KR20020093934A - 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법 및 스피닝 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배출 개구(94)를 가지며, 튜브형태의 얇은 벽으로 된 스피닝 캐피러리(7)를 장착하고 있으며, 스피닝 도우프를 스피닝하기 위한 스피닝 헤드(8)에 관한 것이다. 사용된 스피닝 도우프는 셀룰로오스, 3차 아민 산화물 그리고 물의 혼합물이다. 스피닝 헤드에 의하여 직조된 섬유들의 세섬유화 경향을 감소시키고 비-루핑 성질을 증가시키기 위하여, 본 발명은 상기 스피닝 캐피러리(7)이 상기 배출 횡단면(94) 가까이에서 직접 가열되도록 구성된다. 이 간단한 수단에 의하여 세섬유화 경향을 감소시키고 비-루핑 성질을 증가시키는 것이 가능하다.

Description

스피닝 도우프를 스피닝하는 방법 및 스피닝 헤드{Method for spinning a spinning solution and spinning head}

이러한 방법과 장치는 국제공개번호 WO99/47733호로부터 잘 알려져 있다. 상기한 참증에서, 스피닝 캐피러리는 프리-캐피러리 (상기 참증에서는 캐피러리로 언급됨)와 상기 스피닝 도우프(상기 참증에서는 오리피스로 언급됨)의 흐름 방향에서 상기 프리-캐피러리에 뒤따르는 스피닝 캐피러리를 포함하는 것으로 묘사된다. 상기 프리-캐피러리와 스피닝 캐피러리는 두 부분의 금속 블럭으로부터 생산된다. 프리-캐피러리의 직경은 스피닝 캐피러리의 1.2 내지 2.5배이다.

참증 WO 99/47733호의 스피닝 헤드는 프리-캐피러리의 영역에 개구들을 갖고 있고, 상기 개구들은 가열 장치를 수용하기 위하여 사용된다. 상기 가열 장치는 프리-캐피러리의 영역에서 상기 스피닝 헤드의 금속 블럭을 가열하도록 기능한다.

참증 WO 99/47733호의 스피닝 블럭은 상기 스피닝-도우프 배출 개구로부터 배출되는 스피닝 도우프와 실질적으로 평행한 스피닝 헤드로부터 흘러나와서 배출된 스피닝 도우프를 둘러싸는 가열된 가스를 함유하는 가스 챔버에 의하여 둘러싸인다.

프리-캐피러리의 영역에서 스피닝 헤드와 스피닝 캐피러리의 구동온도는 70 내지 140 ℃ 범위이다. 배출된 가스의 온도는 바람직하게는 70 ℃로서, 이 온도는 스피닝 헤드의 온도보다 낮다.

참증 WO 99/47733호에 따르는 스피닝 헤드는 상기 참증에서 설명되는 스피닝 헤드의 구조적 설계때문에 실현될 수 있는 홀 밀도가 낮다는 단점이 있다. 추가적인 단점은 온도가 프리-캐피러리의 영역에서 영향을 받을 수 있다는 사실이다.

NMO/물/셀룰로오스 용액들이 방적될 때 사용되는 높은 셀룰로오스 농도와 높은 구조적 점성때문에, 스피닝 온도에 영향을 주는 것이 필요하다. 아울러, 온도 분포의 균일도를 좋게 하는 것에 대한 주의와, 참증 WO 99/47733호에서 설명된 스피닝 노즐 및 가열 시스템의 경우에 이행되지 않은 요구에 대한 주의가 요망된다.

참증 WO 99/47733호를 고려할 때, 달성되어야 할 목적은 방적 섬유들이 낮은 세섬유화(fibrillation) 경향과 높은 비-루핑(non-looping) 성질을 가지는 그러한 방법으로 일반적 절에 따르는 스피닝 헤드들을 개선하는 것이다.

세섬유화 경향은 이른바 쉐이킹 실험("shaking test")에 의하여 판단된다. 쉐이킹 실험은 주기적인 "케미에파세르 텍스틸인더스트리(Chemiefaser Textilindustrie)"의 43/95 (1993), 879 페이지와 참증 WO 96/07779에서 설명된다.

상기한 실험에서, 표준 길이를 갖는 섬유들은 글라스 비드들의 존재하에서 소정 시간동안 흔들어진다. 섬유의 세섬유화 정도는 현미경을 통한 조사에 의하여 판단된다: 많은 양의 스플릿-오프 세섬유(split-off fibrils)가 현미경을 통하여 발견되면, 이는 세섬유화 값이 높고 결과적으로 질이 낮다는 것을 의미한다.

서두에서 언급한 방법에 대하여, 이 목적은 상기 스피닝-도우프 배출 개구에 가깝고, 스피닝 캐피러리의 벽이 적어도 단면방향으로 상기 스피닝 캐피러리에서 상기 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 온도로 가열된다는 본 발명의 특징에 의하여 달성된다.

충분히 놀랍게도, 스피닝 캐피러리를 통한 압출성형동안 용액의 온도분포에 대한 영향때문에 대부분 세섬유가 없고 우수한 섬유 특성, 즉 우수한 비-루핑 특성을 갖는 셀룰로오스 섬유가 유리한 흐름 거동을 근거로 생산될 수 있다는 사실이 발견되었다.

서두에서 언급한 스피닝 헤드의 경우, 이 목적은 스피닝-도우프 배출 개구에 가까운 영역에서, 상기 스피닝 헤드가 구동상태에 있을 때, 스피닝 캐피러리의 벽 온도가 상기 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 온도로 있는 본 발명의 특징에 의하여 달성된다.

이러한 간단한 측정에 의하여 선행기술의 섬유들보다 낮은 세섬유화 경향과 높은 비-루핑 성질을 갖는 셀룰로오스 섬유들이 생산될 수 있다.

가장 적절한 선행기술, WO 99/47733호에 따르는 스피닝 헤드에 있어서, 상기 캐피러리는 가열되지만, 스피닝-도우프 배출 개구에까지 연장된 스피닝 캐피러리는 가열되지 않는다. 프리-캐피러리는 캐피러리보다 큰 직경을 갖는다. 프리-캐피러리와 캐피러리 사이의 횡단면의 갑작스러운 변화로 인하여, 프리-캐피러리에 설치된 스피닝 도우프에서의 온도분포는 스피닝 도우프를 스피닝하기에 유리한 온도분포가 더 이상 캐피러리의 짧은 길이에 대하여 발전되지 않도록 방해를 받는다.

아울러, WO 99/47733호에 따르는 장치는 캐피러리 벽을 스피닝 도우프의 코어 온도보다 더 높은 온도까지 가열하는 가능성을 제공하지 않는다. 프리-캐피러리의 긴 거동 길이와 프리-캐피러리에서의 스피닝 도우프의 낮은 유속때문에, 스피닝 도우프는 프리-캐피러리에서 프리-캐피러리 벽의 온도까지 가열될 것이다. WO99/47733호의 캐피러리의 벽 온도가 스피닝 도우프의 온도보다 낮다는 사실에 대한 두 가지 이유가 있다.

첫번째는, WO 99/47733호의 스피닝 헤드의 경우, 가스 챔버로부터 배출된 가스가 캐피러리의 외벽을 따라서 환형 갭을 통하여 흐른다. 이 가스의 온도는 스피닝 도우프의 온도보다 낮다. WO 99/47733호의 장치의 경우, 배출 개구에 가까운 캐피러리 영역은 이 가스에 의하여 실제로 스피닝 도우프의 코어 온도아래의 온도까지 냉각된다.

두번째는, 배출 개구에 가까운 캐피러리 벽이 WO 99/47733호에 따르는 스피닝 헤드의 가열장치에 의하여 간접적으로만 가열된다: 상기 가열장치는 프리-캐피러리에 가깝게 배치되어 주로 프리-캐피러리에 대하여 작용한다. 다운스트림 캐피러리는 캐피러리 블럭의 가열을 통하여 간접적으로만 가열된다. WO 99/47733호에 따르는 스피닝 헤드의 경우, 배출 개구에 가까운 캐피러리의 벽 온도는 항상 프리-캐피러리의 온도보다 낮을 것이다.

본 발명은 스피닝 도우프(spinning dope)를 스피닝하는 방법에 관한 것이다. 이 스피닝 도우프는 3차 아민 산화물, 물 그리고 셀룰로오스를 포함하며, 상기 방법은 스피닝 도우프를 스피닝 도우프 저장용기로부터 스피닝 헤드에 연속적 또는 불연속적으로 공급하고, 상기 스프닝 도우프를 적어도 하나의 스피닝 캐피러리(capillary)를 통하여 상기 스피닝 헤드에 전달하는 단계를 포함하며, 상기 스피닝 캐피러리는 그의 다운스트림 단부에 이를 통해 상기 스피닝 도우프가 스피닝 헤드로부터 배출되는 스피닝-도우프 배출 개구를 장착하고 있다.

또한, 본 발명은 상기 스피닝 헤드를 통하여 흐르고, 3차 아민 산화물을 포함하는 스피닝 도우프를 스피닝하기 위한 스피닝 헤드에 관한 것으로서, 상기 스피닝 헤드는 적어도 하나의 스피닝 캐피러리를 포함하며, 상기 스피닝 캐피러리는 그의 다운스트림 단부에 이를 통해 스피닝 도우프가 스피닝 헤드로부터 배출되는 스피닝-도우프 배출 개구를 가지며, 상기 스프닝 도우프에 대하여 작용하는 가열장치를 추가로 포함한다.

여기서 스피닝 캐피러리란 용어는, 이를 통해 스피닝 도우프가 흘러가는 스피닝 헤드의 마지막 부분을 의미하며, 상기 스피닝-도우프 배출 개구를 정의한다. 방적 실은 스피닝 캐피러리에 의하여 형성된다.

도 1은 스피닝 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 스피닝 헤드의 횡단면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따르는 스피닝 헤드의 횡단면도.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 스피닝 헤드의 횡단면도.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 스피닝 헤드의 횡단면도.

본 발명의 특별히 유리한 실시예에 따르면, 스피닝 캐피러리의 벽은 가열장치에 의하여 간접적으로 가열될 수 있다. 직접 가열의 경우, 가열장치는 스피닝 캐피러리 벽에 대하여 직접 작용한다. 그러한 직접 가열은 WO 99/47733호에서 개시된 종래의 스피닝 헤드의 경우에서는 존재하지 않는다. 이 스피닝 헤드의 경우, 스피닝 캐피러리 벽은 큰 질량을 가진 스피닝 블럭을 경유하여 간접적으로 가열된다. 그러나, 온도변화에 느리게 반응할 수 있는 큰 관성 질량들(inertial masses)이존재하지 않으므로, 스피닝 캐피러리 벽의 직접 가열은 벽의 온도가 더 빠른 응답속도를 갖고서 더 정확하게 조절될 수 있다는 장점을 갖는다.

스피닝 캐피러리의 벽 온도를 정확하게 조절하고, 공정을 정확하게 제어하기 위하여, 스피닝 캐피러리의 벽 온도를 조절가능한 값까지 조절하는 온도 조절기가 더 유리한 실시예로서 제공될 수 있다. 그러한 온도 조절기는 벽 온도가 스피닝 공정에서의 변화들, 즉, 다른 스피닝 도우프들 또는 다른 스피닝-헤드 구조들에 대하여 자동적으로 적합하게 되도록 한다.

일 실시예에 따르면, 스피닝 캐피러리의 벽 온도는 스피닝 캐피러리를 통한 스피닝 도우프의 질량 유속에 따라서 조절가능하다. 캐피러리로부터의 열 전이는 질량 유속에 응답하여 증가하고, 그에 따라 캐피러리 벽의 가열은 적합하게 되어야 한다. 이와 관련하여, 스피닝 캐피러리를 통한 질량 유속에서의 변화들이 벽 온도를 조절하므로써 보상될 수 있을 때, 유리할 것이다.

또 다른 유리한 실시예에 따르면, 스피닝 캐피러리의 벽 온도는 스피닝 도우프에서의 스피닝 압력에 따라서, 바람직하게는 캐피러리에서의 스피닝 도우프의 스피닝 압력에 따라서 조절될 수도 있다. 유속, 결과적으로, 스피닝 도우프에서의 열 전달도 스피닝 압력, 즉 스피닝 도우프에서의 유속에 의존한다: 스피닝 캐피러리를 통한 스피닝 도우프의 유속은 스피닝 압력이 증가함에 따라 증가한다. 또한, 이 경우에 있어서, 스피닝 압력에서의 변화들이 스피닝 캐피러리의 벽 온도를 조절하는 것에 의하여 보상될 수 있을 때 유리할 것이다.

세섬유화 경향은 또 다른 유리한 실시예에 따라서 스피닝 캐피러리 벽의 가열이, 스피닝 헤드가 구동 상태일 때, 상기 스피닝 캐피러리의 흐름 횡단면에 걸쳐서 소정의 온도 프로파일을 생성할 때 특히 감소될 수 있다. 이 온도 프로파일에 의하여, 상기 스피닝 캐피러리에서의 스피닝 도우프의 속도 프로파일이 상기 스피닝 도우프의 온도 의존 점성에 근거하여 의도적으로 영향을 받는다. 특히, 캐피러리 벽이 심하게 가열될 때, 상기 벽 영역에서 상기 스피닝 도우프의 점성을 실질적인 정도까지 감소하는 것이 가능할 것이다. 그러한 가열은 상기 스피닝 도우프의 벽 마찰을 감소시키고, 상기 캐피러리에서 더욱 완전하고 더 넓은 흐름 프로파일로 이끌 것이다: 흐름 횡 단면에 걸쳐서 흐름 속도의 분포는 심하게 굽은 프로파일의 파이프 흐름을 더 이상 갖지 않지만, 거의 일정한 형태로 스피닝 캐피러리의 벽에 까지 이르는 넓은 최대치를 가진다. 이 방법에 있어서 세섬유화 경향은 벽 온도를 통한 흐름 프로파일에 영향을 주므로써 개선될 수 있다.

스피닝 캐피러리에서 스피닝 도우프의 흐름 프로파일에 대한 벽 온도의 효과는, 상기 스피닝 헤드가 구동상태일 때, 상기 스피닝 캐피러리 벽의 소정의 온도 프로파일이 상기 스피닝 캐피러리 벽을 가열하는 것에 의하여 상기 스피닝 도우프의 흐름 방향으로 조절될 수 있을 때, 유리한 실시예에 따라서 더욱 더 증가될 수 있다. 이 실시예의 경우, 스피닝 캐피러리에서의 속도 프로파일은 흐름 방향으로 온도 프로파일을 의도적으로 변화시키는 것에 의하여 영향을 받는다. 파이프 흐름 프로파일의 형성은 신뢰성있게 회피되고 흐름 프로파일은 온도 분포를 흐름 방향으로 적합하게 하므로써 더욱 더 최적화될 수 있다.

이 목적을 위하여, 다수의 독립적으로 구동하는 가열 장치들이 흐름 방향으로 상기 스피닝 캐피러리 상에 제공될 수 있다.

스피닝 캐피러리 벽을 특별히 균일하게 가열하는 것은 가열된 가열 유체가 그의 외측에서 상기 스피닝 캐피러리의 벽 주위를 흐를 때 달성될 수 있다. 참증 WO 99/47733에서 설명된 유형인 전기적 가열과는 대조적으로, 공간 온도분포의 급격한 변화는 유체에 의한 가열의 경우에는 발생하지 않을 것이다. 아울러, 국부적 과열도 회피될 수 있다. 가열 유체의 온도는 적어도 100 ℃이고, 바람직하게는, 약 150 ℃이다. 가열 유체의 온도는 유리한 방법으로는 50 ℃, 80 ℃ 또는 100 ℃, 및 150 ℃ 또는 180 ℃의 범위에 있을 수 있다. 상기 스피닝 헤드의 끝 캐피러리에서의 높은 유속으로 인하여, 상기 스피닝 캐피러리의 벽 온도는 심지어 스피닝 도우프의 분해온도를 초과할 수 있다. 상기 스피닝 캐피러리에서의 상기 스피닝 도우프의 체류 시간은 스피닝 도우프가 분해온도에 도달할 정도로 충분히 길지 않다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 온도 센서가 캐피러리 벽의 온도 및/또는 상기 캐피러리 벽의 영역에서 상기 스피닝 도우프의 온도를 검출하기 위하여 제공될 수 있다. 이 온도 센서는 캐피러리 벽 온도의 대표인 전기신호를 출력하도록 구성된다. 그러한 센서의 도움하에서, 캐피러리 벽의 온도는 언제라도 직/간접으로 판단될 수 있다. 이를 사용하여 벽 온도가 조절될 수 있는 조절 장치에 신호가 공급될 수 있다. 이 목적을 위하여, 온도 조절기는 적절한 방법으로 존재하는 가열 유체의 온도를 변화시킬 것이다.

가열 유체가 사용될 때, 적어도 하나의 온도 센서가 또 다른 유리한 실시예에 따라서 제공될 수 있는데, 상기 온도센서는 가열 유체의 온도를 검출하고 상기가열 유체의 온도를 전기신호의 형태로 조절장치에 출력하기 위하여 사용된다. 이 실시예의 경우, 스피닝 캐피러리의 벽 온도는 가열유체온도의 검출을 통하여 판단되고 조절될 수 있다.

스피닝 헤드에 관한 한, 가열 장치에 의하여 가열되고 그의 온도가 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 스피닝 캐피러리 벽의 영역이 필수적으로 스피닝 도우프 배출 개구에까지 이를 때 특히 유리할 것이다. 스피닝 도우프 배출 개구는 높은 벽 온도가 특히 유리한 방향으로 세섬유화 경향에 영향을 줄 특별한 임계점이다. 특히, 상기 배출 개구로부터 상기 스피닝 도우프의 배출직후 분출물(jet) 팽창, 소위 스트랜드 팽창은 배출 개구를 가열하므로써 억제될 수 있다는 것이 판명되었다. 이는 방적 섬유들의 개선된 표면 구조로 귀결되고, 결과적으로는 비-루핑 성질이 더욱 더 증가되고 세섬유화 경향은 더욱 더 감소할 것이다.

또 다른 유리한 실시예에 따르면, 가열 장치에 의하여 가열되고 그의 온도가 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 스피닝 캐피러리 벽의 영역은 스피닝 캐피러리의 전체 길이에 대해 필수적으로 연장될 수 있다. 이 실시예의 경우, 전체 스피닝 캐피러리는 가열될 수 있다: 벽 근처에서 스피닝 도우프의 감소된 점성으로 인하여 그리고 스피닝 캐피러리의 이동 거리로 인하여, 이는 스피닝 캐피러리의 횡 단면에 대하여 충분한 속도 프로파일의 완전한 형성에 이를 것이다.

벽 온도와 벽 가까이 흐르는 스피닝 도우프의 온도를 빠르고 의도적으로 조절할 수 있도록 하기 위하여, 스피닝 캐피러리 벽의 온도가 가열장치에 의하여 빠르게 조절될 수 있어야 하고, 온도 변화에 빠르게 반응하여야 한다. 또 다른 실시예에 따르면, 이는 스피닝 캐피러리가 실질적으로 얇은 벽으로 된 튜브 형태의 스피닝-캐피러리 튜브로서 구현되고, 가열 장치가 상기 스피닝 도우프 배출 개구에 가까운 스피닝 캐피러리 튜브의 벽 영역에 대하여 직접 작용하는 특징들에 의하여 달성될 수 있다. 상기 스피닝 캐피러리의 얇은 벽으로 된 구조적 설계로 인하여, 어떠한 관성 질량도 없기 때문에, 벽 온도는 가열장치의 온도변화에 응답하여 빨리 반응할 것이다. 가열장치가 얇은 벽으로 된 스피닝 캐피러리에 대하여 직접 작용한다는 사실로부터, 빠른 응답이 추가로 보장될 것이다. 상기 스피닝 캐피러리 튜브의 벽 두께가 200 ㎛미만일 때, 바람직하게는 150 ㎛미만일 때 유리할 것이다.

또 다른 실시예에 따르면, 스피닝 캐피러리 튜브의 스피닝 도우프 배출 개구는 적어도 단면방향으로 갭 개구와, 상기 스피닝 헤드가 구동상태에 있을 때, 상기 스피닝 도우프 배출 개구로부터 배출된 스피닝 도우프의 방향으로 상기 갭 개구로부터 반드시 흘러나오는 이송유체에 의하여 둘러싸여질 수 있다. 상기 이송유체는 스피닝 캐피러리의 배출 개구로부터 배출되는 스피닝 도우프 분출물을 둘러싸서 상기 분출물의 외표면에서의 급격한 속도 변화를 감소시킨다. 이는 분출물이 안정화되고 상기 외표면상의 흐름이 조용하게 되는 효과를 가진다. 상기 스피닝 헤드가 구동상태일 때, 갭 개구로부터 흘러나오는 이송 유체의 속도는 실질적으로 스피닝 도우프 배출 개구로부터 배출되는 스피닝 도우프의 속도에 상응할 수 있다.

상기 스피닝 헤드의 일 실시예는, 스피닝 도우프 배출 개구 가까이에 상기 스피닝 캐피러리 튜브가 가열 유체를 포함하는 가열 챔버에 의하여 둘러싸이도록 구성된다. 이것은 가열챔버가 갭 개구와 연통될 때 특히 유리할 것이다. 이는 가열유체가 갭 개구를 통하여 흐르고 배출 횡단면의 근처에 위치하는 스피닝 캐피러리 벽의 영역을 휩쓸도록 한다. 이 방법으로 상기 스피닝 캐피러리 벽은 배출 횡단면까지 가열될 수 있다.

가열 유체가 상기 갭 개구로부터 적당한 속도로 배출될 때, 이는 동시에 이송유체로서 기능할 수 있다. 그러므로, 스피닝 도우프 분출물을 안정화하기 위한 별도의 이송 유체를 제공하는 것은 불필요할 것이다.

안정적이고 충분한 흐름 프로파일의 형성을 위하여, 스피닝 캐피러리에서의 이동 길이는 가능한 한 길어야 한다. 그러므로, 스피닝 캐피러리의 직경에 대한 길이의 비는 가능한 한 커야 한다. 스피닝 캐피러리의 유리한 실시예에 따르면, 스피닝 캐피러리의 길이는 그의 직경보다 적어도 20 배 내지 150배 더 길다. 이 비를 고려한 길이는 스피닝 도우프가 흐르는 길이일 수 있고, 직경은 스피닝 캐피러리의 내부 직경일 수 있다.

이를 통해 본 발명의 더욱 유리한 실시예에 따르면, 유체가 스피닝 도우프에 평행하게 배출되는 갭의 흐름 횡단면은 가변 하우징, 즉 가변 날개들에 의하여 변화될 수 있다. 그러므로, 갭으로부터 배출되는 유체의 속도는 각각의 스피닝 동작 및 각각의 스피닝 분출물 속도와 두께에 따라서 변화될 수 있다.

또한 스피닝 캐피러리는 상기 스피닝 캐피러리를 둘러싸는 전기적 가열 소자에 의하여 직접 가열될 수 있다.

더 유리한 실시예에 따르면, 상기 스피닝 캐피러리는 정밀 강 튜브로서 구현될 수 있다. 그것은 원형의 배출 개구를 가질 수도 있다. 배출 개구의 직경은 500㎛미만, 바람직하게는 250 ㎛미만일 수 있다. 특별한 사용, 즉 리오셀 섬유들을 생산하기 위하여 스피닝 재료를 스피닝하기 위한 경우라면, 직경은 100 ㎛ 내지 75 ㎛미만의 범위로 될 수도 있다.

상기 스피닝 헤드는 압력 균등화 용기를 갖는 스피닝 시스템에 설치될 수 있다. 상기 압력 균등화 용기는 3차 아민 산화물을 갖는 스피닝 도우프를 함유한다. 상기 스피닝 시스템은 스피닝 필라멘트를 생산하기 위하여 이를 사용하여 스피닝 도우프가 직조될 수 있는 스피닝 헤드를 포함하며, 추가로 이를 통해 상기 스피닝 도우프가 스피닝 헤드로 전송되는 스피닝 도우프 도관을 포함한다. 이 스피닝 시스템은 본 발명에 따르는 방법을 수행한다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따르는 방법, 본 발명에 따르는 스피닝 헤드나 스피닝 시스템에 의하여 생산되는 제품에 관한 것이다: 상기 제품은 개선된 비루핑 성질 및 더 낮은 세섬유화 경향을 특징으로 하며, 필라멘트, 스테이플 섬유, 직조결합된 섬유 또는 필름/시트의 형태를 가질 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따르는 방법과 스피닝 헤드의 구조적 설계와 구동 모드가 실시예들을 근거로 설명된다.

이에 의해 본 발명에 따르는 방법이 수행되는 스피닝 시스템(1)이 도 1에 도시되어 있다.

스피닝 도우프 저장 용기 또는 반응기(2)는 높은 점성을 가진 스피닝 도우프(3)를 함유한다. 스피닝 도우프(3)는 3차 아민 산화물, 즉 셀룰로오스, 물 그리고 N-메틸모르폴린-N-산화물(N-methylmorpholine-N-oxide: NMMO)의 용액을 포함한다.

스피닝 도우프는 스피닝 도우프 용기(2)로부터 스피닝 도우프 도관(4') 및 압력 균등화 용기(5)를 통하여 매니폴드/분배기 블럭(6)으로 펌프(4)에 의하여 전송된다. 상기 매니폴드 블럭(6)과 스피닝 캐피러리들(7)은 스피닝 헤드(8)의 부분이다.

상기 압력 균등화 용기는 상기 스피닝 도우프 도관(4') 내에서 가능한 압력 및/또는 부피 유속 변화들을 균등화하고, 상기 스피닝 헤드(8)로 균일한 스피닝 도우프의 공급을 보장하도록 기능한다.

고 점성의 스피닝 도우프 분출물들(9)이 고속으로 상기 스피닝 헤드(8)로부터 배출된다. 스피닝 헤드(8)로부터 배출된 후, 이들 스피닝 도우프 분출물들(9)은 에어 갭(10)이나 비-침전(non-precipitative) 매질을 통하여 흐른다. 이 단계에서, 스피닝 도우프는 가속되어 결과적으로 인발된다.

그후, 스피닝 도우프 분출물들은 비용매나 수성 아민 산화물 용액을 포함하는 욕조(11)로 유입된다. 상기 침전조(11)로부터, 상기 스피닝 도우프는 인발장치(12)에 의하여 섬유의 형태로 인발된다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 스피닝 헤드(8)의 구조적 설계가 도 2를 참조하여 설명된다.

상기 스피닝 헤드가 가열될 때, 열 손실이 발생하지 않도록 스피닝 헤드(8)는 프레임(5)에 결합되어 열 차단물질층(52)에 의하여 절연된다.

스피닝 헤드(8)는, 매니폴드 블럭(6), 실질적으로 디스크 또는 판형의 압력 분배판(54), 실질적으로 디스크 또는 판형의 스피닝 노즐 몸체(56)를 포함하는 모듈타입의 구조적 설계를 가지며, 스피닝 노즐 몸체(56)에는 분배기 공간(56a), 적어도 하나의 스피닝 캐피러리(7) 및 홀딩 장치(60)가 장착되어 있다.

스피닝 노즐 몸체(56)의 압력 분배판(54)은 상기 스피닝 헤드의 중심축(M)의 방향으로 매니폴드 블럭(6) 상에서 상기 홀딩 장치(60)에 의하여 고정된다. 이 목적을 위하여, 홀딩 장치(60)는 압력 분배판(54)과 스피닝 노즐 몸체(56)가 수용되는 환형 또는 슬롯 형태의 개구를 정의한다. 쇼울더(60a)가 상기 환형 개구의 일단에 형성되는데, 상기 쇼울더는 스피닝 노즐 몸체(56)의 보조 개구(60b)를 결합한다.

스피닝 노즐 몸체(56)는 압력 분배판(54)상에서 필수적으로 전면 접촉상태로 그의 단부 면들중 하나를 통하여 놓여있다. 스피닝 도우프가 압력 분배판(54)과 스피닝 노즐 몸체(56) 사이에서 이탈될 수 없도록 밀봉부재(62)가 노즐 몸체(56)의 단부 면에 제공된다.

스피닝 노즐 몸체(56)와 이격되어 대향하는 압력 분배판(54)의 단부면은 매니폴드 블럭(6) 상에서 반드시 완전 접촉상태로 인접한다. 또한, 이 단부 면은 상기 스피닝 도우프가 매니폴드 블럭(6)과 상기 압력 분배판 사이에서 이탈되지 않도록 그의 내부에 밀봉부재(62)를 가지고 있다.

홀딩 장치(60)를 결합하는 나사수단(64)에 의하여, 홀딩장치(60)는 매니폴드 블럭(6) 쪽으로 인가된다. 홀딩 장치(60)의 쇼울더(60a)는 노즐 몸체(56)의 각 개구(60b)에 압력을 가한다. 노즐 몸체(56)는 이 압력을 압력 분배판(54)을 경유하여 매니폴드 블럭(6)으로 재전송한다. 이러한 방법으로, 압력 분배판(54)과 노즐 몸체(56)는 매니폴드 블럭(6) 상에서 고정 및 밀봉 결합되고, 다른 구조물들에 의한 대체 또는 유지가 필요할 때, 나사 수단(64)을 풀어서 쉽게 교체될 수 있다.

스피닝 캐피러리(7)는 스피닝 노즐 몸체(56)에 결합된다. 스피닝 캐피러리는 원형의 횡단면을 가지며, 그의 내부 직경이 50 ㎛미만인 튜브 형태로 구현된다.

스피닝 캐피러리들(7)의 내부 직경은 그의 전체 길이에 대하여 일정하다.

스피닝 캐피러리들(7)용으로 사용된 튜브들은 그의 내부 직경이 500 ㎛미만이고, 부분적으로는 250 ㎛미만인 의료공학 분야로부터 유래되는 정밀 강 튜브이다. 특히, 리오셀 섬유들의 경우, 100 ㎛미만 내지 50 ㎛미만의 내부 직경을 제공하는 것도 가능할 것이다.

스피닝 캐피러리(7)는 얇은 벽체로서, 최대 200 ㎛의 벽 두께를 갖는다. 스피닝 캐피러리의 길이는 적어도 내부직경의 20배이고, 바람직하게는 적어도 150배이다. 테스트 결과는 섬유들의 세섬유화 경향이 상기 스피닝 캐피러리들의 길이/내부직경 비가 증가함에 따라 감소한다는 것을 보여주었다.

통상적으로, 다수의 스피닝 캐피러리들(7)이 나란히 상기 스피닝 헤드(8) 상에 배열되거나, 서로 상대적으로 다수의 행들로 배열된다. 도 1에서 알수 있듯이, 다수의 상기한 스피닝 헤드들은 경제적인 생산 장치를 정의하도록 임의의 배열모드로 배열될 수 있다. 각 노즐 몸체(56)는 단일 행이나 여러 행으로 긴(elongate) 구조 또는 환형 구조로 배열된 다수의 스피닝 캐피러리들(7)을 포함함다.

캐피러리들(7)로의 균일한 흐름을 확실히 하기 위하여, 분배기 공간(56a)은 단일 홈이나 다수행의 V 홈으로써, 긴 형상이나 환형의 V형 홈으로써 구현된다. 압력 분배판(54)은 V형 홈으로 만들어진 분배기 공간(56a) 위에 위치한다.

스피닝 캐피러리(7)는 내부 하우징(66)과 외부 하우징(68)에 의하여 둘러싸여져 있다.

내부 하우징(66)은, 상기 스피닝 캐피러리의 외표면(7a)과 함께, 바깥쪽으로 밀폐되어 있으며 이를 통해 가열 유체가 흐르는 가열 챔버(70)를 정의한다. 내부 하우징(66)과 노즐 몸체(56)는 장치(unit)를 정의한다. 외부 하우징(68)은 노즐 몸체(56)와 내부 하우징(66)으로 구성되는 장치를 뒤따른다. 스피닝 캐피러리(7)는 내부 하우징(66)과 외부 하우징(68)을 벗어나서 약간 돌출된다.

외부 하우징(68)은 내부 하우징(66)을 둘러싸서 내부 하우징(66)의 외표면과 함께 추가적인 가열챔버(72)를 정의한다: 그러나, 가열챔버(70)와는 대조적으로, 가열챔버(72)는 외측으로 개방된다. 가열챔버(72)는 상기 스피닝 헤드와 반대로 배열된 스피닝 캐피러리(7)의 단부를 둘러싸는 갭(74)을 정의한다. 가열유체는 또한이 가열챔버(72)를 통해 흐르고, 상기 갭을 통하여 실질적으로는 중심축(M)에 평행하게 흘러나간다.

갭(74)의 기하구조를 변경하기 위하여, 외부 하우징(68)은 중심축(M)의 방향으로 변위될 수 있도록 내부 하우징(66) 상에 지지된다.

도 2의 실시예에 따르면, 동일한 종류의 가열 유체가 양 챔버들(70, 72)을 위하여 사용될 수 있다. 이 가열 유체는 상기 스피닝 도우프에 대하여 불활성인 가스로서 열교환기(미도시)를 경유하여 150 ℃까지 가열될 수 있다. 선택적으로, 다른 종류의 가열 유체들도 챔버들(70, 72)을 위하여 사용될 수 있다. 가열 챔버(70)는 스피닝 캐피러리(7)를 위한 가열 장치를 정의한다.

매니폴드 블럭(6)과 홀딩 장치(60)는 큰 질량을 가진 실질적으로 대량의 블럭들로서 구현되고, 이들은 뜨거운 물, 뜨거운 공기, 열 전달 오일, 증기를 위한 가열 채널들(76, 78, 80)을 장착하거나 선택적으로 막대 형태의 가열 소자들을 장착하고 있다. 상기 매니폴드 블럭(6)과 상기 홀딩 장치(60)의 큰 질량 및 열 차단으로 인해, 단지 작은 변화만이 상기 매니폴드 블럭(6)과 상기 홀딩 장치(60)의 구동 온도에서 발생할 것이다.

다음으로, 본 발명에 따르는 스피닝 블럭의 기능이 설명된다.

스피닝 도우프는, 밀봉 수단(83)을 경유하여 스피닝 도우프 공급에 연결된 공급라인(82)을 경유하여 그의 내부에 형성된 흐름 개구들(88)을 갖는 관통 디스크 또는 판(86)을 장착하고 있는 안정화 챔버(84)로 매니폴드 블럭(6)을 통하여 흐른다. 안정화 챔버(84)와 관통 디스크(86)는 압력 분배판(54)에 의하여 형성된다. 흐름 방향에서 보았을 때, 여과 장치(90)가 관통 디스크(86)의 앞에 위치한다. 안정화 챔버(84), 관통 디스크(86) 및 여과 장치(90)는 모든 스피닝 캐피러리들(7) 위로 연장된다.

공급라인(82)에 비하여 큰 정도로 확대된 안정화 챔버(84)의 흐름 횡 단면에 의하여, 상기 스피닝 도우프의 유속은 감소되고 그 흐름은 더욱 균일하게 된다. 추가적으로, 상기 스피닝 도우프는 여과 장치(90)와 압력 분배판(54)의 개구들(88)을 통하여 흘러서, 흐름과 압력 프로파일이 흐름 횡 단면에 걸쳐서 더욱 더 균일하게 될 것이고, 모든 캐피러리들(7)은 균일하게 공급받을 것이다.

안정화 챔버(84)로부터, 상기 스피닝 도우프는 상기 스피닝 헤드(8) 내에서 상기 압력 분배판을 통하여 흘러서 스피닝 노즐 몸체(56)에 의하여 정의되는 분배기 공간(56a)으로 들어간다. 분배기 공간(56a)에 있어서, 상기 흐름 횡 단면은 흐름 방향을 따라서 점차적으로 감소한다. 이는, 스피닝 도우프가 가속되고 흐름 횡 단면이 스피닝 캐피러리들(7)의 흐름 횡 단면까지 점차적으로 감소하는 효과를 가진다.

흐름 방향에서 보았을 때, 스피닝 캐피러리들(7)이 분배기 공간(56a)을 뒤따르고, 스피닝 캐피러리들(7)은 상기 흐름 방향에서 스피닝-도우프 배출 개구들(94)에서 끝난다. 이 스피닝 도우프는 각각 높은 속도와 높은 질량 유속에서 스피닝-도우프 배출 개구(94)를 통하여 상기 스피닝 헤드로부터 배출된다. 전형적인 스피닝 캐피러리 당 질량 유속은 0.03 내지 0.5 g/min이다. 1.5 g/min에 이르는 더 높은 유속이 상기 스피닝 캐피러리들의 더 높은 가열온도에서 가능하다. 스피닝 도우프의 압력은 400 bar에까지 이를 수 있다.

스피닝 헤드(8)를 구동하기 위하여, 스피닝 도우프가 상기 스피닝 헤드를 통하여 흐를 때, 구동온도에서 유지되는 것이 중요하다. 이 목적을 위하여, 이미 앞서 간단히 언급된 가열 채널들(76, 78, 80)은 매니폴드 블럭(6)과 홀딩 장치(60)에 제공된다.

매니폴더 블럭 가열 채널들(76)은 공급 라인(82)에 근접하게 배치되어 구동 온도에서 공급 라인(82) 내에 상기 스피닝 도우프를 유지한다. 뜨거운 물, 열 전달 오일 또는 수증기와 같은 가열 유체는 가열 채널들(76)을 통하여 흐른다.

가열 채널(78)은 홀딩 장치(60)의 영역 내에서 훨씬 아래쪽에 배치되어 상기 스피닝 물질이 캐피러리(7)로 들어가기 전에 이미 분배기 공간(56a)을 가열할 것이다. 뜨거운 공기, 뜨거운 물, 열 전달 오일 또는 수증기와 같은 가열 유체도 가열 소자(78)를 통하여 흐른다.

선택적으로, 제2 매니폴드 블럭 가열 소자(80)는 스피닝 도우프 배출 개구(94)와 반대로 위치한 스피닝 헤드부에 부착되어 제공될 수 있다. 도 2에 따르는 실시예에서, 매니폴드 블럭 가열 소자(80)는 공급 라인(82)의 업스트림부를 가열하도록 기능한다.

가열 채널들(76, 78, 80)은 공통 가열 회로에 연결될 수도 있고, 또는 그들은 별도의 가열 회로들을 정의할 수도 있다. 가열 채널들(76, 78, 80)의 가열 회로들 또한 상기 가열 챔버에 연결될 수 있다.

도 2를 참조한 제1 실시예에서, 세섬유화 경향은 스피닝 캐피러리(7)가 배출개구(94)의 영역에서 외부로부터 가열된다라는 사실에 의하여 감소된다. 이는 가열 챔버(70) 내의 가열 유체가 스피닝 캐피러리(7)의 외표면 주위로 흘러서 스피닝 캐피러리(7)를 직접 가열한다는 사실로 달성된다. 스피닝 캐피러리(7)가 길이의 관점에서 큰 외표면과 얇은 벽들을 가진다는 사실로 인하여, 상기 가열 유체로부터 상기 스피닝 캐피러리 벽을 경유하여 상기 스피닝 도우프까지 높은 열전달이 일어난다. 상기 스피닝 캐피러리 벽의 최고의 가능한 가열을 얻기 위하여, 상기 가열 유체와 상기 스피닝 캐피러리의 외벽 사이의 접촉면이 가능한 한 커야 한다.

스피닝 도우프가 스피닝 캐피러리 내에서 고속으로 흐르기 때문에, 가열 유체의 온도는 상기 스피닝 도우프의 분해온도를 안전하게 초과할 수도 있다: 상기 스피닝 도우프가 가열된 벽을 따라 흐르는 높은 속도로 인하여, 상기 캐피러리에서 스피닝 도우프의 체류 시간은 상기 스피닝 도우프가 캐피러리의 벽 온도에 도달할 정도로 충분히 길지 않을 것이다.

충분히 놀랍게도, 심지어 약 150 ℃의 벽 온도에서 조차, 매우 낮은 세섬유화 경향을 갖는 섬유들을 방적하는 것이 가능하다는 것이 판명되었다. 세섬유화 경향은 벽 온도가 105 ℃의 경우에서보다 심지어는 더 낮았고 비-루핑 성질은 더 높았다.

스피닝 캐피러리의 큰 길이로 인하여, 벽 가까이에서 흐르는 스피닝-도우프 층이 가열되는 것이 보장된다. 종래의 스피닝 도우프들의 경우에 있어서는, 온도가 감소함에 따라 점성이 증가하므로, 스피닝 캐피러리(7)을 통하여 흐르는 스피닝 도우프의 점성은 벽에 가까운 영역에서 감소할 것이다. 길이 전부가 가열되는 스피닝캐피러리(7)의 큰 이동 길이에 걸친 코어 흐름에서 보다 완전한 속도 프로파일이 얻어질 수 있다.

스피닝 캐피러리(7)을 따라서 속도 프로파일의 형성이 네개의 속도 프로파일들, A, B, C 및 D를 근거로 도 2에서 도식적으로 설명된다. 속도 프로파일 A는 분배기 공간(56a) 뒤에서 짧은 거리에 있는 상태로 되어 중심선(M)에 가까운 코어 흐름의 영역에서 좁고 최대가 됨으로써 특징지어진다. 상기 속도 프로파일 A는 스피닝 캐피러리(7)의 벽을 향해 가파르게 하강한다.

스피닝 캐피러리 벽이 가열된다는 사실로 인하여, 스피닝 도우프의 점성은 벽 면적에서 감소하고, 속도 프로파일은 점진적으로 균일하게 되어 속도 최대치는 폭에서 증가한다. 이러한 사실이 속도 프로파일 B에 도식적으로 보여진다.

스피닝 도우프 배출 개구(94)에서, 코어 흐름에서의 속도 분포는 거의 일정하고 벽을 향해 가파르게 하강한다. 이러한 사실이 속도 프로파일 C에 도시되어 있다. 벽 영역에서의 가파른 하강은 낮은 점성과 상기 배출 개구(94)까지의 스피닝 캐피러리 벽의 강한 가열로 인하여 가능하다.

속도 프로파일 D는 배출 개구(94)로부터 스피닝 도우프가 배출된 후의 속도 프로파일을 도식적으로 보여준다. 챔버(72)로부터의 불활성 유체와 배출 개구(94)로부터의 스피닝 도우프가 함께 넓은 분출물을 형성한다.

본 발명에 따르면, 캐피러리 직경에 비하여 매우 긴 캐피러리 길이와 상기 캐피러리의 직접 가열은 상호 작용하여 유리한 속도 프로파일로 귀결된다. 이와 관련하여 중요한 측면은, 스피닝 캐피러리 벽의 온도가 스피닝 캐피러리의 중앙에서의 스피닝 도우프 흐름의 코어 온도보다 높다는 것이다. 캐피러리(7)를 통한 스피닝 도우프 흐름의 코어에서의 온도는 압력 분배판(54)과 그안에 수용된 노즐 몸체(56)를 갖는 홀딩 장치(60)와 매니폴드 블럭(6)의 구동 온도에 대략적으로 상응하고, 상기 구동 온도는 가열 채널들(76, 78, 80)에 의하여 조절된다. 스피닝 캐피러리를 통하여 흐를 때, 코어 흐름은 영향을 받지 않고서 남아 있고 그의 온도를 변화시키지 않는다.

캐피러리(7)의 작은 벽 두께로 인하여, 스피닝 캐피러리 벽(7)의 온도는 더욱더 정확하게 빠른 응답으로 조절될 수 있다: 스피닝 캐피러리 벽의 작은 질량으로 인하여, 벽 온도는 가열 챔버(70)에서의 온도 변화에 즉시 반응할 것이다.

벽 온도를 의도적으로 조절하고 이러한 방법으로 캐피러리들(7)을 통한 흐름에 의도적으로 영향을 주기 위하여, 조절장치(미도시)가 제공될 수 있다. 조절 장치는 센서들(미도시)에 연결되는데, 이들 센서들은 캐피러리 벽의 온도 및/또는 가열 챔버(70)에서 가열 유체의 온도, 캐피러리들을 통한 스피닝 도우프의 유속 및 스피닝 도우프의 구동 압력을 검출한다. 이 방법에 있어서, 폐루프(closed-loop) 조절 회로가 설치될 수 있으며, 벽의 온도는 이러한 조절 회로에 의해 변화하는 구동 조건들에 대하여 자동적으로 적합하게 될 수 있거나 또는 외부로부터의 조절에 의해 적합하게 될 수 있다. 그러므로, 구동 변수들의 변화들은 스피닝 질의 어떠한 퇴화없이 보상될 수 있다.

스피닝 캐피러리(7)의 벽이 배출 개구(94)의 영역에서도 가열될 때, 세섬유화 경향이 결정적인 정도까지 감소될 수 있다는 사실을 테스트 결과들이 보여준다.

이 목적을 위하여, 가열 유체는 가열 챔버(72)로부터 스피닝 캐피러리(7)의 외벽을 지나서 갭(74)을 통하여 전송되고, 도 2에 따르는 실시예에서는 스피닝 헤드(8)로부터 전송된다. 이는 스피닝 캐피러리가 그의 전체 길이에 대하여 실제로 가열된다는 것과, 스피닝 캐피러리(7)의 길이에 대하여 발전하는 더 완전한 흐름 프로파일이 이동 길이의 단부에서 더 차가운 벽으로 인하여 약해질 수 없다는 것을 보장할 것이다.

스피닝 도우프가 배출 개구(94)로부터 배출되는 속도에 적어도 상응하는 높은 속도로 갭(74)으로부터 유체가 흐른다. 유체는 또한 스피닝 도우프 분출물을 운반하고(entrain) 안정화하는 이송 유체로서 작용한다.

유체의 배출 속도가 스피닝 도우프의 속도보다 높으면, 인장 응력이 스피닝 도우프 분출물의 가장자리에 작용할 것이고, 이는 높은 점성의 분출물의 길이를 늘릴 것이다.

가열 챔버(70) 내의 유체와 마찬가지로, 가열 챔버(72) 내의 유체도 상기 스피닝 캐피러리(7)의 벽 온도를 위한 폐루프 조절 회로의 일부일 수 있다. 이 목적을 위하여, 스피닝 캐피러리 벽의 온도와 가열 유체의 온도를 검출하기 위한 센서들뿐만 아니라 스피닝 시스템의 구동 변수들을 검출하기 위한 많은 수의 센서들이 앞서 설명한 것처럼, 제공될 수도 있다. 이들 센서들의 신호들은 온도 조절기로 제공되며, 이 온도 조절기에 의해 가열 챔버(70)에서의 가열 유체의 온도가 조절된다.

두 개의 가열 챔버들(70, 72)로의 분할로 인하여, 이들 챔버들 내에서 두 가열 유체들의 온도는 달리 조절가능하다. 이와 관련하여, 배출 개구(94)에 가까운 스피닝 캐피러리 벽이 상기 스피닝 캐피러리의 중앙 영역보다 높은 온도로 유지될 때 유리하다는 것이 판명되었다. 이 방법은 앞서 언급한 스트랜드 팽창을 억제하도록 기능한다.

상기 챔버(70)를 서로 독립적인 추가의 가열 챔버들로 분할하므로써, 스피닝 캐피러리를 따라 온도 프로파일은, 또 다른 실시예에 따르는 스피닝 도우프의 흐름 방향에서, 특히 상기 캐피러리가 매우 긴 경우들에 있어서, 더욱 정확하게 조절될 수 있다. 이들 챔버들의 각각은 별도의 센서들을 장착하고 있다.

다음으로, 제2 실시예의 구조적 설계가 도 3을 참조하여 설명될 것이다.

그렇게 하므로써, 제1 실시예와 비교하여 존재하는 차이들만이 설명될 것이다. 동일한 요소들이나 제1 실시예의 요소들과 동일한 기능을 갖는 유사한 요소들은 도 3에서 동일한 참조부호를 가진다.

도 3에 따르는 제2 실시예는 가열 챔버(70)의 구조적 설계에 대해서 실질적으로 다르다: 도 3의 실시예는 스피닝 캐피러리들의 영역에서 개개의 스피닝 캐피러리들(7)의 배출 개구(94)까지 이르고 갭(74)을 정의하는 단일 가열 챔버(70)만을 가진다. 각 스피닝 캐피러리(7)은 그 자신의 가열 챔버(70)를 가질 수도 있지만, 다수의 스피닝 캐피러리들(7)이 하나의 가열 챔버(70)에 결합될 수도 있다. 제2 챔버(72)도 제2 하우징(68)도 제공되지 않는다.

도 3의 실시예에서, 가열 챔버(70)는 스피닝 캐피러리의 외표면들을 둘러싸고, 스피닝 캐피러리(7)과 하우징(66) 사이의 환형 공간(102)을 정의하는 환형 또는 타원형의 튜브(100)를 장착하고 있다. 환형 공간(102)은 환형 갭(74)으로써 열린다.

환형 공간(102)에서의 가열 유체는 상기 스피닝 캐피러리의 외벽 전체를 배출개구(94)까지 가열한다. 그러므로, 가열 유체는 스피닝 캐피러리 벽에 직접 작용하고 의도적으로 상기 벽 온도를 조절하기 위하여 사용될 수 있는 부분이다.

튜브(100)는 정밀 강 튜브로부터 형성된다.

가열 유체는 스피닝 도우프 배출 개구로부터 배출된 스피닝 도우프 분출물에 평행하고 동축에 있는 환형 공간(102)으로부터 흐른다. 이는 스피닝 도우프 분출물이 조용하게 전송되도록 한다.

다음으로, 본 발명에 따르는 스피닝 헤드의 제3 실시예가 도 4를 참조하여 설명된다.

그렇게 하므로써, 제2 실시예와 비교할 때 존재하는 차이들만이 논의될 것이다. 동일하고 그리고/또는 제2 실시예와 동일한 기능을 갖는 제3 실시예의 구성 요소들이 도 1에서 사용되었던 동일한 참조번호들을 갖고서 도 4에서 제공된다.

도 4의 실시예는 하우징(66)에 의하여 정의된 갭(74)이 환형이 아니라 긴(elongate) 형태를 가지는 한, 제2 실시예와 다르다. 하우징(66)은 한 부분으로 구현될 수 있거나, 혹은 중심선(M)에 직각으로 놓여지도록 구성되는 두 개의 날개(104a, 104b)를 가질 수도 있다. 상기 날개들을 도 4에서 도시된 화살표 방향으로 두므로써 갭(74)의 폭이 조절될 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따르는 스피닝 헤드의 제4 실시예가 도 5를 참조하여설명될 것이다.

그렇게 하므로써, 제2 실시예와 비교할 때 존재하는 차이들만이 논의될 것이다. 동일하고 그리고/또는 제2 실시예와 동일한 기능을 갖는 제4 실시예의 구성 요소들이 도 1에서 사용되었던 동일한 참조번호들을 갖고서 도 5에서 제공된다.

제4 실시예에 따르는 스피닝 헤드의 경우에 있어서, 가열 챔버는 더 이상 제공되지 않는다. 스피닝 캐피러리는 가열 유체를 경유하여 더 이상 가열되지 않지만, 상기 스피닝 헤드의 가열 장치의 일부인 전기 가열 재킷(110)을 경유하여 가열된다.

가열 재킷(110)은 스피닝 캐피러리 벽의 온도를 조절하기 위한 폐루프 조절회로의 일부일 수도 있다: 이 유형의 폐루프 조절회로는 앞서 설명되었다.

스피닝 캐피러리의 길이를 따라서 온도 프로파일의 정확한 조절을 달성하기 위하여, 가열 재킷은 다수의 독립적으로 구동하는 가열 재킷 부분들로 나누어질 수도 있다.

본 발명의 스피닝하는 방법에 의해 세섬유화 경향이 낮고 비-루핑 성질이 향상된 셀룰로오스 섬유를 생산할 수 있다.

Claims (45)

1. 스피닝-도우프 배출 개구(94) 가까이에서 스피닝 캐피러리(7)의 벽이 적어도 단면방향으로 스피닝 캐피러리에서 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 온도로 가열됨을 특징으로 하는, 셀룰로오스, 물 그리고 3차 아민 산화물의 혼합물을 포함하는 스피닝 도우프를 적어도 하나의 스피닝 헤드에 공급하는 단계; 및

   스피닝 도우프를, 이를 통해 스피닝 도우프가 스피닝 헤드로부터 배출되는 스피닝 도우프 배출 개구가 그의 다운스트림 단부에 장착되어 있는 적어도 하나의 스피닝 캐피러리를 통하여 스피닝 헤드에 전송하는 단계를 포함하는, 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
2. 제1 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리의 벽은 가열장치(70, 72)에 의하여 직접 가열됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리(7)의 벽 온도는 온도 조절기에 의하여 조절가능한 값으로 조절됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리(7)의 벽 온도는 상기 스피닝 캐피러리(7)를 통하여 상기 스피닝 도우프의 질량 유속에 따라서 조절됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리(7)의 벽 온도는 상기 스피닝 도우프에서의 상기 스피닝 압력에 따라서, 바람직하게는 상기 스피닝 캐피러리(7)에서의 상기 스피닝 도우프의 스피닝 압력에 따라서 조절됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
6. 제1 항 내지 제5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리(7)의 흐름 횡단면을 가로지르는 소정의 온도 프로파일은, 상기 스피닝 캐피러리가 구동상태일 때, 상기 스피닝-캐피러리 벽을 가열하는 것에 의하여 조절됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리 벽의 소정 온도 프로파일은, 상기 스피닝 캐피러리가 구동상태일 때, 상기 스피닝 캐피러리 벽을 가열하는 것에 의하여 상기 스피닝 도우프의 흐름 방향에서 조절됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
8. 제1 항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝-캐피러리 벽은 그의 외측상에서 상기 스피닝 캐피러리의 벽 주위를 흐르는 가열 유체에 의하여 가열됨을 특징으로 하는 스피닝 도우프를 스피닝하는 방법.
9. 스피닝 도우프 배출 개구(94)에 근접한 영역에서, 가열장치(70, 72)에 의하여 생성된 스피닝 캐피러리(7)의 벽 온도는, 스피닝 헤드(8)가 구동상태일 때, 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 그의 다운스트림 단부에 스피닝-도우프 배출 개구를 갖는 적어도 하나의 스피닝 캐피러리를 포함하며, 스피닝 도우프는 스피닝 헤드로부터 스피닝 도우프 배출 개구를 통하여 배출되고, 스피닝 도우프에 대하여 작용하는 온도-조절되는 가열장치를 추가로 포함하는, 셀룰로오스, 물 그리고 3차 아민 산화물의 혼합물로 구성되고, 스피닝 헤드를 통하여 흐르는 스피닝 도우프를 스피닝하기 위한 스피닝 헤드.
10. 제9 항에 있어서, 상기 가열장치(70, 72)에 의하여 가열되며, 그의 온도가 상기 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 상기 스피닝 캐피러리 벽의 영역은 상기 스피닝 도우프 배출 개구(94)까지 필수적으로 연장됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서, 상기 가열장치(70, 72)에 의하여 가열되며, 그의 온도가 상기 스피닝 도우프의 코어 온도보다 높은 상기 스피닝 캐피러리 벽의 영역은 상기 스피닝 캐피러리(7)의 전체 길이에 걸쳐 필수적으로 연장됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
12. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리(7)는 실질적으로 얇은 벽 튜브의 형태로 된 스피닝 캐피러리 튜브로서 구현되고, 상기 가열장치(70, 72)는 상기 스피닝 도우프 배출 개구(94)에 가까운 상기 스피닝 캐피러리 튜브의 벽 영역에 대하여 직접 작용함을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
13. 제9 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치(control unit)가 제공되며, 이 장치는 상기 가열장치(70, 72)에 대하여 작용하고, 이 장치에 의해 상기 스피닝-캐피러리 튜브(7)의 직접 가열된 벽 영역의 온도가 적어도 단면방향으로 조절됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
14. 제9 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 장치(70, 72)는 상기 스피닝-캐피러리 튜브(7)를 적어도 단면방향으로 둘러싸는 가열 유체를 포함함을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
15. 제14 항에 있어서, 상기 가열장치(70, 72)의 가열 유체는 상기 스피닝-캐피러리 튜브(7)를 적어도 단면방향으로 둘러쌈을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
16. 제9 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝-캐피러리 튜브(7)의 스피닝-도우프 배출 개구(94)는 적어도 단면방향으로 갭 개구(74)에 의하여 둘러싸여져 있으며, 상기 스피닝 헤드가 구동상태에 있을 때, 이송 유체는 상기 스피닝-도우프 배출 개구(94)로부터 배출되는 상기 스피닝 도우프의 방향으로 반드시 상기 갭 개구(74)로부터 흘러나옴을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
17. 제16 항에 있어서, 상기 스피닝 헤드가 구동 상태에 있을 때, 상기 갭 개구(74)로부터 흘러나오는 상기 이송유체의 속도는 상기 스피닝-도우프 배출 개구(94)로부터 배출되는 상기 스피닝 도우프의 속도에 적어도 실질적으로 상응함을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
18. 제 9항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝-도우프 배출 개구 가까이에서, 상기 스피닝-캐피러리 튜브(7)는 가열 유체를 포함하는 가열 챔버(70, 72)에 의하여 둘러싸여져 있음을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
19. 제16 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버(72)는 상기 갭 개구(74)와 연통함(communicate)을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
20. 제16 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 유체는 이송 유체로서 작용하며 상기 갭 개구(74)를 통하여 상기 가열 챔버(72)로부터 전송됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
21. 제16 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서, 환형 공간(102)이 상기 가열챔버(70)와 상기 갭 개구(74) 사이에서 연장되며, 상기 환형 공간(102)은 상기 튜브의 전체 길이를 따라서 반드시 외측으로부터 상기 캐피러리 튜브(7)를 둘러쌈을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
22. 제20 항에 있어서, 상기 환형 공간(102)은 실질적으로 타원형의 횡 단면을 가짐을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
23. 제9 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리(7)의 길이는 상기 스피닝 캐피러리 직경의 20 내지 150배임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
24. 제23 항에 있어서, 상기 길이는, 이를 통해 상기 스피닝 도우프가 흐르는 길이이며/이거나, 상기 직경은 상기 스피닝 캐피러리(7)의 내부 직경임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
25. 제9 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 횡 단면(94)은 원형임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
26. 제 25 항에 있어서, 상기 배출 횡 단면(94)은 500 ㎛미만, 바람직하게는 250 ㎛미만의 직경을 가짐을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
27. 제9 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리 튜브(7)의 벽 두께는 200 ㎛미만, 바람직하게는 150 ㎛미만임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
28. 제9 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버(70, 72) 내의 상기 가열 유체의 온도는 적어도 100 ℃, 바람직하게는 약 150 ℃임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
29. 제9 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버(70, 72) 내의 상기 가열 유체의 온도는 50 ℃ 내지 150 ℃ 범위임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
30. 제9 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버(70, 72) 내의 상기 가열 유체의 온도는 80 ℃ 내지 150 ℃ 범위임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
31. 제9 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버(70, 72) 내의 상기 가열 유체의 온도는 100 ℃ 내지 150 ℃ 범위임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
32. 제9 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버(70, 72) 내의상기 가열 유체의 온도는 50 ℃ 내지 180 ℃ 범위임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
33. 제9 항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐피러리 벽의 온도 및/또는 상기 캐피러리 벽의 영역에서 상기 스피닝 도우프의 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서가 제공되며, 상기 캐피러리 벽 온도는 상기 온도 센서에 의하여 전기 신호의 형태로 상기 조절 장치(control device)로 출력되도록 구성됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
34. 제33 항에 있어서, 상기 온도센서는 전기 저항 소자로서 구현됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
35. 제9 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 유체의 온도를 검출하기 위한 적어도 하나의 온도 센서가 제공되며, 상기 가열 유체의 온도는 상기 온도 센서에 의하여 전기 신호의 형태로 상기 조절장치로 출력되도록 구성됨을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
36. 제9 항 내지 제35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 갭(74)은 상기 스피닝 캐피러리의 길이축에 대하여 적어도 단면방향으로 횡으로 움직일 수 있는 하우징(100; 104a, 104b)에 의하여 정의되며, 상기 갭(74)의 흐름 횡단면은 가변적임을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
37. 제9 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스피닝 캐피러리는 적어도 하나의 전기 가열 소자에 의하여 둘러싸여져 있음을 특징으로 하는 스피닝 헤드.
38. 스피닝 헤드(8)는 제9 항 내지 제37 항 중 어느 한 항에 따라서 구현되며/되거나 스피닝 시스템(1)은 제1 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해 구현됨을 특징으로 하는, 형성된 몸체들을 얻기 위하여 이에 의해 스피닝 도우프가 직조될 수 있는 스피닝 헤드 또는 다수의 스피닝 헤드들과, 이에 의해 스피닝 도우프가 압력 균등화 용기로부터 스피닝 헤드 또는 스피닝 헤드들로 전송되는 스피닝 도우프 도관을 포함하는, 셀룰로오스, 물 그리고 3차 아민 산화물로 구성된 스피닝 도우프와 하나 또는 다수의 안정화제를 포함하는 압력 균등화 용기를 갖는 스피닝 시스템.
39. 제38 항에 있어서, 상기 스피닝 시스템은 상기 스피닝 헤드(8) 또는 상기 스피닝 헤드들(8)후에 에어 갭(10)을 포함하며, 상기 스피닝 도우프는 상기 스피닝-도우프 배출 개구(94)를 떠난 후 상기 에어 갭(10)으로 흘러가서 인발됨(being drawn)을 특징으로 하는 스피닝 시스템.
40. 제38 항 또는 제39 항에 있어서, 상기 스피닝 시스템(1)은 상기 에어 갭(10)의 침전조(11) 다운스트림을 포함하며, 상기 스피닝 헤드(8)로부터 배출된 상기 스피닝 도우프는 상기 에어 갭(10)을 통과한 후, 그리고 형성된 몸체를 얻기 위하여 인발된 후, 상기 침전조에 침지됨을 특징으로 하는 스피닝 시스템.
41. 제38 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서, 이에 의해 상기 스피닝 도우프가 침전된 실이나 형성된 몸체의 형태로 침전조로부터 인발될 수 있는 드로잉-오프(drawing-off) 장치(12)가 제공됨을 특징으로 하는 스피닝 시스템.
42. 최종 제품이 필라멘트인 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 따라서 생산된 제품.
43. 최종 제품이 스테이플 섬유인 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 따라서 생산된 제품.
44. 최종 제품이 방적결합된 섬유인 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 따라서 생산된 제품.
45. 최종 제품이 필름/시트인 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따르는 방법에 따라서 생산된 제품.