KR20210086467A - 고속 카딩용 파라-아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사 제조 방법 - Google Patents

고속 카딩용 파라-아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 갖는 모노필라멘트를 포함하고, 16 내지 23g/d의 강도 및 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경을 갖는, 파라-아라미드 스테이플 섬유와 상기 파라-아라미드 스테이플 섬유를 30kg/hr 이상 속도로 카딩하는 단계를 포함하는 아라미드 방적사 제조 방법에 관한 것이다.

Description

고속 카딩용 파라-아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사 제조 방법{PARA-ARAMID STAPLE FIBER AND MANUFACTURING METHOD OF ARAMID SPUN YARNS APPLICATION FOR THE HIGH SPEED CARDING PROCESS}
본 발명은 고속 카딩용 파라-아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 아라미드 섬유로 통칭되는 방향족 폴리아미드 섬유는 벤젠 고리들이 아미드기(-CONH-)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 아라미드 섬유와 그렇지 않은 메타계 아라미드 섬유를 포함한다. 파라계 아라미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 직경 5mm 정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있다.
이러한 아라미드 섬유는 내열성, 난연성, 내약품성, 강도 등이 우수하여 소방복, 방호복, 안전 장갑 등에 많이 사용되어 왔지만, 강고한 분자구조와 결정성이 높아 치밀한 구조를 가짐에 따라 염색이 원활하게 이루어지지 않아 다양한 색상을 얻을 수 없고 벌키성이 떨어져 촉감이 좋지 않으며 탄성력이 떨어져 착용 시 활동성에 많은 제약을 받는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하고자 다수개의 가이드 롤러들을 사용하여 제조된 아라미드 필라멘트들을 합쳐 만든 토우(Tow)로부터 이에 권축(Crimp)을 부여한 후 일정한 길이로 절단하여 제조한 아라미드 스테이플에 대한 기술이 제안되었다.
그러나 통상적으로 아라미드 스테이플을 이용하는 경우 방적성과 방적 수율을 높이기 어려운 한계가 있었고, 제조되는 아라미드 방적사의 균제도와 물성을 향상시키기에도 일정한 한계가 존재하였다.
본 발명은 균일한 섬도 및 마일드한 크림프를 가지면 높은 카딩 속도를 적용하여도 높은 방적성과 우수한 방적 수율을 구현할 수 있는 파라-아라미드 스테이플 섬유를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 높은 균제도와 우수한 기계적 물성을 갖는 방적사를 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 갖는 모노필라멘트를 포함하고, 16 내지 23g/d의 강도 및 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경을 갖는, 파라-아라미드 스테이플 섬유가 제공될 수 있다.
상기 파라-아라미드 스테이플 섬유는 0.5 내지 3.0de의 섬도 및 20 내지 130mm의 섬유장을 가질 수 있다.
상기 파라-아라미드 스테이플 섬유의 전체 OPU(Oil Pick Up)가 0.45±0.15% 일 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 파라-아라미드 스테이플 섬유를 30kg/hr 이상 속도로 카딩(Carding)하는 단계를 포함하는, 아라미드 방적사 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 카딩 단계에서는, 카딩기 내부 고정 카딩바의 침포 밀도를 도퍼 상단 200 내지 700 PPSI 및 리커인 상단 10 내지 400 PPSI으로 적용하고, 실린더 속도를 200 내지 500 rpm으로 적용할 수 있다.
상기 제조되는 아라미드 방적사는 16 내지 30Ne 단사 및 합사의 방적사 강도가 8.0g/d 이상인 조건을 만족할 수 있다.
본 발명에 따르면, 균일한 섬도 및 높은 강도를 가지면 높은 카딩 속도를 적용하여도 높은 방적성과 우수한 방적 수율을 구현할 수 있는 파라-아라미드 스테이플 섬유와 높은 균제도와 우수한 기계적 물성을 갖는 방적사를 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
도1은 실시예1에서 제조된 파라-아라미드 스테이플 섬유의 크림프 보우의 형상을 확인한 전자 현미경 사진이다.
도2는 비교예1에서 제조된 파라-아라미드 스테이플 섬유의 크림프 보우의 형상을 확인한 전자 현미경 사진이다.
이하 발명의 구현예에 따른 파라-아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사 제조 방법에 관한 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 갖는 모노필라멘트를 포함하고, 16 내지 23g/d의 강도 및 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경을 갖는, 파라-아라미드 스테이플 섬유가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 파라-아라미드 스테이플 섬유가 갖는 한계를 명확히 인식하고 이에 대한 연구를 진행하여, 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 갖는 모노필라멘트를 제조하고, 이로부터 16 내지 23g/d의 강도 및 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경을 갖는 파라-아라미드 스테이플 섬유를 얻었으며, 이러한 파라-아라미드 스테이플 섬유가 균일한 섬도 및 마일드한 크림프를 가지면 높은 카딩 속도를 적용하여도 높은 방적성과 우수한 방적 수율을 구현할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
통상 낮은 섬도 변동 계수를 가지면서 높은 강도를 확보하기 어려울 수 있고, 또는 섬유에 크림프가 아예 없거나 크림프 부분이 꺽여 있는 형태를 나타내어 크림프 보우의 곡률 반경이 정의되기 어려울 수 있다.
이에 반하여, 상술한 바와 같이, 상기 일 구현예의 파라-아라미드 스테이플 섬유는 16 내지 23g/d의 강도를 갖고, 40 내지 100㎛의 크림프 보우의 곡률 반경을 갖는데, 이에 따라 카딩 시 섬유간 마찰의 영향으로 인한 섬유 손상의 피해를 최소화하여 슬라이버의 포합력 향상의 특성을 가질 수 있고, 이러한 특성들로 인하여 높은 카딩 속도를 적용하여도 높은 균제도와 우수한 기계적 물성을 갖는 아라미드 방적사를 제조할 수 있다.
상기 파라-아라미드 스테이플 섬유는 고유점도가 5.0 내지 10.0 dl/g인 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드(PPTA) 입자 중 직경이 50 내지 5,000㎛, 비표면적 0.05mm2/g 내지 5.0mm2/g인 것을 선별하고, 이로부터 파라 아라미드 중합체를 합성하고, 상기 얻어진 파라 아라미드 중합체를 방사 도프(Dope)의 균일한 토출 단계를 거쳐서, 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하, 또는 200 내지 1000g/d 의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 갖는 모노필라멘트를 포함한 아라미드 스테이플 섬유로 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 파라-아라미드 스테이플 섬유는 아래와 같은 방법으로 제조할 수 있다.
1) 유기용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합 용액을 제조한 후, 2) 상기 혼합 용액에 방향족 디에시드 할라이드를 1차로 투입, 반응시켜 예비 중합체를 제조한 후, 3) 상기 혼합 용액에 방향족 디에시드 할라이드를 2차로 투입, 반응시켜 파라 아라미드 중합체를 제조한 후, 4) 제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 50 내지 5,000㎛ 이내의 것만 선별하고 이를 황산에 녹여 방사 도프를 제조한 후, 5) 제조된 방사 도프를 섬유상으로 방사, 응고, 수세 및 건조하여 아라미드 필라멘트를 제조할 수 있다.
그리고, 6) 상기 아라미드 필라멘트를 합쳐서 다발 형태의 토우를 제조한 다음, 상기 토우를 방사 유제의 수세(예를 들어, 50 내지 90℃ 및 1500 내지 5500ℓ/hr의 조건), 수세 말단부 Squeezing(예를 들어, Squeezing Roll 압력: 1.0 내지 5.0bar), 1차 방적 유제의 도포(예를 들어, 30 내지 70℃의 온도에서 1 내지 8중량%의 농도의 방적 유제 도포), 1차 방적 유제 말단부 Squeezing (예를 들어, Squeezing Roll 압력: 1.0 내지 5.0bar), 스팀을 통한 어닐링 다음 크링핑(예를 들어, 1.5 내지 3.5bar의 Roll 압력과 0.3 내지 1.8bar의 Stuffer Box 압력으로 크링핑) 후, 5 내지 10개/인치의 권축을 부여하고 2차 방적 유제의 도포(예를 들어 150 내지 300 g/min 양으로 1 내지 8중량%의 농도의 2차 방적 유제 도포), 건조 과정(예를 들어, 75 내지 105℃와 2 내지 6mpm의 조건), 커팅 과정(예를 들어, 3 내지 15%의 Draw ratio와 50 내지 100mpm의 조건) 및 베일러(예를 들어, 30 내지 60Hz 의 조건)를 거쳐서 아라미드 스테이플 섬유를 제조할 수 있다.
상기 파라-아라미드 스테이플 섬유를 제조하기 위한 파라 아라미드 중합체는 방향족 디아민과 방향족 디에시드 또는 이의 유도체를 단량체로 하여 극성 용매 내에서 무기염을 촉매로 사용하고, -10 내지 50℃의 온도 조건에서 강한 교반을 통하여 제조할 수 있다.
상기 방향족 디아민은 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 및 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드 등이 사용될 수 있다.
상기 방향족 디에시드 또는 이의 유도체로는 방향족 디에시드 할라이드를 들 수 있고, 상기 방향족 디에시드 할라이드는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 및 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 등이 사용될 수 있다.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 및 이들의 혼합물을 사용될 수 있다.
상기 무기염은 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr이 사용될 수 있다.
상기 방향족 디아민은 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 및 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드 등이 사용될 수 있다.
상기 방향족 디에시드 할라이드는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 및 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 등이 사용될 수 있다.
이때, 예비 중합체를 0 내지 48 시간 동안 에이징 처리하거나 중합용매 내 무기염의 함량을 단량체 들의 함량 대비 40 내지 60 중량%로 조절할 수도 있다.
다음으로는, 제조된 파라 아라미드 중합체를 황산에 녹여서 방사 도프를 제조한 후, 방사 도프를 방사 구금을 통해 섬유상으로 방사한 후 응고조 및 응고튜브를 통과시키면서 방사된 섬유를 응고하고, 수세 롤러 및 건조 롤러 들을 차례로 통과시키면서 수세 및 건조한 다음, 권취 롤러에 권취하여 파라 아라미드 섬유를 제조할 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 파라-아라미드 스테이플 섬유를 30kg/hr 이상 속도로 카딩하는 단계를 포함하는, 아라미드 방적사 제조 방법이 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 파라-아라미드 스테이플 섬유는 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 16 내지 23g/d의 강도를 갖고, 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경 일 수 있다.
이러한 파라-아라미드 스테이플 섬유는 상대적으로 높은 카딩 속도에도 적용 가능하며, 예를 들어 30kg/hr 이상 속도로 카딩하여도 높은 균제도와 우수한 기계적 물성을 가질 수 있으며, 이에 따라 높은 방적성과 우수한 방적 수율을 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 파라-아라미드 스테이플 섬유를 30kg/hr 이상 속도로 카딩하는 단계는, 카딩기 내부 고정 카딩바의 침포 밀도를 도퍼 상단 200 내지 700PPSI 및 리커인 상단 10 내지 400PPSI으로 적용하고, 실린더 속도를 200 내지 500rpm으로 적용할 수 있다.
상기 제조되는 아라미드 방적사는 16 내지 30Ne 단사 및 합사의 방적사 강도가 8.0g/d 이상을 만족할 수 있다.
또한, 상기 아라미드 방적사 제조 방법은 상기 카딩 단계 이후에 얻어진 서브-슬라이버를 합쳐서 연조(Drawing)하는 단계 및 정방(Spinning)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다수개의 가이드 롤러들을 사용하여 상기 아라미드 필라멘트를 합쳐서 다발 형태의 토우를 제조한 다음, 상기 토우를 방사 유제의 수세, 수세 말단부 Squeezing, 1차 방적 유제의 도포, 1차 방적 유제 말단부 Squeezing, 스팀을 통한 어닐링 다음 크링핑 후 5 내지 10개/인치의 권축을 부여하고 2차 방적 유제의 도포, 건조 과정, 커팅 과정 및 베일러를 거쳐서 아라미드 스테이플 섬유를 제조할 수 있다.
상기 제조된 아라미드 스테이플 섬유들을 카딩 공정을 통해 다수개의 서브-슬라이버들을 제조할 수 있다. 즉, 카딩 공정을 통해 상기 아라미드 단섬유들을 평행하게 배열함으로써 섬유 집합체인 서브-슬라이버들을 얻을 수 있다.
그리고, 서브-슬라이버들을 합친 다음 연조 공정을 통해 상기 슬라이버에 최소한의 꼬임을 부여하여 강도를 유지시킨 다음, 정방 공정을 통해 상기 슬라이버를 연신과 동시에 꼬아 아라미드 방적사를 제조할 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예: 아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사의 제조]
실시예 1
3중량%의 CaCl2(무기염)을 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)의 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기에 투입한 후, 파라-페닐렌디아민을 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합 용액을 제조하였다. 이때, CaCl2(무기염)의 첨가량은 단량체인 파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드 총량대비 50중량%로 조절하였다.
다음으로, 상기 혼합 용액에 상기 파라-페닐렌디아민 대비 0.5몰량의 테레프탈로일 디클로라이드를 1차로 투입, 반응시켜 파라 아라미드 예비 중합체를 제조하였다.
다음으로, 제조된 파라 아라미드 예비 중합체의 에이징(Aging) 처리없이 상기 혼합 용액에 상기 파라-페닐렌디아민 대비 0.5몰량의 테레프탈로일 디클로라이드를 2차로 투입, 반응시켜 파라 아라미드 중합체를 제조하였다.
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 50 내지 5,000㎛ 이내와 비표면적 0.05mm2/g 내지 5.0mm2/g의 것을 선별 후 이를 0.125g과 황산(순도 95~100%) 25ml를 삼각플라스크에 투입 후 75℃ 온도에서 250rpm의 조건으로 0.5~12hr 이내 용해되는 파라 아라미드 중합체를 황산에 용해시켜 방사 도프를 제조한 다음, 방사 구금을 통해 섬유상으로 방사한 후 응고조 및 응고 튜브를 차례로 통과시키면서 방사된 섬유를 응고하고, 수세 롤러 및 건조 롤러들을 차례로 통과시키면서 수세 및 건조한 다음, 권취 롤러에 감아 단사 섬도가 1.5데니어인 아라미드 필라멘트를 제조하였다.
다수개의 가이드 롤러들을 사용하여 상기 아라미드 필라멘트를 합쳐서 다발 형태의 토우를 제조한 다음, 상기 토우를 방사 유제의 수세, 수세 말단부 Squeezing, 1차 방적 유제의 도포, 1차 방적 유제 말단부 Squeezing, 스팀을 통한 어닐링 다음 크링핑 후 5 내지 10개/인치의 권축을 부여하고 부여하고 2차 방적 유제의 도포, 건조 과정, 20 내지 130mm의 길이로 커팅하여 베일러를 거쳐서 아라미드 스테이플 섬유를 제조하였다.
카딩기 내부 고정 카딩바의 침포 밀도는 도퍼 상단 200 내지 700PPSI, 리커인 상단 10 내지 400PPSI 및 실린더 속도 200 내지 500rpm 조건으로 30kg/hr 이상의 고속 카딩 공정을 통해 제조된 아라미드 스테이플 섬유들을 다수개의 서브-슬라이버들을 제조한 다음, 각 개의 서브-슬라이버들을 합친 다음 연조 공정을 통해 상기 슬라이버에 적정 수준의 꼬임을 부여하여 강도를 유지시킨 다음, 정방 공정을 통해 상기 슬라이버를 연신과 동시에 꼬아 16 내지 30수 단사 및 합사의 아라미드 방적사를 제조하였다.
실시예 2
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 50 내지 1,500㎛ 이내 및 비표면적 0.05 내지 1.5mm2/g의 것만 선별한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사를 제조하였다.
실시예 3
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 1,500 내지 3,000㎛ 이내 및 비표면적 1.5 내지 3.0mm2/g의 것만 선별한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사를 제조하였다.
실시예 4
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 3,000 내지 5,000㎛ 이내 및 비표면적 3.0 내지 5.0mm2/g의 것만 선별한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사를 제조하였다.
비교예 1
3중량%의 CaCl2(무기염)을 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)의 유기용매를 질소분위기하에서 반응기에 투입한 후, 파라-페닐렌디아민을 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합 용액을 제조하였다. 이때, CaCl2(무기염)의 첨가량은 단량체인 파라-페닐렌디아민과 테레프탈로일 디클로라이드 총량대비 50중량%로 조절하였다.
다음으로, 상기 혼합 용액에 상기 파라-페닐렌디아민 대비 0.5몰량의 테레프탈로일 디클로라이드를 1차로 투입, 반응시켜 파라 아라미드 예비 중합체를 제조하였다.
다음으로, 제조된 파라 아라미드 예비 중합체의 에이징(Aging) 처리없이 상기 혼합용액에 상기 파라-페닐렌디아민 대비 0.5몰량의 테레프탈로일 디클로라이드를 2차로 투입, 반응시켜 파라 아라미드 중합체를 제조하였다.
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 50㎛ 및 비표면적 0.05mm2/g 보다 작은 것만 선별하고, 파라 아라미드 중합체를 황산에 용해시켜 방사 도프를 제조한 다음, 방사 구금을 통해 섬유상으로 방사한 후 응고조 및 응고 튜브를 차례로 통과시키면서 방사된 섬유를 응고하고, 수세 롤러 및 건조 롤러들을 차례로 통과시키면서 수세 및 건조한 다음, 권취 롤러에 감아 단사 섬도가 1.5데니어인 아라미드 필라멘트를 제조하였다.
다수개의 가이드 롤러들을 사용하여 상기 아라미드 필라멘트를 합쳐서 다발 형태의 토우를 제조한 다음, 상기 토우를 방사 유제의 수세, 수세 말단부 Squeezing, 1차 방적 유제의 도포, 1차 방적 유제 말단부 Squeezing, 크링핑 후 5 내지 10개/인치의 권축을 부여한 후 2차 방적 유제의 도포, 건조 과정을 거쳐 20 내지 130mm의 길이로 커팅하여 베일러를 거쳐서 아라미드 스테이플 섬유를 제조하였다.
카딩기 내부 고정 카딩바의 침포 밀도는 도퍼 상단 200 내지 700PPSI, 리커인 상단 10 내지 400PPSI 및 실린더 속도 200 내지 500rpm 조건으로 30kg/hr 이상의 고속 카딩 공정을 통해 제조된 아라미드 스테이플 섬유들을 다수개의 서브-슬라이버들을 제조한 다음, 각 개의 서브-슬라이버들을 합친 다음 연조 공정을 통해 상기 슬라이버에 최소한의 꼬임을 부여하여 강도를 유지시킨 다음, 정방 공정을 통해 상기 슬라이버를 연신과 동시에 꼬아 16 내지 30수 단사 및 합사의 아라미드 방적사를 제조하였다.
비교예 2
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준 5,000㎛ 및 비표면적 5.0mm2/g 보다 큰 것만 선별한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사를 제조하였다.
비교예 3
제조된 파라 아라미드 중합체를 직경 기준으로 선별하지 않은 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 방법으로 아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사를 제조하였다.
[실험예]
상기 실시예 및 비교예에서 파라 아라미드 중합체의 특성 및 파라 아라미드 섬유의 특성을 평가한 결과는 표 1 및 표 2와 같았다.
(1) 섬도 분석
섬도 분석은 Textechno社의 FAVIMAT+ 분석 장비로 평가하였고 Pretension, Gauge length, Test speed의 설정 조건은 매뉴얼 상의 내용에 준하여 측정하였다. p-Aramid Filament의 각 모노필라멘트를 약 50mm로 샘플링 후 측정하여 섬도 및 섬도 변동 계수를 결정하였다(이때, 모노필라멘트의 섬도는 파라-아라미드 스테이플 섬유의 섬도와 동일하다).
(2) 크림프 개수 측정
크림프 개수는 Textechno社의 FAVIMAT+ 분석 장비로 평가하였고 Crimp loading speed, Load for crimped status, Recovering time의 설정 조건은 매뉴얼 상의 내용에 준하여 측정하였다.
(3) 크림프 보우의 곡률 반경 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 파라-아라미드 스테이플 섬유에 대하여 전자 현미경으로 동일 배율 확대 후 3 Point Circle 도구를 활용하여 크림프 보우에 조밀하게 세 점을 찍어 Circle을 형성하고 이때 크림프 보우의 곡선부와 Circle의 일부분은 육안상 완전히 일치 시킨 후 원(Circle)의 면적을 도출하였다. 보다 구체적으로, 상기 원(Circle)의 면적으로부터 곡률 반경을 계산하고, 곡률은 곡률 반경의 역수로 확인하였다.
(4) 스테이플 섬유의 전체 OPU(Oil Pick Up)측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 파라-아라미드 스테이플 섬유의 전체 OPU(Oil Pick Up)는 n-hexane 및 MeOH 용매를 사용하여 추출법으로 측정하였다.
(5) 모노필라멘트, 스테이플 섬유 및 방적사 인장 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 파라-아라미드 모노필라멘트와 스테이플 섬유의 인장 물성은 ASTM D 3822 시험 방법에 준하여 Textechno社의 FAVIMAT+ 분석 장비로 평가하였고 Pretension, Gauge length, Test speed의 설정 조건은 매뉴얼 상의 내용에 준하여 측정하였다. 방적사는 KS K ISO 2062 시험 방법으로 USTER 장비를 활용하여 평가하였고 Gauge length, Test speed의 설정 조건은 매뉴얼 상의 내용에 준하여 측정하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
모노필라멘트의
섬도 변동계수(%)		 5 7 10 13
모노필라멘트의
코드 모듈러스(Chord modulus)(g/d)		 300±100 500±100 700±100 900±100
크림프 개수(ea/in) 6 7 7 9
크림프 보우의
곡률 반경(㎛)		 100 80 60 40
스테이플 OPU(%) 0.40 0.50 0.55 0.35
스테이플 강도(g/d) 23 21 18 16
방적사 강도(g/d) 9.3 9.0 8.5 8.0
비교예1 비교예2 비교예3
모노필라멘트의
섬도 변동계수(%)		 15 15 17
모노필라멘트의
코드 모듈러스(Chord modulus)(g/d)		 >1000 >1000 650±250
크림프 개수(ea/in) 10 10 7
크림프 보우의 곡률 반경(㎛) 30 30 70
스테이플 OPU(%) 0.50 0.55 0.45
스테이플 강도(g/d) 15 15 18
방적사 강도(g/d) 7.4 7.4 7.0
상기 표1 및 표2에서 나타난 바와 같이, 상기 실시예에서 제조된 파라-아라미드 스테이플 섬유는 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 지닌 모노필라멘트로 16 내지 23g/d의 강도를 갖고, 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경을 가진 파라-아라미드 스테이플 섬유로 30kg/hr 이상 속도에서도 카딩이 가능하며, 이와 같이 제조되는 아라미드 방적사 또한 상대적으로 높은 강도를 갖는다는 점이 확인되었다.
이에 반하여, 비교예의 파라-아라미드 스테이플 섬유는 섬도 변동 계수가 15 내지 17%로 높아 섬도가 불균일하고 도2 및 상기 표2에서 확인되는 바와 같이 크림프 보우가 손상되거나 이로부터 계산되는 곡률 반경이 30㎛에 불과하다는 점이 확인되었고, 섬도 변동계수가 높고 곡률 반경이 낮으며 방적사 또한 상대적으로 낮은 강도를 갖는다는 점이 확인되었다.
그리고, 이러한 비교예의 파라-아라미드 스테이플 섬유는 30kg/hr 이상 속도에서 카딩 시 와인더에 섬유 말림 현상, 모우 및 백분 발생 빈도가 높아져 연속적인 카딩 공정상의 문제가 발생하여, 이와 같이 제조되는 아라미드 방적사가 상대적으로 낮은 강도를 갖는다는 점이 확인되었다.

Claims (6)

  1. 5 내지 13%의 섬도 변동계수 및 1000g/d 이하의 코드 모듈러스(Chord modulus)를 갖는 모노필라멘트를 포함하고,
    16 내지 23g/d의 강도 및 40 내지 100㎛의 크림프 보우 곡률 반경을 갖는, 파라-아라미드 스테이플 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파라-아라미드 스테이플 섬유는 0.5 내지 3.0 de의 섬도 및 20 내지 130mm의 섬유장을 갖는, 파라-아라미드 스테이플 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파라-아라미드 스테이플 섬유의 전체 OPU(Oil Pick Up)가 0.45±0.15%인, 파라-아라미드 스테이플 섬유.
  4. 제1항의 파라-아라미드 스테이플 섬유를 30kg/hr 이상 속도로 카딩하는 단계를 포함하는, 아라미드 방적사 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 파라-아라미드 스테이플 섬유를 30kg/hr 이상 속도로 카딩하는 단계는, 카딩기 내부 고정 카딩바의 침포 밀도를 도퍼 상단 200 내지 700 PPSI 및 리커인 상단 10 내지 400 PPSI으로 적용하고, 실린더 속도를 200 내지 500 rpm으로 적용하는, 아라미드 방적사 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 아라미드 방적사는 16 내지 30Ne 단사 및 합사의 방적사 강도가 8.0g/d 이상을 만족하는, 아라미드 방적사 제조 방법.
KR1020200158733A 2019-12-30 2020-11-24 고속 카딩용 파라-아라미드 스테이플 섬유 및 아라미드 방적사 제조 방법 KR20210086467A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023038346A1 (ko) * 2021-09-08 2023-03-16 코오롱인더스트리 주식회사 파라-아라미드 스테이플 섬유, 아라미드 방적사 및 그 제조 방법

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