KR0132354B1

KR0132354B1 - 경사용 초극세 섬유의 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR0132354B1
Application number: KR1019950007793A
Authority: KR
Inventors: 신우택; 호효승; 박준원
Original assignee: 김상응; 주식회사삼양사
Priority date: 1995-04-04
Filing date: 1995-04-04
Publication date: 1998-04-16
Also published as: KR960037881A

Abstract

본 발명은 직접 방사방법에 의한 경사용 초극세 섬유의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 방사구금(1) 바로 밑부분에 가열체(2)를 설치하고, 형태가 원형인 냉각통(3)에 냉각공기의 송풍구(4)와 배출고(5)를 1회이상 교호로 반복하도록 설치하여 0.35∼0.15데니어의 경사용 초극세 섬유를 제공함으로써, 복합 냉각방식의 문제점인 제조비용의 절감 및 후가공시의 문제점을 충분히 해결하여 일반의류, 운동복, 자켓, 안경닦이등의 다양한 분야에 적용이 가능한 경사용 초극세 섬유의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

경사용 초극세 섬유의 제조장치 및 제조방법

제1도는 본 발명에 의한 방사 시스템과 냉각장치의 간략한 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 방사구금 2 : 가열체

3 : 냉각통 4 : 공기송풍구

5 : 공기배출고 6 : 유제메터링부

본 발명은 직접 방사벙법에 의한 경사용 초극세 섬유의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 방사구금 바로 밑부분에 가열체를 설치하여 원사의 고화점의 균일화를 이루며, 원형 냉각방식을 적용하여 냉각공기와 섬유속이 일으킬수 있는 공기의 와류 현상을 방지함을 특징으로 하는 경사용 초극세 섬유의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 종래부터 알려져 있는 초극세 섬유는 2종의 폴리머를 복합방사한 후 물리적, 화학적 방법으로 처리하여 제조하였으며 그 대표적인 제조공정은 일반적으로 친화성이 없는 이종의 고분자 즉, 폴리에스테르와 나이론 6를 이용하여 변형된 사이드 바이 사이드(side by side) 형태의 특수방사구금을 통해 연신사 기준으로 0.7데니어 정도인 나이론 6가 뼈대를 이루고 0.2데니어 정도인 폴리에스테르를 복합 방사하여 약 4%정도의 수산화나트륨 용액에 침지시켜 폴리에스테르의 가수분해 특성과 나이론 6의 수분에 의한 팽윤특성을 이용하여 분활하여 얻는 방법이 있다.

그러나, 이와같은 복합극세사 제조방법은 2성분을 사용한 복합방사 시스템으로써 단일성분을 사용한 직접 방사방법에 비해 제조비용이 약 3배 정도 높고, 친화성이 없는 2종류의 고분자를 사용함으로써 후가공시 염료의 선전등에 많은 제약을 받을 뿐만 아니라 염단발생등의 발생 빈도가 높은 단점이 있다.

특히, 폴리에스테르와 나이론 6을 사용한 초극세 섬유제조시 나이론 6의 일광견뢰도 결함 때문에 의류로 사용하는데 많은 제약을 받는다.

일반적으로 폴리에스테르 필라멘트 제조에 직접 냉각방식을 사용하는데 이는 단사섬도가 0.5데니어 이상이고, 섬유속의 수가 144개 이하인 경우에는 직접 냉각방식에 의해서도 사조의 균일한 냉각을 행할 수 있어 균제도가 매우 양호한 필라멘트를 얻을 수 있기 때문이다. 즉, 고화점이 발생하는 방사거리가 길고 섬유의 단면적인 크기 때문에 열전달계수가 작게 되어 멀티호로 구성된 필라멘트의 장력 불균일이 일어나지 않기 때문에 평균편차 백분율(U%) 혹은 공분산(CV%=125×U%, 섬유의 분포가 정규분포인 정규분포인 경우)이 낮은 균일한 필라멘트의 제조가 가능하였다.

그러나, 직접 방사방법에 의한 0.35∼0.15데니어 수준의 초극세 섬유의 제조시 이와같은 원형 냉각방법에 의해서는 U%가 15% 미만인 양호한 필라멘트의 제조가 불가능항다. 그 이유는 직접 냉각방법으로 필라멘트의 냉각시에 145개 이상의 많은 홀이 70∼120mm 정도되는 방사구금에 원주상으로 배열되어 있어 한홀 한홀의 섬유의 고화점의 불균일, 열전달계수의 불균일, 장력의 불균일 등으로 심한 경우에는 단사의 발생으로 방사가 불가능하며 U%가 2%이상으로 섬유로써 가치가 없다.

용융방사시에 필라멘트에 미치는 힘의 성분을 보면 아래와 같은 식으로 표현된다.

F = Frheo ＋ Fin ＋ Faero － Fg ＋ Fsurf

여기에서 F는 권취기의 권취롤러상에서의 섬유 한홀에 한홀에 미치는 장력이고,

Frheo는 방사거리 0인 점 즉, 방사구금면에서의 장력이며, Fin는 속도에 의한 관성력이고, Faero는 공기저항력이며, Fg는 중력에 의한 힘이며, Fsurf는 표면장력이다.

직접 방사방법에 의한 초극세 섬유제조시 (1)식에서 Frheo는 20dyne 정도로 매우 작고 Fg 및 Fsurf 무시 할 수 있을 정도로 매우 작은 양이기 때문에 (1)식은 아래와 같이 된다.

F = Fin ＋ Faero

또한 관성력 Fin는 아래와 같이 나타낸다.

Fin = W(V-Vo)=pπR2V(V-Vo)여기에서, W는 중량토출량이고, Vo는 노즐면에서의 선속도이다.

예를 들면 방사속도 1,250m/min에서 단일섬도가 2데니어인 경웅 방사구금면의 선속도 Vo는 30.4cm/sec이고 0.3데니어인 경우 선속도 Vo는 26.3cm/sec로써 단사섬도가 2데니어 또는 0.3데니어인 경우에도 선속도에 있어 큰 차이가 없도록 토출공의 직경 및 길이를 조절해야 하는 것이 필수적이다. 즉, 단사섬도가 2데니어인 경우나 초극세 섬유인 경우에 Vo는 유사하다. 따라서, 초극세섬유인 경우 마찬가지로 방사속도에 비해 토출선속도가 매우 작아 무시할 수 있으므로 단위면적당의 응력으로 표시하면 아래와 같이 된다.

σin = ρV2이때, 폴리에스테르인 경우, 온도에 따른 밀도는 아래 (5)식과 같이 표현된다.

ρ = 1.356 － 5.0×10-4×T여기에서 T는 섭씨온도(^oC)이다.

따라서, 단사섬도가 2데니어 또는 0.3데니어인 경우에 방사속도가 동일하다면 관성응력의 차이는 없다. 그러므로 직접 방사방법에 의한 초극세사 제조시 관성응력은 고려할 필요가 없다.

일반적으로 폴리에스테르 방사시 방사거리에 따른 온도의 감소에 가장 많은 영향을 주는 인자는 토출량이다. 즉, 직접방사방법에 의한 초극세 섬유제조시 극히 짧은 방사거리에서 고화점이 형성되기 때문에 섬유 한홀 한홀의 고화점 균일화를 가져오는 것이 매우 중요한 요소이다.

이와같은 이유를 설명하기 위해 열전단계수에 의하여 설명하고자 한다. 열전달계수 h는 (6)식과 같다.

여기에서, A는 방사시의 섬유의 단면적이고, V는 섬유의 속도이고, VY는 냉각바람의 속도이다. 상기식으로부터 알수 있듯이 데니어가 증가할수록 섬유직경이 일정하게 되는 방사거리 x가 증가한다. 그 이유는 데니어가 증가할수록 열전달 계수 h가 감속하기 때문이다. 또한, 열전달계수는 방사속도가 증가할수록 증가할수록 증가하며, 냉각바람의 속도가 증가할수록 증가한다. 단사섬유가 2데니어인 경우에 비해 0.3데니어인 경우 섬유직경이나 섬유의 온도가 일정하게 되는 노즐면으로 부터의 거리가 2데니어인 경우 110cm인뎅 반해 0.3데니어인 경우 30cm로 매우 짧다. 따라서, 섬유 표면적의 차이에 의한 열전달계수의 차이는 냉각속도, 방사속도, 냉각온도 등에 따라서 달라지므로 섬유에 미치는 열전달계수의 조절 즉, 섬유 각혹의 고화점, 방사온도 및 섬경이 일정하게 되는 시점의 균일화가 매우 중요하다.

또한, 동일 방사구금에서 200개 이상의 매우 많은 홀에서 방출되는 섬유가 냉각공기의 영향으로 고화를 이루면서 제1도와 같이 냉각공기를 섬유의 권취방향으로 당기게 되는 공기 당김현상(Air Drag)이 발생하고 이 현장에 의해 유체를 부착하는 머터링부에서 공기의 와류현상이 발생하여 섬유의 균제도를 저하시키는 요인이 되었다. 따라서, 섬유 균제도의 향상을 위해서는 유제집속부에서의 공기와류를 감소시키는 요인이 되었다. 따라서, 섬유 균제도의 향상을 위해서는 유제집속부에서의 공기와류를 감소시키는 것도 매우 중요하다.

언급한 종래의 방법으로는 섬유직경, 섬유의 온도가 일정하게 되는 방사거리가 매우 짧고, 유제 부착부위에서 발생되는 공기의 와류때문에 직접방사 방법에 의한 U%가 1.0% 미만인 경사용 초극세 섬유 제조가 불가능하였다.

본 발명의 목적은 직접방사방법에 의한 초극세 섬유를 있어서, 짧은 방사거리에서 생기는 고화점, 냉각공기와 방삳되는 섬유와의 작용으로 생기는 공기당김 현상과 공기와류 현상등의 문제점을 해결하여 균제도가 우수한 경사용 초극세 섬유의 제조방법을 제공하는데 있다. 이에 본 발명들은 이와같은 문제등을 해결하기 위해 방사구금바로 밑에 가열체를 설치하고, 제1도와 같은 냉각형태를 갖는 원형 냉각방식을 택하여 냉각공기와 섬유속이 일으킬 수 있는 공기의 와류를 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 직접 방사방법에 의한 경사용 초극세 섬유의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 제1도는 본 발명에 의해 제시되는 방사시스템과 냉각장치의 간략한 개략도이다. 직접방사에 의한 경사용 초극세섬유의 제조시, 방사구금(1) 밑부분에 길이 5∼400mm, 온도 50∼250^oC 인 가열체(2)를 설치하였고, 형태가 원형인 냉각통(3)에 냉각공기의 송풍구(4)와 배출구(5)를 1회이상 교호로 반복하도록 설계하여 0.35∼0.15데니어의 경사용 초극세 섬유를 제조하였다.

방사속도가 1250m/min일때, 단위 홀당 토출량이 0.0157g/sec인 경우(연신사 기준으로 75데니어 36필라멘트, 단일섬도 2데니어) 고화점은 방사거리 36cm이고, 단위 홀당 토출량이 0.0026g/sec인 경우(연신사 기준으로 75데니어 250필라멘트, 단일섬도 0.3데니어) 고화점이 13cm로 매우 짧게 된다. 여기에서 고화점의 의미는 방사시 섬유의 온도가 폴리에스테르의 2차전이온도 근처인 70^oC 를 기준으로 하였다. 이상과 같은 결과로 부터 알수 있듯이 고화점이 매우 짧은 관계로 필라멘트를 구성하는 섬유 한가닥 한가닥의 방사거리에 따른 고화점의 위치가 각기 다른 위치에서 발생할 수 있다. 동일방사구금(1)에 매우 많은 홀수가 존재하므로 고화점의 균일화가 연신사의 V%를 조절하는 주요 인자임을 알 수 있다. 따라서, 직접방사방법에 의한 0.35∼0.15데니어 경사용 초극세 섬유제조시 고화점의 균일화를 이루기 위해서는 방사구금 바로 밑에 가열체(2)를 설치하여 외부 공기등에 의한 방사거리에 따른 섬유 한홀 한홍의 고화점의 균일화를 가져왔다.

또한, 경사용 초극세섬유 제조시 고화를 균일하게 조절하기 위하여 원형냉각통(3)을 사용하고 원형 냉각통의 구조를 냉각 공기 송풍구(4)와 배출구(5)를 1회 이상 교호로 반복하도록 설치하여 방사구 하부 약 1.0∼1.5m 지점에 유제를 부착 메터링부(6)에서 발생하는 공기의 와류 현상을 현저히 감소할 수 있었으므로 직접 방사방법에 의한 0.35∼0.15데니어인 경사용 초극세 섬유를 제조할 수 있었다.

토출량이 감소함에 따라 단위길이당의 속도변화량dV/dX의 최대값을 나타내는 방사거리가 점점 짧아지며 또한 방사거리에 따른 속도변화량의 그래프의 폭은 좁아진다. 이와같은 사실로부터 알수 있듯이 직접방사방법에 의한 초극세 섬유 제조방법은 매우 좁은 여역내에서 섬유형성 구조가 결정되므로 이와같은 영역의 조절범위를 넓게 하므로써 균제도 즉 U%가 1.0% 미만인 0.35∼0.15데니어 수준의 경사용 초극세 섬유의 제조가 가능하며, 염색 선정등의 제약이 없으며, 분할공정등의 부수적인 공정이 필요치 않은 장점이 있다.

이하, 실시예 및 비교예에서 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

[실시예 1]

고유점도가 0.64인 폴리에틸렌테레트탈레이트를 방사온도 298^oC로 토출량 33.4g/min 토출시키고 원주상으로 배열된 홀의 직경이 0.1mm인 210개 홀의 방사구금을 통해 방사속도 1250m/min으로 방사하여 미연신사 245데니어를 제조하였다. 가열체의 온도를 150^oC, 가열체의 길이를 15cm로 하여 원형냉각방식으로 방사하였다. 냉각방법은 그림 3과 같이 송풍 3회 배출 3회를 교호로 실시하였으며. 최대 냉각속도 1.0m/sec이고, 최소 냉각속도는 0.2m/sce로 하여 방사하였다. 얻어진 미연신사를 연신배율 3.2로1R/O의 온도를 88^oC 로 스리트 히터의 온도를 180℃로 하여 열고정을 하였으며, 연신사의 U%가 0.7인 0.35데니어 경사용 초극세 섬유를 직접방사방법에 의해 제조하였다.

[실시예 2]

250개홀이 원주상으로 배열된 방사구금을 통하여 실시예 1과 같은 조건으로 방사하였다. 이때 가열체의 온도는 180^oC 로 하였으며, 가열체의 길이는 18cm로 하였다. 얻어진 미연신사를 실시예 1과 같은 조건으로 연신사여 U%가 0.8인 0.3데니어 경사용 초극세섬유를 제조하였다.

[실시예 3]

370개 홀이 원주상으로 배열된 방사구금을 통하여 실시예 1과 같은 조건으로 방사하였다. 이때 가열체의 온도는 200^oC 로 하였으며, 가열체의 길이는 25cm로 하였다. 냉각조건은 송풍 1회 배출 1회를 교호로 실시하였다. 얻어진 연신사의 U%는 1.0이었다.

[비교예 1]

실시예 1과 같은 조건으로 하고 가열체가 설치되지 않았으며, 전면냉각 방식으로 방사하였다. 그결과 연신사의 U%는 4.5이었으며, 210홀중에 섬유의 단면 불균일 현상이 발생하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 같은 조건으로 방사하였으며, 가열체의 길이를 4cm로 하고 가열체의 온도를 255℃로 하였다. 그결과 연신사의 U%가 2.51이었다.

Claims

직접 방사에 의한 경사용 초극세 섬유의 제조장치에 있어서, 방사구금 밑부분에 가열체(2)를 설치하고, 방사고화 과정중 사조를 냉각하는 냉각장치(3)를 원형으로 함을 특징으로 하는 경사용 초극세 섬유의 제조장치.
제1항에 있어서, 냉각장치(3)는 냉각공기의 송출구(4)와 배출구(5)를 1회이상 교호로 반복하도록 설계함을 특징으로 하는 경사용 초극세 섬유의 제조장치.
직접 방사방법에 의한 초극세 섬유의 제조시에 제1항의 냉각장치를 이용하고 원형냉각방법으로 냉각하에 제조함을 특징으로 하는 경사용 초극세 섬유의 제조방법.