KR20220094641A - Method for producing para-aramid fibers and para-aramid fibers producted thereform - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing para-aramid fibers, and a para-aramid manufactured thereby. The method for manufacturing para-aramid fibers comprises the steps of: spinning a core dope comprising a sulfonated aramid polymer and a sheath dope comprising a particulate additive in the form of a sheath-core filament; and performing a series of coagulation and washing processes to remove the particulate additive from the spun dope, thereby forming irregularities on the surface of the spun dope. Accordingly, the present invention can provide para-aramid fibers that exhibit improved rubber adhesion while maintaining, at an excellent level, or further improving the intrinsic properties of para-aramid fibers including mechanical properties.

Description

파라-아라미드 섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 파라-아라미드{METHOD FOR PRODUCING PARA-ARAMID FIBERS AND PARA-ARAMID FIBERS PRODUCTED THEREFORM}Para-aramid fiber manufacturing method and para-aramid prepared therefrom

본 발명은 파라-아라미드 섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조되는 파라-아라미드에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing para-aramid fibers and to para-aramid produced therefrom.

아라미드는 일반적으로 85 % 이상의 아미드 결합이 두 개의 방향족 그룹과 직접 연결된 아미드계 합성 고분자로서, 방향족 폴리아미드를 뜻하는 용어로 잘 알려져 있다.Aramid is an amide-based synthetic polymer in which 85% or more of amide bonds are directly linked to two aromatic groups, and is well known as an aromatic polyamide.

아라미드는 분자 사슬의 구조적 특성에 따라서 유연한 굴곡성을 갖는 메타-아라미드와 강직한 막대구조를 갖는 파라-아라미드로 구분된다. 특히 파라-아라미드 섬유 중 하나인 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유는 밀도가 낮으면서도 우수한 기계적 물성, 내열성, 및 난연성을 갖는다. 파라-아라미드 섬유는 고성능이 요구되는 산업분야에서 고무 및 수지와 같은 다양한 모재에 대한 보강재로 주로 적용되고 있다.Aramid is classified into meta-aramid with flexible flexibility and para-aramid with rigid rod structure according to the structural characteristics of molecular chains. In particular, a poly(para-phenylene terephthalamide) fiber, which is one of the para-aramid fibers, has excellent mechanical properties, heat resistance, and flame retardancy while having a low density. Para-aramid fibers are mainly applied as reinforcing materials for various base materials such as rubber and resin in industrial fields requiring high performance.

파라-아라미드 섬유를 보강재로 적용하기 위해서는, 모재와의 상용성을 높이기 위하여 파라-아라미드 섬유에 대한 적절한 전처리가 요구된다. 일 예로, 에폭시, 이소시아네이트 등의 용액으로 전처리된 파라-아라미드 섬유는 고무 보강재로 적용될 수 있다.In order to apply para-aramid fibers as reinforcing materials, appropriate pretreatment for para-aramid fibers is required in order to increase compatibility with the base material. For example, para-aramid fibers pretreated with a solution such as epoxy or isocyanate may be applied as a rubber reinforcing material.

그런데, 파라-아라미드 섬유의 구조적 특성으로 인해 전처리 용액과의 계면 접착력이 떨어지는 문제가 있다. 상기 문제를 해결하기 위하여, 플라즈마 처리를 통해 파라-아라미드 섬유의 표면에 작용기를 도입하거나, 샌드 블라스트 처리를 통해 파라-아라미드 섬유의 표면에 요철을 발생시키는 방법이 시도되었다.However, there is a problem in that the interfacial adhesion with the pretreatment solution decreases due to the structural characteristics of the para-aramid fibers. In order to solve the above problem, a method of introducing a functional group to the surface of the para-aramid fiber through plasma treatment or generating irregularities on the surface of the para-aramid fiber through sand blasting has been attempted.

하지만, 이전에 시도된 방법들은 파라-아라미드 섬유의 강점인 기계적 강도를 저하시키는 문제를 초래하였다. However, previously tried methods have resulted in a problem of lowering the mechanical strength, which is the strength of para-aramid fibers.

본 발명은 파라-아라미드 섬유의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing para-aramid fibers.

본 발명은 또한 상기 제조 방법으로부터 제조된 파라-아라미드 섬유를 제공한다. The present invention also provides a para-aramid fiber prepared from the above manufacturing method.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 파라-아라미드 섬유의 제조 방법과 상기 제조 방법을 통해 제조된 파라-아라미드 섬유 등에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for producing a para-aramid fiber according to a specific embodiment of the present invention and a para-aramid fiber prepared through the manufacturing method will be described.

발명의 일 구현예에 따르면, 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어용 도프를 제조하는 단계; 수용성 고분자 입자 및 금속 염 입자로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 입자상 첨가제와 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 시스용 도프를 제조하는 단계; 상기 코어용 도프 및 시스용 도프를 시스-코어 필라멘트 형태로 방사하는 단계; 상기 방사된 도프를 응고 및 수세하여 상기 방사된 도프의 표면으로부터 상기 입자상 첨가제의 탈락에 의한 표면 요철을 갖는 필라멘트를 얻는 단계; 및 상기 필라멘트를 건조하는 단계를 포함하는 파라-아라미드 섬유의 제조 방법이 제공된다. According to one embodiment of the invention, there is provided a method comprising: preparing a dope for a core comprising an aromatic polyamide polymer in which a functional group including sulfur is bonded to some aromatic nuclei; preparing a dope for a sheath comprising at least one particulate additive selected from the group consisting of water-soluble polymer particles and metal salt particles and an aromatic polyamide polymer; Spinning the dope for the core and the dope for the sheath in the form of a sheath-core filament; coagulating and washing the spun dope to obtain a filament having surface irregularities due to detachment of the particulate additive from the surface of the spun dope; And Para-aramid comprising the step of drying the filament is provided a method for producing an aramid fiber.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어부; 및 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하며, 표면 요철을 갖는 시스부를 포함하는 파라-아라미드 섬유가 제공된다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, a core part comprising an aromatic polyamide polymer in which a functional group containing sulfur is bonded to some aromatic cores; and an aromatic polyamide polymer, and a para-aramid fiber comprising a sheath portion having an uneven surface.

파라-아라미드 섬유는 낮은 밀도를 가지면서도 우수한 기계적 물성, 내열성 및 난연성을 가져 고무 및 수지와 같은 다양한 모재의 보강재로 유용하나, 모재와의 상용성이 좋지 않은 단점이 있다. Para-aramid fiber has excellent mechanical properties, heat resistance and flame retardancy while having a low density, so it is useful as a reinforcing material for various base materials such as rubber and resin, but has a disadvantage in that compatibility with the base material is not good.

본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 지속적으로 연구한 결과, 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어용 도프와 입자상 첨가제와 방향족 폴리아미드 중합체를 포함한 시스용 도프를 시스-코어 필라멘트 형태로 방사한 후 응고 및 수세하는 일련의 공정을 통해 상기 방사된 도프에서 입자상 첨가제를 탈락시켜 표면에 요철을 형성시킴으로써 파라-아라미드 섬유의 기계적 물성 등의 고유 물성을 우수한 수준으로 유지하거나 혹은 더욱 개선하면서도 향상된 고무 접착성을 나타내는 파라-아라미드 섬유를 제공할 수 있음을 실험을 통해 확인하고 본 발명을 완성하였다. As a result of continuous research to solve this problem, the present inventors have produced a core dope containing a sulfonated aromatic polyamide polymer and a sheath dope containing a particulate additive and an aromatic polyamide polymer in the form of a sheath-core filament. After solidification and washing with water, particulate additives are removed from the spun dope to form irregularities on the surface, thereby maintaining or further improving the intrinsic properties such as mechanical properties of para-aramid fibers at an excellent level or improving rubber adhesion It was confirmed through an experiment that it is possible to provide para-aramid fibers showing sex and completed the present invention.

이하, 상기 파라-아라미드 섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조된 파라-아라미드 섬유에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the method for producing the para-aramid fiber and the para-aramid fiber prepared therefrom will be described in detail.

상기 일 구현예에 따른 파라-아라미드 섬유의 제조 방법에서는 우선 코어용 도프 및 시스용 도프를 제조한다. In the method of manufacturing para-aramid fiber according to the embodiment, first dope for core and dope for sheath are prepared.

상기 시스용 도프는 방향족 폴리아미드 중합체 및 입자상 첨가제를 포함한다. The dope for the sheath includes an aromatic polyamide polymer and a particulate additive.

상기 방향족 폴리아미드 중합체는 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시켜 얻어질 수 있다. 또는, 상기 방향족 폴리아미드 중합체로는 적절한 상용품이 사용될 수 있다.The aromatic polyamide polymer may be obtained by polymerizing an aromatic diamine and an aromatic diecide halide. Alternatively, an appropriate commercial product may be used as the aromatic polyamide polymer.

비제한적인 예로, 상기 방향족 디아민으로는 p-페닐렌디아민, 4,4'-옥시디아닐린, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 및 4,4'-디아미노벤즈아닐리드 등으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다.As a non-limiting example, examples of the aromatic diamine include p-phenylenediamine, 4,4'-oxydianiline, 2,6-naphthalenediamine, 1,5-naphthalenediamine and 4,4'-diaminobenzanilide. One or more selected from the group consisting of may be used.

비제한적인 예로, 상기 방향족 디에시드 할라이드로는 테레프탈로일 디클로라이드, [1,1'-비페닐]-4,4'-디카르보닐 디클로라이드, 4,4'-옥시비스(벤조일 클로라이드), 나프탈렌-2,6-디카르보닐 디클로라이드 및 나프탈렌-1,5-디카르보닐 디클로라이드 등으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다. As a non-limiting example, the aromatic diecide halide includes terephthaloyl dichloride, [1,1'-biphenyl]-4,4'-dicarbonyl dichloride, 4,4'-oxybis(benzoyl chloride) , at least one selected from the group consisting of naphthalene-2,6-dicarbonyl dichloride and naphthalene-1,5-dicarbonyl dichloride may be used.

상기 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 중합에는 유기 용매에 무기염을 첨가한 중합 용매가 사용될 수 있다.A polymerization solvent in which an inorganic salt is added to an organic solvent may be used for polymerization of the aromatic diamine and the aromatic diecide halide.

상기 유기 용매로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N'-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N,N,N',N'-테트라메틸 우레아(TMU), N,N-디메틸포름아미드(DMF) 및 디메틸설폭사이드(DMSO) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다.Examples of the organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N,N'-dimethylacetamide (DMAc), hexamethylphosphoamide (HMPA), N,N,N',N'-tetra At least one selected from the group consisting of methyl urea (TMU), N,N-dimethylformamide (DMF), and dimethyl sulfoxide (DMSO) may be used.

상기 무기염은 방향족 폴리아미드의 중합도를 증가시키기 위한 목적으로 첨가될 수 있다. 상기 무기염으로는 할로겐화 알칼리 금속염 또는 할로겐화 알칼리 토금속염이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 무기염은 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. The inorganic salt may be added for the purpose of increasing the degree of polymerization of the aromatic polyamide. As the inorganic salt, a halogenated alkali metal salt or a halogenated alkaline earth metal salt may be used. For example, the inorganic salt may include at least one selected from the group consisting of CaCl 2 , LiCl, NaCl, KCl, LiBr, and KBr.

상기 무기염의 첨가량이 증가할수록 방향족 폴리아미드 중합체의 중합도는 증가한다. 다만, 상기 무기염이 과량으로 첨가될 경우 상기 유기 용매에 용해되지 않은 무기염이 존재하여 중합을 저해할 수 있다. 그러므로 상기 무기염은 상기 중합 용매의 전체 중량에 대해 0.01 내지 10 중량% 내로 첨가되는 것이 바람직하다. As the amount of the inorganic salt added increases, the degree of polymerization of the aromatic polyamide polymer increases. However, when the inorganic salt is added in excess, an inorganic salt not dissolved in the organic solvent may exist to inhibit polymerization. Therefore, the inorganic salt is preferably added within 0.01 to 10% by weight based on the total weight of the polymerization solvent.

상기 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 중합을 위해, 중합 용매에 상기 방향족 디아민을 용해시켜 혼합 용액을 제조할 수 있다. 그리고, 상기 혼합 용액을 교반하면서 상기 혼합 용액에 소정량의 상기 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여 예비 중합을 진행할 수 있다. For polymerization of the aromatic diamine and the aromatic diecide halide, a mixed solution may be prepared by dissolving the aromatic diamine in a polymerization solvent. In addition, a predetermined amount of the aromatic diecide halide may be added to the mixed solution while stirring the mixed solution to perform preliminary polymerization.

상기 방향족 디아민과 상기 방향족 디에시드 할라이드의 중합 반응은 발열과 함께 빠른 속도로 진행된다. 중합 속도가 너무 빠르면 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이에 중합도 차이가 커질 수 있다. 따라서, 상기 예비 중합을 통해 소정 길이의 분자 사슬을 갖는 중합체를 미리 형성하고, 그 후 중합 공정을 수행함으로써, 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이의 중합도 차이를 최소화할 수 있다.The polymerization reaction of the aromatic diamine and the aromatic diecide halide proceeds rapidly with exotherm. If the polymerization rate is too fast, the degree of polymerization difference between the finally obtained polymers may become large. Accordingly, by pre-forming a polymer having a molecular chain of a predetermined length through the preliminary polymerization and then performing a polymerization process, a difference in polymerization degree between finally obtained polymers can be minimized.

상기 예비 중합은 0 ℃ 내지 45 ℃의 온도에서 1 분 내지 30 분 또는 5 분 내지 15 분 정도 교반하여 수행될 수 있다. 그리고, 얻어진 예비 중합체 용액에 상기 방향족 디에시드 할라이드의 잔량을 첨가하고 추가 중합하여 방향족 폴리아미드 중합체를 제조할 수 있다. 상기 추가 중합은 0 ℃ 내지 45 ℃의 온도에서 5 분 내지 1 시간 또는 10 분 내지 40 분 정도 교반하여 수행될 수 있다. The prepolymerization may be performed by stirring at a temperature of 0° C. to 45° C. for 1 minute to 30 minutes or 5 minutes to 15 minutes. Then, the residual amount of the aromatic diecide halide is added to the obtained prepolymer solution and further polymerization is performed to prepare an aromatic polyamide polymer. The additional polymerization may be performed by stirring at a temperature of 0° C. to 45° C. for 5 minutes to 1 hour or 10 minutes to 40 minutes.

상기 방향족 디에시드 할라이드는 상기 방향족 디아민과 1:1의 몰 비로 반응하므로, 상기 방향족 디아민에 대한 상기 방향족 디에시드 할라이드의 몰 비는 약 0.9 내지 1.1 일 수 있다. Since the aromatic diecide halide reacts with the aromatic diamine in a molar ratio of 1:1, the molar ratio of the aromatic diecide halide to the aromatic diamine may be about 0.9 to 1.1.

상기 시스용 도프에 포함되는 방향족 폴리아미드 중합체는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드), 폴리(4,4'-벤즈아닐리드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카르보닐 아미드), 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카르보닐 아미드) 또는 이들의 공중합체일 수 있다. 일 예로, 상기 시스용 도프에 포함되는 방향족 폴리아미드 중합체는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드)일 수 있다. The aromatic polyamide polymer included in the dope for cis is poly(para-phenylene terephthalamide), poly(4,4'-benzanilide terephthalamide), poly(paraphenylene-4,4'-biphenylene- dicarbonyl amide), poly(paraphenylene-2,6-naphthalenedicarbonyl amide), or a copolymer thereof. For example, the aromatic polyamide polymer included in the dope for sheath may be poly(para-phenylene terephthalamide).

상기 시스용 도프에 포함되는 상기 입자상 첨가제는 수용성 고분자 입자 및 금속 염 입자로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 입자이다.The particulate additive included in the dope for the sheath is at least one particle selected from the group consisting of water-soluble polymer particles and metal salt particles.

구체적으로, 상기 수용성 고분자 입자는 폴리비닐알코올 수지 입자일 수 있다.Specifically, the water-soluble polymer particles may be polyvinyl alcohol resin particles.

그리고, 상기 금속 염 입자는 황산 철(Fe2(SO4)3) 입자 및 황산 알루미늄(Al2(SO4)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 입자일 수 있다.In addition, the metal salt particles may be one or more particles selected from the group consisting of iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) particles and aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ).

상기 입자상 첨가제는 0.01 내지 1 ㎛의 평균 입경을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 입자상 첨가제는 0.01 내지 1 ㎛ 혹은 0.1 내지 1 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.The particulate additive preferably has an average particle diameter of 0.01 to 1 μm. Specifically, the particulate additive may have an average particle diameter of 0.01 to 1 μm or 0.1 to 1 μm.

상기 입자상 첨가제의 입경이 너무 크면 응고 및 수세 공정에서 상기 입자상 첨가제의 탈락에 의한 표면 요철이 깊이가 깊어져 필라멘트의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 다만, 상기 입자상 첨가제의 입경이 너무 작으면 응고 및 수세 공정에서 상기 입자상 첨가제의 탈락이 어려워 목표로 하는 표면 요철이 형성되지 않을 수 있다.If the particle diameter of the particulate additive is too large, the surface unevenness due to the drop-off of the particulate additive in the coagulation and water washing process may deepen, thereby reducing mechanical properties of the filament. However, if the particle diameter of the particulate additive is too small, it is difficult to remove the particulate additive in the coagulation and water washing process, so that the target surface unevenness may not be formed.

상기 시스용 도프는 용매에 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 용해시킨 후 상기 입자상 첨가제를 혼합하여 제조될 수 있다.The dope for the sheath may be prepared by dissolving the aromatic polyamide polymer in a solvent and then mixing the particulate additive.

상기 시스용 도프의 용매로는 97 내지 100 중량%의 황산이 사용될 수 있다. 또는, 상기 용매로 황산 대신 클로로 황산 또는 플루오로 황산 등이 사용될 수 있다.As a solvent of the dope for the sheath, 97 to 100% by weight of sulfuric acid may be used. Alternatively, chlorosulfuric acid or fluorosulfuric acid may be used instead of sulfuric acid as the solvent.

방사 도프 내의 방향족 폴리아미드 중합체의 농도가 증가할수록 방사 도프의 점도 역시 증가하지만 임계 농도를 넘어서면 방사 도프의 점도가 급격히 감소하게 된다. 이때 방사 도프는 고체상을 형성하지 않으면서 광학적 등방성에서 광학적 이방성으로 변화한다. 이방성 방사 도프는 구조적, 기능적 특성으로 인해 별도의 연신 공정 없이도 고강도의 파라-아라미드 섬유를 제조할 수 있다. 따라서, 상기 시스용 도프 내의 방향족 폴리아미드 중합체의 농도는 임계 농도를 초과하는 것이 바람직하지만, 그 농도가 지나치게 높을 경우 시스용 도프의 점도가 지나치게 낮아질 수 있다. 이에 상기 시스용 도프는 시스용 도프 전체 중량에 대하여 10 내지 25 중량%의 함량으로 방향족 폴리아미드 중합체를 포함할 수 있다. As the concentration of the aromatic polyamide polymer in the spinning dope increases, the viscosity of the spinning dope also increases, but beyond the critical concentration, the viscosity of the spinning dope rapidly decreases. At this time, the radiation dope changes from optically isotropic to optically anisotropic without forming a solid phase. Due to the structural and functional properties of the anisotropic spun dope, high-strength para-aramid fibers can be prepared without a separate stretching process. Accordingly, the concentration of the aromatic polyamide polymer in the dope for the sheath preferably exceeds the critical concentration, but if the concentration is too high, the viscosity of the dope for the sheath may become too low. Accordingly, the dope for the sheath may include the aromatic polyamide polymer in an amount of 10 to 25% by weight based on the total weight of the dope for the sheath.

상기 입자상 첨가제는 입자상 첨가제에 의한 표면 요철의 형성 효과가 발현될 수 있도록 상기 방향족 폴리아미드 중합체의 중량에 대하여 0.01 중량% 이상의 함량으로 상기 시스용 도프에 포함되는 것이 바람직하다.The particulate additive is preferably included in the dope for the sheath in an amount of 0.01 wt % or more based on the weight of the aromatic polyamide polymer so that the effect of forming surface irregularities by the particulate additive can be expressed.

다만, 상기 입자상 첨가제가 과량으로 포함될 경우 상기 도프의 방사성을 저해하고 필라멘트의 기계적 물성이 저하할 수 있다. 그러므로, 상기 입자상 첨가제는 상기 방향족 폴리아미드 중합체의 중량에 대하여 5.0 중량% 이하의 함량으로 상기 도프에 포함되는 것이 바람직하다.However, when the particulate additive is included in an excessive amount, the spinnability of the dope may be inhibited and mechanical properties of the filament may be deteriorated. Therefore, the particulate additive is preferably included in the dope in an amount of 5.0 wt% or less based on the weight of the aromatic polyamide polymer.

구체적으로, 상기 입자상 첨가제는 상기 방향족 폴리아미드 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량%, 혹은 0.1 내지 3.0 중량%, 혹은 0.1 내지 2.0 중량%, 혹은 0.1 내지 1.5 중량%, 혹은 0.5 내지 1.0 중량%의 함량으로 상기 시스용 도프에 포함될 수 있다.Specifically, the particulate additive is present in an amount of 0.01 to 5.0% by weight, or 0.1 to 3.0% by weight, or 0.1 to 2.0% by weight, or 0.1 to 1.5% by weight, or 0.5 to 1.0% by weight based on the weight of the aromatic polyamide polymer. It may be included in the dope for the sheath as a content.

한편, 상기 코어용 도프에 포함되는 방향족 폴리아미드 중합체의 일부 방향족 핵에는 황을 포함하는 관능기가 결합되어 있다. 이로써, 상기 일 구현예의 파라-아라미드 섬유의 제조 방법에 따라 제조된 파라-아라미드 섬유는 기계적 물성이 강화된 코어부를 포함함에 따라 향상된 고무 접착성과 동시에 우수한 기계적 물성을 나타낼 수 있다. On the other hand, a functional group containing sulfur is bonded to some aromatic nuclei of the aromatic polyamide polymer included in the dope for the core. Accordingly, the para-aramid fiber prepared according to the method of manufacturing the para-aramid fiber of the embodiment may exhibit improved rubber adhesion and excellent mechanical properties at the same time by including the core part having reinforced mechanical properties.

상기 코어용 도프에 포함되는 방향족 폴리아미드 중합체의 방향족 핵에는 설폰화 반응을 통해 황을 포함하는 관능기가 결합될 수 있다. A functional group including sulfur may be bonded to the aromatic nucleus of the aromatic polyamide polymer included in the dope for the core through a sulfonation reaction.

이에 따라, 상기 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체는 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체라 호칭될 수 있으며, 상기 황을 포함하는 관능기는 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체가 속한 환경에 따라 설폰산기 또는 설포네이트기일 수 있다. Accordingly, the aromatic polyamide polymer in which a functional group containing sulfur is bonded to the partial aromatic nucleus may be referred to as a sulfonated aromatic polyamide polymer, and the functional group containing sulfur belongs to which the sulfonated aromatic polyamide polymer belongs. Depending on the environment, it may be a sulfonic acid group or a sulfonate group.

상기 코어용 도프에 포함되는 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체는 상기 시스용 도프에 포함될 수 있다고 기재된 방향족 폴리아미드 중합체를 설폰화 반응시켜 얻어지는 것일 수 있다. The sulfonated aromatic polyamide polymer contained in the dope for the core may be obtained by sulfonating the aromatic polyamide polymer described as being capable of being contained in the dope for the sheath.

또한, 상기 시스용 도프에 포함되는 방향족 폴리아미드 중합체도 설폰화 반응을 시켜 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함할 수 있다. In addition, the aromatic polyamide polymer included in the dope for sheath may also include a sulfonated aromatic polyamide polymer through a sulfonation reaction.

상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서는 별도의 공정을 통해 방향족 폴리아미드 중합체를 설폰화시킨 후 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체를 방사 용매에 용해시켜 코어용 도프를 제조할 수도 있지만, 공정의 간소화를 위해 방사 용매로 황산을 채용하여 코어용 도프를 제조하는 공정에서 방향족 폴리아미드 중합체를 설폰화시킬 수 있다. In the step of preparing the dope for the core, the dope for the core may be prepared by sulfonating the aromatic polyamide polymer through a separate process and then dissolving the sulfonated aromatic polyamide polymer in a spinning solvent. The aromatic polyamide polymer may be sulfonated in the process of preparing a dope for a core by employing sulfuric acid as a spinning solvent.

구체적으로, 황산에 방향족 폴리아미드 중합체를 용해시킨 후 혹은 용해시키면서 황산과 방향족 폴리아미드 중합체의 설폰화 반응을 유도하여 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 형성할 수 있다. 이로써, 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어용 도프를 제조할 수 있다. Specifically, after dissolving or dissolving the aromatic polyamide polymer in sulfuric acid, a sulfonation reaction between sulfuric acid and the aromatic polyamide polymer is induced to form an aromatic polyamide polymer in which a functional group containing sulfur is bonded to some aromatic nuclei. . Thereby, a dope for a core comprising a sulfonated aromatic polyamide polymer can be prepared.

상기 방향족 폴리아미드 중합체는 동결법에 의해 황산에 용해될 수 있다. 일 예로, 황산을 이의 응고점 미만으로 냉각시킨 후 방향족 폴리아미드 중합체와 배합하여 고체 혼합물은 얻은 후 상기 고체 혼합물을 용융하여 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 황산에 용해시킬 수 있다. The aromatic polyamide polymer may be dissolved in sulfuric acid by a freezing method. For example, after cooling sulfuric acid below its freezing point and blending with the aromatic polyamide polymer to obtain a solid mixture, the solid mixture may be melted to dissolve the aromatic polyamide polymer in sulfuric acid.

상기 황산과 방향족 폴리아미드 중합체는 상기 코어용 도프가 코어용 도프 전체 중량에 대하여 10 내지 25 중량%의 함량으로 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함할 수 있도록 혼합될 수 있다. The sulfuric acid and the aromatic polyamide polymer may be mixed so that the dope for the core may include the sulfonated aromatic polyamide polymer in an amount of 10 to 25% by weight based on the total weight of the dope for the core.

상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서 사용되는 황산의 농도는 90 내지 104.5 중량%일 수 있다. 그러나, 낮은 농도의 황산을 사용하는 경우 설폰화 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 또한, 고농도의 황산을 사용하는 경우 고농도 황산에 장시간 노출된 방향족 폴리아미드 중합체의 제반 물성이 손상될 우려가 있다. 일 예로, 100.5 내지 102.5 중량%의 고농도 황산을 사용하는 경우 70 내지 80 ℃에서 약 1 내지 3 시간 정도 처리하여 방향족 폴리아미드 중합체의 설폰화 반응을 유도할 수 있지만, 고농도 황산에 방향족 폴리아미드 중합체가 장시간 노출되어 제조된 파라-아라미드 섬유의 고유 점도 및 인장 강도 등의 물성이 저하될 수 있다. The concentration of sulfuric acid used in the step of preparing the dope for the core may be 90 to 104.5 wt%. However, when a low concentration of sulfuric acid is used, the sulfonation reaction may not sufficiently occur. In addition, when a high concentration of sulfuric acid is used, there is a risk that all physical properties of the aromatic polyamide polymer exposed to the high concentration of sulfuric acid for a long time may be damaged. For example, when 100.5 to 102.5 wt% of high concentration sulfuric acid is used, the sulfonation reaction of the aromatic polyamide polymer can be induced by treatment at 70 to 80° C. for about 1 to 3 hours, but the aromatic polyamide polymer in high concentration sulfuric acid Physical properties such as intrinsic viscosity and tensile strength of the para-aramid fibers prepared by exposure for a long time may be reduced.

이에, 상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서는 낮은 농도의 황산에 방향족 폴리아미드 중합체를 첨가한 후 용융 시에 황산의 농도를 높여 설폰화 반응을 유도할 수 있다. Accordingly, in the step of preparing the dope for the core, a sulfonation reaction may be induced by adding the aromatic polyamide polymer to a low concentration of sulfuric acid and then increasing the concentration of sulfuric acid during melting.

일 예로, 상기 낮은 농도의 황산으로 90 내지 99.7 중량%, 95 내지 98 중량% 또는 95 내지 97 중량%의 황산을 사용하고, 용융 시에 황산의 농도를 99.8 내지 104.5 중량%, 100 내지 104 중량%, 100.5 내지 103 중량%, 100.5 내지 102.5 중량%, 99.8 내지 103 중량%, 99.8 내지 102 중량%, 99.8 내지 101 중량% 또는 99.8 내지 100.7 중량%로 높일 수 있다. For example, 90 to 99.7 wt%, 95 to 98 wt% or 95 to 97 wt% of sulfuric acid is used as the low concentration of sulfuric acid, and the concentration of sulfuric acid at the time of melting is 99.8 to 104.5 wt%, 100 to 104 wt% , 100.5 to 103 wt%, 100.5 to 102.5 wt%, 99.8 to 103 wt%, 99.8 to 102 wt%, 99.8 to 101 wt%, or 99.8 to 100.7 wt%.

상기 황산의 농도는 용융 공정에서 고농도의 황산을 추가하여 높일 수 있다. 상기 고농도의 황산은, 예를 들면, 발연 황산(oleum)으로 99.8 내지 104.5 중량%의 황산일 수 있다. The concentration of the sulfuric acid may be increased by adding a high concentration of sulfuric acid in the melting process. The high concentration of sulfuric acid may be, for example, 99.8 to 104.5 wt% of sulfuric acid as oleum.

상기 황산과 방향족 폴리아미드 중합체의 용융 온도는 사용된 황산의 농도 및 설폰화 반응 진행 정도 등에 따라 70 내지 95 ℃ 내에서 조절될 수 있다. The melting temperature of the sulfuric acid and the aromatic polyamide polymer may be controlled within 70 to 95° C. depending on the concentration of sulfuric acid used and the degree of the sulfonation reaction.

일 예로, 상기 낮은 농도의 황산을 사용하고 용융 공정에서 황산의 농도를 높이는 방법의 경우 용융 온도는 70 내지 95 ℃, 75 내지 95 ℃, 80 내지 95 ℃, 85 내지 95 ℃ 또는 85 내지 90 ℃로 조절될 수 있다. 상기 낮은 농도의 황산을 사용하고 용융 공정에서 황산의 농도를 높이는 방법의 경우 용융 공정이 고온에서 수행되더라도 방향족 폴리아미드 중합체가 고농도의 황산에 노출되는 시간이 적어 고유 물성이 저하될 우려가 적다. 이에 따라, 용융 온도를 상술한 범위와 같이 고온으로 제어하여 충분한 설폰화 반응을 유도할 수 있다. For example, in the case of using the low concentration of sulfuric acid and increasing the concentration of sulfuric acid in the melting process, the melting temperature is 70 to 95 ℃, 75 to 95 ℃, 80 to 95 ℃, 85 to 95 ℃ or 85 to 90 ℃. can be adjusted. In the case of the method of using the low concentration of sulfuric acid and increasing the concentration of sulfuric acid in the melting process, even if the melting process is performed at a high temperature, the exposure time of the aromatic polyamide polymer to the high concentration of sulfuric acid is small, so there is little risk of deterioration in intrinsic properties. Accordingly, a sufficient sulfonation reaction can be induced by controlling the melting temperature to a high temperature as in the above-described range.

상기 황산과 방향족 폴리아미드 중합체의 용융 시간은 사용된 황산의 농도 및 설폰화 반응 진행 정도 등에 따라 0.1 내지 50 시간 내에서 조절될 수 있다.The melting time of the sulfuric acid and the aromatic polyamide polymer may be adjusted within 0.1 to 50 hours, depending on the concentration of sulfuric acid used and the degree of progress of the sulfonation reaction.

일 예로, 상기 낮은 농도의 황산을 사용하고 용융 공정에서 황산의 농도를 높이는 방법의 경우 용융 시간은 0.1 내지 5 시간, 0.1 내지 4 시간, 0.1 내지 3 시간, 0.1 내지 2 시간 또는 0.5 내지 2 시간으로 조절될 수 있다. For example, in the case of using the low concentration of sulfuric acid and increasing the concentration of sulfuric acid in the melting process, the melting time is 0.1 to 5 hours, 0.1 to 4 hours, 0.1 to 3 hours, 0.1 to 2 hours, or 0.5 to 2 hours. can be adjusted.

특히, 상기 고농도의 황산은 용융 공정의 후기(연속식 공정의 경우 용융 구역의 말단)에 첨가되어 상기 방향족 폴리아미드 중합체가 고농도 황산에 노출되는 시간은 0.05 내지 2 시간, 0.05 내지 1.5 시간, 0.05 내지 1 시간 또는 0.05 내지 0.5 시간으로 조절될 수 있다. In particular, the high concentration of sulfuric acid is added at a later stage of the melting process (at the end of the melting zone in the case of a continuous process) so that the exposure time of the aromatic polyamide polymer to the high concentration of sulfuric acid is from 0.05 to 2 hours, from 0.05 to 1.5 hours, from 0.05 to It may be adjusted to 1 hour or 0.05 to 0.5 hours.

상기 코어용 도프를 제조하는 단계를 통해 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체는 전체 중합체 중량에 대하여 0.05 내지 0.20 중량%, 0.07 내지 0.18 중량% 또는 0.09 내지 0.16 중량%의 황을 포함할 수 있다. The aromatic polyamide polymer sulfonated through the step of preparing the dope for the core may contain sulfur in an amount of 0.05 to 0.20 wt%, 0.07 to 0.18 wt%, or 0.09 to 0.16 wt% based on the total weight of the polymer.

이어서, 상기 코어용 도프 및 시스용 도프를 시스-코어 방사법(sheath-core spinning method)을 통해 시스-코어 필라멘트 형태로 방사하는 단계; 및 상기 방사된 도프를 응고 및 수세하여 상기 방사된 도프의 표면으로부터 상기 입자상 첨가제의 탈락에 의한 표면 요철을 갖는 필라멘트를 얻는 단계가 수행된다.Then, spinning the dope for the core and the dope for the sheath in the form of a sheath-core filament through a sheath-core spinning method; and coagulating and washing the spun dope to obtain a filament having surface irregularities due to detachment of the particulate additive from the surface of the spun dope.

상기 시스-코어 방사법은 상기 도프를 사용하는 것을 제외하고 통상적인 구성의 방사 장치를 이용하여 통상적인 조건 하에서 수행될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 시스-코어 방사법은 상기 코어용 도프 및 시스용 도프를 사용하여 코어부가 노출되지 않은 시스-코어 필라멘트 형태로 방사하고, 이를 응고하여 필라멘트를 얻을 수 있다.The sheath-core spinning method may be performed under conventional conditions using a spinning apparatus having a conventional configuration except for using the dope. As a non-limiting example, the sheath-core spinning method may use the dope for the core and the dope for the sheath to be spun in the form of a sheath-core filament in which the core portion is not exposed, and solidified to obtain a filament.

상기 방사하는 단계는 기격 습식 방사를 통해 상기 코어용 도프 및 시스용 도프를 시스-코어 필라멘트 형태로 방사할 수 있다. In the spinning step, the dope for the core and the dope for the sheath may be spun in the form of a sheath-core filament through grit wet spinning.

상기 기격 습식 방사(air-gap wet spinning)는 방사 구금과 응고욕 표면 사이에 기격(air-gap)을 두는 방식이다. 이러한 기격 습식 방사 방식에 따라, 상기 코어용 도프 및 시스용 도프는 방사 구금을 통해 에어 갭을 거쳐 응고액이 담긴 응고조로 방사될 수 있다. 상기 에어 갭은 주로 공기층이나 불활성 기체층일 수 있다. The air-gap wet spinning involves placing an air-gap between the spinneret and the coagulation bath surface. According to such a wet spinning method, the dope for the core and the dope for the sheath may be spun into the coagulation tank containing the coagulating liquid through the air gap through the spinneret. The air gap may be mainly an air layer or an inert gas layer.

상기 방사 구금은 0.1 mm 이하의 직경을 갖는 다수의 모세관을 구비할 수 있다. 방사 구금에 형성된 모세관의 직경이 0.1 mm를 초과할 경우에는 생성되는 필라멘트의 분자 배향성이 나빠짐으로써 결과적으로 필라멘트의 강도가 낮아질 수 있다. The spinneret may have a plurality of capillaries having a diameter of 0.1 mm or less. When the diameter of the capillary formed in the spinneret exceeds 0.1 mm, the molecular orientation of the produced filament is deteriorated, and as a result, the strength of the filament may be lowered.

상기 방사하는 단계를 통해, 코어부에는 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체 및 황산이 분포하고, 시스부에는 방향족 폴리아미드 중합체인 매트릭스 상에 상기 입자상 첨가제 및 황산이 분포한 미응고 필라멘트가 얻어진다.Through the spinning step, an unsolidified filament in which the particulate additive and sulfuric acid are distributed on a matrix in which the sulfonated aromatic polyamide polymer and sulfuric acid are distributed in the core part and the aromatic polyamide polymer in the sheath part is obtained.

상기 파라-아라미드 섬유는 코어부에 대한 시스부의 면적비(시스부/코어부의 면적비)가 0.4/1 내지 1.2/1로 조절되어 코어부가 노출되지 않으며 안정적인 시스-코어 필라멘트를 형성할 수 있다. In the para-aramid fiber, the area ratio of the sheath portion to the core portion (area ratio of the sheath portion/core portion) is adjusted to 0.4/1 to 1.2/1, so that the core portion is not exposed and a stable sheath-core filament may be formed.

상기 방사하는 단계에서 방사된 도프는 에어 갭을 거쳐 응고액이 담긴 응고조 및 상기 응고조 하부의 응고 튜브를 차례로 통과하며 응고될 수 있다. The dope spun in the spinning step may be coagulated by passing through the air gap and sequentially passing through the coagulation tank containing the coagulation solution and the coagulation tube under the coagulation tank.

상기 응고조는 상기 방사 구금의 하부에 위치하며 그 내부에 응고액이 저장되어 있고, 상기 응고조의 하부에는 응고 튜브가 형성되어 있다. 따라서, 상기 방사 구금의 모세관을 통과한 코어용 도프 및 시스용 도프는 하강하면서 에어 갭, 응고조 및 응고 튜브를 거치면서 응고되어 시스-코어 필라멘트를 형성하며, 이 필라멘트는 상기 응고 튜브를 통과하면서 배출된다. The coagulation tank is located in the lower portion of the spinneret, the coagulation liquid is stored therein, and a coagulation tube is formed in the lower portion of the coagulation tank. Accordingly, the core dope and the sheath dope passing through the capillary tube of the spinneret are solidified while passing through the air gap, the coagulation bath and the coagulation tube to form a sheath-core filament, which is passed through the coagulation tube while being solidified. is emitted

상기 응고액은 물; 메탄올, 에탄올 또는 프로판올 등의 1가 알코올(monol); 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜 등의 2가 알코올(diol); 글리세롤 등의 3가 알코올(triol); 또는 이들의 혼합물에 황산이 첨가된 황산 용액일 수 있다. 방사 구금을 통과한 도프는 상기 응고액을 통과하는 과정에서 그 내부의 황산이 제거되면서 필라멘트를 형성한다. 이때 황산이 필라멘트 표면으로부터 급격히 제거되면 그 내부에 함유된 황산이 미쳐 빠져나가기 전에 필라멘트 표면이 응고되어 필라멘트의 균일도가 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 응고액에는 5 내지 15 중량%의 황산이 포함되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 응고액의 온도는 1 내지 10 ℃인 것이 바람직하다. 상기 응고액의 온도가 너무 낮을 경우 필라멘트로부터 황산이 빠져나가는 것이 어려울 수 있다. 상기 응고액의 온도가 너무 높을 경우 필라멘트에서 황산이 급격히 빠져나가 필라멘트의 균일도가 저하할 수 있다. The coagulation solution is water; monohydric alcohols such as methanol, ethanol or propanol; dihydric alcohols such as ethylene glycol or propylene glycol; triols such as glycerol; Or it may be a sulfuric acid solution in which sulfuric acid is added to a mixture thereof. The dope passing through the spinneret forms filaments while the sulfuric acid therein is removed while passing through the coagulating solution. At this time, if the sulfuric acid is rapidly removed from the filament surface, the filament surface may be solidified before the sulfuric acid contained therein goes crazy, and the uniformity of the filament may be deteriorated. Accordingly, the coagulating solution preferably contains 5 to 15% by weight of sulfuric acid. And, the temperature of the coagulating solution is preferably 1 to 10 ℃. If the temperature of the coagulating solution is too low, it may be difficult for the sulfuric acid to escape from the filament. If the temperature of the coagulating solution is too high, sulfuric acid may be rapidly escaped from the filament, thereby reducing the uniformity of the filament.

상기 응고 튜브는 상기 응고조와 연결되어 있으며, 상기 응고 튜브에는 다수의 분사구가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 분사구는 소정의 분사 장치(jet device)와 연결되어 있어, 상기 분사 장치에서 분사된 응고액은 상기 분사구를 통해 상기 응고 튜브를 통과하는 필라멘트에 분사되게 된다. 상기 다수의 분사구는 응고액이 필라멘트에 대하여 대칭으로 분사될 수 있도록 정렬되는 것이 바람직하다. 응고액의 분사 각도는 필라멘트의 축방향에 대하여 0 내지 85°가 바람직하며, 특히 상업적 생산 공정에 있어서는 20 내지 40°의 분사 각도가 적당하다. The coagulation tube is connected to the coagulation tank, and a plurality of injection holes may be formed in the coagulation tube. In this case, the injection hole is connected to a predetermined jet device (jet device), the coagulation liquid injected from the injection device is injected into the filament passing through the coagulation tube through the injection hole. The plurality of injection holes are preferably arranged so that the coagulating liquid can be symmetrically injected with respect to the filament. The injection angle of the coagulating liquid is preferably 0 to 85° with respect to the axial direction of the filament, and in particular, an injection angle of 20 to 40° is suitable in a commercial production process.

상기 응고 공정에서 상기 필라멘트의 시스부에 존재하는 상기 입자상 첨가제 중 적어도 일부가 상기 필라멘트의 표면으로부터 탈락될 수 있다.In the coagulation process, at least a portion of the particulate additive present in the sheath portion of the filament may be removed from the surface of the filament.

상기 응고 후에 수세가 진행된다. 상기 수세는 응고된 필라멘트에 잔존하는 황산과 상기 필라멘트의 표면에 존재하는 상기 입자상 첨가제의 적어도 일부를 탈락시키기 위한 공정이다. 상기 수세 공정은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합 용액을 상기 응고된 필라멘트에 분사하는 방법으로 수행될 수 있다.After the solidification, water washing is performed. The washing with water is a process for removing at least a portion of the sulfuric acid remaining in the solidified filament and the particulate additive present on the surface of the filament. The water washing process may be performed by spraying water or a mixed solution of water and an alkali solution onto the coagulated filament.

상기 수세 공정은 다단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 응고된 필라멘트를 0.1 내지 1.5 중량%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)으로 1 차 수세하고, 이어서 더 묽은 가성 수용액으로 2 차 수세할 수 있다.The water washing process may be performed in multiple steps. For example, the coagulated filament may be first washed with 0.1 to 1.5% by weight of an aqueous caustic solution, followed by secondary washing with a thinner aqueous caustic solution.

상기 응고 및 수세 공정을 거치면서 상기 필라멘트의 시스부에 존재하는 상기 입자상 첨가제 중 적어도 일부가 상기 필라멘트의 표면으로부터 탈락한다. 그리고, 상기 탈락에 의해 상기 파라-아라미드 섬유를 구성하는 모노필라멘트는 설폰화된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸며 표면에 요철이 형성된 시스부를 포함하게 된다. At least a portion of the particulate additive present in the sheath portion of the filament is removed from the surface of the filament during the coagulation and washing process. In addition, the monofilament constituting the para-aramid fiber by the drop-off includes a core part including a sulfonated aromatic polyamide polymer and a sheath part surrounding the core part and having irregularities on the surface.

일 예로, 상기 시스부의 표면 조도는 0.1 ㎛ 내지 1.0 ㎛로 조절되어 파라-아라미드 섬유의 고유 제반 물성을 나타내면서도 우수한 고무 접착성을 나타낼 수 있다. For example, the surface roughness of the sheath portion may be adjusted to 0.1 μm to 1.0 μm to exhibit excellent rubber adhesion while exhibiting various intrinsic physical properties of para-aramid fibers.

상기 표면 조도는 AFM (Atomic Force Microscopy)를 이용하여 측정되었다. 구체적으로, V자 홈을 구비한 기판의 V자 홈 내에 파라-아라미드 섬유를 움직이지 않게 잘 고정한 다음, 영국 Digital Instruments 社의 Nanoscope III a Multimode를 사용하여 표면 조도를 측정하였다. The surface roughness was measured using Atomic Force Microscopy (AFM). Specifically, the para-aramid fiber was fixed well in the V-groove of the substrate having the V-groove, and then the surface roughness was measured using a Nanoscope III a Multimode manufactured by Digital Instruments, UK.

상기 응고 및 수세 공정에 이어, 상기 필라멘트에 잔류하는 수분 함량을 조절하기 위한 건조 공정이 수행된다.Following the coagulation and washing process, a drying process for controlling the moisture content remaining in the filament is performed.

상기 건조 공정은 가열된 건조 롤에 상기 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤의 온도를 조절하는 방법으로 수행될 수 있다.The drying process may be performed by controlling the time the filament is in contact with the heated drying roll or by controlling the temperature of the drying roll.

상기 일 구현예에 따른 파라-아라미드 섬유의 제조 방법은 상기 건조하는 단계 이후에 건조된 필라멘트를 열처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. Para-aramid fiber manufacturing method according to the embodiment may further include the step of heat-treating the dried filament after the drying step.

상기 열처리 공정은 약 250 내지 500 ℃에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 열처리 공정에서는 소정의 장력을 가하여 건조된 필라멘트를 열연신할 수 있다. 일 예로, 상기 열처리 공정에서는 필라멘트에 약 2000 내지 4000 cN의 장력을 가하여 필라멘트를 열연신할 수 있다. 이러한 열연신을 통해 파라-아라미드 섬유의 기계적 물성을 더욱 향상시킬 수 있다. The heat treatment process may be performed at about 250 to 500 °C. In addition, in the heat treatment process, the dried filament may be hot drawn by applying a predetermined tension. For example, in the heat treatment process, the filament may be hot-drawn by applying a tension of about 2000 to 4000 cN to the filament. Through such hot stretching, the mechanical properties of the para-aramid fibers can be further improved.

최종적으로 얻어지는 상기 파라-아라미드 섬유를 구성하는 모노필라멘트는 1.0 내지 2.5 de (denier)의 섬도를 가질 수 있다.The monofilament constituting the finally obtained para-aramid fiber may have a fineness of 1.0 to 2.5 de (denier).

그리고, 상기 다른 일 구현 예에 따른 상기 파라-아라미드 섬유는 복수의 상기 모노필라멘트를 포함하고, 600 내지 10,000 de의 총 섬도를 가질 수 있다.And, the para-aramid fiber according to another embodiment may include a plurality of the monofilaments, and may have a total fineness of 600 to 10,000 de.

상술한 방법으로 제조된 상기 파라-아라미드 섬유는 우수한 인장강도를 가지면서 상기 표면 요철을 통해 각종 전처리 용액 혹은 모재에 대한 우수한 접착 성능을 나타낼 수 있다.The para-aramid fiber prepared by the above-described method may exhibit excellent adhesion performance to various pretreatment solutions or base materials through the surface unevenness while having excellent tensile strength.

발명의 일 구현예에 따른 파라-아라미드 섬유의 제조 방법은 설폰화된 아라미드 중합체를 포함하는 코어용 도프와 입자상 첨가제를 포함한 시스용 도프를 시스-코어 필라멘트 형태로 방사한 후 응고 및 수세하는 일련의 공정을 통해 상기 방사된 도프에서 입자상 첨가제를 탈락시켜 표면에 요철을 형성시킴으로써 파라-아라미드 섬유의 기계적 물성 등의 고유 물성을 우수한 수준으로 유지하거나 혹은 더욱 개선하면서도 향상된 고무 접착성을 나타내는 파라-아라미드 섬유를 제공할 수 있다. A method for producing para-aramid fibers according to an embodiment of the present invention is a series of coagulation and washing after spinning a dope for a core containing a sulfonated aramid polymer and a dope for a sheath containing a particulate additive in the form of a sheath-core filament. Para-aramid fibers exhibiting improved rubber adhesion while maintaining or further improving intrinsic properties such as mechanical properties of para-aramid fibers at an excellent level by removing particulate additives from the spun dope through the process to form irregularities on the surface can provide

이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the action and effect of the invention will be described in more detail through specific examples of the invention. However, this is presented as an example of the invention and the scope of the invention is not limited in any way by this.

합성예 1: 방향족 폴리아미드 중합체의 제조Synthesis Example 1: Preparation of aromatic polyamide polymer

N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 CaCl2을 첨가하여 중합 용매를 제조하였다. 상기 중합 용매에 p-페닐렌디아민(PPD)을 용해시켜 혼합 용액을 준비하였다.A polymerization solvent was prepared by adding CaCl 2 to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). A mixed solution was prepared by dissolving p-phenylenediamine (PPD) in the polymerization solvent.

상기 혼합 용액을 교반하면서, 상기 혼합 용액에 PPD와 동일한 몰의 테레프탈로일 클로라이드(TPC)를 두 번에 나누어 첨가하여, 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드)(PPTA)를 제조하였다.While stirring the mixed solution, terephthaloyl chloride (TPC) of the same mole as PPD was added to the mixed solution in two portions to prepare poly(para-phenylene terephthalamide) (PPTA).

상기 PPTA를 포함한 용액에 물과 NaOH를 첨가하여 산을 중화시켰다. 이어서 PPTA를 분쇄한 후 물을 사용하여 PPTA에 함유된 중합 용매를 추출하고, 탈수 및 건조하여 최종적으로 PPTA를 얻었다.The acid was neutralized by adding water and NaOH to the solution containing PPTA. Then, after pulverizing the PPTA, the polymerization solvent contained in the PPTA was extracted using water, dehydrated and dried to finally obtain PPTA.

실시예 1: 파라-아라미드 섬유의 제조Example 1: Preparation of para-aramid fibers

99 중량%의 황산을 이의 응고점 미만으로 냉각시키고, 냉각된 황산과 상기 합성예 1에서 얻은 PPTA를 80:20의 중량비로 배합하여 고체 혼합물을 제조한 후, 이를 용융 혼련이 가능한 니더-믹서에 투입하였다. After cooling 99% by weight of sulfuric acid below its freezing point, and mixing the cooled sulfuric acid and PPTA obtained in Synthesis Example 1 in a weight ratio of 80:20 to prepare a solid mixture, it is put into a kneader-mixer capable of melt kneading did

니더-믹서의 용융 영역의 온도는 88 ± 2 ℃로 제어되었으며, 용융 영역의 끝 부분에 20 중량% 발연 황산을 투입하여 황산의 농도를 약 102 중량%로 향상시켰다. 이때, 니더-믹서에 고체 혼합물이 투입되는 속도를 제어하여 고체 혼합물이 전체 용융 영역에 머무르는 시간을 약 100 ± 10 분 정도로 조절하고, 발연 황산에 노출되는 시간을 약 20 ± 5 분 정도로 조절하였다. The temperature of the melting zone of the kneader-mixer was controlled to 88 ± 2 °C, and 20 wt% fuming sulfuric acid was added to the end of the melting zone to increase the concentration of sulfuric acid to about 102 wt%. At this time, by controlling the rate at which the solid mixture is fed into the kneader-mixer, the time for the solid mixture to stay in the entire melting region was adjusted to about 100 ± 10 minutes, and the exposure time to fuming sulfuric acid was adjusted to about 20 ± 5 minutes.

상기 용융 영역을 통과한 PPTA의 일부를 채취하여, 전체 중합체 중량에 대하여 약 0.15 중량%의 황이 포함되도록 상기 PPTA의 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 것을 확인하였다. A portion of PPTA that passed through the melting region was sampled, and it was confirmed that a functional group containing sulfur was bonded to the aromatic nucleus of the PPTA so that about 0.15 wt% of sulfur was contained based on the total weight of the polymer.

이후, 상기 용융 영역을 통과한 용융 혼합물을 혼련 영역에서 혼합하여 코어(core)용 도프를 준비하였다. Thereafter, the dope for the core was prepared by mixing the molten mixture passing through the melting region in the kneading region.

이와 별도로, 상기 합성예 1에서 얻은 PPTA를 97 중량%의 황산에 시스용 도프 전체 중량 대비 20 중량%로 용해시키고, PPTA의 중량 대비 1.0 중량%의 황산 철 입자(Fe2(SO4)3, 평균 입경 0.8 ㎛)를 상기 용액에 혼합하여 시스(sheath)용 도프를 준비하였다.Separately, the PPTA obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in 97 wt% sulfuric acid at 20 wt% based on the total weight of the cis dope, and 1.0 wt% of iron sulfate particles (Fe 2 (SO 4 ) 3 , based on the weight of PPTA) An average particle diameter of 0.8 μm) was mixed with the solution to prepare a dope for a sheath.

상기 시스용 도프 및 코어용 도프를 시스-코어 방사법(sheath-core spinning method)으로 방사하고, 에어 갭을 거쳐 5 ℃의 10 중량% 황산 용액이 담겨있는 응고조를 통과시켰다. 이때, 상기 도프들은 방사 구금을 통해 시스부/코어부의 면적비가 1/1인 코어부가 노출되지 않은 시스-코어 필라멘트 형태로 방사되었다. The dope for the sheath and the dope for the core were spun by a sheath-core spinning method, and passed through an air gap through a coagulation bath containing 10 wt% sulfuric acid solution at 5 °C. At this time, the dopes were spun in the form of a sheath-core filament in which the core portion having an area ratio of the sheath portion/core portion of 1/1 was not exposed through a spinneret.

계속해서 상기 응고조 하부의 응고 튜브를 통과시키면서 응고된 필라멘트들(모노필라멘트 섬도 1.5 de)을 얻었다.Subsequently, while passing the coagulation tube under the coagulation tank, coagulated filaments (monofilament fineness 1.5 de) were obtained.

상기 응고된 필라멘트들을 물로 수세하여 상기 필라멘트 상에 잔존하는 황산과 상기 필라멘트의 표면에 존재하는 황산 철 입자들을 제거하였다.The coagulated filaments were washed with water to remove sulfuric acid remaining on the filaments and iron sulfate particles present on the surface of the filaments.

상기 필라멘트들을 건조한 후 권취하여 총 섬도 1,500 de의 파라-아라미드 섬유를 얻었다.The filaments were dried and then wound to obtain para-aramid fibers having a total fineness of 1,500 de.

비교예 1: 파라-아라미드 섬유의 제조Comparative Example 1: Preparation of para-aramid fibers

99 중량%의 황산에 상기 합성예 1에서 얻은 PPTA를 80:20의 중량비로 용해시켜 시스(sheath)용 도프 및 코어(core)용 도프를 각각 준비하였다.A dope for a sheath and a dope for a core were prepared by dissolving the PPTA obtained in Synthesis Example 1 in 99% by weight of sulfuric acid in a weight ratio of 80:20.

상기 도프들(즉, 황산 철 입자를 포함하지 않는 시스용 도프 및 코어용 도프)을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1와 동일한 방법으로 총 섬도 1,500 de의 파라-아라미드 섬유를 얻었다.A para-aramid fiber having a total fineness of 1,500 de was obtained in the same manner as in Example 1, except that the dopes (ie, dope for sheath and dope for core that do not contain iron sulfate particles) were used.

비교예 2: 파라-아라미드 섬유의 제조Comparative Example 2: Preparation of para-aramid fibers

상기 비교예 1의 시스용 도프에 PPTA의 중량 대비 1.0 중량%의 실리카 입자(평균 입경 0.8 ㎛)를 첨가한 것을 제외하고, 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 총 섬도 1,500 de의 파라-아라미드 섬유를 얻었다.Para-aramid fibers having a total fineness of 1,500 de in the same manner as in Comparative Example 1, except that 1.0 wt% of silica particles (average particle diameter 0.8 μm) were added to the sheath dope of Comparative Example 1 based on the weight of PPTA. got it

시험예: 파라-아라미드 섬유의 물성 평가Test Example: Evaluation of physical properties of para-aramid fibers

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 파라-아라미드 섬유의 물성을 하기 기재된 방법에 따라 측정하고 그 결과를 표 1에 기재하였다. The physical properties of the para-aramid fibers obtained in Examples and Comparative Examples were measured according to the method described below, and the results are shown in Table 1.

(1) 섬도 (denier, de)(1) fineness (denier, de)

섬도는 9000 m 사의 중량 (g)으로 표시되는 denier (de)로서 ASTM D 1577에 따라 측정되었다. Fineness was measured according to ASTM D 1577 as denier (de) expressed in grams (g) by weight of 9000 m yarn.

(2) 인장 강도(g/d)(2) Tensile strength (g/d)

실시예 및 비교예를 통해 제조된 파라-아라미드 섬유를 250 mm의 길이로 잘라 샘플을 준비하고, 상기 샘플을 55 %의 상대 습도 및 23 ℃의 온도에서 14 시간 동안 보관하였다. Para-aramid fibers prepared in Examples and Comparative Examples were cut to a length of 250 mm to prepare a sample, and the sample was stored at a relative humidity of 55% and a temperature of 23° C. for 14 hours.

이어서, ASTM D885 표준 시험법에 따라 상기 샘플을 INSTRON사의 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에 장착한 후 섬유의 한 쪽은 고정하고 초하중을 섬도의 1/30 g (섬도 X 1/30 g)으로 설정한 후 다른 한 쪽을 25 mm/min의 속도로 인장시켜 섬유가 끊어질 때의 인장 하중(g)을 측정하였다. 상기 측정된 인장 하중을 섬도로 나누어 강도(g/d)를 구하였다. Then, according to the ASTM D885 standard test method, the sample was mounted on INSTRON's testing machine (Instron Engineering Corp, Canton, Mass), one side of the fiber was fixed, and a superload was applied to 1/30 g of the fineness (fineness X 1/30) g), the other side was tensioned at a rate of 25 mm/min, and the tensile load (g) when the fiber was broken was measured. The strength (g/d) was obtained by dividing the measured tensile load by the fineness.

(3) 고무 접착력(kgf)(3) Rubber adhesion (kgf)

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 파라-아라미드 섬유를 각각 동일한 방법으로 에폭시 용액에 딥핑한 후 건조하여 시료들을 준비하였다. 상기 시료들에 대해 ASTM D 4776-98의 표준 시험법에 의거한 H-Test를 수행하여 고무 접착력(kgf)을 측정하였다.The para-aramid fibers obtained in Examples and Comparative Examples were respectively dipped in an epoxy solution in the same manner and dried to prepare samples. H-Test based on the standard test method of ASTM D 4776-98 was performed on the samples to measure rubber adhesion (kgf).

실시예 1Example 1 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 인장 강도(g/d)Tensile strength (g/d) 2828 2424 2626 고무 접착력(kgf)Rubber adhesion (kgf) 2020 1313 1818

상기 표 1을 참고하면, 상기 실시예에 따른 파라-아라미드 섬유는 상기 비교예 1 및 2에 따른 섬유 대비 우수한 인장강도를 나타내면서도 향상된 고무 접착력을 갖는 것으로 확인되었다.Referring to Table 1, it was confirmed that the para-aramid fibers according to the examples exhibited superior tensile strength compared to the fibers according to Comparative Examples 1 and 2 while having improved rubber adhesion.

Claims (17)

일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어용 도프를 제조하는 단계;
수용성 고분자 입자 및 금속 염 입자로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 입자상 첨가제와 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 시스용 도프를 제조하는 단계;
상기 코어용 도프 및 시스용 도프를 시스-코어 필라멘트 형태로 방사하는 단계;
상기 방사된 도프를 응고 및 수세하여 상기 방사된 도프의 표면으로부터 상기 입자상 첨가제의 탈락에 의한 표면 요철을 갖는 필라멘트를 얻는 단계; 및
상기 필라멘트를 건조하는 단계를 포함하는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
Preparing a dope for a core comprising an aromatic polyamide polymer in which a functional group including sulfur is bonded to some aromatic cores;
preparing a dope for a sheath comprising at least one particulate additive selected from the group consisting of water-soluble polymer particles and metal salt particles and an aromatic polyamide polymer;
Spinning the dope for the core and the dope for the sheath in the form of a sheath-core filament;
coagulating and washing the spun dope to obtain a filament having surface irregularities due to detachment of the particulate additive from the surface of the spun dope; and
A method of producing a para-aramid fiber, comprising the step of drying the filament.
제 1 항에 있어서, 상기 시스용 도프에 포함된 방향족 폴리아미드 중합체는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드)인, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The method for producing para-aramid fibers according to claim 1, wherein the aromatic polyamide polymer contained in the dope for sheath is poly(para-phenylene terephthalamide).
제 1 항에 있어서, 상기 수용성 고분자 입자는 폴리비닐알코올 수지 입자인, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the water-soluble polymer particles are polyvinyl alcohol resin particles.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 염 입자는 황산 철(Fe2(SO4)3) 입자 및 황산 알루미늄(Al2(SO4)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 입자인, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The para-aramid fiber according to claim 1, wherein the metal salt particles are at least one particle selected from the group consisting of iron sulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) particles and aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 ). manufacturing method.
제 1 항에 있어서, 상기 입자상 첨가제는 0.01 내지 1 ㎛의 평균 입경을 가지는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The method of claim 1 , wherein the particulate additive has an average particle diameter of 0.01 to 1 μm.
제 1 항에 있어서, 상기 입자상 첨가제는 상기 시스용 도프에 포함된 방향족 폴리아미드 중합체의 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량%의 함량으로 상기 시스용 도프에 포함되는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The method according to claim 1, wherein the particulate additive is included in the dope for the sheath in an amount of 0.01 to 5.0% by weight based on the weight of the aromatic polyamide polymer included in the dope for the sheath.
제 1 항에 있어서, 상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서는 황산에 방향족 폴리아미드 중합체를 용해시킨 후 혹은 용해시키면서 황산과 방향족 폴리아미드 중합체의 설폰화 반응을 유도하여 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 형성하는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The functional group containing sulfur in some aromatic cores by inducing a sulfonation reaction between sulfuric acid and the aromatic polyamide polymer according to claim 1, wherein, in the step of preparing the dope for the core, after or while dissolving the aromatic polyamide polymer in sulfuric acid A method for producing para-aramid fibers, wherein the aromatic polyamide polymers are bound.
제 1 항에 있어서, 상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서는 90 내지 99.7 중량%의 황산에 방향족 폴리아미드 중합체를 첨가한 후 70 내지 95 ℃의 온도에서 황산의 농도를 99.8 내지 104.5 중량%로 높여 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 형성하는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
According to claim 1, wherein in the step of preparing the dope for the core, after adding the aromatic polyamide polymer to 90 to 99.7 wt% of sulfuric acid, at a temperature of 70 to 95 °C, the concentration of sulfuric acid is increased to 99.8 to 104.5 wt% A method for producing a para-aramid fiber, wherein the aromatic polyamide polymer is bonded to an aromatic nucleus with a functional group containing sulfur.
제 8 항에 있어서, 상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서 방향족 폴리아미드 중합체는 70 내지 95 ℃의 온도에서 0.1 내지 5 시간 머무르는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
According to claim 8, wherein in the step of preparing the dope for the core, the aromatic polyamide polymer stays at a temperature of 70 to 95 °C for 0.1 to 5 hours, para-aramid fiber production method.
제 8 항에 있어서, 상기 코어용 도프를 제조하는 단계에서 방향족 폴리아미드 중합체가 99.8 내지 104.5 중량%의 황산에 노출되는 시간은 0.05 내지 2 시간인, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The method for producing para-aramid fibers according to claim 8, wherein the exposure time of the aromatic polyamide polymer to 99.8 to 104.5 wt% of sulfuric acid in the step of preparing the dope for the core is 0.05 to 2 hours.
제 1 항에 있어서, 상기 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체는 전체 중합체 중량에 대하여 0.05 내지 0.20 중량%의 황을 포함하는, 파라-아라미드 섬유의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the aromatic polyamide polymer to which a functional group containing sulfur is bonded to the partial aromatic nucleus contains 0.05 to 0.20 wt% of sulfur based on the total weight of the polymer.
일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 코어부; 및
방향족 폴리아미드 중합체를 포함하며, 표면 요철을 갖는 시스부를 포함하는, 파라-아라미드 섬유.
a core part comprising an aromatic polyamide polymer in which a functional group including sulfur is bonded to some aromatic cores; and
A para-aramid fiber comprising an aromatic polyamide polymer and comprising a sheath portion having an uneven surface.
제 12 항에 있어서, 상기 일부 방향족 핵에 황을 포함하는 관능기가 결합된 방향족 폴리아미드 중합체는 전체 중합체 중량에 대하여 0.05 내지 0.20 중량%의 황을 포함하는, 파라-아라미드 섬유.
The para-aramid fiber according to claim 12, wherein the aromatic polyamide polymer to which a functional group containing sulfur is bonded to some aromatic nuclei contains 0.05 to 0.20 wt% of sulfur based on the total weight of the polymer.
제 12 항에 있어서, 상기 시스부/코어부의 면적비는 0.4/1 내지 1.2/1인, 파라-아라미드 섬유.
The para-aramid fiber according to claim 12, wherein the area ratio of the sheath part/core part is 0.4/1 to 1.2/1.
제 12 항에 있어서, 상기 시스부의 표면 조도는 0.1 ㎛ 내지 1.0 ㎛인, 파라-아라미드 섬유.
The para-aramid fiber according to claim 12, wherein the sheath portion has a surface roughness of 0.1 μm to 1.0 μm.
제 12 항에 있어서, 상기 파라-아라미드 섬유를 구성하는 모노필라멘트는 1.0 내지 2.5 de의 섬도를 가지는, 파라-아라미드 섬유.
The para-aramid fiber according to claim 12, wherein the monofilament constituting the para-aramid fiber has a fineness of 1.0 to 2.5 de.
제 12 항에 있어서, 상기 파라-아라미드 섬유는 복수의 모노필라멘트들을 포함하고 600 내지 10,000 de의 총 섬도를 가지는, 파라-아라미드 섬유.13. The para-aramid fiber of claim 12, wherein the para-aramid fiber comprises a plurality of monofilaments and has a total fineness of 600 to 10,000 de.
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