KR100650886B1

KR100650886B1 - 산업용 초고강도 폴리에스테르 사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100650886B1
Application number: KR1020050135958A
Authority: KR
Inventors: 조대환; 심동석; 한규찬
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2006-11-28

Abstract

본 발명은 고유점도 0.90 ~ 1.20의 폴리에스테르 칩을 용융압출 후에 폴리머 온도를 288 ~ 305℃로 하고 기어펌프를 통과하는 폴리머의 온도를 290 ~ 310℃로 하며 후드 히터의 길이를 300 ~ 500mm, 후드 히터 온도를 350 ~ 400℃로 하며 용융된 폴리머를 급속하게 고화시키고 유제를 부여한 후 고뎃 롤러를 통해 높은 연신을 함으로써 방사작업성이 우수하고 강도가 10.3g/d 이상이고 절신율이 13% 이하인 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 초강도 섬유는 산업용 로프, 토목용 보강재, 웨빙용, 시트벨트 용 등에 유용하다.

초고강도, 저절신율, 고모듈러스 폴리에스테르, 산업용사.

Description

산업용 초고강도 폴리에스테르 사 및 그 제조방법{Industrial polyester fiber with super high tenacity and its manufacturing method}

도 1은 본 발명의 제조공정개략도.

본 발명은 산업용 초고강도 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법으로서, 더욱 상세하게는 고강도 특성을 가지면서 높은 모듈러스 및 저신율의 특성을 지녀 산업용 로프, 토목용 보강재, 웨빙용, 시트벨트 용 등에 사용되는 산업용 초고강도 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

산업용으로 사용되는 폴리에스테르 섬유의 강도를 높이기 위한 유용한 방법으로는 고유점도 1.0 이상의 고점도 칩을 용융한 후 용융된 폴리머 온도를 310℃까지 충분히 높여서 녹이고 후드 길이를 280mm, 후드 온도를 340℃로 설정하고 퀸칭 온도를 15 ~ 18℃로 하여 고화시키고 고뎃 롤러에서 저속권취하여 얻은 미연신사를 1단 및 2단으로 연신배율 6.0까지 직접 연신한 후 릴랙스를 시켜 권취하는 방법이었다. 이 때 저속 권취로 미연신시의 배향도를 낮추고 고배율의 연신을 부여하여 고강도의 특성을 얻었다. 상기한 바와 같은 종래의 방법으로 제조한 폴리에스테르 사의 물성은 모듈러스 60g/d ~ 80g/d, 강도 9.5g/d 이하, 절신 13 ~ 18%의 특성을 가진다.

종래의 방사 기술을 이용하여 더 높은 강도의 섬유를 얻기 위해 연신 배율을 높일 경우 방사 사절이 많이 발생하는 공정상 문제와 핀사가 많이 발생하여 후 공정성이 나빠진다. 그러므로 제조 비용의 상승 및 제품의 질이 저하되어 기존의 기술로는 초강도사를 얻기 힘들다.

본 발명은 폴리머가 용융과정에서 최대한 열분해가 일어나지 않게 하여서 폴리머 자체의 고유 물성을 유지할 수 있도록 하고 연신 배율을 높일 수 있도록 후드 길이, 후드 온도의 조건을 조절하고 퀸칭 양을 조절하여 종래의 연신 배율인 6.0 정도 보다 높은 연신 배율인 6.5 배율의 연신이 가능하게 하여서 강도가 10.3g/d 이상의 산업용 초고강도 폴리에스테르 섬유 및 그 제조방법을 제공하는데 기술적 과제를 둔 것이다.

본 발명은 산업용 초고강도 폴리에스테르 섬유 및 그의 제조방법으로, 보다 상세하게는 고유점도 0.90 ~ 1.20의 폴리에스테르 칩을 용융압출기를 통하여 용융방사하여 600m/분 이하의 저속으로 권취하여 저 배향도의 미연신사를 얻은 다음 이를 고뎃롤러를 이용, 직접 연신함으로써 연신비를 높일 수 있게 함을 특징으로 하는 고모듈러스, 초고강도, 그리고 저절신을 갖는 폴리에스테르 섬유 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명을 예시 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

고유점도가 0.90 ~ 1.20 범위의 폴리에스테르 칩을 익스투르더 (1)의 온도 조건을 낮게 설정하여 용융한다. 이 때 용융된 폴리머의 온도를 288 ~ 305℃로 하고 기어펌프 (2)의 보온을 위해 온도를 부여하는 데 이 때도 기어펌프(2)의 보온의 설정 온도를 낮게 하여 기어펌프(2)를 통과하는 폴리머의 온도를 290 ~ 310℃가 될 수 있도록 조정하여 발열이나 고온에 의한 열분해가 최대한 일어나지 않도록 하여서 폴리머 자체가 가지고 있는 물성 특성을 최대한 잃지 않도록 한다. 방사 구금 (3)의 노즐 홀의 직경을 0.5 ~ 0.8φ하고 방사 구금(3)의 홀 길이와 홀 직경의 비율(L/D)을 2~3으로 하여 방사 드래프트를 일정 수준으로 유지하고 고뎃 롤러 상에서 높은 연신성을 부여 할 수 있도록 한다. 후드 히터(Hood Heater)(4)의 길이를 320 ~ 500mm로 늘리고 후드 히터(4)의 온도를 350 ~ 400℃로 높여 방사된 섬유로 하여금 최대한 무정 및 무배향의 구조를 가질 수 있도록 후드 내의 분위기를 만들어 준다. 이렇게 형성된 무정, 무배향의 사를 15 ~ 18℃ 온도를 가지는 공기의 많은 양을 공급 (5) 하고 배기(6) 하여서 빠른 퀸칭이 될 수 있도록 한다. 이때 급기량은 80 ~ 110mmAq이 되게 하고 배기량은 90 ~ 120mmAq가 되도록 하였다. 상기 무정, 무배향 상태의 고화된 사를 적당량의 오일링(7)을 거친 후 고뎃드 롤러 GR 2과 GR 3에서 예비 연신을 거친 다음 고뎃 롤러 GR 3과 GR 4에서 2차 고 비율의 연신을 수행하고 고뎃 롤러 GR 4와 GR 5 사이에서 릴랙스를 시킨 후 와인더에 (12) 권취한다.

이와 같은 공정을 거쳐서 제조된 폴리에스테르 섬유는 방사 작업성이 좋아 외관 및 핀사 면에서 유리하고 강도가 10.3g/d 이상, 모듈러스가 110 ~ 140g/d 이고, 절신이 13% 이하 이어서 산업용 로프, 토목용 보강재, 웨빙용, 시트벨트 용 등에 유용한 산업용 폴리에스테르 섬유로 널리 사용될 수 있다.

실시예 및 비교예의 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.

1) 고유점도(I.V.)

페놀과 1,1,2,2-테트라클로로에탄올 6:4(무게비)로 혼합한 시약(90℃)에 시료 0.1g을 90분간 용해시킨 후 우베로데(Ubbelohde) 점도계에 옮겨 담아 30℃ 항온조에서 10분간 유지시키고, 점도계와 애스피레이터(Aspirator)를 이용하여 용액의 낙하초수를 구한다. 솔벤트의 낙하초수도 상기와 같은 방법으로 구한 아래의 수학식에 의해 R.V.값 및 I.V. 값을 계산하였다.

R.V. = 시료의 낙하초수/솔벤트 낙하초수

I.V. = 1/4 × (R.V.- 1/농도CO₄) + 3/4 × (In R.V./농도)

2) 원사의 모듈러스와 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

3) 외관

스트로보스코프(Stroboscope)를 사용하여 육안으로 와인더 상에서 권취되는 케이크 상의 원사를 1분 이상 관찰하여 핀사 유무를 관찰한다.

4) 핀사수

파이럿와퍼(Pilot Warper) 테스트기를 이용하여 사속 300 ~ 500 m/min과 감도 2.5 ~ 4.5 레블(level)(상대적인 값)으로 원사 길이를 30,000m 측정한다.

5) 작업성

한 포지션에서 24시간 동안 관찰하여 순수하게 고뎃 롤러 상에서 사절이 발생하는 개수를 파악한다.

실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3, 4, 5

고유점도 1.00의 폴리에스테르 칩을 직경이 0.6mm, 길이와 직경의 비(L/D)가 3이고 구멍수 192개인 노즐을 통해 용융 폴리머를 압출하고 15℃의 공기로 냉각시킨 다음 집속시켜 오일링하고 고뎃 롤러 GR 4의 속도를 2700m/min으로 하여 1500데니어를 방사하고 표 1의 방사 조건으로 연신하였다.

[표 1]

실시예 4, 5, 6 및 비교예 6, 7, 8, 9, 10

고유점도 1.10의 폴리에스테르 칩을 직경이 0.6mm, 길이와 직경의 비(L/D)가 3이고 구멍수 192개인 노즐을 통해 용융 폴리머를 압출하고 15℃의 공기로 냉각시킨 다음 집속시켜 오일링하고 고뎃 롤러 GR 4의 속도를 2700m/min으로 하여 1000데니어를 방사하고 표 1의 방사 조건으로 연신하였다. 그 결과는 표 2와 같다.

[표 2]

실시예 7, 8, 9 및 비교예 11, 12

고유점도 1.00의 폴리에스테르 칩을 직경이 0.6mm, 길이와 직경의 비(L/D)가 3이고 구멍수 192개인 노즐을 통해 용융 폴리머를 압출하고 15℃의 공기로 냉각시킨 다음 집속시켜 오일링하고 고뎃 롤러 GR 4의 속도를 3000m/min으로 하여 1000데니어를 방사하고 표 1의 방사 조건으로 연신하였다. 그 결과는 표 3과 같다.

[표 3]

본 발명은 폴리에스테르 칩 자체의 고유 물성을 최대한 유지시키고 방사 조건을 최적화하여 방사 작업성이 우수하고 핀사가 매우 적으며 고 배율로 연신으로 인하여 높은 모듈러스, 초고강도, 저절신의 특성을 가진 산업용 로프, 토목용 보강재, 웨빙용, 시트벨트 용 등에 유용한 산업용 초강도 폴리에스테르 사를 제조할 수 있다.

Claims

고유점도가 0.90 ~ 1.20인 폴리에스테르 칩을 사용하여 다음의 조건들이 만족되도록 용융방사하고 연신하는 것을 특징으로 하는 산업용 초강도 폴리에스테르 섬유의 제조방법.

- 다 음 -

용융폴리머 온도 : 288 ~ 305℃,

노즐 홀의 직경 : 0.5 ~ 0.8mm,

노즐 공의 홀의 길이(L)와 직경(D)의 비(L/D) : 2 ~ 3,

기어펌프 내 폴리머 온도 : 290 ~ 310℃,

후드 히터 길이 : 300 ~ 500mm,

후드 히터 온도 : 350 ~ 400℃,

퀸칭 공급 공기 온도 : 15 ~ 18℃

퀸칭 양(mmAq) : 공급 80 ~ 110, 배기 90 ~ 120
제 1항에 있어서, 총 고뎃 롤러 상에서 연신비가 6.35배 이상이 되도록 연신하는 것을 특징으로 하는 산업용 초고강도 폴리에스테르 섬유의 제조방법.
제 1 항의 방법으로 제조된 산업용 초강도 폴리에스테르 섬유로서 다음의 물성 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 산업용 초고강도 폴리에스테르 섬유.

- 다 음 -

고유점도 : 0.90 ~ 1.20

모듈러스 : 110 ~ 140g/d

강도 : 10.3g/d 이상

절신 : 13% 이하