KR101186006B1 - Melt spinning pack - Google Patents
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Description
본 발명은, 겔방사용 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 분자량이 적어도 무관할 뿐만 아니라 예컨대 100만 이상의 분자량을 갖는 PE 겔방사의 경우일지라도 교반의 효율이 향상되어 연신비의 상승과 더불어 인장강도 및 탄성강도의 수치를 개선할 수 있어 전반적인 품질 향상을 기대할 수 있는 겔방사용 팩에 관한 것이다.
The present invention relates to a gel-spinning pack, and more particularly, even if the molecular weight is at least irrelevant, for example, PE gel spinning having a molecular weight of 1 million or more, the efficiency of stirring is improved to increase the draw ratio and tensile strength and The present invention relates to a gel-spinning pack that can improve the numerical value of the elastic strength and expect an overall quality improvement.
겔방사(gel spinning)는 폴리에틸렌과 같은 굴곡성 고분자에서 고강도와 고탄성률을 실현하는 방사법이다.Gel spinning is a spinning method that realizes high strength and high modulus in flexible polymers such as polyethylene.
이러한 겔방사는 고분자의 미세구조에서 결함을 적게 하여 이상구조에 가깝게 하는 것으로서 기본개념은 고분자 내부의 결함을 최소화 하는 것이다.This gel spinning is to close the ideal structure by reducing the defects in the microstructure of the polymer, the basic concept is to minimize the defects inside the polymer.
겔방사법이 폴리에틸렌에 최초로 성공한 이유는 다음과 같다.The reasons for the first success of the gel spinning method in polyethylene are as follows.
1. 폴리에틸렌이 평면 지그재그 구조를 가진 단순한 화학구조로 벌키성 측쇄를 가지지 않는다.1. Polyethylene is a simple chemical structure with a flat zigzag structure that does not have a bulky side chain.
2. 결정성이 좋다.2. Good crystallinity.
3. 분자쇄 간에 강한 결함이 없다.3. There are no strong defects between the molecular chains.
4. 초고분자가 쉽게 얻어진다.4. Ultra high molecular weight is easily obtained.
여기에서 1번과 4번은 결함을 적게 하는 점에서 중요하며, 3번은 연신이 부드럽게 행해진다는 점에서 중요하다.Here, 1 and 4 are important in reducing defects, and 3 is important in that the stretching is smooth.
초고강도 폴리에틸렌섬유 제조는 원료고분자의 분자량이 매우 중요하다. 용액상태에서 압출된 고분자는 다수의 뒤얽힘(entanglement)을 가지고 있어 연신이 곤란하다. 즉, 연신과정은 섬유 중에 뒤얽힘이 다수 존재하여 이것이 결함이 된다. 초고분자량은 분자 당 뒤얽힘도 증가하여, 분자쇄 간의 풀어짐도 어렵게 됨으로 높은 용융점을 나타내어 실제적으로 연신이 불가능하다.In the manufacture of ultra high strength polyethylene fibers, the molecular weight of the raw polymer is very important. The polymer extruded in solution has a large number of entanglements, making it difficult to stretch. That is, the stretching process has a lot of entanglement in the fiber, which is a defect. Ultra-high molecular weight increases the entanglement per molecule, it is also difficult to loosen between molecular chains, showing a high melting point and practically impossible to stretch.
따라서 겔방사법은 용매에 의한 희박용액을 이용한다. 용매로는 테트라린, 디카린, 나프타렌 등이 있다. 섬유 중의 모든 분자를 연신하기 위해서는 이론적으로 한 분자 당 1개의 뒤얽힌 점이 가장 이상적이다. 왜냐하면 연신 과정에서 뒤얽힌점은 장력이 끊기는 자리로서 존재하기 때문이다. 따라서 겔방사는 뒤얽혀진 점이 농도를 제어하는 의미에서 용액농도가 매우 중요하며, 이는 섬유의 강도와 탄성률을 좌우한다.Therefore, the gel spinning method uses a lean solution by a solvent. Examples of the solvent include tetralin, dicarin, naphtharene and the like. In order to stretch all the molecules in a fiber, theoretically, one entanglement per molecule is most ideal. Because the entanglement in the stretching process exists as a place where the tension is broken. Therefore, the concentration of the gel spinning solution is very important in the sense that the concentration control the concentration, which determines the strength and elastic modulus of the fiber.
한편, 기존에 알려진 겔방사 장치에는 방사노즐로 겔방사액을 제공하는 겔방사용 팩이 마련된다. 겔방사용 팩은 다수의 타공판으로 이루어져 있는데, 이때의 타공판들에 형성되는 통공들의 크기는 모두 동일하게 마련된다.On the other hand, the known gel spinning device is provided with a gel spinning pack for providing a gel spinning solution with a spinning nozzle. Gel spinning pack is composed of a plurality of perforated plates, the size of the through-holes formed in the perforated plates at this time are all provided the same.
그런데, 이와 같은 구조를 갖는 종래기술의 경우, 분자량이 적은 경우에는 무관할 수 있지만 예컨대, 분자량이 100만 이상의 PE 겔방사의 경우, 교반이 잘 진행되지 않기 때문에 연신비가 감소하고 인장강도 및 탄성강도의 수치가 규정보다 낮아지는 등 전반적인 품질 향상을 기대할 수 없기 때문에 이에 대한 대안이 요구된다.
By the way, in the prior art having such a structure, it may be irrelevant when the molecular weight is small, for example, in the case of PE gel spinning having a molecular weight of 1 million or more, the agitation is not well progressed, the draw ratio is reduced and the tensile strength and elastic strength Since the overall quality improvement cannot be expected such that the figure is lower than the regulation, an alternative is required.
본 발명의 목적은, 분자량이 적어도 무관할 뿐만 아니라 예컨대 100만 이상의 분자량을 갖는 PE 겔방사의 경우일지라도 교반의 효율이 향상되어 연신비의 상승과 더불어 인장강도 및 탄성강도의 수치를 개선할 수 있어 전반적인 품질 향상을 기대할 수 있는 겔방사용 팩을 제공하는 것이다.
The object of the present invention is not only at least irrelevant of molecular weight, for example, even in the case of PE gel spinning having a molecular weight of 1 million or more, the agitation efficiency is improved, and the tensile strength and elastic strength can be improved along with the increase of the draw ratio. It is to provide a gel spray pack that can be expected to improve the quality.
한편, 상기 목적은, 겔방사 장치에 적용되는 겔방사용 팩으로서,
상호간 이격 배치되는 제1 내지 제3 타공판; 및
상기 제1 내지 제3 타공판들에 대해 교차되게 배치되는 제1 내지 제3 메쉬 스크린을 포함하며,
상기 제1 내지 제3 타공판에 형성되는 통공의 사이즈는 상기 겔방사 장치의 방사노즐 쪽의 타공판으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련되고, 상기 제1 내지 제3 메쉬 스크린에 형성되는 메쉬의 사이즈는 상기 방사노즐 쪽의 메쉬 스크린으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련되며,
상기 제1 타공판의 통공 사이즈는 6 ~ 10mm, 상기 제2 타공판의 통공 사이즈는 4 ~ 6mm, 그리고 상기 제3 타공판의 통공 사이즈는 3 ~ 4mm이며,
상기 제1 메쉬 스크린은 100 메쉬(mesh), 상기 제2 메쉬 스크린은 200 메쉬(mesh), 그리고 상기 제3 메쉬 스크린은 400 메쉬(mesh)의 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 겔방사용 팩에 의해 달성된다.On the other hand, the above object is a gel spinning pack applied to the gel spinning device,
First to third perforated plates spaced apart from each other; And
A first to third mesh screen disposed to intersect with respect to the first to third perforated plates,
The size of the through hole formed in the first to third perforated plate is gradually reduced to the perforated plate toward the spinning nozzle side of the gel spinning device, the size of the mesh formed on the first to third mesh screen is the spinning Gradually get smaller towards the mesh screen on the nozzle side,
The through hole size of the first perforated plate is 6 to 10 mm, the through hole size of the second perforated plate is 4 to 6 mm, and the through hole size of the third perforated plate is 3 to 4 mm,
The first mesh screen is 100 mesh, the second mesh screen is 200 mesh, and the third mesh screen is achieved by a gel spinning pack, characterized in that the size of 400 mesh (mesh) do.
본 발명에 따르면, 분자량이 적어도 무관할 뿐만 아니라 예컨대 100만 이상의 분자량을 갖는 PE 겔방사의 경우일지라도 교반의 효율이 향상되어 연신비의 상승과 더불어 인장강도 및 탄성강도의 수치를 개선할 수 있어 전반적인 품질 향상을 기대할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, not only the molecular weight is at least irrelevant, for example, even in the case of PE gel spinning having a molecular weight of 1 million or more, the stirring efficiency is improved, and the tensile strength and the elastic strength can be improved along with the increase in the draw ratio. There is an effect that can be expected to improve.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 겔방사 장치의 개략적인 구조도.
도 2는 도 1에 적용되는 겔방사용 팩의 측단면 구조도.
도 3은 도 2에 도시된 타공판의 평면도.
도 4는 연신비, 인장강도 및 탄성강도 간의 상관관계 그래프.1 is a schematic structural diagram of a gel spinning device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a side cross-sectional structural view of the gel-spinning pack applied to Figure 1;
3 is a plan view of the perforated plate shown in FIG.
4 is a graph of correlation between draw ratio, tensile strength and elastic strength.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 겔방사 장치의 개략적인 구조도, 도 2는 도 1에 적용되는 겔방사용 팩의 측단면 구조도, 도 3은 도 2에 도시된 타공판의 평면도, 그리고 도 4는 연신비, 인장강도 및 탄성강도 간의 상관관계 그래프이다.1 is a schematic structural diagram of a gel spinning device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a side cross-sectional structural view of the gel spinning pack applied to Figure 1, Figure 3 is a plan view of the perforated plate shown in Figure 2, and 4 is a correlation graph between draw ratio, tensile strength and elastic strength.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 겔방사 장치는, 원재료 공급기(110), 겔방사용 팩(120), 그리고 방사노즐(150)을 포함할 수 있다.As shown in these figures, the gel spinning device of this embodiment may include a
원재료 공급기(110)는 섬유의 원재료를 공급하는 부분이다. 본 발명의 경우, 분자량이 적은 것으로부터 예컨대, 분자량이 100만 이상의 PE 겔방사도 가능하다. 특히, UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene) 겔방사도 가능하다.
원재료 공급기(110)의 하부에는 공급되는 원재료를 일정량 계량하고 압출 및 이송시키는 압출기(115)가 마련된다.The lower part of the
방사노즐(150)은 다수의 노즐구(미도시)를 통해 실질적으로 섬유를 형성시키는 역할을 한다.Spinning
원재료가 방사노즐(150)을 통해 섬유로 변화하는 과정에서 냉각되어야 하기 때문에 방사노즐(150)은 냉각 덕트(160) 내에 배치될 수 있다.The spinning
냉각 덕트(160)의 일측에는 공기 유입부(161)가 형성되고 타측에는 공기 배출부(162)가 형성되는데, 공기 유입부(161)를 통해 공기 배출부(162)로 순환되는 공기에 의해 섬유가 냉각될 수 있다.An
방사노즐(150)의 하부에는 냉각이 진행되는 섬유를 권취, 연신, 열고정 및 후가공하는 후처리 장치(170)가 마련된다.The lower part of the spinning
한편, 겔방사용 팩(120)은 원재료 공급기(110)와 방사노즐(150) 사이에 배치된다.On the other hand, the
이러한 겔방사용 팩(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 타공판(131~133)과 다수의 메쉬 스크린(141~143)이 교차되게 배치되는 구조를 갖는다.As shown in FIG. 2, the
본 실시예의 경우, 3개의 타공판(131~133)과 3개의 메쉬 스크린(141~143)이 사용되고 있는데, 편의를 위해 이들을 제1 내지 제3 타공판(131~133), 그리고 제1 내지 제3 메쉬 스크린(141~143)이라 한다.In the present embodiment, three
제1 내지 제3 타공판(131~133)에는 도 3처럼 다수의 통공(131a~133a)이 형성된다. 이때, 제1 내지 제3 타공판(131~133)에 형성되는 통공(131a~133a)들 사이즈(D1~D3)는 제1 타공판(131)에서 제3 타공판(133)으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련된다.A plurality of through
본 실시예에서 제1 타공판(131)의 통공(131a) 사이즈는 6 ~ 10mm, 제2 타공판(132)의 통공(132a) 사이즈는 4 ~ 6mm, 그리고 제3 타공판(133a)의 통공(133) 사이즈는 3 ~ 4mm일 수 있다.In the present embodiment, the size of the
이처럼 제1 내지 제3 타공판(131~133)에 형성되는 통공(131a~133a)들 사이즈(D1~D3)가 제1 타공판(131)에서 제3 타공판(133)으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련되면, 용융된 원재료가 제1 타공판(131), 제2 타공판(132) 및 제3 타공판(133)으로 가면서 넓게 퍼지면서 고르게 분산 및 확산될 수 있기 때문에 공정의 수율 향상을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 종래처럼 중앙 영역에 집중됨에 따라 통공이 막히거나 원하는 수율이 제대로 나오지 않는 등의 폐단을 극복할 수 있다.As such, when the sizes D1 to D3 of the through
제1 내지 제3 메쉬 스크린(141~143)은 다공성 망상체로서, 이러한 제1 내지 제3 메쉬 스크린(141~143)에도 격자상의 홀(미도시)이 형성될 수 있는데, 본 실시예의 경우, 제1 메쉬 스크린(141)은 100 메쉬(mesh), 제2 메쉬 스크린(152)은 200 메쉬(mesh), 그리고 제3 메쉬 스크린(143)은 400 메쉬(mesh)의 사이즈를 갖도록 제작하고 있다.The first to
이처럼 제1 내지 제3 메쉬 스크린(141~143)을 제작하게 되면 제1 내지 제3 타공판(131~133)과 함께 용융된 원재료를 넓고 고르게 분산 및 확산시킬 수 있어 공정의 수율 향상을 기대할 수 있고, 또한 섬유의 우수한 품질 향상을 기대할 수 있다.As such, when the first to third mesh screens 141 to 143 are manufactured, the raw materials melted together with the first to third
이와 같이, 본 발명에 따르면, 분자량이 적어도 무관할 뿐만 아니라 예컨대 100만 이상의 분자량을 갖는 PE 겔방사의 경우일지라도 교반의 효율이 향상되어 연신비의 상승과 더불어 인장강도 및 탄성강도의 수치를 개선할 수 있어 전반적인 품질 향상을 기대할 수 있게 된다. 이는 도 4의 그래프를 통해 확인할 수 있다.As described above, according to the present invention, not only the molecular weight is at least irrelevant, for example, even in the case of PE gel spinning having a molecular weight of 1 million or more, the stirring efficiency is improved, and the tensile strength and the elastic strength can be improved while the draw ratio is increased. Therefore, overall quality improvement can be expected. This can be confirmed through the graph of FIG. 4.
도 4의 그래프와 아래의 [수학식 1]과 같이 교반함수는 X, T, M과 비례관계에 있다.As shown in the graph of FIG. 4 and Equation 1 below, the stirring function is proportional to X, T, and M.
[수학식 1][Equation 1]
또한 교반함수 K는 아래의 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.In addition, the stirring function K may be represented by Equation 2 below.
[수학식 2]&Quot; (2) "
한편, 종래의 PE 겔방사에 있어서는 전라인 방사 공정의 온도를 190 ~ 250℃ 범위 내에서 수행하지만, 본 발명의 경우, 겔방사용 팩(120)과 방사노즐(150)의 온도를 종래의 공정보다 5 ~ 10℃ 높게 할 수 있다(범위 200 ~ 260℃).Meanwhile, in the conventional PE gel spinning, the temperature of the all-line spinning process is performed within the range of 190 to 250 ° C., but in the present invention, the temperature of the
그리고 앞서 기술한 것처럼 겔방사용 팩(120) 내의 제1 내지 제3 타공판(131~133)에 형성되는 통공(131a~133a)들 사이즈(D1~D3)가 제1 타공판(131)에서 제3 타공판(133)으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련됨으로써 아래의 [표 1]처럼 교반의 상승 효과(dispersed effect and distribution effect)를 얻어 연신비 상승으로 인한 품질 상승 효과를 기대할 수 있다.
As described above, the sizes D1 to D3 of the through
[표 1][Table 1]
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.
110 : 원재료 공급기
115 : 압출기
120 : 겔방사용 팩
131~133 : 제1 내지 제3 타공판
141~143 : 제1 내지 제3 메쉬 스크린
150 : 방사노즐
160 : 냉각 덕트
161 : 공기 유입부
162 : 공기 배출부
160 : 후처리 장치110: raw material feeder
115: extruder
120: gel room pack
131 to 133: first to third punched plates
141 to 143: first to third mesh screens
150: spinning nozzle
160: cooling duct
161: air inlet
162: air outlet
160: post-processing device
Claims (8)
상호간 이격 배치되는 제1 내지 제3 타공판; 및
상기 제1 내지 제3 타공판들에 대해 교차되게 배치되는 제1 내지 제3 메쉬 스크린을 포함하며,
상기 제1 내지 제3 타공판에 형성되는 통공의 사이즈는 상기 겔방사 장치의 방사노즐 쪽의 타공판으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련되고, 상기 제1 내지 제3 메쉬 스크린에 형성되는 메쉬의 사이즈는 상기 방사노즐 쪽의 메쉬 스크린으로 갈수록 점진적으로 작아지게 마련되며,
상기 제1 타공판의 통공 사이즈는 6 ~ 10mm, 상기 제2 타공판의 통공 사이즈는 4 ~ 6mm, 그리고 상기 제3 타공판의 통공 사이즈는 3 ~ 4mm이며,
상기 제1 메쉬 스크린은 100 메쉬(mesh), 상기 제2 메쉬 스크린은 200 메쉬(mesh), 그리고 상기 제3 메쉬 스크린은 400 메쉬(mesh)의 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 겔방사용 팩.As a gel spinning pack applied to a gel spinning device,
First to third perforated plates spaced apart from each other; And
A first to third mesh screen disposed to intersect with respect to the first to third perforated plates,
The size of the through hole formed in the first to third perforated plate is gradually reduced to the perforated plate toward the spinning nozzle side of the gel spinning device, the size of the mesh formed on the first to third mesh screen is the spinning Gradually get smaller towards the mesh screen on the nozzle side,
The through hole size of the first perforated plate is 6 to 10 mm, the through hole size of the second perforated plate is 4 to 6 mm, and the through hole size of the third perforated plate is 3 to 4 mm,
Wherein the first mesh screen is 100 mesh, the second mesh screen is 200 mesh, and the third mesh screen has a size of 400 mesh.
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- 2012-02-17 KR KR20120016121A patent/KR101186006B1/en active IP Right Grant
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JP2002155420A (en) * | 2000-11-15 | 2002-05-31 | Kansai Kanaami Kk | Apparatus for melt spinning |
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