KR101353700B1

KR101353700B1 - 혼합 섬유 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101353700B1
Application number: KR1020110091104A
Authority: KR
Inventors: 한인식; 박태학
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2014-01-21
Also published as: JP6084262B2; JP5918240B2; KR101353700B9; EP2617883A2; WO2012036427A3; US20130167503A1; EP2617883A4; JP2016006248A; CN103328705A; JP2013537264A; WO2012036427A2; CN103328705B; KR20120030004A

Abstract

비교적 저렴한 비용으로 제조되면서도 우수한 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 혼합 섬유는, 제1 필라멘트; 및 상기 제1 필라멘트와 다른 제2 필라멘트를 포함하고, ASTM D 885의 규정에 의해 측정된 상기 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 적어도 1개의 피크를 갖되, 상기 강도-신도 곡선이 2개 이상의 피크들을 가지면, 상기 2개 이상의 피크들 중 가장 낮은 신도를 갖는 제1 피크와 가장 높은 신도를 갖는 제2 피크 간의 신도 차이는 3% 이하이다.

Description

혼합 섬유 및 그 제조방법{Hybrid fiber and Method for manufacturing the same}

본 발명은 혼합 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비교적 저렴한 비용으로 제조되면서도 우수한 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

섬유를 이용하여 어떤 제품을 생산할 때, 고가의 고성능 섬유만으로 상기 제품을 생산하기 보다는 상기 고가의 필라멘트와 상대적으로 저가인 필라멘트의 혼합에 의해 제조되는 혼합 섬유를 이용하여 상기 제품을 생산하는 것이 비용 절감 측면에서 유리할 수 있다.

그러나, 서로 다른 특성을 갖는 이종의 필라멘트들이 혼합 섬유의 제조를 위해 통상적인 방법에 의해 혼합된다면, 개개의 필라멘트들의 특성들이 개별적으로 발휘되어 시너지 효과가 전혀 발휘되지 못한다. 예를 들어, 상이한 신도를 갖는 이종의 필라멘트들로 이루어진 혼합 섬유에 외력이 가해질 경우, 모든 필라멘트들이 외력에 함께 저항하지 못하고, 신도가 상대적으로 낮은 필라멘트가 먼저 저항하다 절단되고 이어서 신도가 상대적으로 높은 필라멘트가 저항하다 절단된다.

결국, 이러한 혼합 섬유는, 제조 비용 측면에서 유리할 수는 있으나 기대치에 부응하는 물성을 갖지 못하게 된다는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수있는 혼합 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면은 비교적 저렴한 비용으로 제조되면서도 우수한 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은 비교적 저렴한 비용으로 제조되면서도 우수한 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유의 제조방법들을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 관점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 관점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 과점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.

본 발명의 일 측면으로서, 혼합 섬유에 있어서, 제1 필라멘트; 및 상기 제1 필라멘트와 다른 제2 필라멘트를 포함하고, ASTM D 885의 규정에 의해 측정된 상기 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 적어도 1개의 피크를 갖되, 상기 강도-신도 곡선이 2개 이상의 피크들을 가지면, 상기 2개 이상의 피크들 중 가장 낮은 신도를 갖는 제1 피크와 가장 높은 신도를 갖는 제2 피크 간의 신도 차이는 3% 이하인 것을 특징으로 하는 혼합 섬유가 제공된다.

본 발명의 다른 측면으로서, 제1 필라멘트를 준비하는 단계; 상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계; 상기 제1 및 제2 필라멘트들의 신도 차이가 3% 이하가 되도록 하기 위하여 상기 제2 필라멘트에 장력을 가하는 단계; 및 신도 차이가 3% 이하가 된 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사(putting together)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면으로서, 제1 필라멘트를 준비하는 단계; 상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하는 단계를 포함하되, 합사되는 상기 제1 필라멘트의 길이는 합사되는 상기 제2 필라멘트의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면으로서, 제1 필라멘트를 준비하는 단계; 상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계; 상기 제1 필라멘트를 제1 꼬임수로 하연하여 제1 하연사를 제조하는 단계; 상기 제2 필라멘트를 상기 제1 꼬임수보다 작은 제2 꼬임수로 하연하여 제2 하연사를 제조하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 하연사들을 상연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법

위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 특성을 갖는 필라멘트들의 혼합에 의해 제조되는 혼합 섬유가 상기 필라멘트들 개개의 특성과는 전혀 다른 새롭고 향상된 특성을 가질 수 있다.

구체적으로는, 서로 다른 종류의 필라멘트들을 3% 이하의 작은 신도 차이를 갖는 상태로 만든 후 혼합하기 때문에, 본 발명의 혼합 섬유를 구성하는 이종의 필라멘트들이 혼합 섬유에 가해지는 외력에 대해 함께 저항할 수 있고, 그 결과 본 발명의 혼합 섬유는 향상된 인장 강도 및 탄성률을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 저렴한 필라멘트를 고가의 필라멘트와 함께 사용하여 우수한 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유를 제조할 수 있기 때문에, 상기 혼합 섬유 자체의 가격 경쟁력은 물론이고 그것을 이용하여 제조되는 제품, 예를 들어 의 타이어 코드, 호스, 벨트, 케이블, 방탄복, 로프, 컴퍼지트 등의 가격 경쟁력도 향상될 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 나일론 66 필라멘트 및 아라미드 필라멘트가 종래의 방법으로 혼합됨으로써 제조된 혼합 섬유의 강도-신도 곡선을 보여주는 그래프이고,
도 2 및 도 3은 나일론 66 필라멘트 및 아라미드 필라멘트가 본 발명의 실시예들 따라 혼합됨으로써 제조된 혼합 섬유들의 강도-신도 곡선들을 각각 보여주는 그래프들이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 혼합 섬유 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.

본 명세서에서 '혼합 섬유'라는 용어는 서로 다른 종류의 필라멘트들이 합사되어 만들어진 섬유를 의미하고, 예를 들어, 나일론 필라멘트와 아라미드 필라멘트를 서로 꼬아서 제조된 섬유일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 '하연'은 필라멘트를 꼬는 것을 의미하고, '하연사'는 상기 하연을 통해 제조된 연사물을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 '상연'은 2 가닥 이상의 상기 하연사들을 합쳐서 꼬는 것을 의미하고, '상연사'는 상기 상연을 통해 제조된 연사물을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 '연수(twist number)'는 1m 당 꼬임의 횟수를 의미하며, 그 단위는 TPM(Twist Per Meter)이다.

본 발명의 혼합 섬유는 서로 다른 종류의 필라멘트들을 포함한다. 본 발명에 의하면, 상기 이종의 필라멘트들이 유사한 신도를 가진 상태에서 합사된다. 따라서, 본 발명의 혼합 섬유는 우수한 인장 강도 및 탄성률을 가지게 된다.

본 발명의 혼합 섬유는 아라미드 필라멘트 및 나일론66 필라멘트를 포함할 수 있다.

아라미드 필라멘트는 낮은 수축 응력 및 우수한 크리프 특성을 갖기 때문에 타이어 코드의 제조에 적합하다. 또한, 아라미드 필라멘트의 탄성률은 고온에서도 거의 변하지 않기 때문에, 아라미드 필라멘트로 타이어 코드를 제조하면 플랫 스팟(flat spot) 현상을 유발할 위험이 현저히 적어진다는 장점이 있다.

하지만, 이러한 아라미드 필라멘트는 비교적 고가이기 때문에 범용적인 타이어의 소재로 사용될 경우 경제적 관점에서 불리할 수 있다.

따라서, 비교적 물성이 우수하고 가격도 비교적 저렴한 나일론 66 필라멘트를 아라미드 필라멘트와 혼합하여 혼합 섬유를 제조하고 이 혼합 섬유를 이용하여 타이어 코드를 제조하는 방안이 고려될 수 있다. 그러나, 아라미드 필라멘트와 나일론66 필라멘트 간의 신도 차이가 크기 때문에 이들을 이용하여 제조된 혼합 섬유는 기대치에 상응하는 인장 강도 및 탄성률을 가질 수 없다는 문제가 있을 수 있다.

구체적으로 설명하면, 상당한 신도 차이를 갖는 아라미드 필라멘트와 나일론66 필라멘트가 단순히 혼합된다면, 혼합 섬유에 가해지는 외력에 대해 이종의 필라멘트들이 함께 저항하지 못하고, 신도가 낮은 필라멘트가 먼저 저항한 후 절단되고 이어서 신도가 높은 필라멘트가 저항한 후 절단되며, 그 결과 인장 강도 및 탄성률과 같은 혼합 섬유의 기계적 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 즉, 혼합 섬유의 기계적 물성이 기대치에 미치지 못하는 것의 중요한 원인들 중 하나는 혼합 섬유를 구성하는 이종의 필라멘트들이 개별적으로 외력에 대해 저항한다는 것이다.

위와 같은 문제점 및 그 원인에 기초하여, 본 발명자들은 기대치를 충족시키는 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유 및 그 제조방법들을 개발하였다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 종류의 필라멘트들의 신도를 유사하게 조절한 후 이들을 혼합하기 때문에 혼합 섬유에 가해지는 외력에 대해 상기 필라멘트들이 함께 저항할 수 있고, 그 결과 우수한 기계적 물성을 갖는 혼합 섬유가 제조될 수 있다.

결과적으로, 가격 경쟁력이라는 혼합 섬유 특유의 장점을 유지시키면서도 혼합 섬유의 단점으로 여겨졌던 기계적 물성의 희생을 최소화할 수 있기 때문에, 본 발명의 혼합 섬유는 다양한 분야에서 유리하게 이용될 수 있다.

본 발명의 혼합 섬유를 제조함에 있어서 다양한 종류의 필라멘트들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 섬유는 나일론계 필라멘트, 폴리에스테르계 필라멘트, 폴리올레핀계 필라멘트, 폴리비닐알콜계 필라멘트, 아크릴계 필라멘트, 셀룰로오스계 필라멘트, 우레탄계 필라멘트, 전 방향족 폴리아미드계 필라멘트, 전 방향족 폴리이미드계 필라멘트, 전 방향족 폴리에스테르계 필라멘트, 자일론 필라멘트, 탄소섬유, 금속계 필라멘트, 광석계 필라멘트, 실리콘계 필라멘트, 유리섬유 등을 포함할 수 있는데, 반드시 이들에 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 나일론 66 및 아라미드 필라멘트가 종래 방식으로 혼합됨으로써 제조된 혼합 섬유의 강도-신도 곡선을 도시화한 것이다.

도 1에 예시된 바와 같이, 인스트론과 같은 인장 시험기를 이용하여 얻어진 종래 혼합 섬유(고신도의 나일론 66 필라멘트와 저신도의 아라미드 필라멘트를 단순히 합연하여 제조됨)의 강도(strenghth)-신도(strain) 곡선은 2 개의 피크들을 갖는다. 2 개의 피크들 중 낮은 신도 영역에 위치한 제 1 피크(a)는 저신도의 아라미드 필라멘트의 절단을 나타내고, 높은 신도 영역에 위치한 제 2 피크(b)는 고신도의 나일론 66 필라멘트의 절단을 나타낸다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 혼합 섬유의 경우, 필라멘트들이 각각의 신도를 그대로 유지한 상태로 합쳐지기 때문에 상기 피크들(a, b) 사이의 거리, 즉 신도 차이(△S)가 대단히 크게 된다. 예를 들어, 20%의 신도를 갖는 나일론 66 필라멘트와 4%의 신도를 갖는 아라미드 필라멘트로 이루어진 종래 혼합 섬유의 경우 10% 이상의 신도 차이가 발생하게 된다.

신도 차이가 3% 이상이면, 혼합 섬유에 가해지는 외력에 대해 각각의 필라멘트들이 시너지 없이 별개로 저항하는 것으로 여겨질 수 있고, 그와 같은 혼합 섬유의 기계적 물성은 기대치를 만족시키지 못한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 아라미드 필라멘트와 나일론 66 필라멘트의 신도를 유사하게 조절한 상태에서 상기 필라멘트들을 혼합함으로써 제조된 혼합 섬유의 강도-신도 곡선을 보여준다.

도 2에 에시된 바와 같이, 서로 다른 종류의 필라멘트들의 신도를 유사하게 조절한 상태에서 상기 필라멘트들을 혼합함으로써 제조된 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 2개의 피크들을 갖되, 신도 차이는 크지 않음을 알 수 있다. 즉, 아라미드 필라멘트의 절단점인 제 1 피크(a)와 나일론 66 필라멘트의 절단점인 제 2 피크(b) 간의 거리인 신도 차이가 3% 이하이다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 종류의 필라멘트들 간의 신도 차이를 3% 이하로 작게 한 상태에서 상기 필라멘트들을 혼합하기 때문에, 혼합 섬유에 가해지는 외력에 대해 필라멘트들이 어느 정도 함께 저항할 수 있고, 그 결과 본 발명의 혼합 섬유는 우수한 기계적 물성을 갖게 된다.

도 3은 아라미드 필라멘트와 나일론 66 필라멘트의 신도를 거의 동일하게 조절한 후 상기 필라멘트들을 혼합함으로써 제조된 혼합 섬유의 강도-신도 곡선을 보여준다.

도 3에 예시된 바와 같이, 혼합 섬유를 구성하는 이종의 필라멘트들 간의 신도 차이가 없는 최적의 조건 하에서 상기 필라멘트들을 혼합함으로써 제조된 혼합 섬유의 경우, 상기 혼합 섬유를 구성하는 필라멘트들이 외력에 대해 함께 저항하다가 동시에 절단된다. 따라서, 이러한 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 1 개의 피크만을 갖게 된다. 혼합 섬유의 강신도 측정시 1 개의 피크만을 갖는 강도-신도 곡선이 얻어진다는 사실은, 상기 혼합 섬유가 외력에 대해 가장 효율적으로 저항하고 최대의 기계적 물성을 갖는다는 것을 의미한다.

요약하면, ASTM D 885의 규정에 의해 얻어진 본 발명의 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 적어도 1개의 피크를 갖고, 상기 강도-신도 곡선이 2개 이상의 피크들을 가지면 상기 2개 이상의 피크들 중 가장 낮은 신도를 갖는 제1 피크와 가장 높은 신도를 갖는 제2 피크 간의 신도 차이는 3% 이하이다.

선택적으로, 본 발명의 혼합 섬유의 강도-신도 곡선이 1개의 피크만을 가질 수 있다. 그와 같은 혼합 섬유는 강도-신도 곡선이 2개 이상의 피크를 갖는 혼합 섬유에 비해 외력에 대해 더욱 효과적으로 저항할 수 있기 때문에 더욱 우수한 기계적 물성을 가질 수 있다.

선택적으로, 본 발명의 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 2개 이상의 피크들을 갖고, 상기 2개 이상의 피크들 중 가장 낮은 신도를 갖는 제1 피크와 가장 높은 신도를 갖는 제2 피크 간의 신도 차이는 3% 이하이며, 상기 제1 피크가 상기 제2 피크보다 더 큰 강도를 수 있다. 즉, 혼합 섬유를 구성하는 필라멘트들 중에서 상대적으로 높은 강도를 갖는 필라멘트가 상대적으로 낮은 강도를 갖는 필라멘트보다 낮은 신도를 갖는다. 높은 강도를 갖는 필라멘트가 낮은 강도를 갖는 필라멘트보다 효과적으로 외력에 저항할 수 있기 때문에 높은 강도를 갖는 필라멘트가 낮은 강도를 갖는 필라멘트보다 낮은 신도를 갖는 것이 유리할 수 있다.

본 발명의 혼합 섬유는 서로 다른 제1 및 제2 필라멘트들을 포함한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 섬유는 제1 필라멘트로서 아라미드 필라멘트 및 제2 필라멘트로서 나일론66 필라멘트를 포함한다. 아라미드 필라멘트는 낮은 수축 응력을 갖고 아라미드 필라멘트의 탄성률은 고온에서도 거의 변하지 않기 때문에, 플랫 스팟(flat spot) 현상의 발생이 최소화될 수 있다는 점에서 아라미드 필라멘트로 타이어 코드를 제조하는 것이 유리할 수 있다. 하지만, 이러한 아라미드 필라멘트는 비교적 고가이기 때문에 경제적 관점에서 불리할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 비교적 물성이 우수하고 가격도 비교적 저렴한 나일론 66 필라멘트를 아라미드 필라멘트와 혼합하여 혼합 섬유를 제조하고 이 혼합 섬유를 이용하여 타이어 코드, 호스, 벨트, 케이블, 방탄복, 로프, 장갑 등의 다양한 제품들을 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 혼합 섬유 내 아라미드 필라멘트의 함량은 10 내지 90 중량%이다. 상기 아라미드 필라멘트의 함량이 10 중량% 미만이면 혼합 섬유가 기대치에 부응하는 기계적 물성을 가질 수 없어 다양한 분야에 적용할 수 없다. 반면, 상기 아라미드 필라멘트의 함량이 90 중량%를 초과하면 제조 비용 절감이라는 혼합 섬유 특유의 장점을 살릴 수 없다.

본 발명의 혼합 섬유는 연사물(twisted yarn)일 수 있다. 연사물 형태의 혼합 섬유는 향상된 인장강도를 갖게 되는데, 이는 혼합 섬유를 구성하는 필라멘트들 간의 집속력이 향상되기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 혼합 섬유를 구성하는 제1 및 제2 필라멘트들은 각각 제1 및 제2 하연사들(primary twisted yarns)이고, 상기 혼합 섬유는 상기 제1 및 제2 하연사들의 상연(secondary twisting)을 통해 얻어진 합연사(ply yarn)이다. 예를 들어, 아라미드 필라멘트와 나일론66 필라멘트를 포함하는 혼합 섬유의 경우, 상기 아라미드 필라멘트 및 나일론55 필라멘트 각각은 Z 방향으로 꼬여진 하연사들일 수 있고, 상기 혼합 섬유는 상기 하연사들을 S 방향으로 상연함으로써 제조된 합연사일 수 있다.

이와 같은 합연사 형태의 혼합 섬유는, 그것을 구성하는 이종의 필라멘트들이 강하게 집속되기 때문에 우수한 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라, 넓은 비표면적 덕분에 수지와 같은 다른 물질에 대하여 우수한 접착력을 가진다. 따라서, 이와 같은 장점들을 갖는 본 발명의 혼합 섬유는 타이어 코드의 제조 등과 같은 다양한 용도로 사용될 수 있다.

선택적으로, 상기 제1 및 제2 하연사들은 서로 다른 꼬임수(twist number)를 가질 수 있다. 예를 들어, 아라미드 필라멘트를 하연하여 제조된 제1 하연사는 600 TPM의 꼬임수를 갖고 나일론 66 필라멘트를 하연하여 제조된 제2 하연사는 200 TPM의 꼬임수를 가질 수 있다. 즉, 필라멘트의 신도에 따라 꼬임수를 달리하여 서로 다른 종류의 필라멘트들을 각각 하연함으로써 제1 및 제2 하연사들의 신도를 인위적으로 유사하게 만들 수 있고, 이와 같이 감소된 신도 차이를 갖는 제1 및 제2 하연사들을 함께 상연함으로써 제조된 혼합 섬유는 우수한 기계적 물성을 가지게 된다.

선택적으로, 본 발명의 혼합 섬유는 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 접착제를 더 포함한 혼합 섬유는 고무에 대하여 우수한 접착력을 가지기 때문에 다양한 고무 제품들을 위한 보강재로 사용될 수 있다.

본 발명의 혼합 섬유는 타이어 코드, 호스, 벨트, 케이블, 방탄복, 로프, 컴퍼지트, 방탄장갑 등과 같은 다양한 제품들 제조에 사용될 수 있는데, 그 용도에 따라 페놀수지, 우레탄 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 또는 에틸렌비닐아세테이트 수지를 선택적으로 더 포함할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 혼합 섬유의 제조방법에 대해 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 혼합 섬유의 제조방법은, 제1 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 제1 및 제2 필라멘트들의 신도 차이가 3% 이하가 되도록 하기 위하여 상기 제2 필라멘트에 장력을 가하는 단계, 및 신도 차이가 3% 이하가 된 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사(putting together)하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 제1 및 제2 필라멘트들이 각각 감긴 지관들을 크릴(creel)에 위치시킨 후 상기 지관들로부터 제1 및 제2 필라멘트들을 각각 푼다.

이어서, 상기 제1 및 제2 필라멘트들의 신도 차이가 3% 이하가 되도록 하기 위하여, 상기 제2 필라멘트에 장력을 가한다. 이때, 상기 제1 필라멘트에는 상기 제1 필라멘트에 가해지는 장력에 비해 상당히 작은 장력, 즉, 작업을 가능하게 할 정도의 최소 장력이 가해질 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 필라멘트는 4%의 신도를 갖는 아라미드 필라멘트이고, 상기 제2 필라멘트는 20%의 신도를 갖는 나일론66 필라멘트일 수 있다. 상기 아라미드 필라멘트와 나일론66 필라멘트의 신도를 동일하게 또는 유사하게 만들기 위하여, 상기 나일론66 필라멘트를 16% 연신시키는 크기의 장력을 상기 나일론66 필라멘트에 가하고, 상기 아라미드 필라멘트에는 작업을 가능하게 할 정도의 최소 장력만을 가할 수 있다.

장력이 가해진 제2 필라멘트를 제1 필라멘트와 합사한 후 상기 합사된 제1 및 제2 필라멘트들을 Z 방향으로 하연하여 하연사를 제조할 수 있다. 이어서, 이와 같은 방식으로 제조된 2개의 하연사들을 S 방향으로 함께 상연함으로써 본 발명의 혼합 섬유를 완성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 필라멘트들의 합사 공정은 가이드 롤러를 이용하여 수행될 수 있고, 공기교락노즐을 이용하여 수행될 수 있고, 접착제를 이용하여 수행될 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 용도에 따라 요구되는 혼합 섬유의 섬도가 다르기 때문에 이를 고려하여 상기 하연사들의 개수가 조절될 수 있다.

선택적으로, 장력이 가해진 제2 필라멘트를 제1 필라멘트와 합사하기 전에 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 각각 Z 방향으로 하연하여 하연사들을 제조하고, 상기 하연사들을 S 방향으로 함께 상연함으로써 합사 공정을 수행할 수도 있다.

다음, 본 발명의 제2 실시예에 따른 혼합 섬유의 제조방법에 대해 설명한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 혼합 섬유의 제조방법은, 제1 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사할 때, 합사되는 상기 제1 필라멘트의 길이가 합사되는 상기 제2 필라멘트의 길이보다 더 길도록, 상기 제1 필라멘트를 상기 제2 필라멘트보다 더 많이 공급한다.

예를 들어, 상기 제1 필라멘트는 4%의 신도를 갖는 아라미드 필라멘트이고, 상기 제2 필라멘트는 20%의 신도를 갖는 나일론66 필라멘트일 수 있고, 합사되는 아라미드 필라멘트의 길이가 합사되는 나일론66 필라멘트의 길이보다 15% 더 길도록 상기 아라미드 필라멘트를 과공급할 수 있다.

선택적으로, 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하기 전에, 상기 제2 필라멘트에 장력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 위 예에서, 상기 나일론66 필라멘트를 5% 연신시키는 크기의 장력을 상기 나일론66 필라멘트에 가하고, 합사되는 아라미드 필라멘트의 길이가 상기 장력이 가해진 나일론66 필라멘트의 길이보다 10% 더 길도록 상기 아라미드 필라멘트가 과공급될 수 있다.

더 긴 길이를 갖는 제1 필라멘트를 제2 필라멘트와 합사한 후 상기 합사된 제1 및 제2 필라멘트들을 Z 방향으로 하연하여 하연사를 제조할 수 있다. 이어서, 이와 같은 방식으로 제조된 복수 개의 하연사들을 S 방향으로 함께 상연함으로써 본 발명의 혼합 섬유를 완성할 수 있다. 용도에 따라 요구되는 혼합 섬유의 섬도가 다르기 때문에 이를 고려하여 상기 하연사들의 개수가 조절될 수 있다.

선택적으로, 더 긴 길이를 갖는 제1 필라멘트를 제2 필라멘트와 합사하기 전에 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 각각 Z 방향으로 하연하여 하연사들을 제조하고, 상기 하연사들을 S 방향으로 함께 상연함으로써 상기 합사 공정을 수행할 수도 있다.

다음, 본 발명의 제3 실시예에 따른 혼합 섬유의 제조방법에 대해 설명한다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 혼합 섬유의 제조방법은, 제1 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계, 상기 제1 필라멘트를 제1 꼬임수로 하연하여 제1 하연사를 제조하는 단계, 상기 제2 필라멘트를 상기 제1 꼬임수보다 작은 제2 꼬임수로 하연하여 제2 하연사를 제조하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 하연사들을 상연하는 단계를 포함한다.

예를 들어, 상기 제1 필라멘트는 4%의 신도를 갖는 아라미드 필라멘트이고, 상기 제2 필라멘트는 20%의 신도를 갖는 나일론66 필라멘트일 수 있고, 아라미드 필라멘트를 하연하여 제조된 제1 하연사는 600 TPM의 꼬임수를 갖고 나일론 66 필라멘트를 하연하여 제조된 제2 하연사는 200 TPM의 꼬임수를 가질 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 의하면, 필라멘트의 신도에 따라 꼬임수를 달리하여 서로 다른 종류의 필라멘트들을 각각 하연함으로써 제1 및 제2 하연사들의 신도를 인위적으로 유사하게 만들 수 있고, 이와 같이 감소된 신도 차이를 갖는 제1 및 제2 하연사들을 함께 상연함으로써 제조된 혼합 섬유는 우수한 기계적 물성을 가지게 된다.

선택적으로, 상기 제2 하연사를 제조할 때, 상기 제2 필라멘트에 장력을 가하면서 상기 제2 필라멘트를 하연할 수 있다. 즉, 위 예에서, 아라미드 필라멘트는 연신되지 않은 상태에서 하연됨에 반해, 나일론 66 필라멘트는 15% 연신된 상태에서 하연될 수 있다.

본 발명의 혼합 섬유의 제조방법은 다음의 공정을 더 포함할 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 제1 내지 제3 실시예들 중 어느 하나의 방법에 의해 합사된 제1 및 제2 필라멘트들에 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제가 부여될 수 있다.

상기 RFL 접착제를 부여하는 공정은 다양한 방법들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 합사된 제1 및 제2 필라멘트들을 레솔시놀-포름알데히드-라텍스(RFL) 접착제 용액에 침지시키는 디핑 공정을 통해 상기 합사된 제1 및 제2 필라멘트들에 상기 접착제가 부여될 수 있다. 이때 1욕 디핑(1-bath dipping) 또는 2욕 디핑(2-bath dipping)이 사용될 수 있다. 상기 RFL 접착제 용액은 2.0 중량%의 레소시놀, 3.2 중량%의 포르말린(37%), 1.1 중량%의 수산화나트륨(10%), 43.9 중량%의 스티렌/부타디엔/비닐피리딘(15/70/15) 고무(41%), 및 물을 포함할 수 있다.

상기 합사된 제1 및 제2 필라멘트들에 상기 접착제가 부여된 후, 열처리 공정이 수행될 수 있다. 열처리를 위하여, 105 내지 200℃에서 10 내지 400초 동안 진행되는 제1 열처리 공정 및 105 내지 300℃에서 10 내지 400초 동안 진행되는 제2 열처리 공정이 순차적으로 수행될 수 있다.

위와 같이 제조된 본 발명의 혼합 섬유는 타이어 코드, 호스, 벨트, 케이블, 방탄복, 로프, 컴퍼지트, 방탄장갑 등의 다양한 분야들에 이용될 수 있다.

이하, 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.

실시예 1

9 g/d의 인장 강도, 20%의 신도, 및 1,000 데니어의 섬도를 갖는 나일론66 필라멘트와 23 g/d의 인장 강도, 4%의 신도, 및 1,000 데니어의 섬도를 갖는 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트를 합사하였다. 이때, 상기 나일론66 필라멘트는 16% 연신된 상태에서 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트와 합사되었다. 상기 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트는 연신되지 않은 상태에서 상기 나일론66 필라멘트와 합사되었다.

이어서, 알마사(Allma Co.)의 링타입 연사기(Ring type twister)를 이용하여 상기 합사된 필라멘트들을 Z 방향으로 285 TPM의 꼬임수로 꼬아줌으로써 하연사를 제조하였다.

이어서, 2 가닥의 상기 하연사들을 S 방향으로 300 TPM의 꼬임수로 꼬아줌으로써 혼합 섬유를 제조하였다. 상기 혼합 섬유 내에서 상기 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트의 함량은 50%이었다.

실시예 2 및 3

전술한 실시예 1에서, 상기 나일론66 필라멘트가 15% 및 17 %로 각각 연신된 상태에서 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트와 합사되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 혼합 섬유를 제조하였다.

실시예 4

9 g/d의 인장 강도, 20%의 신도, 및 1,000 데니어의 섬도를 갖는 나일론66 필라멘트와 23 g/d의 인장 강도, 4%의 신도, 및 1,000 데니어의 섬도를 갖는 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트를 합사하였다. 이때, 합사되는 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트의 길이가 합사되는 나일론66 필라멘트의 길이보다 15% 더 길도록 상기 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트를 과공급하였다.

이어서, 2 가닥의 상기 하연사들을 S 방향으로 300 TPM의 꼬임수로 꼬아줌으로써 혼합 섬유를 제조하였다.

실시예 5

9 g/d의 인장 강도, 20%의 신도, 및 2,000 데니어의 섬도를 갖는 나일론66 필라멘트를 15% 연신시킨 후, 알마사(Allma Co.)의 링타입 연사기(Ring type twister)를 이용하여 상기 연신된 나일론66 필라멘트를 Z 방향으로 200 TPM의 꼬임수로 꼬암줌으로써 나일론66 하연사를 제조하였다.

또한, 23 g/d의 인장 강도, 4%의 신도, 및 2,000 데니어의 섬도를 갖는 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트를 알마사(Allma Co.)의 링타입 연사기(Ring type twister)를 이용하여 Z 방향으로 400 TPM의 꼬임수로 꼬아줌으로써 파라계 방향족 폴리아미드 하연사를 제조하였다.

이어서, 상기 나일론 66 하연사와 파라계 방향족 폴리아미드 하연사를 S 방향으로 300 TPM의 꼬임수 꼬아줌으로써 혼합 섬유를 제조하였다.

실시예 6 및 7

전술한 실시예 1에서, 혼합 섬유 내에서 상기 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트의 함량이 각각 10 및 90 중량%이 각각 되도록 상기 나일론 66 필라멘트와 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트의 섬도가 조정 되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 혼합 섬유를 제조하였다.

비교예 1

전술한 실시예 1에서, 상기 나일론 66 필라멘트가 연신되지 않은 상태에서 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트와 합사되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 혼합 섬유를 제조하였다.

비교예 2

전술한 실시예 1에서, 상기 나일론 66 필라멘트가 2% 연신된 상태에서 상기 파라계 방향족 폴리아미드 필라멘트와 합사되었다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 혼합 섬유를 제조하였다.

위 실시예들 및 비교예들에 의해 얻어진 혼합 섬유들의 인장 강도, 신도, 및 신도 차이를 다음의 방법으로 각각 구하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

혼합 섬유의 인장 강도(g/d) 및 신도(%)

ASTM D 885 시험방법에 따라, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp., Canton, Mass)를 이용하여 25 ℃의 온도 및 65 % 상대습도 조건에서 250 ㎜의 시료 길이에 대하여 300 m/분 인장 속도를 가함으로써 혼합 섬유의 인장 강도 및 신도를 측정하였다.

신도 차이(△S)

위에서 언급된 방법에 따라 혼합 섬유의 인장 강도 및 신도를 측정할 때 얻어진 혼합 섬유의 강도-신도 곡선에서 제 1 피크에서의 신도(a′)와 제 2 피크에서의 신도(b′)를 이용하여 혼합 섬유의 신도 차이(△S)를 측정하였다.

구분	인장 강도(g/d)	신도(%)	신도 차이(△S)
실시예 1	16.4	3.8	1.8
실시예 2	16.0	4.1	1.9
실시예 3	16.5	3.5	1.8
실시예 4	15.1	3.6	2.2
실시예 5	15.4	4.2	2.3
실시예 6	20.2	3.4	0.5
실시예 7	15.5	5.3	2.4
비교예 1	11.5	15.4	12.8
비교예 2	9.3	13.4	10.2

a : 제 1 피크 a′ : 제 1 피크에서의 신도
b : 제 2 피크 b′ : 제 2 피크에서의 신도

Claims

혼합 섬유에 있어서,
제1 필라멘트; 및
상기 제1 필라멘트와 다른 제2 필라멘트를 포함하고,
ASTM D 885의 규정에 의해 측정된 상기 혼합 섬유의 강도-신도 곡선은 적어도 1개의 피크를 갖되,
상기 강도-신도 곡선이 2개 이상의 피크들을 가지면, 상기 2개 이상의 피크들 중 가장 낮은 신도를 갖는 제1 피크와 가장 높은 신도를 갖는 제2 피크 간의 신도 차이는 3% 이하인 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1항에 있어서,
상기 강도-신도 곡선은 1개의 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1항에 있어서,
상기 강도-신도 곡선은 2개 이상의 피크들을 갖고,
상기 제1 피크가 상기 제2 피크보다 더 큰 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1항에 있어서,
상기 제1 필라멘트는 아라미드 필라멘트이고,
상기 제2 필라멘트는 나일론66 필라멘트이며,
상기 혼합 섬유 내 상기 아라미드 필라멘트의 함량은 10 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1항에 있어서,
상기 혼합 섬유는 연사물(twisted yarn)인 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1항에 있어서,
상기 제1 필라멘트는 제1 하연사(primary twisted yarn)이고,
상기 제2 필라멘트는 제2 하연사이며,
상기 혼합 섬유는 상기 제1 및 제2 하연사들의 상연(secondary twisting)을 통해 얻어진 합연사(ply yarn)인 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 하연사들은 서로 다른 꼬임수(twist number)를 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1항에 있어서,
레솔시놀-포름알데히드-라텍스 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유.
제1 필라멘트를 준비하는 단계;
상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계;
상기 제1 및 제2 필라멘트들의 신도 차이가 3% 이하가 되도록 하기 위하여 상기 제2 필라멘트에 장력을 가하는 단계; 및
신도 차이가 3% 이하가 된 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사(putting together)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 필라멘트에 장력을 가하는 단계를 더 포함하되,
상기 제1 필라멘트에 가해지는 장력은 상기 제2 필라멘트에 가해지는 장력보다 작은 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 필라멘트는 아라미드 필라멘트이고,
상기 제2 필라멘트는 나일론66 필라멘트인 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하기 전에, 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 각각 하연(primary twisting)하여 하연사들을 제조하는 단계를 더 포함하고,
상기 합사는 상기 하연사들을 상연(secondary twisting)함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 합사된 제1 및 제2 필라멘트들을 하연하여 하연사들을 제조하는 단계; 및
상기 하연사들을 상연하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제1 필라멘트를 준비하는 단계;
상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하는 단계를 포함하되,
합사되는 상기 제1 필라멘트의 길이는 합사되는 상기 제2 필라멘트의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제14항에 있어서,
합사되는 상기 제1 필라멘트의 길이는 합사되는 상기 제2 필라멘트의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하기 전에, 상기 제2 필라멘트에 장력을 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 및 제2 필라멘트들을 합사하기 전에, 상기 제1 및 제2 필라멘트들을 각각 하연하여 하연사들을 제조하는 단계를 더 포함하고,
상기 합사는 상기 하연사들을 상연함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 합사된 제1 및 제2 필라멘트들을 하연하여 하연사들을 제조하는 단계; 및
상기 하연사들을 상연하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제1 필라멘트를 준비하는 단계;
상기 제1 필라멘트의 신도보다 높은 신도를 갖는 제2 필라멘트를 준비하는 단계;
상기 제1 필라멘트를 제1 꼬임수로 하연하여 제1 하연사를 제조하는 단계;
상기 제2 필라멘트를 상기 제1 꼬임수보다 작은 제2 꼬임수로 하연하여 제2 하연사를 제조하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 하연사들을 상연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.
제19항에 있어서,
상기 제2 필라멘트에 장력을 가하면서 상기 제2 필라멘트를 하연하여 상기 제2 하연사를 제조하는 것을 특징으로 하는 혼합 섬유의 제조방법.