텍스처라이징(draw-texturing, DTY) 공정 중 POY의 분자 변화
오늘 우리는 산업 체인을 따라가면서 텍스처링(Draw-texturing, DTY) 공정 중 POY의 분자 변화에 대해 이야기하겠습니다.
텍스처화(DTY) 중 POY의 분자 수준 변화는 역동적인 다단계 프로세스입니다. 핵심 메커니즘은 분자 사슬이 외부 힘(늘어짐, 비틀림) 및 열 에너지에 의해 준안정 상태에서 영구적인 주름을 갖는 보다 안정적이고 규칙적인 형태로 점차 재구성된다는 것입니다. 다음은 각 처리 단계의 주요 분자 변화를 요약한 것입니다.
Ⅰ、POY 입력 단계에서 POY 공급원료의 분자 상태 시작: 새로 방사된 POY는 준안정 상태에 있습니다.
1. 구조적 불균일성: 분자 방향의 '표면이 더 높고 코어가 더 낮다'는 불균일성이 있습니다. 표면 분자 사슬은 더 빠른 냉각과 더 강한 전단력으로 인해 더 높은 방향을 갖는 반면, 코어는 더 낮은 방향을 갖습니다.
2. 높은 내부 응력: 분자 사슬이 강제로 늘어난 후에는 '직선-인장' 구조를 채택하여 많은 양의 배향 응력과 체적 수축 응력을 저장합니다.
1. 불완전한 결정화: 결정화도가 매우 낮으며, 대부분 비정질 준결정 또는 미세결정으로 구성됩니다. 비정질 영역의 사슬은 고도로 얽혀 있고 안정적인 가교 지점이 거의 없습니다.
II.、드래프팅 및 가비틀기(코어 형성 단계)
이는 첫 번째 가열 챔버와 하류 가비틀기 영역에서 발생하며 강렬한 분자 재배열을 위한 핵심 단계를 구성합니다.
가열 및 연신(첫 번째 롤 → 첫 번째 가열 챔버 → 두 번째 롤)
① 열 활성화: 유리 전이 온도(Tg) 이상의 가열 환경(폴리에스테르의 경우 약 160~220°C)에서 폴리머 사슬의 분절 운동이 활성화됩니다.
② 도면중 체인 재배치
배향 및 풀림: 두 번째 롤의 드로잉 작업에서 긴장되고 얽힌 사슬이 미끄러지고, 적용된 힘의 방향(섬유 축)으로 확장 및 정렬되어 곧게 펴진 사슬의 비율이 증가하고 분자 배향이 크게 향상됩니다.
응력에 의한 결정화: 인장 응력은 에너지를 공급하고 섬유 축을 따라 사슬이 규칙적으로 배열되도록 하는 원동력을 제공하여 미세 결정의 형성을 촉진하고 결정화도를 현저하게 증가시킵니다. 일부 문헌에서는 이 단계가 POY의 낮은 결정화도에서 더 높은 결정화도로 전환되는 시작점임을 나타냅니다.
③ 장력 완화 및 내부 응력 해제: 가열은 체인을 더욱 유연하게 만들어 회전 중에 저장된 내부 응력(배향 응력, 체적 응력)의 일부를 해제하고 완화할 수 있습니다.
가연(코어 영역인 가연)
① 비틀림 및 전단: 가연은 실에 회전 전단을 가하여 열가소성 상태의 폴리머 사슬에 비틀림 및 권선을 강제합니다.
② 형태 고정 및 크림프 형성: 가 트위스터에 의한 비틀림으로 이미 당겨지고 가열된 사슬이 일시적으로 특정 형태(예: 나선형)로 형성되어 배아 크림프를 형성합니다. 이 부분은 문헌에 자세히 설명되어 있는 경우가 적지만 공정 관점에서 볼 때 가연은 압착 형태를 전달하는 직접적인 원인입니다.
III、열경화 및 후처리(두 번째/경화 가열실에서 발생 및 이후)
목적은 새로 형성된 구조를 안정화하는 것입니다.
열경화(두 번째 가열 챔버)
① 분자 구조의 이완 및 영구화: 가연에서 풀린 후 비틀림이 제거되지만 두 번째 가열 챔버 체인에서 적당한 가열을 통해 기계적 제약 없이 제어된 이완 운동을 수행합니다.
② 일시적 비틀림 응력 제거: 가연 시 발생하는 잔류 비틀림 응력이 완화됩니다.
③ 결정완성화 및 재결정화 촉진: 에너지를 공급하여 미세결정이 성장하고 크기가 균질화되거나 재결정화되도록 한다. 결정성은 계속 증가하고 결정 격자는 더욱 완벽하고 안정적이 됩니다.
④ 구조 잠금: 인발과 비틀림으로 형성된 새로운 압착 구조는 새로 생성된 결정화 지점과 분자간 힘(예: 수소 결합, 반 데르 발스 힘)에 의해 영구적으로 고정되어 DTY의 안정적인 압착 및 탄성 회복을 제공합니다.
⑤ 열수축 감소 및 치수 안정성: 결정 영역을 개선하고 체인 간의 물리적 가교 결합을 증가시켜 향후 가열 시 체인 미끄러짐을 제한하고 끓는 물 수축을 줄이고 완제품 치수 안정성을 향상시킵니다.
오일링 및 와인딩
① 마찰 손상 감소 : 윤활제는 표면에 보호막을 형성하여 원사가 가이드, 롤 등 금속 부품과 접촉할 때 전단력에 의해 발생하는 체인 파손(손상)을 줄이고 과도한 열화 및 '퍼즈' 또는 분말(올리고머, 오일, 마모된 섬유)의 생성을 방지합니다.
② 표면 상태 수정: 섬유 표면의 윤활제 습윤 및 흡착은 표면 체인의 배열 또는 이완 상태를 약간 변경할 수 있지만 내부 벌크 구조에는 영향을 미치지 않습니다.
IV, 요약: POY-DTY 텍스처화 공정 전체에 걸쳐 분자 변화의 거시적 표현은 주로 다음과 같은 분자 수준에서 반영됩니다.
1. 방향: 불균일한 것에서 더 균일한 것으로 증가하고 안정화됩니다.
1. 결정화도: 매우 낮고 무질서한 것부터 보통이고 균일하며 더 완벽한 것까지(일반적으로 증가하지만 과도한 가공이나 특정 재료는 손상으로 인해 감소할 수 있음)
2. 얽힘 및 내부 응력: 매우 얽혀 있고 높은 내부 응력부터 적당히 풀려져 응력이 크게 해제되는 것까지.
3. 형태: 직선화되고 긴장된 형태에서 결정화에 의해 고정되는 안정된 나선형/주름진 형태로.
궁극적으로 이러한 분자 수준의 변화는 DTY의 거시적 특성을 결정합니다. 인장 강도는 일반적으로 증가합니다(더 높은 배향성/결정성으로 인해). 파단 연신율이 크게 감소합니다(배향성/결정화도). 끓는 물 수축이 크게 감소합니다(응고 및 결정화 잠금으로 인해). (안정화된 압착구조로 인해) 탄성회복력이 현저히 향상됩니다.
POY의 초기 분자 불균일성(배향 및 결정화도)은 질감 처리 중에 증폭되어 DTY의 물리적 특성의 불균일한 염색 및 가변성의 근본 원인이 될 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 따라서 균일한 분자 구조를 지닌 고품질 POY를 공급하는 것은 고품질 DTY 가공을 달성하기 위한 기본 전제 조건입니다.
