KR101342270B1 - 파라계 아라미드 섬유 - Google Patents

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Abstract

말단기들을 가교제에 의해 상호 결합시킴으로써 말단기에서의 응력 집중을 방지함으로써 강도 및 신도가 향상된 파라계 아라미드 섬유 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 파라계 아라미드 섬유는 파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드의 중합에 의해 제조된 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T) 중합체를 방사함으로써 제조된 것으로서, 30g/d 이상의 강도 및 3.8% 이상의 신율을 갖는다.

Description

파라계 아라미드 섬유{Para-Aramid Fiber}
본 발명은 파라계 아라미드 섬유에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 방탄 제품 등에 사용할 수 있는 고강도 및 고신율의 파라계 아라미드 섬유에 관한 것이다.
일반적으로, 아라미드 섬유로 통칭되는 전방향족 폴리아미드 섬유는, 벤젠 고리들이 아미드기(CONH)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 아라미드 섬유와 그렇지 않은 메타계 아라미드 섬유를 포함한다. 파라계 아라미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 5mm 정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있어 방탄 용도로 사용될 뿐만 아니라, 우주항공 분야의 첨단 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 또한, 아라미드 섬유는 500℃이상에서 검게 탄화하므로 고내열성이 요구되는 분야에서도 각광을 받고 있다.
아라미드 섬유는 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 중합용매 중에서 중합시킴으로써 전방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 공정, 이 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 공정, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 방사물을 비응고성 유체 및 응고욕조를 순차적으로 거치도록 함으로써 필라멘트를 제조하는 공정, 및 상기 필라멘트를 수세 및 건조하는 공정을 거쳐 제조된다.
그러나, 이와 같이 제조된 아라미드 섬유는 다수의 말단기들을 포함하고 있다. 만일 아라미드 섬유가 외력을 받는 경우 이러한 말단기들이 결함으로 작용함에 따라 즉, 응력이 말단기들에 집중됨으로써 말단기 부분에서 쉽게 파단이 발생하고, 이에 따라 아라미드 필라멘트의 강도 및 신율이 이론치 보다 크게 떨어지게 된다.
따라서, 이러한 강도 및 신율이 떨어지는 아라미드 섬유를 이용하여 제조된 방탄제품은 업계에서 요구하는 수준의 방탄 성능을 만족시키지 못하고 있는 실정이었다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은 강도 및 신율이 크게 향상된 아라미드 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드의 중합에 의해 제조된 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T) 중합체를 방사함으로써 제조된 파라계 아라미드 섬유로서, 30g/d 이상의 강도 및 3.8% 이상의 신율을 갖는 것을 특징으로 하는 파라계 아라미드 섬유가 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 의한 파라계 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 의하면, 말단기들을 가교제에 의해 상호 결합시켜 말단기에서의 응력 집중을 방지함으로써 강도 및 신도가 향상된 파라계 아라미드 섬유를 얻을 수 있다. 따라서, 이와 같은 파라계 아라미드 섬유를 이용한 방탄제품은 우수한 방탄성능을 가지게 된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '가교제(cross-linking agent)'는 아라미드 섬유 내의 말단기들을 서로 연결할 수 있는 다수의 반응기를 갖는 화합물을 의미한다.
이하, 본 발명의 아라미드 섬유의 제조방법의 일 실시예를 구체적으로 설명한다.
우선, 유기용매에 무기염을 첨가하여 중합용매를 제조한다.
상기 유기용매로는 아미드계 유기용매, 우레아계 유기용매, 또는 이들의 혼합 유기용매를 이용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N‘-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 무기염은 방향족 폴리아미드의 중합도를 증가시키기 위하여 첨가하는 것으로서, 그 구체적인 예로는 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr 등과 같은 할로겐화 알칼리 금속염 또는 할로겐화 알칼리 토금속염을 들 수 있으며, 이들 무기염은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 첨가될 수 있다. 상기 무기염의 첨가양이 증가할수록 방향족 폴리아미드의 중합도는 증가되지만 상기 무기염이 과량으로 첨가되면 미처 용해되지 않는 무기염이 존재할 수 있기 때문에, 상기 무기염은 중합용매 전체량에 대해 10 중량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 상기 무기염은 유기용매에 대한 용해도가 좋지 않기 때문에 물을 첨가하여 무기염을 완전히 용해시키고, 그 후에 탈수공정을 통해 물을 제거함으로써 최종적인 중합용매를 제조할 수 있다.
다음, 상기 제조된 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 상기 방향족 디아민의 구체적인 예는 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 또는 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음, 상기 혼합용액을 교반하면서 상기 혼합용액에 소정량의 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여 예비중합시킨다. 상기 방향족 디에시드 할라이드의 구체적인 예로는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 예비중합공정은 반응기 내에서 0 ~ 45℃로 반응 온도를 유지하며 수행하고, 반응시간은 3 ~ 15분 정도로 충분한 중합 시간을 부여하며, 전방향족 폴리아미드 중합체의 제조에 필요한 방향족 디에시드 할라이드의 전체량 중 20 ~ 40%만을 예비중합공정 중에 첨가하는 것이 바람직하다.
예비중합공정을 완료한 후, 0 ~ 10℃ 상태로 온도를 낮추고 상기 예비 중합체에 방향족 디에시드 할라이드를 추가로 첨가하여 최종 중합체를 제조한다. 중합공정에 의해 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 구체적인 예는, 폴리(파라페닐렌테레프탈-아미드: PPD-T), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드) 또는 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드)를 들 수 있다.
이어서, 중합반응 중에 생성된 산을 알칼리 화합물을 이용하여 중화시킨다. 상기 알칼리 화합물는 NaOH, Li2CO3, CaCO3, LiH, CaH2, LiOH, Ca(OH)2, Li2O 또는 CaO의 알칼리 금속, 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 토금속의 수산화물, 또는 알칼리 토금속의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된다.
염산을 다량 포함하고 있는 강산 상태의 방향족 폴리아미드 용액에 무기 알칼리 화합물을 첨가하면 염산과 신속히 반응하여 중화가 빠르게 진행하지만, 일단 중화가 상당히 진행되어 pH가 7에 접근하면 무기 알칼리 화합물과 염산과의 반응속도가 급격히 감소하여 무기 알칼리 화합물이 미반응 상태로 중화용액에 남게 되며, 이로 인해 중화 완료 후 불용성 무기 알칼리 화합물을 필터로 여과해야 하는 문제가 발생한다. 따라서, 방향족 폴리아미드 용액 중에 불용성 이물의 생성을 방지하기 위해서, 중화 공정을 여러 번에 나누어 수행할 수 있다.
이어서, 중화공정을 완료하여 산이 제거된 방향족 폴리아미드 중합체를 분쇄한다. 후술하는 추출 공정시 중합체의 입자크기가 너무 크면 중합용매 추출공정에 많은 시간이 소요되며 중합용매 추출효율이 저하되기 때문에, 추출공정 전에 중합체의 입자크기를 작게 하기 위해서 분쇄공정을 수행하는 것이다.
이어서, 분쇄된 방향족 폴리아미드 중합체로부터 중합용매를 추출한다. 중합에 의해 얻어진 방향족 폴리아미드 중합체 내에는 중합 공정을 위해 사용한 중합용매가 함유되어 있기 때문에, 이와 같은 중합용매를 중합체로부터 추출해야 하며, 추출된 중합용매는 중합공정에 재사용할 수 있다. 이와 같은 추출공정은 물을 이용하여 수행하는 것이 가장 효과적이고 경제적이다. 추출공정은 배출구가 구비된 욕조에 필터를 설치하고 상기 필터 위에 크럼 형태의 중합체를 위치시킨 후 물을 부어, 중합체 내에 함유된 중합용매를 물과 함께 상기 배출구로 배출시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
다음, 추출공정 후 잔류하는 물을 탈수하고, 그 후 건조 공정을 거쳐 방향족 폴리아미드 중합체 제조를 완료한다.
이어서, 상기 폴리아미드 중합체를 97 내지 102%의 농도를 갖는 농황산 용매에 용해시켜 방사 도프(spinning dope)를 제조한다. 선택적으로, 상기 농황산 대신에 클로로 황산이나 플루오로황산 등도 사용될 수 있다.
상기 방사도프를 방사구금(spinneret)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고액이 수용된 응고조(coagulation bath) 내에서 응고시킴으로써 필라멘트(filament)를 형성한다. 상기 에어 갭은 주로 공기층이나 불활성 기체층도 사용될 수 있으며, 에어 갭의 길이는 0.1 내지 15 cm인 것이 제조되는 필라멘트의 물성 향상에 바람직하다. 상기 방사구금은 0.1 mm 이하의 직경을 갖는 다수의 모세관을 갖는다. 만약 방사구금에 형성된 모세관의 직경이 0.1 mm를 초과할 경우에는 생성되는 필라멘트의 분자 배향성이 나빠짐으로써 결과적으로 필라멘트의 강도가 낮아지는 결과를 야기하게 된다. 상기 응고액은 물, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 알코올, 또는 이들의 혼합물에 황산이 첨가될 수 있으며, -20 내지 +90℃로 유지된다. 방사구금을 통과한 방사물이 응고액을 통과하게 되면 방사물 내의 황산이 제거되면서 필라멘트가 형성되는데, 황산이 방사물 표면으로부터 급격히 제거되면 그 내부에 함유된 황산이 미처 빠져나가기 전에 표면이 먼저 응고되어 필라멘트의 균일도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 방사물 표면으로부터 황산이 급격히 빠져나오는 것을 방지하기 위하여 응고액에 황산을 첨가하는 것이다.
이어서, 얻어진 필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다. 방사 도프의 제조에 사용된 황산은 방사물이 응고조를 통과하면서 대부분 제거되기는 하지만 완전히 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 또한 방사물로부터 황산이 균일하게 빠져나오게 하기 위하여 응고조의 응고액에 황산을 첨가할 경우, 얻어지는 필라멘트에는 황산이 잔존할 확률이 높다. 필라멘트에 잔존하는 황산은 그 양이 아무리 소량이라 할지라도 아라미드 섬유 특성에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 필라멘트에 잔존하는 황산을 완전히 제거하는 것이 매우 중요하다. 필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다. 상기 수세 공정은 다단계로 수행할 수도 있는데, 예를 들면, 황산을 함유한 필라멘트를 0.3 내지 1.3%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)으로 1차 수세를 한 후, 0.01 내지 0.1%의 더 묽은 가성 수용액으로 2차 수세를 할 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리한다. 가교제로는 디무수물(dianhydride) 또는 상기 디무수물가 가수분해된 테트라 카르복실릭에시드(tetracarboxylic acid)가 사용될 수 있고, 디아실클로라이드(diacyl chloride)와 같은 디아실할라이드(diacyl halide) 또는 상기 디아실할라이드가 가수분해된 디카르복시릭 에시드(dicarboxylic acid)가 사용될 수 있다.
상기 가교제 처리 공정에서는 무수물 사이에 방향족기가 포함된 디무수물들을 모두 사용하여 수행할 수 있다. 상기 디무수물의 구체적인 예로는, 4,4′옥시디프살릭언하이드라이드 (4,4′oxy diphthalic anhydride (ODPA)), 4,4′카복시디프살릭언하이드라이드 (4,4′carboxy diphthalic anhydride (CDPA)), 파라프살릭디언하이드라이드(p-phthalic dianhydride (PPDA)) 등이 있다.
상기 디에시드 할라이드는 방향족 디에시드 할라이드일 수 있고, 상기 방향족 디에시드 할라이드의 구체적인 예로는, 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4′벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 등이 있다.
또한, 상기 디에시드 할라이드는 지방족 디에시드 할라이드일 수 있고, 상기 지방족 디에시드 할라이드의 구체적인 예로는, 부탄일 디클로라이드, 헥산일 디클로이드 등이 있으나, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다.
이러한, 가교제는 아민(amine) 또는 액시드(acid) 말단기들을 상호 연결시켜 말단기에서의 응력집중을 방지하는 역할을 함으로써 최종 아라미드 섬유의 강도 및 신율을 향상시킨다. 수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는 구체적인 방법은 다음과 같다.
수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하기 위해 먼저, 가교제 조성물을 제조해야 한다. 이러한 가교제 조성물은 가교제인 디무수물 또는 디아실할라이드를 용매인 물에 녹여 제조할 수 있다. 만일, 상기 가교제가 물에 잘 녹지 않는 경우, 극성 용매를 혼합하여 가교제를 보다 균일하게 녹일 수 있다. 상기 가교제의 농도는 통상의 농도 범위에서 조절할 수 있는데, 예를 들어 가교제의 농도는 1 내지 20 중량% 범위 내일 수 있다. 만일, 상기 가교제의 농도가 1중량% 미만일 경우 말단기들을 상호 충분히 결합하지 못함에 따라 원하는 정도의 강도 및 신율을 얻을 수 없고, 반면 상기 가교제의 농도가 20 중량%를 초과할 경우 가교제가 용매에 완전히 용해되지 않아 균일한 가교 반응을 얻을 수 없고 말단기들과 비결합된 가교제가 증가되어 가교제의 낭비를 초래할 수 있다.
아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는 공정은 상기 가교제 조성물이 담긴 처리조에 필라멘트를 침지시키는 디핑(dipping) 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 처리조의 온도는 상기 필라멘트에 가교제가 원활하게 침투할 수 있도록 상온보다 높게 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
또는, 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는 공정은 상온 이상의 온도로 유지된 상기 가교제 조성물을 노즐 등을 이용하여 아라미드 필라멘트에 분사하는 스프레이(spray) 공정을 통해 수행될 수 있다.
상기 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는 공정은 방사도프를 방사한 후 수세 공정과 건조 공정 중간에 수행되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 방사 후 수세 공정을 마친 필라멘트는 충분한 결정배향을 이루고 있지 못하기 때문에 가교제가 상기 필라멘트 내부로 원활하게 침투함으로써 말단기들과 충분한 정도로 결합할 수 있기 때문이다.
선택적으로, 필라멘트를 가교제로 처리한 후 필라멘트의 표면에 부착된 가교제를 제거하기 위해, 수세 공정을 더 포함하여 수행할 수 있다.
이렇게 가교제로 처리된 아라미드 필라멘트는 건조 과정을 거치면서 상기 가교제들이 가교반응을 일으킨다. 가열된 건조 롤(drying roll)에 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤의 온도를 조절함으로써 필라멘트의 수분 함유량을 조절하고, 가교제와 아라미드 말단기와의 반응 정도를 조절할 수 있다. 건조 롤은 소정의 수단에 의해 가열되며, 가열된 롤로부터 과도한 열이 방출되어 열손실이 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 건조 롤은 최소한 부분적으로 열 차단 수단에 의해 둘러싸이는 것이 바람직하다.
이어서, 건조가 완료된 필라멘트를 지관에 감는다. 방사권취속도는 300 내지 1,500 m/분이다.
이와 같이 제조된 아라미드 필라멘트는 다수의 아민 또는 액시드 말단기들이 가교제에 의해 상호 결합하고 있다. 특히, 아민 말단기들이 가교제에 의해 쉽게 결합하게 된다. 이와 같이 말단기들이 가교제에 의해 상호 연결됨으로써, 아라미드 필라멘트가 외부 응력을 받을 경우 말단기에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 제조된 아라미드 필라멘트는 30g/d 이상의 우수한 강도를 갖는다. 또한, 제조된 아라미드 필라멘트는 말단기가 감소함에 따라 응력을 분산시킬 수 있기 때문에 3.8% 이상의 높은 신율을 갖는다.
또한, 가교제에 의해 말단기들이 상호 연결됨에 따라, 분자량이 증대되는 효과로 인해 고유 점도(I.V)가 크게 상승하게 된다.
또한, 아라미드 필라멘트에 가교제를 처리함에 따라, 표면에 형성된 보이드(void)들이 가교제에 의해 채워짐으로써 조도(roughness)가 증대되어 마찰특성이 향상된다.
이와 같이 강도 및 신율 등이 향상된 아라미드 필라멘트를 이용하여 제조된 방탄제품은 보다 우수한 방탄성능을 가지게 된다.
선택적으로, 수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는 대신에, 수세 및 건조 공정을 거쳐 보빈에 권취된 아라미드 필라멘트를 해사한 후 해사된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리할 수도 있다. 이미 건조된 아라미드 필라멘트는 결정배향이 충분히 이루어져 있기 때문에 가교제로 처리한다고 하더라도 강도 및 신율 증진의 효과가 상대적으로 미미하기는 하지만, 가교제 처리를 하지 않은 아라미드 섬유에 비해 강도 및 신율을 어느 정도 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
이 경우에 있어서도, 가교제로는 디무수물(dianhydride) 또는 디아실할라이드(diacyl chloride)가 사용될 수 있고, 물이나 유기용매 혹은 이들의 혼합용매를 사용하여 상기 가교제를 용해시킨다. 가교제 농도가 1 내지 20 중량%인 조성을 가지며 상온보다 높은 온도로 유지되는 용액에 가교제가 필라멘트 내부까지 침투할 수 있도록 충분한 시간 동안 필라멘트를 디핑(dipping)시키는 디핑 방식, 또는 상기 농도의 조성을 가지며 상온 보다 높은 온도로 유지되는 용액을 아라미드 필라멘트에 분사하는 스프레이 방식이 적용될 수 있다.
가교제로 처리된 아라미드 필라멘트는 가교 반응을 유도하고 수분을 제거하기 위해 건조 공정을 거치게 된다.
선택적으로 통상의 아라미드 필라멘트를 이용하여 제조된 직물 또는 편물 등과 같은 제품을 가교제로 처리할 수 있다. 이때, 가교제를 처리하는 공정은 상술한 디핑 방식, 또는 스프레이 방식을 적용할 수도 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 않는다.
실시예 1
N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 CaCl2 7 중량% 첨가한 중합용매 100 ml에 파라-페닐렌디아민 5.00g을 용해시켜 혼합용액을 제조하였다. 상기 혼합용액에 테레프탈로일 디클로라이드 3.18g을 첨가하고 500rpm의 회전력으로 6분 동안 반응시킴으로써 예비중합체를 제조하였다. 이 예비 중합체에 테레프탈로일 디클로라이드 5.61g을 추가로 첨가하고 15분 동안 반응시킴으로써 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T) 중합체를 제조한 후 이를 98%의 농황산 용매에 용해시켜 방사도프(spinning dope)를 제조하였다.
상기 방사도프를 방사구금을 이용하여 방사한 후 에어 갭을 거쳐 응고조 내에서 응고시킴으로써 아라미드 필라멘트를 얻었고, 이 아라미드 필라멘트를 알카리성 용액으로 수세하였다.
수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하기 위하여, 가교제로 4,4′옥시디프살릭 언하이드라이드를 사용하고 상기 가교제를 물과 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 혼합용매(부피비 8:2)에 용해시켜 제조된 상기 가교제의 농도가 5중량%인 조성을 가지며 50℃의 온도로 유지되는 용액에 0.5초 시간 동안 필라멘트를 디핑(dipping)시켰다. 이어서, 가교제로 처리된 아라미드 필라멘트를 180℃의 온도에서 5초 동안 건조시킨 후 이를 보빈에 권취함으써 아라미드 섬유를 완성하였다.
실시예 2
*수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는데 있어서, 디핑 방식이 아닌 스프레이 방식을 적용하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 제조하였다.
실시예 3
수세된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는 단계를 생략하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 보빈에 권취된 아라미드 필라멘트를 얻었다. 이어서, 보빈에 권취된 아라미드 필라멘트를 해사한 후 해사된 아라미드 필라멘트를 실시예 1과 동일한 방법으로 가교제로 처리하고 건조시킴으로써 아라미드 섬유를 제조하였다.
실시예 4
해사된 아라미드 필라멘트를 가교제로 처리하는데 있어서, 디핑 방식이 아닌 스프레이 방식을 적용하였다는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 제조하였다.
비교예
수세된 아라미드를 가교제로 처리하는 단계를 생략하였다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 제조하였다.
위 실시예들 및 비교예에 의해 얻어진 아라미드 섬유 각각에 대하여 고유점도(Inherent Viscosity: I.V.), 강도, 신율, 조도(roughness)를 아래의 방법으로 측정한 결과, 표 1에 나타난 결과를 얻었다.
아라미드 섬유의 고유점도 ( Inherent Viscosity : I.V.) 측정
고유점도(I.V.)는 다음의 식에 의해 구하였다.
I.V. = ln(ηrel)/C
여기서, 여기서, C는 황산 내의 폴리머 농도이고, 상대점도ηrel는 30℃에서 모세관 점도계로 측정한 용매가 흐르는 시간에 대한 용액이 흐르는 시간에 대한 상대적인 비이다.
아라미드 섬유의 강도(g/d) 및 신율 (%) 측정
인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에서 길이가 25㎝인 샘플이 파단될 때의 강력(g)을 측정한 후 이를 샘플의 데니어(denier)로 나눔으로써 샘플의 강도를 구하였다. 이때, 인장속도는 300㎜/분으로 하였고, 초하중은 섬도 × 1/30g으로 하였다. 아라미드 섬유의 강도는 5개의 샘플을 테스트한 후 그 평균값으로 구하였다.
아라미드 섬유의 조도( roughness ) 측정
섬유의 조도는 표면조도 측정장치인 AFM(Atomic Force Microscopy)를 이용하여 측정하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예
고유점도(I.V.) 8.5 8.3 7.9 7.6 5.5
강도(g/d) 37 35 33 32 23
신율(%) 4.2 4.0 3.8 3.8 3.0
조도(㎛) 0.05 0.06 0.08 0.09 0.15
상기 표의 실시예 1 내지 4 및 비교예로부터 알 수 있듯이, 수세된 아라미드 필라멘트를 디핑 방식을 이용하여 가교제로 처리한 실시예 1의 경우 고유점도가 가장 높고, 강도 및 신율이 가장 우수한 것으로 나타났다.

Claims (3)

  1. 파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드의 중합에 의해 제조된 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T) 중합체를 방사함으로써 제조된 파라계 아라미드 섬유로서,
    상기 파라계 아라미드 섬유는 가교제를 포함하고,
    상기 파라-페닐렌디아민의 아민 말단기와 상기 테레프탈로일 디클로라이드의 액시드 말단기가 상기 가교제에 의해 상호 결합되어 있으며,
    30g/d 이상의 강도 및 3.8% 이상의 신율을 갖는 것을 특징으로 하는 파라계 아라미드 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는 디무수물(dianhydride) 또는 디아실할라이드(diacyl halide)인 것을 특징으로 하는 파라계 아라미드 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는 4,4′옥시디프살릭언하이드라이드 {4,4′oxy diphthalic anhydride (ODPA)}, 4,4′카복시디프살릭언하이드라이드 {4,4′carboxy diphthalic anhydride (CDPA)}, 또는 파라프살릭디언하이드라이드{p-phthalic dianhydride (PPDA)}인 것을 특징으로 하는 파라계 아라미드 섬유.
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