KR20030010725A - 내절단성 직물 - Google Patents

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레이야오 주
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 직물 중의 금속 섬유를 내절단성 스테이플 섬유로 래핑함으로써 마멸 노출로부터 차단시킨, 안락감이 있는 내절단성 직물에 관한 것이다.

Description

내절단성 직물{Cut Resistant Fabric}
미국 특허 제5,287,690호, 제5,248,548호, 제4,470,251호, 제4,384,449호 및 제4,004,295호에는 모두 내절단성 의류 물품에 사용되는 직물을 제조하기 위하여 금속 섬유 코어 및 고강도 합성 섬유 래핑(wrapping)이 있는 실을 사용하는 것이 기술되어 있다.
<발명의 간단한 요약>
본 발명은 스트랜드 2개 이상을 포함하는 실 하나 이상으로 된 다발 하나 이상으로 제조되며, 다발 중의 스트랜드 중 하나 이상이 내절단성 스테이플 섬유로 된 쉬쓰 및 금속 섬유 코어의 쉬쓰/코어 구조물이고, 다발 중의 스트랜드 중 하나 이상에는 내절단성 아라미드 섬유가 있고 금속 섬유는 없는 내절단성 직물에 관한 것이다.
본 발명은 보호 의류 물품에 사용되는 내절단성 직물에 관한 것이다. 직물은 보호 뿐만 아니라 안락감을 제공하기 위한 특정 방식으로 조합된 내절단성 합성 섬유 및 금속 섬유에 의하여 내절단성이 있다.
도 1은 본 발명의 직물을 묘사한 것이다.
도 2는 본 발명의 직물 중의 다발을 묘사한 것이다.
도 3은 내절단성 스테이플 섬유로 된 쉬쓰 및 금속 섬유 코어의 쉬쓰/코어 구조물인, 본 발명의 직물 중의 다발 중의 실을 묘사한 것이다.
내절단성 직물은 덮개 및 의복 등에서 보호용으로 매우 중요하다. 예를 들어, 내절단성 장갑은 수년 동안 집중적인 개발 작업의 대상이었다. 내절단성과 함께, 직물이 높은 내구성 및 가요성을 나타내고, 안락감이 있는 촉감을 가지는 것이 종종 중요하거나 또는 바람직하다. 본 발명의 직물은 고도의 내절단성, 내구성 및 가요성이 있으며, 유연성이 있어 매우 안락감이 있고 실효성 있는 보호 의복을 유발한다.
본 발명의 직물이 내절단성을 갖는 하나의 요인은 아라미드 섬유이다. 직물은 또한 내절단 성능을 증가시키는 금속 섬유를 함유한다. 오로지 금속 섬유로만 제조된 직물은 뻣뻣하고 취급이 어려우며, 무겁고 안락감이 없는 마멸성의 내절단성 의복을 유발한다. 그러나, 금속 섬유를 본 발명의 방식으로 아라미드와 배합하여 사용하여 보호 의복용 내절단성 직물을 제조할 수 있으며, 이 직물은 내절단성이 있을 뿐만 아니라, 안락감이 있고 비마멸성이다. 본 발명자들은 매우 소량의 금속 섬유가 직물의 내절단성을 놀랄만한 정도로 증가시킬 수 있다는 것을 드디어 발견하였다.
도면을 참조하면, 도 1은 직물 패턴 중에 나타난 실의 다발 (1)이 있는 본 발명의 직물을 묘사한 것이다. 다발 (1)은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 직물이 편성될 경우, 임의의 적합한 편성 패턴이 허용가능하다. 내절단성 및 안락감은 편성물의 치밀도에 영향을 받으며, 이 치밀도는 임의의 특정 요구를 만족시키도록 조정될 수 있다. 매우 실효성 있는 내절단성 및 안락감의 조합은 예를 들어 싱글 저지(single jersey) 및 테리 편성 패턴(terry knit pattern)에서 발견되어 왔다.
도 2는 본 발명의 직물에 사용하기 위한 실 (3) 및 (4)를 포함하는 다발 (1)을 묘사한 것이다. 다발 (1)은 하나 이상의 실을 포함하며 6개 또는 그 이상만큼의 많은 실을 가질 수 있다. 3개의 실이 일반적으로 바람직하다. 다발 (1) 중의 실은 통상적으로 꼬여지나, 꼬임이 필수적인 것은 아니다.
다발 (1) 중의 실의 한 예로서의 실 (3)은 오로지 아라미드 섬유로만 제조될 수 있으며, 섬유는 연속 필라멘트이거나 또는 방적 스테이플일 수 있다. 실 (3)은 물론 면 또는 나일론 등과 같은 일부 다른 재료의 섬유를 포함할 수 있으나, 실의 내절단성은 상기 다른 재료의 존재에 의하여 감소될 수 있다는 것을 인식하여야만 한다. 연속 필라멘트 또는 스테이플 섬유로부터 제조되는 실 (3)은 선밀도가 300 내지 2000 dtex이며, 개별 필라멘트 또는 섬유의 선밀도는 0.5 내지 7 dtex, 바람직하게는 1.5 내지 3 dtex이다. 실 (3)은 2개 이상의 스트랜드로 이루어진다.
다발 (1) 중의 실의 한 예로서의 실 (4)는 하나 이상의 금속 섬유 코어를 포함하도록 제조될 수 있다. 금속 섬유 코어 외에, 실 (4)는 연속 필라멘트 또는 방적 스테이플로서의 아라미드 섬유로 된 쉬쓰를 가질 수 있다. 실 (4)의 쉬쓰는 또한 일부 다른 재료로 된 섬유를 이 다른 재료로 인한 내절단성의 감소가 감수될 수있는 범위로 포함할 수 있다. 실 (4)는 2개 이상의 스트랜드로 이루어진다.
도 3은 실 (4)(도 2)로부터의 스트랜드를 묘사한 것이다. 스트랜드 (5)는 금속 섬유 코어 (6) 및 아라미드 섬유 쉬쓰 (7)을 포함하는, 소위 쉬쓰/코어 구조물이다. 금속 섬유 코어 (6)은 특정 상황에서 필요하거나 또는 요구되는 바에 따라 단일 금속 섬유 또는 다수의 금속 섬유일 수 있다. 아라미드 섬유 쉬쓰 (7)은 금속 섬유 코어 (6)의 둘레에 피복(serving)되거나, 래핑되거나 또는 방적될 수 있다. 피복될 경우, 아라미드 섬유는 일반적으로 코어의 축에 거의 직각이 되도록 금속 섬유 코어 (6) 둘레에 하나 이상의 층으로 적용되어 코어를 덮는 다수의 연속 필라멘트의 형태이다. 래핑될 경우, 아라미드 섬유는 일반적으로 링 방적, 랩(wrap) 방적, 에어-젯(air-jet) 방적, 오픈-엔드(open-end) 방적 등과 같은 공지된 수단에 의하여 느슨하게 방적된 후, 코어를 실질적으로 덮기에 충분한 밀도로 코어 둘레에 감겨진 스테이플 섬유의 형태이다. 방적될 경우, 아라미드 섬유는 DREF 방적 또는 소위 무라타(Murata) 젯 방적 또는 또다른 코어 방적법에 의해 금속 섬유 코어 (6) 위에 직접 형성된 스테이플 섬유이다.
스트랜드 (5)와 같이 금속 섬유 코어가 있는 스트랜드는 일반적으로 금속이 1 내지 50 중량％이며, 총 선밀도가 100 내지 5000 dtex이다. 실 (3)에서와 같이 금속 섬유 코어가 없는 스트랜드는 일반적으로 선밀도가 100 내지 5000 dtex이다. 연속 필라멘트 또는 스테이플로서 스트랜드 중에 존재하는 아라미드 섬유는 직경이 5 내지 25 마이크로미터이고 선밀도가 0.5 내지 7 dtex이다. 스테이플 아라미드 섬유는 길이가 2 내지 20 센티미터, 바람직하게는 4 내지 6 센티미터이다.
본 발명의 직물에 사용되는 다발은 금속 섬유가 없는 아라미드 섬유의 스트랜드 하나 이상 및 아라미드 섬유 쉬쓰 및 금속 섬유 코어가 있는 쉬쓰/코어 구성물이 있는 스트랜드 하나 이상을 포함하여야 한다.
본 발명의 아라미드 섬유는 일반적으로 파라-아라미드 섬유이다. 파라-아라미드 섬유는 파라-아라미드 중합체로부터 제조된 섬유를 의미하고, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T)가 바람직한 파라-아라미드 중합체이다. PPD-T는 p-페닐렌 디아민 및 테레프탈로일 클로라이드의 몰-대-몰 중합으로부터 생성된 단일중합체, 및 또한 p-페닐렌 디아민과 함께 소량의 다른 디아민이 혼입되고 테레프탈로일 클로라이드와 함께 소량의 다른 2산 클로라이드가 혼입되어 생성된 공중합체를 의미한다. 일반적으로, 다른 디아민 및 다른 2산 클로라이드는 p-페닐렌 디아민 또는 테레프탈로일 클로라이드의 약 10 몰％까지의 양으로 사용될 수 있고, 상기 다른 디아민 및 2산 클로라이드에 중합 반응에 간섭하는 반응성 기가 없는 경우에는 약 10 몰％보다 약간 더 많은 양으로 사용될 수 있다. 또한, 다른 방향족 디아민 및 방향족 2산 클로라이드가 파라-아라미드의 특성에 부정적인 영향을 미치지 않는 양으로 존재하는 한, PPD-T는 예를 들어 2,6-나프탈로일 클로라이드 또는 클로로테레프탈로일 클로라이드 또는 디클로로테레프탈로일 클로라이드와 같은 다른 방향족 디아민 및 다른 방향족 2산 클로라이드의 혼입에 의해 생성된 공중합체를 의미한다.
첨가제가 섬유 중의 파라-아라미드와 함께 사용될 수 있으며, 다른 중합체 재료가 10 중량％까지 아라미드와 블렌드되거나, 또는 아라미드의 디아민이 다른디아민으로 10 ％까지 치환되거나 또는 아라미드의 2산 클로라이드가 다른 2산 클로라이드로 10 ％까지 치환된 공중합체가 사용될 수 있다는 것이 발견되었다.
p-아라미드 섬유는 일반적으로 p-아라미드의 용액을 모세관을 통해 응집조로 압출시킴으로써 방사된다. 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)의 경우, 용액을 위한 용매는 일반적으로 진한 황산이고, 일반적으로 공기틈을 통해 차가운 응집 수조로 압출된다. 이러한 방법은 널리 공지되어 있으며 본 발명의 일부를 형성하지 않는다.
금속 섬유는 스테인레스 강, 구리, 알루미늄, 청동 등과 같은 연성 금속으로부터 제조된 섬유 또는 와이어를 의미한다. 스테인레스 강이 바람직한 금속이다. 금속 섬유는 일반적으로 연속 와이어이다. 금속 섬유는 직경이 10 내지 150 마이크로미터이고, 바람직하게는 직경이 25 내지 75 마이크로미터이다.
금속 섬유 코어를 포함하거나 또는 포함하지 않는 스트랜드는 약간의 꼬임을 가질 수 있다. 실도 또한 약간의 꼬임을 가질 것이며, 실의 꼬임은 일반적으로 스트랜드의 꼬임과 반대이다. 일반적으로, 다발에는 꼬임이 없다. 임의의 스트랜드 또는 실에서, 꼬임은 일반적으로 꼬임수가 센티미터 당 2 내지 10이다.
본 발명의 직물은 내절단성 및 안락감을 조화시킨다. 아라미드 섬유는 본 발명의 직물에 1차적인 내절단성을 제공하나, 전체 내절단성 및 내절단성의 개선은 금속 섬유 및 아라미드 섬유를 조합한 결과이다. 내절단성을 증가시키기 위하여, 부가적인 금속 섬유를 직물에 도입할 수 있다. 본 발명의 금속 및 아라미드 섬유의 조합의 놀라운 한 면은 직물을 제조하는데 사용되는 다발의 전체 스트랜드 중금속 코어가 있는 스트랜드 단지 하나 또는 2개만을 첨가함으로써 내절단성이 증가하게 된다는 것이다. 총 6개의 스트랜드로 된 다발 중에 아라미드 섬유 쉬쓰/금속 섬유 코어 구조물인 스트랜드가 하나 이상 4개 미만으로 있는 직물이 특히 실효성이 있는 내절단성 및 안락감의 조합을 나타낸다.
아라미드 섬유는 본 발명의 직물에 안락감을 제공하며, 안락감의 관점에서 방적 스테이플 아라미드 섬유가 바람직하다. 아라미드 섬유는 금속 섬유를 덮고 외부 작용과의 접촉으로부터 차단시키기 위하여 본 발명의 직물에 사용된다. 금속 섬유는 직물의 다발 중에 제한된 농도로 직물 중에 분산되며, 금속 섬유는 실의 다발 중의 스트랜드에서 아라미드 섬유로 덮여 다른 재료와의 직접적인 마멸 접촉으로부터 방지된다.
금속 섬유가 직물의 구성에 사용되는 각각의 실 다발 중의 스트랜드 하나 이상에 분포되나 모든 스트랜드에 분포되지는 않을 경우, 직물의 가요성이 최상으로 유지된다는 것을 발견하였다. 또한, 아라미드 섬유 쉬쓰/금속 섬유 코어 구성물인 스트랜드는 직물을 제조하는데 사용되는 다발 구성물의 일부인 실 구성물에 포함될 경우, 금속 섬유의 노출을 효과적으로 방지한다. 이러한 직물 구성물의 다발 중의 금속 섬유는 표면 외부의 긁힘에 노출되지 않는다.
<시험 방법>
<내절단성>
사용된 방법은 ASTM 표준 F1790-97, "보호복에 사용되는 재료의 내절단성 측정을 위한 표준 시험 방법"이다. 시험 수행시, 절단 날을 특정 힘으로 심봉 상에장착된 시료를 가로질러 1회 긋는다. 다수의 상이한 힘에서, 초기 접촉으로부터 완전히 절단될 때까지 그어진 거리를 기록하고, 완전히 절단될 때까지의 거리의 함수로서 힘을 그래프로 나타낸다. 그래프로부터 25 밀리미터의 거리에서 완전히 절단되기 위한 힘을 측정하고, 날 공급의 일관성을 입증하기 위하여 정규화시킨다. 정규화된 힘을 내절단력으로서 기록한다.
절단 날은 70 밀리미터 길이의 날카로운 날이 있는 스테인레스 강 칼날이다. 날 공급물은 시험의 시작시 및 종료시에 네오프렌 검정 재료 상에서 400 g의 하중을 사용하여 검정한다. 각 절단 시험마다 새로운 절단 날을 사용한다.
시료는 경사 및 위사 방향으로부터 45 도의 사선으로 50 ×100 밀리미터로 절단된 직물의 직사각형 단편이다.
심봉은 반경이 38 밀리미터인 둥근 전도성 막대이고, 시료는 양면 테이프를 사용하여 심봉에 장착된다. 절단 날은 심봉의 길이방향 축과 직각으로 심봉 상의 직물을 가로질러 그어진다. 완전한 절단은 절단 날이 심봉과 전기적 접촉을 할 때로 기록된다.
<안락감>
안락감 시험은 매우 주관적일 수 밖에 없다. 본 발명과 연관된 안락감에 대한 시험에서, 시험할 모든 직물의 50 ×50 센티미터 시료를 테이블 위에 무작위 방식으로 놓았다. 검사관이 각 시료를 만져보고 시료를 안락감 평점이 1 내지 5(5가 안락감이 가장 높음)인 5개의 군으로 나누게 하였다. 10명의 검사관이 모든 직물 시료를 평가하였고, 평점을 평균하여 하기 표에 기록하였다.
코어가 직경이 다양한 스테인레스 강 단일필라멘트인 다양한 쉬쓰/코어 실을 사용하여 직물을 편성하였다.
아라미드 조성물은 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 상표명 케블라(Kevlar, 등록상표) 스테이플 아라미드 섬유, 타입(Type) 970으로 판매되는, 길이가 약 3.8 센티미터이고, 필라멘트 당 1.6 dtex인 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유이었다.
아라미드 섬유를 짧은 스테이플 링 방적사를 가공하여 카딩된 슬라이버를 제조하는데 사용되는 표준 카딩기에 공급하여 통과시켰다. 2중 통과 연신(파단기/마감기 연신(breaker/finisher drawing))을 사용하여, 카딩된 슬라이버를 연신된 슬라이버로 가공하고, 연방기에서 가공하여 1 타래 로빙을 제조하였다. 그 후에, 로빙을 4개로 나누어, 4개의 각 강철 코어와 함께 1/4씩 사용하였다.
2 가닥의 로빙을 링 방적하고, 꼬임을 주기 직전에 강철 코어를 삽입하여 쉬쓰-코어 스트랜드를 제조하였다. 로빙은 약 5900 dtex(1 타래 번수)이었다. 이들 실시예에서, 강철 코어는 마지막 드래프트 롤러 바로 앞에서 2개의 연신된 로빙 가닥 사이의 중앙에 놓았다. 각 품목에 대하여 3.25의 꼬임 상수를 사용하여 10/1s cc 스트랜드를 제조하였다.
4종의 스테인레스 강 코어를 사용하였다. 즉,
1. 35 마이크로미터의 강철 단일필라멘트,
2. 50 마이크로미터의 강철 단일필라멘트,
3. 75 마이크로미터의 강철 단일필라멘트
를 사용하여 스트랜드를 제조하였고, 하나의 스트랜드는 코어 없이 전부 아라미드 섬유를 사용하여 제조하였다.
상기 각 금속 코어 스트랜드 및 전부 아라미드인 스트랜드를 사용하여 3종의 상이한 실을 제조하였다. 각 강철 코어에 대하여, 하기 실을 제조하였다.
실 A: 아라미드 섬유 필라멘트 당 1.6 dtex의 590 dtex 스트랜드 2개를 오른꼬임으로 함께 꼰 것으로서, 하나의 스트랜드에는 강철 코어가 있고 다른 스트랜드에는 강철 코어가 없는 것.
실 B: 아라미드 섬유 필라멘트 당 1.6 dtex의 590 dtex 스트랜드 2개를 오른꼬임으로 함께 꼰 것으로서, 2개의 스트랜드 모두에 강철 코어가 있는 것.
실 C: 아라미드 섬유 필라멘트 당 1.6 dtex의 590 dtex 스트랜드 2개를 오른꼬임으로 함께 꼰 것으로서, 2개의 스트랜드 모두에 강철 코어가 없는 것.
표준 세이마 세이끼(Sheima Seiki) 장갑 편성기를 사용하여, 10/2s 실을 시료로 편성하였다. 이후의 절단 및 마멸 시험을 위한 직물 시료를 제공하기 위하여, 약 1 미터 길이의 장갑 몸체가 제조되도록 기계 편성 시간을 조정하였다.
3 가닥의 10/2s를 장갑 편성기에 공급하여 약 0.67 kg/m2의 직물 시료를 생성함으로써 시료를 제조하였다.
직물 시료 및 실 함량 및 시험 결과값을 하기 표에 나타내었다.
35 마이크론 와이어 코어 강철％ 내절단성 안락감 평점
6개 중 1개 실 A 실 C 실 C 2 1969 4.9
6개 중 3개 실 A 실 B 실 C 6 3182 4.5
6개 중 5개 실 A 실 B 실 C 10 3955 3.7
50 마이크론 와이어 코어
6개 중 1개 실 A 실 C 실 C 4 3202 4.2
6개 중 3개 실 A 실 B 실 C 13 6208 3.2
6개 중 5개 실 A 실 B 실 C 21 6844 2.2
75 마이크론 와이어 코어
6개 중 1개 실 A 실 C 실 C 8 5250 2.9
6개 중 3개 실 A 실 B 실 C 25 6593 1.3
6개 중 5개 실 A 실 B 실 C 41 7894 1

Claims (6)

  1. 스트랜드 2개 이상을 포함하는 실 하나 이상으로 된 다발 하나 이상으로 제조되며, 다발 중의 스트랜드 중 하나 이상이 내절단성 스테이플 섬유로 된 쉬쓰 및 금속 섬유 코어의 쉬쓰/코어 구조물이고, 다발 중의 스트랜드 중 하나 이상에는 내절단성 아라미드 섬유가 있고 금속 섬유는 없는 내절단성 직물.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 다발이 3개의 실을 갖는 직물.
  3. 제2항에 있어서, 3개의 실에 총 6개의 스트랜드가 있고, 이들 스트랜드 중 하나 이상 4개 미만의 스트랜드가 내절단성 스테이플 섬유로 된 쉬쓰 및 금속 섬유 코어의 쉬쓰/코어 구성물인 직물.
  4. 제3항에 있어서, 3개의 실에 총 6개의 스트랜드가 있고, 이들 스트랜드 중 단지 하나 또는 2개의 스트랜드만이 내절단성 스테이플 섬유로 된 쉬쓰 및 금속 섬유 코어의 쉬쓰/코어 구성물인 직물.
  5. 제1항에 있어서, 내절단성 스테이플 섬유가 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)인 직물.
  6. 제1항에 있어서, 다발 중의 스트랜드 하나 이상 4개 미만이 내절단성 스테이플 섬유로 된 쉬쓰 및 금속 섬유 코어의 쉬쓰/코어 구성물인 직물.
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