KR101537453B1 - 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼 및 그 제조방법 - Google Patents

저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우수한 강도를 갖는 메타아라미드 페이퍼에 관한 것으로써, 우수한 신도 및 절단하중을 제공할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 이상에서와 같은 본 발명의 우수한 강도를 갖는 메타아라미드 페이퍼 및 그 메타 아라미드 페이퍼로 제조된 메타 아라미드 시트는 벌크(Bulk)가 높으면서 우수한 흡유성을 가짐으로써, 오일 함침등이 요구되는 제품에 사용할 수 있고, 종래기술로 제조된 메타 아라미드보다 우수한 절단하중 및 신도를 갖는 동시에 우수한 인열강도를 갖는 메타아라미드 페이퍼를 제공할 수 있도록 한다.

Description

저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼 및 그 제조방법{Meta aramid paper with low density and enhanced Tear strength and manufacturing method thereof}
본 발명은 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 모두 우수한 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 폴리아미드계 합성수지는 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드로 분류된다. 지방족 폴리아미드는 일반적으로 나이론이란 상표명으로, 방향족 폴리아미드는 아라미드라는 상표명으로 잘 알려져 있다. 상기 지방족 폴리아미드 중 특히 나일론 6, 그리고 나일론 6,6 등은 가장 일반적인 열가소성 엔지니어링 플라스틱으로 중요한 응용분야로는 섬유뿐 만 아니라 여러 분야의 성형재료로 사용되고 있다. 성형분야에 사용되는 나일론수지는 향상된 난연성과 내충격성을 갖도록 하고 가격을 낮추고 탄성율과 같은 기계적 물성을 향상시키기 위하여 광물 또는 유리섬유로 보강하여 복합재료인 강화플라스틱(reinforced plastics)으로 제조한다.
1960년대 개발된 아라미드라는 방향족 폴리아미드는 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발된 것으로 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다. 일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기 사이에 지방족 탄화수소가 결합되어 있는 합성수지이나, 아라미드(aramid)는 아미드기 사이에 벤젠기가 85%의 아미드 결합이 두 개의 방향족 고리에 결합되어 있는 합성수지를 말한다. 상기 지방족 폴리아미드의 지방족 탄화수소는 열을 가하면 쉽게 분자운동이 일어나는 데 반하여, 방향족 폴리아미드의 벤젠 환은 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 안정하고 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다.
상기 방향족 폴리아미드는 파라 아라미드(para-aramid)와 메타 아라미드(meta-aramid)로 분류되며, 파라 아라미드는 듀폰사에서 개발된 케블라(Kevlar)가 대표적이다. 파라 아라미드는 벤젠 고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것이다. 분자쇄가 매우 뻣뻣하고 선상구조를 가지므로 강도가 매우 높고 탄성률이 특히 높아 충격을 흡수하는 성능이 매우 우수하여 방탄복, 방탄 핼멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시 줄, 골프 클럽등의 스포츠 기구 재료로 또한 산업용으로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), 석면대체용 섬유 등에 사용되고 있다. 메타 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀 흡수도 어느 정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있다. 초기에는 색상이 몇 가지로 제한되었으나, 최근에는 형광색을 포함한 다양한 색상으로 만들어지고 있다. 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용 되며, 산업용으로는 고온용 필터 등으로 쓰인다.
일반적으로 메타 아라미드 페이퍼는 메타 아라미드 플럭과 메타 아라미드 피브리드를 일정 비율로 혼합하여 메타 아라미드 페이퍼를 제작한다. 이렇게 제작된 메타아라미드 페이퍼는 이후 캘린더링 공정의 유무에 따라 저밀도 페이퍼와 고밀도 페이퍼로 구별되며, 고밀도 메타 아라미드 페이퍼는 건식변압기, 모터, 제너레이터 등 일반적으로 고온에서 구동되는 전기/전자기기의 절연용으로 주로 사용되고 저밀도 메타 아라미드 페이퍼는 오일 흡유성이 필요한 습식 변압기의 철심 및 상절연, 권선 등의 용도로 주로 사용된다.
한편, 이러한 저밀도 메타 아라미드 페이퍼는 구조 자체의 벌키함으로 인해 고밀도 메타 아라미드 페이퍼에 비해 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 현저히 저하되는 단점이 있다. 구체적으로 미국등록특허 제3756908호에서는 초기 탄성율이 낮은(80gm/denier) 메타아라미드 플록을 사용함으로써 종이의 유연성이 향상시키고, 캘린더링을 실시하지 않아도 신장율이 높은 메타아마미드 페이퍼를 개시하였다. 그러나 이 경우에도 캘린더링 처리제품에 비하여 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 1/2 수준으로 매우 낮은 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 모두 우수한 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 하기 조건 (1) ~ (4)를 모두 만족하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼를 제공한다.
(1) 겉보기 밀도가 0.4 g/㎤ 이하,
(2) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상,
(3) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 신장율이 5.0% 이상,
(4) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인열강도 0.95 N 이상
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 겉보기 밀도는 0.25 ~ 0.35 g/㎤일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼는 하기 (5) 조건을 더 만족할 수 있다.
(5) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 비인열강도 23 N㎡/㎏이상
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타아라미드 페이퍼의 평량은 35 ~ 50 g/㎡일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타아라미드 페이퍼는 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하며 상기 플록 및 피브리드는 고유점도가(I.V) 1.5 ~ 2.0일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 조건 (2)는 30N/㎝ 이상이고, 조건 (3)은 7% 이상이며, 조건 (4)는 1.1N이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 조건 (5)는 27 N㎡/㎏ 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타아라미드 페이퍼의 두께는 0.13 ~ 0.16 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 캘린더링 공정을 포함하지 않는 저밀도 메타아라미드 페이퍼의 제조방법에 있어서, (1) 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계; (3) 상기 탈수된 습지필을 1차 열풍 건조하는 단계; (4) 상기 건조된 습지필을 2차 건조하는 단계; 및 (5) 상기 건조된 지필을 250 ~ 320℃에서 3차 건조하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 플록 및 피브리드는 고유점도가(I.V) 1.5 ~ 2.0일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 1차 건조는 195 ~ 250℃에서 열풍건조할 수 있으며, 상기 2차 건조는 100 ~ 150℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 3차 건조는 10 ~ 80초간 수행될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계와 (3) 단계 사이 또는 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 습지필을 압축탈수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 메타아라미드 페이퍼를 포함하는 절연지를 제공한다.
이하, 본 발명에 사용된 용어를 정의한다.
"플록"이라 함은 스테이플 섬유보다 더 짧은 길이의 섬유를 의미한다. 플록의 길이는 약 0.5 내지 약 15 mm이고 직경은 4 내지 50 마이크로미터이며, 바람직하게는 길이는 1 내지 12 mm이고 직경은 8 내지 40 마이크로미터일 수 있다. 아라미드 플록은 예를 들어 미국등록특허 제3,063,966호, 제3,133,138호, 제3,767,756호 및 제3,869,430호에 기재된 방법에 의해 제조된 것과 같이 유의한 또는 임의의 피브릴화 없이 아라미드 섬유를 짧은 길이로 절단하여 제조될 수 있다.
"피브리드"라 함은 비(非)과립형의 펄프 또는 필름-유사 입자를 의미한다. 바람직하게는, 이의 융점 또는 분해점이 320 ℃를 초과할 수 있다. 피브리드는 평균 길이가 0.5 내지 2 mm이고 종횡비는 15:1 내지 50:1이다. 미국 특허 제3,018,091호에 개시된 유형의 피브리드화 장치를 사용하는 것을 포함하고, 중합체 용액이 단일 단계로 침전 및 전단되는 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼는 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 모두 우수하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 아라미드 페이퍼 제조방법을 위한 공정도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상술한 바와 같이 캘린더링 공정을 수행하지 않은 저밀도 메타 아라미드 페이퍼는 구조 자체의 벌키함으로 인해 고밀도 메타 아라미드 페이퍼에 비해 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 현저히 저하되는 단점이 있다.
이에 본 발명은 하기 조건 (1) ~ (4)를 모두 만족하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 본 발명의 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼는 인장강도, 인열강도, 비인열강도 및 신장율이 모두 우수하다.
(1) 겉보기 밀도가 0.4 g/㎤ 이하,
(2) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상,
(3) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 신장율이 5.0% 이상,
(4) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인열강도 0.95 N 이상
구체적으로 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메타 아라미드 페이퍼 제조방법을 위한 공정도로서, (1) 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계; (3) 상기 탈수된 습지필을 1차 열풍 건조하는 단계; (4) 상기 건조된 습지필을 2차 건조하는 단계; 및 (5) 상기 건조된 지필을 250 ~ 320℃에서 3차 건조하는 단계를 포함한다.
먼저 (1) 단계로서 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계를 설명한다. 본 발명에 사용되는 메타아라미드 플록 및 메타아라미드 피브리드는 통상적으로 메타아라미드 페이퍼에 사용되는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 메타아라미드 플록 100중량부에 대하여 메타아라미드 피브리드 80 ~ 200 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다.
메타 아라미드 피브리드 및 메타 아라미드 플록에 유용에 적합한 메타 아라미드 중합체는 아미드 (-CO-NH-) 결합의 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는 폴리아미드일 수 있고, 첨가제가 함께 사용될 수 있으며, 최대 10 중량% 만큼 많은 다른 중합체성 재료가 메타 아라미드와 블렌딩될 수 있다. 아라미드의 다이아민을 치환하는 10% 만큼 많은 기타 다이아민 또는 아라미드의 이산 클로라이드를 치환하는 10% 만큼 많은 기타 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용될 수 있다. 메타 아라미드는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드), 4,4-다이아미노다이페닐 설폰, 3,3-다이아미노다이페닐 설폰일 수 있으며, 이에 한정하지는 않는다. 일부 가장 바람직한 실시 형태에서 메타 아라미드 중합체는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드)일 수 있다.
한편, 바람직하게는 메타 아라미드 피브리드 및 메타 아라미드 플록에 포함된 메타 아라미드의 고유점도(I.V)는 1.5 ~ 2.0인 것이 이후 1차 열풍건조, 2차 건조 및 3차건조와 관련하여 페이퍼의 물성을 향상시키는데 매우 유리하다. 만일 고유점도가 1.5 미만이거나 2.0을 초과하면 물성향상의 정도가 현저하게 떨어지게 된다.
한편 (1) 단계에서는 고해기(Refiner: 100)를 이용하여 메타아라미드 플록 및 메타 아라미드 피브리드를 물에 혼합하여 지료를 제조한다. 상기 메타아라미드 플록 및 피브리드는 전체 지료 조성물에 대하여 1 ~ 10중량%일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 고해기(100)을 통과한 헤드박스(120)를 거쳐 금망부(wire part: 210)로 이송된다. 상기 금망부(210)는 엔드리스상(endless 狀)으로 형성된 장망식 초지기(fourdrinier machine)와, 큰 원통형으로 형성된 환망식 초지기(cylinder machine), 경사식 초지기 (Inclined machine), 금망부가 상하로 형성된 쌍망식 초지기(Gap Former)로 구분될 수 있으며 본 발명에서는 제한없이 사용될 수 있다. 구체적으로 헤드박스(120)에서 토출된 지료는 금망부의 지합판(forming board: 211)을 통해 습지필(wet web)을 형성한다.
다음 (2) 단계로서 상기 제조된 습지필을 탈수한다. 상기 습지필은 금망부(210)에 구비된 다수의 롤러에 의해 이송하게 되며 이 때 탈수부(212)를 통과하면서 탈수공정이 수행된다. 상기 탈수부는 석션박스(suction box)를 통해 달성될 수 있으며 상기 석션박스는 복수개가 구비될 수 있다. 상기 석션박스는 금망하부에 접하도록 설치되며 탈수된 물은 금망 외부로 배출한다.
다음 (3) 단계로서 상기 탈수된 습지필을 열풍건조부(220)에서 1차 열풍건조한다. 상기 (3) 단계는 습지필의 수분제거를 증대시키기고 습지 구조의 두께 감소를 최소화하기 위해 수행하는 것으로 그 결과 이를 수행하지 않은 페이퍼에 비하여 벌크(Bulk), 통기도 및 흡수성 증가 등 물성이 향상된다. 한편 상기 (3) 단계는 바람직하게는 195 ~ 250℃의 온도에서 수행하는 것이 유리하다(표 1 참조). 만일 상기 온도범위를 벗어나서 열풍건조를 수행하면 물성향상의 정도가 미미해지는 문제가 발생할 수 있다. 또한 상기 (3) 단계는 반드시 열풍건조를 통해 달성되어야 하며 열풍건조기의 예시로서 테트 (Through Air Dryer), 스푸너(Spooner)등이 포함될 수 있다. 만일 열풍건조가 아닌 다른 종류의 건조기(예를 들어 접촉식 건조기의 일종인 Cylinder Dryer, Yankee Dryer, Lab. 수초지 건조기 등)를 사용하는 경우에는 지필내의 수분이 포켓 형태로 잔류해 건조가 불량해 지며, 건조 펠트(Felt)에 의해 습지가 압착된 상태로 건조됨에 따라 두께 감소가 되는 문제가 발생할 수 있어 온도조건을 만족하는 경우에도 본 발명의 목적을 달성하기 어렵다(표 1 참조).
그 뒤 페이퍼는 제지기 밖으로 이송되고 지합판은 세척기(213)로 세척한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계와 (3) 단계 사이 또는 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 습지필을 압축탈수부(230)에서 압축탈수하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우에도 압축탈수는 메타 아라미드 페이퍼의 저밀도 범위를 만족하는 정도인 경우 선택적으로 진행될 수 있다.
다음, (4) 단계로서 상기 열풍건조된 습지필을 2차 건조부(240)에서 2차 건조를 실시하여 지필을 제조한다. 이는 습지필을 수분을 효과적으로 제거하기 위한 것으로, 건조온도는 100 ~ 150℃일 수 있다. 만일 건조온도가 100℃ 미만이면 원하는 만큼 건조가 되지 않아 건조불량 문제가 발생할 수 있고, 150℃를 초과하면 급격한 건조로 습지필 내부의 수분이 포켓(Pocket)형태로 잔류되는 문제가 발생할 수 있다. 건조시간은 30초 내지 600초일 수 있다.
다음, (5) 단계로서 상기 열풍건조된 지필을 250 ~ 320℃에서 3차 건조부(250)에서 3차 건조한다. 종래의 저밀도 메타아라미드 페이퍼는 (3), (5) 단계를 거치지 않고 단순히 (4) 단계의 단순히 100 ~ 150℃에서 건조공정을 통해 메타아마리드 페이퍼를 수득하였다. 그 결과 캘린더링을 거치지 않으므로 저밀도를 유지하면서도 신장율, 인열강도 등이 고밀도 메타아라미드 페이퍼에 비하여 현저하게 향상되는 것을 확인하였다. 구체적으로 상기 3차 건조는 250 ~ 320℃에서 수행되는 것이 물성향상에 매우 유리하다. 만일 3차 건조온도가 250℃ 미만이거나 320℃를 초과하면 원하는 물성을 만족하게 어렵다(표 1 참조).한편, 상기 3차 건조는 10 ~ 80초간 수행될 수 있다. 만일 10초 미만이면 원하는 목적을 달성하기 어렵고 80초를 초과하면 지필의 유연성이 감소하여 제품 가공성에 문제가 발생할 수 있다.
이러한 제조공정을 통해 제조된 저밀도 고강도 메타아마리드 페이퍼는 하기 조건 (1) ~ (4)를 모두 만족하며, 보다 바람직하게는 하기 조건 (5)를 더 만족할 수 있다. 한편, 강도, 신장율 등은 두께에 비례하는 함수이므로 두께를 일정하게 유지한 상태에서 강도 및 신장율을 측정하여야 정확한 물성을 대비할 수 있다.
(1) 겉보기 밀도가 0.4 g/㎤ 이하,
(2) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상,
(3) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 신장율이 5.0% 이상,
(4) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인열강도 0.95 N 이상
(5) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 비인열강도 23 N㎡/㎏이상
상기 겉보기 밀도는 0.25 ~ 0.35 g/㎤일 수 있다.
한편, 상기 메타아라미드 페이퍼의 두께는 0.13 ~ 0.16 mm일 수 있다. 만일 0.13mm 미만이면 밀도 증가에 의해 흡수성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타아라미드 페이퍼의 평량은 35~50g/m2일 수 있다. 만일 평량이 35g/m2미만이면 강도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 50g/m2을 초과하면 열풍건조기의 효율이 낮아져 밀도가 증가하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 메타아라미드 페이퍼는 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하며 상기 플록 및 피브리드는 고유점도가(I.V) 1.5 ~ 2.0일 수 있다. 이 경우 상기 1차 열풍건조 온도조건 및 2차 건조조건 및 3차 건조조건을 모두 만족하는 메타아라미드 페이퍼는 상기 조건 (2)는 30N/㎝ 이상이고, 조건 (3)은 7% 이상이며, 조건 (4)는 1.1N이상으로 가장 우수한 물성을 가질 수 있으며, 나아가 비인열강도인 상기 조건 (5)는 27 N㎡/㎏ 이상을 가질 수 있다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
고유점도 1.8의 메타아라미드(폴리 메타 페닐렌 이소프탈아미드) 도프(mA Dope)를 제조하였고, 피브릴 제조장치를 이용하여 여수도(Canadian Standard Freeness)가 150ml인 메타아라미드 피브리드(Fibrid)를 제조하였다. 제조된 피브리드는 습식 부직포 제조 공정성 향상 및 최종 제품인 분리막의 물리적 특성 향상을 위하여 리파이너(Double Disk Refiner)를 이용하여 0.8% 농도로 고해를 실시하여 피브리드의 여수도를 80ml로 조정하였다.
한편 동일 폴리머를 이용하여 2.0데니어의 섬유를 생산 한 후 섬유장이 7mm가 되도록 제단하여 플럭(Floc)을 제조하였으며, 이 플럭의 강도는 5.3g/de이고 신도는 35%였다.
이후 물에 상기 피브리드와 플록을 6 : 4의 중량비로 혼합하고 이를 물에 대하여 0.5중량%가 되도록 첨가하여 지료를 제조하였다.
상기 지료를 도 1의 페이퍼 제조장치에 투입하여 습지필을 제조하였다. 이후 에서 열풍 건조기에서 200℃에서 30초간 1차 열풍건조를 수행하였으며, 120℃에서60초간 2차 건조 이후 지필을 실린더 건조기에서 300℃로 20초간 3차 건조를 수행하고 이를 냉각하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실시예 2>
열풍건조기의 온도가 235℃ 인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실시예 3>
고유점도가 1.2의 메타아라미드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실시예 4>
고유점도가 2.2인 메타아라미드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실시예 5>
열풍건조기의 온도가 190℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실시예 6>
열풍건조기의 온도가 260℃인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<비교예 1>
3차 건조를 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<비교예 2>
1차 열풍건조기를 사용하은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예들의 메타아라미드 페이퍼에 대하여 하기와 같은 물성을 평가하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1. 인장강도(N/cm) 및 신장율(%)
인장강도와 신장율은 ASTM D-828에 의거하여 항온항습 조건에서 24시간 조습처리를 실시한 후 시료를 기계방향으로 재단하여 수평형 인장강도 측정기에서 MD(기계방향) 방향으로 하중을 가하였을 때 최대강도로 측정되었고, 신장율은 인장파단 시까지 시편이 늘어난 길이비로 측정되었다.
2. 인열강도(N)
인열강도는 TAPPI T414에 의거하여 항온항습 조건에서 24시간 조습처리를 실시한 후 시료를 폭방향으로 재단하여 엘멘도르프(Elmendorf) 인열강도 측정기에서 MD(기계방향) 인열강도를 측정하였다.
3. 비인열강도(Nm2/kg)
비인열강도는 측정된 평량 및 인열강도 값을 이용하여 하기와 같은 식으로 산출되었다.
비인열강도(Nm2/kg) = 인열강도(N) * 1000 / 평량(g/m2)
4. 흡수량
흡수량은 TAPPI T441에 의거하여 면적 100cm2 크기의 콥(Cobb) 테스트기에 항온항습 처리 후 칭량된 시료를 장착한 후 테스트기에 물 100ml을 붓고 60초 후에 흡수되지 않은 물을 버리고 합습지로 시료 표면의 물기를 제거한 후 칭량을 실시하였고, 흡수량은 하기와 같은 식으로 산출되었다.
흡수량(g/m2) = (최종 시편의 무게(g) - 항온항습처리된 시편의 무게(g))*100
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
실시예1 41.4 0.142 0.28 32.72 7.36 1.15 27.8 13.7
실시예2 42.0 0.151 0.28 31.03 7.14 1.13 26.9 14.1
실시예3 41.2 0.145 0.28 29.25 6.57 1.04 25.2 13.1
실시예4 41.3 0.143 0.29 29.45 6.79 1.08 26.2 13.5
실시예5 41.6 0.139 0.30 29.59 7.26 1.07 25.8 13.5
실시예6 41.8 0.151 0.28 30.12 6.92 1.08 25.8 13.0
비교예1 41.6 0.145 0.29 9.27 1.61 0.79 19.0 13.6
비교예2 41.7 0.139 0.32 30.3 7.16 1.01 24.2 12.4

1) 평량(g/㎡)
2) 두께(mm)
3) 겉보기 밀도(g/㎤)
4) MD 인장강도(N/㎝)
5) MD 신장율(%)
6) MD 인열강도(N)
7) MD 비인열강도(N㎡/㎏)
8) 흡수량(g/㎡)
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1 ~ 6의 페이퍼가 3차 건조를 수행하지 않은 비교예 1에 비하여 우수한 기계적 강도를 나타내었다. 또한 열풍건조기를 사용한 실시예 1이 이를 사용하지 않은 비교예 2에 비하여 벌크(Bulk)성 및 흡수량이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 열풍건조의 온도조건을 만족하는 실시예 1, 2가 열풍 온도가 낮은 실시예 5에 비해 우수한 물성을 나타내었으며, 열풍 온도가 높은 실시예 6과는 유사한 수준의 물성을 보였으나 상대적으로 건조효율이 우수한 것으로 확인되었다. 또한 고유점도의 범위를 만족하는 실시예 1, 2의 페이퍼가 이를 벗어나는 실시예 3, 4의 페이퍼에 비하여 우수한 물성을 나타내었다.

Claims (14)

  1. 하기 조건 (1) ~ (4)를 모두 만족하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
    (1) 겉보기 밀도가 0.4 g/㎤ 이하,
    (2) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상,
    (3) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 신장율이 5.0% 이상,
    (4) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인열강도 0.95 N 이상
  2. 제1항에 있어서,
    상기 겉보기 밀도는 0.25 ~ 0.35 g/㎤인 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼는 하기 (5) 조건을 더 만족하는 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
    (5) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 비인열강도 23 N㎡/㎏이상
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메타아라미드 페이퍼의 평량은 35 ~ 50 g/㎡인 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메타아라미드 페이퍼는 메타아라미드 플록 및 메타아마리드 피브리드를 포함하며 상기 플록 및 피브리드는 고유점도가(I.V) 1.5 ~ 2.0인 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 조건 (2)는 30N/㎝ 이상이고, 조건 (3)은 7% 이상이며, 조건 (4)는 1.1 N 이상인 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조건 (5)는 27 N㎡/㎏ 이상인 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메타아라미드 페이퍼의 두께는 0.13 ~ 0.16mm인 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼.
  9. 캘린더링 공정을 포함하지 않는 저밀도 메타아라미드 페이퍼의 제조방법에 있어서,
    (1) 메타아라미드 플록 및 메타아라미드 피브리드를 포함하는 지료를 투입하여 습지필(wet-web)을 제조하는 단계;
    (2) 상기 제조된 습지필을 탈수하는 단계;
    (3) 상기 탈수된 습지필을 195℃ ~ 250℃에서 비가압식으로 1차 열풍 건조하는 단계;
    (4) 상기 건조된 습지필을 2차 건조하여 지필을 제조하는 단계; 및
    (5) 상기 건조된 지필을 250℃ ~ 320℃에서 3차 건조하는 단계를 포함하며,
    상기 메타아라미드 플록 및 메타아라미드 피브리드는 고유점도가(I.V) 1.5 ~ 2.0이고,
    3차 건조하는 단계를 수행하여 제조한 메타아라미드 페이퍼는 하기 조건 (1) ~ (4)를 모두 만족하는 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼의 제조방법:
    (1) 겉보기 밀도가 0.4 g/㎤ 이하,
    (2) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인장강도가 25 N/㎝ 이상,
    (3) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 신장율이 5.0% 이상,
    (4) 두께가 0.14mm일 때 MD 방향 인열강도 0.95 N 이상.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 2차 건조는 100 ~ 150℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 3차 건조는 10 ~ 80초간 수행되는 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 (2) 단계와 (3) 단계 사이 또는 (3) 단계와 (4) 단계 사이에 습지필을 압축탈수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저밀도 고강도 메타아라미드 페이퍼의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 메타아라미드 페이퍼를 포함하는 절연지.
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