KR100760796B1 - 신축성 중합체 섬유 및 이로부터 제조한 용품 - Google Patents

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앤소니 제이. 소로카
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명의 신축성 합성 중합체 섬유는 탄성 중합체로부터 제조된 축 코어 및, 이 코어에 부착된 비탄성 중합체로부터 제조된 2개 이상의 날개를 포함한다. 이 섬유는 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 갖는다. 상기 섬유를 사용하여 의류, 예를 들면 양말류를 제조할 수 있다.
신축성 중합체 섬유, 방사상 대칭 횡단면, 날개, 보일-오프 후 스트레치, 코어, 날개

Description

신축성 중합체 섬유 및 이로부터 제조한 용품{STRETCHABLE POLYMERIC FIBERS AND ARTICLES PRODUCED THEREFROM}
본 발명은 2가지 이상의 타입의 중합체로부터 제조된 멀티윙(multiwing) 신축성 합성 중합체 섬유를 포함하는 신축성 섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 섬유의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 섬유로부터 제조된, 실, 의류 등을 포함하는 용품에 관한 것이다.
운동복 및 양말류와 같은 다양한 의류를 포함하는, 합성 섬유로부터 제조된 많은 제품들에 신축성을 부여하는 것이 바람직하다.
이시이(Ishii)의 미국 특허 제4,861,660호에 기재되어 있는 바와 같이, 합성 필라멘트에 신축성을 부여하는 각종 방법들이 알려져 있다. 한 방법에서는, 섬유가 2- 또는 3-차원적으로 크림핑된다. 다른 방법에서는, 신축성 필라멘트가 탄성 중합체, 예를 들면 천연 또는 합성 고무, 또는 합성 엘라스토머, 예를 들면 폴리우레탄 엘라스토머로부터 제조된다. 그러나, 이들 방법들과 관련하여 결점들이 있다. 이시이는 2종의 중합체로부터 제조된 필라멘트에 비대칭을 부여함으로써 상기 필라멘트의 결점들을 극복하려고 하였다. 비대칭은 복합 엽(lobe) 필라멘트 구성성분들이 교대로 뒤집히는 상이한 방향으로 축 필라멘트 구성성분 주위에 나선형으 로 감겨지게 만든다. 따라서, 생성된 복합 필라멘트는 개선된 신축성 및 양호한 감촉 및 광택을 나타낸다. 그러나, 이들의 비대칭적인 횡단면 때문에, 이시이 섬유는 약한 열 처리 후에, 그들의 축둘레의 나선형 트위스트(twist) 외에, 상당한 3-차원적 또는 나선형 크림프가 생길 수 있다. 이러한 3차원적 크림프 특성은 섬유에 토오크를 부여하고, 이 섬유로 구성된 직물에 상당한 및 종종 바람직하지 못한 '연부 커얼(curl)'을 부여하는 것으로 밝혀졌다. 상기 섬유의 고유 벌크 및 불균일성은 또한 이들로부터 균일한 저 기초 중량 또는 얇은 직물을 제조하기 어렵게 만든다. 이러한 이유로 이시이 섬유는 종종 이들로부터 제조된 직물 또는 메리야스생지가 만족스럽지 못하다.
브린(Breen) 등의 미국 특허 제3,017,686호는 또한 2종의 중합체로부터 제조된 필라멘트를 설명한다. 이들 중합체는 열가소성 경질 중합체이고, 각각은 탄성을 갖지 않는다. 중합체는 필라멘트의 핀(fin)이 꾸불꾸불한 모양 또는 "러플(ruffle)"을 갖도록 하기 위하여 충분히 상이한 수축을 갖도록 선택된다. 브린은 인접하는 필라멘트들 사이에 밀접한 팩킹(packing)이 가능하지 않도록 필라멘트 상의 핀들이 방향을 변화시키는 횟수에 관한 것으로 신축성에 관한 것이 아니다. 따라서, 브린이 발표한 필라멘트들은 오늘날의 많은 직물에서 요망되는 높은 회복력을 나타내지 못한다.
따라서, 신축성이고, 바람직하게는 바람직하지 못한 2 또는 3차원적 크림핑 특성을 갖지 않고서 우수한 스트레치 및 회복력을 갖는 섬유 및 이들로부터 제조된 용품, 및 상기 섬유 및 용품의 편리한 제조 방법을 여전히 필요로 한다.
<발명의 요약>
본 발명은 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 갖는 신축성 합성 중합체 섬유를 제공함으로써 선행 기술과 관련된 문제점들을 해결한다. 이것은 상당량의 2- 또는 3-차원적 크림프가 없는 고 스트레치 및 고 균일성의 예기치 못한 조합을 부여한다. 그 결과, 본 발명의 섬유는 매끄럽고 벌키하지 않으며 매우 신축성인 직물에 사용하기 매우 적합하다. 이러한 발견은 이시이의 미국 특허 제4,861,660호의 내용의 면에서 볼때 예기치 못한 것이었다.
따라서, 본 발명에 따르면, 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 갖고, 열가소성 탄성 중합체를 포함하는 축 코어 및 코어에 부착된 1종 이상의 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하는 신축성 합성 중합체 섬유가 제공된다.
본 발명에 따라 상기한 신축성 합성 중합체 섬유를 포함하는 의류가 추가로 제공된다.
본 발명은 1종 이상의 열가소성 비탄성 중합체를 포함하는 용융물 및 열가소성 탄성 중합체를 포함하는 용융물을 방사구금을 통과시켜, 각각 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 갖고 탄성 중합체를 포함하는 축 코어 및 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하는, 다수개의 신축성 합성 중합체 섬유를 형성시키는 단계; 섬유가 방사구금의 모세관을 빠져나온 후에 섬유를 급냉시켜 섬유를 냉각시키는 단계; 및 섬유를 수집하는 단계를 포함하는, 연속 중합체 섬유 방사용 용융 방사 방법을 추가로 제공한다.
도 1은 본 발명의 6개의 날개를 갖는 섬유의 횡단면 윤곽 도면이다.
도 2A 및 2B는 나선형 트위스트가 거의 완전히 원주인(2A) 및 나선형 트위스트가 거의 완전히 비원주인(2B) 본 발명의 섬유를 나타낸다.
도 3은 섬유가 약간 물결모양인 본 발명의 섬유를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 날개들 사이 및 코어 주위에 얇은 외피를 갖는 특정의 대칭적인 2개의 날개를 갖는 섬유의 횡단면 형태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 섬유를 제조하는데 유용한 장치의 공정 개략도이다.
도 6은 본 발명의 섬유를 제조하는데 사용될 수 있는, 적층판(stacked plate) 방사구금 장치의 측면도를 나타낸다.
도 6A는 도 6의 선 6A-6A를 따라 절단한, 도 6에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 A의 평면도를 나타낸다.
도 6B는 도 6의 선 6B-6B를 따라 절단한, 도 6에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 B의 평면도를 나타낸다.
도 6C는 도 6의 선 6C-6C를 따라 절단한, 도 6에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 C의 평면도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 다른 실시태양에 따른 특정 섬유를 제조하는데 사용될 수 있는, 적층판 방사구금 장치의 측면도를 나타낸다.
도 7A는 도 7의 선 7A-7A를 따라 절단한, 도 7에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 A의 평면도를 나타낸다.
도 7B는 도 7의 선 7B-7B를 따라 절단한, 도 7에 나타낸 적층판 방사구금 장 치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 B의 평면도를 나타낸다.
도 7C는 도 7의 선 7C-7C를 따라 절단한, 도 7에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 C의 평면도를 나타낸다.
도 7F는 도 7의 선 7F-7F를 따라 절단한, 도 7에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 F의 평면도를 나타낸다.
도 7G는 도 7의 선 7G-7G를 따라 절단한, 도 7에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 G의 평면도를 나타낸다.
도 7H는 도 7의 선 7H-7H를 따라 절단한, 도 7에 나타낸 적층판 방사구금 장치에 대하여 90도에서 본 오리피스 판 H의 평면도를 나타낸다.
도 8은 실시예 7에서 예시한 바와 같은 본 발명의 섬유의 횡단면 윤곽 도면이다.
도 9는 실시예 7에서 예시한 바와 같은 본 발명의 6개의 날개를 갖는 섬유의 횡단면 윤곽 도면이다.
본 발명에 따르면, 도 1, 2A, 2B, 3, 4, 8 및 9에서 일반적으로 (10)으로 나타낸, 신축성 합성 중합체 섬유가 제공된다. 본 발명의 섬유는 도 1에서 (12)로 나타낸 축 코어 및 도 1에서 (14)로 나타낸 다수개의 날개를 포함한다. 본 발명에 따르면, 축 코어는 열가소성 탄성 중합체를 포함하고, 날개는 코어에 부착된 1종 이상의 열가소성 비탄성 중합체를 포함한다. 바람직하게는, 열가소성 비탄성 중합체는 영구적으로 연신가능하다.
본 명세서에서 사용된 용어 "섬유"는 용어 "필라멘트"와 상호교환가능하다. 용어 "실"은 1개의 필라멘트로 된 실을 포함한다. 용어 "다필라멘트 실"은 일반적으로 2개 이상의 필라멘트로 된 실에 관한 것이다. 용어 "열가소성"은 반복적으로 용융 가공처리될 수 있는(예를 들면 용융방사될 수 있는) 중합체에 관한 것이다. '탄성 중합체'란 단일성분 섬유 형태에서, 희석제가 없고, 100%를 초과하는 파단 연신율을 갖고, 그의 길이의 2배로 연신시켜 1분 동안 유지시킨 다음 놓았을 때, 놓은 지 1분 이내에 그의 원래의 길이의 1.5배 미만으로 수축되는 중합체를 의미한다. 본 발명의 섬유 내의 탄성 중합체는 실질적으로 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 조건 하에서 및 RT 또는 23℃에서 ASTM 표준 D790 굴곡 특성에 따라 방사된 단일성분 섬유로 제공될 때 약 14,000 파운드/평방인치(96,500 kPa) 미만, 보다 대표적으로는 약 8500 파운드/평방인치(58,600 kPa) 미만의 굴곡 탄성율을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "비탄성 중합체"는 탄성 중합체가 아닌 임의의 중합체를 의미한다. 이 중합체는 또한 "저 탄성", "경질" 및 "고 강성율"로 명명될 수도 있다. "영구적으로 연신가능한"이란 중합체가 항복점을 갖는 것을 의미하고, 만약 이 중합체가 이 점을 지나 연신될 경우에는 그의 원래의 길이로 되돌아가지 않게 된다.
본 발명의 섬유는 각 중합체가 상이한 총칭적 군에 속하고, 예를 들면 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀이고, 섬유의 길이를 따라 서로에 부착된 2종 이상의 중합체로 이루어졌을 때 "이구성성분" 섬유로 명명된다. 중합체의 탄성 특성이 충분히 상이할 경우, 동일한 총칭적 군의 중합체들이 사용될 수 있고, 생성 된 섬유는 "이성분" 섬유이다. 이러한 이성분 섬유도 또한 본 발명의 영역 내에 속한다.
본 발명의 섬유는 상당한 2- 또는 3-차원적 크림핑 특성없이 그의 길이방향 축 주위에 꼬여진다(보다 높은 차원의 크림핑에서는, 섬유의 길이방향 축 그자체가 지그재그 또는 나선형 모양을 취하며, 이러한 섬유는 본 발명의 것이 아니다). 본 발명의 섬유는 실질적으로 나선형 트위스트 및 1차원적 나선형 트위스트를 갖는 것으로 특성화될 수 있다. 섬유에서 바람직한 스트레치 특성을 달성하는데 완전한 360도 나선형 트위스트가 필수적이지 않는 것으로 관찰되었기 때문에, "실질적으로 나선형 트위스트"란 완전히 탄성 코어 주위를 지나가는 나선형 트위스트 및 또한 단지 부분적으로 코어 주위를 지나가는 나선형 트위스트를 모두 포함한다. 도 2A는 거의 완전히 원주인 실질적으로 나선형 트위스트를 갖는 섬유(10)를 보여주고, 도 2B는 거의 완전히 비원주인 실질적으로 나선형 트위스트를 갖는 섬유(10)를 보여준다. "1차원적" 나선형 트위스트는 2- 또는 3-차원적 크림프를 갖는 섬유와는 달리, 섬유의 날개들은 실질적으로 나선형일 수 있지만, 섬유의 축은 저 인장력에서 조차도 실질적으로 직선인 것을 의미한다. 그러나, 도 3에서 섬유(10)으로 예시되는 바와 같이 어느 정도의 물결모양을 갖는 섬유는 본 발명의 영역 내에 속한다.
2- 및 3-차원적 크림프의 존재 또는 부재는 섬유를 실질적으로 직선으로 만드는데(임의의 비직선부분을 잡아당김으로써) 필요한 스트레치의 양으로부터 판단할 수 있고, 나선형 트위스트를 갖는 섬유의 방사상 대칭의 척도이다. 본 발명의 섬유는 섬유를 실질적으로 직선으로 만드는데 약 10% 미만의 스트레치, 보다 대표적으로는 약 7% 미만의 스트레치, 예를 들면 약 4% 내지 약 6%의 스트레치를 필요로 할 수 있다.
본 발명의 섬유는 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 갖는다. "실질적으로 방사상 대칭 횡단면"이란 날개가, 섬유의 그의 길이방향 축 주위에서의 360/n도(여기서, "n"은 섬유의 "n-폴드(fold)" 대칭을 나타내는 정수임) 회전이 회전 전과 실질적으로 동일한 횡단면을 생성시키도록 위치하고 이에 적당한 치수를 갖는 횡단면을 의미한다. 횡단면은 크기, 중합체 및 코어 주위에서의 각 간격의 면에서 실질적으로 대칭이다. 이러한 실질적으로 방사상 대칭 횡단면은 상당량의 2- 또는 3차원적 크림프없이, 고 스트레치 및 고 균일성의 예기치 못한 조합을 부여한다. 이러한 균일성은 예를 들면 가이드 및 편물 바늘(knitting needle)을 통한 섬유의 고속 가공처리에 및 매끄럽고 비'픽키'(non-'picky') 직물, 특히 양말류와 같이 얇은 직물을 제조하는데 유리하다. 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 갖는 섬유는 자기 크림핑 잠재능력을 갖지 않고, 즉 상당한 2- 또는 3-차원적 크림핑 특성을 갖지 않는다[일반적으로 Textile Research Journal, June 1967, p.449 참조].
최대한의 횡단면 방사상 대칭을 위하여, 코어는 예를 들면 도 1, 4, 8 및 9에 나타낸 바와 같이, 실질적으로 원형 또는 정다각형 횡단면을 가질 수 있다. "실질적으로 원형"이란 섬유 횡단면의 중심에서 90도로 서로 교차하는 2개의 축의 길이 비가 약 1.2:1 이하인 것을 의미한다. 미국 특허 제4,861,660호의 코어와는 대조적으로, 실질적으로 원형 또는 정다각형 코어의 사용은 날개의 수와 관련하여 나중에 설명되는 바와 같이 롤, 가이드 등과의 접촉으로부터 엘라스토머를 보호할 수 있다. 다수개의 날개는 코어 주위에서 임의의 바람직한 방식으로, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 불연속적으로, 즉 날개 중합체가 코어 상에 연속적인 맨틀을 형성하지 않거나, 또는 예를 들면 미국 특허 제3,418,200호의 도 4 및 5에 예시한 바와 같이 인접하는 날개(들)이 코어 표면에서 만나도록 배치될 수 있다. 날개들은 실질적으로 방사상 대칭이 유지되는 한, 동일하거나 또는 상이한 크기를 갖는 것일 수 있다. 추가로, 각 날개는 역시 실질적으로 방사상 기하형태 및 중합체 조성 대칭이 유지되는 한, 다른 날개와 상이한 중합체를 갖는 것일 수 있다. 그러나, 방사상 대칭을 쉽게 얻고, 간단하게 제조하기 위해서는, 날개들이 대략 동일한 치수를 갖고, 동일한 중합체 또는 중합체들의 블렌드로 제조되는 것이 바람직하다. 쉽게 제조하기 위하여 날개가 코어를 불연속적으로 둘러싸는 것이 또한 바람직하다.
섬유 횡단면이 크기, 중합체 및 코어 주위의 각 간격의 면에서 실질적으로 대칭이지만, 불균일한 급냉 또는 불완전한 중합체 용융 흐름 또는 불완전한 방사 오리피스와 같은 인자 때문에 임의의 방사 방법에서 완전한 대칭으로부터 작은 변화가 일반적으로 일어남을 알아야 한다. 이러한 변화는, 이들이 본 발명의 목적으로부터 충분히 벗어난 것이 아닌, 예를 들면 2- 및 3-차원적 크림핑을 최소화시키면서 1-차원적 나선형 트위스트를 통해 바람직한 스트레치 및 회복을 갖는 섬유를 제공하는 한, 허용가능한 것임을 알아야 한다. 즉, 섬유는 미국 특허 제4,861,660 호에서와 같이 의도적으로 비대칭으로 제조되지 않는다.
날개는 이들이 부착되는 코어로부터 바깥쪽으로 돌출되어 특히 효과적인 가열 후에 적어도 부분적으로 코어 주위에 있는 다수개의 나선을 형성한다. 이 나선들의 피치는 섬유가 연신될 때 증가될 수 있다. 본 발명의 섬유는 다수개의 날개, 바람직하게는 3-8개, 보다 바람직하게는 5 또는 6개의 날개를 갖는다. 사용되는 날개의 수는 섬유의 다른 특징 및 섬유가 제조되고 사용되는 조건에 의존할 수 있다. 예를 들면, 단일필라멘트가 특히 보다 높은 연신비 및 섬유 장력에서 제조될 때, 5 또는 6개의 날개가 사용될 수 있다. 이 경우, 날개 간격은 엘라스토머가 롤, 가이드 등과의 접촉으로부터 보호되어, 보다 적은 수의 날개가 사용되었을 때보다 파단되거나, 롤 랩핑되고, 마모되기 쉽지 않도록 코어 주위에 충분히 빈번하게 있을 수 있다. 보다 높은 연신비 및 섬유 장력의 효과는 섬유를 롤 및 가이드에 대하여 보다 강하게 압착시켜, 날개들을 비스듬히 바깥쪽으로 벌어지도록 하여 탄성 코어가 롤 또는 가이드와 접촉하게 하는 것이므로, 높은 연신비 및 섬유 장력에서는 2개보다 많은 날개가 바람직하다. 단일필라멘트에서는, 제조의 용이함과 코어 접촉 감소의 최적의 조합을 위해서는 5 또는 6개의 날개가 종종 바람직하다. 다섬유 실이 바람직할 경우에는, 탄성 코어와 롤 또는 가이드 사이의 접촉 경향이 다른 섬유의 존재에 의해 감소되기 때문에 2 또는 3개와 같이 적은 수의 날개가 사용될 수 있다.
제조의 용이함을 위해서는 날개가 코어를 불연속적으로 둘러싸는 것이 바람직하지만, 코어는 그의 바깥쪽 표면 상에서 날개가 코어에 접촉하는 점들 사이에 비탄성 중합체로 된 외피를 포함할 수 있다. 도 4는 외피(16)를 갖는 섬유(10)를 나타낸다. 외피 두께는 섬유 코어의 최대 반경의 약 0.5% 내지 약 15% 범위내일 수 있다. 외피는 코어와 날개 중합체 사이에 보다 많은 접촉점들을 제공함으로써, 이구성성분 섬유 중의 중합체들이 서로 잘 부착되지 않는 경우에 특히 유용한 특성인, 코어에 대한 날개의 부착을 도울 수 있다. 외피는 또한 특히 섬유가 적은 수의 날개를 가질 때, 코어와 롤, 가이드 등 사이의 마모성 접착을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다수개의 날개가 있는 횡단면의 코어 및(또는) 날개는 충실한 것이거나 또는 중공 또는 공극을 포함할 수 있다. 대표적으로는, 코어 및 날개가 모두 충실한 것이다. 게다가, 날개들은 임의의 형태, 예를 들면 타원형, T-, C- 또는 S-형태를 가질 수 있다(예를 들면, 도 4 참조). 유용한 날개 형태의 예는 미국 특허 제4,385,886호에서 발견할 수 있다. T-, C- 또는 S-형태는 앞에서 설명한 바와 같이 엘라스토머 코어를 가이드 및 롤과의 접촉으로부터 보호하는 것을 도울 수 있다.
전체 날개 중합체 대 코어 중합체의 중량비를 변화시켜 특성들의 바람직한 혼합, 예를 들면 바람직한 코어로부터의 탄성 및 날개 중합체로부터의 다른 특성을 부여할 수 있다. 예를 들면, 약 10/90 내지 약 70/30, 바람직하게는 약 30/70 내지 약 40/60 범위의 비탄성 날개 중합체 대 탄성 코어 중합체의 중량비가 사용될 수 있다. 섬유가 동반 실과 함께 사용되지 않는 용도(예를 들면 양말류)에서 고 스트레치와 병행되는 고 내구성을 위해서는, 약 35/65 내지 약 50/50 범위의 날개/ 코어 중량비가 종종 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 섬유의 코어는 임의의 열가소성 탄성 중합체로부터 제조될 수 있다. 유용한 엘라스토머의 예로는 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머, 열가소성 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르아미드 엘라스토머 및 열가소성 폴리에테르에스테르아미드 엘라스토머를 들 수 있다.
유용한 열가소성 폴리우레탄 코어 엘라스토머로는 고분자 글리콜, 디이소시아네이트 및 1종 이상의 디올 또는 디아민 연쇄연장제로부터 제조된 것들을 들 수 있다. 디올 연쇄연장제는 이와 함께 제조된 폴리우레탄이 디아민 연쇄연장제가 사용된 경우보다 낮은 융점을 갖기 때문에 바람직하다. 탄성 폴리우레탄의 제조에 유용한 고분자 글리콜로는 폴리에테르 글리콜, 폴리에스테르 글리콜, 폴리카보네이트 글리콜 및 이들의 공중합체를 들 수 있다. 상기 글리콜의 예로는 폴리(에틸렌에테르)글리콜, 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜, 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸-테트라메틸렌에테르)글리콜, 폴리(에틸렌-코-1,4-부틸렌 아디페이트)글리콜, 폴리(에틸렌-코-1,2-프로필렌 아디페이트)글리콜, 폴리(헥사메틸렌-코-2,2-디메틸-1,3-프로필렌 아디페이트), 폴리(3-메틸-1,5-펜틸렌 아디페이트)글리콜, 폴리(3-메틸-1,5-펜틸렌 노나노에이트)글리콜, 폴리(2,2-디메틸-1,3-프로필렌 도데카노에이트)글리콜, 폴리(펜탄-1,5-카보네이트)글리콜 및 폴리(헥산-1,6-카보네이트)글리콜을 들 수 있다. 유용한 디이소시아네이트로는 1-이소시아나토-4-[(4-이소시아나토페닐)메틸]벤젠, 1-이소시아나토-2-[(4-이소시아나토-페틸)메틸]벤젠, 이소포론 디이소시아네이트, 1,6-헥산디이소시아네이트, 2,2-비스(4-이소시아나토페닐)프로판, 1,4-비스(p-이소시아나토,알파,알파-디메틸벤질)벤젠, 1,1'-메틸렌비스(4-이소시아나토시클로헥산), 및 2,4-톨일렌 디이소시아네이트를 들 수 있다. 유용한 디올 연쇄연장제로는 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로필렌 디올, 디에틸렌 글리콜, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직한 고분자 글리콜은 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜, 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸-테트라메틸렌에테르)글리콜, 폴리(에틸렌-코-1,4-부틸렌 아디페이트)글리콜, 및 폴리(2,2-디메틸-1,3-프로필렌 도데카노에이트)글리콜이다. 1-이소시아나토-4-[(4-이소시아나토페닐)메틸]벤젠이 바람직한 디이소시아네이트이다. 바람직한 디올 연쇄연장제는 1,3-프로판 디올 및 1,4-부탄디올이다. 일관능성 연쇄정지제, 예를 들면 1-부탄올 등을 첨가하여 중합체의 분자량을 조절할 수 있다. 유용한 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머로는 저분자량 디올, 예를 들면 약 250 미만의 분자량을 갖는 폴리에테르 글리콜 및 디카르복실산 또는 그의 디에스테르, 예를 들면 테레프탈산 또는 디메틸 테레프탈레이트의 반응에 의해 제조된 폴리에테르에스테르를 들 수 있다. 유용한 폴리에테르 글리콜로는 폴리(에틸렌에테르)글리콜, 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜, 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸테트라메틸렌에테르)글리콜[테트라히드로푸란 및 3-메틸테트라히드로푸란의 공중합반응으로부터 유도됨] 및 폴리(에틸렌-코-테트라메틸렌에테르)글리콜을 들 수 있다. 유용한 저분자량 디올로는 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판 디올, 1,4-부탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로필렌 디올 및 이들의 혼합물을 들 수 있고; 1,3-프로판 디올 및 1,4-부탄디올이 바람직하다. 유용한 디카르복실산으로는 임의적으로 소량의 이소프탈산을 갖는 테레프탈산, 및 이들 의 디에스테르(예를 들면 <20몰%)를 들 수 있다.
본 발명의 섬유의 코어를 제조하는데 사용될 수 있는 유용한 열가소성 폴리에스테르아미드 엘라스토머는 미국 특허 제3,468,975호에 설명되어 있는 것들을 포함한다. 예를 들면, 상기 엘라스토머는 에틸렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,10-데칸디올, 1,4-디(메틸올)시클로헥산, 디에틸렌 글리콜, 또는 트리에틸렌 글리콜과 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 2-메틸아디프산, 3-메틸아디프산, 3,4-디메틸아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 또는 도데칸디온산 또는 이들의 에스테르와의 반응에 의해 제조된 폴리에스테르 세그먼트로 제조될 수 있다. 상기 폴리에스테르아미드 중의 폴리아미드 세그먼트의 예로는 헥사메틸렌 디아민 또는 도데카메틸렌 디아민과 테레프탈산, 옥살산, 아디프산 또는 세바스산과의 반응에 의해 및 카프롤락탐의 개환 중합반응에 의해 제조된 것들을 들 수 있다.
열가소성 풀리에테르에스테르아미드 엘라스토머, 예를 들면 미국 특허 제4,230,838호에 기재되어 있는 것들도 또한 섬유 코어를 제조하는데 사용될 수 있다. 상기 엘라스토머들은 예를 들면 저분자량(예를 들면 약 300 내지 약 15,000) 폴리카프롤락탐, 폴리오에난톨락탐, 폴리도데카놀락탐, 폴리운데카놀락탐, 폴리(11-아미노운데칸산), 폴리(12-아미노도데칸산), 폴리(헥사메틸렌 아디페이트), 폴리(헥사메틸렌 아젤레이트), 폴리(헥사메틸렌 세바세이트), 폴리(헥사메틸렌 운데카노에이트), 폴리(헥사메틸렌 도데카노에이트), 폴리(노나메틸렌 아디페이트) 등 및 숙신산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디온산, 테레프탈산, 도데칸디온산 등으로부터 디카르복실산 말단 폴리아미드 프레폴리머를 제조함으로써 제조될 수 있다. 프레폴리머는 이어서 히드록시 말단 폴리에테르, 예를 들면 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜, 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸테트라메틸렌 에테르)글리콜, 폴리(프로필렌 에테르)글리콜, 폴리(에틸렌 에테르)글리콜 등과 반응할 수 있다.
상기한 바와 같이, 날개는 임의의 비탄성 또는 경질 중합체로부터 제조될 수 있다. 이러한 중합체의 예로는 비탄성 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리올레핀을 들 수 있다.
유용한 열가소성 비탄성 날개 폴리에스테르로는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)("2G-T") 및 이들의 공중합체, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)("3G-T"), 폴리부틸렌 테레프탈레이트("4G-T") 및 폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트), 폴리(1,4-시클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(락타이드), 폴리(에틸렌 아젤레이트), 폴리[에틸렌-2,7-나프탈레이트], 폴리(글리콜산), 폴리(에틸렌 숙시네이트), 폴리(알파,알파-디메틸프로피올락톤), 폴리(파라-히드록시벤조에이트), 폴리(에틸렌 옥시벤조에이트), 폴리(에틸렌 이소프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(헥사메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(데카메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(1,4-시클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트)(트랜스), 폴리(에틸렌 1,5-나프탈레이트), 폴리(에틸렌 2,6-나프탈레이트), 폴리(1,4-시클로헥실리덴 디메틸렌 테레프탈레이트)(시스) 및 폴리(1,4-시클로헥실리덴 디메틸렌 테레프탈레이트)(트랜스)를 들 수 있다.
바람직한 비탄성 폴리에스테르로는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 및 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 및 이들의 공중합체를 들 수 있다. 비교적 고융점 폴리에스테르, 예를 들면 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)가 사용될 때, 감소된 온도에서 방사될 수 있도록 공단량체가 폴리에스테르 내로 혼입될 수 있다. 상기 공단량체는 4-12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 환식 및 분지쇄 지방족 디카르복실산(예를 들면 펜탄디온산); 8-12개의 탄소 원자를 갖고 테레프탈산 이외의 방향족 디카르복실산(예를 들면, 이소프탈산); 3-8개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 환식 및 분지쇄 지방족 디올(예를 들면, 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올, 1,4-부탄디올, 및 2,2-디메틸-1,3-프로판디올); 및 4-10개의 탄소 원자를 갖는 지방족 및 지환족 에테르 글리콜(예를 들면 히드로퀴논 비스(2-히드록시에틸)에테르)을 포함할 수 있다. 공단량체는 코폴리에스테르 중에 약 0.5 내지 15 몰% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 이소프탈산, 펜탄디온산, 헥산디온산, 1,3-프로판 디올 및 1,4-부탄디올은 쉽게 상업적으로 입수할 수 있으며 저렴하기 때문에 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)에 바람직한 공단량체이다.
날개 폴리에스테르(류)는 또한 섬유 특성에 나쁜 영향을 미치지 않기만 하면, 소량의 다른 공단량체를 포함할 수도 있다. 상기 다른 공단량체는 예를 들면, 약 0.2 내지 5몰 % 범위의 양의 5-나트륨-술포이소프탈레이트를 포함한다. 매우 소량, 예를 들면 전체 성분들을 기준하여 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%의 삼관능성 공단량체, 예를 들면 트리멜리트산이 점도 조절을 위해 혼입될 수 있다.
유용한 열가소성 비탄성 날개 폴리아미드로는 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드)(나일론 6,6); 폴리카프롤락탐(나일론 6); 폴리에난트아미드(나일론 7); 나일론 10; 폴리(12-도데카놀락탐)(나일론 12); 폴리테트라메틸렌아디프아미드(나일론 4,6); 폴리헥사메틸렌 세바스아미드(나일론 6,10); 폴리(헥사메틸렌 도데칸아미드)(나일론 6,12); 도데카메틸렌디아민 및 n-도데칸디온산의 폴리아미드(나일론 12,12), 비스(4-아미노시클로헥실)메탄 및 도데칸디온산으로부터 유도된 PACM-12 폴리아미드, 30% 헥사메틸렌 디암모늄 이소프탈레이트 및 70% 헥사메틸렌 디암모늄 아디페이트의 코폴리아미드, 최대 30%의 비스-(P-아미도시클로헥실)메틸렌 및 테레프탈산 및 카프롤락탐의 코폴리아미드, 폴리(4-아미노부티르산)(나일론 4), 폴리(8-아미노옥탄산)(나일론 8), 폴리(합타-메틸렌 피멜아미드)(나일론 7,7), 폴리(옥타메틸렌 수베르아미드)(나일론 8,8), 폴리(노나메틸렌 아젤라미드)(나일론 9,9), 폴리(데카메틸렌 아젤라미드)(나일론 10,9), 폴리(데카메틸렌 세바스아미드)(나일론 10,10), 폴리[비스(4-아미노-시클로헥실)메탄-1,10-데칸디카르복스아미드], 폴리(m-크실렌 아디프아미드), 폴리(p-크실렌 세바스아미드), 폴리(2,2,2-트리메틸헥사메틸렌 피멜라미드), 폴리(피페라진 세바스아미드), 폴리(11-아미노-운데칸산)(나일론 11), 폴리헥사메틸렌 이소프탈아미드, 폴리헥사메틸렌 테레프탈아미드, 및 폴리(9-아미노노난산)(나일론 9) 폴리카프로아미드를 들 수 있다. 코폴리아미드, 예를 들면 헥사메틸렌 성분이 전체 디아민 유도된 성분의 약 75-90 몰%로 존재할 수 있는 폴리(헥사메틸렌-코-2-메틸펜타메틸렌 아디프아미드)가 또한 사용될 수 있다.
유용한 폴리올레핀의 예로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸펜탄 및 에틸렌 또는 프로필렌 중 1종 이상과 다른 불포화 단량체와의 공중합체 및 삼원공중합체를 들 수 있다. 예를 들면, 비탄성 폴리프로필렌 날개 및 탄성 폴리프로필렌 코어를 포함하는 섬유는 본 발명의 영역 내에 속하는 것이고, 상기 섬유는 이성분 섬유이다.
탄성 및 비탄성 중합체의 혼합물은 폴리에테르아미드, 예를 들면 폴리에테르에스테르아미드, 엘라스토머 코어와 폴리아미드 날개 및 폴리에테르에스테르 엘라스토머 코어와 폴리에스테르 날개를 포함할 수 있다. 예를 들면, 날개 중합체는 나일론 6-6 및 이들의 공중합체, 예를 들면 헥사메틸렌 성분이 약 80 몰%로 존재하고 있는 임의적으로는 약 1% 내지 최대 약 15 중량%의 나일론-12와 혼합되어 폴리(헥사메틸렌-코-2-메틸펜타메틸렌 아디프아미드)를 포함할 수 있고, 코어 중합체는 탄성 세그먼트화 폴리에테르에스테르아미드를 포함할 수 있다. "세그먼트화 폴리에테르에스테르아미드"는 경질 세그먼트(단쇄 폴리아미드)에 공유적으로 결합되어 있는(에스테르 기에 의해) 연질 세그먼트(장쇄 폴리에테르)를 갖는 중합체를 의미한다. 세그먼트화 폴리에테르에스테르, 세그먼트화 폴리우레탄 등에 대해서도 유사하게 정의된다. 나일론 12는 특히 코어가 아토피나(Atofina)로부터의 페박스(PEBAX)TM 3533SN을 기재로 할 때 코어에 대한 날개 부착력을 개선시킬 수 있다. 다른 바람직한 날개 중합체는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 이들의 공중합체, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 및 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트)의 군으로부터 선택된 비탄성 폴리에스테르를 포함할 수 있고, 이들과 함께 사용하기 적합한 탄성 코어는 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 및 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸-테트라메틸렌에테르)글리콜의 군으로부터 선택된 폴리에테르 글리콜과 테레프탈산 또는 디메틸 테레프탈레이트 및 1,3-프로판 디올 및 1,4-부탄 디올의 군으로부터 선택된 저분자량 디올과의 반응 생성물을 포함하는 폴리에테르에스테르를 포함할 수 있다.
탄성 폴리에테르에스테르 코어는 또한 본 명세서의 다른곳에서 설명되는 바와 같이, 특히 정착제가 사용될 때, 비탄성 폴리아미드 날개와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면 상기 섬유의 날개들은 (a) 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) 및 그의 2-메틸펜타메틸렌 디아민과의 공중합체 및 (b) 폴리카프롤락탐의 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 섬유의 코어는 (a) 폴리에테르에스테르아미드 및 (b) 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 또는 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸테트라메틸렌에테르)글리콜과 테레프탈산 또는 디메틸 테레프탈레이트 및 1,3-프로판 디올 및 1,4-부탄디올의 군으로부터 선택된 디올과의 반응 생성물의 군으로부터 선택될 수 있다.
상기한 중합체의 제조 방법들은 당 업계에 공지되어 있으며, 당 업계에 공지되어 있는 바와 같이, 촉매, 보조촉매 및 사슬분지제의 사용을 포함할 수 있다.
코어의 고 탄성은 섬유가 연신되고 이완될 때 코어가 부착된 날개들에 의해 트위스트되어 있기 때문에 압축력, 비틀림력 및 신장력을 흡수할 수 있도록 한다. 이들 힘은 그들의 부착이 매우 약할 경우, 날개 및 코어 중합체의 이층을 야기시키게 된다. 결합은 1개 이상의 날개(들) 및 코어 조성의 선택에 의해 또는 앞에서 설명한 바와 같이 외피의 사용에 의해 및(또는) 중합체들 중의 하나 또는 둘 모두에 결합을 증가시키는 첨가제의 사용에 의해 향상될 수 있다. 첨가제들은 각 날개가 동일하거나 또는 상이한 정도로 코어에 부착되도록 1개 이상의 날개에 첨가될 수 있다. 따라서, 대표적으로는 코어 및 날개 중합체들은 섬유가 제조되고 사용되는 동안에 분리가 최소화되도록 서로에 결합되게 되는 충분한 혼화성을 갖도록 선택되어야 한다.
또한, 부착력을 개선시키기 위하여 첨가제, 예를 들면 전체 날개 중합체를 기준하여 5 중량%의 나일론 12, 즉 아토피나로부터 릴산(Rilsan) "AMNO"로 상업적으로 입수할 수 있는, "12" 또는 "N12"로도 알려져 있는 폴리(12-도데카놀락탐) 날개 및(또는) 코어 중합체에 첨가할 수 있다. 또한, 말레산 무수물 유도체[예를 들면 이. 아이 듀퐁 디 네모아스 앤드 캄파니(E.I. du Pont de Nemours and Company)의 등록된 상표인 바이넬(Bynel)(등록상표) CXA 또는 아토피나로부터의 로타더(Lotader)(등록상표) 에틸렌/아크릴 에스테르/말레산 무수물 삼원공중합체]를 사용하여 폴리에테르-아미드 엘라스토머를 그의 폴리아미드에 대한 부착력을 개선시키도록 개질시킬 수 있다. 다른 예로서, 열가소성 노볼락 수지, 예를 들면 약 400 내지 약 5000 범위의 수 평균 분자량을 갖는 HRJ12700[쉐넥터디 인터내셔날 (Schenectady International)]를 탄성 (코)폴리에테르에스테르 코어에 첨가하여 그의 (코)폴리아미드 날개에 대한 부착력을 개선시킬 수 있다. 노볼락 수지의 양은 1 내지 20 중량% 범위이어야 하고, 2 내지 10 중량% 범위가 더욱 바람직하다. 본 발명에 유용한 노볼락 수지의 예로는 페놀-포름알데히드, 레조르시놀-포름알데히 드, p-부틸페놀-포름알데히드, p-에틸페놀-포름알데히드, p-헥실페놀-포름알데히드, p-프로필페놀-포름알데히드, p-펜틸페놀-포름알데히드, p-옥틸페놀-포름알데히드, p-헵틸페놀-포름알데히드, p-노닐페놀-포름알데히드, 비스페놀-A-포름알데히드, 히드록시나프탈렌포름알데히드 및 로진(특히 부분적으로 말레에이트화 로진)의 알킬-(예를 들면 t-부틸) 페놀 개질된 에스테르(예를 들면 펜트에리트리톨 에스테르)를 들 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 코폴리에스테르 엘라스토머 및 폴리아미드 사이에 개선된 부착력을 제공하기 위한 기술의 예에 대해서는 1999년 8월 27일에 출원된 특허된 미국 특허 출원 일련번호 제09/384,605호를 참조할 수 있다.
말레산 무수물("MA")로 관능화된 폴리에스테르는 또한 정착제로서 사용될 수도 있다. 예를 들면, 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)("PBT")는 문헌[바타차랴(Bhattacharya), Polymer International (8월, 2000), 49:8, pp. 860-866]에 따라 2축 스크류 압출기 중에서 유리 라디칼 그라프팅에 의해 MA로 관능화될 수 있고, 이 문헌은 또한 생성된 PBT-g-MA 수 중량%를 나일론 66과 폴리(부틸렌 테레프탈레이트) 및 나일론 66과 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)의 2원 블렌드에 대한 상용화제로서 사용하였다고 보고하였다. 예를 들면, 상기 첨가제를 사용하여 본 발명의 섬유의 (코)폴리에테르에스테르 코어에 (코)폴리아미드 날개를 보다 단단하게 부착시킬 수 있다.
본 발명에 사용된 중합체 및 생성된 섬유, 실 및 용품은 종래의 첨가제를 포함할 수 있으며, 이들은 중합반응 공정 동안에 첨가되거나 또는 제조된 중합체 또 는 용품에 첨가될 수 있고, 중합체 또는 섬유 특성을 개선시키는 쪽으로 기여할 수 있다. 이들 첨가제의 예로는 대전방지제, 항산화제, 항미생물제, 방염가공제, 염료, 광안정제, 중합 촉매 및 보조제, 정착제, 염소제(delustrant), 예를 들면 이산화티탄, 매트화제(matting agent) 및 유기 포스페이트를 들 수 있다.
예를 들면, 방사 및(또는) 연신 공정 동안에 섬유 상에 가해질 수 있는 다른 첨가제들로는 대전방지제, 활제(slickening agent), 정착제, 친수성제, 항산화제, 항미생물제, 방염가공제, 윤활제 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 게다가, 상기 추가의 첨가제들은 당 업계에 공지된 바와 같이 공정의 각종 단계 동안에 첨가될 수 있다.
본 발명의 섬유는 연속 필라멘트(다필라멘트 실 또는 단일필라멘트) 또는 스테이플(예를 들면 토우(tow) 또는 방적사 포함) 형태일 수 있다. 본 발명의 연신된 섬유는 약 1.5 내지 약 60(약 1.7-67 dtex)의 섬유 당 데니어를 가질 수 있다. 폴리아미드 날개를 갖는 본 발명의 완전 연신 섬유는 대표적으로는 약 1.5 내지 3.0 g/dtex의 인성, 및 폴리에스테르 날개를 갖는 섬유는 날개/코어 비에 따라, 약 1-2.5 g/dtex의 인성을 갖는다. 생성되는 본 발명의 섬유는 최종 의류 중에서의 개선된 안락함 및 맞음새를 위하여 약 20% 이상의, 바람직하게는 약 40% 이상의 보일-오프 후 스트레치(after boil-off stretch)를 가질 수 있다.
상기한 설명은 섬유가 실질적으로 방사상 대칭 횡단면을 가질 때의 이점에 집중되지만, 이러한 대칭은 종종은 바람직하지만, 하기하는 본 발명의 실시태양들의 경우에는 필요하지 않다:
(a) 신축성 합성 중합체 섬유가 약 20% 이상의 보일-오프(boil-off) 후 수축을 갖고 섬유를 실질적으로 직선으로 하는데 약 10% 미만의 스트레치를 필요로 하는 경우;
(b) 신축성 합성 중합체 섬유가 탄성 중합체를 포함하는 축 코어 및 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하고, 이 때 코어가 그의 바깥쪽 표면 상에서 날개가 코어와 접촉하는 지점들 사이에 비탄성 중합체로 된 외피를 포함하는 경우;
(c) 신축성 합성 중합체 섬유가 탄성 중합체를 포함하는 축 코어 및 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하고, 이 때 코어가 실질적으로 원형 또는 정다각형 횡단면을 갖는 경우; 또는
(d) 신축성 합성 중합체 섬유가 탄성 중합체를 포함하는 축 코어 및 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하고, 이 때 날개들 중 적어도 1개가 T, S, 또는 C 형태를 갖는 경우.
이들 4개의 실시태양들에 따른 섬유들이 제조되어 사용될 수 있고, 본 명세서에서 설명되는 이점들 중 1개 이상을 제공할 수 있다.
다수개의 섬유를 포함하는 실이 제조될 때, 섬유는 임의의 바람직한 섬유 수 및 임의의 바람직한 dpf를 갖는 것일 수 있고, 탄성 중합체 대 비탄성 중합체의 비는 섬유에 따라 달라질 수 있다. 다필라멘트 실은 다수개의 상이한 섬유들, 예를 들면 2 내지 100개의 섬유를 함유할 수 있다. 또한, 본 발명의 섬유들을 포함하는 실은 섬유 당 일정 범위의 직선 밀도를 가질 수 있고, 또한 본 발명의 것이 아닌 섬유를 포함할 수도 있다.
본 발명의 합성 중합체 섬유를 사용하여 제직, 날실 편직, 씨실(원형 포함) 편직 또는 메리야스 편직에 의한 것을 포함하는 공지된 수단에 의해 직물을 제조할 수 있다. 상기 직물은 우수한 스트레치 및 회복력을 갖는다. 이 섬유는 좁은 부분을 포함하는 의류의 일부분 또는 전체를 형성하기 위한 천 및 직물에, 예를 들면 실내장식품 및 의류(란제리 및 양말 포함)에 유용할 수 있다. 본 발명의 섬유 및 실을 사용하여 제조한 의류, 예를 들면 양말 및 직물은 양호한 스트레치 및 회복 특성을 가지면서 매끄럽고, 가벼우며 매우 균일한("비-픽키") 것으로 밝혀졌다.
추가로 본 발명에 따라, 연속 중합체 섬유를 방사하기 위한 용융 방사 방법이 제공된다. 이 방법은 본 발명의 섬유를 제조하는데 사용될 수 있는 한 장치의 개략도인 도 5에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 다른 장치들도 사용될 수 있음을 알아야 한다. 본 발명의 방법은 탄성 중합체를 포함하는 용융물을 방사구금을 통과시켜 탄성 중합체를 포함하는 축 코어 및 코어에 부착되고 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하는 다수개의 신축성 합성 중합체 섬유들을 제조하는 것을 포함한다. 도 5를 살펴보면, 나타나있지 않는 열가소성 경질 중합체 공급물을 (20)에서 적층판 방사구금 장치(35)에 도입시키고, 나타나있지 않는 열가소성 탄성 중합체 공급물을 (22)에서 적층판 방사구금 장치(35)에 도입시킨다. 전융합 또는 후융합 방사구금 팩(pack)이 사용될 수 있다. 2종의 중합체가 바람직한 횡단면을 제공하도록 디자인된 오리피스를 갖는 적층판 방사구금 장치(35)로부터 미연신 필라멘트(40)로 압출될 수 있다. 본 발명의 방법은 추가로 필라멘트들이 방사 구금의 모세관을 빠져나온 후에 임의의 공지된 방식으로, 예를 들면 도 5 내 (50)에서 냉각 공기에 의해 필라멘트를 급냉시켜 섬유를 냉각시키는 것을 포함한다. 임의의 적합한 급냉 방법, 예를 들면 횡류 공기 또는 반경류 공기를 사용할 수 있다.
필라멘트를 임의적으로 도 5에 나타낸 바와 같이 마무리처리제 어플리케이터 (60)에서 임의의 공지된 기술을 사용하여 임의적으로 스테아르산마그네슘을 갖는 실리콘유와 같은 마무리처리제로 처리한다. 이들 필라멘트들을 급냉 후에 이어서 연신시켜, 이들이 약 20% 이상의 보일-오프 후 스트레치를 나타내도록 한다. 필라멘트들은 1개 이상의 연신 단계에서, 예를 들면 도 5에 개략적으로 나타낸 연신 롤(90)과 공급 롤(80)(150 내지 1000 미터/분으로 작동될 수 있음) 사이에서 연신되어 연신된 필라멘트(100)를 형성할 수 있다. 연신 단계는 방사와 커플링되어 완전 연신된 실을 제조할 수 있거나, 또는 부분적으로 배향된 실이 바람직할 경우에는 방사와 연신 사이에 지연이 있는 스플릿(split) 공정일 수 있다. 연신은 또한 필라멘트들을 실의 날실로서 권취하는 동안에 달성될 수도 있으며, 당 업계의 통상의 숙련인에 의해 "연신 와핑(warping)"으로 불린다. 임의의 바람직한 연신비(필라멘트를 파괴시켜 공정을 방해하는 것이 없음)가 필라멘트에 부여될 수 있으며, 예를 들면 완전 배향된 실은 약 3.0 내지 4.5배의 연신비에 의해 제조될 수 있고, 부분적으로 배향된 실은 약 1.2-3.0배의 연신비에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에서, 연신비는 연신 롤(90) 주변 속도를 공급 롤(80) 주변 속도로 나눈 것이다. 연신은 약 15-100℃, 대표적으로는 약 15 내지 40℃에서 수행될 수 있다.
연신된 필라멘트(100)는 임의적으로는 예를 들면 도 5의 (110)에서 증기를 사용하여 부분적으로 이완될 수 있다. 임의의 양의 열 이완은 방사 동안에 수행될 수 있다. 이완이 보다 클수록, 필라멘트는 보다 탄성이 많고, 다운스트림 작업에서 수축이 더 적게 일어난다. 하기되는 바와 같이 이완된 후의 연신된 최종 필라멘트는 약 20% 이상의 보일-오프 후 스트레치를 가질 수 있다. 방금 방사된 필라멘트를 권취하기 전에 연신된 필라멘트의 길이를 기준하여 약 1-35% 만큼 열 이완시켜 대표적인 경질 실로 취급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이어서 급냉되고 연신되고 임의적으로 이완된 필라멘트들은 도 5의 권취기(130)에서, 분 당 200 내지 약 3500 미터 및 최대 분 당 4000 미터의 속도로 권취시켜 수집될 수 있다. 또는 다수개의 섬유들이 방사되고 급냉될 경우, 섬유들은 수렴되고, 임의적으로 섞어 짠 다음, 예를 들면 권취기(130)에서 최대 분 당 4000 미터로, 예를 들면 분 당 약 200 내지 약 3500 미터 범위로 권취될 수 있다. 단일 필라멘트 또는 다필라멘트 실은 동일한 방식으로 도 5 내의 권취기(130)에서 권취될 수 있다. 다수개의 필라멘트들이 방사되고 급냉된 경우, 필라멘트들이 당 업계에서 행해지는 바와 같이 권취 전에 수렴되고 임의적으로 섞어 짤 수 있다.
연신된 후의 임의의 시간에, 이구성성분 필라멘트가 완전히 이완되어 바람직한 스트레치 및 회복 특성을 나타내는 동안에 건식 또는 습식 열처리될 수 있다. 이러한 이완은 필라멘트 제조 동안에, 예를 들면 상기한 이완 단계 동안에 또는 필라멘트를 실 또는 직물에 혼입시킨 후에, 예를 들면 정련, 염색 등 동안에 수행될 수 있다. 섬유 또는 실 형태의 열 처리는 고온 롤 또는 고온 체스트(hot chest)를 사용하여 또는 예를 들면 젯-스크린 벌크화 단계에서 수행될 수 있다. 이러한 이완된 열 처리는 섬유가 실 또는 직물 중에 있은 후에 수행되어, 그 시간까지는 섬유가 비탄성 섬유와 같이 가공처리될 수 있지만, 그러나, 경우에 따라 고-스트레치 섬유로 권취되기 전에 열 처리 및 완전 이완될 수 있다. 최종 직물에서 보다 큰 균일성을 위하여, 섬유는 균일하게 열 처리 및 이완될 수 있다. 열 처리/이완 온도는 가열 매질이 건조 공기일 때 약 80℃ 내지 약 120℃ 범위, 가열 매질이 뜨거운 물일 때 약 75℃ 내지 약 100℃ 범위, 및 가열 매질이 가압 증기일 때(예를 들면 오토클레이브 중에서) 약 101℃ 내지 약 115℃ 범위일 수 있다. 보다 낮은 온도는 열 처리를 거의 또는 전혀 초래하지 못할 수 있고, 보다 높은 온도는 탄성 코어 중합체를 용융시킬 수 있다. 열 처리/이완 단계는 일반적으로 수 초 이내에 수행될 수 있다.
상기한 바와 같이, 방사구금 모세관은 상기한 바와 같이 본 발명의 섬유의 바람직한 횡단면과 일치하거나, 또는 다른 이구성성분 또는 이성분 섬유를 제조하는 디자인을 갖는다.
모세관 또는 방사구금 보어 홀(bore hole)은 임의의 적합한 방법에 의해, 예를 들면 미국 특허 제5,168,143호에 설명되어 있는 바와 같이 레이저 컷팅에 의해, 당 업계에 공지되어 있는 바와 같이 드릴링, 전기 방전 기계가공(EDM) 및 펀칭에 의해 절삭될 수 있다. 모세관 오리피스는 본 발명의 섬유의 횡단면 대칭을 양호하게 조절하기 위하여 레이저 비임을 사용하여 절삭될 수 있다. 방사구금 모세관의 오리피스는 임의의 적합한 치수를 가질 수 있고, 연속(전융합) 또는 불연속(후융 합)이도록 절삭될 수 있다. 불연속 모세관은 중합체가 방사구금 면 아래에서 융합되어 본 발명의 다(多) 날개 횡단면을 형성하도록 하는 패턴으로 작은 홀들을 구멍뚫음으로써 얻어질 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 필라멘트들은 도 6, 6A, 6B 및 6C에서 예시되는 바와 같이 전융합 방사구금 팩으로 제조될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같은 적층판 방사구금 장치의 측면도인 도 6에서는, 중합체 흐름이 화살표 F의 방향이다. 방사구금 장치 중의 제1 판은 중합체 용융 푸울(pool)을 함유하는 판 D이고, 종래의 디자인을 갖는 것이다. 판 D는 계량 판 C(도 6C에 횡단면도로 나타냄) 상에 놓여지고, 이것은 다시 임의적인 분포 판 B(도 6B에 횡단면도로 나타냄) 상에 놓여지고, 이것은 방사구금 판 A(도 6A에 횡단면도로 나타냄) 상에 놓여지고, 이것은 방사구금 장치 지지 판 E에 의해 지지된다. 계량 판 C는 계량 판 아래의 분포 판 B와 접촉하게 정렬되고, 분포 판은, 그를 관통하는 모세관을 갖지만 상당한 카운터보어(counterbore)는 없는 방사구금 판 A 위에서 A와 접촉하게 정렬되고, 방사구금 판(들)은 모세관보다 큰 홀을 갖는 방사구금 지지 판(E)과 접촉하게 정렬된다. 계량 판 C로 공급된 중합체가 분포 판 B, 방사구금 판 A 및 방사구금 지지 판 E를 통과하여 섬유를 형성하도록 정렬된다. 종래의 판인 용융 푸울 판 D가 계량 판을 공급하는데 사용된다. 중합체 용융 푸울 판 D 및 방사구금 장치 지지 판 E는 이들이 서로를 향해 단단하게 압착되어, 중합체가 방사구금 장치의 적층판들 사이에서 누출되는 것을 막을 수 있도록 충분히 두껍고 경질이다. 판 A, B, 및 C는 오리피스가 레이저광 방법으로 절삭될 수 있도록 충분히 얇다. 방사구금 지지 판(E) 중의 홀은 방금 방사된 섬유가 홀의 연부와 접촉하지 않도록 예를 들면 약 45도 내지 60도로 벌어져 있는 것이 바람직하다. 또한, 중합체의 전융합이 요망될 때 중합체는 섬유가 형성되기 전에 약 0.30 cm 미만 동안, 일반적으로 0.15 cm 미만 동안 서로 접촉하여(전융합) 계량 판 C, 임의적인 분포 판 D, 및 방사구금 판 디자인 E가 의도하는 횡단면 형태가 섬유 중에서 보다 정확하게 나타내어지도록 하는 것이 바람직하다. 섬유 횡단면의 보다 정확한 형성은, 또한 고체 상태 레이저로부터의 멀티모드 비임이 우세하게 단일 모드 비임(예를 들면 TM00 모드)으로 감소되고 금속 시트 위 0.2 내지 0.3 mm에 있는 직경 100 미크론 미만의 스팟에 집중되는 미국 특허 제5,168,143호에 설명되는 바와 같이 판을 관통하게 홀을 절삭함으로써 도움을 받을 수 있다. 생성되는 용융 금속은 레이저 비임과 공동축방향으로 흐르는 가압 유체에 의해 금속 시트의 하부 표면으로부터 방출된다. 가장위의 분포 판의 상부로부터 방사구금 면까지의 거리는 약 0.30 cm 미만으로 감소될 수 있다.
임의의 수의 대칭적으로 놓여지는 날개 중합체 부분을 갖는 필라멘트를 제조하기 위해서는, 각 판 중에 동일한 수의 대칭적으로 배치되는 오리피스가 사용된다. 예를 들면 도 6A에서는, 방사구금 판 A이 도 5의 적층판 방사구금 장치에 대해 90도로 배향된 평면도로 나타나 있다. 도 6A의 판 A는 중앙의 둥근 방사구금 홀(142)에 연결된 6개의 대칭적으로 배치된 날개 방사구금 오리피스(140)로 이루어진다. 각 날개 오리피스(140)는 상이한 폭(144 및 146)을 가질 수 있다. 개방 단부(152)에서 분포 오리피스를 중앙의 둥근 홀(156)로 연결시키는 임의적인 슬롯(154)으로 점점 가늘어지는 분포 오리피스(150)를 갖는 상보적 분포 판 B가 도 6B에 나타나 있다. 도 6C에는, 날개 중합체용 계량 모세관(160) 및 중앙의 코어 중합체용 계량 모세관(162)을 갖는 계량 판 C가 나타나 있다. 중합체 용융 푸울 판 D는 임의의 당 업계의 종래적인 디자인을 갖는 것일 수 있다. 방사구금 지지 판 E는 도 5 및 6 입면도에 나타낸 바와 같이 충분히 크고 필라멘트가 홀의 측면과 접촉하지 않도록 막 방사된 필라멘트의 경로로부터 멀어지는 방향으로 벌어져 있는(예를 들면 45-60도), 관통 홀을 갖는다. 적층판 방사구금 장치, 판 A 내지 D는 코어 중합체가 중합체 용융 푸울 판 D로부터 계량 판 C의 중앙의 계량 홀(162)을 지나고, 6개의 작은 모세관(164)을 지나고, 분포 판 B의 중앙의 원형 모세관(156)을 지나고, 방사구금 장치 판 A의 중앙의 원형 모세관(142)을 지나고, 방사구금 지지 판 E 중의 크고 벌어져 있는 홀을 지나서 밖으로 흐르도록 정렬된다. 동시에, 날개 중합체는 중합체 용융 푸울 판 D로부터 계량 판 C의 날개 중합체 계량 모세관(160)을 통해, 분포 판 B의 분포 오리피스(150)를 통해(임의적인 슬롯(154)이 존재할 경우, 2종의 중합체는 먼저 서로와 접촉하게 된다), 방사구금 판 A의 날개 중합체 오리피스(140)를 지나고, 및 마지막으로 방사구금 장치 지지 판 E 내의 홀을 지나서 밖으로 흐른다.
본 발명의 방사구금 팩을 섬유를 제조하기 위한 다수개의 합성 중합체의 용융 압출에 사용할 수 있다. 본 발명의 방사구금 팩에서는, 방사구금 판이 상당한 카운터보어를 갖지 않기 때문에, 중합체를 방사구금 모세관 내로 직접 공급할 수 있다. 상당한 카운터보어가 없다는 것은 존재하는 임의의 카운터보어(다수개의 모 세관들의 입구를 연결하는 임의의 홈)의 길이가 방사구금 모세관의 길이의 약 60% 미만, 바람직하게는 약 40% 미만임을 의미한다. 방사구금 판 중의 섬유 형성 오리피스의 뒷면 입구에서 특정 지점 내로 다성분 중합체 스트림을 직접 계량하는 것은 다수개의 중합체 스트림이 표준의 경우에서와 같이, 실질적으로 방사구금 오리피스 앞에서 공급 채널 중에서 혼합될 때 중합체 이동의 문제점을 없앤다.
판을 관통하는 그루브들을 연결시키는 적절한 홀을 갖는 단일 판의 한 면 또는 양면 상에서, 움푹 들어간 그루브의 사용을 통해 2개의 판의 기능들을 하나로 합하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들면, 홈, 그루브 및 함몰부가 방사구금 판의 업스트림 쪽에서 절삭될 수 있으며(예를 들면 전기방전 기계가공에 의해), 분포 채널, 또는 얕고 약한 카운터보어로서 작용할 수 있다.
본 발명의 방사구금 팩으로 2종 이상의 중합체를 포함하는 각종 섬유를 제조할 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 제4,861,660호, 제3,458,390호 및 제3,671,379호에 기재되어 있는 횡단면을 포함하는, 본 명세서에서 발표되고 및(또는) 특허청구되지 않은 다른 이구성성분 섬유 및 이성분 섬유가 이렇게 제조될 수 있다. 생성된 섬유 횡단면은 예를 들면 나란히형, 같은 중심을 갖지 않는 외피-코어, 동심원성 외피-코어, 날개 및 코어, 날개 및 외피 및 코어 등일 수 있다. 게다가, 본 발명의 방사구금 팩을 사용하여 분리될 수 있는 또는 분리될 수 없는 섬유들을 방사시킬 수 있다.
도 7에는, 도 5에 나타낸 방사구금 장치 적층판의 측면도가 나타나 있는데, 여기서 중합체 흐름은 화살표 방향이다. 본 장치의 사용은 하기 실시예 6에 예시 되어 있다. 방사구금 장치 내의 제1 판은 중합체 용융 푸울을 함유하는 판 D이다. 이 판은 당 업계에 공지된 종래의 디자인을 갖는 것으로, 각각 비탄성 날개 및 외피 중합체 및 탄성 중합체 도입을 위한 통로(20 및 22)를 함유한다. 판 D가 계량 판 H 위에 놓여지고, 이것은 다시 분포 판 G 상에 놓여지며, 이것은 방사구금 판 F 상에 놓여지고, 이 판은 판 C상에 있으며, 이 판은 판 B 상에, 및 이 판은 다시 방사구금 또는 판 A 상에 있고, 이 판은 방사구금 장치 지지 판 E에 의해 지지된다. 중합체 용융 푸울 판 D 및 방사구금 장치 지지 판 E는 충분히 두껍고 경질이고, 서로를 향해 단단히 압축되어, 중합체가 방사구금 장치의 적층판 사이에서 누출되는 것을 막는다. 모든 다른 판은 오리피스들이 레이저광 기계가공 방법을 사용하여 절삭될 수 있을 정도로 충분히 얇다. 도 7A-7C 및 도 7F-7H는 도 5의 횡단면도에 의해 나타내어진 본 발명의 특정 섬유를 제조하는데 유용한 별법의 적층판 방사구금 장치의 평면도를 나타낸다. 탄성 코어 중합체 및 비탄성 날개 및 외피 중합체들은 도 6의 측면도에서 예시한 바와 동일한 일반적인 타입의 전융합 방사구금 판 팩 장치를 사용하여 도 7A-7C 및 도 7F-7H에서 합해진다. 별법의 적층판 방사구금 장치에서는, 방사구금 장치 지지 판 E, 방사구금 판 A 및 중합체 용융 푸울 판 D은 사용되지만, 분포 판 B 및 계량 판 C 대신 5개의 판이 사용된다. 도 7A에 나타낸 바와 같이, 방사구금 판 A를 관통하도록, 날개 오리피스(210), 중앙의 코어 중합체 및 외피 중합체 홀(214) 및 연결 슬롯(212)이 절삭된다. 도 7B에 나타낸 바와 같이, 판 B는 방사구금 판 A 위의 중심에 놓여지는 중앙의 코어 중합체 및 외피 중합체 홀(222) 및 날개 오리피스(220)가 관통하도록 절삭된다. 도 7C에 나타낸 바와 같이 판 B 위의 중심에는 판 C가 놓여지고, 여기에는 콘 형태의 날개 및 외피 중합체 오리피스(230), 중앙의 코어 중합체 및 외피 중합체 홀(232)이 관통하도록 절삭된다. 판(234)의 환형 부분이 판에 연결된 상태로 있게 된다. 도 7F에 나타낸 바와 같이, 판 C 위의 중심에는 판 F가 놓여지고, 이 판을 관통하도록 날개 오리피스(240) 및 중앙의 코어 중합체 및 외피 중합체 홀(242)이 절삭된다. 도 7G에 나타낸 바와 같이, 판 F 위의 중심에는 판 G가 놓여지고, 이 판을 관통하도록 날개 오리피스(250), 콘 형태의 날개 중합체 및 외피 중합체 오리피스(252) 및 중앙의 코어 중합체 홀(254)이 절삭된다. 판 G 위의 중심에는, 도 7H에서 나타낸 바와 같이 판 H가 놓여지고, 이 판을 관통하도록 날개 중합체 오리피스(260), 날개 중합체 및 외피 중합체 오리피스(262), 및 중앙의 코어 중합체 홀(264)이 절삭된다.
본 발명을 하기하는 비제한적인 실시예에 의해 예시한다. 실시예에서는 하기 시험 방법들을 사용하였다.
시험 방법
용어 보일-오프 후 스트레치는 당 업계에서 하기 용어들과 상호교환가능하게 사용된다: "% 스트레치", "회복가능한 스트레치", "회복가능한 수축" 및 "크림프 잠재능력". 용어 "회복가능하지 않은 수축"이란 하기 용어들과 상호교환가능하게 사용된다:"수축률%", "겉보기 수축" 및 "절대 수축".
실시예에서 제조된 섬유들의 스트레치 특성(보일-오프 후 스트레치, 보일-오프 후 수축 및 보일-오프 후 스트레치 회복)을 하기하는 바와 같이 측정하였다. 54 인치(137 cm) 릴 상에 5000 데니어(5550 dtex) 실타래를 권취하였다. 전체 데니어 중에는 루우핑된 실타래의 양면이 모두 포함되었다. 2 그램 웨이트(길이 CB) 및 1000 그램 웨이트(0.2 g/데니어)(길이 LB)로 초기 실타래 길이가 측정되었다. 실타래를 95℃ 물 중에 30분 동안 두고("보일 오프"), 2 그램 웨이트(길이 CA초기) 및 1000 그램 웨이트(길이 LA초기)를 갖는 초기(보일-오프 후) 길이를 측정하였다. 1000 그램 웨이트로 측정한 후에, 2 그램 웨이트로 30초후(길이 CA30초) 및 2시간후(길이 CA2시간)에 추가의 길이를 측정하였다. 보일-오프 후 수축을 100 x (LB-LA)/LB로 계산하였다. 보일-오프 후 스트레치%를 100 x (LA-CA@30초)/CA@30초로 계산하였다. 보일-오프 후 스트레치 회복율을 100 x (LA-CA2시간)/(LA-CA초기)로 계산하였다.
쉽게 얻을 수 있는 20% 및 35% 스트레치에서 하중제거(unload) 힘에 대한 시험을 하기하는 바와 같이 수행하였다. 보일-오프 후 5000의 촐 데니어(5550 dtex)를 갖는 이구성성분 섬유 실타래를 제조하였다. 전체 데니어 중에는 루우핑된 실타래의 양면이 모두 포함되었다. 인스트론(Instron) 인장 시험기[미국 메사추세츠주 캔톤(Canton)]를 21℃ 및 65% 상대습도에서 사용하였다. 실타래를, 사이에 3 인치(76 mm) 갭을 갖는 시험기 조오(jaw)들 중에 넣었다. 시험기를 각 하중 사이클이 최대 500 그램의 힘(데니어 당 0.2 그램)을 갖는, 3회의 스트레치-및-이완(하중-및-하중제거) 사이클을 통해 사이클링시킨 다음, 3번째 하중제거 사이클 상의 힘을 측정하였다. 3번째 하중제거 사이클 상에서 쉽게 얻을 수 있는 20% 및 35% 스트레치에 대하여 유효 데니어(즉, 시험 신장율에서의 실제 선 밀도)를 측정하였다. "쉽게 얻을 수 있는 20% 및 35% 스트레치"란 3번째 사이클 상의 500 그램 힘으로부터 실타래가 각각 20% 및 35% 이완되었음을 의미한다. 쉽게 얻을 수 있는 20% 및 35% 스트레치에서의 하중제거 힘을 유효 데니어 당의 밀리그램으로 기록하였다(mg/데니어).
먼저 1.25 미터 릴 상에 5000 데니어(5550 dtex) 실타래(실타래 크기는 생성된 루우프의 양면을 모두 포함함)를 권취함으로써 섬유의 코어로부터의 날개의 이층을 측정하였다. 실타래를 오토클레이브 중에서 30분 동안 102℃ 증기 처리하였다. 실타래로부터 20 cm 길이의 개별 섬유를 선택하여 한번 반으로 접었다. 생성된 루우프의 개방 단부를 바닥에서 함께 테이핑하고, 테이핑된 루우프를 후크 상에서 수직으로 매달았다. 데니어 당 1 그램(25 데니어 루우프의 경우 50 그램)의 웨이트를 루우프의 바닥(테이핑된) 단부에 부착하였다. 웨이트를 루우프가 축 늘어질 때까지 올린 다음 부드럽게 감소시켜 루우프를 연신시키고 전체 웨이트를 인가하였다. 이러한 10회의 사이클 후에, 루우프를 확대하여 이층에 대하여 관찰하고 등급매겼다. 3개의 샘플을 하기하는 바와 같이 등급매겼다:
0 = 섬유를 따라서 가시적인 날개/코어 이층이 없음
1 = 1개 이상의 매듭 전도점에서 약간의 이층이 관찰됨
2 = 섬유가 이들이 매달려있는 후크에 스쳐서 벗겨지는 이층이 관찰됨
3 = 가장자리 이층(작은 루우프로, 및 단지 몇개의 반점으로)
4 = 섬유 전체를 따른 이층을 나타내는 작은 루우프
5 = 총체적 이층(모든 섬유 전체를 따라 큰 루우프 )
3개의 샘플들로부터의 결과를 평균하였다.
한 원(R1)의 둘레가 대략적으로 코어 중합체의 최외곽 부분이고 다른 원(R2)의 둘레가 대략적으로 날개 중합체의 최내곽 부분이도록 2개의 원을 섬유의 횡단면 현미경사진 상에 겹쳐놓음으로써 R1 및 R2를 측정하였다.
실시예 1.A
도 1에 나타낸 바와 실질적으로 같은 대칭적인 6개의 날개가 있는 횡단면을 갖는 본 발명의 이구성성분 섬유를 도 5에 예시한 장치를 사용하여 방사시켰다. 1개의 섬유(40)를 방사구금 판(35) 및 265℃의 방사구금 온도를 사용하여 방사시켰다. 도 5의 (20)에서, 종래적으로 제조되고 약 45-60의 상대 점도를 갖는 용융 나일론 중합체를 스핀 팩 장치(30)에 도입시켰다. 이구성성분 필라멘트의 날개부를 형성하는 나일론 중합체는 헥사메틸렌 성분이 80 몰%로 존재하고 있는 폴리(헥사메틸렌-코-2-메틸펜타메틸렌 아디프아미드)(6/MPMD(80/20)-6)이고, 여기에는 전체 날개 중합체를 기준하여 5 중량%의 나일론 12(폴리(12-도데카놀락탐))(또한 "12" 또는 "N12"로도 알려져 있음)(아토피나로부터 릴산(등록상표) "AMNO")가 첨가되어 있다. 나일론 12는 날개 대 코어 응집을 돕기 위하여 첨가하였다. 날개부는 섬유의 45 중량%이었다. 섬유의 코어를 형성하는 제2 중합체를 도 5의 (22)에서 스핀 팩 장치(30)에 도입시켰다. 코어 중합체는 탄성 세그먼트화 폴리에테르에스테르아미 드(아토피나로부터의 페박스TM 3533SN; 굴곡 탄성율 2800 psi(19,300 kPa))이었고, 부피 계량하여 이구성성분 섬유의 55 중량%인 코어를 생성시켰다.
전융합 방사구금 팩 장치(30)는 도 6에서 A 내지 E로 표시된 적층판들로 이루어졌다. 미국 특허 제5,168,143호에 설명되어 있는 바와 같은 방법을 사용하여 대칭의 중심 주위에 6개의 날개들이 60도로 대칭적으로 배치되도록 0.015 인치(0.038 cm) 두께의 스텐레스 강 방사구금 판 A를 관통하도록 오리피스들을 절삭하였다. 도 6A에 예시된 바와 같이, 각 날개 오리피스(140)는 대칭의 중심을 관통하는 길이 축 중심선과 함께 직선이고, 대칭의 중심과 반경의 기원이 동일할 때 팁(tip)으로부터 중앙의 둥근 방사구금 홀(142)의 둘레까지 0.049 인치(0.124 cm)의 길이를 가졌다. 방사구금 모세관의 입구에 카운터보어는 없었다. 팁으로부터 0.027 인치(0.069 cm)까지의 날개 길이(144)는 0.0042 인치(0.0107 cm) 폭을 가졌고, 0.022 인치(0.056 cm)의 나머지 길이(146)는 0.0032 인치(0.0081 cm) 폭이었다. 각 날개의 팁은 팁의 폭의 1/2에서 반경 절삭되었다. 0.015 인치(0.038 cm) 두께를 갖는 분포 판 B는 분포 오리피스가 방사구금 판 A의 방사구금 오리피스와 일치하도록 방사구금 판 A와 정렬되었다. 판 B의 6개의 날개 오리피스는 0.094 인치(0.239 cm) 길이 및 0.020 인치(0.051 cm) 폭이었고, 그들의 날개 팁은 반경의 1/2의 폭으로 둥글게 되었다. 도 6B에 예시한 바와 같이, 분포 판 B의 6개의 날개 오리피스(150) 각각은 둥글게 된(0.006 인치[0.015 cm] 직경) 개방 단부(156)로 점점 가늘어진 다음 0.013 인치(0.033 cm) 길이 및 0.0018 인치(0.0046 cm) 길이의 슬롯으로 중앙 홀(156)까지 계속된다. 이 판 내의 중앙의 홀(156)은 직경이 0.0125 인치(0.032 cm)이었다. 슬롯(154)은 각 날개 분포 오리피스의 단부와 함께 중앙의 홀로 연결되었다. 계량 판 C는 0.010 인치(0.025 cm)의 두께를 갖는 것이었다(도 6 C 참조). 각 계량 홀은 날개 길이축 중심선 상에서 또는 분포 판 B의 대칭 중심 상에서 중심을 이루었다. 중앙의 계량 홀(152) 및 날개 당 1개의 홀(160)은 0.010 인치(0.025 cm) 직경이었고, 홀(160)의 중심은 홀(162)의 중심으로부터 0.120 인치(0.305 cm)이었다. 중앙의 계량 홀에 종래의 용융 푸울 판 D로부터 여과된 용융 탄성 중합체를 공급하여(도 6 참조) 최종 섬유 내에서 코어 엘레멘트를 형성하였다. 판 C의 외부 6개의 계량 홀에는 용융 푸울 판 D로부터 비탄성 중합체를 공급하여 중합체 날개로 되었다. 방사구금 지지 판 E(역시 도 6 참조) 내의 큰 홀(대표적으로는 직경이 0.1875 인치(0.4763 cm))은 방사구금 판 A 내의 방사구금 오리피스와 정렬되었고, 45도로 벌어져 있다. 방사구금 판 A, 분포 판 B 및 계량 판 C은 용융 푸울 판 D 및 방사구금 지지 판 E에 의해 샌드위치되었다. 대표적으로는, 판 E는 0.2-0.5 인치(0.4-1.3 cm) 두께이었고, 판 D는 0.02-0.03 인치(0.05-0.08 cm) 두께이었다.
1개의 방금 방사된 섬유(40)(도 5 참조)를 공기의 흐름(50)에 의해 냉각시켜 고화시키고, 실리콘유 및 금속 스테아레이트를 포함하는 마무리처리제(섬유를 기준하여 약 5 중량%)를 (60)에서 도포하였다. 섬유를 공급 롤(80)과 연신 롤(90) 사이의 연신 대역으로 보내고, 각 롤 주위에 몇 개의 랩을 취하였다. 연신 롤(90)의 속도는 4X의 연신비를 위하여 공급 롤(80)의 속도의 4배이었고, 공급 롤의 속도는 분 당 350 미터이었다. 이어서, 섬유를 챔버(110) 중에서 평방인치 당 6 파운드(0.87 킬로파스칼)의 증기로 처리하고, 권취기(130)를 연신 롤(90)의 속도보다 20% 더 낮은 속도로 작업하여, 최종 섬유 중에서의 수축을 감소시키기 위하여 섬유를 부분적으로(20%) 이완시켰다. 연신된 및 부분적으로 이완된 섬유(120)를 권취기(130)에서 권취시키고, 27 데니어(30 dtex)의 선 밀도를 가졌다.
실시예 1.B
각각 나일론 6-12(폴리(헥사메틸렌도데칸아미드))(고유 점도 1.18), 자이텔(Zytel)(등록상표) 158, 이.아이. 듀퐁 디 네모아스 앤드 캄파니의 등록된 상표; 굴곡 탄성율 295,000 psi(2.0 밀리온 kPa)로 된 6개의 방사상 대칭 날개 및 페박스TM 3533SA로 된 코어를 갖는 10개의 섬유를 갖는 본 발명의 이구성성분 실을 도 5에 예시한 장치를 사용하여, 방사구금 온도가 240℃이고, 분포 판 B가 슬롯(154)을 갖지 않고, 폴리에테르에스테르 기재 마무리처리제 4 중량%를 실시예 1.A에서 도포된 마무리처리제 대신에 도포하고, 연신비가 3.75X이고, 실을 15% 이완시킨 것을 제외하고는 실시예 1.A에서와 실질적으로 동일한 방식으로 방사시켰다. 생성된 섬유의 횡단면의 현미경사진을 도 8에 나타냈다.
실시예 1.C
각 판이 대칭적으로 72도 떨어지게 배열된 날개 중합체 공급을 위한 5개의 홀을 갖고; 계량 판 C가 추가의 세트의 홀을 갖고, 날개의 중심선 상에 날개 당 1개의 홀을 갖고; 4G-T 날개가 응집 첨가제를 갖지 않고, 미국 특허 제4,999,120호 에 설명되어 있는 바와 같은 폴리실록산을 포함하는 마무리처리제 4 중량%를 실시예 1.A에서 도포된 마무리처리제 대신에 사용하고; 공급 롤 속도가 분 당 250 미터이고; 연신비가 3.6X이고, 이완을 증기압이 평방인치 당 20 파운드(2.9 킬로파스칼)인 것을 제외하고는 실시예 1.A의 방법과 유사하게, 각 필라멘트 상에 폴리(부틸렌 테레프탈레이트)(4G-T)[크라스틴(Crastin)(등록상표) 타입 6129, 이.아이. 듀퐁 디 네모아스 앤드 캄파니의 등록된 상표; 350,000 psi 굴록 탄성율(2.4 밀리온 kPa)]로 된 5개의 방사상 대칭 날개 및 하이트렐(HYTREL)(등록상표)(이.아이. 듀퐁 디 네모아스 앤드 캄파니의 등록된 상표) 3078 탄성 폴리에테르에스테르 코어를 갖는 10개의 필라멘트를 갖는 본 발명의 이구성성분 실을 제조하였다. 연신된 및 부분적으로 이완된 실은 150 데니어(165 dtex)의 선 밀도를 가졌다.
계량 판 C 상의 추가의 세트의 홀에 관해서는, 날개의 중심선 상에 날개 당 1개의 홀을 갖고, 각 홀은 직경이 0.005 인치(0.013 cm)이었고, 홀의 대칭 중심으로부터 0.0475 인치(0,121 cm)이었다. 그러나, 추가의 홀에는 용융 푸울 판 D에 의한 용융 중합체를 공급하지 않았다.
실시예 1.A-C에서 제조한 실을 보일-오프 후 스트레치, 보일-오프 후 수축 및 보일-오프 후 스트레치 회복에 대하여 비교하였다. 먼저 54 인치(137 cm) 릴 상에 권취시킨 실의 5000 데니어(5550 dtex) 실타래를 제조함으로써 시험을 수행하였다. 가벼운 및 무거운 웨이트로 초기 실타래의 길이를 측정하고, 하기 측정치들을 기록하였다:
CB = 2 그램 웨이트를 갖는 실타래 길이 측정치
LB = 1000 그램 웨이트를 갖는 실타래 길이 측정치(데니어 당 0.2 그램)
하기하는 초기 및 최종 길이를 고온 수성 처리 또는 실타래를 95℃ 물 중에 30분 동안 침지시키는 "보일-오프" 후에 측정하였다.
CA(초기) = 2 그램 웨이트를 갖는, 처리 후의 실타래 길이 측정치
LA = 1000 그램 웨이트를 갖는, 처리 후의 실타래 길이 측정치(데니어 당 0.2 그램)
CA(30초) = LA 측정 30초 후에 1000 그램 웨이트를 제거하고 2 그램 웨이트를 인가한 실타래 길이 측정치
CA(2시간) = LA 측정 2시간 후에 2 그램 웨이트를 인가한 실타래 길이 측정치
이들 측정치들을 사용하여 하기하는 바와 같이 실 특성치들을 계산하였다:
보일-오프 후 스트레치% = 100 X (LA-CA@30초)/CA@30초
보일-오프 수축 = 100 X (LB-LA)/LB
보일-오프 후 회복율 = 100 X (LA-CA@2시간)/(LA-CA@초기)
실시예 1.A-1.C의 실에 대한, 표 1에 보고된 보일-오프 수축, 보일-오프 후 스트레치% 및 스트레치 회복의 실 특성치들은 양말류 및 의류 분야에 적합하다.
실시예 1.A 실시예 1.B 실시예 1.C
연신된 데니어/섬유의 수 27데니어(30dtex)/1 80데니어(88dtex)/1 150데니어(165dtex)/10
날개의 수 6 6 5
날개 6/MPMD-6 + 5% N12 6-12 4G-T
코어 페박스TM 3533SN 페박스TM 3533SA 하이트렐TM 3078
보일 오프 후 스트레치% 78 76 75
보일 오프 후 수축률% 19 16 17
보일 오프 후 회복률% 94 92 94

실시예 2
실시예 1.A에서 제조한 4개의 섬유를 사용하여 얇은 양말류 다리 블랭크를 편직하였다. 시판되는 4공급 양말류 편직 기계[라노티(Lanoti) 모델 400, 402 바늘)를 사용하였다. 시판되는 팬티스타킹에 대표적인 4공급, 매-코스(every-course) 저지(jersey) 다리 구성물로 섬유들을 편직하였다. 필라멘트들은 권취된 포장으로부터 직접 편직되었으며, "경질" 실, 즉 탄성 특성이 없는 것과 같이 거동하였다. 4개의 필라멘트들을 독립적으로 표준 크릴(creel) 가이드를 통해 직접 기계 바늘로 공급하였고, 이들 각각은 대표적으로 비탄성 실을 양말류 편직기로 공급하는데 사용되는 종래의 댄서(dancer) 고리 인장기를 가졌다. 허벅지 영역에서는 700 rpm으로 및 발목에서는 800 rpm으로 스타킹 블랭크를 편직하였다. 표준 나일론 스판덱스 팬티 스타일의 팬티 부분을 포함하는 각 블랭크를 약 2분 내에 편직하였다.
그리이지(griege) 크기의 스타킹 블랭크를 종래의 수단으로 표준 크기 규격에 맞도록 조절하였다. 이어서, 표백도 염색도 않은 양말류 다리 블랭크를 열 처리하여 이구성성분 섬유 내의 잠재적인 스트레치 특성을 활성화시켰다. 이것은 2가지 방법들 중의 하나로 행하였다. 한 방법에서는, 표백도 염색도 않은 팬티스타킹 블랭크를 천 백 중에 넣고 실온에서 수욕 중에서 교반하였다. 욕을 45분에 걸쳐 증기로 온도를 85℃로까지 상승시킨 다음, 교반하면서 실온으로 냉각시켰다. 백에 넣은 블랭크를 원심분리로 탈수시키고, 오븐 중에서 100℃에서 건조시켰다. 다른 방법에서는, 대기압 증기를 사용하여 30분 동안 텀블 증열하여, 블랭크를 수축시켰다. 어느 한 경우, 본 발명의 섬유는 매우 신축성이게 제조되었지만, 이완된 고온 처리에 의해 벌키하게 되지는 않았다. 이어서 백으로부터 블랭크를 꺼내 종래의 방식으로 팬티스타킹으로 재봉질하였다. 이어서 의류를 다시 백에 넣어 99℃의 최대 염색 욕 온도로 나일론 양말류에 대한 표준 산 염색 방법을 사용하여 염색하였다. 염색한 의류를 탈수시키고, 건조시키고, 표준 4 인치(10.2 cm) 기재 폭 양말류 보드(board) 상에 보딩시켰다. 스타킹을 102℃에서 4초 동안 처리하도록 보딩(boarding) 오토클레이브를 설정한 다음 99℃에서 30초 동안 건조시켰다. 팬티스타킹을 이들이 가능한 한 작게 유지되면서 직물을 주름이 없는 상태로 붙잡을 수 있도록 보드 상에 위치시켰다. 마무리처리된 의류의 외관은 얇은 양말류 분야에 적합하였고, 이들은 양호한 스트레치 및 회복을 나타냈다. 마무리처리의 각 단계에서 그들의 수축을 하기하는 바와 같이 측정하고, 마무리처리된 상품의 사이징의 크기 및 일관성은 메리야스 제품의 상업적 제조에 적합한 것으로 밝혀졌다.
표백도 염색도 않은 직물 상에서 횡-스트레치(cross-stretch) 측정을 하고, 다시 10분간의 고온 수성 처리(보일 오프) 후에 측정하여 수축 및 대표적인 크기 표준을 만족시킬 수 있는 잠재능력을 평가하였다. 디네마(Dinema) S.R.L. 인스트루먼트의 조 상에서 각 블랭크를 미끄러지게 하고, 조들을 분리시키고, 조 상의 힘이 4500 그램에 도달할 때의 스트레치%를 측정함으로써 횡-스트레치를 측정하였다. 가랑이 아래 3 인치(7.6 cm)("허벅지"), 발끝과 가랑이 사이의 1/2 지점("무릎"), 및 발끝으로부터 위로 약 3.5 인치(8.9 cm)("발")에서 측정을 하였다. 각 블랭크 를 인스트루먼트의 조들 사이에서 길이방향으로 클램핑한 것을 제외하고는 유사하게 다리 인장 스트레치를 측정하였다. 스트레치 값은 허벅지의 경우 22%, 무릎의 경우 21%, 다리의 경우 17% 및 다리 인장의 경우 138%이었다. 허벅지, 무릎, 발 및 다리 인장에 대하여 표백도 염색도 않은 상태로부터 보일 오프 치수까지의 약 17-24% 수축량을 측정하였더니, 추가의 보딩 및 염색 후에 거의 변하지 않았으며, 이것은 블랭크가 상업적 용도의 경우에 요구되는 바와 같이 치수적으로 안정하였음을 나타낸다.
실시예 3
실시예 1.A의 실을 사용하여 인치 당 102 말단(40/cm)을 갖는 날실에 탁텔(TACTEL)(등록상표)(이.아이. 듀퐁 디네모아스 앤드 캄파니의 등폭된 상표) 70 데니어(78 데시텍스) 6-6 나일론을 갖는 "천조능직"(Crowfoot) 구성물로 셔틀 직기(shuttle loom) 상에서 씨실-스트레치 직물을 구성하였다. 실시예 1.B 80 데니어(89 데시텍스) 10 필라멘트 이구성성분 실은 인치 당 100 픽(pick)(39/cm)으로 씨실 섬유이었다. 표백도 염색도 않은 직물 폭은 62.5 인치(159 cm)이었다. 이 직물을 71℃에서 이완된 상태 정련(scour)에 이어 118℃에서 제2의 이완된 정련을 사용하여 마무리처리하였다. 건조 후, 이 직물은 36 인치(91 cm)의 이완된 폭을 가졌다. 이 직물을 나일론에 대한 표준 산 염료를 사용하여 100℃에서 염색하였다. 염색 후의 습윤 폭은 33인치(84 cm)이었다. 마지막으로, 이 직물을 열 경화없이 공기 건조시켰다. 최종 폭은 33.25 인치(84 cm)이었다. 이 직물은 단지 공기 건조 후에만 벌키하지 않고 매끄럽고 주름이 없는 것이었다. 직물은 양호한 스 트레치 및 회복을 나타냈으며, 우수한 경질 섬유 및 미관을 나타냈다. 이완된 마무리처리된 상태에서, 이 직물은 하기하는 특성들을 가졌다:
기초 중량: 4.45 oz/yard2(151 그램/m2);
두께: 0.0103 인치(0.0262 cm);
필(fill) 수: 인치 당 112 씨실의 실(44/cm);
날실 수: 인치 당 192 날실의 실(76.8/cm).
이 직물의 5 cm 폭 x 10 cm 길이를 씨실에서의 완전한 연신을 위한 손 스트레치에 대하여 평가하였다. 직물은 그의 이완된 길이의 65% 연신될 수 있고, 그의 연신된 길이와 이완된 길이 사이의 차이의 95%보다 큰, 손 스트레칭 후의 회복율을 나타냈다.
실시예 4
실시예 1.C의 실을 사용하여 인치 당 102 말단(40/cm)을 갖는 날실에 듀퐁 탁텔(등록상표) 70 데니어(78 데시텍스) 6-6 나일론을 갖는 평직 구성물로 셔틀 직기 상에서 씨실-스트레치 직물을 구성하였다. 실시예 1.C 150 데니어(166 데시텍스) 10 필라멘트 이구성성분 실은 인치 당 50 픽(pick)(19.7/cm)으로 씨실 섬유이었다. 표백도 염색도 않은 직물 폭은 63.5 인치(161 cm)이었다. 이 직물을 82℃에서 이완된 상태 정련을 사용하여 20분 동안 마무리처리하였다. 이 직물을 나일론에 대한 표준 산 염료를 사용하여 100℃에서 60분 동안 염색하고, 93℃에서 건조하였다. 최종 건조 폭은 33.5 인치(85 cm)이었다. 이 직물은 벌키하지 않고 매끄 럽고 주름이 없는 것이었다. 직물은 양호한 스트레치 및 회복을 나타냈으며, 우수한 경질 섬유 및 미관을 나타냈다. 이완된 마무리처리된 상태에서, 이 직물은 하기하는 특성들을 가졌다:
기초 중량: 4.5 oz/yard2(152 그램/m2);
두께: 0.0115 인치(0.0292 cm);
필(fill) 수: 인치 당 60 씨실의 실(23.6/cm);
날실 수: 인치 당 204 날실의 실(80/cm).
이 직물의 5 cm 폭 x 10 cm 길이를 씨실에서의 완전한 연신을 위한 손 스트레치에 대하여 평가하였다. 직물은 그의 이완된 길이의 72.8% 연신될 수 있고, 그의 연신된 길이와 이완된 길이 사이의 차이의 97%보다 큰, 손 스트레칭 후의 회복율을 나타냈다.
실시예 5
본 실시예는 본 발명의 섬유를 제조하는데 있어서 정착제를 사용(실시예 5B 참조)하는 것의 이점을 예시한다. 이구성성분 섬유를 도 5에 예시한 장치 및 실시예 1.A에서 설명한 바와 유사한 조건 및 방사구금 팩을 사용하여 방사시켰다. 각 연신된 섬유는 26 데니어(28.6 데시텍스)의 선 밀도를 가졌다. 보일-오프 후 특성 및 이층 등급을 표 2에 기록하였다.
실시예 5.A
탄성 코어 중합체는 탄성 폴리에테르에스테르아미드(페박스TM 3533SN, 아토피 나 제품)이었고, 방사 동안에 부피 계량되어 각 섬유의 51 중량%인 코어를 생성시켰다. 6개의 날개를 형성하는 나일론 블렌드는 실시예 1.A에서 설명한 바와 같은 폴리(헥사메틸렌-코-2-메틸펜타메틸렌 아디프아미드)이었다. 생성된 섬유의 횡단면의 현미경사진을 도 9에 나타냈다.
실시예 5.B
실시예 1.A에서 설명한 바와 같은 5 중량%의 폴리(12-도데카놀락탐)을 날개 대 코어 응집을 돕기 위하여 날개 중합체에 첨가한 것을 제외하고는, 실질적으로 실시예 5.A에서와 같이, 6/MPMD(80/20)-6 폴리아미드 (폴리(헥사메틸렌-코-2-메틸펜타메틸렌 아디프아미드)(헥사메틸렌 성분이 80 몰%로 존재함)로 된 6개의 날개 및 탄성 폴리에테르에스테르아미드[페박스TM 3533SA]로 된 코어를 갖는 섬유를 제조하였다.
먼저 1.25 미터 릴 상에 5000 데니어(5550 dtex) 실타래(실타래 크기는 생성된 루우프의 양면을 모두 포함함)를 권취함으로써 섬유의 코어로부터의 날개의 이층을 측정하였다. 실타래를 오토클레이브 중에서 30분 동안 102℃ 증기 처리하였다. 실타래로부터 20 cm 길이를 갖는 개별 섬유를 선택하여 한번 반으로 접었다. 생성된 루우프의 개방 단부를 바닥에서 함께 테이핑하고, 테이핑된 루우프를 후크 상에서 수직으로 매달았다. 데니어 당 1 그램(0.9 dN/tex)(25 데니어[28 dtex] 루우프의 경우 50 그램)의 웨이트를 루우프의 바닥(테이핑된) 단부에 부착하였다. 웨이트를 루우프가 축 늘어질 때까지 올린 다음 부드럽게 감소시켜 루우프를 연신 시키켜 전체 웨이트를 인가하였다. 이러한 10회의 사이클 후에, 루우프를 확대하여 이층에 대하여 관찰하고 등급매겼다. 3개의 샘플을 하기하는 바와 같이 등급매겼다:
0 = 섬유를 따라서 가시적인 날개/코어 이층이 없음
1 = 1개 이상의 매듭 전도점에서 약간의 이층이 관찰됨
2 = 섬유가 이들이 매달려있는 후크에 스쳐서 벗겨지는 이층이 관찰됨
3 = 가장자리 이층(작은 루우프로, 및 단지 몇개의 반점으로)
4 = 섬유 전체를 따른 이층을 나타내는 작은 루우프
5 = 총체적 이층(모든 섬유 전체를 따라 큰 루우프 )
3개의 샘플들로부터의 결과를 평균하여 표 2에 기록하였다.
실시예 5.A 실시예 5.B
날개 중합체 6/MPMD-6 6/MPMD-6 + 5% N12
코어 중합체 페박스TM 3533SN 페박스TM 3533SN
보일 오프 후 스트레치% 66.7 92.1
보일 오프 후 수축률% 31 19
이층 등급 3.8 1.2

결과는 선택된 쌍의 코어 및 날개 중합체를 사용하여 이층을 견디는 섬유(실시예 5.A)를 제조할 수 있고, 정착제가 섬유의 이층 등급을 추가로, 예를 들면 약 2.5의 등급 이하로 감소시키는데(실시예 5.B) 유리한 효과를 가질 수 있음을 보여준다.
실시예 6
본 실시예는 특정 2개의 날개 횡단면을 갖는 본 발명의 섬유 및 날개와 동일한 중합체를 포함하고 날개들을 연속적으로 연결하는 얇은 외피의 사용을 예시한다. 이 경우, 각 날개의 한 면(날개의 단부로부터 떨어진)을 코어에 부착하여 날개가 T형태를 갖도록 하였다(도 4 참조). 얇은 외피는 코어를 둘러싸고, 엘라스토머와 표면의 접촉을 없앤다.
본 실시예에서 섬유를 제조하는데 있어서, 폴리(헥사메틸렌 도데칸아미드)(자이텔(등록상표) 158)를 날개 중합체로서 사용하고, 실질적으로 미국 특허 제4,906,721호에 기재되어 있는 바와 같이 제조된 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸테트라메틸렌 에테르)글리콜 연질 세그먼트 및 부틸렌 테레프탈레이트(4G-T) 경질 세그먼트를 갖는 폴리에테르에스테르를 코어로서 사용하였다. 코폴리에테르 글리콜 내로 혼입된 3-메틸테트라히드로푸란의 양은 9 몰%이었고, 글리콜 수 평균 MW는 2750이었고, 4G-T 대 코폴리에테르 글리콜의 몰 비는 4.6:1이었다.
중합체를 도 7A-7C 및 도 7F-7H에 나타낸 바와 같은 방사구금 판의 형태를 사용하여 방사시켰다. 방사구금 판 A(도 7A)에서, 외피-코어 홀은 0.011 인치[0.028 cm]의 직경을 가졌다. 제1 판 B(도 7B)의 코어 및 외피 홀은 0.008 인치[0.020 cm]의 직경을 가졌다. 제1 판 B(도 7B)의 코어 및 외피 홀은 0.025 인치[0.064 cm]의 직경을 가졌고, 이 판의 환은 0.100 인치[0.254 cm]의 외부 직경을 가졌다. 제3 판 F(도 7F)의 코어 및 외피 홀은 0.125 인치[0.318 cm]의 직경을 가졌다. 제4 판 G(도 7G)의 중앙의 코어 홀은 0.025 인치[0.064 cm]의 직경을 가졌고, 이 판의 환은 0.100 인치[0.254 cm]의 외부 직경을 가졌다. 제5 판 H(도 7H)의 중앙의 코어 홀은 0.033 인치[0.084 cm]의 직경을 가졌다.
중앙의 홀 및 환들은 중합체 흐름이 다음과 같도록 하는 치수를 갖는 것이었다. 코어 중합체는 각 판의 중앙의 코어 홀을 통해 바로 공급되었다. 날개 및 외피 중합체를 날개 오리피스로 및 각각 날개 오리피스에 의한 방사구금 판 A의 코어 홀의 외부 부분 및 판 B의 중앙 홀의 외부 부분으로 공급하였다. 그러므로 날개와 코어 사이의 첫번째 접촉은 방사구금 판 A에서였다. 판 C의 콘 형태의 날개 및 외피 오리피스는 중합체 부분을 아랫쪽으로 판 B의 날개 오리피스 내로 공급하고, 중합체 부분을 윗쪽으로 판 F의 중앙의 홀의 외부 연부로 공급하여 외피 부분을 형성하였다. 판 C의 콘 형태의 날개-및-외피 오리피스는 판 F의 오리피스에 의해 공급되었다. 판 F의 오리피스는 판 G의 오리피스에 의해 공급되었다. 판 G의 콘 형태의 오리피스는 판 F의 중앙 홀의 외부 연부로 공급되어 외피의 다른 부분을 형성하였다. 그러므로 외피와 코어 사이의 첫번째 접촉은 판 F에서였다. 판 H중의 오리피스는 각각 판 G 내의 오리피스로 공급되었다.
본 실시예에서 제조된 섬유에서, 날개 대 코어의 중량비는 56/44이었고, 외피는 총 날개 함량의 약 10 중량%이었다. 이 %는 약 2 내지 약 20 중량%로 변할 수 있다. 10개의 필라멘트들을 방사하여, 이완없이 3.6X 연신시키고, 분 당 900 미터로 권취하였다. 이완된 대기압 증기로의 노출시에, 섬유가 즉시 수축되어, 그 후 양호한 스트레치 및 회복을 나타내었다.
실시예 7
본 실시예는 본 발명의 섬유에서 요구되는 스트레치 및 회복을 달성하기 위 해서는 완전한 원주 나선형 트위스트가 필수적이지 않음을 보여준다.
실시예 1.C에서 사용된 날개 및 코어 중합체를 하기하는 차이점을 갖는, 실시예 1.A에서 사용한 것과 유사한 방사구금 팩을 통해 방사시켰다: 방사구금 판 A 내의 고리 오리피스는 0.023 인치(0.058 cm)의 길이를 가졌고, 중앙의 둥근 홀은 0.008 인치(0.200 cm)의 직경을 가졌고; 분포 판 B에는 슬롯(154)이 없으며(도 6B 참조); 10개의 섬유를 방사시켜 실을 형성하는데, 각 섬유는 날개 중합체가 33 중량%이고; 실은 이완없이 3.3X 연신되고 1040 미터/분으로 권취되었다. 도 8 및 9는 생성된 실 중의 섬유의 현미경사진으로, 날개의 원주 나선형 트위스트 및 비원주 나선형 트위스트를 모두 보여준다. 원주 트위스트 구역 및 비원주 트위스트 구역은 완전한 이완에 대하여 유사한 반응을 가졌다: 대기압 증기를 받은 10 cm 길이는 4.8 cm로 수축하였다. 반복되는 스트레치 및 이완 사이클(10 cm까지)은 6.5 cm의 길이를 초래하였고, 이것은 그러나 반복되는 대기압 증기에 노출시에 다시 4.8 cm로 수축되어 가역적인 경화를 나타내었다.
본 발명을 그의 상세한 설명과 함께 설명하였지만, 상기한 설명은 예시적이고 성질을 설명하는 것으로, 본 발명 및 그의 바람직한 실시태양을 예시하기 위한 것임을 알아야 한다. 일상적인 실험을 통해, 당 업계의 통상의 숙련인들은 본 발명의 본질에서 벗어나지 않고서도 제조될 수 있는 명백한 변형 및 변화를 인식할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 방사상 대칭 횡단면을 갖고, 열가소성 탄성 중합체를 포함하는 축 코어와, 코어에 부착된 1종 이상의 열가소성 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하는 신축성 합성 중합체 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 3 내지 8개의 날개를 포함하고, 20% 이상의 보일-오프 후 스트레치를 갖고, 섬유를 직선으로 하는데 10% 미만의 스트레치를 필요로 하며, 원형 코어 횡단면을 갖고, 비탄성 날개 중합체 대 탄성 코어 중합체의 중량비가 10/90 내지 70/30 범위 내인 섬유.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비탄성 중합체가 비탄성 폴리아미드, 폴리올레핀 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 탄성 중합체가 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머, 열가소성 폴리올레핀, 열가소성 폴리에스테르아미드 엘라스토머 및 열가소성 폴리에테르에스테르아미드 엘라스토머로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비탄성 중합체가 a) 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) 및 이의 2-메틸펜타메틸렌 디아민과의 공중합체 및 b) 폴리카프롤락탐으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 탄성 중합체가 폴리에테르아미드인 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비탄성 중합체가 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 이의 공중합체, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트)로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 탄성 중합체가 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 또는 폴리(테트라메틸렌-코-2-메틸테트라메틸렌에테르)글리콜과 테레프탈산 또는 디메틸 테레프탈레이트, 및 1,3-프로판 디올 및 1,4-부탄 디올로 이루어진 군으로부터 선택된 디올의 반응 생성물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코어가 그의 바깥쪽 표면 상에서, 날개가 코어와 접촉하는 지점들 사이에 비탄성 중합체로 된 외피를 포함하는 섬유.
  7. 제1항에 있어서, 날개의 코어에 대한 부착력을 개선시키기 위하여 날개의 비탄성 중합체에 첨가되는 첨가제를 추가로 포함하고, 이 섬유가 하기 기준에 준하여 평균 2.5 미만의 이층 등급을 갖는 섬유.
    0 = 섬유를 따라서 가시적인 날개/코어 이층이 없음
    1 = 1개 이상의 매듭 전도점에서 약간의 이층이 관찰됨
    2 = 섬유가 이들이 매달려있는 후크에 스쳐서 벗겨지는 이층이 관찰됨
    3 = 가장자리 이층(작은 루우프로, 및 단지 몇개의 반점으로)
    4 = 섬유 전체를 따른 이층을 나타내는 작은 루우프
    5 = 총체적 이층(모든 섬유 전체를 따라 큰 루우프)
  8. 제7항에 있어서, 상기 비탄성 중합체가 (a) 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) 및 이의 2-메틸펜타메틸렌 디아민과의 공중합체 및 (b) 폴리카프롤락탐으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 탄성 중합체가 폴리에테르에스테르아미드인 섬유.
  9. 35% 이상의 보일-오프 후 수축을 갖고, 섬유를 직선으로 하기 위하여 10% 미만의 스트레치를 필요로 하는 신축성 합성 중합체 섬유.
  10. 탄성 중합체를 포함하는 축 코어와, 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하고, 코어가 그의 바깥쪽 표면 상에서, 날개가 코어와 접촉하는 지점들 사이에 비탄성 중합체로 된 외피를 포함하는 신축성 합성 중합체 섬유.
  11. 탄성 중합체를 포함하는 축 코어와, 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하고, 코어가 원형 또는 정다각형 횡단면을 갖는 신축성 합성 중합체 섬유.
  12. 탄성 중합체를 포함하는 축 코어와, 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하고, 날개들 중 적어도 1개가 T, C, 또는 S 형태를 갖는 신축성 합성 중합체 섬유.
  13. 제1, 9, 10, 11 및 12항 중 어느 한 항에 기재된 섬유를 포함하는 의류.
  14. 1종 이상의 열가소성 비탄성 중합체를 포함하는 용융물 및 열가소성 탄성 중합체를 포함하는 용융물을 방사구금을 통과시켜, 방사상 대칭 횡단면을 갖고 탄성 중합체를 포함하는 축 코어와 코어에 부착된 비탄성 중합체를 포함하는 다수개의 날개를 포함하는 다수개의 신축성 합성 중합체 섬유를 형성시키는 단계; 섬유가 방사구금의 모세관을 빠져나온 후에 섬유를 급냉시켜 섬유를 냉각시키는 단계; 및 섬유를 수집하는 단계를 포함하는, 연속 중합체 섬유 방사용 용융 방사 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 급냉 후에, 섬유가 20% 이상의 보일-오프 후 스트레치를 나타내도록 섬유를 열 이완시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 열 이완을, 가열 매질이 건조 공기일 때는 80℃ 내지 120℃ 범위, 가열 매질이 뜨거운 물일 때는 75℃ 내지 100℃ 범위, 및 가열 매질이 가압 증기일 때에는 101℃ 내지 115℃ 범위의 온도에서, 건조 공기, 뜨거운 물 또는 가압 증기인 가열 매질로 수행하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 급냉 후에, 섬유가 20% 이상의 보일-오프 후 스트레치를 나타내도록 섬유를 연신시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 급냉 후에, 이완전의 섬유 길이를 기준하여 1-35% 범위로 섬유를 이완시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
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