KR101460855B1 - 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사 및 그 제조방법 - Google Patents

초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스포츠용 보호복에 사용할 수 있는 고강력 직물용으로 고강력섬유인 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트를 에어텍스쳐 노즐을 통해 사선방향으로 고압의 공기를 분사하여 원사표면에 루우프를 발생시키는 에어텍스쳐가공사를 제조하는 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 강도가 우수하면서도 적절한 신도를 가지며, 루우프 발현이 우수하고, 사치수변화율이 낮은 에어텍스쳐사를 제공할 수 있다.

Description

초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사 및 그 제조방법{Ultra High Molecular Weight Polyethylene ― Nylon Airtextured Yarn And The Process Of Producing Thereof}
본 발명은 스포츠용 보호복에 사용할 수 있는 고강력 직물용으로 고강력섬유인 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트를 에어텍스쳐 노즐을 통해 사선방향으로 고압의 공기를 분사하여 원사표면에 루우프를 발생시키는 에어텍스쳐가공사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
스포츠용 보호복은 여러 분야의 기술이 융합된 하이 테크놀로지 산업의 산물로서 기능성, 착용감 및 패션성을 중시하는 고감성·고기능성 제품특성을 요구하고 있으며, 이를 위해 원사, 소재, 염·가공에 관한 고도의 기술이 축적되어야 한다. 특히, 스포츠용 보호복 중에서도 모터사이클복에 대한 보호성능의 중요성은 절실한데 현재까지는 적절한 안정성이나 보호성에 대한 인식이 부족한 실정이다.
자동차에서는 에어백이나 안전벨트, 사이드 충격파를 통해 도로에서의 사고로 인한 부상을 방지하고 있으나 모터사이클의 경우 운전자와 동승자의 안전은 입고 있는 의류와 헬멧에만 의존된다. 최근 모터사이클복용 섬유소재는 고성능화, 경량화, 다기능화를 주제로 연구개발이 진행되고 있어 이를 위해서 소재의 복합화가 활발히 진행되고 있는 추세이다.
과거와 달리 모터사이클복의 소재는 가장 많이 사용하였던 가죽 제품에서 가벼우면서도 사계절용으로 사용할 수 있는 소재들로 전문화된 소재로 변천하고 있다. 최근에 가장 특별하게 적용된 소재로는 코듀라와 케블라, 라이크라 등의 고강력 폴리아미드섬유를 접목한 스위스 schoeller社의 Keprotec으로, 이 직물은 인열, 마찰저항을 극대화하여 충격 시 발생하는 마찰에 대한 'crash proof'를 갖는다는 특징을 갖고 있다. 그러나 고강력 폴리아미드섬유를 사용하는 경우에는 직물이 뻣뻣하고 신도가 낮아 착용감이 저하되어 순간적인 반응에 운전자가 대처할 수 있어야 하는 모터사이클복의 유연성이 저하되는 문제를 안고 있었다.
이러한 문제점을 가진 폴리아미드섬유를 대신하여 폴리에스터를 사용한 직물이 등장하였는데, 충격절단강도측면에서는 EN13595 조건에 충분하지 않지만 폴리아미드를 적용한 방식에 비해 80%정도 비용 경쟁력이 있으며 UV 광원에 영향을 받지 않는 장점을 가진다. 그러나 폴리에스터는 녹는점이 258~263℃이어서 사고시 발생하는 연료로 인한 화재의 위험성이 있고 내부 레이어에 사용하는 소재의 용융에 의해 발생되는 화상에 위험성이 여전히 존재하는 문제점이 있었다.
국제공개공보WO2008／093560호(2008.08.07)
그러므로 본 발명에서는 고강력 폴리아미드섬유를 사용한 모터사이클복용 직물의 문제점을 해결하고, 고강도이면서도 경량소재인 초고분자폴리에틸렌섬유를 이용하여 공지의 합성섬유와의 에어텍스쳐 사가공 공정을 통해 우수한 착용감을 가지는 고성능/고감성의 모터사이클복용 직물로 사용할 수 있는 초고분자량폴리에틸렌­나일론 에어텍스쳐사를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면 심사로 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트를 오버피드율 5~15%로 공급하면서 습윤장치로 물을 상기 심사에 공급하며,
초사로 나일론 필라멘트를 오버피드율 10~25%로 공급하여,
상기 심사 및 초사를 공기압 8∼15 ㎏/㎠으로 에어텍스처를 한 후, 90℃∼120℃의 히터를 통과시켜 열처리한 후, 사속 150∼300m/min로 권취하는 것을 특징으로 하는 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 초고분자량폴리에틸렌―나일론을 에어텍스쳐노즐을 통해 사선방향으로 고압의 공기를 분사하여 원사 표면에 루우프를 발생시키는 에어텍스쳐 가공사를 제조하는 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 표면 루우프에 의한 방적사 느낌의 감촉과 보온성, 벌키성이 우수한 에어텍스쳐 가공사를 제공할 수 있다. 고강력 경량소재인 초고분자량폴리에틸렌 멀티필라멘트와 나일론필라멘트를 이용하여 모터사이클용으로 적합하도록 고강력/신도를 가진 에어텍스쳐사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 에어텍스쳐사의 제조방법은 크게 심사 및 초사의 공급, 에어텍스처, 열처리 및 권취단계로 이루어진다.
우선, 심사로 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트를 오버피드율 5~15%로 공급하는데, 오버피드율 5%미만에서는 얻어지는 에어텍스쳐사의 강도는 증가하나, 신도가 감소되는 문제점이 있으며, 15%초과시에는 강도가 저하하고 섬도가 증가하여 실이 굵어지는 문제점이 있다.
한편, 초사로는 나일론 필라멘트를 오버피드율 10~25%로 공급하게 되는데, 오버피드율 10%미만에서는 얻어지는 에어텍스쳐사의 강도는 증가하나, 루우프 발현이 감소하는 문제점이 있으며, 25%초과시에는 강도가 저하하고 불규칙한 루우프가 많이 발현되어 에어텍스처 가공사의 품질이 저하하는 문제점이 있다.
상기 심사인 상기 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트는 다른 고강도 섬유(P-Aramid 섬유, 폴리아릴레이트 섬유, PBO 섬유, 탄소섬유(PAN계) 등)에 비해 강도는 비슷하나 비중이 작아 그 초경량성에 주목받고 있으며 특히 강철선(steel wire) 대비 비강도가 15배 이상 높다. 일반적으로 UHMWPE 산업용 섬유는 밀도가 1.0g/㎤ 이하이므로 매우 가볍고 특히 물을 흡수하지 않고 물에 뜰 수 있다는 특징을 가지며, 굴곡성 고분자이지만 고강도이며 4% 전후의 신도를 가지고 있어 제직이나 제편 등의 후공정에서 작업이 용이하고, 내충격성 및 폭넓은 내약품성과 우수한 내광성을 지닌다고 알려져 있다.
그러나 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트만을 단독으로 사용하여 직물을 제직하는 경우에는 염색이 되지 않고, 저신도에 따른 문제점이 발생하므로 본 발명에서는 나일론과 에어텍스처를 통한 복합에 의해 염색이 가능하고 충분한 신도도 확보할 수 있는 에어텍스쳐사를 제공할 수 있는 것이다. 또한 원가 절감에 대한 부수적인 효과도 있다.
본 발명에서 상기 심사로 공급되는 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트는 섬도 200d/116fila ~ 1500d/830fila, 치수변화율 ­1.9∼1.5%이고, 신도 3∼5% 및 강도 20~35g/d인 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트이고, 초사로 공급되는 나일론 필라멘트는 섬도 210d/26fila ~ 840d/96fila 치수변화율 10∼15%이고, 신도 20∼30% 및 강도 5.0~10.0g/d인 나일론 필라멘트인 것이 에어텍스쳐사의 강도증진, 적절한 신도 및 루우프 발현에 특히 바람직하다.
이후, 상기 심사 및 초사를 에어텍스쳐 노즐에 함께 공급하여 공기압 8∼15 ㎏/㎠으로 에어텍스쳐사를 형성하게 된다. 공기압 8㎏/㎠미만에서는 교락이 완전하게 이루어지지 않아 불균일한 루우프를 발생할 수 있으며, 공기압 10㎏/㎠초과시에는 고압의 공기에 의해 가공사의 물성을 저하시킬 수 있다.
에어텍스쳐노즐의 직경은 0.8~1.2㎜로 정하는 것이 좋은데, 0.8㎜미만에서는 얻어지는 에어텍스쳐사의 강도는 증가하나, 신도가 감소되고 사치수 변화율이 증가하는 문제점이 있으며, 1.2㎜초과시에는 강도가 저하하고 불규칙 루우프가 증가하는 문제점이 있다.
상기 심사와 초사의 공급비율은 45:55~55:45인 것이 바람직한데, 심사비율이 45%미만인 경우에는 에어텍스쳐사의 강도가 낮아지고 신도가 너무 높아지는 문제가 발생할 수 있으며, 55%를 초과하는 경우에는 강도는 증가하나, 신도가 너무 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 에어텍스쳐후 복합사를 90℃∼120℃의 히터를 통과시켜 열처리한 후, 사속 200∼220m/min로 권취하여 본 발명의 초고분자량폴리에틸렌­나일론 에어텍스쳐사를 제조한다. 90℃미만에서는 열고정이 안되어서 벌키성이 유지 되지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 120℃를 초과하는 경우에는 열에 약한 초고분자량폴리에틸렌의 물성저하의 문제가 발생할 수 있다. 사속은 150∼300m/min로 정하여야 하는데, 150m/min미만에서는 생산성저하의 문제가 발생하며, 300m/min초과시에는 에어텍스쳐사의 침해현상에 의해 얻어지는 에어텍스쳐사의 강도가 저하하는 문제점이 발생한다.
본 발명에 의하면 섬도 400d/130fila ~ 3,000d/945fila, 치수변화율 ­3.1∼2.8%이고, 신도 8.0∼12.0% 및 강도 8.0~15.0gf/den인 것을 특징으로 하는 초고분자량폴리에틸렌­나일론 에어텍스쳐사가 제공될 수 있는데, 부분 염색이 가능하고, 신도가 개선된 우수한 특성을 가진다.
따라서 본 발명에 의하면, 강도가 우수하면서도 적절한 신도를 가지며, 루우프 발현이 우수하고, 사치수변화율이 낮은 에어텍스쳐사를 제공할 수 있어 경량이면서 강도, 충격흡수성, 내마모성이 우수하면서도 적절한 신도가 있어, 보호성능 및 착용감이 탁월한 모터사이클복, 제트스키복 등의 스포츠용 보호복으로 사용가능한 직물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 에어텍스쳐사의 측면사진이며,
도 2는 본 발명의 에어텍스쳐사의 심사로 공급되는 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트의 측면사진이며,
도 3은 본 발명의 에어텍스쳐사의 심사로 공급되는 나일론 필라멘트의 측면사진이며,
도 4는 본 발명의 에어텍스쳐사로 제직된 직물의 표면확대사진이다.
이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
심사로 하기 표 1의 물성을 가진 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트(동양제강산)를 오버피드율 15.0%로 공급하며, 초사로 하기 표 1의 나일론 필라멘트를 오버피드율 21.7%로 공급하여 상기 심사 및 초사를 에어텍스쳐노즐에 함께 공급하여 공기압 9.5 ㎏/㎠으로 에어텍스쳐한 후 100℃의 히터를 통과시켜 열처리한 후, 사속 220m/min로 권취하여 에어텍스쳐사를 제조하여 물성시험을 하여 표 2에 나타내었다.
구분 섬도
(D)		 강도
(g/d)		 B-Force
(cN)		 신도.
(%)		 사치수
변화율(%)		 비고
심사
(초고분자량폴리에틸렌
필라멘트)		 430.5d/240f 25.59 10,805 3.87 -0.6
초사
(나일론 필라멘트)		 415d/48f 9.1 3,689 23.3 -11.7
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 심사의 공급시 오버피드율을 11.1%로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 에어텍스쳐사를 제조하여 물성시험을 하여 표 2에 나타내었다.
[비교예 1]
심사와 초사를 모두 상기 표 1의 물성을 가진 나일론 필라멘트를 공급하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 에어텍스쳐사를 제조하여 물성시험을 하여 표 2에 나타내었다.
구분 섬도
(D/F)		 강도
(g/d)		 신도.
(%)		 사치수
변화율(%)		 루우프
갯수(100m)
실시예 1 911.5 d/288f 9.95 8.40 -1.10 12,548(1㎜)
330(3㎜)
실시예 2 910.8 d/288f 10.45 6.60 -1.40 13,008(1㎜)
432(3㎜)
비교예 1 911.0d/96f 5.35 28.00 -1.40 14,203(1㎜)
537(3㎜)

Claims (4)

  1. 심사로 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트를 오버피드율 5~15%로 공급하면서 습윤장치로 물을 상기 심사에 공급하며,
    초사로 나일론 필라멘트를 오버피드율 10~25%로 공급하여,
    상기 심사 및 초사를 공기압 8∼15 ㎏/㎠으로 에어텍스쳐하고 90℃∼120℃의 히터를 통과시켜 열처리한 후, 사속 150∼300m/min로 권취하는 것을 특징으로 하는 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 심사로 공급되는 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트는 섬도 200d/116fila ~ 1500d/830fila, 치수변화율 ­1.9∼1.5%이고, 신도 3∼5% 및 강도 20~35g/d인 초고분자량폴리에틸렌 필라멘트이고, 초사로 공급되는 나일론 필라멘트는 섬도 210d/26fila ~ 840d/96fila 치수변화율 10∼15%이고, 신도 20∼30% 및 강도 5.0~10.0g/d인 나일론 필라멘트인 것을 특징으로 하는 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 심사와 초사의 공급비율은 45:55~55:45인 것을 특징으로 하는 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 섬도 400d/130fila ~ 3,000d/945fila, 치수변화율 ­3.1∼2.8%이고, 신도 8.0∼12.0% 및 강도 8.0~15.0gf/den인 것을 특징으로 하는 초고분자량폴리에틸렌―나일론 에어텍스쳐사.
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