KR100534520B1 - 스펀본드 부직포의 제조방법 및 그의 제조장치. - Google Patents

스펀본드 부직포의 제조방법 및 그의 제조장치. Download PDF

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Abstract

본 발명은 스펀본드 부직포의 제조방법 및 그의 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 아래 공정으로 스펀본드 부직포를 제조한다.
(a) 방사블록(1) 내에 설치된 방사구금을 통해 열가소성 필라멘트를 토출하는 공정
(b) 토출된 열가소성 필라멘트를 방사블록(1) 직하에 설치한 히팅후드(9)와 냉각챔버(2)를 차례로 통과시키면서 보온, 냉각 처리하는 공정
(c) 토출된 열가소성 필라멘트를 방사블록(1)으로 부터 0.5∼3m 하단에 위치하는 고압공기이젝터(3)로 연신하는 공정
(d) 연신된 열가소성 필라멘트를 개섬, 적층, 칼렌더링 및 권취하는 공정
본 발명은 생산성 저하 없이도 단사섬도가 2데니어 이하인 고품질의 스펀본드 부직포를 고속으로 제조 할 수 있다.

Description

스펀본드 부직포의 제조방법 및 그의 제조장치
본 발명은 스펀본드 부직포의 제조방법 및 그의 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 스펀본드 부직포는 도 1과 같이 방사블록(1)에서 방사된 멀티필라멘트 사조(Y)가 냉각챔버(2)에서 냉각·고화된 후 고압공기이젝터(3)에서 연속 연신된 다음, 이동하는 네트컨베이어(6) 상에 웹(Web) 형태로 적층되고 적층된 웹을 칼렌더 로울러(7)로 열과 압력을 동시에 부여하여 일정한 두께와 물리적인 특징을 부여한 다음 권취하여 제조한다. 스펀본드 부직포는 단섬유 부직포보다 강력이 높고 얇은 제품을 생산할 수 있기 때문에 산업용도로 많이 사용되고 있다. 통상적으로 스펀본드 부직포는 종래의 합성섬유 방사공정과 동일한 방법으로 필라멘트 섬유를 방사하여 부직포를 제조한다. 따라서 종래의 단섬유 부직포 제조법보다 효율적이고 간편하게 고강력의 제품을 생산할 수 있기 때문에 최근에는 스펀본드 부직포의 생산량과 용도가 한층 확대되고 있다.
스펀본드 부직포가 고강력을 발휘할 수 있는 요인은, 첫째 웹을 형성하는 섬유가 장섬유로 되어있어 웹 내부에 많은 교착점을 형성하기 때문이고, 둘째 필라멘트를 고속으로 방사하므로 구성하는 섬유자체의 강도를 증가시키기 때문이다. 스펀본드 부직포를 구성하는 필라멘트 섬유의 강도는 보통 3.5g/데니어 이상이 되어야 하며 좋기로는 4.0g/데니어 이상이다. 이러한 필라멘트 강도를 얻기 위해서 보통 스펀본드 제조공정에서는 고속방사법을 채택한다. 즉, 필라멘트를 4,500m/분 이상의 고속으로 방사시켜 고강력 필라멘트를 제조한다. 필라멘트의 방사속도를 올리기 위한 방법으로는 롤러 연신법과 고압공기 연신법이 있는데, 통상적으로는 고압공기 연신법을 이용한다. 고압공기 연신법은 고압의 공기를 이용하여 방사되는 필라멘트 사조(Y)를 고속 연신시키는 방법이다.
한편 동일한 토출량에서 단사섬도를 가늘게 하면 웹의 교착점이 증가하고 웹의 균제도가 향상되어 품질이 우수한 스펀본드 부직포를 제조할 수 있다.
고압공기 연신법으로 스펀본드 부직포를 제조하는 종래 기술에서는 방사된 필라멘트가 모두 고화된 다음 이들을 연신하기 때문에 고압공기이젝트(3)는 필라멘트 고화점 아래에 설치되어 있다. 이와같은 종래 기술은 고화가 완료된 필라멘트를 연신해야 하기 때문에 일정한 냉각길이(냉각장)와 연신길이가 필요하게 된다.
그 결과 방사블록(1)에서 네트컨베이어(6) 까지의 거리(이하 "방사장"이라고 한다.)가 일반 합성섬유 제조공정과 비슷한 수준인 5∼10m로 매우 길게 된다. 이와같이 방사장이 길어질 경우에는 단사섬도가 2데니어 이하인 스펀본드를 제조할 수 없게 된다. 구체적으로 단사섬도를 세데니어로 하기 위해서는 방사속도를 올려야 하고, 방사속도를 올리려면 고압공기의 압력도 올려야 한다. 종래 기술에 있어서는 이와같이 방사속도를 올릴 경우 긴 방사장으로 인해 필라멘트의 방사장력이 크게 증가하여 절사가 대량발생, 안정된 조업을 할 수 없다.
한편 상기 종래 스펀본드 제조공법을 사용하면서 토출량을 줄이는 방법으로 단사섬도가 2데니어 이하인 스펀본드 부직포를 제조할 수는 있지만, 생산량이 저하되어 상업적으로 적용하기에는 곤란하다.
한편 USP 5,545,371호에서는 고압공기이젝트의 이동으로 방사블록(1)과 고압공기이젝터(3) 상단까지의 거리(이하 "냉각장"이라고 한다.)를 5∼50cm 범위 내에서 변경하는 방법으로 단사섬도가 0.1∼3데니어인 스펀본드 부직포를 제조하는 공정이 기술되어 있다. 그러나 상기 방법은 장치 및 제조조건이 너무 복잡할 뿐만아니라 냉각장(ℓ)이 너무 짧아 방사된 필라멘트가 충분하게 고화되지 못하게 되고 그로인해 물성이 저하되는 문제가 있다.
생산량(토출량) 저하없이도 단사섬도가 세데니어인 스펀본드 부직포를 효율적으로 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 토출량 저하없이 세섬도의 모노필라멘트들로 형성된 스펀본드 부직포를 고속방사로 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 고속방사시 방사장력 증가를 억제하기 위해 냉각장(ℓ)을 줄이고 연신유도관(4)을 설치하지 않으므로서 결과적으로는 방사장(L)을 짧게함과 동시에, 필라멘트의 고화점을 하방으로 지연 이동시키기 위해 방사블록(1) 직하에 히팅후드(9)를 설치, 사용함을 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명은 아래 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
(a) 방사블록(1) 내에 설치된 방사구금을 통해 열가소성 필라멘트를 토출하는 공정
(b) 토출된 열가소성 필라멘트를 방사블록(1) 직하에 설치한 히팅후드(9)와 냉각챔버(2)를 차례로 통과시키면서 보온, 냉각 처리하는 공정
(c) 토출된 열가소성 필라멘트를 방사블록(1)으로 부터 0.5∼3m 하단에 위치하는 고압공기이젝터(3)로 연신하는 공정
(d) 연신된 열가소성 필라멘트를 개섬, 적층, 칼렌더링 및 권취하는 공정
또한 본 발명은 방사구금이 형성된 방사블록(1), 방사블록 아래에 설치된 냉각챔버(2), 토출된 열가소성 필라멘트를 연신하는 연신수단 및 연신된 열가소성 필라멘트로 부터 스펀본드를 제조하는 웹형성 수단으로 구성된 스펀본드 부직포의 제조장치에 있어서, 방사블럭(1)과 냉각챔버(2) 사이에 히팅후드(9)가 설치되고, 상기 연신수단이 방사블록(1)으로 부터 0.5∼3m 하단에 위치하는 고압공기이젝터(3)인 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조장치에 관한 것이다.
이하 본 발명을 도면 등을 통해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제조공정 개략도이다. 도 2는 종래 제조공정 개략도인 도 1과 비슷해 보이지만 장치 및 설계 개념에서 여러 가지 특징을 가지고 있다. 즉, 종래의 방법과 마찬가지로 방사, 냉각, 연신의 3공정을 빠짐없이 구비하고 있지만 토출량의 변화없이 더욱 고속으로 세데니어의 단사를 균일하게 제조해야 하므로 전체적인 방사장(L)이 짧아지게 된다. 전체적인 방사장(L) 중에서도 방사블록(1)에서 고압공기이젝터(3) 상단까지의 거리(냉각장:ℓ)가 방사장력의 증대에 의한 필라멘트 절단현상에 큰 영향을 주게된다. 그러므로 전체 방사장을 줄이는 작업외에 냉각장(ℓ) 거리를 가능한 짧게 유지시키는 것이 무엇보다 중요하다. 그러나 냉각장(ℓ)을 너무 짧게하면 토출된 필라멘트 사조(Y)가 고화되지 않은 상태로 고압공기이젝터(3) 내부로 도입되게 된다. 고압공기이젝터(3) 내부에서 미고화 상태의 필라멘트는 서로 융착 되어버려 개섬장치(5)에서 필라멘트가 분산되지 않기 때문에 균일한 부직포를 제조할 수 없다. 그러므로 무엇보다도 먼저 냉각장(ℓ)의 거리를 적절하게 선정해 주는 것이 중요하다. 본 발명에서 적정한 냉각장(ℓ)은 0.5∼3m 수준이며 더욱 좋기로는 0.5∼1.0m 수준이 적당하다. 냉각장(ℓ)은 토출량, 데니어, 방사속도, 사용하는 폴리머의 종류, 냉각장치의 설계 및 냉각조건에 따라서 달라지지만, 통상적으로 0.5m 미만에서는 냉각거리가 너무 짧아서 방사되는 필라멘트 사조(Y)가 고화되지 않는다. 냉각장이 3m를 초과하게 되면 필라멘트가 완전 고화되어 종래 기술과 같은 방사장력 증가 문제로 인해 고속으로 세데니어의 필라멘트를 제조할 수 없다. 본 발명에서와 같이 냉각장을 줄이면 필라멘트 번들(Y)의 연신이 쉬워지고 짧은 냉각장에서 방사장력이 크게 증가하지 않기 때문에 세데니어의 필라멘트를 제조할 수 있다. 또한 필라멘트의 방사속도가 더욱 증가하기 때문에 세데니어의 필라멘트를 제조하면서도 토출량을 유지할 수 있어 더욱 바람직하다. 종래의 방법으로는 5,000m/분 이하로 방사속도를 고정할 수 밖에 없어서 2.0데니어 미만의 세데니어를 생산하려면 토출량을 줄이는 방법을 사용하였다. 그러나 이런 방법은 생산량이 줄어들기 때문에 일반적으로 채택하기가 곤란하였다. 그러나 본 발명에서는 방사속도가 5,000m/분 이상 7,500m/분 까지 증가하기 때문에 2.0데니어 미만의 세데니어를 토출량 감소 없이도 생산할 수 있어 경제적이다.
본 발명에서는 연신성과 방사장력을 더욱 줄이기 위해서 히팅후드(9) 설비를 방사블록(1) 직하단에 도입한다. 히팅후드(9)를 설치하는 목적은 방사블록(1)의 직하단에 고온의 히팅존(Heating Zone)을 설치하여 방사되는 필라멘트 번들(Y)의 고화점을 하방으로 지연 이동 시키면서, 연신 및 방사장력을 더욱 낮게 유지하여 7,500m/분 수준의 고속으로 필라멘트를 방사하면서도 절사가 발생하지 않도록 하기위한 것이다. 히팅후드(9)의 크기와 운전온도는 방사조건과 폴리머의 종류에 따라 변경될 수 있다. 방사블록(1) 하단에 히팅존은 보통 방사온도 이상으로 유지하는 것이 방사되는 필라멘트의 고화를 지연시켜 낮은 연신장력 하에서도 연신이 쉽게 되도록 하며, 필라멘트의 속도가 저장력 하에서도 상당히 빠르게 증가하도록 하는데 유리하다. 또한 전체적인 방사장력이 낮아져서 필라멘트 절단같은 문제점들이 감소하고 고압공기이젝터(3)에서 소모되는 공기량도 절약할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 히팅후드(9)의 길이는 5∼30cm 정도가 적당하고 더욱 좋기로는 10∼20cm 수준이 우수하다. 히팅후드(9)의 온도는 일반적으로 방사하는 폴리머의 용융방사온도 수준으로 유지해 주는 경우가 많지만, 생산조건에 따라서 높게 또는 낮게 운전하는 경우도 있다.
본 발명에서 사용하는 고압공기이젝터(3)는 통상적으로 사용하는 종래의 연신장치와 같은 것을 사용한다. 사용하는 공기의 사용량은 조건에 따라 다소 차이가 날 수 있겠지만, 종래 방법대비 10∼30% 정도로 줄어들게 된다. 그 이유는 상기에서도 설명한 바와 같이 고화점의 하향 지연이동에 의해 연신저항이 줄어드는 효과에 의한 것이다.
본 발명에서는 전체적인 방사장(L)을 줄이기 위해 종래 제조법에서 사용하던 연신유도관(4)을 사용하지 않고 바로 연신된 필라멘트를 개섬장치(5)에서 개섬시키게 된다. 즉, 본 발명에서는 고압공기이젝터(3) 상단에서 모든 연신과정을 마치게 되므로 별도의 연신 안내장치가 필요없게 된다. 이렇게 됨으로써 연신유도관(4) 내부에서 발생되는 필라멘트와 유도관 내벽과의 마찰을 피할 수 있게되어 더욱 필라멘트의 품질향상을 기대할 수 있고 전체적인 방사장력이 떨어지게 되어 절사를 줄일 수 있다. 또한 마찰저항이 줄어들게 되므로 공기소모량 및 연신효율면에서도 더욱 유리하다.
본 발명에 있어서 방사블록(1)과 네트컨베이어(6) 간의 거리가 0.5∼5m인 것이 바람직 하다. 본 발명과 같이 제조된 스펀본드 부직포의 필라멘트는 5,000m/분 이상의 고속으로 제조되므로 강력도 증가한다. 또한 단사섬도가 2.0데니어 이하로 세섬도화 되어 있어서 부직포의 커버효율이 증가하게 되고, 보다 균일한 외관의 제품을 얻을 수 있다. 즉, 부직포를 구성하는 필라멘트의 강력이 증가할 뿐만 아니라 균제도가 향상되고 필라멘트 끼리의 연결점이 많아져서 전체적인 부직포의 강력과 신도가 상승한다. 그러므로 본 발명으로 제조한 스펀본드 부직포의 물성과 외관은 종래의 방법으로 제조한 제품보다 우수하게 나타난다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴보기로 한다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
고유점도(Ⅳ) 0.645의 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET) 수지를 292℃의 방사온도로 아래 규격을 갖는 본 발명의 장치로 토출한 후 계속해서 히팅, 냉각, 연신, 개섬, 적층 및 칼렌더링하여 스펀본드 부직포를 제조한다.
< 장치의 규격 >
·냉각챔버 길이 : 30cm ·고압공기이젝터 길이 : 35cm
·구금공 지름 : 0.3mm ·구금공 길이 : 0.6mm
·토출량 : 1.5g/분·홀 ·냉각챔버의 냉각공기 풍속 : 0.65m/초
·냉각챔버의 냉각공기 온도 : 24℃ ·냉각챔버의 습도(RH) : 65%
·고압공기이젝터 공기압력 : 2.2바 ·히팅후드 길이 : 12cm
·히팅후드 온도 : 295℃ ·방사장(L) : 2m
·냉각장(ℓ) : 0.6m ·방사속도 : 6,500m/분
이와같이 제조한 스펀본드 부직포의 단사섬도, 강력 및 강력 변동율(%)을 측정한 결과는 표 2와 같다.
실시예 2 ∼ 실시예 10
방사장(L), 냉각장(ℓ), 히팅후드 온도, 고압공기이젝터 압력 및 방사속도를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 조건으로 스펀본드 부직포를 제조한다. 이와같이 제조한 스펀본드 부직포의 단사섬도, 강력 및 강력 변동율(%)을 측정한 결과는 표 2와 같다.
< 표 1 > 제조조건
< 표 2 > 스펀본드 부직포의 단사섬도 및 물성
본 발명에 있어서 강력은 ASTM D 5034 방법으로 측정한다.
본 발명은 토출량 저하없이 높은 방사속도로 세섬도의 스펀본드 부직포를 제조할 수 있어서 생산성이 향상된다.
본 발명의 방법 및 장치로 제조된 스펀본드 부직포는 세데니어인 단사(모노필라멘트)들이 균일하게 교착되어 있어서 강력 및 신도 등의 물성이 향상되고 외관 및 품질이 우수하다.
도 1은 종래 스펀본드 부직포의 제조공정 개략도이다.
도 2는 본 발명 스펀본드 부직포의 제조공정 개략도이다.
※ 도면 중 주요한 부분에 대한 부호 설명
1: 방사블록 2: 냉각챔버
3: 고압공기이젝터 4: 연신유도관
5: 개섬장치 6: 네트컨베이어
7: 칼렌더 로울러 8: 권취 로울러
9: 히팅후드 ℓ: 냉각장
L: 방사장 Y: 사조

Claims (5)

  1. 아래 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
    (a) 방사블록(1) 내에 설치된 방사구금을 통해 열가소성 필라멘트를 토출하는 공정
    (b) 토출된 열가소성 필라멘트를 방사블록(1) 직하에 설치한 히팅후드(9)와 냉각챔버(2)를 차례로 통과시키면서 보온, 냉각 처리하는 공정
    (c) 토출된 열가소성 필라멘트를 방사블록(1)으로 부터 0.5∼3m 하단에 위치하는 고압공기이젝터(3)로 연신하는 공정
    (d) 연신된 열가소성 필라멘트를 개섬, 적층, 칼렌더링 및 권취하는 공정
  2. 1항에 있어서, 히팅후드의 온도가 방사온도 이상인 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
  3. 1항에 있어서, 방사블록(1)과 네트컨베이어(6) 간의 거리(방사장)가 0.5∼5m인 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
  4. 방사구금이 형성된 방사블록(1), 방사블록 아래에 설치된 냉각챔버(2), 토출된 열가소성 필라멘트를 연신하는 연신수단 및 연신된 열가소성 필라멘트로 부터 스펀본드를 제조하는 웹형성 수단으로 구성된 스펀본드 부직포의 제조장치에 있어서, 방사블럭(1)과 냉각챔버(2) 사이에 히팅후드(9)가 설치되고, 상기 연신수단이 방사블록(1)으로 부터 0.5∼3m 하단에 위치하는 고압공기이젝터(4)인 것을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조장치.
  5. 4항에 있어서, 웹형성 수단이 개섬장치(5), 네트컨베이어(6) 및 칼렌더 로울러(7)로 구성됨을 특징으로 하는 스펀본드 부직포의 제조방법.
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