KR19990019562A - 단면 및 질량변동율이 우수한 합성섬유 및 그제조를 위한방사구금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동심원 상으로 배치되는 다수의 열에 토출공이 일정간격으로 형성되고, 구금 토출공의 크기가 중앙열에서 변부열로 갈수록 증대되며, 각 열에 따른 토출공의 크기변화가 하기 수학식 1 또는 2를 만족하는 열가소성 합성섬유용 방사구금 및 이를 이용하여 제조되며 단면변동율이 3% 이하이고 질량변동율이 0.7% 이하인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유에 관한 것이다.

여기서: 최외각열로부터 중심으로 n번째열의 단위토출공직경

: 최외각열의 단위토출공직경,: 구금의 토출공 배열 수

: 축소비로 0.95 0.98

여기서: 최외각열로부터 중심으로 n번째열의 토출공면적

: 최외각열의 단위토출공면적,: 구금의 토출공 배열 수

: 축소비로 0.95

Description

단면 및 질량변동율이 우수한 합성섬유 및 그 제조를 위한 방사구금

본 발명은 단면 및 질량변동율이 우수한 합성섬유 및 그 제조를 위한 방사구금에 관한 것이다.

열가소성 수지의 용융 방사 공정에서 압출기를 통해 압축 탈포 또는 혼합 용융된 폴리머가 방사두에 균일한 용융액으로 되어 공급된다.

방사두에 공급된 폴리머 용융액은 방사구 블록의 여과장치, 예를 들어 도 1에 예시되는 바와 같은 렌즈링(rens ring, 1), 코스트 샌드(cost sand, 2), 필터(4), 파인 샌드(fine sand, 5) 등으로 이루어진 여과장치를 통과하면서 방사시 사절의 원인이 되는 이물질이 제거된다. 여과장치는 제거된 이물질이 퇴적하여 압력이 상승하지 않도록 설계되어있다. 여과장치에서 여과된 폴리머액은 방사구(구금)(9)에 공급되어 공기 중으로 토출된다. 필라멘트의 경우 생산 품목에 따라 다르나 한 방사구에 보통 몇 개에서 몇 십 개의 세공이 뚫려져 있으며 스테이플의 경우는 몇 백 개부텨 몇 만개에 이르는 세공이 한 방사구에 뚫려져 있다.

방사구금상에 걸리는 압력분포가 균일하지 못하면 중앙열의 토출공과 변부열의 토출공 사이에 압력편차가 생기는데 이에 따라 폴리머의 이상 체류가 발생할 수 있고, 중앙열의 토출공과 변부열의 토출공에서 토출되는 필라멘트간 체류시간 차이에 따라 물성이 달라질 수 있으며 토출되는 폴리머의 직경차이도 발생할 수 있다. 이같은 현상은 단위 토출공(세공)의 크기가 크고 토출량도 많은 중공사나 편평사와 같은 이형 단면사에 있어 심화되어 나타나는데 구금 중앙부의 토출공(세공)에서 토출되는 사는 굵고 크게 방사되며 상대적으로 변부에서는 가늘고 작게 방사된다. 이러한 현상이 심화되어 약사(弱絲)를 발생시켜 사절의 원인이 되기도 한다.

최근 원사 개발 방향이 단사 섬도를 줄여 전체적인 촉감을 부드럽게 하는 방향으로 전개되고 있는데 이는 구금에서의 토출공의 수는 늘어나고 단위 토출공당 토출량이 감소되어 전체적으로 압력 불균일과 토출공에 걸리는 배면압의 부족 등의 요인으로 원사 단면이 불균일해진다.

단면 및 질량이 불균일한 원사, 즉 단면변동율 및 질량변동율이 큰 원사를 사용하여 재직 및 가공을 한 경우 최종 생산 제품을 살펴보면 결점이 많이 발생한다. 즉 표준 염색도보다 진하거나 연하게 나오는 염차, 직물의 표면이 검거나 흰줄이 나타나게 되는 염반, 경사나 위사로 사용할 때 줄 발생 등의 결점으로 나타나 클레임 사례가 빈번하게 발생하고 있다. 뿐만 아니라 전체 필라멘트 다발 자체의 물성 편차가 크게 발생하여 원사 전체적으로는 최약점의 효과에 따라 물성저하로 나타난다.

부연하면, 필라멘트 균제도의 척도인 단면변동율이 크면 클수록 필라멘트는 그 만큼 불균일하게 되고, 불균일한 필라멘트를 연신하게 되면 열이력에 차이가 나서 연신정도가 균일하지 않게 되어 일부는 미연신상태가 되고 일부는 과연신 상태가 되는 현상이 나타난다. 또한 이와 같이 미연신된 부분은 염색시 색상차를 나타나서 염색상태가 불량하게 되고, 또한 이에 의해 염반, 염차, 염색줄, 경사줄, 위단 등의 불량요인이 발생하게 된다. 또한 과연신 부분은 연신공정에서 절사되어 모우, 랩(wrap), 루프(loop) 등의 현상을 일으켜 조업성을 저하시키는 요인이 되며, 절사가 되지 않더라도 후가공시 미연신부분과 유사한 결과를 낳게 된다.

또한, 단위길이당 중량변화를 의미하는 질량변동율이 크게 되면 염색시 구간마다 색상차이가 나타나서 염색상태가 불량하게 된다. 질량변동율이 같다고 할 지라도 질량변동 주기에 따라 영향은 달라진다. 즉, 질량변동주기가 긴 경우는 길다란 줄이 발생하고 짧은 경우에는 짧은 줄이 발생한다.

따라서 단사섬도가 낮은 원사나 필라멘트 수가 높은 원사의 경우 필라멘트간의 크기 및 질량 단면편차를 최소화하여야만 우수한 품질의 원단을 생산할 수 있게 된다.

본 출원인은 상기와 같은 기존의 구금에서 기인되는 문제점을 보완하기 위하여 구금의 상부 중앙에서 변부로 갈수록 소정 각도로 하향 경사지게 구성하면 구금의 중앙부와 변부 사이의 압력편차가 최소화되어 이상체류가 발생되지 않고, 폴리머의 물성과 직경의 편차가 방지되어 단면변동율과 질량변동율이 저하되고, 그 결과 사절발생이 억제되고 염색효과가 개선된다는 사실을 알게 되어, 대한민국 특허출원 제96-67989호로 출원한 바 있었다.

본발명은 이러한 일련의 연구에서 알게 된 사실에 근거한 것으로, 다양한 단면형태의 사에 대해서도 충분히 낮은 단면변동율과 질량변동율, 즉 단면변동율 3% 이하와 질량변동율 0.7% 이하를 만족하는 고 품질의 사를 제조할 수 있는 새로운 구조의 방사구금을 제공하는 것을 과제로 한다.

도 1은 일반적인 열가소성 합성섬유의 용용방사용 방사두의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도

도 2는 방사구금에 형성되는 원형 토출공의 배열을 개략적으로 나타낸 도면

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 렌즈링(rens ring) 2 : 코스트 샌드(cost sand)

4 : 필터 5 :파인 샌드(fine sand)

6 : 다공판 8 : 패킹

9 : 방사구금 10 : 하우징

: 방사구금 토출 공의 최외각열의 토출공 직경

: 방사구금 토출공의 최외각열로부터 중앙으로 1번째 열의 토출공 직경

: 방사구금 토출공의 최외각열로부터 중앙으로 2번째 열의 토출공 직경

: 방사구금 토출공의 최외각열로부터 중앙으로 3번째 열의 토출공 직경

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 동심원 상으로 배치되는 다수의 열에 토출공이 일정간격으로 형성되는 열가소성 합성섬유의 용융방사구금에 있어서, 구금 토출공의 크기가 중앙열에서 변부열로 갈수록 커짐을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 방사구금이 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

일반적인 방사두의 구조를 나타낸 도1을 참조하면, 폴리머는 다공판(6)이 있긴 하지만 구금(9)의 중앙부에서 변부로 흘러가게 되어있어 구금(9)의 변부와 중앙부사이에 압력차가 발생하게 된다. 특히 구금(9)에 미세한 구금공이 많은 경우 중앙부의 토출공을 통과한 필라멘트와 변부의 토출공을 통과한 필라멘트간의 직경차가 발생하게 된다.

전반적으로 필라멘트 수가 많고 드래프트비가 큰 경우 구금 중앙부에서 압력이 높게 걸리므로 필라멘트가 굵게 나타나고 변부는 상대적으로 내부 압력이 작게 걸려 필라멘트가 가늘게 나오는 약사 현상이 발생한다. 그 결과 생산된 원사의 단면 변동율 및 질량변동율이 커지게 된다.

원사의 단면 변동율 및 질량변동율을 최소화하기 위하여, 본 발명에서는 방사구금의 중앙부와 변부사이에서 방사구금 상부에 걸리는 압력이 편차 없이 균일하게 적용되어 폴리머의 이상 체류가 발생하지 않도록 설계된 방사구금을 이용한다.

즉, 구금에 토출공을 배열할 때 구금 중앙열의 토출공 직경은 작게하고 구금 변부열의 토출공 직경은 크게 한 방사구금을 이용한다.

본 발명의 바람직한 구현에 의하면 구금 중앙열의 토출공 직경은 작게하고 구금 변부열의 토출공 직경은 크게하되, 각 열에 따른 토출공의 크기변화가 수학식 1 또는 2를 만족하는 방사구금이 제공된다.

수학식 1

여기서: 최외각열로부터 중심으로 n번째열의 단위토출공직경

: 최외각열의 단위토출공직경,: 구금의 토출공 배열 수

: 축소비로 0.95 0.98

수학식 2

여기서: 최외각열로부터 중심으로 n번째열의 토출공면적

: 최외각열의 단위토출공면적,: 구금의 토출공 배열 수

: 축소비로 0.95 0.98

토출공의 형태가 원형의 경우 토출공의 크기를 그 직경을 기준으로 변화시킬 수 있으므로 상기 수학식 1에 따른 토출공의 크기변화를 적용하면 되고, 토출공의 형태가 원형이 아닌 경우, 즉 편평사, 중공사, 별형 단면사 등의 제조를 위한 이형 단면구금일 때에는 토출공의 크기를 직경을 기준으로 변화시킬 수 없으므로 이 경우에는 토출공의 면적을 기준으로 하는 상기 수학식(2)에 따른 토출공의 크기변화를 적용하면 된다.

이와 같이 열에 따라 토출공의 크기가 변화된 방사구금을 사용하면 방사구금상의 중앙부 토출공과 변부 토출공에 걸리는 압력 편차가 해소되어 방사되는 필라멘트는 거의 일정한 굵기 및 질량을 갖게 된다.

실제로, 본 발명에 따라 토출공의 크기를 변화시키면 다양한 단면형태의 사에 대해서도 충분히 낮은 단면변동율과 질량변동율, 즉 단면변동율 3% 이하와 질량변동율 0.7% 이하를 만족하는 사를 제조하는 것이 가능하게 된다.

위에 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 하기 실시예는 본발명을 예시하기 위하여 제시되는 것일 뿐, 제한하기 위한 것은 아님을 이해하여야 할 것이다.

하기 실시예 및 비교예에서 제조된 원사의 강도, 신도, 질량변동율 및 단면변동율은 다음과 같은 방법으로 측정한 값이다.

◎ 강도 및 신도 : 인스트롱(INSTRON)사의 만능 재료 시험기로 시료 1개당 5 회씩, 10 번 측정하여 평균한다.

◎ 질량 변동율 : Uster valur로 25m/min의 속력으로 시료의 질량 변화를 3분간 측정하고, 이를 10 번 수행하여 평균치로 정한다.

◎ 단면 변동율 : Image Analyzer로 전체 필라멘트 단면적을 구하여 개별 편차를 구하고, 이를 10회 수행하여 평균치로 정한다.

〈 실시예 1 〉

85 데니어 72 필라멘트 원사를 목적으로 고유점도 0.67인 열가소성 폴리에스테르 수지를 방사온도 290℃로 하여 도 1과 같은 방사두를 통해 방사하였다. 이때, 방사 사속은 3,000m/min이었으며, 방사구금은 최외각열 단위토출공의 직경()이 0.2 mm 이고, 열별 단위토출공의 직경이 최외각열로부터 중심방향으로 축소비(X) 0.98에서 상기 수학식 1에 따라 작아지게 한 것이었다.

이와 같이 방사하여 얻은 필라멘트를 1.2배로 연신하여 원사를 제조하였다. 제조된 원사의 강도, 신도, 질량변동율 및 단면변동율에 대한 측정결과는 하기 표 1에 제시된다.

〈 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 〉

축소비(X)를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 방사구금을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 제조된 원사의 강도, 신도, 질량변동율 및 단면변동율에 대한 측정결과는 하기 표 1에 제시된다.

구 분	축소비(X)	데니어	신도(%)	강도(g/de)	질량변동율(%)	단면 변동율(%)
실시예1	0.98	85.1	141.3	3.12	0.31	2.3
실시예2	0.97	84.8	143.7	3.16	0.39	2.1
실시예3	0.95	85.3	143.1	3.17	0.38	2.4
비교예1	1.0	84.2	141.2	2.99	1.25	5.7

〈 실시예 4 〉

80 데니어 12 필라멘트 편평사 생산을 목적으로 고유점도 0.67인 열가소성 폴리에스테르 수지를 방사온도 290℃로 하여 도 1과 같은 방사두를 통해 방사하였다. 이때, 방사 사속은 3,000m/min이었다. 또한, 방사구금은 최외각 토출공은 규격이 가로 1.5 mm×세로 0.01mm로서 면적()이 0.15㎟이고, 편평도는 15배이며, 열별 토출공의 면적을 최외각열로부터 중심방향으로 축소비(X) 0.98에서 상기 수학식 2에 따라 작아지게 한 것이었다.

방사된 필라멘트를 2.87배로 연신하여 제조한 원사의 강도, 신도, 질량변동율 및 단면변동율에 대한 측정결과는 하기 표 2에 제시된다.

〈 실시예 5 내지 6 및 비교예 2 〉

축소비(X)를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 방사구금을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다. 제조된 원사의 강도, 신도, 질량변동율 및 단면변동율에 대한 측정결과는 하기 표 2에 제시된다.

구 분	X	신도(%)	강도(g/den)	편평도	질량 균제도(%)	단면 변동율(%)
실시예 4	0.98	38.2	4.32	6.3	0.33	2.8
실시예 5	0.97	38.5	4.32	6.3	0.31	2.5
실시예 6	0.95	38.4	4.35	6.2	0.29	2.4
비교예 2	1.0	37.5	4.31	5.2	0.78	9.3

상기한 표 1 및 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 실시예 1 내지 6의 방사구금을 사용하여 제조한 원사는 비교예 1 내지 6의 원사 보다 훨씬 낮은 단면변동율 및 질량변동율을 나타내며, 모든 실시예에서 단면변동율 3% 이하와 질량변동율 0.7% 이하를 만족하는 매우 양호한 품질의 사가 제조된다.

Claims (4)

1. 동심원 상으로 배치되는 다수의 열에 토출공이 일정간격으로 형성되는 열가소성 합성섬유의 용융방사구금에 있어서, 구금의 토출공의 크기가 중앙열에서 변부열로 갈수록 커짐을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 용융방사구금.
2. 제 1 항에 있어서, 각 열에 따른 토출공의 크기변화가 수학식 1 또는 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 용융방사구금.

   수학식 1

   여기서: 최외각열로부터 중심으로 n번째열의 단위토출공직경

   : 최외각열의 단위토출공직경,: 구금의 토출공 배열 수

   : 축소비로 0.95 0.98

   수학식 2

   여기서: 최외각열로부터 중심으로 n번째열의 토출공면적

   : 최외각열의 단위토출공면적,: 구금의 토출공 배열 수

   : 축소비로 0.95 0.98
3. 제 1 항에 있어서, 토출공이 원형이면 각 열에 따른 토출공의 크기변화가 수학식 1을 만족하고, 토출공이 원형이 아니면 각 열에 따른 토출공의 크기변화가 수학식(2)을 만족하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유용 용융방사구금.
4. 단면변동율이 3% 이하이고 질량변동율이 0.7% 이하인 것을 특징으로 하는 열가소성 합성섬유.