KR102248400B1

KR102248400B1 - 탄화규소 복합 방적사 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102248400B1
Application number: KR1020200185871A
Authority: KR
Inventors: 박재윤; 지영주; 배민지; 김지은; 박용완; 박상효; 김북성; 유희준
Original assignee: 삼성교역(주)
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-05-06
Also published as: WO2022145674A1

Abstract

본 발명은 내열성능이 우수한 탄화규소 복합사와 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 탄화규소 복합 방적사는, 내열성능은 우수하지만 유연성이 부족한 탄화규소 단섬유가, 이보다 유연한 내열성 단섬유와 열변형 단섬유와 혼합된 후 열변형 단섬유에 의해 혼합된 다른 단섬유에 연결되어 길이방향으로 배열됨에 따라, 짧고 뻣뻣한 탄화규소 단섬유가 방적과정에서 소실 또는 이탈되지 않으며, 굴곡이나 신장 시 연결된 다른 단섬유로 인하여 보다 유연하게 변형되어 이로부터 제, 편직되는 원단에 활동성과 부드러운 촉감을 제공할 수 있어 피복원단으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 고유의 분자구조로 인하여 방사조건과 취급이 까다로운 탄화규소 장섬유를 사용하지 않고, 용이하게 생산할 수 있는 탄화규소 단섬유를 사용함에 따라 보다 경제적으로 제조할 수 있다.

Description

탄화규소 복합 방적사 및 이의 제조방법{SIC complex spun yarn and method for manufacturing the same}

본 발명은 탄화규소 단섬유를 포함하여 다수 종류의 단섬유를 복합 방적하는 탄화규소 복합 방적사와 이의 제조방법에 관한 것이다.

탄화규소(SiC) 섬유는 400℃ 이상에서 산화반응에 의하여 강도가 급격히 저하되는 일반 탄소섬유와 달리, 1,500℃ 이상의 극한의 열 환경을 견딜 수 있는 내열성을 가지는 섬유 소재이다.

탄화규소(SiC) 섬유는 우수한 내열성과 함께 높은 내부식성과 기계적 물성도 가지고 있어, 높은 신뢰성이 요구되는 열교환기 소재, 복사관, 원자로의 로심재, 우주 항공기의 로켓 노즐, 화력 발전소의 터빈 블레이드 등의 고온 구조 소재로 사용되고 있다.

탄화규소(SiC) 섬유는 대한민국 공개특허 제10-2015-0072059호에 개시되는 바와 같이, 전구체인 폴리카보실란(PCS)을 융점 이상의 온도로 가열 용융한 후, 방사하여 폴리카보실란 섬유를 생성하고, 불융화(infusiblization) 처리와 고온열처리를 거쳐 제조된다. 불융화 처리는 후속되는 고온 열처리 공정에서 열에 의해 섬유가 용융되어 섬유상을 잃지 않도록 가교반응에 의해 폴리카보실란 섬유를 열경화성 고분자 형태로 전환시킨다.

이와 같이 제조되는 탄화규소(SiC) 섬유는, 상술한 바와 같이 초고온에도 견딜 수 있는 내열성과 내식성이 요구되는 산업용 보강소재 형태로 주로 사용되고 있을 뿐, 소방복과 같이 피복원단으로는 사용되고 있질 않다.

소방복은 대한민국 공개특허 제10-2016-0112171호에 개시된 PBO 섬유나 PBI 섬유로 이루어진 내열원단을 주로 사용하고 있는데, 탄화규소(SiC) 섬유는 이들 섬유보다 내열성능은 우수하지만, 탄성률이 너무 커서 굴곡, 신장 등의 변형 시 유연성이 부족하여 피복 원단으로 사용되기 어렵다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0072059호 (발명의 명칭: 폴리카보실란 섬유의 습식 불융화 방법 및 이를 포함하는 탄화규소섬유의 제조방법) 대한민국 공개특허 제10-2016-0112171호 (발명의 명칭: 고강도 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법)

따라서, 본 발명은 탄성률이 높아 뻣뻣한 탄화규소 섬유를 피복용 원단으로 사용할 수 있도록 굴곡 또는 신장 시 유연성을 가지는 탄화규소 복합 방적사와 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 탄화규소 단섬유, 탄화규소 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 내열성 단섬유 및, 탄화규소 단섬유와 내열성 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 복수의 섬유로 이루어져 탄화규소 단섬유와 내열성 단섬유와 함께 혼합되는 열변형 단섬유를 포함하며, 열변형 단섬유가 가열되어 서로 다르게 열 변형되어 방적되는 탄화규소 단섬유를 길이방향으로 배열시키는 탄화규소 복합 방적사가 제공된다.

이때, 탄화규소 단섬유는 열변형 단섬유에 의해 서로 이격되게 배열되며, 열변형 단섬유를 개재하여 내열성 단섬유에 연결된다.

그리고, 본 발명은 전체 방적사 중량을 기준으로, 15~30 중량%의 탄화규소 단섬유, 50~75 중량%의 내열성 단섬유, 10~20 중량%의 열변형 단섬유가 혼합된다.

또한, 본 발명의 탄화규소 단섬유는 내열성 단섬유 및 열변형 단섬유보다 섬유길이가 짧은데, 탄화규소 단섬유의 길이는 20~40mm이고, 내열성 단섬유와 열변형 단섬유의 길이는 50~80mm이다.

또한, 본 발명의 탄화규소 단섬유의 직경은 5~30㎛이다.

그리고, 본 발명의 열변형 단섬유는 서로 다른 이종의 수지가 접합되어 열 변형 시 표면에 크림프(crimp)가 발생하는 잠재권축 단섬유와, 잠재권축 단섬유 보다 융점이 낮으며 가열 시 용융되는 열가소성 단섬유를 포함한다.

이때, 본 발명의 잠재권축 단섬유는, 사이드-바이-사이드형(Side-by-Side type) PTT/PET 단섬유이고, 열가소성 단섬유는 폴리에스터 단섬유, 폴리아미드 단섬유, 폴리우레탄 단섬유 중 선택된 어느 하나 이상의 단섬유이다.

또한, 본 발명의 내열성 단섬유는 PBO 섬유, PBI 섬유, 아라미드 섬유 중 선택된 어느 하나 이상이다.

이와 같은 본 발명의 탄화규소 복합 방적사의 굵기는 3~10 Nm 번수이고, 인장강도가 10~15 cN/tex이며, 신도는 20~25%이다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 탄화규소 단섬유, 탄화규소 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 내열성 단섬유, 탄화규소 단섬유와 내열성 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 복수의 섬유로 이루어지는 열변형 단섬유를 혼합하는 단계, 혼합된 단섬유들을 가열하여 열변형 단섬유를 서로 다르게 열 변형시키는 단계, 및 열 변형된 단섬유 혼합체를 방적하여 소정 길이로 방적사로 제조하는 단계를 포함하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법이 제공된다.

이때, 본 발명의 열변형 단섬유는 서로 다른 이종의 수지가 접합되어 열 변형 시 표면에 크림프(crimp)가 발생하는 잠재권축 단섬유와, 잠재권축 단섬유 보다 융점이 낮으며 가열 시 용융되는 열가소성 단섬유를 포함한다.

그리고, 본 발명은 열가소성 단섬유 융점의 105~110% 온도로 3~10초 동안 가열하여 열가소성 단섬유를 용융시키고, 잠재권축 단섬유에 크림프를 발생시킨다.

또한, 본 발명에서 단섬유를 혼합하는 단계는, 믹싱롤러에 실리콘계 유연제 0.1∼5 중량%, 물 95∼99.9 중량%로 이루어지는 유연제를 분사한 후, 혼합된 단섬유 들을 투입하여 혼합한다.

또한, 본 발명에서 방적사로 제조하는 단계는, 열 변형된 단섬유 혼합체를 슬라이버로 만드는 단계, 슬라이버를 연신하고 꼬임을 주면서 조사를 제조하는 단계 및, 조사를 연신하고 꼬임을 주어 방적사로 제조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 탄화규소 복합 방적사는, 내열성능은 우수하지만 유연성이 부족한 탄화규소 단섬유가, 이보다 유연한 내열성 단섬유와 열변형 단섬유와 혼합된 후 열변형 단섬유에 의해 혼합된 다른 단섬유에 연결되어 길이방향으로 배열됨에 따라, 짧고 뻣뻣한 탄화규소 단섬유가 방적과정에서 소실 또는 이탈되지 않으며, 굴곡이나 신장 시 연결된 다른 단섬유로 인하여 보다 유연하게 변형되어 이로부터 제, 편직되는 원단에 활동성과 부드러운 촉감을 제공할 수 있어 피복원단으로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 고유의 분자구조로 인하여 방사조건과 취급이 까다로운 탄화규소 장섬유를 사용하지 않고, 용이하게 생산할 수 있는 탄화규소 단섬유를 사용함에 따라 보다 경제적으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 탄화규소 복합 방적사로 이루어진 내열원단은 보다 향상된 내열성능이 발현되어, 소방복을 비롯한 용접복, 화학약품이나 탄약을 취급하는 공장에서 착용하는 작업복 내지 보호복, 보호구, 보호용 장갑, 두건, 양말 등의 다양한 피복 제품으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 복합 방적사로 혼합되는 단섬유를 보여주는 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 열변형 단섬유에 의해 길이방향으로 연결되는 탄화규소 단섬유의 일 예를 도시한 도면이다. (열변형 단섬유에 의해 길이방향으로 연결된 탄화섬유를 도시한 도면이다) 권-탄-열가-내열
도 3은 본 발명에 따른 탄화규소 복합 방적사 제조방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예가 편직된 원단사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1과 비교예 4를 촬영한 사진이다.
도 6은 도 5의 실시예 1을 더욱 확대한 사진이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 탄성률이 높아 뻣뻣한 탄화규소(SiC) 섬유를 피복용 원단으로 사용할 수 있도록 마련된 발명으로, 탄화규소(SiC) 단섬유를 다른 단섬유와 혼합하여 방적하는 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 탄화규소 복합 방적사로 혼합되는 단섬유를 보여주는 모식적인 단면도로, 본 발명의 탄화규소 복합 방적사(100)는 탄화규소 단섬유(110), 내열성 단섬유(120), 및 열변형 단섬유(130)가 혼합되어 있다.

탄화규소 섬유는 전술한 바와 같이 전구체인 폴리카보실란(Polycarbosilane. PCS)으로부터 방사된 섬유를 불융화 처리와 고온 열처리를 거쳐 제조되는 섬유로, 융점이 2,700℃ 이상으로 초고온에서도 견딜 수 있어 내열성능이 탁월하다. 이와 같은 탄화규소 섬유는 단사섬도의 강도가 3.0Gpa 이상으로 높은 강도(strength)와 함께 높은 강성(stiffness)을 가지고 있어 내구성이 우수하다. 하지만, 탄화규소 섬유는 수백 Gpa 이상의 높은 탄성률로 인하여 뻣뻣한 강직성(rigidity)이 발현되어, 굽힘이나 변형되지 않아 유연성이 좋지 못하여 피복원단으로 사용되기 어렵다.

따라서, 착의자의 움직임에 따라 자유로운 변형이 요구되는 피복용 원단에 탄화규소 섬유가 적용 가능하도록, 본 발명의 복합 방적사(100)는 탄화규소 단섬유(110)와, 이보다 탄성률이 낮아 보다 유연한 내열성 단섬유(120)와 열변형 단섬유(120, 130)가 혼합된다.

여기서, 내열성 단섬유(120)는 탄화규소 섬유에는 미치지 못하지만 융점이 수백℃ 이상인 내열성이 우수한 PBO 섬유, PBI 섬유, 아라미드 섬유 중 선택된 어느 하나 이상의 섬유가 사용되어, 혼합되는 탄화규소 단섬유(110)와 함께 우수한 내열성능을 제공할 수 있다.

이와 같은 탄화규소 단섬유(110), 내열성 단섬유(120)와 함께 열변형 단섬유(130)가 혼합된다. 열변형 단섬유(130)는 융점이 탄화규소 단섬유(110), 내열성 단섬유(120) 보다 낮아, 가열 시 열 변형되어 탄화규소 단섬유(110)에 얽힘 또는 융착되어, 짧고 뻣뻣한 탄화규소 단섬유(110)가 방적과정에서 이탈되지 않도록 한다.

열변형 단섬유(130)는 서로 다른 형태로 열 변형되는 다수의 단섬유로 이루어지는데, 잠재권축 단섬유(131)와, 잠재권축 단섬유(131) 보다 융점이 낮아 열가소성 단섬유(132)로 이루어진다.

잠재권축 단섬유(131)는 이종이 폴리머가 접합되어 가열 시 서로 다르게 수축되어 표면에 코일 형태의 크림프(Crimp)가 발생하는 섬유로, 가열 시 발생하는 크림프가 짧고 뻣뻣한 탄화규소 단섬유(110)를 얽어서 혼합된 다른 단섬유와 연결 결속한다. 잠재권축 단섬유(131)로 사이드-바이-사이드형(Side-by-Side type) PTT/PET 단섬유가 사용된다.

열가소성 단섬유(132)는 가열 시 용융되어 탄화규소 단섬유(110)와 혼합된 다른 단섬유에 융착 연결하는 섬유로, 융점이 2,700℃ 이상인 탄화섬유 단섬유(110)와, 융점이 대략 400~650℃인 내열성 단섬유(120)는 물론, 잠재권축 단섬유(131) 융점 보다 낮은 100℃ 이하의 융점을 가지는 저융점 열가소성 수지로 형성된다. 이와 같은 열가소성 수지로는 저융점의 폴리에스터(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane) 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.

이와 같이 잠재권축 단섬유(131)와 열가소성 단섬유(132)는 서로 다르게 열 변형되어 탄화규소 단섬유(110)를 얽거나 융착시킴에 따라, 방적 과정에서 개별적인 파편으로 유동되는 탄화규소 단섬유(110)를 보다 안정되게 결속할 수 있어 방적 과정에서 소실 또는 이탈되지 않는다.

한편 이와 같은 열변형 단섬유(130)의 열 변형 이전에, 단섬유는 믹싱공정 등을 통해 균일하게 혼합되어 분산된다. 그리고, 분산된 단섬유 혼합체를 가열하면 열변형 단섬유(130)가 열 변형되어 분산된 탄화규소 단섬유(110)와 다른 단섬유가 연결되며, 이어지는 슬라이버 및 조사 제조공정을 통하여 방적사 길이방향으로 배열된다.

도 2에는 이와 같이 열변형 단섬유(130)에 의해 방적사 길이방향으로 연결되는 탄화규소 단섬유(110)의 한 예가 도시되어 있는데, 일측에 잠재권축 단섬유(131)에 얽어 있는 탄화규소 단섬유(110)가 타측에 열가소성 단섬유(132)를 개재하여 내열성 단섬유(120)와 연결되어 있다.

이와 같이 탄성률이 높아 뻣뻣한 탄화규소 단섬유(110)가 이보다 낮은 탄성률을 가지는 열변형 단섬유(130) 또는 내열성 단섬유(120)에 연결되어 길이방향으로 이격되게 배열되는데, 이처럼 배열된 탄화규소 단섬유(110)는 마치 관절마디처럼 작용하여, 이에 연결된 열변형 단섬유(130) 또는 내열성 단섬유(120)는 외력에 의해 굽힘되거나 신장될 수 있어 방적사가 소정의 유연성이 발현된다. 또한, 열 변형되는 잠재권축 단섬유(131)의 크림프는 탄화규소 단섬유(110)를 얽을 뿐만 아니라, 착의되는 피부에 부드러운 감촉도 제공한다.

한편, 방적되는 단섬유는 전체 방적사 중량을 기준으로, 15~30 중량%의 탄화규소 단섬유(110), 50~75 중량%의 내열성 단섬유(120), 10~20 중량%의 열변형 단섬유(130)로 혼합된다. 이때, 탄화규소 단섬유(110)의 혼합비율이 30 중량%를 초과하면 방적사 내에서 분산되기 어려워 방적사의 유연성이 저하되고, 15 중량% 미만이면 내열성능의 개선을 기대하기 어렵다.

이와 비교하여 내열성 단섬유(120)는 탄화규소 단섬유(110) 보다 많은 비율로 혼합되는데, 적어도 50 중량% 이상은 내열성 단섬유(120)가 혼합되며, 내열성능을 위하여 혼합되는 탄화규소 단섬유(110)의 최소 혼합비율을 고려하면 75 중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

그리고 열변형 단섬유(130)는 혼합되는 탄화규소 단섬유(110)를 안정되게 길이방향으로 연결하면서, 방적사의 내열성능 및 강도를 저하하지 않도록 10~20 중량%로 혼합되는데, 이때 잠재권축 단섬유(131)와, 열가소성 단섬유(132)는 동일한 비율로 혼합된다.

한편, 탄화규소 단섬유(110)의 길이는 20~40㎜가 바람직한데, 길이가 40mm를 초과하면 방적사의 탄성률이 증가하여 유연하지 못하고, 20mm 미만이면 길이가 너무 짧아 방적 시 취급이 어려워 작업성이 좋지 못하다. 또한, 섬유길이가 20~40㎜인 탄화규소 단섬유(110)의 직경이 너무 크면 탄성률이 증가하고, 너무 작으면 내열성능 향상을 기대하기 어려워 바람직하게 5~30㎛ 직경으로 형성된다. 이와 비교하여, 내열성 단섬유(120)와 열변형 단섬유(130)는 방적사에 충분한 유연성을 제공하도록 탄화규소 단섬유(110) 보다 긴 50mm~80mm로 형성된다.

이와 같은 탄화규소 복합 방적사(100)는 유연성을 가지도록 굵기가 3~10 Nm 번수인 세섬도로 형성되지만, 탄화규소 단섬유(110)와 내열성 단섬유(120)로 인하여 인장강도가 10~15 cN/tex로 아주 우수하며, 열변형 단섬유(130)에 의한 단섬유간 연결로 인하여 신도도 20~25%로 양호하다.

도 3은 이와 같은 탄화규소 복합 방적사(100)를 제조하는 과정을 도시한 순서도로, 탄화규소 단섬유(110), 내열성 단섬유(120), 및 열변형 단섬유(130)를 혼합하는 단계(S110), 혼합된 단섬유 들을 가열하여 열변형 단섬유(130)를 서로 다르게 열 변형시키는 단계(S120), 열 변형된 단섬유 혼합체를 슬라이버로 만드는 단계(S130), 슬라이버를 연신하고 꼬임을 주면서 조사를 제조하는 단계(S140), 조사를 연신하고 꼬임을 주어 방적사로 제조하는 단계(S150)로 이루어진다.

먼저, S110 단계에서는 20~40㎜ 길이의 탄화규소 단섬유(110) 15~30 중량%, 50mm~80mm 길이의 내열성 단섬유(120) 50~75 중량%, 및 50mm~80mm 길이의 열변형 단섬유 10~20 중량%가 혼합된다. 단섬유의 혼합은 회전하는 믹싱롤러에 의해 단섬유 혼합체 내부에서 각각의 단섬유가 균일하게 분산되도록 행해지는데, 이때 믹싱롤러에 혼합되는 단섬유가 정전기에 의해 부착되지 않도록 실리콘계 유연제 0.1∼5 중량%, 물 95∼99.9 중량%로 이루어지는 유연제를 분사하여 혼합하는 것이 바람직하다.

다음의 S120 단계에서는, 단섬유가 분산된 단섬유 혼합체를 가열 챔버에 투입 가열하여 열변형 단섬유(130)를 용융시켜 상술한 바와 같이 탄화규소 단섬유(110)를 얽거나 융착시켜 다른 단섬유와 연결시켜 길이방향으로 배열한다. 이때, 열가소성 단섬유(130)를 가열 챔버에서 너무 고온으로 가열하면, 열가소성 단섬유(132)가 섬유 형상을 잃어버려 융착되는 단섬유와의 접착면적이 확보되지 않는 문제가 있다.

따라서, 가열 온도는 열가소성 단섬유(132) 융점의 110%를 초과하지 않는 온도로 가열하고, 가열 시간도 10초를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 하지만, 제조된 섬유 형태의 중심에 위치한 열가소성 단섬유(132)가 충분히 용융될 수 있도록 융점의 105% 이상의 온도로 3초 이상은 가열되는 것이 바람직하다.

다음의 S130 단계에서는, 열 변형된 단섬유 혼합체를 바늘침이 구비된 카딩 롤러로 통과시켜 빗질(carding)함으로써 원료섬유를 평행화하고 잡물을 제거하여 슬라이버를 만든다. 그 다음의 S140 단계에서는, 전 단계에서 잡물이 제거된 슬라이버를 연신하여 굵기를 감소시키고 균제도를 향상시키며, 꼬임을 주어 조사를 제조한다. 이어지는 S150 단계에서는, 조사를 정방기에 공급하여 연신하고 꼬임을 주어 단섬유 상호간에 응집력을 높여 방적사를 제조한다.

이와 같이 제조되는 탄화규소 복합 방적사(100)는 경사와 위사로 사용하여 고온과 강한 충격에서도 견딜 수 있는 내열원단이 제직될 수 있는데, 이때 내열원단의 조직은 평직, 능직, 주자직이나 이들의 변화 조직 중 어느 하나로 제직될 수 있다. 제직된 내열원단은 소방복을 비롯하여 용접복, 화학약품이나 탄약을 취급하는 공장에서 착용하는 작업복 내지 보호복, 보호구, 보호용 장갑, 두건, 양말 등으로 내열성 또는 방염성과 내구성이 요구되는 다양한 피복 제품으로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 비교 예와 비교 설명한다.

실시 예 1

길이가 30mm인 20 중량%의 탄화규소 단섬유, 길이가 50mm인 70 중량% 의 메타 아라미드(m-aramid) 단섬유, 길이가 50mm인 5 중량%의 사이드-바이-사이드형(Side-by-Side type) PTT/PET 잠재권축 단섬유(Huvis사의 젠트라) 5%, 길이가 50mm인 5 중량%의 저융점 폴리에스터 단섬유를 믹싱롤러를 이용하여 균일하게 분산 혼합한 후, 65℃로 5초 동안 가열하였다. 그리고, 열 처리된 단섬유 혼합체를 소면기로 공급하여 슬라이버를 만든 후, 슬라이버를 연신하고 꼬임을 주면서 조사를 제조하고, 이를 정방기로 공급하여 연신하고 꼬임을 주어 굵기가 5 Nm 번수인 탄화규소 복합 방적사를 제조하였다.

실시 예 2

탄화규소 단섬유를 30 중량%로, 메타 아라미드(m-aramid) 단섬유를 60 중량%로 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 공정으로 탄화규소 복합 방적사를 제조하였다.

비교 예 1

길이가 50mm인 탄화규소 단섬유를 40 중량%로, 아라미드(m-aramid) 단섬유를 50 중량%로 혼합한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 공정으로 탄화규소 복합 방적사를 제조하였다.

비교 예 2

길이가 10mm인 탄화규소 단섬유를 40 중량%로, 아라미드(m-aramid) 단섬유를 60 중량%를 혼합하였을 뿐, 실시예 1의 잠재권축 단섬유와 열가소성 단섬유를 혼합하지 않고 실시예 1과 동일한 공정으로 탄화규소 복합 방적사를 제조하였다.

비교 예 3

길이가 50mm인 80 중량%의 메타 아라미드(m-aramid)와 길이가 50mm인 20 중량%의 저융점 폴리에스터 단섬유를 혼합한 후, 실시 예 1과 동일한 방적 공정으로 아라미드 방적사를 제조하였다.

비교예 4

실시예 1에서 단섬유 혼합체에 70℃로 20초 동안 가열하여 열 처리한것 이외에는 동일한 공정으로 탄화규소 복합 방적사를 제조하였다.

<방적사의 접합파괴 곡률반경 측정>

실시 예1,2, 비교 예 1~4의 방적사의 유연성을 알아보기 위하여, 실시 예 1, 2와 비교 예 1~4의 방적사의 양단을 지그로 고정한 후, 만능재료 시험기(UTM)를 이용하여 굽혀 파단이 발생하는 곡률반경을 측정하였으며, 그 결과는 아래와 표 1과 같다.

구분	실시 예1	실시 예 2	비교 예 1	비교 예 2	비교 예 3	비교 예 4
파단 곡률반경 (mm)	2.6	2.9	4.8	2.4	2.1	2.8

<산소한계지수(LOI) 측정>

실시 예1,2, 비교 예 1~4의 방적사의 내열성능을 알아보기 위하여, 실시 예와 비교 예 각각을 도 5와 같이 싱글(Single) 조직으로 7 게이지의 편직밀도로 편직한 원단에 대하여 ISO 4589-2 방법으로 산소한계지수(LOI) 측정하였으며, 그 결과는 아래 표 2와 같다.

구분	실시 예1	실시 예 2	비교 예 1	비교 예 2	비교 예 3	비교 예 4
산소한계지수	31.1	32.4	34.5	26.5	28.6	29.1

표 1,2에 나타나는 바와 같이, 실시 예 1,2는 파단 곡률반경이 각각 2.6, 2.9mm에 불과하여 상당한 정도로 유연하였고 산소한계지수도 각각 31.1, 32.4로 내열성능도 우수하였다. 탄화규소 단섬유의 길이가 길고 혼합비율이 높은 비교 예 1은, 산소한계지수가 34.5로 내열성능은 우수하였으나 파단 곡률반경은 4.8mm로 유연성이 좋지 못하였다. 비교 예 2는 파단 곡률반경이 2.4mm로 유연하였으나, 산소한계지수가 26.5로 내열성능이 좋지 못하였는데, 탄화규소 단섬유가 방적 과정에서 상당 비율이 이탈 또는 소실된 것으로 판단된다. 그리고, 비교 예 3의 아라미드 방적사의 파단 곡률반경은 2.1mm로 실시 예에 비하여 유연하였으나, 산소한계지수가 28.6으로 실시 예와 비교하여 내열성능은 낮았다.

한편, 비교 예 4는 파단 곡률반경이 2.8mm로 유연하였으나, 산소한계지수가 29.1로 다소 낮았는데, 과도한 가열 온도로 인하여 탄화규소 단섬유가 열가소성 섬유와의 융착이 제대로 이루어지지 않아, 방적과정에서 이탈 또는 소실된 것으로 판단된다.

도 5는 실시 예 1과 비교 예 4의 사진이며, 도 6은 실시 예 1의 확대 사진으로, 이를 참조하면, 실시 예 1은 탄화규소 단섬유와 아라미드 단섬유와 안정되게 결합되어 있는 반면에, 비교 예 4는 과도한 온도로 인하여 열가소성 섬유가 섬유형태를 유지하지 못하고 구 형태로 변환됨을 확인할 수 있다. 따라서, 비교예 4의 탄화규소 단섬유는 열가고성 섬유에 제대로 융착되지 못하고 방적 과정에서 이탈 또는 소실되 것으로 판단된다.

이와 같은 결과로 본 발명의 실시 예는 피복용 내열원단으로 사용되기에 충분한 유연성과 우수한 내열성능을 가짐을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

100 : 탄화규소 복합 방적사 110 : 탄화규소 단섬유
120 : 내열성 단섬유 130 : 열변형 단섬유
131 : 잠재권축 단섬유 132 : 열가소성 단섬유

Claims

탄화규소 단섬유;
상기 탄화규소 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 내열성 단섬유; 및,
상기 탄화규소 단섬유와 내열성 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 복수의 섬유로 이루어져, 상기 탄화규소 단섬유와 내열성 단섬유와 함께 혼합되는 열변형 단섬유;를 포함하여,
상기 열변형 단섬유가 가열되어 서로 다르게 열 변형되어 방적되는 상기 탄화규소 단섬유를 길이방향으로 배열시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제1항에 있어서,
상기 탄화규소 단섬유는 상기 열변형 단섬유에 의해 서로 이격되게 배열되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제2항에 있어서,
이격된 상기 탄화규소 단섬유는 상기 열변형 단섬유를 개재하여 상기 내열성 단섬유에 연결되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제3항에 있어서,
전체 방적사 중량을 기준으로, 15~30 중량%의 탄화규소 단섬유, 50~75 중량%의 내열성 단섬유, 10~20 중량%의 열변형 단섬유가 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제2항에 있어서,
상기 탄화규소 단섬유는 상기 내열성 단섬유 및 열변형 단섬유보다 섬유길이가 짧은 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제5항에 있어서,
상기 탄화규소 단섬유의 길이는 20~40mm이고, 상기 내열성 단섬유와 열변형 단섬유의 길이는 50~80mm인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제6항에 있어서,
상기 탄화규소 단섬유의 직경은 5~30㎛인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제1항에 있어서,
상기 열변형 단섬유는,
서로 다른 이종의 수지가 접합되어 열 변형 시 표면에 크림프(crimp)가 발생하는 잠재권축 단섬유; 및,
상기 잠재권축 단섬유 보다 융점이 낮으며 가열 시 용융되는 열가소성 단섬유;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제8항에 있어서,
상기 잠재권축 단섬유는, 사이드-바이-사이드형(Side-by-Side type) PTT/PET 단섬유인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제8항에 있어서,
상기 열가소성 단섬유는,
폴리에스터 단섬유, 폴리아미드 단섬유, 폴리우레탄 단섬유 중 선택된 어느 하나 이상의 단섬유인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제1항에 있어서,
상기 내열성 단섬유는,
PBO 섬유, PBI 섬유, 아라미드 섬유 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제4항에 있어서,
상기 탄화규소 복합 방적사의 굵기는 3~10 Nm 번수인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제4항에 있어서,
상기 탄화규소 복합 방적사의 인장강도는 10~15 cN/tex인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
제4항에 있어서,
상기 탄화규소 복합 방적사의 신도는 20~25%인 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사.
탄화규소 단섬유, 상기 탄화규소 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 내열성 단섬유, 상기 탄화규소 단섬유와 내열성 단섬유보다 융점 및 탄성률이 낮은 복수의 섬유로 이루어지는 열변형 단섬유를 혼합하는 단계;
상기 혼합된 단섬유들을 가열하여 상기 열변형 단섬유를 서로 다르게 열 변형시키는 단계; 및
열 변형된 단섬유 혼합체를 방적하여 소정 길이로 방적사로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 열변형 단섬유는,
서로 다른 이종의 수지가 접합되어 열 변형 시 표면에 크림프(crimp)가 발생하는 잠재권축 단섬유와, 상기 잠재권축 단섬유 보다 융점이 낮으며 가열 시 용융되는 열가소성 단섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법.
제15항에 있어서,
전체 방적사 중량을 기준으로, 15~30 중량%의 탄화규소 단섬유, 50~75 중량%의 내열성 단섬유, 10~20 중량%의 열변형 단섬유가 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법.
제16항에 있어서,
상기 열가소성 단섬유 융점의 105~110% 온도로 3~10초 동안 가열하여 상기 열가소성 단섬유를 용융시키고, 상기 잠재권축 단섬유에 크림프를 발생시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 단섬유를 혼합하는 단계는,
실리콘계 유연제 0.1∼5 중량%, 물 95∼99.9 중량%로 이루어지는 유연제를 믹싱롤러에 분사한 후, 상기 믹싱롤러를 회전시켜 혼합하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 방적사로 제조하는 단계는,
열 변형된 상기 단섬유 혼합체를 슬라이버로 만드는 단계;
상기 슬라이버를 연신하고 꼬임을 주면서 조사를 제조하는 단계; 및,
상기 조사를 연신하고 꼬임을 주어 방적사로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소 복합 방적사의 제조방법.