초지기에 이용하기 위한 포밍 패브릭, 및 이러한 포밍패브릭을 제조하기 위한 장치 및 방법

초지기에 이용하기 위한 포밍 패브릭, 및 이러한 포밍 패브릭을 제조하기 위한 장치 및 방법{FORMING FABRIC FOR USE IN A PAPER MACHINE, AND METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SUCH A FORMING FABRIC}

도1은 본 발명에 따른 포밍 패브릭(2)의 부분적인 제조를 위한 장치의 사시도.

본 발명은 교차하는 방적사가 교차점에서 서로 결합되고, 고유의 안정성을 개선시키기 위해 방적사가 교차점에서 서로 융합되는 직물 편평 구조를 갖거나 포함하는, 초지기(paper machine)의 시트 형성 섹션에 이용하기 위한 포밍 패브릭(forming fabric)에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 직물 편평 구조가 서로 교차하고 교차점에서 서로 결합되어, 용융 온도로 가열함으로써 교차점에서 서로 융합되는 방적사로부터 제조되는 이러한 포밍 패브릭을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 또한 이러한 종류의 포밍 패브릭을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

포밍 패브릭은 편평 상부 주행을 형성하는, 소위 시트 형성 섹션으로 지칭되 는 초지기의 제1 부품에서 순환하는 길고 넓은 벨트이다. 상부 주행의 시작에서, 미리 준비된 섬유 펄프는 포밍 패브릭 상에 인가되고 포밍 패브릭을 통해 탈수되어, 높은 수분 함량을 갖는 종이 웨브가 형성된다. 초지기의 다음 섹션에서, 종이 웨브는 기계적 및 열적으로 보다 탈수된다.

단일 또는 다중 플라이 직조 패브릭은 일반적으로 포밍 패브릭으로 지칭된다. 직조 패브릭(또는 편물 패브릭)은 교차하는 방적사가 서로 결합되어 직조 패턴을 형성한다는 점에서 고유의 안정성 또는 능직(diagonal) 안정성을 구비한다. 특히 초지기 내에서 발생하는 것과 같은 큰 응력의 관계에서, 직물 편평 구조의 고유의 안정성은 시트 형성 섹션을 통해 포밍 패브릭의 안정성과 문제가 없는 순환을 보장하는데는 충분하지 못하다. 따라서, 특히 이러한 직물 편평 구조의 능직 강성에서, 부가의 수단이 치수 안정성을 개선시키기 위해 취해져야 한다.

이들 수단 중 하나는 직물 구조가 접착식 중합체를 구비하는 것에 의해 교차점에서 방적사들을 서로 접착식으로 본딩하는 것으로 구성된다. 이러한 방법은 분산이 매우 균일하게 적용되어야 하고 건조에 큰 시간과 에너지를 소모하기 때문에 비용 집약적이다. 삼투성이 또한 크게 감소되어, 시트 형성 프로세스에 악영향이 있다. 다른 단점은 이러한 방법으로부터 야기되는 교차점에서의 접착이 종종 바람직하지 않은 강성에 영향을 미친다는 것이다.

미국 특허 제5,888,915호는 소정의 직물 편평 구조의 치수 안정성을 개선시키기 위해, 코어보다 외부 케이싱의 용융 온도가 낮은 2성분 방적사를 이용하는 것을 제안한다. 이러한 종류의 2성분 방적사를 갖고 직조되거나 편물의 패브릭 또는 방적사층은 2성분 방적사의 외부 케이싱의 용융 온도 이상이지만 이러한 방적사의 코어의 용융 온도 이하의 온도에서 연속 로에서 가열되어, 용융되어 다른 방적사에 융합 또는 접착식 본딩된 케이싱은 교차점에서 이러한 방식으로 제조된다.

우수한 치수 안정성을 갖는 포밍 패브릭은 이러한 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 그러나 2성분 방적사가 고가이기 때문에 제조는 비싸지만, 연속 로 내의 전체 포밍 패브릭의 가열은 에너지 집약적이다.

또한, 방적사가 서로 결합되지 않는, 예를 들어, 직조되지 않거나 또는 서로 연결되지 않은 방적사층으로 형성된 직물 편평 구조를 갖거나 포함하는 포밍 패브릭이 공지되었다. 대신에, 서로 평행하게 소정의 거리로 연장하는 횡방향 방적사가 서로 평행하게 소정의 거리를 갖는 방식의 종방향 방적사 측 상에 놓여지고, 종방향 방적사는 횡방향 방적사와 결합된다. 따라서, 방적사층은 고유의 안정성을 획득한다. 결합은 2성분 방적사를 이용하는 미국 특허 제5,888,915호에 따른 방법에 따라 발생될 수 있다.

전술한 방법의 단점은 유럽 특허 EP 1 359 251 A1호에서 명백한 방법에 의해 제거된다. 이러한 방법에서, 종방향 및 횡방향 방적사는 교차점에서 한정된 용융 온도로 가열함에 따라 교차점에서 서로 융합된다. 가열은 고주파, 유도 및/또는 레이저 에너지에 의한 단일 지점 방식으로 적용될 수 있다. 그러나 이에 대한 대체안으로써, 교차점이 우선 에너지의 흡수를 촉진시킬 수 있는 첨가물을 가지고 편평 어플리케이션에도 불구하고 교차점에서 에너지 수집을 집중시켜 이러한 지점만이 용융 온도로 가열되어 서로 융합되어, 에너지가 편평 방식으로 인가될 수 있다. 레이저가 이용될 때, 첨가물은 예를 들어 흑색 염료인 광흡수 염료 또는 광활성 기재일 것이다. 첨가물은 방적사들 사이에 또는 방적사에 도포될 수 있다. 또한 이는 사출 작동 동안 방적사 재료에 첨가물을 부가하는 대신에 제안될 수 있다.

본 발명의 목적은 보다 경제적이고 바람직하게는 제조 구조 변화 없이 서두에 인용된 종류의 포밍 패브릭을 제조하기 위한 것이다. 다른 목적은 제조하는데 활용 가능한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

제1 목적은 본 발명에 따라 편평 구조가 교차하는 제1 및 제2 방적사를 포함하고, 제1 방적사는 레이저 에너지를 흡수하고 적어도 표면에서 용융 온도로 흡수된 레이저 에너지에 의해 달성될 수 있는 특성을 갖고 제1 및 제2 방적사는 이들의 교차점 중 적어도 일부에서 서로 융합되는 포밍 패브릭에 의해 달성된다. 많은 상황에서, 제1 및 제2 방적사의 일부만이 그리고 이들의 교차점 중 일부에서 서로 용접되면 충분하다.

따라서, 본 발명의 기본 개념은 포밍 패브릭의 관계에서 레이저 광을 흡수하는 것에 의해 구별되는 특정 방적사인 방적사의 일부를 이용하는 것이다. 이러한 방직으로, 직물 편평 구조는 제1 방적사가 용융 온도로 레이저에 의해 가열되어 교차점 중 (전부가 아니면) 적어도 일부에서 레이저 에너지를 일부만 흡수하거나 흡수하지 않는 제2 방적사와 융합 결합이 생성되는 것에 의해 추가로 안정화될 수 있다. 융합 결합을 생성하는 이러한 방식은 사실상 공지된 방법보다 시간이 적게 소모되고 에너지 집약적이고, 특히 제1 방적사 자체가 아주 적은 부가의 비용만을 요 구한다. 다른 장점은 치수 안정성이 제1 방적사의 개수 뿐만 아니라 용접 또는 융합이 수행되는 교차점의 개수를 대응하여 변화시킴으로써 특정 요구에 개별적으로 적용될 수 있다는 사실로 구성된다. 이는 다수의 경우에서 포밍 패브릭이 너무 강성을 가져서 불충분한 적합성을 갖는 것이 또한 단점이 되는 때문이다.

본 발명의 실시예에서, 예를 들어, 교차점에서 방적사의 상호 결합 및 단일 지점 용접 이외에 다른 결합이 존재하지 않도록 다른 방식으로 서로 결합되지 않는 방적사용의 준비가 이루어진다.

제1 방적사가 레이저 광을 흡수하도록 하기 위해, 이들은 레이저 광을 흡수하기 위한 능력을 부과하는 첨가물을 포함할 수 있다. 이러한 첨가물의 예는 예를 들어 878 ㎚, 940 ㎚, 980 ㎚ 또는 1064 ㎚의 영역에서 흡수하는 근적외선 활성(NIR-활성) 기재이다. 이에 적절한 것은, 예를 들어 카본 또는 Gentex's Clearweld ^® 또는 BASF의 Lumogen ^® IR과 같은 무색 첨가물이다. 첨가물은 바람직하게는 제1 방적사의 전체 길이에 걸쳐 연장되고, 그 길이와 단면에 걸쳐 균일하게 분포된다. 첨가물은 제1 방적사 내로 합체되거나 및/또는 제1 방적사의 표면상에 도포되거나 및/또는 제1 및 제2 방적사 사이의 교차점에 도입된다. 첨가물이 합체되면, 중량 당 비례는 대략 0.10 % 내지 2.5 %일 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 2성분 중 하나만이 첨가물을 포함하는 2성분 방적사인 제1 방적사의 제조가 제공된다. 2성분 방적사는 바람직하게는 코어와 이를 둘러싸는 케이싱을 포함할 것이고, 첨가물은 케이싱에만 포함된다.

본 발명에 따라 적절한 편평 구조는 예를 들어 직조되고 편물의 패브릭을 갖는 경우로써 교차하는 방적사가 서로 결합되는 것이다. 편평 구조는 바람직하게는 제1 방적사가 종방향으로만 연장될 수 있거나, 횡방향으로만 연장될 수 있거나 또는 양방향으로 연장될 수 있는 것인 종방향 및 횡방향 방적사를 포함한다. 치수 안정성 요구 사항에 따라, 종방향 및/또는 횡방향 방적사의 일부만이 제1 방적사로써 구체화될 수 있다. 제1 방적사는 바람직하게는 예를 들어, 바람직한 방적사 분포 및 구조를 분열시키지 않도록 현존하는 직조 패브릭, 편물 패브릭 등 내에 부가로 도입하지 않고, 편평 구조의 방적사의 직조의 일부일 것이다. 이는 제1 방적사가 일관된 정규 패턴의 편평 구조에서 분포되면 일관되게 유용하다.

제1 방적사는 가능하다면 포밍 패브릭의 종이측에 도달하지 않는 소정의 방식으로 편평 구조 내로 유리하게는 결합된다. 편평 구조가 다중 플라이를 갖고 구체화되면, 제1 방적사는 내부에 위치된 플라이 및/또는 롤러측 플라이에서만 결합될 것이다.

방적사용으로 가능한 재료는 각각의 어플리케이션에 적절한 임의의 형식의 열가소성 재료, 즉 초지기의 각각의 대기 상태를 영구적으로 견디는 것이다. 비용적인 이유로, 모든 방적사들 보다는 적어도 제1 방적사가 부가로 섬유 보강된 단일 성분 방적사로써 구체화될 수 있고, 즉 개별 방적사 또는 모든 방적사들은 섬유 보강될 수 있다.

포밍 패브릭은 시임을 통해 결합 가능한 단부를 갖는 무한한 길이를 갖는다. 두 개의 단부 영역 즉, 시임 영역에서, 제1 방적사는 횡방향 길이로 연장되어 길이 방향으로 연장하는 제2 방적사에 용접되는 것으로 존재할 것이다. 특정한 높은 강도를 달성하기 위해, 제1 방적사는 포밍 패브릭의 나머지 영역보다 시임 영역에서 보다 높은 농도로 존재할 수 있고, 제1 및 제2 패브릭은 가능한 한 다수의 교차점에서 서로 용접될 수 있다. 스티칭(stitching) 프로세스 동안 각각의 대향 단부 내로 정확하게 직조 방식으로 삽입된 종방향 방적사는 제1 방적사에 융합된다. 이는 시임의 강도를 손상시키지 않고 시임 영역의 단축 가능성을 생성한다. 이러한 방식에서, 시임 영역은 예를 들어, 종방향으로 100 ㎜의 이용 가능한 크기로부터 예를 들어 60 ㎜까지 감소될 수 있고, 시임 영역은 기계 방향으로 20 내지 80 % 단축될 수 있다.

20 내지 200 W, 바람직하게는 50 내지 150 W의 전력 출력을 갖는 레이저 비임이 용접에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 제2 목적은 제1 및 제2 방적사가 편평 구조의 제조에 이용되고, 제1 방적사가 레이저 에너지를 흡수하고, 제1 및 제2 방적사가 그 교차점의 적어도 일부 또는 그 교차점의 전체에서 레이저 에너지를 흡수함으로써 융합되는 방법에 의해 달성된다.

교차점에서의 제1 및 제2 방적사의 용접은 일관된 정규 패턴에서 발생할 수 있을 뿐 아니라, 또한 확률적으로 분포된 방식에서 발생할 수 있다. 평행한 종방향 트랙의 포밍 패브릭에 걸쳐 레이저의 안내 가능성이 존재하고, 레이저와 포밍 패브릭은 레이저가 고정식으로 신장된 포밍 패브릭에 걸쳐 2차원으로 이동하거나 또는 레이저가 부가로 측방향으로 배치될 수 있는 관계로 포밍 패브릭이 레이저 아 래에서 종방향을 따라 이동되는 것에 의해 포밍 패브릭의 종방향으로 서로에 대해 이동한다. 이에 대한 대체안으로써, 횡방향 방적사를 따라 횡방향 트랙의 포밍 패브릭 상에서 레이저의 안내 가능성이 존재한다. 이에 대해, 포밍 패브릭은 선택적으로 이동되고 정지될 수 있어서, 레이저는 모든 횡방향 방적사를 따라 안내되거나 또는 모든 제2 , 모든 제3 또는 모든 10번째 횡방향 방적사를 따라 안내된다.

또 다른 가능성은 제1 및 제2 방적사들이 가능한 다수의 교차점에서 서로 융합되도록 능직 방향과 선택되는 횡방향 사이의 각도로 능직 방향의 포밍 패브릭에 걸쳐 레이저를 안내하는 것이다. 레이저는 섬유 직조의 직조 리지를 추종할 수 있다. 바람직한 실시예에 따라, 종방향에서 레이저 트랙들 사이의 거리는 선택될 수 있다. 이에 관계없이, 나선형 트랙의 포밍 패브릭에 걸쳐 안내되도록 하는 것을 배제하지는 않는다.

본 발명에 따라 결합되도록 지시된 제1 및 제2 방적사의 이들 교차점으로 변위시키는 방식으로 제어되는 레이저가 제공될 수 있다. 결합에서, 레이저는 우선 제1 방적사를 타격하기 전에 제2 방적사를 통해 투과된다. 제1 방적사의 첨가물의 농도와 레이저의 에너지는 레이저 쪽으로 대면하는 표면에서만 제1 방적사가 용융되는 방식으로 상호 관련되어, 구조 및 방적사들의 형상에 약간의 악영향만을 갖는다.

본 발명에 따라, 유한식으로 만들어진 포밍 패브릭이 신장 가능한 장력 장치를 포함하고, 적어도 하나의 레이저 헤드를 갖는 이러한 레이저 장치는 적어도 하나의 레이저 비임이 신장된 상태의 포밍 패브릭 상에 지시 가능한 방식으로 장력 장치와 연관되고, 장력 장치와 레이저 장치가 포밍 패브릭과 레이저 비임 사이의 상대 운동이 생성 가능한 방식으로 구체화되는 장치에 의해 제3 목적이 달성된다. 이러한 장치의 도움으로, 제1 및 제2 방적사들은 적어도 하나의 레이저 헤드에 의해 서로 용접될 수 있다.

예를 들어, 장력 롤러의 간격이 조정 가능한 점에 의해 장력 롤러 상에 당겨진 포밍 패브릭에 종방향 장력을 부과할 수 있는 두 개의 이격된 장력 롤러가 장력 장치로써 특히 적절하다. 적어도 하나의 장력 롤러는 장력 롤러 상에 당겨진 포밍 패브릭이 구동 모터가 또한 역전 가능하게 구체화될 수 있는 관계로 연속적으로 또는 단계식으로 순환하도록 할 수 있는 구동 모터에 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따라, 장력 장치 상에 당겨진 포밍 패브릭에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 장력 장치의 전체 폭에 걸쳐 가동식으로 안내되는 적어도 하나의 레이저 헤드가 제공된다. 대체예로서, 하지만 바람직하게는 이들의 조합으로, 적어도 하나의 레이저 헤드가 장력 장치 상에 당겨진 포밍 패브릭에 대해 종방향으로 가동식으로 안내될 수 있다. 이는 적어도 하나의 레이저 헤드가 포밍 패브릭에 대해 횡방향으로 연장하는 가이드 레일에 지지되고 포밍 패브릭의 종방향으로 변위 가능하고 포밍 패브릭은 장력 장치 상에 각각 당겨진 상태에 있는 방식으로 하는 것이 유용할 수 있다.

레이저 비임과 포밍 패브릭 사이의 상태 운동을 허용하기 위해, 본 발명의 방법에 따라 제안된 바와 같이, 자동식으로 진행하기 위해 프로그램 가능한 제어 장치가 장력 장치, 레이저 장치 및 예를 들어, 장력 롤러 및/또는 레이저 헤드를 이동시키기 위한 이들의 모터를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 제어 장치는 부가적으로 레이저 장치 상에 장착되고 특성을 검지할 수 있도록 포밍 패브릭의 다른 방적사의 방적사를 검지하도록 제공된 센서를 갖고 합체될 수 있다. 본 발명에 따른 포밍 패브릭의 제1 방적사가 제2 방적사와 상이한 색상 및/또는 상이한 밝기를 가지면, 센서는 예를 들어, 광전 센서(photocell)일 수 있다. 그러나, 레이저 광을 흡수하기 위한 능력을 부과하는 제1 방적사의 첨가물의 존재에 반응하는 센서를 이용하는 것이 또한 가능하다. 제어 장치와 관련하여, 센서는 제1 방적사가 위치되고, 용접하도록 지시된 위치로 레이저가 이동되도록 한다.

본 발명은 대표적인 실시예를 참조하여 도면에서 보다 상세히 도시된다.

포밍 패브릭(2)은 유한한 길이로 미리 제조되고, 그 단부는 무한 구조가 생성되도록 서로 스티칭된다. 포밍 패브릭(2)은 그 다음에 서로 거리를 갖고 배열되고, 롤러 중 하나는 포밍 패브릭(2)이 특정 종방향 장력을 획득하는 방식으로 가동식으로 안내되는 두 개의 롤러(3, 4) 사이에서 신장된다. 롤러(3, 4) 중 적어도 하나는 모터 방식으로 시계 방향으로 구동된다. 구동 시스템의 활성화에서, 포밍 패브릭(2)은 화살표(A) 방향으로 소정의 속도로 이동되고, 롤러(3, 4)는 화살표(B, C) 방향으로 회전 운동을 수행한다. 롤러(3, 4)는 구동 시스템이 또한 수납되는 장치 프레임(도면에서 상세히 도시 안함)에 지지된다는 것이 이해될 것이다.

포밍 패브릭(2)은 유한한 길이로 제조되고, 단부를 결합하는 시임에 의해 도시된 무한 형상으로 변환된다. 본 실시예에서 직조 패브릭으로 제조된 포밍 패브 릭(2)은 기계 방향(화살표 A)으로 지시된 종방향 방적사(예로서 도면부호 5로 표시됨)와 이에 직각으로 연장하는 횡방향 방적사(예로써 도면부호 6으로 표시됨)를 포함한다. 종방향 및 횡방향 방적사(5, 6)는 일반적으로 포밍 패브릭에 이용되고 본 명세서의 목적을 위해 제2 방적사를 구성하는 열가소성 재료로 제조된다. 종방향 및 횡방향 방적사(5, 6)는 특정 직조 패턴에 따라 서로 결합된다.

제2 방적사를 구성하는 각각의 두 개의 횡방향 방적사(6)들 사이의 연장은 도면에서 강조된 각각 다른 횡방향 방적사(예로서 도면부호 7로 표시됨)이다. 횡방향 방적사(7)는 종방향 방적사(5) 내로 결합되고, 직조 패턴의 일부이다. 이들은 본 발명을 위한 제1 방적사를 구성한다. 이들은 레이저 에너지의 흡수를 가능하게 하는 첨가물을 포함하여, 이들은 레이저 비임의 조력으로 용융 온도에 도달할 수 있다.

레이저 장치(8)는 롤러(3,4)의 면 위에 배열된다. 레이저 장치(8)는 서로 평행하고 롤러(3, 4)의 면에 평행하게 연장하고 그 위에 있는 종방향 레일(9, 10)(도면에서 짧은 방식으로 도시됨)을 갖고, 장치 프레임과 고정식으로 결합된다. 종방향 레일(9, 10)은 장치(1)에서 처리되는 포밍 패브릭(2)의 폭보다 큰 간격을 갖는다.

횡방향 레일(11)이 종방향 레일(9, 10)의 이중 화살표(D)의 방향으로 변위 가능하게 장착된다. 이는 종방향 레일(9, 10)에 직각으로 연장하고 따라서 롤러(3, 4)의 축과 평행하다. 이중 화살표(E) 방향으로 횡방향 레일(11)의 전후방으로 변위 가능한 레이저(13)가 아암(12)을 경유하여 횡방향 레일(11)에 장착된다. 이는 또한 이중 화살표(F)의 방향으로 횡방향 레일(11)의 종방향 축 주위에서 피봇 가능하다. 종방향 레일(9, 10)에 대한 횡방향 레일(11)의 이동과 횡방향 레일(11)에 대한 레이저 헤드(13)의 이동은 모터(도면에서 상세히 도시 안함)에 의해 이루어진다.

장치(1)는 레이저 헤드(13)와 롤러(3, 4)용의 개별 모터를 제어할 수 있고, 레이저 헤드(13)를 활성화시킬 수 있는 CNC 제어기와 유사한 프로그램 가능한 제어 장치(역시 도면에서 상세히 도시 안함)를 포함한다. 도시된 예에서, 레이저 헤드(13)는 횡방향 레일(11)을 경유하여 횡방향으로만 이동된다. 롤러(3, 4)는 횡방향 방적사(7)가 레이저 헤드(13) 아래로 놓여질 때 중지된다. 그 다음에 레이저 헤드(13)가 포밍 패브릭(2)의 폭에 걸쳐 횡방향 방적사(7)를 따라 안내되고 용접을 위해 지시된 위치에서 활성화된다. 레이저 에너지의 결과로, 횡방향 방적사(7)는 용융 온도까지 그 표면이 가열되고, 순차적으로 교차점(14)에서 종방향 방적사(5)를 융합시켜서 냉각 후에 용접 결합이 생성된다.

본 발명으로 보다 경제적이고 바람직하게는 제조 구조 변화 없이 우수한 치수 안정성을 갖는 포밍 패브릭을 제조할 수 있으며 이를 활용하는 가능한 방법 및 장치를 제공할 수 있다.