KR101371386B1 - 태데니어 원사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태데니어 원사의 제조방법에 관한 것으로서, (ⅰ) 열가소성 수지를 용융압출기와 방사구금을 통하여 용융방사하여 사조를 형성하는 공정; (ⅱ) 용융방사된 사조를 방사구금 하단에서 상기 사조 진행방향으로 낙하하는 냉각수와 접촉시켜 냉각 및 고화하는 공정; (ⅲ) 냉각 및 고화된 사조를 인취하여 캔에 담는 공정; 및 (ⅳ) 캔에 담긴 사조를 연신하는 공정;을 포함 한다.
또한, 본 발명은 연신된 사조를 크림핑, 열고정 및 절단하는 공정을 추가로 더 포함 할 수도 있다.
본 발명은 스테이플 섬유 생산설비에 낙하하는 냉각수를 이용하는 냉각/고화 설비만을 추가하여 용융방사된 사조(F)를 낙하하는 냉각수로 냉각/고화함으로서, 단사섬도가 20~1,000 데니어인 태데니어 연속 필라멘트 또는 태데니어 스테이플 단섬유를 10~60톤/1일 수준의 높은 생산량으로 생산할 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

태데니어 원사의 제조방법{Method of manufacturing thick-denier fiber}

본 발명은 태데니어 원사의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 통상적인 스테이프 단섬유 제조장치와 비슷한 높은 생산성으로 태데니어 원사를 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에서 태데니어 원사라는 용어는 섬도가 20~1,000 데니어인 연속상 필라멘트 또는 스테이플 단섬유를 의미한다.

현재 동일설비에서 단위시간당 많은 양의 열가소성 섬유를 제조하기 위해서 스테이플 단섬유 제조장치가 널리 사용되고 있다.

통상적인 스테이플 단섬유 제조장치 1대에서는 1일 약 10~60톤 정도의 스테이플 단섬유가 제조되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 스테이플 단섬유 제조장치는 방사구금(1) 직하단부에 설치된 공냉식 냉각 쳄버(2)로 방사되는 사조(F)를 냉각한다.

상기와 같이 스테이플 단섬유 제조장치로 열가소성 섬유를 제조하는 경우 스테이플 단섬유의 굵기(섬도)는 구금 설계 및 방사된 사조를 냉각시키는 공냉식 설비 특성 때문에 0.5 데니어 내지 20 데니어 수준이 된다.

도 1은 스테이플 단섬유 제조장치로 스테이플 단섬유를 제조하는 공정개략도이다.

방사되는 섬유 굵기는 토출량, 구금의 홀수, 테이크업 속도 및 연신배율에 의해 좌우되며, 산업적 설비로 섬유를 제조시 섬유의 굵기는 일정 범위내로 제한된다.

도 1과 같은 스테이플 단섬유 제조장치로 스테이플 단섬유를 제조하는 경우 생산성이 높은 장점은 있으나 굵기가 20 데니어 초과의 태데니어 원사는 제조할 수 없었다.

한편, 섬유 굵기가 1,000 데니어 이상인 열가소성 섬유는 도 2와 같은 모노필라멘트 제조장치로 제조하고 있다.

도 2는 모노필라멘트 제조장치로 모노필라멘트를 제조하는 공정개략도이다.

상기 모노필라멘트 제조장치는 1,000 데니어 이상인 태데니어 원사는 생산할 수 있지만 생산성은 1일 수백 ㎏ 내지 10 톤 정도로 떨어지는 문제점을 갖고 있다.

상기 모노필라멘트 제조장치는 하나의 방사구금(1)내 홀수는 수개 내지 수십개 정도에 불과하며, 방사구금(1)을 통해 형성된 사조(F)는 냉각수조(3)를 통과하면서 고화된 후 다단계의 연신공정을 거쳐 모노필라멘트 권취롤(6)에 와인딩 된다.

냉각수조(3) 및 연신로울러(4)를 지나면서 각각의 모노필라멘트들이 일정간격을 유지하면서 일렬로 배열되면서 연신로울러(4)를 통과하게 된다. 그러므로 연신로울러(3)의 길이에 의해 통과할 수 있는 모노필라멘트 개수가 결정된다.

모노필라멘트 구금의 홀수가 20개이고 구금의 개수가 10개인 상태에서 모노필라멘트간 간격이 약 5㎜ 정도라고 한다면 연신로울러(3)의 길이는 최소 1,000㎜ (20×10×5=1,000㎜)는 되어야 하므로 설비적인 측면에서 한계가 발생된다. 그로인해 상기 모노필라멘트 제조장치에서는 생산성이 1일 약 수백키로 내지 10톤 정도의 생산성을 보인다.

이상에서 살펴본 바와 같이 통상적인 모노필라멘트 제조장치로도 20~1,000 데니어의 태섬도 원사를 제조할 수 있지만, 이 경우 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 과제는 섬도가 20~1,000 데니어인 태데니어 원사를 높은 생산성, 구체적으로 제조설비 1대당 10~60 톤/1일의 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

이와같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 통상적인 스테이플 단섬유 제조장치를 사용하되 스테이플 제조장치에서 사용된 종래 공냉식 냉각장치 대신에 방사구금(1) 직하단에 냉각수가 사조(F) 진행방향으로 낙하하는 냉각/고화 장치를 추가로 설치하여 방사되는 사조(F)를 상기 냉각수로 냉각/고화시키는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 본 발명에서는 기존의 공냉식 냉각장치(2) 또는 냉각수조(3) 대신에 냉각수가 사조 진행방향으로 낙하하는 냉각/고화장치를 기존의 스테이플 단섬유 제조장치에 설치, 사용함으로서, 공냉식 냉각장치 사용시와 비교해서 20~1,000 데니어인 태데니어 원사의 냉각/고화를 효과적으로 함과 동시에 냉각수조 사용시와 비교해서 생산성도 향상시키는 것을 과제로 한다.

본 발명은 스테이플 섬유 생산설비에 낙하하는 냉각수를 이용하는 냉각/고화 설비만을 추가하여 용융방사된 사조(F)를 낙하하는 냉각수로 냉각/고화함으로서, 단사섬도가 20~1,000 데니어인 태데니어 연속 필라멘트 또는 태데니어 스테이플 단섬유를 10~60톤/1일 수준의 높은 생산량으로 생산할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 통상적인 스테이플 단섬유 제조장치로 스테이플 단섬유를 제조하는 공정개략도.
도 2는 통상적인 모노필라멘트 제조장치로 모노필라멘트를 제조하는 공정개략도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따라 태데니어 원사를 제조하는 공정개략도.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 태데니어 원사의 제조방법은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 (ⅰ) 열가소성 수지를 용융압출기와 방사구금을 통하여 용융방사하여 사조를 형성하는 공정; (ⅱ) 용융방사된 사조를 방사구금 하단에서 상기 사조 진행방향으로 낙하하는 냉각수와 접촉시켜 냉각 및 고화하는 공정; (ⅲ) 냉각 및 고화된 사조를 인취하여 캔에 담는 공정; 및 (ⅳ) 캔에 담긴 사조를 연신하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따라 태데니어 원사를 제조하는 공정개략도이다.

구체적으로, 본 발명은 먼저 열가소성 수지를 용융압출기 및 방사구금(1)을 통하여 용융방사하여 사조(F)를 형성한다.

상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리테트라에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등이며, 본 발명에서는 상기 열가소성 수지의 종류를 특별하게 한정하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명은 용융방사된 사조(F)를 방사구금(1) 하단에서 상기 사조(F)의 진행방향으로 낙하하는 냉각수와 접촉시켜 냉각 및 고화시켜 준다.

상기 사조(F)와 낙하하는 냉각수를 접촉시켜주는 구현예로는, 도 3에 도시된 바와 같이 방사되는 사조(F)에 냉각수를 분사노즐(9)로 분사시킨 후 분사된 냉각수가 사조(F) 진행방향으로 낙하하도록 할 수도 있고, 또한 도 4에 도시된 바와 같이 냉각수조(3)에 담겨진 냉각수가 튜브(T) 내로 사조(F)와 함께 하부방향으로 통과하도록 할 수도 있다.

이때, 상기 튜브(T)의 각도를 1~20°정도 경사지게하여 냉각수와 사조(F)간의 접촉시간을 늘려주는 것이 사조(F)의 냉각/고화 효율 향상에 바람직하다.

상기 냉각수의 온도는 용융방사에 사용된 열가소성 수지의 유리전이온도 보다 낮고, 소량의 유제를 함유하는 것이 보다 바람직하다.

상기 냉각수의 사용량은 용융방사되는 사조(F) 중량의 1~100배인 것이 좋다.

다음으로, 본 발명은 냉각/고화된 사조(F)를 인취하여 캔(C)에 담아준다. 캔(C)에 담긴 사조는 굵기가 60~1,000 데니어 수준이고 분자배향이 불안전하여 결정화도가 낮기 때문에 강도가 0.5~2.0 g/d 수준이다.

다음으로, 본 발명은 캔(C)에 담긴 사조를 여러개 모아 연신로울러(4)로 다단계에 걸쳐 1.5~4.0 배의 연신비로 연신하여 연속상 필라멘트 형태인 태데니어 원사를 제조한다.

본 발명에서는 상기와 같이 제조된 연속상 필라멘트 형태인 태데니어 원사를 추가로 크림핑, 열고정 및 절단하여 스테이플 단섬유로 제조하는 방법도 포함한다.

이와같이 제조된 태데니어 원사는 연속상 필라멘트 형태 또는 스테이플 단섬유 형태이고, 단사섬도는 20~1,000 데니어이고, 강도는 2.0~5.0 g/d 수준이다.

본 발명으로 제조된 태데니어 원사는 흙떨이용 매트, 수세미, 마찰재, 쿠션재, 이부자리 용품, 방석재 등을 제조하는 소재로 유용하다.

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

그러나 본 발명은 하기 실시예만으로 보호범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

고유점도가 0.64 g/㎖인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 도 4에 도시된 제조공정과 같이 용융압출기로 용융한 후 직경이 1.4㎜인 홀 19개를 가진 방사구금(1)을 통해 800 g/분의 토출속도로 방사하여 사조(F)를 형성하였다.

이때 사용된 구금의 개수는 32개 였다.

연속해서, 방사구금(1)으로 부터 용융방사된 사조(F)를 튜브(T) 내로 통과시킴과 동시에 도 4의 냉각수조(3)에 담겨진 냉각수를 상기 튜브(T) 내로 자연낙하시켜서 튜브(T)내에서 사조(F)와 낙하하는 냉각수를 접촉시켜 상기 사조(F)를 냉각 및 고화하였다.

이때, 냉각수의 온도는 60℃로 하였고, 냉각수 공급은 2,600 g/분으로 하였다.

연속해서, 상기와 같이 냉각 및 고화된 사조(F)를 500 m/분의 속도로 인취하여 캔(C)에 담았다. 캔(C)에 담긴 사조(F)의 섬도가 770 데니어이고 강도는 0.6 g/d 이었다.

다음으로, 30개 캔(C)에 담겨진 사조(F)를 모아서 한꺼번에 연신설비에서 3,4배의 연신비로 연신시킨 후, 크림퍼에서 6개/인치의 크림프를 부여한 후, 120℃에서 열고정한 후, 51 ㎜의 길이로 절단하여 스테이플 단섬유 형태의 태데니어 원사를 제조하였다.

제조된 태데니어 원사는 섬도가 220 데니어이고, 강도가 3.4 g/d이고, 신도가 170%이었다.

태데니어 원사의 1일 생산성은 36,864 ㎏/(800g/분×32개×60분×24시간) 이었다.

실시예 2

고유점도가 0.64 g/㎖인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 도 3에 도시된 제조공정과 같이 용융압출기로 용융한 후 직경이 1.4㎜인 홀 19개를 가진 방사구금(1)을 통해 800 g/분의 토출속도로 방사하여 사조(F)를 형성하였다.

이때 사용된 구금의 개수는 32개 였다.

연속해서, 방사구금(1)으로 부터 용융방사된 사조(F)에 도 3과 같이 냉각수 분사노즐(9)로 냉각수를 분사한 후 사조(F) 진행방향으로 분사된 냉각수를 낙하시키면서 사조(F)와 냉각수를 접촉시켜 상기 사조(F)를 냉각 및 고화하였다.

이때, 냉각수의 온도는 60℃로 하였고, 냉각수 공급은 1,600 g/분으로 하였다.

연속해서, 상기와 같이 냉각 및 고화된 사조(F)를 500 m/분의 속도로 인취하여 캔(C)에 담았다. 캔(C)에 담긴 사조(F)의 섬도가 710 데니어이고 강도는 0.8 g/d 이었다.

다음으로, 30개 캔(C)에 담겨진 사조(F)를 모아서 한꺼번에 연신설비에서 3,4배의 연신비로 연신시킨 후, 크림퍼에서 6개/인치의 크림프를 부여한 후, 120℃에서 열고정한 후, 51 ㎜의 길이로 절단하여 스테이플 단섬유 형태의 태데니어 원사를 제조하였다.

제조된 태데니어 원사는 섬도가 213 데니어이고, 강도가 3.4 g/d이고, 신도가 210%이었다.

태데니어 원사의 1일 생산성은 36,864 ㎏/(800g/분×32개×60분×24시간) 이었다.

비교실시예 1

고유점도가 0.64 g/㎖인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 도 1에 도시된 제조공정과 같이 용융압출기로 용융한 후 직경이 1.4㎜인 홀 19개를 가진 방사구금(1)을 통해 800 g/분의 토출속도로 방사하여 사조(F)를 형성하였다.

이때 사용된 구금의 개수는 32개 였다.

연속해서, 방사구금(1)으로 부터 용융방사된 사조(F)에 도 1과 같이 공냉식 냉각 쳄버(2)로 16℃의 공기를 1.2 m/초의 풍속으로 크로스 냉각시켜 상기 사조(F)를 냉각 및 고화하였다.

연속해서, 상기와 같이 냉각 및 고화된 사조(F)를 500 m/분의 속도로 인취하여 캔(C)에 담았다. 캔(C)에 담긴 사조(F)에는 불충분한 냉각/고화로 인해 인접 사조(F)와 융착되어 달라붙는 융착사가 많이 발생되었다.

다음으로, 30개 캔(C)에 담겨진 사조(F)를 모아서 한꺼번에 연신설비에서 3,4배의 연신비로 연신시킨 후, 크림퍼에서 6개/인치의 크림프를 부여한 후, 120℃에서 열고정한 후, 51 ㎜의 길이로 절단하여 스테이플 단섬유 형태의 태데니어 원사를 제조하였다.

제조된 태데니어 원사는 섬도가 208 데니어이고, 강도가 2.8 g/d이고, 신도가 210%이고, 융착사 개수는 40 개/g 이었다.

상기 융착사로 인해 제조된 태데니어 원사의 상품성이 현저하게 떨어지고 연신, 크림핑, 열고정 및 커팅시 공정성도 나빠졌다.

비교실시예 2

고유점도가 0.64 g/㎖인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 도 2에 도시된 제조공정과 같이 용융압출기로 용융한 후 직경이 1.4㎜인 홀 19개를 가진 방사구금(1)을 통해 200 g/분의 토출속도로 방사하여 사조(F)를 형성하였다.

이때 사용된 구금의 개수는 10개 였다.

연속해서, 방사구금(1)으로 부터 용융방사된 사조(F)를 도 2와 같이 냉각수조(3) 내에 침지시켜 상기 사조(F)를 냉각 및 고화하였다.

연속해서, 상기 사조(F)를 여러개의 연신로울러(4)들로 3,4배의 연신비로 연신 및 열처리장치(5)로 열고정 한 후 권취롤(6)에 1,200 m/분의 속도로 권취하여 모노필라멘트 형태의 태데니어 원사를 제조하였다.

제조된 태데니어 원사는 섬도가 270 데니어이고, 강도가 3.6 g/d이고, 신도가 165% 이었다.

그러나 태데니어 원사의 1일 생산성은 2,880 ㎏(200g/분×10개×60분×24시간) 수준으로 매우 낮았다.

실시예 1 및 실시예 2에서는 200 데니어 수준의 태데니어 원사를 약 37 톤/1일 수준의 높은 생산성으로 생산하는 것이 가능하였다.

그러나, 비교실시예 1에서는 사조(F)의 불충분한 냉각/고화로 인해 융착사가 발생하는 문제점이 있었고, 비교실시예 2에서는 연신로울러의 길이 제한으로 인해 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

1 : 방사구금 2 : 공냉식 냉각 쳄버
F : 방사된 사조 C : 캔
3 : 냉각 수조 4 : 연신로울러
5 : 열처리장치 6 : 모노필라멘트 권취롤
7 : 압축공기 공급라인 8 : 냉각수 공급라인
9 : 냉각수 분사노즐 T : 방사된 사조 및 냉각수가 통과하는 튜브

Claims (7)

1. (ⅰ) 열가소성 수지를 용융압출기와 방사구금을 통하여 용융방사하여 사조를 형성하는 공정;
   (ⅱ) 용융방사된 사조를 방사구금 하단에서 상기 사조 진행방향으로 낙하하는 냉각수와 접촉시켜 냉각 및 고화하는 공정;
   (ⅲ) 냉각 및 고화된 사조를 인취하여 캔에 담는 공정; 및
   (ⅳ) 캔에 담긴 사조를 연신하는 공정;을 포함하며, 상기 냉각수는 온도가 상기 열가소성 수지의 유리전이온도 보다 낮고 유제를 함유하는 것을 특징으로 하는 태데니어 원사의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 연신된 사조를 크림핑, 열고정 및 절단하는 공정을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태데니어 원사의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 태데니어 원사는 연속상 필라멘트인 것을 특징으로 하는 태데니어 원사의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 태데니어 원사는 스테이플 단섬유인 것을 특징으로 하는 태데니어 원사의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 태데니어 원사의 단사섬도는 20~1,000 데니어인 것을 특징으로 하는 태데니어 원사의 제조방법.
6. 삭제
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각수 사용량은 용융방사되는 사조 중량의 1~100배인 것을 특징으로 하는 태데니어 원사의 제조방법.

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