생산성·물성 높이고 탄소 줄인 'PET 섬유 제조기술' 개발

한국생산기술연구원, 순간 국부 가열로 용융구조 제어

생산성 20% 이상, 인장 강도 15% 높여…국내 기업과 실용화 협의 중

[대전=뉴시스] 고강도 PET 섬유기술을 개발한 생기원 연구팀과 다중복합 용융방사 실험장비. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 생산성은 높이면서도 탄소 발생 및 전력소비량은 줄일 수 있는 '고강도 PET 섬유 제조기술'이 개발됐다.

한국생산기술연구원은 섬유연구부문 함완규 박사팀이 방사속도를 올려도 안정적인 섬유생산이 가능하고 우수한 기계적 물성을 갖는 새로운 개념의 고강도 PET 섬유 제조기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 
 
이번에 함 박사팀은 용융방사공정 내 방사 노즐의 구조를 재설계하고 토출되는 섬유에 순간적으로 고온 가열할 수 있는 새로운 히팅장치를 적용해 생산성을 20% 이상 높이고 인장 강도는 15% 이상 향상된 PET 섬유를 제조하는 데 성공했다.

PET 섬유 제조의 핵심은 용융방사 공정으로 PET 수지를 280도 이상 고온에서 녹인 후 방사노즐을 통해 압출돼 나온 용융상태의 고분자를 당기고 냉각시켜 원하는 섬유 굵기와 물성을 갖도록 만드는 공정이다. 이때 방사 속도를 올리면 섬유가 끊어지거나 물성이 떨어지는 문제가 발생해 기존 공정기술로는 생산량 확대 등이 어려웠다. 

연구팀 관계자는 "용융상태의 PET 고분자 사슬의 얽힘 구조를 제어해 최적화하는 아이디어에서 이번 연구가 시작됐다"며 "용융상태에서 실 뭉치처럼 얽혀있는 고분자 사슬 간 밀도와 간격을 적절히 제어하면 방사공정에서 용융점도가 떨어져 방사장력이 낮아지고 방사장력이 낮아지면 연신비를 높일 수 있을 것으로 예측했다"고 연구과정을 설명했다.

방사장력은 노즐에서 토출된 섬유가 고체화되는 동안 걸리는 섬유 내부의 응력이고 연신비는 섬유를 늘리거나 당길 수 있는 비율이다.
 
연구팀은 아이디어 구현을 위해 고분자 사슬 간 얽힘구조를 제어할 수 있도록 방사노즐을 재설계한 뒤 순간적으로 방사온도 대비 100도 이상 섬유를 가열할 수 있는 소형 히팅장치를 개발했다.

[대전=뉴시스] 한국생산기술연구원이 제조한 고강도 PET 섬유. *재판매 및 DB 금지

이를 통해 400도까지 가열해도 열분해 없이 안정적으로 방사가 가능토록 했다. PET 섬유는 280~300도 이상 온도가 올라가면 열분해가 일어난다.

이 기술을 적용하면 산업용 고분자량 PET 수지(IV 1.05)의 최대 방사속도가 분당 약 3㎞에서 3.6㎞로 증가하고 인장 강도는 1데니어(섬유단위·d) 당 9~10g에서 11~13g으로 개선된다.

인장 강도 11~13g/d는 PET 섬유로 구현할 수 있는 세계 최고 수준의 물성으로 실험실 수준인 일본이나 해외 경쟁국과 달리 상용화 규모의 대형 방사노즐이나 공정에도 구현 가능하다.
     
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"이라며 "간단한 설비 개조 만으로 생산성과 물성을 동시에 향상시킬 수 있어 현재 국내 기업들과 실용화를 협의하고 있다"고 말했다.


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