KR101027614B1 - 터프티드 부직포, 및 그의 제조 방법과 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터프티드 부직포(tufted nonwoven)의 제조 방법 및 용도에 관한 것으로, 상기 방법에서는 터프팅 백킹(backing)에서의 터프팅 프로세스시, 이형 단면을 가지며, 섬유의 길이 방향에 대해 횡으로 측정하였을 때 40mN 이상의 터프티드 얀에 대한 접착력을 갖는 섬유가 사용된다. 본 발명에 따르면 그러한 부직포는 카페트 제조용 카페트 백킹(carpet backing)으로서 사용된다.

Description

터프티드 부직포, 및 그의 제조 방법과 용도 {METHOD FOR PRODUCING TUFTED NONWOVEN, TUFTED NONWOVEN AND USE THEREOF}
본 발명은 터프티드 부직포의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 부직포의, 특히 카페트 백킹(carpet backing)으로서의, 용도에 관한 것이다.
소위 터프팅 카페트(tufting carpet)를 제조하기 위해 터프팅, 즉 재봉틀(sewing machine)의 원리에 따라 작용하는 3차원 면 제조 기술이 사용된다.
상기 기술에서는 터프팅 니들이 터프티드 얀(tufted yarn)을 베이스 재료, 소위 터프팅 백킹 내에 짜넣는다. 니들 바(needle bar)에 장착된 터프팅 니들들이 베이스 재료(예: 부직포)의 폭에 걸쳐 배치되어 상기 베이스 재료를 동시에 찌른다. 터프팅 니들들이 다시 위를 향해 처음 위치로 복귀하기 전에, 상기 삽입된 터프티드 얀이 집게, 소위 루퍼(looper)에 의해 베이스 재료의 밑면에 고정된다. 그럼으로써 완성된 카페트에 겉면(상부층)을 형성하는 루프들(loop), 소위 터프트(tuft)가 생성된다.
용도에 따라서 이러한 루프들은 터프팅 프로세스 중에 커터(cutter)를 사용하여 미리 절단될 수 있다. 이 경우, 소위 벨로아 카페트가 만들어지며, 상기 벨로아 카페트는 특히 자동차 실내 영역에서 바람직하게 95% 이상의 비율로 사용된 다.
터프팅 백킹으로는 주로 열가소성 플라스틱 폴리머(예: 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 및/또는 폴리프로필렌(PP) 섬유)로 된 부직포가 사용되며, 상기 부직포는 니들 펀칭(needle punching), 점용접(spot welding)을 통해 또는 화학적 결합제, 결합 섬유를 이용하여 또는 이러한 보강 프로세스들의 조합에 의해 접합된다.
오직 점용접된 부직포만 사용하거나, 오직 결합제를 사용하여 접합된 부직포만 사용하는 것은 바람직하지 못한데, 그 이유는 그러한 부직포가 가공성(formability)이 좋지 않아, 특히 자동차 영역에 사용할 경우, 3차원 성형품을 제조하기에 부적합하기 때문이다.
종래의 원형 섬유를 사용하면 터프팅 백킹 부직포 내에 사용된 섬유와 터프티드 얀 사이의 접촉면 및 마찰이 비교적 적기 때문에, 특히 복잡한 카페트 표면 구조물(예: 소위 하이-로(high-low) 벨로아급 내지는 하이-로 루프급 또는 (터프트 오프셋을 포함한) 크로스오버 벨로아급)의 경우에 터프티드 얀에 대한 고정력이 충분하지 못한 경우가 종종 있다. 터프팅 니들의 스티칭에 의해 터프팅 백킹 내로 짜넣어진 터프티드 얀은 이미 터프팅 백킹 밀도의 변동, 얀 응력의 변동 및 얀 품질의 변동이 낮음으로 인해 자신의 주어진 위치, 즉 예컨대 터프트의 높이 또는 자리를 소실할 수 있고, 심지어 상황에 따라서는 터프티드 얀이 터프팅 백킹으로부터 빠질 수 있다. 두 경우 모두 터프티드 카페트 상부층 내에 명백히 눈에 띄는 결함 및 바람직하지 않은 디자인 결함들을 야기할 수 있다.
따라서 터프팅 백킹으로서 사용되는, 원형 섬유를 함유한 공지된 종래의 부직포는 터프팅 백킹 내에 짜넣어진 터프티드 얀의 매우 우수한 접착성 및 카페트 상부층 내에 형성된 결함 없는 터프팅 패턴에 대한 다양한 요건들을 더 이상 충분히 충족시키지 못한다.
US 6,740,385 B2에는, 직조된 직물이 단섬유(staple fiber)로 된 균일한 부직포 층과 접촉되어 서로 용융 결합됨으로써, 터프팅 프로세스 중에 그리고 그 이후에 패턴 균일성 및 치수 안정성, 특히 변형에 대한 안정성이 개선된다는 내용이 개시되어 있다.
본 발명의 과제는, 사용된 섬유의 유형에 의해 터프트 접착성이 개선된 부직포, 특히 개선된 카페트 백킹을 만드는, 터프티드 부직포 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 까다로운 터프팅 프로세스를 현저히 간소화하고, 터프팅 속도를 높이는 것이다. 또한, 상기 방법으로 제조된 제품, 특히 카페트가 개선된 사용 특성을 나타내는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1의 특징들을 통해 해결된다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 터프티드 부직포의 제조를 위해 이형 단면을 가지며, 40mN 이상의 터프티드 얀에 대한 접착력을 나타내는 섬유가 사용된다. 상기 접착력은 섬유의 길이 방향에 대해 횡으로 측정한 것이다.
여기서 섬유라 함은 단섬유 또는 필라멘트를 말한다. 상기 섬유 역시 접착포, 특히 보강된 접착포, 즉 부직포에 결합될 수 있다.
바람직하게는 이형 단면을 갖는 섬유의 함량은 1 내지 99중량%에 달한다.
사용된 섬유의 구체적인 단면 형태는, 주어진 조건 하에서 주어진 치수의 터프티드 얀에 대한 터프트 접착력에 도달하기까지 부수적 역할을 담당한다. 삼각형 단면을 가진 섬유, 소위 트리로발(trilobal) 섬유, 4개, 5개 또는 그 이상의 아암을 가진 별 형태의 섬유 또는 단면이 평평하거나, 타원형이거나, T자형이거나, M자형이거나, S자형이거나, Y자형이거나, H자형인 섬유가 사용될 수 있다.
이해를 돕기 위해 하기에 여러 단면들을 도시하였다.
Figure 112008010458763-pat00001
바람직하게는 터프티드 부직포 제조 방법에서 2개 이상의 폴리머 성분을 함유한 섬유가 사용된다.
사용되는 섬유는 바람직하게 단일 성분 섬유, 다성분 섬유 또는 상기 섬유들의 혼합물의 형태로 다양한 폴리머 성분을 함유한다.
이때, 열적 보강이 실시되면, 1개의 폴리머 성분이 결합 성분으로서 작용할 수 있으며, 이 경우 상기 성분의 용융점은 바람직하게 다른 성분들의 용융점보다 낮은 10 내지 155℃에 놓인다.
바람직하게는 섬유들 또는 상기 섬유들의 혼합물 내에 함유된 결합 성분의 함량은 부직포의 전체 함량을 기준으로 1 내지 20중량%, 바람직하게는 10중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5중량% 이하이다. 그 결과, 제조된 부직포의 물리적 특성들이 각각의 용도에 맞게 매칭될 수 있다.
또한, 특히 카페트 백킹으로서 사용하기 위한 터프티드 부직포의 제조를 위해, 열가소성 플라스틱 폴리머, 특히 폴리에스테르, 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리락테이트 및/또는 이들로부터 유도된 코폴리머로부터 생성된 섬유가 사용된다.
요구되는 부직포의 강도 특성의 관점에서, 바람직하게 5 내지 14dtex(SI 단 위: 1dtex = 1g/10,000m)의 번수를 갖는 섬유가 사용된다.
섬유간 마찰력이 증가하면 터프팅 백킹 및 상기 터프팅 백킹으로부터 제조된 터프티드 카페트 백킹의 치수 안정성이 향상되며, 이는 모든 카페트 제조 공정에 있어서 바람직하다. 터프팅 카페트 백킹은 형태 안정성이 더욱 뛰어난데, 그 이유는 전술한 섬유가 보다 높은 정지 마찰력 및 미끄럼 마찰력으로 인해 원형 섬유보다 서로 더욱 강하게 접착되고, 그럼으로써 모든 수열법(hydrothermal process)에서 치수 안정성이 개선되기 때문이다.
본 발명에 따라 상기 방법으로 제조된 터프티드 부직포는 카페트 제조용 카페트 백킹으로 사용되며, 이때 섬유는 주로 폴리에스테르 및/또는 폴리아미드와 같은 폴리머들로 형성된다.
또한, 상기 방법으로 제조된 터프티드 부직포는 필터 매체로서 또는 흡수성 위생 용품의 확산층으로서 사용될 수도 있다.
실시예를 참고로 본 발명의 대상을 보다 상세히 설명한다. 하기의 실시예가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
터프티드 부직포의 제조에 사용되는 섬유의 적합성은 하기에 기술된 방식으로 규정된다.
여러 이형 단면 섬유들 및 비교로서 1개의 원형 단면 섬유를 각각 고정(clamping)하고, 카페트 얀을 꿰어 상기 섬유 위쪽으로 당기며, 그 결과로 형성된 얀의 인장력을 용수철 저울(spring balance)을 이용하여 측정한다. 그 대안으로, 얀을 고정시키고 그 위로 섬유를 당길 수도 있다.
고정력 또는 접착력을 측정하기 위해 카페트 산업에서 통용되는 카페트 얀, 예컨대 19dtex의 개별 강도를 가진 64가닥의 필라멘트로 형성된 BCF사(bulked continuous filament, 텍스쳐라이즈드 필라멘트사)가 사용된다. 정지 마찰이 극복되면 섬유 또는 얀에서 발생하는 힘이 측정되고, 상기 섬유 또는 얀이 미끄러지기 시작한다.
측정법:
Figure 112008010458763-pat00002
10회 측정마다 산출된 평균값:
M자형 섬유 S자형 섬유 Y자형 섬유 T자형 섬유 원형 섬유
1개 섬유에 걸친 터프티드 얀의 접착력 mN 56 54 45 50 29
실시예:
전술한 필라멘트들을 사용하여 하기에 상세히 기술되는, 카페트 산업에서 사용하기에 매우 적합한 부직포를 제조하였다.
상기 부직포는 90중량%까지, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 거의 M자형의 단면을 가진 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유들로 구성되었고, 상기 섬유들은 약 50℃ 더 낮은 용융점을 갖는 코폴리에스테르에 의해 결합되어, 이형 단면으로 인해 더욱 개선된 접착성을 야기하였다.
반사전자현미경(REM) 촬영은 섬유 단면/접착포 단면 및 표면 구조의 적절한 확대 촬영을 가능하게 하였다. REM 사진은 20kV의 가속전압(acceleration voltage)에서 저압-반사전자현미경 JEOL JSM-6480LV을 이용하여 촬영되었다.
도 3 및 도 4는 종래의 원형 PET 섬유의 섬유 단면의 REM 촬영 사진이다.
이형 단면 섬유의 섬유 단면은 원형 단면 섬유의 섬유 단면에 비해 각각 훨씬 더 큰 둘레를 가지며, 그러한 큰 둘레는 이형 단면 섬유의 표면이 그에 상응하게 더욱 크도록 한다.
0.63 내지 0.69의 고유 용액 점도를 가진 그러한 이형 폴리에스테르 방적 섬유의 고유 강도는 약 25 내지 40cN/tex(SI 단위: 1cN/tex = 104m2/s2)이었다. 연신율은 90 내지 150%에 달하였다(DIN 53812 및 DIN 53816).
부직포는 65 내지 180 g/m2의 단위면적당 질량을 가졌다. 제조 방향으로의 고유 초기 탄성율(initial modulus)은 0.97Nm2/g이었고, 상기 방향에 대해 횡으로 90°의 방향으로는 정확히 1.1Nm2/g이었다.
그러나 동일한 한계 조건들에서 원형 섬유로 제조된 부직포는 제조 방향으로 0.88Nm2/g의 초기 탄성율을, 그리고 횡방향으로 0.79Nm2/g의 초기 탄성율을 가졌다. 이러한 부직포의 최대 연신율은 25 내지 50%이다(EN 29073 Part 3).
도 1 및 도 2는 거의 M자형 단면을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 종래의 원형 PET 섬유의 단면을 나타내는 도면이다.

Claims (11)

  1. 터프티드 부직포(tufted nonwown)의 제조 방법으로서, 터프팅 백킹(tufting backing)에서의 터프팅 프로세스시, 이형 단면을 가지며, 섬유의 길이 방향에 대해 횡으로 측정하였을 때, 40mN 이상의 터프티드 얀에 대한 접착력을 갖는 섬유가 사용되는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 이형 단면을 갖는 섬유의 함량이 1 내지 99중량%로 하여, 원형 단면을 갖는 섬유와의 혼합물이 사용되는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 사용된 섬유가 2개 이상의 폴리머 성분을 함유하는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 사용된 섬유가 단일 성분의 혼합물, 다성분의 혼합물 또는 상기 섬유의 혼합물의 형태로 다양한 폴리머 성분을 함유하는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 열적 보강이 실시되면, 상기 폴리머 성분들 중 하나가 결합 성분으로서 작용하며, 상기 성분의 용융점이 다른 성분들의 용융점보다 낮은 10 내지 155℃에 놓이는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 결합 성분의 함량이 상기 부직포의 전체 함량을 기준으로 1 내지 20중량%에 달하는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유가 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리락테이트와 같은 열가소성 플라스틱 폴리머 또는 이들로부터 유도된 코폴리머로부터 선택되는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유가 5 내지 14dtex의 번수를 갖는, 터프티드 부직포의 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 터프티드 부직포.
  10. 제 9항에 따른 터프티드 부직포로 이루어진 카페트 제조용 카페트 백킹.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 섬유가 폴리에스테르 또는 폴리아미드로부터 선택되는, 카페트 제조용 카페트 백킹.
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