KR20030061305A - 방사 첨가제를 사용한 폴리에스테르 필라멘트의 방사와권취 방법, 상기 방사 방법에 의하여 얻어진 폴리에스테르필라멘트, 폴리에스테르 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공과드로오 텍스쳐 가공에 의하여 얻어진 벌키 폴리에스테르 - Google Patents

방사 첨가제를 사용한 폴리에스테르 필라멘트의 방사와권취 방법, 상기 방사 방법에 의하여 얻어진 폴리에스테르필라멘트, 폴리에스테르 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공과드로오 텍스쳐 가공에 의하여 얻어진 벌키 폴리에스테르 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 폴리에스테르 필라멘트의 전체 중량의 적어도 90중량%인 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT), 바람직하게는 PTMT를 포함하는, 선-배향된(pre-oriented) 폴리에스테르 필라멘트의 생산과 권취에 관한 것으로, a)방사 연신 비율(spinning draft)은 70 내지 500의 범위로 설정되고, b)방사 노즐을 막 나오자마자, 필라멘트는 그 길이가 30mm 내지 200mm인 냉각 지연 구역을 지나며, c)필라멘트는 고체화 온도 아래로 냉각되며, d)필라멘트는 노즐의 하부 면으로부터 500mm 내지 2500mm의 사이에서 수렴되며, e)연신 갤럿(gallettes)의 전과 연신 갤럿 사이의 실의 장력은 0.05cN/dtex와 0.20cN/dtex 사이로 설정되며, f)실은 0.05cN/dtex와 0.15cN/dtex사이의 실 장력으로 권취되며, g)권취 속도는 2200m/min과 6000m/min 사이로 설정되며, h)폴리에스테르는 필라멘트의 전체 중량을 기준으로 하여 0.05중량% 내지 2.5중량%로 첨가되는 신장성 증가제로서의 첨가제 중합체와 함께 사용되는 것을 특징으로 한다.

Description

방사 첨가제를 사용한 폴리에스테르 필라멘트의 방사와 권취 방법, 상기 방사 방법에 의하여 얻어진 폴리에스테르 필라멘트, 폴리에스테르 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공과 드로오 텍스쳐 가공에 의하여 얻어진 벌키 폴리에스테르{METHOD FOR THE SPINNING AND WINDING OF POLYESTER FILAMENTS USING A SPINNING ADDITIVE, POLYESTER FILAMENTS OBTAINED BY THE SPINNING METHOD, DRAW TEXTURING OF THE POLYESTER FILAMENTS AND BULKED POLYESTER FILAMENTS OBTAINED BY DRAW TEXTURING}
2 단계 공정에 의한 연속 폴리에스테르 필라멘트의 생산, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필라멘트의 생산은 이미 알려져 있다. 이 공정에서, 제 1 단계는 완전히 연신된 편평한 POY 필라멘트의 방사와 권취를 포함하고 제 2 단계에서는 열 고정 또는 드로오 텍스쳐 가공을 하여 벌키 필라멘트로 만든다.
이 분야의 개요는 뮌헨의 Hanser에 의하여 출판된 F.Fourne의 Synthetische Fasern(1995)라는 책에 의해 주어진다. 그러나, PET 섬유의 생산물만 설명되어 있고 통일된 방사 기술은 나오지 않으며, 개요만이 다양한 특징들을 기술한다.
폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에스테르 등을 포함하는 방사 가능한 다양한 중합체의 섬유 제품은 DE-A 38 19 913의 대상물의 일부를 형성한다. 그러나, 중합체가 가공되는 온도에서 알 수 있듯이, PET 섬유의 제품만이 실시예에서 기술된다.
연속적인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 필라멘트의 생산과 관련한 문제는 POY 필라멘트가 방사의 바로 후와 권취에서뿐만 아니라, 권취 후에 몇 시간이 흐른 후, 상온에서의 보관 도중에도 수축하는 경향을 보이며, 이는 얀의 짧아짐(shortening)을 야기한다는 것이다. 그 결과 패키지가 압축되어, 극단적인 경우에는 패키지는 권취 맨드렐(mandrel)에 수축되어 굳어져서 이로부터 풀려지지 않을 것이다. 더욱이, 패키지는 소위 안장(saddle)이라 불리는 단단한 모서리와 잘록한 중심 부분을 갖는 형태를 발달시킬 것이다. 그 결과로서, 필라멘트의 방직 데이터, 예를 들면 균제도 값(Uster value)은 덜 균일해지고 패키지를 풀을 때 문제가 생긴다. 그러한 문제는 PET 섬유의 공정에서는 일어나지 않는다.
PET 필라멘트와는 달리 POY(Partially Oriented Yarn) PBT 또는 PTMT 필라멘트는 보관 중에 빠르게 노화한다는 것이 또한 관찰된다. 구조의 경화가 일어나고이는 증발 수축(boiloff shrinkage)이 후결정화(aftercrystallization)가 검출될 정도로 크게 감소하도록 한다. 그러한 PBT 또는 PTMT 필라멘트는 그들이 드로오 텍스쳐 가공에서의 결함과 텍스쳐 가공된 얀의 절단 강도의 심각한 감소를 야기한다는 점에서 추가적인 공정에 부분적으로만 적절하다.
이러한 한편의 PET와 다른 편의 PBT 및 PTMT 사이의 차이점은, 예를 들어 국제 화학 섬유, p.53 50권(2000)에 보고되고 Dornbirn에서 9월 13일부터 15일까지 열린 39회 국제 인조 섬유 회의에서 논의되었듯이, 구조 및 성질의 차이에 기여한다. 따라서, 성질의 차이점은 다른 사슬 구성(chain formation) 때문인 것으로 믿어지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 제 1 접근법은 WO 99/27168 및 EP 0,731,196 B1에 기술된다. WO 99/27168은 적어도 90중량%의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 갖으며 5%와 16% 사이의 증발 수축과 20% 내지 60%의 절단 신장을 갖는 폴리에스테르 섬유를 개시한다. WO 99/27168에 개시된 폴리에스테르 섬유는 방사 및 연신에 의하여 생산된다. 보고된 최대 방사 출발(takeoff) 속도는 2100m/min이다. 이 공정은 낮은 방사 속도 때문에 비경제적이다. 더욱이, 얻어진 폴리에스테르 섬유는 지침 문서들(parameters document)에서 보고되었듯이, 매우 결정성이어서 드로오 텍스쳐 가공에 부분적으로만 적합하다.
EP 0,731,196 B1은 얀을 연신 후 및 권취 전에 열처리함으로써 그의 수축 경향을 감소시키는 합성 얀의 방사, 연신 및 권취 공정을 기술한다. 사용될 수 있는 합성 섬유는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유를 포함한다. EP 0,731,196 B1에서, 열 처리는 합성 얀이 연장된 가열 면을 따라 매우 근접하게 그러나 결코 가열 면과 접촉하지는 않으며 인도되는 것에 의하여 수행된다. 열처리의 적용은 공정의 비용을 증가시키며, 더욱이, 합성 얀에 드로오 텍스쳐 가공 공정에 부분적으로만 적합한 높은 결정성을 제공한다.
1997년 2월 국제 화학 섬유, 47권, 72-74페이지의 H.S. Brown 박사와 H.H. Chuah의 논문; "폴리트리메틸렌 테레프탈레이트에 기초한 직물 필라멘트 얀의 텍스쳐 가공"은 450m/min과 850m/min의 텍스쳐 가공 속도에서의 POY 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공을 설명한다. 이 개시에 따르면, 더 나은 물성을 갖는 섬유가 얻어지므로, 450m/min의 낮은 텍스쳐 가공 속도가 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 필라멘트에 더욱 적절하다. 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 섬유의 절단 강도는 26.5cN/tex(텍스쳐 가공 속도 450m/min), 29.15cN/tex(텍스쳐 가공 속도 850m/min)이며, 섬유의 절단 신장은 38.0%(텍스쳐 가공 속도 450m/min) 및 33.5%(텍스쳐 가공 속도 850m/min)이라고 보고된다.
WO 01/04393은 3 내지 40% 범위의 증발 수축을 갖는 PTMT 필라멘트를 기술한다. 그러나, 이 값은 필라멘트가 형성되자마자 결정된 것이다. 이 값은 첨부 도면 1에 의하여 보여지듯이 표준 조건 하에서 4주동안 보관하는 동안에 20% 아래로 떨어진다.
본 발명은 방사 첨가제를 사용하여 폴리에스테르 필라멘트의 전체 중량을 기준으로 하여 90중량% 이상의 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT), 바람직하게는 PTMT를 포함하는 POY 폴리에스테르 필라멘트의 방사와 권취에 관한 것이며 또한 상기 공정에 의하여 얻어진 POY 폴리에스테르 필라멘트에 관한 것이다. 본 발명은 또한 방사되고 권취된 폴리에스테르 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공과 상기 공정에 의하여 얻어진 벌키 폴리에스테르 필라멘트에 관한 것이다.
도1은 세 개의 PTMT POY 보빈에 대한 증발 수축의 변화를 표준 조건 하에서 보관 기간의 함수로 도시한 그래프.
도1은 세 개의 PTMT POY 보빈에 대한 증발 수축의 변화를 표준 조건 하에서 보관 기간의 함수로 도시한다. 조사된 세 개의 보빈은 서로 다른 초기 값을 갖는다. 40%보다 큰 높은 초기 값을 갖는 보빈 #16,17은 4주 후에 30% 초과, 바람직하게 40% 초과의 증발 수축을 갖는다. 그러나, 초기 증발 수축 값이 40%보다 작을 때에는, 보빈 18을 보면 알 수 있듯이, 4주의 보관 후에 증발 수축 값은 임계 값 30%의 아래로 떨어질 것이다.
증발 수축은 섬유의 가공성(processibility)과 결정성의 척도이다. WO 01/04393에 기술된 섬유는 비교적 높은 결정성을 갖는 플라스틱을 포함하는데, 이는 가공하기 어렵고 낮은 연신 비율 및/또는 낮은 텍스쳐 가공 속도에서만 가공이 가능하다.
본 발명의 목적은 POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산과 권취가 단순한, 필라멘트의 전체 중량의 90중량% 이상이 PBT 및/또는 PTMT인 POY 폴리에스테르 필라멘트의 방사 및 권취를 위한 공정을 제공하는 것이다. 더욱 특히, POY 폴리에스테르 필라멘트는 90% 내지 165% 범위의 절단 신장 값과, 필라멘트 파라미터에 대한 높은 균일성, 또한 낮은 결정성을 가져야 한다.
본 발명의 다른 목적은 POY 폴리에스테르 필라멘트의 방사 및 권취를 위한 경제적인 산업 공정을 제공하는 것이다. 본 발명의 공정은 바람직하게는 2200m/min 초과의 매우 높은 방사 초기 속도, 4Kg 이상의 패키지의 높은 얀 중량을 허용한다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 공정에 의하여 얻어지는 POY 폴리에스테르 필라멘트의 저장성을 향상시키는 것이다. 상기 필라멘트는 연장된 기간동안, 예를 들면 4주 동안에 저장 가능하여야 한다. 이상적으로는, 패키지로부터 필라멘트를 풀어낼 때 문제가 없도록, 패키지는 권취 맨드렐 상에 수축되어 굳어져서 단단한 모서리와 잘록한 중앙 부분을 갖는 형태의 안장을 형성하여서는 안 된다.
본 발명에 따르면, POY 폴리에스테르 필라멘트는 바람직하게는 450m/min을 넘는, 특히 높은 텍스쳐 가공 속도에서 연신 또는 연신-텍스쳐 가공 작용으로 가공하는 것이 간단해야 한다. 드로오 텍스쳐 가공에 의하여 얻어진 필라멘트는 예를 들면 26cN/tex를 넘는 절단 강도와 HE 필라멘트에 대해서 30%를 넘거나 SET 필라멘트에 대하여 36%를 넘는 높은 절단 신장인, 탁월한 물성을 가져야 한다.
상기의 목적 및 직접적으로 언급되지 않았으나 서두에서 논의된 관련 문제로부터 유추 가능하거나 명백한 다른 목적들이 청구항 1항의 모든 특징 부를 포함하는 방사 및 권취를 위한 공정에 의하여 달성된다. 본 발명에 따른 공정의 유리한 변형이 청구항 1항에 부수하는 종속항들에 의하여 보호된다. 상기 방사 공정에 의하여 얻어지는 POY 폴리에스테르 필라멘트는 물건의 독립항으로 기술된다. POY 폴리에스테르 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공은 방법 청구항 7항에서 청구되고, 물건의 청구항 8항과 9항은 드로오 텍스쳐 가공에 의하여 얻어진 벌키 필라멘트에 관한 것이다.
이에 따라 본 발명은 폴리에스테르 필라멘트의 전체 중량의 90중량% 이상의 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT), 바람직하게는 PTMT를 포함하는 POY 필라멘트의 생산 및 권취를 위한 공정을 제공하는데 이는 다음의 공정:
a) 방사라인의 연신 비율을 70 내지 500의 범위로 설정하고,
b)필라멘트를 방사구로부터 나오자마자 30mm 내지 200mm 길이의냉각(quench) 지연 구역을 통과시키고,
c)필라멘트를 고체화 온도 아래에서 냉각하고,
d)필라멘트를 방사구의 하부 면으로부터 500mm와 2500mm 사이의 거리에서 수렴시키고,
e)얀 장력을 출발 바대(godets)의 위에서 및 이들 사이에서 0.05cN/dtex 내지 0.20cN/dtex 사이,
f)얀을 0.025cN/dtex 내지 0.15cN/dtex 사이의 얀 장력으로 권취하고,
g)권취 속도를 2200m/min과 6000m/min 사이로 설정하고,
h)혼합물에 전체 필라멘트의 중량을 기준으로 0.05중량% 내지 2.5중량%의 첨가 중합체 신장성 증강제(extensibility enhancer)를 포함하는 폴리에스테르를 사용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 예견할 수 없는 공정은 표준 조건에서 4주간 보관한 후에도 그들의 탁월한 물성을 유지하는 POY 폴리에스테르 필라멘트를 제공한다. 노화로 인한 얀의 균일성 값의 현저한 저하도 관측되지 않으며, 방사된 섬유의 보빈 상에서의 수축도 관측되지 않는다.
동시에, 본 발명의 공정은 다음과 같은 추가적인 장점들을 갖는다.
-본 발명은 단순하고 큰 산업 규모로 실시하기에 경제적이다. 더욱 특히, 본 공정은 적어도 2200m/min인 높은 출발 속도에서의 방사와 권취를 허용하고 4Kg 이상의 높은 얀의 중량을 갖는 패키지의 생산을 허용한다.
-방사 첨가제의 사용은 출발 속도를 최고 6000m/min까지의 출발 속도를 달성하도록 한다. 그 결과 장치는 특히 경제적으로 작동될 수 있다.
-또한, 상기 공정에 의하여 얻어질 수 있는 POY 폴리에스테르 필라멘트는 연신 또는 드로오 텍스쳐 가공 작업에 의해서 단순하고, 경제적이며 큰 산업 규모로 가공될 수 있다. 상기 작업에서, 텍스쳐 가공은 450m/min을 넘는 속도에서 수행될 수 있다.
-상기 공정에 의하여 얻어질 수 있는 POY 폴리에스테르 필라멘트의 높은 균일성 덕분에, POY 폴리에스테르 필라멘트의 추가적 가공과 균일하고 실질적으로 결점이 없는 염색을 보증하는 양호한 패키지 형성이 간단히 달성된다.
-드로오 텍스쳐 가공에 의해서 얻어지는 필라멘트는 26cN/tex 이상의 높은 절단 강도와, HE 필라멘트에 대하여 30% 이상이고 SET 필라멘트에 대하여는 36% 이상인 높은 절단 신장을 갖는다.
본 발명은 필라멘트의 총 중량에 기초하여, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT)가 90중량% 이상인 POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산과 권취를 위한 공정을 제공한다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT)는 기술분야의 당업자에게 알려져 있다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)는 테레프탈산과 동일한 몰 량의 1,4-부탄디올의 중축합에 의하여 얻어지고, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 테레프탈산을 동일한 몰 량의 1,3-프로판디올과 중축합 함으로써 얻어진다. 상기 두 개의 폴리에스테르의 혼합물을 또한 생각할 수 있다. 본 발명에 따르면, PTMT가 바람직하다.
폴리에스테르는 단일중합체(homopolymers) 또는 공중합체(copolymers)일 수있다. 유용한 공중합체는 특히 PTMT 및/또는 PBT 반복 단위뿐만 아니라, 폴리에스테르의 모든 반복단위를 기준으로 15몰%까지의 통상적인 공단량체(comonomers)의 반복단위, 예컨대, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,4-씨클로헥산디메탄올, 폴리에틸렌 글리콜, 이소프탈산 및/또는 아디프산을 포함하는 공중합체를 포함한다. 그러나, 본 발명의 목적을 위하여, 폴리에스테르 단일중합체가 바람직하다.
본 발명의 폴리에스테르는 촉매, 안정제, 정전기 방지제, 산화 방지제, 방염제, 염료, 염료 흡착 개선제, 광 안정제, 유기 아인산염(phosphites), 광학 증백제 및 윤빼기 가공제와 같은 통상적인 양의 추가적 첨가제를 혼합물로서 포함할 수 있다. 폴리에스테르는 필라멘트의 전체중량을 기준으로 0 내지 5중량%의 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다.
폴리에스테르는 바람직하게는 필라멘트의 전체 중량을 기준으로 0.5중량%까지인, 작은 분율의 가지(brancher) 성분을 추가적으로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 가지 성분은 트리멜리트산, 또는 피로멜리트산과 같은 다작용기(polyfunctional) 산, 또는 트리메틸올프로판, 펜타에리쓰리톨, 디펜타에리쓰리톨, 글리세롤과 같은 3가 내지 6가 알코올, 또는 이의 하이드록시 산(hydroxyacids)을 포함한다.
본 발명의 문맥에서, PBT 및/또는 PTMT는 필라멘트의 전체 중량을 기준으로 하여 0.05중량% 내지 2.5중량%의 신장성 증강제로서의 첨가 중합체와 혼합된다. 본 발명의 목적을 위하여 특히 유용한 첨가제 중합체는 하기 특정된 중합체 및/또는공중합체들을 포함한다:
1. 다음의 단량체 단위를 포함하는 공중합체
A=아크릴산, 메타크릴산 또는 CH2=CR-COOR', 여기서 R은 수소 원자 또는 CH3기이며, R'은 C1-15-알킬 라디칼 또는 C5-12-씨클로알킬 라디칼 또는 C6-14-아릴 라디칼,
B= 스티렌 또는 C1-3-알킬 치환된 스티렌,
공중합체는 60 내지 98중량%의 A와 2 내지 40중량%의 B로 구성되며, 특히 83 내지 98중량%의 A와 2 내지 17중량%의 B, 더욱 바람직하게는 90 내지 98중량%의 A와 2 내지 10중량%의 B로 구성된다(전체 합=100중량%)
2. 다음의 단량체 단위를 포함하는 공중합체:
C= 스티렌 또는 C1-3-알킬 치환된 스티렌,
D=화학식 Ⅰ,Ⅱ 또는 Ⅲ의 하나 이상의 단량체,
여기서 R1, R2및 R3은 각각 수소 원자 또는 C1-15-알킬 라디칼 또는C6-14-아릴 라디칼 또는 C5-12-씨클로알킬 라디칼,
공중합체는 15 내지 95중량%의 C와 2 내지 80중량%의 D, 바람직하게는 50 내지 90중량%의 C와 10 내지 50중량%의 D, 더욱 바람직하게는 70 내지 85중량%의 C와 15 내지 30중량%의 D로 구성되며, C와 D의 전체 합은 100중량%이다.
3. 다음의 단량체 단위를 포함하는 공중합체:
E= 아크릴산, 메타크릴산 또는 CH2=CR-COOR', 여기서 R은 수소 원자 또는 CH3기이며, R'은 C1-15-알킬 라디칼 또는 C5-12-씨클로알킬 라디칼 또는 C6-14-아릴 라디칼,
F=스티렌 또는 C1-3-알킬 치환된 스티렌,
G=화학식 Ⅰ,Ⅱ 또는 Ⅲ의 하나 이상의 단량체,
여기서 R1, R2및 R3은 각각 수소 원자 또는 C1-15-알킬 라디칼 또는 C5-12-씨클로알킬 라디칼 또는 C6-14-아릴 라디칼,
H= E 및/또는 F 및/또는 G와 공중합 가능한 하나 이상의 에틸렌처럼(ethylenically) 불포화 단량체이며, α-메틸스티렌, 비닐 아세테이트, 아크릴릭 에스테르, E를 제외한 메타크릴릭 에스테르, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 할로겐-치환된 스티렌, 비닐 에테르, 이소프로페닐 에테르 및 디엔,
4. 다음 단량체 단위의 중합체
여기서 R1과 R2는 선택적인 원자들 C, H, O, S, P 및 할로겐 원자들로 구성된 치환기(substituents)이며, R1과 R2의 몰 중량의 합은 적어도 40이다. 대표적인 단량체 단위는 아크릴산, 메타크릴산 및CH2=CR-COOR'를 포함하며, 여기서 R은 수소 원자 또는 CH3기이며, R'는 C1-15-알킬 라디칼 또는 C5-12-씨클로알킬 라디칼 또는 C6-14-아릴 라디칼이며, 또한 스티렌과 C1-3-알킬 치환된 스티렌이다.
이러한 물질의 생산에 대한 상세 설명은 WO 99/07 927에 기술되어 있다.
그 입자 크기가 특별히 바람직한 범위에 있는 비드(bead) 중합체의 형태인 첨가제 중합체 및/또는 공중합체가 본 발명의 목적을 위하여 특별히 바람직하다. 예를 들면 섬유 중합체의 용융물에 혼합되어 본 발명에 따라 사용될 첨가 중합체 및/또는 공중합체는 0.1 내지 1.0mm의 평균 직경을 갖는 입자의 형태로 존재하는것이 바람직하다. 그러나 이보다 크거나 작은 비드 또는 과립(granule)도 또한 사용될 수 있다. 첨가 중합체 및/또는 공중합체가 또한 계량 첨가를 생략하여 매트릭스 중합체의 칩 안에 포함되어 있을 수도 있다.
무정형이며 폴리에스테르 매트릭스에서 불용성이 첨가 중합체 및/또는 공중합체가 또한 바람직하다. 이들은 바람직하게는 시차 주사 열량계법(differential scanning calorimetry)에 의해, 알려진 방식으로 측정된 90 내지 200℃의 유리 전이 온도를 갖는 것이 바람직하다. 추가적인 상세 설명은 종래 기술로부터, 예를 들어 WO 99/07927로부터 인식될 수 있으며, 이의 개시는 여기에 참조로서 병합된다.
첨가 중합체 및/또는 공중합체와 매트릭스 중합체의 용융 점도의 비율이 0.8:1 내지 10:1, 및 바람직하게는 1.5:1 내지 8:1의 범위이도록 첨가 중합체 및/또는 공중합체가 선택되는 것이 바람직하다. 용융 점도는 진동 전류계(oscillation rheometer)를 사용하여 진동 주파수 2.4Hz와 매트릭스 중합체의 용융 온도 더하기 28℃의 온도에서 알려진 방식으로 측정된다. PTMT에 대하여, 용융 점도가 측정되는 온도는 255℃이다. 추가의 상세 설명은 또한 WO99/07927에서 발견된다. 첨가 중합체 및/또는 공중합체의 용융점도는 매트릭스 중합체의 용융 점도보다 높은 것이 바람직하며, 첨가 중합체 및/또는 공중합체에 대한 특정 점도의 선택과 점도 비율의 선택은 얀 생산의 특성들을 최적화하는데 기여한다는 것이 결정되었다. 최적화된 점도 비율이 주어진다면, 첨가되는 첨가 중합체 및/또는 공중합체의 양을 최소화 할 수 있어서, 특히 공정의 경제성을 개선할 수 있다. 방사된 중합체 블렌드는 바람직하게는 0.05 내지 2.5중량%, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 2.0중량%의 첨가 중합체 및/또는 공중합체를 함유한다.
바람직한 점도 비율의 선택은 섬유에 있는 첨가 중합체 및/또는 공중합체의 요구되는 피브릴 구조와 결합된 중합체 매트릭스 내의 첨가 중합체 및/또는 공중합체의 입자 크기의 좁은 분산을 제공한다. 매트릭스 중합체와 비교하여 첨가 중합체 및/또는 공중합체의 높은 유리전이 온도는 방사된 섬유의 피브릴 구조의 빠른 강화를 보장한다. 평균적인 입자 크기는 400nm이하인데 반해, 첨가 중합체 및/또는 공중합체의 최대 입자 크기는 방사구로부터 탈출하자마자 약 1000nm에 이른다. 바람직한 피브릴 구조는 섬유가 아래로 연신된 후에 얻어지는데, 필라멘트는 적어도 60중량%의 첨가 중합체 및/또는 공중합체를 0.5 내지 20㎛ 범위의 길이와 0.01 내지 0.5㎛ 범위의 직경을 갖는 피브릴의 형태로 함유한다.
본 발명에 유용한 폴리에스테르는 열가소성으로 형성될 수 있는 것이 바람직하며 필라멘트로 방사되고 권취될 수 있다. 이러한 설명에서, 특별히 유리한 폴리에스테르는 0.70dl/g 내지 0.95dl/g 범위의 제한적인 점도 수를 갖는다.
폴리머 용융물은 예를 들어 중축합 플랜트의 최종 반응기로부터 직접 취할 수 있으며 또는 용융 압출기에서 고체 폴리머 칩으로부터 생산될 수 있다.
방사 첨가제의 하나의 알려진 혼합 방법은 용융 혹은 고체 형태로 계량하여 매트릭스 중합체에 넣고 균질하게 분산하여 미세한 입자를 만드는 것이다. DE 100 22 889에 기술된 장치가 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명의 공정에서, 폴리에스테르의 용융물 또는 용융 혼합물은 요구되는 섬유의 선밀도가 얻어지도록 알려진 공식으로 계산된 일정한 속도로 방사 펌프에의하여 방사구 팩(pack)으로 펌핑되어, 팩의 다이 플레이트(die plate)의 구멍을 통해서 압출되어 용융 필라멘트를 형성한다.
용융물은 예를 들어 압출 성형기의 중합체 칩으로부터 준비될 수 있으며, 상기 경우에 칩이 우선 수분 함량이 30ppm이하, 특히 15ppm 이하가 되도록 건조되는 것이 바람직하다.
일반적으로 방사 온도로 지칭되며, 방사 펌프 위에서 측정되는 용융물의 온도는 사용되는 중합체 또는 중합체 블렌드의 용융점에 의존한다. 방사 온도는 다음의 공식 1에 의하여 주어지는 범위에 위치하는 것이 바람직하다.
공식 1:
Tm+ 15℃ ≤ TSp≤Tm+ 45℃
여기서 Tm은 폴리에스테르의 용융점[℃]
TSp는 방사 온도[℃].
특정화된 파라미터는 매우 낮은 것이 바람직한, 가수분해 및/또는 열 점도 분해를 제한하는 역할을 한다. 본 발명의 문맥에서, 0.12 dl/g보다 작은, 특히 0.08 dl/g보다 작은 점도 분해가 바람직하다.
용융 균질성은 방사된 필라멘트의 성질에 직접적인 영향을 갖는다. 그러므로 용융물을 균질화하기 위하여 적어도 하나의 엘레멘트(element)를 갖으며 방사 펌프의 아래에 설치된 스테틱 믹서(static mixer)를 사용하는 것이 바람직하다.
방사 온도에 의존하는 다이 플레이트 온도는 플레이트의 제 2 가열 시스템에의하여 조정된다. 유용한 제 2 가열 시스템은 예를 들어 "디필(Diphyl)" 또는 부가적인 대류 또는 방사 히터에 의하여 가열된 방사 빔을 포함한다. 다이 플레이트의 온도는 통상적으로 방사 온도와 같다.
다이 플레이트에서의 온도 증가는 방사구 팩의 압력 구배를 통해서 얻어질 수 있다. 알려진 기원, 예를 들면 K. Riggert의 "Fortschritte in der Herstellung von Polyester-Reinfenkordgarn" Chemiefasern 21, 379 페이지(1971)는 100bar의 압력 강하마다 약 4℃의 온도 증가를 기술한다.
느슨한 필터 매개물, 특히 0.10mm와 1.2mm 사이, 바람직하게는 0.12mm와 0.75mm 사이의 평균 입자 크기를 갖는 강철 모래를 통하여 및/또는 40㎛ 이하의 섬도를 갖는 금속 직물 또는 부직포로부터 형성될 수 있는 필터 디스크를 사용함으로써 다이 압력을 조정하는 것도 또한 가능하다.
이에 더하여, 다이 구멍에서의 압력 강하는 전체 압력에도 기여한다. 다이 압력은 80bar와 450bar, 특히 100bar와 250bar 사이에서 설정되는 것이 바람직하다.
방사라인의 신장 비율 iSp, 즉 압출 속도에 대한 출발 속도의 비율은 미국 특허 5,250,245에 따라 아래의 공식 2를 통해서 중합체 또는 중합체 혼합물의 밀도, 방사구 구멍 직경 및 필라멘트의 선밀도로부터 계산된다.
공식 2:
iSp= 2.25 ·105·(δ·π)·D2(cm)/dpf(den)
(여기서
δ는 PTMT=1,12g/cm3에 대한 용융물의 밀도[g/cm3];
D는 방사구 구멍 직경[cm]
dpf는 필라멘트 당 데니어[den].)
본 발명의 목적을 위하여, 방사라인 신장 비율은 70과 500 사이, 바람직하게는 100과 250 사이이다.
방사구 구멍의 길이/직경의 비율은 1.5와 6 사이, 특히 1.5와 4 사이가 되도록 선택되는 것이 바람직하다.
압출된 필라멘트는 냉각 지연 구역을 통해서 지나간다. 냉각 지연 구역은 방사 팩의 바로 아래에 오목한 구역으로서 형성되며, 상기 구역에서 방사 구멍으로부터 발산되는 필라멘트가 냉각 가스의 직접적인 작용으로부터 보호되며 방사라인의 신장 또는 냉각이 지연된다. 오목부의 활성(active) 부분이 방사 빔으로의 방사 팩의 연장으로서 건설되어, 필라멘트는 가열된 벽에 의하여 둘러싸인다. 비활성(passive) 부분은 절연 층들과 가열되지 않은 프레임에 의하여 형성된다. 전체 길이 30 내지 200mm, 바람직하게는 30 내지 120mm에 대해, 활성 오목부의 길이는 0내지 100mm 사이이고 비활성 부분의 길이는 20 내지 120mm 사이이다.
활성 오목부에 대한 대안으로서, 재가열기(reheater)가 방사 빔의 아래에 설치될 수 있다. 활성 오목부와 대조적으로, 원형 또는 사각형 단면의 이 구역은 방사 빔과는 무관한 적어도 하나의 가열 시스템을 포함한다.
방사라인을 중심으로 둘러싼 방사상(radial) 다공성 냉각 시스템의 경우에,냉각 지연은 원통형의 덮개(shrouds)를 사용하여 달성될 수 있다.
필라멘트는 그 후에 고체화 온도 아래로 냉각된다. 본 발명의 목적을 위하여, 고체화 온도는 용융물이 고체 상태로 넘어가는 온도이다.
본 발명의 문맥에서, 필라멘트들이 실질적으로 더 이상 점착성이지 않은 온도까지 필라멘트를 냉각시키는 것이 특히 유리하다는 것이 정해졌다. 필라멘트를 그들의 결정화 온도 아래로 냉각시키는 것이 특히 유리하며, 그들의 유리 전이 온도 아래로 냉각시키는 것이 더욱 유리하다.
필라멘트를 냉각하거나 또는 냉각시키는 수단이 종래 기술로부터 알려져 왔다. 본 발명에 따라 냉각 가스, 특히 냉각 공기를 사용하는 것이 특히 유용하다. 냉각 공기의 온도는 12℃ 내지는 35℃의 범위, 특히 16℃ 내지 26℃의 범위인 것이 바람직하다. 냉각 공기의 속도는 0.20m/sec 내지 0.55m/sec의 범위인 것이 유리하다.
필라멘트는 예를 들어 관통된 벽을 가지는 단일 냉각 튜브를 포함하는 단일 단부(end) 시스템을 사용해서 냉각될 수 있다. 각각의 개별적 필라멘트의 냉각은 활성 냉각 공기 공급을 통해서 또는 필라멘트의 자기-흡인(self-suction) 효과를 사용하여 얻어진다. 개별적인 튜브의 대안으로서, 잘 알려져 있는 교차흐름(crossflow) 냉각 시스템을 사용하는 것도 가능하다.
냉각 및 방사라인 신장 구역의 특별한 실시예에서, 지연 구역으로부터 나오는 필라멘트는 10 내지 175cm, 바람직하게는 10 내지 80cm 길이인 구역에서 냉각 공기에 노출된다. 10 내지 40cm 길이의 구역은 필라멘트 당 1.5dtex 이하의 권취선밀도를 갖는 필라멘트에 대하여 특히 적합하고, 20 내지 80cm 길이의 구역은 필라멘트 당 1.5 와 9.0dtex 사이의 선밀도를 갖는 필라멘트에 대하여 특히 적합하다. 필라멘트와 그에 수반하는 공기는 그 후에 공동으로, 공기의 속도 대 출발 시의 방사라인 속도의 비율이 0.2 내지 20:1, 바람직하게는 0.4 내지 5:1인 비율에서, 단면 압축을 조절하고 방사라인 운송 방향을 특정 치수로 만들어서, 감소된 단면을 갖는 채널을 통과한다.
필라멘트가 고체화 점 아래의 온도로 냉각된 후에, 얀의 번들(bundle)을 형성하기 위하여 수렴된다. 본 발명에 따른 방사구의 하부 면으로부터 수렴 지점까지의 적절한 거리는 얀 속도 및/또는 얀 온도의 종래의 온라인 측정 방법, 예를 들어 독일의 TSI사의 레이저 도플러 풍력계 또는 독일의 Goratec사의 타입 IRRIS 160 적외선 카메라를 사용하여 결정될 수 있다. 상기 적절한 거리는 500 내지 2500mm의 범위이며, 바람직하게는 500 내지 1800mm의 범위이다. 4.5dtex 이하의 방사시 선밀도를 갖는 필라멘트는 1500mm 이하의 작은 거리에서 멀티필라멘트 번들로 수렴되는 것이 바람직하며, 이보다 두꺼운 필라멘트는 이보다 더 큰 거리에서 수렴되는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적을 위해서 바람직하게는 방사된 필라멘트와 접촉하는 모든 표면이 특히 저-마찰 물질로 직조되는 것이 유리하다. 이는 실질적으로 필라멘트의 절단을 방지하고 높은 품질의 필라멘트 얀을 제공한다. 독일의 Ceramtec사의 명세서의 "TriboFil"의 저-마찰 표면이 특히 이러한 목적에 적절하다.
필라멘트는 얀에 요구되는 방사 후가공제(spin finish)의 양을 균일한 속도로 공급하는 급유기 핀으로 수렴된다. 특히 적합한 급유기 핀은 삽입부, 오일 삽입 오리피스를 갖는 얀 덕트 및 배출부에 의하여 특징지어진다. 삽입부는 깔때기 같아서 아직 건조한 필라멘트와의 접촉을 방지한다. 필라멘트의 접촉 지점은 방사 후가공제가 공급되고 나서 얀 덕트의 내부에서 일어난다. 얀 덕트 및 오일 삽입 오리피스의 폭은 얀의 선밀도와 필라멘트의 수에 맞추어진다. 1.0mm 내지 4.0mm의 폭과 오리피스가 특히 적절하다. 급유기 핀의 배출부는 균일화 구역으로서 형성되어, 오일 저장고를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 급유기는 독일의 Ceramtec사 또는 미국의 Goulston사로부터 얻을 수 있다.
오일 적용의 균일성은 본 발명에서 매우 중요하다. 균일성은 예를 들어 Chemiefasern/Textilindustrie, 42/94 1992년 11월, 896페이지에 기술된 방법으로 로사 미터(Rossa meter)를 사용하여 결정될 수 있다. 그러한 공정은 오일의 적용에 대하여 90digits 보다 작고, 특히 60digits 보다 작은 표준 편차 값을 제공하는 것이 바람직하다. 오일의 적용에 대하여 45digits보다 작고, 특히 30digits보다 작은 표준 편차 값이 본 발명의 목적을 위해서 특히 바람직하다. 90 또는 45digits의 표준 편차 값은 각각 대략 6.2% 또는 3.1%의 변동 계수(coefficient of variation)에 해당한다.
가스 기포는 오일의 적용에 있어서 상당한 변동을 불러일으킬 수 있으므로, 본 발명의 목적을 위해서 방사 후가공제 라인과 펌프가 가스 기포를 방지하기 위하여 자동-가스배출(self-degassing)이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라서, 필라멘트는 얀이 권취되기 전에 충분히 얽히는 것이 바람직하다. 본 발명의 문맥에서, 제트 시스템은 낮은 얀 장력과 높은 공기압에서도 공급 슬롯에서 얀의 문질러짐을 방지하므로, 폐쇄 얀 덕트를 갖는 제트가 특별히 적절한 것이 발견되었다. 얽힘 제트(entangling jets)는 바대의 사이에 설치되는 것이 바람직하고, 얀의 탈출 장력은 삽입부와 배출부 바대의 다른 속도를 통해서 조절된다. 얀의 탈출 장력은 0.20cN/dtex를 넘어서서는 안되며 근본적으로 0.05cN/dtex와 0.15cN/dtex 사이의 값을 가져야 한다. 얽힘 공기압은 0.5와 5.5bar 사이, 또는 3500m/min의 권취 속도의 경우에 최대 3.0bar이다.
얀은 적어도 10n/m의 결절 수(node count)로 얽히는 것이 바람직하다. 100cm 미만의 최대 무결절 간격과 100% 아래의 결절 수 계수 변동 값이 특히 유리하다. 1.0bar를 넘는 공기압의 채용이 15n/m 이상의 결절 수를 제공하여 유리한데, 이러한 결절 수는 변동 계수가 70%보다 크지 않으며 최대 무결절 간격이 50cm인 높은 균일성으로 특징지어진다. 실제 사용에서는, 독일의 Temco 사에서 나온 LD 타입의 시스템, 미국의 Slack& Parr사에서 나온 이중 시스템, 또는 Heberlein사에서 나온 폴리젯이 특별히 유용하다는 것이 밝혀졌다.
제 1 바대 부의 원주의 속도가 출발 속도로 칭해진다. 추가적인 바대 시스템이 틀(formers) 상에 패키지(보빈)를 형성하기 위한 권취 조립체에 얀이 권취되기 전에 채용될 수 있다.
안정적이고, 결함이 없는 패키지는 얀의 결함이 없는 권취와 이상적인 결합이 없는 후속 공정을 위한 기본적인 선행조건이다. 그러므로, 본 발명의 문맥에서, 0.025cN/dtex 내지 0.15cN/dtex의 범위, 바람직하게는 0.03cN/dtex 내지0.08cN/dtex의 범위의 권취 장력이 채용된다.
본 발명에 따른 공정에서 중요한 파라미터는 출발 바대 위와 출발 바대 사이에서 설정된 얀의 장력이다. 앞으로 밝혀질 것처럼, 이 장력은 Hamana의 실제 배향 장력, 얀 가이드와 급유기 상의 마찰 장력, 및 얀-공기 마찰 장력으로 주로 구성된다. 본 발명의 목적을 위하여, 출발 바대 위와 출발 바대 사이에서 얀 장력은 0.05cN/dtex 내지 0.20cN/dtex의 범위, 바람직하게는 0.08cN/dtex 내지 0.15cN/dtex의 범위이다.
0.05cN/dtex 미만의 극도로 낮은 장력은 요구되는 부분 배향도를 제공하지 못한다. 장력이 0.20cN/dtex를 초과할 때, 이 장력은 보빈을 권취하고 보관하는 중에 얀의 파라미터의 악화를 유도하는 기억 효과(memory effect)를 유도할 것이다.
본 발명에 따라서 장력은 젯 방사구로부터 급유기의 거리, 마찰 표면, 및 급유기와 출발 바대 사이의 간격의 길이에 의하여 조정된다. 이 길이는 6.0m이하, 바람직하게는 2.0m 미만인 것이 유리하며, 방사 시스템과 출발 기계는 얀이 일직선의 경로를 가지도록 평행한 구성으로 설치된다.
기하학적 파라미터들도 또한 수렴 지점과 권취 지점 사이에서의 얀의 조정 시간을 기술한다. 상기 기간 동안의 신속한 이완은 성형되는 패키지의 품질에 영향을 갖는다. 이렇게 정의된 조정 시간은 50과 200ms 사이이도록 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 POY의 권취 속도는 2200m/min과 6000m/min이다. 2500m/min과 6000m/min 사이의 속도를 선택하는 것이 바람직하다. 중합체 블렌드가 3500m/min부터 6000m/min까지 범위의 속도에서 권취되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 공정은 얀 패키지의 환경을 온도가 45℃이하, 특히 12℃와 35℃ 사이이며, 상대 습도가 40 내지 85%이도록 조절함으로써 수행되는 것이 유리하다. POY 패키지를 추가 공정의 전에 적어도 4시간 동안 12 내지 35℃와 40 내지 85%의 상대습도에서 저장하는 것이 더욱 유리하다.
표준 조건 하에서 4주 동안 저장되고 난 후, 본 발명에 따른 필라멘트는 다음과 같은 성질을 갖는다.
a)90과 165% 사이, 바람직하게는 90과 135% 사이의 절단 신장,
b)적어도 30%, 바람직하게는 40% 이상인 증발 수축,
c)1.1% 미만, 바람직하게는 0.9% 미만의 정상 균제도(Uster),
d)0.030과 0.058사이의 복굴절,
e)1.35g/cm3, 바람직하게는 1.33g/cm3미만인 밀도,
f)4.5% 이하, 바람직하게는 2.5% 이하의 절단 하중 변동 계수,
g)4.5% 이하, 바람직하게는 2.5% 이하의 절단 신장 변동 계수.
"표준 조건"이란 용어는 기술분야의 당업자에게 알려져 있으며 DIN 53802 표준을 통해서 정의되어 있다. DIN 53802에 따른 "표준 조건" 하에서, 온도는 20±2℃이며, 상대 습도는 65±2%이다.
본 발명의 목적을 위해서 권취 바로 직후에 측정되었을 때 증발 수축이 50과 65% 사이이며, 표준 조건 하에서 4주 동안 저장한 후에 적어도 30%, 바람직하게는 40%이상인 것이 특히 유리하다. 놀랍게도 이러한 방식으로 생산된 POY 보빈은 탁월한 추가 공정의 성질을 갖는다는 것이 결정되었다.
지시된 물질 파라미터의 결정 방법들은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 이 방법들은 기술 문헌으로부터 인식될 수 있다. 대부분의 파라미터들이 다양한 방법으로 결정될 수 있지만, 필라멘트 파라미터를 결정하기 위한 하기의 방법이 본 발명의 목적을 위하여 특별히 유리함이 증명될 것이다.
고유 점도는 Ubbelohde사의 세관 점도계로 25℃에서 측정되며 알려진 공식을 사용하여 계산된다. 사용되는 용매는 페놀과 1,2-디클로로벤젠의 중량/중량 비율로 3:2 혼합물이다. 용액의 농도는 100ml 용액 당 0.5g의 폴리에스테르이다.
녹는점, 결정화 온도 및 유리 전이 온도는 각각 Mettler 사의 DSC 열량계를 사용하여 결정된다. 샘플이 용융을 위하여 초기에 280℃까지 가열되고 그 후 식혀진다. DSC 측정은 20℃부터 280℃까지의 범위에서 10K/min의 가열 속도로 행해진다. 보고된 온도는 프로세서(processor)에 의하여 결정된다.
필라멘트 밀도는 23±0.1℃의 온도에서 밀도 구배 칼럼에서 결정된다. n-헵탄(C7H16)과 사염화탄소(CCl4)가 사용되는 시약이다. 밀도 측정의 결과는 무정형 폴리에스테르의 밀도 Da와 결정 폴리에스테르의 밀도 Dk를 기준으로 하여 결정화도를 계산하는데 사용될 수 있다. 계산법은 문헌에 기술되어 있으며 PTMT의 경우에, 예를 들어 상기에 해당하는 값은 Da=1.295g/cm3이고, Dk=1.429g/cm3이다.
선밀도(linear density)는 알려진 방법으로 정밀 릴(precision reel)과 무게 재는 수단(weighing mean)을 사용하여 결정된다. 사용되는 프리텐션(pretension)은POY의 경우에 0.05cN/dtex, DTY의 경우에 0.2cN/dtex인 것이 유리하다.
절단 강도와 절단 신장은 다음과 같은 조건 하에서 Statimat 장치를 사용하여 결정된다. 죄어진 길이(clamped length)는 POY에 대하여 200mm, DTY에 대하여 500mm이며, 신장 속도는 POY에 대하여 2000mm/min, DTY에 대하여 1500mm/min이며, 프리텐션은 POY에 대하여는 0.05cN/dtex, DTY에 대하여는 0.2cN/dtex이다. 절단 강도를 결정하기 위한 최대 절단 하중 값은 선밀도에 의하여 분할되며, 절단 신장은 최대 하중에서 결정된다.
증발 수축은 필라멘트 타래(skeins)를 물에서 95±1℃의 온도에서 10±1분 동안 장력이 없는 상태로 처리함으로써 결정된다. 타래는 POY에 대하여는 0.05cN/dtex, DTY에 대하여는 0.2cN/dtex의 프리텐션에서 감음으로써 준비된다. 열처리 전후의 타래의 길이 측정은 0.2cN/dtex에서 수행된다. 길이의 차이는 알려진 방법으로 증발 수축을 계산하는데 사용된다.
복굴절은 DE 19,519,898에 기술된 방법으로서 결정되는데, 이러한 독일 특허의 개시는 여기서 참조로서 병합된다.
텍스쳐 가공된 필라멘트의 권축(crimp) 파라미터는 120℃의 완화(release) 온도에서 DIN 53840 1부에 따라서 독일의 Stein사의 Texturmat 장치를 사용하여 측정된다.
정상 균제도 값은 4-CX 균제도 시험기를 사용하여 결정되며 균제도 % 값으로 보고된다. 시험 속도는 100m/min이고 시험 시간은 2.5분이다.
본 발명에 따른 POY는 추가 가공하기에, 특히 드로오 텍스쳐 가공하기에 간단하다. 본 발명에서, 드로오 텍스쳐 가공은 적어도 500m/min의 텍스쳐 가공 속도 특히 바람직하게는 적어도 700m/min의 텍스쳐 가공 속도에서 수행되는 것이 바람직하다. 연신 비율은 적어도 1.35:1 그리고 특히 적어도 1.40:1인 것이 바람직하다. 예를 들면, Barmag사의 AFK 기계와 같은, 고온 히터 타입의 기계 상에서 드로오 텍스쳐 가공하는 것이 특별히 유리할 것이다.
이러한 식으로 생산된 벌키 필라멘트는 낮은 결함 수를 보이며, 비등점에서 캐리어 없이 분산 염료(Terasil Navy)로 염색하는 경우에 탁월한 색조의 심도와 색상의 균일성을 보인다.
본 발명에 따라 생산된 벌키 SET 필라멘트는 26cN/dtex 이상의 절단 강도와 36% 이상의 절단 신장을 갖는다. 제 2 히터에서의 열 처리 없이 얻어지는 벌키 HE 필라멘트의 경우에, 절단 강도는 바람직하게는 26cN/dtex 이상이며 절단 신장은 30%이상이다.
본 발명에 따른 필라멘트의 벌크와 탄성 행동은 탁월하다.
본 발명이 이러한 실시예들로 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 실시예가 좀더 특별하게 기술될 것이다.
실시예 1 내지 3
방사 및 권취
(2.4Hz와 255℃에서 측정된)용융 점도 325Pa·s, 0.93dl/g의 고유 점도, 227℃의 녹는점, 72℃의 결정화 온도 및 45℃의 유리 전이 온도를 지닌 PTMT 칩이 11ppm의 수분 함유량이 되도록 130℃에서 굴려지며 건조되었다.
칩은 Barmag사의 3E4 압출기에서 용융되어, 용융물의 온도가 255℃가 된다. 이 용융물은 이에 0.1%미만의 잔여 수분 함량이 되도록 먼저 건조된 독일의 Rohm Gmbh사의 플레시글라스(Plexiglas) 7N 폴리메틸 메타크릴레이트의 다양한 양을 신장성 증강제로서 첨가한다.
이러한 목적을 위하여, 용융 압출기에서 용융된 첨가 중합체는 기어 휠(gear wheel) 계량 펌프를 사용하여 공급 수단으로 공급되며 공급 수단으로부터 인젝션 노즐(injection nozzle)을 통해서 폴리에스테르 성분의 흐름 방향으로 공급된다. 두 개의 용융물이 15개의 엘레멘트와 15mm의 내부 직경을 갖는 SMX Sulzer사의 스테틱 믹서에서 균질화되고 미세하게 분산되었다.
플렉시글라스 7N의 용융 점도는 810Pa·s(2.4Hz, 255℃)였으며, 그 결과로서 첨가제와 폴리에스테르 용융물의 점도의 비율은 2.5:1이었다.
용융물의 체류시간은 6분이며 운송되는 양은 63g/min이고, 방사 펌프로부터 방사구 팩으로 계량되는 양은 POY 선밀도가 약 102dtex가 되도록 조절되었다. 다양한 권취 속도 설정이 사용되었다. Fluitec 사의 HD-CSE 타입의 스테틱 믹서의 10mm의 직경을 갖는 하나의 엘레멘트가 방사 펌프의 아래 지점이지만, 방사구 팩의 진입 지점의 위에 설치되었다. 펌프와 방사구 팩을 포함하는, 생산 라인과 방사 블록을 위한 제 2 가열 시스템은 255℃로 설정되었다. 방사구 팩은 30mm 높이의 350내지 500㎛의 강철 모래, 그리고 20㎛ 부직포 필터 및 40㎛ 직물 필터를 필터 매체로서 포함한다. 용융물은 0.25mm의 직경과 1.0mm의 길이를 지닌 34개의 구멍을 지닌 80mm 직경의 방사구 플레이트를 통해서 압출된다. 다이의 압력은 120 내지 140bar이다.
냉각 지연 구역은 길이로 100mm이며, 30mm는 가열된 벽으로 그리고 70mm는 절연 및 가열되지 않은 프레임으로 만들어진다. 용융된 필라멘트는 1500mm의 길이에 대해 방사라인에 대하여 수평으로 흐르는 공기를 통해서 식혀진다. 냉각 공기는 온도 18℃와 상대 습도 80%, 및 0.35m/sec의 유속을 갖는다. 필라멘트는 방사구 아래의 약 800mm의 거리에서 고체화된다.
방사구로부터 1050mm의 거리에 위치된 얀 급유기가 단부들이 수렴되기 전에 방사 후가공제를 적용하기 위하여 사용된다. 급유기는 TriboFil 표면을 갖으며 직경 1mm의 삽입부 개구를 갖는다. 적용되는 방사 후가공제의 양은 섬유의 질량을 기준으로 0.40%이다.
그 후 수렴된 방사라인은 권취 기계로 공급된다. 급유기와 제 1 출발 바대 사이의 거리는 3.2m이다. 조정 시간은 105와 140ms의 사이이다. 한 쌍의 바대가 얀에 의하여 S모양으로 감싸진다. Temco 얽힘 젯이 바대의 사이에 위치하는데, 이는 1.5bar의 공기압을 사용하여 작동된다. 속도 설정과 일치하여, Barmag SW6 권취기의 권취 속도는 권취 얀의 장력이 5cN이 되도록 설정된다. 실내 조건은 24℃, 60%상대습도로 조절되어 그 결과로서 얀 패키지의 환경이 약 34℃의 온도가 되도록 한다.
첨가되는 첨가제의 모든 양에 대하여 생산성의 상당한 증가가 얻어진다. 생산된 10Kg 보빈이 권취 맨드렐로부터 쉽게 제거될 수 있다. 얻어진 POY 얀은 DIN 53802에 정의된 표준 조건 하에서 4주 동안의 저장 기간 내내 시간의 경과에 따른 얀의 성질의 항상성이 양호한 점이 주지된다. 방사와 권취 직후의 증발 수축은 51 내지 54%의 범위인 것으로 밝혀졌다. 얻어진 텍스쳐 가공성(texturability)과 염색의 균일성은 탁월함이 밝혀졌다. 사용된 연신 비율은 사용된 POY 속도에 비해서 놀랍게도 높다.
다른 파라미터와 특성 데이터가 표 1 내지 4에 요약된다.
실험 매개변수
실험 파라미터 실시예 1 실시예 2 실시예 3
첨가제 농도 [%] 0.5 0.7 1.0
출발 속도 [m/min] 3011 3520 4022
권취 속도 [m/min] 3005 3500 4000
방사라인 신장 비율 183 182 181
얀 장력
바대 위1 [cN] 13 15.5 16
바대 사이1 최댓값 [cN] 12 13 12.5
바대 위2 [cN/dtex] 0.13 0.15 0.16
바대 사이2 최댓값 [cN/dtex] 0.11 0.13 0.12
얀 장력1 [cN] 6.3 5.9 6.4
얀 장력2 [cN/dtex] 0.062 0.058 0.062
1: 절대값
2:선밀도에 기준하여
PTMT POY 필라멘트 1의 물성
물성 실시예 1 실시예 2 실시예 3
선밀도 [dtex] 102 102.5 103
절단 강도 [cN/dtex] 20.2 21.8 22.3
절단 신장 [%] 132.7 115.4 98.2
정상 균제도 [%] 0.80 0.90 0.94
증발 수축 [%] 48 44 38
복굴절·103 Δn 36 47 51
밀도 [g/cm3] 1.315 1.318 1.320
절단 하중 CV [%] 1.7 1.5 2.1
절단 신장 CV [%] 1.9 1.9 3.3
CV:변동 계수
1: 정상 조건 하에서 4주동안 보관 후에 측정된 값
드로오 텍스쳐 가공
PTMT 필라멘트 보빈이 DIN 53802에 정의된 표준 조건 하에서 4주 동안 저장되고 나서 Barmag FK6-S-900 드로오 텍스쳐 가공 기계에 보내졌다. SET 필라멘트를 생산하기 위한 드로오 텍스쳐 가공에 대한 실험 파라미터는 표 3에 요약되며 결과적인 벌키 SET 필라멘트의 물성은 표 4에 요약된다.
텍스쳐 가공 결함은 다음의 제한적인 값 설정:UP/LP=3.0, UM/LM=6.0cN에서 Barmag의 UNITENS 시스템을 사용하여 결정된다.
드로오 텍스쳐 가공의 실험 파라미터들
실험 파라미터들 실시예 1 실시예 2 실시예 3
속도 [m/min] 700 700 700
연신 비율 1:1.70 1:1.60 1:1.44
D/Y 비율 2.1 2.1 2.1
히터 1 온도 [℃] 155 155 155
히터 2 온도 [℃] 160 160 160
텍스쳐 가공 결함 [n/10 km] 0 0 0
얀 장력
F1, 조립체 위 [cN] 17 18 19
F2, 조립체 아래 [cN] 19 21 21
F2-CV [%] 0.78 0.93 0.89
F2-CV: F2의 변동 계수
드로오 텍스쳐 가공된 필라멘트의 물성
물성 실시예 1 실시예 2 실시예 3
선밀도 [dtex] 67 69 79
절단 강도 [cN/tex] 26.9 29.6 28.2
절단 신장 [%] 38.6 37.8 38.0
염색성 조사 균일 균일 균일
권축 강성도(crimp rigidity) [%] 84 85 79
권축 수축 [%] 25 24 23
본 발명은 방사 첨가제를 사용하여 폴리에스테르 필라멘트의 전체 중량을 기준으로 하여 90중량% 이상의 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT), 바람직하게는 PTMT를 포함하는 POY 폴리에스테르 필라멘트의 방사와 권취에 이용 가능하며, 또한 상기 공정에 의하여 얻어진 POY 폴리에스테르 필라멘트에 산업상 이용 가능하다. 본 발명은 또한 방사되고 권취된 폴리에스테르 필라멘트의 드로오 텍스쳐 가공과 상기 공정에 의하여 얻어진 벌키 폴리에스테르 필라멘트에 산업상 이용 가능하다.

Claims (9)

  1. 폴리에스테르 필라멘트의 전체 중량을 기준으로 90중량% 이상의 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTMT)를, 바람직하게는 PTMT를 포함하는 POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산 및 권취 방법으로서,
    a) 방사라인의 연신 비율을 70 내지 500의 범위로 설정하는 단계,
    b)필라멘트를 방사구로부터 나오자마자 30mm 내지 200mm 길이의 냉각(quench) 지연 구역을 통과시키는 단계,
    c)필라멘트를 고체화 온도 아래로 냉각하는 단계,
    d)필라멘트를 방사구의 하부 면으로부터 500mm와 2500mm 사이의 거리에서 수렴시키는 단계,
    e)출발 바대(godets)의 사이 및 출발 바대 위에서의 얀 장력을 0.05cN/dtex 내지 0.20cN/dtex 사이로 설정하는 단계,
    f)얀을 0.025cN/dtex 내지 0.15cN/dtex 사이의 얀 장력으로 권취하는 단계,
    g)권취 속도를 2200m/min과 6000m/min 사이로 설정하는 단계, 및
    h)전체 필라멘트의 중량을 기준으로 0.05중량% 내지 2.5중량%의 첨가 중합체 신장성 증강제(extensibility enhancer)를 혼합물에 포함하는 폴리에스테르를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산 및 권취 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 0.7dl/g부터 0.95dl/g까지의 범위에서 제한적인 점도 값을 갖는 PBT 및/또는 PTMT가 사용되는 것을 특징으로 하는, POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산 및 권취 방법.
  3. 제 1항 및/또는 제 2항에 있어서, 상기 권취 단계는 얀 패키지의 주위 환경을 45℃이하의 온도로 설정하여 실행되는 것을 특징으로 하는, POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산 및 권취 방법.
  4. 선행하는 청구항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, POY 보빈이 후속 공정에 앞서 12 내지 35℃, 40 내지 85%의 상대 습도에서 적어도 4시간 동안 저장되는 것을 특징으로 하는, POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산 및 권취 방법.
  5. 선행하는 청구항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 권취 속도는 2500m/min과 6000m/min의 사이로 설정되는 것을 특징으로 하는, POY 폴리에스테르 필라멘트의 생산 및 권취 방법.
  6. 선행하는 청구항 중 적어도 어느 한 항에서 청구된 방법에 의하여 얻어지는 POY 폴리에스테르 필라멘트로서, 상기 필라멘트가 DIN 53802에 정의된 표준 조건 하에서 4주 동안 보관되고 난 후에,
    a)90과 165% 사이의 절단 신장,
    b)적어도 30%의 증발 수축,
    c)1.1% 미만의 정상 균제도(Uster),
    d)0.030과 0.058사이의 복굴절,
    e)1.35g/cm3, 바람직하게는 1.33g/cm3미만인 밀도,
    f)4.5% 이하의 절단 하중 변동 계수,
    g)4.5% 이하의 절단 신장 변동 계수를 갖는 것을 특징으로 하는, POY 폴리에스테르 필라멘트.
  7. 벌키 폴리에스테르 필라멘트의 생산 방법으로서,
    제 6항의 필라멘트가 연신-텍스쳐 가공 기계에서 적어도 500m/min의 속도와 적어도 1.35:1의 연신 비율로 처리되어 벌키 얀이 되는 것을 특징으로 하는, 벌키 폴리에스테르 필라멘트의 생산 방법.
  8. 제 7항의 방법에 의하여 얻어지는 벌키 폴리에스테르 SET 필라멘트로서,
    상기 필라멘트의 절단 강도는 26cN/dtex이상이고, 절단 신장은 36%이상인 것을 특징으로 하는, 벌키 폴리에스테르 SET 필라멘트.
  9. 제 7항의 방법에 의하여 얻어지는 벌키 폴리에스테르 HE 필라멘트로서,
    상기 필라멘트의 절단 강도는 26cN/dtex이상이고, 절단 신장은 30%이상인 것을 특징으로 하는, 벌키 폴리에스테르 HE 필라멘트.
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