KR100423482B1 - 이형단면섬유 제조용 방사구금,이를 이용한 이형단면사 및그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에칠렌테레프탈레이트와 같은 열가소성 폴리머를 이용하여 용융.방사할 때 사용하는 구금을 이형화함으로써, 원사의 공극을 극대화하여 땀의 흡수와 발산을 빠르게 하고, 또한 이형화에 의한 피부와의 접촉면적을 최소화함으로써 착용 쾌적성을 갖는 이형단면사 제조용 방사구금과 이를 이용하여 제조한 이형단면사에 관한 것으로, 단면의 형태가 원형, 타원형에서 일부가 천공되어 있는 "C자형" 또는 "U자형"의 형태로 중심선에서 대칭이 되도록 배열하고, 아래식(1) 내지 식(3)을 만족하는 이형단면 섬유용 방사구금과 이 방사구금을 이용하여 열가소성 폴리머를 280∼300℃의 온도에서 아래식(4)를 만족하는 조건으로 방사하고, 식(5)를 만족하는 조건으로 냉각시킴을 특징으로 하는 이형단면섬유와 그의 제조방법.

0.05 ≤ SW ≤ 0.15 ....................... (1)

0.1 ≤ AR ≤ 0.35 .........................(2)

1.0 ≤ OL/SW ≤ 2.0 .......................(3)

상기 식에서, SW : 슬리트의 폭(㎜),

AR : 폴리머가 토출되는 면적 = 천공면적(㎟),

OL : 슬리트가 접하는 두께(㎜) 이다.

3 ≤ Q ≤ 15 ........................... (4)

상기 식에서 Q는 천공된 단위면적당 폴리머의 토출량 (g/min.㎟)임.

0.85≤HZ/ND≤1.6 ...........................(5)

상기 식에서 HZ는 구금 직하로부터 냉각공기가 불어나오는 지점까지의 거리(㎜)이고, ND는 구금 하면의 직경(㎜)임.

Description

이형단면섬유 제조용 방사구금,이를 이용한 이형단면사 및 그 제조방법{Spinneret for shaped fiber, manufacturing method of shaped filament yarn using there of}

본 발명은 폴리에칠렌테레프탈레이트와 같은 열가소성 폴리머를 이용하여 용융.방사할 때 사용하는 구금을 이형화함으로써, 원사의 공극을 극대화하여 땀의 흡수와 발산을 빠르게 하고, 또한 이형화에 의한 피부와의 접촉면적을 최소화함으로써 착용 쾌적성을 갖는 이형단면사의 제조방법과 방사구금에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에칠렌테렌프탈레이트 섬유는 많은 우수한 특성을 가지고 있지만, 소수성이기 때문에 천연섬유에 비해 흡수성이 떨어지고, 또한 금속광택과 미끈거리는 촉감으로 인하여 그 용도가 쾌적한 청량감 소재로는 부적합한 단점을 가지고 있다.

청량감 소재로는 천연섬유인 마를 사용하고 있지만, 사의 품종이 제한적이고

또한 반발탄력성의 부족으로 인한 꾸김이 많이 발생하므로 의류의 품위를 떨어뜨리는 문제가 있고, 천연섬유인 면의 경우에는 인조섬유에 비하여 뛰어난 흡수성을 가지고 있지만, 건조속도가 느려서 섬유가 인체의 피부에 달라붙어 끈적끈적한 느낌을 주게되어 착용 쾌적성을 떨어뜨리게 되므로 스포츠의류 용도로는 부적합한 단점을 가지게 된다.

천연섬유와 같은 까칠까칠한 촉감과 우수한 흡수성을 가지는 인조섬유를 제조하는 방법으로는 섬유간의 공극을 향상시키는 방법이 종래에 연구되어 왔었다.

섬유의 공극을 향상시키는 방법으로는 멀티필라멘트를 사용하는 방법과 섬유의 단면을 이형화 하는 방법이 있지만, 전자의 경우 섬유의 흡수성은 향상되지만, 까칠까칠한 촉감의 실현이 불가능하고, 또한 촉감을 개선하기 위해서 연사를 할 경우 흡수성이 떨어지는 문제가 있게 된다.

또 섬유단면을 이형화하는 후자의 방법으로는 직접 방사법과 복합 방사법을 들 수 있으나, 직법 방사법에서도 일본 공개특허 특개평7-173708호와 같이 원사의 단면 전체가 동일한 형태를 갖도록 하는 제법과 적어도 2종 이상의 단면을 혼합하여 방사하는 특개평7-34342호와 같은 방법이 알려져 있다.

동일한 단면으로 흡수성을 높이기 위해서는 섬유의 이형도를 크게 하여야 하고, 이러한 목적을 달성하기 위해서는 방사구금의 1홀당 폴리머의 접촉면적을 크게 하여, 구금에서 토출되는 폴리머의 표면장력을 낮추는 방법, 방사온도를 낮추는 방법 및 냉각풍을 강하게 하는 방법등이 추천되고 있다.

위에 서술한 방법으로 고 이형도를 갖는 이형단면섬유의 제조는 가능하지만, 섬유의 물성, 공정성 및 품질의 저하등 공업적 적용이 어려운 문제점이 있다.

2001년 2월 7일자 "일본섬연신문"에 발표된 복합방사법에 의한 흡한 속건성 폴리에스터 가공사의 제조방법은 일반적인 방사설비에서는 생산이 불가능하기 때문에 방사설비의 개조나, 신규 설치가 필요하고, 이로 인하여 원사 제조코스트가 상승하여 원가 경쟁력을 잃게되는 문제점과 높은 이형도를 얻기 위해서는 섬유의 일부를 용해시켜야 하고, 이 경우 용해도 차이로 인한 섬유의 염색이상을 초래하게 되어 직물의 품위를 떨어뜨리는 문제점과 용해시 발생된 폐수로 인하여 환경오염이 심각하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 섬유간의 공극을 크게하여 흡수성이 우수한 이형단면 섬유를 직방식으로 제조하고, 섬유의 물성, 방사 공정성 및 품질이 우수한 이형단면섬유를 공업적으로 안정하게 생산하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 사용되는 C자형 토출홀의 1예를 나타내는 개략도.

도 2는 본 발명에 사용되는 U자형 토출홀의 1예를 나타내는 개략도.

도 3은 종래의 3엽형 토출홀의 1예를 나타내는 개략도.

도 4는 종래의 4엽형 토출홀의 1예를 나타내는 개략도.

도 5는 종래의 원형 토출홀의 1예를 나타내는 개략도.

도 6은 본 발명에 사용되는 구금의 측면도.

도 7은 종래의 구금의 측면도.

도 8은 본 발명에 사용되는 방사공정의 1예를 나타내는 공정개략도.

도 9는 본 발명 이형단면섬유의 이형도를 설명하는 개략설명도.

도 10은 흡수성의 측정방법을 설명하는 설명도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 구금 (Spinneret) 2: 냉각챔버 (Quenching Chamber)

3: 급유 가이드 (Oil guide) 4: 제1고뎃롤 (Godet Roll 1)

5: 제2고뎃롤 (Godet Roll 2) 6: 제3고뎃롤 (Godet Roll 3)

7: 분리롤 (Seperate Roll) 8: 원사 (Cake)

본 발명은 방사구금의 개량과 방사조건 및 냉각조건을 최적화 함으로써 상기한 과제를 해결할 수 있게 되었다.

본 발명은 첫째로 [도1], [도2]에서와 같이 원형 중공단면 또는 타원형 중공단면에서 일부가 천공된 "C자형" 또는 "U자형" 단면이 중심선에서 대칭으로 겹쳐진 형태로 천공되고, 아래 식(1) 내지 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 이형단면섬유용 방사구금을 사용하였다.

0.05 ≤ SW ≤ 0.15 .................. (1)

0.1 ≤ AR ≤ 0.35 ...................(2)

1.0 ≤ OL/SW ≤ 2.0 ....................(3)

상기 식에서, SW : 슬리트의 폭(㎜).

AR : 폴리머가 토출되는 면적 = 천공면적(㎟).

OL : 슬리트가 접하는 두께(㎜)이다.

본 발명은 둘째로 이형단면섬유를 용융.방사하여 제조하는 방법에 있어서,

[도1] 또는 [도2]의 구금을 사용하고, 또 열가소성 폴리머를 280∼300℃로 용융한 상태에서 아래 식(4)를 만족하도록 방사한다.

3 ≤ Q ≤ 15 ....................... (4)

단, 상기식에서 Q는 천공된 단위면적당 폴리머의 토출량 (g/min.㎟)이다.

본 발명은 세째로 식(1) 내지 식(3)을 만족하는 이형단면 구금을 사용하고, 또한 식(4)를 만족하는 토출량으로 방사한 후, 아래 식(5)를 만족하도록 냉각시킴을 특징으로 하는 이형단면섬유의 제조방법에 관한 것이다.

0.85≤HZ/ND≤1.6 ................. (5)

단, 상기 식에서 HZ는 구금 직하로 부터 냉각공기가 불어나오는 지점까지 의 거리(㎜) 이고, ND는 구금 하면의 직경(㎜)을 나타낸다.

이하, 본 발명에 대해서 종래의 이형단면섬유 제조방법과 대비하여 상세히 설명한다

종래의 방사구금은 [도3], [도4] 및 [도5]와 같은 구금을 사용하여 이형단면사 또는 원형단면사를 제조하였다. 이 경우, 단사 상태에서 이형도가 큰 이형단면섬유의 제조는 가능하지만 멀티필라멘트의 경우에는 단사간의 단면간섭으로 공극률이 낮아지고, 이로인해 섬유의 흡수능력이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명에서는 단사간의 단면간섭에 의해 공극률이 떨어지는 현상을 개선시키기 위하여 원형 중공(中空) 또는 타원형 중공 단면에서 일부가 천공된 "C자형 단면" 과 "U자형 단면" 중심선을 중심으로 대칭이 되도록 천공하였다.

[도1], [도2]는 본 발명에서 사용하는 방사구금의 구체적인 예시이다. 이때에 슬릿 폭이 0.05㎜보다 작으면 구금의 제작이 어렵고, 슬릿 내부의 이물에 의해 섬유의 단면이 불균일하게 되고, 또 방사 공정성이 불량해 진다.

또한 슬리트 폭이 0.15㎜보다 크면 폴리머의 토출 안정성이 불량해 지고 또섬도변동이 커지는 문제가 있다. 폴리머가 접촉하는 면적 즉 슬리트의 천공면적이 0.1㎟보다 작으면 원사의 공극률이 낮아지고, 0.35㎟보다 크면 폴리머의 토출성이

불량해 지고, 이로 인해 방사 작업성 및 원사품질이 불량해 지는 문제가 있다.

OL/SW값이 1.0보다 작으면 이형도가 작아지고, 2.0보다 크면 "C자형" 단면 또는 "U자형" 단면의 융착이 불균일하게 되어져 원사의 품질 및 염색성이 불량해지게 된다.

좌우 대칭인 원형 또는 타원형의 "C자형" 구금 또는 "U자형" 구금을 가지고 열가소성 폴리머를 280∼300℃의 온도로 용융된 상태로 방사할 때, 단위면적당의 토출량 Q가 3g/min.㎟보다 적으면 폴리머의 토출성이 불량해 지고, 이로인하여 방사 작업성 및 원사품질이 불량해 지는 문제가 있다. 또한 단위면적당 토출량 Q가 15g/min.㎟ 보다 많으면 이형도가 작아지고 이로 인해 원사의 공극률이 작아지는문제점이 있다. 더욱 바람직한 토출량은 5∼13g/min.㎟ 수준이 좋다. 또한 방사구금에서 토출된 사는 식5를 만족하도록 냉각시킨다.

식(5)에 있어서, HZ/ND값이 0.85보다 작으면 이형도가 큰 이형단면사의 제조는 가능하지만, 구금 표면의 냉각으로 방사 공정성이 불량해지고, HZ/ND값이 1.6보다 더 커지면 방사 공정성 및 섬유 품질은 좋아지나, 구금으로 부터 토출된 폴리머의 표면장력 때문에 섬유의 이형도가 작아져 이형도가 큰 섬유의 제조가 어렵게 된다. 따라서 HZ/ND값은 0.85에서 1.6 사이가 좋으나, 더욱 좋기로는 0.85에서 1.0 범위가 좋다.

구금에서 토출된 섬유는 냉각풍에 의해 고화되고, 이때 냉각풍의 온도는 19∼25℃가 되도록 하고, 풍속은 0.25 ∼ 0.50m/sec 범위가 되도록 한다.

고화된 섬유는 도8의 제1고뎃롤(Godet roll 1)과 제2고뎃롤(Godet roll 2)에서 연신에 필요한 온도 즉, 폴리에스터의 유리전이온도 이상으로 열을 가하고, 제1고뎃롤(Godet roll 1)과 제3고뎃롤(Godet roll 3) 과의 속도차에 의해 연신된 후, 제3고뎃롤(Godet roll 3)에서 열처리된 후, 4,000m/min 이상 6,000m/min 이하의 속도로 권취한다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 따라 구체적으로 설명하면 다음과 같다..

실시예에서 얻어진 값은 아래와 같은 방법으로 측정하였다.

(1) 섬도, 강도 및 신도는 JIS L1013법으로 측정하였다.

(2) 균제도는 스위스의 첼베거사(Zellweger Co.,Ltd)사의“USTER 3"으로 분석함.

(3) 이형도는 돌출된 선단부 a와 b의 길이를 X로 하고, c와 d의 길이를 Y라 할 때 이형도 = Y/X로 계산된 값이다.

(4) 흡수성은 섬유제품의 흡수시험법인 JIS L 1907법으로 평가한 값이다.

실시예와 비교실시예에서 얻어진 원사를 위사로 사용하여 평직으로 제직한후, 얻어진 직물을 위사방향으로 흡수성을 평가하였다.

경사로 사용된 원사는 원형단면의 75de/36f을 사용하였으며, 이때 경사와 위사의 밀도는 93본/inch, 75본/inch로 설계하였다.

(5) 까칠까칠한 촉감은 아래와 같은기준으로 평가하였음.

- ◎ : 매우 까칠까칠한 촉감

- ○ : 원형단면사 보다 다소 까칠까칠한 촉감.

- △ : 원형단면사 수준의 촉감.

- × : 원형단면사보다 부드러운 촉감

(6) 방사 공정성:

- ◎ : 매우 양호

- ○ : 방사 공정성은 양호하나, 단사절이 다소 발생함.

- △ : 방사 공정성이 다소 불량하고, 단사절이 많이 발생함.

- × : 방사 공정성 및 품질이 매우 불량함.

실시예1

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에칠렌테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 하여 [도1}과 같은 원형 중공단면의 일부가 천공된 "C자형" 단면이 좌,우 대칭형태인 36홀 구금을 이용하여 용융방사한 후, 토출된 사를 냉각 개시장을 70㎜로 하고, 0.4m/sec의 풍속으로 냉각시켰다. 고화된 사는 [도9]의 공정에서 제1고뎃롤과 제2고뎃롤에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후, 2.08배로 연신하고 제3고뎃롤에서 123℃로 열처리 한후에 5,000m/min으로 권취하여 연신사 75de/36f을 얻었다.

얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표1에 나타내었다.

실시예 2

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에칠렌테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 [도1]과 같은 원형 중공단면의 일부가 천공된 "U자형" 단면이 좌,우 대칭형의 36홀 구금을 이용하여 용융.방사한 후, 토출된 사를 냉각 개시장 70㎜로 하고, 0.4m/sec의 풍속으로 냉각시켰다. 고화된 사는 [도9]와 같이 제1고뎃롤과 제2고뎃롤에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여하고, 2.08배로 연신한 후, 제3고뎃롤에서 123℃로 열처리하고, 5,000m/min으로 권취하여 연신사 75de/36f을 얻었다.

얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

비교예 1

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에칠렌테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 [도1]과 같은 원형 중공단면의 일부가 천공된 "C자형" 단면이 좌,우 대칭의 36홀 구금을 이용하여 용융방사한 후, 토출된 사를 냉각 개시장 130㎜로 하고,0.4m/sec의 풍속으로 냉각시켰다. 고화된 사는 [도9]의 공정에서 제1고뎃롤과 제2고뎃롤에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후, 2.08배로 연신하고, 제3고뎃롤에서 123℃로 열처리하고, 5,000m/min으로 권취하여 연신사 75de/36f을 얻었다.

얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

비교예 2, 3

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에칠렌테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 하고, [도3]과 [도4]와 같은 3개 또는 4개의 돌출부를 가지고 있는 36홀 구금을 이용하여 용융.방사한 후, 토출된 사를 냉각 개시장 130㎜로 하고, 0.4m/sec의 풍속으로 냉각시켰다.

고화된 사는 [도9]에서와 같이 제1고뎃롤과 제2고뎃롤에서 85℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후, 2.17배로 연신하고 제3고뎃롤에서 126℃로 열처리하고, 5,000m/min의 속도로 권취하여 75de/36f의 연신사를 얻었다.

얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 표시하였다.

비교예 4, 5

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에칠렌테레프탈레이트를 방사온도 285℃로

하고, [도6]과 같은 원형단면 36홀 구금과 72홀 구금을 사용하여 방사한 다음, 냉각개시장을 130㎜로 변경한 것 이외는 실시예 1과 같은 방법으로 원형단면의 75de/36f및 75de/72f의 연신사를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표1에표시하였다.

표 1

본 발명에 의하면, 종래의 흡수성을 가지는 이형단면섬유에 있어, 단사간의 겹침에 의한 공극 감소로 흡수성이 떨어지는 단점이 있음을 개선하여 어떠한 용도에도 적용이 가능한 이형단면사를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 용융방사하는 구금에 있어, 단면의 형태가 원형, 타원형에서 일부가 천공되어 있는 "C자형" 또는 "U자형"의 형태로 중심선에서 대칭이 되도록 배열하고, 아래식을 만족하는 것을 특징으로 하는 이형단면 섬유용 방사구금.

   0.05 ≤ SW ≤ 0.15 ....................... (1)

   0.1 ≤ AR ≤ 0.35 .........................(2)

   1.0 ≤ OL/SW ≤ 2.0 .......................(3)

   상기 식에서, SW : 슬리트의 폭 (㎜)

   AR : 폴리머가 토출되는 면적 = 천공면적 (㎟)

   OL : 슬리트가 접하는 두께(㎜) 이다.
2. 청구항 1에 기재된 방사구금을 이용하여 열가소성 폴리머를 280∼300℃의 온도에서 아래식을 만족하도록 방사하고, 이를 냉각시킴을 특징으로 하는 이형단면섬유의 제조방법.

   3 ≤ Q ≤ 15 ........................... (4)

   단, 상기식에서 Q는 천공된 단위면적당 폴리머의 토출량 (g/min.㎟)이다.
3. 청구항 2에 있어서,

   아래식(5)를 만족하도록 냉각시킴을 특징으로 하는 이형단면섬유의 제조방법.

   0.85≤HZ/ND≤1.6 .............................(5)

   단, HZ는 구금 직하로 부터 냉각공기가 불어나오는 지점까지의 거리 (㎜)

   ND : 구금하면의 직경(㎜) 이다.
4. 청구항 2 및 청구항 3에 기재된 제조방법에 의하여 제조됨을 특징으로 하는 이형단면섬유.