KR100561822B1 - 균제도와 방사 작업성이 우수한 폴리에스터 극세 필라멘트연신사의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐에서 토출되는 폴리머의 균제도와 방사 작업성의 개선을 목적으로 하는 극세 필라멘트 연신사 제조용 냉각장치와 이를 이용한 극세 필라멘트 연신사의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 방사노즐에서 토출되는 폴리머를 냉각, 급유, 연신 및 열처리공정을 거쳐 극세 필라멘트 연신사를 제조함에 있어서, 고유점도 0.640∼0.670인 폴리에스터 폴리머를 사용하여 노즐내 방사공의 개수가 50∼500개인 방사노즐(1)을 통해, 방사공의 분당 토출량이 0.10∼2.0g/min. hole이 되도록 하고, 방사 분위기의 온도를 300℃∼380℃로 한 다음, 본 발명의 냉각장치인 냉각공기 토출부(14)에 냉각공기(3)를 유입시키고, 금속입자의 소결체로 구성된 냉각필터(13)의 금속입자 크기를 조절하여 냉각공기(3)의 풍속 분포를 균일하게 하는 동시에, 고정봉(4)이 상부캡(12) 위로 튀어나온 길이를 조절하여 방사노즐(1)에서 토출되는 고온의 용융 폴리머를 균일한 조건하에서 냉각시키는 본 발명에 의한 냉각장치를 적용하여 균일하게 급냉시킨다음, 방사노즐(1) 직하 700∼1600mm 위치에서 급냉된 폴리머에 급유를 하고, 1차 롤러(7) 와 2차 롤러(8) 및 3차 롤러

(9) 사이에서 공지의 방법으로 연신 및 열처리함으로서, 고온의 용융 폴리머를 균일한 조건에서 급냉시키고, 외부 간섭기류에 의한 사 유동을 최소화하여 균제도와 방사 작업성이 우수한 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사를 얻을 수 있게 된다.

Description

균제도와 방사 작업성이 우수한 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사의 제조방법 및 제조장치{Manufacturing method of polyester ultra-fine filament drawn yarn having excellent uniformity and spinning work ability and contrivance for preparing thereof}

도 1은 종래의 폴리에스터 필라멘트 연신사의 제조공정도,

도 2는 본 발명의 폴리에스터 필라멘트 연신사의 제조공정도,

도 3은 본 발명에 적용하는 냉각장치의 단면 확대도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 : 방사노즐 2 : 냉각필터

3 : 냉각공기 4 : 고정봉

6 : 급유 가이드 7 : 제1차 롤러

8 : 제2차 롤러 9 : 제3차 롤러

10 : 연신사 11 : 권취기(Winder)

12 : 상부 캡 13 : 냉각필터

14 : 냉각공기 토출부 15 : 세라믹 가이드

16 : 하부 홀더 17 : 고정봉 고정용 볼트

18 : 냉각공기 공급부 h : 유제부여 높이

본 발명은 노즐에서 토출되는 폴리머의 냉각조건을 개선함으로서, 균제도와 방사작업성이 우수한 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3000 내지 6000m/min의 권취속도로 최종 단사 섬도가 0.1 내지 1.0de이고, 가닥수가 50 내지 500인 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사를 제조함에 있어서, 방사노즐에서 토출된 폴리머가 본 발명에 의한 냉각장치를 이용한 냉각방법에 의해 균일하고 안정된 냉각 및 간섭기류의 영향을 최소화하여 균제도 및 단면 변동율이 우수하고, 방사 작업성이 우수한 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사를 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리에스터 폴리머를 원료로 하여 단사 섬도 1.0de 이하인 극세필라멘트 연신사를 제조함에 있어서, 방사노즐에서 폴리머가 토출된 후, 하부의 균일한 냉각과 간섭기류에 의한 사 유동을 최소화하는 것이 매우 중요하므로, 이를 제어할 수 없다면 극세사의 균제도와 방사 작업성은 확보할 수 없게 되고, 특히 단사 섬도가 0.1∼0.5de이고, 가닥수가 50∼500인 폴리에스터 극세 필라멘트사의 제조에는 한계가 있다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위해서는 종래에 폴리에스터 폴리머가 토출되는 방향의 수직방향에서 양면으로 냉각공기를 공급하거나, 또는 원통형 냉각공기 공급장치를 이용하는 방법이 알려져 있었고, 또 본 발명과 유사한 환상 내부냉각을 이용하는 방법이 알려져 있다. 상기 첫번째와 두번째 방법은 균제도 및 방사 작업성의 확보가 어려우며, 세번째 방법은 실걸이 작업이 불편하고, 방사노즐 표면에 냉각장치의 고정이 어려워, 원사 물성의 균일성 확보가 어렵고 방사 작업성의 확보가 미흡한 단점이 있었다. 그리고 세번째 방법은 스테이플파이버를 생산하는데 이미 활용되고 있는 방법이나, 극세 필라멘트사 제조에 관하여는 구체적 설명이 없을뿐 만 아니라, 실제적으로 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사의 작업성과 품질의 안정적 확보에 관하여 전혀 언급되어 있지 않아 적용에 많은 어려움이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 폴리머의 냉각방법을 개선시킨 종래의 기술로는 우리나라 특허공보 공고번호 제1998-9533호 및 제1993-13243호에서 폴리머가 토출되는 수직방향 양면에서 냉각공기로 급냉시키는 방법이 소개되고 있으며,

공고번호 제1999-30498호, 제1999-49778호 및 제2000-32640호에서는 원형 냉각공기 공급장치를 이용하는 기술이 소개되고 있다. 또, 이 이외에 간단하게 냉각공기의 유로를 변형하여 급냉시키는 방법이 특허공보 공고번호 제1997-27381호에서 소개되고 있으나, 적용 단사의 섬도가 0.5de 이하인 경우에는 균제도가 떨어지고, 방사 작업성이 불량하게 되는 단점이 있다. 또한, 환상 내부냉각을 이용하는 특허로는 USP 5,866,055. USP5,536,157 및 우리나라 특허공보 공고번호 제2003-2459호가 있으나, 이들은 모두가 폴리에스터 필라멘트 미연신사에 관한 것으로, 실제로 적용시 일어나는 제반 문제점에 대한 해결방안이 전혀 제시되어 있지 않아 작업이 어렵고, 방사 작업성의 불량으로 극세 필라멘트 연신사를 제조하는 데에는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 기술상의 문제점을 해결하고, 방사 노즐의 청소작업 및 실걸이 작업을 용이하게 하는 동시에, 방사 노즐에서 토출되는 폴리머를 균일하게 냉각시키며, 폴리머 토출시 외부의 간섭기류에 의한 사 유동을 최소화하도록 전면 카버 및 후면 천공판등으로 구성됨을 특징으로 하는 냉각장치에 의해 단면 변동율과 균제도 및 방사 작업성이 우수한 극세 폴리에스터 필라멘트 연신사의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 방사노즐(1), 냉각장치, 급유 가이드(6) 및 연신롤러로 구성되는 방사장치에 있어서, 방사노즐(1)에서 토출되는 고온의 용융 폴리머를 균일하고 안정되게 냉각하기 위해 방사노즐(1) 직하 중앙부에 본 발명의 냉각장치를 고정시키고, 냉각공기(3)가 냉각공기 공급부(18)에서 유입되어 냉각필터(13) 내부에서 바깥쪽으로 소결필터를 통해 공급되고, 방사노즐(1)에서 토출되는 폴리머를 균일하고 안정적으로 냉각시킨다. 본 발명은 상기한 냉각장치가 방사노즐(1)에서 토출되는 폴리머를 균일하게 냉각하고, 폴리머 토출시 외부의 간섭기류에 의한 사 유동을 최소화하도록 전면커버 및 후면 천공판등을 구비함을 특징으로 하고 있다.

본 발명은 고속 권취 조건하에서 최종 단사의 섬도가 0.1∼1.0 de 이고, 그 가닥수가 50∼500인 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사의 제조를 위한 토출 폴리머의 냉각, 급유, 연신 및 열처리에 있어서, 냉각조건을 개선하여 균제도와 방사작업성이 우수한 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사를 제조하는 제법으로서, 본발명에 의한 냉각장치 및 이를 이용한 제조방법을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중, 제2도는 본 발명 냉각장치를 사용하여 극세 폴리에스터 필라멘트 연신사의 제조공정을 설명하는 공정이고, 제3도는 본 발명 냉각장치의 냉각공기 토출부와 냉각공기 공급부를 나타내는 단면 확대도이다.

본 발명에 의한 냉각장치는 방사노즐(1) 직하에 고정된 냉각공기 토출부(14)와 냉각공기 공급부(18), 공급배관, 전면커버, 후면 천공판으로 구성되며, 냉각공기 토출부(14)는 고정봉(4), 상부캡(12), 냉각필터(13)로 구성되고, 보온장은 고정봉(4)이 상부캡(12) 위로 튀어나와 있는 길이에 의해 조절되며, 고정봉(4) 표면에 나사 산이 형성되어 있어, 가동품종에 따른 최적의 보온장 평가가 가능하도록 구성되어 있다. 그리고 냉각공기(3)가 토출되는 냉각필터(13)는 금속입자의 소결체로 만들어져, 그 입자의 크기를 제어함으로써 냉각공기(3)의 풍속을 변동시킬 수 있도록 구성되어 있고, 가능한 범위에서 그 풍속의 분포가 균일하도록 입자를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 장기간 사용에 따른 냉각필터(13) 표면부의 올리고머 생성으로 오염된 부위를 교체하고자 할 때 그 작업이 용이하게 된다.

본 발명에 의한 냉각장치에 있어서, 냉각공기 토출부(14)는 보온장 조절과 냉각필터(13) 교체가 용이하고, 폴리머가 토출되는 방사노즐(1) 면에의 고정위치가 냉각공기 토출부(14)의 반복동작에도 큰 변동이 없어 이로 인한 원사 물성의 편차가 적어지므로 안정된 방사 작업성의 확보가 가능하게 된다.

냉각공기 공급부(18)는 냉각공기 토출부(14)와의 연결부로서, 냉각공기 토출부(14)에 냉각공기를 공급하는 부분이다. 방사노즐(1)에서 토출되어 냉각되면서 하강하는 폴리머와 냉각공기 공급부(18)의 상부가 서로 접촉하게 되는데, 이를 막기 위해서 종래에는 연결부위 쪽은 폴리머가 토출되지 않도록 토출공이 없는 방사노즐을 사용하였으나, 이 경우 방사노즐 내에서 폴리머가 장기 체류할 우려가 있고, 토출공의 간격을 좁아져 냉각효율이 떨어지는 폐단이 있다. 본 발명에 의한 냉각공기 공급부(18)는 연결부에서 폴리머의 접촉에도 영향을 받지 않도록 하기 위해 접촉부분에 고순도의 세라믹(15)을 표면가공하여 부착함으로써 접촉시 사의 손상이 없도록 설계되어 있다.

냉각공기 공급 배관부위는 냉각기기 공급 덕트에서 냉각공기 공급부(18) 까지의 냉각공기 공급압력 손실을 최소화 할 수 있도록 설계되어 있다.

전면커버와 후면 천공판은 외부기류에 의한 영향을 최소화하도록 냉각장치 전면과 후면에 설치되어 있다. 또 전면커버의 길이는 100∼500㎜ 이며, 후면 천공판의 길이는 냉각장치의 전후 동작시 간섭받지 않는 범위에서 제작 설치한다.

본 발명에 의한 냉각장치에는 권취기(11)에서 사절이 발생했을 때 작동하는 센서가 전기적으로 연결되어 있어, 사절 발생시 또는 실걸이 실패시에는 냉각장치가 자동적으로 대기상태로 이동하여 폴리머의 누적으로 인한 냉각장치의 파손 및 방사노즐의 오염을 방지하도록 되어 있다. 그리고, 본 발명에 의한 냉각장치의 작동은 2개의 에어실린더에 의해 상하, 전후 작동하도록 구성되어 있고, 상하동작의 경우에는 에어실린더 부위에 고정자가 설치되어 있어, 가동 품종에 따른 보온장 변화 (고정봉이 상부캡 위로 튀어나온 길이 )에 대응할 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명에 의한 냉각장치를 이용한 폴리에스터 필라멘트 연신사의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

폴리머의 고유점도가 0.640 내지 0.670인 폴리에스터 폴리머를 사용하여, 노즐내 방사공의 갯수가 50∼500개인 방사노즐(1)을 통해, 방사공의 분당 토출량이 0.10∼2.0g/min.hole이 되도록 방사하고, 이때의 방사분위기 온도를 300∼380℃로 하는 것이 바람직하다. 상기한 방사노즐(1)을 통해 토출된 폴리머를 본 발명에 의한 냉각장치에 적용하여 균일하게 급냉시킨다. 만약 이 때 균일한 냉각 및 간섭기류의 안정이 이루어지지 않으면 방사노즐(1)에서 토출되는 폴리머는 단면이 불균일하여 이에 따른 연신시 사절 또는 연신 후의 결점으로 이어지게 되므로, 작업성 및 품질확보에 있어서 매우 중요하다. 본 발명에 의한 냉각장치의 냉각필터(13)의 길이는 100∼500㎜가 바람직 하며, 냉각공기(3)의 온도는 18℃∼30℃가 적당하고, 냉각공기(3)의 풍속은 5∼40m/분 범위가 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 10∼20m/분이 좋다. 급냉된 폴리머는 방사노즐(1) 직하 700∼1600㎜의 위치에서 급유하는 것이 바람직한데, 이는 방사된 사의 유동을 안정화시켜 작업성을 향상시키게 된다.

냉각 및 급유된 급냉 폴리머는 제1차 롤러(7)와 제2차 롤러(8)에서 70∼90℃의 연신온도로 가열되고, 제1차 롤러(7)와 제3차 롤러(9)와의 속도차 비 1.1 내지 3.0의 연신비로 연신시킨다. 연신된 사는 110∼130℃의 온도범위에서 제3차 롤러(9)에 의하여 열처리 된 후, 3000∼6000 m/분의 속도로 권취하여 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사(10)를 얻게 된다.

상기한 방법에 의해서 균제도 와 단면 변동율이 우수하고, 방사 작업성이 우수하고, 연신사의 최종 단사섬도가 0.1 내지 1.0 인 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사(10)를 얻게 된다.

본 발명에 의한 냉각장치를 사용하지 않고, 기존의 평면 냉각을 이용하여 1.0de 이하의 폴리에스터 극세 필라멘트를 생산할 경우, 균제도 및 단면 변동율이 불량하여 이로 인한 원사 표면상의 결점으로 안정적인 품질을 확보하기가 어렵고, 특히, 0.5de 미만의 폴리에스터 극세 필라멘트 제조시에는 안정적인 냉각이 어렵고, 이로 인하여 단면 불균일 및 균제도 불량등 작업성 확보에 어려움이 많다.

폴리에스터 필라멘트의 단면 변동과 균제도가 불량할 경우에는 폴리에스터 필라멘트의 후공정 중 특히, 염가공 공정에서 균일한 염색성 확보가 힘들며, 다양한 용도 적용에 어려움이 따르게 된다. 이러한 문제점은 본 발명에 의한 냉각장치에 의한 폴리에스터 극세 필라멘트의 제조방법에 의해 극복할 수 있다.

본 발명에 의한 냉각장치를 이용하여 제조된 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사에 대하여 다음 실시예에 의거 더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1∼4]

고유점도가 0.653인 폴리에스터 폴리머를 방사공이 각각 144개 또는 204개인 노즐을 통해 방사한 후, 본 발명에 의한 냉각장치를 적용하고, 냉각장 300㎜, 유제부여 위치가 구금 직하 900㎜이고, 권취속도를 4500m/분으로 하여 최종 단사의 섬도 0.30∼0.58인 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사를 제조하고, 방사사 유동, 균제도 및 방사 작업성을 확인하였다. 각 실시예에서 확인결과, 방사 사의 유동이 안정적이며, 단면의 변동율 과 균제도가 우수하여 안정적인 작업성 확보가 가능함을 확인하였다.

[비교예 1∼2]

본 발명에 의한 냉각장치를 사용하지 않고, 기존의 평면냉각 방식으로 폴리에스터 극세 필라멘트를 제조한 다음, 균제도 및 방사 작업성을 비교하였다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2
냉각장치	본 발명에 의한 냉각장치				평면냉각	평면냉각
방사공 (개)	144	204	204	204	144	144
보온장 (㎜)	15	20	25	25	65	65
냉각 유효장 (㎜)	300	300	300	300	800	800
냉각풍속 (m/sec)	0.30	0.30	0.35	0.35	0.20	0.40
급유위치(㎜)	900	900	1200	1200	800	800
연신사의 전체 섬도 (de)	50	65	100	120	75	100
연신사의 단사 섬도 (de)	0.34	0.31	0.49	0.58	0.52	0.69
균제도 (%)	0.68	0.72	0.80	0.70	1.45	1.54
사절회수 (회/톤)	0.95	1.00	0.85	0.85	1.80	1.30

본 발명에 의한 폴리에스터 극세 필라멘트사는 개선된 냉각장치에 의해 토출 폴리머가 균일한 조건하에서 급냉되고, 외부 간섭기류에 의한 사 유동이 최소화 되어 균제도 및 방사 작업성이 양호하고, 단면 변동율이 우수한 극세 필라멘트 연신사를 얻을 수 있게 되었다.

Claims (4)

1. 방사 노즐에서 토출된 폴리머를 원통형 냉각공기 공급장치를 갖는 냉각장치로 냉각하고, 급유하고, 연신 및 열처리하여 극세 필라멘트 연신사를 제조함에 있어서,

   a) 고유점도 0.640∼0.670인 폴리에스터 폴리머를 사용하여 노즐내 방사공의 개수가 50∼500개인 방사노즐(1)을 통해, 방사공의 분당 토출량이 0.10∼2.0g/min. hole이 되도록 하고, 방사 분위기의 온도를 300℃∼380℃로 하는 단계;

   b) 냉각공기 토출부(14), 냉각공기 공급부(18), 냉각공기 공급배관, 전면커버, 후면 천공판으로 구성되고, 상기 냉각공기 토출부(14)는 고정봉(4), 상부캡(12), 냉각필터(13), 하부홀더(16)로 구성되며 고정봉(4)에 의해 보온길이를 조절하며, 상기 냉각필터(13)는 금속입자 소결체로 만들어져 그 입자의 크기를 제어함으로써 냉각공기(3)의 풍속을 제어, 교체하며, 상기 냉각공기 공급부(18)는 냉각공기 토출부(14)에 냉각공기(3)를 공급하는 부분으로, 방사노즐(1)에서 토출되는 폴리머와 접촉시 사(絲)의 손상이 없도록 고순도의 세라믹 가이드(15)가 부착되고, 상기 냉각공기 공급 배관부위는 냉각공기(3)의 공급시 압력 손실을 최소화하기 위해 그 길이를 100내지 500mm인 전면커버와 냉각장치의 전후 동작에 간섭되지 않는 후면 천공판이 외부기류에 의한 영향을 최소화하도록 냉각장치의 전면과 후면에 설치된 냉각장치를 사용하여, 냉각공기 토출부(14)에 냉각공기(3)를 유입하고, 상기 금속입자의 소결체로 구성된 냉각필터(13)의 금속입자 크기를 조절하여 냉각공기(3)의 풍속 분포를 균일하게 하는 동시에, 고정봉(4)이 상부캡(12) 위로 튀어나온 길이를 조절하여 방사노즐(1)에서 토출되는 고온의 용융 폴리머를 균일한 조건하에서 토출된 폴리머를 균일하게 급냉시키는 단계;

   c) 상기 방사노즐(1) 직하 700∼1600mm 위치에서 급냉된 폴리머에 급유를 한 다음, 1차 롤러(7)와 2차 롤러(8) 및 3차 롤러(9) 사이에서 공지의 방법으로 연신 및 열처리하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각장치는 권취기(11)의 사절 또는 실걸이 실패시 작동하는 센서에 전기적으로 연결되어 사절 또는 실걸이 실패시 방사노즐(1)에 서 폴리머의 토출을 중단하도록 동작하며, 상기 동작은 2개의 에어 실린더에 의해 전후동작 및 상하동작하며 방사노즐 표면의 중앙부의 고정봉(4)에 의해 고정되어 있는 것임을 특징으로 하는 폴리에스터 극세 필라멘트 연신사의 제조방법.

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