부직포공학 전북대학교 유기소재파이버공학과 길명섭 mskhil@jbnu.ac.kr.

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1 부직포공학 전북대학교 유기소재파이버공학과 길명섭

2 제4장 Polymer-laid web formation
① Spunlaid 또는 spunmelt 부직포라고도 하며 압출 방사공정에 의해 제조됨 ② 대표적인 방법으로 spunbonding(spunbond)와 meltblowing(meltblown)이 있음 ③ 일반 방사처럼 토우나 실을 제조하는 대신 필라멘트로 직접 웹을 제조함 ④ 중간 공정을 요구하지 않아 생산 증가 및 가격 인하가 가능함 [Spunbonding(spunbond)] [Meltblowing(meltblown)] [찾아보기] Tow(토우)란?

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4 2. Spunbonding과 meltblowing용 수지
1) 섬유 형성 방법별 사용되는 고분자의 특징 ① Spunbonding에 사용되는 고분자 - 고분자량과 넓은 분자량 분포를 가지는 고분자가 쓰임 예) PP, PET, PA 등 - 용융방사용 중간 용융점도를 가진 고분자도 사용됨 ② Meltblown에 사용되는 고분자 - 저분자량 및 좁은 분자량 분포를 가지는 고분자가 주로 쓰임 ③ Spunbonding과 meltblown에 공통으로 사용되는 고분자 - Polyolefins, 특히 PP가 meltblown과 spunbonded 부직포로 주로 사용되고 있음 - 저렴한 가격으로 전 세계적으로 광범위하게 이용됨 - Polymer-laid 웹에 적합한 가격과 우수한 물성을 가짐

5 폴리올레핀 수지 가. 일반적인 특징 ① 상업적으로 사용되는 폴리올레핀은 고결정의 강직한 물질로부터 낮은 modulus의 비결정성 고분자에 이르기까지 다양함 ② PE와 PP가 대표적인 ③ PP는 polymer-laid 부직포에서 가장 광범위하게 쓰임 - Isotactic, syndiotactic, atactic이 있음 - 상업적으로 isotactic PP가 중요함 ④ PP 수지가 PE에 비해 압출하기가 더 어려움 - PP 수지의 high shear sensitivity와 높은 녹는점에 기인함 ⑤ PP와 PE 수지는 좁은 분자량 분포를 가진다면 비교적 세섬도 필라멘트로 방사하기 쉬움

6 [입체규칙성(tacticity)]

7 나. PP의 입체규칙도(tacticity)에 따른 특징
① Isotactic PP - Head to tail로 부가되며 methyl group이 고분자 주쇄의 동일 평면에 위치 - 나선 형태로 결정이 되며 좋은 기계적 물성(강직성과 인장 강도)을 가져 섬유제품으로 주로 사용됨 ② Syndiotactic PP - Methyl group의 결합방향이 교대로 됨 - Isotactic에 비해 강직성이 부족하나 충격과 투명성이 더 우수함 ③ Atactic PP - 단량체의 랜덤 삽입에 의해 만들어짐 - Isotactic PP와 syndiotactic PP에 비해 결정성이 낮음 - 주로 지붕재의 타르나 접착제로 쓰임

8 다. PE의 특징 ① Ethylene 단량체의 중합에 의해 제조함 ② Polyethylene의 기본 3가지 타입 - HDPE(high density polyethylene): 밀도 g/cm3 이상 - LDPE(low density polyethylene): 밀도 g/cm3 - LLDPE(linear low density polyethylene): 밀도 g/cm3 ③ HDPE와 LLDPE가 섬유 제조에 주로 쓰임

9 라. Polymer-laid 부직포의 특성에 영향을 미치는 수지의 인자
① 녹는점 - PP 녹는점은 165 ℃이며 PE는 ℃ 임 ② 열적 결합 - 열적 결합은 spunbonding공정에서 결합 단계임 - 열적 결합이 구조의 결합 및 드레이프(유연성) 특성에 영향을 미침 - PP가 PE보다 높은 녹는점과 결정성 때문에 더 넓은 열적 결합 범위를 가짐 - PP의 열적 결합 범위는 ℃이고 PE는 ℃ 정도임 ③ 분자량 분포(MWD) - Spunbonding과 meltblown은 비교적 좁은 분자량 분포를 가진 수지를 사용함 - 좁은 분자량 분포는 수지의 용융 탄성을 낮추어 용융된 수지가 가는 데니어의 필라멘트로 연신이 가능하게 함

10 ④ 용융점도 - 가는 필라멘트를 제조하기 위해서는 용융점도를 적절하게 조정해야 함 ⑤ 수지 - 가는 방사 노즐을 사용하기 때문에 오염물을 포함하지 않아야 함 - 용융체의 여과에 의해 오염물질을 제거함

11 (참고) 디지털나염프린팅(Digital Textile Printing, DTP)
3) Polyester ① PP와 달리, PET 폐기물은 스펀본딩에서 재활용이 어려움 ② 인장강도, modulus(탄성계수), 열안정성이 PP보다 우수함 ③ PET부직포는 염색이 쉽고 비용액 공정으로 인쇄가 가능함 ④ PTT(polytrimethylene terephthalate)는 우수한 물성의 스펀본딩 웹을 제조하기 위하여 사용됨 - PTT(228 ℃)는 PP(160 ℃) 와 PET(260 ℃) 의 중간 정도의 녹는점을 가짐 - Regular PET에 비해서 수축이 일어나지 않음 (참고) 디지털나염프린팅(Digital Textile Printing, DTP)

12 4) Polyamide ① 스펀본딩 부직포는 나일론 6과 나일론 6,6으로 만들어짐 ② 나일론은 PET나 PP보다 값이 비쌈 ③ 나일론 6,6 스펀본딩 부직포는 10 g/m2의 낮은 평량을 가짐 ④ 우수한 덮임성과 강도를 가짐 ⑤ Amide 작용기와 물 분자 사이의 수소결합에 의해 물을 쉽게 흡수함 5) Polyurethane ① 의류, 위생용품, 기타 좋은 신장, 회복, 맞춤이 요구되는 응용분야에 적용됨 ② Sheath-core구조로 사용되기도 함 - 엘라스토머 PU를 core로, 폴리올레핀을 sheath로 스펀본딩 부직포 제조 - 특성적인 섬유의 태를 부여함 - 염색을 위하여 PET가 sheath로 사용됨

13 6) Rayon ① Viscose와 cupraammonium rayon이 스펀본딩 웹 제조에 사용됨 ② 우수한 드레이프성과 부드러움이 특징

14 7) Bicomponents와 혼합된 고분자
① 일부 부직포는 여러 가지 고분자로 구성되기도 함 - 저융점 고분자는 고융점 섬유와 함께 개개의 섬유로 분산되어 바인더 역할을 함 - 두 고분자가 하나의 섬유로 결합되기도 함 ② Bicomponent fiber(이성분 섬유)는 sheath(저융점)와 core(고융점)으로 구성됨 - 편심 sheath-core 구조를 가진 이성분 섬유는 두 고분자 성분의 열 수축 차이에 의해 크림프가 발현된 spunlaid 부직포에 사용되기도 함 ③ 분리형 이성분 섬유는 적어도 2가지 다른 고분자 성분을 가짐 - Freudenberg가 생산하는 Evolon®부직포는 웹 결합방법인 hydroentanglement에 의해 마이크로섬유로 갈라짐(Polyester/polyamide) - 부드러운 천, 위생용품, 의료용 창상피복재로 쓰임

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16 3. Spunbond 부직포 제조 Reemay Typar Tyvek 1) 개요 ① DuPont의 스펀본딩 제품
- Reemay(PET), Typar(PP), Tyvek(flashspun PE) ② 스펀본딩 부직포 생산의 주요 인자 - 웹형성: 필라멘트 압출, 연신, lay down - 웹결합 Reemay Typar Tyvek

17 2) 방사 가. 압출 방사의 종류 및 특징 - 용융방사, 건식방사, 습식 방사 등이 있음 ① 용융방사(직접방사라고도 함) - 간편하고 경제적임 - 열가소성 섬유고분자를 용융하여 공기 또는 다른 가스로 압출한 후, 냉각하여 필라멘트를 고화시킴 - PET, PE, PA, bicomponent, conjugate filament 등이 만들어짐 - 마이크로섬유나 나노섬유도 만들 수 있음

18 ② 건식방사 - 섬유고분자 용액을 가열된 챔버 내로 압출하여 용매를 제거하고 필라멘트를 제조함 - Cellulose acetate가 예임 ③ 습식방사 - 섬유 고분자 용액을 액체 응고액 안으로 압출하여 고분자를 재생함 - Viscose rayon이나 cupraamonium rayon이 예임 나. 스펀본드 라인을 구성하는 요소 ① Extruder(섬유 형성): metering pump, die assembly ② Spinning, drawing and deposition ③ Belt (필라멘트를 모음) ④ Bonding zone ⑤ Winding unit

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20 다. 고분자의 용융과정 ① 고분자 pellet이나 granule이 압출기 호퍼로 공급됨 - Pellet이 중력에 의해 screw로 공급됨(screw는 가열된 barrel 안에서 회전함) ② 고분자는 screw flight사이에서 가열된 barrel의 벽면을 따라 전진함 - 고분자가 barrel 내에서 움직임에 따라 의해 용융됨 - 고분자는 열, 유체의 마찰, screw와barrel의 기계적인 작용에 의해 녹음 ③ 용융된 고분자는 계량부로 이송됨 - Screen pack과 breaker plate는 찌꺼기나 녹지 않은 고분자 덩어리를 걸러냄 - 용융된 고분자는 가해진 압력에 의해 계량펌프로 이동함

21 라. Screw 구조 및 작용 - Feed(공급부), transition(이송부), metering(계량부)부로 나눔 ① 공급부 - 고분자 펠렛을 스크류 채널 내에서 예열하여 이송부로 전달함 ② 이송부 - 고분자를 압축하고 녹인 후에 균질화함 - 스크류 채널의 깊이는 진행방향으로 점점 감소함 ③ 계량부 - 용융된 고분자를 계량하여 계량펌프로 밀어냄 - 최대 압력을 발생시킴

22 마. 용융체의 계량 ① 고분자 용융체의 일정한 흐름을 유지하기 위한 공정변수는 점도, 압력, 온도임 ② 용적식 계량장치(positive displacement volume metering device) - 일정한 용융체를 die assembly로 전달함 - Metering pump가 용융체의 계량 및 공정압력을 제공함 ※ Metering Pump(계량펌프)의 특징 및 작동 ① 교차하면서 반대로 회전하는 두 개의 치차(tooth)로 된 기어로 구성됨 ② 펌프로 흡입된 고분자 용융물은 치차를 채움 ③ 용융물이 채워진 기어는 회전하여 펌프 출구로 용융물을 이동함

23 바. Die block assembly ① Spunbond 공정에서 가장 중요한 부분으로 고분자의 분배와 방사구로 구성됨 ② 다이 블록 어셈블리에서 고분자 분배의 중요성 - Die 폭의 변동에 따른 고분자 흐름의 변동을 보상하기 위한 별도의 기계적인 보정장치가 없음 - Die 내부는 고분자가 빠르게 열분해되는 온도범위로 설정됨 ③ 분배는 die 폭에 따른 유체의 흐름과 체류 시간에 균형이 이루어지도록 함 ④ 분배 방식은 T-type, coat-hanger type, fish tail type이 있음 ⑤ 용융된 고분자는 feed distribution channel을 통과하여 방사구로 감

24 사. 방사구 ① 방사구는 die assembly의 한 부분임 ② 수천 개의 orifice 또는 hole를 가지는 금속 블록임 - 방사구는 대개 원형 또는 직사각형 형태임 ③ 여러 개의 방사구를 block 또는 bank로 부름 - 상업적인 생산에서는 섬유의 양을 증가시키기 위하여 두 개 이상의 block이 직렬로 설치됨

25 3) 필라멘트 방사, 연신 및 적층 가. 연신 ① 하나 이상의 연신 로울러 세트에 의해 연신이 이루어짐 ② Venturi tube와 같은 공기역학 장치가 특별히 사용되기도 함

26 나. 적층 - 연신 공정 후에 이루어지며 fanning 또는 entangler unit이라고 알려진 공기역학 장치가 사용되기도 함 - Fanning unit은 횡단면 웹의 결합을 증가시키기 위하여 이웃하는 필라멘트를 가로 지르거나 병진시킴

27 4. Spunbond 생산 시스템 1) 시스템의 종류 가. Route 1
① 세로방향의 방사구를 사용하며 방사구 양 옆에 공기 슬롯을 가짐 (연신 gas의 분출 용도, primary air라고 함) ② 필라멘트가 lay down후에 필라멘트를 따라 room air가 이동함 (secondary air라고 함) ③ Secondary air는 suction(3)에 의해 제거됨 ④ 이 공정은 폴리우레탄과 같은 끈적한 고분자에 잘 맞음 ⑤ 웹이 집속된 후에 연속상 필라멘트는 고유의 끈적임으로 교차점에서 결합을 함 ⑥ 결합 단계 이후에 결정화에 의해 필라멘트의 끈적임이 제거됨

28 나. Route 2 ① 높은 연신비로 필라멘트의 분자배열을 높임 ② 필라멘트가 연신관을 통해 여러 개의 air 또는 gas 흐름에 의해 연신이 이루어짐 ③ 웹 형성된 후에 air는 suction(4)에 의해 제거됨 ④ 이 공정은 직물과 유사한 외형과 태를 가지는 미세 필라멘트 경량 스펀본드 웹을 제조하는데 유리함

29 다. Route 3 ① 일반적인 냉각관(1)과 연신 제트(3)을 가짐 ② 이와 같은 연신과 냉각 배열이 배향도가 높은 필라멘트의 고속 방사용으로 적용될 수 있음 ③ 온도와 습도가 제어된 room air(2)는 필라멘트의 특성을 높이기 위하여 사용될 수 있음 ④ Room air는 웹 형성 후에 suction(4)에 의해 제거됨

30 라. Route 4 ① 방사구와 lay down zone사이에 기계적인 연신 단계(2)를 가짐 ② 일반 방사와 유사하며 보통의 air연신에서 최적의 필라멘트 배향이 어려운 고분자에 유용함 ③ Air 흐름(1)은 냉각을 위해서 (3)과(4)는 lay down을 위해서 사용됨 ④ 높은 강도와 낮은 신도의 웹이 이 공정을 통해 만들어짐

31 2) 상업생산용 시스템 가. Docan system ① 용융방사를 기초로 함 - Hole이 많은 특별한 방사구를 가짐 - 압출과 방사 조건의 적절한 조정에 의해 원하는 필라멘트 데니어가 만들어짐 - 각 방사구 아래에 위치한 공기 통로를 통과한 공기로 필라멘트를 냉각함 ② 필라멘트 연신과 배열에 필요한 힘은 공기역학 시스템에 의해 만들어짐 ③ 각 연속상 필라멘트 다발은 고압의 연신 제트에 의해 가이드를 통과하여 필라멘트의 분리와 fanning효과를 가지는 separator로 감 ④ Separator를 떠난 필라멘트 fan은 움직이는 메쉬 벨트 위에 랜덤 웹으로 쌓임

32 나. Reicofil system ①용융방사를 기초로 하며 용융체는 많은 hole을 가지는 방사구를 통하여 방사 펌프에 의해 강제로 밀어짐 ② 방사구 블록 아래에 위치한 primary 흐름관이 적당히 조절된 공기로 필라멘트를 냉각함 ③ Primary 흐름관 아래 위치한 secondary 흐름관은 상온의 보조 공기를 공급함 ④ 기계 폭을 따라 작동하는 ventilator는 낮은 압력을 만들고 방사구와 냉각 챔버로 부터 혼합 공기와 함께 아래로 필라멘트를 흡입함 ⑤ 연속상 필라멘트는 venturi를 통하여 분배 챔버로 흡입됨(fanning과 엉킴이 일어남) ⑥ 엉킨 필라멘트가 움직이는 흡입 mesh belt 위에 쌓이고 이 때 배열은 공기 흐림의 난기류 에 의해 영향을 받아 불균일이 증가됨

33 다. Lutravil system ① Carl Freudenberg Company가 독점권을 가짐 ② 용융된 고분자는 방사펌프에 의해 방사구로 압출됨 ③ 방사구 블록 아래 위치한 primary 흐름관은 적당히 조절된 공기로 필라멘트를 냉각함 ④ Primary 흐름관 아래에 위치한 secondary 흐름관은 상온 공기를 공급함 ⑤ 필라멘트는 연신과 배열을 위해서 고압의 tertiary공기가 공급되는 장치를 통과함 ⑥ 최종적으로 필라멘트는 움직이는 mesh belt위에 웹 형태로 쌓임

34 라. Ason/Neumag system ① 더 높은 필라멘트 속도를 내는 슬롯 디자인을 이용함 ② 위생용을 위한 경량 스펀본드 부직포를 생산함 - 미세 필라멘트로 된 웹을 생산 ③ 이 시스템은 빠른 방사속도에서 다수의 고분자를 처리할 가능성이 있음 ④ 더 가는 지름의 필라멘트를 제조함 - 미세 필라멘트는 덮임율과 부드러움을 증가시킴 (필라멘트의 표면적 증가에 의함) ⑤ 증가된 방사속도는 더 강한 필라멘트를 제조함 (분자배열과 탄성률의 증가에 의함)

35 5. 웹의 결합 - 컨베이어 벨트를 통해 결합이 안된 웹을 결합영역으로 보냄
- 스펀본드에서 3가지 결합 기술: 열적, 화화적/접착제, 기계적 결합 - 경우에 따라서 2가지 이상의 결합 기술이 사용되기도 함 열적(용융) 결합 가. 일반적인 특징 ① 가장 널리 사용되는 결합 방법임 ② 웹의 필라멘트 교차점에서 필라멘트의 용융에 의해 결합됨 - 칼렌더 롤러(접촉 접착) 또는 오븐(공기 매개)을 통한 열과 압력의 작용으로 용융시킴 ③ 용융의 정도는 부직포의 태를 포함하는 부직포의 기계적 및 물리적 성질을 결정함

36 나. Point와 area 결합 ① 점결합(point bonding)은 온도와 압력을 가해서 웹에 작고 많은 별개의 근접한 영역에서 필라멘트를 결합시킴 - 점 패턴은 엠보싱 칼렌더 롤러를 가열하여 형성함 - 점결합은 10% 정도 결합이 이루어지므로 area 결합된 웹보다 상당히 부드럽고 태에서는 더 직물 같은 특성을 부여함 ② 면결합(area bonding)은 웹에서 이용할 수 있는 결합 부분을 모두 사용함 - 가열된 칼렌더를 사용하여 열과 압력으로 용융이 일어나는 웹의 모든 부분에 적용하여 점결합보다 더 큰 필라멘트부분에서 결합이 이루어짐 - 면결합 웹에서 모든 접촉 부분이 결합될 필요는 없는데 실제 모든 접촉 부분이 결합을 형성하지는 못함 - 면접합 웹은 점결합 웹보다 뻣뻣하고 종이 같은 외형을 보임

37 다. 기타 열적 결합의 방법 ① 다른 연화점을 가지는 동일한 고분자의 필라멘트를 조합하는 방법 - PP 스펀본드 웹의 바인더로 미연신 PP 필라멘트(Typar)를 이용하여 결합시킴 ②다른 열가소성 물질을 파우더 형태로 스펀본드 웹에 분산시키는 방법 - Co-polyester와 co-polyamide를 사용 - 균일한 결합이 어려움 ③Core/sheath와 side-by-side 이성분 필라멘트를 spunlaid하는 방법 - 두 성분은 다른 녹는점을 가지므로 열 결합할 경우, 한 성분은 연화되고 다른 성분은 영향이 없음 - Nylon 66/nylon 6, polyester/nylon 6, PP/PE 등이 있음

38 라. 초음파 결합 ① 열적 점결합과 유사하나 웹의 가열이 기계적인 에너지를 열로 변환함으로써 이루어짐 ② 18,000 Hz보다 더 높은 주파수를 사용함 ③초음파 결합에서 웹 위에 가해진 압력, 진폭, 시간이 중요 인자임

39 2) 화학 및 용매 결합 가. 화학 또는 접착제 결합 - 고분자 라텍스 또는 고분자 용액을 웹 위에 분사하거나 함침시킨 후에 열로 curing하여 결합하는 방법 나. 바인더 도입 방법 ① 스프레이 결합 - 바인더가 웹의 표면에 분사되므로 웹의 내부로 침투가 어려워서 최종 웹은 강도가 낮고 벌크함 ② 함침법 - 웹 내부까지 침투되나 모든 섬유가 연속상으로 결합되므로 바인더의 특성에 의해 웹은 딱딱하고 뻣뻣하게 됨 ③ 용매 결합 또는 부분 용매화 결합 - 폴리아미드로 구성된 부직포에서만 적용가능하며 가스상 HCl을 사용함 - HCl 가스는 수소결합을 방해해서 섬유의 바깥 표면을 용해시킴 - 용해된 접촉 표면이 함께 결합되면서 섬유 교차점에서 섬유들이 함께 결합하고 마지막 단계에서 용매를 제거하거나 또는 중성화시킴

40 3) 기계적 결합 가. 결합 방법 ① 니들펀칭 - 열적 결합보다 덜 정밀하며 주로 무거운 스펀본드 부직포의 생산에 적합한 결합 방법임 ② Hydroentangling(spunlacing) - 이성분 섬유을 분할시켜 부직포를 제조할 경우에 적용 - 고압의 워터제트가 부직포의 필라멘트를 기계적으로 분리시켜 마이크로섬유로 만들기 위하여 사용됨 - 독특한 texture와 표면 성질 때문에 인기를 얻고 있음

41 6. 스펀본드 웹에 영향을 미치는 인자 - 최종 웹의 특성에 영향을 미치는 인자는 재료와 공정으로 나누어짐 1) 재료
① 고분자의 종류, 분자량 및 분포, 고분자 첨가제, 고분자의 분해, 고분자의 형태 (pellet 또는 granule) 등임 ② 적당한 가공 온도에서 허용 용융점도를 가지고 컬렉터 스크린에 닿기 전에 고화되어 섬유를 형성하는 고분자가 선택됨 ③ 약간 높은 분자량과 넓은 분자량 분포가 균일한 웹을 만들기 위해 선택됨

42 2) 공정 - 섬유 지름, 섬유 구조, 웹 lay down, 물리적 성질, 웹의 촉감과 관련된 성질에 직접 영향을 미침 가. 제어방식 ① 온-라인 - 생산 중에 실시간으로 방사, 연신, 적층 공정 조작이 가능함 - 고분자 토출량, 고분자/die 온도, quench air 속도 및 온도, take-up 속도, 결합 조건 등을 제어함 ∙ 고분자 토출량 및 고분자/die 온도는 섬유의 지름 및 필라멘트의 texture를 제어함 ∙ Quench air 속도는 연신과 air drag 제어를 도우며 quench air 온도는 필라멘트의 냉각 및 마이크로 구조의 발달에 관련됨 ∙ Take-up 속도는 최종 연신과 컨베이어 벨트 위의 필라멘트 적층과 관련됨 ∙ 결합 온도 및 압력은 최종 부직포의 강도에 영향을 줌

43 ② 오프-라인 - 오프-라인은 생산 라인이 정지 중일 때 제어할 수 있음 - 방사구의 hole 지름, 방사구와 컬렉터 사이의 거리, 결합 시스템 등을 제어함

44 나. 필라멘트 형성 인자와 필라멘트 특성 ① 필라멘트의 성질, 최종 부직포의 구조 및 성질에 영향을 미치는 중요한 공정인자임 ② Threadline의 동역학이 필라멘트의 구조와 성질에 영향을 미침 ③ Spinline에서 air drag가 고화 중에 필라멘트의 신장 변형과 결정화에 영향을 줌 <스펀본딩 부직포의 특성에 영향을 미치는 인자>

45 다. 연신 공정인자가 필라멘트의 특성에 미치는 영향
① 고분자 용융온도 - 높은 용융온도에 의해 점도가 낮아지면 연신이 용이하여 지름이 감소하게 됨 ② Primary air 온도 - 냉각 air의 온도가 증가하면 spinline의 냉각속도가 느려지므로 방사구로부터 더 먼 거리에서 결정화가 일어남 ③ 고분자량 - 높은 spinline 응력 - 필라멘트 연신비 증가 - 결정화 속도 증가 - 결정화와 배향의 증가 - 높은 인장강도와 낮은 파단신도 ④ 분자량 분포도 - 분자량 분포가 크면 높은 밀도와 낮은 복굴절을 보임 - 분자량 분포는 작으면 높은 인장강도와 낮은 파단신도를 보임

46 ⑤ Quenching air 압력 - Air 압력은 spinline의 연신비를 증가시킴 - 보조 air의 공급이 연신비를 증가시켜 섬유 지름을 감소시킴 ※ 섬유의 지름과 복굴절의 관계 ① 섬유 지름의 감소는 높은 배향을 나타내는 복굴절의 증가를 일으킴 ② 복굴절이 크면 분자 배열과 결정화도가 커짐 - 필라멘트의 분자배열과 결정화도가 높으면 인장강도가 높고 파단신도가 낮음

47 라. 필라멘트의 방사속도가 배향에 미치는 영향 - 필라멘트 번들은 약 6,000 m/min까지 공기의 가속에 의해 부분적으로 배향됨 ※ 방사속도에 따른 섬유의 분류 ① LOY(Low Oriented Yarn) : 방사속도는 500 ∼ 1,500 m/min ② MOY(Medium Oriented Yarn) : 방사속도는 1,500 ∼ 2,500 m/min ③ POY(Partially Oriented Yarn) : 방사속도는 2,500 ∼ 4,000 m/min ④ HOY(Highly Oriented Yarn) : 방사속도는 4,000 ∼ 6,000 m/min ⑤ FOY(Fully Oriented Yarn) : 방사속도는 6,000 m/min 이상 ∙ LOY와 POY는 강도를 높이기 위하여 별도의 단계에서 기계적으로 연신함

48 마. 필라멘트 laydown(웹 형성) ① 공기에 의해 필라멘트 번들이 움직이는 컨베이어 벨트 위에 적층되어 웹을 형성됨 ② 높은 균일성과 덮임성을 가진 웹은 필라멘트가 벨트에 닿기 전에 개개로 분리되어야 함 - 장력 하에서 적층 전에 필라멘트 번들에 정전기를 도입함으로써 분리가 됨 - 전하는 마찰로 전기를 유도하거나 고전압을 적용함으로써 얻어짐 ※ 컨베이어 벨트는 전기적으로 접지한 전도성 와이어로 만들어짐 - 섬유가 적층되면 벨트는 필라멘트가 가진 전하를 방전함

49 ③ 기계적 또는 공기역학적인 힘이 필라멘트를 개개로 분리함
④ 필라멘트의 번들을 기계적 또는 공기역학적으로 왕복운동시켜 적층함으로써 특별한 용도에 사용함 - 공기역학적 방법은 공기의 펄스를 교대로 하는데 방사구 블록과 제트의 배열을 맞추어 줌으로써 원하는 방향으로 lay down을 함 - 컨베이어 벨트가 움직이고 필라멘트 번들이 빠르게 왕복운동을 하며 필라멘트는 움직이는 벨트 위에 zig-zag 또는 사인 파형으로 쌓임 ⑤ 벨트의 속도, 왕복이동 주기, 필라멘트 커튼의 폭이 형성된 웹의 외형을 결정함

50 7. 스펀본드 부직포의 구조와 성질 - 웹의 두께, 필라멘트 데니어, 단위 면적당 필라멘트 수의 조합이 부직포의 평량을
- 웹의 두께, 필라멘트 데니어, 단위 면적당 필라멘트 수의 조합이 부직포의 평량을 결정함 (대개 g/m2) - 스펀본드 부직포의 성질은 섬유의 조성과 부직포의 구조에 의존함 1) 섬유 조성 ① 제조방법이 부직포의 외형을 결정하지만 고분자는 고유의 성질을 결정함 - 필라멘트 밀도, 내열성, 화학 물질 및 광 안정성, 염색성, 표면에너지 등이 고분자의 성질에 의해 좌우됨 ② 대개 스펀본드 부직포는 isotactic PP와 PET를 원료로 사용하며 소량의 나일론 6,6과 HDPE, LLDPE(linear low density PE)가 쓰임

51 2) 부직포의 구조 가. 웹의 방향성 ① 이방성은 웹의 제조 중에 필라멘트 배열을 조절해서 제조함 - 이방성은 필라멘트 지름과 필라멘트 적층 속도 대 벨트 속도의 비에 의해 결정되지만 필라멘트 적층 속도 대 벨트 속도에 의한 영향이 큼 ② 상업적으로는 기계방향으로 배열된 이방성 웹이 선호됨 - 고속의 컨베이어 벨트 위에 필라멘트가 적층되기 때문임 나. 균일성의 평가(평량으로 측정됨) ① 이미지 분석으로 결정함 - 섬유 지름 및 지름 변동, 섬유 배향 등이 측정 ② 빛의 투과를 이용하는 경우에는 경량 웹이 측정에 적합함

52 3) 스펀본드 웹의 일반적인 특성 - 불규칙한 섬유 구조 - 웹은 단위 면적당 높은 불투명도를 가진 흰색을 보임 - 층으로 구성되며 평량의 증가와 함께 층의 수가 증가함 - 평량은 g/m2의 범위이나 대개 g/m2임 - 섬유의 지름은 1-50 ㎛ 범위이나 대개 ㎛ 임 - 두께는 mm이나 대개 mm임 - 다른 부직포에 비해 무게대비 높은 강도를 가짐 - 인열강도(면접합 웹에 해당)가 큼 - 등방성 평면 - 마모 특성 및 주름 저항성이 큼 - 높은 기공도를 가져 보액 능력이 우수함 - 높은 평면 전단 저항성 - 낮은 드레이프성

53 4) 기타 ① 칼렌더에 의해 결합된 웹은 니들펀칭된 웹보다 두께가 얇음 - 칼렌더는 구조를 압축하지만 니들펀칭은 섬유를 평면에서 두께 방향으로 이동시키기 때문임 ② 파열강도와 인열강도는 CD방향에서 더 높은데 필라멘트가 MD방향으로 배열되기 때문에 더 많은 양의 섬유가 저항에 관여함 ③ 투과도는 섬유의 지름이 증가함에 따라 커짐 - 지름의 증가가 부직포의 밀도를 낮춤 ④ 부직포의 태는 섬유의 지름, 결합 등과 관련성이 큼 - 섬유의 지름과 결합은 부직포의 강성과 탄성에 영향을 미침 - 미세 섬유로 된 부직포는 부드럽고 유연함 - 저온에서의 결합과 낮은 평량이 부드러움을 증가시킴

54 8. 스펀본드 부직포의 응용 1) 자동차 분야 ① Tuft된 바닥 덮개용 후면 재료
② 트림 부분, 트렁크안감, 실내 도어 패널, 시트 커버 등 2) 도시공학 분야 ① 침식 제어, 호안 보호, 철로 바닥 안정, 운하 및 저수지 내측 보호, 고속도로 및 비행장 보호, 지붕재 등 ② 특징 - 높은 화학적 및 물리적 안정성 - 가격 대비 높은 강도 - 공학적으로 높은 잠재 가능성

55 3) 위생 및 의료 분야 ① 기저귀 및 요실금 커버 - 습한 사용자의 피부를 건조시켜 편안한 상태를 유지 ② 위생용 냅킨과 여성용 위생재로 쓰임 ③ 의료용 분야 - 수술실 일회용 가운, 신발 덮개, 멸균 포장재 등 ④ 특징 - Breathability - 유체 통과 저항성 - 린트가 없는 구조 - 멸균성 - 박테리아 침투 차단

56 4) 포장 분야 ① 종이와 플라스틱 필름이 만족스런 포장재로 사용되지 못할 경우에 사용 ② 금속 속재 포장, 멸균 의료 포장재, 고성능 봉투, 문구류 등