KR101048536B1 - 고 용적 복합 시트 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 명시된 간격(d')으로 이격된 결합(13')으로 주름성 층(10', 12')에 단속적으로 결합된 수축성 층(11')을 포함하는 다층 복합 시트에 관한 것이며, 상기 수축성 층(11')이 수축하는 동시에 결합(13') 사이에서 주름성 층(10', 12')을 주름잡히게 할 수 있다. 본 발명은 명시된 간격(d')으로 이격된 결합(13')으로 주름성 층(10', 12')에 수축성 층(11')을 단속적으로 결합시키고, 수축성 층(11')이 수축하는 동시에 결합(13') 사이에서 주름성 층(10', 12')을 주름잡히게 하는 다층 복합 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 수축성 층(11')은 잠재 나선형 권축을 가지는 섬유를 포함하는 부직웹 또는 섬유의 배열을 포함한다.
수축성 층, 주름성 층, 다층 복합 시트, 잠재 나선형 권축, 부직웹

Description

고 용적 복합 시트 및 그의 제조 방법{HIGH BULK COMPOSITE SHEETS AND METHOD FOR PREPARING}
본 발명은 수축성 층을 주름성 층에 단속적으로 결합시켜 매우 높은 용적을 가지는 탄성 다층 복합 시트의 개선된 제조 방법에 관한 것이다.
고 용적 부직 시트는 공지되어 있다. 완충 및 절연 최종 용도로 의도된, 고도로 권축된 탄성의 카디드 (carded) 또는 건식 레이드 (air-laid) 섬유를 이용한 탄성 변형체는 일반적으로 "인조섬유솜 (fiberfill)"으로 공지되어 있다. 용적, 완충 및 탄성은 섬유의 권축 및 탄성 계수로부터 발생한다. 일부 인조섬유솜 구조는 랜덤 섬유 배향으로 건식 레이드된다. 다른 일부는 균형잡힌 특성을 제공하기 위해 카디드 및 교차 중첩된다. 다수는 강도를 향상시키기 위해 약하게 니들로 펀치시킨다. 대부분은 반복되는 하중 및 제하로부터의 분열을 방지하기 위해 섬유 교차점에서의 섬유간 결합에 의지한다. 섬유간 결합은 스프레이 결합제, 파우더 결합제로 달성되거나, 또는 저온 용융 섬유를 고온 용융 매트릭스 섬유와 혼합하여 달성된다. 일부 경우에는, 저온 용융 성분 및 고온 용융 성분, 예컨대 쉬쓰-코어 (sheath-core) 섬유 (쉬쓰는 코어 중합체보다 낮은 용융점을 가진 중합체를 포함함)를 포함하는 다성분 섬유를 사용하여 달성된다. 이러한 결합된 선행 기술 제품 은 구조를 안정화시키는데 필요한 광대한 섬유 상호 결합 때문에 제한된 순응성 및 드레이프를 가진다. 선행 기술 제품으로 달성되는 용적 수준은 제품이 얽혀있지 않거나 또는 결합되어 있지 않는 한 일반적으로 제한된다. 그러나, 이러한 비결합 제품들은 하중하에서 쉽게 붕괴 (매트-다운 (mat-down))하기 때문에 내구성이 없다.
또한, 나선 권축성의 병렬식 다성분 필라멘트를 이용한 개선된 완충/절연 제품은 당업계에 공지되어 있다. 이들 제품은 대개 4 oz/yd2을 훨씬 초과하는 기본 중량을 가지며, 섬유는 그 교차점에서 상호 결합된다. 예를 들면, 데이비스 (Davies) 등의 미국 특허 제3,595,731호는, 교차점에서의 섬유간 결합을 달성시키기 위해 권축된 섬유의 나선들을 연동시키고, 저온 용융 섬유 성분을 용융시켜 기계적으로 결합된 2성분의 나선형으로 권축된 섬유를 포함하는 병렬식 2성분 섬유상 물질을 기재하고 있다. 단일 단계에서 권축을 발달시키고 잠재적으로 접착제 성분을 활성화시킬 수 있거나, 또는 먼저 권축을 발달시킨 후 접착제 성분을 활성화시킬 수 있다. 섬유가 그의 권축 포텐셜을 완전히 발달시키도록 시트에 압력을 가하지 않으면서 권축을 발달시킨다. 이러한 제품들은 고 용적을 가지지만, 베개 등과 같은 최종 용도에 필요한 매우 높은 용적, 또는 의복 안감과 같은 최종 용도에 필요한 드레이프성을 가지진 않는데, 그 이유는 평면적으로 권축된 섬유로부터 형성된 제품에서와 같이 섬유 권축 단독으로 인해 발생된 용적도가 이러한 최종 용도에 충분하지 않기 때문이다.
파이크 (Pike) 등의 미국 특허 제5,382,400호는 연속상 다성분 중합체 필라멘트를 용융 방사하고, 필라멘트를 연신하고, 필라멘트가 잠재 나선형 권축을 가지도록 적어도 부분적으로 다성분 필라멘트를 켄칭하고, 잠재 나선형 권축을 활성화시키고, 이후에 권축된 연속상 다성분 필라멘트를 부직포로 형성시키는 단계들을 포함하는 부직포의 제조 방법을 기재하고 있다. 생성된 부직포는 실질적으로 안정하고 균일한 것으로 기재되어 있고, "높은 로프트 (loft)"를 가질 수 있으며, 게다가 모든 용적 또는 "로프트"는 전적으로 섬유 권축으로부터 발생한다.
에반스 (Evans) 등의 미국 특허 제3,671,379호는 2 이상의 합성 폴리에스테르의 가로 편심적 배열을 포함하는 자기 권축성 복합 필라멘트를 기재하고 있으며, 상기 2 개 중 제1 폴리에스테르는 그것의 결정질 부위의 화학적 반복 단위가 비확장된 안정 배좌로 존재하는 부분적 결정질이고, 상기 2 개 중 제2 폴리에스테르는 결정질 부위의 화학적 반복 단위가 그것의 완전히 확장된 화학적 반복 단위의 배좌 길이에 더 가까이 접근한 배좌로 존재하는 부분적 결정질이다. 복합 필라멘트는 높은 실 번수 (thread count) 직조 구조에 의해 부과되는 제한에 대하여 고도의 나선형 권축을 발달시킬 수 있으며, 권축 포텐셜은 연신 응력 및 고온을 가함에도 불구하고 보통과 달리 잘 유지된다. 섬유 제조 공정의 한 부분으로 장력하에서 천천히 식힐 때, 복합 필라멘트는 권축 포텐셜이 감소하기 보다는 증가한다. 필라멘트는 편직물, 직물 및 부직포에 유용한 것으로 기재되어 있고, 벌키/탄성 구조를 형성하는데 또한 유용할 수 있다. 고빈도의 권축 발생이 기재되어 있고, 고 용적 (모든 용적은 섬유 권축으로부터 발생됨)으로 정량화 없이 언급되어 있다.
벌키 탄성 복합 부직 물질 또한 당업계에 공지되어 있다. 이러한 물질의 예로는, "스트레치 본디드 (stretch-bonded)" 및 "넥 본디드 (neck-bonded)" 라미네이트를 포함한다. 층들을 이완시킬 때 주름성 층이 주름잡히도록 탄성 층이 연장된 상태에 있는 동안 탄성 층에 주름성 층을 연결시켜, 스트레치 본디드 라미네이트를 제조한다. 비탄성 층이 연장된 상태에 있을 때 탄성 층과 넥키드 (necked) 비탄성 층을 연결시켜 "넥 본디드 라미네이트"를 제조한다. 이들 제품들에서 탄성 층은 일반적으로 탄성 필름 또는 탄성 부직웹, 예컨대 탄성 멜트블로운 웹을 포함한다.
붕괴하지 않으면서 반복되는 하중 및 제하를 견딜 수 있는 안정한 구조를 생산하기 위해 광대한 섬유간 결합 또는 광대한 섬유간 얽힘에 의존하지 않고, 탄성 용적을 생산하기 위해 매우 높은 섬유 권축의 발달에 완전히 의존하지 않는 고 용적, 고 탄성 및 고 내구성의 섬유상 시트에 대한 필요가 존재한다.
<본 발명의 요약>
본 발명은, 근접한 결합들이 하나 이상의 방향에서 5 mm 이상의 간격으로 이격된 배열의 결합으로 하나 이상의 주름성 층을 수축성 층에 단속적으로 결합시키는 단계; 및
주름성 층이 근접한 결합 사이에서 휘어진 부분을 형성하도록 하나 이상의 방향에서 10 % 이상으로 결합된 다층 시트를 수축시키는 단계
를 포함하고, 상기 휘어진 다층 복합 시트는 3 mm 이상의 두께 및 50 cc/g 이상의 용적을 가지는, 다층 복합 시트의 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 제1 중합체 층;
단속적 패턴의 결합으로 제1 층의 제1 측면에 결합된 제2 중합체 층
을 포함하고, 상기 결합이 하나 이상의 방향에서 약 5 내지 25 mm의 결합 간격으로 이격되고, 상기 제2 층이 결합들 사이에서 주름잡히고, 상기 다층 복합 시트가 약 3 mm 내지 30 mm의 두께 및 50 cc/g 이상의 용적을 가지는, 다층 복합 시트에 관한 것이다.
도 1a는 수축하기 전의 2층 복합 시트의 개략적 단면도이다. 도 1b는 수축한 후의 도 1a의 제품의 개략도이다.
도 2a는 하나의 수축성 층, 및 수축성 층에 한 면에 한 층씩 단속적으로 결합된 2 개의 주름성 섬유상 층을 포함하는 3층 복합 시트의 개략도이다. 도 2b는 수축성 층을 수축시킨 후의 도 2a의 3층 복합 시트의 개략도이다.
도 3a는 한 면에 단속적으로 결합된 2 개의 주름성 섬유상 층, 및 다른 면에 단속적으로 결합된 단일 주름성 섬유상 층을 가지는 단일 수축성 층을 포함하는 4층 복합 시트의 개략도이다. 도 3b는 수축성 층을 수축시킨 후의 도 3a의 4층 복합 시트의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복합 시트 구조의 개략도이다.
수축성 중합체 층을 하나 이상의 주름성 층에 단속적으로 결합시킨 후 수축성 층을 수축시켜, 주름성 층(들)을 결합 사이에서 평면 밖으로 휘어지게 하여 본 발명의 다층 복합 시트를 제조한다. 수축성 층은 바람직하게는 하나 이상의 방향에서 10 % 이상, 더욱 바람직하게는 20 % 이상, 가장 바람직하게는 40 % 이상으로 수축할 수 있다. 주름성 층(들)은 수축하지 않거나, 또는 바람직하게는 수축성 층이 수축하게 될 때 고도의 수축성 중합체 층의 수축도의 40 % 미만, 더욱 바람직하게는 20 % 미만, 가장 바람직하게는 10 % 미만으로 수축한다. 층들은 불연속 패턴 또는 점 또는 선의 배열로 결합되어 있으며, 근접한 결합들 사이의 결합 간격은 하나 이상의 방향에서 5 mm 이상이며, 수축성 중합체 층은 10 % 이상으로 수축하여 결합들 사이의 주름성 층(들)의 휨도를 최대화한다. 결합 간격은 근접한 결합들의 외부 말단들 사이의 간격으로 측정된다. 수축 단계 동안, 수축성 층은 바람직하게는 수축성 층의 평면 내에서 실질적으로 수축한다. 수축성 층의 수축은 주름성 층을 결합들 사이에서 휘어지게 하여, 수축된 층에 견고하게 부착된 아치 구조를 형성시킨다. 바람직한 실시태양에서는, 주름성 층은 부직웹을 포함하고, 수축성 층(들)은 저밀도 섬유상 와프 (warp), 부직웹 또는 부직포이다. 복합체의 최종 전체 밀도는 낮고, 바람직하게는 약 0.020 g/cc 미만이고, 용적은 매우 높고, 약 50 cc/g 초과, 바람직하게는 약 100 cc/g 초과이며, 이는 심지어 압축되고 해제된 후에도 그러하다. 본 발명에 따라 제조된 다층 복합 시트는 매우 높은 용적 및 매우 낮은 밀도에도 불구하고 탄성이고 내구성이 있다.
본 명세서에서 사용된 "폴리에스테르"란 용어는 85 % 이상의 반복 단위들이 에스테르 단위의 형성으로 생성된 결합을 갖는, 디카르복실산과 디히드록시 알코올의 축합 산물인 중합체를 포함하는 것을 의미한다. 이는 방향족, 지방족, 포화 및 불포화 2-산 및 2-알코올을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "폴리에스테르"란 용어는 공중합체 (예컨대, 블록, 그래프트, 랜덤 및 교대 공중합체), 블렌드 및 그의 개질물을 또한 포함한다. 폴리에스테르의 예로는, 에틸렌 글리콜과 테레프탈산의 축합 산물인 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 및 1,3-프로판디올과 테레프탈산의 축합 산물인 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)를 포함한다.
본 명세서에 사용된 "부직포", "부직웹" 및 "부직 층"이란 용어는, 기계적으로 상호 결합된 섬유의 규칙적인 패턴에 반대되는, 즉 직물 또는 편직물이 아닌 것으로서, 지향성으로 또는 랜덤하게 배향되고, 마찰 및/또는 응집 (cohesion) 및/또는 점착에 의해 임의적으로 결합된 개별 섬유, 필라멘트 또는 실의 직물 구조를 의미한다. 부직포 및 부직웹의 예로는, 스펀본드 연속상 필라멘트 웹, 카디드 웹, 건식 레이드 웹 및 습식 레이드 웹을 포함한다. 적절한 결합 방법은 열 결합, 화학적 또는 용매 결합, 수지 결합, 기계적 니들링, 수압 니들링, 스티치결합 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "다층 복합 시트"란 용어는 물질의 2 개 이상의 층을 포함하는 다층 구조를 지칭하며, 상기 층의 하나 이상은 시트 구조, 예컨대 필름, 직물 또는 웹을 포함한다. 예를 들면, 다층 복합 시트는 편직물, 직물 또는 부직포의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 다층 복합 시트를 제조하기에 적절한 다른 층은 나선 권축성 필라멘트, 필름, 플라스틱 망 등의 배열 또는 와프와 같은 필라멘트의 배열 또는 와프를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "기계 방향" (MD)이란 용어는 부직웹이 제조되는 방향 을 지칭한다. "횡 방향" (XD)이란 용어는 기계 방향에 일반적으로 수직인 방향을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 "다성분 필라멘트" 및 "다성분 섬유"란 용어는 단일 필라멘트 또는 섬유를 형성하기 위해 함께 방사된 2 개 이상의 별개의 중합체로 구성된 임의의 필라멘트 또는 섬유를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 "섬유"란 용어는 연속상 필라멘트 및 불연속 (스테이플) 섬유를 모두 포함한다. 본 발명의 다층 복합 시트를 형성하기 위해 사용된 부직 층은 단 (스테이플) 섬유 또는 연속상 필라멘트로부터 제조될 수 있다. "별개의 중합체"란 용어는 2 개 이상의 중합체 성분 각각이 별개로 다성분 섬유의 횡단면에 걸쳐서 실질적으로 일정하게 위치된 별개의 영역에 배열되고, 섬유의 길이를 따라 실질적으로 연속적으로 연장되는 것을 의미한다. 다성분 섬유에서 중합체 성분들은 화학적으로 상이할 수 있거나 또는 동일한 화학적 조성을 가질 수 있다. 화학적으로 동일하다면, 나선 권축성 섬유를 제공하기 위해서 이성질체의 형태, 결정성, 수축도, 탄성 또는 기타 특성이 상이하여야 한다. 다성분 섬유는 별개의 중합체의 영역이 형성되지 않는 중합체 물질의 균질 용융 블렌드로부터 압출된 섬유와 구별된다. 다성분 섬유에서 하나 이상의 중합체 성분은 상이한 중합체의 블렌드일 수 있다. 나선형 권축을 발달시킬 수 있는 다성분 섬유는 가로 편심적 횡단면을 가지며, 이는 중합체 성분들이 섬유의 횡단면에서 편심적인 관계로 배열되는 것이다. 바람직하게는, 다성분 섬유는 2 개의 별개의 중합체로 제조되고, 중합체의 편심적 쉬쓰-코어 또는 병렬식 배열을 가지는 2성분 섬유이다. 가장 바람직하게는, 다성분 섬유는 병렬식 2성분 섬유이 다. 2성분 섬유가 편심적 쉬쓰-코어 배위라면, 저온 용융 중합체는 바람직하게는 열 처리 이전에 부직 층의 열점 결합을 촉진시키기 위해 쉬쓰에 존재한다.
본 명세서에서 사용된 "다성분 웹"이란 용어는 다성분 섬유를 포함하는 부직웹을 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 "2성분 웹"은 2성분 섬유를 포함하는 부직웹을 지칭한다. 다성분 및 2성분 웹은 각각 다성분 섬유 또는 2성분 웹과 단일 성분 섬유와의 블렌드를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "스펀본드" 섬유란 용어는 방사구의, 미세하고 대개 원형인 다수의 모세관으로부터 용융된 열가소성 중합체 물질을 섬유로서 압출한 후, 압출된 필라멘트의 직경이 연신에 의해 급속히 감소되고 켄칭되어 형성된 섬유를 의미한다. 기타 섬유 횡단면 형태, 예컨대 타원형, 다중 로브형 등이 사용될 수도 있다. 스펀본드 섬유는 일반적으로 연속상 필라멘트이고, 약 5 ㎛ 초과의 평균 직경을 가진다. 스펀본드 부직포 또는 부직웹은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 수집 표면, 예컨대 다공성 스크린 또는 벨트 상에 스펀본드 섬유를 랜덤하게 놓음으로써 형성된다. 스펀본드 웹은 스펀본드 직물의 표면에 걸쳐서 위치한 다수의 불연속 열 결합 점, 선 등에서 웹을 열적으로 점 결합시키는 것과 같은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 결합될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "실질적으로 비결합된 부직웹"이란 용어는 섬유간 결합이 거의 또는 전혀 없는 부직웹을 기술한다. 몇가지 예를 들면, 다층 복합 시트를 형성시키기 위해 층들을 조립하기 전에 하나 이상의 부직 층을 예비 고화시키는 것이 바람직할 수 있다. 예비 고화는 웹 응집성 및 취급성을 향상시키고, 각각의 개별 웹 내 섬유를 근접한 웹의 섬유로부터 이격되게 유지시킨다. 웹의 예비 고화는 매우 약한 캘린더 가공을 사용하거나 또는 직물을 약간 패턴화된 롤의 닙 (nip)을 통과시켜 달성될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "탄성 교합사"란 용어는 비엘라스토머성 (즉, "경질") 직물 섬유 또는 필라멘트의 제2 성분과 합해진 탄성 필라멘트의 제1 성분을 가지는 사(絲)를 지칭한다. 교합사의 탄성 필라멘트 함량은 광범위하게 변할 수 있다. 탄성 필라멘트 함량은 교합사 총 중량의 60 %에까지 이를 수 있다. 더욱 전형적으로는, 탄성 필라멘트 함량은 사의 총 중량의 2 내지 20 %의 범위 내에 있고, 3 내지 8 %의 함량이 일반적으로 비용의 측면에서 바람직하다. 교합사는 대개 상당한 탄성 신축 및 회복을 할 수 있는 벌키 사이다. 본 발명에서 사용하는 전형적인 탄성 교합사는 50 내지 250 %의 범위 또는 더 높은 범위의 회복가능한 신장율을 가진다. 교합사의 제1 성분으로 유용한 탄성 필라멘트는 스판덱스, 엘라스토머, 고무 등을 포함한다. 스판덱스가 바람직하다. 본 명세서에서 사용된 "스판덱스"란 용어는 그 통상적인 의미, 즉 섬유 형성 물질이 85 % 이상의 분절된 폴리우레탄을 포함하는 긴 사슬 합성 중합체인 제조된 섬유 또는 필라멘트를 말한다. "교합사"란 용어에 포함되는 사 중에는, 스테이플 직물 섬유의 사 또는 직물 필라멘트의 사와 합해진 탄성 필라멘트의 사가 있다. 사는 공기 분사 얽힘, 공기 분사 혼합, 커버링, 합연 (plying) 등과 같은 공지된 기술에 의해 합해질 수 있다.
본 발명의 다층 복합 시트를 제조하는데 사용될 수 있는 수축성 층은 부분적으로 배향된 필라멘트사 (POY) 및 이들 사들을 사용하여 제조된 직물, 편직물 또는 부직포의 와프를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 "POY" 및 "부분적으로 배향된 사"란 용어는 부분적으로 분자적으로 배향된 중합체 섬유의 사를 지칭한다. 부분적으로 분자적으로 배향된 중합체의 섬유는 실질적인 분자 배향을 가지지만, 여전히 추가 분자 배향을 달성할 수 있는 합성 유기 결정질 중합체의 섬유를 의미한다. 부분적으로 배향된 사는 전형적으로 50 내지 150 %의 범위 내의 파단 신장율을 가진다. 비교해보면, "비연신 섬유" (즉, 저속으로 용융 방사되고, 연신되지 않은 섬유)는 매우 적은 양의 분자 배향 및 150 % 초과, 전형적으로는 200 % 초과의 파단 신장율을 가진다. 합성 유기 결정질 중합체의 통상적인 섬유, 예컨대 폴리에스테르 또는 폴리아미드의 섬유는 전형적으로 충분히 연신되고, 일반적으로 15 내지 35 %의 범위의 파단 신장율을 가진다. POY의 섬유를 제조하기에 적절한 전형적인 합성 유기 중합체는 66-나일론, 6-나일론, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트), 양이온성 염색성 폴리에스테르 등을 포함한다. POY 섬유는 대개 고속 용융 방사 공정에 의해 제조되고, 전형적으로 연신-꼬임 직조사를 제조하기 위한 공급 사로서 사용된다. 부분적으로 배향된 사는 전형적으로 비제한적으로 저온 열 처리를 받았을 때, 현저한 수축 능력을 가진다. 예를 들면, 일부 POY는 끓는 물에 침지될 때 그 본래의 길이 절반 미만으로 수축할 수 있다. 전형적인 POY 섬유는 120 ℃ 내지 190 ℃의 범위의 온도에서 일정한 치수를 유지하면서, 열 경화될 수도 있다. 더 높은 온도는 합성 유기 중합체 섬유를 경화하는데 더 적은 노출 시간을 가능케하므로, 열 경화 온도 범위 중 높은 부분 (예를 들어, 165 ℃ 내지 190 ℃)이 바람직하다.
바람직한 실시태양에서는, 수축성 층은 적절한 열 처리시 나선형 권축을 발달시켜 수축하는 다성분 섬유 또는 사(絲), 예를 들면 병렬식 2성분 섬유 또는 사를 사용하여 제조되는 직물, 웹 또는 와프를 포함한다. 엘라스토머성 웹, 와프 및 필름은, 이들이 주름성 층의 바람직한 주름잡힘도를 제공할 수 있도록 충분히 열 수축성이라면, 유사하게 사용될 수 있다. 또한, 수축성 층으로서 나선 권축성 또는 엘라스토머성 섬유를 사용하여 제조된 다층 복합 시트는 수축 단계 후에 일반적으로 탄성이다. 필름, 주조/신축 망 등을 포함하는 수축성인 임의의 시트는 수축성 층으로서 사용될 수 있다.
탄성 섬유의 와프 또한 수축성 층으로서 사용될 수 있다. 탄성 섬유의 와프는 주름성 층에 결합하는 동안 장력하에 연장된 상태로 유지된다. 탄성 섬유는 주름성 층에 결합하기 위한 접착제를 포함할 수 있다. 별법으로는, 탄성 섬유는 당업계에 공지된 탄성 교합사를 포함할 수 있다. 이러한 공지된 사는 랩핑사 (wrapped yarn), 커버링사, 합연사, 가연사 (false-twisted yarn), 공기 분사 인터레이싱사 (interlaced yarn), 공기 분사 엔탱글링사 (entangled yarn) 등을 포함한다. 탄성 교합사를 사용할 때, 경질 중합체 가닥들은 열 결합 방법이 사용될 때 결합을 촉진시키도록 작용하는 열가소성 중합체를 포함할 수 있다. 별법으로는, 수축성 층이 탄성 교합사의 배열을 포함하는 다층 복합 시트는, 탄성 교합사가 장력하에 연장되어 있는 동안 기계적 니들링 또는 수압 니들링을 사용하여 단속적으로 결합될 수 있다. 직조된 구역이 교합사를 중첩하고 탄성 교합사 길이 방향으로 5 mm 이상 떨어져 위치하는 다층 복합체의 표면 상에서 단속적 패턴 또는 배열로 직조된 구역이 형성되도록 직조를 수행한다.
수축성 층은 수축성 필름일 수 있다. 대부분의 중합체 필름은, 필름이 필름 형성 공정에서의 연신 동안 또는 그 후에 최종적으로 노출된 온도보다 더 높은 온도로 가열될 때 수축할 수 있다. 다르게는, 수축성 층은 주름성 층에 단속적으로 결합되는 동안 장력하에 연장된 상태로 유지되는 탄성 필름일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "수축성 층"이란 용어는 장력하에 연장된 상태로 유지되고, 그 후에 일단 신장력이 제거되면 오그라들 수 있는 (수축할 수 있는) 탄성 층과 같은 층들을 포함한다. 바람직하게는, 탄성 층은 그 본래의 신장되지 않은 길이의 1.2 배 이상으로, 더욱 바람직하게는 1.5 배 이상으로 연장된다. 탄성 층은 한 방향으로 인장되고 연장될 수 있거나, 또는 결합 단계 동안 하나 초과의 방향에서 인장되고 연장될 수 있다. 수축성 층이 탄성 층일 때, 수축성 층은 주름성 층에 결합하는 동안 인장되고 연장된 상태로 유지된다. 예를 들면, 인장되고 신축된 탄성 층은 실질적으로 인장되지 않은 주름성 층에 결합될 수 있다. 결합점은 탄성 층이 신축된 하나 이상의 방향에서, 바람직하게는 탄성 층이 길이가 20 % 이상 신축된 방향에서 5 mm 이상의 결합 간격을 가진다. 이 경우 수축 단계는 결합 후 탄성 층 상의 장력을 해제하는 것을 포함한다. 유사하게, 수축성 층은, 나선형으로 권축된 섬유에서 권축을 적어도 부분적으로 제거하기에 충분한 장력을 층에 가한, 인장된 나선형으로 권축된 섬유의 층을 포함할 수 있다. 결합 후 장력을 제거하면, 나선형 권축이 회복되는 것과 같이 나선형으로 권축된 섬유는 스프링과 같은 방식으로 오그라들어, 복합 시트를 수축시킨다.
평면 밖으로 휘어질 수 있는 바람직한 주름성 층은 카디드 웹, 건식 레이드 웹, 교차중첩 웹 (cross-lapped web), 약하게 예비 직조된 배트 등을 포함한다. 또한, 구조는, 바람직하게는 약 1 oz/yd2 (33.9 g/m2) 미만의 기본 중량을 가진 경량 커버 직물 또는 경량 막 또는 필름을 포함하는 이러한 저 용적 웹의 조합을 포함할 수 있다. 경량 직물 또는 필름은 수축성 층에 부착된 벌키 개방 웹 또는 배트를 커버하고 보호하는데 사용될 수 있다. 벌키한 예비 결합된 또는 얽힌 부직 시트 또한 예를 들면, 수축 단계 동안 탄성 구조를 만들기 위해 수축성 층에 부착될 수 있고, 휘어지고/용적이 커질 수 있다.
본 발명의 특정한 바람직한 실시태양은 수축성 층에서 및/또는 주름성 층에서 나선 권축성 병렬식 2성분 섬유를 이용한다. 나선 권축성 섬유가 양쪽 층에 사용될 때, 나선 권축성 수축성 층보다 수축 단계에서 실질적으로 덜 수축하여 결합된 다층 복합체가 수축될 때 주름성 층의 주름잡힘을 통해 바람직한 용적이 발생하도록 나선 권축성 주름성 층이 선택된다. 별법으로는, 주름성 층에서 나선형 권축은 수축성 층에 주름성 층을 결합시키기 전에 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 활성화될 수 있다. 수축 능력에 차이가 있는 2 이상의 합성 성분을 포함하는 가로 편심적 다성분 섬유는 당업계에 공지되어 있다. 이러한 섬유는, 예를 들면 섬유를 본질적으로 장력이 없는 상태에서 수축 조건을 가하여 권축이 활성화될 때, 3차원 나선형 권축을 형성할 수 있다. 하기에서 추가로 기재되는 바와 같은 권축 수준은 섬유의 중합체 성분들 사이의 수축도에서의 차이와 직접 관련되어 있다. 다성분 섬유가 병렬식 배좌로 방사될 때, 권축 활성화 후에 형성된 권축된 섬유는 나선의 내부 상에 고 수축도 성분 및 나선의 외부 상에 저 수축도 성분을 가진다. 이러한 권축은 "나선형 권축"으로서 본 명세서에서 지칭된다. 본 명세서에서 사용된 "나선형 권축" 및 "나선 권축성 섬유"란 용어는 랜덤 3차원 권축 부위 뿐만 아니라 섬유에서 나선 형상으로 보이는 부위를 나타내거나 또는 발달시킬 수 있는 섬유를 포함한다. 나선형으로 권축된 섬유는 일반적으로 2차원 권축을 가지는 스터퍼 박스 (stuffer-box) 권축된 섬유와 같은 기계적으로 권축된 섬유와 구별된다. 다양한 열가소성 중합체가 3차원 나선형 권축을 발달시킬 수 있는 다성분 섬유의 성분을 형성시키는데 사용될 수 있다. 나선 권축성 다성분 섬유를 형성시키는데 적절한 열가소성 수지 조합의 예로는, 결정질 폴리프로필렌/고밀도 폴리에틸렌, 결정질 폴리프로필렌/에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트/고밀도 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)/폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)/폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 및 나일론 66/나일론 6이 있다.
높은 수준의 3차원 나선형 권축을 달성시키기 위해, 나선 권축성 다성분 섬유의 중합체 성분은 바람직하게는 본 명세서에 참고문헌으로 인용된 에반스 (Evans)에 교시된 바에 따라 선택된다. 에반스 특허는, 중합체 성분이 부분 결정질 폴리에스테르인 2성분 섬유를 기재하고 있으며, 제1 성분은 그것의 완전히 확장된 화학적 반복 단위의 배좌 길이의 90 %를 넘지 않는 비확장된 안정한 배좌로 존재하는 그 결정질 부위 내의 화학적 반복 단위를 가지고, 제2 성분은 그것의 완전 히 확장된 화학적 반복 단위의 배좌 길이에 제1 폴리에스테르보다 더 가까이 접근하는 배좌로 존재하는 그 결정질 부위 내의 화학적 반복 단위를 가진다. 에반스의 필라멘트를 정의하는데 사용된 "부분 결정질"이란 용어는 본 발명의 범위로부터 수축 포텐셜을 사라지게 하는 완전한 결정도를 갖는 제한적인 상황을 제거시키는 작용을 한다. "부분 결정질"이란 용어로 정의되는 결정도의 양은 단지 일부 결정도가 존재하는 단지 최소 수준 (즉, X선 회절 수단으로 우선 탐지가능한 것) 및 완전한 결정도가 일정량 부족한 최대 수준을 가진다. 적절한 완전히 확장된 폴리에스테르의 예로는, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(시클로헥실 1,4-디메틸렌 테레프탈레이트), 이들의 공중합체, 및 에틸렌 테레프탈레이트와 에틸렌 술포이소프탈레이트의 나트륨염과의 공중합체가 있다. 적절한 비확장된 폴리에스테르의 예로는, 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(트리메틸렌 디나프탈레이트), 폴리(트리메틸렌 비벤조에이트) 및 상기와 에틸렌 소듐 술포이소프탈레이트와의 공중합체, 및 선택된 폴리에스테르 에테르가 있다. 에틸렌 소듐 술포이소프탈레이트 공중합체가 사용될 때, 이는 바람직하게는 적은 성분, 즉 5 몰% 미만의 양으로 존재하고, 바람직하게는 약 2 몰%의 양으로 존재한다. 특히 바람직한 실시태양에서는, 2 개의 폴리에스테르가 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 및 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)이다. 기타 중합체 조합은 일반적으로 나선형 권축을 발달시키기 위해 장력이 없는 상태에서 가열되어야 하지만, 에반스의 2성분 필라멘트는 장력하에 가열될 때 고도의 나선형 권축을 발달시킬 수 있다. 에반스의 2성분 필라멘트는 일반적으로 스프링과 같이 작용하고, 신축력이 가해지 고 해제될 때마다 반동 작용을 하는 고도의 나선형 권축을 가진다. 본 발명에서 사용하기에 적절한 기타 부분 결정질 중합체는 확장된 배좌에서 결정화하는 신디오탁틱 폴리프로필렌 및 비확장된 나선형 배좌에서 결정화하는 이소탁틱 폴리프로필렌을 포함한다.
하나 이상의 방향에서 (다중 복합 층이 수축 단계에서 10 % 이상으로 수축하는 방향에 따름) 근접한 결합 사이의 간격이 5 mm 이상인 고도로 이격된 패턴의 결합을 사용한 하나 이상의 주름성이고 비수축성인 또는 덜 수축성인 경량 중합체 층에 하나 이상의 수축성 중합체 층을 단속적으로 결합시켜 본 발명의 다층 복합 시트를 제조한다. 근접한 결합 사이의 간격은 바람직하게는 5 mm 내지 약 25 mm, 더욱 바람직하게는 약 10 mm 내지 약 25 mm의 범위 내이다. 결합 후 최종 복합 시트에서는, 수축성 층은 수축하게 되고, 덜 수축성 또는 비수축성 층은 주름잡힌 휘어진 층을 형성하게 된다.
바람직한 실시태양에서는, 각 층이 실질적으로 장력이 없는 상태에 있을 때, 수축성 층은 주름성 층과 결합되어 있다. 그 후, 수축성 층은 적합한 처리, 예컨대 가열에 의해 수축하게 된다. 이는, 수축성 층이 연장되고 인장된 탄성 층일 때와 같이, 수축성 층이 결합 단계 동안 장력하에서 연장되는 공정에 비하여, 다층 복합 시트의 제조를 간략화한다.
본 발명의 다층 복합 시트에서 하나 이상의 층들은 부직 층일 수 있다. 본 발명의 복합 시트에 사용하기 적절한 부직 층은 당업계에 공지된 방법, 예컨대 카딩, 가네팅 (garnetting)을 사용하여 스테이플 섬유로부터 또는 건식 레잉 (air- laying)에 의해 제조될 수 있다. 건식 레이드 웹은 실질적으로 랜덤 또는 등방성임에 반해, 카딩에 의해 제조되는 스테이플 웹은 주로 기계 방향으로 배향되는 섬유를 일반적으로 함유한다. 스테이플 섬유는 바람직하게는 필라멘트당 0.5 내지 6.0 데니어 (0.56 내지 6.67 dtex) 및 약 0.5 인치 (1.27 cm) 내지 4 인치 (10.1 cm)의 섬유 길이를 가진다. 카딩 장치에서 가공하기 위해서는, 다성분 스테이플 섬유는 바람직하게는 권축율 (Crimp Index) (CI)로 기술되는 약 45 % 이하, 바람직하게는 약 8 % 내지 15 % 범위의 초기 나선형 권축 수준을 가진다. 이들 권축 수치를 결정하기 위한 방법은 실시예에 앞서서 하기에 제공된다. 수축성 층으로 사용하기에 적절한 부직 층을 제조하기 위해 사용되는 다성분 섬유는 이 범위의 초기 나선형 권축 수준을 가진다. 별법으로는, 다성분 섬유는 기계적으로 권축될 수 있다.
주름성 부직 층에서 사용하기에 적절한 스테이플 섬유는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀 및 셀룰로스 섬유를 포함한다. 스테이플 섬유 웹이 주름성 층으로서 사용될 때, 스테이플 섬유는 복합 시트의 결합을 촉진시키기 위해 저온 용융 열가소성 결합제 섬유와 블렌딩될 수 있다. 결합제 섬유는 직물의 내구성을 향상시키기 위해 다층 복합 시트의 비결합 구역에서 활성화될 수도 있다. 바람직하게는, 결합제 섬유는 최종 복합 시트의 내구성을 현저하게 감소시키지 않는 수준에서 첨가된다.
본 발명의 다층 복합 시트에서 하나 이상의 층들은 연속상 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 스펀본딩과 같은 당업계에 공지된 방법을 사용하여 연속 상 필라멘트 웹을 제조할 수 있다. 예를 들면, 다성분 압출 오리피스의 하나 이상의 열을 포함하는 방사구에 별개의 압출기로부터 용융된 스트림으로서 2 이상의 중합체 성분을 공급시켜 연속상 필라멘트 스펀본드 부직웹을 포함하는 수축성 층을 제조할 수 있다. 방사구 오리피스 및 방사 팩 디자인은 바람직한 횡단면 및 필라멘트당 데니어를 가지는 필라멘트를 제공하도록 선택된다. 웹에 상이한 다성분 필라멘트의 혼합물을 제공하는데, 상이한 필라멘트가 상이한 방사 팩으로부터 방사되는 별개의 방사 팩을 사용할 수 있다. 별법으로는, 단일 성분 및 다성분 필라멘트 모두를 포함하는 스펀본드 부직웹을 형성하기 위해 하나 이상의 방사 팩으로부터 단일 성분 필라멘트를 방사시킬 수 있다.
본 발명에서 수축성 층으로서 사용하기에 적절한 연속상 필라멘트 다성분 부직웹은 잠재 나선형 권축을 가지는 다성분 필라멘트를 바람직하게는 40 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 60 중량% 이상 포함한다. 수축성 층에서 섬유는 100 %의 나선 권축성 다성분 필라멘트로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 스펀본드 필라멘트는 필라멘트당 0.5 내지 10.0 데니어 (5.55 내지 11.1 dtex)를 가진다. 스펀본드 다성분 연속상 필라멘트는 바람직하게는 권축율 (CI)로 기술되는 약 60 % 이하의 초기 나선형 권축 수준을 가진다. 나선형으로 권축된 섬유 (스테이플 또는 연속상)는 권축 발달 (Crimp Development) (CD) 수치로 기술되며, 그 정도 (%CD - %CI)는 15 % 이상이고, 더욱 바람직하게는 25 % 이상이다. 나선 권축성 다성분 필라멘트가 2성분 필라멘트일 때, 각 필라멘트에서 2 개의 중합체 성분비는 바람직하게는 부피에 기초할 때 (예를 들면, 계량 펌프 속도의 비로 측정) 약 10:90 내지 90:10, 더욱 바람직하게는 약 30:70 내지 70:30, 가장 바람직하게는 약 40:60 내지 60:40이다. 나선형 권축을 활성화시키는 온도는 시차주사열량계 (Differential Scanning Calorimetry)에 의해 측정되는 중합체의 용융 전이 온도의 개시 아래 20 ℃ 이하이어야 한다. 이는 조기의 섬유간 결합을 피하기 위함이다. 수축성 층은 실질적으로 나선 권축성 다성분 섬유의 비결합된 부직웹일 수 있다. 바람직한 실시태양에서는, 수축성 층은 실질적으로 비결합된 나선 권축성 2성분 부직웹이다. 나선 권축성 부직 층의 임의의 예비 고화는 섬유가 열 처리 단계 동안 하나 이상의 방향에서 10 % 이상, 바람직하게는 20 % 이상, 가장 바람직하게는 40 % 이상으로 결합된 복합 시트를 수축시키기에 충분한 권축 및 수축도를 발달시킬 수 있도록 충분히 약해야 한다. 열 처리되고 예비 고화된 나선 권축성 부직 층의 구역 수축도%가 예비 고화되지 않고 동일한 열 처리 단계를 거친 동일한 나선 권축성 부직 층의 구역 수축도의 90 % 이상, 바람직하게는 95 %라면, 예비 고화된 수축성 부직 층은 실질적으로 비결합된 것으로 본다. 적절한 수축성 다성분 부직웹의 예로는, 나선 권축성 다성분 섬유를 포함하는 연속상 필라멘트 스펀본드 웹, 교차 레이드 (중첩) 웹 및 카디드 웹을 포함한다.
기계 방향으로 연장된 또는 복합 시트의 횡 방향에 걸쳐 중첩된 수축성 필라멘트 또는 사의 인장되거나, 이완되거나 (즉, 비인장되거나), 또는 반-이완된 병렬 와프를 수축성 층으로서 사용할 수도 있다. 필라멘트 또는 사의 이러한 배열은 수축 이전의 본래의 길이에 기초하여 계산하면, 바람직하게는 결합된 복합 시트를 하나 이상의 방향에서 길이를 20 % 이상 수축시킬 수 있다.
탄성의 주름잡힌 다층 복합 제품이 바람직할 때, 최종 복합 시트에서 바람직한 신축 특성을 얻도록 수축성 층을 선택한다. 본 명세서에서 사용되는 탄성은, 예를 들면 힘이 치수를 따라 가해지고 이어서 해제된 후에 물질이 본래의 치수 길이로 회복하는 정도를 지칭한다. 예를 들면, 횡 방향에서 최소로 신축하고 기계 방향에서 신축 특성이 필요할 때, 복합 시트의 기계 방향으로 정렬된 병렬 나선 권축성 필라멘트의 와프 또는 나선 권축성 섬유를 포함하는 지향성 (MD 배향) 카디드 웹을 사용할 수 있다. 2 방향성 신축 특성이 필요할 때, 즉 기계 방향 및 횡 방향 모두에서 신축 특성이 필요할 때, 건식 레이드 웹 및 실질적으로 비결합된 스펀본드 웹과 같은 나선 권축성 연속상 필라멘트 또는 사의 더욱 랜덤한 층들을 사용할 수 있다. 별법으로는, 수축성 층은 상기에 기재된 바와 같이 신장된 탄성 층, 예컨대 신장된 탄성 필름 또는 탄성 필라멘트의 와프를 포함할 수 있다.
주름성이고, 덜 수축하거나 또는 수축하지 않는 층(들)은 수축 단계 동안 결합 사이에서 휘어질 수 있어야만 한다. 주름성 층(들)으로 사용하기에 적절한 물질은 섬유가 현저하게 상호 얽혀있거나 또는 상호 결합된 것이 아닌 부직웹, 편직물 또는 직물, 및 필름을 포함한다. 바람직한 실시태양에서는, 주름성 층은 부직웹이다. 이 층은 바람직하게는 수축하고 휘어지기 전에 약 1.0 내지 10.0 mm의 두께를 가지며, 휘어진 후에는 3 내지 20 mm의 범위로 증가한다. 하나 이상의 주름잡힌/휘어진 층을 포함하는 제품의 전체 두께는 약 3 mm 이상, 바람직하게는 약 3 mm 내지 30 mm의 범위, 더욱 바람직하게는 약 6mm 내지 30 mm이다.
주름성 층으로서 사용하기에 적절한 부직웹은 결합 및 비결합 웹을 포함한다. 약 1 내지 10 mm 두께의 비결합 웹이 적절하다. 주름성 층은 수축성 층에 결합시키기 전에 그 표면의 부분 또는 전체에 걸쳐 예비 결합될 수 있다. 층들은 열 또는 초음파 점 결합, 또는 패턴 인쇄된 열적으로 가용성인 접착제를 이용한 열 결합, 수압 니들링, 기계적 니들링 등과 같은 방법을 사용하여 예비 결합될 수 있다.
수축성 또는 주름성 층이 필름인 복합 시트는 레인코트, 윈드쟈켓, 의료 장치 등과 같은 최종 용도에 유용하다. 본 발명의 복합 시트에 사용되는 필름은 통기성 또는 비통기성일 수 있다. 적절한 통기성 필름의 예로는, 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (E. I. du Pont de Nemours and Company) (미국 델라웨어주 윌밍톤)로부터 입수가능한 히트렐 (Hytrel) (등록상표)과 같은 코폴리에테르에스테르의 필름이 있다. 주름성 층이 편직, 직물 또는 부직포 또는 웹인 복합 시트는 실내 장식, 의류 등을 포함하는 최종 용도에서 의류 및 실내 가구에 사용하기에 적절하다.
본 발명의 다층 복합 시트에서 개별 층들은 별개의 공정 단계에서 제조되고, 합해지고, 결합되고, 열 처리될 수 있다. 별법으로는, 층들은 연속 공정에서 인라인으로 합해지고, 결합되고, 열 처리될 수 있다. 수축성 부직 층들이 사용될 때, 다층 부직 복합체를 형성하는 개별 층들은 결합 및 열 처리 이전에, 예컨대 캘린더 가공에 의해 고화될 수 있다. 층들은 수축 이전에 단속적 패턴의 결합, 예를 들면 점 또는 선을 사용하여 함께 합해지고 결합된다. 수축 단계가 열 처리 단계일 때, 가열 단계에 앞서 인라인으로 패턴 결합이 수행될 수 있거나, 또는 결합된 복합 시트가 예컨대, 롤 상에서의 권취에 의해 수집되고, 후속 공정에서 열 처리될 수 있 다. 바람직한 실시태양에서는, 층들은 열 또는 초음파 점 결합을 사용하여 단속적으로 결합된다. 열 패턴 결합은 다층 복합체의 표면 상의 불연속 지점에, 예를 들면 층상 구조를 가열되고 패턴화된 캘린더 롤 및 평활 롤에 의해 또는 2 개의 패턴화된 롤 사이에서 형성된 닙을 통과시켜, 열 및 압력을 가하는 것을 포함한다. 열 점 결합 동안, 하나 이상의 층에서 하나 이상의 중합체 성분은 응집 결합된 다층 복합 시트를 형성시키기 위해 개별 층들을 함께 유지시키는 융합 결합을 형성하는 가열되고 패턴화된 롤 상의 상승 융기에 상응하는 불연속 구역에서 부분적으로 용융된다. 결합 롤 패턴은 당업계에 공지된 임의의 것일 수 있고, 바람직하게는 불연속 점 또는 선 결합 패턴이다.
다른 실시태양에서는, 층들은 액체 결합제, 예를 들면 라텍스, 또는 액화된 결합제, 예컨대 저온 용융 열가소성 파우더의 현탁액을 사용하여 패턴 결합될 수 있으며, 이는 예를 들면 패턴으로 인쇄하여 가해진다. 섬유상 웹 층들이 사용될 때, 액체 결합제는 바람직하게는 전체 웹의 두께를 통해 연장되는 결합을 형성시키는 방식과 같이 가해진다. 액체 결합제는 층들이 조립된 후 한 면을 통해, 또는 수축성 및 주름성 층(들)의 하나 또는 양쪽의 내부 면에 가해질 수 있다. 별법으로는, 층들이 부직웹을 포함할 때, 저온 용융 결합제 섬유 또는 결합제 입자는 평활 가열된 캘린더 롤러를 사용하여 결합된 다층 복합체와 층들 사이에 단속적으로 가해질 수 있다. 바람직하게는, 결합제 입자 또는 결합제 섬유는 하나 이상의 방향에서 약 0.2 mm 내지 약 2 mm의 치수를 가지고, 5 내지 30 결합/in2 (0.8 내지 4.6 결합/cm2)을 제공하는 수준에서 웹에 첨가된다. 저온 용융 결합제 입자는 전형적으로 제품의 10 중량% 미만에 달한다.
열 처리 이전에 층들을 상호 결합시키는데 사용할 수 있는 기타 결합 방법은 화학적 결합, 기계적 니들링, 수압 니들링 또는 불연속 점 스티칭 또는 라인 스티칭을 포함한다. 불연속 기계적 니들링 패턴은 웹 이동과 동기화시켜 동일한 지점 상에 일부 침을 위치시킬 수 있는 침판을 사용하여 달성시킬 수 있다. 떨어져 위치한 봉합 또는 스티칭은 상업적 퀼팅 (quilting) 기계를 사용하여 수행될 수 있다. 유사하게는, 층들이 서로 접촉하기 전에 층들의 내부 표면 상에 패턴으로 화학적 결합 활성제 또는 접착제를 단속적으로 가할 수 있다.
결합은 바람직하게는 대략 1 내지 16 결합/in2 (0.2 내지 2.5 결합/cm2)으로 약 1 내지 4/in (0.4 내지 2/cm)로 이격된다. 결합 밀도는 수축 후의 최종 복합 시트에서 용적을 최대화시키기 위해 낮게 유지한다. 결합은 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 또는 기타 기하학적 형태일 수 있다. 결합 구역%는 약 5 내지 50 %로 변할 수 있다. 나선 권축성 섬유가 수축을 달성시키기 위해 수축성 층에 사용되는 구조에서는, 근접한 결합 사이의 간격은 다층 복합체가 가열 단계의 결과로서 하나 이상의 방향에서 길이가 약 10 % 이상 수축하도록 조절될 수 있다.
도 1a는 수축하기 전의 2층 복합 시트의 개략적 단면도이다. 수축성 층(1)은 5 mm 이상의 간격(d)으로 떨어져 위치한 단속적인 결합(3)으로 주름성 층(2)에 결합되어 있다. 도 1b는 수축성 층을 수축시킨 후의 도 1a의 제품의 개략도이다. 수축 후 결합 사이의 간격(d')은 수축 이전의 간격(d) 보다 현저하게 작고, 수축 후 층의 전체 두께(t')는 도 1a의 출발 복합체의 두께(t) 보다 실질적으로 더 크다. 주름잡힌 층(2')의 기본 중량은 d/d'의 인자에 의해 더 높아지고, 두께는 t'/t의 인자에 의해 더 커진다.
도 2a는 수축성 층(11), 및 각각의 수축성 층의 한 면 상에 한 층씩 있는 2 개의 주름성 섬유상 층(10 및 12)을 포함하는 3층 복합 시트의 개략도이다. 층들은 결합 간격(d)을 갖는 결합들(13)로 단속적으로 결합되어 있다. 도 2b는 수축성 층을 수축시킨 후의 도 2a의 3층 복합 시트의 개략도이다. 수축 후, 결합 간격(d')은 도 2a에서의 d와 비교하면 감소되었고, 두께 및 용적은 비수축된 출발 복합 시트와 비교하면 증가되었다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 휘어진 주름성 층(10' 및 12')은 용적이 증가하게 되어, 개별 주름잡힌 층들의 실제 두께를 증가시키고, 또한 수축 후 결합 간격(d')의 감소로 인한 층들의 주름잡힘에 의해 복합 시트의 전체 두께를 증가시킨다. 용적이 증가하는 주름성 층을 사용하면, 최종 복합 시트의 전체 용적은, 주름성 층이 개별 층들의 용적을 증가시키지 않게 하면서 수축 동안 휘어질 경우 복합 시트가 가질 용적보다 더 크다. 적절한 용적이 증가하는 주름성 층은 수축 단계 동안 권축하는 나선 권축성 층, 비결합 스테이플 및 필라멘트 웹, 약하게 직조된 교차중첩 웹 등을 포함한다.
도 3a는 한 면에 단속적으로 결합된 2 개의 층상 주름성 층(20 및 22) 및 반대편 면에 결합(23)으로 단속적으로 결합된 단일 주름성 층(24)을 가지는 수축성 층(21)을 포함하는 4층 복합 시트의 개략도이다. 복합 시트에서 결합 사이의 간격 은 표면에 필요한 미관을 제공하기 위해 d1 내지 d5로 나타낸 바와 같이 변화한다. 간격(d)은 본 명세서에서 도 3에서 나타낸 것 이외에 실시태양에 따라 유사하게 변할 수 있다. 복합 시트의 상부 및 하부 표면 상의 결합 패턴은 실질적으로 동일하다. 도 3b는 수축성 층을 수축시킨 후 결합(23') 사이에서 주름잡힌 층 (20', 22' 및 24')의 휘어짐을 도시하는 도 3a의 4층 복합 시트의 개략도이며, d1' 내지 d5'는 각각 d1 내지 d5 보다 더 작다. 벌키 또는 개방 주름성 웹 층과 합해진 상대적으로 고밀도이고 경량인 주름성 층은 바람 또는 습기를 차단하거나 또는 간단히 탄성을 첨가시키기 위해 사용될 수 있다. 외부 층은 내구성 및 내부 층(들)에 대한 보호를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
결합된 다층 복합체는 결합 후에 즉시 인라인으로 열 처리될 수 있거나 또는 결합된 복합 직물은 나중의 공정 (염색, 마무리 등) 동안 압연되고 열 처리될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서는, 결합된 다층 복합체는 섬유상 층들로부터 형성되고, 고온 물 또는 스트림을 사용하는 습식 마무리 단계에서, 예컨대 통상적인 염색 또는 마무리 공정 동안 가열에 의해 수축된다.
다층 복합 시트가 매우 가볍거나 또는 매우 표면 민감성일 때, 예를 들면 외부 층 중 하나가 실질적으로 비결합된 부직웹을 포함할 때, 결합된 다층 복합 시트는 바람직하게는 "자유-수축 상태"에서 복합 부직물을 균일하게 수축하게 하는 상태에서 열 처리된다. "자유-수축 상태"란 다층 복합 시트의 수축을 제한하는 표면과 웹 사이에 사실상 아무런 접촉이 없는 것을 의미한다. 즉, 수축 공정을 간섭하 거나 또는 지연시키기 위해 다층 복합 시트 상에 작용하는 실질적인 기계적 힘이 없다는 것이다. 별법으로는, 열 처리 단계 동안 복합 시트의 표면과 접촉하는 임의의 표면은, 수축성 층의 수축을 다르게 간섭하는 마찰력을 최소화하도록 표면과 접촉하는 다층 복합체를 연속적으로 수축시키는 것과 실질적으로 동일한 표면 속도로 움직인다. 이러한 자유-수축 공정은 수축성 층의 최대 수축도를 제공할 수 있다.
본 발명의 매우 낮은 밀도 (및 이에 상응하는 매우 높은 용적)을 달성하기 위해서는, 경량 수축성 층, 바람직하게는 1 oz/yd2 (33.9 g/m2) 이하의 중량인 층을 이용하는 것이 바람직하다. 예로써, 25/인치 (9.8/cm)의 간격을 둔 155 데니어 (172 dtex) POY (부분적으로 배향된 사) 폴리에스테르 필라멘트사의 와프는 대략 0.5 oz/yd2 (17 g/m2)에서 출발하고, 가열되었을 때 대략 1.0 oz/yd2 (33.9 g/m2)으로 수축한다. 임의의, 이러한 와프는 결합하기 전에 0.20 내지 0.25 oz/yd2 (6.78 내지 8.48 g/m2)의 중량으로 냉각 연신되어, 0.5 oz/yd2 (17.0 g/m2)의 최종 중량으로 수축될 수 있다. 유사하게, 20/인치 (7.9/cm)의 간격의 70 데니어 (77.8 dtex)/34 필라멘트 2성분 필라멘트 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)/폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트) (2GT/3GT) 2성분 필라멘트사의 와프는 0.2 oz/yd2 (6.78 g/m2) 미만의 중량을 갖고, 대략 0.4 내지 0.5 oz/yd2 (13.6 내지 17.0 g/m2)으로 수축한다.
도 4는 수축성 층, 예를 들면 잠재 나선형 권축을 가지는 다성분 섬유의 카디드 웹을, 복합 시트의 횡 방향으로 연장하는 일련의 선 결합(42)을 사용하여 2 개의 부직웹에 결합시켜 형성되는 벌키 복합 부직물(40)을 도시한다. 이러한 배열은 수축성 층이 기계 방향으로 수축하게 할 수 있다. 수축 후, 생성된 제품(40)은 휘어진 외부 층(46 및 48) 사이에 끼워진 수축된 층(44)을 포함한다. 결합된 다공질 제품은 베개, 쿠션 등에서 내구성의 탄성 충전재로 사용되도록 작은 불연속 단편 (스트립, 정사각형 등)으로 절단될 수도 있고, 가먼트에서 절연 층으로서 사용할 수도 있다. 예를 들면, 복합체(40)는 벌키 물질의 스트립을 형성하는 결합 선(42)에 실질적으로 수직인 점선(50)을 따라 절단될 수 있으며, 추가로 더 작은 용품으로 절단될 수도 있다. 약 1 내지 25 mm (절단선(50) 사이의 간격)의 폭을 가지는 단편이 바람직하며, 약 5 mm의 폭을 갖는 것이 가장 바람직하다. 별법으로는, 복합체(40)는 약 20 내지 250 mm 범위의 길이를 가지는 벌키 탄성 복합체의 긴 튜브를 형성하는 결합선(42)을 따라 절단될 수 있다.
가볍고 용적이 큰 탄성 복합체 구조의 예는 하기 실시예에서 설명된다.
시험 방법
압력을 가하지 않으면서 제품의 두께 (상기 도 1a 및 1b에서 t 및 t')를 측정하여 본 발명의 제품의 밀도 및 용적을 결정한다. 치수 "t"는 도 1b에서의 6으로 도시된 것과 같은 주름 사이의 간격을 무시하고, 섬유를 함유하지 않는 제품의 전체 두께를 나타내는 것으로 봄을 유의해야 한다. 수직 하중에 대한 반응은 치수 "t"의 작용이고, 도 1b에서의 간격(6)과는 관계 없다. 제품의 얇은 층을 베어내고 측정 동안 복합 시트에 실질적인 압력을 가하지 않으면서 복합 시트의 두께 (t,t')를 측정한다. 30 분 동안 50 psi (344.8 kPa)의 하중을 사용하여 제품을 압축시키고 압축 후 두께를 측정하기 전에 3분 동안 샘플을 회복하게 함으로써, 압축 후 두께를 측정한다. 압축 후 용적은 바람직하게는 50 cc/g 이상이다.
하기의 식을 사용하여 용적을 결정한다.
용적 = (T) ×(10,000) / (BW)
상기 식에서,
T = 두께 인치 (cm)
BW = 시트 기본 중량 (g/m2)
밀도 = 1 / 용적
샘플을 6.75 인치 ×6.75 인치 (17.1 cm ×17.1 cm) 치수로 절단하고, 샘플의 중량을 재어 기본 중량을 측정한다. g 단위의 샘플 질량은 oz/yd2 단위의 기본 중량과 동일하다. 이어서 이 숫자를 33.91로 곱하면 g/m2 단위로 전환할 수 있다.
ASTM D 5225-92에 기초한 자동화된 방법에 따라서 19 ℃의 0.4 g/dL 농도에서 50/50 중량% 트리플루오로아세트산/메틸렌 클로라이드에 용해된 폴리에스테르를 이용한 비스코텍 포스드 플로우 비스코미터 Y900 (Viscotek Forced Flow Viscometer Y900) (비스코텍 코포레이션 (Viscotek Corporation), 미국 텍사스주 휴스톤)을 사용하여 2GT 및 3GT 중합체에 대한 고유 점도 (IV)를 측정한다.
<실시예 1>
각 웹의 무게가 0.7 oz/yd2 (23.7 g/m2)인 2 개의 카디드 부직웹 사이에 155 데니어 (172 dtex)/34 필라멘트 POY (부분적으로 배향된) 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (2GT) 사의 15 게이지 (6 사/cm) 와프를 끼웠다. 부분적으로 배향된 사는 155/34 POY 폴리에스테르로서 닥 아메리카스 (DAK Americas)로부터 입수가능하다. J.D. 홀링스워드 (Hollingsworth) 부직 카드를 통해 처리된 1.5 인치 (3.8 cm) 길이/1.5 dpf (1.7 dtex/필라멘트) T-54 폴리에스테르 스테이플 (듀폰으로부터 입수가능함)로부터 웹을 제조하였다. 와프 및 웹에서의 가장 고도의 배향 방향 (기계 방향)을 복합체를 형성하는 층에서와 같은 방향으로 정렬시켰다. 0.75 인치 (1.9 cm) 간격으로 떨어진 횡 방향으로 연장되는 연속 결합 선을 갖는, 0.1 인치 (0.25 cm) 폭의 초음파 수동 기구를 사용하여 3층 복합체를 결합시켰다. 결합된 복합체는 대략 1.8 oz/yd2 (61 g/m2)의 무게이었다. 그것의 가시 횡 단면 (비압축됨) 두께 (도 1 참조)는 대략 0.4 인치 (1 cm)이었고, 약 0.006 g/cc의 밀도 또는 164 cc/g의 용적을 갖는다. 30 분 동안 상온에서 50 psi (345 kPa)의 압력을 제품에 가하면, 그 두께는 0.15 인치 (0.38 cm)로 감소하고, 이에 상응하여 용적은 32 cc/g으로 감소한다.
30 초 동안 오븐에서 150 ℃로 복합체를 가열하였다. 3.8 oz/yd2 (128.8 g/m2)의 기본 중량으로 기계 방향에서 수축시켰다. 그것의 두께는 0.8 인치 (2 cm) 로 증가하였고, 50 psi (345 kPa)에서 3 분간의 압축 후에는 0.35 인치 (0.89 cm)의 두께로 회복하였다. 이들 2 가지 두께는 압축 전 247 cc/g, 압축 후 108 cc/g의 용적에 상응한다.
<실시예 2>
수축성 층이 2GT POY 와프 대신에 터우트 (taut) 150 데니어 (16.7 tex) 2GT/3GT 연속상 필라멘트사의 와프인 것을 제외하고 실시예 1에 기재된 방법을 사용하여 복합 시트를 제조하였다. 고유 점도 0.52 dl/g을 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (2GT)와 고유 점도 1.00 dl/g을 가지는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (3GT)를 255 ℃ 내지 265 ℃의 방사 블록 온도로 원형 68 홀 방사구를 통해 통상적인 용융 방사에 의해 병렬식 배위로 2GT/3GT 필라멘트를 방사하였다. 용융 방사 동안 중합체 처리량의 조절로 섬유 중 중합체 부피비를 60/40 2GT/3GT로 조절하였다. 450 내지 550 m/분에서 방사구로부터 필라멘트를 취출하고, 통상적인 크로스플로우 공기를 통해 켄칭하였다. 이어서, 필라멘트당 2.2 데니어 (2.4 dtex)를 가지는 연속상 필라멘트의 사를 형성시키는 방사된 길이의 4.4 배로 켄칭된 필라멘트 다발을 연신시켰으며, 이를 170 ℃에서 천천히 식히고 2100 내지 2400 m/분에서 권취시켰다. 초기 비수축 터우트 복합체는 실시예 1의 초기 비수축 복합 시트와 본질적으로 동일한 기본 중량 및 용적을 가졌다. 30 초 동안 150 ℃에서의 가열 후 장력의 해제 후에는, 복합 시트는 기계 방향으로 3.6 oz/yd2 (122 g/m2)의 기본 중량 및 0.75 인치 (1.9 cm)의 두께, 압축 후에는 0.35 인치 (0.89 cm)의 두께로 수 축하였으며, 이에 상응하는 용적은 압축 전에는 247 cc/g이고, 압축 후에는 114 cc/g이었다. 제품은 기계 방향에서 탄성적으로 신축가능하였다. 6 인치 (15.2 cm) 길이 및 2 인치 (5.08 cm) 폭의 샘플을 기계 방향으로 40 %까지 잡아당기고, 30 초 동안 유지하고, 그 후 30 초 동안 해제시키고, 회복하게 하였다. 샘플은 실질적으로 그 본래의 길이로 회복하였다.
<실시예 3>
스타일 2250 리메이 (Style 2250 Reemay) (등록상표) 폴리에스테르 스펀본드 (BBA 코포레이션 (미국 테네시주 올드힉코리)으로부터 입수가능함)의 예비 결합된 스펀본디드 부직물 층을 결합 이전에 최외측 층으로서 각 측면에 하나씩 첨가하는 것을 제외하고 실시예 1에 기재된 방법을 사용하여 복합 시트를 제조하여, 형성될 때 2.8 oz/yd2 (94.9 g/m2), 수축 후에 5.2 oz/yd2 (176.3 g/m2)의 무게가 나가는 5층 복합체를 생성하였다. 수축 후의 두께는 0.85 인치 (2.2 cm)이고, 압축 후 두께는 0.60 인치 (1.52 cm)이었으며, 이에 상응하는 용적 수준은 각각 122 cc/g 및 86 cc/g이었다.
<실시예 4>
본래 3층인 구조에 결합된 동일한 리메이 (등록상표) 스타일 2250의 2 개의 첨가 시트를 각 측면 상에 한 층의 리메이 (등록상표) 부직물을 갖도록 실시예 2에 기재된 방법을 사용하여 복합 시트를 제조하였다. 최종 생성물은 115 cc/g의 용적 및 78 cc/g의 압축 후 용적을 갖는 4.8 oz/yd2 무게의 탄성 구조물이었다.
<실시예 5>
결합 패턴이 와프에서 45°로 1 인치 (2.54 cm) 떨어진 대각선으로 바뀐 점을 제외하고 실시예 4에 기술된 방법을 사용하여 복합 시트를 제조하였다. 최종 수축된 제품은 4.4 oz/yd2의 기본 중량, 대략 0.8 인치 (2.0 cm)의 두께 및 0.4 인치 (1.0 cm)의 압축 후 두께 (각각 133 cc/g 및 63 cc/g의 용적)를 가졌다.
상기에서 설명된 기본 개념 및 실시예는 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 하나 이상의 주름성 층은 수축성 층의 하나 또는 양쪽 측면에 결합될 수 있다. 결합 패턴은 선으로부터 하나 이상의 방향에서 근접한 결합들 사이에 5 mm 이상의 간격을 갖는 점, 다트 (dot), 조형 결합 구역 및 임의의 기타 변형에 이르기까지 변할 수 있다. 수축은 하나 이상의 방향에서 존재할 수 있다. 주름성 층은 수축성 직물, 부직물 또는 필름 등에 부착된 사의 연속상 필라멘트 와프일 수 있다. 섬유는 주름성 층에서 변화되고, 블렌딩되고, 적층될 수 있다. 수축성 층의 수축 후에 주름성 층에 의해 형성된 휘어진 루프는 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 결합 간격을 변화시킴으로써 크기 및 높이가 변화할 수 있다. 본 발명의 한가지 장점은 외부 주름성 층이 먼저 휘어지고 용적이 증가된 다음, 최대 탄성 및 용적을 위해 동일 장소에서 휘어진/용적이 증가된 상태로 후결합될 수 있는 저밀도 웹 (카드 웹, 건식 레이드 웹, 벌키 와프 등)일 수 있다는 것이다. 이는 "쉬쓰 결합제/고온 용융 코어" 섬유, 수축 전 또는 후에 가해진 파우더 결합제, 또는 수축 후에 가해진 액화 결합제를 포함하는 주름성 웹을 사용하여 달성할 수 있다.

Claims (56)

  1. 근접한 결합들이 5 mm 내지 25 mm 간격으로 이격된 배열의 결합으로 하나 이상의 주름성 층을 수축성 층에 단속적으로 결합시키는 단계와,
    결합된 다층 시트를 적어도 한 방향에 대해 10 % 이상 내지 100 % 이하로 수축시켜서 근접한 결합들 사이에서 주름성 층이 휘어진 부분을 형성하고, 휘어진 다층 복합 시트가 3 mm 내지 30mm의 두께 및 50 cc/g 이상의 용적을 갖도록 하는 단계를 포함하고,
    상기 수축성 층은 적어도 하나의 나선형으로 권축된 2성분 섬유를 포함하고,
    상기 나선형으로 권축된 섬유는 병렬식 및 편심적 쉬쓰-코어로 구성되는 군으로부터 선택되는 배위로 배열되는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 제1 성분과 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 제2 성분을 포함하는, 다층 복합 시트의 형성 방법.
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  35. 다층 복합 시트이며,
    적어도 하나의 나선형으로 권축된 2성분 섬유를 포함하는 수축성 층을 포함하는 제1 중합체 층과,
    단속적 패턴의 결합으로 상기 제1 중합체 층의 제1 측면에 결합된 주름성 층을 포함하는 제2 중합체 층을 포함하고,
    상기 결합은 5 내지 25 mm의 결합 간격으로 이격되고, 상기 제2 중합체 층이 결합들 사이에서 주름 잡히고,
    상기 다층 복합 시트는 3 mm 내지 30 mm의 두께 및 50 cc/g 이상의 용적을 갖고, 상기 나선형으로 권축된 2성분 섬유는 병렬식 및 편심적 쉬쓰-코어로 구성되는 군으로부터 선택되는 배위로 배열되는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 제1 성분과 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 제2 성분을 포함하는, 다층 복합 시트.
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  51. 제35항의 다층 복합 시트를 포함하는 완충 물질.
  52. 제35항의 다층 복합 시트를 포함하는 가먼트.
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