KR100735204B1 - 이소재 ｐｅｔ ｐｏｙ 가연복합사의 제조방법 및 그에 의한가연복합사 - Google Patents

이소재 ｐｅｔ ｐｏｙ 가연복합사의 제조방법 및 그에 의한가연복합사 Download PDF

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이민수
심승범
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이철수
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한국섬유개발연구원
이민수
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Abstract

본 발명은 이소재 PET POY 가연복합사에 관한 것으로서 본 발명에 의하면 2종의 PET POY사를 별도로 제1피드롤러와 제2피드롤러를 통과시키고, 가이드를 통과시킨 후, 180∼220℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 냉각판(balloon control plate)을 거치면서 냉각하고, 2쌍이상의 마찰디스크로 이루어진 가연장치로 사속비 1.6 ∼ 1.9로 가연하면서 상기 제1피드롤러 및 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의해 연신비 1.5 ∼ 1.7로 연신한 후, 상기 2종의 PET POY사를 교락하고 제2차 히터에서 열처리한 후, 오일처리하여 500∼600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법이 제공된다.
PET POY SD, PET POY CD사, PET POY DD

Description

이소재 ＰＥＴ ＰＯＹ 가연복합사의 제조방법 및 그에 의한 가연복합사{Process of producing PET POY multi-twisted yarn and Yarn produced thereby}
도 1은 본 발명의 이소재 PET POY 가연복합사를 제조하는 설비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 이소재 PET POY 가연복합사의 제조시 사용되는 마찰디스크의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 이소재 PET POY 가연복합사가 마찰디스크에서 가연력이 발생하는 원리를 나타낸 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : PET POY CD사 2 : PET POY SD사
3 : 크릴파이프 4 : 제1피드롤러
4': 제2피드롤러 5 : 제1차히터
6 : 냉각판 7 : 가연장치
8 : 제3피드롤러 9 : 교락노즐
10 : 제2차히터 11 : 오일롤러
12 : 권취된 가연복합사 13 : 마찰디스크
본 발명은 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법 및 그에 의한 가연복합사에 관한 것으로서 기존의 가연복합사의 원료로 주로 사용하던 PET POY SD사 뿐만 아니라 가연복합사로 제조하기 어려웠던 PET POY CD사 또는 PET POY DD사를 동시가연하여 가연복합사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수축율 및 기타 물성이 상이한 2종이상의 폴리에스테르 필라멘트를 가연장치에 의해 연신가연을 하고 교락함으로써 수축율의 차이에 의한 벌키감 및 신도를 부여하고 이염현상에 의한 멜란지 효과를 얻을 수 있는 가연복합사가 개발되고 있다.
종래에는 미연신 POY 소재원사를 연신과 가연공정을 거치면서 DTY 복합사로 제조하고 있었다. 그러나 소재의 다양화 경향에 따라 다양한 특성을 가진 폴리에스테르사가 개발되고 있고 이들을 가연하고 연신하여 복합사를 제조할 필요성이 대두되고 있다.
대한민국등록특허제10-0329796호에서는 양이온가염형 폴리에스테르와 고수축폴리에스테르를 각각 가연한 후 공기구멍이 뚫린 회전원판을 갖는 압축공기 레귤레이터로서 사교락노즐을 통과하는 사조에 불균일한 공기압으로 교락처리하여 제조함을 특징으로 하는 폴리에스테르 이수축 혼섬교락사의 제조방법을 제공하고 있다.
이러한 기존의 생산설비를 이용하여 물성이 서로 다른 2종원사로 복합사를 제조하는 경우에는 복합되는 소재의 종류, 원사 메이커별로 생산되는 물성차이, 필라멘트수나 섬도와 같은 스펙차이등에 따라 제조공정의 조건을 정밀히 조절하여야 원하는 최종제조물의 물성이 얻어질 수 있었으며, 특히 여러단계의 공정을 거쳐야 하였다. 특히, 동시 복합되는 소재필라멘트의 물성차이는 소재의 종류 및 원사신도차이에 따른 연신비의 차이 유도(서징:surging 발생.), 섬도차에 따른 권취속도차이 유도(과도한 꼬임발생.), 온도차이에 따른 조밀한 구역(tight spot)발생 등의 문제점을 유발시켰다.
또한, 상기 특허와 같이 2종 원사의 복합사 제조시 각각의 소재원사를 별도로 가연한 후 이를 교락하여 생산하게 됨으로써 총3공정(A소재가연, B소재가연, 교락공정)을 거치게 된다. 이렇게 가연을 별도로 하게 되는 경우에는 비용의 상승 문제와 공정장력 유발, 교락불량 및 복합사의 품질저하 등의 문제점이 발생하게 된다.
기존의 직접방사에 의한 POY SD(Semi Dull)사는 기존의 가연 및 연신에 의한 복합사 제조가 가능하였으나, POY Cation Dyeable(이하 "POY CD"라 한다.)사 또는 POY Dope Dyeable(이하 "POY DD"라 한다.)사의 경우에는 열에 매우 민감한 물성을 가지고 있고 낮은 온도에서 가연을 하여야 취화가 되지 않고 적정물성을 유지하며, POY SD와 함께 동시가연을 하기 위해서는 20℃에 달하는 온도 차이를 조절할 수 있어야 하는데 기존 가연장치는 가연포인트가 하나이기 때문에 상기 온도차이를 극복하여 동시가연하는 것이 불가능하였다.
따라서, 본 발명에서는 상기 종래기술의 문제점인 공정의 복잡성, 공정장력유발, 교락불량 및 제조된 복합사의 품질저하를 극복하여 2종 원사의 동시 가연복합사를 제조하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 극복하기 위하여 원료 사의 종류에 따른 소재물성 및 스펙차이가 동시복합가연에 미치는 영향을 찾아내고 적정가연온도의 차이를 극복하는 방법을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 2종의 PET POY사를 별도로 제1피드롤러와 제2피드롤러를 통과시키고 가이드를 통과시킨 후, 180∼220℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 냉각판(balloon control plate)을 거치면서 냉각하고, 2쌍이상의 마찰디스크로 이루어진 가연장치로 사속비 1.6 ∼ 1.9로 가연하면서 상기 제1피드롤러 및 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의해 연신비 1.5 ∼ 1.7로 연신한 후, 상기 2종의 PET POY사를 교락하고 제2차 히터에서 열처리한 후, 오일처리하여 사속 500∼600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법이 제공된다.
상기 2종의 PET POY사는 PET POY CD사/PET POY SD사 및 PET POY DD사/PET POY SD사 중 어느 한 조합인 것을 특징으로 한다.
상기 PET POY CD사는 강도 2.0∼2.7 g/d, 신도 133∼140%이고, PET POY DD사 는 강도 3.0∼3.2 g/d, 신도 120∼127%이고, PET POY SD사는 강도 2.7∼3.2 g/d, 신도 115∼135%인 것을 특징으로 한다.
상기 가이드는 상기 2종의 PET POY사의 공급각도를 다르게 함으로써 상기 2종의 PET POY사와 상기 제1차히터간의 거리를 다르게 조절할 수 있는 가이드 인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 제조방법에 의해 제조되고, 강도 5.0∼5.5g/d, 신도 17∼20 % 및 비수수축률 12∼15 %인 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사가 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 2종의 PET POY 사를 동시가연하고 교락하여 복합사를 제조하기 위한 것이다. 본 발명의 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법은 다음과 같다.
2종의 PET POY사(1,2)를 별도로 제1피드롤러(4)와 제2피드롤러(4')를 통과시키고, 가이드를 통과시킨 후, 제1차히터(5)에서 열처리하고 냉각판(6)을 거치면서 냉각하고, 2쌍이상의 마찰디스크로 이루어진 가연장치(7)로 가연하면서 연신한 후, 상기 2종의 PET POY사를 교락하고 제2차 히터에서 열처리, 오일처리하여 권취하여 제조한다.
상기 2종의 PET POY사는 PET POY CD(Cation Dyeable)사/PET POY SD사 및 PET POY DD(Dope Dyeable)사/PET POY SD(Semi Dull)사 중 어느 한 조합이 바람직한데, 상기 PET POY CD사는 강도 2.0∼2.7 g/d, 신도 133∼140%이고, PET POY DD사는 강도 3.0∼3.2 g/d, 신도 120∼127%이고, PET POY SD사는 강도 2.7∼3.2 g/d, 신도 115∼135%인 것이 바람직하다.
상기 2종의 PET POY사는 크릴파이프(3)를 통과하여 각각 별도로 제1피드롤러와 제2피드롤러를 통과시키고 가이드를 통과시킨 후 제1히터로 공급된다. 공급되는 PET POY CD사 및 PET POY DD사의 가연온도는 PET POY SD사의 가연온도와 20℃정도 차이가 나기 때문에 동시가연을 하게 되면 어느 한쪽이 가연이 되지 않거나 취화되는 문제점이 발생하게 되나, 본 발명에서는 상기 2종의 PET POY사의 공급각도를 다르게 함으로써 상기 2종의 PET POY사와 상기 제1차히터간의 거리를 조절할 수 있는 가이드를 사용하는데, 이로써 PET POY CD사(또는 PET POY DD사) 및 PET POY SD사와 제1히터간의 거리를 각각 다르게 하여 가연온도를 상이하게 조절할 수 있다.
상기 제1히터에서의 열처리온도는 수축율(shrinkage) 및 염색성에 영향을 미치는데, 180∼220℃가 바람직하다. 180℃미만에서는 크림프의 안정화에 문제점이 있으며, 220℃를 초과하는 경우에는 원사의 용융으로 인한 원사 물성 변화 및 염색성불량의 문제점이 있다. 상기 제1차열처리 이후에는 냉각판(balloon control plate)을 거치면서 냉각시킨다.
이후 냉각된 2종의 PET사는 2쌍이상의 마찰디스크로 이루어진 가연장치로 가연하면서 상기 제1피드롤러 및 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의해 연신비 1.5 ∼ 1.7로 연신하게 된다.
본 발명에서 사용되는 가연장치는 도 2에 도시된 2쌍이상의 마찰디스크(13)로 이루어진 가연장치가 사용된다. 마찰에 의해 꼬임을 부여하는 원리는 여러 장의 마찰디스크(friction disc) 상에 원사를 인도하여 디스크와 실의 마찰에 의해 가연한다. 연수와 해연장력의 설정은 사속비(D/Y ratio: 사속에 대한 디스크속도 비율)를 변경함으로써 이루어지며, 디스크의 매수 및 두께, 직경의 차이로서 조절가능하다.
마찰디스크 가연기의 가연력은 도 3을 참조하면 아래의 계산식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112006062934385-pat00001
·Ff : 비트는 힘(twisting force)
·Pf : 접촉압력(contact pressure)
·μ : 원사와 disc와의 마찰계수
·T : 원사의 장력(yarn tension)
즉, 상기 식은 마찰시스템에서의 가연력(twisting force)은 원사에 걸리는 장력 T와 원사와 disc 사이의 마찰계수 μ에 의해 결정된다는 것을 보여준다. 가연력은 사 장력과 마찰계수에 의해 결정되고 사 장력에는 사종마다 적정장력이 있으므로 사종에 따라 disc 매수와 두께, 직경의 변경을 통해 가연력을 조절 할 수 있다.
본 발명에서 상기 가연시 사속비는 디스크의 표면 속도를 사속으로 나눈 값을 뜻한다. 사속비는 T2 장력을 직접적으로 제어하며, 염색성에 직접적인 영향을 주고 간접적으로 T1 장력도 영향을 주어 프릭션 디스크 전의 장력 T1 장력이 증가하고 T2 장력이 감소하여 결국 K=T2/T1가 감소하게 된다. 그 이유에 대해서는 앞서 기본이론에서도 언급한 바와 같이 가연력의 벡터의 분력이 장력 방향으로 작용하기 때문이라고 생각된다. 결국 사속비 변화에 의한 장력 밸런스 변화 T2/T1은 데니어, 강신도 등 필라멘트의 물성에는 별 영향을 주지 않으나, 염색성 및 모우, 미해연(tight spot) 등의 필라멘트 결점에 직접적인 영향을 준다.
본 발명에서 사속비는 1.6 ∼ 1.9로 조절하는 것이 바람직한데, 사속비가 1.6보다 작아지면 T2/T1이 커지게 되며, 따라서 모우는 감소하는 경향을 나타내며 미가연현상이 증가하는 경향을 나타내게 된다. 이것은 사속비가 변화함에 따라 프 릭션 디스크상의 필라멘트의 마찰력과 관계되는 것으로, 원인은 사속비가 변화함에 따라 T2/T1가 변화하는 이유와 동일한 것으로 추정된다. 1.9를 초과하는 경우에는 모우가 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서 연신비는 제3피드롤러의 표면 속도를 제1피드롤러 또는 제2피드롤러의 표면 속도로 나눈 값을 뜻한다. 연신비가 영향을 미치는 변수로는 데니어, 신도, 수축율, 강도, 가연전 장력 T1 등이 있으나, 특히 강도(tenacity)의 경우 연신비(draw ratio)를 올리면 강도가 상승하나 어느 시점 이상이 되면 하향한다. 연신비의 증가와 더불어 가연전 장력 T1은 비례하여 증가한다. 연신비와 간접 변수인 염색성과의 관계는 연신비(D.R)를 증가함에 따라 가연후 장력 T2도 증가하며 염색성은 어느 시점 이상이 되면 나빠지게 되는데 이것은 연신비가 너무 높아 프릭션 디스크 상에서 필라멘트가 슬립피지(slippage)가 발생하는 요인에 기인한다. 연신비(D.R)를 설정하는 방법은 우선 기준 연신비(D.R)를 먼저 정하고 조정을 하는 것이 좋다.
기준 연신비(starting draw ratio) = POY 데니어 ÷ DTY 데니어
기준 연신비(stating D.R)에서 출발하여 다음은 가연 전 장력 T1을 측정하여 T1장력의 수준을 보면서 연신비를 조정한다. T1장력이 낮을 경우는 필라멘트가 점프하거나, 히터 입구 전에서 떨거나(vibration) 심하면 사절(yarn breakage)이 일어나는데 이것은 필라멘트가 주행에 필요한 가이드 류 와 히터의 마찰 저항을 이기지 못하는 불안정한 주행(instability)을 나타내며, T1장력이 너무 높을 경우는 필라멘트 주행성이 좋으나 모우가 마찰로 인하여 증가한다. 물론 사속이 빠르면 그만큼 마찰저항이 증가하므로 T1장력이 증가하는 것은 당연하다. 본 발명에서의 바람직한 연신비는 1.5 ∼ 1.7이다.
이후 상기 연신된 2종의 PET 사를 교락노즐에서 교락하여 교락상태로 만든 후 제2차 히터에서 열처리하고, 오일처리하여 권취한다. 제 2 히터 온도는 기본적으로 가연사의 최종 수축률을 조절한다. 제 1 히터온도에 의하여 발현된 권축을 고정한다. 즉 제 2 히터는 권축(crimp)에 열 고정을 시킴으로서 수축률이 상대적으로 낮아지게 되고 부품성(bulky)이 줄어들게 되므로 섬도가 다소 증가하게 된다.
사속은 500∼600m/분으로 하는 것이 바람직한데, 500m/분 미만의 경우에는 생산성 저하의 문제점이 발생하고, 600m/분 초과시에는 사절 및 균제도불량의 문제점이 발생한다. 사속은 제3피드롤러의 표면 속도를 뜻한다. 사속은 생산성과 직결되므로 품질이 보증이 되는 범위에서는 높은 수준으로 설정해야 하는데, 사속비를 동일하게 유지하면 사속이 증가함에 따라 가이드(yarn guide) 및 히터 등에 의한 저항이 증가하므로 전반적으로 장력이 증가하여 아울러 필라멘트가 마찰에 의해 손상을 많이 받게 되어 모우, 사절의 증가가 예상이 되고, 전반적으로 마찰에 의하여 실의 결함(yarn defect)이 노출이 되므로 염색성도 나쁜 방향으로 영향을 받는다.
본 발명에 의해 강도 5.0∼5.5g/d, 신도 17∼20 % 및 비수수축률 12∼15 %인 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사가 제공된다. 본 발명에서는 이렇게 제조한 이소재 PET POY 가연복합사를 사용하여 직물을 제조할 수 있는데, 이렇게 제조된 직물은 드레이프(Drape) 계수가 3 ∼ 39이고, 소프트하면서 부품감이 우수한 직물태를 가지며, 신축회복성 및 견뢰도가 우수한 특징을 가진다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
강도 3.02g/d, 신도 117.48%인 POY 118/36 SD와 강도 2.66g/d, 신도 138.85%인 POY 120/36 CD를 별도로 제1피드롤러와 제2피드롤러를 통과시킨 후, 제1차히터온도 200℃로 열처리한 후, 냉각하고 사속비 1.7로 멀티 마찰 디스크형(MULTI FRICTION DISC TYPE) 가연기에서 가연한 후, 연신비는 1.8로 연신하고, 공기노즐에서 교락한 후 권취하여 142.86데니어의 복합사를 제조하였다. 사속은 500M/MIN로 고정하였다.
[실시예 2]
제1차히터온도를 220℃로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 144.17데니어의 복합사를 제조하였다.
상기 실시예에 의해 제조한 복합사의 특성을 파악하기 위해 아래와 같이 시험하여 표 1에 나타내었다.
강신도 : 각각의 시료를 상온에서 24시간 이상 방치한 후, TENSORAPID -3시험기를 이용하여 시료길이 100mm, Test Speed 100mm/min로 각각 20회 측정하였다.
비수 수축율 : 비수 수축률은 KSK-0215 A법에 의해 측정하였는데, 시료에 초하중을 걸고 정확히 500mm를 재어 2점을 찍고, 이것을 100℃의 열수중에 30분간 침지한 후 꺼내어 가볍게 천으로 물을 제거하고, 열풍건조 후 다시 초하중을 걸고 2점간의 길이를 재어 아래식으로 수축률을 산출하였다.
비수수축률(%) = 500-L ×100
500
(여기서 L : 2점간의 길이(mm))
강도(g/d) 신도(%) 비수수축율(%)
실시예 1 5.1 18.6 13.5
실시예 2 5.09 17.86 14.5
본 발명에 의한 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법으로 동시가연을 하게 되면 인터레이스 편차가 적고, 강도, 신도 및 수축률이 높고 균제도가 높은 복합사를 높은 공정효율로 제조할 수 있으며, 제조된 복합사를 이용하여 직물을 제조하면 드레이프(Drape) 계수가 3 ∼ 39이고, 소프트하면서 부품감이 우수한 직물태를 가지며, 신축회복성 및 견뢰도가 우수한 특징을 가지는 직물을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 2종의 PET POY사를 별도로 제1피드롤러와 제2피드롤러를 통과시키고 가이드를 통과시킨 후, 180∼220℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 냉각판을 거치면서 냉각하고, 2쌍이상의 마찰디스크로 이루어진 가연장치로 사속비 1.6 ∼ 1.9로 가연하면서 상기 제1피드롤러 및 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의해 연신비 1.5 ∼ 1.7로 연신한 후, 상기 2종의 PET POY사를 교락하고 제2차 히터에서 열처리한 후, 오일처리하여 사속 500∼600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서. 상기 2종의 PET POY사는 PET POY CD사/PET POY SD사 및 PET POY DD사/PET POY SD사 중 어느 한 조합인 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 PET POY CD사는 강도 2.0∼2.7 g/d, 신도 133∼140%이고, PET POY DD사는 강도 3.0∼3.2 g/d, 신도 120∼127%이고, PET POY SD사는 강도 2.7∼3.2 g/d, 신도 115∼135%인 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 가이드는 상기 2종의 PET POY사의 공급각도를 다르게 함으로써 상기 2종의 PET POY사와 상기 제1차히터간의 거리를 다르게 조절할 수 있는 가이드인 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항 기재의 제조방법에 의해 제조되고, 강도 5.0∼5.5g/d, 신도 17∼20 % 및 비수수축률 12∼15 %인 것을 특징으로 하는 이소재 PET POY 가연복합사.
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