KR100486802B1 - Method and Apparatus for the Production of Artificial Fibers, Non-Woven Webs and Sorbency Non-Woven Fabrics - Google Patents
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Abstract
본 발명의 합성 섬유 및 이에 의한 부직포의 제조방법과 제조장치는, 기본축을 따라 실질적으로 연속적인 유체 스트림을 발생시키는 수단, 연속적인 유체 스트림에 인접하여 위치되면서 용융 수지를 섬유로 압출하기 위한 하나 이상의 압출 다이, 기본 유체 스트림의 섬유를 운송하는 수단, 및 기본축의 어느 한쪽의 유체 압력을 변화시킴으로써 유체 스트림의 유체 유동을 선택적으로 교란시켜 부직포를 제조하기 위한 크림프된 섬유를 제조하는 교란수단을 포함한다. 본 발명의 제조방법은, 유체 스트림의 교란 주파수와 진폭을 변화시킴으로써 인장강도, 다공도, 차단특성, 흡수성 및 유연도와 같은 부직포 재료의 특성을 정교하게 조정한다. 마지막으로 본 발명의 방법과 장치는, 멜트블로운, 스펀본드 및 코폼 기술과 함께 실시되어 부직포를 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 고흡수성 부직포와 오일 흡수 및 기타의 적용 용도를 포함한다.The method and apparatus for producing synthetic fibers and nonwoven fabrics of the present invention comprise at least one means for generating a substantially continuous fluid stream along a primary axis, at least one for extruding molten resin into fibers while being located adjacent to the continuous fluid stream. An extrusion die, means for conveying fibers of the elementary fluid stream, and disturbing means for producing crimped fibers for producing nonwovens by selectively disturbing the fluid flow of the fluid stream by varying the fluid pressure on either side of the elementary axis. . The manufacturing method of the present invention finely adjusts the properties of nonwoven materials such as tensile strength, porosity, barrier properties, absorbency and softness by varying the disturbance frequency and amplitude of the fluid stream. Finally, the method and apparatus of the present invention may be practiced with meltblown, spunbond and coform techniques to produce nonwovens. The invention also encompasses superabsorbent nonwovens and oil absorption and other applications.
<대표도><Representative figure>
도 6a6a
Description
본 발명은 합성 섬유의 제조에 관한 것으로, 특히 멜트블로운, 코폼(coform) 및 스펀본드 기술을 이용한 합성 섬유의 제조 분야에 관한 것이다.The present invention relates to the production of synthetic fibers, and more particularly to the field of manufacturing synthetic fibers using meltblown, coform and spunbond techniques.
합성 섬유의 제조에서는 오랫동안 멜트블로운, 코폼 및 스펀본드 기술을 사용하여 재료의 부직웹 제조용 섬유를 제조하여 왔다. 도 1a 내지 3b는 멜트블로운 및 스펀본드 기술에 의해 부직웹을 제조하는 종래의 장치를 나타낸 것이다. 한편, 종래의 코폼 기술은 뒤에서 상세히 기술된다.In the manufacture of synthetic fibers, meltblown, coform and spunbond techniques have long been used to produce fibers for the production of nonwoven webs of materials. 1A-3B show conventional apparatus for making nonwoven webs by meltblown and spunbond techniques. Meanwhile, the conventional coform technique is described in detail later.
도 1a - 1c는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 대표적인 접근법을 나타내고 있다. 도 1a를 참조하면, 호퍼(10)이 수지 펠렛을 포함하고 있다. 압출기(12)가 통상적인 가열장치에 의해 수지 펠렛을 용융시켜 용융 압출성 조성물을 형성하고, 이 조성물이 압출기(12)내에 있는 회전하는 압출기 스크류(미도시)의 작용에 의해 멜트블로운 다이(14)를 통해 압출된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 압출 조성물이 압출 슬롯(28)을 통해 오리피스(18)로 공급된다. 다이(14) 및 이를 통해 공급된 가스 공급원은 통상적인 장치(미도시)에 의해 가열된다.1A-1C illustrate representative approaches for making meltblown fibers. Referring to FIG. 1A, the hopper 10 includes resin pellets. The extruder 12 melts the resin pellets by conventional heating to form a melt extrudable composition, which is melt blown by the action of a rotating extruder screw (not shown) in the extruder 12 ( 14). As shown in FIG. 1C, the extrusion composition is fed to the orifice 18 through the extrusion slot 28. Die 14 and the gas source supplied through it are heated by a conventional apparatus (not shown).
도 1b는 다이(14)를 더욱 상세히 보여 주고 있다. 다이(14)의 선단(16)은 그를 가로질러 선형으로 배열된 다수의 멜트블로운 다이의 오리피스(18)를 구비하고 있다. 도 1c를 참조하면, 입구(20,21)이 가열된 가스를 플리넘 챔버(22,23)으로 공급한다. 그후, 가스는 각각 통로(24, 25)를 통해 빠져나와 한 데 모여 가스 스트림을 형성하는데, 이 가스 스트림은 오리피스(18)로부터 압출되는 폴리머 또는 수지 사(絲)를 포착하고 가늘게 하여, 도 1a에 도시된 바와 같이 가스로 운반되는 섬유 스트림(26)을 형성한다.1B shows die 14 in more detail. The tip 16 of the die 14 has a plurality of meltblown die orifices 18 arranged linearly across it. Referring to FIG. 1C, the inlets 20 and 21 supply heated gas to the plenum chambers 22 and 23. The gas then exits through passages 24 and 25, respectively, to form a gas stream, which traps and thins the polymer or resin yarn that is extruded from orifice 18, FIG. 1A. As shown in FIG.
멜트블로운 다이(14)는, 기저부(38)과 앞으로 돌출된 중앙부(39)를 구비한 다이 부재(36)를 포함하는데, 상기 중앙부(39) 내에서는 압출 슬롯(28)이 연장되어 다수의 오리피스(18)와 유체 연통되고, 이 오리피스(18)의 외측 말단은 다이 선단에서 종료된다. 가스로 운반되는 섬유 스트림(26)은 수집 장치 상으로 내뿜어지는데, 이 장치는 도 1a에 구체적으로 도시되어 있는 바와 같이, 롤러(31)에 의해 주행되는 다공성 순환 벨트(30)를 포함하고, 섬유의 부직웹(34)가 형성되는 수집 표면의 아래에 위치된 하나 이상의 고정 진공 챔버(미도시)를 구비할 수도 있다. 수집된 엉킨 상태의 섬유는 응집성 웹(34)를 형성하는데, 그 일부가 도 2에 평면도로 도시되어 있다. 이 웹(34)는, 엉킨 섬유를 압착하는 한쌍의 핀치 롤러(33, 도 1a에 도시됨)에 의해 벨트(30)으로부터 분리될 수 있다. 도 1a -1c에 도시된 종래의 멜트블로운 장치는, 패턴(모양)이 새겨진 캘린더 닢(calender nip) 또는 초음파 엠보싱 장치와 같은 패턴 엠보싱 수단(미도시)을 선택적으로 포함할 수 있고, 그 후 웹(34)는 플리넘 롤 상에 권취되거나 다음의 제조 공정으로 이송될 수 있다. 캘린더와 모루 롤 간의 가압 닢과 같은 다른 엠보싱 수단이 사용될 수도 있거나, 엠보싱 단계가 생략될 수도 있다.The meltblown die 14 comprises a die member 36 having a base 38 and a protruding center 39, in which the extrusion slot 28 extends so that a plurality of die members 36 are provided. In fluid communication with the orifice 18, the outer end of the orifice 18 terminates at the die tip. The gaseous fiber stream 26 is blown onto the collecting device, which comprises a porous circulation belt 30 that is driven by roller 31, as shown specifically in FIG. 1A, and the fiber It may be provided with one or more stationary vacuum chambers (not shown) positioned below the collection surface on which the nonwoven web 34 of is formed. The collected entangled fibers form a coherent web 34, a portion of which is shown in plan view in FIG. 2. This web 34 may be separated from the belt 30 by a pair of pinch rollers 33 (shown in FIG. 1A) that compress the tangled fibers. The conventional meltblown apparatus shown in FIGS. 1A-1C may optionally include pattern embossing means (not shown), such as a calender nip or ultrasonic embossing apparatus inscribed with a pattern, and thereafter. The web 34 may be wound on a plenum roll or transferred to the next manufacturing process. Other embossing means, such as pressurization pins between the calender and the anvil roll, may be used, or the embossing step may be omitted.
도 3a는 스펀본드 섬유를 제조하기 위한 종래의 장치(44)를 도시하고 있다. 이 스펀본드 장치는 일반적으로 롤러(76)로 지지된 순환 벨트(78)의 위쪽에 위치된 섬유 드로우 장치(fiber draw unit)(46)을 구비하고 있다. 도 3b는 섬유 드로우 장치를 더욱 상세히 보여 주고 있다. 섬유 드로우 장치(46)은, 상부 공기부(48, 50)와 상부(52), 중간부(54) 및 하부 또는 말단관(56)으로 이루어진 길이 방향 공기 챔버를 구비하고 있다. 또한, 섬유 드로우 장치는, 제1 공기 플리넘(58)과 이로부터 섬유 드로우 장치의 중간부(54)에 이르는 공기 입구(60)을 구비하고 있다. 또 제2 공기 플리넘(62)는 공기 입구(64)를 통해 섬유 드로우 장치의 중간부(54)와 연통되어 있다. 스펀본드 장치(44)는 다이를 통해 압출 수지를 용융시켜 섬유(68)을 형성하는 일반적인 장치를 구비하고 있다. 일반적으로, 이 장치는 공급부로부터 공급된 수지를 필터, 최종적으로 다이를 통해 호퍼 압출기로 공급하여 섬유(68)을 제조한다.3A shows a conventional apparatus 44 for making spunbond fibers. This spunbond device is generally equipped with a fiber draw unit 46 located above the endless belt 78 supported by a roller 76. 3b shows the fiber draw apparatus in more detail. The fiber draw apparatus 46 is provided with the longitudinal air chamber which consists of the upper air parts 48 and 50, the upper part 52, the intermediate part 54, and the lower or end pipe 56. As shown in FIG. In addition, the fiber draw apparatus includes a first air plenum 58 and an air inlet 60 extending therefrom to the middle portion 54 of the fiber draw apparatus. The second air plenum 62 is also in communication with the intermediate portion 54 of the fiber draw device via an air inlet 64. The spunbond device 44 has a general device for melting the extruded resin through a die to form the fibers 68. Generally, the apparatus feeds the resin supplied from the feed into a hopper extruder through a filter, and finally a die, to produce fibers 68.
고속 공기가 각각 입구(72, 74)를 거쳐 공기 플리넘(58, 62)를 통해 섬유 드로우 장치로 들어 온다. 입구(60, 64)를 통한 섬유 드로우 장치에의 공기의 공급은 입구(48, 50)을 통하여 공기를 흡입시킨다. 그 후, 공기와 섬유는 말단관(56)을 통해 방출 영역(70)으로 빠져나온다. 일반적으로, 입구(48, 50)을 통해 섬유 드로우 장치로 흡입된 공기는 섬유 드로우 장치를 통과하면서 섬유(68)을 드로우시킨다. 드로우된 섬유는 도 3a에 도시된 바와 같이, 순환 벨트(78)상에 안착되어 부직웹(80)을 형성한다. 롤러(82)는 순환 벨트(78)로부터 부직웹을 제거하고 엉킨 섬유를 더욱 압착시켜 웹 형성을 도와 줄 수 있다. 그 후, 이 웹(80)은 캘린더와 앤빌에 의한 엠보싱, 초음파 엠보싱, 또는 기타의 공지 기술 등에 의해 결합되어 완성된 재료를 형성한다.High velocity air enters the fiber draw apparatus through air plenums 58 and 62 via inlets 72 and 74, respectively. The supply of air to the fiber draw apparatus through the inlets 60 and 64 sucks air through the inlets 48 and 50. Air and fibers then exit through the end tube 56 to the discharge zone 70. In general, the air drawn into the fiber draw device through the inlets 48 and 50 draws the fiber 68 through the fiber draw device. The drawn fibers are seated on the endless belt 78 to form the nonwoven web 80, as shown in FIG. 3A. The roller 82 may assist in web formation by removing the nonwoven web from the circulation belt 78 and further compressing the tangled fibers. The web 80 is then combined by embossing with a calendar and anvil, ultrasonic embossing, or other known techniques to form a finished material.
요구되는 특성을 갖는 직물을 제조하기 위해, 멜트블로운 및 스펀본드 섬유 제조 공정에 있어서, 여러 가지 공정 변수를 변화시켜 요구되는 물성의 섬유를 제조하는 것은 당업계에 잘 알려져 있다. 그런데, 섬유의 특성을 변경하기 위한 종래 기술의 대부분은 다이의 변경 또는 수지의 변경과 같은 더 시간 소비적인 기계류 또는 공정의 변경을 요구하였다. 따라서, 이러한 기술은 필요한 변경이 이루어지는 동안 생산라인이 중단되어야 했고, 이는 새로운 재료가 가동되어야 하는 경우 비효율성을 초래하였다.In the process of manufacturing meltblown and spunbond fibers in order to produce fabrics with the required properties, it is well known in the art to produce fibers of the required physical properties by varying various process parameters. However, most of the prior art for changing the properties of the fibers required more time-consuming machinery or process changes, such as changing dies or changing resins. Thus, this technique required production lines to be interrupted while the necessary changes were made, resulting in inefficiency when new materials had to be run.
종래 기술이 이미 지적한 바에 따르면, 멜트블로운 및 스펀본드 섬유 제조 장치에서 섬유 출구의 근처에서 공기 유동의 조작에 의해 다양한 효과를 얻을 수 있다. 예컨데, 삼보오(Shambaugh)의 미국 특허 제5,405,559호에 따르면, 멜트블로운공정에 제공된 공기 유동이 다이의 양쪽에서 교대로 개폐될 수 있고, 이에 따라 멜트블로운 섬유의 제조에 요구되는 에너지가 절감되게 된다. 그런데, 삼보오의 이 지적은 여러 가지 단점을 가지고 있다. 어떤 조건 하에서는, 어느 한 쪽의 공기의 완전한 차단은 다이의 다른 쪽에 있는 공기 플레이트 상으로 액화 수지를 불어넣는 경향을 나타내고, 따라서 일반적인 제조 공기 유동율에 있어 기계류의 움직임을 방해한다(특히, 부직웹 제조에 통상적으로 사용되는 고 MFR 폴리머 또는 기타의 폴리머에 있어서 그러하다). 더구나, 이러한 기술은, 다이 한쪽의 공기 유동에서 다른 쪽의 공기 유동으로 이동되는 동안 수지가 오직 최소로 영향을 받기 때문에, 제조된 웹에 수지 덩어리 혹은 "포환(shot)"의 축적이 초래될 우려가 있다. 결국, 삼보오의 문헌은 주어진 유동에 있어 섬유 크기의 감소를 공기를 개폐하는 것을 교시하고 있긴 하지만. 그 주요 강조점은 그러한 개폐 조작이 멜트블로운 공정에서 전체 공기 유동 요구량을 감소시킴으로써 에너지를 절약한다는 것이다. 더구나, 삼보오가 교시한 저주파수는 고속 기계에서는 제조의 불량을 초래할 것이다. 그 실시예에서 제조된 섬유는 더 조잡한데, 예컨데 상업적인 부직포 제조에서 통상 발견되는 것보다 직경이 더 크다. 결국, 삼보오의 문헌은, 공기유동 특성의 선택적인 변경이 스펀본드 섬유 제조 공정에서 섬유의 매개 변수를 변화시키는데 적용될 수 없음을 교시한다.As the prior art has already pointed out, various effects can be obtained by manipulating the air flow in the vicinity of the fiber outlet in meltblown and spunbond fiber making apparatus. For example, according to Shambaugh U.S. Patent No. 5,405,559, the air flow provided to the meltblown process can be alternately opened and closed on both sides of the die, thereby reducing the energy required for the manufacture of meltblown fibers. Will be. However, Samboo's point has several shortcomings. Under some conditions, complete blockage of air on one side tends to blow the liquefied resin onto the air plate on the other side of the die, thus impeding the movement of the machinery at normal manufacturing air flow rates (especially for nonwoven web production). For high MFR polymers or other polymers commonly used in the process of Moreover, this technique fears accumulation of resin mass or “shots” in the fabricated web because the resin is only minimally affected while moving from the air flow on one side of the die to the air flow on the other side. There is. After all, Samboo's literature teaches the opening and closing of air to reduce the fiber size for a given flow. Its main emphasis is that such opening and closing operations save energy by reducing the overall air flow requirements in the meltblown process. Moreover, the low frequency taught by Sambo will lead to manufacturing failures in high speed machines. The fibers produced in that example are coarser, for example larger in diameter than those commonly found in commercial nonwoven fabrics. In the end, Samboo's literature teaches that selective alteration of airflow properties cannot be applied to changing the parameters of the fiber in the spunbond fiber manufacturing process.
<발명의 요약>Summary of the Invention
상기한 바와 그 외의 목적이 본 발명의 개시내용과 바람직한 실시양태에 따른 섬유의 제조 방법 및 장치에서 실현되며, 본 발명은 오일 흡수 및 기타의 용도를 위한 부직웹 및 흡수 제품을 제공한다.The foregoing and other objects are realized in the method and apparatus for making fibers according to the disclosure and preferred embodiments of the present invention, the present invention provides nonwoven webs and absorbent articles for oil absorption and other uses.
일반적으로, 본 발명은 액화 수지로부터 합성 섬유 및 부직웹을 제조하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 기본 축을 따라 섬유를 운송하는 실질적으로 연속적인 공기 스트림을 발생시키는 수단, 상기 공기 스트림에 인접하여 위치되어 있으면서 용융된 수지를 압출하는 하나 이상의 제1 압출 다이, 및 상기 기본축의 어느 한 쪽 또는 양쪽에서 공기 압력을 변화시켜 공기 스트림을 선택적으로 교란시키는 교란 수단을 포함한다. 또한 본 발명의 장치는, 제1 다이 아래에 위치된 기판, 다이에 대해 기판을 이동시키는 기판 운반 수단을 포함할 수도 있는데, 여기서 운송된 섬유는 기판에 침착되어 부직웹을 형성한다.In general, the present invention relates to an apparatus for producing synthetic fibers and nonwoven webs from liquefied resins. The apparatus of the present invention comprises a means for generating a substantially continuous air stream carrying fibers along a base axis, at least one first extrusion die for extruding molten resin while being located adjacent to the air stream, and Disturbing means for selectively disturbing the air stream by varying the air pressure on either or both sides. The apparatus of the present invention may also include a substrate positioned below the first die, a substrate conveying means for moving the substrate relative to the die, wherein the transported fibers are deposited on the substrate to form a nonwoven web.
본 발명의 장치는, 축을 기준으로 서로 반대쪽에 위치된 제1 및 제2 공기 플리넘 챔버에 연결된 제1 공기 공급원을 포함하는데, 상기 .플리넘 챔버의 출구는 섬유를 가늘게 해 주는 실질적으로 연속적인 공기 스트림을 제공한다. 상기 교란 수단은, 제1 및 제2 플리넘으로의 기류 비율을 선택적으로 변화시켜 운송된 섬유에 기류 교란을 제공하는 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 공기 스트림의 교란은, 플리넘 챔버 내에서 제1 공급 공기 상에 교란된 제2 공급 공기를 중첩시킴으로써 달성될 수도 있다. 별법으로, 교란 수단은, 제1 및 제2 플리넘 챔버에 인접 또는 부착된 제1 및 제2 압력 변환기, 및 제1 및 제2 플리넘 챔버에서 압력을 선택적으로 변화시키기 위해 상기 제1 및 제2 압력 변환기의 선택적인 작동을 위한 수단을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 교란 수단은 제1 및 제2 플리넘 챔버에서 대략 1000 Hz 미만의 교란 주파수로 정상 상태 압력을 변화시키고, 교란 수단의 작동이 없는 상태에서의 제1 및 제2 플리넘 챔버의 평균 플리넘 압력을 총 평균 플리넘 압력의 약 100% 이하로 변화시킨다.The apparatus of the present invention comprises a first air source connected to first and second air plenum chambers located opposite each other about an axis, the outlet of the plenum chamber being substantially continuous to taper the fibers. Provide an air stream. The disturbing means may comprise a valve that selectively varies the rate of airflow to the first and second plenums to provide airflow disturbances to the transported fibers. In addition, disturbance of the air stream may be achieved by superposing a second supply air that is disturbed on the first supply air in the plenum chamber. Alternatively, the disturbing means includes first and second pressure transducers adjacent or attached to the first and second plenum chambers, and the first and second to selectively change pressure in the first and second plenum chambers. It may also comprise means for the selective operation of the two pressure transducers. In general, the disturbing means changes the steady state pressure at a disturbing frequency of less than approximately 1000 Hz in the first and second plenum chambers, and the average plenum of the first and second plenum chambers in the absence of the disturbing means. The over pressure is changed to about 100% or less of the total average plenum pressure.
또한, 본 발명의 장치는, 제1 다이 아래에 위치되고 기본 기류가 흘러가도록 된 섬유 드로우 장치를 포함할 수 있다. 이 섬유 드로우 장치는, 그 상부에 유체 유동과 이에 운송된 섬유를 수용하는 섬유 입구와, 공기로 운반된 섬유를 기판 상에 분배하는 출구를 포함한다. 본 발명의 장치는, 여러 가지 유형의 수지를 동시에 압출하기 위한 복수 다이 장치, 및 다른 섬유 또는 미립자를 추가하기 위한 수단(코폼)을 포함할 수 있다.In addition, the apparatus of the present invention may include a fiber draw apparatus positioned below the first die and configured to allow basic airflow to flow. The fiber draw apparatus includes a fiber inlet for receiving fluid flow thereon and fibers transported thereon, and an outlet for distributing air-borne fibers on a substrate. The apparatus of the present invention may include a plurality of die apparatuses for simultaneously extruding various types of resins, and means (coforms) for adding other fibers or particulates.
또한, 본 발명의 장치는, 상기 축의 서로 반대쪽 및 다이 또는 섬유 드로우 장치의 근처에 위치되어 있으면서, 실질적으로 연속적인 공기유동을 교대로 교란시키는 2차적 제1 및 제2 교란 공기 공급원을 포함할 수 있다.The apparatus of the present invention may also include secondary first and second disturbing air sources positioned alternately of the axis and in the vicinity of the die or fiber draw apparatus, which alternately disturb substantially continuous airflow. have.
또한, 본 발명은, 기본 축을 따라 실질적으로 연속적인 공기 스트림을 발생시키는 단계, 상기 공기 스트림에 인접하여 위치된 제1 다이를 통해 액화 수지를 압출시키는 단계, 액화 수지를 공기 스트림으로 운송하여 섬유를 형성하는 단계, 상기 기본 축의 어느 한쪽의 공기 압력을 변화시켜 공기 스트림 중의 공기 유동을 선택적으로 교란시키는 단계를 포함하는, 액화 수지로부터 합성 섬유 및 부직웹의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also provides a method of generating a substantially continuous stream of air along a basic axis, extruding a liquefied resin through a first die located adjacent to the air stream, transporting the liquefied resin into an air stream to convey the fibers. A method of making synthetic fibers and nonwoven webs from liquefied resins, the method comprising forming, selectively disrupting air flow in an air stream by varying the air pressure on either side of the base shaft.
도 1a-1c는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 종래 장치의 개략도이다.1A-1C are schematic diagrams of conventional apparatus for making meltblown fibers.
도 2는 종래의 방법에 따라 제조한 부직웹의 표면도이다.2 is a surface view of a nonwoven web manufactured according to a conventional method.
도 3a 및 3b는 스펀본드 섬유를 제조하기 위한 종래 장치의 개략도이다.3A and 3B are schematic diagrams of conventional apparatus for making spunbond fibers.
도 4는 공기 스트림의 교란이 없이 제조한 부직웹의 표면 사진이다.4 is a surface photograph of a nonwoven web made without disturbing the air stream.
도 5는 본 발명에 따라 제조한 부직웹의 표면 사진이다.5 is a photograph of the surface of a nonwoven web prepared according to the present invention.
도 6a - 6d는 본 발명에 따른 멜트블로운 섬유를 제조하는 장치의 개략도이다.6A-6D are schematic views of an apparatus for producing meltblown fibers according to the present invention.
도 7a - 7e는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 3-웨이 밸브의 실시양태를 개략적으로 도시한 도면이다.7a-7e schematically illustrate an embodiment of a three-way valve that can be used in accordance with the present invention.
도 8a 및 8d는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 종래의 장치에 있어서 시간에 대한 플리넘 압력을 나타낸 그래프이다.8A and 8D are graphs showing plenum pressure versus time in a conventional apparatus for making meltblown fibers.
도 8b 및 8c는 멜트블로운 섬유를 제조하기 위한 본 발명에 따른 장치에 있어서 시간에 대한 플리넘 압력을 나타낸 그래프이다.8b and 8c are graphs showing the plenum pressure versus time in an apparatus according to the invention for producing meltblown fibers.
도 9는 종래의 기술에 따라 제조된 멜트블로운 섬유에 있어서 섬유 직경의 분포를 나타낸 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the distribution of fiber diameter in the meltblown fibers prepared according to the prior art.
도 10은 본 발명에 따라 제조된 멜트블로운 섬유에 있어서 섬유 직경의 분포를을 나타낸 그래프이다.Figure 10 is a graph showing the distribution of the fiber diameter in the meltblown fibers produced according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따라 제조한 멜트블로운 부직웹에 있어서 교란 주파수에 대한 프래지어 다공도를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing Fraser porosity versus disturbance frequency in the meltblown nonwoven web prepared according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따라 제조한 멜트블로운 부직웹에 있어서 교란 주파수에 대하여 수두점(hydrohead)을 나타낸 그래프이다.12 is a graph showing hydrohead versus disturbance frequency in the meltblown nonwoven web prepared according to the present invention.
도 13은 공기 스트림의 교란 없이 제조된 부직웹의 표면 사진이다.13 is a photograph of the surface of a nonwoven web made without disturbing the air stream.
도 14는 본 발명에 따라 제조된 부직웹의 표면 사진이다.14 is a photograph of the surface of a nonwoven web made in accordance with the present invention.
도 15는 스펀본드 섬유 부직웹의 교란 주파수에 대한 피크 하중을 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing peak load versus disturbance frequency of a spunbond fiber nonwoven web.
도 16은 본 발명에 따라 배치된 코폼 장치의 개략도이다.16 is a schematic diagram of a coform device disposed in accordance with the present invention.
도 17a - 17d 및 도 19는 본 발명에 따른 스펀본드 섬유의 부직웹을 제조하는 다양한 형태의 장치를 도시한 도면이다.17A-17D and 19 illustrate various forms of apparatus for making nonwoven webs of spunbond fibers in accordance with the present invention.
도 18a - 18f, 20a 및 20b, 및 21a - 21d는 본 발명에 사용하기 위한 2차적 제트의 다양한 형태를 도시한 도면이다.18A-18F, 20A and 20B, and 21A-21D illustrate various forms of secondary jets for use in the present invention.
도 22 및 23은 종래의 멜트블로운 섬유 및 본 발명에 따라 제조된 섬유의 엑스-레이 회절 주사를 나타낸 그래프이다.22 and 23 are graphs showing X-ray diffraction scans of conventional meltblown fibers and fibers made according to the present invention.
도 24는 종래의 멜트블로운 섬유와 본 발명에 따라 제조된 섬유의 열량분석 특성을 비교한 시차 주사 열량분석(DSC, Differential Scanning Calorimetry) 그래프이다.FIG. 24 is a differential scanning calorimetry (DSC) graph comparing calorimetric characteristics of conventional meltblown fibers and fibers prepared according to the present invention.
다음의 기술들이 멜트블로운, 스펀본드 및 코폼 섬유의 제조 방법에 적용될 수 있다. 명확을 기하기 위해, 본 발명의 일반적인 원리는 이들 기술을 참조하여 기술될 것이다. 본 발명의 기술을 일반적으로 설명한 후, 그 기술의 멜트블로운, 스펀본드 및 코폼 분야에서 구체적인 적용이 기술될 것이다. 다음의 설명에서 편의를 위해 부제가 제공되는데, 이들 부제는 명확을 기하기 위한 것일 뿐, 청구의 범위에서 정의한 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 인식되어서는 안된다. 본 발명에서 사용된 "교란"이란 용어는 유체 또는 그 유사물의 정상 유동으로부터 소량 또는 중간 정도의 변화, 예컨데 정상 유동의 50% 이하의 변화를 의미하는 것으로, 한쪽으로 비연속적인 유동을 갖지 않는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에서 사용된 "유체"라는 용어는 임의의 액체 또는 기체 매질을 의미하는데, 일반적으로 바람직한 유체는 가스이고, 더욱 바람직하기로는 공기이다. 또한, 본 발명에서 사용된 "수지"라는 용어는 섬유 또는 부직웹을 형성할 수 있는 임의의 유형의 액체 또는 재료를 말하며, 폴리머, 공중합체, 열가소성 수지, 왁스 및 에멀젼을 포함하나 이에 제한되지 않는다.The following techniques can be applied to methods of making meltblown, spunbond and coform fibers. For clarity, the general principles of the invention will be described with reference to these techniques. After describing the technique of the present invention in general, specific applications in the field of meltblown, spunbond and coform will be described. In the following description subheadings are provided for convenience and these subheadings are for clarity only and should not be construed as limiting the scope of the invention as defined in the claims. As used herein, the term "disturbance" refers to a small or moderate change from the normal flow of a fluid or the like, such as less than 50% of the normal flow, with no discontinuous flow to one side. it means. In addition, the term "fluid" as used herein means any liquid or gaseous medium, generally the preferred fluid is a gas, more preferably air. The term "resin," as used herein, also refers to any type of liquid or material capable of forming fibers or nonwoven webs, including but not limited to polymers, copolymers, thermoplastics, waxes, and emulsions. .
<공기 유동 교란 방법에 대한 일반적인 설명><General description of air flow disturbance method>
앞에서 기술한 바와 같이, 다양한 특성을 갖는 섬유의 제조는 종래의 기술 분야에 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시태양은, 훨씬 더 넓은 범위의 섬유 특성의 변화를 제공하고, 이러한 섬유로부터 다양한 부직웹 재료를 제조하기 위한 훨씬 더 넓은 범위의 제어를 제공하는데, 이러한 기술은 제조 공정 상의 장애가 전혀 또는 거의 없이, 제조된 부직웹의 특성을 변화시킨다. 이 기본적인 기술은 다이로부터 섬유를 드로우하는데 사용된 공기를 교란시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 섬유를 운송하는 기류를 섬유의 운반 방향에 평행한 축의 서로 반대쪽에서 교대로 교란시킨다. 따라서, 제조 섬유를 운반하는 공기 스트림이 교란되고, 이는 제조 중에 섬유의 교란을 일으킨다. 본 발명의 방법과 장치에 따른 공기 스트림 교란은 멜트블로운 및 스펀본드 제조에 실시될 수 있는데, 이들에 제한되는 것은 아니다.As described above, the production of fibers with various properties is known in the art. However, preferred embodiments of the present invention provide a much wider range of changes in fiber properties and provide a much wider range of control for producing various nonwoven web materials from such fibers, which techniques can be used in the manufacturing process. With no or little obstacles, the properties of the nonwoven web produced are changed. This basic technique involves disturbing the air used to draw the fibers from the die. Preferably, the airflow carrying the fibers is alternately disturbed on opposite sides of the axis parallel to the conveying direction of the fibers. Thus, the air stream carrying the production fibers is disturbed, which causes disturbance of the fibers during production. Air stream disturbances in accordance with the methods and apparatus of the present invention may be performed in meltblown and spunbond production, but are not limited to these.
일반적으로, 공기 유동은 여러 가지 방법으로 교란시킬 수 있는데, 공기 유동을 교란하는데 사용된 방법에 상관없이, 교란은 주파수(frequency)와 진폭(amplitude)이라는 2개의 기본적인 특성을 갖는다. 교란 주파수는 단위 시간 당 어느 한 쪽에 제공된 펄스의 수로 정의될 수 있다. 통상적인 경우와 마찬가지로, 주파수는 명세서 전반을 통해 헤르쯔(Hz, 1초당 사이클의 수)로 기재될 것이다. 또한, 진폭은 정상 상태와 비교하여 교란된 스트림의 공기 압력의 증가 또는 차이의 백분율(ΔP/P×100)로 기술할 수 있다. 또한, 교란 진폭은 정상 상태와 비교하여 교란 중에 공기 유동율의 증가 또는 차이의 백분율로 기술할 수 있다. 따라서, 신규의 섬유 제조 기술에 의해 제어될 수 있는 일차적 변수는 교란 주파수와 교란 진폭이다. 후술하는 기술은 이들 변수를 용이하게 조절한다. 변화될 수 있는 최종 변수는 교란의 상(phase)이다. 대부분의 경우, 교란의 180°상 차이는 아래에서 기술되는데(즉, 유동 방향에 평행한 축의 한 쪽에 있는 기류의 일부가 교란된 후, 다른 쪽이 교대로 교란되는 것이다), 상 차이는 목적하는 결과를 얻기 위해 0°와 180°사이에서 조정가능하다. 교란의 상을 대칭으로 하고(상의 일치) 상 관계를 변화시켜시험을 수행하였다. 이러한 변화는 제조된 섬유 및 생성된 웹 혹은 재료에 훨씬 더 많은 제어를 허용한다.In general, air flow can be disturbed in a number of ways, and regardless of the method used to disturb the air flow, disturbance has two basic characteristics: frequency and amplitude. The disturbance frequency can be defined as the number of pulses provided on either side per unit time. As usual, frequencies will be described in hertz (Hz, number of cycles per second) throughout the specification. In addition, the amplitude can be described as a percentage (ΔP / P × 100) of the increase or difference in air pressure of the disturbed stream compared to the steady state. In addition, the disturbance amplitude can be described as a percentage of the increase or difference in air flow rate during the disturbance compared to the steady state. Thus, the primary variables that can be controlled by the novel fiber manufacturing technology are the disturbance frequency and the disturbance amplitude. The technique described below easily adjusts these parameters. The final variable that can be changed is the phase of disturbance. In most cases, the 180 ° phase difference of the disturbance is described below (ie, after some of the airflow on one side of the axis parallel to the flow direction is disturbed, then the other side is alternatingly disturbed), and the phase difference is It is adjustable between 0 ° and 180 ° to get the result. The tests were performed with the disturbing phases symmetrical (concordance of phases) and the phase relations changing. This change allows much more control over the fabric and the web or material produced.
제조 중 공기 스트림 및 섬유의 교란은 제조된 섬유에 여러 가지 긍정적인 영향을 미친다. 첫째, 강도 및 크림프(crimp)와 같은 섬유의 특성이 교란의 변화에 의해 조절될 수 있다. 따라서, 부직웹 재료에서 적절한 교란 주파수 및 진폭의 선택에 의해 벌키성(bulk) 및 인장 강도의 증가가 얻어질 수 있다. 섬유에서의 크림프의 증가는, 크림프된 섬유가 더 많은 공간을 차지하려는 경향이 있기 때문에, 부직웹에서 벌키성의 증가에 기여한다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 멜트블로운 섬유의 특성에 대한 예비 조사에 따르면, 종래 기술에 의해 제조된 것과 비교하여, 본 발명에 따라 제조된 섬유는 상이한 결정체 및 열 전이 특성을 나타낸다. 이러한 차이는, 교란 기류 중의 섬유의 이동에 기인하는 열 전이 효과(냉각 포함) 때문인 것으로 생각된다. 또한, 이러한 차이는 본 발명의 기술에 따라 제조된 섬유와 부직포의 특성 향상에 기여하는 것으로 보인다. 또한, 공기 유동의 교란은 기판 상에 섬유의 침착의 향상을 초래하고, 이는 제조된 웹의 강도 및 기타 특성을 향상시킨다.Disturbance of the air stream and fibers during manufacture has several positive effects on the fibers produced. First, the properties of the fiber, such as strength and crimp, can be adjusted by changing the disturbances. Thus, an increase in bulkiness and tensile strength can be obtained by selecting the appropriate disturbance frequency and amplitude in the nonwoven web material. The increase in crimp in the fiber contributes to an increase in bulkiness in the nonwoven web because the crimped fiber tends to take up more space. In addition, according to a preliminary examination of the properties of the meltblown fibers made according to the invention, compared to those made by the prior art, the fibers made according to the invention exhibit different crystal and heat transfer properties. This difference is considered to be due to the heat transfer effect (including cooling) due to the movement of the fibers in the disturbing air stream. This difference also appears to contribute to the improvement of the properties of the fibers and nonwovens produced according to the techniques of the present invention. In addition, disturbances in the air flow lead to improved deposition of the fibers on the substrate, which improves the strength and other properties of the produced web.
더구나, 교란 주파수 및 진폭의 변수가 용이하게 제어되기 때문에, 이 주파수 및(또는) 진폭을 변경시킴으로써 다양한 특성의 섬유를 제조할 수 있다. 따라서, 공정 중(또는 "가동 중(on the fly)")에 제조되는 부직웹의 특성을 변화시킬 수 있다. 이러한 유형의 조정에 의해, 상기한 바와 같이 주요 하드웨어 또는 공정 변경의 필요성을 제거하거나 감소시키면서, 하나의 기계로 다양한 제품 사양에 요구되는 다양한 특성을 갖는 부직웹 직물을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은 섬유 특성을 조절하기 위한 통상적인 공정 제어 기술의 사용을 배제하는 것은 아니다.Moreover, since the variables of disturbance frequency and amplitude are easily controlled, it is possible to produce fibers of various characteristics by changing this frequency and / or amplitude. Thus, it is possible to change the properties of the nonwoven web produced during the process (or "on the fly"). This type of adjustment allows one machine to produce nonwoven web fabrics having various properties required for various product specifications, while eliminating or reducing the need for major hardware or process changes as described above. In addition, the present invention does not preclude the use of conventional process control techniques to control fiber properties.
도 4 및 5를 참조하면, 종래 기술에 의해 제조된 멜트블로운 웹(도 4)과 본 발명에 의해 제조된 멜트블로운 웹(도 5)의 확대 사진이 비교될 수 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 웹의 개별 섬유가 상대적으로 선형으로 되어 있는데, 도 5에 보여지는 바와 같이, 본 발명의 교란 기술에 의해 제조된 웹에서의 섬유는 더 많이 크림프되고, 한 방향으로 우세하게 배열되어 있지 않다. 따라서, 하기할 결과에서도 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 웹은 주어진 중량에 있어 더 큰 벌키성을 나타내고, 기계 방향 및 횡단 방향에 대해 더 큰 강도를 갖는 경향이 있다(여기서, 기계 방향은 웹이 제조되는 기판의, 다이에 대한 운동 방향이고, 횡단 방향은 상기 기계 방향에 대해 수직인 방향이다). 크림프의 증가는 웹의 섬유에 접촉점을 더 많이 제공할 것이고, 이는 웹 강도를 높일 것으로 보인다. 주의할 것은, 처음에는 도 4에 비해 도 5의 웹에서 더 많고 더 큰 공극이 존재하는 것처럼 보이나, 사실은, 도 5의 웹이 도 4보다 더 많거나 더 큰 공극을 포함하지 않는다. 이들 그림의 SEM 사진은 재료의 상부 표면을 나타내고 있기 때문에, 도 5의 웹의 증가된 벌키성은 사진에서 보이지 않고, 더 많은 수의 더 큰 공극이 나타나는 방식으로 벌키성이 나타난다. 역으로, 도 4의 웹은 더 작은 벌키성을 가지기 때문에, 그 웹의 섬유가 더 많이 사진의 평면에 위치되어, 적고 작은 공극의 외관을 보여 준다. 아래에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 웹의 차단 특성이 종래 기술에 의해 제조한 것보다 우수하게 선택될 수 있고, 이는 도 5의 사진에 있는 공극의 외관이 잘못된 것임을 입증한다.4 and 5, an enlarged photograph of the meltblown web (FIG. 4) manufactured by the prior art and the meltblown web (FIG. 5) manufactured by the present invention can be compared. As can be seen in FIG. 4, the individual fibers of the web are relatively linear, as shown in FIG. 5, the fibers in the web produced by the disturbing technique of the present invention are more crimped, in one direction Are not predominantly arranged. Thus, as can also be seen in the results below, the webs produced by the present invention exhibit greater bulkiness for a given weight and tend to have greater strength in the machine and transverse directions (where the machine Direction is the direction of motion with respect to the die of the substrate on which the web is manufactured, and the transverse direction is the direction perpendicular to the machine direction). Increasing the crimp will provide more contact points to the fibers of the web, which will increase the web strength. It should be noted that initially there appears to be more and larger voids in the web of FIG. 5 compared to FIG. 4, but in fact, the web of FIG. 5 does not contain more or larger voids than FIG. 4. Since the SEM photographs of these figures show the top surface of the material, the increased bulkiness of the web of FIG. 5 is not seen in the photograph, but bulky in such a way that a larger number of larger voids appear. Conversely, since the web of FIG. 4 has a smaller bulkiness, the fibers of the web are more located in the plane of the picture, showing the appearance of fewer and smaller voids. As can be seen below, the barrier properties of the web produced by the present invention can be chosen better than that produced by the prior art, which demonstrates that the appearance of the voids in the photograph of FIG. 5 is incorrect.
<멜트블로운에의 적용><Application to Melt Blown>
도 6a - 6d는, 공기 펄스를 교대로 하여 멜트블로운 다이(59)의 출구 부근의 공기 유동을 교란시키는 것을 이용한 본 발명의 여러 가지 실시태양을 보여 주고 있다. 본 발명의 각 멜트블로운 실시태양은, 직경상 서로 반대의 플리넘/매니폴드(22, 23) 및 용융 다이(59)의 선단과 연통되어 제트 스트림의 섬유 스트림(26)을 생성하는 공기 통로(24, 25)를 포함한다. 본 발명의 기능은, 정상 유동을 유지하고, 이 정상 유동 상에 매니폴드(22, 23)의 압력을 교대로 증가 또는 감소시킴으로써 용융 다이(59)의 선단 근처에서 교대적으로 압력 교란을 부가하는 것이다. 이 기술은 가스로 운반되는 섬유 스트림(26)의 제어된 변경을 보장하여, 가스로 운반되는 섬유 스트림의 규칙적인 압력 변동을 가능하게 한다. 또한, 교란 공기 유동의 진폭에 대해 상대적으로 높은 정상 상태의 공기 유동은, 공기로 운반되는 섬유 스트림이 공기판(40, 42) 상에서 엉키는 것을 방지하는 기능을 한다. 따라서, 제트 구조의 공기 운반 속도(및 이에 따른 냉각 속도) 및 섬유 엉킴이 바람직하게 개선된다.6A-6D illustrate various embodiments of the invention using alternating air pulses to disrupt air flow near the exit of the meltblown die 59. Each meltblown embodiment of the present invention is an air passage in communication with the tips of the plenum / manifolds 22, 23 and melt die 59 opposite in diameter to produce a jet stream of fiber stream 26. (24, 25). The function of the present invention is to maintain steady flow and alternately add pressure disturbances near the tip of the melt die 59 by alternately increasing or decreasing the pressure in the manifolds 22, 23 on this steady flow. will be. This technique ensures a controlled change of the gaseous fiber stream 26, allowing for regular pressure fluctuations of the gaseous fiber stream. In addition, the steady-state air flow, which is relatively high relative to the amplitude of the disturbing air flow, serves to prevent the fiber stream carried into the air from becoming entangled on the air plates 40, 42. Thus, the air delivery rate (and thus cooling rate) of the jet structure and fiber entanglement are preferably improved.
도 7a - 7d는, 도 6a - 6d에 도시된 바와 같은 플리넘 챔버(22, 23)의 압력을 교대로 증가시켜 주는 밸브의 몇 가지 예를 보여 주고 있다. 도 7a를 참조하면, 교란 밸브(86)은 주 공기 라인(84)가 공기 흡입 라인(20, 21)으로 분기되는 것을 필수적으로 포함한다. 분기점 바로 부근에서, 유연성 플래퍼(98)가 분기 부분의 전부 또는 일부의 폭을 교대로 횡단한다. 이것은, 하나의 공기 흡입 라인(20, 21)로 흐르는 공기 유동을 교대로 제한하여, 매니폴드(22, 23)에 공기 압력의 변동을 중첩시키는 수단을 제공한다. 별법으로, 작동기가 기계적으로 플래퍼로 하여금 분기 부분을 가로질러 왕복하게 하여 플리넘(22, 23)의 공기 압력의 적절한 변동을 발생시킬 수 있다. 플래퍼 밸브(98)은, 단순히 플래퍼의 자연 주파수를 이용한 주 라인(84)의 공기 교란에 의해 교대하는 방식으로 주 라인(84)의 분기 부분을 왕복할 수 있다. 도 7a에 도시된 밸브(86)의 진동 주파수는 플래퍼를 왕복시키는 작동기에 의해 기계적으로 또는 단순히 플래퍼(98)의 길이를 조절하여 그의 자연 주파수를 변경함으로써 변화시킬 수 있다.7A-7D show some examples of valves that alternately increase the pressure in the plenum chambers 22, 23 as shown in FIGS. 6A-6D. With reference to FIG. 7A, disturbing valve 86 essentially includes branching main air line 84 to air intake lines 20, 21. Immediately near the branch point, the flexible flapper 98 alternately traverses the width of all or part of the branch portion. This alternately limits the air flow to one air intake line 20, 21, providing a means of superimposing fluctuations in air pressure on the manifolds 22, 23. Alternatively, the actuator may mechanically cause the flapper to reciprocate across the branching portion to produce an appropriate variation in the air pressure of the plenums 22, 23. The flapper valve 98 may reciprocate the branched portions of the main line 84 in an alternating manner simply by air disturbance of the main line 84 using the natural frequency of the flapper. The vibration frequency of the valve 86 shown in FIG. 7A can be changed mechanically or simply by adjusting the length of the flapper 98 by changing its natural frequency by an actuator that reciprocates the flapper.
도 7b는 교란 밸브(86)의 제2 실시태양을 나타낸 것으로, 샤프트(102)를 회전시키는 모우터(100)을 포함할 수 있다. 샤프트(102)는 다수의 구경(108)이 형성되어 있는 회전판(109)에 고정될 수 있다. 회전판(109)의 뒤에 다수의 구경(106)이 구비된 정지판(104)이 있다. 이들 양 디스크는 회전판(109)의 구경이 정지판(104)의 구경과 일치될 때만 고정된 디스크의 구경을 통해 유동이 일어날 수 있도록 장착될 수 있다. 각 판의 구경은, 각 판의 구경이 일치될 때 정상 유동이 주기적으로 증가될 수 있도록 배열될 수 있다. 증가된 유동의 주파수는 모우터(100)의 속도 조절에 의해 제어될 수 있다.FIG. 7B illustrates a second embodiment of the disturbing valve 86, which may include a motor 100 that rotates the shaft 102. The shaft 102 may be fixed to the rotating plate 109 in which a plurality of apertures 108 are formed. Behind the rotating plate 109 is a stop plate 104 with a plurality of apertures 106. Both disks can be mounted so that flow can occur through the aperture of the fixed disk only when the aperture of the rotating plate 109 coincides with the aperture of the stop plate 104. The apertures of each plate may be arranged such that the steady flow is increased periodically when the apertures of each plate match. The frequency of increased flow can be controlled by the speed regulation of the motor 100.
도 7c는 교란 밸브(86)의 또 다른 실시태양을 도시한 것으로, 이 실시예에서는 모우터(100)이, 주 공기 라인(84) 보다 약간 작은 단면을 필수적으로 갖는 나비형 밸브을 지지하는 샤프트(112)에 회전가능하게 연결되어 있다. 따라서, 회전하는 나비형 밸브(110)로부터 하류에 형성된 교란이 공기 흡입 라인(20, 21)과 공기 플리넘 (22, 23)에서 공기 압력의 증가를 교대적으로 제공하여, 본 발명에 따른 유동 조건을 달성한다.FIG. 7C shows another embodiment of a disturbing valve 86, in which the motor 100 supports a shaft for supporting a butterfly valve having essentially a cross section slightly smaller than the main air line 84. 112 is rotatably connected. Thus, disturbances formed downstream from the rotating butterfly valve 110 alternately provide an increase in air pressure in the air intake lines 20, 21 and the air plenums 22, 23, thus providing a flow according to the invention. To achieve the conditions.
도 7d는 본 발명에 따른 교란 밸브(86)의 또 다른 실시태양을 도시한 것으로, 모우터(100)이, 샤프트(112)와 공기 흡입 라인(20, 21) 내의 나비형 밸브(110, 114)에 연결되어 있다. 도 7d로부터 알 수 있는 바와 같이, 나비형 밸브(110, 114)는 서로 대략 90°로 샤프트(112)에 장착된다. 또한, 각 나비형 밸브(110, 114)는, 적절한 밸브가 열린 위치에 있을 때 각 플리넘(22, 23)의 압력 증가를 교대로 제공하면서 각 플리넘에 일정한 공기 유동을 제공할 수 있도록 구경(111)를 포함할 수 있다.FIG. 7D illustrates another embodiment of a disturbing valve 86 in accordance with the present invention, wherein the motor 100 has a butterfly valve 110, 114 in the shaft 112 and air intake lines 20, 21. ) As can be seen from FIG. 7D, the butterfly valves 110, 114 are mounted to the shaft 112 at approximately 90 ° to each other. In addition, each butterfly valve 110, 114 is apertured to provide a constant air flow to each plenum while alternately providing a pressure increase of each plenum 22, 23 when the appropriate valve is in the open position. And may include 111.
도 7e는 교란 밸브(86)의 또 다른 실시태양을 도시한 것으로, 이 실시태양에서는, 구동기(124)가, 스풀(123)에 장착된 샤프트(122)에 연결되어 있다. 스풀(123)은 길이 방향의 위치에 따라서 각 공기 흡입 라인(20, 21)과 연통되는 채널(118, 120)을 포함한다. 각 채널(118, 120)은 주 공기 라인(84)에 유동적으로 연결된 주채널(116)에 유동적으로 연결되어 있다. 이 실시예에서 교란 밸브(86)은 구동기(124)로부터 샤프트(122)의 왕복 운동에 의해 각 플리넘의 공기 압력의 증가를 교대로 일으킬 수 있다. 또한, 플리넘 챔버(22, 23)의 교대적인 압력 증가를 달성하기 위해, 구동기(124)가 스풀(123)을 왕복시켜 중복 부분의 양, 따라서, 라인(20, 21)과 채널(118, 120)간의 공기 유동 제한을 변화시키는 동안, 채널(118, 120)이 동시에 주 공기 라인(84)에 연결될 수 있다. 구동기(124)는 왕복 운동을 달성하는 임의의 공지 수단을 포함한다. 이것은 기압 수단, 유압 수단 또는 솔레노이드 수단을 포함하는데, 이에 제한되는 것은 아니다.FIG. 7E illustrates another embodiment of the disturbing valve 86, in which the driver 124 is connected to a shaft 122 mounted to the spool 123. The spool 123 includes channels 118, 120 in communication with each air intake line 20, 21 according to the longitudinal position. Each channel 118, 120 is fluidly connected to a main channel 116 fluidly connected to a main air line 84. In this embodiment, the disturbing valve 86 may alternately cause an increase in the air pressure of each plenum by the reciprocating motion of the shaft 122 from the driver 124. In addition, in order to achieve an alternating pressure increase in the plenum chambers 22, 23, the driver 124 reciprocates the spool 123 so that the amount of redundancy, thus lines 20, 21 and channels 118, While changing the air flow restriction between 120, channels 118, 120 can be connected to the main air line 84 at the same time. The driver 124 includes any known means for achieving reciprocating motion. This includes, but is not limited to, pneumatic means, hydraulic means or solenoid means.
도 8a - 8d는, 각각 종래의 멜트블로운 장치와 본 발명에 따른 멜트블로운 장치에서의 플리넘 공기 압력을 나타낸다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 종래의 플리넘 챔버의 공기압은 필수적으로 시간에 대해 일정한 반면, 도 8b 및 8c에서는 플리넘 챔버의 공기압이 필수적으로 진동 방식으로 증가된다. 예를 들어, 평균 압력이 세로 좌표와 만나는 점은 약 7 psig이 될 수 있다. 도 8d는 공기가 개폐되는 종래의 압출 다이 부근에서의 종래의 공기압을 나타낸다. 이 경우 평균 압력이 예를 들어 약 0.5 psig에서 세로 좌표와 만난다. 도 8d에 도시된 바와 같은 종래의 공기 유동의 개폐 제어는, 전술한 바와 같이, 간헐적인 유동으로 인해 다이 고장을 일으킨다. 또한, 도 8d에 도시된 바와 같은 종래의 공기 유동 개폐 제어(삼보오에 의해 실시됨)는, 본 발명보다 더 낮은 평균 압력, 더 낮은 주파수 및 더 작은 압력 진폭을 이용한다. 도 8a에 도시된 공기 유동 특성은 다이 고장을 유발하지는 않지만, 유동이 시간에 대해 실질적으로 일정하기 때문에, 섬유의 크림프 또는 웹 특성에 대해 제어를 실행할 수 없다.8a-8d show the plenum air pressure in the conventional melt blown device and the melt blown device according to the invention, respectively. As shown in FIG. 8A, the air pressure of a conventional plenum chamber is essentially constant over time, while in FIGS. 8B and 8C the air pressure of the plenum chamber is essentially increased in a vibrating manner. For example, the point where the average pressure meets the ordinate is about 7 psig. 8D shows conventional air pressure in the vicinity of a conventional extrusion die in which air is opened and closed. In this case the average pressure meets the ordinate for example at about 0.5 psig. Conventional air flow opening and closing control as shown in FIG. 8D causes die failure due to intermittent flow, as described above. In addition, conventional air flow opening and closing control (implemented by Sambo) as shown in FIG. 8D utilizes lower average pressure, lower frequency and smaller pressure amplitude than the present invention. The air flow characteristics shown in FIG. 8A do not cause die failure, but because the flow is substantially constant over time, control over the crimp or web properties of the fibers cannot be exercised.
교란 밸브(86)은 다수 개 장치되어 본 발명에 따른 멜트블로운 장치의 플리넘 챔버(22, 23)의 교대적인 유동 증가를 달성할 수 있다. 예컨데, 도 6b는 본 발명에 따른 다른 실시태양을 보여 준다. 이 실시태양에서 주 공기 라인(84)가 유출 밸브(90)을 통해 교란 밸브(86)으로 적절한 공기 유동을 유출시키면서 공기 흡입 라인(20, 21)로 일정한 공기 유동을 분배한다. 따라서, 이 실시태양에서는, 플리넘 챔버(23, 22)는 각각 2개의 입구를 포함한다. 제1 입구는 공기 흡입 라인(20, 21)로부터 일정한 유동을 필수적으로 도입한다. 각 플리넘 챔버의 제2 입구는 교대적인 유동을 챔버로 도입시켜, 라인(20, 21)로부터의 일정한 유동에 진동성 유동을 부가한다. 유출 밸브(88)로부터 유출된 공기의 양은, 다음에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 섬유 특성의 정확한 조절을 위해 압력 증가의 진폭을 제어하는 한편, 교란 밸브(86)은 주파수를 조절한다.A number of disturbing valves 86 may be provided to achieve an alternating flow increase of the plenum chambers 22, 23 of the meltblown device according to the invention. For example, FIG. 6B shows another embodiment according to the present invention. In this embodiment the main air line 84 distributes a constant air flow to the air intake lines 20, 21 while flowing the proper air flow through the outlet valve 90 to the disturbing valve 86. Thus, in this embodiment, the plenum chambers 23 and 22 each comprise two inlets. The first inlet essentially introduces a constant flow from the air intake lines 20, 21. The second inlet of each plenum chamber introduces alternating flow into the chamber, adding vibratory flow to a constant flow from lines 20 and 21. The amount of air that flows out of the outlet valve 88 controls the amplitude of the pressure increase for accurate control of the fiber properties, as described in more detail below, while the disturbing valve 86 adjusts the frequency.
도 6c는 본 발명의 또 다른 실시태양을 나타낸다. 이 실시태양에서, 주 공기 라인(84)는 공기 라인(21, 22)로 분배되어 플리넘 챔버(22, 23)에 공기압을 공급한다. 또한, 보조 공기 라인(92)는 교란 밸브(86)에서 분기된다. 그 후, 교란 밸브(86)은 플리넘 챔버(22, 23) 상에 교대로 증가된 공기압을 부가하여, 본 발명에 따른 진동 유동 조건을 달성한다. 여기에서, 보조 공기 라인(92)의 압력은 공기 압력 교란의 진폭을 제어하는 한편, 교란 밸브(86)은 상기한 바와 같이, 교란 주파수를 제어한다.6C illustrates another embodiment of the present invention. In this embodiment, the main air line 84 is distributed to the air lines 21, 22 to supply air pressure to the plenum chambers 22, 23. In addition, the auxiliary air line 92 branches off the disturbing valve 86. The disturbing valve 86 then adds alternately increased air pressure on the plenum chambers 22 and 23 to achieve the vibratory flow conditions in accordance with the present invention. Here, the pressure in the auxiliary air line 92 controls the amplitude of the air pressure disturbance, while the disturbance valve 86 controls the disturbance frequency, as described above.
도 6d는 본 발명의 또 다른 실시태양을 나타낸다. 이 실시태양에서, 주 공기 라인(84)는 각각 플리넘 챔버(22, 23)으로 연결되는 공기 흡입 라인(20, 21)로 분기된다. 플리넘 챔버(22, 23)의 교대로 증가된 압력은 각각 변환기(94, 96)에 의해 제공될 수 있다. 변환기(94, 96)은 전기 신호 수단에 의해 작동될 수 있다. 예를 들면, 실제로 변환기는 플리넘 챔버(22, 23)에 교대적인 압력 증가를 제공하기 위해 상을 180°로 펄스시키는 전기 신호를 받아들이는 대형 스피커일 수 있다. 그러나, 어떠한 유형의 적절한 변환기도 임의의 구동 수단을 이용하여 증가된 공기 유동을 생성할 수 있다. 이 구동 수단은 전자기 수단, 유압 수단, 기압 수단 또는 기계적 수단을 포함하는데, 이에 한정되는 것은 아니다.6d illustrates another embodiment of the present invention. In this embodiment, the main air line 84 branches to air intake lines 20 and 21, which are connected to plenum chambers 22 and 23, respectively. The alternately increased pressure of the plenum chambers 22, 23 may be provided by transducers 94, 96, respectively. The transducers 94 and 96 can be operated by electrical signal means. For example, the transducer may actually be a large speaker that accepts an electrical signal that pulses the phase 180 ° to provide an alternating pressure increase in the plenum chambers 22 and 23. However, any type of suitable transducer can produce increased air flow using any drive means. Such drive means include, but are not limited to, electromagnetic means, hydraulic means, pneumatic means or mechanical means.
상기한 바와 같이, 상기의 모든 실시양태는, 특히 섬유 제조 장치의 가동을 중단함이 없이 교란 주파수와 진폭의 정확한 제어를 가능하게 한다. 아래에서 기술하는 바와 같이, 교란 변수를 정확히 제어할 수 있는 능력은 섬유 및 이에 의해 제조된 웹의 특성을 상대적으로 정확하게 제어할 수 있게 한다. 일반적으로, 여러 가지 섬유 변수가 있으며, 필터재와 같은 일 유형의 부직 재료를 만들기 위해 특정의 변수 조합이 요구될 수 있는 한편, 일회용 의류와 같은 다른 유형의 재료를 제조하기 위해서는 다른 섬유 변수의 조합이 요구될 수 있다.As mentioned above, all of the above embodiments enable precise control of the disturbance frequency and amplitude, in particular without interrupting the operation of the fiber making apparatus. As described below, the ability to precisely control the disturbance parameters allows for relatively precise control of the properties of the fibers and the web produced thereby. In general, there are a number of fiber parameters, and certain combinations of parameters may be required to make one type of nonwoven material such as filter material, while combinations of other fiber variables to produce other types of material, such as disposable garments. This may be required.
예컨데, 필터 적용에 있어서, 그 재료는 직경이 작은 섬유로 제조되는 것이 바람직하다. 그러나, 더 큰 직경의 섬유가 다른 재료용으로 요구될 수 있다. 더구나, 많은 최종 제품은 여러 가지 특성을 갖는 재료의 층으로 구성된다. 예를 들면, 일회용 기저귀는 일반적으로 유아의 피부로부터 수분을 제거하여 피부와 이격된 상태로 유지시켜 주도록 설계된 심지층을 포함한다. 중간의 흡수층은 수분을 보유하기 위해 사용된다. 최종적으로 외부의 차단층이 기저귀로부터 흡수된 수분이 스며 나오는 것을 막아 주기 위해 요구된다. 기저귀의 각 층용 섬유의 특성은, 각 유형의 재료의 특정한 기능을 달성하기 위해 상이하다. 본 발명의 기술에 의해, 시간에 대해 교란 변수를 변화시켜 기저귀의 각 층을 하나의 부직웹으로 연속적으로 형성시키는 것에 의해, 웹의 여러 부분이 제조될 수 있다. 그 후 하나의 부직웹을 포개어 적층된 최종 재료를 제공할 수 있다.For example, in filter applications, the material is preferably made of small diameter fibers. However, larger diameter fibers may be required for other materials. Moreover, many end products consist of layers of materials having various properties. For example, disposable diapers generally include a wick layer designed to remove moisture from the skin of the infant and keep it spaced apart from the skin. The middle absorbent layer is used to retain moisture. Finally, an external barrier layer is required to prevent the moisture absorbed from the diaper from seeping out. The properties of the fibers for each layer of the diaper are different to achieve the specific function of each type of material. With the techniques of the present invention, different parts of the web can be made by varying the disturbance parameters over time to form each layer of the diaper continuously into one nonwoven web. One nonwoven web may then be folded to provide a laminated final material.
오일 흡수 구조가, 예컨데, 코턴(Cotton)의 미국 특허 제5,364,680호(본 발명의 참고자료로 인용함)에 기술되어 있다. 오일 흡수에 적용하기 위해서는, 친유성이고, 약 0.1 g/cc 이하, 바람직하기로는 0.06 g/cc이하의 밀도의 벌키성을 특징으로 하는 세섬유 웹이 요구된다. 일반적으로 낮은 밀도가 바람직하지만, 0.01 g/cc 이하의 밀도는 취급하기가 어렵다. 이러한 웹은 웹 중량의 약 10배 이상, 바람직하기로는 약 20배 이상의 오일을 흡수하여 보유하는 능력을 갖는다. 어떤 적용에 있어서는, 수성 액체에 의한 습윤성을 증가시키기 위해 1종 이상의 조성물로 처리를 하는 것이 요구될 수 있다. 이러한 처리는 잘 알려져 있고, 예컨데, 공동 양도된 미국 특허 제5,057,361호(본 발명의 참고자료로 인용함)에 기술되어 있다. 이러한 웹을 멜트블로운 기술에 의해 제조하기 위한 종래의 시도는, 유용한 세섬유 재료를 제공하지만, 공기 스트림이 여전히 점착성의 섬유를 그 제조 표면에 적용하는 방식으로 인해, 바람직한 벌키성과 흡수성이 결여되어 있었다.Oil absorbing structures are described, for example, in US Pat. No. 5,364,680 (Cotton, incorporated herein by reference). For application to oil absorption, a fibrous web is required which is lipophilic and characterized by bulkyness of density of about 0.1 g / cc or less, preferably 0.06 g / cc or less. Low densities are generally preferred, but densities of 0.01 g / cc or less are difficult to handle. Such webs have the ability to absorb and retain oil at least about 10 times, preferably at least about 20 times, the weight of the web. In some applications, treatment with one or more compositions may be required to increase wettability with an aqueous liquid. Such treatments are well known and are described, for example, in commonly assigned US Pat. No. 5,057,361, incorporated herein by reference. Conventional attempts to produce such webs by meltblown techniques provide useful fibrous materials, but due to the manner in which the air stream still applies tacky fibers to its fabrication surface, they lack desirable bulkiness and absorbency. there was.
따라서, 교란 특성의 제어에 의한 섬유 및 재료 특성의 정확한 제어에 의해, 매우 융통성있게 부직웹을 제조할 수 있다. 이 제어는 더 큰 효율, 및 제조 공정의 중단이 거의 없이 제조될 수 있는 넓은 범위의 재료를 설계할 수 있는 능력을 허용한다.Therefore, the nonwoven web can be manufactured very flexibly by precise control of the fiber and material properties by controlling the disturbing properties. This control allows for greater efficiency and the ability to design a wide range of materials that can be manufactured with little interruption of the manufacturing process.
종래의 멜트블로운 장치의 결점의 하나는, 제조된 섬유의 직경을 상대적으로 정확히 제어할 수 없는 점이다. 특정한 특성을 갖는 재료의 제조는 종종 부직웹의 제조에 사용된 섬유의 직경에 대해 정확한 제어를 요구한다. 본 발명의 교란 기술에 의해, 종래 기술에 의해 가능했던 것 보다 섬유 직경의 불균일을 휠씬 작게 할 수 있다.One of the drawbacks of conventional melt blown devices is the inability to control the diameter of the fibers produced relatively accurately. The manufacture of materials with certain properties often requires precise control over the diameter of the fibers used in the production of the nonwoven web. By the disturbing technique of the present invention, the nonuniformity of the fiber diameter can be made much smaller than that possible by the prior art.
도 9 및 10은 종래의 멜트블로운 기술에 의해 제조한 샘플과 도 6c에 도시된 실시양태의 멜트블로운 장치에 따른 기술에 의해 제조한 멜트블로운 섬유 샘플에 있어서 섬유 직경의 분포를 나타낸다. 도 9는 종래 기술에 따른 직경의 분포를 보여 준다. 도 10은 본 발명의 기술에 따라 제조된 멜트블로운 섬유의 섬유 직경의 분포 그래프를 나타낸다. 도 10의 섬유 분포는, 약 1과 2 미크론 사이의 피크에 집중되는 분포를 갖는 섬유 직경의 샘플을 보여 준다. 여기서 본 발명의 교란 방법과 장치에 의해 달성된 좁은 섬유 분포대는, 단지 교란 주파수 또는 진폭을 변경함에 의해 섬유 직경이 제어될 수 있는 정도가 크다는 것을 보여 준다.9 and 10 show the distribution of fiber diameters in samples prepared by the conventional meltblown technique and in meltblown fiber samples prepared by the technique according to the meltblown apparatus of the embodiment shown in FIG. 6C. 9 shows a distribution of diameters according to the prior art. 10 shows a graph of the distribution of fiber diameters of meltblown fibers made according to the techniques of the present invention. The fiber distribution of FIG. 10 shows a sample of fiber diameter with a distribution concentrated at peaks between about 1 and 2 microns. The narrow fiber distribution band achieved here by the disturbing method and apparatus of the present invention shows that the degree to which the fiber diameter can be controlled is large only by changing the disturbing frequency or amplitude.
도 11은 플리넘 챔버(22, 23)의 교란 주파수에 대한 함수로서, 본 발명에 따라 제조된 멜트블로운 부직웹의 프래지어 다공도를 나타낸다. 이 프래지어 다공도는 ft2당 재료를 통하는 공기 유동율의 부직웹 분야에서의 표준 측정치로서, 재료의 투과도(단위는 ft3/(ft2 * min))의 측정치이다. 모든 샘플에 대해 프래지어 공기 투과도를 결정하기 위해 사용된 절차는, 시료의 크기가 7×7 대신에 8×8인 것을 제외하고는, 연방 시험 방법 표준번호 191A, 방법 5450의 사양에 따라 수행하였다. 더 큰 크기의 시료는, 시료의 모든 면이 보유 링 위로 잘 연장되고, 오리피스를 가로질러 시료가 안정적이고 평탄하게 고정되는 것을 보증할 수 있게 한다.FIG. 11 shows the Fraser porosity of meltblown nonwoven webs made in accordance with the present invention as a function of the disturbance frequencies of the plenum chambers 22, 23. This Fracture Porosity is a standard measure of the nonwoven web of air flow rate through a material per ft 2 , which is the permeability of the material in ft 3 / (ft 2 * min)). The procedure used to determine the fragile air permeability for all samples was performed according to the specifications of Federal Test Method Standard No. 191A, Method 5450, except that the sample size was 8 × 8 instead of 7 × 7. . Larger sample sizes ensure that all sides of the sample extend well over the retaining ring, and that the sample is securely and flatly fixed across the orifice.
도 11에 도시된 바와 같이, 프래지어 다공도는 일반적으로 먼저 최소로 되고, 그후 교란 주파수가 정상 상태로부터 대략 500 Hz로 증가됨에 따라 증가한다. 따라서, 본 발명에 의해 바람직한 프래지어 다공도를 갖는 재료를 제조하기 위해서는, 단지 진동 주파수(및(또는) 진폭)을 변화시키는 것을 필요로 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 종래의 기술에 있어, 다공도의 변경은 종종 다이 또는 출발 물질의 변경 또는 기계의 이중화가 요구되었다. 따라서, 본 발명에 의해서는, 일단 가동이 완료되면 재료의 다공도를 용이하게 변경하는 것이 가능하다. 제조의 중단이 없이 단지 간단한 제어에 의해 용이하게 이루어질 수 있는 교란 주파수(또는 진폭)의 조절만을 필요로 하기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 멜트블로운 장치는, 단순한 교란 주파수의 변화에 의해 다양한 다공도를 갖는 필터재를 빠르고 용이하게 제조할 수 있게 한다.As shown in FIG. 11, the Fraser porosity is generally first minimized and then increases as the disturbance frequency increases from steady state to approximately 500 Hz. Thus, it will be appreciated that in order to produce a material having a desired Fraser porosity, the present invention only needs to change the vibration frequency (and / or amplitude). In the prior art, changing the porosity often required changing the die or starting material or redundancy of the machine. Therefore, according to the present invention, once the operation is completed, it is possible to easily change the porosity of the material. This is because it requires only the adjustment of the disturbing frequency (or amplitude), which can be easily achieved by simple control without interruption of manufacture. Accordingly, the meltblown apparatus according to the present invention enables to quickly and easily manufacture filter materials having various porosities by simply changing the disturbance frequency.
도 12는 교란 주파수에 대한 함수로서, 수두점의 그래프를 나타낸 것이다. 이 수두점 시험은 직물의 액체 차단 특성에 대한 측정이다. 수두점 시험은 소정량의 액체가 통과하기 전에 직물이 지지하는 물의 높이(cm)를 결정한다. 더 높은 수두점을 나타내는 직물은 낮은 수두점을 갖는 직물보다 액체 통과에 대해 더 큰 차단성을 갖는 것을 의미한다. 수두점 시험은 연방 시험 표준 번호 191A, 방법 5514에 따라 수행한다. 일반적으로, 수두점은 대략 75 - 525 Hz의 주파수 범위에서, 초기에 증가한 후, 교란 주파수가 증가함에 따라 감소한다. 교란 주파수가 직접 수두점에 영향을 미치기 때문에, 교란 밸브(86)의 적절한 제어는 특정한 적용에 요구되는 액체 차단성을 제공한다. 교란 주파수는 재료에 특정한 용도를 맞추기 위해 수두점을 변경하는데 이용될 수 있다.12 shows a graph of head pox as a function of disturbance frequency. This head test is a measure of the liquid barrier properties of the fabric. The hydrocephalus test determines the height (cm) of the water that the fabric supports before a certain amount of liquid passes. Fabrics showing higher head points mean greater barrier to liquid passage than fabrics with lower head points. The head pox test is performed according to Federal Test Standard No. 191A, Method 5514. In general, the head point is initially increased in the frequency range of approximately 75-525 Hz, and then decreases as the disturbing frequency increases. Since the disturbance frequency directly affects the head point, proper control of the disturbance valve 86 provides the liquid barrier required for a particular application. The disturbance frequency can be used to change the head point to suit the particular application to the material.
다음의 실시예는 멜트블로운, 코폼 및 스펀본드 웹 및 재료의 제조에 있어 종래 기술과 비교하여 본 발명의 장점을 보여주는 근거를 제공한다. 이들 실시예는 단지 본 발명의 방법이 어떻게 실시될 수 있는가를 설명하는 목적으로 제공된 것이고, 청구범위에서 기재한 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.The following examples provide a basis for demonstrating the advantages of the present invention over prior art in the manufacture of meltblown, coform and spunbond webs and materials. These examples are provided solely for the purpose of illustrating how the method of the present invention may be practiced and should not be construed as limiting the scope of the invention as set forth in the claims.
<실시예 1><Example 1>
<공정조건><Process conditions>
다이 선단 형상 : 함몰됨; 다이 폭 = 20"; 갭 = 0.090"; 30 hpiDie tip shape: recessed; Die width = 20 "; gap = 0.090"; 30 hpi
기본 공기 유동 : 가열(히터에서 약 608℉); 488 scfm; 압력 PT = 6.6 psigBasic air flow: heating (about 608 ° F. in the heater); 488 scfm; Pressure P T = 6.6 psig
보조 공기 유동 : 미가열(주위 공기 온도); 60 scfm; 흡입 압력 = 20 psigAuxiliary air flow: unheated (ambient air temperature); 60 scfm; Suction pressure = 20 psig
폴리머 : 부틸렌과 프로필렌의 공중합체Polymer: Copolymer of Butylene and Propylene
폴리프로필렌 * - 79% Polypropylene *-79%
폴리부틸렌 - 20% Polybutylene-20%
청색 안료 - 1% Blue pigment-1%
(* 퍼록사이드로 코팅된 800 MFR 폴리프로필렌, 최종 MFR = 약 1500) (* 800 MFR polypropylene coated with peroxide, final MFR = about 1500)
폴리머 처리량 : 0.5 GHMPolymer throughput: 0.5 GHM
용융 온도 : 470℉Melt Temperature: 470 ℉
교란 주파수 : 0, 156, 462 HzDisturbance Frequency: 0, 156, 462 Hz
기본 중량 : 0.54 oz/yd2 Base weight: 0.54 oz / yd 2
제조 높이 : 10"Manufacture Height: 10 "
<시험 결과> 차단성<Test Result> Blockability
이 실시예에서, 멜트블로운 공정은 상기한 바와 같은 조건으로 수행하였고, 도 6c에 나타낸 실시태양에 대응하는데, 여기에서 기본 공기 유동이 보조 공기 유동에 의해 보충된다. 이 실시예에서 hpi 단위는 다이에 존재하는 인치당 홀(hole)의 수를 나타내고, PT는 기본 매니폴드의 정체된 영역에서 측정한 총 압력으로 정의된다. GHM은 분 당 각 홀의 유동율(g/min)로 정의되므로, GHM 단위는 분 당 멜트블로운 다이의 각 홀을 통과하는 폴리머의 중량으로 정의된다. 상기한 바와 같이, 프래지어 다공도는 재료의 투과도의 척도이다(단위는 ft3/(ft2·min)이다). 수두점은 물을 웹에 침투시키기 전에 웹으로 지지된 물 기둥의 높이로 측정되는데, 웹의 액체 차단 효과를 측정한 것이다.In this example, the meltblown process was carried out under the conditions as described above and corresponds to the embodiment shown in FIG. 6C, where the primary air flow is supplemented by the secondary air flow. In this embodiment, the hpi unit represents the number of holes per inch present in the die, and P T is defined as the total pressure measured in the stagnant region of the base manifold. Since GHM is defined as the flow rate of each hole per minute (g / min), the GHM unit is defined as the weight of the polymer passing through each hole of the meltblown die per minute. As noted above, Fraser porosity is a measure of the material's permeability (unit is ft 3 / (ft 2 · min)). The head point is measured by the height of the column of water supported by the web prior to penetration of the water into the web, a measure of the liquid barrier effect of the web.
상기한 공정 조건 및 결과는, 공기 교란이 없는 경우(0Hz의 교란 주파수)와 156 및 462 Hz의 교란 주파수로 수행된 경우의 전형적인 멜트블로운 제조 공정의 기본적인 비교를 제공한다. 표 1-1로부터 알 수 있는 바와 같이, 일반적으로, 교란된 공기유동을 이용하여 제조된 재료의 차단 특성은 교란 주파수가 증가함에 따라 향상되었다. 따라서, 단순히 교란 주파수를 변화시킴으로써, 즉 비교적 용이한 공정으로, 바람직한 차단 특성을 갖는 물질 또는 웹을, 주요한 공정 조건의 변경이 없이도 제조할 수 있다. 차단 특성을 조절하는 이 같은 성능은 종래의 기술에서는 많은 시간과 노력을 요하는 공정 조건의 실질적인 변경이 없이는 불가능하였다. 알 수 있는 바와 같이, 156 Hz의 교란 주파수에서 프래지어 다공도의 초기 감소가 있다(이는 공기에 대한 웹 또는 재료의 투과도의 감소를 의미한다). 유사하게, 156 Hz의 교란 주파수에서 지지된 수두점의 증가가 있다. 따라서, 156 Hz의 교란 주파수에서 제조된 웹 재료는 차단 효과가 더욱 효과적이다. 462 Hz의 교란 주파수에서, 0 Hz(종래기술) 및 156 Hz의 제조 공정보다 프래지어 다공도는 증가되고, 수두점은 감소하였다. 따라서, 더 높은 교란 주파수에서, 웹 재료는 차단 효과가 더 떨어지지만, 흡수재 혹은 심층 재료로서의 용도에는 더 적합하다.The process conditions and results described above provide a basic comparison of typical meltblown manufacturing processes in the absence of air disturbances (0 Hz disturbance frequency) and when performed at disturbance frequencies of 156 and 462 Hz. As can be seen from Table 1-1, in general, the blocking properties of materials produced using disturbed airflow improved with increasing disturbance frequency. Thus, by simply changing the disturbance frequency, i.e. in a relatively easy process, a material or web having the desired blocking properties can be produced without changing the main process conditions. This ability to control the blocking properties was not possible in the prior art without substantial changes in process conditions that required much time and effort. As can be seen, there is an initial reduction in Fraser porosity at the disturbance frequency of 156 Hz (meaning a decrease in the permeability of the web or material to air). Similarly, there is an increase in the supported head point at a disturbing frequency of 156 Hz. Therefore, the web material produced at the disturbance frequency of 156 Hz has a more effective blocking effect. At the disturbance frequency of 462 Hz, the Fraser porosity was increased and the head pox was decreased than the 0 Hz (prior art) and 156 Hz manufacturing processes. Thus, at higher disturbance frequencies, the web material has a lower barrier effect, but is more suitable for use as an absorbent or deeper material.
또한, (실시예 1의 그것과 다른 공정 조건에 있어서) 교란 주파수의 변화에 대한 차단 특성의 변화가 도 11 및 12에 나타나 있다. 도 11이 보여 주는 바와 같이, 공정이 무교란으로부터 1과 200 Hz 사이의 교란 주파수로 변화함에 따라, 프래지어 다공도는 초기에 감소가 있다. 교란 주파수가 약 200 Hz 이상으로 증가함에 따라, 프래지어 다공도가 증가하여 초기의 0 Hz의 프래지어 다공도가 약 300과 400 Hz 사이에서 추월된다. 400 Hz 이상에서 프래지어 다공도는, 교란 주파수가 증가함에 따라 상대적으로 급격히 증가한다. 유사하게, 도 12를 참조하면, 지지된 수두점은 약 1 내지 200 Hz의 교란 주파수 사이에서 초기에는 증가한다. 그후, 수두점은 교란 주파수가 증가함에 따라 꾸준히 감소하여, 400 내지 500 Hz 사이의 수두점은 0 Hz의 주파수(정상 유동)에서의 그것보다 더 작아진다. 따라서, 이들 그래프가 보여 주는 바와 같이, 공기 유동의 교란 주파수의 단순한 변경을 제외하고, 폴리머 유형, 유동 조건, 다이 형상과 같은 기본적인 공정 조건의 변경이 없이도, 소정의 차단 특성을 갖는 광범위한 범위의 다양한 웹 재료를 제조할 수 있다. 예를 들면, 다른 모든 공정 조건은 변경하지 않고 그대로 둔 채, 단순히 100 내지 200 Hz의 범위에서 교란 주파수를 설정함으로써, 더욱 효과적인 차단성을 갖는 재료를 제조할 수 있다. 만약, 덜 효과적인 차단성 재료가 요구된다면, 단지 필요한 공정의 변경은 교란 주파수의 증가일 것이고, 이는 제조 라인의 중단이 없이도 단순한 제어로 수행될 수 있다. 종래의 기술에서는, 제조 중의 차단 특성의 변경은 공정 조건의 실질적인 변경을 필요로 하여, 이 변경을 위해 제조 라인의 중단을 필요로 하였다. 실제로는, 이러한 변경은 일반적으로 당해 하나의 기계 상에서 할 수 없고, 일반적으로 복수의 기계가 요구 특성을 갖는 하나의 유형의 웹 재료(또는 극히 좁은 범위의 재료)를 제조하였다.In addition, the change of the blocking characteristic with respect to the change of the disturbance frequency (in a process condition different from that of Example 1) is shown in FIGS. As FIG. 11 shows, as the process changes from a disturbance to a disturbing frequency between 1 and 200 Hz, the Fraser porosity initially decreases. As the disturbance frequency increases above about 200 Hz, the Fraser porosity increases and the initial 0 Hz Fracture Porosity is overtaken between about 300 and 400 Hz. Above 400 Hz, the Fraser Porosity increases relatively rapidly as the disturbance frequency increases. Similarly, referring to FIG. 12, the supported head point initially increases between disturbance frequencies of about 1 to 200 Hz. The head point then decreases steadily with increasing disturbance frequency such that the head point between 400 and 500 Hz becomes smaller than that at a frequency of 0 Hz (normal flow). Thus, as these graphs show, a wide range of various ranges with desired barrier properties, without changing basic process conditions such as polymer type, flow conditions, and die geometry, except for a simple change in the disturbance frequency of air flow. Web materials can be prepared. For example, a material having more effective barrier properties can be produced by simply setting the disturbance frequency in the range of 100 to 200 Hz without changing all other process conditions. If less effective barrier materials are required, the only necessary process change will be an increase in the disturbance frequency, which can be performed with simple control without interruption of the production line. In the prior art, alteration of the barrier properties during manufacture required substantial changes in process conditions, requiring a break in the manufacturing line for this change. In practice, such alterations are generally not possible on one machine in question, and in general have produced one type of web material (or an extremely narrow range of materials) in which a plurality of machines have the required properties.
<실시예 2><Example 2>
<공정조건><Process conditions>
다이 선단 형상 : 함몰됨; 다이 폭 = 20"; 갭 = 0.090"; 30 hpiDie tip shape: recessed; Die width = 20 "; gap = 0.090"; 30 hpi
기본 공기 유동 : 가열(히터에서 약 608℉); 317 scfm; 압력 PT = 2.6 psigBasic air flow: heating (about 608 ° F. in the heater); 317 scfm; Pressure P T = 2.6 psig
보조 공기 유동 : 미가열(주위 공기 온도); 80 scfm; 흡입 압력 = 20 psigAuxiliary air flow: unheated (ambient air temperature); 80 scfm; Suction pressure = 20 psig
폴리머 : 고 MFR PP *Polymer: High MFR PP *
(*예컨데, 퍼록사이드로 코팅된 800 MFR 폴리프로필렌, 최종 MFR = 약 1500) (* E.g. 800 MFR polypropylene coated with peroxide, final MFR = about 1500)
폴리머 처리량 : 0.5 GHMPolymer throughput: 0.5 GHM
용융 온도 : 470℉Melt Temperature: 470 ℉
교란 주파수 : 0 Hz(대조용), 70 HzDisturbance Frequency: 0 Hz (Control), 70 Hz
기본 중량 : 5 oz/yd2 Base weight: 5 oz / yd 2
제조 높이 : 10"Manufacture Height: 10 "
<시험 결과><Test result>
이 실시예에서, 70 Hz의 교란 주파수를 이용하여 제조한 웹의 벌키성을 대조용 웹(0Hz의 교란 주파수)의 것과 비교하였다.In this example, the bulkiness of the web prepared using the disturbance frequency of 70 Hz was compared with that of the control web (the disturbance frequency of 0 Hz).
대조용 - 0.072"(두께) Control-0.072 "(thickness)
70 Hz - 0.103" 70 Hz-0.103 "
따라서, 70 Hz의 중간 정도의 교란 주파수의 이용은 종래에 비해 벌키성의 43% 증가를 초래한 것을 알 수 있다. 증가된 벌키성는, 흔히 더 좋은 촉감과 흡수성을 제공하기 때문에 최종적인 웹 또는 재료에서 자주 요구되는 것이다.Therefore, it can be seen that the use of a medium disturbance frequency of 70 Hz resulted in a 43% increase in bulkiness compared to the prior art. Increased bulkiness is often required in the final web or material because it often provides better hand and absorbency.
더구나, 요구되는 감촉 또는 외관과 관련하여, 본 발명의 교란 기술의 이용은, 주문한 감촉 또는 외관의 제어를 가능하게 한다. 도 13 및 14의 사진을 참조하면, 도 13은 0 Hz의 교란 주파수로 제조한 웹의 외관을 나타내는 한편, 도 14는 70 Hz의 교란 주파수를 이용하여 제조한 웹을 나타낸다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 14의 웹은 도 13의 웹에서는 존재하지 않는 가죽 같은 외관과 감촉을 갖는다. 따라서, 상기 외관 및 질감이 요구되는 만큼, 본 발명의 기술은 그러한 특성을 갖는 다양한 유형의 웹의 제조에 있어 추가적인 제어와 변경을 가능하게 한다.Moreover, with regard to the required feel or appearance, the use of the disturbing techniques of the present invention enables control of the ordered feel or appearance. Referring to the photographs of FIGS. 13 and 14, FIG. 13 shows an appearance of a web manufactured at a disturbing frequency of 0 Hz, while FIG. 14 shows a web manufactured using a disturbing frequency of 70 Hz. As can be seen from these figures, the web of FIG. 14 has a leathery appearance and feel that does not exist in the web of FIG. Thus, as the appearance and texture are required, the techniques of the present invention allow for additional control and modification in the manufacture of various types of webs having such characteristics.
<실시예 2A - 2I><Example 2A-2I>
<공정조건><Process conditions>
다이 선단 형상 : 다이 폭 100 in, 30 hpiDie tip shape: Die width 100 in, 30 hpi
기본 공기 유동 : 1500 - 1800 scfm(일반적 범위)Basic air flow: 1500-1800 scfm (typical range)
2A = 1800 scfm, 2B = 1750 scfm, 2C ; 1750 scfm(뱅크 당), 2A = 1800 scfm, 2B = 1750 scfm, 2C; 1750 scfm (per bank),
2D = 1750 scfm(뱅크 당), 2E = 1800 scfm, 2F = 1800 scfm, 2D = 1750 scfm (per bank), 2E = 1800 scfm, 2F = 1800 scfm,
2G = 1600 scfm, 2H = 1500 scfm, 2I = 1750 scfm 2G = 1600 scfm, 2H = 1500 scfm, 2I = 1750 scfm
기본 공기 온도 : 575 - 625 ℉(일반적 범위)Base air temperature: 575-625 ℉ (typical range)
2A = 625℉, 2B = 600℉, 2C = 600℉(뱅크 당), 2A = 625 ° F, 2B = 600 ° F, 2C = 600 ° F (per bank),
2D = 600℉(뱅크 당), 2E = 625℉, 2F = 575℉, 2D = 600 ° F (per bank), 2E = 625 ° F, 2F = 575 ° F,
2G = 575℉, 2H = 575℉, 2I = 600℉ 2G = 575 ° F, 2H = 575 ° F, 2I = 600 ° F
교란 주파수 : 75 - 200 HzDisturbance Frequency: 75-200 Hz
폴리머 : PF-015 - 폴리프로필렌Polymer: PF-015-Polypropylene
폴리머 처리량 : 4.8 PIHPolymer throughput: 4.8 PIH
용융 온도 : 600℉Melt Temperature: 600 ℉
이 일련의 실시예들은 본 발명에 따른 멜트블로운 웹으로 얻을 수 있는 고 벌키성 및 오일 흡수도의 결과를 보여 주고 있다. 도 6B에 도시된 바와 같은 장치를 이용하여, 멜트블로운 웹을 상기의 공정 조건으로 제조하였다. 이 재료에 대해 벌키성과 오일 흡수도를 시험하고, 또한, 롤(roll) 샘플에 대해 오일 흡수 속도를 시험 하였다.This series of examples shows the results of the high bulkiness and oil absorption obtained with the meltblown web according to the invention. Using the apparatus as shown in FIG. 6B, the meltblown web was prepared under the above process conditions. The bulkiness and oil absorption were tested for this material, and the oil absorption rate was also tested for the roll sample.
<오일 흡수 시험><Oil Absorption Test>
오일 흡수 시험 결과는 ASTM D 1117-5.3.에 근거한 시험 절차를 이용하여 얻었다. 4 inch2 직물의 샘플을 중량을 달고, 시험할 오일(롤 샘플의 경우, 흰색 미네랄 오일, +30 세이보울트(Saybolt) 색, NF 등급, 80 - 90 S.U. 점도; 및 핸드(hand) 샘플의 경우 10W40 모우터 오일)을 포함한 냄비에 2분 동안 침지하였다. 그후, 이 샘플을 매달아 건조하였다(롤 샘플의 경우 20분, 핸드 샘플의 경우 1분). 그 샘플을 다시 중량을 달고, 그 차이를 오일 흡수도로 계산하였다.Oil absorption test results were obtained using a test procedure based on ASTM D 1117-5.3. Weigh a 4 inch 2 fabric sample and check the oil to be tested (white mineral oil for roll samples, +30 Saybolt color, NF grade, 80-90 SU viscosity; and for hand samples) 10W40 motor oil) in a pot containing 2 minutes. This sample was then suspended and dried (20 minutes for roll samples and 1 minute for hand samples). The sample was reweighed and the difference calculated for oil absorption.
롤 샘플과 핸드 샘플간의 벌키성 및 오일 흡수도의 결과에 있어서 차이는 롤 형상에서의 압축에 기인한다. 양 경우에 있어 본 발명의 개선점은 명확하다. 대조용은 교란되지 않았기 때문에 제조시에 압착되어 있어, 롤로 형성되는 것에 의해 상대적으로 영향을 받지 않는다.The difference in the results of bulkiness and oil absorption between the roll sample and the hand sample is due to the compression in the roll shape. In both cases the improvement of the present invention is clear. Since the control is not disturbed, it is compressed at the time of manufacture and is relatively unaffected by being formed into a roll.
<오일 속도 시험><Oil rate test>
오일 속도 결과는, 다음과 같은 차이점을 갖는 TAPPI 표준법 T 432 su-72에 따라 얻었다.Oil rate results were obtained according to TAPPI Standard Method T 432 su-72 with the following differences.
즉, 오일 흡수 속도를 측정하기 위해, 0.1 ml의 흰색 미네랄 오일을 시험액으로 사용하고, 1 방울 대신에, 각 시료에 대해 별개의 3 방울에 대해 시간을 재고, 10개 대신에 각 샘플로부터 5개의 시료를 시험(즉, 10 방울 대신에 각 샘플에 있어서 총 15 방울에 대해 시간을 측정함)한 점이다.That is, to measure the rate of oil absorption, 0.1 ml of white mineral oil was used as the test solution, instead of one drop, timed for three separate drops for each sample and five from each sample instead of ten. The sample was tested (ie, time was measured for a total of 15 drops for each sample instead of 10 drops).
<오일 흡수 데이타><Oil Absorption Data>
<실시예 3><Example 3>
<공정조건><Process conditions>
다이 선단 형상 : 함몰됨; 갭 : 0.090"; 30 hpiDie tip shape: recessed; Gap: 0.090 "; 30 hpi
기본 공기 유동 : 가열(히터에서 약 600℉); 426 scfm; 압력 PT = 5 psigBasic air flow: heating (approximately 600 ° F. in the heater); 426 scfm; Pressure P T = 5 psig
보조 공기 유동 : 미가열(주위 공기 온도); 80 scfm; 흡입 압력 = 20 psigAuxiliary air flow: unheated (ambient air temperature); 80 scfm; Suction pressure = 20 psig
폴리머 : 고 MFR PP *, 1% 청색 안료Polymer: High MFR PP *, 1% Blue Pigment
(* 예컨데 퍼록사이드로 코팅된 800 MFR 폴리프로필렌, 최종 MFR 약 1500) (E.g. 800 MFR polypropylene coated with peroxide, final MFR approximately 1500)
폴리머 처리량 : 0.6 GHMPolymer throughput: 0.6 GHM
용융 온도 : 480℉Melt Temperature: 480 ℉
교란 주파수 : 0(대조용), 192, 436HzDisturbance Frequency: 0 (Control), 192, 436Hz
기본 중량 : 0.54 oz/yd2 Base weight: 0.54 oz / yd 2
제조 높이 : 10"Manufacture Height: 10 "
<시험 결과><Test result>
<유연성> 컵 크러시(cup crush)<Flexibility> cup crush
0 Hz - 1352 0 Hz-1352
192 Hz - 721 192 Hz-721
컵 크러시는, 직경이 알려진 열린 실린더 위에 웹을 덮고, 컵 실린더의 내경보다 약간 작은 직경의 막대를 이용하여 웹 또는 재료를 열린 실린더 안으로 밀어 넣는 동안에, 그 재료를 컵 안으로 밀어 넣는데 필요한 힘을 측정하여 구한, 유연성의 측정치이다. 컵크러시 시험은 직물의 강성을 평가하는데 사용하는 것으로, 4.5 cm 직경의 반구형 푸트(foot)가 22.9cm×22.9cm 크기의 천 조각을 대략 6.5 cm 직경, 6.5 cm 높이의 거꾸로 된 컵 안으로 밀어 넣는데 소요되는 피크 하중을 측정함으로써 구하는데, 이때 컵 모양의 직물은 대략 6.5 cm 직경 실린더로 둘러 쌓여 컵 모양 천의 균일한 변형이 유지되게 된다. 푸트와 컵을 일렬로 배열하여 피크 하중에 영향을 미칠 수 있는 컵 벽과 푸트 간에 접촉이 방지되도록 한다. 피크 하중은, 푸트가 약 0.64 cm/s의 속도로 하강하는 동안에, 미국 노쓰 캐롤라이나 캐어리(North Carolina Cary) 소재의 MTS 시스템사로부터 구입할 수 있는 모델 3108-128 10 하중 셀을 이용하여 측정한다. 각 재료에 대해 총 7 - 10회 반복하고, 이를 평균하여 보고된 측정값을 구하였다.The cup crush covers the web on an open cylinder of known diameter and measures the force required to push the material into the cup while pushing the web or material into the open cylinder using a rod of diameter slightly smaller than the inner diameter of the cup cylinder. It is a measure of flexibility obtained. The cupcrush test is used to evaluate the stiffness of the fabric, which requires a 4.5 cm diameter hemispherical foot to push a 22.9 cm x 22.9 cm piece of cloth into an inverted cup approximately 6.5 cm in diameter and 6.5 cm high. This is obtained by measuring the peak load to be obtained, where the cup-shaped fabric is surrounded by a cylinder of approximately 6.5 cm diameter to maintain a uniform deformation of the cup-shaped fabric. Arrange the feet and cups in a line to prevent contact between the cup wall and the foot, which may affect peak loads. Peak load is measured using a model 3108-128 10 load cell, available from MTS Systems, North Carolina Cary, USA, while the foot descends at a rate of about 0.64 cm / s. A total of 7-10 repetitions for each material were made and averaged to obtain the reported measurements.
192 Hz의 교란 주파수를 이용하여 제조한 재료에 의해 달성된 컵 크러시의 낮은 등급은, 그 재료가 더욱 유연함을 가르킨다. 또한, 손 혹은 촉감과 같은 부차적인 유연성 시험도, 192 Hz의 교란 주파수를 이용하여 만든 재료가 종래 기술을 이용하여 제조한 것 보다 더 유연함을 확인시켜 준다.The low grade of cup crush achieved by the material produced using the disturbance frequency of 192 Hz indicates that the material is more flexible. In addition, secondary flexibility tests, such as hand or hand, confirm that materials made using disturbance frequencies of 192 Hz are more flexible than those made using prior art.
<강도><Strength>
표 3-1로부터 알 수 있는 바와 같이, 기계 방향 강도는, 교란 주파수가 0 Hz보다 더 크게 가동된 경우 증가한다. 실시예 3의 제조 공정에서, 일반적으로 교란의 방향은 기계 방향(MD)에 평행하다. 기계 방향의 강도의 증가는, 섬유가 교란의 결과로 진동할 때, 웹의 기판 침착시 잘 제어되고 규칙적인 오버랩(중복)에 의한 것으로 보인다. 유사한 결과는 도 15에서도 보여 주는데, 이는 교란 주파수의 함수로서 MD 및 CD 피크 하중의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, MD 강도는 교란 주파수가 증가함에 따라 증가한다. 일반적으로, CD 강도는 교란 주파수에 관계없이 상대적으로 일정하다(약간의 변화). CD 강도의 증가는 기계 방향에 대해서 교란의 각도를 변경시킴으로써 달성할 수 있는 것으로 보인다. 따라서, MD에 수직과 평행 사이의 소정 각도에서 교란을 발생시키는 것에 의해, MD 강도 뿐만 아니라 CD 강도도 향상될 수 있다.As can be seen from Table 3-1, the machine direction strength increases when the disturbance frequency is driven greater than 0 Hz. In the manufacturing process of Example 3, the direction of disturbance is generally parallel to the machine direction MD. The increase in strength in the machine direction seems to be due to well-controlled and regular overlap (duplication) in substrate deposition of the web when the fibers vibrate as a result of disturbances. Similar results are shown in FIG. 15, which is a graph showing the change in MD and CD peak loads as a function of disturbance frequency. As can be seen from FIG. 15, the MD intensity increases with increasing disturbance frequency. In general, the CD intensity is relatively constant (a slight change) regardless of the disturbance frequency. The increase in CD strength seems to be achievable by changing the angle of disturbance with respect to the machine direction. Thus, by causing disturbance at a predetermined angle between perpendicular and parallel to the MD, not only the MD strength but also the CD strength can be improved.
<차단성><Blockability>
표 3-2가 보여 주고, 실시예 1에서 보여 주었던 바와 같이, 상대적으로 낮은 교란 주파수(약 100 내지 200 Hz의 범위)에서, 제조된 웹의 차단 특성은 증가한다. 이 결과는, 0 Hz의 경우와 192 Hz의 경우에 있어 대응하는 원형 기공의 직경의 측정에 의해 설명된다. 표 3-2가 보여 주는 바와 같이, 192 Hz 교란 주파수를 이용하여 제조된 웹 물질의 기공 크기는 교란없이 제조된 재료의 그것보다 2.4 ㎛가 작다. 따라서, 재료의 기공이 더 작기 때문에, 재료의 투과도가 더 작고, 차단 특성이 커진다.As Table 3-2 shows and as shown in Example 1, at a relatively low disturbance frequency (in the range of about 100 to 200 Hz), the blocking properties of the manufactured web increase. This result is explained by the measurement of the diameter of the corresponding circular pores in the case of 0 Hz and in the case of 192 Hz. As Table 3-2 shows, the pore size of the web material produced using the 192 Hz disturbance frequency is 2.4 μm smaller than that of the material produced without disturbance. Therefore, since the pores of the material are smaller, the permeability of the material is smaller and the blocking properties are larger.
<실시예 4><Example 4>
<공정 조건><Process conditions>
다이 선단 형상 : 함몰됨; 다이 폭 = 20"; 갭 = 0.090"; 30 hpiDie tip shape: recessed; Die width = 20 "; gap = 0.090"; 30 hpi
기본 공기 유동 : 가열(히터에서 약 608℉); 422 scfm; 압력 PT = 5 psigBasic air flow: heating (about 608 ° F. in the heater); 422 scfm; Pressure P T = 5 psig
보조 공기 유동 : 미가열(주위 공기 온도); 40 scfm; 흡입 압력 = 15 psigAuxiliary air flow: unheated (ambient air temperature); 40 scfm; Suction pressure = 15 psig
폴리머 : 부틸렌과 프로필렌의 공중합체Polymer: Copolymer of Butylene and Propylene
폴리프로필렌 * - 79% Polypropylene *-79%
폴리부틸렌 - 20% Polybutylene-20%
청색 안료 - 1% Blue pigment-1%
(* 퍼록사이드로 코팅된 800 MFR 폴리프로필렌, 최종 MFR = 약 1500) (* 800 MFR polypropylene coated with peroxide, final MFR = about 1500)
폴리머 처리량 : 0.6 GHMPolymer throughput: 0.6 GHM
용융 온도 : 471℉Melt Temperature: 471 ℉
교란 주파수 : 0 - 463 HzDisturbance Frequency: 0-463 Hz
기본 중량 : 0.8 oz/yd2 Base weight: 0.8 oz / yd 2
제조 높이 : 12"Manufacture Height: 12 "
<시험 결과><Test result>
<차단성><Blockability>
다시 한번, 공기 유동이 교란될 때 웹 재료의 다공도는 초기에는 감소한다는 것을 알 수 있지만, 교란 주파수가 증가함에 따라 다공도 또한 증가한다. 실시예 4의 결과는 다른 실시예의 차단 특성 결과와 일치하고, 도 11 및 12에 보고된 결과와도 일치한다.Once again, it can be seen that the porosity of the web material initially decreases when the air flow is disturbed, but also increases as the disturbance frequency increases. The results of Example 4 are consistent with the blocking characteristic results of the other examples, and also with the results reported in FIGS. 11 and 12.
상기 언급된 실시예는 부직웹의 제조를 위해 폴리프로필렌 또는 높은 용융 유동의 폴리프로필렌과 폴리부틸렌 수지의 혼합물을 이용하지만, 복수의 열가소성 수지와 탄성체가 본 발명에 따른 멜트블로운 부직웹의 제조에 이용될 수도 있다. 얻어진 개선의 대부분의 원인이 되는 것은 본 발명의 웹 구조이기 때문에, 사용된 원료는 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기한 개략적인 것에 제한되지 않고, 폴리스티렌 뿐만 아니라 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀과 같은 열가소성 수지가 사용될 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 테레프탈레이트 및 나이론 등의 폴리아미드를 포함하여 폴리에스테르가 사용될 수도 있다. 웹은 반드시 탄성이 있을 필요가 없지만, 탄성 조성물을 배제하도록 의도된 것은 아니다. 상기한 임의의 것의 융화성 블렌드도 사용될 수 있다. 또한, 공정 보조제, 습윤제, 응집제, 융화제, 왁스, 충전재 및 이들 유사물과 같은 첨가제가 요구되는 결과를 달성하기 위해 사용된 섬유 제조 공정에 부합되는 양으로 혼입될 수 있다. 다른 섬유 또는 필라멘트 형성 재료가 당업자에 의해 제안될 것이다. 단지 필수적인 것은, 조성물이 방사되어 제조 표면에 침착될 수 있는 어떤 형태의 필라멘트 또는 섬유로 제조될 수 있어야 한다는 것이다. 이들 폴리머의 다수는 소수성이기 때문에, 만약 습윤성 표면이 요구된다면, 공지의 융화성 계면활성제가 폴리머에 가해질 수 있는데, 이는 당업자에게 잘 알려져 있다. 이러한 계면활성제로는, 나트륨 디알킬술포숙시네이트[아메리칸 시안아미드(American Cyanamid)로부터 입수가능한 에어로졸 OT 또는 롬 & 하스(Rohm & Hass)로부터 입수가능한 트리톤(Triton) X-100]와 같은 음이온 또는 비이온성 계면활성제가 있는데, 이는 예시적인 것일 뿐 제한적인 것은 아니다. 계면활성제의 첨가량은 요구되는 최종 용도에 의존하는데, 이 또한 당업자에게 명백하다. 안료, 충전재, 안정제, 융화제 등의 다른 첨가제가 혼입될 수도 있다. 이러한 첨가제의 사용에 대한 추가적인 논의가, 예컨데, 본슬래거(Bornslaeger)의 미국 특허 제4,374,888호(1983년 2월 22일 특허) 및 웨버(Weber)의 미국 특허 제4,070,218호(1978년 1월 24일 특허)를 참고하여 이루어질 수 있다.While the above-mentioned embodiments use polypropylene or a mixture of high melt flow polypropylene and polybutylene resins for the production of nonwoven webs, a plurality of thermoplastic resins and elastomers produce a meltblown nonwoven web according to the present invention. It may be used for. Since most of the causes of the obtained improvement are the web structure of the present invention, the raw materials used can be variously selected. For example, not limited to the above outline, thermoplastic resins such as polystyrene as well as polyolefin including polyethylene, polypropylene can be used. Polyesters may also be used, including polyamides such as polyethylene, terephthalate and nylon. The web need not necessarily be elastic, but is not intended to exclude elastic compositions. Compatible blends of any of the foregoing may also be used. In addition, additives such as process aids, wetting agents, flocculants, compatibilizers, waxes, fillers and the like may be incorporated in amounts consistent with the fiber manufacturing process used to achieve the required results. Other fiber or filament forming materials will be suggested by those skilled in the art. It is only necessary that the composition be able to be made of any form of filament or fiber that can be spun and deposited on the production surface. Since many of these polymers are hydrophobic, if a wettable surface is desired, known compatible surfactants can be added to the polymer, which is well known to those skilled in the art. Such surfactants include anions such as sodium dialkylsulfosuccinate (Aerosol OT available from American Cyanamid or Triton X-100 available from Rohm & Hass) or There are nonionic surfactants, which are exemplary but not limiting. The amount of surfactant added depends on the desired end use, which is also apparent to those skilled in the art. Other additives such as pigments, fillers, stabilizers, compatibilizers may also be incorporated. Further discussion of the use of such additives is described, for example, in US Pat. No. 4,374,888 (born February 22, 1983) to Bonslaeger and US Pat. No. 4,070,218 to Weber (January 24, 1978). One patent).
또한, 다수의 다이 형상과 다이 단면이 본 발명에 따른 멜트블로운 부직웹을 제조하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 20 - 50 hpi(홀/인치)의 오리피스 직경이 바람직한데, 실제 어떠한 적절한 오리피스 직경도 이용될 수 있다. 또한, 멜트블로운 부직웹의 제조를 위해, 별모양, 타원형, 원형, 정사각형, 삼각형, 또는 어떠한 다른 기하학적 형태의 오리피스 단면이 사용될 수 있다.In addition, a number of die shapes and die cross sections can be used to make the meltblown nonwoven webs according to the present invention. For example, an orifice diameter of 20-50 hpi (holes / inch) is preferred, although any suitable orifice diameter may be used. In addition, for the manufacture of meltblown nonwoven webs, orifice cross sections of a star shape, oval, circular, square, triangular, or any other geometric shape can be used.
<코폼에의 적용><Application to coform>
로(Lau)의 미국 특허 제4,818,464호(1989년 4월 4일 특허)를 본 발명의 참고자료로 인용하는데, 이는 부직웹의 제조에서 오리피스를 통한 압출에 있어서 별개의 복수 폴리머 용융 스트림을 하나의 폴리머 용융 스트림으로 결합함으로써, 폴리머 공정의 코폼 방법을 개시하고 있다. 또한, 로의 미국 특허 제 4,818,464호(1989년 4월 4일 특허)를 본 발명의 참고자료로 인용하는데, 이는 부직웹에서 수지 섬유와의 결합을 위해 펄프, 셀룰로오즈 또는 단섬유 뿐만 아니라 초흡수성 재료를 집중화된 슈우트(chute)를 통해 압출 다이에 도입하는 것을 개시하고 있다. 도 16을 참조하여, 코폼 방법을 설명한다. 본질적으로, 코폼 다이(170)은 기본적으로 2개의 멜트블로운 다이 헤드(173, 175)의 결합이다. 공기 유동(176, 178)이 다이(172) 주위에 제공되고, 공기 유동(180, 182)가 다이(174) 주위에 제공된다. 제조웹의 특성을 변화시키기 위해 펄프, 단섬유, 또는 기타 재료가 가해질 수 있는 슈우트(184)가 제공된다. 멜트블로운 다이 주위의 공기 유동을 변화시키는 상기한 임의의 기술이 코폼 기술에 사용될 수 있기 때문에, 모든 밸브 기술의 구체적인 설명은 반복하지 않을 것이다. 그런데, 당업자에게 명확한 바와 같이, 코폼 다이에 존재하는 4개의 공기 유동을 변화시키기 위해 공기 유동의 교란을 제어하는데 사용되는 장치가 이중으로 되어야 할 것이다.Lau et al., US Pat. No. 4,818,464 (April 4, 1989), is incorporated herein by reference, which incorporates a plurality of separate polymer melt streams in extrusion through orifices in the manufacture of nonwoven webs. By combining in a polymer melt stream, a coform method of a polymer process is disclosed. In addition, US Pat. No. 4,818,464 (April 4, 1989) to Roh is cited as a reference for the present invention, which refers to superabsorbent materials as well as pulp, cellulose or short fibers for bonding with resin fibers in nonwoven webs. It is disclosed to introduce the extrusion die through a centralized chute. With reference to FIG. 16, the coform method is demonstrated. In essence, coform die 170 is basically a combination of two meltblown die heads 173 and 175. Air flows 176, 178 are provided around die 172, and air flows 180, 182 are provided around die 174. A chute 184 is provided to which pulp, short fibers, or other materials can be applied to change the properties of the fabrication web. Since any of the techniques described above that change the air flow around the meltblown die can be used in the coform technique, the specific description of all valve techniques will not be repeated. However, as will be apparent to those skilled in the art, it will be necessary to double the apparatus used to control the disturbance of the air flow to change the four air flows present in the coform die.
코폼 기술에서, 여러 가지의 가능한 교란의 조합이 있다. 가장 기본적인 것은, 멜트블로운 기술과 관련하여 상술한 바와 똑같이, 주어진 다이(172, 174)의 각 부분을 교란시키는 것이다(기본적으로, 공기 유동(176 및 178)이 서로 교대하고, 공기 유동(176 및 178)에 대해서도 마찬가지). 그런데, 다이(174) 주위의 공기 유동과 관련하여 다이(172) 주위의 공기 유동을 교란시키는 것도 가능하다. 따라서, 공기 유동(176, 182)는 서로 동일한 위상으로 교란될 수 있지만, 공기 유동(178, 180)에 대해서는 위상을 달리하여 섬유 또는 웹의 요구되는 특성을 달성할 수 있다. 상이한 효과를 달성하기 위해, 공기 유동(176, 180)은 서로 동일한 위상으로, 공기 유동(178, 182)는 상이한 위상으로 교란되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 아주 명백한 바와 같이, 4개의 공기 유동에 대해 교란의 여러 조합이 가능하고, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들면, 집중 슈우트는, 펄프 또는 셀룰로오즈 섬유 및 미립자를 도입하기 위해 2개의 집중화된 공기 유동 사이에 배치될 수도 있다. 이러한 집중화된 배치는, 펄프를 부직웹으로 통합하는 것을 용이하게 하고, 웹에서 펄프의 일관된 분포를 초래한다.In Coform technology, there are several possible combinations of disturbances. The most basic is to disturb each part of a given die 172, 174, as described above in connection with the meltblown technique (basically, the air flows 176 and 178 alternate with each other and the air flow 176 And 178). However, it is also possible to disturb the air flow around die 172 with respect to the air flow around die 174. Thus, the air flows 176 and 182 may be disturbed in the same phase with each other, but may be out of phase with respect to the air flows 178 and 180 to achieve the desired properties of the fiber or web. To achieve different effects, it may be desirable to allow the air flows 176 and 180 to be in phase with each other and the air flows 178 and 182 to be disturbed in different phases. As is evident, several combinations of disturbances are possible for the four air flows, all of which are within the scope of the present invention. For example, the concentrated chute may be disposed between two concentrated air flows to introduce pulp or cellulose fibers and particulates. This centralized arrangement facilitates the integration of pulp into the nonwoven web and results in a consistent distribution of pulp in the web.
<실시예 5>Example 5
도 16을 참조하여 상술한 바와 같이, 코폼 재료는 본질적으로 제2 다이가 추가되어 멜트블로운 재료와 동일한 방법으로 제조된다. 따라서, 각 다이의 주위에는 2개의 공기 유동, 즉 총 4개의 공기 유동이 있는데, 이들은 상기한 바와 같이 교란될 수 있다. 또한, 일반적으로 2개의 다이 사이에 갭이 존재하여, 이를 통해 펄프 또는 기타의 재료가 제조된 섬유에 가해져 제조 중인 웹에 결합될 수 있다. 다음의 실시예는 이러한 코폼 헤드를 이용하지만, 그 외 공기 유동 교란에 대해서는 상술한 멜트블로운 방법에 따른다.As described above with reference to FIG. 16, the coform material is essentially made in the same manner as the meltblown material with the addition of a second die. Thus, there are two air flows around each die, a total of four air flows, which can be disturbed as described above. In addition, there is generally a gap between the two dies, through which pulp or other material can be applied to the fabric produced and bonded to the web being manufactured. The following examples use such coform heads, but follow the meltblown method described above for other air flow disturbances.
<공정 조건><Process conditions>
다이 선단 형상 : 함몰됨; 갭 = 0.070"; 다이 폭 = 20"Die tip shape: recessed; Gap = 0.070 "; Die Width = 20"
기본 공기 유동 : 뱅크 당 350 scfm(20" 뱅크)Basic air flow: 350 scfm per bank (20 "bank)
기본 공기 온도 : 510℉Base air temperature: 510 ℉
보조 공기 유동 : MB 뱅크 당 40 scfmAuxiliary air flow: 40 scfm per MB bank
폴리머 : PF-015(폴리프로필렌)Polymer: PF-015 (Polypropylene)
폴리머 비율 : 65/35Polymer ratio: 65/35
기본 중량 : 75 gsm (2.2 osy)Basic weight: 75 gsm (2.2 osy)
<시험 결과><Test result>
표 5-1로부터, 그 결과는 일반적으로 멜트블로운 실시예에서의 것과 일치함을 알 수 있다. 일반적으로 MD를 따라 배열된 교란 주파수가 증가함에 따라, CD 강도는 거의 그대로이지만, MD 강도는 증가한다. 유사하게, 컵 크러시로 측정되는 유연성은 일반적으로 교란 주파수가 증가함에 따라 증가한다(컵 크러시가 낮은 값일수록 유연성은 증가함을 나타낸다). 따라서, 이 실시예에 따르면, 상술한 기술은 코폼 제조 기술에 적용되어, 멜트블로운 공정에 적용된 것과 동일한 방법으로 단순한 교란 주파수의 조정에 의해 공정 및 재료의 제어를 달성할 수 있다.From Table 5-1, it can be seen that the results are generally consistent with those in the meltblown example. In general, as the disturbance frequencies arranged along the MD increase, the CD intensity remains almost the same, but the MD intensity increases. Similarly, the flexibility measured by cup crush generally increases as the disturbing frequency increases (the lower the cup crush indicates that the flexibility increases). Thus, according to this embodiment, the above-described technique can be applied to the coform manufacturing technique to achieve control of the process and the material by simple adjustment of the disturbance frequency in the same manner as that applied to the melt blown process.
<스펀본드에의 적용><Application to Spunbond>
도 17a - 17d는, 도 3b에서 설명한 바와 같이, 표준 섬유 드로우 장치의 플리넘 챔버(58, 62)에서 교대로 증가된 공기압을 이용하는 여러 가지 실시예를 나타낸다. 멜트블로운 장치용 밸브 장치와 유사한 방법으로, 섬유 드로우 장치는 교란밸브(86)를 거쳐 주 공기 라인(66)의 분기점을 통해 교대로 증가된 공기압을 라인(72, 74)을 거쳐 플리넘 챔버(62, 58)로 수용할 것이다. 별법으로, 도 17b에 도시된 바와 같이, 주 공기 라인(66)이 밸브(86)에 의해 공급 라인(130, 128)로 분기되고, 제3 유출부를 교란 밸브(86)에 공급한다. 라인(128, 130)이 유출 밸브(88)로부터 상대적으로 일정한 압력의 공기를 받는 한편, 교란 밸브(86)은 유출 밸브(88)로부터 유출 공기를 받아 그 공기를 교란시켜 진동 압력을 형성하는데, 이것이 공급 라인(128, 130) 상에 부가되어 플리넘 챔버(58, 62)로 공급되는 라인(74, 72)의 교대적인 압력 증가를 일으킨다. 도 17c에 도시된 또 다른 실시예에서는, 주 공급 라인(66)이 라인(128, 130)으로 분기된다. 이 실시예는 보조 공기 공급(92)를 이용하는데, 이는 밸브(86)에 의해 교란되고 라인(128, 130)의 일정한 공기 압력 상에 부가되어, 라인(72, 74)에서 교대로 증가된 공기 유동 공급원을 생성하여, 섬유 드로우 장치의 플리넘 챔버(62, 58)에 공기를 공급한다. 마지막으로, 도 17d는 교란 밸브(86)를 이용한 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는데, 이 밸브(86)가 주 공기 공급 라인이 분기되기 전에 공기 유동을 교대로 교란시켜 준다.17A-17D illustrate various embodiments utilizing alternately increased air pressure in the plenum chambers 58, 62 of the standard fiber draw apparatus, as described in FIG. 3B. In a similar manner to the valve device for the melt blown device, the fiber draw device passes through the disturbance valve 86 and alternately increases the air pressure through the branches 72 and 74 through the plenum chamber. (62, 58). Alternatively, as shown in FIG. 17B, main air line 66 is branched to supply lines 130, 128 by valve 86, and supplies a third outlet to disturbing valve 86. While lines 128 and 130 receive a relatively constant pressure of air from the outlet valve 88, the disturbance valve 86 receives the outlet air from the outlet valve 88 and disturbs the air to form a vibrating pressure, This is added on the supply lines 128, 130 causing an alternating pressure increase in the lines 74, 72 which are fed to the plenum chambers 58, 62. In another embodiment shown in FIG. 17C, main supply line 66 branches to lines 128 and 130. This embodiment uses an auxiliary air supply 92, which is disturbed by the valve 86 and added on a constant air pressure of the lines 128, 130, alternatingly increasing air in the lines 72, 74. A flow source is created to supply air to the plenum chambers 62 and 58 of the fiber draw apparatus. Finally, FIG. 17D shows another embodiment of the present invention using a disturbing valve 86, which alternately disturbs the air flow before the main air supply line branches.
도 18a- 18f는, 도 3b에 도시된 것과 같은 종래의 표준 섬유 드로우 장치에 사용되어, 본 발명에 따라 제조된 섬유의 바람직한 특성을 증가시키기 위한 적합한 유동 조건을 만들어 주는 2차적 교란 제트(jet)의 여러 가지 위치를 보여 주고 있다. 예를 들면, 도 18a는 2차적 교란 제트(132, 134)를 이용한 섬유 드로우 장치의 말단관(56)을 나타내고 있다. 상기한 바와 같이, 이들 2차적 교란 제트는 본 발명의 말단관(56)을 통해 주 공기 유동에 수직인 방향으로 교대로 증가된 유동을 가해 준다. 이와 같은 기본과 2차 공기 유동간의 직교 관계는 말단관(56)의 부근에서 공기 유동의 교란의 정도와 상태 모두를 증가시킨다.Figures 18A-18F are used in a conventional standard fiber draw apparatus such as that shown in Figure 3B, resulting in secondary disturbance jets that create suitable flow conditions for increasing the desirable properties of the fibers made in accordance with the present invention. It shows several different locations. For example, FIG. 18A shows the end tube 56 of a fiber draw apparatus using secondary disturbing jets 132, 134. As noted above, these secondary disturbing jets exert an alternately increased flow through the end tubes 56 of the present invention in a direction perpendicular to the main air flow. This orthogonal relationship between the primary and secondary air flows increases both the degree and condition of disturbances in the air flow in the vicinity of the end tube 56.
또한, 도 18b에 도시된 바와 같이, 말단관(56)은, 섬유 드로우 장치의 말단관 근처에 본 발명에 따른 교란 유동을 만들어 주는 동시 유동 제트(136, 138)을 교차하여 또는 그렇지 않으면 활성화된 상태로 포함할 수 있다. 도 18c는 플리넘 챔버 입구(60, 64) 상류의 섬유 드로우 장치의 상부 근처에 설치된 2차적 교란 제트(142, 140)을 나타내고 있다. 도 18d는, 말단관(56) 부근의 교란 공기 유동을 만들기 위해, 말단관(56) 출구의 코안다 노즐(Coanda nozzle, 144, 146)을 통해 교대로 증가된 유동을 이용하는 본 발명의 또 다른 실시예이다. 또한, 도 18e는, 섬유 드로우 장치의 중간부(54)에 배치된 코안다-유사 노즐(190, 192)를 나타낸다. 마지막으로, 도 18f는 섬유 드로우 장치의 흡입부(48, 50)에 배치된 제트를 나타낸다. 도 18a - 18f에 도시된 바와 같은 각 제트들은, 제트의 상류에서 실행될 수 있는 임의의 교란에 부가하여 섬유 드로우 장치를 통하는 공기 유동을 교대로 교란할 수 있다. 또한, 도 18a - 18f에 도시된 각 제트는 그 상류의 추가 교란 수단이 없이도 실행될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 18B, the end tube 56 intersects or otherwise is activated with a simultaneous flow jet 136, 138 which creates a disturbing flow in accordance with the invention near the end tube of the fiber draw apparatus. Can be included as states. 18C shows secondary disturbing jets 142, 140 installed near the top of the fiber draw apparatus upstream of the plenum chamber inlets 60, 64. FIG. 18D illustrates yet another embodiment of the present invention that uses alternatingly increased flow through Coanda nozzles 144, 146 at the outlet of the end tube 56 to create a disturbing air flow near the end tube 56. Example. 18E also shows Coanda-like nozzles 190, 192 disposed in the middle portion 54 of the fiber draw apparatus. Finally, FIG. 18F shows the jets disposed on the intakes 48, 50 of the fiber draw apparatus. Each jet, as shown in FIGS. 18A-18F, may alternately disturb the air flow through the fiber draw apparatus in addition to any disturbance that may be performed upstream of the jet. Also, each jet shown in FIGS. 18A-18F can be executed without further disturbing means upstream thereof.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여 준다. 플리넘 챔버(147, 150)의 교대로 증가된 압력이 각각 입구(150, 154)를 거쳐 변환기(148, 152)에 의해 제공될 수 있다. 변환기(148, 152)는 바람직하기로는 전기 신호 수단에 의해 작동된다. 예를 들면, 실제로 변환기는 전기적 신호를 받아 0 - 180°의 다른 위상으로 작동되어, 플리넘 챔버(147, 150)에서 교대로 증가된 압력을 제공한다. 그런데, 어떠한 유형의 적절한 변환기도 임의의 작동 수단을 이용하여 공기 유동율을 증가시킬 수 있다. 이 작동 수단은 전자기 수단, 유압 수단, 기압 수단 또는 기계적 수단을 포함하는데, 이에 한정되는 것은 아니다.19 shows another embodiment of the present invention. Alternately increased pressure of the plenum chambers 147, 150 may be provided by transducers 148, 152 via inlets 150, 154, respectively. The transducers 148 and 152 are preferably operated by electrical signal means. For example, the transducer actually receives an electrical signal and operates in a different phase of 0-180 °, providing alternately increased pressure in the plenum chambers 147 and 150. By the way, any type of suitable transducer can increase the air flow rate using any means of operation. This actuating means includes, but is not limited to, electromagnetic means, hydraulic means, pneumatic means or mechanical means.
도 20a 및 20b는, 가열 및 냉각 제트가 섬유 크림프를 증가시키기 위해 교대로 사용되는, 본 발명의 또 다른 실시예를 보여 준다. 도 20a를 참조하면, 섬유 드로우 장치(69)는 2차적 교란 제트(156, 158)을 포함한다. 진동 제트(156)은 가열공기를 공급하는 반면, 진동 공기 제트(158)은 냉공기를 공급한다. 이와는 달리, 도 20b는, 섬유 드로우 장치의 말단관으로부터 나오는 기본 공기 유동과 섬유 번들에 가열공기를 교대로 공급해 주는 교란 공기 제트(164, 166)를 도시한 것이다. 도 20a와 도 20b 모두는 2차적 교란의 적용에 의한 섬유 번들의 휨을 보여 준다. 이 2차적 교란은, 순환 벨트 상의 웹 내에 분포되는 섬유에 크림프를 부가하는 가열 또는 냉각 효과 및 섬유 번들의 휨을 생성한다. 온도가 변화되는 교란은 제조 중 변화되고 제어될 수 있는 추가적인 변수를 제공한다. 제트는 대칭 또는 비대칭적으로 배열되어 요구되는 섬유의 특성, 즉, 섬유 크림프를 달성할 수 있다. 교란 주파수와 진폭과 같이, 공기의 온도도 그 조절이 더 복잡하지만, 제조 공정의 중단이 없이 제어될 수 있다. 따라서, 다양한 특성을 갖는 재료가 실질적인 라인의 지연과 추가적인 장비를 필요로 하지 않고도 제조될 수 있다. 이 기술은, 다성분 섬유 및 재료 뿐만 아니라 호모폴리머 섬유를 이용하는 공정에도 적용될 수 있다.20A and 20B show another embodiment of the present invention in which heating and cooling jets are alternately used to increase fiber crimp. Referring to FIG. 20A, the fiber draw apparatus 69 includes secondary disturbing jets 156, 158. The vibratory jet 156 supplies heated air, while the vibratory air jet 158 supplies cold air. Alternatively, FIG. 20B illustrates disturbing air jets 164 and 166 alternately supplying heated air to the fiber bundle and the basic air flow exiting the end tubes of the fiber draw apparatus. 20A and 20B both show the warpage of the fiber bundles by the application of secondary disturbances. This secondary disturbance creates a heating or cooling effect and warpage of the fiber bundle that adds a crimp to the fibers distributed in the web on the circulation belt. Disturbance at varying temperatures provides additional variables that can be changed and controlled during manufacturing. The jets can be arranged symmetrically or asymmetrically to achieve the required fiber properties, ie fiber crimps. Like disturbance frequencies and amplitudes, the temperature of the air is more complicated to control, but can be controlled without interrupting the manufacturing process. Thus, materials with various properties can be produced without the need for substantial line delays and additional equipment. This technique can be applied to processes using homopolymer fibers as well as multicomponent fibers and materials.
도 21a- 21d는 또 본 발명의 다른 실시예를 보여 주는 것으로, 여기에서 표준 섬유 드로우 장치가 말단관의 출구에 2차적 교란 제트를 포함하고, 교란 제트의 적어도 한 뱅크(bank)가 기계 방향에 대해 회전하여, 섬유 드로우 장치 내에서 벨트의 이동에 대한 횡단 방향으로 크림프를 형성하거나 또는 섬유를 이동시켜 부직포의 횡단 방향의 인장 강도를 증가시킨다. 예를 들면, 도 21a가 보여 주는 바와 같이, 제트 뱅크(160)은 필수적으로 기계 방향과 평행한 반편, 제트 뱅크(162)는 기계 방향에 대해 일정한 각도로 배치되어 있다. 도 21b는 모두 기계 방향에 대해 일정한 각도로 배치되면서 대향하는 제트 뱅크(202, 200)을 보여 주고 있다. 또한, 도 21c는 제트 방향의 또 다른 형태를 보여 주고 있는데, 여기에서 제트 뱅크(202, 204)는 각각 기계 방향에 대해 회전하고 동일 방향으로 향하고 있다. 마지막으로, 도 21d는 대향하는 제트 뱅크(208, 210)을 나타내고 있다.21A-21D also show another embodiment of the present invention, in which a standard fiber draw device includes a secondary disturbing jet at the outlet of the end pipe and at least one bank of the disturbing jet is in the machine direction. By rotating relative to the belt to form a crimp in the transverse direction to the movement of the belt or to move the fiber to increase the tensile strength in the transverse direction of the nonwoven. For example, as shown in FIG. 21A, the jet bank 160 is essentially half parallel to the machine direction, while the jet bank 162 is disposed at an angle to the machine direction. 21B shows the opposing jet banks 202, 200, all arranged at an angle to the machine direction. 21C also shows another form of jet direction, where the jet banks 202 and 204 are rotated and directed in the same direction, respectively, relative to the machine direction. Finally, FIG. 21D shows the opposing jet banks 208, 210.
마지막으로, 도 15는, 실시예 6에서 사용한 구체 예에 있어 2차적 교란 제트의 교란 주파수의 함수로서 부직웹 샘플의 피크 하중을 나타내고 있다. 그래프로 도시된 바와 같이, 부직웹의 기계 방향 강도는 교란 주파수가 증가함에 따라 증가한다. 도 15의 데이터를 산출하는데 사용한 가동 공정에서, 교란의 방향은 도 21d에서와 같이 기계 방향에 평행이었다. 더구나, 기계 방향에 대해 교란 제트 또는 공기 스트림의 방향을 변화시킴으로써, 횡단 방향 강도를 증가시킬 수 있다.Finally, FIG. 15 shows the peak load of the nonwoven web sample as a function of the disturbance frequency of the secondary disturbance jet in the embodiment used in Example 6. FIG. As shown graphically, the machine direction strength of the nonwoven web increases with increasing disturbance frequency. In the operation process used to calculate the data of FIG. 15, the direction of disturbance was parallel to the machine direction as in FIG. 21D. Furthermore, by changing the direction of the disturbing jet or air stream relative to the machine direction, the cross direction strength can be increased.
다음의 실시예는, 본 발명의 기술을 스펀본드 공정에서의 섬유 및 부직웹의 제조에 적용한 것을 보여 준다. 그 공정 및 장치는 당업계에 잘 알려진 용어와 단위를 이용하여 기술한다. 처음의 실시예는, 본 발명의 기술을 이용하여 제조한 섬유 및 웹과의 비교의 기준을 제공하기 위해, 종래의 기술을 이용하여 제조한 섬유 또는 웹을 기술하고 있다.The following examples demonstrate the application of the techniques of the present invention to the production of fibers and nonwoven webs in spunbond processes. The process and apparatus are described using terms and units well known in the art. The first examples describe fibers or webs made using conventional techniques to provide a basis for comparison with fibers and webs made using the techniques of the present invention.
<실시예 6><Example 6>
이 실시예는 스펀본드 공정에 대한 공기 유동 교란의 적용을 보여 준다. 이 특정 실시예에서, 공기 유동의 교란이 섬유 드로우 장치(FDU)의 출구에서 섬유를 운반하는 공기 스트림에 적용되었는데, 이는 도 21d에 도시된 구체 예에 대응한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 이 공정은 FDU 자체 내의 공기 유동 또는 FDU 이전의 매니폴드에서 보조 공기 또는 유출 공기 유동의 적용에 의한 공기 유동의 교란에 동일하게 적용가능하다.This example shows the application of air flow disturbances to the spunbond process. In this particular embodiment, disturbance of air flow was applied to the air stream carrying the fibers at the outlet of the fiber draw apparatus (FDU), which corresponds to the embodiment shown in FIG. 21D. However, as mentioned above, this process is equally applicable to the disturbance of air flow by the application of auxiliary air or effluent air flow in the air flow in the FDU itself or in the manifold before the FDU.
<공정조건><Process conditions>
FDU 드로우 압력 : 4 psi; 드로우 장치 폭 = 14"FDU draw pressure: 4 psi; Drawer Width = 14 "
폴리머 처리량 : 0.5 GHMPolymer throughput: 0.5 GHM
폴리머 : 3445 폴리프로필렌 *Polymer: 3445 Polypropylene *
(* 엑손(EXXON) 상표 3445 폴리머, 퍼록사이드 코팅됨) (* EXXON trademark 3445 polymer, peroxide coated)
용융 온도 : 430 ℉Melt Temperature: 430 ℉
보조 유동 : 40 scfmAuxiliary Flow: 40 scfm
기본 중량 : 0.5 osy (17 gsm)Basic weight: 0.5 osy (17 gsm)
<시험 결과><Test result>
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 스펀본드 공정에서 공기 유동 교란의 이용은 실질적으로 중가된 MD 강도를 제공한다(이 실시예에서 교란 공기 유동은 기계 방향으로 배열되었음). 교란 공기유동에 의한 멜트블로운 공정의 경우와 같이, CD 강도는 약간의 감소 후 비교적 일정하게 유지되었다. 그러나, 총 장력 강도의 계산이 보여 주는 바와 같이, 웹의 전체 강도는 교란 공기 유동의 적용에 의해 증가된다. 다시 한 번, 멜트블로운 공정에서 공기 유동 교란의 사용에 의해 입증된 바와 같이, 공기 유동 교란의 사용은 단지 교란 주파수의 조정에 의해 최종 웹 재료에 선택가능한 특성 범위를 제공한다. 이와 같은 공정 제어의 용이함은 지금까지의 스펀본드 기술로는 불가능한 것이다. 일반적으로, 다양한 특성을 갖는 스펀본드 웹 재료를 제조하기 위해서는, 가동 중인 장치를 완전히 중단하고, 다이의 교체 또는 기타 실질적인 장치의 변경과 같은 공정 조건의 변경을 하여야 했다. 본 발명은 그러한 공정을 배제하는 것은 아니지만, 본 발명의 공정에 있어서는 웹 재료의 변경이, 기타의 공정 조건을 그대로 유지하면서 가동 중에 단지 교란 주파수의 변경에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 이러한 특성은 스펀본드 장치의 가동에 더 큰 융통성과 효율성을 허용한다.As can be seen from the table, the use of air flow disturbances in the spunbond process provides substantially increased MD strength (in this embodiment the disturbing air flows are arranged in the machine direction). As with the meltblown process by disturbed airflow, the CD strength remained relatively constant after a slight decrease. However, as the calculation of the total tensile strength shows, the overall strength of the web is increased by the application of disturbing air flow. Once again, as evidenced by the use of air flow disturbances in the meltblown process, the use of air flow disturbances provides a selectable range of properties for the final web material only by adjustment of the disturbance frequency. Such ease of process control is impossible with spunbond technology up to now. In general, in order to produce spunbond web materials having various properties, it was necessary to completely shut down a running device and to change process conditions such as replacing a die or changing other substantial devices. Although the present invention does not exclude such a process, in the process of the present invention, the change of the web material may be performed by only changing the disturbing frequency during operation while maintaining other process conditions. This feature of the present invention allows greater flexibility and efficiency in the operation of the spunbond device.
<실시예 7><Example 7>
이 실시예에서는, 스펀본드 공정이, FDU의 출구에 배치되는 공기 유동의 교란을 제공해 주는 본 발명의 기술을 이용하여 개량되었다. 이 실시예의 목적을 위해, 공기 유동의 교란은 실시예 6에서와 같이, 직접 대향하여 배치되지 않고, 도 21a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 보조 공기 노즐의 일 뱅크는 기계 방향에 평행하게 되는 한편, 다른 뱅크는 횡단 방향에 대해 일정 각도로 배치되어 약간의 횡단 방향 궤도를 제공하게 된다.In this embodiment, the spunbond process was improved using the techniques of the present invention to provide for disturbance of the air flow disposed at the outlet of the FDU. For the purposes of this embodiment, the disturbance of the air flow is not arranged directly opposite, as in Example 6, and as schematically shown in Fig. 21A, one bank of auxiliary air nozzles is parallel to the machine direction, while The other bank is arranged at an angle to the transverse direction to provide some transverse trajectory.
<공정 조건><Process conditions>
섬유 드로우 압력 : 9 psiFiber Draw Pressure: 9 psi
폴리머 처리량 : 0.75 GHMPolymer throughput: 0.75 GHM
기본 중량 : 1.0 oz/yd2 Basic Weight: 1.0 oz / yd 2
폴리머 : 3445 폴리프로필렌 *Polymer: 3445 Polypropylene *
(엑손(EXXON) 상표 3445 폴리머, 퍼록사이드 코팅됨) (EXXON trademark 3445 polymer, coated with peroxide)
용융 온도 : 450 ℉Melt Temperature: 450 ° F
보조 공기 유동 : 75 scfmAuxiliary Air Flow: 75 scfm
<시험 결과><Test result>
다신 한번, 단순히 공기 유동의 교란 주파수를 변경함으로써, 최종의 부직웹에서 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 다양한 특성을 갖는 재료가 요구되는 만큼, 교란 공기 유동의 교란 주파수의 변화가 최종 부직재료의 실질적인 변화를 일으킬 수 있다. 이 변화는 종래의 스펀본드 기술과의 실질적인 차이를 나타내는 것으로, 종래에는 최종 재료의 특성을 변화시키기 위해, 달성하기가 휠씬 어려운 다른 공정 조건을 변경시켜 주어야 했다.Again, it can be seen that various changes can be made in the final nonwoven web by simply changing the disturbing frequency of the air flow. Thus, as materials with varying properties are required, a change in the disturbance frequency of the disturbing air flow can cause a substantial change in the final nonwoven material. This change represents a substantial difference from the conventional spunbond technology, which has traditionally had to change other process conditions that are much more difficult to achieve in order to change the properties of the final material.
본 발명에 따라 제조한 멜트블로운, 코폼 및 스펀본드 부직포의 상기 실시예 1-7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 기술은 상대적으로 단순한 공정 조건의 조절에 의해 다양한 특성을 갖는 부직웹의 제조를 가능하게 한다. 어떤 차이들은 제조 표면 상으로의 섬유의 침착에 기인할 수 있지만, 예비 검사에 따르면, 본 발명의 기술은 또한 제조된 섬유에 기본적인 변화를 초래한다. 도 22 및 23는, 동일한 공정조건과 폴리머 유형 하에서 각각 종래 기술에 따라 제조된 멜트블로운 섬유의 엑스레이 회절 검사(도 22)와 본 발명에 따라 제조된 멜트블로운 섬유의 엑스레이 회절 검사(도 23)를 나타내고 있다. 도 22와 23의 대비로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조한 멜트블로운 섬유의 X-레이 검사는 2개의 피크를 갖는 한편, 종래 기술의 멜트블로운 섬유는 여러 개의 피크를 갖는다. 도 23에서 관찰된 차이는 섬유 중의 더 작은 결정의 존재에 기인한 것으로 보이는데, 이는 아마도 제조 중 섬유의 더 양호한 냉각에 기인한 것으로 보인다. 요약컨데, 이 X-레이 회절 검사는 본 발명에 따라 제조된 섬유가 종래 기술에 따른 섬유보다 더 무정형이고, 더 큰 결합 기회를 가질 수 있다는 것을 지시한다.As can be seen from Examples 1-7 of the meltblown, coform and spunbond nonwoven fabrics prepared according to the present invention, the technique of the present invention provides a method for the production of nonwoven webs having various properties by controlling relatively simple Enable manufacturing. Some differences may be due to the deposition of fibers onto the production surface, but according to preliminary inspection, the technique of the present invention also results in a fundamental change in the fibers produced. 22 and 23 are X-ray diffraction tests (Fig. 22) of the meltblown fibers produced according to the prior art under the same process conditions and polymer types, respectively, and X-ray diffraction tests of the meltblown fibers made according to the present invention (Fig. 23). ). As can be seen from the contrast of FIGS. 22 and 23, the X-ray inspection of the meltblown fibers made in accordance with the present invention has two peaks, while the meltblown fibers of the prior art have several peaks. The difference observed in FIG. 23 appears to be due to the presence of smaller crystals in the fiber, possibly due to better cooling of the fiber during manufacture. In summary, this X-ray diffraction test indicates that the fibers produced according to the present invention are more amorphous than the fibers according to the prior art and may have greater bonding opportunities.
본 발명과 종래 기술에 따라 제조된 섬유간의 특징적인 차이는, 도 24에서 다시 입증된다. 도 24는 각각 종래의 멜트블로운 섬유(점선)와 본 발명의 섬유(실선)에 대해 수행한 DSC 시험의 결과를 나타낸 그래프이다. 기본적으로 이 시험은 샘플이 가열되는 동안 샘플로부터 열의 흡수 또는 방출을 관찰한다. 도 24로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술의 섬유의 DSC 검사는 본 발명의 섬유와 현저히 차이가 난다. DSC 검사의 비교는 종래의 섬유에서는 나타나지 않는 본 발명의 2개의 주요 특징을 보여 주는 바, (1) 열이 80 - 110℃에서 방출되고(명백한 발열성), (2) 2중의 용융 피크가 있다는 것이다. 이 DSC 결과는 본 발명의 제조 기술이 종래 기술에 따른 섬유와 현저한 차이를 갖는 섬유를 제조한다는 사실을 확인해다. 거듭, 이들 차이는 결정 구조와 제조 중 섬유의 냉각에 관련된 것으로 보인다.The characteristic difference between the fiber produced according to the invention and the prior art is again demonstrated in FIG. 24. 24 is a graph showing the results of DSC tests performed on conventional meltblown fibers (dashed lines) and the fibers of the present invention (solid lines), respectively. Basically this test observes the absorption or release of heat from the sample while the sample is heated. As can be seen from FIG. 24, the DSC test of the fibers of the prior art differs significantly from the fibers of the present invention. A comparison of DSC tests shows two main features of the present invention that do not appear in conventional fibers: (1) heat is released at 80-110 ° C. (obvious exothermic), and (2) there is a double melting peak. will be. This DSC result confirms that the manufacturing technique of the present invention produces a fiber having a significant difference from the fiber according to the prior art. Again, these differences appear to be related to the crystal structure and cooling of the fibers during manufacture.
본 발명의 바람직한 실시예를 상기에서 상세히 설명하였지만, 본 발명은, 청구범위로부터 파악되는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 상기한 여러 가지 실시예로부터 여러 가지의 개량, 대체, 부가 및 삭제가 가능하다. 예컨데, 본 발명은 액체의 분무화(또는 공기와 같은 유체의 유동으로 액체를 운송하는 것)에 적용가능하다. 이러한 액체의 운송 장치는 그 단면이 도 6a - 6d에 도시된 멜트블로운 장치와 매우 유사하다. 이 구체 예에서, 그 장치는 단지 수 인치 내지 수 피트의 전형적인 멜트블로운 폭을 갖지는 않을 아니다. 또한, 분무기의 구성요소들은 일반적으로 더 작은 크기의 여러 배열로 될 수 있다. 어떻든, 분무에 있어서 본 발명의 교란 기술은, 좁은 소적 분포 및 운송 공기 유동 중 액체 소적의 고른 분포를 제공한다. 이러한 구체 예는, 엔진용 연료/공기의 혼합물, 개선된 페인트 스프레이, 개선된 살충제 살포기와 같은 여러 가지 응용분야, 또는 액체가 기류 중에 운송되고, 기류 중 액체의 고른 분포 및 좁은 입자 크기 분포가 요구되는 어떠한 적용분야에도 이용될 수 있다.While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention can be variously modified, replaced, added to, and deleted from the various embodiments described above without departing from the scope of the invention as grasped from the claims. . For example, the present invention is applicable to atomization of liquids (or to transport liquids in a flow of fluid such as air). This liquid conveying device is very similar in cross section to the meltblown device shown in Figs. 6A-6D. In this embodiment, the device does not have a typical meltblown width of just a few inches to several feet. In addition, the components of the nebulizer may generally be of various arrangements of smaller size. In any case, the disturbing technique of the present invention in spraying provides a narrow droplet distribution and an even distribution of the liquid droplets in the transport air flow. Such embodiments require several applications, such as fuel / air mixtures for engines, improved paint sprays, improved insecticide spreaders, or where liquids are transported in airflow, even distribution of liquids in airflow and narrow particle size distributions are required. It can be used for any application.
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