KR20040073455A

KR20040073455A - 하이 로프트 저밀도 크림핑된 필라멘트 부직 웹 및 그제조방법

Info

Publication number: KR20040073455A
Application number: KR10-2004-7008561A
Authority: KR
Inventors: 브롤리오 에이. 폴랜코; 크리스토퍼 데일 펜위크; 다릴 프랭클린 클라크; 브라이언 데이비드 헤이네즈; 커티스 리. 브라운; 채드 마이클 프리즈
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-08-19
Also published as: US20040198124A1; CN100445452C; BR0214790B1; WO2003056089A1; CN1599818A; AU2002351352B2; KR100947397B1; JP4881544B2; ZA200404470B; US20030118816A1; AU2002351352A1; US20050098256A1; US7291239B2; EP1456454B1; JP2005514528A; EP1456454A1; MXPA04005295A; CZ2004646A3; BR0214790A; AR037921A1

Abstract

비-가열된 섬유 인발 장치에서 A/B사이드-바이-사이드 형상의 실질적으로 연속이며 스펀본딩되고 크림핑된 이성분 섬유를 형성하여서 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 제조한다. 이후에 z-방향으로 최대의 크림프를 달성하여 로프팅된 재료 웹을 제조하기 위해 방해하는 힘의 부재 하에서 섬유를 가열 및 냉각한다. 결과의 재료는 절연체로 사용하기에 특히 적합하다. 필요할 경우 입자가 첨가될 수 있다.

Description

하이 로프트 저밀도 크림핑된 필라멘트 부직 웹 및 그 제조방법{High Loft Low Density Nonwoven Webs of Crimped Filaments and Methods of Making Same}

부직 웹에서 웹 구성 섬유는 일반적으로 웹의 x-y평면에 배향되므로 결과의 부직 웹 재료는 비교적 얇다. 즉 로프트 또는 유효 두께에서 부족하다.

개인 케어 흡수 물품에 사용하기 적합한 부직 웹에서 로프트 또는 두께는 사용자에게 안락감(부드러움), 서지 관리 및 인접한 층에 유체 분배를 향상시킨다. 부직 웹에 로프트 또는 두께를 부여하기 위해서 웹 구성 섬유의 적어도 일부가 z-방향으로 배향되는 것이 일반적으로 바람직하다. 전통적으로 로프티 부직 웹은 스테이플 섬유를 사용하여 제조된다. 예컨대 얽혀있고 겉면 부위에서 배트의 면에 실질적으로 평행한 구조적 스테이플 섬유와 배트의 면에 실질적으로 수직한 결합 스테이플 섬유를 포함한 부직 열 절연 배트를 교시하는 미국특허공보 제4,837,067호와 스테이플 길이의 열가소성 섬유를 포함한 부성분 열가소성 섬유에 의해 안정화된 주성분 열-기계 목재 펄프 섬유를 포함한 배트를 교시하는 미국특허공보 제4,590,114호를 참조하시오. 혹은 전통적인 하이 로프트 형성 공정은 평탄한 와이어나 드럼 상에서 형성된 섬유 크림핑과 같은 예비-형성 공정과 형성된 웹의 크레이핑 또는 주름잡기 공정과 같은 형성 후 공정에 의해 좌우된다.

당해 분야에서 다른 공정은 먼저 표준 부직 웹을 형성하고 이후 웹을 접어서 웹의 주름을 잡아 로프티 재료를 획득하고자 한다. 그러나 이러한 구성에서 웹의 섬유는 여전히 웹의 평면에 남아있으며 왜곡되는 것은 웹 자체의 평면일 뿐이다.

미국 특허출원 일련번호 제09/538,744호 및 제09/559,155호와 같이 섬유가 웹 평면 밖으로 z-방향 배향이 된다는 사실에 의해 여태까지 관련된 발명은 일반적으로 기재 섬유에 유도된 주름을 갖는 로프티 재료를 형성하고, 차등 속도 형성 와이어 간에 전달 공정의 사용을 통해 z-방향 섬유를 생성하는 것을 일반적인 특징으로 할 수 있다.

그러나 유체 조절의 양호한 균형으로 신속한 유입, 저 역류 및 고 수평 분배를 하며 양호한 웹 형상과 절연 및 패딩 등을 포함한 기타 위에서 언급된 성질을 보일 수 있는 또 다른 하이 로프트, 저밀도 포(fabrics)가 당해 분야에서 필요하다.

발명의 요약

위에서 기술된 당해 분야의 필요에 부응하여 본 발명은 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 제조하기 위해서 A/B, 또는 사이드-바이-사이드 구성의 실질적으로 연속인 특정 이성분 열가소성 섬유의 자연적인 크림핑 능력을 활용한다. 이러한 부류의 섬유 타입은 당해 분야에서 알려지지만 본 발명에 의해 특수 처리 매개변수가 적용되어 하이 로프트, 저밀도 포로 가공하기에 적합한 선구 필라멘트가 유도된다. 이 섬유는 이후 필라멘트 형성후 적용되는 신규 기술에 의해 하이 로프트, 저밀도 포로 크림핑 된다. 추가로 필라멘트 크림핑 이후에 결과의 하이 로프트, 저밀도 포의 안정성을 보장할 새로운 기술이 개발되었다.

본 발명의 한 측면에서 새로운 포는 A/B사이드-바이-사이드 형상의 실질적으로 연속하며, 스펀본딩되고, 나선형으로 크림핑된 이성분 섬유의 웹을 갖는 하이 로프트, 저밀도 웹을 포함할 수 있다. 웹 내에서 섬유는 무작위로 크림핑되어 불균일한 z-방향 배향을 포함한 불균일 무작위 섬유 배향을 갖는 로프팅된 재료를 생성함으로써 웹의 로프트와 크림핑된 섬유간에 불규칙한 간격의 틈새를 생성한다. 예컨대 본 발명의 로프티 웹은 약 0.002g/cc 내지 0.05g/cc의 밀도 및 0.02" 내지 1.5"의 로프트를 보이는 약 0.3osy 내지 25osy의 기본 중량을 갖는다. 가령 0.5osy 웹은 0.022 내지 0.002g/cc의 밀도 범위에서 약 0.03" 내지 0.3"의 로프트를 보일 수 있다. 또 다른 예로서 3.0osy 웹은 0.04 내지 0.003g/cc의 밀도 범위에서 0.1" 내지 1.5"의 로프트를 보일 수 있다.

또 다른 측면에서 새로운 포는 A/B사이드-바이-사이드 형상의 기계방향으로 고 배향되고 실질적으로 연속이며 스펀본딩되고 나선형으로 크림핑된 이성분 섬유로 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 포함할 수 있다. 웹 내에서 섬유는 무작위로 크림핑되어 굽은 z-방향 배향으로 싱글링된(shingled) 층을 유도하여 웹의로프트, 및 크림핑된 섬유 사이에 불규칙 간격의 틈새를 생성함으로써 매우 높은 로프트를 갖는 로프팅된 재료를 제조한다.

본 발명에 따라 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 제조하기 위한 방법은 당해 분야에서 일반적인 가열된 FDU(섬유 인발 장치) 대신에 비-가열된 FDU를 사용하여 초기에 이성분 필라멘트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이후 형성 와이어 상에서 섬유가 수집되고 중합체 쇄를 이완시켜 크림핑을 개시하도록 가열된다. 이러한 가열 직후에 섬유가 결합되지 않도록 웹을 냉각함으로써 섬유의 이동성을 유지하고 섬유를 원하는 정도로 크림핑 할 수 있다. 게다가 섬유를 중단없이 크림핑하도록 와이어 진공과 같은 다른 가공 매개변수를 조절할 수 있다. 크림핑으로 하이 로프트, 저밀도 포가 생성된다. 이후 웹을 경화시키기 위해 추가 가열을 한다. 최초의 하이 로프트, 저밀도 상태로 웹을 유지하기 위해서 마지막 가열단계에서 가공 매개변수를 조절하거나 웹의 밀도 및 로프트를 조절하기 위해서 이 단계 동안에 매개변수를 조절할 수 있다.

본 발명은 부직 재료의 로프티 특성이 개선된 처리와 결과의 크림핑으로 인해 z-방향 배향을 갖는 웹 구성 섬유의 결과인 연속 섬유로 제조되는 하이 로프트, 저밀도 부직 재료에 관계한다. 이 재료는 개인 케어 제품, 음향 및 열 절연재, 포장재, 패딩, 흡수재, 여과재, 및 청소 재료의 서지 층을 포함하되 이에 국한되지는 않는 넓은 용도로 사용하기에 특히 적합하다.

이들 목적 및 기타 목적과 본 발명의 특징이 도면과 관련하여 기술된 다음 상세한 설명으로 부터 더 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따라서 로프티 부직 재료를 제조하기 위한 공정 및 장치를 보여준다.

도 2는 낮은 기계방향 배향과 관통 에어 본딩으로 형성된 z-방향 성분을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면사진이다.

도 3은 낮은 기계방향 배향과 정적인 에어 본딩으로 형성된 z-방향 성분을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면사진이다.

도 4는 높은 기계방향 배향과 관통 에어 본딩으로 형성된 z-방향 성분을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면사진이다.

도 5는 높은 기계방향 배향과 정적인 에어 본딩으로 형성된 z-방향 성분을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면사진이다.

도 6은 전형적인 타이트한 크림프를 보이는 공지의 FDU로 제조된 섬유의 사진이다.

도 7은 전형적인 느슨한 크림프를 보이는 상온 비-가열 FDU로 제조된 섬유의 사진이다.

*부호 설명

21...열가소성 섬유 방사 장치 23...이성분 사이드 바이 사이드 섬유

25...섬유 인발 장치 27...형성 와이어

29...와이어 배출부 31...고온 공기 나이프

33...고온 공기 확산기 35...제2 와이어

37...부직 웹 39...관통 에어본딩 장치

41...정착된 웹 43...와인딩 롤

51, 53, 55...부직 웹 57...싱글링 층

59...z-방향 버클링

정의

여기서 사용되는 "부직 웹" 또는 "부직 재료"란 용어는 사이에 끼이지만 피브릴화된 필름이나 편성포와 같이 규칙적이거나 식별가능한 방식이 아닌 방식으로 끼인 개별 섬유, 필라멘트 또는 연사 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직 웹 또는 재료는 가령 멜트 블로우잉 공정, 스펀본딩 공정, 및 본딩 카딩 웹 공정과 같은 열 공정으로 형성된다. 부직 웹 또는 재료의 기본 중량은 보통 제곱야드당 재료의 온스(osy) 또는 제곱미터당 그램(gsm)으로 표현되고 섬유 직경은 보통 마이크론으로 표현된다. (osy의 gsm으로 전환은 osy에 33.91을 곱해서 된다.)

여기서 사용되는 "z-방향"섬유란 용어는 웹의 배향 평면 밖에 배치된 섬유를 말한다. 웹은 기계방향으로 x-축, 기계가로방향으로 y-축 및 로프트 방향으로 z-축과 x-y평면과 평행하게 놓인 주 평면 또는 표면을 갖는 것으로 간주된다. "형성된 대로의 z-방향 섬유"는 기계적으로 크림핑 또는 크레이핑 또는 파괴된 부직 웹의 경우에서 처럼 부직 웹의 형성 후 처리로 인해 z-방향 성분을 갖는 섬유와 구별되는 것으로서 부직 웹 형성동안 z-방향으로 배향되는 섬유를 지칭하기 위해 여기서 사용된다.

여기서 사용되는 "실질적으로 연속인 섬유"란 용어는 부직 웹 또는 포로 형성되기 이전에 최초 길이로부터 절단되지 않은 섬유를 말한다. 실질적으로 연속인 섬유는 약 15센티미터를 초과하는 길이에서 1미터를 초과하는 길이, 및 형성되는 웹이나 포의 길이까지의 평균 길이를 가질 수 있다. "실질적으로 연속인 섬유"의 정의는 부직 웹 또는 포로 형성되기 이전에 절단되지 않지만 부직 웹 또는 포가 절단될때 나중에 절단되는 섬유, 및 실질적으로 선형 또는 크림핑된 섬유를 포함한다.

여기서 사용되는 "관통 에어 본딩" 또는 "TAB"이란 용어는 웹의 섬유를 제조하는 중합체들중 하나를 용융시키도록 충분히 가열된 공기가 웹을 강제로 통과하는, 부직 웹, 예컨대 이성분 섬유 웹을 결합시키는 공정을 의미한다.

여기서 사용되는 "사이드 바이 사이드 섬유"란 용어는 이성분 섬유 또는 복합 섬유의 부류에 속한다. "이성분 섬유"란 용어는 별도의 압출기로부터 압출되지만 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성하는 적어도 두가지 중합체로 형성된 섬유를 말한다. 이성분 섬유는 또한 때때로 복합 섬유나 다성분 섬유를 지칭하기도 한다. 이성분 섬유는 미국특허공보 제5,382,400호(Pike등)에 의해 교시된다. 복합 섬유의 중합체는 보통 서로 상이하지만 일부 복합 섬유는 단일 성분 섬유일 수 있다. 복합 섬유는 미국특허공보 제4,795,668호(Krueger등) 및 미국특허공보 제5,386,552호(Strack등)에 의해 교시된다. 복합 섬유는 두가지(또는 그 이상)의 중합체의 차등 팽창률 및 수축률을 사용하여 섬유에 크림프를 생성하는데 사용될 수 있다.

"약", "실질적으로" 등의 단어는 "기재된 상황에서 고유한 제조 및 재료 오차가 주어지는 경우에 또는 거의 그 경우에"의 의미로 사용되며 본 발명의 이해를돕기 위해 정확한 또는 절대적인 수치가 기재된 본 발명의 명세서를 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

여기서 사용되는 "기계방향" 또는 MD는 제조되는 방향으로 포의 길이를 의미한다. "기계가로방향" 또는 CD는 포의 폭, 즉 일반적으로 MD에 수직한 방향을 의미한다.

"입자", "입자들", "미립자", "미립자들" 등은 일반적으로 이산 단위 형태로 존재하는 물질을 말한다. 입자는 과립, 가루, 분말 또는 구를 포함할 수 있다. 따라서 입자는 가령 입방체, 막대형, 다면체, 구 또는 반구, 둥근 또는 약간 둥근, 각이 진, 불규칙한 형태와 같은 모든 필요한 형상을 가질 수 있다. 바늘, 플레이크 및 섬유와 같이 큰 최대 치수/최소 치수 비율을 갖는 형상도 여기서 사용될 수 있다. "입자" 또는 "미립자"는 하나 이상의 입자나 미립자 등을 포함한 응집체를 기술하는데 사용할 수도 있다.

도 1은 실질적으로 연속이며 크림핑 가능한 이성분 사이드 바이 사이드 섬유를 생성하고 이들을 구속되지 않은 환경에서 크림핑하여 하이 로프트, 저밀도 재료를 제조하기 위한 본 발명의 방법 및 장치를 보여주는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 두가지 중합체 A와 B가 공지 열가소성 섬유 방사 장치(21)를 사용하여 스펀본딩되어 이성분 사이드 바이 사이드, 또는 A/B, 형상의 섬유(23)를 형성한다. 섬유(23)는 이후 섬유 인발 장치(FDU, 25)를 통과한다. 본 발명의 한 실시양태에 따르면 당해 분야의 표준 관행과 다르게 FDU는 가열되지 않고 주변 온도에 방치된다. 섬유(23)는 실질적으로 연속 상태로 있으며 움직이는형성 와이어(27) 상에 놓인다. 섬유의 퇴적은 음의 공기압 장치나 아래의 와이어 배출부(29)에 의해 제공되는 와이어 아래의 진공에 의해 보조된다.

이후에 섬유(23)는 도면에는 둘 다 도시되지만 통상의 상황 하에서는 선택적으로 사용되는 고온 공기 나이프(HAK, 31) 또는 고온 공기 확산기(33)의 하나 아래에 통과함으로써 가열된다. 전통적인 고온 공기 나이프는 부직 웹 표면상에 고온 공기 기류를 송풍하는 슬롯을 갖는 맨드릴을 포함한다. 이러한 고온 공기 나이프는 예컨대 미국특허공보 제5,707,468호(Arnold등)에 교시된다. 고온 에어 확산기(33)는 유사한 방식으로 작동하지만 더 넓은 표면적 위로 더 느린 공기 속도로 작동하므로 이에 상응하여 더 낮은 공기 온도를 사용하는 대안이다. 섬유 군, 또는 층은 제1 가열지대를 통한 이러한 횡단 동안 외면이 용융되거나 적은 정도의 비관능성 결합이 된다. "비관능성 결합"은 본 방법에 따른 처리 동안 단지 섬유를 제자리에 유지하기에 충분하지만 너무 약해서 손으로 취급한다면 섬유를 함께 유지하지 못하는 결합이다. 이러한 결합은 일어나기 쉬우나 필요할 경우 모두 제거될 수 있다.

이후에 섬유는 고온 공기 나이프(31) 또는 고온 공기 확산기(33)의 제1 가열지대로부터 섬유가 계속 냉각되고 크림핑을 파괴하지 않도록 아래의 와이어 배출부(29)가 제거된 제2 와이어(35)로 진행한다. 섬유가 냉각될때 이들은 z-방향, 또는 웹 평면 밖으로 크림핑되어 하이 로프트, 저밀도 부직 웹(37)을 형성한다. 이후에 필요한 정도의 로프트 및 밀도로 웹을 경화 또는 정착시키기 위해서 웹(37)은 관통 에어 본딩(TAB) 장치(39)로 운반된다. 혹은 고온 공기 나이프(31) 또는 고온 공기확산기(33) 대신에 관통 에어 본딩(TAB) 장치(39)가 제1 가열지대를 제공하는 지대가 되고 이어서 냉각지대가 제공되고 이어서 웹을 정착시키기에 충분한 제2 가열지대가 제공될 수 있다. 이후에 나중에 사용하기 위해 와인딩 롤(43)등에 정착된 웹(41)이 수집될 수 있다.

본 발명의 한가지 선호되는 실시양태에 따르면 실질적으로 연속인 섬유는 이성분 섬유이다. 본 발명의 웹은 싱글 데니어 구조(즉, 하나의 섬유 사이즈)나 혼성 데니어 구조(즉, 복수의 섬유 사이즈)를 포함할 수 있다. 적합한 이성분 섬유의 구조 성분을 형성하기에 특히 적합한 중합체는 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 과 에틸렌 공중합체를 포함하며 이성분 섬유의 접착 성분으로 특히 적합한 중합체는 폴리에틸렌, 더욱 특히 선형 저밀도 폴리에틸렌, 및 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 추가로 접착 성분은 결과 웹의 내마모성, 강도 및 소프트니스를 증진시킬뿐만 아니라 크림핑 능력을 증진시키고(또는) 섬유의 결합온도를 낮추기 위한 첨가제를 함유할 수 있다. 본 발명에 따른 처리에 특히 적합한 이성분 폴리에틸렌/폴리프로필렌 섬유는 PRISM으로 알려진다. PRISM에 대한 설명은 미국특허공보 제5,336,552호(Strack등)에서 발표된다. 본 발명에 따라 제조된 웹은 PET, 코폴리-PP+3%PE, PLA, PTT, 나일론, PBT등(이에 국한되지 않음)과 같은 PP/PE를 대신하는 수지를 갖는 섬유를 더욱 포함할 수 있다. 섬유는 펜타로벌(pentaloble), 트리-T, 중공체, 리본,X, Y, H, 및 비대칭 단면을 포함한 다양한 대체 형상 및 대칭을 가질 수 있다.

본 발명의 시스템 재료 제조에 유용한 중합체는 폴리올레핀, 폴리에스테르및 폴리아미드와 같은 열가소성 중합체를 더욱 포함할 수 있다. 탄성 중합체 역시 사용될 수 있으며 폴리우레탄, 코폴리에테르 에스테르, 폴리아미드 폴리에테르 블록 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 코폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌), 스티렌-폴리(에틸렌-프로필렌)-스티렌, 스티렌-폴리(에틸렌-부틸렌)-스티렌, (폴리스티렌/폴리(에틸렌-부틸렌)/폴리스티렌, 폴리(스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌) 등과 같은 일반식 A-B-A' 또는 A-B의 블록 공중합체를 포함한다.

때로는 메탈로센 촉매라 칭하는 단일 자리 촉매를 사용하는 폴리올레핀 역시 사용될 수 있다. 많은 폴리올레핀이 섬유 제조에 이용될 수 있으며 예컨대 다우 케미칼의 ASPUN 6811A 선형 저밀도 폴리에틸렌, 2553LLDPE, 25355 및 12350 고밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌이 이러한 적합한 중합체이다. 폴리에틸렌은 각각 약 26, 40, 25 및 12의 용융물 유속을 갖는다. 섬유를 형성하는 폴리프로필렌은 엑슨 케미칼 컴퍼니의 3155폴리프로필렌과 몬텔 케미칼 컴퍼니의 PF-304를 포함한다.

생분해성 중합체 역시 섬유 제조에 이용할 수 있는데 적합한 중합체는 폴리락트산(PLA)과 BIONOLLE^R, 아디프산 및 UNITHOX^R의 블렌드(BAU)를 포함한다. PLA는 블렌드가 아니라 폴리프로필렌과 같은 순수 중합체이다. BAU는 상이한 비율로 BIONOLLE^R, 아디프산 및 UNITHOX^R의 블렌드를 나타낸다. 전형적으로 스테이플 섬유용 블렌드는 44.1% BIONOLLE^R1020, 44.1% BIONOLLE^R3020, 9.8% 아디프산 및 2.8%UNITHOX^R480이지만 스펀본딩된 BAU섬유는 전형적으로 약 15% 아디프산을 사용한다. BIONOLLE^R1020은 폴리부틸렌 숙시네이트이며 BIONOLLE^R3020은 폴리부틸렌 숙시네이트 아디페이트 공중합체이며 UNITHOX^R480은 에톡실화 알코올이다. BIONOLLE^R은 일본의 쇼와 하이폴리머사의 상표이고, UNITHOX^R은 Baker Hughes International의 자회사인 Baker Petrolite의 상표이다. 이들 생분해성 중합체는 친수성이어서 본 발명의 유입 시스템 재료의 표면에 선호되지 않는다.

위에 따라 크림핑 가능한 이성분 섬유는 폴리에틸렌 결정성 영역이 이의 배향된 분자쇄를 이완시키기 시작하여 용융을 개시할 수 있는 온도까지 HAK(31), 고온 공기 확산기(33) 또는 지대화된 TAB(도시안된)에 의해 제1 가열지대에서 가열된다. 크림프 유도에 사용되는 전형적인 공기 온도는 약 110-260℉이다. 이러한 온도범위는 분자쇄를 단순히 이완시키는 용융점 이하 온도에서 중합체의 융점까지의 온도를 나타낸다. HAK(31)에서 나온 기류의 열은 이의 좁은 가열지대를 통한 섬유의 짧은 체류시간으로 인해 더 높아질 수 있다. 게다가 섬유의 배향된 분자쇄에 열이 적용될때 분자쇄 이동성이 증가한다. 쇄는 배향되기 보다는 무작위 상태로 이완되는 것을 선호한다. 그러므로 쇄는 굽혀지고 접혀져서 추가 수축이 초래된다. 웹 가열은 고온 공기, IR램프, 마이크로파 또는 폴리에틸렌의 반-결정성 영역을 이완 상태로 가열할 수 있는 기타 임의의 열원에 의해 이루어질 수 있다.

이후에 웹은 중합체의 온도를 이의 결정화 온도 아래로 감소시키는 냉각지대를 통과한다. 폴리에틸렌은 반-결정성 물질이므로 폴리에틸렌 쇄는 냉각되면 재결정화되어 폴리에틸렌 수축이 초래된다. 이러한 수축은 사이드 바이 사이드 섬유의 한 면상에 힘을 유도하여 섬유가 임의의 방향으로 자유롭게 움직이는 것을 제한하는 다른 주요한 힘이 없다면 섬유를 곱슬지게 하거나 감기게 한다. 차가운 FDU를 사용함으로써 통상의 고온 FDU를 통해 처리된 섬유의 경우 통상적인 타이트한 나선형 방식으로 섬유가 곱슬거리지 않도록 섬유가 구성된다. 대신에 섬유는 더욱 느슨하고 무작위로 곱슬 모양이 됨으로써 섬유에 더 많은 z-방향 로프트를 부여한다. 도 6에 전형적인 타이트한 크림프를 보이는, 통상의 고온 FDU로부터 제조된 섬유가 도시된다. 이에 반해서 도 7은 하이 로프트 웹을 가져오는 훨씬 더 이완된 거시적 크림프를 보이는, 주변온도에서 비-가열된 FDU로부터 제조된 섬유를 보여준다.

크림프의 타입 및 양에 영향을 줄 수 있는 인자는 제1 가열지대의 열 하에서 웹의 체류시간을 포함한다. 크림프에 영향을 주는 다른 인자는 섬유 데니어, 중합체 타입, 단면 형상 및 기본 중량과 같은 재료 성질을 포함할 수 있다. 진공, 송풍 공기, 또는 결합으로 섬유를 제한하는 것도 본 발명의 하이 로프트, 저밀도 웹에서 달성될 필요가 있는 크림프의 양과 결과의 로프트 또는 벌크에 영향을 준다. 그러므로 섬유가 냉각지대에 들어올때 섬유를 형성 와이어(27)나 제2 와이어(35)에 고정할 어떠한 진공도 적용되지 않는다. 유사하게 냉각지대에서 실제적 또는 필요한 정도로 송풍 공기가 조절 또는 제거된다.

본 발명의 한 측면에 따르면 와이어 아래의 진공의 정도, FDU 압력, 및 FDU로부터 와이어 표면까지 형성 높이에 의해 조절되는 높은 MD배향도로 섬유가 형성 와이어상에 퇴적될 수 있다. 높은 MD배향도는 아래에 더욱 상술되는 바와 같이 웹에 매우 높은 로프트를 부여하는데 사용될 수 있다. 게다가 특정 섬유 및 처리 매개변수에 따라 FDU의 기류는 웹의 로프트에 싱글링 효과와 같은 특정 형상 특성을 생성하는데 도움이 될 수 있는 자연 진동수를 보인다.

섬유(23)가 제1 가열지대에서 기류에 의해 가열되고 형성 와이어(27)에 의해 제2 와이어(35)에 통과되는 도 1의 예시적인 실시양태에 따르면 이론에 얽매임이 없이 다음을 포함한 여러 크림핑 메카니즘이 섬유의 로프팅을 보조하는 것으로 판단된다:

-와이어 아래 배출부는 주변 공기를 빨아들임으로써 웹을 냉각하여 결합을 방지하지만 로프트 형성을 제한하고,

-웹이 진공지대에서 제2 와이어로 운반될때 진공의 힘이 제거되어 구속되지 않는 섬유가 자유롭게 크림프를 형성하고,

-고 MD 배향된 표면층의 기계적 MD 표면층 수축은 표면 섬유를 버클링(buckling)시키고,

-고 MD 배향된 표면 주름잡기 및 결합은 계속 전단하는 표면 아래 섬유를 남기므로 기계적 전단이 유도됨으로써 층의 싱글링 유도에 의해 로프트가 생성되고,

-FDU 기류의 자연 진동수에서 기계적 버클링 패턴이 생성되어서 동일 진동수에서 가열된 섬유가 로프팅되며,

-진공 영역을 떠나 섬유가 형성 와이어(27)로부터 방출되고 이후 진공 장치(29) 쪽으로 뒤로 당겨지므로 기계적 힘이 생성되고, 그리고

-마찰전기에 의한 정적인 전하가 웹상에 형성되어 섬유를 서로 밀어냄으로써 웹 내에 추가 로프트를 야기시킨다.

도 2에서 본 발명에 따른 크림핑된 섬유로 형성된 z-방향 성분을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹(51)의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면 사진이 도시된다. 웹은 형성 와이어상에 섬유의 저 기계방향 배향 퇴적과 웹을 경화하는 관통 에어본딩으로 형성된다. 크림핑은 무작위, 불균일 z-방향 배향을 하는 섬유를 형성한다. 도시된 바와 같이 섬유간의 공간도 무작위로 분포되어서 불규칙한 간격의 틈새를 생성한다. 웹을 통해 가열된 공기를 빨아들여 웹을 하이 로프트 상태로 정착시키는 관통 에어본딩은 웹의 초기 로프트를 약간 붕괴시킨다. 웹의 로프트는 약 0.25인치이다.

도 3에서 본 발명에 따른 크림핑된 섬유로 형성된 z-방향 성분을 갖는 매우 높은 로프트, 저밀도 부직 웹(53)의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면 사진이 도시된다. 웹은 형성 와이어상에 섬유의 저 기계방향 배향 퇴적과 웹을 경화시키는 송풍 또는 빨아들인 공기에 의해 웹이 교란되지 않는 정적인 에어본딩으로 형성된다. 크림핑은 무작위, 불균일 z-방향 배향을 하는 섬유를 형성한다. 도시된 바와 같이 섬유간의 공간도 무작위로 분포되어서 불규칙한 간격의 틈새를 생성한다. 웹을 통해 가열된 공기를 빨아들이지 않고 웹을 하이 로프트 상태로 경화시키는 정적인 에어본딩은 웹의 초기 로프트를 거의 붕괴시키지 않는다. 웹의 로프트는 약 0.5625인치이다.

도 4에서 본 발명에 따른 크림핑된 섬유로 형성되며 FDU 기류의 자연 진동수와 실질적으로 유사한 진동수에서 (59)에서 처럼 z-방향 버클링을 보이는 싱글링된 층(집합적으로 57)을 포함한 z-방향 성분을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹(55)의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면 사진이 도시된다. 싱글링과 이의 버클링은 성질에 있어서 실질적으로 불규칙 또는 무작위적이지만 웹 내에 더 높은 로프트와 더 큰 개방 공간을 제공한다. 웹은 형성 와이어상에 섬유의 고 기계방향 배향 퇴적과 관통 에어본딩으로 형성된다. 크림핑은 무작위, 불균일 z-방향 배향을 하는 섬유를 형성한다. 웹을 통해 가열된 공기를 빨아들여 웹을 하이 로프트 상태로 경화하는 관통 에어본딩은 웹의 초기 로프트를 약간 붕괴시킨다. 웹의 로프트는 약 0.3125인치이다.

도 5에서 본 발명에 따른 크림핑된 섬유로 형성되며 FDU 기류의 자연 진동수와 실질적으로 유사한 진동수에서 z-방향 버클링(59)을 갖는 싱글링된 층(57)을 포함한 z-방향 성분을 갖는 매우 높은 로프트, 저밀도 부직 웹(57)의 기계 방향 축을 따르는 측면 사진 또는 단면 사진이 도시된다. 싱글링과 이의 버클링은 성질에 있어서 실질적으로 불규칙 또는 무작위적이지만 웹 내에서 더 높은 로프트와 더 큰 개방 공간을 제공한다. 웹은 형성 와이어상에 섬유의 고 기계방향 배향 퇴적과 웹을 초기에 크림핑된 모양으로 경화하는 정적인 에어본딩으로 형성된다. 크림핑은 무작위, 불균일 z-방향 배향을 하는 섬유를 형성한다. 웹을 통해 가열된 공기를 빨아들이지 않고 웹을 하이 로프트 상태로 경화하는 정적인 에어본딩은 웹의 초기 로프트를 거의 붕괴시키지 않는다. 웹의 로프트는 약 1.0인치이다.

4.5데니어 PRISM섬유를 써서 약 0.14인치 로프트, 약 2.9osy 기본중량 및 0.027g/cc 밀도로 하이 로프트 저밀도 웹이 제조되고 투과성, FIFE 유입, 역류, 여과 효율, 및 수평 위킹이 테스트 된다. 결과는 각 카테고리에서 0.12인치 로프트, 2.9osy 기본중량 및 0.032g/cc 밀도를 갖는 공지 하이 모세관 본딩 카딩된 웹에 비해 일반적으로 탁월하다. TSI시설상의 침투 테스트에서 측정되는 본 발명 웹의 효율은 일반적으로 55% 초과 또는 미만으로 테스트된다. 구체적으로 본 발명의 웹은 본딩 카딩된 웹의 경우의 각각 2500 다시스(darcies), 10초, 20그램에 비해서 3500다시스의 투과성, 6초의 FIFE 유입, 14그램의 역류를 보인다.

테스트 방법 및 재료

기본 중량: 3인치(7.6cm) 직경의 원형 샘플을 절단하고 저울을 사용하여 중량을 잰다. 중량은 그램 단위로 기록된다. 샘플 면적으로 중량을 나눈다. 5개의 샘플을 측정하고 평균을 낸다.

재료 캘리퍼(두께): 재료의 캘리퍼는 두께의 측정치이고 STARRET^R-타입 벌크 테스트기로 0.05psi(3.5g/cm²)에서 밀리미터 단위로 측정된다. 샘플을 4인치×4인치(10.2cm×10.2cm)사각형으로 절단하고 5개의 샘플을 측정하고 평균을 낸다.

밀도: 샘플 단위면적당 중량(gsm)을 재료 두께(mm)로 나누어 재료의 밀도가 계산된다. 위에서 언급된 대로 캘리퍼는 0.05psi(3.5g/cm²)에서 측정되어야 한다. 이 값을 입방 센티미터당 그램(g/cc)으로 전환시키기 위해 결과에 0.001을 곱한다. 총 5개의 샘플에 대해 밀도가 평가되고 평균을 낸다.

투과도: 액체의 흐름에 대한 재료의 저항성 측정으로 투과도가 수득된다. 점성이 알려진 한 액체를 주어진 두께의 재료를 통해 일정한 유속으로 강제 통과시키고 압력 강하로 측정되는 흐름에 대한 저항성이 모니터링된다. 투과도 결정을 위해 다음과 같이 다시의 법칙이 사용된다:

투과도=[유속×두께×점도/압력 강하][방정식 1]

여기서 단위는

투과도: cm²또는 Darcy 1Darcy=9.87×10^-9cm²

유속: cm/초

점도: 파스칼-초

압력 강하: 파스칼

장치는 실린더 내에서 피스톤이 측정될 샘플을 통해 액체를 미는 배열로 구성된다. 수직으로 배향된 2개의 알루미늄 실린더 사이에 샘플이 고정된다. 두 실린더는 3.5인치(8.9cm)의 외경과 2.5인치(6.35cm)의 내경과 약 6인치(15.2cm)의 길이를 갖는다. 3인치 직경의 웹 샘플이 외부 가장자리에 의해 제자리에 고정되어 장치 내에 완전히 포함된다. 하부 실린더는 일정한 속도로 실린더 내에서 수직으로 움직일 수 있고 피스톤에 의해 지탱되는 액체 칼럼이 직면하는 압력을 측정할 수 있는 압력 트랜스듀서에 연결된 피스톤을 갖는다. 액체 칼럼이 샘플과 접촉하여 이를 밀어낼 때까지 측정되는 추가 압력이 없도록 트랜스듀서는 피스톤과 함께 움직이도록 위치된다. 이 순간에 측정된 추가압력은 재료를 통한 액체 흐름에 대한 재료의 저항성 때문이다. 피스톤은 스테퍼 모터에 의해 구동되는 미끄럼 장치에 의해 움직인다. 액체가 샘플을 밀어낼 때까지 일정한 속도로 피스톤을 이동시킴으로써 테스트가 시작된다. 이후 피스톤이 정지되고 기준선 압력이 기록된다. 이것은 샘플의 부력 효과를 보정한다. 이후 새로운 압력을 측정하기에 적합한 시간 동안 운동이 재개된다. 두 압력간의 차이는 액체 흐름에 대한 재료의 저항성 때문이고 방정식 1에서 사용된 압력 강하이다. 피스톤의 속도는 유속이다. 점도가 알려진 임의의 액체가 사용될 수 있지만 재료를 습윤하는 액체가 포화된 흐름을 보장하므로 선호된다. 20cm/분의 피스톤 속도, 점도 6센티포이제의 미네랄 오일(Peneteck Technical Mineral Oil, Penreco, Los Angeles, CA 제조)를 사용하여 측정이 수행된다.

수평 위킹:이 테스트는 포의 단지 한 단부가 액체에 잠기고 포가 수평일때 포에서 액체가 얼마나 멀리 이동하는가를 측정한다. 테스트될 포는 기계방향으로 1인치(2.5cm)×8인치(20.3cm)스트립으로 절단하여 준비된다. 샘플 중량을 재고 긴 치수 방향으로 0.5인치(13mm) 마다 표시한다. 샘플을 5인치(12.7cm)×10인치(25.4cm) 수평 와이어 그리드상에 두고 와이어상에 평평하게 유지되도록 약간 누른다. 반 인치의 샘플의 한 단부가 염색된 8.5g/l 염수 용액 10ml를 담고있는 0.5인치 깊이×0.5인치 폭×5인치 길이 저장원에 잠긴다. 저장원에서 샘플의 단부는 역시 염수 용액에 잠긴 1.5인치(3.8cm)길이와 5/16인치(7.9mm)직경의 원통형 유리 교반봉으로 제자리에 유지된다. 20분간 샘플의 한 단부가 저장원에서 잠긴상태로 유지되고 이후 조심스럽게 저장원 밖으로 수평으로 당기고 각 0.5인치 표시에서 절단하고 각 부위의 중량을 잰다.

습한 샘플 중량에서 건조 샘플 중량을 빼면 유체 그램을 알 수 있으며 저장원에 잠긴 0.5인치는 고려되지 않는다. 위킹된 총 거리가 위킹된 유체의 총 그램과 함께 기록된다.

NaCl효율:NaCl효율 테스트로부터 모든 여과 효율 데이터가 수집된다. NaCl효율은 포나 웹이 이를 통한 작은 입자의 통과를 막는 능력의 측정이다. 효율이 높을수록 일반적으로 더 바람직하고 입자를 제거하는 능력이 더 크다. NaCl효율은 0.1마이크론(Fm) 크기의 NaCl입자를 사용하여 분당 32리터의 유속으로 TSI Inc., Model 8130 자동 필터 테스트기 작동 매뉴얼에 따라 %로 측정되고 3개의 샘플에 대한 평균으로 기록된다. 테스트 매뉴얼은 TSI Inc., Particle Instrument Division, 500 Cardigan Rd, Shoreview, Minn. 55126으로부터 입수하거나 www.tsi.com을 방문할 수 있다. 이 테스트로 또한 동일 입자 크기 및 공기 유속을 사용하여 포를 가로지르는 압력 차이를 수득할 수 있다.

유체 유입 및 역류 평가(FIFE)는 복합체의 유입 능력을 측정하기 위해 수행된다. FIFE는 구조물의 상부상에 수직으로 놓인 원통형 칼럼에 한정된 양의 0.9% 염수 용액을 부어서 구조물에 유입시키고 유체가 구조물에 의해 유입되는데 걸리는 시간을 기록하여 수행된다. 테스트될 샘플을 평탄한 표면에 놓고 샘플 상부에 FIFE 테스트 장치를 놓는다. FIFE 테스트 장치는 위에 내경이 30mm인 실린더가 중앙에 위치한 35.3×20.3cm의 직사각형 플렉시글래스 편으로 구성된다. 이 평탄한 편은 실린더에 대응하는 38mm 구멍을 가져서 이를 통해 유체가 실린더로부터 샘플로 통과할 수 있다. 실린더는 기저귀 크로치에서 흡수 패드 상부나 전방으로부터 2" 거리에 집중된다. FIFE 테스트 장치 중량은 517g이다.

유입시간은 전형적으로 초 단위로 기록된다. 샘플을 2.5인치×7인치 거즈로 절단하고 기저귀용 서지층으로서 시판 4단계 하기스 울트라트림(TM)에 삽입한다. 이후 한번에 100ml씩 3회 샘플에 유체를 유입시키고 유체가 완전 흡수되는 시간과 다음 유입 시간 사이에 15분 대기한다.

3번째 투입후에 상부에 한 장의 압지를 두고 0.5psi의 압력하에서 진공박스에 재료가 배치된다. 압지는 Fort James Corporation에 의해 제조된 110파운드 Verigood 종이이고 크기는 3.5×12인치(8.9×30.5cm)이다. 테스트 전후 압지 중량을 재고 탈착된 유체의 그램으로 결과의 차이가 역류값으로 기록된다.

본 발명에 따른 하이 로프트, 저밀도 웹은 여과 매체, 및 흡수제품의 유체 분배 또는 흡수층용으로 바람직할 수 있으며 추가로 다양한 절연 타입 포용으로 적합할 수 있는 탁월한 유체 취급 특성을 제공한다고 판단된다. 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는 이에 국한되지 않으면서 섬유 데니어, 퇴적 속도, 가열 및 냉각 속도, 및 여기서 기술된 대로 크림핑 공정을 방해하기 위해 적용되는 힘의 정도를 포함한 많은 웹 특성을 조절하여서 다양한 하이 로프트, 저밀도 형상을 생성할 수 있음을 인식할 것이다.

위 명세서에서 본 발명이 특정 선호되는 실시양태에 관련하여 기술되고 많은 세부사항이 예시를 목적으로 기술될지라도 본 발명의 추가 실시양태가 가능하고 여기서 기술된 세부사항의 일부는 본 발명의 기본 원리에서 벗어나지 않으면서 상당히 변화될 수 있음은 당해 분야의 숙련된 자에게는 명백할 것이다.

Claims

a) 비-가열된 FDU에서 A/B사이드 바이 사이드 형상의 크림핑 가능하고 실질적으로 연속이고 스펀본딩된 이성분 섬유군을 형성하고 섬유군을 형성 와이어 상에 배치하고;

b) 섬유 한면의 분자 배향의 이완을 유도하도록 충분한 시간 및 온도에서 섬유를 제1 가열하고;

c) 상기 제1 가열 후에 섬유가 서로 결합하는 온도 아래로 섬유군을 냉각하여서 섬유에 크림핑을 유도하고; 그리고

d) 단계b) 및 단계c)를 수행할때 섬유의 크림핑을 방해하는 경향이 있는 힘을 조절하거나 최소화함으로써 섬유가 z-방향으로 크림핑되게 하는 단계를 포함하는 x차원(기계방향), y차원(기계가로방향) 및 z차원(로프트 방향)을 갖는 하이 로프트, 저밀도 부직 웹 제조방법.
제1항에 있어서, 섬유군을 재가열하여 섬유가 서로 결합되게 함으로써 안정적인 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제1항에 있어서, 단계b) 및 단계c) 이후에 섬유군의 최초 로프트 높이를 유지하도록 충분한 가열 또는 공기 흐름 상태, 또는 둘 다 하에서 섬유군을 재가열하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제3항에 있어서, 재가열 열이 약 450℉ 이하인 제조방법.
제3항에 있어서, 재가열 동안 유도된 공기 이동이 없는 제조방법.
제1항에 있어서, 섬유군이 약 25fpm 이상의 속도로 재가열 지대를 통해 운반되는 제조방법.
제1항에 있어서, 단계b) 및 단계c) 이후에 섬유군의 최초 로프트 높이를 감소시키도록 충분한 가열 또는 공기 흐름 상태, 또는 둘 다 하에서 섬유군을 재가열하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제1항에 있어서, 제1 가열 이전에 섬유군을 비관능적으로 결합하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제1항에 있어서, 섬유가 형성 와이어상에 배치되는 곳에서 와이어 아래에 진공을 적용하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제9항에 있어서, 제1 가열 이후에 형성 와이어 아래의 진공을 제거 또는 감소시키는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제1항에 있어서, 단계b) 및 단계c) 동안에 송풍 공기를 제거 또는 감소시키는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제1항에 있어서, 높은 기계방향 배향도로 섬유를 형성 와이어에 적용하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
제1항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 포함하는 음향 절연 재료.
제1항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹을 포함하는 열 절연 재료.
제13항에 있어서, 웹 내에 함유된 입자를 더욱 포함하는 음향 절연 재료.
제14항에 있어서, 웹 내에 함유된 입자를 더욱 포함하는 열 절연 재료.
제1항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제17항에 있어서, 웹의 기본 중량이 약 0.3osy 내지 약 25osy인 웹.
제17항에 있어서, 웹의 밀도가 약 0.002g/cc 내지 약 0.05g/cc인 웹.
제17항에 있어서, 로프트가 약 0.02인치 내지 약 1.50인치인 웹.
제17항에 있어서, 기본 중량이 약 0.5osy이고 로프트가 약 0.03내지 약 0.3인치이고 밀도가 약 0.022g/cc 내지 약 0.002g/cc인 웹.
제17항에 있어서, 기본 중량이 약 3.0osy이고 로프트가 약 0.1인치 내지 약 1.5인치이고 밀도가 약 0.04g/cc 내지 약 0.003g/cc인 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 웹의 제1 주 표면에서 실질적으로 규칙적인 파형을 보이는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 실질적으로 일정한 진동수에서 z-방향 버클링을 보이는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중합체를 포함하는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 PET, 코폴리-PP+3%PE, PLA, PTT, 나일론, 및 PBT를 포함한 군에서 선택된 중합체를 포함하는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 펜타로벌, 트리-T, 중공체, 리본, X, Y, H, 및 비대칭을 포함한 군에서 선택된 단면 형상을 포함하는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 웹에서 서로 일체로 결합되는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 무작위로 크림핑 되어서 웹의 로프트를 생성할 실질적으로 불균일한 z-방향 배향 및 버클링된 z-배향 지대의 싱글링된 층을 포함한 불균일한 섬유 배향을 갖는 로프팅된 재료를 생성하는 웹.
제17항에 있어서, 섬유가 무작위로 크림핑 되어서 웹의 로프트와 크림핑된 섬유 간에 불규칙한 간격의 틈새를 생성할 불균일한 z-방향 배향을 포함한 불균일한 섬유 배향을 갖는 로프팅된 재료를 생성하는 웹.
제2항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제3항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제4항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제5항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제6항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제7항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제8항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제9항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제10항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제11항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.
제12항의 방법에 따라 제조된 하이 로프트, 저밀도 부직 웹.