KR940002376B1 - 극세 멀티 필라멘트(multifilament)사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

극세 멀티 필라멘트(multifilament)사의 제조방법

제1도는 본 발명에서 사용한 방사장치의 개략도이고,

제2도는 사조의 집속위치관계 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 방사구금 2 : 냉각장치

3 : 사조 4 : 사조 집속장치

5 : 방사통 6 : 오일링장치

7 : 고데트로울러 8 : 권취장치

a : 방사구금면에서 냉각장치 하단까지의 거리

h : 냉각풍 개시 위치(방사구금면에서 냉각풍 취출위치까지의 거리)

I : 냉각장치에 있어서 냉각풍 취출면의 길이

L : 사조의 집속위치(구금면에서 사조집속위치까지의 거리)

본 발명은 열가소성 중합체 극세 멀티 필라멘트사의 제조방법에 관한 것으로 좀더 구체적으로는 나일론, 폴리에스텔등과 같은 일반적인 열가소성 중합체를 통상의 용융방사 기술로 방사하되 방사조건을 한정하므로서 단사의 섬도가 0.5 데니어 이하인 열가소성 중합체 극세사의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 단사의 섬도가 0.5데니어 이하인 섬유는 단사의 섬도가 1 데니어 정도인 섬유로 방사한 후 연신하는 방법으로 제조되지만, 방사 연신의 수율이 나쁘고 더욱이 사의 균제도가 불량하여 사반이나 염색반이 나타나므로 통상의 의료용 원사와 같은 수준의 물성을 갖는 사제조가 극히 곤란하다. 특히, 폴리에스텔이나 나일론을 통상의 용융방사 기술(방사-연신법)을 이용하여 방사 및 연신하므로서 섬도가 0.5데니어 이하인 섬유를 제조할 경우 방사시에 사절이 발생하기 때문에 공업적으로 제조하는 것이 극히 곤란하다. 한편, 종래부터 알려져 있는 극세섬유 제조방법으로는 2종류의 폴리머를 복합방사한 후 물리적, 화학적 처리를 실시하여 제조하는 방법이 예시되어 있는바, 예를들면, 한국 특허공고 제88-493호에서는 해도섬유를 방사한후 해성분을 용해, 제거하여 도성분으로 된 극세사를 얻는 방법이 알려져 있고, 한국 특허공개 제87-744호에서는 2종류의 폴리머를 특수한 단면형상을 갖는 섬유로 방사한 후 2종류의 접착면에서 박리시켜 데니어가 낮은 섬유를 얻는 분할형 섬유에 의한 방법이 알려져 있다.

그러나, 복합방사한 후 단사데니어가 낮은 섬유를 얻는 방법은 해도섬유로서 사용되는 해성분을 용해 제거하기 위한 유기용매처리 공정이 필요하고 제조공정에서 이용하는 방사구금등의 제조장치가 복잡한 구조를 갖는 단점이 있다. 또한 분할형 섬유에 의한 방법도 상기와 같은 복잡한 방사구금을 사용해야 하며 2성분으로 분할후의 단사섬도가 균일하지 않고, 사용되는 폴리머의 상용성이 다르기 때문에 여러가지 문제점이 발생된다. 특히, 폴리에스텔과 폴리아미드를 이용할 경우 염색성의 문제로서 균염이 되지않거나 다른 한쪽의 폴리머를 오염시키는 등의 문제가 있다.

상술한 해도형 섬유나 분할형 섬유에 의한 극세 데니어 섬유 제조방법이 제안된 것은 단독 중합체에 의한 용융방사 방법으로 만족할 만한 물성을 갖는 사를 제조할 수 없었기 때문이다.

상기의 문제점들을 해결하기 위하여 통상의 용융방사기술을 이용하여 극세섬유를 제조하는 방법에 관한 많은 연구가 행하여졌다.

예를들어, 종래 극세섬유 제조방법에 있어서 공당토출량을 낮추고 권춰속도를 높히는 방법이 제안되었으나 이러한 방법은 연신사로서 단사의 섬도가 0.5 데니어 이하인(방사단계에서 약 1데니어) 섬유를 제조시 방사상태가 불안정하고 사반이 발생하는 것 외에도 본질적으로 방사시에 방사구금직하에서 단사절이 발생하여 권취가 불가능하였으며, 이러한 현상은 폴리머의 토출공경을 낮추거나 방사드레프트를 낮추어도 방지할 수 없었다. 또한, 중합체의 용융온도를 낮추거나 올리는 방법이 제안되었으나 용융온도를 낮추는 경우에는 슬러브 절단이 발생하고, 용융온도를 올리면 방사구금 직하의 단사절이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 단사의 섬도가 0.5 데니어 이하인 극세섬유를 제조하는데 있어서 종래의 복합방사방법을 사용하지 않고 통상의 용융방사 방법을 개량하여 안정되고 실용적으로 가치가 높은 극세사의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 용융방사법에 의하여 단사섬도가 0.1~0.5데니어이고 필라멘트수가 100 이상인 열가소성 중합체로 된 극세섬유를 제조시 공당의 토출단면적이 3.2×10^-4㎠ 이하로 된 구금을 사용하고 방사구금 직하 10㎝에 있어서 분위기 온도를 200℃ 이하로 유지시키고 중합체의 용융온도를 중합체 융점보다 30℃ 이상으로 하고 하기의 조건을 만족하도록 방사하므로서 용융방사의 방법으로 극세섬유를 용이하게 제조할 수 있었다.

여기서, H : 냉각풍 개시위치{방사구금면에서 냉각풍취출위치까지의 거리(㎜)}

I : 냉각장치에 있어서 냉각풍 취출면의 길이(㎜)

Q : 공당 토출량(g/min)

L : 사조의 집속위치{구금면에서 사조 집속위치까지의 거리(㎜)}

a : 방사구금면에서 냉각장치 하단까지의 거리(㎜)

V : 방속(m/min)

본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 열가소성 중합체로는 폴리에스텔, 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌 등과 같이 용융방사할 수 있는 모든 중합체를 사용할 수 있으며, 상기 열가소성 중합체는 소량의 첨가제로서 착색제, 안정제, 난연제, 제전제를 함유해도 관계없다. 또한, 2종류 이상의 중합체의 혼합섬유, 심초형, 분할형, 다심형복합섬유도 본 발명의 방법에 의해 제조할 수 있다.

본 발명에 이용하는 방사구금의 토출공당 토출단면적은 2×10^-4㎠~3.2×10^-4㎠ 하여야 하며 이것은 원형단면의 경우에 직경이 0.08~0.2㎜에 해당된다. 토출공의 단면적이 3.2×10^-4㎠ 를 초과하면 단사 데니어의 굵기가 불균일하고 구금직하에서의 단사절이 많아지고 방사상태가 불량해지며, 2×10^-4㎠ 미만이면 권취가 불가능해진다. 토출공 형상은 원형외에 삼각, 오각, 편평, 중공등의 이형단면으로 해도 좋다.

폴리에스텔, 폴리아미드등 열가소성 중합체 용융방사시에 있어서 슬러브(slub) 발생을 방지하고 방사상태를 안정시켜 연신공정에서 연신비를 증대시키기 위하여 방사구금 직하의 일정한 범위까지는 고온 분위기로 유지하면서 방사하는 방법이 종래부터 일반적으로 행해져 왔지만, 이 경우 방사구금직하 10㎝의 분위기 온도는 적어도 200℃ 특히, 가열통을 장착한 경우에는 300℃를 넘는다.

그러나, 본 발명자들은 극세섬유를 제조할때 방사구금직하 분위기 온도가 높은 것이 원인이 되어 사반이나 사절이 많이 발생하는 것을 발견하였다. 즉, 통상의 방사에서는 바람직하다고 생각되는 방사구금직하의 고온 존(Zone)이 극세섬유 제조시에는 오히려 역효과가 있었다.

따라서, 본 발명에서는 방사구금직하의 분위기 온도를 낮추는 것 구체적으로는, 방사구금직하 10㎝에 있어서 분위기 온도를 50℃~200℃, 바람직하게는 130℃~150℃로 유지시킬 필요가 있다. 방사구금직하의 분위기 온도가 200℃를 초과하게 되면 단사절이 많이 발생하여 안정된 연속생산이 극히 곤란하게 되며, 50℃미만일 경우에는 노즐면의 온도하락으로 폴리머의 토출에 문제점이 있다.

본 발명에 있어서 방사시 열가소성 중합체의 용융온도는 통상의 용융방사 온도보다 높게 할 필요가 있다. 즉, 통상의 방사온도에 있어서는 중합체의 세화변형율이 크게되므로 이를 방지하기 위하여 방사할때 용융온도로 중합체 융점보다 30~60℃ 높게 하지 않으면 안된다. 중합체 용융온도가 중합체 융점+30℃ 미만일 경우에는 단사절이 다량 발생하여 안정된 연속 생산이 곤란하며, 중합체 융점 +60℃를 초과하면 고온으로 방사시 열세화에 의해 분해, 착색, 방사시의 곡사등이 발생하여 바람직하지 않다. 특히, 중합체의 용융온도는 중합체의 융점보다 40℃~50℃ 높아야 한다.

열가소성 중합체를 이용하여 극세 멀티 필라멘트사를 방사할 경우 분위기 온도를 상기의 조건이 되도록 하기 위해서는 사조의 냉각조건 특히 냉각풍의 취출개시위치 H가 중요하며, H는 30~100㎜, 바람직하게는 40~60㎜ 범위로 조절하는 것이 효과적이다.

특히, 사조의 냉각반을 억제하려면 비교적 방사구금면 가까운 위치에서 사조를 어느정도 급냉각하는 것이 필요하므로 H가 100㎜ 보다 클 경우 급냉효과가 불충분하여 냉각반이 발생하는 요인이 되고, 30㎜ 보다도 가까울 경우 너무 급냉되기 때문에 방사구금의 온도가 하락되어 사조의 내부 비틀림이 증대하여 바람직하지 않다.

냉각풍 취출개시위치 (H) 뿐만 아니라 냉각장치의 취출면의 길이(I)도 극세섬유를 안정되게 제조하기 위한 중요한 냉각조건의 한가지이며,V/10≤I≤300의 범위로 설정해야 한다.

(2) 식의 범위보다 (I)의 길이가 짧을 경우 사조가 충분히 냉각되지 않는 상태로 냉각장치 아래쪽으로 주행을 하게 되므로 외부 분위기의 영향을 받아 사의 흔들림이 크게되어 냉각반이나 사절이 발생하게 되며, (2) 식의 범위보다 길 경우 특별한 제약을 받지 않지만 비효율적이다.

일반적으로 용융방사된 사조는 방사구금면에서 수 m 아래쪽에 설치된 권취장치에 의해서 패키지화 되지만 이 경우 사조는 권취장치 이전에 설치된 오일링 장치 전후에서 집속된다. 그런데 본 발명에서 목저으로 하는 극세 멀티 필라멘트를 3000m/min 이상으로 방사할 경우 사조는 공기저항력을 상당히 받기 때문에 냉각 고화된 사조에 소성 변형이 발생하고, 이러한 변형존(Zone)의 분위기 온도는 낮기 때문에 변형반이 생기기 쉽고 변형반 부분에 집중 응력이 발생하여 사절이 일어나기 쉽다. 따라서, 본 발명에서는 사조의 집속위치(L)를 a+300≤L≤1000으로 조절하므로서 사조에 작용하는 공기저항력을 억제하고 소성 변형을 방지할 수 있었다.

특히, (L)은 냉각장치 하단보다 300㎜ 이상 아래쪽에서, 방사구금면에서 1,000㎜ 이내의 범위에서 사조를 집속하는 것일 적당하다.

집속 위치가 a+300㎜ 미만이면 수반 기류가 흔들리기 때문에 사의 흔들림이 조장되어 바람직하지 않고, 방사구금면보다 1,000㎜를 초과하여 사조를 집속하면 효과가 적다.

사조를 집속하는 방법으로서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 이용할 수가 있다. 특히, 오일링과 집속을 동시에 행하는 방법과 오일링 후에 집속하는 방법으로 해도 무방하지만 공기저항력을 최대한으로 낮추는 것이 좋으며 집속에 사용하는 가이드는 마찰저항이 작을 수록 좋다. 방사 속도가 너무 낮으면 토출량을 극단적으로 낮추어야 하므로 본 발명에서 목적으로 하는 단사섬도 0.1~0.5데니어의 극세 멀티 필라멘트를 얻기 곤란하고 생산성도 저하된다.

본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 3000m/분~4,500m/분 방사속도로 방사하였다. 방사속도가 4,500m/분을 초과하면 사절이 발생하는 문제점이 있었다. 제1도는 본 발명의 방법에서 사용되는 방사장치의 상태를 나타낸 개략도로서 방사구금(1)에서 방출된 사조(3)는 냉각장치(2)에서 냉각풍으로 냉각되어 사조 집속장치(4)에서 집속되고 방사통(5)을 지나 오일링장치(6)에서 오일링되어 고뎃트 로울러(7)에서 인취되고 권취장치(8)에서 패키지화 된다.

다음의 실시예 및 비교예는 본 발명을 좀더 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1~3]

페놀과 테트라클로로에탄올을 6 : 4으로 혼합한 혼합용매를 이용하여 20℃에서 측정한 고유점도가 0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트(용융온도 275℃)를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 용융방사방법으로 방사시 토출공당 단면적이 3.1×10^-4㎠인 150홀의 방사구금을 이용하고 방사조건을 하기 표 1로 하여 방사하고, 제조된 섬유의 섬도를 측정하고, 작업성의 결과를 표 1에 기재하였다.

[비교예 1~7]

방사조건을 하기 표 2로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 제조하고, 제조된 섬유의 섬도 및 작업성을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정 및 평가하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.

[표 1]

[표 2]

(주) 냉각풍의 온도는 상온(25℃)

Claims (1)

1. 공당의 토출 단면적이 3.2×10^-4㎠ 이하로 된 구금을 사용하고 방사 구금직하 10㎝에 있어서 분위기 온도를 50~200℃로 유지시키고 중합체의 용융온도를 중합체 융점 +30℃~중합체 융점 +60℃로하며 하기의 조건을 만족하도록 함을 특징으로 하는 열가소성 중합체 극세 멀티 필라멘트사의 제조방법.

   여기서, H : 냉각풍 개시위치{방사구금면에서 냉각풍 취출위치까지의 거리(㎜)

   I : 냉각장치에 있어서 냉각풍 취출면의 길이(㎜)

   Q : 공당 토출량(g/min)

   L : 사조의 집속위치{구금면에서 사조 집속위치까지의 거리(㎜)}

   a : 방사구금면에서 냉각장치 하단까지의 거리(㎜)

   V : 방속(m/min)