KR100330247B1 - 나일론-6벌키사의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 균일한 내부조직을 갖는 나일론-6 벌키사(Bulked Continous Filament : 이하 BCF라 칭함)의 제조에 관한 것으로,
방사한 나일론-6 사조를 냉각하고, 연신 및 가연가공 후 권취하여 벌키사를 제조함에 있어서, 방사사조의 냉각을 길이 1.8m 이상의 켄치챔버에서 수행하고, 연신공정을 2단 이상으로 수행하며, 가연가공 후에 120~190℃의 온도로 열고정하는 것을 특징으로 하며,
상기한 본 발명에 의해 제조되는 나일론-6 벌키사는 내부조직이 균일하게 되며, 이러한 벌키사로 제조한 카페트는 염색결함이 없이 균일하게 염색되므로 그 상품성이 증대된다.

Description

나일론-6 벌키사의 제조방법
본 발명은 나일론-6 벌키사(Bulked Continuous Filament: 이하 BCF라 칭함)의 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 나일론-6 BCF의 염색성를 향상시키기 위한 방법에 관한 것이다.
주로 카페트(carpet) 용도로 사용되는 나일론-6 BCF는 1,000데니어 이상의 고 데니어이며, 그 제조에 방사, 연신, 가연(texturing)이 함께 이루어지므로 용융방사 멀티필라멘트 제조공정 중 가장 어려운 공법으로 알려져 있다. 또한 카페트용으로 주로 사용되므로 후공정에서도 염색공정이 필수적으로 도입되어 높은 섬도의 원사이지만 까다로운 색상으로 염색처리를 실시하고 있는 실정이다.
따라서 원사의 제조공정 중에 실의 내부구조에 불균일한 부분이 약간이라도 발생하면 즉시 후공정의 염색공정에서 불균일한 염색반점(염반) 또는 염색차(stripe)로 나타나서 최종제품인 카페트의 품위가 저하되는 문제가 발생하게 된다.
종래, 1,000데니어 이상의 높은 데니어를 갖는 나일론-6 BCF는 제 1 도에 도시되는 바와 같이 방사된 나일론-6 사조((Y), 본 발명에서 "사조"란 방사되어서 나온 각 미연신사의 다발을 의미한다. )를 냉각하기 위한 켄치챔버(2), 방사유제를 급유하기 위한 롤러(3), 방사유제가 급유된 사조를 1회 연신하기 위한 제 1 및 제 2 고뎃롤러(4)(5), 연신사조를 가연가공하기 위한 가연장치(texturing jet: 6), 가연된 사조(TY)를 냉각하기 위한 냉각드럼(7) 및 가이드롤러(8)와 제 3 고뎃롤러(9)를 경유하여 벌키가공된 사조를 권취하는 권취기(10)로 구성되는 장치를 이용하여 제조하여 왔다.
그러나 상기한 종래 구성에 의하면 제조된 나일론-6 BCF가 염색가공시에 불균일한 염색성을 나타낸다. 본 발명자들이 그 원인을 조사한 결과 BCF 원사의 불균일성에 그 원인이 있음을 알게 되었으며, BCF 원사의 불균일성의 원인은 그 제조공정상의 결함에 있음을 파악하게 되었다.
즉 종래 방법에 의하면, 첫째 고온으로 방사되는 사조(bundle: Y)의 냉각이 불충분하다는 것이다. 일반적으로 나일론-6은 열교환성이 낮고 결정화가 이루어지기 쉬우므로 충분한 냉각이 이루어지지 못하면, 필라멘트의 내부구조가 치밀하지 못하게 될 뿐만 아니라 구정(球晶: spherulite)과 같은 결함조직이 발생하고, 이는 원사제조공정상에 불균일 요건으로 작용하여 모우, 절사 등으로 이어지고, 제조되는 인사의 내부구조도 균일하지 못하므로 염색가공시 염반 또는 염색차가 나타나기 쉽다.
둘째, 불균일 연신이 발생할 수 있는 여건이 많다는 것이다. 즉, 연신전 3,000데니어 이상의 고 데니어 미연신사를 단 하나의 연신 존(zone)에서 연신처리를 하므로 원사제조 중 제 1 고뎃롤러(4)와 제 2 고뎃롤러(5) 상에서 연신되면서 주행하는 사조(Y)가 외기의 흔들림 또는 불균일한 방사유제처리 등과 같은 요인에 의해 영향을 받기 쉬워서 불균일한 원사가 제조되기 쉽다.
마지막으로, 가연가공사(TY)의 크림프(crimp)성이 시간이 경과함에 따라서 변한다는 것이다. 즉, 종래 설비에서는 연신, 열처리된 사조(Y)를 가연장치(6)에서 가연가공한 다음, 가연된 사조(TY)를 냉각드럼(7)에서 충분히 식힌 후 상온의 제 3 고뎃롤러(9)를 지나서 권취장치(10) 팩키지에 완전히 방사-연신-가연된 BCF 원사가 권치되도록 되어 있다. 이와 같은 설비에 의하면 가연가공사(TY)의 형태가고정(setting)되지 않아서 가연가공사(TY)의 크림프(CRIMP)성이 시간이 경과함에 따라서 변하는 경시성이 나타나게 되어, 최종 염색가공 후에 염색차가 나타나는 원인으로 작용하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 감안하여 균일한 염색이 가능한 나일론-6 벌키사를 제조하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 연구에서 본 발명자들은 원사 제조공정상에 불균일한 점을 개선하고자 하였으며, 이는 기본적인 장치의 개선이 이루어져야 해결 될 수 있다는 것을 알게 되었다. 즉, 염색공정에서 나타나는 문제들을 해결하기 위해서 최대한 원사제조 공정을 안정화시켜야 한다는 사실을 알게 되었다.
보다 구체적으로 설명하면 본 발명자들의 연구에서 방사된 사조(bundle)의 불충분한 냉각은 켄치챔버의 길이(L)를 충분히 길게 하는 것에 의해 해소할 수 있고, 1,000데니어 이상의 고데니어의 미연신사는 2단 이상의 다단계 연신을 실시함으로써 균일하고 우수한 물성을 부여할 수 있으며, 가연가공사의 크림프(crimp)성이 시간이 경과함에 따라서 변하는 성질은 제 3 고뎃롤러(9)에서 충분히 그 내부구조가 안정화될 수 있도록 컨디셔닝(conditioning)을 시켜주는 것에 의해 방지될 수 있으며, 이상과 같은 조건을 종래의 방법에 채택하게 되면 BCF 원사제조공정상의 불균일성을 모두 제거할 수 있으며, 제조된 나일론-6 BCF는 균일한 염색성을 나타낸다는 사실을 알게 되었다.
제 1 도는 종래의 나일론-6 벌키사의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면
제 2 도는 본 발명에 따르는 나일론-6 벌키사의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면
* 도면 중 주요부분의 부호 설명 *
1: 방사블록 2: 켄치챔버
3: 방사유제 4: 제 1 고뎃롤러
4': 2단 연신용 가열롤러 5: 제 2 고뎃롤러
6: 가연장치(texturing jet) 7: 냉각드럼(cooling drum)
8: 가이드 롤러 9: 제 3 고뎃롤러
10: 권취 팩키지
L: 켄치챔버의 길이 Y: 방사된 사조(bundle)
TY: 가연된 사조(textured yarn)
그러므로 본 발명에 의하면 방사한 나일론-6 사조를 냉각하고, 연신 및 가연가공후 권취하여 나일론-6 벌키사를 제조함에 있어서,
상기 방사사조의 냉각을 길이 1.8m 이상의 켄치챔버에서 수행하고, 연신공정을 2단 이상으로 수행하며, 가연가공후에 120~190℃의 온도로 열고정하는 것을 특징으로 하는 나일론-6 벌키사의 제조방법이 제공된다.
본 제조방법에 있어서, 방사사조를 충분히 냉각시키기 위해서 냉각공기의 온도는 19℃ 이하면 충분하였으나, 켄치챔버의 길이를 가급적 길게 하는 것이 균일한 BCF 원사를 재조할 수 있어 바람직하다. 켄치챔버의 적합한 길이는 1.8m 이상, 바람직하게 2m 이상이며, 보다 바람직하게 2~3m이다. 즉, 본 제조방법에 있어서 켄치챔버의 길이가 1.8m 보다 적으면 냉각이 다소 불충분하여 적합하지 않으며, 켄치챔버 길이의 상한은 제한이 없으나 3m 이하로 하는 것이 코스트 측면에서 유리하다. 또한, 본 발명에 의하면 연신공정을 2단 이상으로 수행하는 것이 요구되며, 이와 같이 2단계 이상의 연신에 의하면 1,000데니어 이상의 높은 데니어의 미연신사의 연신을 1단계만으로 실시할 경우에 고배향 연신시에 나타나던 불균일 연선의 단점이 해소된다. 연신은 불균일 연신이 발생하지 않도록 하기에 충분한 회수로 수행 할 수 있으며, 그 바람직한 연신 회수는 2회이며, 2단 연신의 경우 1차 연신은 1.5~2.5의 연신비로 수행하고 2차 연신은 1.5~2.5의 연신비로 수행하는 것이 적합하다.
마지막으로, 상기에서와 같이 냉각면에서의 불균일과 연신면에서의 불균일한점들을 해결한다 하더라도 아직 균일한 성질의 BCF를 제조하기에는 다소 부족하며, 이를 충족시키기 위해서는 가연가공 후에 120~190℃의 온도로 열고정하는 것이 바람직하다. 이러한 열고정은 제조된 BCF 원사의 특성치 중의 하나인 크림프율이 경시적으로 변하는 것을 방지하는 작용을 한다. 즉, 열고정을 생략하고 제조한 BCF 원사는 제조한지 약 15일 이내에서는 크림프율이 크게 변하지 않으나, 약 1개월 이상 방치한 제품과 15일 이내에 생산한 것과는 크림프율의 차이가 15% 이상으로 변형된다.
크림프율과 염색량과는 직접적인 관계가 없으나, 최종 후공정에서 카페트를 제조하여 염색을 실시하면 염료의 흡입량은 동일해도 원사표면의 크림프형태 차이로 인해 시각적인 염색차가 나타나게 된다. BCF의 크림프성이 시간의 경과에 따라 변하는 경시성은 가연장치에서 고온고압의 유체처리를 받아서 가연가공된 사조의 내부구조가 완전히 고정되지 않고 권취되기 때문이다.
따라서 본 방법에서는 제 3 고뎃롤러의 표면온도를 상승시켜 가연가공된 사조의 내부구조를 열고정(heat setting)시킴으로써 이완(relaxation)되어 원래의 구조로 돌아가려는 경향을 차단하여 시간이 흐르면서 사조의 내부구조가 변하는 성질을 방지하는 것이다.
이렇게 제조된 나일론-6 BCF 원사의 크림프성의 변화는 생산 후 3개월 후에도, 원래 제조당시 수준의 5% 이내에 머물게 되어 균일한 품질의 원사를 양산할 수 있게 된다.
본 방법에 있어서 제 3 고뎃롤러의 표면온도범위는 120℃~190℃가 바람직하다. 120℃ 보다 낮을 때에는 열고정이 다소 불충분하며 190℃를 초과할 때에는 크림프성이 줄어들어서 BCF 고유의 벌키한 효과가 줄어든다. 특히 바람직한 제 3 고뎃롤러의 온도범위는 130~180℃ 이다.
이하 본 발명을 제 2 도를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도면중 제 1 도와 유사한 부분은 동일한 부호를 사용한다.
제 2 도에는 상기한 본 제조방법을 구현하기에 바람직한 장치의 일 예가 제시된다. 제 2 도에 도시되는 나일론-6 벌키사의 제조장치는 방사된 나일론-6 사조(Y)를 냉각하기 위한 켄치챔버(2), 사조에 방사유제를 급유하기 위한 롤러(3), 방사유제가 급유된 사조를 연신하기 위한 제 1 및 제 2 고뎃롤러(4)(5), 상기 제 1 고뎃롤러(4)와 제 2 고뎃롤러(5) 사이에 설치되는 2단 연신용 가열롤러(4'), 연신사조를 가연가공하기 위한 가연장치(texturing jet: 6), 가연된 사조(TY)를 냉각하기 위한 냉각드럼(7) 및 가이드롤러(8)와 제 3 고뎃롤러(9)를 경유하여 가공된 사조를 권취하는 권취기(10)를 구비한다.
상기한 장치에 있어서 방사사조(Y)를 균일하게 냉각시키기 위해 냉각장치인 켄치챔버(2)는 그 길이(L)를 종래에 비해 길게 만들고 또한 최대한 냉각효과를 올리기 위해 켄치챔버(2)를 사조(Y)쪽으로 이동시키는 것이 바람직하다. 이는 니일론-6 수지가 열교환 효율이 낮기 때문에 종래와 같이 냉각중의 온도를 낮게 조정하여 짧은 시간에 냉각할 경우에 불필요하게 완전 고화되지 않은 용융방사사조(Y)가 냉각풍에 의해 흔들려서 불균일의 요인으로 작용하는 것을 방지하기 위함이다.
본 장치에서 제 1 고뎃롤러(4)와 제 2 고뎃롤러(5)의 사이에 설치되는 2단 연신가열롤러(4')는 제1고뎃롤러(4)와 2단 연신가열롤러(4')사이에서 1차 연신한 다음, 다시 2단 연신가열롤러(4')와 제2고뎃롤러(5) 사이에서 2차 연신이 이루어지도록 한다. 이렇게 연신을 2차에 나누어서 서서히 수행하면 1회의 고배향 연신시에 나타나던 불균일 연신의 단점이 해결된다.
본 장치는 가연장치(6)를 통해 가연가공된 사조(TY)가 제 3 고뎃롤러(9) 상에서 열고정되도록 설계되며, 이를 위해 제 3 고뎃롤러(9)의 표면온도는 120~190℃ 보다 바람직하게 130~180℃의 범위 내를 유지하도록 설정하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~3 및 비교예 1~4]
상대점도(R.V.) 2.70(98%-H2SO4)의 나일론-6 칩을 방사온도 260℃에서 모세공의 수가 70개인 구금을 이용하여 방사하였다. 이 때 구금 모세공의 형태는 삼각형이고 최종 권취데니어는 1,300데니어가 되도록 토출량을 적절히 조정하였다. 결과의 방사사조(Y)는 제 2 도의 장치를 통해 벌키사로 가공하였다 이때, 방사유제의 급유량은 최종 권치팩키지(10)에서 검사시 0.8~1.0 wt%가 되도록 조정하였다. 켄치 챔버(2)의 냉각공기의 풍속과 온도는 각각 0.6 m/초와 16℃이었다.
각 공정에서의 처리조건 및 제조된 벌키사의 특성은 하기 표 1 에 제시된다.
[비교예 5~6]
제 1 도의 장치를 사용하여 실시예 1에서와 같은 방사사조를 벌키사로 가공하였다. 이때, 방사유제의 급유량은 최종 권치팩키지(10)에서 검사시 0.8~1.0wt%가 되도록 조정하였다. 켄치챔버(2)의 냉각공기의 풍속과 온도는 각각 0.6m/초와 16℃이었다.
각 공정에서의 처리조건 및 제조된 벌키사의 특성은 하기 표 1 에 제시된다.
*주) 염색등급: 염색후 육안으로 관측하여 판정하였음.
◎: 매우 양호, ○: 양호, △: 보통, ×: 불량, ××: 매우 불량

Claims (4)

  1. 방사한 나일론-6 사조를 냉각하고, 연신 및 가연가공후 권취하여 벌키사를 제조함에 있어서, 상기 방사사조의 냉각을 길이 1.8m 이상의 켄치챔버에서 수행하고, 연신공정을 2단 이상으로 수행하며, 가연가공 후에 120~190℃의 온도로 열고정하는 것을 특징으로 하는 나일론-6 벌키사의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각을 길이 2.0~3.0m의 켄치챔버에서 수행함을 특징으로 하는 나일론-6 벌키사의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연신공정을 2단으로 수행함을 특징으로 하는 나일론-6 벌키사의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2단 연신이 연신비 1.5~2.5의 1차 연신과 연신비 1.5~2.5의 2차 연신으로 구성됨을 특징으로 하는 나일론-6 벌키사의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103628223A (zh) * 2012-10-30 2014-03-12 苏州多维特种纤维制品科技有限公司 一种功能纤维膨体纱织物毯及其制备方法

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