KR102658506B1 - 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 오프닝(opening) 단계, 카딩(carding) 단계, 길링(gilling) 단계, 보비닝(bobbining) 단계, 스피닝(spinning) 단계, 및 와인딩(winding) 단계를 포함하되, 상기 오프닝 단계에는 혼섬율을 향상시키기 위하여 재생 탄소섬유와 나일론섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 1차 오프닝 단계와 1차로 혼섬된 섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 2차 오프닝 단계를 포함하여 적어도 2회 이상의 오프닝 과정을 수행하는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 혼방하여 뛰어난 강도와 내마모성을 갖는 혼방 소모방적사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
탄소섬유강화복합소재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)는 강도 및 탄성률이 높은 탄소섬유와 고분자인 수지가 융·복합화된 재료로써 강도, 내마모성, 내열성이 우수하여 금속을 대체하여 소재로써 항공·우주산업, 자동차산업, 신재생 에너지산업, 스포츠·레저용품 등에 널리 이용되고 있다.
CFRP의 폐기방식으로 고온소각방식이 많이 사용하지만 소각하면서 발생
하는 독성물질에 의해 환경오염이 발생하고, 매립하는 경우 썩는데 오랜 시간이 소요되어 환경 오염의 주원인이 되고 있으므로, CFRP 리사이클 기술 및 관련 제품개발에 대한 다양한 방법이 연구되고 있다.
특히, CFRP로부터 획득되는 스테이플 형태의 재생 탄소섬유를 활용하여 방적사를 제조하여 탄소섬유의 뛰어난 물성을 다시 활용하고자 하는 연구가 지속적으로 이루어지고 있으나 탄소섬유만으로는 방적이 어려운 문제점이 있다. 이에 재생 탄소섬유를 다른 섬유와 혼방하여 방적사를 제조하는 방법에 관심이 높아지고 있으나, 탄소섬유는 방적과정에서 지속적으로 가해지는 외력에 의하여 부서지거나 절섬되는 등 쉽게 손상을 받기 쉬워 여러가지로 해결해야 할 점이 많다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 혼방하여 소모방적사를 제조하되, 재생 탄소섬유의 손상을 최소화함으로써 뛰어난 강도와 내구성을 제공할 수 있는 소모방적사 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법은, 오프닝(opening) 단계, 카딩(carding) 단계, 길링(gilling) 단계, 보비닝(bobbining) 단계, 스피닝(spinning) 단계, 및 와인딩(winding) 단계를 포함할 수 있다.
상기 오프닝 단계는, 혼섬율을 향상시키기 위하여, 재생 탄소섬유와 나일론섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 1차 오프닝 단계; 및 1차로 혼섬된 섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 2차 오프닝 단계를 포함할 수 있다.
상기 카딩 단계에서, 카딩기의 실린더와 워커의 게이지는 0.3mm 내지 0.5mm일 수 있다.
상기 실린더의 회전속도는, 1분당 20m 내지 30m일 수 있다.
상기 카딩기로 공급되는 재생 탄소섬유와 나일론 섬유의 공급량은, 분당 500g 내지 750g일 수 있다.
상기 길링 단계에 있어서, 길링 횟수는 2회 내지 5회이며, 폴러 리본의 핀수는, cm당 3개 내지 5개일 수 있다.
상기 보비닝 단계에서, 러빙 에이프론(rubbing apron)의 게이지는, 2mm 내지 4mm인 것이 바람직하다.
상기 러빙 에이프론의 러빙 횟수는, 미터당 3회 내지 5회인 것이 바람직하다.
상기 스피닝 단계를 통하여 제조되는 혼방방적사는, 연계수 50 내지 70의 단사(single yarn)인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에 따르면, 방적과정에서 재생 탄소섬유의 손상을 최소화함으로써 뛰어난 강도와 내구성을 제공할 수 있는 혼방 소모방적사를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 오프닝 단계가 수행되는 과정에서의 결과물을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법의 오프닝 단계에서 혼섬율 향상을 위하여 섬유 이송경로로 공기를 분사하는 오프너(100)의 일부를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계를 수행하는 카딩기(200)의 기본 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 카딩기(200)의 일부를 확대한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계 수행 전후의 혼방섬유 상태를 나타내는 사진들이다.
도 7은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 보비닝 단계를 수행하는 보비너(300)를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법으로 제조된 혼방 소모방적사 단사의 사진들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따라 제조된 재생 탄소섬유와 나일론섬유 혼방 소모방적사 단사의 절단강도, 절단신도 및 번수 변동계수에 대한 시험성적서이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라 제조된 재생 탄소섬유와 나일론섬유 혼방 소모방적사 단사로 제직한 직물의 인장강도 및 인장신도에 대한 시험성적서이다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 오프닝 단계가 수행되는 과정에서의 결과물을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법의 오프닝 단계에서 혼섬율 향상을 위하여 섬유 이송경로로 공기를 분사하는 오프너(100)의 일부를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계를 수행하는 카딩기(200)의 기본 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 카딩기(200)의 일부를 확대한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계 수행 전후의 혼방섬유 상태를 나타내는 사진들이다.
도 7은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 보비닝 단계를 수행하는 보비너(300)를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법으로 제조된 혼방 소모방적사 단사의 사진들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따라 제조된 재생 탄소섬유와 나일론섬유 혼방 소모방적사 단사의 절단강도, 절단신도 및 번수 변동계수에 대한 시험성적서이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라 제조된 재생 탄소섬유와 나일론섬유 혼방 소모방적사 단사로 제직한 직물의 인장강도 및 인장신도에 대한 시험성적서이다.
본 발명과 본 발명의 동작상 또는 기능상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것일 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 오프닝 단계가 수행되는 과정에서의 결과물을 나타내는 사진이다.
참고로, 재생 탄소섬유는 CFRP로부터 확보되는 필라멘트성의 탄소섬유를 일정한 길이로 절단하여 획득되며 탄소섬유 다발이 뭉쳐져 있는 스테이플 형태이며(도 2의 (a) 참조), 나일론섬유는 소정의 길이 범위를 갖는 스테이플 섬유들이 솜 형태로 뭉쳐져 있는 것(도 2의 (b) 참조)을 의미한다.
상기 혼방 소모방적사 제조방법은 오프닝(opening) 단계(S100), 카딩(carding) 단계(S110), 길링(gilling) 단계(S120), 보비닝(bobbining) 단계(S130), 스피닝(spinning) 단계(S140) 및 와인딩(winding) 단계(S150)를 포함한다.
본 발명의 각 단계에서는 따르면 타섬유와 혼방이 어렵고 가로방향으로 가해지는 힘에 의하여 부서지거나 절섬되는 등 손상되기 쉬운 탄소섬유의 단점을 극복하기 위하여 통상의 소모방적사 제조방법과는 차별성 있는 기술적 특징이 포함되어 있다. 이하 이들에 대해 상세히 살펴본다.
먼저, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 골로고 섞어주는, 상기 오프닝 단계(S100)에 대해 살펴본다.
상기 오프닝 단계(S100)에서는 상기 재생 탄소섬유에 특별히 강한 외력이 작용하지 않아 상기 재생 탄소섬유가 손상될 가능성은 낮으나, 상기 재생 탄소섬유가 나일론섬유와 혼방이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다.
그래서 본 발명에서는 상기 오프닝 단계(S100)는, 오프너에서, 재생 탄소섬유와 탄소섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬율을 향상시키는 1차 오프닝 단계를 수행한 다음, 1차로 혼섬된 섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 2차 오프닝 단계를 포함한다. 경우에 따라서 3차 이상의 오프닝 단계가 수행될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 혼방 소모방적사의 재료는, 도 2의 (a) 및 (b)와 같이, 재생 탄소섬유와 나일론섬유로, 실제로 오프닝되는 재료는 재생 탄소섬유 1.5D, 75mm이고 나일론6섬유 3D, 84mm(VCL)이다. 도 2의 (c)는 오프닝 전 재생 탄소섬유와 나일론섬유가 단순혼합된 사진이며, 도 2의 (d)는 2차 오프닝을 수행하여 두 섬유가 혼섬된 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법의 오프닝 단계에서 혼섬율 향상을 위하여 섬유 이송경로로 공기를 분사하는 오프너(100)의 일부를 나타낸다.
재생 탄소섬유와 나일론섬유는 섬유 이송경로(110)를 통하여 이송된다. 섬유 이송경로(110)의 절곡 연결부위(120)로, 모터(130)와 연결벨트(140)로 연결되어 회전하는 축(150)에 연결된 회전자(미도시)가 회전하면서 공기를 분사함으로써, 재생 탄소섬유와 나일론섬율의 혼섬율이 향상될 수 있다.
다음으로, 상기 오프닝 단계(S100)를 통하여 골고루 섞여진 원료를 슬라이버를 만들어주는, 상기 카딩 단계(S110)에 대해 살펴본다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계를 수행하는 카딩기(200)의 기본 구성도이며, 도 5는 도 4에 도시된 카딩기(200)의 일부를 확대한 것이다. 도 6은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계 수행 전후의 혼방섬유 상태를 나타내는 사진들이다.
상기 카딩기(210)는 제1 카딩기(210) 및 제2 카딩기(220)를 포함하며, 이들은 트랜스퍼(transfer, 230)로 연결된다. 참고로 본 발명에 따른 카딩기가 3개 이상 연결되어 카딩 단계를 수행할 수도 있다.
상기 카딩기들(210 및 220) 각각은 실린더(cylinder, 211), 워커(worker, 212) 및 스트리퍼(stripper, 213)을 포함한다. 그리고 후단에 위치한 제2 카딩기(220)는 도퍼(doffer, 240 및 250)를 더 포함한다.
상기 카딩 단계(S110)에서도 재생 탄소섬유의 손상을 방지하기 위한 여러 가지 공정 조건을 일반적인 소모방적사 제조에서의 카딩과 달리한다.
먼저, 본 발명에 따르면 실린더(211)와 워커(212) 게이지를 0.3mm 내지 0.5mm로 조정한다. 통상적인 소모방적사 제조과정에서 실린더와 워커 사이의 거리를 0.1mm 내외로 조정하는 것과 달리 이들의 간격을 3배 내지 5배 넓게 설정함으로써 재생 탄소섬유의 손상을 줄일 수 있다. 다만, 카딩 균제도를 확보하기 위하여 실린더와 워커 게이지를 0.5mm 이내로 제한하는 것이 바람직하다.
다음으로, 실린더(211)의 회전속도를 분당 20m 내지 30m로 조정한다. 이는, 통상적인 소모방적 과정에서 실린더의 회전속도가 분당 40m 전후로 설정되는 카딩기를 기준으로 볼 때, 작업속도를 25% 이상 낮춤으로써 재생 탄소섬유의 손상을 줄이기 위함이다.
또한, 카드기 호퍼에서 공급되는 원료(즉, 재생 탄소섬유와 나일론섬유)의 공급량을 분당 500g 내지 750g으로 조정한다. 통상적인 소모방적 과정에서 울이나 폴리에스터 등의 원료 공급량이 분당 1000g 전후로 조정되는 커딩기를 기준으로 볼 때, 원료의 공급량을 25% 이상 줄인 것이다. 이는 원료의 피딩량을 줄임으로써 과도한 원료 공급으로 인하여 재생 탄소섬유가 실린더나 워커에 감기면서 손상되는 것을 줄이기 위함이다.
또한, 상기 카딩 단계(S110)에서는 재생 탄소섬유나 나일론섬유에 별도의 유화제 처리나 카딩오일 처리를 하지 않는데, 이 역시 원료가 실린더나 워커에 감기는 것을 방지하여 재생 탄소섬유의 손상을 줄이기 위함이다.
도 6을 참조하면, 상기 카딩 단계(S110)를 거치면 재생 탄소섬유와 나일론섬유의 혼방섬유는 혼섬율, 방향성이 향상된 것을 알 수 있다. 참고로, 도 6의 예는, 3D, 84mm의 나일론6섬유와 1.5D, 75mm의 재생 탄소섬유를 중량비 6:4로 혼방한 경우에 해당된다.
다음으로, 슬라이버를 합치고 빗질하여 늘이는 작업을 통하여 슬라이버의 균제도를 향상시키는, 상기 길링 단계(S120)에 대해 살펴본다.
상기 길링 단계(S120)에서는 재생 탄소섬유의 손상을 방지하면서 슬라이버의 균제도를 향상시키기 위하여 길링 횟수를 2회 내지 5회로 제한한다. 통상의 소모방적 과정에서 길링이 8회 전후로 수행되는 것에 비하여, 본 발명은 통상적인 소모방적 과정에 비하여 길링 횟수가 3회 이상 줄어든 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 길링 단계(S120)에서는 길링 과정에서의 재생 탄소섬유의 손상을 줄이기 위하여, 폴러 리본(faller ribbon)의 핀수를 cm당 3개 내지 5개로 줄이는 것을 특징으로 한다. 통상의 소모방적 과정에서 폴퍼 리본의 핀 개수가 7개 전후인 것을 감안하면, 본 발명은 통상의 소모방적 과정에 비하여 폴러 리본의 cm당 핀 개수를 2개 내지 3개를 줄인 것을 특징으로 한다.
다음으로, 길링된 슬라이버에 일정 범위의 꼬임을 주어 슬라이버보다 가는 형태의 조사를 제조하는, 상기 보비닝 단계(S130)에 대해 살펴본다. 상기 보비닝 단계(S130)에서도 마찰에 의하여 재생 탄소섬유가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 러빙 에이프론(rubbing apron)의 게이지를 증가시키는 등의 공정 조건을 설정한다. 이에 대해서는 이하 도 7을 참조하여 상세히 살펴본다.
도 7은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법에서 카딩 단계를 수행하는 보비너(300)를 나타낸다.
상기 보비너(300)는 러빙 유닛 박스(310) 및 상하 러빙 에이프론(320 및 330)을 포함한다. 상기 러빙 유닛 박스(310)는 상기 상하 러빙 에이프론(320 및 330)의 세로방향 회전 횟수와 좌우방향 마찰 횟수를 제어할 수 있다.
상기 상하 러빙 에이프론(320 및 330)의 세로방향 회전 횟수에 의하여 슬라이버 작업량이 결정되며, 가로방향의 이동횟수에 의하여 슬라이버에 대한 꼬임수가 결정될 수 있다.
재생 탄소섬유는 상기 상하 러빙 에이프론(320 및 330)의 좌우방향 마찰에 의하여 손상될 가능성이 높기 때문에, 본 발명에서는 상기 상하 러빙 에이프론(320 및 330)의 게이지를 2mm 내지 4mm로 증가시킨다.
일반적인 소모방적 과정에서 러빙 에이프론의 게이지가 1mm 정도인 것을 감안하면, 본 발명에서는 러빙 에이프론의 게이지를 최소 2배 증가시킨 것이다. 다만, 마찰력이 너무 약해져서 러빙에 의하여 슬라이버에 꼬임을 주기 어려워지는 것을 방지하기 위하여 러빙 에이프론의 게이지가 4mm를 넘지 않도록 제한되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 상하 러빙 에이프론(320 및 330)의 좌우방향 마찰 횟수(즉, 러빙 횟수)는 슬라이버 1m당 3회 내지 5회 이루어진다. 통상적인 소모방적사 제조과정에서는 슬라이버 1m당 러빙횟수가 7회 내지 8회인 것을 고려할 때, 본 발명에서는 슬라이버 1m당 러빙 횟수를 감소함으로써 재생 탄소섬유의 손상을 방지하는 것이다.
다음으로, 전방 공정에서 만들어진 조사를 필요한 번수로 연신하고 꼬임을 주어 단사(single yarn)을 제조하는 스피닝 단계(S140)와 제조된 단사를 콘(cone) 형태로 감아줌과 동시에 실의 결점을 제거하여 균제한 실을 만드는 와인딩 단계(S150)를 살펴본다.
상기 스피닝 단계(S140)를 통하여 제조되는 혼방방적사는 재생 탄소섬유의 손상을 최소화하기 위하여 연계수 50 내지 70의 단사인 것이 바람직하다. 통상적으로 소모방적을 통하여 제조되는 단사의 연계수가 90 전후인 것을 고려하면, 본 발명에서는 꼬임으로 인한 재생 탄소섬유의 손상을 방지하기 위하여 연계수를 20% 이상 낮춘 것이다.
다만, 재생 탄소섬유를 포함하는 단사의 연계수가 50 미만인 경우, 재생 탄소섬유의 손상은 충분히 방지될 수 있으나, 실의 꼬임이 약하여 제직과정 등이 원활히 이루어지기 어렵기 때문에, 상기 단사의 최소 연계수는 50을 넘는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 범위의 연계수를 가지는 단사는 재생 탄소섬유를 포함하여 충분한 강도를 가지기 때문에 합연사 제조를 위한 추가 공정을 거치지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 단사로 제조된 상태에서 추가적인 꼬임을 가하면, 연계수 범위 제한이 무의미해지고, 재생 탄소섬유가 손상될 가능성이 높아지기 때문이다.
도 8은 본 발명에 따른 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법으로 제조된 혼방 소모방적사 단사의 사진들이다.
도 8의 (a)는 3D, 84mm의 나일론6섬유와 1.5D와 75mm의 재생 탄소섬유의, 중량비가 6:4인 혼방비를 갖고 연계수 70인 단사의 사진이고, 도 8의 (b)는 섬유들의 중량비가 5:5인 혼방비를 갖고 연계수 70인 단사의 사진이다. 이 둘을 비교하면 재상 탄소섬유의 비율이 증가함으로서 단사의 색상이 더 어두워진 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 혼방하여 소모방적사를 제조하되, 소모방적의 각 공정에서 재생 탄소섬유의 손상을 최소화함으로써, 뛰어난 강도와 내구성을 갖는 소모방적사를 제조할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따라 제조된 재생 탄소섬유와 나일론섬유 혼방 소모방적사 단사의 실시예를 대상으로 수행된 절단강도, 절단신도 및 번수 변동계수에 대한 시험성적서이다. 참고로, 본 시험의 시료는 재생 탄소섬유 1.5D, 75mm이고 나일론6섬유 3D, 84mm(VCL)이 중량비 기준 6:4로 혼방되어 연계수 70으로 제조된 5수 단사이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 단사의 절단강도는, "KS K ISO 2062 : 2009"에 따른 시험결과, 10.81cN/tex인데, 통상적으로 울 100% 5수 단사의 절단강도가 3cN/tex 내지 4cN/tex이고, 울과 나일론 5:5 혼방 5수 단사의 절단강도가 4cN/tex 내지 5cN/tex인 점을 고려하면, 본 발명에 따른 혼방 단사의 절단강도가 매우 높은 것을 알 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 단사의 절단신도는, "KS K ISO 2062 : 2009"에 따른 시험결과, 27%인데, 통상적으로 울 100% 5수 단사나 울과 나일론 5:5 혼방 5수 단사의 절단신도가 20% 내지 25%인 점을 고려하면, 본 발명에 따른 혼방 단사는 절단신도도 상당히 높은 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 단사의 번수 변동계수는, "KS K ISO 2060 : 1994"에 따른 시험결과, 0.6인데, 통상적으로 울 100% 5수 단사나 울과 나일론 5:5 혼방 5수 단사의 번수 변동계수가 2 내지 3인 것을 감안하면, 본 발명에 따른 혼방 단사는 번수 변동계수 역시 매우 우수한 것을 알 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따라 제조된 재생 탄소섬유와 나일론섬유 혼방 소모방적사 단사로 제직한 직물의 인장강도 및 인장신도에 대한 시험성적서이다. 참고로, 상기 단사는 도 9a 및 9b의 시험성적서의 시료와 동일한 것이며, 상기 직물은 310.8g/m2의 질량을 가지며, 조직은 평직으로 제직되었다.
상기 직물의 인장강도는 "KS K 0520 : 2021, C.R.E., 그래브법"에 따른 시험결과, 경사방향으로는 430N이고 위사방향으로는 600N이고, 인장신도는 "KS K 0520 : 2021, C.R.E., 그래브법"에 따른 시험결과, 경사방향으로 42.3%이고 위사방향으로 40.1%인데, 통상적으로 동일하게 제조한 직물의 울 100% 직물의 경사 및 위사 방향의 인장강도가 150 내지 200인 점을 감안하면, 본 발명에 따른 직물은 강도가 매우 뛰어난 것을 알 수 있다.
도 9a 내지 도 10b를 참조하여 살펴본 시험결과를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 혼방 단사와 이를 이용하여 제직된 직물은 기계적 특성이 우수하여 강한 기계적 물성과 내구성이 요구되는 내장재나 부품에 널리 이용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 오프너 110: 섬유 이송경로
120: 섬유 이송경로 연결부위 130: 모터
140: 연결 벨트 150: 회전축
200: 카딩기 210, 220: 제1 및 제2 카딩기
211: 실린더 212: 워커
213: 스트리퍼 230: 트랜스퍼
240, 250: 도퍼 300: 보비너
310: 러빙 유닛 박스 320, 330: 상하 러빙 에이프론
120: 섬유 이송경로 연결부위 130: 모터
140: 연결 벨트 150: 회전축
200: 카딩기 210, 220: 제1 및 제2 카딩기
211: 실린더 212: 워커
213: 스트리퍼 230: 트랜스퍼
240, 250: 도퍼 300: 보비너
310: 러빙 유닛 박스 320, 330: 상하 러빙 에이프론
Claims (8)
- 오프닝(opening) 단계, 카딩(carding) 단계, 길링(gilling) 단계, 보비닝(bobbining) 단계, 스피닝(spinning) 단계, 및 와인딩(winding) 단계를 포함하며,
상기 오프닝 단계는,
혼섬율을 향상시키기 위하여,
재생 탄소섬유와 나일론섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 1차 오프닝 단계; 및
1차로 혼섬된 섬유의 이송경로로 공기를 분사하여 혼섬하는 2차 오프닝 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하며,
상기 길링 단계에 있어서,
길링 횟수는,
2회 내지 5회이며,
폴러 리본의 핀수는,
cm당 3개 내지 5개인 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 카딩 단계에서,
카딩기의 실린더와 워커의 게이지는,
0.3mm 내지 0.5mm인 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 실린더의 회전속도는,
1분당 20m 내지 30m인 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 카딩기로 공급되는 재생 탄소섬유와 나일론섬유의 공급량은,
분당 500g 내지 750g인 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 혼방 소모방적사 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 보비닝 단계에서,
러빙 에이프론(rubbing apron)의 게이지는,
2mm 내지 4mm인 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 러빙 에이프론의 러빙 횟수는,
미터당 3회 내지 5회인 것을 특징으로 하는, 재생 탄소섬유와 나일론섬유를 포함하는 혼방 소모방적사 제조방법.
- 삭제
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