상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (A) 에틸렌-2,6-나프탈레이트 단위를 95 몰% 이상 함유하고 고유점도가 0.80 내지 1.20 범위인 고상중합 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 칩을 용융방사하여 용융방출사를 생성하는 단계; (B) 이 용융방출사를 지연냉각구역 및 냉각구역을 통과시켜 고화 및 권취하는 단계; (C) 상기 권취된 미연신사를 연신 롤러의 지름이 내부로부터 외부로 증가하도록 제작된 제 1연신 롤러에서 연신을 수행하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되어, (a) 인장 강도 : 8.0 내지 10.0g/d, (b) 파단 신도 : 6.0 내지 15.0 %, (b) 영율(Young's modulus) : 2,500kg/mm 이상, (c) 150℃에서의 건열 수축율 : 1 내지 4% 의 물성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 연신 롤러에서 설정한 온도 구배의 내측 온도가 120 내지 140℃이며, 외측 온도가 150 내지 170℃로 3 내지 7℃씩 순차적으로 증가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 연신 롤러에서 롤러의 지름이 내부로부터 외부로 1 내지 10% 증가하는 것이 바람직하다.
이에 따른 본 발명은, 나프탈렌 다키르복실레이트 단위를 90mol%이상 함유하고, 또한 고유점도가 0.80 내지 1.5인 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 중합물을 방사구금을 통하여 용융 방사하여 지연 냉각영역과 급속 냉각영역을 통과시키고, 1방사속도가 1000m/min 이하인 제 1 롤러에 4 내지 8회 감아 회전시키고(predraw), 이어서 2,000 내지 3,500m/min으로 회전하는 제 2 연신 롤러에 4 내지 8회 감아서 1단계 연신을 수행한 다음, 당해 연신사를 2,500 내지 4,000m/min으로 회전하는 제3연신 롤러에 4 내지 8회 감아 2단계 연신을 수행[여기서, 연신 배율은 1단계 연신이 전체 연신 배율의 60 내지 95%가 된다]하며, 또한 이렇게 하여 수득한 2단계 연신사를 2,400 내지 3,950m/min으로 회전하는 제4 연신 롤러에 4 내지 8회 감아서 사에 부여된 장력을 완화시키면서 열고정시켜 고강도 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유를 작업성이 향상된 상태에서 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트는 주쇄의 나프탈렌 단위로 인하여 1차 전이온도와 2차 전이온도가 높으며, 높은 온도의 연신 롤러를 필요로 했으나, 일정 온도 이하에서는 연신성이 떨어지며, 일정 온도 이상에서는 사의 흔들림이 발생하여 작업성이 좋지 못하였다. 이에, 연신 롤러의 온도 구배 및 테이퍼링(tapering)을 통해 뛰어난 작업성과 생산성을 유지하면서, 최대의 연신성을 발휘하여 물성이 매우 우수한 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유를 제조하는 기술을 개발하기에 이르게 되었다.
제1 연신 롤러의 온도가 120℃ 미만인 경우에는 열연신이 어렵게 되어 작업성이 저하되는 반면, 제1 연신 롤러의 온도가 170℃를 초과하는 경우에는 연신 롤 러의 중간에서 사가 쳐지면서 흔들리게 된다.
이러한 제1 연신 롤러의 온도를 온도 구배의 최초 온도가 120 내지 140℃이며, 최종 온도가 150 내지 170℃로 3 내지 7℃씩 증가하도록 설정하고, 또한 롤러의 지름이 내부로부터 외부로 1 내지 10 % 증가하도록 하였는데, 최초 온도가 120℃ 미만이고 최종 온도가 150℃ 미만인 경우에는, 사에 열이 충분히 전달되지 못하여 연신성이 떨어지며, 최종 온도가 170℃를 초과하는 경우에는, 사가 제1 연신 롤러상에서 쳐지거나 흔들려서 균일한 연신을 수행할 수 없게 되며, 작업성 또한 나빠진다. 또한 롤러의 지름이 내부로부터 외부로 1 % 미만 증가하면 테이퍼링 효과가 미미하며, 20 % 초과하면 사에 장력이 과도하게 걸려 작업성 또한 나빠진다.
즉, 본 발명은 나프탈렌 디카르복실레이트 단위를 90mol% 이상 함유하고, 또한 고유점도가 0.68 내지 1.5인 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 중합물을 방사구금을 통하여 용융 방사하여 지연 냉각영역을 통과시키고, 120℃ 이하로 가열되고 방사속도가 1000m/min 이하인 롤러에 권취한 다음, 내부로부터 외부로 온도가 점점 높아지고 직경이 증가하는 제1 연신 롤러에 공급하여 5.0 이상의 전체 연신 배율로 다단계 연신하면서 열처리하여, 균일하고 기계적 특성과 열적 특성이 우수한 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유를 작업성이 향상된 상태로 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하에서 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 이들 실시예는 예시적인 의미에 한하며, 본 발명의 특허청구범위를 제한하고자 하는 것이 아님을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 섬유에 대한 각종 물성은 다음과 같은 방법으로 측정한다.
1. 강신도 시험
400mm의 연신사를 80tpm으로 꼬임을 준 후, 시료 길이를 250mm, 인장속도를 300mm/min, 초기 하중을 0.15 내지 0.20kg으로 하여 만능 인장 시험기에서 10회 측정하였다.
2. 건열 수축률 시험
테스트라이트(Testrite) MK 5를 사용하여 177℃에서 2분 동안 측정하였다. 이때, 초기 하중은 0.05g/d으로 하였다.
3. U%
게이속키가부시키가이샤(Keisokki K.K.)의 균제도 시험기(Eveness Tester)80 Type C를 사용하되, 하중을 0.05g/d으로 하여 50m/min의 속도로 2분30초 동안 측정하였다.
4. 시간당 사절수
시간당 사절수는 다음 수학식 1에 따라 계산한 값이다.
[수학식 1]
사절수 ÷(일·pos)
실시예1 및 실시예 2
나프탈렌 디카르복실레이트 단위를 90mol% 이상 함유하고 고유점도가 0.93인 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 중합물을 방사구금을 통하여 용융 방사하여 지연 냉각영역과 급속 냉각영역을 통과시키고, 110℃로 가열되고 각각 470m/min[실시예 1] 및 450m/min[실시예 2]으로 회전하는 공급 롤러에 4회 감아 회전시킨 다음, 135℃/140℃/150℃/155℃/160℃로 온도 구배가 설정되고 또한 롤러의 지름이 내부로부터 외부로 3 % 증가하도록 제작된 각각 490m/min[실시예 1] 및 470m/min[실시예 2]으로 회전하는 제1 연신 롤러에 6회 감아 회전시킨다. 이어서, 163℃로 가열되어 2600m/min으로 회전하는 제2 연신 롤러에 7회 감아서 1단계 연신을 수행하며, 다시 당해 연신사를 230℃로 가열되어 3100m/min으로 회전하는 제3 연신 롤러에 7회 감아서 2단계 연신을 수행한다. 이때, 연신 배율은 1단계 연신이 전체 연신 배율의 90%가 되며, 2단계 연신은 그 나머지가 된다. 또한, 이렇게 하여 수득한 2단계 연신사를 130℃로 가열되어 3070m/min으로 회전하는 롤러에 7회 감고, 사에 부여된 장력을 완화시키면서 열고정시킨다. 이렇게 하여 수득한 연신사의 특성은 다음 표 1에 기재되어 있는 바와 같다.
[표 1]
실시예 번호 |
1 |
2 |
고유점도(dl/g) |
0.93 |
제1 연신 롤러 온도 |
135/℃ 140/℃ 145/℃ 150/℃ 155℃ 160/℃ |
제1 연신 롤러 속도 |
490m/min |
470m/min |
제2 연신 롤러 속도 |
2800m/min |
2800m/min |
강도(g/d) |
9.8 |
10.2 |
신도(%) |
8.7 |
8.3 |
건열 수축률(%) |
3.0 |
2.8 |
U% |
1.2 |
1.1 |
시간당 사절수(작업성) |
0.1 |
0.1 |
실시예3 및 실시예 4
나프탈렌 디카르복실레이트 단위를 90mol% 이상 함유하고 고유점도가 0.93인 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트 중합물을 방사구금을 통하여 용융 방사하여 지연 냉각영역과 급속 냉각영역을 통과시키고, 110℃로 가열되고 각각 470m/min[실시예 3] 및 450m/min[실시예 4]으로 회전하는 공급 롤러에 4회 감아 회전시킨 다음, 롤러의 지름이 내부로부터 외부로 3 % 증가하도록 제작된 각각 490m/min[실시예 3] 및 470m/min[실시예 4]으로 회전하는 제1 연신 롤러에 6회 감아 회전시킨다. 이어서, 163℃로 가열되어 2600m/min으로 회전하는 제2 연신 롤러에 7회 감아서 1단계 연신을 수행하며, 다시 당해 연신사를 230℃로 가열되어 3100m/min으로 회전하는 제3 연신 롤러에 7회 감아서 2단계 연신을 수행한다. 이때, 연신 배율은 1단계 연신이 전체 연신 배율의 90%가 되며, 2단계 연신은 그 나머지가 된다. 또한, 이렇게 하여 수득한 2단계 연신사를 130℃로 가열되어 3070m/min으로 회전하는 롤러에 7회 감고, 사에 부여된 장력을 완화시키면서 열고정시킨다. 이렇게 하여 수득한 연신사의 특성은 다음 표 2에 기재되어 있는 바와 같다.
[표 2]
실시예 번호 |
3 |
4 |
고유점도(dl/g) |
0.93 |
제1 연신 롤러 온도 |
140/℃ |
제1 연신 롤러 속도 |
490m/min |
470m/min |
제2 연신 롤러 속도 |
2800m/min |
2800m/min |
강도(g/d) |
9.7 |
10.1 |
신도(%) |
8.7 |
8.3 |
건열 수축률(%) |
3.0 |
2.8 |
U% |
1.2 |
1.1 |
시간당 사절수(작업성) |
0.2 |
0.2 |
비교예1 내지 5
위의 실시예에서 제1 연신 롤러의 온도를 각각 130℃, 140℃, 150℃, 160℃ 및 170℃로 일정하게 설정하는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정과 동일하게 실시한다.
비교예 6 및 7
위의 실시예에서 제1 연신 롤러의 온도 구배를 변화시키는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정과 동일하게 실시한다.
[표 2]
비교예 번호 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
고유점도(dl/g) |
0.93 |
제1 연신 롤러 온도 |
130℃ |
140℃ |
150℃ |
160℃ |
170℃ |
강도(g/d) |
9.53 |
9.65 |
9.79 |
9.88 |
9.65 |
신도(%) |
7.9 |
7.9 |
8.3 |
8.7 |
9.1 |
건열 수축률(%) |
2.7 |
2.7 |
2.8 |
3.0 |
3.1 |
U% |
- |
1.4 |
1.4 |
1.3 |
- |
시간당 사절수(작업성) |
작업불가 |
1.0 |
0.4 |
0.3 |
작업불가 |
[표 3]
비교예 번호 |
6 |
7 |
고유점도(dl/g) |
0.93 |
제1 연신 롤러 온도 (℃) |
120/125/130/135/140/145 |
140/145/150/155/160/165 |
제1 연신 롤러 속도 |
490m/min |
490m/min |
제2 연신 롤러 속도 |
2600m/min |
2600m/min |
강도(g/d) |
9.6 |
9.3 |
신도(%) |
8.5 |
9.5 |
건열 수축률(%) |
2.9 |
3.2 |
U% |
1.5 |
1.6 |
시간당 사절수(작업성) |
0.3 |
0.4 |
비교예 1 내지 5에 있어서, 제1 연신 롤러의 온도가 150℃ 미만으로 낮은 경우에는, 연신성이 나빠져서 사절이 자주 발생하게 되며, 따라서 작업성이 좋지 않게 되는 한편, 제1 연신 롤러의 온도가 160℃를 초과하는 경우에는 제1 연신 롤러상에서 사가 쳐지거나 흔들려서 균일한 연신을 수행할 수 없게 되며, 적업성 또한 나빠진다.
비교예 8 및 7에 있어서, 온도 구배를 가지는 제1 연신 롤러의 최종 온도가 150℃ 미만인 경우에는 작업성이 좋지 못하며, 160℃를 초과하는 경우에도 작업성이 좋지 않게 된다.