KR20030066733A - 내마모성이 개선된 실 및 직물 - Google Patents

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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 내마모성이 개선된 실 및 이 실로 제조한 직물, 및 이러한 실 및 직물의 제조 방법에 관한 것이다. 실은 (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체의 실 40 중량％ 이하 (성분 (a) 및 (b)만의 전체 중량 기준)을 포함하고, 실 또는 이 실을 포함하는 직물은 성분 (b)의 섬유의 융점 이하의 온도에서 열처리된다.

Description

내마모성이 개선된 실 및 직물 {Yarn and Fabric Having Improved Abrasion Resistance}
내마모성 또는 내절단성 실을 포함하는 장갑과 같은 보호 의복은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,822,791호에는 절단 및 액체의 침투에 대해 내성이 있는 보호 장갑이 개시되어 있다. 이 장갑은 아라미드 섬유로 제조된 실과 같은 내절단성 실, 천연 섬유로 이루어진 중간 층, 및 액체에 대해 불투과성인 가요성의 탄성체 재료로 이루어진 외부 층으로 제조된다.
미국 특허 제6,021,523호에는 산화된 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리아크릴레이트 실의 상부 커버로 감겨진 아라미드 섬유로 형성된 직물을 사용하여 제조한 내열 및 내마모성의 손 덮개가 개시되어 있다. 아라미드 섬유는 증기로 컨디셔닝된 후, 내점화성 왁스 또는 유기 실리콘 화합물로 컨디셔닝된다.
내절단성 및 내마모성 장갑은 전형적으로 장갑을 날카로운 물체에 반복적으로 노출시키는 적용분야에 사용된다. 이러한 노출 결과, 장갑은 착용 기간이 제한되고, 빈번한 교체가 요구된다.
미국 특허 제4,920,000호에 나타난 바와 같이, 아라미드 섬유를 나일론과 같은 내마모성이 높은 다른 섬유와 블렌딩하여 장갑의 내마모성을 개선하려는 시도들이 있어 왔다. 이러한 아라미드 및 나일론 섬유의 블렌드에 의해 이루어지는 물품의 내마모성 개선은 블렌드 중의 나일론 섬유의 양에 비례하나, 이러한 물품에서 개선은 여전히 제한되어 있다.
따라서, 실 및 직물로부터 제조된 장갑과 같은 물품의 착용 기간이 연장되도록 내절단성 및 내마모성이 개선된 실 및 직물을 제공하는 것이 당업계에 요망된다.
<발명의 요약>
본 발명은 내마모성이 개선된 실, 이 실을 포함하는 직물, 및 이러한 실 또는 직물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 실은 (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체로 이루어진 섬유 40 중량％ 이하 ((a) 및 (b) 만의 전체 중량 기준)를 포함하고, 실은 성분 (b)의 섬유의 융점 미만의 온도에서 열처리된다. 실의 열처리는 실을 직물로 제조하기 전 또는 후에 실시할 수 있다.
본 발명은 내마모성 실 및 직물 분야에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 내마모성 또는 내절단성 섬유를 포함하는 실 및 직물 분야에 관한 것이다.
본 발명은 통상의 내마모성 실 및 직물에 비해 증가된 내마모성을 가지면서도 바람직하지 못하게 뻣뻣하지는 않은 실 및 이 실을 포함하는 직물에 관한 것이다.
본 발명의 실은 (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체로 이루어진 섬유 40 중량％ 이하를 포함한다. 본 발명의 중요한 면은 실 또는 이 실을 포함하는 직물을 성분 (b)의 섬유의 융점 이하의 온도에서 열처리한다는 것이다.
본 발명의 실 또는 직물의 성분 (a)에 사용되는 아라미드 섬유는 파라-아라미드 섬유이다. 파라-아라미드 섬유는 파라-아라미드 중합체로부터 제조된 섬유 또는 강직성 막대 중합체로 공지되어 있는 것으로부터 제조된 섬유를 의미한다. 바람직한 중합체는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) (PPD-T)이다. PPD-T는 p-페닐렌 디아민 및 테레프탈로일 클로라이드의 몰-대-몰 중합으로부터 생성된 단독중합체 및 또한 p-페닐렌 디아민에 소량의 다른 디아민을 혼입하고, 테레프탈로일 클로라이드에 소량의 다른 2산 클로라이드를 혼입하여 생성한 공중합체를 의미한다. 일반적으로, 다른 디아민 및 다른 2산 클로라이드는 다른 디아민 및 2산 클로라이드가 중합 반응에 관여하는 반응성 기를 갖지 않는 한, p-페닐렌 디아민 또는 테레프탈로일 클로라이드의 약 10 몰％ 이하의 양으로 사용할 수 있다. 용어 PPD-T는 다른 방향족 디아민 및 방향족 2산 클로라이드가 파라-아라미드의 특성에 부정적인 영향을 미치지 않는 양으로 존재하는 한, 다른 방향족 디아민 및 다른 방향족 2산 클로라이드, 예를 들면 2,6-나프탈로일 클로라이드 또는 클로로- 또는 디클로로테레프탈로일 클로라이드를 혼입하여 생성된 공중합체를 또한 포함한다.
섬유에는 파라-아라미드와 함께 첨가제를 사용할 수 있으며, 10 중량％ 이하의 다른 중합체 재료를 아라미드와 블렌딩하거나, 또는 아라미드의 디아민을 대신한 다른 디아민이 10％ 이하이거나 또는 아라미드의 2산 클로라이드를 대신한 다른 2산 클로라이드가 10％ 이하인 공중합체를 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
p-아라미드 섬유는 당업계에 널리 공지된 방법으로 제조할 수 있으며, 일반적으로 p-아라미드의 용액을 모세관을 통해 응고욕 내로 압출시켜 방사한다. 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)의 경우, 용액을 위한 용매는 일반적으로 진한 황산이고, 압출은 일반적으로 공기 간격(air gap)을 통과하여 차가운 수성의 응고욕 내로 실시된다.
본 발명의 성분 (b)의 섬유는 나일론, 폴리에스테르 또는 이들의 블렌드의 섬유일 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "나일론"은 폴리헥사메틸렌 아디프아미드(나일론 66), 폴리카프로락탐(나일론 6), 폴리부티로락탐(나일론 4), 폴리(9-아미노노난산)(나일론 9), 폴리에난토락탐(나일론 7), 폴리카프릴락탐(나일론 8), 폴리헥사메틸렌 세바스아미드(나일론 6,10) 등을 포함한 지방족 폴리아미드 중합체를 의미한다. 폴리헥사메틸렌 아디프아미드(나일론 66)이 바람직한 나일론이다.
"나일론 섬유"는 나일론으로 제조한 임의의 섬유를 의미한다. 나일론 섬유는 일반적으로 나일론 중합체의 용융물을 모세관을 통해 기상 응고 매질 내로 압출하여 방사하거나 또는 당업계에 공지된 다른 방법으로 방사한다.
본원에 사용되는 용어 "폴리에스테르"는 디올과 디카르복실산을 축합하여 합성한 중합체를 의미한다.
"폴리에스테르 섬유"는 폴리에스테르로부터 제조된 임의의 섬유를 의미한다. 폴리에스테르 섬유는 용융 방사법 및 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 용융된 중합체로부터 방사된다.
본 발명의 실은 성분 (b)의 섬유를 약 40 중량％ 이하로 포함할 수 있다. 성분 (b)의 섬유를 보다 많은 양으로 사용할 수 있으나, 그에 의해서는 실 또는 실을 사용하여 제조한 직물의 내마모성 증가가 관찰되지 않는다. 실 중의 섬유의 바람직한 범위는 성분 (a)의 섬유 약 70 내지 약 95 중량％ 및 성분 (b)의 섬유 약 5 내지 약 30 중량％이고, 보다 바람직한 범위는 성분 (a)의 섬유 약 75 내지 약 90 중량％ 및 성분 (b)의 섬유 약 10 내지 약 25 중량％이다. 상기 중량％는 오로지 성분 (a) 및 성분 (b)의 상대량을 기준으로 한 것이다.
성분 (a) 및 (b)의 섬유는 바람직하게는 특정 길이 및 특정 선밀도의 스테이플 섬유이다. 본 발명에 사용하기 위해, 2.5 내지 15 센티미터(1 내지 6 인치)의 합성 섬유 스테이플 길이를 사용할 수 있으며, 3.8 내지 11.4 센티미터(1.5 내지 4.5 인치)의 길이가 바람직하다. 섬유의 선밀도는 0.5 내지 7 데시텍스, 바람직하게는 1 내지 3 데시텍스일 수 있다.
섬유는 임의의 통상적인 수단, 예를 들어 링 방적, 에어-젯 방적, 무라타-젯 방적 또는 마찰 방적을 사용하여 실로 방적할 수 있다. 방적된 실은 함께 꼬아서 합연사로 제조할 수 있다.
본 발명의 중요한 면은 실 또는 직물을 열처리한다는 것이다. 이 열처리를 실에 대해 실시한 후, 이 실을 제직물 또는 편성물로 제조할 수 있다. 이 직물은 실을 열처리하지 않은 직물에 비해 내마모성의 증가를 나타낸다. 또한, 열처리하지 않은 실을 제직물 또는 편성물로 제조한 후, 이 직물을 열처리할 수 있다. 이직물 또한 실을 열처리하지 않은 직물에 비해 내마모성의 증가를 나타낸다.
제직물 또는 편성물은 본 발명의 실을 100 중량％ 포함할 수 있다. 바람직하게는, 직물은 본 발명의 실을 10 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 40 중량％ 이상 포함한다.
실 또는 직물은 성분 (b)의 융점 미만의 온도에서 열처리해야 한다. 일반적으로, 실 또는 직물은 약 100 내지 약 300℃의 온도에서 약 10 내지 약 20분 동안 열처리해야 한다. 바람직한 온도는 150 내지 300℃이고, 보다 바람직한 온도는 약 200 내지 약 250℃이다. 다르게 말하면, 실 또는 직물은 성분 (b)의 융점의 약 90％ 미만의 온도에서 열처리할 수 있다. 바람직한 가열 시간은 약 5 내지 약 10분이다. 가열은 전형적으로 대기압에서 실시한다.
300℃를 넘는 온도를 사용할 수 있으나, 이 온도에서는 폴리에스테르가 용융되고 열처리된 실 또는 직물이 바람직하지 못하게 뻣뻣해지므로 이렇게 높은 온도는 실용성이 없다.
유사하게, 20분 보다 긴 가열 시간을 사용할 수 있으나, 이렇게 보다 긴 가열 시간은 실 또는 직물을 바람직하지 못하게 뻣뻣하게 만들 수 있으므로 실용성이 없다.
본 발명의 실 및 직물은 마모에 노출되는 임의의 물품 및 높은 내마모성이 요망되는 곳에 사용할 수 있다. 이러한 물품의 예로는 챕(chap), 보호 의복, 앞치마, 소매, 장갑과 같은 손 덮개 등이 포함된다.
하기 실시예에서 "텍스타일 직물의 내마모성을 위한 표준 방법 (Standard Method for Abrasion Resistance Textile Fabrics)"이라는 표제의 ASTM 표준 D3884-92 시험 방법을 사용하여 다양한 직물의 내마모성을 시험하였다. 이 시험에서, 압력 및 마모 작용이 조절되는 조건 하에서 회전식 문지르기로 시료 직물을 마모시켰다. 구체적으로, 테이버 어브레이저 (Taber Abraser) 및 #H-18 마모 휠을 사용하여 500 그램의 하중 하에서 직물 시료를 마모시켰다. 마모는 마모 휠이 직물 시료를 문질러 구멍이 날 때까지 계속하였다. 문질러 구멍이 날 때까지의 회전수를 4개의 시료에 대해 측정하고 평균을 기록하였다.
<실시예 1 및 비교실시예 2>
본 실시예는 특정 직물에 대한 열처리의 효과를 비교한다. 내마모성이 높은 본 발명의 직물을 PPD-T 스테이플 섬유 및 폴리에스테르 섬유의 친밀한 블렌드로 이루어진 링-방적사로부터 제조하였다. PPD-T 섬유는 1.5 dpf 및 1.5 인치 길이였으며, 폴리에스테르 섬유는 1.2 dpf 및 1.5 인치 길이였다. 통상의 면방식을 사용하여 PPD-T가 90 중량％이고 폴리에스테르가 10 중량％인 피커(picker) 블렌드 슬라이버를 제조하고, 링 방적기를 사용하여 연계수가 3.2인 방적사로 가공하였다. 이와 같이 제조한 실을 10cc(면사 번수(cotton count))이었다. 이어서, 상기 단사 2개를 우연사로 합사하여 10/2cc의 밸런스 사를 형성하였다.
10/2cc사를 표준 셰이마 세이키 (Sheima Seiki) 장갑 편성기를 사용하여 장갑 시료로 편성하였다. 기계 편성 시간은 이후 절단 및 마모 시험을 위한 직물 시료를 제공하기 위해 약 1 미터 길이의 장갑 본체가 생성되도록 조정하였다.10/2cc사 3가닥을 장갑 편성기에 공급하여 약 20 온스/평방야드 (0.67 kg/m2)의 직물 시료를 생성함으로써 시료를 제조하였다. 이어서, 직물을 250℃ 오븐에서 10분 동안 열처리하였다.
비교 목적으로, 열처리하지 않은 동일 직물의 시료를 사용하였다.
열처리한 직물 및 열처리하지 않은 직물을 모두 상기 ASTM 내마모성 시험에 적용하고, 결과를 아래 표 1에 나열하였다.
실시예 번호 내마모성 (회전수)
실시예 1 2049
비교실시예 2 971
이들 실시예는 본 발명의 직물의 내마모성의 뜻밖의 증가를 보여준다.
<비교실시예 3 및 실시예 4 내지 6>
본 실시예는 직물의 내마모성에 대한 가열 온도의 효과를 보여준다. 실시예 1에서 제조한 열처리 전의 직물을 3개의 상이한 온도에서 동일한 시간 (10분) 동안 열처리하였다. 열처리된 직물의 내마모성을 실시예 1에서와 같이 측정하고, 그 결과를 아래 표 2에 나열하였다.
실시예 번호 온도 (℃) 내마모성 (회전수)
비교실시예 3 열처리하지 않음 971
실시예 4 100 1265
실시예 5 200 1653
실시예 6 250 2049
이들 실시예는 본 발명에 따라 열처리한 직물의 내마모성의 뜻밖의 개선을 보여준다.
<비교실시예 7 및 실시예 8 내지 12>
본 실시예는 직물의 내마모성에 대한 가열 시간의 효과를 보여준다. 실시예 1에서 제조한 열처리 전의 직물을 250℃에서 5개의 상이한 시간 동안 열처리하였다. 열처리된 직물의 내마모성을 실시예 1에서와 같은 측정하고, 그 결과를 아래 표 3에 나열하였다.
실시예 번호 시간 (분) 내마모성 (회전수)
비교실시예 7 0 900
실시예 8 5 1600
실시예 9 10 1800
실시예 10 15 2000
실시예 11 20 2300
실시예 12 30 1700
이들 실시예는 본 발명에 따라 열처리한 직물의 뜻밖의 내마모성의 개선을 보여준다. 데이터는 직물을 250℃에서 30분 동안 열처리한 경우 열처리하지 않은 비교실시예보다는 내마모성이 더 높았으나, 20분 동안 열처리한 실시예 11의 직물에 비해서는 내마모성이 감소하였음을 보여준다.
<비교실시예 13 및 실시예 14 내지 17>
본 실시예는 직물의 내마모성에 대한 성분 (b)의 양의 효과를 보여준다. 내마모성이 높은 직물을 PPD-T 스테이플 섬유와 나일론 섬유의 친밀한 블렌드의 링-방적사로부터 제조하였다. PPD-T 섬유는 1.5 dpf 및 1.5 인치 길이였고, 나일론 섬유는 1.1 dpf 및 1.5 인치 길이였다.
통상의 면방식을 사용하여 PPD-T 및 나일론의 피커 블렌드 슬라이버를 4개의 상이한 PPD-T 및 나일론으로부터 제조하고, 링 방적기를 사용하여 연계수가 3.2인방적사로 가공하였다. 이와 같이 제조한 실은 10cc(면사 번수)이었다. 이어서, 상기 단사 2개를 우연사로 합사하여 10/2cc의 밸런스 사를 형성하였다.
직물 시료를 실시예 1에서와 같이 제조하였다. 비교 목적으로, 100％ PPD-T로 제조한 것을 제외하곤 동일한 방식으로 하나의 직물을 제조하였다.
이어서, 직물 시료를 250℃에서 10분 동안 열처리하였다. 열처리한 직물 및 열처리하지 않은 직물의 내마모성을 아래 표 4에 나열하였다.
실시예 번호 PPD-T (％) 나일론 (％) 내마모성 (회전수)
미처리 처리
비교실시예 13 100 0 860 1395
실시예 14 90 10 1000 1850
실시예 15 80 20 1219 2960
실시예 16 70 30 1173 2122
실시예 17 60 40 1355 1676
이들 실시예는 실시예 14 내지 17의 직물을 열처리하였을 경우의 내마모성의 뜻밖의 증가를 입증한다. 또한, 실시예 14 내지 17은 PPD-T와 나일론의 블렌드인 실로 제조한 직물의 내마모성이 PPD-T로만 이루어진 실로 제조한 직물에 비해 뜻밖에 증가하였음을 입증한다.

Claims (28)

  1. (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체로 이루어진 섬유 40 중량％ 이하 (성분 (a) 및 (b)만의 상대량 기준)를 포함하며, 성분 (b)의 섬유의 융점 미만의 온도에서 열처리된, 내마모성이 개선된 실.
  2. 제1항에 있어서, 성분 (a)의 섬유가 파라-아라미드의 섬유인 실.
  3. 제1항에 있어서, 성분 (a)의 섬유가 p-페닐렌 테레프탈아미드의 섬유인 실.
  4. 제1항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 나일론, 폴리에스테르 또는 이들의 블렌드의 섬유인 실.
  5. 제1항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 성분 (a) 및 (b)만의 섬유의 총 중량을 기준으로 5 내지 30 중량％의 양으로 존재하는 실.
  6. 제1항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 성분 (a) 및 (b)만의 섬유의 총 중량을 기준으로 10 내지 25 중량％의 양으로 존재하는 실.
  7. 제1항에 있어서, 섬유가 길이 2.5 내지 15 센티미터의 스테이플 섬유인 실.
  8. 제1항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 나일론의 섬유인, 약 250℃ 이하의 온도에서 열처리된 실.
  9. 제1항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 폴리에스테르의 섬유인, 약 250℃ 이하의 온도에서 열처리된 실.
  10. 제1항에 있어서, 약 20분 이하의 시간 동안 열처리된 실.
  11. (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체로 이루어진 섬유 40 중량％ 이하 (성분 (a) 및 (b)만의 상대량 기준)를 포함하며, 성분 (b)의 섬유의 융점 미만의 온도에서 열처리된, 내마모성이 개선된 직물.
  12. 제11항에 있어서, 성분 (a)의 섬유가 파라-아라미드의 섬유인 직물.
  13. 제11항에 있어서, 성분 (a)의 섬유가 p-페닐렌 테레프탈아미드의 섬유인 직물.
  14. 제11항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 나일론, 폴리에스테르 또는 이들의 블렌드의 섬유인 직물.
  15. 제11항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 성분 (a) 및 (b)만의 섬유의 총 중량을 기준으로 5 내지 30 중량％의 양으로 존재하는 직물.
  16. 제11항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 성분 (a) 및 (b)만의 섬유의 총 중량을 기준으로 10 내지 25 중량％의 양으로 존재하는 직물.
  17. 제11항에 있어서, 섬유가 길이 2.5 내지 15 센티미터의 스테이플 섬유인 직물.
  18. 제11항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 나일론의 섬유인, 약 250℃ 이하의 온도에서 열처리된 직물.
  19. 제11항에 있어서, 성분 (b)의 섬유가 폴리에스테르의 섬유인, 약 250℃ 이하의 온도에서 열처리된 직물.
  20. 제11항에 있어서, 실이 약 20분 이하의 시간 동안 열처리된 것인 직물.
  21. 제11항에 있어서, 제직된 직물.
  22. 제11항에 있어서, 편성된 직물.
  23. 제1항의 실로부터 제조된 물품.
  24. 제11항의 직물로부터 제조된 물품.
  25. (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체로 이루어진 섬유 40 중량％ 이하 (성분 (a) 및 (b)만의 상대량 기준)를 포함하는 실을 제공하고,
    실을 성분 (b)의 섬유의 융점 미만의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 내마모성 실의 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서, 실을 20분 이하 동안 열처리하는 것을 또한 포함하는 방법.
  27. (a) 아라미드 섬유 및 (b) 융점이 200 내지 300℃인 합성 중합체로 이루어진 섬유 40 중량％ 이하 (성분 (a) 및 (b)만의 상대 중량 기준)를 포함하는 직물을 제공하고,
    직물을 성분 (b)의 섬유의 융점 미만의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 내마모성 직물의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 직물을 20분 이하 동안 열처리하는 것을 또한 포함하는 방법.
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