스크랩 폴리프로필렌(P.P)섬유

[kibo]

P.P 섬유에 대하여

방 사

방사폴리프로필렌은 폴리에스테르나 나일론에 비해 높은 Viscoelastic한 성질을 갖는다.
폴리에스테르는 용융점도가 100∼1000poise인데 반하여 폴리프로필렌은 약 100배인 104∼105poise이므로 방사 온도를 높게 설정해야 한다. 보통의 고분자는 용융점보다 30∼50℃ 높은 온도에서 방사되지만 폴리프로필렌은 용융점보다 50∼100℃ 높은 온도에서 방사된다. 또한 Spinneret을 통과한 후 보다 큰 탄성회복 성질을 띠기 때문에 Die Swelling 현상이 크게 된다. 따라서 Die Swelling을 적게 하기 위해서 Spinneret의 L/D Ratio를 크게 설계해야 한다. 즉, L이 길수록 응력 완화가 일어날 수 있는 여력이 커지므로 Swelling 현상이 적어지게 된다. 방사된 사는 Spinneret 하부위 Quenching Box에서 나오는 냉각 기류에 의해서 급냉, 고화된다. 폴리프로필렌 섬유는 수분에 의한 영향이 없으므로 습도를 조절할 필요가 없다. 사를 급냉시키는 이유는 미연신 상태에서 결정화를 가급적 최소화시켜 연신을 용이하게 하기 위함이다. 즉, 미연신사의 결정화도가 크면 연신 공정에서 연신 배율을 높이기가 어렵고 공정성이 불량해진다.
특히 폴리프로필렌은 나일론이나 폴리에스테르에 비해 결정화 속도가 빠르므로 급냉 공정을 거쳐 결정 생성을 충분히 억제하는 것이 중요하다. 폴리프로필렌의 결정화 온도는 110∼120℃이고 이 온도에서 결정이 가장 많이 생성되기 때문에 이 온도 범위 이하로 신속히 온도를 낮추는 것이 중요하다.

연 신

방사에서 권취된 미연신사는 배향도가 부족하여 강도가 낮고 신도가 높기 때문에 연신 공정을 거쳐 배향과 결정화가 이루어진다.
폴리프로필렌은 다른 고분자에 비해 결정화 속도가 빠르므로 미연신사의 결정화도가 높다.
폴 리에스테르사의 경우 급냉에 의해 거의 무정형의 사를 얻을 수 있으므로 유리 전이온도 이상의 온도에서 쉽게 연신되나 폴리프로필렌사의 경우에는 급냉을 시켜도 결정화가 많이 진행된다. 따라서 이 경우에는 연신온도를 결정영역에도 유동성을 부여할 정도로 다소 높게 설정하는 것이 필요하다.
폴리프로필렌사의 연신에서는 연신온도를 60∼100℃ 정도로 설정한다. 그러나 너무 높은 온도에서 연신하면 유동성이 너무 커져 연신 배율이 커져도 배향도에는 기여하지 않게 되므로 주의하여야 한다. 연신된 섬유는 분자쇄의 구조가 안정화되지 않았기 때문에 사용할 때 열 수축율이 높게 된다.
따라서 연신사는 열처리 공정을 거쳐 결정화시켜줌으로써 분자 구조를 안정화시켜야 하며, 연신기의 Heat Plate(가열판)에서 이 열처리를 해준다. 그러면 결정의 크기가 증가하고, 이 결정이 분자의 유동성을 방해하므로 분자 구조를 안정화시켜 주는 역할을 한다. 결과적으로 열처리를 거친 사는 사용할 때 열에 의한 수축률이 적게 된다.

섬유의 물리적 성질

섬유용으로 사용되고 있는 Isotactic 폴리프로필렌은 결정화도가 50∼65%이고, 결정화도는 연신 등의 가공조건에 따라 달라진다. 100% 결정의 밀도는 0.9363이고 100% 비결정의 밀도는 0.8576이며 폴리프로필렌 사의 밀도는 제사 조건에 따라 0.905∼0.920의 범위이다.
폴리프로필렌 섬유의 물리적 성질은 다음 표와 같으며, 타 섬유에 비해 특기할 만한 것은 비중이 작고 수분율이 0이라는 것이다. 강도와 신도는 다른 합성섬유와 같이 방사 및 연신 공정의 Draft율에 따라 변화되며 T=3.15E-1/2의 관계를 가지고 강도(T)와 신도(E)가 변화된다. 사의 강도는 분자쇄가 섬유축에 평행하게 배향될수록 커지는데, 배향의 정도를 나타내는 것이 복굴절률이다.
복굴절률이란 섬유축에 수직인 방향으로의 굴절률과 평행한 방향으로의 굴절률 차를 말하는 것으로 편광현미경을 사용하여 측정할 수 있다. 복굴절률은 권취속도와 연신배율이 커질수록 커지는데, 방사조건보다는 연신조건 변화에 따라 크게 변화된다. 즉 분자쇄의 배향은 방사공정보다는 연신공정에서 급격히 이루어진다는 것을 알 수 있다.

성 질: 폴리프로필렌

인장강도(g/d) 4~7(산재용 고강력사 8~9)
결정강도(g/d) 4.5~6.5
신도(%) 20~40
탄성회복률(%) 95(5%신장시)
비중 0.90~0.91
수분율(%) 0
흡수율(%) 0.01(21。C, 65% RH)
내후성: 안정제가 없으면 자외선 열화
내약품성: 극히우수
내용제성: 우수

용 도

폴리프로필렌 섬유의 용도는 주로 타 섬유로는 쉽게 적용되지 않는 분야로 진행됐다. 열접착된 부직포로 아기 기저귀용 커버를 만들고, 가구 제조시의 보조천과 Vinyl Fabric을 만드는 기재로도 사용된다. 매트리스용 Fiber Cushion의 제조시 열 융착섬유로 사용되고 Needle-Bonded Fabric의 형태 안정성을 부여하기 위한 용도로도 사용된다.
또한 토목공학 분야에도 사용되어 도로나 댐의 건설시 보강용 천으로 사용이 되고 지반 안정화나 지붕의 덮개로도 이용이 된다. 폴리프로필렌 섬유는 여러 가지 형태로 제조된다. 초기의 폴리프로필렌 섬유는 Mono-filament로 방사되어 가볍고 강도가 큰 성질 때문에 밧줄, 카펫 등에 사용됐다. 국내에서는 (주)삼흥에서 생산,판매하고있다.
이 회사의 홈페이지는 www.sh.co.kr 이다.
또 한 기존의 Multi-filament 형태나 Staple Fiber형태로도 만들어질 수 있고 리본 모양의 Slit-film 형태로 만들어지기도 한다. Melt-brown 폴리프로필렌 섬유는 외과용 마스크와 산업용 여과제와 같은 여과 매체로 사용되기도 하며 Spun-bond 폴리프로필렌은 경량의 고강도를 요구하는 포장용도로 이용되기도 한다.

일부 폴리프로필렌 섬유는 토목용 콘크리이트 보강재나 배의 선체들을 위한 복합재료 원료로 사용되기도 한다. 섬유가 그 기능을 유지하기 위해서는 염색이 가능해야 하는데, 폴리프로필렌이 염색되지 않는다는 사실도 상용성이 좋은 안료가 개발이 되면서 더 이상 문제가 되지 않았다. 실내 장식용이나 카펫에 사용되는 모든 폴리프로필렌 섬유는 안료를 사용하여 색상을 얻고 있다.

열안정제와 UV안정제 등과 상용성 있는 안료가 사용되면서 폴리프로필렌 섬유는 염색으로는 도달하기 어려운 일광견뢰도를 갖게 되어 특수 용도로 사용되고 있다. 즉, 자동차 Sheet Cover는 고온(83℃)의 조건에서 일광견뢰도를 측정하는데 일반적으로 안료는 염료보다 일광견뢰도가 좋으므로 안료로 색상을 부여하는 폴리프로필렌 섬유가 일광 견뢰도 측면에서 매우 유리하다.

따라서 폴리프로필렌 섬유는 자동차 내장재의 용도로 사용되기도 한다. 폴리프로필렌 섬유는 의류용으로 그다지 많이 이용되지 않고 있다. 그러나 폴리에스테르나 나일론에 비해 값이 싸고 여러가지 장점이 있기 때문에 적절한 용도로 사용하면 충분한 가치가 있다. 비중이 작기 때문에 후지직물의 제직시 가벼운 섬유를 얻을 수 있고, 수분 흡수가 전혀 없기 때문에 정전기 발생이 없고 때가 잘 타지 않으며 박테리아 서식이 되지 않아 위생 소재로 사용될 수 있다.
또한 속건성이 있으며 낮은 열전도율 때문에 보온성이 좋으므로 이것을 이용한 용도 개발을 시도한다면 의류용으로의 사용해도 유리하다.