KR20160141007A - 복합난연섬유와 그 제조방법 및 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복합난연섬유에 있어서, 코어원사 1 내지 50중량％와, 도전사 1 내지 10중량%와, 모다크릴 40 내지 90중량%를 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 것을 기술적 요지로 한다. 상술한 본 발명에 따르면 제조비용을 절감하여 경제적이면서도 난연 효과가 우수한 복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품이 제공된다.

Description

복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품{Conjugate fireproof fiber and textiles manufactured by the conjugate fireproof fiber and textile products}

본 발명은 복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품에 관한 것이다.

현재 전 세계 수많은 인구가 화재의 위험에 노출된 환경에서 생활하고 있다. 매년 화재에 의한 화상으로 인체 피해가 증가하고 있으며, 이에 따라 내열성을 가지는 섬유의 개발이 요구되었다.

이런 요구에 따라 불에 잘 타지 않는 난연섬유가 개발되었고, 난연성 섬유는 크게 폴리크랄, 모다크릴, 폴리염화비닐 등과 같이 자체적으로 난연성을 가지는 섬유와, 폴리에스테르 등의 합성섬유 원사에 난연제를 혼입하여 난연효과를 높이는 섬유로 나뉜다.

그런데 자체적으로 난연성을 가지는 섬유는 가격이 비싸 일반적으로 사용하는데 가격 부담이 컸고, 합성섬유 원사에 난연제를 혼입하는 방법은 제조공정이 복잡하고 난연 효과도 떨어졌다.

따라서, 본 발명의 목적은 제조비용을 절감하여 경제적이면서도 난연 효과가 우수한 복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품을 제공하는 것이다.

상기의 목적은 모다크릴 섬유와, 나일론, 폴리에스테르, 면 및 아라미드계 섬유 중 적어도 한 가지 이상을 혼합하여 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 복합난연섬유를 통해 달성된다.

여기서, 상기의 목적은 복합난연섬유에 있어서, 모다크릴 40 내지 70 중량%와, 면 또는 아라미드 방적사 30 내지 60 중량%를 포함하고, 상기 모다크릴과, 면 또는 아라미드 방적사를 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기의 목적은 복합난연섬유에 있어서, 코어원사 1 내지 30 중량％와, 도전사 1 내지 10중량%와, 모다크릴 60 내지 90중량%를 포함하고, 상기 코어원사, 도전사 및 모다크릴을 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합난연섬유를 통해서도 달성된다.

여기서, 상기 코어원사로 나일론66 원사를 사용하고, 상기 도전사로 폴리에스테르 원사를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 복합난연섬유는 면 방적사를 더 포함하되, 상기 코어원사, 도전사, 모다크릴을 합한 중량 대비 상기 면 방적사 중량의 비율이 80:20 내지 45:55이고, 상기 에어텍스츄어링 가공시에 상기 면 방적사를 혼합하여 제조되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 복합난연섬유는 아라미드 방적사를 더 포함하되, 상기 코어원사, 도전사, 모다크릴을 합한 중량 대비 상기 아라미드 방적사 중량의 비율이 80:20 내지 45:55이고, 상기 에어텍스츄어링 가공시에 상기 아라미드 방적사를 혼합하여 제조되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 위와 같이 제조된 복합난연섬유를 경사와 위사로 직조하여 제조되는 고내열성 직물을 통해 달성된다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 위의 고내열성 직물을 이용하여 일정한 형태를 갖도록 제조되는 직물제품을 통해 달성된다.

상술한 본 발명에 따르면, 제조비용을 절감하여 경제적이면서도 난연 효과가 우수한 복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 복합난연섬유 제조 순서도이고,
도 2는 본 발명의 에어텍스츄어링 가공 노즐의 단면도이고,
도 3은 도 2의 방법으로 제조된 복합난연섬유의 확대 사진이고,
도 4는 실시예 4의 방법으로 제조된 복합난연섬유 직물의 확대 사진이고,
도 5은 표 2의 에어텍스츄어링 조건에 따라 제조된 복합난연섬유 확대 사진이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명에 따른 복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

모다크릴 섬유는 그 자체적으로 강도, 탄성, 방염성 및 내약품성이 우수하다. 또한 난연성을 가지는 섬유 중에서도 가격이 비교적 저렴하여, 작업복, 난연실험복, 카펫, 커튼 등에 널리 사용된다. 그러나 일광에 노출되면 변색이 일어나기 쉽고, 염색성이 나쁘고, 염색시 신축성이 떨어져 단독으로 사용하는데 제약이 따른다.

이에 본 발명에 따른 복합난연섬유는 모다크릴과, 사용목적에 따라 나일론, 폴리에스테르, 면 및 아라미드계 섬유 중 적어도 한 가지 이상의 섬유를 혼합하여 에어텍스츄어링 가공을 거쳐 제조된다. 이러한 방법으로 경제적이면서도 난연효과가 우수한 합성난연섬유가 제공된다. 또한 에어텍스츄어링 가공 방법을 통해 대량으로 복합섬유 가공처리가 가능하고, 이를 통해 공정과정에서 발생하는 비용을 최소화한다.

이와 같은 복합난연섬유는 도 1에 도시된 복합난연섬유의 제조 순서도와 같이 진행된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 복합난연섬유 제조에 사용될 코어원사를 준비한다(S100). 코어원사는 주로 나일론 66을 사용하며, 나일론 66 원사는 신축성이 우수하고 부드러운 재질을 가져 의류용, 텐트, 차량 내장재, 인테리어용 직물 등으로 사용하기 적합하다.

코어원사가 준비되면 이 코어원사와 혼합할 도전사를 준비한다(S100). 도전사에는 주로 폴리에스테르 도전사가 사용되며, 폴리에스테르 도전사를 통해 복합난연섬유의 정전기 방지 효과를 더한다. 또한 폴리에스테르는 다른 원사와 혼방성이 우수하여 복합섬유 제조에 사용이 용이하다.

준비된 코어원사와 도전사를 제조될 전체 복합난연섬유 중량 중에서 각각 1 내지 30 중량%와, 1 내지 10 중량% 비율로 에어텍스츄어링 가공을 한다(S110). 에어텍스츄어링 가공은 준비된 각각의 원사들을 비율에 맞추어 가공노즐로 통과시키고, 이를 통해 코어원사를 중심으로 그 주변부에 도전사가 서로 엉켜 하나의 원사와 같은 형태를 나타내도록 한다. 이러한 1차 가공된 복합섬유는 신축성이 우수하면서 정전기 방지 효과를 가진다. 그리고 이 복합원사에 제조될 복합난연섬유 중량 중에서 모다크릴 60 내지 90 중량% 비율로 혼합하고(S120), 이를 다시 에어텍스츄어링 가공을 하며(S130) 난연효과를 보강하여 복합난연섬유를 제조한다. 여기서 모다크릴은 적어도 코어원사, 도전사 및 모다크릴의 혼합 중량에서 60% 이상의 비율을 유지 하도록 하며, 이를 통해 제조되는 복합난연섬유가 충분한 난연효과를 가진다.

다만 도시된 실시예에서는 코어원사와 도전사를 1차 에어텍스츄어링 가공한 뒤 모다크릴을 혼합하여 2차 에어텍스츄어링 가공하도록 도시되었지만, 작업 조건에 따라 코어원사, 도전사 및 모다크릴을 한 번에 에어텍스츄어링 가공할 수 있다.

에어텍스츄어링 가공은 도 2에 도시된 노즐(10)을 통해 진행된다. 도 2에 도시된 바와 같이 준비된 다른 종류의 원사들을 에어텍스츄어링 노즐(10)의 유입구(100)에 투입시키고, 노즐(10) 측면에 형성되어 있는 공기유입홀(120)로 공기(130)를 분사한다. 분사되는 공기(130)의 압력으로 노즐(10) 내부에서 다른 종류의 원사들은 서로 엉키어 꼬여있는 하나의 원사 형태로 형성되며, 이러한 형태로 노즐(10) 유출구(110)로 인출된다. 노즐(10)은 그 특성에 따라 다양한 규격을 가지며, 본 발명에서는 주로 T100, T1100, T341의 노즐(10)이 사용된다. T1100은 T100과 유사한 형태이지만 각각 세라믹소재와 철 등의 금속소재로 제조되어 그 소재가 상이하고, T341은 공기유입홀(120)이 2개인 T100과 달리 공기유입홀(120)이 3개가 형성되어 있다. 다만 실시예에서는 세가지 노즐(10)을 선택적으로 사용하였으나, 필요에 따라 다양한 종류의 노즐(10)을 채용할 수 있다.

도 3은 도 2의 에어텍스츄어링 가공을 통해 제조된 복합난연섬유의 확대 사진이다. 도 3(a)는 저배율 확대사진이고, 도 3(b)는 도 3(a)를 고배율로 확대한 사진이다. 도 3(a)와 도 3(b)에 도시된 바와 같이 에어텍스츄어링 가공을 거친 원사들은 서로 엉켜있는 원사의 형태를 띤다. 이와 같은 형태로 복합난연섬유를 하나의 원사와 같이 사용이 가능하며, 제조된 복합난연섬유 원사를 경사와 위사로 직조하여 직물을 제조한다.

복합난연섬유는 곧바로 직조하여 직물에 제조되기도 하지만, 사용목적에 따라 다른 원사와 혼합하여 재가공을 거친다.

예를 들어, 의류용 직물을 제조하기 위한 원사를 제조하기 위해서는 면 방적사를 혼합한다(S140).

모다크릴이 혼합된 복합난연섬유에 제조될 재가공 복합난연섬유 전체 중량 중에서 면 방적사의 비율이 20 내지 55 중량%가 되도록 혼합하여 이를 에어텍스츄어링 가공하여 의류용 재가공 복합난연섬유를 제조한다(S150). 이 의류용 재가공 복합난연섬유는 계절, 염색 요구도 등 사용용도에 따라 면 방적사의 함유량이 조절되며, 이를 통해 용도에 맞게 흡습성 및 통풍 등의 기능을 조절할 수 있다. 이러한 과정을 통해 제조된 재가공 복합난연섬유를 통해 경사와 위사로 직조된 직물을 제조하며, 면 방적사와 혼합된 재가공 복합난연섬유로 제조된 직물은 아동용 잠옷, 환자복, 작업복 등의 일정한 형태를 갖는 직물제품에 사용된다.

면 방적사를 대신하여 아라미드 방적사를 혼합하여 산업용 직물을 제조할 수 있다. 아라미드 섬유는 내열성이 뛰어나고 인장강도가 우수하여 군수물자 및 산업용 등 다양하게 적용이 가능하며, 레저 용품 등에 적용이 용이하다. 제조방법은 의류용 복합난연섬유 제조방법과 유사하며, 모다크릴이 혼합된 복합난연섬유에, 제조될 재가공 복합난연섬유 전체 중량 중에서 아라미드 방적사의 비율이 20 내지 55 중량%가 되도록 혼합하여 이를 에어텍스츄어링 가공하여 제조된다. 이와 같은 아라미드 방적사가 혼합된 재가공 복합난연섬유를 경사와 위사로 직조하여 제조된 직물은 보호작업복, 차량내장재 및 텐트 등의 캠핑용 침장구와 같은 일정한 형태를 갖는 직물제품에 사용된다. 이와 같은 방법으로 아라미드 단독으로 사용되는 직물제품보다 경제적인 재가공 복합난연섬유와 이를 통해 제조된 직물 및 직물제품이 제공된다.

다만, 도 1에 실시예에서는 면 방적사 및 아라미드 방적사는 가공된 복합난연섬유에 혼합되어 재가공하는 형태로 도시되었지만, 작업 조건에 따라 최초 가공 또는 2차 가공시 함께 혼합되어 에어텍스츄어링 가공될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코어원사와 도전사를 생략하고 모다크릴과 면 방적사 및 아라미드 방적사 중 한 가지를 선택하여 에어텍스츄어링 가공한다. 이 경우 모다크릴 40 내지 70 중량%와 면 또는 아라미드 방적사 30 내지 60 중량%를 혼합하여 가공한다. 이를 통해 보다 착용감이 우수하고 난연효과가 뛰어난 복합난연섬유를 제공한다. 다만 이 경우 사용되는 고가의 소재의 함량 비율이 높아 대체로 제품의 가격이 비싸, 주로 고급형 소재로 사용된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 나일론 66 코어원사에 폴리에스테르 도전사를 에어텍스츄어링 가공하고, 이를 다시 모다크릴과 혼합하여 2차 에어텍스츄어링 가공을 한다. 이를 통해 난연성 복합난연섬유를 제조하고, 사용목적에 따라 면 방적사 또는 아라미드 방적사와 다시 혼합하여 재가공된다. 이러한 과정으로 제조된 복합난연섬유, 또는 재가공 복합난연섬유를 경위사로 직조하여 이루어지는 직물은 혼합된 원사의 특징에 따라 아동용 잠옷, 환자복, 작업복 등의 의류용이나, 보호작업복, 차량내장재의 산업용 혹은 텐트 등의 캠핑용 침장구 등과 같은 일정한 형태를 갖는 다양한 직물제품에 사용된다. 다만, 작업환경에 따라 한 번의 에어텍스츄어링 가공으로도 복합난연섬유 제조가 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 관련 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.

나일론 66 70d/48f 원사 10 중량%와 폴리에스테르 도전사 50d/36f 5 중량%를 에어텍스츄어링 가공한 복합섬유에, 모다크릴 30's 원사 85 중량%를 혼합하여 2차 에어텍스츄어링 가공하여 복합난연섬유를 제조한다. 여기서 70d/48f, 50d/36f는 각각 필라멘트 섬유의 전체굵기(Denier)와 가닥수(Filament)에 의한 상품분류이고, 30's, 40's는 굵기에 따른 방적사의 상품분류를 의미한다. 이와 같은 굵기가 상이한 규격의 원사를 사용함에 따라 각각 섬유를 요구되는 혼합비율에 따라 보다 쉽게 맞출 수 있다.

나일론 66 70d/48f 원사 10 중량%, 폴리에스테르 도전사 50d/36f 5 중량%와 모다크릴 30's 원사 85 중량%를 동시에 에어텍스츄어링 가공하여 복합난연섬유를 제조한다.

실시예 1 또는 2를 통해 제조된 복합난연섬유에, 제조될 재가공 복합난연섬유 전체 중량 중에서 면 방적사를 20 중량%가 되도록 혼합하여 에어텍스츄어링 가공하여 재가공 복합난연섬유를 제조한다.

실시예 1 또는 2를 통해 제조된 복합난연섬유에, 제조될 재가공 복합난연섬유 전체 중량 중에서 아라미드 방적사를 20 중량%가 되도록 혼합하여 에어텍스츄어링 가공하여 재가공 복합난연섬유를 제조한다.

도 4는 이와 같은 과정을 통해 제조된 재가공 복합난연섬유 원사로 제조된 직물의 확대 사진이다. 도 4에 도시된 바와 같이 재가공 복합난연섬유 직물은 균일하고 결착 상태가 우수하여 인장강도가 뛰어나다. 또한 자체적으로 내열성을 가지는 아라미드계 원사와 혼합하여 난연성이 우수하여 보호용 작업복 및 높은 난연성이 요구되는 산업용에 적합하다.

에어텍스츄어링 실시예

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
나일론 66 70d/48f	10%	10%	10%	10%
Polyester 50d/36f	5%	5%	5%	5%
모다크릴 30's	85%	85%	65%	65%
면 40's	-	-	20%	-
메타아라미드 40's	-	-	-	20%

에어텍스쳐링 가공 조건표

구분		(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)
사속(m/min)		300	300	320	320	350	350	400
over feed (%)	FR3	25	25	28	28	30	30	32
	FR4	10	10	10	10	10	10	18
	FR5	-10	-10	-10	-6.5	-8	-4	-6.5
공기압(kg/㎡)		9	9	10	10	12	12	12
노즐		T1100	T100	T1100	T100	T1100	T100	T341

에어텍스츄어링 된 원사의 인장 특성은 인장시험기 Textechno fafegraph-M을 사용하여 KS K 0520- 1995에 따라 실시하였다. 열처리에 의한 원사의 표면의 특성을 고찰하기 위하여 SEM을 사용하여 40배 확대하여 관찰하였다. 난연 특성은 ASTM D 2863 에 준하여 시료가 연소하는데 필요한 최저산소농도 (LOI) 지수 로 평가하였다.

표 1은 요구되는 직물의 특성에 따라 작업공정과 혼합비율을 차이를 둔 실시예들이며, 각각의 실시예들은 모두 LOI지수 26 이상으로 난연성 소재로 사용이 적합하였다.

세부적으로는 실시예 1과 실시예 2는 난연효과에 있어 큰 차이가 확인되지 않았다. 다만 에어텍스츄어링 효과는 실시예 1이 실시예 2보다 우수한 결과를 나타내었고, 이에 따라 보다 우수한 인장강도를 보였다. 실시예 3은 실시예 1과 실시예 2에 비해 직물의 표면이 부드럽고, 면 재질의 특성으로 염색성이 뛰어났다. 실시예 4는 실시예 1, 2, 및 3에 비해 보다 우수한 난연효과 결과를 나타내었다.

이와 같이 각각의 제조 방법과 혼합비율에 따라 각각의 복합난연섬유의 특성을 확인하였고, 이러한 특성에 따라 다양한 형태의 직물제품에 적용이 가능하였다.

표 2는 복수 종류의 원사를 한 번에 에어텍스츄어링 가공하는 조건에 관한 것이다. 여기서 사속은 에어첵스츄어링 가공을 통해 사출되는 복합난연섬유 원사의 속도를 의미하며, FR 3, 4 및 5는 노즐의 유입구로 공급되는 각각 복수 종류의 원사를 공급하는 공급롤러(Feed Roller)이다.

오버피드 비율은 기준이 되는 원사공급량을 더하거나 줄이는 설정에 관한 것이다. 이를 통해 에어텍스츄어링 가공을 위해 공급되는 원사의 공급량을 조절하여 요구되는 원사들의 혼합비율을 맞춘다. 예를 들어 오버피드 비율이 모두 0일 경우 혼합되는 원사들의 비율은 동일하다. 따라서 이 오버피드 비율을 조절하여 별도의 공급원사 혼합 작업을 거치지 않고 요구되는 혼합비율을 맞출 수 있다. 공기압은 공기유입구를 통해 노즐에 가해지는 공기압이고, 노즐은 사용된 노즐의 규격이다.

도 5는 표 2의 조건표에 따른 복합난연섬유의 상태를 나타내는 확대도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 (2), (3), (4)는 에어텍스츄어링 가공의 효과가 미미하였고, (1), (5), (6), (7)은 가공효과가 우수하였다. 이러한 에어텍스츄어링 가공의 효과는 재가공 복합난연섬유의 경우에도 실질적으로 동일하다.

이와 같은 결과를 통해 대체로 사속이 빠르고, 공기압이 높으며, 노즐의 공기유입홀의 개수가 많고, 세라믹 소재의 노즐에서 에어텍스츄어링 효과가 우수한 것을 확인할 수 있었다. 다만 오버피드 비율에 따른 차이는 크게 나타나지 않았다.

10: 노즐
100: 유입구 110: 유출구
120: 공기유입구 130: 공기

Claims (8)

1. 모다크릴 섬유와;
   나일론, 폴리에스테르, 면 및 아라미드계 섬유 중 적어도 한 가지 이상을 혼합하여 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 복합난연섬유.
   
2. 제 1항에 있어서,
   모다크릴 40 내지 70 중량%와, 면 또는 아라미드 방적사 30 내지 60 중량%를 포함하고,
   상기 모다크릴과, 면 또는 아라미드 방적사를 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합난연섬유.
   
3. 복합난연섬유에 있어서,
   코어원사 1 내지 30 중량％와, 도전사 1 내지 10중량%와, 모다크릴 60 내지 90중량%를 포함하고,
   상기 코어원사, 도전사 및 모다크릴을 에어텍스츄어링 가공하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합난연섬유.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 코어원사로 나일론66 원사를 사용하고, 상기 도전사로 폴리에스테르 원사를 사용하는 것을 특징으로 하는 복합난연섬유.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 복합난연섬유는 면 방적사를 더 포함하되, 상기 코어원사, 도전사, 모다크릴을 합한 중량 대비 상기 면 방적사 중량의 비율이 80:20 내지 45:55이고,
   상기 에어텍스츄어링 가공시에 상기 면 방적사를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합난연섬유.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 복합난연섬유는 아라미드 방적사를 더 포함하되, 상기 코어원사, 도전사, 모다크릴을 합한 중량 대비 상기 아라미드 방적사 중량의 비율이 80:20 내지 45:55이고,
   상기 에어텍스츄어링 가공시에 상기 아라미드 방적사를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 복합난연섬유.
   
7. 제 1항 내지 6항 어느 한 항의 복합난연섬유를 경사와 위사로 직조하여 제조되는 고내열성 직물.
   
8. 제 7항의 고내열성 직물을 이용하여 일정한 형태를 갖도록 제조되는 직물제품.

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