한국생산기술연구원

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한국생산기술연구원 섬유연구부문 함완규 수석연구원 (031-8040-6251 / wghahm@kitech.re.kr)

한국생산기술연구원 정책홍보실 유윤형 팀장 (041-589-8031 / walla94@kitech.re.kr)

타이어 만드는 섬유소재, 더 빠르고 강하게 생산한다.

- 의류·생활·산업용 합성섬유 생산량의 90% 차지하는‘폴리에스터’

생산성·물성 높이면서 탄소 발생 줄인‘고강도 PET 섬유 제조기술’개발

□ 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate)는 폴리에스터, 또는 PET으로 불리는 고분자 소재로, 1950년대 초반 섬유 소재로 상용화됐다.

ㅇ 나일론, 아크릴과 함께 3대 합성섬유로 꼽혀온 PET 섬유는 열적·기계   적·화학적 물성이 좋아 의류에서부터 생활, 산업용 섬유소재로 널리 쓰   이며 전 세계 합성섬유 생산량의 90%를 차지하고 있다.

ㅇ 최근 들어서는 자동차, 항공운송 등의 경량·고성능 섬유 소재로 쓰임   새가 확대되고 있는데, 우리나라가 글로벌 시장 점유율 50% 이상 차   지하고 있는 자동차용 타이어 코드(Tire Code)의 핵심 소재이기도 하다.

□ PET 섬유 제조의 핵심은 용융방사 공정으로, PET 수지를 280℃ 이상의 고온에서 녹인 후 방사노즐을 통해 압출돼 나온 용융상태의 고분자를 당기고 냉각시켜 원하는 섬유 굵기와 물성을 갖도록 만드는 일련의 과정을 가리킨다.

ㅇ 이때 방사 속도가 PET 섬유 생산량을 좌우하는데, 방사 속도를 올릴

경우 섬유가 끊어지거나 물성이 떨어지는 문제가 발생해 기존 공정기술로는 개선이 어려웠다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이낙규, 이하 생기원)이 방사 속도를 올려도 안정적인 섬유 생산이 가능할 뿐 아니라, 더욱 우수한 기계적 물성을 갖는 새로운 개념의 고강도 PET 섬유 제조기술을 개발했다.

ㅇ 생기원 섬유연구부문 함완규 박사 연구팀은 용융방사공정 내 방사 노

즐의 구조를 재설계하고, 토출되는 섬유에 순간적으로 고온 가열할

수 있는 새로운 히팅장치를 적용하는 방식으로 생산성을 20% 이상 높이

면서 인장 강도가 15% 이상 향상된 PET 섬유를 제조하는 데 성공했다.

□ 이번 성과는 용융상태의 PET 고분자 사슬의 얽힘 구조(Molecular         Chain Entanglement)를 제어해 최적화하는 아이디어에서 출발했다.

ㅇ 연구팀은 용융상태에서 실 뭉치처럼 얽혀있는 고분자 사슬 간 밀도와 간격을 적절하게 제어하면 방사공정에서의 용융 점도가 떨어져 방사장력*이 낮아지고, 방사장력이 낮아지면 연신비**를 높일 수 있을 것으로 예측했다.

* 방사장력: 노즐에서 토출된 섬유가 고체화되는 동안 걸리는 섬유 내부의 응력

** 연신공정에서 섬유를 늘리거나 당길 수 있는 비율

ㅇ 이를 구현하기 위해 고분자 사슬 간 얽힘 구조를 제어할 수 있도록 방사 노즐을 재설계하고, 순간적으로 방사온도 대비 100℃ 이상 섬유를 가열할 수 있는 소형 히팅 장치를 개발했다.

ㅇ PET 섬유는 280~300℃ 이상 온도가 올라가면 열분해*가 일어나는데, 400℃까지 가열해도 열분해 없이 안정적으로 방사 가능한 것이 기술의 핵심이다.

* 높은 온도에서 일어나는 화학물질의 분해 반응

□ 개발된 기술을 적용할 경우 산업용 고분자량 PET 수지(IV* 1.05)의 최

대 방사속도가 분당 약 3㎞에서 3.6㎞로 증가하고, 인장 강도는 1데니

어 당  9~10g에서 11~13g으로 개선되는 것으로 나타났다.

* IV : 점도와 분자량을 나타내며 산업용은 1.0 이상의 값을 갖는 PET 수지를 사용

ㅇ 인장 강도 11~13g/d는 PET 섬유로 구현할 수 있는 세계 최고 수준의 물성으로, 실험실 규모에 머물러 있는 일본 및 해외 경쟁국과 달리 상용화 규모의 대형 방사 노즐이나 공정에도 구현 가능하다.

ㅇ 특히 방사노즐 부분만 변경해 기존 상용화 방사공정에 적용할 수 있어 최소한의 비용과 시간으로 생산성을 높일 수 있다.

□ 함완규 박사는 “순간 국부 가열로 용융구조를 제어하기 때문에 전력 사용량을 10% 이상 줄일 수 있고, PET 섬유에 첨가제를 쓰지 않아 섬유 폐기물을 100% 재활용할 수 있는 것도 장점”이라고 설명하며 “간단한 설비 개조 만으로 생산성과 물성을 동시에 향상시킬 수 있어 현재 국내 기업들과 실용화 협의 중”이라고 밝혔다.

[참고1] 자료 사진

참고1

자료 사진

[사진1] 고분자량 PET 수지(왼쪽)와

제조된 고강도 PET 섬유(오른쪽)

[사진2] 고강도 PET 섬유

[사진3] 섬유연구부문 함완규박사 연구팀

[사진4] 고강도 PET 섬유 개발을 위해

연구팀이 제작한 다중복합 용융

방사 실험장비

고분자 ‘수지’가 맞는지요?

수정해 주신 내용에는 ‘생산성 및 기계적 물성을 높이기 위한 연구가 진행돼 왔으나 어렵다고만 되어있고, ‘이러한 문제점’이 어떤 문제점인지는 빠져 있습니다. 개선이 어렵다 정도는 어느 분야에도 해당되기 때문에 구체적으로 어떤 문제점인지, 왜 어려웠는지는 필수적으로 설명해줘야 우리 기술의 성과가 드러날 것 같아 조금 수정했습니다.

기계적 물성은 윗 문장에 이미 섰고, 어렵기도 해서 구체적인 예를 들고자 했습니다. ‘신도’를 넣어도 되는지, 신도보다 신율 또는 더 쉬운 표현은 없는지 궁금합니다.

준 상용화 공정이란 표현을 빼면 안 되는지요? 보통은 상용화 아니면 실험실인데요. 꼭 넣어야 한다면 준 상용화 공정이 어떤 공정인지 설명 부탁드립니다.

=> 삭제 했습니다.

나라를 특정할 수 없다면 빼도록 하겠습니다. 빼는 것이

=> 수정해 보았는데 맘에 안드시면 빼도 됩니다.

이렇게 표현해도 될까요? 우리나라는 CO₂레이저 방식을 전혀 사용하지 않는지요?

반사 장력이 맞는지, 맞을 경우 설명 부탁드립니다.

적게는 **개에서 많게는 **개로 구체화할 수 있을지요?

보조기로 변경했습니다.

기존 보조부를 기구부로 통일할 거면 제목의 보조기도 기구부로 바꿔야 할 것 같습니다. 보조부로 통일하면 안 되나요? 보조부가 더 직관적이어서요.

요즘은 정상인이라고 하지 않고 비장애인이라고 하더라고요. 그런데 장애인이란 표현도 부담스럽지만, 지금까지 내용이 고령자나 사고, 질병 등으로 맞춰져 있었는데 갑자기 장애인이 들어가 맥락이 달라져 버렸습니다. ‘보행 보조력을 전달’도 표현이 어색해서 전반적으로 문장을 이렇게 바꿨습니다.

=> 완전 자연스럽게 작성해주신 것 같습니다. 이견 없습니다.

‘실용화기술로 개인 맞춤형’은 수사만 있고 내용이 없어 모호합니다. 아래 단락에 내용이 있으니 여기서는 빼도 될 것 같습니다.

=> 좋은 판단이신 것 같습니다.

아래 단락에서 내용 중복돼 여기서는 핵심 내용만 언급했습니다.

=> 간략하고 좋은 것 같습니다.

내부 조직인데 꼭 넣어야 할까요?

=> 생략해도 됩니다.

인솔 소재가 무엇인지요? 소재 이름이면 원문 표시 부탁드립니다.