KR20080020315A - 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단사 섬도가 1 ～ 5 데니어인 이형단면 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 지연냉각부의 길이를 20mm이하, 냉각공기 취출면과 필라멘트간의 거리가 2mm 내지 30mm로 방사함으로써 노즐 하부의 지연냉각부 및 냉각공기 취출면과 사조간 거리를 제어하고, 초고속방사에 의한 고배향사의 제사공법을 적용하며, 또한 방사노즐 구멍 단면을 높은 이형도 확보(8엽단면)가 가능토록 적합하게 설계하여 저수축 특성(비수수축율 3%이하)을 갖는 이형단면 폴리에스테르 섬유를 제조할 수 있다.

본 발명의 이형단면사는 레이온과 유사한 단면 및 저수축 특성을 가진다.

폴리에스테르섬유, 이형단면, 지연냉각부, 냉각공기, 저수축, 8엽상

Description

이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조방법 { Process for preparing non-round cross-sectional polyester yarn }

도 1은 본 발명에서 사용된 방사구금 단면 개략도이다.

도 2는 본 발명에서 사용된 원사단면 개략도이다.

본 발명은 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 단사 섬도가 1 ～ 5 데니어인 이형단면 폴리에스테르 섬유를 용융방사함에 있어서, 노즐 하부의 지연냉각부 길이를 조정하고 냉각공기 취출면과 사조간 거리를 제어하고 방사구금을 높은(高) 이형도 발현이 가능토록 최적화하고, 또한 초고속방사법에 의한 고배향사(Highly Oriented Yarn)의 제사공법을 적용하여 이형도가 높고, 수축율이 낮은 이형단면 폴리에스테르 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 폴리에스테르 섬유업계에서는 고부가가치를 갖는 차별화 소재의 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 목적으로 이형단면사에 대한 관심이 집중되면서 현재는 각사마다 개발에 총력을 기울이고 있다. 이형단면사는 중합물의 개질없이 단면 차별화에 의해서만으로도 고부가가치를 창출할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 이형단면사의 경우, 방사 드래프트(Draft)의 급증으로 이형단면 확보가 어렵고, 사조간의 냉각 불균일로 인해 방사 공정상에서 단사절 또는 단면불균일이 다발하는 문제점을 갖는다.

일반적으로 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조에 있어 필라멘트들간의 균일 냉각이 원사의 품질을 결정하는 중요한 요인이며 적정한 방사노즐 설계가 이형도 확보에 있어 핵심 기술이다. 폴리에스터 중합물을 적용하여 레이온과 유사한 단면특성을 갖도록 하기위해서 여러 가지 이형단면 형태에 대한 연구가 진행되어 왔다. 한국특허공보 10-0291311 및 10-0523809 등에서는 여러 가지 이형단면 원사의 제조를 통하여 단면형태 변화에 따른 원사 특성변화에 대해 설명하고 있다. 그러나 레이온과 유사한 단면특성 발현을 위해서는 적정 방사노즐 선정과 이에 상응하는 냉각시스템 및 적정 방사조건 선정이 필요하다. 통상적인 냉각방식인 전면단방향 냉각방식으로는 충분한 균일 냉각이 이루어지지 않아 사조간의 융착 등에 의해 공정성이 저하되며 불균일한 물성을 얻게 된다. 이러한 단점을 보완하기 위한 대안으로 한국특허공개 제 92-15834호에는 전방향 원통형 송출방식 냉각장치에 의한 냉각방식이 제안되는 등 필라멘트들간의 균일 냉각을 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

본 발명의 목적은 단사 섬도가 1 ～ 5 데니어인 이형단면 폴리에스테르 섬유를 용융방사하는데 있어서, 지연냉각부의 길이 및 냉각공기 취출면과 필라멘트간의 거리를 제어하여 필라멘트들간의 냉각을 균일하게 유지시키고, 방사구금 최적화 및 초고속방사공법 적용을 통해 고이형도, 저수축특성, 공정성 및 물성이 우수하며 염 색성이 양호한 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 단사 섬도가 1～5 데니어인 이형단면 폴리에스테르 섬유를 제조함에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합체를 아래 수식 (1)～(5)를 만족하는 도 1의 8엽상 방사구금을 사용하여 용융방사한 후 방사구금 직하에 설치된 20mm이하의 지연 냉각부를 통과시켜 지연 냉각시킨 다음, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리가 2 ～ 30mm인 냉각부를 통과시켜 권취속도가 5,000m/분 이상의 초고속방사 제사공법을 적용하여 방사 및 연신을 1 단계공법으로 실시하여 제조하는 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

(1) 1.2 ≤ A/B ≤ 1.6

(2) 3 ≤ D/C ≤ 5

단, C(Slit폭)은 0.08mm이하

(3) A ≥ 8×C + 0.2mm

(4) θ = 60 ～ 120°

(5) 슬릿(날개)수 : 8개

단, A는 장축슬릿의 길이(mm), B는 중앙부 단축슬릿의 길이(mm), C는 슬릿의폭(mm), D는 외측부 단축슬릿의 길이(mm), θ는 장축슬릿에 대한 외측부 단축슬릿의 경사각도(도)이다.

즉, 본 발명은 노즐 하부의 지연 냉각부 및 냉풍 취출면과 사조간 거리를 제어하여 사조간의 냉각균일성을 확보하고 방사구금 설계를 상기 조건들이 만족되도 록 최적화하며 초고속방사 공법 적용(권취속도 5,000m/분이상)을 통해 이형도가 높고 저수축 특성을 갖는 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

상기 이형단면 폴리에스테르 섬유 제조 방법의 핵심 기술은 필라멘트에 동일 위치에서 동일한 냉각효과를 줄 수 있도록 냉각장치를 설계함과 동시에 외란에 대한 사물성의 변동을 최소화하기 위해 방사구금으로부터 압출된 직후에 냉각을 실시하여 사변형을 최소화시키는 것이다. 이형도가 높은 이형단면 폴리에스테르사를 제조하기 위해서는 냉풍이 모든 필라멘트와 균일하게 접촉해야하며, 또한 냉풍간이나 냉풍과 사조간의 충돌에 의한 와류를 제어해야한다.

본 발명에서는 이의 개선방법으로 노즐 직하의 지연냉각부의 길이를 비교적 짧게 하고, 냉풍 취출면과 필라멘트간의 거리를 짧게 제어함으로써 필라멘트간의 균일 냉각을 가능케해 공정성 및 물성을 개선할 수 있었다. 이때 지연 냉각부의 길이는 20mm이하, 냉풍 취출면과 필라멘트간의 거리는 2 ～ 30mm로 제어하였다. 노즐 직하 지연 냉각부의 길이가 20mm를 넘으면 공정성이 저하되고 단면간 균일성 확보가 어려웠다. 또 냉풍 취출면과 필라멘트간의 거리가 30mm를 초과하면 물성이 불균일해지고 공정성도 저하되었으며, 2mm미만이면 필라멘트간 불균일 냉각이 발생하였다.

방사구금 설계에 있어 C(슬리트폭)가 0.08mm를 넘으면 초고속방사 공법 적용시에 방사드래프트가 과도하게 높아져 단면형성이 어렵고 방사공정성이 저하된다. 또 A/B값, D/C값 및 θ은 각각 적정 범위인 1.2～1.6, 3～5 및 60～120° 의 범위를 벗어나면 양호한 공정성, 염색성 및 8엽단면 확보가 불가능하였다.

한편, 상기 이형단면 폴리에스테르 섬유는 비수수축율이 3%이하가 되어서 레이온과 유사한 특성을 나타낸다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 자세히 설명한다.

< 물성 측정방법 >

1) 방사 공정성 평가 내용 : ○ - 매우 양호, △ - 보통, × - 불량,

×× - 불가

2) 수축율 : 비수수축율 (끓는 물에 30분 방치하여 전후 길이 변화 측정)

3) 염색성 평가방법 : ○ - 매우 양호, △ - 보통, × - 불량

4) 8엽단면 형성성 : 육안평가로, 8엽단면 형성 평가

시료 : 본 발명에 의한 이형단면 폴리에스테르사를 사용하여 환편기로 20cm 길이가 되도록 편직하였다.

염욕 : 분산염료 코우-네이비(S-type)을 염료농도 1% o.w.f.로 만든 후, 분산제 (VGT) 1g/L, pH 5.0(초산), 액비 1대 15로 조제하였다.

염색시험 : 시료를 염욕에 넣고, 염색온도를 30～130℃까지 1℃/분으로 일정하게 승온하여 130℃에서 30분간 유지하면서 염색하였다. 염색이 끝난 시료를 충분히 건조 후, 백색판을 넣어 육안으로 염색성을 판정하였다.

<실시예 1>

고유점도 0.63dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합물을 사용하여 방사온도 290℃, 도 1의 8엽상 방사구금을 이용하되, C가 0.08mm, A/B가 1.6, D/C가 5, θ가 60°, 방사구금 홀(Hole) 길이가 0.5mm이며 필라멘트수는 36개로 최종 연신사의 단사섬도가 2 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 방사속도 5,000m/분에서 1단계 초고속방사 공법으로 용융 방사하였다. 냉풍 온도는 20℃로 조정하였고, 냉각지연부는 방사구금 직하에 설치하여 그 길이를 10mm로 조정하였다. 또한 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리가 30mm가 되도록 조정하였다. 제조된 도 2의 이형단면사의 이형도, 수축율, 공정성 및 염색성 등의 값을 표 1에 나타내었다.

<실시예 2>

최종 연신사의 단사섬도가 4 데니어, 지연냉각부의 길이를 20mm, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 20mm, 방사구금 치수는 A/B가 1.2, D/C가 3, θ가 120°로 조정하고, 방사속도를 5,300m/분으로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 1>

지연냉각부의 길이를 40mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 2>

냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리를 50mm로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 3>

최종 연신사의 단사섬도가 0.7 데니어가 되도록 한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 4>

방사구금 치수에서 A/B를 1.8로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 5>

방사구금 치수에서 A/B를 1.0으로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 6>

방사구금 치수에서 D/C를 2로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 7>

방사구금 치수에서 D/C를 6로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

<비교예 8>

방사구금 치수에서 θ를 150°으로 조정한 것외엔 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

본 발명에 의하면 단사섬도 1 ～ 5 데니어인 이형단면 폴리에스테르 섬유를 제조하는데 있어, 노즐 하부의 지연냉각부 및 냉각공기 취출면과 사조간 거리를 적정하게 제어하고 방사노즐의 구금설계 최적화 및 5,000m/분 이상의 초고속방사 공법 적용을 통해 이형도가 높고, 수축율이 낮으며 공정성 및 물성이 우수한 8엽상(8葉狀) 이형단면 폴리에스테르 극세 섬유를 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 이형단면사는 8엽상 단면형태 및 비수수축율 3%이하인 저수축 특성으로 레이온과 유사한 특성 및 효과를 나타낸다.

Claims (2)

1. 단사 섬도가 1 ～ 5 데니어인 이형단면 폴리에스테르 섬유를 방사속도 5,000m/분 이상의 고배향사(Highly Oriented Yarn)의 제사공법으로 제조함에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중합체를 아래식 (1)～(5)를 만족하는 슬릿(날개)수 8개인 방사구금을 사용하여 용융방사한 후, 방사구금 직하에 설치된 20mm이하의 지연 냉각부를 통과시켜 지연 냉각시킨 다음, 냉풍취출면과 필라멘트간의 최대거리가 2 ～ 30mm로 제어되는 냉각부를 통과시켜서 제조하는 것을 특징으로 하는 이형단면 폴리에스테르 섬유의 제조방법.

   (1) 1.2 ≤ A/B ≤ 1.6

   (2) 3 ≤ D/C ≤ 5

   단, C(Slit폭)은 0.08mm이하

   (3) A ≥ 8×C + 0.2mm

   (4) θ = 60 ～ 120°

   (5) 슬릿(날개)수 : 8개

   단, A는 장축슬릿의 길이(mm), B는 중앙부 단축슬릿의 길이(mm),

   C는 슬릿의 폭(mm), D는 외측부 단축슬릿의 길이(mm),

   θ는 장축슬릿에 대한 외측부 단축슬릿의 경사각도(도)
2. 제 1 항의 방법에 의해 제조되며 비수수축율이 3% 이하인 것을 특징으로 하 는 이형단면 폴리에스테르 섬유.

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