펄럭임가능한 절연재와 절연재 제조장치 및 방법

펄럭임가능한 절연재와 절연재 제조장치 및 방법{Blowable insulation material, device and method for making insulation}

본 발명은 절연재에 관한 것으로서, 특히 자연의 솜털과 비슷한 전나무 구조를 가지면서 펄럭임가능한 형태인 재료에 관한 것이다.

의류, 침낭, 깃털이불 등과 같은 절연제품에 사용하기 위해 솜털과 같은 구조 및 양질의 절연재를 이루려는 노력들이 많이 시도되어 왔다. 실현가능한 재료를 발전시키려는 종래의 노력들은 진짜 솜털과 다른 구조를 갖는 재료들을 자주 산출해 내었고, 너무 무겁고 밀도가 커서 솜털과 같은 것으로 여길 수 없고, 및/또는 간단한 장비로 펄럭이게 하기에 어렵다.

이러한 것들은 다음 보기들을 포함한다:

미국특허 988,010은 깃털을 흉내내는 것으로 평가되는 재료를 생산하기 위해 노동을 필요로 하는 수단이다. 꼬기(twisting)는 개개의 섬유를 "부채질" 또는 발산하기 위해 사용되는 반면에, 상기 특허는 별개의 두 요소들을 하나의 깃털로 만들도록 제시한다.

미국특허 2,713,547은 가짜 솜털을 생산하기 위한 단섬유에 부착된 비어(bier)들 또는 닭털들을 사용한다.

미국특허 3,541,653은 연속적인 대량의 섬유들을 꿰메고, 좁고 길다랗게 쨈으로써 높은 체적의 실들을 생산하기 위한 수단이다.

미국특허 3,892,919는 공간을 채우기 위해 신뢰성 있는 후자와 함께 혼합된 솜털같은 섬유체들로 형성됨에 따라 큰 원통형 또는 구형의 섬유체들을 사용하는 충전재를 개시한다.

미국특허 4,040,371은 탄소를 주성분으로 하는 섬유들과 폴리에스테를 주성분으로 하는 섬유들의 혼합을 포함하여 구성된 폴리에스테르 섬유 충전재를 개시한다.

미국특허 4,167,604는 실리콘으로 처리되고 보풀이 세워진 직물로 형성된 중공 폴리에스테르 섬유들로 부터 형성되며, 솜털 및 합성섬유 주성분의 혼합물인 향상된 단열재를 개시한다.

미국특허 4,248,927은 자연 깃털 및 솜털과, 합성 폴리에스테르로 형성된 직물의 조합으로 구성된 절연재를 개시한다.

미국특허 4,259,400은 천연 깃털을 모방하고 직물섬유들이 일측면에서 접합되는 플렉시블한 실섬유 직물로드(rod)로 구성되는 패딩재(padding material)를 제공한다.

미국특허 4,468,336은 공간으로 펄럭이는 느슨하게 가득찬 절연재를 개시한다. 상기 절연재는 주요섬유로 혼합된 느슨하게 가득찬 셀룰로오스 절연재의 혼합 물을 포함한다.

앞서 설명한 결점에 대한 예로서 미국특허 4,588,635가 우수한 합성솜털을 개시하고, 특히 저밀도의 집합체에서 미세섬유를 사용하여 달성될 수 있는 저비중의 단열시스템을 언급하고, 비중에 비해 고보온력 및 부드러운 기능 및 압축이 잘되는 절연솜을 가공하는데 사용하는 경우에 유리한 솜털같은 품질의 상품들을 제공한다.

이러한 재료에 접근하고, 어떠한 경우에는 심지어 자연 솜털의 단열특성을 초월할 수도 있다. 기계적 견지에서 대단히 미세한 섬유들을 사용한 결과 생산, 조작 및 사용하기에 어렵게 만드는 강성 및 강도에 영향을 주게 된다. 합성 절연재와 같이 회복되는 특성은 보다 큰 섬유직경으로 늘어나지만, 큰 섬유요소의 증가는 단열 특성을 전체적으로 현저하게 감소시키게 된다. 미세한 섬유집합체의 기계적 안정성에 관한 문제점들은 모세관처럼 가는 물의 존재와 관련된 표면장력들이 중력에 의한 힘이나 다른 일반적인 사용하중 보다 훨씬 더 크고, 그것들은 구조물에 훨씬 더 유해한 영향을 미친다. 그러나, 물새털과 달리, 개시된 섬유조합은 우수한 항습성을 제공한다.

또 다른 예로서, 미국특허 4,992,327은 바람직한 속성을 떨어뜨리지 않고 절연체의 완전함을 향상시키기 위해 접착제 섬유요소의 사용을 개시한다. 더욱 구체적으로 여기에 개시된 발명은 적어도 어떤 섬유들은 접촉점에서 접합되고, 합성구조의 밀도가 3 ~ 16kg/㎥인 접합력을 가지면서, 3 ~ 12미크론의 직경을 갖는 (a) 합성중합 마이크로 파이버 70 ~ 95중량%와; 및 12 ~ 50미크론의 직경을 갖는 (b) 합성중합 마이크로파이버 5 ~ 30중량%를 포함하여 구성된 합성섬유 단열재에 관한 것이다. 상기 접합된 집합체의 단열 특성은 접합되지 않은 집합체에 필적하는 단열 특성에 비해 동등하거나 실질적으로 덜하지 않는다. 상기 언급한 바와 같이 바람직한 섬유혼합의 솜털같은 집합체를 개시한다. 이불솜 형태보다 뚜렷한 실행 이점들이 상기 특허에 개시된 바와 같다.

미국특허 5,057,116은 절연 섬유들을 갖는 혼합 접착제 섬유들에 의해 형성된 절연재를 개시한다. 상기 절연섬유들은 바라는 어떤 형태로도 절단될 수 있도록 이불솜으로 형성된 합성 및 천연섬유들로 구성된 그룹으로부터 선택된다.

미국특허 5,458,971은 의류에서 섬유실과 같은 유용한 섬유혼합물을 개시한다. 상기 섬유실 혼합물은 곱슬곱슬해진 중공 폴리에스테르 섬유 및 곱슬곱슬해진 접합섬유들로 구성된다.

미국특허 5,492,580은 1차로 열가소성, 열경화성, 무기 또는 유기섬유들과 2차로 열가소성 섬유들을 혼합하여 형성된 재료를 개시한다.

미국특허 5,624,742는 제1 및 제2절연(유리)섬유재료의 혼합물로 구성된 펄럭임가능한 절연체를 개시한다. 상기 섬유그룹 중의 하나는 보다 큰 그룹의 섬유들 사이의 빈 공간을 채우기에는 크기면에서 상대적으로 더 작다.

그러나, 종래기술에 따른 클러스터(cluster)들은 자주 일반적으로 느리고 따분한 일괄처리 과정에 의해 손으로 가공된다. 더욱이, 종래기술에 따른 재료들중 일부는 편리한 제조장비를 가지고 사용될 수 있도록 쉽게 펄럭임가능한 재료이다.

또한 종래기술에 따른 절연재료는 다양한 크기, 중공사 및 솔리드 섬유들과, 곱슬곱슬해진 섬유들 등과 같은 다양한 형태를 가질 수 있음을 주목해야 한다. 또한, 다양한 형태들은 단지 몇가지 언급하면 구형(미국특허 4,065,599)들, 서로 겹치도록 돌출된 섬유(미국특허 4,820,574)들, 곱슬곱슬해진 섬유다발(미국특허 4,418,103)들, 고리모양으로 감긴 집합체(미국특허 4,555,421)들, 섬유롤들, 베일(bail)들, 다발들 및 핀 쿠션 형태(미국특허 3,892,909)를 갖는 구형을 제안한다.

더욱이, 명칭이 "펄럭임가능한 절연 클러스터들"인 미국특허 6,329,051에 개시된 바와 같이, 갈기갈기 찢겨진 이불솜으로부터 형성된 섬유클러스터들 및 명칭이 "펄럭임가능한 절연체"인 미국특허 6,329,052에 개시된 바와 같이, 솜털같은 자연 섬유들과 함께 혼합된 클러스터들은 특히 적당한 절연/충전재로 알려져 있다.

또하나의 방안을 마련하되 절연 형태와 관련된 다양한 방법들은 쿠션 속용 인조섬유 및 파이버볼(fiber ball)들을 포함한다. 자연절연에 대한 합성방법의 다른 형태들은 토우(tow)섬유들의 접합점을 개시한 미국특허 5,851,665을 포함한다. 다른 방법은 미국특허 5,218,740에 개시된 바와 같이 단일층의 주요섬유를 카드(card) 의류로 덮혀진 회전실린더로 공급하고, 섬유를 특별한 도퍼(doffer) 스크린에 의해 제거되는 둥글게 된 클러스터들로 회전시키는 것이다. 또 다른 방법들은 상기 섬유를 볼로 불어내거나 공기 텀블링(tumbling)하는 것을 제안한다.(미국특허 4,618,531; 4,783,364; 및 4,164,534 참조)

앞서 언급한 것들 중 일부 또는 전체가 주목할만한 어떤 이점들이 있지만, 더욱 더 개선된 및/또는 달리 취할 형태들이 항상 바람직하다.

따라서, 본 발명은 앞서 언급한 것들의 일부에 의해 그러나, 펄럭임가능한 형태이면서 자연 솜털과 더욱 비슷한 전나무 구조의 사용에 의해 나타난 우수한 보온성, 로프트(loft), 편안함 및 물흡수성을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 저비용면에서 자연 솜털의 대체품인 절연재를 제공하는 데 더욱 큰 목적이 있다.

또한, 본 발명은 접합섬유들이 덮개 직물의 섬유 포우크 쓰루(poke-through)를 감소시키도록 접착 절연재를 제공한다.

또한, 본 발명은 합성재료의 특성을 다양화하도록 넓은 유연성을 부여하는 절연재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 넓은 범위의 열가소성 재료에 적용될 수 있는 방법을 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 목적과 효과를 제공한다. 이와 관련하여 본 발명은 합성 솜털 절연재에 관한 것이다. 상기 재료는 본 출원인이 소유한 상표

상기 창의적인 재료의 생산을 위한 방법이 또한 여기에서 개시된다. 첫째로, 다중 섬유 실이 연속적인 형태로 생산된다. 상기 실섬유들은 꼬여지기도 하고, 하나의 코어섬유의 이곳저곳에서 꼬여질 수 있다. 둘째로, 상기 실(yarn)은 고에너지, 로우 드웰 타임(low dwell time)의 열원을 적용함으로써 실이 간헐적으로 결합되는 고속의 장치를 통해 공급된 후 원하는 길이로 절단한다.

본 발명에 따른 목적 및 효과들은 다음의 도면에 관련된 설명에 의해 실현될 것이다.

도 1은 자연 솜털구조의 일예를 나타내는 측면도;

도 2A 및 도 2B는 본 발명의 설명에 대한 구현예로서, 펄럭임 가능한 형태로 결합단부와 개방된 섬유들을 갖는 절연재를 나타내는 측면도; 및

도 3은 본 발명의 설명에 대한 구현예로서, 절연재의 제조장치 및 방법을 나타내는 측면도.

이하, 도면에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2A는 일반적으로 본 발명에 따른 펄럭임가능한 절연재를 나타낸다. 절연구조체(10)는 일단부(14)가 접합 또 는 결합되고 타단부가 개방된 다수개의 섬유(12)들로 구성된다. 즉, 절연구조체(10)는 도 1에 도시한 바와 같이 자연 솜털섬유의 구조와 비슷하게 전나무와 같은 또는 수상구조로 구성된다.

이와 관련하여, 절연구조체(10)는 도 2A에 도시한 바와 같이 모두가 동일한 직경을 갖는 섬유(12)들을 가질 수도 있고, 다른 실시예로서 도 2B에 도시한 바와 같이 작은 직경을 갖는 다수개의 개방된 섬유(12)들로 둘러쌓인 상대적으로 보다 큰 직경을 갖는 코어섬유(16)를 가질 수도 있다. 게다가, 상기 섬유(12,16)들은 개수 및 길이가 변할 수 있다. 또한, 상기 절연구조체(10)는 도 2A 및 도 2B에 도시한 바와 같이 곧은 섬유들을 가질 수도 있고, 곱슬곱슬해진 섬유(미도시됨)들을 가질 수도 있다.

상기 절연구조체(10)는 비열가소성 재료의 포함을 예견할 수 있지만, 상기 목적에 적당하고 숙련공에게 잘 알려진 넓은 범위의 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 절연구조체(10)는 동일한 재료의 모든 섬유(12,16)들 또는 다른 실시예로서 예를 들어 더욱 넓은 범위의 특성들을 부여하기 위해 다른 재질들이 혼합된 섬유들로 구성될 수 있다. 마지막으로, 상기 섬유(12,16)들이 일례로 실리콘을 이용하여 발수(water repellency)처리 될 수 있다.

또한 본 발명은 도 3에 도시한 바와 같이 절연구조체(10)의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법의 제1단계는 연속적인 형태로 구성된 재료들을 포함하는 다중섬유 실(20)을 생산하는 것이다. 상기 선행재료(20)는 단순하게 다수개의 구성섬유들을 꼬거나 하나의 코어섬유를 뒤덮도록 다수개의 구성섬유들을 꼬는 것을 포함하여 수많은 방법(미도시됨)으로 제조될 수 있다. 그다음 이와 같이 제조된 재료(20)는 다음 두 단계에 사용하기 위해 스풀(22)에 저장되게 된다.

상기 방법의 제2단계는 선행재료(20)를 롤러(26) 및 두개의 기능을 수행하는 장치(24)를 통해 고속으로 공급한다. 상기 장치(24)에서 선행재료(20)가 처음에는 간헐적으로 함께 결합되지만, 그 다음에는 거의 동시에 원하는 길이로 절단된다.

그 결과 절연구조체(10)들은 그 후에 공기 유동, 진공, 정전기, 기계적 수단들 또는 상기 목적에 적당한 다른 수단들을 이용하여 추출된다.

결합/절단 장치(24)와 관련하여, 상기 재료(20)는 고에너지, 동시에 발생하는 레이저 빔(28)과 같이 매우 짧은 시간안에 고온을 얻는 로우 드웰 타임(low dwell time) 열원을 이용하여 결합되고, 용이하게 제어될 수 있다. 레이저 빔(28)은 상기 재료(20)를 결합 및 절단하는 데 사용된다. 이것은 처음에는 결합하나 그 다음에는 상기 재료(20)를 증발시키기 위해 에너지 또는 시간지연을 변화시킨 후 원하는 길이로 산출해 냄으로써 수행된다. 또한, 다른 실시예로서 상기 재료(20)는 결합부(미도시됨)가 일치하도록 고속에서 기계적으로 절단된다.

전술한 바와 같이 상기 선행재료(20)가 본래 꼼으로써 형성되는 바, 그 이후 절단 공정은 도 2A 및 도 2B에 도시한 바와 같이 억제된 토크를 해제하고 그 결과로 발생되는 섬유(12,16)들의 발산 또는 부채질(fanning)을 확보한다는 것에 주목해야 한다. 절연재료가 이러한 부채질의 기능을 적절하게 하는 것이 중요하다. 부가적으로, 정전기 효과는 개개의 섬유(12,16)들의 부채질을 더욱 촉진시키기 위해 이용된다. 이와 관련하여, 꼬임각의 변화는 필요한 만큼 섬유(12,16) 분리의 더한 또는 덜한 정도를 초래하게 된다.

따라서, 본 발명에 의해 그 목적 및 효과가 실현되는 바, 바람직한 구현예가 상세하게 설명 및 개시되었지만, 본 발명의 범위 및 목적은 상기 구현예에 의해 제한 되어서는 않되며; 오히려 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정하여질 것이다.