가연사의 제조 원리 및 기술

가연사의 제조 원리 및 기술

1. 가연(false twist)의 원리

사의 한쪽 끝을 고정시키고 다른 끝을 꼬으면 일반적인 가연(실연 또는 진연)이 된다. 이에 대하여 사의 양끝을 고정시키고, 그 중간점을 파지한 상태로 n회 선회시키면 파지점을 경계로 해서 서로 방향이 다른 정각의 연 n, -n이 부여된다. 이 연은 양단이 고정된 시료에서는 항상 n+(-n)=0으로, 진연과는 상태가 다르게 된다.

다음에, 가연의 동적상태로 해서, 사가 일정속도 V로 운동하는 경우를 생각하면, 파지점을 경계로 해서 파지점 이전의 연 n/V가, 파지점 다음에서는 반대 방향 -n/V로 이동하는 것으로서 파지점 다음의 영역에서는 연수 zero의 상태로 된다. 그림 1은 이와 같은 연의 모델을 보인 것이다.

파지점의 대표적인 방법으로서는 중공 스핀들내에 적당한 내마모성의 핀을 설치하고, 그 핀에 사를 권부해서 핀과 사와의 마찰력으로부터 연점(然点)을 분기(分技)하는 것이 된다. 그림 2는 가연의 파지 모델을 보인다.

 

 

그림 1 가연의 원리                                그림 2 가연의 파지 모델

연사권축법은 역사적으로 비스코오스 레이온에 적용시켰지만, 이 연사 권축법은 연을 가하는 공정, 열을
주어 연을 고정하는 방법, 연이 영역에 가깝게 하는 상태까지 해연하는 공정의 기본 3공정으로 구성되어 있다. 이 공정을 함으로써 개개의 필라멘트에는 나선상의 연에 남아서 권축효과가 발휘되고 필라멘트간에 벌커성과 신축성이 부여된다.

그러나, 비스코오스 레이온 권축사는 세탁후의 권축 안정성이 결핍되어 있기 때문에, 실용적으로는 중시
되지 않았었다. 그렇지만, 나일론의 개발을 발단으로 해서 열가소성 합성섬유가 점차 공업화되어 권축
안정성이 보증되어, 연사권축법이 공업적으로 주목받기에 이르렀다. 역으로 공업화된 권축사는 수십배의 벌커성과 수백%의 신축성을 가져서 마침내 신축사로서 생산량도 급속히 증대했다.
그렇지만 이런 연사권축법에 의한 하이 벌커 권축사의 생산량과 용도가 확대된 것에 대해서 더욱
가공기술과 공정의 번잡성, 저생산성, 염색성을 주로 하는 균일성의 부족이 문제로 되었다.

당연한 요구로서, 보다 효율이 좋은 고생산성, 균일성, 경제적인 방법의 개발이 주목되어서 각광받게
된 것이 가연법이다. 이 원리는 소형화된 중공의 스핀들(스피나)에 의해서, 가연-열고정-해연을 연속
단일화한 공정으로 하는 것과 고속화, 또 균일화가 가능했다.

2. 가연 인자와 가연사 물성의 변화

;꼬임(Twist), 장력(Tension), 온도(Temperature), 시간(Time)

1) 꼬임(Twist)

가. 적정 가연수

가연수는 가연사의 권축구조에 관계하는 직접요인이며, 가연수가 많을수록 권축이 촘촘하게 되며 반전권축수가 많아지고 스나알이 적으며 외관도 아름답게되고, 권축력이 강한 가공사가 얻어진다. 일반적으로 권축이 촘촘한 것을 원하므로 가연수는 많은 쪽이 좋다.
그러나, 가연수가 과도하게 많게되면 꼬임불량이 일어나거나 강신도 저하를 일으키고, 공업적으로는
사속과 생산성을 저하시키는 등 몇 개의 제약이 있다. 그 때문에 가연수는 공업적으로 어느정도가
좋은가가 문제로 된다.

가연기구에서는 높은 온도하에서 강성이 적은 상태에서 가연되므로 이것은 가연하기 쉬운상태이며,
공업적으로는 보다 더 강연이 가능하다.
그런데, 가연한계를 제약하는 요인으로는 이중연(二重然) 현상이 있다. 이중연 현상이 일정해서 안정상태로 형성된 경우에는 문제없지만, 장력변동등이 일어나면 꼬임 불량이나 점오염(tight spot)의 원인이 된다.

그림 3 연수 및 연각

사를 가연(加然)하면 그림 3 에 보이는 것처럼 꼬임선이 형성하며 사의 직경에 대해서 고유한 꼬임각도 θ를
가진다. 그림에서 데니어와 꼬임수의 관계를 모델로 계산하면 꼬임의 강도와 tanθ와의 관계가
얻어진다.

그런데, 꼬임수가 증가하여 꼬임선이 치밀하게 되면 장력과의 관계에서 이중연이 발생하지만, 이중연이 발생하기 전에 절단이 일어난다. 즉, 장력이 적은 경우에서는 이중연이 발생하게되고 장력이 큰 경우에는 이중연이 생기기 전에 절단이 일어난다.

이 상태가 꼬임수의 한계이다. 따라서 한계 꼬임수와 장력과의 관계는 무시할 수 없다.
장력관계에 대해서는 별도로 기술하지만, 일반적으로는 가능한 낮은 장력으로 변동이 일어나지 않는
조건을 선택하는 것이 필요하며, 이 경우 얻어진 가연사는 권축 형태가 아름답고, 신축성능이 좋으며
균염성이 좋은 것이 얻어진다. 공업적으로는 0.1∼0.2g/d의 가연장력이 일반적이다.

가연장력 0.1∼0.2g/d에 대한 한계 꼬임은 이중연이다. 특히 가연가공의 경우에서는 가열상태에서 가연이 행해지므로 변형응력이나 강성이 극단적으로 적어지므로, 가연 전단력이 적게되어, 그 전단력의 합성력으로써 인장응력 및 압축력이 감소하여 이중연의 한계는 현저히 증가한다. 필라멘트가 유연한 상태로 압축력을 받아서 최밀 충진상태로 되므로 실제 사 직경은 상온하의 가연에 비해서 감소하여 한계 꼬임은 한단계 증가한다. 공업적으로 유용한 기계적인 적정 꼬임수를 경험적으로 tanθ = tan 48°= 1.11이 한계치에 가까우며, 권축사로서 공업적으로 실용할 수 있는 하한(下限)의 꼬임각도는 tan 40°= 0.84이다.
여기서, 가연사 단면을 최밀충진상태로 간주해서 나일론의 ρ=1.14, 폴리에스터 ρ=1.38로 해서 각각의 값을 (1)식에 대입해서 정리하면, 적정가연수는 다음과 같이 주어진다.

나일론  √ DT = 24,000~31,000

폴리에스터   √ DT  = 26,500~34,900

여기서, D = 데니어 , T = 가연수(tpm)

여기서, 히터온도가 낮고 가연사의 단면 충진밀도 ρ가 적은 경우는  √ DT는 √ ρ  에 비례해서 변한다.
상온에 있어서의 충진밀도는 0.91인 것이 알려져 있다.
더구나 적정 가연수의 범위는 이중연 한계에 의한 것이며, 이중연이 일정하게 형성되어지는 경우는 이것들의 한계 꼬임수를 넘어서도 지장이 없는 가연사가 얻어진다.

D(den.)

α =45。

Pin type

Friction type

30

5747

50

4452

75

3635

3300 – 3500

3100 – 3400

100

3148

150

2570

2400 – 2600

2300 – 2500

200

2226

표1 가연각과 가연기계의 가연수

· 실제 생산에서는 α = 40 – 48。 범위 이용

※) 이중연(이중연)현상

실질적으로 무연의 경우에서는 겉보기 사지름이 크지만 조금이라도 꼬임이 주어지면 필라멘트에
구심력이 작용하여 최밀 충진구조로 되므로 꼬임수의 정도에 관계없이 사지름은 일정하다. 더욱더 꼬임수가 증가해서 나선변형에서 이중연이 발생하면, 불연속적으로 급격하게 사지름이 2배로 된다.
나선변형은 이중연의 과도상태에 해당하고, 특히 불안정하며, 장력과의 관계로 보통의 강연 또는 이중연으로 이동한다. 이중연의 전파는 먼저 매우 가까운 곳 부분적인 꼬임 형성 불량 등에 의해서 random으로 이중연의 핵이 형성되어지고, 나선변형과 이중연이 동시에 발생하며, 그후는 꼬임수에 비례해서 이중연이 성장한다.

사는 꼬임수와 함께 연축을 일으키므로 개념적으로는 그 부분에서 사지름이 증가하는 것으로 생각되어지지만, 실제로는 나선변형이나 이중연의 발생에 의해서 균형이 유지되어지므로 사의 지름은 강연 →
이중연으로 연속적으로 증가하지 않고 불연속적으로 변한다.

<math></math>

나. 가연가공에 있어서 가연) 영역에서의 꼬임수 분포 <math>
</math><math></math>

가연가공에서는 기계설정 꼬임수 n/V가 쓰이고 있지만 가연의 가연 영역에서의 실제 꼬임수는 반드시 일치하지않고, 히터온도, 온도분포, 사속, 설정 꼬임정도, 가연장력, 히터면과의 접사상태 등에 의해서 가연 영역의 꼬임수 분포나 겉보기 꼬임수가 변화한다. 이 겉보기 꼬임수는 가연사의 권축특성에
영향을 준다. <math>
</math><math></math>

다. 다른 인자와의 영향 <math>
</math><math></math>

① 가연히터 온도와 가연 영역의 겉보기 꼬임수 분포 <math>
겉보기 꼬임수는 히터온도가 상온일때는 가연 영역 전부에 계속해서 균일 꼬임분포이지만, 히터온도가 상승할수록 스핀들 근처의 겉보기 꼬임수가 증가하며 제1 피드 롤러 쪽으로 차례로 저하하는 분포로 된다. </math><math>
</math>

② 사속의 영향
최대 꼬임수는 사속이 변하더라도 거의 변하지 않지만, 고속일수록 히터내에서 최대 꼬임으로 도달하는 위치가 늦어진다. 사속이 매우 고속인 경우는 히터내에서 사의 온도 평행부가 없고, 꼬임분포도 히터전역에 계속해서 구배를 가지게 된다. 이 경우, 열고정 효과도 저하하지만, 꼬임분포도 문제로 된다. <math>
</math><math></math>

③ 설정 기계 꼬임수의 영향 <math>
설정 꼬임수가 증가할수록 겉보기 꼬임수의 증가가 크지만 꼬임수 분포는 비슷하다. </math><math>
</math><math></math>

④ 가연장력의 영향 <math>
겉보기 꼬임수는 장력이 작을수록 큰 것으로 알려져 있다. </math><math>
</math><math></math>

⑤ 히터 접촉각의 영향
굴곡도가 클수록 겉보기 꼬임수가 저하한다. <math>
</math><math></math>

⑥ 꼬임수 분포와 가연사의 신축복원률 <math>
꼬임수가 많을수록 신축 및 신축복원률이 높다. </math><math>
</math><math></math>

라. 가연수가 가연사의 성능에 미치는 영향 <math></math>

① 섬도 <math>
실질적인 섬도는 가연수가 변해도 거의 일정하다. </math><math>
</math><math></math>

② 강도 <math>
적정가연수 범위보다 낮은 가연수로 하면 가연수의 강도는 거의 저하를 보이지 않지만, 적정 가연수
이상의 강연이 되면, 급격히 강도가 저하한다. 특히, 적정 꼬임수 범위에 있어서 강도의 저하가 크다.
공업적으로는 가연사의 강도 수준은 3.0∼3.5g/d이상인 것이 요망된다. </math><math>
</math><math></math>

③ 신도 <math>
가연사의 신도도 강도와 같이 변화하여 적정 가연수 범위를 지나서 급격한 신도 저하가 일어난다.
공업적으로는 23∼35%의 신도가 일반적이지만 특히 2단 히터 가연사는 열 이완 처리 때문에 신도가
상승한다. </math><math>
</math><math></math>

④ 열수 수축률
가연사의 열수 수축율은 가연수의 증가에 따라서 처음에는 증가하는 경향을 보이다가 적정 가연수 범위 이상에서는 급격히 감소해서 열적 치수안정이 좋게 된다. 1단 히터 가연사는 보통 4∼7%의 열수축 수준이다. <math>
</math><math></math>

⑤ 신축 신장률 <math>
가연사의 신축신장은 가연수의 증가에 따라서 급격히 증가하여 적정가연수의 범위에서는 포화상태로 된다. </math><math>
폴리에스터 가연사는 권축이 잠재화하고 있어서 겉보기 신축신장률이 적고, 열처리(열수 무긴장처리)후에 본래의 신축신장률이 주어진다. 이것에 비해서 나일론 가연사는 열처리 전·후의 권축 발현 정도가 거의 동일하다. 즉, 권축 발현 처리를 해도 본래의 신축신장률율이 주어진다. </math><math>
</math><math></math>

⑥ 잔류 토르크(torque) <math>
가연사의 잔류 토르크(torque)는 가연수가 증가할수록 감소하며, 특히 적정 꼬임수에 도달하면 급격히 감소한다. 또한 데니어는 작을수록 잔류 토르크(torque)는 크다. </math>

2) 온도(Temperature)

· 폴리에스터의 결정화 온도 : 100℃ ∼ 230℃
· 폴리에스터의 용융 온도 : 230℃ 이상
· 폴리에스터의 용융 전이 결정화 : 200 ∼ 230℃
· 가연온도와 장력 및 사의 강신도 : 50℃이하, 230℃이상 → 가연장력 증가
200℃ 이상 → 강·신도 감소

가. 히터온도와 가연사의 성능

가연히터온도는 높을수록 열고정성이 좋으며, 권축이 강하고 견고한 가연사가 얻어지지만 과도하게 높으면 강신도의 저하나 필라멘트간의 붙음, 융착에 의해 tight spot(잘록해짐, 미해연) 등을 일으키고, 실용적으로 내구성이 없게 된다. 그 때문에 히터온도는 가연사의 강신도 변화가 없고, 권축이상을 일으킴이 없는 양호한 권축견뢰성을 주는 제일 높은 온도를 선택하는 것이 좋을 것이다.

① 섬도
가연사의 섬도는 가연히터 온도 변화에 대해서 실용적으로는 거의 일정하다고 볼정도로 약간의 변화가 있지만, 경향으로서는 히터온도가 증가함에따라 처음에는 증가하고, 그 후 감소한다.

② 강신도
가연사의 강도는 히터온도가 높아짐에 따라서 처음에는 증가경향을 보이지만, 필라멘트간에 부착이나 융착이 일어나는 온도이상이 되면 급격하게 저하한다. 신도도 강도와 같이 변화한다.

③ 영율
히터 온도가 높아짐에 따라서 동시에 저하한다.

④ 영수 수축률
열수수축률은 히터온도가 높을수록 동시에 감소하고, 열적치수안정성이 좋아진다.

⑤ 비중
비중은 히터온도가 높을수록 증가하며, 일정치에 접근한다.

⑥ 신축신장률 및 트르크
가연사의 신축신장률은 히터온도가 높아짐에 따라 처음에는 급격히 증가하며, 공업적으로 적용되어지는 온도범위에서는 거의 일정하게 되며, 필라멘트간에 융착이 일어나는 온도에서는 급격히 감소한다.
가연사의 트르크는 신축신장률에 준해서 변화를 보인다. 가연사의 권축형태는 주로 꼬임과 반전 루프
구조에 지배를 받는데, 필라멘트수, 강성, 꼬임수, 열고정상태등이 특히 영향을 준다. 일반적으로는 권축이 예민하고, 신축성이 크며, 견뢰성이 풍부한 것이 요구되어진다.

결국 합성섬유는 일반적으로 상온에서도 큰 가소성이 있고, 가연을 주어도 어느정도의 권축이 형성되어진다. 2차 전이점 온도까지는 온도와 함께 서서히 권축성이 증가한다.
그러나, 열적으로는 특히 불안정해지고, 실용성은 거의 없다.

나. 가연 히터 온도와 가연장력

가연장력은 온도변화에 의해서 사의 강성과 수축응력과의 상쇄적인 작용이 영향을 주어 변화한다.
히터온도가 극히 낮은 경우 사의 강성이 크며, 연축이 일어나므로 가연장력은 극히 크다. 이 경우 피드율이 오버피드 상태의 경우에서는 열수축에 도달하지 않으므로 열응력은 발생하지 않는다.

그런데, 히터온도가 높아짐에 따라 사의 강성이 적어지고, 가연장력도 적어진다. 특히 2차 전이점 온도에서의 변화가 크고 그 후 열수축 응력이 발생하므로 가연장력도 증가 경향을 나타내고, 곧 열응력 완화를 시작하는 150℃이상(사의 내부구조나 각종 조건에 따라 일정하지 않다)에서는 동일한 열응력 저하에 따라서 가연장력도 저하한다.
필라멘트에서 융착이 발생하는 265℃ 이상으로 되면 결정의 융해에 의해 열응력의 급격한 증가가 일어나고 가연장력도 급격히 증가한다.

다. 히터온도와 tight spot

정상적인 가연사의 권축은 가연-열고정의 꼬임과 특이 곡율점을 핵으로하는 해연 트르크에 의해 반전 스나알 구조로 구성되어져 있다. 히터온도가 과도하게 높으면 필라멘트간에 붙게되고, 부분적으로 꼬임이 해연되지 않는 상태가 발생한다.

이 가연상태의 부분은 반전구조를 제거하지 못하며 벌키성이 나타나지 않아서 tihgt spot가 된다.
필라멘트간에 부착 또는 융착이 발생한 부분은 겉보기 강성이 크게 되므로, 과도한 해연으로 생기는 트르크는 강성이 약한 정상 권축부분으로 분산되어지고, 강성이 큰 부분은 가연상태로 그대로 미해연
또는 잘록한 상태로 되어서 남는다.

이 경우 강성이 적은 정상부분에서는 강성이 큰 부착 또는 융착부분의 트르크가 나머지 부분으로 분산되어지므로, 과 해연상태로 되어서 가연사의 권축성은 정상적인 가연사와 거의 같게 된다.
그러나, 융착상태가 현저하게 되면, 강성이 약한 정상부분이 감소하므로 트르크 분산이 일어나지 못하므로 정상부분을 중심으로 해서 융착 필라멘트가 새로운 스나알 구조로 되는 가연구조가 형성된다.
이 경우 겉보기 신축성은 크지만, 이러한 제2차 스나알 구조는 트르크 모먼트가 적으므로 쌍사 상태로
되고, 신축성은 현저하게 적어진다.

3) 장력(장력)

· 꼬임력(Twisting force), 사장력(Yarn 장력), 마찰력(Friction force)

가. 가연 및 해연 장력

가연가공에서 히터온도, 피드율, 연수는 가연장력과 해연장력에 직접적인 영향을 미치는 변수로
작용한다.
가연장력과 해연장력의 비는 안정조업성의 척도이고, 이 비가 작아지면 연효율(설정연수에 대한 실제 연수비)이 나빠지며, 커지면 마찰저항에 의해 필라멘트 사절이 생기기 쉬워 tight spot가 나타나며 고속화가 어렵다. 이 비의 적정치는 섬유소재(특히 유제, 섬유물성 등)나 가연기구 등에 따라서 일정하지는 않지만 일반적으로는 경험치로써 1.2∼3의 범위로 설정하는 것이 좋다.
또한 이 비는 가연 혹은 연신 가연 조건에 의해서도 변한다.

가연 및 해연장력의 절대치는 균일하게 설정될 필요가 있다. 가연 장력의 절대치는 적을수록 연축이
크고, 권축의 골이 깊어지며 또한 스나알이 적어져서 집속성이 좋은 가연사가 얻어진다. 당연히 마찰
저항도 적어지며 부품의 소모도 적다. 그러나, 반대로 balloon 변화, 히터와 사의 접사상태의 불안정 등으로 장력변동이 생기기 쉽고, 특히 고속 가공성이 부족하다. 이런점에서 장력이 높을수록 가공성은
안전하다.

그러나, 장력이 높을수록 연축이 적고, 가연사 권축의 골이 낮아지며, 스나알이 현저히 나타나고, 집속성이 부족하게 된다. 또한 마찰저항이 커짐으로 부품의 마모가 증가한다. 따라서 공업적으로는 장력변동이 제일 적고, 가능한한 저장력 조건을 적용하는 것이 이상적이다.
이상 가연 장력에 대해서 기술했지만, 해연장력에 대해서도 동일하다. 해연장력의 크고 작음은 특히
가연사의 집속성에 영향을 주므로 적을수록 좋다. 그러나, 장력이 적을수록 장력변동이 생기기 쉽다.

가연과 해연장력 및 그 비는 원사 인자(유제특성, 사질특성, 필라멘트수, 배향성, 결정화도 등), 가공기계 인자(가연방식, 히터구조, 스핀들 구조 등), 가공조건 인자(사속, 가연수, 피드율, 가연연신
배율, 히터온도, 시간 등) 등에 의해 복잡하게 변화한다. 표 2 는 해연장력의 공업적인 적정참고치를
나타내었다.

표2 가연가공에 있어서 해연장력의 공업적인 적정참고치 (g/d)

구      분

스핀들 식

마찰직연 식

일반 가연 및  out draw식
연신가연

in draw 식
연신가연

일반  가연

in draw 식
연신가연

내접 형

내접 옇

외접 형

표준적정
평균장력(g/d)
평균장력*(g/d)

0.28

0.19∼0.30

0.38

0.30∼0.43

0.55

0.53∼0.67

0.50

0.50∼0.60

0.28

0.25∼0.33

50d
75d
150d

11∼17(14)
17∼25(21)
35∼49(42)

16∼22(19)
25∼32(28.5)
50∼64(57)

26∼34
39∼51
79∼100

25∼30
38∼45(37.5)
75∼90(75)

13∼17
18∼25(21)
38∼50(40)

비 고

연신배율:1.60

연신
배율:1.72

*: 원사요인, 가공기 요인, 가공조건 등이 변해도 해연의 평균 장력은 이 범위에 포함된다.

이 표에서, 일반 가연가공 및 out draw식의 연신가연의 경우에서는 원사 및 가공기,
가공조건 등에 의해서 각각의 적정장력은 달라지지만, 대략 0.19∼0.3g/d의 범위내이고, 그 내에서도
표준은 0.28g/d이다. 변동률은 2.5∼3.5% 정도이다.

이것에 비해서 in draw식 연신가연에서는 이것보다 약 0.1g/d 정도 높아야 하며, 내접식 마찰직연에서는 0.27g/d정도 높고, in draw식의 내접식 마찰직연에서는 0.22g/d 정도 높이 하지 않으면 안정성을
얻기 어렵다. 그러나, in draw식의 외접식 마찰직연의 경우에서는 자기사(自己絲) 전송 효과가 있으므로 스핀들 형의 경우와 같은 정도이며,특히 해연장력 쪽이 가연 장력보다 적은것도 있을수 있다. 마찰직연에서는 저장력하에서의 안정성이 좋지 않고 권축이 일정하지 않으며, 집속성, 벌키성 등의 부족을 초래하는 주된 이유의 한가지이다.

또한 유제의 종류와 가연 및 해연장력, 신축신장률(C 법 신축신장률 : 무긴장 비등 후의 신축신장률)은 서로 깊은 관계가 있다. 즉, 가연사의 권축은 가연 및 해연장력이 있는 수준을 넘어서면 현저히
나빠져 신장률이 저하하는 경향을 보인다. 그 때문에 공업적인 가연장력은 장력변동이 제일 적으면서
저장력 조건을 선택해서 행한다.
<math></math>

나. 피드율(Feed ratio)와 장력의 변동 <math>
</math><math></math>

정상적인 가연가공이 이루어지기 위해서는 가연 및 해연장력이 안정되어져 있는 것이 필요하다. 예를
들면, 과소 장력은 balloon변동, 꼬임 불량, 사절, 가연사의 tight spot 등을 일으키며 또한 과대장력은 필라멘트 끊어짐, 필라멘트 분리(집속성의 차이), 모우 발생, 부품 마모 등의 문제가 생긴다. <math>
적정 장력의 결정과 조정은 섬유소재의 특성에 맞추어서 피드롤러와 공급 롤러와의 회전비(피드율)에 따라서 행해지는 것이 보통이다. </math><math>

적정 피드율은 섬유의 소재 특성에 따라서 다르지만 기본적로는 가연 장력과 해연장력이 균일하여 안정되어져 있고, 사절이 발생하지 않으며 가연사 성능이 우수하다는 것이 보증될 수 있는 것으로 결정하는 것이 좋다. </math><math>

가연 및 해연 장력은 오버피드율이 클수록 감소하지만 반드시 직선적이지는 않다. 적정 가연 장력은
이미 기술한 것처럼 0.1∼0.2g/d가 공업적으로 사용되어지고, 고속일수록 높은 장력을 필요로 한다.
해연장력은 섬유의 소재, 유제특성, 스핀들 재질, 강성, 마찰 저항 등에 의해서 동일하지는 않지만,
일반적으로는 가연 장력의 1.2∼4배로 0.25∼0.4g/d로 된다. 나일론은 0∼3%의 언더 피드(under feed) 폴리에스터는 1∼4%의 오버피드가 일반적으로 사용된다. </math><math>
</math><math></math>

다. 오버피드율과 가연사의 성능 <math>
</math><math></math>

① 섬도 <math>
오버피드율이 증가할수록 섬도가 증가한다. </math><math>
</math><math></math>

② 강도 <math>
가연사의 강도는 피드율에 대해서 凸형 변화를 보이며 약간 언더 피드쪽으로 접근해서 극대강도가
있고, 적정영역에서는 강도가 하강하는 경향이 있다. </math><math>
</math><math></math>

③ 신도
가연사의 신도는 오버피드율이 클수록 증가한다. <math>
</math><math></math>

④ 열수 수축률 <math>
가연사의 열수 수축률은 오버피드율이 클수록 약간 감소한다. </math><math>
</math><math></math>

⑤ 영률 <math>
가연사의 영률은 오버피드율이 클수록 감소한다. </math><math>
</math><math></math>

⑥ 비중 <math>
가연사의 비중은 오버피드율에는 직접 관계하지 않고 일정하다. </math><math>
</math>

⑦ 신축신장률 및 권축 <math>
가연사의 신축신장률은 오버피드율이 커짐에 따라 처음에는 증가해서 마침내 극대로 되고, 그후 감소한다. 또한 오버피드율이 크므로 가연 및 해연장력이 감소해서 가연사의 권축이 촘촘하게 되고 동시에
필라멘트의 집속성이 없어진다. </math><math>
</math><math></math>

⑧ 트르크
가연사의 트르크는 오버피드율이 클수록 증가한다. 그런데 가연사의 트르크는 일반적으로 가연수가
증가할수록 감소하는 경향이 있는데, 이런관점에서 오버피드율이 클수록 가연수도 증가하므로 가연사의 트르크는 감소하는 것처럼 생각되어진다. <math>
그러나, 실제로는 그렇지 않은 것은 오버피드율이 증가할수록 가연사의 필라멘트간의 집속효과가
좋아지므로 개개의 필라멘트로의 트르크 분산이 줄어서 사 전체의 잔재 트르크로서 나타나는 것으로
생각된다. </math><math>
</math>

라. 가연장력 및 가연수와 가연사의 염색성 및 편성물의 외관 태

가연장력은 가연수와 열처리 효과에 영향을 주므로, 앞에서 서술한 사질외에 염색성, 편성 외관, 촉감에 주는 영향도 크다.
우선 가연사의 염색성은 가연장력이 클수록 긴장 열처리 효과에 의해 똑같이 옅어진다. 가연사의 편성 외관, 특히 편성 외관은 가연수와 가연장력(또는 해연장력)의 영향이 크다. 따라서 가연장력이 적고
또  가연수가 많을수록 편성 외면이 정돈되어 아름답다.

한편 가연장력이 크고 가연수가 적을수록 편성 외면은 코가 random 하게 비틀리고, 요철상의 주름이
나타나므로 외관적인 면에서 나쁘다. 특히 가연수가 적은 범위에서의 가연장력은, 가연사의 편성 외면에 현저한 영향을 준다.
<math></math>

마. 공업적 수준의 가연 및 해연장력 <math>
</math><math></math>

장력의 전체적인 수중은 피드율이나 히터온도, 원사물성, 원사의 표면특성 등에 의해서도 변화한다.
공업적인 적정장력으로서는 0.1∼0.2g/d가 적용되어지지만 장력변동이 적은 저장력이 좋다. 일반적으로 사속이 높을수록 안정된 장력을 필요로 함으로 높은 장력을 걸어주어야 한다. <math>

가연장력은 가연사의 성능에 직접적인 영향을 준다. 예를 들어 가연장력이 증가할수록 섬도와 신도,
잔류 트르크 염색성등이 같이 감소한다. 한편 겉보기 권축의 현재화가 생기며, 벌키성이 증가한다. 트르크 감소, 권축의 현재화, 벌키성 증가등의 현상은 가연장력 증가에 따라 비례하는 해연장력의 영향으로 인해 개개의 구성 필라멘트에 반전 크림프와 스나알 발생, 트르크가 분산되었다는 점이 주된 이유다. </math>

4) 시간(Time)

· 히터 → 냉각 영역 → 가연장치 → 2nd 히터
· 히터 내의 체류시간, 냉각 영역에서의 체류시간
· 히터 내의 체류시간 = 0.01∼ 0.2 초
사속 700 m/분 ; 2m 히터 사용
700 – 1200 m/분 ; 2.5m 히터 사용
· 냉각 영역 체류시간 : 0.1 – 0.2 초
사속 900 m/분 : 2.1m 냉각 plate
· 열이동에 관한 기초방정식
hA(T1 – T2)dt = -VPCpdt
단, A : 섬유의 표면적
h : 열전도 계수
Cp : 섬유의 비열 (일정 압력)
V : 섬유의 체적 (cm3)
T2 : 히터 내의 온도 혹은 냉각시의 냉매온도 (공기온도)

상기 서술된 인자는 가연 공정에서 사 물성에 직접적인 영향을 주는 요소를 간략히 나열한 것으로 각각의 요소는 독립적으로 사물성에 영향을 주기도 하지만 대부분의 물성 변화는 이들 인자의 복합된 작용으로 나타난다. 다음에는 이들 요소의 복합 작용을 간략히 기술한다.

3. 가연 인자들의 상호 작용

1) 가연조건의 복합요인과 가연사의 성능

가연사의 성능을 가연조건 중 단독요인의 변화만 가지고 비교하는 것은 불충분하므로, 복합조건의 효과도 고려해 볼 필요가 있다. 이하 사속, 히터 온도, 가연수, 제1 오버피드율, 권취률의 주요 5요인에 따른 일련의 결과를 보인다.

가. 강도

가연사의 강도는 가연수와 히터 온도의 영향이 크고, 그 외의 요인은 비교적 영향도가 적다.

나. 권축사(벌키성)

가연사를 열처리 이완 한 후의 권축성(0.5mg/d에서 250℃ F 5분간 이완)을 보인다. 권축성에는 히터 온도가 가장 영향을 준다.
그 외의 요인은 비교적 영향도가 적지만, 그 중에서 오버피드율와 가연수는 권축성에 효과가 있다.

다. 염색성

환편성물을 100℃에서 염색해 염색도를 비교해 보면 히터 온도가 가장 민감하게 염색성에 영향을
미친다.

① 가연사의 염색성과 가연 히터 온도와 의 관계
가연사는 히터 온도, 가연수, 장력등의 요인과의 관련에 따라 그 염착성이 복잡하게 변화한다. 가연사는 연신사에 비해 전체적으로 염료흡착률이 크며, 특이한 거동으로서 140∼150℃의 온도에서 염료흡착률이 일단 극대가 되었다가, 그 후 히터 온도가 높아질수록 급격히 감소하며, 190∼200℃일때 극소로 되었다가, 더 고온이 되면 염료 흡진률이 급격히 좋아진다.
가연을 하지 않고 단순히 열처리만 해도 위의 경향은 같으며, 가연사에 비해 전체적인 염료 흡착률은
낮다.

이완 처리 정도가 클수록 즉 오버피드율이 클수록, 또 1단 히터 가연사보다는 2단 히터 가연사 쪽이 전체적으로 가연사의 염착성이 좋아진다. 가연사의 염착성이 가연을 하지 않은 단순한 열처리 사에 비해 전체적으로 up되는 이유는, 연축에 의해 섬유가 실질적으로 이완열처리를 받아서, 내부구조적으로
느슨한 구조가 되기 때문으로 추측된다.
2단 히터 사가 1단 히터 사보다 염착성이 좋은 이유도 위와 같이 설명할 수 있다. 가연사가 연신사보다, 또 2단 히터 가연사가 1단 히터 가연사보다 이완 처리된 상태라는 것은 섬도가 증가하여 영률이
감소되었기 때문으로 추정할 수 있다.

염착성이 극대가 되는 온도는 열응력이 극대가 된 온도에 해당하며, 내부구조적으로는 분자의 열운동과 분자간 구속력이 평형상태로 된 온도로써 이 온도를 경계로 하여 분자쇄가 접히는 구조가 발생하며 또 열수축률의 회절점과 대응한다.

그 후 열처리 온도가 상승할수록 처음에는 염착성이 감소하고, 190∼200℃ 일때 극소치를 보였다가
다시 증가하는 경향에 대해서는 Marvin이 처음 보고한 이 후 여러사람의 보고가 있었다.
극소값에 이르는 거동은 Hornuff의 연구에 따라 결정화에 의한 것으로 해석된다. 그런데 극소값을 경계로 염착성이 증가하는 것에 대해서는 확실한 해석이 없다. 최근 三石, 喜多村 가 이 점에 대해 고찰하고 있다. 喜多村에 따르면, 염착성의 증가는 비결정영역 분자쇄가 접히는 현상의 증가에 의한 것이라고
설명하고 있다.

② 가연사의 염색성과 가연장력과의 관계
히터 온도를 변경할 때의 가연사 및 단지 열처리 사에 대한 장력과 염료 흡착율과의 관계를 나타낸다. 가연사 및 열처리 사는 어느쪽이나 처리장력이 적을수록 느슨한 구조를 형성하므로 염착성이 좋다.
특히 가연사는 연축에 의한 실질적 이완 열처리 효과가 크기 때문에 염착성이 좋다.

③ 열처리에 의한 섬유 내부구조의 변화와 염색성
합성섬유는 방사연신 과정에서 내부구조적으로 정렬되고, 엔트로피가 적은 불안정한 상태이므로, 열처리에 의해 분자가 열 엔트로피를 흡수하면 엔트로피가 증가하며, 또 확률밀도가 높은 안정한 상태로 이동하는 과정에서 비결정부의 분자구조 혼란,  결정 성장, 접힌 구조, 결정 및 비결정부의 loose 또는 close packing 상태등 복잡한 내부구조 변화가 생겨서 염착성에 영향을 미친다.
일반적으로 장력이 작고, 이완 열처리를 받으면 느슨한 내부구조가 되므로 염착성도 커지는 것이
보통이다.

또 140∼150℃ 이상 240℃ 이하의 범위에서 장력이 똑같이 감소하므로, 일반적으로 염착성도 증가하는
것으로 생각되나, 실제로는 염착성이 감소하여 190∼200℃ 일때 극소 염착성을 나타내다가 그 후 다시 증가한다.
240℃ 이상에서는 장력이 급격하게 증가해도 그와 상관없이 염착성은 증가한다. 이것은 190∼200℃, 230∼240℃의 온도에서 이완효과와는 달리 결정의 성장, 내부구조 혼란등의 특이한 변화가 발생했기
때문으로 이해된다.

이들 특이한 변화가 생기는 온도에서는, 복굴절률과 시차열곡선도 변화를 보이며, 내부구조적으로 일종의 변형이 일어난 것으로 이해된다.
섬유에 열 에너지가 부여되면, 분자는 열 에너지를 흡수하여 엔트로피가 증가하도록 분자의 세그먼트
운동을 일으키며, 열응력을 발생시킨다. 또 분자간 구속력이 적은 비결정영역에서 분자의 偏角, 회전을 일으켜 분자의 확률밀도를 증가시키기 때문에 비결정영역의 길이가 적어지며, 분자간 틈새, 분자의
접힘, 결정구조 성장등 내부구조의 혼란이나 안정화를 일으킨다. 시차열분석을 한 결과, 85∼89℃에서 수축 피크가 나타나는 것으로 보아 아마도 이 온도에서 분자의 열운동이 개시되고, 결합에너지가 적은 비결정영역의 엔트로피 증대에 의해 세그먼트가 회전과 편각을 일으켜 수축응력을 발생시킨다.
그 내부구조 변화로서 X선에 의한 장 주기의 감소, 비결정부 길이의 감소, 분자간격이 증가한다.

한편 결정부는 분자결합 에너지가 크기 때문에, 저온에서는 비결정부와 같은 격렬한 분자운동이 일어나기 어렵다고 생각한다. 그러나 비결정부의 열운동으로 인한 결정부의 편각 등이 관찰되고 열수축력이
촉진된다.

이 상태는 80∼90℃를 경계로 하여 140∼150℃에서 최고로 된다. 이와같은 내부 구조 변화의 발생에
의해 실질적으로 이완률이 큰 가연사는 염착성이 증가한다. 한편 가연이 없는 단순한 열처리 사는
열응력에 의해서 비결정부의 내부구조에 엔트로피 감소가 발생하고, 배향과 결정화가 진행되므로 염착성이 감소한다.
한편 시차열분석을 해 봤을 때, 145∼150℃에 발열 피크가 나타나며 이 온도를 경계로 하여 접힌 구조의 결정화가 시작된다.

이런 구조변화 발생 때문에 염착성이 감소한다. 이 범위에서는 복굴절률 변화가 비교적 적으며, 결정화가 염착성 감소를 지배하는 주 요인이다.
190∼200℃의 온도에서는 복굴절률에 변화가 보이지만, 시차열곡선에서는 특이한 변화가 보이지 않는다. 이들 현상을 고찰하면, 분자간 결합력이 약한 비결정부의 엔트로피가 증가하면서 발생되는 격심한
분자 열운동에 의해, 결정부가 섬유축 방향으로 편각(혼란)되는 현상이 촉진되며 또 복굴절률이 급격히 감소한다.

따라서 이 온도를 경계로 장주기가 감소하므로, 결정사이 및 비결정부의 분자 사이에서 염료가 들어오는 틈이 증대하여 염착성이 커진다.
240℃에서 시차 열곡선에 흡열 peak가 보이며 결정부가 붕괴된 상태가 된다. 따라서 내부구조적으로는 배향성이 떨어져 구조적 혼란이 생기므로 염착성이 현저하게 좋아진다. 그림 4.82에 이완 열처리와
복굴절률, 시차 열곡선의 참고예를 보인다.
이로 보아서 공업적인 실용면을 고려해 볼 때, 열처리사 및 가연사는 긴장 또는 이완조건과 온도 조건에 따라서 내부구조와 염색성이 변화하여 사 불균제를 일으킨다. 따라서 장력, 온도 관리는 균일한 염색성의 가연사를 얻기 위해 꼭 필요한 것이다.
예를 들어 표 3 은 10℃의 온도변화에 따른 염착성 변화를 구한 것이므로 온도(범위)에 따른 염착성의
변화 경향을 잘 알 수 있다.

(a) 히터 온도와 열처리 사의 염착률 변화(흡착률 %)

(b) 히터 온도와 가연사의 염착률 변화(흡착률 %)

히터 온도\ 오버피드율

0 %

0.9

2

4.1

0

0.9

2

4.1

25℃∼140℃
140 ∼ 150
150 ∼ 160
160 ∼ 170
170 ∼ 180
180 ∼ 190
190 ∼ 200
200 ∼ 210
210 ∼ 220
220 ∼ 230
230 ∼ 240

– 1.2
– 0.8
– 1.0
– 1.5
– 2.0
– 1.5
1
4
6
8
11

– 0.6
– 1.4
– 1.0
– 1.5
– 2.0
– 1.5
1
3.7
7
9
10

– 0.3
– 1.2
– 1.0
– 1.0
– 1.2
– 1.0
0.5
3.5
6
10
10

1.2
– 0.4
– 0.8
– 0.8
– 0.8
– 0.7
0.5
3.0
6
8
10.5

9.2
0
– 0.2
– 0.6
– 0.5
– 0.4
0.8
1.0
3.7
5.2
6.1

10
0.6
– 0.4
– 0.5
– 0.7
– 0.5
0.7
1.1
4.0
5.2
7

10.6
0.4
– 0.5
– 0.5
– 0.8
– 1.2
0.8
1.1
4.2
5.2
6.7

12.0
0.2
– 0.1
– 0.4
– 0.9
– 0.9
0.7
1.2
4.2
5.4
6.2

표3 히터온도 10℃ 변화에 따른 폴리에스터 가연사 및 열처리사의 염색성 변화
(注) 염    료 Eastman Polyester Dark Red FL 8% o.w.f
분산제 Disper TL : 1g/ℓ

2) 일반사에 대한  가연 제조 조건과 그 성능

표4, 5, 6, 7 및 표 8 에 일반사의 가연 제조 조건과 그 성능을 보인다.
일반사는 원사가 제조된 공정이 달라서 구조적인 면과 사질 성능에도 특징이 있다.
따라서 그 가연사의 성능이 차이가 나며, 가연 제조 조건을 적절히 선정하여 원하는 성능으로 조정할
수 있다.
가연 히터 온도가 높을수록 가연사는 결정화가 진행되어 밀도와 비중이 증가하는 구조로 되므로 한층 안정화되고 권축의 견뢰성도 좋아진다.

표 4 70d/24f 나일론 시판사의 가연 히터 온도와 가연사의 성능

가연
히터 온도 (℃)

섬도
(d)

강도
(g/d)

신도
(%)

열수
수축률
(%)

비중*

겉보기 두께 (mm)

KLT**(sec)

원 사
170
175
180
185
190

68.4
141
145
145
144
149

5.1
4.9
4.8
4.7
4.1
3.7

25
28
31
26
22
22

15.0
5.0
5.5
6.5
5.7
6.7

1.144
1.155
1.158
1.155
1.160
1.160


1.78
1.83
1.73
1.89
1.98


7.8
9.8
15.0
26.0
불용

* 비중: 20℃ 사염화탄소, 리글로인 혼합액에 밀도배향관법
** KLT: 20℃ 29% 황산에 용해되는 시간

일반사 A

표 5 150d/30f 폴리에스터 일반사의 가연 히터 온도와 가연사의 일반 사질

섬도
(d)

강도
(g/d)

신도
(%)

영률(g/d)

열수수축률(%)

비중(g/cc)

트르크
(tpm)

신축시장률(%)

A법

C법

원 사

147

4.9

33

101

11.6

1.3795

가연히터온도(℃)

150
180
200
210
220
230
240

(153)153
(154)152
(154)153
(150)154
(152)153
(153)154
(150)153

(4.5) 3.9
(4.6) 3.9
(4.8) 4.1
(5.0) 4.0
(5.0) 3.8
(4.7) 3.4
(3.7) 2.9

(27) 19(25) 18(26) 20(26) 20(26) 19(29) 17(21) 14

(86) 49(84) 41(80) 40(83) 36(85) 35(78) 34(76) 34

(4.2) 7.0(2.8) 5.3(2.4) 5.4(2.4) 4.8(2.6) 5.0(2.5) 4.9(2.7) 5.0

(1.3887)

(1.4021)

(1.4086)

105
116
128
132
139
136
144

3.7
5.5
7.0
8.8
9.3
10.0
11.7

49
76
86
98
108
107
108

일반사 B

섬도
(d)

강도
(g/d)

신도
(%)

영률
(g/d)

열수수축률(%)

비중(g/cc)

트르크
(tpm)

신축신장률(%)

A법

C법

원사

147

4.7

26

104

11

1.3789

가연히터온도(℃)

150
180
200
210
220
230
240

(152) 157(152) 155(152) 157(152) 153(152) 154(152) 156(154) 153

(4.4) 3.6(4.5) 3.9(4.7) 3.8(4.6) 4.0(4.8) 3.9(4.7) 3.4(4.4) 2.9

(20) 16(19) 17(19) 17(19) 18(21) 17(20) 16(21) 13

(85) 47(85) 45(85) 40(86) 42(86) 40(85) 36(81) 35

(3.8) 6.8
(2.5) 5.5
(2.3) 5.3
(2.2) 5.2
(2.2) 5.3
(2.4) 5.2
(2.6) 5.2

(1.3894)

(1.4021)

(1.4097)

100
114
123
136
140
141
144

3.5
5.3
7.3
8.3
9.5
10.2
11.5

51
71
86
100
97
109
113

표 6 폴리에스터 일반사의 가연 히터 온도와 가연사의 일반 사질

일반사 C

 

원사

148

4.8

31

101

7.0

1.3884

가연히터온도(℃)

150
180
200
210
220
230
240

(154) 155(154) 155(155) 154(153) 154(153) 155(155) 156(154) 153

(4.7) 3.8(4.6) 3.9(4.8) 4.1(4.9) 4.1(4.9) 4.1(4.8) 4.0(4.5) 3.5

(32) 20(28) 20(28) 21(29) 22(29) 22(30) 20(29) 18

(83) 49(86) 45(86) 41(85) 39(85) 38(79) 37(77) 35

(3.8) 5.9(2.5) 5.4(2.2) 5.1(2.2) 5.2(2.3) 5.1(2.2) 5.3(2.3) 5.3

(1.3910)

(1.4039)

(1.4114)

98
115
120
126
129
137
134

3.7
5.8
7.3
10.0
10.7
11.7
13.9

40
71
81
97
109
108
116

표 7 150d/30f 폴리에스터 일반사의 가연 히터 온도와 가연사의 일반 사질

일반사 D

원사

146

4.9

27

101

8.1

1.3847

가연히터온도(℃)

150
180
200
210
220
230
240

(152) 152(152) 153(153) 153(152) 153(151) 153(151) 153(152) 153

(4.7) 4.0(4.9) 4.1(5.0) 4.2(5.1) 4.3(5.2) 4.3(5.1) 4.1(4.8) 3.7

(25) 17.5(23) 18(25) 18(25) 19(26) 19(26) 19(27) 17

(89) 50(88) 47(85) 45(87) 42(86) 41(85) 39(80) 37

(3.8) 6.4(2.5) 5.6(2.2) 5.5(2.2) 5.4(2.3) 5.7(2.2) 5.6(2.3) 5.6

(1.3896)

(1.4028)

(1.4101)

101
118
125
139
137
145
146

3.2
5.0
6.5
7.7
9.3
10.5
11.5

38.2
63.9
84.9
89.4
94.1
101.2
106.6

표 8 150d/30f 폴리에스터 가연 오버피드율과 가연사의 일반 사 특징

스핀들 회전수: 25×104 rpm, 가연수: 2,500tpm, 피드율: 2%, 권취률: 5%
( ) 가연수 적용하지 않음

 

150d/30f
연신사

150d/30f미연신 사의
In Draw

150d/30f
고속 마찰가연

150d/30f
1단 히터
가연사

150d/30f
2단 히터
가연사

150d/30f 가연사의
steam set

150d/30f
Out Draw

사속 (m/min)
2오버피드율 2 히터 온도 (℃)

피드율
2 오버피드율
가연사 (tpm)

140
190/190

3.2 倍
16
2.660

620
288/-

– 6

2.500

140
200/-

– 2

2.430

140
210/220

– 2
15
2.500

140
200/120℃.30min

– 2
12
2.430

140
연신 90℃
210/215
연신 3.50
– 2
16
2.490

섬 도 (d)
강 도
신 도
영 률 (g/d)
열수 수축률 (%)
A법 신축신장률 (%)
C법 신축신장률 (%)
신 장 률 (%)
트르크 (tpm)

146
4.9
34.4

11.4



171
2.6
20

1.7
5.5
51.3

51

145
4.2
22.1
51.7
7.4
3.0
57.8

68

154
4.2
29

5.6
16.8
80.3

128

156
4.9
34
22.4
4.4
2.5
36.7

72

159
3.9
34

1.7
7.4
18.4

40

158
3.9
32
38.6
4.2
4.2
44.2

63

농염색 된 필라멘트 수
약간 농염색 된 필라멘트 수
담염색 된 필라멘트 수


30

8
5
17

6
6
18

5
6
19


12
18


12
18


13
17

표 9 대표적인 가연사의 사질 성능과 염색후의 필라멘트 농담(濃淡)

* 염색 처방
염료: Terasil Navy Blue SGL 0.5 g/ℓ
분산제: Disperse TL 1g/ℓ
Carrier: IP Carrier PN 1g/ℓ → 100 ℃×30 min
황산 암모늄: 2g/ℓ

3) 가연사의 tight spot

가연사는 원사 꼬임수, 가연조건, 합사조건 등이 부적정하여 꼬임 바란스가 일치하지 않거나, 융착등이 일어나면, 사가 잘록해지거나 미해연 등의 tight spot가 발생한다.

가. 원사 꼬임수의 영향

원사 꼬임방향으로 가연가공하면 원사꼬임수 만큼 미해연이 되어지므로 사가 잘록해지거나 미해연의 tight spot가 두드러지게 된다. 그러나, 이러한 tight spot는 반대방향으로 꼬임을 되돌리거나, 그 방향으로 합연하면 과 해연하여 없어진다.
한편, 원사 꼬임방향과 반대로 가연 가공하면, 원사 꼬임수 만큼 과 해연이 일어나므로 tight spot는
일어나지 않는다. 그러나, 원사 꼬임수가 많게 되면 스프링상의 권축으로 된다. 또한 이 경우 가연사의 합연방향을 원사 꼬임 방향으로 택하면 과 해연으로 되며, 벌키성은 떨어지지만, 푹신한 느낌이 있는 외관의 것이 얻어진다.

반대로 합연방향을 원사 꼬임방향과 반대로 선택하면 사는 꼬임수적으로는 미해연이 되지만, 일단 과 해연된 필라멘트간에 흩트러짐이 일어나서 tight spot는 되지 않는다.
따라서, S 및 Z 방향으로 각각 가연가공되어진 고권축사를 합연사로써 사용하는 경우는 원사꼬임 방향과 반대로 합연하면 tight spot가 없는 것이 얻어진다. 또한, 단사 그대로 사용하는 경우에는 원사꼬임과 반대방향으로 가연가공하는 것이 필요하다.

나. 연신조건과 가연사의 tight spot

가연사의 tight spot에는 원사의 배향성이나 결정화도 등의 내부구조도 상당히 영향을 받는다.
즉, 원사의 배향성이 결정화도가 높을수록 열에 대한 안정성이 증가하므로 가연히터 온도의 tight spot 발생 한계온도도 높아진다.

tight spot의 정도가 점모양으로 적어서 제품에 지장이 없는 것을 잘록한 것, 정도가 큰 것을 미해연이라고 구분한다. 연신시의 연신배율이 크고, 열처리 온도가 높을수록 가연사는 tight spot가 일어나기 어렵다. 일반적으로 가연히터온도는 tight spot를 발생하는 온도를 넘지 않는 범위에서 될 수있는 한 높은
온도가 적당하다.

다. 가연조건과 tight spot

가연사의 tight spot는 히터온도가 높은 것 외에 , 장력변동, 부분적인 가연불량 등에 의해서도 일어난다. 스핀들의 종류 및 피드롤러와 권취롤러의 닙 압을 변경할때의 가연사의 tight spot 발생 정도를 보인다.
일반적으로 닙 압력이 2 kg 이하이면 tight spot가 현저하게 증가하고 또한 스핀들의 종류에도 상당히 영향을 많이 받는다.
그 외에 스핀들 전후의 가이드 조정위치 등에 의해서도 tight spot가 문제된다.

라. 섬유유제의 영향

방사유제의 영향은 사의 평활성에 관계하며, 평활성이 좋지 않은 것은 가연 장력이 적고, 해연장력은
높게 되는 경향이 있다.
특히 가연히터 온도와 함께 장력은 처음에 증가하고, 그후 감소하지만 가연 장력이 적은 경우에 권축이 크게 되어 겉보기 가연수가 증가한다.
한편, 장력의 안정성이 부족하면 부분적인 꼬임 불량과 고온에의한 필라멘트간의 부착으로 tight spot가 발생한다. 가연장력이 적은 것은 tight spot가 발생하기 쉽고, 장력이 극소로 되는 온도를 경계로해서
발달하는 것이 알려져 있다.

4. 폴리에스터 DTY 공정 특성

1) Pin 형 DTY 공정 특성

그림 4 Pin 형 가연기 (Aiki社, 日)

가. 필라멘트 원사의 에이징

가연작업 하기 전 원사 박스를 개봉하기전 나일론사 그리고 폴리에스터사 모두 72시간 동안 여름에는
온도 23℃±2℃, 습도 65% ±5%, 겨울에는 온도 21℃±2℃, 습도 65% ±2% 상태의 현장 온·습도하에서
방치후 작업을 해야한다. 특히, 겨울에는 바깥 온·습도와의 차이에 의해 결로(結露)현상이 나타나 필라멘트 루우프, 모우, 오염, 정전기발생 등의 문제가 야기된다.
이러한 결로 현상은 아래의 표 10 에 보인 바와 같이 온·습도 조건에 따라 노점온도가 예민하게
변하게 되고 필라멘트사의 사는 표면온도가 온·습도차에서의 노점온도이상으로 보관 되어야 결로 현상을 방지 할 수 있다.

 

온도

습도

露点온도

22℃
23℃
23℃
23℃
25℃
25℃
25℃
27℃
27℃
27℃

66% RH
66% RH
70% RH
75% RH
66% RH
70% RH
75% RH
66% RH
70% RH
75% RH

15   ℃
15.5 ℃
17   ℃
18.5 ℃
18   ℃
19   ℃
20   ℃
19.5 ℃
21   ℃
22.5 ℃

표 10 온·습도와 결로 온도

나. 가연 공정 원리 및 공정 특성

가연 공정의 일반적인 공정은 그림 5에 보이며 그림 5에서 5가지의 일반적인 영역을 설명하면 아래와 같다.

① Pre-장력er : 1st Roller에 사가 들어가지 전에 일정하고 균일한 장력을 주는 영역
② 크림프ing 영역 : 사가 꼬여진 상태로 열을 받아 고정되는 영역
③ Cooling 영역 : 사가 꼬여져서 고정된 상태를 고정 효과를 더욱 높혀주기 위해 꼬여진 상태로 실내
온도에서 식혀주는 영역
④ Stabilizing 영역 : 신축사가 가지고 있는 트르크성을 줄이고 크림프의 안정을 기하기 위해
또 한번 고정해 주는 영역
⑤ Take – up : 3rd Delivery Roll을 지난 사가 물성이 변하지 않고 다음 공정(Cone Winding) 등에서
사가 잘 풀어지도록 권취하는 영역

그림 5. 가연공정의 일반적인 모식도

가연은 스핀들의 회전에 의해 스핀들의 상부와 하부에서 서로 역방향의 꼬임이 생기는 원리를
응용시킨 가공법이다.
일반적으로 스핀들의 회전에 의해 사를 회전시키는데 스핀들 회전이 사의 회전에 충분히 전달 되게 할 필요가 있다.

이러한 수단으로써 스핀들을 이용하는 방법과 회전마찰체와 사와의 마찰력을 이용해서 사를 시회시키는 방법이 있다.
스핀들식 가연기의 경우는 스핀들 직경방향에 부착되어 있는 실을 걸어주는 방식이 널리
사용되고 있다.

이때 마찰력이 부족하면 실 사이에 슬립이 생겨 실제 꼬임수가 저하해서 가공사의 신축성이 저하한다. 그리고 가연 및 해연수 시간적(사의 길이 방향) 변동(미 해연부 및 과 해연부를 만든다)을 일으켜 사 품질 불량의 원인이 된다.
한편 마찰력이 지나치면 사 또는 사와의 마찰저항이 커져 사가 손상되어 모우, 사절, 강신도 저하의 원인이 된다.

적정 마찰력은 일반적으로 가공된 사의 신축성이 크고 사절의 발생이 적고 미해연, 모우가 엉기지 않고 강신도를 저하시키지 않는 범위에서 경험적으로 결정되어지고 있다.
한편, 여기서 적정마찰력은 가연부(T1)와 해연부(T2)의 장력비로 평가 할 수 있으며 일반적으로 표 2에 소재별 적정마찰력을 갖는 장력비를 보인다.

표 11 적정마찰력을 갖는 장력비(T2/T1)

소 재

가연장력(T1, g/d)

해연장력(T2, g/d)

T2/T1

Nylon

0.1∼0.15

0.3∼0.4

2.5∼4.0

Polyester

0.1∼0.2

0.3∼0.4

2.0∼4.0

Polyester, Nylon은 각각 마찰계수가 다르기 때문에 원사유제, 스피너 기계, 페그 재질, 표면조도,
peg의 사권취 방법 등을 각각 검사해서 장력비를 일정하게 유지하도록 하고 있다.
즉, 적정 마찰력을 구하는 방법으로는 가연장력 또는 해연장력을 서서히 올려가면서 꼬임 효율(실제
꼬임수/설정 꼬임수)이 거의 1이 되는 점(그림 6)을 찾아 적정마찰력을 결정한다.

그림 6. 마찰력과 꼬임효율의 관계 (단, 가연장력은 일정)

다. 핀 방식(스핀들 식) 가연기의 마찰력에 영향을 주는 인자.

마찰체(사), 피마찰체(peg), 양자의 마찰특성(재질, 표면 조도, 경도 등), 접촉압력 및 마찰속도에 따라 마찰력은 달라진다. 이들 항목별로 마찰력의 크기를 설명하면 다음과 같다.

① 사의 표면상태와 마찰력의 관계
소재, 원사유제의 마찰계수 및 필라멘트수에 따라 사간의 마찰력은 크게 달라진다. 그리고 유제부착량과 원사의 표면상태(단면형태, 첨가물 등)에 의해서도 마찰력은 영향을 받는다.(그림 7)
원사내에 필라멘트사가 많으면 다른 조건이 동일할 때 마찰력은 증가한다. 그림 8에 이들 관계를 도시한다.

그림 7. 장력과 유제 부착량과의 관계

그림 8. 필라멘트수와 장력비와의 관계

② 재질과 마찰력의 관계
peg의 재질(사파이어, Alumina 합금, 산화Alumina etc) 표면조도 및 경도에 따라 마찰력은 다르다.
이들을 그림 9에 보인다.

그림 9. Peg재질(표면조도)과 장력의 관계

③ 접촉면적과 마찰력의 관계
Peg의 형상, peg의 굵기 및 peg의 사권부방법 등에 따라서 마찰력이 다르다.
이들 마찰력을 표 12에 보인다.

 

표12 스피나, peg사 권부방법과 장력비의 관계

항목\권부방법

정 1 × 1회

정 1 × 2회

정 2 × 1회

정 2 × 2회

가연장력(g)

12.2

6.7

10.4

6.4

해연장력(g)

26.9

38.0

79.3

25.4

장력비

2.2

5.7

1.9

4.0

④ 사주행속도와 마찰력의 관계
사주행속도의 증가에 따라 마찰력은 일반적으로 증가한다. 그림 10은 이들 관계를 도시 한 것이다.

그림 10 스핀들 speed 와 장력비의 관계

라. 핀 방식(스핀들식) 가연공정조건과 사의 물성

가연 및 가연이후의 가공조건의 설정은 당연히 품종, 가공기종, 가연사의 요구특성 및 최종용도를 고려해서 행하지 않으면 안된다. 그러나 가연사는 신축성 내지 벌키성이 중요하기 때문에 강도, 잔유수축 등 기타 특성에 악영향을 미치지 않는 범위에서 신축성, 벌키성이 최대로 되게끔 공정 조건을 설정하는 것이 바람직하다. 따라서 가연공정조건과 사의 물성에 대한 일반적인 관계를 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 가연수가 많으면 가공사의 크림프는 가늘고, 균일하게 되며 신축성도 증대한다. 그러나
가연수 가 필요 이상으로 많으면 사의 강도 저하가 일어나고 가연 한계를 넘어 강연하면 부분적으로
꼬임이 집중된 부분에서 연반이 발생하고, 드디어는 이중연을 일으키고 사가 절단 된다.

또 생산량은 가연수에 반비례하기 때문에 단가는 연수의 증가에 따라 비례적으로 증대한다.
따라서 적정가연수는 이와같이 상반하는 제요인을 고려해서 결정하지 않으면 안된다.
일반적으로 산업체에서 실시되고 있는 가연수 는 꼬임한계에 가까운 강연수이고 한계 꼬임수는 다음과 같은 요인에 따라 다르지만 일반적으로 꼬임각도 45 前後가 한계가 된다.

– 가연시의 온도 : 소재의 초기탄성율 및 강성율이 변화 한다.
– 가연시의 사장력 : 이중연의 억제
– 소재 특성 : 강성율, 비중, 표면마찰, 단면현상
– 사의 필라멘트수 : 단사섬도, 심도의 차差, 단섬유 마이그레이션의 차이

꼬임각도 45°전후의 꼬임수는 구체적으로 어느 정도의 꼬임인가에 대한 사 데니어와 꼬임수의 관계에 대해 현장에서 사용하고 있는 경험식(empirical equation)은 다음과 같다.

여기서, D ; Deiner , T ; T.P.M.
이 식들은 모두 Nylon사에 대해서만 검토되어진 결과이다. 섬유의 데니어와 섬유의 단면적 사이에는
다음 식의 관계가 있다.

여기서, A : 섬유의 단면적
ρ : 비중
D : 데니어

꼬임수는 섬유의 단면적에 따라 규정되어지는 것이기 때문에 사의 데니어에 따라 꼬임수를 설정하는
경우에는 사소재의 비중을 고려해야만 한다. 따라서 동일 데니어의 사에 대해서도 한계 꼬임수는 소재에 따라 다르게 된다. 예를 들면 한계꼬임수는 다음의 순서로 된다.

Polyester 〉 Nylon 〉 Pyrene

상기의 제요인 및 사품질을 고려한 다음 식에서 얻어진 가연수는 거의 모든 소재에 관해서 권장할만 하다.

<math> 

</math>

가연 가공조건과 가공사 특성과의 관계를 표시하면 표 13과 같다.

표13 가연조건에 대한 사 특성변화경향

가연조건

변동
경향

섬도

영률

신축
복원률

연수축
특성

토르크

염착도

강도

신도

가연수

온도

피드율

스핀들 회전수

마. 히터 온도와 가연사의 물성

2 히터 신축가공사의 제조에서 가연수는 가연가공사 제조시의 꼬임수보다 1할 정도 적다.
이것은 2차 set에 의한 사의 취화를 고려하고 가연에 의한 사의 약화를 적게함과 동시에 사질과의
관계에서 얻어진 이론이다. 일반식으로 2 히터 신축사의 제조에 적당한 가연수는 다음 범위가 좋다.

<math>

</math>

히터의 가열에 의해 사는 가소화 되어 가연에 의해 형성된 꼬임구조를 냉각과정을 통과시켜 고정
시킨다. 열고정된 꼬임구조는 해연에 의해 크림프를 형성시켜 사에 신축성과 벌키성을 부여한다.
사온도의 상승에 따라 섬유내의 분자운동이 활발하게 되어 사의 탄성율은 저하하고 가소화도가 증대됨과 동시에 결정화 등의 분자쇄의 재배열을 촉진한다. 그래서 히터의 온도는 크림프의 견뢰성, 안정성 등은 물론 사의 품질, 크림프, 혹은 염색의 균일성에 밀접한 관계가 있어 열처리조건의 설정과 조절은 가연 가공에 있어 대단히 중요한 기술이다.

가연상태 그대로 사를 가열하여 섬유분자를 재배열하는 것이 히터의 역할이기 때문에 히터 온도는 분자쇄의 운동이 개시하는 온도 즉 유리전이점 이상, 융점 이상이면 좋다. 그러나 기업측면에서 볼 때
열처리에 장시간 걸리는 것은 생산능율면에서 불가능하다. 또 융점에 아주 가까운 온도에서 열처리하면 사를 구성하는 단섬유가 융착될 뿐만 아니라 강도, 크림프 탄성 등의 실용특성이 상실되게 된다.
따라서 히터온도의 설정은 가연사의 신축성이 크고, 강도 저하가 적고, 사구성단 섬유가 융착하지
않고, 염착성의 변화가 적은 온도를 채용해야 한다. 통상 섬유의 연화점으로 부터 융점 이하20 ℃범위의 온도가 사용되고 있다.

동시 열고정 효과를 얻어려면 다음 요인에 따라 설정온도를 변경시켜야 한다.

– 소재의 종류 : Nylon 6, Nylon 66, Polyester
– 소재 특성 : Total 데니어, 필라멘트 수, 원사Type
– 가공 속도 : 히터 Touch시간
– 히터 특성 : 히터 길이, 히터 형상, 전열 방식, 열매의 종류

표 14 는 통상의 히터온도설정범위를 나타냈고 그림 11는 총 데니어에 의한 설정온도의 영향을, 폴리에스터를 히터 길이50,  80cm의 히터로, 스핀들 속도 150,000,  250,000 rpm으로 가공했을 경우의 예를 도시한 것이다.

 

표14 적정 가공온도 범위

소재

가공온도범위

Nylon 6

165∼190

Nylon 6,6

210∼240

Polyester

200∼230

 

그림 11 실의 굵기와 히터에서의 setting 온도

2 히터 시스템에서 1차 히터온도 설정은 1 히터의 온도 보다 5~20℃ 낮게 하는 것이 일반적이다. 이것은 2 히터 시스템에서 2차 열고정공정에 있어 사의 약화를 고려해서 1차고정에 의한 약화를 적게 하기 위함과 1차고정을 완전히 행하지 않고 2차 열처리에 의해 섬유분자쇄의 재배열을 가능케 하는 여유를 남기기 위함이다.

2 히터 시스템에서 2차 열처리 온도의 설정은 그 가공방법, 열매, 기종(히터 길이, 히터 형상)에 따라 매우 다르다. 표 15 는 건열가연2 히터 시스템에 있어 통상의 설정온도 범위를 표시했다.

표15 섬유소재별 2차 히터 온도

소재

2차 히터 온도 (℃)

Nylon 6

170∼190

Nylon 6,6

190∼230

Polyester

170∼190


바. 핀 방식 가연공정의 가연 장력과 사의 물성

가연기의 가연부에 있어 사장력은 열고정 중의 사의 긴장의 정도를 규정한다. 이 가연장력은 사품질에
영향을 끼칠 뿐만아니라 생산성에도 영향을 준다.
즉, 장력이 낮은 경우는 미해연, 2중연, 나아가서는 장력이상을 일으켜 사절을 일으키기 쉽다. 한편 장력이 높은 경우에는 사의 신장변형이 크게 되고, 모우의 발생 내지 신장절단을 일으키기 쉽다.

그러나 가연사의 신축성에의 영향은 가연수, 히터 온도에 비해 가연장력은 그 영향이 적다. 따라서
가공장력 혹은 피드율은 주로 사의 강도, 생산성을 중심으로 고려해서 설정해야 한다.
통상 0.05 ~ 0.2 g/d정도의 가연장력이 이용된다. 가연장력은 다음과 같은 요인에 의해 영향을 받는다.

– 원사특성특성 : 영률, 연축률, 열수축력, 데니어
– 동마찰특성 : 스피나 peg과 사의 마찰, 히터 프레이트와 주행 사와의 마찰,
사도 가이드와 사의 마찰
– 기계특성 : 피드율(공급 롤러 속도와 가이드 Roller 속도의 비),
스피나 peg 재질, 가이드 Roller 입구의 사장력

그림 12 는 나일론 및 폴리에스터의 피드율과 가연장력의 관계를 실험적으로 구한 예를 도시한 것이다.
한편 해연부의 장력은 권축 발생의 정도에 영향을 주고 해연시의 장력의 증대는 권축이 충분히 고정되도록 잡아 당겨져야 한다.
당연히 사 구성단 섬유의 절단에 의한 모우발생 방지, 권축의 균일성의 점에서도 중요하다. 해연장력은
다음 요인에 의해 달라 진다.

– 원사특성 : 영율, 강성율, 필라멘트 수, 데니어, 마찰계수
– 기계특성 : 스피나 peg의 재질, 스피나 peg의 형상,
스피나 peg의 실 winding 방법, 피드율(가연장력)

권축의 균일성, 모우발생방지 등의 점에서 해연장력은 가연장력의 1.5 3.0배 정도가 좋다.
2 히터 시스템에 있어서 가연장력은 설정 꼬임수를 약간 적게 하고, 히터 온도를 조금 낮게 하기 때문에 약간 높게 설정하는 것이 보통이다.

2 히터 시스템에 있어서는 공정조건으로 2차 피드율을 설정해야 한다. 2차 피드율은 가연가공상에서 사의 재열처리를 행하는 경우 권축긴장의 정도를 결정하는 요인이 된다.
2차 피드율이 크면 woolly사에 가까운 상태에서 재열고정 되어지는 것이고, 2차 피드율이 적으면 권축을 잡아 당긴 상태에서 재열고정되는 것으로 한다. 따라서 2차 피드율은 2 히터 시스템에서 신축사의 권축특성을 결정하는 중요한 요인이 된다.

2차 피드율의 설정은 가연중인 사의 신축성과 2히터 시스템에서의 신축사에서 요구되는 신축성에 의해 결정되어 진다.
따라서 소재의 종류,데니어, 가연조건 등에 따라 다르다. Nylon, Polyester신축사에서 통상 사용되는 피드율은 +10 ~ +30%이다.

그림 12 피드율과 가연장력의 관계

사. 핀 방식 가연공정의 권취와 사의 물성

스핀들 회전수는 일정 가연수에서 가공하는 경우 직접사속, 생산량에 영향을 준다. 따라서 생산능율의 면에서는 스핀들의 회전수가 빠를수록 좋다.
그러나 사속의 증가는 일정 길이의 히터에서 가공하는 경우 고정시간의 감소를 가져온다.
또 사속의 증가는 스피나 peg에서 마찰의 증대에 의해 해연장력의 증가, 가이드와의 마찰의 증가에
의한 장력 증가를 가져오고 단섬유의 신장절단에 의해 모우가 발생 하기 쉽게 된다.

사가 히터로 부터 열전달에 의해 승온되어 실용적인 의미로 충분한 열고정효과를 얻기위해서는 적어도 0.3 0.5sec의 고정시간이 필요하다는 것이 실용적으로 확인되고 있다.
고정시간이 1.5sec 정도로 되면 사의 약화가 현저해 진다. 따라서 스핀들 회전수는 생산효율과
열 고정성에 의해 결정되어야 하지만 양질의 가공사를 얻기 위해서는 오히려 열 고정성을 중요시해서
결정해야 한다.
열 고정성에 영향을 주는 다음 요인을 고려해서 구체적인 스핀들 회전수를 설정할 필요가 있다.

– 원사특성 : 소재의 종류, 데니어
– 히터 특성 : 설정온도, 히터 표면온도분포, 히터길이, 열매의 종류

이러한 요인중 원사의 총 데니어와 히터길이이 스핀들회전수 설정에 있어 가장 중요하다.
한편, 치즈의 권취 피드율은 가공사 특성에 직접 영향은 없지만 권취 피드율이 적절하지 않아 치즈경도가 극도로 크게 되면 치즈 상태에서 사의 방치시간에 따라 가공사의 신축성 저하를
일으킨다. 또 반대로 극도로 치즈경도가 적으면 치즈 형상 불량, 사층 붕괴, 모우발생, 권취곤란 등의 문제가 발생한다.

권취 피드율은 가연사 의 신축성에 의해 결정되어져야 한다. 일반적으로 치즈경도가50 ~ 60로 되게끔 권취 피드율을 설정하는 것이 바람직하며 이때 권취 피드율은 +6 ~ +10%로 설정하는 것이 좋다.
치즈 경도는 와인더에서의 치즈접압에 현저한 영향을 준다. 접압은 0.7 ~ 2.5 kg이 좋다.
2 히터 시스템 에 있어서도 치즈각도가 약 55가 되게끔 권취피드율을 설정한다.

2 히터 시스템에서 생산된 신축사는 1 히터가연사에 비해 신축성이 현저히 적을 뿐만 아니라, 1차 권취 롤러와 2차 권취 롤러사이에서 권축은 2차 피드율로서 상당히 이관되어 있기 때문에
권취 피드율은 언더 피드율로서 -5∼ -15%로 설정하는 것이 좋다.

아. 가연사의 합연 공정

가연가공사는 가연방향에 트르크성을 가지고 있기때문에 비틀리려고 한다. 트르크를 가진 실을 편성해서 얻어진 편성물은 표면이 매끄러운 모양이 없고 편성물이 비틀린다. 트르크의 균형을 가진 실을
만들기 위해서는 서로 반대방향의 트르크를 가진 실을 합연하지 않으면 안된다.
통상 S, Z방향의 가연단사를 Z방향으로 사의 섬도 및 용도에 맞추어 60 ∼ 130 TPM의 연수로 합연
해서 사용한다.

합연기는 국내외 각종의 기계가 있지만 주로 Down Twister방식(Ring – Traveller방식) 이 이용되고
있다.
합연기의 스핀들 회전수는 사품종, 합연Package의 크기, 스핀들의 정도에 대해서 결정된다.
고속화하면 기계적으로 품질적으로도 소모가 크게 된다. 생산성, 품질, 기계성능, 설정연수를 고려해서 결정해야 하지만 통상 사속 60 ∼ 100m/min가 되도록 스핀들 회전수를 설정한다.

합연수는 합연사의 집속성을 유지하기에 충분한 취소한도의 연수면 좋다. 합연수의 증감에 따라 벌키성, 신축성이 감소하므로 편성물상에서 표면외관, 표면 촉감을 해치지 않을 정도의 합연수로 충분하다. 표 16 에 데니어와 합연수의 예를 보인다.

표16 적정합연수

데니어 (D)

합연수 (TPM)

50/2 이하

150 ∼ 100

50/2 ∼ 100/2

130 ∼ 70

100/2 ∼ 150/2

100 ∼ 60

150/2 이상

90 ∼ 50

그러나 가연사의 용도에 따라 조금씩 다르지만 특히 선염사로 사용할 경우보다 일반적으로 20 ∼ 30 TPM 정도 많은 연수를 적용하는 것이 바람직하다. 이것은 염색중에 있어 실이 달라붙어 모우가 발생하는 것을 방지함과 동시에 Cone에서의 장력변동 , 모우발생 등의 문제를 적게하기 위함이다.
원사가 가지는 꼬임의 반대방향으로 합연하는 것이 각 단섬유의 개섬상태 및 사의 벌키성의 면에서
바람직하다.
즉 원사에는 S방향 15 ∼ 40 TPM의 자연연이가 있기 때문에 겉보기 연수는 표 17에 나타난 바와 같다.

 

표17 2합사의 합연방향과 겉보기 연수

가연방향

해연방향

겉보기 연수

Z

S

(+) 15 ∼ 40 TPM

S

Z

(-) 15 ∼ 40 TPM

합연

Z

60 ∼ 130 TPM

겉보기연수가 Zero상태(zero해연상태)까지 해연하지 않아 미해연의 경우 사중의 필라멘트가 열고정시 집속상태에서 국부적으로 충분히 풀리지 않은 부분(잘룩)이 남아 사전체의 부푼정도가 틀리게 된다. 한편 zero해연을 지나 과 해연하면 각구성 필라멘트가 상호 풀려 크림프가 충분히 생겨 사는 벌키성을 갖고 양호한 촉감의 실로 된다.

한편 over 해연사가 지나치면 재차 집속되어 연사상태에 가까와져 벌키성과 신축성이 감소한다.
이런 이유로 원사의 자연연이 방향인 S방향의 미해연상 가연단사를 해연하는 방향 즉 Z방향으로
합연하는 것이 바람직하다.
이때 Lappet상 장력을 공정관리의 일항목으로서 0.15 ~ 0.2g/d를 목표로 스핀들회전수, 사품종, Ring직경, Package의 크기 등으로 부터 적절한 Traveller 번수를 결정해야 된다.

Traveller가 너무 무거우면 가연사의 신축성 저하를 초래한다. 또 너무 가벼우면 합연 Package의 형상불량의 문제를 유발한다. 합연 Package의 경도를 70 ∼ 85를 목표로 하는 것이 좋다. 일 예로서 품종별 Traveller번수를 표시하면 표 18 과 같다.

 

표18 적정 Traveller번수

스핀들 회전수\품종 종

70D/2Fly

100D/2Fly

110D/2Fly

210D/2Fly

5,000 RPM

25(4)

24(5)

23(5)

19(5)

5,000 RPM

28(2)

27(3)

27(3)

23(3)

5,000 RPM

29(2)

28(2)

28(2)

Lappet 상 장력 (g)

24

34

37

54

( )는 교환주기, 단위 : Week

2) 벨트 및 디스크형 DTY 제조 공정 특성

가. 벨트 및 디스크형 DTY 기계의 메케니즘

필라멘트사의 가연의 목적은 우선 벌키한 사구조를 가지게 하므로써 다음과 같이 사의 물성을
좋게 한다.

① 사구조상으로 공간을 가지므로써 단열의 역할을 하여 보온성을 높일 수 있다.
② 가볍고 피복성이 양호해 진다.
③ 실의 표면구조가 빛의 반사를 분산시켜 준다.
④ 스폰지와 같은 사구조를 유지하므로써 부드러운 사구조를 가지며 크림프로 인한 탄성률이 낮아 신축성 이 좋아진다.

그리고 가연의 방법은 열가소성과 비열가소성 필라멘트에 따라 히터를 사용하느냐 하지 않는냐 하는 방법이 결정된다.
가연의 수단은 벨트, 링, 디스크 그리고 핀 등이 사용되며 히터의 개수에 따라 싱글 히터 형 또는 two 히터 형으로 구분되며 이 기계에서의 공정인자는 크게 4T라하여 time, temperature, twist, 장력을 들 수 있다.

그런데 국내에서 수입 사용되는 DTY사 제조기계는 Murata, Barmag 그리고 Rieter-Scragg 등 의
기계가 사용되고 있으며 이들 기계에서 차이점은 가연 시스템이 무엇인가 하는 것이며 Murata는 Nip 형type의 twisting device를 사용하며 Barmag와 Rieter-Scragg는 friction 형의 twisting device를 사용하고 있다.

그림 13에 디스크형의 friction twisting device를 보이며 그림 14 에 belt를 이용한 Nip 형의 twisting device를 보인다.
여기서 이들 두기구의 메케니즘을 설명하려면 몇가지 중요한 공정인자에 대한 설명이 필요하다.
우선 그림 13 의 디스크형의 friction twisting device를 위쪽면과 측면에서 본 모형을 도시하면 그림 15 와 같다.

그림 13 디스크형의 Friction                  그림 14 Belt형 Friction
Twisting기구                                        Twisting기구

그림 15 디스크형 Friction Twisting기구의 평면과 측면도  ·

그림 15에서 :Ff : 비트는 힘(twisting force)

·Pf : 접촉압력(contact pressure)
·μ : 실과 디스크와의 마찰계수
·T : 실의 장력(yarn 장력)

이라고 하면 다음의 식이 성립한다.

즉, 디스크형의 마찰시스템에서의 가연력(twisting force)은 실에 걸리는 장력 T와 실과 디스크 사이의
마찰계수 μ에 의해 결정된다는 것을 보여주는 식이다.
반면에 그림 14의 belt를 이용한 Nip 형의 twisting device를 위쪽면과 측면에서 본 모형을 도시하면 그림 16 과 같다.

그림 16 에서 ·Fn : 비트는 힘 (twisting force)
·Pn : 접촉압력(contact pressure)
·μn : 실과 belt와의 마찰계수

라 하면 아래의 식이 성립된다.

<math>

</math>

그림 16 Nip Belt형 Frintion Twisting기구의 평면과 측면도

(7)식은 Nip 시스템에서는 실의 장력에 관계없이 가연력이 결정된다는 것을 보여주는 식이며 한편, 그림 16에서 nip belt를 빠져나온 yarn speed를 Y, Nip belt의 speed를 D라 하면 다음과 같은 중요한 식을 유도 할 수 있다. 우선 꼬임에 따른 yarn의 수축(contraction)이 일어나며 이 수축비(contraction ratio)를 ψ라 하면 (8)식이 성립한다.

<math>

</math>


여기서 ·θ/2 : 꼬임각(twist angle)
·θ : 두 개의 Nip belt가 이루는 각

한편 (8)식은 (9)식으로 표현 가능하며

<math>

</math>


여기서 ·Yt : Nip belt 입구에서의 feed speed
따라서 D/Y는 (10)식으로 표현된다.

<math>

</math>


따라서 (8)식을 (10)식에 대입하면 D/Y는 (12)식이 된다.

<math>

</math>


즉 (12)식은 Y와 D의 값의 변화는 실의 꼬임각 θ/2와 관계가 있다는 것을 말해주며 실의 물성에 따라
D와 Y의 값이 달라진다는 것을 말해준다.
만약 꼬임각 θ/2가 70°이면 velocity ratio(D/Y)는 1.5가 되며 yarn feed speed(Y)가 500m/min이면 belt speed D는 750m/min가 된다. 실제 Murata 33H DTY 기계에서 여러 가지 micro필라멘트사의 textruing조건을 표 19 에 보인다.

표19 여러 가지 극세사의 가연 조건

Type of yarn

PET
120D/75d/
72f

PET
115D/75d/100f

PET
255D/150d/200f

PET
100D/100d/192f

Yarn speed(m/min)(Y)

610

500

500

390

Draw ratio

1.625

1.611

1.611

1.003

Twister angle(θ)

102.5

102.5

105

105

Velocity ratio(D/Y)

1.420

1.542

1.448

1.322

Primary 히터 temp(℃)

205

190

190

205

Secondary 히터 temp(℃)

OFF

150

150

OFF

Untwisting 장력 /
Twisting 장력

0.8

0.7

0.7

0.65

표 20 에는 Nip belt 형과 disk friction 형의 DTY기계의 특성 비교를 나타낸다.

표20 여러 가지 twisting device의 기계특성 비교

Manufacture

MURATA

BARMAG

RIETER-SCRAGG

모델

No. 33H

FK6M-80

SDS1200B

Twisting 시스템

Nip 시스템

Friction 시스템 or Ringtex

Friction 시스템

Max. take-up speed(m/min)

1200

1200

1200

Yarn feeding 시스템

Apron belt or Nip roller

Apron belt or Nip roller

Nip roller

Primary 히터 length(m)

2.5

2.5

2.5

Cooling plate length(m)

2.1

2.1

2.1

Secondary 히터 length(m)

1.6

1.6

1.46

Max. package size(mm)

Φ300×250L

Φ300×250L

Φ300×250L

표21 은 Murata DTY기계에서 폴리에스터 tight spot yarn 가연사 제조 공정 조건을 보인다.

표21 폴리에스터 tight spot yarn 가연사 제조 공정

Type of yarn

POY

POY

데니어

225d(150d)/48f

115d(75d)/35f

Yarn speed(m/min)

500

500

Draw ratio(Full draw)×0.8 0.9

1.300

1.273

Twister belt angle(°)

90

85

Velocity ratio

1.368

1.401

Primary 히터 temp(℃)

230

235

Secondary 히터 temp(℃)

200

220

Twisting 장력(g)

55

50

Untwisting 장력(g)

18

6

Winding 장력(g)

10

7

No. of false twist

1781

2463

False twist coefficient α

0.721

0.720

표 22 에는 Nip 벨트형과 Friction 디스크형의 DTY기계에서 생산된 textured yarn의 물성 비교
data를 보인다.

특히 Nip 벨트형은 Pin 형의 twister에서 결정품질과 Friction 디스크형의 고생산성이라는 2가지 장점을 실현시킨 형태로 생각할 수 있다. 이방식은 일반 Friction 벨트형에서 twisting belt와 사간의 슬립을 최대한 방지하도록 설계되어 있다는 특징이 있다.
앞의 그림 1에서 V와 θ를 적당히 바꾸어 주므로써 실에 주어지는 연수와 가연 장력 및 해연 장력을 설정할 수 있다.

표22 Nip과 friction 형 DTY사의 물성 비교

Mach 크림프er

Friction twisting Machines

Max. 데니어

300

200

Production speed(m/min)

at 300den.

500∼600

Impossible

at 150den.

800∼1000

750

Snow generation

Negligible

Big problem

Yarn quality at 150den.

Tenacity(g/d)
Elongation(%)
Skein shrinkage(%)
Facric Bulk(%)

4.77
24.9
40
95

4.18
18.9
30
70∼80

Unwindability
(Number of breakage at 2000m/min)

0∼0.2

0.2∼10

그림 17 은 DTY사 제조기계의 모식도를 보인다.
표 20, 21, 22 에 표시된 여러 가지 공정 파라메타중 피드롤러 O(FRO)와 1(FR1)사이의 롤러의
표면속도의 비가 ‘OFO’로 표시된 over feed ratio (OFO)가 되며 피드롤러 1(FR1)과 1(FR2)의
표면속도의 비가 draw ration(DR)로 정의되며 nip twist의 회전수와 피드롤러 2(FR2)의 표면속도의 비에 의해 결정되는 것이 twister velocity ration (VR)이며 이 값이 앞의
이론식(12)식의D/Y의 값에 해당된다.

그림 17 DTY 가연기계  모식도

한편 피드롤러 2(FR2)와 3(FR3)과의 roller표면속도의 비가 2nd feed ratio(OF2)가 되며 피드롤러
2 (FR2)와 WR roller와의 표면속도 비는 3rd 오버피드율 (OF3)가 된다. 여기서 생산량은 사속(YS)에 의해 결정되며 (13)식의 생산량 공식에 의하면 생산량은 사속과 필라멘트 사의 굵기에 비례하게된다.

<math>
(생산량 단위 : Ton/月·台)

</math>


한편 실에 주어지는 꼬임수는 (14)식에 의해 기계적으로는 Nip belt의 교차각 θ에 의해 결정되므로 θ가 커질수록 t.p.m.은 커지게 되며 반대로 실이 굵어질수록 nip blet교차각 조건에서 실에 꼬임이 적게 주어진다.

<math>

</math>

여기서, ·θ : nip belt의 교차각
·T : tpm
·D : 필라멘트의 데니어 번수
·ρ : 섬유밀도
·θ/2 : 실의 꼬임각

그림 18 에 필라멘트의 데니어별 nip belt 교차각 θ에 따른 실에 주어지는 TPM의 크기를 도시한다.
또한 nip belt형 트위스터는 사가 받는 손상이 적고 가연 트르크가 크며 특히 트위스터 속도변화에 의해 사에 적당한 장력이 선정되기 때문에 pin방식과 friction disk방식에서 설정 불가능한 낮은 T2장력범위의 가공도 가능하며 부가가치가 높은 spun like사, linen like사 가공이 가능하다. 그림 7에 nip tiwster입구와 출구에서의 장력 T1과 T2 의 변화와 velocity ratio(VR)와의 관계를 도시한다.

그림 19 에서 VR이 증가하면 가연부의 입구에서의 장력 T1 은 증가하며 장력 T2는 감소하는 것을 볼 수 있으며 또한 실의 굵기가 굵은 실 일수록 가는 실 보다 더 큰 장력을 받는다는 것을 알 수 있다.

그림 18 필라멘트 데니어별 Nip belt
교차각  에 따른 실의 T.P.M

 

그림 19 Nip twister의 Velocity
Ratio(VR)와 장력(T1, T2)의 관계

나. Murata DTY기계의 특성

그림 20 DTY M/C (Murata 33H)

① 장력 관리 시스템

해연 장력 T2의 관리는 추간의 변동은 물론 동일 추내에서도 경시변화에 따른 균일 장력 관리가 되어야 하며 이것이 되므로써

1) 균일한 권밀도, 권경
2) 모우 감소, 미해연 부분의 감소
3) 염색성의 향상

등이 가능하며 Package의 품질 향상이 될 수 있다.
이 방법은 고정도의 장력 센서를 사용하므로써 생산되고 있는 사의 순간순간의 이상 장력을 각 package마다 집계하여 컴퓨터에 의해 각종의 품질관리가 가능하게 하는 시스템이다. 이 방법의
원리를 그림 21에 도시한다. 그리고 이 시스템의 기계상에서의 취부 위치는 그림 22에 도시한다.

그림 21 Murata DTY 기계의 장력관리의 원리

그림 22 DTY 기계의 장력
controller 위치

② Twin Feed 시스템
특수사를 생산하기 위한 장치로써 twin feed 시스템이 있다. 여러 가지 특수사를 생산하기 위한 대표적인 가공방법은 그림 23 에 보인다.
표준으로 붙어있는 제 1 피드롤러(FR1)의 하부에 피드롤러 1개를 더 붙여서 (그림 23에서 FRO)
이종사 POY와 FOY사의 동시 가연이 가능하다.

그림 23 특수사 생산용 여러 가지 Twin Feed 시스템

③ Input 영역
여기서 input 영역의 부분을 확대 도시한 것을 그림 24 에 보이며 그림 24 에서 ①부분이 제 1 피드롤러 부분이며 이부분에는 yarn cutter, yarn 가이드 traverse가 있는 부분이다. Feed된 실은 피드롤러와 apron belt사이에서 파지되며 apron belt대신에 nip roller를 사용할 수도 있다. ②부분은 yarn 가이드 traverse부분으로 피드롤러 입구의 yarn 가이드는 연속적으로 traverse되어 apron belt혹은
고무 roller의 수명을 연장시켜 준다. ③부분은 yarn cutter로써 solenoid 방식을 채택하고 있으며 사를 절단시키기도 하며 또한 사를 파지하기도 하는 lamp가 점등하므로써 사절된 추를 쉽게 발견 할 수 있다.

그림 24 Mach-크림프 DTY 기계의
입구부분 확대도

④ 가연 영역
이 기구의 확대된 그림을 그림 25 에 보인다. ①로 표시된 부분이 제 1 히터부분이며 12추 1 block으로 구성되어 온도의 정도가 뛰어난 Downtherm증기 가열 방식을 채용하고 있다. 히터의 길이는 250cm 이며 사의 접촉면은 내마모성이 높은 표면처리제로 처리되어 있다. 히터 출구에서 twister까지의 사 냉각부에는 cooling plate가 설치되어 있고 사 ballooning이 방지되도록 되어 있어 고속이면서 안정된 가공이 가능하도록 되어 있다.

그림 25 에서 ②번 부분은 사 출구부분에서 사가공시에 발생하는 기름연기를 효율 좋게 흡입하는 nozzle이 설계되어 있다. ③번이 shift rod로써 balloon plate 상부의 사 걸치는 작업을 쉽게 해주는
역할을 한다.

그림 25 Mach-크림프 DTY 기계의
가연과 히터부분 확대도

⑤ Twisting 영역
Twisting-belt의 접압력은 air cylinder방식을 이용하므로써 접압의 설정은 216추 동시에 1개의 압력 control valve에서 행하며 사절이 일어 날때는 yarn feeder에서의 신호에 의해 air cylinder로의 공기
공급이 정지하기 때문에 twist belt가 자동적으로 서로 떨어지게 된다.

⑥ Setting 영역
그림 26 DTY기계의 Setting장치 부분을 보인다.

①로 표시된 부분이 2nd 히터 부분으로 24추를 1 block으로 하고 있으며 Downtherm증기 가열 방식을 채용하고 있다

사 가열 방식은 2중 pipe식 semiconductor type으로 이방식은 pipe내측을 분리 해 낼 수가 있으므로 유지 보수가 편리하다. ②로 표시된 부분이 yarn feeder로써 제 3 피드롤러와 oilling roller사이에
비접촉식 yarn feeler가 설치되어 있다. Doffing시에는 feeder의 작동을 12추마다 정지시킬 수가 있다. ③번 부분이 oiling roller로써 이것은 와인더와 yarn feeler와의 사이에 설치되어져 속도는 무단으로 1∼18rpm까지 선정 될 수 있다. Oiling level에 이상이 발생 했을 때는 control panel에 경보장치가 작동된다.

⑦ Winding 영역
Mandeless cradle을 사용하며 friction roller 구동방식으로 large package권취가 가능하다. 최대 winding권경은 300mm, 권폭은 250mm, 권취형상은 어떤 형태든 가능하며 또한 우수한 고속 해연성을 얻기 위해 ARS 시스템(Advanced Ribbon Breaking 시스템)이 traverse기구에 내장되어 있다.
그림 27 에 take up 와인더의 여러 가지 cam과 package의 winding 형태를 도시한다.

그림 26 Setting 부분 확대도                       그림 27 와인더 부분 확대도

3) Non-트르크 가연 가공 기술

가연기의 2nd 히터를 통과한 필라멘트는 분자들이 배향 내지는 변형된 헤릭스 구조로 바뀌기 때문에 장력을 받은 상태로 권취가 되면 원래의 나선형태의 꼬임구조로 돌아가려는 트르크가 발생한다.
이와 같이 분자들의 잔류 트르크로 인해 실이 해사될 때 2가닥이 꼬여지는 스나알ing 형태가 아래 그림과 같이 발생되며 이것이 Twist-liveliness 라고 불려진다. 이 때 가연사는 최소 에너지 상태가 된다.

이러한 스나알ing 현상은 그 다음 공정에서 여러 가지 문제를 야기시켜 공정효율을 떨어뜨리고 제품의
품질에 여러가지 불량 발생의 원인이 된다.
가연사는 다음 그림 28 의 a에서 보는 바와 같이 spring과 같은 구조를 하고 있으며 S연과 Z연이 평형이 된 상태의 사구조를 가지고 있다.

그림 28 가연사의 Spring 구조

이러한 가연사가 인장을 받으면 그림 b에서 보는 바와 같이 강한 트르크가 사내에 축척이 된다.
이 때 필라멘트의 한쪽 끝을 놓으면 필라멘트는 회전 내지는 수축이 일어나 잔류 트르크가 평형이 되는 상태로 변하면서 그림 c와 같은 꼴을 하게 된다.
그러나 한쪽 끝을 다른쪽 끝에 붙이면 그림 d에서 보는바와 같이 잔류 트르크가 평형상태의 스나알 현상이 발생하게 된다.

이러한 스나알 현상은 다음 그림 29 에서 보는바와 같이 니팅이나 제직시 위입, 정경시 치즈 상태에서 발생하는 스날링 현상이 초래되므로 생산현장에서 많은 문제를 야기시키게 된다.
이러한 잔류 트르크를 제거하는 방법으로는 지금까지 아래와 같은 방법을 사용하여 왔다.

그림 29 가연사 해사 시 스나알 현상

1) Set 가연
·high 2nd 히터 temp

2) Doubling = Co­mingling
·Co­mingling Jet

3) Double and Single­end twisting
·twisting m/c

4) Single end sizing
·sizing m/c

5) Steam Setting
·steam autoclave

이러한 여러가지 문제점을 해결하기 위한 일환으로 다음의 2 가지 방법이 있다.

1) Murata S, Z 동시가연 Twin Twister
2) Heberlein Detorqueet의 사용.

가. Murata DTY기계의 SZ동시 가연 Twister

S/Z합사의 가연가공사를 생산할 수 있는 연신가연용 twister장치도 DTY사 생산기계로 등장 하고 있다. 그림 30 에 S/Z동시 가연용 twister의 기구를 보인다.

이 기구의 사용은 권축이 높은 태데니어사의 가공이 가능하며 태데니어단사가공에 비해 보다 고속생산이 가능한 장점이 있다. 또한 S 꼬임사와 Z 꼬임사가 트르크를 받아 없어지기 때문에 완전한 non-트르크사가 얻어진다. 그리고 non-트르크사가 만들어 지기 때문에 권취성이 좋아지고 이로 인해 제직준비공정에서 운전속도 향상 및 기계정대 감소에 기여 할 수 있다.

사가 non-트르크내지는 고권축성을 가지기 때문에 권취상태에서 사층무너짐과 같은 사향성이 없고 균일한 권취가 가능하며 촉감이 좋은 직물의 생산이 가능하다. 이 꼬임기구는 인터레이스 노즐과 동시에 사용이 가능하며 이들 장치들의 취부 위치는 그림 31 에 도시한다.

그림 30 Murata S Z 동시가연용 Twister

그림 31 DTY 기계의 S Z 꼬임 기구와 인터레이스 장치의 취부위치

나. Interlace nozzle을 이용하는 기술

Detorqueet 노즐은 가연공정(false twist process)에서 heat set yarn에 발생하는 잔류 트르크를
제거하기 위한 노즐이다. 낮은 공기압에서 사용가능하며 S연과 Z연 모든 사에 호환성 있게 사용가능하다. 특히 단사 텍스쳐링사 기계에 사용되는 사에서의 잔류 트르크에 의한 사의 스나알ing 현상을 제거하므로써 해사성, 권취성이 우수한 사를 생산할 수 있다.
아래 그림 32 에 Detorqueet의 모식도를 보이며 이 nozzle을 통과한 실의 트르크 free 상태를 그림 33 에 도시한다.

그림 32 Detorqueet

a) 트르크 liveliness in a false twist textrued yarn
b) 트르크 free yarn

그림 33 트르크 liveliness

         Detorqueet-DJ-2                                          Detorqueet-2 after the
(Weight : 21g, Dimensions in mm)                               second 히터

그림 34 Detorqueet-2의 가연공정 취부위치와 DJ-2 nozzle 모식도

그리고 그림 34 에 Detorqueet-2의 가연공정 기계에서의 취부위치와 Detorque Jet DJ-2의 nozzle
모식도를 보인다.

① Jet의 원리

그림 35 Detorque Jet-DJ의 원리

그림 35 에 Detorque Jet-DJ의 원리를 나타내는 그림을 보여준다. air channel을 통해 들어온 압축공기는 가연 공정에서 주어진 트르크 방향과 반대 방향 즉 Detorque를 주기위해 yarn channel 의 각각의 필라멘트에 회전을 주게 된다.

② 압축공기의 조건
– pressure variation max. ± 0.1 bar
– temperature 25℃±5℃
– relative humidity < 40%
– residual oil content < 0.2 ppm, if possible oil-free,
chemical neutral, no abrasive particles → grain
size > 0.2μm must be fully eliminated
(1 ppm∼1 mg/m3)

③ Detorque Jet-DJ의 취부위치와 사 물성
제2 히터 가연 기계에 보통 사용하며 2nd 고정 히터 다음 shaft 앞에 보통 취부한다.
이 Detorque Jet는 S 혹은 Z 가연사 모두에 사용가능하며 만약 가연공정에서 사가 S 꼬임이 주어진
사는 아래 그림 36 에서 보인 바와 같은 ⓢ Jet를 사용하여야 하며 만약 Z 꼬임의 가연사라면 ⓩ로 표시된 Jet를 사용해야 한다.

 

그림 36 Detorque-Jet DJ 의 모식도

그림에서 보면 실을 Jet 속으로 넣을 때는 수직방향으로 입력이 되어 나오는 출구 부분에서는 30°의 cone 형태의 범위내에서 실이 빠져나오도록 해야 하며 이것이 안될 때는 아래 그림 37 과 같은 추가로 yarn 가이드를 취부하여 사용하여야 한다.

그림 37 Detorque-Jet DJ 의 노즐 취부

만약 intermingling jet를 사용할 필요가 있을 때는 그림과 같이 intermingling jet 앞에 Detorque Jet 를 붙여 사용하면 된다.
만약 공간이 부족하던지 취급하기에 불편이 있을 경우는 아래 그림 38 과 같이 interlacing jet를 히터 앞에 붙여 사용할 수도 있다.

그림 38 Detorque nozzle의 설치

다음의 표 23은 Detorque 처리 사의 intermingling 했을 때 intermingled yarn의 사 품질 특성을 보여준다. 표 에서 Detorque Jet DJ 31을 사용하고 FT 15/P 102 intermingling 기구를 사용하여 처리한 사의 Turns 수와 Interlace density를 보여준다.

표23 Turns 수와 Interlace density

FT15/P102

2 히터
Temperature

Detorque Jet
DJ-31

Turns
(T/m)

Interlace
density(p/m)

3 Bar

190 ℃

50

106

3 Bar

190 ℃

1 Bar

30

119

3 Bar

190 ℃

1.5 Bar

27

116

2 Bar

190 ℃

2 Bar

19

92

다음 표 24 는 2nd 히터 앞에 intermingling jet FT 15/P102를 설치하고 2nd 히터 온도 190℃ 그리고 Detorque Jet DJ-31의 사용시 공기 압력에 따른 사의 트르크 정도와 interlace density를 보여준다.

표24 공기 압력에 따른 사의 트르크 정도와 interlace density

Detorque Jet
DJ-31

FT 15
P 102

Turns
(T/m)

Interlace
Density (P/m)

1 Air destribution

1 Bar

1 Bar

8

55

1.5 Bar

1.5 Bar

1

67

2 Bar

2 Bar

0

76

2.5 Bar

2.5 Bar

-15

78

2 Air distributions

1 Bar

2 Bar

12

61

1 Bar

3 Bar

11

101

④ 사장력과 공기압
Detorque 성능이 좋은 사를 생산할려면 무엇보다도 사장력을 최적으로 조정해야 한다.
이러한 최적의 사장력 조정은 2nd 히터 내로 들어가는 부분에서의 오버피드를 정밀하게 조정하여야 한다.

10cN 이상의 높은 사장력은 Detorque 효율을 감소시키며 5cN 이하의 낮은 사장력은 필라멘트 루추프 혹은 중간 꼬임의 생성과 같은 문제를 야기시킨다.
가장 적정한 장력은 일반사의 경우 5∼10cN 사이의 값이 좋다. 그리고 권취 장력의 조정도
역시 중요하다.

이 때 너무 높은 일반 장력은 Detorque 작용의 균제성, Detorque 된 사의 품질에 나쁜 영향을 미친다. 한편 Detorque Jet는 낮은 공기압(약 2.5 bar)을 요구하는 장치이다.
이 기구에 필요한 공기압은 공정과 사종에 따라 달라진다. 그리고 중요한 공정 파라메타는 2nd 히터 온도와 최종 사의 선밀도(번수)이다.
다음 표 25에 2nd 히터 온도와 사속(yarn speed)에 따른 공기압의 변화에 대한 Data를 제시한다.

표25 2nd 히터 온도와 사속에 따른 공기압의 변화

Temp 2 히터(℃)\Yarn Speed(m/min)

500

600

700

160

1.4

1.5

2.0

170

1.0

1.2

1.5

180

0.8

0.9

1.2

190

0.6

0.7

1.0

200

0.4

0.5

0.8

불필요한 높은 공기압은 사의 불균제를 야기시키기 때문에 정확한 공기압을 선정할 필요가 있다.
한편 이 Detorque Jet nozzle은 필라멘트내의 분자 구조를 변화시키는 것이 아니고 사내부의 트르크의 균형을 잡아 주기 위해 필라멘트 내부의 형태를 재배열 시키는 것이기 때문에 분자들은 낮은 에너지
상태 즉 본래의 형태로 되돌아 가려는 경향을 가진다. 이것은 Detorque 공정을 거친 후 거의 24시간
이내에 트르크의 일부가 회복하려는 결과를 초래한다.

이러한 트르크의 회복을 막으려면 0.1∼0.2 bar 정도의 약간 더 높은 공기압의 적용이 바람직하기도
하다.

 

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출처 : 한국섬유개발연구원 섬유기초 기술개론

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