KR20080061155A - 열 특성이 우수한 산업용 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평균 분자량이 35,000 ~ 50,000인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 강도가 10.0 ~ 11.5g/d 이고, 절신 10 ~ 13%이며, 수축율이 7 ~ 11%인 폴리에틸렌테레프탈레이트 사에 있어서, 190℃의 온도로 60초 동안 열처리 하였을 때, 2 ~ 5% 의 초기 신율대에서 강력 유지율이 40% 이상이고 열처리 후의 강도가 9.5g/d 이상인 열 특성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사를 제공한다. 본 발명의 고강력 섬유는 토목용 지오그리드 제품, 산업용 웨빙벨트 용에 유용하다.

폴리에틸렌테레프탈레이트, 산업용 사, 고강력, 지오그리드

Description

열 특성이 우수한 산업용 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유{Polyethyleneterephthalate yarn with good thermal performance and high tenacity for industrial use}

도 1은 본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 사의 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 1000D 폴리에틸렌테레프탈레이트 사에 대한 열처리 전후의 힘-변형 곡선이다.

본 발명은 수평균 분자량이 35,000 ~ 50,000인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 강도가 10.0 ~ 11.5g/d 이고, 절신 10 ~ 13%이며, 수축율이 7 ~ 11%인 폴리에틸렌테레프탈레이트 사에 있어서, 190℃의 온도로 60초 동안 열처리 하였을 때, 2 ~ 5% 의 초기 신율대에서 강력 유지율이 40% 이상이고 열처리 후의 강도가 9.5g/d 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사에 관한 것이다. 본 발명에 따른 섬유는 매우 높은 강도 특성을 가지면서 열처리 후에도 높은 강도를 유지하는 특성을 지녀 토목용 지오그리드 및 웨빙용 벨트와 같은 산업용 소재로 적합하다. 이와 같은 본 발명에 따른 섬유는 열처리 후에도 초기 신율 대에서 높은 강력 유지율을 가지는 특징이 있다.

폴리에스테르 섬유의 강도를 높이기 위한 종래의 방법으로는 고유점도 1.0 이상의 고점도 칩을 용융한 후, 용융된 폴리머 온도를 310℃까지 높여서 충분히 녹이고 후드 길이를 280mm, 후도 온도를 340℃로 설정하고 퀀칭(quenching) 에어의 온도를 16 ~ 18℃로 하여서 폴리머를 고화시킨다. 이어서 고뎃 롤러에서 저속권취하여 얻은 미연신사를 1단 및 2단으로 연신배율 6.0까지 직접 연신한 후 릴랙스를 시켜 권취하는 방법이었다. 이때 저속 권취로 미연신시의 배향도를 낮추어 고배율의 연신을 부여하여 고강도의 섬유를 얻었다. 상기 방법으로 제조되며 산업용 로프 등의 제품에 널리 사용되는 폴리에스테르 사의 물성은 강도 9.5g/d 이하, 절신 12 ~ 18%이고 열처리 후의 강도는 8.5g/d 이하이고 열처리 후의 초기 신율대에서 강력 유지율이 15 ~ 30% 대로 매우 낮다.

종래의 방사 기술을 사용하여 더 높은 강도를 얻기 위해서 종래의 연신 배율보다 연신 배율을 높일 경우 방사 사절이 많이 발생하는 공정상 문제와 품질문제가 발생하여 후 공정성이 나빠진다. 그러므로 제조비용의 상승 및 제품의 질이 저하되어 기존의 기술로는 고 강도 및 열특성이 우수한 산업용 사를 얻기 힘들었다.

본 발명의 목적은 수 평균 분자량이 35,000 ~ 50,000인 폴리에틸렌테레프탈 레이트 칩을 용융 방사하고 고연신 배율로 조절하여 강도가 10.0g/d ~ 11.5g/d 이고 절신이 10.0 ~ 13.0%, 수축율이 7.0 ~ 13.0 %이고, 190℃의 온도로 60초 동안 열처리 하였을 때, 2% ~ 5%신율 대에서 40% 이상의 강력 유지율과 열처리 후의 강도가 9.5g/d 이상으로 열 특성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사를 제공하는 것이다.

이러한 특징을 가진 본 발명에 따른 섬유는 폴리머가 용융과정에서 최대한 열분해가 일어나지 않게 하여 폴리머 자체의 고유 물성을 유지할 수 있도록 하고 높은 분자량의 폴리머 순도를 유지하기 위해 팩 필터를 강화하고 연신 배율을 높일 수 있도록 후드 길이를 조절하고 열에 안정한 성능을 얻기 위해 와인더 직전의 고뎃드 롤러의 표면 온도를 200℃ ~ 230℃로 하여 연신하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면. 수평균 분자량이 39,000인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 얻은 폴리에틸렌테레프탈레이트 사의 강도가 10.0g/d ~ 11.5g/d 이고; 절신이 10.0 ~ 13.0%; 수축율이 7.0 ~ 13.0 %이고; 190℃의 온도로 60초 동안 열처리 하였을 때, 2% ~ 5%신율 대에서 40% 이상의 강력 유지율; 열처리 후의 강도가 9.5g/d 이상; 열 특성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사에 관한 것이다.

상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 개수가 100 또는 400개 인 것이 바람직하다. 이때 멀티 필라멘트의 개수가 100 미만이면 산업용 고강력사로 강도가 낮고, 400개를 초과하면 방사성이 떨어진다.

상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 총섬도가 500 내지 10000 데니어인 것이 바람직하다. 이때 멀티 필라멘트의 총섬도가 500 데니어 미만이면 산업용 고강력사로 강도가 낮고, 10000 데니어를 초과하면 방사성이 떨어진다.

본 발명에서는 토목용 지오그리드 및 산업용 웨빙용 벨트를 제조 시 후공정에서 사용하는 열에 의해 원사의 높은 물성을 최대한 유지하기 위한 방법으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 사의 열처리 후에 강력을 높게 유지하기 위해 제안한다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 사의 강도가 10.0g/d ~ 11.5g/d 이고 절신이 10.0 ~ 13.0%, 수축율이 7.0 ~ 13.0 %이고 190℃의 온도로 60초 동안 열처리 하였을 때, 2% ~ 5%신율 대에서 40% 이상의 강력 유지율을 가지고 열처리 후의 강도가 9.5g/d 이상으로 열 특성이 우수한 특징을 가진다.

아래에서 본 발명을 첨부된 도면에 따라 상세하게 설명한다. 수평균 분자량이 35,000 ~ 50,000인 폴리에스테르 칩을 익스트루더(1)에서 용융한 후 팩 필터(필터의 사이즈 30μm)(3)에서 필터링 되어진다. 후드히터(4~6)의 온도를 300 ~ 450℃로 높여 방사된 필라멘트가 최대한 무정 및 무배향의 구조를 가질 수 있도록 후드히터 아래의 퀀칭(quenching) 에어의 온도를 낮추어 흡기(7) 및 배기(8) 시켜준다. 고화된 사를 오일링 롤러에서 적당량의 오일을 부여한 후 고뎃드 롤러 2(10)와 롤러 3(11)에서 예비 연신을 거친 다음 고뎃드 롤러 3(11)과 롤러 4(12)에서 2차의 고 비율의 연신을 수행하고 고뎃드 롤러 5(13)의 온도를 200℃ ~ 230℃로 높여 섬 유내의 결정을 높이고 고뎃드 롤러 4(12)와 롤러 5(13) 상에서 이완시키며 권취한다.

이와 같은 공정에서 제조된 폴리에스테르 사는 방사 작업성이 좋아 얻어지는 원사의 품질이 우수하고 고강도로 열적 성질이 우수하여 후 공정에서 열처리가 필요한 토목용 지오그리드, 산업용 웨빙 등의 용도로 유용하게 사용될 수 있다.

실시예 및 비교예의 물성 평가는 아래와 같이 측정 또는 평가하였다.

1) 폴리에스테르 칩의 분자량 측정 방법

폴리에스테르 칩 0.05g을 Chloroform과 HFIP(1,1,1,3,3,3-Hexafluoro-2-propanol) 의 98/2 혼합액 1ml 로 80℃에서 1시간 용해한다. 용해액을 Chloroform 9ml로 희석후 Filtering 한다.

Instrument : Agilent 1100 GPC system

Column : Waters styragel HR 5E+4E

Eluent : Chloroform과 HFIP 의 98/2 혼합액

Flow Rate : 1.0 ml/min

Detection : RI Detector

Standard 시료 : PET

위와 같은 조건에서 수평균 분자량 및 중량평균 분자량을 측정한다.

2) 원사의 강신도 측정방법

원사를 표준상태인 조건, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 상태인 항온 항습실에서 24시간 방치 후 ASTM 2256 방법으로 시료를 인장 시험기를 통해 측정한다.

3) 수축율 측정방법

원사를 표준상태, 즉 25℃ 온도와 상대습도 65%인 항온 항습실에서 24시간 방치 한다. 150℃ Oven에서 30분 방치한다. 원사를 표준상태에서 24시간 방치 한다. 원사의 줄어든 신율을 측정한다. (L₀ : 시료를 표준상태에서 24시간 방치 후 초하중(0.01g/d)하에서 측정한 길이, L₁ : 일정시간 열을 가한 뒤 초하중(0.01g/d)하에서 줄어든 시료의 길이)

4) 원사의 열처리 방법

원사를 150℃ 온도 범위에서 테스트라이트에 무하중 또는 0.05g/d 하중을 부여한 후 45초 동안 처리한다. 처리된 원사를 상기 2)의 방법으로 강신도를 측정한다.

5) 열처리 후의 강력 유지율(%)

열처리 전의 강신도 물성과 열처리 후의 강신도 물성의 비율로 평가한다.

6) 작업성

방사기의 한 장소에서 24시간 동안 관찰하여 고뎃드 롤러 상에서 사절이 발생하는 개수의 평균값을 파악한다.

실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 7

수평균 분자량이 35,000 ~ 50,000인 폴리에스테르 칩을 지름 0.6mm, 길이와 직경비(L/D)가 3이고 구멍수 192개인 노즐을 통해 용융 폴리머를 압출하고 퀀칭(quenching)에어로 냉각시킨 다음 집속시켜 오일링하고 고뎃드 롤러 GR 4 속도를 2200m/min의 속도로 하여 1000데니어를 방사하여 표 1의 방사 조건으로 연신하였으며, 얻어진 원사의 물성을 측정하였다.

[표 1]

[표 2]

본 발명은 후드히터의 온도와 퀀칭(quenching) 에어 온도를 최적화시킴으로서 높은 모듈러스, 고강도, 저절신율을 나타내며 동시에 영구 변형율이 적은 산업용 고강력 폴리에스테르 섬유를 제조할 수 있도록 한다.

본 발명은 폴리에스테르의 분자량과 Pack 내부의 필터링에 의해 폴리머의 순도를 높이고, 후드히터의 온도를 최적화시키고 고뎃드 롤러 5의 온도를 높게 함으로서 매우 높은 강도 특성을 가지면서 열처리 후에도 높은 강도를 유지하는 특성을 나타내는 산업용 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 산업용 사를 제조할 수 있다.

Claims (3)

1. 수평균 분자량이 35,000 ~ 50,000인 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 방사하여 제조된 강도가 10.0 ~ 11.5g/d 이고, 절신 10 ~ 13%이며, 수축율이 7 ~ 11%인 폴리에틸렌테레프탈레이트 사에 있어서,

   190℃의 온도로 60초 동안 열처리 하였을 때, 2 ~ 5% 의 초기 신율대에서 강력 유지율이 40% 이상이고 열처리 후의 강도가 9.5g/d 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 개수가 100 또는 400개 인 것을 특징으로하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티 필라멘트.
3. 제 1항에 있어서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 총섬도가 500 내지 10000 데니어인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트.

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