KR101228125B1 - 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 직물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 직물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 편평도가 2.0 내지 4.0 이고, 150 ℃ 에서의 수축응력(@ 0.1g/d, 2.5℃/sec)이 0.005 내지 0.075 g/d이고, 200 ℃에서의 수축응력(@ 0.1g/d, 2.5℃/sec)이 0.005 내지 0.075 g/d이며, 수축율(@ 190℃, 15분, 0.01g/d)이 1.5 내지 5.5 %인 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 직물에 관한 것이다.
본 발명의 폴리에스테르 원사는 섬유의 단면을 편평(扁平)한 형태로 제조함으로써 표면평활성이 극대화되고, 제직시 직물의 두께가 원형 단면의 원사 대비 얇고, 표면 굴곡성과 공극율도 낮아 코팅 직물에 있어서 코팅 수지의 사용량을 감소시키고 제품의 경량화가 가능한 장점이 있다.
편평, 평활, 폴리에스테르, 수축율, 수축응력

Description

폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 직물{POLYESTER FIBER, AND FABRIC COMPRISING THE SAME}
도 1은 본 발명의 폴리에스테르 원사의 일 예를 나타낸 단면 모식도.
도 2는 본 발명의 폴리에스테르 원사 제조공정을 모식적으로 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명의 방사에 사용된 구금의 일 예를 모식적으로 나타낸 평면도.
도 4는 사용된 구금의 측면도로써 구금의 캐필러리를 나타낸 모식도.
도 5는 집속 에어를 원사의 주행방향에 대해 수직방향으로 부여하는 집속기를 나타낸 모식도.
도 6은 집속 에어를 원사의 주행방향에 대해 사선 방향으로 부여하는 집속기를 나타낸 모식도.
도 7은 세컨드 집속기와 상기 애프터 오일 부여 장치를 함께 사용하는 경우를 나타낸 모식적 공정도.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 편평 단면 원사의 단면을 나타낸 광학현미경 사진.
[산업상 이용분야]
본 발명은 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 직물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제직시 직물의 두께가 원형 단면의 원사 대비 얇고, 표면 굴곡성과 공극율도 낮아 코팅 직물에 적용되기에 적합한 폴리에스테르 원사 및 이를 포함하는 직물에 관한 것이다.
[종래기술]
일반적인 모노필라멘트사는 원형의 단면을 가지고 있다. 이처럼 원형 단면을 가지는 모노 필라멘트사는 연사를 통해 얀의 형태로 사용되거나 이를 제직하여 직물의 형태로 이용된다.
그러나, 이와 같은 원형 단면사를 이용하여 제직을 하는 경우에는 직물 표면의 조도가 높고, 평활성이 낮으며, 전체적인 직물의 두께가 두꺼워지기 때문에 수지 또는 페인트 등이 도포되는 광고판 전사지 등에는 적합하지 못한 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 종래의 기술들은 방사 과정에서 원사의 집속성을 떨어뜨려 원사의 퍼짐 현상을 유발하고, 이를 통하여 최종 직물의 평활성을 향상시키고자 하였으나, 이 경우에는 원사의 집속성 저하로 인하여 권취시의 사락, 월권 등과 같은 트러블을 유발하게 되고, 공정 수율도 떨어지며, 또한 위빙 공정에서 원사의 집속성 저하에 따른 가이드 걸림과 마찰에 의한 모우 발생 등으로 제품의 품위가 떨어지는 한계를 가지고 있다.
이러한 한계를 극복하기 위하여 대한민국 공개특허 제2004-0011724호는 사각형 단면의 모노필라멘트사에 대하여 기재하고 있으나, 상기 특허에서는 원사의 단 면 형태 만을 한정하고 있을 뿐, 실제 사각 단면사의 제조 실시예를 제공하고 있지 않으며, 산업용으로 적용되기 위한 필요 물성을 충족하고 있는지에 대해서도 전혀 언급하지 않고 있다.
본 출원인은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 대한민국 공개특허 제2004-0100577호에서 편평도가 1.2 내지 5.5이고, 복굴절율이 0.205이상이고, 결정화도가 45% 이상인 폴리에스테르 원사를 제조하였고, 이를 이용하여 평활성이 우수하고, 두께가 얇으며, 두께가 얇은 직물을 제조할 수 있음을 기재한 바 있다. 그러나, 상기 원사는 디프 코오드에 적용하기 위한 것으로서, 광고판의 전사지 등과 같은 코팅 직물용 원사로서 적용되기에는 수축응력과 수축율 등의 물성이 부족한 면이 있다.
본 출원인은 또한, 대한민국 공개특허 제2006-0089858호에서 다단 집속기를 이용하여 원사에 인터밍글을 균일하게 부여함으로써 원사의 평활성이 우수하면서도 집속성이 저하되지 않은 편평단면의 폴리에스테르 원사에 대하여 기재한 바 있으나, 이 역시 광고판의 전사지 등과 같은 용도로 사용되기 위한 코팅 직물용 원사로서 필요한 물성을 만족시키지 못하고 있다.
기존의 산업용 폴리에스테르 원사를 제조하는 방법에는 직접방사연신공정(DSD: Direct Spinning Drawing) 또는 횡연신공정(W/D: Warp Drawer, 이는 미연신사를 횡연신시킴)방식 등 크게 2 가지로 분류할 수 있다.
DSD 방식은 방사와 연신이 연결되어 있는 직접방사연신의 공정으로써 방사부의 구금직하에서 방사된 미연신사를 롤러에서 연신 및 Relax 공정을 거쳐 원사를 제조하는 방법으로 방사, 연신 및 Relax 공정이 하나의 프로세서로 연결되어 있다.
W/D 방식은 미연신사제조와 연신사제조공정이 분리되어 있으며, 미연신사를 제조 후, 횡연신기에서 연신 및 이완공정을 거쳐 원사를 제조하는 방식이다.
직접 방사 연신 공정에서는 폴리에스테르 원사를 인터밍글시키기 위하여 집속기를 사용하고 있으나, 통상적으로 평활성을 높여주기 위해 집속기의 압력을 낮추어 집속성을 조절하고 있다.
그러나, 집속기의 압력조정으로 원사의 집속성(cohesion factor 또는 포합성이라고도 함.)을 조절하게 되면, 부분적으로 강한 집속을 가지는 부분과 집속이 되지 않은 부분의 차이가 커지고, 집속성이 떨어져서, 권취시에 사락(絲落) 발생 등을 유발하여 권취 불량, 조업성 저하, 품위 저하 등의 문제를 발생시키며, 원사의 평활도가 매우 불균일하다.
특히, 집속성이 떨어지게 되면, 후공정인 정경 및 제직공정시 원사와 기계간의 마찰에 의한 정전기 발생으로 원사퍼짐을 유발하며, 이로 인해 필라멘트 번들 중에서 몇몇 필라멘트가 가이드(guide)에 걸려 핀사 및 모우를 발생시키고, 평활도 불균일은 코팅 제품에 있어서 표면 거칠기의 차이를 유발하여 결과적으로 코팅 직물의 품질을 저하시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 평활성이 우수하고, 수축응력과 수축율이 개선된 플랫 형태의 폴리에스테르 원사를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 편평한 형태의 폴리에스테르 원사를 포함하는 직물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 편평도가 2.0 내지 4.0 이고, 150 ℃ 에서의 수축응력(@ 0.1g/d, 2.5℃/sec)이 0.005 내지 0.075 g/d이고, 200 ℃에서의 수축응력(@ 0.1g/d, 2.5℃/sec)이 0.005 내지 0.075 g/d이며, 수축율(@ 190℃, 15분, 0.01g/d)이 1.5 내지 5.5 %인 폴리에스테르 원사를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 폴리에스테르 원사를 포함하는 직물을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 종래의 산업용 폴리에스테르 원사의 제조방법과 비교하여 볼 때, 구금의 캐필러리(Capillary) 구조를 슬릿형으로 채택하여 원사의 단면 형태를 원형이 아닌 편평하게 형성시켜줌으로써 제직시 직물의 두께를 줄이고, 표면 굴곡성과 공극율을 낮춘 것을 특징으로 한다.
또한, 편평한 단면을 가지는 원사의 수축응력과 수축율을 특정 범위로 제어함으로써 코팅 전사지와 같은 직물에 적용시에 형태안정성을 최적화 하고, 수축이상 등과 같은 문제점을 해결한 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 폴리에스테르 원사의 일 예를 나타낸 단면 모식도이다. 상기 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 폴리에스테르 원사는 단면의 장축길이/단축길이(W/D)로 정의되는 편평도가 2.0 내지 4.0 인 것이 바람직하다.
또한, 일반적인 코팅 직물의 라미네이트 코팅 온도에 해당하는 150 ℃ 에서 의 수축응력이 0.005 내지 0.075 g/d인 것이 바람직하고, 일반적인 코팅 직물의 졸 코팅 온도에 해당하는 200 ℃에서의 수축응력이 0.005 내지 0.075 g/d인 것이 바람직하다. 즉, 상기 150 ℃와 200℃에서의 수축응력이 각각 0.005 g/d 이상은 되어야 코팅 공정중 열에 의한 원단의 처짐 현상을 막을 수 있고, 0.075 g/d 이하가 되어야 코팅공정을 지나 상온에서 냉각될 때 이완응력을 완화시킬 수 있다.
또한, 상기 폴리에스테르 원사는 코팅공정 중 열처리시 일정 수준 이상의 장력을 주어 제직형태를 유지하여 결과적으로 원사의 형태 변형을 방지하기 위해 190℃ 에서의 수축율이 1.5 % 이상인 것이 바람직하고, 열적 형태 안정성 확보를 위하여 190℃ 에서의 수축율이 5.5 %이하인 것이 바람직하다.
본 발명에서 정의하는 상기 수축응력은 0.10 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 하며, 수축율은 0.01 g/d의 고정 하중 하에서 측정한 값을 기준으로 한다.
상기 폴리에스테르 원사는 통상의 폴리에스테르 중에서도 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원사인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 PET를 90몰% 이상 포함하는 PET 원사인 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르 원사는 0.005 g/d 이상의 수축응력을 갖기 위해서 원사의 고유점도가 0.75 dl/g 이상인 것이 바람직하고, 저수축의 특성을 발현하기 위하여 원사의 고유점도가 1.0 dl/g이하인 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르 원사는 단사섬도가 3.7 d 내지 10.5 d인 것이 바람직하며, 열적형태 안정성 유지를 위하여 결정화도가 40 % 이상인 것이 바람직하고, 42 내지 52 % 인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 폴리에스테르 원사는 산업용 원사로서 필요한 물리적 특성을 확보하기 위하여 인장강도가 6.5 내지 8.5 g/d 이고, 절단신도가 20 내지 34 %이고, 중신(@4.5g/d)이 8.5 내지 17.5 % 이고, 형태안정지수(ES)가 12 내지 23인 것이 바람직하다.
이상의 물성을 가지는 본 발명의 폴리에스테르 원사는 직물로 제직 및 수지 코팅 시에 후 공정의 수율이 높고, 직물의 후도를 낮추면서 형태안정성이 우수한 직물을 제조할 수 있다. 상기 직물은 표면에 코팅 또는 라이네이트된 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 등의 코팅 수지층을 더욱 포함하는 것이 바람직하며, 코팅 수지의 종류는 상기 언급된 물질에만 한정되지는 않는다.
본 발명의 직물에 포함되는 편평 단면사는 일반적인 원형단면사에 비하여 패킹 특성이 우수하고, 두께가 얇으며, 폭 방향으로 커버하는 면적이 크기 때문에 이로부터 제조되는 본 발명의 코팅 직물은 그 두께가 얇고, 공극이 적으며, 표면의 조도가 낮아 적은 양의 코팅액으로도 우수한 코팅 특성을 나타낼 수 있고, 코팅시에 불량율이 낮은 장점이 있다. 따라서, 상기 직물은 광고판의 전사지 등과 같은 용도에 사용되기에 매우 적합하다.
본 발명의 편평한 단면을 갖는 폴리에스테르 원사의 제조방법은 고유점도가 0.8 내지 1.2인 dl/g인 폴리에스테르 고상중합 칩을 270 내지 300 ℃ 의 방사온도에서 용융하여 슬릿 형태의 캐필러리를 통해 방사함으로써 제조할 수 있다. 상기 칩의 고유점도는 0.8 dl/g 이상 되어야 바람직한 수축응력 및 수축율을 가지는 원 사를 제조할 수 있으며, 1.2 dl/g이하로 되어야 칩의 용융온도 상승에 따른 분자쇄 절단과 방사팩에서의 압력 증가를 막을 수 있다.
도 2는 본 발명의 폴리에스테르 원사 제조공정을 모식적으로 나타낸 공정도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 원사 제조 방식은 구금(110)을 통해 방사된 용융 고분자를 급냉 공기(quenching-air)로 냉각시키고, 유제 롤(120)(또는 오일-젯)을 이용하여 미연신사에 유제를 부여하고, 전-집속기(pre-interlacer)(130)를 사용하여 일정한 공기압력으로 미연신사에 부여된 유제를 원사의 표면에 균일하게 분산시킨다. 이후, 다단의 연신장치(141~146)를 통하여 연신과정을 거친 후, 최종적으로 세컨드 집속기(2nd Interlacer, 150)에서 일정한 압력으로 원사를 인터밍글(intermingle)시켜 권취기(160)에서 권취하여 원사를 생산하고 있다.
도 3은 본 발명의 방사에 사용된 구금(110)의 일 예를 모식적으로 나타낸 평면도이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 방사 구금에는 여러 개의 방사 구금 캐필러리(111)가 형성되어 있다. 상기 캐필러리의 배열 형태는 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 동일한 원주(pitch of center distance)내에 캐필러리가 배열된 환형 배열 형태이거나, 삼각 배열형태 또는 다이아몬드형 배열형태일 수 있다.
도 4는 사용된 구금의 측면도로써 구금(110)의 캐필러리(111)를 묘사해 놓은 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이 액상 폴리머를 최종적으로 토출시키는 캐필러리의 구조를 슬릿(slit) 형태로 함으로써 토출된 원사의 단면형태가 원형이 아닌 평 면의 형태를 가지도록 한다.
특히, 도 4의 슬릿 형태에 있어서 슬릿의 장축길이(W)과 단축길이(D)간의 비를 변경시킴으로써 원사의 편평도를 조정할 수 있는데, 여기서 "W/D"의 비를 구금의 편평도라 하며, 이 값이 5.0 이상은 되어야 평면 단면의 특성이 발현될 수 있으며, 연신성 및 고강력 특성을 확보하기 위해서는 상기 편평도가 15이하인 것이 바람직하다.
구금으로부터 토출된 폴리머는 방사장력을 낮추고 열이력을 완하시키기 위해서 Hood-Heater(H/H) 및 단열판의 조합으로 구성된 지연냉각구간을 거쳐 퀀칭(Quenching)된다. 이 때, 상기 후드-히터(Hood-Heater : H/H)의 온도는 200 내지 350 ℃인 것이 바람직하고, 길이는 100 내지 400 ㎜인 것이 바람직하며, 단열판의 길이는 70 내지 400 ㎜인 것이 바람직하다. 상기 토출된 폴리머가 상기 지연 냉각 구간에 체류하는 시간은 0.01 내지 0.1초인 것이 바람직하며, 0.02 내지 0.08인 것이 더욱 바람직하다.
상기 후드-히터의 온도가 200℃ 미만이고, 길이가 100mm 미만인 경우에는 연신성이 떨어져서 제사(製絲)가 곤란하며, 온도가 350℃를 초과하고, 길이가 400 mm를 초과하는 경우에는 폴리에스테르의 분해를 유발하여 원사의 강력이 저하되고, 용융 폴리에스테르의 탄성이 저하되어 편평한 형태의 안정화가 떨어진다. 또한, 상기 단열판의 길이가 70 mm미만인 경우에는 연신성이 떨어져 모우 발생을 유발하며, 400 mm를 초과하는 경우에는 고화점이 지나치게 떨어져 방사장력의 급격한 감소로 권취가 어려워진다. 상기 지연 냉각 구간에서의 체류시간이 0.01 초 미만인 경우에는 지연 급냉의 역할을 수행하기 어려우며, 미연신사의 복굴절율이 높아 연신성을 확보하기 어렵고, 0.1 초를 초과하는 경우에는 구금에서 토출된 미연신사의 장력 저하로 인해 사란(絲亂) 및 와류현상 발생으로 모우 발생 및 절사 등으로 인해 조업이 곤란하고, 용융 폴리에스테르의 과도한 탄성저하로 인해 요구되는 형태의 원사 단면을 얻기 어렵다.
상기 급냉과정을 거친 폴리에스테르 원사를 유제 롤에 통과시키며 방사 유제를 부여한다. 상기 방사 유제는 통상적인 폴리에스테르 원사의 제조공정에 사용되는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드 부가 디올에스테르, 에틸렌옥사이드 부가 디올에스테르, 글리세릴 트리에스테르, 트릴메틸프로판 트리에스테르, 또는 기타 에틸렌 옥사이드 부가물 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 방사 유제를 사용할 수 있고, 상기 방사유제는 대전방지제 등을 더 포함할 수도 있다. 다만, 본 발명에서 방사유제의 종류가 상기 예로 한정되는 것은 아니다.
상기 방사 유제가 부여된 폴리에스테르 원사는 전-집속기(pre-interlacer)를 통과한 후, 연신장치를 거쳐 연신되며, 상기 연신 조건은 통상적인 폴리에스테르 원사의 연신 방법에 따라 할 수 있다.
본 발명의 방사 공정에서는 도 5와 같이 상기 전-집속기에서 원사의 주행방향에 대한 수직방향으로 집속 에어(interlacing air)를 부여하거나, 또는 도 6과 같이 집속 에어를 원사의 주행방향에 대해 사선 방향으로 부여할 수 있으나, 미연신사의 단면 형태가 편평하므로 Air에 의한 미연신사의 와류현상을 방지하기 위해 도 6과 같이 섬유 진행방향에 대해 사선방향으로 Air가 부여되는 것이 더욱 바람직하며, 상기 집속 에어의 풍향은 상기 섬유 진행 방향에 수직인 면으로부터 0˚내지 80˚의 각도를 가지는 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 집속 에어의 풍압은 미연신사에 부여된 유제를 원사에 균일하게 Migration시킴과 동시에 미연사를 가지런히 모아줌으로써 연신성 향상을 위해 0.3 kg/cm2 이상인 것이 바람직하고, 미연신사의 과도한 집속에 의한 연신성저하를 방지하기 위해 1.5 kg/cm2 이하인 것이 바람직하다.
상기 방사 공정에 있어서, 상기 방사속도가 400 m/min 미만인 경우에는 사란 발생으로 원사 품위가 떨어지며, 900 m/min를 초과하는 경우에는 모우 발생 등으로 인해 조업성이 떨어진다.
또한, 상기 방사 공정의 연신비가 4.5 배 미만인 경우에는 요구되는 고강력의 특성을 발현하기 어려우며, 6.2 배를 초과하는 경우에는 모우 발생 등으로 인하여 원사의 품위가 떨어지므로, 연신비 4.5 내지 6.2배인 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 연신 공정은 모노 필라멘트(Mono-Filament)간의 균일 연신성 확보를 위해서 도 2의 141 과 142 사이에서 발생하는 예비 연신, 142 와 143 사이에서 발생하는 1단 연신, 143 과 144 사이에서 발생하는 2단 연신에 의해 이루어지며, 상기 예비 연신의 연신비는 1.01 내지 1.1인 것이 바람직하고, 1단 연신의 연신비는 전체 연신비에 대해 60 내지 85% 인 것이 바람직하다.
상기 열처리 온도가 215℃ 미만인 경우에는 수축률의 상승으로 인해 형태 안 정성이 저하되며, 250℃를 초과하는 경우에는 절사 및 고데트 롤러 상에 타르 발생이 빈번하여 조업성이 떨어지므로, 열처리 온도가 215 내지 250℃인 것이 바람직하며, 230 내지 245℃인 것이 더욱 바람직하다.
상기 연신 공정의 이완율이 4 % 미만인 경우에는 과도한 장력으로 인해 원사의 단면이 변형될 수 있으며, 13 %를 초과하는 경우에는 고데트 롤러 상에서 과도한 사란 발생으로 인해 조업이 어려우므로, 4 내지 13%인 것이 바람직하며, 이완 온도는 150 내지 245 ℃인 것이 바람직하다.
상기 연신된 폴리에스테르 원사에 대하여, 다시 세컨드 집속기(2nd Interlacer)를 적용하여 원사를 집속시켜 준다.
상기 세컨드 집속기 (2nd Interlacer)는 공기압력을 이용하여 폴리에스테르 원사에 인터밍글(intermingle)을 부여한다. 상기 세컨드 집속기 (2nd Interlacer)는 종래의 집속기의 공기압력 저하에 따른 집속성 저하를 개선하고, 원사의 길이방향(원사주행방향)에 대해 균일한 인터밍글을 부여하는 역할을 한다.
상기 세컨드 집속기(2nd Interlacer)는 권취기의 상부 또는 연신 장치인 고데트-롤러(Godet-roller)(도 2의 141 내지 146에 해당)의 사이에 단독으로 혹은 혼용하여 위치할 수 있으며, 상기 세컨드 집속기(2nd Interlacer)에 사용되는 집속 공기는 도 6과 같이 섬유의 진행방향에 대하여 사선방향으로 부여되어야 하며, 상기 집속 에어의 풍향은 상기 섬유 진행 방향에 수직인 면으로부터 20˚내지 80˚의 각 도를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 이 때의 공기 압력은 0.3 내지 4 kg/cm2인 것이 바람직하다.
상기 공기 압력이 0.3 kg/cm2 미만인 경우에는 원사에 대해 집속성을부여하기에 불충분하며, 결과적으로 원사의 포합성 저하를 유발하여 권취 불량 및 모우 발생을 유발한다. 또한, 공기 압력이 4.0 kg/cm2를 초과하는 경우에는 원사의 필라멘트 사이에 강한 교락이 너무 많이 존재하여(또는 CFP값이 커서) 요구하는 평활성을 얻기 어렵고, 원사의 길이방향에 대해 굴곡 정도가 크다.
상기 세컨드 집속기(2nd Interlacer)는 미세교락수를 늘리기 위해 연속하여 다단으로 적용할 수 있으며, 다단의 경우 2개 이상, 바람직하게는 2 내지 4 개의 집속기가 연속적으로 설치된 것이 바람직하다. 상기 세컨드 집속기(2nd Interlacer)를 다단으로 설치시, 다단 집속기의 수가 5개 이상인 경우에는 설치가 곤란하며, 작업성도 떨어지므로 최대 4개 이하인 것이 바람직하다.
상기 세컨드 집속기(2nd Interlacer)를 통과한 폴리에스테르 원사는 권취기를 이용하여 권취함으로써, 본 발명의 폴리에스테르 원사를 제조한다.
또한, 본 발명의 폴리에스테르 원사의 제조방법에 있어서, 상기 원사의 대전방지성 및 집속성 향상을 통해 후공정성을 향상시키기 위해서 상기 세컨드 집속기(2nd Interlacer)와 권취기 사이에 애프터 오일 부여(after-oiling) 장치를 설치 하여 애프터 오일(after-oil)을 부여하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
도 7은 세컨드 집속기(2nd Interlacer)를 2개 이상 다단으로 적용하고, 상기 애프터 오일 부여 장치를 함께 사용하는 경우를 나타낸 모식적 공정도이다. 도 7에서 보는 바와 같이, 세컨드 집속기(2nd Interlacer ; 150)은 폴리에스테르 원사의 연신 장치(145, 146) 다음에 위치한다. 또한, 상기 애프터 오일 부여 장치(430)는 젯-가이드 형태이며, 원사의 주행방향에 대해 상하 또는 좌우로 설치되고, 원사에 애프터 오일을 부여하는 역할을 한다.
상기 애프터 오일 부여 장치의 부수 장치로서, 애프터 오일을 보관하는 오일 욕조(bath)(431), 애프터 오일 부여 장치에 정량적으로 오일을 공급하는 미터링-펌프(metering-pump)(432), 원사에 공급되고 남은 잔량 또는 상기 애프터 오일 부여 장치에서 발생하는 낙유를 모아 오일 욕조에 이송하여 재순환하게 하며, 권취기(160)의 오염 방지 등의 역할을 하는 오일 회수 욕조(433) 등이 더 포함된다.
상기 애프터 오일 부여 공정에서 부여되는 오일의 양은 폴리에스테르 원사 중량에 대하여 0.1 내지 2.0 중량%인 것이 바람직하다. 애프터 오일의 양이 0.1 중량% 미만인 경우에는 폴리에스테르 원사에 요구되는 집속성 향상 및 대전방지성 개선의 효과가 미미하며, 2.0 중량%를 초과하는 경우에는 경제성이 떨어지고, 오일에 의한 오염을 유발할 수 있으며, 코팅직물에 적용시 접착력을 저해할 수 있다.
상기 애프터 오일로는 통상적인 폴리에스테르 원사용 애프터 오일(after-oil)을 사용할 수 있다. 상기 원사용 애프터 오일은 연신공정을 거치기 전에 부여 된 유제와는 구별되는 것으로, 바람직하게는 폴리올-폴리알킬레이트를 주성분으로 하며, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 산화방지제 및 대전방지제 등을 포함하는 오일을 사용할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서는 또한, 이완 공정 (도 2의 144 와 146 사이)중에 사란에 의해 모노필라멘트가 서로 겹쳐지는 것을 막고 주행 원사의 편평한 형태를 유지하기 위하여 이완 공정 이후(도 2의 145와 146 사이)에 텐션가이드를 더욱 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 및 2
고유점도 0.85 g/dL인 폴리에스테르 고상중합 칩을 285℃의 온도에서 용융하여 슬릿형 방사 구금을 통해 용융 폴리에스테르를 토출하였다.
상기 토출된 용융 폴리에스테르를 후드-히터 및 단열판으로 구성된 지연 냉각 구간에 통과시켜 지연 급냉(delayed quenching)하였다.
상기 지연급냉된 폴리에스테르 원사에 롤 형태의 유제 부여 장치를 이용하여 유제를 부여하였다. 이 때, 상기 유제의 양은 원사 100 중량부에 대하여 0.8 중량부이며, 사용된 유제는 에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드 부가 디올에스테르(30 중량부), 에틸렌옥사이드 부가 디올에스테르 (15 중량부), 글리세릴 트리에스테르(10 중량부), 트리메틸프로판 트리에스테르(10 중량부), 및 소량의 대전방지제를 혼합한 방사 유제를 사용하였다.
상기 유제가 부여된 원사를 도 6의 전-집속기에 통과시키고, 고데트 롤러를 이용하여 연신하였다.
상기 연신 후에, 도 6의 세컨드 집속기(2nd Interlacer)를 이용하여, 상기 연신된 폴리에스테르 원사에 인터밍글을 부여하였다.
상기 집속기를 통과한 폴리에스테르 원사에 젯-가이드 형태의 오일 부여 장치를 이용하여 애프터 오일(after-oil)을 부여하였다. 이 때, 상기 애프터 오일의 양은 원사 100 중량부에 대하여 0.7 중량부이며, 사용된 애프터 오일은 폴리올-폴리알킬레이트(70 중량부), 폴리옥시에틸렌 알킬에테르(20 중량부), 산화방지제(2 중량부) 및 대전방지제(2 중량부)를 혼합한 오일이다.
상기 애프터 오일 부여 공정이 끝나고, 권취기로 권취하여 폴리에스테르 원사를 제조하였다.
본 발명의 실시예에서 방사구금의 캐필러리의 형태 및 편평도, 후드-히터의 온도 및 길이, 단열판의 길이, 지연냉각구간의 체류시간, 전-집속기의 풍향 및 풍압, 방사속도, 연신비(예비 연신비, 전체 연신비에 대한 1단 연신배율), 이완율, 열처리온도, 세컨드 집속기(2nd Interlacer)의 개수, 풍향, 및 풍압, 유제 및 애프터 오일 부여 등의 조건을 각각 상기 표 1 에 나타내었다.
집속기의 풍향은 도 6에 나타낸 바와 같이 섬유주행방향의 직각 방향을 기준 으로 하여 Air가 분사되는 각도를 의미한다. 즉, 0˚는 섬유 진행방향에 대해 직각방향이며, 90˚는 섬유 진행방향과 평행함을 의미한다.
[표 1]
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 1 2
칩 고유점도
(dl/g)		 0.85 1.15 0.95 1.01 0.90 0.85 0.90 0.85 0.90
구금 홀의 형태 슬릿 슬릿 슬릿 슬릿 슬릿 슬릿 슬릿 원형 원형
구금 편평도 8 5 15 10 10 10 8 1 1
H/H 온도
(℃)		 250 350 210 300 280 280 300 300 300
H/H 길이
(mm)		 300 200 100 300 300 400 300 300 300
단열판 길이
(mm)		 70 300 70 70 400 100 70 70 70
지연구간
체류시간
(초)		 0.037 0.067 0.015 0.044 0.049 0.055 0.037 0.037 0.037
전-집속기 풍향(˚) 45˚ 60˚ 80˚ 30˚ 60˚ 0˚ 0˚ 0˚ 60˚
전집속기
풍압(kg/cm2)		 0.7 1.0 1.4 0.4 0.8 0.7 0.4 0.7 0.7
방사속도
(m/min)		 600 450 700 500 850 550 600 600 600
연신비
(배)		 5.5 6.0 5.3 5.6 4.7 5.6 5.4 5.5 5.5
예비연신비 1.02 1.08 1.03 1.02 1.02 1.05 1.02 1.02 1.02
전체연신비에
대한 1단 연신배율(%)		 71 62 76 79 78 69 74 74 74
이완율
(%)		 8.0 11.5 7.5 6.5 5.0 9.0 12.0 9.0 8.0
열처리온도
(℃)		 240 247 247 240 230 240 220 245 240
이완온도(℃) 220 240 200 160 180 220 240 240 220
2nd 집속기수 1 2 2 1 3 2 1 1 1
2nd 집속기 풍향(˚) 80˚ 60˚ 80˚ 30˚ 60˚ 0˚ 60˚ 0˚ 60˚
2nd집속기 풍압(kg/cm2) 3.5 0.8 2.0 1.0 0.5 2.0 0.8 1.5 2.5
애프터오일부여 적용 미적용 적용 적용 미적용 적용 적용 미적용 적용
애프터오일
/유제 함량
(중량부)		 0.7
/0.8		 0
/0.8		 0.3
/0.8		 1.2
/0.8		 0
/0.8		 1.7
/0.8		 1.2
/0.8		 0
/0.8		 0.7
/0.8
단사섬도 5.2 4.4 5.0 10.4 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1, 2 에 따라 제조된 폴리에스테르 원사에 대하여 하기의 방법으로 편평도, 결정화도, 수축응력, 수축율, 고유점도, 인장강도, 절단신도, 중신, 형태안정지수, 공정조업성, 정경모우수, 코팅직물 후도를 측정하였다.
1) 편평도
원사 단면의 편평한 정도를 나타내는 값으로, 동판을 이용하여 원사 단면을 절단하고, 이를 광학현미경으로 확대 촬영하여 원사 단면의 장축길이(W)와 원사 단면의 단축길이(D)를 측정하여 하기 계산식 1에 따라 계산하였다.
[계산식 1]
편평도 = W/D
2) 결정화도(%)
원사의 밀도 ρ는 n-헵탄과 사염화탄소를 이용한 밀도구배관법에 따라 25℃에서 측정하였으며, 결정화도는 하기 계산식 2에 따라 계산하였다.
[계산식 2]
Figure 112007018221195-pat00001
상기 계산식 2에서, ρ는 원사의 밀도, ρc는 결정의 밀도(PET의 경우는 1.457 g/cm3), 및 ρa는 비결정의 밀도(PET의 경우는 1.336 g/cm3)이다.
3) 수축응력(g/d)
Kanebo 열응력기를 이용하여 초기응력 0.1 g/d 하에서 승온속도 2.5℃/sec로 승온하며 150 ℃와 200 ℃에서 각각의 응력값을 측정하였다. 시료는 루프(Loop) 형태로 매듭을 매어 준비한다.
[계산식 3]
Figure 112007018221195-pat00002
4) 수축율(%)
수축율은 특정 온도에서 열에 의한 시료의 길이 변화를 백분율로 나타낸 값으로서, 하기 계산식 3에 따라 정의된다.
[계산식 4]
수축율(%) = {(L0 - L1)/L0}×100
상기 식에서 L0은 열수축 전의 시료의 길이이고, L1은 열수축 후의 시료의 길이이다.
상기 수축율은 TesRite 사의 수축거동 시험기(Testrite MKV)를 이용하여 0.01 g/d의 일정 하중 하에 원사를 고정시킨 후, 수축율을 측정하였으며, 측정 조건은 190 ℃에서 0.01 g/d의 하중을 가한 상태로 15분 경과한 상태를 기준으로 하였다.
5) 고유점도
사염화탄소를 이용하여 시료에서 유제를 추출하고, 160± 2℃에서 OCP (Ortho Chloro Phenol)로 녹인 후, 25℃의 조건에서 자동점도 측정기(Skyvis-4000) 를 이용하여 점도관에서의 시료 점도를 측정하여 하기 계산식 5에 따라 원사 고유점성도(intrinsic viscosity, IV)를 구하였다.
[계산식 5]
고유점성도(IV) = {(0.0242× Rel)+0.2634}× F
상기 식에서,
Figure 112007018221195-pat00003
이고,
Figure 112007018221195-pat00004
이다.
6) 인장강도(g/d), 절단신도(%), 중신(%), 및 형태안정지수
만능재료 시험기(Insteon)을 사용하여 측정하였다. 상기 중신은 만능재료 시험기로 측정한 응력-신장 곡선에서 4.5 g/d의 응력에 해당하는 값을 기준으로 하였으며, 수축율은 190 ℃에서 0.01 g/d의 하중하에서 Testrite로 15분간 측정한 수축율을 기준으로 하여 형태안정지수(ES)를 다음의 계산식 6에 따라 구하였다.
[계산식 6]
형태안정지수(Es) = 중신 + 수축율
7) 코팅 직물의 후도
실시예 1 내지 7 및 비교예 1, 2로 제조된 폴리에스테르 원사를 동일한 조건에서 통상의 래피어 직기로 제직한 후, 폴리에스테르 직물 100 중량부에 대하여 폴리비닐클로라이드(PVC) 250 중량부를 코팅하여 PVC 코팅된 직물을 제조하였다. 상 기 직물에 대하여 두께를 측정하고, 실시예 1 내지 7에 따라 제조된 폴리에스테르 원사로 제조된 직물의 두께(T)를 비교예 1에 의해 제조된 직물의 두께(t)로 나누어 백분율로 계산하였다.
[계산식 7]
직물후도(%,상대치) = T/t × 100
8) 정경모우수
모우 감지기(fluff-detector)의 체크 횟수를 106 m로 환산하여 계산하였다.
9) 후공정 수율
전체 투입된 원사에 대한 정상 제품의 백분율 값을 하기 계산식 8에 따라 계산하였다.
[계산식 8]
후공정 수율 = 정상제품수량/전체투입원사량 × 100
10) 공정조업성(F/D)
원사의 생산성을 나타내는 지표로써 전체 Doffing수에 대한 Full-Cheese(정장)의 Doffing수의 분율을 하기 계산식 9로 계산하였다.
[계산식 9]
Figure 112007018221195-pat00005
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 및 2에 따라 제조된 원사에 대하여 측정한 상기 물성을 하기 표 2에 정리하였으며, 실시예 1에 따라 제조된 편평 단면사의 단면 사진을 도 8에 도시하였다.
[표 2]
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 1 2
편평도 3.0 2.0 3.8 3.3 3.3 3.0 2.8 1 1
결정화도
(%)		 46.5 51.0 47.1 45.2 42.7 45.4 43.3 47.5 44.3
수축응력
(@150℃,g/d)		 0.020 0.007 0.015 0.033 0.065 0.032 0.042 0.014 0.018
수축응력
(@200℃,g/d)		 0.030 0.010 0.022 0.039 0.070 0.041 0.054 0.021 0.027
수축율(%) 2.8 1.6 3.5 4.1 5.5 3.3 4.5 3.0 2.4
고유점도(dl/g) 0.77 0.99 0.88 0.91 0.86 0.80 0.85 0.80 0.83
인장강도 7.3 7.8 6.7 8.0 8.4 7.6 7.2 7.4 7.6
절단신도 24.2 26.4 27.2 22.5 20.1 23.7 33.1 25.5 24.7
중신 13.5 14.8 15.2 12.2 8.5 12.8 16.8 13.7 12.9
형태안정지수
(Es)		 16.3 16.4 18.7 16.3 14.0 16.1 21.3 16.7 15.3
조업성(F/D율) 96.2 99.5 97.2 97.5 97.4 92.3 94.1 85.4 88.7
정경모우수
(개/106 m)		 1.6 0.7 1.3 1.2 1.5 2.1 1.9 4.7 4.1
후공정 수율 98.1 99.1 98.4 98.5 98.2 95.0 97.2 85.4 89.1
코팅직물 후도
(%)		 86.4 92.5 75.0 83.2 84.5 88.3 89.2 100 97.3
상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 7에 따라 제조된 폴리에스테르 원사는 수축응력과 수축율이 낮아 열적 형태안정성이 우수하므로 후공정중 원사에 가해지는 열에 의한 변형이 적으며, 비교예 1및 2에 따라 제조된 폴리에스테르 원사보다 공정조업성 및 원사의 품질(모우 수준)이 우수할 뿐만 아니라 후정공 수율도 높아 경제적이며, 최종 제품에 있어 코팅직물의 후도를 낮출 수 있어 제품의 경량화 및 표면평활성 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 폴리에스테르 원사는 섬유의 단면을 편평(扁平)한 형태로 제조함 으로써 표면평활성이 극대화되고, 제직시 직물의 두께가 원형 단면의 원사 대비 얇고, 표면 굴곡성과 공극율도 낮아 코팅 직물에 있어서 코팅 수지의 사용량을 감소시키고 제품의 경량화가 가능한 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 편평도가 2.0 내지 4.0 이고, 150 ℃ 에서의 수축응력(@ 0.1g/d, 2.5℃/sec)이 0.005 내지 0.075 g/d이고, 200 ℃에서의 수축응력(@ 0.1g/d, 2.5℃/sec)이 0.005 내지 0.075 g/d이며, 수축율(@ 190℃, 15분, 0.01g/d)이 1.5 내지 5.5 %인 폴리에스테르 원사.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 원사는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 90몰% 이상 포함하는 것인 폴리에스테르 원사.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리에스테르 원사는 고유점도가 0.75 내지 1.0 dl/g인 폴리에스테르 원사.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 원사는 결정화도가 42 내지 52 %인 폴리에스테르 원사.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 원사는 인장강도가 6.5 내지 8.5 g/d 이고, 절단신도가 20 내지 34 %이고, 중신(@4.5g/d)이 8.5 내지 17.5 % 이고, 형태안정지수(ES)가 12 내지 23 인 폴리에스테르 원사.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 폴리에스테르 원사를 포함하는 직물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 직물의 표면에 코팅 또는 라이네이트된 코팅 수지층을 더욱 포함하는 직물.
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