KR950002807B1 - 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법

제1도는 종래의 폴리프르필렌 섬유의 방사 장치를 개락적으로 보여준 도면이다.

제2도는 종래의 폴리프로필렌 섬유의 연신 장치를 개략적으로 보여준 도면이다.

제3도는 본 발명에 따른 폴리프로필렌 섬유의 고속 제조 방법을 실현하기 위하여 이용될 수 있는 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

제4도는 본 발명에 따른 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속제조방법을 실현하기 위하여 이용될 수 있는 제조 장치중에서 권취부의 개략적인 정면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 폴리프로필렌 칩(chip) 2 : 호퍼

4 : 기아 펌프 6 : 스핀블럭

8 : 방사구금(Spinneret) 10 : 가이드

12 : 제1고데트 로울러 14 : 제2고데트 로울러

16 : 보빈 18 : 미연신 권취사

20 : 가이드 22 : 공급 로울러

24 : 히터 26 : 연신 로울러

28 : 가이드 30 : 연신 권취사

32 : 트래블러 34 : 콥

36 : 미연신사 38 : 연신사

54 : 압출기 구동장치 56 : 호퍼

57 : 제1호퍼 58 : 압출기(extruder)

59 : 제2호퍼 60 : 자동칼라링 장치

62 : 스크류우(screw) 64 : 스핀블럭

65 : 기아펌프 구동장치 66 : 기아펌프

72 : 냉각스택(quenching stack) 73 : 스핀튜브(spin tube)

74 : 방사구금 76 : 미연신사

78 : 연신사 82 : 제1고데트로울러

83 : 제2고데트로울러 84 : 제3고데트로울러

86 : 보빈 91 : 오일링 장치

92 : 제1고데트 로울러 94 : 제2고데트 로울러

96 : 제3고데트 로울러 98 : 제4고데트 로울러

102,104,106,108 : 세퍼레이트(separate) 로울러

110 : 보빈 112 : 연신사

111 : 인터레이스(교락)노즐 114 : 미연신사

발명의 분야

본 발명을 폴리프로필렌 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리프로필렌 멀티필라멘트사를 방사와 동시에 연신하여 고속으로 권취함으로씨 별도의 연신공정이 필요치 않게 한 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법에 관한 것이다.

발명의 배경

폴리프로필렌 용융시켜 방사구금을 통하여 아주 가느다란 멀티필라멘트로 방사하기 시작한 것은 1970년대 부터이다.

용융방사에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유는 아주 가볍고 항오염성이 좋으므로 산업용으로는 로우프등의 용도에 유용하게 쓰이며 현재 각종 직편물의 섬유용으로도 많이 사용되고 있고 그 용도가 점점 확대되어가고 있는 과정에 있다. 폴리프로필렌 섬유는 비중이 0.91정도로서 물에 뜨는 섬유이므로 강하고 가벼운 직물용도에 아주 적합하다.

이러한 폴리프로필렌 섬유의 제조에 있어서 종래에는 첨부된 도면의 제1도 및 제2도와 같은 장치를 이용하는 것이 일반적이었다.

상기 제1도는 종래의 폴리프로필렌 섬유의 방사장치를 나타낸 것이다. 이와같은 방사장치에 의한 폴리프로필렌의 방사 공정을 개략적으로 설명하면, 우선 방사를 위한 폴리프로필렌 칩(chip)(1)이 적정량씩 연속적으로 호퍼(2)에 공급되며 이 칩은 자유낙하에 의해 스크류우가 내장된 고온의 압출기(extruder)내로 공급된다.

이렇게 공급된 고체 알갱이 상태의 폴리프로필렌 칩(1)은 압출기내에서 용융되고 통상 3부분으로 나뉘어져 있는 압출기를 스크류(도시안됨) 홈을 따라 이동하면서 방사구금(8)이 장착된 스펀블럭(6)으로 유입된다. 이 용융된 폴리프로필렌은 방사구금(8)의 수십개 또는 수백개의 미세한 홀을 통해 압출되어 하향 방사되면서 냉각되어 섬유상으로 가이드(10)에서 취합되어 멀티필라멘트의 폴리프로필렌 섬유형태가 비로서 형성된다.

이 미완의 폴리프로필렌 섬유는 제1 및 제2고데트 로울러(12, 14)들을 통과한 후 미연신사 형태로 소정의 보빈(16)에 권취된다. 이와같이 제조된 폴리프로필렌 미연신사(18)는 강도 및 신도등에 있어서 매우 불안정하여 섬유로서 사용하기에는 부적합하므로 다시 제2도와 같은 연신장치에 의해 소정의 연신공정을 거친다. 이하에서 폴리프로필렌 섬유의 연신공정을 간단히 설명하면, 상기에서와 같이 제조된 미연신 권취사(18)는 소정의 크릴대에 얹혀진 후 가이드(20)를 거쳐 공급로울러(22)에 공급된다. 공급로울러를 통과한 미연신사는 히터(24) 및 연신 로울러를 가거치면서 연신되어 섬유 용도애 적합한 물성을 지닌 연신사(38)로 되어 최종적으로 콥(34)에 권취된 후 제직 및 제편등의 후공정에 투입되게 된다.

이와같은 연신공정에 있어서, 히터(24)에 의해 고분자 구조가 유동화되어 있는 상태에서 연신 로울러(26)와 공급로울러(22)의 회전수 차이에 의해 당겨지면서 고배향화와 함께 2 내지 5배의 길이로 연신되게 된다.

상술한 바와같은 종래의 폴리프로필렌 섬유의 제조방법에 있어서 큰 단점은 방사시 권취속도가 500m/분이하로 낮으며, 방사공정과 연신공정이 별도의 장치에서 별도로 수행되어야만 함으로써 생산성이 현저히 멀어진다는 점이다.

이러한 사정은 나일론 및 폴리에스터등의 섬유에서도 마찬가지이며, 이와같은 단점을 극복하기 위한 합섬의 일공정 고속 제조방법에 관한 연구가 최근 많이 이루어져 나일론 및 폴리에스터에 있어서는 팔목할만한 성과를 국내외적으로 이루어 4000m/분 이상의 일공정 고속 제조방법이 상업화되고 있다.

그러나 폴리프로필렌에 있어서는 그 고분자 특성으로 인하여 타 합섬에서와 같온 성과는 이루지 못하고 있으며 우수한 물성을 지닌 폴리프로필렌 섬유를 제조하지 못하고 있다.

이와같은 상황에서 본 발명자는 상술한 폴리프로필렌의 일공정 고속 제조방법애 관해 지속적으로 연구한끝에 우수한 물성을 지닌 폴리프로필렌 멀티필라멘트사가 제조될 수 있는 본 발명의 폴리프로필렌 섬유 일공정 고속 제조방법을 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 용융방사에 의한 폴리프로필렌 멀티필라멘트사의 제조에 있어서 고속 제조를 성취함으로써 생산성을 향상시키고자 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 폴리프로필렌 섬유를 제조함에 있어서, 방사 및 연신을 한 공정으로 수행함으로써 생산성을 향상시키고 제조원가를 절감시키고자 함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 섬유적 물성이 우수한 폴리프로필렌 섬유를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 폴리프로필렌 섬유의 방사속도를 대폭 증가시키고자 함에 있다.

발명의 요약

본 발명에 따른 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법에 있어서는 방사된 폴리프로필렌 섬유가 별도의 연신장치로 이동됨이 없이 동일 설비에서 바로 연신되어 고속으로 권취된다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법에 채용되는 설비는 근간의 공지의 시판되는 설비로서 합성섬유 범용 고속 제조 설비이다.

본 발명에 있어서 분자량 분포가 3이하로 되는 섬유용 폴리프로필렌 칩(chip)이 호퍼에 투입되고 공지의 압출기(extmder) 및 방사구금을 통해 방사된다. 이때, 호퍼는 2개가 구비되어 제1호퍼에는 무색 칩이, 제2호퍼에는 유색칩이 공급되며 두 종류의 칩은 자동 칼라링 장치에서 의도에 따라 정확한 비율로 자동 혼합되어 압출기로 공급된다.

멀티필라멘트 상태로 방사된 폴리프로필렌 섬유는 방사구금 직하부 냉각 스택(quenching stack)에서 고화를 위해 15 내지 25℃의 온도를 가진 공기에 의해 냉각(quenching)된 후 집속되어 제1, 제2 및 제3고데트 로울러 또는 그 이상의 고데트 로울러를 거쳐 고속의 권취기에 의해 보빈에 권춰된다.

이때 각 고데트 로울러에는 온도조절기에 의해 사규격과 색상 및 최종용도에 따라 상온부터 200℃ 이내에서 일정한 온도가 부여된다.

본 발명에 있어서 연신은 각 고데트 로울러 사이에서 회전속도의 차이에 의해 최종 목표 물성에 따라 적정하게 분배되어 이루어지며 연신비는 2∼5의 범위에서 결정된다. 연신이 끝난 폴리프로필렌 섬유는 고속 권취기에 의해 2000m/분 이상 6000m/분 이하의 고속으로 권취된다. 권취시의 능각은 4°내지 10°로 하고 리렉스(relax)는 5 내지 15%를 주는 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 보다 상세히 설명되어질 것이다. 도면, 이하에서 설명되는 발명의 구체척 설명 및 실시예는 이 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안되며, 단지 예증에 지나지 않는 것으로 이해되어져야 할 것이다.

발명의 구체적 설명

본 발명에 사용되는 폴리프로필렌 칩(chip)은 분자량 분포가 3이하로 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일공정 고속 제조방법은 당업자에게는 스핀-드로오(spin-draw)방식으로 알려져 있는 것이며 폴리프로필렌 이외의 나일론이나 폴리에스터의 용융 방사에 있어서는 최근에 국내에서 상업화되고 있는 방식이다. 그에 채용되는 설비는 일본, 독일등에서 상업화되고 있는데 예를들면 일본의 도레이 엔지니어링사(Toray Engineering Co., Ltd), 테이진 세이키사(Teijm Seiki Co., Ltd), 독일의 노이마그(Neumag)사등의 제품이 그것이다.

제3도는 본 발명의 폴리프로필렌 섬유 일공정 고속 제조방법에 채용된 설비의 주요부 개략도를 나타낸 것이다.

본 발명에 있어서 폴리프로필렌 칩이 호퍼에 투입되어 압출기(exhuder)내로 일정하게 투입되고 압출기내에서 적정온도로 용융되면서 압축 이송되어 스핀블럭내의 짝으로 가압 투입되며 기아펌프에 의해 정량화된 토출량 방사구금(spinneret)을 통하여 방사되는 기본적인 방사방법은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있는 바와 같다.

상기의 과정에서 상기 압출기는 세부분으로 나뉘어져 각 부분이 일정 온도차를 가진 다른 온도로 정확하게 조절되며 상기 방사구금은 24흘, 또는 90홀등의 것이 상용되어 최종 사규격은 70d/24f, 180d/24f, 400d/24f, 300d/24f, 900d/90f 등으로 된다.

본 발명에 있어서, 방사구금(74)의 직하부에는 길이 1∼2m의 냉각스택(quenching stack)(72)이 형성되어 있어, 그 일측면에 구비된 냉각공기 공급 장치로부터 공급되는 냉각 공기를 방사되어 내려오는 사(絲)에 일정한 속도로 붙여주어 용융된 폴리프로필렌사가 균일하고 신속하에 고화되게 한다. 이때 냉각공기의 온도는 15 내지 25℃로 하는 것이 바람직하며 냉각공기의 풍속은 20∼60m/분으로 하는 것이 좋다.

한편 본 발명에 있어서, 호퍼는 2개 또는 그 이상으로 구성되며 제3도에서는 2개의 호퍼를 구비한 경우를 보여주고 있다. 제3도에서 제1호퍼(57)에는 무색의 칩이, 제2호퍼(59)에는 유색의 칩이 공급되며 양칩은 자동 칼라링 장치(60)에서 목적하는 색상에 따라 계량오차 ±1%이내로 장확하게 계량, 혼합되어 압출기(58)내로 공급된다.

상기 압출기(58)에 내장되는 스크류우(62)는 폴리프로필렌 칩의 효율적인 용융을 위하여 그 길이 대 직경비(L/D)가 20 내지 30으로 되는 것이 바람직하다.

또한 상기 방사구금(74)에 있어서 노즐 홀 직선부의 길이 대 직경비(L/D)는 3이상으로 되는 것이 바람직하며, 용융된 폴리프로필렌이 상기 방사구금(74)으로부터 방사될 때 스웰팅에 의한 인접 필라멘트끼리의 융착을 방지하기 위하여 방사구금(74)의 홀 간의 간격은 5mm이상으로 하는 것이 바람직하다.

이와같이 방사된 폴리프로필렌 멀티필라멘트는 오일링장치(91)에 의해 오일링되면서 집속성과 윤활성이 부여된 후 미연신사 상태로 제1고데트 로울러(92)로 유도된다.

제4도는 이해를 돕기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고데트 로울러들 및 권취장치에 대한 정면도를 개략적으로 나타낸 것이다.

제4도를 참조하면, 미연신 상태의 폴리프로필렌사(114)는 제1고데트 로울러(92) 및 제2고데트 로울러(94)사이, 제2고데트 로울러(94) 및 제3고데트 로울러(96)사이, 제3고데트 로울러(96) 및 제4고데트 로울러(98) 사이에서 각각 적정 비율러 연신되어 제4고데트 로울러(98)를 지나면서 완전한 섬유직 기능을 가진 연신사(112)로 된다.

이때 각 고데트 로울러(92,94,96,98)에는 각각에 연결된 온도 콘트롤 장치에 의해 적정한 온도가 부여되는네 제1고데트 로울러는 20℃ 내지 110℃, 제2고데트 로울러는 70 내지 170℃, 제3고데트 로울러는 70내지 170℃, 제4고데트 로울러는 70 내지 170℃로 하는 것이 바람직하다. 또한 각 고데트 로울러에서의 턴(turn)수는 2 내지 6으로 하는 것이 바람직하다. 또한 각 고데트 로울러 사이에서의 연신비는 제1 및 제2고데트 로울러 사이에시 1.1 내지 2.5배, 제2 및 제 3고데트 로울러 사이에서 1.5 내지 3.0배, 제3 및 제4고데트 로울러 사이에서는 1.0 내지 2.0배로 되는 것이 바람직하다.

이와같이 각 고데트 로울러를 지나면서 연신된 연신사(112)는 인터레이스 노즐(11)에서 공기 교략되어 최종적으로 고속 권취기(winder)에 의해 보빈(10)상태로 권취된다. 이때의 권취속도는 2000m/분 이상으로되며 최대 6000m/분까지 가능하다. 권취능각은 4 내지 10°로 하는 것이 바람직하고 권취시의 리랙스(relax)는 5 내지 15%가 적당하다.

본 발명에 있어서, 방사 및 연신이 동시에 고속으로 수행되어야 하므로 이송, 토출, 고화, 오일링, 인터레이스(교락) 및 권취공정등 모든 공정 조건이 정확하고 균일하게 유지, 조절되어야 한다.

이상에서 설명되지 않은 방사 공정은 모두 당업자에게 명백한 공지의 방법에 의한 것이다.

실시예

분자량 분모가 2.5인 무색의 폴리프로필렌 섬유용 칩이 방사에 적용되었다. 냉각 스택(qucnching stack)의 길이는 1m로 하였으며 냉각 공기의 온도는 25℃로 하였다. 각 고데트 로울러의 온도는 제1고데트 로울러 : 90℃, 제 2고데트 로울러 : 170℃, 제3고데트 로울러 : 150℃, 제4고데트 로울러 : 140℃로 하였으며, 각 고데트 로울러에서의 턴(turn)수는 3으로 하였다. 권취속도는 4000m,/분으로 하였고 권취시의 리랙스는 5%로 하였다. 각 고데트 로울러간의 연신비는 제1 및 2고데트 로울러 사이에서 1.2, 제2 및 제3고데트 로울러 사이에서 2.0, 제3 및 제4고네트 로울러 사이에서 1.5로 하였다.

이와같이 하여 최종적으로 300d/24f의 폴리프로필렌사가 제조되었고, 그 물성은 ＜표1＞에 나타난 바와 같다.

＜표 1＞은 상기 실시예에서 제조된 폴리프로필렌 섬유와 비교예의 폴리프로필렌 섬유(300d/24f)의 물성을 비교한 것이다.

[표 1]

상기의 ＜표1＞에서 보는 바와같이 본 발명에 따라 제조된 폴리프로필렌 섬유는 신도 및 균제도면에서 종래의 방법에 의해 제조된 폴리프로필렌 섬유보다 월등히 우수하였다.

상술한 바와같이 본 발명의 폴리프로필렌 섬유 일공정 고속 제조방법에 따르면 폴리프로필렌의 용융방사에 있어서, 고속권취를 성취하고 방사와 연신을 일공정으로 완성함으로써 생산성이 훨씬 향상되어 제조원가를 절감시키는 효과가 있으며, 제조된 섬유의 물성이 향상되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 범위내에서 다양한 변형과 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며 이러한 변형과 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

1. 용융방사에 의한 폴리프로필렌 섬유의 제조방법에 있어서, 분자량 분포가 3이하인 폴리프로필렌 섬유용 칩(chip)을 사용하며, 복수개의 호퍼(57,59)에서 무색 칩과 유색 칩이 공급되어 자동칼라링 장치(60)내에서 정확하게 계량, 혼합되어 압출기(58)내로 공급되고, 방사구금(Spinneret)(74)직하부 1.0 내지 2.0m 구간에서 온도 15 내지 25℃, 풍속 20 내지 60m/분의 냉각 공기에 의해 방사된 폴리프로필렌 멀티필라멘트가 냉각되고, 3 또는 4개의 고데트 로울러가 채용되어 제1고데트 로울러(92)의 온도가 20 내지 100℃, 제2고데트 로울러(94)의 온도는 70 내지 170℃로, 제3고데트 로울러(96)의 온도는 70 내지 170℃로, 선택적으로 부가되는 제4고데트 로울러(98)의 온도는 70 내지 170℃로 조절되며, 제1고데트 로울러와 제2고데트 로울러 사이에서 1.1 내지 2.5배로 연신되고, 제2고데트 로울러와 제3고데트 로울러 사이에서 1.5 내지 3.0배로 연신되고, 제3고데트 로울러와 제4고데트 로울러 사이에서 1.0 내지 2.0배로 연신되며, 각 고데트 로울러에서의 턴(turn)수는 2 내지 6으로 하고, 권취시의 리렉스(relax)는 5 내지 l5%로, 능각은 4 내지 10°로 하며, 권취속도를 2000 내지 6000m/분으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 고데트 로울러가 2개 또는 5개 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 자동 칼라링 장치(60)내에서의 계량 오차가 ±1.0% 이내로 되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 방사구금(74)의 홀 간격이 5mm 내지 200mm로 되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 압출기(58)에 내장되는 스크류우(62)의 길이 대 직경비(L/D)가 20 내지 30으로 되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 방사구금(74)의 노즐 홀 직선부의 길이 대 직경비(L/D)가 3 내지 10이하로 되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 섬유가 상기 제4고데트 로울러를 거친 다음 인터레이스노즐(11)에 의해 공기 교락되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리프로필렌 섬유의 일공정 고속 제조방법.