KR20060029943A - 고권축 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 이용한 가공사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2종의 폴리에스테르를 사이드 바이 사이드(side by side) 타입 복합방사법으로 방사한 폴리에스테르 복합 섬유에 관한 것으로서, 본 발명에 의하여 이완 열처리 공정에서 자발 고권축 특성을 나타내며 열수축에 따른 섬도 증가를 최소화하여 직, 편물 적용시 우수한 신축성을 발현할 수 있는 폴리에스테르 복합섬유를 양호한 방사공정성으로 제공할 수 있다.

Description

고권축 폴리에스테르 복합섬유 및 이를 이용한 가공사{High-crimp Polyester conjugate fiber and finished yarn thereby}

제1도는 본 발명의 복합섬유의 바람직한 경사각 원형노즐의 단면도이다.

제2도는 본 발명의 복합섬유의 방사장치의 단면도이다.

제3도는 본 발명의 복합섬유의 단면도이다.

본 발명은 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 고유점도가 다른 2종의 폴리에스테르계 섬유를 섬유 길이 방향으로 사이드 바이 사이드(side by side) 단면 형태를 지니도록 방사하여 후속의 이완 열처리 공정에서 자발 고권축 특성을 나타내도록 하는 폴리에스테르 복합섬유의 제조방법에 관한 것이다. 이때 제1성분 폴리머로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트와 제2성분 폴리머로서 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사이드 바이 사이드 타입의 복합 방사법을 이용하여 방사하는 것을 포함하는 폴리에스테르계 복합섬유의 제조방법이 제 공된다.

종래, 사이드 바이 사이드 타입의 복합섬유를 제조하는 방법으로는 몇 가지 방법들이 알려져 있으며, 그 중 대표적인 것은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 한 성분으로 하고 수축율을 증가시킨 폴리에틸렌테레프탈레이트 공중합체를 사이드 바이 사이드 타입의 복합 방사법을 이용하여 복합섬유를 제조하는 방법이다. 그러나, 이러한 제조방법은 공중합체의 물성이 일반적으로 저하하고, 방사공정성이 불량하며, 복합섬유의 권축성이 낮아 직물에서는 연사 공정의 추가 공정이 필요하게 되는 등의 물성이 저하하는 단점이 있다.

다른 것으로는 폴리에스테르 혹은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 등의 고유점도 차이를 이용해 최종 섬유에서 권축을 발현하는 방법이 있으나 이 방법은 직편물의 신축성을 좌우하는 원사의 권축율을 증가시키기 위해서는 각 구성성분의 고유점도 차이를 크게 하거나 별도의 가연 공정을 거쳐야 하며 이때 두 성분간의 용융점도의 큰 차이로 인해 방사 공정성이 불량하며 이를 해결하기 위해서는 별도의 스피너렛의 설계가 필요한 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 같은 단점이 없는 공중합체의 물성저하가 없고, 방사공정성이 양호하며, 복합섬유의 권축성이 높은 사이드 바이 사이드 타입의 폴리에스테르계 복합섬유를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명자들의 연구에서 섬유 형성성이 우수하 며 탄성이 우수하고 폴리에텔렌테레프탈레이트와는 수축 특성이 다른 폴리에틸렌테레프탈레이트를 이용 사이드 바이 사이드 타입의 복합 방사법을 이용하여 복합 섬유를 제조하며 이때 적절한 압출기 온도 설정과 방사 빔 내에서의 체류시간 조절을 통해 용융 고분자의 고유점도 저하를 최소화 하여 방사공정성이 우수한 원사를 제조하고 이 원사를 연신을 통해 권축율을 극대화 시키며 열수축율을 최소화시킨 고권축 섬유를 제조할 수 있다는 사실을 알게 되었고, 그 결과 본 발명을 완성하게 된 것이다.

그러므로, 본 발명에 의하면 고유점도차이가 큰 2종의 폴리머로 구성된 사이드 바이 사이드 형태의 폴리에스테르계 복합섬유에 있어서, 제1성분 폴리머로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 제2성분 폴리머로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 선택된 어느 하나이고 제1성분과 제2성분의 중량비가 2:8∼8:2인 것으로서 아래 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 고권축 폴리에스테르 복합섬유가 제공된다.

1)열수축응력 최대 피크 온도: 155∼220℃

2)TS₁₀₀: 0.01g/d ∼0.8g/d

(TS_{100 :} 열수축응력 곡선에서 100℃에서의 열수축응력 값.)

3)권축신장율(T_c): 10∼70%

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 고권축 폴리에스테르 복합섬유는 고유점도차이가 큰 2성분의 폴리머로 사이드 바이 사이드 타입의 복합방사하여 권축율을 극대화하면서도 열수축율을 최소화시킨 섬유이다.

본 발명에 사용되는 제1성분 폴리머로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 제2성분 폴리머로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 선택된 어느 하나를 사용하는데, 제1성분과 제2성분의 중량비가 2:8∼8:2가 되도록 하는 것이 바람직하다. 제1성분 폴리머는 고유 점도가 0.80 ~ 1.50영역이고, 제2성분 폴리머는 고유점도가 0.40 ~ 0.80인 영역인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 제1성분의 고유점도가 0.80 미만인 경우 토출되는 고분자의 용융점도가 너무 낮아 방사가 불량하며 1.50 초과인 경우 용융점도가 너무 높아 팩압이 과도하게 상승하여 방사공정이 불량하게 된다. 제2성분의 고유점도가 0.40 미만일 경우 노즐 직하에서의 곡사 현상이 심화되어 방사가 불가능하고 0.80을 초과할 경우 최종 제품의 신축성이 저하하게 된다. 제1성분과 제2성분의 중량비는 5:5가 가장 바람직하며 폴리트리메틸렌 성분비가 20% 미만일 경우 권축 발현이 저하하게 되며, 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분이 20% 미만일 경우 노즐 직하 곡사 현상이 심해 방사가 불가능하다.

본 발명에서는 제1성분과 제2성분간의 고유 점도의 차이가 큰 것을 사용하여 일반 원형 스트레이트 노즐에 의하여 방사가 가능하다. 그러나 방사팩에 일반 원형 스트레이트 노즐을 사용할 경우, 방사 공정시 방사 노즐 직하에서 고유 점도 차 이에 의한 용융점도 차이가 발생하여 사조가 융용점도가 높은 쪽으로 휘어지는 곡사현상(Bending 또는 kneeling)이 발생하여 방사 공정성이 불리한 측면이 있어 용융점도 차이를 상쇄시키고 사조의 휘어지는 현상 없이 안정된 방사성을 확보하기 위하여 경사각 원형 노즐(제1도 참조)의 적용도 가능하다.

경사각 원형 노즐의 경우 고유 점도가 높아 흐름 속도가 느린 폴리머를 B면에, 반대로 고유 점도가 낮아 흐름 속도가 빠른 폴리머를 A면으로 방사하게 되면, 경사각에 의해 고유 점도 차이가 큰 2종의 폴리머에 대한 경로차를 부여하게 되고 이에 따라 토출 폴리머의 휘어지는 현상이 없이 안정된 방사가 가능하게 된다.

상기 PET 폴리머는 테레프탈산과 에틸렌글리콜을, PTT 폴리머는 테레프탈산과 프로판디올을 주성분으로 하는 것으로, PBT 폴리머는 테레프탈산과 부탄디올을 주성분으로 한 것을 사용한다. 상기 두 폴리머성분의 용융점도 차이의 조절은 각 성분의 익스트루더(제2도, C1~C4 )의 온도 조건을 달리하여 각 성분 고분자 용융체의 열이력을 달리하거나, 고점도 성분과 저점도 성분의 방사 온도를 조절함으로써 달성할 수 있다. 방사시의 두 폴리머간의 용융점도 차이가 1500 ~ 2500 포와즈의 적절한 영역에서 유지 할 수 있도록 하기 위해서는 방사 온도를 250 ~ 290℃의 범위 내로 조절하는 것이 바람직하다. 또한 PET의 익스트루더 온도 범위는 265~ 290℃, PTT의 익스트루더의 온도 범위는 250 ~ 270℃, PBT의 익스트루더의 온도 범위는 250 ~ 280℃로 조절하는 것이 바람직하다. 각 익스트루더를 통과한 용융물은 기어펌프들을 각각 통과하면서 하나의 방사팩에 공급된다.

상기와 같은 용융점도 차이에 의해서 방사된 원사의 단면형태는 비대칭 사이 드-바이-사이드 단면을 형성하게 되고 그 계면은 용융점도 차이에 의해서 고점도쪽이 저점도쪽을 파고드는 형태(제3도)를 형성하게 되고 그 계면의 형태는 용융점도 차이에 의해서 곡률의 변하게 된다.

본 발명에 의하여 제조된 고권축 폴리에스테르 복합섬유는 1)열수축응력 최대 피크 온도: 155∼220℃, 2)TS₁₀₀: 0.01g/d ∼0.8g/d(TS_{100 :} 열수축응력 곡선에서 100℃에서의 열수축응력 값.), 3)권축신장율(T_c): 10∼70%을 가지게 되는데, 열수축응력 최대 피크 온도는 연신 후 열고정 온도를 150℃ 이상으로 설정해 주어 가능하며, TS₁₀₀은 연신비의 조절에 의해 0.01g/d~0.8g/d 범위를 갖게 된다. 또한, 권축신장율의 경우 연신비, 열고정온도의 조절에 의해 10~70% 물성을 갖게 되는데, 권축 신장율이 높을수록 최종 직물에서의 신축성 발현이 용이 하며, 열수축응력 최대 피크 온도가 높을수록, TS₁₀₀이 낮을수록 가공시 제품의 형태안정성이 우수하다.

본 발명에서는 상기 고권축 폴리에스테르 복합섬유를 제1롤러 온도 60~100℃, 제2롤러온도 100~250℃ 및 연신비 1.3~3.5로 연신하여 고권축 연신사를 제조할 수 있다. 방사-연신 공정으로 권축사를 제조할 경우 연신비의 조절이 용이하며 열고정온도를 높게 설정하여도 사도의 구성이 용이하여 최종원사의 권축 안정성이 증가한다.

또한, 상기 고권축 폴리에스테르 복합섬유를 가연온도 140~200℃ 및 가연연신비 1.01~3.20에서 가연하여 고권축 가연사를 제조할 수 있다. 가연을 할 경우 신축성의 증가와 더불어 원사에 벌키성을 부여하여 직물 제조 후 천연 섬유의 촉감을 낼 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 고권축 폴리에스테르 복합섬유를 제1고뎃롤러온도 45~100℃, 제2고뎃롤러온도 120~200℃에서 연신비 1.5~4.0로 스핀드로방사하여 고권축사를 제조할 수 있다. 이 경우 방사-연신 혹은 방사-가연의 2단계를 거치지 않고 1단계 공정으로 권축성이 우수한 원사를 제조할 수 있는 장점이 있다.

이렇게 본 발명에서 제조된 고권축 폴리에스테르 복합섬유 및 그의 가공사를 사용하여 제직하게 되면 고신축성 직물을 얻을 수 있는데, 스판덱스를 이용한 신축 직물 대비 내염소성, 견뢰도 등이 우수하며 가공성이 뛰어난 장점이 있다.

이하, 본 발명은 실시예의 방법으로 보다 상세하게 설명하기로 한다. 단, 본 발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다. 하기 실시예 및 비교예에서 사용한 여러가지 물성 평가 방법들은 다음과 같다.

고유점도(IV): 각 폴리머를 120℃의 오르토-클로로 페놀에 1% 농도로 충분히 용해시킨 후 30℃ 항온조에서 우벨로드형 점도계를 사용하여 측정한다.

권축신장율(%): 3000De의 타래 시료에 2mg/d의 초하중을 걸고 100℃의 끓는 물에 30분간 침지한다. 건조 후 2mg/d의 초하중을 부여한 상태의 길이(L1)를 측정한다. 여기에 중하중 200mg/d를 부가한 상태의 길이(L2)를 측정한다. 측정된 길이로부터 다음식에 의해 권축신장율을 얻을 수 있다.

권축신장율(Tc, %)=100*(L2-L1)/L1

[실시예 1]

제1성분은 IV가 1.2인 폴리트리메틸렌테레프탈레이트를, 제2성분은 IV가 0.45인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/분의 속도로 단사 섬도 4de의 원사를 방사하였다. 이렇게 얻어진 미연신사를 연신배율 2.1배, 연신온도 90℃, 열처리온도 200℃에서 연신하였다. 하기 표 1에는 본 실시예에서 사용한 폴리에틸렌테레프탈레이트와 폴리트리메틸렌테레프탈레이트의 고유점도 차이를 측정하여 제시하였으며, 또한 방사공정성과 100℃ 열수축응력(PS₁₀₀), 열수축응력최대피크온도(Pt), 권축율(Tc)을 평가하여 정리하였다.

[실시예 2]

제1성분으로는 IV가 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제2성분은 IV가 0.45인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/min의 속도로 방사한 후 연신배율 2.1배, 연신온도90℃, 열처리온도 210℃에서 연신하였다.

[실시예 3]

제1성분으로는 IV가 0.9인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제2성분은 IV가 0.45인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/min의 속도로 방사한 후 연신배율 2.1배, 연신온도90℃, 열처리온도 150℃에서 연신하였다.

[실시예 4]

제1성분으로는 IV가 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제2성분은 IV가 0.55인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/min의 속도로 방사한 후 연신배율 2.1배, 연신온도90℃, 열처리온도 200℃에서 연신하였다.

[실시예 5]

제1성분으로는 IV가 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제 2성분은 IV가 0.45인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 제1고뎃롤러 1100m/min, 90℃, 제2 고뎃롤러 3500m/min, 180℃로 방사하였다.

[실시예 6]

제1성분으로는 IV가 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제 2성분은 IV가 0.63인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/min의 속도로 방사한 후 제1롤러 온도 90℃, 열처리 온도 200℃, 연신배율 2.1배로 연신하였다.

[실시예 7]

제1성분으로는 IV가 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제2성분은 IV가 0.45인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/min의 속도로 방사한 후 가연온도 180℃, 가연연신배율 1.9배로 가연하였다.

[실시예 8]

제1성분으로는 IV가 1.0인 폴리트리메틸렌테레프탈레트를, 제2성분은 IV가 0.46인 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분비를 60%, 폴리에틸렌테레프탈레이트 성분의 비를 40%로 하여 270℃에서 사이드 바이 사이드 형태의 방사 노즐을 사용하여 2500m/min의 속도로 방사한 후 연신배율 2.1배, 연신온도90℃, 열처리온도 200℃에서 연신하였다.

구 분	IV 차	권축신장율 (Tc)	TS100(g/d)	열응력최대피크온도 (Pt, ℃)	공정성
실시예 1	0.75	50	0.05	190	△
실시예 2	0.55	45	0.04	197	○
실시예 3	0.45	35	0.07	150	○
실시예 4	0.45	37	0.04	195	○
실시예 5	0.55	40	0.05	187	○
실시예 6	0.37	20	0.05	190	○
실시예 7	0.55	40	0.06	180	○
실시예 8	0.54	45	0.05	195	○

그러므로 본 발명에 의하면 이완 열처리 공정에서 자발고권축 특성을 나타내며 열수축에 따른 섬도 증가를 최소화하여 직편물 적용시 우수한 신축성을 발현할 수 있는 폴리에스테르 복합섬유를 양호한 방사공정성으로 제조할 수 있다.

Claims (6)

1. 고유점도차이가 큰 2종의 폴리머로 구성된 사이드 바이 사이드 형태의 폴리에스테르계 복합섬유에 있어서,

   제1성분 폴리머로서 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 제2성분 폴리머로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 선택된 어느 하나이고 제1성분과 제2성분의 중량비가 2:8∼8:2인 것으로서 아래 물성을 가지는 것을 특징으로 하는 고권축 폴리에스테르 복합섬유.

   1)열수축응력 최대 피크 온도: 155∼220℃

   2)TS₁₀₀: 0.01g/d ∼0.8g/d

   (TS_{100 :} 열수축응력 곡선에서 100℃에서의 열수축응력 값.)

   3)권축신장율(T_c): 10∼70%
2. 제1항에 있어서, 상기 제1성분 폴리머의 고유점도는 0.80∼1.50이며, 제2성분 폴리머의 고유점도는 0.40∼0.80인 것을 특징으로 하는 고권축 폴리에스테르 복합섬유.
3. 제1항기재의 고권축 폴리에스테르 복합섬유를 제1롤러 온도 45~100℃, 제2롤러온도 100~250℃ 및 연신비 1.3~3.5로 연신한 것을 특징으로 하는 고권축 연신사.
4. 제1항기재의 고권축 폴리에스테르 복합섬유를 가연온도 140~200℃ 및 가연연신비 1.01~3.20에서 가연한 것을 특징으로 하는 고권축 가연사.
5. 제1항기재의 고권축 폴리에스테르 복합섬유를 제1고뎃롤러온도 45~100℃, 제2고뎃롤러온도 120~200℃에서 연신비 1.5~4.0로 스핀드로방사한 것을 특징으로 하는 고권축사.
6. 청구항 1 내지 청구항 5에 기재된 섬유 중 어느 하나로 제조된 것을 특징으로 하는 고신축성 직물.

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