KR20080032604A - 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 필라멘트 제조공정의 방사방법의 개선을 통해 각종 스포츠웨어 및 기능성 의복 분야와 같은 의류용 폴리프로필렌 필라멘트를 제조 가능토록 하되, 방사 공정 중, 원료의 종류, 방사장치의 압출 공정 조건, 방사구의 설계, 냉각 공정 및 권취 공정에 대한 개선을 통해 기존의 제품에 대한 다양성을 확대시키고, 고부가가치의 제품으로 시장 점유율을 증대시킬 수 있는 새로운 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 폴리프로필렌 필라멘트를 제1피드롤러로 공급하고 온도 120∼160℃로 히터에서 열처리한 후 냉각판을 거치면서 냉각하고, 가연비 1.25∼2.5로 가연장치에 의해 가연을 한 후 연신비 1.4~2.0으로 제2피드롤러를 통과시킨 후, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의한 오버피드율을 6.0~12.0으로 하여 제3피드롤러를 통과시키고 유제부여하고 권취하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법 및 폴리프로필렌 가연사에 관한 것으로서 본 발명에 의해 사절이나 모우의 발생을 최소로 하면서 촉감이 부드러우며 신축성 및 형태안정성이 우수한 폴리프로필렌 가연사를 제공할 수 있다.

의류용 폴리프로필렌 필라멘트, 제조방법, 제조장치, 방사구팩, 가연사, 치수변화율, 비수수축율

Description

의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 폴리프로필렌 가연사의 제조방법{The Process Of Producing Polypropylene Filaments For Clothes And The Process Of Producing Polypropylene False Twist Yarn}

본 발명은 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 폴리프로필렌 가연사의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 원료를 사용하여 나일론이나 폴리에스테르와 비슷한 강도 및 신도를 유지하면서 DPF(Denier Per Fila)가 0.5 ~ 2.5가 되는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 장치에 관한 것이며, 또한, 항균성 및 소수성이 우수한 폴리프로필렌 필라멘트를 이용하여 벌키감 및 신축성이 우수하여 고급 스포츠 의류용 직물에 사용할 수 있는 폴리프로필렌 가연사를 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 폴리프로필렌 필라멘트는 합성필라멘트의 일종으로서, 강도가 우수하며, 혼방성이 좋은 소수성 필라멘트로서, 다른 합성필라멘트와는 달리, 동일한 중량의 원단일지라도 비중이 낮으므로 벌키(bulky)성이 우수하고, 흡수율이 매우 낮아 피부는 항상 건조한 상태를 유지하여 운동 중이나 후에도 항상 쾌적함을 유지할 수 있으며, 또한 천연/합성 필라멘트를 통틀어 가장 낮은 열전도율로 인하 여 열손실이 적고, 이로 인해 체온을 일정하게 유지시켜 주게 되고, 수분이 필라멘트 내부로 침투하지 않게 되므로 그냥 흔들어 떨어뜨려 제거할 수 있게 되며, 세탁이 용이하며 건조 속도가 빠르다.

또한, 세균, 곰팡이, 박테리아 등이 서식할 수 있는 환경을 제공하지 않으므로 이것으로부터 안전하고, 비활성의 폴리머이므로 냄새, 핏자국, 얼룩, 화학약품 등에 반응하지 않으며, 정전기에 대해서도 매우 안정적이다.

특히, 융점의 경우 많은 용도에서 사용할 만큼 적당하게 높지만 다른 합성필라멘트보다는 쉽게 열융착할 수 있을 만큼 낮아서 멜트 블로운(melt blown)에 의한 부직포 제조에 적합하다.

한편, 상기 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀계 폴리머는 구성 분자가 탄화수소로만 이루어져 있으므로 극성이 없어 소수성이 크므로 카펫이나 가구용 등과 같은 홈 인테리어 용도로 이용 가능하며, 극성오염물질에 대한 저항성이 매우 높다.

이러한 특징을 갖는 폴리프로필렌 필라멘트는 융점이 낮기 때문에 의류용으로는 한계가 있으나, 수분수송에 이점이 있는 위킹(wicking) 특성을 이용하여 가벼운 니트류로서만 제한적인 성장을 보이고 있다.

이는 폴리프로필렌 필라멘트를 의류용으로 사용할 경우, 폴리프로필렌의 열적특성, 일광특성, 염색특성 등, 원사 자체의 단점으로 인하여 니트 분야를 중심으로 소극적이면서 제한적으로 그 용도 전개가 이루어지고 있는 실정이다.

최근에는 열적 및 일광 특성 등에 문제점이 있는 폴리프로필렌 필라멘트의 단점을 보완한 개량형 폴리프로필렌 필라멘트가 개발되어 의류 소재로 그 용도 범위를 확대하는 등 상기 폴리프로필렌 필라멘트에 대한 관심이 날로 증가하고 있다.

그러나, 폴리프로필렌 필라멘트는 의류용으로 사용할 수 있을 정도로 충분한 강도 및 신도를 부여하기가 어려워 가연사용으로는 활용하지는 못하고 있는 실정이다.

따라서, 폴리프로필렌의 방사방법의 개선을 통해 가연사용으로 사용할 수 있는 필라멘트를 제공함으로써 각종 스포츠웨어 및 기능성 의복 분야와 같은 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 새로운 제조기술이 요구되고 있다. 그러나, 폴리프로필렌 필라멘트는 폴리프로필렌의 낮은 융점으로 인한 가연공정의 어려움이 있었고, 특히 의류용으로 사용할 수 있을 정도로 충분한 강도 및 신도를 부여하기가 어려워 가연사용으로는 활용하지는 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 폴리프로필렌 필라멘트를 이용하여 필라멘트 가공공정의 방사방법의 개선을 통해 각종 스포츠웨어 및 기능성 의복 분야와 같은 의류용 폴리프로필렌 필라멘트를 제조 가능토록 하되, 방사 공정 중, 원료의 종류, 방사장치의 압출 공정 조건, 방사구의 설계, 냉각 공정 조건, 권취 공정 조건에 대한 개선을 통해 가연사로 활용할 수 있는 범위의 강도 및 신도를 가질 수 있는 새로운 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명에서는 기존의 폴리프로필렌 필라멘트의 문제점을 극복하여 폴리프로필렌 가연사를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.이에 본 발명자는 폴리프로필렌의 방사방법의 개선을 통해 가연사용으로 사용할 수 있는 필라멘트를 사용하여 폴리프로필렌 가연사를 제조함으로써 각종 스포츠웨어 및 기능성 의복 분야에 활용할 수 있었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리프로필렌 원료를 용융 방사하되, 압출, 냉각 및 권취공정을 포함하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법에 있어서, 급속 냉각의 확보가 용이하도록 소정 길이로 돌출 형성된 방사구를 통해 압출 온도를 210 ~ 300℃의 온도로 설정하는 압출 공정과 냉각장치에서 토출되는 급속 냉각 기류의 풍속을 0.15 ~ 1.0m/s, 냉각 온도를 11 ~ 18℃로 설정하는 냉각 공정과 와인더의 장력비를 (원하는 Denier × 1/20) ~ (원하는 Denier × 1/10)로 설정하는 권취 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 압출기를 포함하는 압출 영역, 냉각장치로 이루어진 냉각 영역, 고데트 롤러 및 와인더를 포함하는 권취 영역으로 분할된 방사장치로 이루어진 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치에 있어서, 상기 압출기는 직경과 길이의 비(L/D)가 2.5 ~ 4인 방사구를 가지고, 급속 냉각의 확보가 용이하도록 방사구가 방사구팩에 대하여 하방으로 3 ~ 5mm 돌출 형성되고, 상기 방사구의 그 하단 측면 방향으로 급속 냉각 기류가 집중하여 유동 가능하도록 상방으로 경사진 풍향조절판과, 상기 방사구의 하단 측면에서 다량의 급속 냉각 기류가 집중되도록 방 사구와 이격되어 있는 냉각 영역의 하단 부분에 형성된 차단부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 폴리프로필렌 필라멘트를 제1피드롤러로 공급하고 온도 120∼160℃로 히터에서 열처리한 후 냉각판을 거치면서 냉각하고, 가연비 1.25∼2.5로 가연장치에 의해 가연을 한 후 연신비 1.4~2.0으로 제2피드롤러를 통과시킨 후, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의한 오버피드율을 6.0~12.0으로 하여 제3피드롤러를 통과시키고 유제부여하고 권취하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법이 제공된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리프로필렌을 이용하여 방사방법의 개선을 통해 각종 스포츠웨어 및 기능성 의복 분야에 이용할 수 있는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트를 제조할 수 있는 새로운 제조방법에 관한 것이다.

첨부한 도 1은 일반적인 용융방사 공정을 나타내는 흐름도이다.

먼저, 폴리프로필렌 중합물은 일단 중합 후 칩(chip)으로 만들어지고, 방사공정 전에 로트간 혼합을 한다.

상기와 같이 칩상태로 저장되어 있는 폴리프로필렌 폴리머(polymer)는 도 1에 도시된 바와 같이, 융점 이상의 온도에서 용융되기 때문에 용융방사 공정을 거쳐 제조되는바, 도 2의 방사장치를 통해 방사 공정을 수행하게 된다. 이때, 상기 방사장치는 폴리프로필렌 방사시 사도의 급속 냉각의 확보가 용이하도록 방사구가 하방으로 소정 길이 돌출 형성된 것을 사용한다.

여기에서 상기 폴리프로필렌 폴리머는 방사장치에 공급되는바, 본 발명에서 사용되는 원료는 의류용으로 사용될 수 있도록 용융지수(Melt Index:MI)가 30 ~ 40사이의 원료를 선정하게 된다.

이때, 상기 용융지수가 30 미만일 경우, 신도에서 적합하지 않고, 강도가 떨어져 바람직하지 않으며, 40을 초과하게 될 경우, 강도에서 의류용으로 적합하지 않은 문제점이 있어 바람직하지 않으며, 필라멘트용이 아니거나, 용융지수의 차이가 심할 경우, 형성 자체가 불가능하게 된다.

상기 폴리프로필렌 폴리머(1)는 상기 방사장치의 압출기(extruder)(11)에 의해 용융되어 기어펌프(gear pump)(12)에 공급된다.

여기서, 상기 압출기(11)는 스크류(screw)와 배럴(barrel)로 구성되어 있는바, 폴리프로필렌 폴리머는 스크류와 배럴 사이에서 상기 스크류의 회전을 통해 공급되면서 압축ㆍ탈포 또는 혼합ㆍ용융되면서 균일한 용융액이 되어 다음 공정으로 공급된다.

가열은 배럴 외벽에 장착된 가열부인 히터에 의해 이루어지며 폴리프로필렌 중합물은 스크류에 의해 여러 개의 분기관을 통하여 방사구팩(13)에 공급된다.

상기 방사구팩은 금속으로 되어 있으며, 열매 가스 또는 전기 히터(heater)에 의해서 블록 전체가 균일하게 가열되도록 되어 있다.

상기 방사구팩에 부설되는 계량 펌프는 용융된 폴리프로필렌 폴리머를 일정 량씩 계량하여 노즐(nozzle)인 방사구(25)로 보내는 작용을 하는데, 주로 고정밀도의 기어펌프(12)가 사용된다.

상기 기어펌프(12)는 고온(300℃), 고압(300㎏/㎠)의 작동 조건하에서 일정한 토출량과 토출압력을 유지하기 위해 정밀도와 재질이 우수한 것을 사용하여야 하며, 기어펌프(12)의 계량 정밀성과 효율을 높이기 위하여 다이압력(extruder 전단압력)을 상향유지시켜주는 것이 바람직하다.

상기 기어펌프(12)에서 계량된 폴리프로필렌 폴리머 용융액은 방사구의 여과장치로 보내져 방사시 사절(絲切)의 원인이 되는 이물질을 제거하게 된다.

그리고, 상기 기어펌프(12)를 거치고 난 다음 필터에 의해 여과되는 폴리프로필렌 폴리머 용융액은 방사구(25)에 공급되어 공기 중으로 토출된다.

이때, 상기 필터는 사(絲) 결점이 되는 이물을 효과적으로 제거하면서 이 제거물에 의한 압력 상승을 가능한 한 줄일 수 있도록 하여야 한다.

필라멘트의 경우, 생산 품목에 따라 다르나 한 방사구(25)에 보통 몇 개에서 몇십개의 세공이 뚫려 있으며, 스테이플의 경우는 몇 백개부터 몇 만개에 이르는 세공이 한 방사구(25)에 뚫려 있다.

특히, 상기 방사구(25)는 직경의 오차가 적어야 하며, 온도가 균일하게 유지되도록 설계되어 있어야 한다.

한편, 방사 온도는 고분자의 특성에 따라 결정되나, 온도가 너무 높으면 폴리프로필렌의 열분해가 일어나 분자량이 저하되며, 그 결과 사절이 발생하게 되며, 반대로 온도가 너무 낮으면 이상 유동이 발생하여 방사가 불가능하게 되거나 품질 이 저하된 실이 제조된다.

특히, 본 발명의 세섬도 폴리프로필렌 필라멘트의 경우, 기어펌프(12)의 용량과 압출기(11)의 온도를 섬도(DENIER)나 필라멘트수(FILA)에 따라 적정하게 조정하여야 하는바, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 최적의 압출 온도를 210 ~ 300℃의 온도로 설정하였으며, 상기한 범위 내의 온도를 일정하게 유지할 경우 방사를 시작하게 된다.

이때, 상기 압출기(11)의 압출 온도가 210℃ 미만이면 상기와 같이, 이상 유동이 발생하여 방사가 불가능하게 되거나 강ㆍ신도 및 균제도가 불균일한 품질이 저하된 실이 제조되는 문제가 있어 바람직하지 않으며, 300℃를 초과하게 되면 고분자의 열분해가 일어나 분자량이 저하되어 사절이 발생하는 문제가 발생하여 바람직하지않다.

여기서, 상기 방사구(25)는 보통 스테인레스 스틸로 제작되는데 내압성을 고려하여 15mm 정도의 두께로 되어 있고, 방사구(25)의 구멍하나의 직경은 0.18 ~ 0.35㎜인 것이 사용되고 있다.

본 발명에서 상기 방사구(25)의 직경과 길이의 비(L/D)는 압출사의 균일성과 방사 작업성에 영향을 미치므로 신중히 조정하여야 한다.

즉, 나일론(nylon)이나 PET의 경우에는 L/D가 1.5 ~ 2.5인 반면 본 발명의 폴리프로필렌은 유동성이 타 원료에 비하여 높기 때문에 L/D를 더 높게 설정하는 것이 바람직하다. 상기 L/D값이 크면 클수록 세섬도 폴리프로필렌 필라멘트를 생산하는데 유리하게 되므로 본 발명에서는 2.5 ~ 4의 것을 사용한다. L/D값이 4를 초 과하는 경우에는 사도의 사절이 발생할 염려가 있다.

이와 같은 방사구(25)를 통해 방사 공정을 실시하게 될 경우, 상기 방사구(25)로부터 압출되는 필라멘트는 냉각 영역의 냉각장치에서 토출되는 급속 냉각 기류에 의해 냉각되어 고화된다.

이때, 상기 방사구(25)는 도 4에 도시된 바와 같이, 방사구팩(nozzle pack)(13)에 대하여 일정 길이만큼 하방으로 돌출되어 있는 것이 바람직하며, 사도(絲道)의 중앙에 배치된다.

본 발명에 따른 방사구(25)는 방사구팩(13)에 대한 돌출길이가 3 ~ 5mm인 것을 채택하는데, 3mm 미만이면 충분한 냉각을 위하여 급속 냉각 기류의 속도를 크게 하여야 하는 문제로 인하여 바람직하지 않고, 5mm를 초과하게 되면 과냉각으로 인한 공정 안정성 저하의 문제가 발생한다.

한편, PET 또는 나일론 필라멘트의 제조에 사용되는 방사구는 도 5에 도시된 바와 같이, 빔(21)의 단부에서 내측으로 30 ~ 50mm 들어간 위치에 방사구팩(13)을 장착하는데, 안정성에 문제가 있기 때문에 본 발명과 같이 일정 길이만큼 하방으로 돌출되게 장착하지 못하는 것이다.

또한, 급속 냉각 기류의 풍속은 0.15 ~ 1.0m/s가 바람직한데, 냉각풍속이 0.15m/s 미만이면 폴리프로필렌 용융물이 충분히 냉각되지 않아 사의 융착현상이 일어나고 집속이 불가능하고, 급속 냉각 기류의 속도가 1.0m/s를 초과하게 되면 급속 냉각 기류에 의해 사도가 흔들려 사의 접속이 불가능하게 된다.

또한, 냉각 온도는 11 ~ 18℃가 바람직한데, 냉각 온도가 11℃ 미만이면 강 ㆍ신도 저하의 문제가 있으며, 냉각 온도가 18℃를 초과하게 되면 냉각 부족으로 인해 융착사가 발생하거나 신도가 불량한 문제가 발생할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 방사구(25)의 돌출길이 및 급속 냉각 기류의 속도 및 온도를 일정하게 설정하는 것 이외에 폴리프로필렌 폴리머 용융물의 충분한 냉각을 보장하기 위해서는 급속 냉각 기류가 방사구팩(13)의 바로 밑에서 급냉을 행할 수 있도록 폴리프로필렌 폴리머 용융물과 접촉하는 급속 냉각 기류의 양을 조정하는 것도 필요하다.

이를 위하여 도 4에 도시된 바와 같이, 방사구팩(13)의 방사구(25) 하단 측면 방향에서 다량의 냉각 기류가 집중할 수 있도록 냉각장치의 간격을 줄이는바, 방사구(25)와 이격되어 있는 냉각 영역의 하단 부분에 차단부재(27a)를 이용하여 차단하게 되며, 방사구팩(13)의 방사구(25) 하단 측면 방향에서 급속 냉각 기류가 집중할 수 있도록 풍향조절판(27b)을 형성하는바, 상기 풍향조절판(27b)은 냉각 기류가 상기 방사구(25)쪽으로 집중하여 유동 가능하도록 상방으로 경사진 형상을 이루고 있다.

이때, 상기 방사구(25) 하단 측면 방향으로 다량의 급속 냉각 기류가 너무 강하게 불어오게 되면 안정하지 못한 필라멘트가 생산되므로 급속 냉각 기류의 양은 방사되는 필라멘트가 흔들리지 않는 상태에서 냉각 온도를 조정하는바, 상기 필라멘트는 80% 이상 냉각될 수 있을 정도가 좋다.

이러한 방사중 냉각 조건은 분자의 결정화에 영향을 주어 연신 공정에 크게 영향을 미치는바, 서서히 냉각하게 되면 결정화도가 커져서 연신 공정에서 연신 장 력이 증가하며 이로 인하여 사절의 원인이 되기도 한다.

따라서, 일정한 온도 및 습도를 갖는 급속 냉각 기류를 일정 속도로 불어줌으로써, 균일한 냉각이 되게 하는 동시에 필라멘트에 일정한 장력을 부여하여 외부 기류나 기타 외력의 작용에 대하여 안정화시키는 목적이 있다.

한편, 상기와 같은 냉각 공정을 거친 필라멘트는 다음으로 고데트 롤러(Godet roller)(16,17)와 와인더(winder)(18)를 이용하여 권취 공정을 수행하게 되는바, 상기 고데트 롤러(16,17)는 사조(thread line)를 여러 개의 사조로 분할하여 권취하도록 되어 있다.

이때, 권취속도는 보통 1,000m/min 정도이나 최근에는 권취속도가 6,000m/min 에 이르는 것도 사용되고 있다.

이때, 상기 와인더(18)는 일정한 장력비(tension ratio)를 유지하면서 필라멘트를 권취하도록 되어 있는바, 상기 장력비는 (원하는 Denier × 1/20) ~ (원하는 Denier × 1/10)을 유지하는 것이 바람직하며, 상기 장력비가 (원하는 Denier × 1/20) 미만이면 와인딩 폼(winding form)에 문제가 발생하며, (원하는 Denier × 1/10)를 초과할 경우, 와인딩 폼 및 지관 수축으로 권취에 문제가 있어 바람직하지 않다.

여기서, 상기 장력비에 따라 방사 속도를 1500 ~ 5000m/min까지 작업할 수 있다.

상기 제조방법에 의해 강도 3.5~4.2 g/dpf, 신도 150~180%인 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트가 제공된다.

상기 제조된 필라멘트의 경우는 부분연신 필라멘트로서 아래와 같이 추가적으로 연신공정을 통해 물성을 변화시켜 사용할 수 있다.

연신 공정은 2개의 선속도가 상이한 제1고데트롤러(16)와 제2고데트롤러(17)에 의해 선속도의 비만큼 연속적으로 신장시키는 공정으로서, 방사 공정과 직접 연결된 소위 스핀 드로우(spin draw) 방식과 방사와 연신이 독립된 공정에서 이루어지는 방식이 있다.

본 발명에서는 스핀 드로우(spin draw) 방식으로서 상기 권취 공정에서 공급 롤러인 제1고데트롤러(16)의 온도는 70 ~ 150℃로, 연신 롤러인 제2고데트롤러(17)의 온도는 130 ~ 190℃로 설정하고 상기 제1고데트롤러와 제2고데트롤러간의 연신비는 1.3~1.8로 설정하는 연신공정을 추가하여 완전 연신사(Full Draw Yarn:FDY)를 제공할 수 있다. 이때, 상기 공급 및 연신 롤러의 온도 설정 범위를 벗어나게 될 경우, 물성변화가 발생하는 문제가 있어 바람직하지 않으며, 연신비 1.3미만에서는 연신불충분현상이 발생하고, 1.8을 초과하는 경우에는 사절 및 균제도가 악화되는 문제점이 발생할 수 있다.

이렇게 권취공정에서 연신공정을 추가함으로써 강도 3.5~5.0 g/dpf, 신도 70~90%인 것을 특징으로 하는 완전연신된 의류용 폴리프로필렌 필라멘트를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법에 의해 얻어진 폴리프로필렌 필라멘트를 이용하여 폴리프로필렌 가연사의 제조방법이 제공된다. 본 발명에서는 폴리프로필렌 필라멘트를 제1피드롤러로 공급하고 온도 120∼160℃로 히터에서 열처리한 후 냉각판을 거치면서 냉각하고, 가연비 1.25∼2.5로 가연장치에 의해 가연을 한 후 연신비 1.4~2.0으로 제2피드롤러를 통과시킨 후, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의한 오버피드율을 6.0~12.0으로 하여 제3피드롤러를 통과시키고 유제부여하고 권취하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법이 제공된다.

본 폴리프로필렌 가연사의 제조방법은 항균성 및 소수성이 우수한 폴리프로필렌 필라멘트를 이용하여 벌키감 및 신축성이 우수하여 고급 스포츠 의류용 직물에 사용할 수 있는 폴리프로필렌 가연사를 제공하기 위한 것으로서 본 발명의 폴리프로필렌 가연사의 제조방법을 도 6을 바탕으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 폴리프로필렌 필라멘트(31)를 제1피드롤러(32)로 공급하고 온도 120∼160℃로 히터(33)에서 열처리한 후 냉각판(34)을 거치면서 냉각하고, 가연비 1.25∼2.5로 가연장치(35)에 의해 가연을 한다. 상기 폴리프로필렌 필라멘트는 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트(POY) 또는 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트(FDY)를 사용할 수 있는데, 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트를 사용하는 경우에는 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트를 사용하는 경우보다 제조되는 가연사가 더욱 벌키해지는 특징이 있다. 상기 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트(POY)는 강도 3.0~4.2 g/dpf, 신도 150~180%인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트(FDY)는 강도 3.5~5.0 g/dpf, 신도 70~90%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 히터(33)에서의 열처리온도는 120∼160℃가 바람직한데, 120℃미만에서는 권축회복율이 높은 가연사가 요구하는 크림프의 안정화에 문제점이 있으며, 160℃를 초과하는 경우에는 원사 용융으로 인한 원사 물성이 변화하는 문제점이 있다. 가연장치의 가연비는 공급되는 폴리프로필렌 필라멘트의 물성에 따라 차이가 있을 수 있는데, 1.25∼2.5인 것이 바람직한데, 1.25 미만에서는 사도떨림이나 사도이탈로 인한 사도불안정으로 가연사의 형태안정성(미가연)에 문제점이 있으며, 2.5를 초과하는 경우에는 사절 및 모우 등의 문제점이 있다. 부분연신 필라멘트를 공급하는 경우의 가연비는 1.5∼2.5, 완전연신 필라멘트의 경우의 가연비는 1.25~1.45로 정하는 것이 바람직하다. 가연장치 통과 후 연신비 1.4∼2.0이 되도록 제2피드롤러(6)를 통과시키는데, 그 이유는 권축회복율의 안정성은 낮은 신도에서 이루어지므로 사가공상의 모우가 발생이 되지 않는 한계치로 연신비를 설정하는 것이 바람직하다. 1.4 미만에서는 크림프 발현의 문제점이 있으며, 2.0을 초과하는 경우에는 미해연 및 사절발생등의 문제점이 있다.

이후 제3피드롤러(37)를 통과시키고 유제부여부(38)에서 유제처리하고 권취드럼(39)에 권취하여 본 발명의 폴리프로필렌 가연사를 제조한다.

본 발명에서는 특히, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의한 오버피드율을 정밀히 설정하는 것이 특히 중요한데, 6.0~12.0으로 조절함으로써 히터와 냉각판(cooling zone)을 거친 사도를 자연냉각시킴으로써 크림프상태를 안정시킬 수 있다. 특히 DPF가 1 미만인 사종의 경우에는 상기 오버피드율을 9.0~11.0으로 조절하는 것이 세섬도의 사도의 크림프상태의 안정화를 도모할 수 있어 최종 제품 인 가연사의 우수한 촉감 및 신축성 부여에 이바지할 수 있다.

상기 오버피드율은 다음과 같이 계산된다.

오버피드율(%) ={(제2피드롤러표면속도 - 제3피드롤러표면속도)/ 제2피드롤러표면속도}×100

일반적으로 나일론 또는 폴리에스테르 가연사의 경우에는 정전기 발생에 의한 가연사의 형태안정성을 향상시키기 위해 교락공정을 필수적으로 행하나, 본 발명의 폴리프로필렌의 경우에는 정전기가 발생하지 않으므로 교락공정을 필수적으로 행하지는 않는다. 경우에 따라서는 해사성을 향상시키기 위해 상기 제2피드롤러(36)와 제3피드롤러(37) 사이에 공기압 0.5 ~ 3.0㎏/㎠의 조건으로 교락공정을 추가할 수 있다.

본 발명에 의하면 강도 3.0~4.0 g/dpf 및 신도 20.0~34.0%인 폴리프로필렌 가연사가 제공된다.

또한, 상기 폴리프로필렌 가연사는 치수변화율 -0.6 ~ -1.5% 및 비수수축율 5.5~5.9%인 것이 제공될 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 및 장치에 의하면, 폴리프로필렌 중합체를 이용하여 필라멘트 방사방법의 개선을 통해 특히 가연사용으로 바람직한 강도와 신도를 갖는 필라멘트를 제공함으로써 기존의 제품에 대한 다양성을 확대시키고, 고부가가치의 제품으로 시장 점유율을 증대시킬 수 있으며, 기능상의 고급화로 필라멘트의 품질을 한단계 업그레이 드시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의해 폴리프로필렌 자체의 낮은 융점으로 인해 가연사를 제조하기 어려웠던 폴리프로필렌 필라멘트를 개질하여 사절이나 모우의 발생을 최소로 하면서 촉감이 부드러우며 신축성이 우수하며, 비수수축율이 낮아 후가공시 안정성을 유지할 수 있는 폴리프로필렌 가연사를 제공할 수 있다.

이하 다음의 실시 예에서는 본 발명의 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

용융지수(MI)가 30인 폴리프로필렌 칩(대한유화산)을 익스트루더에 공급하여 용융시킨 후, 기어펌프를 통해 빔에 대한 돌출 길이가 5mm돌출되고 직경과 길이의 비(L/D)가 3인 방사구를 가진 압출기에 상기 용융물을 공급하여 압출 온도 265℃의 온도로 압출한 후, 방사구의 하단 측면 방향으로 급속 냉각 기류가 집중하여 유동 가능하도록 상방으로 경사진 풍향조절판과 냉각 영역의 하단 부분에 형성된 차단부재를 가지는 냉각장치를 통해 풍속을 0.2m/s, 냉각 온도를 15℃로 설정하여 사조를 냉각한 후, 와인더의 장력비를 5로 설정하여 권취하여 75d/32fila의 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트를 얻었다.

[실시예 2]

권취 공정에서 제1고데트롤러와 제2고데트롤러를 추가 설치하여 제1고데트롤러의 온도는 90℃로, 연신 롤러인 제2고데트롤러의 온도는 140℃로 설정하고 상기 제1고데트롤러와 제2고데트롤러간의 연신비는 1.4로 설정하는 연신공정을 추가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 폴리프로필렌 필라멘트를 제조하여 70d/32fila 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트를 얻었다.

상기 실시예 1 및 실시예 2에서 얻은 폴리프로필렌 필라멘트의 강도 및 신도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

	강 도(g/dpf)	신 도(%)
실시예 1	3.7	170
실시예 2	4.3	80

상기 표 1에 나타난 결과에 의하면, 실시예 1의 부분연신 필라멘트는 부분연신 필라멘트로서는 후공정(가연)을 하기에 적당한 강도를 가지고 있으며, 실시예 2의 완전연신 필라멘트는 강도가 증가하였고 신도는 감소되어 의류용으로 사용이 가능한 물성이 됨을 알 수 있었다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서 얻은 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트(네필라, POY 75d/32fila, 동국가연사산, 강도 3.7g/dpf), 신도 170%)를 제1피드롤러로 공급하고 표 2와 같은 조건으로 열처리한 후 냉각판을 거치면서 냉각하고, 가연을 한 후 제2피드롤러를 통과시킨 후 제3피드롤러를 통과시키고 유제부여하고 권취하여 폴리프로필렌 가연사(50d/32fila)를 제조하였다.

구 분	연신비	히터온도	가연비	오버피드율
조 건	1.9	140℃	1.7	10.5

[실시예 4]

상기 실시예 2에서 얻은 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트(네필라, FDY 70d/32fila, 동국가연사산, 강도 4.3g/dpf), 신도 80%)를 공급하고 가연비를 1.35로 조절하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 폴리프로필렌 가연사를 제조하였다.

[실시예 5]

제2피드롤러를 통과시킨 후 추가적으로 공기압 1.2㎏/㎠의 조건으로 교락공정을 행한 후 제3피드롤러를 통과시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 폴리프로필렌 가연사(50d/32fila)를 제조하였다.

상기 실시예들에 의해 제조한 가연사의 특성을 파악하기 위해 인장강도는 KS K 0215:2002 강도 및 신도 시험방법에 의하여 시험하고, 치수변화율은 KS K 0423: 2002법, 20±2℃. 10분침지, 망건조)에 의하여고, 비수수축율은 상기 가연사를 일정길이(ℓ₀)가 되도록 릴에 감아 98℃의 열수에 30분간 무장력으로 끓인 후의 길이(ℓ₁)를 재어 다음식에 의해 측정하여 표 3에 나타내었다.

비수수축율 = [(ℓ₀-ℓ₁)/ℓ₀]×100

구 분	신도(%)	강도(g/dpf)	치수변화율(%)	비수수축율(%)
실시예 3	30.0	3.7	-1.0	5.8
실시예 4	28.4	3.9	-0.9	5.6
실시예 5	31.4	3.7	-1.2	5.7

도 1은 일반적인 용융방사 공정을 나타내는 흐름도,

도 2는 본 발명에 따른 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치에 있어서, 방사장치를 나타내는 개략적인 도면,

도 3은 본 발명에 따른 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치에 있어서, 방사구팩을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치에 있어서, 방사구팩에 공급되는 냉각기류의 유도상태를 나타내는 도면이다.

도 5는 기존의 PET 또는 나일론 방사시 사용하는 방사구팩에 공급되는 냉각기류의 유도상태를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 폴리프로필렌 가연사를 제조하는 공정의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 폴리프로필렌 폴리머 11 : 압출기

12 : 기어펌프 13 : 방사구팩

14 : 냉각장치 15 : 토출섬유

16 : 제1고데트 롤러 17 : 제2고데트롤러

18 : 와인더 21 : 빔

25 : 방사구 26 : 냉각기류

27a : 차단부재 27b : 풍향조절판

31 : 폴리프로필렌 필라멘트 32 : 제1피드롤러

33 : 히터 34 : 냉각판

35 : 가연장치 36 : 제2피드롤러

37 : 제3피드롤러 38 : 유제부여부

39 : 권취드럼

Claims (15)

1. 폴리프로필렌 원료를 용융 방사하되, 압출, 냉각 및 권취공정을 포함하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법에 있어서,

   급속 냉각의 확보가 용이하도록 소정 길이로 돌출 형성된 방사구를 통해 압출 온도를 210 ~ 300℃의 온도로 설정하는 압출 공정과,

   냉각장치에서 토출되는 급속 냉각 기류의 풍속을 0.15 ~ 1.0m/s, 냉각 온도를 11 ~ 18℃로 설정하는 냉각 공정과,

   와인더의 장력비를 (원하는 Denier × 1/20) ~ (원하는 Denier × 1/10)로 설정하는 권취 공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 원료는 용융지수(MI)가 30 ~ 40인 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 권취 공정에서 공급 롤러인 제1고데트롤러의 온도는 70 ~ 150℃로, 연신 롤러인 제2고데트롤러의 온도는 130 ~ 190℃로 설정하고 상기 제1고데트롤러와 제2고데트롤러간의 연신비는 1.3~1.8로 설정하는 연신공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법.
4. 압출기를 포함하는 압출 영역, 냉각장치로 이루어진 냉각 영역, 고데트 롤러 및 와인더를 포함하는 권취 영역으로 분할된 방사장치로 이루어진 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치에 있어서,

   상기 압출기는 직경과 길이의 비(L/D)가 2.5 ~ 4인 방사구를 가지고, 급속 냉각의 확보가 용이하도록 방사구가 방사구팩에 대하여 하방으로 3 ~ 5mm 돌출 형성되고,

   상기 방사구의 그 하단 측면 방향으로 급속 냉각 기류가 집중하여 유동 가능하도록 상방으로 경사진 풍향조절판과,

   상기 방사구의 하단 측면에서 다량의 급속 냉각 기류가 집중되도록 방사구와 이격되어 있는 냉각 영역의 하단 부분에 형성된 차단부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조장치.
5. 제 1항 기재의 제조방법에 의해 제조되고, 강도 3.5~4.2g/dpf, 신도 150~180%인 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트.
6. 제 3항 기재의 제조방법에 의해 제조되고, 강도 3.5~5.0 g/dpf, 신도 70~90%

   인 것을 특징으로 하는 의류용 폴리프로필렌 필라멘트.
7. 폴리프로필렌 필라멘트를 제1피드롤러로 공급하고 온도 120∼160℃로 히터에서 열처리한 후 냉각판을 거치면서 냉각하고, 가연비 1.25∼2.5로 가연장치에 의해 가연을 한 후 연신비 1.4~2.0으로 제2피드롤러를 통과시킨 후, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의한 오버피드율을 6.0~12.0으로 하여 제3피드롤러를 통과시키고 유제부여하고 권취하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서, 제2피드롤러와 제3피드롤러간의 속도차에 의한 오버피드율은 9.0~11.0인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
9. 제 7항에 있어서, 상기 제2피드롤러와 제3피드롤러 사이에 공기압 0.5 ~ 3.0㎏/㎠의 조건으로 교락공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
10. 제 7항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 필라멘트는 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트이며, 가연비는 1.5∼2.5인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트는 강도 3.0~4.2 g/dpf, 신도 150~180%인 폴리프로필렌 부분연신 필라멘트인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
12. 제 7항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 필라멘트는 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트이며, 가연비는 1.25~1.45인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트는 강도 3.5~5.0 g/dpf, 신도 70~90%인 폴리프로필렌 완전연신 필라멘트인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사의 제조방법.
14. 강도 3.0~4.0 g/dpf 및 신도 20.0~34.0%인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사.
15. 제 14항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 가연사는 치수변화율 -0.6~-1.5% 및 비수수축율 5.5~5.9%인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 가연사.

Images