KR20070056313A - 코드용 필라멘트 및 이의 제조방법과, 이를 포함하는고무보강용 코드 - Google Patents

코드용 필라멘트 및 이의 제조방법과, 이를 포함하는고무보강용 코드 Download PDF

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KR20070056313A
KR20070056313A KR1020050114806A KR20050114806A KR20070056313A KR 20070056313 A KR20070056313 A KR 20070056313A KR 1020050114806 A KR1020050114806 A KR 1020050114806A KR 20050114806 A KR20050114806 A KR 20050114806A KR 20070056313 A KR20070056313 A KR 20070056313A
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Abstract

본 발명은 코드용 필라멘트 및 이의 제조방법과, 이를 포함하는 고무보강용 코드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자를 용융 방사하여 필라멘트를 제조하고, 방사된 필라멘트를 지연 냉각공정을 포함하도록 냉각 및 고화하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 방사유제로 코팅한 후 다단 연신하여 연신사를 제조하고, 상기 연신사를 권취하는 공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조방법에서, 상기 방사된 필라멘트는 230 내지 380 ℃이며 길이가 200 내지 500 mm인 지연 냉각영역을 0.0024 내지 0.0090초 동안 체류하여 지연냉각공정을 수행하고, 상기 미연신사는 4000 내지 5500 m/분의 고속방사로 연신 및 권취하여 제조된 코드용 필라멘트와 이의 제조방법과, 이를 포함하는 고무보강용 코드에 관한 것이다.
본 발명은 지연 냉각영역의 온도, 체류시간을 제어하여 고속방사 공정에서도 연신성을 향상시켜, 강도 및 형태 안정성이 우수한 코드용 필라멘트의 제조가 가능해지고, 이러한 코드용 필라멘트는 타이어, 컨베이어, 벨트, V벨트 및 호스 등의 고무보강용 코드에 바람직하게 적용된다.
코오용 필라멘트, 지연 냉각공정, 지연 냉각영역, 체류시간, 고무보강용 코드

Description

코드용 필라멘트 및 이의 제조방법과, 이를 포함하는 고무보강용 코드{FILAMENT FOR CORD, PREPARING METHOD THEREOF AND CORD FOR RUBBER REINFORCING COMPRISING THEREOF}
도 1 본 발명에 따른 코드용 필라멘트의 제조장치를 개략적으로 보여주는 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 코드용 필라멘트의 제조단계를 보여주는 순서도이고,
도 3은 도 1에서의 다단 연신공정인 A 영역을 보여주는 모식도이고,
도 4는 도 1에서의 다단 연신공정인 A 영역을 보여주는 모식도이다.
[기술분야]
본 발명은 코드용 필라멘트 및 이의 제조방법과, 이를 포함하는 고무보강용 코드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지연 냉각영역의 온도, 체류시간을 제어하여 고속방사 공정에도 연신성을 향상시킬 수 있는 코드용 필라멘트의 제조방법과, 이로써 제조되어 강도 및 형태 안정성이 우수한 코드용 필라멘트 및 이를 포함하는 고무 보강용 코드에 관한 것이다.
[종래기술]
산업용 코드용 필라멘트의 제조는 크게 직접 방사 연사방식(DSD 방식)과 횡연신 방식(wrap-drawing)을 사용하며, 그 중 타이어 코드용 폴리에스터 필라멘트를 생산하는 공정은 대부분 직접 방사 연신 방식이 적용되고 있다.
타이어 코드의 형태 안정성을 높이기 위해서는 미연신사의 방사장력을 높여 제조하는 것이 일반적인 방법이며, 이와 같은 미연신사의 방사장력의 상승은 설비적인 측면과 공정적인 측면에서 고려될 수 있다. 그 중 설비에 의한 방사장력의 상승은 방사공정에서의 방사 구금의 홀 수 및 홀 직경과, 필라멘트의 냉각공정시 지연 냉각영역과 냉각영역의 범위 및 온도 등을 조절하여 이루어질 수 있고, 공정 면에서 방사장력의 상승은 방사속도에 영향을 받는다.
그러나 방사속도를 높일 경우 방사장력의 급격한 상승으로 인해 연신성이 저하되며, 요구되는 필라멘트 강력을 발현시킬 수 있는 연신비를 적용할 수 없기 때문에 필라멘트의 물성, 특히 강력이 저하되고, 모우 및 절사 등으로 인해 조업성 저하를 가져와 생산속도가 떨어진다. 또한 방사속도 증가에 따른 연신속도 증가시 연신 구간 내에서 필라멘트에 대해 균일한 열 전달이 이루어지지 못하기 때문에 연신성 저하가 더욱 심화된다.
결국 형태 안정성이 우수한 타이어 코드용 필라멘트를 제조하는 데 있어 방사속도의 증가가 제한적이며, 결과적으로 생산성 및 형태 안정성이 우수한 코드용 필라멘트의 제조가 어렵다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 고속방사에도 연신성이 향상되어 형태 안정성이 우수한 코드용 필라멘트 및 이를 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 코드용 필라멘트를 포함하는 고무보강용 코드를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고분자를 용융 방사하여 필라멘트를 제조하고, 방사된 필라멘트를 지연 냉각공정을 포함하도록 냉각 및 고화하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 방사유제로 코팅한 후 다단 연신하여 연신사를 제조하고, 상기 연신사를 권취하는 공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조방법에서,
상기 방사된 필라멘트는 230 내지 380 ℃이며 길이가 200 내지 500 mm인 지연 냉각영역을 0.0024 내지 0.0090초 동안 체류하여 지연냉각공정을 수행하고, 상기 미연신사는 4000 내지 5500 m/분의 고속방사로 연신 및 권취하는 코드용 필라멘트의 제조방법을 제공한다.
추가로, 상기 다단 연신공정은 적어도 하나 이상의 연신 로울러를 가열장치로 감싸 열을 가하거나, 연신 로울러 사이를 주행중인 연신사를 가열장치로 감싸 열을 가하는 공정을 수행한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 코드용 필라멘트 및 이를 포함하는 고무보강용 코드를 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 지연 냉각 및 다단 연신공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조공정에서, 미연신사의 미세구조 제어를 통해 방사 속도 증가에 따른 미연신사의 내부 구조 변화를 억제시켜 고속방사시 연신성의 저하를 해소하고, 다단 연신공정을 조절하여 방사속도 증가에 따른 연신성의 저하를 해소함으로써, 형태 안정성 및 강도를 비롯한 물성이 향상된 코드용 필라멘트 및 이를 포함하는 고무보강용 코드를 제조하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 코드용 필라멘트의 제조장치를 개략적으로 보여주는 모식도이다.
도 1을 참조하면, 코드용 필라멘트의 제조장치는,
a) 고분자 칩을 용융 방사시켜 필라멘트를 제조하기 위한 방사팩(2) 및 노즐(4)을 포함하는 방사장치와,
b) 상기 필라멘트를 지연 냉각하기 위한 히팅 후드(12) 및 단열판(14)을 포함하는 지연 냉각장치와, 지연 냉각된 필라멘트를 냉각 및 고화시키기 위한 냉각장치(16)와,
c) 상기 냉각장치(16)를 통과한 미연신사에 방사유제를 코팅하기 위한 방사유제 부여장치(22a, 22b)와,
d) 상기 미연신사를 다단 연신하기 위한 다수의 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e)를 포함하는 다단 연신장치와,
e) 연신된 연신사를 권취하기 위한 와인더(44)를 포함하는 권취장치를 구비 한다.
이때 방사유제 부여장치(22a, 22b)에서 미연신사에 도포되는 방사유제를 균일하게 분산시키기 위해, 상기 방사유제 부여장치(22a, 22b) 하단에 제1인터레이서(interlacer, 32a)를 배치시키고, 다단 연신공정 이후 연신사를 일정한 압력으로 집하(intetrmingle)하기 위해 제2인터레이서(32b)를 배치한다.
도 2는 본 발명에 따른 코드용 필라멘트의 제조방법의 순서도로, 도 2를 참조하면, 코드용 필라멘트의 제조는 고분자 칩을 용융 방사하여 필라멘트를 제조하는 방사공정(S1); 상기 필라멘트를 고화하여 미연신사를 제조하기 위한 지연 냉각 및 냉각공정(S2); 상기 미연신사에 방사유제를 코팅하는 코팅공정(S3); 얻어진 미연신사를 다단 연신 로울러를 거쳐 연신하는 다단 연신공정(S4); 및 권취하는 권취공정(S5);을 거친다.
이때 추가로 상기 다단 연신공정은 별도의 가열장치로 감싸인 적어도 1단 이상의 연신 로울러를 거쳐 수행하거나, 선택적으로 연신 로울러들 사이로 이송되는 연신사는 별도의 가열장치로 감싸면서 이송된다.
이하 도 1 및 도 2를 참조하며, 본 발명의 코드용 필라멘트의 제조방법을 각 단계별로 더욱 상세히 설명한다.
S1의 방사공정에서는 고분자 칩을 방사팩(2)에 주입 및 용융시키고, 노즐(4)을 통해 방사하여 필라멘트를 제조한다.
사용가능한 고분자 칩은 고무보강용 코드로 사용되는 재질이면 어느 것이든 가능하며, 일예로, 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈 레이트, 라이오셀, 레이온, 폴리비닐알콜, 폴리케톤, 아라미드 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 상기 각 고분자의 물성은 특별히 한정하지 않으나 코드용 필라멘트 또는 고무보강용 코드로 사용하기에 적절한 물성 범위의 것을 사용한다.
S2의 냉각공정에서는 상기 노즐(4)을 통해 방출된 필라멘트를 지연 냉각영역 및 냉각영역을 거쳐 고화시켜 미연신사를 제조하며, 특히 본 발명에서는 상기 지연 냉각영역의 공정 조건을 설계하여 미연신사의 배향성을 증가시킨다.
지연 냉각영역(도 1의 R 영역)은 노즐(4) 직하에서부터 히팅 후드(12) 및 단열판(14)이 위치한 영역을 의미하며, 이때 온도, 지연 냉각영역의 길이 및 필라멘트의 지연 냉각영역의 체류시간을 조절함으로써 미연신사의 미세구조를 제어한다. 이때 지연 냉각영역(R)의 온도는 히팅 후드(12) 및 단열판(14)에 의해 조절되며, 길이는 상기 히팅 후드(12)와 단열판(14)의 세로 길이로 조절하고, 체류시간은 방사속도로 제어한다.
바람직한 지연 냉각영역(R)의 온도는 230 내지 380 ℃이고, 지연 냉각영역(R)의 길이는 진행 방향으로 200 내지 500 mm의 범위를 가진다. 또한, 필라멘트의 지연 냉각영역(R)에서의 체류는 0.0024 내지 0.0090초 동안 진행되도록 한다. 이러한 조건은 종래 통상의 지연 냉각영역의 길이가 60 내지 180 mm 수준인 점을 감안할 때, 200 내지 500 mm를 적용 지연냉각 구간을 증대시킨 차이가 있다. 지연 냉각영역(R)의 온도, 길이 또는 체류시간이 상기 범위 미만이면 고분자 발열과 동일한 수준의 온도로 배향성의 억제 효과를 얻을 수 없어 방사속도 증가에 따른 연 신성이 저하되어 문제를 해소할 수 없을 뿐만 아니라 고속 권취가 불가능해지고, 상기 범위를 초과하면 방사장력이 지나치게 하락하여 곡사 및 휫점이 발생하는 등의 방사성이 저하되고 최종 얻어지는 코드용 필라멘트의 형태 안정성이 불량해지는 문제가 발생한다.
지연 냉각공정 이후 냉각공정은 냉각구역(도 1의 C 영역)에서 수행하며, 통상의 조건하에서 수행한다. 일예로 냉각구역(C)의 길이는 60 내지 100 cm이며 15 내지 60 ℃의 냉각 공기(quenching air)를 하부로 갈수록 약하게 적용한다.
S3의 방사유제 코팅공정에서는 상기 S2에서 얻어진 미연신사에 방사유제 부여장치(22a, 22b)를 이용하여 방사유제를 코팅시킨다. 상기 방사유제의 코팅은 후속의 연신공정에서 미연신사의 취급을 용이하게 하고 권취공정에서의 안정성을 부여하기 위해 수행한다.
방사유제 부여장치(22a, 22b)는 회전 로울러의 표면에 오일을 픽업시켜 로울러와 미연신사를 접촉시켜 부여하거나, 가이드에 오일 공급구를 설치하여 미연신사와 접촉점에서 공급하며, 통상적으로 로울러 오일링 또는 제트 오일링과 같은 기존의 오일링 방법이 가능하다. 상기 방사유제 부여장치(22a, 22b)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 보통 2단 급유 로울러를 설치하여 상단에는 수계 방사유제를 하단에는 유제로 처리한다.
이때 사용되는 방사유제는 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용되는 야자유, 피마자유 등의 천연 오일, 고급 알코올 또는 다가 알코올과 고급 지방산과의 에스테르계 오일, 알킬폴리에테르 등의 합성 오일이 가능하며, 미연신사 무게에 대 하여 0.5 내지 1.0%가 코팅되도록 조절한다. 상기 방사유제는 추가로 평활제, 계면활성제, 대전 방지제, 내열제 또는 착색제 등을 배합하여 사용할 수 있다.　
S4의 다단 연신공정에서는 S3에서 이송된는 미연신사를 다단계에 걸쳐 연신하는 공정을 수행한다. 이때 다단계 연신공정은 적어도 2단 이상, 바람직하기로 5 내지 6단의 연신 로울러를 사용한다.
도 1에서는 편의상 6단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f)를 나타내었으며, 도 1을 참조하면, 방사유제가 코팅된 미연신사는 제1연신 로울러(34a)에서 제6연신 로울러(34f)까지 통과시켜 연신사를 제조한다.
이때 연신공정은 200 내지 250 ℃ 의 온도에서 4000 m/분 내지 5500 m/분의 고속방사를 수행하고, 총연신비가 1.3 내지 2.0이 되도록 수행한다. 이러한 연신공정의 조건은 폴리에스터와 같은 고분자 분자쇄의 배열상태가 섬유축 방향으로 정돈되고 결정 영역의 형성에 관계하며, 상기 조건에 의해 미연신사가 고배향 및 고결정성 구조로 진행된다.
만약 온도가 200 ℃ 미만인 경우 연신 장력이 높아져 상대적으로 연신성이 저하되고, 상기 범위를 초과하게 되면 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f)에 미연신사 또는 연신사가 융착되어 조업성이 저하된다. 또한 방사속도가 상기 범위 미만이면 방사장력 유지효과가 저하되어 최종 제조되는 필라멘트의 형태안정성이 낮아지고, 상기 범위를 초과하면 미연신사의 배향성이 지나치게 급증하여 연신성이 저하된다. 또한, 총연신비가 1.3 미만이면 필라멘트의 강력과 같은 물성 발현이 곤란하고, 2.0을 초과하면 지나친 연신비의 증가로 절사, 및 모우 등이 발 생하여 조업성이 조악해진다. 따라서, 연신공정의 조건을 상기 범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다.
추가로, 본 발명에서는 고속방사에서의 연신성을 더욱 향상시키기 위해 다단 연신 로울러 중 하나 이상을 별도의 가열장치(이하 제1가열장치'라 한다)로 감싸 연신 로울러와 비접촉되는 부분의 미연신사 또는 연신사에 대해서도 열을 가하여 연신사 전체에 균일한 연신성을 부여하여 연신성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 연신공정이 진행되는 A 영역을 확대한 모식도로, 도 3을 참조하면, 제1가열장치(52a, 52b)는 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f) 중 제2연신 로울러(34b) 및 제3연신 로울러(34c)를 감싸도록 제1가열장치(52a, 52b)가 설치됨을 보여준다. 상기 제1가열장치(52a, 52b)는 각각의 연신 로울러 전체를 감싸는 구조로 이루어지며, 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f) 전체 또는 일부에 설치한다.
상기 제1가열장치(52a, 52b)는 전기 히터 또는 수퍼 스팀 발생장치가 적용될 수 있으며, 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f)의 단열을 위해 설치되는 통상의 래깅 박스(lagging box, 미도시) 내 위치한다. 상기 제1가열장치(52a, 52b)로 전기 히터를 사용하는 경우 적용 온도를 150 내지 250 ℃로 조절하고, 수퍼 스팀 발생장치는 300 내지 450 ℃로 조절한다. 이때 제1가열장치(52a, 52b)의 적용온도가 상기 범위 미만이면 연신성 개선에 큰 효과가 없으며, 상기 범위를 벗어나는 경우 미연신사 또는 연신사의 유동이 심해 조업이 불가능하거나 공정 적용 자체가 불가능하므로, 제1가열장치(52a, 52b)를 적용하는 경우 상기 범위 내에서 장치 및 온도를 조절한다.
이러한 제1가열장치(52a, 52b)를 설치하는 것 외에, 본 발명은 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f)들 사이를 주행 중인 연신사의 부분적인 열 손실에 따른 연신성의 저하를 억제하여 연신성을 보다 높일 수 있도록, 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f) 사이에 별도의 가열장치(이하 '제2가열장치'라 한다)를 설치한다.
도 4는 도 1의 연신공정이 진행되는 A 영역을 확대한 모식도로, 도 4를 참조하면, 상기 제2가열장치(54)는 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f) 중 제2연신 로울러(34b)와 제3연신 로울러(34c) 사이에 연신사에 열을 가하기 위한 제2가열장치(54)가 설치됨을 보여준다. 상기 제2가열장치(54)는 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f) 사이를 주행중인 연신사 전체를 감싸는 구조로 이루어지며, 다단 연신 로울러(34a, 34b, 34c, 34d, 34e, 34f)들 사이 전체 또는 일부에 설치하며, 연신사를 감싸는 박스형 또는 연신사의 상, 하부에 판형으로 적용될 수 있다.
상기 제2가열장치(54)는 연신사에 150 내지 250 ℃의 온도로 적용되며, 만일 온도가 상기 범위 미만이면 연신성 개선에 큰 효과가 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우 미연신사 또는 연신사의 유동이 심해 조업이 불가능하므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
S5의 권취공정에서는 다단 연신공정을 거쳐 얻어진 연신사를 권취하여 본 발명의 코드용 필라멘트를 제조한다. 이때 권취공정은 와인더(44)로 수행한다.
이와 같은 본 발명에 따른 코드용 필라멘트의 제조방법은, 종래 기술 대비 지연 냉각영역을 보다 강화시킴으로써 미연신사의 미세구조를 제어하여 고속방사에 따른 연신성의 저하를 방지한다. 또한, 연신공정의 다단 연신 로울러와 비접촉되는 미연신사 또는 연신사에 대해서도 가열을 해줌으로써, 모든 연신사에 균일한 연신성을 부여하여 연신성을 보다 향상시킨다. 이에 더하여, 다단 연신 로울러를 주행중인 연신사의 부분적인 열손실에 따른 연신성의 저하를 막아 연신성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
전술한 바의 공정에 의해 제조된 코드용 필라멘트는 지연 냉각영역의 제어를 통해 고속방사를 수행하여도 연신성이 향상되고, 추가의 제1 및 제2가열장치를 통해 연신공정에서의 연신성이 더욱 향상되어, 보다 우수한 물성을 가진다. 구체적으로, 방사 후 미연신사의 물성을 살펴보면 섬도가 3.5 내지 7.5 데니어, 건열 수축율(177 ℃, 2분)이 3.3 내지 45.0%를 가지고, 본 발명에 따른 처리 단계를 거쳐 얻어진 코드용 필라멘트는 강도가 7.0 내지 9.4 d/g, 중간 신율이 3.5 내지 4.8%, 절단 신도가 8.0 내지 12%, 건열 수축율(177 ℃, 2분)이 4.0 내지 7.5%, 결정화도(Xc)가 43 내지 48%, 결정 배향도(Fc)가 0.93 내지 0.98, 비정 배향도(Fa)가 0.40 내지 0.57, 섬도(모노 필라멘트인 경우)가 3.0 내지 7.5 데니어의 물성을 나타낸다.
이와 같은 코드용 필라멘트는 통상적인 처리방법에 의해 코드화 하여 고무보강용 코드로 사용될 수 있다. 대표적으로, 코드용 필라멘트를 하연 및 상연을 거쳐 코드화한 후, 접착용액이 있는 디핑 탱크에 침지 및 통과시키고, 건조 및 열고 정하여 고무보강용 코드를 제조할 수 있다. 이때 사용되는 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절한 조건 및 공정이 선택될 수 있다.
이하 2욕 처리에 따른 폴리에스터 재질의 고무보강용 코드의 제조방법을 설명한다.
먼저 코드용 필라멘트 2플라이를 250 내지 450 TPM로 하연 및 상연 공정을 거쳐 코드화한 후, 접착용액이 있는 디핑 탱크에 침지 및 통과시킨다. 이때 접착용액이 고형분 함량으로 연사된 코드 무게에 대하여 0.5 내지 8.0%, 바람직하기로 1.0 내지 5.0%가 되도록 침지시킨다.
상기 접착용액은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용되는 고무보강용 코드용 함침 용액인 RFL 용액(Resorcinol Formaldehyde Latex), 에폭시와 이소시아네이트를 포함하는 접착용액, 및 에폭시와 이소시아네이트를 포함하는 RFL 접착용액으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다.
다음으로, 상기 얻어진 코드를 건조지역(Drying Zone)에서 130 내지 160℃ 로 1.0 내지 4.0의 연신비로 150 내지 200초간 건조 후, 고온연신지역(Hot Stretching Zone)에서 235 내지 245℃의 온도로 2.0 내지 6.0의 연신비로 연신하여 45 내지 80초간 열고정(Heat Set)하여 디핑처리한 고무보강용 코드를 제조한다.
전술한 바의 공정으로 제조된 본 발명의 고무보강용 코드는 형태안정성 및 강도가 특히 우수하다. 보다 구체적으로, 상기 고무보강용 코드는 강도가 6.0 내지 7.5 d/g, 중간 신율이 3.5 내지 4.0%, 절단 신도가 14 내지 17%, 건열 수축율 (177 ℃, 2분)이 2.0 내지 6.0%을 나타내고, 형태 안정성을 나타내는 ES(Elongation and Shrinkage) 수치가 5.5 내지 10%를 나타낸다.
이러한 고무보강용 코드는 타이어(Tire), 컨베이어 벨트(Conveyor Belt), V-벨트 및 호스(Hose)등의 고무 복합체와 우수한 접착력을 가지고, 특별히 고성능 타이어의 타이어 코드로 바람직하게 적용된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1-5 및 비교예 1-3
도 1에 도시한 장치를 이용하여, 고유점도 0.98 g/dl의 고상 중합된 폴리에스터칩을 방사온도 285 ℃로 홀(hole) 지름이 0.4 mm, 홀 수가 192의 방사 구금에서 220 g/min의 토출량으로 방사된 필라멘트를 폴리에스터의 이차전이점 이하의 온도에 냉각시키고 통상의 오일링 로울러(oiling roller)를 써서 방사유제 처리액을 부여하였다. 이때 방사유제 처리액은 순수에 방사용 유제원액을 희석시킨 수계용 방사유제를 사용하였다.
다음으로, 미연신사를 연신하기 위해 6단 고테트 로울러의 직접 방사 연신기에 도입하여 연신 후 권취하여 폴리에스터 재질의 고무보강용 필라멘트를 제조하였다. 이때 각 실시예 및 비교예에 따른 조건은 하기 표 1a 및 1b에 나타낸 바와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
방사 공정 모노 필라멘트 섬도 (데니어) 7.0 4.2 3.9 4.2 5.0
지연 냉각 공정 체류시간(sec) 0.0036 0.0040 0.0053 0.0033 0.0045
길이(mm) 240 300 400 300 350
온도(℃) 300 360 360 380 360
연신 공정 방사속도(m/min) 4000 4500 4500 5400 4700
연신비 1.96 1.70 1.62 1.46 1.67
열처리 온도(℃) 250 230 210 230 240
래깅박스 내 온도(℃) 210 230 240 240 210
제1가열장치 수퍼스팀히터 설치 위치 제2 및 3연신 로울러 제2연신 로울러 - 제1, 2 및 3 연신 로울러 -
온도(℃) 390 410 - 430 -
제2가열장치 전기히터 설치 위치 - 제1 및 제2 연신로울러 사이와 제2 및 제3연신 로울러 사이 제1 및 2연신 로울러 사이와 제2 및 제3연신 로울러 사이 제1 및 2연신 로울러 사이와 제2 및 제3연신 로울러 사이 제2 및 제3연신 로울러 사이
온도(℃) - 210 230 240 230
비교예 1 비교예 2 비교예 3
방사 공정 모노 필라멘트 섬도 (데니어) 3.9 6.0 5.2
지연 냉각 공정 체류시간(sec) 0.0021 0.0019 0.0037
길이(mm) 120 120 180
온도(℃) 230 300 -
연신 공정 방사속도(m/min) 3500 3700 2900
연신비 1.6 1.48 1.86
열처리 온도(℃) 230 230 200
래깅박스 내 온도(℃) - - -
실시예 6-10 및 비교예 4-6
상기 실시예 1-5 및 비교예 1-3에서 제조된 폴리에스터 코드용 필라멘트를 이용하여 디핑처리한 고무보강용 코드를 제조하였다.
폴리에스터 코드용 필라멘트를 2플라이로 360 TPM으로 하연 및 상연공정을 수행한 후, 접착액(에폭시 0.6 중량%, 이소시아네이트 1.3 중량%, RFL 0.1 중량%를 포함)이 담긴 디핑 탱크를 통과시켰다. 이때 침지는 코드용 필라멘트 무게에 대해 고형분 함량으로 4 %의 접착액을 포함하도록 수행하였다.
이어서, 상기 코드용 필라멘트를 150 ℃에서 150초간 건조하였다. 이어서 240 ℃에서 4의 연신비가 되도록 연신 한 후, 동일 온도에서 60 초안 열고정 시켜 디핑처리한 고무보강용 코드를 제조하였다.
실험예
상기에서 공정 중 또는 후 제조된 미연신사, 코드용 필라멘트 및 고무보강용 코드의 물성을 하기에 의거하여 측정하였고, 이때 얻어진 결과를 표 2a 및 2b에 나타내었다.
A: 미연신사, 코드용 필라멘트 및 고무보강용의 수축특성
(1) 미연신사 및 코드용 필라멘트의 건열 수축율(Heat Shrinkage, %)
시료를 루프(loop) 형태로 만들어(50±1cm), 50 g에 해당하는 중량을 달아 열 수축전 길이를 측정하고, 이를 177 ℃의 온도로 고정된 오븐에 30 분간 처리하여 열 수축을 시킨 후 길이를 측정한 후, 하기 수학식 1에 의거하여 건열 수축율을 계산하였다.
Figure 112005069449584-PAT00001
2) 고무보강용 코드의 건열 수축율
20 g의 일정 장력 하에 고무 보강용 코드의 수축율을 170 ℃ X 2분의 측정 조건하에 테스트리스사의 테스트리트(Testrite) MK-V 기기로 측정하였다.
B: 코드용 필라멘트 및 고무보강용 코드의 기계적 물성
(1) 강도(strength, g/d)
ASTM D 885에 의거하여, 인스트롱 회사의 Instron 5565(Instron, USA)를 이용하여, 표준 상태(20 ℃, 65% 상대습도)하에서 시료길이 250 mm, 인장속도 300 mm/분 및 80 turns/m의 조건하에 10회 측정하여 평균값을 계산하여 강력을 측정하였다. 코드용 필라멘트는 상기 얻어진 강력 수치를 섬도로 나누어 강도를 계산하였으며, 고무보강용 코드는 코드용 필라멘트의 섬도에 플라이 수를 곱하여 계산된 총섬도로 나누어 강도를 계산하였다.
(2) 중간 신도(%)
코드용 필라멘트의 중신은 4.5 g/d에 해당하는 하중에서의 신도를 의미하며, ASTM D 885에 의거하여, 상기 강도와 동일한 조건하에 수행하여 측정하였다.
고무보강용 코드의 중신은 총섬도와 무관하게 적용되는 코드용 필라멘트 싱글 플라이의 4.5 g/d에 해당하는 지점에서의 신도로, ASTM D 885에 의거하여, 상기 강도와 동일한 조건하에 수행하여 측정하였다.
(3) 절단 신도(elongation at break, %)
절단 신도는 절단될 때까지 신장하였을 때 원래 길이에 대해 신장된 길이의 백분율로, ASTM D 885에 의거하여 코드용 필라멘트 및 고무보강용 코드의 절단 신도를 측정하였다.
(4) 치수 안정성(Elongation and Shrinkage ES, %)
치수 안정성은 중간 신도과 건열 수축율을 합하여 계산하였으며, 수치가 낮 을수록 우수한 치수 안정성을 나타낸다.
C: 코드용 필라멘트의 결정화 특성
일본 시바야마 회사의 밀도계(SSTM)를 이용하여 밀도(ρ)를 측정하고, 이론적인 폴리에스터의 완전 결정영역의 밀도값(1.457, ρc)과, 완전 비결정영역의 밀도값(1.336, ρa)을 이용하여 하기 수학식 2에 의거하여 결정화도 측정(Xc)를 측정하였다.
Figure 112005069449584-PAT00002
D: 코드용 필라멘트의 배향 및 굴절 특성
(1) 복굴절율(Δn)
독일 칼 자이스 회사의 JenapoluinterphakoTM의 간섭 현미경을 이용하여, 하기 수학식 3에 의거하여 복굴절율을 측정하였다.
Figure 112005069449584-PAT00003
상기 수학식 3에서, R은 보상지연값(Compensation retardation, nm)이고,
S는 석영 플레이트의 지연값(Retardation of quartz shim, nm)이고,
D는 코드용 필라멘트의 직경(㎛)이다.
(2) 결정 배향도(Fc)
X-선 회절 분석기로 결정의 (010)면과 (100)면에 대해 방위각 주사를 행하여 결정배향의 특성을 나타내는 피크의 반가폭(FWHM, Full with at half-maximum intensity)을 측정하여 도성분의 결정 배향도(Fc)를 계산하여, 하기 수학식 4에 의거하여 밀도를 계산 후, 수학식 5에 대입하여 결정 배향도를 계산하였다.
Figure 112005069449584-PAT00004
Figure 112005069449584-PAT00005
(3) 비정 배향도(Fa)
이러한 비정배향도는 하기 수학식 6에 의거하여, 상기에서 얻은 결정화도(Xc), 결정 배향도(Fc), 및 복굴절율을 도입하여 계산하였다. 이때 Δnc는 결정의 고유 복굴절율(0.29)이고, Δna는 비결정의 고유 복굴절(0.20)이다.
Figure 112005069449584-PAT00006
E: 조업성 평가
F/D율은 조업성을 평가하는 지수로, 하기 수학식 7에 의거하여 계산하였다.
Figure 112005069449584-PAT00007
전술한 바의 물성을 실시예 내지 비교예에서 제조된 미연신사, 코드용 필라멘트 및 고무보강용 코드에 대하여 측정한 결과는 다음과 같다.
미연신사 및 코드용 필라멘트의 물성
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3
미연신사 건열 수축율(%) 42.1 15.2 9.7 6.5 10.0 56.7 50.3 70.2
코드용 필라멘트 건열 수축율(%) 7.3 6.1 5.1 4.2 5.7 7.8 7.0 10.7
강도(g/d) 9.3 8.7 7.8 7.2 8.3 7.0 6.7 8.4
중간 신도(%) 3.7 4.5 4.2 3.7 4.0 5.6 6.3 4.5
절단 신도(%) 8.5 11.5 11.2 10.3 10.4 14.3 16.5 11.1
결정화도 (Xc, %) 46.3 43.8 46.7 44.3 45.7 43.2 46.6 44.2
복굴절율 (Δn) 0.1895 0.1875 0.1835 0.1745 0.1801 0.1770 0.1743 0.1848
결정 배향도(Fc) 0.9487 0.9463 0.9421 0.9317 0.9456 0.9470 0.9396 0.9413
비정 배향도(Fa) 0.5676 0.4937 0.4536 0.4023 0.4345 0.6039 0.5786 0.6574
고무보강용 코드의 물성
실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 비교예 4 비교예 5 비교예 6
고무보강용 코드 건열 수축율(%) 5.6 2.9 2.3 2.3 2.6 2.7 2.3 5.6
강도(g/d) 8.1 7.8 7.2 6.5 7.4 6.4 6.2 7.5
중간 신도(%) 3.8 3.8 4.0 3.5 3.9 3.8 3.6 5.0
절단 신도(%) 14.5 15.6 16.7 15.9 16.2 14.9 15.8 14.3
수치 안정성 (ES) 9.4 6.7 6.3 5.8 6.5 6.5 5.9 10.6
조업성 F/D율(%) 97.3 98.2 97.8 96.8 94.3 94.7 87.2 92.3
상기 표 2a 및 2b를 참조하면, 건열 수축율이 6.5 내지 42.1% 이었던 미연신사가 본 발명의 지연 냉각공정을 거침으로써 4.2 내지 7.3%로 나타내 열 수축이 적게 발생함을 알 수 있었다. 이는 디핑 공정 중 고온의 열처리가 이루어져 결정화도가 상승하여 fa값이 떨어져 건열 수축율이 낮아지는 것에 기인한다.
또한, 강도면에서 실시예 1 내지 5에서 제조된 코드용 필라멘트의 수치가 비교예 1 내지 3의 그것에 비해 크게 증가하였고, 중간 및 절단 신도가 낮아 치수 및 형태 안정성이 우수함을 알 수 있다. 특히, 결정화도 및 결정 배향도가 높아 지연 냉각공정의 제어 및 추가 가열장치의 도입으로 인해 연신공정에서 연신사가 고결정 및 고배향으로 진행됨을 알 수 있다.
고무보강용 코드의 경우에도, 코드용 필라멘트와 마찬가지로 비교예 4 내지 6에서 제조된 코드와 비교하여 본 발명에 따른 실시예 6 내지 10의 코드가 강도가 크게 증가하고, 수치 안정성이 우수함을 알 수 있다. 더욱이 조업성에 있어서도 최소 96.8%의 높은 수치를 나타내었다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라 지연 냉각영역을 강화시켜 고속방사에도 연신성이 향상되어, 강도 및 형태 안정성이 우수한 코드용 필라멘트 및 이를 이용하여 제조되는 고무보강용 코드를 제조하였으며, 상기 고무보강용 코드는 타이어, 컨베이어, 벨트, V벨트, 호스 등의 고무 보강용 섬유 코드 및 특별히 경량화가 가능한 경주용 타이어에 바람직하게 적용된다.

Claims (7)

  1. 고분자를 용융 방사하여 필라멘트를 제조하고, 방사된 필라멘트를 지연 냉각공정을 포함하도록 냉각 및 고화하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 방사유제로 코팅한 후 다단 연신하여 연신사를 제조하고, 상기 연신사를 권취하는 공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조방법에서,
    상기 방사된 필라멘트는 230 내지 380 ℃이며 길이가 200 내지 500 mm인 지연 냉각영역을 0.0024 내지 0.0090초 동안 체류하여 지연냉각공정을 수행하고, 상기 미연신사는 4000 내지 5500 m/분의 고속방사로 연신 및 권취하는 코드용 필라멘트의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다단 연신공정은 200 내지 250 ℃ 의 온도에서 2단 이상의 연신 로울러를 이용하여 1.3 내지 2.0의 연신비를 갖도록 수행하는 코드용 필라멘트의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 라이오셀, 레이온, 폴리비닐알콜, 폴리케톤, 아라미드 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 코드용 필라멘트의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    추가로 다단 연신 로울러 중 하나 이상의 연신 로울러를 별도의 가열장치로 감싸 다단 연신공정을 수행하는 코드용 필라멘트의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    추가로 다단 연신 로울러 사이를 주행하는 연신사를 별도의 가열장치로 감싸 다단 연신공정을 수행하는 코드용 필라멘트의 제조방법.
  6. 제1항의 제조방법에 의해 제조되고, 하기 물성을 가지는 코드용 필라멘트:
    ⅰ) 건열 수축율 4.0 내지 7.5%,
    ⅱ) 강도 7.0 내지 9.4 d/g,
    ⅲ) 결정 배향도(Fc) 0.93 내지 0.98,
    ⅳ) 비정 배향도(Fa) 0.40 내지 0.57.
  7. 제6항의 코드용 필라멘트를 포함하고, 하기 물성을 가지는 고무보강용 코드:
    ⅰ) 건열 수축율 2.0 내지 6.0%,
    ⅱ)강도 6.0 내지 7.5 d/g,
    ⅲ)형태 안정성 ES(Elongation and Shrinkage) 수치 5.5 내지 10%.
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