KR101446622B1 - 다중 분할 중공사, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐 및 그를 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법 - Google Patents

다중 분할 중공사, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐 및 그를 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 분할 중공사, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐 및 그를 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다중 분할 중공사는 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되어, 3 내지 50%의 높은 중공율을 가지면서도 외력에 의해 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않아 경량화와 볼륨감이 유지되면서, 기존 중공사 대비, 고경량, 고단열(보온), 고탄성, 고내구성이 구현된다. 나아가, 본 발명은 상기 다중 분할 중공사를 제공하기 위해 최적화된 슬릿을 설계하고 이를 이용하고 고속 또는 저속 연신공정에 의해 장섬유, 단섬유 또는 부직포 형태로 제조함으로써, 제조된 다중 분할 중공사는 단열재 등의 산업용 건축 섬유소재; 보온 및 쿠션용 침구류 및 소파, 인테리어 등의 생활용 섬유소재; 및 레저 및 스포츠용 등의 경량 보온 의류용 섬유 소재; 자동차, 항공기, 열차 등의 수송용 내외장재용의 경량, 보온, 단열 및 쿠션용도의 산업용 섬유소재로서 유용하다.

Description

다중 분할 중공사, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐 및 그를 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법{MULTI-DIVISIONAL HOLLOW FIBER, SPINNING NOZZLE HAVING SLIT THEREFOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 다중 분할 중공사, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐 및 그를 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 높은 중공율을 가지도록 설계된 슬릿을 포함하는 방사노즐을 이용하여 외력에 의해 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않는 다중 분할 중공사, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐 및 그를 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 중공사는 내부에 기공을 가진 섬유로서, 동일 데니어를 가지는 일반 원사 대비 부피가 커서 볼륨감이 있을 뿐 아니라 중공부에 대한 무게 감소로 인한 비중 감소로 경량감을 느낄 수 있다.
또한, 중공부에 공기가 존재함으로써, 공기의 열전도율이 낮은 점을 이용하여 단열효과 및 보온효과를 구현할 수 있으며, 상대적으로 넓은 섬유 표면적으로 인해 섬유간의 수분의 흡수 및 건조가 빠른 특징을 갖고 있다.
이에, 중공사는 침구류, 인테리어 등의 생활용도와 레저와 스포츠용도의 의류 소재로 주목 받고 있으며, 중공구조를 가지고 있어 외력에 반발 또는 회복특성이 있어, 상대적으로 높은 반발탄성의 물성으로 인하여, 자동차 내장재 또는 인테리어 쿠션재 용도로 적용되고 있다.
중공사의 제조방법은 복합방사 후 하나의 성분을 용해시켜 제거하는 방법과 비연결부를 가진 구금을 이용하여 구금 직하에서 방사용액을 융착시켜 원사내부에 공기를 포함하는 중공부가 형성되도록 고화시키는 방식으로 구분된다.
이에, 복합방사 후 하나의 성분을 용해시켜 제거하는 방법의 일례로서, 대한민국 공개특허 제2001-47525호는 폴리에스테르 또는 폴리아미드 수지로 구성되며, 섬유단면 상에 동심원 형태의 중공부가 5~100개 존재하고, 섬유단면적 대비 중공부 면적 비율이 35∼75중량% 이고, 단사섬도가 0.1∼6.0데니어인 것을 특징으로 하는 다중 중공섬유를 개시한다. 이때, 상기 다중 중공섬유는 알카리 이용해성 폴리머를 도성분으로 하고 폴리아미드 또는 폴리에스테르를 해성분으로 하여, 섬유단면상 상기 도성분들이 해성분 중에 동심원 형태로 5~100개 존재하도록 복합방사 및 연신하여 해도형 복합섬유를 제조한 후, 상기 해도형 복합섬유 중 도성분들을 알카리 수용액으로 용출하여 수득한다.
또 다른 일례로 대한민국특허 제991729호에는 섬유단면상에 3개 이상의 알칼리 이용해성 폴리머인 용출성분(S)이 섬유형성성 성분(F)내에 분산, 배열되어 있는 구조를 가지는 용출형 복합섬유를 가연한 후, 이를 사용하여 원단으로 제조하고, 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 용출형 복합섬유를 다중 중공사로 변형시켜 다중 중공사 원단을 제공한다.
이상의 복합방사의 경우, 2성분 이상의 폴리머 중 한 성분을 용출해내는 방식의 경우, 용출해 내는 폴리머의 소비가 크고, 제조비용이 높으며, 용출공정을 거치기 때문에 가공비용이 많이 발생하는 단점이 있고, 용출형 폴리머 중 폴리에스테르 성분은 수산화나트륨과 같은 알칼리용액을 용출액으로 사용하기 때문에 환경오염의 문제도 있다.
중공사의 제조방법으로 또 다른 방법은 방사구금을 이용한 방법으로서, 대한민국특허 제963877호에는 열가소성수지의 방사용액을 방사구금을 통해 방사하여 이형단면 중공사를 제조할 때 C자형으로 구부러진 고리 모양이며 서로 동일한 크기를 갖는 3개의 C자형 슬릿들이 세잎클로버 형태로 균일한 각도로 배열되어 있는 방사구금을 사용한 이형단면 중공사를 보고하고 있다.
또한, 대한민국특허 제1123939호에 의하면, 중공사용 방사구금의 중공부가 삼각단면을 형성하도록 중공사형 방사구금을 설계하여 얻어진 중공사를 보고하고 있다.
그러나, 일반적으로 중공사의 중공율이 높을수록 물성이 개선효과가 높아짐에 따라, 중공사의 중공율을 높이고자 연구가 진행되고 있으나, 한편으로는 통상 10% 수준 이상의 중공율의 경우, 외력에 의해 쉽게 단면이 찌그러지고 변형되는 문제가 발생하며, 변형될 경우 단열 및 보온성, 반발탄성 등의 중공사 고유물성이 급격히 저하될 것이다.
이에, 본 발명자들은 종래의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 방사노즐의 설계로 인하여 중공사의 높은 중공율에도 중공단면이 쉽게 찌그러지지 않는 중공사를 얻고 그 물성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 높은 중공율에도 중공변형이 최소화된 다중 분할 중공사를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 1개 이상 포함하는 방사노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐을 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 중공율이 3 내지 50%을 충족하는 다중 분할 중공사를 제공한다.
본 발명의 다중 분할 중공사에 있어서, 중공사는 0.1 내지 10,000 데니어이고, 2.0g/den. 이상의 강도, 5 내지 100%의 신도 및 10g/den. 이상의 탄성율을 충족한다.
본 발명은 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 1 개 이상 포함하여 다분할 홀의 갯수가 2 개 이상인 방사노즐을 제공한다.
이에, 상기 다중 분할 중공사 형성용 슬릿은 중공 중심부로부터 이격되어 중공을 분할 및 지지하는 구조의 내측 슬릿; 및 상기 내측 슬릿의 연장선이 외부 슬릿의 중앙에 연결되고 중공 중심부로부터 중공의 외측반경을 결정하는 구조의 외측 슬릿;으로 구성된 슬릿 단위체를 1홀 내 2개 이상 구비하고, 상기 2개 이상의 슬릿 단위체에서 외측 슬릿간의 간격(a)이 0.05 내지 1㎜로 설계되어 외측 슬릿간 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 2개 이상의 슬릿 단위체에서 중공 중심부로부터 이격된 내측 슬릿들간의 거리(c)가 0.01 내지 1㎜이다.
또한, 슬릿 단위체에서, 내측 슬릿 및 외측 슬릿의 폭(b)이 0.05 내지 5㎜ 이고, 외측 슬릿의 분할 각도(d)는 180/n 내지 360/n로 설계된다. 상기에서, n은 1홀 내 구비된 외측 슬릿 갯수이다.
이상의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 의해 형성된 홀은 하기 식 1을 충족하는 외경(OD)을 가진다.
식 1
OD = ID + 2b
(상기에서 ID는 홀의 내경이고, b는 슬릿의 폭이다.)
또한, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 의해 형성된 홀의 길이(L)는 외측 슬릿 폭(b)의 2 배 이상인 것으로 설계된다.
이때, 방사노즐의 전단압(ΔP)은 30 내지300 kg/㎠이고, 방사노즐 홀 내의 전단속도(γ)는 20,000 sec-1 이하이다.
본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 있어서, 외측 슬릿은 원형; 또는 다각형;에서 선택되는 형상일 수 있으며, 상기 형상의 균등분할 또는 편중분할된 형상을 포함한다.
또한, 상기 외측 슬릿 표면에 돌출형 슬릿이 추가되어 표면 요철을 제공할 수 있다.
본 발명은 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공한다. 더욱 구체적으로는,
1) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종이상의 유기 고분자를 용융 압출하고
2) 상기 용융 압출된 고분자를 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐에 유입시켜 5 내지 3,000 m/min미만의 방사속도로 방사하여 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 수득하고,
3) 상기 미연신사 또는 부분연신사를 인라인 또는 오프라인 연신 후 열처리하여 완전연신사의 장섬유로 수득하는 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공한다.
또 다른 방법으로는, 1) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종이상의 유기 고분자를 용융 압출하고
2) 상기 용융 압출된 고분자를 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐에 유입시켜 변형유도결정화(strain-induced crystallization)가 일어나는 3,000 내지 8,000 m/min의 방사속도로 고속방사하여 고배향사(High Oriented Yarn, HOY)의 장섬유로 수득하는 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제조방법은 상기 제조방법에서 수득된 장섬유를 크림프가공, 건조공정 및 절단공정을 거쳐 단섬유로 수득할 수 있다.
또한, 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿 노즐에서 토출된 섬유를 공기유입장치를 이용하여 500 m/min이상의 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 방사하고, 공기 또는 기계장치를 이용하여 섬유를 컨베이어 벨트상에 연속적으로 뿌린 후 열처리 및 캘린더링 공정을 수행하여 다중 분할 중공사를 포함한 부직포의 제조방법을 제공한다.
이러한 물성으로 이용하여, 본 발명의 다중 분할 중공사는 단열재 등의 산업 건축용 단열재; 경량 보온 속한속건 의류용 스포츠 섬유; 보온 및 쿠션용 침구류 및 소파, 인테리어 등의 보온 및 쿠션용도의 생활용품 섬유; 또는 자동차, 항공기 및 열차로 이루어진 군에서 선택되는 산업수송용 내외장재 소재로서 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명에 따라, 높은 중공율에도 외력에 의해 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않는 다중 분할 중공사를 제공함으로써, 경량화와 볼륨감은 유지되면서, 중공사 고유물성이 구현되므로, 기존 중공사 대비, 고경량, 고단열(보온), 고탄성, 고내구성이 구현된다.
이러한 물성으로 인하여, 본 발명의 다중 분할 중공사는 단열재 등의 산업용 건축 섬유소재; 보온 및 쿠션용 침구류 및 소파, 인테리어 등의 생활용 섬유소재; 및 레저 및 스포츠용 등의 경량 보온 의류용 섬유 소재로서 유용하게 적용될 수 있다.
본 발명은 다중 분할 중공사를 제공하기 위한 슬릿을 설계하고 이를 이용하고 고속 또는 저속 연신공정에 의해 장섬유, 단섬유 또는 부직포 형태로 제조할 수 있다.
이상의 다중 분할 중공사는 우수한 물성으로 인하여, 단열재 등의 산업용 건축 섬유소재; 보온 및 쿠션용 침구류 및 소파, 인테리어 등의 생활용 섬유소재; 및 레저 및 스포츠용 등의 경량 보온 의류용 섬유 소재; 자동차, 항공기, 열차 등의 수송용 내외장재용의 경량, 보온, 단열 및 쿠션용도의 산업용 섬유소재로서 유용하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 다중 분할 중공사의 단면을 촬영한 광학 현미경 사진이고,
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 다중 분할 중공사의 단면을 촬영한 광학 현미경 사진이고,
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 다중 분할 중공사의 압축회복강도곡선결과이고,
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 다중 분할 중공사의 압축회복강도곡선결과이고,
도 5a는 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 평면 모식도이고,
도 5b는 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 단면 모식도이고,
도 6은 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 형상의 일례이고,
도 7은 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 형상의 다른 일례이고,
도 8은 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 표면에 추가형성되는 돌출형 슬릿 형상의 일례이고,
도 9는 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 표면에 추가형성되는 돌출형 슬릿 형상의 다른 일례이고,
도 10은 본 발명의 다중 분할 중공사 중 장섬유에 대한 제조방법을 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 중공율이 3 내지 50%을 충족하는 다중 분할 중공사를 제공한다.
이에, 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예 1 및 2에서 제조된 다중 분할 중공사의 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진으로서, 각각의 다중 분할 중공사는 11.9% 및 12.6%의 중공율을 보이면서, 중공단면이 찌그러지거나 변형되지 않은 원형 형상을 유지하고 있음을 확인할 수 있다.
이때, 외력에 의해 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않는 최적의 중공율은 10 내지 50중량%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 30%인 다중 분할 중공사를 제공한다.
본 발명의 다중 분할 중공사에 있어서, 중공사는 0.1 내지 10,000 데니어이며, 높은 중공율을 가지면서도 하기 물성을 충족한다.
1) 2.0g/den. 이상의 강도,
2) 5 내지 100%의 신도 및
3) 10g/den. 이상의 탄성율을 충족한다.
특히, 도 3 및 도 4에서 실시예 1 및 2에서 제조된 다중 분할 중공사의 압축회복강도곡선 결과에서 확인되는바 와 같이, 종래의 비중공사와 종래 중공사 대비, 본 발명의 다중 분할 중공사는 압축 후, 원래 형태로 돌아오는 복원력이 우수한 결과를 확인할 수 있다.
이에, 본 발명의 다중 분할 중공사는 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할된 형태이고, 3 내지 50%의 높은 중공율을 가지면서도 외력에 의해 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않을 뿐 아니라, 압축이후에도 복원력이 우수함으로써, 경량화와 볼륨감이 유지되면서, 기존 중공사 대비, 고경량, 고단열(보온), 고탄성, 고내구성이 구현된다.
본 발명은 다중 분할 중공사를 형성하기 위하여 설계된 슬릿을 1 개 이상 포함하여 다분할 홀의 갯수가 2 개 이상인 방사노즐을 제공한다.
도 5a는 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 평면 모식도로서, 상기 다중 분할 중공사 형성용 슬릿은
중공 중심부로부터 이격되어 중공을 분할 및 지지하는 구조의 내측 슬릿; 및
상기 내측 슬릿의 연장선이 외부 슬릿의 중앙에 연결되고 중공 중심부로부터 중공의 외측반경을 결정하는 구조의 외측 슬릿;으로 구성된 슬릿 단위체를 1홀 내 2개 이상 구비하고, 상기 2개 이상의 슬릿 단위체에서 외측 슬릿간의 간격(a)이 0.05 내지 1㎜로 설계되어 외측 슬릿간 홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿은 종래 중공 노즐 홀과는 달리, 중공사 내부의 중공을 하나가 아닌 2개 이상의 중공으로 분할하는 동시에 중공 내부에 중공을 분할 및 지지할 수 있는 구조로 설계됨으로써, 높은 중공율에도 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않는 고내구성 및 고탄성이 구현된다.
또한, 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿은 외측 슬릿간 홀이 형성됨으로써, 용융된 폴리머가 토출되면서 공기가 들어가는 통로를 확보할 수 있어, 이후 다시 용융된 폴리머가 합쳐져 공기가 들어간 여러 개의 중공을 고화된 섬유 내에 균일하게 형성할 수 있다. 즉, 외측 슬릿의 나눠진 수와 내부의 중공을 나눠주는 단면중심 방향으로의 슬릿 수는 동일해야 한다.
이때, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에서, 외측 슬릿간의 간격(a)이 0.05 내지 1㎜이 바람직하며, 상기 간격이 0.05㎜ 미만으로 좁으면, 공기가 들어갈 틈이 없어 중공형성이 어려우며, 반대로 상기 간격이 1㎜를 초과하여 큰 경우에는 중공이 깨지거나 갈라지는 문제가 발생한다.
본 발명의 2개 이상의 슬릿 단위체에서 중공 중심부로부터 이격된 내측 슬릿들간의 거리(c)은 0.01 내지 1㎜로 설계된다. 물론, 해당 노즐 홀의 내경(ID)보다는 작아야 한다. 이때, 내측 슬릿들간의 거리(c)가 0.01㎜ 미만으로 너무 좁으면, 홀 가공이 어렵고, 장시간 운전시 홀의 파손이 우려되는 반면에, 1㎜를 초과하면, 중공이 분할되기 어렵다. 본 발명의 가장 바람직한 형태로서 실시예에서는 외측 슬릿간의 간격(a)과 내측 슬릿들간의 거리(c)이 동일한 수치조건으로 설계되고, 내부 및 외부 슬릿 폭(b)보다는 동일하거나 큰 값으로 설계되어 제조되나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 슬릿 단위체에서, 내측 슬릿 및 외측 슬릿의 폭(b)은 0.05 내지 5㎜로서 동일하게 설계되는데, 상기 내측 슬릿 및 외측 슬릿의 폭(b)이 너무 좁으면, 노즐 홀의 전단압(ΔP)의 과도한 상승으로 노즐 변형이 올 수 있으며, 전단속도도 상승하여 용융 파괴(melt fracture) 등의 품질 및 작업성 저하 문제가 발생한다. 또한 홀 토출구에서 용융 폴리머가 탄성 특성으로 인해 부피가 부풀어 오르는 버러스 효과(barus effect)가 커져서 중공율이 저하된다. 반면에, 내측 슬릿 및 외측 슬릿의 폭(b)이 5㎜를 초과하여 지나치게 넓으면, 노즐 홀의 전단압(ΔP)이 낮아져 홀 간 토출 편차가 심해져서 불균일하게 되어 섬유 물성 및 품질이 저하된다.
이때, 본 발명에서 바람직한 방사노즐의 전단압(ΔP)은 30 내지300 kg/㎠이다. 상기 전단압(ΔP)이 30 kg/㎠ 미만이면, 홀 간 토출 편차가 심해지고 섬유직경 및 중공율이 불균일하게 되어 섬유 물성 및 품질저하 문제 발생되고, 300 kg/㎠를 초과하는 전단압의 경우는 노즐 변형이 올 수 있다.
또한 본 발명에서 바람직한 방사노즐 홀의 전단속도(γ)는 20,000 sec-1 이하이다. 이때, 전단속도가 매우 높으면 용융 파괴(melt fracture) 등의 문제로 품질 및 작업성이 저하된다.
도 5a에 도시된 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에서, 외측 슬릿의 분할 각도(d)는 180/n 내지 360/n로 설계될 수 있으며, 홀의 내측 슬릿을 중심으로 균일한 각도로 분할하거나 한쪽으로 편중된 각도로 분할할 수 있다. 상기에서, n은 1홀 내 구비된 외측 슬릿 갯수이다.
이상의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 의해 형성된 홀은 하기 식 1을 충족하는 외경(OD)을 가진다.
식 1
OD = ID + 2b
(상기에서 ID는 홀의 내경이고, b는 슬릿의 폭이다.)
이때, 홀의 내경(ID)은 0.1 내지 10 mm이며, 이때, 내경이 상기 범위보다 작을 경우, 공기가 머물 공간이 작아져 중공형성이 어려우며, 반대로 지나치게 크면, 안정적인 중공형성이 어려워 중공율이 떨어진다.
또한, 도 5b는 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 단면 모식도를 나타낸 것으로서, 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 의해 형성된 홀의 길이(L)는 외측 슬릿 간격(b)의 2 배 이상인 것으로 설계된다. 이때, 길이가 너무 짧으면 노즐 홀의 전단압(ΔP)이 낮아져 홀 간 토출 편차가 심해지고 불균일하게 되어 섬유 물성 및 품질이 저하 되고, 길이가 지나치게 길면, 노즐 홀의 가공이 어렵고 전단압(ΔP)의 과도한 상승으로 노즐 변형이 발생한다.
이상의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 구비한 방사노즐은 종래 방사노즐에서 홀의 구조만을 특수하게 설계하여 적용한 것으로서, 복합방사 등의 특수한 방사법, 방사장비의 개조, 섬유 방사 후 후처리 등의 추가 작업이 필요 없으므로, 가격 경쟁력에 유리하다.
본 발명의 실시예에서는 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 형상으로 바람직한 일례로 원형으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 삼각형이나 사각형 등의 다각형 형상으로 설계될 수 있다. 이러한 다각형으로 형상화하면, 중공율 개선에 유리할 수 있으며, 상기 형상이 균등분할 또는 편중분할되어 형성된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 형상으로서, 삼각형 또는 사각형 형상을 도시한 것이다.
또한 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 속한, 속건 등의 기능성을 부가하기 위하여, 섬유 외측의 표면적을 증가시키고 요철을 주기 위하여, 외측 슬릿에 돌출형 슬릿 하나 이상을 추가로 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿의 외측 슬릿 표면에 추가 형성되는 돌출형 슬릿 형상의 일례를 도시한 것이다.
나아가, 본 발명은 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐을 이용한 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공한다.
바람직한 제1실시형태로는 1) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종이상의 유기 고분자를 용융 압출하고
2) 상기 용융 압출된 고분자를 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐에 유입시켜 5 내지 3,000 m/min 미만의 방사속도로 방사하여 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 수득하고,
3) 상기 미연신사 또는 부분연신사를 인라인 또는 오프라인 연신 후 열처리하여 완전연신사의 장섬유로 수득하는 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공한다.
도 10은 본 발명의 다중 분할 중공사 중 잠섬유의 제조방법을 도시한 것으로서, 제1실시형태의 제조방법은 상기 방사속도 범위에서, 저속 연신공정으로 수행할 경우, 미연신(UDY) 또는 부분 연신사(POY)로 방사한 후 연신 및 열처리를 별도로 진행하는 저속 오프라인 연신공정으로서, 2단계 공정(two steps)을 거쳐 장섬유 제품을 얻을 수 있다.
또한, 상기 방사속도 범위에서 미연신(UDY) 또는 부분 연신사(POY)로 방사한 후 연속으로 고속 연신 및 열처리를 수행하는 고속 인라인 연신공정을 통해, 1단계 공정(one step)을 거쳐 장섬유 제품을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다중 분할 중공사의 바람직한 제2실시형태의 제조방법은 1) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종이상의 유기 고분자를 용융 압출하고
2) 상기 용융 압출된 고분자를 다중 분할 중공사 형성용 슬릿을 포함하는 방사노즐에 유입시켜 변형유도결정화(strain-induced crystallization)가 일어나는 3,000 내지 8,000 m/min의 방사속도로 고속방사하여 고배향사(High Oriented Yarn, HOY)의 장섬유로 수득하는 다중 분할 중공사의 제조방법을 제공한다.
이때, 제2실시형태의 제조방법은 변형유도결정화(strain-induced crystallization)가 일어나도록 3,000 내지 8,000 m/min의 고속방사속도로 수행하여, 고배향사(High Oriented Yarn, HOY)의 장섬유를 1단계 공정(one step)을 통해 얻을 수 있는 것이 특징이다.
이상의 제1실시형태 및 제2실시형태 중 (1)공정에서, 선택되는 열가소성 고분자 수지는 열에 녹아 유동성을 보이는 모든 열가소성 고분자 수지라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 폴리에스테르 수지를 사용하여 설명하고 있으나, 이 기술분야에 공지된 열가소성 수지에서 선택하여 대체 적용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태로서, 실시예 1에서 방사속도 1,000 m/min로 수행하여 제조된 다중 분할 중공사의 경우, 중공율 11.9%를 가지며 원형의 균일 중공단면으로 제공된다.
또한, 실시예 2를 통해, 방사속도 3,000 m/min로 수행할 경우에도, 12.6%의 중공율을 가지며, 원형의 균일 중공단면으로 제공되는 다중 분할 중공사로 제조된다.
본 발명의 다중 분할 중공사는 단섬유로 제공될 수 있는데, 그 제조방법은 상기 제1실시형태 및 제2실시형태의 제조방법에서 수득된 장섬유를 크림프가공, 건조공정 및 절단공정을 거쳐 단섬유로 수득할 수 있다.
또한, 본 발명의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿 노즐에서 토출된 섬유를 공기유입장치를 이용하여 500 m/min이상의 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 방사하고, 공기 또는 기계장치를 이용하여 섬유를 컨베이어 벨트상에 연속적으로 뿌린 후 열처리 및 캘린더링 공정을 수행하여 다중 분할 중공사를 포함한 부직포로 제조할 수 있다.
이상의 제조방법으로 제조된 다중 분할 중공사는 중공부에 대한 무게 감소로 인한 비중 감소로 경량감을 제공하며, 중공부에 존재하는 공기의 낮은 열전도율에 의해 보온성을 또한 유지할 수가 있다.
따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 다중 분할 중공사는 섬유 집합체로서 의복에 적용될 경우, 가볍고, 얇으면서도 보온성이 우수한 소재로서 유용하다. 이러한 장점으로 인하여, 겨울철 옷이 두꺼워져 무게도 높아지고, 무게가 줄면 보온성이 떨어지는 단점을 해소할 수 있다.
이러한 물성으로 이용하여, 본 발명의 다중 분할 중공사는 단열재 등의 산업 건축용 단열재; 경량 보온 속한속건 의류용 스포츠 섬유; 보온 및 쿠션용 침구류 및 소파, 인테리어 등의 보온 및 쿠션용도의 생활용품 섬유; 또는 자동차, 항공기 및 열차로 이루어진 군에서 선택되는 산업수송용 내외장재 소재로서 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
폴리에스테르 수지(고유점도 0.65)를 압출기(extruder)를 이용하여 260℃에서 용융 압출하고 외부 슬릿이 원형형상으로 이루어진 4 분할 중공사용 방사노즐에 유입시켜 285℃ 방사온도에서 방사한 후 권취속도 3㎞/min 고속 인라인(in-line) 연신공정을 수행하여 최종 20 데니어급 4분할 중공사(filament)를 제조하였다. 이때, 상기 제조된 20 데니어급 4분할 중공사는 다중 분할 중공사 형성용 슬릿에 의해 형성된 홀의 내경(ID)은 0.5㎜이고, 외경(OD)은 0.7㎜이고, 홀의 길이(L) 0.6㎜로 제조되었으며, 제조된 중공사는 강도 3.8 g/d, 신도 60%, 중공율 11.9%를 충족하였다. 또한, 50% 압축율에서 측정한 압축 강도 결과, 기존 중공사 대비 82%가 증가하였다.
상기에서 중공율(%)은 중공 단면적/섬유 전체 면적×100에 의해 산출하였다.
<수행조건>
방사온도: 285℃
목표 섬유 굵기: 20 dpf
1st 롤 속도 및 온도: 1000 m/m (85℃)
2nd 롤 속도 및 온도: 3000 m/min (130℃)
연신비: 3.0 배
권취속도: 2,960 m/min
< 실시예 2>
폴리에스테르 수지(고유점도 0.65)를 압출기(extruder)를 이용하여 260℃에서 용융 압출하고 상기 실시예 1과 동일한 4 분할 중공사용 방사노즐에 유입시켜 285℃ 방사온도에서 방사한 후 방사속도 3㎞/min의 고속 방사 공정을 수행하여 최종 5 데니어급 4분할 중공사(filament)를 제조하였다. 이때, 상기 제조된 5 데니어급 4분할 중공사는 강도 3.3 g/d, 신도 80%, 중공율 12.6%이었다. 또한, 50% 압축율에서 측정한 압축 강도 결과 기존 중공사 대비 36%가 증가하였다.
<수행조건>
방사온도: 285℃
목표 섬유 굵기: 5 dpf
1st 롤 속도 및 온도: 3,000 m/m (상온)
2nd 롤 속도 및 온도: 3,000 m/min (상온)
권취속도: 2,980 m/min
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 높은 중공율에도 외력에 의해 중공단면이 쉽게 찌그러지거나 변형되지 않는 다중 분할 중공사를 제공하였다. 상기의 다중 분할 중공사는 경량화와 볼륨감은 유지되면서, 중공사 고유물성이 구현되므로, 기존 중공사 대비, 고경량, 고단열(보온), 고탄성, 고내구성이 구현된다.
이러한 물성을 가지는 다중 분할 중공사를 제공하기 위해 최적화된 슬릿을 설계하고 이를 이용하고 고속 또는 저속 연신공정에 의해 장섬유, 단섬유 또는 부직포 형태로 제조할 수 있다.
상기 물성으로 인해 본 발명의 다중 분할 중공사는 단열재 등의 산업용 건축 섬유소재; 보온 및 쿠션용 침구류 및 소파, 인테리어 등의 생활용 섬유소재; 및 레저 및 스포츠용 등의 경량 보온 의류용 섬유 소재; 또는 자동차, 항공기 및 열차로 이루어진 군에서 선택되는 산업수송용 내외장재 소재로서 유용하게 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (24)

  1. 삭제
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  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 중공 중심부로부터 이격되어 중공을 분할 및 지지하는 구조의 내측 슬릿 및 상기 내측 슬릿의 연장선이 외부 슬릿의 중앙에 연결되고 중공 중심부로부터 중공의 외측반경을 결정하는 구조의 외측 슬릿으로 구성된 슬릿 단위체 2개 이상으로 이루어진 다중 분할 중공사 형성용 슬릿이 적어도 1 개 이상 포함한 방사노즐에서,
    상기 2개 이상의 슬릿 단위체에서 외측 슬릿간의 간격이 0.05 내지 1㎜로 설계되어 외측 슬릿간 홀이 형성되고,
    상기 형성된 홀이 하기 식 1을 충족하는 외경(OD)을 가지는 것을 특징으로 하는 방사노즐:
    식 1
    OD = ID + 2b
    상기에서 ID는 홀의 내경이고, b는 외측 슬릿의 폭이다.
  8. 제7항에 있어서, 상기 2개 이상의 슬릿 단위체에서 중공 중심부로부터 이격된 내측 슬릿들간의 거리가 0.01 내지 1㎜인 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  9. 제7항에 있어서, 상기 슬릿 단위체에서, 내측 슬릿 및 외측 슬릿의 폭이 0.05 내지 5㎜인 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  10. 제7항에 있어서, 상기 외측 슬릿의 분할 각도가 180/n 내지 360/n이고, 상기 n이 1홀 내 구비된 외측 슬릿 갯수인 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서, 상기 방사노즐의 전단압(ΔP)이 30 내지300 kg/㎠인 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  14. 제7항에 있어서, 상기 방사노즐 홀 내의 전단속도(γ)가 20,000 sec- 1이하인 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  15. 제7항에 있어서, 상기 외측 슬릿이 원형; 또는 다각형;에서 선택되는 형상으로 균등분할 또는 편중분할된 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  16. 제7항에 있어서, 상기 외측 슬릿 표면에 돌출형 슬릿이 추가된 것을 특징으로 하는 상기 방사노즐.
  17. 1) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종이상의 유기 고분자를 용융 압출하고
    2) 상기 용융 압출된 고분자를 제7항의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿이 적어도 1개 이상 포함된 방사노즐에 유입시켜 5 내지 3,000 m/min의 방사속도로 방사하여 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 수득하고,
    3) 상기 미연신사 또는 부분연신사를 인라인 또는 오프라인 연신 후 열처리하여 완전연신사의 장섬유로 수득하는 다중 분할 중공사의 제조방법.
  18. 1) 열가소성 고분자 수지에서 선택되는 1종이상의 유기 고분자를 용융 압출하고
    2) 상기 용융 압출된 고분자를 제7항의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿이 적어도 1개 이상 포함된 방사노즐에 유입시켜 변형유도결정화(strain-induced crystallization)가 일어나는 3,000 내지 8,000 m/min의 방사속도로 방사하여 고배향사(High Oriented Yarn, HOY)의 장섬유로 수득하는 다중 분할 중공사의 제조방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 장섬유를 열처리 이후 크림프가공, 건조공정 및 절단공정을 거쳐 단섬유로 수득하는 것을 특징으로 하는 상기 다중 분할 중공사의 제조방법.
  20. 제7항의 다중 분할 중공사 형성용 슬릿이 적어도 1개 이상 포함된 방사노즐에서 토출된 섬유를 공기유입장치를 이용하여 500 m/min이상의 미연신사(Undrawn Yarn, UDY) 또는 부분연신사(Partial Oriented Yarn)로 방사하고, 공기 또는 기계장치를 이용하여 섬유를 컨베이어 벨트상에 연속적으로 뿌린 후 열처리 및 캘린더링 공정을 수행하는 다중 분할 중공사로 이루어진 부직포의 제조방법.
  21. 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 중공율이 3 내지 50%을 충족하면서 2.0g/den. 이상의 강도, 5 내지 100%의 신도 및 10g/den. 이상의 탄성율을 충족하고, 압축회복강도곡선 결과 압축이후 복원력이 우수한 다중 분할 중공사를 포함하는 산업 건축용 단열재.
  22. 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 중공율이 3 내지 50%을 충족하면서 2.0g/den. 이상의 강도, 5 내지 100%의 신도 및 10g/den. 이상의 탄성율을 충족하고, 압축회복강도곡선 결과 압축이후 복원력이 우수한 다중 분할 중공사를 포함하는 경량 보온 속한속건 의류용 스포츠 섬유.
  23. 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 중공율이 3 내지 50%을 충족하면서 2.0g/den. 이상의 강도, 5 내지 100%의 신도 및 10g/den. 이상의 탄성율을 충족하고, 압축회복강도곡선 결과 압축이후 복원력이 우수한 다중 분할 중공사를 포함하는 침구류, 소파 및 인테리어용품으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 적용되는 보온 및 쿠션용도의 생활용품 섬유.
  24. 열가소성 고분자 수지로 이루어진 중공사 내부의 중공이 2개 이상으로 분할되고, 중공율이 3 내지 50%을 충족하면서 2.0g/den. 이상의 강도, 5 내지 100%의 신도 및 10g/den. 이상의 탄성율을 충족하고, 압축회복강도곡선 결과 압축이후 복원력이 우수한 다중 분할 중공사를 포함하는 산업수송용 내외장재.
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