나타내져 있다. 다이 팁 함몰부 "R"은 하기에 기술되어 있는 바와 같이 다양할 수 있다. 한 특정 배열에서, R은 대략 0.381 cm(0.150 인치)일 수 있다.

첫번째 제1 냉풍 채널 (35) 및 두번째 제1 냉풍 채널 (36)은 제1 차가운 유체 공급 수단과 연통되어 있도록 형상을 이룬다. 제1 차가운 유체 공급 수단은 제2 열풍 및 용융 중합체에 비해 차가운, 즉 멜트블로잉될 중합체의 융점 온도보다 낮은 온도의 제1 강제 유체 흐름, 바람직하게는 공기를 첫번째 및 두번째 제1 냉풍 채널 (35 및 36) 각각에 공급하도록 제공된다. 상기 온도는 분명히 다양할 수 있지만, 특정 배열에서 약 26.7℃ 내지 약 148.9℃(약 80℉ 내지 약 300℉) 범위일 수 있다. 상기 제1 차가운 유체 기상 흐름의 온도는 용융 중합체의 융점 온도 미만이고 용융 중합체의 융점 온도 미만인 204.4℃(400℉) 정도일 수 있다.

도 3에 나타내져 있는 바와 같이, 송풍기 (15)는 온도가 제어된 냉풍의 제1 흐름을 제공할 수 있다. 송풍기 (15)는 통상적인 방식으로 첫번째 및 두번째 제1 냉풍 채널과 연통될 수 있다. 송풍기 (15)는 생성된 제1 강제 냉풍 기류에 중합체를 섬유로 연신하는데 사용될 수 있는 필요한 속도를 제공한다.

첫번째 및 두번째 제2 열풍 채널 (30 및 33)은 마찬가지로 제2 뜨거운 유체 공급 수단과 연통되도록 형상을 이룬다. 제2 뜨거운 유체 공급 수단은 첫번째 및 두번째 열풍 채널 (30 및 33) 각각에 멜트블로잉될 용융 중합체의 용융 온도 또는 용융 온도를 초과하는 온도로 가열되는 제2 유체 흐름, 바람직하게는 공기를 공급하기 위하여 제공된다.

도 3에 나타내져 있는 바와 같이, 송풍기 (17)는 보조 가열기 (19)에 의해 가열되는 제2 열풍 기류를 제공할 수 있다. 송풍기 (17)는 임의의 통상적인 방식으로 첫번째 및 두번째 제2 열풍 채널 (30 및 33)과 연통된다. 송풍기 (17)는 다이 팁 (40)의 조기 급냉 및 동결을 방지하기 위하여 제1 냉풍 기류로부터 다이 팁 (40)을 단열하기에 충분히 뜨거운 열풍을 제공한다.

냉풍 기류 및 열풍 기류의 특정 속도는 섬유에 대해 요구되는 연신력 정도에 따라 좌우될 것이며, 이는 특정 중합체, 사용 온도 등에 따라 좌우될 것이다. 일반적으로, 냉풍 기류 및 열풍 기류의 속도는 비교적 동일할 것이다. 그러나, 열풍 기류 속도가 냉풍 기류 속도보다 일반적으로 빠르며, 속도의 차이는 20% 이하일 수 있다. 그러나, 변화하는 속도를 사용할 경우 난류 및 섬유 진동이 섬유 형성을 방해하지 않도록 주의하여야 한다. 난류는 섬유 변형 및 쇼트 (shot)의 형성을 유발할 수 있다.

본 발명의 방법에 따라서, 멜트블로운 섬유는 상술한 다이 팁 (40)을 포함한 다이 장치 (14)로부터 제조된다. 중합체는 저장소 (11)로부터 압출기 (12)로 공급된다. 중합체는 압출기 (12) 내에서 가열되고, 모터 (13)는 압출기 (12)를 운전하여 중합체 공급 통로 (32)로 그리고 결국 다이 팁 (40)의 모세관 (27)으로 가압하에 용융 중합체를 공급한다.

본 발명의 방법은 다이의 오리피스를 통해 압출되어 섬유 웹을 형성할 수 있는 모든 중합체 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리비닐 알콜, 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 폴리플루오로카본, 폴리스티렌, 카프로락탐, 폴리(에틸렌 비닐 아세테이트), 에틸렌 n-부틸 아크릴레이트, 셀룰로오스 및 아크릴 수지 또는 그의 공중합체 및 블렌드와 같은 예시적 중합체를 사용할 수 있다. 사용하기 적합한 폴리올레핀으로는 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌과 같 은 폴리에틸렌, 이소탁틱 폴리프로필렌, 신디오탁틱 폴리프로필렌, 그의 블렌드 및 이소탁틱 폴리프로필렌과 아탁틱 폴리프로필렌과의 블렌드와 같은 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐) 및 폴리(2-부텐)과 같은 폴리부틸렌, 폴리(1-펜텐) 및 폴리(2-펜텐)과 같은 폴리펜텐, 폴리(3-메틸-1-펜텐), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 및 그의 공중합체 및 블렌드가 있다. 적합한 공중합체로는 2종 이상의 상이한 불포화 올레핀 단량체로부터 제조된 랜덤 및 블록 공중합체, 예를 들면 에틸렌/프로필렌 및 에틸렌/부틸렌 공중합체가 있다. 적합한 폴리아미드로는 나일론 6, 나일론 6/6, 나일론 4/6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6/10, 나일론 6/12, 나일론 12/12, 카프로락탐과 알칼리성 옥사이드 디아민과의 공중합체 등 뿐만 아니라 그의 블렌드 및 공중합체가 있다. 적합한 폴리에스테르로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리시클로헥실렌-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트 및 그의 이소프탈레이트 공중합체 뿐만 아니라 그의 블렌드가 있다. 예시적인 물질로는 또한 폴리아크릴로니트릴, 선형 폴리에스테르, 예를 들면 에틸렌 글리콜과 테레프탈산과의 에스테르, 및 1,4-부탄 디올과 디메틸 테레프탈산 또는 테레프탈산과의 에스테르, 폴리비닐리덴, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 선형 폴리우레탄 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리술폰, 폴리메틸펜텐, 폴리카르보네이트 및 폴리이소부틸렌이 있다. 또한 열가소성 셀룰로오스 유도체, 예를 들면 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트-프로피오네이트, 셀룰로오스 아세테이트-부티레이트 및 셀룰로오스 부티레이트가 또한 상기 범주 내이다. 멜트블로잉될 수 있 는 모든 중합체가 본 발명에서 사용될 수 있고 본 발명은 임의의 특정 중합체를 사용하는 것에 한정되지 않는다.

본 발명의 노즐은 일반적으로 멜트블로잉 공정에 현재까지 사용될 수 없던 다양한 재료가 멜트블로잉되게 한다. 예를 들어, 본 발명의 노즐은 종래 노즐 보다 낮은 온도에서 작동되기 때문에, 탄성체 물질은 포밍 와이어에 점착됨없이 멜트블로잉되어 부직 웹으로 형성될 수 있다.

또한, 2성분 섬유는 본 발명의 노즐에 의해 형성될 수 있다. 2성분 섬유는 개별 압출기들로부터 압출되는 2종 이상의 중합체로부터 형성되나 함께 취입되어 하나의 섬유를 형성한다. 이러한 2성분 섬유의 형상은 예를 들어 한 중합체가 다른 중합체를 둘러싸는 시쓰/코어 배열, 또는 가네꼬(Kaneko) 등의 미국 특허 제5,108,820호에 예시되어 있는 병렬형 배열, 또는 "해중도" 배열일 수 있다.

2요소 섬유(biconstituent fiber)가 또한 형성될 수 있다. 2요소 섬유는 2종 이상의 중합체를 동일한 압출기로부터 블렌드로서 압출하여 형성된다. 이들 섬유는 종종 다요소 섬유로 언급되며 일반적으로 주요 중합체의 메트릭스 내에 하나의 중합체가 피브릴을 이룬다. 이러한 일반적인 유형의 섬유는 예를 들어 제쓰너(Gessner)의 미국 특허 제5,108,827호에 논의되어 있다.

도 2에 나타내져 있는 바와 같이, 용융 중합체 (P)의 스트림은 각 모세관 (27)으로 중합체 (P)의 융점 또는 융점을 초과하는 온도에서 가압하에 공급된다. 용융 중합체는 제1 축 (31)의 방향으로 각 모세관 (27)을 통해 가압하에 흐른다. 60으로 나타낸 화살표에 의해 도 2에 나타내져 있는, 제2 뜨거운 유체의 기상 흐 름, 예를 들어 공기는 중합체의 용융 온도 또는 용융 온도를 초과하는 온도에서 공급된다. 가열된 제2 기상 흐름 (60)은 송풍기 (17)와 같은 제2 유체 공급 수단에 의해 공급되어, 첫번째 및 두번째 제2 열풍 채널 (30 및 33)을 통해 흐른다. 바람직하게는, 첫번째 및 두번째 제2 열풍 채널 (30 및 33)은 제2 뜨거운 기상 흐름 (60)이 제1 축 (31)의 방향으로부터 45°미만의 각도로 향하도록 형상을 이룬다. 따라서, 생성되는 제2 뜨거운 기상 흐름 (60)은 제1 축 (31)의 방향으로 향하는 흐름 성분으로 중합체 감쇄 흐름 또는 연신력의 일부를 제공할 수 있다.

다이 팁 (40)은 제2 뜨거운 기상 흐름 (60)의 열량이 다이 팁 (40)을 통해 모세관 (27) 내로 흐르는 액상 중합체 스트림 (P)으로 전달되어 목적하는 온도 및 점도로 중합체 스트림 (P)의 용융 상태를 유지하도록 전열 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제2 뜨거운 기상 흐름 (60)이 첫번째 및 두번째 제2 열풍 채널 (30 및 33)을 통하여 움직일 때, 가열된 제2 열풍 기류 (60)의 장막이 중합체 (P)가 다이 팁 (40) 상에서 또는 배출구 (28)에서 동결되는 것을 방지한다.

다이 팁 (40)을 포함한 다이 (14)는 스테인레스 강철과 같은 다이 제조에 통상적으로 사용되는 물질로부터 제조될 수 있다. 다른 실시양태에서, 다이는 단열 물질로부터 제조될 수 있다. 다이는 한 조각으로 구축될 수 있거나, 또는 여러 조각의 구조물일 수 있고, 다이 개구는 천공될 수 있거나 또는 다른 방식으로 형성될 수 있다. 다이 팁 구조물에 대한 자세한 내용은 본원에서 참고 문헌으로 인용하는 하딩(Harding) 등의 미국 특허 제3,825,380호를 참조할 수 있다. 또한, 다양한 디자인을 다이 (14)의 여러 부분에 사용할 수 있다. 한 특정 실시양태에서, 냉풍 판 (25 및 26)의 외면은 외부로 굴곡될 수 있다.

도 2에 개략적으로 나타내져 있는 바와 같이, 중합체 스트림 (P)은 모세관 (27)을 빠져 나와 제1 축 (31)에 대해 적절한 연신 각도에서 흐르는 제2 열풍 기류 (60)와 먼저 만난다. 제2 열풍 기류 (60)는 중합체 스트림 (P)의 온도를 유지하고 계속해서 다이 팁 (40)에 열을 전달한다. 중합체 스트림 (P)이 상기 제2 열풍 기류 (60)를 만난 후, 중합체 스트림 (P)은 이어서 70으로 나타낸 화살표로 도 2에 나타낸, 공기와 같은 유체의 제1 차가운 기상 흐름과 만난다. 이러한 제1 냉풍 기류 (70)는 송풍기 (15)와 같은 제1 차가운 유체 공급 수단에 의해 공급되어, 첫번째 및 두번째 제1 냉풍 채널 (35 및 36)을 통해 흐른다. 일반적으로, 첫번째 및 두번째 제1 냉풍 채널 (35 및 36)은 제1 냉풍 기류 (70)가 제1 축 (31)의 방향으로부터 45°미만의 각도로 흐르도록 형상을 이룬다. 제1 냉풍 기류 (70)의 각도는 일반적으로 제2 열풍 기류 (60)의 각도와 일치할 것이며, 두 흐름은 기류가 만날 때 실질적인 난류의 생성없이 중합체 스트림 (P)을 감쌀 것이다. 그러나, 이러한 일치는 노즐을 조작할 정도로 반드시 필요한 것은 아니다. 게다가, 제2 열풍 채널 (30 및 33)의 간극 및 제1 냉풍 채널 (35 및 36)의 간극은 채널의 길이에 따라 다양할 수 있다. 달리 말해, 채널은 다이 (14) 전반에 걸쳐 일정한 직경일 필요는 없다.

생성되는 제1 냉풍 기류 (70)는 흐름 성분이 제1 축 (31)의 방향으로 향하는 실질적인 비율의 감쇄 흐름을 제공할 것이다. 중합체 스트림 (P)이 모세관 (27) 밖으로 나왔을 때, 차가운 감쇄 유체, 바람직하게는 공기의 제1 기상 흐름에 노출 된다. 이들 제1 냉풍 기류 (70)는 섬유 (62)에 부딪치고 중합체 스트림 (P)은 개별 섬유로 분리되기 시작한다. 게다가, 제1 냉풍 기류 (70)는 중합체의 융점 미만의 온도에서 개별 섬유를 급냉하거나 또는 고화시키고 급냉된 섬유의 직경을 고정시키기 시작한다.

다이 팁 (40)의 배출구 하부 및 냉풍 판 (25 및 26)의 제3 및 제4 가장자리 상부의 다이 영역에서의 제2 열풍 두 기류 (60)와 제1 냉풍 두 기류 (70)의 교차는 섬유의 감쇄 및 급냉을 위한 온화한 난류 영역을 제공한다.

본 발명에 따라서, 섬유 상의 연신력은 제1 냉풍 기류 (70)에 의해 주로 제공되며, 적절하게 충분히 가열된 공기가 제2 열풍 기류 (60)에 의해 제공되어 연신 단계 동안 섬유를 따뜻하게 유지시킨다. 따라서, 제1 및 제2 흐름은 바람직하게는 섬유의 형성을 위한 연신력을 제공하기 위해 제2 열풍 보다는 제1 냉풍을 더 사용하는 비율로 제공된다. 명백한 에너지 효율이 열풍의 사용을 최소화할 수 있을 때 달성될 것이다. 열풍 사용을 최소화할 수 있지만, 최소한의 열풍의 양이 섬유의 연신에 적합한 정도로 중합체의 점도를 유지시키기 위해 필요하다. 공기의 전체 흐름(시간 당 cm 당 kg(시간 당 인치 당 파운드)의 전체 유속을 기준으로 함)은 열풍 기류 약 5% 내지 약 80% 및 냉풍 기류 약 20% 내지 약 95%로 이루어질 수 있다. 더욱 명확하게는, 열풍 기류 약 20% 내지 약 50%를 이용할 수 있다. 더욱더 바람직하게는, 제1 냉풍 70% 및 제2 열풍 30%의 흐름을 사용할 수 있다.

멜트블로운 섬유가 감쇄되어 목적하는 직경에 도달하는 즉시, 공정은 섬유를 급냉 또는 냉각하여 섬유를 고화할 수 있어야 한다. 종래 멜트블로운 시스템은 섬 유를 용융상태로 유지시키고 섬유를 연신하도록 열풍을 사용한다. 본 발명의 열풍/냉풍 공흐름 멜트블로운 시스템에서, 단지 다이 팁을 가열하기 위해 필요한 정도로만 충분한 열풍을 사용한다. 따라서 본 발명의 냉풍 멜트블로운 시스템은 보다 작은 양의 열풍을 사용하여, 시스템 상의 열 부담을 낮춘다.

하기 실시예는 본 발명의 에너지 효율 잇점을 예시한다. 종래 시스템에서 섬유를 연신하는 제1 열풍에 대한 전형적인 기류 속도는 1 cm 당 분 당 0.2453 m³(22 scfm/인치) 또는 17.87 kg/cm/시간(100 PIH)이다. 전형적인 중합체 유속은 0.536 내지 0.894 kg/cm/시간(3 내지 5 PIH) 범위이다. 따라서, 기류의 질량 대 중합체 흐름의 질량비는 33(0.536 kg/cm/시간(3 PIH)에서) 내지 20(0.894 kg/cm/시간(5 PIH)에서)의 범위일 것이다. 공기의 열전도 계수를 0.25로 중합체의 열전도 계수를 1.06으로 가정할 때, 기류로부터의 열유량 대 중합체 흐름으로부터의 열유량의 비는 8(0.536 kg/cm/시간(3 PIH)에서) 내지 5(0.894 kg/cm/시간(5 PIH)에서) 범위일 것이다. 종래 멜트블로운 시스템은 제1 공기 모두 287.8℃(550℉)에서 사용되기 때문에, 종래 시스템의 벌크 온도는 287.8℃(550℉)이다.

본 발명의 열풍/냉풍 공흐름 시스템에서, 동일한 매개변수 하의 벌크 온도는 기류 30%가 287.8℃(550℉)이고 공기 나머지 70%가 37.8℃(100℉)일 때 단지 112.8℃(235℉)일 수 있다. 유사하게, 본 발명의 열풍/냉풍 공흐름 시스템에서, 벌크 온도는 기류 20%가 287.8℃(550℉)이고 공기 나머지 80%가 37.8℃(100℉)일 때 단지 87.8℃(190℉)이다.

도 1 및 2에 나타내져 있는 연장된 저온 판/동일 선상 고온 판 실시양태에 대한 다양한 대안이 본 발명의 열풍/냉풍 공흐름 멜트블로잉 노즐에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 다이 팁 (40)에 대한 대안이 도 4 및 5에 나타내져 있다. 이들 도면은 열풍 판 및 냉풍 판 둘다와 동일한 수평면에 다이 팁 모세관의 배출구가 있는 열풍/냉풍 공흐름 멜트블로잉 노즐을 예시하고 있다. 따라서, 도 4 및 5에 나타내져 있는 실시양태는 동일 선상 저온 판/동일 선상 고온 판 공흐름 멜트블로잉 노즐로서 언급될 수 있다.

도 4 및 5의 동일 선상 저온 판/동일 선상 고온 판 노즐은 도 1 및 2에서 상기에 기술된 것과 유사한 특징을 이용한다. 이러한 유사한 특징은 도 1 및 2에 사용되는 부호에 200을 더한 숫자를 사용하여 도 4 및 5에 나타낸다. 도 4 및 5에 나타낸 실시양태와 도 1 및 2에 나타낸 실시양태 사이에는 한가지 주요한 차이점이 있다. 즉, 냉풍 판 (225 및 226)의 종결 가장자리 (249 및 250)는 도 4 및 5에서 다이 팁과 동일한 선상에서 종결된다. 그외엔, 도면의 두 세트에서 노즐의 특징은 근본적으로 동일하다.

다이 팁 (40)에 대한 또다른 대안이 도 6에 나타내져 있다. 이 도면은 열풍 및 냉풍 판이 놓여 있는 수평면 하부에 다이 팁 모세관의 배출구가 위치하는 열풍/냉풍 공흐름 멜트블로잉 노즐을 예시하고 있다. 따라서, 도 6에 나타내져 있는 실시양태는 함몰된 저온 판/함몰된 고온 판 공흐름 멜트블로잉 노즐로 언급될 수 있다.

도 6의 함몰된 저온 판/함몰된 고온 판 노즐은 도 1 및 2에서 상기에 언급된 것과 유사한 특징을 이용한다. 이러한 유사한 특징은 도 1 및 2에서 사용되는 부호에 100을 더한 숫자를 사용하여 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타낸 실시양태와 도 1 및 2에서 나타낸 실시양태 사이에는 한가지 주요한 차이점이 있다. 즉, 냉풍 판 (225 및 226)의 종결 가장자리 (149 및 150)는 열풍 판 (23 및 24)의 종결 가장자리 (145 및 146)와 동일 선상에서 종결되고 냉풍 판 및 열풍 판 둘다 모세관 (127) 배출구의 수직 상부에서 종결된다. 그외엔, 도면의 두 세트의 노즐의 특징은 근본적으로 동일하다.

본 발명의 공흐름 멜트블로잉 노즐의 다른 실시양태는 또한 본 발명의 범위 내이다. 예를 들어, 노즐 팁에 대한 열풍 및 냉풍 판의 하기 다른 배열이 본 발명 내에 포함된다.

1) 함몰된 저온 판/동일 선상 고온 판

2) 연장된 저온 판/연장된 고온 판

3) 연장된 저온 판/함몰된 고온 판

4) 동일 선상 저온 판/연장된 고온 판

5) 함몰된 저온 판/연장된 고온 판

6) 동일 선상 저온 판/함몰된 고온 판

이들 형상의 각 경우에서, "동일 선상", "연장된" 및 "함몰된"이란 용어는 다이 팁의 위치에 대해 사용된다.

본 발명의 다양한 연장된 저온 판 멜트블로잉 노즐은 배출구 (28)의 면으로부터의 다이 팁 (40)의 이격 거리(즉, 냉풍 판으로부터의 다이 팁 함몰부, 또는 도 1에 나타낸 "R") 및 배출구 (28)의 폭(즉, "W") 사이의 특정 관계로 형성되어야 한다. 또한, 본 발명의 다양한 연장된 고온 판 멜트블로잉 노즐은 열풍 판의 가장자리가 놓여 있을 면으로부터 다이 팁 (40)이 이격된 거리(즉, 열풍 판으로부터의 다이 팁 함몰부 또는 "X", 어느 도면에도 나타내져 있지 않음) 및 열풍 판의 가장자리들 사이에 형성되는 개구의 폭(즉, "Z", 어느 도면에도 나타내져 있지 않음) 사이에 특정 관계로 형성되어야 한다.

전형적인 폭 "W"는 약 0.2286 cm(0.09 인치) 내지 약 0.3302 cm(0.13 인치) 범위일 것이다. 전형적인 거리 "R"은 약 0.381 cm(0.15 인치) 이하일 것이다. 명백하게, 동일 선상 배열은 "R"이 0 cm(0 인치)일 것이다. 전형적인 거리 "X"는 약 0.1143 cm(0.045 인치) 이하일 수 있고, 동일 선상 배열에서 "X" 거리는 0 cm(0 인치)이다. 전형적인 폭 "Z"는 마찬가지로 약 0.2286 cm(0.09 인치) 내지 약 0.3302 cm(0.13 인치) 범위일 수 있다.

R 대 W 또는 X 대 Z의 비는 동일하거나 또는 1.7 보다 작아야 한다. 열풍 판이 연장될 수 있는 최대 양은 열풍 기류 (60)의 속도 대 냉풍 기류 (70)의 속도의 비에 따라 냉풍 판이 연장될 수 있는 최대 양과 관계가 있다. 예를 들어, 열풍 기류 (60)는 1 cm 당 분 당 0.0669 m³(6 scfm/인치)의 속도로 작동되고 냉풍 기류 (70)는 1 cm 당 분 당 0.223 m³(20 scfm/인치)의 속도로 작동될 경우, R은 0.381 cm(0.150 인치)이고 X는 0.1143 cm(0.045 인치)일 것이다. 이러한 비율은 열풍 판 또는 냉풍 판이 이러한 공흐름 배열에서 연장될 수 있는 거리에 대해 한계를 제공 한다. 따라서, 이들 매개변수를 이용하여, 당업계의 일반 숙련자는 R 대 W 및 X 대 Z 비가 1.7를 초과하지 않는 범위내에서 본 발명의 노즐을 다양한 용도에 대해 치수를 달리할 수 있을 것이다.

1.7의 상기 비율은 보다 높은 비율에서는 형성 섬유가 진동에 의해 연장된 판에 접촉할 수 있는 가능성이 있기 때문에 최대이다. 명백하게, 상기는 바람직하지 못할 것이며 섬유 형성을 방해할 것이다.

이들 관계는 판이 다이 팁을 지나 연장되지 않는 다양한 실시양태에서는 적용되지 않는다. 판이 형성 섬유를 방해할 수 없기 때문에, 판과 다이 팁의 돌출부 사이의 거리는 함몰되거나 또는 동일 선상 면으로부터의 임의의 거리일 수 있다. 그러나, 명백하게, 추가의 공기가 보다 큰 거리를 이용하기 위하여 필요할 것이다.

하기 실시예는 본 발명의 이해를 단지 조력하기 위하여 생성물 및 절차를 예시하는 의도이다.

<실시예 1 및 2>

멜트블로잉 노즐을 도 2에 나타낸 연장된 저온 판/동일 선상 고온 판 형상으로 배치하였다. 저온 판의 가장자리와 다이 팁 사이의 거리("R")를 0.381 cm(0.150 인치)로 설정하고 배출구의 폭 ("W")을 0.2794 cm(0.110 인치)로 설정하였다. 몬텔 USA사(Montell USA Inc., 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터 구입한 퍼옥사이드 코팅물이 있는 폴리프로필렌 반응기 과립을 섬유로 멜트블로잉시킬 중합체로서 사용하였다. 열풍의 온도를 343.3℃(650℉)로 설정하였고 냉풍의 온도는 대략 32.2℃(90℉)이었다. 중합체 융점 온도는 287.8℃(550℉)이었다. 열풍 기류 속도는 0.538 atm(7.9 psig(평방 인치 당 파운드 게이지)) 압력에서 1 cm 당 분 당 3.044 m³(273 scfm)이었고 냉풍 기류 속도는 0.68 atm(10.0 psi) 압력에서 1 cm 당 분 당 6.656 m³(597 scfm)이었다. 따라서, 1 cm 당 분 당 총 9.700 m³(870 scfm)의 혼합물 유속은 냉풍 대략 69% 및 열풍 대략 31%이었다.

사용되는 다이 팁은 다이 폭 1 cm 당 11.8 개(1 인치 당 30개)의 모세관이 있었고, 모세관은 길이 대 직경의 비가 10 대 1이었다(0.03683 cm(0.0145 인치) 직경). 중합체는 0.3575 kg/cm/시간(2 PIH)의 속도로 공급되었다. 공흐름 배열을 위한 다이와 포밍 벨트 사이의 형성 거리는 12.7 cm(5 인치)이었다.

기본 중량 5.086 g/m²(0.15 osy) 및 기본 중량 50.86 g/m²(1.5 osy)의 두 직물을 본 발명의 공흐름 공정에 따라 제조하였다. 냉풍/열풍 공흐름 멜트블로잉 노즐의 사용은 표준 멜트블로잉 노즐을 사용하였을 때 요구되는 형성 거리의 대략 절반의 형성 거리의 사용을 가능케 하였다.

<실시예 3>

표준 멜트블로잉 노즐에서의 온도와 본 발명의 노즐에 사용되는 온도를 비교하기 위하여, 하기와 같은 관찰을 하였다. 본 발명의 공흐름 노즐(도 2에 나타내져 있음)은 254.4℃(490℉)의 열풍 (0.544 atm(8 psig)) 온도 및 대략 32.2℃(90℉)의 냉풍 (0.68 atm(10 psig)) 온도에서 폴리프로필렌에 대해 작동하였다. 오메가(OMEGA) 05521 인프라 레드 건(Infra Red Gun)(열전쌍 장치)을 사용하여 노즐 중심선을 따라 다양한 지점에서 온도를 측정하였다. 비교용으로, 유사한 중합체에 대해 표준 멜트블로잉 노즐을 사용하여 시험하였다. 표준 노즐에서, 260℃(500℉)의 제1 열풍 온도 및 0.531 atm(7.8 psig)의 압력을 사용하였다. 두 공정에 대한 중합체 유속은 0.1787 kg/cm/시간(1 PIH)이었고 중합체의 용융 온도는 271.1℃(520℉)이었다.

열풍 기류 채널의 배출구의 온도는 본 발명의 노즐의 경우 197.8℃(388℉)이었고 표준 노즐의 경우 260℃(500℉)이었다. 냉풍 기류 채널의 배출구의 온도(열풍 기류와 합쳐질 때)는 본 발명의 노즐의 경우 110℃(230℉)이었다. 배출구 하부 대략 1.27 cm(0.50 인치)거리에서, 본 발명의 노즐의 온도는 56.7℃(134℉)이었고 표준 노즐의 온도는 전형적으로 약 232.2℃(450℉)이다. 35.56 cm(14 인치) 형성 거리에서, 본 발명의 노즐의 경우 섬유가 스크린 상에 부착되었을 때 웹 온도는 약 35℃(95℉)이었고 표준 노즐의 경우 69.4℃(157℉)이었다.

이들 비교예는 본 발명의 노즐을 다이에서 사용할 경우 보다 짧은 형성 거리를 사용할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 실시예는 급냉이 다이 팁과 포밍 벨트 사이의 모든 지점에서 보다 낮은 온도에 의해 증명되었듯이 본 발명의 노즐에서 더욱 빨리 발생한다는 것을 나타낸다. 또한, 이들 실시예는 목적하는 0.3575 kg/cm/시간(2 PIH)의 중합체 처리량이 상기 형성 거리에서 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 이전엔, 이러한 짧은 형성 거리를 사용하기 위해서는, 처리량이 0.0894 kg/cm/시간(0.5 PIH) 이하 정도이어야 했다.

본 발명의 바람직한 실시양태를 특정 용어, 장치 및 방법을 사용하여 기술하였지만, 이러한 기술은 단지 예시 목적을 위한 것이다. 사용된 언어는 제한의 언 어보다는 기술하기 위한 언어이다. 하기 청구 범위에 개시되는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남없이 변경 및 변화가 당업계의 숙련자들에 의해 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 다양한 실시양태의 면면들이 전부 또는 부분적으로 서로 교환될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

중합체 공급 통로 및 이 통로의 한 말단에 있는 배출구를 한정하며, 상기 중합체 공급 통로는 제1 축을 한정하는 방향으로 흐르는 용융 중합체 스트림 형태의 용융 중합체가 상기 배출구를 통해 가압하에 배출되도록 형상을 이루는 다이 팁,

상기 다이 팁과 협동하여 그 사이에 열풍 기류 채널이 한정되도록 배치되어 있으며, 상기 배출구 근처에서 그의 가장자리가 종결된 열풍 판,

상기 열풍 판과 협동하여 그 사이에 냉풍 기류 채널이 한정되도록 배치되어 있으며, 상기 배출구 근처에서 그의 가장자리가 종결되어 있고, 상기 냉풍 기류 채널은 상기 채널을 통해 흐르는 공기의 실질적인 일부가 상기 제1 축에 평행한 방향 성분을 가지는 방향으로 향하도록 형상을 이루는 냉풍 판,

상기 냉풍 기류 채널에 용융 중합체의 융점 온도보다 낮은 온도의 강제 냉풍 기류를 공급하기 위한, 상기 냉풍 기류 채널과 연통되어 있는 냉풍 공급 수단, 및

상기 열풍 기류 채널에 용융 중합체의 융점 온도 또는 융점 온도보다 높은 온도의 강제 열풍 기류를 공급하기 위한, 상기 열풍 기류 채널과 연통되어 있는 열풍 공급 수단

을 포함함을 특징으로 하는, 용융 중합체의 스트림을 가압하에 다수의 개별 섬유로 감쇄시켜 섬유를 제조하기 위한 다이.
제1항에 있어서, 상기 다이 팁이 열전도 물질로 형성된 다이.
제1항에 있어서, 상기 냉풍 기류 채널이 상기 채널을 통해 흐르는 냉풍 기류의 실질적인 일부가 상기 제1 축으로부터 45°미만 각도의 방향으로 향하도록 형상을 이루는 다이.
제1항에 있어서, 상기 열풍 판의 상기 가장자리가 상기 다이 팁과 동일 선상에서 종결된 다이.
제1항에 있어서, 상기 냉풍 판의 상기 가장자리가 상기 다이 팁을 지나 연장된 다이.
제1항에 있어서, 상기 냉풍 판의 상기 가장자리가 상기 다이 팁과 동일 선상에서 종결된 다이.
제1항에 있어서, 상기 다이 팁이 상기 냉풍 판의 상기 가장자리를 지나 연장된 다이.
제1항에 있어서, 상기 다이 팁이 상기 열풍 판의 상기 가장자리를 지나 연장된 다이.
제1항에 있어서, 상기 냉풍 판의 상기 가장자리 및 상기 열풍 판의 상기 가 장자리가 서로 동일 선상에 있는 다이.
제1항에 있어서, 다이 팁의 배출구를 지나는 수평면 및 상기 냉풍 판의 상기 가장자리를 지나는 수평면 사이의 거리 대 상기 냉풍 판의 대향하는 가장자리들 사이의 거리의 비가 동일하거나 또는 1.7 미만인 다이.
제1항에 있어서, 다이 팁의 배출구를 지나는 수평면 및 상기 열풍 판의 상기 가장자리를 지나는 수평면 사이의 거리 대 상기 열풍 판의 대향하는 가장자리들 사이의 거리의 비가 동일하거나 또는 1.7 미만인 다이.
용융 중합체의 스트림을 가압하에 제1 온도에서 다이의 오리피스를 통해 제1 축의 방향으로 공급하는 단계,

상기 용융 중합체 스트림을, 흐름의 실질적인 일부에서 흐름 성분이 상기 제1 축의 방향으로 향하고 주로 상기 중합체 스트림을 감쇄시키는데 사용되며 상기 용융 중합체의 융점 온도보다 낮은 온도의 제1 강제 냉풍 기류를 포함하고 상기 냉풍 기류의 온도보다 높으면서 상기 용융 중합체 스트림의 조기 급냉을 방지할 만큼 충분히 높은 온도의 제2 강제 열풍 기류를 추가로 포함하며 가압하에 소정의 유속으로 움직이는 유체의 공흐름 배열에 노출시킴으로써 상기 용융 중합체 스트림을 다수의 개별 섬유 스트랜드로 감쇄시키는 단계

를 포함함을 특징으로 하는, 다이로부터 섬유를 제조하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 냉풍 기류와 상기 열풍 기류의 온도 차이가 148.9℃(300℉) 이상인 방법.
제12항에 있어서, 상기 냉풍 기류가 상기 냉풍 기류 및 상기 열풍 기류 전체의 약 5% 내지 약 80%를 이루는 방법.
제12항에 있어서, 상기 냉풍 기류가 상기 냉풍 기류 및 상기 열풍 기류 전체의 약 50% 내지 약 80%를 이루는 방법.
제12항에 있어서, 상기 냉풍 기류가 상기 냉풍 기류 및 상기 열풍 기류 전체의 약 30%를 이루는 방법.
제12항에 있어서, 상기 냉풍 기류의 속도와 상기 열풍 기류의 속도 차이가 20% 이하인 방법.