KR102052832B1 - Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법 - Google Patents

Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법은 Oxi-PAN 파이버 및 아라미드 파이버를 오프너(opneer)에 통과시켜 상기 Oxi-PAN 파이버와 상기 아라미드 파이버가 섞인 혼방 파이버를 제조하는 혼섬 단계; 상기 혼방 파이버를 카딩기(carding machine)에 통과시켜 카딩한 다음 믹싱기(mixing machine)에 통과시켜 믹싱된 혼방 파이버를 제조하는 단계; 상기 믹싱된 혼방 파이를 연신 장치(dratfing machine)에 통과시켜 슬라이버(sliver)를 제조하는 슬라이버 제조 단계; 및 상기 슬라이버를 트위스팅하여 복합방적사를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법{manufacturing method of stretchable and flame-resistant composite spun yarn using Oxi-PAN fiber}
본 발명은 방적사 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, Oxi-PAN 파이버를 이용하여 신축성이 우수하면서도 내염성이 강한 복합방적사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
소방관이나 안전요원은 화재, 사고, 재해 등이 발생했을 때 인명구조활동을 주요한 임무로 하고 있거 이들이 착용하는 보호복에 요구되는 성능에는 최신의 기술을 도입한 방호성이나 내구성은 물론, 활동하기 쉽고 착용자에게 부담경감과 착용감 증가 등 쾌적성에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 소방공무원은 화재진압 등 근무 중 다양한 사고에 노출되어 있으며 이로 인해 소방공무원 개인뿐만 아니라 소방력 약화로 인하여 궁극적으로 대국민 소방서비스의 질적 저하가 우려되고 있다.
이러한 우려를 불식시키기 위해 소방공무원의 안전사고 최소화와 신속하게 화재를 진압할 수 있도록 신축성 및 쾌적성이 우수한 소방용 특수 방화복 및 활동복 개발이 필요하다. 이에 기존의 소재보다 세섬인 신축성 Oxi-PAN 파이버, 아라미드 파이버 등의 복합소재가 개발되면 소방용 특수방화복뿐만 아니라, 경찰특공대 복, 난연 전투복, 항공조정복, 난연작업복, 안전화 등에도 활용할 수 있어 국내외 제품의 경쟁력 강화와 부가가치 상승으로 수출증대 및 고용창출이 가능할 것으로 기대된다. 그러나 Oxi-PAN 파이버는 자체 강도가 약하여 방적 과정 중에 분사가 날릴 가능성 및 파이버가 손상을 입을 가능성이 높은 문제점이 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, Oxi-PAN을 이용한 복합방적을 통하여 신축성 및 착용쾌적성이 우수한 고기능성 내염 복합방적사를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법은, Oxi-PAN 파이버 및 아라미드 파이버를 오프너(opneer)에 통과시켜 상기 Oxi-PAN 파이버와 상기 아라미드 파이버가 섞인 혼방 파이버를 제조하는 개섬 단계; 상기 혼방 파이버를 카딩 장치(carding machine)에 통과시켜 카딩한 다음 믹싱기(mixing machine)에 통과시켜 믹싱된 혼방 파이버를 제조하는 단계; 상기 믹싱된 혼방 파이버를 연신 장치(dratfing machine)에 통과시켜 슬라이버(sliver)를 제조하는 슬라이버 제조 단계; 및 상기 슬라이버를 트위스팅하여 복합방적사를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 내염 복합방적사 제조 방법은, 상기 Oxi-PAN 파이버와 상기 아라미드 파이버의 포합성 증가를 위하여 집속제를 분사하여 숙성시키는 에이징(aging) 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 Oxi-PAN 파이버 및 상기 아라미드 파이버가 50mm 내지 75mm의 섬유장을 갖고, 상기 아라미드 파이버가 1.5 내지 2.0 데니어의 섬도를 갖고, 상기 아라미드 파이버가 상기 Oxi-PAN 파이버에 비해 높은 2.0 내지 2.5 데니어의 섬도를 갖는 경우, 상기 혼방 파이버에 대한 카딩은, 3mm 내지 4mm 길이의 침포에 의하여 수행되며, 침포 밀도는, 가로 세로 1인치당 120개 내지 150개일 수 있다.
상기 연신 장치에 의한 연신은, 25℃ 내지 30℃의 온도 및 75% 내지 80%의 습도 하에서 수행될 수 있다.
상기 혼방 파이버는, 5 중량% 내지 10 중량%의 PBO(Polybenzoxazole)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법은, 방적 과정에서 발생할 수 있는 Oxi-PAN 파이버의 손상과 Oxi-PAN 파이버의 분사 날림 현상을 최소화함과 동시에 신축성 및 착용감이 우수한 고기능성 복합방적사를 제조할 수 있는 효과를 제공할 수 잇다.
도 1은 본 발명에 따른 Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법의 일예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 시스템의 일예를 나타내는 블락도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사가 적용되는 특수복의 일종인 소방복에 적용된 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사가 적용되는 특수복의 일종인 방염 내의에 적용된 것을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상 또는 기능상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법의 일예를 나타내는 흐름도이다. 도 2는 본 발명에 따른 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 시스템(100)의 일예를 나타내는 블락도이다. 상기 제조 시스템(100)은 에이징 룸(aging room, 110), 오프너(opener, 120), 카딩기(carding machine, 130), 믹싱 장치(mixing machine, 140), 연신 장치(drafting machine, 150) 및 정방기(spinning machine, 160)를 포함한다. 한편, 상기 제조 시스템(100)의 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 상기 제조 시스템(100)은 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다. 이하 도 2를 참조하여 도 1에 도시된 내염 복합방적사 제조 방법을 설명한다.
먼저, Oxi-PAN 파이버와 아라미드파이버를 에이징 룸(110)에서 에이징한 다음, 오프너(120)를 통과시켜 Oxi-PAN 파이버와 아라미드 파이버가 섞인 혼방 파이버를 제조하는 개섬 단계가 수행된다(S100). 여기서, Oxi-PAN 파이버에 PAN 섬유를 안정화 공정을 거친 것으로 Oxidized PAN이라 하며, 케블라나 유리섬유 등과 같이 내염성이 높으면서도 유연성인 높아, 이를 소방복이나 내열 방화복, 용접복 등에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러므로 Oxi-PAN 파이버와 아라미드파이버를 혼섬하면 내염성이 우수하면서도 신축성이 좋은 방적사 및 직물을 제조할 수 있다.
한편,Oxi-PAN 파이버와 아라미드 파이버는 원료의 성질이 다르고 아라미드 파이버는 표면 마찰력이 작아 양자는 서로 잘 혼섬되지 않는데 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 에이징 단계에서는 Oxi-PAN 파이버와 아라미드 파이버의 포합성 증가를 위하여 집속제를 분사하여 숙성시키는 것이 바람직하다.
아라미드 섬유는 메타 아라미드 파이버일 수도 있고, 파라 아라미드 파이버일 수도 있다. 그리고 내염성을 더 향상시키기 위해서는 Oxi-PAN 파이버 및 아라미드 파이버와 함께 PBO(Polybenzoxazole) 파이버를 함께 에이징 및 혼섬할 수 도 있다. 그러나 PBO의 경우 단가가 높은 그 비율은 적절한 선(예컨대, 5 중량% 내지 10 중량%)으로 제한됨이 바람직하다.
파이버들이 개섬된 다음에는, 상기 혼방 파이버를 카딩 장치(130)에 통과시켜 카딩한 다음 믹싱 장치(140)에 통과시켜 믹싱된 혼방 파이버를 제조하는 단계가 수행된다(S110). Oxi-PAN 파이버는 신축성은 좋으나 아라미드 파이버에 비하여 강도가 약하여 카딩 단계에서 손상을 입을 가능성이 높다. 그러므로 카딩 단계에서는 아라미드 파이버만을 카딩하는 경우에 비하여 침포의 길이는 증가시키고, 침포의 밀도는 감소시키며, 침도의 재질은 보다 부드러운 재질로 하는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 Oxi-PAN 파이버 및 상기 파라아라미드 파이버가 50mm 내지 75mm의 섬유장을 갖고, 상기 Oxi-PAN 파이버가 1.5 내지 2.0 데니어의 섬도를 갖고, 상기 파라아라미드 파이버가 상기 Oxi-PAN 파이버에 비해 높은 2.0 내지 2.5 데니어의 섬도를 갖는 경우를 가정한다. 아라미드만의 카딩은 2mm 이하 길이의 침포를 이용하고 가로 세로 인치당 150개 이상의 침포 밀도를 갖는데, 상기 혼방 파이버에 대한 카딩은 3mm 내지 4mm 길이의 침포에 의하여 수행되며 침포 밀도는 가로 세로 1인치당 120개 내지 150개 범위일 수 있다.
믹싱 단계가 수행된 다음에는, 상기 믹싱된 혼방 파이를 연신 장치(150)에 통과시켜 슬라이버(sliver)를 제조하는 슬라이버 제조 단계가 수행된다(S120). 통상의 연신은 25℃ 미만의 온도와 70% 이하여 습도하에서 이루어지는 반면, 본 발명에서의 연신은 25℃ 내지 30℃의 온도 및 75% 내지 80%의 습도 하에서 수행되는 것이 바람직하다. 이는 고온을 가하여 아라미드 파이버 및 Oxi-PAN 파이버를 부드럽게 하고 파이들이 습기를 머금게 하여 파이버들의 혼섬도와 포합성을 증가시기 위함이다.
슬라이버가 제조되면, 상기 슬라이버를 상기 정방기(160)에서 트위스팅하여 복합방적사를 제조하는 단계가 최종적으로 수행된다(S130). 정방 과정에서는 원료의 성질 차이에 다른 방적사의 균제도를 고려하여 슬라이버의 공급량을 조절하거나 방출 스피드를 조절하는 것이 필요하다. 한편, 본 발명에 따른 내염 복합방적사 제조 방법에서는 코밍(combing) 공정은 수행되지 않는 것이 바람직하다. 이는 코밍 공정에 의하여 강도가 약한 Oxi-PAN 파이버가 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사가 적용되는 특수복의 일종인 소방복에 적용된 것을 나타낸다. 도 4는 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사가 적용되는 특수복의 일종인 방염 내의에 적용된 것을 나타낸다.
본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사를 이용하여 제조된 Oxi-PAN 직물은 소방복의 외피에 적용될 수 있다. 이 경우, 기존의 신축률 2% 미만의 아라미드 직물에 편안한 착용감을 제공할 수 있다. 그리고 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사를 이용하여 제조된 Oxi-PAN 니트는 활동성 강화를 위하여 무릎 관절각, 팔꿈치 관절각 및 소매 부분에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사를 이용하여 제조된 Oxi-PAN 니트는 화재 진압 시 소방관들이 소방복 안에 착용하는 방염 내의에 적용될 수 있는데, 일반 의류에 비하여 신체 보호 역할을 충실히 하면서도 편안한 착용감을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사로 제조된 Oxi-PAN 직물은 40 중량% 내지 50중량%의 Oxi-PAN 파이버를 포함하면서 나머지는 아라미드 파이버나 PBO 파이버를 포함하고 있고, KS K 0352 시험규격에 따라 적어도 7% 이상의 신축성을 가질 수 있다. 그러므로 통상의 내염 직물이 2% 이하의 신축성을 가지므로, 상기 Oxi-PAN 직물은 신축성이 매우 높아 상기 Oxi-PAN 직물로 제조된 소방복 등의 특수의복은 기존의 제품들에 비하여 우수한 착용감을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 따라 제조된 Oxi-PAN 복합방적사는 다양한 혼합 비율로 제조될 수 있다. 제1 예에서 상기 Oxi-PAN 복합방적사는 Oxi-PAN 파이버 50 중량% 및 파라 아라미드 파이버 50 중량%의 혼합비를 가질 수 있다. 제2 예에서 상기 Oxi-PAN 복합방적사는 Oxi-PAN 파이버 50 중량%, 메타 아라미드 40 중량% 및 PBO 파이버 10 중량%의 혼합비를 가질 수 있다. 제3 예에서 상기 Oxi-PAN 복합방적사는 Oxi-PAN 파이버 10 중량%, 파라 아라미드 55 중량% 및 PBO 파이버 5 중량%의 혼합비를 가질 수 있다. 그러나 본 발명에서의 혼합비가 상술한 예들로 한정되는 것은 아니다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 복합방적사 제조 시스템 110: 에이징 룸
120: 오프너 130: 카딩 장치
140: 카딩 장치 150: 연신 장치
160: 정방기

Claims (5)

  1. 각각이 50mm 내지 75mm의 섬유장을 갖는 Oxi-PAN 파이버 및 아라미드 파이버를 오프너(opener)에 통과시켜 상기 Oxi-PAN 파이버와 아라미드 파이버가 섞인 혼방 파이버를 제조하는 개섬 단계;
    상기 혼방 파이버를 카딩 장치(carding machine)에 통과시켜 카딩한 다음 믹싱기(mixing machine)에 통과시켜 믹싱된 혼방 파이버를 제조하는 단계;
    상기 믹싱된 혼방 파이버를, 75% 내지 80%의 습도에서, 연신 장치(dratfing machine)에 통과시켜 슬라이버(sliver)를 제조하는 슬라이버 제조 단계; 및
    상기 슬라이버를 트위스팅하여 복합방적사를 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 카딩 장치는,
    가로세로 인치당 120개 내지 150개의 침포 밀도를 가지되, 상기 침포는
    3mm 내지 4mm 길이를 가지는 것을 특징으로 하며,
    상기 믹싱된 혼방 파이버에 대한 코밍(combing) 공정은 수행되지 않는 것을 특징으로 하는, Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내염 복합방적사 제조 방법은,
    상기 Oxi-PAN 파이버와 상기 아라미드 파이버의 포합성 증가를 위하여 집속제를 분사하여 숙성시키는 에이징(aging) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연신 장치에 의한 연신은,
    25℃ 내지 30℃의 온도하에서 수행되는 것을 특징으로 하는, Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼방 파이버는,
    5 중량% 내지 10 중량%의 PBO(Polybenzoxazole)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, Oxi-PAN 파이버를 이용한 신축성이 우수한 내염 복합방적사 제조 방법.
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