KR101658628B1 - 단섬유들로부터 만들어지는 부직포 - Google Patents

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마이클 윌리엄 코테스
마렉 헨리크 키에르츠코프스키
필립 존 기븐스
알프레드 조하나스 에이든
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제피로스, 인크.
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Abstract

열가소성 섬유들을 포함하는 섬유상 물질을 수용하는 수용단계; 상기 섬유상 물질을 가공하여 단섬유들을 생성하는 가공단계; 상기 단섬유들을 사전형성된 웹(preformed web)에 첨가하는 첨가단계; 및 상기 사전형성된 웹을 가열시키고 그리고 선택적으로 압축시켜 부직물질을 형성하는 가열단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직물질을 형성하는 방법이 기술된다.

Description

단섬유들로부터 만들어지는 부직포 {NONWOVEN TEXTILE MADE FROM SHORT FIBERS}
단섬유 부직포들을 형성하는 방법들에 관한 구체예들이 기술된다. 일부 구체예들은 이는 폐기물(waste) 또는 잔류 물질(residual materials)들로부터 생산되는 짧은 열가소성 섬유들을 비롯한, 짧은 재생섬유(recycled fibers)로 이루어지는 이러한 직물들에 관한 것이다.
부직포(nonwoven textiles)들은 다양한 섬유상 물질들로부터 형성될 수 있으며; 그 형태와 밀도도 실로 다양하다. 이러한 물질들은 여과, 배터리 분리 및 흡음을 포함하여 다양한 용도들에서 사용될 수 있다. 높은 밀도의, 다공성의 부직포들은 섬유보드(fiber board)로서 사용될 수 있다.
부직포들은 롤(rolls) 또는 시트(sheets)들로 형성될 수 있다. 이러한 직물들은 적층(lamination), 코팅(coating), 주조(molding), 스탬핑(stamping) 또는 절단(cutting)에 의하여 변환되거나 또는 달리 원하는 형태들 및 크기들로 생산될 수 있다. 특정의 응용예들에 있어서, 부직포들은 다양한 기능상의 적용들을 위하여 3차원의 형태들로 주조된다.
직물 제품들의 가공 동안에, 다량의 섬유상 폐기물(fibrous waste)이 발생될 수 있다. 직물폐기물(textile waste)의 대부분이 절연물(insulation), 카펫(carpets), 트렁크 트림(trunk trim), 천정(headlinings) 등과 같은 주조된 섬유상 자동차의 구성요소들로부터; 및 롤 및/또는 시트들로부터의 자동차의 절연물의 절단물로부터 잘라낸(trimmed) 형태로 생산된다. 많은 경우들에 있어서, 상기 절연물질들은 필름(films), 포일(foils), 직물(fabrics) 및 접착제들로 적층되어 있다. 폐기물은 사용된 물질의 총 용적의 30% 이상으로 나타날 수 있다. 서로 다른 중합체들의 섬유들과 같은 하나 이상의 물질의 형태를 포함하는 폐기물은 재가공하기가 어려울 수 있다.
현존하는 직물들 또는 가공기술들과 관련된 하나 또는 그 이상의 단점들 또는 불리한 점들을 해결하거나 또는 개선시키는 것 및/또는 적어도 그에 유용한 대안을 제공하는 것은 바람직하다.
일부 구체예들은 적어도 부분적으로는 재생섬유들을 포함하고, 그리고 일정 비율의 접착제 성분을 포함하는 단섬유들로부터 부직포를 형성하는 방법 및 이러한 방법들에 따라 형성된 부직물질들에 관한 것들이다.
달리, 일부 구체예들은 단섬유들로부터 부직포들을 형성하는 방법들에 관한 것이며, 여기에서 상기 방법들은 재생섬유들 대신에 신재 스테이플 화이버(virgin staple fibers)들을 사용한다. 더욱이, 일부 구체예들은 이러한 방법들을 사용하여 형성된 부직물질들에 관한 것이다.
특정의 구체예들은 부직물질을 형성하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은
열가소성 섬유들을 포함하는 섬유상 물질을 수용하는 수용단계;
상기 섬유상 물질을 가공하여 단섬유들을 생성하는 가공단계;
상기 단섬유들을 사전형성된 웹(preformed web)에 첨가하는 첨가단계; 및
상기 사전형성된 웹을 가열시키고 그리고 선택적으로 압축시켜 부직물질을 형성하는 가열단계;를 포함하여 이루어지며, 여기에서 상기 부직물질은 약 100,000라일/m 내지 약 3,000,000라일/m 사이의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는 것을 특징으로 한다. 가열 동안에, 상기 섬유상 물질 내의 상기 섬유들로부터의 상기 열가소성 섬유들은 적어도 부분적으로 연화되거나 용융되고 그리고 적어도 일부의 단섬유들을 서로 또는 상기 사전형성된 웹에 접착시켜 상기 부직물질을 형성하도록 할 수 있다.
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본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "부직물질(nonwoven material)"은 직조된 물질(woven materials)들을 포함하는 다른 물질들과 마찬가지로 부직물질(nonwoven materials)들을 포함한다. 따라서, 일부 구체예들에 있어서 상기 사전형성된 웹은 직물(woven textile) 또는 유사한 물질이 될 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 부직물질은 열성형성 단섬유 부직(TSFNW ; thermoformable short fiber nonwoven) 물질이 될 수 있다.
일부 구체예들은 부직물질을 형성하는 다른 방법에 관련된다. 상기 방법은
열가소성 섬유들을 포함하는 섬유상 물질을 수용하는 수용단계;
상기 섬유상 물질을 가공하여 단섬유들을 생성하는 가공단계;
상기 단섬유들을 컨베이어(conveyor) 상에 거의 균일하게 분산시켜 단섬유층을 제공하는 분산단계; 및
상기 단섬유층을 가열시키고 그리고 일부 구체예들에 있어서는 압축시켜 부직물질을 형성하는 가열단계;를 포함하여 이루어지며, 여기에서 상기 부직물질은 약 100,000라일/m 내지 약 3,000,000라일/m 사이의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는 것을 특징으로 한다.
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상기 단섬유층이 압축되지 않는 일부 구체예들에 있어서는, 다공성의 벌크 흡음재(bulk absorber) 등과 같은 저밀도의 직조되지 않은 음향재료(acoustic material)가 생산될 수 있다. 상기 단섬유층이 압축되는 일부 구체예들에 있어서는, 압축의 정도에 따라, 다공성의 림프시트(limp sheet) 등과 같은 고밀도의 직조되지 않은 음향재료가 생산될 수 있다.
특정의 구체예들은 상기 기술된 방법들에 의해 형성된 부직물질에 관련된다. 이들 구체예들의 일부는 흡음재료(sound absorption materials)들로서 사용되기에 적절한 것으로 여겨지며, 음향시트(acoustic sheets)들 및 이러한 시트들을 만들기 위한 방법들에 관련된다. 일부 구체예들은 여과 물질(filtration materials), 핀보드(pin boards), 구조보드(structural boards) 또는 분리물질(separation materials)들로서 사용하기에 적절한 것으로 여겨진다.
일부 구체예들에 있어서, 특정의 구체예들의 상기 저밀도의 부직물질은 일부 다른 구체예들에 따르는 것이 될 수 있는 고밀도의 부직물질과 결합되어 바람직한 특성들을 갖는 복합 물질(composite material)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 이들 구체예들의 일부는 상대적으로 높은 흐름저항성(flow resistance)을 갖는 다공성의 림프시트와 실질적으로 상기 시트보다 작은 흐름저항성을 가지며 상기 음향시트의 일측면 상에 부착되는 다공성의 벌크 흡음재의 층을 포함하는 복합음향제품(composite acoustic product)을 제공하며, 여기에서 상기 다공성의 림프시트와 상기 다공성의 벌크 흡음재들 중의 어느 하나 또는 둘 다는 단섬유들을 포함하며, 특정의 구체예들에 따른 것이 될 수 있다. 이들 구체예들에 의해 제공되는 상기 복합음향제품은 2800 내지 8000라일(Rayls ; 고유음향임피던스의 단위) 사이와 같이 국부적으로 반응성인 음향거동(acoustic behavior) 및 음향제품들에 대하여 바람직한 전체 흐름저항성을 나타낼 수 있다.
특정의 구체예들의 상기 부직물질은 선택된 공기 흐름저항성을 가질 수 있다. 상기 선택된 공기 흐름저항성은 실질적으로 긴 길이, 예를 들면, 30 내지 100㎜의 길이를 갖는 통상의 스테이플 화이버들 만을 포함하는 통상의 부직물질의 공기 흐름저항성 보다 실질적으로 더 높은 것일 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 특정의 직경 및 조성의 단섬유들을 포함하는 부직물질로 달성된 상기 선택된 공기 흐름저항성은 동일한 직경 및 조성의 보다 긴 섬유들을 사용하여 생산된 통상의 부직물질의 공기 흐름저항성의 약 3배가 될 수 있다. 섬유 길이의 감소에 대한 공기 흐름저항성에서의 이러한 증가는 현재의 음향이론에 기초하면 예기치 못한 것이다.
일부 구체예들은 부직물질에 관련된 것이며, 이는
압축된 섬유상 웹; 및
상기 섬유상 웹 내에 재생섬유 물질을 포함하며, 상기 재생섬유 물질은 약 12㎜ 이하의 평균길이를 갖는 단섬유들을 포함하며, 상기 단섬유들은 상기 부직물질의 5 내지 100중량% 사이로 포함하며; 여기에서 상기 부직물질은 약 100,000라일/m 내지 약 3,000,000라일/m 사이의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는다.
상기 재생섬유 물질은 열가소성 섬유들을 포함할 수 있다. 상기 단섬유들은 상기 재생섬유 물질을 분쇄(milling) 및 체질(sifting)하는 것에 의해 수득될 수 있다. 벌크 재생섬유 물질(bulk recycled fiber material)은 열가소성 섬유들을 포함하는 물질의 자투리(off-cuts)들로부터 형성되는 단섬유들을 포함할 수 있으며, 상기 단섬유들은 상기 자투리들을 분쇄하는 것에 의해 형성되는 것이고 그리고 약 12㎜ 이하의 평균길이를 갖는다.
특정의 구체예들은 부직물질을 형성하는 방법에 관련된 것이며, 상기 방법은
섬유상 물질을 수용하는 수용단계;
상기 섬유상 물질을 가공하여 단섬유들을 생성하는 가공단계;
상기 단섬유들을 하나의 영역을 가로질러 분산시켜 전구체 웹(precursor web)을 형성하는 분산단계; 및
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상기 전구체 웹의 상기 단섬유들의 적어도 일부를 서로 접착시켜 부직물질을 형성하는 접착단계;를 포함하며, 여기에서 상기 부직물질은 약 100,000라일/m 내지 약 3,000,000라일/m 사이의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는다. 다른 구체예들은 상기 방법에 따라 형성된 부직물질에 관련된 것이다.
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그를 가로질러 상기 단섬유들이 분산되는 상기 영역은 상기 부직물질의 일부를 구성하지는 않으나 상기 접착단계 동안에 상기 전구체 웹을 지지하는 컨베이어 등과 같은 하나의 표면을 포함할 수 있다. 달리 또는 부가적으로, 상기 영역은 희생되거나(sacrificial) 또는 상기 부직물질과 일체로 될 수 있는 사전형성된 웹을 포함할 수 있다. 이러한 구체예들에 있어서, 상기 단섬유들은 상기 사전형성된 웹의 내부 및/또는 상부에 분산될 수 있다. 따라서, 상기 단섬유들은 상기 사전형성된 웹의 공기 흐름저항성을 변화시켜 원하는 특성들을 갖는 부직물질을 달성하도록 할 수 있다.
상기 섬유상 물질은 종종 접착성의 열가소성 성분을 갖는 열가소성 섬유들 또는 이성분 섬유(bicomponent fibers)들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 단섬유들의 적어도 일부의 접착은 상기 전구체 웹을 상기 단섬유들 내의 열가소성 중합체가 적어도 부분적으로 연화되거나 또는 용융될 수 있는 온도까지 가열하는 것에 의하여 발휘되도록 할 수 있다. 상기 연화되거나 또는 용융된 열가소성 중합체는 상기 단섬유들의 적어도 일부를 서로 접착시키고 그리고 상기 부직물질을 형성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 접착에는 상기 단섬유들을 상기 연화된 열가소성 중합체에 상기 섬유들이 달라붙도록 하여 가열된 물질이 냉각됨에 따라 상기 열가소성 중합체에 융합되도록 하는 것이 포함된다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 섬유상 물질은 고융점 및 저융점들을 갖는 열가소성 중합체들을 포함할 수 있다. 이러한 구체예들에 있어서, 상기 섬유상 물질은 단지 저융점을 갖는 상기 열가소성 중합체가 연화되고 그리고 용융되는 온도까지 가열될 수 있다. 따라서, 저융점을 갖는 상기 열가소성 중합체는 상기 부직물질을 서로 접착시키는 데 사용될 수 있는 한편으로 고융점을 갖는 상기 열가소성 중합체는 실질적으로 변화되지 않고 그대로 유지된다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 저융점 열가소성 중합체는 상기 고융점 열가소성 중합체에 대하여 다른 섬유 내에 존재할 수 있다. 일부 다른 구체예들에 있어서, 상기 고융점 열가소성 중합체 및 저융점 열가소성 중합체들은 이성분 섬유의 서로 다른 성분들을 형성할 수 있다.
달리, 상기 단섬유들의 적어도 일부는 접착제 성분(adhesive component)을 사용하여 서로 접착될 수 있다. 상기 부직물질의 구체예들에 따라 다양한 물질들이 상기 접착제 성분으로서 사용될 수 있다. 상기 접착제 성분은 열가소성 또는 열경화성 수지 또는 바인더(binder)가 될 수 있으며, 이들은 분말의 형태가 될 수 있다. 일부 다른 구체예들에 있어서, 상기 접착제 성분은 상기 단섬유들과 결합되어 상기 전구체 웹을 형성하는 열가소성 스테이플 화이버 등과 같은 열가소성 섬유들을 포함한다. 상기 접착제 성분은 그 상부로 및/또는 내부로 상기 단섬유들이 분산되어 상기 전구체 웹을 형성하는 열가소성 섬유들의 사전형성된 웹을 포함할 수 있다.
상기 접착제 성분의 상기 구체예들의 조합이 상기 부직물질 내에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 접착제 성분은 열가소성 섬유들과 함께 열가소성 수지 분말을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 접착제 성분은 상기 전구체 웹의 상기 단섬유들의 적어도 일부를 서로 접착시키기 위하여 상기 섬유상 물질로부터 형성되는 접착성의 열가소성 성분을 갖는 짧은 열가소성 섬유들 또는 짧은 이성분 섬유들과 함께 사용될 수 있다.
상기 섬유상 물질은 나이프 밀링(knife milling)에 의하는 것과 같이 상기 섬유상 물질을 분쇄하는 것에 의하여 가공되어 단섬유들을 생성토록 할 수 있다.
첨부되는 도면들 및/또는 실시예들을 참고하여 예시로서 구체예들을 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 음향시트를 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 실시예 1 및 2들로부터의 샘플들에 대한 공기 흐름저항성(라일/m) 대 벌크 밀도(㎏/㎥)의 그래프이다.
도 3은 실시예 2로부터의 샘플들에 대한 공기 흐름저항성(라일/m) 대 벌크 밀도(㎏/㎥)의 그래프이다.
도 4는 실시예 3 및 4들로부터의 샘플들에 대한 공기 흐름저항성(라일/m) 대 벌크 밀도(㎏/㎥)의 그래프이다.
도 5는 실시예 4로부터의 샘플들에 대한 공기 흐름저항성(라일/m) 대 벌크 밀도(㎏/㎥)의 그래프이다.
도 6은 실시예 5로부터의 샘플들에 대한 공기 흐름저항성(라일/m) 대 벌크 밀도(㎏/㎥)의 그래프이다.
도 7은 실시예 7로부터의 샘플들에 대한 계산된 전송손실(transmission loss) 대 주파수(㎐)의 그래프이다.
도 8은 실시예 7로부터의 샘플들에 대한 계산된 음향흡수(sound absorption) 대 주파수(㎐)의 그래프이다.
도 9는 비교시험에 대한 음향흡수 대 주파수(㎐)의 그래프이다.
도 10은 음향시트를 형성하는 방법을 실행하기 위한 가공시스템(processing system)을 나타내는 계통도이다.
일부 기술된 구체예들은 대체로 대부분 재생된 폐기물(waste material)로부터 형성된 적어도 일부의 단섬유들을 포함하는 TSFNW 물질 등과 같은 부직물질을 형성하는 방법들 및 그에 의해 형성된 부직물질들에 관한 것이다. 일부 구체예들은 벌크 재생된 단섬유 물질(bulk recycled short fiber material)에 관한 것이다. 다른 구체예들은 대체로 신생 스테이플 화이버(virgin staple fibers)들로부터 형성되는 단섬유들을 포함하는 부직물질을 형성하는 방법 및 그에 의해 형성되는 부직물질들에 관한 것이다.
본 출원의 문맥 내에서, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어 "열성형성 단섬유 부직포"는 넓은 범위의 밀도들 및 두께들을 갖도록 형성될 수 있으며 또한 열가소성 및/또는 열경화성 바인더를 포함하는 부직물질을 나타내는 것으로 의도된다. 상기 TSFNW 물질은 특이적으로 성형화된 "열성형된 제품(thermoformed product)"로 가열되고 그리고 열성형될 수 있다.
단섬유들의 사용은 섬유상 물질들의 고유의 "열 메모리(thermal memory)"로 인하여 열성형성 물질들에서 유리할 수 있다. 가공 동안에, 섬유들은 이들이 상기 부직물질에 대한 원하는 기하학적 구조(geometry)로 일치되도록 가열될 수 있다. 그러나, 사용하는 동안에서와 같이 상기 물질이 재가열되는 경우, 상기 섬유들은 상기 섬유들의 "열 메모리"의 결과로서 섬유들의 초기 가공 이전의 섬유들에 더 가까운 기하학적 구조로 변형되고 그리고 복귀될 수 있다. 통상의 스테이플 화이버들과 같은 보다 긴 섬유들에 있어서는, 섬유의 길이의 함수로서 열 메모리 변형(thermal memory distortion)으로 인하여 야기될 수 있는 전체 변위(overall displacement)가 보다 짧은 섬유들 보다 더 크다. 따라서, TSFNW 물질은 보다 긴 길이를 갖는 섬유들을 사용하는 부직물질 보다 더 큰 열적 안정성을 가질 수 있다.
TSFNW 물질들은 그 안에 보다 긴 섬유들을 갖는 유사한 물질들 보다 더 적은 바인더들을 요구할 수 있다. 보다 긴 섬유들을 갖는 물질들에 있어서는, 원하는 기하학적 구조 내에서 상기 섬유들을 제한하는 것에 의하여 열 메모리 변형의 효과들을 완화시키기 위하여 부가의 바인더가 요구될 수 있다. 따라서, 일부 구체예들에 따른 단섬유-기반의 물질들은 보다 짧은 섬유들에서 열 메모리 변형이 상대적으로 덜하기 때문에 더 적은 바인더를 요구할 수 있다. 따라서, 일부 구체예들에 따른 TSFNW 물질들은 보다 긴 섬유들을 포함하는 열성형성 부직물질들과 비교하는 경우에 원하는 제품 기하학적 구조를 달성하는 데 더 적은 바인더를 필요로 할 수 있으며, 마찬가지로 긴 길이를 갖는 스테이플 화이버들의 부직물질들에 비해 더 경량이 될 수 있다. 게다가, TSFNW 물질들의 열성형은 긴 스테이플 화이버들을 갖는 부직물질과 비교하는 경우에 가열되어야 할 필요가 있는 물질이 더 적기 때문에 보다 효과적으로 수행될 수 있으며, 그 결과, 열성형을 위하여 필요한 온도까지 상기 물질을 가열하는 데 더 적은 에너지가 요구된다.
재생 단섬유(short recycled fibers)들을 생성하는 데 사용되는 섬유상 폐기물은 다양한 원천들로부터 수득될 수 있다. 상기 폐기물은, 예를 들면, 개조(conversion), 스탬핑 등의 결과로서 다른 부직제품(nonwoven products)들을 제조하는 공정에 의하여 형성될 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 특히 제조공정의 초기단계들에 있어서, 상기 폐기물은 단지 섬유들로 이루어진다. 따라서, 상기 폐기물은 품질에 있어서 신생 스테이플 화이버들과 매우 유사할 수 있다. 특히, 100% 섬유상 폐기물은 벌크 단섬유 재생의 특성에 영향을 줄 수 있는 접착제 분말 및 필름들과 같은 비-섬유상 바인더들이 없을 수 있다. 이러한 물질은 단순한 섬유상 폐기물(fibrous waste material)로 고려될 수 있다. 달리, 상기 섬유상 폐기물은 부가의 성분들을 포함할 수 있으며, 이는 아마도 상기 폐기물이 제조공정의 보다 후속의 단계들에서 생산되기 때문인 듯 하다. 그 결과, 상기 폐기물은 복합적인 섬유상 폐기물로 구성될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 복합적인 섬유상 물질은 소비-후(post-consumer), 또는 생산-후(post-industrial) 폐기물이 될 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 폐기물은 적층, 코팅, 주조, 트리밍(trimming) 및/또는 절단 등과 같은 개조 공정으로부터 또는 폐직물들 또는 폐섬유들의 다른 원천들로부터 야기될 수 있다. 섬유상 폐기물들은, 예를 들면, 직물들 및 카펫들에서 벨루어(velour) 또는 파일(pile)을 생성하는 데 사용되는 것과 같은 직물 전모 가공(textile shearing process)으로부터 유래될 수 있다. 종종 이러한 폐기물은 매우 적은 현재시가(current commercial value)를 갖는 것으로 여겨지며, 종종 매립지에 폐기된다. 상기 섬유상 폐기물은 자동차 카펫 또는 적층된 직물 폐기물 등과 같은 직물 폐기물들을 포함할 수 있다. 단섬유들이 또한 얀 방사 공정(yarn spinning processes)들에 과공급되는 섬유들 또는 심지어 과공급된 얀들로부터 분쇄될 수 있다. 특히, 단섬유들은 또한 긴 스테이플 화이버들을 분쇄하는 것에 의해 형성될 수 있으며, 이 섬유들은 신생 또는 재생섬유 또는, 예를 들면, 과생산된 원착사(dope dyed fiber)와 같이 요구수준들에 대해 과공급된 섬유들이 될 수 있다.
일부 구체예들은 카펫들로부터 유도된 물질들을 부직물질들로 전환시키는 데 특히 적절하다. 이러한 카펫-유래 물질들에는, 예를 들면, 사용-후 카펫, 과공급된 카펫 재고, 카펫 생산에서 나오는 카펫 트리밍들 및 깔아두고 사용하는(laying) 동안에 생성된 폐카펫들이 포함될 수 있다. 상기 카펫은 카펫롤(carpet rolls) 또는 카펫타일(carpet tiles)들로부터 나올 수 있다. 일부 구체예들에서 사용되는 상기 카펫 폐물질에는 상기 섬유상 물질들과 마찬가지로 카펫덧층(carpet backing layers)들이 포함될 수 있다. 상기 덧층의 물질은 과립(granules)들 또는 입자(particles)들로 전환될 수 있으며, 또한 상기 단섬유들과 결합되어 상기 물질을 통한 왜곡된(tortuous) 공기 흐름통로(air flow path)의 형성을 강화시키도록 할 수 있다. 달리, 만일 상기 입자화된 덧층의 물질이 열가소성 중합체를 포함하는 경우, 일부 구체예들에 따라 상기 부직물질이 형성됨에 따라 가열되고, 예를 들면, 바인더로서 사용되어 중합체-코팅된 부직물질들을 생성하도록 할 수 있다.
상기 카펫으로부터 나오는 상기 섬유상 물질은 합성섬유들 및, 예를 들면, 울(wool) 등과 같은 천연섬유들을 포함하여 카펫들에서 사용된 여러 가지 섬유들을 포함할 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 예를 들면, 단섬유들 또는 사전형성된 웹의 형태의 울을 포함하는 부직물질들의 생산은 잠재적으로 다른 화염 지연 화합물(fire retardant compounds)들의 첨가 없이도 울이 상기 물질에 화염 지연 특성(fire retardant properties)들을 부여할 수 있기 때문에 유리할 수 있다.
기술된 공정들에서 활용될 수 있는 섬유상 물질의 광범위한 원천들의 관점에서, 광범위한 섬유 두께들 또는 선형 밀도(linear densities)들이 여러 구체예들에서 사용될 수 있다. 섬유들은 : 2데니어(denier) 이하의 낮은 두께(또는 선형 밀도); 2 내지 12데니어 등과 같은 중간 두께(또는 선형 밀도); 또는 카펫 섬유들에서 발견되는 것과 같은 거친 두께(또는 선형 밀도);를 가질 수 있다. 대체로, 상기 섬유의 직경은 상기 단섬유들을 사용하여 생산되는 상기 부직물질의 원하는 특성들에 따라 선택된다. 예를 들면, 상기 섬유의 직경은 결과물(resulting material)의 원하는 공기 흐름저항성에 따라 선택될 수 있다.
나이프 밀(knife mill) 내에서 직물 폐기물을 파쇄하는 것에 의하여 섬유상 폐기물이 단섬유들을 생산하는데 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 재생단섬유들은 나이프 밀 내에서 이러한 폐기물을 파쇄하는 것에 의해 생산될 수 있다. 예를 들면, 제조 자투리(production off-cuts)들 또는 유사한 폐기물들이 나이프 밀 또는 터보로터 밀(turbo rotor mill) 내로 공급되어 상기 폐기물을 분쇄하고 그리고 약 1 내지 12㎜의 길이, 또는 달리 약 2 내지 8㎜의 길이, 또는 달리 3 내지 6㎜의 길이의 섬유들로 절단될 수 있다. 상기 나이프 밀에는 그를 통하여 상기 절단된 섬유들이 통과하는 여러 착탈가능한 스크린(screens)들이 장착될 수 있다. 상기 섬유들은 상기 스크린을 통한 흡입에 의하여 제거될 수 있다. 공기흐름과 스크린 크기를 변화시키는 것에 의하여, 바람직한 길이의 섬유가 수득될 수 있다. 달리, 상기 섬유상 폐기물은 신생 스테이플 화이버들로 대체되어 동일한 공정을 사용하는 신생 단섬유들을 생산할 수 있다.
상기 스크린의 크기의 선택은 첨가될 수 있는 접착제 물질들의 비율과 마찬가지로 상기 섬유상 폐기물 또는 신생 스테이플 화이버들의 속성, 상기 부직물질의 원하는 기계적 및 물리적 특성들(공기 흐름특성들 등과 같은) 그리고 상기 섬유들의 속성들에 의존적이다. 상기 섬유상 폐기물이 단지 재생 단섬유들 만을 포함하는 환경 하에서는, 이하에서 언급하는 바를 제외하고는 임의의 스크리닝(screening)의 결과는 상당히 예측가능할 수 있다.
공기 흐름투과도(air flow permeability) 대 섬유 크기 및 길이 및 접착제 함량 등과 같은 원하는 기계적 또는 물리적 특성의 조합(matrix)은 예측할 수 있는 결과들을 제공할 것이다. 그러나, 필름 등과 같은 다른 구성요소들이 상기 섬유상 폐기물 내에 존재하는 경우, 상기 물질은 예측할 수 있는 결과에 대한 공정 조건들을 결정하는 데 특정되어야 한다. 일단 상기 물질이 특정되면, 원하는 공기 흐름 특성들을 달성하는 것은 예측될 수 있을 것이나, 그러나 상기 섬유상 폐기물이 단지 재생 단섬유들만을 포함하는 경우 보다 더 스크린 크기에 의존적이 될 것이다. 대체로, 상기 스크린이 너무 거친 경우, 그 결과의 스크리닝된 물질은 적절하지 않을 수 있다. 너무 거친 스크린을 사용하는 효과는 실시예 5에 의해 나타났다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 재생 단섬유들은 신생 스테이플 화이버들과 명백하게 유사한 섬유상 특징을 가질 수 있다. 다른 구체예들에 있어서, 특히 만일 상기 섬유상 폐기물이 고밀도이고 그리고 높은 비율의 바인더를 포함하는 경우, 상기 재생 단섬유들은 응집되거나(clumped) 또는 군집화되거나(grouped) 또는 둘 다인 과립상 또는 입자화 구조를 가질 수 있으며, 이들은 어떤 점에서는 서로 결합되거나 또는 고착될 수 있다.
복합 섬유상 폐기물에 대하여는, 예를 들면, 음향재료들, 필터들 또는 배터리 분리기(battery separators)들의 응용예들에 있어서 상기 부직물질이 조절된 공기 투과도를 가져야만 하는 경우에서는 상기 스크린의 주의 깊은 선택이 요구될 수 있다. 예를 들면, 스페이서층(spacer layer), 반-구조적 패널(semi-structural panel) 등과 같이 공기 흐름 투과도의 조절이 덜 중요한 응용예들에 대하여는 보다 넓은 범위의 스크린들이 사용하기에 적절할 수 있다.
상기 단섬유들이 형성되는 상기 섬유상 폐기물들에는 감압(pressure sensitive) 또는 핫멜트(hot-melt) 접착제층들 등과 같은 안감(backings)들과 마찬가지로 포일, 필름, 발포층(foam layers) 또는 직물들 등과 같은 적층된 외장(facings)들 및 안감들이 포함된다. 대개는 통상적인 재생 공정들에서 불혼화적인 이들 층들은 나이프 밀링 공정(knife milling process)에서 작은 조각들로 전환된다. 계속해서 이들 입자들은 다공성을 감소시키고 그리고 왜곡도(구불구불한 정도 ; tortuosity)를 증가시키는 데 도움을 줄 수 있는 충진재(fillers)들로서 작용할 수 있으며, 이는 높은 공기 흐름 저항성이 바람직한 경우에서 바람직하다. 만일 속성에 있어서 열가소성인 경우, 이들 작은 조각들은 후속적으로 형성되는 화이버웹(fiber web)에 대하여 접착제로서 작용할 수 있다.
상기 가공된 물질의 최종 형태는 본 명세서에서는 편의를 위하여 대체로 단섬유 재생물(SFR ; short fiber recyclate)로 기술된다. 상기 SFR은 상기 분쇄 공정으로부터의 단섬유 100% 또는 보다 적은 비율의 분쇄된 단섬유들을 포함할 수 있다. 선택적으로 상기 단섬유들은 다른 형태들의 재생된 폐기물, 신생(재생된 것이 아닌) 물질들, 광물 충진재(mineral fillers)들, 열경화성 수지들, 착색제(colouring agents)들, 화염 지연제(flame retardants)들, 보다 긴 스테이플 화이버들 등과 같은 적절한 첨가제들과 제한 없이 혼합되거나 또는 달리 결합되어 혼합 단섬유 재생물(MSFR ; mixed short fiber recyclate)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 폐기물의 상기 분쇄된 단섬유들에 비하여 상대적으로 길이가 긴, 길이에 있어서, 약 30 내지 100㎜의 범위, 달리 약 51㎜의 평균 길이, 달리 약 64㎜의 평균 길이의 보다 긴 스테이플 화이버들이 첨가되어 상기 MSFR을 형성할 수 있다. 이들 길이가 긴 스테이플 화이버들은 강화제(reinforcement)로서 첨가되어, 예를 들면, 상기 부직물질의 인장강도 및 굽힘강도를 강화시킬 수 있다.
MSFR의 형성에 있어서, 적절한 비-섬유 폐기 스트림(non-fiber waste streams)들이 첨가되어 충진재로서 또는 접착제로서 작용하도록 할 수 있다. 상기 재생섬유들에 첨가제들이 첨가되어 화염 지연, 인열강도(tear strength), 개선된 공기 투과도 또는 증가된 질량 등과 같은 원하는 특성들을 부여하도록 할 수 있다. 물리적 특성들의 제어가 중요한 경우에서는, 상기 폐기 스트림은 잘 알려진 구성성분들과 함께 잘 알려진 원천들로부터 파생된 것이어야 한다. 편의를 위하여, 본 상세한 설명의 문맥 내에서는, SFR은 또한 혼합 섬유 재생물(mixed fiber recyclate)을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
상기 SFR을 형성하는 데 사용되는 상기 물질들의 적어도 일부는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 여러 공중합-폴리에스테르 물질(CoPET)들, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등과 같은 열가소성 물질들을 포함할 수 있다. 상기 SFR은 면, 모, 마(hemp) 등과 같은 일정 비율의 천연섬유들을 더 포함할 수 있다. 상기 SFR의 생산에서 사용되는 천연섬유들의 비율은 상기 SFR 부직물질의 원하는 응용예에 의존적이다. 예를 들면, 일부 구체예들에 있어서, 울의 비율에는 상기 SFR 부직물질에 화염 지연 특성들을 부여하기 위하여는 상기 SFR 내에서, 예를 들면, 상기 SFR의 총 중량의 약 20% 또는 그 이상이 포함될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 SFR 내에 90%까지의 천연섬유들이 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 높은 비율의 천연섬유들을 사용하여 형성되는 상기 SFR 부직물질은, 예를 들면, 카펫 밑깔개(carpet underlay) 또는 핀보드 물질로서 사용될 수 있다. 상기 물질은 접착성의 열가소성 섬유들을 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 섬유 성분의 융점은 상기 폐기 스트림 내의 다른 섬유 성분들의 융점 보다 더 낮다.
예를 들면, 열적으로 접착된 부직 절연체(nonwoven insulation)의 재생된 폐기물로부터 생산된 SFR 물질은 대체로 접착제 바인더 섬유들 및 보다 높은 융점의 열가소성 섬유들 또는 천연섬유들을 포함한다. 예를 들면, 통상의 직물 폐기물로부터 생산되는 SFR 물질은 대체로 접착성 바인더 섬유들을 포함하지 않는다. PP 등과 같은 저온 용융 섬유들로부터 생산되는 SFR 물질은 이러한 섬유들의 융점 이상으로 열적 접착이 수행되는 경우 접착제 바인더의 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 원하는 수준들의 접착을 달성하기 위해서는 폐기물의 형태에 따라 상기 SFR을 별도의 열가소성 바인더와 세밀하게 혼합할 것이 필요할 수 있다. 달리 또는 부가적으로, 상기 부직물질의 생산 동안에 열경화성 수지 등과 같은 다른 접착제 성분이 SFR과 결합될 수 있다.
특성에 있어서 열가소성이 아닌 모와 같은 단섬유들을 사용하는 구체예들에 있어서는, 예를 들면, 분말 또는 섬유들의 형태로 열가소성 바인더가 상기 SFR 또는 SFR의 상기 전구체 웹에 첨가될 수 있다. 상기 열가소성 섬유들은 또한 선택적으로 재생되는 단섬유들이 될 수 있다. 상기 물질 내에 보다 작은 기공(pore)들 및 공극(voids)들을 갖는 부직물질들을 생산하기 위하여는 보다 높은 비율들의 열가소성 바인더가 상기 SFR에 첨가될 수 있다. 바인더의 비율이 증가하고 그리고 상기 물질 내의 공극 공간들이 더욱 감소됨에 따라, 생산되는 상기 물질은 부직 직물(nonwoven textile) 보다는 단섬유 강화 플라스틱 시트(short fiber reinforced plastic sheet)에 더 가깝다.
일부 구체예들에 있어서, 가소화된 폴리염화비닐(plasticized polyvinyl chloride ; PVC) 또는 열가소성 폴리우레탄(PU)들이 열가소성 바인더로서 사용되어 PVC-코팅 섬유들 또는 PU-코팅 섬유들을 갖는 부직물질을 생산할 수 있다. 상기 PVC 또는 PU의 원천은 상기 SFR을 생산하는 데 사용된 상기 섬유상 물질이 될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 PVC 또는 PU는 상기 섬유상 폐기물과 함께 포함된 안감들 또는 바인더들로부터 수득될 수 있다. 달리 또는 부가적으로, 상기 PVC 또는 PU는 별도의 첨가제로서 상기 SFR에 첨가될 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 SFR은 사전형성된 섬유상 웹(preformed fibrous web) 상부로 산포되거나 또는 달리 그 내부로 내포될 수 있으며, 후속적으로 통상 가열을 통하여 접착되어 부직물질을 형성할 수 있다. 상기 부직물질은 약 5 내지 100중량% 사이의 재생섬유들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 부직물질은 약 5 내지 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99% 사이를 포함할 수 있다. 달리, 상기 부직물질은 약 20 내지 약 80중량% 사이의 재생섬유들을 포함할 수 있다. 달리, 이는 약 30 내지 약 60중량%의 재생섬유들을 포함할 수 있다. 상기한 산포 적용(scattering application) 이전 또는 그 중간에 상기 재생섬유들에 첨가제들이 첨가될 수 있다. 첨가제들은 또한 상기 SFR의 산포에 대하여 직렬로 설치되는 별도의 산포 유닛(scattering units)들의 사용에 의하여 상기 SFR에 첨가될 수 있다.
상기 사전형성된 섬유상 웹은, 예를 들면, 폐기물의 상기 분쇄된 단섬유들에 비하여 상대적으로 길이가 긴, 약 30 내지 약 100㎜의 범위의 스테이플 화이버들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 웹은 상기 PET 섬유 보다 더 낮은 융점에서 용융하는 저융점 공중합-폴리에스테르(CoPET) 시쓰(sheath)에 의해 둘러싸여지는 PET 코어(core)를 갖는 시스/코어형 이성분 바인더 섬유를 갖는 PET 섬유들로 이루어지는 사전형성된 열적으로 접착된 웹이 될 수 있다. 대개, 이 저융점은 대략 110℃가 될 수 있다. 그러나, 다른 융점의 CoPET 중합체들이 또한 사용될 수 있다. 상기 이성분 섬유들은 달리 PE/PET 및 PP/PET, PA/PET 등과 같은 다른 중합체 형태들을 포함할 수 있다.
달리, 상기 SFR은, 예를 들면, 스펀본드(spunbond), 에어레이드(airlaid), 멜트-블로운(melt-blown), 웨트레이드(wet-laid), 스펀레이스(spun-laced), 수압얽힘(hydro- entangled), 니들펀치(needle-punched) 되거나 또는 그와 유사한 부직웹(nonwoven web) 등과 같은 사전-생산된 부직웹 상에 섬유상 웹으로 형성되어 상기 SFR이 상기 부직웹 상에 코팅을 형성하도록 할 수 있다. 상기 사전형성된 웹의 중량 및 밀도는 최종시트(final sheet)로부터 요구되는 기계적 및 물리적 특성들에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 웹은 단지 충분한 인장강도 및 인열강도를 가져 이것이 단지 재생 단섬유들에 대한 캐리어(carrier)로서 작용하도록 하기에 적절하도록 할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 이러한 웹은 약 12g/㎡ 내지 약 50g/㎡ 사이의 웨트레이드 셀룰로오스 부직포(wet-laid cellulose nonwoven)를 포함할 수 있다. 달리, 최종의 부직물질의 상기 인열강도 및 인장강도는 상기 사전형성된 웹에 의해 크게 제공될 수 있다.
상기 SFR은, 예를 들면, 다공성 벌크 흡음재(porous bulk absorber) 등과 같은 사전-제조된 저밀도 부직물질 상에 섬유상웹으로 형성되어 상기 물질의 두께를 통하여 가변되는 공기 흐름저항성을 갖는 복합재료를 형성하도록 할 수 있다. 그러나, 상기 SFR 웹을 굳히기(consolidate) 위한 후속하는 가열 및 압축에 따라, 상기 사전-제조된 저밀도 사전형성된 웹을 포함하는 상기 부직물질은, 예를 들면, 다공성 림프시트 등과 같은 고밀도 부직물질로 전환될 수 있다. 형성된 상기 다공성 림프시트는 기술된 다른 구체예들에 따른 것이거나 그렇지 않은 것이 될 수 있는 다른 벌크 흡음재와 함께 활용되어 또한 복합 제품을 형성할 수 있다. 상기 벌크 흡음재 및 상기 림프시트가 둘 다 TSFNW 물질들인 구체예들에 있어서는, 상기 복합 물질은 또한 열성형적인 것이 될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 다공성 벌크 흡음재는 몰딩 및 열성형 동안에 상기 다공성 림프시트의 일측면에 부착될 수 있다. 다른 구체예에 있어서, 상기 다공성 흐름저항성 림프시트는 몰딩에 앞서 상기 림프시트의 일측면에 부착될 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 SFR은 사전-제조된 직조되거나 또는 편물로 된 섬유웹(woven or knitted textile web) 상에 웹으로 형성되어 상기 SFR이 상기 웹 상에 코팅을 형성하도록 할 수 있다. 예를 들면, 상기 웹은 덮개 또는 장식천을 포함하여 그렇게 생산된 상기 부직물질이 심미적으로 만족스럽고 그리고 자동차 또는 건축물 내장에서 사용하기에 적절하도록 할 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 SFR을 포함하는 상기 부직물질은 복합 제품의 일부를 형성할 수 있다.
상기 사전형성된 웹은 희생적인 것이 될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 SFR은 13g/㎡(gsm ; gram per square meter)와 같이 얇은, 경량의 사전형성된 웹 상에 형성된다. 일단 상기 SFR이 굳어지게 되면, 상기 희생적인 사전형성된 웹은 벗겨내어져서 폐기될 수 있다. 상기 희생적인 웹은 상기 SFR 웹의 굳힘 직후에 제거될 수 있다. 달리, 상기 희생적인 웹은 단지 상기 SFR 부직물질의 사용 직전에 제거될 수도 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 부직물질은 사전형성된 웹 없이 잠재적으로는 100%까지의 높은 비율의 SFR과 함께 형성될 수 있다. 이들 구체예들은 상기 SFR을 성형벨트(forming belt) 상으로 에어레이(air laying), 기계적 웹 형성, 산포(scattering) 또는 달리 분산시키는 것에 의하여 웹 내로 상기 SFR을 형성시키는 것에 의해 생산될 수 있다. 상기 SFR은 후속하여 가열되고 그리고 압축될 수 있다.
상기 SFR은, 예를 들면, 접촉가열(contact heating), 가열된 증기(예를 들면, 스팀) 또는 가스(예를 들면, 쓰루에어 본딩(through-air bonding)에서 사용되는 것과 같은)에의 노출 및 적외선 방사에의 노출을 포함하여 하나 또는 그 이상의 기술들을 사용하여 가열될 수 있다.
일부 구체예들에서 사용되는 상기 성형벨트는 단단한, 달라붙지 않거나 또는 접착되지 않는 컨베이어가 될 수 있으며, 이는 상기 물질을 평판적층기(flat bed laminator) 또는 압축유닛을 통하여 전달하여 보다 높은 밀도의 부직물질을 생산하도록 하는데 활용된다. 이들 구체예들의 일부에 있어서는, 상기 SFR은 길이가 긴 스테이플 화이버 등을 포함하여 다양한 첨가제들과 혼합될 수 있다. 상기 성형벨트는 개방그물구조(open mesh construction)를 가질 수 있으며, 계속해서 상기 SFR은 쓰루-에어 본딩 오븐(through-air bonding oven)을 통하여 통과되어 저밀도 물질들을 생산하도록 할 수 있다. 상기 성형벨트는 평판적층기 또는 압축유닛을 통하여 전달하기 위한 단단한, 달라붙지 않는 컨베이어가 되어 보다 높은 밀도의 부직물질을 생산하도록 할 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 부직물질은 둘 또는 그 이상의 공정들의 조합을 통하여 통과될 수 있으며, 일측면 또는 양측면들 상에 여러 외장들로 적층될 수 있다. 외장들에는 상기 부직물질의 특정의 구체예들에 따른 다공성 림프시트들 등과 같은 상대적으로 높은 공기 흐름저항성을 갖는 부직물질들이 포함될 수 있다.
부직물질은 원하는 마감된 부직물질에서 요구되는 물리적 특성들 및 공기 투과도 특성들에 따라 선택되는 두께 및 밀도를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 부직물질의 밀도는 부분적으로는 상기 첨가제들이 구성하는 상기 최종 부직물질의 비율과 마찬가지로 상기 부직물질 내로 내포되는 임의의 첨가제들의 비중에 의존적일 수 있다. 벌크 밀도는 대체로 상기 SFR의 비중과 상기 SFR로부터 생산되는 상기 부직물질의 다공성의 함수이며, 이는 상기 SFR 내에서의 상기 섬유들의 충진밀도(packing density)를 나타내는 것으로 고려될 수 있다.
저밀도 부직물질은 약 1.5 내지 약 350㎜ 사이의 마감된 두께와 함께 저밀도를 갖도록 설계될 수 있다. 상기 두께는 달리 약 4 내지 약 250㎜ 사이, 약 5 내지 약 150㎜ 사이, 약 6 내지 약 75㎜ 사이 또는 약 8 내지 약 50㎜ 사이가 될 수 있다. 이들 구체예들 중의 일부에 따르면, 상기 부직물질은 약 10 내지 200㎏/㎥ 사이, 또는 약 15 내지 약 100㎏/㎥ 사이, 또는 약 20 내지 60㎏/㎥ 사이의 벌크 밀도를 갖는, 상대적으로 두꺼운, 저밀도 부직포로 형성될 수 있다. 그에 따라 형성된 상기 SFR 부직물질은 적어도 100,000라일/m와 약 200,000라일/m까지의 흐름저항성을 가질 수 있다. 달리, 상기 SFR 부직물질은 약 100,000 내지 약 150,000라일/m 사이의 흐름저항성을 가질 수 있다. 저밀도 부직물질들은 275,000라일/m 까지의 흐름저항성을 가질 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 저밀도 부직물질을 생산하기 위해서는, 상기 부직물질을 생산하기 위하여 가열할 때 상기 단섬유층이 압축되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 다른 구체예들에 따르면, 상기 부직물질은 상대적으로 높은 밀도를 갖도록 형성될 수 있으며, 상대적으로 높은 공기 흐름저항성을 나타낸다. 이러한 부직물질은 약 0.1 내지 약 5㎜ 사이의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 두께는 달리 약 0.25 내지 약 4㎜ 사이, 또는 약 0.3 내지 약 3㎜ 사이, 또는 약 0.4 내지 약 2.5㎜ 사이가 될 수 있다. 특정의 응용예들은, 예를 들면, 측벽판대기(wall paneling) 등과 같이 보다 두꺼운 물질들을 요구할 수 있다. 이러한 방법으로 형성된 부직물질은 약 200 내지 약 1,000㎏/㎥ 사이의 벌크 밀도를 가질 수 있다. 상기 벌크 밀도는 2000㎏/㎥ 정도로 높아질 수 있다. 달리, 상기 벌크 밀도는 약 250 내지 약 800㎏/㎥ 사이 또는 가능하게는 약 300 내지 약 600㎏/㎥ 사이가 될 수 있다.
상기 고밀도 부직물질은 약 275,000 내지 3,000,000라일/m 사이의 흐름저항성을 갖도록 형성될 수 있다. 달리, 상기 흐름저항성은 약 1,000,000 내지 약 1,500,000라일/m 사이, 또는 약 1,250,000 내지 약 1,400,000라일/m 사이가 될 수 있다. 예를 들면, 3㎜ 두께의 물질은 상기 공기 흐름저항성이 2,000,000라일/m인 경우에 6,000라일의, 또는 1,000,000라일/m인 경우에 3,000라일의, 또는 700,000라일/m인 경우에 2,100라일의 흐름저항성을 가질 수 있다. 이들 예시적인 물질들 각각은 특정의 환경들 하에서 매우 효과적인 음향물질을 구성할 수 있으며, 상기 SFR은 정확한 범위의 상기 공기 흐름저항성을 제공하도록 선택되어야만 한다.
다른 구체예들은 상기 기술된 방법들에 따라 및/또는 본 명세서에서 기술된 물리적 및 재료적 특성들을 갖는 부직물질에 관한 것이다.
다른 구체예들은 열가소성 섬유들을 포함하는 폐기물로부터 형성되는 단섬유들을 포함하는 벌크 재생 섬유물질에 관한 것이다. 상기 단섬유들은 대체로 약 0.5 내지 12㎜ 또는 약 1 내지 약 6㎜의 길이를 갖도록 형성된다. 달리, 상기 단섬유들의 평균 섬유길이는 약 12㎜ 이하, 약 6㎜ 이하, 또는 약 2 내지 약 5㎜가 될 수 있다. 상기 단섬유들은, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 물질 등과 같은 폴리에스테르 물질을 포함할 수 있다. 상기 폐기물은, 예를 들면, 열적으로 접착되는 부직물질의 자투리를 포함할 수 있다. 상기 단섬유들은 상기 자투리들을 중간 길이로 분쇄시키고 계속해서 이들을 상기 단섬유들을 생산하도록 분쇄하는 것에 의해 형성될 수 있다. 필요한 경우, 예를 들면, 사이클론형 분리시스템(cyclonic separation system)을 사용하는 통상의 먼지 또는 분말 추출 공정들로 분말 및 먼지입자들이 상기 분쇄된 물질로부터 제거될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 미립자(fine particles)들이 다공성을 감소시키고 그리고 공기 흐름저항성에서 유용한 증가의 결과를 가져오도록 하는 충진재로서 작용할 수 있기 때문에 미립자들은 상기 SFR에 바람직하게 첨가될 수 있다.
TSFNW 물질인 구체예들을 포함하여, 본 명세서에서 기술되는 바와 같은 상기 부직물질의 구체예들은 자동차의 실내(cabin) 외부로부터 유래되고 그리고 상기 실내의 내부로 전파되는 소리들을 감쇠시키는 자동차들 내에서의 음파감쇠물질(sound attenuation materials)들로서 적절한(그러나 이에 제한되지는 않는) 것으로 의도된다. 상기 부직물질은, 예를 들면, 대시패널(dash panels)들의 내부 및 외부 상에 그리고 상기 실내에서의 카펫 하에서 상기 차량의 엔진실(engine cavity) 내에서 사용될 수 있다. 상기 부직물질은 실내장식트림(interior decorative trim)으로서 사용될 수 있으며, 이러한 경우에서 이는 상기 음향시트를 장식천(decorative fabric)의 일부 형태로 외장하는 것이 필요할 수 있다. 상기 음향시트들은, 예를 들면, 공기층(air space)와 함께 사용되거나 또는 다른 흡음재료들과 함께 사용될 수 있다.
상기 부직물질은 또한 가능하게는, 예를 들면, 다공성 림프시트 또는 흐름저항성 스크린(flow resistive screen)로서 작용하는 별도의 고밀도 또는 높은 흐름저항성 외장과 함께 음향핀보드물질(acoustic pin board material)로서, 또는 천정타일(ceiling tile)로서 사용될 수 있다.
더욱이, 본 명세서에서 기술되는 바와 같은 상기 부직물질의 일부 구체예들은 여과물질로서 사용하기에 적절한(그러나 이에 제한되지 않는) 것으로 의도된다.
상기 부직물질이 저밀도 부직물질인 경우인 일부 구체예들에 있어서, 상기 부직물질은 다공성 벌크 흡음재로서 사용될 수 있다. 원하는 규격들의 다공성 벌크 흡음재로서 형성하기 위해서는, 일단 상기 부직물질이 형성되면 상기 부직물질은 수직으로 겹쳐지도록 하고(lapped) 그리고 열적으로 접착될 수 있다. 일부 다른 구체예들은, 예를 들면, 다공성 림프시트 등과 같은 다양한 응용예들에 사용될 수 있는 고밀도 부직물질들에 관련된다. 상기 저밀도 및 고밀도 부직물질들은 함께 사용되어 복합재료들 또는 제품들을 형성할 수 있다.
대체로, 소리의 흡수를 위하여 그리고 여과를 위하여 사용되는 부직물질들은 알려진 공기 투과도 특성들을 나타내어야 한다. 예를 들면, 다공성 물질들의 소리 흡수 특성들은 잘 정의되어 있다. 절대적인 특징들에는 공기 흐름저항성(상기 물질을 통한 공기 흐름에 대한 저항), 왜곡도(상기 물질 내에서의 음파의 통과 길이) 및 다공성(용적에 대한 공극비)들이 포함된다. 섬유상 물질들에 대하여는, 공기 흐름저항성은 소리 흡수를 제어하는 압도적으로 절대적인 인자이다. 여과에 영향을 주는 인자들도 근본적으로 동일하다.
상기 공기 흐름저항성은 특정의 두께에서 특정의 물질에 대해 측정된다. 상기 공기 흐름저항성은 상기 공기 흐름저항성(라일 단위)을 두께(미터 단위)로 나누어서 라일/m로 측정되는 공기 흐름저항도(air flow resistivity)를 유도하는 것에 의하여 정규화된다. 흡음재료들에 대한 공기 흐름저항성의 결정을 위한 방법들이 ASTM 표준 C522-87 및 ISO 표준 9053에 언급되어 있다. 상기 기술된 구체예들의 문맥 내에서, mks 단위계 라일(mks Rayls)로 측정된 공기 흐름저항성은 상기 공기 흐름저항성을 특정하는 데 사용될 수 있으나; 그러나 다른 측정방법들 및 측정 단위들도 동등하게 유효하다.
여과 목적들에 대해서는, 상기 부직물질은 공기 흐름에 대한 낮은 저항을 제공하는 상대적으로 개방된 구조를 가져서 상기 물질을 통한 압력 강하를 최소화하는 한편으로 기공 크기들이 특정의 입자 크기들 및 양들의 포획에 적절하도록 허용되는 것이어야 한다. 소리 흡수를 위한 음향물질들은 상대적으로 높은 공기 흐름저항성을 가져서 상기 물질 상으로의 음압파(sound pressure wave)에 대한 음향임피던스를 제공하도록 하여야 한다. 두 응용예들에 있어서, 공기 투과도는 예측가능하고 그리고 일정한 성능을 보장하도록 관리되어야 하며, 이는 다른 인자들 중에서도 섬유 크기들, 형태들 및 길이들의 관리를 통하여 달성된다. 이러한 이유로, 균질한, 단섬유 부직물(homogeneous, short fiber nonwoven textile)이 바람직하다. 비용을 감소시키고 그리고 매립지에 폐기되는 폐기물의 양을 감소시키거나 또는 제거하는 것에 의하여 뚜렷한 환경적인 잇점을 제공한다는 관점들에서 SFR-기반의 직물이 유리할 수 있다.
보다 짧은 섬유들의 사용은 상기 부직물질의 성능과 관련하여 잇점들을 갖는다. 단섬유들을 사용하여 달성되는 선택된 공기 흐름저항도는 단지 실질적으로, 예를 들면, 약 30 내지 약 100㎜의 긴 길이를 갖는 통상의 스테이플 화이버들을 포함하는 통상의 부직물질의 공기 흐름저항성 보다 뚜렷하게 더 높을 수 있다. 이론에 의하여 제한됨이 없이, 공기 흐름저항성에서의 이러한 예기치 못한 증가는 상기 단섬유들이 긴 섬유들에 비하여 상기 부직물질 내에서 보다 효과적으로 충진될 수 있다는 결과로서 획득될 수 있는 것이라고 여겨진다. 보다 짧은 길이는 생산 동안에 이들이 컨베이어 등과 같은 표면 상으로 또는 사전형성된 웹 내로 분산됨에 따라 상기 섬유들의 충진에서의 무질서의 정도를 감소시킬 수 있다. 상기 물질 내에서의 보다 정돈된 충진은 차례로 상기 공기 흐름저항도에서의 증가를 야기할 수 있다. 특히, 섬유 충진에서의 개량은 상기 부직물질의 섬유들 사이에서의 감소된 틈새공간(interstitial space)을 달성하여 상기 물질을 통한 공기흐름에 대한 왜곡경로를 형성하는 미로구조를 형성하도록 할 수 있으며, 따라서 선택된 공기 흐름저항성을 제공할 수 있다. 따라서, 받아들이기 어려울 정도로 성능을 희생시킴이 없이 비교적 경량의 부직물질들을 생산하는 것이 가능할 수 있다.
더욱이, 상기 단섬유들의 보다 효율적인 충진은 원하는 여과 특성들을 달성하기 위하여 기공 크기가 보다 쉽게 제어되도록 하는 것을 허용할 수 있다. 기공 크기가 특정의 응용예에 대한 연관된 물질들을 여과하는 상기 물질의 능력을 결정하기 때문에 기공 크기는 여과물질의 특성을 결정하는 핵심이다. 더욱이, 기공 크기는 사용에 있어서 필터 매질(filter media)을 가로질러서 발생하는 압력강하에 영향을 주는 인자들 중의 하나이다.
일부 구체예들에 있어서, 밀도들이 다른 다수의 부직물질들을 결합시켜 복합 제품을 형성하는 것에 의하여 원하는 수준들의 공기 투과도가 달성될 수 있다. 음향 응용예들에 있어서, 낮은 투과도를 갖는 물질과 높은 투과도를 갖는 물질들의 결합이 국부적으로 반응성인 음향거동을 달성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 구체예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 상기 부직물질들은 본 명세서에서 기술되는 구체예들에 따른 SFR-기반의 물질들이 될 수 있다.
복합 제품들은 상대적으로 높은 흐름저항성들을 갖는 SFR-기반의 다공성 림프시트들 및 실질적으로 상기 림프시트들 보다 작은 흐름저항성들을 갖는 SFR-기반의 다공성 벌크 흡음재들 또는 스페이서 물질(spacer materials)들로부터 형성될 수 있다. 이러한 복합 제품들을 생산하기 위한 방법들에는 본 출원인에 공동소유된 국제특허출원 제PCT/AU2005/000239호, 발명의 명칭 "열성형성 음향제품"(WO/2005/081226로 공개됨)에 규정된 것들이 포함되며, 그 내용들이 본 명세서에 참고로 포함된다.
이제 도 1 및 도 10을 참조하면, 음향시트로서 사용하기에 적절한 TSFNW 물질인 부직물질을 형성하는 방법을 실행하기에 적절한 가공시스템(1000)의 계통도와 함께 기술된 음향시트로서 사용하기에 적절한 TSFNW 물질인 부직물질을 형성하는 방법(100)의 흐름도가 나타나 있다. 방법(100)은 단계(110)에서 시작하며, 여기에서는 직물 폐기물들을 포함하여 섬유-함유 물질들의 자투리 등과 같은 섬유상 폐기물들이 수득된다. 사용에 앞서, 상기 섬유상 폐기물은 하나 또는 그 이상의 호퍼(1010)들 내에 저장될 수 있다.
예를 들면, 상기 섬유상 폐기물은 특정의 응용예에 적절하도록 특정의 형상으로 주조되거나 절단된 다른 음향시트들 또는 다공성 벌크 흡음재들의 전환으로부터의 트리밍들 또는 자투리들을 포함할 수 있다. 이러한 물질들의 자투리들은 통상적으로 고융점의 열가소성 섬유들과 바인더로서 작용하는 저융점의 접착제 섬유들의 비율들을 포함할 수 잇다. 달리, 상기 폐기물은 천연섬유 및 접착제 섬유들을 포함할 수 있다. 상기 접착제 섬유들은 종종 이성분의, CoPET/PET, PE/PET, PP/PET, PA/PET 섬유들을 포함할 수 있다. 달리, 상기 SFR은 스테이플 화이버들로서 PE 또는 PP 등과 같은 다른 적절한 저융점의 중합체성 섬유(polymeric fibers)들을 또는 접착제 분말로서 저융점 중합체들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌 카펫 섬유들이 열가소성 접착제 섬유들의 원천으로서 사용될 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 폐기물은 섬유웹(fiber web)의 일측면 또는 양측면들 상에 적층된 폴리에틸렌필름을 포함할 수 있다. 규격 감소 공정(size reduction process)에 의해 폴리에틸렌 플레이크(polyethylene flakes)들과 단섬유들의 혼합물이 생성된다. 이 실시예에 있어서, 상기 폴리에틸렌 플레이크들은 상기 TSFNW 물질 내에서 접착제 바인더로서 작용할 수 있다.
서로 다른 폐기물들이 서로 다른 섬유들의 서로 다른 비율들을 포함할 수 있기 때문에, 서로 다른 물질들로부터의 섬유들의 혼합물이 사용되어 재생된 섬유 물질들 중에서 원하는 접착제 바인더 물질의 비율을 수득할 수 있다. 예를 들면, 상기 섬유상 폐기물들은 각 이성분 섬유가 코어 물질과 상기 코어 보다 낮은 융점을 갖는 시스 물질을 갖는 이성분 섬유들을 포함하여 상기 이성분 섬유들을 서로에 대해 결합하는 것을 용이하게 할 수 있다. 예를 들면, 한 종류의 섬유상 물질이 말하자면 50% 접착성 이성분 섬유들을 포함하고 그리고 다른 섬유상 물질이 말하자면 20% 접착성 이성분 섬유들을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 두 섬유상 폐기물들의 50/50 혼합물은 그 결과의 SFR 내에 35% 이성분 섬유 성분을 가질 수 있다.
상기 SFR의 특별한 잇점은 이것이 다른 폐기물 스트림들 또는 충진제들과 쉽게 혼합될 수 있으며, 따라서 상기 부직물질의 생산을 위한 적절한 접착제 특성들을 부여하는 데 요구되는 최소량의 바인더의 사용으로 비교적 균질한 혼합물이 수득될 수 있다.
선택적인 단계(115)에서는, 상기 섬유상 폐기물의 일부 또는 전부가 파쇄기(shredder)(1015)를 사용하여 파쇄되거나 또는 달리 보다 작은 조각들로 거칠게 절단될 수 있다. 파쇄는, 예를 들면, 상용적으로 획득가능한 제르마(Zerma)의 ZWS 1000 또는 ZWS 800 파쇄기들 등과 같은 단축 파쇄기(single shaft shredder)를 사용하여 수행될 수 있다.
단계(120)에서는, 상기 폐기물이, 예를 들면, "오리지날 팔만(Original Pallmann)" PS4형 나이프밀 등과 같은 독일의 팔만(Pallmann)으로부터 상용적으로 획득가능한 것과 같은 나이프밀(1020)을 사용하여 분쇄되어 중간 또는 짧은 길이의 섬유들을 생산한다. 이들 중간 길이 내지 짧은 길이의 섬유들은, 예를 들면, 10 내지 20㎜, 또는 4 내지 12㎜, 또는 2 내지 6㎜, 또는 그 이하의 길이를 가질 수 있다. 본 출원의 문맥 내에서, 분쇄에 의해 생산되는 섬유들에 대한 언급은 개개 섬유들 또는 응집되거나, 접착되거나 또는 군집화된 섬유들이나 또는 둘 다를 언급하는 것으로 의도된다.
보다 짧은 섬유들을 생산하기 위해서는, 규격 감소의 제1단계가 보다 천천히 수행될 수 있으며, 또한 상기 나이프밀(1020) 내에서 보다 작은 스크린이 사용될 수 있으며, 이는 섬유들을 중간 길이로부터 짧은 길이로 하기 위하여 취해져야 하는 규격 감소의 임의의 다른 단계들을 수행할 필요성을 제거할 수 있다. 달리, 보다 높은 생산속도를 달성하기 위하여, 계속해서 단계(125)에서 나이프밀(1020)의 부가의 단계를 통하여 규격 감소의 제2단계에서 중간 정도의 짧은 섬유들이 분쇄될 수 있다. 상기 2-단계 나이프밀(1020)은 상기 나이프밀(1020)의 제1단계/영역과 상기 나이프밀(1020)의 제2단계/영역 사이에서 물질들을 수송하기 위한 공기역학적 수송 전달 시스템(pneumatic conveying system)을 포함할 수 있다. 달리, 상기 2-단계 나이프밀(1020)은 물질이 절단되기 전이나 또는 후에 상기 물질을 보유하기 위한 하나, 둘 또는 그 이상의 사일로(silos) 또는 호퍼(hoppers)들을 포함할 수 있다. 상기 분쇄된 섬유들을 일시적으로 저장하기 위하여 도 10의 생산 계통도에서는 3개의 저장사일로(1030)들이 나타나 있다. 달리, 상기 저장사일로(1030)들은 백(bags)들 또는 베일(bales)들 등과 같은 다른 적절한 저장수단들로 대체될 수 있다. 상기 나이프밀(1020)은 또한 두 단계들 중 어느 하나 또는 둘 다에서 자동 먼지 추출 시스템(automatic dust extraction system)을 포함할 수 있다.
단계(125)에서는, 상기 중간 길이의 섬유들이 상기 나이프밀(1020)의 제2단계에서 더욱 분쇄되어 보다 짧은 섬유들을 생산할 수 있다. 이 제2분쇄단계에 의하여 생산된 상기 단섬유들은 일부 섬유들이 먼지입자들을 효과적으로 구성하기에 충분하도록 짧은, 길이에서 약 6㎜ 이하가 될 수 있다. 원하는 물질 특성들에 따라, 상기 먼지가 추출되거나 또는 상기 단섬유들의 잔류물과 함께 잔류될 수 있다. 이 제2분쇄단계에 의하여 생산된 상기 단섬유들의 평균 길이는, 예를 들면, 약 1 내지 약 6㎜ 사이가 될 수 있다. 달리, 상기 단섬유들의 평균 길이는 약 2 내지 약 5㎜ 사이가 될 수 있다. 비록 상기 단섬유(이는 분리되지 않은 섬유들의 그룹들을 포함할 수 있음)들을 생산하기 위하여 단계(120) 및 선택적으로 단계(125)에서의 분쇄가 사용되기는 하였으나, 복합되거나 또는 응집된 섬유물질들의 분말을 구성하도록 충분히 작은 입자들 또는 칩들 또는 플레이크들을 구성하도록 충분히 큰 입자들 등과 같이 분쇄로부터 얻어지는 재생 섬유물질 내에 다른 길이들 및/또는 크기들의 섬유들 또는 입자들이 포함될 수 있다.
큰 입자들은 이들이 상기 스크린을 통하여 통과할 수 없기 때문에 후속의 규격 감소를 위하여 상기 나이프밀(1020)의 주실(main chamber) 내에 잔류할 수 있다. 상기 SFR은 단계(130)에서 상기 스크린 내의 구멍들 및 상기 스크린을 통하여 적용되는 흡기에 의하여 보다 큰 입자들로부터 분리된다. 따라서, 상기 단섬유들(및 보다 작은 입자들)은, 예를 들면, 체질하기(sifting)에 의하여 단계(130)에서 상기 분쇄된 자투리들의 잔류물(보다 큰 입자들)로부터 분리된다. 상기 방법의 이 단계는 입자분리기(particle separator)(1025)를 사용하여 수행될 수 있다. 단계(130)은 또한, 예를 들면, 사이클론형 분리기를 사용하고 그리고 상기 먼지 입자들을 필터백(filter bags)들로 전송하여 상기 분쇄된 폐기물질들로부터 먼지입자들을 추출하는 것을 포함할 수 있다. 단계(130)은 단계(120) 및/또는 단계(125)들과 동시적으로 수행될 수 있다. 단계(130)에서 추출된 상기 SFR은 단계(135)에서 하나 또는 그 이상의 저장사일로(1030)들 또는 호퍼들 내에 저장될 수 있다.
단계(140)에서는, 단계(145)에서 웹을 형성하기에 앞서 상기 SFR을 처리하거나 또는 보충하기 위하여, 필요하거나 또는 바람직한 경우, 예를 들면, 혼합 또는 교반에 의하여 상기 SFR에 첨가제들이 첨가될 수 있다. 이러한 첨가제들에는, 예를 들면, 항균물질(antimicrobial substances)들; 화염지연물질(flame-retardant substances)들; 열가소성수지들; 열경화성수지들; 광물 충진제(mineral fillers)들; 접착제 분말들; 및 또한 열가소성 접착제 스테이플 화이버들을 포함하는 스테이플 화이버들이 포함될 수 있다. 도 10에서 나타낸 바와 같이, 첨가제(1038)들은 교반기(mixer)(1040) 내에서 상기 SFR과 결합될 수 있다. 신생 섬유(1036)들 등과 같은 다른 스테이플 화이버들이 더 첨가되는 경우, 상기 가공시스템(1000)은 벌크 스테이플 화이버들의 베일을 개방하고 그리고 이들을 공급호퍼(1034) 내로 위치시키기 위한 베일 개방기(bale openers)들(1032)을 더 포함할 수 있다. 계속해서 상기 신생 섬유(1036)들은 상기 교반기(1040) 내로 공급된다. 단계(145)에서 상기 SFR은, 예를 들면, 산포, 기계적 성형 또는 에어레이드 가공(air laid processes)들에 의하여 임의의 첨가제들과 함께 웹으로 형성된다.
산포(scattering)는 성형벨트 상에 위치되는 바늘이 피복된 롤러(needle covered roller)를 포함하는 섬유 산포 장치(fiber scattering device)(1046)에 의해, 그리고 상기 SFR이 들어 있는 공급호퍼(1041)에 의해 상기 교반기(1040)로부터 공급되는 것에 의해 수행될 수 있다. 상기 SFR이 산포되어 상기 단섬유들의 대략적으로 균일한 분포를 달성하도록 한다. 상기 재생된 섬유물질을 산포하기 위한 적절한 장치는 독일의 테크노파트너스(Techno Partners)로부터 상용적으로 획득가능하다. 상기 웹의 표면 상으로 여러 충진제들 또는 접착제 분말들을 첨가하기 위하여 상기 섬유 산포에 후속하여 제2 또는 제3의 산포 유닛(scattering unit)이 사용될 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 종종 성형벨트로서 알려진 다공성의 (그물) 컨베이어 상으로 (덴마크의) 폼화이버(Formfiber) 또는 (오스트리아의) 웨를리콘(Oerlikon)으로부터 획득가능한 것과 같은 웹성형기(web former)(1050)을 사용하는 에어 레이드 공정을 통하여 웹 내부로 상기 SFR이 형성될 수 있다. 상기 SFR은 송풍기(blower)(1045)를 사용하여 제공되는 기류(air stream) 내에서 상기 웹성형기(1050) 상으로 전송된다. 열적 접착에 앞서 상기 웹을 굳히기 위하여 상기 컨베이어를 통하여 흡기가 적용된다. 에어레이드 웹의 단점은 먼지 등과 같은 미세한 입자들 및 임의의 원하는 충진제들이 균질한 구조 보다는 층이 진 구조를 형성하여 웹 밀도에 있어서 상기 물질의 깊이를 통한 변화(variation)를 야기하는 경향이 있기 때문이다. 이 공정의 다른 단점은 매우 미세한 섬유 입자들이 섬유 매트릭스 내에 보류되어(retained) 공기 흐름저항도 특성들을 향상시키기 보다는 오히려 상기 그물을 통하여 빠져나갈 수 있다는 것이다. 일부 구체예들에 있어서, 이러한 효과는 상기 에어레이 공정 동안에 단지 공기 송풍기 만을 사용하고 임의의 흡기를 적용하지 않음으로써 그에 의하여 상기 매트릭스의 형성에 있어서 입자들의 상대적으로 자연스러운 분포에 도달하도록 하는 것에 의하여 완화될 수 있다. 필터로서 또는 상기 미세한 입자들을 보류하는 포착층(holding layer)으로서 작용할 수 있는 사전형성된 웹을 사용하는 부직물질을 형성하는 것이 또한 유용할 수 있다. 사전형성된 웹의 사용은 또한 에어 레이 공정 동안에 미세한 단섬유들을 제자리에 유지시켜서 이들이 상기 송풍기(1045)에 의해 날아가지 않도록 할 수 있다.
다른 구체예들에는 이탈리아의 베타리니와 세라피니(Bettarini and Serafini)로부터 획득가능한 베마포머 공정(Bemaformer process) 등과 같은 기계적 웹 형성 공정에 의한 SFR의 웹을 형성하는 것이 포함될 수 있다. 상기 기계적으로 형성된 웹의 잇점은 미세한 입자들, 먼지 및 임의의 원하는 충진제들이 웹 형성 이전에 상기 SFR 혼합물 내로 내포되고 그리고 상기 섬유 매트릭스 내에 보류되어 보다 균질한 섬유 조성이라는 결과를 가져올 수 있다는 것이다.
단계(145)에서의 웹 형성에 후속하여, 상기 웹의 의도된 응용예에 따라 상기 웹이 굳혀질 수 있다. 저밀도 부직포가 요구되는 일부 구체예들에 있어서, 상기 웹은 단계(150)에서 열접착오븐(thermal bonding oven)(1055)을 사용하여 쓰루-에어 접착(through-air bonding)에 의해 굳혀진다. 쓰루-에어 접착은 대체로 양호한 가열의 표준을 제공하나, 그러나, 예를 들면, 상기 열접착오븐(1055) 내의 상기 벨트들에 의하여 상기 부직물질의 굳힘을 달성하기에 충분한 한편으로 또한 상기 물질이 낮은 밀도를 갖는 것을 보증하는 약간의 양의 압축이 또한 제공될 수 있다. 쓰루-에어 접착의 대안으로서, 접착을 달성하는 데 요구되는 가열을 제공하는 데 증기 또는 적외선 방사가 사용될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 가열 기술들의 조합이 사용될 수 있다.
고밀도 부직포가 바람직한 구체예들에 있어서, 상기 웹은 단계(160)에서 압축유닛(1060) 내에서 상기 웹을 가열하고 그리고 압축하는 것에 의하여 굳혀지고 그리고 밀집화될 수 있다. 이는, 예를 들면, 중량롤러(heavy roller) 또는 닙롤러(nip roller) 등과 같은 롤러를 통하여 웹을 통과시키는 것을 포함하는 기계적 압축에 의해 달성될 수 있다. 상기 압축유닛은 이중벨트 적층압축(double belt lamination compression)을 사용할 수 있고, 그리고 마찬가지로, 평판적층기가 될 수 있다. 일부 구체예들에있어서, 각 벨트는 상기 웹과 접촉하는 상기 벨트의 영역에서 롤러들에 의해 작동되어 적용되는 임의의 압축의 정도를 조절하도록 할 수 있다.
상기 SFR 웹은 접촉가열 또는 냉각부재들을 사용하여 가열되거나 또는 냉각될 수 있다. 일부 구체예들에 있어서, 상기 접촉가열/냉각부재들은 상기 웹과 접촉하는 상기 벨트의 길이를 따라 위치되며, 상기 벨트는, 예를 들면, 평판적층기의 벨트이다. 단계(160)에서, 단섬유들을 내포하는 상기 SFR 웹은 상기 물질이 접착되도록 가열되어 적절한 기계적 특성들을 갖는, 안정한, 관리가능한 웹을 형성한다. 따라서, 방법(100)은 공정 설정(process settings)들에 따라 다양한 밀도 및 두께의 TSFNW를 생산할 수 있다. 최종 TSFNW의 밀도는 압축의 정도에 의해 조절된다.
저밀도 TSFNW는 상대적으로 낮은 공기 흐름저항성을 가질 수 있다. 상기 부직물질의 밀도가 증가함에 따라, 상기 공기 흐름저항성은 증가한다. 상기 물질의 상기 공기 흐름저항성은 대체로 일정하게 유지될 수 있다. 그러나, 보다 높은 밀도의 물질들에 대해서는, 접착제 바인더가 흐르고 그리고 상기 부직물질의 섬유 구조 내의 공극들과 틈새공간들을 채우기 때문에 공기 흐름저항도는 증가할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 상대적으로 낮은 밀도의 TSFNW는 쓰루-에어 접착 공정을 사용하여 접착될 수 있다. 특정의 두께를 달성하기 위해서는, 인-라인(in-line) 두께를 조정할 필요가 있을 수 있으며, 이는 이중벨트 쓰루-에어 접착 오븐(double belt through-air bonding oven)을 포함하는 열접착오븐(1055)를 사용하여 달성될 수 있다. 달리, 핫 웹(hot web)은 상기 열접착오븐(1055)의 출구에서 특정의 양의 기계적인 압축에 의해 조정될 수 있다.
저밀도 시트는 또한 독일의 TPS로부터 획득할 수 있는 것과 같은 이중벨트 적층/압축 라인(double-belt lamination/compression line)을 포함하는 압축유닛(1060)을 사용하여 형성될 수 있다. 그러나, 상기 음향시트의 달성가능한 두께는 상기 SFR 층의 코어 내로의 열의 투과에 의해 제한된다.
달리 고밀도의 TSFNW는 쓰루-에어 접착에 후속하는 압축유닛(1060)을 통한 저밀도 시트의 칼렌더링(calendaring)에 의해 형성될 수 있다. 상기 핫 웹은 상기 압축유닛(1060)의 칼렌더롤 설정(calendar roll settings)들의 적절한 조정에 의하여 상기 열접착오븐(1055)의 출구에서의 사전설정된 두께 및 밀도로 칼렌더링될 수 있다.
고밀도 시트는 상기 재생 단섬유의 웹을 스위스의 스캐티(Schaetti)로부터 또는 독일의 TPS로부터 획득가능한 것과 같은 이중벨트 적층/압축 라인(압축유닛(1060)으로서)을 통하는 통과에 의해 형성될 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 단섬유들은 앞서 설명한 것들과 같이 재생 단섬유의 상대적으로 균일하게 분포된 덩어리를 형성하기 위하여 단섬유들의 웹을 형성하기 위한 적절한 공정에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 재생 단섬유는 단단하거나 또는 그물의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 코팅된 컨베이어 벨트 상에 균일하게 분산되어 100%까지의 SFR로 생산된 TSFNW 물질을 생산할 수 있다.
일부 구체예들에 있어서, 상기 단섬유들은, 예를 들면, 길이에 있어서 30㎜ 내지 길이에 있어서 100㎜의 순서의 상대적으로 길고 그리고 중간 길이의 섬유들을 포함하고 그리고 일정 비율의 이성분 섬유들을 포함할 수 있는 사전형성된 섬유상 웹 상에 형성된다. 상기 SFR이 열가소성 섬유들의 대략적으로 알려진 비율을 포함하도록 선택될 수 있기 때문에, 상기 사전형성된("캐리어") 웹은 상기 자투리들로부터 수득되는 상기 SFR에 상기 열가소성 섬유들을 첨가할 필요가 없을 정도로 높은 비율의 이성분 섬유들의 비율을 가질 필요는 없다. 상기 캐리어 웹 내의 이성분 섬유들의 양의 감소는 상기 캐리어 웹의 생산 비용을 감소시킬 수 있다.
다른 구체예들에 있어서, 상기 SFR은 부직의, 편직되거나 또는 직조된 직물의 사전형성된 웹 상으로 적용될 수 있으며, 이러한 직물은 일차적으로는 상기 접착 공정들을 통하여 상기 SFR 웹을 전송하는 지지체로서 그리고 잠재적으로 장식적인 표면층으로서 작용한다.
상기 사전형성된 웹의 물질 조성 및 상기 웹에 첨가된 SFR의 양에 따라, 상기 SFR은 상기 TSFNW의 약 5 내지 약 99중량%를 포함할 수 있다. 달리, 상기 SFR은 약 10 내지 약 80중량% 사이, 또는 약 20 내지 약 60중량% 사이를 포함할 수 있거나, 또는 달리, 상기 재생 섬유 물질은 상기 TSFNW의 약 30 내지 약 40중량% 사이를 포함할 수 있다.
단섬유들을 내포하는 상기 SFR 웹의 접착은 약 100 내지 약 220℃ 사이의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 사전형성된 웹과 재생된 섬유 물질이 가열되는 특정의 온도는 상기 자투리 물질 내 및 상기 사전형성된 웹 내의 열가소성 섬유들 또는 단계(140)에서 첨가되는 다른 열가소성 접착제 바인더의 특정의 종류들에 따라 변할 수 있다.
단계(150) 내지 단계(160)(적절한 경우)들에서의 밀집화에 후속하여, 단계(165)에서 원하는 응용에서 추후에 사용될 수 있도록 상기 접착되고 그리고 밀집된 웹은 롤들에 감겨지거나 또는 되감기 메카니즘(rewind mechanism) 또는 시이터/스태커(sheeter/stacker)(1065)에 의해 시트들로 절단된다.
실시예들
하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위하여 제공되며, 어떠한 방법으로도 그에 대한 제한들로서 이해되어서는 안된다. 본 발명의 모든 변형들, 변화들 및 각색들은 첨부된 특허청구범위들의 의미 및 등가물들의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.
하기의 실시예들에 있어서, SFR의 샘플들이 혼합된 절단 섬유상 폐기물의 선택으로부터 준비되었다. 상기 섬유상 폐기물은 12㎜ 스크린이 장착된 "오리지날 팔만" PS4형 팔만 나이프밀 내에서 규격 감소의 제1단계를 통하여 가공되었다. 계속해서 이는 상기 특정의 실시예들에서 기술된 바와 같이 두번째로 작은 스크린이 장착된 다른 "오리지날 팔만" PS4형 팔만 나이프밀을 통한 규격 감소의 제2단계를 통하여 통과되었다. 분쇄된 폐기물은 체(sieve)의 그물눈 크기 및 그 이하의 일정한 범위의 입자크기들을 생산하였다.
계속해서 회전브러시 시스템(Rotary Brush System)이 장착된 TPS 섬유 산포유닛을 사용하여 상기 섬유상 폐기물을 단단한 성형벨트 상으로 산포시켰다. TPS 써모픽스®(TPS Thermofix®) 24 TL 4/40 2/40 57 SGT SGB 2NR 1 SR 형의 고압축 적층기(high compression laminator)를 사용하여 상기 물질을 접착시키고 압축시켜 서로 다른 벌크 밀도를 갖는 샘플들을 형성시켰다. 상기 샘플들의 밀도는 두 방법들 중의 하나를 사용하여 변화시켰다. 첫번째로, 상기 밀도는 동일한 두께에서 상기 성형벨트 상으로 산포되는 SFR의 양을 변화시켜서 샘플들을 생산하는 것에 의해 변화될 수 있다. 달리, 상기 밀도는 동일한 양의 SFR을 상기 벨트 상으로 산포시키나, 서로 다른 두께들에서 상기 샘플들을 생산하도록 압축의 정도를 변화시키는 것에 의해 변화될 수 있다.
상기 부직물질의 최종 두께는, 부분적으로는, 사용된 기계 간격(machine gap)에 의존적이다. 압축롤러들이 하기의 실시예들에서 특정된 바와 같은 특정의 기계 간격으로 설정되었다. 그러나, 상기 롤러들은 스프링이 장착(spring loaded)되어 상기 SFR층이 상기 기계로 들어가는 것을 허용하도록 하였다. 따라서, 상대적으로 대량의 SFR이 상기 성형벨트 상으로 산포되는 경우, 최종 부직제품은 상기 기계 간격 보다 더 두꺼울 수 있다.
생산 동안에 일부 샘플들에 압력을 적용하도록 닙프레스 롤러(nip press rollers)들이 사용되었다. 2개의 닙롤러들 각각은 상기 샘플에 압력을 적용하도록 독립적으로 결합되어야 한다. 생산된 상기 샘플들의 대부분은 단지 하나의 닙롤러가 사용되어 상기 샘플에 약 3바(bar)(300kPa)의 압력을 적용시켰다. 그러나, 실시예 3의 샘플 3B에 대하여는, 각 롤러가 약 6바(600kPa)의 압력을 적용하도록 하여 두 닙롤러들이 사용되었다.
생산된 샘플들의 공기 흐름저항도는 ASTM C522-87에 따라 측정되었다.
실시예 1
C1형 재생물은 표 1에 나타낸 바와 같은 대략적인 비율들의 조성들을 포함하는 섬유상 물질 폐기물을 절단하는 것으로부터 준비된 실질적으로 개방 SFR(open SFR) 이었다. 앞서 언급한 바와 같이 샘플들이 제조되었고, 그리고 특정되었다. 상기 SFR의 제조 동안에, 물질은 6㎜ 2차 스크린을 통하여 통과되었다.
조성들 %
12데니어의 나선상으로 크림프된 중공 폴리에스테르 스테이플 화이버 24
2데니어의 CoPET/PET 이성분 폴리에스테르 접착제 섬유 8
3데니어의 PE/PET 이성분 접착제 섬유 16
3데니어의 재생된 폴리에스테르 스테이플 화이버 32
14미크론의 저밀도 폴리에틸렌 필름 <1
100미크론의 저밀도 폴리에틸렌 필름 20
상기 샘플들을 생산하는 데 사용된 가공 변수들을 표 2에 나타내었다.
샘플
번호		 기계 속도
m/분		 기계 온도
℃		 기계 간격
㎜		 닙압력 재생물
백분율
1C 2 210 2 닙 없음 100
1B 2 190 2 1*3바 100
1A 2 190 2 1*3바 100
1D 2 210 2 1*3바 100
1E 2 210 2 1*3바 100
측정된 데이터를 표 3에 나타내었으며, 도 2에 표시하였다.
샘플
번호		 표면 밀도
g/㎡		 평균 두께
m		 벌크 밀도
㎏/㎥		 평균 흐름 저항성
라일		 평균 흐름 저항도
라일/m
1C 817 0.00191 427 627 3.28.E+05
1B 664 0.00142 468 860 6.06.E+05
1A 760 0.00157 486 2246 7.18.E+05
1D 512 0.00093 552 1889 1.26.E+06
1E 1346 0.00225 599 4000 1.78.E+06
도 2는 공기 흐름저항도와 벌크 밀도 사이에 대략적으로 선형인 관계가 존재하는 것을 나타내고 있으며, 이는 C1형 재생물 및 기술된 방법에 의해 후속적으로 생산된 상기 섬유상 웹의 높은 정도의 균일성을 나타내고 있다.
상기 선형의 관계는 또한 분쇄된 저밀도 폴리에틸렌 필름의 존재에도 불구하고 상기 공기 흐름저항성과 상기 공기 투과도들이 상대적으로 예견가능한 것이며 또한 일관된 것이라는 것을 입증하고 있다.
해석을 용이하게 하기 위하여, 실시예 2에 대한 결과들을 도 2 내에 실시예 1에 대한 결과들 상에 겹쳐놓았다.
실시예 2
실시예 2는 부직 섬유 물질의 공기 흐름저항도 사이의 계산된 관계를 나타내고 있다. 상기 부직물질 샘플들이 상기 실시예 1에 대한 재생물 물질이 생산된 것과 동일한 통상의 스테이플 화이버들의 혼합물로부터 생산되었다. 화이버 혼합물 1로 나타낸 섬유 혼합물의 유사한 조성을 하기 표 4에 나타내었다.
화이버 혼합물 1의 조성들 %
12데니어의 나선상으로 크림프된 중공 폴리에스테르 스테이플 화이버 30
2데니어의 CoPEt/PET 이성분 폴리에스테르 접착제 섬유 10
3데니어의 PE/PET 이성분 접착제 섬유 20
3데니어의 재생된 폴리에스테르 스테이플 화이버 40
적층되지 않은, 열적으로 접착된 부직포의 평균 섬유 크기는 약 5.4D 이었다. 상기 부직물질을 생산 동안에 압축시켜 일정한 범위의 벌크 밀도들을 갖는 샘플들을 생산하였다.
그 결과들을 하기의 실증적인 모델로부터 계산하였다:
R = 2.8*10-2*ρ*(10*H)(0.4*(H/0.02-l))*d-1*l -1
여기에서:
R - 흐름저항성, MKS 단위 라일
ρ - 제품 표면 밀도, ㎏/㎡
d - 섬유 규격, 데니어(D)
l - 섬유의 길이, 미터(m)
H - 제품 두께, 미터(m)
계산된 데이터를 표 5에 나타내었으며, 도 3에 그래프로 나타내었다.
샘플
번호		 섬유
혼합물		 표면 밀도
g/㎡		 평균 두께
m		 벌크 밀도
㎏/㎥		 평균 흐름
저항성
라일		 평균 흐름
저항도
라일/m
1 1 190 0.0006 317 86 1.43E+05
2 1 240 0.0006 400 128 2.14E+05
3 1 280 0.00057 491 166 2.92E+05
4 1 350 0.00061 574 214 3.50E+05
5 1 480 0.0007 686 286 4.09E+05
이 경우에 있어서, 상기 흐름저항도는 51 내지 64㎜의 스테이플 길이의 통상의 스테이플 화이버들에 대하여 계산되었다. 두 선들 사이에서의 경사에서의 차이는 상기 SFR에 대한 동일한 벌크 밀도에서의 흐름저항도에서의 증가에 직접적으로 비례하였다.
실시예 1 및 2들에 대한 결과들을 비교하면, 기본 섬유 혼합물에 대한 계산된 공기 흐름저항도는 유사한 벌크 밀도에서 C1형 재생물을 생산하는 데 사용된 상기 SFR의 공기 흐름저항도 보다 거의 3배 더 낮았다.
역으로, 상기 TSFNW 물질의 공기 투과도는 실질적으로 유사한 벌크 밀도에서 통상의 공정들에 의해 생산된 동일한 섬유 혼합물의 스테이플 화이버 웹 보다 더 작았다. 흐름저항도에서의 이러한 증가는 상기 단섬유들의 증가된 충진 밀도와 함께 상기 SFR 내로 내포된 저밀도 폴리에틸렌 필름의 플레이크들의 존재 둘 다로부터 야기된다.
실시예 3
C3형 재생물은 표 6에 나타낸 바와 같은 대략적인 비율들의 섬유와 적층된 알루미늄/스펀본드 적층물(aluminium/spunbond laminate)와 이형지 상에 코팅된 감압 접착제를 포함한다. SFR을 앞서 언급한 바와 제조하였으며, 그의 제조 동안에, 이는 2㎜ 2차 스크린을 통하여 통과되었다.
조성들 %
12데니어의 나선상으로 크림프된 중공 폴리에스테르 스테이플 화이버 15.5
2데니어의 CoPET/PET 이성분 폴리에스테르 접착제 섬유 25.5
3데니어의 재생된 폴리에스테르 스테이플 화이버 44
6.35미크론의 알루미늄 포일 1
50g/㎡의 폴리에스테르 스펀본드 3
아크릴 감압 접착제 4
실리콘 코팅 및 폴리에틸렌 코팅된 이형지 7
앞서 언급한 바와 같이 샘플들이 제조되었고, 그리고 특정되었다. 상기 샘플들을 생산하는 데 사용된 가공 변수들을 표 7에 나타내었다.
샘플
번호		 기계 속도
m/분		 기계 온도
℃		 기계 간격
㎜		 닙압력 재생물
백분율
3C 2 210 2 1*3바 100
3D 6 210 2 1*3바 100
3A 2 210 2 1*3바 100
3E 10 210 2 1*3바 100
3F 10 210 2 1*3바 100
3B 2 210 2 2*6바 100
측정된 데이터를 표 8에 나타내었으며, 도 4에 그래프로 나타내었다.
샘플
번호		 표면 밀도
g/㎡		 평균 두께
m		 벌크 밀도
㎏/㎥		 평균 흐름
저항성
라일		 평균 흐름
저항도
라일/m
3C 529 0.00134 396 683 5.11.E+05
3D 493 0.00112 442 1067 8.56.E+05
3A 1102 0.00240 460 2867 9.95.E+05
3E 578 0.00116 498 1467 1.26.E+06
3F 1046 0.00178 589 3800 2.14.E+06
3B 1115 0.00179 624 4867 2.72.E+06
실시예 1에서와 마찬가지로, 도 4는 섬유상 폐기물을 절단하는 것으로부터 준비된 실질적으로 개방 SFR이 공기 흐름저항도와 벌크 밀도 사이에서 대략적으로 선형인 관계를 나타내고 있으며, 따라서 C3형 재생물 및 기술된 방법에 의해 후속적으로 생산된 상기 TSFNW 물질에 대하여 높은 정도의 균일성을 나타내고 있다.
상기 선형의 관계는 또한 분쇄된 적층된 외장들 및 접착제 안감 물질들의 존재에도 불구하고 상기 공기 흐름저항성과 상기 공기 투과도들이 상대적으로 예견가능한 것이며 또한 일관된 것이라는 것을 입증하고 있다.
해석을 용이하게 하기 위하여, 실시예 4에 대한 결과들을 도 4 내에 실시예 3에 대한 결과들 상에 겹쳐놓았다.
실시예 4
사용된 적층되지 않은, 열적으로 접착된 부직포의 평균 섬유 크기는 약 5.4D 이었으며, 섬유 혼합물 2에서 언급되었던 상기 섬유 혼합물은 실시예 3에서 C3 재생물을 생산하는 데 사용되었던 것과 같은 통상의 스테이플 화이버들과 동일한 혼합물을 포함한다. 섬유 혼합물 2의 조성을 하기 표 9에 대략적인 비율로 나타내었다.
섬유 혼합물 2의 조성 %
12데니어의 나선상으로 크림프된 중공 폴리에스테르 스테이플 화이버 20
2데니어의 CoPET/PET 이성분 폴리에스테르 접착제 섬유 30
3데니어의 재생된 폴리에스테르 스테이플 화이버 50
도 5는 일정한 범위의 벌크 밀도들로 압축되었을 때의 상기 부직물질의 공기 흐름저항도를 나타내고 있다. 다시 한번, 이를 앞서의 실증적인 모델을 사용하여 계산하였다.
계산된 데이터를 표 10에 나타내었으며, 도 5에 그래프로 나타내었다.
샘플
번호		 섬유
혼합물		 표면 밀도
g/㎡		 평균 두께
m		 벌크 밀도
㎏/㎥		 평균 흐름
저항성
라일		 평균 흐름
저항도
라일/m
1 2 250 0.0008 313 147 1.84E+05
2 2 240 0.0006 400 170 2.84E+05
3 2 320 0.00065 492 228 3.50E+05
4 2 500 0.00085 588 354 4.17E+05
5 2 800 0.0011 727 547 4.97E+05
실시예 3 및 4들에 대한 결과들을 비교하면, 기본 섬유 혼합물에 대한 계산된 공기 흐름저항도는 유사한 벌크 밀도에서 C3형 재생물을 생산하는 데 사용된 상기 SFR의 공기 흐름저항도 보다 거의 3배 더 낮았다. 상기 TSFNW 웹의 공기 투과도는 실질적으로 유사한 벌크 밀도에서 통상의 공정들에 의해 생산된 동일한 섬유 혼합물의 스테이플 화이버 웹보다 더 작았다.
실시예 5 -비교예
C2형 재생물은 2㎜ 2차 스크린 대신에 6㎜ 2차 스크린 내에서 스크리닝한 것을 제외하고는 모든 면에서 C3형 재생물에 대한 것과 동일하였다. C2의 조성들을 하기 표 11에 대략적인 비율로 나타내었다.
조성들 %
12데니어의 나선상으로 크림프된 중공 폴리에스테르 스테이플 화이버 15.5
2데니어의 CoPET/PET 이성분 폴리에스테르 접착제 섬유 25.5
3데니어의 재생된 폴리에스테르 스테이플 화이버 44
6.35미크론의 알루미늄 포일 1
50g/㎡의 폴리에스테르 스펀본드 3
아크릴 감압 접착제 4
실리콘 코팅 및 폴리에틸렌 코팅된 이형지 7
상기 샘플들을 생산하는 데 사용된 가공 변수들을 표 12에 나타내었다.
샘플
번호		 기계 속도
m/분		 기계 온도
℃		 기계 간격
㎜		 닙압력 재생물
백분율
2A 2 210 10 1*3바 100
2B 2 210 5 1*3바 100
2C 2 210 5 1*3바 100
2D 2 210 2 1*3바 100
2E 2 210 2 1*3바 100
측정된 데이터를 표 13에 나타내었으며, 도 6에 그래프로 나타내었다.
샘플
번호		 표면 밀도
g/㎡		 평균 두께
m		 벌크 밀도
㎏/㎥		 평균 흐름
저항성
라일		 평균 흐름
저항도
라일/m
2A 1115 0.00272 410 2533 9.32.E+05
2B 723 0.00170 425 600 3.53.E+05
2C 1493 0.00624 239 100 1.60.E+04
2D 541 0.00418 130 300 7.19.E+04
2E 1609 0.01525 106 240 1.57.E+04
측정된 공기 흐름저항도를 도 6에 나타내었으며, 이는 결과들의 광범위한 분산을 나타내어 상기 물질이 일관되지 않고 균질한 TSFNW를 생산하는 데 이상적이지 않다는 것을 나타내고 있다.
이 실시예를 실시예 1 및 실시예 3들과 비교하면, 이 실시예에서와 같이 특히 상기 물질들이 상당히 분산된 경우, 분쇄 공정이 반드시 SFR의 일정한 입자 크기를 제공하여야 한다는 것이 명백하다. 이러한 결과를 달성하기 위해서는, 상기 폐기물을 보다 작은 입자 크기로 스크리닝하는 것이 필요할 수 있다.
실시예 3을 실시예 5와 비교하면, 상기 2㎜ 스크린이 분쇄된 포일, 스펀본드, 접착제 및 이형지의 충분히 작은 입자들을 제공하여 이들이 상기 공기 흐름저항도 또는 상기 공기 투과도의 예측가능성에 대하여 뚜렷한 부영향(negative influence)를 갖지 않는다는 것이 명백하다.
실시예 3 및 실시예 5들은 특정의 구체예들에서 생산된 단섬유들의 품질을 평가하는 데 적절할 수 있는 방법을 나타내고 있다. 특정의 조건들 하에서 생산된 상기 단섬유들의 샘플들은 일정한 범위의 벌크 밀도들을 넘어서 부직포 샘플들로 생산될 수 있다. 계속해서 상기 공기 흐름저항도가 측정되고 그리고 상기 벌크 밀도에 대해 제도(plotted)될 수 있다. 상기 단섬유들의 품질이 일관된 경우, 그리고 그에 따라 부직물질들의 생산에 적절한 경우, 벌크 밀도와 공기 흐름저항도 사이의 관계는 상대적으로 선형이 되어야 한다. 이러한 관계가 실시예 3을 참조로 하여 도 4에 표시되었다. 대조적으로, 실시예 5의 경우에서와 같이, 생산된 상기 단섬유들이 일관되지 않은 경우, 벌크 밀도와 공기 흐름저항도 사이의 뚜렷한 관계가 나타나지 않을 것이며, 예로서는 도 6을 참조하라. 따라서, 상기 섬유의 그 이상의 가공이 요구될 수 있다.
실시예 6
샘플 7은 하기 성분들을(대략적인 비율로) 포함하는 높은 벌크 밀도의 열성형성 음향시트이다:
Figure 112011051130916-pct00001
이 경우에 있어서, 상기 이성분 섬유는 약 160℃의 융점을 갖는 고도 결정성 섬유이었다. 사용된 상기 섬유 혼합물은 섬유 혼합물 3에서 나타낸 것이다.
사전가열된 25 내지 30㎜ 두께의 수직으로 겹쳐진 제품을 적층기를 통하여 통과시키는 것에 의하여 샘플 7이 생산되었다. 상기 적층기 속도는 약 3m/분이었으며, 상부 및 하부 벨트들은 약 200℃이었다. 사용된 기계 간격은 1㎜ 이었으며, 이는 약 1.5㎜의 최종 두께를 갖는 생산이라는 결과를 가져왔다.
샘플 번호 4A 및 4B들을 샘플 7로부터 생산된 SFR을 사용하여 생산하였다. 상기 SFR 및 샘플 4A 및 4B들을 앞서 언급한 바와 같이 생산하였다. 샘플 7로부터의 상기 섬유상 폐기물을 앞서 언급한 방법에 따라 SFR로 가공하였으며, 그 동안에 이는 2㎜ 2차 스크린을 통하여 통과시켜 A형 SFR을 생산하였다.
재생 샘플들을 생산하는 데 사용된 가공 변수들을 표 14에 나타내었다.
샘플
번호		 기계 속도
m/분		 기계 온도
℃		 기계 간격
㎜		 닙압력 재생물
백분율
4A 2 210 1 1*3바 100
4B 2 210 1 1*3바 100
측정된 공기 흐름저항도를 표 15에 나타내었다.
샘플
번호		 재생물
타입		 표면 밀도
g/㎡		 평균 두께
m		 벌크 밀도
㎏/㎥		 평균 흐름
저항성
라일		 평균 흐름
저항도
라일/m
4A A 1537 0.00327 470 1600 4.89.E+05
4B A 702 0.00135 526 650 4.87.E+05
7 3 700 0.0015 466 720 6.66.E+05
다른 재생된 실시예들 전부가 실질적으로 일정한 범위의 입자 크기들을 갖는 개방 SFR을 생산한데 반해, 이 경우에서의 상기 재생물은 보다 과립상이었으며, 크기 및 형태에서 규칙적이었다. 이 경우에 있어서, 상기 섬유들은 근본적으로 개방되지 않았다. 샘플 4A 및 4B들은 원래의 제품인 샘플 7의 공기 흐름저항도와 매우 유사한 공기 흐름저항도를 갖는 TSFNW를 생산하였으며, 더욱이, 이들은 또한 샘플 7의 벌크 밀도와 유사한 벌크 밀도를 나타낸다.
이 경우에 있어서, 샘플 4A 및 4B들의 벌크 밀도들은 샘플 7의 벌크 밀도 너머로 뚜렷하게 증가되지는 않았으며, 개개 섬유들의 원래의 "충진 밀도(packing density)"가 실질적으로 더 이상 증가될 수 없다는 것을 나타내고 있다.
재생물 C1 및 C3들에 기초하여, 상기 폐섬유들의 실질적인 개방과 함께 광범위한 입자 크기들의 존재가 뚜렷하게 더 높은 공기 흐름저항도를 달성하는 것을 가능하게 한다는 것이 명백하다. 실질적으로 개방된 짧은 스테이플 화이버들과 균질하게 혼합된 재생물 A는 상기 공기 흐름저항도를 증가시킨다.
재생되는 물질들, 분쇄공정에서의 스크린 크기 및 부가의 스테이플 화이버 들과 같이 포함될 수 있는 첨가제들의 제어된 선택에 의하여, 다양한 폐기물 스트림들로부터 생산된 SFR에 대한 선택된 공기 흐름저항도를 달성하는 것이 가능하다.
실시예 7
이 실시예는 흐름저항성 시트(때로 다공성 림프시트로도 알려진)에 대한 계산된 소리 흡수 및 소리 전달을 제공한다. 밀도는 기계 간격을 유지시키고 그리고 퇴적된 SFR의 양을 변화시키는 것에 의하여 300 내지 2000g/㎡ 사이에서 변화하도록 선택되었다. 그 결과의 샘플들의 흐름저항성은 430라일에서 8600라일까지의 사이에서 변화한다. 실시예 2에서 앞서 기술된 식을 사용하여 430, 860, 2150, 4300 및 8600라일의 흐름저항성을 갖는 층들을 모델로 하였다.
이 실시예는 기술된 구체예들에 따라 100% C2 SFR 재생물로 만들어지는 높은 벌크 밀도 시트에서 기대될 수 있는 음향 거동을 기술하고 있다.
도 7에서 나타낸 바와 같은 전송 손실은 문헌 David A. Bies and Colin H. Hansen, Engineering Noise Control : Theory and Practice , 3rd edition, Spon Press, 2003 (ISBN 0-415-26713-7)에서 기술된 기술에 따라 계산되었다. 전송 손실은 흐름 저항성의 증가에 따라 증가한다.
도 8은 우노 인가르드(Uno Ingard) 교수의 문헌 Notes on Sound Absorption Technology, Noise Control Foundation, 1994 (ISBN 0-931784-28-X)에서 개시된 기술에 따라 계산된 것으로서의 소리 흡수를 나타내고 있다. 이 실시예의 목적들에 대해서는, 상기 샘플들을 상품명 DECI-TEX 3D로 판매되고 있는, 약 20라일의 흐름저항도 및 약 20㎜의 두께를 갖는 열적으로 접착된 폴리에스테르 상에 적층시켰다.
상기 계산된 소리 흡수는 확산음장(diffuse field)에 대하여 계산되었으며, 증가하는 흐름 저항성에 대하여 감소 경향을 나타내고 있으나, 그러나 심지어 높은 흐름저항성 시트들도 음향전문가에 대하여 가장 흥미가 있는 주파수들 내에서 매우 유용한 소리 흡수를 나타낸다.
음향전문가는 요구되는 전송 손실과 요구되는 소리 흡수 사이에서의 적절한 절충점을 제공하는, 상기 기술된 구체예들에 따른 흐름저항성의 시트를 선택하는 것이 필요하다는 것을 발견할 수 있을 것이다.
도 9는 계산된 음향 시스템과 문헌 Australian Standard 1045 - Method of measurement of absorption coefficients in a reverberation room을 사용하는 실물크기의 잔향실(reverberation chamber) 내에서 실험된 유사한 시스템 사이에서의 소리 흡수 비교를 나타내고 있다. 이 시험의 목적들에 대해서는, 상기 샘플들을 앞서 언급한 바와 같이 상품명 DECI-TEX 3D로 판매되고 있는, 약 20라일의 흐름저항도 및 약 20㎜의 두께를 갖는 열적으로 접착된 폴리에스테르 상에 적층시켰다.
상기 결과들 사이에서 보다 높은 주파수들에서 뚜렷한 차이가 존재한다. 이는 시험될 때 단순한 모델의 숫자로 나타낸 결과들에 비하여 높은 흐름-저항성 막들이 음향학적으로 더 나은 성능을 수행한다는 것을 나타내고 있다.
본 명세서 및 이하의 특허청구범위들을 통하여, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 용어 "포함한다(comprise)" 및 "포함한다(comprises)"와 "포함하는(comprising)" 등과 같은 변형들은 언급된 정수 또는 단계(step) 또는 정수들과 단계들의 그룹의 포함을 의미하나, 그러나 임의의 다른 정수 또는 단계 또는 정수들이나 단계들의 그룹을 제외하지 않는 것으로 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 임의의 선행하는 공보(또는 그로부터 파생된 정보)에 대한, 또는 공지된 임의의 사항에 대한 참조는 그 선행의 문헌(또는 그로부터 파생된 정보) 또는 공지된 사항이 본 명세서가 연관되는 노력의 분야에서의 일반적인 주지사항의 일부를 구성하는 것으로 인정이나 승인 또는 어떠한 형태의 암시를 하는 것으로 간주되어서는 안된다.
기술된 구체예들에 대한 변형들은 당해 기술분야에서 숙련된 자에게는 기술된 구체예들의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 명백한 것일 수 있다. 따라서 상기 기술된 구체예들은 첨부된 특허청구범위들의 문맥 내에서 고려할 때 설명적인 것이며 또한 비제한적인 것으로 의도되는 것이다.
1000 : 가공시스템 1010 : 호퍼
1015 : 파쇄기 1020 : 나이프밀
1025 : 입자분리기 1030 : 저장사일로
1032 : 베일 개방기 1034 : 공급호퍼
1036 : 신생섬유 1038 : 첨가제
1040 : 교반기 1041 : 공급호퍼
1045 : 송풍기 1046 : 섬유 산포 장치
1050 : 웹성형기 1055 : 열접착오븐
1060 : 압축유닛 1065 : 되감기/시이터/스태커

Claims (55)

  1. 열가소성 섬유들을 포함하는 섬유상 물질을 수용하는 단계;
    상기 섬유상 물질을 가공하여 12 ㎜ 이하의 길이를 갖는 단섬유들을 생성하는 단계;
    상기 단섬유들을 사전형성된 웹(preformed web)에 첨가하는 단계; 및
    상기 사전형성된 웹을 가열 및 임의로 압축시켜 부직물질을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지며, 여기에서 상기 부직물질은 200 ㎏/㎥ 내지 2,000 ㎏/㎥의 벌크 밀도를 갖고, 275,000 라일/m 내지 3,000,000 라일/m의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는 것인 부직물질을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 섬유상 물질은 섬유상 폐기물을 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 섬유상 물질은 열성형성 단섬유 부직물질을 포함하는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 열성형성 단섬유 부직물질은 열가소성 바인더를 포함하는 것인 방법.
  5. 제3항에 있어서, 열성형성 단섬유 부직물질은 열경화성 바인더를 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 가공은 섬유상 물질을 분쇄하는 것을 포함하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 분쇄에 의하여 생산된 단섬유들은 평균 길이가 6 ㎜ 이하인 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 가공은 섬유상 물질을 중간길이의 섬유들로 분쇄한 다음, 이어서 상기 중간길이의 섬유들을 분쇄하여 단섬유들을 제조하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 단섬유는 부직물질의 5 내지 100 중량%를 차지하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 단섬유는 부직물질의 20 내지 60 중량%를 차지하는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 단섬유는 부직물질의 30 내지 40 중량%를 차지하는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 부직물질은 0.20 내지 5 ㎜의 두께를 갖도록 형성되는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 두께는 0.25 내지 4 ㎜인 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 첨가는 사전형성된 웹 내에 단섬유들을 산포하는 것을 포함하는 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 단섬유들을 사전형성된 웹 내에 첨가하기 전에 단섬유들을 처리하기 위하여 단섬유들에 1종 이상의 첨가제들을 첨가하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 1종 이상의 첨가제들은 항균물질; 화염지연물질; 광물 충진제; 접착제 분말; 천연섬유; 및 다른 열가소성 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 섬유상 물질은 1종 이상의 폴리에스테르 물질, 음향시트 물질 및 다공성 벌크 흡음재 물질들을 포함하는 것인 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서, 벌크 밀도는 250 ㎏/㎥ 내지 1,500 ㎏/㎥인 것인 방법.
  21. 삭제
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  23. 제1항 내지 제17항 및 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 섬유 입자들이 부직물질 내에 보류되도록 가공된 섬유상 물질을 사전형성된 웹에 첨가하는 것인 방법.
  24. 압축된 섬유상 웹; 및
    상기 섬유상 웹 내에 재생섬유 물질을 포함하는 부직물질로서, 상기 재생섬유 물질은 12 ㎜ 이하의 평균길이를 갖는 단섬유들을 포함하고, 상기 단섬유들은 부직물질의 5 내지 100 중량% 미만을 차지하며, 여기에서 상기 부직물질은 200 ㎏/㎥ 내지 2,000 ㎏/㎥의 벌크 밀도를 갖고, 275,000 라일/m 내지 3,000,000 라일/m의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는 것인 부직물질.
  25. 제24항에 있어서, 부직물질은 열성형성 단섬유 부직물질을 포함하는 것인 부직물질.
  26. 제25항에 있어서, 열성형성 단섬유 부직물질은 열가소성 바인더를 포함하는 것인 부직물질.
  27. 제25항에 있어서, 열성형성 단섬유 부직물질은 열경화성 바인더를 포함하는 것인 부직물질.
  28. 제24항에 있어서, 단섬유들의 평균 섬유길이는 6 ㎜ 미만인 것인 부직물질.
  29. 제24항에 있어서, 단섬유는 부직물질의 20 내지 60 중량%를 차지하는 것인 부직물질.
  30. 제29항에 있어서, 단섬유는 부직물질의 30 내지 40 중량%를 차지하는 것인 부직물질.
  31. 제24항에 있어서, 부직물질은 0.20 내지 5 ㎜의 두께를 갖도록 형성되는 것인 부직물질.
  32. 제31항에 있어서, 두께는 0.25 내지 4 ㎜인 것인 부직물질.
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 제24항에 있어서, 벌크 밀도는 250 ㎏/㎥ 내지 1,500 ㎏/㎥인 것인 부직물질.
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 제24항 내지 제32 및 제35항 중 어느 하나의 항에 있어서, 항균물질; 화염지연물질; 광물 충진제; 접착제 분말; 천연섬유; 및 다른 열가소성 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제들을 더 포함하는 것인 부직물질.
  39. 열가소성 섬유들을 포함하는 섬유상 물질을 수용하는 단계;
    상기 섬유상 물질을 가공하여 단섬유들을 생성하는 단계;
    상기 단섬유들을 컨베이어 상에 균일하게 분산시켜 단섬유층을 제공하는 단계; 및
    상기 단섬유층을 가열시켜 부직물질을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지며; 여기에서 상기 부직물질은 200 ㎏/㎥ 내지 2,000 ㎏/㎥의 벌크 밀도를 갖고, 275,000 라일/m 내지 3,000,000 라일/m의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는 것인 부직물질을 형성하는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 섬유상 물질은 섬유상 폐기물을 포함하는 것인 방법.
  41. 제39항 또는 제40항의 방법에 의하여 형성되는 것인 부직물질.
  42. 제41항에 있어서, 부직물질은 열성형성 단섬유 부직물질을 포함하는 것인 부직물질.
  43. 제42항에 있어서, 열성형성 단섬유 부직물질은 열가소성 바인더를 포함하는 것인 부직물질.
  44. 제42항에 있어서, 열성형성 단섬유 부직물질은 열경화성 바인더를 포함하는 것인 부직물질.
  45. 섬유상 물질을 수용하는 단계;
    상기 섬유상 물질을 가공하여 단섬유들을 생성하는 단계;
    상기 단섬유들을 하나의 영역을 가로질러 분산시켜 전구체 웹을 형성하는 단계; 및
    상기 전구체 웹의 상기 단섬유들의 적어도 일부를 서로 접착시켜 부직물질을 형성하는 단계;
    를 포함하여 이루어지며; 여기에서 상기 부직물질은 200 ㎏/㎥ 내지 2,000 ㎏/㎥의 벌크 밀도를 갖고, 275,000 라일/m 내지 3,000,000 라일/m의 선택된 공기 흐름저항도를 갖는 것인 부직물질을 형성하는 방법.
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