KR960002889B1 - 고강력, 저수축 폴리에스테르섬유 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고강력, 저수축 폴리에스테르섬유

본 발명은 열에 의한 형태안정성 및 내피로성이 우수하면서 고강력을 갖는 산업용 폴리에스테르섬유에 관한 것이다.

종래의 저수축성 폴리에스테르섬유는 일본 특개소 46-6459호에 공개된 바와 같이 직접방사 연신법으로 얻은 폴리에스테르섬유를 연신직후에 230℃∼280℃의 표면온도를 갖는 연신롤에 단시간 접촉시킨 후 이것을 이완시켜서 제조한 것으로서 160℃에서 열수축율이 2%(175℃에서 3∼4%)정도였다.

또한 이 방법에서 저수축성을 더욱 높이기 위하여 롤러에 의한 열처리온도를 280℃ 이상으로 높이거나 이완율을 높이는 것을 고려할 수 있지만, 전자의 경우는 섬유의 강신도가 한층 저하되고 연신성도 나빠지며, 후자의 경우는 섬유가 연신롤에 감기는 랩(Wrap)현상이 발생하며, 타르를 발생시키기도 하므로 어느 경우나 강신도 및 저수축성을 바람직하게 개선할 수가 없다.

또 일본 특개소 53-58028호에는 수축률을 낮추기 위해서 저중합도 폴리에스테르를 사용하는 방법이 제안되어 있다.

그러나 이 방법으로는 고배율연신에 의하여 높은 강도를 얻을 수는 있다고 하더라도 강인성(터프니스)이 높고 저수축성인 섬유를 얻기가 어렵고 따라서 후가공 공정 및 사용조건이 가혹한 산업용 섬유에 적용할 수 있는 고강력과 고터프니스를 동시에 보유할 수 없다는 단점이 있다.

또한 대한민국 특허 제27734호에는 고배향 미연신사를 이용하는 직접방사 연신법에 의하여 냉각, 유제도포, 연신한 폴리에스테르섬유를 160∼240℃의 가열롤러를 통과시켜 열처리한 폴리에스테르섬유가 제안되어 있으나, 상기 섬유는 강도 및 내피로성은 우수하나 강인성이 좋지 않고, 175℃에서의 건열수축율이 4%∼7%이므로 저수축성 면에서는 부족하다.

그리고 일본 특개평 05-59627호에는 저분자량 폴리머를 이용하여 6000mpm 이상의 초고속방사법에 의해 초저수축 폴리에스테르를 제조하는 방법도 제안되고 있으나, 상기 섬유는 저분자량 및 고속방사에 의한 강도저하로 경트럭과 같은 고하중 타이어에 적용하기 어려우며, 또 생산비용도 높은 단점이 있다.

따라서 본 발명자들은 원사에서 고강도를 보유하면서 건열수축율(177℃에서 2분간 처리 후 0.22g/d 하중에서의 건열수축율)이 1% 이하의 초저수축성을 갖는 폴리에스테르섬유를 효율적으로 제조할 수 있는 방법에 대하여 다양한 제조공정을 연구한 결과 전기한 종래의 고온연신롤에 의한 제조방법을 획기적으로 개선하여 연신롤러군의 온도를 250℃ 이상 높이는 것을 지양하고, 이완율을 높임에 따른 연신조업성을 개선하기 위해 실가닥과 고온롤러군이 직접 접촉하지 않도록 되어 있으며 고온의 가열공기가 공급되는 오븐을 제2열롤러군과 제3열롤러군 사이에, 그리고 이완구간인 제3롤러군과 제4롤러군 사이에 설치함으로서 롤러에의한 고온의 열처리 때문에 발생되는 연신성 불량이나 섬유가 롤러에 감기거나 타르(tar)를 발생시키는 문제를 해결하면서 고강도 및 저수축성 폴리에스테르섬유를 얻을 수 있다는 점을 발명하여 본 발명에 도달했다.

즉, 본 발명에서와 같이 고강도 및 초저수축 특성을 동시에 갖는 폴리에스테르섬유는 파단강도 8.0g/d이상, 파단신도 15%∼25%, 결정화도 50% 이상, 177℃ 공기중에서 시험한 건열수축율이 1% 이하의 것이다.

본 발명의 폴리에스테르섬유는 고강도, 초저수축성을 동시에 보유함으로서 저수축 특성을 요구하는 브리벨트 및 고급 타포린과 같은 일반 공업용 제품과 동일한 조건의 후가공 단계에서나 가혹한 반복 피로하에서 사용하더라도 고강력 및 고탄성을 유지함으로서 그 내구성 및 칫수안정성이 우수한 특성을 발휘하였다. 특히 고속주행용 타이어에 적용할 경우 타이어 제조공정중 피.시.아이.(POST CURING INFLATION)공정을 생략할 수 있는 고도의 칫수안정성을 부여하며, 또한 최근 각 타이어 제조회사에서 개발하고 있는 고속 주행용 고성능 타이어에 적용할 경우 기존의 레이욘 코오드지를 대체할 수 있는 장시간 주행중의 고온하에서도 높은 탄성율을 유지하고 고도의 터프니스를 보유하여 주행안정성 및 타이어 수명을 연장시키는 극히 뛰어난 특성을 보인다.

본 발명의 폴리에스테르섬유를 구성하는 폴리에스테르로는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르본산 등의 디카르본산 성분과 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올 등의 디올성분과를 중축합하여 이루어지는 열가소성 폴리에스테르이고, 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 이들 각 성분을 조합시킨 공중합 폴리에스테르 등을 들 수 있으며, 특히 반복단위의 85몰% 이상이 에틸렌테레프탈레이트로 되는 균질중합체 또는 공중합체로서, 이들 폴리머를 페놀과 테트라클로르에탄올을 6/4의 비율로 혼합하여 30℃ 온도에서 측정한 극한점도가 0.65 이상인 것이 좋다.

본 발명에서 섬유의 파단강도, 파단신도는 한국공업규격 KSK0412에 준하여 인스트론사제인장시험기(모델 1123)를 사용하여 사장 250㎜, 인상속도 300㎜/분으로 측정하였으며, 건열수축율은 테스트라이트법으로 측정하였으며, 측정조건은 0.02g/d/g하에서 177℃ 온도에서 2분간 처리후의 길이변화로부터 계산하였으며, 결정화도는 사염화탄소와 노르말헵탄으로 구성된 밀도구배액으로부터 밀도를 측정하여 무게결정화도로 환산하였다.

본 발명의 폴리에스테르섬유의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

극한점도 0.90 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 익스트루더형 압출기로 용융압출하여 방사구금을 통해 용융방사한다. 방사구금은 방상공이 환상으로 배치된 것을 사용하였다. 방출시킨 사조를 방사구금 직하에 부착한 길이 200㎜ 이하의 가열통을 통과시켜서 용융사조의 급속한 냉각에 의한 사조의 단면 불균일성 및 내외층간의 분자배향 차이를 방지시킨 후 응고대역으로 이송시킨다.

응고대역은 길이가 750㎜ 이하이며, 30℃ 이하의 냉각풍이 사조중심을 향해 방사(radial)방향으로 공급되는 냉각고화장치이며, 응고대역을 지나 배출된 필라멘트사조는 방사중 용융연신비가 350 내지 500 이하가되도록 일단 권취한다.

이와 같이 얻어진 미연신사는 결정화도가 5% 이상 20% 범위의 특성을 가진다.

용융연신비는 지아비키(Ziabicki)저 "Fundanentals of Fiber Formation. 제3장 Melt Spinning 편"에 의거하여 계산되었으며 구금공에서의 폴리머 토출속도에 대한 방사속도의 비로 정의된다.

본 발명에서 용융연신비가 350보다 낮으면 고배향의 미연신사를 제조하지 못하므로 요구되는 저수축율을 발현시키기 어려우며, 용융연신비가 500보다 크면 미연신사의 결정화도가 20% 이상되되 미연신사의 단면균일성이 저하되어 연신시 절사가 다발하고 원사물성의 편차가 커지며 고강력을 얻기가 어렵다.

상기 미연신사를 횡연신(Warper-Draw)법에 의거하여 총연신배율 1.30∼3.50배로 다단연신하고, 연신후 열처리, 이완시킨 다음 권취한다.

제1단연신이 일어나는 제1롤러군과 제2롤러군의 온도는 미연신사의 유리전이온도인 80℃ 이상 135℃이하의 범위로 하며 제1단연신을 총연신배율의 80% 이하로 한다.

이어서 제2단연신은 제2롤러군과 제3롤러군 사이에서 250℃∼270℃의 고온가열공기를 사용한 연신점 고정용 오븐에 멀티사조를 통과시켜서 수행한다.

이때 제3롤러군의 온도는 220℃ 이하로 하고, 연신비는 총연신비의 20% 이상이 되도록 한다. 계속하여 제3롤러군과 제4롤러군 사이에 250℃∼270℃의 고온가열공기가 공급되는 이완열처리용 오븐을 설치하고 여기에 사조를 통과시켜야 이완율이 5% 이상 10% 이하가 되게 한 후 권취기로 권취한다.

위에서 언급한 바 있는 롤러군은 3개 이상의 가열롤로 구성되어 있으며 그 개수는 희망에 따라 변경할 수 있다.

연신점을 고정시키고 이완열처리시키는 오븐은 상부와 하부에서 가열공기를 공급해줄 수 있는 일종의 열풍오븐으로서 그 길이는 최소 500㎜ 이상이다.

이하 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1∼4]

극한점도 0.95(30℃에서 6 : 4 중량비의 페놀/테트라클로로에탄 혼합용액으로 측정)인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 익스트루더에서 융용하고, 직경 0.6㎜, 방사공 250, 300, 330, 380개이고, 방사공이 환상으로 배치된 방사구금에서 표 1과 같은 용융연신비별로 방출된 사조를 방사구금 직하에 부착한 길이 200㎜, 온도 340℃인 가열통을 통과시킨 후, 온도 30℃의 냉각풍이 사조중심을 향해 방사방향으로 0.6m/초의 속도로 공급되어서 사조가 균일 냉각되도록 한 응고대역을 지나게 한 후 표 1의 조건으로 직접 연신하지 않고 일단 권취하여 횡연신기를 이용하여 표 2의 조건으로 연신속도 250m/분으로 연신하여 1000데니어의 원사를 제조하였다.

[비교예 1∼2]

극한점도 0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 익스트루더에서 용융압축시키고, 직경 0.6㎜, 방사공 250개이고, 방사공이 환상으로 배치된 방사구금에서 방출시키고, 고온의 가열통은 사용하지 않고 실시예와 같은 냉각장치로 냉각고화시키고, 방사한 후 인취속도를 바꾸어 용융연신비를 300 이하로 조절하여 미연신사를 일단 권취한 후 별도 연신하는 방법과 별도로 권취하지 않고 직접 연신하는 두가지 방법으로 연신하였다.

연신공정에서는 표 2와 같은 조건으로 연신하여 1000데니어의 원사를 제조하였다.

[비교예 3∼4]

극한점도 1.0인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 익스트루더에서 용융하고, 직경 직경 0.6㎜, 방사공 250개가 환상으로 배치된 방사구금에서 방출된 사조의 길이 200㎜, 온도 300℃인 고온의 가열통과 통과시킨 후 실시예와 같은 냉각장치로 냉각고화 인취속도를 변경하여 표 1과 같이 방사하고 별도로 권취하지 않고, 직접 방사 연신법으로 표 2의 조건으로 연신을 수행하였다.

[표 1]

[표 2]

Claims (1)

1. 극한점도가 0.9 이상인 폴리에스테르 폴리머로 되어 있으며 연신사의 물성이 다음 조건을 동시에 만족하는 것을 특징으로 하는 고강도, 저수축 폴리에스테르섬유.

   다 음

   a) 파단강도 : 8.0g/d 이상

   b) 파단신도 : 15∼25%

   c) 결정화도 : 50% 이상

   d) 0.22g/d 하중에서 177℃에서 2분간 처리 후의 건열수축율이 1% 이하