KR101106249B1 - 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법 및 이에 의해제조된 아라미드 스펀레이스 부직포 - Google Patents

아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법 및 이에 의해제조된 아라미드 스펀레이스 부직포 Download PDF

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Abstract

본 발명은 보다 향상된 강도 및 작은 기공 크기 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 부직포의 제공을 가능케 하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법과, 이러한 제조 방법에 의해 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포에 관한 것이다.
상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법은 파라-아라미드 단섬유의 10~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~90 중량%를 포함하는 아라미드 섬유를 개섬하여 웹을 형성하는 단계; 및 상기 웹을 워터펀치하는 단계를 포함한다.
아라미드, 부직포, 워터펀지, 피브릴화, 강도, 열차단성

Description

아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포{PREPARATION METHOD FOR ARAMID SPUNLACED NONWOVEN FABRICS AND ARAMID SPUNLACED NONWOVEN FABRICS}
본 발명은 보다 향상된 강도 및 작은 기공 크기 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 부직포의 제공을 가능케 하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법과, 이러한 제조 방법에 의해 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포에 관한 것이다.
소각장, 금속 공장 또는 유리 공장과 같이 고온의 배기 가스가 배출되는 산업 현장에서는, 위 배기 가스에 포함된 분진 등을 거르기 위해 산업용 내열성 필터가 널리 사용되고 있다. 또한, 이들 산업 현장에서는 고온의 환경 하에서의 작업이 요구되기 때문에, 작업자의 보호를 위한 산업용 내열복이 사용되고 있다.
종래에는 이러한 산업용 내열성 필터 등으로서 유리 섬유로 이루어진 것을 일반적으로 사용하였다. 그러나, 유리 섬유는 충분한 강도 또는 내열성을 가지지 못하기 때문에, 유리 섬유로 이루어진 산업용 내열성 필터 등을 장기간 사용하면, 이러한 필터 등이 부서져 충분한 내구성 및 수명을 가지지 못할 뿐 아니라 경우에 따라 2차 오염을 발생시키기도 하는 단점이 있었다.
이에 충분한 강도 및 내열성을 나타내는 재료를 사용하여 상기 산업용 내열성 필터 등을 제공함으로서, 상술한 유리 섬유의 단점을 해결하기 위한 다양한 시도 및 연구가 이루어져 왔다.
이 중에서도, 방향족 폴리아미드계 섬유인 아라미드 섬유를 사용하여 상기 산업용 내열성 필터 등을 제공하려는 시도가 이루어진 바 있다. 특히, 아라미드 섬유는 비교적 우수한 내열성을 나타내며, 이러한 아라미드 섬유 중에서 파라-아라미드 섬유는 어느 정도의 내열성 및 비교적 우수한 강도를 나타내고, 메타-아라미드 섬유는 강도는 낮으나 우수한 내열성을 나타내기 때문에, 이러한 아라미드 섬유를 사용해 제조된 부직포를 상기 산업용 내열성 필터 등에 적용하려는 시도가 이루어진 바 있다.
그러나, 이러한 아라미드 부직포의 강도, 기공 크기 및 열차단성은 아직까지 충분한 수준에 이르지 못하고 있으며, 이로 인해 보다 우수한 강도 및 작은 기공 크기 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 부직포 또는 이의 제조 방법이 계속적으로 요청되고 있다.
본 발명은 보다 향상된 강도 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 부직포의 제공을 가능케 하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기 제조 방법에 의해 제조된 아라미드 부직포를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 파라-아라미드 단섬유의 10~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~90 중량%를 포함하는 아라미드 섬유를 개섬하여 웹을 형성하는 단계; 및 상기 웹을 워터펀치하는 단계를 포함하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 제조 방법에 의해 제조되고, 공기투과도가 40~200cm3/cm2/sec이고, 평균 기공 크기가 20~50㎛인 아라미드 스펀레이스 부직포를 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법과, 이에 의해 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법은 파라-아라미드 단섬유의 10~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~90 중량%를 포함하는 아라미드 섬유 를 개섬하여 웹을 형성하는 단계; 및 상기 웹을 워터펀치하여 접착시키는 단계를 포함한다.
즉, 이러한 제조 방법에 따르면, 통상적인 부직포의 제조 방법에 따라 상기 아라미드 섬유를 개섬하여 웹을 형성한 후에, 상기 웹을 워터펀치한다. 그런데, 후술하는 실시예를 통해서도 확인되는 바와 같이, 본 발명자들의 실험 결과, 놀랍게도 상기 워터펀치 공정에서 상기 파라-아라미드 단섬유가 피브릴화됨에 따라, 최종 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 보다 향상된 인장 강도 또는 인열 강력 등의 강도를 나타냄이 밝혀졌다. 또한, 이러한 아라미드 스펀레이스 부직포는 상기 피브릴화되는 정도가 증가함에 따라, 이에 비례하여 더욱 향상되는 경향이 있음이 밝혀졌다. 부가하여, 이렇게 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 상기 피브릴화되는 정도에 비례하여 낮은 공기투과도를 나타내기 때문에, 고온의 환경에서도 열을 잘 전달시키지 않으므로(즉, 우수한 열차단성을 나타내므로), 산업용 내열성 필터 또는 산업용 내열복 등에 바람직하게 적용될 수 있음이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 따라, 보다 향상된 강도 및 작은 기공 크기 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 제조 방법에서는, 먼저, 파라-아라미드 단섬유의 10~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~90 중량%를 포함하는 아라미드 섬유를 개섬하여 웹을 형성한다.
즉, 이러한 웹 형성 단계에서는, 기본적으로 파라-아라미드 단섬유를 필수적으로 포함하고 메타-아라미드 단섬유를 선택적으로 포함하는 아라미드 섬유가 사용 된다. 이는 추후의 워터펀치 공정에 의해 피브릴화를 일으키는 파라-아라미드 단섬유와는 달리 메타-아라미드 단섬유는 피브릴화를 일으키지 않기 때문으로, 메타-아라미드 단섬유만을 포함하는 아라미드 섬유를 사용하면, 피브릴화에 의한 아라미드 스펀레이스 부직포의 강도 향상 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 상기 아라미드 섬유는 상기 파라-아라미드 단섬유의 10~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~90 중량%를 포함하는데, 이중에서도 파라-아라미드 단섬유의 50~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~50 중량%를 포함할 수 있고, 파라-아라미드 단섬유의 50 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 50 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명자들의 실험 결과, 상기 아라미드 섬유에 포함된 파라-아라미드 단섬유의 함량이 증가할수록, 추후의 워터펀치 공정에서의 피브릴화되는 정도가 증가하여 따라 최종 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 강도(예를 들어, 인장 강도)가 대체로 향상되는 경향이 있고, 다만, 파라-아라미드 단섬유의 함량이 50 중량%를 초과하는 경우 섬유 배열 방향(MD 방향)의 강도는 약간 저하되고 수직 방향(CD 방향)의 강도는 계속 향상됨이 확인되었다. 따라서, 상기 웹 형성 단계에서는, 상기 파라-아라미드 단섬유의 50~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~50 중량%를 포함한 아라미드 섬유를 사용함이 바람직하고, 파라-아라미드 단섬유의 50 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 50 중량%를 포함하는 아라미드 섬유를 사용함이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 아라미드 섬유는 기본적으로 파라-아라미드 단섬유 및 선택적 으로 메타-아라미드 단섬유를 포함하지만, 이외에도 다른 종류의 아라미드계 섬유를 포함할 수도 있고, 상기 파라-아라미드 단섬유 또는 메타-아라미드 단섬유를 포함한 아라미드계 섬유를 주로 포함하면서 다른 종류의 섬유를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 아라미드 섬유는 통상적으로 사용되는 파라-아라미드 단섬유 또는 메타-아라미드 단섬유, 예를 들어, 25~100mm의 평균 길이 및 5~20㎛의 평균 두께를 가진 파라-아라미드 단섬유 또는 메타-아라미드 단섬유를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 웹 형성 단계에서는, 통상적인 스펀레이스 부직포의 제조 공정에 따라 상기 아라미드 섬유를 카딩법으로 개섬하여 웹을 형성할 수 있다. 이러한 카딩법을 진행하는 구체적인 방법 및 조건은 통상적인 스펀레이스 단섬유 부직포의 제조 공정에 따른다.
한편, 상기 웹을 형성한 후에는, 이러한 웹을 워터펀치하여 접착시킴으로서 상기 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조한다. 이러한 워터펀치 단계에서는, 상기 웹을 70~350bar의 수압으로 워터펀치할 수 있고, 보다 구체적으로, 100~250bar의 수압으로 워터펀치할 수 있다. 본 발명자들의 실험 결과, 상기 워터펀치 단계에서의 수압이 높을수록 상기 아라미드 섬유에 포함된 파라-아라미드 단섬유의 피브릴화되는 정도가 증가하여 최종 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 강도가 보다 향상되고 공기투과도가 보다 낮아질 수 있다. 다만, 수압이 지나치게 높아지면 추가적인 강도 등의 향상 효과가 크지 않을 뿐 아니라 상기 워터펀치 단계에서 웹을 이루는 아라미드 섬유가 유실되거나 손상될 수 있다.
또한, 상기 워터펀치 단계에서는 상기 웹의 한쪽 면에만 물을 공급하여 워터펀치하기 보다는, 상기 웹의 양면에서 워터펀치함이 바람직하다. 이로서, 상기 파라-아라미드 단섬유의 피브릴화 정도를 더욱 높일 수 있으므로, 더욱 향상된 강도와 함께 보다 낮은 공기투과도 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있다.
그리고, 상기 워터펀치 단계에서는, 먼저, 상기 웹을 50~150bar의 수압으로 예비적으로 워터펀치하고 나서(예비 단계), 70~350bar의 수압으로 워터펀치할 수 있고(메인 단계), 이때, 상기 메인 단계에서는 상기 예비 단계에서보다 높은 수압으로 워터펀치한다. 이와 같이, 낮은 수압으로 상기 웹을 워터펀치하는 예비 단계를 먼저 진행함으로서, 갑자기 높은 수압으로 상기 웹을 워터펀치함으로서 상기 웹을 이루는 아라미드 섬유가 유실되거나 손상되는 것을 억제할 수 있고 상기 메인 단계에서 상기 파라-아라미드 단섬유가 효과적으로 피브릴화되게 할 수 있다.
또한, 상기 워터펀치 단계에서는, 0.1~0.15mm의 직경, 이중에서도 0.11~0.13mm의 직경 및 10~20개/cm의 밀도, 이중에서도 14~18개/cm의 밀도를 가진 노즐을 통해 물을 공급하면서 상기 웹을 워터펀치할 수 있다. 보다 큰 노즐 직경 및 노즐 밀도를 가진 노즐을 사용해 상기 워터펀치 단계를 진행할수록, 상기 파라-아라미드 단섬유가 피브릴화되는 정도가 증가할 수 있으므로, 더욱 향상된 강도와 함께 보다 낮은 공기투과도 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있다. 다만, 지나치게 큰 노즐 직경 및 노즐 밀도를 가진 노즐을 사용하여 상기 워터펀치 단계를 진행하면, 이러한 워터펀치 단계의 진행이 쉽지 않게 되고 추가적인 강도 향상 효과 등도 거의 없다.
그리고, 상기 워터펀치 단계에서는, 상기 웹을 5m/min 이상의 속도, 이중에서도 5~15m/min의 속도로 상기 웹을 이동시키면서 워터펀치할 수 있다. 상기 웹의 이동 속도가 작아짐에 따라, 상기 웹을 워터펀치하는 처리 시간이 길어질 수 있으므로, 상기 파라-아라미드 단섬유가 피브릴화되는 정도가 증가하여 보다 향상된 강도 등을 나타내는 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있다. 다만, 지나치게 느린 속도로 상기 웹을 이동시키면 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 공정의 양산성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명의 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법에서는, 상술한 워터펀치 단계만을 진행할 수도 있지만, 선택적으로 상기 웹을 형성한 후 워터펀치하기 전에 상기 웹을 니들펀치하는 단계를 더 진행할 수도 있다. 이러한 니들펀치 단계의 부가에 의해 상기 파라-아라미드 단섬유의 피브릴화 정도를 더욱 높일 수 있으므로, 더욱 향상된 강도와 함께 보다 낮은 공기투과도 및 우수한 열차단성을 나타내는 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있다. 이러한 니들펀치 공정의 구체적인 진행 방법 및 조건은 통상적인 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법에 따른다.
상술한 제조 방법에 의해 파라-아라미드 단섬유를 충분히 피브릴화시킴으로서, 보다 향상된 강도를 나타낼 뿐 아니라 평균 기공 크기가 작고 공기투과도가 낮아 고온 환경에서도 열을 잘 전달시키지 않는(즉, 우수한 열차단성을 나타내는) 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있다.
이렇게 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 40~200cm3/cm2/sec의 공기투과도를 가지며, 20~50㎛의 평균 기공 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포는 섬유 배열 방향(MD 방향)의 인장 강도가 0.30~0.55kgf/mm2에 이르고, 수직 방향(CD 방향)의 인장 강도가 0.25~0.80kgf/mm2에 이를 수 있다. 그리고, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포는 섬유 배열 방향(MD 방향)에서의 인열 강력이 3.50~7.50kgf에 이르고 파단일이 430~1150kgf·mm에 이르며, 수직 방향(CD 방향)에서의 인열 강력이 3.50~6.50kgf에 이르고 파단일이 830~1600kgf··에 이를 정도로 우수한 강도를 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포는 0.05~0.2g/cm3의 밀도 및 0.60~1.90mm의 후도를 가질 수 있다. 이와 같이, 상술한 제조 방법에 따라 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 산업용 내열성 필터 또는 산업용 내열복 등에 적용되기에 적합한 후도(두께)를 가지면서도 우수한 강도 및 내열성을 나타낼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 뛰어난 강도를 나타내는 동시에 작은 기공 크기 및 낮은 공기투과도를 나타내어 고온의 환경에서도 열을 잘 전달시키지 않으므로(즉, 우수한 열차단성을 나타내므로), 산업용 내열성 필터 또는 산업용 내열복 등에 바람직하게 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 보다 향상된 강도, 작은 기공 크기 및 우수한 열차단성과 함께 낮은 공기투과도를 나타냄에 따라, 산업용 내열성 필터 또는 산업용 내열복 등에 바람직하게 적용될 수 있는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하기 이해시키기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조
50mm의 평균 길이 및 10㎛의 평균 두께를 가진 파라-아라미드 단섬유의 10 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 90 중량%를 포함한 아라미드 섬유를 통상적인 카딩법으로 개섬하여 웹을 형성하였다. 이때, 일반적인 크로스래퍼를 이용 적층하여 120gsm 수준의 웹을 형성하였다.
이어서, 상기 웹을 니들 펀치기에서 약 400pps 의 밀도로 1회 니들펀치하고 나서, 노즐 직경 0.1mm 및 노즐 밀도 16개/cm로 형성된 노즐을 사용하여 200bar의 수압으로 물을 공급하면서 상기 웹을 워터펀치하여 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조하였다. 이때, 상기 워터펀치 공정에서는 상기 웹의 한쪽 면에만 물을 공급하 였다.
실시예 2: 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조
파라-아라미드 단섬유의 50 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 50 중량%를 포함한 아라미드 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조하였다.
실시예 3: 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조
파라-아라미드 단섬유의 100 중량%를 포함한 아라미드 섬유를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조하였다.
실시예 4: 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조
상기 워터펀치 공정에서 상기 웹의 양면에 물을 공급하여 워터펀치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조하였다.
실시예 5: 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조
상기 워터펀치 공정에서 상기 웹의 양면에 물을 공급하여 워터펀치한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조하였 다.
실시예 6: 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조
상기 워터펀치 공정에서 상기 웹의 양면에 물을 공급하여 워터펀치한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 아라미드 스펀레이스 부직포를 제조하였다.
시험예 1: 피브릴화의 확인
전자 주사 현미경(SEM, JSM-6300, JEOL Ltd., 일본)을 사용하여 상기 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조를 관찰하였다. 이러한 전자 주사 현미경 사진을 도 1 내지 6에 첨부하였다.
도 1 내지 6을 참조하면, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조로부터 실시예 1 내지 6의 제조 과정에서 파라-아라미드 단섬유의 피브릴화가 일어났음이 확인되며, 이러한 피브릴화의 발생 정도는 파라-아라미드의 함량이 높을수록 증가함이 확인된다.
또한, 도 1 내지 3과 도 4 내지 6을 비교하면, 상기 웹의 양면에서 워터펀치를 진행하는 경우, 상기 웹의 한쪽 면에서 워터펀치를 진행하는 경우에 비해 피브릴화의 발생 정도가 증가하는 것으로 확인된다.
시험예 2: 공기투과도, 평균 기공 크기, 후도 및 밀도 등의 측정
상기 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 공기투과도, 평균 기공 크기, 후도 및 밀도 등을 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
먼저, 공기투과도는 ISO 9237의 프레지어법을 사용하여 측정하였고, 측정시의 공기 압력은 125 Pa이었다.
또한, 평균 기공 크기는 Capillary Flow Analysis 법(측정압력은 0∼0.5psi) 으로 측정하였고, 측정 대상 시료(아라미드 스펀레이스 부직포)의 단위 면적당 중량 및 후도를 측정하여 이로부터 위 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 밀도를 산출하였다.
이러한 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
단위면적당 중량(g/m2) 후도(mm) 밀도(g/cm3) 공기투과도
(cm3/cm2/sec)		 평균 기공 크기(㎛)
실시예 1 126.8±3.74 1.62±0.09 0.08 133.0±3.24 46.0
실시예 2 135.2±4.80 1.51±0.09 0.09 96.9±7.37 43.5
실시예 3 122.1±4.99 1.37±0.08 0.09 50.5±3.70 37.5
실시예 4 106.8±3.83 1.38±0.06 0.08 143.8±7.76 38.1
실시예 5 97.0±4.46 1.20±0.06 0.08 70.8±5.57 30.5
실시예 6 121.8±6.46 1.31±0.08 0.09 42.8±5.65 20.5
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 6의 제조 과정에서 아라미드 섬유에 포함된 파라-아라미드 섬유가 피브릴화됨에 따라, 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 낮은 공기투과도 및 작은 평균 기공 크기를 가지게 되며, 상기 피브릴화되는 정도가 증가할수록(즉, 파라-아라미드 단섬유의 함량이 증가할수록, 또, 상기 웹의 한쪽 면이 아닌 양면을 워터펀치함에 따라), 상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 공기투과도 및 평균 기공 크기는 더욱 작아짐이 확인된다.
따라서, 상기 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 보다 낮은 공기투과도를 나타내어 고온의 환경에서도 열을 잘 전달시키지 않으며(즉, 우수한 열차단성을 나타내며), 산업용 내열성 필터 또는 산업용 내열복 등에 적용되기에 적합한 후도 및 밀도를 가짐이 확인된다.
시험예 3: 인장 강도, 인열 강력 및 파단일의 측정
상기 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 인장 강도, 인열 강력 및 파단일을 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
먼저, 인장 강도는 ASTM D 4632 방법에 따라 인장 실험기(Instron 4467)를 사용하여 측정하였다. 이때, 500kgf의 로드셀 및 50mm/min의 신장 속도의 조건을 적용하였다.
또한, 인열 강력 및 파단일은 인장 강도의 측정 조건과 동일한 조건 하에 ASTM D 2261 방법에 따라 측정하였다.
이러한 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
방향 인장 강도
(kgf/mm2)		 인열 강력
(kgf)		 파단일
(kgf·mm)
실시예 1 MD 0.38 4.86 700.0
CD 0.31 4.63 1043.0
MD/CD 1.20 1.05 0.67
실시예 2 MD 0.41 7.07 702.5
CD 0.45 6.12 1598.0
MD/CD 0.93 1.16 0.44
실시예 3 MD 0.31 6.78 432.9
CD 0.54 6.23 1372.0
MD/CD 0.59 1.09 0.32
실시예 4 MD 0.41 3.76 902.6
CD 0.29 3.96 875.0
MD/CD 1.43 0.95 1.03
실시예 5 MD 0.44 4.86 681.7
CD 0.37 4.30 1167.0
MD/CD 1.19 1.14 0.58
실시예 6 MD 0.39 7.17 569.5
CD 0.71 5.29 1103.0
MD/CD 0.54 1.36 0.52
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 6의 제조 과정에서 아라미드 섬유에 포함된 파라-아라미드 섬유가 피브릴화됨에 따라, 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 뛰어난 인장 강도 또는 인열 강력 등을 나타내어 우수한 강도를 나타내는 것으로 확인된다.
또한, 파라-아라미드 단섬유의 함량이 증가할수록, 이에 수반하여 상기 파라-아라미드 단섬유가 피브릴화되는 정도가 증가할수록, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 강도(인장 강도 및 인열 강력)는 대체로 더욱 향상되며, 다만, MD 방향의 인장 강도는 파라-아라미드 단섬유 및 메타-아라미드 단섬유의 함량이 각각 50 중량%인 경우에 최대로 되고 파라-아라미드 단섬유의 함량이 더 증가하면 약간 저하됨이 확인된다.
그리고, 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 과정 중에 웹의 양면에서 워터 펀치 공정을 진행하면, 상기 웹의 단면에서 워터펀치 공정을 진행하는 경우에 비해, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포가 더욱 향상된 강도를 나타내며, 이는 상기 파라-아라미드 단섬유가 피브릴화되는 정도에 비례하는 것으로 확인된다.
시험예 4: 워터펀치 공정에서의 수압 변화에 따른 아라미드 스펀레이스 부직포의 제반 물성 측정
상술한 실시예 1 내지 3의 제조 과정에서, 워터펀치 공정에서의 수압을 200bar가 아닌 100bar, 150bar 및 240bar로 각각 적용하여 시험예 1 내지 3과 동일한 방법으로 아라미드 스펀레이스 부직포의 제반 물성을 측정하였다.
먼저, 실시예 1에서 수압을 100bar, 150bar 및 240bar로 각각 변화시켰을 때, 실시예 1에서 제조된 각 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조를 관찰하였고, 각각의 전자 주사 현미경 사진을 도 7 내지 9에 첨부하였다. 또한, 실시예 2 및 3에서 수압을 240bar로 변화시켰을 때, 각 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조를 관찰하였고, 각각의 전자 주사 현미경 사진을 도 10 및 11에 첨부하였다.
도 1 및 7 내지 9를 참조하면, 워터펀치 공정에서의 수압이 증가함에 따라 파라-아라미드 단섬유 피브릴화의 발생 정도는 증가함이 확인되고, 이는 도 2 및 10과 도 3 및 11의 비교하는 경우에도 확인된다.
다음으로, 실시예 1에서 수압을 100bar, 150bar 및 240bar로 각각 변화시켰을 때와 실시예 2 및 3에서 수압을 240bar로 변화시켰을 때, 각 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 공기투과도를 측정하고 그 결과를 이미 측정한 200bar에서의 측정 결과와 비교하여 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
공기투과도(cm3/cm2/sec)
실시예 1 (100bar) 135.2±1.30
실시예 1 (150bar) 124.2±4.02
실시예 1 (200bar) 133.0±3.24
실시예 1 (240bar) 117.8±8.41
실시예 2 (200bar) 96.9±7.37
실시예 2 (240bar) 115.6±4.93
실시예 3 (200bar) 50.5±3.70
실시예 3 (240bar) 46.1±7.93
상기 표 3을 참조하면, 상기 워터펀치 공정에서의 수압이 높을수록 실시예 1 내지 3에서 최종 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 공기투과도가 보다 낮아지고, 이를 상술한 미세 형태 구조의 관찰 결과와 함께 고려하면, 상기 워터펀치 공정에서의 수압이 높을수록 파라-아라미드 단섬유의 피브릴화되는 정도가 증가하여 이에 비례해 상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 공기투과도가 낮아짐이 확인된다. 이로서, 상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 열차단성 또한 이에 비례해 향상됨이 확인된다.
마지막으로, 실시예 1에서 수압을 100bar, 150bar 및 240bar로 각각 변화시켰을 때와 실시예 2 및 3에서 수압을 240bar로 변화시켰을 때, 각 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 인장 강도, 인열 강력 및 파단일을 측정하고 그 결과를 이미 측정한 200bar에서의 측정 결과와 비교하여 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
방향 인장 강도
(kgf/mm2)		 인열 강력
(kgf)		 파단일
(kgf·mm)
실시예 1
(100bar)		 MD 0.32 4.66 690.4
CD 0.28 4.70 891.2
MD/CD 1.15 0.99 0.77
실시예 1
(150bar)		 MD 0.38 4.70 623.0
CD 0.29 4.44 1371.0
MD/CD 1.32 1.06 0.45
실시예 1
(200bar)		 MD 0.38 4.86 700.0
CD 0.31 4.63 1043.0
MD/CD 1.20 1.05 0.67
실시예 1
(240bar)		 MD 0.39 4.23 791.5
CD 0.32 5.19 872.0
MD/CD 1.25 0.82 0.91
실시예 2
(200bar)		 MD 0.41 7.07 702.5
CD 0.45 6.12 1598.0
MD/CD 0.93 1.16 0.44
실시예 2
(240bar)		 MD 0.37 4.81 543.8
CD 0.34 3.85 1148.0
MD/CD 1.09 1.25 0.47
실시예 3
(200bar)		 MD 0.31 6.78 432.9
CD 0.54 6.23 1372.0
MD/CD 0.57 1.09 0.32
실시예 3
(240bar)		 MD 0.31 7.15 449.8
CD 0.64 6.24 1420.0
MD/CD 0.48 1.15 0.32
상기 표 4를 참조하면, 상기 워터펀치 공정에서의 수압이 높을수록 실시예 1 내지 3에서 최종 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 강도가 보다 향상되고, 이를 상술한 미세 형태 구조의 관찰 결과와 함께 고려하면, 상기 워터펀치 공정에서의 수압이 높을수록 파라-아라미드 단섬유의 피브릴화되는 정도가 증가하여 이에 비례해 상기 아라미드 스펀레이스 부직포의 강도가 향상됨이 확인된다.
상술한 시험 결과를 통해, 본 발명의 제조 방법에 따라 파라-아라미드 단섬유가 충분히 피브릴화된 상태로 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는, 보다 향상된 강도를 나타낼 뿐 아니라 더욱 낮은 공기투과도를 나타내어 고온의 환경에서도 열을 잘 전달시키지 않음(즉, 우수한 열차단성을 나타냄)이 확인된다.
또한, 파라-아라미드 단섬유의 함량이 증가하거나, 워터펀치 공정에서의 수압이 높거나, 웹의 양면에서 워터펀치 공정을 진행함에 따라, 상기 파라-아라미드 단섬유가 피브릴화되는 정도가 증가하면, 상기 아라미드 스펀레이스의 강도는 더욱 향상되고, 공기투과도는 더욱 낮아져 열차단성 또한 더욱 향상될 수 있음이 확인된다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 따라, 산업용 내열성 필터 등에 적용되기에 적합한 우수한 강도 및 열차단성을 나타내는 아라미드 스펀레이스 부직포가 제조될 수 있음이 확인된다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포는 보다 향상된 강도 및 열차단성을 나타내므로, 산업용 내열성 필터 또는 업용 내열복 등에 바람직하게 적용될 수 있다.
도 1 내지 6은 각각 실시예 1 내지 6에서 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조에 대한 전자 주사 현미경 사진이다.
도 7 내지 9는 각각 실시예 1의 제조 과정에서 워터펀치 공정의 수압을 100bar, 150bar 및 240bar로 바꾸어 적용하여 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조에 대한 전자 주사 현미경 사진이다.
도 10은 실시예 2의 제조 과정에서 워터펀치 공정의 수압을 240bar로 바꾸어 적용하여 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조에 대한 전자 주사 현미경 사진이다.
도 11은 실시예 3의 제조 과정에서 워터펀치 공정의 수압을 240bar로 바꾸어 적용하여 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조에 대한 전자 주사 현미경 사진이다.
도 12 및 13은 각각 실시예 1의 제조 과정에서 워터펀치 공정의 노즐 밀도와 노즐 직경을 10개/cm과 0.12mm로 바꾸어 적용하여 제조된 아라미드 스펀레이스 부직포의 미세 형태 구조에 대한 전자 주사 현미경 사진이다.

Claims (9)

  1. 파라-아라미드 단섬유의 10~100 중량%와 메타-아라미드 단섬유의 0~90 중량%를 포함하는 아라미드 섬유를 개섬하여 웹을 형성하는 단계; 및
    상기 웹을 워터펀치하는 단계를 포함하고,
    상기 워터펀치 단계는,
    상기 웹을 50~150bar의 수압으로 워터펀치하는 예비 단계와,
    상기 웹을 70~350bar의 수압으로 워터펀치하는 메인 단계를 포함하고,
    상기 메인 단계에서는 상기 예비 단계에서보다 높은 수압으로 워터펀치 하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웹 형성 단계와 상기 워터펀치 단계 사이에, 상기 웹을 니들펀치하는 단계를 더 포함하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 워터펀치 단계에서는, 상기 웹의 양면에서 워터펀치 하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 워터펀치 단계에서는, 0.1~0.15mm의 직경 및 10~20개/cm의 밀도를 가진 노즐을 통해 물을 공급하면서 상기 웹을 워터펀치하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 워터펀치 단계에서는, 상기 웹을 5m/min 이상의 속도로 상기 웹을 이동시키면서 워터펀치하는 아라미드 스펀레이스 부직포의 제조 방법.
  8. 제 1 항의 제조 방법에 의해 제조되고, 공기투과도가 40~200cm3/cm2/sec이고, 평균 기공 크기가 20~50㎛인 아라미드 스펀레이스 부직포.
  9. 제 8 항에 있어서, 산업용 내열성 필터 또는 산업용 내열복에 사용되는 아라미드 스펀레이스 부직포.
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