KR20250134125A - Cut-resistant fiber and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내절단성 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이 제조방법은 무기 섬유 재료를 표면 처리하여 상기 무기 섬유 재료가 폴리에틸렌 기재에 대한 친화성을 높이는 단계; 단일 활성 중심 촉매로 중합하여 얻은 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌, 처리된 무기 섬유 재료, 가공 조제를 혼합하여 혼합물을 구성하는 단계; 얻어진 혼합물을 이축 압출기에 공급하여 용융 혼합하고, 방적 돌기를 통해 미연신 섬유 용융물을 얻는 단계; 미연신 섬유 용융물을 고온에서 고배율로 연신하되, 연신 배율이 180배보다 크고, 무기 섬유가 단방향 배향 상태에 도달할 때까지 연신한 후 냉각하는 단계; 냉각된 무기 섬유를 다시 고온에서 다배율로 연신하여 내절단성 폴리에틸렌 복합 섬유를 얻는 단계를 포함한다. 선행기술과 비교하여, 본 발명은 전통적인 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 제조 및 이를 기반으로 개질 시 발생하는 환경 오염, 높은 비용, 번거로운 단계 등의 문제를 해결한다. The present invention relates to a cut-resistant fiber and a method for producing the same, comprising the steps of: surface-treating an inorganic fiber material to increase the affinity of the inorganic fiber material for a polyethylene substrate; mixing a narrow molecular weight distribution polyethylene obtained by polymerization with a single active center catalyst, the treated inorganic fiber material, and a processing aid to form a mixture; feeding the obtained mixture into a twin-screw extruder to melt and mix, and obtaining an undrawn fiber melt through a spinneret; drawing the undrawn fiber melt at a high temperature and a high magnification, such that the magnification is greater than 180 times, and the drawing is continued until the inorganic fiber reaches a unidirectional orientation state, and then cooling the undrawn fiber; and drawing the cooled inorganic fiber again at a high temperature and a high magnification to obtain a cut-resistant polyethylene composite fiber. Compared with the prior art, the present invention solves problems such as environmental pollution, high cost, and cumbersome steps that occur during the production of traditional ultra-high molecular weight polyethylene fibers and modifications based thereon.
Description
본 발명은 고분자 재료 기술분야에 관한 것으로, 특히 내절단성 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of polymer material technology, and more particularly, to a cut-resistant fiber and a method for producing the same.
과학 기술의 급속한 발전과 함께 공학 기술계에서는 특수 섬유에 대한 수요가 끊임없이 증가하고 있는 바, 고성능 폴리에틸렌 섬유는 가볍고 강하며, 사용 주기가 길고, 내마모성, 고강도, 내습성, 내식성 등의 특성을 가지고 있어 견인 로프, 부력 로프, 구조 로프, 절단 방지 장갑 등에 널리 사용된다. 최근 몇 년 동안 고성능 섬유의 사용이 절단 방지 분야에서 점차 증가하고 있으며, 민간용, 경찰용 절단 방지 장갑, 군용 의류 등이 있다. 고성능 섬유의 절단 방지 성능 요구도 점차 커지고 있다. 고성능 폴리에틸렌 섬유는 원료 비용이 저렴하고, 고강도 고모듈러스 등의 특성으로 인해 이 분야에서의 응용도 점차 발전하고 있다.With the rapid development of science and technology, the demand for special fibers is constantly increasing in the engineering field. High-performance polyethylene fiber is lightweight and strong, has a long service life, and possesses properties such as wear resistance, high strength, moisture resistance, and corrosion resistance. Therefore, it is widely used in tow ropes, buoyancy ropes, rescue ropes, and cut-resistant gloves. In recent years, the use of high-performance fibers has been gradually increasing in the field of cut-resistant gloves, such as civilian and police cut-resistant gloves and military clothing. Demand for high-performance fibers' cut-resistant performance is also increasing. Due to its low raw material cost and high strength and high modulus, high-performance polyethylene fiber is gradually developing its application in this field.
현재 절단 방지 분야에 응용되는 폴리에틸렌 방사 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.Currently, polyethylene radiation methods applied in the field of cut prevention can be broadly divided into three types.
첫 번째 유형은 중국 특허 CN200980146604, 중국 특허 CN201410264678, 국제 공개 번호 WO2005/066401A1, 미국 특허 US430577 등에 공개된 것으로, 먼저 용매로 고분자량 폴리에틸렌을 팽윤 용해시킨 후 폴리에틸렌 원사를 압출하는 방법이다. 원사를 용매 추출 건조 등의 단계를 거쳐 용매를 제거하고, 마지막으로 다단계 연신하여 고강도 고모듈러스 폴리에틸렌 섬유를 얻는다. 이 방법으로는 고강도 고모듈러스 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 제품을 얻을 수 있으며, 이러한 제품은 우수한 기계적 성능과 비교적 우수한 절단 방지 성능을 가지고 있어 일반적으로 절단 방지 등급이 EN388-2급에 도달할 수 있으며, 현재 절단 방지 제품의 주류 섬유 원료이다. 그러나 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는 가공이 어렵고, 생산 공정이 복잡하며, 비용이 높고, 생산 과정에서 용매의 휘발 회수 등의 문제가 해결하기 어렵고, 환경에 미치는 영향이 크며, 절단 방지 성능이 절단 방지 분야에서 요구되는 높은 수준의 제품을 만족시키지 못한다.The first type, as disclosed in Chinese Patent CN200980146604, Chinese Patent CN201410264678, International Publication No. WO2005/066401A1, and U.S. Patent US430577, involves first swelling and dissolving high-molecular-weight polyethylene in a solvent, then extruding polyethylene yarn. The yarn is then subjected to solvent extraction and drying to remove the solvent, and finally, multi-stage drawing is performed to obtain high-strength, high-modulus polyethylene fibers. This method yields high-strength, high-modulus, ultra-high molecular weight polyethylene fiber products, which possess excellent mechanical properties and relatively good cut resistance. These products typically achieve an EN388-2 cut resistance rating and are currently the mainstream fiber raw material for cut resistance products. However, ultra-high molecular weight polyethylene fibers are difficult to process, have complex production processes, are expensive, have difficult-to-resolve solvent volatilization and recovery issues during production, and have a significant environmental impact. Furthermore, their cut resistance performance does not meet the high standards required in the cut resistance field.
두 번째 유형은 주로 중국 특허 CN106149085A, 중국 특허 CN107326462A, 중국 특허 CN108315833A 등에 공개된 것으로, 초고분자량 폴리에틸렌 방사를 기반으로 추가적인 강화를 진행하는 방법이다. 주요 방법은 그래핀, 나노 이산화규소, 탄소 섬유, 유리 섬유 등의 나노 재료 및 무기 재료를 초고분자량 폴리에틸렌 원료에 혼합하여 방사 공정을 통해 절단 고방지 성능의 섬유 제품을 얻는 것이다. 이 방법으로 제조된 섬유 제품은 초고분자량 폴리에틸렌 섬유보다 더 우수한 절단 방지 효과를 얻을 수 있지만, 가공 비용이 매우 높고, 난이도가 매우 높다. 주요 이유는 나노급 무기 재료를 용매에 균일하게 분산시키는 동시에 섬유 제품에서도 응집 없이 균일하게 분산시키는 것이 매우 어렵기 때문에, 무기물 및 나노 재료에 대해 유화, 접목 등 까다로운 조건의 개질 작업이 필요하고; 그 다음, 나노 및 무기 재료가 혼입된 용매를 회수하여 재활용하는 것도 매우 어렵고, 폐용매 처리 비용이 매우 높다.The second type, primarily disclosed in Chinese patents CN106149085A, CN107326462A, and CN108315833A, utilizes ultra-high molecular weight polyethylene (UMP) spinning for additional reinforcement. The primary method involves mixing nanomaterials and inorganic materials, such as graphene, nano-silicon dioxide, carbon fibers, and glass fibers, with UMP raw materials to obtain fibers with high cut resistance through a spinning process. While fibers manufactured using this method exhibit superior cut resistance compared to UMP fibers, processing costs are extremely high and the process is extremely difficult. This is primarily due to the difficulty of uniformly dispersing nano-scale inorganic materials in a solvent while simultaneously maintaining uniform dispersion without agglomeration within the fiber product. This necessitates stringent modification processes, such as emulsification and grafting, for both inorganic and nanomaterials. Furthermore, recovering and recycling the solvent containing nano- and inorganic materials is also extremely difficult, and the cost of waste solvent disposal is extremely high.
세 번째 유형은 주로 중국 특허 CN201780040580.9, 중국 특허 CN201880081866.6, 중국 특허 CN201080007173.6 등에서 무기 섬유와 폴리에틸렌 섬유를 혼합 편직하여 내마모성 섬유 제품을 형성하는 방법인 바, 이러한 섬유 제품으로 장갑이나 직물을 만들면 무기 섬유가 섬유 밖으로 쉽게 튀어나와 편안함에 영향을 미치며, 혼합 편직 비용도 비교적 높다.The third type is a method of forming wear-resistant fiber products by blending and knitting inorganic fibers and polyethylene fibers, mainly in Chinese patent CN201780040580.9, Chinese patent CN201880081866.6, Chinese patent CN201080007173.6, etc. When gloves or fabrics are made with these fiber products, the inorganic fibers easily protrude out of the fibers, affecting the comfort, and the cost of blended knitting is also relatively high.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하기 위해 내절단성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것으로, 전통적인 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 제조 및 이를 기반으로 개질 시 발생하는 환경 오염, 높은 비용, 번거로운 단계 등의 문제를 해결한다.The purpose of the present invention is to provide a cut-resistant fiber and a method for producing the same to solve the above problems, thereby solving problems such as environmental pollution, high cost, and cumbersome steps that occur during the production of traditional ultra-high molecular weight polyethylene fibers and modification thereof.
본 발명의 목적은 다음 기술적 해결수단을 통해 달성된다.The object of the present invention is achieved through the following technical solutions.
본 발명의 첫 번째 측면은 내절단성 섬유의 제조방법을 제공하고,The first aspect of the present invention provides a method for producing a cut-resistant fiber,
S1: 무기 섬유 재료를 표면 처리하여 상기 무기 섬유 재료가 폴리에틸렌 기재에 대한 친화성을 높이는 단계;S1: A step of surface-treating an inorganic fiber material to increase the affinity of the inorganic fiber material for a polyethylene substrate;
S2: 단일 활성 중심 촉매로 중합하여 얻은 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌, S1에서 처리된 무기 섬유 재료, 가공 조제를 혼합하여 혼합물을 구성하는 단계;S2: A step of forming a mixture by mixing a narrow molecular weight distribution polyethylene obtained by polymerization with a single active center catalyst, an inorganic fiber material treated in S1, and a processing aid;
S3: S2에서 얻어진 혼합물을 이축 압출기에 공급하여 용융 혼합하고, 방적 돌기를 통해 미연신 섬유 용융물을 얻는 단계;S3: Step of feeding the mixture obtained in S2 into a twin-screw extruder to melt and mix, and obtaining an unstretched fiber melt through a spinneret;
S4: 미연신 섬유 용융물을 고온에서 고배율로 연신하되, 연신 배율이 180배보다 크고, 무기 섬유가 단방향 배향 상태에 도달할 때까지 연신한 후 냉각하는 단계;S4: A step of drawing a non-drawn fiber melt at a high temperature and a high magnification, but drawing the melt at a magnification greater than 180 times, and drawing until the inorganic fiber reaches a unidirectional orientation state, and then cooling;
S5: S4에서 냉각된 무기 섬유를 다시 고온에서 다배율로 연신하여 내절단성 폴리에틸렌 복합 섬유를 얻는 단계를 포함한다.S5: A step of drawing the cooled inorganic fiber in S4 again at a high temperature and at a multi-ratio to obtain a cut-resistant polyethylene composite fiber.
더 나아가, 상기 무기 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 규회석 섬유, 현무암 섬유 중 하나 또는 그 이상의 혼합물을 포함한다.Furthermore, the inorganic fiber comprises a mixture of one or more of carbon fiber, glass fiber, wollastonite fiber, and basalt fiber.
더 나아가, S1에서, 상기 무기 섬유 재료의 가로 세로의 비는 50보다 크다.Furthermore, in S1, the aspect ratio of the above-mentioned inorganic fiber material is greater than 50.
더 나아가, S1에서, 상기 무기 섬유 재료의 길이 범위는 1~1500μm이고, 바람직하게는 300~1500μm이다.Furthermore, in S1, the length range of the inorganic fiber material is 1 to 1500 μm, preferably 300 to 1500 μm.
더 나아가, S1에서, 무기 섬유 재료의 직경은 1~40μm이고, 바람직하게는 5~25μm이다.Furthermore, in S1, the diameter of the inorganic fiber material is 1 to 40 μm, preferably 5 to 25 μm.
더 나아가, S1에서, 상기 표면 처리는 커플링제 처리, 표면 화학 개질 처리, 표면 코팅 처리, 플라즈마 처리 중 하나 또는 그 이상이다.Furthermore, in S1, the surface treatment is one or more of coupling agent treatment, surface chemical modification treatment, surface coating treatment, and plasma treatment.
더 나아가, S1에서, 상기 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌의 중량 평균 분자량은 15만~100만 사이이고, 분자량 분포는 3.0보다 낮다.Furthermore, in S1, the weight average molecular weight of the narrow molecular weight distribution polyethylene is between 150,000 and 1,000,000, and the molecular weight distribution is lower than 3.0.
더 나아가, S3에서, 이축 압출기의 압출 온도는 160℃~240℃이고, 방적 돌기 온도는 180℃~250℃이다.Furthermore, in S3, the extrusion temperature of the twin-screw extruder is 160℃~240℃, and the spinneret temperature is 180℃~250℃.
더 나아가, S4에서, 고배율 연신 시 온도는 60℃~150℃이다.Furthermore, in S4, the temperature during high-magnification stretching is 60℃ to 150℃.
더 나아가, S4에서, 냉각 온도는 5℃~40℃이고, 냉각 매질은 공기 또는 물이다.Furthermore, in S4, the cooling temperature is 5℃ to 40℃, and the cooling medium is air or water.
더 나아가, S5에서, 고온 다배율 연신 배율은 5~20배이고, 온도는 70℃~130℃이다.Furthermore, in S5, the high temperature multi-extension magnification is 5 to 20 times, and the temperature is 70℃ to 130℃.
본 발명의 두 번째 측면은 상기 제조방법으로 얻어진 내절단성 섬유를 제공한다.A second aspect of the present invention provides a cut-resistant fiber obtained by the above manufacturing method.
본 발명의 핵심 구상은 다음과 같다.The core concept of the present invention is as follows.
현재 폴리에틸렌 용융 방사로 내절단성 섬유를 형성할 수 없는 주요 원인은 먼저 용융 방사된 섬유의 분자량이 상대적으로 낮기 때문이며, 저분자량 폴리에틸렌은 종종 낮은 내마모성을 가지므로 내절단 성능에 불리하다. 본 발명은 중량 평균 분자량이 10만보다 높은 폴리에틸렌을 사용하여 먼저 폴리에틸렌 기재의 내마모성을 향상시켰고, 동시에 좁은 분자량 분포의 폴리에틸렌 분자 사슬 구조를 채택하여 폴리에틸렌 분자량 분포를 3.0보다 낮게 함으로써, 저분자량이 분자 사슬 간의 미끄러짐 또는 얽힘 해제 효과를 더욱 줄여 폴리에틸렌 기재의 내마모성 및 내절단성을 향상시켰다.The main reason why cut-resistant fibers cannot be formed by melt spinning of polyethylene at present is firstly because the molecular weight of the melt-spun fiber is relatively low, and low-molecular-weight polyethylene often has low abrasion resistance, which is disadvantageous for cut resistance. The present invention first improves the abrasion resistance of the polyethylene substrate by using polyethylene having a weight-average molecular weight higher than 100,000, and at the same time adopts a polyethylene molecular chain structure with a narrow molecular weight distribution to make the polyethylene molecular weight distribution lower than 3.0, thereby further reducing the slippage or disentanglement effect between the molecular chains of low molecular weight, thereby improving the abrasion resistance and cut resistance of the polyethylene substrate.
섬유의 내절단 성능을 더욱 향상시키기 위해, 폴리에틸렌 기재의 내마모성을 향상시킨 기초상에서, 무기 섬유 재료와 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌을 용융 혼합하였다. 본 발명은 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌 용융물의 높은 연신 배율 특성을 충분히 활용하여, 폴리에틸렌 용융물이 방적 돌기에서 분출된 후 고속으로 연신하여 폴리에틸렌 섬유의 연신 배율을 180배보다 높게 함으로써, 폴리에틸렌 용융물 내에 혼합된 무기 섬유 재료를 충분히 배향시켜 섬유 제품 방향과 평행하게 형성하였다. 배향 상태의 무기 섬유 충전재는 섬유 제품의 내절단 성능을 크게 향상시켰다.In order to further improve the cut resistance of the fiber, an inorganic fiber material and a narrow molecular weight distribution polyethylene were melt-blended on the basis of improving the wear resistance of the polyethylene substrate. The present invention makes full use of the high draw ratio characteristics of the narrow molecular weight distribution polyethylene melt, and by ejecting the polyethylene melt from the spinneret and then stretching it at high speed to make the draw ratio of the polyethylene fiber more than 180 times, the inorganic fiber material mixed within the polyethylene melt is sufficiently oriented and formed parallel to the direction of the fiber product. The oriented inorganic fiber filler significantly improved the cut resistance of the fiber product.
본 발명은 합리적인 분자량 분포 및 분자량 범위의 폴리에틸렌 원료와, 목적에 맞는 가공 공정을 사용하여 무기 섬유 재료가 폴리에틸렌 섬유 내에 균일하게 분산되고 배향 구조를 형성하여 내절단 특성을 갖는 폴리에틸렌 섬유 제품을 얻었다. 현재의 내절단성 섬유 및 제조방법과 비교하여 본 특허의 내절단성 섬유 제품은 다음과 같은 장점을 나타낸다.The present invention utilizes a polyethylene raw material with a reasonable molecular weight distribution and molecular weight range, and a processing process suited to the intended purpose, to uniformly disperse inorganic fiber materials within the polyethylene fibers and form an oriented structure, thereby obtaining a polyethylene fiber product with cut-resistant properties. Compared to existing cut-resistant fibers and manufacturing methods, the cut-resistant fiber product of the present invention exhibits the following advantages.
1) 방사 과정에서 용매를 사용할 필요가 없고, 혼합 및 냉각 과정이 없이 고성능 폴리에틸렌 섬유 방사 공정을 크게 간소화하였다.1) The high-performance polyethylene fiber spinning process is greatly simplified by eliminating the need for solvents during the spinning process and eliminating the mixing and cooling processes.
2) 용매 처리 및 용매 회수로 인한 높은 생산 비용을 크게 절감하였고, 과정이 더 친환경적이다.2) The high production costs due to solvent treatment and solvent recovery have been significantly reduced, and the process is more environmentally friendly.
3) 생산 과정에서 무용매 상태이므로 생산 과정의 안전 계수를 크게 향상시켰다.3) Since it is solvent-free during the production process, the safety factor of the production process is greatly improved.
4) 무기 섬유 처리 방식이 간단하여 처리 단계를 줄이고 처리 비용을 절감하였다.4) The simple method of processing weapon fibers reduces processing steps and reduces processing costs.
아래에서는 구체적인 실시예와 결합하여 본 발명을 상세히 설명하되, 이하 실시예는 본 분야 기술자가 본 발명을 더욱 이해하는 데 도움이 될 것이나, 어떠한 형태로도 본 발명을 제한하지는 않는다. 본 분야의 통상의 기술자에게는 본 발명의 구상에서 벗어나지 않는 전제하에 약간의 변형과 개선을 진행할 수 있다는 점을 지적해야 한다. 이들은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.The present invention is described in detail below, with specific examples. While these examples will assist those skilled in the art in further understanding the present invention, they do not limit the invention in any way. It should be noted that those skilled in the art may make minor modifications and improvements without departing from the scope of the present invention. All such modifications and improvements fall within the scope of protection of the present invention.
본 기술적 해결수단에서 명확히 설명되지 않은 제조 수단, 재료, 구조 또는 조성 배합 등의 특징은 모두 선행기술에서 공개된 일반적인 기술 특징으로 간주한다.Any features such as manufacturing means, materials, structures or composition combinations that are not clearly described in this technical solution are considered general technical features disclosed in prior art.
실시예에서 폴리에틸렌 원료의 특성 데이터는 다음 방법으로 얻는다.In the examples, the characteristic data of the polyethylene raw material are obtained by the following method.
인장 성능 테스트는 'ANSI/ISEA 2016'의 방법과 장비를 사용하여 완성된 실의 내절단 등급을 테스트한다.Tensile performance testing uses the methods and equipment of 'ANSI/ISEA 2016' to test the breakage resistance rating of the finished yarn.
실시예 1Example 1
유리 섬유(길이 크기 600μm, 직경 10μm), 실란 커플링제 KH560, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 6:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 유리 섬유를 얻는다.Glass fiber (length size 600 μm, diameter 10 μm), silane coupling agent KH560, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 6:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70°C and 90°C, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain treated glass fiber.
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 2.8, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.945g/cm3의 폴리에틸렌을 취한다. 폴리에틸렌과 처리된 유리 섬유, 산화 방지제 1010, 스테아린산 아연을 95:4.5:0.2:0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 2.8, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.945 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst is taken. The raw material is obtained by mixing polyethylene, treated glass fiber, antioxidant 1010, and zinc stearate in a ratio of 95:4.5:0.2:0.3, and mixing for 3 minutes.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~180℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 180°C, the rotation speed is 90 r/min, and the diameter of the extrusion die is 0.5 mm.
압출된 원사를 80℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 400배이고, 연신 후 냉각 온도 및 매질은 20℃ 공기이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 7배이며, 열 통로 온도는 100℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 80°C and then wound up. The stretching ratio is 400 times the extrusion speed. The cooling temperature and medium after stretching are 20°C air. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretching ratio is 7 times and the heat path temperature is 100°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A5에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A5.
실시예 2Example 2
탄소 섬유(길이 크기 1000μm, 직경 7μm), 불소 가스를 밀폐 반응기에 넣고, 불소 가스 압력 0.7~0.8Mpa, 온도 150℃에서 2시간 동안 지속적으로 반응시켜 표면이 불화된 탄소 섬유를 얻는다.Carbon fiber (length 1000 μm, diameter 7 μm) and fluorine gas are placed in a sealed reactor, and the reaction is continuously performed at a fluorine gas pressure of 0.7 to 0.8 Mpa and a temperature of 150°C for 2 hours to obtain carbon fiber with a fluorinated surface.
메탈로센 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 2.9, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.948g/cm3의 폴리에틸렌과 불화 탄소 섬유, 불소 고무, 산화 방지제 1010, 산화 방지제 PS802를 95:4.5:0.1:0.2:0.2의 비율로 혼합하여 탄소 섬유/폴리에틸렌 혼합물을 얻되, 혼합 시간은 3분이다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 2.9, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.948 g/cm 3 obtained by polymerization with a metallocene catalyst is mixed with fluorinated carbon fiber, fluororubber, antioxidant 1010, and antioxidant PS802 in a ratio of 95:4.5:0.1:0.2:0.2 to obtain a carbon fiber/polyethylene mixture, and the mixing time is 3 minutes.
탄소 섬유/폴리에틸렌 혼합물을 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~190℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.4mm이다.A carbon fiber/polyethylene mixture is fed into a screw extruder and melt-extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 190°C, the rotation speed is 90 r/min, and the extrusion die diameter is 0.4 mm.
압출된 원사를 60℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 300배이고, 연신 후 냉각 온도 및 매질은 20℃ 수조이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 8배이며, 열 통로 온도는 110℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 60°C and then wound. The stretching ratio is 300 times the extrusion speed. The cooling temperature and medium after stretching are a 20°C water bath. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretching ratio is 8 times and the heat path temperature is 110°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A5에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A5.
실시예 3Example 3
규회석 섬유(길이 크기 300μm, 직경 5μm), 티탄산염 커플링제 JN-9, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 6:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 규회석 섬유를 얻는다.Wollastonite fibers (length 300 μm, diameter 5 μm), titanate coupling agent JN-9, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 6:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70°C and 90°C, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain treated wollastonite fibers.
메탈로센 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 40만, Mw/Mn 2.9, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.941g/cm3의 폴리에틸렌과 처리된 규회석 섬유, 스테아린산, 스테아린산 칼슘, 산화 방지제 1010을 94, 5, 0.3, 0.4, 0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 400,000, Mw/Mn of 2.9, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.941 g/cm 3 obtained by polymerization with a metallocene catalyst, and treated wollastonite fiber, stearic acid, calcium stearate, and antioxidant 1010 are mixed in a ratio of 94, 5, 0.3, 0.4, and 0.3, and the mixing time is 3 minutes to obtain a raw material.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~190℃이고, 회전 속도는 110r/min이며, 압출 금형의 구경은 1mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 190°C, the rotation speed is 110 r/min, and the diameter of the extrusion die is 1 mm.
압출된 원사를 100℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 180배이고, 연신 후 냉각 온도 및 매질은 40℃ 열 공기이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 5배이며, 열 통로 온도는 120℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 100°C and then wound. The stretching ratio is 180 times the extrusion speed. The cooling temperature and medium after stretching are 40°C hot air. The wound fiber is again stretched multiple times at high temperature. The stretching ratio is 5 times and the heat path temperature is 120°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A5에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A5.
실시예 4Example 4
현무암 섬유(길이 크기 1500μm, 직경 25μm), 알루민산염 커플링제 411-C, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 6:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 현무암 섬유를 얻는다.Basalt fibers (length 1500 μm, diameter 25 μm), aluminate coupling agent 411-C, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 6:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70°C and 90°C, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain treated basalt fibers.
메탈로센 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 100만, Mw/Mn 2.7, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.943g/cm3의 폴리에틸렌과 처리된 규회석 섬유, 스테아린산, 스테아린산 칼슘, 산화 방지제 1010을 94, 5, 0.3, 0.4, 0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 1 million, Mw/Mn of 2.7, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.943 g/cm 3 obtained by polymerization with a metallocene catalyst, and treated wollastonite fiber, stearic acid, calcium stearate, and antioxidant 1010 are mixed in a ratio of 94, 5, 0.3, 0.4, and 0.3, and the mixing time is 3 minutes to obtain a raw material.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~190℃이고, 회전 속도는 200r/min이며, 압출 금형의 구경은 5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 190°C, the rotation speed is 200 r/min, and the diameter of the extrusion die is 5 mm.
압출된 원사를 120℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 200배이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 9배이며, 열 통로 온도는 125℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 120°C and then wound up. The stretch ratio is 200 times the extrusion speed. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretch ratio is 9 times, and the heat path temperature is 125°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A5에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A5.
실시예 5Example 5
탄소 섬유(길이 크기 1000μm, 직경 20μm), 불소 가스를 밀폐 반응기에 넣고, 불소 가스 압력 0.7~0.8Mpa, 온도 150℃에서 2시간 동안 지속적으로 반응시켜 표면이 불화된 탄소 섬유를 얻는다.Carbon fiber (length 1000 μm, diameter 20 μm) and fluorine gas are placed in a sealed reactor, and the reaction is continuously performed at a fluorine gas pressure of 0.7 to 0.8 Mpa and a temperature of 150°C for 2 hours to obtain carbon fiber with a fluorinated surface.
유리 섬유, 불화 탄소 섬유, 실란 커플링제 KH560, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 2:4:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 혼합 섬유를 얻는다.Glass fiber, fluorocarbon fiber, silane coupling agent KH560, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 2:4:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70℃ and 90℃, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain a treated mixed fiber.
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 40만, Mw/Mn 2.4, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.941g/cm3의 폴리에틸렌과 처리된 혼합 섬유, 스테아린산, 스테아린산 칼슘, 산화 방지제 1010을 94, 5, 0.3, 0.4, 0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 400,000, Mw/Mn of 2.4, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.941 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst, and treated mixed fibers, stearic acid, calcium stearate, and antioxidant 1010 are mixed in a ratio of 94, 5, 0.3, 0.4, and 0.3, and the mixing time is 3 minutes to obtain a raw material.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~200℃이고, 회전 속도는 220r/min이며, 압출 금형의 구경은 10mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 200°C, the rotation speed is 220 r/min, and the diameter of the extrusion die is 10 mm.
압출된 원사를 150℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 600배이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 15배이며, 열 통로 온도는 130℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 150°C and then wound up. The stretch ratio is 600 times the extrusion speed. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretch ratio is 15 times, and the heat path temperature is 130°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A6에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A6.
비교예 1Comparative Example 1
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 2.8, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.945g/cm3의 폴리에틸렌을 취한다. 폴리에틸렌과 산화 방지제 1010, 스테아린산 아연을 99.5:0.2:0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 2.8, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.945 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst is taken. Polyethylene, antioxidant 1010, and zinc stearate are mixed in a ratio of 99.5:0.2:0.3, and the mixing time is 3 minutes to obtain the raw material.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~180℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 180°C, the rotation speed is 90 r/min, and the diameter of the extrusion die is 0.5 mm.
압출된 원사를 80℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 400배이고, 연신 후 냉각 온도 및 매질은 20℃ 공기이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 7배이며, 열 통로 온도는 100℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 80°C and then wound up. The stretching ratio is 400 times the extrusion speed. The cooling temperature and medium after stretching are 20°C air. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretching ratio is 7 times and the heat path temperature is 100°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A1에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A1.
비교예 2Comparative Example 2
유리 섬유, 실란 커플링제 KH560, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 6:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 유리 섬유를 얻는다.Glass fiber, silane coupling agent KH560, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 6:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70℃ and 90℃, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain treated glass fiber.
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 2.8, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.945g/cm3의 폴리에틸렌을 취한다. 폴리에틸렌과 처리된 유리 섬유, 산화 방지제 1010, 스테아린산 아연을 95:4.5:0.2:0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 2.8, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.945 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst is taken. The raw material is obtained by mixing polyethylene, treated glass fiber, antioxidant 1010, and zinc stearate in a ratio of 95:4.5:0.2:0.3, and mixing for 3 minutes.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~180℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 180°C, the rotation speed is 90 r/min, and the diameter of the extrusion die is 0.5 mm.
압출된 원사를 80℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 40배이고, 연신 후 냉각 온도 및 매질은 20℃ 공기이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 7배이며, 열 통로 온도는 100℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 80°C and then wound up. The stretching ratio is 40 times the extrusion speed. The cooling temperature and medium after stretching are 20°C air. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretching ratio is 7 times and the heat path temperature is 100°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A3에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A3.
비교예 3Comparative Example 3
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 2.8, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.945g/cm3의 폴리에틸렌을 취한다. 폴리에틸렌과 미처리 유리 섬유, 산화 방지제 1010, 스테아린산 아연을 95:4.5:0.2:0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 2.8, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.945 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst is taken. The raw material is obtained by mixing polyethylene, untreated glass fiber, antioxidant 1010, and zinc stearate in a ratio of 95:4.5:0.2:0.3, and mixing for 3 minutes.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~180℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 180°C, the rotation speed is 90 r/min, and the diameter of the extrusion die is 0.5 mm.
압출된 원사를 80℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 180배이며, 단사가 발생한다.The extruded yarn is stretched multiple times at 80℃ and then wound. The stretching ratio is 180 times the extrusion speed, and single yarns are generated.
비교예 4Comparative Example 4
유리 섬유, 실란 커플링제 KH560, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 6:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 유리 섬유를 얻는다.Glass fiber, silane coupling agent KH560, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 6:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70℃ and 90℃, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain treated glass fiber.
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 5.4, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.952g/cm3의 폴리에틸렌을 취한다. 폴리에틸렌과 처리된 유리 섬유, 산화 방지제 1010, 스테아린산 아연을 95:4.5:0.2:0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 5.4, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.952 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst is taken. The raw material is obtained by mixing polyethylene, treated glass fiber, antioxidant 1010, and zinc stearate in a ratio of 95:4.5:0.2:0.3, and mixing for 3 minutes.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~180℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 180°C, the rotation speed is 90 r/min, and the diameter of the extrusion die is 0.5 mm.
압출된 원사를 80℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 180배이며, 단사가 발생한다.The extruded yarn is stretched multiple times at 80℃ and then wound. The stretching ratio is 180 times the extrusion speed, and single yarns are generated.
비교예 5Comparative Example 5
유리 섬유, 실란 커플링제 KH560, 액체 파라핀, 폴리에틸렌 왁스를 6:2:1:1의 비율로 고속 혼합기에 넣고 고속으로 혼합하되, 온도를 70℃~90℃ 사이로 제어하고, 매번 1분씩 혼합하고 30초씩 멈추며, 총 혼합 시간은 약 10분으로 하여 처리된 유리 섬유를 얻는다.Glass fiber, silane coupling agent KH560, liquid paraffin, and polyethylene wax are placed in a high-speed mixer in a ratio of 6:2:1:1 and mixed at high speed, while controlling the temperature between 70℃ and 90℃, mixing for 1 minute each time and stopping for 30 seconds, and the total mixing time is about 10 minutes to obtain treated glass fiber.
후전이 금속 촉매로 중합하여 얻은 중량 평균 분자량 15만, Mw/Mn 5.4, 천 탄소 메틸 수 <0.1, 밀도 0.952g/cm3의 폴리에틸렌을 취한다. 폴리에틸렌과 처리된 유리 섬유, 산화 방지제 1010, 스테아린산 아연을 95:4.5:0.2:0.3의 비율로 혼합하되, 혼합 시간 3분으로 하여 원료를 얻는다.Polyethylene having a weight average molecular weight of 150,000, Mw/Mn of 5.4, a thousand carbon methyl number of <0.1, and a density of 0.952 g/cm 3 obtained by polymerization with a post-transition metal catalyst is taken. The raw material is obtained by mixing polyethylene, treated glass fiber, antioxidant 1010, and zinc stearate in a ratio of 95:4.5:0.2:0.3, and mixing for 3 minutes.
원료를 스크류 압출기에 공급하여 용융 압출한다. 이축 스크류의 공급부 온도부터 배출부 온도까지는 145℃~180℃이고, 회전 속도는 90r/min이며, 압출 금형의 구경은 0.5mm이다.The raw material is fed into a screw extruder and melted and extruded. The temperature from the feed to discharge of the twin screw ranges from 145°C to 180°C, the rotation speed is 90 r/min, and the diameter of the extrusion die is 0.5 mm.
압출된 원사를 80℃에서 다수배로 연신 후 권취하되, 연신 배율은 압출 속도의 30배이고, 연신 후 냉각 온도 및 매질은 20℃ 공기이다. 권취된 섬유를 다시 고온 다수배로 연신하되, 연신 배율은 4배이며, 열 통로 온도는 100℃이다.The extruded yarn is stretched multiple times at 80°C and then wound. The stretching ratio is 30 times the extrusion speed. The cooling temperature and medium after stretching are 20°C air. The wound fiber is then stretched multiple times at high temperature. The stretching ratio is 4 times and the heat path temperature is 100°C.
고온 다수배로 연신된 섬유의 절단 방지 테스트를 수행하되, 절단 방지성은 A3에 도달할 수 있다.A cut resistance test is performed on a fiber stretched multiple times at high temperature, and the cut resistance can reach A3.
비교예 6Comparative Example 6
내마모성 절단 방지 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 제조방법에 있어서, 1000중량부의 백유에 0.5중량부의 실란 KH550 커플링제, 5중량부의 나노 이산화규소, 6중량부의 현무암 단섬유, 0.2중량부의 스테아린산 나트륨, 0.2중량부의 테트라키스[β-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온산]펜타에리트리톨 에스테르, 0.8중량부의 나노 분산제 VK-01을 넣고, 8000r/min의 고속 회전 유화기에서 4시간 동안 처리하되, 온도를 60℃로 제어하여 모액을 형성한다. 중량 평균 분자량 400만, 분자량 분포 5.6의 수지 원료 80중량부를 취하되, 수지 평균 입자 크기는 180μm이고, 입자 크기 분포 폭(d90-d10)/d50: 1.2, 벌크 밀도 0.34g/cm3인 바, 이를 볼 밀에 넣고 온도를 50℃로 제어하며, 다시 2중량부/분의 속도로 모액을 천천히 볼 밀에 넣고 균일하게 교반 혼합하고, 그런 다음 혼합 용액을 밀폐 용기 내에서 4시간 동안 진공 처리한 후, 혼합 용액은 습식 방사 공정을 거쳐 이축 압출기, 계량 펌프, 방사 상자에서 압출되고, 추출, 건조, 연신 및 열 연신 후 권취 성형된다. 이 섬유를 테스트한 결과, 이 섬유의 절단 방지 등급은 A3이다.In a method for producing an abrasion-resistant, cut-resistant ultra-high molecular weight polyethylene fiber, 0.5 parts by weight of a silane KH550 coupling agent, 5 parts by weight of nano silicon dioxide, 6 parts by weight of basalt short fiber, 0.2 parts by weight of sodium stearate, 0.2 parts by weight of tetrakis[β-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionic acid]pentaerythritol ester, and 0.8 parts by weight of a nano dispersant VK-01 are added to 1000 parts by weight of white spirit, and the mixture is treated in a high-speed rotary emulsifier at 8000 r/min for 4 hours, while controlling the temperature to 60°C to form a mother liquid. Take 80 parts by weight of resin raw material with a weight average molecular weight of 4 million and a molecular weight distribution of 5.6, an average particle size of 180 μm, a particle size distribution width (d90-d10)/d50: 1.2, and a bulk density of 0.34 g/cm3, put it into a ball mill, control the temperature at 50℃, and slowly put the mother liquor into the ball mill again at a speed of 2 parts by weight/min, stir and mix evenly, and then vacuum-treat the mixed solution in a sealed container for 4 hours, and the mixed solution is extruded from a twin-screw extruder, a metering pump, and a spinning box through a wet spinning process, and is then extracted, dried, drawn and hot drawn, and then wound and formed. As a result of testing this fiber, the cut resistance grade of this fiber is A3.
[표 1][Table 1]
상기 표에서 알 수 있듯이, 폴리에틸렌과 처리된 무기 섬유를 혼합한 후 순수 폴리에틸렌보다 내절단 성능이 더 우수한 폴리에틸렌 섬유 제품을 얻을 수 있으며, 내절단 성능은 A3 수준에 도달할 수 있다. 중량 평균 분자량이 15만~100만이고 분자량 분포가 3.0보다 낮은 폴리에틸렌을 처리된 무기 섬유와 혼합한 후 사용하면, 방적 돌기에서 나온 용융 상태에서 더 우수한 연신 성능을 얻을 수 있으며, 연신 배율은 180배보다 높을 수 있다. 용융 상태에서 연신 배율이 180배보다 높을 때, 섬유 제품의 내절단 성능은 다시 향상될 수 있으며, A5~A6 수준에 도달한다.본 방법으로 제조된 내절단성 섬유는 비용, 공정 복잡성 및 환경 보호 측면에서 용액 용해 및 현재의 용융 압출 방법으로 고성능 섬유를 제조하는 방법보다 훨씬 우수하며, 절단성 또한 용액법으로 제조된 초고분자량 폴리에틸렌 내절단성 섬유 제품보다 우수하다.As can be seen from the above table, after mixing polyethylene and treated inorganic fibers, a polyethylene fiber product with better cut resistance than pure polyethylene can be obtained, and the cut resistance can reach the A3 level. When polyethylene with a weight average molecular weight of 150,000 to 1,000,000 and a molecular weight distribution lower than 3.0 is mixed with treated inorganic fibers and used, better drawing performance can be obtained in the molten state from the spinneret, and the draw ratio can be higher than 180 times. When the draw ratio in the molten state is higher than 180 times, the cut resistance of the fiber product can be improved again, and it can reach the A5 to A6 level. The cut-resistant fiber produced by this method is far superior to the method of producing high-performance fibers by solution dissolution and current melt extrusion methods in terms of cost, process complexity, and environmental protection, and the cut resistance is also superior to the ultra-high molecular weight polyethylene cut-resistant fiber products produced by the solution method.
상기 실시예에 대한 설명은 본 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 이해하고 사용하는 데 편리하도록 하기 위함이다. 본 분야 기술을 숙지하고 있는 기술자는 명백히 이러한 실시예에 대해 다양한 수정을 쉽게 할 수 있으며, 여기서 설명된 일반 원리를 진보성 창출에 힘쓸 필요없이 다른 실시예에 적용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 분야 기술자가 본 발명의 개시를 바탕으로 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 수행한 개선 및 수정은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있어야 한다.The description of the above embodiments is intended to facilitate the understanding and use of the present invention by those skilled in the art. Those skilled in the art will readily appreciate various modifications to these embodiments and the general principles described herein can be applied to other embodiments without the need for significant effort. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, and any improvements or modifications made by those skilled in the art based on the disclosure of the present invention without departing from the scope of the present invention shall fall within the protection scope of the present invention.
Claims (10)
S1: 무기 섬유 재료를 표면 처리하여 상기 무기 섬유 재료가 폴리에틸렌 기재에 대한 친화성을 높이는 단계;
S2: 단일 활성 중심 촉매로 중합하여 얻은 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌, S1에서 처리된 무기 섬유 재료, 가공 조제를 혼합하여 혼합물을 구성하는 단계;
S3: S2에서 얻어진 혼합물을 이축 압출기에 공급하여 용융 혼합하고, 방적 돌기를 통해 미연신 섬유 용융물을 얻는 단계;
S4: 미연신 섬유 용융물을 고온에서 고배율로 연신하되, 연신 배율이 180배보다 크고, 무기 섬유가 단방향 배향 상태에 도달할 때까지 연신한 후 냉각하는 단계;
S5: S4에서 냉각된 무기 섬유를 다시 고온에서 다배율로 연신하여 내절단성 폴리에틸렌 복합 섬유를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In a method for manufacturing a cut-resistant fiber,
S1: A step of surface-treating an inorganic fiber material to increase the affinity of the inorganic fiber material for a polyethylene substrate;
S2: A step of forming a mixture by mixing a narrow molecular weight distribution polyethylene obtained by polymerization with a single active center catalyst, an inorganic fiber material treated in S1, and a processing aid;
S3: Step of feeding the mixture obtained in S2 into a twin-screw extruder to melt and mix, and obtaining an unstretched fiber melt through a spinneret;
S4: A step of drawing a non-drawn fiber melt at a high temperature and a high magnification, but drawing the melt at a magnification greater than 180 times, and drawing until the inorganic fiber reaches a unidirectional orientation state, and then cooling;
S5: A method for producing a cut-resistant fiber, characterized by including a step of drawing the cooled inorganic fiber in S4 again at a high temperature with a multiplicity to obtain a cut-resistant polyethylene composite fiber.
S1에서, 상기 무기 섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 규회석 섬유, 현무암 섬유 중 하나 또는 그 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
In S1, a method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that the inorganic fiber comprises a mixture of one or more of carbon fiber, glass fiber, wollastonite fiber, and basalt fiber.
S1에서, 상기 무기 섬유 재료의 가로 세로의 비는 50보다 큰 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that in S1, the length-to-width ratio of the inorganic fiber material is greater than 50.
S1에서, 상기 표면 처리는 커플링제 처리, 표면 화학 개질 처리, 표면 코팅 처리, 플라즈마 처리 중 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that in S1, the surface treatment is one or more of coupling agent treatment, surface chemical modification treatment, surface coating treatment, and plasma treatment.
S1에서, 상기 좁은 분자량 분포 폴리에틸렌의 중량 평균 분자량은 15만~100만 사이이고, 분자량 분포는 3.0보다 낮은 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that in S1, the weight average molecular weight of the narrow molecular weight distribution polyethylene is between 150,000 and 1,000,000, and the molecular weight distribution is lower than 3.0.
S3에서, 이축 압출기의 압출 온도는 160℃~240℃이고, 방적 돌기 온도는 180℃~250℃인 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that in S3, the extrusion temperature of the twin-screw extruder is 160°C to 240°C, and the spinneret temperature is 180°C to 250°C.
S4에서, 고배율 연신 시 온도는 60℃~150℃인 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that the temperature during high-magnification stretching in S4 is 60°C to 150°C.
S4에서, 냉각 온도는 5℃~40℃이고, 냉각 매질은 공기 또는 물인 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that in S4, the cooling temperature is 5°C to 40°C and the cooling medium is air or water.
S5에서, 고온 다배율 연신 배율은 5~20배이고, 온도는 70℃~130℃인 것을 특징으로 하는 내절단성 섬유의 제조방법.In the first paragraph,
A method for producing a cut-resistant fiber, characterized in that in S5, the high-temperature multi-extension ratio is 5 to 20 times and the temperature is 70°C to 130°C.
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