KR20160071715A - 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(pet)필라멘트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융방사공정을 통한 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조방법에 있어서, 방사속도는 2,500 내지 2,700m/min이고, 권취속도는 5,600 내지 5,700 m/min이며, 방사유제로 솔벤트형 방사유제를 사용하고, 냉각온도는 10 내지 15℃ 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법을 제공하고, 상기 섬유는 원사 표면의 균일한 분포 및 러프니스를 10% 이상 크게 개선하였고, 원사대비 강력 이용률이 92% 이상으로 우수한 PET 필라멘트를 제공한다.

Description

강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)필라멘트의 제조방법{Process for preparing PET filament having better conversion ratio}

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필라멘트 및 그 제조방법에 관한 것으로, PET 칩을 용융방사하여 제조하는 공정에서 솔벤트형 유제 및 냉각온도 개선을 통한 강력 이용률이 우수한 PET 필라멘트의 제조 방법에 대한 것이다.

일반적인 고강력 PET 필라멘트사 제조시 고강력의 특성을 발현하기 위해, 섬유의 미세구조상에 결정성을 높이는 방향으로 기술이 전개되고 있다. 섬유의 미세구조상 결정성을 높이는 방법으로는 고속방사와 연신 공정 중에 고온의 열을 인가하는 방법이 채택되고 있는데, 이 경우 섬유의 미세구조상 결정성은 향상되나, 일반으로 시행되고 있는 인터레이스 기술로는 집속성이 떨어져 권취 시 핀사가 발생한다. 핀사는 가연 및 열처리 시 공정상 문제를 야기하고, 타어어 코드로 제조된 이후 원사 대비 강력이용률이 저하되는 원인이 된다.

통상적으로 고속방사에 의한 1단계 공정으로 PET 원사를 제조할 때 교락 노즐을 사용하여 교락을 부여한다. 교락이란 필라멘트 상호간의 엉킴(Entanglement) 현상에 의해 사를 집속시켜 주는 것으로 후공정의 공정성에 매우 큰 영향을 미친다. 일반적인 인터레이스 기술에서는 공기 교락을 실시한다. 그러나 정경시 원사에 부여되는 장력이 커질수록 교락부가 해교락되어 사(絲)퍼짐에 의해 정경 결점이 발생된다. 이러한 해교락을 통한 결점은 바로 최종 제품상의 결점으로 나타나게 된다. 따라서 교락 안정성을 확보 하는 문제가 필라멘트사의 집속성 향상으로 인한 핀사의 발생율 감소와 최종 제품의 품질이 상승 되는 효과를 얻을 수 있어 점차 중요시되고 있다.

또한, 기존 발명은 고강도의 원사를 제조하기 위해서는 고점도(IV 1.05이상)의 PET수지를 사용하여야하고, 비정부의 배향을 증가시켜 원사의 강도를 얻기 위해 연신비 2 이상의 고배율 연신이 필요하다. 상기와 같은 방법으로 원사를 제조하기 위해 냉각풍의 온도 및 속도, 가열 후드의 길이 및 온도를 적정화하는 기술을 사용함에 있어 아래와 같은 문제가 발생한다.

첫째로, 고점도 PET 수지의 방사시 점도가 저하되며, 둘째로 고배율 연신에 의해 원사의 수축률 증가 및 형태안정성(E-S)가 저하되며, 셋째로 원사의 과연신 및 유제의 불균일한 부착에 의하여 딥코드의 강력 이용률이 저하된다. 이외에 냉각품 압력 및 온도 조절에는 한계가 있으며, 고연신에 의한 방사 사절수 증가 및 작업성, 외관 불량이 많은 문제점이 있다.

이에 본 발명의 발명자들은 PET 원사의 고강도화를 위해 과도한 연신비로 인하여 외관 및 딥코드의 강력 이용률이 감소하는 문제점을 해결하기 위해 솔벤트형 유제를 사용하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 연구에 이르게 되었다.

한국공개특허 제 2014-0089158호 국제공개특허 제 2012-156446호 한국등록특허 제 140229호 한국공개특허 제 2013-0079257호

본 발명은 통상적인 PET 칩을 용융방사하여 PET 필라멘트사를 제조하는데 있어서, 원사 대비 강력이용률을 증진시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 용융방사공정을 통한 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조방법에 있어서, 방사속도는 2,500 내지 2,700m/min이고, 권취속도는 5,600 내지 5,700 m/min이며, 방사유제로 솔벤트형 방사유제를 사용하고, 냉각온도는 10 내지 15℃인 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 솔벤트형 방사유제를 공급하기 위한 유제공급장치는 연신롤러 1 및 연신롤러 4 이전에 이단으로 설치되고, 상기 냉각온도는 외부에서 추가로 설치되는 에어컨디셔너에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법을 제공한다.

이에 더해, 본 발명은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 딥코드의 원사 대비 강력 이용률이 92% 이상인 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 PET 필라멘트사 제조과정에서 고강도 원사의 외관 및 딥코드의 강력이융율을 향상시키기 위해 연신비가 2이상이고, 솔벤트형 유제 및 냉각온도를 조절하는 구성을 특징으로 하며, 이로 인해 원사 표면의 균일한 분포 및 러프니스를 10% 이상 크게 개선하였고, 원사대비 강력 이용률이 92% 이상으로 우수한 PET 필라멘트를 제조할 수 있다.

도 1은 유제공급장치를 포함하는 PET 필라멘트사의 제조공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 실시예와 비교예의 Atomic Force Microscopy(AFM)의 Topological 이미지이다.

본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 통상의 PET 칩을 도 1에 도시된 과정과 같이 용융 방사(Spin-Draw, Hot Tube 및 HOY공법 등)하여 섬유화하는 방법에 있어서, 방사속도는 2,500 내지 2,700m/min이고, 권취속도는 5,600 내지 5,700 m/min이며, 방사유제로 솔벤트형 방사유제를 사용하고, 냉각온도는 10 내지 15℃인 강력 이용률이 우수한 PET 필라멘트 제조방법에 관한 것이다. 이 때, 미연신사의 배향도는 0.05 내지 0.70 수준이며, spin-draft는 1,600 내지 1,700 이다. 또한, 원사의 총 연신비는 2.1 내지 2.3 이다.

구체적으로, 상기 솔벤트형 방사유제를 공급하기 위한 유제공급장치는 연신롤러 1(도 1의 6) 및 연신롤러 4(도 1의 9) 이전에 이단으로 설치되고, 상기 냉각온도는 외부에서 추가로 설치되는 에어컨디셔너(도 1의 3)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법을 제공한다.

이에 더해, 본 발명은 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 딥코드의 원사 대비 강력 이용률이 92% 이상인 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법을 제공한다.

도 1을 참조하면, PET 칩은 익스트루드(미도시), 기어펌프(1), 노즐(2) 및 가열장치(미도시)를 통해 290 내지 310℃의 방사온도로 저온 용융 방사되어 열분해 및 가수분해에 의한 중합체의 점도의 저하가 방지된다.

제조된 용융 방출사는 냉각구역(3)을 통과하여 급냉 고화되고, 그리고 필요에 따라 노즐(2)의 바로 아래쪽 냉각 구역(3) 시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 짧은 가열장치(미도시)가 설치될 수 있다.

후드의 길이(L) 구간은 지연 냉각구역 또는 가열구역이 되고 그리고 50 내지 250mm의 길이 및 250 내지 400℃의 온도(공기접촉 표면온도)를 갖는다.

냉각구역(3)에서 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circularclosed quenching)법 및 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법이 적용될 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 냉각 효율 향상을 위해 냉각온도를 기존 20℃에서 10 내지 15℃로 다운시키기 위해 외부에서 추가로 A/C(에어 컨디셔너,3-1)에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다. 냉각온도는 바람직하게는 14℃이다.

냉각구역(3)을 통과하여 고화된 방출사는 유제 공급장치(5,5-1)에 의해 0.5 내지 1.0%로 오일링이 되어 미연신사가 된다. 유제 공급장치(5,5-1)는 연신롤러 1( 6) 및 연신롤러 4(9) 이전에 이단으로 설치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 유제는 기존의 에멀젼형 유제가 아닌 솔벤트형 유제를 사용하였다. 그 결과 원사 표면의 균일한 부착성을 확보하였으며, 표면의 러프니스(roughness)를 향상시켰다(도 2 참조).

미연신사는 연신롤러(6-10)을 거쳐 스핀드로(spin draw) 공법으로 연신되어 권취 롤러(11)에서 최종 연신사로 얻어진다.

연신롤러(6-10)에서 권취롤러(11)로 가는 과정에서 도 2에 도식한 인터레이스 노즐(13)에서 공기 교락과정이 수행된다.

특히, 본 발명에 있어 미연신사 배향도는 0.05 내지 0.7인 것을 특징으로 한다. 미연신사의 배향도가 0.05 미만 또는 0.7을 초과하는 경우 원사 표면의 균일한 분포 개선 및 러프니스 향상 효과가 충분하지 못하다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 PET 필라멘트를 연사하여 제조하고, 강력이 9.0 g/d 이상이고, 신도가 12.0% 이상인 원사를 제공한다. 이에 더해, 본 발명은 상기원사로 제조된 강력이 25.5kg이상이고, E-S가 5.7%이하이고, 원사 대비 강력이용률이 92% 이상인 딥코드를 제공한다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠지만 이러한 실시예들이 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.

< 물성 측정방법 >

1) 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

2) 원사의 중간신도 (E) : JIS-L1017 방법에 따라 인스트롱사의 저속신장형 인장시험기를 이용하여 구한 신장하중곡선에서 하중 4.5g/d에 있어서의 신도를 의미한다.

3) 건열수축률(%, Shrinkage) 및 치수안정도지수(E-S) 값

25℃, 65% RH에서 24시간 동안 방치한 후, 0.05g/d의 정하중에서 측정한 길이(L0)와 150℃로 30분간 0.05g/d의 정하중에서 처리한 후의 길이(L1)의 비를 이용하여 건열수축률을 측정하였다. 건축수축률(S)은 아래와 같은 식으로 표시될 수 있다.

S(%) = [(L0 ― L1)/L0] × 100

일정 하중 하에서의 신도를 본 발명에서는 중간신도(E)라 부르며, S는 상기 건열수축률을 의미하는 것으로 중간신도(E) 및 건열수축률(S)의 합을 E-S로 표시하였다.

E-S = 중간신도(%) + 건열수축률(%)

딥코드의 치수안정성은 타이어 측벽 결각화(Side Wall Indentation,SWI) 및 핸들링에 관계되는 물성으로서 주어진 수축율에서의 높은 모듈러스로 정의되고, 서로 다른 열처리과정을 거친 딥코드에 대한 치수안정성의 척도로 서 유용하며 낮을수록 더 우수한 치수안정성을 나타낸다

실시예 1-2

통상의 PET 칩을 방사온도 290℃, 홀직경 0.20mm, 홀길이 0.60mm인 방사구금을 사용하여 필라멘트수 375개, 최종단사섬도가 4 데니어가 되도록 토출량을 조절하여 스핀드로우(Spin-Draw)공법으로, 방사유제는 솔벤트형 방사유제를 사용하여 연실롤러 1 및 4 이전에 이단으로 설치하고, 표 1의 조건으로 용융방사하여 PET 필라멘트사를 제조하였다.

제조한 필라멘트의 원사물성과 딥코드의 원사물성 결과를 표 2에 나타내었다.

비교예 1-2

솔벤트형 방사유제가 아닌 에멀젼형 방사유제 이외엔 실시예 1 과 동일한 조건 및 표 1의 조건으로 시험하였으며 제조된 필라멘트와 딥코드의 원사물성 결과를 표 2에 나타내었다.

항목	단위	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
방사유제	-	Emulsion type		Solvent type
미연신사 배향도	-	0.04	0.03	0.10	0.11
연신롤러 1	m/min	2650	2600	2600	2550
연신롤러 4	m/min	5900	5900	5800	5800
연신 비	-	2.23	2.27	2.23	2.27

Yarn	항목	단위	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
	강력	kg	14.1	14.3	13.9	14.1
	강도	g/d	9.2	9.4	9.0	9.2
	중신	%,@4.5kg	5.5	5.4	5.4	5.3
	절신	%	12.6	12.4	12.8	12.9
	E-S	%	10.2	10.2	9.9	9.9
Dip cord	강력	kg	25.1	25.0	25.5	25.9
	중신	%,@4.5kg	3.6	3.5	3.6	3.5
	절신	%	13.1	12.9	13.4	13.5
	E-S	%	5.8	5.8	5.7	5.7
강력 이용률(Y→D)		%	89.5	87.5	92.5	92.0

표 2에서와 같이 본 발명의 실시예를 통해 제조된 원사는 강력이 9.0 g/d 이상이고, 신도가 12.0% 이상인 원사를 제공한다. 이에 더해, 본 발명은 상기원사로 제조된 강력이 25.5kg이상이고, E-S가 5.7%이하이고, 원사 대비 강력이용률이 92% 이상인 딥코드를 제공한다.

특히, 본 발명의 원사는 상기 물성을 만족하면서도 도 2에서와 같이 원사표면이 균일한 분포를 가지며 하기 표 3에서와 같이 러프니스가 우수한 원사를 제공한다.

	Rpv(㎛)	Rq(㎛)	Ra(㎛)	Rz(㎛)
비교예	0.711±0.134	0.131±0.017	0.107±0.013	0.693±0.131
실시예	0.784±0.205	0.143±0.036	0.116±0.029	0.762±0.201

표 3은 실시예 및 비교예의 원사 표면의 러프니스(Roughness) 그래프를 측정한 결과로, Rpv는 peak to valley의 값, Rq는 평균의 표준편차, Ra는 평균을 의미,Rz는 임의로 10 point를 택한 평균으로, 5 point는 peak, 5 point는 valley를 택한 것이다. 표 3과 같이 본 발명의 실시예는 비교예에 비하여 러프니스를 10% 이상 크게 개선한 것으로 측정되었다.

1 : 기어펌프 2 : 노즐
3 : 냉각구역 3-1 : 추가설치된 A/C
4 : 미연신사 5, 5-1 : 유제 공급장치 6, 7, 8, 9, 10 : 연신롤러 11 : 권취롤러

Claims (4)

1. 용융방사공정을 통한 고강력 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조방법에 있어서,
   방사구금 직하에서 냉각온도는 10 내지 15℃이고, 방사속도는 2,500 내지 2,700m/min로 미연신사를 제조한 후, 연속적으로 연신 및 5,600 내지 5,700 m/min로 권취하며, 방사유제로 솔벤트형 방사유제를 사용하고, 솔벤트형 방사유제를 공급하기 위한 유제공급장치는 연신롤러 1 및 연신롤러 4 이전에 이단으로 설치되는 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 미연신사 배향도는 0.05 내지 0.7인 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각온도는 외부에서 추가로 설치되는 에어컨디셔너에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 딥코드의 원사 대비 강력 이용률이 92% 이상인 것을 특징으로 하는 강력 이용률이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필라멘트의 제조 방법.
   

Images