KR20170112112A - 카펫 제조 기포지용 부직포 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터프팅(tufting) 공정 및 백 코팅(back coating) 공정을 통하여 카펫을 제조하는 과정에서 카펫의 형태 변형이 용이하면서 기포지의 열화(劣化)를 최소화하는 부직포의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 부직포에 관한 것이다.
본 발명에 따른 부직포는 물리적 및 열적 외력에 의해 카펫의 형태를 용이하게 변형할 수 있고 터프팅 공정 및 백 코팅 과정에서 필라멘트의 손상이 적으며, 또한 부직포를 구성하는 필라멘트 간의 교락을 통한 강도발현으로 인하여 제조된 카펫이 외부환경 변화에 대해 안정된 형태를 유지할 수 있다.

Description

카펫 제조 기포지용 부직포 및 이의 제조방법{Non-woven Fabric for Primary Carpet Backing in Carpet Preparing Process, and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 터프팅(tufting) 공정 및 백 코팅(back coating) 공정을 통하여 카펫을 제조하는 과정에서 카펫의 형태 변형이 용이하면서 기포지의 열화(劣化)를 최소화하는 부직포의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 부직포에 관한 것이다.
카펫은 호텔, 사무실, 가정, 자동차 등에서 장식뿐만 아니라 쾌적성, 차음 등의 목적으로 사용되고 있다.
카펫은 터프팅 공정(부직포에 카펫사를 심는 공정)과 백코팅 공정(터프팅된 부직포 후면에 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 또는 스티렌부타디인 고무 등의 조액을 다양한 단계와 층으로 코팅한 후 경화시키는 공정)을 거쳐 카펫용 원단으로 제조된다.
기존의 카펫용 기포지는 열적, 화학적 접착방법을 통해 부직포를 구성하는 필라멘트를 접착하여 제조되고 있으나 이러한 방법들은 필라멘트들이 고정되어 붙어 있으므로 필라멘트들의 자율도(움직일 수 있는 정도)가 낮아서 형태변형에 한계가 있으며, 특히 형태 변형이 용이하게 이루어져야하는 자동차용 카펫 제조에서 문제가 발생하게 된다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 한국등록특허공보 제1027614호에는 터프팅 백킹(tufting backing)에서의 터프팅 프로세스시 섬유의 길이 방향에 대해 횡으로 측정하였을 때 터프티드 얀에 대한 40 mN 이상의 접착력을 갖는 이형단면의 섬유로 터프티드 부직포를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그런데 상기의 섬유는 용융점이 서로 다른 폴리머로 구성되어 있고 여기에 열을 가하여 저융점의 섬유를 용융시켜 고융점의 섬유를 교락하게 되는데, 이와 같이 열고정된 부직포는 섬유의 이형단면 형상으로 인해 터프팅 카펫 백킹으로서 형태안정성이 우수하나 열고정 후 형태변형이 용이하지 못하여 성형성이 요구되는 분야로의 적용이 어렵고 단지 필터 매체 또는 흡수성 위생용품 등 그 적용분야가 한정되는 단점이 있다.
또한, 한국공개특허공보 제2010-0033209호에는 부직포에 물리적 또는 열적 압력을 가하지 않고 천공함으로써 천공과정에서 부직포의 섬유밀도가 증가하는 것을 방지하여 섬유의 손상을 감소시키고 부드러움을 향상시킬 수 있는 부직포 제조방법이 제안되어 있다.
상기와 같이 제조되는 부직포는 물리적 또는 열적 변형 없이 천공을 형성하여 뻣뻣함을 감소시키고 부드러움을 증가시킬 수 있어서 터프팅 공정에서 니들에 의한 부직포의 손상을 감소시키는 효과를 얻을 수 있으나 카딩된 섬유를 공기로 교락시킴에 따라 부직포의 강도가 낮아서 카펫사를 고정하는 힘이 충분치 않으며, 이를 해소하기 위하여 천공 부직포의 상면 혹은 하면에 천공되지 않은 부직포를 라미네이트하여 사용할 수 있으나 라미네이트하는 과정에서 전체 부직포의 자율도가 저하되어 결국 터프팅 공정에서 섬유가 손상되기 쉽고 형태변형이 용이하게 이루어지지 못하게 된다.
본 발명은 카펫의 제조과정 중 터프팅 및 백 코팅 공정에서 물리적 및 열적 외력에 대한 저항성이 낮아서 용이하게 카펫의 형태를 변형할 수 있도록 하고 제조된 카펫이 외부환경의 변화에 대해 안정된 형태를 유지할 수 있도록 하는 카펫 기포지용 부직포 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르로 구성되고 이형단면 형상을 갖는 필라멘트가 웹 적층되어 워터제트에 의해 교락된 형태로서, 인장강도 14~19/14~18 ㎏.f/5㎝(MD방향/CD방향), 인장신율 28~37/28~37 %(MD방향/CD방향) 및 인발강도 2~4 ㎏,f의 특성을 갖는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 이형단면 형상의 토출공을 가진 방사구금을 통하여 방사하는 단계; 상기 방사된 섬유를 웹 적층하는 단계; 및 상기 웹을 워터제트의 수압으로 교락하는 단계;를 포함하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 필라멘트의 단면형상은 십자형(＋) 또는 다각형인 것이 바람직하고 전체 팔길이는 0.5~0.9 ㎜인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 필라멘트의 섬도는 2~6 데니어인 것이 바람직하다.
또한, 상기 교락하는 단계는 웹에 저압력, 고압력 및 중압력의 수압을 순차적으로 가하는 것이 바람직하고, 상기 저압력은 50~100 bar이고 고압력은 200~400 bar이며 중압력은 100~150 bar인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 부직포는 물리적 및 열적 외력에 의해 카펫의 형태를 용이하게 변형할 수 있고 터프팅 공정 및 백 코팅 과정에서 필라멘트의 손상이 적다.
또한, 부직포를 구성하는 필라멘트 간의 교락을 통한 강도발현으로 인하여 제조된 카펫이 외부환경 변화에 대해 안정된 형태를 유지할 수 있다.
도 1은 부직포를 구성하는 필라멘트의 단면형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 카펫을 제조하는 과정에서 형태를 용이하게 변형시킬 수 있어서 카펫의 성형성을 향상시킬 수 있는 카펫 기포지용 부직포의 제조방법이 개시된다.
본 발명의 카펫 기포지용 부직포는 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 방사하여 이형단면 형상의 필라멘트를 제조하고 이를 웹(web) 적층한 후 교락시키는 과정으로 이루어진다.
상기 이형단면 필라멘트의 단면은 도 1에 도시된 바와 같이 십자형, 별형, 다각형, 톱니형 등 중심선을 중심으로 방사 바깥방향으로 가지가 뻗어있는 형태를 가질 수 있으며, 섬유 간 교락에 의해 부직포의 강도와 자율도가 적절히 분배되도록 필라멘트의 단면은 십자형(＋) 또는 다각형인 것이 좀 더 바람직하다.
상기 십자형 또는 다각형의 단면에서는 가로 또는 세로의 전체 팔길이(일측 가지의 선단부에서 타측 가지의 선단부 사이의 길이)가 0.5~0.9 ㎜인 것이 바람직하며, 0.5 ㎜ 미만일 경우 팔길이가 짧아서 이후 공정인 워터제트(water jet)에 의한 필라멘트 간 교락이 약하여 제조되는 부직포의 강도가 낮아지게 되고 이는 카펫 제조과정 중 외력에 의해 부직포가 찢어지기 쉽다.
팔길이가 0.9 ㎜를 초과하면 방사공정에서 팔(가지)의 형상이 제대로 형성되지 못하고 워터제트에 의한 교락이 미진하여 필라멘트 간의 간격이 넓어서 이 또한 강도가 약하게 된다.
융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 압출기에 공급하고 이형단면 형상(방사액 이동통로의 수직절단면 기준)의 토출공을 가진 방사구금을 통하여 방사된 필라멘트를 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도 4500~5000 m/min이 되도록 충분히 연신하여 2~6 데니어의 필라멘트를 형성시키며, 상기 필라멘트가 2 데니어 미만일 경우 필라멘트가 가늘고 강도가 약하며 단위 면적당 필라멘트 수가 많아지기 때문에 터프팅 공정에서 필라멘트의 파손이 많이 발생하여 물성저하의 원인이 되고, 반대로 6 데니어를 초과할 경우 필라멘트의 결정화를 위한 냉각길이가 길어져 부직포를 상업적으로 균일하게 제조하기 어렵다.
상기 필라멘트를 컨베이어 위에 웹 형태로 적층하고 가열된 캘린더 롤(calender roll) 장치를 통과시켜 두께를 조정한 다음, 워터제트를 이용하여 필라멘트를 교락시켜 부직포를 제조한다.
상기와 같이 워터제트를 이용하여 제조되는 부직포는 웹을 접착제로 굳혀주는 화학적인 접착법(chemical bonded system)이나 웹에 열을 가해 시트상태를 만드는 열 본드법(thermal bonded system)에 비해 응력이 낮고 필라멘트의 자율도가 높으며, 웹을 코바늘로 찔러 섬유를 엉키게 하는 니들 펀치법(needle punching system)에 비하여 필라멘트의 손상이 적어지게 된다.
이러한 워터제트에 의한 필라멘트의 교락은 워터제트의 수압에 따라 3단계, 즉 저압력-고압력-중얍력의 순서로 진행될 수 있으며, 저압력 단계에서는 웹 표면의 필라멘트를 상대적으로 낮은 수압으로 교락시켜 고압력 단계에서 필라멘트가 웹으로부터 이탈되지 않도록 하고, 이어지는 고압력 단계에서는 높은 수압으로 전체 필라멘트를 모두 교락시키며, 다음의 중얍력 단계에서는 교락된 필라멘트를 중간 수압으로 적정 간격으로 정돈하면서 고압력 단계에서 받은 웹의 응력을 해소하여 물리적 외력에 대한 저향력을 낮추게 된다.
상기 필라멘트의 교락을 위한 수압은 저압력 50~100 bar, 고압력 200~400 bar 및 중얍력 100~150 bar로 설정하는 것이 필라멘트 간의 자율도와 강도를 카펫 기포지 용도에 최적화시키는 점에서 바람직하다.
상기와 같이 제조되는 부직포는 필라멘트가 열에 의한 융착이나 접착제에 의한 접합으로 고정되지 않아서 필라멘트 간의 자율도가 높으므로 터프팅 과정에서 니들에 의한 필라멘트의 손상이 적고 또한 니들에 의해 발생한 구멍의 회복율이 높아서 카펫사를 고정하는 힘이 커지며 필라멘트 간에 이형단면의 팔(가지) 부분이 서로 교락되어 부직포의 강도를 적정 수준으로 유지할 수 있어서 카펫사를 충분히 지지할 수 있고 또한 제조된 카펫이 외력에 의해 쉽게 변형되지 않아서 형태안정성이 우수하다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예, 비교예 및 시험예에 의거하여 좀더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1~4> 및 <비교예 1~4>
융점이 255 ℃인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 연속압출기를 이용하여 288 ℃에서 용융시킨 다음 토출공 형상과 팔길이를 하기 표 1과 같이 형성시킨 방사구금을 통하여 방사하고 연신하였으며, 모세공에서 방출된 연속 필라멘트를 냉각풍으로 고화시킨 후 고압의 공기 연신장치를 이용하여 방사속도 5000 m/min이 되도록 연신시켜 필라멘트 섬유를 제조하였고 최종 필라멘트의 섬도가 3 데니어가 되도록 토출량과 구금의 모세공 수를 조절하였다.
다음은 상기 제조된 필라멘트 섬유를 통상의 개섬법에 의해 컨베이어 네트(net) 상에 웹의 형태로 적층시킨 후 가열된 캘린더롤에 의한 캘린더 공정을 거쳐 평활성과 적정한 두께를 부여하였다.
워터제트를 이용하여 상기 적층된 필라멘트를 먼저 1단계 50 bar로 교락시킨 후 하기 표 2의 압력으로 2, 3단계로 교락시켜 단위면적당 중량이 120 g/㎡인 부직포를 제조하고 소량의 유제를 도포하였다.
부직포 제조조건
필라멘트
단면형태
(토출공 형상)		 필라멘트
팔길이
(㎜)		 2단계
워터제트 압력
(bar)		 3단계
워터제트 압력
(bar)
실시예 1 십자형 (＋) 0.5 300 150
실시예 2 십자형 (＋) 0.7 300 150
실시예 3 십자형 (＋) 0.9 300 150
실시예 4 십자형 (＋) 0.7 200 100
비교예 1 십자형 (＋) 0.3 300 150
비교예 2 십자형 (＋) 1.1 300 150
비교예 3 십자형 (＋) 0.7 100 50
비교예 4 원형 (●) - 300 150
<시험예> 물성 측정
상기에서 제조된 실시예 및 비교예의 부직포 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
인장강도와 인장신율 측정은 KS K 0521 법을 이용하였으며, 구체적으로 가로×세로=5×20 ㎝ 크기의 부직포 시편을 INSTRON사의 측정장비를 이용하여 상/하 5×5 ㎝의 지그로 물린 후 인장속도 200 ㎜/min으로 측정하였다.
성형성능 측정은 부직포 후면에 폴리염화비닐(PVC) 조액을 도포하여 건조한 후 가로×세로=50×50 ㎝ 크기의 부직포 시편 위에 2 ㎝ 간격으로 격자무늬를 표시하고 예열판에서 180 ℃에서 3 분간 예열하여 성형평가를 하였다.
성형평가시의 금형은 20×20 ㎝ 정사각형의 크기로서, 아랫판은 음각, 윗판은 양각 형태를 가지며 성형평가 후 부직포가 찢어진 부위의 격자무늬를 세어서 찢어진 부분의 넓이를 구하였다.
인발강도 측정은 터프팅시 폭방향 니들수 10 개/inch, 길이방향 니들수 13 개/inch, 속도 800 rpm의 조건으로 루프타입(loop type) 터프팅을 실시한 후 측정할 루프의 이웃하는 한 쪽의 루프를 절단하고 반대쪽으로 10 개 루프간격을 두고 루프를 절단하며, INSTRON사의 측정장비를 이용하여 측정할 루프를 부직포와 수직방향으로 당겼을 때의 강도 피크(peak)를 측정하는 과정으로 이루어지며, 시편은 3 개로 하였고 10 개 측정치의 평균을 구하였다.
부직포의 물성 측정결과
인장강도
(MD/CD주1 ))
(kg.f/5㎝)		 인장신율
(MD/CD)
(%)		 성형성능 인발강도
(kg.f)		 최종평가주3 )
실시예 1 14.5 / 16.1 36.4 / 35.2 0 2.1 ○
실시예 2 16.8 / 17.2 32.7 / 36.3 0 2.7 ◎
실시예 3 18.6 / 17.5 28.3 / 29.2 0 3.8 ◎
실시예 4 15.3 / 14.9 30.2 / 28.9 2 2.2 ○
비교예 1 10.1 / 12.5 40.6 / 37.4 6 터프팅 불가능 ×
비교예 2 12.6 / 13.8 31.4 / 36.7 4 1.8 △
비교예 3 9.5 / 10.6 38.9 / 37.6 14주2) 터프팅 불가능 ×
비교예 4 11.5 / 10.7 39.2 / 37.1 4 1.5 △
주1) MD/CD (MD: mechanical direction, CD: cross direction)
주2) 찢어진 부위의 칸수=7 칸, 성형성능=격자간격×찢어진 부위의 칸수=2×7=14
주3) ◎:매우 우수, ○:우수, △:보통, ×:불량
상기 표 2의 결과를 보면, 실시예의 부직포는 비교예에 비하여 인장강도, 인발강도, 성형성능 및 전체적인 평가에서 우수한 특성을 나타내었다.
이를 상세히 살펴보면, 부직포의 인장강도와 인발강도는 필라멘트 단면형태가 십자형(＋)이고 팔길이가 0.9 ㎜인 필라멘트로 형성된 웹을 50 bar(1단계)-300 bar(2단계)-150 bar(3단계)의 3단계로 교락시킨 실시예 3이 가장 우수하였으며, 팔길이 0.5, 0.7, 0.9 ㎜의 팔길이를 가진 필라멘트로 형성된 웹을 50-300-150 bar의 3단계로 교락시킨 실시예 1~3에서 부직포의 찢어짐 현상이 발생하지 않았다.
즉, 인장강도와 인발강도는 워터제트의 단계별 교락 압력을 동일한 조건으로 설정할 경우(50-300-150 bar) 필라멘트의 팔길이가 길어질수록 커지나(실시예 1~3) 팔길이가 0.5 ㎜ 미만이거나(비교예 1) 0.9 ㎜를 초과하면(비교예 2) 오히려 작아짐을 알 수 있다.
인장신율은 비교예 1, 3, 4가 우수하게 측정되었는데, 비교예 1의 경우 팔길이가 짧아서 필라멘트 간의 교락이 약하여 부직포의 강도는 낮아지나 신율은 높아지며, 비교예 3의 경우 2단계와 3단계의 워터제트의 수압이 낮아서 필라멘트 간의 교락이 약한 것으로 추정되고, 비교예 4의 경우는 필라멘트의 단면형태가 십자형이 아니라 원형을 하고 있어서 섬유 간의 고정력이 약하므로 십자형(＋) 단면의 필라멘트보다 신율이 높은 것으로 판단된다.
또한, 비교예 1과 3의 경우 성형평가에서 부직포가 많이 찢어지는 현상이 나타났는데, 이는 필라멘트 간의 교락이 약하여 성형과정에서 받는 힘이 인접한 필라멘트에 분산되지 못하고 일부 필라멘트에 집중되는 현상에 따른 것으로 판단되며, 또한 필라멘트 간의 약한 교락은 터프팅 공정에 의해 심어지는 카펫사를 부직포가 고정하는 지지력이 약하여 카펫사가 빠지는 현상이 발생하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 부직포는 인장강도, 인장신율 및 인발강도가 적절히 조절되어 물리적 및 열적 외력에 의해 카펫의 찢어짐 없이 형태를 용이하게 변형할 수 있고 부직포에 심어진 카펫사가 이탈되지 않으며, 부직포를 구성하는 필라멘트 간의 교락을 통하여 외부환경 변화에 대해 안정된 형태를 유지할 수 있다.
1:십자형, 2:별형, 3:다각형, 4:톱니형
a:전체 팔길이

Claims (10)

  1. 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르로 구성되고 이형단면 형상을 갖는 필라멘트가 웹 적층되어 워터제트에 의해 교락된 형태로서,
    인장강도 14~19/14~18 ㎏.f/5㎝(MD방향/CD방향), 인장신율 28~37/28~37 %(MD방향/CD방향) 및 인발강도 2~4 ㎏,f의 특성을 갖는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필라멘트의 단면형상은 십자형(＋) 또는 다각형인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 필라멘트의 전체 팔길이는 0.5~0.9 ㎜인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 필라멘트의 섬도는 2~6 데니어인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포.
  5. 융점이 255 ℃ 이상인 폴리에스테르를 이형단면 형상의 토출공을 가진 방사구금을 통하여 방사하는 단계;
    상기 방사된 섬유를 웹 적층하는 단계; 및
    상기 웹을 워터제트의 수압으로 교락하는 단계;를 포함하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 토출공의 단면형상은 십자형(＋) 또는 다각형인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 섬유의 전체 팔길이는 0.5~0.9 ㎜인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 섬유의 섬도는 2~6 데니어인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 교락하는 단계는 웹에 저압력, 고압력 및 중압력의 수압을 순차적으로 가하는 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 저압력은 50~100 bar이고 고압력은 200~400 bar이며 중압력은 100~150 bar인 것을 특징으로 하는, 형태변형이 용이한 기포지용 부직포의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009197385A (ja) * 2009-06-01 2009-09-03 Asahi Kasei Fibers Corp 使い捨て保温具用不織布の製造方法
KR20150001364A (ko) * 2013-06-27 2015-01-06 코오롱인더스트리 주식회사 성형성이 우수한 카펫 기포지용 스펀본드 부직포 및 이의 제조방법

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