초극세용 ciq(circular inflow quenching) 방사기술개발 (최종보고서)

초극세용 CIQ(Circular Inflow Quenching)

방사기술개발

(최종보고서)

2005. 11. 30

주관기관 : 한국섬유개발연구원

산 업 자 원 부

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제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 “초극세용 CIQ(Circular Inflow Quenching) 방사기술개발” (개발기간 :

2004. 12.~2005. 11.)과제의 최종보고서로 제출합니다.

2005. 11. 30.

주관기관 : (기관명) 한국섬유개발연구원 (대표자) 조 상 호

총괄책임자 : 권 순 택

연 구 원 : 김 경 원

〃 : 김 성 언

〃 : 임 현 진

〃 : 김 상 현

지역산업진흥사업 관리지침에 따라 보고서 내용을 관련기관에 널리 배포함에 동

의합니다.

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지역산업기술개발사업 보고서 초록

(지역산업기초기술개발)

관리번호 10018033

과 제 명 초극세용 CIQ(Circular Inflow Quenching) 방사기술개발

키 워 드 방사/방사설비/Quenching/Highmulti/CIQ/극세사

개발목표 및 내용

1. 최종목표

가. CIQ 방사기술 적용으로 High-multi 細續絲 생산 및 고속화 기술개발

1) CIQ System의 응용개발

2) Mono 0.3denier 단독방사 제조기술 확립

3) High-multi 細續絲 고속방사(POY : 2,50Om/min ↑) 제조기술 확립

4) 권취장력 Down 기술개발

나. 방사 Nozzle 설계 및 Pack Spec′ 기술개발

1) 구금 Hole 배치, 구금 Length/Diameter(L/D) 비율에 따른 품질 및 조업성 평

가

2) 구금 단면변화(O형, 이형단면) 적용 Test

다. U% 균제도 향상을 위한 기술개발

- 諸조건에 따른 균제도 향상 기술개발

라. 양산적용을 위한 조업성 확보 기술확립

2. 개발내용 및 결과

가. 개발내용

1) 초극세사 Mono Denier(0.3denier) 기술개발

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가) 조업 가능성 검증(Mono 및 총denier별 최적조건 확립)

나) 물성 변화 확인(강도, 신도, 균제도)

2) 방사온도에 따른 방사속도별 물성변화

3) 방사속도에 따른 냉각공기(Quench Air) 정압별 물성변화

4) 방사속도에 따른 냉각공기(Quench Air) 온도별 물성변화

5) 방사온도에 따른 구금 Length/Diameter(L/D)별 물성변화

6) High-multi 이형 단면 test

7) 조업성 향상을 위한 기술확보

- Full Package율 98% 이상 기술확보

나. 개발결과

1) CIQ POY 원형 100/192, 120/256 및 이형(Y형) 100/192 개발결과(최종 단

사 섬도 0.30denier 제품 개발 결과)

- CIQ(Circular Inflow Quenching) 생산 및 고속화 기술개발을 목적으로 CIQ

설비의 각 방사조건이 원사의 물성에 이치는 영향을 조사하고자, 방사온도, 방사

속도, 구금 Length/Diameter(L/D), Quench Air 정압， Quench Air 온도, 구금

PCD를 변화시켜 사의 물리적인 특성 및 조업성을 확인한 결과， 방사온도 29

8℃, 방사속도 2,500m/min, Quench Air 정압 8mmAq, Quench Air 온도 2

0℃，구금 L/D=3.5, 구금 PCD 65ɸ 조건에서 가장 양호한 방사조업성 및 방사

후공정 가연작업성이 확보되는 조건을 얻을 수 있었다.

2) CIQ POY 원형 85/192, 100/256 개발 결과

(최종 단사 섬도 0.25denier 제품 개발 결과)

- 최종 단사 섬도 0.30denier 시험의 최적 조건인 방사온도 298℃, 방사속도

2,500m/min, Quench Air 정압 8mmAq, Quench Air 온도 20℃，구금

L/D=3.5, 구금 PCD 65ɸ 조건에서 방사 시험을 성공할 수 있었다.

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3) CIQ POY 원형 65/192, 80/256 시험 결과

(최종 단사 섬도 0.25denier 이하 시험 결과)

- 최종 단사 섬도 0.25denier 방사성 및 물성 양호로 인하여, 초극세사인 최종

단사 섬도 0.25denier 이하 품종의 방사 시험을 위해 0.25denier의 방사조건에

서 metering pump through-put을 down하여 방사 시험을 실시한 결과 구금하

부 단사절 발생 증가로 인해 방사 시험이 실패하였다. 이를 개선하기 위해서는

구금하부 보온설비 등의 설비적인 측면과 생산 조건적인 측면의 연구개발이 더

이루어져야 함을 알 수 있었다.

4) CIQ 냉각방식을 적용하여 방사 및 사가공 조업성을 확인한 결과, 방사 1A율

은(완권/전체 Doffing수) 98.3%, 가공사 1A율은 93.6%로 매우 우수한 조업성을

나타내었다.

5) 본 시험을 통해 검증된 CIQ(Circular Out Flow) 설비는 기존 ROQ(Radial

Outflow Quenching) 설비 대비 다음과 같은 우수한 장점이 있는 것으로 검증되

었다.

가. 공기소모량 감소에 의한 운전비용 절감

- 짧은 냉각장(帳)임에도 불구하고 냉각성능 향상에 의한 균일냉각으로 낮은 냉

각공기압력 사용에 의해 기존 ROQ(Radial Outflow Quenching)설비 대비 약

80~90% 냉각공기사용량을 감소할 수 있는 것으로 나타났다.

나. 권취장력 감소에 의한 방사속도 향상

- 냉각공기의 공급 방향을 Out → In 방식을 적용하여 공기흐름(air drag)에 의

한 絲진행 방향을 유리하게 하며, 짧은 냉각장(帳)으로 인한 유제공급위치(oiling

point) Up으로 인한 권취장력 감소로 기존 ROQ(Radial Outflow Quenching)설

비 대비 방사속도를 약 10% 이상 향상 시킬 수 있는 것으로 나타났다.

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다. 설비교체 용이

- 본 CIQ 설비는 그림 7에 나타난 바와 같이 일체형 냉각설비로써 Regular絲생

산에서 극세絲 생산, 극세絲 생산에서 Regular絲 생산으로 원사 시황에 따른 설

비 변경時, 생산 전환이 기존 ROQ설비 대비 쉽게 탈부착이 용이한 장점이 있는

것으로 나타났다.

3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)

가. CIQ 설비의 상용화 제조기술 업계공급

1) 극세사 제품의 불성안정 균일화로 인한 품질향상

2) 극세사 생산시 생산량감소 방지

3) 제조설비 간소화로 설비투자비 절감

4) 시장변화에 능동적으르 대체가능(설비 탈부착 용이)

나. 초극세사(0.3dpf이하) 제품 제조공급

1) 세섬사 고밀도직물 신수요시장 형성확대

2) 기술적우위 선점으로 수출경쟁력 확보

4. 적용분이

본 과제에서 시행한 CIQ 설비의 상용화 제조기술에 대한 다양한 諸조건들을 표

준화하여 업계에 제공 활용토록 하고, CIQ 설비에 대한자료를 제공함으로써 업

계에서 초극세사 개발을 위한 냉각설비(CIQ 설비) 도입時 본 과제의 결과를 기

초 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

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목 차

제 1 장 서 론

제 1 절 기술개발 필요성

제 2 절 국내ㆍ외 관련기술 현황

제 3 절 기술개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안

제 2 장 기술개발 내용 및 방법

제 1 절 기술개발 내용 및 범위

제 2 절 실험

제 3 장 결 과

제 1 절 원형구금 방사 시험 결과

제 2 절 이형(Y형)구금 방사 시험 결과

제 3 절 가공사 시험 결과

제 4 절 설비별 물성 비교 및 개발품 단면 사진 비교

제 4 장 결 론

참고문헌

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제 1 장 서 론

제 1절 기술개발 필요성

일반적으로 합성섬유 용융방사는 합성수지 칩(chip)에 열을 가해 녹인 다음 이 용

융수지를 구금(spinneret)을 통해 고압하에 섬유상의 멀티필라멘트로 압축하고 형성

된 멀티필라멘트에 차가운 냉각풍(quench air)을 강제로 공급하여 모노 필라멘트들

이 균일하게 냉각이 되도록 한 후 연신 및 권취하는 공정을 포함하고 있다. 이렇게

함으로써 공정중 방사안정성과 최종 권취된 원사의 균일성이 유지되는 것이다. 그

러나 이때 외부공기를 끌어들여 섬유 다발에 균일한 속도분포를 갖도록 냉각풍을

불어주는 일은 매우 어려운 작업 일 뿐 아니라, 계절에 상관없이 온도와 습도를 균

일하게 유지하여야 하므로 비용도 매우 많이 들게 된다. 이때 구금을 빠져나온 멀

티필타멘트가 균일 냉각이 되지 않으면 각 필라멘트마다 고화지점이 다르게 되며

이로 인해 필라멘트 사이에 굵기의 차이가 발생하게 된다. 이 상태에서 고뎃트롤러

(godet roller)를 지나면서 연신이 되면 가는 필라멘트와 긁은 필라멘트 사이에 신

도 및 자연 연신비가 차이가 있기 때문에 자신도 모노 필라멘트에서 부분적으로 단

사절이 발생하고 이것이 공정상에서의 단사절이나 제품상에 모우 등의 결함으로 나

타나게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 일반적으로 방사공정상에 냉각장치(quenching

system)를 설치하여 강제 냉각을 통해 모노필라멘트들을 균일하게 냉각시키는 것이

보통이다. 여기서 방사공정에서의 냉각이란 구금을 통해 배출된 고분자 용융물을

공기나 물 등을 사용하여 균일하게 냉각, 고화시키는 것이라 할 수 있다. 이로써 모

노필라멘트간의 냉각편차를 줄여 섬유 균제도를 향상시키고, 극세사 또는 드래프트

(draft) 방사시 냉각에 의해 용융 점도를 증가시켜 구금 직하에서의 사절을 방지하

며, 균일 냉각으로 고화거리가 일정하게 되고 이로 인해 각 필라멘트의 균일한 배

향 및 결정화가 발생하여 결국 안정적이고 균일한 물성을 갖는 원사를 얻게 된다.

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구금에서 배출된 고분자물을 냉각, 고화시키는 방법으로는 공기(air)를 불어 냉각시

키는 방법이 일반적인데 공기의 공급방향, 공급위치 및 설비형태에 따라 생산될 수

있는 제품의 섬도(굵기)가 달라진다. 대부분의 국내 화섬 원사업체가 냉각설비 방식

으로 전면냉각(cross quenching)방식(일부 양면 quenching)을 채택하여 일반적인

정번품(1.0~3.0denier)생산 및 대량생산 체제를 구축하여 제품을 생산하고 있으나,

이 설비로는1.0데니어(denier)이하의 극세 high-multi 필라멘트 제품 생산시 불균일

냉각으로 인해 배향 및 결정화 불균일이 발생하여 제품의 품질(특히U%)이 불량하

여 일반적으로 전면냉각(cross quenching)설비로는 극세사 생산이 불가능한 것으

로 알려져 있다.

이에 대응하고자 초극세사 생산을 위한 신규 냉각방식의 설비 개발이 이루어지게

되었으며 그 중 스위스 EMS社에서 ROQ(Radial Outflow Quenching)설비가 개발됨

으로써 국내 원사업체(H社)에서 설비를 도입하여 초극세사 제품을 제조 시험하기에

이르렀다. 이 기술을 접목하여 각 화섬 원사업체(S社, T社 등)에서는 Mono 0.3데

니어 제품을 생산하였으며, 이 기술이 범용화 단계에 이르게 되었다. 그러나 ROQ

설비를 사용하면서 여러 가지 문제점이 하나둘씩 부각되기 시작하였다. ROQ설비의

문제점으로는 냉각공기(quench air)를 공급하는 candle filter에서의 air 막힘현상과

filter 다공질 내부의 세척(cleaning)불량으로 인한 품질 불균일 발생이 잦으며, 권취

시 장력증가으로 인해 권취속도(winding speed)를 올릴 수 없는 문제, 조업성 저하

등의 여러 문제점을 갖고 있다.

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이러한 문제점을 개선하기 위해 개발된 냉각설비(quenching)인 CIQ(Circular Inflow

Quenching)설비는 냉각공기(quench air)의 공급 방향을 Out → In방식을 적용하여

공기흐름(air drag)에 의한 絲진행 방향을 유리하게 하고， 짧은 길이의 냉각

(quenching)帳에서도 냉각을 균일하게 하며 냉각공기(quench air) 공급량을 줄일

수 있으므로 운전비용도 절감할 수 있는 새로운 방사 냉각설비라고 할 수 있으며,

그 냉각설비별 장,단점을 표 1에 상세하게 기술하였으며, 설비별 사진을 그림 1, 2,

3에 나타내었다.

그러나 ClQ 방시설비는 2년 전에 일본에서 개발되었으나, 상용화 제조기술에 대한

기초기술이 아직까지 확립되어 있지 않으므로 상용화 제조기술에 대한 다양한 시험

(test)를 통하여 제조공정기술 표준화를 만들어 업계에 보급함으로써 초극세사 제품

의 품질을 한 단계 향상(up-grade)할 수 있을 것으로 예상된다. 그 결과로 국내 극

세사 시장을 확대하는 효과를 가져오며, 대외 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 예상

되므로 ClQ설비 방사 상용화 제조기술 개발이 절실하다.

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제2절 국내ㆍ외 관련기술 현황

초극세사 섬유를 제조하거 위한 방사설비로는 복합방사 제조공정에 의해 생산된 원

사를 후가공 공정에서 용출과정을 통하여 초극세화하는 공정이 일반적으로 알려져

있는 제조방법이다. 단일방사로써 초극세사(0.1~0.3Mono De')제조가 가능한 방사

냉각설비로 현재까지 알려 진 것은 스위스 Ems社의 ROQ System의 냉각설비와 일

본 TMT社에서 개발된 CIQ냉각설비가 있다.

ROQ설비는 국내 4개 화섬회사에서 생산설비 중 일부를 ROQ설비를 도입하여

Mono 0.3denier의 초극세사를 양산 중에 있으나 제품을 생산하는데 있어서 여러

가지 문제점이 발생하면서 품질이 안정적이지 못한 것으로 알려져 있고, 또한

0.25denier이하의 초극세사를 생산하는데 어려움을 겪고 있다.

세계 최초로 개발된 CIQ설비는 일본 TMT社에서 개발되었으나, 설비에 대한 상용화

방사 제조기술을 아직까지 확립하지 못하여 초극세사 제품의 품질은 좋으리라고 예

상하지만 업체에 널리 보급화 하지 못하는 실정이다.

따라서 한국섬유개발연구원에서는 TMT사와 설비에 대한 국내 공급 건에 대하여 주

설비는 TMT社에서 공급하고, 초극세사 제조관련 기초기술은 한국섬유개발연구원에

서 연구ㆍ개발하여 국내 CIQ설비도입 업체에 기초기술을 제공하고자 한다.

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(표 1) 냉각방법별 비교

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(그림 1) CIQ(Circular Inflow Quenching) 방사 사진

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(그림 2) ROQ(Radial Outflow Quenching) 방사 사진

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(그림 3) Cross Quenching 방사 사진

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제 3 절 기술개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안

ClQ설비의 상용화 제조기술에 대한 다양한 Test를 통하여 제조공정기술 표준화를

만들어 업계에 보급함으로써 ROQ설비에서 생산된 초극세사 제품보다 품질(특히

U%)을 한 단계 Up Grade 할 수 있을 것으로 예상되며 권취장력 감소로 방사속도

(권취speed)를 향상시킬 수 있으므로 생산량 증대가 가능하며, 초극세사 섬도를 더

욱더 세섬화함으로써 국내초극세사 사용 직물시장이 확대되는 효과를 가져오며 대

외 경쟁력도 높아질 수 있을 것으로 예상되어진다.

또한 기존 방사 생산설비를 초극세사 설비로 교체하려는 업체에서는 ROQ설비 대

신 품질이 한 단계 높은 CIQ 냉각설비를 도입하여 상용화제조기술을 접목함으로써

초극세사의 제조기술 습득을 통한 제품의 품질향상을 이룰 것으로 예상된다. 본 연

구에서 확보한 초극세용 CIQ 방사기술개발에 관한 諸조건, 설비 등은 국내 화섬업

체(S社, H社, T社, K社 등)와 섬유기기 제작업체, 초극세사를 사용하여 직물의 상품

개발을 이끌어가는 제작업체 등에서 활용 가능하다.

또한 최근 섬유의 개발방향이 초극세사와 기능성이 부여된 제품에 대한 개발의지가

높아지면서 각 화섬업체에서는 초극세사 제품을 생산하려고 하는 노력을 기울이고

있다. 그러나 일반적인 絲냉각 방식인 전면냉각(cross quenching)방식으로는

mono 1.0denier이하의 제품 제조시 냉각 불균일의 원인으로 물성이 안정적이지 못

하고, 방사조업성도 나빠지므로 새로운 초극세사 생산용 방사설비 개발이 필요하였

다. 이러한 목적을 충족하고자 국내 원사 업체에서는 초극세사 생산목적으로 스위

스 Ems社에서 개발된 ROQ방사(Radial Outflow Quenching)설비를 로얄티

(royalty)를 지급하고 도입하여 초극세사 생산을 추진중이나, 제조가술 확립에는 여

러 문제점을 갖고 있다.

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따라서 본 연구는 ROQ 방사 냉각설비의 대용 설비를 개발하고자 연구가 시작되었

으며, 일본 TMT社에서 ClQ(Circular Inflow Quenching)설비를 연구 개발하여 2년

전 부터 제조기술 확립을 위한 시험을 시행중인 것으로 알려져 있다. 이 제조기법

은 絲 냉각시 냉각공기 방향을 밖에서 안으로 공급되도록 하여 공기저항(Air Drag)

에 의한 絲진행 방향을 유리하게 하며 냉각공기 소모량도 줄일 수 있고, 짧은 냉각

장(Quenching 帳)에서도 냉각을 균일하게 할 수 있는 장점을 보유한 새로운 방식

의 방사 냉각 설비(quenching system)라고 할 수 있다.

본 연구원에서는 밀라노프로젝트를 통하여 구축한 방사설비에 CIQ냉각 설비를 도

입, 설치하여 제조기술에 대한 기초기술 확립 및 상용화 제조기술에 대한 공정기술

표준화를 만들어 국내 화섬업계에 CIQ냉각설비 도입을 적극 지원하고, 초극세사 제

조기술에 대한 교육 및 홍보로 업계를 지원하고자 하며, 표 2에 CIQ 기술개발 완료

시 기술이전 및 활용 가능한 업체 list를 나타내었다.

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(표 2) CIQ 기술이전 및 활용가능 업체 List

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제 2 장 기술개발 내용 및 방법

제 1 절 기술개발 내용 및 범위

1. 기술개발 내용

가. ClQ 방사 기술로 극세사 및 고속화 기술개발

1) ClQ 설비(system)의 응용개발

2) Mono 0.1~0.3denier의 단독방사 제조기술 확립

3) 고속방속(POY:2,500~3,100mpm) 제조건 기술확립

나. 방사 Nozzle 설계 및 Pack Spec′ 기술개발

1) 구금 PCD, L/D 비율에 따른 품질 및 조업성평가

2) 구금 단면변화(O형, 이형단면) 적용 test

다. U%균제도 향상을 위한 기술개발

2. 기술개발 범위

가. Quenching 설비 기본 Spec′을 결정

1) Mono denier별 차이점 검증

나. Pack & Spinneret 제작 표준화

1) 구금 PCD, L/D에 따른 작업성 및 물성변화 정립

2) 구금단면변화(O형, △형)

다. 초극세사 Mono denier별 (0.10 ~ 0.30denier) test

1) 조업 가능성 검증(Mono 및 총 denier별 최적조건 확립)

2) 물성변화 확인(강도, 신도, 균제도)

라. Quench Air 정압 및 온도 변화에 따른 물성 변화

1) 물성변화 확인(강도, 신도, 균제도)

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마. 조업성 향상을 위한 기술확보

1) Full Package율 98% 이상 기술확보

3. 기술개발의 평가방법 및 평가항목

기술개발의 평가방법 및 평가항목은 다음 표 3에서 나타낸 것처럼 방사속도, 사균

제도, 사굵기 및 조업성으로 평가하고자 한다.

(표 3) 주요평가 정량적 목표항목

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제 2 절 실험

1. 시료 및 장치

가. 시료

본 연구에 사용된 폴리에테르 칩(chip)은 국내 H社에서 생산 판매하는 고유점도

0.625, 이산화티타늄(TiO2) 함유량이 0.3wt.%인 일반 polyester semi-dull 칩

(chip)과 국내 T社에서 생산 판매하는 고유점도 0.610, 이산화티타늄(TiO2) 함유량

이 0.03wt.%인 polyester bright 칩(chip)을 사용하였다.

나. 장치

1) 방사설비

방사설비는 한국섬유개발연구원 신제품개발센터내에 설치된TMT社(일본)의 기초시

험설비를 사용하였으며 그 상세 spec′.은 표 4와 같으며, CIQ 방사 Flow는 그림 4

와 같다.

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(표 4) 기초시험설비 상세 spec′.

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CIQ 방사 토출부 CIQ quenching부

Godet Roller부 권취부

(그림 4) CIQ 방사 Flow

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2) ClQ(Circular Inflow Quenching) 설비

ClQ 설비는 TMT社(日本)의 설비를 사용하였으며, ClQ 설비의 측면 및 정면 모식도

는 그림 5, 6과 같으며 그 설비 사진은 그림 7에 나타내었다.

(그림 5) CIQ 설비 측면모식도

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(그림 6) ClQ 설비 정면모식도

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CIQ 설비 전면 사진 CIQ 설비 윗면 사진

CIQ 설비 후면 사진 CIQ 사진 측면 사진

(그림 7) CIQ 설비 사진

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3) 구금

실험에 시용된 구금은 K社(日木)에서 제작한 SUS 630재질의 구금을 사용하여 방사

실험을 행하였으며, 그 상세 spec′.은 표 5와 같으며, 각 Hole별 CIQ 시험용 구금

사진은 그림 8과 같다.

(표 5) 구금 상세 spec′.

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(그림 8) CIQ 시험용 구금 사진

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4) 가공사설비

방사시험 완료된 POY(pre-oriented yarn)의 가공사 작업성 및 물성을 확인하기 위

해서 가연 실험을 행하였으며, 가공사설비의 상세spec′.은 표 6과 같다.

(표 6) 가공사설비 상세 spec′.

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2. 실험방법

가. 방사 및 가공사 실험방법

1) 192hole 원형 및 이형(Y형) 구금 실험

방사조건이 원사의 물성에 미치는 영향을 조사하고자 방사온도, 방사속도, 냉각공기

(quench air)정압, 냉각공기(quench air)온도, 구금 PCD, 구금 orifice

Length/Diameter(L/D)를 변화시켜 실험을 진행하였으며, 그 실험 조건은 표 7과 같

다.

(표 7) 192hole 원형 및 이형(Y형) 구금 사용 방사실험 조건

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2) 192hole 원형 구금 사용 최종 제품 섬도 0.25이하 denier 방사실험

192hole의 구금을 사용하여 최종 제품 섬도 0.25이하 denier의 방사 실험을 위해

표 7의 방사실험 조건 중에서 가장 양호한 조건으로 실험을 진행하였다.

3) 256hole 원형 구금 실험

192hole보다 더 high-multi이면서 세섬도인 최종 제품의 섬도mono 0.25denier의

방사 가능성을 확인하기 위해서 표 7과 동일한 방법으로 256hole 원형 구금의 방

사 실험을 진행하였다.

4) 192hole 이형(Y형) 구금 실험

이형단면 구금을 사용하여 방사조건이 원사의 물성에 미치는 영향을 조사하고자 방

사온도, 방사속도, 냉각공기(quench air)정압, 냉각공기(quench air)온도를 변화시

켜 실험을 진행하였으며, 그 실험 조건은 표 7과 동일하게 진행하였다.

5) 가공사 실험

가공사 물성 및 작업성 확인을 위해 표 8의 조건으로 가공사 실험을 진행하였다.

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(표 8) 가공사 실험 조건

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3. 물성평가

가. 인장강신도 시험

Textechno Statimat Me.(German)을 이용하여 상온에서 24시간 방치한 각각의 시

료를 sample 길이 200mm, Test speed 2000m/min의 조건으로 10회 실험하였다.

실험 기기에서 제공하는 software로부터 Breaking Tenacity, Breaking Elongation

을 구하고 각각의 결과에서 10회 평균값을 구하였으며, 그림 9에 인장강신도 시험

기를 나타내었다.

(그림 9) 인장강신도 시험기

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나. 사균제도(U%) 시험

스위스 Zellweger사에서 제작된 Uster 균제도 측정기가 가장 널리 사용되며 고정된

축전기 사이로 시료를 지나가게 하여 이때 발생된 전기량의 변화를 전압으로 변화

시키고 증폭하여 굵기의 차이(결함)을 분류, 계수화 함으로써 변화되는 주파수를

PEN으로 Chart에 기록하고 U%를 계산하였으며, 그림 11에 Uster-4 시험기를 나

타내었고 사균제도 평가 및 표시방법은 다음과 같다.

■ 사균제도 평가 및 표시방법

o 평균편차(MD : Mean Deviation)에 의한 방법

- 평균편차,

- 평균편차 백분율,

o 표준편차(SD, σ = Standard Deviation)에 의한 방법

- 표준편차(σ), SD =

- 변동계수(CV%), CV% =

o CV% 와 PMD(U%)와의 관계

- CV = 1.25 x PMD

o Diagram

- 단위길이당의 무게 변화를 시간에 따라 기록하는 것으로 전체적인 결점패턴 및

U%, CV%의 값을 알 수 있으며, 그림 10에 Diagram pattern의 예를 나타내었다.

- 36 -

(그림 10) Diagram 예

(그림 11) Uster-4 시험기

- 37 -

다. 열응력 시험

Thermal Stress Tester(Kanebo Engineering LTD, KE-2, 일본)를 사용하여 승온범

위 30~300℃, 승온온도 2.2℃/sec로 설정하고 길이 50mm의 시료를 제작하여

0.03g/d 초하중을 걸어 측정하였으며, 그림 12에 열응력 시험기를 나타내었다.

(그림 12) 열응력 시험기

- 38 -

라. 絲단면형상 관찰

絲단면형상을 관찰하기 위해 7×10-3mmHg 감압하에서 Au-Pd코팅한 다음

주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, S-3200N, Hitachi Co., Ltd)을

이용하여 관찰하였으며, 사의 단면성상은 화상분석기(STEMI 2000-C)를 이용하여

관찰하였으며, 그림 13에 주사전자현미경 시험기를 나타내었다.

(그림 13) 주사전자현미경 시험기

- 39 -

제 3 장 결 과

제1절 원형구금 방사 시험 결과

1. 192Hole 구금 사용 최종 단사 섬도 0.30denier 방사 시험 결과

L/D=3.0(length=0.36/diameter=0.12)의 구금을 사용하여 방사조건이 원사의 물성

에 미치는 영향을 조사하고자 방사온도, 방사속도, 냉각공기정압(quench air

pressure), 냉각공기온도(quench air temperature), 구금 PCD(pitch from the

center of diameter)를 변화시킨 결과는 다음과 같다.

가. 방사속도 변화에 따른 물성 변화

표 9에 방사온도 295℃, 298℃에서 방사속도 변화에 따른 물성결과를 나타내었으

며, 그 결과 그래프는 그림 14~17과 같다. 동일 방사온도에서 방사속도가 증가할

수록 강도 및 絲의 배향도를 나타내는 정도인 DTI는 증가하고, 신도는 감소하는 전

형적인 방사時의 물성 거동 경향을 나타내었으며, 絲의 균제도를 나타내는 U%는

모든 조건에서 양호하게 나타났다.

- 40 -

(표 9) 방사속도 변화에 따른 물성 변화

그림 14와 16에서 보여진바와 같이, 방사온도에 관계없이 방사속도가 증가할수록

강도는 증가하고, 신도는 감소하는 전향적인 방사時의 물성 거동 경향을 나타내었

으나, 방사속도 2,800m/min이상 증가시 파단신도가 110%이하로 급격하게 떨어지

므로 후공정 가연작업성을 고려할 때 방사속도 2,800m/min이상으로 방사하는 것은

어려울 것으로 판단된다. 또한 U%는 모든 조건에서 양호하였으나, 絲내부 배향의

척도인 DTI는 방사속도가 증가할수록 급격하게 증가하여 방사속도 3,100m/min부근

에서의 DTI 물성으로 후공정 가연작업성을 예측할 때 가연 연산비(draw

ratio)down으로 인한 가공사 물성 저하가 예측된다. 그러므로 방사속도에 따른 물

성 변화 결과를 종합해 볼 때, 방사온도 298℃, 방사속도 2,500m/min가 후공정 작

업성을 고려할 때 양호한 조건이라고 판단된다.

- 41 -

1) 방사온도 295℃에서의 물성 변화

가) 강, 신도 변화

(그림 14) 방사온도 295℃에서 방사속도 변화에 따른 강,신도 변화

나) U%, DTI 변화

(그림 15) 방사온도 295℃에서 방사속도 변화에 따른 U%,DTI 변화

- 42 -




나) U%, DTI 변화


- 43 -

다) 열응력 변화

- 그림 18은 방사온도 298℃에서의 방사속도 2,500m/min, 3,100m/min의 열응력

그래프를 나타낸 것으로써, 결정영역을 POY사 보다 많이 함유한 폴리에스테르 연

신사(spin draw yam)와는 반대로 ClQ POY의 열응력 peak는 비결정영역의 peak가

높게 나타나고, 결정영역의 peak는 낮게 나타나는 전형적인 폴리에스테르 미연신사

(POY : pre-oriented yam)의 거동을 따르며, 방사속도가 증가할수록 결정영역의

peak가 높게 나타남을 알 수 있다.

(그림 18) 방사속도 변화에 따른 열응력 그래프

- 44 -

나. Quench Air 정압 변화에 따른 물성 변화

표 9에 방사속도 2,500m/min, 2,800m/min, 3,100m/min에서 Quench Air 정압 변

화에 따른 물성 결과를 나타내었으며, 그 결과 그래프는 그림 19~24와 같다. 모든

방사속도에서 Quench Air 정압이 증가 할수록 강도와 DTI는 증가하고 신도는 감소

하는 전향적인 경향을 나타내지만, 絲의 균제도를 나타내는 U%는 Quench Air 정

압 8mmAq에서 가장 양호한 특성을 나타내었다. 이는 Quench Air 정압이 낮을 경

우 냉각 공기 부족으로 인한 냉각불량이 발생하고, 너무 높을 경우는 絲의 유동성

증가로 인해 U%가 불량한 것으로 판단된다. 그러므로 모든 방사속도에서 Quench

Air 정압 변화에 따른 물성 결과를 종합해 볼 때, Quench Air 정압 8mmAq에서의

U%가 가장 양호함을 알 수 있다.

(표 9) Quench Air정압변화에 따른 물성 변화

- 45 -

1) 방사속도 2,500m/min에서의 물성 변화


(그림 19) 방사속도 2,500mpm에서 Q/Air정압변화에 따른 강,신도 변화

나) U%, DTI 변화

(그림 20) 방사속도 2,500mpm에서 Q/Air정압변화에 따른 U%,DTl변화

- 46 -




나) U%, DTI 변화

(그림 22) 방사속도 2,800mpm에서 Q/Air정압변화에 따른 U%,DTl 변화

- 47 -




나) U%, DTI 변화

(그림 24) 방사속도 3,100mpm에서 Q/Air정압변화에 따른 U%,DTI 변화

- 48 -

다. Quench Air 온도 변화에 따른 물성 변화

표 10에 방사속도 2,500m/min, 2,800m/min, 3,100m/min에서 Quench Air 온도

변화에 따른 물성 결과를 나타내었으며, 그 결과 그래프는 그림 25~30과 같다. 모

든 방사속도에서 Quench Air 온도가 증가할수록 강도와 DTI는 증가하고 신도는 감

소하는 경향을 나타내었다. 이는 Quench Air 온도가 증가하면 絲의 내부 및 표면

온도 차이 감소로 인한 絲대부 배향도 증가로 인해 강도는 증가하고 신도는 감소하

며, 배향도의 척도인 DTI는 증가한 것으로 판단된다. 또한 U%는 Quench Air 온도

20℃에서 가장 양호한 결과를 나타내었다. 이는 high-multi 방사시 너무 낮은

Quench Air 온도로 방사하는 것은 絲의 내,외부 온도차이 증가로 인해 絲불균일

현상으로 U%가 불량하며， Quench Air 온도가 너무 높을 경우 냉각불량으로 인해

U%가 불량해지는 것으로 판단된다. 그러므로 모든 방사속도에서 Quench Air 온도

변화에 따른 물성 결과를 종합해 볼 때, 신도확보 측면에서는 Quench Air 온도가

낮은 것이 좋으나, U%를 감안할 때 Quench Air 온도 20℃가 가장 양호한 것으로

판단된다.

- 49 -

(표 10) Quench Air 온도 변화에 따른 물성 변화



(그림 25) 방사속도 2,500mpm에서 Q/Air온도변화에 따른 강,신도 변화

- 50 -

나) U%, DTI 변화

(그림 26) 방사속도 2,500mpm에서 Q/Air온도변화에 따른 U%,DTI 변화




- 51 -

나) U%, DTI 변화





- 52 -

나) U%, DTI 변화


라. 구금 PCD에 따른 물성 변화

표 11 에 방사온도 295℃, 298℃에서 구금 PCD 변화에 따른 물성결과를 나타내었

으며, 그 결과 그래프는 그림 31~34와 같다. 모든 방사온도에서 구금 PCD가 증가

할수록 강도, DTI 및 U%가 증가하고 신도는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 구금

PCD가 증가할수록 Quench Air토출부와 絲와의 거리가 좁아짐으로 인한 능각능력

증가로 강도 및 DTl는 증가하고. 신도는 감소하며 絲 유동성 증가로 인해 U% 가

불량해지는 것으로 판단된다. 그러므로 방사온도는 신도향상 측면에서 298℃가 양

호하며, 구금 PCD는 신도 및 U% 향상 측면에서 65ɸ가 가장 양호한 것으로 판단

된다.

- 53 -

(표 11) 구금 PCD 변화에 따른 물성 변화

1) 방사온도 295℃ 에서의 물성 변화


(그림 31) 방사온도 295℃에서 구금 PCD 변화에 따른 강,신도 변화

- 54 -

나) U%, DTl 변화

(그림 32) 방사온도 295℃에서 구금 PCD 변화에 따른 U%,DTl 변화



(그림 33) 방사온도 298℃에서 구금 PCD 변화에 따른 강,신도 변화

- 55 -

나) U%, DTI 변화

(그림 34) 방사온도 298℃에서 구금 PCD 변화에 따른 U%,DTl 변화

2. 192Hole L/D(구금 Orifice Length/Diameter) 증가(L/D=3.0 → 3.5) 구금 사용

최종 단사 섬도 0.30denier 방사 시험 결과

구금 L/D에 따른 high-multi 극세사의 물성 거동을 조사하고자 구금 L/D를 3.0

(length=0.36/diameter=0.12)에서 3.5 (length=0.42/diameter=0.12)로 변경하여 방

사조건이 원사의 물성에 미치는 영향을 조사하였다.

구금 L/D=3.0의 조건과 동일하게 방사온도, 방사속도, 냉각공가정압(quench air

pressure), 냉각공기온도(quench air temperature), 구금 PCD(pitch from the

center of diameter)를 변화시켜 방사 시험한 결과는 다음과 같다.


표 12에 방사온도 295℃, 298℃에서 방사속도 변화에 따른 물성 결과를 나타내었

으며, 그 결과 그래프는 그림 23~26과 같다. 표 12에 나타난 바와 같이, 동일 방

사온도에서 방사속도가 증가할수록 강도 및 絲의 배향도를 나타내는 정도인 DTI는

증가하고, 신도는 감소하는 전형적인 방사時의 물성 거동 경향을 나타내었으며, 絲

의 균제도를 나타내는 U%는 모든 조건에서 양호하게 나타났다.

- 56 -

최초의 방사시험인 구금 L/D=3.0과 물성 비교時 강도 미세 감소, 신도 증가, U%

향상 및 DTI가 감소하는 것으로 나타났다. 이는 구금 L/D 증가時 apparennt

viscoity가 감소로 강도는 감소하고 신도는 증가하는 것으로 판단되며, 구금 L/D 증

가時 draft 감소로 인한 DTl가 감소하며 U%가 향상되는 것으로 판단된다.


그림 35~38에서 보여진바와 같이, 방사온도에 관계없이 방사속도가 증가할수록 강

도가 증가하고, 신도는 감소하는 전향적인 방사時의 물성 거동 경향을 나타내었으

나, 방사속도 2,800m/min이상 증가시 파단신도가 110%이하로 급격하게 떨어지므

로 후공정 가연작업성을 고려할 때 방사속도 2,800m/min 이상으로 방사하는 것은

어려울 것으로 판단된다.

- 57 -

또한 U%는 모든 조건에서 양호하였으나, 絲내부 배향의 척도인 DTI는 방사속도가

증가할수록 급격하게 증가하여 사속 3,100m/min부근에서의 DTI 물성으로 후공정

가연작업성을 예측할 때 가연 연신비(draw ratio) down으로 인한 가공사 물성 저하

가 예측된다. 그러므로 방사속도에 따른 물성 변화 결과를 종합해 볼 때, 방사온도

298℃, 방사속도 2,500m/min가 후공정 작업성을 고려할 때 양호한 조건이라고 판

단된다. 구금 L/D 3.0과 3.5 비교時 후공정 가연 작업성을 고려한 신도 특성 및

U%로 판단할 때 구금 L/D 3.5, 방사온도 298℃, 방사속도 2,500m/min에서 가장

양호한 물성을 나타내었다.





- 58 -

나) U%, DTl 변화





- 59 -

나) U%, DTl 변화


나. Quench Air 정압변화에 따른 물성 변화

표 13에 구금 L/D=3.5인 구금을 사용하여 방사속도 2,500m/min, 2,800rn/min,

3,100m/min에서 Quench Air 정압 변화에 따른 물성 결과를 나타내었으며, 그 결

과 그래프는 그림 39~43과 같다. 모든 방사속도에서 Quench Air 정압이 증가할수

록 강도와 DTl는 증가하고 신도는 감소하는 전향적인 경향을 나타내지만, 絲의 균

제도를 나타내는 U%는 구금 L/D=3.0과 동일하게 Quench Air 정압 8mmAq에서

가장 양호한 특성을 나타내었다. 이는 Quench Air 정압이 낮을 경우 냉각 Air 부족

으로 인한 냉각불량이 발생하고, 너무 높을 경우는 絲의 유동성 증가로 인해 U%

가 불량한 것으로 판단된다. 또한 신도는 Quench Air 정압이 증가할수록 감소하며,

사속 2,800m/min 이상時 신도가 110% 이하로 급격하게 감소하여 후공정 가연 작

업성이 원활하지 못함을 예측할 수 있다. 그러므로 모든 방사속도에서 Quench Air

정압 변화에 따른 물성 결과를 종합해 볼 때, Quench Air 정압 8mmAq에서의 U%

가 가장 양호함을 알 수 있다.

- 60 -

(표 13) Quench Air 정압 변화에 따른 물성 변화

- 61 -




나) U%, DTI 변화


- 62 -




나) U%, DTI 변화


- 63 -




나) U%, DTI 변화


- 64 -

다. Quench Air 온도 변화에 따른 물성 변화


변화에 따른 물성 결과를 나타내었으며, 그 결과 그래프는 그림 45~50과 같다. 모

든 방사속도에서 Quench Air 온도가 증가 할수록 강도와 DTl는 증가하고 신도는

감소하는 경향을 나타내었다. 이는 제1절의 구금 L/D=3.0의 현상과 동일한 결과로

서 구금 L/D=3.0과 비교時 구금 L/D=3.5의 물성이 신도측면에서 구금 L/D=3.0보

다 양호한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 방사속도 2,500m/min,

Quench Air 온도 20℃의 물성이 가장 양호한 것으로 나타났다.


- 65 -




나) U%, DTI 변화

(그림 46) 방사속도 2,500mpm에서 Q/Air온도변화에 따른 U%,DTl 변화

- 66 -




나) U%, DTI 변화


- 67 -




나) U%, DTI 변화

(그림 50) 방사속도 3,10Ompm에서 Q/Air온도변화에 따른 U%,DTI 변화

- 68 -

라. 구금 PCD 에 따른 물성 변화

표 15에 방사온도 295℃, 298℃ 에서 구금 PCD 변화에 따른 물성결과를 나타내었

으며, 그 결과 그래프는 그림 51~54와 같다. 모든 방사온도에서 구금 PCD가 증가

할수록 강도, DTI 및 U%가 증가하고 신도는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 구금

PCD가 증가할수록 Quench Air 토출부와 絲와의 거리가 좁아짐으로 인한 능각능력

증가로 강도 및 DTI는 증가하고, 신도는 감소하며 絲 유동성 증가로 인해 U%가 불

량해지는 것으로 판단된다. 그러므로 방사온도는 신도향상 측면에서 298℃가 양호

하며, 구금 PCD는 신도 및 U% 향상 측면에서 65ɸ가 가장 양호한 것으로 판단된

다.

(표 15) 구금 PCD 변화에 따른 물성 변화

- 69 -



(그림 51) 방사온도 295℃에서 구금 PCD변화에 따른 강,신도 변화

나) U%, DTI 변화

(그림 52) 방사온도 295℃에서 구금 PCD변화에 따른 U%,DTI 변화

- 70 -



(그림 53) 방사온도 298℃에서 구금 PCD변화에 따른 강,신도 변화

나) U%, DTl 변화

(그림 54) 방사온도 298℃에서 구금 PCD변화에 따른 U%,DTI 변화

- 71 -

마. 구금 L/D 3.0과 L/D 3.5 비교時 물성 결과

후공정 작업성이 양호한 신도 및 U% 물성 고려時 구금 L/D 3.5가 L/D 3.0보다 양

호한 방사 물성을 나타내었으며, 그 조건으로는 방사온도 298℃, 방사속도

2,500m/min, quench air 정압 8mmAq, quench air 온도 20℃, 구금 PCD 65ɸ가

장 양호하였다.


구금 L/D 3.0과 3.5를 사용하여 각 방사 조건별로 CIQ POY 100/192를 시험한 결

과, 구금 L/D 3.5를 사용하여 방사온도 298℃, 방사속도 2,500m/min, Quench Air

정압 8mmAq, Quench Air 온도 20℃, 구금 PCD 65mm에서 가장 양호한 결과를

나타냄으로 인해, 방사물성이 가장 양호한 조건(표 16)으로 최종 단사 섬도

0.25denier의 CIQ POY 85/192를 방사 시험하였다. 그 결과 표 18과 같은 양호난

방사 물성은 얻을 수 있었으나， 85denier 이하 시험時 구금하부 단사절 발생 증가

로 인해 조업성이 불량하여 제품 생산이 어려웠다. 따라서 0.25denier이하의 초극

세사를 생산하기 위해서는 방사온도 조정 및 구금하부 보온설비 등의 설비적인 측

면과 생산 조건적인 측면의 연구개발이 더 이뤄져야 함을 알 수 있었다.

(표 16) CIQ POY 85/192 방사 조건

- 72 -

(표 17) CIQ POY 85/192 시험 물성


CIQ POY 100/192보다 더 세섬사인 CIQ POY 120/256 시험을 위하여 256Hole

구금을 사용하여 192Hole 시험의 가장 양호한 조건인 표 16과 동일한 조건으로 시

험하여 표 18과 같은 양호한 방사 물성을 얻을 수 있었으며, 192 구금의 최적 방

사조건으로 방사한 결과, 방사성 역시 양호하게 나타났다.

(표 18) CIQ POY 12O/256 시험 물성


CIQ POY 100/256 방사 물성 및 방사성 양호로 인하여 더욱더 세섬사인 CIQ

100/256 방사 시험을 표 16의 방사 조건으로 metering pump throu-put을 down

하여 방사 시험을 실시한 결과, 표 19와 같은 양호한 방사 물성을 얻을 수 있었으

며, 그 이하로 metering pump through-put down時 ClQ 85/192 이하 denier와

동일한 구금하부 단사절 발생 증가로 인해 방사 시험이 실패하였다.

- 73 -

이를 개선하기 위해서는 앞절에서도 언급된바와 같이 구금하부 보온설비 등의 설비

적인 측면과 생산 조건적인 측면의 연구개발이 더 이뤄져야 함을 알 수 있었다.

(표 19) CIQ POY 100/256 시험 물성

제 2 절 이형(Y형)구금 방사 시험 결과

방사업계 최초로 Y형 구금 Direct 극세사 방사를 실험하기 위하여 Robe 길이

0.1mm, Robe 폭 0.05mm, 구금 Depth 0.35mm의 구금을 사용하여 방사조건이 원

사의 물성에 미치는 영향을 조사하고자 방사온도, 방사속도, 냉각공기정압(quench

air pressure)， 냉각공기온도(quench air temperature), 구금 PCD(pitch from the

center of diameter)를 변화시킨 결과는 다음과 같다.


표 20에 방사온도 295℃, 298℃에서 방사속도 변화에 따른 물성결과를 나타내었으

며, 그 결과 그래프는 그림 43~46과 같다. 표 20에 나타난 바와 같이, 동일 방사

온도에서 방사속도가 증가할수록 강도 및 絲의 배향도를 나타내는 정도인 DTl는 증

가하고, 신도는 감소하는 전형적인 방사時의 물성 거동 경향을 나타내었으나,

Sem-dull chip에 비해 고유점도가 낮은 Bright chip 사용으로 원형구금에 비해 강

도는 감소하고 신도는 증가하는 것으로 나타났다.

- 74 -

또한 絲의 균제도를 나타내는 U%는 모든 조건에서 양호하게 나타났으나, Y형 단면

이 갖는 실의 특성상 U%는 원형구금을 사용한 세섬사 보다 다소 높게 나타났으나,

CIQ 냉각방식 적용으로 모든 조건에 걸쳐서 U%는 1.0이하로 양호한 특성을 나타

내었다. 그리고 방사속도 변화에 따라 원형구금과 동일한 현상으로 방사속도

2,500m/min, 방사온도 298℃에서 가장 양호한 물성을 얻을 수 있었다.


그림 55~58에서 보여진바와 같이，방사온도에 관계없이 방사속도가 증가할수록 강

도가 증가하고, 신도는 감소하는 전향적인 방사時의 물성 거동 경향을 나타내었으

나, 방사속도 2800m/min이상 증가시 파단신도가 110%이하로 급격하게 떨어지므

로 후공정 가연작업성을 고려할 때 방사속도 2,800m/min 이상으로 방사하는 것은

어려울 것으로 판단된다. 또한 U%는 모든 조건에서 양호하였으나, 絲내부 배향의

척도인 DTI는 방사사속이 증가할수록 급격하게 증가하여 사속 3,100m/min부근에서

의 DTI 물성으로 후공정 가연작업성을 예측할 때 가연 연신비(draw ratio) down으

로 인한 가공사 물성 저하가 예측된다.

- 75 -




나) U%, DTI 변화


- 76 -




나) U%, DTI 변화


- 77 -

나. Quench Air 정압 변화에 따른 물성 변화

표 21에 Quench Air 정압 변화에 따른 물성 결과를 나타내었으며, 그 결과 그래프

는 그림 59~64와 같다. 모든 방사속도에서 Quench Air 정압이 증가할수록 강도와

DTl는 증가하고 신도는 감소하는 전향적연 경향을 나타내지만, 絲의 균제도를 나타

내는 U%는 원형구금과 동일하게 Quench Air 정압 8mmAq에서 가장 양호한 특성

을 나타내었다. 이는 Quench Air 정압이 낮을 경우 냉각 Air 부족으로 인한 냉각불

량이 발생하고, 너무 높을 경우는 絲의 유동성 증가로 인해 U%가 불량한 것으로

판단된다. 또한 신도는 Quench Air 정압이 증가할수록 감소하며, 사속 2,800m/min

이상時 신도물성 110%이하로 급격하게 감소하여 후공정 가연 작업성이 원활하지

못함을 예측할 수 있다. 그러므로 모든 방사속도에서 Quench Air 정압 변화에 따

른 물성 결과를 종합해 볼 때, Quench Air 정압 8mmAq에서의 U%가 가장 양호함

을 얄 수 있다.

- 78 -

(표 21) Quench Air 정압 변화에 따른 물성 변화




- 79 -

나) U%, DTI 변화





- 80 -

나) U%, DTI 변화

(그림 62) 방사속도 2,800mpm에서 Q/Air정압변화에 따른 U%,DTl 변화




- 81 -

나) U%, DTI 변화


다. Quench Air 온도변화에 따른 물성 변화


변화에 따른 물성 결과를 나타내었으며, 그 결과 그래프는 그림 65~70와 같다. 모

든 방사속도에서 Quench Air 온도가 증가할수록 강도와 DTI는 증가하고 신도는 감

소하는 경향을 나타내었으며, 원형구금과 동일하게 방사속도 2,500m/min, Quench

Air 온도 20℃의 물성이 가장 양호한 것으로 나타났다.

- 82 -


- 83 -




나) U%, DTI 변화


- 84 -




나) U%, DTl 변화


- 85 -




나) U%, DTl 변화


- 86 -

제 3 절 가공사 시험 결과

최적 방사 조건으로 생산원 품종을 표 6의 Spec′.을 갖는 가연기로 표 8과 같은

가연 조건으로 가연 시험한 결과, 표 23와 같은 우수한 가연 물성을 얻을 수 있었

다.

(표 23) 가연 가공사 물성

제 4 절 설비별 물성 비교 및 개발품 단면 사진 비교

1. 설비별 U% 비교

표 24는 냉각 설비별 U% Diagram을 나타낸 것으로써, 시험 생산된 CIQ POY

100/192의 U% Diagram이 일반적인 냉각설비인 cross quenching 설비 및 ROQ

설비의 絲 표면 균제도(evenness)에 비해 매우 우수한 것으로 나타남을 알 수 있

다. 따라서 본 설비로 극세 high-multi 絲 생산시 매우 우수한 품질의 원사를 생산

할 수 있을 것으로 기대된다.

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(표 24) 냉각 설비별 U% 물성 비교

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2. CIQ POY 단면 사진

그림 71은 시험 생산된 CIQ POY 원사 단면 사진을 촬영한 것으로써, ClQ 냉각방

식 적용으로 매우 균일한 단면을 얻음을 알 수 있다.

(그림 71) CIQ POY 단면 사진

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3. CIQ POY 단면 사진

그림 72는 시험 생산된 CIQ POY 원사 및 가공사 제품 사진을 나타낸 것으로써，

CIQ 냉각방식 적용으로 생산시 방사 1A율은(완권/전체 Doffing수) 98.3%, 가공사

1A율은 93.6%로 매우 우수한 조업성을 나타내었다.

(그림 72) 원사 및 가공사 사진

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제 4 장 결론

본 연구에서는 직접방사 방식으로 극세사를 생산할 때 CIQ(Circular InfIow

Quenching) 냉각설비를 활용하여 극세사를 상용화 생산할 수 있는 기초제조기술

개발을 목적으로 CIQ 설비의 각 방사조건이 원사의 물성에 미치는 영향을 조사 하

고자 구금 Length/Diameter(L/D), 방사온도, 방사속도， Quench Air 정압，

Quench Air 온도, 구금 PCD를 변화시켜 絲의 물리적인 특성 및 조업성을 확인한

결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1. CIQ POY 원형 100/192, 120/256 및 이형(Y형) 100/192 개발 결과


- CIQ(Circular Inflow Quenching) 생산 및 고속화 기술개발을 목적으로 ClQ 설비

의 각 방사조건이 원사의 물성에 미치는 영향을 조사하고자， 방사온도, 방사속도,

구금 Length/Diameter(L/D)， Quench Air 정압， Quench Air 온도, 구금 PCD를

변화시켜 사의 물리적인 특성 및 조업성을 확인한 결과, 방사온도 298℃, 방사속도

2,500m/min, Quench Air 정압 8mmAq, Quench Air 온도 20℃，구금 L/D=3.5,

구금 PCD 65ɸ 조건에서 가장 양호한 방사조업성 및 방사후공정 가연작업성이 확

보되는 조건을 얻을 수 있었다.

2. CIQ POY 원형 85/192, 100/256 개발 결과


- 최종 단사 섬도 0.30denier 시험의 최적 조건인 방사온도 298℃,

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방사속도 2,500m/min, Quench Air 정압 8mmAq, Quench Air 온도 20℃, 구금

L/D=3.5, 구금 PCD 65ɸ 조건에서 방사 시험을 성공할 수 있었다.

3. CIQ POY 원형 65/192, 82/256 시험 결과

(최종 단사 섬도 0.25denier 이하 제품 시험 결과)

- 최종 단사 섬도 0.25denier 방사성 및 물성 양호로 인하여, 더욱더 세섬사인 최

종 단사 섬도 0.25denier 이하 품종의 방사 시험을 위해 0.25denier의 방사조건에

서 metering pump throu-put을 down하여 방사시험을 실시한 결과 구금하부 단사

절 발생 증가로 인해 방사 시험이 실패하였다. 이를 개선하기 위해서는 구금하부

보온설비 등의 설비적인 측면과 생산 조건적인 측면의 연구개발이 더 이뤄져야 함

을 알 수 있었다.

4. CIQ 냉각방식을 적용하여 방사 및 사가공 조업성을 확인한 결과, 방사 1A율은

(완권/전체 Doffing수) 98.3%, 가공사 1A율은 93.6%로 매우 우수한 조업성을 나타

내었다.

5. 본 시험을 통해 검증된 CIQ(Circular Inflow Quenching) 설비는 기존

ROQ(Radial Outflow Quenching) 설비 대비 다음과 같은 우수한 장점이 있는 것으

로 검증되었다.

1) 공기소모량 감소에 의한 운전비용 절감

- 짧은 냉각장(帳)임에도 불구하고 냉각성능 향상에 의한 균일냉각으로 낮은 냉각

공기압력 사용에 의해 기존 ROQ(Radial Outflow Quenching)설비 대비 약

80~90% 냉각공기사용량을 감소할 수 있는 것으로 나타났다.

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2) 권취장력 감소에 의한 방사속도 향상

- 냉각공기의 공급 방향을 Out → In 방식을 적용하여 공기흐름(air drag)에 의한

絲진행 방향을 유리하게 하며, 짧은 냉각장(帳)으로 인한 유제공급위치(oiling

point) Up으로 인한 권취장력 감소로 기존 ROQ(Radial Outflow Quenching)설비

대비 방사속도를 약 10% 이상 향상 시킬 수 있는 것으로 나타났다.

3) 설비교체 용이

- 본 CIQ 설비는 그림 7에 나타난 바와 같이 일체형 냉각설비로써 Regular絲 생산

에서 극세絲 생산, 극세絲 생산에서 Regular絲 생산으로 원사 시황에 따른 설비 변

경時, 생산 전환이 기존 ROQ설비 대비 쉽게 탈부착아 용이한 장점이 있는 것으로

나타났다.

6. 본 과제에서 시행한 CIQ 설비의 상용화 제조기술에 대환 다양한 諸조건들을 표

준화하여 업계에 제공 활용토록 하고, CIQ 설비에 대한 자료를 제공함으로써 업계

에서 초극세사 개발을 위한 냉각설비(CIQ 설비)도입時 본 과제의 결과를 기초 자료

로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

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참 고 문 헌

1. Jen, Zo-Chun, European Patent, 1,491,663.

2. Unitik, Japan Patent, 特開昭 54-125721.

3. Asahi Chemical Industry, Japan Patent, 特開昭 55-26203.

4. Unitik, Japan Patent, 特開昭 55-93816.

5. Japan Ester, Japan Patent, 持開昭 55-128007.

6. Asahi Chemical Industry, Japan Patent, 持開昭 55-132708.

7. 片出建一 et al., "最新の紡絲技術", pp.208-228, 日本@@維學會編, 1992.

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주 의

1. 이 보고서는 산업자원부에서 서행한 지역산업기술개발사업(지역산

업기초기술개발)의 기술개발 보고서이다.

2. 이 기술개발내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 산업자원부

에서 행한 지역산업기술개발사업(지역산업기초기술개발)의 기술개발

결과임을 밝혀야 한다.

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초극세용 ciq(circular inflow quenching) 방사기술개발 (최종보고서)

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