[지금은 과학] 타이어 섬유소재, 더 빠르고 강하게 만든다

[아이뉴스24 정종오 기자] 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate)는 폴리에스터, 또는 PET으로 불리는 고분자 소재이다. 1950년대 초반 섬유 소재로 상용화됐다.

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

최근 자동차, 항공운송 등의 경량·고성능 섬유 소재로 쓰임새가 확대되고 있다. 우리나라가 글로벌 시장 점유율 50% 이상 차지하고 있는 자동차용 타이어 코드(Tire Code)의 핵심 소재이기도 하다.

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

이때 방사 속도가 PET 섬유 생산량을 좌우하는데 방사 속도를 올릴 경우 섬유가 끊어지거나 물성이 떨어지는 문제가 발생해 기존 공정기술로는 개선이 어려웠다.

한국생산기술연구원(원장 이낙규)이 방사 속도를 올려도 안정적 섬유 생산이 가능할 뿐만 아니라 더욱 우수한 기계적 물성을 갖는 새로운 개념의 고강도 PET 섬유 제조기술을 개발했다.

생기원 섬유연구부문 함완규 박사 연구팀은 용융방사공정 내 방사 노즐의 구조를 재설계하고 토출되는 섬유에 순간적으로 고온 가열할 수 있는 새로운 히팅장치를 적용하는 방식으로 생산성을 20% 이상 높이면서 인장 강도가 15% 이상 향상된 PET 섬유를 제조하는 데 성공했다.

개발된 기술을 적용할 경우 산업용 고분자량 PET 수지(IV 1.05)의 최대 방사속도가 분당 약 3㎞에서 3.6㎞로 증가하고, 인장 강도는 1데니어 당 9~10g에서 11~13g으로 개선되는 것으로 나타났다. ‘IV’는 점도와 분자량을 나타내며 산업용은 1.0 이상의 값을 갖는 PET 수지를 사용한다.

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 실용화 협의 중”이라고 말했다.