KR102400545B1 - Copolymerized aramid fiber with high elasticity - Google Patents
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Abstract
본 발명의 고탄성 아라미드 섬유는 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체로 이루어져 탄성율이 1,100~1,300g/d이고, 강도가 17~30g/d이고, 신도가 1~4%인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 섬유 내에 잔존하는 용매 함량이 100ppm 미만으로 낮으며 열처리에 의해 섬유의 결정화도, 결정크기 및 배향도가 적절하게 제어되어 있어서, 강도저하 없이도 탄성율이 종래의 아라미드 섬유 보다 크게 향상되는 효과가 있다.
본 발명은 아라미드 섬유의 고강도 특성과 함께 고탄성이 요구되는 다양한 제품용 소재로 유용하다.The high elastic aramid fiber of the present invention is composed of an aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group (-CN), and has an elasticity modulus of 1,100-1,300 g/d, a strength of 17-30 g/d, and an elongation of 1-4% characterized by being.
In the present invention, the content of the solvent remaining in the fiber is as low as less than 100 ppm, and the crystallinity, crystal size and orientation of the fiber are appropriately controlled by heat treatment, so that the elastic modulus is greatly improved than that of the conventional aramid fiber without a decrease in strength.
The present invention is useful as a material for various products requiring high elasticity as well as high strength properties of aramid fibers.
Description
본 발명은 고탄성 공중합 아라미드 섬유에 관한 것으로서, 구체적으로는 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체로 이루어지며, 열처리에 의해 섬유의 결정화도, 결정크기 및 배향도가 적절하게 제어되어 강도저하 없이도 고탄성을 구비하는 공중합 아라미드 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a high elasticity copolymerized aramid fiber, and specifically, it is made of an aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group (-CN), and the crystallinity, crystal size and orientation of the fiber are appropriately controlled by heat treatment. It relates to a copolymer aramid fiber having high elasticity without a decrease in strength.
아라미드 섬유는 파라-아라미드 섬유와 메타-아라미드 섬유를 포함한다. 이 중에서 파라-아라미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 특히 5mm 정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있어 방탄 용도로 사용될 뿐만 아니라, 우주항공 분야와 같은 첨단 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다.Aramid fibers include para-aramid fibers and meta-aramid fibers. Among them, para-aramid fiber has excellent characteristics such as high strength, high elasticity, and low shrinkage. In particular, it is used for bulletproof purposes as it has strong enough to lift a 2 ton car with a thin thread of about 5mm thickness. It is used for a variety of purposes in high-tech industries such as aerospace.
아라미드 섬유는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이 (i) 아라미드 방사 도우프(Dope)를 방사구금(20)을 통해 방사하는 공정과, (ii) 방사된 아라미드 섬유를 응고조(30)와 응고액이 분사되는 응고튜브(40) 내로 차례로 통과시키면서 응고시키는 공정과, (iii) 응고된 아라미드 섬유를 도 4와 같이 적어도 하나의 수세 로울러(50)위를 차례로 통과시키면서 수세 로울러(50) 상단 외부에 있는 수세액 분사노즐(90)을 통해 수세액을 수세 로울러(50)위를 통과하는 아라미드 섬유에 분사하여 수세시키는 공정과, (iv) 수세된 아라미드 섬유를 건조장치(70)로 건조한 후 권취로울러(80)에 감는 공정들을 차례로 거쳐서 제조되고 있다.Aramid fibers are typically prepared in a process of (i) spinning an aramid spinning dope through a
이때, 상기 아라미드 방사 도우프(Dope)를 제조하는 방법 일례로는 대한민국 등록특허 제10-0910537호에 게재된 바와 같이 파라페닐렌디아민 등과 같은 방향족 디아민을 무기염이 첨가된 유기용매에 용해하여 혼합용액을 준비하고, 상기 혼합용액에 테레프탈로일디클로라이드 등과 같은 방향족 디에시드할라이드를 첨가. 반응시켜 아라미드 중합체를 제조한 다음, 제조된 아라미드 중합체를 황산에 녹여 방사 도우프를 제조하였다.At this time, as an example of a method for manufacturing the aramid spinning dope, as disclosed in Korean Patent No. 10-0910537, an aromatic diamine such as paraphenylenediamine is dissolved in an organic solvent to which an inorganic salt is added and mixed. Prepare a solution, and add an aromatic dieside halide such as terephthaloyl dichloride to the mixed solution. After the reaction was performed to prepare an aramid polymer, the prepared aramid polymer was dissolved in sulfuric acid to prepare a spinning dope.
상기 유기용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 무기염으로는 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.Examples of the organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N'-dimethylacetamide (DMAc), hexamethylphosphoamide (HMPA), N, N, N', N'-tetra Methyl urea (TMU), N,N-dimethylformamide (DMF) or mixtures thereof may be used. The inorganic salt may be CaCl 2 , LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr, or a mixture thereof.
상기 방향족 디아민은 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민, 또는 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드일 수 있다.The aromatic diamine may be para-phenylenediamine, 4,4'-diaminobiphenyl, 2,6-naphthalenediamine, 1,5-naphthalenediamine, or 4,4'-diaminobenzanilide.
상기 방향족 디에시드 할라이드는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드, 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드일 수 있다.The aromatic diecide halide may be terephthaloyl dichloride, 4,4'-benzoyl dichloride, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid dichloride, or 1,5-naphthalenedicarboxylic acid dichloride.
상기 아라미드 중합체는 사용된 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 종류에 따라 폴리파라페닐렌테레프탈아미드, 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드), 또는 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드)일 수 있다.The aramid polymer is polyparaphenylene terephthalamide, poly(4,4'-benzanilide terephthalamide), poly(paraphenylene-4,4'-bi) depending on the type of aromatic diamine and aromatic diecide halide used. phenylene-dicarboxylic acid amide), or poly(paraphenylene-2,6-naphthalenedicarboxylic acid amide).
상기 아라미드 방사 도우프(Dope)를 제조하는 또 다른 방법 일례로는 대한민국 등록특허 제10-171994호에 게재된 바와 같이 파라페닐렌디아민과 시아노-파라-페닐렌 디아민이 용해되어 있는 유기용매에 테레프탈로일디클로라이드를 첨가, 반응시켜 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다. 이와 같은 경우 공중합 아라미드 중합체를 황산에 녹이는 공정 없이도 방사 도우프(Dope)로 제조할 수 있는 장점이 있다.As another method for producing the aramid spinning dope (Dope), as disclosed in Korean Patent No. 10-171994, para-phenylenediamine and cyano-para-phenylene diamine are dissolved in an organic solvent. By adding and reacting terephthaloyl dichloride, a spinning dope comprising a copolymer aramid polymer including an aromatic group substituted with a cyano group (-CN) was prepared. In this case, there is an advantage that the copolymer aramid polymer can be prepared as a spinning dope without a process of dissolving it in sulfuric acid.
상기와 같이 제조된 종래의 아라미드 섬유들은 섬유 내에 잔존하는 유기 용매가 100ppm을 초과하거나, 열처리에 의해 섬유의 결정화도, 결정크기 및 배향도가 적절하게 제어되지 않아서, 아라미드 섬유 탄성율이 1,100g/d 미만으로 낮고, 열처리시 강도 및 신도가 크게 저하되는 문제점들이 있었다.In the conventional aramid fibers prepared as described above, the organic solvent remaining in the fibers exceeds 100 ppm, or the crystallinity, crystal size and orientation of the fibers by heat treatment are not properly controlled, so the aramid fiber modulus is less than 1,100 g/d. low, and there were problems in that strength and elongation during heat treatment were greatly reduced.
본 발명의 과제는 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체로 이루어져 17~30g/d의 강도를 유지하면서 탄성율이 1,100~1,300g/d로 뛰어나고 신도가 1~4%인 고탄성 아라미드 공중합 아라미드 섬유를 제공하는 것이다.The subject of the present invention is composed of an aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group (-CN), maintaining a strength of 17 to 30 g/d, an elasticity modulus of 1,100 to 1,300 g/d, and an elongation of 1 to 4% It is to provide a high elastic aramid copolymer aramid fiber.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서 본 발명에서는 아라미드 섬유를 보다 균일하고도 효율적으로 수세하여 아라미드 섬유 내에 잔존하는 유기용매의 함량이 100ppm 미만이 되도록 하고, 또한 열처리공정을 통해 아라미드 섬유의 결정화도, 결정크기 및 배향도를 적절하게 조절하면서, 강도저하 없이도 아라미드 섬유의 탄성율을 향상시켜 준다.In order to achieve this object, in the present invention, the aramid fiber is washed with water more uniformly and efficiently so that the content of the organic solvent remaining in the aramid fiber is less than 100 ppm, and the crystallinity, crystal size and While properly adjusting the degree of orientation, it improves the modulus of elasticity of aramid fibers without reducing strength.
본 발명은 섬유 내에 잔존하는 용매 함량이 100ppm 미만으로 낮으며 열처리에 의해 섬유의 결정화도, 결정크기 및 배향도가 적절하게 제어되어 있어서, 강도저하 없이도 탄성율이 종래의 아라미드 섬유 보다 크게 향상되는 효과가 있다.In the present invention, the content of the solvent remaining in the fiber is as low as less than 100 ppm, and the crystallinity, crystal size and orientation of the fiber are appropriately controlled by heat treatment, so that the elastic modulus is greatly improved than that of the conventional aramid fiber without a decrease in strength.
본 발명은 아라미드 섬유의 고강도 특성과 함께 고탄성이 요구되는 다양한 제품용 소재로 유용하다.The present invention is useful as a material for various products requiring high elasticity as well as high strength properties of aramid fibers.
도 1은 아라미드 섬유를 제조하는 공정 개략도.
도 2는 본 발명의 구현일례에서 사용하는 수세 로울러의 단면도.
도 3은 본 발명에서 도 2의 수세 로울러를 사용하여 아라미드 섬유를 수세하는 공정 모식도.
도 4는 종래방법으로 아라미드 섬유를 수세하는 공정 모식도.1 is a schematic diagram of a process for producing an aramid fiber.
Figure 2 is a cross-sectional view of the washing roller used in an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic view of the process of washing the aramid fiber using the washing roller of Figure 2 in the present invention.
Figure 4 is a schematic view of the process of washing aramid fibers in a conventional method.
이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 고탄성 공중합 아라미드 섬유는 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체로 이루어져 탄성율이 1,100~1,300g/d이고, 강도가 17~30g/d이고, 신도가 1~4%인 것을 특징으로 한다.The high elasticity copolymerized aramid fiber according to the present invention is composed of an aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group (-CN), and has an elastic modulus of 1,100-1,300 g/d, a strength of 17-30 g/d, and an elongation of 1- It is characterized by 4%.
본 발명은 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체로 이루어져 탄성율이 1,100~1,300g/d이고, 강도가 17~30g/d이고, 결정화도가 60~80%이고, 결정크기가 100~200Å(200면) 및 100~170Å(110면)이고, 배향도(200면)가 2~9°인 고탄성 공중합 아라미드 섬유를 포함한다.The present invention is composed of an aramid copolymer comprising an aromatic group substituted with a cyano group (-CN), and has an elastic modulus of 1,100-1,300 g/d, strength of 17-30 g/d, crystallinity of 60-80%, and crystal size is 100-200 Å (200 planes) and 100-170 Å (110 planes), and the orientation (200 planes) includes high-elasticity copolymerized aramid fibers of 2-9°.
상기 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체는 하기 일반식(Ⅰ)의 반복단위를 갖는다.The aramid copolymer including an aromatic group substituted with the cyano group (-CN) has a repeating unit of the following general formula (I).
[상기 식(Ⅰ)에서 Ar은 하기 일반식(Ⅱ)의 방향족기고, 상기 A는 하기 일반식(Ⅲ)의 방향족기 이거나 하기 일반식(Ⅱ)의 방향족기와 일반식(Ⅲ)의 방향족기의 비율이 1:9~9:1인 방향족기 이다][In the formula (I), Ar is an aromatic group of the following general formula (II), and A is an aromatic group of the following general formula (III) or an aromatic group of the following general formula (II) It is an aromatic group with a ratio of 1:9 to 9:1]
본 발명에 따른 고탄성 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성들은 하기 방법에 의해 평가하였다.Various physical properties of the high elastic copolymer aramid fiber according to the present invention were evaluated by the following method.
결정화도(%)Crystallinity (%)
X-ray 분석을 통하여 얻은 회절 패턴을 사용하여 걸정피크와 무정형 피크의 비를 구하여 측정하였다.Using the diffraction pattern obtained through X-ray analysis, the ratio of the wild peak to the amorphous peak was calculated and measured.
결정크기 (Å)crystal size (Å)
X-ray 분석을 통하여 얻은 회절패턴을 사용하여 반가폭(FWHM : Full Width at Half Maximum)을 구하여 슈레르 방정식(Scherrer equation)을 이용하여 계산하였다.Using the diffraction pattern obtained through X-ray analysis, the full width at half maximum (FWHM) was obtained and calculated using the Scherrer equation.
강도(g/d), 신도(%) 및 탄성율(g/d)Strength (g/d), Elongation (%) and Modulus (g/d)
ASTM D885 시험방법에 따라 아라미드 섬유의 인장물성을 측정하였다. 구체적으로는, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Cantion, Mass)에서 길이가 25㎝인 공중합 아라미드 섬유가 파단될 때까지 인장시켜 섬유의 물성을 구하였다. The tensile properties of the aramid fibers were measured according to the ASTM D885 test method. Specifically, the physical properties of the fibers were obtained by stretching the copolymer aramid fibers having a length of 25 cm in an Instron testing machine (Instron Engineering Corp, Cantion, Mass) until they were broken.
이때, 인장속도는 300㎜/분으로 하였고, 초하중은 섬도 × 1/30g으로 하였다. 샘플 수는 5개를 테스트한 후 그 평균값으로 구하였다. 탄성율은 S-S Curve상의 기울기, 강도는 파단시 최대하중, 신도는 파단시 길이로부터 구하였다. At this time, the tensile speed was set to 300 mm/min, and the super load was set to fineness × 1/30 g. The number of samples was obtained as the average value after testing 5 samples. The modulus of elasticity was obtained from the slope on the S-S curve, the strength was obtained from the maximum load at break, and the elongation was obtained from the length at break.
배향도orientation
X-ray 분석을 통하여 얻은 회절 패턴의 각면의 위치에서 Azimutal scan(방위각의 스캔)을한 후 각 피크의 반가폭(FWHM : Full Width at Half Maximum)을 구하여 배향각을 구하였다.After performing an azimutal scan at the position of each face of the diffraction pattern obtained through X-ray analysis, the full width at half maximum (FWHM) of each peak was obtained to determine the orientation angle.
다음으로는, 본 발명의 고탄성 공중합 아라미드 섬유의 제조방법 일례를 살펴본다.Next, look at an example of the manufacturing method of the high elastic copolymer aramid fiber of the present invention.
하기 제조방법 일례를 본 발명의 고탄성 공중합 아라미드 섬유를 제조하는 구현일례일 뿐으로써 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.The following manufacturing method example is only an example of manufacturing the high elasticity copolymerized aramid fiber of the present invention and should not be construed as limiting the protection scope of the present invention.
먼저, 본 발명은 아라미드 섬유 제조용 방사 도우프를 제조하는 단계를 실시한다. 구체적으로, 유기용매에 무기염을 첨가하여 중합용매를 제조한 후, 상기 유기용매에 파라페닐렌디아민과 시아노-파라-페닐렌디아민을 함께 용해시키거나 시아노-파라-페닐렌디아민을 단독으로 용해시켜 혼합용액을 제조한 후, 이어서 상기 혼합용액을 교반하면서 상기 혼합용액에 소량의 테레프탈로일디클로라이드를 첨가함으로써 1차 중합을 수행하여 중합용매 내에 예비중합체를 형성한다.First, the present invention carries out the step of preparing a spinning dope for manufacturing aramid fibers. Specifically, after preparing a polymerization solvent by adding an inorganic salt to an organic solvent, para-phenylenediamine and cyano-para-phenylenediamine are dissolved together in the organic solvent, or cyano-para-phenylenediamine is used alone After preparing a mixed solution by dissolving the mixture, a small amount of terephthaloyl dichloride is added to the mixed solution while stirring to perform primary polymerization to form a prepolymer in the polymerization solvent.
이어서, 상기 중합용매에 테레프탈로일디클로라이드를 추가로 첨가하여 2차 중합을 수행하여 유기용매에 시아노기(-CN)가 치환된 방향족기를 포함하는 공중합 아라미드 공중합체가 녹아있는 아라미드 제조용 방사 도우프를 제조한다.Then, secondary polymerization is performed by additionally adding terephthaloyl dichloride to the polymerization solvent to prepare a spinning dope for preparing aramid in which a copolymer aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group (-CN) is dissolved in an organic solvent. manufacture
이때, 상기 유기용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 무기염으로는 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr,또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.In this case, as the organic solvent, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N'-dimethylacetamide (DMAc), hexamethylphosphoamide (HMPA), N, N, N', N' -tetramethyl urea (TMU), N,N-dimethylformamide (DMF) or mixtures thereof may be used. The inorganic salt may be CaCl 2 , LiCl, NaCl, KCl, LiBr, KBr, or a mixture thereof.
다음으로는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기와 같이 제조된 방사 도우프(Dope)를 방사구금(20)을 통해 방사한 후, 방사된 아라미드 섬유를 응고조(30)와 응고액이 분사되는 응고튜브(40) 내로 차례로 통과시킨 다음, 응고된 아라미드 섬유를 수세 로울러(50, 60) 위로 차례로 통과시키면서 수세 처리한 후, 열처리장치(70)에서 열처리하여 아라미드 섬유의 결정화도, 결정크기 및 배향도를 적절하게 제어한 후 권취로울러(80)에 권취하여 고탄성 공중합 아라미드 섬유를 제조한다.Next, as shown in FIG. 1, after spinning the spinning dope prepared as described above through the spinneret 20, the spun aramid fiber is sprayed with the
이때, 본 발명의 구현일례에서는 도 2에 도시된 바와 같이 표면에는 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세액을 분사하는 수세액 분사구(51)들이 형성되어 있고, 수세 로울러(50)의 내부에는 수세 로울러(50)의 외주원과 동심원을 이루면서 중공(中空)인 수세액 공급관(52)이 형성되어 있고, 상기 수세액 분사구(51)들은 상기 수세액 공급관(52)과 연통되어 있는 수세 로울러(50)를 사용하여 아라미드 섬유(Y)에 잔존하는 유기용매를 함량이 100ppm 미만이 되도록 아라미드 섬유(Y)를 수세해 준다.At this time, in an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2 , the washing
구체적으로, 상기 수세 로울러(50) 위로 아라미드 섬유(Y)가 통과할 때, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 수세 로울러(50)의 내부에 형성된 수세액 공급관(52)에 담겨진 수세액이 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세 로울러(50)의 표면에 형성된 수세액 분사구(51)를 통해 아라미드 섬유(Y) 방향으로 분사된다.Specifically, when the aramid fiber (Y) passes over the
그로 인해, 분사된 수세액 용액이 수세 로울러(50)를 통과하는 아라미드 원사(Y)의 내부까지 원활하게 침투될 수 있어서 아라미드 섬유(Y) 내에 잔존하는 유기용매의 함량을 100ppm 미만으로 낮출 수 있게 된다.Therefore, the sprayed washing solution can smoothly penetrate to the inside of the aramid yarn (Y) passing through the washing roller (50), so that the content of the organic solvent remaining in the aramid fiber (Y) can be lowered to less than 100 ppm do.
또한, 본 발명의 구현일례에서는 수세처리된 아라미드 섬유를 무장력 또는 0.01~5g/d 의 장력하에서 250~500℃ 온도로 0.5~20초 동안 열처리해 주며, 열처리시 수분함량은 5~100%로 조절해 준다.In addition, in an embodiment of the present invention, the water-washed aramid fiber is heat-treated at a temperature of 250 to 500 ° C. for 0.5 to 20 seconds under a non-strength or a tension of 0.01 to 5 g/d, and the moisture content during heat treatment is adjusted to 5 to 100% does it
이하, 실시예를 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Comparative Examples.
그러나, 하기 실시에는 본 발명의 바람직한 구현일례일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and should not be construed as limiting the protection scope of the present invention.
실시예 1Example 1
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 파라-페닐렌디아민(p-phenylenediamine) 50 몰%와 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 50 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) organic solvent containing 3% by weight of CaCl 2 was placed in a reactor under a nitrogen atmosphere, and 50 mol% of para-phenylenediamine and cyano-para- A mixed solution was prepared by dissolving 50 mol% of phenylenediamine (cyano-p-phenylenediamine) in the reactor.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다.Then, 100 mol% of terephthaloyl dichloride was added to the reactor containing the mixed solution to prepare a spinning dope containing a copolymerized aramid polymer.
이어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사 도우프를 방사구금(20)을 통해, 방사한 후 방사된 공중합 아라미드 섬유를 40℃의 물(응고액)이 담겨져 있는 응고조(30)와 40℃의 물(응고액)이 분사되는 응고튜브(40) 내로 통과시키면서 응고시킨 다음, 계속해서 응고튜브(40)를 통과한 공중합 아라미드 섬유를 도 2 및 도 3과 같이 표면에는 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세액을 분사하는 수세액 분사구(51)들이 형성되어 있고, 수세 로울러(50)의 내부에는 수세 로울러(50)의 외주원과 동심원을 이루면서 중공(中空)인 수세액 공급관(52)이 형성되어 있고, 상기 분사구(51)들은 상기 수세액 공급관(52)과 연통되어 있는 수세 로울러(50) 위로 통과시키면서 수세 로울러(50)의 내부에 형성된 수세액 공급관(52)에 담겨진 50℃의 물인 수세액을 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세 로울러(50)의 표면에 형성된 수세액 분사구(51)를 통해 수세 로울러(50) 위를 통과하는 공중합 아라미드 섬유를 향해 분사시켜 수세하는 공정을 2회 실시한 다음, 열처리장치(70)로 수분함량 10% 및 무장력 조건하에서 400℃의 온도로 10초동안 열처리한 다음, 권취로울러(80)에 권취하여 공중합 아라미드 섬유를 제조하였다. 제조된 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.Then, as shown in FIG. 1, the spinning dope is spun through the
실시예 2Example 2
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 100 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) organic solvent containing 3% by weight of CaCl 2 was placed in a reactor under a nitrogen atmosphere, and 100 mol% of cyano-para-phenylenediamine was added. It was put in the reactor and melted to prepare a mixed solution.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다.Then, 100 mol% of terephthaloyl dichloride was added to the reactor containing the mixed solution to prepare a spinning dope containing a copolymerized aramid polymer.
이어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사 도우프를 방사구금(20)을 통해, 방사한 후 방사된 공중합 아라미드 섬유를 50℃의 물(응고액)이 담겨져 있는 응고조(30)와 50℃의 물(응고액)이 분사되는 응고튜브(40) 내로 통과시키면서 응고시킨 다음, 계속해서 응고튜브(40)를 통과한 공중합 아라미드 섬유를 도 2 및 도 3과 같이 표면에는 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세액을 분사하는 수세액 분사구(51)들이 형성되어 있고, 수세 로울러(50)의 내부에는 수세 로울러(50)의 외주원과 동심원을 이루면서 중공(中空)인 수세액 공급관(52)이 형성되어 있고, 상기 분사구(51)들은 상기 수세액 공급관(52)과 연통되어 있는 수세 로울러(50) 위로 통과시키면서 수세 로울러(50)의 내부에 형성된 수세액 공급관(52)에 담겨진 60℃의 물인 수세액을 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세 로울러(50)의 표면에 형성된 수세액 분사구(51)를 통해 수세 로울러(50) 위를 통과하는 공중합 아라미드 섬유를 향해 분사시켜 수세하는 공정을 2회 실시한 다음, 열처리장치(70)로 수분함량 10% 및 0.5g/d의 장력 조건하에서 400℃의 온도로 10초동안 열처리한 다음, 권취로울러(80)에 권취하여 공중합 아라미드 섬유를 제조하였다. 제조된 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.Then, as shown in Figure 1, the spinning dope is spun through the
실시예 3Example 3
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 파라-페닐렌디아민(p-phenylenediamine) 50 몰%와 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 50 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) organic solvent containing 3% by weight of CaCl 2 was placed in a reactor under a nitrogen atmosphere, and 50 mol% of para-phenylenediamine and cyano-para- A mixed solution was prepared by dissolving 50 mol% of phenylenediamine (cyano-p-phenylenediamine) in the reactor.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다.Then, 100 mol% of terephthaloyl dichloride was added to the reactor containing the mixed solution to prepare a spinning dope containing a copolymerized aramid polymer.
이어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사 도우프를 방사구금(20)을 통해, 방사한 후 방사된 공중합 아라미드 섬유를 40℃의 물(응고액)이 담겨져 있는 응고조(30)와 40℃의 물(응고액)이 분사되는 응고튜브(40) 내로 통과시키면서 응고시킨 다음, 계속해서 응고튜브(40)를 통과한 공중합 아라미드 섬유를 도 2 및 도 3과 같이 표면에는 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세액을 분사하는 수세액 분사구(51)들이 형성되어 있고, 수세 로울러(50)의 내부에는 수세 로울러(50)의 외주원과 동심원을 이루면서 중공(中空)인 수세액 공급관(52)이 형성되어 있고, 상기 분사구(51)들은 상기 수세액 공급관(52)과 연통되어 있는 수세 로울러(50) 위로 통과시키면서 수세 로울러(50)의 내부에 형성된 수세액 공급관(52)에 담겨진 50℃의 물인 수세액을 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세 로울러(50)의 표면에 형성된 수세액 분사구(51)를 통해 수세 로울러(50) 위를 통과하는 공중합 아라미드 섬유를 향해 분사시켜 수세하는 공정을 2회 실시한 다음, 열처리장치(70)로 수분함량 20% 및 무장력 조건하에서 450℃의 온도로 15초동안 열처리한 다음, 권취로울러(80)에 권취하여 공중합 아라미드 섬유를 제조하였다. 제조된 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.Then, as shown in FIG. 1, the spinning dope is spun through the
실시예 4Example 4
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 100 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) organic solvent containing 3% by weight of CaCl 2 was placed in a reactor under a nitrogen atmosphere, and 100 mol% of cyano-para-phenylenediamine was added. It was put in the reactor and melted to prepare a mixed solution.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다.Then, 100 mol% of terephthaloyl dichloride was added to the reactor containing the mixed solution to prepare a spinning dope containing a copolymerized aramid polymer.
이어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사 도우프를 방사구금(20)을 통해, 방사한 후 방사된 공중합 아라미드 섬유를 40℃의 물(응고액)이 담겨져 있는 응고조(30)와 40℃의 물(응고액)이 분사되는 응고튜브(40) 내로 통과시키면서 응고시킨 다음, 계속해서 응고튜브(40)를 통과한 공중합 아라미드 섬유를 도 2 및 도 3과 같이 표면에는 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세액을 분사하는 수세액 분사구(51)들이 형성되어 있고, 수세 로울러(50)의 내부에는 수세 로울러(50)의 외주원과 동심원을 이루면서 중공(中空)인 수세액 공급관(52)이 형성되어 있고, 상기 분사구(51)들은 상기 수세액 공급관(52)과 연통되어 있는 수세 로울러(50) 위로 통과시키면서 수세 로울러(50)의 내부에 형성된 수세액 공급관(52)에 담겨진 50℃의 물인 수세액을 수세 로울러(50)의 회전에 의해 발생되는 원심력으로 수세 로울러(50)의 표면에 형성된 수세액 분사구(51)를 통해 수세 로울러(50) 위를 통과하는 공중합 아라미드 섬유를 향해 분사시켜 수세하는 공정을 2회 실시한 다음, 열처리장치(70)로 수분함량 20% 및 무장력 조건하에서 450℃의 온도로 15초동안 열처리한 다음, 권취로울러(80)에 권취하여 공중합 아라미드 섬유를 제조하였다. 제조된 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.Then, as shown in FIG. 1, the spinning dope is spun through the
비교실시예 1Comparative Example 1
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 파라-페닐렌디아민(p-phenylenediamine) 50 몰%와 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 50 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) organic solvent containing 3% by weight of CaCl 2 was placed in a reactor under a nitrogen atmosphere, and 50 mol% of para-phenylenediamine and cyano-para- A mixed solution was prepared by dissolving 50 mol% of phenylenediamine (cyano-p-phenylenediamine) in the reactor.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다.Then, 100 mol% of terephthaloyl dichloride was added to the reactor containing the mixed solution to prepare a spinning dope containing a copolymerized aramid polymer.
이어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사 도우프를 방사구금(20)을 통해, 방사한 후 방사된 공중합 아라미드 섬유를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 10% 수용액(응고액)이 담겨져 있는 응고조(30)와 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 10% 수용액(응고액)이 분사되는 응고튜브(40) 내로 통과시키면서 응고시킨 다음, 계속해서 응고튜브(40)를 통과한 공중합 아라미드 섬유를 도 4와 같이 수세 로울러(50) 위로 통과시키면서 상기 수세 로울러(50)의 상단 외부에 있는 수세액 분사노즐(90)을 통해 15℃의 물인 수세액을 수세 로울러(50) 위를 통과하는 공중합 아라미드 섬유를 향해 분사하여 수세하는 공정을 2회 실시한 다음, 열처리장치(70)로 수분함량 50% 및 10g/d 장력하에서 300℃의 온도로 30초 동안 열처리한 다음, 권취로울러(80)에 권취하여 공중합 아라미드 섬유를 제조하였다. 제조된 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.Then, as shown in FIG. 1, the spinning dope was spun through the
비교실시예 2Comparative Example 2
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 100 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) organic solvent containing 3% by weight of CaCl 2 was placed in a reactor under a nitrogen atmosphere, and 100 mol% of cyano-para-phenylenediamine was added. It was put in the reactor and melted to prepare a mixed solution.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 방사 도우프를 제조하였다.Then, 100 mol% of terephthaloyl dichloride was added to the reactor containing the mixed solution to prepare a spinning dope containing a copolymerized aramid polymer.
이어서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 방사 도우프를 방사구금(20)을 통해, 방사한 후 방사된 공중합 아라미드 섬유를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 10% 수용액(응고액)이 담겨져 있는 응고조(30)와 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 10% 수용액(응고액)이 분사되는 응고튜브(40) 내로 통과시키면서 응고시킨 다음, 계속해서 응고튜브(40)를 통과한 공중합 아라미드 섬유를 도 4와 같이 수세 로울러(50) 위로 통과시키면서 상기 수세 로울러(50)의 상단 외부에 있는 수세액 분사노즐(90)을 통해 15℃의 물인 수세액을 수세 로울러(50) 위를 통과하는 공중합 아라미드 섬유를 향해 분사하여 수세하는 공정을 2회 실시한 다음, 열처리장치(70)로 수분함량 50% 및 10g/d 장력하에서 500℃의 온도로 30초 동안 열처리한 다음, 권취로울러(80)에 권취하여 공중합 아라미드 섬유를 제조하였다. 제조된 공중합 아라미드 섬유의 각종 물성을 평가한 결과는 표 1과 같았다.Then, as shown in FIG. 1, the spinning dope was spun through the
실시예 1comparison
Example 1
실시예 2comparison
Example 2
(Å)crystal size
(Å)
10 : 익스터루더 20 : 방사구금
30 : 응고조 40 : 응고튜브
41 : 응고액 분사구 Y : 아라미드 섬유
50 : 수세 로울러
70 : 열처리장치 80 : 권취로울러 90 : 수세액 분사노즐
J : 아라미드 섬유에 분사되는 수세 용액
51 : 수세액 분사구 52 : 수세액 공급관10: exteruder 20: spinneret
30: coagulation tank 40: coagulation tube
41: coagulating liquid nozzle Y: aramid fiber
50: Suse roller
70: heat treatment device 80: winding roller 90: washing liquid spray nozzle
J: Washing solution sprayed on aramid fibers
51: washing liquid injection port 52: washing liquid supply pipe
Claims (6)
상기 아라미드 섬유 내에 잔존하는 유기용매의 함량이 100ppm미만인 것을 특징으로 하는 고탄성 공중합 아라미드 섬유.It is made of an aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group (-CN) and has an elasticity modulus of 1,100 to 1,300 g/d, a strength of 17 to 30 g/d, and an aramid fiber having an elongation of 1 to 4%,
High elasticity copolymerized aramid fiber, characterized in that the content of the organic solvent remaining in the aramid fiber is less than 100ppm.
[상기 식(Ⅰ)에서 Ar은 하기 일반식(Ⅱ)의 방향족기고, 상기 A는 하기 일반식(Ⅲ)의 방향족기 이거나 하기 일반식(Ⅱ)의 방향족기와 일반식(Ⅲ)의 방향족기의 비율이 1:9~9:1인 방향족기 이다]
[Claim 2] The high elasticity copolymerized aramid fiber according to claim 1, wherein the aramid copolymer comprising an aromatic group substituted with a cyano group (-CN) has a repeating unit of the following general formula (I).
[In the formula (I), Ar is an aromatic group of the following general formula (II), and A is an aromatic group of the following general formula (III) or an aromatic group of the following general formula (II) It is an aromatic group with a ratio of 1:9 to 9:1]
유기용매에 시아노기가 치환된 방향족기를 포함하는 공중합 아라미드 공중합체가 녹아있는 아라미드 제조용 방사 도우프를 이용하여 방사구금을 통해 방사하여 방사된 공중합 아라미드 섬유를 제공하는 공정,
상기 방사된 공중합 아라미드 섬유를 물만 담겨진 응고조 및 물이 분사되는 응고튜브를 통과시켜 응고시키는 공정,
표면에 수세액 분사구가 형성되고 내부에 수세액 공급관이 형성된 적어도 하나의 수세 로울러를 이용하여, 상기 응고된 아라미드 섬유 내에 잔존하는 유기용매의 함량이 100ppm미만이 되도록, 수세액을 분사하여 아라미드 섬유를 수세시키는 공정, 및
수세된 아라미드 섬유를 건조하고 권취하는 공정을 통해 얻어진 것인 고탄성 공중합 아라미드 섬유.According to claim 1, wherein the aramid fiber is
A process of providing spun copolymer aramid fibers by spinning through a spinneret using a spinning dope for aramid production in which a copolymer aramid copolymer containing an aromatic group substituted with a cyano group in an organic solvent is melted;
A process of coagulating the spun copolymer aramid fiber by passing it through a coagulation tank containing only water and a coagulation tube into which water is sprayed,
Using at least one washing roller with a washing solution injection hole formed on the surface and a washing solution supply pipe formed inside, the aramid fiber is washed by spraying the washing solution so that the content of the organic solvent remaining in the coagulated aramid fiber is less than 100 ppm. flushing process, and
High elasticity copolymerized aramid fiber obtained through a process of drying and winding the washed aramid fiber.
상기 수세 로울러의 내부에는 수세 로울러의 외주원과 동심원을 이루면서 중공인 수세액 공급관이 형성되어 있고,
상기 수세액 분사구들은 상기 수세액 공급관과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는,
고탄성 공중합 아라미드 섬유.5. The method of claim 4,
A hollow washing solution supply pipe is formed inside the washing roller while forming a concentric circle with the outer circumference of the washing roller,
The washing liquid injection ports are characterized in that in communication with the washing liquid supply pipe,
High elasticity copolymerized aramid fiber.
고탄성 공중합 아라미드 섬유.According to claim 4, wherein the coagulation bath is characterized in that it contains 100% by weight of water at 40 °C or 50 °C as a coagulation liquid,
High elasticity copolymerized aramid fiber.
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