KR950004076B1 - 취성세라믹사를 포함하는 탄성합성사 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

취성세라믹사를 포함하는 탄성합성사
제1도는 본 발명의 합성사에 대한 한 실시태양의 대표적인 부분을 도식화한 것이다.
제2도는 본 발명 합성사에 대한 다른 실시태양의 대표적인 부분을 도식화한 것이다.
본 발명은 세라믹사를 포함하는 합성사, 구체적으로 시판되는 짜집기기와 편직기용으로 적당한 합성사에 관한 것이다. 다른 측면에서, 본 발명은 본 발명의 세라믹 합성사로 편직된 고온직물제품에 관한 것이다.
최근에는 극한 고온을 견뎌낼 수 있는 다수종의 세라믹사가 개발되었다. 그것들은 고온저항도, 불활성, 치수적 안정성등으로 인해 바람직하기는 하나, 통상적으로 취성이 강한데, 즉 굽힘응력을 견뎌낼 수 있는 능력이 매우 제한적이다. 온도에 대한 저항도가 특히 뛰어난 세라믹사는 약 1430℃ 이하의 온도에 대해 저항을 갖는 알루미나-보리아-실리카 섬유로 제조된다. 이들 알루미나-보리아-실리카 섬유는 미합중국 특허 제3,795,524호와 제4,047,965호에 개시되어 있는데, 상기 알루미나-보리아 몰비는 통상적으로 3:1 내지 24:l이다.
미합중국 특허 제4,375,779호와 제4,430,851호에 개시된 바와 같이, 취성의 고온사는 재봉용 꼰사내에 삽입되어 왔다. 이러한 고온저항 꼰사를 고온-저항직물에 함께 바느질 함으로써 상당한 고온에도 저항을 띠는 제품을 제조할 수 있다. 그러나, 그러한 고온 재봉꼰사는 유용한 고온 저항직물을 제조하는데 바람직한 방법인 편직작업과 같은 다른 종류의 직물 제조방법에는 적용될 수 없다. 기존의 재봉사는 너무 빳빳해서 시판되는 편직기에는 사용할 수 없었으며, 따라서 짜집기기의 바늘에 끼워지지 않으며 너무 두꺼워서 섬세한-게이지 편직기에는 사용할 수 없다. 더우기, 짜집기기 및 편직기는 단반경 굽힘시 사용되는 실에 대해 큰 응력을 미치는데, 이러한 기계의 사용시 취성 세라믹사는 파손된다. 이러한 이유로 세라믹 섬유는 통상적으로 짜집기된 직물 및 편직물의 사용을 배제시켰다.
본 발명은 시판되는 편직기에 사용할 수 있는 합성사를 제공함으로써 취성사로 직물을 편직할 수 있게 한다. 새로운 합성사는 하중 지지성 중심사, 취성사와 중심사 및 취성사를 결합시키는 결합사로 구성된다. 취성사는 그위에 장력이 거의 작용하지 않도록 실내에 존재한다. 결합사는 하중-지지성 중심사와 취성사의 주위를 나선형으로 둘러싸거나, 또는 사슬뜨기로 구성된 편직주(pilllar)를 형성하는 일련의 연결 고리와 함께 하중-지지성 중심사와 취성사를 함께 고정시킬 수 있다. 중심사에만 하중이 가해지도록 중심사와 취성사가 서로 꼬이지 않도록 하는 것이 바람직하다.
취성사는 바람직하게는 500℃ 이상, 더욱 바람직하게는 1200℃ 이상의 온도에 대해 저항을 띠는 것이 바람직하다. 취성사는 알루미나-보리아-실리카 섬유로 구성되는 것이 바람직한데, 이때 알루미나-보리아의 몰비는약3:1 내지 24:1이다.
본 발명은 취성사로 편직된 고온직물제품을 부가로 제공한다. 상기 제품은 본 발명의 합성사로 짜집기 또는 편직 한후 하중-지지성 중심사와 결합사를 태워서 제거함으로써 취성사로만 편직된 제품으로 제조된다. 본문중에 사용된 "취성"이란 용어에는, 파손없이 작은 고리를 형성하거나 단반경 굽힘을 지탱할 수 있는 유연적응성이 부족한 것을 의미하는데, 이는 거의 파손되지 않고는 편직기에 사용될 수 없다는 것으르 증명된다.
본문중에 사용된 "유연성"은 파손없이 작은 고리를 형성하거나 단반경 굽힘을 견딛 수 있는 유연적응성이 충분한 것을 의미하며, 이는 거의 파손됨이 없이 시판되는 편직기에 사용될 수 있는 것을 통해 증명된다.
본문중에 사용된 "실(yarn)"은 하나 또는 그 이상의 단일사로 이루어진 세사(thln strand)이다.
본문중에 사용된 "합성사"는 복수개의 실로 구성된 얇은 연속적 코드이다.
본문중에 사용된 "직물"은 직포 또는 부직포로서, 이것에는 얇은 직물(web) 및 품질이 우수한 배트(batt)가 있다.
상기 지적된 바와 같이, 취성사와 하중-지지성 중심시는 모두 결합사에 의해 고정된다. 고정시키기 위한 2가지 바람직한 방법은 하중-지지성 중심사와 취성사 주위에 결합사를 나선형으로 둘러싸거나, 또는 사슬뜨기의 편직주를 형성하는 일련의 연결 고리로써 하중-지지성 중심사와 취성사를 함께 고정시키는 방식인데, 하기에서는 편직-결합처리 방식으로 명명된다
제1도는 본 발명의 편직-결합처리된 합성사(10)를 나타낸 것이다. 합성사(10)는 하중-지지성 중심사(12), 취성사(14) 및 결합사(16)로 구성된다. 결합사(16)는 사슬고리 또는 사슬뜨기로 구성된 편직주를 형성하는 일련의 연결고리를 통해 하중-지지성 중심사(12)와 취성사(14)를 함께 고정시킨다.
제2도는 나선형으로 결합처리된 본 발명의 합성사(20)를 나타낸 것이다. 합성사(20)는 하중지지성 중심사(22), 취성사(24) 및 결합사(26)로 구성된다. 결합사(26)는 하중-지지성 중심사(22)와 취성사(24) 주위를 나선형으로 둘러쌈으로써 취성사(24)와 하중-지지성 중심사(22)를 함께 고정시킨다.
취성사는 바람직하게 고온저항성 세라믹사로서, 예를들어 직경이 약 8μ 또는 그 이하 각각의 세라믹사로 구성된 알루미나-보리아-실리카사를 포함하는 것이고, 상기 실의 데니어는 약 300 내지 1200 이내이다. 다른 취성사의 예로서는 Hercules 또는 Amoco에서 시판되는 탄소섬유사와 Dow Cornlng에서 NicalonTM으로 시판되는 실리콘 카바이드 섬유사가 있다.
이러한 실은 통상적으로 단반경 굽힘시 인장강도가 100g 이하, 및 25g 이하로서, 취성이 상당히 높다.
하중-지지성 중심사는 유연하며 바람직하게는 인장강도 및 탄성모둘러스가 높다. 중심사는 취성사중에 슬랙(slack)을 보유할 수 있을 정도로 표면이 거칠어야 하나, 중심사와 취성사간의 미끄럼이 완전히 방지될 정도로 너무 거칠어서도 안된다. 방향족 폴리아이드사와 폴리에스테르사는 하중-지지성 중심사로 사용될수 있는 대표적 실이다. 이러한 실은 또한 결합사로 사용할 수도 있다. 강도가 낮은 폴리에스테르사는 특히 결합사로 유용하다는 것이 판명되었다.
나선형으로 결합처리된 형태의 합성사는 통상적으로 cm당 4 내지 10개의 결합부를 갖는다. 편직 결합처리된 형태의 합성사는 통상적으로 고리 갯수가 4 내지 12개/cm이며 슬랙은 위사방향으로 1.5mm 내지 10mm 이다.
본 발명의 합성사는 그 유연성에 있어서, 단반경 굽힘테스트에서 취성사보다 인장강도가 상당히 크며, 통상적으로 1000그램 이상이다. 합성사의 인장강도는, 통상적으로 단반경 굽힘 테스트시 측정한 경우 취성사의 10배 이상이며 종종 40배 이상이 될 수도 있다.
본 발명의 합성사는 상당한 고온에도 저항을 지닌 제품의 생산시 특별한 유용성을 갖는다. 예를들어, 합성사는 고온직물을 짜집기 하는데 사용할 수 있다. 하중-지지성 중심사와 결합사를 태워서 제거함으로써 취성사만으로 이루어진 짜집기 제품을 제조할 수 있다. 대표적인 고온직물로는 Carborundum의 Fiberfrax(Carborumdum), Saffil(ICI), (Babcockand Wilco), 세라믹섬유로 이루어진 부직포인 Ultrafiber(3M)등이 있다. 또한, 합성사는 편직제품을 생산하는 시판되는 편직기에 사용할 수 있다. 중심사와 결합사를 태워서 제거할 경우에는 취성사의 편직구조만이 남게된다.
본 발명은 하기되는 비-제한적 실시예를 통해 부가로 설명하고자 한다.
(실시예 1-3)
3가지 다른 종류의 하중-지지성 중심사를 사용하여 본 발명의 편직-결합처리된 합성사를 제조하였다. 제조된 합성사는 사슬구조내부에 연결된 2개의 꼰사(하중-지지성 중심사과 취성사)와 편직-결합처리된 사슬주로 구성된다. 상기 합성사는 코바늘식 경편직기인, Jacob Miller사(Frlck, 스위스 연방)의 Raschelina/RBn로 제조하였다. 이 기계의 기본 게이지는 6메트릭 즉,1cm의 폭당 6개의 바늘땀이 형성된다. 합성사를 제조하는 경우에는 4개의 바늘을 제거하면서 각 5번째 바늘만을 사용함으로써 바늘바중 인접하는 임의의 두개의 바늘 사이에는 7.6mm의 간격을 두었다. 1-0/1-0이 반복되는 밀폐된 사슬뜨기 형태로 중첩시키기 위해 실을 겹침인도 부분을 동해 각 편침에 공급하였다. 바늘땀 빈도는 6땀/1cm 길이 즉, 바늘땀 길이는 1.66mm이다. 결합사는 Celanese사에서 제조한 90데니어의 폴리에스테르사, No 777이었다.
2개의 꼰사, 즉 취성사와 하중 지지성 중심사를 사슬구조내에 삽입하되, 그들 각각은 조절된 관형의 실인도 부분을 통해 삽입되었다. 잇따른 편직 또는 접합 과정시 주 응력을 수용하는 기능의 하중-지지성 중심사는 큰 응력(디스크 장력 제어기를 사용하여 말단부 당 약 35그램)이 가해진 상태로 실축대상의 꼭대기부터 이동되었다. 이 실은 바늘의 왕복 운동과 동시에 움직이는 바느질 편침 사이로- 인도되어, 중심사가 처음엔 왼쪽으로부터 그 다음엔 오른쪽부더 슬랙없이 교대로 사슬주 구조내로 공급된다. 하중-지지성 중심사 인도부분의 측면 운동은 전체 편침 세트가 사용되었을 경우 바늘간의 기본 거리에 해당되는 1.6mm 이상으로 행해진다. 실시예 1-3 각각에서는 하중-지지성 중심사로서 각기 다른 실을 사용하였다. 실시예 1에서는 방향족 폴리 아미드사(duPont에서 제조한 KevlarTM49,195데니어)를 사용하였고, 실시예 2에서는 고강도의 폴리에스테르사(duPont사의 T-68,220데니어)를 사용하였고, 실시예 3에서는 저강도의 폴리에스테르사(Celanese에서 제조한 No 777,220데니어)를 사용하였다.
두번깨 꼰사, 즉 알루미나-보리아-실리카사(3M사의 NextelR312 세라믹 섬유사로서 시판되는 600데니어의 제품)는 상기된 바와 같이 제2개별 인도 부분을 통해 삽입하되, 6mm의 더 긴 측면(위사) 방향 행정의 다른 양식으로 편직하였다. 이 세라믹사는 무장력하에 실축대로부터 공급되어 관형실인도부를 통해 사슬뜨기주에 고정되었다. 최종 제품은 팽팽한 하중-지지성 중심사와 취성 세라믹사로 구성되는데, 이것들은 가벼운 편직-결합처리된 결합사를 통해 함께 결합되어 있다.
실시예의 합성사, 합성사의 각 성분들을 테스트하여 그 결과를 표 1-4에 제시하였다.
이 테스트 자료에는 표준 인장강도 테스트와 편침 고리 굽힘 테스트에서 측정된 최고 하중(kg 또는 파운드) 및 최고 하중시의 변형율이 제시된다. 편침 고리 굽힘 테스트에서는, 실 또는 합성사가 편침(게이지40)의 고리를 통해 고리를 형성하여 장력테스트기에서 잠아당김으로써 파열전의 강도(파운드)를 측정하였다. 표에서, "n"은 관찰횟수, "X"는 평균값이며 "(S)"는 표준 편차이다.
세라믹사의 자체적인 비탄성도를 합성사와 비교한다. NeXtelR세라믹 섬유사 단독의 최고 하중하의 변형율이 1.6%인 반면 모든 합성사는 10% 이상이다. 따라서, 합성사는 편직과정중에 파손없이 신장될 수 있는 반면, 세라믹사 그 자체로서는 거의 비탄성적이다.
또한, 바늘 고리 굽힘 테스트의 결과도 주목해야 한다. 합성사는 1.14 내지 5.45kg(2.5-l2파운드) 이내의 하중에서 파손되는 반면, NeXtelR600데니어의 세라믹 섬유사는 약 0.009kg(0.02파운드)에서 파손된다. 짜집기 편침으로 당겼을 경우 세라믹사 자체는 거의 강도를 지니지 않는다.
[표 1]
(각 실에 대한 결과)
Figure kpo00002
샘플 길이=17.5cm(67/8인치)
크로스헤드(crosshead)=1.3cm/분(0.5인치/분)
[표 2]
(실시예 1의 합성사에 대한 결과)
Figure kpo00003
샘플 길이=17.5cm(67/8인치)
크로스헤드=1.3cm/분(0.5인치/분)
[표 3]
(실시예 2의 합성사에 대한 결과)
Figure kpo00004
샘플 길이=17.5cm(67/8인치)
크로스헤드=1.3cm/분(0.5인치/분)
[표 4]
(실시예 3의 합성사에 대한 결과0
Figure kpo00005
샘플 길이=17.5cm(67/8인치)
크로스헤드=1.3cm/분(0.5인치/분)
(실시예 4)
본 실시예에서는 기존의 두 종의 세라믹 직물을 본 발명의 합성사를 사용하여 서로 짜집기하여 고온 저항제품을 제조하였다. 이 제품은 길이가 1cm 미만 내지 2-3인치 이내이고 평균 실 직경이 3.5μ인 불연속적알루미나-보리아-실리카 섬유로 구성된 세라믹 섬유로 이루어진 2겹의 Nextel77Ultrafiver(상표명) 부직포로 구성된다. 세라믹 섬유로 구성된 2겹의 부직포를 두개의 직물 스크립(scrim) 사이에 넣고 40게이지의 편침을 사용하는 Arachne 짜집기기를 사용하여 본 발명의 합성사와 연결시켰다. 편침간의 간격을 l0mm로하여 편직함으로써 직물의 폭 100mm당 10땀의 바느질이 이루어지고 기계 방향으로 10cm당 25개의 코가 형성되었다. 편직 속도는 300바늘땀/분이었다.
세라믹 섬유로 이루어진 Ultrafiber(상표명) 부직포중 각 겹의 기본중량은 221g/㎡(6.5oz/yd2)이고 각섬유 스크림의 기본 중량은 54.3g/㎡(16oz/yd2)였다. 전체 섬유 중량은 약 54.3g/㎡(1.6oz/yd2)였다. 스크림은 경사와 위사가 모두 실 직경이 8μ인 600데니어의 NextelR312 세라믹사로 3.9실/cm(10실/인치)의 평평한 직물 형태로 편직되었다. 세라믹 섬유의 Ultrafiber(상표명) 부직포로 구성된 불연속사의 평균직경은3. 5μ 이었다.
본 발명의 편직-결합처리된 합성사는 Dupont사에서 제조된 220데니어의 고강도 폴리에스테르 T-68형의 하중지지성 중심사, 필라멘트 직경이 8μ인 600데니어의 Nextels 312 취성 세라믹사, 및 CelaneseCorp.에서 제조한 90데니어의 폴리 에스테르 777종사로 제조된 결합사로 구성되었다. 합성사를 실시예 1-3에서와 같이 제조함으로써 합성물의 세라믹사 일부에 슬랙이 형성되고 바느질 과정중에 가해지는 하중과충격은 폴리에스테르 하중-지지성 중심사에만 가해지도록 한다. 중심사와 결합사를 태워서 제거함에 따라 세라믹사가 거의 파손되지 않은 완성된 제품이 생성된다.
(실시예 5)
본 발명의 고온 저항성 제품은 실시예 4에서와 같이 제조하되, 단 합성사의 하중-지지성 중심사는Dupont사에서 제조한 KevlarTM이었다.
(실시예 6)
실시예 4에서와 같이 본 발명의 고온저항성 제품을 제조하되, 단 합성사의 하중-지지성 중심사는Celanese Corp.에서 제조한 저강도의 폴리에스테르 777종(220데니어)였다.
(실시예 7)
실시예 4에저와 같이 본 발명의 고온 저항성 제품을 제조하되, 단 KevlarTM29의 중심사와 취성 세라믹사를 포함하는 합성사는 300데니어의 NextelR312필라멘트 1/2 꼰사르 제조하여 1.15꼬임부/cm(꼬임정도가 인치당 2.75임)로 꼬았다.
(실시예 8)
실시예 4에서와 같이 본 발명의 고온 저항성 제품을 제조하되, 단 합성사중의 중심사와 취성 세라믹사는 편직-결합처리 대신 90데니어의 폴리에스테르 777종 결합사를 사용하여 나선형으로 감았다.
(실시예 9)
실시예 4에서와 같이 본 발명의 고온 저항 제품을 제조하되, 단 세라믹 섬유로 이루어진 NextelRUltrafiber(상표명) 부직포를 2겹이 아닌 3 내지 6겹으로 하였다. 이에 따라 직물의 중량이 증가하여 3겹구조의 기본 중량은 약 781g/㎡(23oz/yd2)이었다.
(실시예 10)
본 발명의 합성사를 사용하여 편직구조의 본 발명의 고온 저항 제품을 제조하였다. 평-베드형 편직기를 작동시켜 단독 베드를 사용함으로써 평직 또는 저어지구조의 평직물을 제조하였다. 기계의 게이지는 8땀/인치였고 편식기계 방향에 따라 14단/인치로 행해졌다. 합성사는 600데니어의 NextelR세라믹 섬유사인 취성사와 220데니어의 고강도 폴리에스테르 T-68종(duPont)실의 중심사로 구성되고 이것들은 90데니어의 폴리에스테르 777공(Celanese)사로 편직-결합처리 하였다. Nextel 세라믹 섬유사의 실 직경은 8μ이었다. 폴리에스테르 중심사와 결합처리사를 가열소거함에 따라 거의 NexteIR세라믹 섬유사로만 구성된 완성된 편직구조를 수득하게 되었다.
(실시예 11)
Saurer ESP-F종 꼬임처리기를 사용하여 나선형으로 결합처리된 본 발명의 합성사를 제조하였다. 이 기계내에서 취성사와 중심사를 결합사로써 나선형으로 둘러쌈에 따라 이들을 함께 고정시켰다. 취성 세라믹사에는 장력을 거의 가하지 않고 중심사에는 장력을 가함으로써, 그것이 느슨해질 경우에는 세라믹사중에 슬랙이 형성되도록 하였다. 생성된 합성사는 탄성적이었다.
취성 중심사는 600데니어의 NEXTELR312세라믹 섬유사로서, 40미터/분의 속도로 공급되었다. 하중-지지성 중심사는 방적 폴리비닐아세테이트, 20/1 ECC Kuralon이고 37.5미터/분의 속도로 공급되었다. 취성사를 과다공급함으로서 취성사 부분에 슬랙이 생성된 합성사를 제조하였다. 140데니어의 고강도 폴리에스테르사를 사용하여 10회전/인치의 속도로 취성사와 중심사를 둘러쌌다.

Claims (16)

  1. 유연한, 하중-지지성 중심사(a), 취성사(b), 및 상기 중심사와 상기 취성사를 함께 고정시키는 유연한 결합사(c)로 구성되며, 상기 중심사, 상기 결합사 및 상기 합성사의 단반경 굽힘시 인장강도가 상기취성사의 자체적인 강도보다 큰 것을 특징으로 하는 합성사.
  2. 제1항에 있어서, 상기 취성사가 세라믹 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 합성사.
  3. 제2항에 있어서, 상기 취성사가 알루미나-보리아-실리카 섬유로 구성되며 상기 알루미나-보리아의 몰비는 약 3:1 내지 24:1인 것을 특징으로 하는 합성사.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 취성사가 거의 비신장된 상태인 슬랙(slack)중의 상기합성사내에 존재하는 것을 특징으로 하는 합성사.
  5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 결합사가 상기 중심사와 상기 취성사 둘레를 나선형으로 둘러싼 것을 특징으로 하는 합성사.
  6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 결합사가 상기 중심사와 상기 취성사를 일련의 연결고리로 고정시키는 것을 특징으로 하는 합성사.
  7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 단반경굽힘시의 상기 합성사의 인장강도가 상기 취성사의 단반경 굽힘시 인장강도보다 10배 이상 큰 것을 특징으로 하는 합성사.
  8. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 취성사가 1200℃ 이상의 온도에 대해 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 합성사.
  9. 단반경 굽힘시의 인장강도가 100그램 이하인 취성사로 편직된 고온 직물로 이루어진 제품.
  10. 제9항에 있어서, 상기 취성사가 세라믹 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 제품.
  11. 제10항에 있어서, 상기 취성사가 알루미나-보리아-실리카 섬유로 구성되며, 상기 알루미나-보리아의 몰비는 약 3:1 내지 24:1인 것을 특징으로 하는 제품.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 취성사가 120℃ 이상의 온도에 대해 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 제품.
  13. 단반경 굽힘시의 인장강도가 100그램 이하인 취성사로 편직된 구조로 이루어진 제품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 취성사가 세라믹 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 제품.
  15. 제14항에 있어서, 상기 취성사가 알루미나-보리아-실리카 섬유로 구성되며, 상기 알루미나-보리아의 몰비는 약 3:1 내지 24:1인 것을 특징으로 하는 제품.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 취성사가 1200℃ 이상의 온도에 대해 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 제품.
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