KR100583366B1

KR100583366B1 - 도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR100583366B1
Application number: KR1020040118130A
Authority: KR
Inventors: 정호규; 이태균; 권익현
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-05-26
Also published as: CN1796623A; CN1796623B

Abstract

본 발명은 전도성이 우수한 도전성 복합섬유의 제조방법에 관한 것으로, 열가소성 고분자에 도전제로 카본나노튜브(Carbon nano tube) 를 분산시킨 조성물의 도전성분을 심성분으로 하고, 비도전성 섬유형성성분을 초성분으로 하여 편심형 단면을 갖도록 복합 방사한 뒤 열연신하여 전도성이 우수한 도전사를 제조한다.

나일론, 도전성, 복합섬유, 카본나노튜브(carbon nano tube)

Description

도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법{Manufacturing method of conjugate fiber having high conductivity}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 복합섬유의 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1성분(초부) 2 : 제2성분(심부)

본 발명은 도전성 복합섬유에 관한 것이다.

폴리아미드섬유 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유 등의 합성섬유는 일반적으로 정전기가 발생하여 대전하기 쉬운 단점을 가지고 있다. 이러한 결점을 극복하기 위하여 합성섬유에 도전성을 가지게 하는 방법을 생각할 수 있다. 그 대표적인 방법으로써 열가소성 고분자에 도전제로서 카본나노튜브(Carbon nano tube)를 분산시킨 조성물의 도전성분과 비도전성 섬유형성성분을 복합 방사하여 도전성 복합섬유를 제조할 수 있다.

카본나노튜브는 지름 10 내지 100㎚, 길이 1 내지 40㎛ 정도이며, 일반적으로 5 내지 25중량%의 양으로 분산시킨다. 카본나노튜브를 분산시킨 중합체 중에서는 카본나노튜브가 접촉 또는 아주 가까워서 터널(Tunnel) 효과에 의하여 도전성이 발현된다. 카본나노튜브를 접촉 또는 아주 가깝게 하기 위해서는 카본나노튜브를 고농도로 분산시킬 필요가 있다.

한편, 도전성 복합섬유는 카페트나 무진의 등의 섬유제품 중에 혼용하여 사용하여 대전방지 성능을 부여하는 소재로 광범위하게 사용되고 있다. 정전기에 의한 컴퓨터의 오작동방지를 위하여는 실내에 깔려 있는 카펫트에는 일반의 카펫트에 비하여 높은 수준의 도전성능을 요구한다. 이러한 높은 도전성 섬유가 요구되는 용도에는 도전층이 섬유표면에 노출되어 있는 섬유(일본 공개특허공보 소57-25647) 또는 섬유표면 상에 도전성 물질을 코팅시킨 후, 가공한 후가공 도전성 섬유 또는 금속섬유가 사용되고 있다.

그러나 섬유표면 전체에 도전층이 노출되어 있는 복합섬유는 제사 시 및 후가공시에 주행되는 원사로부터 카본이 탈락되고, 공정통과성이 나쁘다는 문제점이 있었다. 또한 후가공 도전성섬유도 코팅한 도전성 물질이 탈락하기 쉬운 문제가 있으며, 금속섬유는 사용 중에 섬유가 피브릴화 하는 문제점이 있어 실용상 사용하기가 힘들다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 높은 도전성 섬유의 문제점이 없고, 제사성도 양호 하며 동시에 도전성 물질의 탈락에 의한 도전성능의 저하 및 피브릴화라는 사질상의 문제도 없는 도전성이 우수한 복합섬유를 제조하는 제조방법을 제공하는 것이다. 즉, 열가소성 고분자에 도전제로 카본나노튜브를 분산시킨 조성물의 도전성분과 비도전성 섬유형성성분을 편심 심초형으로 복합 방사하여 도전성 복합섬유를 제조한다.

본 발명에 따른 도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법은, 복합섬유의 제조에 있어서, (1) 열가소성 고분자에 도전성 카본나노튜브를 5 내지 25중량%의 양으로 배합시키는 조성물준비단계; 및 (2) 상기 조성물준비단계에서 준비된 조성물을 심부로 하고, 비도전성 섬유형성성분을 초부로 하여 복합 방사하는 방사단계;들을 포함하여 이루어진다.

즉, 본 발명은 도전성이 우수한 복합섬유를 제조하는 것에 관한 것으로, 열가소성 고분자에 도전제로 카본나노튜브를 분산시킨 조성물의 도전성분을 심부로 하고, 비도전성 섬유형성성분을 초부로 하여 복합 방사하여 도전성이 우수한 복합섬유를 제조한다.

카본나노튜브는 지름 10 내지 100㎚, 길이 1 내지 40㎛ 정도이며, 일반적으로 5 내지 25중량% 분산시키며, 좋기로는 7 내지 15중량%의 범위가 성능면과 비용 대비 성능 측면에서 유리하다. 카본나노튜브를 분산시킨 중합체 중에서는 카본나노튜브가 접촉 또는 아주 가까워서 터널 효과에 의하여 도전성이 발현되게 된다. 카본나노튜브를 접촉 또는 아주 가깝게 하기 위해서는 카본나노튜브를 고농도로 분산시킬 필요가 있다고 생각된다.

카본나노튜브를 7중량% 이하의 양으로 분산시키면 만족하는 도전성을 나타내지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 25중량%를 초과하여 함유하면 도전성은 우수하나, 고가의 카본나노튜브의 다량 함량에 따라 비용이 많이 들고, 카본나노튜브를 고르게 분산시키는데 어려움이 있게 되는 문제점이 있을 수 있다. 한편 카본나노튜브를 함유한 심성분과 일반 고분자인 초성분의 복합비는 초부:심부 = 5:95 내지 20:80의 범위로 한다. 복합비가 5:95 이하인 경우에서는 도전성능이 낮아 만족하지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 20:80을 초과하는 경우에는 방사작업성이 불량하여 섬유제조에 어려움이 있게 되는 문제점이 있을 수 있다. 이러한 구조를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 초부(1)와 심부(2)를 구성하되, 초부(1)는 비전도성 부분이 되고, 심부(2)는 카본나노튜브를 포함하여 전도성 부분이 된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예 1

도 1과 같은 단면을 갖는 필라멘트를 제조하기 위하여 제2성분을 카본나노튜브를 함유한 도전성 열가소성 중합물체로 하고, 제1성분을 황산 상대점도 3.0의 일 반 나이론 6으로 복합방사하였다. 제1성분:제2성분의 복합비는 90:10이며 편심형 노즐에서 초부는 일반 나일론 6이고, 심부는 카본나노튜브를 7중량% 함유한 도전성 나일론으로 하였다. 방사구금을 통하여 토출되는 폴리머를 1,000m/min의 속도로 권취하여 180 데니어 6필라멘트의 미연신사를 만든 후, 열연신하여 60 데니어 6필라멘트의 연신사를 제조하였다. 이렇게 하여 얻은 나일론 도전성 복합섬유의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2

제2성분에 사용된 도전성 열가소성 중합물체의 카본나노튜브의 함량을 15중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예 1

제2성분에 사용된 도전성 열가소성 중합물체의 카본나노튜브의 함량을 4중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예 2

제2성분에 사용된 도전성 열가소성 중합물체의 카본나노튜브의 함량을 30중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예 3

제1성분(초부):제2성분(심부)의 복합비를 96:4로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예 4

제1성분(초부):제2성분(심부)의 복합비를 75:25로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

	카본나노튜브 (%)	복합비	방사작업성	도전성능 (Ω/㎝)
실시예 1	7	90 : 10	양호	8.5 X 10⁶
실시예 2	15	90 : 10	양호	4.5 X 10⁶
비교예 1	4	90 : 10	양호	2.0 X 10⁸
비교예 2	30	90 : 10	불량	1.0 X 10⁶
비교예 3	7	96 : 4	양호	1.5 X 10⁸
비교예 4	7	75 : 25	불량	4.0 X 10⁶
* 복합비는 제1성분(초부)과 제2성분(심부)의 토출비임.

따라서 본 발명에 의하면 편심 심초형 복합섬유를 제조함에 있어서, 도전성 카본나노튜브를 5 내지 25중량%의 양으로 배합시킨 도전성 열가소성 고분자를 심부로 하고, 비도전성 열가소성 고분자를 초성분으로 하여 복합비를 심부:초부 = 5:95 내지 20:80로 하여 도전사를 만들 수 있으며, 그에 의해 도전성이 우수한 도전사를 제공하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명 백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

복합섬유의 제조에 있어서,

(1) 열가소성 고분자에 도전성 카본나노튜브를 5 내지 25중량%의 양으로 배합시키는 조성물준비단계; 및

(2) 상기 조성물준비단계에서 준비된 조성물을 심부로 하고, 비도전성 섬유형성성분을 초부로 하여 복합 방사하는 방사단계;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 비도전성 열가소성 고분자가 폴리아미드 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 것을 특징으로 하는 도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

심부와 초부의 복합비가 심부:초부 = 5:95 내지 20:80의 범위 이내임을 특징으로 하는 도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법.
상기 청구항 제1항 내지 제3항들 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되어지는, 열가소성 고분자에 도전성 카본나노튜브를 5 내지 25중량%의 양으로 배합시키 서 이루어진 조성물을 심부로 하고, 비도전성 섬유형성성분을 초부로 하여 이루어짐을 특징으로 하는 도전성이 우수한 복합섬유.