KR100607295B1 - 탄성사 제조용 방사 구금 및 이를 이용하여 제조된 탄성사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성사 제조용 방사구금 및 이를 이용하여 제조된 탄성사에 관한 것으로서, 본 발명의 방사구금은 중앙에 1개의 토출공이, 상기 중앙토출공을 기준으로 제1동심원상에 다수개의 토출공이, 그리고 제2동심원상에 제1동심원상의 토출공수와 동일한 수의 토출공이 형성되고; 상기 중앙토출공은 제1동심원상의 토출공들과 슬릿(slit)형 브리지를 개재하여 연통하고, 제1동심원상의 토출공은 서로 인접하는 제2동심원상의 토출공과 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하며; 토출공들의 크기는 중앙토출공 내경(

1) 0.5∼1.0㎜, 제1동심원상 토출공 내경(

2) 0.4∼0.9㎜, 제2동심원상 토출공 내경(

3) 0.4∼0.6㎜,

1 ≥

2 ≥

3이고; 상기 브리지의 길이(L)는 0.4∼0.6㎜이며; 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하는 중앙토출공의 중심에서 제1동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선과 제1동심원상 토출공의 중심과 제2동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선이 이루는 각도(θ)가 110°∼120°인 것을 특징으로 하며, 이러한 방사구금을 사용하면 탄성사를 용융 방사에 의해 제조함에 있어서 400De' 이상의 태De'에서 발생하는 고화 불량 현상을 방지하고 권취공정성 및 물성이 향상된 용융 방사 탄성사 제조하는 것이 가능하게 된다.

Description

탄성사 제조용 방사 구금 및 이를 이용하여 제조된 탄성사{Spinneret for manufacturing elastic fiber and elastic fiber being manufactured thereby}

도 1은 본 발명에 따르는 방사구금의 형태를 설명하기 위한 개략도이다.

본 발명은 용융방사 탄성사의 제조용 방사 구금 및 이를 이용하여 제조된 탄성사의 제조 방법에 관한 것으로서 더욱 자세하게는 탄성사를 용융방사에 의해 제조함에 있어서 400De' 이상의 태De'에서 발생하는 고화 불량 현상을 개선하여 권취 공정성 및 물성이 향상된 용융 방사 탄성사 제조용 방사 구금 및 탄성사의 제조방법에 관한 것이다.

우레탄을 주성분으로하는 탄성사는 폴리에스테르(PET), 폴리아미드 등의 합성섬유는 물론 면, 레이욘 등의 천연섬유와 복합하여 최종 제품의 신축성을 부여하는 보조 섬유로서 듀퐁(Du Pont)에서 라이크라(Lycra)라는 상품명으로 개발된 이래 꾸준히 그 수요가 증가 되어왔다. 초기의 스타킹, 양말 등의 레그 니트(Leg knit) 에서부터 현재의 수영복, 속옷 및 겉옷에 이르기까지 그 용도는 다양하며 앞으로도 계속 늘어날 전망이다.

탄성사는 제조방식에 따라 크게 건식, 습식 및 용융식으로 나누어 지고 있으며 건식 및 습식방사법은 폴리우레탄을 용제에 녹인후 방사중에 용제를 증발 또는 추출에 의해 탄성사 원사를 제조하는 방식으로 전세계 제조 프로세스중 95% 이상을 점유하고 있으나 용제의 회수, 정제 설비의 필요성으로 인해 장치가 대규모이며 이에 따른 설비 투자비가 크고 또한 독성 용제에 의한 환경 문제를 유발한다는 단점이 있다.

그러나 열가소성 폴리우레탄 수지를 용융하여 방사함으로써 제조되는 용융방사형 탄성사는 건식 및 습식 방사에 비해 용제를 사용하지 않음으로써 제조 장치가 간단하며 제조 경비도 건식 및 습식 탄성사보다 저렴하다는 장점을 가지고 있다.

건식 방사 탄성사의 경우에는 방사관(Spin Tube) 내에서 용제의 증발이 일어나야 하기 때문에 용제의 증발이 쉽게 이루어질 수 있도록 다홀 방사노즐에서 멀티필라멘트로 방사가 되어 멀티필라멘트 사조가 방사통 하부에 있는 인터레이싱 노즐(I/L Nozzle)에 의해서 꼬임을 받아 멀티필라멘트 사조가 접합되어 있는 원사형태를 가지고 있다. 또한 방사통에서는 용제의 증발이 쉽게 일어날 수 있도록 고온의 질소 및 공기를 사용하여 원사를 권취하고 있다.

이에 비해 용융 방사형 스판덱스의 경우는 수지의 용융후 방사 직하에서 냉각 고화후 권취하는 방식으로 방사통내에 고화를 증진시킬 수 있도록 20℃이하의 저온 공기를 사용하고 있다. 용융 방사 탄성사는 단면 모양이 1 홀의 원형으로 되 어 있어 70 데니어(De') 이하의 세데니어 사의 방사시에는 고화에 문제가 없으나 데니어가 커질수록, 방속이 증가될수록 고화성이 불량하여 고데트 롤러의 권부에 의한 공정불량, 고화 불량에 따른 권자의 형성성 저하에 의해 권자 붕괴 및 이에 따른 제반 물성 저하등의 문제점이 발생하였다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 대한민국특허등록 제151651호에서 용융방사 스판덱스의 캡(cap) 하부 고화성을 개선하기 위해 3∼4홀의 토출소공으로 구성된 다홀 접합 멀티필라멘트용 노즐을 설계하여 캡면 하부의 고화성 및 기타 방사성을 증진시키고자 노력하였다.

또한 대한민국특허출원 제98-57493호에서 방사통내에서 방사 직하의 원사의 체류시간을 증진시켜 고화성을 개선하고자 노력을 시도한 바 있다. 그러나 이러한 방법에 의한 고화성의 증진은 200De'∼400De' 경우에는 효과적 이었으나 400De' 이상의 경우에는 고화 불량의 문제가 발생하여 방속 저하 등의 문제점이 대두되었다.

따라서 본 발명은 건식방사 탄성사와 동일한 생산 De' 영역까지 품종을 다양화 하고자 방사공정성에 영향을 주지 않고 고화성을 증진시키는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 용융 방사탄성사의 방사캡 하부 고화성을 개선하기 위해 단공노즐(Mono Hole Nozzle)을 개선한 특수한 멀티필라멘트 접합형 노즐을 설계하여 방사캡면 하부의 고화성 및 기타 방사성을 증진시킬 수 있었다.

그러므로 본 발명에 의하면 중앙에 1개의 토출공이, 상기 중앙토출공을 기준으로 제1동심원상에 다수개의 토출공이, 그리고 제2동심원상에 제1동심원상의 토출공수와 동일한 수의 토출공이 형성되고; 상기 중앙토출공은 제1동심원상의 토출공들과 슬릿(slit)형 브리지를 개재하여 연통하고, 제1동심원상의 토출공은 서로 인접하는 제2동심원상의 토출공과 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하며; 토출공들의 크기는 중앙토출공 내경(

1) 0.5∼1.0㎜, 제1동심원상 토출공 내경(

2) 0.4∼0.9㎜, 제2동심원상 토출공 내경(

3) 0.4∼0.6㎜,

1 ≥

2 ≥

3이고; 상기 브리지의 길이(L)는 0.4∼0.6㎜이며; 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하는 중앙토출공의 중심에서 제1동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선과 제1동심원상 토출공의 중심과 제2동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선이 이루는 각도(θ)가 110°∼120°인 것을 특징으로 하는 탄성사 제조용 방사구금이 제공된다.

또한 상기 방사구금을 이용하여 제조된 탄성사가 제공된다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따르는 멀티필라멘트 접합형 방사구금의 구조의 일예가 개략적으로 도시된다. 방사구금의 토출공들은 중앙 토출공을 기준으로 제1동심원상에 5개의 토출공이 배열되고 제2동심원상에도 마찬가지로 5개의 토출공이 배열된다. 본 명세서에서는 제1동심원상 토출공과 제2동심원상 토출공의 수를 5개인 경 우를 예로들어 설명하고 있으나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 이보다 많거나 또는 적은 수로 배열할 수 있다.

각 토출공들 크기를 중앙토출공 내경(

1) 0.5∼1.0㎜, 제1동심원상 토출공 내경(

2) 0.4∼0.9㎜, 제2동심원상 토출공 내경(

3) 0.4∼0.6㎜으로 한정하는 데, 그 이유는 상기한 영역에서 40∼50 De'를 기준으로하여 방사상의 문제가 없기 때문이다. 또한 제1, 제2 동심원으로 갈수록 토출공의 내경을 줄이는 것(

1≥

2≥

3)은 토출공들의 배치를 원활히하기 위함이다. 토출공의 크기가 상기의 조건을 벗어났을 경우에 대해서 설명하면, 토출공의 크기가 상기의 조건 보다 작을 경우에는 방사 공정상의 팩(Pack)압 증가 등으로 방사 공정성이 저하하며, 토출공의 크기가 상기의 조건 보다 클 경우에는 드라프트(Draft)의 증가로 신도 감소 등의 문제가 발생한다.

토출공 사이의 간격, 즉 브리지의 길이(L)를 0.4∼0.6㎜로 한정하는 이유는 상기 범위에서 각 토출공들이 고화성은 최대로 유지하고 탄성사 원사의 모노필라멘트의 접합성 불량에 의한 이탈을 방지할 수 있기 때문이다. 토출공 사이의 간격이 상기한 범위의 하한 보다 작으면 방사 구금하부에서 각 모노필라멘트가 과다하게 접합하여 원하는 고화성을 기대할 수 없고 또한 토출공 사이의 간격이 상기한 상한보다 과다하게 넓은 경우에는 역시 모노필라멘트간의 접합성이 떨어져 필라멘트의 의 이탈 현상이 발생하기 쉽다.

또한, 토출공의 위치는 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하는 중앙토출공의 중 심에서 제1동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선(a)과 제1동심원상 토출공의 중심과 제2동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선(b)이 이루는 각도(θ)가 110°∼120°가 되도록 하여야 한다. 이와 같이 배치하면 제2 동심원상의 토출공이 옆에 위치한 인접 토출공과 접합이 발생하지 않게 된다. 그렇지 않고 방사 구금하부에서 상기의 토출공들이 접합된 경우에는 냉각풍이 내부로 침투하지 못하여 고화성이 저하하게 된다.

이와 같이 본 발명의 방사구금을 이용하면 멀티필라멘트 접합에 의해 고화성이 증진되며 접합성 불량에 의한 필라멘트의 이탈을 방지할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 국한되지 않고 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

[실시예 1]

폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)와 메틸렌디페닐렌이소시아네이트(MDI) 그리고 쇄 연장제로는 부탄디올(BD)를 사용하여 제조한 쇼어(Shore) 경도 80A, 무게평균분자량 350,000인 열가소성 폴리우레탄 수지를 도 1에 나타낸 바와 같은 방사구금을 통해 방사하였다. 사용된 방사구금의 스펙은

1 = 0.9㎜,

2 = 0.8㎜,

3 = 0.7㎜, L=0.5㎜, θ= 110°이었다.

방사조건은 방사온도 200∼210℃, 용융토출량 50g/min, 방속 800m/min이었고, 냉각은 통상의 탄성사 용융방사에 사용하는 20℃ 이하의 냉각풍을 사용하였다. 최종적으로 권취하여 얻은 원사는 11개의 토출공의 모노필라멘트가 원형으로 접합된 560De' 원사이었다.

공정중에 고화 불량등의 문제점은 발생하지 않았고 권자 형성성도 양호하였다. 제조된 원사의 물성은 하기 표 1에 제시된다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 폴리우레탄 수지를

1 = 1.0㎜,

2 = 0.9㎜,

3 = 0.8㎜, L=0.6㎜, θ= 120°인 방사구금을 사용하고, 방사온도 200∼210℃, 용융토출량 66g/min, 방속 700m/min, 냉각풍온도 20℃ 이하의 조건으로 방사, 권취하여 11개의 토출공의 모노필라멘트가 원형으로 접합된 560De' 원사를 제조하였다.

공정중에 고화 불량등의 문제점은 발생하지 않았고 권자 형성성도 양호하였다. 제조된 원사의 물성은 하기 표 1에 제시된다.

[비교예 1]

1 = 0.9㎜,

2 = 0.8㎜,

3 = 0.7㎜, L=0.5㎜, θ= 100°인 방사구금을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하여 560De'의 원사를 제조하였다. 평가결과는 하기 표 1에 제시된다.

[비교예 2]

1 = 0.9㎜,

2 = 0.8㎜,

3 = 0.7㎜, L=0.2㎜, θ= 110°인 방사구금을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하여 560De'의 원사를 제조하였다. 평가결과는 하기 표 1에 제시된다.

[비교예3]

내경이 1.0인 단일토출공 방사구금을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하여 560De'의 원사를 제조하였다. 평가결과는 하기 표 1에 제시된다.

구분	방사구금 Spec.					De'	방속 (m/min)	방사 공정성	고화성	권자 형성	물성
	1 (㎜)	2 (㎜)	3 (㎜)	L (㎜)	θ						강도 (g/De)	신도 (%)
실시예 1	0.9	0.8	0.7	0.5	110°	560	800	매우 양호	매우 양호	매우 양호	1.5	650
실시예 2	1.0	0.9	0.8	0.6	120°	840	700	매우 양호	매우 양호	매우 양호	1.4	630
비교예 1	0.9	0.8	0.7	0.5	100°	560	800	양호	약간 불량	약간 불량	1.3	650
비교예 2	0.9	0.8	0.7	0.2	110°	560	800	양호	약간 불량	약간 불량	1.3	650
비교예 3	1.0	-	-	-	-	560	800	극히 불량	극히 불량	극히 불량	권취 불가	권취 불가

이상의 실험결과로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 의하면 탄성사를 용융 방사에 의해 제조함에 있어서 400De' 이상의 태De'에서 발생하는 고화 불량 현상을 방지하고 권취공정성 및 물성이 향상된 용융 방사 탄성사를 제조하는 것이 가능하게 된다.

Claims (2)

1. 탄성사 제조용 방사구금에 있어서, 중앙에 1개의 토출공이, 상기 중앙토출공을 기준으로 제1동심원상에 다수개의 토출공이, 그리고 제2동심원상에 제1동심원상의 토출공수와 동일한 수의 토출공이 형성되고; 상기 중앙토출공은 제1동심원상의 토출공들과 슬릿(slit)형 브리지를 개재하여 연통하고, 제1동심원상의 토출공은 서로 인접하는 제2동심원상의 토출공과 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하며; 토출공들의 크기는 중앙토출공 내경(

   

   1) 0.5∼1.0㎜, 제1동심원상 토출공 내경(

   

   2) 0.4∼0.9㎜, 제2동심원상 토출공 내경(

   

   3) 0.4∼0.6㎜,

   

   1 ≥

   

   2 ≥

   

   3이고; 상기 브리지의 길이(L)는 0.4∼0.6㎜이며; 슬릿형 브리지를 개재하여 연통하는 중앙토출공의 중심에서 제1동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선과 제1동심원상 토출공의 중심과 제2동심원상 토출공의 중심을 잇는 직선이 이루는 각도(θ)가 110°∼120°인 것을 특징으로 하는 탄성사 제조용 방사구금.
2. 제 1 항 기재의 방사구금을 이용하여 제조된 탄성사.

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