KR100603702B1

KR100603702B1 - 고강력 폴리에스터 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR100603702B1
Application number: KR1020000086453A
Authority: KR
Inventors: 심동석; 김철; 박종현
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2006-07-20
Also published as: KR20020058380A

Abstract

본 발명은 고유점도가 1.0 이상인 폴리에스터 칩을 용융방사하고 연신한 후 저속권취하여 고강력 폴리에스터 섬유를 제조할 때 2단 연신후 3단 연신시에 450 ∼ 500℃의 공기를 30 ∼ 45°의 각도로 분사하여 연신함으로써 방사작업성이 우수하고 강력 이용율이 높은 고강력 폴리에스터 섬유를 제조하는 방법임.

고강력 폴리에스터 섬유, 3단 연신, 에어젯 노즐장치, 핀가이드

Description

고강력 폴리에스터 섬유의 제조방법{Process for producing a high tenacity polyester fibre}

도 1은 본 발명의 공정 개략도.

도 2는 본 발명에 사용되는 에어 젯 노즐장치의 개략도.

도 3은 본 발명에 사용되는 핀가이드 장치의 개략도.

본 발명은 타이어나 고무 보강벨트 등의 고무제품의 보강재 또는 산업용 로프에 사용되는 고강력 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

산업용으로 사용되는 폴리에스터 섬유의 강도를 높이는 유용한 방법으로는 고유점도 1.0 이상의 고점도 칩을 용융방사하고 복굴절율이 0.010 이하가 되도록 저속권취하여 얻은 미연신사를 1단 및 2단으로 직접 연신한 후 릴랙스를 시켜 권취하는 방법이 있다.

이 때 저속 권취로 미연신사의 배향도(복굴절율)를 낮추는 이유는 미연신사의 배향도가 낮을수록 고배율의 연신이 가능하기 때문이다.

그러나 이와 같은 1단 및 2단 연신으로는 사의 배향도를 극대화하기 어려워 고강도의 폴리에스터 원사를 얻는데 한계가 있다.

좀 더 강도를 높일 목적으로 2단 연신한 사를 다시 3단 연신하는 방법을 사용하나 통상의 방법으로 3단 연신하는 경우가 2단 연신을 통해 이미 결정화가 진행된 사를 다시 연신하는데 따르는 어려움으로 작업성이 좋지 못하고 다운 스트림 공정에서의 꼬임 및 열처리에 의한 강력 이용율이 급격히 저하되어 목적하는 고강력의 폴리에스터 원사를 얻기 어렵다.

또한 고온의 스팀을 제 1 고뎃롤러와 제 2 고뎃롤러 사이에 분사하여 연신점을 고정함으로써 연신효과를 높이고 사의 강력을 향상시키기 위한 방법 등이 있으나, 이는 스팀 분사노즐의 각도가 미연신사의 진행방향과 직각에 가까워 사의 흔들림이 크며, 연신시 소음발생등으로 인하여 공정상에 문제가 있다.

본 발명은 2단 연신 후 3단 연신할 때 연신이 용이하도록, 연신 사조에 고온의 공기를 분사함으로써 종래의 저속 다단연신시의 문제점이었던 연신불량과 이로 인한 강력이용율의 저하를 해결한 고강력 폴리에스터 섬유의 제조방법을 제공하는데 기술적 과제를 둔 것이다.

본 발명은 고유점도가 1.0 이상인 고점도 폴리에스터 칩을 용융방사하여 600m/분 이하의 저속으로 권취하여 저배향도의 미연신사를 얻은 다음 이를 고뎃롤러를 이용, 직접 연신함에 있어 통상의 방법으로 2단 연신을 행한 후 3단 연신부에서 고온의 공기를 노즐을 통하여 분사하여 연신비를 높일수 있게 함을 특징으로 하 는 고강도와 함께 높은 강력 이용율을 갖는 폴리에스터 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명을 예시 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

고유점도가 1.0 이상인 폴리에스터 칩을 용융방사하고 600m/분 이하의 속도로 권취하면서 미연신사의 배향도가 0.010 이하가 되도록 하여 제 1 고뎃롤러(1)와 제 2 고뎃롤러(2) 사이에서 예비연신을 한 다음 제 2 고뎃롤러(2)와 제 3 고뎃롤러(3) 사이에서 1단 연신을 실시하고 이어서 제 3 고뎃롤러(3)와 제 4 고뎃롤러(4) 사이에서 2단 연신을 하고 제 4 고뎃롤러(4)와 제 5 고뎃롤러(5) 사이에서 3단 연신을 한다.

1, 2단 연신을 거친 사는 결정화가 상당히 진행되어 있기 때문에 가열없이 그대로 3단 연신을 실시하면 작업성이 좋지 못하므로 3단 연신을 실시하는 제 4 고뎃롤러(4)와 제 5 고뎃롤러(5) 사이에서 고온의 공기를 제 2도의 에어젯 노즐장치(9)로 분사하여 연신한 다음 2 ∼ 5%로 릴랙스 시킨 후 권취한다.

공기의 온도는 노즐 직전의 온도(t₁)를 450 ∼ 500℃로 하는 것이 좋다.

만일 공기의 온도가 450℃ 미만이면 결정화된 사를 연신하기에 충분한 열을 부여할 수 없어 작업성 및 원사의 외관이 극히 불량해지고 500℃가 넘으면 사의 융착이 일어나게 되어 작업성이 저조해진다.

노즐 상부와 하부에서 접촉식 온도계로 측정한 결과는 노즐 상부에서 공기의 온도(t₂)는 280 ∼ 310℃가 적당하며 노즐 하부에서의 온도(t₃)는 50 ∼ 80℃가 적 당하다.

이보다 낮은 온도에서는 공기적용의 효과가 불충분하며 보다 높은온도에서는 사의 융착이 발생하게 된다.

상기 온도범위의 공기도 분사시 압력에 의하여 사가 떨리는 현상이 발생할 수 있으며, 이를 막기 위해서 노즐의 바로 밑에 도 3과 같은 모양의 핀가이드(10)를 설치하여 사의 넓은 단면을 분출공기에 평행하게 돌려주어 사의 떨림을 최소화하며 적절한 브레이킹 앵글(breaking angle)을 준다.

또한 사의 진행방향에 대한 공기의 분사각도(α)는 30 ∼ 45°로 하는 것이 사의 진행방향과 반대로 공기가 분출되어 사의 진행을 방해하는 현상을 막을 수 있다.

이와 같이 예각으로 공기를 분출하게 되면 기존의 스팀노즐 적용시 발생하는 소음이 감소되어 작업환경이 개선된다.

이와 같이 제조된 폴리에스터 사는 원사의 강도 및 강력 이용율이 현저하게 개선되며, U% 및 수축율이 개선되어 고무제품의 보강용 및 로우프용으로 널리 사용될 수 있다.

- 측정방법 -

1) 분사공기의 온도 : 분사 노즐부 직전의 온도(t₁)로 측정.

2) 강도 및 신도 : 시료장 25cm, 인장속도 300m/분의 조건에서 인장시험기로 측정하며, 타이어 코드용 코드 그립을 이용하여 측정

3) 연사 후 강력 : 원사 2가닥을 각각 490꼬임수/m의 상연과 하연을 부여하 여 인장시험기로 강력측정

4) 강력 이용율(%) : [연사강력/(원사강력 × 2)] × 100(%)

5) 사절율 : 한 위치에서 1시간 동안 발생한 사절 회수

6) HAS : 170℃, 30분 처리 후 수축율 측정

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2

고유점도 1.02의 폴리에스터 칩을 폴리머 온도 305℃로 지름 0.8mm, 구멍수 384개인 노즐을 통해 875g/분의 토출량으로 용융압출하여 15℃, 풍속 0.5m/분의 공기로 냉각 고화시킨 다음 집속시켜 오일링하고 500m/분의 속도로 미연신사를 권취하여 표 1의 조건으로 연신하였다.

각 실시예에서 가열공기는 3단 연신부에서 분사하였다.

< 표 1 >

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
연신비 (1단/2단/3단)	4.7/1.12/1.10	4.7/1.12/1.12	4.7/1.17/-	4.7/1.12/1.06
공기온도(℃)	480	500	-	-
공기압력(kg/㎠)	5.0	6.0	-	-
분사각도	45°	45°	-	-
릴랙스(%)	2	2	2	2
연신	3단 연신	3단 연신	2단 연신	3단 연신
데니어	1577	1563	1585	1559
원사강력(kg)	12.72	12.72	12.8	12.3
원사강도 (g/데니어)	8.10	8.14	8.10	8.31
원사신도(%)	11.91	11.64	11.86	11.74
연사후 강력(kg)	23.89	23.53	22.58	23.28
강력 이용율(%)	92.1	92.5	88.0	88.6
U(%)	0.74	0.65	0.89	0.85
HAS(%)	4.65	4.70	5.5	5.25

본 발명으로 제조한 폴리에스터 섬유는 강력 이용율이 향상되었으며, U%와 HAS면에서 우수한 사 특성을 나타내었다.

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5

방사 및 연신조건은 실시예 1, 2와 같은 방법으로 실시하였으며, 분사되는 공기의 온도를 400 ∼ 550℃까지 변경하면서 시험하였다.

이 때 공기의 분사각도는 45°로 조절하였다.

또한 비교예 5의 경우에는 에어젯 노즐장치(9)의 하부에 도 3의 핀가이드(10)를 부착하지 않고 실시하였다.

< 표 2 >

구분	실시예 3	실시예 4	비교예 3	비교예 4	비교예 5
공기온도(℃)	450	480	450	550	480
공기압력 (kg/㎠)	5	6	3	6	7
노즐상부 온도(℃)	293	299	234	334	299
노즐하부 온도(℃)	60	55	75	87	59
가이드	핀가이드	핀가이드	핀가이드	핀가이드	-
연신비	5.79	5.89	5.58	5.63	5.63
원사강도 (g/데니어)	9.60	9.80	9.20	융착발생 작업불가	사절다발 작업불가
원사신도(%)	12.5	12.3	13.2	융착발생 작업불가	사절다발 작업불가

공기온도가 450 ∼ 500℃ 이내인 경우 물성의 향상이 있음을 확인할 수 있으며, 노즐 상부의 측정온도가 280 ∼ 310℃, 노즐 하부의 측정온도가 50 ∼ 80℃ 범위에 있을 경우 물성의 증가가 현저함을 알 수 있다.

또한 비교예 5에서처럼 도 3의 핀가이드(10)가 없는 경우에는 사의 흔들림이 많아서 작업성이 저하되었다.

실시예 5, 6, 7 및 비교예 6, 7, 8

방사 및 연신 조건은 실시예 1, 2와 같은 방법으로 하였으며, 공기온도를 500℃, 압력을 5kg/㎠ 로 하여 사의 진행방향과 각도를 변경하면서 분사하여 각각의 조업성을 측정하였다.

< 표 3 >

구분	연신비	분사각도	노즐상부 온도(℃)	노즐하부 온도(℃)	사절율(%)
실시예 5	5.79	30	309	51	0.19
실시예 6	5.79	35	308	52	0.21
실시예 7	5.79	45	303	57	0.20
비교예 6	5.79	90	256	235	0.91
비교예 7	5.79	80	268	210	0.67
비교예 8	5.79	70	279	170	0.65

노즐의 각도가 30 ∼ 45°이고 노즐 상, 하부의 측정온도가 본 발명의 온도범위에 있을 때 작업성이 우수하였다.

본 발명은 3단 연신시에 고온의 공기로 인하여 연신율을 높일 수 있기 때문에 고강도이며 강력 이용율이 높고 HAS와 U%가 개선된 폴리에스터 섬유를 방사작업성이 좋게 제조할 수 있다.

Claims

고유점도가 1.0 이상인 폴리에스터 칩을 용융방사하여 제조한 미연신사를 2단 연신을 실시한 후 3단 연신하고 600m/분 이하의 속도로 권취함에 있어서, 3단 연신부에서 450 ∼ 500℃의 공기를 사의 진행방향에 대하여 30 ∼ 45°의 각도로 분사하면서 연신하고, 에어젯 노즐장치(9)의 하부에 핀가이드(10)를 설치해서 공기의 분사방향과 사조의 진행방향을 평행이 되도록 함을 특징으로 하는 고강력 폴리에스터 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 에어젯 노즐장치(9)의 상부온도가 280 ∼ 310℃, 하부의 온도가 50 ∼ 80℃ 이내인 것을 특징으로 하는 고강력 폴리에스터 섬유의 제조방법.