KR910007603B1 - 폴리에스테르 태세사(thick and thin yarn)의 제조방법 - Google Patents

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Description

폴리에스테르 태세사(thick and thin yarn)의 제조방법

제1도는 본 발명의 멀티필라멘트사를 구성하는 필라멘트사의 일부를 확대한 도면이다.

제2도는 본 발명에서 사용하는 연산장치(stretching apparatus)의 예이다.

제3도는 표면 미끄럼 마찰을 측정하기 위해 사용하는 장치를 개략적으로 나타낸 예시도이다.

제4도는 표면 미끄럼 마찰(δ)과 우스터균제도(중간)(%)와의 관계를 나타낸 그래프이다.

제5도는 연신점(stretching point)을 나타내는 개략도이다.

제6도는 선행기술에 따르는 멀티필라멘트사를 구성하는 필라멘트의 일부를 확대한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

제2도, 제3도 및 제5도에 기재한 숫자는 다음 부분을 나타낸다.

1 : 미연신사(unstretched tarn) 2 : 공급로울러

3 : 연신 로울러(stretching roller) 4 : 연신로울러(drawing roller)

5 : 가열판 6 : 목관(pirn)

7 : 구동로울러 8 : 구동로울러

9 : 시험로울러 10 : 사(

)

11 : 소형 로울러

본 발명은 폴리에스테르 멀티필라멘트의 태세사(太細

think and thin yarn)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 섬유축 방향에 따라 두께가 균일하지 않은 필라멘트로 이루어진 필라멘트사이고, 개개 모노필라멘트의 단면적 분포범위가 미연신사(unstretched yarn)의 모노필라멘트의 단면적으로부터 0.7배 이상의 최대 연신비(Maximum Draw Ratio : MDR)의 연신비로 연신(stretching) 한 연신사(stretched yarn)의 모노필라멘트의 단면적까지인 테세사를 제조하는 방법에 관한 것이다.

전에는 주로 염색된 사를 합연(合撚)하거나, 염착도가 상이한 섬유들을 혼합방적하거나 또는 교연한 후, 후염(piece-dyeing)하는 후가공법(post processing method)으로 합성섬유로부터 외관이 희고 검은 점이 뒤섞인 편물 또는 직물을 제조하여 왔다.

이러한 모든 방법들은 특성이 서로 상이한 두 종류의 섬유나 사를 사용할 필요가 있었으므로 원료섬유의 제조시 공정이 복잡할뿐만 아니라 고차가공공정(higher order processing step)에서 품질관리도 대단히 복잡하였다.

한편, 외관이 희고검은 점이 뒤섞이지 않은 얼룩무늬를 내기 위해서 사의 길이방향을 따라 두껍고 가는 부분이 있는 사를 사용하였다. 이러한 사를 소위 슬럽사(slub yarn)라고 한다. 슬럽사에 속하는 멀티필라멘트사를 통상적으로 태세사(太細

)라고 한다. 일본국 특허공보 제6615/66호 및 제19627/68호에 기재되어 있는 바와 같이, 폴리에스테르 필라멘트 태세사는 각각의 모노필라멘트 부분이 멀티필라멘트의 동일점에서 이면신 상태로 남겨진 미연신 부분의 집합체를 형성한 사이므로, 제6도에 도시한 바와 같이 두꺼운 미연신 부분과 가는 연신부분이 사의 길이방향으로 형성된 사이다.

그러나 이러한 태세사가 편물 또는 직물에 얼룩무늬를 나타낼 수 있지만, 편물 또는 직물의 외관에 희고 검은 점이 뒤섞여 보이지는 않는다. 또한, 태세사에는 미연신부분이 사에 남아 있으므로, 고차가공공정에서 열처리할 경우, 섬유가 파괴되거나 지나치게 강직해지는 가공상의 문제가 있다. 이러한 문제점은 사의 두꺼운 부분이 거의 대부분 미연신부분을 구성한다는 점에서 야기되며, 미연신부분이 집중됨으로써 열처리에서 각종 문제점이 주로 야기된다.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법으로서 두꺼운 부분과 가는 부분을 섬유축 방향뿐만 아니라 구성필라멘트에 고도로 분산시키는 방법이 제안되었다. 이러한 방법의 예는, 예를들면, 일본국 공개특허 공보 제39411/85호에 기재되어 있다.

상기의 방법에 따르면, 수득한 멀티필라멘트사에서는 가는 부분이 섬유축 방향뿐만 아니라 필라멘트에 양호하게 분산되어 있으며, 분산도를 나타내는 지수인 우스터균제도(중간)의 측정치를 1.50%이하였다.

그러나, 상기한 일본국 공개특허공보에 기술된 방법으로 제조한 연신사를 제직한 다음, 염색하였을 경우, 두꺼운 부분과 가는 부분이 직물에 대략 양호하게 분산되어 있지만, 두꺼운 부분과 가는 부분이 불균일하게 분산되어 있으므로 눈에 뛸 정도로 염색이 불균일하며, 또한 두꺼운 부분과 가는 부분이 불균일하게 분산되어 있기 때문에 두꺼운 부분이 집중되어 인열강도가 낮은 결점이 있다.

선행기술에 관련된, 상기에서 언급한 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명자들은 두꺼운 부분과 가는 부분의 분산성을 보다 향상시키려고 예의 연구한 결과, 두꺼운 부분과 가는 부분이 대단히 양호하게 분산되어 있고, 불균염도가 매우 낮으며, 인열강도가 높은 직물을 제직할 수 있는 테세사는 사를 연신하는 단계에서 사용하는 연신로울러(stretching roller)의 표면 미끄럼 마찰이 특정한 범위내일 때 수득할 수 있음을 알아 내었다. 본 발명은 이러한 사실을 기초로 하여 완성되었다.

본 발명에 따라, 사의 결정화 온도 이하, 바람직하게는 70 내지 140℃로 가열한 연신로울러(표면 미끄럼 마찰이 4.0 내지 6.0임)를 사용하여 사의 천연 연산비를 초과하지 않으며 연신한 후 연신사에 70%이상, 바람직하게는 75 내지 90%의 파단신도를 부여하는 연신비로 폴리에스테르 멀티필라멘트의 미연신사를 연신한 다음, 온도범위가 미연신사의 유리전이점 이상, 결정화 온도 이하, 바람직하게는 100 내지 140℃인 가열체 위에서 사를 이동시키면서 1.001 내지 1.040의 연신비로 열처리하는 것을 특징으로 하여 폴리에스테르 태세사를 제조하는 방법으로 제공한다.

지금부터 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용하는 연신장치의 예는 제2도에 도시되어 있다. 제2도에 있어서, 미연신 폴리에스테르사는 공급로울러(2)와 결정화 온도를 초과하지 않는 온도범위에서 가열된 연신로울러(3)사이에서 연신사의 신도가 70%이상으로 되는 천연 연신비 이하의 연신비로 연신한 다음, 연신로울러(stretching roller)(3)와 연신로울러(drawing roller)(4) 사이에서 가열체(가열판)(5)의 온도가 미연신사의 유리전이점 이상, 미연신사의 결정화 온도 이하인 온도조건하에 연신로울러(3)와 연신로울러(4)의 연신비가 1.001 내지 1.040인 범위에서 열처리되며, 이어서 목관(6)에 권취된다.

통상적으로 미연신사를 사의 천연 연신비 이하의 연신비로 연신할 경우, 두꺼운 부분과 가는 부분에 나뉘어 사의 연신이 발생하며, 이 결과, 연신장력의 변동을 야기하는 연신점의 이동이 초래된다. 결과적으로, 가공안정성이 불충분한 지역에서 연신히 행해지므로, 예를들면, 섬유파괴가 발생하는 등, 가공안정성이 나빠진다. 그러나, 본 발명에 기재된 바와 같이 결정화 온도를 초과하지 않는 비교적 높은 온도와 천연 연신비를 초과하지 않은 낮은 연신비에서 연신할 경우, 두꺼운 부분의 열 취약성은 억제할 수 있으며, 처리공정동안 사와 모노필라멘트의 절단을 감소시키는 등, 가공성을 향상시킬 수 있다.

미연신부분과 연신부분이 태세사에 혼재되어 있으므로, 태세사에는 필라멘트의 길이방향을 따라 고신도 부분과 저신도 부분이 혼재되어 있다. 이러한 점이 고차가공, 예를들면, 가연(false twisting)에서 장력변동의 주요한 원인이 될 수 있으며, 가공안정성이 나빠지게 된다. 본 발명에 기재한 바와 같이 파단신도가 70%이상인 연신사를 제조할 경우, 가연가공에서의 가공장력의 변동은 저하되며, 가공안정성은 향상된다.

열처리온도에 있어서, 열처리온도로 충분히 열고정(heat set)할 수 있는데, 즉 유리전이점 이상이면 두꺼운 부분의 열 취약성을 억제할 수 있다. 이로써 사의 강도저하를 방지할 수 있으며, 연신공정과 고차가공공정에서 가공안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 결정화 온도 이하의 열처리 온도를 채택함으로써 두꺼운 부분과 가는 부분간의 열수축율의 차이를 이용하여 직물에 숭고성(崇高性)을 부여할 수 있게 된다. 열처리온도가 결정화 온도를 초과할 경우, 두꺼운 부분과 가는 부분간의 열수축율의 차이는 작아지며, 이로 인하여 숭고성이 우수한 직물을 수득하기가 곤란해진다.

본 발명에 있어서, 열처리는 연신비가 1.001 내지 1.040인 신장 열처리방법으로 행하므로 완화열처리에서 현저한 열 취약도가 매우 작아진다. 게다가, 연신비가 작으므로 두꺼운 부분은 변형되지 않고, 신장열처리시의 응력을 견딜 수 있으며, 따라서 가공단계에서 섬유가 파괴되지 않는다.

본 발명에 있어서, 연신로울러의 표면 미끄럼 마찰은 매우 중요하다. 연신로울러의 표면 미끄럼 마찰은 연신로울러의 표면 조도(粗度)와 재료에 좌우된다. 표면 미끄럼 마찰은 제3도에 도시한 장치를 사용하여 측정할 수 있다.

표면 미끄럼 마찰을 측정하는 시험로울러(9)는 시험로울러의 위치를 이동하는 사(10)가 로울러의 표면에 대하여 100˚의 접촉각(θ)을 형성하도록 구동 로울러(7)과 (8)사이의 중간에 설치된다.

측정시, 통상적으로 구입할 수 있는 폴리에스테르 연신사(75데니어, 36필라멘트)를 사용한다. 연신사는 고정되어 회전할 수 없는 시험로울러(9)의 표면에 접촉하면서 이동하며, 시험로울러(9) 앞의 이동장력(T₁)과 시험로울러(9)뒤의 이동장력(T₂)을 측정한다. 표면 미끄럼 마찰(δ)은 다음 식으로부터 계산한다 :

δ=T₂/T₁

제4도는 연신로울러의 표면 미끄럼 마찰(δ)과 두꺼운 부분과 가는 부분의 분포 상태를 나타내는 지수인 우스터균제도(중간)(%)와의 관계를 나타낸다.

표면 미끄럼 마찰의 범위가 4.0 내지 6.0일 경우, 우스터균제도(중간)의 값은 작고, 분산상태도 양호한 점을 제4도로부터 알 수 있다.

4.0이하거나 6.0이상인 표면 미끄럼 마찰은 바람직하지 않는데, 그 이유는 두꺼운 부분과 가는 부분의 분산상태가 균일하게 되지 않기 때문이다.

표면 미끄럼 마찰값에 따라 두꺼운 부분과 가는 부분의 분산상태가 변하는 이유가 다음과 같다고 생각된다.

즉, 본 발명의 연신방법에서 연신로울러의 표면 미끄럼 마찰이 6.0이상일 경우, 대부분의 연신은 제5도에서 연신로울러(3)의 도입부인 A로 나타낸 좁은 지역에서 집중적으로 발생하므로, 개개 모노필라멘트의 두꺼운 부분이 멀티필라멘트의 동일한 점에 모이게 되고, 이로 인하여 패턴의 분산상태가 나빠지게 된다. 표면 미끄럼 마찰이 6.0 내지 4.0일 경우, 연신은 제5도에서 B로 나타낸 비교적 넓은 지역에서 분산되어 발생하므로 패턴의 분산상태도 미세하고 균일하게 된다. 표면 미끄럼 마찰이 4.0이하로 감소될 경우, 연신은 사가 연신로울러(3)로부터 떨어져 소형 로울러(11)로 가게 되는, 제5도에서 C로 나타낸 좁은 지역에서 집중적으로 발생하므로, 또다시 패턴의 분산상태가 조악하게 된다.

본 발명은 실시예를 참고하여 다음과 같이 설명한다.

[실시예 1 및 2; 대조실시예 1 및 2]

제2도에 도시한 연신장치를 사용하여, 1,700m/min의 방사속도로 권취한 삼각 단면의 브라이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미연신사(100데니어, 36필라멘트)를 연신한다. 팽창계(dilatometry)를 사용하여 측정한 미연신사의 유리전이점[참조 : J. of the Soc. of Fiber Science and Technology, Japan, Vol. 24, No. 1(1968), P. 12]과 주사열량계(Scanning Calorimeter)로 측정한 사의 결정화 온도는 각각 71℃와 127℃였다. 미연신사는 온도가 115℃인 연신로울러를 사용하여 1.796의 연신비로 연신한 다음(사의 천연 연신비는 2.580이다), 1.006의 연신비로 120℃의 가열판에서 인장시키며, 연신단계에서 표면 미끄럼 마찰이 변동된 연신로울러를 사용한다. 이렇게 하여 수득한 연신사의 우스터균제도(중간)는 표 1에 기재되어 있다.

[표 1]

주 :

◎ : 우수

○ : 양호

× : 불량

표에서 명백한 바와 같이, 연신로울러의 표면 미끄럼 마찰의 범위가 4.0 내지 6.0일 경우, 수득한 사의 우스터균제도(중간)값은 최소이며, 육안으로 관찰한 염색물의 두꺼운 부분과 가는 부분의 패턴 분산상태는 미세하고 균일하다. 표면 미끄럼 마찰이 4.0이하이거나 6.0이상일 경우, 우스터균제도(중간)값은 증가하며, 두꺼운 부분과 가는 부분의 패턴 분산상태는 거칠고 균일하지 않다.

[실시예 3]

제2도에 도시한 연신장치를 사용하여, 1,700m/min의 방사속도로 권취한 삼각단면의 브라이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미연신사(100데니어, 36필라멘트)를 연신한다. 팽창계를 사용하여 측정한 미연신사의 유리전이점과 주사열량계로 측정한 결정화 온도는 각각 71℃와 127℃였다. 표면 미끄럼 마찰이 5.1 내지 5.3인 연신로울러를 연신장치에 사용한다. 미연신사를 1.796의 연신비(사의 천연 연신비는 2.580이다)로 연신한 다음, 표 2에 기재한 각각의 조건에서 열처리한다.(연신온도는 115℃이다). 각각의 조건에서 행한 열처리에서의 가공안정성은 표 2에 기재되어 있다. 상기의 열처리를 행한 후, 수득한 원섬유를 2500T/M으로 가연한 다음, 75℃의 습열하에 30분 동안 꼬임고정시킨다. 이렇게 하여 수득한 태세사로 조제트 크레이프 직물을 제직한 다음, 15%의 알카리 감량처리를 행한다. 이렇게 하여 수득한 직물의 강도는 표 2에 기재되어 있다.

[표 2]

주 :

* 1 ○ : 양호

× : 플러프 또는 파괴된 섬유가 생김

* 2 ○ : 실제로 사용가능한 강도

× : 실제로 사용불가능한 강도

열처리시의 연신비가 1.001이하이거나 1.040이상일 경우에는 가공안정성과 직물의 강도가 모두 나쁘고, 가공안정성이 우수한 연신비에서 열처리를 행하더라도 열처리온도가 유리전이점보다 낮을 경우에는 수득한 직물의 강도가 나빠서 실제로 사용할 수 없으며, 열처리온도가 결정화 온도보다 높은 경우에는 가공안정성과 직물의 강도가 모두 나쁘다는 사실을 표 2로부터 알 수 있다.

[실시예 4]

복굴절율(△n)이 0.031이고, 유리전이점이 71℃이며, 결정화 온도가 130℃인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미연신사(500데니어, 96필라멘트)를 표 3에 기재한 각각의 조건에서 표면 미끄럼 마찰이 5.1 내지 5.3인 연신로울러가 구비된 제2도의 연신장치를 사용하여 연신한 다음, 열처리한다. 이렇게 하여 수득한 원사를 가연(false twist)처리하여 이의 거동을 평가한다. 평가 결과는 표 3에 기재되어 있다.

[표 3]

본 발명의 공정에 따라 수득한 태세사는 연신공정에서 가공안정성이 우수하였다. 태세사로 제조한 제품은 고차가공공정에서 내취약성이며, 따라서 실제로 만족스럽다.

Claims (4)

1. 미연신사의 결정화 온도를 초과하지 않는 온도범위로 가열되었으며 표면 미끄럼 마찰이 4.0 내지 6.0인 연신로울러를 사용하여 사의 천연 연신비를 초과하지 않으며 연신한 후 연신사에 70%이상의 파단신도를 부여하는 연신비로 폴리에스테르 멀티필라멘트의 미연신사를 연신한 다음, 온도범위가 미연신사의 유리전이점 이상 미연신사의 결정화 온도 이하인 가열체 위에서 사를 이동시키면서 1.001 내지 1.040의 연신비로 열처리함을 특징으로 하여 폴리에스테르 테세사를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 연신로울러의 온도범위가 70 내지 140℃인 방법.
3. 제1항에 있어서, 연신한 후 연신사에 75 내지 90%의 파단신도를 부여하는 연신비로 연신을 행하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 가열체의 온도범위가 100 내지 140℃인 방법.

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