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[부직포의 제조방법]

일반적인 부직포의 제조방법

부직포를 제조하기 위한 방법은 여러가지가 있다.
원료섬유의 종류에 따라 단섬유 부직포와 장섬유 부직포가 있고, 웨브의 형성방법에 따라 건식부직포와 습식부직포가 있으며, 웨브의 결합방법에 따라 NP(Needle Punch), CB(Chemical Bonding), TB(Thermal Bonding), ST(Stitch Bonding), SL(Spunlace), MB(Meltblown), SB(Spunbond), UB(Ultrasonic Bonding) 등의 다양한 부직포가 있다.
일반적인 부직포의 제조공정은 아래와 같다.

일반적인 부직포의 제조공정은 -> 웨브 형성 -> 웨브 결합공정을 거치게 된다.
일반적인 공정은 단섬유 부직포에만 사용되며, 장섬유 부직포는 방?에 의한 필라멘트를 사용하므로 이 공정은 필요치 않다. 부직포의 경우 압축된 베일(Bale) 상태로 입고되므로 부직포를 만들기 위해서는 압축된 섬유들의 과정을 거쳐야한다.
웨브의 형성공정은 부직포를 만들기 위해서 반드시 필요한 공정으로, 건식 부직포는 웨브의 형성을 대기 중에서 행하는데 반하여 습식부직포는, 섬유를 분산시켜 이것을 떠올림으로써Sheet를 얻는다. 따라서 건식부직포는 섬유의 배열이 방향성을 갖는 것이 대부분이나, 습식부직포는 섬유가 랜덤한 불규칙 배열을 이룬다. 그러나 건식부직포에도 랜덤 카드기의 개발로 용도에 따라 방향성이 없는 웨브를 얻을 수 있다.
웨브의 결합공정은 제품이 요구하는 특성에 따라 독특한 결합방법을 사용하게 되는데 일반적으로 사용하는 화학적 방법, 열과 ??을 이용하는 물리적 방법, NP, SP 기 등과 같은 방법 등을 많이 사용하고 있으나, 최근에는 고도의 수류를 이용하는 SL 법, 초음파를 이용하는 UB 법 등이 개발되어 관심을 끌고 있다.

SL 법은 제트수류를 웨브에 분사하여 섬유를 결합하는 방법이다. 이 방법은 설비투자에 따른 부담이 크지만 대량생산이 가능하다. SL 부직포는 제트수류를 받는 웨브 밑에 설치된 ?의 패턴에 따라 다양한 디자인을 얻을 수 있고, 접착제를 사용하지 않기 때문에 제품은 드레이프성, 흡수성, 벌키성 등이 우수하지만 제트수류의 수질관리에 많은 주의를 기울여야 한다.
SL 부직포의 원료는 주로 폴리에스터, 레이온, 펄프가 사용되어 왔으나, 최근에는 아라미드 섬유, 면, 나일론, 아크릴 등의 원료를 사용하여 일부 제품화하거나 연구 중에 있다.

1. Honeycomb 공정(Rotary 방식)

Honeycomb 공정은 기본적으로 Du-Pont 공정과 같으나 Du-Pont 공정은 웨브를 Mesh Belt Conveyor 위에서 수류처리하지만, Honeycomb 공정은 Drum 에 웨브를 감겨 처리되며 사용되는 수류의 장력도 100 Bar 정도 높다.
제조공정은 카딩 또는 에어레이(Air-Laid)를 통하여 ??된 웨브가 Water Jet Station 으로 보내어져 복수의 노즐로부터 분사된 고장의 수류로 웨브의 단면 또는 양면을 펀칭(Punching) 한다. 이 과정을 거친 웨브는 Vaccum Roll 또는 건? Press Roll에 의해 ?수되어 제품화된다.
Honeycomb 공정은 크게 Jet Manifold, Honeycomb Roll, Process Water System 의 3가지 장치로 구성되어 있다.

Jet Manifold

Jet Manifold 는 고장 수류를 발생시키기 위해 특별히 설계된 Orifice Plate를 포함하는 기계이다. 최량의 효과를 얻기 위하여 각각의 Jet는 고압에 견딜 수 있도록 설계되어 있고, 40~60 Jet/2.5㎝ 의 대단히 촘촘한 간격으로 배열되어 있다.
사용되는 원료의 종류에 따라 압력의 정도는 차이가 있으며, 레이온, 폴리에스터, 펄프 등은 용도에 따라 30~150 Bar 정도로 충분하나 무겁고 강도가 높은 용도를 위해서는 더 높은 에너지가 필요하다.

Honeycomb Roll

Honeycomb Roll 은 Water Punching 공정 사이에 웨브를 반송하는 와이어와 부직포 지지매체로써 작용한다. 이것은 웨브의 양면처리를 가능하게 하고, Sheet Run이 용이한 정밀설계를 가능하게 한다.
Honeycomb Shell은 고장 Jet에서 방출된 물이 Roll Shell을 통과하여, 노즐에 대응하는 Roll Vaccum Slot에 들어간 동안, 와이어를 지탱하는 역할을 한다. 접촉되지 않는 내부 Seal에 의해서 형성된 복수의 Vaccum Slot이 각 Roll 중에 내장되어 있다.
Vaccum Roll에서의 진공은 Water Jet 지역에서 수분을 제거하고, 웨브의 수분 상태를 통제한다. 사용된 물은 롤 중앙의 파이프에 모여, 한쪽 끝을 통해서 Separator로 배출되고, 거기서 물은 재순환된다.

Process Water System

SL 법의 경우 타공정에 비해 엄청난 양의 물이 소비된다. 따라서 Water Jet에서 사용된 물은 재생, 여과되어, 재사용될 수 있어야 한다.
Honeycomb Roll에서 배출된 물은 기류분리기에서 첫번째 여과장치를 통과하면서 여과된다. 이후 물은 저수탱크에 모여서 보충수가 가해진다. 보충수의 양은 웨브에 의해 운반되어 지나가는 물의 양과 공정 중에서 밖으로 흘러나와 떨어지는 물의 양에 의해 결정된다. 보춛수에 ???이 쌓여 Orifice Plate를 막는 것을 방지하기 위하여 철분제거가 이루어진다.
그리고 저수탱크에서 물은 펌프로 퍼 올려 두번째 ????필터를 지나게 된다. 두번째 필터에서는 첫번째 필터에서 여과되지 않은 작은 입자를 Jet Manifold에 가기 전에 제거한다. 두번째 여과장치를 거친 물은 ??탱크에 모여 ??펌프로 공급된다.

2. Perfojet 공정(Belt 방식)

Perfojet 공정에서는 웨브가 Pre-Wetting Unit에서 수분을 충분히 흡수한다. 이 단계에서 부직포 내의 모든 기포가 제거된다.
이 과정을 거친 웨브는 컨베이어에 올려져 Hydraulic Jet Injectors 에 의해 형성된 미세한 수류가 부직포 표면에 분사되어 웨브를 결합시키고, 다시 컨베이어로 옮겨져 뒷면의 Water Punching 과정을 거친다.
Water Punching을 거친 웨브는 High Vaccum Exhauster를 거치면서 웨브 내부의 수분이 최대한 제거되며, 건?과정을 거쳐 최종제품이 된다.
Perfojet 공정은 크게 Independent Conveyor 2개, Water Needle Injectors, Perforation/Patterning Module, Filtration & Water Circulation System 의 4가지 장치로 구성되어 있다.

Independent Conveyor # 1, 2

Conveyor Cover는 롤(Roller)이나 분사기 또는 고압 파이프 등을 기계 본체에서 분리시키지 않고 쉽게 교환할 수 있도록 설계되어 있다. 이것은 필요에 따라 많은 수의 분사기를 설치할 수 있도록 제작이 가능하며, 모든 분사기는 유지보수가 가능하도록 수평, 일열로 배치되어 있다.

Water Needle Injectors

필요에 따라 분사기의 수가 결정되며, 수장은 최고 250 Bar 까지 가능하다. 수장은 각 분사기 별로 조정이 가능하며, 일반적으로 첫째 분사기는 약 50 Bar, 나머지 분사기는 최고 250 Bar 까지 가능하다. 생산하고자 하는 부직포의 종류에 따라 분사기의 수나 형태는 조정이 가능하며 일반적으로 최상의 웨브 결합을 위해서 첫째, 분사기 수침 직경은 120㎛(0.12㎜)을 사용하며, 나머지 분사기 수침 직경은 웨브의 매끄러운 표면을 위하여 80~100㎛(0.08~0.1㎜)을 사용한다.

Perforation / Patterning Module

이 장치는 실린더 및 급수기를 받치는 스텐레스 본체와 Perforation Cylinder 로 구성되어 있다.
Hydraulic Injector 는 Cylinder 내에 위치하고 있으며, Conveyor 에 있는 Jetlace의 분사기와 유사하나 Perforated Strip이 다르다.
분사기에서 분사된 고압수침은 무늬 실린더의 구멍을 통과하며, 여기를 통화한 고장의 물이 부직포 표면을 변형시키기 때문에 실린더의 무늬가 부직포 표면에 재현된다.

Filtration & Water Circulation System

일반적인 물을 순환시켜 반복 사용할 수 있도록 설계되어 있으며, 이 장치는 Air / Water Separators 3대, 고압 펌프로 이루어져 있다.
Air / Water Separator 2대는 컨베이어 1대마다 각각 부착되어 있으며 모든 Eewatering Suction Box 와 연결되어 있고, 1대는 Recirculation 펌프와 Vaccum Exhauster가 함께 부착되어 있다.
분사기를 통과한 물은 필터를 통해 ??하며, 여과기는 Self Cleaning Type으로써 기계작동중 보수 필요성을 예방한다.
고압펌프는 1,000~3,800 PSI 의 고압관에 연결되어 있으며, 에너지 효율의 극대화를 위해 DC Motor로 작동된다.

기타공정

이 공법에 참여하고 있는 대부분의 회사가 독자적인 기술을 갖고 있지 안으며, 각 회사들은 공법상의 노하우를 공개하지 않고 있다.
현재 Du-Pont 공정을 기초로 한 Honeycomb 공정과 Perfojet 공정이 세계적으로 사용되고 있다. 이외에도 최초로 상품화에 성공한 Chicopee 공정, 일본의 기계 제작회사인 Unicharm 사가 독자적으로 개발을 시도하여 그 결과가 주목되고 있는 Unicharm 공정과 Mitsubishi Rayon 공정 등이 있다.

3. SL 부직포의 특성

a. 수류를 사용하기 때문에 섬유??이 극소화된다.
b. 첨가제를 사용하지 않아 부드럽다.
c. 결합부분이 사슬고리 형태를 유지하여 드레이프성이 탁월하다.
d. ???이 뛰어나 안락감을 준다.
e. 결합되지 않은 부분의 섬유는 늘어나기 쉬워 신축성이 좋다.
f. 결합되지 않은 부분이 무기향적으로 엉켜있어 벌키성을 유지한다.
g. 패턴펀칭 드럼의 디자인에 따라 다양한 패턴을 얻을 수 있다.
h. 고압의 수류로 결합되어 첨가제 없이도 비교적 뛰어난 강도가 유지된다.
i. ?? ????이 발생할 수 없다.
j. 어떠한 종류의 섬유라도 용이하게 제품화할 수 있다.

4. SL 부직포의 용도

SL 부직포는 부드러우면서도 강도가 종기 때문에 수술용 가운, 수술용 거즈, 산업용 와이프, 피지, 인공피혁, 각종 포장재, ??? 등 여러분야에 사용할 수있다.
수술용 가운에 사용되는 SL 부직포는 펄프 55%와 폴리에스터 45%를 혼합한 부직포가 주로 사용되는데, 이는 안락감 이외에도 환자 수술시 ?? 및 각종 ?? 의 ??을 차단하고 린트발생이 없기 때문에 일회용 수술복의 소재로서 최적으로 판명되고 있다. 다음으로 많이 사용되는 분야는 각종 산업용 와이프인데 레이온 70%와 폴리에스터 30%를 혼합한 부직포가 주로 쓰인다. 이는 부직포 자체에서는 린트가 발생하지 않고 ???나 ??? 뛰어난 강도를 유지하며 ???이 뛰어나기 때문이다. 그리고 100% 폴리에스터를 원료로 한 부직포는 피지, 인공피혁, 각종 포장재에 사용되는데 강도와 부드러움, 균일한 두께, 벌키성을 제공할 뿐만아니라 열접착이 용이하기 때문이다. 이외에도 ??분야에서의 밀착포, 기저귀 등의 커버스톡, 침대커버 등에 사용되고 있다.