KR101300403B1 - 아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도섬유인 아라미드 필라멘트를 에어텍스쳐노즐을 통해 사선방향으로 고압의 공기를 분사하여 원사 표면에 루우프를 발생시키는 에어텍스쳐가공사를 제조하는 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 가공사의 루우프 안정성 및 균일성, 벌키성, 강도저하율을 향상시켜 천연 방적사와 같은 감촉을 부여할 수 있고, 가공사 표면에 위치한 루우프에 의해서 고무 및 플라스틱과 접착력을 향상시켜 산업용 소재의 보강재로 아라미드 에어텍스쳐 가공사를 제공할 수 있다.

Description

아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조방법{Process Of Producing Aramid Air―textured Yarn}

본 발명은 고강도섬유인 아라미드 필라멘트를 에어텍스쳐노즐을 통해 사선방향으로 고압의 공기를 분사하여 원사 표면에 루우프를 발생시키는 에어텍스쳐가공사를 제조하는 방법에 관한 것이다.

아라미드는 지방족 폴리아미드(Aliphatic Polyamide)의 대표격인 Nylon과 대별되는 섬유로서, 1971년 방향족 폴리아미드 섬유를 최초로 개발한 미국 Dupont사에 의해 제안된 후, 1974년 미국 연방통상위원회로부터 받아들여진 방향족 폴리아미드(Aromatic Polyamide)의 일반적인 용어이다.

용어상의 정확한 의미는 "85% 이상의 아미드기(CO-NH)가 두 개의 방향족 고리에 직접 연결된 합성 폴리아미드로부터 제조된 섬유"로서 크게 메타계와 파라계로 구분되며, 메타계는 내열성이 필요한 소재에, 파라계는 강도가 필요한 소재에 각각 사용되고 있다.

특히, 파라계 아라미드 섬유는 인장강도 20g/d 이상, 인장탄성률 500~1,000 g/d 정도의 고강력을 갖고 있을 뿐만 아니라, 분해온도 400℃ 이상의 고내열성과 -160 ℃에서도 섬유의 특성을 유지하는 우수한 내한성, 절연성, 그리고 내약품성을 나타내는 첨단소재이다.

메타계 아라미드 섬유의 기본 물성은 범용합성과 큰 차이는 없으나, 내연성과 난연성을 지니고 있어, 1) 융점, 분해점, 2차 전이점이 높고, 2) 고온에서도 기계적 특성을 잃지 않으며, 3) 장시간의 내열성능이 우수한 특징을 지니고 있다. 또한 발화점, 인화점이 높고, 연소시의 가스 발생량, 특히 유독가스의 발생량이 적다는 장점도 가지고 있다.

이러한 아라미드 소재는 고강도 고내열 섬유로서 다방면으로 사용되고 있으며, 방탄복, 군용 전투복, 소방복, 방호 장갑 등은 고강도, 고탄성율, 내열성, 내절삭성, 방융성을 살린 아라미드의 고유 용도로 발전되고 있다. 또한, 타이어코드, 고무자재 보강, 토목ㆍ건축의 보강재, 광파이버의 텐션멤버의 기재 등으로 아라미드장섬유가 사용되고 있으며, 유연성을 필요로 하는 방호의류의 경우에는 아라미드 섬유의 강직성으로 인해 일반적으로 플랫얀(Flat yarn) 대신에 권축가공된 단섬유방적사가 이용되고 있다. 특히, 안전장갑이나 소방복, 방호의류용으로는 권축가공을 실시하여 스트레치(stretch)성·Wooly성을 부여하여 촉감과 착용감이 양호한 제품의 개발이 시행되고 있으며, 장섬유이므로 보풀이 발생하지 않으며, Linter free성의 장점을 가진다.

그러나 상기 아라미드 단섬유방적사의 경우 단섬유가 빠져나올 수 있으므로 정밀기기ㆍ부품을 취급하는 크린룸(clean room) 내에서의 작업에는 사용하기가 어렵다. 따라서 상기 크린룸에서는 통상적인 나일론 등의 장섬유 가공사로 제조된 섬유제품이 사용되고 있지만 내절단성에 있어서는 만족스런 수준이 되지 못하고 있어, 나일론 가공사와 같은 벌키성의 권축성을 갖는 아라미드 장섬유 가공사의 개발이 요구되는 실정이다.

이러한 요구에 부합하기 위하여 아라미드 장섬유를 이용하여 신축성이 있는 섬유가 만들려면 폴리머(polymer) 자신이 고무탄성을 가지거나 또는 코일상의 스프링구조 섬유로 되어야 한다. 그러나 아라미드 섬유인 PPTA는 폴리머 특성으로 고무탄성을 기대할 수 없기 때문에 일반적으로 코일상의 스프링구조 섬유로 만드는 방안이 추천되고 있다.

이러한 스프링 구조의 섬유로 만들기 위해 아라미드 장섬유를 권축시킨 상태에서 섬유구조를 고정하고, 해연을 하더라도 코일상의 스프링 구조를 얻는 것은 아라미드섬유의 고유물성의 특성상 어려운 실정이다. 또한, 건열고정에 의한 가공사 제조방법 또한 아라미드 섬유의 비열연화성ㆍ비용융성으로 인해 현실적으로 응용이 곤란한 실정이다.

이렇듯 파라계 아라미드 섬유는 그 물성이 비용융성이 우수한 관계로 열적 고차가공 즉, 가연가공이 구조적으로 어려우며, 주로 분자간 상호작용(주로 수소결합)에 의해 고도로 구조가 제어되어 있는 강직성 고분자이기 때문에 형태 안정가공 역시 곤란한 특성을 가지고 있어 필라멘트의 공급비율에 따른 사가공이 요구되고 있다.

여기에서 제안되는 사가공법 중에 하나는 에어텍스쳐가공이다. 현재 산업용 에어텍스쳐가공사(ATY, Air Textured Yarn)의 제조의 경우 고강력 PET, 나일론 6, 나일론 66, 폴리프로필렌 소재를 활용한 태데니어 ATY의 단순 제조가 주를 이루고 있고, 아라미드소재를 활용한 사례는 없다.

또한, 아라미드 섬유를 에어텍스쳐가공사로 전개할 경우, 필라멘트 상태일 때보다 표면에 생기는 루우프(loop)로 인하여 고무 등의 타 소재와의 접착 시, 접착제 담지 성능이 향상되어 접착력이 상승되고, 이를 통한 보강재로서의 기능이 강화될 것으로 예상되어 국내외 업체에서는 기술개발을 시도하고 있으나 아라미드의 에어텍스쳐가공사는 강도저하, 루우프의 불균일, 아라미드의 세섬도화가 불가능한 점 등 많은 제약적인 요인이 있어 그 개발이 성공한 사례는 없다.

따라서, 본 발명에서는 종래기술의 문제점을 해결하여 루우프 발현성, 벌키성, 및 접착력을 향상시킨 아라미드 에어텍스쳐가공사를 제공하여 직물, 편성물 용도로 활용시 최적의 방적사 느낌의 감촉을 부여하고 직물의 내마모성 및 강력을 유지할 수 있는 아라미드 에어텍스쳐가공사를 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

그러므로 본 발명에서는 심사로 섬도 840~1500d/665~1,000fila, 강도 20~27g/d, 신도 2.9~3.8%인 아라미드 필라멘트를 피드롤러에 의해 오버피드율 8~10%로 공급하고, 효과사로 섬도 210~840d/48fila, 강도 7.0~9.5g/d, 신도 20~30%인 고강도 나일론 필라멘트를 오버피드율 16~20%로 공급하고, 상기 심사 또는 효과사에 물을 부여한 후, 에어텍스쳐노즐에서 공기압 9~10㎏/㎠으로 에어텍스쳐를 한 후 사속 150~300 m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조방법이 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 고강도섬유인 아라미드필라멘트를 에어텍스쳐노즐을 통해 사선방향으로 고압의 공기를 분사하여 원사 표면에 루우프를 발생시키는 에어텍스쳐가공사를 제조하는 방법에 관한 것으로서 본 발명에 의해 표면 루우프에 의한 방적사 느낌의 감촉과 보온성, 벌키성이 우수한 아라미드 에어텍스쳐가공사를 제공할 수 있다.

비열연화성ㆍ비용융성 및 강직구조를 가지는 아라미드 섬유를 에어텍스쳐가공사로 만드는 경우 아라미드 필라멘트 상태일 때보다 루우프 발생에 의한 필라멘트 분산으로 강도가 저하될 수 있는데 본 발명에서는 이러한 문제점을 극복하여 강도저하가 발생하지 않으면서도 루우프 발현성 및 벌키성이 우수한 아라미드 에어텍스쳐가공사를 제공하는 것이 특징이다.

우선, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 심사(1)로 아라미드 필라멘트를 공급하고 효과사(2)로 고강도 폴리아미드계 필라멘트를 공급한다.

심사로 공급되는 아라미드 필라멘트는 심사용 피드롤러(3,4)에 의해 오버피드율 8~10%로 공급되는데, 오버피드율 8%미만에서는 효과사의 복합이 원활하게 이루어지지 않아 가공사의 루우프 발현을 저하시킬 수 있고, 오버피드율 10%를 초과하는 경우에는 과도한 루우프로 인하여 안정성과 균제도를 저하할 수 있다.

한편, 효과사로 공급되는 고강도 폴리아미드계 필라멘트는 효과사용 피드롤러(5,6)에 의해 오버피드율 16~20%로 공급되는데, 오버피드율 16%미만에서는 루우프 발현을 저하시키는 문제가 발생할 수 있으며, 오버피드율 20%를 초과하는 경우에는 루우프 안정성과 균제도 및 강도저하를 야기할 수 있다. 심사와 효과사의 오버피드율은 원사 투입율인데 투입율이 높으면 루우프의 효과는 좋으나 안정성 및 균제도가 저하될 가능이 높으며, 낮으면 루우프 효과는 낮으나 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.

특히, 심사인 아라미드 필라멘트는 섬도 840~870d/665fila, 강도 20~27g/d, 신도 2.9~3.8%이고, 상기 효과사인 고강도 폴리아미드계 필라멘트는 섬도 420~15000d/665~1,000fila, 강도 20~27g/d, 신도 2.9~3.8%인 아라미드 필라멘트 또는 섬도 210~840d/48fila, 강도 7.0~9.5g/d, 신도 20~30%인 고강도 나일론 필라멘트인 것이 바람직하다.

에어텍스쳐링하기 전에 심사 또는 효과사에 물부여장치(7)로 물을 부여하는 것이 필수적인데 물을 공급하지 않으면 고압의 공기에 의해서 원사간의 마찰력이 증대되어 열이 발생하여 화재의 원인이 될 수 있고, 이는 원사의 물성을 저하시키는 원인이 된다. 또한 에어텍스쳐노즐의 냉각효과와 원사간의 원활한 복합 및 윤활성을 증대시킨다. 그러나 물을 너무 많이 사용하면 아라미드섬유가 수분에 취약한 점도 있고, 물과 강한 공기에 의해서 원사의 물성을 저하시킨다.

이렇게 별도로 공급되는 심사 및 효과사는 에어텍스쳐노즐(8)에서 합쳐지면서 에어텍스쳐링이 되는데, 에어텍스쳐노즐의 구경은 1.0~1.4㎜, 공기압 9~10㎏/㎠으로 작업하게 된다. 공기압 9㎏/㎠미만에서는 교락이 완전하게 이루어지지 않아 불균일한 루우프를 발생할 수 있으며, 공기압 10㎏/㎠초과시에는 고압의 공기에 의해 가공사의 물성을 저하시킬 수 있다.

또한, 상기 에어텍스쳐링 후 온도 180~220℃의 히터로 열처리하는 것을 추가 하여 루우프의 형태안정성을 향상시시킬 수 있는데, 이로써 직물제작시 경위사간 마찰력이 증대되어 사절되는 문제를 방지할 수 있으며, 공정중에 장력이 가해질 경우 루우프가 해연되는 문제를 방지할 수 있다. 또한 상기 180℃보다 낮을 경우 가공시 처리한 수분이 완전 건조되지 않아 곰팡이 발생 등 2차적인 오염 문제를 발생할 수 있으며, 상기 220℃보다 높을 경우 내열성 섬유로 인하여 원사의 물성에는 미미하나, 과도한 열에 의한 에너지 소비증대 및 설비의 무리를 줄 수가 있다.

이렇게 에어텍스쳐노즐에서 에어텍스쳐링된 심사와 효과사는 가공사 표면에 가늘고 균일한 루우프 형상을 가져 강도 등의 가공사물성 저하를 최소화하여 우수한 에어텍스쳐가공사를 가공할 수 있으며, 사속 200~250 m/분으로 권취롤러(9)에 권취하여 완성하게 된다.

이렇게 아라미드 필라멘트를 사용한 에어텍스쳐가공사의 제조시 심사와 효과사의 복합으로 신도는 향상되나 강도 저하 현상이 발생할 수 있으나 본 발명에서는 공기압, 물 사용 및 오버피드시의 온도조절에 의해 에어텍스쳐사의 강도 저하를 최소 유지를 할 수 있어 강도 8~12g/d, 신도 4.0~5.5%인 아라미드 에어텍스쳐가공사를 제공할 수 있다.

그러므로 본 발명에 의해 고강도인 아라미드 필라멘트의 강도의 저하를 최소로 유지하면서도 신도를 향상시켜 필라멘트로서 방적사 느낌의 감촉을 부여할 수 있고 벌키성 및 보온성이 우수한 아라미드 에어텍스쳐가공사를 제공함으로써 방화복, 산업용 장갑, 클린룸용 섬유제품 등의 소재로 널리 활용할 수 있다. 또한 산업용소재로서 고무 등의 타 소재와의 접착 시, 표면에 있는 루우프에 의해 접착력 상승의 효과가 예상되므로 하천, 하구, 저수지 등에 사용되어 수위조절을 위해 사용하는 고무댐의 보강재 등으로써 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조공정의 개략도이며,
도 2는 본 발명에 의해 제조된 아라미드 에어텍스쳐가공사의 확대사진이다.

이하 다음의 실시예에서는 본 발명의 아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조방법에 대한 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

심사로 아라미드 필라멘트(섬도 840d/665fila, 강도 26.7g/d, 신도 3.6%)를 피드롤러에 의해 오버피드율 8.7%로 공급하면서 물을 부여하고, 효과사로 고강도 폴리아미드 필라멘트(섬도 413d/48fila, 강도 8.77g/d, 신도 23.07%인 고강도 나일론 필라멘트)를 오버피드율 16.7%로 공급하여 에어텍스쳐노즐 구경 1.35 ㎜, 공기압 10㎏/㎠으로 에어텍스쳐를 한 후, 히터에서 190℃에서 열처리를 하고 사속 220 m/분으로 권취하여 에어텍스쳐가공사를 제조하였다.

[비교예 1]

실시예 1의 아라미드 필라멘트(섬도 840d/665fila, 강도 26.7g/d, 신도 3.6%)를 비교예 1로 채택하였다.

[비교예 2]

실시예 1의 고강도 폴리아미드 필라멘트(섬도 413d/48fila, 강도 8.77g/d, 신도 23.07%인 고강도 나일론 필라멘트)를 비교예 2로 채택하였다.

[비교예 3]

실시예 1의 제조방법에서 물을 사용하지 않고 제조한 에어텍스쳐가공사를 비교예 3으로 채택하였다.

[비교예 4]

실시예 1에서 심사와 효과사를 맞바꾸어 제조한 에어텍스쳐가공사를 비교예 4로 채택하였다.

상기 실시예 및 비교예의 제품에 대하여 물성시험을 하여 그 결과를 표 1로 나타내었다.

구 분	섬도	강도(g/d)	강도(g)	신도(%)	비고
실시예 1	1337d/713fila	10.03	10,736	5.16
비교예 1	861d/665fila	20.37	17,200	2.96
비교예 2	413d/48fila	8.77	3,550	23.07
비교예 3	1313d/713fila	10.97	14,118	3.69
비교예 4	1362d/713fila	6.54	8,437	12.16

1 : 심사 2 : 효과사
3 : 심사용제1피드롤러 4 : 심사용제2피드롤러
5 : 효과사용제1피드롤러 6 : 효과사용제2피드롤러
7 : 물부여장치 8 : 에어텍스쳐노즐
9 : 권취롤러

Claims (4)

1. 심사로 섬도 840~1500d/665~1,000fila, 강도 20~27g/d, 신도 2.9~3.8%인 아라미드 필라멘트를 피드롤러에 의해 오버피드율 8~10%로 공급하고, 효과사로 섬도 210~840d/48fila, 강도 7.0~9.5g/d, 신도 20~30%인 고강도 나일론 필라멘트를 오버피드율 16~20%로 공급하고, 상기 심사 또는 효과사에 물을 부여한 후, 에어텍스쳐노즐에서 공기압 9~10㎏/㎠으로 에어텍스쳐를 한 후 사속 150~300 m/분으로 권취하는 것을 특징으로 하는 아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 에어텍스쳐링 후 온도 180~220℃의 히터로 열처리하는 것을 추가하는 것을 특징으로 하는 아라미드 에어텍스쳐가공사의 제조방법.

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