KR20220149280A - 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법 - Google Patents

흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사공정 중 섬유 표면에 에칭 효과에 의한 오목한 요홈을 형성하여 섬유의 비표면적을 향상시킴으로서 음파의 난반사 효과가 향상되어 흡음성과 마찰결뢰도가 우수하고 에어를 이용한 크림프 형성에 의해 탄성회복률이 향성된 흡음성과 탄성회복률이 향성된 단섬유의 제조방법에 관한 것인 바, 본 발명은 흡음성과 탄성회복률이 향성된 단섬유의 제조방법에 있어서, 방사노즐의 저면에 부착 설치된 에칭형성장치를 이용하여 기체 또는 액체를 방사중인 합성섬유사의 표면에 분사하여 상기 합성섬유사의 표면이 압력 또는 반응에 의해 오목하게 파여 요홈을 형성하는 에칭공정과; 방사된 합성섬유사의 표면을 냉각시키는 냉각공정과; 상기 냉각된 합성섬유사를 일정한 굵기로 형성하는 연신공정과; 상기 연신된 합성섬유사가 에어에 의해 순간적으로 외측으로 빨려나가면서 칼날에 의해 "
Figure pat00006
" 형상으로 꺾임 현상이 발생되어 크림프가 형성되도록 한 크림프 형성공정과; 상기 합성섬유사의 크림프의 형태를 유지시키기 위하여 가열하는 열고정공정과; 상기 열고정공정을 수행한 합성섬유사를 일정한 길이로 절단하는 컷팅공정에 의해 제조하여 합성섬유사에 요홈과 크림프가 형성된 것에 그 특징이 있다.

Description

흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법{Method for producing staple fiber with improved sound absorption and elastic recovery property}
본 발명은 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세히게는 방사공정 중 섬유 표면에 에칭 효과에 의한 오목한 요홈을 형성하여 섬유의 비표면적을 향상시킴으로서 음파의 난반사 효과가 향상되어 흡음성과 마찰결뢰도가 우수하고 에어를 이용한 크림프 형성에 의해 탄성회복률이 향상된 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 PE, PP, PET 등 중 어느 하나 또는 2이상의 합섬섬유사로 이루어진 단섬유를 적층하여 형성되는 흡음재, 단열재는 판재 또는 보드 내부에 수많은 기공으로 인하여 흡음성능이 뛰어나고 가벼워서 시공이 용이하며 인체에 무해하고, 재활용이 가능한 환경친화적인 소재라는 특징이 있어 단열재, 흡음재 등으로 크게 각광받고 있다.
상기와 같이 단섬유를 적층하여 형성되는 일반적인 단열 및 흡음재의 제조방법으로는 융점이 서로 다른 저융점 단섬유와 고융점 단섬유를 개섬수단을 이용하여 새털 같은 원사로 개섬하고 개섬된 섬유를 일정한 두께와 폭을 갖는 카딩수단을 이용하여 웹을 형성한다.
상기 카딩수단에 의하여 형성된 웹을 이송벨트 상에 골고루 펼쳐지게 깔고 일정한 두께를 형성하도록 웹적층수단을 이용하여 웹을 수회 적층하여 수평상태의 조직을 갖는 웹적층체를 형성시킨다.
상기 웹적층수단에 의하여 일정한 높이로 적층되어 형성된 웹적층체를 이송벨트로 이송하면서 가열/압착수단을 경유시 가열과 동시에 압착되어 일정한 두께 예컨대 100mm로 적층된 웹적층체를 20mm의 두께를 갖도록 형성하고 냉각시켜 고밀 도를 갖는 일반적인 단열 및 흡음재를 제조한다.
한편, 상기의 카딩수단에 의해 제조된 웹을 웹적층수단에 조직이 다른 별도의 웹적층체를 적층한 후 서로 다른 2개의 웹적층물을 가열/압착수단에 의해 가열하고 압착한 후 냉각수단을 이용하여 냉각하는 순서에 의해 단열 및 흡음보드를 제조한다.
상기에서와 같이 제조되는 종래 단열 및 흡음보드에 있어서 종래의 단섬유는
표면이 매끄러워 단섬유를 적층 후 보드를 형성시키고자 할 때 섬유와 섬유 사이의표면에서 슬립 현상이 발생되어 결속력이 저하되는 문제가 있으며, 소음의 흡음시 섬유와 섬유 사이에 형성된 공극에 의해 흡음이 이루어지므로 섬유 표면에 부딪히는 소음은 흡수하지 못하고 굴절시켜 흡음의 효율이 떨어지는 문제가 있다.
상기 단섬유가 적층되어 이루어진 보드의 흡음력을 높이기 위해 적층 두께를 두껍게 형성시키므로 원재료를 과다하게 사용하여야 하는 문제와 단섬유가 적층되어 이루어진 보드의 강도를 증대시키기 위하여 압축하면 강도는 높게 형성할 수 있으나 흡음력이 저하되는 문제가 있다.
또한 단섬유의 적층시 섬유와 섬유가 분리되지 아니하고 결속력을 갖도록 크림프를 형성시키는데 일반적인 종래 단섬유는 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 칼날이 섬유를 압력으로 눌러 크림프를 형성시키기 때문에 급격한 꺾임 현상이 발생되어 벌키성과 네츄럴한 크림프를 부여할 수 없는 단점과 탄성력이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 방사공정 중 섬유 표면에 충돌고체가 포함되어 있는 액체 또는 기체를 분사하여 에칭 효과에 의한 오목한 요홈을 형성하여 섬유의 비표면적을 향상시킴으로서 음파의 난반사 효과가 향상되어 흡음성과 마찰결뢰도가 우수하고 에어를 이용한 크림프 형성에 의해 탄성회복률이 향상된 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법에 있어서, 방사노즐의 저면에 부착 설치된 에칭형성장치를 이용하여 기체 또는 액체에 충돌고체가 포함되어 있어 방사중인 합성섬유사의 표면에 분사하면 상기 합성섬유사의 표면에 압력 또는 반응에 의해 오목하게 파여 요홈을 다수 형성하는 에칭공정과; 방사된 합성섬유사를 냉각시키는 냉각공정과; 상기 냉각된 합성섬유사를 일정한 굵기로 형성하는 연신공정과; 상기 연신된 합성섬유사가 에어에 의해 순간적으로 외측으로 빨려나가면서 칼날에 의해 "
Figure pat00001
" 형상으로 꺽임 현상이 발생되어 크림프가 형성되도록 한 크림프 형성공정과; 상기 합성섬유사의 크림프의 형태를 유지시키기 위하여 가열하는 열고정공정과; 상기 열고정공정을 수행한 합성섬유사를 일정한 길이로 절단하는 컷팅공정에 의해 제조하여 합성섬유사에 요홈과 크림프가 형성된 것을 특징으로 하는이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기한 본 발명의 제조방법의 구현은 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유에 있어서, 합성섬유사의 표면이 압력 또는 반응에 의해 오목하게 파여 요홈을 다수 형성하고 상기 요홈이 형성된 합성섬유사가 "
Figure pat00002
" 형상의 크림프를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유에 의하여 달성된다.
이와 같은 본 발명은 방사공정 중 섬유 표면에 액체 또는 기체를 분사하여 에칭 효과에 의한 오목한 요홈을 형성하여 섬유의 비표면적을 향상시킴으로서 음파의 난반사 효과가 향상되어 흡음성과 마찰결뢰도가 우수하고 에어를 이용한 크림프 형성에 의해 탄성회복률이 향상되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법을 보여주는 제조공정도.
도 2는 본 발명의 기술요지인 에칭공정의 모습을 보여주는 에칭형성장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 기술요지인 크림프의 형성 모습을 보여주는 예시도.
도 4a는 본 발명의 기술요지인 에칭공정의 모습을 보여주는 합성섬유사의 표면 확대사진.
도 4b는 도 3에 의해 크림프가 형성되는 모습을 보여주는 측면도.
도 5a는 종래 크림프장치에 의해 형성된 크림프의 형태를 보여주는 모식도.
도 5b는 본 발명의 기술요지인 크리프형성공정에 의해 형성된 크림프의 형태를 보여주는 모식도.
이하 본 발명의 상세한 설명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부도면 도 1은 본 발명의 기술이 적용된 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법을 보여주는 제조공정도로써 이에 따른 본 발명은 PP, PET, PE 등의 합성섬유사를 이용한 단섬유의 제조방법은 설명의 편의상
고유점도(η) 0.48 ~ 0.73의 전처리된 리사이클 폴리에틸렌테레프탈레이트(R-PET)를 이용하여 방사하는 것으로 설명한다. 상기 일정한 크기로 절단되어 얻어진 R-PET를 호퍼에 투입하기 전 온도 120 ~ 180℃, 처리시간 3 ~ 10시간 수분을 50ppm 이하가 되도록 제습건조하여 수분이 50ppm 이하로 조절된 R-PET를 익스트루더(extruder)에 공급하여 용융온도 250 ~ 290℃의 조건으로 용융시키고 용융된 R-PET를 기어펌프로 70 ~ 100kg/㎠ G 압력으로 중공형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐을 통해 노즐압력 20 ~ 60kg/㎠, 방사속도 700 ~ 1,200m/min의 조건으로 용융 압출하여 미연신사를 방사한다.
상기 방사되는 미연신사는 방사노즐을 통해 방사시 대기중으로 노출되지 아니하고 방사노즐의 저면에 부착 설치된 에칭형성장치(100)를 이용하여 기체 또는 액체를 방사중인 합성섬유사의 표면에 분사하여 첨부도면 도 4에 도시된 바와 같이 상기 합성섬유사의 표면이 압력 또는 반응에 의해 오목하게 파여 요홈을 형성하는 에칭공정(S100)을 수행한다.
상기 에칭공정(S100)이 가능한 이유는 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 상부하우징(10)과 하부하우징(20)이 나사 결합되어 있는 형성된 에칭형성장치(100)를 이용하여 요홈을 형성시키며 상기 요홈의 형성방법은 방사노즐로부터 방사되는 합성섬유사를 관통공(11)(21)을 지나갈 때 방사된 원사의 표면 온도가 약 120~200℃가 됨으로 상기 표면에 기체 또는 액체 타입의 반응촉진재를 에칭형성장치(100)로 공급하면 반응촉진제가 체워지면서 배출유도공간(25) 내부에 압력이 형성되고 상기 내부압력에 의해 반응촉진제가 틈새(30)을 통해 관통공(11)(21)의 중앙 쪽으로 분무 또는 분사하여 합성섬유사의 표면과 반응시킨다.
상기 방사노즐을 통해 방사되는 합성섬유사의 표면이 딱딱하게 냉각되지 않은 융용상태를 유지하고 있기 때문에 상기 합성섬유사의 표면으로 일정한 압력으로 분사 또는 분무되는 에어 및 액체에 요홈을 형성시키는 충돌고체가 포함되어 충돌고체가 합성섬유사의 표면과 충돌하여 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 요홈을 형성시키게 된다.
따라서 상기 합성섬유사의 표면에 형성된 요홈은 섬유의 비표면적을 향상시킴으로서 음파의 난반사 효과를 향상시키며 또한 흡음성과 마찰결뢰도가 우수한 효과를 제공한다.
상기에서와 같이 에칭공정(S100)이 완료된 미연사의 합성섬유사를 크로스플로우 퀀칭 쳄버(Crossflow Quenching Chamber)(200)를 통과시켜 표면을 냉각공정(S200)후 다단의 연신로울러(300)를 일정한 장력과 이동속도로 합성섬유사를 이동시켜 일정한 굵기(데니어)로 연신된 장섬유를 얻는 연신공정(S300)를 수행한다.
한편 냉각공정(S200)은 퀀칭 쳄버(200)에서 0.7 ~ 3m/s 속도로 불어나오는 크로스플로우 형태의 공기로 안쪽에서 바깥쪽으로 15℃의 온도로 균일하게 불어 나와, 방사된 필라멘트실을 균일하게 냉각시킨다. 여기에 불어지는 바람은 에어컨을 통해 컨트롤된 바람으로 일정한 온도를 유지하고 먼지도 제거된 바람이 불게 된다.
상기 연신공정(S300)은 이송속도는 700 ~ 1,200m/min의 조건으로 다단의 연신로울러(300)를 이동하며 75 ~ 100℃의 연신욕 온도에서 2 ~ 4 step의 순서로3.5 ~ 4.8배로 연신을 수행되는 것이 좋다.
만일, 상기 연신욕 온도의 임계치를 벗어날 경우, 최저 온도보다 낮은 온도에서 연신을 진행하면 균일한 연신이 이루어지지 않고 가늘게 되는 부분이 생기는 현상 (네킹 현상) 이 발생할 수 있으며, 최고 온도보다 높을 경우 열 생성이 동반되며 높은 연신 장력을 가함에도 불구하고 최대 연신율이 낮아지는 문제가 있다.
상기와 같이 연신공정(S300)이 완료되면 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 크림프형성공정(S400)을 실시한다. 상기 크림프형성공정(S400)은 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 크림프형성장치(C)를 이용하여 크림프를 형성시키며 상기 크림프형성장치(C)의 작동은 몸체(C-1)를 합성섬유사가 관통하여 일정한 속도로 통과하도록 하면서 몸체(C-1)의 상단에 구비된 에어공급공(C-2)으로 에어를 공급하면서 동시에 하단의 에어배출통공(C-3)으로 에어를 흡입하여 배출한다.
상기 에어의 공급 조건에 있어서 풍량 150~170 ㎥/hr, 풍온 180~200℃, 풍속60~80m/s, 풍압 10~20 kgf/cm²의 범위 내에서 공급되며 본 발명에서는 미도시된 히터장치와 고압 콤프레샤를 사용한다. 그 이유는 강한 압력과 속도로 합성섬유사를 빨아들이면서 낮은 속도로 내보내야지만 크림프가 촘촘하게 성형되기 때문이다.
이때 에어의 공급 및 배출에 의해 합성섬유사가 심하게 요동을 치게 되면서 몸체(C-1) 내부에 설치된 칼날(C-4)과 부딪히면서 크림프가 형성된다. 크림프 형성과정을 좀더 구체적으로 설명하면 에어가 첨부도면 도 4b에 도시된 바와 같이 내측으로 공급된 에어가 외부로 배출시 에어의 흐름에 의해 칼날(C-4)과 칼날(C-4) 사이로 상기 연신된 합성섬유사가 에어에 의해 순간적으로 빨려나가면서 칼날(C-4)에 의해 "
Figure pat00003
" 형상으로 꺾임 현상이 발생되어 크림프가 형성된다.
상기 칼날의 각도에 따라서 크림프는 표 1과 같이 나타남을 알 수 있었다.
칼날 각도 5~6° 3~4° 1~2°
결과 크림퍼의 형성율이 조금 떨어지며 CN이 낮기 때문에 탄성율이 조금 떨어짐. 크림퍼의 형성율이 좋아졌으며 CN이 높아졌기 때문에 탄성율이 높아짐.
 각도가 너무 좁기 때문에 빠른속도로 작업이 어려우며 크림퍼가 너무 빡빡하게 형성됨.
본 발명에서는 에어의 영향도 중요하지만 내부에 칼날 각도도 중요하며, 그 이유는 칼날 각도에 따라 크림프의 형성이 달라지기 때문이고, 크림프의 형성이 잘 잡힐 수 있도록 벌크성을 더 높이는 효과가 나타난다.
종래의 크림프 형성장치를 이용하여 합성섬유사에 크림프를 형성시키면 첨부도면 도 5a에 도시된 바와 같이 꺾이는 부분이 발생하여 탄성력이 저하되지만 본 발명에서는 본 출원인이 선출원한 크림프 형성장치(C)를 사용하면 첨부도면 도 5b에 도시된 바와 같이 강한 압력과 속도로 화이버를 빨아들이면서 낮은 속도로 내보내야지만 크림프가 촘촘하게 성형할 수 있어 탄성 및 복원력이 뛰어나게 된다.
한편 상기 합성섬유사의 크림프의 형태를 유지시키기 위하여 일정한 온도로 가열하는 열고정공정(S500)과 상기 열고정공정(S500)을 수행한 합성섬유사를 일정한 길이로 절단하는 컷팅공정(S600)에 의해 제조된다.
이와 같은 본 발명은 방사공정 중 섬유 표면에 액체 또는 기체를 분사하여 에칭 효과에 의한 오목한 요홈을 형성하여 섬유의 비표면적을 향상시킴으로서 음파의 난반사 효과가 향상되어 흡음성과 마찰결뢰도가 우수하고 에어를 이용한 크림프 형성에 의해 탄성회복률이 향상되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

  1. 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법에 있어서,
    방사노즐의 저면에 부착 설치된 에칭형성장치를 이용하여 기체 또는 액체를 방사중인 합성섬유사의 표면에 분사하여 상기 합성섬유사의 표면이 압력 또는 반응에 의해 오목하게 파여 요홈을 형성하는 에칭공정과;
    방사된 합성섬유사의 표면을 냉각시키는 냉각공정과;
    상기 냉각된 합성섬유사를 일정한 굵기로 형성하는 연신공정과 ;
    상기 연신된 합성섬유사가 에어에 의해 순간적으로 외측으로 빨려나가면서 칼날에 의해 "
    Figure pat00004
    " 형상으로 꺾임 현상이 발생되어 크림프가 형성되도록 한 크림프 형성공정과;
    상기 합성섬유사의 크림프의 형태를 유지시키기 위하여 가열하는 열고정공정과;
    상기 열고정공정을 수행한 합성섬유사를 일정한 길이로 절단하는 컷팅공정에 의해 제조하여 합성섬유사에 요홈과 크림프가 형성된 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사를 이용하여 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어의 공급 조건은 풍량 150~170 ㎥/hr, 풍온 180~200℃, 풍속60~80m/s, 풍압 10~20 kgf/cm²의 범위 내에서 공급하는 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사를 이용하여 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유의 제조방법.
  3. 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유에 있어서, 합성섬유사의 표면이 압력 또는 반응에 의해 오목하게 파여 요홈을 형성하고 상기 요홈이 형성된 합성섬유사가 "
    Figure pat00005
    ' 형상의 크림프를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 이형단면 중공사를 이용하여 이형단면 중공사를 이용하여 흡음성과 탄성회복률이 향상된 단섬유.
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