KR102134079B1 - 복합 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 섬유에 관한 것으로, 이러한 복합 섬유는 코어 및 코어를 덮는 피복을 포함하고, 피복의 융점이 코어의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮은 것을 특징으로 한다.

Description

복합 섬유{CONJUGATED FIBER}
본 발명은 섬유, 더욱 상세하게는 복합 섬유에 관한 것이다.
종래의 인공 섬유는 일반적으로 단일 성분의 섬유, 즉 단일의 재료로 제조된다. 단일 성분의 섬유 재료와 관련하여, 고융점을 갖는 폴리머는 섬유에 양호한 강도를 제공할 수 있다. 한편, 이러한 섬유는 스티프(stiff)하고 저탄성을 가질 수 있으며, 그 외관은 플라스틱과 유사할 수 있고 저렴하게 공급될 수 있다. 반면에, 저융점을 갖는 폴리머의 경우 소프트한 핸들링(부드러운 촉감) 및 양호한 탄성을 섬유에 제공할 수 있지만, 강도 및 내마모성이 감소될 수 있어 수용하기 어렵다. 이러한 관점에서, 저융점 폴리머와 고융점 폴리머의 장점을 모두 갖는 섬유를 제공할 필요성이 대두되었다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점의 해결이 가능한 복합 섬유를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 복합 섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 제공되는 복합 섬유는 코어 및 코어를 덮는 피복으로 구성된다. 피복의 융점은 코어의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮도록 구성된다.
본 발명에 따라 제공되는 복합 섬유의 제조 방법은:
(a) 코어 재료 및 피복 재료를 제공하는 단계;
(b) 코어 재료 및 피복 재료를 용융시키는 단계; 및
(c) 코어 재료 및 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너레(spinneret)를 통해 압출하여 복합 섬유를 공동 형성하는 단계;를 포함하고,
이때, 피복 재료의 융점은 코어 재료의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮도록 구성되며, 코어 재료는 복합 섬유의 코어를 형성하고, 피복 재료는 코어를 덮는 복합 섬유의 피복을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 상기 언급된 문제점의 해결이 가능한 복합 섬유 및 그 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 복합 섬유의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예에 따른 복합 섬유를 제조하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예에 따른 복합 섬유(1)의 단면도이다. 복합 섬유(1)는 코어(11) 및 피복(12)을 포함한다. 그러나 다른 실시예에서, 복합 섬유(1)의 단면은 도 1에 도시된 것과 상이할 수 있다. 피복(12)은 코어(11)를 커버하도록 구성되며, 피복(12)의 융점은 코어(11)의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮도록 구성된다. 즉, 피복(12)의 융점은 코어(11)의 융점보다 낮고, 그 차이는 60 ℃ ~ 160 ℃이다.
이하 본 명세서에서, "섬유"는 그의 폭의 1000 배 이상의 길이를 갖는다. 바람직하게는, 본 발명의 복합 섬유(1)는 필라멘트 섬유(또는 소위 필라멘트)이며, 이는 연속적인 길이를 갖는 섬유이다. 예컨대, 필라멘트 섬유의 폭 대 길이의 비는 108 보다 크다.
예컨대, 섬유는 일반적으로 결정질 영역(crystalline region) 및 비정질 영역(amorphous region)을 포함한다. 비정질 영역에 대한 결정질 영역의 비율을 조정함으로써 섬유의 특성을 최적화할 수 있다. 일반적으로 결정질 영역의 비율이 높을수록, 섬유는 단단하고 스티프하며 저탄성 및 고융점의 특성을 가질 수 있다. 반면에 결정질 영역의 비율이 낮을수록, 섬유는 소프트하고 고탄성 및 저융점의 특성을 가질 수 있으며, 통상적으로 핫멜트 접착제일 수 있다. "핫멜트 접착제"란 가열에 의해 용융될 수 있는 물질을 말하며, 이러한 용융 상태에서 접착성을 갖는다.
"복합 섬유(1)", 또는 이른바 합성 섬유(composite fiber)라든가 또는 다성분 섬유는 2종 이상의 상이한 성분을 포함하는 섬유를 의미한다. 이들 성분은 각각 상이한 물리적 또는 화학적 특성을 가지며, 복합 섬유(1) 내에서 서로 식별 가능하도록 구성된다. 예컨대, 두개의 성분 사이에는 명확한 경계가 있다.
"코어(11)", 즉 코어부 또는 코어층은 복합 섬유(1)의 내부를 말한다. "피복(12)", 즉 피복부 또는 피복층은 코어(11)의 적어도 일부를 덮고 있는 복합 섬유(1)의 외층을 지칭한다. 코어(11)와 피복(12)에 의해 복합 섬유(1)를 공동으로 형성한다. 바람직하게는, 피복(12)은 코어(11)의 전체 둘레를 커버한다. 코어(11)와 피복(12)은 동심원 형태로 구성될 수 있다. 대안적으로, 코어(11)와 피복(12)은 동심원 형태로 구성되지 않을 수 있으며, 예컨대 편심형 코어-피복 구조로 형성될 수도 있다.
일부 실시예에서, 복합 섬유(1)는 단일 코어(11) 및 단일 피복(12)을 포함 할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 복합 섬유(1)는 소위 "바다 위의 섬들(islands in a sea)" 구조와 같이, 복수의 코어(11)를 커버하는 단일 피복(12)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 코어(11)를 층별로 덮는 복수의 피복(12)과 같은 다층식 구조를 배제하지 않는다. 예컨대, 복합 섬유(1)는 코어(11)를 직접 커버하는 제1피복, 및 제1피복을 커버하는 제2피복을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 코어(11), 피복(12) 및 복합 섬유(1)의 단면 형상에 대한 제한이 없다. 예컨대, 복합 섬유(1)의 단면은 원형, 타원형, 삼각형, 정사각형 또는 십자형일 수 있다. 또한, 코어(11) 및 피복(12)의 단면 형상은 서로 동일하거나 또는 상이할 수도 있다.
코어(11) 및 피복(12)은 폴리머 엘라스토머(polymeric elastomer)와 같은 폴리머로 형성되거나 제조될 수 있다. 또한, 코어(11) 및 피복(12)은 각각 단일 재료로 형성될 수 있거나, 또는 상이한 조성 및/또는 융점을 갖는 2개 또는 2개 이상의 재료를 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 피복(12)은 열가소성 엘라스토머로 형성될 수 있다. 코어(11)는 열가소성 폴리머 또는 열경화성 폴리머로 형성될 수 있지만, 적용 및 생산상의 문제로 인하여 열가소성 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다. 열가소성 폴리머는 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE) 및 열가소성 폴리올레핀(TPO)을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
이하, 본원에서 "열가소성 물질" 또는 "열가소성"이란 용어는 특정 온도 이상에서 유연해지거나 성형 가능하도록 변화되는 한편, 냉각시 고형화되는 물질을 의미한다. "엘라스토머"라는 용어는 점탄성(즉, 점도 및 탄성), 매우 약한 분자간 힘, 일반적으로 낮은 탄성 계수(Young's modulus) 및 높은 파괴 변위(failure strain)와 같이 고무와 유사한 특성을 갖는 물질을 의미한다. 예컨대, 엘라스토머의 탄성 계수는 약 3 MPa 정도로 낮을 수 있으며, 5%에서 700%까지 가역적으로 확장될 수 있다.
TPU는 예컨대, 주로 아디프산 에스테르(adipic acid ester)에서 추출한 폴리에스테르계 TPU, 및 주로 테트라하이드로퓨란 에테르(tetrahydrofuran ether)를 주성분으로 하는 폴리에테르계 TPU를 포함한다. 예컨대, TPEE는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함한다. 예컨대, TPO는 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)을 포함한다.
본 발명의 복합 섬유(1)는 피복(12)의 융점이 코어(11)의 융점보다 약 60 ℃ 내지 약 160 ℃ 정도 낮도록 구성된다. 즉, 피복(12)은 저융점을 갖는 반면, 코어(11)는 고융점을 가지며, 그 차이는 약 60 ℃ 내지 약 160 ℃이다. 바람직하게는, 피복(12)의 융점은 코어(11)의 융점보다 약 60 ℃ 내지 약 140 ℃ 낮다. 더욱 바람직하게는, 피복(12)의 융점은 코어(11)의 융점보다 약 80 ℃ 내지 약 120 ℃ 낮다.
피복(12)의 융점이 낮기 때문에, 복합 섬유(1)를 핫멜트 사(yarn) 또는 실(thread)로 이용 가능하다. 즉, 하나 이상의 복합 섬유(1)로 형성된 직물에 있어서, 피복(12)의 융점이 낮기 때문에, 피복(12)은 핫멜트 접착제로서 열이나 또는 압력에 의해 용융되어, 이로부터 형성된 직물 내에서 복합 섬유(1)의 적어도 하나의 연결부를 형성하거나 또는 다른 직물과의 연결부를 형성할 수 있다. 또한, 직물의 외관, 질감 등을 최적화할 수 있다. 반면, 코어(11)의 융점이 높기 때문에, 복합 섬유(1)의 구조용 강도, 핸들링(손 촉감) 및 크기를 유지할 수 있으므로, 따라서, 복합 섬유(1)로 형성된 직물은 본래의 크기 및 형상을 유지할 수 있고, 너무 소프트하지 않도록 구성된다. 직물이 가열되거나 또는 가압되더라도 코어(11)는 용융되지 않으므로, 따라서 직물의 크기는 열이나 또는 압력에 의해 영향을 받지 않을 수 있으며, 직물의 형태가 크게 변화하지 않도록 구성된다.
일반적으로 폴리머의 융점은 단일값이라기 보다는 소정 범위 이내의 값이며, 융점은 생산 조건에 따라 달라질 수 있다. 즉, 폴리머의 융점은 일괄 생산분마다 상이할 수 있다. 코어(11)와 피복(12)의 융점의 차가 60 ℃ 미만일 경우에는, 피복(12)이 열이나 또는 압력에 의해 용융될 때, 코어(11)도 또한 부분적으로 용융될 수 있다. 또한, 코어(11)와 피복(12)의 융점의 차가 160 ℃를 초과할 경우에는, 코어(11)와 피복(12)간의 접합 강도가 약해져 복합 섬유(1)의 제조가 어려워질 수 있다.
한편, 코어(11)의 융점이 높기 때문에, 복합 섬유(1)는 충분한 인성(tenacity) 및 적절한 연신율을 갖도록 구성된다. 피복(12)의 융점이 낮기 때문에, 복합 섬유(1)는 낮은 초기 탄성 계수를 가지므로, 따라서 직조에 적합하다. 본 발명의 복합 섬유(1)는 소프트한 핸들링, 높은 소성율, 양호한 물리적 특성 및 개선된 내마모성을 갖는다.
일부 실시예에서, 코어(11)의 재료는 TPU, TPEE 및 TPO로 이루어진 군으로부터 선택된다. 코어(11)의 융점은 180 ℃ 이상, 200 ℃ 이상 또는 220 ℃ 이상일 수 있다. 예컨대, 코어(11)의 융점은 약 180 ℃ 내지 약 270 ℃ 일 수 있다.
예컨대, 코어(11)는 약 180 ℃보다 큰 융점을 갖는 TPEE로 제조될 수 있고, TPEE는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
바람직하게는 코어(11)의 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트이고, 고유 점도는 70 cm3/g 내지 110 cm3/g 일 수 있다.
마찬가지로, 피복(12)의 재료는 TPU, TPEE 및 TPO로 이루어진 군으로부터 선택 될 수 있다. 피복(12)의 융점은 약 60 ℃ 내지 약 120 ℃의 범위일 수 있다.
예컨대, 피복(12)은 120 ℃ 보다 낮은 융점을 갖는 TPU, 또는 저밀도 폴리에틸렌과 같이 120 ℃ 보다 낮은 융점을 갖는 TPEE로 제조될 수 있다.
복합 섬유(1)에서, 코어(11) 및 피복(12)의 재료는 상이한 융점을 갖는 TPU와 같이 상이한 융점을 갖는 동일한 유형의 폴리머로부터 선택될 수 있다. 대안적으로, 코어(11) 및 피복(12)은 상이한 유형의 폴리머로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 동일한 유형의 폴리머로 제조된 코어(11) 및 피복(12)은 개선된 결합 강도를 갖도록 제공될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 코어(11)와 피복(12)은 모두 TPU로 제조되므로, 따라서 복합 섬유에는 소프트한 핸들링 감각이 제공된다.
본 발명에 있어서, 복합 섬유(1)의 코어(11)와 피복(12)의 비율은 한정되지 않는다. 그러나, 일부 실시예에서, 코어(11)와 피복(12)의 체적 비율은 바람직하게는 2 : 8 내지 8 : 2의 범위, 예컨대 3 : 7 내지 7 : 3의 범위, 4 : 6 내지 6 : 4의 범위, 또는 약 5 : 5의 범위이다. 코어(11)와 피복(12)의 체적 비율을 조정함으로써, 복합 섬유(1)의 강성, 탄성, 열 융착성 및 적합한 가열 가압 온도를 최적화 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 복합 섬유(1)는 광범위한 용도를 가질 수 있도록 구성된다.
일부 실시예에서, 코어(11)의 쇼어(shore) D 경도는 60D보다 클 수 있고, 피복(12)의 쇼어 A 경도는 80A보다 작을 수 있다. 상기 쇼어 A 경도 및 쇼어 D 경도는 ASTM D2240-15에 따라 측정될 수 있다. 일부 실시예에서, 코어(11)의 쇼어 D 경도는 60D 내지 90D, 또는 그 이상일 수 있다. 피복(12)의 쇼어 A 경도는 40A 내지 80A 일 수 있다. 경도를 조정함으로써, 복합 섬유(1)의 강도 및 탄성이 더욱 최적화 될 수 있다.
복합 섬유(1)는 코어 및 피복 스핀너레를 사용하여 코어(11)와 피복(12)을 동시에 압출하는 방식 등의 공유 압출 성형 방법(co-extrusion)에 의해 제조될 수 있다. 또한, 코어(11)를 먼저 형성한 다음, 코팅 방법을 사용하여 코어(11)의 외주부에 피복(12)을 형성할 수도 있는데, 본 발명에서는 이에 한정되지 않는다.
도 2는 전술한 복합 섬유(1)와 같은 본 발명의 일부 실시예에 따른 복합 섬유의 제조 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 코어 재료(단계 20) 및 피복 재료(단계 22)가 제공된다. 피복 재료의 융점은 코어 재료의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮다. 코어 재료 및 피복 재료는 상술한 복합 섬유(1)의 코어(11) 및 피복(12)의 재료들을 참조하여 선택될 수 있으므로, 중복하여 기술하지 않는다. 코어 재료 및 피복 재료는 그의 정확한 물적 특성에 따라 상이한 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 열가소성 폴리머는 일반적으로 펠릿의 형태로 제공된다.
생성된 복합 섬유의 섬유 형태 및 물리적 특성에 대한 요구를 충족시키기 위해, 코어 재료 및 피복 재료는 바람직하게는 300ppm 미만, 또는 심지어 100ppm 미만과 같은 낮은 수분 함량으로 제공된다. 따라서, 코어 재료 및 피복 재료를 용융시키기 전에, 상기 방법은 코어 재료를 건조(단계 24)시키고, 및 피복 재료를 건조(단계 26)시킴으로써 이들의 수분 함량을 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 건조 온도는 물질의 용융 온도보다 더 낮을 수 있다. 예컨대, 코어 재료는 약 90 ℃ 내지 약 120 ℃, 바람직하게는 약 100 ℃ 내지 약 120 ℃의 온도에서 건조될 수 있다. 피복 재료는 약 40 ℃ 내지 약 70 ℃, 바람직하게는 약 50 ℃ 내지 약 60 ℃의 온도에서 건조될 수 있다.
그런 다음, 코어 재료 및 피복 재료를 각각 용융시킨다. 예컨대, 코어 재료는 제1압출기에 배치될 수 있으며(단계 28), 입력에서 출력까지 일련의 온도 구역이 설정됨으로써, 코어 재료가 여러 단계의 온도에서 용융될 수 있도록 구성된다. 유사하게, 피복 재료는 제2압출기에서 용융될 수 있다(단계 30).
용융된 코어 재료 및 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너레를 통해 전송한 다음(단계 32), 필라멘트 형성을 위해 함께 압출함으로써(단계 34), 복합 섬유(1)를 공동으로 형성한다. 코어 및 피복 스핀너레의 적어도 하나의 개구는 코어(11)의 형상에 상응하고, 코어 및 피복 스핀너레의 적어도 하나의 다른쪽 개구는 피복(12)의 형상에 상응한다. 따라서, 코어 재료는 코어(11)를 형성하고, 피복 재료는 코어(11)를 커버하는 피복(12)을 형성한다. 복합 섬유(1)는 생산 요건 및 장비의 특성에 기초하여 멀티 필라멘트 또는 모노 필라멘트 공정에 의해 형성될 수 있다.
코어 재료 및 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너레를 통해 압출한 후, 상기 방법은 복합 섬유를 냉각 및 응고시키는 단계를 더 포함할 수 있다(단계 36). 바람직하게는, 냉각 및 응고 단계는 복합 섬유(1)를 냉각 수조에 배치함으로써 수행된다. 냉각 수조의 온도는 실온보다 낮으므로, 따라서 용융된 코어 재료 및 피복 재료가 급속하게 냉각 및 응고될 수 있다.
또한, 복합 섬유를 냉각 및 응고시킨 후, 상기 방법은 복합 섬유(1)을 인발하는 단계를 더 포함할 수 있다(단계 38). 예컨대, 복합 섬유(1)는 약 1 내지 약 5의 연신 배율로 인발하여 인성을 개선시킬 수 있다. 또한, 복합 섬유(1)는 1회 이상 인발될 수 있다.
하기의 실시예들은 본 발명에 따른 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 한정하도록 의도되지 않는다.
실시예 1
대만 신광 합성섬유사(SHINKONG SYNTHETIC FIBERS CORP.)에 의해 제조된 PBT 펠릿이 코어 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 87 ㎤/g의 고유 점도(IV) 및 228 ℃의 융점을 갖는다. 코어 재료는 그 수분 함량이 100ppm 이하가 될 때까지 110 ℃에서 4시간 동안 건조되었다. 바스프사(BASF Corporation)에 의해 제조된 TPU 펠릿이 피복 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 75A의 쇼어 A 경도 및 120 ℃의 융점을 갖는다. 피복 재료는 그 수분 함량이 300ppm 이하가 될 때까지 60 ℃에서 5시간 동안 건조되었다.
그런 다음, 건조된 코어 재료가 제1압출기로 전송된다. 코어 재료의 용융을 의해, 제1압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 215 ℃, 245 ℃, 245 ℃ 및 240 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 건조된 피복 재료가 제2압출기로 전송된다. 피복 재료의 용융을 위해, 제2압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 90 ℃, 130 ℃, 125 ℃ 및 120 ℃로 순차적으로 설정된다.
그런 다음, 코어 재료와 피복 재료의 체적비를 8 : 2 로 하여 용융된 코어 재료 및 용융된 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너래를 통해 압출하여 필라멘트로 성형함으로써, 최종적으로 복합 섬유를 형성한다. 코어 및 피복 스핀너래를 빠져 나온 복합 섬유는 18 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 복합 섬유는 15 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 복합 섬유는 70 ℃의 고온 수조를 통과한 후 35 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 복합 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 2.333이다. 그런 다음, 복합 섬유는 110 ℃의 오븐을 통과한 후 80 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 복합 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 2.2이다. 따라서, 복합 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 복합 섬유는 와인더에 의해 보빈(bobbin)으로 권취될 수 있다. 실시예 1의 복합 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도(fineness), 2.6 g/den의 인성, 51%의 파단 연신율, 12%의 탄성 회복률을 갖는다.
실시예 2
바스프사에 의해 제조된 PBT 펠릿이 코어 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 107 ㎤/g의 고유 점도 및 226 ℃의 융점을 갖는다. 코어 재료는 그 수분 함량이 100ppm 이하가 될 때까지 110 ℃에서 4시간 동안 건조되었다. 루부리졸사(Lubrizol Corporation)에 의해 제조된 TPU 펠릿이 피복 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 64A의 쇼어 A 경도 및 108 ℃의 융점을 갖는다. 피복 재료는 그 수분 함량이 250ppm 이하가 될 때까지 50 ℃에서 5시간 동안 건조되었다.
그런 다음, 건조된 코어 재료가 제1압출기로 전송된다. 코어 재료의 용융을 의해, 제1압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 220 ℃, 260 ℃, 255 ℃ 및 250 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 건조된 피복 재료가 제2압출기로 전송된다. 피복 재료의 용융을 위해, 제2압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 70 ℃, 120 ℃, 115 ℃ 및 115 ℃로 순차적으로 설정된다.
그런 다음, 코어 재료와 피복 재료의 체적비를 4 : 6 로 하여 용융된 코어 재료 및 용융된 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너래를 통해 압출하여 필라멘트로 성형함으로써, 최종적으로 복합 섬유를 형성한다. 코어 및 피복 스핀너래를 빠져 나온 복합 섬유는 14 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 복합 섬유는 18 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 복합 섬유는 65 ℃의 고온 수조를 통과한 후 55 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 복합 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 3.05이다. 그런 다음, 복합 섬유는 100 ℃의 오븐을 통과한 후 90 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 복합 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.63이다. 따라서, 복합 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 복합 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 실시예 2의 복합 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 2.3 g/den의 인성, 67%의 파단 연신율, 31%의 탄성 회복률을 갖는다.
실시예 3
토요보사(TOYOBO Co., LTD.)에 의해 제조된 TPEE 펠릿이 코어 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 98A의 쇼어 A 경도 및 200 ℃의 융점을 갖는다. 코어 재료는 그 수분 함량이 80ppm 이하가 될 때까지 100 ℃에서 4시간 동안 건조되었다. LCY 화학(LCY CHEMICAL CORP.)에 의해 제조된 TPO 펠릿이 피복 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 11 g/10 min의 용융지수(melt flow rate, MFR) 및 95 ℃의 융점을 갖는다.
그런 다음, 건조된 코어 재료가 제1압출기로 전송된다. 코어 재료의 용융을 의해, 제1압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 185 ℃, 225 ℃, 230 ℃ 및 230 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 피복 재료가 제2압출기로 전송된다. 피복 재료의 용융을 위해, 제2압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 60 ℃, 120 ℃, 115 ℃ 및 115 ℃로 순차적으로 설정된다.
그런 다음, 코어 재료와 피복 재료의 체적비를 5 : 5 로 하여 용융된 코어 재료 및 용융된 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너래를 통해 압출하여 필라멘트로 성형함으로써, 최종적으로 복합 섬유를 형성한다. 코어 및 피복 스핀너래를 빠져 나온 복합 섬유는 25 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 복합 섬유는 20 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 복합 섬유는 80 ℃의 고온 수조를 통과한 후 65 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 복합 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 3.25이다. 그런 다음, 복합 섬유는 100 ℃의 오븐을 통과한 후 75 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 복합 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.15이다. 따라서, 복합 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 복합 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 실시예 3의 복합 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 2.4 g/den의 인성, 77%의 파단 연신율, 28%의 탄성 회복률을 갖는다.
비교 실시예 1
대만 신광 합성섬유사에 의해 제조된 PBT 펠릿이 섬유 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 64 ㎤/g의 고유 점도를 갖는다. 섬유 재료는 그 수분 함량이 100ppm 이하가 될 때까지 120 ℃에서 4시간 동안 건조되었다.
그런 다음, 건조된 섬유 재료가 압출기로 전송된다. 섬유 재료의 용융을 의해, 압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 240 ℃, 250 ℃, 260 ℃ 및 270 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 용융된 섬유 재료가 압출된 후 20 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 생성된 섬유가 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 섬유는 20 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 섬유는 90 ℃의 고온 수조를 통과한 후 65 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 3.25이다. 그런 다음, 섬유는 120 ℃의 오븐을 통과한 후 100 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.5이다. 따라서, 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 비교 실시예 1의 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 4.3 g/den의 인성, 28%의 파단 연신율, 2.5%의 탄성 회복률을 갖는다.
비교 실시예 2
대만 신광 합성섬유사에 의해 제조된 PBT 펠릿이 섬유 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 87 ㎤/g의 고유 점도를 갖는다. 섬유 재료는 그 수분 함량이 100ppm 이하가 될 때까지 110 ℃에서 4시간 동안 건조되었다.
그런 다음, 건조된 섬유 재료가 압출기로 전송된다. 섬유 재료의 용융을 의해, 압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 230 ℃, 240 ℃, 250 ℃ 및 260 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 용융된 섬유 재료가 압출된 후 20 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 생성된 섬유가 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 섬유는 18 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 섬유는 90 ℃의 고온 수조를 통과한 후 64 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 3.5이다. 그런 다음, 섬유는 100 ℃의 오븐을 통과한 후 90 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.4이다. 따라서, 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 비교 실시예 2의 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 3.1 g/den의 인성, 43%의 파단 연신율, 4.7%의 탄성 회복률을 갖는다.
비교 실시예 3
바스프사에 의해 제조된 TPU 펠릿이 섬유 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 75A의 쇼어 A 경도 및 120 ℃의 융점을 갖는다. 섬유 재료는 그 수분 함량이 300ppm 이하가 될 때까지 60 ℃에서 5시간 동안 건조되었다.
그런 다음, 건조된 섬유 재료가 압출기로 전송된다. 섬유 재료의 용융을 의해, 압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 60 ℃, 120 ℃, 115 ℃ 및 115 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 용융된 섬유 재료가 압출된 후 10 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 생성된 섬유가 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 섬유는 18 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 섬유는 35 ℃의 고온 수조를 통과한 후 40 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 2.2이다. 그런 다음, 섬유는 50 ℃의 오븐을 통과한 후 64 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.6이다. 따라서, 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 비교 실시예 2의 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 1.2 g/den의 인성, 260%의 파단 연신율, 88%의 탄성 회복률을 갖는다.
비교 실시예 4
토요보사에 의해 제조된 TPEE 펠릿이 섬유 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 98A의 쇼어 A 경도 및 210 ℃의 융점을 갖는다.
그런 다음, 섬유 재료가 압출기로 전송된다. 섬유 재료의 용융을 의해, 압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 240 ℃, 250 ℃, 255 ℃ 및 260 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 용융된 섬유 재료가 압출된 후 25 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 생성된 섬유가 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 섬유는 20 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 섬유는 40 ℃의 고온 수조를 통과한 후 40 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 2.0이다. 그런 다음, 섬유는 50 ℃의 오븐을 통과한 후 48 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.2이다. 따라서, 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 비교 실시예 4의 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 1.3 g/den의 인성, 160%의 파단 연신율, 65%의 탄성 회복률을 갖는다.
비교 실시예 5
비스타맥스(Vistamaxx)에 의해 제조된 TPO 펠릿이 섬유 재료로 제공되며, 이러한 펠릿은 27A의 쇼어 A 경도 및 60 ℃의 융점을 갖는다.
그런 다음, 섬유 재료가 압출기로 전송된다. 섬유 재료의 용융을 의해, 압출기의 온도 영역은 입력에서 출력까지 90 ℃, 120 ℃, 160 ℃ 및 160 ℃로 순차적으로 설정된다. 그런 다음, 용융된 섬유 재료가 압출된 후 14 ℃의 냉각 수조로 유입됨으로써 생성된 섬유가 냉각 및 응고되도록 구성된다.
그런 다음, 섬유는 20 m/min의 표면 속도를 가진 제1인발 롤러를 통과할 수 있다. 그런 다음, 섬유는 40 ℃의 고온 수조를 통과한 후 60 m/min의 표면 속도를 가진 제2인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1인발 롤러와 제2인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 연신되며, 연신 비율은 약 3.0이다. 그런 다음, 섬유는 50 ℃의 오븐을 통과한 후 82 m/min의 표면 속도를 가진 제3인발 롤러를 통과할 수 있다. 이에 따라, 제2인발 롤러와 제3인발 롤러 사이의 속도차에 의해 섬유가 재연신되며, 연신 비율은 약 1.36이다. 따라서, 섬유의 강도가 향상될 수 있다.
그런 다음, 섬유는 와인더에 의해 보빈으로 권취될 수 있다. 비교 실시예 5의 섬유에서 측정된 물성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 300 데니어(den)의 섬도, 2.0 g/den의 인성, 244%의 파단 연신율, 43%의 탄성 회복률을 갖는다.
Figure 112018119842435-pat00001
상기 표 1을 참조하면, 비교 실시예 2는 실시예 1과 비교하여 강도(인성)는 높지만 파단 연신율이 낮고 탄성 복원력이 낮다. 반면, 실시예 1(PBT 및 TPU의 체적비는 8 : 2임)은 인성이 16.1% 저하되었지만 파단 연신율은 18.6%, 탄성 회복률은 155.3%로 각각 증가되었다. 즉, 복합 섬유의 인성은 약간 낮아지는 반면, 탄성 회복율은 대폭 증가한다. 따라서, 복합 섬유는 광범위한 용도의 사용에 적합하다
비교 실시예 2와 비교하면, 실시예 2(PBT 및 TPU의 체적비는 4 : 6임)가 훨씬 더 낮은 인성을 갖는 반면, 파단 연신율은 55.8%, 탄성 회복 속도는 559.5%로 각각 증가한다. 또한, 실시예 2에서 사용된 TPU는 64A의 쇼어 A 경도를 갖는데, 이로 인해 생성된 복합 섬유는 소프트한 특성과 함께 고온 용융 접착력을 가지므로 넓은 적용 범위를 갖는다.
본 발명이 특정 실시예들을 참조하여 설명되고 예시되었지만, 이들 설명 및 예시는 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 당업자는 첨부된 청구 범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있는 한편 균등물로 대체될 수 있음을 이해해야 한다. 도면들의 경우 반드시 일정 비율로 그려지지 않을 수 있다. 본 발명의 예술적 표현과 실제 장치 사이에는 제조 공정 및 허용 오차에 기인한 오차가 있을 수 있다. 또한, 특별히 설명하지 않은 본 발명의 다른 실시예들이 있을 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 목적, 정신 및 범위에 따라 특정 상황, 재료, 물질의 조성, 방법 또는 공정을 채택하기 위한 변형이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 변형은 첨부된 청구 범위의 범주 내에 있는 것으로 간주된다. 본원에 개시된 방법들이 특정 순서에 따라 수행되는 특정 동작을 참조하여 기술되었지만, 이들 동작은 본 발명의 교시를 벗어나지 않으면서 등가의 방법을 형성하도록 결합, 재분할 또는 재배열 될 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본원에 구체적으로 지시되지 않는 한, 동작들의 순서 및 그룹화는 본 발명을 제한하지 않는다.

Claims (10)

  1. 복합 섬유에 있어서,
    코어 및 코어를 덮는 피복을 포함하고, 피복은 열가소성 폴리우레탄으로 제조되며, 피복의 융점이 코어의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮은 것을 특징으로 하는
    복합 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    코어의 재료는 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 및 열가소성 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 코어의 융점은 180 ℃ 보다 높은 것을 특징으로 하는
    복합 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    피복의 융점은 120 ℃ 보다 낮은 것을 특징으로 하는
    복합 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    코어와 피복의 체적비는 2 : 8 내지 8 : 2의 범위인 것을 특징으로 하는
    복합 섬유.
  5. 제1항에 있어서,
    코어의 쇼어 D 경도가 60D 보다 크고, 피복의 쇼어 A 경도가 80A 보다 작은 것을 특징으로 하는
    복합 섬유.
  6. 제1항에 있어서,
    코어의 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하고, 고유 점도는 70 cm3/g 내지 110 cm3/g의 범위인 것을 특징으로 하는
    복합 섬유.
  7. 복합 섬유의 제조 방법에 있어서,
    (a) 코어 재료 및 피복 재료를 제공하는 단계;
    (b) 코어 재료 및 피복 재료를 용융시키는 단계; 및
    (c) 코어 재료 및 피복 재료를 코어 및 피복 스핀너레(spinneret)를 통해 압출하여 복합 섬유를 공동 형성하는 단계;를 포함하고,
    이때, 피복은 열가소성 폴리우레탄으로 제조되고, 피복 재료의 융점은 코어 재료의 융점보다 60 ℃ 내지 160 ℃ 낮도록 구성되며, 코어 재료는 복합 섬유의 코어를 형성하고, 피복 재료는 코어를 덮는 복합 섬유의 피복을 형성하는 것을 특징으로 하는
    복합 섬유의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이전에,
    코어 재료 및 피복 재료를 건조시키는 단계를 더 포함하는
    복합 섬유의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (c) 단계 후에,
    (d) 복합 섬유를 냉각 및 응고시키는 단계를 더 포함하는
    복합 섬유의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (d) 단계 후에,
    (e) 복합 섬유를 인발하는 단계를 더 포함하는
    복합 섬유의 제조 방법.
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