KR20180000148A - Spinning apparatus for manufacturing of high strength pet fiber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사노즐을 통해 PET 수지를 용융방사하는 공정에서 방사부분에 대한 가열방식을 최적화하여, 순간 고온 가열에 의해 PET 수지의 용융상 고분자내 분자쇄 얽힘 구조를 제어하여 섬유의 연신성을 향상시킴으로써, 강도 및 신도 등의 기계적 물성을 개선하고, 용융방사 공정 및 연신 공정의 기존 공정을 활용하면서 수지의 용융점도를 낮추고 섬유의 냉각속도를 지연하며 연신성을 개선함으로써, 저비용으로 고강도의 섬유를 대량생산할 수 있는 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spinning nozzle apparatus for manufacturing a high strength PET fiber, and more particularly, to a spinning nozzle apparatus for manufacturing a high strength PET fiber, and more particularly, to a spinning nozzle apparatus for manufacturing a high strength PET fiber by optimizing a heating method for a spinning portion in a process of melt spinning a PET resin through a spinning nozzle, By controlling the molecular chain entanglement structure in the polymer to improve the extensibility of the fiber, it is possible to improve the mechanical properties such as strength and elongation, to lower the melt viscosity of the resin while utilizing the existing processes of the melt spinning and drawing processes, To a spinning nozzle apparatus for producing high strength PET fibers capable of mass-producing high-strength fibers at low cost by improving the stretchability.
상업화된 PET 섬유 중 현재까지 알려진 최대강도는 1.1 GPa 정도이며, 이론적인 강도대비 최대 발현할 수 있는 강도가 다른 고강도 섬유(극한성능 파라계-아라미드(케블라, Kevlar) 섬유 약 2.9 GPa)대비, 1/3 수준인 3 내지 4%에 머물고 있다. 이에, 일반 의류나 생활용 또는 산업용 일부(타이어 코드) 섬유 소재를 제외한 극한 성능이 요구되는 산업용 섬유 소재로 적용하기에는 한계가 있다. The maximum known strength of the commercialized PET fiber is 1.1 GPa and the maximum strength of the high strength fiber (extreme performance para-aramid (Kevlar) fiber 2.9 GPa) compared to the theoretical strength is 1 / 3 level, which is 3 to 4%. Accordingly, there is a limit to apply to industrial textile materials which require extreme performance, except for general clothing, living or industrial (tire cord) fiber materials.
상기와 같이, 비액정 열가소성 고분자 섬유인 PET와 나일론계 섬유는 액정 폴리머(LCP) 섬유인 PBO(자일론, Zylon), 파라계-아라미드(케블라)계 섬유보다 강도가 낮고, 이론대비 실제 강도를 극단적으로 올릴 수 없는데, 그 이유는 수지에서 섬유상으로 가공할 때 구조형성의 거동에서 차이가 있기 때문이다.As described above, PET and nylon-based fibers, which are non-liquid crystalline thermoplastic polymer fibers, have lower strength than PBO (xylon, Zylon) and para-aramid (Kevlar) fibers, which are liquid crystal polymer It is not possible to raise it extensively because there is a difference in the behavior of structure formation when processed into fibrous form in resin.
즉, 액정 폴리머(LCP)는 용액 상태에서 액정상의 구조를 이루고 있기 때문에 적절한 전단응력을 부여한다면, 방사 전후의 섬유구조 엔트로피 차이가 작아 대단히 높은 배향도 및 결정성을 가지는 섬유 구조로 형성하여 고강도 고성능 섬유로 제조할 수 있다. That is, since the liquid crystal polymer (LCP) forms a liquid crystal phase structure in a solution state, if a proper shear stress is applied, the difference in entropy of the fiber structure before and after spinning is small and the fiber structure is formed with a very high degree of orientation and crystallinity, .
반면에, PET와 나일론계 비액정 열가소성 폴리머는 용융 상태에서 고분자 사슬이 비결정의 랜덤 코일상으로 얽혀있는 복잡한 구조로 이루어져 있기 때문에, 방사노즐에서 고도의 전단응력 및 이후 연신비(드래프트 및 연신비율 등)를 부여하더라도, 랜덤 코일상으로 얽혀있는 구조로 인해, 완전한 배향 결정화(고강도화)가 상대적으로 어려운 문제가 있다. 이때, 방사 전후의 섬유구조 엔트로피간 큰 차이를 보인다.On the other hand, since PET and nylon-based non-liquid crystalline thermoplastic polymers have a complicated structure in which polymer chains are intertwined with amorphous random coils in a molten state, a high shear stress and a subsequent stretching ratio (draft and elongation ratio, etc.) There is a problem that complete orientation crystallization (high strength) is relatively difficult due to the structure entangled with random coils. At this time, there is a large difference between entropy of fiber structure before and after spinning.
한편, 범용 열가소성 고분자의 구조적으로 불리한 점에도 불구하고, 종래 대비 상대적으로 고강도의 열가소성 고분자 섬유를 개발할 수 있다면, 적용 시장 및 파급 효과가 대단히 크기 때문에, 최근 일본의 섬유업계를 중심으로 종래 범용 PET 섬유의 물성의 극대화 및 한계성능을 올리기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. On the other hand, if the thermoplastic polymer fibers can be developed with relatively high strength compared with the conventional ones despite the structural disadvantage of the general thermoplastic polymer, since the application market and the ripple effect are very large, Various studies are being carried out in order to maximize the physical properties and increase the performance of the material.
그 일례로, 고강도 섬유를 제조하는 연구로서, 초고분자량의 PET 수지를 이용하거나[Ziabicki, A., "Effect of Molecular Weight on Melt Spinning and Mechanical Properties of High-Performance Poly(ethylene terephthalate) Fibers", Text. Res. J., 1996, 66, 705-712; Sugimoto, M., et al., "Melt Rheology of Polypropylene Containing Small Amounts of High-Molucular-Weight Chain. 2. Uniaxial and Biaxial Extensional Flow", Macromol., 2001, 34, 6056-6063], 용융방사에 응고 욕조 기술을 적용하여 배향을 극대화하려는 연구[Ito M., et al., "Effect of Sample Geometry and Draw Conditions on the Mechanical Properties of Drawn Poly(ethylene terephthalate)", Polymer, 1990, 31, 58-63]가 보고되고 있다. For example, as a research for producing high-strength fibers, a method of using ultra high molecular weight PET resin (Ziabicki, A., "Effect of Molecular Weight on Melt Spinning and Mechanical Properties of High-Performance Poly (ethylene terephthalate) Fibers" . Res. J., 1996, 66, 705-712; 2. Uniaxial and Biaxial Extensional Flow ", Macromol., 2001, 34, 6056-6063), solidification of melt spinning Drawn Poly (ethylene terephthalate) ", Polymer, 1990, 31, 58-63], which is a study to maximize orientation by applying bath technology [Ito M., et al., "Effect of Sample Geometry and Drawing Conditions on Mechanical Properties of Drawn Poly Are reported.
그러나, 상기 연구들은 고강도 PET 섬유를 개발하기 위한 실험실 규모의 접근방식인 점을 고려한다면, 물성향상의 효과에 비해 작업성 및 생산성의 한계로 인해 상용화는 이루어지지 않고 있다.However, considering the fact that the above studies are a laboratory scale approach for developing high strength PET fibers, commercialization has not been achieved due to limitations of workability and productivity compared to the effect of improving physical properties.
또한 최근 일본에서는 PET, 나일론 등의 범용 열가소성 고분자를 이용하여 용융방사 공정을 기반으로 제조비용이 2배 이상 상승하지 않는 범위 내에서 기존 섬유를 1.1GPa에서 2GPa의 강도로 고강도화하는 연구개발을 보고하고 있다.In recent years, in Japan, research and development have been made on using conventional thermoplastic polymers such as PET and nylon to increase the strength of existing fibers from 1.1GPa to 2GPa within a range that does not increase the manufacturing cost more than twice based on the melt spinning process have.
나아가, 최종적으로 산업용 섬유로서 소비량이 가장 많은 타이어 코드에 빠른 시일 내에 적용하고 실용화할 목적으로 추진되는 연구개발 분야로는 용융구조 제어기술, 분자량 제어기술, 연신/열처리기술 및 평가/분석기술이 있다. In addition, melt-structure control technology, molecular weight control technology, stretching / heat treatment technology, and evaluation / analysis technology are applied to the research and development fields that are finally applied to tire cords, which are the most consumed as industrial fibers, .
특히, 이중에서 용융구조 제어기술은 종래 고화된 섬유의 분자배향 및 결정화를 통해 섬유구조의 형성 거동을 제어하여 섬유의 고강도화를 구현한 연구와는 달리, 용융상 고분자내 분자쇄 얽힘(molecular entanglement) 구조를 제어하는 개념으로 접근하고 있으며, 비배향 무정형 섬유 내의 구조제어 및 거동을 규명함으로써, PET 섬유의 고강도화를 달성하고자 하였다.In particular, unlike a conventional melt-structure control technique that controls the formation behavior of a fiber structure through the molecular orientation and crystallization of a solidified fiber, a molecular entanglement in the melt phase polymer, And the structure control and behavior of non-oriented amorphous fiber were investigated to achieve high strength of PET fiber.
이에, 용융방사 공정에서 분자구조를 제어하기 위한 수단으로, 방사노즐장치 설계 및 레이저 히팅, 초임계 가스, 응고 욕조 등을 통해, 고강도 PET 섬유 개발을 보고하고 있다.Therefore, as a means for controlling the molecular structure in the melt spinning process, development of high strength PET fiber has been reported through the design of spinning nozzle apparatus, laser heating, supercritical gas, coagulation bath, and the like.
특히, 종래 용융방사 공정시 방사노즐장치 설계의 방법으로 고강도 PET 섬유를 제공하는데 방사노즐 부근을 국부가열하는 방법의 일례로서, 도 2는 방사노즐의 직하 보온법에 의한 국부가열의 실시형태를 나타낸다. Particularly, in the conventional melt spinning process, the high strength PET fiber is provided by the method of designing the spinning nozzle device. As an example of a method of locally heating the vicinity of the spinneret, FIG. 2 shows an embodiment of the local heating by the spinneret .
구체적으로는, 용융방사 공정에 있어서 방사노즐장치는, 100∼350℃의 열원이 제공되는 팩바디 히터(Pack-Body Heater)(300)로부터 유지된 팩바디(Pack-Body)(200)에 방사노즐(100)이 고정되고, 방사노즐(100) 상부에 소류판(500)과 분배판(600)이 차례로 설치되어, 용융상태의 열가소성 수지는 분배판(600)과 소류판(500)을 통해 방사노즐(100)로 공급되어 방사노즐(100)의 방사용 홀(111)을 통해 방사된다.Specifically, in the melt spinning process, the spinneret nozzle apparatus is provided with a spinneret 200 for spinning a pack-
방사 후 형성된 섬유(112)가 상온∼400℃ 고온의 전기 히터를 일정한 거리에 균일하게 적용하도록 20∼200㎜의 어닐링 히터(400)를 통과함으로써, 보다 저비용으로 고효율의 열전달이 가능하도록 되어 있다. The
그러나, 상기 어닐링 히터(400)에 의한 섬유(112)의 국부 가열은 가열 목적이 아니라, 방사노즐(100) 하부의 방사용 홀(hole)(111)간 균일한 온도를 유지시키기 위한 보온용도로서 방사용 홀(111)간 온도 편차를 최소화함으로써 방사 작업성 및 품질 개선을 위해 적용될 뿐이고, 섬유(112)와 어닐링 히터(400)간의 거리가 멀어 섬유(112)에 균일한 가열이 적용되지 않는다. However, local heating of the
종래 용융방사 공정내 방사노즐 부근을 국부가열하는 또 다른 방사노즐장치로서, 방사노즐의 방사용 홀 직경을 미세화하고 방사노즐 직하에서 CO2 레이저를 조사함으로써, 연신 후 PET 섬유 강도가 1.68 GPa(13.7 g/den.)이고 신도 9.1%인 고성능 PET 섬유의 제조가 보고되어 있다[Masuda, M., "Effect of the Control of Polymer Flow in the Vicinity of Spinning Nozzle on Mechanical Properties of Poly(ethylene terephthalate) Fibers", Intern. Polymer Processing, 2010, 25, 159-169].Another radiation nozzle apparatus for locally heating the vicinity of the spinning nozzle in the conventional melt spinning process is a spinning nozzle apparatus in which the spinning nozzle diameter is reduced and the CO 2 laser is irradiated right under the spinneret, g / den.) and the elongation of 9.1% (Masuda, M., "Effect of Control of Polymer Flow on Mechanical Properties of Poly (ethylene terephthalate) Fibers" , Intern. Polymer Processing, 2010, 25, 159-169].
이에, 도 3은 방사노즐의 직하에 레이저조사에 의한 국부가열의 실시형태를 나타낸다. FIG. 3 shows an embodiment of local heating by laser irradiation directly below the spinneret.
구체적으로는, 방사 후 형성된 섬유(112)에 CO2 레이저 조사부(410)를 통해 조사된 CO2 레이저에 의해 직접 가열하는 방식으로 방사노즐(100) 하부가 팩바디(200) 하단으로 0∼3㎜ 돌출되고, 방사 직후 1∼10㎜ 위치에서 CO2 레이저가 조사된다. Specifically, the
그러나 방사노즐(100) 직하에서의 레이저 히팅은 특정한 섬유(112) 부위를 고온으로 가열하는 특징이 있으나, 수십에서 수만 개의 방사용 홀(111)이 있는 실제 상용화 방사노즐(100)에는 동시에 적용하기 어려운 한계가 있다.However, laser heating directly under the
이에, 본 발명자들은 종래 고강도 섬유의 제조공정에서 방사노즐 직하시 국부 가열방식의 문제점을 개선하고자 노력한 결과, 실제 상용화되는 방사노즐의 방사용 홀 부근을 가열하여 열전달 방식을 최적화함으로써, 순간 고온 가열에 의해 용융상 고분자 내 분자쇄 얽힘 구조를 제어하여 연신성을 향상시키고 PET 섬유의 강도 및 신도 등의 기계적 물성을 개선하여 저비용으로 고강도 PET 섬유를 대량생산 할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made efforts to solve the problem of the local heating method under the state of the conventional spinning nozzle in the process of manufacturing the high strength fiber. As a result, the present inventors have found that, by optimizing the heat transfer method by heating near the spinning hole of the spinneret, The present inventors have accomplished the present invention by confirming that it is possible to mass-produce high-strength PET fibers at low cost by improving the stretchability by controlling the molecular chain entanglement structure in the melt phase polymer and improving the mechanical properties such as strength and elongation of PET fiber.
본 발명의 목적은 PET 수지의 용융방사공정에서 방사노즐의 방사용 홀부분을 팩바디 외부에 위치시키고, 방사용 홀 부분에 대한 가열방식을 최적화한 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a spinning nozzle device for manufacturing high strength PET fibers by positioning the spinning hole portion of the spinning nozzle outside the pack body in the melt spinning process of the PET resin and optimizing the heating method for the spinning hole portion.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 특징은, 팩바디와, 상기 팩바디의 외측에 설치되어 팩바디에 열원을 제공하는 팩바디 히터와, 상기 팩바디에 설치되어 용융상태의 PET 수지를 방사하는 방사노즐과, 상기 팩바디 내에 설치되어 용융상태의 PET 수지를 방사노즐에 유입시키기 위한 분배판 및 소류판을 포함하며, 상기 방사노즐은, 상기 팩바디 내부에 위치하는 고정부와, 팩바디로부터 노출되어 외부에 위치하는 방사부로 이루어지고, 상기 방사부에는 PET 수지를 용융방사하여 섬유를 형성하는 다수개의 방사용 홀을 형성하여 상기 방사용 홀이 팩바디 외부에 위치되며, 상기 방사노즐의 방사부에는 팩바디 외부에 위치한 방사용 홀 부분을 상기 팩바디의 온도보다 최대 100℃ 높은 온도로 가열하기 위한 가열체가 구비된 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치에 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a battery pack, comprising the steps of: providing a pack body, a pack body heater installed outside the pack body to provide a heat source to the pack body, And a spinneret disposed in the pack body for feeding PET resin in a molten state into the spinneret, wherein the spinneret has a fixing part positioned inside the pack body, Wherein a plurality of discharge holes for forming fibers by melt-spinning a PET resin are formed in the radiation part so that the discharge hole is located outside the pack body, The radiating part is provided with a heater body for heating a room-use hole portion located outside the pack body to a temperature higher than the temperature of the pack body by 100 ° C, In the nozzle apparatus.
상기 특징에 있어서, 팩바디 내측벽과 고정부의 외측벽이 비접촉 상태를 유지하도록 틈새를 형성하고, 방사용 홀이 형성된 방사부는 팩바디의 하단으로부터 5~100mm 연장 형성되어 방사용 홀 부분이 팩바디 외부에 위치하며, 가열체는 링형상으로 되어 방사부의 측벽 둘레를 둘러싸도록 설치하는 것이 바람직하다.In this aspect, a clearance is formed so that the inner side wall of the pack body and the outer side wall of the fixing portion maintain a noncontact state, and the radiating portion formed with the radiating hole is formed by extending 5-100 mm from the lower end of the pack body, It is preferable that the heating body is formed in a ring shape so as to surround the circumference of the side wall of the radiating part.
상기의 특징적 구성을 가지는 본 발명의 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치에 의하면, 용융방사 공정에서 방사노즐의 방사부분에 대한 가열방식을 최적화한 것으로서, 실제 상용화되는 방사노즐의 방사용 홀을 팩바디 직하의 외부에 위치시키고 방사용 홀 부분을 가열체로 가열함으로써 열전달 방식을 최적화하고, 또한 순간 고온 가열에 의해 용용상 고분자내 분자쇄 얽힘 구조를 제어하여 PET 수지의 연신성을 향상시킴으로써 강도, 신도 등의 기계적 물성을 개선하는 효과가 있다. According to the spinning nozzle apparatus for producing a high strength PET fiber of the present invention having the above-described characterizing feature, the heating method for the spinning nozzle of the spinning nozzle is optimized in the melt spinning process, and the spinning nozzle of the spinning nozzle, The heat transfer method is optimized by heating the hole for use in the room with the heating body and the molecular chain entanglement structure in the polymer is controlled by heating at the instantaneous high temperature to improve the stretchability of the PET resin, The mechanical properties are improved.
따라서, 대량생산 및 저비용으로 인한 가격 경쟁력, 다양한 섬유 물성 제어를 바탕으로 타이어 코드, 자동차, 열차, 항공, 선박 등의 수송용 내장재, 토목 및 건축자재, 전자재료, 로프 및 그물 등의 해양용 및 군사용도에 유용하고 이외에, 경량 스포츠웨어 및 작업복, 군복, 가구 및 인테리어, 스포츠 용품 등의 의류 및 생활용도로도 유용하여, 광범위한 시장확보가 가능하다. Accordingly, the present invention can be applied to a variety of materials such as tire cords, transportation interior materials for automobiles, trains, airplanes, ships, civil engineering and building materials, electronic materials, ropes and nets, In addition to being useful for military use, lightweight sportswear and clothes such as work clothes, uniforms, furniture and interiors, sporting goods, and life-saving roads are also available, thus securing a wide range of markets.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치를 나타낸 단면도.
도 2는 종래예의 방사노즐이 설치된 방사노즐장치의 방사부 단면도.
도 3은 다른 종래예의 방사노즐이 설치된 방사노즐장치의 방사부 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing a spinning nozzle apparatus for producing high strength PET fibers according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a cross-sectional view of a radiation part of a spinning nozzle device provided with a conventional spinneret.
3 is a sectional view of a radiation part of a spinning nozzle device provided with another conventional spinning nozzle.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 방사노즐장치를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 본 실시형태의 방사노즐장치는, 팩바디(11)와, 상기 팩바디(11)의 외측에 설치되어 팩바디(11)에 열원을 제공하는 팩바디 히터(12)와, 상기 팩바디(11)에 설치되어 용융상태의 PET 수지를 방사하는 방사노즐(13)과, 상기 팩바디(11) 내에 설치되어 용융상태의 PET 수지를 방사노즐(13)에 유입시키기 위한 분배판(14) 및 소류판(15)을 구비한다.Fig. 1 shows a spinning nozzle apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the spinning nozzle apparatus of the present embodiment includes a
본 발명의 실시형태에 있어서 방사노즐장치의 방사노즐(13)은, 팩바디(11) 내부에 위치하는 고정부(13b)와, 팩바디(11) 직하의 외부에 노출하여 위치하는 방사부(13c)로 이루어지며, 상기 방사부(13c)에는 PET 수지를 용융방사하여 섬유(F)를 형성하는 다수개의 방사용 홀(13a)이 형성되어 있다.The
상기 방사용 홀(13a)을 형성하고 있는 방사부(13c)는 팩바디(11)의 하단으로부터 5~100mm 연장 형성되어 방사용 홀(13a) 부분이 팩바디(11) 외부에 위치하도록 되어 있다.The radiating
또한 상기 방사노즐(13)의 방사부(13c)에는 팩바디(11) 외부에 위치한 방사용 홀(13a) 부분을 가열하기 위한 가열체(16)가 구비되고, 가열체(16)는 링형태로 형성되어 방사부(13c)의 측벽 둘레를 둘러싸도록 설치된다. A
통상, 팩바디(11)는 팩바디 히터(12)로부터 100∼350℃로 유지되는 것으로, 팩바디(11)의 온도가 100℃ 미만이면, 대부분의 수지가 용융되지 못하고 굳어 방사가 곤란하고, 350℃를 초과하면, 수지의 급격한 열분해로 인한 섬유의 물성저하가 발생하여 바람직하지 않다.Usually, the
이에 대하여 가열체(16)로부터 가열되는 방사노즐(13)의 방사부(13c) 온도는, 상기 팩바디(11)보다 최대 100℃ 높은 온도, 예를 들면 200~450℃로 유지하는 것이 바람직한 것으로, 팩바디(11) 내의 용융 수지를 가열하는 온도보다 방사용 홀(13a) 부분을 가열하는 온도를 높게 설정한다.The temperature of the
가열체(16)의 온도는, 팩바디 히터(12)와 마찬가지로 통상의 전기 열선 또는 열매(熱媒)에 의해 조절될 수 있으며, 전기 열선의 일례로는, Cu계 및 Al계 주물히터, 근적외선 히터, 카본 히터, 세라믹 히터, PTC 히터, 석영관 히터, 할로겐 히터 등에서 선택된 어느 하나에 의해 제공될 수 있다. The temperature of the
한편, 팩바디(11)와 방사노즐(13) 사이에는 상호 열전달이 최소화되도록 구성된 것으로, 이를 위해 방사노즐(13)의 방사부(13c)를 팩바디(11) 외부에 위치시킴과 동시에, 방사노즐(13)의 고정부(13b) 외측벽과 팩바디(11)의 내측벽 사이에 비접촉 상태가 유지되도록 틈새(17)를 형성한다. 이는 가열체(16)에서 제공하는 고온이 방사노즐(13)을 통해 팩바디(11)에 전달되어 팩바디(11)의 온도가 상승하는 것에 의해 팩바디(11) 내의 폴리에스테르계 고분자 수지로 이루어진 원료가 열화되어 물성이 저하되는 문제를 방지하기 위한 것이다.The
이러한 본 실시형태의 방사노즐장치에 의하면, 분배판(14) 및 소류판(15)을 통해 방사노즐(13)로 유입된 용융상태의 PET 수지가 방사용 홀(13a)을 통해 방사되어 섬유(F)를 형성하게 되며, 방사 후 섬유(F)를 냉각시키고 상기 냉각된 섬유(F)를 가연기로 연신 후 권취하는 과정을 통해 고강도 PET 섬유를 제조하게 된다.According to the spinning nozzle apparatus of this embodiment, the molten PET resin flowing into the spinning
이때, 가열체(16)는 팩바디(11) 외부에 노출된 방사노즐(13)의 방사부(13c)를 팩바디(11)의 온도보다 최대 100℃가 높은 온도로 순간 가열함으로써, 방사용 홀(13a)을 통해 방사되는 용융상의 고분자 내 분자쇄 얽힘 구조를 제어하여 PET 섬유의 강도 및 신도 등의 기계적 물성을 개선할 수 있다.At this time, the
또한 방사노즐(13)의 방사부(13c)는 팩바디(11) 외부에 위치함과 동시에, 틈새(17)를 통해 팩바디(11)와 최대한 비접촉상태를 유지한 것이므로, 가열체(16)의 고온이 방사노즐(13)을 통해 팩바디(11) 내부로 전달되어 온도를 상승시키는 것을 최소화함으로써 팩바디(11) 내 용융 고분자의 열화로 인한 물성저하를 방지할 수 있다.Since the
이상의 실시형태의 방사노즐장치를 적용하여 섬유(F)를 형성할 때, 고유점도(IV) 1.0이상의 폴리에스테르계 (PET및 PBT, PTT, PEN등) 수지가 제한 없이 적용가능하며, 실제 상용화되는 방사노즐장치에 최소의 설계변경으로 적용가능하므로 초기 투자비를 낮추고, 대량생산 및 저비용으로 고성능의 섬유를 생산할 수 있다.Polyester (PET, PBT, PTT, PEN, etc.) resin having an intrinsic viscosity (IV) of 1.0 or more can be applied without limitation to the fiber (F) by applying the spinning nozzle apparatus of the above embodiment, Since it can be applied to the spinning nozzle device with minimum design change, it is possible to lower the initial investment cost, and to produce high-performance fiber at high cost and at low cost.
또한, 상기 실시형태의 방사노즐장치에 있어서, 방사노즐(13)의 방사용 홀(13a)을 통과하는 용융 고분자의 체류시간, 유량 및 전단속도의 최적화가 요구된다.Further, in the spinning nozzle apparatus of the above embodiment, it is required to optimize the retention time, flow rate, and shearing rate of the molten polymer passing through the
이에, 바람직한 용융 고분자의 방사용 홀(13a) 체류시간은 3초 이하이고, 유량은 적어도 0.01 ㏄/min 이상으로 수행되는 것이다. 이때, 폴리에스테르계 고분자의 경우 체류시간이 3초를 초과하면, 용융 고분자가 과도한 열에 장시간 노출되어 열화 문제가 발생하고, 유량이 0.01 ㏄/min 미만이면, 이 또한 용융 고분자에 과도한 열이 노출되어 열화 문제가 발생하여 바람직하지 않다. Therefore, the residence time of the molten polymer in the
또한, 상기 실시형태의 방사장치에 있어서, 방사노즐(13)의 방사용 홀(13a) 벽면의 전단속도(shear rate)는 500∼100,000/sec인 것이 바람직하며, 전단속도가 500/sec 미만이면, 낮은 전단응력에 의한 용융 고분자의 분자 배향 및 구조제어 효과가 감소하고, 100,000/sec를 초과하면, 용융 고분자의 점탄성 특성에 의한 필름 외관 불량(melt fracture)이 발생하여 섬유 단면의 불균일을 초래한다. The shear rate of the wall surface of the spinning
이상의 실시형태의 방사노즐장치는 1종 이상의 IV 1.0이상의 PET 고분자를 원료로 적용한 용융방사공정에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 저속방사법(UDY, 100∼2000 m/min), 중저속방사법(POY, 2000∼4000 m/min), 고속방사법(HOY, 4000 m/min 이상), 방사 및 인라인(in-line) 연신공정(SDY)를 이용하여, 0.01∼100 d/f의 섬유(F)(장섬유) 단독 또는 복합방사 공정에 적용할 수 있다. The spinning nozzle apparatus of the above embodiment can be applied to a melt spinning process in which at least one kind of PET polymer having an IV of 1.0 or more is used as a raw material. More specifically, it is possible to use a low-speed spinning method (UDY, 100 to 2000 m / min), a medium-low spinning method (POY, 2000 to 4000 m / min) ) Fiber (F) (long fiber) of 0.01 to 100 d / f can be applied to the single or multiple spinning process using the drawing process (SDY).
이상에서와 같이 본 발명의 방사노즐장치는 실제 상용화되는 방사노즐장치의 설계와, 용융방사공정 및 연신공정 등의 기존 공정을 활용하면서 물성을 개선함으로써, 초기 투자비를 낮추고, 대량생산 및 저비용으로 고성능의 섬유 생산이 가능하다.As described above, the spinning nozzle apparatus of the present invention improves the physical properties while utilizing the existing processes such as the design of the spinning nozzle apparatus which is actually commercialized and the melt spinning process and the drawing process, thereby lowering the initial investment cost, Fiber production is possible.
이에, 대량생산 및 저비용으로 인한 가격 경쟁력, 다양한 섬유 물성 제어를 바탕으로 타이어 코드, 자동차, 열차, 항공, 선박 등의 수송용 내장재, 토목 및 건축자재, 전자재료, 로프 및 그물 등의 해양용 및 군사용도에 유용하고 이외에, 경량 스포츠웨어 및 작업복, 군복, 가구 및 인테리어, 스포츠 용품 등의 의류 및 생활용도로도 유용하여, 광범위한 시장확보가 가능하다.Based on mass production and low cost, price competitiveness and control of various fiber properties, it is possible to produce various products such as tire cords, interior materials for transportation such as automobiles, trains, airplanes, ships, civil engineering and building materials, In addition to being useful for military use, lightweight sportswear and clothes such as work clothes, uniforms, furniture and interiors, sporting goods, and life-saving roads are also available, thus securing a wide range of markets.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치는, 용융복합 방사공정에서 방사노즐의 방사용 홀 부분을 팩바디 외부에 위치시킴과 동시에, 방사용 홀 부분의 가열방식을 최적화한 것으로서, 순간 고온 가열에 의해 용융상 고분자의 분자쇄 얽힘 구조를 제어하여 PET 섬유의 연신성을 향상시킴으로써, 강도 및 신도를 개선하였다.As described above, in the spinning nozzle apparatus for manufacturing high strength PET fibers of the present invention, in the melt-combined spinning process, the spinning hole portion of the spinning nozzle is positioned outside the pack body and the heating method of the spinning hole portion is optimized The strength and elongation were improved by controlling the molecular chain entanglement structure of the melt-phase polymer by instantaneous high-temperature heating to improve the stretchability of the PET fiber.
이에, 열가소성 고분자 중 고강도의 폴리에스테르사를 제공함으로써, 타이어 코드, 자동차, 열차, 항공, 선박 등의 수송용 내장재, 토목 및 건축자재, 전자재료, 로프 및 그물 등의 해양용 및 군사용도에 유용하고 이외에, 경량 스포츠웨어 및 작업복, 군복, 가구 및 인테리어, 스포츠 용품 등의 의류 및 생활용도로도 유용하여, 광범위한 시장확보가 가능하다.Thus, by providing polyester yarn of high strength among thermoplastic polymers, it is useful for marine use and military use such as tire cord, transportation interior material for automobile, train, air, ship, civil engineering and building material, electronic material, rope and net In addition, lightweight sportswear and clothes such as work clothes, uniforms, furniture and interiors, sporting goods, and life-saving roads are also available, thus securing a wide range of markets.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
11: 팩바디 12: 팩바디 히터
13: 방사노즐 13a: 방사용 홀
13b: 고정부 13c: 방사부
14: 분배판 15: 소류판
16: 가열체 17 : 틈새
F : 섬유11: pack body 12: pack body heater
13: Spinning
13b: Fixing
14: distribution plate 15:
16: heating body 17: clearance
F: Fiber
Claims (4)
상기 방사노즐은, 상기 팩바디 내부에 위치하는 고정부와, 팩바디로부터 노출되어 외부에 위치하는 방사부로 이루어지고, 상기 방사부에는 IV 1.0이상의 PET 수지를 용융방사하여 섬유를 형성하는 다수개의 방사용 홀을 형성하여 상기 방사용 홀이 팩바디 외부에 위치되며,
상기 방사노즐의 방사부에는 팩바디 외부에 위치한 방사용 홀 부분을 상기 팩바디의 온도보다 최대 200도까지 높은 온도로 가열하기 위한 가열체가 구비된 것을 특징으로 하는 고강도 PET 섬유 제조용 방사노즐장치.A spinning nozzle provided on the pack body for spinning PET resin in a molten state at a rate of IV 1.0 or more; and a spinning nozzle installed in the pack body, And a distribution plate and a sintering plate for allowing the molten PET resin to flow into the spinning nozzle,
Wherein the radiation nozzle comprises a stationary part located inside the pack body and a radiating part exposed from the pack body to the outside, and the radiation part has a plurality of chambers for melt- Wherein the use hole is formed outside the pack body,
Wherein the radiating nozzle has a heating body for heating the discharge hole portion located outside the pack body to a temperature higher than the temperature of the pack body by at most 200 degrees.
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