KR100225286B1 - 합성섬유 부직포 및 그의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매끄러운 표면층을 가지며 높은 인열강도와 열저항성의 특성을 지니고 3차원적으로 필라멘트의 엉킴에 의해 제조된 합성섬유 부직포에 관한 것으로서, 원형단면사 구금을 통하여 1차방사하고 연이어 편평단면사 구금을 통하여 2차방사하는 것을 특징으로 하며, 이러한 특징의 본 발명에 의하면 매끄러운 표면층을 가지며 높은 인열강도와 열저항성의 특성을 갖는 합성섬유 부직포를 고온의 열처리 공정의 필요없이 단순한 방법으로 방사속도 5,000m/min이상의 높은 생산성으로 제조할 수 있게 된다.

Description

합성섬유 부직포 및 그의 제조방법 및 장치

제1도는 본 발명의 방법을 구현하기에 바람직한 부직포제조장치의 일예를 개략으로 나타낸 도면.

제2a도 및 2b도는 각각 제1도의 장치에서 1단계 방사시의 원형 구금의 모세공 단면 및 필라멘트 단면을 나타낸 도면.

제3a도 및 3b도는 각각 제1도의 장치에서 2단계 방사시의 편평 구금의 모세공 단면 및 필라멘트의 단면을 나타낸 도면.

제4a도 및 4b도는 각각 1단계 방사에서 정규 생산되는 부직포의 단면과 2단계 방사에서 그 위에 평활성을 부여하는 매끄러운 표면층을 형성시켜 인쇄성을 개선시킨 부직포의 단면을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 1차방사부재 20 : 방사부재

11, 21 : 원료저장탱크 12, 22 : 용융압출기

13, 23 : 방사블럭 14, 24 : 퀘취챔버

15, 25 : 고압공기 연신기 13a : 원형단면사 구금

23a : 편평단면사 구금 30 : 웹이송수단

40 : 카렌더롤러 50 : 권취기

본 발명은 매끄러운 표면층을 가지며 높은 인열강도와 열저항성의 특성을 지니고 3차원적으로 필라멘트의 엉킴에 의해 제조된 합성섬유 부직포, 그 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

현재 이러한 부직포는 기질을 인쇄하고 물건 포장용 등으로 사용된다. 부직포를 인쇄용으로 사용하기 위해서는 매끄러운 표면을 가져야 하기 때문에 폴리올레핀 필라멘트로 제조된 부직포가 널리 사용되고 있으나, 이러한 부직포는 열저항성이 떨어지고 인열강도가 작은 단점을 갖고 있다. 즉, 조성된 필라멘트의 굵기가 가늘수록 부직포의 표면구조도 더욱 매끄럽게 되나 인열강도는 상대적으로 낮아지게 되는 것이 결점이다.

매끄러운 표면과 높은 인열강도를 가지며 열저항성을 갖는 부직포를 제조하기 위해서는 폴리에스테르 필라멘트로 구성된 부직포를 사용하여 매끄러운 표면을 형성시키면 된다.

종래, 알려진 이러한 기술중의 하나로 표면 필라멘트의 점착을 위해 매끄러운 표면을 가진 롤러를 이용 열압착시켜 매끄러운 표면층을 형성시키는 방법이 있다. 이러한 공정에서는 부직포의 표면을 매끄럽게 하기 위해 조성 필라멘트의 융점 부근까지의 온도로 열압착할 필요가 있다. 그러한 임계온도에서 조성 필라멘트는 용융되고 수지와 같은 상태로 변화되기 때문에 생성된 부직포는 부서지기 쉬운 특성을 갖는다. 반면 조성 필라멘트를 수지화 시키지 않는 열압착 조건하에서는 부직포의 표면은 약간 편평해지므로 만족스러운 매끄러운 표면을 형성시킬 수 없고 필라멘트간의 약한 결합으로 마찰 부과시 보풀이 일어나기 쉽다.

다른 예로는 부직포의 표면을 매끄럽게 하기 위하여 매끄러운 수지층으로 코팅시키는 방법이 있다. 일반적으로 이 방법은 비록 사용되는 수지의 양과 형태에 의존하지만 부직포의 인열강도를 감소시킨다.

또 다른 방법으로 미국특허 제4,678,703호 공보에는 열압착에 의해 변형시킬 수 있으며 열저항성을 가지고 있고 낮은 연화점의 미연신 폴리에스테르 필라멘트를 사용하여 매끄러운 표면을 형성시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나 이 방법은 후공정에서 열압착시 변형이 가능하도록 하기 위해 미연신 폴리에스테르 필라멘트를 이용하였기 때문에 수축이 쉽고 열에 의해 부직포 표면에 웨이브가 생기기 쉽다. 그러므로 이러한 단점을 보완하기 위해 다른 후공정 처리를 해야 하기 때문에 공정이 복잡하다. 또한 미연신 필라멘트로 방사해야 하므로 방사속도가 낮아 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 좀더 자세히 설명하면, 미국특허 제4,678,703호에서는 표면이 평활한 부직포를 제조하기 위해 낮은 방사속도, 예를들어 4,000m/min이하에서 필라멘트를 방사한다. 이렇게 낮은 방사속도로 제조된 필라멘트는 결정성이 10%이하로 낮고 배향도도 낮기 때문에 열융착시 융착은 손쉽게 시행할 수 있으나, 필라멘트 자체의 강도와 신도 등의 물성이 떨어진다. 그러므로 인쇄용으로 사용하는 부직포에서 요구하는 평활한 특성은 얻을 수 있지만, 재료자체의 물리적 특성이 저하되어서 수명이 짧아지는 단점이 있다. 또한 제조시 방사속도가 4,000m/min이하로 제한되므로 생산량을 증가시키기도 어렵다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술에서의 제반 문제점을 감안하여 평활성과 물성이 우수하여 인쇄에 적합한 합성섬유 부직포를 제공하는 것을 제 1 목적으로 하고, 이러한 부직포를 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 하며 및 이러한 방법은 구형하기에 적합한 장치를 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.

상기한 제 1 목적을 위하여 제공되는 본 발명의 합성섬유 부직포는 표면층에는 편평단면사로 구성되어 있고, 하부층에는 원형단면사로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 합성섬유 부직포에 있어서, 표면층은 부직포 전체 두께에 대하여 약 20∼50% 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 부직포 전체 두께의 약 20∼50%를 구성하는 표면층에서의 편평단면사가 구성하는 비율은 약 95%이상 존재하여야 표면평활도가 우수하며 구성비율이 작을 경우에는 표면평활도가 떨어져 촉감, 외관이 불량하고 인쇄성이 떨어지며 하부층에서는 원형단면사가 약 95%이상 구성되어야 하며 작을 경우에는 강도가 저하된다.

표면층의 두께는 부직포 전체두께(H)에 대하여 약 20∼50%정도가 바람직한데, 만일 두께가 이보다 작을 경우에는 편평단면사의 표면층의 균일분포가 떨어져 표면 평활도가 떨어지며 두께가 보다 클 경우에는 상대적으로 원형단면사의 구성비율이 떨어져 높은 강도를 발현할 수 없게 된다.

또한, 표면층을 구성하는 편평단면사는 장축(L)과 단축(l)의 길이의 비(L/l)가 약 4∼12인 것이 바람직하다.

본 부직포에 있어서, 편평단면사가 구성하는 비율은 전체 섬유중량에 대해 약 20∼50 중량%가 바람직하고, 원형단면사가 구성하는 비율은 약 50∼80 중량%가 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기한 제 2 목적을 위하여 제공되는 합성섬유 부직포의 제조방법은 원형단면사 구금을 통하여 1차방사하고 연이어 편평단면사 구금을 통하여 2차방사하여 웹(Web)을 형성한 후 열 카렌더링하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 제조방법에 있어서, 편평단면사 구금의 장축(L)과 단축(l)의 길이비(L/l)는 약 4∼12인 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

제1도에는 본 발명의 제조방법을 구현하기에 바람직하며 본 발명의 제 3 목적이 되는 합성섬유 부직포의 제조장치가 제시되고, 제2도에는 제1도 장치에서 방사부재의 방사블럭에 설치되는 원형구금의 모세공 단면과 이로부터 방사된 필라멘트의 단면이 도시되고, 3도에는 편평구금의 모세공 단면과 이로부터 방사된 필라멘트의 단면이 도시된다.

제1도에 도시되는 바와 같이 본 발명의 부직포 제조장치는 직렬로 연속배치되는 두대의 방사부재(10)(20), 상기 방사부재들의 아래쪽에 위치하며 이들로부터 연이어 방사되어 형성되는 웹(W)을 이송하기 위한 웹이송수단(30), 상기 웹이송수단에 의해 운반되는 웹을 열 카렌더링가공하기 위한 카렌더롤러(40) 및 카렌더링가공된 웹을 권취하기 위한 권취기(50)를 구비하고, 상기 방사부재(10)(20)는 각각 원료저장탱크(11)(21), 용융압출기(12)(22), 방사블럭(13)(23), 퀘취챔버(14)(24) 및 고압공기 연신기(15)(25)를 포함한다.

상기 1차 방사부재(10)의 방사블럭(13)에는 제2도에 도시되는 바와 같은 원형단면사 구금(13a)이 설치되고, 상기 2차 방사부재(20)의 방사블럭(23)에는 제3도에 도시되는 바와 같은 편평단면사 구금(23a)이 설치된다.

즉, 본 장치에서 방사부재는 1차방사부재(10)와 2차방사부재(20)의 이중으로 설치되므로 부직포의 구조는 2중 구조로 된다. 1차 방사부재(10)에서는 원형단면사 구금(13a)을 통해 방사하여 부직포의 밑부분을 정규로 생산되는 부직포의 형태로 만들어 전체의 강·신도와 같은 물리적 특성을 유지시키고 2차 방사부재(20)에서는 편평단면사 구금(23a)을 통해 방사하여 평활성을 부여하는 매끄러운 표면층을 형성시켜 인쇄성을 개선시키도록 채택된다. 1단계 방사후 연이어 편평단면의 2단계 방사를 해준 웹(W)은 웹이송수단(30)을 통해 융점 이하의 온도를 갖는 카렌더롤러(40)를 통해 압착시킴으로써 매끄러운 표면을 갖는 부직포를 얻을 수 있다.

본 발명에 따라 방사구금을 제3a도 및 b도에 도시되는 바와 같이 원형단면사 구금(13a)와 편평단면사 구금(23a)의 2단계로 채택하게 되면 고온압착 카렌더 롤러의 조건을 약하게 잡아주어도 충분한 평활성을 나타낼 수 있게 되며 인쇄성이 향상되는 효과가 있다. 즉, 종래 원형단면의 필라멘트로 구성된 웹의 표면에 평활성을 부여하기 위해서는 단면의 형태에 변형을 주기 위해 고온압착하여 표면의 필라멘트의 단면을 사각모양으로 변형을 주어야 했고, 따라서 방사속도가 고속이면 결정화도가 높으므로 변형이 어려워지므로 저속으로 방사하여야 되었으나, 본 발명에 따라 2단계 방사시 원형단면이 아닌 사각단면을 가지도록 편평구금을 써서 사각단면을 가진 필라멘트로 2차 표면층을 형성시키면 1차 방사에 의해 얻어진 기존의 물성을 갖는 웹과 평활성을 부여하는 매끄러운 표면층을 점착시킬 수 있는 약한 조건으로도 인쇄용으로 사용되는 부직포를 생산할 수 있으며, 방사속도가 5,000m/min이상인 고속방사가 가능해 생산성이 향상된다.

제4a도에는 1차방사에서 정규 생산되는 부직포의 단면이 도시되고, 제4b도에는 본 발명에 따라 2차방사에서 그 위에 평활성을 부여하는 매끄러운 표면층을 형성시켜 인쇄성을 개선시킨 부직포의 단면이 도시되어 있다.

제4a도에 도시되는 바와 같은 정규 생산되는 부직포는 표면이 매끄럽지 못하여 인쇄성이 떨어진다. 그러므로 표면을 매끄럽게 만들어 주기 위해서는 고온압착을 하여야 하지만 온도를 융점까지 올려야 하므로 필라멘트가 용융되어 수지를 형성하므로 부서지기 쉬운 특성을 지닌다. 따라서, 1단계는 정규 생산과 같은 형태의 일반 웹을 형성시키고 2단계 방사시 구금의 홀을 사각으로 설계하여 방사해 줌으로써 고온의 열압착 없이도 매끄러운 표면을 얻을 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 목적인 표면평활도를 더욱 개선시키고 그 제조공정성을 안정시키기 위해서 중요한 것은 본 발명에 사용되는 사각단면의 모세공의 크기, 즉 제3도에서 볼 수 있듯이 평편구금의 모세공의 길이비(L/l)가 중요하다. 편평구금의 모세공의 길이비는 4이상이 되어야 평활성의 효과를 볼 수 있으며, 만족스러운 평활도를 얻기 위해서는 편평구금의 모세공의 길이비가 좋게는 4∼12가 되어야 한다. 편평구금의 모세공의 길이비가 너무 크게 되면 방사시에 필라멘트가 구금에서 토출 후 바로 절사가 일어나므로 방사가 어렵고 방사를 해서 웹을 제조해도 강도와 신도가 떨어지고 또한 매끄러운 표면에 마찰을 부과하면 표면에 보풀이 일기 때문에 원하는 물성의 부직포를 얻지 못하게 된다.

편평단면사의 방사구금이 방사된 편평단면사의 장축(L)과 단축(l)의 길이의 비(L/l)는 팽윤에 의해 편평구금의 길이비와 약간 차이는 있을 수 있으나, 구금의 길이의 비와 거의 비슷한 길이비를 갖는다.

이하 본 발명을 비한정적인 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

하기 실시예 및 비교예에서 제품의 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

① 절단 강도 및 신도 : 3cm×20cm 크기의 부직포 시료를 적어도 3개씩 취하여 인장 시험기에서 20cm/min의 인장속도로 인장하여 얻은 값을 평균내어 절단강도와 신도를 측정하였다.

② 마찰저항도 : 3cm×20cm 크기의 부직포 시료를 취해 마찰 시험기(type II)로 각 시료를 문지른 후 시료의 외양을 비교한 결과를 아래와 같은 판단 기준으로 등급을 결정했다.

등급 A : 전혀 보풀이 생기지 않음.

등급 B : 보풀이 조금 생겼으나 심하지 않음.

등급 C : 보풀이 현저하게 나타남.

③ 표면 평활도 : 서프콤(SURFCOM) 200B를 사용하여 측정한 최대 피크값과 최소 피크값의 차이로부터 시료의 표면 평활도 값을 얻었다.

[실시예 1 내지 4]

제1도의 장치를 사용하여 1차방사부재(10)를 통하여 고유점도(I.V.) 0.645인 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 방사하였다. 방사온도는 290℃로 하였고, 원형단면사 구금(13a)의 모세공의 크기는 φ 0.23mm, 모세공수는 78홀이었고, 냉각풍의 풍속은 0.4m/sec이었다.

2차 방사부재(20)에서는 통일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하였다. 이때 편평단면사 구금(23a)의 모세공수는 40홀이었고, 냉각풍의 풍속은 0.4m/sec 이었다.

2단계의 방사에 의해 제조된 웹을 카렌더 롤러(40)를 통과시키고 권취하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포를 제조하였다.

각 실시예에서 사용한 방사속도, 토출량, 편평구금비, 카렌더롤의 압력 및 온도 조건은 하기 표 1에 제시되며, 제조된 부직포의 물성은 하기 표 2에 제시된다.

[비교예 1 내지 3]

2차방사부재(20)를 가동하지 않음으로 해서 편평단면사 방사를 하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 절차를 반복하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직포를 제조하였다.

각 비교예에서 사용한 방사속도, 토출량, 편평구금비, 카렌더롤의 압력 및 온도 조건은 하기 표 1에 제시되며, 제조된 부직포의 물성은 하기 표 2에 제시된다.

[표1]

[표2]

^*MD : 종방향^**CD : 횡방향

상기 표 1 및 2로부터, 비교예에 의하면 인쇄용으로 사용되는 부직포에서 요구되는 표면 평활성을 얻기 위해서는 카렌더 롤러의 온도와 압력이 고온·고압이어야 만 하나, 본 발명에 의하면 카렌더 롤러의 온도와 압력을 약하게 주어도 충분히 만족스러운 표면 평활도를 가지며 마찰 저항도도 매우 우수한 부직포를 얻을 수 있게 된다는 것을 알수 있다.

또한 방사속도도 비교예에서 나타난 바 대로 방사속도가 고속화되면 결정화도의 상승으로 변형이 어려워지므로 고속이 될수록 표면 평활도가 높은 값, 즉 거친 표면을 갖기 때문에 인쇄용으로 사용되는 부직포로써 부적합하게 되나, 본 발명에 따라 얻어진 부직포는 후공정에서 필라멘트의 변형을 줄 필요가 없기 때문에 고속방사를 하여도 매끄러운 표면을 갖는 부직포를 생산할 수 있게 된다.

또한, 편평구금 모세공의 길이비가 너무 클 경우 방사구금 토출 후 바로 절사되어 부직포 형성이 불가능하였고, 작을 경우에는 단면이 사각형태가 아니라 원에 가까운 타원의 형태이므로 만족스러운 표면 평활도를 얻지 못할 수도 있었으며, 4∼12 사이의 길이비를 갖는 경우에 마찰에 의한 보풀도 생기지 않고 매우 좋은 표면 평활도를 갖고 고강력의 특성을 지닌 매끄러운 표면을 갖는 부직포를 만드는 데 가장 적합한 것으로 나타났다.

Claims (8)

1. 표면층에는 편평단면사로 구성되어 있고, 하부층에는 원형단면사로 구성된 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포.
2. 제1항에 있어서 표면층은 부직포 전체 두께에 대하여 약 20∼50%인 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포.
3. 제1항에 있어서 편평단면사의 장축(L)과 단축(l)의 길이의 비(L/l)가 약 4∼12인 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포.
4. 제1항에 있어서 최상 표면층에서 편평단면사 구성하는 비율이 약 95%이상인 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포.
5. 원형단면사 구금을 통하여 1차방사하고 연이어 편평단면사 구금을 통하여 2차방사하여 웹을 형성한 후 열 카렌더링하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포의 제조방법.
6. 제5항에 있어서 편평단면사 구금의 장축(L)과 단축(l)의 길이비(L/l)가 약 4∼12인 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포의 제조방법.
7. 직렬로 연속배치되는 두대의 방사부재(10)(20), 상기 방사부재들의 아래쪽에 위치하며 이들로부터 연이어 방사되어 형성되는 웹(W)을 이송하기 위한 웹이송수단(30), 상기 웹이송수단에 의해 운반되는 웹을 열 카렌더링가공하기 위한 카렌더롤러(40) 및 카렌더링가공된 웹을 권취하기 위한 권취기(50)를 구비하고, 상기 방사부재(10)(20)는 각각 원료저장탱크(11)(21), 용융압출기(12)(22), 방사블럭(13)(23), 퀘취챔버(14)(24) 및 고압공기 연신기(15)(25)를 포함하며, 상기 1차 방사부재(10)의 방사블럭(13)에는 원형단면사 구금(13a)이 설치되고, 상기 2차방사부재(20)의 방사블럭(23)에는 편평단면사 구금(23a)이 설치되는 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포의 제조장치.
8. 제7항에 있어서 편평단면사 구금(23a)의 장축(L)과 단축(l)의 길이비(L/l)가 약 4∼12인 것을 특징으로 하는 합성섬유 부직포의 제조장치.