KR800000065B1 - 합성섬유상 물질의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성섬유상 물질의 열처리 방법

제1도는 각종 적외선 발생 소재에 있어서의 방사 파장과 상대에너지의 관계를 나타낸 도면

제2도는 본 발명에 사용하는 원(遠) 적외선 발생 소자구조의 1예를 나타낸 단면도

제3도는 나일론-6 섬유의 적외선 흡수 스팩트럼

제4도는 폴리에스텔계 섬유의 적외선 흡수 스팩트럼

제5도는 아크릴계 섬유의 적외선 흡수 스팩트럼

제6도는 본 발명의 실시에 사용하는 장치예의 단면 개략도

제7도는 제6도의 A-A 횡단면도

제8도는 본 발명에 사용하는 스릿트상 공기 분사 노즐의 1예를 나타낸 사시도

제9도는 콘베어를 사용치 않고 열처리를 행하기 위한 장치의 1예를 나타낸 도면

제10도는 본 발명의 로(爐) 장방향(長方向)에 대한 로내 분위기 온도 분포를 나타낸 도면이고, 압축 젯트 기류의 작용효과를 나타낸 도면이며,

제11도는 본 발명로의 중앙부에 있어서 로의 수직방향의 로내 분위기 온도 분포를 나타낸 도면이다.

본 발명은 원(遠) 적외선을 이용한 섬유 집합체의 연속 열처리 방법에 관한 것으로, 그 목적은 섬유 집합체를 황변(黃變)시킴이 없이 단시간에 균일하고 또한 연속적으로 열처리하는 방법을 제공함에 있는 것이다.

여기서 말하는 섬유 집합체라 함은 합성섬유 제조공정에서 연속 섬유속 또는 스테플, 방적전공정의 플리스, 슬라이버, 이에 방적사 등을 포함하고 단섬유의 집합 형성물을 의미하는 것이다. 또, 여기서 말하는 합성섬유라 함은 폴리아미드계, 폴리에스텔계, 폴리아크릴로니드릴계, 폴리비닐알코올계, 폴리염화비닐리덴계, 폴리염화비닐계, 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리우레탄계, 폴리스틸렌계, 폴리에스텔에텔계 등의 합성섬유를 의미하는 것이다.

또, 열처리라 함은 열매체를 사용하여 되는 모든 처리를 의미하고, 따라서 섬유공업에서 사용되고 있는 건조, 열연신, 열고정, 방적사의 숭고가공(崇高加工) 및 연지(撚止) 셋트등 모든 것을 포함한 열처리를 의미하는 것이다.

종래, 합성섬유는 다음에 나타낸 방법에 의하여 열처리되어 왔다. 즉 합성섬유 제조공정에 있어서의 열연신, 건조, 열고정 등의 에너지 원(源)으로서는 온수, 가열공기, 증기등이 사용되고 있으며, 방적용 슬라이버의 열셋트는 진공중에서 증거에 의하여 뱃치식(Batch)으로 행하여지는 것이 일반적인 것이다.

가열공기등의 건열방식에 의한 슬라이버의 열셋트는 처리시간이 길고, 셋트 반(斑)이 발생하기 쉽고 또한 슬라이버가 황변하는 등의 결함이 있어 실용화되지 못하고 있다. 사조(系條)의 연지(撚止)셋트, 벌키(bulky)가공등에는 증거 또는 온수가 사용되고 있는 현상이다. 이들의 실예를 들면 아크릴계 합성섬유 제조공정의 건조에 사용되고 있는 라티스상 건조기는 라티스상에 토우를 진입

시켜 상방에서 부터 열풍을 불어넣고 또한 순환팬(fan)이 의하여 열풍을 순환시키고 열의 대류에 따라 토우를 절건(絶乾)상태로 하는 장치인 것인바, 공기를 열매체로 하는 외부 가열을 위하여 건조에 도입되는 에너지를 크게 할 수 없으며, 통상 약 1시간에 걸쳐 장시간의 열처리를 필요로 하고 고속화, 고생산화의 애로(隘路)로 되어 있다. 또 수분율이 많은 토우의 경우는 건조 불충분이기 때문에 라티스 건조기를 나올때에 수분과다하게 되던지 실투(失透)현상을 야기시키는 등의 현상이 종종 인정된다.

또, 순환팬의 풍속을 빨리 하면 토우의 흐트러짐이 발생하는 등 여러가지 문제점이 있다.

숭고방적 사용 슬라이버의 열처리는 소위 이완셋트라고 하고 있는 것으로 수축능(收縮能)을 갖인 합성섬유사의 숭고사, 예로는 아크릴계 숭고 방적사는 터어보 스테이, 플러와 같이 토우에서 슬라이버로의 변환기에서 토우를 열연신 절단하여 슬라이버로 하고 이 슬라이버의 한쪽반을 열처리, 즉 열셋트 하므로서 비수축 슬라이버로 되고 다음에 절삭후의 수축 슬라이버를 혼방하며 이후의 방적공정을 통하여 방적사를 얻으며, 이 방적사를 온수 또는 증기에 의하여 열처리하여 이완 셋트하는 것에 의하여 제조된다. 이 슬라이버의 이완셋트를 위한 종래의 열처리 방법은 터어보 스테이 플러와 같이 토우에서 슬라이버로의 변환기를 사용하여 절삭한 슬라이버를 관통된 알미늄 통에 수납하고 이를 증기 셋터중에 넣어 진공으로 하여 열처리하는 비연속적인 뱃치방법 이였다.

이 방법은 30분이상 처리시간을 필요로 하고 노동력의 절약에 이 방법은 장애로 되어있다. 또 품질적으로는 관내에 내부까지 증기가 침투하기 어렵기 때문에 셋트반이 되기 쉽고 또 슬라이버가 수축할때에는 수분의 응착력(凝着力)에 의하여 섬유 상호간의 밀도가 일어나고, 촉감으로 탄탄한 수축 슬라이버가 되고 또한 단 섬유간의 개섬성(開織性)이 나쁘게 되고 이후의 방적공정에서 드라프드 저항의 증대, 슬라브 슬라브 넵(slub nep)의 발생 등등의 문제를 야기시키었다. 또, 사조의 타래(hank)의 벌키(bulky)가공은 종래 증기로서 열처리를 행하고 있었으나, 이 방법은 증기를 사용하기 때문에 장시간의 열처리를 필요로 하고 또한 수분과다사(水分過多系)로 되기 쉽기 때문에 재 건조처리의 필요한 경우가 발생한다. 또 타래를 지지하는 바(bar)의 부분에까지 증기가 도달하지 않기 때문에 부분적으로 벌키(bulky) 사(系)라고는 말하기 어려운 실이 된다.

이와 같이 종래의 합성섬유의 열처리 방법은 경제적 효율적, 품질적으로도 불만족한 점이 많다.

본 발명자들은 종래의 섬유 집합체의 열처리 공정에서 인정되는 상기와 같은 장해를 극복하고 생산효율의 향상, 작업의 용이화, 또한 실(系)품질의 향상에 기여하는 방법으로서 휠터를 투과시키는 것이 의하여 원 적외선의 복사에너지만을 수축능이 있는 슬라이버에 조사시켜 이완셋트하는 방법을 특공소 51-46,172호에 제안하였으나, 그후 다시 예의 연구를 거듭한 결과, 극히 고가인 상기 필터를 사용함이 없이 전기한 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 고도로 개량된 열처리 방법을 발견하여 본 발명에 도달하였다.

즉, 합성섬유를 원 적외선으로 유효하게 열처리 하는데에는 최대강도의 파장이 3.5μ이상의 원 적외선을 이용하는 것이 가장 합리적인 것임은 합성섬유의 적외 흡수 스펙트럼에서 추고 가능한 것인바, 예를들면 픽크 파장이 3.5μ의 적외선을 발생하는 데에는 적외선 발생소자의 온도가 580℃라는 고온이 되기 때문에 장시간 방사하면 로내 온도가 상승하고 섬유 집합체는 섬유 자체 또는 유제의 변질에 따라 황변하는 것을 피할 수 없는 결점이 있었다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 원 적외선 발생소자와 주행하는 섬유 집합체의 사이에 1kg/㎠G이상의 압력의 압축 젯트기류를 에어 노즐에 의하여 분사시켜서 연속적으로 발생하는 잉여의 열을 로외로 연속적으로 배출하면서 피처리물의 특성에 따른 적절범위의 온도를 보지하므로서 황변함이 없이 합성섬유 집합체를 열처리하는 방법을 제공하는 것이다. 그 결과, 극히 고가인 필터를 사용치 않고 유효한 열처리가 가능하게 되며 또한 보다 단시간에 연속적으로 효율좋게 열처리가 가능하게 된 것이다.

즉, 본 발명의 방법은 방적사로서 사용되고 있는 열가소성 합성섬유를 주체로한 섬유 집합체를 열처리함에 있어서 가열하는 것에 따라 적외선 방사 에너지 분포의 픽크파장이 3.5μ이상이고, 그때의 방사강도가 0.1-2.6watt/㎠인 것과 같이 방사능력을 발휘하는 원 적외선 발생소자를 상하로, 좋기로는 상하 좌우로 적용한 원 적외선 발생장치로내에 섬유집합체를 그 소자로부터 방사하는 원 적외선에 쪼이면서 주행시킴과 동시에 그 소자와 피조사물과의 사이에서 발생하는 열을 에어노즐로부터 분사되는 에어커텐방식의 압축 젯트기류에 의하여 적극적으로 그 로외로 배출시키고 또 그 로내분위기 온도를 80-280℃의 범위를 유지하면서 그 주행섬유 집합체를 기류에 의하여 흐트러짐이 없이 균일하고 연속적으로 열처리하는 것을 특징으로 한다.

종래, 적외선 램프 등에 의한 적외선 조사는 도료 등의 건조에 사용되고 있으나 그들은 발생하는 적외선 방사에너지 분포의 픽크파장이 3μ이하의 근(近)적외선이다.

본 발명의 젯트기류에 의한 에어카텐방식과 3.5μ이상으로 픽크를 가진 원 적외선의 이용은 이제까지 알려지지 아니한 것이며, 그것은 섬유공업에의 응용효과는 미지인 것이었다.

적외선 발생소자에 이용되는 각 소재에 의하여 변화하는 파장과 상대에너지의 관계를 제1도에 표시한다. 적외선 발생소재가 석영램프로 열원에 코일상 텅그스텐을 사용한때의 방사에너지 분포는 곡선 ①로 표시한 것으로서, 그 최대 픽크 파장은 1.2μ이고, 적외선 발생 소재가 석영관으로 열원코일상 니크롬선을 사용 한때의 방사 에너지 분포는 곡선 ②로 표시한 것이고 그최대 픽크 파장은 21μ이다. 적외선 발생소재가 미국특허 제3,585,390호 명세서에 표시한 바와같이 셀라믹크로 열원에 코일상 니크롬선을 사용한때의 방사에너지 분포는 곡선 ③으로 표시하는 것이고 그 최대 픽크 파장은 3.5μ이다. 최근에는 곡선 ④로 표시함과 같이 방사에너지 분포의 최대 픽크파장이 5.5μ이 되게한 반도체에 의하여 원 적외선 발생수단도 알려져 있다. 곡선 ③을 표시하는 셀라믹크 원 적외선 발생소자는 제2도(단면도)에 표시함과 같은 코일상 니크롬선을 셀라믹크 관중공부에 삽입하여 니크롬선이 가열되여 발하는 열선을 극력 외기에 닿지 않게 하여 셀라믹크 자체에서만 발하는 원 적외선을 섬유 집합체에 조사시킴과 같이 구성되어 있는 것이다.

제3도에 나일론-6섬유, 제4도에 폴리에스텔계 섬유[DACRON(Dupon사 제등록상표)], 제5도에 아크릴계섬유[ORLON (Dupon사제 등록상표)의 적외선 흡수스펙트럼을 표시한다.

제3도, 제4도, 제5도에서도 명백한 바와같이 각 섬유 흡수대(帶)의 대부분이 3.5μ이상에 존재한다.

또, 물의 흡수대의 대부분은 이미 알려진 바와같이 3μ이하에 존재하고 소위 도료등의 건조에는 이같은 근 적외선으로도 효과는 있으나 연구의 결과 섬유 집합체를 3.5μ이하의 적외선으로 열처리하는 경우는 방사에너지가 상대적으르 높기 때문에 필연적으로 로내 분위기 온도가 고온이 되며 섬유 집합체 자체와 섬유 유제의 연소현상을 일으키며 황변하는 것이 판명되었다.

따라서, 제1도에 표시한 근 적외선 영역에 있어서 픽크를 표시한 곡선 ①,②로 나타내는 적외선은 섬유집합체의 열처리에는 부적당하다.

또, 니크롬선의 가열에 의한 건조셋트법은 셋트효과를 내기 때문에 가열온도는 필연적으로 고온으로 하지 않을 수 없기 때문에 섬유자체에 연소현상을 일으킨다.

따라서, 섬유 집합체를 정상으르 셋트하려며는 가열 온도를 억제하여 장시간 처리할 필요가 있는 것이다. 그러나, 제1도의 곡선 ③,④에 표시함과 같이 3.5μ이상으로 픽크파장을 가진 원 적외선을 사용하면 제3도, 제4도, 제5도에 표시함과 같이 나이론-6섬유, 폴리에스텔계 섬유, 아크릴계섬유의 적외선 흡수대의 대부분이 3.5μ이상에 존재하고 있기 때문에, 예를들면 흡수능을 가진 슬라이버에 그 적외선을 조사하면 섬유를 구성하는 분자 결합중에서, 원 적외선 흡수대에 상당하는 부분이 그 원 적외선 발생소자로부터 조사되는 파장의 원 적외선을 흡수하고 활성화하고 그 결과 수축이 나타난다.

혹은 긴장 열고정의 경우에 있어서는 그 원 적외선 발생소자로부터 방사되는 원 적외선이 상기와 동일한 원리로 섬유에 내부 발열을 일으키고 원 적외선을 흡수하는 분자 결합부분에 작용하여 그 결과 잔존하는 분자의 내부 비틀림이 제거되어서 안정상태가 된다.

그러나, 폴리아미드계 합성섬유인 경우, 적외선. 흡수 파장은 제3도에 표시됨과 같이 최저 3.0μ 부근에서도 존재하기 때문에 이를 유효적으로 흡수시키기 위하여는 픽크파장 3.0μ의 적외선으로 섬유를 처리하는 것이 좋은 것으로 추고된다. 그러나 이 경우 그 적외선 발생소자의 관면온도(管面溫度)는 약 720℃의 고온으로 되기 때문에 전도 대류 작용에 의하여 로내 분위기 온도는 점차 고온이 되며 최종적으로는 관면온도에 가깝게 된다.

본 발명은 에어젯트 기류로 로내의 잉여의 열을 로외로 배출하는 방법을 제안하는바 본 발명을 사용하여도 로내 분위기 온도를 적정처리 온도 범위로 저하시키는 것은 온도차가 너무 크기 때문에 도저히 불가능한 것이다. 다음에 최대 픽크파장 3.5μ의 원 적외선으로 처리한 경우에는 원 적외선 발생소자에 관면온도는 약 580℃이며 에어젯트기류의 작용에 의하여 로내 온도를 적정온도 범위로 저하시키는 것이 가능하다. 또 브랭크의 법칙으로부터 파장 3.5μ의 픽크를 나타내는 에너지 분포에 있어서 3.0μ의 파장의 방사에너지는 3.5μ의 픽크 방사에너지의 약 95% 존재하이기 때문에 제3도에 표시한 폴리아미드계 합성섬유에 있어서와 같이 3.0μ의 흡수대에 대한 흡수도 충분히 행하여지기 때문에 섬유의 내부 발열효과는 하등 손상되는 일이 없다. 따라서 원 적외선의 최대 픽크파장은 3.5μ이상이 아니면 아니된다.

다음에, 섬유 집합체는 어느 정도의 두께를 가지고 있기 때문에 상부에서만 원 적외선을 조사하면 섬유충전 밀도의 높은 것에 관하여는 아무리 원 적외선을 조사하여도 어느 두께 이상으로는 투과하지 않기 때문에 섬유 집합체의 상층부와 하층부에 수축반(收縮斑)이 발생한다.

따라서 이와같은 장해를 해소시키기 위하여는 하면으로부터의 조사도 필요한 것이다. 또한 좋기로는 셀라믹크관면의 중심부와 양단부에 약간의 온도격차가 발생되기 때문에 슬라이버 셋트하든가 방적사의 벌키 가공을 행할려면 엄밀한 온도관리가 필요하게 되며, 그 온도 격차를 보충하는 의미에서 양측면에서의 원 적외선 조사를 행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 의한 섬유 집합체의 원 적외선에 의한 열처리는 로내분위기 온도와 합성섬유 특유의 흡수에너지의 상승효과에 의하여 행하여지기 때문에 단시간으로 처리가 행하여지며 더구나 안정된 품질의 것이 얻어지는 것인바, 이를 위하여는 그 소자로부터 방사되는 적외선의 총 에너지가 2.6watt/㎠-0.1watt/㎠인 것으로 처리할 필요가 있다.

2.6watt/㎠이상인 경우는 섬유 집합체의 연소 현상이 발생하고, 품질적으로 악화하며 0.1watt/㎠-이하에서는 열처리 효과가 거의 안정되지 않기 때문이다.

다음에 전기와 같은 원 적외선 발생소자를 상하로 적용한 로내의 금속(좋기로는 알미늄선 또는 알미늄도금선)제의 넷트 콤베어 상에서 단순한 섬유집합체의 연속처리를 행할 경우 로내 중심부의 분위기 온도가 로내의 설정온도 보다도 고온도로 되고 또한 온도제어가 곤란하기 때문에 섬유 집합체의 황변이나 열처리반응을 일으키기 쉽다. 이 현상을 해결하기 위하여 여러가지 검토한 결과, 그 로내에 축적된 열을 냉풍등의 기체를 흐르게함에 의하여 로외로 배출시킴에 따라 그 로내분위기 온도를 안정시킬 수가 있었다.

여기서 냉풍등의 기체는 1kg/㎠G이상의 공기압으로 에어카텐 방식으로 젯트기류를 원 적외선 발생소자와 피처리물의 사이에 섬유 집합체를 흐트리지 않는 정도로 그 로내에 흐르는 것이 좋다.

이 점에 관하여 다시 상세하게 설명을 하면, 먼저, 원 적외선에 의한 열처리 로(瀘)의 출구부에 있어 팬 모터에 의한 삭숀(suction)방식에 의하여 잉여의 열을 계외(系外)로 배출하는 방법에 관하여 검토한바, 이 방법에 있어서는 로내의 출구부 부근의 로내 온도가 급격한 경사를 가지고 저하할 뿐이고 로내온도의 균일화는 기할 수가 없다.

(제10도 ②참조) 이 이유는 삭숀의 경우 공기의 유속은 흡인공으로부터의 거리에 따라서 급격히 감소하는 경향을 나타내기 때문에 삭숀의 흡인에 의한 열의 이동이 로내 부에서 불균일하게 되기 때문이다. 다음 압축에어에 의한 젯트기류를 로의 입구부에 있어서, 전포(全布)에 걸쳐 분사되는 방법에 관하여 검토한 결과, 분사노즐에 있어서의 공기압이 1kg/㎠G 이상이면 로내의 잉여의 열을 계외로 배출하면서 로내 온도를 균일하게 보지할 수가 있는 것을 발견하였다.

이 이유는 압축 젯트기류가 공기분사 노즐로부터 직접적으로 일정하게 확대되어서 매우 멀리까지 도달하는 성질을 가지기 때문이다. 또 공기분사 노즐의 위치는 원 적외선 발생소자와 주행하는 섬유 집합체의 중간위치에 있어서 양자와 평형한 면에 배치하고 공기분사 노즐의 형상은 스릿트상이며 그 노즐로부터 압축공기를 분사시켜서 원 적외선 발생소자의 냉각 및 주행섬유 집합체가 흐트러지지 않는 상태로 유지하는 것이 필수 요건이다.

압축 젯트기류를 하부 원 적외선 소자와 주행섬유 집합체와의 사이에만 흐른 경우에는 섬유 집합체의 상부의 로내온도는 가벼워진 더운 공기가(이 부분에 점차적으로 모이기 때문에 고온이 되고 섬유 집합체의 상층부만이 황변한다. 또 역으로 압축 젯트기류를 상부 원 적외선 소자와 주행섬유 집합체 사이에 흐른 경우에는 상기 하부만의 경우보다 현저하지는 않으나 섬유표면의 상층, 하층에 열처리반이 발생하기 쉽다. 따라서 섬유 집합체의 균일한 열처리를 위하여는 압축에어 젯트 기류를 섬유 집합체의 상하로 흐르게 하는 것이 필요하다. 또한 원 적외선 소자와 섬유 집합체와의 거리에 관하여 검토한 결과, 그 소자가 너무나도 섬유 집합체에 가까워지면 온도가 지나치게 높아지므로 연소 현상이나 처리반이 발생하고 역으로 멀리하면 주행하는 섬유 집합체 부근의 로내 분위기 온도의 저하가 일어나고 열처리 효율이 저하한다. 따라서 조사거리를 적당한 거리로 설정할 필요가 있는 것이다.

제10도에 원 적외선 발생장치 즉 열처리로의 로길이 방향에 있어서의 로내온도 분포를 표시한다.

①은 원 적외선 발생소자만으로 공기등의 적극적인 작용을 행하지 않도록 하는 경우의 로내온도 분포이고,

②는 원 적외선 발생소자와 출구부에 3HP(마력)의 삭숀모터를 취부하고 40㎠의 흡입공으로부터 가열공기를 흡입한 경우의 로내온도 분포이며,

③은 본 발명에 있어서의 로내온도 분포이고, 원 적외선 발생소자와 입구부에 40㎠의 스릿트상 공기분사노즐을 설치하고 1kg/㎠G로 공기를 분사시킨 경우의 로내온도 분포이다.

또한 제10도에 있어서의 곡선 ①,③의 로의 중앙부에 있어서, 로에 수직인 방향의 온도분포를 제11도에 표시한다. 제11도에 있어서 종축은 콤베어 라티스로부터의 거리를 횡축에 로내분위기 온도를 표시한다.

제11도의 곡선 ①은 에어커덴의 작용이 없는 경우, ②는 공기압 2kg/㎠G로 에어커덴을 작용시킨 경우 ③는 공기압 3kg/㎠로 에어커덴을 작용시킨 경우의 로의 수직방향의 온도분포를 표시한다. PE는 에어노즐의 위치를, pH는 원 적외선 발생소자의 위치를 표시한다.

제11도에서 명백한 바와같이 에어없이는 주행섬유 집합체 부근의 온도가 350℃의 고온이 되여 피처리물리의 황변, 다변(茶變)이 발생한다. 본 발명이 의한 에어커덴 방식을 사용하면 에어커덴 사이에 끼어있는 분위기의 온도가 일정하게 유지되고 따라서 피처리물의 분위기 온도가 적당한 온도로 제어된다. 이로부터 본 발명에 의한 에어커덴은 원 적외선 발생소자 부근의 분위기 온도가 과도로 고온이 되며 또한 피처리물이 황변, 다변하는 것을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.

또, 제11도는 로내분위기 온도가 에어노즐의 공기압에 의하여 변하는 것을 표시한다. 즉 에어커덴을 구성하는 에어노즐의 공기압은 적어도 1kg/㎠G 이상이고 더욱 좋기로는 1-7kg/㎠G이다.

여기서 본 발명에 의한 효과에 관하여 구체적으로 설명을 하면, 종래 합성섬유 제조공정에 있어서의 열풍건조의 경우, 80℃의 분위기 온도로 60분간 장시간 처리가 필요하였던 것에 대하여, 본 발명방법에 있어서는 로내분위기 온도가 280℃의 경우는 처리시간을 종래의 열풍식의 처리시간의 약 1/12로 단축할 수 있다.

또, 종래의 열풍식으로 분위기 온도를 280℃로 하여 건조한 경우는 합성섬유의 외층부에 극단한 연소 현상을 발생한다. 또, 본 발명이 의한 로내분위기 온도가 80℃인 경우는 종래식의 것에 비교하여 처리시간이 약 1/4로 단축되고 종래의 정상인 합성섬유에 비교하여 아무런 손색이 없는 결과가 얻어진다.

제6도에 본 발명의 실시예 사용하는 장치예의 종단면 개략도를 나타낸다. 도면에 있어서 (1)은 예를들면 열가소성 합성섬유의 섬유 집합체이고, 본 장치로의 공급은 먼저 공정과 연속시켜서 행하는 것과 뱃치식으로 하는 것도 가능하다.

(2)는 휘드 로울러(feed roller)이며, 섬유 집합체(1)의 넷트식 콤베어 라티스(3)으로의 진입

은 나선상 능진상(綾振狀), 직선상 어느 것도 좋다.

원 적외선 발생장치로 (4)는 석면, 초자 섬유등의 단열재로 안전을 고려하여 제작되어 있다.

(5)는 콤베어 라티스(3)의 구동드럼, (6)은 콤베어라티스의 텐숀(tension) 조절로울러 (7)은 콤베어 라티스의 소극(消極)구동 드럼이다.

원 적외선 발생소자군(8)은 주행하는 섬유 집합체에 대하여 직각으로 배열되어 있다.

(9)는 로내 분위기온도 검출단이며, (10)은 공기등의 기체를 로내에 흐르게 하기 위한 스릿트 상 공기 분사 노즐이다.

(11)은 방출섬유 집합체를 다음 공정으로 연결하기 위하여 사용하는 카렌더 로올러이다.

제7도는 제6도의 A-A' 단면도이고, 양측면의 원 적외선 발생소자(8)은 도시한 바와같이 주행하는 섬유집합체에 대하여 평행 및 직각의 두가지 모양으로 배열되어 있다.

(12)는 제어를 위한 검출단이다. 제8도는 스릿트상 공기분사 노즐의 1예를 표시한 사시도이다. 공기 도입관(13)에 보낸 압축공기(14)는 스릿트공(15)에 의하여 에어커텐을 형성하는 젯트기류(16)가 되며 그 소자와 피처리물 사이에 보내진다.

제9도는 콘베어를 사용치 않고서 원 적외선으로 열처리를 행하는 일실시 태양을 표시하는 도면이며 토우와 같은 엔드레스상의 섬유 집합체(17)의 열 연신 공정등에 사용하는 예이다. 연신 공정은 균일한 연신상태로 하기 위하여 크로바를 통하게 한 휘드 로울러(18)를 사용하는 것이 좋으나, 열처리 목적이 따라서는 스트레트를 통하게 하는 것도 가능하다.

(19)는 원 적외선 발생장치로써 로의 구조는 제6도와 동일하여도 좋다. (20)은 데리버리(dilivery)로울러, (21)은 열연신 토우이다.

다음은 본 발명 방법을 실시예에서 상세히 설명한다.

[실시예 1]

제1도의 곡선 ①과 ③에 표시한 적외선 발생 특성을 가진 원 적외선 발생소자와 제6도에 표시함과 같은 장치를 사용하여 하기 조건에 의한 슬라이버의 이완 열처리를 행하였다.

사용슬라이버 : 단섬유 데니어 3d, 총데니어 50만 d의 아크릴계 섬유[카시밀론(旭化成工業株) 등록상표]의 토우를 다단 절삭기로 열판온도 120℃ 열연신 배율 1.28의 열연신 조건으로 연신하고, 그후 즉시 절삭한 수축능을 가진 슬라이버이다.

그것을 제6도의 공급부(2)의 부분에서 후리스상으로하여 열처리를 행하였다.

공급부(2)에 들어갈 슬라이버 중량은 25g/m로, 폭은 20cm였다.

제1표에 그때의 조건과 결과를 표시한다.

[제1표]

( )*은 부분수축을 표시하고 부분 수축과는 피처리물의 수축반을 의미하는 것임.

또, 실험 No.4의 삭숀의 취부부는 출구부인바, 그 용량은 3HP이고, 흡입구는 면적 40㎠이다.

제1표에서 명백한 것인바 실험 No.1.2는 필터에 의하여 열선을 차단하고 원 적외선만을 섬유 집합체에 조사한 경우이며, 로내에 냉각용 유체(14℃ 공기)를 입구부로부터 출구부로 평행기류로 하여 흘리고 필터를 냉각한 No.1의 경우는 양호한 결과이다.

냉각용 유체없이 No.2에 있어서 섬유 집합체는 황변하고 또한 고착한다. 실험 No.3, 4, 5는 필터없이 원 적외선 발생소자의 픽크 파장 3.7μ로서 처리한 경우이다.

에어의 작용없이 No.3에서는 제10도 ①에 표시함과 같이 로내온도가 높기 때문에 섬유 집합체의 표면층만이 황변과 동시에 적당히 수축하여 섬유가 고밀도로 되고 내층부로의 원 적외선의 투과를 방해하기 때문에 섬유 집합체의 두께방향의 열처리만이 현저하게 나타난다.

No.4는 에어삭숀의 작용에 의하여 로내온도 레벨의 저하와 균일화를 요망했으나, 이 경우 삭숀한 부분(이 경우는 로의 출구부)에 있어 제10도 ②에서 표시함과 같은 온도 구배(句配)가 될뿐이며 효과는 전혀없다.

No.5는 본 발명의 압축 젯트기류 방식에 의한 열처리 방법이며 로내온도 분포는 제10도 ③에 표시함과 같은 온도레벨의 저하와 균일화가 얻어지고, 섬유집합체는 종래의 스팀셋터 같은 품질로 극히 단시간에 열처리 된다.

또, 필더를 사용한 실험 No.1로서도 양호한 열처리는 가능하나 No.5에 비교하여 처리 시간이 길다. 또 No.6은 주행섬유 집합체의 하부에만 압축에어 젯트기류를 작용시킨 경우이고, 상층부에 황변이 생긴다.

No.7는 주행섬유 집합체의 상부에만 압축에어 젯트기류를 작용시킨 경우이고, 열처리 후의 슬라이버 상태는 극미(極微)의 수축반이 생기나 모두 양호하다.

따라서 압축젯트 기류를 주행섬유 집합체의 상층부에 작용시키면 열처리반이 이완 열처리는 가능하다.

[실시예 2]

제1도의 곡선 ③에 표시한 적외선 발생 특성을 가진 원 적외선 발생소자와 제6도에 표시한 장치를 사용하여 하기의 조건에 의한 건조 열처리를 행하였다.

사용 원변(原綿) 아크릴계 토우[旭化成工業(株)製, 카시밀론(등록상표)], 단 섬유데니어 3d, 총 데니어 50만d, 습열권측 가공공정에 들어갈 토우, 수분을 45%, 원 적외선 발생 장치로내 조건 : 로내 분위기 온도 300℃, 260℃, 160℃, 120℃, 80℃, 60℃

공기압 5kg/㎠G

원적외선 발생소자 본수 54본

총에너지 5watt/㎠-0.1watt/㎠

조사거리 10cm

결과를 제2표에 표시한다.

[제 2 표]

비교 대조를 위하여, 종래의 열풍건조기에 의한 동일 원면의 건조를 행하였는바, 건조기가 들어갈 원면 수분율을 0.5%로 할려면 로내온도 80℃에서 60분간의 처리시간이 필요하였다.

이상의 결과로부터 원 적외선 발생소자의 픽크파장은 3.5-7μ이고, 또한 로내온도가 80-260℃의 범위에서 양호한 건조열처리를 행하는 것이 판명되었다. 로내온도가 260℃인 경우는 종래의 열풍식에 비교하여 처리시간을 약 1/12로 단축되며, 로내 온도가 80℃인 경우에도 1/4로 단축된다.

또, 종래의 열풍식 건조기로 로내온도를 260℃로서 10분간 건조 처리한 결과는 합성섬유의 외층부에 극단한 연소현상이 발생하였다.

[실시예 3]

단 섬유데니어 3d, 총 데니어 50만 d의 아크릴계 섬유[카시밀론(등록상표)]의 토우를 터어브 스테이플러로 열판온도 140℃, 열 연신배율 1.39의 열연신 조건으로 연신하고, 절삭하여 수축능을 가진 슬라이버를 얻고 이를 제6도에 표시한 장치로 실시예 2와 동일한 적외선 조사 조건으로 열처리하였다.

그 결과를 제3표에 표시한다.

[제 3 표]

*( )내는 부분 수축을 표시함.

또, 슬라이버 수축율은 처리전의 슬라이버 길이 A, 처리후의 슬라이버 길이 B로 하고 (A-B)/A×100(%)로 정의한다. 또, 비등후 단섬유 잔류 수축율과는 열처리후의 슬라이버중의 단섬유속의 길이 C, 0.30분간 비등 처리후의 길이 θ로한 경우(C-θ)/C×100(%)로 정의한다. 참고로, 터어보 스테이플러에 들어갈 동일한 슬라이버를 종래의 셋터로서 처리온도 110℃ 총 처리시간 35분의 조건에서 셋트한바, 슬라이버 수축을 25.5%를 얻었다. 또 셋트후의 슬라이버의 비등후 단섬유 잔류 수축율은 1.5%이였다. 그 셋트 슬라이버를 길링(gilling)한후 슬러브, 네프측정을 행한바 13개/100g수치를 나타냈다. 또, 셋트후의 슬라이버 인발저항(引拔抵抗)은 8kg의 높은 값을 나타냈다. 이에 대하여 본 발명에 의한 것은 제3표 실험 No.3의 슬라이버로 2.5kg/㎠의 값을 나타냄에 불과하였다.

이상 제3표의 결과에서 로내온도 290℃가 되면 합성섬유에 황변이 발생하고, 또한 섬유 집합체의 내층부와 외층부에 극단한 수축반이 발생하고, 로내온도가 100℃인 경우에는 비등후 단섬유 잔류 수축율이 크고 열처리가 불충분하다. 상기 제3표에서도 명백한 바와같이, 원 적외선 발생소자의 픽크파장이 3.5-5.5μ로, 또 로내온도가 120-280℃의 범위에 있어서 양호한 이완 열처리가 되는 것이 판명되었다.

즉, 원 적의선 발생로내 온도가 280℃인 경우는 종래의 스팀셋터에 비교하여 1/320로 처리시간이 단축되며, 그 로내온도가 120℃인 경우에도 1/43로 탄축된다는 경이적인 결과를 얻었다.

[실시예 4]

폴리에스텔섬유 토우(로제아세타 사제)를 열판처리 100℃, 열연신배율 1.28로 열연신후 다단절삭 방식으로 절삭한 슬라이버를 제6도에 표시한 장치로 그 로내 분위기 온도를 160℃로 하여 처리한바 슬라이버 수축율은 14.1%를 나타냈다. 또 총 처리시간은 12초이었다. 종래의 스팀셋터에서는 110℃에서 32분의 총처리시간을 요하고, 슬라이버 수축율은 13.8%이었다. 또, 본 시험에서 사용한 원 적외선 발생수단은 제1도의 곡선 ④에서 나타낸 분포를 발생하는 것이였다.

[실시예 5]

아크릴계섬유(카시밀론)의 비수측 슬라이버의 한쪽반과 수축 슬라이버의 한쪽반을 혼방하여 후공정에서 작업 방적사를 얻고, 이를 제6도의 장치를 사용하여 로내 분위기 온도 200℃, 총처리시간 4초로서 열처리한 숭고 방적사를 만들었다.

압축탄성시험기(前田精機제작소제)로서 이것의 비용적을 측정한바, 1.42㎠/g의 값을 나타냈다.

이에 대하여 종래의 스팀처리를 행한 것의 값은 13㎠/g이었다.

즉, 본 실시예에 의한 것은 종래의 것에 비하여 숭고(嵩高)이며 벌키형태도 양호하고 촉감도 양호하였다.

[실시예 6]

제9도에 표시한 장치를 사용하여 실시예(3)에서 사용한 토우를 로내 분위기 온도 220℃ 처리시간 5초로 열연신한바, 디리버리 로울러에 들어갈 단섬유 수축율은 25.2%이었다. 이에 대하여 종래의 열판에 의한 단섬유 수축율이 25.1%이며 토우의 길이방향의 편차 R=2%이고, 폭방향의 편차는 R=3%이었다.

이에 대하여, 종래의 열판에 의한 단섬유 수축율이 평균 25.1%이고 토우의 길이방향의 편차는 R=3%이고, 폭방향의 편차는 R=8%이였다. 또, R은 최고치와 최저치와의 차이다.

또, 폴리에스텔(旭化成工業(株)製)의 미연신토우를 제9도에 나타낸 장치를 사용하고 또한 전기와 동일한 조건에서 열연신한 결과, 단섬유 물성 변동이 없는 넥킹(necking)상태가 없는 최량의 연신토우를 얻을수가 있었다.

본 발명은 열가소성 합성섬유 집합체에 건조, 열연신, 열고정, 숭고가공등의 열처리를 실시함에 있어 원 적외선을 사용하여 황변시키는 일이 없고 열처리하는 공업적 방법을 확립한 점에서 획기적인 것이고 이에 의하여 종래의 열처리방법에 있어서와 같은 공정상의 사고나 품질상의 문제점을 완전히 없애고 증기 셋터에 있어서와 같은 밀폐를 필요로 하지않는 개방상태로 극히 단시간으로 이상적 열처리가 가능하게 되었다. 따라서 본 발명의 방법을 각종 합성섬유 제조공정 또는 방적공정에 적용한다면 시간효율의 향상, 공정수의 저감, 성력화에 절대한 효과를 가져올 수 있고 또, 본 발명의 방법으로 셋트된 슬라이버는 종래법에 의하여 셋트된 슬라이버와 같이 섬유간의 고착이 없기 때문에 인발저항을 감소하고 후의 드래프트공정에 있어서의 로울러가압의 감소, 길(gill)공정에서의 개섬부하(開纖負荷)의 경감등의 잇점등을 가하고 슬라브, 넵프등의 슬라이버 결점이 전무하는 품질상의 잇점을 지니고 있다.

이와같이 본 발명은 종래 공업적으로 불가능하다고 생각되고 있던 원 적외선에 의한 섬유 집합체의 열, 처리를 가능하게 하고 상기와 같이 현저한 공업적 효과가 있는 우수한 발명이다.

Claims (1)

1. 적외선 발생소자를 상하로 적용한 원 적외선 발생로내에 섬유 집합체를 공급하고 상기 소자로부터 방사하는 적외선 방사에너지 분포의 픽크파장이 3.5μ이상이고 그때의 방사강도가 0.1-2.6watt/㎠인 원 적외선으로 쪼이면서 주행시킴과 동시에 상기 소자와 피조사물의 사이에 발생하는 열을 에어커텐 방식의 압축젯트 기류에 의하여 적극적으로 로외로 배출하고 또 로내분위기 온도를 80-280℃의 범위로 유지하면서 상기 주행섬유 집합체를 연속적으로 열처리하는 것을 특징으로 하는 합성섬유상 물질의 열처리방법.

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