KR102487609B1

KR102487609B1 - 우수한 탄성회복력을 가지는 섬유집합체의 제조방법

Info

Publication number: KR102487609B1
Application number: KR1020200132639A
Authority: KR
Inventors: 박재현
Original assignee: 주식회사 나프
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2023-01-11
Also published as: KR20220049242A

Abstract

본 발명은 사용자에게 편안한 쿠션감을 제공하면서도 외력이 제거되면 탄성회복력이 발현되어 형태 안정성이 유지될 수 있는 섬유집합체의 제조방법에 관한 것으로, 폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 가열 용융하는 단계, 용융된 폴리에스테르 칩을 균등한 영역으로 구획되는 방사노즐로 방사하여 내부에 다수 중공이 형성되는 중공사를 제조하는 단계, 중공사를 합성수지로 압출 코팅하여 표면에 코팅층을 형성하는 단계 및, 압출 코팅된 중공사 다수 가닥을 열 융착하여 구형의 섬유집합체로 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

우수한 탄성회복력을 가지는 섬유집합체의 제조방법 {Method for manufacturing fiber aggregate having excellent elasticity}

본 발명은 쿠션감과 볼륨감을 제공하도록 소파나 침구에 내입되는 섬유집합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자에게 편안한 쿠션감을 제공하면서도 외력이 제거되면 탄성회복력이 발현되어 형태 안정성이 유지될 수 있는 섬유집합체의 제조방법에 관한 것이다.

이불이나 요와 같은 침구나 소파와 같은 가구와 같은 제품에는 내부공간에 쿠션재가 내입되는데, 쿠션재로는 경량이면서도 부드럽고 안락한 쿠션감과 볼륨감을 제공하도록 섬유집합체가 널리 사용되고 있다.

종래에는 섬유집합체로 면과 양모와 같은 천연섬유 집합체가 주로 사용되었으나, 최근에는 가격이 저렴하고 물성이 우수한 폴리에스테르, 나일론과 같은 화학 섬유 집합체가 사용되고 있다. 이의 예로 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0026159호와 등록특허공보 제10-1052591호와 같이 합성섬유 단섬유가 뭉쳐진 구 형태의 섬유집합체가 사용된다.

이와 같이 섬유집합체는 얽혀 있는 단섬유 사이의 공극으로 인하여 제품의 벌키성은 발현될 수 있으나, 제품의 운송이나 보관 또는 사용자의 가압과 같은 외력에 의한 압축으로 형태 변형에 의하여 쿠션 성능이 저하되는 문제가 있다.

또한, 섬유집합체가 내입된 제품 폐기물의 소각 시 상당한 에너지가 소비되어 CO₂증가도 초래하고 있어 자원낭비와 환경오염의 원인이 되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0026159호(발명의 명칭: 보온성이 우수한 볼 형태의 광발열 섬유집합체) 대한민국 등록특허공보 제10-1052591호(발명의 명칭: 볼화이버를 이용한 견면의 제조방법 및 그 견면)

따라서, 본 발명은 외력에 의한 탄성회복력이 우수하여 제품의 형태안정성을 유지할 수 있으며, 버려지는 합성수지 제품을 재활용하여 자원낭비와 환경오염을 방지할 수 있는 섬유집합체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 가열 용융하는 단계, 용융된 폴리에스테르 칩을 균등한 영역으로 구획되는 방사노즐로 방사하여 부에 다수 중공이 형성되는 중공사를 제조하는 단계, 중공사를 합성수지로 압출 코팅하여 표면에 코팅층을 형성하는 단계 및, 압출 코팅된 중공사 다수 가닥을 열 융착하여 구형의 섬유집합체로 성형하는 단계를 포함하는 섬유집합체의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명에 있어서, 가열 용융하는 단계는 폐 수지제품을 파쇄하여 제조된 폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 250~350℃로 가열하여 용융한다.

또한 본 발명에 있어서, 중공사를 제조하는 단계는 방사노즐을 통해 2,500~4,000m/min 속도로 방사한 후, 풍속이 7~35m/min인 8℃~14℃의 냉각공기로 냉각하여 중공사를 제조한다.

또한 본 발명에 있어서, 코팅층을 형성하는 단계는 중공사의 외면에 폴리프로필렌 수지로 제1 코팅층을 형성한 후, 제1 코팅층 상에 폴리우레탄 수지로 제2 코팅층을 형성한다.

또한 본 발명에 있어서, 구형의 섬유집합체로 성형하는 단계는 중공사가 매듭지어 형성되는 중심부와, 중심부로부터 연장되는 중공사를 열처리하여 중심부로부터 방사방향으로 소정의 공간을 형성하며 서로 엮음되는 주변부로 형성되는 구형의 섬유집합체를 성형한다.

본 발명에 따르면 버려지는 합성수지 제품을 이용하여 탄성회복력이 우수한 구조를 가지는 폴리에스테르 단섬유로 형성되는 섬유집합체를 제조할 수 있어 외력이 인가되더라도 형태가 안정되게 유지될 수 있어 쿠션감과 볼륨감을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 재활용 소재를 이용함으로써 환경보호는 물론, 생산단가를 낮출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 섬유집합체 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조되는 중공사의 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 섬유집합체를 이루는 중공사의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 섬유집합체의 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 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.

도 1은 본 발명에 따른 섬유집합체 제조방법이 도시된 순서도로, 이를 참조하면 본 발명은 폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 가열 용융하는 단계(S110), 용융된 폴리에스테르 칩을 방사하여 중공사로 제조하는 단계(S120), 중공사를 압출 코팅하여 표면에 코팅층을 형성하는 단계(S130), 및 압출 코팅된 중공사 다수 가닥을 열 융착하여 구형의 섬유집합체로 성형하는 단계(S140)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 먼저 폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 가열 용융하는데(S110), 여기서, 폴리에스테르 칩은 재활용 소재인 폐 수지제품을 수거한 후 작은 크기로 파쇄하여 제조되는데, 폐 수지제품으로는 사용 후 버려지는 폴리에스테르 페트병 등의 식품용기가 사용될 수 있다. 수거된 폐 수지제품은 분쇄기를 이용하여 1~5mm의 작은 플레이크 형태로 파쇄한 후, 후속하는 방사단계에서 성형성이 저하되지 않도록 잔존하는 수분을 제거된다.

이를 위해, 파쇄된 폴리에스테르 칩을 히터가 설치된 건조기에 투입하고, 건조기 내부로 수분이 유입되지 않도록 건조기 내부를 진공상태로 형성한 후 가열하여 건조시킨다. 여기서, 건조기 내부에서 신속하게 건조가 이루어지도록 질소가스나 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 주입하여 히터에 의한 열이 가스기류에 의하여 확산이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 건조기의 온도는 50℃~150℃로 하여 칩에 잔존하는 수분율을 0.05 중량% 이하로 하는 것이 바람직한데, 건조기 온도가 50℃ 미만이면 목표하는 잔존 수분율에 도달하는데 장시간 소요되는 문제가 있고, 건조기 온도가 150℃ 초과하면 칩이 용융되어 서로 엉겨 붙는 문제가 있다.

이와 같이 잔존하는 수분이 제거된 폴리에스테르 칩은 250~350℃로 가열된 방사구금에서 용융 방사되어 중공사로 제조된다(S120). 도 2는 이와 같은 중공사의 방사공정을 간략하게 도시한 공정도로, 용융된 수지를 120~170kg/cm²토출압을 인가하여 방사구금(1)에 형성되는 방사노즐을 통하여 2,500~4,000m/min 속도로 방사한다. 이때, 방사노즐은 내부에 균등한 영역으로 구획되는데 이로 인하여 방사되는 수지는 내부에 다수의 중공이 대칭적으로 형성된다. 도 3에는 중공사(10)의 중심에 4개의 중공(10a,10b,10c,10d)이 지지벽(11)에 의해 대칭적으로 구획되어 형성되어 있다.

이와 같이 폴리에스테르 섬유는 중공사(10)로 형성됨에 따라 쿠션감과 볼륨감을 제공할 수 있으며, 내부의 지지벽(11)에 의하여 대칭적으로 구획된 중공(10a,10b,10c,10d)이 형성됨에 따라 중공사(10)의 외측에서 다양한 방향으로 인가되는 외력에도 지지벽(11)에 의한 탄성력으로 중공사(10)의 형태가 유지될 수 있다. 이때 중공사(10)의 중공율은 30 내지 45%로 형성되는데, 중공율이 30% 미만이면 경량성과 쿠션감이 저하되는 문제가 있고, 중공율이 45%를 초과하면 용출율이 커져 방사 및 후속하는 압출 코팅 시 섬유 형태로 유지되기 어렵다.

방사노즐로 방사된 중공사는 방사구금(1)에 인근에 마련되는 냉각존(2)에서 폴리에스테르 수지의 내부 구조를 손상하지 않도록 풍속이 7~35m/min인 8℃~14℃의 냉각공기로 서서히 냉각한 후, 이송롤러(3)를 거쳐 다수의 연신롤러(4)에 의해 온도가 70℃∼250℃ 범위내에서 단계적으로 승온되어 연신되고, 연신된 수지혼합체는 권취롤러(5)에 권취된다. 이와 같이 연신 시 단계적인 가열을 통해 급격한 온도변화를 방지하고, 보다 이완된 속도로 권취함으로써 중공사(10) 형태를 훼손없이 안정적인 연신작업이 이루어진다.

다음으로, 외력에 의한 중공사(10)의 복원력을 보다 향상하도록 중공사의 표면에 코팅층을 형성한다(S130). 도 3에 도시되는 바와 같이, 코팅층(20,30)은 중공사(10)의 표면에 제 1 코팅층(20)과 제2 코팅층(30)이 단계적으로 형성된다. 최 외곽에 노출되는 제2 코팅층(30)으로는 탄성 회복력이 우수한 폴리우레탄 수지가 사용되고, 제1 코팅층(20)으로 중공사(10)인 폴리에스테르와 폴리우레탄 모두에 접착성이 우수한 폴리프로필렌 수지를 사용된다. 이와 같은 코팅은 폴리우레탄 및 폴리프로필렌 수지를 용융시켜 다이스를 통과하는 중공사(10)의 외면에 소정의 두께로 압출 코팅한다. 폴리프로필렌과 폴리우레탄이 순차적으로 코팅된 중공사(10)는 굽힘과 같은 외력 작용 시 코팅층(20,30)이 계면에서 박리되지 않아 우수한 탄성복원력이 발현된다.

그 다음으로 압출 코팅된 중공사 다수 가닥을 열 융착하여 구형의 섬유집합체로 성형한다(S140). 이를 위하여, 코팅층(20,30)이 형성된 중공사(10)를 합사하고 합사된 중공사 다수 가닥을 다발로 가로방향으로 배열한 후, 가로방향을 따라 일정한 간격으로 합사된 중공사(10)를 세로방향으로 배열하여 가로방향으로 배열된 중공사(10)와 소정 간격으로 매듭을 형성하면서 나선으로 감아 로프형상으로 신장시켜 제조한다.

다음으로, 중공사(10)의 매듭을 기준으로 양측으로 소정구간을 절단하면 길이방향으로 신장된 다수 가닥의 중공사(10)가 수축하면서 섬유 다발로 형성된다. 그런 다음, 이와 같은 섬유 다발을 열을 가하여 서로 융착시키면 구 형태로 형성되는데, 여기서 밀도가 큰 중공사의 매듭부분은 구의 중심부를 이루고, 가로방향으로 배열되어 섬유는 서로 열 융착되는 외피부를 이루게 된다.

도 4는 이와 같이 제조되는 구 형태 섬유집합체(100)의 단면도가 도시되어 있는데, 밀도가 높은 구의 중앙부(110)로부터 방사방향으로 소정의 공간을 형성하며 주변부(120)가 형성됨에 따라, 주변부(120)에 의한 벌키성과 쿠션감을 제공하면서도 외력이 작용 시 중앙부(110)가 주변부를 견고하게 지지할 수 있다.

한편, 상기 섬유 다발을 열 융착하기 전에 길이방향으로 배열된 중공사(10) 양단 부분을 열 융착하여 폐쇄할 수도 있는데, 중공사(10)는 내부에는 비어있는 공간이 형성되면서도 양단이 폐쇄됨에 따라 외력에 대한 탄성복원력이 더욱 향상될 수 있다.

이와 같이 제조되는 섬유집합체는 탄성회복력이 우수하여 외력이 인가되더라도 형태가 안정되게 유지될 수 있어 쿠션감과 볼륨감을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 버려지는 재활용 소재를 이용함으로써 환경보호는 물론, 생산단가를 낮출 수 있다.

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.

1 : 방사구금 2 : 냉각존
3 : 이송롤러 4 : 연신롤러
5 : 권취롤러 10 : 중공사
10a,10b,10c,10d : 중공 11 : 지지벽
20 : 제1 코팅층 30 : 제2 코팅층
100 : 섬유집합체 110 : 중심부
120 : 주변부

Claims

섬유집합체의 제조방법에 있어서,
폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 가열 용융하는 단계;
용융된 상기 폴리에스테르 칩을 균등한 영역으로 구획되는 방사노즐로 방사하여 내부에 다수 중공이 형성되는 중공사를 제조하는 단계;
상기 중공사를 합성수지로 압출 코팅하여 표면에 코팅층을 형성하되,
중공사의 외면에 폴리프로필렌 수지로 제1 코팅층을 형성한 후, 제1 코팅층 상에 폴리우레탄 수지로 제2 코팅층을 형성하는 단계; 및
압출 코팅된 중공사 다수 가닥을 열 융착하여 구형의 섬유집합체로 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 용융하는 단계는 폐 수지제품을 파쇄하여 제조된 상기 폴리에스테르 칩을 방사구금에 투입하여 250~350℃로 가열하여 용융하는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 중공사를 제조하는 단계는 상기 방사노즐을 통해 2,500~4,000m/min 속도로 방사한 후, 풍속이 7~35m/min인 8℃~14℃의 냉각공기로 냉각하여 중공사를 제조하는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 구형의 섬유집합체로 성형하는 단계는 상기 중공사가 매듭지어 형성되는 중심부와, 상기 중심부로부터 연장되는 중공사를 열처리하여 상기 중심부로부터 방사방향으로 소정의 공간을 형성하며 서로 열 융착되는 주변부로 형성되는 구형의 섬유집합체를 성형하는 것을 특징으로 하는 섬유집합체의 제조방법.