KR20040012353A - 다중복합형 적층체부직포 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토목공사 등에 사용되는 토목용 다중복합형 적층체 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 a) 장섬유 부직포를 함유하는 하부층, b) 열수축 폴리프로필렌계 단섬유 화이버가 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입되어 교호로 반복되면서 적층된 중부층, 및 c) 상기 중부층의 위에 위치하며, 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층한 상부층을 결합시킨 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포에 관한 것이다.
본 발명의 토목공사용 다중복합형 적층체부직포는 기계적물성이 우수하고, 각 층간의 분리현상이 없어 토목건축공사시 지반보강효과가 매우 우수하다.

Description

다중복합형 적층체부직포 및 그 제조방법{HYBRID NONWOVEN FABRIC AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 기계적물성이 우수하고, 각 층간의 분리현상이 없어 토목건축공사시 지반보강효과가 매우 우수한 토목공사용 다중복합형 적층체부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 도로공사, 폐기물 매립지 등의 대규모 토목 건축 공사시에는 토목용 부직포가 사용되어져 왔다. 이 경우 장섬유 부직포 또는 단섬유 부직포가 각각의 특성에 따라 사용되기도 하며 최근에는 장섬유 부직포의 사용이 증가되고 있다.
장섬유 부직포, 특히 스펀본드 부직포(spunbonded non-woven fabric)는 니들펀칭 또는 열접합 등의 다양한 접합공법으로 제조할 수 있으며, 단섬유 부직포에 대비하여 인장강력 등의 기계적 물성이 뛰어나지만 기계적 방향에 비해 폭방향의 기계적 물성이 떨어지는 단점이 지적되어 왔다.
또한 대한민국 특허공개 제1987-0003867호에서는 적층포 구조물에 엘라스토머(elastomer) 피막을 함유하는 구조를 사용하는 방법을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 특허공개 제1993-001311호는 2층 적층부직포인 SMS 형태를 사용하는 방법을 기술한 바 있으나, 상기 방법은 3층 구조의 각 층(layer)마다 최고 한계 중량이 50 gsm 미만으로 토목용 부직포로 사용하기에는 기계적 물성이 취약하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 도로공사, 폐기물 매립지 등의 대규모 토목건축 공사시 사용되는 토목용 부직포에 있어서 인장강력 등의 기계적 물성의 향상되고, 기계적 방향 및 폭방향의 비율(MD/CD)인 강력비가 균일하며, 부직포 층간의 분리현상이 없어 토목건축공사시의 지반보강효과가 우수한 다중복합형 적층체 부직포 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 다중복합형 적층체부직포를 제조할 때 교호도입시의 상하 방향 투시도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 다중복합형 적층체부직포의 구조를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 다중복합형 적층체부직포의 제조공정 개략도를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 다중복합형 적층체부직포의 열수축성 시험에 따른 조건을 나타낸 것이다.
도면부호 1은 부직포(web)이고, 2는 웹(web) 진행방향이며, 3은 중부층 좌우 교호도입 장치(unit)이고, 4 및 4'(θ), 5 및 5'(θ'), 6 및 6'(θ")은 각각 교호도입시의 각도이고, 7은 다중복합형 적층체부직포의 상부층이고, 8은 다중복합형 적층체부직포의 중부층이고, 9는 다중복합형 적층체부직포의 하부층이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
a) 장섬유 부직포를 함유하는 하부층;
b) 열수축 폴리프로필렌계 단섬유 화이버가 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입되어 교호로 반복되면서 적층된 중부층; 및
c) 상기 중부층의 위에 위치하며, 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층한 상부층
을 결합시킨 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은
장섬유 부직포를 함유하는 하부층을 제공하는 단계;
상기 하부층위에 열수축 프로필렌계 단섬유 화이버를 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입시키고, 좌측 및 우측으로부터 도입된 단섬유 화이버를 교호로 반복시키면서 적층시켜 중부층을 형성하는 단계;
상기 중부층의 위에 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층하여 결합한 상부층을 도입하는 단계; 및
상기 하부층, 중부층 및 하부층을 결합하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 토목공사용 다중복합형 적층체부직포는 a) 장섬유 부직포를 함유하는 하부층, b) 열수축 폴리프로필렌계 단섬유 화이버가 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입되어 교호로 반복되면서 적층된 중부층 및 c) 상기 중부층의 위에 위치하며, 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층한 상부층을 결합시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명의 토목공사형 적층체부직포에서 (a) 하부층은 장섬유 부직포를 함유한다. 상기 장섬유 부직포는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주원료로 제조한 것이 바람직하다. 장섬유 부직포를 제조하는 방법은 통상의 장섬유 부직포 제조방법이 사용될 수 있으며, 일 예로는 합성섬유용 폴리머를 방사블럭에서 방사한 후, 방사된 필라멘트들을 냉각챔버에서 냉각, 고화시키고, 고화된 필라멘트를 연식한 다음, 이동하는 네트 컨베이어 상에 웹형태로 적층하고, 적층된 웹을 니들펀칭한 후 권취하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 합성섬유용 폴리머로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리올레핀계 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트가 좋다. 또한 웹 형태로 적층되는 장섬유의 단사섬도는 2 내지 10 데니어인 것이 바람직하다. 단사섬도가 2 데니어 미만일 경우에는 제품의 강력이 저하되고, 10 데니어를초과할 경우에는 형태가 불안정하게 될 우려가 있다.
상기 하층부의 장섬유 부직포의 중량은 100 내지 1000 gsm인 것이 바람직하다. 상기 장섬유 부직포의 중량이 100 gsm 미만이면 니들펀칭 부직포의 벌기(bulky) 특성이 소멸될 우려가 있고, 1000 gsm을 초과하는 경우에는 작업성 및 비용면에서 문제가 생길 수 있다.
또한 본 발명의 적층체부직포에서 상기 하부층은 장섬유 이외에 합성섬유와 면, 마, 양모, 견, 탄소 등의 천연섬유 중 1 종 또는 2종 이상의 소재를 더욱 포함할 수 있다. 이 경우 하부층은 장섬유 부직포를 50 중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다중복합형 적층체부직포에서 (b) 중부층은 열수축 프로필렌계 단섬유 화이버를 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입하여 교호로 반복시키면서 적층하여 형성시킨다.
상기 열수축 폴리프로필렌계 단섬유는 열수축성이 100 내지 150 ℃의 범위에서 5 내지 50%의 범위의 열수축성을 가지는 것이 바람직하다. 상기 열수축성 시험방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시한 바와 같은 크기의 복합부직포를 준비하고, 여기에 내길이방향이 각각 150 mm이 되도록 세 개, 폭방향이 각각 150 mm이 되도록 세 개의 선을 그어준다. 이후, 이를 설정온도 100 내지 150 ℃ 범위의 임의의 한 온도에서 1 내지 20 분 동안 열풍오븐에서 방치하여 체류한 이후의 열수축성이 5 내지 50%이어야 하는 것이다. 열수축성은 열풍오븐 투입전 길이 대비 열풍오븐 체류후의 변화된 길이의 백분율로 표시한다. 바람직한 일례를 들면, 100 ℃ × 20분 처리시는 5% 열수축성을 나타낸다.
또한 본 발명에서 상기 중층부의 단섬유 화이버는 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입되어 교호로 반복되면서 적층된다. 바람직하기로는 도입각도가 45도인 것이 좋다. 중층부를 구성하는 단섬유 화이버의 도입각도를 상기와 같이 함으로써 본 발명의 적층체부직포는 MD/CD의 강력비를 크게 향상시킨다.
구체적으로, 도 1의 교호도입시의 상하 방향 투시도에서 보면, 5 또는 5'(θ)은 오실레이션(oscilltion)시 1 사이클 운동의 수회 연속반복주기(40°내지 50°범위)를 나타낸 것이다. 또한, 4 또는 4'(θ)는 40°미만인 경우이고, 6 또는 6'(θ")은 50°를 초과하는 경우를 나타낸 것이다. 이때 θ(4 또는 4')가 40도 미만이면 폭이 줄어들게 되어 적층밀도가 국소부위로 한정되므로 적층효과가 미미하고, θ"(6 또는 6')가 50도를 초과하면 폭이 늘어나게 되어 교호반복에 따른 적층밀도 감소로 인해 개섬효과가 미미하다.
상기 오실레이션 범위는 3 내지 50 사이클인 것이 바람직하다. 상기 오실레이션이 3사이클 미만이면 오실레이션(vibration) 효과가 미미하고, 50사이클을 초과하면 기계적 부하로 인해 중부층 교호도입 장치의 작동불량을 일으킨다.
본 발명의 적층체부직포에서 중층부는 10 내지 100 gsm의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. 중층부의 함량이 10 gsm 미만이면 적층밀도 감소로 강력비 향상을 기대할 수 없는 문제점이 있으며, 100 gsm을 초과하면 적층밀도가 증가하여 강력비는 증가하지만 건열처리에 의한 중부층의 열수축공정에서 열수축과다로 인한 니들펀치적층체 전체가 딱딱해지는(경화) 문제점이 있다.
본 발명의 적층체부직포에서 상부층은 상기 중부층 위에 도입되며, 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층하여 결합한 것을 사용한다. 상기에서 적층과 결합의 방법은 특별히 한정되지 않는다. 일 예로 폴리프로필렌계 단섬유를 섬유를 고르게 분포시키고, 이를 다시 카딩기(carding machine)로 공급하여 뭉쳐진 섬유를 얇은 시트형태(웹)로 만들고, 이를 크로스래퍼(cross lapper)로 보내어 여러 겹으로 적층하는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 적층체부직포에서 상기 상부층은 함량이 100 내지 500 gsm인 것이 바람직하다. 상기에서 상부층이 100 gsm 미만이면 결합력 감소로 인해 적층두께 하락에 의한 작업성이 하락할 수 있으며, 500 gsm을 초과하는 경우에는 적층체부직포의 벌키감 증대 및 과다한 상부층 사용에 의해 적절한 강력비 도입에 방해가 되는 문제점이 있다.
또한 상기 상부층은 폴리프로필렌계 단섬유 이외에 합성섬유와 면, 마, 양모, 견, 탄소 등의 천연섬유 중 1 종 또는 2종 이상의 소재를 더욱 포함할 수 있다. 이 경우 상기 상부층은 폴리프로필렌계 단섬유를 50 중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 적층체부직포는 하부층, 중부층 및 상부층을 결합하여 제조된다. 상기 결합은 적층된 하부층, 중부층 및 상부층을 가열접착하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가열접착의 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 일 예로서열처리용 텐터 또는 Plat한 원통형 드럼형태의 터치식 가열롤러를 사용한다.
본 발명에서 가열접착시 온도는 100 내지 150 ℃가 바람직하다. 상기 온도가 100 ℃ 미만일 경우에는 중부층의 수축특성이 발휘되지 않아서 적층체부직포의 결합이 잘 이루어지지 않으며, 150 ℃를 초과할 경우에는 과도한 건열수축으로 인해 적층체부직포의 형태 안정성에 불리하게 작용하게 된다.
또한 가열접착시 열처리시간은 1분 내지 20분이 바람직하다. 열처리 시간이 1분 미만이면 건열수축특성이 발휘되지 않아서 니들펀칭 부직포 다중 복합층의 상층부와 하층부의 결합역할에 일조를 할 수 없게 되며, 20분을 초과하면 과도한 건열수축으로 인해 니들펀칭 부직포 다중 복합층으로 된 적층체의 형태 안정성에 불리하게 작용하게 된다.
또한 본 발명의 적층체부직포의 결합시 가열접착처리의 전이나 후에 하부층, 중부층 및 상부층을 니들펀칭기로 니들링하는 것이 보다 바람직하다. 니들의 종류는 니들의 끝단부가 라운드 또는 다각형 타입이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 다각형 타입이 좋다. 또한 니들의 펀칭밀도가 50 내지 100회/㎠가 좋으며, 니들 관통깊이(Needle depth)는 1 내지 20 ㎜가 바람직하다. 니들의 관통깊이가 1 ㎜보다 적으면 결합을 충분하게 시킬 수 없고, 펀칭 바늘의 길이가 20 ㎜를 초과하면 결합이 느슨해지게 된다.
본 발명에 따른 토목공사용 다중복합형 적층체부직포는 각 층간의 분리현상이 발생하지 않으며, 기계적 물성이 우수하여, 토목건축공사시 지반보강효과가 매우 우수하다. 특히 인장강도가 우수하며, MD/CD가 1.0 내지 1.3 인 특징이 있다.또한 벌키성이 우수하여, 적층체부직포는 100 내지 2,000 gsm의 중량범위를 갖는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
도 3의 다중복합형 적층체부직포의 제조공정에 의해 다중복합형 적층체부직포를 제조하였다.
하부층의 제조
고유점도(IV) 0.645인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 방사온도 280 ℃에서 녹여 압출하고 방사블럭에서 방사한 후, 방사된 필라멘트들을 냉각챔버에서 냉각 및 고화시키고, 고화된 필라멘트들을 고압공기 이젝터에서 연속 연신한 다음, 이동한 네트 컨베이어상에 웹형태로 적층하고 적층된 웹을 니들펀칭 후 귄취하여 단사섬도 5 데니어이고 부직포 중량 100 gsm인 니들펀칭한 장섬유 부직포를 함유하는 하부층을 제조하였다.
중부층의 제조
상기 하부층 위에 열수축 프로필렌계 단섬유 화이버를 상기 하부층의 기계적 진행방향의 좌측 및 우측 기준 45도 방향으로 도입시키고, 좌측 및 우측으로부터 도입된 단섬유 화이버를 교호로 반복시키면서 적층시켜 하부층의 상단에 중량 100 gsm인 중부층을 형성하였다. 이때 단섬유 화이버는 열수축성이 15%인 열수축 폴리프로필렌계 100%의 단섬유 화이버를 사용하였다.
상부층의 제조
상기 중부층의 위에 연속적으로 상부층을 도입하여 적층시켰다. 즉, 상기 중부층 위에 폴리프로필렌계 100%의 단섬유 화이버를 베일오프닝(Bail Opening)하여 화이버를 고르게 분포시키고 이를 다시 카딩기(Carding machine)로 공급하여 얇은 시트형태(웹)로 만든 후 크로스래퍼(Cross lapper)로 보내어 여러 겹으로 적층하였으며, 중량이 500 gsm이 되도록 하여 다중 복합형 적층체 부직포의 상층부를 형성하였다.
다중복합형 적층체부직포의 제조
상기에서 제조된 하부층, 중부층 및 상부층을 적층체 형태로 제조하기 위해, 니들펀칭기 2대에 연이어 통과시켜 제조하였으며, 이때 상기 니들의 펀칭밀도는 60 회/㎠이고, 니들의 관통깊이(Needle depth)는 5 ㎜이었다.
이를 다시 최종적으로 발명하고자 하는 다중복합형 적층체부직포로 제조하기 위해, 열처리용 텐터에서 중부층의 건열처리조건인 120 ℃의 온도로 10분간 가열접착하여 적층체를 제조하였다.
상기 방법으로 제조된 다중복합형 적층체부직포는 하기와 같은 평가기준으로 물성을 측정하였고 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
중량(g/㎡): JIS L 1096 방법으로 평가하였다.
후도(㎜): JIS L 1096(일정하중부여 0.7 kPa) 방법으로 평가하였다.
인장강도(kg/5cm): JIS L 1096 Cut Strip 방법으로 평가하였다.
인장신도(%): JIS L 1096 Cut Strip 방법으로 평가하였다.
MD/CD 강력비: (기계적 방향 인장강도)/(폭방향 인장강도)×100
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 제조하되, 최종적으로 발명하고자 하는 다중복합형 적층체 부직포를 제조하기 위해 열처리용 텐터에서 중부층의 건열처리조건인 150℃의 온도로 10분간 가열접착하여 적층체를 제조하였으며, 열수축성이 45%인 열수축 폴리프로필렌계 100%의 단섬유 화이버를 사용하여 하부층의 중량은 300 gsm이고, 중부층의 중량은 100 gsm이며, 상부층의 중량은 300 gsm인 다중복합형 적층체 부직포를 제조하였다. 이후, 실시예 1과 동일한 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구 분 실시예 1 실시예 2
중량(g/㎡) 700 700
후도(mm) 6 6
인장강도(kg/5cm) MD 115 120
CD 95 110
인장신도(%) MD 70 70
CD 70 75
MD/CD 강력비(%) 1.2 1.1
상기 표 1에서 보면, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 부직포는 전반적으로 물성이 우수하였고, 특히 인장강도와 같은 기계적 물성이 향상되었으며, 기계적방향과 폭방향인 MD/CD 강력비가 균등화되어 부직포 층간의 분리현상이 없었다. 따라서, 이를 토목건축 공사시 부직포를 사용하면 매우 우수한 지반보강효과를 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 토목공사용 다중복합형 적층체부직포는 기계적물성이 우수하고, 각 층간의 분리현상이 없어 토목건축공사시 지반보강효과가 매우 우수하다.

Claims (10)

  1. a) 장섬유 부직포를 함유하는 하부층;
    b) 열수축 폴리프로필렌계 단섬유 화이버가 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입되어 교호로 반복되면서 적층된 중부층; 및
    c) 상기 중부층의 위에 위치하며, 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층한 상부층
    을 결합시킨 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 a)의 장섬유 부직포는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주원료로 제조한 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 b)의 중부층은 열수축성이 100 내지 150 ℃의 범위에서 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 적층체부직포는 MD/CD가 1.0 내지 2.0 인 토목공사용 다중복합형 적층체부직포.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 적층체부직포는 중량범위가 100 내지 2,000 gsm인 토목공사용 다중복합형 적층체부직포.
  6. 장섬유 부직포를 함유하는 하부층을 제공하는 단계;
    상기 하부층위에 열수축 프로필렌계 단섬유 화이버를 상기 하부층의 기계적 진행방향의 40 내지 50도의 범위에서 좌측 및 우측으로부터 도입시키고, 좌측 및 우측으로부터 도입된 단섬유 화이버를 교호로 반복시키면서 적층시켜 중부층을 형성하는 단계;
    상기 중부층의 위에 폴리프로필렌계 단섬유 화이버를 적층하여 결합한 상부층을 도입하는 단계; 및
    상기 하부층, 중부층 및 하부층을 결합하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 결합은 100 내지 150 ℃의 가열접착공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 가열접착공정은 1 내지 20분간 이루어지는 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포의 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 가열접착 전 또는 후에 상기 하부층, 중부층 및 하부층을 니들펀치로 니들링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 니들의 펀칭밀도가 50 내지 100회/㎠이고, 니들의 관통깊이(Needle depth)는 1 내지 20 ㎜인 것을 특징으로 하는 토목공사용 다중복합형 적층체부직포의 제조방법.
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KR200453428Y1 (ko) * 2009-04-15 2011-05-03 이우익 폐 ｐｖｃ샷시 자동 절단장치
KR101156784B1 (ko) * 2010-07-08 2012-06-18 도레이첨단소재 주식회사 중공의 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리프로필렌의 복합 재질을 사용한 니들 펀칭 부직포 및 그 제조방법

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