KR101360148B1 - 탄성 부직포 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단섬유로 제조되는 탄성 부직포에 있어서, 상기 부직포를 형성하는 단섬유는 부직포의 면방향의 수평방향으로 배향되는 단섬유와 면방향에 수직방향으로 배향되는 단섬유로 형성되는 탄성 부직포 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

탄성 부직포 및 그 제조 방법{ELASTIC NONWOVEN FABRIC AND ITS PREPARATION METHOD}
본 발명은 탄성 부직포에 관한 것으로 특히, 수평, 수직방향으로 탄성력 및 탄성회복력이 우수하고 형태안정성이 우수한 탄성 부직포 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 부직포는 이불, 침대 매트리스 등의 참장용, 자동차, 건설분야에서 많이 사용되고 있다. 이러한 부직포는 사용 목적에 따라 원료, 제법, 가공방법 등을 선택할 수 있으며 폭넓게 많은 분야에서 사용되고 있다.
부직포의 제조방법은 저융점 섬유(Low melting fiber)와 레귤러 섬유(Regular fiber)를 혼면(Mixing)한 후 카딩(Carding) 공정으로 얇은 시트상 웹(Web)을 만들고 크로스 레이(Cross-lay)설비로 여러층으로 중첩시킨 후, 니들펀칭(Needle punching) 공정을 통해 섬유들을 교락시키고 고온의 열풍으로 저융점 섬유(Low Melting fiber)를 용해시켜 섬유 사이를 접착시키는 방법으로 부직포가 제조된다.
상기와 같이 부직포에 대한 기술은 현재 많이 개발되어 있으며, 현재에도 많은 기업이나 연구기관에서 연구되고 있다.
대한민국 등록특허 제908340호의 폴리에스터 콘쥬게이트 화이버(polyester conjugate fiber)는 10 ~ 70중량%, 실리콘이 60% 첨가된 오일로 표면 처리한 폴리에스터 콘쥬게이트 화이버(polyester conjugate fiber) 10 ~ 70중량%, 저융점 열융착 바인더 화이버 10 ~ 70중량% 및 폴리에스터 또는 폴리스티렌의 심초형 복합 융착 화이버 10 ~ 70중량%로 구성되어지되 각각의 원료들을 혼합하고 카딩하여 단층 또는 다층으로 웹(web)을 적층한 다음, 적층된 웹을 미늘(barb)이 있는 니들(needle)을 이용하여 니들 펀칭하는 방법으로 결합하여 시트(sheet)를 형성하고, 시트를 건조로(dry box)와 가열로울러에 통과시켜 융착 결합시킨 고탄성 부직포가 제안되어 있다.
상기와 같이 웹을 적층하여 제조되는 종래의 부직포는 섬유들이 수평방향으로 평향하게 배향되어 있어 수직방향에 대한 반발성이 낮고, 상하로부터 압력에 약한 문제가 있다.
이러한 문제점으로 일본회사인 데이진(Teijin)에서는 섬유가 수직방향으로 배향된 부직포를 제조하였다. 이러한 부직포를 Vertical-Lap 부직포라고 칭하고 있다.
상기의 Vertical-Lap 부직포는 각종 섬유배합을 웹으로 형성한 후 V-Lap 설비를 이용하여 섬유를 부직포의 두께 방향으로 균일하게 배열시키는 방식으로 기존 부직포의 경우, 부직포 단면방향에서 섬유들이 평행하게(수평방향) 배향되어 있는 것과 달리 Vertical-Lap 부직포는 두께방향(수직방향)으로 섬유가 배향되므로 수직방향으로 지속적인 하중이 부여되는 용도에서는 보다 유리한 특성을 가지고 있다.
그러나 Vertical-Lap 부직포는 구조상 수직방향에서의 하중에 강하나, 측면 또는 비스듬한 방향에서의 하중에 의해서는 수직방향으로 배향된 섬유들이 쉽게 무너지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 수직방향에 대한 반발성이 우수하고 탄성회복력이 좋은 탄성 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수평방향이나 수직방향의 하중에 강하고 어느 방향이나 탄성력 및 탄성회복력이 우수한 탄성 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래의 부직포의 문제점을 해결하기 위해 우수한 탄성력과 탄성회복력을 가지는 탄성 부직포 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 단섬유로 제조되는 탄성 부직포에 있어서, 상기 부직포를 형성하는 단섬유는 부직포의 면방향의 수평방향으로 배향되는 단섬유와 면방향에 수직방향으로 배향되는 단섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포를 제공한다.
또한, 상기 부직포는 2종류 이상의 단섬유가 혼섬되어 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포를 제공한다.
또한, 상기 단섬유에 탄성사가 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포를 제공한다.
또한, 상기 탄성사는 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 탄성 부직포를 제공한다.
또한, 상기 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등 중 선택되는 2종의 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포를 제공한다.
또한, 상기 수평방향으로 배향되는 단섬유와 수직방향으로 배향되는 단섬유가 각각 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포를 제공한다.
또한, 본 발명은 단섬유로 제조되는 탄성 부직포 제조방법에 있어서, 상기 단섬유를 카딩하여 단섬유가 면방향의 수평방향으로 배향된 웹을 형성하는 카딩공정; 상기 웹을 중첩하는 중첩공정; 상기 중첩된 웹의 일부를 면방향의 수직방향으로 배향시키고 니들펀칭으로 고정시키는 섬유교락공정; 및, 상기 교락된 웹을 열처리하는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 단섬유는 2종류 이상을 사용하여 상기 카딩공정 전에 혼섬하는 혼섬공정이 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 섬유교략공정 전에 상기 카딩된 웹을 2층 이상으로 중첩하는 중첩공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 단섬유에 탄성사가 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 탄성사는 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등 중 선택되는 2종의 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 섬유교락공정은 에어분사용 니들로 단섬유를 면방향의 수직방향으로 배향시킨 후 니들펀칭하는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 에어분사용 니들과 니들펀칭이 형성되는 부분은 서로 중첩되지 않게 실시되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 탄성 부직포의 제조방법 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄성 부직포를 제조할 수 있는 니들 플레이트를 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄성 부직포를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A'의 본 발명에 따른 탄성부직포 단면도이다.
본 발명은 단섬유로 제조되는 탄성력 및 탄성회복력이 우수한 탄성 부직포에 관한 것이다.
상기 부직포는 내구성, 소취성, 내열성, 강도 등의 새로운 특성을 부여하기 위해 2종류 이상의 단섬유가 혼섬되어 되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 부직포의 탄성 및 탄성회복력을 높이기 위해 상기 단섬유에 탄성사가 포함되는 것이 바람직할 것이다.
상기 탄성사는 외부의 힘에 반발하여 본디의 모양으로 돌아가려는 성질을 가진 섬유는 모두 사용할 수 있는 것으로 폴리우렌탄계 탄성사나 폴리에스테르계 탄성사 등을 사용할 수 있을 것이다.
상기 탄성사는 2종류의 합성수지로 제조되는 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유인 것이 가장 바람직하다. 상기 사이드 바이 사이드형 복합섬유는 제조과정에서 열처리로 인해 섬유의 벌키(bulky)성이 좋아지고 탄성력이 좋은 장점이 있다.
이러한, 상기 사이드 바이 사이드형 복합섬유는 고유점도가 다른 2종의 폴리에스테르계 수지를 사용하여 제조되는 복합섬유가 바람직한 것으로 고유점도가 다른 폴리에스테르계 수지는 모두 사용할 수 있다.
그 일예로 상기 고유점도가 다른 2종의 폴리에스테르계 수지로 제조된 복합섬유는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등 중 선택되는 2개의 수지를 사용할 수 있으며, 1성분으로는 고유점도가 0.8~1.70인 폴리에스테르계 엘라스토머 수지를 사용하고, 2성분으로는 고유점도가 0.40~0.8인 폴리에스테르계 수지를 사용하여 벌키성이 뛰어나고 높은 크림프율을 가지는 복합섬유를 사용할 수 있다.
또한, 상기의 폴리에스테르계 수지 이외의 올레핀계, 스티렌계, 우레탄계, 폴리아미드계 등의 열가소성 엘라스토머 섬유를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 단섬유에는 저융점사(Low melting fiber)를 포함할 수 있다. 상기 저융점사는 열처리시 용융되어 단섬유간의 결합을 강화시켜 부직포의 형태안정성이나 강도를 증가시킬 있다. 상기 저융점사는 지방족 폴리에스테르계 저융점사를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같은 단섬유로 제조되는 본 발명에 따른 탄성 부직포는 도 4에 나타난 바와 같이 부직포를 형성하는 단섬유가 부직포의 면방향의 수평방향으로 배향되는 단섬유와 면방향에 수직방향으로 배향되는 단섬유로 형성된다.
일반적으로 부직포는 카딩공정으로 단섬유를 부직포의 면방향으로 배향되도록 형성된다.
본 발명은 상기와 같은 부직포의 일부 영역에 단섬유가 면방향의 수직방향으로 배향되도록 형성하여 도 4에 나타난 바와 같이 수평방향으로 배향되는 단섬유의 수평배향영역 130과 수직방향으로 배향되는 단섬유 수직배향영역 210을 갖는 부직포가 형성된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 탄성 부직포는 카딩공정, 섬유교락공정, 열처리 공정으로 제조되며, 단섬유의 2종류 이상의 사용여부에 따라 혼섬공정 및 부직포의 두께조절위해 중첩공정이 포함될 수 있다.
상기 카딩(Carding)공정은 본 발명에 사용되는 단섬유를 제조될 부직포의 면방향의 수평방향으로 단섬유가 배향된 웹(web)을 형성하는 공정으로 일반적인 부직포 제조시의 카딩공정과 동일하게 실시할 수 있을 것이다.
상기 부직포를 형성하는 단섬유는 2종류 이상을 사용하고 사이드 바이 사이드형 복합섬유 등의 탄성사를 사용할 경우에는 상기 카딩공정 전에 2종류 이상의 단섬유를 균일하게 혼섬하는 혼섬(blending)공정이 선행되는 것이 바람직할 것이다.
상기 혼섬공정은 공기분류등으로 여러 섬유를 균일하게 혼합하는 공정으로 일반적인 부직포 제조시의 혼섬공정과 동일하게 실시할 수 있을 것이다.
상기 카딩공정 후 섬유교락공전 전에 부직포이 두께를 조절하기 위해 상기의 카딩된 웹을 다층으로 적층하는 중첩공정이 실시될 수 있다.
상기 중첩공정은 부직포의 사용처 및 사용목적에 따라 카딩된 웹을 2층이상으로 적층하여 중첩시키는 공정이다. 상기 중첩공정으로 제조되는 탄성 부직포의 두께를 조절할 수 있다.
상기 섬유교락공정은 상기의 카딩된 웹의 일부를 면방향의 수직방향으로 배향시키고, 니들펀칭(Needle punching)으로 섬유를 교략시키는 공정으로 웹의 수평방향으로 배향된 단섬유의 일부를 수직방향으로 배향시키는 핵심공정이다.
상기 수평방향으로 배향된 단섬유를 수직방향으로 배향시킬 수 있도록 웹의 일부에 에어분사용 니들를 이용하여 수직방향으로 에어를 분사시켜 단섬유를 면방향의 수직방향으로 배향시킨다.
상기 에어분사용 니들로 먼저 웹 일부에 분사하여 단섬유를 수직방향으로 배향시킨 후, 니들펀칭하여 웹의 단섬유들을 고정시킨다.
상기 섬유교락공정을 간편히 하기 위해 도 2에 나타난 바와 같이 니들 100과 에어분사니들 200로 구성된 니들 플레이트(Needle Plate)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 니들 플레이트를 이용하여 카딩된 웹을 에어분사니들 200이 형성된 부분에서 단섬유를 수직방향으로 배향시킨 후, 니들 100로 이동하여 니들펀칭하여 수평방향으로 배향된 섬유들을 고정시킨다.
상기 에어분사니들 200로 형성된 수직방향으로 배향된 단섬유 부분에 니들펀칭하여 수직방향의 단섬유의 배향성이 저해되지 않도록 도 3에서 나타난 바와 같이
상기 에어분사니들 200로 형성된 수직배향영역 210과 니들펀칭으로 형성된 니들펀칭영역 110이 서로 중첩되지 않게 섬유교락공정을 실시하는 것이 바람직할 것이다.
상기 열처리 공정은 상기 섬유교락공정으로 교락된 웹을 열처리하여 웹상의 단섬유를 고착시켜 탄성 부직포를 완성하는 공정으로 일반적인 부직포 제조시의 열처리 공정과 동일하게 실시할 수 있을 것이다.
상기와 같이 제조방법으로 제조되는 본 발명의 탄성 부직포는 도 4에서 나타난 바와 같이 부직포의 단섬유가 부직포의 면방향의 수평방향으로 배향된 수평배향영역 130과, 단섬유가 부직포의 면방향의 수직방향으로 배향된 수직배향영역 210으로 형성되어 부직포의 탄성력과 탄성회복력을 높이게 된다.
상기와 같이 본 발명은 부직포 내부에 수평방향으로 배향된 단섬유와 수직방향으로 배향된 단섬유가 모두 존재하여 수평방향이나 수직방향에 대해 모두 탄성력 및 탄성회복력이 우수한 효과가 있다.
또한, 단섬유의 배향방향을 에어분사용 니들로 수직방향으로 변화시켜 간편히 본 발명의 탄성 부직포를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄성 부직포의 제조방법 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄성 부직포를 제조할 수 있는 니들 플레이트를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄성 부직포를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A'의 본 발명에 따른 탄성부직포 단면도이다.
이하, 본 발명의 탄성 부직포 및 그 제조방법을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
단섬유로 섬도 5.0 데니어, 강도 4.2g/d, 섬유장 64mm인 고유점도 0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 50중량%와 고유점도 1.5인 PBT계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65인 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET)로 이루어진 편심 사이드 바이 사이드 형의 섬도 6.0 데니어, 강도 3.5g/d, 섬유장 51mm인 탄성사(Elastic Fiber) 40중량%, Tm 160?의 저융점 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 10중량%를 혼섬하여 혼섬공정을 하였고, 혼섬된 단섬유를 카딩하여 크로스 레이드(Cross-laid) 웹을 제조하였다
상기에서 제조된 웹을 도 2의 니들 플레이트(Needle Plate)를 사용하여 섬유교락공정을 행하였으며, 교락된 웹을 180℃ 열풍으로 20분간 열처리하여 부직포를 제조하였다.
상기 니들 플레이트는 2.0kgf/cm2 정도의 고압의 에어분사용 니들이 일정 간격으로 10열 배열되어 있고 그 후미에 일반 니들 15열이 에어분사용 니들의 열과 겹치지 않도록 배열하였다.
비교예
상기 실시예와 동일하게 실시하였으나 일반 니들만 형성된 니들 플레이트를 이용하여 부직포를 제조하였다.
상기에서 제조된 실시예와 비교예의 부직포의 탄성율과 압축변형율을 측정하였다.
* 측정방법
1) 반발탄성(Ball Rebound)
: 일정한 높이에서 Foam pad에 쇠구슬을 떨어뜨려 반발되어 튀어오르는 높이를 측정 (JIS K-6301, 단위: %)
: 시험편은 한 변 길이 50 mm 이상 및 두께 50 mm 이상의 정사각형으로 제작하였으며, 무게 16g, 지름 16mm의 강철 볼을 500mm의 높이에서 시험편에 낙하시켜 최대 반발 높이를 측정한 후, 3개의 시험편 각각에서 1분 이내 연속으로 최소 3회 이상의 반발값을 측정하여 중앙값을 반발탄성값(%)으로 하였다.
2) 영구압축변형율(Compression Set)
: 폼 패드를 일정한 비율로 압축하여 일정한 온도 및 습도에서 일정시간 보관한 후 변형된 높이를 측정 (JIS K-6301, 단위: %)
3) 반복압축변형율(Dynamic Fatigue Test)
: 일정한 크기의 폼 패드를 반복적으로 압축하여 변형된 경도 및 두께를 측정(JIS K-6301, 단위 : %)
변형율=(T-T°)*100/T°
T°:최초 두께, 최초 경도
T:반복 압축 후 두께, 반복 압축 후 경도
실시예 비교예
반발탄성율 59% 45%
영구압축변형율 20% 45%
반복압축변형율 15% 30%
도 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 탄성부직포인 실시예는 비교예 보다 반발탄성율이 10%이상 우수하고 영구압축변형율, 반복압축변형율이 낮은 것을 알 수 있다.
니들 : 100 니들펀칭영역 : 110
수평배향영역 : 130 에어분사니들 : 200
수직배향영역 : 210

Claims (14)

  1. 단섬유로 제조되는 탄성 부직포에 있어서,
    상기 부직포를 형성하는 단섬유는 부직포의 면방향의 수평방향으로 배향되는 단섬유와 면방향에 수직방향으로 배향되는 단섬유로 형성되되,
    상기 부직포는 2종류 이상의 단섬유가 혼섬되며, 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유인 탄성사가 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 선택되는 2종의 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수평방향으로 배향되는 단섬유와 수직방향으로 배향되는 단섬유가 각각 영역으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포.
  7. 단섬유로 제조되는 탄성 부직포 제조방법에 있어서,
    상기 단섬유를 카딩하여 단섬유가 면방향의 수평방향으로 배향된 웹을 형성하는 카딩공정;
    상기 카딩된 웹의 일부를 면방향의 수직방향으로 배향시키고 니들펀칭으로 고정시키는 섬유교락공정; 및,
    상기 교락된 웹을 열처리하는 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단섬유는 2종류 이상을 사용하여 상기 카딩공정 전에 혼섬하는 혼섬공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 섬유교락공정 전에 상기 카딩된 웹을 2층 이상으로 중첩하는 중첩공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단섬유에 탄성사가 포함되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 탄성사는 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사이드 바이 사이드(Side by Side)형 복합섬유는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 중 선택되는 2종의 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 섬유교락공정은 에어분사용 니들로 단섬유를 면방향의 수직방향으로 배향시킨 후 니들펀칭하는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에어분사용 니들과 니들펀칭이 형성되는 부분은 서로 중첩되지 않게 실시되는 것을 특징으로 하는 탄성 부직포 제조방법.
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