KR102268852B1 - 도전성 원사 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성 원사 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기재수지와 전도성 고분자 물질을 각각 펠릿 형태로 가공한 후 시스-코어 형태로 용융 방사시켜 제조함으로써 도전성과 내구성이 향상되어 원단 제직 과정이나 원단으로 만든 의복류 착장 과정에서 도전성을 온전히 유지할 수 있는 도전성 원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 기본 수지와 전도성 고분자 물질을 각각 시스-코어 형태를 가지도록 용융 방사하여 제조한 것으로; 중심에 위치하고 상기 기본 수지로 이루어지는 코어부; 및 상기 코어부의 외면을 튜브 형태로 감싸고 상기 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체로 이루어지는 시스부;로 구성되는 도전성 원사와, 기재 수지를 펠릿 형태로 가공하여 기재펠릿을 준비하는 단계; 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체를 펠릿 형태로 가공하여 전도성펠릿을 준비하는 단계; 및 상기 기재펠릿과 상기 전도성펠릿을 각각 시스-코어 형태로 서로 독립되게 용융 방사한 후 연신하여 상기 기재펠릿으로 이루어지는 코어부와, 상기 전도성펠릿으로 이루어지고 상기 코어부의 외면에 튜브형태로 감싸는 시스부로 구성되는 도전성 원사를 완성하는 단계;를 포함하는 도전성 원사의 제조방법을 각각 기술적 요지로 한다.

Description

도전성 원사 제조방법{Method of manufacturing conductive yarns}

본 발명은 도전물질이 결합되어 도전성을 발휘하는 도전성 원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 도전사는 나일론, 아크릴, 폴리에스터 등으로 이루어진 소재원사에 구리, 아연, 은 등의 도전물질을 인위적으로 결합시켜 소재원사에 도전물질에 따른 도전성을 부여한 섬유이다.

이러한 도전사는 합성섬유나 천연섬유와는 달리 섬유 간의 마찰이나 섬유와 피부 간의 마찰에도 정전기를 발생하지 않으므로 반도체 제조공장용으로 사용되는 제전작업복과 제전장갑, 군용으로 사용되는 위장막, 발열용으로 사용되는 겨울 내의나 겨울 양말 등의 소재섬유로 사용되고 있다.

한편 도전사는 소재원사에 도전물질을 결합시킬 때 소재원사의 표면에 도금와 인쇄 및 코팅 등의 방법을 포함하는 물리적인 방법이나 화학적인 방법으로 결합시켜 제조하거나 도전물질을 섬유 형태로 가공하여 소재원사와 연사 또는 합사하여 제조하고 있다.

상기와 같이 도금, 인쇄, 코팅, 연사, 합사 등을 포함하는 종래의 방법으로 제조한 도전사는 섬유용으로 사용하기에는 부족함이 있으므로 이를 소재로 하여 레포츠용으로 사용되는 원단을 제조하기에는 많은 제약이 있다.

여기서 도전사가 적용된 폴리에스터계 원단은 주로 운동복이나 등산복에 적용되어 정전기로 인해 황사나 먼지가 원단 표면에 달라붙는 폐단을 막기 위한 기능을 하는 것으로서 착용시 피부와 직접 닿을 수밖에 없다.

그러나 종래의 방법으로 제조한 도전사는 소재원사와 도전물질의 결합이 완벽하지 않고 부자연스러움에 따라 이물감이 있고 표면도 일반 섬유에 비해 매우 거칠며 굵기도 일반 섬유에 비해 상대적으로 굵으므로 착용감이 좋지 못하고 폴리에스터계 원단의 제조에 어려움이 있으며 원단 제직 과정이나 착용 과정에서 도전물질이 소재원사에서 쉽게 분리되면서 도전성을 쉽게 상실하게 되는 문제점이 있다.

따라서 표면이 매끈하고 직경을 줄여 착용감 저하를 막고 이물감을 해소할 수 있고 도전물질이 소재원사에 견고하게 결합되어 원단 제직 과정이나 원단으로 만든 의복류 착장 과정에서 도전성을 온전히 유지할 수 있는 도전사를 위한 도전사 제조기술의 개발이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0023645호, 2010.03.04.자 공개. 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0078114호, 2008.08.27.자 공개.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 표면이 매끈하고 직경을 줄여 착용감 저하를 막고 이물감을 해소할 수 있고 도전물질이 소재원사에 견고하게 결합되어 원단 제직 과정이나 원단으로 만든 의복류 착장 과정에서 도전성을 온전히 유지할 수 있는 도전성 원사 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도전성 원사는 기본 수지와 전도성 고분자 물질을 각각 시스-코어 형태를 가지도록 용융 방사하여 제조한 것으로; 중심에 위치하고 상기 기본 수지로 이루어지는 코어부; 및 상기 코어부의 외면을 튜브 형태로 감싸고 상기 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체로 이루어지는 시스부;로 구성될 수 있다.

상기 시스부는 상기 전도성 고분자 물질과 상기 열가소성 탄성체와 그래핀으로 이루어질 수 있다.

상기 시스부는 은나노 물질이 더 포함될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도전성 원사의 제조방법은 기재 수지를 펠릿 형태로 가공하여 기재펠릿을 준비하는 단계; 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체를 펠릿 형태로 가공하여 전도성펠릿을 준비하는 단계; 및 상기 기재펠릿과 상기 전도성펠릿을 각각 시스-코어 형태로 서로 독립되게 용융 방사한 후 연신하여 상기 기재펠릿으로 이루어지는 코어부와, 상기 전도성펠릿으로 이루어지고 상기 코어부의 외면에 튜브형태로 감싸는 시스부로 구성되는 도전성 원사를 완성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 전도성펠릿을 준비하는 단계는 상기 전도성 고분자 물질과 상기 열가소성 탄성체에 그래핀을 추가하여 펠릿 형태로 가공하여 전도성펠릿을 준비할 수 있다.

상기 전도성펠릿을 준비하는 단계는 은나노 물질을 더 추가하여 펠릿 형태로 가공하여 전도성펠릿을 준비할 수 있다.

상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 기재 수지를 포함하는 기재펠릿과 전도성 고분자 물질을 포함하는 전도성펠릿을 시스-코어 형태로 용융 방사하여 기재펠릿이 코어부를 이루고 전도성펠릿이 시스부를 이루는 도전성 원사를 제조함으로써 표면이 매끈하며 직경 조절이 용이하여 착용감을 높이고 이물감을 해소할 수 있을 뿐만 아니라 원단 제직 과정이나 원단으로 만든 의복류 착장 과정에서도 도전성을 온전히 유지할 수 있다.

그리고 전도성펠릿에 그래핀을 더 포함시켜 시스-코어 형태로 용융 방사하여 도전성 원사를 제조함으로써 그래핀의 작용에 의해 도전성 원사의 도전성과 내구성을 더욱 강화시킬 수 있다.

또한 전도성펠릿에 은나노 물질을 더 포함시켜 시스-코어 형태로 용융 방사하여 도전성 원사를 제조함으로써 은나노 물질의 작용에 의해 도전성 원사에 새로운 기능인 항균성을 부여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사의 길이방향에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사의 폭방향에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사의 제조방법에서 융융 방사 단계를 도시한 모식도이다.

본 발명은 소재원사에 도전물질이 포함되어 레포츠용으로 사용되는 원단, 반도체 제조공장용으로 사용되는 제전작업복과 제전장갑, 군용으로 사용되는 위장막, 발열용으로 사용되는 겨울 내의나 겨울 양말 등의 소재섬유로 사용되는 도전성 원사 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 도전성 원사 및 이의 제조방법은 표면이 매끈하고 직경을 줄여 착용감 저하를 막고 이물감을 해소할 수 있고 도전물질이 소재원사에 견고하게 결합되어 원단 제직 과정이나 원단으로 만든 의류 착용 과정에서 도전성을 온전히 유지할 수 있는 것이 특징이다.

이러한 특징은 도금, 인쇄, 코팅, 연사, 합사 등의 방법을 이용하지 않고 폴리에스테르계 기본 수지와 전도성 고분자 물질을 서로 위치 구분되게 용융 방사하는 방법을 이용하여 도전성 원사를 제조함으로써 달성될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사(100)는 기본 수지와 전도성 고분자 물질을 코어(core)-시스(sheath) 형태로 용융 방사하여 기본 수지가 코어를 이루고 전도성 고분자 물질이 코어를 감싸는 시스를 이루는 형태를 가진 것으로, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 중심에 위치하는 코어부(110)와, 코어부(110)의 외면을 튜브형태로 감싸는 시스부(120)로 구성될 수 있다.

상기 코어부(110)는 폴리에스테르계열의 수지, 나일론계열의 수지 중의 어느 하나로 선택된 기본 수지로 이루어질 수 있다.

상기 시스부(120)는 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체로 이루어질 수 있다.

따라서 도전성 원사(100)는 시스부(120)를 이루는 전도성 고분자 물질이 열가소성 탄성체와 함께 코어부(110)를 이루는 기본 수지의 외면에 튜브 형태로 감싼 형태이므로 표면이 매끈하고 직경 조절이 용이하며 내구성도 크게 향상시킬 수 있다.

여기서 도전성 원사(100)의 직경을 최소화하면서 도전성 원사(100)의 제조비용을 절감할 수 있도록 시스부(120)의 두께가 코어부(110)의 직경보다 상대적으로 더 작게 용융 방사될 수 있다.

그리고 시스부(120)는 전도성을 높이고 표면 강도를 높이기 위해 그래핀이 더 포함될 수 있고, 시스부(120)는 항균성을 발휘할 수 있도록 은나노 물질이 더 포함될 수 있다.

즉, 코어부(110)를 이루는 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체에 그래핀과 은나노 물질 중의 적어도 하나가 더 포함된 상태에서 시스-코어 형태로 용융 방사될 수 있다.

그러면 도전성 원사(100)는 그래핀의 망상 구조에 의해 전도성 고분자 물질 서로 간의 연결 내지 열가소성 탄성체 서로 간의 연결 내지 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체 간의 연결이 강력해지면서 내구성과 전도성이 크게 향상될 수 있다.

그리고 도전성 원사(100)는 질병을 유발하는 미생물을 죽이는 살균 작용하는 은나노 물질이 포함됨에 따라 항균성을 발휘하는 기능을 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도전성 원사의 제조방법(S100)은 도 1에 도시된 바와 같이 도 3에 도시된 바와 같이 기재펠릿 준비 단계(S110)와 전도성펠릿 준비 단계(S120)와 용융 방사 단계(S130) 및 연신 단계(S140)로 구성될 수 있다.

상기 기재펠릿 준비 단계(S110)는 도전성 원사(100)의 기재가 되는 기재 수지를 펠릿 형태로 가공하여 기재펠릿(10)을 준비하는 공정이다.

이때 기재 수지는 나일론 수지, 폴리에스테르 수지 중의 적어도 하나를 사용할 수 있다. 즉, 나일론 수지 또는 폴리에스테르 수지 중의 하나를 용융 가열한 후 일정한 크기의 펠릿 형태로 성형함으로써 기재 수지로 이루어진 기재펠릿(10)을 준비할 수 있다.

상기 전도성펠릿 준비 단계(S120)는 도전성 원사(100)의 기재에 도전성을 부여하는 전도성 고분자 물질을 펠릿 형태로 가공하여 전도성펠릿(20)을 준비하는 공정이다.

즉, 전도성펠릿 준비 단계(S120)는 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체를 마스타배치(master batch) 방식을 통해 화학적으로 합성한 후 일정크기의 펠릿 형태로 성형함으로써 전도성을 가진 전도성펠릿(20)을 준비할 수 있다.

이때 열가소성 탄성체는 전도성 고분자 물질이 기재 수지의 외면을 견고하게 감쌀 수 있도록 전도성펠릿(20)이 접착력을 갖도록 하면서 전도성펠릿에서의 전도성 고분자 물질이 균일하게 분포되도록 할 수 있다.

한편 전도성펠릿 준비 단계(S120)에서는 열가소성 탄성체 100중량부와 전도성 고분자 물질은 1~30중량부의 비율로 혼합하여 전도성펠릿(20)을 준비할 수 있다.

단, 열가소성 탄성체는 기재 수지의 종류에 따라 나일론계 또는 폴리에스테르계 TPE(Thermal Plastic Elastomer)로 구성될 수 있다.

그리고 전도성 고분자 물질은 폴리아닐린(Polyaniline)과 폴리피롤(Polypyrrole)과 폴리티오펜(Polythiophene) 중의 적어도 하나로 구성될 수 있다.

한편 전도성펠릿 준비 단계(S120)에서는 열가소성 탄성체 100중량부와 전도성 고분자 물질 1~30중량부에 그래핀(Graphene) 0.01~2중량부와 은나노 물질 0.01~10중량부 중의 적어도 하나를 추가하여 전도성펠릿(20)을 준비할 수 있다.

여기서 그래핀은 망상 구조를 가짐에 따라 전도성 고분자 물질 서로 간의 연결 내지 열가소성 탄성체 서로 간의 연결 내지 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체 간의 연결을 강화시켜 도전성 원사(100)의 내구성과 전도성을 높일 수 있다.

그리고 은나노 물질은 질병을 유발하는 미생물에 대한 살균 기능을 가짐에 따라 도전성 원사(100)에 항균성을 더 부여할 수 있다.

상기 용융 방사 단계(S130)는 기재펠릿 준비 단계(S110)에서 준비된 기재펠릿(10)과, 전도성펠릿 준비 단계(S120)에서 준비된 전도성펠릿(20)을 각각 시스-코어 형태로 용융 방사하여 반제품의 도전성 원사(100)를 제조하는 공정이다.

즉, 용융 방사 단계(S130)는 시스-코어 구조가 적용된 용융방사기(130)에 기재펠릿(10) 100중량부와 전도성펠릿(20) 10~30중량부를 투입하여 서로 위치 구분되게 용융 방사함으로써 기재펠릿(10)이 코어부(110)를 이루고 전도성펠릿(20)이 시스부(120)를 이루는 반제품의 도전성 원사(100)를 제조할 수 있다.

이때 용융방사기(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 기재펠릿(10)을 용융시켜 공급하는 기재펠릿 공급부(131)와, 전도성펠릿(20)을 용융시켜 공급하는 전도성펠릿 공급부(132)와, 기재펠릿 공급부(131)의 내부와 연통하여 기재펠릿(10)을 방사하는 기재펠릿 방사노즐(133)과, 전도성펠릿 공급부(132)의 단부와 연통하고 기재펠릿 방사노즐(133)의 외측에 감싸도록 설치되어 전도성펠릿(20)을 방사하는 전도성펠릿 방사노즐(134)을 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 기재펠릿(10)은 기재펠릿 공급부(131)에 의해 용융 상태로 공급된 후 기재펠릿 방사노즐(133)에 의해 중심에 위치하도록 방사되면서 코어부(110)를 이루게 되고, 전도성펠릿(20)은 전도성펠릿 공급부(132)에 의해 용융 상태로 공급된 후 전도성펠릿 방사노즐(134)에 의해 코어부(110)의 외면을 튜브형태로 감싸도록 방사되면서 시스부(120)를 이루게 된다.

상기 연신 단계(S140)는 용융 방사 단계(S130)에서 용융 방사된 반제품의 도전성 원사(100)를 연신기에 투입한 후 길이방향으로 연신(drawing)함으로써 탄성계수, 강도, 신도, 응력 등의 물리적인 성질을 높여 도전성 원사(100)의 제조를 완료하는 공정이다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야에 대한 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

10: 기재펠릿
20: 전도성펠릿
100: 도전성 원사
110: 코어부
120: 시스부
130: 용융방사기
131: 기재펠릿 공급부
132: 전도성펠릿 공급부
133: 기재펠릿 방사노즐
134: 전도성펠릿 방사노즐
S100: 도전성 원사의 제조방법
S110: 기재펠릿 준비 단계
S120: 전도성펠릿 준비 단계
S130: 용융 방사 단계
S140: 연신 단계

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 기본 수지와 전도성 고분자 물질을 각각 시스-코어 형태를 가지도록 용융 방사하여 중심에 위치하고 상기 기본 수지로 이루어지는 코어부와, 상기 코어부의 외면을 튜브 형태로 감싸고 상기 전도성 고분자 물질과 열가소성 탄성체와 그래핀과 은나노 물질로 이루어지는 시스부로 이루어지는 도전성 원사를 제조하기 위한 것으로서;
   나일론 수지 또는 폴리에스테르 수지 중의 하나인 기재 수지를 가열 용융시켜 펠릿 형태로 성형하는 가공을 통하여 기재펠릿을 준비하는 단계;
   TPE인 열가소성 탄성체 100중량부와 폴리아닐린과 폴리피롤과 폴리티오펜 중의 하나인 전도성 고분자 물질 1~30중량부와 그래핀(Graphene) 0.01~2중량부 및 은나노 물질 0.01~10중량부를 혼합하여 가열 용융시켜 펠릿 형태로 성형하는 가공을 통하여 전도성펠릿을 준비하는 단계;
   상기 기재펠릿을 용융시켜 공급하는 기재펠릿 공급부와, 상기 전도성펠릿을 용융시켜 공급하는 전도성펠릿 공급부와, 상기 기재펠릿 공급부의 내부와 연통하여 상기 기재펠릿을 방사하는 기재펠릿 방사노즐과, 상기 전도성펠릿 공급부의 단부와 연통하고 상기 기재펠릿 방사노즐의 외측에 감싸도록 설치되어 상기 전도성펠릿을 방사하는 전도성펠릿 방사노즐을 포함하는 용융방사기에 상기 기재펠릿과 상기 전도성펠릿을 주입하여 상기 용융방사기의 작동을 통해 시스-코어 형태로 서로 독립되게 용융 방사하여 상기 기재펠릿으로 이루어지는 코어부와, 상기 전도성펠릿으로 이루어지고 상기 코어부의 외면에 튜브형태로 감싸는 시스부로 이루어지는 도전성 원사 반제품을 제조하는 단계; 및
   제조된 상기 도전성 원사 반제품을 연신기에 투입한 후 길이방향으로 연신하여 물리적인 성질을 강화시켜 도전성 원사의 제조를 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전성 원사의 제조방법.
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