KR20160112171A - 고강도 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대폰, 테블릿 PC 및 가방에 접목할 수 있도록 아라미드(Aramid)섬유, PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 등의 내열섬유를 이용한 고내열, 고강력, 경량특성을 갖는 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법을 제공하여, 200~300℃ 에 견딜 수 있으며, 고강도, 경량의 전자제품케이스, 가방 등의 원단을 제공하는 것이다.

Description

고강도 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법{Fabric using high strength heat-resisting fiber and its manufacturing method}

본 발명은 고강도 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대폰, 테블릿 PC 및 가방에 접목할 수 있도록 아라미드(Aramid)섬유, PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 등의 고강도 내열섬유를 이용한 고내열, 고강도, 경량특성을 갖는 고강도 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법에 관한 것이다.

아라미드 섬유는 높은 내열성을 보이는 대표적인 슈퍼섬유로 고강도, 내열성, 열적 안정성 및 전기절연성 등의 특성을 가지고 있어서, 방탄복, 방화복, 방호용 등에 사용되고 있다.

이러한 아라미드섬유의 사용량은 계속해서 증가하고 있으며, 최근에는 각종 소재의 경량화 요구에 따라 세섬도 방향으로 연구가 진행되고 있으나, 현재까지는 방호용 등으로 국한되어 개발되고 있어서 다양한 방향으로 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

그리고, 이러한 아라미드섬유의 특성과 유사한 또는 일부 특성에서 이를 능가하는 PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 등이 개발되고 있으나, 이들 역시 그 사용용도가 극히 제한적인 문제점이 있었다.

한편, 일반적으로 IT 케이스 소재는 주로 합성피혁 또는 스웨이드, 또는 나일론 소재를 사용해왔으며, 이러한 종래 소재들은 주로 장식용으로 사용되고 있을 뿐 기능성을 갖지는 못하고 있는 실정이며, 일부 기능성이 적용되는 제품 역시 현재까지는 주로 전자파 또는 방열 등에 초점이 맞추어지고 있다.

등록특허 10-1457151호

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고강도 내열섬유를 이용하여 200~300℃ 에 견딜 수 있으며 마모에 강한 원단의 제공이 가능하도록 하는 데 목적이 있다.

또한, 핫멜트접착필름을 내열섬유와 라미네이팅한 원단을 제공하여, 기존의 접착제를 이용한 다른 소재와의 접착공정 없이 케이스 컷팅 후 다이렉트로 다른 소재에 접착이 가능하도록 하여 안전성과 기능성을 동시에 가지면서 생산성이 향상되는 IT제품 케이스, 가방 등에 사용되는 원단을 제공하여 IT 제품을 보호하고 소재 자체의 심미성을 부여할 수 있도록 하는 데 목적이 있다.

그리고, 상기 원단에 발수기능을 부여하여 일상생활에 불편이 없도록 하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 내구온도 200~300℃ 에 견딜 수 있는 고강도 내열섬유로, 아라미드섬유, PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 중에서 택일된 어느 하나 혹은 이들의 혼합 섬유로 구성된 고강도 내열섬유를 포함하여 구성된 내구보호층과, 상기 내구보호층상에 구성되는 발수층을 포함하여 구성되고, 상기 내구보호층 하부에는 핫멜트 접착층이 라미네이팅을 통하여 더 구비되는 고강도 내열섬유를 이용한 원단 및 그 제조방법에 있다.

상기에서 아라미드섬유는 원사강도23g/de 이상, 인장강도 5,000N/5cm 이상, 마모강도 30,000회 이상 및 200데니어(de) 이하인 것을 사용한다.

그리고, 상기 내구보호층에는 내열섬유외에 합성섬유가 더 사용될 수 있으며, 이 때 내열섬유는 내구보호층 총 중량 기준 50-100중량%, 합성섬유는 0-50중량% 사용되고, 상기합성섬유는 나일론 6, 나일론 66, UHMW-PE(초고분자량 폴리에틸렌, Ultra High Molecular Weight Polyethylene), 카본파이버(CARBON FIBER), 레이온(Regular & FR Rayon)중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합물이 사용한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 고내열, 고강력, 경량 원단을 제공할 수 있고, 이는 지속적인 표면마찰이 일어나더라도 200~300℃ 에 견딜 수 있도록 형성되어, IT제품 케이스 제조 시, 원단 다이컷(Die-cut) 후 고주파 및 열압착을 이용한 다이렉트 접착이 용이하며, 지속적인 고열에도 높은 형태안정성으로 생산성 향상이 가능하다.

또한 상기 원단은 우수한 마모강도를 갖는 아라미드 소재의 사용으로 외부 마찰 및 충격으로부터 전자제품 등을 안전하게 보호해주는 역할을 제공하는 효과가 있다.

도면1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2-레이어(Layer) 고내열 고강력 경량 원단의 단면도이다.
도면2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3-레이어(Layer) 고내열 고강력 경량 원단의 단면도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.

본 발명에 따른 내열섬유를 이용한 원단은 도 1에 나타내는 바와 같이 내구온도 200~300℃ 에 견딜 수 있으며 표면을 형성하는 내구보호층(10)과, 상기 내구보호층(10)상에 구성되는 발수층(20)을 포함하여 구성되며, 상기 내구보호층(10) 하부에는 도 2에 나타내는 바와 같이 핫멜트 접착층(30)이 더 구비될 수 있다.

상기에서 내구보호층은 아라미드섬유, PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 중에서 택일된 내열섬유를 포함하여 구성되며, 상기 내열섬유가 아라미드섬유일 경우는 원사강도23g/de 이상, 인장강도 5,000N/5cm 이상, 마모강도 30,000회 이상 및 200데니어(de) 이하의 것이 바람직하며, 특히 세섬도 아라미드섬유를 이용하는 경우 경사밀도 및 위사밀도는 각각 5~15본/㎝ 정도이고, 인장강도는 5,000~10,000N/5㎝ 를 가진다.

이러한 세섬도 아라미드섬유는 통상 0.7~1.6데니어의 섬도를 갖는 모노필라멘트를 사용한 멀티필라멘트사로, 상기 모노필라멘트가 0.7데니어보다 작으면 멀티필라멘트 직물의 제직자체가 어렵고, 1.6데니어보다 크면 제직된 직물이 외부충격에 약하기 때문이다.

그리고, 상기 내구보호층에는 내열섬유외에 합성섬유가 더 사용될 수 있는데, 이 경우 내열섬유는 지속적인 표면마찰온도 200~300℃까지 견딜 수 있도록 내구보호층 총 중량 기준 50-100중량% 함유되는 것이 바람직하나, 300℃까지 고온에 견딜 수 있도록 하기 위해서 아라미드섬유를 포함한 내열섬유는 85중량% 이상 함유되는 것이 바람직하다.

그리고, 합성섬유는 나일론 6, 나일론 66, UHMW-PE(초고분자량 폴리에틸렌, Ultra High Molecular Weight Polyethylene), 카본파이버(CARBON FIBER), 레이온(Regular & FR Rayon)등의 IT제품 등 전자제품 케이스 소재에 적합한 섬유들을 혼용하여 구성하며, 내구보호층 총 중량 기준 0-50중량% 함유되는 것이 바람직하다.

이러한 내구보호층에 들어가는 내열섬유는 평직, 능직, 수자직, 이중직 바스켓직 등의 여러 방식으로 제직할 수 있으며, 내열섬유를 나일론, 폴리에스테르, UHMW-PE, CARBON FIBER, 레이온 등의 섬유와 혼용해서 쓸 때에도 마찬가지 방식으로 제직한다.

그리고, 직물이 완성되면 유제 또는 이물질을 제거하기 위해 정련 공정을 반드시 거치는데, 이는 표면의 발수 및 방오 처리시에 부착된 유제 또는 이물질이 발수방오제와 직물사이의 결합력을 약하게 하여 직물의 성능 저하를 초래할 수 있기 때문이며, 정련 공정은 40~100℃에서 NaOH 또는 Na₂CO₃ 와 같은 계면활성제가 혼합된 정련제를 사용한다.

정련이 끝나면 수세 및 건조를 거쳐 최종 직물을 얻게된다.

그리고, 상기 발수층의 재질은 PFCs(perfluorinated compounds) 즉, 불소를 유화시킨 컴파운드로 원단 표면의 표면장력을 조절하여 물 또는 물방울에 대하여 반발성능을 갖도록 한 것으로, 발수층이 내구보호층 상부에 위치하여 내구보호층을 구성하는 내열섬유들을 물로부터 보호하는 것으로 이로 인하여 세탁내구성 및 마모성이 우수해지게될 뿐 아니라 방오특성도 갖게 된다.

그리고 상기 핫멜트 접착층이 구비될 경우 전자기기의 케이스 제조시 이종의 소재에 직접 접착이 가능하도록 내구보호층과 핫멜트 접착층을 서로 라미네이팅하여 구성한다.

그리고, 상기 핫멜트 접착층은 시트와 수지로 구성되며, 상기 시트는 종이, 에폭시, 폴리카보네이트, 아라미드, 스웨이드, 에폭시 함침소재, 폴리에스테르(Polyester) 또는 나일론(Polyamide) 등의 화섬류 및 원단, 폴리에스테르 또는 나일론을 함유하고 면(Cotton) 등의 천연섬유를 동시에 직조한 원단류 등의 IT 케이스 안감에 많이 쓰이는 소재로 용도와 품종에 따라 달리 사용한다.

상기 핫멜트 접착층을 구성하는 수지는 PES(polyether sulfone), PA(polyacrylamide), PE(polyethylene), TPU(Thermoplastic Polyurethane) 필름을 상기 시트에 라미네이팅하거나 폴리우레탄(PU)을 상기 시트에 코팅하여 제조한다.

이러한 핫멜트 접착층은 두께 30~300μm이며, 마모강도는 35,000회 이상이다.

한편, 상기 내구보호층과 핫멜트 접착층은 라미네이팅을 통해서 접착되는데, 상기 라미네이팅 과정에서 3 내지 30g/㎡ 의 분말 상태인 수분 경화형 접착제를 사용하여 70 내지 150℃ 에서 접합한다. 그리고 접착력을 좋게하기 위해 수분경화 강도가 높아지도록 상기 수분 경화형 접착제를 온도 30±10℃, 습도80±10% 에서 6내지 24시간 숙성시켜 라미네이팅하여 고내열 고강력 경량 원단을 제조 할 수 있다.

그리고, 상기 라미네이팅은 도트(Dot)방식 또는 메시(Mesh)방식으로 접착을 할 수 있으며 도트방식은 접착제를 일정 간격으로 하부층에 점적하여 상부층과 접합하는 방식으로 전체면에 도포하여 접착하는 방식에 비해 효율적일 뿐만 아니라 부드러운 촉감 발현에도 탁월한 기능을 나타내기 때문에 바람직한 라미네이팅 방법이다.

반면 메시방식은 일종의 전체면에 도포하는 방식으로 접착성이 뛰어난 장점이 있다.

이때 사용되는 접착제는 에틸렌비닐아세테이트계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 아크릴계 수지, 또는 폴리아마이드계 수지 등을 유효성분으로 포함하는 열가소성 접착제로서 바람직하게는 핫멜트(Hot Melt) 접착제를 사용한다.

상기 핫멜트 접착제는 물이나 용제를 사용하지 않고 열에 의해 용융시켜 고형분 상태로 접착하는 열가소성 접착제로써 다층원단간의 영향을 거의 주지 않으면서 도트방식 라미네이팅에 적용하기 쉬운 장점을 가진다.

이하 본 발명에 따른 내열섬유를 이용한 원단의 시험예를 살펴본다.

[마모강도 측정방법]

본 발명의 원단과 일반 스포츠웨어 원단들과의 비교 마모강도 측정을 위해 ISO 12947-2에 의거하여 마틴데일법(Martindale Method)으로 시험편 파괴점을 각각 측정했다.

시험편은 지름이 38mm의 원형으로 각 원단별로 5개씩 준비하고 전체유효 마모하중(즉 시험편 홀더 전체의 무게와 시험편에 적합한 추의 무게)은 의류용 원단에 적합한 595±7g(9kPa의 공칭 하중)으로 하여 각 5회 실시하고 평균값을 측정한다.

마모시험은 시험편의 파괴까지 계속된다.

일반적인 시험편 파괴점은 다음과 같이 정의한다. 첫째 원단에서 두 가닥의 실이 완전히 끊어질 때, 둘째 편성물에서 한 가닥의 실이 파괴되어 구멍이 나타날 때, 셋째 파일 천에서 파일이 완전히 닳아 없어졌을 때, 넷째 부직포에서는 마모로 인해 첫 번째 구멍의 지름이 적어도 0.5mm 이상인 때로 규정된다.

시험 환경은 섬유시험을 하기 위한 표준상태 즉, 온도 20±2℃ 및 상대습도 65±2% 조건을 사용했다.

[실시예]

본 발명에서 가장 기본이 되는 2-레이어 원단(내구보호층과 발수층으로 구성) 중에서 내구보호층은 아라미드 섬유만을 사용하였다. 이때 아라미드섬유는 원사강도23g/de 이상, 인장강도 5000N/5cm 이상 및 200데니어(de) 이다.

본 발명의 2-레이어 원단과 비교하기 위해, 2-레이어 나일론 원단(200de)과 2-레이어 폴리에스테르 원단(200de)을 각각 비교원단 1과 비교원단 2로 하여 마모강도를 같은 조건하에 측정하여 표 1에 나타내었다.

	비교원단1	비교원단2	실시예
원단 종류	2-레이어 나일론 (200de)	2-레이어 폴리에스테르 (200de)	2-레이어 원단 (200de)
마모강도(회)	22,000	20,000	35,000

본 발명의 2-레이어 원단이 비교원단들과 견주어 볼 때 월등히 마모강도가 뛰어남을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 고내열 고강력 원단의 제공이 가능하고, 여기에 IT 케이스 제조 시 핫멜트 접착 필름을 라미네이팅하여 3-레이어의 고내열 고강력 케이스 원단을 제조함으로서 원단 다이컷(Die-cut) 후 고주파 및 열압착을 이용한 이종의 케이스용 재료와 직접 접착이 가능하게된다.

이에 따라 본 발명의 고강도, 고내열의 경량 내열섬유를 이용한 IT 케이스 원단은 지속적인 마찰열 약200~300℃에도 충분히 IT 기기(Device)를 보호해 줄 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 내구온도 200~300℃ 에 견딜 수 있으며 상기 내열섬유는 아라미드섬유, PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 중에서 택일된 어느 하나 혹은 이들의 혼합 섬유로 구성된 내열섬유를 포함하여 구성된 내구보호층과,
   상기 내구보호층상에 구성되는 발수층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내열섬유를 이용한 원단.
2. 제 1항에 있어서, 상기 내구보호층 하부에는 핫멜트 접착층이 라미네이팅되어 더 구비되는 것을 특징으로 하는 내열섬유를 이용한 원단.
3. 제 1항에 있어서, 상기 아라미드섬유는 원사강도23g/de 이상, 인장강도 5,000N/5cm 이상, 마모강도 30,000회 이상 및 200데니어(de) 이하인 것을 특징으로 하는 내열섬유를 이용한 원단.
4. 제 1항에 있어서, 상기 내구보호층에는 내열섬유외에 합성섬유가 더 사용될 수 있으며, 이 때 내열섬유는 내구보호층 총 중량 기준 50-100중량%, 합성섬유는 0-50중량% 사용되는 것을 특징으로 하는 내열섬유를 이용한 원단.
5. 제 4항에 있어서, 상기합성섬유는 나일론 6, 나일론 66, UHMW-PE(초고분자량 폴리에틸렌, Ultra High Molecular Weight Polyethylene), 카본파이버(CARBON FIBER), 레이온(Regular & FR Rayon)중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 내열섬유를 이용한 원단.
6. 내구온도 200~300℃ 에 견딜 수 있으며 상기 내열섬유는 아라미드섬유, PBO{Poly[2,2´-(m-phenylene)-5,5´benzimidazole]}섬유, PBI(Polybenimidazole)섬유 중에서 택일된 어느 하나 혹은 이들의 혼합 섬유로 구성된 내열섬유를 포함하여 구성된 내구보호층 상에 발수층을 형성하고,
   상기 내구보호층 하부에 핫멜트 접착층을 3 내지 30g/㎡ 의 분말 상태인 수분 경화형 접착제를 사용하여 70 내지 150℃ 에서 접합하여 라미네이팅하되, 온도 30±10℃, 습도80±10% 에서 수분 경화형 접착제를 숙성시켜 라미네이팅하는 것을 특징으로 하는 내열섬유를 이용한 원단 제조 방법
   

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