KR102575874B1 - 심초 복합 섬유, 슬릿 섬유, 및 이들 섬유의 제조 방법 - Google Patents

심초 복합 섬유, 슬릿 섬유, 및 이들 섬유의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

2종류의 폴리머로 이루어지는 심초 복합 섬유에 있어서, 상기 심 성분은 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에서 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고, 상기 돌기부는 섬유축 방향으로 연속해서 형성되어 있고, 상기 돌기부의 높이(H), 돌기부의 선단의 폭(WA) 및 저면의 폭(WB)이 하기 식을 동시에 충족하는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
Figure 112017052072862-pct00013

돌기부가 자립하고, 슬릿 형상의 압궤가 대폭 억제된 섬유 표층의 슬릿에 의해 다양한 특징을 내구성 높게 발현할 수 있는 슬릿 섬유를 제공한다.

Description

심초 복합 섬유, 슬릿 섬유, 및 이들 섬유의 제조 방법{CORE-SHEATH CONJUGATED FIBER, SLIT FIBER, AND METHOD FOR MANUFACTURING THESE FIBERS}
본 발명은 2종류의 폴리머로 이루어지는 심초 복합 섬유에 관한 것이고, 심 성분이 특수한 단면 형태를 갖고 있으면서도 고차 가공의 공정 통과성이나 내마모성이 우수하고, 착용 쾌적성을 소구하는 의료용 텍스타일에 적합한 섬유에 관한 것이다.
폴리에스테르나 폴리아미드 등의 열가소성 폴리머를 이용한 섬유는 역학 특성이나 치수 안정성이 우수하다. 이 때문에, 의료 용도뿐만 아니라 인테리어나 차량 내장, 산업 용도 등 폭넓게 이용되고 있어 산업상의 가치는 매우 높다.
그러나, 쾌적성이나 편리성을 추구하는 요즘에는 섬유 소재의 요구 특성도 다양한 것으로 되어 기존 폴리머로 이루어지는 단독 섬유로는 대응할 수 없는 경우가 있다. 이 요구에 대하여, 처음부터 폴리머를 설계하는 것에서는 비용적 및 시간적으로 과제가 있어 복수의 폴리머의 특성을 가진 복합 섬유의 활용이 선택되는 경우가 있다. 복합 섬유에서는, 주된 성분을 다른쪽의 성분이 피복하거나 해서 단독 섬유에서는 달성되지 않는 특성의 부여가 가능해진다. 이 때문에, 복합 섬유에는 그 형상도 포함하여 다종다양한 것이 존재하고, 그 섬유가 사용되는 용도에 맞춰서 다양한 기술이 제안되어 있다.
복합 섬유 중에서도 심 성분을 초 성분이 피복하는 것을 특징으로 한 심초 복합 섬유에서는 단독 섬유에서는 달성되지 않는 감촉, 부피성 등과 같은 감성적 효과, 또한 강도, 탄성률, 내마모성 등과 같은 역학 특성의 부여를 소구한 쓰임새가 많다. 또한, 이 심초 복합 섬유를 응용하면 단독 섬유용 구금에서는 얻는 것이 어려운 특수한 단면 형태를 가진 섬유를 얻을 수 있다. 통상, 폴리에스테르나 폴리아미드 등의 폴리머를 용융 방사하는 경우, 방사 구금으로부터 토출된 폴리머는 그 냉각 과정에서 표면 장력이 강력하게 작용하고, 섬유 단면은 보다 안정적인 환단면에 가깝기 때문에 고도의 이형 단면을 가진 섬유를 얻는 것은 곤란해진다. 한편, 특수한 단면을 가진 섬유에서는 환단면의 섬유에서는 얻어지지 않는 특징적인 감촉을 발현시키는 것이나 섬유를 피복하는 다른 수지와의 접촉 면적을 증가시키는 등 동일 폴리머로 다양한 기능을 가진 섬유를 제조하는 것이 가능해지기 때문에, 심초 복합 섬유는 섬유의 개발의 방향성의 하나로 되어 있다.
특수한 단면을 갖는 섬유에 관한 예로서는, 심초 복합 섬유를 응용하여 섬유축 방향으로 연속한 슬릿 형상의 홈을 형성시킨 섬유에 관한 기술이 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서 제안되어 있다.
특허문헌 1에 있어서는 섬유 표층에 슬릿을 형성시킴으로써 통상의 환단면을 가진 섬유와 비교하여 공기와의 접촉 면적을 증가시키고, 이것이 소취 기능을 갖는 인산염 등의 폴리머에 의해 형성됨으로써 소취 기능이 우수한 섬유에 관한 제안이 있다.
특허문헌 1은 소취 기능을 가진 열가소성 폴리머를 사용하는 것에 추가하여, 섬유 표층에 홈 폭의 2배 이상의 깊이를 가진 슬릿을 20개 이상 배치함으로써 섬유의 중량당 표면적(비표면적)을 증가시켜 소취 기능을 높이는 효과를 기대하는 것이다.
그러나, 특허문헌 1에서는 비표면적을 높이는 것에 중점을 두고 있기 때문에, 섬유 내층까지 도달하는 깊은 홈의 슬릿이 다수 형성되는 것이다. 이 때문에, 슬릿을 유지할 수 있는 초기의 성능은 우수한 것으로 될 가능성이 있다. 그러나, 찰과나 반복하여 복잡한 변형을 받는 의료용 텍스타일로서 사용하는 경우에는 이 깊은 홈의 슬릿을 다수 형성하는 것이 과제가 된다. 즉, 특허문헌 1에서는 슬릿 형상을 깊은 홈으로 하고 있고, 또한 그 돌기부가 찰과 등에 대하여 내구성을 가진 형상으로 하는 것이 고려되어 있지 않기 때문에, 섬유 표층에 형성된 돌기부가 찰과 등에 의해 근원으로부터 박리하고, 박리한 돌기부가 미세한 보풀 상태가 되어 촉감이나 발색성을 악화시키는 경우, 또는 무엇보다 슬릿에 의해 발현시킨 소취 기능이 경시적으로 크게 저하될 가능성이 있다.
특허문헌 2는 우수한 와이핑 성능이나 연마 성능을 발현시키기 위해 섬유 표층에 미세한 슬릿을 다수 형성시켜 샤프 멀티쉐이빙 효과 및 이너 랩핑 효과를 소구한 섬유를 제안하는 것이다.
특허문헌 2는 외관상은 통상 섬유와 동등의 섬유 지름을 가진 섬유에 미세한 슬릿을 다수 형성하고, 종래의 극세섬유를 이용한 와이핑 크로스와 동등 이상의 성능을 섬유 강도 등 역학적인 특성을 담보하면서 발현할 수 있는 가능성이 있다.
그러나, 특허문헌 2에 있어서도, 특허문헌 1과 마찬가지로 쐐기 형상의 슬릿이 섬유 내층까지 매우 깊게 배치되는 것이다. 이 때문에, 반복하여 찰과를 부여한 경우에는 간단하게 슬릿이 박리하게 되어 일회용을 전제로 한 와이핑 크로스 등에는 적용할 수 있는 가능성은 있지만, 반복 사용에서는 역시 돌기부의 박리에 의한 보풀의 발생이나 탈락에 의해 불식 성능도 저하되는 경향이 있다. 또한, 실사용에서 찰과나 반복의 변형을 받는 일이 많은 의료용 텍스타일에 대한 적용은 매우 곤란한 것이다.
특허문헌 1이나 특허문헌 2에서 제안되는 기술에 있어서는, 섬유의 비표면적을 소구점으로 해서 제한된 용도나 사용 조건을 제약하여 적용할 수 있는 가능성은 있지만, 의료나 산업 자재의 일반적인 용도로 상정하고 있는 찰과, 마모나 반복의 변형을 받는 용도에는 적용이 곤란했다. 특히 감촉, 촉감이나 발색성에 치중되어 있는 의료용 텍스타일에는 부적합한 것으로 되는 경우가 많다.
한편, 슬릿 형상이 만들어 내는 감촉이나 발색성을 소구점으로 해서 의료용 텍스타일을 목적으로 한 슬릿 형상을 가진 섬유가 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 개시되어 있다.
특허문헌 3 및 특허문헌 4에 있어서는 천연 견섬유와 마찬가지의 삐걱거림 감촉을 갖고, 또한 깊이가 있는 색조의 표현이 가능한 섬유로서 섬유 표층에 2㎛ 이상의 깊이를 가진 슬릿을 다수 존재시키는 기술에 대해서 제안되어 있다.
특허문헌 3 및 특허문헌 4는 홈 폭의 2배 이상의 깊이를 가진 슬릿을 형성함으로써 주무름이나 압축 방향의 변형에 의해 슬릿이 가동하여 섬유 사이에서의 마찰이 높아짐으로써 삐걱거림감이 발현할 가능성이 있다. 또한, 섬유 표층의 미세한 슬릿은 섬유 표층에서의 광의 확산을 억제하여 깊이가 있는 색조를 발현할 수 있다고 기재되어 있다.
그러나, 의료용 텍스타일을 목적으로 하고 있지만, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에서도 비교적 높은 응력이 반복하여 부여되는 고차 가공에 대한 고려가 이루어져 마모 내구성 및 반복하여 사용할 때의 내구성을 가진 슬릿 형상으로 한 기술이라고는 말하기 어렵다. 즉, 특수 단면을 가진 심초 복합 섬유에 있어서는 실 가이드나 바디와의 찰과에 의해 초 성분이 박리하거나, 또는 초 성분을 용출할 때에도 처리욕 중에서 포백이 복잡한 변형을 받기 때문에 슬릿이 파괴되어 감촉이나 발색성의 저하로 이어지는 경우가 있다. 또한, 이와 같이 고차 가공으로 피로한 슬릿의 돌기부는 실사용시에 간단하게 박리하고 미세한 털뭉치를 발생한다. 이 때문에, 마모가 많은 부분에서는 가슬가슬한 촉감이 나쁜 감촉으로 되어 포백의 품위가 크게 손상되게 된다. 또한, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에서 소구하고 있는 깊이가 있는 색조는 보풀에 의한 광의 확산에 의해 부분적으로 화이트 버닝되거나 해서 크게 손상될 가능성이 있다. 이와 같이, 종래 제안되어 있는 슬릿 섬유에 있어서는 고차 가공시나 실사용에서의 내구성이 고려되어 있지 않은 것이 많아 실사용에는 과제가 남는 것이었다. 이 때문에, 이들 기술 과제를 해소한 표층에 복수의 슬릿 형상을 갖는 특수 단면 섬유 및 이것을 생산성 높게 얻기 위한 고차 가공 통과성 등이 우수한 심초 복합 섬유가 요구되고 있었다.
일본 특허 공개 2004-339616호 공보(특허청구의 범위, 제4쪽) 일본 특허 공개 2008-7902호 공보(특허청구의 범위, 제5쪽, 제6쪽) 일본 특허 공개 2004-52161호 공보(특허청구의 범위, 제1쪽~제4쪽) 일본 특허 공개 2004-308021호 공보(특허청구의 범위 제1쪽~제4쪽)
본 발명은 종래 기술의 과제를 해소하는 슬릿 섬유 및 상기 섬유를 제조하기 위한 심초 복합 섬유에 관한 것이다. 본 발명의 섬유는 의료용 텍스타일로서 특수한 감촉이나 색조가 발현됨과 아울러 섬유 표면의 특성을 제어할 수 있기 때문에 감촉이나 쾌적성을 요구하는 작금에 있어서 요구가 높은 고기능 텍스타일로 된다. 또한, 섬유 표층에 다수의 슬릿을 가진 특수 단면이면서도 내마모성 등의 역학적인 특성이나 내구성이 우수하기 때문에 사용 조건이나 용도에 제약이 없고, 의료용 텍스타일로 한 경우에는 이너에서 아우터까지 폭넓은 분야에서의 활약이 기대될 수 있다.
상기 과제는 이하의 수단에 의해 달성된다.
(1) 2종류의 폴리머로 이루어지는 심초 복합 섬유에 있어서, 상기 심 성분은 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에서 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고, 상기 돌기 형상은 섬유축 방향으로 연속해서 형성되어 있으며, 상기 돌기부의 높이(H), 돌기부의 선단의 폭(WA) 및 저면의 폭(WB)이 하기 식을 동시에 충족하는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
Figure 112017052072862-pct00001
(2) (1)에 있어서,
심 성분의 돌기부의 선단의 폭(WA)과 이웃하는 돌기부 선단 사이의 거리(PA)가 하기 식을 충족하는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
Figure 112017052072862-pct00002
(3) (1) 또는 (2)에 있어서,
심초 복합 섬유의 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에 있어서, 심 성분의 면적 비율이 70% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서,
심 성분이 난용출 성분, 초 성분이 이용출 성분으로 구성되어 있고, 심 성분 폴리머와 초 성분 폴리머의 용출속도비(초/심)가 100 이상인 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,
심 성분이 무기 입자를 0.1중량%~10.0중량% 함유하는 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
(6) (3)에 기재된 심초 복합 섬유로부터 초 성분을 제거한 섬유축 방향으로 연속한 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
(7) 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에서 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고, 상기 돌기 형상은 섬유축 방향으로 연속해서 형성되고, 상기 돌기부의 높이(HT), 돌기부의 선단의 폭(WAT) 및 저면의 폭(WBT)이 하기 식을 동시에 충족하는 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
Figure 112017052072862-pct00003
(8) (7)에 있어서,
돌기부에 대해서, 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에 있어서의 이웃하는 돌기부 선단 사이의 거리(슬릿 폭(WC))의 편차(CV%)가 1.0% 이상 20.0% 이하인 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
(9) (7) 또는 (8)에 있어서,
슬릿 섬유의 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면 형상의 이형도가 1.0~2.0인 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
(10) (7) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서,
폴리아미드를 주성분으로 하는 슬릿 섬유.
(11) (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 섬유를 적어도 일부에 포함한 섬유 제품.
(12) 적어도 2가지 성분 이상의 폴리머에 의해서 구성되는 복합 폴리머를 토출하기 위한 복합 구금이고, 상기 복합 구금이 각 폴리머 성분을 계량하는 복수의 계량 구멍을 갖는 계량 플레이트, 계량 구멍으로부터의 토출 폴리머를 합류하는 합류 홈에 복수의 분배 구멍이 형성되어 있는 분배 플레이트 및 토출 플레이트로 구성되어 있는 복합 구금을 이용하여 방사하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 심초 복합 섬유의 제조 방법.
(13) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 심초 복합 섬유로부터 초 성분을 용출 제거하는 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유의 제조 방법.
(발명의 효과)
본 발명의 심초 복합 섬유는 섬유축과 수직 방향의 심부의 단면 형상에 있어서, 연속하여 형성되는 돌기부와 홈부를 교대로 가진 특수 형상을 갖고 있으며, 이 돌기부의 형상이 종래에는 없는 복합 단면을 갖고 있다.
상기 심초 복합 섬유에서는 고차 가공 등에 투입한 경우라도, 심 성분이 초 성분측에 돌출되어 있기 때문에 초 성분과의 계면의 면적이 증대하여, 가령 친화성이 부족한 폴리머끼리의 조합이라도 박리를 억제할 수 있다. 이 때문에, 실 가이드나 바디에 의해 반복 찰과되는 직조짜기나 가열 하에서 찰과 등이 가해지는 고차 가공 공정에서도 폭넓은 조건에서 높은 공정 통과성을 갖는 것으로 된다.
또한, 이용출 폴리머로 이루어지는 초 성분을 용제로 용출하면 섬유 표층에 연속한 슬릿 형상을 가진 슬릿 섬유를 제조하는 것이 가능해진다. 상기 슬릿 섬유의 슬릿 형상은 역학적인 관점에 의거해서 설계되어 있기 때문에, 초 성분을 용출한 후에도 돌기부가 자립하여 슬릿 형상의 압궤가 대폭 억제된다. 이 때문에, 찰과나 압축 방향으로의 변형에도 강하여 종래의 과제였던 마모에 대한 내구성도 겸비한다.
본 발명의 심초 복합 섬유 및 상기 복합 섬유를 출발 원료로 한 슬릿 섬유는 섬유 표층의 슬릿에 의해 다양한 특징을 내구성 높게 발현하기 때문에, 종래 기술에서는 적용이 곤란했던 폭넓은 용도로의 전개가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 심초 복합 섬유를 설명하기 위한 개요도이다.
도 2는 본 발명의 심 성분의 돌기부를 설명하기 위한 심 성분의 일부의 확대 개략도이다.
도 3은 본 발명의 심 성분의 돌기부를 설명하기 위한 개요도이다.
도 4는 본 발명의 슬릿 섬유의 단면 사진이다.
도 5는 (a)는 본 발명의 슬릿 섬유의 단면 사진이며, (b)는 본 발명의 슬릿 섬유의 측면 사진이다.
도 6은 본 발명의 심초 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이고, 복합 구금의 형태의 일례로서 복합 구금을 구성하는 주요 부분의 정단면도이다.
도 7은 본 발명의 심초 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이고, 분배 플레이트의 일부의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명의 심초 복합 섬유의 제조 방법을 설명하기 위한 설명도이고, 토출 플레이트의 횡단면도이다.
도 9는 최종 분배 플레이트에 있어서의 분배 구멍 배치의 일 실시형태의 일부 확대도이다.
도 10은 본 발명의 슬릿 섬유의 돌기부를 설명하기 위한 개요도이다.
이하, 본 발명에 대해서 바람직한 실시형태와 함께 상술한다.
본 발명에서 말하는 심초 복합 섬유란 2종류의 폴리머로 구성되어 있으며, 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에 있어서, 초 성분이 심 성분을 피복하도록 설치되어 있는 단면 형태를 갖는 섬유를 말한다.
본 발명의 심초 복합 섬유를 구성하는 심 성분 및 초 성분으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드 등의 용융 성형 가능한 폴리머 및 그것들의 공중합체가 예시된다. 특히, 폴리머의 융점은 165℃ 이상이면 내열성이 양호하여 바람직하다. 또한, 산화티탄, 실리카, 산화바륨 등의 무기질, 카본블랙, 염료나 안료 등의 착색제, 난연제, 형광 증백제, 산화방지제, 또는 자외선 흡수제 등의 각종 첨가제를 폴리머 중에 포함하고 있어도 좋다. 여기서, 심 성분 폴리머에 무기 입자가 함유되어 있는 경우에는 무기 입자를 함유하는 효과에 추가하여, 본 발명의 섬유의 심 성분이 형성하는 특수한 슬릿 형상과의 상승 효과에 의해 매우 높은 레벨로 가시광 등의 확산, 반사가 발현한다. 일반적으로도, 무기 입자를 함유한 폴리머에 의한 단독 섬유나 단순한 심초 복합 섬유(심 성분이 환단면)도 존재하지만, 예를 들면 투과방지 효과를 겨냥하기 위해서는 불필요하게 무기 입자를 폴리머에 함유시킨 것을 사용할 필요가 있었다. 이 경우, 발색성이 크게 저하되는 경우가 있어 고발색 텍스타일에는 적용이 곤란한 경우가 있다. 한편, 본 발명의 심초 복합 섬유에 있어서는 심 성분 폴리머에 무기 입자를 과잉으로 함유시킬 필요가 없고, 또한 초 성분을 용출하지 않는 경우에는 초 성분을 이염색 폴리머로 함으로써 우수한 발색성과 투과방지성이라고 하는 종래에는 달성되지 않았던 상반되는 특성을 양립한 섬유로 하는 것이 가능하다. 이것들의 가시광 등의 확산, 반사를 목적으로 하는 경우에는 심 성분 폴리머에 무기 입자가 0.1중량%~10.0중량% 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 범위이면, 우수한 광 반사성을 발현하는 것에 추가하여, 안정적으로 본 발명의 섬유를 제조할 수 있다. 또한, 고발색이라고 하는 관점에서 말하면, 무기 입자의 함유량을 초 성분 비율(두께)과의 관계에서 밸런스를 취하여 제조하는 것이 적합하며, 본 발명자들의 검토의 범위에서는 무기 입자의 함유량이 1.0중량%~7.0중량%로 하는 것이 광 반사와 발색성이라고 하는 관점에서 보다 바람직한 범위로서 예시할 수 있다. 여기서 말하는 무기 입자란 산화티탄, 실리카, 산화바륨 등의 무기질이 미립자 형상으로 된 것을 말한다. 이것들의 무기 입자 중에서는 취급성 등의 관점에서 산화티탄을 사용하는 것이 바람직하고, 최대 입자지름이 5.0㎛이고, 입자지름 1.0㎛ 이하가 차지하는 비율이 50중량% 이하인 아나타제형이 바람직하게 이용된다.
본 발명의 심초 복합 섬유는 직조짜기 등의 고차 가공을 실시한 후, 초 성분을 용출하여 심 성분으로 이루어지는 슬릿 섬유를 얻을 수 있다. 이 경우, 초 성분의 용출에 사용하는 용제에 대하여 심 성분이 난용출, 초 성분이 이용출로 되는 것이 바람직하고, 용도에 따라 심 성분을 선정해 두고, 거기에서 사용할 수 있는 용제를 감안하여 상술의 폴리머 중에서 초 성분을 선정하면 적합하다. 이 때, 난용출 성분(심 성분)과 이용출 성분(초 성분)의 용제에 대한 용출속도비가 클수록 적합한 조합이라고 말하고, 용출속도비(초/심)가 100 이상인 것이 바람직하다. 이 관점에서 보면, 용출속도비는 높을수록 심 성분을 불필요하게 열화시키지 않고 초 용출이 완료되기 적합하며, 본 발명에 있어서의 용출속도비는 1,000 이상인 것이 보다 바람직하고, 10,000 이상이면 특히 바람직하다.
여기서 말하는 용출속도비(초/심)란 초 용출에 사용되는 용출 조건(용제 및 온도)에 대한 심 폴리머 및 초 폴리머의 용출 속도의 비이며, 이 용출 속도는 상기 용출 조건에 있어서의 단위시간당 용출량으로부터 산출되는 속도 정수를 의미한다. 본 발명에 있어서의 용출속도비는 초 폴리머의 용출 속도를 심 폴리머의 용출 속도에 의해서 나누고, 소수점 이하를 반올림함으로써 구한다. 구체적으로는, 각각의 폴리머의 유리 전이 온도+100℃ 이하로 설정한 열풍 건조기에서 칩을 5시간 처리한다. 이어서, 용출 온도로 유지한 용제에 열처리 칩을 욕비 20으로 되도록 삽입하고, 이 용출 처리에 있어서의 단위시간당 열처리 칩의 용출량으로부터 각 폴리머 용출 속도를 산출하는 것이다.
초 성분으로서는, 예를 들면 폴리에스테르 및 그 공중합체, 폴리락트산, 폴리아미드, 폴리스티렌 및 그 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올 등의 용융 성형 가능하고, 다른 성분보다 이용출성을 나타내는 폴리머에서 선택하는 것이 적합하다. 특히, 초 성분의 용출 공정을 간이화한다고 하는 관점에서는 초 성분은 수계 용제 또는 열수 등에 이용출성을 나타내는 공중합 폴리에스테르, 폴리락트산, 폴리비닐알코올 등이 바람직하고, 특히 폴리에틸렌글리콜, 나트륨술포이소프탈산이 단독 또는 조합되어 공중합한 폴리에스테르나 폴리락트산을 이용하는 것이 취급성 및 저농도의 수계 용제에 간단하게 용출한다고 하는 관점에서 바람직하다.
또한, 본 발명자들의 검토에서는 수계 용제에 대한 용출성 및 용출시에 발생하는 폐액의 처리의 간이화라고 하는 관점에서는 폴리락트산, 5-나트륨술포이소프탈산이 3mol%~20mol%가 공중합된 폴리에스테르 및 상술한 5-나트륨술포이소프탈산에 추가하여 중량 평균 분자량 500~3,000의 폴리에틸렌글리콜이 5wt%~15wt%의 범위에서 공중합된 폴리에스테르가 특히 바람직하다. 특히, 상술한 5-나트륨술포이소프탈산 단독 및 5-나트륨술포이소프탈산에 추가하여 폴리에틸렌글리콜이 공중합된 폴리에스테르에 있어서는, 결정성을 유지하면서도 알칼리 수용액 등의 수계 용제에 대하여 이용출을 나타내기 때문에 가열 하에서 찰과가 부여되는 가연 가공 등에 있어서도, 복합 섬유 사이의 융착 등이 일어나지 않아 고차 가공 통과성이라고 하는 관점에서 적합하다.
이들 알칼리 수용액에서의 초 성분 용출의 경우에는 심 성분은 알칼리성이 우수한 폴리아미드로 하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 폴리아미드란 역학 특성이 우수하고, 텍스타일로서의 전개가 용이한 폴리카프로아미드(나일론 6), 폴리헥사메틸렌아디프아미드(나일론 66)가 바람직하고, 제사 과정에서의 겔화를 일으키기 어렵고, 제사성도 우수하다고 하는 관점에서는 폴리카프로아미드(나일론 6)가 보다 바람직하다. 기타 성분으로서는, 예를 들면 폴리도데카노아미드, 폴리헥사메틸렌아디프아미드, 폴리헥사메틸렌아젤라마이드, 폴리헥사메틸렌세바카미드, 폴리헥사메틸렌도데카노아미드, 폴리메타크실릴렌아디프아미드, 폴리헥사메틸렌테레프탈아미드, 폴리헥사메틸렌이소프탈아미드 등이 예시될 수 있다.
폴리아미드는 유연성이 비교적 높고, 우수한 내마모성을 발휘하는 것이 알려져 있다. 본 발명의 슬릿 섬유에 있어서는 자립한 슬릿 형상이 애초부터 마모에 대한 내구성이 높고, 또한 폴리아미드를 활용함으로써 매우 우수한 내마모성을 발현하게 된다. 또한, 폴리아미드는 친수성이 우수하기 때문에, 본 발명의 슬릿 섬유를 흡수 섬유로서 활용하는 경우에는 슬릿에 의한 모세관 현상에 의한 흡수 효과가 조장되어 종래에는 없는 초흡수 섬유로서 활용할 수 있다.
본 발명의 심초 복합 섬유는 상술한 폴리머로 이루어지는 심 성분 및 초 성분에 의해 도 1에 예시되는 섬유 단면에 있어서, 심 성분이 연속해서 형성되는 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고 있을 필요가 있다. 심 성분에 있는 돌기부 및 홈부는 심 성분 단면의 원주 방향에 있어서 교대로 배치되어 있으며, 상기 돌기부의 높이(H), 선단의 폭(WA) 및 저면의 폭(WB)이 하기 식을 동시에 충족할 필요가 있고, 이들 비는 이하와 같이 구하는 것이다.
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즉, 심초 복합 섬유로 이루어지는 멀티필라멘트를 에폭시 수지 등의 포매제로 포매하고, 이 횡단면을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 심 성분이 초 성분측에 돌출하도록 형성된 돌기부가 10개 이상 관찰될 수 있는 배율로 해서 2차원적으로 화상을 촬영한다. 이 때, 금속 염색을 실시하면, 폴리머에 의한 염색 차를 이용하여 심 성분 및 초 성분의 콘트라스트를 명확하게 할 수 있다. 촬영된 각 화상으로부터 동일 화상 내에서 무작위로 추출한 10개의 돌기부에 관해서 돌기부의 높이(H), 선단의 폭(WA) 및 저면의 폭(WB)을 ㎛ 단위로 측정하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한다. 이상의 작업을 10회 반복하여 촬영한 10개의 화상에 대해서 각각의 값의 단순한 수 평균값으로 하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림함으로서 각각의 값을 구한다.
여기서, 고차 가공 통과성을 높여 내구성이 높은 돌기 형상을 형성하기 위해서는 상술한 돌기 형상의 파라미터의 비가 중요하고, 도 2를 이용하여 더욱 상세를 설명한다.
본 발명의 심초 복합 섬유에 있어서는 돌기부의 높이(H)와 선단의 폭(WA)의 관계가 중요하고, 제 1 요건이 된다.
여기서, 돌기부의 높이(H)는 이하와 같이 구한다.
즉, 돌기부의 높이(H)란 심초 복합 섬유의 단면에 있어서, 돌기부 측면의 중심선(도 2의 5)과 돌기의 외접원의 교점(도 2의 6)과 홈부의 내접원과 돌기부 측면의 중심선의 교점(도 2의 9)의 사이의 거리를 의미한다. 또한, 돌기부 선단의 폭(WA)이란, 심초 복합 섬유의 단면에 있어서 돌기부 측면의 연장선(도 2의 4-1과 4-2)과 외접원의 교점(도 2의 7-1과 7-2) 사이의 거리를 의미한다. 여기서 말하는 외접원이란 심초 복합 섬유의 단면에 있어서 돌기부의 선단에 2점 이상으로 가장 많이 외접하는 진원(도 2의 3)이며, 내접원과는 돌기부 홈의 선단에 2점 이상으로 가장 많이 내접하는 진원(도 2의 8)을 의미한다.
여기서, 돌기부의 높이(H)와 선단의 폭(WA)의 평방근의 비는 슬릿의 역학적인 내구성을 나타내는 것이며, 본 발명에서는 이 값이 1.0 이상 3.0 이하일 필요가 있다.
본 발명의 심초 복합 섬유에서는 초 성분을 용출하고, 심 성분으로 이루어지는 슬릿 형상을 가진 슬릿 섬유로서 이용하는 경우가 있다. 이 초 성분의 용출에서는 일반적으로 액류 염색기 등을 활용하여 행해지는 경우가 많고, 그 처리 공정에 있어서 섬유는 복잡한 변형을 반복하여 추가하게 된다. 이 경우, 섬유 최외층에 형성된 슬릿은 복잡한 변형을 반복하여 추가하게 되고, 이 역학적인 내구성이 낮은 경우에는 돌기부가 간단하게 박리되어 버리는 경우가 있다. 이러한 경우, 섬유의 보풀 일어남에 의한 감촉의 저하는 물론이고, 슬릿 형상에 의한 기능 발현은 매우 저하된 것으로 된다. 이 때문에, 기대한 효과가 얻어지지 않는 경우가 있었다. 이 내구성을 생각하면, 돌기부 선단의 폭과 돌기부의 높이의 관계에 의존하는 것이며, 본 발명의 목적을 충족하는 범위로서 H/(WA)1/ 2이 1.0 이상 3.0 이하인 것이 중요하다. 이러한 범위이면, 상술한 용출 처리 중의 내구성은 물론이고, 용출 후의 슬릿이 자립하여 존재하기 때문에 슬릿 형상에 의존한 기능 발현에 매우 유효하게 작용하고, 그 섬유 표층에 형성된 슬릿에 의해서 다양한 특성을 발현시키는 것이 가능해진다. 이러한 관점을 추진하면, H/(WA)1/2의 값은 작을수록 내구성이 우수한 것으로 되며, 본 발명의 심초 복합 섬유로부터 내구성이 우수한 슬릿 섬유를 제조하는 것을 고려하면, H/(WA)1/ 2은 1.0 이상 2.4 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명의 슬릿 섬유를 비교적 과혹한 분위기 하에서 사용되는 스포츠의 아우터나 찰과가 많은 이너에 사용하는 경우에는 H/(WA)1/ 2은 1.0 이상 1.8 이하인 것이 특히 바람직하고, 이러한 범위이면 슬릿에 기인한 성능이 내구성 높게 유지되게 된다.
또한, 이 자립한 슬릿은 찰과 등의 응력을 부여한 경우에도 슬릿이 거의 가동하는 일 없이 존재한다. 이 때문에, 슬릿의 역학적인 열화가 일어나기 어려워 실사용시의 내구성에도 크게 영향을 준다. 섬유 표층에 슬릿 형상을 가진 슬릿 섬유의 활용은 명확하게 특허문헌 1~특허문헌 4에서 제안이 되어 있다. 그러나, 장기간의 사용 등 실용에는 과제가 보이는 것이었다. 이들 종래 기술에서는 반복의 찰과나 압축 변형에 대한 배려가 이루어지고 있다고는 말하기 어렵고, 일회용의 와이핑 크로스 등에는 적용할 수 있는 가능성이 있지만, 반복하여 사용하는 의료용 용도 등에는 적용 곤란했다. 즉, 외력에 의해 발생한 슬릿의 박리가 보풀 일어남으로 되어서 미세한 털뭉치의 발생에 의한 감촉의 악화나 발색성의 저하로 이어져 적용하는 것이 곤란했다. 그리고, 무엇보다 이들의 슬릿 섬유의 특성은 슬릿의 존재에 의존한 것이기 때문에 기대한 성능은 크게 저하되어 장기 사용에는 견디지 못하는 것이었다.
이 용출 후의 내구성에 착안한 슬릿 형상이라고 하는 관점에서는 돌기부의 형상이 선단을 향해 가늘어진 형상이 적합하며, 이 관점을 추진하면, 돌기부 선단의 폭(WA)과 돌기부 저면의 폭(WB)의 비(WB/WA)가 0.7 이상 3.0 이하일 필요가 있다. 여기서 말하는 WB란 돌기부 측면의 연장선과 홈부의 내접원의 교점(도 3의 10-1과 10-2) 사이의 거리를 의미한다. WB/WA는 3.0을 초과한 것으로 하는 것도 가능하지만, 본 발명에 있어서는 실시 가능한 상한값을 3.0으로 하고 있다.
WB/WA에 관해서는 소망의 특성 및 용도에 따라 조정하는 것이 가능하지만, 아우터 등에 사용하는 경우에는 슬릿의 내구성을 배려할 필요가 있고, 예를 들면 비교적 과혹한 환경 하에서 사용되는 스포츠 의료에서는 찰과 등에 대한 내구성을 높인 쪽이 적합하고, WB/WA가 1.0 이상 3.0 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 심초 복합 섬유는 초 성분을 고차 가공에 있어서 용출시킴으로써 최종적으로 섬유 표층에 슬릿 형상을 가진 섬유를 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 이 때문에, 초 성분의 용출은 효율적으로 진행하는 것이 적합하고, 여기에는 돌기의 선단의 폭(WA)과 돌기부 선단 사이의 거리(PA)가 관계한다. 돌기부 선단 사이의 거리(PA)란 이웃하는 2개의 돌기부의 중심선(도 2의 5)과 외접원의 교점(도 2의 6) 사이의 거리를 의미하고, 도 3의 6-1과 6-2 또는 6-1과 6-3의 사이의 거리를 의미한다.
본 발명의 심초 복합 섬유는 이 돌기부 선단의 폭(WA)과 돌기부 선단 사이의 거리(PA)의 비(WA/PA)가 0.1 이상 0.9 이하인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 WA/PA란, 돌기부에 있어서 이웃하는 2개의 돌기부 선단 사이의 거리에 대한 돌기부 선단의 폭이 차지하는 비율을 나타내는 것이며, 이것이 초 성분의 용출 효율에 크게 영향을 준다. 즉, 초 성분을 용출하기 위한 용제는 심초 복합 섬유의 최외층으로부터 용출을 개시하고, 서서히 섬유 내부로 처리가 진행되어 간다. 이 때문에, 심초 복합 섬유의 최외층에 존재하는 초 성분에 관해서는 용출 공정 개시 후 신속하게 용출되고, 심 성분의 홈부에 초 성분이 존재한 상태까지는 용출 처리가 효율적으로 진행한다. 그러나, 홈부에 존재하는 초 성분에 관해서는 최외층의 부분을 제외하고는 난용출 성분인 심 성분으로 둘러싸인 상태로 된다. 이 때문에, 돌기부와 홈부의 형상을 고려하지 않는 경우에는 용출의 효율은 크게 저하되는 것이다. 이 용출의 효율이 저하된 경우에는 용출 공정의 처리의 시간이나 온도를 증가시킬 필요가 발생하거나, 경우에 따라서는 보다 강력한 용제로 처리할 필요가 발생하는 것이었다. 이 때문에, 심 성분에 형성된 돌기부까지를 열화시키고, 후의 내구성의 저하를 초래하는 경우가 있었다. 또한, 포백의 품위라고 하는 관점에서도 완전히 용출이 되지 않은 초 성분이나 그 잔사가 최종 제품에서도 존재하게 되기 때문에 분취나 염색 얼룩 등 악영향을 주는 경우가 있었다.
섬유 표층의 돌기부를 고려하는 경우, 일반적으로는 홈부의 폭이 보다 좁을수록 모세관 현상이 작용하고, 보다 친수성이 향상하여 용출 처리는 효율적으로 진행하는 것으로 생각되어 왔다. 그러나, 실제로는 처리의 진행에는 상술한 바와 같은 현상이 산견되는 것이었다. 이 현상에 대해서 예의 검토하여 이하와 같은 현상에 의거한 것을 발견했다. 즉, 돌기부와 홈부의 국소에 주목하면, 상술한 바와 같이 용제는 섬유의 외층으로부터 내층을 향해서 그 처리를 진행시킨다. 여기서, 홈부의 내층에 용출 처리가 진행된 경우에는, 먼저 기재한 모세관 현상이 작용하여 초 성분을 용출하여 열화한 용제가 계속 체류한다. 이 때문에, 처리 능력이 높은 용제가 초 성분에 접촉할 수 없게 되어 용출 처리의 효율이 크게 저하되게 된다. 이 현상이 홈부의 내층으로 나아감에 따라 조장되는 것이 종래 기술의 과제였다. 이 용출 효율의 저하는 돌기부 사이의 거리에 대한 돌기부 선단의 점유율에 대한 의존도가 높고, 이 해소에 관해서 예의 검토한 결과, WA/PA가 0.1 이상 0.9 이하가 적합한 것을 발견했다. 이러한 범위이면, 초 성분의 용출 효율의 저하를 억제하고, 종시 처리 능력의 저하를 억제하면서 초 성분의 용출을 완료할 수 있다. 이 관점을 추진하면 홈부의 내층에 존재하는 초 성분의 잔사의 배출이나 보다 단시간에 용출 처리를 완료시키기 위해서는 WA/PA 0.1 이상 0.5 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위에 있어서는 용출 처리를 간결하게 할 수 있기 때문에 심 성분의 돌기부를 불필요하게 열화시키는 일 없이 초 성분의 용출을 완료할 수 있어 포백의 품위나 내구성의 관점에서도 적합하다. 이 돌기부의 열화 억제라고 하는 관점에서는 홈부의 폭은 적당히 갖고 있는 것이 적합하며, 용출 후의 내구성까지도 포함하면, WA/PA가 0.2 이상 0.5 이하인 것이 더욱 보다 바람직하다.
본 발명의 심초 복합 섬유를 복합 섬유인 채 과혹한 사용 조건에서 활용하거나, 다른 소재와 동시에 고차 가공을 실시하는 등을 가능하게 하기 위해서는, 심 성분의 돌기부 선단의 외접원 지름(DA)과 돌기부 선단 사이의 거리(PA)의 비(DA/PA)가 규정된 범위에 있는 것이 적합하다. 여기서 말하는 돌기부 선단의 외접원 지름(DA)이란 심초 복합 섬유의 단면에 있어서 돌기부 선단에 2점 이상에서 가장 많이 외접하는 진원(도 23)의 지름을 의미하고, 상술한 돌기부 선단 사이의 거리(PA)의 비를 구하는 것이다.
DA/PA는 심 성분의 표층에 존재하는 돌기부와 홈부가 심 성분의 지름에 따른 간격으로 반복하여 존재하는 것을 의미한다. 즉, 심 성분이 초 성분측으로 돌출된 돌기부를 가진 경우, 중량당 계면의 면적이 증가하게 된다. 이 때문에, 박리에 대한 내구성은 향상된다고 말할 수 있다. 한편, 앵커 효과에 관해서는 확실히 돌기부가 지나치게 적으면 그 효과는 얻기 어려워지지만, 과잉으로 돌기부가 존재해도 불필요하게 복잡한 형상이 계면에 작용하는 힘의 집중을 발생하여 박리의 기점이 되는 경우가 있다. 특히, 섬유의 변형시에 부여되는 찰과와 압축 방향으로의 변형 등에 있어서는 비교적 분자 사이의 결합이 약한 심 성분과 초 성분의 계면에 작용하는 경향이 있다. 이 때문에, 실질적으로 이 변형을 담당하는 심 성분의 크기에 따른 간격 및 후술하는 형상으로 존재할 필요가 있는 하는 것을 발견했다.
특히, 본 발명의 목적으로 하는 슬릿 섬유를 얻기 위해서는 상술한 바와 같이 용출 속도차를 갖는 등 조성, 밀도 및 연화 온도가 다른 폴리머에 의해서 복합 형태를 형성시키는 경우가 많고, 심 성분과 초 성분의 박리 억제라고 하는 관점에서는 앵커 효과에 의한 바가 크다. 이상과 같은 발견에 의해, DA/PA 3.5 이상 15.0 이하로 한 경우에 앵커 효과와 계면에 대한 응력 집중을 억제하고, 우수한 박리 억제 효과가 얻어지는 것을 발견했다. 즉, DA/PA를 3.5 이상으로 하면 일반적으로 보여지는 직조짜기시의 실 가이드나 바디와의 찰과에 의한 박리는 크게 억제된다. 이 앵커 효과에 의한 박리 억제 효과는 친화성이 떨어지는 경우나 다른 폴리머종의 심초 복합 섬유에서 산견되는 가열 가연시의 박리 억제에도 매우 유효하다. 이 관점에서는 DA/PA가 7.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 본 발명에 있어서는 DA/PA가 15.0 이하이다. 상술한 과잉으로 슬릿을 형성시킴으로써 발생하는 박리를 억제할 수 있는 것에 추가하여, 심 성분의 단면 형태가 과잉으로 복잡해지는 일은 없고, 폴리머 선정 등의 자유도를 높게 확보하여 본 발명의 심초 복합 섬유를 설계할 수 있다.
본 발명의 심초 복합 섬유는 섬유 권취 패키지나 토우, 컷 섬유, 목화, 섬유 볼, 코드, 파일, 직편, 부직포 등 다양한 중간체로 하고, 초 성분을 용출하여 섬유 표층에 슬릿을 발생시켜 다양한 섬유 제품으로 하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 심초 복합 섬유는 처리되지 않은 채 부분적으로 초 성분을 용출시키거나, 또는 심 성분을 용출시키거나 해서 섬유 제품으로 하는 것도 가능하다. 여기서 말하는 섬유 제품은 재킷, 스커트, 팬츠, 속옷 등의 일반 의료부터 스포츠 의료, 의료 자재, 카펫, 소파, 커튼 등의 인테리어 제품, 카시트 등의 차량 내장품, 화장품, 화장품 마스크, 와이핑 크로스, 건강 용품 등의 생활 용도나 연마천, 필터, 유해 물질 제거 제품, 전지용 세퍼레이터 등의 환경·산업자재 용도나 봉합사, 스캐폴드, 인공 혈관, 혈액 필터 등의 의료 용도로도 사용할 수 있다.
이러한 섬유 제품에 대한 활용을 상정한 경우, 기본적으로는 초 성분을 용출하게 된다. 이 때문에, 본 발명의 심초 복합 섬유에 있어서는 상기 섬유의 단면에 있어서 심 성분의 면적 비율이 70%에서 90%로 하는 것이 바람직하다. 이러한 범위이면, 예를 들면 직물로 한 경우라도, 슬릿 섬유 사이의 공극이 적당하게 되어 다른 섬유와 혼섬하는 등 할 필요없이 사용하는 것이 가능해진다. 또한, 용출 처리 시간을 단축한다고 하는 관점에서는 초 성분의 면적 비율을 낮게 하는 것이 적합하고, 이 관점에서는 심 성분의 비율이 80%~90%인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 심초 복합 섬유에 있어서는 심 성분의 면적 비율이 90%를 초과한 것으로 하는 것도 가능하지만, 실질적으로 초 성분이 심 성분을 안정적으로 피복할 수 있는 범위로서 심 성분의 비율의 상한값을 90%로 했다.
본 발명의 심초 복합 섬유에 있어서는 상술한 바와 같이 일단 중간체로 한 후에 초 성분을 용출함으로써 슬릿 섬유를 얻는 것이다. 상기 슬릿 섬유에서는 슬릿의 광학적인 효과에 의한 짙은색 효과에 추가하여 흡수성이나 발수성과 같은 수 특성의 제어가 가능해진다.
이상과 같은 수 특성의 제어나 짙은색 효과 등은 섬유 표층에 형성된 슬릿에 의한 것이다. 이 때문에, 슬릿 형상이 안정된 상태로 존재하는 것이 중요하며, 심초 복합 섬유로부터 초 성분을 용출한 후에 있어서도 슬릿 형상이 유지되고 있는 것이 포인트가 된다. 이 때문에, 본 발명의 슬릿 섬유에 있어서는 섬유축 방향으로 연속해서 형성된 돌기부의 높이(HT), 돌기부의 선단의 폭(WAT) 및 저면의 폭(WBT)이 하기 식을 동시에 충족할 필요가 있다.
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여기서 말하는 돌기부의 높이(HT), 돌기부의 선단의 폭(WAT) 및 저면의 폭(WBT)은 심초 복합 섬유의 단면 평가의 경우와 마찬가지로, 슬릿 섬유로 이루어지는 멀티필라멘트를 에폭시 수지 등의 포매제로 포매하고, 이 횡단면을 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 돌기부가 10개 이상 관찰될 수 있는 배율로 해서 2차원적으로 화상을 촬영한다. 촬영된 각 화상으로부터 동일 화상 내에서 무작위로 추출한 10개의 돌기부에 관해서 돌기부의 높이(HT), 선단의 폭(WAT) 및 저면의 폭(WBT)을 ㎛ 단위로 측정하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한다. 이상의 조작을 10회 반복하여 촬영한 10개의 화상에 대해서 각각의 값의 단순한 수 평균값으로 하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림함으로써 각각의 값을 구한다.
또한, 본 발명의 슬릿 섬유가 그 특징적인 슬릿의 효과를 안정적으로 발현하기 위해서는 슬릿 폭에 불균일이 없는 것이 적합하고, 본 발명의 슬릿 섬유에서는 슬릿 폭의 편차(CV%)가 1.0%~20.0%인 것이 바람직하다.
여기서 말하는 슬릿 폭은 도 4에 예시되는 바와 같이 슬릿 섬유의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 슬릿이 10개 이상 관찰할 수 있는 배율로 해서 화상을 촬영하여 구한다. 촬영된 각 화상으로부터 동일 화상 내에서 무작위로 추출한 10개의 슬릿으로부터 [돌기부 선단 사이의 거리(예를 들면, 도 3의 PA)-돌기부 선단의 폭(예를 들면, 도 2의 WA 또는 도 10의 WAT)]을 측정한 값이 본 발명에서 말하는 슬릿 폭(WC)이다. 여기서, 1개의 슬릿 섬유에서 10개 이상의 슬릿이 관찰될 수 없는 경우에는 다른 슬릿 섬유를 포함하여 합계로 10개 이상의 슬릿을 관찰하면 된다. 이들 슬릿 폭에 대해서는 단위를 ㎛로 해서 측정하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한다. 이상의 작업을 촬영한 10개의 화상에 대해서, 각각의 화상에서 측정한 값의 단순한 수 평균값을 구한다. 이 슬릿 폭의 편차는 측정한 100개의 슬릿에 대해서 측정한 슬릿 폭의 값으로부터 구하는 것이며, 슬릿 폭의 평균값 및 표준 편차로부터 슬릿 폭 편차(슬릿 폭(CV%))=(슬릿 폭의 표준 편차/슬릿 폭의 평균값)×100(%)으로 해서 산출된다. 이상의 조작에 의해 측정한 값을 슬릿 폭 편차로 하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한다.
상기 슬릿 폭의 편차는 본 발명의 특수한 슬릿 형상을 기인으로 한 성능의 편차를 담보하는 것이다. 본 발명의 슬릿 섬유에 관해서는 이 편차의 범위가 1.0%~20.0%인 것이 바람직하고, 이러한 범위이면 안정적으로 기능을 발현할 수 있다. 특히, 슬릿 형상에 의한 흡수성을 목적으로 하는 경우에는 부분적으로 슬릿 폭이 다르면 흡수 성능이 변화되기 때문에, 이 흡수성을 소구한 쾌적 이너를 목적으로 하는 경우에는 이 슬릿 폭의 편차가 1.0%~15.0%로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 슬릿 섬유는 슬릿 폭(WC)과 슬릿의 외접원 지름에 상당하는 섬유 지름(DC)의 비(WC/DC)가 0.02 이상 0.10 이하로 함으로써 매우 독특한 기능을 발현한다.
여기서 말하는 슬릿 섬유의 섬유 지름(DC)이란 도 4에 예시되는 바와 같이 2차원적으로 촬영된 화상으로부터 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면을 절단면으로 하고, 이 절단면에 2점 이상에서 가장 많이 외접하는 진원의 지름이다. 이 섬유 지름(DC)은 슬릿 섬유속을 에폭시 수지 등의 포매제로 포매하고, 이 횡단면을 실체 현미경에 의해 10개 이상의 섬유가 관찰될 수 있는 배율로 하여 화상을 촬영한다(도 4). 섬유 단면이 촬영된 각 화상으로부터 동일 화상 내에서 무작위로 추출한 10개의 섬유의 외접원 지름을 측정한다. 이 섬유 지름은 단위를 ㎛로 해서 측정하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한다. 이상의 조작을 촬영한 10개의 화상에 대해서 각각의 화상에서 측정한 값 및 그 비(WC/DC)의 단순한 수 평균값을 구한다.
상기 슬릿 섬유에서는 처리되지 않은 채 사용하는 경우에는 슬릿 형상에 맞춰서 모세관 현상이 발현하고, 슬릿을 따라서 섬유축 방향으로 물을 빨아올리기 때문에 우수한 흡수성을 발현하고, 반대로 발수제 등에 의해 발수 처리를 실시한 경우에는 슬릿으로부터 물을 배출하는 현상이 발현하여 우수한 발수성을 발현한다. 이 현상은 슬릿 표면에 존재하는 재료의 접촉각에 의해 정리할 수 있고, 상기 재료의 접촉각이 90° 미만이면 흡수성을 발현하고, 90°보다 크면 발수성을 발현한다. 이 발견은 매우 중요한 의미를 갖고, 예를 들면 같은 포백에 있어서 부분적으로 발수 처리를 실시함으로써 흡수성과 발수성의 상반하는 특성을 겸비하는 고기능 소재로 된다.
의류 내의 쾌적성을 고려한 경우, 흡한속건이 요구되는 경우가 많다. 이너에 적용되는 면을 비롯한 흡수 소재에 있어서는 흡수한 수분을 섬유 내 또는 섬유 사이에 유지하는 특성이 있기 때문에 운동 후기 등의 발한시에는 포백 자체가 젖은 상태로 되어 끈적한 불쾌감으로 되는 경우가 있었다. 흡한속건성을 소구하기 위해서는 흡수된 땀을 신속하게 외부로 배출할 필요가 있다. 그러기 위해서는, 우수한 흡수성과 발수성을 겸비할 필요가 있으며, 상술한 독특한 특성을 발현하는 본 발명의 슬릿 섬유는 유효하게 작용하여 매우 우수한 흡한속건 소재로 된다. 흡수성과 발수성의 밸런스라고 하는 관점에서는 WC/DC가 0.04 이상 0.08인 것이 보다 바람직하다. 이러한 범위이면, 종래 대비 2배 이상의 우수한 흡수성을 발현하는 것에 추가하여 발수제 처리도 얼룩없이 처리하는 것이 가능해져서 고기능 소재로 될 가능성이 있다.
본 발명의 슬릿 섬유의 단면 형상은 진원 단면에 추가하여 단축과 장축의 비(편평률)가 1.0보다 큰 편평 단면은 물론, 삼각형, 사각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형 단면, 일부에 요철부를 가진 다루마 단면, Y형 단면, 별 모양 단면 등의 다양한 단면 형상을 취할 수 있고, 이들 단면 형상에 의해서 포백의 표면 특성이나 역학 특성의 제어가 가능해진다. 단, 흡수성을 소구하는 경우에는 섬유 사이 공극을 활용하는 것이 적합하고, 이 관점에서는 슬릿 섬유의 이형도는 1.0~2.0인 것이 보다 바람직하다. 여기서 말하는 이형도란 이하와 같이 구한다. 즉, 슬릿 섬유의 섬유 지름(DC)을 측정할 때의 방법과 마찬가지로 슬릿 섬유를 10개 이상의 섬유가 관찰될 수 있는 배율로 해서 화상을 촬영한다(도 5(b)). 여기서 말하는 내접원 지름이란 2차원으로 촬영된 화상으로부터 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면을 절단면으로 하고, 이 절단면에 2점 이상으로 가장 많이 내접하는 진원의 지름인 것을 의미한다. 이형도란 이형도=외접원 지름÷내접원 지름으로부터 소수점 제 2 자리까지를 구하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한 것이며, 이상의 조작을 촬영한 10개의 화상에 대해서 각각의 화상에서 측정한 값의 단순한 수 평균값을 구하여 슬릿 섬유의 이형도로 했다. 참고로, 본 발명에서 말하는 이형도에서는 1.0이 진원에 상당하고, 그 수치의 증가는 그 섬유의 단면이 보다 변형되어 있는 것을 의미하고 있다.
슬릿 섬유 사이의 공극은 섬유 표층에 형성된 슬릿 형상에 의해 빨아올려진 수분을 마중물로 해서 더욱 빨아올리는 효과를 기대할 수 있다. 이 관점에서 말하면, 슬릿 섬유의 이형도가 1.0~1.5인 것이 보다 바람직하고, 이러한 범위이면 섬유 사이의 공극과 섬유 표층에 형성된 슬릿 형상이 상승 효과를 나타내어 매우 우수한 흡수성을 발현한다.
본 발명에 있어서의 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유는 고차 가공에 있어서의 공정 통과성이나 실질적인 사용을 고려하면, 일정 이상의 인성을 갖는 것이 적합하며, 섬유의 강도와 신도를 지표로 할 수 있다. 여기서 말하는 강도란 JIS L1013(1999년)에 나타내는 조건에서 섬유의 하중-신장 곡선을 구하고, 파단시의 하중값을 초기 섬도로 나눈 값이며, 신도란 파단시의 신장을 초기 시험 길이로 나눈 값이다. 여기서, 초기 섬도란 섬유의 단위 길이의 중량을 복수회 측정한 단순한 평균값으로부터 10,000m당 중량(g)을 산출한 값(dtex)을 의미한다.
본 발명의 섬유의 강도는 0.5~10.0cN/dtex, 신도는 5~700%인 것이 바람직하다. 본 발명의 섬유에 있어서, 강도의 실시 가능한 상한값은 10.0cN/dtex이며, 신도의 실시 가능한 상한값은 700%이다. 또한, 본 발명의 슬릿 섬유를 이너나 아우터 등의 일반 의료 용도로 사용하는 경우에는 강도를 1.0~4.0cN/dtex, 신도를 20~40%로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 사용 환경이 과혹한 스포츠 의료 용도 등에서는 강도를 3.0~6.0cN/dtex, 신도를 10~40%로 하는 것이 더욱 바람직하다. 산업 자재 용도, 예를 들면 와이핑 크로스나 연마포로서의 사용을 고려한 경우에는 가중 하에서 끌어당겨지면서 대상물에 마찰되게 된다. 이 때문에, 강도를 1.0cN/dtex 이상, 신도를 10% 이상으로 하면 닦아내는 중 등에 섬유가 끊어져 탈락하거나 하는 일이 없기 때문에 적합하다.
이상과 같이 본 발명의 섬유에서는 그 강도 및 신도를 목적으로 하는 용도 등에 따라 제조 공정의 조건을 제어함으로써 조정하는 것이 적합하다.
이하에, 본 발명의 심초 복합 섬유의 제조 방법의 일례를 상술한다.
본 발명의 심초 복합 섬유는 2종류의 폴리머를 이용하여 심 성분을 초 성분에 의해 피복하도록 배치된 심초 복합 섬유를 제사함으로써 제조 가능하다. 여기서, 본 발명의 심초 복합 섬유를 제사하는 방법으로서는 용융 방사에 의한 복합 방사가 생산성을 높인다고 하는 관점에서 적합하다. 당연히, 용액 방사 등으로 해서 본 발명의 심초 복합 섬유를 얻는 것도 가능하다. 단, 본 발명의 심초 복합 방사를 제사하는 경우에는 단면 형상의 제어에 우수하다고 하는 관점에서 후술하는 복합 구금을 이용하는 방법으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 심초 복합 섬유를 종래 공지의 복합 구금을 이용하여 제조하는 것은 심 성분의 단면 형상, 특히 슬릿부를 제어하는 점에서 매우 곤란하다. 물론, 종래 공지의 분할 복합 섬유용 구금을 이용하는 것으로도 원리적으로는 제사 가능하다고 할 수 있지만, 본 발명의 중요한 요건인 슬릿의 돌기 부분의 간격이나 슬릿 깊이를 제어하는 것은 곤란하다. 즉, 종래 공지의 복합 구금 기술에서는 종래 기술에 나타내는 슬릿이 섬유 내층까지 들어간 형상으로 되고, 고차 가공 통과성이나 초 용출 후의 내구성이 우수한 본 발명의 슬릿 섬유를 달성하는 것은 곤란하여 본 발명의 목적을 충족하기에 이르지 않는 경우가 많다.
이 점, 상술한 섬유의 달성을 위해 본 발명의 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유의 제조 방법에 대해서 예의 검토하고, 도 6에 예시한 바와 같은 복합 구금을 이용한 방법이 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 적합하다는 것을 발견했다.
도 6에 나타낸 복합 구금은 위에서부터 계량 플레이트(11), 분배 플레이트(12) 및 토출 플레이트(13)의 크게 3종류의 부재가 적층된 상태에서 방사 팩 내에 장착되어 방사에 제공된다. 또한, 도 6은 폴리머 A(심 성분) 및 폴리머 B(초 성분)와 같은 2종류의 폴리머를 사용하는 것이며, 실시형태의 예시이다. 여기서, 본 발명의 심초 복합 섬유에 있어서는 폴리머 B를 용출함으로써 폴리머 A로 이루어지는 슬릿 섬유로 하는 경우에는 심 성분을 난용출 성분, 초 성분을 이용출 성분으로 하면 된다. 도 6의 구금은 섬유 단면 형태의 제어에 우수하고, 특히 폴리머 A 및 폴리머 B의 용융 점도차에 제약을 형성하는 일 없이 제조를 가능하게 하고, 본 발명의 섬유를 제조하는데 바람직하다.
도 6에 예시한 구금 부재에서는 계량 플레이트(11)가 각 토출 구멍 및 심과 초의 양 성분의 분배 구멍당 폴리머의 양을 계량하여 유입시키고, 분배 플레이트(12)가 단(심초 복합)섬유의 단면에 있어서의 심 성분의 단면 형상을 제어한다. 이어서, 토출 플레이트(13)에 의해서 분배 플레이트(12)에서 형성된 복합 폴리머 류가 압축되어 토출된다고 하는 역할을 담당하고 있다. 복합 구금의 설명이 착종하는 것을 회피하기 위해서, 도시되어 있지 않지만 계량 플레이트보다 위에 적층하는 부재에 관해서는 방사기 및 방사 팩에 맞춰서 유로를 형성한 부재를 이용하면 된다. 덧붙여서, 계량 플레이트(11)를 기존의 유로 부재에 맞춰서 설계함으로써 기존의 방사 팩 및 그 부재가 그대로 활용될 수 있다. 이 때문에, 특히 상기 복합 구금을 위해서 방사기를 전유화할 필요는 없다.
또한, 실제로는 유로-계량 플레이트 사이 또는 계량 플레이트(11)-분배 플레이트(12) 사이에 복수매의 유로 플레이트(도시하지 않음)를 적층하면 된다. 이것은 구금 단면 방향 및 단섬유의 단면 방향에 효율적으로 폴리머가 이송되는 통로를 설치하고, 분배 플레이트(12)에 도입되는 구성으로 하는 것이 목적이다. 토출 플레이트(13)로부터 토출된 복합 폴리머류는 종래의 용융 방사법에 따라 냉각 고화 후 유제를 부여하고, 규정의 주속으로 된 롤러에 의해 인수되어서 본 발명의 심초 복합 섬유로 된다.
이하, 도 6에 예시한 복합 구금에 있어서 계량 플레이트(11), 분배 플레이트(12)를 거쳐 복합 폴리머류로 되고, 본 복합 폴리머류가 토출 플레이트(13)의 토출 구멍으로부터 토출될 때까지를 복합 구금의 상류로부터 하류로 폴리머의 흐름을 따라서 순차 설명한다.
방사 팩 상류로부터 폴리머 A 및 폴리머 B가 계량 플레이트의 폴리머 A용 계량 구멍(14-1) 및 폴리머 B용 계량 구멍(14-2)에 유입되고, 하단에 형성된 구멍 조리개에 의해서, 계량된 후 분배 플레이트(12)에 유입된다. 여기서, 각 폴리머는 각 계량 구멍에 구비하는 조리개에 의한 압력 손실에 의해서 계량된다. 이 조리개의 설계의 기준은 압력 손실이 0.1MPa 이상으로 되는 것이다. 한편, 이 압력 손실이 과잉으로 되어서 부재가 변형되는 것을 억제하기 위해서 30.0MPa 이하로 되는 설계로 하는 것이 바람직하다. 이 압력 손실은 계량 구멍마다 폴리머의 유입량 및 점도에 의해서 결정된다. 예를 들면, 온도 280℃, 변형 속도 1,000s-1에서의 점도가 100~200Pa·s의 폴리머를 이용하여 방사 온도 280~290℃, 계량 구멍마다의 토출량이 0.1~5.0g/min에서 용융 방사하는 경우에는, 계량 구멍의 조리개는 구멍 지름 0.01~1.00㎜, L/D(토출 구멍 길이/토출 구멍 지름) 0.1~5.0이면 계량성 좋게 토출하는 것이 가능하다. 폴리머의 용융 점도가 상기 점도 범위보다 작아지는 경우나 각 구멍의 토출량이 저하되는 경우에는, 구멍 지름을 상기 범위의 하한에 가까워지도록 축소 혹은/또는 구멍 길이를 상기 범위의 상한에 가까워지도록 연장하면 된다. 반대로, 고점도인 경우나 토출량이 증가하는 경우에는 구멍 지름 및 구멍 길이를 각각 반대의 조작을 행하면 된다.
또한, 이 계량 플레이트(11)를 복수매 적층하여 단계적으로 폴리머양을 계량하는 것이 바람직하고, 2단계~10단계로 나누어 계량 구멍을 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이 계량 플레이트 또는 계량 구멍을 복수회로 나누는 것이 계량 구멍당 10-5g/min/hole 오더의 미세한 폴리머류의 제어가 필요해지는 본 발명의 심초 복합 섬유를 얻기 위해서는 적합하다.
각 계량 구멍(14)으로부터 토출된 폴리머는 분배 플레이트(12)의 분배 홈(15)(도 7)에 개별적으로 유입된다. 분배 플레이트(12)에서는 각 계량 구멍(14)으로부터 유입된 폴리머를 모으는 분배 홈(15)과 이 분배 홈의 하면에는 폴리머를 하류로 흘리기 위한 분배 구멍(16)(도 7)이 형성되어 있다. 분배 홈(15)에는 2개 구멍 이상의 복수의 분배 구멍(16)이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 복합 섬유의 단면 형태는 토출 플레이트(13) 바로 위의 최종 분배 플레이트에 있어서의 각 분배 구멍(16)의 배치에 의해 제어할 수 있다. 도 9에 이 분배 구멍의 배치를 예시하고 있지만, 심 성분용 분배 구멍(도 9의 16-1)의 사이에 초 성분 분배 구멍(도 9의 16-2)을 배치함으로써 심 성분 분배 구멍으로부터 토출된 심 성분의 사이에 끼워지도록 초 성분이 설치되고, 본 발명에서 필요해지는 슬릿 형상이 제어된 심초형으로 복합화된 폴리머류가 형성된다. 이 경우, 초 성분 분배 구멍에 의해 슬릿의 홈부가 형성되기 때문에, 거기에서 토출하는 폴리머 양 및 분배 구멍의 배치에 의해 슬릿 형상을 임의로 제어할 수 있다.
이러한 기구를 가진 복합 구금은 상술한 바와 같이 폴리머의 흐름을 항상 안정화시키고, 본 발명의 달성에 필요해지는 초정밀하게 단면이 제어된 복합 섬유의 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 심초 복합 섬유를 달성하기 위해서는, 상술과 같은 신규한 복합 구금을 채용하는 것에 추가하여, 단면의 장시간 안정성이라고 하는 관점에서는 심 폴리머(폴리머 A)의 용융 점도 ηA와 초 폴리머(폴리머 B) 용융 점도 ηB의 용융 점도비(ηB/ηA)가 0.1~2.0인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 용융 점도란 칩 형상의 폴리머를 진공 건조기에 의해서 수분율 200ppm 이하로 하고, 캐필러리 레오미터에 의해서 측정할 수 있는 용융 점도를 가리키며, 방사 온도에서의 같은 전단 속도시의 용융 점도를 의미한다. 본 발명에서는 복합 단면의 형태는 기본적으로 분배 구멍의 배치에 의해 제어된다. 단, 각 폴리머가 합류하여 복합 폴리머류를 형성한 후에 축소 구멍(18)(도 8)에 의해서 단면 방향으로 대폭 축소되게 되기 때문에, 장시간의 제조를 상정한 경우에는 폴리머의 흡습에 의한 점도 변화 등의 경시적인 변동을 가미할 필요가 있고, 용융 점도비를 이러한 범위로 하면 이들 변동이 영향을 줄 가능성이 작아 안정적으로 제조가 가능해진다. 이러한 관점을 추진하면, 보다 바람직한 범위로서는 ηB/ηA가 0.1~1.0이다. 또한, 이상의 폴리머의 용융 점도에 관해서는 동종의 폴리머라도 분자량이나 공중합 성분을 조정함으로써 비교적 자유롭게 제어할 수 있기 때문에, 본 발명에 있어서는 용융 점도를 폴리머 조합이나 방사 조건 설정의 지표로 하고 있다.
분배 플레이트(12)로부터 토출된 복합 폴리머류는 토출 플레이트(13)에 유입된다. 여기서, 토출 플레이트(13)에는 토출 도입 구멍(17)을 형성하는 것이 바람직하다. 토출 도입 구멍(17)이란 분배 플레이트(12)로부터 토출된 복합 폴리머류를 일정 거리 사이, 토출면에 대하여 수직으로 흘리기 위한 것이다. 이것은 폴리머 A 및 폴리머 B의 유속차를 완화시킴과 아울러, 복합 폴리머류의 단면 방향으로의 유속 분포를 저감시키는 것을 목적으로 하고 있다. 본 발명에 있어서는 심 성분의 최외층의 슬릿 형상의 제어가 중요하며, 이 복합 폴리머류를 압축하는 경우에 비교적 변형을 받기 쉬운 최외층의 폴리머 유속의 완화를 위해서는 이 토출 도입 구멍(17)을 형성하는 것이 적합하다. 폴리머의 분자량을 고려할 필요가 있지만, 유속비의 완화가 거의 완료된다고 하는 관점에서 복합 폴리머류가 축소 구멍(18)에 도입되기까지 10-1~10초(=토출 도입 구멍 길이/폴리머 유속)를 기준으로 해서 토출 도입 구멍(17)을 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 범위이면 유속의 분포는 충분히 완화되고, 단면의 안정성 향상에 효과를 발휘한다.
토출 도입 구멍(17) 및 축소 구멍(18)을 거쳐 복합 폴리머류는 분배 구멍(16)(도 7)의 배치 대로의 단면 형태를 유지하여 토출 구멍(19)(도 8)으로부터 방사선에 토출된다. 이 토출 구멍(19)은 복합 폴리머류의 유량, 즉 토출량을 재계량하는 점과 방사선상의 드래프트(=인수 속도/토출선 속도)를 제어하는 목적이 있다. 토출 구멍(19)의 구멍 지름 및 구멍 길이는 폴리머의 점도 및 토출량을 고려하여 결정하는 것이 적합하다. 본 발명의 심초 복합 섬유를 제조할 때에는 토출 구멍 지름 D는 0.1~2.0㎜, L/D(토출 구멍 길이/토출 구멍 지름)는 0.1~5.0의 범위에서 선택하는 것이 적합하다.
용융 방사를 선택하는 경우, 섬 성분 및 해 성분으로서, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드 등의 용융 성형 가능한 폴리머 및 그것들의 공중합체가 예시된다. 특히, 폴리머의 융점은 165℃ 이상이면 내열성이 양호하여 바람직하다. 또한, 산화티탄, 실리카, 산화바륨 등의 무기질, 카본블랙, 염료나 안료 등의 착색제, 난연제, 형광 증백제, 산화방지제 또는 자외선 흡수제 등의 각종 첨가제를 폴리머 중에 포함하고 있어도 좋다.
본 발명의 심초 복합 섬유를 방사하기 위한 적합한 폴리머의 조합으로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리락트산, 열가소성 폴리우레탄, 폴리페닐렌술피드를 폴리머 A와 폴리머 B로 분자량을 변경하여 사용하거나, 한쪽을 호모 폴리머로 하고, 다른쪽을 공중합 폴리머로 해서 사용하는 것이 박리를 억제한다고 하는 관점에서 바람직하다. 또한, 스파이럴 구조에 의한 부피성을 향상시킨다고 하는 관점에서는 폴리머 조성이 다른 조합이 바람직하고, 예를 들면 폴리머 A/폴리머 B로 폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트/열가소성 폴리우레탄, 폴리부틸렌테레프탈레이트/폴리트리메틸렌테레프탈레이트가 바람직하다.
본 발명에 있어서의 방사 온도는 상술한 관점에서 결정한 사용 폴리머 중, 주로 고융점이나 고점도의 폴리머가 유동성을 나타내는 온도로 하는 것이 적합하다. 이 유동성을 나타내는 온도란 폴리머 특성이나 그 분자량에 따라서도 다르지만 그 폴리머의 융점이 기준으로 되어 융점+60℃ 이하로 설정하면 된다. 이것 이하의 온도이면 방사 헤드 또는 방사 팩 내에서 폴리머가 열분해되거나 하지 않고 분자량 저하가 억제되어 양호하게 본 발명의 심초 복합 섬유를 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서의 폴리머의 토출량은 안정성을 유지하면서 용융 토출할 수 있는 범위로서 토출 구멍당 0.1g/min/hole~20.0g/min/hole을 예시할 수 있다. 이 때, 토출의 안정성을 확보할 수 있는 토출 구멍에 있어서의 압력 손실을 고려하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 압력 손실은 0.1MPa~40MPa를 기준으로 폴리머의 용융 점도, 토출 구멍 지름, 토출 구멍 길이와의 관계로부터 토출량을 따른 범위로부터 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용하는 심초 복합 섬유를 방사할 때의 심 성분(폴리머 A)과 초 성분(폴리머 B)의 비율은 토출량을 기준으로 중량비로 심/초 비율로 50/50~90/10의 범위에서 선택할 수 있다. 이 심/초 비율 중, 심 비율을 높이면 슬릿 섬유의 생산성이라고 하는 관점에서는 적합하다. 단, 심초 복합 단면의 장기 안정성 및 슬릿 섬유를 효율적으로, 또한 안정성을 유지하면서 밸런스 좋게 제조할 수 있는 범위로서, 이 심/초 비율은 70/30~90/10이 보다 바람직하다. 또한, 용출 처리를 신속하게 완료시킨다고 하는 점까지를 고려하면 80/20~90/10이 특히 바람직하다.
토출 구멍으로부터 용융 토출된 사조는 냉각 고화되고, 유제 등을 부여함으로써 집속되고, 주속이 규정된 롤러에 의해서 인수된다. 여기서, 이 인수 속도는 토출량 및 목적으로 하는 섬유 지름으로부터 결정하는 것이지만, 본 발명에서는 심초 복합 섬유를 안정적으로 제조한다고 하는 관점에서 100m/min에서 7,000m/min이 바람직한 범위로서 예시될 수 있다. 이 방사된 심초 복합 섬유는 열안정성이나 역학 특성을 향상시킨다고 하는 관점에서 연신을 행하는 것이 바람직하고, 방사한 심초 복합 섬유를 일단 권취한 후에 연신을 실시하는 것도 좋고, 일단 권취하지 않고 방사에 계속해서 연신을 행하는 것도 좋다.
이 연신 조건으로서는, 예를 들면 한 쌍 이상의 롤러로 이루어지는 연신기에 있어서, 일반적으로 용융 방사 가능한 열가소성을 나타내는 폴리머로 이루어지는 섬유이면, 유리 전이 온도 이상 융점 이하 온도로 설정된 제 1 롤러와 결정화 온도 상당으로 한 제 2 롤러의 주속비에 의해서 섬유축 방향으로 무리없이 잡아늘려지고, 또한 열 세팅되어서 권취된다. 또한, 유리 전이를 나타내지 않는 폴리머의 경우에는 복합 섬유의 동적 점탄성 측정(tanδ)을 행하여 얻어지는 tanδ의 고온측의 피크 온도 이상의 온도를 예비 가열 온도로서 선택하면 된다. 여기서, 연신 배율을 높여 역학 물성을 향상시킨다고 하는 관점에서, 이 연신 공정을 다단계로 실시하는 것도 적합한 수단이다.
본 발명의 심초 복합 섬유로부터 슬릿 섬유를 생성하기 위해서는 이용출 성분이 용출 가능한 용제 등에 복합 섬유를 침지하여 초 성분을 제거하면 된다. 이용출 성분이 5-나트륨술포이소프탈산이나 폴리에틸렌글리콜 등이 공중합된 공중합 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리락트산 등인 경우에는 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리 수용액을 사용할 수 있다. 본 발명의 복합 섬유를 알칼리 수용액으로 처리하는 방법으로서는, 예를 들면 복합 섬유 또는 그것으로 이루어지는 섬유 구조체로 한 후에 알칼리 수용액에 침지시키면 된다. 이 때, 알칼리 수용액은 50℃ 이상으로 가열하면 가수분해의 진행을 앞당길 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 유체 염색기 등을 이용하면, 한 번에 대량으로 처리를 할 수 있기 때문에 생산성도 좋고, 산업적인 관점에서 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명의 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유의 제조 방법을 장섬유의 제조를 목적으로 한 용융 방사법에 의거해서 설명했지만, 시트 형상물을 얻기에 적합한 멜트브로우법 및 스펀본드법으로도 제조 가능한 것은 말할 것도 없고, 또한 습식 및 건습식 등의 용액 방사법 등에 의해서 제조하는 것도 가능하다.
실시예
이하, 실시예를 들어서 본 발명의 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유에 대해서 구체적으로 설명한다.
실시예 및 비교예에 대해서는 하기 평가를 행했다.
A. 폴리머의 용융 점도
칩 형상의 폴리머를 진공 건조기에 의해서 수분율 200ppm 이하로 하고, 토요세이키제 캐필로그래프 1B에 의해서 변형 속도를 단계적으로 변경하여 용융 점도를 측정했다. 또한, 측정 온도는 방사 온도와 마찬가지로 하고, 실시예 또는 비교예에는 1,216s-1의 용융 점도를 기재하고 있다. 참고로, 가열로에 샘플을 투입하고나서 측정 개시까지를 5분으로 하고, 질소 분위기 하에서 측정을 행했다.
B. 섬도
채취한 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유는 온도 25℃, 습도 55% RH의 분위기 하에서 단위 길이당 중량을 측정하고, 그 값으로부터 10,000m에 상당하는 중량을 산출한다. 이것을 10회 반복하여 측정하고, 그 단순 평균값의 소수점 이하를 반올림한 값을 섬도로 했다.
C. 섬유의 역학 특성
심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유를 오리엔테크사제 인장 시험기 텐실론 UCT-100형을 이용하여 시료 길이 20㎝, 인장 속도 100%/min의 조건에서 응력-변형 곡선을 측정한다. 파단시의 하중을 판독하여 그 하중을 초기 섬도로 나눔으로써 강도를 산출하고, 파단시의 변형을 판독하여 시료 길이로 나눈 값을 100배 함으로써 파단 신도를 산출했다. 어떤 값이나 이 조작을 수준마다 5회 반복하여 얻어진 결과의 단순 평균값을 구하고, 강도는 소수점 제 2 자리, 신도는 소수점 이하를 반올림한 값이다.
D. 심초 복합 섬유의 단면 파라미터
심초 복합 섬유를 에폭시 수지로 포매하고, Reichert사제 FC·4E형 크라이오섹셔닝 시스템에 의해 동결하고, 다이아몬드 나이프를 구비한 Reichert-Nissei ultracut N(울트라마이크로톰)에 의해 절삭한 후, 그 절삭면을 (주)키엔스제 VE-7800형 주사형 전자 현미경(SEM)으로 심초 복합 섬유가 10개 이상 관찰될 수 있는 배율로 촬영했다. 이 화상으로부터, 무작위로 선정한 10개의 심초 복합 섬유를 추출하고, 화상 처리 소프트(WINROOF)를 이용하여 심 성분의 돌기의 외접원 지름(DA)을 측정했다. 또한, 각 심초 복합 섬유의 심 성분 돌기부에 관하여 10개소의 돌기 사이의 거리(PA), 돌기부 선단의 폭(WA), 돌기의 높이(H) 및 돌기 저면의 폭(WB)을 측정했다. 같은 조작을 10화상에 대해서 행하고, 10화상의 평균값을 각각의 값으로 했다. 또한, 이들 값은 ㎛ 단위로 소수점 제 2 자리까지 구하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한 것이다.
E. 초 성분 용출 처리시의 탈락 평가
각 방사 조건에서 채취한 심초 복합 섬유로 이루어지는 편지를 초 성분이 용출하는 용제로 채워진 용출욕(욕비 100)에서 초 성분을 99% 이상 제거했다.
슬릿의 탈락의 유무를 확인하기 위해 하기 평가를 행했다.
용출 처리에 이용한 용제를 100㎖ 채취하고, 이 용제를 보류 입자지름 0.5㎛의 유리 섬유 여과지에 통과시킨다. 여과지의 처리 전후의 건조 중량차로부터 슬릿 돌기부의 탈락의 유무를 판단했다. 중량차가 10mg 이상인 경우에는 탈락 많음으로서 「C」, 10mg 미만 5mg 이상인 경우에는 탈락 중간 「B」, 5mg 미만인 경우에는 탈락 없음 「A」라고 했다.
F. 슬릿 섬유의 섬유 지름
심초 복합 섬유로부터 초 성분을 99% 이상 용출하여 얻은 슬릿 섬유를 심초 복합 섬유의 경우와 마찬가지의 방법으로 에폭시 수지로 포매하여 절삭한 후, 그 절삭면을 (주)키엔스사제의 마이크로스코프 VHX-2000으로 10개 이상의 슬릿 섬유가 관찰될 수 있는 배율로 촬영했다. 이 화상으로부터 무작위로 선정한 10개의 슬릿 섬유를 추출하고, 화상 처리 소프트(WINROOF)를 이용하여 섬유 지름(DC)을 측정했다. 측정은 ㎛ 단위로 소수점 제 2 자리까지를 측정하고, 같은 작업을 10화상에 대해서 행하고, 이것들의 단순한 수 평균값의 소수점 제 2 자리 이하를 반올림했다.
G. 슬릿 폭 및 슬릿 폭 편차(CV%)
슬릿 섬유를 관찰대에 횡 방향으로 부착하고, (주)키엔스제 VE-7800형 주사형 전자 현미경(SEM)으로 섬유 표층에 형성된 슬릿이 10개 이상 관찰될 수 있는 배율로 해서 촬영하고, 이 화상으로부터 무작위로 선정한 10개의 슬릿을 추출하여 화상 처리 소프트(WINROOF)를 이용하여 슬릿 폭을 구했다. 또한, 슬릿 폭은 ㎛ 단위로 소수점 제 2 자리까지 구하고, 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한 것이다. 같은 동작을 10화상에 대해서 행하고, 10화상의 평균값 및 표준 편차를 구했다. 이것들의 결과로부터 하기 식에 의거해 슬릿 폭 편차(CV%)를 산출했다.
슬릿 폭 편차(CV%)=(표준 편차/평균값)×100
슬릿 폭 편차도 소수점 제 2 자리까지를 계산하여 소수점 제 2 자리 이하를 반올림한 것이다.
H. 슬릿 섬유의 내마모성 평가
직경 10㎝로 절단한 포백 샘플을 10장 준비하고, 2장씩 세트로 해서 각각 평가용 홀더에 셋팅한다. 편측의 샘플을 증류수로 완전히 습윤시킨 후, 2장 샘플을 겹쳐서 압박압 7.4N을 가하면서 마모시켜 단섬유의 피브릴화의 모습을 (주)키엔스사제 마이크로스코프 VHX-2000으로 50배로 관찰했다. 이 때, 마모 처리 전후의 샘플 표면 변화를 확인하고, 피브릴화의 모습을 3단계 평가했다. 처리 전후에서 샘플 표면 전체에 피브릴화가 발생한 경우에는 불가로서 「C」, 일부에 발생이 확인되는 경우에는 가능으로서 「B」, 발생이 확인되지 않는 경우에는 양호로서 「A」로 했다.
I. 흡수 성능
횡폭 1㎝의 포백 샘플을 10샘플 준비하고, 각각의 샘플에 대해서 하단 약 2㎝를 증류수에 침지시키고, 10분 후의 흡수 높이를 JIS L1907 「섬유 제품의 흡수성 시험 방법」(2010)에 따라 평가했다. 흡수 높이는 ㎜ 단위로 소수점 제 1 자리까지를 구하고, 소수점 이하를 반올림하여 각각 평균값을 산출하여 흡수 성능으로 했다.
J. 발수 성능
탄화수소계 발수제로 발수 가공을 실시한 포백 샘플을 20㎝×20㎝의 샘플 사이즈로 되도록 10장 잘라내어 평가 샘플을 준비했다. 각 샘플에 대해서 중앙에 직경 11.2㎝의 원을 그리고, 상기 원의 면적이 80% 확대되도록 신장하여 발수도 시험(JIS L 1092)에 사용하는 시험편 유지 프레임에 장착하고, 스프레이 시험(JIS L 1092(2009))을 행하여 급 판정을 행했다. 발수 성능을 5단계 평가하고, 10샘플의 급 판정 결과의 평균값을 발수 성능으로 했다.
K. 용출속도비(초/심)
심 성분 및 초 성분에 사용하는 칩 형상의 폴리머를 110℃로 설정한 열풍 건조기에서 5시간 처리하고, 90℃로 가열한 1중량%의 수산화나트륨 수용액(욕비 20)에 10g 삽입하여 초기 중량과 용출 처리 후 중량의 차로부터 처리 시간에 대한 용출량을 측정했다. 처리 시간 1분, 5분, 10분의 측정으로부터 단위 시간당 용출량의 평균값을 산출하고, 각 폴리머의 용출 속도를 평가했다. 구한 초 폴리머의 용출 속도를 심 폴리머의 용출 속도로 나누고, 소수점 이하를 반올림한 값을 용출속도비로 했다.
(실시예 1)
심 성분으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET1 용융 점도: 140Pa·s), 초 성분으로서 5-나트륨술포이소프탈산 8.0몰% 및 분자량 1,000의 폴리에틸렌글리콜 10wt%가 공중합한 폴리에틸렌테레프탈레이트(공중합 PET1 용융 점도: 45Pa·s)를 290℃에서 개별적으로 용융 후 계량하고, 도 6에 나타낸 본 발명의 복합 구금이 장착된 방사 팩에 유입시켜 토출 구멍으로부터 복합 폴리머류를 토출했다. 또한, 토출 플레이트 바로 위의 분배 플레이트는 심 성분과 초 성분의 계면에 위치하는 부분이 도 9에 나타내는 배열 패턴으로 하고, 심 성분용 분배 구멍군과 초 성분용 분배 구멍군이 교대로 배치됨으로써 1개의 심초 복합 섬유에 24개소의 슬릿이 형성되도록 했다. 또한, 토출 플레이트는 토출 도입 구멍 길이 5㎜, 축소 구멍의 각도 60°, 토출 구멍 지름 0.3㎜, 토출 구멍 길이/토출 구멍 지름 1.5의 것을 사용했다.
폴리머의 총 토출량은 31.5g/min으로 하고, 심초 복합비는 중량비로 80/20으로 되도록 조정했다. 용융 토출한 사조를 냉각 고화한 후 유제 부여하고, 방사 속도 1,500m/min으로 권취함으로써 미연신 섬유를 얻었다. 또한, 미연신 섬유를 90℃와 130℃로 가열한 롤러 사이에 3.0배 연신을 행하여(연신 속도 800m/min) 심초 복합 섬유를 얻었다(70dtex-36필라멘트).
심 성분의 돌기부에 관한 높이(H), 선단의 폭(WA) 및 저면의 폭(WB)은 각각 1.3㎛, 0.8㎛, 1.2㎛이며, H/(WA)1/ 2이 1.5, WB/WA가 1.5로 본 발명의 심초 복합 섬유인 것이 확인될 수 있었다.
실시예 1에서 얻은 심초 복합 섬유의 역학 특성은 강도 3.4cN/dtex, 신도 28%로 고차 가공을 행하기에 충분한 역학 특성을 갖고 있으며, 직물이나 편물로 가공한 경우라도 실 끊김 등이 전혀 발생하지 않는 것이었다.
실시예 1의 심초 복합 섬유를 편물로 한 시험편을 90℃로 가열한 1중량%의 수산화나트륨 수용액(욕비 1:100)에서 초 성분을 99% 이상 탈해했다. 이 때, 초 성분은 용출 처리를 개시하여 10분간 이내에 초 성분이 신속하게 용출되는 것이며, 초 성분을 용출한 용제를 육안 관찰해도 슬릿 돌기부의 탈락은 확인되지 않았다. 이 초 성분이 용출한 용제를 이용하여 탈락 평가했지만, 여과지의 중량 변화가 3mg 미만이어서 탈락없음(판정: A)이며, 슬릿의 열화가 없고, 고차 가공 통과성이 우수한 것이었다. 덧붙여서, 용출 후의 슬릿 섬유를 추가로 10분간 90℃로 가열한 알칼리 수용액으로 처리해도 여전히 슬릿의 탈락은 확인되지 않는 것이었다.
상술한 조작으로 채취한 슬릿 섬유에는 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에서 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고 있으며, 이 돌기부의 높이(HT), 돌기부의 선단의 폭(WAT) 및 저면의 폭(WBT)은 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 슬릿 섬유의 요건을 충족하는 것이었다. 또한, 슬릿 폭 편차는 5.3%이며, 관찰 화상 내에서는 모두 0.9㎛의 슬릿 폭을 유지하면서 자립하고 있는 슬릿을 확인할 수 있었다. 이어서, 내마모성 평가를 실시한 결과, 본 발명의 심초 복합 섬유로부터 유래되는 내마모성이 우수한 슬릿 형상을 갖고 있기 때문에, 강제적인 마모를 가한 경우라도 슬릿의 박리는 확인되지 않고, 샘플 표면에 피브릴화의 발생은 확인되지 않았다(내마모성 판정: 양호(A)).
이 내구성이 우수한 슬릿 섬유를 발수 처리하지 않고 흡수 성능을 평가한 결과, 우수한 흡수 성능을 발현했다(흡수 높이 132㎜). 덧붙여서, 마찬가지의 방법으로 평가한 환단면의 PET 단독 섬유(56dtex-24필라멘트)는 흡수 높이 32㎜이며, 실시예 1에서 얻은 슬릿 섬유는 통상의 환단면 섬유의 4배 이상의 흡수 성능을 갖게 된다. 또한, 독특하게 같은 슬릿 섬유에 발수 가공을 실시하면 물의 정적 접촉각이 130°를 초과하고, 실사용에 사용할 때에 중요해지는 동적인 발수 성능의 급 판정이 평균으로 5.0급이고, 양호한 발수 성능을 발현하는 것이 밝혀졌다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2, 실시예 3)
심초의 복합비를 70/30(실시예 2), 90/10(실시예 3)으로 변경한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.
실시예 2에 있어서는 심 비율을 감소시켰기 때문에, 실시예 1과 비교해서 슬릿이 깊게 되었지만, 돌기의 폭이 충분한 두께를 갖고 있기 때문에 탈락 및 내마모성 모두 양호한 것이었다. 한편, 슬릿이 깊은 홈으로 되었기 때문에 흡수성은 향상하는 것이었다.
실시예 3에 있어서는 심 비율을 증가시켰기 때문에, 돌기 폭이 증가하고, 실시예 1 대비 내구성이 우수한 것이었다. 또한, 실시예 3에서는 슬릿 깊이가 감소됨으로써 흡수성 등이 실시예 1과 비교하면 저하되는 것이지만, 통상의 환단면의 섬유와 비교하여 3.6배의 흡수 높이여서 충분한 흡수 성능이다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 4, 실시예 5)
심초의 복합비는 80/20으로 고정하고, 심 성분의 슬릿의 개수를 10개소(실시예 4), 50개소(실시예 5)로 변경한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.
모두 심 성분이 소망의 돌기부를 가진 구조가 안정적으로 존재하는 것이며, 본 발명의 요건을 충족하고 있고, 실시예 5에 있어서는 돌기의 폭이 슬릿 수를 증가시킨 영향으로 얇게 되었지만, 그것에 따라 돌기 높이가 감소했기 때문에 용출 공정에서도 슬릿이 탈락하지 않고 문제가 없는 것이었다. 단, 내마모성 평가에 있어서, 피브릴이 관찰되었지만 경미한 것이어서 실사용에 문제가 없는 것이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112017052072862-pct00006
(비교예 1)
심 성분 및 초 성분으로서, 실시예 1에서 이용한 PET1과 공중합 PET1을 이용하고, 일본 특허 공개 2008-7902호 공보에 기재되는 심 성분과 초 성분의 계면에 있어서, 심 성분 돌기부의 수만큼 미세 구멍이 형성되고, 이 심 성분용 미세구멍 사이에 초 성분을 섬유 중심으로부터 외주에 걸쳐서 흘러들어가도록 설치한 홈에 의해서 슬릿부를 형성하는 종래 공지의 방사 구금으로 방사를 행했다. 이 때, 슬릿이 200개소 형성되도록 심 성분의 미세구멍, 초 성분용의 홈을 교대로 설치하고 있으며, 기타 조건은 실시예 1에 따라 실시했다.
비교예 1에서 채취한 심초 복합 섬유의 단면에서는 원리적으로 심 성분의 돌기부를 피복하도록 홈에서 초 성분을 섬유 단면 방향으로 흘려넣기 때문에, 슬릿 형상을 제어하는 것은 곤란하고, 돌기부의 높이는 불규칙하며, 섬유 내층까지 도달하는 것이었다(심 성분의 외접원 지름: 15.8㎛ 돌기부 높이: 평균 3.3㎛). 또한, 다수의 슬릿을 형성하고 있기 때문에, 돌기부의 폭은 0.2㎛로 매우 얇고, 돌기부의 저면부가 미세한 것이었다(WB/WA: 0.8). 이러한 심초 복합 섬유를 실시예 1에 기재된 방법에 의해 초 성분의 용출을 실시한 결과, 홈 형성 부분에 배치된 초 성분이 매우 얇기 때문에 섬유 내층까지 용제가 도달하기 위해서는 상당히 시간이 걸리고, 중량 변화에 따른 감량률에 의해 완전 용출까지의 시간을 검토한 결과, 40분간을 소요하는 것이어서 실시예 1의 4배 이상의 처리가 필요했다. 비교예 1에서는 장시간 가열된 알칼리 수용액에 노출됨으로써 용출 처리 중 돌기부가 열화되고, 애초에 돌기부의 폭도 매우 얇기 때문에 섬유끼리의 마찰 등에 의해 돌기부가 많이 박리하는 것이었다(탈락 판정: 탈락 많음(C)). 덧붙여서, 용출 처리 40분 이상이어도 중량으로 보는 감량률이 계속해서 증가했기 때문에 용출 처리를 계속한 결과, 탈락의 증가가 육안 확인될 수 있고, 샘플 중량의 감소는 60분 처리(감량률: 47%)까지 증가되어 있었다.
비교예 1에서 얻어진 슬릿 섬유는 슬릿이 내층까지 들어감으로써 슬릿 섬유의 압축 방향의 내성은 낮고, 슬릿 섬유 전체가 변형된 것이었다(이형도: 2.6). 또한, 슬릿 폭을 평가하기 위해 섬유 측면을 관찰한 결과, 돌기부는 모두 자립한 것은 아니고, 슬릿이 물결침으로써 관찰 개소에 따라 슬릿 폭에 편차가 있는 것이었다(슬릿 폭 편차: 28%). 이어서, 내마모성 시험을 행한 결과, 마모 처리 전후에서 샘플 표층에 피브릴이 명확하게 증가하는 것이며, 촉감도 가슬가슬한 감촉으로 되었다(내마모성: 불가(C)). 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 2)
비교예 1의 결과를 바탕으로, 돌기부의 폭을 증가시키기 위해 심초 비율은 80/20인 채 고정하고, 총 토출량을 증량하여 방사한 것 이외에는 모두 비교예 1에 따라 실시했다.
총 토출량을 증량함으로써 돌기부의 폭을 다소 두껍게 하는 것은 가능했지만, 그것에 따라 슬릿이 깊은 홈으로 되고, 본 발명의 심초 복합 섬유의 요건을 충족하지 않는 결과로 되었다. 이 때문에, 돌기부의 탈락의 억제에는 다소 효과가 있었지만, 슬릿 섬유의 내마모성을 개선하는데에는 이르지 않았다. 이 슬릿의 열화에 의해 발수 가공을 실시해도 발수성을 발현하는데에는 이르지 않았다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 3)
비교예 2와 마찬가지로 돌기부의 폭을 증가시키기 위해, 총 토출량의 증량에 추가하여 슬릿 수를 8개소로 감소시킨 것 이외에는 모두 비교예 1에 따라 실시했다.
슬릿 수를 감소시킴으로써 돌기부의 폭을 대폭 증가시킬 수 있었지만, 초 성분을 섬유 내층에 흘려넣는 홈이 형성된 방사 구금을 활용하고 있기 때문에 슬릿 형상을 제어하는 것은 곤란해지고, 비교예 2 동등 이상의 깊은 홈이 형성되었다. 또한, 슬릿 형상을 관찰하면, 내층을 향해 홈부가 확장한 것이며, 돌기부의 저면이 끝이 가늘어진 본 발명의 요건을 충족하지 않는 심초 복합 섬유로 되어 있었다(WB/WA: 0.5).
비교예 3에서 얻은 심초 복합 섬유를 용출 처리한 결과, 용출 처리시에 가해지는 변형에 돌기부가 견딜 수 없어 비교예 2와 동등 이상으로 돌기부의 탈락이 보여지는 것이었다(탈락 판정: 탈락 중간(B)).
용출 후에는 슬릿 폭은 넓고, 또한 섬유 내층을 향해 확장된 형상으로 되기 때문에 찰과를 추가한 경우에는 돌기부가 간단하게 박리되고, 샘플 표면에는 많은 피브릴이 존재하는 것이었다. 또한, 슬릿 폭이 넓기 때문에, 본 발명과 같이 특이적인 수 특성에 대한 효과는 보이지 않고, 흡수성 및 발수성 모두 본 발명의 슬릿 섬유에는 한참 미치지 않는 것이었다. 덧붙여서, 이들 수 특성은 슬릿의 존재에 기인하고 있기 때문에 용출 처리 등에 의해 받은 슬릿의 열화도 기능의 저하에 기인하고 있는 것으로 생각한다. 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112017052072862-pct00007
(실시예 6)
심 성분을 나일론 6(N6 용융 점도: 120Pa·s), 초 성분은 실시예 1에서 사용한 공중합 PET1(용융 점도: 55Pa·s)로 해서 270℃에서 개별적으로 용융 후 계량하고, 도 9에 나타내는 분배 구멍의 배치 패턴을 활용하여 1개의 심초 복합 섬유에 50개소의 슬릿이 형성되도록 하고, 24홀로부터 총 토출량 50g/min, 심초 비율 80/20으로 토출했다. 그 밖의 조건은 모두 실시예 1에 따라 실시했다.
실시예 6의 심초 복합 섬유에서는 폭이 0.3㎛, 높이가 1.5㎛인 돌기부가 24개소 형성된 소망의 단면을 형성하고 있으며, 돌기부가 선단으로부터 저면에 걸쳐서 확장된 형상으로 되었다(WB/WA: 3.0). 또한, 돌기부의 강성을 나타내는 H/(WA)1/2도 2.7로 본 발명 규정의 범위를 충족하고 있고, 슬릿 깊이가 1.5㎛로 약간 깊은 홈이긴 하지만, 외력에 대한 내구성을 가진 형상으로 되었다. 이 때문에, 이 심초 복합 섬유는 초 성분의 용출 처리에 있어서도 돌기부의 탈락은 보이지 않고, 초 용출 후의 내마모성에 있어서도 우수한 특성을 가진 것이었다.
또한, 용출 후의 슬릿 섬유에는 섬유 표층에 1.1㎛의 폭을 가진 슬릿이 균등하게 배치되어 있으며, 흡수성 및 발수성 모두 우수한 성능을 발현하는 것이었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 7)
심 성분을 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT 용융 점도: 160Pa·s)로 변경하여 방사한 것 이외에는 모두 실시예 6에 따라 실시했다.
실시예 7에서 얻어진 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유에 관해서도 실시예 7과 마찬가지의 내구성 및 우수한 성능을 가진 것이었다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 8)
심 성분을 폴리프로필렌(PP 용융 점도: 150Pa·s)으로 변경하여 방사한 것 이외에는 모두 실시예 6에 따라 실시했다.
실시예 8에서 얻어진 심초 복합 섬유 및 슬릿 섬유에 관해서도, 실시예 6과 마찬가지의 우수한 내구성을 가진 것이었다. 실시예 8에서는 슬릿 섬유가 소수성을 나타내는 PP로 되어 있어 흡수 성능은 발현하기 어렵지만, 발수 성능에 관해서는 발수 가공없이 양호한 동적인 발수성을 나타내는 것이 밝혀졌다. PP는 밀도가 0.91g/㎤이며, 경량성도 갖기 때문에 이너나 아우터 등의 쾌적 의료용의 텍스타일에 폭넓게 적용 가능한 것으로 생각된다. 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 9)
심 성분을 폴리페닐렌술피드(PPS 용융 점도: 170Pa·s)로 하고, 초 성분을 5-나트륨술포이소프탈산이 5.0몰% 공중합된 폴리에틸렌테레프탈레이트(공중합 PET2 용융 점도: 110Pa·s)로 해서 방사 온도 300℃에서 방사한 것 이외에는 모두 실시예 6에 따라 실시했다.
실시예 9의 심초 복합 섬유에 있어서도, 본 발명의 요건을 충족하는 돌기부의 형상을 갖고 있기 때문에, 고차 가공 통과성이나 내구성에 문제가 없는 것이었다. 실시예 9에서 사용한 PPS는 소수성 폴리머인 것이 알려져 있으며, 물과의 친화성이 나쁜 폴리머이지만, 본 발명의 슬릿 섬유로 함으로써 흡수 높이가 118㎜로 높은 젖음성을 나타내는 섬유로 되는 것이 밝혀졌다. PPS는 높은 내약품성을 가진 폴리머이기 때문에, 현재 상태의 용도를 보면 전지 세퍼레이터나 용액의 필터 등 액체 중에서 사용되는 경우가 많고, 본 발명의 슬릿 섬유를 이용함으로써 이들 용도로 유효하게 활용할 수 있는 것으로 생각된다.
결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112017052072862-pct00008
(실시예 10, 실시예 11)
심초의 복합비를 70/30(실시예 10), 90/10(실시예 11)으로 변경한 것 이외에는 모두 실시예 6에 따라 실시했다.
실시예 10에 있어서는 심 비율을 감소시켰기 때문에, 실시예 6과 비교하여 슬릿이 깊어진 것에 추가하여 친수성의 나일론 6을 사용하고 있기 때문에, 매우 우수한 흡수성을 발현하는 것이었다. 또한, 나일론 6이 내알칼리성이 우수함으로써 슬릿부의 탈락은 일절 발생하지 않는 것이었다. 또한, 유연성이 우수한 나일론 6을 사용함으로써 슬릿이 깊은 홈으로 되어 있음에도 불구하고, 마모에 대하여 강하고, 슬릿부의 파괴도 확인되지 않는 것이었다.
실시예 11에 있어서는 심 비율을 증가시켰기 때문에 돌기 폭이 증가하고, 마모 처리한 후라도 자립한 돌기부를 형성하고 있는 것이며, 내구성이 우수한 것이었다. 또한, 실시예 11에서는 슬릿 깊이가 감소함으로써 흡수성 등이 실시예 6과 비교하면 약간 저하되는 것이지만, 통상의 환단면의 PET 섬유와 비교해서 4.4배의 흡수 높이여서 충분한 흡수 성능이다. 결과를 표 4에 나타낸다.
(실시예 12, 실시예 13)
실시예 1에서 사용한 PET1(용융 점도: 140Pa·s)에 무기 입자로서 최대 입자지름 5.0㎛이고, 입자지름 1.0㎛ 이하가 64.5중량%의 산화티탄을 0.3중량%(PET2), 3.0중량%(PET3), 7.0중량%(PET4) 함유한 수지를 준비했다.
초 성분을 PET2로 하고, 심 성분을 PET3(실시예 12) 및 PET4(실시예 13)로 한 것 이외에는 모두 실시예 1에 따라 실시했다.
실시예 12 및 실시예 13에서는 무기 입자를 함유한 영향은 보이지 않고, 모두 단면 형성성이 양호하고, 실시예 1과 마찬가지의 본 발명의 요건을 충족하는 심초 복합 섬유가 얻어지는 것이었다. 이어서, 실시예 12 및 실시예 13의 심초 복합 섬유로부터 초 성분을 용출하지 않고 말라카이트 그린(칸토카가쿠사제) 5% owf, 아세트산 0.5㎖/L, 아세트산소다 0.2g/L, 욕비 1:100, 온도 120℃ 용매수인 조건에서 포백의 염료 흡진율이 동일하게 되도록 상술 방법으로 염색하고, SM 컬러 컴퓨터(스가시켄키(주)제)를 이용하여 포백을 5장 이상 겹쳐서 조사광이 투과하지 않는 상태에서 L값을 측정했다. 여기서, 이 L값이 작을수록 발색성은 양호한 것을 의미하지만, 동 섬도에서 채취한 PET3 단독 섬유(L값: 15.2)인 것에 대해, 실시예 12(L값: 13.2) 및 실시예 13(L값: 13.4)의 어느 것이나가 양호한 발색성을 갖고 있는 것이 밝혀졌다.
이어서, 이들 섬유를 28게이지하프로 편성한 트리코트편 샘플(5㎝×5㎝)을 5장 준비하고, 5㎝×5㎝의 정사각형에서 내측을 4㎝×4㎝로 도려낸 흑색의 대지에 부착했다. 이 부착 샘플을 SM 컬러 컴퓨터로 투과율의 측정을 했다. 대지만(샘플 없음)의 값을 100으로 하고, 5장의 샘플의 평균 투과율로부터 투과방지 평가를 행했다(S: 투과율 5% 이하 A: 5~10% B: 10~15% C: 15% 이상). 투과방지성 평가에 의하면, 실시예 12(판정: A) 및 실시예 13(판정: S)는 모두 우수한 투과방지성을 갖고 있으며, 종래에는 없었던 발색성과 투과방지성을 양립한 우수한 특성을 갖고 있는 것이 밝혀졌다.
Figure 112017052072862-pct00009
1: 심 성분 2: 초 성분
3: 돌기 외접원 4: 돌기부 측면의 연장선
5: 돌기부 측면의 중심선 6: 외접원과 중심선의 교점
7: 외접원과 연장선의 교점 8: 홈 내접원
9: 내접원과 중심선의 교점 10: 내접원과 연장선의 교점
11: 계량 플레이트 12: 분배 플레이트
13: 토출 플레이트 14: 계량 구멍
14-1: 심 성분용 계량 구멍 14-2: 초 성분용 계량 구멍
15: 분배 홈 16: 분배 구멍
16-1: 심 성분용 분배 구멍 16-2: 초 성분용 분배 구멍
17: 토출 도입 구멍 18: 축소 구멍
19: 토출 구멍

Claims (13)

  1. 2종류의 폴리머로 이루어지는 심초 복합 섬유에 있어서, 상기 심 성분은 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에서 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고, 상기 돌기 형상은 섬유축 방향으로 연속해서 형성되어 있으며, 상기 돌기부의 높이(H), 돌기부의 선단의 폭(WA), 저면의 폭(WB) 및 심 성분의 돌기부의 선단의 폭(WA)과 이웃하는 돌기부 선단 사이의 거리(PA)가 하기 식을 동시에 충족하는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    심초 복합 섬유의 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에 있어서, 심 성분의 면적 비율이 70% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    심 성분이 난용출 성분, 초 성분이 이용출 성분으로 구성되어 있고, 심 성분 폴리머와 초 성분 폴리머의 용출속도비(초/심)가 100 이상인 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    심 성분이 무기 입자를 0.1중량%~10.0중량% 함유하는 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유.
  6. 제 3 항에 기재된 심초 복합 섬유로부터 초 성분을 제거한 섬유축 방향으로 연속한 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
  7. 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에서 돌기부와 홈부를 교대로 가진 돌기 형상을 갖고, 상기 돌기 형상은 섬유축 방향으로 연속해서 형성되고, 상기 돌기부의 높이(HT), 돌기부의 선단의 폭(WAT), 저면의 폭(WBT), 슬릿 폭(WC) 및 슬릿 섬유의 섬유 지름(DC)이 하기 식을 동시에 충족하는 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
  8. 제 7 항에 있어서,
    돌기부에 대해서, 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면에 있어서의 이웃하는 돌기부 선단 사이의 거리(슬릿 폭(WC))의 편차(CV%)가 1.0% 이상 20.0% 이하인 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    슬릿 섬유의 섬유축에 대하여 수직 방향의 단면 형상의 이형도가 1.0~2.0인 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    폴리아미드를 포함하는 슬릿 섬유.
  11. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 섬유를 적어도 일부에 포함한 섬유 제품.
  12. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 심초 복합 섬유의 제조 방법으로서,
    적어도 2가지 성분 이상의 폴리머에 의해서 구성되는 복합 폴리머를 토출하기 위한 복합 구금이고, 상기 복합 구금이 각 폴리머 성분을 계량하는 복수의 계량 구멍을 갖는 계량 플레이트, 계량 구멍으로부터의 토출 폴리머를 합류하는 합류 홈에 복수의 분배 구멍이 형성되어 있는 분배 플레이트 및 토출 플레이트로 구성되어 있는 복합 구금을 이용하여 방사하는 것을 특징으로 하는 심초 복합 섬유의 제조 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 심초 복합 섬유로부터 초 성분을 용출 제거하는 것을 특징으로 하는 슬릿 섬유의 제조 방법.
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