KR100311616B1 - 부직포 인조피혁과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 신발 외피용으로 적합하고 기타의 용도에도 사용될 수 있으며 천연피혁과 가장 유사하게 부직포로 만든 인조피혁이다. 이성분(異成分)의 분할형 극세사 20∼50중량%가 표면을 이루고, 폴리에스터 수축사 30∼50중량%와 일반사 나일론 50∼70중량%가 혼합된 고밀화층 50∼80중량%가 이면을 이루는 펠트이다. 분할형 극세사를 카드기를 통하여 분할시켜 시트상으로 만들고 폴리에스터 수축사와 일반사 나일론을 혼합하여 시트상으로 만든 후 니들 펀칭시킨다. 다시 여러 대의 니들펀칭기에서 첫번째에 상기 분할처리공정을 거친 반제품을 투입하는 동시에 두번째 이후의 니들펀칭기에는 상기 결합공정을 거친 반제품을 투입하여 서로 합지시킨다. 2차결합공정을 거친 반제품을 열수(熱水) 용액에 담그어 20∼40%의 범위내에서 열수축시키고 가열건조시킨 후 카렌더에 의하여 평활하게 다림질시킨다.

Description

부직포 인조피혁과 그 제조방법{Non-Woven Fabric Made Synthetic Leather and Producing Process therefor}

본 발명은 특히 신발 외피용으로 적합하고 기타의 용도에도 사용될 수 있으며 천연피혁과 가장 유사하게 부직포로 만든 인조피혁과 그 제조방법에 관한 것이다.

천연피혁은 랜덤(random)하고 정교한 3차원 교락 구조체로서, 0.01∼0.001데니아의 초극세 섬유로 이루어진 교원질(Collagen) 섬유의 섬유속(纖維束)들이 복잡하고 치밀하게 형성되어 있어서 유연성과 세섬도로 인한 드레이프성, 부피감, 투습성, 섬유간의 미세 공간에 의한 보온성 등의 장점을 갖는다.

신발용 내·외피 및 잡화용품에 사용하기 위한 천연피혁의 대체 목적으로 천연피혁과 유사한 구조를 갖도록 개발된 것으로는 부직포를 니들 펀칭하여 만드는 일명 니들 펀칭 펠트가 있다. 이 니들 펀칭 펠트는 고가(高價)의 특수한 해도형 초극세사를 니들 펀칭하여 3차원 교락구조를 만들고, 탄성과 통기성, 투습성을 부여하기 위하여 폴리우레탄 수지를 사용해서 마이크로 포러스(micro-porus)를 형성시킨다. 여기서 원료섬유로 이용되는 극세사는 일반적으로 1.0데니아 이하의 섬유이고, 이 섬유는 1999년 현재 1kg당 5,000원 상당의 이성분(異成分: 나일론과 폴리에스터, 폴리에스터와 코폴리에스터, 나일론과 폴리에틸렌 등) 해도사(Sea-island) 타입들이 100로 구성된 것이 주로 사용되고 있다. 이렇게 해서 만들어진 극세사 펠트는 폴리우레탄 수지를 함침하고 응고, 워싱(washing),건조공정을 거쳐 수산화나트륨 용액에 이섬유(異纖維) 중의 한 성분을 용출해 내는 특수하고도 복잡한 공정을 거쳐 극세화한다. 그런 후 버핑(buffing)하고 폴리우레탄수지를 표면에 코팅하면 0.05∼0.1데니아를 갖는 부직포상의 인조피혁이 된다.이와 같이 만들어진 인조피혁은 부드러운 유연성과 세섬도로 인한 드레이프성, 부피감, 투습성, 섬유간의 미세 공간에 의한 보온성 등의 장점들을 갖는 천연피혁과 유사한 진피효과를 갖지만 값비싼 원료를 100% 사용함에 의한 원가부담, 극세화 하기 위한 수산화나트륨 용액에의 침적과 이성분(異成分) 중에서 한 가지 성분을 용출시켜야 하는 복잡한 공정, 그로 인해 발생할 수 있는 환경폐수문제, 생산성 저하문제, 용출로 인해서 야기되는 극세사 펠트의 인장강도, 인열강도의 저하문제 등이 발생하였던 것이다.

본 발명의 목적은 위와 같은 여러 문제를 해결하기 위한 것으로, 용출공정을 거치지 않고도 극세상의 형상을 유지할 수 있는 원료와, 펠트의 고밀화를 이룰 수 있는 저가의 섬유로 이층구조를 형성하여 고가의 용출형 극세사 펠트를 쓰지 않고도 기존 극세사 펠트보다 우수한 물리적 특성(인장강도, 인열강도)을 갖는 부직포 인조피혁과 그 제조방법을 제공하는데 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 인조피혁 단면 예시도.

도 2는 본 발명의 분할형 극세사를 분할하는 카드기의 개략설명도.

도 3은 본 발명의 분할사 웹과 고밀도층의 반제품을 합지하는 개략공정도.도 4는 본 발명의 분할형 극세사의 분할 단면을 나타낸 단면도.<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>A: 표면층, B: 이면층, 1: 주실린더, 2: 워커, 3: 스트립퍼, 4: 도퍼, 11,12: 니들펀칭기

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 이성분(異成分)의 분할형 극세사 20∼50중량%가 표면층을 이루고, 폴리에스터 수축사 30∼50중량%와 일반사 나일론 50∼70중량%가 혼합된 고밀화층 50∼80중량%가 이면층을 이루는 펠트로 부직포 인조피혁을 구성한 것이다.

이러한 부직포 인조피혁을 제조하기 위한 방법은, 분할형 극세사를 카드기를 통하여 분할시켜 시트상으로 만드는 분할처리공정과, 폴리에스터 수축사 30∼50중량%와 일반사 나일론 50∼70중량%를 혼합하여 시트상으로 만든 후 니들 펀칭시키는 1차결합공정과, 여러 대의 니들펀칭기에서 첫번째에 상기 분할처리공정을 거친 반제품을 투입하는 동시에 두번째 이후의 니들펀칭기에는 상기 1차결합공정을 거친 반제품을 투입하여 서로 합지되도록 니들 펀칭시키는 2차결합공정과, 이 2차결합공정을 거친 반제품을 열수(熱水) 용액에 담그어 20∼40%의 범위내에서 열수축시키는 수축공정, 그리고 이 수축공정을 거친 반제품을 가열건조시킨 후 반제품의 표면을 가열 카렌더에 의하여 평활하게 다림질시키는 마무리공정으로 구성되어 있다.

이하 본 발명의 구성과 그 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

분할형 극세사(분할사)는 해도형 극세사와는 달리 용출공정을 거치지 않고도 극세화를 이룰 수 있다. 도 1에 도시된 인조피혁의 표면층(A)은 분할형 극세사로 이루어진 층으로서, 폴리에스터 80%와 나일론 20%로 구성되어 있는 이성분(異成分)의 섬유를 분할처리공정을 거쳐 분할시킨다. 분할형 극세사는 상기 공정을 거치면서 성분별로 8조각씩 16조각으로 나누어지게 되고 도 4에서와 같이 폴리에스터의 분할된 공간으로 나일론이 삽입되는 것으로, 상기 폴리에스터의 분할식은 2.0데니아×0.8(80%)÷8(8조각) = 0.2데니아가 되고, 나일론의 분할식은 2.0데니아×0.2(20%)÷8(8조각) = 0.05데니아가 된다.나일론은 0.05데니아, 폴리에스터는 0.2데니아로 남게 되어 극세화를 이룰 수 있게 된다. 또한 폴리에스터의 구성이 80% 이상이 되면 분할 후 섬유 굵기가 0.2∼0.25데니아가 되어 극세화의 효과가 줄게 되고 나일론의 경우는 20% 이하가 되면 0.05데니아 이하의 초극세화가 되어 후가공 중에 염색이 어렵게 되기 때문에 적정 폴리에스터 및 나일론의 혼합비율을 80:20으로 혼합하게 된다. 이러한 표면층(A)은 기존의 해도형 극세사와는 달리 용출공정을 수반하지 않으므로 해서 우수한 물리적 성질(인열강도, 인장강도)을 가질 수 있다.

이면층(B)은 고밀도의 층을 형성하기 위해 특정 조건의 섬유사를 사용하였다. 즉 90℃ 열수에서 10초간 침적시 55% 이상 수축이 일어나는 폴리에스터 수축사를 일반사 나일론과 3:7 내지 5:5의 범위 내에서 혼합하였다. 폴리에스터 수축사가 30% 이하일 때에는 수축이 덜 이루어져 고밀도화 효과가 상쇄되고, 50% 이상일 때에는 지나치게 고밀도화되므로 유연성을 상실한다. 나일론은 50% 이하일 때에는 충분한 인장, 인열, 파열강도 등의 물성이 나오지 못하게 되고, 70% 이상일 때에는 상대적으로 충분한 수축이 일어나지 않아 고밀화를 이룰수 없게 된다. 일반사 나일론은 물성을 보강하기 위한 것으로 상기와 같은 범위 내에 있어야 효과적이며 폴리에스터 수축사의 기능을 수행하는데 문제가 없다.

폴리에스터 수축사는 일반사 나일론과 상기와 같은 비율로 혼합되면서 20∼40%의 수축이 될 때 상기한 표면층(A)과 결합되어 천연피혁에 가장 가까운 성질을 갖게 됨을 실험에 의하여 알게 되었다. 이것은 2차결합공정과 수축공정을 유효하게 행할 때 고밀도층이 형성된다는 것을 말해 주고 있다. 고밀도층의 형성에 따라 종횡으로 늘어남에 대한 복원력(신도)이 높아서 늘어났다가 복원되지 않는 문제가 없어진다. 이러한 문제는 신발의 외피용으로 사용할 때 특히 많이 나타났는데 위와 같이 함으로써 안정적이고 그 적용범위도 넓어졌다.

표면층(A)을 이루는 분할형 극세사가 이면층(B)과의 조성비율에 있어서 20∼50%의 범위를 벗어나면 다음과 같은 문제가 발생한다. 20% 이하일 때에는 그 조성이 너무 작아 극세사의 형상을 잃게 되면서 극세사만이 갖는 유연성과 꺾임성이 급격히 저하되고, 50% 이상일 때에는 분할형 극세사의 과중량으로 카딩공정시에 주실린더(1)에 말리는 등 작업성이 떨어지며 카딩 및 니들펀칭 공정시에도 과중량에 의한 과분할 현상이 일어나 극세사의 형상을 상실하여 표면층의 극세사 층구조 효과를 상실하게 된다. 즉 50% 이상일 때에는 카딩시의 작업성이 떨어지며 니들 펀칭시 과분할되는 현상이 발생하고 원가가 상승하는 원인이 된다. 반면, 20% 이하일 때에는 유연성과 꺾임성이 급격히 저하되기 때문에 층구조의 효과를 상실한다.

이하에서 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

1. 분할처리공정

이 공정은 표면층(A)의 반제품(웹)을 얻기 위한 공정이다. 분할형 극세사는 도 2에서 보는 바와 같은 주실린더(1)와 워커(Worker)(2), 스트립퍼(Stripper)(3), 도퍼(Doffer)(4)로 이루어진 카딩기의 회전에 따라 그 사이를 화살표방향으로 이송 중에 분할이 이루어진다. 통상의 부직포 제조시 카딩기의 회전속도는 1,000∼1,200rpm으로 주어지는데, 본 발명의 분할처리공정에서는 이 회전속도를 20∼30% 속도를 낮추어 작업하였다. 즉, 적정 회전속도인 700∼800rpm으로 회전되는 카딩기에 화살표 방향으로 이동시키면서 그 회전에 의해 분할이 이루어진다. 이 회전속도보다 크면 과분할이 되어 시트를 형성할 수 없고 너무 늦으면 주실린더(1)나 워커(2)에 섬유가 말리어 진행이 안되게 된다. 그것은 과도한 회전으로 과분할되거나 밀리는 현상을 방지하기 위한 조치이다. 카딩기를 통과한 웹은 얇은 시트상의 섬유층으로 만들어지고, 이렇게 얻어진 얇은 섬유층은 성형기로 여러겹 겹쳐지게 하여 중량 100∼200g/㎡이 되게 한다.

2. 1차결합공정

이 공정은 이면층(B)의 반제품(웹)을 얻기 위한 공정이다. 90℃의 열수 용액에서 10초간 침적시 55% 이상의 수축이 일어날 수 있는 특성을 가진 폴리에스터 수축사 30∼50중량%와 일반사 나일론 50∼70중량%를 베일 오프너에 공급하여 개섬(푸는 것)한 후, 혼합실에서 균일하게 혼합하며, 다시 카딩기에서 얇은 시트상의 섬유층으로 만들고, 이렇게 얻어진 얇은 섬유층은 성형기로 여러겹 겹쳐지게 하여 중량 200∼400g/㎡이 되게 한다. 이러한 웹을 수 많은 바늘이 상하 작동하도록 일정 간격으로 설치된 니들펀칭기에서 침밀도 700∼1,000개/㎠가 되도록 니들 펀칭한다. 침밀도는 바늘이 서로 겹쳐지지 않도록 도 3과 같이 설치된 여러 대의 니들펀칭기 중에서 소요 대수를 증가시켜 가동시키면 얻을 수 있는 일반적인 사항이다.

3. 2차결합공정

이 공정은 표면층(A)과 이면층(B)의 반제품(웹)을 서로 합지하기 위한 공정이다. 도 3과 같이 여러 대가 연속해서 설치된 니들펀칭기에서 첫번째 니들펀칭기(11)에는 상기 분할처리공정을 거친 분할사 웹(a)을 투입하는 동시에 두번째 니들펀칭기(12)에는 상기 1차결합공정을 거친 웹(b)을 투입하여 서로 합지되도록 니들 펀칭시킨다. 이때의 침밀도는 900∼1,100개/㎠이다. 1차결합공정을 거친 웹(b)을 2번째 니들펀칭기(12) 이후에서 투입하는 이유는 두 개의 분리된 층을 전단계에서부터 충분히 교락(결합)시켜야 하기 때문이다.

4. 수축공정

2차결합공정을 거친 반제품은 고밀화를 이루기 위해 열수 용액에 담그어 열수축시킨다. 그 조건은 폴리비닐알콜수지(PVA)가 3∼5% 용해된 80℃ 이상의 열수 용액에 10초 이상 담그어 20∼40%의 범위내에서 열수축시키는 것이다. 이와 같은 범위 내에 있을 때 천연피혁에 가장 가까운 성질을 얻게 된다. 폴리비닐알콜수지는 후가공(폴리우레탄수지 함침)시 수지함침량을 절감하고 작업성을 좋게 하며 수세후 다공질을 형성하여 인조피혁을 부드럽게 하는 역할을 한다. 수축율이 20% 이하일 때에는 고밀도화가 충분히 이루어지지 않아 꺾임성 불량 등의 문제를 야기하며, 40% 이상일 때에는 표면이 갈라지는 현상이 발생한다.

5. 마무리공정

수축공정을 거친 반제품은 건조기에서 120∼140℃로 가열건조시킨 후 반제품의 표면을 150∼160℃의 가열 카렌더에 의하여 가열하면서 평활하게 다림질하면 완성된 펠트가 얻어진다.

이렇게 얻어진 펠트 제품은 인조피혁 가공업체에서 고밀도층(이면)에 폴리우레탄수지를 함침하여 응고시키는 폴리우레탄 코팅을 행하기도 하고, 경우에 따라서는 버핑가공을 하기도 한다. 이와 같이 분할 극세사와 수축사로 이루어진 신발 및 잡화용 인조피혁 기포는 100% 해도형 극세사로 이루어진 고가(高價)의 용출형 인조피혁보다 저렴하고 유사한 중량에서 우수한 인장강도 및 인열강도를 갖는다. 그 물성치를 종래의 해도형 극세사 펠트와 비교하여 나타내면 다음의 표 1과 같다.

물성＼타입	종래(해도형 극세사 펠트)	실시예1(분할형 극세 고밀도 펠트)	실시예2(분할형 극세 고밀도 펠트)
중량(g/㎡)	440	450	350
후도(mm)	1.40	1.70	1.35
밀도(g/㎤)	0.314	0.265	0.260
인장강도(kg/3cm)	MD	74.0	75.0	55.0
	CD	57.0	68.0	50.0
신도()	MD	66.0	110.0	100.0
	CD	95.0	130.0	120.0
인열강도(kg)	MD	10.5	18.0	13.0
	CD	10.0	15.0	12.0
파열강도(kg/cm)	27.5	28.0	20.0
완제품가격($/㎡)	10$대	8$대	7$대

이와 같이 고밀도 표면층에 폴리우레탄수지를 코팅한 제품의 외관은 분할된 극세사로 인하여 고가의 해도형 극세사 수준과 동일한 외형을 보이며, 용출공정을 생략하여 인장·인열강도의 물성을 개선하면서 원가절약하게 되는 효과를 가져오게 된다. 본 발명의 인조피혁은 각종 운동화(Sports shoes)와 구두(Dress shoes)의 내외피, 볼피, 라벨용, 잡화용, 와이퍼(Wiper)용 등에 다양하게 사용할 수 있다.

Claims (2)

1. 이성분(異成分)의 분할형 극세사 20∼50중량%가 표면을 이루고, 폴리에스터 수축사 30∼50중량%와 일반사 나일론 50∼70중량%가 혼합된 고밀화층 50∼80중량%가 이면을 이루는 펠트로 구성시킨 것을 특징으로 하는 부직포 인조피혁.
2. 분할형 극세사를 카딩기에 분할시켜 시트상으로 만드는 분할처리공정과, 폴리에스터 수축사 30∼50중량%와 일반사 나일론 50∼70중량%를 혼합하여 시트상으로 만든 후 니들 펀칭시키는 1차결합공정과, 여러 대의 니들펀칭기에서 첫번째에 상기 분할처리공정을 거친 반제품을 투입하는 동시에 두번째 이후의 니들펀칭기에는 상기 1차결합공정을 거친 반제품을 투입하여 서로 합지되도록 니들 펀칭시키는 2차결합공정과, 이 2차결합공정을 거친 반제품을 열수 용액에 담그어 20∼40%의 범위내에서 열수축시키는 수축공정, 그리고 이 수축공정을 거친 반제품을 가열건조시킨 후 반제품의 표면을 가열 카렌더에 의하여 평활하게 다림질시키는 마무리공정으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 부직포 인조피혁 제조방법.