개요

연사공정 이후의 작업은 열고정 공정과 점보 와인딩(Jumbo Winding)이 포함되어 있다. 열고정의 온도와 시간설정은 반드시 섬유물성을 고려하여야 하며 가능한 낮은 온도에서 긴 시간에 걸쳐 열고정을 실시하여야 한다.

실은 연사과정을 거친 후 비틀림 힘이 생길 수 있다. 만약 비틀림 힘이 너무 크면 실말림현상을 야기시켜 제직 중 효율과 품질이 떨어질 수 있으므로 반드시 열고정 공정으로 연을 고정시켜 관리하고 제어하여야 한다.

섬유의 열가소성을 이용하여 가연된 실에 적당한 온도 및 습도를 처리하여 꼬임을 고정시키는 공정으로 원사물성에 따라 적절한 조건을 설정하여야 한다. 보통 300rpm이하에서는 열고정공정이 필요 없으나 연수가 그 이상으로 증가하면 연사이후 공정에서 이중연(二重撚), 보프라기 등의 결함이 발생되어 연사이후 공정에서 작업성을 저해할 뿐만 아니라 제물품질을 저하시키기 때문에 연사의 안정성을 도모하기 위하여 열고정이 필요하다. 강연사는 열고정에 의하여 수축이 일어나며 실린더에 감긴실의 내외측 수축차는 가공공정에서 축소불량, 염착차를 일으킬수 있기 때문에 연고정 조건설정에 주의하여야 한다. 열고정 공정을 실시하기 전에 반드시 연사후의 비틀림 힘(Kr치)을 먼저 측정하여야 한다.

일반적으로 연사적의 Kr치가 3보다 높을 때 비틀려 엉키는 것을 방지하고 제직 효율을 높이기 위하여 열고정을 실시한다. 특히 강연사(2000TM∼3000TM)는 열 고정할 때 매우 신중해야 한다.

강연사 직물은 직물표면에 수축감을 나타나게 하므로 열고정을 실시할 때 비틀림 힘을 완전히 소멸시키면 안 된다. 그렇지 않으면 그 직물의 수축성이 발현되지 않아 직물의 품질을 저하시킨다. 저 수축소재와 고 수축소재에 대하여 실시하는 열고정 조건은 달라야 하는데 일반적으로 고 수축소재는 저온에 긴 시간(예 60℃∼70℃×30∼60분)으로 하여야 비수 수축율 이상, 내외층차 형성, 염색 불균제 등을 초래하지 않을 수 있다. Kr치의 관리와 제어에 대하여 실시하는 항목은 아래와 같다.

원료의 (특히 가공사) Kr치, 연사후의 Kr치, 열고정후의 Kr치, 점보와인딩(Jumbo Winding) 후의 Kr치 등의 일련의 수치들을 측정한다. 열고정후의 점보와인딩을 한 후 그 비틀림 힘은 조금 커진다.

그러므로 제직에서 요구하는 Kr치는 꼭 점보와인딩 후의 Kr치를 기준으로 하여야 한다. 실은 꼬임을 통하여 펀연사가 제연사로 되려고 형태 변형력(Twist Torque)을 가지고 있어 제직이 불가능하지만 유리전이온도(Tg) 이상에서 스팀열을 이용하여 형태안정 수소결합을 이룰 수 있다.

열고정 공정 1) 열고정 공정의 일반지식 (1) 셋팅기의 간단한 소개

[(그림4-1) 셋팅기의 단면도]

2) 1차 열고정 공정 실례 설명

일반적으로 열고정 후의 비틀림 힘의 지수(Kr치)는 3보다 작다. 외기압은 압력계에서 O(K)로 나타나는데 일반적으로 1K(1기압)라 부른다.

1. ① 제1 진공시간은 8∼15분으로 하고 스팀 셋팅기내의 공기를 720㎜/Hg∼760㎜/Hg→ -1(K)로 뽑아낸다.
2. ② 증기공급
   150D/72F. S.Z : 1500TM 85℃×50min으로 하고 증기가 실 층내에 진입하여 꼬임고정을 진행한다.

   [(그림4-2) 1차 열고정 공정]

3. ③ 제2 진공은 일반적으로 10∼20분, 700∼720㎜/Hg으로 하고 건조작용으로 실 표면에 부착된 수분을 제거하며 제2 진공이 끝날 때 온도는 조금 올라간다. 원인은 스팀 셋팅기의 공기를 통과시킬 때 진입하는 공기가 서로 마찰하여 온도가 발생되어 승온되는 현상이다. 제2 진공일 때 온도는 85℃에서 70℃(10℃∼15℃ 강온)로 내려간다.
4. ④ 공기흡입은 4분으로 하되 스팀 셋팅기의 큰문을 열어서 스팀 셋팅기 내의 기압과 외계의 기압을 일치하게 한다.
5. ⑤ 배기는 100℃ 이상일 때 배기작업을 실시하여야 하는데 그 목적은 진공펌프 내의 날개의 손상을 방지하기 위해서이다. 배기과정은 자동적으로 실시되는데 컨트롤러의 타임머(Timer)로 제어하며 작용 후 4분 뒤 자동적으로 정지된다. 배기할 때면 진공펌프가 정지하고 배기가 정지되면 진공펌프가 돌아간다. 100℃ 이상에서 열고정할 때 증기가 발생할 수 있으며 동시에 압력이 형성한다. 만일 배기 동작을 미리 실시하지 않으면 진공펌프 내부의 날개는 압력으로 인하여 발생되는 역류현상을 받을 수 있어 물이 진공펌프 내부에 역류 진입하므로 날개가 파손될 수도 있다.
   그래서 95℃를 초과할 경우에는 일반적으로 열고정 과정을 두 번 실시한다.
6. ⑥ 냉각시간은 송풍, 물, 냉각장치 등을 사용하면 냉각시간을 단축시킬 수 있다.

(2) 일본 마루이사(Marui社) 열 고정기 HK-2300의 간단한 소개 (1) 공기압력계(0∼5kgf/㎠)

공기압축기(3∼5kg)→감압벨브(4kg) 지침이 가르키는 위치

2) 2차측 증기 압력계(0∼10kgf/㎠)

공장보일러→감압(0.8∼1.5㎏f/㎠)
증기6kg, 일반적으로 0.8kgf/㎠)

3) 1차측 증기 압력계(0∼10kgf/㎠), 60kg(공장보일러) (4) 컴파운드 계기

진공계와 압력계의 혼합계기
100℃ 이상 조건에서 지침은 "압력" 위치에 있다.
100℃ 이상 조건에서 지침은 "진공도" 위치에 있다.

5) 진공계：0∼760㎜/Hg 진공도 6) 폐문(閉門) 압력계：0∼200kgf/㎠ 7) 개문(開門) 압력계：0∼200kgf/㎠ (8) 지시등：녹색등：자동

녹색등＋황색등＝수동
황색등：Door개폐(開閉)동작
빨간등：이상표시

홍

황

녹

예를 들어 이상온도가 1℃ 이상일 때 이상고온의 신호가 나타난다.

(3) 제1 진공과 제2 진공의 비교 (1) 제1 진공

실 안에 들어 있는 공기를 최대한으로 추출시켜 스팀이 실 속까지 침투 가능하도록 하는데 목적이 있다. 공기를 뽑아내는 것으로 완전 100% 진공은 불가능하고 잔류공기는 약 5%이다. 진공도는 90cm Hg까지 올릴 수 있도록 하며 150kg용량 솥에는 2.5㎥/min 실제 680m Hg/kg정도의 진공펌프를 설치한다.

(2) 제2 진공

일반적으로 10분으로 하는데 만일 15∼20분으로 설정할 때면 그 효과는 더욱 좋다. 열고정 과정을 끝낸 실의 표면은 습윤현상이 나타난다. 만일 제2진공의 설정시간이 길면 그 수축현상을 푸는 방출시간이 짧아지고 제2진공의 설정시간이 짧으면 실의 건조성이 불안정하여 점보와인딩 할 때 그 장력이 불안정하므로 점보와인딩의 감는 경도에 영향을 준다. 실속의 수분을 제거하는 목적으로 후진공을 실시하나 스팀의 잔여량 때문에 65∼68cm Hg이상을 얻기 힘들다. 65cm Hg 정도 후진공을 실시하면 대기압의 저하로 온도가 일시에 떨어지는 현상이 있다.

(3)

일반적으로 열고정한 후 반드시 약 1일 이상 수축되게 놓아(방축)둔 후 점보와인딩 작업을 진행함으로써 감는 장력을 안정하게 하고, 감는 경도를 균일하게 하므로 제직 효율을 높일 수 있다. 만일 공장에 두 대의 셋팅기가 있으면 그 효과는 더욱 좋으며 저온 셋팅(60℃∼80℃)과 고온 셋팅(80℃∼95℃)으로 나누어서 작업할 수 있다.
그 목적은 냉각시간을 감소할 수 있다. 열고정 조건은 저온에서 고온으로 직접 실시할 수 있으며 만일 고온에서 저온으로 열고정할 때는 반드시 고온이 저온 보다 낮게 내려간 후에야 비로써 다음의 열고정 작업을 진행하여야 한다. 그렇지 않으면 연사물의 품질이 떨어진다.

4) 승온

스팀으로 실의 온도를 상온에서 83℃가지 올리면서, 상온에서는 고온고압의 스팀을 이용하지 않고 1kg/㎤정도 세기의 부드러운 스팀으로 서서히 승온 시킨다. 실린더의 바깥실 온도가 스팀에 닿아 83℃ 이상이 될 우려가 있으므로 조심하여야 한다.

5) 셋팅

83℃ 60분간 셋팅에서 중요한 상수는 온도이며 시간은 아니다. 즉 실린더에 권취된 실 량이 극히 적게 감긴 시험사 일 경우는 10분간만 경과하여도 스팀의 침투정도는 우수하다.

6) 감온

유리전이온도 이하인 Tg에서는 실이 고체상(固體相)에서 분자운동이 활발한 상으로 전이하는데 이 사의 변환점은 일 순간에 일어나는 것이 아니고 서서히 온도 상승에 따라 분자운동이 활발해지다가 어느 온도에 이르면 분자 운동 위치에너지의 상이 급격히 유동적으로 된다. 이런 Tg의 온도는 70-82℃에 존재하는 것으로 추측하지만 셋팅은 바로 이 Tg 온도보다 조금 높은 온도에서 셋팅을 하여야 변형력(Twist Torque)이 사라지며 셋팅시킨 다음 감온시킬 때는 급냉을 피하여 서서히 냉각시켜 주어야 실의 결정이 실린더 실 층간에 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 현재 150kg 솥에서 83℃ 60분 셋팅 후 스팀라인을 차단시키고 1시간 방치시키면 55∼60℃정도에 이르게 되며 이때 대기중에 노출시킨다.

7) 2차 열고정 공정 (1) 과정

투입 → 제1 진공 → 1차 증기공급 → 제2 진공 → 2차 증기공급 → (배기) → 제3 진공 → 공기투입 → 꺼냄(방축)

(2) 주의사항

제1차 증기공급의 온도는 제2차 증기 공급보다 낮아야 한다. 예를 들면 제1차 증기 공급은 65℃×30분, 제2차 증기공급은 80℃ 30분이다.

(3)

일반적으로 2000∼3000TM의 권취중량은 500∼700g이 제일 좋다. 그 이유는 2차 열고정시는 꼬임의 안정성이 좋고 내외층차에 대한 영향이 적다. 수축되게 놓아두는 시간은 자연상태로 48시간을 놓아둘 수 있으면 그 효과는 더욱 좋다. 그러나 방축 전체공정의 생산계획을 고려하여야 한다.

(8) 비수(沸水) 수축율과 내 외층차(內外層差)의 대책 1) 열고정조건, 원사종류, 권취장력, 연수 등은 내외층차에 영향을 주는 인자이다. 2) 실의 최내층(A%), 내층(B%), 중간층(C%), 바깥층(D%)

외층차(%) = A-D, B-D, C-D
비수 수축율(%)＝L1 - L2 / L1 ×100%
L1：원사의 길이, L2：비등수 처리후 건조후의 길이

3) 일반적으로 말하면 고 수축사의 열고정은 저 수축사보다 열고정을 실시할 때에 꼭 저온에서 긴 시간으로 하여야 한다. 그렇지 않으면 염색 불균염 현상이 발생한다.

연사→열 고정→비수 수축율(4∼6%/1회)→염색(내외층자 발생)

(4) 대책

내 외층차를 방지하기 위하여 실린더 내층에 편물 혹은 표면이 거친종이를 감는다.

5) 실→연사→Kr치 측정(열고정 전), Kr치＝3 이하면 좋다. 만일 Kr치가 3보다 클 때면 열 고정을 실시하여야 한다. 6) Kr치가 3보다 클 때→열고정 1시간∼2시간(최소 30분)→꺼낸후 48시간 방치상태로 놓아둠→제1차 Kr치 측정과 J/W 감기→제2차 Kr치 측정→제직(24시간 방치후 사용) 9) 연사시 잔류토크 발생원인

연사후 열고정을 실시하여 그 잔류 토크치가 클 때 다음 공정인 점보와인딩과 제직 등 작업이 곤란하다.

(1) 발생원인

1. ① 연사할 원사의 필라멘트가 비교적 굵을 때 잔류 토크치가 크다.
   예를 들면 75/72와 75/24를 비교할 때 75/24의 토크치가 크다.
2. ② 열고정 온도가 너무 낮을 때
3. ③ 열고정 효과가 부족한 상태는 권취경도가 너무 높아서 열전도에 영향을 주고 토크치가 너무 크게 조성되며 이것은 권취장력을 너무 높게 설정하기 때문이다. 일반적으로 권취 장력은 0.1∼0.2g/d 이다.
4. ④ 벌룬장력이 너무 높으면 토크치가 크다. 일반적으로 장력정도는 가공사는 최대 0.5g/d이고 신합섬은 최대 0.4g/d이다.

(2) 대책

1. ① 열고정 온도를 높이거나 열고정 시간을 늘린다. 예：85℃×40분→90℃×50분
2. ② 권취장력을 낮춘다.(0.1g/d∼0.2g/d)
   방법으로는 공급로울러(Feed R/O) 간격을 4㎜에서 7㎜로 증가시키고 속도를 높이며 트래버스 가이드를 사용하여 실의 권취각도를 변화시킨다. 각도가 클수록 실의 권취량이 많아진다.
3. ③ 능 각도를 크게하여 권취밀도를 작게 한다. (예：3°42'→4°24')
4. ④ 속도를 줄여 꼬임장력을 하강시키면 토크치는 작아지고 꼬임장력이 작을 때 그 권취장력이 따라서 작아진다.
5. ⑤ 연수를 감소시킨다.

(3) 결론

대책 2)의 ②,③항은 권취경도를 낮추어 연한 열고정 효과를 얻는 것이 좋다. ⑤,①,④,②의 각 항을 변화시키면 직물의 품질 및 촉감에 대해 영향이 있으므로 특히 유의하여야 한다. ④항을 변경하면 생산량은 감소하지만 실의 품질은 안정하다. ⑤항을 변경하면 생산량이 증가한다.

(10) 가연 가공사의 열고정 공정에 대한 영향

일반적으로 원사는 자체의 토크치가 작으므로 S연과 Z연으로 연사할 때 연사후의 토크치는 대체로 같다. 열고정 공정을 행할 때 S연과 Z연에 대한 열고정 온도와 시간 조건을 같게 하면 동일한 Kr치를 얻을 수 있으며 제직효율과 작업이 편리하여 유리하며 수축이 균일해 진다.
일반적으로 연사 업체에서는 원사에 대한 열고정 조건을 찾는데 있어서 가연가공사에 대해서 매우 어려움을 겪는다. (그림4-2)는 가공사를 열고정할 때 S연과 Z연의 조건을 나타낸 것이다.

1) Z연 가연 가공사의 특성

가연 가공사의 잔류응력은 Z연 방향이며 (그림4-3)에서 Z연으로 연사할 때 그 잔류응력은 작고
(Dz) S연으로 연사하면 그 잔류응력은 크다(Ds)는 것을 알 수 있다. 그러므로 연사 후 S형의 Kr치는 Z연의 Kr치보다 좀 높으며 열고정 할 때 S연에 대해 반드시 높은 온도로 실시하여 열고정 하여야 한다.
Z연에는 좀 낮은 온도로 실시하여 열고정하여야 일치한 Kr치를 얻을 수 있으며 제직 작업에도 유리하다.

[(그림4-3) Z연 가연가공사의 특성]

2) Z연 가연 가공사의 연사관계에 대한 사례

Z가연 가공사의 잔류응력은 Z응력을 나타낸다. <그림4-3>에서 서술한 O.C는 현재의 잔류응력이고 OC 잔류응력의 크기는 가연공정의 가연조건에 따라 결정된다 예를 들면 연수, 해연장력, 히터온도 등 가연 가공사의 잔류응력은 가연기의 종류(Pin Type, Friction Type, Nip Twister) 등과 가연조건에 의하여 조금씩 차이가 있다. 강연사 직물의 특색은 수축하는 특성을 가지고 있으므로 원사의 선택이 매우 중요한 사항이다. S：Z＝1：1 혹은 S：Z＝2：2로 제직할 때이며 S연으로 연사할 때는 S가연사를 선택하고 Z연으로 연사할 때는 Z가연사를 선택하여야 한다. 신 합섬인 강연사 직물과 특수사는 연사 후의 열고정 공정을 쉽게 제어하고 제직 후 품질과 촉감이 좋은 강연직물을 얻을 수 있다.

3) S연 가연 가공사의 특성

S가연 가공사의 잔류응력은 S연 방향이며 Z연으로 연사할 때 그 잔류응력은 크며(Dz), S연으로 하면 그 잔류응력은 작다(Ds). 따라서 연사후 Z연의 Kr치는 S연의 Kr치보다 높으므로 열고정할 때에는 Z연에 대하여서는 고온 열고정을 실시해야 하고 S연에 대하여는 비교적 낮은 온도로 열고정을 하여야 일치한 Kr치를 얻을 수 있으며 제직작업에 유리하다.

[(그림4-4) S연 가연가공사의 특성]

Z연 가연사와 S연 가연사의 종합 비교하여 보면

1. ① Z연 가연 가공사：D/T Z연→꼬임 비틀림 힘 작다→열고정이 낮다. D/T S연→꼬임 비틀림 힘 크다→열고정이 높다.(D/T；Double Twister)
   [표4-1 열고정 전후 Kr치 비교]

   표4-1 열고정 전후 Kr치 비교

   연 사 전 Kr치		연 수(T/M)	연 수Kr치	열 고 정 조 건	열고정후 Kr치
   290/104	4	1100S	8.4	90℃×30分	3.2
   	4	1100Z	6.2	65℃×30分	3.0
   150/48	5	1000S	8.4	90℃×50分	2.5
   	5	1000Z	6.3	70℃×50分	2.5
   150/96	2	1700S	8.4	90℃×70分	2.4
   	2	1700Z	8.1	90℃×50分	2.2
   150/48	4.8	1100S	8.5	90℃×50分	2.5
   	4.8	1100Z	6.4	70℃×30分	2.4

2. ② S연 가연 가공사：D/T Z연→꼬임 비틀림 힘 작다→열고정이 높다. D/T S연→꼬임 비틀림 힘 크다→열고정이 낮다.(D/T：Double Twister)

11) 열고정 조건 실례설명

열고정의 목적은 반드시 직물의 촉감과 외관에 대해 고려하는 것을 전제로 할 뿐만 아니라 후 공정인 점보와인딩 제직에서 엉키는 것을 방지하고 효율을 높이는데 있다. 원사의 종류에 따라 그 꼬임고정의 효과는 조금씩 차이가 있다. 같은 열고정 조건하에서 필라멘트가 세사인 것이 그 고정효과가 비교적 좋다. 권취량에 따라 경도가 다르며 같은 종류의 원사라도 권취량에 따라 열고정 조건을 다르게 해야 한다.

1) 권취량 500g, S：1차 열고정 D：2차 열고정

표1

Denier	연수(TM)	온도(℃)	시간(min)	용 도	비 고
30/20	2700	80×80	15×15	Yoryu Chirimen	D
50/24	2700	60×83	10×30	〃	D
50/48	2700	60×83	10×30	〃	D
75/36	2500	85	50	Georgette	S
75/72	2500	80	40	〃	S
75/72	2500	80×85	20×20	〃	D
75/72	3000	65×90	10×30	Palace	D
75/72	3000	80	50	〃	S
100/96	2400	80	40		S
150/96	1800	85	50		S

(2) 권취량 1,000g(가공사)

표1

Denier	연수(TM)	온도(℃)	시간(min)	비 고
100/114	1000	75	40	S
110/48	700	60	20	S
120/84	700	60	20	S
150/36	1000	80	50	S
150/48	1100	85∼90	25∼40	S
150/48	1100	90	50	S
150/48	1100	70	20	S
150/48	1000	60	20	S
150/63	1000	60	20	S
150/96	1700	90	60	S
150/288	1000	90	60	S
170/63	1100	70	30	S
190/96	1100	80	40	S
200/72	1100	65	30	S
270/104	1100	80	20	S
290/104	1100	85	40	S

(3) 권취량 1,500g(원사)

표1

Denier	연수(TM)	온도(℃)	시간(min)	비 고
75/36	900	60	20	S
75/72	1900	65	30	S
75/72	1900	65	35	S
75/72	1900	65	40	S
50/24	1100	65	20	S

12) 포화증기의 압력과 온도의 관계

[(그림4-5) 포화증기의 압력과 온도의 관계]

[표4-2 압력과 포화온도의 관계]

표1

압 력	포화온도(℃)	압 력	포화온도(℃)
722(㎜Hg)	32.55	2.0(㎏/㎠G)	133.25
700( 〃 )	40.0	3.0( 〃 )	143.22
600( 〃 )	60.6	4.0( 〃 )	151.36
500( 〃 )	71.5	5.0( 〃 )	158.29
400( 〃 )	79.3	6.0( 〃 )	164.19
300( 〃 )	85.5	7.0( 〃 )	169.78
200( 〃 )	91.0	8.0( 〃 )	174.69
100( 〃 )	95.2	9.0( 〃 )	179.18
0.0(㎏/㎠G)	100.0	10.0( 〃 )	183.33
1.0( 〃 )	120.13