KR102644780B1 - 아크 플래시 보호재 - Google Patents

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존 뤼디거
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더블유.엘.고어 앤드 어소시에이츠 게엠베하
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Abstract

외부 텍스타일층, 열 반응성 재료, 중간층, 난연성 접착제 재료 및 내층을 갖는 비교적 경량의 적층체 구조체로서, 상기 난연성 접착제 재료가, 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치하는 적층체 구조체가 개시된다. 상기 적층체 구조체는 전기 아크 노출에 대한 방호를 제공할 수 있다.

Description

아크 플래시 보호재
본 발명은 보호용 텍스타일에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기 아크 플래시 및 유사한 유형의 인가 에너지에 대한 보호를 제공하는 경량 텍스타일에 관한 것이다.
부상을 감소시키기 위해, 유틸리티 복구와 같이 전기 아크 플래시에 단시간 노출될 수 있는 위험한 환경에서 작업하는 전문직 종사자들에게는 보호용 의복이 필요하다. 이러한 조건에 노출된 작업자들을 위한 보호 장비는 그 착용자가 위험을 극복하기보다는 그 위험에서 신속하고 안전하게 벗어날 수 있도록 어느 정도 향상된 보호를 제공해야 한다.
통상적으로, 아크 방지 보호용 의류는 화재 및 열 보호 기능을 제공한다. 이러한 의류는 예를 들어 아라미드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리 p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸(PBO), 모드아크릴 배합물, 폴리아민, 카본, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 및 이들의 배합물과 조합물로 제조된 비연소성의 비용융성 직물(fabric)을 포함하는 총체물의 최외층으로 제조되어 왔다. 이러한 섬유는 필수적으로 난연성일 수는 있지만 몇 가지 제약을 가질 수 있다. 특히, 목적하는 수준의 보호를 달성하기 위해서는, 비교적 중량의 부피가 큰 직물이 필요하다. 일반적으로, 이러한 직물의 기본 중량은 400 g/m2를 초과할 수 있다. 이러한 직물을 형성하는데 사용되는 섬유들은 매우 고가이고, 염색과 날염이 어려울 수 있으며, 내마모성이 적절치 못할 수도 있다. 추가로, 이러한 섬유들은 나일론 또는 폴리에스테르 기반 직물에 비해 물을 더 많이 흡수하여 편안한 촉감이 만족스럽지 않다. 이따금씩 아크 플래시에 노출되는 환경에서 사용자의 최적 수행능을 위해, 강화된 화상 보호성을 지닌 경량성, 통기성, 방수성 의복이 필요하다. 방수성의 아크 플래시 방지 보호용 의복의 비용은 대다수의 유해 노출 적용 환경에 있어서 중요한 고려사항이었던 바, 이 때문에 소방계 단체에서 사용된 것들과 같은 통상적인 본래의 난연성 텍스타일의 사용에 제약이 있었다.
개요
한 양태에서, 단열을 제공하는 적층체 구조체가 제공되는데, 상기 적층체 구조체가
외부 표면 및 내부 표면을 갖는 외부 텍스타일층;
열 반응성 재료;
외부 표면과 내부 표면을 갖는 중간층으로서,　상기 외부 텍스타일층의 내부 표면과 상기 중간층의 외부 표면 사이에,　상기 중간층을 상기 외부 텍스타일층에 접합시키는 열 반응성 재료가 개재되도록, 상기 외부 텍스타일층 반대편의 열 반응성 재료 상에 위치하는 중간층;
난연성 접착제 재료; 및
외부 표면과 내부 표면을 갖는 내층으로서, 상기 중간층의 내부 표면과 상기 내층의 외부 표면 사이에, 상기 내층을 상기 중간층에 접합시키는 난연성 접착제 재료가 개재되도록, 상기 중간층 반대편의 난연성 접착제 재료 상에 위치하는 내층을 포함하고;
상기 난연성 접착제 재료는 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치한다.
상기 외부 텍스타일층은 편물, 직물(woven) 또는 부직물(nonwoven)일 수 있다.
상기 외부 텍스타일층은 용융성일 수 있다. 상기 외부 텍스타일층은 중간층보다 낮은 용융점을 가질 수 있다. 상기 외부 텍스타일층은 내층보다 낮은 용융점을 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "용융성" 재료란 이후 설명하는 용융 및 열 안정성 시험에 따라 시험시 녹을 수 있는 재료를 말한다.
상기 외부 텍스타일층은 가연성 또는 불연성일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "가연성" 재료란 해당 재료가 가연성인지 불연성인지의 여부를 판단하기 위해 이후에 설명하는 텍스타일용 수직 화염 시험에 따라 시험시 탈 수 있는 재료를 말한다.
상기 외부 텍스타일층은 용융성의 불연성 텍스타일, 예를 들어 포스피네이트 개질된 폴리에스테르 [예컨대, 독일 하터샤임(Hattersheim) 소재의 트레비라 게엠베하(Trevira GmbH)에서 TREVIRA® CS라는 상표명으로 시판되는 재료 및 미국 뉴저지주 세카우커스 소재의 로즈 브랜드(Rose Brand)에서 AVORA® FR이라는 상표명으로 시판되는 재료]일 수 있다.
상기 외부 텍스타일층은 비교적 소량의 난연성 섬유, 비용융성 섬유 및/또는 정전기 방지 섬유를 포함할 수 있다. 상기 난연성 섬유, 비용융성 섬유 및/또는 정전기 방지 섬유가 존재하는 경우, 이들은 이후 설명하는 용융 및 열 안정성 시험에 따라 시험시 상기 외부 텍스타일이 계속해서 용융성 텍스타일이 되도록 존재한다.
상기 외부 텍스타일층은 50 중량% 내지 100 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 외부 텍스타일층은 75 중량% 내지 100 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 외부 텍스타일층은 90 중량% 내지 100 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 외부 텍스타일층은 95 중량% 내지 99 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 나머지 섬유들은 정전기 방지 섬유, 용융성의 탄성 섬유, 비용융성의 탄성 섬유 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 외부 텍스타일층이 95 내지 99 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함하는 경우, 정전기 방지 및/또는 탄성 섬유는 1 내지 5 중량% 범위로 존재할 수 있다. 모든 중량 백분율은 외부 텍스타일층의 총 중량을 기준으로 한 것이다.
용융성 텍스타일은 통상적으로 아크 저항성 적층체에는 사용되지 않는데, 그 이유는 해당 직물 또는 적층체가 아크 저항성 의류 시험에 적용되는 기준에 따라 아크 시험 (ASTM 1959)에도 자격을 갖추기 위해 난연성이어야 하기 때문이다. 용융성인 외부 텍스타일층을 포함하는 적층체 구조체가 아크 플래시 사건에 대한 보호를 제공하는데 사용될 수 있다는 점은 놀라운 일이다.
상기 외부 텍스타일층은 제곱미터당 약 250 g ("gsm") 이하의 중량을 가질 수 있다. 상기 외부 텍스타일층은 30 gsm 내지 250 gsm의 중량, 또는 40 gsm 내지 200 gsm의 중량, 또는 40 gsm 내지 175 gsm의 중량, 또는 50 gsm 내지 175 gsm의 중량, 또는 약 50 gsm의 중량, 또는 50 gsm 내지 172 gsm의 중량, 또는 약 76 gsm의 중량, 또는 50 gsm 내지 170 gsm의 중량, 또는 약 105 gsm의 중량, 또는 100 gsm 내지 180 gsm의 중량, 또는 약 172 gsm의 중량을 가질 수 있다.
상기 외부 텍스타일층은 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 폴리에스테르로는, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 폴리아미드로는, 예를 들어 나일론 6, 나일론 6,6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 폴리올레핀으로는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
열 반응성 재료는 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 위치할 수 있다.
열 반응성 재료는 연속층으로 적용될 수 있다. 열 반응성 재료는 불연속층으로 적용될 수 있다. 열 반응성 재료를 불연속적으로 적용하여 100% 미만의 표면 피복률(surface coverage)을 갖는 열 반응성 재료의 층을 형성할 수 있다. 열 반응성 재료는 불연속적 형태의 패턴으로 적용될 수 있다. 열 반응성 재료는 점 패턴, 격자 패턴, 선 패턴, 물결 패턴, 또는 임의의 다른 패턴, 또는 이들의 조합으로 적용될 수 있다.
열 반응성 재료는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 중합체 수지를 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 팽창성 흑연과 중합체 수지의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 팽창성 흑연은 약 240℃로 가열되는 경우 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 400 마이크론 팽창할 수 있다. 상기 팽창성 흑연은 약 240℃로 가열되는 경우 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 500 마이크론 팽창할 수 있다. 상기 팽창성 흑연은 약 240℃로 가열되는 경우 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 600 마이크론 팽창할 수 있다. 상기 팽창성 흑연은 약 240℃로 가열되는 경우 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 700 마이크론 팽창할 수 있다. 상기 팽창성 흑연은 약 240℃로 가열되는 경우 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 800 마이크론 팽창할 수 있다. 상기 팽창성 흑연은 약 280℃로 가열되는 경우 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 900 마이크론 팽창할 수 있다.
상기 팽창성 흑연은 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험(Furnace Expansion Test)을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 4 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 5 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 6 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 7 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 8 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 9 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 10 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 11 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 12 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 19 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 20 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 21 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 22 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 23 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 24 입방 센티미터 (cc/g), 또는 적어도 그램당 약 25 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 팽창성 흑연은 본원에 설명된 퍼니스 팽창 시험을 사용하여 시험시 300℃에서 약 19 cc/g의 평균 팽창율을 가질 수 있다.
상기 팽창성 흑연은 약 50 J/g 이상, 또는 약 75 J/g 이상, 또는 약 100 J/g 이상, 또는 약 125 J/g 이상, 또는 약 150 J/g 이상, 또는 약 175 J/g 이상, 또는 약 200 J/g 이상, 또는 약 225 J/g 이상, 또는 약 250 J/g 이상의 흡열을 가질 수 있다. 시차 주사 열량측정법(DSC)을 사용하여 팽창성 흑연 재료의 흡열값을 측정할 수 있다.
열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 4 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 6 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 8 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 9 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 10 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 12 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 14 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 16 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 18 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 19 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 20 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 100 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다.
열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 4 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 6 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 8 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 9 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 10 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 12 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 14 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 16 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 18 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 19 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 20 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 150 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다.
열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 4 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 6 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 8 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 9 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 10 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 12 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 14 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 16 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 18 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 19 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 20 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 200 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다.
열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 4 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 6 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 8 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 9 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 10 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 12 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 14 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 16 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 18 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 19 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 이용하여 시험시 300℃에서 적어도 그램당 약 20 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창율 및 본원에 기술된 DSC 흡열 시험법에 따라 시험시 적어도 그램당 약 250 줄(J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함할 수 있다.
팽창성 흑연 입자 크기는 열 반응성 재료가 선택된 도포 방법으로 도포될 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 열 반응성 재료가 그라비어 인쇄 기법에 의해 도포되는 경우, 상기 팽창성 흑연 입자 크기는 그라비어 셀에 맞게끔 충분히 작아야 한다.
열 반응성 재료는 중합체 수지를 포함할 수 있다. 중합체 수지는 약 280℃ 미만의 용융 또는 연화 온도를 가질 수 있다. 중합체 수지는 약 300℃ 이하의 열에 노출시 팽창성 흑연이 실질적으로 팽창할 수 있도록 충분히 유동성일 수 있거나 변형가능할 수 있다. 중합체 수지는 약 280℃ 이하의 열에 노출시 팽창성 흑연이 실질적으로 팽창할 수 있도록 충분히 유동성일 수 있거나 변형가능할 수 있다. 중합체 수지는 팽창성 흑연이 용융성 외부 텍스타일의 열분해 온도 미만의 온도에서 충분히 팽창하도록 할 수 있다. 중합체 수지의 신장 점도는 팽창성 흑연의 팽창을 허용하기에 충분히 낮을 수 있고, 중합체 수지와 팽창성 흑연의 혼합물의 팽창 후 열 반응성 재료의 구조적 완전성(structural integrity)을 유지하기에 충분히 높을 수 있다. 이러한 인자들은 중합체의 저장 탄성률(storage modulus)과 탄젠트 델타(tan delta)로 정량할 수 있다.
중합체 수지는 적어도 약 103 dyne/cm2의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 중합체 수지는 103 내지 108 dyne/cm2의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 중합체 수지는 103 내지 107 dyne/cm2의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 중합체 수지는 103 내지 106 dyne/cm2의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 중합체 수지는 103 내지 105 dyne/cm2의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 중합체 수지는 103 내지 104 dyne/cm2의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 저장 탄성률은 중합체 탄성 거동의 척도로서, 동적 기계 분석 (DMA)을 사용하여 측정할 수 있다. 중합체 수지는 200℃에서 약 0.1 내지 약 10의 탄젠트 델타를 가질 수 있다. 탄젠트 델타는 저장 탄성률에 대한 손실 탄성률의 비율로서, DMA 기법을 사용하여 측정할 수도 있다.
중합체 수지는 팽창성 흑연이 팽창되도록 하기에 적합한 대략 약 300℃ 이하에서 탄성률 및 연신율을 가질 수 있다. 중합체 수지는 탄성 중합체성일 수 있다. 중합체 수지는 가교결합성 폴리우레탄과 같이 가교결합성일 수 있다. 중합체 수지는 열가소성일 수 있다. 열가소성 중합체 수지의 용융 온도는 50℃ 내지 250℃일 수 있다.
중합체 수지는, 이에 제한되지는 않지만, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아크릴, 비닐 중합체, 폴리올레핀, 실리콘, 에폭시 또는 이들의 조합인 중합체를 포함할 수 있다.
열 반응성 재료 및/또는 중합체 수지는 난연성 재료를 포함할 수 있다. 난연성 재료는 멜라민, 인, 알루미나 삼수화물 (ATH)과 같은 금속 수산화물, 보레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 난연성 재료는 브롬화 화합물, 염소화 화합물, 산화안티몬, 유기 인계 화합물, 아연 보레이트, 암모늄 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 몰리브덴 화합물, 수산화마그네슘, 트리페닐 포스페이트, 레조르시놀 비스-(디페닐포스페이트), 비스페놀-A-(디페닐포스페이트), 트리크레실 포스페이트, 유기포스피네이트, 포스포네이트 에스테르 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
난연성 재료가 존재하는 경우, 이는 중합체 수지의 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%의 비율로 사용될 수 있다.
열 반응성 재료는 전기 아크로부터의 열에 노출시 팽창된 흑연을 포함하는 복수의 텐드릴(tendril)을 형성할 수 있다. 열 반응성 물질의 총 표면적은 팽창 전 동일한 혼합물과 비교하였을 때 크게 증가할 수 있다. 예를 들어, 열 반응성 재료의 표면적은 팽창 후 적어도 2배, 또는 적어도 3배, 또는 적어도 4배, 또는 적어도 5배, 또는 적어도 6배, 또는 적어도 7배, 또는 적어도 8배, 또는 적어도 9배, 또는 적어도 11배, 또는 적어도 12배, 또는 적어도 13배, 또는 적어도 14배, 또는 적어도 15배 증가할 수 있다.
텐드릴은 팽창된 열 반응성 재료로부터 외면 방향으로 신장될 수 있다. 열 반응성 재료가 불연속적인 형태로 층(들) 상에 위치하는 경우, 텐드릴은 열 반응성 재료의 불연속적인 영역들 사이에 개방 영역들을 적어도 부분적으로 채우기 위해 신장될 수도 있다.
텐드릴은 연장될 수 있다. 텐드릴은 적어도 5:1의 길이 대 폭 종횡비를 가질 수 있다.
중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물을 포함하는 열 반응성 재료를 불연속적인 형태의 패턴으로 적용하는 실시양태에서, 상기 열 반응성 재료는 팽창되어 팽창 후 느슨하게 패킹된 텐드릴을 형성하여, 텐드릴들 사이에 공극 뿐만 아니라 상기 열 반응성 재료의 패턴 사이에 공간을 생성할 수 있다. 임의의 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 전기 아크로부터의 열에 노출되면, 용융성인 외부 텍스타일이 녹아서 열 반응성 재료의 불연속적인 형태들 간의 개방 영역들로부터 대개 멀어지게 된다.
열 반응성 재료는 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 접착제 재료로서 작용할 수 있다.
열 반응성 재료는, 팽창성 흑연의 실질적인 팽창이 유발됨이 없이, 중합체 수지와 팽창성 흑연의 균질한 배합물(intimate blend)을 제공하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 중합체 수지와 팽창성 흑연을 배합하여 표면 경계면 상의 어느 한 재료에 연속 또는 불연속 패턴으로 적용될 수 있는 혼합물을 형성할 수 있다. 중합체 수지와 팽창성 흑연의 혼합물은 임의의 적절한 혼합 방법에 의해 제조될 수 있다. 적절한 혼합 방법으로는, 이에 제한되지는 않지만, 패들(paddle) 믹서, 배합 및 기타 저속 전단 혼합 기법들을 포함한다.
중합체 수지 및 팽창성 흑연 혼합물은 중합체 수지의 중합 전에 상기 팽창성 흑연을 단량체 또는 예비중합체와 혼합함으로써 제조될 수 있다. 중합체 수지 및 팽창성 흑연 혼합물은 상기 팽창성 흑연을 용해된 중합체와 배합함으로써 제조될 수 있는데, 이 경우 용매는 혼합 후에 제거한다. 중합체 수지 및 팽창성 흑연 혼합물은 흑연의 팽창 온도 미만 및 중합체의 용융 온도 초과의 온도에서 팽창성 흑연과 고온 용융형 중합체를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 임의의 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 이러한 방법들에 의해 제조된 혼합물은 중합체 수지와 팽창성 흑연 입자들의 균질한 배합물을 포함할 수 있다.
중합체 수지와 팽창성 흑연 입자들 또는 팽창성 흑연의 응집체들의 균질한 배합물을 제공하는 방법에서, 상기 팽창성 흑연은 해당 흑연의 팽창 전에 중합체 수지에 의해 코팅 또는 캡슐화된다. 중합체 수지와 팽창성 흑연의 균질한 배합물은 열 반응성 재료를 내부 텍스타일층 또는 중간층에 도포하기 전에 제조될 수 있다.
상기 열 반응성 재료는 해당 열 반응성 물질의 총 중량을 기준으로 약 50 중량% 이하, 또는 약 40 중량% 이하, 또는 약 30 중량% 이하, 또는 약 20 중량% 이하, 또는 약 10 중량% 이하, 또는 약 5 중량% 이하, 또는 약 1 중량% 이상의 팽창성 흑연, 및 실질적으로 중합체 수지를 포함하는 나머지 잔부를 포함할 수 있다. 일반적으로, 열 반응성 재료의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 50 중량%의 팽창성 흑연이 바람직하다. 그러나, 더 소량의 팽창성 흑연으로도 바람직한 난연 성능을 달성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 1% 정도의 낮은 로딩도 유용할 수 있다. 목적한 특성과 생성된 적층체 구조체의 구성에 따라, 다른 수준의 팽창성 흑연도 다른 실시양태에서 적절할 수 있다. 안료, 충전제, 항균제, 가공 보조제 및 안정제와 같은 기타 첨가제들도 열 반응성 재료에 첨가될 수 있다.
열 반응성 재료는 외부 텍스타일층의 내부 표면 또는 중간층의 외부 표면 중 한 표면 또는 두 표면 모두에 도포할 수 있다.
열 반응성 재료는 연속적으로 도포될 수 있다. 열 반응성 재료는 불연속적으로 도포될 수 있다. 예를 들어, 향상된 통기성 및/또는 태(hand)가 요구되는 경우에는, 열 반응성 재료를 불연속적으로 도포하여 100% 미만의 표면 피복률을 갖는 열 반응성 재료의 층을 형성할 수 있다. 열 반응성 재료의 불연속적 도포는 100% 미만의 표면 피복률을 제공할 수 있다.
열 반응성 재료는 불연속적인 패턴으로 적용될 수 있다. 열 반응성 재료는 해당 열 반응성 재료를 포함하는 다수의 팽창전 불연속 구조물의 형태로 열 반응성 재료의 층을 형성하는 내부 텍스타일층 또는 중간층에 도포될 수 있다. 팽창시, 상기 팽창전 불연속 구조물들은 구조적 완전성을 갖는 다수의 개별적인 팽창된 구조들을 형성할 수 있다. 구조적 완전성을 갖는 다수의 팽창된 불연속 구조들은 적층체 구조체에 충분한 보호를 제공하여 본원에 기술된 향상된 특성들을 달성할 수 있다. 구조적 완전성이란, 열 반응성 재료가 팽창후 실질적으로 붕괴시키거나 파편화하는 일 없이 휨 또는 구부림(flexing 또는 bending)을 견디고, 본원에 설명된 두께 변화 시험에 따라 측정할 때 두께 측정시의 압축을 견뎌냄을 의미한다.
열 반응성 재료는 해당 열 반응성 재료를 포함하는 다수의 팽창전 불연속 구조물들을 포함하는 패턴으로 불연속적으로 도포될 수 있다. 상기 패턴은 점, 원, 마름모, 타원, 별, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 팔각형, 선, 물결형 등과 같은 형상 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
열 반응성 재료의 불연속적 패턴의 인접 영역들 간의 평균 거리는 충돌 화염(impinging flame)의 크기 미만일 수 있다. 불연속적 패턴의 인접 영역들 간의 평균 거리는 약 10 밀리미터 (mm) 이하, 또는 약 9 mm 이하, 또는 약 8 mm 이하, 또는 약 7 mm 이하, 또는 약 6 mm 이하, 또는 약 5 mm 이하, 또는 약 4 mm 이하, 또는 약 3.5 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 2.5 mm 이하, 또는 약 2 mm 이하, 또는 약 1.5 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하, 또는 약 0.4 mm 이하, 또는 약 0.3 mm 이하, 또는 약 0.2 mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 내부 텍스타일층 또는 중간층 상에 열 반응성 재료를 점선으로 인쇄한 패턴에서, 열 반응성 재료의 인접한 두 점들의 가장자리 사이의 간격을 측정한다. 불연속적 패턴의 인접한 영역들 간의 평균 거리는 용도에 따라 약 40 마이크론 이상, 약 50 마이크론 이상, 약 100 마이크론 이상, 또는 약 200 마이크론 이상일 수 있다. 약 200 마이크론 이상 및 약 500 마이크론 이하로 측정된 평균 점 간격은 본원에 설명된 일부 패턴들에서 유용하다.
예를 들어, 인쇄된 패턴의 인쇄 도포량(laydown)을 설명하는 한 방법으로서 표면 피복률과 함께 피치(pitch)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 피치는 인쇄된 패턴의 점, 선 또는 격자선과 같은 인접한 형태들 간의 평균 중심간 거리로 정의된다. 평균을 사용하여, 예를 들어 불규칙한 간격으로 인쇄된 패턴들을 설명한다. 열 반응성 재료는 해당 열 반응성 재료에 대해 등가 중량의 인쇄 도포량을 갖는 열 반응성 혼합물의 연속적 도포에 비해서 월등한 난연 성능을 제공하는 피치 및 표면 피복률을 갖는 패턴으로 불연속적으로 도포될 수 있다. 상기 피치는 열 반응성 재료의 인접한 형태들 간의 중심간 거리의 평균으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 피치는 열 반응성 재료의 인접한 점 또는 격자선 간의 중심간 거리의 평균으로 정의될 수 있다. 상기 피치는 약 500 마이크론 이상, 약 600 마이크론 이상, 약 700 마이크론 이상, 약 800 마이크론 이상, 약 900 마이크론 이상, 약 1000 마이크론 이상, 약 1200 마이크론 이상, 약 1500 마이크론 이상, 약 1700 마이크론 이상, 약 1800 마이크론 이상, 약 2000 마이크론 이상, 약 3000 마이크론 이상, 약 4000 마이크론 이상, 또는 약 5000 마이크론 이상, 또는 약 6000 마이크론 이상 또는 이들 사이의 임의의 값일 수 있다. 열 반응성 재료의 바람직한 패턴은 약 500 마이크론 내지 약 6000 마이크론의 피치를 가질 수 있다.
태, 통기성 및/또는 텍스타일 중량과 같은 특성들이 중요한 실시양태에서, 표면 피복률은 약 25% 이상 및 약 90% 이하, 또는 약 80% 미만, 또는 약 70% 미만, 또는 약 60% 미만, 또는 약 50% 미만, 또는 약 40% 미만, 또는 약 30% 미만이 사용될 수 있다. 전기 아크에 노출되면, 외부 텍스타일층이 연소하기에 충분한 에너지에 노출될 수 있다. 이러한 실시양태에서 더 큰 난연 특성이 필요한 경우, 내부 텍스타일층 또는 중간층의 표면 상에 열 반응성 재료의 약 30% 내지 약 100%의 표면 피복률을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 더 큰 난연 특성이 필요한 경우, 약 500 마이크론 내지 약 6000 마이크론의 피치를 갖는 열 반응성 재료의 표면 피복률을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 열 반응성 재료의 표면 피복률은 약 500 마이크론 내지 약 6000 마이크론의 피치를 갖는 내부 텍스타일층 또는 중간층의 표면 상에서 해당 열 반응성 재료의 약 30% 내지 약 80%일 수 있다.
100% 미만의 표면 피복률을 달성하는 외부 텍스타일층 또는 중간층 상에 열 반응성 재료를 불연속적으로 증착시키는 방법은 상기 층 상에 열 반응성 재료를 인쇄하여 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 외부 텍스타일층 또는 중간층 상에 열 반응성 재료를 증착하는 것은, 임의의 적절한 방법, 예컨대 그라비어 인쇄, 스크린 인쇄, 스프레이 또는 산란 코팅, 나이프 코팅, 및 전기 아크로부터의 열에 노출시 목적한 특성들이 달성되는 방식으로 열 반응성 재료가 도포될 수 있도록 하는 임의의 유사한 방법에 의해 달성될 수 있다.
열 반응성 재료를 외부 텍스타일층 또는 중간층 상에 도포하여 해당 열 반응성 재료의 약 10 gsm 내지 약 100 gsm의 추가의 중량을 달성할 수 있다. 열 반응성 재료는 해당 열 반응성 재료의 약 100 gsm 이하, 또는 약 75 gsm 이하, 또는 약 50 gsm 이하, 또는 약 25 gsm 이하의 추가의 중량을 달성하기 위해 도포될 수 있다.
본원에 기술된 적층체 구조체의 제조 방법은, 열 반응성 재료가 중간층과 외부 텍스타일층 간에 우수한 접합을 제공하는 방식으로 해당 열 반응성 재료 층을 상기 외부 텍스타일층 또는 중간층 상에 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 접착제로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 열 반응성 재료는 외부 텍스타일층의 내면과 중간층의 외면을 접합시켜 상기 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 열 반응성 재료의 층을 형성할 수 있다. 적층체 구조체를 형성하는 동안, 열 반응성 재료는 외부 텍스타일층 또는 중간층에 연속적 또는 불연속적 방식으로 도포될 수 있다. 다음으로, 상기 외부 텍스타일층과 중간층을 서로 부착시킬 수 있다. 이어서, 상기 외부 텍스타일층과 중간층을, 예를 들어 2개의 롤러 또는 가열된 롤러의 닙(nip)을 통과해 지나가게 함으로써 압력 및/또는 열에 의해 서로 부착시킬 수 있다. 열을 사용하는 경우, 해당 열이 팽창성 흑연의 팽창을 개시하지 않도록 온도가 충분히 낮아야 한다. (예를 들어, 닙의) 압력은 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지가 표면 기공, 표면 공극, 또는 상기 층들 중 하나 또는 두 층 모두의 섬유들 사이의 공극 또는 공간 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 유도할 수 있다. 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 외부 텍스타일층의 섬유 및/또는 필라멘트 사이의 공극 또는 공간에 침투할 수 있다. 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 중간층으로 침투할 수 있다. 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 외부 텍스타일층의 섬유들 사이의 공극 또는 공간을 침투할 수 있고 중간층으로 침투할 수도 있다.
상기 중간층은 배리어층(barrier layer)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간층은 폴리이미드, 실리콘 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 층을 포함할 수 있다. 중간층은 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 (ePTFE)을 포함할 수 있다.
중간층은 2층의 막(film)일 수 있다. 상기 2층의 막은 (a) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제1층 및 (b) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제2층을 포함할 수 있다. 상기 2층의 막은 (a) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제1층 및 (b) 폴리우레탄이 코팅된 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함할 수 있다.
중간층은 난연성 재료를 포함할 수 있다. 중간층은 난연성 (FR) 층일 수 있다.
중간층은 난연성 (FR) 텍스타일층일 수 있다. 텍스타일층이 중간층으로 사용되는 경우, 상기 텍스타일층은 비교적 고밀도의 경사와 위사 섬유 또는 필라멘트를 포함할 수 있다. 이로써 적층체 구조체의 중량과 강성을 증가시킬 수 있다.
중간층은 본원에 기재된 유연성 또는 태 측정 시험에 의해 측정시 1 밀리미터 (mm) 이하의 두께 및 약 100 이하의 태를 갖는 막일 수 있다.
상기 막은 열 안정성 또는 열적으로 안정한 막과 같은 재료들을 포함할 수 있고, 폴리이미드, 실리콘, PTFE, 예컨대, 팽창 PTFE와 같은 재료들을 포함할 수 있다. 재료의 열적 안정성은 본원에 설명된 용융 및 열 안정성 시험으로 평가할 수 있다.
상기 중간층은 열적으로 안정한 배리어층일 수 있다. 일부 실시양태에서, 중간층은 본원에 기재된 배리어 열 안정성 시험으로 측정시 열적으로 안정한 배리어층이다. 중간층은 내부 및 외부 텍스타일층보다 열적으로 더 안정할 수 있다. 열적으로 안정한 배리어층은 전기 아크에 노출되는 동안 적층체 구조체의 외면으로부터 적층체 구조체의 내면으로의 열 전달을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 본원에 기술된 실시양태에서 중간층으로 사용하기 위한 열적으로 안정한 배리어층은 공기 투과성 시험 ISO 9237 (1995)에 따라 시험시 열 노출후 약 50 리터/미터2/초 (l/m2/sec)의 최대 공기 투과성을 갖는다. 본원에 기술된 실시양태에서 중간층으로 사용하기 위한 열적으로 안정한 배리어층은 전기 아크에 노출된 후 (직경이 5 mm 이상인) 구멍이 형성되는 것도 방지한다. 다른 실시양태에서, 중간층은 본원에 개시된 열적으로 안정한 배리어층에 대한 공기 투과성 시험에 따라 시험시, 열에 노출된 후 약 25 l/m2/sec 미만 또는 약 15 l/m2/sec 미만의 최대 공기 투과성을 가진다. 중간층이 막을 포함하는 경우, 상기 막은 본원에 기술된 용융 및 열 안정성 시험 방법에 따라 시험시, 열에 노출된 후 약 25 l/m2/sec 이하의 최대 공기 투과성을 가질 수 있다. 중간층이 막을 포함하는 경우, 상기 막은, 본원에 개시된 바와 같은 열적으로 안정한 배리어에 대한 공기 투과성 시험에 따라 시험시, 약 15 l/m2/sec 이하의 팽창성 흑연을 팽창시키기에 충분한 전기 아크에 노출된 후 공기 투과성을 가질 수 있다.
중간층은 본원에 개시된 열적으로 안정한 배리어층에 대한 공기 투과성 시험에 따라 시험시 열에 노출된 후, 약 50 l/m2/sec 이하, 또는 약 45 l/m2/sec 이하, 또는 약 40 l/m2/sec 이하, 또는 약 35 l/m2/sec 이하, 또는 약 30 l/m2/sec 이하, 또는 약 25 l/m2/sec 이하, 또는 약 20 l/m2/sec 이하, 약 15 l/m2/sec 이하, 또는 약 10 l/m2/sec 이하, 또는 약 5 l/m2/sec 이하의 최대 공기 투과성을 가질 수 있다.
중간층의 중량은 10 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 30 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 40 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 10 gsm 내지 40 gsm 범위, 또는 10 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 10 gsm 내지 20 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 40 gsm 범위, 또는 30 gsm 내지 40 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 25 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 30 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 25 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 25 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 25 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 20 gsm 범위, 또는 21 gsm 내지 23 gsm 범위, 또는 29 gsm 내지 31 gsm 범위, 또는 이들 사이의 임의의 값, 또는 약 22 gsm, 또는 30 gsm일 수 있다.
난연성 접착제 재료는 중간층과 내층 사이에 개재될 수 있다. 난연성 접착제 재료는 난연성 첨가제를 포함할 수 있다. 난연성 접착제 재료는 중합체 수지를 포함할 수 있다.
난연성 접착제 재료는 중합체 수지 및 난연성 첨가제를 포함할 수 있다. 난연성 접착제 재료는 하나 이상의 중합체 수지 및 하나 이상의 난연성 첨가제를 포함할 수 있다. 난연성 접착제 재료는 하나 이상의 중합체 수지 및 하나 이상의 난연성 첨가제로 이루어지거나 필수적으로 이들로 이루어질 수 있다. 본원에서 사용된 "~로 필수적으로 이루어지는"이라는 용어는 해당 조성물이 열거된 성분들 및 해당 조성물에 실질적으로 영향을 미칠 수 있는 약 5 중량% 미만의 임의의 추가의 성분을 포함하고 있음을 의미한다.
난연성 접착제 재료 조성물은 약 4% 이하, 또는 약 3% 이하, 또는 약 2% 이하, 또는 약 1% 이하, 또는 약 0.5% 이하의 임의의 추가 성분을 함유할 수 있다.
충분량의 난연성 첨가제가 존재하는 경우라면, 열 반응성 재료에 유용한 것으로 설명된 임의의 중합체 수지들을 난연성 접착제 재료에 사용할 수 있다. 적절한 중합체 수지로는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아크릴, 비닐 중합체, 폴리올레핀, 실리콘, 에폭시 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
중합체 수지는 열가소성일 수 있다. 적합한 중합체 수지는 약 50℃ 내지 약 250℃의 용융 온도를 갖는 열가소성 수지, 예컨대 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 바이에르 머티리얼사이언스 엘엘씨(Bayer MaterialScience LLC)에 의해 DESMOMELT® VP KA 8702라는 상표명으로 시판되는 것일 수 있다.
중합체 수지는 가교결합성일 수 있다. 적합한 중합체 수지는, 예를 들어 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 롬앤하스(Rohm & Haas)에 의해 MOR-MELT™ R7001 E라는 상표명으로 시판되는 것과 같은 가교결합성 폴리우레탄을 포함할 수 있다.
난연성 접착제 재료의 난연성 특성은 중합체 수지에 난연성 첨가제를 포함시킴으로써 제공될 수 있다. 난연성 첨가제로는, 예를 들어 브롬화 화합물, 염소화 화합물, 산화안티몬, 유기 인계 화합물, 아연 보레이트, 암모늄 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 몰리브덴 화합물, 수산화마그네슘, 트리페닐 포스페이트, 레조르시놀 비스-(디페닐포스페이트), 비스페놀-A-(디페닐포스페이트), 트리크레실 포스페이트, 유기포스피네이트, 포스포네이트 에스테르 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 난연성 첨가제는 중합체 수지의 총 중량을 기준으로 1% 내지 10%, 또는 1% 내지 15%, 또는 1% 내지 20%, 또는 1% 내지 30%, 또는 1% 내지 35%, 또는 1% 내지 40%, 또는 1% 내지 50%, 또는 10% 내지 40%, 또는 10% 내지 40%, 또는 10% 내지 30%, 또는 10% 내지 20%, 또는 10% 내지 15%, 또는 20% 내지 50%, 또는 20% 내지 40%, 또는 20% 내지 30%, 또는 20% 내지 25%, 또는 30% 내지 50%, 또는 30% 내지 40%, 또는 30% 내지 35%, 또는 40% 내지 50%, 또는 45% 내지 50%, 또는 40% 내지 45%의 중량 비율로 사용될수 있다.
난연성 접착제 재료는 중간층과 내층을 접합시킬 수 있다. 난연성 접착제 재료는 불연속적으로 도포될 수 있다. 난연성 접착제 재료를 불연속적으로 도포하여 난연성 접착제 재료의 층을 형성할 수 있다. 난연성 접착제 재료는 중간층과 내층의 표면에 걸쳐서 100% 미만, 약 95% 이하, 약 90% 이하, 약 80% 이하, 또는 약 75% 이하, 약 70% 이하, 약 65% 이하, 약 60% 이하, 약 55% 이하, 또는 약 50% 이하, 또는 약 45% 이하, 또는 약 30% 이하의 표면 피복률을 갖는 패턴으로 불연속적으로 도포될 수 있다. 예를 들어, 난연성 접착제 재료는 내층의 외부 표면의 75% 미만을 피복할 수 있다.
예를 들어, 상기 난연성 접착제 재료는 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치할 수 있고, 상기 패턴은 내층의 75% 미만을 덮게 된다.
난연성 접착제 재료는 패턴으로 적용될 수 있다. 난연성 접착제 재료는 격자형 패턴, 점선 패턴, 물결 패턴, 선 패턴, 또는 임의의 규칙적 또는 불규칙적 형태, 예를 들어 점, 원, 정사각형, 직사각형, 마름모, 타원, 오각형, 육각형, 팔각형, 별, 선, 또는 임의의 다각형 또는 불규칙한 형태로 불연속적으로 도포될 수 있다.
난연성 접착제 재료의 패턴은 복수의 포켓들을 규정할 수 있다. 상기 포켓들은 중간층과 내층이 서로 접합되지 않은 영역들일 수 있다. 구체적으로, 상기 포켓들은 중간층과 내층이 서로 접촉할 수 있지만, 서로 분리가능한 접합되지 않은 영역들일 수 있다. 각 포켓들은 난연성 접착제 재료, 중간층 및 내층에 의해 형성되고, 이들에 의해 한정되거나 둘러싸일 수 있다. 난연성 접착제 재료는 해당 난연성 접착제 재료의 패턴에 의해 한정된 영역들에서 중간층과 내층을 접합시킬 수 있는 한편, 포켓들은 중간층과 내층이 서로 접합되지 않은 비접합 영역들을 규정할 수 있다.
포켓들 그 자체에는 난연성 접착제 재료가 없을 수 있거나 포켓들은 필수적으로 난연성 접착제 재료가 없을 수도 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "~가 필수적으로 없는"이라는 말은 포켓의 영역을 측정하였을 때 비접합 영역이 약 5% 미만, 또는 약 4% 미만, 또는 약 3% 미만, 또는 약 2% 미만, 또는 약 1% 미만, 또는 약 0.5% 미만의 난연성 접착제를 함유하고 있음을 의미한다. 비교적 약한 접착성 조성물이라도 중간층과 내층을 '일시적으로' 접착시켜 통상적인 사용시 상기 중간층과 내층이 분리되지 않게 할 수 있다. 그러나, 전기 아크에 노출되는 동안에는, 전기 아크의 에너지는 포켓 영역에서 약한 접착성 조성물을 녹이거나 분해하기에 충분해야 하며, 이에 따라 본원에 설명된 바와 같이 중간층과 내층이 분리되고 포켓이 확장될 수 있다.
패턴은 난연성 접착제 재료를 실선으로 도포할 수 있다. 패턴은 난연성 접착제 재료를 다수의 밀접하게 이격된 점들 또는 형태들을 포함하는 선으로 도포할 수도 있다. 예를 들어, 난연성 접착제는 각각 약 0.3 내지 약 2.0 밀리미터 (mm) 범위의 평균 직경 및 약 0.4 내지 약 3.0 mm 범위의 인접한 점들 사이의 평균 중심간 간격 (피치)을 갖는 다수의 점들 또는 형태들로 도포될 수 있다. 패턴은 포켓을 한정하는 규칙적으로 반복되는 임의의 패턴일 수 있다. 패턴은 직사각형/사각형 포켓들을 형성하는 격자 패턴일 수 있다. 패턴은 다수의 사인형(sinusoidal) 선들일 수 있으며, 상기 사인파들은 제1 방향으로 이동하고, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 서로 이격된다. 다수의 사인형 선들은 사인파들 중 한 피크가 인접한 사인파의 저점과 정렬되는 정도까지 제1 방향을 따라 서로 오프셋(offset)될 수 있다. 사인형 선의 피크와 저점은 맞닿을 수 있다. 사인형 선의 피크와 저점은 중첩될 수 있다. 사인형 선 또는 사인파들은 접합된 영역, 즉 패턴 및 접합되지 않은 영역, 즉 포켓을 규정할 수 있다. 예를 들어, 패턴은 일련의 평행한 사인형 선들을 포함할 수 있는데, 상기 사인형 선들은 사인형 선들 중 첫 번째 선의 피크가 사인형 선들 중 인접한 한 선의 저점과 정렬되도록 서로 오프셋된다.
규칙적으로 반복되는 다른 패턴들도 사용할 수 있다. 예를 들어, 원, 직사각형, 오각형, 육각형, 다각형의 패턴이 사용될 수 있다. 인접한 다각형 또는 형태들은 공통의 (인접한) 가장자리를 공유할 수 있다. 인접한 다각형 또는 형태들은 서로 독립된 가장자리를 가질 수 있다. 다각형 또는 다른 형태들이 서로 독립적이며 인접한 가장자리들 사이에 접합되지 않은 영역이 존재하는 경우에는, 인접한 가장자리들 사이의 거리는 비교적 작게, 예를 들어 약 5 mm 이하, 또는 약 4 mm 이하, 또는 약 3 mm 이하, 또는 약 2 mm 이하, 또는 약 1 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 이하로 유지되도록 주의해야 한다. 규칙적으로 반복되는 다각형들은 각각 인접한 다각형과 공통면을 공유할 수 있다. 패턴은 비교적 작은 개구부를 가질 수 있다. 예를 들어, 원형 패턴은 비교적 작은 개구부를 가질 수 있어서, 난연성 접착제의 패턴은 글자 "C"와 유사하다. 개구부는 가능한 한 작게 유지되어야 한다. 패턴은 개구부가 없는 연속적인 패턴일 수 있다. 개구부가 없는 연속적인 패턴은 폐쇄된 형태의 둘레를 만들 수 있다 (예컨대, 원, 정사각형, 직사각형 또는 기타 규칙적이거나 불규칙한 임의의 형태). 상기 패턴 또는 형태의 둘레는 난연성 접착제 재료로 한정될 수 있다. 난연성 접착제 재료에 의해 한정된 형태 또는 패턴의 내부는 난연성 접착제 재료를 포함하지 않을 수도 있다. 난연성 접착제 재료에 의해 한정된 형태 또는 패턴의 내부는 포켓을 규정할 수도 있다.
포켓은 중간층과 내층 사이의 접합되지 않은 영역이다. 포켓들은 최소 약 25 밀리미터2 (mm2) 내지 최대 약 22,500 mm2, 또는 약 25 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 30 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 35 mm2 내지 약 22,0000 mm2, 또는 약 40 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 45 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 50 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 75 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 22,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 20,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 15,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 10,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 9,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 8,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 7,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 6,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 5,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 4,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 3,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 2,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 1,000 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 900 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 800 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 700 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 600 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 500 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 400 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 300 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 200 mm2, 또는 약 100 mm2 내지 약 150 mm2 범위의 면적을 가질 수 있다.
포켓의 면적은 적층체 구조체의 각 포켓들의 평균 면적을 나타낸다. 적층체 구조체가 다른 형태 및/또는 크기의 포켓들을 포함하는 경우라면, 포켓들 중 적어도 약 80%는 약 25 mm2 내지 약 22,500 mm2 범위의 면적을 가져야 한다. 패턴이 공통의 가장자리가 없는 형태로 만들어진 경우에는, 포켓들의 면적만을 사용하여 포켓 면적을 계산한다. 인접한 가장자리들 간의 거리가 멀어짐에 따라, 포켓들의 면적이 더 커야할 수 있다. 예를 들어, 면적이 약 50 mm2인 정사각형 포켓의 규칙적인 반복 패턴을 사용하는 경우라면, 인접한 정사각형 포켓들의 가장자리들 간의 거리는 가능한 한 작아야 한다. 인접한 포켓들의 가장자리들 간의 거리는 2 mm 이하 또는 1 mm 이하일 수 있다.
난연성 접착제 재료는, 접착제 스크림 등을 사용하여, 목적한 패턴을 생성하는데 사용될 수 있는 공지된 라미네이션 기법, 예를 들어 그라비어 인쇄, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 이용하여 도포할 수 있다. 예를 들어, 상기 난연성 접착제 재료는 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치 (도포)될 수 있고, 상기 패턴은 내층 외부 표면의 75% 미만을 덮게 된다. 난연성 접착제 재료는 중간층 및/또는 내층 상에 패턴으로 적용될 수 있다. 패턴은 제1 방향으로 배향된 일련의 제1 평행선들 및 제2 방향으로 배향된 일련의 제2 평행선들을 포함하는 격자 패턴으로서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 30도 내지 90도 사이 범위의 각도로 서로 오프셋되어 있는 것인 격자 패턴을 포함할 수 있다. 난연성 접착제 재료는 일련의 제1 평행선들과 상기 일련의 제1 평행선들에 대해 약 90도로 배향된 일련의 제2 평행선들을 갖는 격자형 패턴으로 적용될 수 있다. 난연성 접착제 재료는 그라비어 롤 또는 임의의 다른 적절한 증착 기법을 사용하여 도포될 수 있다.
내층은 임의의 공지된 텍스타일 섬유 또는 필라멘트로부터 제조될 수 있는 내부 텍스타일층일 수 있다. 내부 텍스타일층은 난연성 섬유, 비난연성 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 내부 텍스타일층은 직물, 편물 또는 부직물일 수 있다. 편물은 환편(circular knit), 횡편(flat knit), 경편(warp knit) 또는 라셀(Raschel)편일 수 있다.
내부 텍스타일층이 난연성 텍스타일 또는 섬유를 포함하는 경우, 상기 난연성 텍스타일은 p-아라미드, m-아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤족사졸, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리페닐 설파이드, 폴리이미드, 멜라민, 플루오로 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 모드아크릴, 셀룰로오스, FR 비스코스, 폴리비닐아세테이트, 광물, 단백질 섬유, 또는 이들의 조합으로부터 제조된 텍스타일을 포함할 수 있다.
내부 텍스타일층이 비난연성 텍스타일을 포함하는 경우, 비난연성 텍스타일은 합성 섬유, 천연 섬유, 또는 합성 및 천연 섬유를 모두 포함하는 텍스타일을 포함할 수 있다. 적절한 합성 텍스타일로는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 아크릴, 폴리우레탄 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 천연 섬유로는, 예를 들어 면, 양모, 셀룰로스, 동물의 털, 황마, 대마 또는 기타 다른 천연 섬유를 포함할 수 있다. 이들의 조합물도 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, 소량 비율, 예를 들어 10 중량% 미만의 정전기 방지 섬유 또는 필라멘트가 텍스타일에 첨가될 수 있으며, 여기서 중량%는 텍스타일의 총 중량을 기준으로 한다. 적절한 정전기 방지 섬유/필라멘트는 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 전도성 금속, 구리, 니켈, 스테인리스강, 강철, 금, 은, 티타늄, 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 추가의 실시양태에서, 내부 텍스타일층은 적은 비율의 탄성 필라멘트를 포함할 수 있다. 적절한 필라멘트로는, 예를 들어 폴리우레탄, 엘라스테인, 스판덱스, 실리콘, 고무 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
내층은 직물, 편물 또는 부직물 텍스타일을 15 gsm 내지 450 gsm, 또는 20 gsm 내지 450 gsm, 또는 25 gsm 내지 450 gsm, 또는 15 gsm 내지 400 gsm, 또는 20 gsm 내지 400 gsm, 또는 25 gsm 내지 400 gsm, 또는 15 gsm 내지 375 gsm, 또는 20 gsm 내지 375 gsm, 또는 25 gsm 내지 375 gsm, 또는 15 gsm 내지 350 gsm, 또는 20 gsm 내지 350 gsm, 또는 25 gsm 내지 350 gsm, 또는 15 gsm 내지 325 gsm, 또는 20 gsm 내지 325 gsm, 또는 25 gsm 내지 325 gsm, 또는 15 gsm 내지 300 gsm, 또는 20 gsm 내지 300 gsm, 또는 25 gsm 내지 300 gsm, 또는 15 gsm 내지 275 gsm, 또는 20 gsm 내지 275 gsm, 또는 25 gsm 내지 275 gsm, 또는 15 gsm 내지 250 gsm, 또는 20 gsm 내지 250 gsm, 또는 25 gsm 내지 250 gsm, 또는 15 gsm 내지 225 gsm, 또는 20 gsm 내지 225 gsm, 또는 25 gsm 내지 225 gsm, 또는 15 gsm 내지 200 gsm, 또는 20 gsm 내지 200 gsm, 또는 25 gsm 내지 200 gsm, 또는 20 gsm 내지 250 gsm, 또는 30 gsm 내지 250 gsm, 또는 40 gsm 내지 250 gsm, 또는 50 gsm 내지 250 gsm, 또는 50 gsm 내지 200 gsm, 또는 50 gsm 내지 190 gsm, 또는 50 gsm 내지 180 gsm, 또는 50 gsm 내지 170 gsm, 또는 50 gsm 내지 160 gsm, 또는 50 gsm 내지 150 gsm, 또는 50 gsm 내지 140 gsm, 또는 50 gsm 내지 130 gsm, 또는 50 gsm 내지 120 gsm, 또는 50 gsm 내지 110 gsm, 또는 50 gsm 내지 100 gsm, 또는 50 gsm 내지 90 gsm 범위의 중량으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 내층은 20 gsm 내지 250 gsm 범위의 중량을 가질 수 있다.
상기 내층은 1 내지 50 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 내층은 1 내지 25 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 내층은 1 내지 10 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 내층은 25 내지 50 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함할 수 있다.
내층도 텍스타일층이 될 수 있는데, 여기서 상기 텍스타일층은 난연성 텍스타일을 포함하거나, 또는 난연성 섬유 및 용융성 섬유를 모두 포함하는 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 아라미드와 난연성 비스코스로 제조된 직조 텍스타일일 수 있다. 내층은 약 50% 아라미드 및 약 50% 비스코스를 포함하는 아라미드와 난연성 비스코스로 제조된 직조 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 약 50 gsm 내지 약 250 gsm의 중량을 갖는 아라미드와 난연성 비스코스로 제조된 직조 텍스타일을 포함할 수 있다.
내층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 인터로크(interlock) 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 약 50 gsm 내지 200 gsm, 50 gsm 내지 200 gsm, 또는 100 gsm 내지 200 gsm, 또는 150 gsm 내지 200 gsm, 또는 50 gsm 내지 100 gsm 또는 50 gsm 내지 150 gsm의 중량을 갖는 PET 편물 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 50 내지 200 gsm의 중량 및 약 5% 이하의 정전기 방지 섬유를 함유하는 PET 편물 텍스타일일 수 있다. 내층은 모드아크릴/면 혼방 (MAC/CO) 편물 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 약 50 gsm 내지 200 gsm, 또는 100 gsm 내지 200 gsm, 또는 150 gsm 내지 200 gsm, 또는 50 gsm 내지 100 gsm 또는 50 gsm 내지 150 gsm의 중량을 갖는 MAC/CO 편물 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 약 5% 이하의 정전기 방지 섬유를 추가로 포함하고 약 100 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 MAC/CO 편물 텍스타일을 포함할 수 있다. 내층은 모드아크릴 편물일 수 있다. 내층은 약 50 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 모드아크릴 편물일 수 있다. 내층은 50 내지 200 gsm의 중량 및 약 5% 이하의 정전기 방지 섬유를 함유하는 모드아크릴 편물일 수 있다.
적층체 구조체의 총 중량은 약 500 gsm 이하, 또는 약 400 gsm 이하, 또는 약 375 gsm 이하, 또는 약 350 gsm 이하, 또는 약 325 gsm 이하, 또는 약 300 gsm 이하, 또는 약 275 gsm 이하, 또는 약 250 gsm 이하, 또는 약 225 gsm 이하, 또는 약 200 gsm 이하, 또는 약 150 gsm 이하, 또는 약 100 gsm 이하, 또는 약 50 gsm 이하일 수 있다.
적층체 구조체의 총 두께는 0.5 mm 내지 2.5 mm, 0.5 mm 내지 2.0 mm, 0.5 mm 내지 1.5 mm, 0.5 mm 내지 1.0 mm, 0.5 mm 내지 0.7 mm 범위, 또는 약 0.6 mm, 또는 약 0.7 mm, 또는 약 0.8 mm, 또는 약 0.9 mm, 또는 약 1.0 mm, 또는 약 1.2 mm, 또는 약 1.4 mm, 또는 약 1.6 mm, 또는 약 1.8 mm, 또는 약 2.0 mm일 수 있다. 두께는 ISO 5084 (1996)로 측정할 수 있다.
적층체 구조체는 전기 아크에 대한 노출로부터 사용자를 보호("아크 플래시 보호"라고도 함)할 수 있다. 적층체 구조체는 패널 형태와 의류 형태 모두에 있어서 EN 표준인 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014를 충족하는 아크 플래시 보호를 제공할 수 있다. 적층체 구조체는 2등급 아크 플래시 보호를 제공하며 EN 표준인 EN 61482-1-2:2014를 충족한다. EN 표준인 EN 61482-1-2:2014를 충족하기 위해, EN 표준인 EN 61482-1-2:2014에 규정된 아크 플래시에 노출되는 적층체 구조체는 패널 형태로 하기의 기준들 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 스톨 곡선(Stoll Curve)으로 알려진 표준 미만의 시간에 대한 투과된 입사 에너지(incident energy)의 플롯; 5초 이하의 잔염 시간을 가지거나; 또는 형성된 임의의 구멍의 크기가 5 mm 이하여야 함.
EN 표준인 EN 61482-1-2:2014에 규정된 아크 플래시에 노출되는 적층체 구조체를 포함하는 제품 (예컨대, 의복)은 패널 형태로 하기의 기준들 중 하나 이상을 가질 수 있는 제품을 제공할 수 있다: 5초 이하의 잔염 시간; 형성된 임의의 구멍의 크기가 5 mm 이하여야 함; 또는 해당 제품이 녹거나 녹아서 흘러내리지 않아야 함; 또는 의복의 앞 지퍼가 쉽게 개방되어야 함.
본원에 설명된 적층체 구조체가 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 기준에 따라 인가되는 전기 아크에 노출되는 경우, 해당 적층체 구조체의 일부가 팽창되어 서로 반대 방향으로 휘어질 수 있다. 외부 텍스타일층은 전기 아크에 노출되면 녹을 수 있고 열 반응성 재료가 팽창할 수 있다. 열 반응성 재료가 팽창함에 따라, 상기 팽창하는 열 반응성 재료는 용융된 또는 용융되고 있는 외부 텍스타일층을 흡수함으로써, 상기 외부 텍스타일층에서 화염이 지속되는 것을 방지하고, 외부 텍스타일층이 녹아서 흘러내리는 것도 방지할 수 있다. 전기 아크에 노출시, 열 반응성 재료의 층은 팽창성 흑연의 존재로 인해 팽창할 수 있다. 전기 아크에 노출시, 중간층, 내층 및 난연성 접착제 재료에 의해 한정된 포켓들은 확장되어, 상기 중간층과 내층을 서로 분리시켜서 에어 갭을 형성할 수 있다.
아크 플래시의 인가시, 적층체 구조체는 상기 포켓들을 덮어 씌우는 팽창된 영역을 포함할 수 있다. 상기 팽창된 영역들은 적층체 구조체 내에 에어 갭을 형성할 수 있다. 상기 에어 갭은 단열성을 개선할 수 있고, 본원에 기술된 바와 같이 스톨 곡선에 대한 시험과 같은 시험에서 적층체 구조체의 성능을 개선할 수 있다. 상기 팽창된 영역들에 의해 제공되는 단열성은, 해당 적층체가, 동일하거나 유사한 재료를 포함하지만 상술한 팽창된 영역들을 만들어내는데 작용하는 접합된 면적과 포켓을 포함하는 패턴이 결여된 적층체 구조체보다 경량인 재료의 층을 포함하면서도 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있도록 해준다.
적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 500 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 475 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 450 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 425 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 400 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 375 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 350 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 325 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 300 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 275 gsm 이하일 수 있다. 적층체 구조체는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있고, 중량은 265 gsm 이하일 수 있다.
적층체 구조체는 전기 아크에 노출시 수축에 저항할 수 있다. 적층체 구조체는, 본원에 개시된 열 수축 시험에 따라 시험시, 약 10% 미만, 또는 약 9% 미만, 또는 약 8% 미만, 또는 약 7% 미만, 또는 약 5% 미만, 또는 약 4% 미만, 또는 약 3% 미만, 또는 약 2% 미만, 또는 약 1% 미만으로 수축될 수 있다.
적층체 구조체는, 하기 기술되는 수증기 투과율 ("MVTR") 시험에 따라 시험시, 약 1000 g/m2/일 이상, 약 2000 g/m2/일 이상, 약 3000 g/m2/일 이상, 약 4000 g/m2/일 이상, 약 5000 g/m2/일 이상, 약 6000 g/m2/일 이상, 약 7000 g/m2/일 이상, 약 8000 g/m2/일 이상, 약 9000 g/m2/일 이상, 약 10000 g/m2/일 이상, 약 11000 g/m2/일 이상, 약 12000 g/m2/일 이상, 또는 그 이상의 MVTR을 가질 수 있다.
적층체 구조체는 1 내지 20, 1 내지 19, 1 내지 18, 1 내지 17, 1 내지 16, 1 내지 15, 1 내지 14, 1 내지 13, 1 내지 12, 1 내지 11, 1 내지 10, 1 내지 9, 1 내지 8, 1 내지 7, 1 내지 6, 1 내지 5, 1 내지 4, 1 내지 3, 1 내지 2의 RET 값을 가질 수 있다. 의복은 약 6, 약 6.5, 약 7, 약 7.5, 약 8, 약 8.5, 약 9, 약 9.5, 약 10, 약 10.5, 약 11, 약 11.5, 약 12, 약 12.5, 약 13, 약 13.5 또는 약 14의 RET 값을 가질 수 있다.
적층체 구조체는, 본원에 기술된 EN ISO 15025, 방법 A1을 사용하여 수행된 수평 화염 시험 (Horizontal Flame Test)을 위한 방법에 따라 시험시, 약 50초 초과, 약 60초 초과, 약 70초 초과, 약 80초 초과, 약 90초 초과, 약 100초 초과, 약 110초 초과, 또는 심지어 120초 초과의 파괴 개방 시간(break open time)을 가질 수 있다.
적층체 구조체는, 본원에 기술된 수평 화염 시험에 따라 시험시, 약 20초 이하, 또는 약 15초 이하, 또는 약 14초 이하, 또는 약 13초 이하, 또는 약 12초 이하, 또는 약 11초 이하, 또는 약 10초 이하, 또는 약 9초 이하, 또는 약 8초 이하, 또는 약 7초 이하, 또는 약 6초 이하, 또는 약 5초 이하의 잔염을 가질 수 있다.
적층체 구조체는 본원에 기술된 수평 화염 시험에서 시험시 실질적으로 녹아서 흘러내리는 거동을 나타내지 않을 수 있다.
적층체 구조체는 내구성이 있는 발수성 재료의 코팅을 포함할 수 있다. 상기 내구성이 있는 발수성 재료는 플루오로탄소계 발수성 재료, 실리콘계 발수성 재료, 탄화수소계 발수성 재료, 플루오로 중합체계 발수성 재료 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적층체는 외부 텍스타일층의 외부 표면 상에 내구성이 있는 발수성 재료의 코팅을 포함할 수 있다.
적층체 구조체는 의복으로 사용될 수 있으며, 상기 의복은 착용자가 의복을 착용시, 내층이 착용자를 향하도록 구성된다. 적절한 의복으로는, 예를 들어 재킷, 셔츠, 바지, 작업복, 장갑, 두건, 다리 보호대, 앞치마, 신발 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 의복은 착용자가 입는 가장 바깥쪽의 층일 수 있거나, 또는 다른 의복으로 덮을 수 있는 속옷일 수도 있다. 그러나, 일반적으로 의복은 가장 바깥쪽의 의복이다.
의복은 착용자가 의복을 착용시, 내층이 착용자를 향하도록 구성될 수 있다. 의복은 착용자가 의복을 착용시, 외부 텍스타일층이 외부 환경을 향하도록 구성될 수 있다. 적층체 구조체는, 단독으로 또는 조합하여, 본원에 정의된 임의의 특징을 포함할 수 있다. 적층체 구조체는 본원에 개시된 임의의 개별 특성 및/또는 이들의 임의 조합을 가질 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 바와 같은 적층체 구조체의 제조 방법으로서, 상기 방법은 하기의 단계들을 포함한다:
- 외부 텍스타일층 및 중간층을 제공하고, 상기 외부 텍스타일층 및/또는 중간층 상에 열 반응성 재료의 층을 적용하는 단계;
- 상기 열 반응성 층을 상기 외부 텍스타일층의 내부 표면과 상기 중간층의 외부 표면 사이에 개재하여, 상기 열 반응성 재료가 상기 중간층을 상기 외부 텍스타일층에 접합시키도록 하는 단계;
- 난연성 접착제 재료를 상기 중간층의 내면 및/또는 상기 내층의 외부 표면에 패턴으로 적용하는 단계; 및
- 상기 난연성 접착제 재료를 상기 중간층의 내부 표면과 상기 내층의 외부 표면 사이에 개재하여, 상기 난연성 접착제 재료가 상기 내층을 상기 중간층에 접합시키고, 각 포켓이 (a) 중간층, (b) 내층 및 (c) 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 한정되는 복수의 포켓들이 형성되도록 하는 것인, 단계.
상기 방법은 (예를 들어, 적층체 구조체에, 또는 중간층, 내층 및 난연성 접착제 재료를 포함하는 구조에 대하여) 상기 중간층과 내층 사이에 압력 및/또는 열을 인가하여, 상기 난연성 접착제 재료가 상기 중간층의 내면과 상기 내층의 외면을 접합시키도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 (예를 들어, 외부 텍스타일층, 열 반응성 재료 및 중간층을 포함하는 구조체에, 또는 적층체 구조체에 대하여) 상기 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 압력 및/또는 열을 인가하여, 상기 열 반응성 재료가 상기 외부 텍스타일층의 내면과 상기 중간층의 외면을 접합시키는 단계를 포함할 수 있다. 열을 사용하는 경우, 해당 열은 팽창성 흑연의 팽창을 개시하지 않도록 온도가 충분히 낮아야 한다.
상기 방법은 외부 텍스타일층에 내구성이 있는 발수성 코팅을 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 열 반응성 재료를 외부 텍스타일층의 내부 표면과 중간층의 외부 표면 사이에 개재하여, 상기 열 반응성 재료가 상기 중간층을 상기 외부 텍스타일층에 접합시키도록 하는 단계; 이후, 난연성 접착제 재료를 패턴으로 적용하여 상기 난연성 접착제 재료를 상기 중간층의 내부 표면과 상기 내층의 외부 표면 사이에 개재하여, 상기 난연성 접착제 재료가 상기 내층을 상기 중간층에 접합시키도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 열 반응성 재료는 외부 텍스타일층 및/또는 중간층에 연속적 또는 불연속적 방식으로 도포될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 난연성 접착제 재료는 내부 텍스타일층 및/또는 중간층에 연속적 또는 불연속적 방식으로 도포될 수 있다.
압력은 적절한 방법으로 인가할 수 있다. 예를 들어, 적층체에 대한 압력은 2개의 롤러의 닙에 의해 인가될 수 있다. (예를 들어, 닙의) 압력은 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지가 표면 기공, 표면 공극, 또는 상기 층들 중 하나 또는 두 층 모두의 섬유들 사이의 공극 또는 공간 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 유도할 수 있다. 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 외부 텍스타일층의 섬유 및/또는 필라멘트 사이의 공극 또는 공간에 침투할 수 있다. 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 중간층으로 침투할 수 있다. 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 외부 텍스타일층의 섬유들 사이의 공극 또는 공간을 침투할 수 있고 중간층으로 침투할 수도 있다.
스트레치(stretch)를 적층체 구조체에 포함시켜 해당 적층체 구조체를 포함하는 의복의 편안함을 증가시킬 수 있다. 단방향 스트레치는, 예를 들어 WO 2018/067529호의 개시내용에 따라 포함될 수 있으며, 상기 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 본원에 사용된 바와 같이, 단방향 스트레치라고 하면, 적층체 구조체가 종방향 또는 횡방향 중 한 방향 (통상 양방향은 아님)으로 회복가능한 탄성을 가진다는 것을 의미한다. 적층체 구조체, 특히 본래 탄성이 없는 하나 이상의 층을 포함하는 적층체 구조체에 스트레치를 포함시키는 다른 방법들은 당업계에 공지되어 있다. 적절한 예로, 예를 들어 EP 110626호 및 EP 1852253호의 교시를 포함할 수 있으며, 상기 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
또한, 본 발명은 의복의 제조에서 적층체 구조체의 용도에 관한 것으로, 여기서 적층체 구조체는 약 500 gsm 이하의 총 중량을 갖는다.
또한, 본 발명은 의복의 제조에서 적층체 구조체의 용도에 관한 것으로, 여기서 적층체 구조체는 약 500 gsm 이하의 총 중량을 가지며, EN 61482-1-2:2014 기준을 충족한다.
적층체는 외부 텍스타일층과 내층 사이에 낀 중간층을 포함할 수 있다.
적층체는 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 낀 열 반응성 재료를 포함할 수 있다. 열 반응성 재료는 접착제 재료일 수 있다. 열 반응성 재료는 외부 텍스타일층과 중간층을 접합시킬 수 있다.
적층체 구조체는 중간층과 내층 사이에 접착제 재료를 포함할 수 있다. 상기 접착제 재료는 난연성 접착제 재료일 수 있다. 상기 접착제 재료는 중간층과 내층을 접합시킬 수 있다. 상기 접착제 재료는 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치할 수 있다.
각 양태 또는 실시양태와 관련하여 개시된 추가의 특징들은 본 발명의 서로 다른 양태 또는 실시양태의 추가의 특징들에도 해당하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 방법은 제1 양태에 따라 적층체 재료를 제조하는 단계들을 포함할 수 있고, 따라서 이와 관련하여 개시된 임의의 재료 준비, 코팅 또는 제조 방법들을 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명은 본원에 개시된 방법에 의해 수득가능한 임의의 적층체 구조체로 확장된다.
적층체 구조체는 아크 플래시에 대한 노출로부터 착용자를 보호할 수 있는 우수한 경량 방호복을 제공한다. 적층체 구조체가 전기 아크에 노출되는 경우, 상기 적층체 구조체는 착용자를 부상으로부터 보호하기 위해 많은 변화를 겪게될 수 있다. 외부 텍스타일이 녹으면서 열 반응성 재료가 팽창하게 되고, 이것이 열 에너지와 용융하는 텍스타일을 흡수하여, 상기 용융성 텍스타일이 타서 착용자에게 녹아 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 전기 아크로부터의 열 에너지가 의복을 통해 이동함에 따라, 열로 인해 중간층과 내층 사이에 부착되지 않은 영역들을 포함하는 영역들이 분리되거나 팽창됨으로써 (부풀어오름으로써), 추가적인 단열 효과를 제공할 수 있다. 외부 텍스타일 층의 용융, 열 반응성 재료의 팽창 및 중간층과 내층 사이의 부풀어오름의 조합은, 착용자에게 탁월한 편안함을 제공하면서도 아크 플래시 노출로부터 착용자를 방호할 수 있는 비교적 경량의 적층체 구조체를 가능하게 한다.
도 1a는 예시적인 적층체 구조체의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 난연성 접착제 재료가 중간층과 내층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 격자형 점 패턴의 일부를 예시한 것이다.
도 1c는 열 반응성 재료가 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 점 패턴을 예시한 것이다.
도 2a는 열 반응성 재료가 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 점 패턴을 예시한 것이다.
도 2b는 난연성 접착제 재료가 중간층과 내층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 격자 패턴을 예시한 것이다.
도 3a는 난연성 접착제 재료가 중간층과 내층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 도 3b의 점 패턴의 확대도를 예시한 것이다.
도 3b는 난연성 접착제 재료가 중간층과 내층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 격자 패턴을 예시한 것이다.
도 3c는 도 3b에 도시된 바와 같은 격자 패턴으로 적용된 난연성 접착제 재료를 포함하는 예시적인 적층체 구조체를 촬영한 사진이다.
도 3d는 난연성 접착제 재료가 중간층과 내층 사이에 도포될 수 있는 예시적인 실시양태에 따른 사인파 패턴을 예시한 것이다.
도 4a는 예시적인 실시양태에 따른 적층체 구조체를 촬영한 사진이다.
도 4b는 전기 아크 플래시를 인가한 후 도 4a의 적층체 구조체를 촬영한 사진이다.
도 5는 예시적인 제1 적층체 (적층체 실시예 1) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 6은 예시적인 제2 적층체 (적층체 실시예 2) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 7은 예시적인 제3 적층체 (적층체 실시예 3) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 8은 예시적인 제4 적층체 (적층체 실시예 4) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 9는 예시적인 제5 적층체 (적층체 실시예 5) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 10은 예시적인 제6 적층체 (적층체 실시예 8) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 11은 비교 적층체 (비교 실시예 E) 구조에 있어서, 스톨 곡선과 비교한, 1차 시험 동안 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯을 나타낸 것이다.
도 12a는 중간층과 내층 사이의 난연성 접착제 재료의 예시적인 실시양태에 따른 제1 패턴의 일부를 예시한 것이다.
도 12b는 중간층과 내층 사이의 난연성 접착제 재료의 예시적인 실시양태에 따른 제2 패턴의 일부를 예시한 것이다.
도 12c는 중간층과 내층 사이의 난연성 접착제 재료의 예시적인 실시양태에 따른 제3 패턴의 일부를 예시한 것이다.
도 12d는 중간층과 내층 사이의 난연성 접착제 재료의 예시적인 실시양태에 따른 제4 패턴의 일부를 예시한 것이다.
도 12e는 중간층과 내층 사이의 난연성 접착제 재료의 예시적인 실시양태에 따른 제5 패턴의 일부를 예시한 것이다.
도 12f는 중간층과 내층 사이의 난연성 접착제 재료의 예시적인 실시양태에 따른 제6 패턴의 일부를 예시한 것이다.
상세한 설명
본 발명을 첨부된 도면들을 참조하여 추가로 설명할 것이며, 상기 도면에서 유사한 구조들은 수개의 도면 상에서 유사한 부호로 표시된다. 도시된 도면들은 반드시 일정한 비율로 축적한 것이 아니라, 일반적으로 본 발명의 원리를 설명하는 것에 중점을 두었다. 또한, 특정한 구성요소의 세부 사항을 나타내기 위해 일부 특징들은 과장될 수도 있다.
도면은 본 명세서의 일부를 구성하며, 본 발명의 예시적인 실시양태를 포함하고, 그에 대한 다양한 목적과 특징들을 예시한다. 또한, 도면은 반드시 일정한 비율로 제작한 것은 아니며, 특정한 구성요소의 세부 사항을 나타내기 위해 일부 특징들은 과장될 수도 있다. 또한, 도면에 나타낸 임의의 측정값, 사양 등은 예시적인 것일 뿐 본 발명을 한정하려는 것은 아니다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조 및 기능적 세부 사항들은 제한적으로 해석되어서는 안되며, 당업자가 본 발명을 다양하게 사용하도록 교시하기 위한 대표적인 기준으로서만 해석되어야 할 것이다.
개시된 이점과 개선점들 중에서, 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부되는 도면들과 함께 하기의 상세한 설명을 읽어본다면 명백히 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 상세한 실시양태들을 여기에 개시하지만; 개시된 실시양태들은 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명을 단지 예시하는 것일 뿐이라는 점을 이해하여야 할 것이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시양태들과 관련하여 제공된 각 실시예들도 예시를 위한 것이지 본 발명을 한정하려는 것은 아니다.
명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐, 하기의 용어들은 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 본원과 명백히 관련된 의미를 가진다. 본원에서 사용된 "한 실시양태에서" 및 "일부 실시양태에서"라는 문구들은 동일할 수는 있지만 반드시 동일한 실시양태(들)을 지칭할 필요는 없다. 또한, 본원에서 사용된 "또 다른 실시양태에서" 및 "일부 다른 실시양태에서"라는 문구들은 다를 수는 있더라도 반드시 다른 실시양태를 지칭할 필요는 없다. 따라서, 이하에서 설명되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시양태들은 본 발명의 범위 또는 개념을 벗어남이 없이 용이하게 조합될 수 있다.
"~를 기반으로 하는, ~계 (based on)"라는 용어는 배타적인 의미가 아니며, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 설명하지 않은 추가적인 인자들도 기반으로 할 수 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐, 단수형의 의미는 복수형의 해당 대상물도 포함한다. "~내"의 의미에는 "~내" 및 "~위"가 포함된다.
본원에 사용된 "포켓"이라는 용어는 적층체 구조체의 비접착 또는 비접합 영역을 지칭하며, 여기서 포켓은 중간층, 내층 및 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 한정된다.
"섬유"와 "필라멘트"라는 용어들은 본원에서 서로 교환하여 사용된다. 섬유와 필라멘트는 길이에 비해 상대적으로 폭과 높이가 작다. 섬유와 필라멘트의 단면은 둥글거나, 정사각형이거나, 또는 하나 이상의 로브(lobe)를 가지며 당업계에 잘 알려져 있는 것들을 포함하는 사실상 임의의 형태일 수 있다. 통상적으로, 섬유는 비교적 짧은 길이, 예를 들어 30 cm 이하의 길이를 갖는 반면, 필라멘트는 길이가 30 cm를 초과하여, 예를 들어 수천 미터의 길이와 같이 본질적으로 무한할 수 있다.
적층체 구조체의 층을 설명하는데 사용되는 "내부" 및 "외부"라는 용어들은 서로에 대해 그리고 중간층에 대한 해당 층들의 위치를 나타내고자 한 것으로, 완성된 제품에서 각 층들의 배치를 기반으로 한다. 완성된 제품, 예를 들어 재킷과 같은 의복에서, 외부 텍스타일층은 해당 의복의 가장 바깥쪽 층을 의미하는 반면, 내층은 착용자의 신체에 가장 가까운 가장 안쪽 층을 의미한다.
본원에서, 수증기 투과율 (MVTR)은 수증기가 24시간 내에 제곱 미터의 막을 얼마나 많이 통과할 수 있는지에 대한 척도이다. MVTR이 클수록, 통기성이 높아진다.
본 발명은 a) 외부 텍스타일층, b) 열 반응성 재료, c) 중간층으로서, 해당 중간층을 외부 텍스타일층에 접합시키는, 외부 텍스타일층 반대편의 열 반응성 재료 상에 위치하는, 상기 중간층; d) 난연성 접착제 재료; 및 e) 내층으로서, 해당 내층을 상기 중간층에 접합시키는, 상기 중간층 반대편의 난연성 접착제 재료 상에 위치하는, 상기 내층을 포함하는, 단열을 제공하는 적층체 구조체에 관한 것이다. 상기 난연성 접착제 재료는 중간층, 내층 및 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 한정되는 복수의 각 포켓들을 형성하는 패턴으로 위치한다. 상기 포켓들은 중간층과 내층이 서로 접촉할 수 있지만, 서로 분리가능한 접합되지 않은 영역들이다. 각 포켓들은 난연성 접착제 재료, 중간층 및 내층에 의해 형성되고, 이들에 의해 한정되거나 둘러싸여 있다. 도 1a를 참조하면, 적층체 구조체(2)는 외부 텍스타일층(10), 중간층(30), 내층(50), 외부 텍스타일층(10)과 중간층(30) 사이에 개재하여 이들을 함께 접합시키는 열 반응성 재료(20)의 층, 및 중간층(30)과 내층(50) 사이에 개재하여 이들을 함께 접합시키는 난연성 접착제 재료의 패턴화된 층(40)을 포함하는 다층 구조를 포함한다. 난연성 접착제 재료의 패턴화된 층(40)은 패턴(42) (이 패턴의 일부를 도 1b에 도시함)을 규정하고, 이에 따라 비접합 영역의 복수의 포켓(44)이 중간층(30)과 내층(50) 사이에 형성된다. 또한, 본 발명은 a) 외부 텍스타일층, b) 열 반응성 재료, c) 중간층으로서, 해당 중간층을 외부 텍스타일층에 접합시키는, 외부 텍스타일층 반대편의 열 반응성 재료 상에 위치하는, 상기 중간층; d) 난연성 접착제 재료; 및 e) 내층으로서, 해당 내층을 상기 중간층에 접합시키는, 상기 중간층 반대편의 난연성 접착제 재료 상에 위치하는, 상기 내층으로 이루어지는, 단열을 제공하는 적층체 구조체에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 필수적으로 a) 외부 텍스타일층, b) 열 반응성 재료, c) 난연성 (FR) 중간층으로서, 해당 중간층을 외부 텍스타일층에 접합시키는, 외부 텍스타일층 반대편의 열 반응성 재료 상에 위치하는, 상기 난연성 중간층; d) 난연성 접착제 재료; 및 e) 내층으로서, 해당 내층을 상기 중간층에 접합시키는, 상기 중간층 반대편의 난연성 접착제 재료 상에 위치하는, 상기 내층을 포함하여 필수적으로 이루어지는, 단열을 제공하는 적층체 구조체에 관한 것이다. 여기에서 사용된 "~로 필수적으로 이루어지는"이라는 말은, 적층체 구조체가 열거된 구성요소들은 포함하지만, 해당 적층체 구조체의 성능에 실질적으로 영향을 미칠 수 있는 다른 구성요소들, 예를 들어 적층체 구조체가 전기 아크 또는 고온에 노출시 녹아서 흘러내리는 것을 방지할 수 있는 능력에 영향을 줄 수 있는 외부 텍스타일층, 또는 적층체 구조체를 통해서 그리고 적층체 구조체로 제조된 의복 착용자에게 열 전도를 증가시킬 수 있는 다른 구성요소들은 포함하지 않는다는 것을 의미한다.
계속해서 도 1a를 참조하면, 외부 텍스타일층(10)은 내면 (11)과 외면 (12)을 가지며, 열 반응성 재료 (20)는 외부 텍스타일층(10)의 내면 (11)에 제공된다. 중간층(30)은 내면 (31)과 외면 (32)을 가지며, 열 반응성 재료 (20)는 외부 텍스타일층(10)의 내면 (11)과 중간층(30)의 외면 (32) 사이에 개재하여 상기 외부 텍스타일층(10)을 상기 중간층(30)에 접합시킨다. 중간층(30)은 내면 (31)과 외면 (32)을 가지며, 난연성 접착제 재료 (40)는 중간층(30)의 내면 (31)에 제공된다. 내층(50)은 내면 (51)과 외면 (52)을 가지며, 난연성 접착제 (40)는 중간층(30)의 내면 (31)과 내층(50)의 외면 (52) 사이에 개재하여 상기 내층(50)을 상기 중간층(30)에 접합시킨다.
적층체 구조체는 외부 텍스타일층(10)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 외부 텍스타일은 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 폴리에스테르로는, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 폴리아미드로는, 예를 들어 나일론 6, 나일론 6,6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 폴리올레핀으로는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 추가의 실시양태에서, 외부 텍스타일층(10)은 용융성의 불연성 텍스타일, 예를 들어 포스피네이트 개질된 폴리에스테르 [예컨대, 독일 하터샤임 소재의 트레비라 게엠베하에서 TREVIRA® CS라는 상표명으로 시판되는 재료 및 미국 뉴저지주 세카우커스 소재의 로즈 브랜드에서 AVORA® FR이라는 상표명으로 시판되는 재료]일 수 있다. 외부 텍스타일층(10)은 편물, 직물 또는 부직물일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 외부 텍스타일층(10)은 용융성이다. 본원에 사용된 바와 같이, "용융성" 재료란 이후 설명하는 용융 및 열 안정성 시험에 따라 시험시 녹을 수 있는 재료를 말한다. 일부 실시양태에서, 상기 외부 텍스타일층(10)은 가연성 또는 불연성이다. 본원에 사용된 바와 같이, "가연성" 재료란 해당 재료가 가연성인지 불연성인지의 여부를 판단하기 위해 이후에 설명하는 텍스타일용 수직 화염 시험에 따라 시험시 탈 수 있는 재료를 말한다.
추가로, 상기 외부 텍스타일층은 비교적 소량의 난연성 섬유, 비용융성 섬유 및/또는 정전기 방지 섬유를 포함할 수 있다. 상기 난연성 섬유, 비용융성 섬유 및/또는 정전기 방지 섬유가 존재하는 경우, 이들은 이후 설명하는 용융 및 열 안정성 시험에 따라 시험시 상기 외부 텍스타일이 계속해서 용융성 텍스타일이 되도록 존재한다. 일부 실시양태에서, 외부 텍스타일은 50 중량% 내지 100 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함한다. 추가의 실시양태에서, 용융성 섬유는 75 중량% 내지 100 중량%의 범위로 외부 텍스타일층 중에 존재한다. 추가의 실시양태에서, 용융성 섬유는 95 내지 99 중량%의 범위로 존재하고, 나머지 섬유는 1 내지 5 중량% 범위의 정전기 방지 섬유이다. 모든 중량 백분율은 외부 텍스타일층의 총 중량을 기준으로 한 것이다.
일부 실시양태에서, 상기 외부 텍스타일층(10)은 제곱 미터당 약 250 g ("gsm") 이하의 중량을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 외부 텍스타일층(10)은 30 gsm 내지 250 gsm의 중량, 또는 40 gsm 내지 200 gsm의 중량, 또는 40 gsm 내지 175 gsm의 중량, 또는 50 gsm 내지 175 gsm의 중량, 또는 약 50 gsm의 중량, 또는 50 gsm 내지 172 gsm의 중량, 또는 약 76 gsm의 중량, 또는 50 gsm 내지 170 gsm의 중량, 또는 약 105 gsm의 중량, 또는 100 gsm 내지 180 gsm의 중량, 또는 약 172 gsm의 중량을 가진다.
용융성 텍스타일은 통상적으로 아크 저항성 적층체에는 사용되지 않는데, 그 이유는 해당 텍스타일 또는 적층체가 아크 저항성 의류 시험에 적용되는 기준에 따라 아크 시험 (ASTM 1959)에도 자격을 갖추기 위해 난연성이어야 하기 때문이다. 용융성인 외부 텍스타일층을 포함하는 적층체 구조체가 아크 플래시 사건에 대한 보호를 제공하는데 사용될 수 있다는 점은 놀라운 일이다.
적층체 구조체는 열 반응성 재료를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료 (20)는 팽창성 흑연을 포함한다. 추가의 실시양태에서, 열 반응성 재료 (20)는 팽창성 흑연과 중합체 수지의 혼합물을 포함한다. 열 반응성 재료는 외부 텍스타일층과 중간층 사이에 위치한다.
본원에 개시된 실시양태들에서 사용하기에 가장 적합한 팽창성 흑연은 약 180℃ 내지 280℃ 사이에서 적어도 9 마이크론/℃의 평균 팽창률을 가진다. 적층체 구조체의 목적한 특성에 따라, 약 180℃와 280℃ 사이에서 9 마이크론/℃ 초과의 팽창률, 또는 약 180℃와 280℃ 사이에서 12 마이크론/℃ 초과의 팽창률, 또는 약 180℃와 280℃ 사이에서 15 마이크론/℃ 초과의 팽창률을 갖는 팽창성 흑연을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 특정 실시양태에서 사용하기에 적절한 한 팽창성 흑연은 약 280℃로 가열시 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 900 마이크론 팽창한다. 특정 실시양태에서 사용하기에 적절한 또 다른 팽창성 흑연은 약 240℃로 가열시 본원에 기술된 TMA 팽창 시험에서 적어도 약 400 마이크론 팽창한다. 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 사용하여 시험하는 경우, 본원에 기술된 열 반응성 재료 및 방법에 사용하기에 적절한 팽창성 흑연은 300℃에서 적어도 그램당 9 입방 센티미터 (cc/g)의 평균 팽창률을 가진다. 한 예로서, 본원에 기술된 퍼니스 팽창 시험을 사용하여 시험하는 경우, 팽창성 흑연 등급 3626 [애즈베리 그래파이트 밀즈 인코포레이티드(Asbury Graphite Mills, Inc.)에서 입수 가능]은 300℃에서 약 19 cc/g의 평균 팽창률을 갖는 반면, 팽창성 흑연 등급 3538 (애즈베리 그래파이트 밀즈 인코포레이티드에서 입수 가능)은 300℃에서 불과 약 4 cc/g의 평균 팽창률을 가진다. 본 발명에 적절한 팽창성 흑연 입자 크기는 열 반응성 재료가 선택된 도포 방법으로 도포될 수 있도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 열 반응성 재료가 그라비어 인쇄 기법에 의해 도포되는 경우, 상기 팽창성 흑연 입자 크기는 그라비어 셀에 맞게끔 충분히 작아야 한다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 DSC 흡열 시험 방법에 따라 시험하는 경우, 상술한 팽창률 및 적어도 약 100 줄/그램 (J/g)의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 포함하는 열 반응성 재료가 형성된다. 다른 실시양태에서, 약 150 J/g 이상의 흡열, 약 200 J/g 이상의 흡열, 또는 약 250 J/g 이상의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
열 반응성 재료에 적합한 중합체 수지의 용융 또는 연화 온도는 280℃ 미만일 수 있다. 일부 실시양태에서, 사용된 중합체 수지는 300℃ 이하의 열에 노출시 팽창성 흑연이 실질적으로 팽창할 수 있도록 충분히 유동성이거나 변형가능하다. 일부 실시양태에서, 사용된 중합체 수지는 280℃ 이하의 열에 노출시 팽창성 흑연이 실질적으로 팽창할 수 있도록 충분히 유동성이거나 변형가능하다. 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료에 사용하기 적절한 중합체 수지는 팽창성 흑연이 용융성 외부 텍스타일의 열분해 온도 미만의 온도에서 충분히 팽창하도록 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 중합체 수지의 신장 점도는 팽창성 흑연의 팽창을 허용하기에 충분히 낮을 수 있고, 중합체 수지와 팽창성 흑연의 혼합물의 팽창 후 열 반응성 재료의 구조적 완전성을 유지하기에 충분히 높다. 일부 실시양태에서, 200℃에서 103 내지 108 dyne/cm2의 저장 탄성률 및 약 0.1 내지 약 10의 탄젠트 델타를 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서, 103 내지 106 dyne/cm2의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서, 103 내지 104 dyne/cm2의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 일부 실시양태에서 사용하기 적절한 중합체 수지는 팽창성 흑연이 팽창되도록 하기에 적합한 대략 300℃ 이하에서의 탄성률 및 연신율을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서 사용하기에 적합한 중합체 수지는 탄성 중합체이다. 일부 실시양태에서 사용하기에 적합한 다른 중합체 수지로는 가교결합성 중합체, 예컨대 MOR-MELT™ 접착제 R7001E (롬앤하스)로 이용가능한 가교결합성 폴리우레탄을 들 수 있다. 다른 실시양태에서, 적합한 중합체 수지는 50℃ 내지 250℃의 융점을 갖는 열가소성 중합체, 예컨대 DESMOMELT® 접착제 VP KA 8702 (바이에르 머티리얼사이언스 엘엘씨)이다. 본원에 기술된 실시양태에서 사용하기에 적절한 중합체 수지는, 이에 제한되지는 않지만, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아크릴, 비닐 중합체, 폴리올레핀, 실리콘, 에폭시 또는 이들의 조합인 중합체를 포함할 수 있다.
난연성 재료, 예컨대 멜라민, 인, 알루미나 삼수화물 (ATH)과 같은 금속 수산화물, 보레이트 또는 이들의 조합을 열 반응성 재료 또는 중합체 수지 내에 포함시킬 수 있다. 다른 난연성 재료로는, 예를 들어 브롬화 화합물, 염소화 화합물, 산화안티몬, 유기 인계 화합물, 아연 보레이트, 암모늄 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 몰리브덴 화합물, 수산화마그네슘, 트리페닐 포스페이트, 레조르시놀 비스-(디페닐포스페이트), 비스페놀-A-(디페닐포스페이트), 트리크레실 포스페이트, 유기포스피네이트, 포스포네이트 에스테르 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 난연성 재료가 존재하는 경우, 이는 중합체 수지의 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%의 비율로 사용될 수 있다.
열 반응성 재료의 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료는 혼합물이고, 전기 아크로부터의 열에 노출시 팽창성 흑연을 포함하는 복수의 텐드릴을 형성한다. 열 반응성 물질의 총 표면적은 팽창전 동일한 혼합물에 비해 크게 증가할 수 있다. 한 실시양태에서, 혼합물의 표면적은 팽창 후 적어도 5배 증가한다. 또 다른 실시양태에서, 혼합물의 표면적은 팽창 후 적어도 10배 증가한다. 또한, 텐드릴은 팽창된 혼합물로부터 외면 방향으로 신장되는 경우가 많을 것이다. 열 반응성 재료가 불연속적인 형태로 외부 텍스타일층 또는 중간층 상에 위치하는 한 실시양태에서, 텐드릴은 상기 불연속적인 영역들 사이에 개방 영역들을 적어도 부분적으로 채우기 위해 신장될 수도 있다. 추가의 실시양태에서, 텐드릴은 적어도 5:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖도록 신장될 것이다. 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물을 포함하는 열 반응성 재료를 불연속적인 형태의 패턴으로 적용하는 한 실시양태에서, 상기 열 반응성 재료는 팽창되어 팽창 후 느슨하게 패킹된 텐드릴을 형성하여, 텐드릴들 사이에 공극 뿐만 아니라 상기 열 반응성 재료의 패턴 사이에 공간을 생성한다. 용융성인 외부 텍스타일은, 전기 아크로부터의 열에 노출되면 녹아서 열 반응성 재료의 불연속적인 형태들 간의 개방 영역들로부터 대개 멀어지게 된다.
중간층은, 팽창하는 동안 열 반응성 재료에 대한 지지체를 제공할 수 있고, 용융성 외부 텍스타일의 용융물은 용융하는 동안 팽창하는 열 반응성 재료에 의해 흡수되어 보유된다. 상기 용융물을 흡수하여 유지함으로써, 용융물이 녹아 흘러내리지 안고 가연성이 억제된 적층체가 형성될 수 있다. 중간층은, 용융물을 흡수하는 동안 팽창하는 열 반응성 재료를 지지함으로써, 적층체 구조체가 붕괴하여 개방되는 것을 방지하고 구멍의 형성을 방지하거나 최소화하는 것으로 생각된다. 팽창시 열 반응성 재료의 증가된 표면적은 전기 아크로부터의 열에 노출시 팽창된 열 반응성 재료에 의해 용융성 텍스타일의 용융물의 흡수를 가능케 한다.
일부 실시양태에서, 열 반응성 재료는 팽창성 흑연의 실질적인 팽창이 유발됨이 없이, 중합체 수지와 팽창성 흑연의 균질한 배합물을 제공하는 방법에 의해 제조된다. 일부 실시양태에서, 중합체 수지 및 적어도 100 J/g의 흡열을 갖는 팽창성 흑연을 배합하여, 외부 텍스타일층 또는 중간층 또는 상기 양층 모두에 연속 또는 불연속 패턴으로 적용될 수 있는 혼합물을 형성할 수 있다. 적절한 혼합 방법으로는, 이에 제한되지는 않지만, 패들 믹서, 배합 및 기타 저속 전단 혼합 기법들을 포함한다. 한 방법으로, 중합체 수지와 팽창성 흑연 입자들의 균질한 배합물은 중합체 수지의 중합 전에 상기 팽창성 흑연을 단량체 또는 예비중합체와 혼합함으로써 얻을 수 있다. 또 다른 방법으로, 상기 팽창성 흑연을 용해된 중합체와 배합 할 수 있으며, 이 경우 용매는 혼합 후 또는 외부 텍스타일층, 중간층 또는 상기 양층 모두에 도포한 후에 제거된다. 또 다른 방법으로, 팽창성 흑연을 해당 흑연의 팽창 온도 미만 및 중합체의 용융 온도 초과의 온도에서 고온 용융형 중합체와 배합한다. 중합체 수지와 팽창성 흑연 입자들 또는 팽창성 흑연의 응집체들의 균질한 배합물을 제공하는 방법에서, 상기 팽창성 흑연은 해당 흑연의 팽창 전에 중합체 수지에 의해 코팅 또는 캡슐화된다. 일부 실시양태에서, 상기 균질한 배합물은 열 반응성 재료를 외부 텍스타일층 또는 중간층에 도포하기 전에 얻어진다.
일부 실시양태에서, 열 반응성 재료는 열 반응성 재료의 총 중량을 기준으로 약 50 중량% 이하, 약 40 중량% 이하, 또는 약 30 중량% 이하의 팽창성 흑연, 및 실질적으로 중합체 수지를 포함하는 나머지 잔부를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 팽창성 흑연은 해당 혼합물의 약 20 중량% 이하, 또는 약 10 중량% 이하, 또는 약 5 중량% 이하를 차지하고, 나머지 잔부는 실질적으로 중합체를 포함한다. 일반적으로, 열 반응성 재료의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 50 중량%의 팽창성 흑연이 바람직하다. 일부 실시양태에서는, 더 소량의 팽창성 흑연으로도 바람직한 난연 성능을 달성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 1% 정도의 낮은 함량도 유용할 수 있다. 목적한 특성과 생성된 적층체 구조체의 구성에 따라, 다른 수준의 팽창성 흑연도 다른 실시양태에서 적절할 수 있다. 안료, 충전제, 항균제, 가공 보조제 및 안정제와 같은 기타 첨가제들도 열 반응성 재료에 첨가될 수 있다.
열 반응성 재료는 외부 텍스타일층(10)의 내부 표면(11) 또는 중간층(30)의 외부 표면(32) 중 한 표면 또는 두 표면 모두에 도 1c에 나타낸 것과 같이 도포할 수 있다. 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료는 연속된 층으로 도포할 수 있다. 일부 실시양태에서, 향상된 통기성 및/또는 태가 요구되는 경우에는, 열 반응성 재료를 불연속적으로 도포하여 100% 미만의 표면 피복률을 갖는 열 반응성 재료의 층을 형성할 수 있다. 도 1c에 나타낸 바와 같이, 열 반응성 재료 (20)는 점 패턴으로 적용할 수 있다. 열 반응성 재료의 불연속적인 도포는 점, 격자, 선 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 형태로 100% 미만의 표면 피복률을 제공할 수 있다. 불연속적 피복을 이용하는 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료의 불연속적 패턴의 인접 영역들 간의 평균 거리는 충돌 화염의 크기 미만이다. 불연속적 피복을 이용하는 일부 실시양태에서, 불연속 패턴의 인접 영역들 간의 평균 거리는 10 밀리미터 (mm) 미만, 5 mm 미만, 3.5 mm 미만, 2.5 mm 이하, 또는 1.5 mm 이하, 또는 0.5 mm 이하이다. 예를 들어, 외부 텍스타일층 또는 중간층 상에 열 반응성 재료를 인쇄한 점 패턴에서, 열 반응성 재료의 인접한 두 점들의 가장자리 사이의 간격을 측정할 것이다. 불연속적 패턴의 인접한 영역들 간의 평균 거리는 용도에 따라 40 마이크론 초과, 또는 50 마이크론 초과, 또는 100 마이크론 초과, 또는 200 마이크론 초과일 수 있다. 200 마이크론 초과 및 500 마이크론 미만으로 측정된 평균 점 간격이 본원에 설명된 일부 적층체들에서 유용하다.
일부 실시양태에서, 인쇄된 패턴의 인쇄 도포량을 설명하는 한 방법으로서 표면 피복률과 함께 예를 들어 피치가 사용된다. 일반적으로, 피치는 인쇄된 패턴의 점, 선 또는 격자선과 같은 인접한 형태들 간의 평균 중심간 거리로 정의된다. 평균을 사용하여, 예를 들어 불규칙한 간격으로 인쇄된 패턴들을 설명한다. 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료(20)는 해당 열 반응성 재료에 대해 등가 중량의 인쇄 도포량을 갖는 열 반응성 혼합물의 연속적 도포에 비해서 월등한 난연 성능을 제공하는 피치 및 표면 피복률을 갖는 패턴으로 불연속적으로 도포될 수 있다. 불규칙한 패턴에 대한 일부 실시양태에서, 피치는 인접한 점들 또는 격자선들 사이의 중심간 거리의 평균으로 정의된다. 일부 실시양태에서, 피치는 500 마이크론 초과, 또는 1000 마이크론 초과, 또는 2000 마이크론 초과, 또는 5000 마이크론 초과이다. 500 마이크론 내지 6000 마이크론의 피치를 갖는 열 반응성 재료의 패턴은 본원에 설명된 대부분의 적층체에 사용하기에 적합하다. 태, 통기성 및/또는 텍스타일 중량과 같은 특성들이 중요한 실시양태에서, 표면 피복률은 약 25% 초과 및 약 90% 미만, 또는 약 80% 미만, 또는 약 70% 미만, 또는 약 60% 미만, 또는 약 50% 미만, 또는 약 40% 미만, 또는 약 30% 미만이 사용될 수 있다. 예를 들어, 더 큰 난연 특성이 필요한 특정 실시양태에서, 외부 텍스타일층 또는 중간층의 표면 상에 500 마이크론 내지 6000 마이크론의 피치를 갖는 열 반응성 재료의 약 30% 내지 약 80%의 표면 피복률을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시양태에서, 100% 미만의 피복률을 달성하는 방법은, 예를 들어 그라비어 인쇄에 의해 외부 텍스타일층 또는 중간층의 표면 상에 인쇄함으로써 열 반응성 재료를 도포하는 단계를 포함한다. 도 2a 및 2b는 열 반응성 재료(20)의 층이, 예를 들어 외부 텍스타일층(10), 예컨대 중간층(30)의 외면(32) 또는 외부 텍스타일층(10)의 내면(11)에 점(2a) 및 격자(2b)의 패턴으로 제공되는 예를 도시하고 있다. 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료를 도포하여 해당 열 반응성 재료의 약 10 gsm 내지 약 100 gsm의 추가의 중량을 달성한다. 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료를 외부 텍스타일층 또는 중간층에 도포하여 100 gsm 미만, 또는 75 gsm 미만, 또는 50 gsm 미만, 또는 25 gsm 미만의 추가의 중량을 달성한다.
도 2a의 개별 점(20)들의 도포에서와 같은 일부 실시양태에서, 열 반응성 재료를 외부 텍스타일층(10)에 도포하여, 해당 열 반응성 재료를 포함하는 다수의 불연속 팽창전 구조물의 형태로 열 반응성 재료(20)의 층을 형성한다. 팽창시, 불연속 점들은 구조적 완전성을 갖는 다수의 팽창된 불연속 구조들을 형성함으로써, 적층체 구조체에 충분한 보호를 제공하여 본원에 기술된 향상된 특성들을 달성한다. 구조적 완전성이란, 열 반응성 재료가 팽창 후 해당 외부 텍스타일층 또는 중간층 또는 양층 모두를 실질적으로 붕괴시키거나 파편화하는 일 없이 휨 또는 구부림을 견뎌냄을 의미한다.
일부 실시양태에서, 열 반응성 재료는 점, 선 또는 격자 이외의 다른 형태로도 도포될 수 있다. 열 반응성 재료를 도포하는 다른 방법들로는 스크린 인쇄, 스프레이 또는 산란 코팅 또는 나이프 코팅을 포함할 수 있으나, 단, 상기 열 반응성 재료가 전기 아크로부터의 열에 노출시 목적한 특성들이 달성되는 방식으로 도포될 수 있어야 한다.
일부 실시양태에서, 열 반응성 재료(20)의 층은 해당 열 반응성 재료가 중간층(30)과 외부 텍스타일층(10) 사이에 우수한 접합을 제공하는 방식으로 상기 외부 텍스타일층(10) 또는 중간층(30) 상에 배치될 수 있다. 상기 열 반응성 재료는, 예를 들어 외부 텍스타일층(10)의 내면(11)과 중간층(30)의 외면(32)을 접합시키기 위해 접착제로서 작용하여, 상기 외부 텍스타일층(10)과 중간층(30) 사이에 열 반응성 재료의 층을 형성한다. 적층체 구조체를 형성하는 동안, 열 반응성 재료를 외부 텍스타일층 또는 중간층에 연속적 또는 불연속적 방식으로 도포한 후, 상기 외부 텍스타일층과 중간층을 통상적으로 2개의 롤러의 닙을 통과해 지나가게 함으로써 서로 부착시킨다. 닙의 압력은 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지가 표면 기공, 표면 공극, 또는 상기 층들 중 하나 또는 두 층(10 및 30) 모두의 섬유들 사이의 공극 또는 공간 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 유도할 수 있다. 일부 실시양태에서, 적어도 열 반응성 층의 중합체 수지는 외부 텍스타일층의 섬유 및/또는 필라멘트 사이의 공극 또는 공간에 침투할 수 있다. 일부 실시양태에서, 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 중간층으로 침투할 수 있다. 추가의 실시양태에서, 적어도 열 반응성 재료의 중합체 수지는 외부 텍스타일층의 섬유들 사이의 공극 또는 공간을 침투할 수 있고 중간층으로 침투할 수도 있다.
또한, 적층체 구조체는 중간층을 포함한다. 중간층은 배리어층, 예를 들어 폴리이미드, 실리콘 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 층을 포함한다. 일부 실시양태에서, 중간층은 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 (ePTFE)일 수 있다. 추가의 실시양태에서, 중간층은 (a) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제1 층 및 (b) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제2 층; 또는 폴리우레탄 코팅된 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌이다. 중간층은 FR 텍스타일층일 수 있으나, 텍스타일층이 중간층으로 사용되는 경우에는, 상기 텍스타일층은 적층체 구조체의 중량과 강성을 증가시킬 수 있는 비교적 고밀도의 경사와 위사 섬유 또는 필라멘트를 포함해야 한다. 중간층은 생성된 적층체 구조체(2)의 특정한 박형성(thinness) 및 태를 달성하기 위해, 본원에 기술된 유연성 또는 태 측정 시험으로 측정시 1 밀리미터 (mm) 미만의 두께 및 100 미만의 태를 갖는 막일 수 있다. 적절한 막으로는 열 안정성 막과 같은 재료들을 포함할 수 있는데, 폴리이미드, 실리콘, PTFE, 예컨대, PTFE 또는 팽창 PTFE와 같은 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 중간층은 전기 아크로부터 해당 중간층 뒤에 있는 층들로의 열 전달을 방지하거나 최소화할 수 있다. 또한, 일부 실시양태에서, 중간층은 용융물 흡수를 촉진할 수 있다. 중간층으로 적합하지 않은 재료로는, 여러가지 통기성 폴리우레탄 막 및 통기성 폴리에스테르 막 (예컨대, SYMPATEX® 막, 특히 열가소성 수지)과 같이 충분한 열 안정성이 결여된 막들이 포함된다. 일부 실시양태에서, 본원에 설명된 실시양태에 사용하기 위한 막은 본원에 기술된 배리어 안정성 시험 방법에 따라 시험시, 열에 노출된 후 약 25 l/m2/sec 미만의 최대 공기 투과성을 가진다. 일부 실시양태에서, 막은 팽창성 흑연을 팽창시키기에 충분한 전기 아크에 노출된 후 3 프라지어(Frazier) 미만의 공기 투과성을 갖는다.
일부 실시양태에서, 중간층(30)의 중량은 10 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 30 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 40 gsm 내지 50 gsm 범위, 또는 10 gsm 내지 40 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 40 gsm 범위, 또는 30 gsm 내지 40 gsm 범위, 또는 10 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 25 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 30 gsm 내지 35 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 25 gsm 내지 30 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 25 gsm 범위, 또는 20 gsm 내지 25 gsm 범위, 또는 15 gsm 내지 20 gsm 범위, 또는 21 gsm 내지 23 gsm 범위, 또는 29 gsm 내지 31 gsm 범위, 또는 약 22 gsm, 또는 30 gsm이다.
일부 실시양태에서, 상기 중간층은 열적으로 안정한 배리어층이다. 열적으로 안정한 배리어층은 전기 아크에 노출되는 동안 적층체 구조체의 외면으로부터 적층체 구조체의 내면으로의 열 전달을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 본원에 기술된 실시양태에서 중간층으로 사용하기 위한 열적으로 안정한 배리어는, 본원에 개시된 열적으로 안정한 배리어를 위한 공기 투과성 시험에 따라 시험시 열에 노출된 후 약 50 l/m2/sec의 최대 공기 투과성을 갖는다. 다른 실시양태에서, 중간층은 열에 노출된 후 25 l/m2/sec 미만 또는 15 l/m2/sec 미만의 최대 공기 투과성을 갖는다.
적층체 구조체는 중간층과 내층 사이에 낀 난연성 접착제(40)를 추가로 포함한다. 충분량의 난연성 첨가제가 존재하는 경우라면, 열 반응성 재료에 유용한 것으로 설명된 임의의 중합체 수지들을 난연성 접착제 재료에 사용할 수 있다. 난연성 접착제(40) 통상 하나 이상의 중합체 수지 및 하나 이상의 난연성 첨가제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 난연성 접착제(40)는 하나 이상의 중합체 수지 및 하나 이상의 난연성 첨가제로 이루어지거나 필수적으로 이들로 이루어진다. 본원에서 사용된 "~로 필수적으로 이루어지는"이라는 용어는 해당 조성물이 열거된 성분들 및 해당 조성물에 실질적으로 영향을 미칠 수 있는 5 중량% 미만의 임의의 추가의 성분을 포함하고 있음을 의미한다. 다른 실시양태에서, 조성물은 임의의 추가 성분을 4% 미만 또는 3% 미만 또는 2% 미만 또는 1% 미만으로 함유한다. 적절한 중합체 수지로는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아크릴, 비닐 중합체, 폴리올레핀, 실리콘, 에폭시 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 중합체 수지는 열가소성일 수 있는 한편, 다른 실시양태에서 중합체 수지는 가교결합성일 수 있다. 일부 실시양태에 사용하기에 적합한 중합체 수지는, 예를 들어 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 롬앤하스에 의해 MOR-MELT™ R7001 E라는 상표명으로 시판되는 것과 같은 가교결합성 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 적절한 중합체 수지는 50℃ 내지 250℃의 용융 온도를 갖는 열가소성 수지, 예컨대 미국 펜실베니아주 피츠버그 소재의 바이에르 머티리얼사이언스 엘엘씨에 의해 DESMOMELT® VP KA 8702라는 상표명으로 시판되는 것을 들 수 있다. 일부 실시양태에서, 난연성 접착제 재료(40)의 난연 특성은 중합체 수지에 난연성 재료를 포함시킴으로써 제공될 수 있다. 난연성 재료로는, 예를 들어 브롬화 화합물, 염소화 화합물, 산화안티몬, 유기 인계 화합물, 아연 보레이트, 암모늄 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 몰리브덴 화합물, 수산화마그네슘, 트리페닐 포스페이트, 레조르시놀 비스-(디페닐포스페이트), 비스페놀-A-(디페닐포스페이트), 트리크레실 포스페이트, 유기포스피네이트, 포스포네이트 에스테르 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 난연성 재료는 중합체 수지의 총 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%의 비율로 사용될 수 있다.
난연성 접착제 재료(40)는 중간층과 내층을 접합시키고 불연속적으로 도포되어 난연성 접착제 재료(40)의 층을 형성한다. 난연성 접착제 재료(40)는 중간층과 내층의 표면에 걸쳐 100% 미만의 표면 피복률를 갖는 패턴(42)으로 도포된다. 도 3b 및 3c는 복수의 포켓들(44)을 한정하는 난연성 접착제 재료의 잠재적인 격자형 패턴(42)을 나타낸 것이다. 상기 포켓들(44)은 중간층과 내층이 서로 접합되지 않은 영역들이다. 포켓들은 각 포켓을 둘러싸는 난연성 접착제(40)에 의해 추가로 한정된다. 난연성 접착제 재료는 해당 난연성 접착제 재료의 패턴(42)에 의해 한정된 영역들에서 중간층과 내층을 접합시키는 한편, 포켓들(44)은 중간층과 내층이 서로 접합되지 않은 비접합 영역들을 한정할 수 있다. 포켓들 그 자체에는 난연성 접착제 재료가 없거나 포켓들은 필수적으로 난연성 접착제 재료가 없다. 본원에 사용된 바와 같이, "~가 필수적으로 없는"이라는 말은 포켓의 면적을 측정하였을 때 비접합 영역이 5% 미만, 또는 4% 미만, 또는 3% 미만, 또는 2% 미만, 또는 1% 미만의 난연성 접착제를 함유하고 있음을 의미한다. 일부 실시양태에서, 비교적 약한 접착성 조성물이라도 중간층과 내층을 '일시적으로' 접착시켜 통상적인 사용시 상기 중간층과 내층이 분리되지 않게 할 수 있다. 그러나, 전기 아크에 노출되는 동안에는, 전기 아크의 에너지는 포켓 영역에서 약한 접착성 조성물을 녹이거나 분해하기에 충분해야 하며, 이에 따라 본원에 설명된 바와 같이 중간층과 내층이 분리되고 포켓이 확장될 수 있다.
난연성 접착제 재료(40)는 포켓(44)을 형성하도록 하는 패턴으로 배치될 수 있다. 패턴(42)은 실선의 난연성 접착제 재료로 도포될 수 있거나, 또는 패턴은 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 난연성 접착제 재료를 다수의 밀접하게 이격된 점들을 포함하는 선일 수 있다. "점"이라는 용어는 도포된 난연성 접착제의 형태를 기술하는데 사용되지만, 난연성 접착제는 임의의 규칙적 또는 불규칙적 형태, 예를 들어 점, 정사각형, 오각형, 육각형, 선, 규칙적 또는 불규칙적 모양을 사용하여 도포될 수도 있다. 도 3a는 난연성 접착제가 각각 직경이 0.5 밀리미터 (mm)이고 인접한 점들 사이의 중심간 간격 (피치)이 0.713 mm인 다수의 점들로 도포될 수 있는 한 구체적인 실시양태를 도시한 것이다. 난연성 접착제 재료는 패턴으로 배치되거나 도포될 수 있다. 패턴은 포켓을 한정하는 규칙적으로 반복되는 임의의 패턴일 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 패턴은 직사각형/사각형 포켓들을 형성하는 격자 패턴이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 패턴은 다수의 사인형 선으로, 상기 사인파는 제1 방향으로 진행하고 (예컨대, 도 3d에서 화살표로 표시된 "진행 방향"으로 나타냄), 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 서로 이격되며 (예컨대, 도 3d에서 화살표로 표시된 "이격 방향"으로 나타냄), 사인파들 중 한 사인파의 피크가 인접한 사인파의 저점과 정렬될 정도로 제1 방향을 따라 서로 오프셋된다. 일부 실시양태에서, 피크와 저점은 접촉한다. 일부 실시양태에서, 피크와 저점은 중첩된다. 일부 실시양태에서, 사인파는 도 3b를 참조하여 상술한 바와 같이 접합된 영역 또는 패턴(42)과 비접합 영역 또는 포켓(44)을 규정한다. 추가의 실시양태에서, 규칙적으로 반복되는 다른 패턴들도 사용할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 원, 직사각형, 오각형, 육각형, 다각형의 패턴(42)이 사용될 수 있다. 추가의 실시양태에서, 패턴(42)은 도 12e에 도시된 바와 같이 서로 다른 다각형 또는 형태들의 조합을 포함할 수도 있다. 인접한 다각형 또는 형태들은, 예를 들어 도 12a, 12c 및 12e에 도시된 바와 같이 공통의 (인접한) 가장자리를 공유할 수 있거나, 또는 예를 들어 도 12b, 12d 및 12f에 도시된 바와 같이 서로 독립적인 가장자리를 가질 수 있다. 다각형 또는 다른 형태들이 서로 독립적이며 인접한 가장자리들 사이에 접합되지 않은 영역이 존재하는 경우에는, 인접한 가장자리들 사이의 거리는 비교적 작게, 예를 들어 5 mm 이하, 또는 4 mm 미만, 또는 3 mm 미만, 또는 2 mm 미만, 또는 1 mm 미만으로 유지되도록 주의해야 한다. 일부 실시양태에서, 규칙적으로 반복되는 다각형은 각각 도 12a에 도시된 바와 같이 인접한 다각형과 공통면을 공유한다. 추가의 실시양태에서, 패턴은 비교적 작은 개구부를 가질 수 있다. 구체적인 예로, 원형 패턴은 비교적 작은 개구부를 가질 수 있어서, 난연성 접착제의 패턴은 글자 "C"와 유사하다. 그러나, 상기 개구부는 가능한 한 작게 유지되어야 한다. 다른 실시양태에서, 패턴은 개구부가 없는 연속적 패턴, 예를 들어 도 4b에 도시된 패턴이다.
일부 실시양태에서, 디지털 인쇄를 사용하여 난연성 접착제 재료(40)의 무작위 패턴 (도시하지 않음)을 만들 수도 있다. 상기 무작위 패턴은 형태 및/또는 다각형의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
중간층과 내층 사이의 접합되지 않은 영역들인 포켓(44)은 최소 25 밀리미터2 (mm2)에서 최대 22,500 mm2 범위의 면적을 가질 수 있다. 포켓의 면적은 적층체 구조체의 각 포켓들의 평균 면적을 나타낸다. 적층체 구조체가 다른 형태 및/또는 크기의 포켓들을 포함하는 경우라면, 포켓들 중 적어도 80%는 25 mm2 내지 22,500 mm2 범위의 면적을 가져야 한다. 패턴이 공통의 가장자리를 갖지 않는 형태로 만들어진 도 12b에 도시된 바와 같은 실시양태에서는, 포켓 영역들만 포켓 면적을 계산하는데 사용되며; 인접한 가장자리들 사이의 거리가 커질수록, 포켓의 면적이 더 커져야할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 면적이 50 mm2인 정사각형 포켓의 규칙적인 반복 패턴을 사용하는 경우라면, 인접한 정사각형 포켓들의 가장자리들 간의 거리는 가능한 한 작아야 하는데, 예를 들어, 2 mm 미만 또는 1 mm 미만이어야 한다. 다른 실시양태에서, 포켓들은 25 mm2 내지 22,000 mm2 또는 30 mm2 내지 22,000 mm2 또는 35 mm2 내지 22,0000 mm2 또는 40 mm2 내지 22,000 mm2 또는 45 mm2 내지 22,000 mm2 또는 50 mm2 내지 22,000 mm2 또는 75 mm2 내지 22,000 mm2 또는 100 mm2 내지 22,000 mm2 또는 100 mm2 내지 20,000 mm2 또는 100 mm2 내지 15,000 mm2 또는 100 mm2 내지 10,000 mm2 또는 100 mm2 내지 9,000 mm2 또는 100 mm2 내지 8,000 mm2 또는 100 mm2 내지 7,000 mm2 또는 100 mm2 내지 6,000 mm2 또는 100 mm2 내지 5,000 mm2 또는 100 mm2 내지 4,000 mm2 또는 100 mm2 내지 3,000 mm2 또는 100 mm2 내지 2,000 mm2 또는 100 mm2 내지 1,000 mm2 또는 100 mm2 내지 900 mm2 또는 100 mm2 내지 800 mm2 또는 100 mm2 내지 700 mm2 또는 100 mm2 내지 600 mm2 또는 100 mm2 내지 500 mm2 또는 100 mm2 내지 400 mm2 범위의 면적을 가질 수 있다.
난연성 접착제는 목적한 패턴을 생성하는데 사용될 수 있는 공지된 라미네이션 기법, 예를 들어 그라비어 인쇄, 스크린 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 이용하여 도포할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 난연성 접착제 재료는 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 위치 (도포)되고, 상기 난연성 접착제 재료의 패턴은 내층의 외부 표면의 75% 미만을 덮는다. 일부 실시양태에서, 난연성 접착제 재료의 패턴은 제1 방향으로 배향된 일련의 제1 평행선들 및 제2 방향으로 배향된 일련의 제2 평행선들을 포함하는 격자 패턴으로서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 30도 내지 90도 사이 범위의 각도로 서로 오프셋되어 있는 것인 격자 패턴을 포함한다. 일부 실시양태에서, 난연성 접착제는 그라비어 롤을 사용하여 도포될 수 있는데, 이 경우 상기 그라비어 롤은 일련의 제1 평행선들과 상기 일련의 제1 평행선들에 대해 90도로 배향된 일련의 제2 평행선들을 갖는 격자형 패턴을 가진다. 예를 들어, 각 선은 점 크기가 0.5 밀리미터 (0.5 mm)인 점들, 중심간 거리 (피치)가 0.713 mm인 점들로부터 형성될 수 있으며, 상기 선은 폭이 3.4 mm이고 2개의 인접한 평행선들은 중심간 거리가 23.53 mm이다. 난연성 접착제 재료의 선으로 한정된 포켓들은, 예를 들어 약 404 제곱 밀리미터일 수 있다.
적층체 구조체는 내층(50)을 추가로 포함한다. 내층(50)은 임의의 공지된 텍스타일 섬유 또는 필라멘트로부터 제조될 수 있는 내부 텍스타일층일 수 있다. 텍스타일은 난연성 섬유, 비난연성 섬유, 합성 섬유, 천연 섬유 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 텍스타일은 직물, 편물 또는 부직물 텍스타일일 수 있다. 일부 실시양태에서, 편물은 환편, 횡편, 경편 또는 라셀편일 수 있다. 적절한 난연성 텍스타일의 예로는 p-아라미드, m-아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤족사졸, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리페닐 설파이드, 폴리이미드, 멜라민, 플루오로 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 모드아크릴, 셀룰로오스, 폴리비닐아세테이트, 광물, 단백질 섬유, 또는 이들의 조합으로부터 제조된 텍스타일을 포함한다. 난연성이 아닌 다른 텍스타일, 예를 들어 합성 섬유, 천연 섬유 또는 합성 및 천연 섬유를 모두 포함하는 텍스타일을 포함하는 텍스타일도 사용될 수 있다. 적절한 합성 텍스타일로는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 아크릴, 폴리우레탄 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 천연 섬유로는, 예를 들어 면, 양모, 셀룰로스, 동물의 털, 황마, 대마 또는 기타 다른 천연 섬유를 포함할 수 있다. 이들의 조합물도 사용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 소량 비율, 예를 들어 10 중량% 미만의 정전기 방지 섬유 또는 필라멘트가 텍스타일에 첨가될 수 있으며, 여기서 중량%는 텍스타일의 총 중량을 기준으로 한다. 적절한 정전기 방지 섬유/필라멘트는 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 전도성 금속, 구리, 니켈, 스테인리스강, 강철, 금, 은, 티타늄, 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 추가의 실시양태에서, 내부 텍스타일층은 적은 비율의 탄성 필라멘트를 포함할 수 있다. 적절한 탄성 필라멘트로는, 예를 들어 폴리우레탄, 엘라스테인, 스판덱스, 실리콘, 고무 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 내층(50)은 15 gsm 내지 450 gsm 범위의 중량을 갖는 직물, 편물 또는 부직물 텍스타일을 포함한다. 다른 실시양태에서, 내층은 20 gsm 내지 450 gsm, 또는 25 gsm 내지 450 gsm, 또는 15 gsm 내지 400 gsm, 또는 20 gsm 내지 400 gsm, 또는 25 gsm 내지 400 gsm, 또는 15 gsm 내지 375 gsm, 또는 20 gsm 내지 375 gsm, 또는 25 gsm 내지 375 gsm, 또는 15 gsm 내지 350 gsm, 또는 20 gsm 내지 350 gsm, 또는 25 gsm 내지 350 gsm, 또는 15 gsm 내지 325 gsm, 또는 20 gsm 내지 325 gsm, 또는 25 gsm 내지 325 gsm, 또는 15 gsm 내지 300 gsm, 또는 20 gsm 내지 300 gsm, 또는 25 gsm 내지 300 gsm, 또는 15 gsm 내지 275 gsm, 또는 20 gsm 내지 275 gsm, 또는 25 gsm 내지 275 gsm, 또는 15 gsm 내지 250 gsm, 또는 20 gsm 내지 250 gsm, 또는 25 gsm 내지 250 gsm, 또는 15 gsm 내지 225 gsm, 또는 20 gsm 내지 225 gsm, 또는 25 gsm 내지 225 gsm, 또는 15 gsm 내지 200 gsm, 또는 20 gsm 내지 200 gsm, 또는 25 gsm 내지 200 gsm, 또는 30 gsm 내지 250 gsm, 또는 40 gsm 내지 250 gsm, 또는 50 gsm 내지 250 gsm, 또는 50 gsm 내지 200 gsm, 또는 50 gsm 내지 190 gsm, 또는 50 gsm 내지 180 gsm, 또는 50 gsm 내지 170 gsm, 또는 50 gsm 내지 160 gsm, 또는 50 gsm 내지 150 gsm, 또는 50 gsm 내지 140 gsm, 또는 50 gsm 내지 130 gsm, 또는 50 gsm 내지 120 gsm, 또는 50 gsm 내지 110 gsm, 또는 50 gsm 내지 100 gsm, 또는 50 gsm 내지 90 gsm 범위의 중량을 포함할 수 있다. 내층도 텍스타일층이 될 수 있는데, 여기서 상기 텍스타일층은 난연성 텍스타일, 용융성 텍스타일, 또는 난연성 섬유와 용융성 섬유를 모두 포함하는 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층은 아라미드 및 난연성 비스코스로 제조된 직조 텍스타일이다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 50% 아라미드 및 50% 비스코스를 포함하는 아라미드와 난연성 비스코스로 제조된 직조 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 약 50 gsm 내지 250 gsm의 중량을 갖는 아라미드와 난연성 비스코스로 제조된 직조 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 인터로크 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 약 50 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 PET 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 모드아크릴/면 혼방 (MAC/CO) 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 약 50 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 MAC/CO 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 약 50 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 PET 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 모드아크릴/면 혼방 (MAC/CO) 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 약 100 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 MAC/CO 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 5% 이하의 정전기 방지 섬유를 추가로 포함하고 약 100 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 MAC/CO 편물 텍스타일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 모드아크릴 편물이다. 일부 실시양태에서, 내층(50)은 약 50 gsm 내지 200 gsm의 중량을 갖는 모드아크릴 편물이다.
일부 실시양태에서, 위에 개시된 바와 같은 적층체 구조체(2)는 500 gsm 이하의 중량을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 적층체 구조체의 중량은 400 gsm 미만 또는 375 gsm 미만 또는 350 gsm 미만 또는 325 gsm 미만 또는 300 gsm 미만 또는 275 gsm 미만일 수 있다.
일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 전기 아크에 대한 노출로부터 사용자를 보호("아크 플래시 보호"라고도 함)할 수 있다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 패널 형태와 의류 형태 모두에 있어서 EN 표준인 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014를 충족하는 아크 플래시 보호를 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체는 2등급 아크 플래시 보호를 제공하며 EN 표준인 EN 61482-1-2:2014를 충족한다. 일부 실시양태에서, EN 표준인 EN 61482-1-2:2014를 충족하기 위해, EN 표준인 EN 61482-1-2:2014에 규정된 아크 플래시에 노출되는 적층체 구조체는 패널 형태로 하기의 기준들 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 스톨 곡선으로 알려진 표준 미만의 시간에 대한 투과된 입사 에너지의 플롯; 5초 이하의 잔염 시간을 가지거나; 또는 형성된 임의의 구멍의 크기가 5 mm 이하여야 함. 다른 실시양태에서, EN 표준인 EN 61482-1-2:2014에 규정된 아크 플래시에 노출되는 적층체 구조체를 포함하는 제품은 패널 형태로 하기의 기준들 중 하나 이상을 가질 수 있는 제품을 제공할 수 있다: 5초 이하의 잔염 시간; 형성된 임의의 구멍의 크기가 5 mm 이하여야 함; 또는 해당 제품이 녹거나 녹아서 흘러내리지 않아야 함; 또는 의복의 앞 지퍼가 쉽게 개방되어야 함.
일부 실시양태에서, 상술한 적층체 구조체(2)가 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 기준에 따라 인가되는 전기 아크에 노출되는 경우, 해당 적층체 구조체(2)의 일부가 팽창되어 서로 반대 방향으로 휘어지게 된다. 일부 실시양태에서, 외부 텍스타일층(10)은 전기 아크에 노출되면 녹아서 열 반응성 재료(20)가 팽창한. 열 반응성 재료가 팽창함에 따라, 상기 팽창하는 열 반응성 재료는 용융된 또는 용융되고 있는 외부 텍스타일층을 흡수함으로써, 상기 외부 텍스타일층에서 화염이 지속되는 것을 방지하고, 외부 텍스타일층이 녹아서 흘러내리는 것도 방지한다. 일부 실시양태에서, 전기 아크에 노출시, 열 반응성 재료(20)의 층은 팽창성 흑연의 존재로 인해 팽창한다. 전기 아크에 노출시, 중간층, 내층 및 난연성 접착제 재료에 의해 한정된 포켓들은 확장되어, 상기 중간층과 내층을 서로 분리시켜서 에어 갭을 형성한다. 중간층과 내층에 의해 한정된 포켓들의 구분은 도 4a (전기 아크에 노출되기 전)와 4b (전기 아크에 노출된 후)의 적층체 구조체의 외관 차이로 확인할 수 있다.
도 4a는 아크 플래시 인가 전의 예시적인 적층체 구조체(2)의 내층을 나타낸 것이고, 도 4b는 아크 플래시 인가 후의 적층체 구조체(2)의 내층을 나타낸 것이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 도 4b에 도시된 접합된 영역(42)을 포함하는 적층체 구조체(2)는 포켓(44)을 덮어 씌우는 팽창된 영역들(46)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 팽창된 영역들(46)은 적층체 구조체(2) 내의 에어 갭을 형성함으로써 단열성을 개선하고, 상술한 바와 같이 스톨 곡선에 대한 시험과 같은 시험에서 적층체 구조체(2)의 성능을 개선한다. 일부 실시양태에서, 상기 팽창된 영역들(46)에 의해 제공되는 단열성은, 해당 적층체 구조체(2)가, 동일하거나 유사한 재료를 포함하지만 상술한 팽창된 영역들(46)을 만들어내는데 작용하는 접합된 영역(42)과 포켓(44)을 포함하는 패턴이 결여된 적층체 구조체보다 경량인 재료의 층을 포함하면서도 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수할 수 있도록 해준다.
일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 500 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 475 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 450 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 425 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 400 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 375 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 350 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 325 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 300 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 275 gsm 이하이다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체(2)는 EN 61482-1-1:2014 및/또는 EN 61482-1-2:2014 표준을 준수하고, 중량은 265 gsm 이하이다.
개시된 적층체 구조체는 전기 아크에 노출시 수축에 저항할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체는 이후에 개시되는 열 수축 시험에 따라 시험시 10% 미만으로 수축된다. 추가의 실시양태에서, 적층체 구조체는 전기 아크에 노출시 5% 미만 또는 4% 미만 또는 3% 미만 또는 2% 미만으로 수축한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기술된 방법에 따라 제조된 적층체 구조체는, 하기 기술되는 수증기 투과율 ("MVTR") 시험에 따라 시험시, 약 1000 초과, 또는 약 3000 초과, 또는 약 5000 초과, 또는 약 7000 초과, 또는 약 9000 초과, 또는 약 10000 초과, 또는 그 이상의 MVTR을 가진다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체는 본원에 기재된 수평 화염 시험을 위한 방법에 따라 시험시 약 50초 초과, 약 60초 초과 또는 심지어 120초 초과의 파괴 개방 시간을 가진다. 또한, 일부 실시양태에서, 적층체 구조체는 본원에 기재된 수평 화염 시험에 따라 시험시 20초 미만의 잔염을 가진다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체는 수평 화염 시험으로 시험시 15초 미만, 또는 10초 미만, 또는 5초 미만의 잔염을 가진다. 일부 실시양태에서, 적층체 구조체는 수평 화염 시험으로 시험시 실질적으로 녹아서 흘러내리는 거동을 나타내지 않는다.
적층체 구조체(2)는 의복으로 사용될 수 있으며, 상기 의복은 착용자가 의복을 착용시, 내층이 착용자를 향하도록 구성된다. 적절한 의복으로는, 예를 들어 재킷, 셔츠, 바지, 작업복, 장갑, 두건, 다리 보호대, 앞치마, 신발 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 의복은 착용자가 입는 가장 바깥쪽의 층일 수 있거나, 또는 다른 의복으로 덮을 수 있는 속옷일 수도 있다. 그러나, 일반적으로 의복은 가장 바깥쪽의 의복이다. 또한, 본 발명은 의복의 제조에서 적층체 구조체의 용도에 관한 것으로, 여기서 적층체 구조체는 500 gsm 이하의 총 중량을 갖는다. 또한, 다른 실시양태에서, 본 발명은 의복의 제조에서 적층체 구조체의 용도에 관한 것으로, 여기서 적층체 구조체는 500 gsm 이하의 총 중량을 가지며, EN 61482-1-2:2014 기준을 충족한다. 또한, 발명은 적층체 구조체의 의복으로서의 용도에 관한 것이다.
스트레치를 적층체 구조체에 포함시켜 해당 적층체 구조체를 포함하는 의복의 편안함을 증가시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 단방향 스트레치는, 예를 들어 WO 2018/067529호의 개시내용에 따라 포함될 수 있으며, 상기 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 본원에 사용된 바와 같이, 단방향 스트레치라고 하면, 적층체 구조체가 종방향 또는 횡방향 중 한 방향 (통상 양방향은 아님)으로 회복가능한 탄성을 가진다는 것을 의미한다. 적층체 구조체, 특히 본래 탄성이 없는 하나 이상의 층을 포함하는 적층체 구조체에 스트레치를 포함시키는 다른 방법들은 당업계에 공지되어 있다. 적절한 예로, 예를 들어 EP 110626호 및 EP 1852253호의 교시를 포함할 수 있으며, 상기 문헌의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
실시예
시험 방법
TMA 팽창 시험: TMA(열역학적 분석)를 이용하여 팽창성 흑연 입자들의 팽창을 측정하였다. 팽창은 TA 인스트루먼츠(Instruments) TMA 2940 장비로 시험하였다. 직경이 대략 8 mm이고 높이가 12 mm인 세라믹(알루미나) TGA 팬을 사용하여 샘플을 지탱하도록 하였다. 대략 6 mm 직경의 매크로팽창 프로브를 사용하여, 상기 팬의 바닥부를 0으로 설정하였다. TMA 프로브로 측정시, 약 0.1-0.3 mm 깊이의 팽창성 흑연의 플레이크를 상기 팬에 넣었다. 퍼니스를 닫고, 초기 샘플 높이를 측정하였다. 퍼니스를 10℃/분의 상승 속도(ramp rate)로 약 25℃에서 약 600℃까지 가열하였다. 상기 TMA 프로브 변위를 온도에 대하여 플롯팅하여; 그 변위를 팽창의 척도로 사용하였다.
DSC 흡열 시험: Tzero™ 밀폐형 팬을 사용하여 TA 인스트루먼츠 사의 Q2000 DSC 상에서 시험을 수행하였다. 각 샘플에 대하여, 약 3 밀리그램 (mg)의 팽창성 흑연을 상기 팬에 넣었다. 상기 팬의 중심부를 면도날의 모서리로 눌러 구멍을 내어, 대략 길이 2 mm, 폭 1 mm 미만의 배기구를 만들었다. DSC를 20℃에서 평형상태로 만들었다. 이어서, 샘플들을 20℃에서 400℃로 10℃/분으로 가열하였다. DSC 곡선으로부터 흡열 값들을 구하였다.
배리어 열 안정성 시험: 바람직하게는, 열적으로 안정한 배리어 층은 열에 노출된 후 25 l/m2/sec 미만의 공기 투과성을 가진다. 열적으로 안정한 배리어층의 열 안정성을 알아보기 위해서, 381 mm2 (15인치2)의 정사각형 직물 시험편을 금속 프레임에 고정한 후, 260℃ (500°F)의 강제 공기 순환 오븐에 매달아 놓았다. 5분간 노출시킨 후, 시험편을 오븐에서 꺼냈다. 시험편을 냉각시킨 후, 시험편의 공기 투과성을 ISO 9237 (1995)에 따라 시험하였다. 25 l/m2/sec 미만인 시험편들을 열적으로 안정한 배리어층으로 간주하였다.
수평 화염 시험은 EN ISO 15025의 방법 A1에 따라 수행하였다. 수평 화염 시험에 10초 노출로 시험한 샘플들은, 5 mm 초과의 구멍이 없고, 2초 이하의 잔염과 2초 이하의 잔광이 있는 경우에 통과한 것으로 보았다. 각 샘플들의 외부 텍스타일층을 수평 화염에 노출시킨 후, 새로운 샘플로 시험을 반복하여 내부 텍스타일층을 수평 화염에 노출시켜 각 샘플들을 시험하였다. 각 시험은 노출된 적층체의 면을 기준으로 평가하였으므로, 한면은 시험을 통과할 수 있는 한편, 다른 면은 실패할 수도 있다.
자기 소화성 시험: EN ISO 15025. 상기 수평 화염 시험에서 재료 샘플을 화염으로부터 제거한 후, 상기 재료의 임의의 잔염에 대하여 관찰하여 잔염 시간을 기록하였다. 상기 샘플이 녹아서 흘러내리거나 낙하 액적을 보이는 경우, 이것도 기록하였다. 잔염이 관찰되지 않는 경우, 또는 화염 제거시 잔염이 관찰되기는 하지만 5초 이내에 소화되는 경우라면, 해당 재료는 자기 소화성이 있는 것으로 하였다.
수직 화염 시험은 EN ISO 15025의 방법 A2에 따라 수행하였다. 잔염 시간은 3개의 샘플에 대하여 평균값을 내었다. 2초 초과의 잔염과 잔광이 있는 텍스타일을 가연성인 것으로 간주하였다.
용융 및 열 안정성 시험: 본 시험을 사용하여 텍스타일 재료의 열 안정성을 측정하였다. 본 시험은 NFPA 1975 (2004년판)의 섹션 8.3에 설명된 바와 같은 열 안정성 시험에 기초하였다. 시험 오븐은 ISO 17493에 상술되어 있는 바와 같은 고온 공기 순환 오븐이었다. 본 시험은, 코팅된 직물에 대한 표준 시험법인 ASTM D 751에 따른 고온에서의 내블로킹성에 대한 절차 (섹션 89 내지 93)를 이용하되, 하기의 변형을 주어 수행하였다:
·100 mm × 100 mm × 3 mm (4인치 × 4인치 × 1/8인치)인 보로실리케이트 유리판을 사용하였다.
·180℃±5℃의 시험 온도를 사용하였다. 오븐으로부터 유리판을 제거한 후 시험편들을 최소 1시간 동안 냉각시켰다.
샘플면이 유리판에 들러붙거나, 펼칠 때 자체적으로 들러붙거나, 또는 녹거나 녹아서 흘러내리는 징후를 보이는 샘플을 용융성인 것으로 간주하였다. 용융성 면의 징후가 없는 임의의 샘플면을 열적으로 안정성인 것으로 간주하였다.
수증기 투과율 (MVTR): 이하에서는 수증기 투과율(MVTR)을 측정하는데 사용되는 시험에 대한 설명을 제공한다. 본 절차는 막, 코팅 및 코팅된 제품을 시험하는데 적합한 것으로 밝혀진 바 있다.
본 절차에서는, 아세트산칼륨 35 중량부 및 증류수 15 중량부로 이루어진 용액 약 70 ml를 입구에서의 내부 직경이 6.5 cm인 133 ml의 폴리프로필렌 컵에 넣었다. 상기 컵 주둥이에 미국 특허 4,862,730호 (Crosby)에 기술된 방법으로 시험시 최소 약 85,000 g/m2/24시간의 MVTR를 갖는 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 막을 가열 밀봉 처리하여 상기 용액을 함유하는 새지 않는 팽팽한 미세다공성 배리어를 형성하였다. 유사한 팽창된 PTFE 막을 수조의 표면에도 장착한다. 상기 수조 어셈블리를 온도 조절이 가능한 공간 및 순환식 수조를 사용하여 23℃로 조절하였다. 시험하고자 하는 샘플을 본 시험 절차를 수행하기 전에 23℃의 온도 및 50% 상대 습도에서 컨디셔닝하였다. 샘플들은, 상기 컵 어셈블리를 도입하기 전에 미세다공성 중합체 막이 수조의 표면에 장착된 팽찬된 PTFE 막과 접촉하여 적어도 15분간 평형상태에 이르도록 배치하였다. 상기 컵 어셈블리를 1/1000 g 근방까지 칭량하여, 시험 샘플의 중심 위에 거꾸로 배치하였다. 물 이송은 수조내 물과 포화된 염 용액 사이의 추진력에 의해 제공되었는데, 이는 해당 방향으로의 확산에 의해 수량(water flux)을 제공한다. 샘플을 15분간 시험한 후, 컵 어셈블리를 제거하고, 1/1000 g 내로 재차 칭량하였다.
샘플의 MVTR은 컵 어셈블리의 중량 증가로부터 계산하여 24시간당 샘플 표면적 (m2)당 물(g)로 나타내었다.
중량: 재료들에 대한 중량 측정은 ASTM D751, 섹션 10에 상술된 바와 같이 수행하였다.
공기 투과성 시험: 바람직하게는, 중간층은 열에 노출된 후 25 l/m2/sec 미만의 공기 투과성을 가진다. 중간층의 열 안정성을 측정하기 위해, 381 mm2(15인치2)의 시험편을 금속 프레임에 고정시킨 후, 260℃의 온도로 설정된 강제 공기 순환 오븐에서 매달아 놓았다. 5분간 노출시킨 후, 시험편을 오븐에서 꺼냈다. 시험편을 냉각시킨 후, 시험편의 공기 투과성을 ISO 9237 (1995)라는 표제의 시험 방법에 따라 시험하였다.
유연성 또는 태 측정: 적층체 구조체 샘플의 태 측정은 트윙-알버트 핸들-o-미터 (Thwing-Albert Handle-o-meter) [모델 #211-5, 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 트윙 알버트 인스트루먼트 컴퍼니(Thwing Albert Instrument Company)]를 사용하여 수득하였다. 낮은 수치는 샘플을 구부리는데 낮은 하중이 필요함을 의미하여, 보다 유연성이 있는 샘플임을 나타내는 것이다.
적층체의 세척: ISO 6330 6N F60에 제시된 절차들을 사용하여 각 샘플의 세척을 수행하였다. 각 세척/건조 사이클을 5회 수행하였다. 각 샘플의 중량은 ISO 6330 6N F60 이전과 5회의 세척/건조의 전체 사이클 이후에 측정하였다. 제시된 값은 3개의 개별 샘플들의 평균이다.
전기 아크 박스 시험은 EN 61482-1-2:2014를 사용하여 수행하였다.
개방 아크 시험은 IEC 61482-1-1:2009, 방법 A에 따라 수행하였다.
퍼니스 확장 시험: 니켈 도가니를 고온 퍼니스 내에서 300℃로 2분간 가열하였다. 팽창성 흑연의 칭량된 샘플 (약 0.5 g)을 도가니에 첨가하여 3분간 300℃의 고온 퍼니스 내에 놔두었다. 가열 시간이 지난 후, 상기 도가니를 퍼니스에서 꺼내 냉각시킨 후, 팽창성 흑연을 메스 실린더로 옮겨 팽창된 부피를 측정하였다. 팽창된 부피를 샘플의 초기 중량으로 나누어 팽창률 (단위: cc/g)을 얻었다.
수분 저항 시험 (RET). 수증기 투과에 대한 층 또는 적층체 구조체의 저항성을 평가하여 수증기 투과성을 평가하는 방법. RET는 ISO 11092 (1993년판)에 따라 수행되며, m2Pa/W로 나타낸다. Ret 값이 높을수록 수증기 투과성이 낮음을 의미한다.
다공도. 기공 크기의 측정은 미국 플로리다주 하이얼리어 소재의 코울터 일렉트로닉스 인코포레이티드(Coulter Electronics, Inc.)가 제조한 코울터 기공분석기(Coulter Porometer™)를 사용하여 수행할 수 있다. 코울터 기공분석기는 ASTM 표준 E1298-89에 설명된 방법에 따라 다공성 매질에서 기공 크기 분포에 대한 자동 치수측정을 판단하는 장비이다.
하지만, 코울터 기공분석기를 사용하여 모든 가용 다공성 재료들에 대해서 기공 크기를 측정할 수는 없다. 이러한 경우에는, 광학 또는 전자 현미경과 같은 현미경을 사용하여 기공 크기를 측정할 수도 있다.
두께 측정. 두께는 미쓰도요(Mitutoyo) 543-252BS 스냅 게이지의 두 판 사이에 막 또는 텍스타일 적층체를 넣어 측정하였다. 세 측정치의 평균을 사용하였다.
달리 언급하지 않는 한, 하기의 재료들을 사용하였다.
외부 텍스타일층
외부 텍스타일층 #1은 98% 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 2% 정전기 방지 섬유를 포함하는 105 g/m2 (gsm) 능직 텍스타일로서, 토레이 인터내셔널(Toray International) UK, LTD에서 품목 #FFM5318로 입수할 수 있다. 외부 텍스타일층 #1은 용융 및 열 안정성 시험에 따르면 용융성 텍스타일 층이었다.
외부 텍스타일층 #2는 50 gsm의 인터로크 편물 폴리아미드 텍스타일로서, 보르기니 에스알엘(Borgini srl)에서 품목 #6039647로 입수할 수 있다. 외부 텍스타일층 #2는 용융 및 열 안정성 시험에 따르면 용융성 텍스타일 층이었다.
외부 텍스타일층 #3은 98% 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 2% 정전기 방지 섬유를 포함하는 76 gsm의 평직 텍스타일로서, 토레이 인터내셔널 UK, LTD에서 품목 #FFM2362로 입수할 수 있다. 외부 텍스타일층 #3은 용융 및 열 안정성 시험에 따르면 용융성 텍스타일 층이었다.
외부 텍스타일층 #4는 100% 폴리에틸렌 테레프탈레이트인 172 gsm의 직물로서, 토레이 인터내셔널 UK, LTD에서 품목 #FFM2331로 입수할 수 있다. 외부 텍스타일층 #4는 용융 및 열 안정성 시험에 따르면 용융성 텍스타일 층이었다.
외부 텍스타일층 #5는 1% 탄소를 함유하는 99% 나일론 6,6인 77 gsm의 직물로서, 토레이 인터내셔널 UK, LTD에서 품목 #MGNY000DF로 입수할 수 있다. 외부 텍스타일층 #5는 용융 및 열 안정성 시험에 따르면 용융성 텍스타일 층이었다.
외부 텍스타일층 #6은 75 gsm의 편물 폴리아미드로서, 보르기니 에스알엘에서 입수할 수 있다. 외부 텍스타일층 #6은 용융 및 열 안정성 시험에 따르면 용융성 텍스타일 층이었다.
중간층
중간층 #1은 미국 메릴랜드주 엘크턴 소재의 W.L. 고어 앤 어소시에이츠(Gore and Associates)에서 품목 번호 4410078로 시판 중이며, 기본 중량이 22 gsm, 다공도가 50%, 두께가 100 마이크로미터, 수증기 투과율 (MVTR)이 20,000 g/m2/일인 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 ("ePTFE") 층이었다.
중간층 #2는 미국 특허 3,953,566호에 따라 제조된, 기본 중량이 22 gsm, 다공도가 60%, 두께가 90 마이크로미터, 수증기 투과율 (MVTR)이 30,000 g/m2/일인 ePTFE 층이었다.
중간층 #3은 미국 특허 3,953,566호에 따라 제조된, 중량이 16.5 gsm인 ePTFE 층이었다.
내층
내층 #1은 쉴러 앤 코 카게(Schueler & Co. KG)에서 품목 #KRVC001로 입수가능한 50% 아라미드 및 50% FR 비스코스로 제조된 120 gsm의 평직 텍스타일이었다.
내층 #2는 에임스 유럽(Ames Europe) B.V.에서 품목 #313602로 입수가능한 100% 모드아크릴로 제조된 90 gsm의 저지 편물 텍스타일이었다.
내층 #3은 TTI 테크니쉐 텍스틸리언 인터나치온 게엠베하(Technische Textilien Internation GmbH)에서 품목 #1801로 입수가능한 60% 모드아크릴 및 38% 면/2% 정전기 방지 섬유 배합물로 제조된 200 gsm의 편물 텍스타일이었다.
열 반응성 재료
열 반응성 재료 #1은 하기의 절차에 따라 제조되었다. 먼저, 공동 소유인 미국 특허 4,532,316호에 따라 수지를 형성하고 약 45 중량%의 양으로 인계 난연성 재료를 반응기에 첨가하여 난연성 폴리 우레탄 수지를 제조하였다. 폴리우레탄 수지를 제조한 후, 76 g의 폴리우레탄 수지를 교반형 용기 중 80℃에서 24 g의 팽창성 흑연 (TMA 팽창 시험으로 측정시 280℃에서 900 마이크로미터 초과의 팽창률을 갖는 팽창성 흑연)과 혼합하였다. 상기 혼합물을 냉각시키고 그대로 사용하였다.
열 반응성 재료 #2는 하기의 절차에 따라 제조되었다. 먼저, 공동 소유인 미국 특허 4,532,316호에 따라 수지를 형성하고 약 20 중량%의 양으로 인계 난연성 재료를 반응기에 첨가하여 난연성 폴리 우레탄 수지를 제조하였다. 폴리우레탄 수지를 제조한 후, 65 g의 폴리우레탄 수지를 교반형 용기 중 80℃에서 24 g의 팽창성 흑연 (TMA 팽창 시험으로 측정시 280℃에서 900 마이크로미터 초과의 팽창률을 갖는 팽창성 흑연) 및 추가로 17 g의 또 다른 인계 난연성 재료와 혼합하였다. 상기 혼합물을 냉각시키고 그대로 사용하였다.
열 반응성 재료 #3은 하기의 방식으로 제조되었다. 와커 케미(Wacker Chemie)에서 ELASTOSIL® LR6200A/B로 입수가능한 2-성분 (A/B) 실리콘 혼합물을 제조업체의 지침에 따라 1:1 혼합물로 혼합하였다. 혼합하여 균질한 혼합물을 형성한 후, 약 12 중량%의 팽창성 흑연 (TMA 팽창 시험에 의해 측정시 280℃에서 900 마이크로미터 초과의 팽창률을 갖는 팽창성 흑연) 및 약 12 중량%의 인계 난연성 첨가제를 상기 혼합물에 첨가하고 교반하여 균질한 혼합물을 형성하였다. 혼합 후, 열 반응성 재료 #3을 그대로 사용하였다.
난연성 접착제 층
난연성 접착제 #1은, 먼저 공동 소유인 미국 특허 4,532,316호에 따라 수지를 형성하고 약 20 중량%의 양으로 인계 난연성 재료를 반응기에 첨가하여 제조된 난연성 폴리우레탄 수지이다.
그라비어
그라비어 #1은 기판에 약 57%의 접착제 피복 면적과 45-55 gsm의 접착제 인쇄 도포량을 제공하는 반복되는 점들의 패턴이었다. 점의 크기는 약 2 mm x 2 mm이었고, 각 점의 인접한 가장자리들 사이의 간격은 약 0.6 mm이었다.
그라비어 #2는 난연성 접착제 재료는 일련의 제1 평행선들과 상기 일련의 제1 평행선들에 대해 90도로 배향된 일련의 제2 평행선들을 갖는 격자형 패턴이었다. 각 선은 점 크기가 0.5 mm인 점들, 중심간 거리가 0.713 mm인 점들로부터 형성되었으며, 상기 선은 폭이 3.4 mm이고 2개의 인접한 평행선들은 중심간 거리가 23.53 mm이다. 접착제가 없는 영역, 즉 접착제 선들로 둘러싸인 영역들은 약 404 제곱 밀리미터였으며, 상기 영역은 스크린 크기를 기준으로 한 것이다. 점 패턴은 기판에 약 11%의 접착제 피복 면적과 3-7 gsm의 접착제 인쇄 도포량을 제공한다.
그라비어 #3은 약 30%의 접착제 피복 면적과 약 6.5 내지 7.5 gsm의 접착제 인쇄 도포량을 제공하는 반복되는 점들의 패턴이었다. 점 크기는 0.4 mm이고, 각 점의 인접한 가장자리들 사이의 간격은 약 0.3 mm이었다.
그라비어 #4는 약 35%의 접착제 피복 면적과 약 100-110 gsm의 접착제 인쇄 도포량을 제공하는 점들의 패턴이다. 점 크기는 약 1.6 mm이고, 각 점의 인접한 가장자리들 사이의 간격은 약 0.14 mm이었다.
그라비어 #5는 약 40-41%의 접착제 피복 면적과 6.5 내지 10 gsm의 접착제 인쇄 도포량을 제공하는 반복되는 점들의 패턴이다. 점 크기는 약 500 마이크로미터이고, 각 점의 인접한 가장자리들 사이의 간격은 약 230 마이크로미터였다.
적층체 실시예의 제조
적층체 실시예 1 내지 9는 각각 하기의 절차에 따라 제조하였다.
적층체 실시예 1
열 반응성 재료 #1을 사용하여 외부 텍스타일층 #1을 중간층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 그램/미터² (gsm) 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 320.2 gsm, 세척 후 중량은 328.6 gsm, 초기 MVTR은 9300 g/m2/일, 세척 후 MVTR은 8637 g/m2/일이었다. 상기 적층체는 초기 RET가 8.6 m2Pa/W이고, 세척 후 RET가 8.3 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 2
열 반응성 재료 #2를 사용하여 외부 텍스타일층 #1을 중간층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 322.2 gsm, 세척 후 중량은 330.1 gsm, 초기 MVTR은 7325 g/m2/일, 세척 후 MVTR은 6836 g/m2/일이었다. 상기 적층체는 초기 RET가 11.8 m2Pa/W이고, 세척 후 RET가 11.6 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 3
열 반응성 재료 #1을 사용하여 외부 텍스타일층 #1을 중간층 #2에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 305.3 gsm, 세척 후 중량은 314.8 gsm, 초기 MVTR은 9537 g/m2/일, 세척 후 MVTR은 8843 g/m2/일이었다. 상기 적층체는 초기 RET가 8.1 m2Pa/W이고, 세척 후 RET가 8.5 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 4
열 반응성 재료 #2를 사용하여 외부 텍스타일층 #2를 중간층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 263.5 gsm, 세척 후 중량은 327.1 gsm, 초기 MVTR은 11697 g/m2/일, 세척 후 MVTR은 7314 g/m2/일이었다. 상기 적층체는 초기 RET가 6.2 m2Pa/W이고, 세척 후 RET가 10.3 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 5
열 반응성 재료 #1을 사용하여 외부 텍스타일층 #4를 중간층 #2에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 380.7 gsm, 세척 후 중량은 393.0 gsm, 초기 MVTR은 8719 g/m2/일, 세척 후 MVTR은 7870 g/m2/일이었다. 상기 적층체는 초기 RET가 8.4 m2Pa/W이고, 세척 후 RET가 9.0 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 6
열 반응성 재료 #1을 사용하여 외부 텍스타일층 #3을 중간층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 278.3 gsm, 세척 후 중량은 285.3 gsm, 초기 MVTR은 6.9 m2Pa/W, 세척 후 MVTR은 7.0 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 7
열 반응성 재료 #1를 사용하여 외부 텍스타일층 #3을 중간층 #3에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다. 마지막으로, 내구성이 있는 플루오로계 발수성 재료의 코팅을 외부 텍스타일층에 도포하고 가열하여 수성 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 초기 중량은 272.0 gsm, 세척 후 중량은 279.3 gsm, 초기 MVTR은 7.6 m2Pa/W, 세척 후 MVTR은 8.0 m2Pa/W이었다.
적층체 실시예 8
열 반응성 재료 #2를 사용하여 외부 텍스타일층 #6을 중간층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #1 (점 패턴)을 사용하여 중간층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 열 반응성 재료의 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 전구 적층체를 형성하였다. 다음으로, 난연성 접착제 재료 #1의 층을 그라비어 롤 #2 (격자형 패턴)를 사용하여 상기 외부 텍스타일층 반대편의 전구 적층체의 중간층에 도포하였다. 이후, 내층 #1을 난연성 접착제 재료 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 롤에 놓고 경화시켰다.
상기 적층체의 세척 후 중량은 332.0 gsm, 세척 후 MVTR은 6480 g/m2/일, 세척 후 RET가 12.1이었다.
적층체 비교 실시예 A 내지 E의 제조
비교 적층체 A
열 반응성 재료 #3을 사용하여 외부 텍스타일층 #3을 내층 #3에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #4를 사용하여 내층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 접착제 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 비교 적층체를 형성하였다. 마지막으로, 내구성이 있는 발수성 재료의 코팅을 수성 분산액으로서 외부 텍스타일층에 분무 도포하고 해당 샘플을 가열하여 상기 수성 분산액의 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 세척 후 중량은 349.0 gsm, 세척 후 MVTR은 12088 g/m2/일이었다.
비교 적층체 B
열 반응성 재료 #3을 사용하여 외부 텍스타일층 #2를 내층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #4를 사용하여 내층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 접착제 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 비교 적층체를 형성하였다. 마지막으로, 내구성이 있는 발수성 재료의 코팅을 수성 분산액으로서 외부 텍스타일층에 분무 도포하고 해당 샘플을 가열하여 상기 수성 분산액의 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 세척 후 중량은 269.0 그램/미터2, 세척 후 MVTR은 13502 g/m2/일이었다.
비교 적층체 C
열 반응성 재료 #3을 사용하여 외부 텍스타일층 #3을 내층 #1에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #4를 사용하여 내층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 접착제 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 비교 적층체를 형성하였다. 마지막으로, 내구성이 있는 발수성 재료의 코팅을 수성 분산액으로서 외부 텍스타일층에 분무 도포하고 해당 샘플을 가열하여 상기 수성 분산액의 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 세척 후 중량은 267.1 그램/미터2, 세척 후 MVTR은 13065 g/m2/일이었다.
비교 적층체 D
열 반응성 재료 #3을 사용하여 외부 텍스타일층 #5를 내층 #3에 적층하였다. 상기 열 반응성 재료를 그라비어 롤 #4를 사용하여 내층 상에 그라비어 인쇄하여 60-70 gsm 범위의 접착제 인쇄 도포량을 제공하였다. 외부 텍스타일층은 열 반응성 재료 층 위에 놓고 두 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 상기 적층체를 롤 상에 두고 약 2일간 경화시켜 비교 적층체를 형성하였다. 마지막으로, 내구성이 있는 발수성 재료의 코팅을 수성 분산액으로서 외부 텍스타일층에 분무 도포하고 해당 샘플을 가열하여 상기 수성 분산액의 용매를 제거하였다.
상기 적층체의 세척 후 중량은 362.2 그램/미터2, 세척 후 MVTR은 10489 g/m2/일이었다.
비교 실시예 E
비교 실시예 E는, 전구 적층체의 폭에 걸쳐 점 패턴을 사용하는 그라비어 롤 #1을 사용하여 내층 #1을 전구 적층체에 부착했던 것을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 방식으로 제조하였다.
적층체 실시예들과 비교 적층체들은 EN 61482-1-2:2014 시험 방법에 따라 아크 플래시 시험을 거쳤다. 시험용 샘플들을 준비하기 위해, 각 적층체의 기본 중량을 측정한 후, 해당 적층체들을 본원 시험 절차에 제공된 바와 같이 세척을 거쳤다. 상기 샘플들을 세척하여 건조시킨 후, 기본 중량을 다시 측정하였다. 상기 적층체 샘플들을, 세척 전과 후에 모두 시험하였던 적층체 실시예 4를 제외하고, 세척 후 EN 61482-1-2:2014 시험 방법을 거쳤다. 각 샘플들을 분석하기 위해, 30초 후 투과된 에너지의 차이를 킬로줄/미터2 단위로 측정하였다. 상기 차이는 스톨 곡선에 대하여 각 샘플을 통해 투과된 에너지를 나타낸다. 스톨 곡선은 노출 시간과 전달된 에너지의 양 모두에 대한 함수로서 기판, 예를 들어 적층체를 통한 열 에너지 전달에 대한 척도이다. 스톨 곡선은 해당 적용 조건들 하에 사람이 받을 것으로 예상할 수 있는 2도 화상의 예측변수이다. 스톨 곡선 위에 있는 값들은 착용자가 2도 화상을 입을 수 있음을 의미한다. 이에 비해, 스톨 곡선 아래에 있는 값들은 2도 화상을 입을 가능성이 낮음을 나타내며, 스톨 곡선 더 아래에 있을수록, 즉 상기 차이가 음수일수록, 사람이 2도 화상에 의한 부상을 입을 가능성이 더 적다. 각 적층체의 샘플들을 상기 제공된 수평 화염 시험에 따라 시험하였다. 상기 시험의 결과를 표 1에 요약하였다. 실시예 1, 2, 3, 4 및 5의 시험들의 결과는 각각 도 5, 6, 7, 8 및 9에서 볼 수 있으며, 예시적인 적층체들은 스톨 곡선 아래에 있는 방호 수준을 제공한다.
Figure 112021040230893-pct00001
상기 결과들은, 스톨 곡선과 비교하였을 때 투과된 에너지에서의 차이로 입증된 바와 같이, 패턴으로 인쇄 도포된 난연성 접착제를 가지며 복수의 포켓들을 형성하고 있는 실시예 1-8이 전기 아크 노출에 대한 우수한 방호를 제공할 수 있음을 보여준다. 비교 실시예 A, B, C 및 D는 모두 스톨 곡선 위에 있는 값들을 나타내는데, 이는 2도 화상을 입을 수 있는 높은 수준의 가능성을 의미한다.
실시예 8과 비교 실시예 E에 EN 61482-1-2:2014 시험 방법을 적용하였다. 실시예 8은 4개의 샘플을 시험했던 반면, 비교 실시예 E는 2개의 샘플만을 시험하였다. 시험 결과를 표 2에 나타내었다. 실시예 8의 첫 시험 결과는 도 10에서 볼 수 있으며, 적층체는 스톨 곡선 아래에 있는 방호 수준을 제공한다. 비교 실시예 E의 첫 시험 결과는 도 11에서 볼 수 있고, 그 값들은 스톨 곡선 위에 있는데, 이는 착용자를 3도 화상으로부터 방호하는데 실패했음을 의미한다.
Figure 112021040230893-pct00002
실시예 8의 모든 데이터 지점들은 적층체가 스톨 곡선보다 상당히 낮은 결과들을 나타내고 있음을 보여준다.
스톨 곡선 아래에 있는 값들을 나타내는 의복들은 음수 값들로 열거되어 있는 한편, 스톨 곡선 위에 있는 데이터 지점들은 양수 값들로 나열되어 있다. 표 2의 데이터에서, 실시예 8은 비교 실시예 E보다 훨씬 낮은 값들을 나타내고 있음을 알 수 있다. 두 샘플 간의 차이는 중간층과 내층 사이의 FR 접착제의 패턴에 있다. 비교 실시예 E는 두 번만 반복하였다. 첫 시험에서, 모든 시점에서 스톨 곡선 아래에 있는 데이터 지점들이 생성되었다. 그러나, 두 번째 시험에서는 여러 데이터 지점들이 스톨 곡선 위에 있었는데, 이는 착용자가 2도 화상을 입었을 수 있음을 의미하는 것이다.
본 발명의 다수의 실시양태들을 설명하였지만, 이러한 실시양태들은 제한적인 것이 아닌 단지 예시를 든 것이며, 여기에 다양한 변형을 가할 수 있음은 당업자라면 명백히 알 수 있을 것이다. 또한, 다양한 단계들은 임의의 원하는 순서로 수행될 수 있다 (그리고, 임의의 원하는 단계들이 추가될 수 있고/있거나 임의의 원하는 단계들을 제거할 수도 있음).

Claims (24)

  1. 단열을 제공하는 적층체 구조체로서,
    외부 표면 및 내부 표면을 갖는 외부 텍스타일층;
    열 반응성 재료;
    외부 표면과 내부 표면을 갖는 중간층으로서,　상기 외부 텍스타일층의 내부 표면과 상기 중간층의 외부 표면 사이에,　상기 중간층을 상기 외부 텍스타일층에 접합시키는 열 반응성 재료가 개재되도록, 상기 외부 텍스타일층 반대편의 열 반응성 재료 상에 위치하는 중간층;
    난연성 접착제 재료; 및
    외부 표면과 내부 표면을 갖는 내층으로서, 상기 중간층의 내부 표면과 상기 내층의 외부 표면 사이에, 상기 내층을 상기 중간층에 접합시키는 난연성 접착제 재료가 개재되도록, 상기 중간층 반대편의 난연성 접착제 재료 상에 위치하는 내층
    을 포함하고;
    상기 난연성 접착제 재료가, 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치하는 적층체 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외부 텍스타일층은 중량이 30 그램/제곱미터(gsm) 내지 250 gsm 범위인 적층체 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내층은 중량이 20 gsm 내지 250 gsm 범위인 적층체 구조체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 텍스타일층이 외부 텍스타일층의 총 중량을 기준으로 50 중량% 내지 100 중량% 범위의 양의 용융성 섬유를 포함하는 적층체 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 텍스타일층이 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유, 폴리페닐렌 설파이드 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는 적층체 구조체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 수축 시험에 따라 시험시 10% 미만으로 수축되는 적층체 구조체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내층이 난연성 텍스타일을 포함하거나, 또는 난연성 섬유와 용융성 섬유를 모두 포함하는 텍스타일을 포함하는 적층체 구조체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 난연성 텍스타일이 p-아라미드, m-아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤족사졸, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리페닐 설파이드, 폴리이미드, 멜라민, 플루오로 중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 모드아크릴, 셀룰로오스, FR 비스코스, 폴리비닐아세테이트, 광물, 단백질 섬유, 또는 이들의 조합을 포함하는 적층체 구조체.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적층체 구조체의 총 중량이 350 gsm 이하인 적층체 구조체.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간층이 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 적층체 구조체.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간층은 중량이 10 gsm 내지 50 gsm 범위인 적층체 구조체.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간층이 (a) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제1층 및 (b) 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리우레탄 코팅된 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌의 제2층을 포함하는 2층의 막(film)인 적층체 구조체.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열 반응성 재료가 팽창성 흑연과 중합체 수지의 혼합물을 포함하는 적층체 구조체.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 난연성 접착제 재료가 내층의 외부 표면의 75% 미만을 덮는 적층체 구조체.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패턴이 제1 방향으로 배향된 일련의 제1 평행선들 및 제2 방향으로 배향된 일련의 제2 평행선들을 포함하는 격자 패턴을 포함하며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 30도 내지 90도 범위의 각도로 서로 오프셋(offset)되어 있는 적층체 구조체.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패턴이 일련의 평행한 사인형(sinusoidal) 선들을 포함하고, 상기 사인형 선들이, 사인형 선들 중 첫 번째 선의 피크가 사인형 선들 중 인접한 한 선의 저점(trough)과 정렬되도록, 서로 오프셋되어 있는 적층체 구조체.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간층이 열적으로 안정한 배리어층인 적층체 구조체.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 난연성 접착제 재료가, 각 포켓이 (a) 상기 중간층, (b) 상기 내층 및 (c) 상기 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 획정되는 복수의 포켓들을 형성하도록 하는 패턴으로 위치하고, 상기 패턴이 상기 내층의 75% 미만을 덮는 적층체 구조체.
  19. 제1항 또는 제2항에 따른 적층체 구조체를 포함하는 의복으로서, 착용자가 의복을 착용시, 내층이 착용자를 향하도록 구성되는 의복.
  20. 제1항 또는 제2항에 따른 적층체 구조체의 제조 방법으로서,
    - 외부 텍스타일층 및 중간층을 제공하고, 상기 외부 텍스타일층 및/또는 중간층 상에 열 반응성 재료의 층을 적용하는 단계;
    - 열 반응성 층을 상기 외부 텍스타일층의 내부 표면과 상기 중간층의 외부 표면 사이에 개재하여, 상기 열 반응성 재료가 상기 중간층을 상기 외부 텍스타일층에 접합시키도록 하는 단계;
    - 난연성 접착제 재료를 상기 중간층의 내면 및/또는 내층의 외부 표면에 패턴으로 적용하는 단계; 및
    - 상기 난연성 접착제 재료를 상기 중간층의 내부 표면과 상기 내층의 외부 표면 사이에 개재하여, 상기 난연성 접착제 재료가 상기 내층을 상기 중간층에 접합시키고, 각 포켓이 (a) 중간층, (b) 내층 및 (c) 난연성 접착제 재료의 일부에 의해 한정되는 복수의 포켓들이 형성되도록 하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 중간층과 내층 사이에 압력을 인가하여, 상기 난연성 접착제 재료가 상기 중간층의 내면과 상기 내층의 외면을 접합시키도록 하는 단계; 및/또는 상기 외부 텍스타일층과 상기 중간층 사이에 압력을 인가하여, 상기 열 반응성 재료가 상기 외부 텍스타일층의 내면과 상기 중간층의 외면을 접합시키도록 하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 외부 텍스타일층, 열 반응성 재료 및 중간층을 포함하는 구조체에 압력을 인가하여, 상기 열 반응성 재료가 상기 외부 텍스타일층의 내면과 상기 중간층의 외면을 접합시키도록 하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 적층체 구조체에 압력을 인가하여, 상기 난연성 접착제 재료가 상기 중간층의 내면과 상기 내층의 외면을 접합시키도록 하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 외부 텍스타일층에 내구성이 있는 발수성 코팅을 도포하는 단계를 포함하는 제조 방법.
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