KR20190101220A - 도전성 연신사의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도전성 연신사의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 제조방법은 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 수지에 도전성 카본블랙을 고함량 포함할 경우 문제되는 유연성을 개선하기 위하여 POE(polyolefin elastomer)를 추가로 포함하여 유연성 문제를 해결한 효과가 있고, 나아가 POE를 추가로 포함할 경우 단사를 예방할 수 있는 최적의 연신 처리 온도 범위를 제공하여, 도전성 연신사의 대량생산을 중단 없이 원활하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

Description

도전성 연신사의 제조방법 {Manufacturing method of electric conductive drawn fiber}
본 발명은 도전성 연신사의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 터널공사, 채굴공사와 같은 공사장에서 폭약으로 발파 작업을 할 때 폭약을 장입하기 위해 사용하는 마대를 직물하거나, 이와 유사한 마대를 정전기 위험이 없도록 직물할 때 사용하는 도전성 연신사 제조방법에 관한 것이다.
종래의 폴리프로필렌(PP) 마대 제조에서 사용하는 도전성 테이프사는 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 수지에 도전성 카본 블랙을 혼합하여 제조하거나 또는 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 수지로 만든 섬유에 도전성 카본블랙을 표면에 코팅하여 제조하므로 섬유가 뻣뻣하여 유연성 및 탄성이 부족하여, 연신시 단사의 발생이 높고, 마모되면 도전성이 없어지는 한계가 있고, 저융점 수지로 제조한 것은 섬유가 늘어나면 도전성 물질이 서로 이완되어 전도성이 나빠지는 문제가 있어서 정전기방지 기능을 안정적으로 유지할 수 없어, 폭약장입용 포대로 사용하기 어려운 문제가 있었다.
등록특허 제10-1296404호
본 발명의 목적은 도전성 연신사의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조된 도전성 연신사를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 도전성 연신사로 직물된 폭약장입용 마대를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 수지; POE(polyolefin elastomer); 및 카본블랙을 혼합하고 270-280℃로 용융하여 모액을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 용융 상태의 모액을 압출성형하여 시트형 성형물을 형성하고, 35-45℃의 냉각수 속으로 통과시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2의 냉각수를 통과한 시트형 성형물을 압착롤러를 통과시켜 두께 0.2-0.4 mm로 평탄화된 필름을 얻는 단계(단계 3);
상기 단계 3의 평탄화된 필름을 가이드롤러를 통과시켜 팽팽하게 만든 상태에서 슬릿팅 기구를 통과시켜 0.7-0.8 mm 폭의 필름사를 형성하는 단계(단계 4);
상기 단계 4의 필름사를 108-122℃에서 5-6배 연신하여 폭 2.8-3.2 mm의 테이프형 연신사를 형성하는 단계(단계 5); 및
상기 단계 5의 테이프형 연신사를 두 개의 가이드롤러와 120-135℃의 다림질롤러(10, 10a)와 30-35℃의 냉각롤러(11, 11a) 사이를 일정속도로 연속적으로 통과시켜 연신사를 안정시켜 변형을 방지하고 보빈(12)에 감아 제품화하는 단계(단계 6);를 포함하는,
도전성 연신사의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 도전성 연신사를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 도전성 연신사로 직물된 폭약장입용 마대를 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법은 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 수지에 도전성 카본블랙을 고함량 포함할 경우 문제되는 유연성을 개선하기 위하여 POE(polyolefin elastomer)를 추가로 포함하여 유연성 문제를 해결한 효과가 있고,
나아가 POE를 추가로 포함할 경우 단사를 예방할 수 있는 최적의 연신 처리 온도 범위를 제공하여, 도전성 연신사의 대량생산을 중단 없이 원활하게 실시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 도전성 연신사 제조 공정라인의 모식도이다.
도 2는 PE 수지, PP 수지 및 POE 각각에 UV 안정제를 0, 1000, 2000, 4000 ppm 농도로 첨가할 경우 내후성을 사용가능 기간으로 평가한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
제조방법
본 발명은 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 수지; POE(polyolefin elastomer); 및 카본블랙을 혼합하고 270-280℃로 용융하여 모액을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 용융 상태의 모액을 압출성형하여 시트형 성형물을 형성하고, 35-45℃의 냉각수 속으로 통과시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2의 냉각수를 통과한 시트형 성형물을 압착롤러를 통과시켜 두께 0.2-0.4 mm로 평탄화된 필름을 얻는 단계(단계 3);
상기 단계 3의 평탄화된 필름을 가이드롤러를 통과시켜 팽팽하게 만든 상태에서 슬릿팅 기구를 통과시켜 0.7-0.8 mm 폭의 필름사를 형성하는 단계(단계 4);
상기 단계 4의 필름사를 108-122℃에서 5-6배 연신하여 폭 2.8-3.2 mm의 테이프형 연신사를 형성하는 단계(단계 5); 및
상기 단계 5의 테이프형 연신사를 두 개의 가이드롤러와 120-135℃의 다림질롤러(10, 10a)와 30-35℃의 냉각롤러(11, 11a) 사이를 일정속도로 연속적으로 통과시켜 연신사를 안정시켜 변형을 방지하고 보빈(12)에 감아 제품화하는 단계(단계 6);를 포함하는,
도전성 연신사의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 수지; POE(polyolefin elastomer); 및 카본블랙을 혼합하고 270-280℃로 용융하여 모액을 준비하는 단계이다.
바람직하게는, 상기 PE 또는 PP 수지 잔량; POE 3-17 중량%; 및 카본블랙 25-30 중량%를 혼합할 수 있고, 특히 바람직하게는 PE 또는 PP 수지 잔량; POE 5-15 중량%; 및 카본블랙 27 중량%를 혼합할 수 있다.
만약, POE 함량이 3 중량% 미만일 경우 유연성 개선 효과가 미미한 문제가 있을 수 있고, 17 중량%를 초과할 경우 연신사 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 상기 카본블랙 함량이 25 중량% 미만일 경우 도전성이 저하되어 정전기 방지 기능을 담보할 수 없는 문제가 있을 수 있고, 30 중량% 초과할 경우 연신사 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
추가로, 내후성 향상을 목적으로 UV 안정제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1의 용융 상태의 모액을 압출성형하여 시트형 성형물을 형성하고, 35-45℃의 냉각수 속으로 통과시키는 단계이다.
상기 압출성형은 종래의 압출성형기를 사용할 수 있고, 본 발명에서는 일실시예로 T 다이(2)를 사용하였다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 3은 상기 단계 2의 냉각수를 통과한 시트형 성형물을 압착롤러를 통과시켜 두께 0.2-0.4 mm로 평탄화된 필름을 얻는 단계이다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 4는 상기 단계 3의 평탄화된 필름을 가이드롤러를 통과시켜 팽팽하게 만든 상태에서 슬릿팅 기구(필름을 길이 방향으로 컷팅하는 기구)를 통과시켜 0.7-0.8 mm 폭의 필름사(필름 형상의 실)를 형성하는 단계이다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 5는 상기 단계 4의 필름사를 108-122℃에서 5-6배 연신하여 폭 2.8-3.2 mm의 테이프형 연신사를 형성하는 단계이다.
바람직하게는, 상기 연신 처리 온도는 110-120℃에서 실시할 수 있다. 상기 연신 처리는 연신오븐기 등을 사용할 수 있다.
연신사 제조에 있어서 탄성은 단사를 방지하기 위하여 중요한 인자로 작용한다. 종래, PE 또는 PP 수지를 원료로 하는 연신사의 연신 처리 온도는 150-160℃ 범위에서 실시한다.
본 발명에서는 PE 또는 PP 수지에 전도성 카본블랙 함량을 늘릴 경우 유연성이 저하되는 문제를 해결하기 위하여, 유연성 향상 목적으로 POE를 추가로 첨가하였으나, 종래의 연신 처리 온도(150-160℃) 범위에서 처리할 경우 탄성이 저하되어 단사가 발생되는 새로운 문제점을 확인하고, 이를 해결하기 위하여 최적의 연신 처리 온도를 도출하였다(실험예 2 참조).
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 6은 상기 단계 5의 테이프형 연신사를 두 개의 가이드롤러와 120-135℃의 다림질롤러(10, 10a)와 30-35℃의 냉각롤러(11, 11a) 사이를 일정속도로 연속적으로 통과시켜 연신사를 안정시켜 변형을 방지하고 보빈(12)에 감아 제품화하는 단계이다.
도전성 연신사
본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 도전성 연신사를 제공한다.
본 발명에 따른 도전성 연신사는 영구적인 도전성을 나타내는 것을 특징으로 하고, 특히 전도성 측면에서 대전(정전기) 방지를 위한 105~1010 Ω/sq 이내의 표면저항을 갖는 것을 특징으로 한다. 만약, 105~1010 Ω/sq 범위를 벗어날 경우 대전(정전기) 방지 기능을 담보할 수 없어, 폭약장입용 마대로는 사용할 수 없다.
폭약장입용 마대
본 발명은 상기 도전성 연신사로 직물된 폭약장입용 마대를 제공한다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
시료 물성
PP
(polypropylene)		 POE
(polyolefin elastomer)		 카본블랙
M.I (melt index)
[190℃, 2.16kg, g/min)		 3-4 1.2 -
밀도
(g/cm3)		 0.9 0.862 1.8
< 실시예 1-3 및 비교예 1> 도전성 연신사의 제조
PP (중량%) POE (중량%) 카본블랙 (중량%)
비교예 1 75 - 25
실시예 1 68 5 27
실시예 2 63 10 27
실시예 3 58 15 27
단계 1: PP, POE 및 카본블랙을 상기 표 1의 조성으로 혼련기(1)에서 혼합하고 270-280℃로 용융하여 모액을 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1의 용융 상태의 모액을 T 다이(2) 압출 성형기로 시트형 성형물을 형성하고, 35-45℃의 냉각수(3) 속으로 통과시킨 다음,
단계 3: 냉각수를 통과한 시트형 성형물을 압착롤러(4)를 통과시켜 두께 0.2-0.4 mm로 평탄화된 필름을 얻고,
단계 4: 평탄화된 필름을 가이드롤러(5)를 통과시켜 팽팽하게 만든 상태에서 슬릿팅 기구(6: 길이 방향 커터)를 통과시켜 0.7-0.8 mm 폭으로 필름사 형태를 형성하고,
단계 5: 슬릿팅된 필름사(7)를 110-120℃의 오븐연신기(8)에 투입하여 5-6배 연신하여 폭 2.8-3.2 mm의 테이프형 연신사(7a)를 형성하고,
단계 6: 테이프형 연신사를 두 개의 가이드롤러(9, 9a)와 120-135℃의 다림질롤러(10, 10a)와 30-35℃의 냉각롤러(11, 11a) 사이를 일정속도로 연속적으로 통과시켜 연신사를 안정시켜 변형을 방지하고 보빈(12)에 감아서 제품화하였다.
< 실험예 1> 도전성 연신사의 물성 및 전도성 평가
상기 실시예 1-3 및 비교예 1의 조성으로 제조한 도전성 연신사의 물성 및 전도성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
연신비 굵기
(Denier,
g/9000m)		 전도성
(표면저항, Ω/sq)		 단사
발생
여부		 표면 유연성 변형
발생
여부
비교예 1 4.5:1 1500 107 O 거침 뻣뻣함 O
실시예 1 5:1 1400 107~108 X 양호 유연함 X
실시예 2 5.1~5.5:1 1300 107~108 X 양호 유연함 X
실시예 3 6:1 1200 108 X 양호 유연함 X
상기 표 2에 나타난 바와 같이,
전도성 측면에서는 대전(정전기) 방지를 위한 105~1010 Ω/sq 이내로 모든 샘플이 만족하는 것을 확인하였고,
표면 거칠기나 유연성 측면에서는 비교예 1은 사용할 수 없는 수준인 반면 실시예 1-3은 모두 우수하게 나타남을 확인하였으며,
제조가 완료된 도전성 연신사의 변형 여부 측면에서도 비교예 1은 변형이 발생한 반면 실시예 1-3은 모두 변형이 발생하지 않음을 확인하였다.
< 실험예 2> 연신 온도에 따른 탄성 평가
연신사 제조에 있어서 탄성은 단사를 방지하기 위하여 중요한 인자로 작용한다. 종래, PE 또는 PP 수지를 원료로 하는 연신사의 연신 처리 온도는 150-160℃ 범위에서 실시한다.
본 발명에서는 PE 또는 PP 수지에 전도성 카본블랙 함량을 늘릴 경우 유연성이 저하되는 문제를 해결하기 위하여, 유연성 향상 목적으로 POE를 추가로 첨가하였으나, 일반적인 연신 처리 온도(150-160℃) 범위에서 처리할 경우 탄성이 저하되어 단사가 발생되는 새로운 문제점을 확인하고, 이를 해결하기 위하여 최적의 연신 처리 온도를 도출하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구체적으로, 실시예 1-3의 조성으로 준비한 모액을 공정라인에 투입하고, 연신 처리 온도를 달리할 경우, 1시간 가동하는 동안 단사가 발생한 횟수를 평가하였다.
샘플 조성 연신 처리 온도(℃) 1시간 가동 중 단사 발생 횟수
1-1 실시예 1 105 2회
1-2 110 0회
1-3 120 0회
1-4 125 4회
2-1 실시예 2 105 2회
2-2 110 0회
2-3 120 0회
2-4 125 3회
3-1 실시예 3 105 1회
3-2 110 0회
3-3 120 0회
3-4 125 3회
상기 표 3에 나타난 바와 같이, POE를 첨가했음에도 불구하고 연신 처리 온도가 110-120℃ 범위를 벗어날 경우에는 단사가 발생하여 생산 공정라인이 중단되는 문제가 발생함을 알 수 있었다.
< 실험예 3> UV 안정제 첨가에 따른 내후성 평가
PE 수지, PP 수지 및 POE 각각에 UV 안정제로서 CHIMASORB 944FD(제조사: BASF)를 0, 1000, 2000, 4000 ppm 농도로 첨가할 경우 내후성을 사용 가능기간으로 평가하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2는 PE 수지, PP 수지 및 POE 각각에 UV 안정제를 0, 1000, 2000, 4000 ppm 농도로 첨가할 경우 내후성을 사용가능 기간으로 평가한 결과이다.
도 2에 나타난 바와 같이, UV 안정제를 첨가할 경우 사용 가능기한이 현저하게 향상됨을 확인할 수 있었다.
1: 혼련기
2: T 다이
3: 냉각수
4: 압착롤러
5: 가이드롤러
6: 슬릿팅 기구
7: 필름사
8: 오븐연신기
9, 9a: 가이드롤러
10, 10a: 다림질롤러
11, 11a: 냉각롤러
12: 보빈

Claims (8)

  1. PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 수지; POE(polyolefin elastomer); 및 카본블랙을 혼합하고 270-280℃로 용융하여 모액을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 용융 상태의 모액을 압출성형하여 시트형 성형물을 형성하고, 35-45℃의 냉각수 속으로 통과시키는 단계(단계 2);
    상기 단계 2의 냉각수를 통과한 시트형 성형물을 압착롤러를 통과시켜 두께 0.2-0.4 mm로 평탄화된 필름을 얻는 단계(단계 3);
    상기 단계 3의 평탄화된 필름을 가이드롤러를 통과시켜 팽팽하게 만든 상태에서 슬릿팅 기구를 통과시켜 0.7-0.8 mm 폭의 필름사를 형성하는 단계(단계 4);
    상기 단계 4의 필름사를 108-122℃에서 5-6배 연신하여 폭 2.8-3.2 mm의 테이프형 연신사를 형성하는 단계(단계 5); 및
    상기 단계 5의 테이프형 연신사를 두 개의 가이드롤러와 120-135℃의 다림질롤러(10, 10a)와 30-35℃의 냉각롤러(11, 11a) 사이를 일정속도로 연속적으로 통과시켜 연신사를 안정시켜 변형을 방지하고 보빈(12)에 감아 제품화하는 단계(단계 6);를 포함하는,
    도전성 연신사의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 5의 연신 처리는 110-120℃의 연신오븐기에서 처리하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    PE 또는 PP 수지 잔량; POE 3-17 중량%; 및 카본블랙 25-30 중량% 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    PE 또는 PP 수지 잔량; POE 5-15 중량%; 및 카본블랙 27 중량% 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    UV 안정제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제1항의 제조방법으로 제조된 도전성 연신사.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 연신사는 대전(정전기) 방지를 위하여 105~1010 Ω/sq 이내의 표면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 도전성 연신사.
  8. 제7항의 도전성 연신사로 직물되는 폭약장입용 마대.
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