WO2018199397A1 - 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법 Download PDF

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WO2018199397A1
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polyethylene
fiber
high strength
polyethylene multifilament
stretching
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PCT/KR2017/008886
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박종훈
이현영
박성윤
이민성
김승훈
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    • D10B2401/06—Load-responsive characteristics
    • D10B2401/063—Load-responsive characteristics high strength

Definitions

  • the present invention relates to a high-strength polyethylene multifilament fiber and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high-strength polyethylene multifilament fiber and a method of manufacturing the same by controlling the properties of the polyethylene resin and the fiber manufacturing process.
  • Polyethylene resins are inexpensive, have excellent chemical resistance and processability, and are increasingly used for engineering plastics, films, fibers and non-woven fabrics. Uses are expanding. In particular, with the latest fiber trends, there is a growing interest in high-performance polyethylene fibers requiring high strength and high modulus.
  • a polyethylene resin having a number average molecular weight of 20,000 or more and a weight average molecular weight of 125,000 or less is melted at a spinning temperature of 220 to 335 ° C and extruded into an 8-hole nozzle to draw a hot drawing temperature of 115 to 132 ° C.
  • a fiber of 10 to 20 g / d was prepared by winding at a minimum spinning speed of 30 m / min at a temperature of 200 to 335 ° C. and stretching 20 times or more.
  • this method has a limited production rate due to the low spinning speed according to the nozzle odd number and spin draw method in the commercial production of polyethylene fiber, and produces polyethylene fiber having excellent uniformity and spinning workability when producing tens to hundreds of multifilaments. There is a difficulty.
  • the Republic of Korea Patent No. 10-0909559 has a weight average molecular weight of less than 300,000, the ratio of the weight average molecular weight and the number average molecular weight (Mw / Mn) of the molecular weight distribution index is 4.0 or less, high strength polyethylene fibers expressing high strength It is specified.
  • Mw / Mn number average molecular weight
  • the present invention is to provide a high-strength polyethylene multifilament fiber excellent in strength by using a polyethylene resin having a molecular weight distribution index and a melt index in order to solve the above-mentioned problems and a method of manufacturing the same.
  • the present invention is to provide a method for producing a high strength polyethylene multifilament fiber with a low frequency of occurrence, low number of elongation of cutting by adjusting the physical properties of the polyethylene resin and the manufacturing process step of polyethylene multifilament fibers.
  • a high strength polyethylene multifilament fiber prepared from a composition comprising a polyethylene resin (PE) having a melt index of 0.6 to 2 g / 10 min and a molecular weight distribution index of 5 to 10.
  • PE polyethylene resin
  • the present invention provides a high strength polyethylene multifilament fiber, characterized in that the mono fineness of the polyethylene multifilament fiber is 0.5 to 2.5 denier, the number of strands of the polyethylene multifilament fiber is 60 to 400.
  • the present invention also provides a high strength polyethylene multifilament fiber having a strength of 12 to 16 g / d of the polyethylene multifilament fiber.
  • the present invention provides a high-strength polyethylene multifilament fiber, characterized in that the occurrence frequency of the cattle of the polyethylene multifilament fiber is 10 or less per 100,000m.
  • the present invention after melt spinning and cooling and solidified polyethylene resin (PE) having a melt index of 0.6 to 2g / 10min, molecular weight distribution index of 5 to 10 to form a non-drawn yarn, stretched and heat-set the non-drawn yarn It provides a high strength polyethylene multifilament fiber manufacturing method for producing polyethylene multifilament fibers by relaxing, winding.
  • PE polyethylene resin
  • the present invention provides a high-strength polyethylene fiber manufacturing method characterized in that the spinning temperature of the spinning machine melt spinning the polyethylene resin in the step of forming the non-drawn yarn is adjusted to 220 to 270 °C.
  • the present invention provides a high-strength polyethylene fiber manufacturing method characterized in that the stretching is multi-stage using a multi-stage stretching roller comprising a roller portion and a non-contact heating chamber.
  • the present invention provides a high-strength polyethylene fiber manufacturing method characterized in that the stretching point is formed in the non-contact heating chamber.
  • the multi-stage stretching is a three-stage stretching consisting of D1, D2, D3, the total draw ratio (DR) provides a high-strength polyethylene fiber manufacturing method, characterized in that 6 to 10.
  • the present invention provides a high-strength polyethylene fiber manufacturing method characterized in that the draw ratio (D1 / D2) of the D1 and D2 is 3 to 4.5, the draw ratio (D2 / D3) of the D2 and D3 is 1.2 to 1.5. (Where D1, D2, D3 ⁇ 1).
  • the present invention provides a high-strength polyethylene fiber manufacturing method, characterized in that the number of times the number of elongated trimming of the polyethylene multifilament fiber is 5 per 100,000 m.
  • the present invention provides a method for producing a high strength polyethylene multifilament fiber, characterized in that the occurrence frequency of the polyethylene multifilament fiber is less than 10 per 100,000m.
  • the present invention provides a high strength polyethylene fiber manufacturing method characterized in that the strength of the polyethylene multifilament fiber is 12 to 16g / d, the mono fineness is 0.5 to 2.5, the number of strands is 60 to 400.
  • Polyethylene multifilament fibers according to the present invention has an effect of excellent strength of the fiber by controlling the molecular weight distribution index and the melt index of the polyethylene resin.
  • the polyethylene multifilament fiber according to the present invention has a low frequency of occurrence of cattle, has a low number of elongation of cutting yarn has an excellent quality effect.
  • FIG. 1 is a step-by-step process chart for producing a high strength polyethylene multifilament fiber according to the present invention.
  • FIG. 1 is a step-by-step process chart for producing a high strength polyethylene multifilament fiber according to the present invention.
  • polyethylene resin having a melt index and the molecular weight distribution index of the appropriate level capable of expressing high strength properties by melt spinning the polyethylene chip, and cooling and solidified Polyethylene unstretched filament fibers are coated with a conventional spinning emulsion (Kiss Roller or Jet Oiler) before the Godet roller, and then stretched, heat-set, and relaxed by a multi-stage Godet roller, followed by winding.
  • a conventional spinning emulsion Korean roller or Jet Oiler
  • the present invention uses a polyethylene resin having a melt index of 0.6 to 2.0 g / 10 min, preferably 0.8 to 1.4 g / 10 min. If the melt index is less than 0.6g / 10min, the flow rate of the melt of the polyethylene resin in the extruder may not be good, and thus the spinning speed may not be increased, and the spinning may cause problems such as nozzle surface trimming. In addition, when the melt index exceeds 2.0g / 10min, the spinning workability is excellent, but it may be difficult to obtain a high strength polyethylene fiber after stretching because the flowability is not suitable at an appropriate spinning temperature.
  • the polyethylene resin used in the present invention has a weight average molecular weight (Mw) of 100,000 to 300,000, and a molecular weight distribution index (weight average molecular weight / number average molecular weight, Mw / Mn) is characterized in that 5 to 10.
  • weight average molecular weight (Mw) When the weight average molecular weight (Mw) is less than 100,000, the spinning workability is improved while spinning, but there is a limit to expressing high strength. When the weight average molecular weight (Mw) exceeds 300,000, it affects the flowability of the resin in the extruder during melt spinning, Workability may work adversely.
  • the molecular weight distribution index is less than 5, high magnification stretching of 10 times or more is required in order to express high strength, and the defects of the moor or the stretching roller may increase, thereby decreasing the quality as the number of stretching threads is increased.
  • the molecular weight distribution index exceeds 10
  • the high molecular weight polyethylene and the low molecular weight polyethylene in the polyethylene resin are mixed in a large number, so that a smooth stretching process cannot be performed, and thus there is a limit in expressing high strength.
  • the step of forming the non-drawn yarn, the polyethylene resin controlled by the molecular weight distribution index and the melt index is melted in an extruder, the nozzle hot tube is installed to spin the undrawn yarn at a low speed of less than 1000m / min and then cooled It can be manufactured by solidification.
  • the inside of the extruder can be divided into four zones, the temperature zone (zone), the temperature range of each temperature zone can be set to 200 to 270 °C, preferably 220 to 250 °C. If the temperature range is less than 200 °C good uniformity of the unstretched yarn, but the possibility of generating static electricity during spinning, workability is poor in the stretching process.
  • the nozzle during the spinning is 60 to 400 holes, the mono fineness of the high-strength polyethylene multifilament fibers formed thereby forms less than 5 denier, preferably 0.5 to 2.5 denier (Denier).
  • the polyethylene unstretched yarn is drawn in a multi-stretch roller, and then subjected to a relaxation process on a roller rotating at high speed through a heat setting process in the roller, and then wound and manufactured into polyethylene multifilament fibers.
  • the multi-stage stretching roller may comprise a non-contact heating chamber located between the roller portion and the roller portion composed of a plurality of rollers.
  • the roller portion and the non-contact heating chamber can be set and controlled in temperature, specifically, it is preferably set to 20 to 60 °C or less than the melting point of the polyethylene resin.
  • the temperature of the roller portion and the non-contact heating chamber is lower than 20 ° C below the melting point of the polyethylene resin, there is a possibility that the unstretched polyethylene melts during stretching, affecting the workability of the unstretched yarn, and heat shrinkage occurs in the winding process step after stretching. Doing so can cause maritime damage to the product.
  • stretching is uneven, there may be a problem in expressing high strength.
  • the stretching process step according to the present invention controls the stretching ratio so that the stretching point can be formed in the non-contact heating chamber.
  • the draw point is formed in the non-contact heating chamber to minimize the defect that occurs on the surface of the metal roller of the polyethylene undrawn yarn, the polyethylene multifilament undrawn yarn with at least 60 filaments is evenly transferred to improve the drawing workability It can minimize the occurrence of a lot.
  • the total draw ratio DR of the stretching process step is set to 6 to 10 on the premise of multistage stretching.
  • the total draw ratio DR is lower than 6, the strength of the polyethylene multifilament fiber is lowered. If the total draw ratio DR is higher than 10, the quality of the polyethylene multifilament fiber may be degraded due to severe trimming during stretching.
  • the multistage stretching preferably forms at least three or more multistage stretching.
  • the multistage stretching is performed by the first stage of the first non-contact heating chamber (D1), the second stage of the non-contact heating chamber (D2), the third stage of the non-contact heating chamber (D1)
  • the stretching point can be formed in the non-contact heating chamber if the following formula is satisfied.
  • Polyethylene multifilament fiber which has undergone the multi-stretch stretching process step that satisfies the above formula has excellent strength, and the number of times of elongation of cutting is less than five times per 100,000 m of polyethylene multifilament fiber, and the frequency of loop or moor occurrence per 100,000 m during stretching It is formed in ten or less. If the number of draw yarns is more than 5 times and the frequency of occurrence of more than 10 wools occurs, defects such as agglomeration of polyethylene multifilament fibers may occur, resulting in problems in workability in weaving and knitting. Can be.
  • the high-strength polyethylene multifilament fibers according to an embodiment of the present invention has a strength of 12 to 16g / d, a mono fineness of 0.5 to 2.5, the number of strands 60 to 400 may have excellent physical properties.
  • a high strength polyethylene multifilament fiber was prepared as an example according to the present invention.
  • the present invention is not limited to these examples.
  • Polyethylene chips having a melt index of 0.6 to 2 g / 10 min and a molecular weight distribution index of 5 to 10 were introduced into an extruder to extrude the molten polymer, cooled using a cooling device, and then a spinning emulsion using a spinning oil imparting device.
  • a spinning emulsion using a spinning oil imparting device was attached, and the undrawn yarn with an oil agent was wound thereon, followed by stretching and heat treatment while passing through three godet rollers. After that, it was wound up using a entanglement apparatus and a winder.
  • the weight average molecular weight, molecular weight distribution index, melt index, nozzle odd, DR, D1 / D2, D2 / D3 conditions are the same as the conditions of Table 1 below, and the other spinning conditions were performed the same.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Weight average molecular weight (g / mol) 250000 250000 250000 180000 250000 Molecular Weight Distribution Index 7.6 7.6 7.6 5.2 7.6
  • Melt Index (g / 10min) 0.9 0.9 0.9 1.2 0.9
  • D1 / D2 4.2 3.5 4.1 4.2 4.2 D2 / D3 1.36 1.38 1.21 1.36 1.36
  • Polyethylene multifilament fibers were prepared in the same manner as in Example 1, except for the weight average molecular weight, molecular weight distribution index, melting index, nozzle odd number, DR, D1 / D2, and D2 / D3 of Tables 2 and 3 below.
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Comparative Example 5 Comparative Example 6 Weight average molecular weight (g / mol) 280000 250000 180000 250000 250000 250000 Molecular Weight Distribution Index 12.1 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 Melt Index (g / 10min) 0.6 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 Nozzle Odd 120 240 240 240 240 240 DR 6.1 8 8 8 8.5 8.7 D1 / D2 3.1 6.6 8 2.5 5 4.2 D2 / D3 1.21 1.1 One 1.36 1.36 1.1 Fineness (De) 200 400 400 400 390 385 Mono fineness (De) 1.67 1.67 1.67 1.62 1.6 Strength (g / d) 11.8 14.1 14.1 14.8 15.3 15 Elongation count (times / 100,000m) 11 30 36 12 16 22 Mouth frequency (100,000 m) 16 86 76 38 24 42
  • the polyethylene multifilament fiber according to the example has excellent strength and excellent quality as compared to the comparative example, the number of times of elongation and number of cuts is high.
  • Comparative Example 7 it was difficult to produce polyethylene fiber due to a large number of trimmings during the stretching process step, and thus it was difficult to measure the frequency of occurrence of cows, the number of trimming trims, and the strength.
  • Comparative Example 10 the melt viscosity was low, the stretching was difficult, and the production of polyethylene fibers was difficult, so that measurement was difficult.

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Abstract

본 발명은 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 수지(PE)를 포함하는 조성물로부터 제조된 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유에 관한 것으로, 강도 12 내지 16g/d, 모우 발생빈도는 10만m당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법
본 발명은 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 폴리에틸렌 수지의 물성 및 섬유 제조 공정을 조절한 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌 수지는 가격이 저렴하고, 내화학성, 제품 가공성이 우수하여, 엔지니어링 플라스틱, 필름, 섬유 및 부직포 용도로 활용이 증가되고 있으며, 섬유 분야에서는 모노필라멘트 및 멀티필라멘트로 제조되어 의류용, 산업용 등으로 용도가 확대되고 있다. 특히 최신 섬유 동향에 따라 고강도 및 고탄성률을 요구하는 고 기능성 폴리에틸렌 섬유에 관한 관심이 증가하고 있다.
미국특허 제4,228,118호에서는 수평균분자량이 20,000 이상, 중량평균분자량이 125,000 이하인 폴리에틸렌 수지를 사용하여 방사온도 220 내지 335℃에서 용융한 후 8홀인 노즐에 압출하여 열연신온도 115 내지 132℃, 핫 튜브온도 200 내지 335℃를 두고 최소 방사속도 30m/min로 권취한 후 20배 이상 연신하여 10 내지 20g/d의 섬유를 제조하였다. 하지만, 이러한 방법은 폴리에틸렌 섬유의 상업적인 제조에 있어 노즐 홀수 및 스핀드로우 방법에 따른 방사속도가 낮아 생산량에 한계가 있으며, 수십 내지 수백의 멀티필라멘트를 생산할 때 균제도 및 방사 작업성이 우수한 폴리에틸렌 섬유를 생산하는데 어려움이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0909559호에서는 중량평균분자량이 300,000이하이고, 분자량분포지수인 중량평균분자량과 수평균분자량의 비(Mw/Mn)가 4.0이하이며, 고강도를 발현하는 고강도 폴리에틸렌섬유에 대해 명시하고 있다. 하지만, 원료의 분자량분포지수를 4.0 이하로 제어하기가 어려우며, 분자량분포지수가 낮게 형성되어 고강도를 발현하기 위해서는 10배 이상 고연신이 필요하며 다단연신으로 인한 모우나 루프가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 안출된 문제를 해결하고자 분자량분포지수와 용융지수가 제어된 폴리에틸렌수지를 이용하여 강도가 우수한 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 폴리에틸렌수지의 물성 및 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 제조 공정단계를 조절하여 모우발생빈도가 낮고, 연신사절횟수가 적은 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 제조방법을 제공하고자 한다.
용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 수지(PE)를 포함하는 조성물로부터 제조된 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모노섬도는 0.5 내지 2.5 데니어이고, 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 가닥수는 60 내지 400인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 강도가 강도 12 내지 16g/d인 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모우 발생빈도는 10만m당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제공한다.
또한, 본 발명은 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 수지(PE)를 용융방사 및 냉각 고화하여 미연신사를 형성한 후, 상기 미연신사를 연신, 열고정, 이완 및 권취하여 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 미연신사를 형성하는 단계에서 폴리에틸렌 수지를 용융방사하는 방사기의 방사 온도가 220 내지 270℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 연신은 롤러부와 비접촉식 히팅챔버를 포함하는 다단연신롤러를 이용하여 다단연신하는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 비접촉식 히팅챔버 내에서 연신점이 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다.
상기 다단연신은 D1, D2, D3로 구성된 3단연신이고, 전체연신비(DR)는 6 내지 10인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 D1과 D2의 연신비(D1/D2)는 3 내지 4.5이고, 상기 D2와 D3의 연신비(D2/D3)는 1.2 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다(단, D1,D2,D3 ≥ 1).
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 연신 사절 횟수가 10만m당 5개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모우 발생빈도는 10만m당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 강도가 12 내지 16g/d이고, 모노섬도는 0.5 내지 2.5이며, 가닥 수가 60 내지 400인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유는 폴리에틸렌수지의 분자량분포지수와 용융지수를 조절하여 섬유의 강도가 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유는 모우발생빈도가 낮고, 연신사절횟수가 적어 품질이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 단계별 공정도이다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 의한 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 단계별 공정도이다.
본 발명은 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조함에 있어서, 일실시예로 고강도 특성을 발현할 수 있는 적정수준의 용융지수 및 분자량분포지수를 갖는 폴리에틸렌 수지를 선정하여 폴리에틸렌 칩을 용융방사하고, 냉각 고화된 폴리에틸렌 미연신사 필라멘트 섬유를 고데트 롤러 이전에 통상적인 방사 유제를 부여(Kiss Roller 또는 Jet Oiler) 한 다음 다단 고데트 롤러를 거치면서 연신 및 열고정, 이완 공정을 거친 후 권취 처리하는 공정으로 이루어져 있다.
본 발명은 상기 용융지수가 0.6 내지 2.0g/10min이고, 바람직하게는 0.8 내지 1.4g/10min인 폴리에틸렌 수지를 사용한다. 상기 용융지수가 0.6g/10min미만이면 압출기 내 폴리에틸렌 수지의 용융액의 흐름성이 좋지 못하여 방사속도를 높일 수 없고, 방사시 노즐면 사절 등의 원인으로 작용하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 용융지수가 2.0g/10min을 초과하는 경우 방사 작업성은 우수하나, 적정 방사온도에서 흐름성이 적합하지 않아 연신 후 고강도의 폴리에틸렌 섬유를 수득하기가 어려울 수 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리에틸렌 수지는 중량평균분자량(Mw)이 100,000 내지 300,000이고, 분자량분포지수(중량평균분자량/수평균분자량, Mw/Mn)가 5 내지 10인 것을 특징으로 한다.
상기 중량평균분자량(Mw)이 100,000 미만일 경우에는 방사시 방사 작업성이 좋아지나 고강도를 발현하는데 한계가 있고, 300,000을 초과하는 경우에는 용융방사시 압출기 내부에서 수지의 흐름성에 영향을 끼쳐 방사 균제도 및 작업성이 불리하게 작용할 수 있다.
상기 분자량분포지수가 5 미만일 경우에는 고강도를 발현하기 위해서 10배 이상의 고배율 연신이 필요하고, 그에 따른 모우나 연신롤러의 결점이 증가하여 연신사절횟수가 증가함에 따라 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 분자량분포지수가 10을 초과하는 경우 폴리에틸렌 수지 내 고분자량 폴리에틸렌과 저분자량 폴리에틸렌이 다수 혼재되어 있어 원활한 연신공정이 이루어질 수 없고, 그에 따라 고강도를 발현하는데 제한이 있다.
상기 미연신사의 형성 단계를 구체적으로 설명하면, 상기 분자량분포지수와 용융지수가 제어된 폴리에틸렌 수지를 압출기에서 용융시키고, 노즐 핫튜브를 설치하여 1000m/min 이하의 저속으로 미연신사를 방사한 후 냉각 고화하여 제조할 수 있다. 상기 압출기의 내부는 온도 존(zone)을 4구역으로 나눌 수 있고, 각 온도 존의 온도범위는 200 내지 270℃, 바람직하게는 220 내지 250℃로 설정할 수 있다. 상기 온도범위가 200℃ 미만인 경우는 미연신사의 균제도가 좋아지나 방사시 정전기 발생 가능성이 높고, 연신공정에서 작업성이 떨어진다. 또한, 상기 온도범위가 270℃를 초과할 경우, 연신공정에서 연신배율을 향상시킬 수는 있으나, 미연신사의 냉각 고화가 어려워져 미연신사의 균제도가 저하되고, 연신시 연신사절횟수가 증가하여 품질이 떨어질 수 있다.
상기 방사 시 노즐은 60홀 내지 400홀이고, 그에 따라 형성된 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모노섬도는 5데니어 이하, 바람직하게는 0.5 내지 2.5 데니어(Denier)를 형성한다.
상기 폴리에틸렌 미연신사는 다단연신롤러에서 연신되고, 이후 롤러에서 열고정 과정을 거쳐 고속 회전하는 롤러상에서 이완 공정을 거친 다음, 권취되어 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유로 제조된다.
상기 다단연신롤러는 다수의 롤러로 구성된 롤러부와 롤러부 사이마다 위치한 비접촉식히팅챔버를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 롤러부와 비접촉식히팅챔버는 온도설정 및 제어가 가능하고, 구체적으로는 폴리에틸렌 수지의 용융점보다 20 내지 60℃ 이하로 설정함이 바람직하다. 상기 롤러부와 비접촉식히팅챔버의 온도가 폴리에틸렌 수지의 용융점보다 20℃ 미만으로 낮으면, 폴리에틸렌 미연신사가 연신 중에 용융될 가능성이 있어 미연신사 작업성에 영향을 미치고, 연신 이후 권취공정단계에서 열수축이 발생하여 제품에 해사가 발생할 수 있다. 또한, 용융점보다 60℃ 초과하여 낮으면, 연신이 고르지 않아 고강도를 발현하는데 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 의한 연신공정단계는 연신비를 조절하여 연신점이 비접촉식히팅챔버 내에서 형성될 수 있도록 한다. 연신점을 비접촉식히팅챔버에서 형성되도록 하여 폴리에틸렌 미연신사가 금속으로 된 롤러 표면에서 발생되는 결점을 최소화하고, 필라멘트 수가 적어도 60가닥 이상인 폴리에틸렌 멀티필라멘트 미연신사가 고르게 열을 전달받아 연신 작업성을 향상시키고 모우 발생을 최소화할 수 있다.
구체적으로 연신점이 비접촉식히팅챔버 내에 형성되도록 하기 위하여, 다단연신을 전제로 연신공정단계의 전체연신비(DR)를 6 내지 10으로 설정함이 바람직하다. 상기 전체연신비(DR)가 6보다 낮으면 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 강도가 낮아지고, 10보다 높으면 연신 중 사절 발생이 심하여 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 품질이 떨어질 수 있다.
상기 다단연신은 적어도 3 이상의 다단연신을 형성함이 바람직하다. 본 발명에 의한 일실시예로, 다단연신이 제1 비접촉식 히팅챔버의 1단연신(D1), 제2 비접촉식 히팅챔버의 2단연신(D2), 제3 비접촉식 히팅챔버의 3단연신(D1)으로 구성될 경우, 하기 수식을 만족하면 연신점이 비접촉식히팅챔버 내에서 형성될 수 있다.
(수식)
1. 3.0 < D1/D2 < 4.2
2. 1.2 < D2/D3 < 1.5
(단, D1, D2, D3 ≥ 1)
상기 연신점을 롤러부가 아닌 비접촉식히팅챔버 내에서 형성되게 함으로써, 금속으로 된 롤러 표면에서 발생되는 미연신사 결점을 최소화하고, 멀티필라멘트인 폴리에틸렌 미연신사가 고르게 열을 받아 연신작업성이 향상되고, 모우발생 및 연신사절횟수를 최소화할 수 있다.
상기 수식을 충족하는 다단연신 공정단계를 거친 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유는 강도가 우수하고, 연신사절횟수가 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 10만m 당 5회 이하이며, 연신시 루프 또는 모우발생빈도가 10만m 당 10개 이하로 형성된다. 상기 연신사절횟수가 5회를 초과하고, 모우발생빈도가 10개를 초과하는 경우 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 뭉침 등 결점이 작용하여 제직, 편직을 실시하는 후가공에서 작업성에 문제가 발생하고, 품질이 떨어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유는 강도가 12 내지 16g/d이고, 모노섬도는 0.5 내지 2.5이며, 가닥 수가 60 내지 400으로 우수한 물성을 가질 수 있다.
이하 본 발명에 따른 실시예로 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하였다. 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 5
용융지수가 0.6 내지 2 g/10min이고, 분자량분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 칩을 압출기에 투입하여 용융 폴리머를 압출시키고, 냉각 장치를 이용하여 냉각시킨 다음, 방사유제 부여 장치를 이용하여 방사유제를 부착하고, 유제가 부착된 미연신사를 권취하여, 계속해서 3개의 고데트 롤러(godet roller)를 거치면서 연신 및 열처리를 행하였다. 그 이후, 교락 장치 및 와인더를 이용하여 권취하였다.
구체적으로, 하기 표 1의 방사 및 연신조건으로 방사 및 연신하여 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하였다.
각각의 실시예에서 중량평균분자량, 분자량분포지수, 용융지수, 노즐 홀수, DR, D1/D2, D2/D3 조건은 하기 표 1의 조건과 같으며 그 외 방사조건은 동일하게 실시하였다.
또한, 제조된 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 물성을 측정하여, 물성 결과(섬도, 모노섬도, 강도, 연신사절횟수, 모우발생빈도)를 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
중량평균분자량(g/mol) 250000 250000 250000 180000 250000
분자량분포지수 7.6 7.6 7.6 5.2 7.6
용융지수(g/10min) 0.9 0.9 0.9 1.2 0.9
노즐홀수 240 240 240 240 120
DR 8 6.9 9.4 8 8
D1/D2 4.2 3.5 4.1 4.2 4.2
D2/D3 1.36 1.38 1.21 1.36 1.36
섬도(De) 400 420 380 400 200
모노섬도(De) 1.67 1.92 1.42 1.6 1.67
강도(g/d) 15.1 13.3 15.6 14.5 15.3
연신사절횟수(회/10만m) 2 3 4 1 2
모우발생빈도(개/10만m) 4 4 9 2 2
비교예 1 내지 12
하기 표 2, 3의 중량평균분자량, 분자량분포지수, 용융지수, 노즐 홀수, DR, D1/D2, D2/D3의 조건을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
중량평균분자량(g/mol) 280000 250000 180000 250000 250000 250000
분자량분포지수 12.1 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
용융지수(g/10min) 0.6 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
노즐홀수 120 240 240 240 240 240
DR 6.1 8 8 8 8.5 8.7
D1/D2 3.1 6.6 8 2.5 5 4.2
D2/D3 1.21 1.1 1 1.36 1.36 1.1
섬도(De) 200 400 400 400 390 385
모노섬도(De) 1.67 1.67 1.67 1.67 1.62 1.6
강도(g/d) 11.8 14.1 14.1 14.8 15.3 15
연신사절횟수(회/10만m) 11 30 36 12 16 22
모우발생빈도(개/10만m) 16 86 76 38 24 42
비교예 7 비교예 8 비교예 9 비교예 10 비교예 11 비교예 12
중량평균분자량(g/mol) 250000 250000 80000 330000 330000 210000
분자량분포지수 7.6 4.5 10.5 8.2 8.2 7.6
용융지수(g/10min) 0.9 0.9 2.2 0.4 0.4 2.2
노즐홀수 240 240 240 240 240 240
DR 10.2 8 8 8 6 8
D1/D2 4.2 4.2 4.2 4.2 3.1 4.2
D2/D3 1.6 1.36 1.36 1.36 1.21 1.36
섬도(De) - 400 400 - 440 400
모노섬도(De) - 1.67 1.67 - 1.83 1.67
강도(g/d) - 15.5 12.8 - 14.1 13.5
연신사절횟수(회/10만m) - 25 15 - 17 12
모우발생빈도(개/10만m) - 24 20 - 37 31
상기 표 1, 표 2, 표 3에서 나타나듯이 실시예에 의한 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유는 비교예와 대비하여 강도가 우수하고, 연신사절횟수 및 모우발생빈도가 적어 품질이 우수한 특성이 있다.
비교예 7은 연신공정단계 중 사절이 많이 발생하여 폴리에틸렌 섬유의 제조가 어려워 모우발생빈도, 연신사절횟수 및 강도를 측정하기가 곤란하였다. 비교예 10은 용융점도가 낮아 연신이 어려워 폴리에틸렌 섬유의 제조가 어려워 측정이 곤란하였다.

Claims (13)

  1. 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 수지(PE)를 포함하는 조성물로부터 제조된 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모노섬도는 0.5 내지 2.5 데니어이고,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 가닥수는 60 내지 400인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 강도가 12 내지 16g/d인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모우 발생빈도가 10만m당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유.
  5. 용융지수가 0.6 내지 2g/10min이고, 분자량 분포지수가 5 내지 10인 폴리에틸렌 수지(PE)를 용융방사 및 냉각 고화하여 미연신사를 형성한 후,
    상기 미연신사를 연신, 열고정, 이완 및 권취하여 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유를 제조하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미연신사를 형성하는 단계에서 폴리에틸렌 수지를 용융방사하는 방사기의 방사 온도가 220 내지 270℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연신공정은 롤러부와 비접촉식 히팅챔버를 포함하는 다단연신롤러를 이용하여 다단연신하는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비접촉식 히팅챔버 내에서 연신점이 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다단연신은 D1, D2, D3로 구성된 3단연신이고,
    전체연신비(DR)는 6 내지 10인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 D1과 D2의 연신비(D1/D2)는 3 내지 4.5이고,
    상기 D2와 D3의 연신비(D2/D3)는 1.2 내지 1.5인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.(단, D1,D2,D3 ≥ 1)
  11. 제5항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 연신 사절 횟수가 10만m당 5회 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 모우 발생빈도는 10만m당 10개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 제조방법.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유의 강도가 12 내지 16g/d이고, 모노섬도는 0.5 내지 2.5이며, 가닥 수가 60 내지 400인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 제조방법.
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