KR20110128814A - 장섬유 부직포의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부직 웨브나 포백의 가열 하에 있어서의 연신 처리 또는/및 긴장 하에서의 열처리를 행하는 일 없는 간편화된 공정에 의해 부직 웨브를 열압착시킬 때에 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철의 발생이 없는 PPS를 주성분으로 하는 장섬유 부직포를 얻는 것이 가능한 제조방법을 제안한다.
본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법은 (a) 폴리페닐렌설파이드를 주성분으로 하는 수지를 용융하고, 방사구금으로부터 토출된 섬유사조를 방사구금 하면으로부터 이젝터의 압축공기 분출구까지의 거리가 450∼650㎜가 되도록 배치한 이젝터로 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만의 방사 속도로 견인하고 연신해서 결정화 온도가 112℃ 이하인 장섬유를 얻는 공정, (b) 얻어진 장섬유를 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화하는 공정 및 (c) 얻어진 부직 웨브를 가열 롤로 열압착하는 공정으로 이루어진다.

Description

장섬유 부직포의 제조방법{PRODUCTION METHOD FOR FILAMENT NON-WOVEN FABRIC}

본 발명은 폴리페닐렌설파이드를 주성분으로 하는 장섬유로 이루어지는 부직포의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 부직 웨브를 열압착시킬 때에 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철이 없는 폴리페닐렌설파이드를 주성분으로 하는 장섬유로 이루어지는 부직포를 간편한 공정으로 제조하는 제조방법에 관한 것이다.

폴리페닐렌설파이드(이하, 「PPS」로 약기하는 경우가 있다) 수지는 내열성, 내약품성, 난연성 및 전기 절연성이 우수한 특성을 갖고, 엔지니어 플라스틱, 필름, 섬유 및 부직포 등으로서 바람직하게 사용되고 있다. 특히, PPS 섬유로 이루어지는 부직포는 이들 특성을 살려서 내열 필터, 전기 절연재 및 전지 세퍼레이터 등의 산업 용도로의 이용이 기대되고 있다.

PPS 섬유로 이루어지는 부직포의 제조방법으로서는 스테이플 섬유로 이루어지는 단섬유 부직포가 제안되어 있지만(특허문헌 1 참조) 부직포를 얻기 위해서는 PPS 수지를 용융 방사한 후 통상(筒狀)으로 집속(集束)해서 별도 공정에서 습식 연신하고, 긴장 열처리하고, 권축부여해서 스테이플로 절단하고, 또한 별도 공정에서 카드기나 니들펀치 등 기계적 결합 장치에 의한 가공이 필요하며, 다수의 공정이 필요했다.

이들의 과제에 대해서 PPS 수지를 방사하여 이젝터에 의한 연신을 행한 후 직접 장섬유 부직포화하는, 소위 스펀본딩법에 의한 간편한 제조방법이 제안되어 있다. 구체적으로 PPS 수지를 스펀본딩법에 의해 방사하여 포백(布帛)으로 하고, 유리 전이점 이상의 온도에서 연신 처리하고, 바람직하게는 2축연신 처리한 후 엠보싱 가공을 실시해서 얻어지는 장섬유 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 또한, PPS 수지를 스펀본딩법에 의해 방사 연신해서 얻어지는 포백의 제 1 결정화 온도 이하에서 가접착을 실시하고, 그 후 긴장 하에서 상기 제 1 결정화 온도 이상의 온도 조건에서 열처리한 후 본 접착을 실시하는 장섬유 부직포의 제조방법이 제안되어 있다(특허문헌 3 참조). 이 특허문헌 3에 있어서의 긴장 하에서 열처리의 목적은 방사 연신 공정만으로는 달성하기 어려운 PPS의 결정화를 촉진해서 저수축화와 치수 안정성을 실현하는 것이며, 만일 이 접착 전에 긴장 하에서의 열처리를 행하지 않을 경우 또는 열처리가 불충분한 경우는 이 접착 공정에서 열수축에 의한 폭수축의 문제가 있는 것이 나타내어져 있다.

즉, 종래 스펀본딩법에 의해 얻어진 PPS 수지로 이루어지는 부직 웨브에 엠보싱 가공 등을 실시해서 열접착된 부직포를 얻기 위해서는 부직 웨브나 포백의 열접착의 전(前)공정으로서 가열 하에 있어서의 연신 처리 또는 긴장 하에서의 열처리가 필요하다. 이 방법은 폴리에스테르나 폴리프로필렌 등 범용의 수지를 사용한 스펀본딩 부직포를 얻는 제조방법과 비교하면 부직 웨브나 포백의 가열 연신 또는 긴장 열처리 가공을 위한 설비가 필요하게 되고, 공정이 복잡하며 또한 다단이 되는 것 이외에 에너지 소비량도 많아 비용 상승이 되는 등 반드시 바람직한 제조방법은 아니었다.

또한, PPS 수지의 방사공정으로 치수 안정성을 개선함으로써 열처리 가공 설비를 불필요하게 하는 제안도 이루어지고 있다. 예를 들면, 원료에 의한 개선 수단으로서 PPS 수지에 트리클로로벤젠을 공중합해서 방사, 연신함으로써 열에 대한 치수 안정성을 개선하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 4 참조). 그러나 PPS 수지에 트리클로로벤젠을 공중합시키면 예사성(曳絲性)이 저하되어 방사 연신 시의 실떨어짐이 다발해서 생산 안정성이 결여된다는 문제가 있었다.

또한, 방사공정에 있어서의 개선 수단으로서 PPS 수지를 극히 높은 방사 속도로 방사함으로써 섬유의 결정화도를 향상시켜서 열수축을 억제한 내열성 부직포를 제조하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 5 참조). 그러나 이 방법에서는 극히 높은 방사 속도(특허문헌 5의 실시예에 있어서 방사 속도 7,000∼11,000m/분)로 함으로써 섬유의 변형량이 증대되기 때문에 섬유가 변형에 추종할 수 없어 실떨어짐이 다발하는 경향이 있고, 또한 많은 압축공기를 필요로 하기 때문에 에너지 소비량이 많아진다는 문제가 있었다.

상술한 바와 같이 PPS 수지를 사용한 장섬유 부직포에 대해서 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철의 발생이 없는 것을 간편한 공정에 의해 안정 생산하는 방법은 제안되어 있지 않는 것이 현상황이다.

일본 특허 제 2764911호 공보 일본 특허 공개 2005-154919호 공보 일본 특허 공개 2008-223209호 공보 일본 특허 제 2890470호 공보 국제 공개 WO2008/035775호 공보

그래서 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 부직 웨브나 포백의 가열 하에 있어서의 연신 처리 또는/및 긴장 하에서의 열처리를 행하는 일 없는 간편화된 공정에서 부직 웨브를 열압착시킬 때에 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철의 발생이 없는 PPS를 주성분으로 하는 장섬유 부직포를 얻을 수 있는 제조방법을 제안하는 것에 있다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 예의 검토의 결과 다음과 같은 수단을 채용하는 것이다.

즉, 본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법은

(a) 트리클로로벤젠이 실질적으로 공중합되어 있지 않은 폴리페닐렌설파이드를 주성분으로 하는 수지를 용융하고, 방사구금으로부터 토출된 섬유사조를 방사구금 하면으로부터 이젝터의 압축공기 분출구까지의 거리가 450∼650㎜가 되도록 배치한 이젝터로 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만의 방사 속도로 견인하고 연신해서 결정화 온도가 112℃ 이하인 장섬유를 얻는 공정,

(b) 얻어진 장섬유를 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화하는 공정, 및

(c) 얻어진 부직 웨브를 가열 롤로 열압착하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조방법이다.

본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법의 바람직한 형태에 의하면 상기 공정 (b)와 (c) 사이에 (d)부직 웨브를 장섬유의 결정화 온도 미만의 온도에서 캘린더 롤에 의한 가압착을 행하는 공정을 실시하는 것이다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 종래 실시되어 있었던 PPS의 결정화를 위한 부직 웨브나 섬유 포백의 가열 하에 있어서의 연신 처리 또는/및 긴장 하에서의 열처리를 실시할 필요도 없이 스펀본딩법으로 얻어진 부직 웨브를 가열 롤에 의한 열압착이 가능해지기 때문에 공정을 간편화하여 저비용이며 또한 치수 안정성, 내열성 및 내약품성이 우수한 장섬유 부직포를 얻는 것이 가능해진다.

도 1은 PPS 섬유의 결정화 온도와 비수 수축률의 관계를 나타내는 그래프이다. 데이터는 실시예, 비교예에 의거하는 것이며, 그래프 안의 동그라미 숫자는 표 1 안에 나타내는 대응번호에 대응한다.
도 2는 방사부의 단면도의 일례이며, 후술하는 방사 길이와 Dn의 위치 관계를 나타내는 것이다.

이하, 본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.

본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법은 PPS를 주성분으로 하는 수지를 용융하고, 방사구금으로부터 토출된 섬유사조를 방사구금 직하에 배치한 이젝터로 견인하고 연신해서 이동하는 네트 상에 포집하여 부직 웨브화한 후 가열 롤로 열압착하는 스펀본딩법에 의한 제조방법이 사용된다.

본 발명의 장섬유 부직포를 형성하는 수지는 PPS를 주성분으로 한다. PPS는 반복단위로서 p-페닐렌설파이드 단위나 m-페닐렌설파이드 단위 등의 페닐렌설파이드 단위를 갖는다. 그 중에서도 p-페닐렌설파이드 단위를 90몰% 이상 함유하는 것은 그 분자쇄가 실질적으로 선상이며, 그 내열성이나 예사성의 관점으로부터 바람직하게 사용된다.

PPS에는 트리클로로벤젠이 실질적으로 공중합되어 있지 않는 것이 바람직하다. 트리클로로벤젠은 1분자당 3개의 할로겐 치환기를 갖고, PPS의 분자쇄에 분기 구조를 부여해서 이것이 PPS에 공중합되면 예사성이 떨어져 방사 연신 시의 실떨어짐이 다발하는 등 안정 생산을 달성하는 것이 곤란해지기 때문이다. 실질적으로 공중합되어 있지 않은 정도로서는 0.05몰% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01몰% 미만이다.

본 발명에서 사용되는 PPS를 주성분으로 하는 수지(이하, 「PPS 수지」라고도 부른다)에 있어서의 PPS의 함유량으로서는 내열성과 내약품성 등의 관점으로부터 85질량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90질량% 이상, 더욱 바람직하게는 95질량% 이상이다.

또한, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 PPS 수지에는 결정핵제, 광택 제거제, 안료, 방미제, 항균제, 난연제 및 친수제 등을 첨가해도 좋다.

또한, 본 발명에서 사용되는 PPS 수지는 ASTM D1238-70(측정 온도 315.5℃, 측정 하중 5kg하중, 단위 g/10분)에 준해서 측정하는 용융유량(이하 MFR로 약기하는 경우가 있다)이 100∼300g/10분인 것이 바람직하다. MFR이 높은 것은 수지의 유동성이 높은 것을 의미하고, 섬유의 강도나 내열성을 얻는데 있어서 PPS의 중합도가 높은 저MFR인 것이 바람직하지만, MFR을 100g/10분 이상, 보다 바람직하게는 140g/10분 이상으로 함으로써 방사구금의 배면압이 커지는 것을 억제하고, 또한 예사성의 저하, 즉 실떨어짐을 억제할 수 있다. 한편 MFR을 300g/10분 이하, 보다 바람직하게는 225g/10분 이하로 함으로써 섬유의 강도나 내열성을 일정 정도 유지할 수 있다.

방사구금이나 이젝터의 형상으로서는 원형이나 직사각형 등 여러 가지의 것이 알려져 있지만 사조끼리의 융착이나 찰과가 발생하기 어려운 점으로부터 직사각형 구금과 고속 방사를 달성하는데 있어서 필요한 고압 제트류의 에어 사용량이 비교적 적은 점으로부터 직사각형 이젝터의 조합이 바람직하게 사용된다.

상기 섬도 범위를 얻는 것에 있어서 방사구금으로부터 토출되는 단공 토출량으로서는 후술하는 방사 속도로 후술하는 평균 단섬유 섬도의 섬유를 얻는데 있어서 0.25∼5.90g/분이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.50∼2.90g/분, 더욱 바람직하게는 1.00∼2.30g/분이다.

또한, PPS 섬유의 단면 형상으로서는 원형, 중공환형, 타원형, 편평형 또는 X형, Y형 등의 이형형, 다각형 및 다엽형 등 어느 형상이어도 좋다.

본 발명에 있어서 PPS를 주성분으로 하는 수지를 용융하고, 방사구금으로부터 토출된 섬유사조를 이젝터로 견인하고 연신해서 얻어진 섬유(이하, 「PPS 섬유」라고도 부른다)의 결정화 온도를 112℃ 이하로 하는 것이 매우 중요하다. 결정화 온도의 정의·측정 방법에 대해서는 실시예에서 후술한다.

본 발명자들은 PPS 섬유의 결정화 온도와 비수 수축률 사이에 상관을 발견했다. 즉, 도 1에 결정화 온도와 비수 수축률의 관계를 나타내는 바와 같이 결정화 온도가 112℃보다 크면 비수 수축률은 30% 이상으로 크지만, 결정화 온도가 112℃ 이하가 되면 비수 수축률은 급격히 저하되고, 111℃에서는 비수 수축률은 수%가 된다. 비수 수축률의 정의·측정 방법에 대해서는 실시예에서 후술한다. 비수 수축률은 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철의 발생을 억제하는데 있어서 15% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10% 이하, 더욱 바람직하게는 8% 이하이다. 도 1과 같은 상관을 나타내는 메커니즘은 명확하지 않지만 PPS 섬유에 있어서 결정화 온도가 낮을수록 결정화가 보다 진행되고 있는 것으로 여겨진다. 따라서, 섬유의 결정화 온도를 112℃ 이하, 바람직하게는 111℃ 이하로 함으로써 PPS 장섬유로 이루어지는 부직 웨브를 연신 처리, 장섬유의 결정화 온도 이상에서 긴장 하의 열처리를 행하지 않고 가열 롤로 열압착 가공해도 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철의 발생이 없는 PPS 장섬유 부직포를 얻을 수 있다.

섬유의 결정화 온도가 112℃를 초과할 경우에는 가열 롤에 의한 열압착 가공을 행하면 열수축에 의한 부직 웨브의 폭수축나 주름에 의한 문제가 발생한다.

섬유의 결정화 온도의 하한값으로서는 열압착성 등의 점으로부터는 105℃ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법은 이젝터의 배치 위치를 방사구금 하면으로부터 이젝터의 압축공기 분출구까지의 거리(이하, 「Dn」이라고도 나타낸다. 도 2 참조)가 450∼650㎜가 되도록 취하는 것이 중요하다. 그렇게 함으로써 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만의 방사 속도로 결정화 온도 112℃ 이하의 PPS 섬유를 얻을 수 있다. 그 메커니즘은 명확하지 않지만 방사사조에 있어서 냉각 고화가 완전히 종료되지 않은 상태의 위치에 연신 장력을 가할 수 있어 섬유의 섬세화와 함께 배향 결정화를 촉진시킬 수 있기 때문이라고 추측된다. Dn이 650㎜를 초과하면 연신 장력이 가해지는 위치에서는 대체로 냉각 고화가 종료되어 배향 결정화가 진행되기 어렵다고 추측된다. Dn이 650㎜를 초과할 경우 보다 고속인 6,000m/분 이상으로 방사할 필요가 발생하여 후술하는 바와 같이 바람직하지 않다. Dn을 짧게 하는 쪽이 동일한 이젝터 압력으로도 방사 속도를 높게 할 수 있는 경향이 있고, 이젝터 압력은 경제면으로부터는 낮은 편이 바람직하므로 그 점으로부터는 Dn은 600㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

한편 Dn을 450㎜ 미만으로 하면 냉각이 불충분해져 실떨어짐이 다발하는 경향이 있다. 또한, 방사 속도 5,000m/분 이상으로 방사가 가능해도 결정화 온도 112℃ 이하의 PPS 섬유를 얻는 것은 곤란하다. 그 메커니즘은 명확하지 않지만 용융 상태 내지는 반용융 상태의 위치에 장력이 가해지는 결과 사조의 세화는 진행되어도 섬유의 내부구조의 유동성이 지나치게 높아서 배향 결정화가 진행되기 어렵기 때문이라고 추측한다. 그 점으로부터는 Dn은 500㎜ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 550㎜ 이상이다.

또한, 이젝터의 도입구로부터 압축 분출구까지의 거리가 50㎜인 이젝터를 사용한 경우에는 방사구금 하면으로부터 이젝터의 도입구 사이에서의 거리(이하, 「방사 길이」라고 부른다)는 Dn보다 50㎜ 짧아지므로 상기 Dn의 범위에 대응해서 방사 길이는 400㎜∼600㎜로 하고, 바람직하게는 450∼550㎜, 보다 바람직하게는 500∼550㎜가 된다.

PPS 섬유를 방사하는 방사 속도는 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만으로 하는 것이 중요하다. 방사 속도의 정의·측정 방법에 대해서는 실시예에서 후술한다. 방사 속도가 5,000m/분 미만이면 결정화 온도 112℃ 이하의 섬유를 얻기 어렵다. 방사 속도는 바람직하게는 5,500m/분 이상이다. 한편 방사 속도 6,000m/분은 이젝터에 의한 견인, 연신하는 방법으로는 실용적으로는 거의 한계에 있다. 방사 속도 6,000m/분 이상으로 방사해도 이젝터에 공급해야 할 고압 공기의 소비 에너지가 팽대(膨大)한 것이 될 뿐만 아니라 섬유가 변형에 추종할 수 없어 실떨어짐이 다발한다.

방사 속도는 방사구금 단공으로부터 토출되는 용융 수지의 토출량이나 방사구금 하의 냉각 조건에 영향을 받는 것도 있지만, 이젝터에 공급되는 공기의 압력(이하, 「이젝터 압력」이라고도 부른다)이나 Dn에 의해 대체로 결정된다.

PPS 섬유의 평균 단섬유 섬도로서는 0.5∼10dtex가 바람직하다. 평균 단섬유 섬도를 0.5dtex 이상으로 함으로써 섬유의 예사성을 얻어 방사 중에 실떨어짐이 다발하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 평균 단섬유 섬도를 10dtex 이하로 함으로써 방사구금 단공당 용융 수지의 토출량을 적게 억제하고, 충분한 냉각을 가능하게 해서 섬유 간의 융착을 억제할 수 있다. 부직포의 단위 면적당 질량의 편차를 억제해서 표면의 품위를 양호한 것으로 하는 점 또한 필터 등에 적용하는 경우의 먼지 포집 성능의 관점으로부터 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 보다 바람직하게는 1∼5dtex이며, 더욱 바람직하게는 2∼4dtex이다.

본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법은 얻어진 부직 웨브를 가열 롤로 열압착하는 공정을 포함한다. 사용되는 가열 롤의 형태로서는 상하 한쌍의 롤 표면에 각각 조각이 실시된 엠보싱 롤의 조합이나 한쪽 롤 표면이 플랫(평활)한 롤과 다른쪽 롤 표면에 조각이 실시된 엠보싱 롤의 조합이나 각각 롤 표면이 플랫(평활)한 롤의 조합에 의한 것이 사용된다.

그 중에서도 부직 웨브를 얻은 후 상기 가열 롤에 의한 열압착을 실시하기 전에 얻어지는 부직포의 두께를 컨트롤함과 아울러 폭방향의 두께 불균형을 균일화시킬 목적으로 우선 상하 한쌍의 롤 표면이 플랫한 캘린더 롤에 의한 가압착을 행하고, 이어서 가열 롤 바람직하게는 엠보싱 롤에 의한 열압착을 행하는 것이 바람직하다. 캘린더 롤에는 상하 금속 롤의 조합이나 금속 롤과 수지 롤의 조합의 것을 사용할 수 있다.

캘린더 롤에 의한 가압착 온도는 그 후에 실시되는 열압착 온도 이하이면 좋지만, 부직포 두께의 컨트롤이나 가열 롤에 의한 열압착을 유효에 행하는 데에 있어서 과도하게 PPS 섬유의 열결정화를 촉진시키는 일이 없도록 섬유의 결정화 온도 이하인 것이 바람직하다. 한편 두께의 컨트롤을 충분한 것으로 하고, 가압착을 충분한 것으로 해서 부직 웨브의 반송성을 얻기 위해서 80℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

가압착 시의 캘린더 롤의 선압으로서는 50∼700N/㎝인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150∼400N/㎝이다. 선압을 50N/㎝ 이상으로 함으로써 가압착을 충분한 것으로 하여 시트의 반송성을 얻을 수 있다. 한편 선압을 700N/㎝ 이하로 함으로써 두께가 지나치게 얇아져 종이처럼 되는 것을 방지하고, 또한 통풍성이 부족하는 등 부직포로서의 특징이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

가열 롤에 의한 열압착 온도는 260∼282℃의 범위인 것이 바람직하다. 열압착 온도를 260℃ 이상, 보다 바람직하게는 265℃ 이상으로 함으로써 열압착이 불충분해지는 것을 방지하고, 시트의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 한편 열압착 온도를 282℃ 이하, 보다 바람직하게는 280℃ 이하로 함으로써 섬유의 융해가 일어나 압착부에 구멍이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 열압착에 엠보싱 롤을 사용했을 때의 압착 면적율은 8∼40%가 바람직하다. 압착 면적율을 8% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 12% 이상으로 함으로써 실용적으로 제공할 수 있는 강도를 얻을 수 있다. 또한, 압착 면적율을 40% 이하, 보다 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하로 함으로써 전체적으로 필름처럼 되어 통풍성 등 부직포로서의 특징을 얻기 어려워지는 것을 방지할 수 있다.

실시예

이하 실시예로부터 본 발명의 장섬유 부직포의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명하지만 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서의 각 특성값은 다음 방법으로 측정한 것이다.

(1) 용융유량(MFR)(g/10분)

PPS의 MFR은 ASTM D1238-70에 준해서 측정 온도 315.5℃이며 측정 하중 5kg의 조건으로 측정했다.

(2) 평균 단섬유 섬도(dtex)

이젝터로 견인하고 연신한 후 네트 상에 포집된 부직 웨브로부터 랜덤하게 작은 조각 샘플 10개를 채취하여 마이크로스코프로 500∼1000배의 표면사진을 촬영하고, 각 샘플로부터 10개씩 합계 100개의 섬유의 폭을 측정하여 평균값을 산출했다. 단섬유의 폭평균값을 환형 단면형상을 갖는 섬유의 평균 지름으로 간주하고, 사용하는 수지의 고형밀도로부터 길이 10,000m당 중량을 평균 단섬유 섬도로 하여 소수점 이하 둘째 자리에서 반올림해서 산출했다.

(3) 방사 속도(m/분)

섬유의 평균 단섬유 섬도(dtex)와 각 조건으로 설정한 방사구금 단공으로부터 토출되는 수지의 토출량(이하, 단공 토출량으로 약기한다.)(g/분)으로부터 다음 식에 의거하여 산출했다.

방사 속도=(10000×단공 토출량)/평균 단섬유 섬도

(4) 결정화 온도(℃)

이젝터로 견인하고 연신해서 얻어진 장섬유를 시료수 3으로 샘플링하고, 시료 5㎎을 시차주사열량측정(세이코 인스트루먼츠사제 DSC6200)으로 30∼340℃의 온도까지 10℃/분으로 승온시켜 얻어진 시차주사열량측정 곡선에 있어서의 결정화 피크(발열 피크)의 정점의 온도를 측정하고, 3시료의 평균값을 산출해서 결정화 온도로 했다. 또한, 결정화 피크가 복수 존재할 경우는 가장 고온측의 피크 정점의 온도로 한다.

(5) 비수 수축률(%)

이젝터를 통과해서 얻어진 장섬유를 채취하고, 섬유 5개를 혼합하여 1개의 시료(약 10㎝의 길이)로 했다. 이 시료에 하기 기재된 하중을 곱해서 길이(L₀)를 측정한 후 시료를 무장력 상태에서 비등수 중에 20분간 침지시킨 후 비수 중으로부터 취출하여 자연건조시키고, 다시 동일한 하중을 곱해서 측정한 길이(L₁)로부터 비수 수축률을 산출하여 시료 4점의 평균값을 구했다. 하중과 비수 수축률의 산출식을 이하에 나타낸다. 하중은 소수점 이하 셋째 자리에서 반올림한다.

·하중(g)=0.9×단공 토출량(g/분)

·비수 수축률(%)={(L₀-L₁)/L₀}×100

(6) 부직포의 단위 면적당 질량(g/㎡)

JIS L1906(2000년) 5.2단위 면적당 질량에 준해서 측정했다.

(7) 부직포의 인장강도(N/5㎝)

JIS L1906(2000년) 5.3인장강도 및 신장률(표준 시)에 준해서 측정했다.

(8) 부직포의 열수축률(%)

JIS L1906(2000년) 5.9열수축률에 준해서 측정했다.

항온 건조기 내의 온도를 200℃로 해서 10분간 열처리했다.

(실시예 1)

MFR이 160g/10분의 트리클로로벤젠이 의도적으로 공중합되어 있지 않은 선상 폴리페닐렌설파이드 수지(도레이제, 품번:E2280)를 질소 분위기 중에서 160℃의 온도에서 10시간 건조했다. 이 수지를 압출기로 용융하고, 방사 온도 325℃에서 구멍 지름 φ0.30㎜의 직사각형 방사구금으로부터 단공 토출량 1.38g/분으로 방출하고, 실온 20℃의 분위기 하에서 토출된 사조를 방사구금 직하 550㎜(방사 길이 550㎜)에 배치한, 도입구로부터 압축공기 분출구까지의 거리가 50㎜인 직사각형 이젝터(방사구금 하면으로부터 이젝터의 압축공기 분출구까지의 거리(Dn)는 600㎜가 된다)로 이젝터 압력 0.25㎫로 견인하고 연신하여 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화했다. 방사성은 양호하며, 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.4dtex, 환산한 방사 속도는 5,726m/분, 섬유의 결정화 온도는 110.9℃, 비수 수축률은 6.7%였다.

이어서, 인라인 상에 설치된 금속제 상하 한쌍의 캘린더 롤로 선압 200N/㎝, 가압착 온도 90℃에서 가압착한 후 상측 롤이 금속제이며 물방울무늬의 조각이 된 압착 면적율 12%의 엠보싱 롤, 하측 롤이 금속제 플랫 롤로 구성되는 상하 한쌍의 엠보싱 롤에 의해 선압 1000N/㎝, 열압착 온도 275℃에서 열압착하여 단위 면적당 질량 201g/㎡의 장섬유 부직포를 얻었다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이나 표면의 요철이 없는 품위 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 세로방향 인장강도는 305N/5㎝이며, 열수축률은 세로방향 0%, 가로방향 -0.4%였다.

(실시예 2)

이젝터의 위치를 방사구금 직하 450㎜(방사 길이 450㎜, Dn 500㎜)로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사성은 실시예 1과 마찬가지로 양호했다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.3dtex, 환산한 방사 속도는 5,897m/분, 섬유의 결정화 온도는 110.8℃, 비수 수축률은 6.0%였다. 또한, 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름과 표면의 요철이 없는 품위 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위 면적당 질량은 201g/㎡, 세로방향 인장강도는 306N/5㎝, 열수축률은 세로방향 -0.1%, 가로방향 -0.2%였다.

(실시예 3)

수지의 단공 토출량을 0.83g/분으로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사 시 실시예 1에 비하면 다소 실떨어짐이 발생하는 경향이 있었지만 문제가 없는 레벨이었다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 1.6dtex, 환산한 방사 속도는 5,188m/분, 섬유의 결정화 온도는 111.0℃, 비수 수축률은 7.0%였다. 또한, 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이나 표면의 요철이 없는 품위 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위 면적당 질량은 202g/㎡, 세로방향 인장강도는 310N/5㎝, 열수축률은 세로방향 -0.1%, 가로방향 0%였다.

(실시예 4)

수지의 단공 토출량을 0.83g/분으로 해서 이젝터의 위치를 방사구금 직하 450㎜(방사 길이 450㎜, Dn 500㎜)로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사 시 실시예 1에 비하면 다소 실떨어짐이 발생하는 경향이 있었지만 문제가 없는 레벨이었다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 1.5dtex, 환산한 방사 속도는 5,497m/분, 섬유의 결정화 온도는 110.4℃, 비수 수축률은 6.7%였다. 또한, 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이나 표면의 요철이 없는 품위 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위 면적당 질량은 200g/㎡, 세로방향 인장강도는 312N/5㎝, 열수축률은 세로방향 0%, 가로방향 -0.1%였다.

(비교예 1)

이젝터 압력을 0.05㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 5.6dtex, 환산한 방사 속도는 2,482m/분, 섬유의 결정화 온도는 123.1℃, 비수 수축률은 55.4%였다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의해 폭수축이 크고, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다. 특히, 본 비교예는 다음에 설명하는 비교예 2와 비교해도 폭수축이 현저하게 수축 고화되어 엠보싱 가공을 할 수 없는 상태이었다.

(비교예 2)

이젝터 압력을 0.15㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 3.2dtex, 환산한 방사 속도는 4,299m/분, 섬유의 결정화 온도는 115.4℃, 비수 수축률은 52.3%였다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의해 폭수축이 크고, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다.

(비교예 3)

이젝터의 위치를 방사구금 직하 350㎜(방사 길이 350㎜, Dn 400㎜)에 배치하고 이젝터 압력을 0.20㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사성은 실시예 1과 비교하면 냉각 부족에 의한 실떨어짐의 산발이 발견되었다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.5dtex, 환산한 방사 속도는 5,498m/분, 섬유의 결정화 온도는 115.9℃, 비수 수축률은 50.0%였다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의해 부직 웨브 폭수축이 크고, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다.

(비교예 4)

이젝터의 위치를 방사구금 직하 350㎜(방사 길이 350㎜, Dn 400㎜)로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사성은 냉각 부족에 의한 실떨어짐이 다발하여 불량했다. 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.2dtex, 환산한 방사 속도는 6,415m/분, 섬유의 결정화 온도는 112.4℃, 비수 수축률은 21.0%였다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의한 부직 웨브 폭수축에 의해, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다.

(비교예 5)

이젝터의 위치를 방사구금 직하 650㎜(방사 길이 650㎜, Dn 700㎜)로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사성은 양호하며, 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.5dtex, 환산한 방사 속도는 5,564m/분, 섬유의 결정화 온도는 113.2℃, 비수 수축률은 28.4%였다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의해 부직 웨브 폭수축이 크고, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다.

(비교예 6)

이젝터의 위치를 방사구금 직하 750㎜(방사 길이 750㎜, Dn 800㎜)로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 장섬유 부직포를 얻었다. 방사성은 양호하며, 얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.6dtex, 환산한 방사 속도는 5,408m/분, 섬유의 결정화 온도는 114.2℃, 비수 수축률은 44.7%였다. 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의해 부직 웨브 폭수축이 크고, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다.

(비교예 7)

MFR이 70g/10분인 트리클로로벤젠이 0.06mol% 공중합된 폴리페닐렌설파이드 수지(도레이제, 품번:T1881)를 사용한 것, 수지의 단공 토출량을 0.83g/분으로 하고, 이젝터 압력을 0.20㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사했다. 그러나 방사 시에 실떨어짐이 현저하여 부직 웨브화를 단념했다. 또한, 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 1.8dtex, 환산한 방사 속도는 4,511m/분, 결정화 온도는 112.0℃, 비수 수축률은 10.0%였다.

(참고예 1)

실시예 1에 있어서 방사구금으로부터 토출된 섬유사조를 이젝터로 견인·연신하는 일 없이 자연낙하시켜서 고화된 섬유를 채취하고, 결정화 온도를 측정한 결과 135.2℃이었다.

실시예 1∼4의 결과를 표 1에, 또한 비교예 1∼7 및 참고예 1의 결과를 표 2에 나타낸다.

장섬유의 결정화 온도가 112℃ 이하인 실시예 1∼4는 얻어진 부직 웨브에 연신 처리나 상기 장섬유의 결정화 온도 이상에서 긴장 하의 열처리를 행하지 않아도 엠보싱 롤에 의한 열압착이 가능하며 주름 및 표면의 요철이 없는 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 있었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포는 200℃의 온도에 있어서의 열수축도 거의 없고, 열치수 안정성이 우수했다.

한편 장섬유의 결정화 온도가 112℃를 초과하는 비교예 1∼6은 모든 부직 웨브도 엠보싱 롤에 의한 열압착 시 열수축에 의해 폭수축이 크고, 주름이 발생해서 품위 양호한 장섬유 부직포를 얻을 수 없었다.

또한, 트리클로로벤젠이 공중합된 PPS 수지를 사용한 비교예 7은 섬유의 결정화 온도를 112℃ 이하로 할 수는 있었지만 방사 시 실떨어짐이 현저하여 품위 양호한 부직포를 얻을 수 없었다.

얻어진 장섬유 부직포는 치수 안정성, 내열성, 난연 및 내약품성이 우수하기 때문에 각종 공업용 필터, 전기 절연재, 전지 세퍼레이터, 수처리용 막기재, 단열기재 및 방호복 등에 바람직하게 이용할 수 있다.

1: 방사구금 2: 사조
3: 이젝터 4: 압축공기
5: 압축공기 분출구 6: 방사 길이
7: Dn

Claims (2)

1. (a) 트리클로로벤젠이 실질적으로 공중합되어 있지 않은 폴리페닐렌설파이드를 주성분으로 하는 수지를 용융하고, 방사구금으로부터 토출된 섬유사조를 방사구금 하면으로부터 이젝터의 압축공기 분출구까지의 거리가 450∼650㎜가 되도록 배치한 이젝터로 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만의 방사 속도로 견인하고 연신해서 결정화 온도가 112℃ 이하인 장섬유를 얻는 공정,
   (b) 얻어진 장섬유를 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웨브화하는 공정, 및
   (c) 얻어진 부직 웨브를 가열 롤로 열압착하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   공정 (b)와 (c) 사이에 (d) 부직 웨브를 장섬유의 결정화 온도 미만의 온도에서 캘린더 롤에 의한 가압착을 행하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 장섬유 부직포의 제조방법.

Images