KR100274792B1 - 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정 - Google Patents

고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 용점이하에서 가공하여 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료를 제조하는 공정에 관한 것으로, 특히 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 200~1000MPa의 압력 및 80~135℃로 유지되는 단차홈이 형성된 롤러에 투입시켜 압축이송시키는 단계 ; 상기 압축된 수지를 가열된 다수의 롤러에 통과시켜 110~140℃에서 1.1~10의 연신비로 1차 연신시키는 단계 ; 상기 1차 연신된 수지를 115~150℃로 유지되는 하나 이상의 가열된 플레이트를 이용하여 1.1~15의 연신비로 2차 연신시키는 단계 ; 및 2차 연신된 수지를 권취하는 단계를 포함하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정에 관한 것이다.

Description

고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정
본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 융점이하에서 가공하여 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료를 제조하는 공정에 관한 것으로, 특히 유기용제를 사용하지 않으면서도 융점이하에서 폴리에틸렌 수지를 복수의 롤러를 채용한 장치를 통하여 순차적으로 진행시켜 연신이 동시에 연속적으로 이루어지도록 함으로써 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 섬유, 필름, 쉬트 등의 재료를 제조하기 위한 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 초고분자량 폴리에틸렌은 분자량이 106이상인 폴리에틸렌을 일컬으며, 이의 가장 큰 용도는 초고분자량 폴리에틸렌을 고도로 배향시킨 고강도 폴리에틸렌 섬유로써 이는 충격에너지에 대한 흡수력이 매우 우수하여 강한 충격을 받는 분야에 광범위하게 응용되며, 또한 밀도가 매우 낮아서 비강도, 비탄성률이 우수하고 경량화가 가능하기 때문에 고강도가 요구되는 분야에서도 우수한 소재로 각광 받고 있다.
현재, 소량의 초고분자량 폴리에틸렌을 데카린 또는 파라핀과 같은 유기용제에 넣은 후 그 고분자 용액을 압출, 연신한 후 상기 유기용제를 제거하는 젤방사법을 이용하여 제조된 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 제품이 상품화되어 있다.
그러나, 이러한 젤방사법은 고온의 저농도 폴리에틸렌 용액을 제조한 후 이를 방사, 연신하는 까다로운 공정을 포함하기 때문에 생산 단가가 높고, 유기용제의 회수와 관련된 환경유해적인 요소를 근본적으로 내재하고 있어서 우수한 물성에도 불구하고 그 적용이 상당히 제한된다.
따라서, 유기용제를 사용하지 않고 초고분자량 폴리에틸렌만을 융점이하에서 압축, 연신하는 고상공정이 환경친화적이면서도 저가의 초고분자량 폴리에틸렌 제품의 제조 방법으로 제안 및 개발되었다.
유럽특허공개 제 EP253513A2호는 유기용제를 사용하지 않고 초고분자량 폴리에틸렌을 가공하는 방법으로 분말상의 폴리에틸렌을 융점이하에서 실린더상으로 압출한 후 이를 연신하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이와 같이 고상 압출 공정과 연신공정이 분리되어 이루어진 2단계 방법으로는 섬유 또는 테입 형태의 제품을 연속적을 제조하는 것이 불가능하며, 또한 고상압출 속도가 0.24CM/분으로 너무 낮아서 상업적인 생산성을 얻을 수 없다.
또한, 유럽특허공개 제 EP374785A1호는 유기용제를 사용하지 않고 초고분자량 폴리에틸렌을 가공하는 방법으로 서로 연결된 롤러에 의하여 구동되어 순환되는 두 개의 벨트를 포함하는 장치를 구성하고, 이 벨트 사이에 분말상의 폴리에틸렌을 주입하여 압착되도록 함으로써 초고분자량 폴리에틸렌을 융점이하에서 압축성형한 후 연신하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법 역시 수지의 단순 압착을 위하여 복잡하고 거대한 순환 벨트를 사용하기 때문에 설치비용이 과다하게 요구되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 환경친화적인 제조공정으로써 유기용제를 사용하기 않고 융점이하에서 분말상 초고분자량 폴리에틸렌을 단순한 장치를 통하여 가공함으로써 가공성을 향상시키고 제조 비용으 절감할 수 있는 고강도 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 공정은 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 200~1000MPa의 압력 및 80~135℃로 유지되는 단차홈이 형성된 롤러에 투입시켜 압축이송시키는 단계 ; 상기 압축된 수지를 가열된 다수의 롤러에 통과시켜 110~140℃에서 1.1~10의 연신비로 1차 연신시키는 단계, 상기 1차 연신된 수지를 115~150℃로 유지되는 하나 이상의 가열된 플레이트를 이용하여 1.1~15의 연신비로 2차 연신시키는 단계; 및 2차 연신된 수지를 권취하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정은 종래의 문제점 즉, 융점이하에서 폴리에틸렌 수지를 압축, 연신하는 제조 기술에 따른 생산성 및 제조비용면에서의 많은 문제점을 해소한 것으로 경제적이면서도 효과적으로 수지의 압축과 연신이 이루어질 수 있도록 압축 및 연신 설비를 단순화하고, 유기용제를 사용하지 않음으로써 환경친화적인 방법으로 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료를 제조할 수 있다.
제 1도는 본 발명에 따른 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정에 사용되는 압축부의 룰러를 개략적으로 도시한 사시도이고,
제 2도는 본 발명에 따른 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조 공정을 개략적으로 도시한 공정도이며,
제 3도는 본 발명의 일 실시예를 따른 보빈홀더가 추가된 상태를 개략적으로 도시한 공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 원료 투입부 2 : 압축부
3 : 스릿팅부 4 : 1차연신부
5 : 예열부 6 : 2차연신부
7 : 권취부 8 : 보빈홀더
9 : 압출롤러
이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면에서 도 1은 본 발명에 따른 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료 제조장치의 압축부의 롤러를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는본 발명에 따른 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조 공정을 개략적으로 도시한 공정도이며, 도3은 본 발명으 일 실시예를 따른 보빈홀더가 추가된 상태를 개략적으로 도시한 공정도이다.
도면에서 부호 1은 원료 투입부, 2는 압축부, 3은 스릿팅부, 4는 1차 연신부, 5는 예열부, 6은 2차 연신부, 7은 권취부, 8은 보빈홀더 및 9는 압축롤러를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이 압축부(2)는 서로 맞물리도록 단차홈이 형성된 2개의 롤러(9)로 구성된다. 상기 각각의 롤러(9) 내부는 전기적으로 또는 열매유를 사용하여 소정온도로 가열될 수 있으며, 롤러(9) 구동속도의 조절이 가능하다. 상기 두 롤러(9) 사이로 융점 이하의 온도에서 분말상의 폴리에틸렌 수지가 통과됨과 동시에 연속적으로 압축 및 연신된다. 따라서, 투입되는 수지량, 롤러의 단차홈 부위에 가해지는 압력 및 롤러(9) 구동 속도를 조절함으로서 압축물의 두께 및 압축정도를 조절할 수 있다.
일반적으로 사용되는 플라스틱 가공용 롤러 장치는 2개의 롤러(9)가 소정 간격을 두고 회전하면서 투입되는 수지를 융점 이상의 가공온도에서 일정한 두께를 갖는 압출물을 얻도록 구성되어 있는 반면, 본 발명의 압축 롤러는 회전시 서로 맞물리는 단차홈을 각각의 롤러에 형성하고 그 사이로 수지를 융점 이하에서 통과하도록 함으로써 압축과 동시에 회전방향으로의 연신이 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수지를 공급하는 투입부(1) 및 압축부(2)를 통과한 압축물은 스릿팅부(3)에서 폭 및 가닥수가 조절된다. 스릿팅부를 통과한 압축물은 3개 이상의 압축롤러로 구성된 1차 연신부(4)를 거쳐 초기 연신이 이루어진다. 1차 연신부의 각각의 롤러는 회전 속도 및 온도이 조절이 가능하기 때문에 융점 이하에서의 연신 정도를 조절할 수가 있다. 상기 1차 연신부(4)는 2차 연신을 위한 예열과 2차 연신시 미끄럼을 방지하기 위한 압축롤러를 포함하며, 상기 1차연신부(4)를 통과한 연신물은 역시 압축롤러가 부착된 예열부(5)에서 예열된 후 가열된 플레이트인 2차 연신부(6)로 이송된다. 상기 2차 연신부(6)는 연신물과의 표면 접촉을 통하여 연신물을 일정한 온도를 유지시키게 된다. 상기 2차 연신시 플레이트는 폴리에틸렌 재료와의 접촉을 향상시키기 위하여 다소 볼록한 표면을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 2차연신시 플레이트는 하나 이상, 바람직하게는 하나 내지 8개의 가열된 플레이트를 이용하고, 세 부분 이상, 바람직하게는 3~8부분의 표면 온도가 독립적으로 조절될 수 있다. 가열된 플레이트 전후에서 압축롤러가 부착된 예열부(5)의 롤러 회전 속도비로서 2차 연신비를 조절할 수 있으며, 권취부(7)에서 연신종료된 연신물의 권취가 이루어진다.
상기 장치에서 2차 연신을 위한 예열부와 2차 연신부는 필요에 따라 복수로 구성될 수 있으며, 2차 연신된 재료를 설비의 추가없이 추가 연신을 하고자 할 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 보빈홀더(8)를 예열부(5) 전에 위치시켜 연신과정을 반복함으로서 추가 연신을 할 수 있다.
전술한 본 발명의 제조장치를 이용하여 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료를 제조하는 공정을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용된 초고분자량 폴리에틸렌 수지는 티타늄을 함유하는 액체성분(Ti(OR)nX4-n), 여기서 R은 탄소수 1~20의 알킬기, 아릴(aryl)기 또는 알알킬(aralkyl)기, X는 할로겐, n은 0 내지 4의 정수), 유기알루미늄 화합물(R3AL 또는 R2ALOR, 여기서 R은 탄소수 1~20의 알킬기, 아릴기 또는 알알킬기), 할로겐화 유기 알루미늄 화합물(R3ALX, RALX2, RAL(OR)X, 또는R3AL2X3, 여기서 R은 탄소수 1~20의 알킬기, 아릴기 또는 알알킬기, X는 할로겐), 에테르계 유기화합물(R'OR', 여기서 R'는 탄소수 2~7의 알킬기) 및 금속-마그네슘을 유기 알루미늄 화합물과 할로겐화 탄화수소로 반응시켜 얻은 마그네슘을 균일하게 함유하는 액체성분으로 이루어진 균일 촉매시스템을 이용하여 탄화수소 용제중에서 0~90℃의 온도 및 0.7~3의 기압(atm)으로 에틸렌 가스를 중합시켜 제조된다. 상기 방법은 본 출원인이 본 발명과 동일자로 "초고분자량 폴리에틸렌의 제조방법"이란 발명의 명칭으로 출원하였고, 그 발명내용은 모두 본 발명에 포함된다. 상기의 방법으로 상온에서 에틸렌가스를 합성하면 135℃ 데카린 용액하에서 고유점도가 10 내지 40 dl/g인 분말상의 폴리에틸렌을 얻을 수 있다. 상기의 방법에 의하여 얻어진 폴리에틸렌 분말은 겉보기 비중이 낮고, 저온에서의 압축 및 연신에 적합한 미세구조를 갖게된다.
본 발명에 따르면, 상기 폴리에틸렌 분말은 200~1000MPa의 압력 및 80~135℃로 가열된 압축부(2)의 롤러를 통과하면서 연속적으로 압축 및 연신이 이루어진다. 이때, 200MPa 미만이면 압축이 불충분하여 연신이 어렵고, 1000MPa을 초과하면 압축이 불균일해져 압축물의 결함이 증가한다. 또한, 상기 온도가 80℃ 미만이면 압축물이 부서지기 쉬워 연신시 절단 가능성이 높고, 135℃를 초과하면 수지의 용융이 발생하여 고상가공이 어려워 진다.
이러한 압축물은 복수개의 가열된 롤러로 구성된 1차 연신부(4)에서 초기 연신되고, 가열된 2차 연신부(6)의 플레이트에서 2차 연신된다. 1차 연신부의 롤러 및 2차 연신부의 플레이트의 온도는 각각 110~140℃ 및 115~150℃ 정도로 수지의 융점이하로 유지되며 연신이 진행될수록 가공 온도를 다소 높임으로써 연신비를 증가시켜 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료를 제조하게 된다. 또한, 1차 연신 단계 및 2차 연신 단계를 반복 수행함으로써 연신비를 원하는 정도까지 수행할 수 있다. 1차 및 2차 연산시 연신비는 1.1~10이 바람직한데, 1.1미만이면 연신이 이루어지지 않아서 강도의 증가가 발생하지 않고, 10을 초과하면 2차 연신시 연신에 어려움이 있고, 2차 연신시 연신비는 1.1~15가 바람직한데, 1.1 미만이면 연신이 마비하고, 15를 초과하면 섬유의 절단이 잦아 연속적인 연신이 어려워 진다. 또한, 총연신비는 10~150이 바람직한테, 10 미만이면 연신이 미비하여 섬유강도가 낮게되고, 150을 초과하면 섬유의 절단가능성이 높아 연속작업이 어렵다.
이렇게 제조된 재료의 형상은 섬유상, 필름상, 또는 쉬트상일 수 있으며, 섬유상인 경우 그 두께가 0.2mm이하, 폭이 2.5mm이하이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하지만, 하기예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
마그네슘을 함유하는 액체성분의 제조
유리 플라스크 용기에 15g의 금속-마그네슘, 60㎖의 노말-헵탄, 5㎖의 1-클로로부탄, 및 6mmol의 트리에틸알루미늄을 질소 분위기하에서 혼합한다. 온도를 98℃(헵탄의 끓는점) 이상으로 올려 20분동안 휘젓는다. 그 후, 1시간동안 드롭방식으로 노말-헵탄(440㎖)에 54g의 1-클로로부탄이 녹아 있는 용액을 첨가한다. 2시간 동안 온도를 유지한 후, 0.159mol의 트리에틸알루미늄을 넣는다. 이 후, 1시간동안 가열한다. 침전물을 거른 후, 남은 용액은 대략 7.4 g/l의 마그네슘을 함유하게 되며, 이 용액은 에틸렌 합성에 사용된다.
[제조예 2]
질소 분위기하에서 300㎖ 반응기에 200㎖의 노말-헵탄, 0.12㎖의 트리에틸알루미늄(1M 헵탄 용액), 1.76㎖의 상기 제조예 1에서 제조된 마그네슘-유기 용액, 1.8mg의 테트라하이트로퓨란, 0.128g의 다이에틸알루미늄 클로라이드, 및 0.58mg의 티타늄테트라 클로라이드 등을 넣고 에틸렌 가스 압력을 1기압으로 한다. 온도를 25℃, 및 가스 압력을 1기압으로 유지시키면서 1시간 동안 반응을 하면, 점도가 15.4(데칼린, 135℃에서)인 초고분자량 에틸렌이 합성된다. 이때, 촉매 활성은 120kg-폴리에틸렌/(gTi/h/에틸렌압력(atm))이다.
[비교예 1~6]
비연속적인 방법에 의한 테잎 제조
상기 제조예 2에서 얻은 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 압축, 롤러 연신 및 추후 연신하여 얻은 최대 연신비와 인장 강도를 하기 표 1에 나타내었다. 압축은 100mm×100mm 크기의 플레이트에서 약 400 MPa의 압력하에 이루어졌다.
비교예 1에서는 25℃에서 압축한 후 롤러 연신을 거치지 않고 연신하고자 하였으나 연신이 불가능하였다. 비교에 2에서는 비교예 1에서의 압축물의 일부를 폭 10mm로 잘라 다시 400MPa압력하에서 압축(전단압축이 발생)하여 연신한 결과이며, 비교예 3에는 125℃에서 압축한 후 얻어진 결과이다. 비교예 4에서는 비교예 1에서의 압축물을 2개의 롤러로 구성된 롤러 밑에서 반복 롤러 연신을 한후 연신을 하였다. 비교예 5에서는 비교예 2에서 전단압축하여 얻어진 압축물을 롤러 연신한 후 연신하였고, 비교예 6에서는 비교예 3에서의 압축물을 롤러 연신 한 후 연신하였다.
비교예 4~6의 롤러 연신시 유효 연신비는 롤러 연신 전, 후의 길이 변화 비이다. 비교에 1~6은 모두 비연속적인 공정으로 고강도 재료를 얻기 위한 방법이었으나, 압축온도 및 반복의 효과가 미미하며, 롤러 연신이 연신비 및 물성 향상에 매우 중요한 역할을 함을 알 수 있다 .
[표 1]
압축 및 연신 방법에 따른 최대 연신비 및 강도(비연속적인 공정)
[실시예 1]
연속적인 롤러 압연에 의한 테잎 제조
본 실시예에서는 상기 제조예 2에서 얻은 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 본 발명에 따라 롤러의 압축력을 이용한 제조 장치로 분말상의 초고분자량 폴리에틸렌을 압축과 롤러 연신을 동시에 실시하여 폭 20mm, 두께 0.13mm의 테잎을 얻었다.
롤러의 온도는 125℃로 유지하였으며, 롤러에 가해진 압력은 400MPa으로 유효 연신비는 약 2.0이었다. 얻어진 테잎을 4mm폭으로 절단한 후 20개의 시편을 125℃에서 연신한 결과 하기 표 2에서 보는 바와 같이 평균 최대 연신비가 25이었고, 최종 연신된 테잎은 19.8tex(178.2 denier), 인장 강도 2.3GPa, 인장모듈러스 120 GPa의 우수한 물성을 나타내었다.
인장강도와 인장모률러스는 25℃에서 50mm/분의 인장 속도로 "Instron" 인장 시험기기를 이용하여 측정하였다. 인장모듈러스는 0.1% 스트레인에서의 스트레스를 사용하여 얻었으며, 각 시편의 단면적은 시편의 길이와 무게를 측정하고 밀도를 1g/cm3로 가정하여 계산하였다.
[비교예 7~9]
연속적인 롤러 압연에 의한 테잎 제조 조건 변화
비교예 7~9에서는 실시예 1의 경우에서 롤러 연신시의 온도, 압력을 변화하여 보였다. 롤러 온도를 증가시키거나 압력 변화한 경우 모두 최대 연신비가 감소하거나 절단이 발생하였다. 최대 연신비는 초기 온도 및 압력 변화에 따라 나타날 수 있는 최대값을 의미한다.
[표 2]
온도 및 압력 변화에 따른 최대 연신비 및 물성 변화
[비교예 10~11]
롤러 연신된 테잎 절단시 폭 변화
비교예 10 및 11에서는 실시예 1과 같이 롤러 연신된 테잎을 각각 폭 15mm와 1mm로 절단하여 20개의 시편을 125℃에서 연신하였다. 그결과 폭이 넓은 경우는 최대연신비가 12~15로 감소하였으며, 테잎중 일부가 먼저 절단되는 현상(피브릴화)이 발생하였고, 폭이 1mm로 좁은 경우는 최대연신비가 30까지 증가하였으나, 20개의 시편중 3개의 최대연신비가 15 정도로 그 편차가 증가하였다.
[실시예 2~5]
고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조
본 실시예 2~5에서는 실시예 1에서 얻어진 폭 4mm, 두께 0.13mm의 테잎상의 초고분자량 폴리에틸렌을 본 발명에 따른 제조 장치를 이용하여 압축 및 연신하여 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료를 얻었다.
실시예 2~5는 모든 경우에 있어서 1차 연신부에서 롤러에 의한 초기연신 후 2개의 가열된 플레이트로 구성된 2차 연신부에서 2차 연신이 이루어졌고, 이렇게 2차 연신된 재료를 권취한 후 다시 보빈 홀더에 걸어 2개의 가열된 플레이트에서 추가 연신을 2회 반복하였다. 따라서, 최종 연신비는 1차 연신시의 연신비, 2차 연신시의 연신비, 추가 연신시의 연신비, 2차 추가 연신시의 연신비의 곱(총연신비)에 롤러 압연시의 유효 연신비(2배)를곱하여 얻어지며, 각 단계에서의 온도, 연신비 및 최종 연신비, 및 최종 연신된 재료의 인장강도 및 인장모듈러스를 하기 표 3에 기재하였다.
[표 3]
연신 조건 변화에 따른 최종 연신비 및 물성
실시예 2에서는 초기롤러 속도를 5m/분으로 한 경우로서 끊어짐이 발생하지 않았고 60의 최종 연신비를 얻을 수 있었으며, 최종 연신된 재료의 인장강도와 모듈러스는 각각 3GPa 및 130GPa이었다.
실시예 3에서는 초기롤러 속도를 1m/분으로 하였으며 이 경우 최종 연신비 및 물성이 다소 증가되었음을 알 수 있다.
실시예 4에서는 초기롤러 속도를 10m/분으로 하였으며, 이 경우 각 단계에서의 연신비가 실시예 2의 경우에 비해 모두 낮았으며, 최종 연신비가 30으로, 인장강도 및 모듈러스는 각각 2GPa 및 121 GPa으로 감소하였다.
실시예 5에서는 초기롤러 속도를 실시예 2에서와 동일하게 하였으나, 2차 추가 연신시 실시예 2에서보다 연신속도를 2배 증가시켰다. 그 결과, 2차 추과 연신시의 연신비가 감소하여 최종 연신비 및 물성이 감소되었다.
비교예 12에서는 1차 및 2차 연신시 연신온도를 130℃로 동일하게 한 결과, 2차 연신시으 연신비가 감소하였으며 추가연신시 끊어짐이 발생하였고, 비교예 13에서는 추가연신시 온도를 각각 137℃로 낯춘 결과, 끊어짐이 발생하였다.
비교예 14에서는 2차 추가 연신시 온도를 각각 150℃ 및 152℃로 하였는데 이 경우에는 연신비는 약 4배 정도 증가하나 물성의 급격한 감소를 나타내었다.
비교예 15 및 16에서는 1차연신시 연신비를 증가시킨 결과, 곧바로 끊어짐이 발생하였다.
마지막으로, 표 4에는 Fibre Reinforcements for Composite Materials(A.R.Bunsell 편저, Elsevier 출판, 1988년) 220쪽에 기재된 젤방사법에 의하여 제조되어 상품화되어 있는 여러 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 물성과 본 발명의 실시예 2에서 얻어진 재료의 물성을 비교하여 나타내었다.
하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 제조공정에 의하여 제조된 폴리에틸렌 섬유의 인장 강도 및 탄성 모듈러스가 젤방사법에 의하여 얻어진 경우에 비해 동등하거나 또는 우수함을 알 수 있다.
[표 4]
젤방사법 및 본 발명에 의해 제조된 폴리에틸렌 섬유의 물성 비교
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정은 유기용제를 사용하지 않기 때문에 환경친화적이면서도, 작업공정중에 절단됨이 없이 연속적이면서 물성이 우수한 고강도, 고탄성의 폴리에틸렌 재료를 제조할 수 있다.

Claims (9)

  1. 티타늄을 함유하는 액체성분(Ti(OR)nX4-n), 여기서 R은 탄소수 1∼20의 알킬기, 아릴(aryl)기 또는 알알킬(aralkyl)기, X는 할로겐, n은 0 내지 4의정수), 유기알루미늄 화합물(R3Al 또는 R2AlOR, 여기서 R은 탄소수 1∼20의 알킬기, 아릴기 또는 알알킬기), 할로겐화 유기알루미늄 화합물(R3AlX, RAlX2, RAl(OR)X, 또는 R3Al2X3, 여기서 R은 탄소수 1∼20의 알킬기, 아릴기 또는 알알킬기, X는 할로겐), 에테르계 유기화합물(R'OR', 여기서 R'는 탄소수 2∼7의 알킬기) 및 금속-마그네슘을 유기 알루미늄 화합물과 할로겐화 탄화수소로 반응시켜 얻은 마그네슘을 균일하게 함유하는 액체성분으로 이루어진 균일 촉매시스템을 이용하여 탄화수소 용제중에서 0∼9℃의 온도 및 0.7∼3의 기압(atm)으로 에틸렌 가스를 중합시켜 제조되어 135℃ 데카린 용액하에서 고유점도가 10에서 40dl/g인 초고분자량 폴리에틸렌 분말을 200∼1000MPa의 압력 및 80∼135℃로 유지되는 단차홈이 형성된 롤러에 투입하여 압축 및 연신시켜 이송시키는 단계;
    상기 압축 및 연신된 수지를 가열된 다수의 롤러에 통과시켜 110∼140℃에서 1.1∼10의 연신비로 1차 연신시키는 단계;
    상기 1차 연신된 수지를 115∼150℃로 유지되는 1 내지 8개의 가열된 플레이트를 이용하여 1.1∼15의 연신비로 2차 연신시키는 단계; 및
    2차 연신된 수지를 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 1차 연신 단계 및 2차 연신 단계를 반복 수행함을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 권취단계 이후에 보빈홀더를 구성하여 추가 연신하는 단계가 더욱 포함된 것을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 방법은 압축단계 이후에 압축물의 폭 및 가닥수를 조절하기 위한 스릿팅 단계를 더욱 포함된 것을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 롤러는 전기적 또는 열매유로 가열됨을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 재료는 섬유상, 필름상, 또는 쉬트상인 것을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트의 표면온도는 3 내지 8 부분이 독립적으로 조절됨을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트는 폴리에틸렌 재료와의 접촉을 향상시키기 위하여 볼록한 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 재료의 총 연산비는 10∼150임을 특징으로 하는 고강도, 고탄성 폴리에틸렌 재료의 제조공정.
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