KR101450456B1 - 고권축성 나일론 6 복합가연사의 제조방법 - Google Patents

고권축성 나일론 6 복합가연사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종(異種)의 나일론 6를 동시에 복합방사하여 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조한 후 연신, 가연하여 고권축성 나일론 6 가연복합사를 제공하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의해 미연신 POY를 가연비를 1.5~1.8배로 부여하는 가연작업을 통해 우수한 권축성을 부여하여 필라멘트 다발간의 팩킹(Packing)성이 우수하도록 하며, 흡한속건성이 좋아 수분전달, 건조속도가 빠른 나일론 6 복합가연사를 제공할 수 있으며, 구김회복도가 매우 높은 직물을 제공할 수 있다

Description

고권축성 나일론 6 복합가연사의 제조방법{Process Of Producing Nylon 6 Draw―Textured―Yarn With High Crimpability}
본 발명은 이종(異種)의 나일론6을 동시에 복합 방사하여 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조한 후 연신~가연하여 필라멘트 다발간의 팩킹(Packing)성이 우수하고 흡한속건성이 우수한 초경량 고권축성 나일론 6 복합가연사를 제공하는 방법이다.
최근 아웃도어용품의 수요 및 관심이 증가됨에 따라 다기능성을 가지는 아웃도어용 섬유제품이 다양하게 개발되고 있다. 특히 스포츠 아웃도어용 용도에 사용되는 바람막이 또는 등산자켓용 직물에 요구되는 가장 중요한 특성으로는 경량화(현재 40~50g/㎡수준) 및 박지화이며, 국내외 유명 브랜드에서 사용되는 스포츠웨어 직물소재의 대부분이 이러한 제품으로 판매가 이루어지고 있다.
이러한 경량 스포츠웨어에 사용되는 주 소재는 나일론이 대부분이고, 적용되는 주 용도는 바람막이(WindProof)용, 다운파카(DownProof)용, 슬리핑백(Sleeping Bag)용, 패딩파카용 등의 자켓용도이다. 생산되는 스포츠웨어용 나일론 소재의 100%는 나일론6 소재이며, 나일론6 초경량 직물은 최근에 개발된 나일론6 15d, 20d 세섬 소재를 이용하여 용도에 맞는 고밀도 제직기술 및 초경량 원단의 염색가공 기술개발을 통해 스포츠웨어용 초경량 직물이 생산되고 있다.
최근, 아웃도어 스포츠웨어분야에서는 소비자들의 활동성 증가로 인해 좀 더 편안감을 줄 수 있도록 신축기능을 요구하고 있는 추세이다. 특히 바람막이 또는 등산자켓 직물에 요구되는 성능은 경량화(50g/㎡이하), 공기투과도(0.5 ㎤/㎠/sec 이하), 경량박지 직물의 인열강력 유지기능(1~2lb 이상), 발수도(4~5급), 내수도(400~500㎜이상), 스트레치성(15~20%) 기능이 요구되고 있다.
이러한 나일론6 10d, 15d 세섬 소재를 이용하여 초경량 신축성 직물에 대한 연구가 필요한 실정이다. 나일론6의 물성중에서 융점은 220℃, 나일론66의 융점은 250℃수준으로 나일론6이 나일론66보다 융점 및 연화점이 낮아 열에 대한 안정성이 낮음으로 인해 나일론6 신축성 소재개발에 어려움을 겪고 있다. 필라멘트 섬유의 신축성 부여기술의 대부분은 가연(DTY, Draw Textrued Yarn)공정을 거치면서 부여되는 가연온도(1st 히터온도) 및 연신비에 의해 크게 좌우된다.
나일론66 DTY 신축성 소재는 나일론66 POY 20d 필라멘트 섬유를 제조한 후, 미연사사인 POY를 연신비 1.2.5~1.3배 정도 부여하면서 가연온도를 190~220℃ 부근까지 높여 벌키성과 신축성을 높인 소재로 분석되고 있는데 반해, 나일론6은 나일론66와는 달리 융점 및 연화점이 30℃정도 낮기 때문에 220℃의 높은 가연온도를 부여하기가 어려웠다.
이에 대한민국등록특허제10-0330247호에서는 방사한 나일론-6 사조의 냉각을 길이 1.8m 이상의 켄치챔버에서 수행하고, 연신공정을 2단 이상으로 수행하여 연신 및 가연가공후 120~190℃의 온도로 열고정하는 것을 특징으로 하는 나일론-6 벌키사의 제조방법을 제공하고 있다. 이 선행기술에서는 가연장치온도를 200℃로 설정하여 벌키성을 높이고 있으나(실시예 1~3참조), 융점이 낮은 나일론-6를 사용하면서 200℃의 높은 가연온도에서 가연을 행하고 있어 가연작업성이 저하되고 물성이 불균일한 문제가 발생할 수 있었다.
따라서 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하여 원사특성에 의해 열에 대한 안정성을 유지하면서 강신도의 저하가 없이 비수권축률이 우수하여 신축성이 우수하며, 열응력 값이 높아 권축성이 좋아 필라멘트 다발간의 팩킹(Packing)성이 우수하도록 하며, 흡한속건성이 좋아 수분전달, 건조속도가 빠른 나일론 6 가연복합사를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면 이종(異種)의 나일론인 나일론 6과 공중합나일론 6을 부피비율 35:65 내지 50:50의 비율로 혼합하여 용융시킨 후, 방사속도 3500~4800m/분으로 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조한 후, 상기 복합필라멘트를 제1피드롤러에 통과시키고 150∼180℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 디스크로 이루어진 가연장치를 이용하여 가연비 1.5~1.8, 가연속도 400~600m/min로 가연하면서 제2피드롤러를 통과시키면서 연신비 1.0∼1.2로 연신한 후 교락하여 오일처리하여 상대습도 40~60%, 사속 400∼600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 고권축성 나일론 6 가연복합사의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 이종(異種)의 나일론6을 동시에 복합방사하여 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조한 후 연신, 가연하여 고권축성 나일론 6 가연복합사를 제공하는 방법이다.
우선, 이종(異種)의 나일론을 동시에 복합방사하여 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조하는 공정에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 수축율이 상이한 제 1성분의 나일론 6과 제2성분의 공중합나일론6을 용융단계를 거쳐 별개의 토출구를 통해 방사시키게 된다. 상기 제 1성분의 나일론 6은 섬유제조시 범용으로 사용되는 나일론 6이며, 제 2성분의 공중합나일론6은 하기 화학식 1의 공단량체를 ε-카프로락탐 100중량부 대비 0.3 ~ 5.0중량부 함유하는 것이 휘발성이 작고 부반응율이 낮을 뿐만 아니라 복합방사된 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트의 수축율 향상에도 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112013048696876-pat00001
상기 나일론 6의 상대점도는 2.45~2.55dl/g이고, 공중합나일론 6의 상대점도는 2.50~2.69dl/g인 것이 바람직한데, 상대점도가 상기범위 미만인 경우 복합방사성이 현저히 떨어지는 문제가 있고, 상대점도가 상기범위를 초과하면 복합방사성이 떨어지게 된다. 또한, 나일론 6과 공중합나일론 6의 점도차가 0.1미만으로 작게되면 복합방사성이 떨어지며, 점도차가 0.2를 초과하는 경우에는 복합방사성 및 수축률이 작아지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 나일론 6과 공중합나일론 6의 비율은 부피비율 35:65 내지 50:50으로 하는데, 나일론 6의 비율이 35미만인 경우에는 수축율은 높아지나 일정 함량 이상이 되면 더 이상 수축율이 증가하지 않고 원사물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 나일론 6의 비율이 50%를 초과하게 되면 구금하부에서 필라멘트 이탈현상이 빈번히 발생되는 문제점이 있다. 공중합나일론 6의 비율이 높아질수록 절단신도 및 강도는 약간 낮은 값을 보일 수 있다.
상기 수축률이 상이한 2가지의 범용나일론 6 폴리머와 공중합나일론 6 폴리머를 복합방사 설비를 이용하여 한쪽 익스트루더에 범용나일론6 폴리머를 투입하고, 다른 한쪽 익스트루더에 공중합나일론 6 폴리머를 투입하여 용융을 한 후, 6~24개의 홀을 가지는 사이드-바이-사이드형 방사구금을 통해 방사온도 255~270℃, 방사속도 3500~4800m/분으로 압출 및 고화된 후, 2개의 고뎃(Godet) 롤러를 거치고 권취하여 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조하게 된다.
이렇게 제조된 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트는 섬도 15~20d/6fila, 강도 4.0~5.0g/d, 신도 65~75%인 초경량 복합필라멘트이다.
아래에서는 상기 얻어진 복합필라멘트를 가연가공하여 가연복합사를 제조하는 공정에 관하여 설명하기로 한다.
우선, 상기 복합필라멘트(1)를 제1피드롤러(2)에 통과시키고 150∼180℃의 제1차히터(3)에서 열처리한 후, 디스크로 이루어진 가연장치(4)를 이용하여 가연비 1.5~1.8, 가연속도 400~600m/min로 가연하면서 제2피드롤러(5)를 통과시키면서 연신비 1.0 ∼ 1.2로 연신한다.
상기 제1차히터에서 열처리 및 가연에 의해 복합필라멘트의 벌키성을 부여한다. 제1히터온도가 150℃미만에서는 권축회복률이 높은 고신축사에서 요구되는 크림프의 안정화에 문제점이 발생하며, 180℃를 초과하는 경우에는 원사 용융으로 인한 가연작업성이 현저히 저하되고 물성이 불균일한 문제가 발생한다. 본 발명에서는 일반 나일론6 폴리머와 수축률이 보다 높은 공중합 나일론6를 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 이용하여 연신~가연의 사가공 공정을 거치는 동안 벌키성 차이 및 수축률 차이를 유발시킬 수 있어 가연온도를 높이지 않아도 벌키성 및 신축성을 효과적으로 부여할 수 있다. 가연 히터온도를 150~180℃로 설정하여 벌키성과 신축성을 극대화한다.
본 발명에서 가연비(사속비, V/R, Velocity Ratio)는 크림프율과 관계가 있으며 가연비 1.5~1.8로 하는데, 1.5미만에서는 크림프 발현이 저하되어 필라멘트 다발간의 팩킹(Packing)성이 나쁜 문제점이 있으며, 1.8을 초과하는 경우에는 사절 및 미해연 등의 문제가 발생할 수 있다. 가연속도는 400~600m/min가 바람직한데, 600m/min을 초과하는 경우에는 벌키성의 형태가 불안정한 문제가 발생, 균일하지 못하여 벌키성을 효과적으로 부여할 수 없다.
상기 가연을 행한 후 제2피드롤러를 통과시키는데, 제1피드롤러와 제2피드롤러의 속도차를 이용하여 필라멘트를 연신하게 된다. 이때 연신비는 1.0∼1.2인 것이 바람직한데, 연신비 1.0미만에서는 불완전 미연신으로 인해 가연사의 형태안정성 및 절단강도 및 열응력이 저하하는 문제점이 있다. 연신비가 높을수록 비수 신축탄성율이 높아지나 연신비 1.2초과시에는 강·신도 저하에 의한 사절 및 모우 발생의 우려가 있다.
상기 연신후 교락하고 오일처리하고 상대습도 40~60%, 사속 400∼600m/분으로 권취하여 본 발명의 가연복합사를 완성하게 되는데, 나일론사의 크림프를 유지하면서 지관에 감기위해서는 상기와 같은 습도를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 제2피드롤러를 통과한 사는 집속성 향상을 위하여 교락을 한 후 권취된다.
본 발명에서 얻어진 섬도 15~20d/6fila, 강도 4.0~5.0g/d, 신도 65~75%, 비수수축율 32%, 신축복원율 22.4%인 것으로서 신축성 및 권축성이 우수하다.
그러므로 본 발명에 의하면, 미연신 POY를 가연비를 1.5~1.8배로 부여하는 가연작업을 통해 우수한 권축성을 부여하여 필라멘트 다발간의 팩킹(Packing)성이 우수하도록 하여 직편물의 휴대시 부피를 줄일 수 있으며, 흡한속건성이 좋아 수분전달, 건조속도가 빠른 나일론 6 가연복합사를 제공할 수 있으며, 구김회복도가 매우 높은 직물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 나일론 6 가연복합사의 제조공정의 개략도이며,
도 2는 본 발명의 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트의 단면사진이며,
도 3은 본 발명의 나일론 6 고권축 복합가연사의 필라멘트단면사진이다,
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 나일론 6 가연복합사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
1. 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트의 제조
하기 표 1의 제 1성분의 나일론 6과 제2성분의 하기 화학식 1의 공단량체를 ε-카프로락탐 100중량부 대비 1.0중량부 함유하는 공중합나일론6을 표 2와 같은 조건으로 용융단계를 거쳐 별개의 토출구를 통해 방사시켜 POY 18/6 POY를 얻었다. 제조된 POY의 물성은 표 3에 나타내었다.
[화학식 1]
Figure 112013048696876-pat00002
구분 단위 나일론6 chip
(제1성분: Semi Dull)		 공중합나일론6chip
(제2성분 : Bright)
Relative viscosity - 2.50 ± 0.03 2.60 ± 0.09
TiO2 Content % 0.325 ± 0.03 0.28
Moisture Content % 0.05 ± 0.020 0.12
Na함량 % - 0.12
Amine End group(NH2) meq/kg 48 ± 3 20 ± 3
Yellow Index(YI) - < 9 < 2.8
Melting Point ℃ 220 220
투입비율
(제1성분 : 제2성분)		 방사온도
(℃)		 GR1/GR2속도
(m/min)		 권취속도
(m/min)		 비고
50 : 50 265 3750/3910 3900 -
비율
(제1성분 : 제2성분)		 섬도 강도 신도
50: 50 17.3d 5.1(gf/d) 71.25%
2. 복합가연사의 제조
상기 얻어진 부분연신복합필라멘트를 하기 표 4의 공정조건에 따라 제1피드롤러에 통과시키고 제1차히터에서 열처리한 후, 디스크로 이루어진 가연장치를 이용하여 가연비 1.70, 가연속도 400m/min로 가연하면서 제2피드롤러를 통과시키면서 연신비 1.2로 연신한 후 교락하여, 오일처리하여 상대습도 50%, 사속 400m/분으로 권취하여 표 5의 물성을 가진 나일론6 가연사(18d/6f)를 제조하였다.
가연공정 조건
연신비(DR) 제1히터온도(℃) 사속(m/min) 가연비
1.20 160 400 1.70
[비교예 1]
실시예 1의 사이드-바이-사이드형의 부분연신복합필라멘트가 아닌 일반 26d/6f POY를 공급하여 실시예 1과 동일한 방법으로 가연복합사를 제조하여 그 물성을 측정하여 표 5에 나타내었다. 가연사 물성평가 항목은 KS K 시험기준에 의거하여 섬도(d), 절단강도(g/d), 절단신도(%),권축율(%)을 측정하였다.
구분 섬도
(d)		 강도
(gf/d)		 신도
(%)		 권축율
(%)
실시예 1 17.3d 5.1g/d 71.25% 32
비교예 1 21.2d 5.50g/d 27.12% 9.9
1 : 사이드-바이-사이드형의 부분연신복합필라멘트
2 : 제1피드롤러
3 : 제1히터 4 : 가연기구(DISK, BELT)
5 : 제2피드롤러 6 : 제2히터
7 : 제3롤러 8 : 권취롤러

Claims (3)

  1. 이종(異種)의 나일론인 나일론 6과 공중합나일론 6을 부피비율 35:65 내지 50:50의 비율로 혼합하여 용융시킨 후, 방사속도 3500~4800m/분으로 섬도 15~20d/6fila, 강도 4.0~5.0g/d, 신도 65~75%인 사이드-바이-사이드형의 복합필라멘트를 제조한 후, 상기 복합필라멘트를 제1피드롤러에 통과시키고 150~180℃의 제1차히터에서 열처리한 후, 디스크로 이루어진 가연장치를 이용하여 가연비 1.5~1.8, 가연속도 400~600m/min로 가연하면서 제2피드롤러를 통과시키면서 연신비 1.0~1.2로 연신한 후 교락하여 오일처리하여 상대습도 40~60%, 사속 400~600m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 고권축성 나일론 6 가연복합사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공중합나일론 6은 하기 화학식 1의 공단량체를 ε-카프로락탐 100중량부 대비 0.3 ~ 5.0중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 고권축성 나일론 6 가연복합사의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112013048696876-pat00003
  3. 삭제
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