KR19990041510A - 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본발명은 물성과 공정품질이 우수한 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 제조방법으로서, 3,500m/분 ∼ 5,500m/분의 방사속도로 용융방사한 다음에 냉각하고 재가열처리한후 오일링하여 제조함에 있어서, 방사구금으로부터 최초의 오일링위치까지의 거리(J)가 다음식을 만족하도록하여 제조함을 특징으로 하는것임.
J(m) = (D × A × )± 0.3m
D ; 단사섬도(데니어)
A ; 13 ∼ 16의 정수
V ; 3,500 ∼ 5,500 m/분

Description

폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 제조방법
본발명은 단사섬도가 1데니어 이하이고 단사수가 40이상인 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 고속방사방법으로 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3,500m/분이상의 방사속도로 용융방사함에 있어서 냉각후 재가열 영역을 도입하여 별도의 연신공정을 거치지 않고도 연신사와 유사한 물성을 갖는 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상의 폴리에스터 섬유는 방사속도 4,000m/분 이하로 용융방사하여 얻어진 미연신사를 연신 및 열처리하여 제조하여 왔으나 최근에는 1단계 공법만으로 폴리에스터 멀티 필라멘트사를 제조할 수 있는 기술이 개발되고 있다.
상술한 바와같은 종래기술의 개량방법인 미국특허 제 2,604,667 호, 제 2,957,747 호등에서는 폴리에스터를 용융방사한 후 방사속도 4,750m/분 이상의 초고속방사 공정만으로 별도의 연신공정 없이 충분한 배향도와 결정화도를 갖는 폴리에스터 섬유를 제조하는 방법을 제안하고 있으며, 본 발명자들의 대한민국 특허출원 제 95-26017 호 및 대한민국 특허 공개 제 93-13242 호에서는 폴리에스터를 용융방사하여 방사속도 5,500m/분 이상의 방사공정 만으로 연신사 물성에 가까운 폴리에스터 섬유를 제조하는 방법을 제안한바 있다.
또한 폴리에스터 섬유를 별도의 연신공정을 거치지 않고 용융방사만으로 충분한 배향도 및 결정화도를 갖도록 하는 방사방법, 예를들면 영국특허 제 903,427 호에서는 폴리에스터의 융점보다 10 ∼ 80℃ 낮은 온도의 열처리 영역을 거친후, 1,300 ∼ 2,600m/분의 속도로 권취하는 기술을 제안한 바 있다.
그러나 상기한 바와같은 저속의 방사속도하에서는 수축율이 매우 높고 물성이 불안정한 섬유가 얻어지므로 통상의 제직 및 염색공정에서 여러 가지 품질문제를 발생시키므로 종래의 연신사처럼 사용하기는 어렵다.
또한 폴리에스터를 용융방사 및 냉각한 후 가열영역을 통과시켜 별도의 연신공정없이 연신사와 동등한 물성의 폴리에스터사를 제조하는 방법인 일본국특개소 55-10684 에서는 용융방사한 섬유를 냉각한 후 140 ∼ 210℃의 온도로 가열하여 2,000 ∼ 4,500m/분의 속도로 인취하고, 다시 가열로울러를 사용하여 1 ∼ 20%로 신장하면서 130℃이상의 온도로 열처리한 후 권취하는 폴리에스터 섬유의 제조방법을 제시하고 있다.
그러나 인취속도 3,500m/분 미만의 영역에서 가열분위기 온도가 150℃이하가 될 때에는 물성이 다소 불안정한 섬유가 얻어지는 문제점이 있으며, 인취속도가 4,500m/분을 초과하지 못하므로 생산성 측면에서 비경제적이다.
또 본 발명자의 대한민국 특허출원 제 95-46759 호에서는 상술한 바와같은 문제점을 해결할 수 있는 방법을 제시한바 있으나, 이방법은 단사섬도 1데니어 이하에서는 사절이 많이 발생해서 조업안정성을 충분히 확보할 수 가 없다.
또한 마이크로 필라멘트를 방사노즐 다음의 냉각 구역내에서 응고온도 이하로 냉각시킨 다음에 이를 가열구역내에서 응고온도를 초과하는 온도까지 가열한후 가스매질에 대해 연신시키면서 동시에 송풍시켜서 마찰저항을 상승시키고 필요한 인장력을 생성시키는 방법인 대한민국 특허 공고번호 제 95-1648 호 에서는 단사섬도가 1.0데니어 미만인 마이크로 필라멘트를 다발로 묶지않은 정렬상태로 가열구역을 통과시키고 가스매질을 역류로 송풍시키는 방법을 제안하고 있으나, 이방법은 물성발현 측면에 너무 치중한 나머지 실이 접속되어 있지 않은 상태에서 열처리를 하므로 매우 높은 방사장력을 유발시켜 사절율이 높아지게 되는 문제점이 있다.
본발명은 상술한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결한것으로서 단사섬도가 1데니어 이하이고 단사수가 40이상인 폴리에스터 마이크로 필라멘트를 3,500m/분 이상의 방사속도로 별도의 연신공정을 거침이 없이 제조하는 방법을 제공하며, 또 연신사에 버금가는 물성을 가진 사를 조업성 좋게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하 본발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본발명은 단사섬도가 1.0데니어 이하이고 단사수가 40이상인 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 방사속도 3,500m/분 ∼ 5,500m/분으로 용융방사하고, 방사구금을 제외한 방사팩 하부를 250 ∼ 350℃로 가열하고, 방사구금 직하 20 ∼ 60mm로부터 폴리에스터사의 응고온도(80℃이하)까지 급냉시킨 다음, 다시 가열구역내에서 폴리에스터사의 응고온도를 초과하는 100℃이상의 온도로 가열하여 충분히 연신되도록 함에 있어서, 방사구금으로부터 최초로 유제가 부여되는 위치까지의 거리(J)가 아래 식(1)을 만족시키는 거리에 포함되도록 가열영역부의 길이 및 위치를 설정하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 제조방법에 관한 것이다.
아 래
Ｊ＝｛단사섬도（D）실험상수（A）1000／방사속도（V）｝±0.3 ……（I）
실험상수(A) : 13 ∼ 16의 정수
단사섬도(D) : 단사의 데니어
방사속도(V) : 3,500 ∼ 5,500m/분
(단, 최초의 오일링위치는 가열영역부 직하로부터 0.1 ∼ 0.5m의 거리에 있으며, 가열영역은 방사구금으로부터 0.5 ∼ 1.5m되는 지점으로부터 개시됨)
본발명은 식(I)로 알 수 있는 바와같이 단사섬도가 감소하거나 방사속도가 증가할수록 오일링 가이드의 위치는 방사구금에서 가까운 위치로 이동시켜야만 방사장력이 감소하면서 사절없이 공정품질이 양호한 마이크로 필라멘트를 제조할 수 있다. 또 본발명은 방사속도가 3,500m/분이상이 되어야만 물성과 치수안정성이 우수한 폴리에스터 마이크로 필라멘트 섬유를 제조할 수 있다. 본 발명에서 방사의 제반조건, 즉 방사속도, 중합점도, 단사섬도 및 방사구금 특성 등에 따라서 설정한 오일링 가이드의 위치가 다소 영향을 받으며, 마이크로 필라멘트의 경우 방사장력이 높으면 공정성에 매우 불리하므로 오일링 가이드의 위치는 가열영역부 하단 직하로부터 0.1 ∼ 0.5m 내에 설치하는 것이 좋으며, 통상의 단사섬도 2 ∼ 3데니어의 폴리에스터 필라멘트를 제조할 때 보다 가열영역부를 가급적 방사구금으로부터 가까운 위치에 설치하고 가열영역부의 길이도 최소의 가열 유효장만 유지되도록 하는 것이 좋다.
즉, 단사섬도가 작아질수록 마이크로 필라멘트에 걸리는 응력은 방사속도에 따라서 급격히 증가하며, 그 결과 사절증가 및 공정 품질 저하등이 유발되기 때문에 오일링위치를 상기식(I)에 따라서 설정시키되 방사의 제반조건을 감안해서 ±0.3m의 범위내에 위치하도록 하였다.
본 발명은 폴리에스터 마이크로 필라멘트를 제조할 때 물성발현에 필요한 최소한의 방사장력만이 유지되도록 하기 위하여 방사구금으로부터 오일링위치까지의 거리를 통상의 제조방법보다 가급적 짧게하면서, 단사섬도 및 방사속도에 따라서 그 거리를 적절하게 변경시키는데 그 특징이 있는 것이다.
또한 본 발명에서는 마이크로 필라멘트의 고속방사임에도 불구하고 유제부여를 방사실에서 하지 않고, 권취실에서 행한다. 종래처럼 가열영역 이전에 오일링을 실시할 경우에는 열전달 효과가 불충분하여 폴리에스터 섬유의 물성 불안정성을 야기시킬 뿐만 아니라 오일링 불균일에 의한 염색불량까지 유발시키는 문제점이 발생한다. 또 본 발명에서는 통상의 단사섬도 2 ∼ 3데니어의 섬유를 제조할 때 보다 방사장력이 급격히 올라가고, 절사가 급격히 증가하는 문제점이 발생하였으므로 가열영역부의 하부에서 오일링 가이드를 설치하되, 가열영역부의 길이와 위치, 그리고 오일링 가이드의 위치를 최소한 짧게 설정함으로서 방사장력 및 공정품질 등의 모든 문제점을 해결할 수 있었다.
아울러 본발명에서는 오일링 가이드 직하부에 설치한 공기 교락장치로 공기교락시킴으로써 가열된 섬유의 냉각과 유제의 확산 및 집속성을 부여하여 사의 품질과 제사성을 향상시킬 수 있었다.
본발명으로 제조되는 폴리에스터 마이크로 필라멘트섬유는 강도 4.0g/데니어 이상이고 10% 강도 2.0g/데니어 이상이므로 연신사로서의 요구물성을 만족하고 치수안정성이 좋으며, 또 본발명은 공정성이 매우 우수하다.
실시예 1 ∼ 2
고유점도(I.V.)0.63의 폴리에스터 중합물을 사용하여 방사온도는 295℃로, 방사팩 하부의 가열온도는 290℃로 하고, 방사구금 직경을 0.18mm(구멍수 72개)로 하고, 최종사의 섬도가 75데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사속도 4,500m/분에서 용융방사하였다(실시예 1). 또한 방사구금 직경을 0.18mm(구멍수 48개)로 하고, 최종사의 섬도가 50데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사속도 5,000m/분에서 용융방사하였다(실시예 2). 가열영역은 방사구금으로부터 1.2m되는 지점(냉각부 직하)으로 부터 2.4m까지의 가열영역(1.2m)과 가열영역 직하에서 0.3m의 위치에 오일링 가이드를 설치하였고, 가열영역의 온도는 145℃로 설정하여 제조하였다. 기타 방사 제반조건은 실시예 3 과 동일한 방법으로 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 제조하고, 그 물성 및 공정성을 평가하여 그 결과를 표 1 에 나타내었다.
실시예 3
고유점도(I.V.)0.63의 폴리에스터 중합물을 사용하여 방사온도는 298℃로, 방사팩 하부의 가열온도는 300℃로 하고, 방사구금 직경을 0.15mm(구멍수 96개)로 하고, 최종사의 섬도가 50데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사속도 4,000m/분에서 용융방사하였다. 냉풍은 0.35m/초로 조정하였고, 가열영역은 방사구금으로부터 0.7m되는 지점(냉각부 직하)으로 부터 1.9m까지의 가열영역(1.2m)과 가열영역 직하에서 0.3m의 위치에 오일링 가이드를 설치하였고, 가열영역의 온도는 150℃로 설정하여 제조하였다. 유제부착량(O.P.U)은 0.85%가 되게 하였다.
오일링 가이드와 인취로울러 사이에 공기교락장치를 설치해서 0.5kg/㎠의 공기압으로 공기교락시켰다.
제조된 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 원사물성 및 공정성을 평가하고 그 결과를 표 1 에 나타내었다.
구 분 사의종류(단사섬도) 방사속도(m/분) 오일링위치(m) 물 성 공정성
데니어 강도(g/d) 10%강도(%) 수축율(%)
실시예1 75d/72f(1.0) 4,500 2.7 72.7 4.7 3.2 7.3 ○
실시예2 50d/48f(1.0) 5,000 2.7 47.9 5.0 3.7 8.1 ○
실시예3 50d/96f(0.5) 4,000 2.2 48.3 4.7 3.5 7.5 △
※ 물성 측정방법
(1) 10% 강도
인스트론(instron)강신도 곡선을 그리고, 신도 10%에서의 강력을 데니어로 나누어 강도로 나타내었다.
(2) 수축율
100℃의 끊는 물로 시료를 30분간 처리한 후, 0.1g/데니어의 초하중을 부여하여 수축전후의 섬유의 길이를 측정하고 백분율로 환산하여 구하였다.
(3) 공정성 평가내용
○ : 매우 양호, △ : 양호, × : 불량
비교예 1
실시예 1 과 동일한 방법으로 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 제조하되, 방사구금으로부터 1.3m되는 지점(냉각부 직하)에서부터 2.5m까지의 위치에 가열영역(가열영역부의 길이 : 1.2m)을 두고, 가열영역 직하에서 0.3m의 위치에 오일링 가이드를 설치하여(오일링 가이드의 위치를 방사구금으로부터 2.8m 되는 위치에 둠) 제조한 뒤 그 물성 및 공정성을 평가하여 표 2 에 나타내었다.
비교예 2
실시예 3과 동일한 방법으로 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 제조하되, 최종사의 섬도가 50데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사속도 3,000m/분에서 용융방사하였다. 오일링가이드의 위치는 방사구금으로부터 3.5m지점이 되도록 가열영역부를 조절하여 제조한 후, 그 물성 및 공정성을 평가하여 표 2 에 나타내었다.
비교예 3 ∼ 4
실시예 3 과 동일한 방법으로 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 제조하되, 오일링 가이드의 위치가 방사구금으로 부터 각각 3.5m, 1.5m 되도록 설치하여 제조한 뒤 그 물성 및 공정성을 평가하여 표 2 에 나타내었다.
구 분 사의종류(단사섬도) 방사속도(m/분) 오일링위치(m) 물 성 공정성
데니어 강도(g/d) 10%강도(%) 수축율(%)
비교예1 50d/96f(0.5) 4,000 2.8 47.6 4.3 3.6 7.5 ×
비교예2 50d/48f(1.0) 3,000 3.5 48.0 3.5 1.9 6.5 △
비교예3 5,000 3.5 47.8 4.7 3.8 8.1 ×
비교예4 1.5 - - - - ×
비교예 5
고유점도(I.V.)0.63의 폴리에스터 중합물을 사용하여 방사온도 292℃, 방사구금 직경을 0.20mm(구멍수 48개)로 하고, 방사속도 5,000m/분에서 최종사의 섬도가 100데니어가 되도록 토출량을 조절하여 용융방사하였다. 냉각풍은 0.45m/초로 조정하였고, 오일링 가이드의 위치는 방사구금으로부터 3.2m되는 지점에 설치하였고, 가열영역부의 길이는 1.5m, 가열영역의 온도는 150℃로 설정하여 제조하였으며, 오일링 가이드와 인취로울러 사이에 공기교락장치를 설치하여 공기교락시켰다. 유제부착량(O.P.U)은 0.85%가 되도록 하였으며, 교락장치의 압력은 0.7kg/㎠으로 제조하였다. 제조된 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 물성 및 공정성을 평가하고 그 결과를 표 3 에 나타내었다.
구 분 사의종류(단사섬도) 방사속도(m/분) 오일링위치(m) 물 성 공정성
데니어 강도(g/d) 10%강도(%) 수축율(%)
비교예5 100d/48f(2.0) 5,000 3.2 97.6 4.8 3.0 7.8 ○
본발명은 3,500m/분 이상의 고속방사법으로 단사섬도가 1.0데니어 이하인 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 별도의 연신공정없이 제조함에 있어서, 방사구금으로부터 최초로 유제가 부여되는 오일링위치까지의 거리를 방사조건, 특히 단사섬도와 방사속도의 두조건으로 산출되는 거리가 되도록 하되 가급적 방사구금으로부터 가깝도록 하여서 최소한의 방사장력으로 물성이 우수한 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 조업성 좋게 제조할 수 있도록 한것이다.

Claims (2)

  1. 단사섬도가 1.0데니어이하이고 단사수가 40이상인 폴리에스터 마이크로 필라멘트사를 3,500m/분 ∼ 5,500m/분의 방사속도로 용융방사한 후 순차적으로 냉각시키고 가열영역에서 재가열시키고 오일링하여 제조함에 있어서, 방사구금으로부터 최초로 유제가 부여되는 오일링위치까지의 거리(J)가 아래의 식(I)을 만족하도록 하여 제조함을 특징으로 하는 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 제조방법.
    아 래
    J(m) = (D × A × )± 0.3m …… (I)
    식(I)에서
    D ; 단사섬도(데니어)
    A ; 실험상수로서 13 ∼ 16의 정수
    V ; 3,500 ∼ 5,500 m/분
    (단, 최초의 오일링위치는 가열영역부 직하로부터 0.1 ∼ 0.5m의 거리에 있음)
  2. 제 1 항에 있어서, 오일링후에 공기교락처리함을 특징으로 하는 폴리에스터 마이크로 필라멘트사의 제조방법.
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