KR20190034083A

KR20190034083A - 고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190034083A
Application number: KR1020180104442A
Authority: KR
Inventors: 임기섭; 정일; 박성호
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2019-04-01
Also published as: EP3686326A1; US20200216980A1; EP3686326A4; WO2019059560A1; JP2020531710A; JP2021120501A; CN111148866A

Abstract

1.1 dl/g 이상의 고유점도 및 10 g/d 이상의 인장강도를 갖는 PET 원사 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 제조방법은, 방사 용융액 제조를 위해 1.4 내지 1.7 dl/g의 고유점도를 갖는 PET 칩을 용융시키는 단계, 방사팩의 노즐을 통해 상기 방사 용융액을 토출하는 단계, 상기 노즐 직하에 위치한 300 내지 500 ℃의 열원으로 상기 노즐로부터 토출되기 직전의 상기 방사 용융액을 가열하는 단계, 상기 토출 단계에 의해 형성된 다수의 필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계, 및 상기 멀티필라멘트를 연신하는 단계를 포함하고, 상기 방사팩의 온도는 280 내지 305 ℃로 유지된다.

Description

고강도 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 그 제조방법{Polyethylene Terephthalate Yarn of High Strength and Method for Manufacturing The Same}

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 기존의 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 대비 높은 강도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

타이어 코드, 에어백 등의 제조에 이용되는 산업용 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, 'PET') 원사의 기계적 물성(예를 들어, 강도, 신도 등)을 향상시키려는 연구가 지속적으로 수행되고 있다.

일반적으로, PET 원사의 제조방법은 멀티필라멘트 형성을 위한 방사 공정과 상기 멀티필라멘트를 소정 연신비로 연신하는 공정을 포함하며, 상기 방사 공정은 PET 칩을 용융시키는 단계, PET 용융액을 방사팩의 노즐을 통해 토출하는 단계, 및 상기 PET 용융액이 상기 노즐을 통해 토출된 후 냉각을 통해 형성된 고화 상태의 필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계를 포함한다.

산업용 PET 원사는 우수한 형태안정성(즉, 낮은 특정 하중 신율(EASL) 및 낮은 건열수축율)을 가질 것이 일반적으로 요구되기 때문에, 예를 들어 1500 m/min 이상의 고속 방사를 통해 PET 원사를 제조할 필요가 있다. 즉, 연신 공정 전에 섬유의 배향도를 증가시킴으로써 형태안정성을 향상시킬 수 있다.

그러나, 방사 속도와 연신비는 트레이드-오프(trade-off) 관계를 갖기 때문에, 방사 속도를 증가시키면 연신 단계에서 적용될 수 있는 연신비가 제한될 수밖에 없다. 즉, PET 원사의 형태안정성을 향상시키기 위하여 방사 속도를 1500 m/min 이상으로 증가시키면 연신 단계에서 적용될 수 있는 연신비가 2.0 이하로 낮아질 수밖에 없다. 연신비가 낮을수록 PET 원사의 강도도 낮아진다.

따라서, 우수한 형태안정성을 가지면서도 기존의 PET 원사에 비해 더 높은 강도를 갖는 PET 원사를 제조하기 위해서는, 연신비 외의 다른 공정 인자(들)의 조절을 통해 PET 원사의 강도를 증가시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 PET 원사 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 관점은, 우수한 형태안정성을 가지면서도 기존의 PET 원사 대비 높은 강도를 갖는 PET 원사를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 관점은, 우수한 형태안정성을 가지면서도 기존의 PET 원사 대비 높은 강도를 갖는 PET 원사를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

위에서 언급된 본 발명의 관점 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 2 내지 5 데니어의 섬도를 각각 갖는 100 내지 500개의 필라멘트들을 포함하고, 1.1 dl/g 이상의 고유점도 및 10 g/d 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는, PET 원사가 제공된다.

상기 PET 원사는 1.1 내지 1.25 dl/g의 고유점도 및 10 내지 10.6 g/d의 인장강도를 가질 수 있다.

상기 PET 원사는 4.5g/d 하중에서 3 내지 6 %의 신율(elongation of 3 to 6 % or less at 4.5 g/d laod) 및 7 내지 12 %의 건열수축율을 가질 수 있다.

상기 PET 원사는 13 내지 14 %의 절단신도를 가질 수 있다.

상기 PET 원사는 13.4 내지 13.9 %의 절단신도를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라, 방사 용융액(spinning melt) 제조를 위해 1.4 내지 1.7 dl/g의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융시키는 단계; 방사팩(spinning pack)의 노즐을 통해 상기 방사 용융액을 토출하는 단계; 상기 노즐 직하에 위치한 300 내지 500 ℃의 열원으로 상기 노즐로부터 토출되기 직전의 상기 방사 용융액을 가열하는 단계; 상기 토출 단계에 의해 형성된 다수의 필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계; 및 상기 멀티필라멘트를 연신하는 단계를 포함하고, 상기 방사팩의 온도는 280 내지 305 ℃로 유지되는, PET 원사 제조방법이 제공된다.

상기 PET 원사 제조방법에는 4000 내지 6200 m/min의 연신 후 속도 및 1.9 내지 2.5의 연신비가 적용될 수 있다.

상기 노즐과 상기 열원 사이의 거리는 5 내지 50 mm일 수 있다.

상기 열원의 온도는 상기 방사팩의 온도보다 높을 수 있다.

상기 열원은 열선을 포함할 수 있다.

상기 열원은 다수의 열선들을 포함할 수 있고, 상기 열선들은 상기 필라멘트들의 이동을 방해하지 않도록 상기 필라멘트들 사이에 각각 배열될 수 있다.

상기 열선들은 등간격으로 배열될 수 있다.

상기 열선들 각각은 상기 노즐의 하면과 평행이 되도록 배열될 수 있다.

상기 연신 단계에서 연신비는 1.9 내지 2.5일 수 있다.

상기 토출 단계는 2400 psi 이하의 토출 압력 하에서 수행될 수 있다.

위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.

본 발명에 의하면, 상대적으로 높은 고유점도(Intrinsic Viscosity: I.V.)의 PET 칩을 사용하고 방사 공정 중의 폴리머 열분해 및 그로 인한 고유점도 저하(I.V. drop)를 최소화함으로써, 1.1 dl/g 이상의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.) 및 10 g/d 이상의 상대적으로 높은 인장강도(tensile strength)를 갖는 PET 원사가 제조될 수 있다.

또한, 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)의 PET 칩을 사용함에도 불구하고, 그리고 고유점도 저하(I.V. drop)를 최소화하기 위하여 상대적으로 낮은 방사 온도를 적용함에도 불구하고, 구금 직하로부터 고온의 열에너지를 부여함으로써 PET 용융액의 유동성 저하로 인한 토출 압력 증가를 방지할 수 있고, 따라서, 토출 압력 증가로 인한 누출현상(leakage) 및 방사팩 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 폴리에스테르 원사를 구성하는 다수의 필라멘트들의 기계적 물성의 균일성이 향상될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PET 원사의 제조장치를 개략적으로 보여주고,
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.

본 출원의 발명자들은 PET 원사의 고유점도(I.V.)가 PET 원사의 강도와 밀접한 관련이 있음을 발견하였다. 즉, PET 원사의 고유점도(I.V.)가 높을수록 PET 원사의 강도가 증가한다. 따라서, 기존의 PET 원사에 비해 높은 강도를 갖는 PET 원사를 제조하기 위해서는, 기존의 PET 원사에 비해 높은 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 원사를 제조할 것이 요구된다.

기존의 PET 원사에 비해 높은 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 원사를 제조하기 위해서는, (i) 기존의 PET 원사 제조에 사용되던 PET 칩의 고유점도(I.V.)에 비해 높은 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩을 사용하여 방사 용융액을 제조하여야 하고, (ii) 기존의 PET 원사 제조에 적용되었던 방사 온도(즉, 방사팩의 온도)보다 낮은 방사 온도를 적용함으로써 폴리머의 열분해 및 그로 인한 고유점도 저하(I.V. drop)를 최소화시켜야 한다.

그러나, PET 칩의 고유점도(I.V.)가 높을수록 그리고 방사 온도가 낮을수록 방사 용융액의 유동성이 낮아진다. 방사 용융액의 낮은 유동성은 토출 압력을 증가시켜 방사팩에서의 누출현상 및 방사팩 손상의 위험을 증가시킨다.

본 발명에 의하면, 1.1 dl/g 이상의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.) 및 10 g/d 이상의 상대적으로 높은 강도를 갖는 PET 원사를 제조하기 위하여 1.4 내지 1.7 dl/g의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)의 PET 칩을 사용하고 280 내지 305 ℃의 상대적으로 낮은 방사 온도를 적용함에도 불구하고, 구금 직하로부터 고온의 열에너지를 부여함으로써 위와 같은 방사팩에서의 누출현상 및 방사팩 손상을 방지할 수 있다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 PET 원사 제조방법을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 익스트루더(extruder)(110), 방사팩(spinning pack)(120), 열원(130), 냉각부(140), 집속부(150), 연신부(160), 및 와인더(170)를 포함한다.

상기 방사팩(120)은 필터, 분배판, 노즐(121) 등과 같은 메인 부품들 및 상기 메인 부품들을 감싸는 팩 바디(122)를 포함한다. 상기 열원(130)은 볼트(131)를 통해 상기 노즐(121)에 고정될 수 있다. 대안적으로, 상기 열원(130)은 상기 방사팩(120)을 감싸는 스핀 블록(미도시)에 고정될 수도 있다.

먼저, PET 칩이 익스트루더(110)에 투입된 후 용융되어 방사 용융액(즉, PET 용융액)이 만들어지고, 이 방사 용융액이 방사팩(120)으로 압출된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서 이용되는 PET 칩은 기존에 사용되던 PET 칩의 고유점도(I.V.)(1.4 dl/g 미만)에 비해 높은 1.4 내지 1.7 dl/g의 고유점도(I.V.)를 갖는다.

PET 원사의 배향성을 높이는 고속 방사가 수행될 것이 요구되기 때문에, PET 칩의 고유점도(I.V.)가 1.4 dl/g 미만이면, 1.1 dl/g 이상의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 원사의 제조가 불가능하고, 따라서, 10 g/d 이상의 인장강도를 갖는 PET 원사 제조도 불가능하다.

반면, PET 칩의 고유점도(I.V.)가 1.7 dl/g를 초과하면, 허용 범위(2400 psi 이하)를 벗어나는 높은 토출 압력이 요구될 정도로 방사 용융액의 유동성이 지나치게 낮아진다(심지어, 본 발명의 방법이 적용된다고 하더라도).

상기 익스트루더(110)로부터 상기 방사팩(120)으로 전달된 방사 용융액은 상기 노즐(121)의 홀들(holes)을 통해 토출된다. 상기 노즐(121)은 100 내지 500개의 홀들을 가질 수 있으며, 각 홀의 길이(L)와 직경(D)의 비율인 L/D는 2 내지 5일 수 있다.

본 발명에 의하면, 방사 공정이 진행될 때 방사 온도, 즉 상기 방사팩(120)의 온도[더욱 구체적으로는, 상기 팩 바디(122)의 온도]는 280 내지 305 ℃로 유지된다. 일반적으로, 상기 방사팩(120)의 온도는 상기 방사팩(120)을 감싸고 있는 방사 블록(spinning block)에 설치된 온도 센서를 통해 측정될 수 있다.

방사 온도가 280℃ 미만일 경우, 방사 용융액의 균일성이 저하될 뿐만 아니라, 허용 범위를 벗어나는 높은 토출 압력이 요구될 정도로 방사 용융액의 유동성이 지나치게 낮아진다.

반면, 방사 온도가 305℃를 초과할 경우, 폴리머의 급격한 열분해가 야기되어 심각한 고유점도 저하(I.V. drop)가 발생하고, 결과적으로, 10 g/d 이상의 높은 인장강도를 갖는 PET 원사 제조가 불가능해진다.

즉, 본 발명에 의하면, 기존의 PET 원사 제조방법에 적용되었던 310 내지 320 ℃의 방사 온도에 비해 훨씬 낮은 280 내지 305 ℃의 방사 온도가 적용됨으로써, 방사 공정 중의 폴리머 열분해 및 그로 인한 고유점도 저하(I.V. drop)가 최소화될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, PET 칩의 고유점도(I.V.)가 높을수록 그리고 방사 온도가 낮을수록 방사 용융액의 유동성이 낮아지고, 방사 용융액의 낮은 유동성은 토출 압력을 증가시켜 방사팩(120)에서의 누출현상 및 방사팩(120) 손상의 위험을 증가시킨다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 상기 노즐(121)로부터 토출되기 직전의 상기 방사 용융액이 상기 노즐(121) 직하(immediately below)에 위치한 열원(130)으로 가열된다.

토출 압력을 결정하는 가장 중요한 인자는 상기 노즐(121)로부터 토출되기 직전의 방사 용융액의 유동성이다. 따라서, 방사 용용액이 노즐(121)로부터 토출되기 직전에 순간적으로만 가열된다면, 폴리머의 심각한 열분해를 야기하지 않으면서도 토출 직전에 그 유동성이 순간적으로 증가될 수 있고, 그 결과, 토출 압력의 증가가 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 2400 psi 이하, 바람직하게는 2350 psi 이하, 더욱 바람직하게는 2320 psi 이하의 토출 압력으로 방사 공정이 진행된다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 1.4 내지 1.7 dl/g의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)의 PET 칩을 사용하고 280 내지 305 ℃의 상대적으로 낮은 방사 온도를 적용함에도 불구하고, 토출 압력 증가로 인한 방사팩에서의 누출현상 및 방사팩 손상이 방지될 수 있다.

토출 직전의 방사 용융액을 적절히 가열하기 위하여, 상기 노즐(121)과 상기 열원(130) 사이의 거리는 5 내지 50 mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열원(130)의 온도는 상기 방사팩(120)의 온도보다 높다. 예를 들어, 상기 열원(130)의 온도는 300 내지 500 ℃, 바람직하게는 320 내지 490 ℃, 더욱 바람직하게는 350 내지 480 ℃일 수 있다.

상기 열원(130)은 열선을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열원(130)은 다수의 열선들을 포함할 수 있고, 상기 열선들은 방사 용융액이 상기 노즐(121)의 홀들로부터 토출되면서 형성되는 다수의 반고형 상태의 필라멘트들(10)의 이동을 방해하지 않도록 상기 필라멘트들(10) 사이에 배열될 수 있다.

토출 직전의 방사 용융액을 균일하게 가열하기 위하여, 상기 열선들은 등간격으로 배열될 수 있고 상기 열선들 각각은 상기 노즐(121)의 하면과 평행이 되도록 배열될 수 있다.

또한, 각각의 상기 필라멘트들(10)은 상기 열선들로부터 일정 거리(예를 들어, 3 내지 10 mm)로 균일하게 이격되어 있기 때문에 필라멘트들(10)간의 물성의 균일성이 담보될 수 있다.

본 발명에 의하면, 노즐(121)로부터 토출되는 방사 용융액의 냉각을 지연시키기 위한 종래의 원통형 히팅 후드와 달리, 열원(130)을 구성하는 다수의 열선들이 상기 노즐(121) 직하에 등간격으로 배치되어 상기 노즐(121)로부터 토출되기 직전의 방사 용융액을 순간적으로 가열하기 때문에, 1.4 내지 1.7 dl/g의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)의 PET 칩을 사용하고 280 내지 305 ℃의 상대적으로 낮은 방사 온도를 적용함에도 불구하고, 토출 압력 증가로 인한 방사팩에서의 누출현상 및 방사팩 손상이 방지될 수 있다.

방사 용융액이 상기 노즐(121)의 홀들로부터 토출되면서 형성되는 다수의 반고형 상태의 필라멘트들(10)은 냉각부(140)를 통과하면서 완전히 고화된다. 상기 냉각 공정의 제어를 위하여 적당한 온도 및 속도의 냉각풍(cooling air)을 상기 필라멘트들(10)에 불어준다. 필라멘트들(10)의 냉각 거동은 섬유의 최종 물성에 큰 영향을 미친다.

이어서, 완전 고화된 필라멘트들(10)이 집속부(150)에 의해 집속됨으로써 멀티필라멘트(20)를 형성한다. 상기 집속부(150)에서 유제가 상기 멀티필라멘트(20)에 부여될 수 있다. 즉, 멀티필라멘트(20) 형성 단계와 유제 부여 단계가 동시에 수행될 수 있다. 상기 유제 부여는 MO(Metered Oiling) 또는 RO(Roller Oiling) 방식을 통해 수행될 수 있다.

집속 공정을 통해 형성된 상기 멀티필라멘트(20)가 연신부(160)에서 연신된다. 상기 연신부(160)는 제1 내지 제5 고뎃 롤러들(161, 162, 163, 164, 165)을 포함할 수 있다.

제1 고뎃 롤러(161)는 방사 속도 및 방사 드래프트율(draft ratio)을 결정한다.

상기 멀티필라멘트(20)의 연신은 제1 고뎃 롤러(161)와 제4 고뎃 롤러(164) 사이에서 수행된다. 즉, 상기 제1 고뎃 롤러(161)의 속도에 대한 제4 고뎃 롤러(164)의 속도의 비율로 연신비(draw ratio)가 결정된다.

상기 제4 고뎃 롤러(164)와 상기 제5 고뎃 롤러(165) 사이는 릴렉세이션(relaxation) 구간으로서, 제1 내지 제4 고뎃 롤러들(161, 162, 163, 164)에 의해 연신된 멀티필라멘트(20)에 약간의 릴렉스를 부여함으로써 스트레칭된 직후의 수축력으로 이해 야기될 수 있는 (i) 멀티필라멘트(20)의 과도한 수축, (ii) 와인더(170)의 찌그러짐, 및 (iii) 해사(unwinding)의 불안정성을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 방사 속도[즉, 상기 제1 고뎃 롤러(161)의 속도]는 1500 내지 3300 m/min이고, 연신 후 속도[즉, 상기 제4 고뎃 롤러(164)의 속도]는 4000 내지 6200 m/min이고, 연신비는 1.9 내지 2.5이다. 1500 내지 3300 m/min의 방사 속도 및 4000 내지 6200 m/min의 연신 후 속도로 제조되는 본 발명의 높은 형태안정성의 PET 원사는 4.5 g/d 하중에서 3 내지 6 %의 신율(elongation of 3 to 6 % at 4.5 g/d laod) 및 7 내지 12 %의 건열수축율을 갖는다.

선택적 사항으로, 연신된 멀티필라멘트(20)의 열처리/열고정을 수행하기 위하여 상기 제2 내지 제4 고뎃 롤러들(162, 163, 164) 중 적어도 하나에 가열 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제4 고뎃 롤러(164)에 감기는 횟수를 조절함으로써 멀티필라멘트(20)가 제4 고뎃 롤러(164)에 체류하는 시간을 조절할 수 있고, 이를 통해 연신사에 대한 적절한 열처리/열고정을 수행할 수 있다.

연신 및 열처리된 멀티필라멘트(20)가 와인더(170)에 의해 권취됨으로써 PET 원사가 완성된다.

본 발명의 PET 원사는, 2 내지 5 데니어의 섬도를 각각 갖는 100 내지 500개의 필라멘트들을 포함하며, 전술한 바와 같이, 1.1 dl/g 이상의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.) 및 10 g/d 이상의 상대적으로 높은 인장강도를 갖는다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 PET 원사는 13 내지 14 %의 절단신도를 갖는다.

본 발명의 고강도 PET 원사는 타이어 코드, 에어백 등과 같은 다양한 산업 응용에 적용될 수 있다.

이하, 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.

실시예 1

1.7 dl/g의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩의 용융을 통해 얻어진 방사 용융액이 방사팩의 노즐의 250개 홀들(L/D = 2.1/0.7)을 통해 토출되었다. 이때, 방사팩의 온도, 즉 방사 온도는 약 295℃이었다. 또한, 노즐의 홀들로부터 토출되기 직전의 방사 용융액이 상기 노즐 직하에 상기 노즐로부터 10mm 이격되어 위치한 450℃의 열선들로 가열되었다. 방사 용융액이 상기 노즐의 홀들로부터 토출되면서 형성된 다수의 반고형 상태의 필라멘트들이 냉각부를 통과하면서 완전히 고화되었고, 상기 필라멘트들이 집속되어 형성된 멀티필라멘트에 대하여 연신 공정, 열처리 공정 및 권취 공정이 차례로 수행됨으로써 4 데니어의 섬도를 각각 갖는 250개의 필라멘트들을 포함하는 PET 원사(총섬도: 1000 데니어)가 얻어졌다. 2101 psi의 토출 압력이 적용되었고, 연신 후 속도는 5800 m/min이었으며, 연신비는 2.0이었다.

실시예 2

방사 온도 및 열선들의 온도가 각각 299℃ 및 420℃이었고, 2181 psi의 토출 압력 하에서 방사 공정이 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사가 얻어졌다.

실시예 3

방사 온도 및 열선들의 온도가 각각 304℃ 및 380℃이었고, 2312 psi의 토출 압력 하에서 방사 공정이 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사가 얻어졌다.

실시예 4

방사 용융액의 제조를 위해 1.4 dl/g의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되었고, 방사 온도 및 열선들의 온도가 각각 298℃ 및 380℃이었으며, 2160 psi의 토출 압력 하에서 방사 공정이 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사가 얻어졌다.

비교예 1

방사 온도가 310℃이었고, 열선에 의한 가열이 생략되었으며, 2930 psi의 토출 압력이 적용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 적용하였다. 그러나, 지나치게 높은 토출 압력으로 인해 방사팩에서의 방사 용융액 누출이 야기되어 권취가 불가능하였다.

비교예 2

방사 용융액의 제조를 위해 1.4 dl/g의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되었고, 방사 온도가 306℃이었고, 열선에 의한 가열이 생략되었으며, 2370 psi의 토출 압력이 적용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사가 얻어졌다.

비교예 3

방사 용융액의 제조를 위해 1.21 dl/g의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되었고, 방사 온도가 299℃이었고, 열선에 의한 가열이 생략되었으며, 1910 psi의 토출 압력이 적용되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사가 얻어졌다.

비교예 4

방사 용융액의 제조를 위해 1.21 dl/g의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되었고, 방사 온도 및 열선들의 온도가 각각 292℃ 및 380℃이었으며, 1850 psi의 토출 압력 하에서 방사 공정이 수행되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 PET 원사가 얻어졌다.

실시예들 및 비교예들의 PET 원사들을 고유점도(I.V.), 인장강도, 절단신도, 4.5g/d 하중에서의 신율(EASL@4.5g/d), 및 건열수축율을 아래의 방법에 의해 각각 측정하였고(권취가 불가능하였던 비교예 1의 경우, 낙하된 고화물 샘플의 I.V.가 측정되었고, 원사의 인장강도, 절단신도, EASL@4.5g/d, 및 건열수축율은 측정 불가능하였음), 그 결과를 표 1에 나타내었다.

* PET 원사의 고유점도(I.V.)

각 PET 원사의 고유점도(I.V.)(dl/g)를 ASTM D4603-96 방법에 따라 모세관 점도계(Capillary Viscometer)로 측정하였다. 사용된 용매는 페놀/1,1,2,2-테트라클로로에탄 (60/40 중량%) 혼합액이었다.

* PET 원사의 인장강도, EASL@4.5g/d, 및 절단신도

ASTM D885 방법에 따라, 인스트론사(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)의 만능인장시험기를 이용하여, PET 원사의 인장강도(g/d) 및 절단신도(%)를 각각 측정하였고(초기하중: 0.05 gf/d, 시료 길이: 250 mm, 인장속도: 300 mm/min), PET 원사의 EASL@4.5g/d를 측정하였다.

* PET 원사의 건열수축율

ASTM D885 방법에 따라, 시편의 최초 길이(L1) 및 177℃ 오븐에서 2분 경과 후 상기 시편의 길이(L2)를 각각 측정한 후, 아래의 식에 의해 PET 원사의 건열수축율(%)을 산출하였다.

식: 건열수축율(%) = [(L1-L2)/L1]×100

	공정 조건					PET 원사
	PET 칩 I.V. (dl/g)	방사 온도 (℃)	열선 온도 (℃)	연신 후 속도 (m/min)	토출 압력 (psi)	I.V. (dl/g)	인장 강도 (g/d)	EASL @4.5g/d (%)	건열수축율 (%)	절단 신도 (%)
실시예1	1.7	295	450	5800	2101	1.25	10.6	4.4	9.9	13.4
실시예2	1.7	299	420	5800	2181	1.23	10.3	4.3	9.8	13.8
실시예3	1.7	304	380	5800	2312	1.19	10.2	4.4	9.7	13.7
실시예4	1.4	298	380	5800	2160	1.11	10.0	4.5	9.5	13.9
비교예1	1.7	310	-	5800	2930	1.12 (낙하된 고형물 샘플의 I.V.)	-	-	-	-
비교예2	1.4	306	-	5800	2370	1.03	9.3	4.6	10.3	12.9
비교예3	1.21	299	-	5800	1910	0.93	9.0	4.6	10.6	13.1
비교예4	1.21	292	380	5800	1850	0.95	9.2	4.5	9.5	13.0

실시예 1 내지 4에서는, 1.4 내지 1.7 dl/g의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩을 사용하고, 폴리머 열분해를 최소화하기 위하여 295 내지 304 ℃의 상대적으로 낮은 방사 온도를 적용함으로써, 1.11 내지 1.25 dl/g의 높은 고유점도(I.V.), 10.0 내지 10.6 g/d의 높은 인장강도, 및 13.4 내지 13.9 %의 절단 신도를 갖는 PET 원사가 얻어질 수 있었다. 이에 반해, 비교예 3 및 비교예 4와 같이 1.4 dl/g 미만의 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되는 경우에는, 299℃ 또는 292℃의 낮은 방사 온도가 적용되어 폴리머 열분해가 실시예 1 내지 4에 비해 적었을 것임에도 불구하고 PET 원사의 고유점도(I.V.) 및 인장강도가 각각 1.1 dl/g 및 10 g/d에 미치지 못하였다.또한, 비교예 2와 같이, 1.4 dl/g의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되었지만 306℃의 높은 방사 온도가 적용되어 심각한 폴리머 열분해가 야기된 경우에도, PET 원사의 고유점도(I.V.) 및 인장강도가 각각 1.1 dl/g 및 10 g/d에 미치지 못하였다.

한편, 실시예 1 내지 4에서는, 1.4 내지 1.7 dl/g의 상대적으로 높은 고유점도(I.V.)를 갖는 PET 칩이 사용되고 295 내지 304 ℃의 상대적으로 낮은 방사 온도가 적용되었음에도 불구하고, 380 내지 450 ℃의 열선으로 토출 직전의 방사 용융액을 가열함으로써 2101 내지 2312 psi의 토출 압력, 즉, 허용 가능한 토출 압력(즉, 2400 psi 이하)으로 방사 공정 및 연신 공정(연신 후 속도: 5800 mm/min)을 수행할 수 있었다.

이에 반해, 실시예 1 내지 3과 같이 1.7 dl/g의 고유점도(I.V.)의 PET 칩이 사용된 비교예 1의 경우, 실시예 1 내지 3에서의 방사 온도보다 높은 310℃의 방사 온도가 적용되었음에도 불구하고 열선에 의한 가열이 생략되었기 때문에 허용 가능 범위를 벗어난 높은 토출 압력(즉, 2930 psi)이 요구되었고, 그 결과, 방사팩에서의 방사 용융액 누출이 야기되어 원사 권취가 불가능하였다. 따라서, 열선에 의한 가열 없이 1.7 dl/g의 고유점도(I.V.)의 PET 칩으로 방사 공정을 수행하기 위해서는 310℃보다 훨씬 높은 방사 온도를 적용하여 토출 압력을 감소시킬 것이 요구된다고 볼 수 있다. 그러나, 310℃의 방사 온도를 적용할 경우에도 상당한 폴리머 열분해가 발생하여 약 0.58 dl/g의 I.V. 저하(PET 칩의 I.V. - 낙하 고형물 샘플의 I.V.)가 야기되었음을 감안할 때, 310℃보다 훨씬 높은 방사 온도가 적용될 경우, 0.6 dl/g을 초과하는 I.V. 저하가 야기되어 PET 원사의 고유점도(I.V.) 및 인장강도가 각각 1.1 dl/g 및 10 g/d에 미치지 못할 것이 자명하다.

110: 익스트루더 120: 방사팩
121: 노즐 122: 팩 바디
130: 열원 140: 냉각부
150: 집속부 160: 연신부
161: 제1 고뎃 롤러 162: 제2 고뎃 롤러
163: 제3 고뎃 롤러 164: 제4 고뎃 롤러
165: 제5 고뎃 롤러 170: 와인더

Claims

2 내지 5 데니어의 섬도를 각각 갖는 100 내지 500개의 필라멘트들을 포함하고,
1.1 dl/g 이상의 고유점도 및 10 g/d 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
제1항에 있어서,
1.1 내지 1.25 dl/g의 고유점도 및 10 내지 10.6 g/d의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
제1항에 있어서,
4.5g/d 하중에서 3 내지 6 %의 신율(elongation of 3 to 6 % at 4.5 g/d laod) 및 7 내지 12 %의 건열수축율을 갖는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
제1항에 있어서,
13 내지 14 %의 절단신도를 갖는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
제4항에 있어서,
13.4 내지 13.9 %의 절단신도를 갖는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사.
방사 용융액(spinning melt) 제조를 위해 1.4 내지 1.7 dl/g의 고유점도를 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트 칩을 용융시키는 단계;
방사팩(spinning pack)의 노즐을 통해 상기 방사 용융액을 토출하는 단계;
상기 노즐 직하에 위치한 300 내지 500 ℃의 열원으로 상기 노즐로부터 토출되기 직전의 상기 방사 용융액을 가열하는 단계;
상기 토출 단계에 의해 형성된 다수의 필라멘트들을 집속시켜 멀티필라멘트를 형성시키는 단계; 및
상기 멀티필라멘트를 연신하는 단계를 포함하고,
상기 방사팩의 온도는 280 내지 305 ℃로 유지되는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제6항에 있어서,
4000 내지 6200 m/min의 연신 후 속도 및 1.9 내지 2.5의 연신비가 적용되는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 노즐과 상기 열원 사이의 거리는 5 내지 50 mm인 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 열원의 온도는 상기 방사팩의 온도보다 높은 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 열원은 열선을 포함하는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 열원은 다수의 열선들을 포함하며,
상기 열선들은 상기 필라멘트들의 이동을 방해하지 않도록 상기 필라멘트들 사이에 각각 배열된 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 열선들은 등간격으로 배열되어 있으며,
상기 열선들 각각은 상기 노즐의 하면과 평행이 되도록 배열된 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 토출 단계는 2400 psi 이하의 토출 압력 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
폴리에틸렌테레프탈레이트 원사 제조방법.