KR101331082B1 - 인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사 및그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 고유점도(Ⅳ)가 0.7~1.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 용융물을 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 토출슬릿들로 구성된 방사구금을 통하여 방사한 후, 방사된 미연신사를 1.5~3.0의 연신비로 연신하여 중공율이 30~50%이고, 강도가 4.5g/d 이상이고, 신도가 25~40%인 폴리에스테르 중공사를 제조한다.

본 발명은 내마모성, 인열강도 및 인장강도가 우수하고 경량성을 구비하여 등산 및 레져용 의류, 가방지, 신발지 등의 제조에 유용하다.

중공사, 폴리에스테르, 경량성, 인열강도, 내마모성, 고유점도, 중공율

Description

인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사 및 그의 제조방법{Polyester hollow yarn with high tear strength and anti abrasion and method of manufacturing the same}

도 1(a)~(c)는 본 발명에 사용되는 방사구금의 단면 예시도.

도 2는 본 발명에 폴리에스테르 중공사의 단면사진

도 3은 중공율 50%를 초과하는 폴리에스테르 중공사의 단면사진.

본 발명은 폴리에스테르 중공사 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 높은 중공율을 보유하여 경량성이 양호하면서도 인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

중공사는 1956년에 이미 기본적인 특허가 출원되어 있을 정도로 오래된 기술로서 중공사의 장점은 중공부에 대한 무게 감소로 인한 비중 감소로 경량감을 느낄 수 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 도 1(a)~(c)와 같이 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 슬릿들로 구성된 방사 구금을 이용하여 방사 구금 직하에서 폴리머 용융물을 융착시켜 외기를 포함하면서 고화시키는 방식과, 복합방사 후 하나의 성분을 용해시켜 제거하는 방법 등 크게 2가지가 있다. 복합방사의 경우, 2성분의 폴리머중 한성분을 용출해내는 방식으로, 가공후에도 중공이 유지가 되며 중공율을 20~60%수준까지 코어(core)부분의 폴리머의 양을 조절하여 자유롭게 중공율의 조절이 가능한 방식이다. 또한 연사 및 가연을 하더라도 용출부(중공부)에 존재하는 폴리머에 의해서 중공부의 변형, 즉 합착현상이 발생하지 않는 장점을 가지고 있다. 하지만 용출해 내는 폴리머의 소비가 크고, 제조비용이 높으며, 용출공정을 거치기 때문에 가공비용이 많이 발생하는 단점을 가지고 있다. 또한 용출형 폴리머 중 폴리에스테르성분은 수산화나트륨과 같은 알칼리용액을 사용하기 때문에 환경오염에도 문제가 되고 있다. 따라서 일반적인 중공사의 제조방법은 도 1(a)~(c)와 같이 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 슬릿들로 구성된 방사구금을 통하여 고유점도(IV) 0.6~0.67의 폴리에틸렌테레프탈레이트 폴리머를 토출시키고 완전히 고화되기 전에 융착이 이루어지도록 하여 외기를 중앙부에 포함시켜 중공을 만드는 것이 일반적인 방법이다.

이러한 방법으로 중공사를 제조하는데 있어서 가장 중요한 팩터는 방사 구금에서 토출공의 형태, 폴리머의 냉각방법, 방사속도에 따른 드래프트 비, 방사 온도 등이 중요하다 할수 있다. 그 중에서 구금의 형태가 결국 중공사의 형태를 결정하게 된다.

구체적으로, 구금의 형태에서 슬릿의 수에 따라서 중공사의 단면에 영향을 많이 미치게 된다. 슬릿이 1개로 이루어진 C형의 경우 슬릿사이의 떨어진 부분으로의 공기 유입량이 적어 중공율이 높지 않으며, 슬릿이 2개로 이루어진 중공구금의 경우에는 슬릿이 서로 대칭을 이루는 상태에서 슬릿간의 간격 부분 또한 서로 대칭부분에 위치하게 되기 때문에 방사후의 원사 단면에서 중공부가 타원형태를 취하게 되어 외력에 의해서 쉽게 찌그러지는 단점을 가지고 있다. 반면 슬릿이 3개~4개로 이루어진 경우, 공기의 유입량이 적당하나 슬릿간의 간격이 적절하지 않을 경우 중공이 형성되지 않아 편평사 형태로 펴진 단면의 발생이 빈번하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 슬릿 끝쪽에 슬릿을 따로 두어 폴리머의 흐름을 집중시키는 방법을 사용하기도 한다.

이러한 문제 때문에 중공 구금의 설계는 어렵고 더욱이 고중공율의 중공사를 제조하는데 많은 걸림돌이 되고 있다.

위와 같은 문제점을 해결하여 최적의 중공구금을 설계하였다고 하더라도 고중공율 중공사의 경우, 원사 외벽이 얇기 때문에 원단에서 내마모성, 인장강도, 인열강도가 낮다. 또한 경량화를 위하여 섬도를 줄일 경우에는 그 경향이 더 심해 지며 중공율이 높아질수록 원사의 내마모성은 떨어지게 된다. 의류용으로는 높은 내 마모성과 인열을 요구하지 않아 문제시되지 않지만, 경량성과 내구성을 요구하는 가방지, 신발지 등의 경우에는 중공사의 적용이 내피 등으로 제한적이다. 가방과 신발에 있어서는 경량이 가장 큰 이슈로서, 중공사의 적용이 필수적이다. 하지만 가방지, 신발지의 경우는 내마모, 인열등이 주요 특징으로 사용이 거의 되지 않은 분야이다. 의류용의 경우도 경량성이 있는 자켓의 경우, 인열강도가 낮아서 과격한 운동시나 익스트림 스포츠활동에서는 쉽게 인열되어 등산, 레저용으로 제한적으로 사용되고 있다.

본 발명은 높은 중공율을 구비하여 경량성 및 보온성이 우수함과 동시에 인열강도, 인장강도 및 내마모성도 우수한 폴리에스테르 중공사를 제공하고자 한다.

아울러, 본 발명은 폴리에스테르 중공사 제조시에 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 고유점도(Ⅳ)와 연신비를 적절히 조절하여 상기의 물성을 구비하는 폴리에스테르 중공사를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 중공사의 제조방법은, 도 1(a)~(c)에 도시된 바와 같이 고유점도(Ⅳ)가 0.7~1.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 용융물을 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 토출슬릿들로 구성된 방사구금을 통하여 방사한 후, 방사된 미연신사를 1.5~3.0의 연신비로 연신하는 것을 특징으로 한다.

도 1(a)~(c)는 본 발명에 사용되는 방사구금의 단면 예시도이다.

또한, 본 발명에 따른 폴리에스테르 중공사는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어지며, 중공율이 30~50%이고, 강도가 4.5g/d 이상이고, 신도가 25~40%인 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명의 제조방법을 살펴보면 본 발명에서는 폴리에스테르 중공사 제조에 사용되는 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 고유점도(Ⅳ)를 0.7~1.2로, 보다 바람직하기로는 0.8~1.0으로 조절한 후 이를 도 1(a)~(c)와 같이 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 토출슬릿들로 구성된 방사구금을 통해 방사하여 미연신사를 토출한다.

고유점도(Ⅳ)가 0.7 미만인 경우, 토출슬릿공으로 폴리머의 점도가 토출공 벽면으로부터의 전단응력(shear rate)으로 낮게 형성이 되어 중공부의 형태를 유지하지 못하고 고화되게 되어 중공율이 낮아지게 된다. 또한 고유점도(IV) 1.2를 초과하는 경우 너무 높은 점도로 인하여 중공부가 개환되거나 도 3과 같이 중공율이 50%를 초과되게 형성하게 되어 그 형태를 유지하지 못하고 3중공, 2중공등의 다중공의 다양한 형태로 나타나게 된다.

토출공에서의 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 점도를 제어하기란 매우 어려운 일이다. 토출될 때의 점도는 높은 편이 좋으나, 전단응력과 토출량을 줄이면 토출속도와 권취속도에 대한 제약이 따르기 마련이다. 방사 온도를 낮추어 점도를 상승시키면 조업성이 떨어지기 때문에 한계를 가지고 있다. 따라서 폴리에틸렌테레 프탈레이트 수지의 고유점도(IV)를 조절하게 되면 토출시의 점도를 높일수 있고, 토출된 후에 완전 고화되기 전의 점탄성력에 의해서 중공형태에서 회복하려는 시간적 여유(relaxation time)가 더 많기 때문에 중공율 30~50%의 고중공율 중공형성에 유리하다. 또한 최종 생산된 원사에서의 인장강도가 높고 모듈러스가 높아져 최종 원단에서의 내마모도와 인열강도가 상승하게 된다. 이는 고유점도(IV)가 높아 폴리머 체인의 길이가 길어지게 되고, 결정성이 높아져 강도가 상승하고, 탄소사이의 결합 길이가 증가하여 마찰에 대한 내마모성을 가지게 된다. 또한 형성된 중공은 중공부 크기만큼의 경량성을 나타내며, 높은 중공율로 인한 함유되는 공기의 양이 증가하기 때문에 보온성이 상승되어 텐트, 천막과 같은 고중량물의 원단의 무게를 줄일수 있으며 겨울철 사용에 있어서 보온효과를 나타낼수 있다.

다음으로, 상기와 같이 방사된 미연신사를 다수의 연신롤을 사용하여 1.5~3.0의 연신비로 연신한다. 중공율이 높을수록 연신비는 줄어들기 때문에 연신비를 3.0이 초과하도록 하기는 어렵고, 연신비가 1.5미만인 경우에는 불충분한 연신으로 인열강도 등의 물성이 저하된다.

중공사의 총섬도가 150데니어 이하일 경우에는 2개의 연신롤을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 총섬도가 200~500데니어인 경우에는 3개의 연신롤을 사용하는것이 바람직하다.

제1연신롤의 온도는 70~85℃가 적합하고 제2연신롤 및 제3연신롤의 온도는 120~200℃인 것이 적합한다.

상기와 같이 제조된 폴리에스테르 중공사는 중공율이 30~50%이고, 강도가 4.5g/d 이상이고, 신도가 25~45%이고, 총섬도가 30~500데니어이고, 단사섬도가 2~10데니어인 것이 바람직하다.

단사섬도가 2데니어 미만인 경우에는 내마모성이 저하되고, 10데니어를 초과하는 경우에는 방사시에 고화점이 길어지고 냉각이 불균일해져 절사가 빈발하게 될 수 있다.

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

그러나, 본 발명은 하기 실시예만으로 그 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

고유점도(Ⅳ)가 0.75인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 용융물을 도 1 (b)와 같이 2개의 토출슬릿으로 구성된 방사구금을 통하여 방사한 후, 방사된 미연신사를 2개의 연신롤 사이에서 2.2의 연신비로 연신하고 130℃의 상기 제2연신롤에서 열세팅 및 권취하여 150데니어/68필라멘트의 폴리에스테르 중공사를 제조하였다.

다음으로, 제조된 상기 폴리에스테르 중공사를 경사 및 위사로 사용하여 평직물을 제직한 후 염색 및 텐터공정을 거쳐 원단을 제조하였다.

제조된 폴리에스테르의 각종 물성을 평가하는 결과는 표 2와 같고, 제조된 원단의 각종 물성을 평가한 결과는 표 3과 같다.

실시예 2 ~ 실시예 3 및 비교실시예 1 ~ 비교실시예 3

폴리에틸렌테레프탈레이트의 고유점도(Ⅳ), 연신비, 연실롤의 개수, 마지막 연신롤의 온도를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정으로 폴리에스테르 중공사 및 그의 원단을 제조하였다.

제조된 폴리에스테르의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같고, 제조된 원단의 각종 물성을 평가한 결과는 표 3과 같다.

제조조건

구분	폴리에틸렌테레프탈레이트 고유점도(Ⅳ)	연신비	연신롤 개수		마지막 연신롤 온도(℃)
실시예 1	0.75	2.2	2개		130
실시예 2	0.80	2.4	2개		130
실시예 3	1.00	2.5	3개		150
비교실시예 1	0.65	2.0	2개		120
비교실시예 2	0.65	3.2	2개		120
비교실시예 3	0.80	3.5	3개		150

원사평가

구분	강도(g/denier)	신도(%)	중공율(%)
실시예 1	6.0	31	31
실시예 2	6.2	28	34
실시예 3	6.8	27	38
비교실시예 1	4.0	33	16
비교실시예 2	4.5	35	0
비교실시예 3	6.8	20	0

원단평가

구분	보온율(%)	인열강력(kg)	내마모성(회)	무게(g/yd)
실시예 1	12	4.0	155	140
실시예 2	13	4.5	170	136
실시예 3	15	4.8	190	124
비교실시예 1	8.8	2.5	86	170
비교실시예 2	8.2	3.2	90	203
비교실시예 3	8.1	5.0	207	207

본 발명에 있어서 각종 물성들을 아래 방법으로 평가하였다.

· 중공율 (%)

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

· 내마모성

스톨 다목적 마찰 시험기를 사용하여 측정한다.

시험편은 직경 10.8cm의원형으로 고무막 위의 클램프에 파지하고 고무막의 압력 0.0028kg/mm2이 되도록 조절한후 사폰지(sand paper #320)를 마찰자에 끼우고 마찰자에 작용하는 하중을 500g이 되게 한다. 그리고 원단이 마찰에 의해서 바닥면이 보일 때까지의 횟수를 측정한다.

· 보온성

KS L 0560을 기준으로 측정한다.

· 인열강도

텅법(KSK 0536)을 기준으로 측정한다.

본 발명은 높은 중공율을 보유하여 경량성과 보온성이 우수함과 동시에 인열강도, 인장강도 및 내마모성도 뛰어나다.

그로인해, 본 발명은 통상의 의류는 물론 신발지, 가방지, 천막지, 레져용 의류 등의 제조에 유용하다.

Claims (4)

1. 고유점도(Ⅳ)가 0.7~1.2인 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 용융물을 서로 떨어져 배열된 2개 이상의 토출슬릿들로 구성된 방사구금을 통하여 방사한 후, 방사된 미연신사를 1.5~3.0의 연신비로 연신하는 것을 특징으로 하는 인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사의 제조방법.
2. 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 제조된 폴리에스테르 중공사에 있어서, 중공율이 30~50%이고, 강도가 4.5g/d 이상이고, 신도가 25~40%인 것을 특징으로 하는 인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사
3. 제2항에 있어서, 총섬도가 30~500데니어이고 단사섬도가 2~10데니어인 것을 특징으로 하는 인열강도 및 내마모성이 우수한 폴리에스테르 중공사.
4. 제2항의 폴리에스테르 중공사를 포함하는 원단.

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