KR20160039794A - 폴리올레핀계 고강력 원사 제조용 스핀드로 방사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올리핀계 고강력 원사 제조용 방사기에 관한 것으로 올레핀계 합섬섬유를 용융방사하여 원사를 제조하는 방사기에 있어서, 연신구역에 6~12단의 연신롤러가 구비되고 중간 열과 우측 열의 연신롤러의 중간부에 유제 공급기가 구비되어 원사의 다단 연신 중에 유제를 공급하여 연신작용을 보다 향상시키고 연신된 원사를 열셋팅 박스와 쿨링 박스에 통과시키어 열셋팅 및 냉각을 통하여 폴리올리핀계 고강력 원사를 원스텝으로 제조하게 된 것이다.
본 발명에 의하면 연신중의 원사에 유제가 도포되어 고배율의 연신 중에 필라멘트가 흩어짐이 방지되어 용이하게 신장되고 열셋팅과 냉각을 통하여 내구성과 저수축성의 폴리올리핀계 고강력 원사를 제조할 수 있다.

Description

폴리올레핀계 고강력 원사 제조용 스핀드로 방사기 {Manufacture of high tenacity polyolefin yarn spin draw radiator}

본 발명은 폴리올레핀계 고강력 원사 제조용 방사기에 관한 것으로 올레핀계 합섬섬유를 용융방사하여 원사를 제조하는 방사기에 있어서, 연신구역에 6~12단의 연신롤러가 구비되고 중간 열과 우측 열의 연신롤러의 중간부에 유제 공급기가 구비되어 원사의 다단 연신 중에 유제를 공급하여 연신작용을 보다 향상시키고 연신된 원사를 열셋팅 박스와 쿨링 박스에 통과시키어 열셋팅 및 냉각을 통하여 폴리올리핀계 고강력 원사를 원스텝으로 제조하게 된 것이다.

본 발명에 의하면 연신 중의 원사에 유제가 도포되어 고배율의 연신 중에 필라멘트가 흩어짐이 방지되어 용이하게 신장되고 열셋팅과 냉각을 통하여 내구성과 저수축성의 폴리올리핀계 고강력 원사를 제조할 수 있다.

용융방사에 많이 사용되는 합섬섬유(nylon,PET, acryl,PVC, PE, PP.)는 소재의 점도와 고분자 구조에 따라 배향 연신을 통해 강도를 달리 제조할 수 있는데 기존의 원스텝 스핀드로 방사기로 구현 가능한 올레핀계 섬유의 최대강도는 이론적으로 8g/d를 넘지 못한 것으로 알려져 있다.

[문헌1] 등록특허공보 10-0236422 (1999.12.15.공고)

[문한2] 등록특허공보 10-1009905 (2011.01.20. 공고)

올레핀계 원료는 용융방사시 연신비를 높이는데 한계가 있고 방사를 해도 과도한 연신으로 인해 배향결정이 풀려서 오히려 강도가 저하되는 문제점이 있다.

따라서 종래의 공법은 저속 방사기에서 저강도의 원사를 제조한 다음 다단 연신롤러를 배치하여 높은 열에너지를 부가하면서 원사를 제조하는 2 스텝으로 원사를 제조하였다.

이 경우 공정 효율이 낮고 고속으로 작업하기 어려워서 생산 단가가 상승되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 고속의 스핀드로 방사기에 6~12단의 다단으로 연신롤러가 구비된 연신구역을 구성하고 연신구역에 배치된 연신롤러의 중간부에 유제의 도포롤러를 구비하여 원사의 연신 중에 유제를 도포하여 유제의 고갈에 따라 필라멘트가 흩어짐을 방지하고 고율의 연신비로 연신이 가능하며 연신후 열셋팅 및 냉각을 포함하는 폴리올리핀계 고강력 원사 제조용 스핀드로 방사기를 개발하였다.

본 발명의 목적은 고속의 스핀드로 방사기에 6~12단의 다단 연신롤러 구역을 구비하여 연신구역의 중간부에 유제 공급장치를 구비하여 원사에 유제를 도포함에 따라 원사의 연신 중에 필라멘트의 흩어짐이 방지되어 보다 능률적으로 고율 연신이 가능한 폴리울레핀계 고강력 원사제조용 스핀들 방사기를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 방사부에 의해 열 가소성의 올레핀계(PE.PP) 고분자 중합물을 융점 이상의 온도에서 방사금구를 통하여 방사되는 원사를 냉각 고화하여 권취한 다음 다단 연신기로 연신하게 된 것에 있어서, 상기 연신기를 6단 이상의 다단으로 설치한 다단 연신구역을 구비하고 상기 연신구역의 중간부에 2지점 이상의 유제 공급기가 배치되어 연신중의 원사의 표면에 유제를 도포하면서 연신하게 되고 연신된 원사를 열세팅 박스와 쿨링 박스에 의하여 열셋팅 및 냉각을 거쳐 올레핀계 고강력 원사를 제조하게 구성된 것이다.

상기 방사부의 방사실에는 압출기와 방사금구가 구비되어 열가소성 올레핀 계 고분자 중합물을 융점이상의 온도로 압출기 및 방사금구에 의해 여러 가닥의 필라멘트를 방사하고 방사된 필라멘트를 합사(合絲)한 원사를 냉각실에서 냉공기에 의해 일단 냉각 된 다음 냉각된 원사의 표면에 유제 도포롤러에 의해 유제를 도포하여 상하 한 쌍으로 배치된 권취롤러에 의해 권취하게 된다.

상기 방사부의 측방에 구비된 연신구역은 원사를 가열하면서 신장하는 2개의 고데트 롤러(hot godet roller)인 연신롤러가 좌우 대칭으로 배치되어 1셋트를 이루고 1셋트의 연신롤러가 좌측 열에 3단, 중간열 3단, 우측 열에 3단으로 배치되어 모두 9셋트의 연신롤러가 연동기구에 의해 같은 방향으로 연동가능하게 배치되어 있다.

상기 연신롤러는 상기한 9 셋트로 한정되는 것은 아니고 연신롤러는 6~12셋트가 바람직 하다.

상기 연신롤러는 고데트 롤러로서 롤러의 내부에 구비된 열 공급수단에 의해 약 240℃의 열을 공급하며, 연신롤러가 6단의 경우에는 4번째 단계의 온도가 3번째 단계의 온도보다 낮을 수 있다.

연신구역의 중간열과 우측열의 중간부에 원사의 표면에 유제를 도포하는 유제공급기로서 유제 도포롤러가 각각 구비되어 있다.

따라서 방사부에서 방사되어 권취된 원사는 좌측 열 하단부에 배치된 연신롤러를 거쳐 상단부에 배치된 연신롤러 측으로 이동되고 좌측 열 상단부의 연신롤러에서 중간열의 상단부의 연신롤러로 이동하여 중간열 하단부의 연신롤러에서 우측열 하단부의 연신롤러를 거쳐 우측열 상단부의 연신롤러 측으로 이동하면서 연신된다.

원사는 연신구역의 초입에서 최종의 출구로 나오기까지 반복적으로 고데트 롤러에 원사의 표면이 균일하게 접촉되면서 열을 받기 때문에 원사의 열구배가 균일하게 되어 원사의 배향결정화 과정에서 동일한 탄성응력(彈性應力)을 갖게 되므로 균일하게 연신(延伸)될 수 있다.

또한 방사된 초기의 원사의 분자쇄는 무질서하게 정렬되어 있으나 원사에 대하여 유리전이온도( glass transition tempreture) 이상의 온도로 가열하면서 원사의 진행 방향으로 인장(引張)하기 때문에 원사의 분자쇄는 용이하게 섬유축으로 배향된다.

또 상기 원사의 연신구역을 통과하여 연신하는 중간에서 유제 도포롤러에 의해 원사의 표면에 유제가 도포되어 고배율의 연신에도 필라멘트의 정렬이 유지되어 양호하게 신장된다.

상기 원사가 연신구역을 통과하는 속도는 통상적으로 600~2000m/분이며 이동중에 각단의 고데트 롤러의 회전비의 차이에 의해 원사는 4~20배의 신장율로 신장된다.

상기 연신부에서 연신된 원사는 분자쇄의 배향이 강제로 이루어지기 때문에 원사를 제조한 후에 가발로 사용하는 과정에서 원사의 연신 중에 공급된 에너지 이상의 인조 가발사에 에너지가 투입되면 원사내 분자쇄들이 자유로운 운동이 일어나면서 배향성이 흐터지고 이는 결국 원사의 수축율이 높아지는 결과가 된다.

이러한 수축율이 높은 가발용 원사는 열가공을 통하여 다양한 양태로 활용하는데 저해요인이 된다.

따라서 원사에 저수축성을 부여하기 위하여, 연신부에서 연신된 원사는 열셋팅 박스에 의해 열셋팅(heat setting)하게 된다.

상기 열셋팅 박스는 복수의 이동롤러가 상부와 하부의 서로 어긋난 위치에 배치되어 상하의 이동롤러에 의하여 상기한 연신된 원사가 상하 지그재그로 이동하여 박스의 공간을 통과하는 중에 세라믹 원적외선 히터의 열과 균일한 온도분포를 위하여 별도로 공급되는 열풍에 의해 원사의 분자쇄의 배열성이 열셋팅된다.

상기 열셋팅 온도는 원사의 용융 방사온도 보다 높은 약 270℃ 열에너지를 가하게 된다.

또한 상기 쿨링 박스는 복수의 이동롤러가 상부와 하부에 서로 어긋난 위치에 배치되어 상하의 이동 롤러에 의하여 원사가 상하 지그재그로 이동하여 냉각실의 공간을 통과하는 중에 냉풍에 의해 약 5~10℃로 냉각되어 원사를 충분히 냉각시키어 고강력 원사를 제조한다.

본 발명의 올레핀계 고강력 원사는 내구성과 저수축성이 우수하여 원사를 후가공할 때 가공이 용이하고 수축율이 적어 변형이 거의 없어 각종용도에 유용하게 사용할 수 있다.

본 발명은 방사기에 의해 방사된 폴리올레핀계 원사를 다단 연신롤러에 의해 연신하는 중간 단계에서 유제 도포롤러에 의해 원사의 표면에 유제를 도하면서 연신하기 때문에 고배율로 연신하여도 필라멘트의 흩어짐이 없이 정렬된 배향성이 유지되어 용이하게 연신(延伸)할 수 있다.

또 연신단계를 6단 9단 12단으로 가감 조절이 가능하고 합섬섬유의 종류에 따라 원사의 열세팅 온도를 자유롭게 가변하여 고강력 원사를 원스텝으로 다량 생산할 수 있는 효과가 있다.

도1`은 본 발명의 원스텝 스핀드로 방사기의 실시 예시도

본 발명의 한 실시예를 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 방사부(A)의 방사실(1)에 구비된 압출기(1p)와 방사금구(1d)에 의해 열가소성 고분자 중합물이 융점이상의 온도로 가열 및 방사된 여러 가닥의 필라멘트(f)가 합사(合絲)된 원사(t)가 냉각실(1c)에서 약 5℃로 냉각되고 상기 냉각실(1c)에 구비된 유제 도포 롤러(r)에 의해 원사의 표면에 유제가 도포되게 구성된다.

도1에 표시된 바와 같이, 상기 방사부(A)의 외측에 원사(t)를 권취하는 상하로 대향된 한 쌍의 권취롤러(r1)(r2)가 구비되고 이어서 연신구역(B)이 구비된다. 상기 연신구역(B)에는 2개의 고데트 롤러(hot godet roller)(2)를 1셋트로 하여 3열 3단으로 연신롤러(2a)~(2i)가 배치되어 있다. 즉,

상기 좌측 열에 3셋트의 연신롤러(2a~2c)가 배치되어 있고 중간 열에 3셋트의 연신롤러(2d)~(2f)가 배치되어 있으며, 우측 열에 3셋트의 연신롤러(2g)~(2i)가 배치되어 각각의 회전비로 같은 방향으로 회전하게 되어 있다.

본 실시예의 도면에는 연신롤러가 9셋트로 표시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 연신롤러는 6세트,9셋트,12셋트로 원사의 원료와 연신목적에 따라 증감될 수 있다. 연신롤러는 적어도 6셋트 이상의 다단으로 설치된다.

상기 연신구역(B)에서 중간 열의 연신롤러(2d)(2e)사이에 유제도포롤러(2r)가 배치되고 우측 열의 연신롤러(2h)(2i)사이에 유제 도포롤러(2r')가 배치되어 원사의 연신과정에서 원사의 표면에 유제를 도포하게 되어 있다. 여기에서 유제는 오일. 또는 올레핀계 코팅제일 수 있다.

또한 열셋팅박스(C)의 가열실(3)은 복수의 이동롤러(3a)~(3f)가 상부와 하부의 서로 어긋난 위치에 배치되어 상하의 이동롤러(3a)~(3f)에 의하여 연신된 원사(t)가 상하 지그재그로 이동하여 가열실(3)의 공간을 통과하는 중에 도시되지 아니한 세라믹 원적외선 히터의 열과 가열온도의 균일한 분포를 위해 가열실(3)에 공급된 별도의 열풍에 의해 원사의 분자쇄의 배열이 연신되는 섬유축 방향으로 열셋팅하게 되어 있다.

또한 쿨링박스(D)의 냉각실(4)은 복수의 이동롤러(4a)~(4d)가 상부와 하부에 서로 어긋난 위치에 배치되어 상하의 이동 롤러(4a)~(4d)에 의하여 원사(t)가 상하 지그재그로 이동하여 냉각실(4)의 공간을 통과하는 중에 냉풍에 의해 원사의 정렬된 분자쇄의 배열성을 고정하여 최종으로 내열성과 저수축성의 인조 가발용 원사(t)를 안내롤러(5a)를 통하여 권사부(5)의 보빈(5b)에 권취하게 되어 있다.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 상기 방사부(A)의 방사실(1)에 구비된 압출기(1p) 및 방사금구(1d)에 의해 올레핀계의 합섬고분자 중합물이 압출 및 방사된 여러 가닥의 필라멘트가 합사된 원사(t)는 냉각실(1c)에서 냉풍에 의해 냉각되는 동시 냉각실(1c)에 구비된 유제 도포 롤러(r)에 의해 원사(t)의 표면에 유제(乳劑)가 도포되어 권취롤러(r1)(r2)에 의해 권취되면서 다음의 연신구역(B)으로 이동된다.

연신구역(B)으로 이동된 원사는 좌측 열의 하단부에 배치된 고데트 롤러(2)인 연신롤러(2a)에서 상단부에 배치된 연신롤로(2c)에 순차적으로 권회(捲回)하고 좌측 열의 상단부에 배치된 연신롤러(2c)에서 중간 열의 상단부 측에 배치된 연신롤러(2d)로 이동하여 하단부 측에 배치된 연신롤러(2f)에서 우측 열의 하단부 측에 배치된 연신롤러(2g)로 이동한 다음 상단부 측의 연신롤러(2i)로 권회되어 다음의 열세팅박스(C) 측으로 이동된다.

연신구역(B)에는 3열 3단으로 고데트 롤러인 연신롤러가 배치되어 있기 때문에 연신구역(B)의 초입에서 최종의 출구로 나오기까지 반복적으로 연신롤러에 모든 원사의 표면이 균일하게 접촉되면서 열을 받기 때문에 원사의 열 구배가 균일하게 되어 원사의 배향결정화 과정에서 동일한 탄성응력(彈性應力)을 갖게 되므로 균일하게 연신(延伸)될 수 있다.

방사된 초기의 원사(t)의 분자쇄는 무질서하게 정렬되어 있으나 원사(t)에 대하여 유리전이온도(glass transition tempreture) 이상의 온도로 가열하면서 원사의 진행 방향으로 인장(引張)하기 때문에 원사의 분자쇄의 방향성이 섬유축 방향으로 정렬된다.

또한 중간열의 연신롤러(2d)(2e) 사이와 우측 열의 연신롤러(2h)(2i) 사이에서 유제 도포롤러(2r)(2r')에 의해 연신 중의 원사의 표면에 유제가 도포되어 필라멘트가 정렬된 상태로 유지되어 고배율로 연신이 가능하게 된다.

상기 원사가 연신부(B)를 통과하는 속도는 통상적으로 900~2000m/분이며 이동중에 각 단의 고데트 롤러의 회전비의 차이에 의해 원사는 4~20배의 신장률로 신장된다.

상기 연신구역(B)에서 연신된 원사(t)는 분자쇄의 배향을 고정하고 원사에 내구성과 저수축성을 부여하기 위하여, 연신부(B)에서 연신된 원사(t)는 열셋팅박스(C)의 가열실(3)에 의해 보다 높은 열로 열셋팅(heat setting)하게 된다.

즉, 가열실(3)의 상부와 하부 측에 배치된 복수의 이동롤러(3a)~(3f)에 의해 연신된 원사(t)가 상하 지그재그로 가열실(3)의 공간을 이동하는 중에 가열실에 구비된 도시되지 않은 세라믹 원적외선 히터에서 방출되는 열과 균일한 온도분포를 위해 공급되는 별도의 열풍에 의해 원사(t)는 약 270℃로 열셋팅 하게 된다.

상기 연신구역(B)에서 원사(t)의 연신과정을 통하여 원사의 분자쇄의 배향이 섬유축 방향으로 정렬되고 열셋팅박스(C)를 통과하는 중에 열세팅 된 다음 쿨링박스(D)를 통과하는 중에 냉각된다. 즉,

열셋팅박스(C)의 가열실(3)을 통과한 원사(t)는 쿨링박스(D)의 냉각실(4)의 상부와 하부 측에 배치된 이동롤러(4a)~(4d)에 의해 상하 지그재그로 냉각실(4)의 공간을 통과하는 중에 냉풍에 의해 약 5~10℃로 냉각되어 원사의 정렬된 분자쇄의 배열이 고정되어 물리적인 변형을 방지하게 된다.

냉각된 원사는 안내롤러(5a)를 통하여 궈취실(5)의 권취보빈(5b)에 권취된다,

본 발명의 폴리올레핀계의 고강력 원사는 내구성과 저수축성의 물리적인 특성을 구비하고 있기 때문에 열세팅할 때, 가공이 용이하고 변형이 없어 각종 용도에 보다 유용하게 사용할 수 있다.

1 : 방사실, 1a : 냉각실, 1d : 방사금구, 1p : 압출기, r1,r2 : 권취롤러.
2 : 연신실, 2a~2f : 연실롤러, 3 : 가열실, 3a~3f : 이동올러, 4 : 냉각실.
4a~4d : 이동롤러, 5 : 권취실, 5a : 안내롤러, 5b 권취보빈, A : 방사부.
B ; 연신구역, C : 열셋팅 박스, D : 쿨링 박스, r, 2r,2r' : 유제 도포 롤러.

Claims (3)

1. 방사부(A)에서 열가소성의 올리핀계 고분자 중합물이 방사되어 연신부에 의해 연신하게 된 것에 있어서,
   방사된 원사를 연신하는 연신구역(B)에 2개의 고데트롤러를 1셋트로 하는 한 쌍의 연신롤로가 6~12단의 다단으로 배치되고 중간 열과 우측 열의 상하 두 연신롤러 사이에 원사의 표면에 유제를 도포하는 유제 도포롤러가 배치되며 원사를 열세팅하는 열세팅박스(C)와 원사를 냉각하는 쿨링박스(D)가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고강력 원사의 원스텝 스핀드로 방사기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연신구역(B)은 고데트 롤러(2)인 한 쌍의 연신롤러가 좌우 대칭으로 배치된 1셋트의 연신롤러(2a)~(2i)가 좌측 열에 3단, 중간 열에 3단, 우측 열에 3단으로 배치되어 방사된 원사가 다단으로 연신하게 된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고강력 원사의 원스텝 스핀드로 방사기.
3. 제1항에 있어서,
   연신구역(B)의 중간열의 연신롤러(2d)(2e) 사이에 유제 도포롤러(2r)가 배치되고 상기 연신구역의 우측 열의 연신롤러(2h)(2i) 사이에 유제 도포롤러(2r')가 배치되어 연신중의 원사에 유제를 도포하게 된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 고강력 원사의 제조용 스핀드로 방사기.
   
   

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