KR101569794B1 - 신축성과 벌키성이 향상된 아라미드 복합사의 제조방법, 이로부터 제조되는 아라미드 복합사 및 이를 사용한 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아라미드 섬유를 연사, 해연 및 열고정하여 권축을 부여함으로써 신축성과 벌키성을 향상시키는 아라미드 복합사의 제조방법, 상기 방법으로 제조되는 아라미드 복합사 및 상기 아라미드 복합사를 사용하여 제조되는 원단에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아라미드 복합사는 연사 및 해연하는 과정에서 꼬임을 부여할 때마다 열고정하므로, 이로 인하여 형성되는 권축에 다양하고 풍부한 형태의 굴곡 요철을 인위적으로 부여할 수 있어서 아라미드 복합사의 신축성과 벌키성이 우수하며, 저온에서 열고정하므로 아라미드 복합사가 열화되지 않고 우수한 강도와 탄력성을 유지할 수 있으며, 본 발명의 아라미드 복합사로 제조된 원단은 신축률이 높아서 착용감, 활동성 등을 필요로 하는 여러 가지 용도에 적용될 수 있다.

Description

신축성과 벌키성이 향상된 아라미드 복합사의 제조방법, 이로부터 제조되는 아라미드 복합사 및 이를 사용한 원단{Method for Manufacturing Aramid Composite Yarn with Enhanced Elasticity and bulkiness, Aramid Composite Yarn Produced Thereby, and Fabric Using the Aramid Composite Yarn}

본 발명은 아라미드 섬유를 연사, 해연 및 열고정하여 권축을 부여함으로써 신축성과 벌키성을 향상시키는 아라미드 복합사의 제조방법, 상기 방법으로 제조되는 아라미드 복합사 및 상기 아라미드 복합사를 사용하여 제조되는 원단에 관한 것이다.

내화섬유는 소방복 등의 의류용, 호텔, 여관, 대형건물의 실내커튼, 카펫, 탁자, 책상 등의 가구 덮개와 같은 인테리어용으로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 건축내장재, 자동차, 비행기 등의 내부제품에 사용되어 화재의 위험성을 대비하고 있다.

내화섬유로서 난연제 처리를 한 섬유는 가연성 물질인 섬유제품에 난연제를 고착시켜 내화성을 부여함으로써 연소하지 않도록 하는 내화처리방법으로 제조되는데, 이러한 난연제 처리제품은 내화처리공정이 복잡하여 가격상승의 원인이 되고 취급시 마찰 등에 의해 난연제가 이탈될 수 있으며, 일정기간이 지나면 내화성이 저하되어 쉽게 연소하고 유기섬유의 연소시 유독성 가스를 방출하는 문제가 있다.

내화섬유로서 난연제 처리를 하지 않은 내화섬유로는 대표적으로 탄화포, 유리섬유, 실리카 섬유를 예로 들 수 있으며, 탄화포는 가격이 비교적 저렴하고 움직임이 없거나 바람이 없는 곳이거나 연소불꽃이 그리 크지 않은 현장에서 사용이 가능하며 착용시 따가움이나 가려움이 없는 장점이 있으나, 인장강도가 약하고 연소불꽃에 노출된 이후에는 급격히 약해지고 강한 불꽃에 관통구멍이 발생하며 연기 발생량이 많은 단점이 있다.

유리섬유는 가격이 저렴하고 기능을 상실하는 연화온도가 850 ℃ 정도로서 범용적으로 사용가능한 내화섬유이나 착용시 따가움이나 가려움을 동반하여 의류용으로의 사용에 제약이 있으며, 실리카 섬유는 열을 받은 후에도 타 소재에 비하여 강도 유지력이 우수하나 유리섬유보다는 정도가 낮은 가려움을 수반하고 타 소재에 비하여 가격이 높다는 단점이 있다.

이에 따라 근래에는 내열성이 우수한 아라미드(aramid) 섬유에 대한 관심이 증가하고 있으며, 아라미드 섬유는 방향성 폴리아미드(aromatic polyamide) 섬유의 총칭으로서 섬유의 구성물질이 긴 사슬 모양의 합성 폴리아미드이며, 85 % 이상의 아미드기가 두 개의 방향족 고리에 직접 연결된 인조섬유이다.

아라미드 섬유는 아미드기와 벤젠고리의 결합위치에 따라 파라계 아라미드(para-liked aramid) 섬유와 메타계 아라미드(meta-liked aramid) 섬유로 대별되며, 파라계 아라미드는 고강력, 고탄성율을 가지고 있고 메타계 아라미드는 열안정성이 뛰어난 것이 특징이다.

이 중 아라미드는 융점이 320 ℃ 이상으로서 내열성, 난연성, 내약품성, 방염성이 우수하여 소방복 등의 방호의류, 항공기 인테리어, 군이나 민간의 방호의류, 산업용 필터재, 종이재료 등으로 많이 사용되며 일반 소비자용으로는 커튼, 베게, 작업복 등으로 사용된다.

나일론, 폴리에스테르 섬유 등 일반적인 열가소성 합성섬유는 열고정성을 이용하여 고도의 권축성을 갖는 권축 필라멘트사를 제조하는 것이 용이한데, 예를 들어 가연하고 가열한 후 냉각시켜 열고정을 부여함으로써 권축하는 가연(假撚)법, 직사각형 공간에 실을 끼워 넣고 구부린 후 열고정하는 압입법 등의 권축 부여방법이 널리 시행되고 있다.

반면에, 아라미드 섬유는 비열가소성이므로 열고정성이 부족하여 상기와 같은 가연법이나 압입법을 이용하여 권축 필라멘트사를 제조하는 것이 어렵기 때문에, 종래의 아라미드 섬유는 권축이 없는 필라멘트나 방적사 형태로 이용되어 왔다.

이들 권축이 없는 필라멘트나 방적사로 제조된 원단은 신축성과 벌키성이 없고, 또한 아라미드 섬유의 강고한 분자구조와 고결정성의 치밀구조 때문에 탄성력이 떨어져 착용시 활동성에 많은 제약을 받는 문제점이 있다.

상기와 같은 아라미드 섬유의 문제점을 개선하기 위하여, 한국등록특허공보 제1105105호에는 시쓰가 내절단성 단섬유를 포함하고 코어가 무기섬유를 포함하는 시쓰/코어 구성을 가지는 하나 이상의 단사; 및 내절단성 단섬유 및 하나 이상의 연속 탄성 필라멘트를 포함하고, 무기섬유가 없는 하나 이상의 단사;를 포함하는 합연사 및 이로부터 제직되는 직물에 대하여 개시하고 있으며, 상기 내절단성 단섬유는 아라미드 섬유이고 무기섬유는 금속섬유로 구성된다.

상기의 합연사와 직물은 시쓰/코어 섬유와 탄성 필라멘트를 포함하므로 약간의 신축성을 가지나 금속섬유의 무기섬유와 권축이 없는 아라미드 섬유를 사용함으로써 의류소재로서 촉감이나 신축성이 만족하지 못하는 문제가 있다.

또한, 한국등록특허공보 제0834329호에는 아라미드 섬유 등의 내열성 권축사 제조방법이 개시되어 있으며, 내열 고기능 섬유사를 가연(加撚)한 후 열처리로 꼬임 고정하고, 꼬임 고정 후의 스날 지수가 6.5 이하인 실을 얻어 이 실의 꼬임을 해연(解撚)하여 내열성 권축사를 얻는다.

상기 권축사는 가연상태에서 열고정하여 섬유에 신축성과 벌키성을 부여할 수 있어서 의류소재로서 착용감을 향상시키는 효과를 얻을 수 있으나, 열고정 후 해연하여도 열고정된 가연상태의 신축성과 벌키성 효과 정도를 얻을 수 있을 뿐 해연에 따른 추가적인 권축 효과를 얻지 못하고, 아라미드 섬유는 열고정성이 부족하여 원하는 신축신장율 및 신축복원율을 얻기 위하여는 꼬임 계수 5000~11000의 상태에서 130~250 ℃의 고온으로 열처리하여야 하므로 높은 열처리 온도에 따른 실의 열화가 수반되는 단점이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 아라미드 섬유에 권축을 형성하여 신축성 및 벌키성을 부여하면서 열처리에 따르는 아라미드 섬유의 열화를 방지할 수 있는 아라미드 복합사의 제조방법, 상기 방법으로 제조되는 아라미드 복합사 및 상기 아라미드 복합사을 사용하여 제조되는 원단을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아라미드 섬유 단사를 하기의 계산식으로 표시되는 연계수 55~113이 되도록 꼬임을 주는 단계; 상기 꼬임이 가해진 단사를 열고정하는 단계; 상기 열고정된 단사를 적어도 2 가닥 합사하여 단사의 꼬임방향과 같은 방향으로 꼬임을 주어 연계수 78~140의 합연사를 제조하는 단계; 상기 합연사를 열고정하는 단계; 상기 열고정된 합연사를 단사의 꼬임방향과 반대 방향으로 연계수 78~140의 꼬임이 형성되도록 해연하는 단계; 및 상기 해연된 합연사를 열고정하는 단계;를 포함하며, 상기 단사, 합연사 또는 해연된 합연사의 열고정은 5~50 ㎪의 감압상태에서 100 ℃ 이하의 온도로 10~60 분간 실시하는 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법을 제공한다.

<계산식>

연계수=꼬임수/(섬도)^½

(식 중, 꼬임수는 TPM 단위이고, 섬도는 Nm 번수 단위이다)

이때, 상기 해연된 합연사의 신축률은 3.63~12.47 %인 것이 바람직하다.

또한, 상기 아라미드 섬유 단사의 섬도는 Nm 50~120 번수인 것이 바람직하고, 상기 단사의 꼬임수는 600~800 TPM이고 열고정된 합연사와 해연된 합연사의 꼬임수는 600~700 TPM인 것이 바람직하다.

또한, 상기 해연된 합연사를 열고정하는 단계 이후에, 해연하여 열고정된 합연사를 해연방향과 반대방향으로 꼬임수 100~200 TPM의 꼬임을 주는 추연단계가 추가되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아라미드 섬유 단사는 파라계 폴리아미드 섬유, 메타계 폴리아미드 섬유 및 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 섬유로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 고내열성 방적사인 것이 바람직하다.

삭제

또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 아라미드 복합사와 상기 아라미드 복합사로 제조되는 원단을 제공한다.

본 발명에 따른 아라미드 복합사는 연사 및 해연하는 과정에서 꼬임을 부여할 때마다 열고정하므로, 이로 인하여 형성되는 권축에 다양하고 풍부한 형태의 굴곡 요철을 인위적으로 부여할 수 있어서 아라미드 복합사의 신축성과 벌키성이 우수하며, 저온에서 열고정하므로 아라미드 복합사가 열화되지 않고 우수한 강도와 탄력성을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 아라미드 복합사로 제조된 원단은 신축률이 높아서 착용감, 활동성 등을 필요로 하는 여러 가지 용도에 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 아라미드 복합사의 물성을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 분석한 시험성적서이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 직물의 물성을 FITI시험연구원에 의뢰하여 분석한 시험성적서이다.
도 4 내지 도 7은 실의 가닥 수와 섬도를 달리하여 제조한 아라미드 복합사를 FITI시험연구원에 의뢰하여 분석한 시험성적서이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 아라미드 복합사 1종 또는 2종을 경사 또는 경사와 위사로 사용한 직물을 FITI시험연구원에 의뢰하여 분석한 시험성적서이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 아라미드 복합사를 경사 또는 경사와 위사로 사용한 직물을 FITI시험연구원에 의뢰하여 분석한 시험성적서이다.

본 발명에 따른 아라미드 복합사의 제조방법은 아라미드 섬유 단사에 꼬임을 주는 단계; 상기 꼬임이 가해진 단사를 열고정하는 단계; 상기 열고정된 단사를 적어도 2 가닥 합사(合絲)하여 단사의 꼬임방향과 같은 방향으로 꼬임을 주어 합연사를 제조하는 단계; 상기 합연사를 열고정하는 단계; 상기 열고정된 합연사를 해연(解撚)하는 단계; 및 상기 해연된 합연사를 열고정하는 단계;를 포함한다.

상기 아라미드 섬유 단사의 섬도는 연사(撚絲)와 해연을 할 수 있는 굵기라면 특별히 제한되지 않으나 가공성 면에서 Nm 50~120 번수가 적당하고, 꼬임수는 600~800 TPM(twist per meter)이 바람직하다.

또한, 상기 열고정된 합연사는 단사의 꼬임방향과 같은 방향으로 꼬임수 600~700 TPM을 가지며, 해연된 합연사는 열고정된 합연사와 반대방향으로 꼬임수 600~700 TPM을 가지는데, 예를 들어 단사가 좌연(Z 꼬임)일 경우, 적어도 2 가닥의 상기 단사를 합사하여 600~700 TPM으로 좌연하고 열고정하여 좌연으로 열고정된 합연사를 얻으며, 이를 1300 TPM으로 우연(S 꼬임)으로 해연하면 좌연의 600~700 TPM의 꼬임이 먼저 풀린 후 계속하여 우연으로 600~700 TPM의 꼬임이 형성되어 우연으로 해연된 합연사를 얻을 수 있다.

상기 합연사의 꼬임수는 섬유에 신축성과 벌키성을 부여하기 위하여 적합한 수준으로 권축시키는 동시에, 꼬임 정도가 너무 높아 섬유의 절단이 발생하는 것을 방지하는 면에서 상기 범위가 바람직하고, 해연은 상기와 같이 열고정된 합연사의 권축과 더불어 과해연(過解撚)과 열고정에 의해 다시 형성된 권축으로 인한 고정된 굴곡 요철에 의해 섬유의 신축성과 벌키성이 좀더 향상되는 효과를 가져온다.

상기 단사에 꼬임을 주어 열고정한 합연사(이하, '1차 합연사'라고 함)는 단사의 꼬임방향과 같은 방향으로 꼬임이 형성되므로 실의 연축율(percentage of twist shrinkage)이 큰 반면에, 상기 1차 합연사를 해연하여 열고정한 합연사(이하, '2차 합연사'라고 함)는 단사의 꼬임방향과 반대 방향으로 꼬임이 형성되므로 실의 연축율이 작아진다.

섬유는 상기의 1차 합연사와 2차 합연사의 연축율 차이만큼 신축성이 부여되고 각 단계별로 꼬임이 부여된 상태에서 열고정하므로 권축에 의한 벌키성을 가지게 된다.

이에 대하여 좀더 상세히 설명한다.

하기 표 1에는 각 단계별로 실의 섬도와 꼬임수를 예시하여 이에 따른 연계수(twist factor)와 연축율을 계산하였다.

연계수는 꼬임계수(twist multiplier), 꼬임상수(twist constant)라고도 하며 꼬임의 강도(强度)를 나타내는데, 숫자가 클수록 강한 꼬임이 된다.

연축율은 꼬임을 주기 전의 실 길이와 꼬임을 준 후의 실 길이 차이에 대한 백분율을 나타내며 연축율이 클수록 실의 신축성이 커진다.

단사와 합연사의 꼬임방향	단사섬도 (Nm 번수)	꼬임수(TPM)		연계수주2 )		연축율주3 ) (%)
		단사	합연사주1 )	단사	합연사주1 )
같은 방향	50	600	600	84.85	120.00	10.80
			700	84.85	140.00	11.62
		800	600	113.14	120.00	12.76
			700	113.14	140.00	13.58
	70	600	600	71.71	101.42	9.13
			700	71.71	118.32	9.82
		800	600	95.62	101.42	10.78
			700	95.62	118.32	11.48
	100	600	600	60.00	84.85	7.64
			700	60.00	98.99	8.22
		800	600	80.00	84.85	9.02
			700	80.00	98.99	9.60
	120	600	600	54.77	77.46	6.97
			700	54.77	90.37	7.50
		800	600	73.03	77.46	8.24
			700	73.03	90.37	8.77
반대 방향	50	600	600	84.85	120.00	2.52
			700	84.85	140.00	3.34
		800	600	113.14	120.00	1.72
			700	113.14	140.00	2.54
	70	600	600	71.71	101.42	2.13
			700	71.71	118.32	2.82
		800	600	95.62	101.42	1.45
			700	95.62	118.32	2.15
	100	600	600	60.00	84.85	1.78
			700	60.00	98.99	2.36
		800	600	80.00	84.85	1.22
			700	80.00	98.99	1.80
	120	600	600	54.77	77.46	1.63
			700	54.77	90.37	2.16
		800	600	73.03	77.46	1.11
			700	73.03	90.37	1.64
주1) 단사 2 올 기준 주2) 연계수=꼬임수(TPM)/{섬도(Nm 번수)}½ 주3) * 연축율(같은 방향)=(합사연계수+단사연계수+0.69*단사연계수)*0.041, * 연축율(반대 방향)=(합사연계수-0.69*단사연계수)*0.041 * 연축율은 꼬임이 가해진 단사의 길이를 기준으로 함

연계수는 동일 굵기의 실에서는 꼬임수가 클수록 커지고 꼬임수가 동일한 실에서는 실의 굵기가 굵을수록 커져서 강한 꼬임으로 된다.

연축율은 동일 굵기와 꼬임수의 실에서는 단사와 합연사의 꼬임 방향이 같을 경우 연축율이 커지고 꼬임 방향이 반대일 경우 연축율이 작아지며, 꼬임수가 동일한 실에서는 실의 굵기가 굵을수록 연축율이 커진다.

또한, 동일 굵기의 실에서는 합연사 꼬임수가 클수록 연축율이 커지며, 단사와 합연사의 꼬임 방향이 같을 경우 단사 꼬임수가 클수록 연축율이 커지고 꼬임 방향이 반대일 경우 단사 꼬임수가 클수록 연축율이 작아진다.

상기 표 1의 결과, 섬유 단사의 연계수는 55~113 범위를 나타내고, 1차 및 2차 합연사의 연계수는 78~140 범위를 나타내며, 단사와 합연사의 꼬임 방향이 같을 경우(즉, 1차 합연사일 경우) 연축율은 6.97~13.58 %의 범위를 나타내고, 단사와 합연사의 꼬임 방향이 반대일 경우(즉, 2차 합연사일 경우) 연축율은 1.11~3.34 %의 범위를 나타낸다.

즉, 1차 합연사는 꼬임을 준 단사 2 올을 단사 꼬임 방향과 같은 방향으로 꼬임을 주어서 꼬임을 준 단사의 길이를 기준으로 6.97~13.58 %의 수축된 길이를 가지면서 열고정되고, 2차 합연사는 상기 1차 합연사를 단사 꼬임 방향과 반대 방향으로 꼬임을 주어서 꼬임을 준 단사의 길이를 기준으로 1.11~3.34 %의 수축된 길이를 가지면서 열고정된다.

상기 1차 합연사와 2차 합연사는 각각 열고정되므로 각각의 열고정된 상태의 연축율을 유지하려는 특성을 가지므로 최종 섬유인 2차 합연사는 단사의 꼬임 방향과 같은 방향의 권축과 단사의 꼬임 방향과 반대 방향의 권축이 동시에 형성된다.

이러한 꼬임 및 열고정에 따른 결과, 2차 합연사는 섬유에 힘이 가해지지 않은 상태에서는 1차 합연사의 6.97~13.58 %의 연축된 길이를 유지하고 섬유의 길이방향으로 당기면 2차 합연사의 1.11~3.34 %의 연축된 길이를 유지한다.

따라서 본 발명에 따른 최종 섬유(2차 합연사)는 꼬임을 준 단사의 길이를 기준으로 외부의 힘이 작용하지 않을 시 6.97~13.58 %의 연축 상태를 유지하고 인장력을 가하면 1.11~3.34 %의 연축 길이를 유지하며, 인장력이 제거되면 다시 6.97~13.58 %의 연축 상태로 복귀하므로, 2차 합연사의 신축은 상기 연축 상태의 차이인 3.63~12.47 %의 신축률을 나타낸다.

이와 같이 본 발명에 따른 섬유는 1차 합연사와 2차 합연사의 꼬임이 가해진 상태에서 각각 열고정되므로 각 꼬임에 의한 권축이 유지되어 벌키성이 크고, 단사, 1차 합연사, 2차 합연사의 꼬임에 의한 연축율의 차이에 의하여 신축성이 부여된다.

상기 표 1에서는 섬도, 단사 꼬임수, 합사 꼬임수를 본 발명의 바람직한 수치 범위로 한정하여 연계수와 연축율을 산출하였으나, 필요에 따라 섬도와 꼬임수를 달리 적용하여 연계수와 연축율의 범위를 좀더 확장시키는 것도 가능한데, 상기 범위 미만일 경우 신축성과 벌키성이 만족스럽지 못하고 상기 범위를 초과할 경우 섬유에 가해지는 토오크(torque)가 매우 커지게 되어 섬유가 절사될 수 있다.

또한, 상기와 같이 해연하여 권축이 부여된 아라미드 복합사에 해연방향과 반대방향으로 다시 꼬임을 주는 추연(追撚)을 더 실시할 수 있으며, 상기 추연은 꼬임수 100~200 TPM이 바람직하다.

상기 추연에 의하여 아라미드 복합사의 유동성이 커져서 합연사를 구성하는 단사 간의 접촉압과 마찰력이 감소하여 절사의 발생을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 아라미드 복합사는 2합사, 3합사 또는 그 이상 가닥수의 합사 형태일 수 있으며, 필요에 따라 상기 해연 후 합사된 2 가닥 이상의 실을 서로 완전히 분리하여 각각 따로 권취함으로써 신축성과 벌키성이 향상된 아라미드 단사 형태의 섬유를 제조하는 것도 가능하다.

본 발명에서 사용되는 아라미드 섬유 단사로는 고내열성 방적사가 바람직하며, 예를 들어 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드)[poly(p-phenyleneterephthalamide)], 코폴리(3,4-디페닐에테르/파라-페닐렌테레프탈아미드)[copoly(3,4-diphenylether/p-phenyleneterephthalamide)] 등의 파라계 폴리아미드 섬유, 폴리(메타-페닐렌이소프탈아미드)[poly(m-phenyleneisophthalamide)] 등의 메타계 폴리아미드 섬유, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸[poly(p-phenylene benzobisoxazole)] 섬유를 예로 들 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 고내열성을 가지면서 피부와 접촉시 따가움이나 가려움, 피부트러블을 유발하지 않는 생체친화적인 소재이면 고내열성 섬유로서 사용이 가능하다.

그런데 상기의 고내열성 섬유들은 강고한 분자구조와 고결정성의 치밀구조 때문에 통상 150 ℃ 이상의 온도에서 열고정하여야 권축성이 유지될 수 있는데, 상기와 같은 고온에서 열처리할 경우 섬유가 열화되어 강도, 탄력성, 외관 등의 물성이 저하된다.

따라서 상기 고내열성 섬유의 열고정은 100 ℃ 이하의 저온에서 실시하는 것이 바람직하고 70~100 ℃가 더욱 바람직한데, 저온 열고정은 고정유지력이 낮아서 시간이 지남에 따라 권축성이 점차 사라지는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기와 같이 꼬임을 주고 합연 및 해연하는 과정 모두에 반복적인 열고정을 실시하여, 반복 저온 열처리를 통하여 권축고정된 형태가 보다 견고히 유지될 수 있도록 한다.

상기 열고정은 건열 처리, 수증기 처리 또는 고온수 처리 방법을 이용할 수 있고 실이 보빈에 감긴 상태에서 열고정할 수 있는데, 본 발명에서는 100 ℃ 이하의 저온에서 열고정시키므로 열고정이 불충분해질 수 있으며, 이에 따라 충분한 열고정을 위하여 열고정 처리시간을 길게 할 경우 보빈에 감긴 실 중 표면의 실이 열화될 우려가 있다.

이를 방지하기 위하여 열고정은 감압상태에서 열처리하는 것이 바람직하며, 감압상태에서 열처리하면 보빈에 감긴 실의 표면과 내부에 균일한 열을 전달할 수 있으면서 처리시간도 단축할 수 있어서 보빈 표면의 실 열화를 방지할 수 있다.

상기 감압은 5~50 ㎪이 바람직하고, 열고정 처리시간은 각 단계별로 차이가 있으나 10~60 분간 실시하는 것이 꼬임 상태를 지속적으로 유지하는 면에서 바람직하다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 아라미드 복합사는 섬유에 권축을 부여하여 신축성과 벌키성이 우수하므로, 이를 이용하여 제조되는 원단은 착용감, 활동성 등을 필요로 하는 여러 가지 용도로 응용될 수 있으며, 고내열성 소재의 섬유를 사용할 경우 소방용 방화복, 용접용 작업복, 내열안전장갑 등의 방호의류에 특히 적합하게 이용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

<실시예 1>

섬도 Nm 68's의 메타 아라미드 방적사 단사를 750 TPM으로 좌연하여 꼬임을 준 후 콘에 권취하고 밀폐용기에서 압력 30 ㎪.A, 온도 80 ℃로 10 분간 건열처리하여 열고정하였다.

이후, 상기 열고정된 방적사 단사 2 가닥을 합연하여 630 TPM의 좌연사를 제조한 후 상기와 동일한 방법으로 열고정하였으며(1차 합연사), 상기 열고정된 좌연사를 1300 TPM으로 우연으로 해연하여 670 TPM의 우연사를 제조한 후 상기와 동일한 방법으로 열고정하여(2차 합연사) 권축이 형성된 고내열성 신축 아라미드 복합사를 제조하였다.

상기 고내열성 신축 아라미드 복합사를 경사와 위사로 하여, 경사의 바디폭을 60 인치, 총 경사본수 3100 본/60인치가 되도록 정경한 후 위사밀도가 50 본/인치가 되도록 평직을 제직하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1에서, 메타 아라미드 방적사 단사로서 섬도 Nm 52's의 실을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고내열성 신축 아라미드 복합사와 평직을 제조하였다.

<비교예 1>

상기 실시예 1에서, 메타 아라미드 방적사 단사로서 섬도 Nm 20's의 실을 사용하고 1차 합연사를 630 TPM으로 우연으로 해연하여 2차 합연사의 꼬임수를 0으로 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고내열성 신축 아라미드 복합사와 평직을 제조하였다.

<비교예 2>

상기 실시예 1에서, 메타 아라미드 방적사 단사로서 꼬임을 주지 않은 섬도 Nm 50's의 단사 2 가닥을 합연하고 1700 TPM으로 좌연하여 꼬임을 주어 열고정한 다음 해연하여 670 TPM의 우연사를 제조하여 열고정한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고내열성 신축 아라미드 복합사와 평직을 제조하였다.

<비교예 3>

상기 실시예 1에서, 메타 아라미드 방적사 단사로서 꼬임을 주지 않은 섬도 Nm 40's의 단사 2 가닥을 합연하여 꼬임을 준 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고내열성 신축 방적사와 평직을 제조하였다.

<시험예 1> 신축성과 벌키성 분석

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1~3에서 제조된 고내열성 신축 아라미드 복합사의 연축율에 따른 신축률과 벌키성을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다.

	단사섬도 (Nm 번수)	꼬임수(TPM)			연축율(%)		신축률 (%)	벌키성주1 )
		단사	1차 합연사	2차 합연사	1차 합연사	2차 합연사
실시예 1	68	750	630	670	10.73	2.14	8.59	○
실시예 2	52	750	630	670	12.27	2.44	9.83	○
비교예 1	20	750	630	0	19.79	-4.74	24.53	×
비교예 2	50	0	1700	670	13.94	5.49	8.45	×
비교예 3	40	0	630	670	5.78	6.14	0.37	△
주1) ○:양호, △:보통, ×:불량

상기 표 1의 결과, 본 발명에 따른 실시예의 아라미드 복합사는 8.59 및 9.83의 신축율을 가지면서 좌연과 우연의 권축이 형성 및 유지되어 벌키성이 우수한 반면에, 비교예 1과 2에서는 1차 합연사의 절사가 많이 발생하였는데, 이는 너무 굵은 실에 꼬임을 주거나 너무 과도한 꼬임을 줄 경우 실에 강한 토오크가 걸려 실이 끊어지는 것으로 판단되며, 비교예 3의 경우 신축성과 벌키성이 모두 저하되었다.

<시험예 2> 고내열성 신축 아라미드 복합사의 물성분석

상기 실시예 1 및 2에서 제조된 고내열성 신축 아라미드 복합사의 물성을 한국의류시험연구원에 의뢰하여 열수치수변형율, 인장강신도, 꼬임수 등을 측정하였으며, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.

도 1 및 도 2의 시험성적서에서, 시료 1은 실시예 1의 아라미드 복합사이고 시료 2는 실시예 2의 아라미드 복합사를 나타내는데, 본 발명의 고내열성 신축 아라미드 복합사는 열수치수변형율이 -0.2, -0.3으로서 거의 수축을 일으키지 않았다.

인장강도는 실시예 1이 804 cN, 실시예 2는 1096 cN으로 측정되어 섬도가 굵을수록 인장강도가 커짐을 알 수 있으며, 인장신도는 25.3 %, 25.4 %로서 거의 차이를 나타내지 않았다.

꼬임수에서는 실시예 1, 2 모두 하연 750 TPM, 상연 630 TPM으로 꼬임을 주었으나 시험성적서에는 실시예 1이 613.9 / 580.9 TPM (하연/상연)이고 실시예 2가 669.5 / 562.6 TPM (하연/상연)으로 나타났다.

상기 결과로부터, 하연 및 상연의 꼬임수가 해연하는 과정에서 일부 풀리기는 하나, 각 단계별 열고정에 의해 꼬임 형태가 대부분 유지되는 것을 알 수 있다.

또한, Nm 2/68's의 실시예 1이 Nm 2/52's의 실시예 2보다 하연이 작고 상연이 큰 것으로 나타나, 섬도가 가늘수록 하연이 많이 풀리고 상연이 적게 풀리는 것을 알 수 있다.

<시험예 3> 직물의 물성분석-1

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1~3에서 제조된 직물의 물성을 FITI시험연구원에 의뢰하여 인장강도, 인장신도 및 신장률을 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3의 시험성적서에서, #1은 실시예 1, #2는 비교예 1, #3은 실시예 2, #4는 비교예 2, #5는 비교예 3의 직물을 나타내는데, 인장강도는 꼬임을 주지 않은 단사를 사용한 비교예 3이 가장 크고 나머지는 섬도가 굵을수록 인장강도가 커짐을 알 수 있다.

인장신도는 경사방향에서는 섬도가 가장 큰 비교예 1이 가장 크고 다음으로 실시예가 크며, 꼬임을 주지 않은 단사를 사용한 비교예 3과 비교예 2가 작게 나타났고, 위사방향에서는 실시예가 가장 크게 측정되었다.

신장률은 경사방향으로는 비교예 1이 실시예보다 크나 위사방향으로는 실시예가 비교예 1보다 크게 나타나 본 발명에 따른 직물을 의류에 적용할 경우 신축성이 우수하여 착용감과 활동성이 향상될 것으로 판단된다.

<시험예 4> 원사 종류에 따른 물성분석

하기 표 3과 같이 합연사의 실의 가닥 수와 섬도를 달리하여 아라미드 복합사를 제조하였으며, 상기 실시예 1의 아라미드 복합사 제조방법에서 단사의 꼬임수 650 TPM(좌연), 합연사의 꼬임수 670 TPM(좌연) 및 해연된 방적사의 꼬임수 630 TPM(우연)으로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 복합사를 제조하였다.

시료명	가닥 수	섬도		시료명	가닥 수	섬도		시료명	가닥 수	섬도
#11	2	90		#29	2	72		#36	2	90
#12	2	100		#30	2	72		#37	2	20
#23	2	68		#31	2	72		#38	2	44
#24	2	52		#33	2	80		#39	2	22
#25	4	68		#34	2	80		#40	2	68
#28	2	40		#35	2	90		#41	3	40
#25 : 2합사를 2합연 #28, #37, #38, #39, #41 : 면번수(Ne), 나머지 : 공통번수(Nm) #41 : 3합연사

도 4 내지 도 7에는 상기 아라미드 복합사의 균제도, 사결함수, 열수치수변화율을 FITI시험연구원에 의뢰하여 분석한 결과가 도시되어 있으며, 균제도의 크기는 수치가 클수록 불균일한 것을 나타내는데, 대체로 섬도가 클수록 균제도가 커지는 경향을 나타내어 단사가 가늘어질수록 복합사가 불균일해지고 단사가 굵을수록 복합사가 균일해지는 경향을 보였다.

사결함수는 섬도 약 Nm 70's를 기준으로 단사가 굵을수록 결함이 적고 단사가 가늘어질수록 결함과 넵(nep)이 생성되는 것을 알 수 있으며, 열수치수변화율은 전체적으로 0.3~0.4 정도를 나타내었다.

<시험예 5> 직물의 물성분석-2

하기 표 4 및 표 5와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 아라미드 복합사 1종 또는 2종을 경사 또는 경사와 위사로 사용하여 직물을 제직하였으며, 상기 아라미드 복합사는 가닥 수, 섬도 및 소재를 달리한 것 외에는 시험예 4와 동일한 방법으로 제조하였다.

표 4의 직물은 Nm 섬도 90's 이하의 아라미드 복합사로 제직되었고, 표 5의 직물은 섬도 Nm 100's의 아라미드 복합사로 제직되었다.

시료명	구분	가닥 수/번수(Nm)	소재별 구성비(%)
			mA	pA	PBO
#1	경사	2/72, 4/72	30	30	40
	위사	2/72, 4/72	30	30	40
	혼방율		30	30	40
#2	경사	2/80, 4/80	-	60	40
	위사	2/80, 4/80	-	60	40
	혼방율		-	60	40
#3	경사	2/80	-	60	40
	위사	2/90	100	-	-
	혼방율		45	33	22
#4	경사	2/80	-	60	40
	위사	1/72	100	-	-
	혼방율		38	37	25
#5	경사	2/90, 4/90	20	60	20
	위사	2/90, 4/90	20	60	20
	혼방율		20	60	20
#6	경사	2/72, 4/72	60	-	40
	위사	2/72, 4/72	60	-	40
	혼방율		60	-	40
#7	경사	2/72, 4/72	60	-	40
	위사	2/72	100	-	-
	혼방율		80	-	20
#8	경사	2/72	100	-	-
	위사	2/72	100	-	-
	혼방율		100	-	-
#9	경사	2/72	100	-	-
	위사	2/72	100	-	-
	혼방율		100	-	-
#10	경사	2/72	30	30	40
	위사	2/72	30	30	40
	혼방율		30	30	40
#11	경사	2/90	100	-	-
	위사	1/90	100	-	-
	혼방율		100	-	-
mA: m-Aramid, pA: p-Aramid, PBO: Poly-phenylene benzobisoxazole

시료명	구분	가닥 수/번수(Nm)	소재별 구성비(%)
			mA	PBO	Ny	Ly
#1	경사	2/100	80	20	-	-
	위사	2/100	100	-	-	-
	혼방율		90	10	-	-
#2	경사	2/100	80	20	-	-
	위사	1/100	80	20	-	-
	혼방율		80	20	-	-
#3	경사	2/100	80	20	-	-
	위사	1/100	80	20	-	-
	혼방율		80	20	-	-
#4	경사	2/100	80	20	-	-
	위사	1/100	100	-	-	-
	혼방율		88	12	-	-
#5	경사	1/100	80	20	-	-
	위사	SF/80	80	-	13	7
	혼방율		80	11	6	3
#6	경사	2/100	100	-	-	-
	위사	2/100	100	-	-	-
	혼방율		100	-	-	-
#7	경사	2/100	100	-	-	-
	위사	1/100	100	-	-	-
	혼방율		100	-	-	-
#8	경사	2/100	100	-	-	-
	위사	1/100	100	-	-	-
	혼방율		100	-	-	-
#9	경사	2/100	100	-	-	-
	위사	2/100	100	-	-	-
	혼방율		100	-	-	-
#10	경사	2/100	100	-	-	-
	위사	SF/80	80	-	13	7
	혼방율		92	-	5	3
mA: m-Aramid, PBO: Poly-phenylene benzobisoxazole, Ny: Nylon 6, Ly: Lycra, SF: Sicra 공정

도 8 내지 도 11에는 상기 표 4 직물의 물성을 분석한 결과가 도시되어 있고 도 12 내지 도 15에는 상기 표 5 직물의 물성분석결과가 도시되어 있으며, 분석은 FITI시험연구원에 의뢰하여 실시하였다.

표 4 직물은 표 5 직물에 비하여 굵은 실로 제직되었으므로, 도 8 내지 도 11(표 4 직물)의 분석결과와 도 12 내지 도 15(표 5 직물)의 분석결과를 비교함으로써 경·위사의 섬도에 따른 직물의 물성차이를 확인할 수 있다.

인장강도를 보면, 전체적으로 표 4의 직물이 표 5의 직물에 비하여 인장강도가 크고 1종의 아라미드 복합사로 제직한 경우에 비하여 2종의 아라미드 복합사로 제직하거나, 1종의 소재로 제직한 경우에 비하여 2종 이상의 소재로 제직한 경우 인장강도가 커짐을 알 수 있다.

인장신도는 대체로 상기 인장강도와 반대의 결과를 보였는데, 이러한 결과를 바탕으로 경·위사의 섬도, 실의 가닥 수, 소재의 종류를 적절히 선택함으로써 직물의 인장강도와 인장신도를 조절할 수 있다.

신장율은 나일론 6(Ny)과 라이크라(Ly)가 혼섬된 경우 신장율이 높아진 것 외에는 일정한 경향을 보이지 않았는데, 이는 상기 표 4 및 표 5의 경·위사에 사용된 아라미드 복합사가 모두 동일한 꼬임을 주어 제조되므로, 각 시료직물을 구성하는 실 간의 연축 차이가 크지 않은 데서 기인한 것으로 판단된다.

필링성은 각 시료직물 간에 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 인열강도는 상기 인장강도와 같이 실이 가늘수록 낮아지고 대체로 1종의 아라미드 복합사로 제직한 경우에 비하여 2종의 아라미드 복합사로 제직하거나, 1종의 소재로 제직한 경우에 비하여 2종 이상의 소재로 제직한 경우 커지는 경향을 나타내었다.

마찰대전성은 표 4의 직물이 표 5의 직물에 비하여 대체로 높게 측정되어 실이 굵을수록 마찰대전성이 커지는 경향을 나타내었으며, 마모강도는 모두 20000 이상으로 측정되어 내마모성이 우수함을 알 수 있다.

발수도에서는 표 4의 경우 일정하지는 않으나 2종의 아라미드 복합사로 제직하였을 때 발수성이 높아지는 경향을 보였으며, 표 5의 경우는 모두 5급으로 판정되어 시료직물의 발수성이 매우 우수한 것으로 판정되었다.

따라서 직물의 발수성을 향상시키기 위해서는 세섬도의 아라미드 복합사로 제직하거나 2종의 아라미드 복합사로 제직하는 것이 유리함을 알 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 아라미드 복합사를 이용하여 직물을 제직할 때, 경·위사의 섬도, 실의 가닥 수, 소재의 종류를 적절히 선택함으로써 직물의 물성을 용도에 맞게 조정할 수 있다.

Claims (10)

1. 아라미드 섬유 단사를 하기의 계산식으로 표시되는 연계수 55~113이 되도록 꼬임을 주는 단계;
   상기 꼬임이 가해진 단사를 열고정하는 단계;
   상기 열고정된 단사를 적어도 2 가닥 합사하여 단사의 꼬임방향과 같은 방향으로 꼬임을 주어 연계수 78~140의 합연사를 제조하는 단계;
   상기 합연사를 열고정하는 단계;
   상기 열고정된 합연사를 단사의 꼬임방향과 반대 방향으로 연계수 78~140의 꼬임이 형성되도록 해연하는 단계; 및
   상기 해연된 합연사를 열고정하는 단계;를 포함하며,
   상기 단사, 합연사 또는 해연된 합연사의 열고정은 5~50 ㎪의 감압상태에서 100 ℃ 이하의 온도로 10~60 분간 실시하는 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법.
   
   <계산식>
   연계수=꼬임수/(섬도)^½
   (식 중, 꼬임수는 TPM 단위이고, 섬도는 Nm 번수 단위이다)
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 해연된 합연사의 신축률은 3.63~12.47 %인 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 아라미드 섬유 단사의 섬도는 Nm 50~120 번수인 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 단사의 꼬임수는 600~800 TPM이고, 열고정된 합연사와 해연된 합연사의 꼬임수는 600~700 TPM인 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 해연된 합연사를 열고정하는 단계 이후에, 해연하여 열고정된 합연사를 해연방향과 반대방향으로 꼬임수 100~200 TPM의 꼬임을 주는 추연단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 아라미드 섬유 단사는 파라계 폴리아미드 섬유, 메타계 폴리아미드 섬유 및 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 섬유로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 고내열성 방적사인 것을 특징으로 하는 아라미드 복합사의 제조방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 아라미드 복합사.
10. 청구항 9의 아라미드 복합사로 제조되는 원단.

Images