KR100463355B1 - 산업용 폴리에스테르 얀의 제조 방법 및 장치 - Google Patents

산업용 폴리에스테르 얀의 제조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

고온 방사된 폴리에스테르 필라멘트를 3,000 내지 6,000 m/분의 속도로 신장 방사시키므로써 산업용 얀을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 필라멘트는 운반 장치 (1) 및 인취 장치 (2)에 의해 신장된다. 얀은 운반 장치 (1)와 인취 장치 (2) 사이에서 편향되고, 편향 롤러들 (31 및 32)로 이루어진 얀 제동 장치 (3)에 의해 하기 수학식 1을 충족시키는 속도로 감속된다.
<수학식 1>
v3= v1+ (v2- v1) * F
식 중, 0.5≤ F〈1이다. 상기 방법을 수행하기 위한, 운반 장치 (1)와 인취 장치 (2) 사이에 얀 제동 장치 (3)를 갖는 장치가 개시되어 있다.

Description

산업용 폴리에스테르 얀의 제조 방법 및 장치 {Process and Device for Producing Industrial Polyester Yarn}
본 발명은 용융 방사 폴리에스테르 필라멘트를 3000 내지 6000 m/분의 속도로 신장 방사 (stretch-spinning) (여기서, 신장은 운반 조립체 및 인취프레임에 의해 수행됨)시키므로써 산업용 얀 (yarn)을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
산업 분야에 사용되는 폴리에스테르 필라멘트, 즉 전체 선밀도의 범위가 500 dtex를 넘고 강도가 60 cN/tex 이상인 폴리에스테르 필라멘트는 우세하게는 매우 비용 효율적인 것으로 입증된 신장 방사 방법에 의해 제조된다. 비용의 추가 절감은 제조 속도를 6000 m/분 이상의 최종 속도로 높여 플랜트의 생산성을 증가시키므로써 달성될 수 있다. 또한, 신규한 특성을 갖는 필라멘트도 방사 속도를 증가시키므로써 얻어질 수 있는 것으로 나타났다.
이러한 유형의 신장 방사 방법은 US-A-3,790,995호로부터 공지되어 있다. 상기 출원에는 폴리에스테르 필라멘트의 제조를 위한 단일 단계의 신장 방사 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 두 쌍의 갤렛트 (galette) 사이에서의 신장에 바탕을 두어, 실과 갤렛트 표면 사이의 마찰 관계의 부재로 인해 실에 대한 신장 공정은 실이 운반 조립체를 떠나기 전에 몇 루핑 (looping) 일찍 시작된다. 신장 공정은 마찬가지로 실이 인취프레임상으로 주행된 후 몇 루핑만에 종결된다. 이것은 갤렛트의 거친 실 접촉 표면에 의해 가능하며, 이로 인해 필라멘트와 롤러 표면 사이의 활주가 가능하게 된다. 이 때문에 신장 대역은 갤렛트 쌍들 사이의 기하학적 거리의 몇 배까지 효과적으로 연장된다. 또한, 상응하게는 실 단을 형성하는 거대분자들의 배향에 보다 많은 시간이 이용가능하다. 따라서, 고도로 연마된 롤러 표면이 사용되는 경우 보다 더 높은 정도의 배향이 달성된다. 고도로 연마된 표면에 의해 실과 롤러 표면 사이의 최대 마찰 관계가 가능하게 된다.독일 특허 DE-A 제1 950 743호에는 용융 방사된 폴리에스테르 필라멘트를 신장 방사하여 산업용 얀을 제조하는 방법에 대해 기재되어 있다. 상기 특허의 절차에서, 신장은 운반 조립체 및 보다 빠르게 운전되는 인취플레임에 의해 실시된다. 신장을 향상시키기 위하여, 실이 활주 접촉하는 마찰 부재가 운반 조립체 후에 배열되어, 신장 대역은 실 장력이 상이한 2개의 대역으로 분할된다. 마찰 부재는 정적 핀 또는 하나의 회전 가열 롤일 수 있다. 신장 출발 속도는 최대 2500 m/분으로 기재되어 있다. 또한, 보다 높은 속도에서, 실을 배향하기에는 시간이 너무 짧다.
이제, 이 방법은 제조 속도를 3000 m/분이 넘게 증가시키는 경우 더이상 최적으로 작동하지 않으며, 이는 배향에 이용가능한 시간이 더 이상 충분하지 않기 때문이라는 것을 알게 되었다. 배향은 제조 속도와 반비례하여 경감된다. 시간은 최종적으로 산업용 얀으로서 사용하기에 요구되는 고도의 배향이 더 이상 얻어질 수 없을 정도로 단축된다. 배향도는 상응하게는 신장된 필라멘트 얀의 높은 강도 및 낮은 파괴 신도의 원인이 된다.
하기 단점들이 발생된다:
갤렛트 쌍들 사이의 거리를 증가시키므로써 신장 시간을 연장하는 것은 제조 장치의 전체 높이가 허용불가능한 정도까지 높아져 플랜트가 승강 플랫폼 등과 같은 보조장치 없이는 더 이상 운전될 수 없는 결정적인 단점을 갖는다. 갤렛트 쌍들 사이의 거리가 신장 대역 내에서 주행되는 실을 1회 이상 편향시키므로써 감소될 수 있다 하더라도, 이 방법은 몇몇 심각한 단점들을 수반한다. 신장 대역내에서의 실 안내 부재에 의한 편향은 바람직하지 않으며 문제점들이 존재한다. 신장대역내에서 우세한 고도의 실 인장력으로 인해 편향 핀 등은 매우 고온이 되어 짧은 운전 시간 후에도 필라멘트는 파괴된다. 갤렛트 쌍들 사이에서 주행되는 실이 비구동 편향 롤러에 의해 증가될 수 있다 하더라도, 이 경우 다수의 필라멘트들이 파괴되어 이 방법을 비효율적으로 만든다. 파괴된 필라멘트가 축적되어 퇴적물이 형성되는 것을 방지하는 것으로 공지된, 구조화된 표면을 갖는 편향 롤러의 사용은 또한 이러한 관점에서 어떠한 진전도 없는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조 속도를 증가시키려는 목적으로 경감된 신장 시간에도 불구하고 필라멘트 얀내의 분자를 산업용으로 충분히 고도로 배향시킬 수 있는 대책을 마련하여 그러한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 산업용 얀의 보다 효율적인 제조를 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고도로 배향된 산업용 얀을 제조할 수 있는 개선된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 목적은 실이 운반 조립체와 인취프레임 사이에서 편향되고 하나 이상의 실 제동 장치에 의해 감속되므로 달성된다. 실의 편향은 제동 롤러들에 의해 초래된다.
놀랍게도, 실 제동 장치의 편향 롤러를 하기 수학식 1을 충족시키는 속도 v3으로 제동하므로써 현저한 개선점을 달성하는 것이 가능하다.
식 중, 인자 F는 1 미만이고, 바람직하게는 0.6 ≤ F ≤ 0.95, 특히 바람직하게는 0.7 ≤ F ≤ 0.9이다. 부호 v1및 v2는 각각 운반 조립체 및 인취프레임의 속도를 나타낸다. 따라서, 속도는 실이 편향 롤러와 접촉하는 지점에서의 실 주행 속도 미만이어야 한다. 이것은 실과 롤러 표면 사이의 활주를 가능케 하는 구조화된 표면이 제공된 롤러에 의해서만 수행될 수 있다.
신장능에 있어서의 추가의 개선점은 편향 롤러를 150 내지 210 ℃의 케이싱 온도로 추가 가열시키므로써 달성된다.
또한, 실이 신장 대역에서 냉각되는 것을 방지하기 위해 전체 편향 시스템을 주변에 대해 단열된 하우징내에 배치시키는 것이 유리한 것으로 입증되었다.
실 경로가 얼마나 연장되는지에 따라 요구되는 편향 롤러의 갯수는 상이하다. 일부 환경하에서는, 그 둘레에 실이 딱 180。를 넘게 루핑되는 1개의 편향 롤러면 충분하다.
통상의 갤렛트 쌍의 배치와 유사한 방식으로 두개의 롤러를 배치시키는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 실은 이러한 배치의 둘레에 S형 또는 8자형 또는 0자형으로 루핑될 수 있다. 그 결과, 장치 설계의 변경 없이 실과 롤러 표면 사이의 효과적인 접촉 길이는 특정 한도 내에서 변화될 수 있어, 방법에 요구되는 조건에 적합하게 될 수 있다. 일반적으로, 실은 각각의 경우에 롤러의 둘레에만 1회 루핑된다. 2중 루핑은 실과 롤러 표면 사이의 마찰 관계가 매우 낮은 일부 환경하에서 유리할 수 있다.
이러한 경우의 잇점은 무엇보다도 편향 롤러가 매우 짧을 수 있다는 것이며, 이는 이들에 의해 단지 1개, 기껏해야 2개의 실 주행 트랙을 위한 공간이 제공되어야 하기 때문이다. 이것은 투자 면에서 유리하며, 이는 다중 루프에 요구되는 바와 같이 보다 넓은 조업 폭을 갖는 롤러의 비용이 훨씬 더 높기 때문이다.
본 발명은 도면과 관련되어 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배치의 선도.
도 1에서, 1은 가열가능한 구동 갤렛트 (11) 및 가열가능한 갤렛트 (12)로 이루어진 운반 조립체를 나타낸다. 인취프레임 (2)은 가열가능한 구동 갤렛트 (21) 및 가열가능한 구동 갤렛트 (22)로 이루어진다. 실 제동 장치 (3)는 운반 조립체 (1)와 인취프레임 (2) 사이에 배치된다. 실 제동 장치 (3)는 가열가능하고 제동가능한 편향 롤러 (31) 및, 필요에 따라 가열가능하고 제동가능한 편향 롤러 (32)가 장착되어 있으며, 두 편향 롤러는 단열된 하우징 (33)내에 위치한다. 비신장 필라멘트 (4)는 공지된 경로로 공지된 방사 장치 (도시되지 않음)로부터 도입되고, 신장된 필라멘트 (4')는 권취 장치 (도시되지 않음), 예를 들어 보빈 (bobbin) 권취기에 의해 공지된 경로로 수용된다.
본 발명에 따른 방법이 수행되는 경우, 실 제동 장치 (3)는 중간 신장 대역의 연장부를 형성한다. 설정된 케이싱 온도에 따라 가열되는 필라멘트 (4)는 통상의 용융 방사, 냉각 및 제조 장치로부터 도시되지 않은 방식으로 도입되고, v1의 원주 속도로 주행되는 운반 조립체 (1)의 둘레에 1회 이상 루핑되고, 이어서 원주 속도 v3으로 제동된 그의 편향 롤러들 (31 및 32)이 1회 루핑되는 실 제동 장치 (3)에 도달하고, 마지막으로 설정된 속도비 (v2/v1)에 따라 원주 속도 v2로 주행되는 인취프레임 (2)에 의해 신장된다. 이어서, 필라멘트 (4')는 적절한 경우, 추가 쌍의 갤렛트 (도시되지 않음)를 통해 주행된 후, 통상의 방식으로 권취된다.
편향 롤러들 (31 및 32)은 평활해서는 않된다. 이들은 필라멘트 (4)와 롤러 표면 사이에서의 활주가 가능하도록 구조화된 표면을 갖는다. 편향 롤러들 (31 및 32)의 표면의 피크에서 골까지의 평균 높이는 편의상 2.5 내지 3.5 ㎛이다. 마멸을 줄이기 위해, 표면은 편의상 경질 금속 표면이거나, 또는 세라믹 또는 다른 내마멸성 물질로 피복된다. 피브릴 손상을 피하기 위해, 표면 구조는 날카롭게 융기되어 있어서는 않된다. 이것은 편의상 "오렌지 껍질"처럼 구조화된다.
편향 롤러들 (31 및 32)의 요구되는 제동은 순전히 기계적으로 일어날 수 있다. 편향 롤러들 (31 및 32)의 원주 속도가 공지된 조정 장치에 의해 일정하게 유지되는 경우가 이 방법의 신뢰성 및 재현성에 유리하다. 조절된 빈도의 구동 장치를 사용하는 것이 특히 적절한 것으로 입증되었다. 그러나, 이러한 유형의 구동 유닛은 제동력 또는 손실된 또다른 유형의 에너지를 복원시키기 위한 장치가 구비되어야 한다. 요구되는 제동력은 신장 조건에 따라 신장된 필라멘트 1 dtex 당 1 와트에 해당할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 하기 실시예에 의해 설명될 것이다.
<실시예 1>
점도 지수 VI=114의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 압출기에서 용융시키고, 각각 256개의 구멍을 갖는 2개의 방사구를 통해 압출시켰다. 구멍 1개 당 융융물 처리량은 2.45 g/분이었다. 용융 분사물을 통상의 방식으로 냉각시키고, 무수 배합 작용제를 제공하였다. 이어서, 이들을 2개의 필라멘트 번들로 합치고, 120 ℃로 가열된 갤렛트들 (11 및 12)이 장착된 운반 조립체 (1)에 의해 3100 m/분의 속도 v1로 방사 정(spinning well)으로부터 권취제거시켰다. 실 (4)을 운반 조립체 (1) 둘레에 6회 루핑시켰다. 이어서, 실 제동 장치 (3)의 편향 롤러들 (31 및 32) 둘레에 1회 루핑시킨 후, 실 (4)을 240 ℃로 가열된 인취프레임 (2)으로 공급하고, 5710 m/분의 원주 속도 v2로 주행시켰다. 실 (4)을 신장 갤렛트들 (21 및 22) 둘레에 8회 루핑시켰다. 운반 조립체 (1)와 인취프레임 (2) 사이의 신장 대역을 편향 장치 (3)에 의해 1.5 m 연장시켰다. 편향 롤러들 (31 및 32)의 직경은 190 mm이고, 피크에서 골까지의 평균 높이가 3.5 ㎛인 세라믹 코팅된 표면을 제공하였다. 이들을 180 ℃의 온도로 가열시키고, 5190 m/분의 속도 v3으로 제동하였으며, 각각의 경우 제동 토크는 1 Nm이었다. 총 제동력은 1.82 kW이었다.
이 방식으로 인자 1.84 만큼 신장시킨 후, 실을 추가 쌍에서 120 ℃로 냉각시키고, 최종적으로 장력 250 cN으로 권취시켰다. 필라멘트의 선밀도는 1100 dtex이었다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 유형의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 용융 처리량이 3.21 g/분으로 상이한 것을 제외하고는 동일한 방식으로 용융, 방사 및 신장시켰다. 그 결과, 신장된 얀의 최종 선밀도는 1440 dtex이었다. 실 제동 장치 (3)의 편향 롤러들 (31 및 32)에 실시예 1에서와 동일한 원주 속도를 얻기 위해 각각의 경우, 1.25 Nm의 제동 토크를 가하였다. 총 제동력은 2.28 kW이었다.
<실시예 3 (비교예)>
실 제동 장치 (3)를 사용하지 않은 것을 제외하고는 본 발명에 따른 실시예 1로부터의 시험을 반복하였다. 이 경우, 신장비가 1.7로 경감된 후에만 필라멘트가 인취프레임상에서 인취되는 것이 가능하였다. 그러나, 신장 방사 운전은 여러 파괴된 필라멘트의 발생에 의해 심하게 방해받았다.
<실시예 4>
점도 지수 114의 폴리에스테르 과립 (폴리에틸렌 테레프탈레이트)을 실시예 1에서와 같이 압출시키고, 각각 256개의 필라멘트를 갖는 2개의 필라멘트 얀으로 방사시켰다. 다중필라멘트를 방사 정으로부터 3100 m/분으로 인취제거시켰다. 이 방식으로 방사된 필라멘트의 광학적 이중 굴절률 (DB)은 0.065이었다. 필라멘트 얀을 80 ℃의 온도에서 3130 m/분으로 운반 조립체 (1)로 공급하고, 이들을 그 둘레에 6회 루핑시켰다. 인취프레임 (2)의 원주 속도는 5776 m/분이고, 온도는 240 ℃이었다. 실을 인취프레임 둘레에 8회 루핑시켰다. 실 제동 장치는 단열된 하우징내에서 200 ℃의 온도로 유지되고 둘레에 필라멘트가 1회 루핑되는 전기로 제동되는 2개의 편향 롤러들 (31 및 32)로 이루어졌다. 이들을 5247 m/분의 속도로 제동시켰다. 신장 후, 필라멘트를 인취프레임에서와 동일한 속도로 운전되는 추가 쌍의 갤렛트상에서 120 ℃로 냉각시켰다. 이어서, 필라멘트를 5600 m/분으로 권취시켰다. 이 방식으로 처리된 필라멘트 얀의 특성은 다음과 같다:
선밀도: 1100 dtex,
강도: 67.2 cN/tex,
파괴시 신도: 14.2%,
LASE 2%: 14.8 cN/tex,
LASE 5%: 34.5 cN/tex, 및
160 ℃에서의 열 수축률: 6.7 %.
얀은 타이어 코드에 사용하기에 특히 적합하다.

Claims (6)

  1. 폴리에스테르 필라멘트 (4)가 운반 조립체 (1)와 인취프레임 (2) 사이에서 편향되고 감속되고 편향 롤러 (31) 및(또는) 편향 롤러 (32)의 둘레에 단지 1회 루핑되는 식으로 운반 조립체 (1) 및 인취플레임 (2)에 의해 신장되고, 편향 롤러들 (31 및 32)은 피크에서 골까지의 평균 높이가 2.5 내지 3.5 ㎛이고 폴리에스테르 필라멘트 (4)와 편향 롤러들 (31 및 32)의 표면 사이에서의 활주가 가능하도록 구조화된 표면을 가지며, 상기 편향 롤러 (31) 및(또는) 편향 롤러 (32)는 하기 수학식 1을 충족시키는 속도로 제동되는, 용융 방사된 폴리에스테르 필라멘트를 3000 내지 6000 m/분의 속도로 신장 방사 (stretch-spinning)시키므로써 산업용 얀 (yarn)을 제조하는 방법.
    <수학식 1>
    v3= v1+ (v2- v1) * F
    식 중, 인자 F의 범위는 0.5≤ F〈1이다.
  2. 제1항에 있어서, 편향 롤러들 (31 및 32)이 가열되고, 단열된 하우징 (33)내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 편향 롤러들 (31 및 32)이 150 내지 210 ℃의 케이싱 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 편향 롤러들 (31 및 32)의 표면의 피크에서 골까지의 평균 높이가 2.5 내지 3.5 ㎛인 것을 특징으로 하는, 운반 조립체 (1) 및 인취프레임 (2)에 의해 신장되고, 운반 조립체 (1)와 인취프레임 (2) 사이에 배치된 편향 롤러들 (31 및 32)이 제동되며, 편향 롤러들 (31 및 32)이 폴리에스테르 필라멘트 (4)와 롤러 표면 사이의 활주가 가능하도록 구조화된 표면을 갖고, 용융 방사된 폴리에스테르 필라멘트를 3000 내지 6000 m/분의 속도로 신장 방사시킴으로써 산업용 얀을 제조하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 실 제동 장치 (3)가 단열 하우징내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 삭제
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