KR20160000113A - 합성섬유 방사구금 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 합성섬유 방사구금은 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13) 들이 일정한 간격으로 배열되어 있는 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하며, 상기 방사홀 그룹(11)들 각각은 (ⅰ) 좌측변 및 우측변의 모든 구간들이 곡선으로 구성되고 (ⅱ) 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지고 (ⅲ) 좌측변 및 우측변을 이루는 곡선들의 가상 중심점들이 서로 같은 방향에 위치하는 구조를 구비하여 선풍기 날개와 유사한 형태를 이루고 있으며, 상기 방사홀 그룹(11) 각각의 외곽 최좌측부(X)와 상기 외곽 최좌측부(X)와 인접하여 상대적으로 좌측에 위치하는 또 다른 방사홀 그룹(11) 각각의 내각 최우측부(Y)는 모두 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 하나의 가상 수직선(E) 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 방사된 필라멘트 사조의 외각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액과 내각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액의 온도차이 및 농도차이를 효과적으로 줄일 수 있어서 방사된 필라멘트 사조를 구성하는 필라멘트 각각의 물성 차이를 감소시켜 준다.

Description

합성섬유 방사구금{Spinneret of synthetic fiber}
본 발명은 합성섬유 방사구금에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 건·습식 방사방법으로 합성섬유를 방사할때 방사된 필라멘트 사조의 외각에 위치하는 필라멘트와 내각에 위치하는 필라멘트 각각에 동일 수준의 온도 및 농도를 갖는 응고액을 접촉시킬 수 있어서 상기 필라멘트 사조를 구성하는 필라멘트들 간의 물성차이를 감소시킬 수 있는 합성섬유 방사구금에 관한 것이다.
건·습식 방사방법으로 합성섬유를 제조하는 공정 일례로는 도 1에 도시된 바와 같이 고분자 용액(방사용액)을 방사구금(10)에 형성된 방사홀(13)들을 통해 토출하여 에어갭(50)을 통과시킨 후 응고액 욕조(20)에 담겨진 응고액(60) 내로 통과시키고, 계속해서 상기 응고액 욕조(20)의 하단에 연통된 응고튜브(30) 내로 응고액과 함께 방사된 필라멘트 사조를 통과시킨 다음, 계속해서 수세장치(70)를 수세한 후 건조장치(80)로 건조하여 권취장치(90)에 권취하는 방법이 사용된다. 이때 선택적으로 응고튜브(30)를 통과하는 필라멘트 사조에 응고액 분사구(40)로 응고액을 분사해 줄 수도 있다.
도 1은 건·습식 방사방법으로 합성섬유를 제조하는 공정개략도이다.
상기와 같이 건·습식 방사방법으로 합성섬유를 제조할때 상기 방사구금(10)으로는 도 2에 도시된 바와 같이 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 동심원 라인(12)을 따라 다이아몬드 형태로 배열된 방사구금을 사용하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 도너츠 형태인 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 동심원 라인(12)을 따라 일정간격으로 배열된 방사구금을 사용하였다.
그러나, 도 2 및 도 3과 같은 종래의 합성섬유 방사구금을 사용시에는 방사된 필라멘트 사조는 그의 내부 및 외각 모두에 필라멘트들이 일정간격으로 배열된 상태로 응고액 욕조내를 통과하기 때문에 방사된 필라멘트 사조의 내부로 응고액이 쉽게 침투 및 확산되지 못해서 상기 필라멘트 사조의 외곽에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액과 내곽에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액 간의 온도 및/또는 농도 차이가 발생되고, 그로인해 필라멘트 사조의 외곽층에 위치하는 필라멘트들과 내각층에 위치하는 필라멘트들은 응고정도가 서로 달라 결국 물성차이가 많아지는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 또 다른 종래기술로서 미국특허 제4,702,876호에서는 합성섬유 방사구금으로는 도 4에 도시된 바와 같이 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 동심원 라인(12)을 따라 일정간격으로 배열된 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하고, 서로 인접하여 마주보는 방사홀 그룹(11)들의 최외각 동심원 라인(12a)간의 거리(L1)가 서로 인접하여 마주보는 방사홀 그룹(11)들의 최내각 동심원 라인(12b)간의 거리(L2)와 동일한 합성섬유 방사구금을 게재하고 있다.
도 4의 종래 합성섬유 방사구금의 경우 서로 인접하여 마주보는 방사홀 그룹(11)의 좌측변 및 우측변 각각은 모두 직선구간을 이루고 있다.
그러나 상기 도 4의 종래 합성섬유 방사구금을 사용하는 경우에도 방사된 필라멘트 사조의 내부로 응고액이 쉽게 침투 및 확산되지 못해서 상기 필라멘트 사조의 외곽에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액과 내곽에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액 간의 온도 및/또는 농도 차이가 발생되고, 그로인해 필라멘트 사조의 외곽층에 위치하는 필라멘트들과 내각층에 위치하는 필라멘트들은 응고정도가 서로 달라 결국 물성차이가 많아지는 문제점이 있었다.
그 이유는 도 4의 종래 합성섬유 방사구금은 비록 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 동심원 라인(12)을 따라 일정간격으로 배열된 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하여 상기 방사홀 그룹(11)들 간의 간극으로 응고액이 잘 흐를 수는 있지만, 상기 최외각 동심원 라인(12a) 간의 거리(L1)와 상기 최내각 동심원 라인(12b)간의 거리(L2)가 서로 동일하고 서로 인접하여 마주보는 방사홀 그룹(11)의 좌측변 및 우측변 각각이 모두 직선구간을 이루고 있어서 응고액이 필라멘트 사조를 구성하는 필라멘트들 사이로 침투, 확산되지 않기 때문이다.
본 발명의 과제는 방사된 필라멘트 사조를 이루는 필라멘트들을 고르게 응고시킴으로서 상기 필라멘트들 간의 물성편차를 최소화시킬 수 있는 합성섬유 방사구금을 제공하는 것이다.
본 발명은 이와같은 과제를 달성하기 위해서, 합성섬유 제조시 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13) 들이 일정한 간격으로 배열되어 있는 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하며, 상기 방사홀 그룹(11)들 각각은 (ⅰ) 좌측변 및 우측변의 모든 구간들이 곡선으로 구성되고 (ⅱ) 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지고 (ⅲ) 좌측변 및 우측변을 이루는 곡선들의 가상 중심점들이 서로 같은 방향에 위치하는 구조를 구비하여 선풍기 날개와 유사한 형태를 이루고 있으며, 상기 방사홀 그룹(11) 각각의 외곽 최좌측부(X)와 상기 외곽 최좌측부(X)와 인접하여 상대적으로 좌측에 위치하는 또 다른 방사홀 그룹(11) 각각의 내각 최우측부(Y)는 모두 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 하나의 가상 수직선(E) 상에 위치하는 합성섬유 방사구금을 사용한다.
본 발명은 방사된 필라멘트 사조의 외각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액과 내각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액의 온도차이 및/또는 농도차이를 효과적으로 줄일 수 있어서 방사된 필라멘트 사조를 구성하는 필라멘트 각각의 물성 차이를 감소시켜 준다.
도 1은 건·습식 방사방법으로 합성섬유를 제조하는 공정개략도.
도 2 내지 도 4는 종래 합성섬유 방사구금의 저면도.
도 5는 본 발명에 따른 합성섬유 방사구금의 저면도.
이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 합성섬유 방사구금(10)은 도 5에 도시된 바와 같이 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13) 들이 일정한 간격으로 배열되어 있는 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하며, 상기 방사홀 그룹(11)들 각각은 (ⅰ) 좌측변 및 우측변의 모든 구간들이 곡선으로 구성되고 (ⅱ) 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지고 (ⅲ) 좌측변 및 우측변을 이루는 곡선들의 가상 중심점들이 서로 같은 방향에 위치하는 구조를 구비하여 선풍기 날개와 유사한 형태를 이루고 있으며, 상기 방사홀 그룹(11) 각각의 외곽 최좌측부(X)와 상기 외곽 최좌측부(X)와 인접하여 상대적으로 좌측에 위치하는 또 다른 방사홀 그룹(11) 각각의 내각 최우측부(Y)는 모두 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 하나의 가상 수직선(E) 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 합성섬유 방사구금(10)의 저면도이다.
상기 방사홀 그룹(11)의 개수는 2~10개인 것이 공정성 등을 고려시 바람직하다.
구체적으로, 본 발명에 따른 합성섬유 방사구금(10)은 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13) 들이 일정한 간격으로 배열되어 있는 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치한다.
또한, 상기 방사홀 그룹(11)들 각각은 (ⅰ) 좌측변 및 우측변의 모든 구간들이 곡선으로 구성되고 (ⅱ) 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지고 (ⅲ) 좌측변 및 우측변을 이루는 곡선들의 가상 중심점들이 서로 같은 방향에 위치하는 구조를 구비하여 선풍기 날개와 유사한 형태를 이룬다.
본 발명은 상기 방사홀 그룹(11)들은 내각부에서 외각부 방향으로 폭이 점진적으로 넓어지기 때문에 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 방사홀 그룹(11)에 형성된 방사홀(13)의 개수가 증가하고, 그로 인해 상기 방사홀 그룹의 외각부에서는 내각부 보다 상대적으로 더 많은 모노 필라멘트들이 방사된다.
한편, 필라멘트 사조의 외각부에서 내각부 방향으로 응고액이 침투하는 경우 필라멘트 사조의 외각부에서 내각부로 침투해 갈수록 응고액의 농도는 점진적으로 낮아지게 된다.
본 발명은 이와 같이 상대적으로 높은 농도의 응고액과 접촉하게 되는 필라멘트 사조의 외각부에는 상대적으로 더 많은 모노필라멘트들을 배열하고, 상대적으로 낮은 농도의 응고액과 접촉하게 되는 필라멘트 사조의 내각부에는 상대적으로 더 적은 모노필라멘트들을 배열함으로써, 필라멘트 사조의 외각부에 위치하는 모노필라멘트와 내각부에 위치하는 모노필라멘트를 균일하게 응고시켜 줄 수 있다.
또한, 본 발명은 방사홀 그룹(11)들이 상기와 같이 선풍기 날개와 유사한 형태를 이루기 때문에 응고액의 흐름이 방사구금(10)의 동심원 방향으로 원활하게 흘러들어 가게 된다.
또한, 상기 방사홀 그룹(11) 각각의 외곽 최좌측부(X)와 상기 외곽 최좌측부(X)와 인접하여 상대적으로 좌측에 위치하는 또 다른 방사홀 그룹(11) 각각의 내각 최우측부(Y)는 모두 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 하나의 가상 수직선(E) 상에 위치한다.
그 결과, 방사홀 그룹(11)은 서로 중첩되지 않아 응고효과가 향상된다.
그로 인해, 응고액은 방사홀 그룹(11) 사이를 통해 흘러가면서 필라멘트 사조를 구성하는 필라멘트들 사이로 용이하게 침투, 확산되고, 그 결과 필라멘트 사조의 외각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액과 필라멘트 사조의 내각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액의 온도 및/또는 농도가 거의 유사해져 상기 필라멘트들이 고르게 응고된다.
그로 인해, 상기 필라멘트들의 물성편차가 최소화된다.
본 발명의 합성섬유 방사구금은 건·습식 방사나 용액방사로 합성섬유, 예를들면 아라미드 섬유를 제조하는데 사용된다.
본 발명은 방사된 필라멘트 사조의 외각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액과 내각에 위치하는 필라멘트와 접촉하는 응고액의 온도차이 및 농도차이를 효과적으로 줄일 수 있어서 방사된 필라멘트 사조를 구성하는 필라멘트 각각의 물성 차이를 감소시켜 준다.
이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구현일례에 불과할뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 19g을 황산용매 81g에 용해시켜 방사도프를 제조하였다.
상기 방사도프를 도 5에 도시된 바와 같이 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 일정간격으로 배열된 방사홀 그룹(11) 4개가 서로 분리되게 위치하고, 상기 방사홀 그룹(11)들 각각은 (ⅰ) 좌측변 및 우측변의 모든 구간들이 곡선으로 구성되고 (ⅱ) 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지고 (ⅲ) 좌측변 및 우측변을 이루는 곡선들의 가상 중심점들이 서로 같은 방향에 위치하는 구조를 구비하여 선풍기 날개와 유사한 형태를 이루고 있으며, 상기 방사홀 그룹(11) 각각의 외곽 최좌측부(X)와 상기 외곽 최좌측부(X)와 인접하여 상대적으로 좌측에 위치하는 또 다른 방사홀 그룹(11) 각각의 내각 최우측부(Y)는 모두 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 하나의 가상 수직선(E) 상에 위치하는 방사구금(10)을 통해 방사하여 도 1에 도시된 바와 같이 에어갭(50)을 통과시킨 후 응고조(20) 내에 담겨있는 응고액(60)을 통과시키고, 계속해서 응고액(60)과 함께 응고조(20) 하단에 연통된 응고튜브(40) 내로 통과시킨 다음, 수세장치(70)로 수세한 후 건조장치(80)로 건조하고 권취장치(90)로 권취하여 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 아라미드 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트들의 강도편차를 측정한 결과는 1.1% 이었다.
비교실시예 1
폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 19g을 황산용매 81g에 용해시켜 방사도프를 제조하였다.
상기 방사도프를 도 3에 도시된 바와 같이 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 동심원 라인(12)을 따라 일정간격으로 배열된 방사구금(10)을 통해 방사하여 도 1에 도시된 바와 같이 에어갭(50)을 통과시킨 후 응고조(20) 내에 담겨있는 응고액(60)을 통과시키고, 계속해서 응고액(60)과 함께 응고조(20) 하단에 연통된 응고튜브(40) 내로 통과시킨 다음, 수세장치(70)로 수세한 후 건조장치(80)로 건조하고 권취장치(90)로 권취하여 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 아라미드 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트들의 강도편차를 측정한 결과는 3.5% 이었다.
비교실시예 2
폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 19g을 황산용매 81g에 용해시켜 방사도프를 제조하였다.
상기 방사도프를 도 4에 도시된 바와 같이 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13)들이 동심원 라인(12)을 따라 일정간격으로 배열된 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하고, 서로 인접하여 마주보는 방사홀 그룹(11)들의 최외각 동심원 라인(12a)간의 거리(L1)가 서로 인접하여 마주보는 방사홀 그룹(11)들의 최내각 동심원 라인(12b)간의 거리(L2)와 동일한 방사구금(10)을 통해 방사하여 도 1에 도시된 바와 같이 에어갭(50)을 통과시킨 후 응고조(20) 내에 담겨있는 응고액(60)을 통과시키고, 계속해서 응고액(60)과 함께 응고조(20) 하단에 연통된 응고튜브(40) 내로 통과시킨 다음, 수세장치(70)로 수세한 후 건조장치(80)로 건조하고 권취장치(90)로 권취하여 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 아라미드 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트들의 강도편차를 측정한 결과는 3.2% 이었다.
아라미드 멀티필라멘트의 강도편차 측정
아라미드 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트들 각각을 25㎝로 절단하여 샘플을 준비하고 ASTM D-885 시험방법에 따라 강도를 측정하였는데, 구체적으로 인스트론 시험기를 이용하여 인장속도 300㎜/분에서 각각의 샘플이 파단될때의 강력(g)을 측정하고 측정값을 샘플의 데니어(denier)로 나누어 샘플 각각의 강도(g/d)를 구한 다음, 샘플 각각의 강도(g/d) 중 최대값과 최소값을 제외하고, 나머지 샘플에 대한 강도편차를 구하였다.
10 : 방사구금 11 : 방사홀 그룹
12 : 방사구금의 동심원 라인 13 : 방사홀
20 : 응고조 30 : 응고튜브
40 : 응고액 분사구 50 : 에어갭
60 : 응고액 70 : 수세장치
80 : 건조장치 90 : 권취장치
L1 : 서로 인접하여 마주보는 2개의 방사홀 그룹(11)들의 최외각 동심원 라인(12a) 간의 거리
L2 : 서로 인접하여 마주보는 2개의 방사홀 그룹(11)들의 최내각 동심원 라인(12b) 간의 거리
X : 방사홀 그룹(11)의 외곽 최좌측부
Y : 방사홀 그룹(11)의 내각 최우측부
E : 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 가상 수직선

Claims (3)

  1. 방사구금(10)의 평면상에 방사홀(13) 들이 일정한 간격으로 배열되어 있는 방사홀 그룹(11) 2개 이상이 서로 분리되게 위치하며, 상기 방사홀 그룹(11)들 각각은 (ⅰ) 좌측변 및 우측변의 모든 구간들이 곡선으로 구성되고 (ⅱ) 내각부에서 외각부 방향으로 갈수록 폭이 점진적으로 넓어지고 (ⅲ) 좌측변 및 우측변을 이루는 곡선들의 가상 중심점들이 서로 같은 방향에 위치하는 구조를 구비하여 선풍기 날개와 유사한 형태를 이루고 있으며, 상기 방사홀 그룹(11) 각각의 외곽 최좌측부(X)와 상기 외곽 최좌측부(X)와 인접하여 상대적으로 좌측에 위치하는 또 다른 방사홀 그룹(11) 각각의 내각 최우측부(Y)는 모두 방사구금(10)의 중심점을 통과하는 하나의 가상 수직선(E) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 합성섬유 방사구금.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사홀 그룹(11)이 2~10개인 것을 특징으로 하는 합성섬유 방사구금.
  3. 제1항에 있어서, 합성섬유는 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 합성섬유 방사구금.
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