KR100463299B1 - 연신사 펀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트의 연신사 펀을 제공한다. 본 발명의 연신사 펀은 극한점도가 0.7∼1.3dl/g이고, 열수축응력의 응력발현 개시온도가 55℃ 이상, 열수축응력의 극치온도가 150∼190℃, 파단신도가 36∼60%인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 연신사가 감김 경도 80∼90으로 감겨 있다. 본 발명의 연신사 펀은 고속 가연가공시에도 해서성이 양호하고, 실끊김이나 보풀의 발생이 적으므로, 품위가 양호한 가공사를 얻을 수 있다.

Description

연신사 펀{STRETCHED YARN PIRN}

폴리에틸렌 테레프탈레이트(이하, PET라고 약칭함) 섬유는 의료 용도로 가장 적합한 합성 섬유로서 전세계에서 대량으로 생산되고 있으며 일대 산업으로 되어 있다.

한편, PTT 섬유도 (A) 문헌[J.Polymer Science:Polymer Physics Edition Vol.14 p263-274(1976)], 및 (B) 문헌[Chemical Fibers International Vol.45, April(1995) p110-111], (C) 일본 공개특허공보 소52-5320호, (D) 일본 공개특허공보 소52-8123호, (E) 일본 공개특허공보 소52-8124호, (F) WO99/27168호 공보 등의 선행문헌을 통해 알려져 있다.

상기 선행문헌 (A) 및 (B)에는 PTT 섬유의 응력-신장특성에 대한 기본특성이 기재되어 있고, PTT 섬유는 초기 모듈러스가 작으면서 탄성회복성이 우수하고, 의료용도 또는 카펫용도 등에 적합하다는 내용이 시사되어 있다. 선행문헌 (C), (D) 및 (E)에는 PTT 섬유의 상기와 같은 특징을 더욱 개량하기 위해 열에 대한 치수안정성을 양호하게 하여 탄성회복성을 더 한층 향상시키는 방법이 제안되어 있다. 또한 선행문헌 (F)에는 연속방사-연신법으로 얻어지는 PTT 섬유로서, 적절한 파단신도, 열응력, 비등수 수축율을 구비하고, 편직물로 사용하였을 때에 저모듈러스로 소프트한 질감을 발현할 수 있는 PTT 섬유가 제안되어 있다. 이 같은 PTT 섬유는 이너, 아우터, 스포츠, 레그, 안감, 수영복 등의 의료용으로 적합하다는 내용이 개시되어 있다.

발명의 개시

종래부터, 폴리아미드나 폴리에스테르 등의 합성섬유의 제조에서는 폴리머를 용융방사하여 일단 미연신사를 권취한 후, 얻어진 미연신사를 연신하여 치즈나 펀 형상으로 권취하는 방법이 알려져 있다. 이 같은 2단계 방식으로 권취된 연신사 펀은 그대로 편직물에 제공되거나, 포백에 숭고성(崇高性)이나 신축성을 부여할 목적으로 가연가공한 후 편직물에 제공된다.

연신사 펀을 사용한 가연가공은 펀으로부터의 연신사의 해서성이나 가연시의 실끊김이 장해가 되어 가공속도가 기껏해야 100m/분인 핀 가연가공법이 채용되고 있었다.

그러나, 최근에는 가공비용의 저감을 목적으로 핀 가연가공법 중에서도 150m/분 이상의 가공법이나, 디스크나 벨트를 사용한 200∼500m/분의 고속 가연가공법의 채용이 요구되게 되었다.

본 발명자들이 검토한 바에 따르면 지금까지의 PET 섬유의 가연가공과는 달리, PTT 섬유의 연신사(이하, PTT 연신사라고도 표기함) 펀으로부터의 고속 가연가공은 (a) 해서 끊김(해서시의 실끊김)이 발생되고, (b) 가연 히터 끊김(가연 히터에서의 실끊김)이 발생된다는 문제가 있음이 판명되었다.

(a) 해서 끊김

PTT 섬유는 연신시에 받은 연신응력이 연신사 펀에 감긴 후에 수축력으로 되어 잔존하여 연신사 펀이 감겨 조여진다.

감겨 조여진 연신사 펀은 감김 경도가 높아지고, 이 같은 연신사 펀으로부터 연신사를 해서하고자 하면 해서장력이 실길이방향으로 크게 변동하여 자주 이상하게 높은 장력이 발생하여 해서 끊김을 발생시킨다.

(b) 가연 히터 끊김

PTT 섬유는 가연가공온도의 적성값이 PET 섬유에 비해 매우 좁아 히터온도 150∼180℃에서 가공해야만 한다. 히터온도가 150℃ 미만에서는 얻어지는 가공사의 권축이 편직공정이나 염색공정에서 플로하는 등, 가공사의 권축성능이 열등하여 실용상 사용할 수 있는 가공사를 얻을 수 없다. 한편, 히터온도가 180℃를 초과하면 히터 위에서 실끊김이 발생한다.

따라서, PTT 섬유에서 양호한 가연가공성을 얻기 위해서는 특히 가연가공에 이용되는 펀에 감긴 연신사의 열수축특성을 엄밀하게 선택해야만 한다.

PTT 섬유의 가연가공시의 상기와 같은 과제는 PET 섬유에서는 예상되지 못했던 것으로, 본 발명자들의 연구결과 판명된 것이다. 따라서, 상기 선행문헌(A)∼(F)에는 이러한 가연가공의 실용상의 과제에 대해서는 전혀 기재되어 있지도 않고 시사되어 있지도 않다.

본 발명의 과제는 해서성이 양호하고, 가연가공속도를 고속화하였을 때의 가연 끊김이나 가공사의 보풀발생이 적은 PTT 연신사 펀을 제공하는 것이다.

그리고, 2단계법으로 얻어지는 PTT 연신사 펀으로서, 또한 고속 가연가공성이 우수한 연신사 펀을 제공하는 것이다.

보다 구체적으로는 고속 가연가공시에도 해서성이 양호하고, 또한 히터온도가 고온일지라도 가공시의 실끊김이나 보풀의 발생이 없으며, 그 결과 품위가 양호한 가공사를 제공할 수 있는 PTT 연신사 펀 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 연신사의 열수축특성과 감김 경도, 나아가서는 감김 형상을 소정의 범위로 함으로써, 해서 끊김이나 가연 끊김을 해소하고, 고속의 가연가공성이 우수한 연신사 펀이 얻어진다는 것을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한, 이 같은 연신사 펀은 특정한 연신조건과 그 연신사의 에이징조건에 따라 바람직하게 얻어진다는 것도 알아냈다.

즉, 본 발명은 다음과 같다.

1) 95몰% 이상의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위와 5몰% 이하의 기타 에스테르 반복단위로 구성되고, 극한점도가 0.7∼1.3dl/g이고, 또한 하기 (1)∼(3)을 만족하는 PTT 연신사가 감김 경도 80∼90으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 연신사 펀.

(1) 열수축응력의 응력발현 개시온도가 55℃ 이상

(2) 열수축응력의 극치온도가 150∼190℃

(3) 파단신도가 36∼60%

2) 연신사의 파단신도가 43∼60%인 상기 1) 기재의 연신사 펀.

3) 연신사의 열수축응력의 응력발현 개시온도가 60∼80℃이고, 또한 극치온도가 155∼170℃인 것을 특징으로 하는 상기 2) 기재의 연산사 펀.

4) 연신사의 열수축응력의 극치응력이 0.13∼0.21cN/dtex이고, 또한 연신사가 감김 각도 15∼21도로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 상기 1) 기재의 연신사 펀.

5) 연신사의 파단신도가 43∼60%인 상기 4) 기재의 연신사 펀.

6) 연신사의 열수축응력의 응력발현 개시온도가 60∼80℃이고, 또한 극치온도가 155∼170℃인 것을 특징으로 하는 상기 5) 기재의 연산사 펀.

7) 95몰% 이상의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위와 5몰% 이하의 기타 에스테르 반복단위로 구성되고, 극한점도가 0.7∼1.3dl/g인 PTT로 이루어지는 미연신사를 일단 권취한 후, 연신하여 연신사 펀을 제조함에 있어서, 하기 (1)∼(3)의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연신사 펀의 제조방법.

(1) 연신장력이 0.20∼0.30cN/dtex인 것

(2) 펀에 권취할 때의 벌루닝 장력이 0.03∼0.20cN/dtex인 것

(3) 연신사를 25∼45℃의 분위기 중에서 10일간 이상 에이징하는 것

8) 펀에 권취할 때의 릴랙스율이 2∼5%인 것을 특징으로 하는 상기 7) 기재의 연신사 펀의 제조방법.

본 발명은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(이하, PTT라고 약칭함) 섬유의 연신사 펀 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 연신사 펀의 제조방법에 사용하는, 미연신사를 제조하는방사기의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 연신사 펀의 제조방법에 사용하는, 연신기의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 연신사 펀의 제조방법에 사용하는, 연신 핀을 채용한 연신기의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명의 연신사 펀의 일례를 나타내는 개략도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 연신사 펀은 PTT 연신사의 열수축응력의 응력발현 개시온도가 55℃ 이상이다. PTT 연신사의 열수축응력은 후술하는 열응력측정기에 의해 측정된다.

측정을 실온으로부터 개시하면 종래의 PTT 연신사에서는 통상 40∼50℃로부터 열수축응력이 발현되기 시작한다. 이에 비해, 본 발명에서는 이 응력발현 개시온도가 55℃ 이상이다. 응력발현 개시온도가 55℃ 미만에서는 가연 히터온도가 150℃를 초과하면 실끊김이나 보풀이 많이 발생한다. 응력발현 개시온도가 55℃ 이상이면 가연 히터온도가 150∼180℃일지라도 안정적인 가연가공을 실현할 수 있다. 응력발현 개시온도는 높을수록 바람직하지만, 에이징시의 감김 형상 안정성의 관점에서 바람직하게는 60∼80℃, 더욱 바람직하게는 65∼80℃, 가장 바람직하게는 70∼80℃이다.

본 발명의 연신사 펀은 후술하는 방법으로 측정되는 PTT 연신사의 열수축응력의 극치온도가 150∼190℃이다. 열수축응력의 극치온도가 150℃ 미만에서는가연가공시에 히터온도를 150℃ 이상으로 가공하면 히터 위에서 연신사가 처짐을 발생시켜 안정적인 가공이 어려워진다. 안정된 가공을 실현하기 위해서는 열수축응력의 극치온도가 155℃ 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 160℃ 이상이다. 또한, 연신시의 열처리에 의한 실끊김이나 보풀을 억제하는 관점에서 열수축응력의 극치온도는 190℃ 이하이고, 바람직하게는 155∼170℃이다.

본 발명의 연신사 펀은 고속 가연시의 실끊김을 해소하는 관점에서 후술하는 방법으로 측정되는 PTT 연신사의 열수축응력의 극치응력이 0.13∼0.21cN/dtex인 것이 바람직하다.

본 발명의 연신사 펀은 PTT 연신사의 파단신도가 36∼60%이다. 파단신도가 36% 미만에서는 가연가공시의 히터온도를 150℃ 이상의 고온으로 하면 가연 끊김이 발생한다.

파단신도가 가연가공시의 가공적성온도에 큰 영향을 미친다는 것은 PET 섬유에서는 거의 볼 수 없었던 사실로, PTT 섬유 특유의 현상이다. 따라서, PET 섬유의 가연가공성에 관한 지견으로부터는 PTT 연신사의 파단신도에 관해 상기와 같은 적성값이 있다는 것은 전혀 예상치 못했던 일이다.

파단신도는 클수록 가연시의 히터온도를 고온으로 가공할 수 있으므로 바람직하다. 그러나, 파단신도가 60%를 초과하면 PTT 연신사에 섬도 불균일이 발생하여 가연가공한 후에도 이 섬도 불균일이 염색 불균일로 되어 잔존하기 때문에 가공사의 품위가 손상된다. 바람직한 파단신도는 43∼60%, 더욱 바람직하게는 45∼55%이다.

본 발명의 연신사 펀은 PTT 연신사가 감김 경도 80∼90으로 펀형상으로 감겨 있다. 감김 경도는 후술하는 비커스 경도계로 측정된 값이고, 수치가 작을수록 감김 밀도가 낮음을 뜻한다. 통상의 펀에서는 90을 초과하는 감김 경도로 감겨 있는 데 비해, 본 발명에서는 낮은 밀도로 펀에 감겨 있다. 이 같이 낮은 밀도로 펀에 감겨 있음으로써, 연신시에 받은 연신응력을 완화시킬 수 있게 되고, 장기간 가만히 놓아두어도 감겨 조여짐으로 인한 연신사의 해서성이 저해되지 않고, 또한 우수한 열응력특성을 갖는 연신사를 얻을 수 있는 것으로 생각된다. 감김 경도가 80 미만이 되면 수송 등의 취급시에 형상이 붕괴되는 등의 장해가 발생한다. 바람직한 감김 경도는 82∼88이다.

본 발명의 연신사 펀의 일례를 도 4에 나타낸다. 도 4에서 a는 펀의 테이퍼부, b는 펀의 원통부, c는 펀 지지체, θ는 펀 지지체에 대한 펀 테이퍼부의 각도이다.

본 발명의 연신사 펀은 고속으로 해서할 때에 양호한 해서성을 실현하기 위해 PTT 연신사가 감김 각도 15∼21도로 감겨 있는 것이 바람직하다. 여기서, 감김 각도란 도 4에 나타내는 연신사 펀의 개략도에 있어서, 펀 지지체(c)에 대한 펀의 테이퍼부(a)의 각도(θ)를 말한다. 종래 공지의 PET 연신사 펀의 감김 각도가 23∼25도로 감겨 있는 것과 비교하면 15∼21도는 매우 낮은 감김 각도이다. 감김 각도가 15도 미만에서는 펀의 감김 질량이 약 1㎏ 이하가 되어 경제적으로 불리하다. 감김 각도가 21도를 초과하면 펀의 권취중 또는 그 후의 취급중에 감김 붕괴가 발생하여 펀의 형상을 안정적으로 유지하기 어려워지는 경우가 있다.보다 바람직한 감김 각도는 18∼20도이다. PTT 연신사 펀에서는 PTT 연신사의 평활성이나 신장회복성 등의 특성에서, 감김 각도가 해서성에 큰 영향을 미치는 것으로 추정된다.

본 발명에서 PTT 연신사의 섬도나 단사섬도는 특별히 한정되지 않지만, 섬도는 20∼300dtex가 바람직하고, 단사섬도는 0.5∼20dtex가 바람직하게 사용된다.

또한, PTT 연신사에는 평활성, 수속성, 제전성 등을 부여할 목적으로, 통상 사용되는 마무리제를 0.2∼2wt% 부여해도 된다.

또한, 해서성이나 가연가공시의 집속성을 향상시킬 목적으로, 50개/m 이하의 단사교락을 부여해도 된다.

본 발명에서 PTT 연신사를 구성하는 PTT 폴리머는 95몰% 이상이 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위로 이루어지고, 5몰% 이하가 기타 에스테르 반복단위로 이루어진다. 즉, PTT 폴리머로서는 PTT 호모폴리머 및 5몰% 이하의 기타 에스테르 반복단위를 포함하는 PTT 코폴리머를 포함한다.

공중합 성분의 대표예로는 다음과 같은 것을 들 수 있다.

산 성분으로는 이소프탈산이나 5-나트륨술포이소프탈산으로 대표되는 방향족 디카르복실산, 아디프산이나 이타콘산으로 대표되는 지방족 디카르복실산 등등이다. 글리콜 성분으로는 에틸렌글리콜, 부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등등이다. 또한, 히드록시벤조산 등의 히드록시카르복실산도 그 예이다. 이들 복수가 공중합되어 있어도 된다.

또한, PTT 연신사에는 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서, 산화티탄등의 광택제거제, 열안정제, 산화방지제, 제전제, 자외선 흡수제, 항균제, 각종 안료 등등의 첨가제를 함유 또는 공중합성분으로서 함유해도 된다.

본 발명에서의 PTT 연신사의 극한점도는 연신사의 강도발현과 방사 및 연신시의 실끊김, 보풀억제 등의 관점에서, 0.7∼1.3dl/g의 범위이고, 특히 바람직하게는 0.8∼1.1dl/g이다.

본 발명의 PTT 폴리머의 제조방법은 공지된 방법을 적용할 수 있고, 그 대표예는 일정한 극한점도까지는 용융중합으로 중합도를 높이고, 계속하여 고상중합으로 소정 극한점도에 상당하는 중합도까지 높이는 2단계법이다.

본 발명의 PTT 연신사 펀은 95몰% 이상의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위와 5몰% 이하의 기타 에스테르 반복단위로 구성되고, 극한점도가 0.7∼1.3dl/g의 PTT로 이루어지는 미연신사를 일단 권취한 후, 연신하여 연신사 펀을 제조함에 있어서, 다음의 (1)∼(3)의 요건을 만족함으로써 바람직하게 얻어진다.

(1) 연신장력이 0.20∼0.30cN/dtex인 것

(2) 펀에 권취할 때의 벌루닝 장력이 0.03∼0.20cN/dtex인 것

(3) 연신사를 20℃ 이상, 바람직하게는 25∼45℃의 분위기 중에서 10일간 이상 에이징하는 것

이하, 본 발명의 PTT 연신사 펀의 제조방법의 예를 도 1∼도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 또 도1, 도 2, 도3에서, 1은 폴리머 펠릿 건조기, 2는 압출기, 3은 벤드, 4는 스핀헤드, 5는 스핀 팩, 6은 방사구금, 7은 멀티필라멘트, 8은 냉각풍, 9는 마무리제 부여장치, 10은 고데 롤, 11은 고데 롤, 12는 미연신사 패키지, 13은 공급롤, 14는 핫플레이트, 15는 연신롤, 16은 연신사 펀, 17은 트래블러 가이드, 18은 연신 핀을 나타낸다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 먼저 건조기(1)에 의해 30ppm 이하의 수분율까지 건조된 PTT 펠릿을 255∼265℃의 온도로 설정된 압출기(2)에 공급하여 융융시킨다. 용융된 PTT 액은 그 후, 벤드(3)를 거쳐 250∼265℃로 설정된 스핀헤드(4)로 보내져 기어펌프에 의해 계량된다. 이어서, 스핀 팩(5)에 장착된 복수의 구멍을 갖는 방사구금(6)을 거쳐 멀티필라멘트(7)로서 방사챔버내로 압출된다. 압출기(2) 및 스핀헤드(4)의 온도는 PTT 펠릿의 극한점도나 형상에 따라 상기 범위로부터 최적의 것을 선택한다.

방사챔버내에 압출된 PTT의 멀티필라멘트(7)는 냉각풍(8)에 의해 실온까지 냉각되면서 소정의 속도로 회전하는 인취 고데 롤(10,11)에 의해 가늘어져서 고화되고, 소정 섬도의 미연신사 패키지(12)로서 권취된다. 또 미연신사는 인취 고데 롤(10)과 접하기 전에, 마무리제 부여장치(9)에 의해 마무리제가 부여되고, 인취 고데 롤(11)을 나온 후, 권취기에 의해 미연신사 패키지(12)로서 권취된다.

본 발명의 제조방법에서, 미연신사에 부여하는 마무리제는 수계 에멀션 타입이 바람직하게 사용된다. 마무리제의 수계 에멀션의 농도는 15wt% 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20∼35wt%가 채용된다.

미연신사의 제조시에는 권취속도를 3000m/분 이하로 권취하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 권취속도는 1000∼2000m/분이고, 더욱 바람직하게는 1200∼1800m/분이다.

이어서, 미연신사는 연신공정에 공급되고, 도 2 또는 도 3과 같은 연신기에 의해 연신된다. 연신공정에 공급될 때까지의 미연신사의 보존환경은 분위기온도를 10∼25℃, 상대습도 75∼100%로 보존해 두는 것이 바람직하다. 또한, 연신기 위의 미연신사는 연신하는 내내 이 온도, 습도로 유지하는 것이 바람직하다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 연신기에서는 먼저 미연신 패키지(12)는 45∼65℃로 설정된 공급롤(13) 위에서 가열되고, 공급롤(13)과 연신롤(15)의 주속도비를 이용하여 소정의 섬도까지 연신된다. 섬유는 연신후 또는 연신중에, 100∼150℃로 설정된 핫플레이트(14)와 접촉하면서 주행하며 긴장열처리를 받는다. 연신롤(15)을 나온 섬유는 스핀들에 의해 꼬이면서 연신사 펀(16)으로서 권취된다. 여기서, 공급롤(13)의 온도는 50∼60℃가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 52∼58℃이다.

공급롤(13)과 연신롤(15)의 속도비(즉, 연신비) 및 핫플레이트 온도는 연신장력이 0.2∼0.30cN/dtex가 되도록 설정한다. 연신장력이 0.2cN/dtex 미만에서는 연신사의 파단신도가 60%를 초과하여 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 연신장력이 0.30cN/dtex를 초과하면 연신사의 파단신도가 36% 미만이 되어 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.

또 연신공정에서는 필요에 따라 도 3에 나타내는 바와 같은 연신기를 이용하여 연신할 수도 있다. 도 3에 나타내는 연신기는 공급롤(13)과 핫플레이트(14) 사이에 연신 핀(18)이 설치되어 있다. 이 경우, 공급롤(13)의 온도는 바람직하게는 50∼60℃, 보다 바람직하게는 52∼58℃가 되도록 가급적 엄밀하게 관리하는것이 바람직하다.

연신롤(15)을 나온 연신사는 트래블러 가이드(17)에 의해 벌룬을 형성하면서 연신사 펀(16)에 권취된다. 이 때의 벌루닝 장력은 스핀들의 회전에 의해 실에 발생하는 원심력이고, 연신사의 질량, 트래블러 가이드의 질량, 연신사를 지지하는 스핀들의 회전수에 따라 결정된다.

본 발명의 제조방법에서는 벌루닝 장력을 0.03∼0.20cN/dtex로 한다. 벌루닝 장력이 0.20cN/dtex를 초과하면 연신사 펀의 감김 밀도가 높아지고, 그 결과 펀 중에서의 연신사의 완화가 불충분해지므로, 연신사의 열수축응력측정에서의 응력발현 개시온도나 극치온도를 본 발명의 범위내로 하기 어려워진다.

벌루닝 장력은 낮을수록 바람직하지만, 0.03cN/dtex 미만에서는 형상의 흐트러짐 등이 자주 발생한다. 벌루닝 장력의 바람직한 범위는 0.05∼0.17cN/dtex이다.

이 같이 낮은 벌루닝 장력을 안정적으로 얻기 위해서는 연신롤(15)에서 펀으로 권취할 때까지의 릴랙스율을 2∼5%로 하는 것이 바람직하다. 릴랙스율이 이 범위이면 벌루닝 장력이 0.03∼0.20cN/dtex가 되고, 감김 경도가 80∼90이 된다. 또 종래의 PET 섬유의 경우, 릴랙스율은 1% 이하이다.

감김 각도는 펀의 감김량과 연신기의 트래버스의 감김폭을 조정함으로써 설정된다. 구체적으로는 연신기의 트래버스의 감김폭 조정은 연신기의 링레일계수 제어장치에 장착된「디지털 스위치」의 카운트 입력에 의해 조정한다.

본 발명의 제조방법에서는 상기와 같은 특정한 조건으로 제조된 연신사를 25∼45℃의 분위기 중에서 10일간 이상 에이징한다. 이러한 특정한 조건으로 에이징함으로써, 연신사 펀의 감김 형상이 붕괴되지 않고, 또한 낮은 감김 밀도로 펀에 감긴 연신사는 완화되어 본 발명에서 규정하는 열수축특성의 실이 되고, 우수한 가연가공성을 갖는 연신사가 된다. 에이징의 분위기온도와 기간은 30∼40℃에서 20일간 이상인 것이 바람직하다.

연신사의 가연가공으로는 일반적으로 사용되고 있는 핀 타입, 프릭션 타입, 닙 벨트 타입, 에어 가연 타입 등의 가공방법이 채용된다. 가연 히터는 1히터 가연, 2히터 가연 중 어느 것이나 좋지만, 높은 스트레치성을 얻기 위해서는 1히터 가연이 바람직하다.

가연 히터온도는 제1 히터의 출구 직후의 실 온도가 바람직하게는 130∼200℃, 보다 바람직하게는 150∼180℃, 특히 바람직하게는 160∼180℃가 되도록 가연 히터온도를 설정하는 것이 바람직하다.

1히터 가연에 의해 얻어지는 가연가공사의 신축신장율은 100∼300%가 바람직하고, 신축탄성율은 80% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 필요에 따라 제2 히터로 열세팅하여 2히터 가연가공사로 해도 된다. 제2 히터의 온도는 100∼210℃가 바람직하고, 또한 제1 히터 출구 직후의 실 온도에 대해 －30℃∼＋50℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.

제2 히터내의 오버피드율(제2 오버피드율)은 ＋3%∼＋30%로 하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

또 측정방법, 평가방법은 다음과 같다.

(1) 극한점도

극한점도[η]는 다음 식의 정의에 기초하여 구해지는 값이다.

[η]＝lim(ηr－1)/C

C→0

식중, ηr은 순도 98% 이상의 o-클로로페놀로 용해시킨 PTT 폴리머의 희석용액의 35℃에서의 점도를 동일한 온도에서 측정한 상기 용매의 점도로 나눈 값이고, 상대점도로 정의되어 있는 것이다. C는 폴리머 농도(g/100㎖)이다.

(2) 파단신도

JIS-L-1013에 기초하여 측정한다.

(3) 열수축응력의 응력발현 개시온도, 극치온도, 극치응력

열응력 측정장치(예컨대 카네보 엔지니어링사 제조, 상품명 KE-2)를 사용하여 측정한다. 연신사를 20㎝의 길이로 절취하고, 이것의 양단을 연결하여 고리를 만들어 측정기에 장전한다. 초기하중 0.044cN/dtex, 승온온도 100℃/분의 조건으로 측정하고, 열수축응력의 온도변화를 차트에 기록한다.

기록된 차트에서 열수축응력이 발현개시하는 온도를 응력발현 개시온도라고 한다. 열수축응력은 고온역에서 산형 곡선을 그리는데, 이 열수축응력의 피크값을 나타내는 온도를 극치온도, 또한 이 응력의 피크값을 극치응력이라고 한다.

(4) 가연가공사의 신축신장률, 신축탄성률

JIS-L-1090 신축성 시험방법(A법)에 따라 측정하였다.

(5) 연신장력

연신장력의 측정은 장력계로서 ROTHSCHILD Mini Tens R-046(Zellweger Uster사 제조, Mini Tens:형식 R-46)을 사용하고, 연신공정의 열처리장치의 근방(예컨대 도 2에서는 공급롤(13)과 핫플레이트(14) 사이, 도 3에서는 연신 핀(18)과 핫플레이트(14) 사이에서 측정함)을 주행하는 실에 가해지는 장력 T₁(cN)을 측정하고, 연신후의 실의 섬도 D(dtex)로 나누어 구하였다.

연신장력(cN/dtex)＝T₁/D

(6) 벌루닝 장력

연신장력의 측정과 동일하게 하여 연신공정에서의 연신롤과 펀 사이, 예컨대 도 3에서는 연신롤(15)과 트래블러 가이드(17)에 의해 형성되는 벌룬의 장력 T₂(cN)를 측정하고, 연신후의 실의 섬도 D(dtex)로 나누어 구하였다.

벌루닝 장력(cN/dtex)＝T₂/D

(7) 경도

연신사 펀의 경도 측정은 경도계(테크로크사 (주) 제조, GC 타입-A)를 사용하고, 연신사 펀의 원통부 표면을 상하방향으로 4등분, 원주방향으로 90도 마다 4등분, 합계 16군데의 경도를 측정하여 그 평균값을 경도로 하였다.

(8) 해서성, 가연가공성

하기 조건으로 가연가공을 행하고, 144 추/대로 가연가공을 연속적으로 실시하였을 때의 1일 당 실끊김 회수를 측정하여 해서성, 가연가공성을 평가하였다.

가연가공기:무라타키까이세이사꾸쇼(주) 제조, 33H 가연기(벨트 타입)

가연조건:실 속도;500m/분

가연수;3230T/m

제1 피드율;－1%

제1 히터온도;170℃

1)해서성

연신사 펀에서 피드 롤러 입구까지의 사이에서 실이 끊긴 회수를 측정하여 다음과 같은 기준에 따라 판정하였다.

◎:해서 끊김 회수가 10회/일ㆍ대 미만으로 매우 양호

○:해서 끊김 회수가 10∼30회/일ㆍ대로 양호

×:해서 끊김 회수가 30회/일ㆍ대를 초과하여 공업적 생산이 어려움

2) 가연가공성

피드롤러 이후, 가연 히터 중에서 실이 끊긴 회수를 측정하여 다음과 같은 기준에 따라 판정하였다.

◎:실끊김 회수가 10회/일ㆍ대 미만으로 매우 양호

○:실끊김 회수가 10∼30회/일ㆍ대로 양호

×:실끊김 회수가 30회/일ㆍ대를 초과하여 공업적 생산이 어려움

(9) 가공사의 염색품위

가공사의 염색품위를 숙련자가 판정하였다.

◎:매우 양호

○:양호

×:염색에 줄이 있어 불량

(10) 종합평가

가연시의 해서성, 가공성, 및 가공사의 염색품위 전반에 대해 다음과 같은 기준에 따라 판정하였다.

◎:해서성, 가공성 및 염색품위 전반에 걸쳐 모두 매우 양호

○:해서성, 가공성 및 염색품위 중 어느 하나가 매우 양호하거나 양호하며 불량은 없음

×:해서성, 가공성 및 염색품위 중 어느 하나가 불량

[실시예 1∼4, 비교예 1 및 2]

본 실시예 및 비교예에서는 벌루닝 장력과, 연신사의 열수축응력의 응력발현 개시온도가 가공성에 미치는 효과에 대해 설명한다.

산화티탄을 0.4wt% 함유하는 극한점도 0.91dl/g의 PTT 펠릿을 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같은 방사기 및 연신기를 사용하여 84dtex/36 필라멘트의 PTT 연신사를 제조하였다.

본 실시예 및 비교예에서의 방사조건 및 연신조건은 다음과 같다.

(방사조건)

펠릿 건조온도 및 도달수분율:110℃, 25ppm

압출기온도:260℃

스핀헤드 온도:265℃

방사구금 구멍직경:0.40㎜

폴리머 토출량:28.0g/분

냉각풍조건:온도;22℃, 상대습도;90%, 속도;0.5m/분

인취속도:1500m/분

(미연신사)

섬도:131.1dtex

복굴절률:0.024

감김량:6.2㎏/1보빈

(연신조건)

공급롤 온도:55℃

연신 핀:있음

핫플레이트 온도:130℃

연신롤 온도:비가열(실온)

연신비:2.3배

연신장력:0.25cN/dtex

릴랙스율:2.6%

권취속도:800m/분

감김량:2.5㎏/1펀

(연신사)

섬도:83.2dtex

파단강도:3.5cN/dtex

파단신도:45%

비등수 수축율:13.1%

펀 감김 각도:19도

펀 감김 경도:표 1에 나타내는 바와 같음

연신사의 권취시에 트래블러 가이드와 스핀들 회전수를 변화시켜 벌루닝 장력을 표 1에 나타내는 바와 같이 다르게 하였다.

얻어진 연신사 펀을 온도 30℃, 상대습도 65%의 항온실에서 30일간 에이징하였다.

에이징 후의 연신사 및 연신사 펀의 물성, 가연가공시의 해서성 및 가연가공성을 표 1에 나타낸다.

(가연가공사 물성)

섬도:84.5dtex

파단강도:3.3cN/dtex

파단신도:42%

신축신장률:192%

신축탄성률:88%

표 1로 알 수 있는 바와 같이, 벌루닝 장력이 본 발명의 범위내이면 양호한 해서성과 가연가공성이 달성된다. 또한 얻어진 가공사의 염색품위는 불균일이없이 양호하였다. 또한, 가공사의 권축특성도 양호하였다.

벌루닝 장력이 본 발명의 범위 밖이며 장력이 낮은 경우에는 권취중에 펀에 감김 붕괴가 발생하여 연신을 중단시킬 수밖에 없었다. 한편, 벌루닝 장력이 0.30cN/dtex로 높은 경우에는 감김 경도가 높아 해서 끊김이나 가연 끊김이 많이 발생하였다.

[실시예 5∼8, 비교예 3 및 4]

본 실시예 및 비교예에서는 연신장력과 파단신도가 가연가공성에 미치는 효과에 대해 설명한다.

실시예 1과 동일하게 하여 방사 및 연신을 하였다. 단 본 실시예 및 비교실시예에서의 방사조건 및 연신조건은 다음과 같다.

(방사조건)

펠릿 건조온도 및 도달수분률:110℃, 25ppm

압출기온도:260℃

스핀헤드 온도:265℃

방사구금 구멍직경:0.40㎜

폴리머 토출량:연신사의 섬도가 84dtex가 되도록 조정

냉각풍조건:온도;22℃, 상대습도;90%, 속도;0.5m/초

인위속도:1500m/분

(연신조건)

공급롤 온도:55℃

연신 핀:있음

핫플레이트 온도:130℃

연신롤 온도:비가열(실온)

연신비:연신장력이 표 2의 값으로 되도록 조정

벌루닝 장력:0.08cN/dtex

권취속도:800m/분

감김량:2.5㎏/1펀

(연신 펀)

펀 감김 각도:19도

펀 감김 경도:표 2에 나타내는 바와 같음

연신시에는 연신장력이 표 2에 나타내는 값으로 되도록 연신배율을 다르게 하였다.

얻어진 연신사 펀을 온도 30℃, 상대습도 65%의 항온실에서 30일간 에이징한 후, 가연가공하였다.

에이징 후의 연신사 및 연신사 펀의 물성, 가연가공시의 해서성 및 가연가공성을 표 2에 나타낸다.

표 2로 알 수 있는 바와 같이, 연신장력이 본 발명의 범위내이면 양호한 해서성, 가연가공성 및 염색품위가 얻어진다.

연신장력이 본 발명의 범위 밖으로 높은 경우에는 해서성, 가연가공성이 불량하였다. 한편, 연신장력이 본 발명의 범위 밖으로 낮은 경우에는 연신사의파단신도가 크고, 가연가공성은 양호하지만, 가공사의 염색품위가 불량하였다.

[실시예 9∼12, 비교예 5∼7]

본 실시예 및 비교예에서는 연신사 펀의 에이징 조건이 가연가공성에 미치는 효과에 대해 설명한다.

실시예 6에서 얻어진 연신사를 연신종료 직후부터 표 3에 나타내는 조건으로 에이징한 것 이외에는 실시예 6과 동일하게 하여 행하였다.

에이징 후의 연신사 및 연신사 펀의 물성, 가연가공시의 해서성 및 가연가공성을 표 3에 나타낸다.

표 3으로 알 수 있는 바와 같이, 에이징 조건이 본 발명의 범위내이면 가연가공에 있어서 양호한 해서성, 가연가공성을 얻을 수 있다.

[실시예 13 및 14]

본 실시예에서는 연신사 펀의 감김 각도가 가연가공성에 미치는 효과에 대해 설명한다.

실시예 6에서, 연신기의 링레일 계수 제어장치의 디지털 스위치를 변경함으로써, 연신사 펀의 감김 각도를 표 4에 나타내는 바와 같이 다르게 한 것 이외에는 실시예 6과 동일하게 하여 행하였다.

에이징 후의 연신사 및 연신사 펀의 물성, 가연가공시의 해서성 및 가연가공성을 표 4에 나타낸다.

표 4로 알 수 있는 바와 같이, 연신사 펀의 감김 각도가 본 발명의 범위내이면 양호한 가연가공성이 달성된다.

	벌루닝장력(cN/dtex)	펀감김 경도	열수축응력	해서성	가연가공성	가공사 염색품위	종합평가
			발현개시온도(℃)					극치온도(℃)	극치응력(cN/dtex)
비교예1	0.02	감김 붕괴로 인해 채취 불가능	-	-	-	-	×
실시예1	0.05	80	75	164	0.19	◎	◎	◎	◎
실시예2	0.10	82	70	162	0.19	◎	◎	◎	◎
실시예3	0.12	83	68	160	0.20	◎	◎	◎	◎
실시예4	0.17	85	62	155	0.21	○	◎	◎	○
비교예2	0.30	92	49	147	0.22	×	×	○	×

	연신장력(cN/dtex)	릴랙스율(%)	파단신도(%)	펀 감김 경도	열수축응력	해서성	가연가공성	가공사염색품위	종합평가
					발현개시온도(℃)					극치온도(℃)	극치응력(cN/dtex)
비교예3	0.38	3.0	32	92	51	149	0.33	×	×	○	×
실시예5	0.26	2.6	43	84	69	158	0.20	◎	◎	◎	◎
실시예6	0.25	2.5	45	82	74	160	0.19	◎	◎	◎	◎
실시예7	0.23	2.4	50	81	76	162	0.17	◎	◎	◎	◎
실시예8	0.20	2.2	56	80	77	163	0.14	◎	◎	○	○
비교예4	0.16	2.0	65	77	78	164	0.12	○	○	×	×

	에이징	열수축응력	해서성	가연가공성	가공사 염색품위	종합평가
	온도(℃)	일수(일)					발현개시온도(℃)	극치온도(℃)	극치응력(cN/dtex)
비교예5	15	1	49	145	0.22	×	×	○	×
비교예6	15	10	52	146	0.22	○	×	○	×
비교예7	15	20	53	147	0.22	○	×	○	×
실시예9	25	10	62	152	0.21	◎	○	◎	○
실시예10	30	20	64	155	0.20	◎	◎	◎	◎
실시예11	35	10	72	158	0.19	◎	◎	◎	◎
실시예12	35	20	75	160	0.18	◎	◎	◎	◎

	감김 각도(도)	감김 경도	해서성	가연가공성	가공사 염색품위	종합평가
실시예13	18	84	◎	◎	◎	◎
실시예14	21	84	◎	◎	◎	◎

본 발명의 연신사 펀은 가연가공속도의 고속화에 대응할 수 있다. 또한 그 PTT 연신사는 고속도에서의 가연가공성이 우수하고, 얻어지는 가공사는 양호한 권축특성과 염색품위를 갖고, 의료용으로 적합하다.

본 발명의 연신사 펀의 제조방법은 PTT 섬유의 2단계 제조방법, 즉 방사-미연신사 권취, 이것에 이어지는 연신으로 이루어지는 제조방법에 있어서, 연신시의 연신장력 및 권취시의 벌루닝 장력, 나아가서는 연신사를 특정한 조건으로 에이징하는 것을 특징으로 하는 방법이고, 이 같은 방법에 의해 가연가공성이 우수한 연신사를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 95몰% 이상의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위와 5몰% 이하의 기타 에스테르 반복단위로 구성되고, 극한점도가 0.7∼1.3dl/g이고, 또한 하기 (1)∼(3)을 만족하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 연신사가 감김 경도 80∼90으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 연신사 펀.

   (1) 열수축응력의 응력발현 개시온도가 55℃ 이상

   (2) 열수축응력의 극치온도가 150∼190℃

   (3) 파단신도가 36∼60%
2. 제1항에 있어서, 연신사의 파단신도가 43∼60%인 연신사 펀.
3. 제2항에 있어서, 연신사의 열수축응력의 응력발현 개시온도가 60∼80℃이고, 또한 극치온도가 155∼170℃인 것을 특징으로 하는 연산사 펀.
4. 제1항에 있어서, 연신사의 열수축응력의 극치응력이 0.13∼0.21cN/dtex이고, 또한 연신사가 감김 각도 15∼21도로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 연신사 펀.
5. 제4항에 있어서, 연신사의 파단신도가 43∼60%인 연신사 펀.
6. 제5항에 있어서, 연신사의 열수축응력의 응력발현 개시온도가 60∼80℃이고, 또한 극치온도가 155∼170℃인 것을 특징으로 하는 연산사 펀.
7. 95몰% 이상의 트리메틸렌 테레프탈레이트 반복단위와 5몰% 이하의 기타 에스테르 반복단위로 구성되고, 극한점도가 0.7∼1.3dl/g인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 미연신사를 일단 권취한 후, 연신하여 연신사 펀을 제조함에 있어서, 하기 (1)∼(3)의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 연신사 펀의 제조방법.

   (1) 연신장력이 0.20∼0.30cN/dtex인 것

   (2) 펀에 권취할 때의 벌루닝 장력이 0.03∼0.20cN/dtex인 것

   (3) 연신사를 25∼45℃의 분위기 중에서 10일간 이상 에이징하는 것
8. 제7항에 있어서, 펀에 권취할 때의 릴랙스율이 2∼5%인 것을 특징으로 하는 연신사 펀의 제조방법.