KR100301724B1 - 개선된방사빔을이용한산업용원사의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융 폴리머 공급 도관이 위치하는 밀폐된 공간의 하부와 측부는 열매증기의 복사열로 간접 가열하고, 공간의 상부는 전기히터로 직접 가열시켜 밀페된 공간내의 공기를 대류되도록 함으로써 용융 폴리머가 흐르는 도관내의 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 분리가 간단하여 도관내 잔류 용융 폴리머의 제거가 용이한 개선된 방사빔을 이용한 산업용 원사를 제조하는 방법에 관한 것으로, 열매증기내에 용융 폴리머 도관이 존재하지 않고 상하부의 가열수단에 의한 공기의 대류로 균일하게 도관내 폴리머의 온도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 증기압의 재세팅 필요없이 간단하게 분리하여 도관내 용융 폴리머를 제거할 수 있어 폴리머성분이 상이하고, 토출량이 상이한 원사 제조에 유용하게 사용할 수 있다.

Description

개선된 방사빔을 이용한 산업용 원사의 제조방법
본 발명은 개선된 방사빔을 이용한 산업용 원사의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융폴리머를 압출기에서 방사팩으로 공급해주는 도관내의 균일한 열처리를 도모할 수 있으며 분리 및 도관내 용융 폴리머의 제거가 용이한 개선된 방사빔을 사용하여 고성능의 나일론 66 및 폴리에스터 원사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래 용융 폴리머의 온도를 균일하게 유지시키기 위해 용융 폴리머 도관을 직접적으로 가열하여 온도를 조절하는 직접 가열방법의 단점을 개선하기 위한 방법으로 밀폐된 공간에 열매를 일정량 채워넣고 가열하여 발생시킨 열매증기의 공간속을 용융폴리머 공급도관이 통과 하도록 하여 공급도관 내부의 용융 폴리머에 균일한 온도의 열이 전달되도록 하는 간접 가열방법은 균일한 온도 분포를 얻는데는 가장 유리한 방법임이 이미 잘 알려져 있다.
그러나, 나일론 66 폴리머를 사용하여 방사작업을 하는 경우에는 장기간 사용으로 인한 도관내 발생한 겔을 제거하기 위하여 용융 폴리머의 공급도관을 정기적으로 분해하여 도관내의 폴리머를 제거하는 작업이 필요하기 때문에 그 사용이 제한적이며, 동일한 방사기로 점도 및 용융 특성이 서로 상이한 소재 및 토출량이 서로 다른 사종의 원사를 제조하는데 여러 가지 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 미합중국 특허 제 4,648,826호에서는 밀폐된 공간에 열매를 일정량 채워넣고 가열하여 생성된 균일한 온도분포의 열매증기로 다른 공간을 가열토록 하고, 그 다른 공간속에 용융 폴리머 공급 도관을 청소하기 좋도록 분해가능하게 설치하여 복사열과 보온으로 용융 폴리머 공급도관을 가열하는 하는 장치를 제안하였는데, 2중 보온을 위한 덮개를 사용하고 내부 덮개는 열전달이 잘되는 물질을 사용하고 있으나 내부쪽의 덮개부분에 발열체가 없는 것이었기 때문에 용융 폴리머 공급 도관의 윗부분에서 열손실이 초래되었고, 복사열로 가열된 공기의 대류현상만으로는 용융폴리머의 온도를 균일하게 유지시키는 것이 실질적으로 충분하지 못하였다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용융 폴리머 공급 도관내의 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 분리 및 도관내 용융 폴리머의 제거가 용이한 개선된 방사빔을 사용하여 고성능의 나일론 66 및 폴리에스터 원사를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 사용되는 방사빔의 개략적인 종단면도이고,
도 2는 본 발명의 스핀드로우 공정 개략도이다.
<도면중 주요부분 부호의 설명>
1 : 압출기 2 : 기어펌프 3 : 방사팩
4 : 용융폴리머공급도관 5 : 공간
6 : 열매체 7 : 침수전열기 8 : 가열실
9 : 윗벽 10 : 가열수단 11 : 단열공간
12 : 단열덮개 13 : 온도센서
14 : 팩 15 : 노즐 16 : 켄칭존
17 : 방출사 18 : 유제부여장치 19∼23 : 고데트롤러
24 : 원사
즉, 본 발명은 용융 폴리머 공급 도관이 위치하는 밀폐된 공간의 하부와 측부는 열매증기의 복사열로 간접 가열하고, 공간의 상부는 전기히터로 직접 가열시켜 밀페된 공간내의 공기를 대류되도록 함으로써 용융 폴리머가 흐르는 도관내의 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 열매 증기속에 도관이 존재하지 않음으로써 분리가 간단하여 도관내 잔류 용융 폴리머의 제거가 용이한 개선된 방사빔을 이용한 산업용 원사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 방사빔 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 압출기(1)로부터 급송되는 용융 폴리머를 정량 공급해주는 기어펌프(2)와 방사팩(3)사이가 분해가능하게 조립되는 용융 폴리머 공급도관(4)으로 연결되어 있고, 상기 용융 폴리머 공급도관(4)이 개폐가능하게 밀폐되는 공간(5)에 위치되어 있으며, 공간(5)의 하부쪽에는 열매체(6)가 담겨지고 침수전열기(7)를 가진 밀폐된 가열실(8)이 형성된 것에 있어서, 공간(5)의 천정을 이루며 분해가능한 윗벽(9)에는 전기히터와 같은 가열수단(10)을 부착시키고 윗벽(9)위에 있는 단열공간(11)속에는 석면과 같은 단열재를 채우며, 단열공간(11)위를 단열덮개(12)로 덮고, 윗벽(9)에는 가열수단(10)의 작동을 제어하기 위하여 용융 폴리머 공급 도관(4) 주위의 온도를 감지하는 온도센서(13)를 부착시켜 된 것이다.
즉, 공간(5)내의 공기가 공간(5)의 하부와 측부에서 가해지는 열매증기의 복사열로 가열될 뿐만 아니라 공간(5)의 상부에서 가해지는 가열수단(10)의 복사열로도 강렬되는 것이어서 공간(5)내의 가열된 공기는 온도편차가 거의 없게된다.
따라서, 용융 폴리머 공급 도관(4)내를 흐르는 용융 폴리머를 균일한 온도의 열로 가열할 수 있게된다.
또한, 본 발명의 용융 폴리머 공급도관(4)은 종래와는 달리 열매체 증기내에 도관이 존재하지 않게됨으로써 분리가 용이하고 점도 및 토출량이 다른 폴리머를 사용하여 방사할 때 요구되는 도관내경의 변화에 따른 교체도 용이하게 된다.
도 2에서는 스핀드로우 공법에 의해 본 발명의 상기와 같은 방사빔을 이용하여 나일론 66이나 나일론 6 또는 고토출의 타이어 코드용 폴리에스터 고모듈러스저신축(HMLS, High Modulus Low Shrinkage)원사를 제조하는 방법을 도시하였는데, 방사팩(14)에서 연속하여 토출량 200∼1000g/min으로 노즐(15)을 통하여 방사한다. 이때, 노즐(15)하단에 200∼250mm의 가열통을 설치하여 노즐하단면에서 거리 100∼150mm가 되는 곳의 분위기 온도가 250∼300℃가 되도록한다. 이후 19∼20℃, 0.3∼0.5m/sec의 풍속을 갖는 켄칭존(16)을 지나게하여 고화시키고, 유제부여장치(17)에서 오일링한 후 고데트롤러(18,19,20,21,22,23)을 통하여 와인딩하여 약 840d/136f의 원사를 수득하게된다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 본 발명은 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
상대점도(황산 96% 용액) 3.0인 나일론66 폴리머를 압출기 끝단에서 폴리머 온도 290℃인 폴리머를 폴리머 도관내 전단속도(shear rate)가 5∼15/sec가 되도록 하여 압출하면서 방사빔(Beam) 열매증기 온도를 290℃로 하였다.
실시예 1에서는 윗벽(9)에 전기히터(10)를 부착시키고 윗벽(9)위에 있는 단열공간(11)속에는 석면과 같은 단열재를 채우며, 단열공간(11)위를 단열 덮개(12)로 덮고, 윗벽(9)에는 전기히터(10)의 작동을 제어하기 위하여 용융 폴리머 공급 도관(4)주위의 온도를 감지하는 온도센서(13)를 부착시켜 290℃로 유지하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 한 후 공간(5)에 알루미늄 비드로 폴리머 도관이 충분히 잠기도록 충진하였다.
비교예 1
윗벽(9)에 전기히터(10)가 설치되지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예 2
윗벽(9)에 전기히터(10)가 설치되지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하다.
상기 실시예 1∼2 및 비교예 1∼2를 표로 나타내면 하기 표 1과 같다.
구분 윗면(5)하부에 히터설치 유무(히터온도) 벽(3)과 윗면(6)사이의 공간 충진방법
실시예 1 있음(290℃) 공기
실시예 2 있음(290℃) 공기, 폴리머 도관이 충분히 잠기는 수준의 알루미늄 비드
비교예 1 없슴 공기
비교예 2 없슴 공기, 폴리머 도관이 충분히 잠기는 수준의 알루미늄 비드
도 1에서의 위치 1(A),2(B),3(C),4(D)에서의 폴리머 도관 온도를 충분히 안정화한 후 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.
위치 1(A) 위치 2(B) 위치 3(C) 위치 4(D)
실시예 1 289 289 289 289
실시예 2 289 289 288 288
비교예 1 286 286 285 285
비교예 2 288 288 286 286
연속하여 토출량 245~250g/min에서 노즐을 통하여 방사하였다. 이 때 노즐하단에 250㎜의 가열통을 설치하여 노즐 하단면에서 거리 100㎜ 되는 곳의 공기 분위기 온도가 290℃가 되도록 한다.
이후 19℃, 0.3~0.5m/sec의 풍속을 갖는 켄칭부를 지나게 하여 고화시키고 오일링 한 후, 고데트 롤러의 속도, 온도 조건과 와인더 속도 조건을 표 3과 같이 하여 수득된 840데니어/136필라멘트 원사의 물성을 표 4에 정리하였다.
G/R 조건(속도/온도) GR1GR4 580m/min-2,800m/min/230℃
와인더 2,700m/min
구분/원사물성 상대점도 복굴절율(Ｘ10-3) 데니어 강도(g/d) 신도(%) 단면균제도
실시예 1 3.25 58.7 843 8.9 20.5 2.3
실시예 2 3.23 58.4 845 8.9 20.3 2.5
비교예 1 3.23 60.1 845 8.3 18.5 7.8
비교예 2 3.25 59.4 842 8.5 19.4 4.5
* 단면균제도 = 단면 C.V.% = σ/Ｘ × 100
실시예 3~4 및 비교예 3~4
교유점도 1.05인 폴리에스터 칩을 이용하여 압출기 끝단에서 폴리머 온도 300℃인 용융 폴리머를 폴리머 도관으로 전단속도(Shear Rate) 3~10/sec로 하여 압출하면서 방사 빔(Beam) 열매증기 온도를 302℃로 하였다.
압출기 형상 및 용융 폴리머 도관의 내경을 제외한 방사 빔(Beam)의 형태 및 가열 방법, 용융 폴리머 도관 윗쪽의 히터 플레이트 설치 유무는 실시예 1∼2 및 비교예 1∼2와 같다. 이것을 간단히 하기 표 5에 정리하였다.
윗면(3)하부에 히터설치 유무(히터 온도) 벽(2)와 윗면(3) 사이의공간 충진 방법
실시예 3 있음(302℃) 공기
실시예 4 있음(302℃) 공기, 폴리머 메니포울드가 충분히 잠기는 수준의 알루미늄 비드
비교예 3 없음 공기
비교예 4 없음 공기, 폴리머 메니포울드가 충분히 잠기는 수준의 알루미늄 비드
도 1에서 위치 1(A), 2(B), 3(C), 4(D)에서의 용융폴리머 도관 온도를 충분히 안정화 한 후 측정하여 하기 표 6에 정리하였다.
위치 1(A) 위치 2(B) 위치 3(C) 위치 4(D)
실시예 3 302 302 301 301
실시예 4 302 303 301 301
비교예 3 302 300 297 296
비교예 4 302 300 299 298
연속하여 토출량 550∼570g/min 에서 노즐을 통하여 방사하였다.
이 때의 방사 및 연신조건은 기존의 폴리에스터 HMLS(High Modulus Low Shrinkage) 생산조건에 따라 노즐 직하에 별도의 가열장치를 설치하지 않아 노즐 직하 온도를 용융점 이상으로 가열하지 않고 단순히 노즐직하에서 19℃, 0.3∼0.5m/sec의 풍속을 갖는 켄칭부까지의 거리를 조절하여 노즐직하 분위기 온도를 200∼250℃의 저온으로 한 후 방출된 필라멘트를 노즐에서 용출되자마자 가능한한 빨리 냉각시켜 고화점을 높이고 오일링하여, 도 3에서의 고데트 롤러를 이용하여 2500m/min의 속도로 권취하여 미연신사의 배향도가 45 * 10 범위에 있도록 함과 동시에 3단 연신을 행하여, 도 3에서의 고데트 롤러의 속도, 온도 조건과 와인더 속도 조건을 표 7과 같이 하고 수득된 1000데니어/249필라멘트 타이어 코드용 원사의 물성을 표 8에 정리하였다.
G/R 조건(속도/온도) GR1GR4 2,500m/min /-5,100m/min./230℃
와인더 5,000m/min
구분/원사물성 고유점도 복굴절율(× 10-3) 데니어 강도(g/d) 신도(%) 단면균제도
실시예1 0.95 198 1021 8.3 14.5 3.3
실시예2 0.94 196 1023 8.3 14.0 3.2
비교예1 0.95 197 1024 7.7 13.7 6.8
비교예2 0.94 195 1022 8.0 14.5 5.5
* 단면균제도 = 단면 C.V.% = σ / X ×100
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 제안하는 방사빔은 열매증기내에 용융 폴리머 도관이 존재하지 않고 상하부의 가열수단에 의한 공기의 대류로 균일하게 도관내 폴리머의 온도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 증기압의 재세팅 필요없이 간단하게 분리하여 도관내 용융 폴리머를 제거할 수 있어 폴리머성분이 상이하고, 토출량이 상이한 원사 제조에 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 용융 폴리머 공급도관이 위치하는 밀폐된 공간의 하부와 측부가 열매증기의 복사열로 간접적으로 가열되도록 하고, 개폐 가능하도록 공간의 상부에서는 가열수단으로 전기히터를 사용하여 직접가열시키는 구성으로 이루어진 방사빔내 용융폴리머 도관을 통과한 폴리머를 방사팩을 통하여 방사하고 냉각고화하여 오일링한 후 고데트롤러를 통하여 연신 및 와인딩하는 것을 특징으로 하는 개선된 방사빔을 이용한 산업용원사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방사빔은 압출기(1)로부터 급송되는 용융 폴리머를 정량 공급해주는 기어펌프(2)와 방사팩(3)사이가 분해가능하게 조립되는 용융 폴리머 공급 도관(4)으로 연결되어 있고, 용융 폴리머 공급 도관(4)이 개폐가능하게 밀폐되는 공간(5)에 위치하며, 공간(5)의 주위에는 공간(5)의 하부와 측부를 가열시켜 줄 수 있도록 열매체(6)가 담겨지고, 침수전열기(7)를 가진 밀폐된 가열실(8)이 형성되어 있으며, 공간(5)의 천정을 이루는 분해가능한 윗벽(9)에는 전기히터의 가열수단(10)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 개선된 방사빔을 이용한 산업용 원사의 제조방법.
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