KR100963877B1 - 이형단면 중공사 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이형단면 중공사 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 열가소성 수지의 방사용액을 C자형으로 구부러진 고리 모양이며 서로 동일한 크기를 갖는 3개의 C자형 슬릿들이 세잎클로버 형태로 균일한 각도로 배열되어 있는 방사구금을 통해 방사하여 원사 단면이 8자형 또는 세잎클로버 형태이고, 원사 내부에 중공부를 갖는 이형단면 중공사를 제조함을 특징으로 한다.

본 발명의 방법은 이형단면 중공사 제조시 방사구금의 마모에 의한 염색불량 및 중공부의 개환에 의한 단면형성성 저하 문제를 개선할 수 있다.

본 발명의 이형단면 중공사는 흡한속건성과 반발성, 보온성 및 경량성이 뛰어나다.

이형단면, 중공사, 방사구금, C자형슬릿, 단면형성성, 흡한속건성, 보온성.

Description

이형단면 중공사 및 그의 제조방법{Hollow yarn with non-circle cross section and method of manufacturing the same}

도1은 본 발명에서 사용하는 방사구금의 단면 모식도.

도2(a) 내지 (g)는 종래 중공사 제조에 사용되는 방사구금의 단면도.

* 도면중 주요 부분에 대한 부호 설명

a: C자형 방사슬릿의 폭.

b: C자형 방사슬릿의 벌어진 각도.

c: C자형 방사슬릿의 외경.

본 발명은 이형단면을 갖고 내부에는 중공부를 갖는 원사(이하 "이형단면 중공사"라고 한다) 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방사시 방사구금의 마모로 인한 염색불량과 중공부의 개환 문제가 없고 흡한속건성과 반발성, 보온성등이 우수한 이형단면 중공사 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

중공사란 1956년에 이미 기본적인 특허가 출원되어 있을 정도로 오래된 기술로서 중공사의 장점은 중공부에 대한 무게 감소로 인한 비중 감소로 경량감을 느낄수 있는 점을 들 수 있다. 또한 중공부에 공기가 존재함으로서 공기의 열전도율이 낮은 것을 이용하여, 보온성을 또한 유지할 수가 있다. 섬유 집합체로서의 의복에 보온성을 주는 목적은 가볍고, 얇으면서도 보온성이 우수한 소재를 얻는데 있었다.

따라서 겨울철 옷이 두꺼워짐에 따라서 그 무게도 높아지고, 무게를 줄이면 보온성이 떨어지는 단점을 해결하기 위해서 중공사가 많이 이용되고 있다.

중공사의 제조방법에는 도2(a) 내지 (g)와 같이 비연결부를 가진 구금을 이용하여 구금 직하에서 방사용액을 융착시켜 원사내부에 공기를 포함하는 중공부가 형성되도록 고화시키는 방식과, 복합방사 후 하나의 성분을 용해시켜 제거하는 방법 등 크게 2가지가 있다. 복합방사의 경우, 2성분의 폴리머중 한성분을 용출해내는 방식으로, 용출해 내는 폴리머의 소비가 크고, 제조비용이 높으며, 용출공정을 거치기 때문에 가공비용이 많이 발생하는 단점을 가지고 있다. 또한 용출형 폴리머 중 폴리에스테르 성분은 수산화나트륨과 같은 알칼리용액을 용출액으로 사용하기 때문에 환경오염에도 문제가 되고 있다. 따라서 일반적인 중공사의 제조방법은 연결되지 않은 슬릿으로부터 폴리머를 토출시키고 완전히 고화되기 전에 융착이 이루어지도록 하여 외기를 중앙부에 포함시켜 중공을 만드는 것이 일반적인 방법이다.

이러한 중공사의 보온성 및 경량성을 이용하여 겨울용 소재로 많이 사용되고 있다.

한편, 최근 흡한속건 및 기능성 소재에 대한 관심이 높아지고, 겨울철에도 실외 운동이 많이 진행됨에 따라서 몸의 땀과 같은 수분은 배출하면서 온도는 유지 시켜 줄수 있으며, 경량화된 옷에 대한 기능성이 필요로하게 되었다. 이러한 요구에 맞추어 개발된 원단의 제조방법으로는 이형단면의 흡한속건사와 중공사를 양면 환편기로 서로 다른 이면으로 드러나게 제편한 후, 중공사 부분을 기모하는 방식으로 바깥쪽 원단은 흡한속건기능을 하면서 피부에 닿는 부분은 중공사층으로 보온역할을 하도록 하는 방법이 일반화되어 있으며, 또 다른 방법으로는 대한민국 공개 특허 제2003-0015099에서는 이형단면사로 구성된 흡한속건층으로 모세관 현상과 삼투압현상을 일으키는 층과, 중공사로 이루어져 체온을 유지 시켜주는 층과, 원적외선을 방사할수 있는 원사로 구성된 표면조직층으로 이루어져 다층구조에 의한 흡한속건성과 보온성을 동시에 발현될 수 있도록 하는 원단이 게재되어 있다.

원사 내부에 중공을 가진 섬유는 일반적으로 많은 공기층을 함유하므로 비중이 작고, 보온성이 우수하다. 따라서 가벼우면서도 따뜻한 느낌을 주는 우수한 특성을 가지며 단열옷, 이불, 보온용 의류, 침낭 등에 많이 사용되어지고 있으나, 지금까지 개발되어온 중공사는 방사시 방사공 상부의 압력 불균형이나, 방사된 고분자 용융체를 냉각시키는 과정에서 공기 와류에 의해 원사가 개환되거나, 구금의 장시간 반복 사용시 중공사가 개환되어 공기층을 잃게 되므로 반발성, 숭고성, 보온성 및 염색성이 떨어지는 결점이 있다.

또한 원사가 방사시 융착되지 않고 개환되는 경우, 방사단계에서 모우 및 루프(loop)가 많이 발생되어 조업성 저하에 원인이되고 가공후에는 개환된 원사와 중공을 이루고 있는 원사가 서로 다른 염색성을 가지게 되어 염색불량의 원인이된다.

이와 같이 중공이 개환되는 현상을 개선하기 위하여, 대한민국 공개특허 제 1998-0009538, 동2001-0028164에서는 도2(d) 내지 (g)와 같이 방사공인 만곡된 슬릿의 가장자리 부분에 중공부쪽으로 휘어 들어간 두 개 이상의 만곡슬릿 또는 직선슬릿을 원형이나 네잎클로버모양으로 배열시킨 방사공을 가진 방사 구금을 사용하는 방법을 제안하고 있다. 그러나 이러한 구금은 토출공 가공시에 2단계로 가공을 해야하므로 중공사 제조비용의 상승 원인이 되며, 구금을 장기간 사용하게 되면 전단응력(shear rate)이 휘어지는 부분에 집중됨으로서 폴리머가 구금에 손상을 주어 장시간 구금의 반복 사용시와 같이 중공부가 개환되는 문제가 발생된다. 또한 위의 방법으로 제조된 원사의 대부분의 단면은 대부분 진원이거나 진원에 가까운 원으로 일반 원사와 단면 모양에 있어서는 큰 차이가 없다.

최근 겨울철에도 실외 운동이 많이 진행됨에 따라서, 몸의 땀과 같은 수분은 배출하면서 온도는 유지시켜주며, 소경량화된 옷에 대한 기능성이 필요로하게 되었다. 기능성 소재에 대한 관심이 높아짐에 따라 흡한속건사(이형단면사)와 중공사 소재와의 복합사용도 많이 진행되고 있다. 중공사의 모양이 진원에 가까운 원형이거나 대부분 진원으로 일반 원사와 크게 다르지 않아 최근 기능성 제품에서 요구되고 있는 흡한속건 기능을 발휘하기 위해서는 흡한속건사(이형단면사)와의 소재를 함께 사용해야 했다.

두 원사를 복합할 경우 원단의 중량이 높아져 경량성이 떨어지게 되고, 원단에서의 층을 다층구조로 할 경우 두께가 두꺼워져 운동복과 같은 활동성이 높게 요구되는 옷에는 접합하지 않다.

본 발명은 원사 중앙에 중공부를 가지고 있어서 보온 및 경량 특성을 가지고, 반발특성이 있으며, 이형단면을 가지고 있어 모세관 현상 및 원사 단면의 표면적 증가에 의한 흡한속건 기능을 최대한 발휘할 수 있는 이형단면 중공사를 제조하는데 있다.

또한, 본 발명은 상기의 이형단면 중공사를 제조시에 구금의 마모에 의한 염색불량과 중공부 개환에 따른 단면형성성 저하 문제를 개선하여 장시간 방사에도 조업성이 양호한 이형단면 중공사의 제조방법을 제공하고자 한다.

이와 같은 과제들을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 이형단면 중공사의 제조방법은, 열가소성수지의 방사용액을 방사구금을 통해 방사하여 이형단면 중공사를 제조할 때 C자형으로 구부러진 고리 모양이며 서로 동일한 크기를 갖는 3개의 C자형 슬릿들이 세잎클로버 형태로 균일한 각도로 배열되어 있는 방사구금을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 이형단면 중공사는 원사 단면이 8자형 또는 세잎클로버 형태이고, 원사 내부에 중공부를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 원사의 단면 형태를 이형단면 형태, 구체적으로 8자형 또는 세잎클로버 형태로 하고, 원사 단면 안에 중공부가 형성되도록 하기 위해서 열가소성수지 방사액을 도1과 같이 동일한 크기를 갖는 3개의 C자형 슬릿들이 세잎클로버 형태로 균일한 각도로 배열되어 있는 방사구금을 사용한다.

도1은 본 발명에서 사용하는 방사구금의 단면 모식도이다.

상기의 3개의 C자형 슬릿들은 중공형성성과 방사안정성을 향상시키기 위해서 서로 동일한 크기를 갖고 균일한 각도로 배열되어 있으며, 이들 각각은 이형도를 향상시키기 위해서 C자형의 고리모양을 갖는다.

본 발명은 슬릿들이 C자형 고리모양이기 때문에 완만한 곡선 모양인 경우보다 방사시 폴리머 유동방향이 방사구금의 중앙부 쪽으로 향하게 되어 각각의 슬릿으로부터 토출되는 방사용액(용융 폴리머)들이 서로 융착하기 쉽도록 하고, 원사의 단면을 원형이 아닌 이형단면으로 하기 용이하다.

C자형 슬릿의 폭(a)은 0.05~0.12mm인 것이 바람직하다.

슬릿의 폭(a)이 0.05mm 미만인 경우에는 토출되는 용융 폴리머(방사용액)의 토출속도 및 전단응력(shear rate)이 높아져 조업성이 저하 될 수 있고, 0.12mm를 초과하는 경우에는 토출되는 용융 폴리머(방사용액)의 토출속도가 낮아져 방사장력이 높아지고 그로 인해 조업성이 저하되고 용융 폴리머의 토출량이 많아져 중공 형성이 어렵게 될 수 있다.

한편, C자형 슬릿의 벌어진 각도(b), 다시말해 C자형 슬릿의 양말단부와 중심점을 연결하는 직선들이 이루는 각도(도 1의 b)는 120~170°인 것이 바람직하다.

상기의 각도(b)가 120°미만인 경우에는 방사구금의 중앙부로 용융 폴리머( 방사용액)가 몰리게 되어 중공형성이 곤란해 질 수 있고, 170°를 초과하는 경우에는 C자형 슬릿 각각에서 토출되는 용융 폴리머들이 서로 잘 융착되지 않는 문제가 발생될 수 있다.

C자형 슬릿의 외경(c)은 0.4~1.0mm인 것이 중공사 제조에 바람직하다.

한편, 본 발명에서 사용하는 염가소성 수지의 방사용액으로는 폴리아미드 수지 또는 폴리에스테르 수지로 구성된 방사용액등이 사용될 수 있다.

상기의 폴리아미드 수지의 상대점도는 2.4~3.3인 것이 바람직하고, 폴리에스테르 수지의 고유점도는 0.61~0.68인 것이 바람직하다.

상기의 점도들은 높을수록 중공율을 높이는데 바람직하지만, 상기 범위를 초과할 경우에는 조업성이 저하 된다.

상기의 방사구금으로 방사되어 제조된 본 발명의 이형단면 중공사는 원사 단면이 8자형 또는 세잎클로버 형태이고, 원사 내부에 중공부를 갖는다.

상기 중공부의 개수는 1~3개이고, 전체 중공율은 5~30%이다.

본 발명은 방사 구금의 토출공 모양이 3개의 고리 슬릿을 가지고 있어서, 폴리머의 토출방향이 원사 내부쪽으로 향하도록 하여, 폴리머 토출시 압력 불안정 및 냉각시에 공기의 와류 등에 의한 미융착과 같은 불량이 발생하지 않으며, 이러한 방법으로 제조된 원사는 원사 내부에 중공을 가지고 있어서 보온성, 경량성, 반발성 등을 가지고 있고, 그 단면 모양이 여러가지 형태의 이형단면을 하고 있어 모세관 현상에 의한 흡수성과 표면적의 확대를 통한 건조시간의 단축 등 흡한속건 기능을 나타내어 2가지 종류의 원사를 복합하지 않아도 원단 제조시 경량성과 보온성을 동시에 부여 할수 있다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다.

그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정 되는 것은 아니다.

실시예 1

고유점도 0.65의 폴리에스테르 수지를 288℃의 온도를 용융하여 방사용액을 제조한 다음, 제조된 방사용액을 슬릿의 폭(a)이 0.07mm이고, 슬릿의 벌어진 각도(b)가 150°이고, 슬릿의 외경(c)이 0.7mm이며, 도1과 같은 단면 형태를 갖는 방사구금을 통해 방사(토출)한 다음, 구금직하에서 0.5mm/분의 풍속인 냉각풍으로 냉각하여 방사된 폴리에스테르를 고화 한 다음, 계속해서 고화된 폴리에스테르중 120℃의 온도에서 연신한 다음, 4,250m/분의 권취 속도로 권취하여 75데니어/36 필라멘트의 이형단면 중공사를 제조하였다.

방사 조업성 및 제조한 이형단면 중공사의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2 - 실시예 3 및 비교실시예 1 내지 비교실시예 2

방사 폴리머의 종류 및 사용 방사구금 형태 등을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 이형단면 중공사를 제조하였다.

방사 조업성 및 제조한 이형단면 중공사의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같다.

제조조건

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
방사 폴리머 종류		고유점도 0.65의 폴리에스테르 수지	고유점도 0.67의 폴리에스테르 수지	상대점도 3.2의 나일론6 수지	고유점도 0.65의 폴리에스테르 수지	상대점도 2.5의 나일론6 수지
폴리머 용융 온도(℃)		288	290	263	288	260
방사 구금	슬릿의 단면형태	도1	도1	도1	도2(c)	도2(f)
	슬릿의 폭(mm)	0.07	0.08	0.08	0.08	0.08
	슬릿의 외경(mm)	0.7	0.6	0.7	1.4	1.4
	슬릿의 벌어진 각도(도)	150	140	150	-	-
	인접 슬릿 사이의 거리(mm)	-	-	-	0.1	0.1
연신온도(℃)		120	120	165	120	165
권취속도(m/분)		4,250	4,400	4,500	4,250	4,500
이형단면 중공사 총섬도		75데니어/36필라멘트	75데니어/36필라멘트	70데니어/34 필라멘트	100데니어/36 필라멘트	70데니어/34 필라멘트

조업성 및 원사 물성 평가 결과

구 분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교실시예 1	비교실시예 2
조업성		○	○	◎	×	×
미융착 단면 발생 여부		×	×	×	◎	○
원사 물성	중공율(%)	23	25	25	22	18
	흡수성(㎝)	12	12	12	5	6
	보온성(%)	51	53	53	50	48

실시예 1~3에서는 미융착 단면이 발생하지 않았다. 하지만 비교실시예 1~2에서는 미융착 단면이 2~5개 정도 발생하여 조업성 면에서도 좋지 않는 영향을 미쳤다.

흡수성 측정 결과에서도 이형단면형태인 실시예 1~3에서는 흡수성이 통상의 흡한속건성 원사 수준으로 나타났으나 비교실시예 1~2에서는 일반 원형단면사 수준의 흡수성이 나타난다.

상기 [표 1]의 각종 물성들은 아래와 같은 방법으로 각각 평가 하였다.

· 미융착 단면 발생여부

9kg 권량의 만권 원사 8드럼에 대하여 단면 검사를 실시하여 2개이상 5개 미만의 미융착단면(중공부분이 형성되지 않고 단면이 깨져있는 현상)이 발견되었을 경우 ○로, 5개 이상의 미융착단면이 발견되었을 경우 ◎, 1개 또는 미융착이 발견되지 않았을 경우 ×로 각각 구분 하였다.

· 조업성

조업성은 연신사 9kg 드럼을 만권으로 하여 15일 방사하였을 때의 수율로서, 수율이 100~95%이면 ◎로, 95~90% 이면○로, 90%미만인 경우 ×로 각각 구분하였다.

· 중공율(%)

원사 단면을 사진 측정후에 아래와 같이 중공율을 계산하며, 36개의 필라멘트 중공율의 평균으로 한다.

· 흡수성(㎝)

시료인 이형단면 중공사를 이용하여 24인치 28게이지 싱글환편기로 제편한 후 통상의 방법으로 염색가공한 원단을 다음과 같이 바이렉법에 준하여 평가한다.

2.5×20cm의 시편의 끝단 2.5cm를 수직으로 10분간 물에 침지후 물의 상승높이를 측정하였다.

· 보온율(%)

시료인 이형단면 중공사를 이용하여 26인치 28게이지의 폴라플리스용 싱글환편기로 제편한 후 통상의 방법으로 염색 및 기모, 쉐어링 가공하여 폴라플리스 원단을 제조하였다.

시험원단 50cm×50cm의 시료를 준비하여 KS K 0560 방법과 KS K 0466 방법에 의거하여 보온율을 측정하였다.

본 발명은 종래 중공사 제조시의 구금마모에 의한 염색 불량과 중공부 개환에 따른 단면형성성 저하 문제를 개선하여 장시간 방사시에도 조업성이 양호하다.

아울러, 본 발명의 이형단면 중공사는 내부에 형성된 중공부로 인해 보온성, 경량성 및 반발성이 뛰어남과 동시에 이형단면으로 이해 흡한속건성이 우수한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 열가소성 수지의 방사용액을 방사구금을 통해 방사하여 이형단면 중공사를 제조함에 있어서, C자형으로 구부러진 고리 모양이며 서로 동일한 크기를 갖는 3개의 C자형 슬릿들이 세잎클로버 형태로 균일한 각도로 배열되어 있는 방사구금을 사용하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사의 제조방법.
2. 1항에 있어서, C자형 슬릿의 폭(a)이 0.05~0.12mm인 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사의 제조방법.
3. 1항에 있어서, C자형 슬릿의 외경(c)이 0.4~1.0mm인 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사의 제조방법.
4. 1항에 있어서, C자형 슬릿의 벌어진 각도[C자형 슬릿의 양 말단부와 중심점을 연결한 직선들이 이루는 각도:b]가 120~170°인 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사의 제조방법.
5. 1항에 있어서, 열가소성 수지가 폴리아미드 수지 또는 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사의 제조방법.
6. 원사 단면이 8자형 또는 세잎클로버 형태이고, 원사 내부에 중공부를 갖는 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사.
7. 6항에 있어서, 중공부의 개수가 1~3개인 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사.
8. 6항에 있어서, 중공율이 5~30%인 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사.

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