KR100575353B1 - 이형단면사 제조용 방사구금 및 이를 이용한 이형단면섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 열가소성 폴리머를 이용하여 방사구금의 이형화와 극세화을 통해 직물 또는 편물의 촉감을 부드럽게 하고, 원사간의 공극을 최소화함으로써 보온성 및 차폐성이 요구되는 무진의(無塵衣) 또는 스포츠 의류 제조에 적합한 극세 이형단면사용 방사구금 및 이를 이용한 이형단면 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 열가소성 폴리머 방사용 구금에 있어서, 단면이 ―자형 또는 1개 이상의 요철부를 갖는 슬리트형의 천공 홀(hole)로 구성되고 하기 식(1) 및 식(2)를 동시에 만족하며 천공된 홀(hole) 수는 식(3)을 만족함을 특징으로 하는 이형단면사용 방사구금 및 이 방사구금을 이용하여 열가소성 폴리머를 280∼300℃에서 아래 식(4)을 만족하도록 방사함을 특징으로 하는 이형단면 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

0.05 ≤ Wn ≤ 0.15 ........................ (1)

5 ≤ Ln/Wn .............................. (2)

Hn/An ≤ 0.03 .......................... (3)

위 식에서 Wn: 슬리트 폭(㎜),

Ln: 슬리트 길이(㎜)를 나타내고,

Hn: 천공된 홀(hole) 수,

An: 천공가능한 구금의 면적이다.

5 ≤ Qn ≤ 20 ............................ (4)

다만, Qn은 천공된 단위 면적당 폴리머의 토출량(g/min.㎟)을 나타낸다.

Description

이형단면사 제조용 방사구금 및 이를 이용한 이형단면 섬유의 제조방법{Spinneret for shaped filament yarn and manufacturing method of shaped filament fiber}

도 1은 본 발명에 사용된 "―자형" 토출홀의 개략도이고,

도 2는 2개의 요철부를 갖는 "―자형" 토출홀의 개략도이고,

도 3은 3개의 요철부를 갖는 "―자형" 토출홀의 개략도이고,

도 4는 4개의 요철부를 갖는 "―자형" 토출홀의 개략도이고,

도 5는 본 발명에 사용된 구금의 측면도이고,

도 6은 본 발명 이형단면섬유의 편평도를 설명하는 설명도이고,

도 7은 본 발명 방사공정의 1예를 나타낸 공정개략도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1; 구금 (spinneret) 2; 냉각챔버

3; 급유 가이드 (oil guide) 4; 고뎃롤 1(godet roll 1)

5; 고뎃롤 2 (godet roll 2) 6; 고뎃롤 3 (godet roll 3)

7; 분리롤 (seperate roll) 8; 원사 (cake)

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 열가소성 폴리머를 이용하여 방사구금의 이형화와 극세화을 통해 직물 또는 편물의 촉감을 부드럽게 하고, 원사간의 공극을 최소화함으로써 보온성 및 차폐성이 요구되는 무진의(無塵衣) 또는 스포츠 의류 제조에 적합한 극세 이형단면사용 방사구금 및 이를 이용한 이형단면 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

산업의 고도화에 따라 차폐성 및 내(耐) 발진성이 요구되는 무진의(無塵衣) 와 통기성과 경량감이 요구되는 골프용 의류 또는 스키복 등 기능성이 요구되는 의류용 섬유의 수요가 격증하고 있다.

차폐성, 통기성 및 경량감은 일반적으로 직물의 경사 및 위사의 밀도가 고밀도인 경우에 요구되어지는 특성으로, 고밀도 직물 제직용으로 사용되는 원사는 일반적으로 단사 섬도가 1.0데니어 이하의 원형단면 극세사를 사용하는 경우가 많다.

이 경우, 단사 섬도가 1.0데니어 이상인 일반사를 사용하면, 직물의 촉감이 거칠어지고, 차폐성이 떨어지며 착용감이 불량해지는 문제점이 있다.

일반적으로 동일한 경사 및 위사 밀도에서 동일한 섬도의 원사를 사용할 경우에 단사 섬도가 적을수록 즉 필라멘트수가 많을수록 직물의 차폐성과 착용감은 향상되는 특성이 있다. 일반적으로 극세사를 사용하여 고밀도 직물을 제직하는 경우에는 소재 원사의 가격이 고가이고, 제직 작업성이 까다로워 품질이 불량해지는 문제가 있을 수 있다.

또한, 일반 극세사의 경우에는 제직후에 필라멘트의 편평화에 의한 광택때문에 직물의 품위가 떨어지게 되는 경우가 있으며, 이를 해소시키기 위해서 가연가공을 하여 광택을 감소시키는 방법이 이용되고 있으나, 가공비 및 수율 때문에 제조원가가 상승하게 되고, 또 가공사의 경우에는 강도 저하로 인하여 마찰에 의한 내발진(耐拔塵) 특성이 불량해지는 문제점이 있다.

본 발명은 직물 또는 편물의 요구특성에 따라 광택, 촉감, 차폐성, 통기성 및 흡수성 등 제반 특성을 선택적으로 갖도록 하고, 편평 단면을 가지는 1.0데니어 이하의 극세(極細) 이형단면사의 제조에 있어서, 일반 방사설비에 의해 생산이 가능하고, 설비의 개조를 위한 추가 투자의 필요성이 없으며, 소광(消光)을 위한 가공공정의 추가 없이 직접적으로 소망의 이형단면 섬유를 제조하는 방법과 이 이형단면사를 제조하는데 사용되는 방사구금을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명자는 방사구금을 개량하고, 방사조건 및 냉각조건을 최적화함으로써 위와 같은 과제를 해결할 수 있게 되었다.

본 발명의 제 1 발명은 도 1 내지 도 4와 같이, 단면이 ―자형 또는 1개 이상의 요철부를 갖는 슬리트 형태로 천공되고, 하기의 식을 만족함을 특징으로 하 는 이형단면사용 방사구금을 사용하여 얻게 된다. .

0.05 ≤ Wn ≤ 0.15 ................... (1)

5 ≤ Ln/Wn ....................... (2)

단, 상기 식에서 Wn : 슬리트의 폭 (㎜)

Ln : 슬리트 길이 (㎜) 이다.

본 발명의 제 2 발명은 방사구금에 있어서, 천공된 홀(hole) 수가 하기의 식을 만족함을 특징으로 하는 이형단면사용 방사구금을 사용하여 얻게 된다.

Hn/An ≤ 0.03 ...........................(3)

단, 상기 식에서 Hn : 천공된 홀(hole) 수

An : 천공 가능한 구금의 면적 (㎟) 이다.

또한, 본 발명의 제 3 발명은 식(1)∼식(3)을 만족하는 이형단면사용 방사구금을 사용하고, 열가소성 폴리머를 280∼300℃의 온도에서 아래 식(4)을 만족하도록 방사함을 특징으로 하는 이형단면섬유의 제조방법인 것이다.

5 ≤ Qn ≤ 20......................... (4)

단, 상기 식에서 Qn : 천공된 단위 면적당 폴리머의 토출량

(단위: g/min.㎟)

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 ―자형 또는 1개 이상의 요철부를 갖는 슬리트 형태의 구금으로, 상기 식(1) 및 식(2)를 만족하는 이형 단면사용 구금을 사용한다. 즉, 본 발명에서 사용하는 구금은 그 슬리트 폭(Wn)이 0.05㎜ 이상, 0.15㎜ 이하이고, 슬리트 폭에 대하여 슬리트 길이의 비율이 5를 초과하는 방사구금을 사용한다. 슬리트의 폭이 0.05㎜ 보다 작아지면 슬리트 제작시 정밀도가 떨어지게 되고, 구금 세척이 매우 어렵게 되어 바람직하지 못하며, 슬리트 폭이 0.15㎜를 초과하는 경우에는 원사의 편평비가 3.0 이상인 극세 편평사의 제조가 불가능하게 된다.

원사의 편평비 즉 폭에 대한 길이의 비가 3.0 이상인 ―자형 단면 또는 1개 이상의 요철부를 갖는 편평 단면사용 구금의 슬리트는 식(2)을 만족하여야 하며, 보다 바람직하게는 Ln/Wn의 비율이 6.0을 초과하는 경우가 좋다.

또한, 본 발명 이형단면사는 도 7과 같은 일반 방사설비를 이용하여 직접방사 및 연신공법으로 극세사를 제조할 수 있다.

극세사 제조에 있어서, 방사의 안정성 및 일정한 품질을 확보하기 위해서는 균일한 냉각이 필수조건이다. 특히, 편평단면을 갖는 극세사 제조의 경우에는 균일한 냉각을 위해서 슬리트형태의 천공 홀(hole) 밀도를 식(3)을 만족토록 설계하여야 한다.

본 발명에서 천공 홀(hole)의 밀도가 0.03개/㎟을 초과하면 외란이 없는 안정된 풍속에서 냉각 불균일에 의해 태사와 세사가 혼재된 원사를 얻게 되며, 이를 개선하기 위해 냉각공기의 풍속을 올릴 경우에는 구금의 냉각과 구금 하부에서의 자연 연신점 변동으로 방사 작업성이 불량하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 편면 냉각방식에 있어서, 극세 편평사용 구금의 홀 밀도는 0.03개/ ㎟ 이하가 되어야 하고, 보다 우수한 품질과 안정된 작업성을 얻기 위해서는 0.025개/㎟가 바람직하다. 슬리트형의 단위 홀(hole) 에서 단위 면적당 폴리머의 토출량은 식(4)을 만족하여야 한다. 단위 면적당 폴리머 토출량(Qn)이 5g/min.㎟ 이하인 경우에는 토출량이 적어서 폴리머의 토출상태가 불균일하고, 이로 인하여 방사 작업성이 매우 불량해지는 폐단이 있으며, 폴리머의 균일한 토출을 위해 토출량을 20g/min.㎟ 이상으로 설계할 경우, 홀의 미세가공이 필요하고 양산을 위한 다량의 구금 제작에 한계를 가져 올뿐만 아니라 구금의 제작비가 상승하게 되는 문제점이 있다.

특히, 미세가공을 할 경우에는 제작시 발생하는 이물에 의한 막힘 현상이 일어나 구금 제작에 있어 불량율 발생이 높아지고, 이로 인하여 폴리머의 토출을 방해하여 방사 작업성 및 사의 품질 불량을 초래하게 된다.

슬리트형의 천공된 홀(hole)의 최적 토출량은 미연신사의 편평비와 연신사의 편평비가 동일할 때 최적의 방사성과 품질을 확보할 수 있다. 통상 토출량이 적어 폴리머의 토출량이 불안정할 경우, 미연신사의 편평비가 연신사의 편평비 보다 작아지는 특성을 나타낸다.

따라서, 우수한 작업성 및 품질의 확보를 위해서 토출량(Qn)은 7g/min.㎟∼

15g/min.㎟ 수준이 가장 바람직하다. 구금에서 토출된 사는 냉각풍에 의해 고화되며, 이때 냉각풍의 온도는 19∼25℃가 되도록 조절하고, 풍속은 0.2∼0.50m/sec 범위가 되도록 조절한다. 고화된 사는 구금 표면에서 800∼1400㎜ 아래에 설치된 오일가이드에서 방사유제로 처리된다. 이때 방사유제로는 하이멀티사(high multi- yarn)에 사용되는 일반 유제로 처리하고, 목적하는 원사의 품종에 따라 오일가이드 타입 및 오일가이드 위치를 변경할 수 있다.

도 7의 고뎃롤 1(godet roll 1)과 고뎃롤 2(godet roll 2)에서 연신에 필요한 온도, 즉 폴리에스터의 글라스전이온도 이상으로 열을 받고, 고뎃롤 1(godet roll 1)과 고뎃롤 3(godet roll 3)과의 표면속도차에 의해 연신된 후, 고뎃롤 3에서 열처리되고, 4,000m/min 이상 6,000m/min 이하의 속도로 권취한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.

실시예

실시예에서 얻어진 값은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

(1) 섬도, 강도 및 신도는 JIS L1013법으로 측정하였다.

(2) 원사 단면의 편평비는 원사 단면의 폭(Wf)에 대한 길이(Lf)의 비율로 측정하였으며, 요철형태의 단면에서는 도 6와 같이 요(凹)부의 폭을 기준 하였다.

(3) 방사 작업성은 풀보빈율(Full bobbin ratio) 로 평가하였다.

○: 95% 이상

△: 90% 이상∼95% 미만

×: 90% 미만

(4) 단면 변동율은 평균 단면적에 대한 편차의 비로 평가하였으며, 분석기는 Bright instrument Co. Ltd.의 "Optiphot-2 Model"과 "Image Analyzer"를 사용하였다.

○: 10% 미만

△: 10% 이상 ∼ 13% 미만

×: 13% 이상

실시예 1

극한점도(η)=0.652 수준의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 도 4와 같이 4개의 요철부를 가지는 슬리트 폭(Wn)이 0.09㎜이고, 슬리트 폭(Wn)과 슬리트 길이(Ln)의 비가 7이며, 천공된 홀 밀도(Hn/An)가 0.02hole/㎟인 슬리트로 천공된 구금을 사용하여 단위 면적당 토출량 10.0g/min.㎟ 수준으로 방사하였다.

방사된 사는 편면 냉각방식으로 0.4m/sec의 풍속으로 냉각시켰다. 고화된 도 7의 공정에서 고뎃롤 1과 고뎃롤 2에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여하고, 1.75배로 연신한 다음 고뎃롤 3에서 123℃로 열처리한 후 5,000m/min 속도로 권취하여 편평 단면을 가지는 연신사 (75de/72f)를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

실시예 2

극한점도(η)=0.652 수준의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 도 3와 같이 3개의 요철을 가지는 슬리트 폭(Wn)이 0.08㎜이고, 슬리트 폭(Wn)과 슬리트 길이(Ln)의 비가 6이며, 천공된 홀 밀도(Hn/An)가 0.02hole/㎟인 슬리트로 천공된 구금을 사용하여 단위 면적당 토출량 8.9g/min.㎟ 수준으로 방사하였다.

방사된 사를 편면 냉각방식으로 0.35m/sec의 풍속으로 냉각시켰다. 고화된 사는 도 7의 공정에서 고뎃롤 1과 고뎃롤 2에서 80℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후, 1.72배로 연신하고, 고뎃롤 3에서 122℃로 열처리하고, 4,500m/min의 속도 로 권취하여 편평 단면을 가지는 연신사 (50de/72f)를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

실시예 3

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 도 2와 같이 2개의 요철부를 가지는 슬리트 폭(Wn)이 0.08㎜이고, 슬리트 폭(Wn)과 슬리트 길이(Ln)의 비가 6이며, 천공된 홀 밀도(Hn/An)가 0.02hole/㎟인 슬리트로 천공된 구금을 사용하여 단위 면적당 토출량 6.6g/min.㎟ 수준으로 방사하였다.

방사된 사는 편면 냉각방식으로 0.3m/sec의 풍속으로 냉각하였다. 고화된 사는 도 7의 공정에서 고뎃롤 1과 고뎃롤 2에서 80℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후 1.72배로 연신하고, 고뎃롤 3에서 122℃로 열처리하고, 4,500m/min의 속도로 권취하여 편평 단면을 가지는 연신사 (50de/96f)를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

비교예 1

극한점도(η)=0.652 수준의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 도 1과 같이 요철이 없는 슬리트 폭(Wn)이 0.08㎜이며, 슬리트 폭(Wn)과 슬리트 길이(Ln)의 비가 6이고, 천공된 홀 밀도(Hn/An)가 0.04hole/㎟인 슬리트로 천공된 구금을 사용하여 단위 면적당 토출량 6.6g/min.㎟ 수준으로 방사하였다. 방사된 사는 편면 냉각방식으로 0.3m/sec의 풍속으로 냉각하였다. 고화된 사는 도 7의 공정에서 고뎃롤 1과 고뎃롤 2에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여한후 1.69배로 연신하고, 고뎃롤 3에서 123℃로 열처리한 다음 4,500m/min의 속도로 권취하여 편평 단면을 가지는 연신사 (75de/144f)를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

비교예 2

극한점도(η) = 0.652 수준의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 도 1과 같이 요철이 없는 슬리트 폭(Wn)이 0.08㎜이며, 슬리트 폭(Wn)과 슬리트 길이(Ln)의 비가 4이고, 천공된 홀 밀도(Hn/An)가 0.04hole/㎟인 슬리트로 천공된 구금을 사용하여 단위 면적당 토출량이 10.0g/min.㎟ 수준으로 방사하였다.

방사된 사는 편면 냉각방식으로 0.3m/sec의 풍속으로 냉각하였다. 고화된 사는 도 7의 공정에서 고뎃롤 1과 고뎃롤 2에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후 1.69배로 연신하고, 고뎃롤 3에서 123℃로 열처리한 다음 4,500m/min의 속도로 권취하여 편평 단면을 가지는 연신사 (75de/144f)를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

비교예 3

극한점도(η)=0.652 수준의 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 방사온도 285℃로 도 1과 같이 요철이 없는 슬리트 폭(Wn)이 0.08㎜이며, 슬리트 폭(Wn)과 슬리트 길이(Ln)의 비가 10이고, 천공된 홀 밀도(Hn/An)가 0.04hole/㎟인 슬리트로 천공된 구금을 사용하여 단위 면적당 토출량 4.0g/min.㎟ 수준으로 방사하였다.

방사된 사는 편면 냉각방식으로 0.3m/sec의 풍속으로 냉각하였다. 고화된 사는 도 7의 공정에서 고뎃롤 1과 고뎃롤 2에서 81℃로 연신에 필요한 온도를 부여한 후 1.69배로 연신하고, 고뎃롤 3에서 123℃로 열처리한 다음 4,500m/min의 속도로 권취하여 편평 단면을 가지는 연신사 (75de/144f)를 얻었다. 얻어진 연신사의 물성 및 특성을 표 1에 나타내었다.

[표 1]

구분	항목	단위	실시예1	실시예2	실시예3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
방사구금 및 방사조건	Wn	㎜	0.09	0.08	0.08	0.08	0.08	0.08
	Ln/Wn	­	7	6	6	6	4	10
	토출량 (Qn)	g/min.㎟	10.0	8.9	6.6	6.6	10.0	4.0
	Hn/An	holes/㎟	0.02	0.02	0.02	0.04	0.04	0.04
원사물성	섬도	de	73.94	49.63	49.52	73.47	74.34	-
	강도	g/de	4.48	4.37	4.30	4.35	4.23	-
	신도	%	27.53	26.48	25.6	24.42	25.30	-
	편평비 (Lf/Wf)	­	4.0	3.5	3.5	2.0∼3.0	1.5	-
공정품질	작업성	­	○	○	△	△	○	권취 불가
	단면변동	­	○	○	○	×	×	­

※ Wn : 구금에서의 슬리트 폭

Ln : 구금에서의 슬리트 길이

Qn : 슬리트의 단위 면적당 토출되는 폴리머량

Hn : 구금에 천공된 슬리트의 홀(hole) 수

An : 구금에서의 천공 가능한 면적

Wf : 단사(單絲) 단면의 폭

Lf : 단사(單絲) 단면의 길이

본 발명에 의하면, 단사 섬도가 1.0de 이하인 극세 편평사를 안정적으로 생 산할 수 있게 된다. 반도체 제조공정 및 LCD 또는 PDP 제조공정 등 청정환경에서 착용하는 무진의(방진복)등에 극세 편평사를 사용할 경우, 방진특성을 향상시킬 수 있고, 또한 방수기능을 요하는 스포츠 케주얼 의류나 코트(Coat)의 경우에는 통상적으로 우레탄 코팅공법을 실시하고 있으나, 본 발명의 극세 편평사를 사용할 경우에는 코팅을 하지 않고 충분한 방수특성을 가질 수 있어서 직물의 품위를 향상시키고 또한 환경오염이나 원가경쟁력의 우위 확보가 가능한 이점이 있다.

Claims (3)

1. 일정한 단면을 가지고 하기 식(1)을 만족하는 이형단면 섬유용 방사구금에 있어서,

   상기 단면이 ―자형 또는 1개 이상의 요철부를 가지는 슬리트형으로 천공된 홀(hole)로 구성되고, 하기 식(2)를 동시에 만족함을 특징으로 하는 이형단면사용 방사구금.

   0.05 ≤ Wn ≤ 0.15 ........................ (1)

   5 ≤ Ln/Wn ............................. (2)

   단, 상기 식에서 Wn : 슬리트 폭 (㎜)

   Ln : 슬리트 길이(㎜)
2. 청구항 1에 있어서, 천공된 홀(hole) 수가 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는 이형단면사용 방사구금.

   Hn/An ≤ 0.03 ............................(3)

   단, 상기 식에서 Hn : 천공된 홀(hole) 수

   An : 천공 가능한 구금의 면적 (㎟)
3. 청구항 1 및 2에 기재된 방사구금을 이용하여 열가소성 폴리머를 280∼300℃에서 아래 식(4)을 만족하도록 방사함을 특징으로 하는 이형단면 섬유의 제조방법.

   5 ≤ Qn ≤ 20 ..................... (4)

   상기 식에서 Qn : 천공된 단위 면적당 폴리머의 토출량

   (단위 : g/min.㎟)

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