KR102231339B1 - 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에테르에스테르 블럭공중합체를 용융, 방사하여 200%의 신장에서 80% 이상의 탄성회복률을 가지는 폴리에테르에스테르 탄성섬유를 제조할 수 있는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법에 관한 것으로서,
열가소성 탄성수지칩을 칩드라이어로 건조하여 수분율을 100ppm 이하로 유지하는 단계; 상기 칩드라이어에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 압출기로 용융폴리머 형태로 가압토출시키는 단계; 상기 압출기에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계; 상기 방사구금을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기의 에어젯 트위스트 노즐로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계; 상기 방사기에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 상기 제 1 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 제 2 고뎃롤러에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 및 상기 제 2 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 와인더에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계를 포함하는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법을 제공한다.
열가소성 탄성수지칩을 칩드라이어로 건조하여 수분율을 100ppm 이하로 유지하는 단계; 상기 칩드라이어에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 압출기로 용융폴리머 형태로 가압토출시키는 단계; 상기 압출기에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계; 상기 방사구금을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기의 에어젯 트위스트 노즐로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계; 상기 방사기에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 상기 제 1 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 제 2 고뎃롤러에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 및 상기 제 2 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 와인더에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계를 포함하는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리에테르에스테르 블럭공중합체를 용융, 방사하여 200%의 신장에서 80% 이상의 탄성회복률을 가지는 폴리에테르에스테르 탄성섬유를 제조할 수 있는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법에 관한 것이다.
편안함을 추구하는 패션 경향의 파급에 따라, 최근 고탄성 섬유를 이용한 신축성 제품이 크게 각광을 받고 있다.
이러한 고탄성 섬유는 현재까지 주로 약 50여년 전에 개발되어 상품화된 스판덱스가 주종을 차지하고 있지만, 스판덱스는 대부분 유기용매중에서 중합되고 건식 또는 습식 방사로 제조되기 때문에, 제조원가가 비싸고 환경오염을 방지하기 위한 설비투자가 필요하다. 또한 스판덱스는 폴리에스터와의 혼용에 따라 고온 또는 고압 조건의 후가공 공정을 거칠 경우에 물성이 크게 저하되는 문제점이 있으며, 감촉이 고무와 유사하여 제품의 표면에는 드러내지 못하고 커버링 등의 가공을 하여 피부와의 접촉을 회피해야 하는 문제점도 있다.
이러한 스판덱스의 문제점들을 보완하기 위한 고탄성 섬유에 대한 연구의 일환으로 폴리에스터계 탄성섬유가 탄생하게 되었다. 폴리에스터계 탄성섬유는 90년대 초에 일본의 테이진에서 처음 공업화되었고, 이어 유니치카에서 공업화되었으며, 국내에서도 여러 합섬회사들에서 이에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다.
통상의 폴리에스터 탄성섬유는 방사 구금을 통하여 방사된 폴리머를 고온으로 일정하게 유지시킨 공간을 통과시킨 후 냉각 장치에 의하여 냉각시킨 뒤 권취하는 방법에 의하여 제조되고 있다.
이러한 폴리에스터계 탄성섬유사의 제조장치 일 예로, 등록특허공보 제10-0133619호는 폴리에테르에스테르 블럭공중합체를 용융, 방사하여 폴리에테르에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 방사된 사를 제 1고뎃롤러에서 100∼200m/분, 제 2고렛롤러에서 300∼500m/분, 제 3고뎃롤러에서 250∼450m/분의 속도로 통과시킨 후 열처리 오븐 안에 있는 와인더에서 200∼400m/분의 속도로 권취함을 특징으로 하는 고탄성 폴리에테르에스테르 섬유를 제조하므로써, 공정을 단축하면서 신장 탄성 회복율이 우수한 폴리에테르에스테르로 섬유를 제조하는 방법을 제시하고 있다.
또 다른 예로서, 공개특허공보 제10-1987-0043392호는 폴리에테르에스테르계 블록 공중합체를 이용하여 용융반사에 의해 탄성체 섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 폴리에테르 에스테르 블록 공중합체를 제조하는 과정에서 소량의 가교제를 첨가하여 중합한 후 방사, 연신에 의해 기계적인 물성이 더욱 향상된 폴리에테르 에스테르계 탄성사를 제조하는 방법을 제시하고 있다.
또 다른 예로서, 공개특허공보 제10-2000-0072341호는 폴리에스테르계 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트(PTT) 수지를 100 내지 160 ℃에서 건조 후, 압출기에 투입하여 온도 240 내지 300 ℃, 에서 용융시키는 용융단계; 상기 용융단계를 거친 PTT 용융물을 방사팩을 거쳐 240 내지 290 ℃의 방사온도에서 방사 후, 250 내지 300 ℃ 보온하여 15 내지 30 mpm의 속도로 급냉시켜, 1차 고뎃 롤러에서 속도 1,200 내지 3,500 mpm, 50 내지 80 ℃에서 1차 열고정을 하고, 2차 고뎃 롤러에서 속도 2,500 내지 4,000 mpm, 온도 110 내지 150 ℃에서 2차 열고정을 하며, 연신비 110 내지 300 으로 연신하는 방사 및 연신단계; 및 상기 방사 및 연신된 PTT 섬유가 완성되도록 2,500 내지 4,000 mpm에서의 권취 단계가 포함됨을 특징으로 하여 방사 안정성이 유지되고, 방사 후, 우수한 탄성 회복율, 형태 안정성, 강도, 신도를 포함하는 원사의 물성 편차가 최소화되어 안정성이 제공되는 폴리에스테르계 섬유 및 이의 제조방법을 제공한다.
그러나 전술한 종래의 폴리에스터계 탄성섬유 제조방법의 경우에는 고신장에서 탄성회복율이 크지 않다는 점에서 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 200% 신장에서 탄성회복률 80% 이상을 가지는 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 본 발명의 과제는, 열가소성 탄성수지칩을 칩드라이어로 건조하여 수분율을 100ppm 이하로 유지하는 단계; 상기 칩드라이어에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 압출기로 용융폴리머 형태로 가압토출시키는 단계; 상기 압출기에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계; 상기 방사구금을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기의 에어젯 트위스트 노즐로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계; 상기 방사기에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 상기 제 1 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 제 2 고뎃롤러에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 및 상기 제 2 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 와인더에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계를 포함하는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법에 의해 해결된다.
본 발명에서 제 1 고뎃롤러와 제 2 고뎃롤러 사이에 설치된 오일롤러에 의해 상기 제 1 고뎃롤러를 권회한 상기 섬유사에 오일이 발라지는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 방사구금과 방사기 사이에 1200 내지 1800mm의 길이로 냉각챔버가 더 형성되고, 상기 방사구금으로부터 방사된 필라멘트사는 상기 냉각챔버를 통과하는 동안 공기에 의해 냉각처리되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법에 의하면, 80%이상의 탄성회복률을 가지면서 인장강도가 우수한 탄성섬유를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 오일롤이 제 1 고뎃롤의 전단에 위치되지 않고 제 1 및 제 2 고뎃롤 사이에 위치됨에 따라 에어젯 트위스트 노즐이 구비된 방사기에 의해 섬유의 꼬임이 형성될 때 오일이 비산되지 않고 탄성섬유를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에 의하면, 방사구금의 방사공의 단부 측에 열십자 횡단면을 갖는 십자공부가 포함됨에 따라 와인더에 의한 안정적인 와인딩이 가능해지면서 능락 없이 양호한 권폼이 유지될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 전체구조도.
도 3은 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 방사구금의 상세구조도.
도 4는 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 에어젯 트위스트 노즐의 체결고정구조도.
도 2는 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 전체구조도.
도 3은 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 방사구금의 상세구조도.
도 4는 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 에어젯 트위스트 노즐의 체결고정구조도.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 전체구조도이고, 도 3은 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 방사구금의 상세구조도이고, 도 4는 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치의 에어젯 트위스트 노즐의 체결고정구조도이다.
도 1은 본 발명에 따른 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법의 순서도를 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법은, 열가소성 탄성수지칩을 칩드라이어로 건조하여 수분율을 100ppm 이하로 유지하는 단계(S1); 상기 칩드라이어에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 압출기로 용융폴리머 형태로 가압토출시키는 단계(S2); 상기 압출기에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계(S3); 상기 방사구금을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기의 에어젯 트위스트 노즐로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계(S4); 상기 방사기에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계(S5); 상기 제 1 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 제 2 고뎃롤러에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계(S6); 및 상기 제 2 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 와인더에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계(S7)로 이루어진다.
각 단계를 도 2에 도시된 에스터계 탄성섬유의 제조장치(1)를 통하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에 도시된 바와 같이 에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치(1)는 열가소성 탄성수지칩을 건조시키는 칩드라이어(10)와, 상기 칩드라이어(10)에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 용융폴리머 형태로 가압토출시키는 압출기(20)와, 상기 압출기(20)에 의해 가압토출되는 용융폴리머를 다수의 방사공(31)을 통해 다수 가닥의 섬유 형태로 방사시키는 방사구금(30)과, 상기 방사구금(30)로부터 이격되어 설치되고 상기 방사구금(30)을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 에어젯 트위스트 노즐(41)로 꼬아 섬유사를 형성하는 방사기(40)와, 상기 방사기(40)에 의해 합착된 섬유사를 즉시 권회시키는 제 1 고뎃롤러(50)와, 상기 제 1 고뎃롤러(50)로부터 이격되어 설치되고 상기 제 1 고뎃롤러(50)에 의해 권회된 섬유사를 다시 권회시키는 제 2 고뎃롤러(60)와, 상기 제 1 및 제 2 고뎃롤러(50 및 60) 사이에 설치되고 상기 섬유사에 오일을 바르는 오일롤러(70)와, 상기 제 2 고뎃롤러(60)에 의해 권회된 섬유사를 최종적으로 권취하는 와인더(80)를 포함하여 이루어진다.
먼저 열가소성 탄성수지칩을 칩드라이어로 건조하여 수분율을 100ppm 이하로 유지하는 단계(S1)를 거친다. 열가소성 탄성수지칩인 폴리에테르에스테르 블록 공중합체 수지칩을 칩드라이어(10)를 통해 함수율 100ppm 이하로 건조시킨다. 칩드라이어(10)는 100 내지 120℃, 특히 110℃의 가열공기를 이용하여 열가소성 탄성수지칩을 연속적으로 건조시킨다. 또한, 칩드라이어(10)는 차후에 설명될 압출기(20) 내로 원료를 제공하는 호퍼의 역할을 한다.
다음으로, 칩드라이어(10)에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 압출기로 용융폴리머 형태로 가압토출시키는 단계(S2)를 거친다. 앞서 설명한 칩드라이어(10)의 배출 측에는 압출기(20)가 설치되고, 압출기(20)는 칩드라이어(10)에 의해 일정 함수율로 건조된 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 용융폴리머 형태로 가압토출시키기 위한 것으로, 상세히 도시되지는 않았지만 내부에는 열가소성 탄성수지칩을 가열용융시키기 위한 전기히터가 구비될 수 있다. 따라서, 히터에 의해 열가소성 탄성수지칩은 용융되고, 용융된 용융폴리머가 압출기(20)를 통해 가압토출된다. 또한 압출기(20)는 공지된 단일 스크류형 압출기 형태로 형성 가능하며, 칩드라이어(10)의 배출 측에 연결되어 원료를 투입받는 호퍼부와, 이 호퍼부의 하부에 연결되는 압출기본체와, 압출기본체의 외주면에 에를 들어 5개소에 구획 장착되어 열가소성 탄성수지칩을 용융시켜 용융폴리머 형태로 가열용융시키는 전기히터와, 압출기본체 내부에서 회전구동되면서 용융폴리머를 일측으로 가압이송하는 압출스크류를 포함할 수 있다.
또한, 압출기 본체의 내부는 건조된 열가소성 탄성수지칩이 공급되어 용융폴리머 형태로 가열용융되는 공급영역과, 용융폴리머가 이송되면서 압축되는 압축영역과, 압축영역을 통과하는 용융폴리머의 양을 일정하게 배출하기 위한 계량영역으로 구성된다. 공급영역은 전기히터에 의해 약 190 내지 220℃의 온도로 운전되고, 압출 효과에 의해 압축영역과 계량영역 쪽으로 가면서 온도가 점차 상승되면서 압출단부 측에서는 약 220 ~ 240℃의 온도로 운전된다.
다음으로, 압출기(20)에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금(30)을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계(S3)를 거친다. 압출기(20)의 배출 측에는 방사구금(30)이 설치되는데, 방사구금(30)은 압출기(20)에 의해 가압토출되는 용융폴리머를 다수의 방사공(31)을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 역할을 하는 것으로, 요구되는 필라멘트 가닥 수에 따라 1개의 하우징 내에 다수개, 예를 들어 2개의 방사구금(30)이 설치될 수도 있다. 도 3에는 이러한 방사구금의 상세구조가 도시된다.
방사구금(30)에는 다수의 방사공(31)이 형성되는데, 이러한 방사공(31)은 도 3에 도시되는 바와 같이, 하부로 갈수록 내경이 감소되는 제 1 축경부(31a)와, 제 1 축경부(31a)의 하단에 연통되는 원통부(31b)와, 원통부(31b)의 하단에 연통되며 하부로 갈수록 내경이 감소되는 제 2 축경부(31c)와, 제 2 축경부(31c)의 하단에 연통되고 열십자 횡단면을 가지는 십자공부(31d)를 포함할 수 있다.
방사공(31)은 압출기(20)에 의해 가압토출되는 용융폴리머가 통과돠면서 소직경의 섬유 형태로 방사되도록 안내하는 것으로, 다단에 걸쳐 직경이 감소되는 형상을 가지는 것이 바람직하다.
예를 들어 제 1 축경부(31a)는 상단은 5mm의 내경을 갖도록 형성되고 하부로 갈수록 내경이 감소되면서 하단이 2mm의 내경을 갖도록 형성되고, 원통부(31b)는 제 1 축경부(31a)의 하단에 대응되는 2mm의 내경을 가지며, 제 2 축경부(31c)는 상단은 원통부(31b)의 하단에 대응되는 2mm의 내경을 갖도록 형성되고 하부로 갈수록 내경이 감소되면서 하단이 0.9mm의 내경을 갖도록 형성되며, 십자공부(31d)는 제 2 축경부(31c)의 하단에 대응되는 0.9mm 직경 내에 형성될 수 있다.
이 때 제 1 축경부(31a)는 횡단면에서 볼 때 90도 각도로 내경이 감소되고 제 2 축경부(31c)는 횡단면에서 볼 때 80도 각도로 내경이 감소되어 축경효과가 제 1 축경부(31a) 보다는 더 빠르게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 방사구금(30)의 방사공(31)은 방사구금(30)의 하부면의 폭방향 중앙선을 기준으로 양측에 2개씩 구획되어 형성되고, 이렇게 2개씩 구획형성된 방사공(31)은 방사구금(30)의 하부면의 폭방향 중앙선을 기준으로 양측에 1개씩 배치되는 가이드홈(33)에 의해 상단이 연통되는 것이 바람직하다.
또한 방사공(31)의 하단, 즉 십자공부(31d)는 횡단면이 원형이 아니라 열십자 형상을 갖는데, 이 경우에 방사구금(30)에 의해 방사되는 열가소성 탄성섬유의 단면이 열십자형으로 형성되면서 차후 와인딩 시에 능락의 발생없이 양호한 권폼이 형성될 수 있다.
다음으로, 방사구금(30)을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기(40)의 에어젯 트위스트 노즐(41)로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계(S4)를 거친다. 방사구금(30)으로부터는 방사기(40)가 일정 길이만큼 이격되어 설치되는데, 방사기(40)는 방사구금(30)을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 섬유를 에어젯 트위스트 노즐(41)을 통해 꼬아 한 가닥의 섬유사를 형성하는 역할을 한다. 방사기(40)는 방사구금(30)의 하부에 예를 들어 1200 내지 1800mm, 특히 1500mm의 길이로 이격되는 것이 바람직한데, 이 때, 방사구금(30)으로부터 방사된 섬유는 방사기(40)로 유입되는 동안 공기에 의해 냉각처리되는데, 방사구금(30)과 방사기(40) 사이의 공간은 일종의 공랭식 냉각존(Cooling zone)인 냉각챔버가 형성된다. 통상 열가소성 탄성수지는 일반 폴리에스터계 합성수지보다 상대적으로 결정화속도가 느리므로, 전술한 방사구금(30)과 방사기(40) 사이의 냉각챔버는 길이가 예를 들어 1500mm와 같이 상대적으로 길게 형성됨이 바람직하다. 따라서, 냉각챔버에서는 공기에 의해 필라멘트사가 냉각되는 단계(S35)를 거치게 된다.
에어젯 트위스트 노즐(41)은 방사구금(30)에 의해 방사되는 섬유의 수에 대응되는 개수로 방사기(40)에 각각 체결되는데, 도 4에는 이러한 에어젯 트위스트 노즐(41)의 체결구조가 도시된다. 방사기(40)에 대한 에어젯 트위스트 노즐(41)의 체결을 위해, 도 4에 도시되는 바와 같이 에어젯 트위스트 노즐(41)은 하단에 걸림턱(41a)이 돌출 형성되고, 에어젯 트위스트 노즐(41)은 관통되되 걸림턱(41a)에 걸려지는 통공(43a)이 형성된 체결플레이트(43)와, 체결부재(45)에 의해 방사기(40)에 체결고정된다. 다수의 에어젯 트위스트 노즐(41)을 통과한 다수의 필라멘트사가 방사기(41)의 스핀튜브 내의 일 지점(합착점)에서 한가닥의 섬유사로 꼬아져 형성하는 에어젯형 방사기의 구조 및 작용은 이미 당해 기술분야에서 공지되어 있는 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 더 이상의 상세설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 방사기(40)에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계(S5)를 거친다. 방사기(40)의 하측에는 방사기(40)에 의해 합착된 섬유사를 즉시 권회시키는 제 1 고뎃롤러(50)가 설치된다. 제 1 고뎃롤러(50)에서는 섬유사를 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는데, 고뎃롤러는 와인더에 의해 와인딩이 용이하게 이루어지도록 텐션을 제공함과 동시에 섬유사를 연신시키는 역할을 한다.
다음으로, 제 1 고뎃롤러(50)와 제 2 고뎃롤러(60) 사이에 설치된 오일롤러(70)에 의해 제 1 고뎃롤러(50)를 권회한 섬유사에 오일을 바르는 단계(S55)를 거친다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 고뎃롤(50 및 60) 사이에는 오일롤러(70)가 설치된다. 오일롤러(70)는 제 1 고뎃롤(50)로부터 제 2 고뎃롤(60)로 이송 중인 섬유사에 오일을 바르는 역할을 하는 것으로, 오일에 의한 부식 등의 방지를 위해 롤의 표면은 크롬 등의 내식성 금속으로 도금처리된다.
오일롤(70)에 의해 섬유사에 발라지는 오일은 섬유사의 윤활성을 향상시킴과 동시에 정전기를 방지하고 섬유사의 집속성과 해사성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에서는 오일롤(70)이 제 1 고뎃롤(50)의 전단에 위치되지 않고 제 1 및 제 2 고뎃롤(50 및 60) 사이에 위치됨에 따라 에어젯 트위스트 노즐(41)이 구비된 방사기(40)에 의해 섬유의 꼬임이 형성될 때 오일이 비산되지 않게 된다. 또한 오일롤러(70)의 전방에는 U자형 가이드(90)가 설치될 수 있다. U자형 가이드(90)는 방사기(40)에 의해 합착된 한가닥의 섬유사가 오일롤러(70)를 향해 안정적으로 이송될 수 있도록 안내하는 역할을 하는 것으로, 상세히 도시되지는 않았지만 제 1 및 제 2 고뎃롤러(50 및 60) 사이에 배열된 섬유사의 좌우 이탈을 방지하기 위한 U자형 홈을 포함할 수 있다.
다음으로, 제 1 고뎃롤러(50)에 의해 권회된 섬유사를 제 2 고뎃롤러(60)에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계(S6)를 거친다. 고뎃롤러는 섬유사에 텐션을 제공함과 동시에 섬유사를 연신시키는 역할을 하는 것으로서, 제 1 고뎃롤러(50)보다 제 2 고뎃롤러(60)의 권회속도를 빠르게 함으로써 연신비를 크게 한다.
다음으로, 제 2 고뎃롤러(60)에 의해 권회된 섬유사를 와인더(80)에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계(S7)를 거치면서, 섬유사의 제조가 마무리된다. 전술한 제 2 고뎃롤러(60)의 후단에는 제 2 고뎃롤러(60)에 의해 권회된 섬유사를 최종적으로 권취하는 와인더(80)가 포함된다. 이러한 와인더(80)의 구조 또한 이미 당해 기술분야에서 공지되어 있는 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 더 이상의 상세설명은 생략하기로 한다. 제 1 고뎃롤러(50)와 제 2 고뎃롤러(60) 간의 연신비가 올라갈 수록 비례하여 강도가 올라가나, 동시에 권취수축율도 함께 올라가게 된다. 권취수축율이 20%가 넘어가게 되면 와인어의 트래버스 가이드(traverse guide)에서 텐션을 더 받게 되고, 그에 따라 트래버스 가이드에서 실이 이탈하게 되는 현상을 보일 수 있다. 실이 이탈되면 실이 옆면으로 이탈되어 있는 상태인 능락 현상이 발생되고, 그에 따라 후공정에서 해사시 작업성 불량의 직접적인 원인이 될 수 있다. 그에 따라 연신비와 권취수축율을 조절하여 인장강도를 높이면서 권폼도 안정적으로 권취되는 열가소성 탄성섬유를 얻을 수 있다.
[실시예]
1) 폴리에테르에스테르계 탄성체 수지를 싱글스크류압출식 소형 방사기에서 0.8㎜, 원형 1홀의 노즐을 통하여 방사온도 230℃, 토출량 2.4 g/분으로 방사시키고, 제 1 고뎃롤러, 제 2 고뎃롤러 및 와인더의 속도를 달리하면서 관련 데이터를 수집하였다.
2) 측정방법
강신도는 강신도 측정장치를 이용하여 시료길이 4㎝, 인장속도 40㎝/분으로 하여 측정하였다. 이 때 파단 시의 강도와 신도값이 측정되었다.
권취수축율(Winding Stretch, %)은 방사 공정에서 사를 와인더에 권취할 때의 연신율을 의미한다. 권취수축율은 2πD/L X 100(D : 완권의 지름, L : 두바퀴 해사한 실의 길이)으로 구한다.
능락은 권취 공정 중 실이 이탈되어 옆면으로 돌출되어 있는 상태로 육안으로 판정한다.
3) 실시예는 다음 표와 같다.
| 구분 | 권취속도 | 제 2 고뎃 롤러 |
제 1 고뎃 롤러 |
연신비 | 강도 | 신도 (%) |
회복율 (%) |
W/S (%) |
능락 |
| 실시예1 | 600 |
800 |
400 | 2.0 | 1.08 | 526 | 85.5 | 6.6 | 양호 |
| 실시예2 | 300 | 2.7 | 1.11 | 481 | 88.0 | 11.8 | 양호 | ||
| 비교예1 | 200 | 4.0 | 1.16 | 421 | 90.0 | 22.7 | 불량 | ||
| 실시예3 | 700 |
800 |
400 | 2.0 | 1.08 | 503 | 86.0 | 16.0 | 양호 |
| 실시예4 | 300 | 2.7 | 1.13 | 448 | 88.5 | 23.2 | 불량 | ||
| 비교예2 | 200 | 4.0 | 1.18 | 447 | 92.0 | 40.6 | 불량 | ||
| 비교예3 | 500 |
700 |
400 | 1.8 | 0.83 | 599 | 82.5 | 2.1 | 양호 |
| 비교예4 | 300 | 2.3 | 0.93 | 562 | 84.5 | 6.6 | 양호 | ||
| 비교예5 | 200 | 3.5 | 1.02 | 521 | 88.0 | 18.2 | 양호 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1은 연신율 200%에서 탄성회복율 85.5%를 보여주고 있고, 실시예 2는 연신비 270%에서 탄성회복율 88.0%를 보여주고 있다. 능락현상도 나타나지 않고, 권취수축율도 높지 않은 편이다. 이에 반해 비교예 1에서는 연신비 400%에서 탄성회복율은 90%이나 권취수축율이 실시예 1 및 2에 비해서 높으며, 능락 현상도 발생함을 보여준다.
실시예 3은 연신비 200%에서 탄성회복율 86%를 보여주고 있고, 능락현상도 나타나지 않고 권취수축율도 높지 않은 편이다. 다만, 실시예 4는 연신비 270%에서 탄성회복율 88.5%를 보여주나, 권취수축율이 높고 능락현상이 나타나는 문제점이 있다. 비교예 2의 경우도 연신비 400%에서 탄성회복율이 92%를 높으며, 권취수축율이 40.6으로 높고 능락현상이 나타나는 문제점이 있다.
비교예 3 내지 5의 경우는 전체적으로 양호하나 강도가 떨어지는 것을 보여주고 있다.
상기 실시예에서 연신비 200%에서 탄성회복율이 80% 이상으로 나타나고, 강도와 신도가 높은 것으로 나타나고 있다.
위에서 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 폴리에스터계 열가소성 탄성섬유 제조장치
10 : 칩드라이어
20 : 압출기
30 : 방사구금
31 : 방사공
31a : 제 1 축경부
31b : 원통부
31c : 제 2 축경부
31d : 십자공부
33 : 가이드홈
40 : 방사기
41 : 에어젯 트위스트 노즐
41a : 걸림단턱
43 : 체결플레이트
43a : 통공
45 : 체결부재
50 : 제 1 고뎃롤
60 : 제 2 고뎃롤부
70 : 오일롤
80 : 와인더
90 : U자형 가이드
10 : 칩드라이어
20 : 압출기
30 : 방사구금
31 : 방사공
31a : 제 1 축경부
31b : 원통부
31c : 제 2 축경부
31d : 십자공부
33 : 가이드홈
40 : 방사기
41 : 에어젯 트위스트 노즐
41a : 걸림단턱
43 : 체결플레이트
43a : 통공
45 : 체결부재
50 : 제 1 고뎃롤
60 : 제 2 고뎃롤부
70 : 오일롤
80 : 와인더
90 : U자형 가이드
Claims (3)
100 내지 120℃의 가열공기를 이용하여 열가소성 탄성수지칩을 칩드라이어로 연속적으로 건조하여 수분율을 100ppm 이하로 유지하며, 상기 칩드라이어를 통해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 압출기로 공급하는 단계;
상기 칩드라이어에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 압출기 본체의 외주면 다수 개소에 구획 장착된 전기히터로 용융시켜 용융폴리머 형태로 압출스크류를 통해 가압토출하는 단계;
상기 압출기에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계;
상기 방사구금과 방사기 사이에 1200 내지 1800mm의 길이로 냉각챔버가 더 형성되고, 상기 방사구금으로부터 방사된 필라멘트사는 상기 냉각챔버를 통과하는 동안 공기에 의해 냉각처리되는 단계;
상기 방사구금을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기의 에어젯 트위스트 노즐로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계;
상기 방사기에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계;
상기 제 1 고뎃롤러와 제 2 고뎃롤러 사이에 설치된 오일롤러에 의해 상기 제 1 고뎃롤러를 권회한 상기 섬유사에 오일을 바르는 단계;
상기 제 1 고뎃롤러에 의해 권회되고 상기 오일롤러에 의해 오일이 발라진 섬유사를 제 2 고뎃롤러에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 및
상기 제 2 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 와인더에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계를 포함하며,
상기 압출기 본체의 내부는 건조된 열가소성 탄성수지칩이 공급되어 용융폴리머 형태로 가열용융되는 공급영역과, 용융폴리머가 이송되면서 압축되는 압축영역과, 압축영역을 통과하는 용융폴리머의 양을 일정하게 배출하기 위한 계량영역으로 구성되고, 상기 공급영역은 전기히터에 의해 190 내지 220℃의 온도로 운전되고, 압출 효과에 의해 압축영역과 계량영역 쪽으로 가면서 온도가 점차 상승되면서 압출단부 측에서는 220 ~ 240℃의 온도로 운전되며,
상기 방사구금에는 다수의 방사공이 형성되며, 상기 방사공은 하부로 갈수록 내경이 감소되는 제 1 축경부와, 상기 제 1 축경부의 하단에 연통되는 원통부와, 상기 원통부의 하단에 연통되며 하부로 갈수록 내경이 감소되는 제 2 축경부와, 상기 제 2 축경부의 하단에 연통되고 열십자 횡단면을 가지는 십자공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법.
상기 칩드라이어에 의해 건조된 열가소성 탄성수지칩을 압출기 본체의 외주면 다수 개소에 구획 장착된 전기히터로 용융시켜 용융폴리머 형태로 압출스크류를 통해 가압토출하는 단계;
상기 압출기에 의해 가압토출된 용융폴리머를 다수의 방사공이 형성된 방사구금을 통해 다수 가닥의 필라멘트사 형태로 방사시키는 단계;
상기 방사구금과 방사기 사이에 1200 내지 1800mm의 길이로 냉각챔버가 더 형성되고, 상기 방사구금으로부터 방사된 필라멘트사는 상기 냉각챔버를 통과하는 동안 공기에 의해 냉각처리되는 단계;
상기 방사구금을 통해 방사되면서 냉각된 다수 가닥의 필라멘트사를 방사기의 에어젯 트위스트 노즐로 꼬아 섬유사를 형성하는 단계;
상기 방사기에 의해 합착된 섬유사를 제 1 고뎃롤러에서 300 ~ 400 m/분의 속도로 권회시키는 단계;
상기 제 1 고뎃롤러와 제 2 고뎃롤러 사이에 설치된 오일롤러에 의해 상기 제 1 고뎃롤러를 권회한 상기 섬유사에 오일을 바르는 단계;
상기 제 1 고뎃롤러에 의해 권회되고 상기 오일롤러에 의해 오일이 발라진 섬유사를 제 2 고뎃롤러에서 700 ~ 900 m/분의 속도로 권회시키는 단계; 및
상기 제 2 고뎃롤러에 의해 권회된 섬유사를 와인더에서 600 ~ 700 m/분의 속도로 권취하는 단계를 포함하며,
상기 압출기 본체의 내부는 건조된 열가소성 탄성수지칩이 공급되어 용융폴리머 형태로 가열용융되는 공급영역과, 용융폴리머가 이송되면서 압축되는 압축영역과, 압축영역을 통과하는 용융폴리머의 양을 일정하게 배출하기 위한 계량영역으로 구성되고, 상기 공급영역은 전기히터에 의해 190 내지 220℃의 온도로 운전되고, 압출 효과에 의해 압축영역과 계량영역 쪽으로 가면서 온도가 점차 상승되면서 압출단부 측에서는 220 ~ 240℃의 온도로 운전되며,
상기 방사구금에는 다수의 방사공이 형성되며, 상기 방사공은 하부로 갈수록 내경이 감소되는 제 1 축경부와, 상기 제 1 축경부의 하단에 연통되는 원통부와, 상기 원통부의 하단에 연통되며 하부로 갈수록 내경이 감소되는 제 2 축경부와, 상기 제 2 축경부의 하단에 연통되고 열십자 횡단면을 가지는 십자공부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에스터계 열가소성 탄성섬유의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117026399A (zh) * | 2023-10-08 | 2023-11-10 | 德州市盛源纤维科技有限公司 | 一种纤维上油装置 |
| CN117026399B (zh) * | 2023-10-08 | 2024-01-26 | 德州市盛源纤维科技有限公司 | 一种纤维上油装置 |
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