KR100459575B1

KR100459575B1 - 고강도 폴리에틸렌 섬유 및 그것의 용도

Info

Publication number: KR100459575B1
Application number: KR10-2001-7004523A
Authority: KR
Inventors: 오타야스오; 사카모토고도; 노무라유키히로; 고니시다쿠야; 미야사카다다요; 오카노다카요시; 나카하시준이치
Original assignee: 토요 보세키 가부시기가이샤
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2004-12-04
Also published as: DK1335047T3; DK1335046T3; JP4155231B2; JP4329624B2; DK1126052T3; DE60004960T2; JP4141686B2; DE60004960D1; DE60011310D1; DE60011310T2; JP2004285557A; US7235285B2; EP1335048A1; US20030203203A1; JP4241514B2; US20030207074A1; US6605348B1; CN1126831C; US6958187B2; EP1126052A1

Abstract

본 발명은 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어지고, 극한 점도수가 5이상이며, 평균 강도가 22 cN/dtex 이상이고, 시차 주사 열량 측정(DSC)에서의 승온 DSC 곡선이 140℃ 내지 148℃의 온도 영역(저온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타내면서 148℃ 이상의 온도 영역(고온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타내거나, 또는 일반 방적사 시험 방법(JIS L 1095) 중 마모 강도를 측정하는 B 법에 따른 마모 시험에 있어서 섬유가 파단하기까지의 마찰 회수가 100,000 회 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유 및 그것의 용도, 예컨대, 그 다음에 얻어지는 절단 섬유, 로프류, 네트류, 방탄ㆍ방호 의료, 방호 장갑, 섬유 보강 콘크리트 제품, 헬멧 등에 관한 것이다.

Description

고강도 폴리에틸렌 섬유 및 그것의 용도{HIGH STRENGTH POLYETHYLENE FIBER AND ITS USE}

고강도 폴리에틸렌 섬유로서는, 예컨대 일본 특허 공개 공보 소화 제60-47922호에 초고분자량 폴리에틸렌을 원료로서 「겔 방사법」에 의해 제조된 고강도ㆍ고탄성률 섬유가 개시되어 있다. 이들의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 산업용 또는 민간용 로프류나 네트류, 방탄ㆍ방호 의료나 방호 장갑 등의 고성능 텍스타일, 토목ㆍ건축 분야에 있어서의 지오텍스타일이나 작업 네트 등, 이미 산업상 광범위하게 이용되고 있다.

최근, 이들의 고강도 폴리에틸렌 섬유에 대하여 한층 더 나은 성능의 향상, 특히 내구성의 향상이 요구되고 있다. 예컨대, 장기간에 걸친 역학적인 내구성이나 가혹한 사용 조건 하에서의 적응성 등이다. 스포츠 의료(衣料) 등의 텍스타일이나 낚시용 실에서도 장기간 사용시의 내구성이 요구되고 있다. 이에 더하여, 내진 보강 시트 및 스트랜드에서는 기둥 등에 휘감을 때 모서리부에서 섬유 접힘이 발생하지 않는 등, 내구성, 특히 내굴곡 피로성이나 내마모성이 요구되고 있다.

그러나, 고강도 폴리에틸렌 섬유는 확실히 인장 강도 및 탄성률이 우수하지만, 그 반면에 분자쇄가 고도로 배향한 구조이므로, 내구성, 특히 내굴곡 피로성 및 내마모성이, 예컨대 통상의 의료용 폴리에스테르나 나일론과 비교해도 뒤떨어지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 고강도 폴리에틸렌 섬유를 산업상 여러 가지 분야에서 폭넓게 응용하고자 하는 경우에 문제점이 되고 있었다.

또한, 고강도 폴리에틸렌 섬유는 내약품성, 내광성 및 내후성이 우수하므로 화학 프로세스 중에서의 이용, 예컨대 케미컬 필터나 전지 세퍼레이터 등의 부직포로의 응용, 또는 철도 터널이나 교량의 벽면 박리 낙하 사고의 발생 이후, 높은 내균열성 및 인성을 가지고, 내충격성이 우수하며, 또한 장기간 내구성이 우수한 섬유 보강 콘크리트 제품이 요구되고 있으므로 콘크리트나 시멘트의 보강 섬유로의 응용이 시도되고 있다.

그러나, 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 절단하여 절단 섬유나 스테이플을 제조하는 경우, 섬유의 연축(fibrillation) 또는 높은 표면 경도에 의해 섬유들 간에 압착하여 섬유 다발을 형성하여 분산성이 부족하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 콘크리트나 시멘트의 보강 섬유로서 이용하는 경우, 섬유의 굴곡이나 사의 얽힘에 의해 시멘트 매트릭스에 대한 분산성이 나쁘고, 이 때문에 시멘트와 미리 예비혼합하거나, 금속 산화물을 이용하는 친수화 처리나 수지로 수속시키는 등의 처리가 필요하였다.

발명의 개시

이러한 문제점을 해소하기 위해서는, 폴리에틸렌 분자쇄의 배향을 보다 이완시킬 필요가 있지만, 그러한 방법은 강도 및 탄성률의 저하를 초래하게 되어 채용할 수 없다. 또한, 폴리에틸렌 섬유는 분자쇄 사이에 강한 상호 작용을 갖지 않고, 반복되는 피로에 대하여 용이하게 연축을 일으키는 것도 그 섬유의 내구성을 향상시키는 것을 매우 곤란하게 하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 강도 및 탄성률이 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유와 같은 정도 또는 그 이상이면서 또한, 내굴곡 피로성 및 내마모성이 우수하고, 연축되기 어려우며, 표면 경도가 높은 고강도 폴리에틸렌 섬유 및 그것의 용도를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어지고, 극한 점도수가 5 이상이며, 평균 강도가 22 cN/dtex 이상이고, 시차 주사 열량 측정(DSC)에서의 승온 DSC 곡선이 140℃ 내지 148℃의 온도 영역(저온측)에 적어도 하나의 흡열 피크를 나타내면서 148℃ 이상의 온도 영역(고온측)에 적어도 하나의 흡열 피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어지고, 극한 점도수가 5 이상이며, 평균 강도가 22 cN/dtex 이상이고, 일반 방적사 시험 방법(JIS L 1095) 중 마모 강도를 측정하는 B 법에 따른 마모 시험에서 섬유가 파단하기까지의 마찰 회수가 100,000 회 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기의 고강도 폴리에틸렌 섬유로부터 얻어지는 절단 섬유, 로프류, 네트류, 방탄ㆍ방호 의료, 방호 장갑, 섬유 보강 콘크리트 제품, 헬멧 등에 관한 것이다.

본 발명은 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유 및 그것의 용도에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 예를 들면, 부직포 또는 방적사를 제조하기 위한 절단 섬유(chopped fiber)나 스테이플(staple)로서, 산업용 또는 민간용 로프류나 네트류, 또한 방탄ㆍ방호 의료나 방호 장갑 등의 고성능 텍스타일의 소재로서, 또는 섬유 보강 콘크리트 제품이나 헬멧 등의 복합 재료용 보강 섬유로서 산업상 광범위하게 응용 가능한 고강도 폴리에틸렌 섬유에 관한 것이다.

도 1은 실시예 1의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이고,

도 2는 실시예 2의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이며,

도 3은 실시예 3의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이고,

도 4는 비교예 1의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이며,

도 5는 비교예 2의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이다.

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어진다. 여기서, 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌이란 반복 단위의 99.5 mol% 이상, 바람직하게는 99.8 mol% 이상이 에틸렌으로 이루어지는 실질적인 에틸렌 호모폴리머이고, 극한 점도수가 5 이상, 바람직하게는 8 이상, 더욱 바람직하게는 10 이상인 폴리에틸렌을 의미한다. 또한, 중합의 부반응이나 중합 속도를 향상시키거나, 최종적으로 얻어지는 섬유의 크리프 특성 등을 개선할 목적으로, 극히 소량의 α-올레핀 등의 공중합 성분을 가하여 분지쇄를 도입하는 것은 장려되지만, 공중합 성분이 많아지는 것은 섬유의 내구성을 향상시키기 위해서는 바람직하지 못하다. 예컨대, α-올레핀을 공중합하면, 결정 내에서의 분자쇄 간의 활주가 억제되고, 연속적인 반복 변형에 대하여 응력을 완화할 수 없게 된다고 생각되기 때문이다. 또한, 원료 폴리머의 극한 점도수가 5 미만이면, 섬유의 역학적 특성, 특히 인장 강도를 발현하는 것이 곤란하다. 한편, 극한 점도수에 상한은 없지만, 제사(製絲) 상의 안정성이나 생산 속도, 섬유의 내구성 등을 고려하면 극한 점도수는 30 이하인 것이 바람직하다. 극한 점도수가 30을 초과하면, 예컨대 방출사의 연신 조건에 따라서 내구성이 저하되는 경우가 있다.

그러므로, 반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어지는 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 극한 점도수가 5 이상이 된다. 여기서, 섬유의 극한 점도수는 135℃의 데칼린 중에서 점도 측정하고, η_sp/c(η_sp는 비점도, c는 농도)를 농도 O에 외삽한 값이다. 실제로는 몇 개의 농도로 점도 측정을 행하고, 비점도 η_sp의 농도 c에 대한 플롯의 최소 자승법으로 얻어지는 직선의 원점으로의 내삽점으로부터 극한 점도수를 결정한다.

또한, 원료 폴리머의 고분자량 폴리에틸렌은 최종적으로 얻어지는 섬유가 상기의 극한 점도수를 만족하는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 섬유의 내구성을 극한까지 높이기 위해서는 분자량 분포가 보다 좁은 원료 폴리머를 이용하는 것이 바람직하고, 메탈로센계 촉매 등의 중합 촉매를 이용하여 얻어지는 분자량 분포 지수(Mw/Mn)가 5 이하인 원료 폴리머를 이용하는 것이 보다 바람직하다,

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 평균 강도가 22 cN/dtex 이상이다. 여기서, 평균 강도는 인장 시험기를 이용하여 시료 길이 200 mm(척간 길이), 신장 속도 100 %/분, 분위기 온도 20℃, 상대 습도 65%의 조건 하에서 왜력-응력 곡선을 구하고, 얻어진 곡선의 파단점에서의 응력으로부터 산출한 강도(cN/dtex)의 평균값이다(측정 회수는 10 회).

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 시차 주사 열량 측정(DSC)에서의 승온 DSC 곡선이 140℃ 내지 148℃인 온도 영역(저온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타내면서 148℃ 이상의 온도 영역(고온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타낸다. 여기서, 승온 DSC 곡선은 시료를 5 mm 이하로 절단하고, 완전히 무구속인 상태에서 비활성 가스 하, 10℃/분의 승온 속도에서 실온으로부터 200℃까지 온도를 상승시켜 얻는 것으로 한다. 또한, 흡열 피크는 피크 온도를 정확히 판독할 수 있는 것만을 이용하고, 얻어진 승온 DSC 곡선의 베이스 라인을 보정한 후에, 피크 온도 및 피크 높이를 판독한다. 여기서, 베이스 라인이란, 플라스틱의 전이 온도 측정 방법(JIS K 7121)에 나타나고 있는 바와 같이, 시험 시료에 전이 및 반응을 일으키지 않는 영역에서의 DSC 곡선이다. 또한, 피크 높이는 내삽된 베이스 라인과 피크의 정점의 사이의 횡축에 수직인 거리를 나타낸다. 이 플라스틱의 전이 온도 측정 방법(JIS K 7121)에서는 피크란, DSC 곡선에 있어서 곡선이 베이스 라인으로부터 떨어진 후 다시 베이스 라인으로 되돌아가기까지의 부분이라 정의되어 있지만, 본 발명에서는 얻어진 승온 DSC 곡선을 미분하여 미분값이 플러스로부터 마이너스로 변화되는 경우만을 피크로 하고, 미분값이 플러스 또는 마이너스인 채로 단조 증가로부터 단조 감소로 변화되는 점을 숄더로 하였다. 이 정의로부터 보면, 예컨대 도 2의 DSC 곡선은 두 개의 피크, 도 4의 DSC 곡선은 하나의 피크와 하나의 숄더를 갖게 된다.

그런데, 일본 특허 공개 공보 소화 제63-275708호에는, α-올레핀을 공중합하는 특수한 기법에 의해 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유가 개시되고, 이 섬유를 알루미늄 판 등에 휘감아 긴장 구속된 상태로 시차 주사 열량 측정(DSC)을 행하면, 주 피크에 더하여 공중합에 유래되는 복수의 고온측 피크가 관찰된다고 기재되어 있다. 그러나, 통상, 이러한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 긴장 구속한 상태로 DSC를 행하면 융점이 상승한다거나, 경우에 따라서는 결정 전이 등에 의한 복수의 피크가 발생하는 것은 잘 알려져 있다.

이에 대하여, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 실질적인 에틸렌 호모폴리머로 이루어지고, 또한 본 발명에 있어서의 시차 주사 열량 측정(DSC)은 섬유를 5 mm 이하로 절단하여 완전히 무구속의 상태로 측정한다. 이러한 경우에도, 고온측에 복수의 흡열 피크를 갖는 고강도 폴리에틸렌 섬유는 발명자가 아는 한, 과거에 보고된 적이 없다. 이렇게 완전한 무구속 상태에서도 고온측에 복수의 흡열 피크가 존재하는 이유로서, 통상의 폴리에틸렌 결정(이하「EC」라고 함)과는 다른 고온 융해형의 결정 구조(이하「HMC」라고 함)의 존재가 고려된다. 실시예에서 나타낸 바와 같이, 섬유 표면에 함유되는 용제를 보다 적극적으로 제거하여 구조 형성시키면 바람직한 결과를 얻을 수 있으므로 그 HMC는 섬유의 표면층에 우선적으로 배치되어 있다고 생각되고, 이 HMC 층이 섬유의 강도를 유지하는 기능을 가지면서 매우 우수한 내굴곡 피로성 및 내마모성을 발현하는 요인이라고 추정할 수 있다. 더구나, 이 우수한 내마모성으로 인해 연축이 억제됨과 동시에, 높은 경도의 섬유 표면을 형성하고 있다고 생각된다.

또한, 일본 특허 공개 공보 평성 제61-289111호에는, 특수한 용제를 두 가지이용한 방사법에 의해 얻어진 반연신사가 개시되고, 그「무구속 상태」로 측정한 DSC 곡선이 복수의 흡열 피크를 나타내는 것이 기재되어 있다. 이「무구속 상태」가 어떠한 상태인지는 추측할 수 밖에 없지만, 잘 알려진 바와 같이, 통상, 섬유를 가늘게 절단하지 않고 측정용 알루미늄 판에 삽입하여 측정하는 것만으로는, 가령 섬유를 알루미늄 소편에 휘감은 통상의 측정에 비교해서 구속 상태가 적다고 할지라도 실제로, 판 중의 섬유는 판 저부와 덮개 사이에서 국소적으로 고정되거나, 시료 전반에 응력의 불균일 분포가 생김으로써 복수의 흡열 피크가 관찰되는 것이 많다. 이러한 측정 상의 영향을 피하기 위해서는 본 발명자들이 행하는 바와 같이 신중하게 매우 짧은 길이로 절단해야 한다. 만일 상기 공보의 측정이 본 발명과 동일한 측정이라고 해도, 상기 공보에 기재된 흡열 피크의 온도 영역은 본 발명의 것과 상이하고, 거기에 개시된 연신사가 내굴곡 피로성 및 내마모성이 열악할 것이라는 것은 이하에 기술하는 이유에 의해 추측된다. 또한, 상기 공보에 개시되어 있는 제조 방법, 즉 방사 직후에 제1 용제를 제2 용제로 실질적으로 추출하는 완만한 수법에서는 섬유 표면에 치밀한 구조를 부여하는 것은 매우 곤란하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 그 승온 DSC 곡선이 140℃ 내지 148℃의 온도 영역에 하나 이상의 흡열 피크를 나타낸다. 특히, 그것은 승온 DSC 곡선이 나타내는 복수의 흡열 피크 중 가장 흡열량이 큰 주 피크인 것이 바람직하다. 주 피크는 섬유의 주요 부분을 차지하는 평균 구조(EC)를 반영한다고 생각되고, 그 피크 온도가 140℃ 미만에서는 섬유의 내열성이 충분하지 않게 된다. 또한, 148℃를 초과하면, 평균적인 섬유 구조가 오히려 구속력이 높은, 예컨대 완전히 연장된 사슬이 집합한 구조가 되고, 섬유의 내구성은 오히려 저하한다. 본 발명자들은 섬유의 내구성, 특히 이 경우에서 내굴곡 피로성은 이 주 피크가 140℃ 내지 148℃의 온도 영역에 있는 경우에 적당하게 되는 것을 발견하였다.

또한, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 그 승온 DSC 곡선이 148℃ 이상인 온도 영역(고온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타낸다. 이 고온측의 흡열 피크는 내구성, 특히 내마모성에 크게 영향을 주는 HMC 구조에 대응한다고 생각된다. 그 형성 메카니즘은 후술하겠지만, 고온측에 흡열 피크를 나타내지 않는 섬유는 내마모성이 극단적으로 나빠진다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 승온 DSC 곡선이 나타내는 복수의 흡열 피크 중, 고온측의 최대 흡열 피크가 이 HMC로부터 유래되는 것으로 생각된다. 이 고온측의 최대 흡열 피크의 높이를 조정함으로써 최적의 내구성을 갖는 고강도 폴리에틸렌 섬유를 얻을 수 있다.

일반적으로, 고강도 폴리에틸렌 섬유를 대표하는 분자 배향 섬유의 굴곡이나 마모에 의한 피로의 주된 원인은 섬유의 표면층으로부터의 연축이다. 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 표면층에 HMC를 가지고, 분자쇄가 서로에 의해 엉켜서 연축되기 어려운 구조라고 생각된다. 그러므로, 보다 치밀한 표면 구조가 섬유에 우수한 내굴곡 피로성 및 내마모성을 부여하고, 절단시의 압착 발생이 억제된다고 생각된다.

그러나, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유에서는 결정 구조 전체에 차지하는 HMC의 비율이 중요하다. 전술한 바와 같이, 고온측의 최대 흡열 피크가 EC의 융해로부터 유래되고, 저온측의 최대 흡열 피크가 HMC의 융해로부터 유래된다고 생각되지만, 각 온도 영역에서의 최대 흡열 피크의 높이의 비는 1.4:1.0 내지 3.0:1.0, 바람직하게는 1.5:1.0 내지 2.9:1.0, 더욱 바람직하게는 1.6:1.0 내지 2.8:1.0이다. 이 비가 1.4:1.0보다 작아지면, 즉 고온측의 최대 흡열 피크가 상대적으로 높아지면, 이것은 섬유의 표면층을 형성하는 HMC의 비율이 커지는 것을 의미하고 내구성은 오히려 악화된다. 이것은 표면 경도가 과도하게 높아지고, 좌굴 피로와 같은 열화가 촉진되기 때문이라고 생각된다. 반대로, 이 비가 3.0:1.0보다도 커지면, 즉 고온측의 최대 흡열 피크가 상대적으로 낮아지면, HMC의 비율이 작아지고, 강도 및 탄성률에 지장은 없지만 내구성이 향상되지 않기 때문에, 절단시에 압착의 발생을 억제할 수 없고, 분산성이 양호한 절단 섬유를 얻을 수 없다.

또한, 본 발명에 의한 표면의 HMC 구조는, 내충격성의 향상에도 매우 유효하다. 높은 내충격성을 얻기 위해서는, 섬유의 고왜곡 속도 변형에서의 강도와 신도, 소위 인성이 요구된다. 본 발명에 의한 표면의 HMC 구조는 이 모든 것을 향상시키는 기능이 있다. 고분자 재료는 소위 다카야나기(Takayanagi) 모델로 설명되는 것과 같은 탄성체와 점성체를 조합한 것으로서 생각할 수 있다. 고왜곡 속도 변형의 경우, 점성 특성의 기여가 커지지만, 본 발명에 의한 표면의 HMC 구조는 이 점성 특성에 있어서 고왜곡 변형에 대하여 높은 추종성을 나타내기 때문에 내충격성을 향상시킬 수 있게 되었다. 따라서, 이러한 내충격성을 향상시킨 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 방탄ㆍ방호 의료의 소재나 헬멧의 보강 섬유로서 적합하다.

그러므로, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유와 비교하여 매우 향상된 내구성, 특히 내마모성을 갖는다. 구체적으로는, 일반 방적사 시험 방법(JlS L 1095) 중 마모 강도를 측정하는 B 법에 따른 마모 시험에서 섬유가 파단하기까지의 마찰 회수가 100,000 회 이상이다.

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제조하는 방법은, 신중하고 또한 신규한 제조법을 이용할 필요가 있고, 이하에 설명하는 방법을 장려하지만, 물론 그것에 한정되는 것이 아니다.

우선, 상기한 고분자량 폴리에틸렌을 용제에 균일 용해하여 방사액을 얻는다. 방사액 중에 있어서의 농도는 통상 50% 이하, 바람직하게는 30% 이하이다. 용제로서는 데칼린이나 테트랄린 등의 휘발성 용제, 유동 파라핀이나 고체 파라핀 등의 불휘발성 용제를 들 수 있지만, 휘발성 용제를 이용하는 것이 바람직하다. 상온에서 고체 또는 비휘발성인 용제에서는 사로부터 용제를 추출하는 속도가 완만하고 HMC의 형성을 충분히 행하기 어려운 데 대하여, 휘발성 용제에서는 방사할 때에 섬유 표면의 용제가 보다 적극적으로 증발하고, 섬유 표면에 농도가 높으면서 분자쇄가 보다 배향하면서 분자쇄 간에 연결된 특이한 결정 구조(HMC)를 형성하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 또한, 종래의 방사 기술에서는, 섬유 표면과 내부의 구조차는 섬유의 강도를 저하시키는 원인이 되고, 섬유의 단면 구조를 가능한 한 균일하게 되도록 방사 조건을 선택하는 것이 겔 방사에 한하지 않으며, 폴리비닐알콜이나 폴리아크릴니트릴 등의 건식 방사, 습식 방사, 나아가서 용융 방사에서도, 즉 방사 전반에 관계하는 기술자의 상식이었다.

본 발명자들은 이 상식에 반하여, 방사 단계에서 오히려 적극적으로 섬유 표면과 내부의 구조, 구체적으로는 섬유 표면의 용제를 순간적 또한 적극적으로 배제하고, 이에 따라 표면층에 방사 장력을 집중시켜 HMC를 형성함으로써 고강도 및 고탄성률을 유지하면서 내굴곡 피로성 및 내마모성도 우수한 섬유를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 제조할 때에 장려되는 기법은, 방사 베이스의 직하에서 방출사에 고온의 비활성 가스를 분무하여 사의 표면의 용제를 적극적으로 증발시키는 일이다. 이에 따라, 표면에 극히 얇은 HMC층을 형성시키고, 방사에서의 장력을 집중시킴으로써 상기 개념의 분자쇄가 상호 연결된 특이한 구조를 출현시킬 수 있다. 비활성 가스의 온도는 60℃ 이상, 바람직하게는 80℃ 이상, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 150℃ 미만이다. 비활성 가스는 경제적인 관점에서 질소 가스를 이용하는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.

이렇게 해서 얻어진 미연신사는 재차, 가열하여 잔류 용제를 증발시키면서, 수배로 연신한다. 경우에 따라서는 다단 연신을 행할 수도 있다. 방사할 때에 형성된 표면층의 HMC 구조는 후의 연신 공정에서 소실되지 않으며, 상기한 바와 같이 매우 우수한 특성을 갖는 고강도 폴리에틸렌 섬유를 얻을 수 있다. 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유는 표면에 치밀한 구조를 가지므로 절단해도 종래의 섬유에 보이는 절단시의 압착은 발생하기 어렵고, 섬유들 간의 융착은 최소한으로 억제할 수 있으며, 그렇기 때문에 분산성이 양호한 절단 섬유나 스테이플을 얻을 수 있다.

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유와 같은 정도 또는 그 이상의 강도 및 탄성률을 가지면서 내굴곡 피로성 및 내마모성이 우수하다. 그렇기 때문에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유는 산업용 또는 민간용의 각종 로프ㆍ케이블류, 특히 계류용 로프, 호저 등의 장기적으로 사용되는 러닝 와이어 케이블, 블라인드 케이블, 프린터 케이블에 적합하고, 낚시 줄, 텐트, 스포츠 양말이나 유니폼 등의 각종 스포츠 용품 및 의료의 소재로서도 유용하다. 또한, 상기한 특징에 기인하여, 내절단성 및 내인성(耐刃性)이 우수하므로 방탄ㆍ방호 의료나 방호 장갑 등의 고성능 텍스타일에도 매우 유용하다. 또한, 섬유 표면의 치밀성이 높기 때문에 종래의 초고분자량 폴리에틸렌 섬유에 비교하여 현저히 향상된 내약품성, 내광성 및 내후성을 가지므로 화학 프로세스 중에서의 이용, 예컨대 내약품성이 요구되는 케미컬 필터나 전지 세퍼레이터 등의 부직포를 제조하기 위한 절단 섬유로서 유용하다. 또한, 헬멧이나 스키판 등의 스포츠 용품 및 라디오 콘 페이퍼 등의 복합 재료용 보강 섬유, 콘크리트나 모르타르, 특히 터널의 분무 콘크리트나 경사면 콘크리트용 보강 섬유, 또는, 내진 보강 시트 및 스트랜드용 섬유로서 유용하다.

그러므로, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유의 이용 중, 특히 절단 섬유, 로프류, 네트류, 방탄ㆍ방호 의료, 방호 장갑 및 섬유 보강 콘크리트 제품에 관해서 이하에 설명한다.

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 절단 섬유는, 상기의 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유로부터 얻어지고, 바람직하게는, 제지하는 경우에 생기는 분산 불량사(압착이나 융착에 의해 형성되는 최대 직경 40 ㎛ 이상의 섬유 다발)가 5 중량% 이하이다. 최대 직경 40 ㎛ 이상의 섬유 다발이 5 중량%를 초과하여 존재하면, 부직포를 습식으로 제조하는 공정에서 수분을 감압 흡인할 때에 흡인 얼룩이 생기고 반점이 발생하는 경우가 있다. 이 반점이 생기면 부직포의 강도나 내천자성 등이 저하한다. 절단 섬유의 단사 섬도는 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.1 내지 20 dpf이다. 콘크리트나 시멘트의 보강 섬유나 통상의 부직포에는 섬도가 큰 것을 이용하거나, 케미컬 필터나 전지 세퍼레이트 등의 고밀도 부직포 등에는 섬도가 작은 것을 이용하는 등, 용도에 따라서 구별하여 사용할 수 있다. 또한, 절단 섬유의 길이, 즉 섬유의 절단 길이는 바람직하게는 70 mm 이하, 더욱 바람직하게는 50 mm 이하이다. 절단 길이가 지나치게 길면, 섬유끼리의 얽힘이 발생하기 쉬워지고, 균일한 분산이 곤란해지기 때문이다. 또한, 섬유의 절단 방법으로서는, 예컨대 기요틴 방식 및 로터리 절단 방식을 들 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 고강도 폴리에틸렌 절단 섬유는 내약품성, 내광성 및 내후성이 우수하므로 케미컬 필터, 전지 세퍼레이트, 약품의 물 차단 시트 등의 부직포를 제작하기 위한 절단 섬유, 콘크리트나 시멘트 등의 보강 섬유, 모포나 방적사를 제조하기 위한 스테이플로서 유용하다.

본 발명의 로프류는 상기의 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 원사로서 제조하지만, 종래 공지의 다른 섬유를 혼합할 수도 있다. 의장이나 기능에 의하여, 예컨대 저분자량 폴리올레핀이나 우레탄 수지 등의 다른 소재로 표면을 피복할 수도 있다. 로프의 형태로서는, 세 가닥, 여섯 가닥 등의 꼬임 구조, 여덟 가닥, 열 두 가닥, 이중 가닥(두 개를 세트로 하여 꼬기) 로프 등의 짜임 구조, 코어 부분의 외주를 얀(yarn) 및 스트랜드 등으로 나선형으로 피복한 더블 블레이드 구조 등을 들 수 있고, 용도 및 성능에 맞추어 이상적인 로프를 설계할 수도 있다.

본 발명의 로프류는, 흡습, 흡수 등에 의한 성능의 저하가 적으면서 가는 직경, 고강력으로 꼬임이 일어나지 않고 수납성이 양호하므로, 예컨대 수산용 로프, 태그 로프, 계류용 로프, 호저, 요트용 로프, 등산용 로프, 농업용 로프, 토목, 건축, 전설, 건설 공사용 각종 로프 등, 여러 가지 산업용 또는 민간용 로프류, 특히, 선박, 수산 관련물 관련 용도에 최적이다.

본 발명의 네트류는 상기의 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 원사로서 제조하지만, 종래 공지의 다른 섬유를 혼합할 수도 있다. 의장이나 기능에 의해, 예컨대 저분자량 폴리올레핀이나 우레탄 수지 등의 다른 소재로 외주를 피복할 수도 있다. 네트의 형태로서는 유결절, 무결절, 러셀 구조 등을 들 수 있고, 용도 및 성능에 따라서 이상적인 네트를 설계할 수도 있다.

본 발명의 네트류는 망지가 강력하고 내굴곡 피로성 및 내마모성이 우수하므로 트롤 네트, 정치망, 선망, 쇠그물망, 자망 등의 각종 수산용 네트, 방수(防獸), 방조 등의 각종 농업용 네트, 골프 네트, 방구(防球) 네트 등의 각종 스포츠용 네트, 안전 네트, 토목, 전설, 건설 공사용의 각종 네트 등, 여러 가지 산업용 또는 민간용 네트류에 유용하다.

본 발명의 방탄ㆍ방호 의료는 상기의 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 원사로서 제조되지만, 종래 공지의 다른 섬유를 혼합할 수도 있다. 이러한 방탄ㆍ방호 의료는, 예컨대 원사를 직물로 하거나, 또는 원사를 한 방향으로 평행한 상태로 수지를 함침하고, 서로 직교하도록 적층한 시트형의 재료를 여러 장 적층하여 제조할 수도 있다.

본 발명의 방호 장갑은, 상기의 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 원사로서 제조되지만, 의장이나 기능에 의해 종래 공지의 다른 섬유를 혼합할 수도 있다. 기능성을 부여하기 위해서는 면 등의 흡습성을 갖는 섬유와 혼합하여 땀 등을 흡수하거나, 우레탄계의 고신도 섬유와 혼합하여 장착시의 착용감을 향상시키는 것을 들 수 있다. 의장성에 관해서는 착색된 사와 혼합하여 장갑에 색을 갖게 하여 오물을 눈에 띄기 어렵게 하거나, 패션성을 향상시킬 수 있다. 고강도 폴리에틸렌 섬유의 필라멘트를 다른 섬유와 혼합하는 방법으로서는 에어 체결을 이용한 인터레이싱 가공이나 타슬란 가공 등을 들 수 있고, 또한 전압을 인가함으로써 필라멘트를 개방시켜 다른 섬유와 혼합하는 방법도 들 수 있다. 또한, 단순히 서로 꼬거나, 꼬인 끈과 같이 짜 올리거나, 커버링하는 방법도 들 수 있다. 스테이플로서 이용하는 경우에는 방적사를 제조하는 도중에 다른 섬유를 혼합할 수도 있고, 방적사를 제조한 후, 상기의 혼합 방법을 이용하여 다른 섬유와 혼합시킬 수도 있다.

본 발명의 방호 장갑은, 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유로 제조된 방호 장갑에 비교해서, 날붙이 등 예리한 물건에 대한 내절단성이 우수하다. 이것은 장갑 제조에 사용된 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유가 섬유 표면에 HMC 구조를 가짐으로써 높은 표면 경도를 갖기 때문이라고 생각된다. 따라서, 본 발명의 방호 장갑은 내절단성을 필요로 하는 작업 현장용 장갑으로서 유용하다.

본 발명의 섬유 보강 콘크리트 제품은 상기의 신규한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 보강 섬유로서 이용함으로써 얻어진다. 이러한 보강 섬유는 필시 표면의 치밀성이 높으므로 내절단성이 우수하고, 시멘트 매트릭스에 분산시켰을 때 섬유의 굴곡이 발생하기 어려우며, 시멘트 매트릭스로의 분산성도 양호하다. 또한, 표면의 치밀성이 높기때문에 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유에 비교하여 내약품성, 내광성 및 내후성을 한층 더 향상시키고, 특히 시멘트의 알카리성에 대한 내약품성이 요구되는 콘크리트나 시멘트의 보강 섬유로서 최적이다. 따라서, 본 발명의 섬유 보강 콘크리트 제품은 그 제조시의 가동성이 양호하며, 압축 강도, 굽힘 강도, 인성 등의 성능이 향상되어 내충격성 및 내구성이 우수하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되지 않는다.

우선, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 및 비교예 2에 의해 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리에틸렌 섬유는 하기의 측정법 및 시험법에서 물성을 측정하고 성능을 평가하였다.

섬유의 극한 점도수

135℃의 데칼린 중의 우베로데형 모세 점도관을 이용하여, 여러 가지 농도의 희석 용액의 점도를 측정하고, 그 비점도의 농도에 대한 플롯의 최소 자승법으로 얻어지는 직선의 원점으로의 내삽점으로부터 극한 점도수를 결정하였다. 또한, 점도 측정시, 시료는 길이 약 5 mm로 절단하고, 시료에 대하여 1 중량%의 산화 방지제(상표명「요시녹스 BHT」, 요시토미 제약 제조)를 첨가하였으며, 135℃에서 4 시간 교반 및 용해하여 측정 용액을 조제하였다.

섬유의 강도 및 탄성률

오리엔틱사 제조「텐시론」을 이용하여 시료 길이 200 mm (척간 길이), 신장 속도 100 %/분, 분위기 온도 20℃, 상대 습도 65%의 조건 하에서, 왜력-응력 곡선을 구하고, 얻어진 곡선의 파단점에서의 응력으로부터 강도(cN/dtex)를 산출하였으며, 곡선의 원점 부근의 최대 경사를 부여하는 접선으로부터 탄성률(cN/dtex)을 산출하였다. 또한, 측정 회수는 10 회로 하여 그 평균값으로 나타냈다.

섬유의 시차 주사 열량 측정(DSC)

DSC는 퍼킨 엘머사 제조「DSC7」(최대 감도 8 ㎼/cm)을 이용하여 행하였다. 시료를 5 mm 이하로 절단하고, 알루미늄 판에 약 5 mg 충전 및 봉입하였으며, 동일한 빈 알루미늄 판을 기준으로 하여 비활성 가스 하, 10℃/분의 승온 속도로 실온으로부터 200℃까지 온도를 상승시키고, 승온 DSC 곡선을 구하였다. 얻어진 승온 DSC 곡선의 베이스 라인을 보정하고, 140℃ 내지 148℃의 온도 영역(저온측) 및 148℃ 이상의 온도 영역(고온측)에서의 흡열 피크의 수, 피크 온도 및 피크 높이를 구하였으며, 저온측의 최대 흡열 피크와 고온측의 최대 흡열 피크의 높이의 비를 산출하였다. 또한, 흡열 피크가 숄더형으로 판별하기 어려운 경우는 145.5℃ 및 150℃ 에서의 흡열량을 각각 저온측 및 고온측의 흡열 피크라고 간주하여 피크 높이의 비를 산출하였다.

섬유의 마모 시험

내마모성은 시료를 약 1500 dtex가 되도록 합사 또는 조정하고, 일반 방적사 시험 방법(JIS L 1095) 중 마모 강도를 측정하는 B 법에 따른 마모 시험에 의해 평가하였다. 또한, 0.9 mmΦ의 경질강을 마찰자로서 이용하여 하중 0.5 g/d, 마찰 속도 115 회/분, 왕복 거리 2.5 cm, 마찰 각도 110 도로 시험하고, 시료가 파단될 때까지의 마찰 회수를 측정하였다. 시험 회수는 2 회로 하고, 그 평균값으로 나타내었다. 단, 1000 회 미만의 정도는 사사오입하였다.

실시예 1

극한 점도수 21.0, 분자량 분포 지수 Mw/Mn = 3.7의 초고분자량 폴리에틸렌 10 중량%와 데칼린 90 중량%의 슬러리형 혼합물을 230℃로 설정한 스크류형 혼련기에 공급하고 용해시켜서 방사액으로 한 후, 170℃에서의 방사 베이스(구멍 직경 0.7 mm, 구멍 수 400)를 이용하여, 단구멍 토출량 1.4 g/분으로 방사하였다. 방출사에 10O℃의 질소 가스를 방사 베이스의 바로 아래에 설치한 가스 공급용 슬릿형 오리피스로부터 평균 풍속 1.2 m/초로, 가능한 한 균등하게 분무하여 섬유 표면의 데칼린을 적극적으로 증발시키고, 그 직후, 30℃로 설정한 공기의 흐름으로 실질적으로 냉각시켜 방사 베이스의 하류에 설치한 넬슨형 롤러에 의해 75 m/분의 속도로 권취하였다. 이 때, 사에 함유되는 용제는 원래의 중량의 약 절반으로 감소하였다. 이어서, 얻어진 사를 100℃의 가열 오븐 내에서 4 배로 연신하고, 또한 149℃의 가열 오븐 내에서 4 배로 연신하여 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 그 물성 및 성능 평가를 표 1에 나타낸다. 또한, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 베이스 라인 보정 전의 승온 DSC 곡선을 도 1에 도시한다.

실시예 2

방출사에 120℃의 질소 가스를 평균 풍속 1.4 m/초로 분무한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 그 물성 및 성능 평가를 표 1에 나타낸다. 또한, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 베이스 라인 보정 전의 승온 DSC 곡선을 도 2에 도시한다.

실시예 3

극한 점도수 12.1, 분자량 분포 지수 Mw/Mn = 5.4의 고분자량 폴리에틸렌을 이용하고, 방사액 중의 농도를 30 중량%로 하였으며, 연신을 1 단계에서는 3 배, 2 단계에서는 2.2 배의 배율로 행한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 그 물성 및 성능 평가를 표 1에 나타낸다. 또한, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 베이스 라인 보정 전의 승온 DSC 곡선을 도 3에 도시한다.

비교예 1

방사 베이스의 직하에서 고온의 질소 가스를 분무하지 않고 방출사를 즉시 30℃의 질소 가스로 냉각하고, 연신을 1 단계에서는 4.0 배, 2 단계에서는 3.5 배의 배율로 행한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 그 물성 및 성능 평가를 표 1에 나타낸다. 또한, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 베이스 라인 보정 전의 승온 DSC 곡선을 도 4에 도시한다.

비교예 2

용제로서 유동 파라핀을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 방사를 행하고, 방사 베이스의 바로 아래에 배치한 약 80℃의 n-데칸을 포함하는 냉각욕 내에서 용제를 실질적으로 추출하면서 4 배의 연신을 행하였다. 비활성 가스에 의한 적극적인 냉각은 행하지 않았다. 얻어진 반연신사를 145℃의 오븐 내, 비활성 가스 분위기 하에서 4 배로 연신하고, 함유된 n-데칸을 실질적으로 증발시켜 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 그 물성 및 성능 평가를 표 1에 나타낸다. 또한, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 베이스 라인 보정 전의 승온 DSC 곡선을 도 5에 도시한다.

	극한점도수	섬도(dtex)	단사섬도(dtex)	강도(cN/dtex)	탄성률(cN/dtex)	파단까지의 마찰 회수(회)	흡열피크수	최대 흡열 피크 온도(℃)	최대흡열 피크의 높이비
	극한점도수	섬도(dtex)	단사섬도(dtex)	강도(cN/dtex)	탄성률(cN/dtex)	파단까지의 마찰 회수(회)	저온측	고온측	최대흡열 피크의 높이비	저온측	고온측
실시예1	18.5	455	1.2	38.1	1521	356,000	1	2	142.0	148.5	2.4:1
실시예2	18.4	448	1.2	35.2	1612	421,000	1	1	144.7	151.3	2.4:1
실시예3	9.4	1150	1.2	28.5	1055	381,000	1	1	144.3	151.7	2.0:1
비교예1	18.4	541	1.2	34.2	1516	98,000	0	1	145.5	-	(3.2:1)*
비교예2	18.3	471	1.2	35.7	1623	57,000	0	1	145.5	-	-

*: 145℃의 흡열 피크와 150℃에서의 흡열량으로부터 산출한 비를 참고로 하여 나타냄.

표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3의 폴리에틸렌 섬유는 비교예 1 및 비교예 2의 폴리에틸렌 섬유에 비교하여 동일한 정도 또는 그 이상의 강도 및 탄성률을 나타내는 한편, 마모 시험에 있어서의 파단까지의 마찰 회수가 3.5 배 이상으로 매우 내마모성이 우수하였다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 3의 폴리에틸렌 섬유는 승온 DSC 곡선이 고온측에 한 개 또는 두 개의 흡열 피크를 나타내는 한편, 저온측에 한 개의 흡열 피크를 나타낸 것에 반하여, 비교예 1의 폴리에틸렌 섬유는 승온 DSC 곡선이 저온측에 흡열 피크를 나타내지 않고, 고온측의 흡열 피크도 숄더를 가지며 명확한 피크가 보이지 않았으며, 비교예 1의 폴리에틸렌 섬유는 승온 DSC 곡선이 고온측에 완전한 하나의 피크를 나타냈지만, 저온측에 흡열 피크를 나타내지 않고, 133℃ 부근에 작은 숄더가 관찰되었다. 또한, 비교예 1 및 비교예 2의 폴리에틸렌 섬유에 관해서 고온측의 최대 흡열 피크는 섬유의 내마모성이 매우 열악하므로 HMC가 아니라, EC로부터 유래되는 것으로 생각된다.

다음에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 절단 섬유를 실시예 4 내지 실시예 8 및 비교예 3 내지 비교예 5에 의해 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제조한 절단 섬유는 하기의 시험법으로 성능을 평가하였다.

절단 섬유의 분산성 시험

절단 섬유 0.02 g를 평량하고, 증류수 300 ㎖를 넣은 비이커에 투입하여 유리 막대로 50 회 교반하였다. 그 후, 절단 섬유가 빠져나가지 않을 정도로 눈이 미세한 망으로 여과 수거하여 24 시간 바람에 건조시켰다. 그 후, 루페로 관찰하면서압착이나 융착에 의해 형성된 섬유 다발을 추출하였다. 현미경으로 섬유 다발의 직경을 측정하고, 최대 직경이 40 ㎛ 이상인 섬유 다발(분산 불량사)의 총중량을 평량하였으며, 또한 분산성이 양호한 절단 섬유를 포함시킨 중량도 평량하여 분산 불량사의 함유율(분산 불량률)을 산출하였다. 이 시험은 변동이 크다고 판단되기 때문에, 시험 회수를 10 회로 하여 그 평균값으로 나타내었다.

실시예 4

실시예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.5, 섬도 455 dtex, 강도 38.1 cN/dtex, 탄성률 1521 cN/dtex)를 기요틴 방식으로 10 mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

실시예 5

실시예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 448 dtex, 강도 35.2 cN/dtex, 탄성률 1612 cN/dtex)를 기요틴 방식으로 1O mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

실시예 6

실시예 3에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 9.4, 섬도 1150 dtex, 강도 28.5 cN/dtex, 탄성률 1055 cN/dtex)를 기요틴 방식으로 1O mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

실시예 7

방사 베이스(구멍 직경 0.2 mm, 구멍수 200)를 이용하고 단구멍 토출량을 0.08 g/분으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 얻어진 섬유는 극한 점도수가 18.5, 섬도가 240 dtex, 단사 섬도가 0.12 dtex, 강도가 33.6 cN/dtex, 탄성률 1342 cN/dtex, 마모 시험에 있어서의 파단까지의 마찰 회수가 103,000 회, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이 저온측에 하나, 고온측에 두개의 흡열 피크를 나타내고, 최대 흡열 피크의 온도가 저온측은 144.7℃, 고온측은 159.2℃이며, 최대 흡열 피크의 높이의 비가 2.4:1이었다. 이 섬유를 기요틴 방식으로 50 mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

실시예 8

극한 점도수 10, 분자량 분포 지수 Mw/Mn = 5.4의 고분자량 폴리에틸렌을 이용하여 방사액 중에서의 농도를 30 중량%로 하고, 방사 베이스(구멍 직경 0.2 mm, 구멍수 200)를 이용하여, 단구멍 토출량을 0.08 g/분으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 얻어진 섬유는 극한 점도수가 9.4, 섬도가 1265 dtex, 단사 섬도가 0.63 dtex, 강도가 25.2 cN/dtex, 탄성률 931 cN/dtex, 마모 시험에서 파단까지의 마찰 회수가 161,000 회, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이 저온측에 한 개, 고온측에 두 개의 흡열 피크를 나타내고, 최대 흡열 피크의 온도가 저온측은 143.9℃, 고온측은 154.9℃이었으며, 최대 흡열 피크의 높이의 비가 2.2:1이었다. 이 섬유를 기요틴 방식으로 10 mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

비교예 3

비교예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 541 dtex, 강도 34.2 cN/dtex, 탄성률 1516 cN/dtex)를 기요틴 방식으로 10 mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

비교예 4

비교예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.3, 섬도 471 dtex, 강도 35.7 cN/dtex, 탄성률 1623 cN/dtex)를 기요틴 방식으로 10 mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

비교예 5

용제로서 유동 파라핀을 이용하고, 100℃의 가열 오븐 속에서 4 배로 연신하였으며, 또한 149℃의 가열 오븐 속에서 4 배로 연신한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 섬유를 얻었다. 얻어진 섬유는 극한 점도수가 18.5, 섬도가 455 dtex, 단사 섬도가 1.2 dtex, 강도가 38.1 cN/dtex, 탄성률이 1521 cN/dtex, 마모 시험에서 파단까지의 마찰 회수가 421,000 회, 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 얻어진 승온 DSC 곡선이 저온측에 한 개, 고온측에 두 개의 흡열 피크를 나타내고, 최대 흡열 피크의 온도가 저온측은 144.3℃, 고온측은 152.1℃이었으며, 최대 흡열 피크의 높이의 비가 2.4:1이었다. 이 섬유를 기요틴 방식으로 80 mm로 절단하여 절단 섬유를 얻었다. 그 성능 평가를 표 2에 나타낸다.

	극한 점도수	섬도(dtex)	단사 섬도(dtex)	절단 길이(mm)	분산 불량률(%)
실시예 4	18.5	455	1.2	10	2.4
실시예 5	18.4	448	1.2	10	2.6
실시예 6	9.4	1150	1.2	10	1.8
실시예 7	18.5	240	0.12	50	3.9
실시예 8	9.4	1265	0.63	10	3.9
비교예 3	18.4	541	1.2	10	11.7
비교예 4	18.3	471	1.2	10	15.1
비교예 5	18.5	455	1.2	80	7.1

표 2로부터 분명한 바와 같이, 실시예 4 내지 실시예 8의 절단 섬유는 비교예 3 내지 비교예 5의 절단 섬유에 비교하여 분산 불량률이 낮고 분산성이 우수하였다.

다음에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 이용한 로프를 실시예 9 및 실시예 10과 비교예 6 및 비교예 7에 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제조한 로프는 하기의 시험법으로 성능을 평가하였다.

로프의 강도 측정 및 굴곡 피로 시험

로프의 양단을 수지 소켓(스기타 산업 제조「소켓 스트롱」)으로 고정하여 시험 시료로 하였다. 로프의 강도는 시마즈 제작소(주) 제조「서보펄서」를 이용하여 인장 속도 20 cm/분으로 측정하였다. 또한, 로프를 실온에서 수중에 24 시간 침지 후 즉시, 동일한 방법으로 강도를 측정하여 로프의 습윤 강도로 하였다. 또한, 굴곡 피로 시험은 로프를 250 mmΦ의 도르레에 걸치고, 파단 강력의 20%의 하중을 가한 상태로 50만 회 반복 굴곡시킴으로써 행하였다. 시험 후의 로프를 상기와 동일하게 수지 소켓으로 고정하여 로프의 강도를 측정하고, 잔류 강도(%)를 산출하였다.

실시예 9

실시예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.5, 섬도 455 dtex, 강도 38.1 cN/dtex, 탄성률 1521 cN/dtex)를 합사하여 섬도를 조정한 후, 1OO 회/m의 꼬임을 가하여 원사를 얻었다. 이 원사를 이용하여, 굵기 약 lOmmΦ의 여섯 가닥(와이어 로프 구조) 로프를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 3에 나타낸다.

실시예 10

실시예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 448 dtex, 강도 35.2 cN/dtex, 탄성률 1612 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 로프를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 3에 나타낸다.

비교예 6

시판 나일론 섬유(섬도 467 dtex, 강도 7.3 cN/dtex, 탄성률 44 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 로프를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 3에 나타낸다.

비교예 7

시판 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유(섬도 444 dtex, 강도 7.4 cN/dtex, 탄성률 106 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 10과 동일한 방법으로 로프를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 3에 나타낸다.

	로프 직경(mm)	강도(10⁶g)	습윤 강도(10⁶g)	50만 회 반복 굴곡 후의 잔류 강도(%)
실시예 9	10	3.8	3.8	100
실시예 10	10	3.5	3.5	100
비교예 6	10	2.0	1.8	90
비교예 7	10	2.3	2.3	75

표 3으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 9 및 실시예 10의 로프는 비교예 6 및 비교예 7의 로프에 비교해서 높은 강도 및 습윤 강도를 나타내고, 반복 굴곡 후의 강도 저하가 없어 내굴곡 피로성이 우수하였다.

다음에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 이용한 네트를 실시예 11 및 실시예 12와 비교예 8 및 비교예 9에 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제조한 네트는 하기의 시험법으로 성능을 평가하였다.

네트의 강력 측정, 굴곡 피로 시험 및 마모 시험

강력 측정은 합성 섬유 어망용 망지 시험법(JIS L 1043) 중 강도를 측정하는 방법에 따라 시마즈 제작소(부)제조「서보펄서」를 이용하여, 죔 간격 20 cm, 인장 속도 10 cm/분, 건조 시에 행하였다. 또한, 굴곡 피로 시험은 네트의 단말을 수지 소켓(스기타 산업 제조「소켓 스트롱」)으로 고정한 후, 250 mmΦ의 도르레에 걸치고, 파단 강력의 20%의 하중을 가한 상태로 50만 회 반복하여 굴곡시킴으로써 행하였다. 시험 후의 네트로부터 소켓부를 절단하고, 상기와 동일하게 네트의 강도를 측정하였으며, 잔류 강도(%)를 산출하였다. 또한, 마모 시험은 어망 시험기를 이용하여 수중에서 마찰각 120°의 가연사에 텅갈로이(Tungalloy) 에지를 마찰체로서 마찰 거리 12 cm, 마찰 속도 30 회/분, 인장 하중 1 kg을 가하여 네트가 파단하기까지의 마찰 회수를 측정하였다.

실시예 11

실시예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.5, 섬도 455 dtex, 강도 38.1 cN/dtex, 탄성률 1521 cN/dtex)를 1200 d로 조정한 후, 180 회/m의 꼬임을 가하여 원사를 얻었다. 이 원사 4 개에 120 회/m의 꼬임을 가하여 네트를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 4에 나타낸다.

실시예 12

실시예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 448 dtex, 강도 35.2 cN/dtex, 탄성률 1612 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 방법으로 네트를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 4에 나타낸다.

비교예 8

비교예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 541 dtex, 강도 34.2 cN/dtex, 탄성률 1516 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 방법으로 네트를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 4에 나타낸다.

비교예 9

비교예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.3, 섬도 471 dtex, 강도 35.7 cN/dtex, 탄성률 1623 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 방법으로 네트를 제조하였다. 그 성능 평가를 표 4에 나타낸다.

	구성	강력(N)	50만 회 반복 굴곡 후의 잔류 강도(%)	파단까지의 마찰 회수(회)
실시예 11	1200 d X 4	1137	100	2260
실시예 12	1200 d X 4	1176	100	2340
비교예 8	1200 d X 4	1052	90	988
비교예 9	1200 d X 4	1025	87	875

표 4로부터 명백한 바와 같이, 실시예 11 및 실시예 12의 네트는 비교예 8 및 비교예 9의 네트에 비교해서 높은 강도를 나타내고, 반복 굴곡 후의 강도 저하가 없고 파단까지의 마찰 회수가 2 배 이상이며, 내굴곡 피로성 및 내마모성이 우수하였다.

다음에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 이용한 섬유 보강 콘크리트 제품을 실시예 13 내지 실시예 15 및 비교예 10 내지 비교예 12에 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제작한 콘크리트 시편은 하기의 강도 시험으로 성능을 평가하였다.

콘크리트 시편의 강도 시험

압축 시험에서는 최대 하중을 측정하고 압축 강도를 구하였다. 또한, 굽힘 시험에서는 시멘트의 물리 시험 방법(JIS R 5201) 중 굽힘 강도를 측정하는 방법에 따라 최대 하중을 측정하고, 굽힘 강도를 구하였다. 또한, 인성은 하중과 시험기의 크로스헤드 변위의 관계를 X-Y 레코더(요코가와 전기 제조)로 기록하고, 최대 하중의 50%까지 저하하는 변위까지의 굽힘 응력-휨 곡선하의 면적을 구하였으며, 섬유 무혼입의 경우의 면적을 1로 하여 면적비로서 구하였다.

실시예 13

실시예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.5, 섬도 455 dtex, 강도 38.1 cN/dtex, 탄성률 1521 cN/dtex)를 길이 30 mm로 절단하고, 보강 섬유로서 이용하였다. 우선, 용량 5 L의 옴니믹서에 조강(high early strength) 포틀랜드 시멘트(비중 3.13), 세골재로서 도요우라 경규사(구 표준사; 비중 2.7), 혼화재로서 실리카퓸(비중 2.2)을 넣고, 15 초간 건식 혼합한 후, 상기의 보강 섬유를 투입하고, 다시 30 초간 건식 혼합하였다. 계속해서, 물과 고성능 AE 감수제(보조 AE제 무혼입)를 투입하고, 4 분간 혼합하여 섬유 보강 콘크리트를 얻었다. 또한, 물 결합재 비는 33%, 실리카퓸 혼입률은 대 시멘트 중량비로 10%, 모래 결합재 비는 60%, 고성능 AE 감수제 혼입률은 대 결합재 중량비로 2.0%, 섬유 체적 혼입률은 2.0%로 하였다. 또한, 플로우값의 측정값은 표 5에 나타낸다.

얻어진 섬유 보강 콘크리트를 이용하여 나무 망치와 흙손으로 수작업함으로써 압축 시험용으로서 원주 시편(50 mmΦ ×100 mm), 굽힘 시험용으로서 각주 시편(40 ×40 ×160 mm)을 각각 3 개씩 제조하였다. 이렇게 해서 얻어진 시편을 14 일간 걸쳐서 표준 양생시킨 후, 강도 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

실시예 14

실시예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 448 dtex, 강도 35.2 cN/dtex, 탄성률 1612 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 13과 동일하게 섬유 보강 콘크리트 시편을 제조하고, 강도 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

실시예 15

실시예 3에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 9.4, 섬도 1150 dtex, 강도 28.5 cN/dtex, 탄성률 1055 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 13과 동일한 방법으로 섬유 보강 콘크리트 시편을 제조하고, 강도 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

비교예 10

비교예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 541 dtex, 강도 34.2 cN/dtex, 탄성률 1516 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 13과 동일한 방법으로 섬유 보강 콘크리트 시편을 제조하고, 강도 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

비교예 11

비교예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.3, 섬도 471 dtex, 강도 35.7 cN/dtex, 탄성률 1623 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 13과 동일한 방법으로 섬유 보강 콘크리트 시편을 제조하고, 강도 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

비교예 12

보강 섬유를 이용하지 않은 것 이외에는 실시예 13과 동일한 방법으로 콘크리트 시편을 제조하고, 강도 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

	섬유 체적혼입률(%)	플로우값(mm)	압축 강도(MPa)	굽힘 강도(MPa)	인성
	섬유 체적혼입률(%)	플로우값(mm)	압축 강도(MPa)	크래킹	인성	최대치
실시예 13	2	181	83.8	12.8	22.0	83.6
실시예 14	2	172	81.5	12.5	20.5	78.1
실시예 15	2	179	83.2	12.7	21.6	80.5
비교예 10	2	150	74.5	11.8	14.2	24.8
비교예 11	2	143	75.5	12.4	13.4	14.3
비교예 12	0	153	71.1	12.0	12.0	1.0

표 5로부터 명백한 바와 같이, 실시예 13 내지 실시예 15의 시편은 비교예 10 내지 비교예 12의 시편과 비교하여 높은 압축 강도, 굽힘 강도 및 인성을 나타내고, 내충격성 및 내구성이 우수하였다.

다음에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 이용한 방호 장갑용 소재를 실시예 16 내지 실시예 18과 비교예 13 및 비교예 14에 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제조한 방호 장갑용 소재는 하기의 절단 시험으로 성능을 평가하였다.

방호 장갑용 소재의 절단 시험

절단 시험은 쿱 테스터(소드매트(SODMAT)사 제조: 프랑스)를 이용하여 행하였다. 이 장치는 원형날을 주행 방향과 역방향으로 회전시키면서 시료의 위를 주행시켜 시료를 절단하고, 절단이 끝나면 시료의 밑에 놓아둔 알루미늄 박이 원형날과 접촉함으로써 통전하여 시험이 종료한 것을 감지하도록 되어 있으며, 원형날이 작동하고 있는 동안, 장치에 부착되어 있는 카운터가 원형날의 회전수에 연동한 수치를 카운트하기 때문에 그 수치를 기록한다.

이 시험에서는 평량 약 2OO g/㎡의 평직 무명을 블랭크로서 이용하고, 이 블랭크에 대한 시료의 상대적인 절창 레벨을 내절삭성으로서 이하와 같이 평가하였다. 우선, 블랭크로부터 시험을 시작하고, 블랭크와 시료를 교대로 시험하며, 시료를 5 회 시험한 후 마지막으로 블랭크를 시험하여 하나의 시료에 대한 일련의 시험을 종료했다. 각각의 카운트값으로부터 다음 식에 의해 인덱스값을 산출하고, 5 회 반복 실시한 시험의 평균값으로 내절단성을 평가하였다.

인덱스 = (시료의 카운트값 + A)/A

A=(시료 시험전의 무명의 카운트값+시료 시험전의 무명의 카운트값)/2

또한, 시험에 이용한 원형날은 OLFA사 제조의 로터리 커터 L형용 45 mmΦ(재질 SKS-7 텅스텐강; 날 두께 0.3 mm)이며, 시험시에 시료에 걸리는 하중은 320 g으로 하였다.

실시예 16

실시예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.5, 섬도 455 dtex, 강도 38.1 cN/dtex, 탄성률 1521 cN/dtex)를 이용하여 원형 편물기로 천축(바탕이 두꺼운) 옷감을 제조하였다. 얻어진 방호 장갑용 소재의 뒤조직측을 쿱 테스터로 시험하고, 내절단성을 평가하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

실시예 17

실시예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 448 dtex, 강도 35.2 cN/dtex, 탄성률 1612 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 16과 동일한 방법으로 천축 옷감을 제조하고, 절단시험을 실시하였다. 그 결과를 표 6에 도시한다.

실시예 18

실시예 3에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 9.4, 섬도 1150 dtex, 강도 28.5 cN/dtex, 탄성률 1055 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 16과 동일한 방법으로 천축 옷감을 제조하고, 절단 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

비교예 13

비교예 1에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 541 dtex, 강도 34.2 cN/dtex, 탄성률 1516 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 16과 동일한 방법으로 천축 옷감을 제조하고, 절단 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

비교예 14

비교예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.3, 섬도 471 dtex, 강도 35.7 cN/dtex, 탄성률 1623 cN/dtex)를 이용한 것 이외에는 실시예 16과 동일한 방법으로 천축 옷감을 제조하고, 절단 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.

	인덱스값
	1 회째	2 회째	3 회째	4 회째	5 회째	평균
실시예 16	6.01	6.33	7.26	7.27	6.59	6.69
실시예 17	5.88	7.20	6.93	6.32	6.80	6.63
실시예 18	7.98	7.12	8.12	7.54	8.66	7.88
비교예 13	4.67	4.67	4.40	5.00	6.67	5.08
비교예 14	5.45	4.39	4.82	5.11	5.75	5.10

표 6으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 16 내지 실시예 18의 방호 장갑용소재는 비교예 13 및 비교예 14의 방호 장갑용 소재에 비교하여 1.0 이상 높은 인덱스 값을 나타내고, 내절단성이 향상되었다.

다음에, 본 발명의 고강도 폴리에틸렌 섬유를 이용한 방탄ㆍ방호 의료용 소재를 실시예 19 및 비교예 15에 예시한다. 또한, 각 실시예 및 비교예에서 제조한 방탄ㆍ방호 의료용 소재는 하기의 방탄 충격 시험으로 성능을 평가하였다.

방탄ㆍ방호 의료용 소재의 방탄 충격 시험

시료 소재를 한변 2O cm의 정사각형으로 잘라내고 평량이 약 1 kg/㎡가 되도록 적층한 후, 주위를 오버록으로 고정하여 방탄 충격 시험용 시료로 하였다.

방탄 충격 시험은 MIL-STD-662E에 따라서 행하였다. MIL-P-46593 A 기재의 22 구경의 모의 파편을 추약(推藥)에 의해 발사통으로부터 속도 약 500 m/초로 사출하여 시료에 충돌시켰다. 이 때, 모의 파편의 시료 충돌전의 속도 V₁및 관통 후의 속도 V₂를 포토스크린을 이용한 크로노그래프로 측정하였다. 내충격성은 얻어진 속도 V₁및 V₂로부터 다음 식에서 구해지는 단위 손실 에너지(SEA)에 의해 평가하였다.

SEA=1/2 X (V₁ ²-V₂ ²) X O.0011/시료 중량

시험 회수는 3 회로 하고 그 평균값으로 나타내었다.

실시예 19

실시예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.4, 섬도 448dtex, 강도 35.2 cN/dtex, 탄성률 1612 cN/dtex)에 꼬임 계수가 0.7이 되도록 꼬임을 가하여 원사를 얻었다. 이 원사를 이용하여 날실 및 씨실의 짜임 밀도가 모두 48 개/25 mm인 평직물(중량 180.6 g/㎡)을 제조하였다. 얻어진 방탄ㆍ방호 의료용 소재를 방탄 충격 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.

비교예 15

비교예 2에서 얻어진 고강도 폴리에틸렌 섬유(극한 점도수 18.3, 섬도 471 dtex, 강도 35.7 cN/dtex, 탄성률 1623 cN/dtex)을 이용한 것 이외에는 실시예 19와 동일한 방법으로 평직물(중량 188.1 g/㎡)을 제조하고, 방탄 충격 시험을 실시하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다.

	직물 중량(g/㎡)	적층 개수(개)	시료 중량(g/㎡)	SEA(J/(kg/㎡))
실시예 19	180.6	6	1085	25.2
비교예 15	188.1	6	1130	23.9

표 7로부터 명백한 바와 같이, 실시예 19의 방탄ㆍ방호 의료용 소재는 비교예 15의 방탄ㆍ방호 의료용 소재에 비교하여 단위 손실 에너지가 높고, 내충격성이 우수하였다.

본 발명에 따르면, 종래의 고강도 폴리에틸렌 섬유와 같은 정도 또는 그 이상의 강도 및 탄성률을 가지면서, 내구성, 특히 내굴곡 피로성 및 내마모성이 우수한 고강도 폴리에틸렌 섬유를 얻을 수 있다. 이러한 고강도 폴리에틸렌 섬유는, 예컨대 부직포나 방적사를 제조하기 위한 절단 섬유나 스테이플로서, 산업용 또는 민간용 각종 로프류나 네트류, 또한 방탄ㆍ방호 의료나 방호 장갑 등의 고성능 텍스타일의 소재로서, 또는 섬유 보강 콘크리트 제품이나 헬멧 등의 복합 재료용의 보강 섬유로서, 산업상, 광범위하게 응용 가능하다.

Claims

반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어지고, 극한 점도수가 5이상이며, 평균 강도가 22 cN/dtex 이상이고, 시차 주사 열량 측정(DSC)에서의 승온 DSC 곡선이 140℃ 내지 148℃의 온도 영역(저온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타내면서 148℃ 이상의 온도 영역(고온측)에 하나 이상의 흡열 피크를 나타내는 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유.
제1항에 있어서, 저온측의 최대 흡열 피크와 고온측의 최대 흡열 피크의 높이의 비가 1.4:1.0 내지 3.0:1.0인 고강도 폴리에틸렌 섬유.
제2항에 있어서, 저온측의 최대 흡열 피크와 고온측의 최대 흡열 피크의 높이의 비가 1.5:1.0 내지 2.9:1.0인 고강도 폴리에틸렌 섬유.
반복 단위가 실질적으로 에틸렌인 고분자량 폴리에틸렌으로 이루어지고, 극한 점도수가 5이상이며, 평균 강도가 22 cN/dtex 이상이고, 일반 방적사 시험 방법(JIS L 1095) 중 마모 강도를 측정하는 B 법에 따른 마모 시험에서 섬유가 파단하기까지의 마찰 회수가 100,O00 회 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 폴리에틸렌 섬유.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유로부터 얻어지는 고강도 폴리에틸렌 절단 섬유.
제5항에 있어서, 제지의 경우에 생기는 분산 불량사(압착이나 융착에 의해 형성되는 최대 직경 40 ㎛ 이상의 섬유 다발)가 5 중량% 이하인 고강도 폴리에틸렌 절단 섬유.
제5항에 있어서, 절단 길이가 70 mm 이하인 고강도 폴리에틸렌 절단 섬유.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 로프.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 네트.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 방탄ㆍ방호 의료.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 방호 장갑.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 섬유 보강 콘크리트 제품.
제1항 또는 제4항에 따른 고강도 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 헬멧.