원단용 기능성 용액 주입시스템 및 이를 이용한 원단의 제작방법

원단용 기능성 용액 주입시스템 및 이를 이용한 원단의 제작방법{Injection system for functional solution for textile and method for manufacturing textile using thereof}

본 발명은 원단에 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염 등을 위한 기능성 용액을 주입시키기 위한 주입시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기능성 용액을 니들(needle)로 섬유에 주입시키도록 된 원단용 기능성 용액 주입시스템 및 이를 이용한 원단의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 의류는 인체를 외부의 환경으로부터 보호하기 위한 수단으로부터 현대에서는 타인에게 보여주기 위한 패션의 수단을 거쳐 최근에 이르러 표현의 방식 이외에도 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염 등의 기능성 의류가 각광을 받고 있다. 이러한 의류를 제작하기 위해 원단에 특수 가공처리를 하고 있다.

이들 중 일 예로 단열 기능을 갖는 원단의 경우, 열전도율이 매우 낮아 단열재로 사용하는 에어로겔을 통상적으로 코팅 또는 침윤방식으로 제조되었다. 이 에어로겔은 1930년대에 처음 발견된 이후 열,전기,소리 및 충격 등에 강하고, 무게도 같은 부피의 공기보다 3배 밖에 무겁지 않아 단열재, 충격완충재, 및 방음재 등으로 주목을 받아 온 신소재로, 재료는 규소산화물(SiO ₂ )이다. 또한 에어로겔은 머리카락의 1만 분의 1 굵기인 규소산화물실(絲)이 극히 성글게 얽혀 이루어지며, 실과 실 사이에는 공기 분자들이 들어있어 전체 부피의 98%를 공기가 차지한다.

이러한 에어로겔을 침윤제로 하는 원단의 가공처리 시스템 및 방법은 본 출원인이 출원하여 등록된 특허 제01255631호에 개시되어 있다. 이를 간략히 설명하자면, 혼합물 공급부, 부직포 공급롤, 블레이드를 이용하여 혼합물을 부직포에 침윤시키는 단열처리 및 이송부, 건조부, 및 단열패딩 회수롤 등을 포함하여 이루어졌다.

하지만, 블레이드를 이용하는 경우 혼합물의 침윤성이 낮고, 침윤하는데 소요되는 시간이 길어 장시간의 침윤공정이 요구되며, 이에 따라 전체 공정의 작업시간이 길어지는등의 애로사항이 있었다.

특히, 이러한 침윤방식 또는 이외의 코팅방식등은 침윤제를 원단의 외표면으로부터 내부로 흡수시키는 방식으로, 침윤제가 원단의 내부 깊숙이 침투되지 못하기 때문에 외부와의 가벼운 마찰이나 세탁등의 심한 마찰에 의해 침윤제가 원단으로부터 쉽게 탈리(脫離)되는 심각한 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등의 기능을 부여하는 기능성 용액을 니들로 원단의 내부에 직접 주입할 수 있도록 한 원단용 기능성 용액 주입시스템 및 이를 이용한 원단의 제작방법에 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템은, 원단이 권취된 공급롤이 구비된 제1공급부; 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등을 위한 기능성 재료 및 용매들을 혼합하여 기능성 용액을 제조하는 탱크 및, 탱크에 저장된 기능성 용액을 배출하는 분배장치가 구비된 제2공급부; 제1공급부로부터 이송된 원단의 내부에 분배장치로부터 공급된 기능성 용액을 주입하는 니들이 구비된 주입부; 주입부를 통과한 원단으로부터 용매를 증발시키기 위해 용매의 끓는점보다 더 고온의 열풍을 토출하는 열풍기 또는 블로워가 구비된 건조부; 및 건조부를 통과한 원단을 다시 권취하는 회수롤이 구비된 회수부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 기능성 용액은 에어로겔 분말과 용매가 혼합되어 이루어진다.

또한, 에어로겔 분말은 20±5㎛의 입자인 것을 특징으로 한다.

그리고, 에어로겔 분말은 5-15중량비로 혼합된 것을 특징으로 한다.

또한, 용매는 노멀헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌 등의 유기용매 또는, 메틴알콜 또는 에틸알콜을 포함한 알콜계 또는, 비극성 용매 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 기능성 용액은 이산화타이타늄(TiO ₂ ), 산화알루미늄(Al ₂ O ₃ ), 탄화규소(SiC) 및 수산화철(Fe ₂ O ₃ )의 미분말 중 어느 하나 또는 둘 이상이 2-5중량비로 첨가된 것을 특징으로 한다.

또한, 기능성 용액의 점도는 700-1,500cp인 것을 특징으로 한다.

또한, 원단은 무기글라스파이버매트, PE부직포, PET 부직포 또는 유기섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

여기서, 원단의 두께는 5-20mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 무기글라스파이버매트의 밀도는 0.09-0.11g/cm ³ 이고, 유기섬유의 밀도는 0.025-0.03g/cm ³ 인 것을 특징으로 한다.

그리고, 원단의 이동속도는 20-50cm/min인 것을 특징으로 한다.

또한, 글라스파이버매트가 두께 10mm, 밀도 0.11g/cm ³ 인 경우 원단의 이동속도는 20cm/min인 것을 특징으로 한다.

한편, 제2공급부는, 탱크에 수용된 재료들을 혼합하기 위한 교반모터 및 교반날개; 탱크 내에서 혼합된 기능성 용액의 양을 측정하는 레벨게이지; 및 탱크 내부의 압력을 조절하기 위한 공기압 조절장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 탱크의 내압을 4-5kg/cm ² 로 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 탱크에서 혼합시 교반속도는 1,200-2,000rpm인 것을 특징으로 한다.

또한, 탱크에서 혼합 이후의 교반속도는 40-60rpm인 것을 특징으로 한다.

한편, 분배장치는, 탱크에 일단부가 연결된 공급라인; 및 공급라인의 타단부에 장착되어 주입부에 기능성 용액을 공급하도록 설치된 분배기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 주입부는, 원단의 진행방향에 대해 가로질러 배치된 지지부재; 지지부재의 양단부에 각각 설치되어 지지부재를 원단의 진행방향에 대해 전,후방향으로 왕복이동시키도록 설치된 제1로봇; 지지부재에 장착된 제2로봇; 제2로봇의 하부에 장착되고, 제2로봇에 의해 상,하로 이동하도록 설치된 니들블럭; 니들블럭에 장착되고, 분배장치로부터 기능성 용액을 공급받도록 설치된 니들밸브; 및 니들블럭에 설치되고, 니들밸브로부터 공급되어 니들블럭을 통과한 기능성 용액이 유입되도록 설치되며, 니들이 장착된 니들소켓;을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 니들밸브는 니들로부터 토출되는 기능성 용액의 1회 투입량이 0.5-0.7㎖/cm ² 가 되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 니들에서 기능성 용액을 토출하는 압력은 2-5kgf/cm ² 인 것을 특징으로 한다.

또한, 니들은 원단의 이동방향에 대해 역방향이면서 10-45°로 기울어져 니들블럭에 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 니들블럭은 지지부재의 길이방향으로 하나 또는 다수가 연속 배치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 니들블럭은 5-10개의 니들밸브가 장착되는 정도의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 니들은 1-1.5cm 간격으로 설치된 5-10개의 1셋트로, 다수의 셋트를 구성하고, 1셋트에는 1개의 니들밸브로부터 기능성 용액이 공급되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 니들은 10cm당 10개를 배치하고, 니들 1개당 1cm ² 의 영역을 담당하는 것을 특징으로 한다.

이때, 니들은 압출구가 18-24G인 것을 특징으로 한다.

또한, 니들은 원단에 삽입된 상태에서 상향으로 이동하면서 기능성 용액을 여러번 토출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 니들은 원단의 하면으로부터 2±5mm에서 기능성 용액을 최초 토출하고, 원단의 상면으로부터 2±5mm에서 기능성 용액을 최후 토출하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템은 주입부의 전,후부에 원단의 이송 및 이송속도를 제어하도록 공급롤러가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 건조부는 주입부에서 배출된 원단을 이송하기 위해 설치된 컨베이어; 기능성 용액이 주입된 후 용매가 제거되면서 부풀어진 상태의 원단 두께를 조정하기 위해 컨베이어 바닥면과의 높이 조절로 원단이 통과하는 슬롯을 형성하도록 설치된 높이조절판; 및 높이조절판의 양단부에 설치되어 두께 조절판이 이동 가능하도록 설치된 고정부재;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 건조부는 열풍기 또는 블로워의 후방에 설치되고, 열풍기 또는 블로워에 의해 증발된 용매를 액체로 변환시키는 열교환기; 및 열교환기에서 액체로 변환된 용매를 집수하기 위한 진공장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템은 주입부와 건조부사이에는 기능성 용액 또는, 에어로겔 분말과 접착제바인더 및 접착제를 혼합하여 제조한 침윤제를 도포하기 위한 코팅부 또는 침윤부가 더 포함되어 이루어진 특징으로 한다.

여기서, 코팅부는 공급장치 로부터 공급된 기능성 용액을 원단에 분사하도록 설치된 노즐과, 기능성 용액이 도포된 원단의 표면을 가압하도록 설치된 하나 이상의 가압롤러를 포함하여 이루어지거나, 또는 에어로겔 분말과, 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조된 침윤제를 공급기로부터 공급받아 원단에 도포하도록 설치된 노즐과, 침윤제가 도포된 원단의 표면을 가압하도록 설치된 하나 이상의 가압롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 침윤부는 에어로겔 분말과, 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조된 침윤제를 공급하도록 설치된 공급유닛과, 공급유닛으로부터 공급된 침윤제를 회전하면서 묻혀 원단에 도포하도록 설치된 다수의 침윤패들을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템을 이용한 원단의 제작방법은, 탱크에 기능성 재료들 및 용매 투입하고, 교반모터 및 교반날개로 혼합하여 기능성 용액을 제조하는 제10단계(S10); 주입부의 전,후부에 설치된 공급롤러를 작동시켜 공급롤에 권취된 원단을 주입부로 공급하는 제11단계(S11); 탱크에서 제조된 기능성 용액을 탱크와 연결된 공급라인 및 분배기를 통해 주입부의 니들밸브로 공급하는 제12단계(S12); 니들밸브로 유입된 기능성 용액을 니들블럭 및 니들소켓을 통과하여 니들로 공급하고, 니들이 왕복 이동하면서 원단에 삽입되어 기능성 용액을 원단 내부에 주입하는 제13단계(S13); 기능성 용액이 주입된 원단에 용매의 끓는점보다 더 고온의 열풍을 토출하여 원단으로부터 용매를 제거하는 제14단계(S14); 기능성 용액이 주입되고, 용매가 제거되면서 부풀어진 원단이 하면으로부터 일정 높이에 위치한 높이조절판에 의해 형성된 슬롯을 통과하면서 원단의 두께를 조정하는 제15단계(S15); 슬롯을 통과한 원단을 회수롤에 권치하여 원단을 회수하는 제16단계(S16);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 제13단계(S13)에서 니들의 상,하 및 원단의 이동방향에 대해 전,후로 왕복이동하고, 이 왕복이동은 니들이 장착된 니들블럭이 제2로봇에 의해 상,하로 이동하고, 제2로봇이 고정된 지지부재가 제1로봇에 의해 전,후로 이동하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 제13단계(S13)에서 니들은 원단에 주입된 후 상향 이동하면서 원단으로부터 빠져 나오면서 수 차례 기능성 용액을 원단에 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제13단계(S13) 이후에 원단에 기능성 용액 또는, 에어로겔과 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조한 침윤제를 원단의 외표면에 도포하는 단계(S13-1)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제14단계(S14)에서 열풍에 의해 증발된 용매를 액체로 변환시켜 수집하여 용매를 회수하는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 왕복이동하도록 설치된 주입부의 니들을 원단의 내부에 직접 삽입하여 기능성 용액을 주입함으로써, 원단의 외표면에서 내부로 흡수시키는 종래의 방식과는 전혀 다른 획기적이고도 신규한 주입식 방식을 제안한다.

또한, 기능성 용액이 원단의 내부에 직접 주입됨으로써, 종래의 침윤 또는 코팅등에 의해 기능성 용액이 원단의 외표면에 집중된 상태에서 외부와의 마찰에 의해 기능성 용액이 원단으로부터 탈리되는 현상이 방지되고, 장기간 동안 기능성 용액이 원단에 잔존하여 그 기능 역시 최대한 유지되는 효과가 있다.

또한, 기능성 용액을 원단 내부에 주입한 이후에 종래의 침윤 또는 코팅등의 방식으로 기능성 용액을 원단의 외표면에 흡수시킬 수 있기 때문에 기능성 용액에 의한 기능이 최고로 발휘될 수 있고, 기능의 유지기간을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 기능성 용액이 원단 내부에 정량 투입이 가능하고, 신속하면서 연속적인 주입으로 원단의 이동속도가 종래의 침윤 또는 코팅일 때보다 더 빨라 공정시간이 단축되는 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템이 개략적으로 도시된 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 주입부에 공급되는 기능성 용액을 제조 및 공급하는 제2공급부가 개략적으로 도시된 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시된 주입부에서 기능성 용액을 주입하는 니들장치가 개략적으로 도시된 정면도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 3의 측면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 니들이 도시된 저면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 주이시스템을 이용한 원단의 제작방법이 도시된 순서도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

<구성>

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템이 개략적으로 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 주입부에 공급되는 기능성 용액을 제조 및 공급하는 공급부가 개략적으로 도시된 모식도이며, 도 3은 도 1에 도시된 주입부에서 기능성 용액을 주입하는 니들부가 개략적으로 도시된 정면도이고, 도 4는 도 3의 평면도이며, 도 5는 도 3의 측면도이고, 도 6은 도 3에 도시된 니들이 도시된 저면도이다.

본 발명에 따른 원단용 기능성 용액 주입시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1공급부(100), 제2공급부(200), 주입부(300) 및 건조부(400)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 원단의 공급 및 회수는 통상의 롤투롤(roll to roll) 구조이다.

제1공급부(100)는 도 1에서와 같이, 기능성을 부여하기 위한 원단을 공급하기 위한 부분으로, 원단이 권취된 공급롤(110)을 포함하여 이루어진다. 이외에도 공급롤(110)에서 주입부(300)를 통과하는 원단을 팽팽하게 조절하도록 설치된 통상의 텐션장치(미도시) 및, 이 텐션장치를 지나 이동하는 원단이 팽팽한 상태를 유지하면서 기능성 용액 주입에 최적인 각도(일 예로 수평)로 전환되도록 설치된 보조롤러(미도시)가 더 구비된다.

또한, 텐션장치는 공급롤(110)에서 풀린 원단의 표면에 접촉하면서 외력을 제공함으로써, 원단이 팽팽한 상태가 되도록 이루어진다. 또한, 보조롤러는 텐션장치와 주입부(300) 사이에 배치된다. 여기서, 롤투롤방식으로 이동하는 원단의 이동속도는 20-50cm/min이 적당하고, 이는 주입부(300)에서 기능성 용액을 원단에 주입하는 속도와 연관되어 조절된다. 실시 예로, 두께 10mm, 0.11g/cm ³ 의 글라스파이버매트의 경우 주입부(300)의 주입속도와 관련하여 20cm/min의 속도가 적당하였다.

그리고, 원단은 일 예로 부직포형태로, 무기글라스파이버매트, PE부직포, PET부직포 또는 유기섬유이며, 이 원단의 두께는 5-20mm가 적당하다. 5mm 미만인 경우 니들이 원단 내부의 정확한 위치에 삽입되기 어렵고, 20mm를 초과하면 기능성 용액을 투입하는 시간이 길어져 연속생산 및 대량 생산이 효율성이 낮아진다. 또한, 원단의 종류 및 밀도를 고려하면, 무기글라스파이버매트의 경우 밀도는 0.09-0.11g/cm ³ 이고, 유기섬유의 경우 밀도는 0.025-0.03g/cm ³ 가 바람직하고, 이보다 밀도가 낮을 경우에는 주입된 기능성 용액이 외부로 유출되기 쉽고, 높을 경우에는 주입량 및 주입된 후 퍼져나가는 분산속도등에 지장이 있다. 물론, 원단의 두께 및 밀도에 대해 한정하는 것은 각 원단에 기능성 용액을 주입하였을 때의 작업 효율성에 대한 것으로, 위에서 언급한 비효율성을 고려한다면 종류, 두께 및 밀도와 전혀 무관하게 모든 원단에 대해 본 발명에 따른 주입시스템을 사용할 수 있음은 당연하다.

제2공급부(200)는 기능성 용액을 제조하여 주입부(300)로 공급하기 위한 부분으로, 도 2에서와 같이 다수의 기능성 재료가 투입되는 탱크(210), 탱크(210)에 수용된 재료들을 교반하기 위한 교반모터(220)와 교반날개(230), 탱크(210) 내에 투입되는 재료의 양과 재료들이 교반된 상태의 기능성 용액의 양을 측정하는 레벨게이지(240), 탱크(210)의 이동을 위해 탱크(210)가 안착된 탱크프레임(250), 탱크(210) 내부의 압력을 조절하기 위한 공기압 조절장치 및 분배장치(260)가 포함되어 이루어진다. 또한, 기능성 재료를 종류별로 보관하고, 탱크(210)에 일정 비율로 공급하는 다수의 재료보관탱크(미도시)가 더 포함된다.

따라서, 탱크(210)에 다수의 기능성 재료가 투입되면, 교반모터(220)가 작동하여 교반날개(230)가 동작하면서 이들 기능성 재료를 혼합하여 기능성 용액을 제조하도록 이루어진다.

기능성 용액은 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등의 기능을 부여할 수 있는 재료들이 용매에 혼합되어 이루어진다. 여기서, 종래의 코팅 또는 침윤방식에서 에어로겔 분말에 바인더를 첨가해야하지만, 본 발명에서는 니들로 원단에 직접 주입하기 때문에 바인더를 첨가하지 않는다.

일 예로, 기능성 용액은 단열을 주요기능으로 하는 경우, 5-15중량비의 에어로겔 분말이 용매에 혼합되어 이루어진다. 여기서, 에어로겔 분말의 입자는 20±5㎛ 정도이고, 기능성 용액의 점도는 대략 1,500cp 이하가 바람직하고, 700-1,500cp가 적당하다. 이러한 에어로겔 분말의 입자 및 기능성 용액의 점도는 기능성 용액이 니들(370,도 3 참조)을 통과할 때, 니들이 막히지 않도록 하고, 단열 기능을 위한 에어로겔 분말이 충분히 함유되도록 하기 위함이다. 또한, 용매는 에어로겔 분말의 분산이 용이하도록 노멀헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌등의 유기용매나, 메틸알콜 또는 에틸알콜을 포함한 알콜계, 또는 기타 비극성 용매 중 어느 하나가 사용되고, 바람직하게는 끓는점(boiling poing;bp)가 낮은 노멀헥산이 좋다. 이는 추후 건조부(400)에서 용매를 증발시켜 원단으로부터 제거하기 때문이다. 또한, 고온에서 단열특성을 향상시키기 위한 첨가제로 이산화타이타늄(TiO ₂ ), 산화알루미늄(Al ₂ O ₃ ), 탄화규소(SiC) 및 수산화철(Fe ₂ O ₃ )의 미분말 2-5중량비가 하나 또는 둘 이상 혼합되어 이루어진다. 물론, 이들 첨가제가 첨가된 상태에서의 기능성 용액의 점도는 700-1,500cp를 유지한다.

여기서, 공기압 조절장치를 통해 탱크(210)의 내압은 혼합이 용이하도록 4-5kg/cm ² 로 하고, 이 공기압 조절장치에는 컴프레서를 포함한다. 또한, 대략 교반모터(220)의 속도는 혼합시에는 최소 1,200rpm으로 하고, 대략 1,200-2,00rpm을 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합 이후 기능성 용액을 공급할 때의 교반모터(220)의 속도는 40-60rpm, 바람직하게는 50rpm을 유지하고, 이는 기능성 용액 내에서 에어로겔 분말 및 첨가제 분말이 가라앉거나 위치에 따른 농도차이를 방지하기 위함이다.

그리고, 분배장치(260)는 탱크(210)에 의해 제조된 기능성 용액을 주입부(300)에 공급하기 위한 것으로, 탱크(210)와 주입부(300) 사이에 설치된다. 이 분배장치(260)는 탱크(210)에 일단부가 연결된 공급라인(261)과, 공급라인(261)의 타단부에 설치되어 후술된 주입부(300)의 니들밸브(340)로 기능성 용액을 제공하는 분배기(262)가 포함되어 이루어진다.

한편, 주입부(300)는 도 3 내지 도 6에서와 같이, 분배장치(260)의 분배기(262)로부터 공급된 기능성 용액을 원단에 주입하기 위한 부분으로, 제1로봇(310), 지지부재(320), 제2로봇(330), 니들밸브(340), 니들블럭(350), 니들소켓(360) 및 니들(370)이 포함되어 이루어진다. 그리고, 주입부(300)의 전,후부에는 원단의 이송 및 이송속도를 제어하는 공급롤러(미도시)가 더 설치된다. 이 주입부(300)의 개략적인 동작 및 기능은 지지부재(320)가 제1로봇(310)에 의해 원단의 이동방향으로 왕복이동하고, 지지부재(320)에 고정되면서 니들밸브(340), 니들소켓(360) 및 니들(370)이 장착된 니들블럭(350)이 제2로봇(330)에 의해 상,하로 왕복이동하면서 원단에 기능성 용액을 주입시키도록 이루어진다. 또한, 니들밸브(340), 니들블럭(350), 니들소켓(360) 및 니들(370)은 알루미늄으로 제작되어 그 무게를 가능한 줄이는 것이 바람직하다.

먼저, 제1로봇(310)은 도 3에서와 같이, 지지부재(320)를 원단의 이동방향인 전,후방으로 왕복이동시키는 장치로서, 원단의 이동방향에 대해 가로질러 배치된 지지부재(320)를 지지하도록 원단이 안착되는 컨베이어(410)의 양측에 각각 설치되어 지지부재(320)의 양단부가 장착된다. 지지부재(320)의 왕복이동을 위해, 제1로봇(310)은 도 4 및 도 5일정 길이만큼 원단의 이동 방향으로 일정 길이의 레일을 갖는다. 따라서, 지지부재(320)는 제1로봇(310)에 의해 원단의 이동방향인 전,후로 왕복이동하게 된다.

또한, 지지부재(320)는 제2로봇(330)을 고정시키기 위한 부재로서, 한 쌍의 제1로봇(310)을 가로질러 고정되고, 중간에 제2로봇(330)이 하나 또는 다수 설치된다.

또한, 제2로봇(330)은 니들블럭(350)을 상,하로 왕복이동시키기 위한 장치로서, 지지부재(320)의 소정 위치에 하나 또는 다수가 설치되고, 하부에 니들블럭(350)이 고정된다. 이 제2로봇(330)은 지지부재(320)에 의해 지지된 상태에서 니들블럭(350)을 상,하로 이동시키도록 이루어진다.

또한, 니들밸브(340)는 분배기(262)에서 공급된 기능성 용액을 니들블럭(350)측으로 안내하면서 1회 투입량을 조절하기 위한 부재로, 일단부는 분배기(262)와 연결되고, 타단부는 니들블럭(350)에 설치된다. 이 니들밸브(340)는 1개의 니들(370)에서 토출되는 기능성 용액의 양을 0.5-0.7㎖/cm ² 이 되도록 그 양을 조절하여 공급한다.

또한, 니들블럭(350)은 분배기(262)와 연결된 니들밸브(340)와, 니들(370)이 장착된 니들소켓(360)이 장착되는 부재로, 니들밸브(340)에서 유동된 기능성 용액이 니들소켓(360)으로 통과할 수 있도록 제작된다. 이 니들블럭(350)은 도 6에서와 같이, 1개 또는 다수가 지지부재(320)의 길이방향으로 연속되어 배치되고, 다수가 일직선상으로 설치될 수도 있고, 도면에서와 같이 중심선을 다르게 하여 설치될 수도 있다. 이들 각각의 니들블럭(350)은 5-10개의 니들밸브(340)가 장착되는 정도의 길이를 갖는다. 특히, 니들블럭(350)의 하부에는 일정 각도의 경사면이 형성되고, 이 경사면에 니들소켓(360)이 원단의 이동방향에 대해 역방향이면서 10-45°각도로 장착된다. 이 니들소켓(360)의 경사각도는 이동하는 원단에 대해 전,후 및 상,하로 이동하는 니들(370)이 삽입되기 용이하도록 하기 위함이다. 또한, 니들밸브(340)가 장착되는 니들블럭(350)의 상면은 수평을 이루고, 경우에 따라 경사면을 이룰 수도 있다.

또한, 니들소켓(360)은 니들블럭(350)의 하부 경사면에 장착되고, 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액이 니들블럭(350)을 통과하여 유입되면 니들(370)로 유동하도록 설치된다. 각각의 니들소켓(360)에는 하나씩의 니들(370)이 장착된다.

그리고, 니들(370)은 니들소켓(360)에서 공급된 기능성 용액을 원단의 내부에 주입하기 위한 부재로서, 압출구가 18-24G의 크기이고, 길이가 30-50mm, 바람직하게는 40mm를 주삿바늘 형태이다. 이 니들(370)은 각각 1-1.5cm 간격으로 설치된 5-10개 정도가 1셋트로 이루어져 다수의 셋트로 구성되고, 1셋트의 니들(370)은 1개 또는 2-3개 정도의 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액을 토출하게 된다. 일 예로, 1개의 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액이 니들소켓(360)을 통해 1셋트인 5-10개의 니들(370)로 공급된다. 또한, 이 니들(370)에서 기능성 용액을 토출하는 압력은 최소 2kg/cm ² 로 하고, 2-5kg/cm ² 로 한다. 또한, 일 예로, 니들(370)은 0.1m당 10개를 배치하고, 니들(370) 1개당 1cm ² 영역을 담당하도록 한다. 또한, 니들(370)은 니들블럭(350)의 하부에 이동방향에 대해 역방향이면서 10-45°각도로 장착되고, 니들소켓(360)이 동일한 각도로 니들블럭(350)에 설치되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라 니들소켓(360)의 각도와 무관하게 니들(370)은 제시된 10-45°각도를 이루도록 설치될 수도 있다.

여기서, 니들(370)을 통해 토출되는 기능성 용액의 1회 양을 0.5-0.7㎖/cm ² 정도이다. 또한, 니들(370)은 제1,2로봇(310,330)에 의해 일정 두께의 원단에 삽입된 상태에서 상향 이동하여 원단으로부터 빠져나오면서 1-3회 정도 기능성 용액을 토출하도록 이루어진다. 물론, 원단이 두꺼우면 더 많은 횟수로 기능성 용액을 토출할 수도 있다. 일 예로, 니들(370)은 원단의 하면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최초 토출한 다음, 상면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최후 토출하도록 이루어진다. 이러한 니들(370)의 이동 거리는 원단 두께를 미리 설정하여 제2로봇(330)을 정교하게 이동시키기 때문에 가능하다. 이 니들(370)은 상호 간의 거리가 1-1.5cm로 하고, 이는 소정 위치에서 니들(370)이 원단에 삽입되어 토출된 일정량의 기능성 용액과, 다음 위치에서 원단에 삽입되어 토출된 일정량의 기능성 용액이 퍼져나가면서 원단 전체에 고루 함침되는 정도와 연관이 있다. 니들(370) 상호 간의 거리가 너무 멀거나 가까우면 기능성 용액이 함침되는 양이 너무 많아 흘러 넘치거나 너무 적어 기능 효과가 떨어지게 된다.

건조부(400)는 주입부(300)에서 배출된 원단을 이동시키면서 원단으로부터 용매를 증발시켜 기능성 재료만 잔존시키기 위한 부분으로, 컨베이어(410) 및 열풍기(또는 블로워)가 포함되어 이루어진다.

먼저, 컨베이어(410)는 주입부(300)에서 배출된 원단이 안착되고, 이 안착된 원단이 건조부(400)를 통과할 때까지 안정된 이송을 보장하도록 건조부(400) 전체 길이에 걸쳐 설치된다.

또한, 열풍기 또는 블로워는 컨베이어(410)를 따라 이송하는 원단에 열풍을 토출하여 용매를 증발시키는 기기로, 제2공급부(200)에서 혼합된 용매의 끓는점(bp)보다 더 높은 온도의 열풍을 토출한다.

또한, 건조부(400)는 열풍기 또는 블로워의 후방에 열교환기 및 진공장치를 더 설치할 수 있다. 이는, 열풍기 또는 블로워에서 토출된 열풍으로 원단에 흡수된 용매를 증발시키고, 열교환기에서 액체로 변환시킨 후 진공장치로 집수함으로써, 용매를 회수하기 위함이다.

그리고, 건조부(400)는 기능성 용액이 주입되고, 용매가 제거되면서 부풀어진 상태의 원단 두께를 조정하기 위해 원단이 통과하도록 하면과의 높이 조절로 슬롯을 형성시키는 높이조절판(420)과, 높이조절판(420)의 양단부가 장착되는 고정부재(430)를 더 포함하여 이루어진다. 이때, 높이조절판(420)은 원단의 두께에 따라 그 높이가 가변되도록 고정부재(430)를 따라 상,하로 이동 가능하도록 설치된다. 즉, 원단의 종류 및 자체 두께에 따라 높이조절판(420)의 고정부재(430)를 따라 상,하로 이동되어 고정된다.

한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 주입부(300)를 통과하여 건조부(400)에 진입하기 이전의 원단의 외표면에 종래의 통상적인 코팅 또는 침윤방식으로 기능성 용액 또는, 에어로겔 분말을 혼합하여 제조한 침윤제를 원단에 한 번 더 도포할 수도 있도록 주입부(300)와 건조부(400) 사이에 코팅부 또는 침윤부가 더 설치된다. 이때, 침윤제를 제조하기 위한 별도의 탱크가 마련되고, 탱크로부터 침윤제를 공급하기 위한 별도의 공급기가 설치된다.

또한, 코팅부는 일 예로, 분배장치(260)에서 공급된 기능성 용액을 원단에 분사하도록 설치된 노즐과, 기능성 용액이 도포된 원단의 표면을 가압하도록 설치된 하나 이상의 가압롤러를 포함하여 이루어진다.

또한, 코팅부는 다른 예로, 에어로겔 분말과, 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조된 침윤제를 공급기에서 공급받아 원단에 도포하도록 설치된 노즐과, 침윤제가 도포된 원단의 표면을 가압하도록 설치된 하나 이상의 가압롤러를 포함하여 이루어진다.

또한, 침윤부는 일 예로, 에어로겔 분말과, 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조된 침윤제를 공급하도록 설치된 공급유닛과, 공급유닛으로부터 공급된 침윤제를 회전하면서 묻혀 원단에 도포하도록 설치된 다수의 침윤패들을 포함하여 이루어진다.

그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 건조부(400)를 통과한 원단은 당연히 회수부의 회수롤에 회수된다.

<제조방법>

도 7은 도 1에 도시된 주입시스템을 이용한 원단의 제작방법이 도시된 순서도이다.

먼저, 제2공급부(200)의 탱크(210)에서 기능성 재료를 혼합하여 기능성 용액을 제조한다(S10). 이때, 단열, 방수, 방오, 항균 및 방염등의 기능을 갖는 하나 또는 다수의 기능성 재료가 노멀헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌등의 유기용매나, 메틸알콜 또는 에틸알콜을 포함한 알콜계, 또는 기타 비극성 용매 중 어느 하나의 용매에 혼합된다.

일 예로, 기능성 용액이 단열을 주요기능으로 하는 경우, 20±5mm의 입자를 갖는 에어로겔 분말이 5-15중량비로 용매와 혼합되고, 혼합된 기능성 용액의 점도는 700-1,500cp를 갖는다. 이때, 용매는 끓는점이 낮은 노멀헥산이 사용되고, 이는 건조부(400)에서 열풍으로 증발되기 쉽게 하기 위해서이다. 또한, 기능성 용액에는 고온에서 단열특성을 향상시키기 위한 첨가제로 이산화타이타늄(TiO ₂ ), 산화알루미늄(Al ₂ O ₃ ), 탄화규소(SiC) 및 수산화철(Fe ₂ O ₃ ) 중 하나 또는 둘 이상의 미분말이 2-5중량비로 첨가된다.

또한, 탱크(210)의 내압은 4-5kg/cm ² 로 하고, 교반 속도는 혼합시 1,200-2,000rpm으로 하고, 혼합 이후에는 40-60rpm, 바람직하게는 50rpm으로 한다.

그리고, 제조된 기능성 용액은 탱크(210)와 연결된 공급라인(261) 및 분배기(262)를 통해 공급된다.

다음으로, 원단을 공급한다(S11). 공급롤(110)에 권치된 원단을 주입부(300)로 공급한다. 이때, 원단의 이동 속도는 20-50cm/min가 바람직하고, 일 예로, 두께 10mm, 0.11g/cm ³ 의 원단의 경우 20cm/min으로 이동한다.

다음으로, 기능성 용액을 공급한다(S12). 탱크(210)에 저장된 기능성 용액을 탱크(210)와 연결된 공급라인(261) 및 분배기(262)를 통해 주입부(300)의 니들밸브(340)로 공급한다. 이때, 니들밸브(340)는 니들(370)을 통해 토출되는 기능성 용액의 1회 투입양을 0.5-0.7㎖/cm ² 로 조절한다.

다음으로, 제2공급부(200)에서 공급된 기능성 용액을 주입부(300)에서 원단 내부로 주입한다(S13). 니들밸브(340)에서 공급된 기능성 용액이 니들블럭(350) 및 니들소켓(360)을 통과하여 니들(370)로 유동하게 된다. 그리고, 제1로봇(310)에 의해 지지부재(320)가 원단방향에 대해 전,후방향으로 이동하고, 지지부재(320)에 장착된 제2로봇(330)에 의해 니들블럭(350)이 상,하방향으로 이동하면서 니들(370)이 원단에 삽입된 후 기능성 용액이 주입된다. 이때, 기능성 용액은 니들(370)을 통해 원단의 하면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최초 주입되고, 니들(370)이 상향 이동하면서 원단으로부터 빠져나오면서 상면으로부터 2.0±5mm의 깊이에서 최후 주입되며, 원단의 두께에 따라 그 주입 횟수는 가변된다. 또한, 원단에 삽입되는 니들(370)의 각도는 원단의 이동방향과 역방향이면서 10-45°이다.

다음으로, 기능성 용액이 주입된 원단에 기능성 용액 또는, 에어로겔과 접착바인더 및 접착제를 혼합하여 제조한 침윤제를 원단의 외표면에 도포한다(S13-1). 이때, 침윤제를 제조하기 위한 별도의 탱크가 마련되고, 탱크로부터 침윤제를 주입부(300)에 공급하도록 별도의 공급장치가 설치된다.

다음으로, 기능성 용액이 주입된 원단이 건조부(400)를 통과하면서 열풍에 의해 용매를 제거한다(S14). 열풍의 온도는 용매의 끓는점보다 더 고온을 갖는다.

다음으로, 용매가 제거된 원단이 일정 높이의 슬롯을 통과하면서 두께가 조정된다(S15). 이때, 슬롯은 하면으로부터 높이조절판(420)이 일정 높이만큼 이격되어 고정됨으로써 형성되고, 이 슬롯의 높이는 원단의 두께에 따라 가변된다.

끝으로, 원단을 회수한다(S16). 건조부(400)를 통과하여 건조된 원단이 회수롤에 권취된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100:제1공급부
110:공급롤
200:제2공급부
210:탱크
220:교반모터
230:교반날개
240:레벨 게이지
250:탱크프레임
260:분배장치
261:공급라인
262:분배기
300:주입부
310:제1로봇
320:지지부재
330:제2로봇
340:니들밸브
350:니들블럭
360:니들소켓
370:니들
400:건조부
410:컨베이어
420:높이조절판
430:고정부재.