KR101981763B1 - 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유 - Google Patents

공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 수지로 형성되어 주요 반복 단위가 에틸렌인 폴리에틸렌 섬유로서, 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10이며, 190 내지 290℃에서 tanδ가 1.0 내지 1.5인 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.

Description

공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유{High-strength polyethylene fibers with improved processing property}
본 발명은 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것으로, 구체적으로 폴리에틸렌 섬유를 형성하는 폴리에틸렌 수지의 저장 탄성률과 손실 탄성률과의 관계에서 정의되는 tanδ를 조절하여 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.
폴리에틸렌 수지는 가격이 저렴하고, 내화학성, 제품 가공성이 우수하여, 엔지니어링 플라스틱, 필름, 섬유 및 부직포 용도로 활용이 증가되고 있으며, 섬유 분야에서는 모노필라멘트 및 멀티필라멘트로 제조되어 의류용, 산업용 등으로 용도가 확대되고 있다. 특히 최신 섬유 동향에 따라 고강도 및 고탄성률을 요구하는 고 기능성 폴리에틸렌 섬유에 관한 관심이 증가하고 있다.
미국특허 제4,228,118호에서는 수평균분자량이 20,000 이상, 중량평균분자량이 125,000 이하인 폴리에틸렌 수지를 사용하여 방사온도 220 내지 335℃에서 용융한 후 8홀인 노즐에 압출하여 열연신온도 115 내지 132℃, 핫 튜브온도 200 내지 335℃를 두고 최소 방사속도 30m/min로 권취한 후 20배 이상 연신하여 10 내지 20g/d의 섬유를 제조하였다. 하지만, 이러한 방법은 폴리에틸렌 섬유의 상업적인 제조에 있어 노즐 홀수 및 스핀드로우 방법에 따른 방사속도가 낮아 생산량에 한계가 있으며, 수십 내지 수백의 멀티필라멘트를 생산할 때 균제도 및 방사 작업성이 우수한 폴리에틸렌 섬유를 생산하는데 어려움이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제0909559호에서는 중량평균분자량이 300,000이하이고, 분자량분포지수인 중량평균분자량과 수평균분자량의 비(Mw/Mn)가 4.0이하이며, 고강도를 발현하는 고강도 폴리에틸렌 섬유에 대해 명시하고 있다. 하지만, 원료의 분자량분포지수를 4.0 이하로 제어하기가 어려우며, 분자량분포지수가 낮게 형성되어 고강도를 발현하기 위해서는 10배 이상 고연신이 필요하여 방사작업성 등이 공정성이 저하되는 문제점이 있다.
일반적으로 고강도 폴리에틸렌 섬유는 내절단성이 우수하여 산업용 안전장갑 등 산업용 물품으로 많이 사용되고 있으나, 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유로 제조되는 산업용 물품의 내절단성은 폴리에틸렌 섬유의 강도로만 발현되는 물성으로 고강도 폴리에틸렌 섬유의 강도가 균일하지 못하거나 특정 부분에서 강도가 약화될 경우 내절단성이 저하될 수 있는 문제점이 있었다.
더불어, 종래의 기술로 생산된 고강도 폴리에틸렌 섬유 중 용매를 사용하는 고강도 폴리에틸렌 섬유는 용매의 영향으로 폴리에틸렌 섬유의 백색도가 저하되어 사용용도가 제한되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 고강도 폴리에틸렌 섬유를 형성하는 폴리에틸렌 수지의 저장 탄성률과 손실 탄성률과의 관계에서 정의되는 tanδ를 조절하여 공정성이 향상된 폴리에틸렌 섬유를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 의한 폴리에틸렌 섬유는 섬유 표면에 마디를 형성하여 내절단성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제공하고자 한다.
본 발명은 폴리에틸렌 수지로 형성되어 주요 반복 단위가 에틸렌인 폴리에틸렌 섬유로서, 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10이며, 190 내지 290℃에서 tanδ가 1.0 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.
또한, 상기 tanδ가 1.2 내지 1.45인 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.
또한, 상기 폴리에틸렌 섬유의 표면에 다수의 마디부가 형성되는 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.
또한, 상기 폴리에틸렌 섬유의 강도가 12 내지 16g/d인 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제공한다.
또한, 상기의 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 것을 특징으로 는 물품을 제공한다.
또한, 상기 폴리에틸렌 물품은 내절단성 규격에 의한 레벨(Level)이 3 이상인 것을 특징으로 하는 물품을 제공한다.
또한, 상기 폴리에틸렌 물품은 내절단력이 4.0N 이상인 것을 특징으로 하는 물품을 제공한다.
본 발명에 따른 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유는 저장 탄성률과 손실 탄성률과의 관계에서 정의되는 tanδ가 조절된 폴리에틸렌 수지를 이용하여 고배율, 다단연신이 가능하여 강도가 우수한 효과가 있으며 방사, 연신 사절수가 최소화되어 공정 작업성이 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 표면에 대나무 형상과 같은 마디가 형성되어, 섬유 표면적을 증가시키고, 내절단성 측정 시 칼날이 접촉하였을 때 윤활작용을 하여 내절단성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 나타낸 사진이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 의한 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 나타낸 사진이다.
본 발명은 폴리에틸렌 수지로 형성되어 주요 반복 단위가 에틸렌인 폴리에틸렌 섬유로서, 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10이며, 190 내지 290℃에서 tanδ가 1.0 내지 1.5인 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.
폴리에틸렌 수지는 점성과 탄성을 가지는 고분자수지로서 용융시 탄성을 의미하는 저장 탄성률(Storage modulus)와 점성을 의미하는 손실 탄성률(Loss modulus) 값을 가지며 폴리에틸렌 수지를 용융하여 방사하는 공정에서 노즐면에서의 섬유의 거동은 수지의 저장 탄성률(storage modulus)와 손실 탄성률(loss modulus) 관계에 따라 달라진다.
상기 tanδ는 수지의 손실 탄성률을 저장 탄성률로 나눈 값으로 정의하며 tanδ 값이 커질수록 용융된 폴리에틸렌 수지의 탄성 영역이 작아지고 점성 영역이 커짐을 의미한다.
tanδ = G"/G'
G'=저장 탄성률
G"=손실 탄성률
상기 폴리에틸렌 수지의 방사 온도는 용융점보다 50℃ 이상에서 행해지며 300℃를 넘지 않은 것이 유리하다. 300℃를 넘게 되면 폴리에틸렌 수지의 분해가 발생되기 때문에 방사 공정, 연신 공정, 물성에 영향을 미친다.
상기 tanδ는 온도에 따라 변화되는 값으로 본 발명에 사용되는 폴리에틸렌 수지의 용융 방사 가능한 온도 영역인 190 내지 290℃에서 tanδ 값이 1.0 내지 1.5인 것이 바람직할 것이다.
상기 tanδ 값이 1.0 미만인 경우에는 용융되어 노즐을 통과하는 폴리에틸렌 수지의 점성이 낮아 방사 사절 발생빈도가 증가되어 작업성이 저하된다.
상기 tanδ 값이 1.5를 초과한 경우에는 노즐을 통과한 섬유의 탄성 영역이 소성 영역이 작아지는 범위보다 급격하게 낮아지게 되어 동일 토출량에서 방사 속도를 향상시킬 수 없고, 노즐드래프트를 높일 수 없게 되어 연신 시 더 많은 배율이 요구도나 연신 작업성이 좋지 않아 고강도를 발현하기 힘들고, 내절단성 성능이 저하된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 폴리에틸렌 수지는 압출기 내부, 스핀빔, 방사팩, 노즐에서 다른 온도 범위를 가지며 그에 따라 탄성영역과 소성영역 변화가 달라지게 되고 tanδ 값은 약 0.004565/℃ 증가한다.
상기 폴리에틸렌 수지의 탄성영역과 소성영역은 온도가 증가함에 따라 감소되며 감소폭은 저장 탄성률>손실 탄성률이다.
상기 tanδ는 190 내지 290℃에서 1.2 내지 1.45인 것으로 상기 tanδ의 범위인 경우 방사 및 연신 중에 tanδ가 적절히 조절되어 작업 공정성이 향상된다.
본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 형성하는 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 0.6 내지 2.0g/10min이고, 바람직하게는 0.8 내지 1.4g/10min인 폴리에틸렌 수지를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 용융지수가 0.6g/10min미만이면 압출기 내 폴리에틸렌 수지의 용융액의 흐름성이 좋지 못하여 방사속도를 높일 수 없고, 방사시 노즐면 사절 등의 원인으로 작용하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 용융지수가 2.0g/10min을 초과하는 경우 방사 작업성은 우수하나, 적정 방사온도에서 흐름성이 적합하지 않아 연신 후 고강도의 폴리에틸렌 섬유를 수득하기가 어려울 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 폴리에틸렌 수지는 중량평균분자량(Mw)이 100,000 내지 300,000이고, 분자량분포지수(중량평균분자량/수평균분자량, Mw/Mn)가 5 내지 10인 것이 바람직할 것이다.
상기 중량평균분자량(Mw)이 100,000 미만일 경우에는 방사시 방사 작업성이 좋아지나 고강도를 발현하는데 한계가 있고, 300,000을 초과하는 경우에는 용융방사시 압출기 내부에서 수지의 흐름성에 영향을 끼쳐 방사 균제도 및 작업성이 불리하게 작용할 수 있다.
상기 분자량분포지수가 5 미만일 경우에는 고강도를 발현하기 위해서 10배 이상의 고배율 연신이 필요하고, 그에 따른 모우나 연신롤러의 결점이 증가하여 연신사절횟수가 증가함에 따라 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 분자량분포지수가 10을 초과하는 경우 폴리에틸렌 수지 내 고분자량 폴리에틸렌과 저분자량 폴리에틸렌이 다수 혼재되어 있어 원활한 연신공정이 이루어질 수 없고, 그에 따라 고강도를 발현하는데 제한이 있다.
상기와 같은 폴리에틸렌 수지를 사용하여 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 본 발명의 폴리에틸렌 섬유는 도 1에서와 같이 섬유의 표면형상이 대나무 형상과 같이 마디가 형성된다.
상기 마디는 돌출된 마디부와 상기 마디부의 사이가 내측으로 만곡된 만곡부로 반복적으로 형성된다.
상기와 같이 섬유 표면에 형성되는 마디는 섬유 표면적을 증가시키고, 칼날이 접촉하였을 때 윤활작용을 하여 내절단성이 향상시킨다.
또한, 섬유 표면에 형성되는 마디는 빛을 난반사시켜 섬유의 백색도를 향상시키게 된다.
또한, 상기 마디부는 100㎛당 5~10개를 가지는 것이 바람직한 것으로 5개 미만인 경우에는 마디부로 인한 내절단성 향상 효율 및 백색도 향상이 미미할 수 있으며, 10개를 초과한 경우에는 연신율이 낮아져 강도가 저하될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유는 용융방사하여 미연신사를 형성하는 단계와 미연신사를 연신하는 연신단계로 제조될 수 있다.
상기 용융방사하여 미연신사를 형성하는 단계는 상기 tanδ, 분자량분포지수 및 용융지수가 제어된 폴리에틸렌 수지를 압출기에서 용융시키고, 노즐 핫튜브를 설치하여 1000m/min 이하의 저속으로 방사하고, 냉각 고화하여 미연신사를 제조할 수 있다.
상기 압출기의 내부는 온도 존(zone)을 4구역으로 나눌 수 있고, 각 온도 존의 온도범위는 200 내지 270℃, 바람직하게는 220 내지 250℃로 설정할 수 있다. 상기 온도범위가 200℃ 미만인 경우는 미연신사의 균제도가 좋아지나 방사시 정전기 발생 가능성이 높고, 연신공정에서 작업성이 떨어진다. 또한, 상기 온도범위가 270℃를 초과할 경우, 연신공정에서 연신배율을 향상시킬 수는 있으나, 미연신사의 냉각 고화가 어려워져 미연신사의 균제도가 저하되고, 연신시 연신사절횟수가 증가하여 품질이 떨어질 수 있다.
상기 방사 시 방사노즐은 60홀 내지 400홀인 것이 사용하여 본 발명의 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 미연신사는 다단연신롤러를 사용하여 연신단계를 실시할 수 있다.
본 발명의 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유는 3단 연신공정으로 연신하는 것이 바람직한 것으로 1단 연신온도는 60~100℃, 2단 연신온도는 80~120℃, 3단 연신온도는 100~120℃인 것이 바람직할 것이다.
상기 2단 연신온도는 상기 1단 연신온도 보다 높은 온도에서 연신하는 것이 바람직하며, 3단 연신온도 역시 상기 2단 연신온도 보다 높은 온도에서 연신하는 것이 바람직할 것이다.
상기 1단 연신온도와 2단 연신온도 범위아래에서는 연신할 경우 섬유에 충분한 열이 공급되지 않음으로써 연신이 불균일하게 형성되어 롤러표면에서 사절발생율이 증가되고, 모우 발생 빈도가 높아질수 있으며, 1단 연신온도와 2단 연신온도범위를 넘어서는 경우에는 롤러표면에서 섬유의 용융현상이 발생되어 롤러표면사절 및 모우발생율이 높아져 섬유품질이 저하될 수 있다.
상기 3단 연신은 섬유 열고정 및 섬유의 수축을 방지하기 위해 실시되는 것으로 실질적으로 연신은 1단, 2단 연신에서 실시되는 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유 표면의 마디는 상기 분자량분포지수와 용융지수가 제어된 폴리에틸렌 수지의 사용 및 상기와 같은 연신단계로 마디가 형성되는 것으로 추정되는 것으로 1,2단 연신단계에서 마디가 형성되며, 3단 연신단계에서 형성된 마디가 고정되는 것으로 추정된다.
상기와 같은 연신단계에서의 전체 연신비(DR)를 6 내지 10인 것이 바람직한 것으로 상기 전체 연신비(DR)가 6보다 낮으면 폴리에틸렌 섬유의 강도가 낮아지고, 10보다 높으면 연신 중 사절 발생이 심하여 폴리에틸렌 섬유의 품질이 저하될 수 있다.
상기와 같이 tanδ, 분자량분포지수 및 용융지수가 제어된 폴리에틸렌 수지의 사용 및 연신단계로 형성되는 본 발명에 따른 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유는 제조시에는 방사 작업성이 93% 이상으로 공정성이 향상되며, 강도가 12 내지 16g/d이고, 모노섬도는 0.5 내지 2.5이며, 가닥 수가 60 내지 400으로 우수한 물성을 가질 수 있다.
상기 고강도 폴리올레핀 섬유는 또한 광범위한 다른 유형의 물품들에 사용될 수도 있다.
비제한적인 예시는, 예를 들면, 냉장 유닛(예, 냉장고, 냉동고, 자동 판매기 등)을 위한 절연 물질들; 자동차 부품(예, 전면 또는 후면 시트, 헤드레스트, 암레스트, 도너 패널, 후면 선반/패키지 트레이, 스티어링 휠 및 내장 트림, 대쉬보드 등); 건축 패널 및 부품(예, 지붕, 벽 공동, 언더 플로어 등); 의류(예, 코트, 셔츠, 바지, 장갑, 앞치마, 작업복, 신발, 부츠, 모자, 양말 라이너 등); 가구 및 침구(예, 침낭, 이불 등); 유체 저장/이송 시스템(예, 액체/기체탄화수소, 액체 질소, 산소, 수소, 또는 원유의 파이프 또는 탱크); 극한 환경(예, 수중 또는 우주); 음식 및 음료 제품(예, 컵, 컵 홀더, 접시 등); 용기 및 병; 등을 포함한다.
또한, 폴리올레핀 섬유는, 일반적으로 신체의 일부에 대하여 맞게 되는 형상을 갖는 임의의 용품을 포함하는 것을 의미하는 "의복"에 사용될 수 있다. 이러한 용품의 예는, 제한 없이, 의류(예를 들어, 셔츠, 바지, 청바지, 슬랙스, 스커트, 코트, 액티브웨어, 운동복, 에어로빅, 및 체육복, 수영복, 사이클링 저지 또는 반바지, 수영복/욕실 수트(bathing suit), 레이스 수트, 땀복, 바디수트 등); 신발류(예를 들어, 신발, 양말, 부츠 등); 보호용 의류(예를 들어, 소방관 코트), 의류 액세서리(예를 들어, 벨트, 브라 스트랩, 사이드 패널, 장갑, 양말, 레깅스, 정형외과 교정기(orthopedic brace)등), 속옷(예를 들어, 언더웨어, t-셔츠 등), 압박 옷, 걸치는 옷(예를 들어, 킬트 샅바, 토가, 판초, 망토, 숄등)을 포함한다.
이하 본 발명에 따른 실시예로 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제조하였다. 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 6
용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 수지를 압출기에 투입하여 용융 폴리머를 압출시키고, 냉각 장치를 이용하여 냉각시킨 다음, 방사유제 부여 장치를 이용하여 방사유제를 부착하고, 유제가 부착된 미연신사를 권취하였으며, 상기 미연신사를 연신 및 열처리를 행하였다. 그 이후, 교락 장치 및 와인더를 이용하여 권취하여 본 발명에 따른 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제조하였다.
상기 연신은 다단연신롤러를 사용하여 3단 연신으로 연신하였으며, 1단 연신온도는 약 70±3℃, 2단 연신온도는 약 92±3℃, 3단 연신온도는 약 105±3℃에서 연신하였다.
각각의 실시예, 비교예에서 중량평균분자량, 분자량분포지수, 용융지수, tanδ, 전체 연신비(DR)은 하기 표 3,4의 조건과 같으며 그 외 방사조건은 동일하게 실시하였다.
도 1은 실시예 1의 폴리에틸렌 섬유 SEM 사진으로 일정간격으로 마디가 형성되는 것을 알 수 있다.
◈ 측정방법
상기 실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 5의 강도, 모우발생빈도, 내절단성 인덱스 및 레벨, 내절단력 등을 측정하였다.
상기 내절단성 인덱스 및 레벨, 내절단력은 상기 실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 5의 폴리에틸렌 섬유로 편물을 제조한 후 측정하였다.
실시예들의 모우 발생 빈도, 내절단성 레벨, 내절단력은 표 3, 비교예들의 모우 발생 빈도, 내절단성 레벨, 내절단력은 표 4에 나타내었다.
* 용융지수 측정 : ASTM D1238dp 의거하여 측정하였으며 측정온도는 190℃이며 추 무게는 고하중용융지수는 21.6kg, 용융지수는 2.16kg으로 정의 하였으며, 측정 중 프리히팅 5분, 프리러닝 3분 진행하였으며, 10회 측정한 값을 평균값으로 정의하였다.
* tanδ: 저장 탄성률과 손실 탄성률과의 관계에서 정의되며 폴리에틸렌 수지의 해당 온도에서 측정하였다.
tanδ = G"/G'
G'=저장 탄성률
G"=손실 탄성률
* 방사 작업성 평가(%) : 미연신사를 생산함에 있어 전체 생산된 원사(사절 없이 생산된 원사+사절되어 일부 권취된 원사)에서 사절없이 생산된 원사의 백분율로 계산하였다.
* 방사 사절수 평가 : 미연신사를 24시간 생산함에 있어 방사 공정 중 사절되는 횟수이다.
* 강도 측정방법 : 만능시험기 UTM(Universal Testing Mechine, INSTRON社)을 사용하여 ASTM D-2256에 의거하여 측정하였으며 측정 온도 20℃, 상대습도 65%하에서 300mm/min의 속도로 10회 측정한 값을 강도에 대해 평균 값으로 정의하였다.
강도는 만능시험기에 섬유를 파지하고 상기의 속도로 하중을 주어 인장하면 응력-변형 곡선이 나타나게 되는데, 인장하는 섬유가 절단될 때의 하중을 데니어(denier)로 나눈 값 g/d로 정의하였다.
* 모우 발생 빈도(공정 안정성 평가) : 총 생산된 원사에 대하여 100,000m 당 측정되는 모우 개수에 따라 발생 빈도를 평가하였다.
* 내절단성 인덱스 및 레벨 : 직물 혹은 편물의 내절단성 평가 방법은 EN388 규격에 의거하여 제조된 장치인 Mesdan사 Glove cut tester를 사용했다. 측정은 러버 지지체 위에 필터페이퍼가 감싸진 알루미늄 호일을 붙이고 대조 샘플 및 테스트 샘플을 위치한 후 테스트 전 대조 샘플과 테스트 샘플을 측정하여 5회 측정하여 아래와 같이 평가하여 인덱스를 계산하였다.
<내절단성 인덱스>
Sequence C
Control specimen		 T
Test specimen		 C
Control specimen		 I
Index
1 C1 T1 C2 i1
2 C2 T2 C3 i2
3 C3 T3 C4 i3
4 C4 T4 C5 i4
5 C5 T5 C6 i5
[내절단성 인덱스(I) 수식]
Figure 112018001583572-pat00001
<내절단성 레벨>
내절단성 index >1.2 >2.5 >5 >10 >20
내절단성 Level 1 2 3 4 5
* 내절단력(N) : 직물 혹은 편물의 내절단력 평가 방법은 ISO13997 규격에 의거하여 제조된 장치인 Satara사 STM610 모델을 사용했다. 절단은 힘의 범위가 시료 표면에 수직인 칼날에 적용될 때, 20mm의 칼날질에 재료를 자를 때 필요한 내절단력으로 측정하며 측정 순서는 시료와 칼날 사이를 일정한 힘이 점진적으로 가해지며 5초 이내에 자르기를 시작하고 5mm와 50mm 사이의 절단 길이로 적어도 15개 기록이 얻어질 때까지 다른 힘으로 시험을 반복하여 평가한다.
내절단력은 5mm에서 15mm, 15mm에서 30mm, 30mm에서 50mm 범위에서 얻어지며, 보정계수 C와 절단 길이를 곱한 값을 그래프화 하여 절단길이 20mm일 때의 힘을 내절단력으로 측정한다.
<내절단력 보정계수>
C = K/l
C는 보정계수, l은 5.0N 네오프렌상 절단동작길이 mm, K=20
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
방사온도(℃) 290 290 270 250 290
중량평균분자량(g/mol) 250000 250000 180000 130000 250000
분자량분포지수 7.6 7.6 7.6 8.5 7.6
용융지수
(g/10min)		 0.9 0.9 1.0 1.2 0.9
tanδ 1.35 1.42 1.28 1.24 1.35
방사 작업성(%) 95.0 93.2 98.1 98.6 98.2
방사 사절수
(회/day)		 3 2 3 2 2
연신비(DR) 8 8.3 8 8.5 8
섬도(De) 400 400 410 400 200
강도(g/d) 15.2 15.1 15.2 15.1 15.8
모우 발생 빈도
(개/10만m)		 4 8 4 4 6
내절단성 레벨 3 3 3 3 3
내절단력(N) 10.4 9.8 10.6 7.8 10.4
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
방사온도(℃) 230 290 270 230 270 230
중량평균분자량(g/mol) 250000 330000 80000 130000 250000 76000
분자량분포지수 7.6 8.2 5.8 7.6 7.6 10.2
용융지수
(g/10min)		 0.9 0.4 2.0 1.2 0.9 5.5
tanδ 1.59 1.72 1.13 1.02 1.68 1.64
방사 작업성(%) 88.0 85.1 93.2 68.6 90.6 72.2
방사 사절수
(회/day)		 15 20 5 16 16 18
연신비(DR) 8 4 8.5 8.3 8 8.5
섬도(De) 410 840 380 410 200 360
강도(g/d) 14.9 12.6 11.8 14.1 14.8 13.6
모우 발생 빈도
(개/10만m)		 18 68 4 8 16 32
내절단성 레벨 3 2 2 2 3 2
내절단력(N) 9.4 3.2 3.1 7.8 8.8 3.6
표 3 및 표 4에서와 같이 폴리에틸렌 수지의 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10의 범위이며, tanδ가 1.0 내지 1.5로 조절된 폴리에틸렌 수지로 형성된 실시예 1 내지 5는 모두 모우 발생 빈도가 10이하로 공정 안정성이 매우 우수하나, tanδ의 범위가 1.0 내지 1.5를 벗어나거나, 용융지수가 0.6 내지 2g/10min의 범위를 벗어나는 비교예 1 내지 5는 모우 발생 빈도가 10이상으로 공정 안정성이 낮거나, 강도가 낮은 것을 알 수 있다.
또한, tanδ의 범위가 1.2 내지 1.45일 때 공정성 및 강도 등이 우수한 것으로 tanδ의 범위는 1.2 내지 1.45인 것이 가장 바람직할 것이다.
또한, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 5는 강도가 비교예 1 내지 5에 비해 매우 우수하며, 내절단성 레벨 및 내절단력 역시 비교예 1 내지 5 보다 우수한 것을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 폴리에틸렌 수지로 형성되어 주요 반복 단위가 에틸렌인 폴리에틸렌 섬유로서,
    상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이며, 분자량 분포지수가 5 내지 10이고, 190 내지 290℃에서 tanδ가 1.0 내지 1.5며,
    폴리에틸렌 섬유의 표면에 연신단계에서 다수의 마디부가 형성되어 상기 마디부는 100㎛당 5~10개가 형성되고,
    상기 폴리에틸렌 섬유의 강도가 12 내지 16g/d이고, 모우 발생이 100,000m 당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 tanδ가 1.2 내지 1.45인 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항의 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 물품은 내절단성 규격에 의한 레벨(Level)이 3 이상인 것을 특징으로 하는 물품.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 물품은 내절단력이 4.0N 이상인 것을 특징으로 하는 물품.
  8. 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법에 있어서,
    용융지수가 0.6 내지 2g/10min이며, 분자량 분포지수가 5 내지 10이고, 190 내지 290℃에서 tanδ가 1.0 내지 1.5인 폴리에틸렌 수지를 용융방사하여 미연신사를 형성하는 단계,
    상기 미연신사를 다단연신롤러를 통해 연신하여 섬유의 표면에 다수의 마디부와 상기 마디부의 사이에 내측으로 내입된 만곡부를 형성시키는 연신단계를 포함하되,
    상기 마디부는 100㎛에 5개 내지 10개가 형성된 것을 특징으로 하는 공정성이 향상된 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
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