KR100804044B1 - 신축성 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

신축성 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신축성 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 신축성 폴리에스테르 복합섬유는 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융온도(Tm)가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들이 방사직접연신(Spin-draw) 공정에 의해 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합되어 있는 단면을 갖고, 상기 2종의 폴리에스테르계 폴리머 간의 용융점도 차이[△MV : 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 10∼50℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트(Shear rate)로 측정]가 50∼800 포아제(Poise)이고, 클림프회복율이 20∼60%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 신축성 폴리에스테르 복합섬유는 방사직접연신 공정으로 제조되어 공정이 간소화되고, 직편물 제조시 잠재권축성으로 인해 뛰어난 신축성을 발현하며, 정경이나 사이징 공정 통과성이 양호하여 직물 경사나 경편용 원사로 적합하다.
신축성, 복합섬유, 폴리에스테르, 잠재권축성, 방사직접연신, 용융점도차이, 클림프회복율, 용융점도

Description

신축성 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 제조방법 {Polyester conjugated yarn with excellent shrinkage and process of preaparing for the same}
도 1은 본 발명에 따른 신축성 폴리에스테르 복합섬유의 제조공정 개략도.
도 2는 폴리에스테르 복합섬유의 온도 변화에 따른 응력변화를 나타내는 차트(열응력 테스트기에서 작성)
* 도면중 주요부분에 대한 부호 설명
1,2 : 익스트루더 3 : 방사구금 4 : 보온부
5 : 냉각부 6 : 오일링 장치 7 : 제1고뎃로울러
8 : 제2고뎃로울러 9 : 와인더
Z : 최대 열응력
Z(90%) : 최대 열응력의 95% 지점.
X∼Y : 최대 열응력의 95%를 발휘하는 온도구간
본 발명은 신축성 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 본 발명은 잠재권축성이 우수하여 열수처리시 자발적으로 나선형 구조가 되어 천연섬유와 같은 촉감과 신축성 등을 발현하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
합성섬유는 천연섬유에 비해 짧은 역사를 가지고 있음에서 거듭되는 기술개발로 일부 특성에 있어서는 천연섬유에 못지 않은 수준에 도달 하였다. 그러나, 신축성은 합성섬유가 쉽게 발현할 수 없는 특성으로서 양모와 같은 천연섬유의 고유 특성으로 간주되고 있다.
합성섬유에 신축성을 부여하는 종래 기술로서는 (ⅰ) 신장특성의 차이가 큰 2종의 합성섬유(원사)를 합사-가연-열고정하여 이수축 복합 가연사를 제조하는 방법과, (ⅱ) 직편물 제조시 길이방향으로 신축성이 우수한 폴리우레탄 섬유와 기타 합성섬유를 혼용하는 방법과, (ⅲ) 2종의 폴리머를 복합방사하여 복합섬유를 제조하는 방법들이 알려져 있다.
상기 방법들 중에서 이수축 복합가연사를 제조하는 방법은 신장특성의 차이가 큰 2종의 원사를 합사-가연-열고정하여 잠재적인 수축율 차이를 부여하는 방법이다. 즉, 가연영역에서의 변형율과 해연후 잔류 변형율의 차이를 최대한 이용하는 것으로 심사와 초사중 초사가 상대적으로 더 크게 변형되어 심사와 혼섬교락 된다.
상기 이수축 복합 가연사는 후처리 공정에서 열처리시 심사와 초사 간의 신장특성의 차이로 양호한 신축성을 발현하게 된다. 그러나, 상기방법은 권축의 발현상태가 불균일하고, 심사와 초사의 결합력이 공기교락 등에 의존하기 때문에 비교적 약해 후공정 중에 가해지는 물리력에 의해 한 성분 원사가 이탈, 제거되거나 권축특성이 감소되는 단점이 있었다.
또한 상기의 이수축 복합 가연사 제조방법은 2종 이상의 원사들을 조합하기 때문에 세섬도화가 어렵고, 이미 생산된 2종 이상의 원사를 다시 해사, 합사해야 하기 때문에 공정이 복잡해지고 제조원가가 상승하게 되는 문제가 있었다.
한편, 직편물 제조시 폴리우레탄 섬유와 기타 합성섬유를 혼용하는 방법은 폴리우레탄 섬유의 물리, 화학적 특성과 상이하여 가공이 어려운 단점이 있다. 예를들면 폴리에스테르 섬유는 분산염료를 사용하여 염색하는 반면에 폴리우레탄 섬유는 분산염료로 염색시 세탁견뢰도가 크게 저하되기 때문에 산성염료나 함금속염료로 염색해야 한다.
따라서, 직편물 제조시 폴리에스테르 섬유와 폴리우레탄 섬유를 혼용하는 경우에는 염색시 클로로벤젠계 또는 메틸나프탈렌계 염색용 캐리어(Carrier)를 반드시 사용해야 하며, 최종 제품은 염소계 표백제에 취약하고 가성소오다에 의해 쉽게 가수분해되는 등의 많은 문제점이 있었다.
복합방사에 의한 신축성 복합섬유의 제조방법으로는 서로 점도가 다른 두 종류의 폴리머를 이용하거나 물에 의한 팽윤의 정도가 서로 다른 두 종류의 폴리머를 이용하여 이들을 사이드 바이 사이드 형태의 단면상으로 복합방사하여 권축을 발현 하는 방법이 있다.
이중 팽윤의 정도의 차이에 의한 신축성 복합섬유는 물에 의한 팽윤의 정도가 서로 다른 동일계의 폴리머를 사이드 바이 사이드(Side by side) 형태의 단면을 가지도록 방사하여 두 종류의 폴리머를 계면에서 접착시켜 원사를 제조한 후, 이를 물에 의해 팽윤시켜 팽윤 정도의 차이에 의해 권축을 발현하게 하는 방법이다.
상기 방법은 물에 의한 팽윤 정도의 차이를 유발하는 수지를 따로 중합하여야 적용이 가능하며 특히, 팽윤차를 나타내기 위해서는 적어도 한 폴리머가 다른 폴리머보다 이온(Ion)화기를 더 많이 함유하여야 하는 제한이 있다.
다음으로, 서로 다른 점도를 가지는 동일계 폴리머를 이용하여 신축성 복합섬유를 제조하는 방법은 점도가 상이한 두 종류의 폴리머를 사이드 바이 사이드(Side by side) 형태로 방사하여 점도가 다른 두 폴리머를 길이 방향의 계면에서 서로 접착시켜 원사를 제조한 후, 이를 이완상태에서 열처리함으로써 2종의 폴리머의 점도차에 의한 수축응력의 차이에 의해 스프링 형태의 권축을 발현시키는 방식이다.
상기방법으로 제조된 신축성 복합섬유는 동일계의 폴리머를 사용함에 따라 염색 및 후가공이 용이하며 특유의 부드러운 촉감을 나타내 최근 많이 사용하고 있는 방법이다.
그 결과, 상기와 같이 점도가 상이한 두 종류의 폴리머를 복합방사하는 방법은 종래 여러 방법들의 문제점들을 해결할 수 있고, 작업공정성의 단축, 원가의 절감과 더불어 우수한 신축성, 부드러운 촉감을 발현하는 장점을 가져 직물 뿐만아니 라 편물에도 폭넓게 적용이 가능하다.
서로 상이한 2종의 폴리머들이 원사 단면상에 사이드 바이 사이드 형태로 복합된 원사(복합섬유)는 원사를 구성하는 2종 폴리머의 자체의 드라이빙 포스에 의해 자발적으로 3차원 구조의 컬(Cure)이나 루프(Loop)가 형성된다. 이러한 루프나 컬은 연신조건이나 열처리 조건이 가혹해지거나 폴리머 점도차이가 극대화될 수록 심해지게 된다. 이러한 컬이나 루프는 잠재권축 성능을 대변해주는 기본적인 지표가 되지만 이로 인한 부작용이 심각한 편이다.
즉, 3차원 루프나 컬에 의한 원사의 해사성이 아주 나빠진다. 원사 자체는 꼬임이 없지만 계면에서의 폴리머 결정배향차이로 인한 미세한 수축력차가 발생하며 이로 인해 전체 필라멘트가 개별적으로 꼬임을 형성하게 된다. 이러한 현상은 사이드 바이 사이드 단면 형태를 갖는 상기 원사가 우수한 신축성을 갖는 요인이다. 하지만 이러한 구조로 사층을 구성하는 필라멘트 다발에서의 원사 패킹성이 나빠지게 된다. 비록 권취시 장력이 주어져 있긴 하지만 그 이상의 파워로 엉키기 때문에 표층과 권취장력차가 극심히 발생하는 부분에서는 그 엉킴이 심화된다. 뿐만 아니라 권취 다발(주로 보빈이나 드럼)상의 권사 경도가 지속적으로 상승하게 된다.
따라서 상기의 원사(복합섬유)는 신축성 측면에서는 무리가 없지만 공정성 및 후가공 작업성 측면에서 많은 어려움이 존재해 현실 적용에 많은 무리가 따르고 있는 상황이다.
한편, 미국특허 6,673,443 등에서는 서로 종류가 상이한 수지인 (ⅰ) 폴리트 리메틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 와 (ⅱ) 폴리에틸렌테레프탈레이트를 반연신사 제조 방식(POY)으로 복합방사 하여 반연신 상태의 복합섬유를 제조한 다음, 별도공정에서 이를 열연신 하여 신축성 폴리에스테르 복합섬유를 제조하는 방법을 게재하고 있다.
상기와 같이 복합섬유를 구성하는 2개 성분 중 하나로서 폴리부틸렌테레프탈레이트나 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 사용하는 경우에는 복합섬유의 신축성은 더욱 향상되나 폴리머 자체의 높은 신축성으로 인해 권사 경도가 너무 높아져 권사성이 현저하게 저하된다.
구체적으로, 1∼2Kg 미만의 권사량에서는 어느 정도 권사가 가능하지만, 6∼12kg의 기본적인 권사량에서는 지관이 붕괴되는 문제가 발생 되었다.
이로 인해 상기 방법에서는 1차적으로 반연신사 제조방식(POY)으로 반연신사 상태인 복합섬유를 제조한 다음, 이를 별도로(2차적으로) 연신해 주는 방식으로 신축성 복합섬유를 제조할 수밖에 없었다.
그 결과, 상기 방법은 별도의 2단계 공정을 각각 거쳐야 하므로 공정이 복잡한 문제가 있었다.
한편, 신축성 복합섬유는 결정화도 및 열응력 등이 중요하기 때문에 높은 방사 드레프트를 통해 고배향도와 고결정화도를 구비할 필요가 있기 때문에, 이를 충족시키기 위해서 지금까지는 신축성 복합섬유를 방사직접연신(Spin draw) 방식 대신에 반연신사 제조방식(POY)으로 반연신사를 제조한 후 이를 다시 열연신하는 2단계 공정으로 제조하여 왔다.
구체적으로 방사직접연신(스핀드로우) 방식은 방사시속이 반연신사 제조방식(POY)보다 낮고, 방사된 원사가 완전히 냉각 및 숙성되기 전에 연신이 진행되기 때문에 충분한 배향결정화가 어렵고, 제2고뎃로울러의 온도를 160℃ 이상으로 할 경우 공정성이 나빠지기 때문에 연신시 고온 열처리가 곤란하여, 반연신사 제조방식(POY)과 비교시 신축성 복합섬유의 배향도 및 결정화도 등을 향상시키는데는 불리 하였다.
그로 인해 지금까지는 신축성 복합섬유 제조시에는 방사직접연신방식 대신에 반연신사 제조방식(POY)이 주로 사용되어 왔다.
그 결과, 공정이 복잡해지는 부가적인 문제가 발생하였다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 문제점들을 해소하기 위하여 서로 다른 2종류의 폴리에스테르계 폴리머들을 방사직접연신 방식으로 복합방사 및 권취하여 보다 간단한 공정으로 신축성과 후공정 통과성이 우수한 신축성 폴리에스테르 복합섬유를 제조하기 위한 것이다.
본 발명은 잠재권축성이 우수하여 열수처리시 자발적으로 3차원 나선형 구조를 나타내어 신축성이 우수하며, 원사자체의 루프나 클림프로 인한 큰 벌룬닝 현상을 방지하여 후공정 통과성이 우수한 신축성 폴리에스테르 복합섬유를 보다 간소한 방사직접연신방식으로 제조하고자 한다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융점도가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들을 아래와 같은 조건하에서 방사직접연신(Spin-draw) 공정으로 사이드 바이 사이드 단면 형태로 복합방사, 연신 및 권취하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
● 방사온도 : [2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)]+[10∼25℃]
● 제1고뎃로울러(7)의 속도 : 1,000∼3,000 미터/분
● 제1고뎃로울러(7)의 온도 : 55∼85℃
● 제1고뎃로울러(7)에서의 원사 접촉 길이(열처리구간) : 1∼8 미터
● 제2고뎃로울러(8)의 속도 : 2,000∼5,000 미터/분
● 제2고뎃로울러(8)의 온도 : 110∼160℃
● 제1고뎃로울러 속도(7)에 대한 제2고뎃로울러(8)의 속도비 : 2.0∼4.0배
또한 본 발명의 신축성 폴리에스테르 복합섬유는 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융온도(Tm)가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들이 방사직접연신(Spin-draw) 공정에 의해 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합되어 있는 단면을 갖고, 상기 2종의 폴리에스테르계 폴리머간의 용융점도 차이[△MV : 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 10∼50℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트(Shear rate)로 측정]가 50∼800포아제(Poise)이고, 클림프회복율이 20∼60%인 것을 특징으로 한 다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면 등을 통하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에서는 서로 종류가 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머를 사이드 바이 사이드(Side by Side) 단면 형태로 복합방사한 후, 연속해서 방사된 2성분 복합사를 방사직접연신(Spin-draw) 방식으로 연신 및 열처리하여 신축성 폴리에스테르 복합섬유를 제조한다.
구체적으로, 본 발명은 잠재권축형 폴리에스테르 2성분 복합사를 제조함에 있어서, 시차주사열량계(Dsc, First Run)상의 용융온도(Tw)가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들을 사용하여 도 1과 같이 방사, 연신 및 열처리를 1개의 연속된 공정에서 실시하는 방사직접연신(Spin-draw) 방식으로 사이 드 바이 사이드 형태의 단면을 갖는 신축성 폴리에스테르 복합섬유(이하, "신축성 복합사" 라고 한다)를 제조한다.
도 1은 본 발명의 공정 개략도 이다.
신축성 복합사를 구성하는 상기 2종의 폴리에스테르 폴리머에는 소광제, 자외선 차단제 등의 첨가제를 소량첨가 할 수도 있다.
본 발명에서 사용하는 2종의 폴리에스테르 폴리머중 한성분으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 다른 한 성분으로는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 2종의 폴리에스테르계 폴리머간의 용융점도 차이(△MV)는 50∼800 포아제(Poise)이다. 상기 용융점도 차이(△MV)는 2종의 폴리머들 중에서 상대적으로 높 은 용융점도를 갖는 1종의 폴리머의 용융점도 보다 10∼50℃ 높은 온도에서 1,000 쉬어 레이트(Shear Rate)로 측정한 것이다.
용융점도 차이(△MV)가 상기 범위를 벗어나면 방사성이 나빠지거나, 신축성 복합사의 신축성이 저하된다.
한편, 미건조 펠렛 상태에서 측정한 2종의 폴리에스테르 폴리머간의 고유점도 차이는 0.5 미만인 것이 바람직하다.
고유점도 차이가 0.5를 초과하게 되면 곡사현상으로 인해 방사성이 나빠지는 등의 문제가 발생될 수 있다.
또한, 신축성 복합사를 구성하는 성분들중 한성분으로 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 사용하는 경우에는 미건조 펠렛 상태에서 측정한 고유점도가 0.9∼1.2인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 사용하는 것이 공정성 등에 바람직하다.
폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 복합방사하는 경우 신축성 복합사의 전체 단면적 대비 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 수지의 단면적 비율이 20∼70%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
만약, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 단면적 비율이 20% 미만인 경우에는 2성분 복합사의 권축성능이 나빠져 원단 제조시 신축성과 반발탄력성이 저하될 수 있다.
한편, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 단면적 비율이 70%를 초과하는 경우에는 저수축 성분의 부족으로 권축 발현이 어렵고, 고가인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 사용량이 많아져 제조원가가 상승하게 될 수 있다.
신축성 복합사를 구성하는 모노 필라멘트들의 섬도는 0.1∼10데니어인 것이 바람직하다.
복합방사 및 냉각/고화된 복합사를 제1고뎃로울러(8)와 제2고뎃로울러(9) 사이에서 로울러 간의 선속도 차이를 이용하여 연신되고, 제2고뎃로울러(9)의 온도에 의해 열처리 되어 미세 구조가 고정된다.
본 발명에서는 방사온도를 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머(이하 "고온의 용융온도를 갖는 폴리머"라고 한다.)의 용융온도(Tm)보다 10∼25℃ 높은 온도로 설정한다.
상기 고온의 용융온도를 갖는 폴리머는 100∼700포아제(Poise)의 용융점도를 갖는 것이 바람직하다.
상기의 용융온도는 고온의 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 10∼25℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트(Shear rate)로 측정한 것이다.
한편, 상기 고온의 용융온도를 갖는 폴리머는 50∼500포아제(Poise)의 용융점도 차이(△MV)를 갖는 것이 바람직하다.
상기의 용융점도 차이(△MV)는 고온의 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 10℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트로 측정한 용융점도(MV1)와 고온의 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 25℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트로 측정한 용융점도(MV2)간의 차이이다.
또한, 본 발명에서는 제1고뎃로울러(7)의 회전속도를 1,000∼3,000m/분 으로 조절하고, 제2고뎃로울러(8)의 회전속도를 2,000∼5,000m/분 으로 조절하고, 제1고뎃로울러(7)에 대한 제2고뎃로울러(8)의 속도비를 2.0~4.0배로 조절한다.
또한, 본 발명에서는 제1고뎃로울러(7)의 온도를 55∼85℃로 조절하고, 제2고뎃로울러의 온도를 110∼160℃로 조절하고, 제1고뎃로울러(7)상에서의 원사 접촉길이(열처리구간)를 1∼8m로 조절한다.
제1고뎃로울러(7)의 회전속도가 1,000m/분 미만인 경우에는 방사드레프트가 너무 낮아 신축성이 저하되며, 3,000m/분을 초과하는 경우에는 과연신으로 인해 모우발생등이 심해져 원사의 물성이 저하된다.
제1고뎃로울러(7)의 회전속도가 빨라질수록 방사드레프트가 커지고 원사상에서의 배향결정화도 차이가 커진다. 이는 접합폴리머의 종류에 따라 차이는 있으나 원사상에서 조금씩 루프 형성이 시작된다. 이는 향후 공정성에서의 나쁜 방향으로 진행되기 때문에 바람직하지 않다. 루프가 없다는 것은 2종폴리머의 계면에서의 응력과 필라멘트상태에서의 측면 수축력차가 크지 않다는 것을 의미한다.
또한, 제1고뎃로울러(7)에서의 원사접촉길이 (열처리구간)은 1∼8m가 되도록 한다.
원형의 고뎃로울러에서의 열처리 구간은 고뎃로울러상의 필라멘트 감김수로 결정할 수 있는데 직경 20센티미터의 고뎃로울러에 5회 감을 경우 열처리 구간은 제1고뎃로울러가 2개로 구성된 듀오 로울러인 경우는 3.14미터(고뎃로울러의 직경×π×권회수=20×π×5=3.14m)가 되며 그중 하나가 열이 들어가지 않는 세파레이트 로울러인 경우 실질적인 접촉 면적은 1.67미터(고뎃로울러의 직경×π×권회수 =20×π×5/2=1.67m)가 된다. 상기의 열처리 구간보다 짧을 경우에는 열처리가 불균일해지고, 상기의 열처리 구간보다 긴 경우에는 방사직접연신 공정상의 사도간 부적합현상이 발생한다.
또한 제2고뎃로울러(8)의 속도가 2,000m/분 미만인 경우 충분한 연신결정화가 이루어지지 않아 원단상에 과축소현상이나 낮은 원사 모둘러스로 인해 원단 뜯김, 늘어짐 현상 및 경화 현상이 발생되고, 5,000m/분을 초과하는 경우에는 높은 점도의 폴리머(예 : 폴리트리메틸렌테레프탈레이트)는 충분한 힘을 받지 못한 상태에서 낮은 점도의 폴리머(예 : 폴리에틸렌테프탈레이트)에 응력이 집중되어 과연신되므로 원사 자체가 경화되거나, 원사 측면에 루프가 형성되기 시작하여 원사간 엉킴 및 해사성 저하로 연결되어 제직 또는 제편상의 마찰에 쉽게 파열되는 문제점이 발생한다.
제2고뎃로울러(8)의 온도(열처리 온도)는 110∼160℃이다. 110℃ 미만으로 열처리할 경우 2종 폴리머간의 수축율차가 적어져 모두 20%이상으로 많이 축소되므로 원단 과축소로 인한 신축감소 및 원단경화 등 원하는 방향에 상쇄되는 효과가 나타난다. 공정성 측면에서도 높은 점도의 폴리머(예 : 폴리트리메틸렌테레프탈레이트)가 지니는 신축성을 극복하지 못하고 권사된 지관이 수축된 복합섬유의 장력으로 인해 와인더에 분리시킬 수 없는 문제가 발생한다. 160℃를 초과하는 온도로 열처리하는 경우에도 제1,2고뎃로울러간의 적정 연신장력을 확보하지 못해 엄청난 사란과 함께 절사되어 공정성이 극도로 저하됨은 물론이고 원사 열응력이 극도로 저하되어 원단상에서 충분한 수축율을 확보할 수 없게 된다.
제1고뎃로울러와 제2고뎃로울러간의 연신비율은 2.0배에서 4.0배 사이가 되도록 조절한다. 상기 범위를 초과하는 경우에는 과도한 방사드레프트가 걸리거나 과연신으로 인한 원사 자체에 루프나 클림프가 형성되어 물성이 나빠짐과 동시에 모우 및 절사가 심해져 공정성이 나빠진다.
이상에서 설명한 방법으로 제조된 본 발명의 신축성 폴리에스테르 복합섬유는 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융온도(Tm)가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들이 방사직접연신(Spin-draw) 공정에 의해 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합되어 있는 단면을 갖고, 상기 2종의 폴리에스테르계 폴리머 간의 용융점도 차이[△MV : 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 10∼50℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트(Shear rate)로 측정]가 50∼800포아제(Poise)이고, 클림프회복율이 20∼60% 이다.
본 발명에 있어서, 신축성 폴리에스테르 복합섬유의 데니어당 최대 열응력, 용융점도 및 클림프 회복율은 아래와 같은 방법으로 평가한다.
· 클림프 회복율 (%)
먼저, 80바퀴가 90m인 데니어 크릴에서 권회수 10회로 하여 타래를 만든다.
이때 서로 대칭적인 위치에 2개의 매듭으로 봉인하고, 타래제작시 권취 장력은 원사 표시섬도의 1/10g으로 한다. 즉 100데니어인경우 10g으로 장력설정한다.
이렇게 제작한 실타래는 JIS L 1090의 5.10항의 방법을 참고로 하여 측정하는데, 바로 필라멘트 조건이 아닌 가공사 조건의 초하중(표시섬도의 1/20 단위, g) 과 정하중(표시섬도의 2배 단위, g)을 부여하여 길이 L0를 측정한다.
이 타래를 100℃의 열수 중에서 15분간 침지 열처리한 후 꺼내 흡습지로 물을 제거한 후 실내에서 12시간 이상 방치한 후 다시 초하중과 정하중을 달고 길이를 측정한다.(L1) 이때 측정한 L1값은 필라멘트의 꼬임과 엉킴에 의한 실질적인 길이보다 더 짧게 나올수 있으므로 측정 중 가볍게 2~3회 신장이완시키면 실질적인 수축길이를 측정하여야 한다. 이것을 다시 상온의 물(20℃ ±3℃) 속에서 2분 방치후 시료의 길이를 측정한다(L2). 다시 정하중을 제거하고 3분간 방치 후 시료의 길이를 측정한다(L3) 이와 같이 측정한 값들을 아래의 식에 대입하여 클림프 수축율을 구한다
L2 - L3
클림프 회복율 = -------------- ×100(%)
L2
· 최대열응력의 95%를 발휘하는 온도구간 및 데니어당 최대열응력
가네보 회사의 열응력 테스트기(Thermal Stress Tester)로 측정한다.
구체적으로 길이 10cm의 루프상 시료를 상하단 후크에 걸은 다음 일정장력[해동형 복합섬유의 총섬도(데니어)×2/30g]을 부여한다. 이 상태에서 온도를 일정속도(150℃/분)로 승온한다. 이때 온도변화에 따른 응력변화를 도 2와 같은 차트로 나타낸 다음 상기 각 물성을 구한다.
최대열응력의 95%를 발휘하는 온도 구간은 최대열응력의 95%지점[도 2의 Z(90%)부분]의 평행선과 차트 곡선이 만나는 두지점의 온도로 구한다.
원사 데니어당 최대열응력은 차트상 최대열응력 값(도 2의 Z부분)을 구한 다음, 이를 공식에 대입하여 계산한다.
Figure 112005053474978-pat00001
· 용융점도
인스트롱(INSTRON)회사의 캐필러리 레오미터(Capillary Rheometer)기기(스펙 : L=25.38mm, D=0.762mm, L/D=33.31mm)를 이용하여 용융점도를 측정하였다.
실시예 1
시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융점도(Tm)가 255℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 한 성분으로 사용하고, 미건조 펠렛 상태에서 고유점도가 0.91이고 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융온도(Tm)가 224℃이며 트리메틸렌테레프탈레이트 반복단위가 95몰%인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 다른 한 성분으로 사용하여, 이들을 방사직접연신 방식으로 사이드 바이 사이드 형태로 복합방사 및 권취하여 60데니어/24필라멘트의 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트의 용융점도는 265℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정시에는 526포아제이고, 280℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정시에는 299포아제이다.
한편, 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 용융점도는 265℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정시에는 1,245포아제이고, 280℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정시에는 543 포아제 이다.
265℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정한 상기 폴리머들 간의 용융점도 차이는 719포아제이고, 285℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정한 상기 폴리머들 간의 용융점도 차이는 244포아제 이다.
이때, 복합섬유 전체 단면적 대비 폴리에텔렌테레프탈레이트의 단면적 비율과 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 단면적 비율을 각각 50%로 하였고, 제1고뎃로울러의 회전선속도는 2,000m/분으로 하고 제2고뎃로울러의 회전선속도는 4,200m/분으로 하여 이들 간의 연신비를 2.1배로 하였고, 제1고뎃로울러의 온도는 65℃로 하였고, 제2고뎃로울러의 온도는 130℃로 하였다. 이때 제1고뎃로울러의 직경은 22cm이고, 타입은 듀오로울러이고, 제1고뎃로울러에 대한 원사의 권회수는 6.5회로 하였고, 지관으로는 두께가 7mm이고, 직경이 11cm이고 길이가 15cm인 것을 사용하였다.
6kg 드럼 600개를 생산하는 동안의 조업성과 제조된 원사 물성을 측정한 결과는 표 2와 같다.
실시예 2 ∼ 실시예 4 및 비교실시예 1 ∼ 비교실시예 4
폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 각각의 용융점도, 이들간의 용융점도 차이, 제1고뎃로울러의 속도, 제2고뎃로울러의 온도 및 연 신비를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 60데니어/24필라멘트의 폴리에스테르 복합섬유를 제조하였다.
6kg 드럼 600개를 생산하는 동안의 조업성과 제조된 원사의 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.
제조조건
구 분 실시예 비교 실시예
1 2 3 4 1 2 3 4
265℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정한 폴리에틸렌테레프탈레이트 용융점도[A](포아제) 526 526 465 526 526 925 1,650 2,220
280℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정한 폴리에틸렌테레프탈레이트 용융점도[B](포아제) 299 299 270 323 323 414 1,130 1,450
265℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 용융점도[C](포아제) 1,245 1,245 1,080 1,080 1,245 1,245 1,520 1,080
280℃에서 1,000 쉬어 레이트로 측정한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 용융점도[D](포아제) 543 543 475 475 547 547 611 475
용융점도차이 [A]-[C] 719 719 605 605 719 320 -130 -1,140
[B]-[D] 244 244 335 335 396 129 -519 -975
연신 조건 제1고뎃로울러속도(m/분) 2,000 1,300 1,550 1,200 800 1,300 2,000 1,300
제1고뎃로울러 온도(℃) 130 140 145 125 105 170 130 130
연신비(배) 2.1 3.0 2.4 3.4 5.0 2.2 2.1 3.0
조업성 및 원사 물성 평가 결과
구분 클림프 회복율 데니어당 최대열응력 조업성
실시예 1 48.8% 0.23g/d 98.6%
실시예 2 45.7% 0.21g/d 97.6%
실시예 3 39.5% 0.18g/d 94.6%
실시예 4 50.6% 0.27g/d 92.0%
비교실시예 1 29.5% 0.17g/d 45.3%
비교실시예 2 15.3% 0.12g/d 15.3%
비교실시예 3 23.5% 0.07g/d 97.3%
비교실시예 4 19.6% 0.09g/d 79.5%
본 발명은 간소화된 제조공정으로 제편 등의 후공정 통과성이 우수하며 직물/편물 제조시 양호한 신축성을 발현하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유를 제조할 수 있다.
아울러, 본 발명의 신축성 폴리에스테르 복합섬유는 직편물 제조시 특유의 미세 크림프를 발현하여 양호한 신축성을 부여하고 부드러운 촉감과 반발탄력성도 발현하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 복합섬유 자체의 루프나 클림프로 인한 벌룬닝 현상을 효과적으로 방지할 수 있어서 권사등의 후공정성이 크게 향상된다.

Claims (10)

  1. 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융온도(Tm)가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들이 방사직접연신(Spin-draw) 공정에 의해 사이드 바이 사이드(Side by Side) 형태로 복합되어 있는 단면을 갖고, 상기 2종의 폴리에스테르계 폴리머 간의 용융점도 차이[△MV : 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)보다 10∼50℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트(Shear rate)로 측정]가 50∼800포아제(Poise)이고, 클림프회복율이 20∼60%인 것을 특징으로 하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유.
  2. 1항에 있어서, 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중 1종의 폴리머가 폴리트리메틸렌테레프탈레이트이고, 나머지 1종의 폴리머가 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유.
  3. 1항에 있어서, 복합섬유의 모노필라멘트 섬도가 0.1∼10데니어인 것을 특징으로 하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유.
  4. 1항에 있어서, 복합섬유의 데니어당 최대열응력이 0.06∼0.3g인 것을 특징으로하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유.
  5. 2항에 있어서, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(미건조 펠렛 상태)의 고유점도가 0.9∼1.2인 것을 특징으로하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유.
  6. 2항에 있어서, 복합섬유의 전체 단면적 대비 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 단면적 비율이 20∼70%인 것을 특징으로 하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유.
  7. 시차주사열량계(DSC, First Run)상의 용융점도가 서로 상이한 2종의 폴리에스테르계 폴리머들을 아래와 같은 조건하에서 방사직접연신(Spin-draw) 공정으로 사이드 바이 사이드 단면 형태로 복합방사, 연신 및 권취하는 것을 특징으로 하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
    ● 방사온도 : [2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도를 갖는 폴리머의 용융온도(Tm)]+[10∼25℃]
    ● 제1고뎃로울러(7)의 속도 : 1,000 ~ 3,000 미터/분
    ● 제1고뎃로울러(7)의 온도 : 55 ~ 85 ℃
    ● 제1고뎃로울러(7)에서의 원사 접촉 길이(열처리구간): 1 ~ 8 미터
    ● 제2고뎃로울러(8)의 속도 : 2,000 ~ 5,000 미터/분
    ● 제2고뎃로울러(8)의 온도 : 110 ~ 160℃
    ● 제1고뎃로울러 속도(7)에 대한 제2고뎃로울러(8)의 속도비 : 2.0~4.0배
  8. 7항에 있어서, 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중 1종의 폴리머가 폴리트리메틸렌테레프탈레이트이고, 나머지 1종의 폴리머가 폴리에틸렌테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
  9. 7항에 있어서, 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도(Tm)를 갖는 폴리머의 용융점도[상기 폴리머의 용융온도보다 10∼25℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트(Shear rate)로 측정한 값]가 100∼700포아제(Poise)인 것을 특징으로 하는 신축성 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법.
  10. 7항에 있어서, 2종의 폴리에스테르계 폴리머들 중에서 상대적으로 높은 용융온도(Tm)를 갖는 폴리머의 용융점도 차이[△MV : 상기 폴리머의 용융온도 보다 10 ℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트로 측정한 용융점도(MV1)와 상기 폴리머의 용융온도 보다 25℃ 높은 온도에서 1,000/sec의 쉬어 레이트로 측정한 용융점도(MV2)간의 차이]가 50∼500포아제(Poise)인 것을 특징으로 하는 신축성 복합섬유의 제조방법.
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