KR101858480B1

KR101858480B1 - 중공형 가발원사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101858480B1
Application number: KR1020170006157A
Authority: KR
Inventors: 강상호
Original assignee: (주)대두산업
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-05-16

Abstract

본 발명은 중공형 가발원사 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게 설명하자면, PBT(polybutylene terephthalate) 수지와 PET(polyethylene terephthalate) 수지를 포함하여 구성되며, 섬유 횡단면의 바깥둘레선과 중공(hollow)의 형태가 모두 원형이고, 외경이 60~100㎛, 내경이 20~40㎛인 것을 특징으로 하는 중공형 가발원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

중공형 가발원사 및 그 제조방법{Hollow synthetic wig filament and its preparing method}

본 발명은 중공형 가발원사 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게 설명하자면, 섬유 내부에 길이방향을 따라 밀폐된 중공(hollow)이 형성되어 있는 중공형 가발원사에 있어서, PET(polyethylene terephthalate) 수지 100 중량부에 대하여 PBT(polybutylene terephthalate) 수지 30~100 중량부를 포함하여 구성되며, 상기 섬유의 횡단면과 중공의 형태가 모두 원형이고, 외경이 60~100㎛, 내경이 20~40㎛인 것을 특징으로 하는 중공형 가발원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에는 가발의 재료로서 주로 천연 모발, 즉 인모(人毛)가 사용되어 왔다. 그렇지만, 최근에 인모는 그 공급량이 충분하지 못하여 가격이 높고, 또한 젖으면 서로 쉽게 엉키는 단점이 있어서 최근에는 합성수지 가발원사를 소재로 하는 인공모발이 사용되고 있다.

이러한 가발원사의 재료로는 아크릴계나, 폴리아미드계 또는 폴리에스테르계 합성수지가 있으나, 이중에서 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트나 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 등이 주로 사용되며, 난연성을 향상시키기 위하여 난연성 소재를 첨가하기도 한다.

한편, 인조모발의 소재가 되는 가발원사는 광택성과 염색성이 양호하여야 하고, 나아가 촉감이 부드럽고 가벼우며, 컬(curl)의 형성이 용이하고, 또한 컬을 오랫동안 유지해 주는 특성이 있어야 한다.

이러한 기술적 요구를 충족하기 위하여 종래에도 중공형(hollow) 가발원사들이 소개되어 있다. 먼저 국내 등록특허 제10-0426685호(2004년 03월 30일)에는 섬유의 단면형태가 타원형으로, 그 내부에 타원형의 중공(hollow)이 형성되고, 타원형의 장축(a)과 단축(b)의 길이비가 1.1~5.0 의 범위이며, 중공율이 5~50%의 범위이고, 섬도가 약 30~90 데니어인 폴리에스테르 인조 모발용 원사가 소개되어 있다.

이러한 타원형 가발원사는 노즐구멍이 2분할 된 특수한 구조의 중공원사용 노즐을 사용하여 방사된 것으로, 제조과정에서 노즐구멍이 자주 막히기 때문에 산업적인 규모로 균일한 제품을 하는 것은 거의 불가능하며, 설사 생산한다 하더라도 상기와 같은 타원형 가발원사는 보는 방향에 따라 광택이 서로 다를 뿐 아니라 원사 자체가 너무 미끄럽기 때문에 가발 제작 시 쌍침(雙針) 작업이 곤란한 문제가 있다.

또한, 공개특허 제10-2008-0064809호(2008년 07월 09일)에는, 섬유 횡단면이 섬유의 긴쪽 방향 축선에 대하여 개구된 개구부를 마련한 중공부를 적어도 2개 가지고 있는 이형 단면 섬유로서, 2개의 중공부가 등을 맞대고 대칭 형상을 하고 있으며, 섬유 횡단면이 원호상으로 만곡된 대략 C형을 등을 맞대게 한 형상을 하고 있는 인공 모발용 섬유가 소개되어 있다.

이러한 C자형 가발원사는 인형 헤어나 붙임머리, 액세서리 헤어 등과 같은 장식용 가발로는 적합하지만, 인체용 가발로 사용하기에는 내구성 부족하고 드라이를 하거나 자주 빗으면 모발이 쉽게 갈라지며, 특히 염색시에는 C자형 공간 내부로 염색약이 침투하여 모발의 물성이 크게 달라지는 문제가 있다.

한편, 등록특허 제10-1511000호(2015년 04월 03일)에는 인공모발이나 인조잔디의 재료로 사용되는 중공형 원사를 제조할 수 있는 중공원사 제조장치가 소개되어 있다. 그러나, 상기 특허 제10-1511000호에는 중공원사 제조장치의 전체적인 구조와 함께 단면의 형상이 원형인 중공형 가발원사의 제조 가능성만 제시되어 있을 뿐, 상기 중공형 가발원사를 제조하기 위한 구체적인 방법이나 조건 등에 대해서는 아무런 언급이 없다.

등록특허 제10-0426685호(2004년 03월 30일) 공개특허 제10-2008-0064809호(2008년 07월 09일) 등록특허 제10-1511000호(2015년 04월 03일)

이에 본 발명의 목적은 섬유 횡단면과 중공(hollow)의 형태가 모두 원형인 중공형 가발원사를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 섬유 횡단면과 중공(hollow)의 형태가 모두 원형인 중공형 가발원사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 섬유 내부에 길이방향을 따라 밀폐된 중공(hollow)이 형성되어 있는 중공형 가발원사에 있어서, PET(polyethylene terephthalate) 수지 100 중량부에 대하여 PBT(polybutylene terephthalate) 수지 30~100 중량부를 포함하여 이루어지며, 횡단면의 형태가 바깥둘레선에 오목한 부분이 없는 원형이고, 외경이 60~100㎛, 중공의 내경이 20~40㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중공형 가발원사는, 섬도가 60~80 데니어이고, 섬유 전체의 90% 이상이 10~25%의 중공율을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 중공형 가발원사의 제조방법은, PET 수지 100 중량부에 대하여 PBT 수지 30~100 중량부를 혼합하고, 이를 100~140℃의 온도에서 12~15시간 동안 건조하여 원료수지 혼합물을 준비하는 준비단계(A)와; 방사공 내에 역원뿔형 방사핀이 설치되어 있고, 상기 방사핀의 중앙에는 방사방향으로 에어홀이 형성되어 있는 중공원사용 방사 노즐을 이용하여 상기 노즐의 온도가 250~270℃인 상태에서 상기 에어홀을 통하여 0.1~0.5 파스칼의 공기를 주입하면서 상기 원료수지 혼합물을 용융 압출하는 압출단계(B)와; 상기 압출단계(B)에서 얻어진 중공형 섬유를 온도가 80~120℃인 연신 로울러를 이용하여 1:4~6의 비율로 연신하는 연신단계(C)와; 상기 연신단계(C)를 거친 중공형 섬유를 200~240℃의 온도로 50~70초 동안 열처리하는 열처리단계(D); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 중공형 가발원사는 섬유 횡단면의 바깥둘레선과 중공(hollow)의 형태가 모두 원형이기 때문에 그 형상이나 물성이 인모(人毛)와 유사하한 효과가 있고, 나아가 섬유 내부가 비어 있어서 가볍고 컬의 형성이 용이하며, 볼륨감이 좋은 장점이 있어서 인체용 가발로는 물론, 미용 실습용 가발로 사용하기에도 매우 적합한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 사용되는 중공원사 방사용 노즐의 구조를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 중공형 가발원사의 단면을 촬영한 현미경 사진이다.

본 발명에 따른 중공형 가발원사는, 섬유 내부에 길이방향을 따라 밀폐된 중공(hollow)이 형성되어 있고, 섬유 횡단면의 바깥둘레선과 중공(hollow)의 형태가 모두 원형으로 이루어져 있으며, 섬유의 외경은 60~100㎛이고, 중공의 내경이 20~40㎛ 이다.

또한, 상기 중공형 가발원사는 섬도가 60~80 데니어 이고, 섬유 전체의 90% 이상이 10~25%의 중공율을 갖는다. 여기서 ‘중공율’이라 함은, 각 섬유의 단면적에 대한 중공면적의 비율(%)을 의미한다. 따라서, 본 발명의 중공형 가발원사는 종래의 통상적인 가발원사에 비해 동일한 조건에서 가발원사의 무게가 약 20% 정도 가볍고, 또한 원료 수지의 소모량도 약 20% 정도 절감되는 효과가 있다.

상기 중공형 가발원사의 원료는, PET(polyethylene terephthalate) 수지 100 중량부에 대하여, PBT(polybutylene terephthalate) 수지 30~100 중량부를 포함하여 이루어진다. 상기 PET 수지는 가발원사에 강도를 부여하며, 특히 컬의 형성 및 유지 성능을 향상시켜 주는 기능을 한다. 또한, 상기 PBT 수지는 가발원사를 부드럽게 하고, 연성을 향상시켜서 중공의 형성을 용이하게 하는 기능을 한다.

따라서 상기 PBT 수지의 함량이 30 중량부 미만이면, 연성이 부족하여 섬유 내부에 형성되는 중공의 형태가 일그러지게 되는 문제가 있고, 반대로 100 중량부를 초과하면 상대적으로 상기 PET 수지의 함량이 감소하여 컬의 형성 및 유지 성능이 저하되는 문제가 있어서 바람직하지 않다.

또한, 상기 중공형 가발원사는 추가적으로 상기 PET 수지 100 중량부에 대하여, ABS(acrylonitrile-butadiene- styrene resin) 수지 3~8 중량부를 포함할 수도 있다. 상기 ABS 수지는 가발원사의 광택을 감소시키는 대신에 안료의 색상의 선명하게 발현시켜 주는 기능을 한다.

본 발명에 따른 중공형 가발원사의 제조방법은, 준비단계(A)와 압출단계(B), 그리고 연신단계(C) 및 열처리단계(D)로 이루어진다.

먼저 준비단계(A)에서는, 펠릿(pellet)이 칩(chip) 형태의 PBT 수지와 PET 수지를 혼합하고, 이 혼합수지를 100~140℃의 온도에서 12~15시간 동안 건조한 다음, 여기에 필요에 따라 ABS 수지와 함께 안료와 난연제 등이 혼합된 마스터 배치(master batch)를 첨가하여 원료수지 혼합물을 준비한다.

다음으로 압출단계(B)에서는, 중공원사용 방사 노즐을 이용하여 상기 노즐의 온도를 250~270℃로 유지하면서 상기 원료수지 혼합물을 용융 압출한다. 상기 방사노즐은 도 1에서 보는 바와 같이, 방사공(2) 내에 역원뿔형 방사핀(1)이 설치되어 있고, 상기 방사핀(1)의 중앙에는 방사방향으로 에어홀(3)이 형성되어 있는 구조를 갖는다. 그래서 상기 에어홀(3)을 통해서 0.1~0.5 파스칼의 압력으로 공기를 주입하면서 상기 방사공(2)으로 상기 원료수지 혼합물을 압출한다.

이때, 상기 에어홀(3)을 통해 공급되는 공기의 압력이 0.1 파스칼 미만이면, 원사 내부에 형성되는 중공의 크기가 작아지는 문제가 있고, 반대로 0.5 파스칼을 초과하면 원사 내부의 중공이 파열되어 가발원사가 단락되는 문제가 있다. 그리고, 상기 방사핀(1)의 주변에 형성된 방사공(2)의 폭은 0.4mm 이고, 상기 방사핀(1)의 중심축 방향을 따라 방사 방향으로 형성된 에어홀(3)의 직경은 1mm 인 것이 바람직하다.

상기 원료수지 혼합물의 압출량은 압출기의 용량에 따라 달라지는데, 예컨대 스크류의 직경이 60mm인 압출기를 사용할 경우, 원료수지의 압출량은 0.6 Kg/min이고, 스크류의 직경이 40mm인 압출기를 사용할 경우에는 원료수지의 압출량이 0.4 Kg/min인 것이 바람직하다.

다음으로 연신단계(C)에서는, 상기 방사노즐을 통해 압출되는 중공 섬유를 공기 중에서 냉각하고, 온도가 80~120℃인 연신 로울러를 이용하여 1:4~6의 비율로 연신한다. 이때, 상기 연신단계(C)는 제1 연신 로울러를 통해서 1:2~3의 비율로 1차 연신시키고, 이어서 제2 연신 로울러를 통해서 1:2~3의 비율로 2차 연신시키는 것이 바람직하다.

그리고 상기 1차 연신시에는 중공 원사의 연신 기능을 향상시켜 주는 섬유유제(textile oil)를 처리하고, 상기 2차 연신시에는 정전기를 방지하고, 촉감을 부드럽게 하는 유연제를 처리한다. 상기 섬유유제는 상기 연신 로울러에서 중공 섬유가 미끄러지지 않도록 붙잡아 주는 기능과 함께 압출기에서 방사된 중공 섬유의 온도를 낮추어 줌으로써 상기 연신 작업을 보다 안정적으로 수행할 수 있도록 도와주는 기능을 한다.

마지막으로 열처리단계(D)에서는, 상기 연신 섬유를 200~240℃의 온도로 50~70초 동안 열처리하고, 상기 유연제로 한번 더 약물처리 한 다음, 보빈에 권취한다. 상기 열처리단계(D)는 가로 길이가 5m이고, 모두 5 단계로 이루어진 열 세팅기를 이용하여 상기 열 세팅기의 내부 온도를 200~240℃로 유지하면서 상기 연신 섬유를 20~30m/min의 속도로 연속적으로 이동시키면서 열처리 한다.

상기와 같은 방법으로 제조되는 중공형 섬유는 상기 연신단계(C) 및 열처리단계(D)를 거치면서 직경이 축소되어 섬유 횡단면의 외경이 60~100㎛이고, 중공(hollow)의 내경이 20~40㎛인 중공형 가발원사가 제조된다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 좀더 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예에 의해서 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

고유점도가 0.8인 PBT 수지 100 중량부와 PET 수지 70 중량부를 혼합하고, 120℃의 온도에서 13시간 동안 건조한 다음, 여기에 블랙 마스터배치 칩 3 중량%를 혼합하여 원료수지 혼합물을 제조하였다.

첨부 도 1의 중공원사용 방사노즐이 설치된 압출기(스크류 직경; 60mm)를 이용하여, 노즐 온도 250℃, 에어홀의 공기압 0.3 파스칼에서 상기 원료수지 혼합물을 0.6 Kg/min의 토출량으로 압출하여 중공 섬유를 제조하였다. 이어서, 상기 중공 섬유에 섬유유제와 유연제를 처리하면서 온도가 90~100℃ 인 연신 로울러를 통과시켜서 4배 연신 비율로 건열 연신하였다.

마지막으로 상기 연신 섬유를 내부 온도가 220℃인 열세팅기 내부로 약 60초 동안 통과시키면서 열처리한 다음, 보빈에 권취 하였다.

이렇게 하여 제조된 중공형 가발원사는 섬도가 70 데니어 인 것으로 확인되었다. 그리고, 상기 실시예에 따라 제조된 중공형 가발원사를 FITI 시험연구원에 의뢰하여 그 단면의 형태를 500배율로 현미경 사진(SEM)을 촬영하고, 그 결과를 도 2에 첨부하였다.

[시험예]

상기 실시예에 따라 제조된 중공형 가발원사를 KOTITI 시험연구원에 의뢰하여 절단강도(cN)와 절단신도(%) 및 열탕 치수변화율(%)을 측정하고, 그 결과를 다음 표 1에 수록하였다.

항목	시험방법	시험결과	비 고
절단 강도	KS K ISO 2062: 2012	95.41 cN	피치거리:500mm, 속도:500mm/min
절단 신도	KS K ISO 2062: 2012	59.58 %	피치거리:500mm, 속도:500mm/min
열탕 치수변화율	KS K 0215: 2007	-5.2 %	시험시간 30분

한편, 직경이 20mm, 40mm 및 60mm인 알루미늄 파이프 3개를 준비하고, 여기에 각각 상기 실시예에 따라 제조된 중공형 가발원사를 말아서 드라이 박스 내에서 약 40분 동안 90~110℃의 열을 가한 다음, 상기 파이프에서 가발원사를 풀어내어 내열도와 함께 자연스러운 컬이 형성되는지 여부를 육안으로 시험하였다.

시험결과, 상기 가발원사가 열에 의해 손상을 입었거나 절단, 또는 왜곡된 흔적은 발견하지 못하였으며, 전체적인 컬(curl)과 웨이브(wave)가 자연스럽게 형성되었으며. 이러한 컬과 웨이브는 세척 이후에도 그대로 유지됨을 확인하였다.

1 ; 방사핀 2 ; 방사공
3 ; 에어홀

Claims

섬유 내부에 길이방향을 따라 밀폐된 중공(hollow)이 형성되어 있는 중공형 가발원사에 있어서,
PET(polyethylene terephthalate) 수지 100 중량부에 대하여 PBT(polybutylene terephthalate) 수지 30~100 중량부를 포함하여 이루어지며,
횡단면의 형태가 바깥둘레선에 오목한 부분이 없는 원형이고, 외경이 60~100㎛, 중공의 내경이 20~40㎛이며,
섬유의 섬도가 60~80 데니어 이고, 섬유 전체의 90% 이상이 10~25%의 중공율을 가지는 것을 특징으로 하는 중공형 가발원사.
제1항에 있어서, 상기 중공형 가발원사는, 추가적으로 상기 PET 수지 100 중량부에 대하여, ABS(acrylonitrile-butadiene- styrene resin) 수지 3~8 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 가발원사.
삭제
섬유 내부에 길이방향을 따라 밀폐된 중공(hollow)이 형성되어 있는 중공형 가발원사의 제조방법에 있어서,
PET 수지 100 중량부에 대하여 PBT 수지 30~100 중량부를 혼합하고, 이를 100~140℃의 온도에서 12~15시간 동안 건조하여 원료수지 혼합물을 준비하는 준비단계(A)와;
방사공 내에 역원뿔형 방사핀이 설치되어 있고, 상기 방사핀의 중앙에는 방사방향으로 에어홀이 형성되어 있는 중공원사용 방사 노즐을 이용하여 상기 노즐의 온도가 250~270℃인 상태에서 상기 에어홀을 통하여 0.1~0.5 파스칼의 공기를 주입하면서 상기 원료수지 혼합물을 용융 압출하는 압출단계(B)와;
상기 압출단계(B)에서 얻어진 중공형 섬유를 온도가 80~120℃인 연신 로울러를 이용하여 1:4~6의 비율로 연신하는 연신단계(C)와;
상기 연신단계(C)를 거친 중공형 섬유를 200~240℃의 온도로 50~70초 동안 열처리하는 열처리단계(D);를 포함하고,
상기 준비단계(A) 내지 열처리단계(D)를 거쳐서 제조되는 중공형 가발원사는, 횡단면의 형태가 바깥둘레선에 오목한 부분이 없는 원형이고, 외경이 60~100㎛, 중공의 내경이 20~40㎛이며,
섬유의 섬도가 60~80 데니어 이고, 섬유 전체의 90% 이상이 10~25%의 중공율을 가지는 것을 특징으로 하는 중공형 가발원사의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 압출단계(B)의 방사 노즐은, 상기 방사핀의 주변에 폭이 0.4mm 인 방사공이 형성되어 있고, 상기 방사핀의 중심축 방향을 따라 직경이 1mm 인 에어홀 형성되어 있는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 중공형 가발원사의 제조방법.
삭제