KR20050088372A - 스테이플 섬유를 함유하는 얽힌 직물 - Google Patents

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KR20050088372A
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랠프 앤더슨
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 섬유상 성분과 수력식으로 얽힌 부직웹을 함유하는 얽힌 직물을 제공한다. 부직웹은 스테이플 섬유로 형성되고, 크레이핑된다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 부직웹은 크레이핑 및 점접합된 카디드 웹이다. 본 발명에 따르면, 점접합된 부직웹이 종종 수반하는 불량한 액체 취급 용량이 발생하는 일 없이 우수한 액체 취급성을 달성할 수 있다. 사실상, 본 발명의 얽힌 직물은 벌크, 연성 및 모세관 장력이 향상될 수 있다.

Description

스테이플 섬유를 함유하는 얽힌 직물 {ENTANGLED FABRICS CONTAINING STAPLE FIBERS}
가정용 및 산업용 와이퍼는 극성 액체 (예를 들어, 물 및 알코올)와 비극성 액체 (예를 들어, 오일) 모두를 신속히 흡수하는 데 종종 사용된다. 와이퍼는 가압하여, 예컨대 비틀어 짜서 액체가 제거되기를 원할 때까지 와이퍼 구조 내에 액체를 보유할 수 있는 충분한 흡수력을 가져야 한다. 또한, 와이퍼는 사용 중에 종종 인가되는 인열, 신장 및 마모시키는 힘을 견디기 위하여 우수한 물리적 강도 및 내마모성을 갖고 있어야 한다. 더욱이, 와이퍼는 또한 촉감이 부드러워야 한다.
종래에는, 멜트블로운 부직웹과 같은 부직포가 와이퍼로서 널리 사용었다. 멜트블로운 부직웹은 액체를 흡수 및 보유하기에 적합한, 섬유간 모세관 구조를 갖는다. 그러나, 멜트블로운 부직웹은 아주 튼튼한 와이퍼 (heavy-duty wiper)로 사용하기 위해 필수적인 물성, 예를 들어 인열 강도 및 내마모성이 종종 부족하다. 결과적으로, 멜트블로운 부직웹은 통상 지지층, 예를 들어 마모시키거나 거친 표면에 사용하기에는 바람직하지 않을 수 있는 스펀본드 부직웹에 적층된다.
멜트블로운 부직웹보다 두껍고 더 강한 섬유를 함유하며, 통상 열 및 압력으로 점접합되는 스펀본드 및 스테이플 섬유 부직웹은 인열 강도 및 내마모성을 비롯한, 우수한 물성을 제공할 수 있다. 그러나, 스펀본드 및 스테이플 섬유 부직웹은 와이퍼의 흡착 특성을 증진시키는 미세한 섬유간 모세관 구조가 부족한 경우가 있다. 더욱이, 스펀본드 및 스테이플 섬유 부직웹은 부직웹 내에서의 액체의 유동 또는 전달을 억제할 수 있는 접합점을 흔히 함유한다.
이와 같이, 강하고 부드러우며, 또한 다양한 와이퍼 적용에 사용하기 위한 우수한 흡수성을 보이는 직물이 여전히 요구되고 있다.
<발명의 요약>
본 발명의 일 측면에 따라, 섬유 형성 방법이 개시된다. 이 방법은 제1 표면 및 제2 표면을 규정하는 접합된 부직웹의 형성을 포함한다. 접합된 부직웹은 스테이플 섬유를 포함한다. 스테이플 섬유는 임의의 공지된 스테이플 섬유 형성 방법을 사용하여 다양한 재료로부터 형성될 수 있다. 폴리에스테르, 나일론, 레이온 및 이들의 조합물을 예로 들 수 있다. 더욱이, 일 실시양태에서, 스테이플 섬유는 또한 다성분 섬유를 함유할 수 있다.
부직웹이 형성된 후, 상기 웹의 제1 표면을 제1 크레이핑 표면에 접착한 후, 웹을 크레이핑시킨다. 일 실시양태에서, 예를 들면 부직웹의 제1 표면이 이격된 패턴을 따라 크레이핑 표면에 접착되도록, 크레이핑 접착제를 부직웹의 제1 표면에 이격된 패턴으로 도포한다. 더욱이, 일부 실시양태에서, 부직웹의 제2 표면을 또한 제2 크레이핑 표면에 접착한 후, 웹을 크레이핑시킬 수 있다. 요구되는 바는 아니지만, 웹의 두 표면을 크레이핑하는 것은 얻어지는 직물의 특정한 특성을 종종 증진시킬 수 있다.
이어서, 크레이핑된 부직웹은 섬유상 성분과 수력식으로 얽힌다. 원하는 경우, 크레이핑된 부직웹은 셀룰로오스 섬유를 포함하는 섬유상 재료와 얽힐 수 있다. 셀룰로오스 섬유 이외에, 섬유상 재료는 합성 스테이플 섬유 등 다른 종류의 섬유를 더 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 섬유상 성분은 직물의 약 50 중량％ 초과, 일부 실시양태에서 직물의 약 60 내지 약 90 중량％를 구성한다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 셀룰로오스 섬유를 포함하는 섬유상 성분과 수력식으로 얽혀 있는 크레이핑된 부직웹을 포함하는 복합 직물이 개시된다. 크레이핑된 부직웹은 스테이플 섬유를 포함한다. 섬유상 성분은 직물의 약 50 중량％ 초과, 일부 실시양태에서 직물의 약 60 내지 약 90 중량％를 구성한다. 또한, 일부 실시양태에서, 스테이플 섬유는 다성분 섬유를 포함하며, 부직웹은 점접합된 카디드 웹이다.
이하, 본 발명의 다른 특징 및 측면을 더욱 자세히 설명하기로 한다.
본 발명의 최선의 실시양태를 포함하는, 충분하고 합법적인 본 발명의 개시 내용은 통상의 당업자에게 하기와 같은 첨부 도면을 참고로 하여 명세서의 나머지 부분에서 보다 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따라 부직 기재를 크레이핑시키는 방법의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른, 수력식으로 얽힌 복합 직물을 형성하는 방법의 개략도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 부호를 반복적으로 사용하는 것은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 및 요소를 나타내기 위함이다.
<대표적인 실시양태에 대한 상세한 설명>
본 발명의 다양한 실시양태에 대해 상세히 언급하며, 이들의 하나 이상의 예를 하기에 설명한다. 각각의 예는 본 발명을 설명하기 위해 제공되는 것이지, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 사실, 본 발명에 있어서 다양한 변형 및 수정이 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시양태의 일부로서 도시되거나 설명된 특징이 다른 실시양태에 사용되어 또 다른 실시양태를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 변형 및 수정을 첨부된 청구의 범위 및 그의 균등물에 따르는 것으로 포함하고자 한다.
<정의>
본원에서 사용된 용어 "부직포 또는 웹"은 얽혀 있지만, 그러나 편직물에서와 같이 확인가능한 방식이 아닌 개별 섬유 또는 실의 구조를 갖는 웹을 의미한다. 부직포 또는 웹은, 예를 들어 멜트블로우잉 공정, 스펀본딩 공정, 접합 카디드 웹 공정 등의 수많은 공정으로부터 형성되었다.
본원에서 사용된 용어 "카디드 웹"은 코밍 (combing) 또는 카딩 기기를 통해 보내진 스테이플 섬유로부터 제조된 웹을 지칭하며, 이는 섬유를 분리하거나 서로 떨어뜨리고 정렬하여 부직웹을 형성한다.
본원에 사용된 용어 "다성분 섬유"는 2종 이상의 중합체 성분으로 형성된 섬유를 의미한다. 이러한 섬유는 통상 개별 압출기로부터 압출되지만, 함께 방사되어 하나의 섬유를 형성한다. 각 성분의 중합체는 통상 서로 상이하지만, 다성분 섬유는 유사하거나 동일한 중합체 재료의 개별 성분을 포함할 수 있다. 개별 성분은 섬유의 단면을 가로질러 사실상 일정하게 위치된 별개의 영역들 내에 통상 배치되고, 사실상 섬유의 전체 길이를 따라 연장된다. 이러한 섬유의 구성은, 예를 들어 병렬식 배열, 파이형 배열, 또는 임의의 다른 배열일 수 있다. 이성분 섬유 및 그의 제조 방법은 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 가네꼬 (Kaneko) 등의 미국 특허 제 5,108,820 호, 크루이지 (Kruege) 등의 미국 특허 제 4,795,668 호, 파이크 (Pike) 등의 미국 특허 제 5,382,400 호, 스트랙 (Strack) 등의 미국 특허 제 5,336,552 호 및 마르몬 (Marmon) 등의 미국 특허 제 6,200,669 호에 교시되어 있다. 섬유 및 이를 함유하는 개별 성분들은 또한 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 호글 (Hogle) 등의 미국 특허 제 5,277,976 호, 힐스 (Hills)의 미국 특허 제 5,162,074 호, 힐스의 미국 특허 제 5,466,410 호, 라그만 (Largman) 등의 미국 특허 제 5,069,970 호 및 라그만 등의 미국 특허 제 5,057,368 호에 기재된 것들과 같은 다양한 불규칙 형상을 가질 수 있다.
본원에 사용된 용어 "펄프"는 목질 및 비목질 식물과 같은 천연 자원으로부터 얻은 섬유를 의미한다. 목질 식물은, 예를 들어 낙엽수 및 침엽수를 포함한다. 비목질 식물은, 예를 들어 목화, 아마, 아프리카 수염새, 유액 분비 식물 (milkweed), 짚, 황마, 대마 및 버개스 (bagasse)를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "평균 섬유 길이"는 카자니 오와이 일렉트로닉스사 (Kajaani Oy Electronics; 핀란드 카자니 소재)로부터 입수가능한 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-100을 사용하여 측정된 펄프 섬유의 가중 평균 길이를 의미한다. 시험 절차에 따라, 펄프 샘플을 섬유 다발 또는 결속 (結束) 섬유가 존재하지 않도록 침연액 (macerating liquid)으로 처리한다. 각각의 펄프 샘플은 고온수 내에서 분해되고 대략 0.001 ％ 용액으로 희석된다. 개별 시험 샘플은 표준 카자니 섬유 분석 시험 절차를 사용하여 시험시 희석 용액으로부터 대략 50 내지 100 ㎖를 분취한다. 가중 평균 섬유 길이는 하기 수식으로 나타낼 수 있다.
여기서,
k = 최대 섬유 길이,
xi = 섬유 길이,
ni = 길이가 xi인 섬유의 개수, 및
n = 측정된 섬유의 총개수.
본원에 사용된 용어 "평균 섬유 길이가 짧은 펄프"는 상당량의 단섬유와 비섬유 입자를 함유하는 펄프를 지칭한다. 많은 2차 목재 섬유 펄프는 평균 섬유 길이가 짧은 펄프로 생각될 수 있지만, 2차 목재 섬유 펄프의 품질은 재생 섬유의 품질 및 이전 공정의 형태와 양에 좌우될 것이다. 평균 섬유 길이가 짧은 펄프는, 예를 들어 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-100 (핀란드 카자니 소재의 카자니 오와이 일렉트로닉스사 제조)과 같은 광학 섬유 분석기에 의해 측정되는 바와 같이 약 1.2 mm 미만의 평균 섬유 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 섬유 길이가 짧은 펄프의 평균 섬유 길이는 약 0.7 내지 1.2 mm일 수 있다. 대표적인 평균 섬유 길이가 짧은 펄프는 1차 경목재 (virgin hardwood) 펄프, 및 예를 들어 사무 폐기물, 신문 용지 및 판지 부스러기와 같은 원료로 만들어진 2차 섬유 펄프를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "평균 섬유 길이가 긴 펄프"는 비교적 소량의 단섬유 및 비섬유 입자를 함유하는 펄프를 지칭한다. 평균 섬유 길이가 긴 펄프는 통상 특정한, 2차가 아닌 (즉, 1차) 섬유로부터 형성된다. 체질된 2차 섬유 펄프도 평균 섬유 길이가 길 수 있다. 평균 섬유 길이가 긴 펄프는, 예를 들어 카자니 섬유 분석기 모델 번호 FS-100 (핀란드 카자니 소재의 카자니 오와이 일렉트로닉스사 제조)과 같은 광학 섬유 분석기에 의해 측정되는 바와 같이 약 1.5 mm를 초과하는 평균 섬유 길이를 통상 갖는다. 예를 들어, 평균 섬유 길이가 긴 펄프의 평균 섬유 길이는 약 1.5 mm 내지 약 6 mm일 수 있다. 목재 섬유 펄프인 대표적인 평균 섬유 길이가 긴 펄프는, 예를 들어 표백 및 무표백 1차 연목재 (virgin softwood) 섬유 펄프를 포함한다.
본원에 사용된 용어 "가열 점접합"이란 작은, 별개의 접합점을 형성하는 접합 방법을 말한다. 예를 들어, 가열 점접합은 가열된 압연 롤과 앤빌 (anvil) 롤 사이에서 접합시킬 직물 또는 섬유의 웹을 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 압연 롤은 통상 (항상은 아니지만) 몇몇 방식으로 패턴화되어 전체 직물이 그의 전체 표면에 걸쳐 접합되지는 않도록 하며, 앤빌 롤은 통상 평편하다.
본원에 사용된 용어 "접합되지 않은 패턴" 또는 "점접합되지 않은"이란 복수개의 별개의 비접합 영역을 한정하는 연속적인 접합 영역을 갖는 패턴을 형성하는 접합 방법을 지칭한다. 부직 재료가 접합되지 않은 패턴을 형성하기 위해 적합한 일 방법은 부직포 또는 웹을 제공하는 단계, 대향하여 위치한 제1 및 제2 압연 롤을 제공하며, 이들 롤들 중 하나 이상은 가열되고, 그의 최외각 표면 상에 복수 개의 별개의 개방부, 개구 또는 구멍을 한정하는 랜드 (land) 영역의 연속적인 패턴을 비롯한 접합 패턴을 가지며, 이들 롤들 사이에 닙을 한정하는 단계, 및 롤에 의해 형성된 닙 내에 부직포 또는 웹을 통과시키는 것을 포함한다. 연속적인 랜드 영역에 의해 한정된 롤 또는 롤들 내의 각각의 개방부는 웹의 섬유 또는 필라멘트가 사실상 또는 완전히 비접합된, 부직포 또는 웹의 적어도 한 표면에서 접합되지 않은 별개의 영역을 형성한다. 별법으로서, 롤 또는 롤들의 랜드 영역의 연속 패턴은 부직포 또는 웹의 적어도 한 표면 상에 복수 개의, 접합되지 않은 별개의 영역을 한정하는 접합 영역의 연속 패턴을 형성한다.
본원에 사용된 용어 "통기식 접합"은 제조된 웹의 섬유의 중합체의 일부를 용융시킬 정도로 충분히 고온인 공기를 웹에 강제로 통과시키는 부직웹의 접합 방법을 지칭한다. 중합체의 용융 및 재고화가 접합을 제공한다.
본원에 사용된 용어 "초음파 접합"은, 예를 들어 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 보른스라에거 (Bornslaeger)의 미국 특허 제 4,374,888 호에 예시된 바와 같은 초음파 나팔 및 앤빌 롤 사이로 직물을 통과시킴으로써 수행되는 방법을 지칭한다.
일반적으로, 본 발명은 섬유상 성분과 수력식으로 얽혀 있는 부직웹을 함유하는 얽힌 직물에 관한 것이다. 부직웹은 스테이플 섬유로부터 형성되며, 크레이핑된다. 예를 들면, 일 실시양태에서, 부직웹은 크레이핑 및 점접합된 카디드 웹이다. 놀랍게도, 본 발명에 따르면, 점접합된 부직웹이 종종 수반하는 불량한 액체 취급 용량이 발생하는 일 없이 우수한 액체 취급성을 달성할 수 있다. 사실상, 본 발명의 얽힌 직물은 벌크, 연성 및 모세관 장력이 향상될 수 있다.
본 발명의 직물에 사용되는 부직웹은 다양한 각종 방법에 의해, 다양한 각종 재료로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 일성분 섬유 및(또는) 다성분 스테이플 섬유를 비롯한 스테이플 섬유는 통상 단독으로 또는 다른 섬유 (예컨대, 연속 섬유)와 함께 부직웹을 형성하는 데 사용된다. 스테이플 섬유는 종종 약 1 내지 약 150 밀리미터, 일부 실시양태에서 약 5 내지 약 50 밀리미터, 일부 실시양태에서 약 10 내지 약 40 밀리미터, 일부 실시양태에서 약 10 내지 약 25 밀리미터의 섬유 길이를 갖는다. 일반적으로, 스테이플 섬유는 종래의 카딩 방법, 예컨대 모직 또는 면직 카딩 방법을 사용하여 카딩된다. 그러나, 에어 레이드 (air laid) 또는 웨트 레이드 (wet laid) 방법과 같은 다른 방법을 사용하여 스테이플 섬유 웹을 형성할 수도 있다.
스테이플 섬유의 제조에 사용하기에 적합한 각종 중합체 재료가 알려져 있다. 예로서 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴라아미드뿐만 아니라 용융 방사성 및(또는) 섬유 형성 중합체를 들 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 본 발명을 실시하는 데 사용될 수 있는 폴리아미드는 공중합체 및 그의 혼합물을 포함하는, 당업자에게 공지된 임의의 폴리아미드일 수 있다. 폴리아미드 및 그의 합성 방법의 예는 문헌 [돈 이. 플로이드 (Don E. Floyd)의 "Polymer Resins" (Library of Congress Catalog number 66-20811, Reinhold Publishing, NY, 1966)]에서 알 수 있다. 특히 상업적으로 유용한 폴리아미드는 나일론-6, 나일론 66, 나일론-11 및 나일론-12이다. 이들 폴리아미드는 특히 엠서 인더스트리즈사 (Emser Industries; 미국 사우쓰 캘리포니아주 섬터 소재) (그릴론 (Grilon; 등록상표) 및 그릴라미드 (Grilamid; 등록상표) 나일론) 및 아토켐, 인크. 폴리머스 디비전 (Atochem, Inc. Polymers Division; 미국 뉴저지주 글렌 록 소재) (릴산 (Rilsan; 등록상표) 나일론) 등의 다수의 공급원으로부터 입수할 수 있다. 많은 폴리올레핀이 섬유 생산에 유용한데, 예를 들면 다우 케미컬사 (Dow Chemical)의 아스펀 (ASPUN; 등록상표) 6811A LLDPE (선형 저밀도 폴리에틸렌), 2553 LLDPE, 및 25355 및 12350 고밀도 폴리에틸렌 등의 폴리에틸렌이 적합한 중합체이다. 섬유 형성 폴리프로필렌은 엑손 케미컬 컴퍼니 (Exxon Chemical Company)의 에스코렌 (Escorene; 등록상표) PD 3445 폴리프로필렌 및 하이몬트 케미컬사 (Himont Chemical Co.)의 PF-304를 포함한다. 전술된 것 이외에도 다른 수많은 적절한 섬유 형성 폴리올레핀을 또한 구입할 수 있다. 또한, 합성 셀룰로오스 섬유 (예를 들어, 레이온 또는 비스코스 레이온) 등의 기타 섬유를 사용하여 스테이플 섬유를 형성할 수도 있다.
또한, 부직웹을 형성하는 데 사용되는 섬유의 필라멘트당 데니어는 다양할 수 있다. 예를 들면, 특정한 일 실시양태에서, 부직웹을 형성하는 데 사용되는 스테이플 섬유의 필라멘트당 데니어는 약 6 미만, 일부 실시양태에서 약 3 미만, 일부 실시양태에서 약 1 내지 약 3이다.
본 발명의 특정한 일 실시양태에서, 다성분 (예컨대, 이성분) 스테이플 섬유를 사용할 수 있다. 예를 들어, 다성분 섬유에 적합한 구성은 병렬식 (side-by-side) 구성 및 쉬스-코어 (sheath-core) 구성이며, 적합한 쉬스-코어 구성은 편심 쉬스-코어 및 동심 쉬스-코어 구성을 포함한다. 일부 실시양태에서, 당업계에 널리 알려져 있는 바와 같이, 다성분 섬유의 형성에 사용되는 중합체는 충분히 다양한 융점을 갖고 있어서 여러 가지 결정화 및(또는) 고화 특성을 형성한다. 다성분 섬유는 저융점 중합체를 약 20 내지 약 80 중량％, 일부 실시양태에서 약 40 내지 약 60 중량％로 가질 수 있다. 또한, 다성분 섬유는 고융점 중합체를 약 80 내지 약 20 중량％, 일부 실시양태에서 약 60 내지 약 40 중량％로 가질 수 있다.
부직웹을 형성하는 데 사용되는 스테이플 섬유는 또한 접합되어 웹의 내구성, 강도, 태 (hand), 미학 및(또는) 다른 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 부직웹은 가열, 초음파, 접착제 및(또는) 기계적으로 접합시킬 수 있다. 예로서, 부직웹은 점접합될 수 있다. 대표적인 점접합 공정은 일반적으로 조각된 패턴 롤 및 제2 접합 롤과 같은 가열된 롤 사이에 하나 이상의 층을 통과시키는 것을 포함하는 가열 점접합이다. 조각된 롤은 웹이 그의 전체 표면에 걸쳐 접합되지 않도록 하는 몇몇 방식으로 패턴화되어 있고, 제2 롤은 매끈하거나 패턴화될 수 있다. 그 결과, 조각된 롤의 다양한 패턴은 미적인 이유뿐만 아니라 기능적인 이유로 개발되고 있다. 대표적인 접합 패턴은 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 한센 (Hansen) 등의 미국 특허 제 3,855,046 호, 레비 등의 미국 특허 제 5,620,779 호, 헤인즈 (Haynes) 등의 미국 특허 제 5,962,112 호, 세이요비츠 (Sayovitz) 등의 미국 특허 제 6,093,665 호, 로마노 (Romano) 등의 미국 의장 특허 제 428,267 호 및 브라운 (Brown)의 미국 의장 특허 제 390,708 호에 기재된 것들을 포함하나, 이들로 한정되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 부직웹은 제곱인치당 약 100 (제곱센티미터당 약 16)개의 접합을 초과하는 균일한 접합 밀도 및(또는) 약 30 ％ 미만의 총접합 면적 (통상의 광학 현미경 방법으로 측정)을 갖도록 선택적으로 접합될 수 있다. 예를 들어, 부직웹은 약 2 내지 약 30 ％의 총접합 면적 및(또는) 제곱인치당 약 250 내지 약 500 (제곱센티미터당 약 39 내지 약 78)개의 핀 결합의 접합 밀도를 가질 수 있다. 총접합 면적 및(또는) 접합 밀도의 이러한 조합은, 일부 실시양태에서 매끄러운 앤빌 롤을 완전히 접촉시킬 때 총접합 면적이 약 30 ％ 미만인, 제곱인치당 약 100 (제곱센티미터당 약 16)개의 핀 접합을 초과하는 핀 접합 패턴으로 부직웹을 접합시킴으로써 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 접합 패턴은 매끄러운 앤빌 롤을 접촉시킬 때 제곱인치당 약 250 내지 약 350 (제곱센티미터당 약 39 내지 약 54)개의 핀 접합 밀도 및(또는) 약 10 내지 약 25 ％의 총접합 면적을 가질 수 있다.
또한, 부직웹은 연속 솔기 또는 패턴 (예컨대, 비접합된 패턴)으로 접합될 수 있다. 추가 예로서, 부직웹은 연부에 인접한 웹의 횡방향 (CD) 또는 폭을 단순히 가로지르거나 또는 시트의 주변을 따라서 접합될 수 있다. 가열 접합과 라텍스 주입법 (latex impregnation)의 조합과 같은 다른 접합 기술을 또한 사용할 수 있다. 별법 및(또는) 부가적으로, 수지, 라텍스 또는 접착제를, 예를 들어 분무 또는 인쇄에 의해 부직웹에 도포하고, 건조시켜 목적하는 접합을 제공할 수 있다. 또 다른 적절한 접합 기술은 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 에버하트 (Everhart) 등의 미국 특허 제 5,284,703 호, 앤더슨 (Anderson) 등의 미국 특허 제 6,103,061 호 및 바로나 (Varona)의 미국 특허 제 6,197,404 호에 기재되어 있을 수 있다.
또한 부직웹은 통상 크레이핑된다. 크레이핑은 웹에 미세 주름을 부여하여 웹에 각종 다양한 특성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 크레이핑은 부직웹의 기공 구조를 개방시켜, 웹의 투과성을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 크레이핑은 웹의 연성 및 두께는 물론 기계 방향 및(또는) 횡방향에서의 웹의 신장성도 또한 증진시킬 수 있다. 부직웹을 크레이핑하기 위한 다양한 기술이 바로나의 미국 특허 제 6,197,404 호에 기재되어 있다. 예를 들어, 도 1은 부직웹 (20)의 일 측면 또는 양 측면을 크레이핑하는 데 사용될 수 있는 크레이핑 공정의 일 실시양태를 도시한다. 부직웹 (20)은 제1 크레이핑 스테이션 (60), 제2 크레이핑 스테이션 (70), 또는 이들 둘 다를 통과할 수 있다. 부직웹 (20)의 일 측면만 크레이핑하기를 원한다면, 부직웹을 제1 크레이핑 스테이션 (60) 또는 제2 크레이핑 스테이션 (70) 중 어느 하나를 통과시키고, 다른 하나의 크레이핑 스테이션은 우회시킬 수 있다. 부직웹 (20)의 양 측면을 모두 크레이핑하기를 원한다면, 두 크레이핑 스테이션 (60 및 70)을 모두 통과시킬 수 있다.
제1 크레이핑 스테이션 (60)을 사용하여 웹 (20)의 제1 측면 (83)을 크레이핑할 수 있다. 크레이핑 스테이션 (60)은 우선 하부의 패턴화 또는 매끄러운 인쇄 롤러 (62), 상부의 매끄러운 앤빌 롤러 (64) 및 인쇄조 (65)를 갖는 인쇄 스테이션을 포함하고, 또한 건조기 롤러 (66) 및 결부된 크레이핑 블레이드 (68)을 포함한다.
롤러 (62 및 64)는 웹 (20)을 집어서 전방으로 안내한다. 롤러 (62 및 64)가 회전함에 따라, 패턴화 또는 매끄러운 인쇄 롤러 (62)는 접착성 재료를 함유하는 조 (65) 내에 잠겨서, 복수 개의 이격된 위치에서의 부분적인 범위, 또는 전체 범위에서 웹 (20)의 제1 측면 (83)에 접착성 재료를 도포한다. 그 다음, 접착제가 코팅된 웹 (20)은 건조 드럼 (66) 둘레를 통과하여, 접착제가 코팅된 표면 (83)이 드럼 (66)에 접착된다. 그 후, 닥터 블레이드 (68)을 사용하여 웹 (20)의 제1 측면 (83)을 크레이핑 (즉, 드럼에서 들어 올려 굴곡)시킨다.
제1 크레이핑 스테이션 (60)을 우회하는 지의 여부에 상관없이, 웹 (20)의 제2 측면 (85)를 제2 크레이핑 스테이션 (70)을 사용하여 크레이핑할 수 있다. 제2 크레이핑 스테이션 (70)은 하부의 패턴화 또는 매끄러운 인쇄 롤러 (72), 상부의 매끄러운 앤빌 롤러 (74) 및 인쇄조 (75)를 포함하는 제2 인쇄 스테이션을 포함하고, 또한 건조기 드럼 (76) 및 결부된 크레이핑 블레이드 (78)을 포함한다. 롤러 (72 및 74)는 웹 (20)을 집어서 전방으로 안내한다. 롤러 (72 및 74)가 회전함에 따라, 인쇄 롤러 (72)는 접착성 재료를 함유하는 조 (75) 내에 잠겨서, 부분적인 또는 전체적인 범위에서 웹 (20)의 제2 측면 (85)에 접착성 재료를 도포한다. 그 다음, 접착제가 코팅된 웹 (20)은 건조 드럼 (76) 둘레를 통과하여, 접착제가 코팅된 표면 (85)가 드럼 (76)에 접착된다. 그 후, 닥터 블레이드 (78)을 사용하여 웹 (20)의 제2 측면 (85)를 크레이핑한다. 크레이핑 후, 부직웹 (20)을 냉각 스테이션 (80)에 통과시키고 얽히기 전에 저장 롤러 (82)에 감을 수 있다.
제1 및(또는) 제2 인쇄 스테이션에서 웹 (20)에 도포된 접착성 재료는 웹 (20)의 섬유를 강화시킬 뿐만 아니라 크레이핑 드럼에 대한 기재의 접착성을 증진시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 접착성 재료는 전술한 선택적 접합 기술이 사용되지 않을 정도로 웹을 접합시킬 수 있다.
다양한 접착성 재료가 접착제의 도포 위치에서 웹 (20)의 섬유를 강화시키고 웹 (20)을 드럼 (66 및(또는) 76)의 표면에 임시로 접착시키는 데 통상 사용될 수 있다. 탄성 접착제 (즉, 파열없이 75 ％ 이상의 신장이 가능한 재료)가 특히 적합하다. 적합한 재료는 수성 기재 스티렌 부타디엔 접착제, 네오프렌, 폴리비닐 클로라이드, 비닐 공중합체, 폴리아미드, 에틸렌 비닐 삼원공중합체 및 이들의 조합물을 포함하나, 이들로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 사용가능한 일 접착성 재료는 상표명 하이카 (HYCAR; 등록상표)로서 비. 에프. 굿리치 컴퍼니 (B. F. Goodrich Company)에서 시판하는 아크릴 중합체 유화물이다. 접착제는 전술한 인쇄 기술을 사용하여 도포될 수 있거나, 별법으로 멜트블로우잉, 용융 분무, 적하, 스플래터링 (splattering), 또는 부직웹 (20) 상에 부분적 또는 전체적으로 접착제를 피복할 수 있는 임의의 다른 기술에 의해 도포될 수 있다.
다양한 크레이핑 수준을 얻기 위해, 웹 (20)의 접착제 피복율을 선택할 수 있다. 예를 들어, 접착제는 웹 표면의 약 5 내지 100 ％, 일부 실시양태에서 웹 표면의 약 10 내지 약 70 ％, 일부 실시양태에서 웹 표면의 약 25 내지 약 50 ％를 피복할 수 있다. 접착제는 또한 접착제가 도포되는 위치에서 부직웹 (20)에 침투할 수 있다. 특히, 비록 몇몇 위치에서 접착제가 더 많거나 더 적게 침투될 수 있지만, 접착제는 통상 부직웹 두께의 약 10 내지 약 50 ％를 침투한다.
임의로는, 부직웹 (20)을 또한 기계 방향 및(또는) 횡방향에서 신장시킨 후 크레이핑시킬 수 있다. 웹 (20)의 신장은 연성, 벌크, 신장성과 회복성, 투과성, 기본 중량, 밀도 및 액체 보유 용량을 비롯한 (그러나 이들로 한정되지는 않는) 직물의 물성을 최적화 및 증진시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 일 실시양태에서, 웹 (20)은 기계 방향에서 기계적으로 신장되어 웹 (20)을 횡방향에서 수축시키거나 또는 넥킹 (neck)시킬 수 있다. 따라서, 얻어지는 넥킹된 웹 (20)은 횡방향에서 신장성이 더욱 높아진다. 웹 (20)의 기계적 신장은 당업계에 널리 알려진 임의의 다양한 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 웹 (20)은 기계 방향에서 초기 길이의 약 0 내지 약 100 ％ 사이로 미리 신장되어 횡방향에서 신장 (예컨대, 약 0 내지 약 100 ％)될 수 있는 넥킹된 웹을 얻을 수 있다. 통상적으로, 웹 (20)은 기계 방향에서 초기 길이의 약 10 내지 약 100 ％ 신장될 수 있고, 보다 통상적으로는 기계 방향에서 초기 길이의 약 25 내지 약 75 ％ 신장될 수 있다.
신장된 후, 첫째로 접착제를 웹 (20)에 도포하고, 둘째로 크레이핑 도중 열을 가하여 웹 (20)을 치수적으로 비교적 안정화시킬 수 있다. 상기 안정화는 웹 (20)의 횡방향 신장성을 설정할 수 있다. 기계 방향 신장은 크레이핑 도중 발생하는, 부직웹 (20)의 접합 영역에 있어서의 평면 외 (out-of-plane) 분해에 의해 더욱 안정화된다. 또한 본 발명에 다른 신장 기술을 사용해서 기계 방향 및(또는) 횡방향에서 신장 장력을 인가할 수 있다. 예를 들면, 적합한 신장 방법의 예로는 물림 장치 (gripping device), 예컨대 클립을 사용하여 부직웹의 연부를 잡고, 신장력을 인가하는 텐터 (tenter) 프레임 방법이 있다. 본 발명에 사용하기에 적합하다고 여겨지는 신장 기술의 다른 예는 그 전체가 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 피팅 (Fitting)의 미국 특허 제 5,573,719 호에 기재되어 있다.
이어서, 본 발명에 따라 부직웹을 수력식으로 얽는다. 부직웹은 단독으로 또는 다른 재료와 함께 얽힐 수 있다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 부직웹은 수력식 얽힘을 이용하여 셀룰로오스 섬유 성분과 일체로 얽히게 된다. 셀룰로오스 섬유 성분은 얻어지는 직물에서 임의의 목적하는 양을 통상 구성한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 셀룰로오스 섬유 성분은 직물의 약 50 중량％ 초과, 일부 실시양태에서는 직물의 약 60 내지 약 90 중량％를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 일부 실시양태에서, 부직웹은 직물의 약 50 중량％ 미만, 일부 실시양태에서는 직물의 약 10 내지 약 40 중량％를 구성할 수 있다.
사용시, 셀룰로오스 섬유 성분은 셀룰로오스 섬유 (예를 들어, 펄프, 열기계식 펄프, 합성 셀룰로오스 섬유, 변성 셀룰로오스 섬유 등)뿐만 아니라 다른 종류의 섬유 (예를 들어, 합성 스테이플 섬유)도 함유할 수 있다. 적합한 셀룰로오스 섬유 원료의 몇몇 예로는 열기계식, 표백 및 무표백의 연목재 및 경목재 펄프 등의 1차 목재 섬유를 들 수 있다. 사무 폐기물, 신문 용지, 갈색 포장지 재료, 판지 부스러기 등으로부터 얻어진 것과 같은 2차 또는 재생 섬유도 사용할 수 있다. 또한, 마닐라삼, 아마, 유액 분비 식물, 목화, 변형 목화, 목화 린터 (linter)와 같은 식물성 섬유도 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 레이온 및 비스코스 레이온과 같은 합성 셀룰로오스 섬유 역시 사용할 수 있다. 변성 셀룰로오스 섬유도 사용할 수 있다. 예를 들어, 섬유상 재료는 탄소 사슬을 따라 히드록실기를 적절한 라디칼 (예를 들어, 카르복실, 알킬, 아세테이트, 니트레이트 등)로 치환시켜 형성된 셀룰로오스의 유도체로 구성될 수 있다.
사용시, 펄프 섬유는 임의의 평균 섬유 길이가 긴 펄프, 평균 섬유 길이가 짧은 펄프 또는 이들의 혼합물을 가질 수 있다. 평균 섬유 길이가 긴 펄프 섬유는 통상 약 1.5 mm 내지 약 6 mm의 평균 섬유 길이를 갖는다. 이러한 섬유의 몇몇 예로는 북부 연목재, 남부 연목재, 적색 목재, 미국 측백 (red cedar), 헴록, 소나무 (예를 들어, 남부 소나무), 가문비 나무 (예를 들어, 검은색 가문비 나무), 및 이들의 조합 등을 들 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 대표적인 평균 섬유 길이가 긴 목재 펄프는 상표명 "롱락 (Longlac) 19"로 킴벌리 클라크 코포레이션 (Kimberly-Clark Corporation)으로부터 입수가능한 것들을 포함한다.
평균 섬유 길이가 짧은 펄프는, 예를 들어 특정한 1차 경목재 펄프, 및 예를 들어 신문 용지, 재생 판지 및 사무 폐기물과 같은 원료로 만들어진 2차 (즉, 재생) 섬유 펄프일 수 있다. 또한, 유칼리나무, 단풍나무, 자작나무, 미루나무 등과 같은 경목재 섬유를 사용할 수 있다. 평균 섬유 길이가 짧은 펄프 섬유는 통상 약 1.2 mm 미만, 예컨대 0.7 mm 내지 1.2 mm의 평균 섬유 길이를 갖는다. 평균 섬유 길이가 긴 펄프와 평균 섬유 길이가 짧은 펄프의 혼합물은 평균 섬유 길이가 짧은 펄프를 상당 부분 함유할 수 있다. 예를 들어, 이 혼합물은 평균 섬유 길이가 짧은 펄프를 약 50 중량％ 초과, 평균 섬유 길이가 긴 펄프를 약 50 중량％ 미만으로 함유할 수 있다. 대표적인 일 혼합물은 평균 섬유 길이가 짧은 펄프 75 중량％ 및 평균 섬유 길이가 긴 펄프 약 25 중량％를 함유한다.
전술한 바와 같이, 비셀룰로오스 섬유도 또한 셀룰로오스 섬유 성분 내에 이용될 수 있다. 사용가능한, 적합한 비셀룰로오스 섬유의 몇몇 예로서는 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리비닐 아세테이트 섬유 및 이들의 혼합물을 들 수 있지만, 이들로 한정되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 비셀룰로오스 섬유는, 예를 들어 약 0.25 인치 내지 약 0.375 인치 (약 0.635 내지 약 0.953 cm)의 평균 섬유 길이를 갖는 스테이플 섬유일 수 있다. 비셀룰로오스 섬유를 사용할 때, 셀룰로오스 섬유 성분은 통상 연목재 펄프 섬유 등의 셀룰로오스 섬유를 약 80 내지 약 90 중량％, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀 스테이플 섬유 등의 비셀룰로오스 섬유를 약 10 내지 약 20 중량％ 함유한다.
소량의 습강 수지 (wet-strength resin) 및(또는) 수지 결합제를 셀룰로오스 섬유 성분에 첨가하여 강도 및 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 가교제 및(또는) 수화제를 펄프 혼합물에 첨가할 수 있다. 매우 올이 성기거나 느슨한 부직 펄프 섬유 웹을 원한다면, 펄프 혼합물에 탈접합제를 첨가하여 수소 접합도 (degree of hydrogen bonding)를 감소시킬 수 있다. 또한 특정한 탈접합제를, 예를 들어 직물의 약 1 내지 약 4 중량％의 양으로 첨가하면 측정된 정마찰 계수 및 동마찰 계수가 감소되고, 복합 직물의 내마모성이 향상되는 것으로 여겨진다. 탈접합제는 윤활제 또는 마찰 감소제로서 작용하는 것으로 생각된다.
도 2에는, 스테이플 섬유를 함유하는 부직웹과 셀룰로오스 섬유 성분을 수력식으로 얽히게 하기 위한 본 발명의 일 실시양태가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 셀룰로오스 섬유를 함유하는 섬유상 슬러리를 통상의 제지 헤드박스 (12)로 이송하며, 여기서 슬러리는 수문 (14)를 거쳐 통상의 성형 직물 또는 표면 (16) 위로 퇴적된다. 섬유상 재료의 현탁액은 종래의 제지 공정에서 통상 사용되는 임의의 농도 (consistency)를 가질 수 있다. 예를 들어, 현탁액은 물에 현탁되어 있는 섬유상 재료를 약 0.01 내지 약 1.5 중량％ 함유할 수 있다. 이어서, 섬유상 재료의 현탁액으로부터 물을 제거하여 섬유상 재료 (18)의 균일층을 형성한다.
또한, 부직웹 (20)은 회전 공급 롤 (22)로부터 풀려, 스택 롤러 (28 및 30)에 의해 형성된 S-롤 배열 (26)의 닙 (24)를 통과한다. 이어서, 부직웹 (20)이 통상적인 수력식 얽힘 기계의 다공성 얽힘 표면 (32) 상에 배치된 후, 여기서 셀룰로오스 섬유층 (18)은 웹 (20) 상에 놓여진다. 필수적이지는 않지만, 셀룰로오스 섬유층 (18)은 부직웹 (20)과 수력식 얽힘 매니폴드 (34) 사이에 있는 것이 통상 바람직하다. 셀룰로오스 섬유층 (18)과 부직웹 (20)을 하나 이상의 수력식 얽힘 매니폴드 (34) 아래에 통과시키고, 유체의 제트 (jet)로 처리하여 부직웹 (20)의 섬유를 셀룰로오스 섬유상 재료와 얽히게 한다. 유체의 제트는 또한 셀룰로오스 섬유를 부직웹 (20)을 통하여 그 내부로 몰아넣어 복합 직물 (36)을 형성한다.
별법으로서, 셀룰로오스 섬유층 (18)과 부직웹 (20)이 습식 적층 (wet-laying)이 일어났던, 동일한 다공성 스크린 (예를 들어, 망사 직물) 상에 있는 동안 수력식 얽힘이 일어날 수 있다. 본 발명은 또한 부직웹 상에 건조된 셀룰로오스 섬유상 시트를 겹쳐 놓고, 소정 농도까지 건조 시트를 재수화하여 재수화된 시트를 수력식으로 얽히게 하는 것도 고려한다. 수력식 얽힘은 셀룰로오스 섬유층 (18)이 물에 충분히 적셔지는 동안 일어날 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스 섬유층 (18)은 수력식으로 얽히기 직전에 약 90 중량％ 이하의 물을 함유하고 있을 수 있다. 별법으로서, 셀룰로오스 섬유층 (18)은 에어 레이드 또는 건식 (dry-laid) 층일 수 있다.
수력식 얽힘은, 예를 들어 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 에반스 (Evans)의 미국 특허 제 3,485,706 호에 기재된 바와 같은 통상의 수력식 얽힘 장비를 사용하여 달성될 수 있다. 수력식 얽힘은, 예를 들어 물과 같은 임의의 적절한 작업 유체로 수행될 수 있다. 작업 유체는 유체를 일련의 개별 구멍 또는 오리피스로 고르게 분배하는 매니폴드를 통하여 흐른다. 이들 구멍 또는 오리피스는 직경이 약 0.003 내지 약 0.015 인치 (약 0.0076 내지 0.038 cm)일 수 있고, 하나 이상의 열에 임의 개수의 오리피스가, 예를 들어 각 열에 인치당 30 내지 100 (센티미터당 약 12 내지 약 39)개의 오리피스가 배열될 수 있다. 예를 들어, 직경이 0.007 인치 (0.0178 cm)인 오리피스를 인치당 30 (센티미터당 12)개의 구멍을 갖고, 구멍이 일렬로 된 스트립 (strip)을 내장한 허니콤 시스템즈 인코포레이티드 (Honeycomb Systems Incorporated; 미국 메인주 비드포드 소재)에서 제조된 매니폴드를 사용할 수 있다. 그러나, 다른 수많은 매니폴드의 구성 및 조합이 사용될 수 있음을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 단일 매니폴드가 사용되거나 몇 개의 매니폴드가 연속하여 배열될 수 있다.
유체는 메쉬 크기가 약 40 × 40 내지 약 100 × 100인 단일 평면 메쉬와 같은 다공성 표면에 의해 지지되는 부직웹 (20) 및 셀룰로오스 섬유층 (18)에 충격을 가할 수 있다. 다공성 표면은 또한 메쉬 크기가 약 50 × 50 내지 약 200 × 200인 다중 메쉬일 수도 있다. 수많은 수-제트 처리 공정에서 통상적인 것과 같이, 진공 슬롯 (38)은 과잉의 물이 수력식으로 얽힌 복합 재료 (36)으로부터 배출되도록 얽힘 매니폴드의 하류에서 다공성 얽힘 표면 (32)의 아래에 또는 수력 니들링(hydro-needling) 매니폴드의 바로 아래에 위치할 수 있다.
임의의 특정한 공정 이론을 고수하지 않더라도, 부직웹 (20) 상에 놓인 셀룰로오스 섬유 (18)에 직접 충격을 가하는 작업 유체의 기둥형 제트는 셀룰로오스 섬유가 웹 (20) 내의 섬유의 매트릭스 또는 망상체 내로 그리고 부분적으로 그를 통하여 들어가도록 작업하는 것으로 믿어진다. 유체 제트와 셀룰로오스 섬유 (18)이 부직웹 (20)과 상호 작용할 때, 셀룰로오스 섬유 (18)은 또한 부직웹 (20)의 섬유와 얽히고, 또한 서로도 얽힌다. 섬유를 목적하는 바대로 얽기 위해서, 통상 약 1000 내지 약 3000 psig (약 70.3 내지 약 211.0 kg/cm2), 일부 실시양태에서 약 1200 내지 약 1800 psig (약 84.4 내지 약 127 kg/cm2)의 수압에서 수력식 얽힘을 수행하는 것이 바람직하다. 기재된 압력의 상한에서 가공하는 경우, 복합 직물 (36)은 분당 약 1000 피트 (약 304.8 m) (fpm) 이하의 속력으로 가공될 수 있다.
저압으로는 종종 목적하는 정도의 얽힘을 얻을 수 없기 때문에, 상기 나타낸 얽힘 공정시 제트의 압력은 통상 약 100 psig (약 7.0 kg/cm2) 이상이다. 그러나, 적절한 얽힘은 실질적으로 낮은 수압에서 달성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 섬유에 2회 이상 얽힘 공정을 실시함으로써, 어느 정도 더욱 얽히게 할 수 있다. 따라서, 웹은 얽힘 장치 아래에서 수-제트가 제1 면을 향하게 하여 1회 이상 진행되고, 수-제트가 웹의 대향 측면을 향하게 하여 추가로 진행된다.
유체 제트 처리 후에, 얻어지는 복합 직물 (36)은 비압축식 건조 공정으로 이송시킬 수 있다. 차동 속도 픽업 롤 (40)을 사용하여 상기 재료를 수력 니들링 벨트 (hydraulic needling belt)로부터 비압축식 건조 공정으로 이송시킬 수 있다. 별법으로서, 통상의 진공식 픽업 및 이송 직물을 사용할 수 있다. 필요하다면, 복합 직물 (36)은 건조 공정으로 이송되기 전에 습식으로 크레이핑될 수 있다. 직물(36)의 비압축식 건조는 종래의 회전 드럼 공기 관통 건조 장치 (42)를 사용하여 달성될 수 있다. 통기식 건조기 (42)는 천공부 (46)을 통하여 송풍된 고온의 공기를 수용하기 위한 외부 후드 (48)과 결합된, 천공부 (46)이 있는 외부 회전식 실린더 (44)일 수 있다. 통기식 건조기 벨트 (50)은 복합 직물 (36)을 통기식 건조기 외부 실린더 (40)의 상부로 나른다. 통기식 건조기 (42)의 외부 실린더 (44) 내의 천공부 (46)을 통하여 가해진 가열된 공기는 복합 직물 (36)으로부터 물을 제거한다. 통기식 건조기 (42)에 의해 복합 직물 (36)을 통하여 가해진 공기의 온도는 약 200 ℉ 내지 약 500 ℉ (약 93.3 ℃ 내지 약 260.0 ℃)의 범위일 수 있다. 다른 유용한 관통 건조 방법 및 장치는, 예를 들어 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 닉스 (Niks)의 미국 특허 제 2,666,369 호 및 쇼우 (Shaw)의 미국 특허 제 3,821,068 호에서 알 수 있다.
마무리 단계 및(또는) 후처리 공정을 사용하여 선택된 특성을 복합 직물 (36)에 부여하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 예를 들어, 직물 (36)은 압연 롤에 의해 가볍게 가압되고, 크레이핑되고, 브러시 처리되거나 달리 처리되어 신장성을 향상시키고(향상시키거나) 균일한 외형 및(또는) 특정한 촉각 특성을 증진시킬 수 있다. 예를 들면, 적합한 크레이핑 기술은 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 젠틸 (Gentile) 등의 미국 특허 제 3,879,257 호 및 앤더슨 등의 미국 특허 제 6,315,864 호에 기재되어 있다. 별법 또는 부가적으로, 접착제 또는 염료 등의 다양한 화학적 후처리제를 직물 (36)에 첨가할 수 있다. 사용가능한 추가의 후처리제는 그 전체 내용이 모든 목적을 위해 본원에 참고로 포함되는, 레비 등의 미국 특허 제 5,853,859 호에 기재되어 있다.
본 발명의 직물의 기본 중량은 제곱미터당 통상 약 20 내지 약 200 그램 (gsm), 특히 약 50 내지 약 150 gsm에 이를 수 있다. 기본 중량이 작은 제품은 통상 간단한 일을 위한 와이퍼 (light duty wiper)로서 사용하기에 적절한 반면, 기본 중량이 큰 제품은 산업용 와이퍼로서 사용하기에 더 적합하다.
본 발명의 결과, 각종 유익한 특성을 갖는 직물을 형성할 수 있다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 비교적 짧은 스테이플 섬유로 형성된 부직웹 성분을 이용함으로써, 얻어지는 직물은 더 부드럽고, 유체 수용 특성이 증진될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 접합 및 크레이핑되는 경우, 또한 이봉 (bimodal)의 기공 크기 분포를 갖는 연성 부직웹을 형성할 수 있다. 일반적으로 말해서, 이봉의 기공 크기 분포는 적어도 2개 이상의, 별개 부류의 기공을 갖는 구조를 말한다 (섬유 자체 내의 미세기공은 고려하지 않음). 예를 들면, 이봉의 기공 크기 분포는 섬유상 지주에 의해 경계가 한정된 셀을 포함하는 기공인 제1 부류 및 이웃하는 섬유들 사이에 한정되고, 더 작은 기공인 제2 부류로 설명할 수 있다. 즉, 섬유상 구조 내의 섬유 분포는 상기 재료가 공간 전체에 걸쳐 균일하지 않아, 섬유를 갖지 않거나 비교적 적은 섬유를 갖는 별개의 셀은 이웃하거나 접촉하고 있는 섬유들 사이의 기공 공간의 특이성으로 정의될 수 있다. 이봉의 기공 크기 분포는 오일 및 수-흡수 특성을 증진시킬 수 있다. 구체적으로, 더 큰 기공은 일반적으로 오일을 취급하는 경우에 더 좋으며, 더 작은 기공은 일반적으로 물을 취급할 때 더 좋다. 또한, 더 큰 기공의 존재는 얻어지는 직물의 신장성이 작은 기공만을 함유하는 직물의 신장성에 비해 상대적으로 더 높도록 한다.
하기 실시예를 참조하면 본 발명이 더욱 잘 이해될 것이다.
시험 방법
하기 시험 방법들은 실시예에서 사용되는 것이다.
오일 흡수 효율
점성 오일 흡수는 점성 오일을 와이핑하는 직물의 성능을 판단하는 데 사용되는 방법이다. 웹 샘플을 먼저 슬레드 (sled) (10 cm × 6.3 cm)의 패딩 표면 상에 장착한다. 슬레드는 회전 디스크를 가로질러 슬레드를 횡단하도록 고안된 아암 (arm) 상에 장착된다. 그 다음, 슬레드와 샘플을 합한 중량이 약 768 그램이 되도록 슬레드를 칭량한다. 그 후에, 슬레드와 횡단 아암을 수평 회전 디스크 상에 놓고, 칭량된 슬레드가 디스크의 표면에 대해 샘플을 가압한다. 구체적으로, 슬레드와 횡단 아암은 슬레드의 선단 (6.3 cm 측)이 디스크의 중심에서 조금 떨어지고 슬레드의 10 cm 중심선이 디스크의 반지름 선을 따라서 위치되어 트레일링 6.3 cm 연부가 디스크 주변 근처에 위치하도록 배치한다.
그 다음, 1 그램의 오일을 슬레드 선단의 정면, 디스크의 중심에 놓는다. 슬레드의 트레일링 연부가 디스크의 외부 연부를 가로질러 벗어날 때까지, 횡단 아암이 초당 약 2.5 cm의 속도로 디스크를 가로질러 슬레드를 이동시키는 동안 약 60 cm의 직경을 갖는 디스크는 약 65 rpm으로 회전한다. 이때, 시험을 중단한다. 와이핑 효율은 와이핑 시험 전후 와이퍼의 중량 변화를 측정하여 평가된다. 분획 와이핑 효율 (％)은 와이퍼 중량의 증가분을 1 그램 (전체 오일 중량)으로 나누고, 100을 곱한 것으로 결정된다. 전술한 시험은 일정한 온도 및 상대 습도 조건 (70 ± 2 ℉ (21.1 ± 1.1 ℃)의 온도 및 65 ％의 상대 습도)하에 수행된다.
웹 투과성
웹 투과성은 액체의 유동에 대한 재료의 저항을 측정하여 얻는다. 점성이 알려진 액체를 주어진 두께의 재료에 일정한 유속으로 강제 통과시키고, 압력강하로 측정되는 유동 저항을 모니터링한다. 투과성을 판단하는 데에는 다음과 같은 다르시의 법칙 (Darcy's Law)이 사용된다.
투과성 = [유속 × 두께 × 점도/압력강하]
여기서, 단위는 다음과 같다.
투과성: cm2 또는 다르시 (darcy) (1 다르시 = 9.87 × 10-9 cm2)
유속: cm/초
점도: 파스칼-초
압력강하: 파스칼
두께: ㎝
본 장치는 실린더 내의 피스톤이 액체를 밀어 측정될 샘플을 뚫고 나가는 설비를 포함한다. 샘플은 수직으로 배향된 2개의 알루미늄 실린더 사이에 고정된다. 두 실린더는 3.5" (8.89 cm)의 외경, 2.5" (6.35 cm)의 내경 및 약 6" (15.24 cm)의 길이를 갖는다. 3" (7.62 cm) 직경의 웹 샘플을, 외부 연부를 잘 맞춰 적소에 놓아 본 장치 내에 완전히 내장시킨다. 하부 실린더는 실린더 내에서 일정한 속력으로 수직 이동할 수 있는 피스톤을 갖고, 피스톤은 피스톤으로 지지되는 액체 기둥에 의해 일어나는 압력을 감시할 수 있는 압력 변환기에 연결되어 있다. 변환기는 액체 기둥이 샘플과 접촉하여 이를 뚫고 나갈 때까지 추가 압력이 측정되지 않도록 피스톤과 이동하도록 위치된다. 이때, 측정된 추가 압력은 재료를 통과하는 액체의 유동에 대한 재료의 저항에 기인한다. 피스톤은 단계적 모터에 의해 구동되는 슬라이드 조립체에 의해 이동한다.
시험은 액체가 샘플을 뚫고 나갈 때까지 일정한 속력으로 피스톤을 이동시킴으로써 시작된다. 이어서, 피스톤이 멈춘 후 기준 압력을 기록한다. 이는 샘플의 부력 효과를 보정한다. 그 다음, 새로운 압력을 측정할 수 있을 만큼 충분한 시간 동안 이동을 다시 계속한다. 두 압력 사이의 차이는 액체 유동에 대한 재료의 저항에 기인한 압력이고, 전술된 다르시의 법칙에 사용되는 압력강하이다. 피스톤의 속력이 유속이다. 점성이 알려진 임의의 액체를 사용할 수 있지만, 포화된 흐름을 보장하기 때문에 재료를 젖게 하는 액체가 바람직하다. 속력이 20 cm/분인 피스톤과, 점성이 6 센티포이즈인 광물유 (펜레코사 (Penreco; 미국 캘리포니아주 로스앤젤레스 소재) 제조의 페네테크 테크니컬 미네랄 오일 (Peneteck Technical Mineral Oil))을 사용하여 측정을 수행한다. 이러한 방법은 바로나 등의 미국 특허 제 6,197,404 호에도 기재되어 있다.
드레이프 (Drape) 강성도
"드레이프 강성도" 시험은 재료의 내굽힘성을 측정하는 것이다. 굽힘 길이는, 재료가 자체 중량으로 굽는 방식으로 나타나는 바와 같은, 재료의 중량과 강성도 사이의 상호 작용에 대한 측정값이다. 즉, 굽힘 길이는 자체 중량하의 복합물의 외팔보 (cantilever) 굽힘 원리를 이용한, 재료의 중량과 강성도 사이의 상호 작용에 대한 측정값이다. 일반적으로, 샘플은 그의 길이 치수에 대해 평행한 방향에서 분당 4.75 인치 (12 cm/분)로 미끄러져, 그의 선단이 수평면의 연부로부터 돌출될 수 있도록 한다. 돌출 길이는 샘플의 선단이 선단과 플랫폼의 연부가 합쳐지는 라인이 수평면과 41.50 °를 이루는 지점까지 자체 중량으로 내려갔을 때, 측정한다. 돌출 길이가 길어질수록, 샘플은 더욱 서서히 굽어지므로, 숫자가 커질수록 강성이 높은 복합물임을 나타낸다. 이 방법은 ASTM 표준 시험 D 1388의 세부 사항에 따른다. 인치로 측정된 드레이프 강성도는 시편이 41.50 °경사를 이룰 때 시편의 돌출 길이의 1/2이다.
시험용 샘플은 하기와 같이 제조된다. 샘플을 폭 1 인치 (2.54 cm) × 길이 6 인치 (15.24 cm)의 직사각형 스트립으로 절단한다. 각 샘플의 시편을 기계 방향 및 횡방향에서 시험한다. 적합한 드레이프-가요성 강성도 시험기, 예컨대 FRL-캔틸레버 벤딩 테스터 (FRL-Cantilever Bending Tester), 모델 79-10 (테스팅 머신즈사 (Testing Machines Inc.; 미국 뉴욕주 아미티빌 소재) 제조)을 사용하여 시험을 수행한다.
오일 흡수 속도
오일의 흡수 속도는 샘플이 소정량의 오일을 흡수하는 데 요구되는 시간 (초)이다. 예를 들면, 80W-90 기어 오일의 흡수성은 실시예에서 하기와 같이 측정된다. 3 인치 (7.62 ㎝) 직경의 개구가 있는 판을 비커의 상부에 놓는다. 샘플을 비커 상부 상에 걸치고, 판으로 덮어서 시편을 적소에 위치시킨다. 눈금을 매긴 적하기에 오일을 채우고, 상기 샘플 위에 위치시킨다. 그 후, 적하기로부터 오일 4 방울을 샘플 위로 떨어뜨리고, 타이머를 시동시킨다. 오일이 샘플 위에서 흡수되어 더 이상 3 인치 (7.62 ㎝) 직경의 개구가 보이지 않게 되면, 타이머를 멈추고 그 시간을 기록한다. 흡수 시간 (초)이 짧을수록 흡입 속도가 빠르다는 것을 나타낸다. 시험은 73.4 ± 3.6 ℉ (23 ± 2 ℃)의 온도 및 상대 습도 50 ± 5 ％의 조건에서 진행된다.
본 발명에 따른 얽힌 직물을 형성할 수 있음을 증명하였다. 2개의 샘플 (샘플 1 내지 2)을 여러가지 부직웹으로부터 형성하였다.
샘플 1은 1.2 osy (제곱야드당 온스) 점접합 카디드 웹으로부터 형성되었다. 카디드 웹은 레이온 스테이플 섬유 30 ％와 폴리에스테르/폴리에틸렌 이성분 스테이플 섬유 70 ％의 블렌드 (일본 오사카 소재의 치쏘사 (Chisso Corporation)로부터 입수가능함)를 함유하였다. 레이온 섬유의 데니어는 3이었고, 이성분 섬유의 데니어도 3이었다. 웹은 295 ℉ (146.11 ℃)의 와이어 위브 (wire weave) 접합 패턴을 사용하여 가열 점접합되었다. 점접합된 카디드 웹은 40 ％의 크레이핑도로 크레이핑되었다. 웹은 내셔널 스타취 앤드 케미컬사 (National Starch and Chemical)의 라텍스 접착제 DUR-O-SET E-200을 사용하여 크레이핑되었다. 그라비어 프린터를 사용하여 접착제를 웹에 도포한 후, 크레이핑 드럼에 접착시켰다. 크레이핑 드럼은 190 ℉ (87.78 ℃)로 유지되었다.
샘플 2는 0.6 osy 점접합된, 스펀본드 웹으로부터 형성되었다. 스펀본드 웹은 폴리프로필렌 섬유 100 ％를 함유하였다. 폴리프로필렌 섬유는 필라멘트당 3.0 데니어를 가졌다.
이어서, 샘플 1 내지 2의 스펀본드 웹을 제곱인치당 1200 파운드 (84.4 kg/cm2)의 얽힘 압력에서 펄프 섬유 성분과, 3개의 제트 스트립을 사용하여 굵은 와이어 상에서 수력식으로 얽히게 하였다. 펄프 섬유 성분은 LL-19 북부 연목재 크라프트 섬유 (킴벌리-클라크사 (Kimberly-Clark)로부터 입수가능함) 및 애로서프 (Arosurf; 등록상표) PA801 (골드슈미트사 (Goldschmidt)로부터 입수가능한 탈접합제) 1 중량％를 함유하였다. 직물을 건조하고, "에어플렉스 (Airflex) A-105" (점도 95 cps, 고형분 28 ％)라는 명칭으로 에어 프로덕츠사 (Air Products, Inc.)로부터 입수가능한 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체 라텍스 접착제를 사용하여 건조기에 프린트 접합시켰다. 그 후, 직물을 20 ％의 크레이핑도로 크레이핑시켰다. 얻어지는 직물의 기본 중량은 제곱미터당 약 110 그램이었고, 부직웹 40 중량％ 및 펄프 섬유 성분 60 ％를 함유하였다.
이어서, 샘플 1 내지 2의 각종 특성들을 시험하였다. 결과를 하기 표 1에 기재한다.
샘플 1 내지 2의 특성
샘플 오일 흡수 효율 (％) 웹 투과성(다르시) MD 드레이프 강성도 (인치) CD 드레이프 강성도 (인치) 오일 흡수 속도 (초)
1 82 209 3.00 (7.62 ㎝) 2.85 (7.24 ㎝) 7
2 62 70 3.55 (9.02 ㎝) 2.85 (7.24 ㎝) 26
따라서, 상기 지적된 바와 같이, 점접합된 카디드 웹을 이용한 샘플 1은 스펀본드 웹을 이용한 샘플 2보다 오일 흡수 효율, 웹 투과성 및 오일 흡수 속도가 우수하였다. 또한, 이렇게 증진된 오일 흡수 특성은 샘플 1의 드레이프 강성도의 값이 비교적 낮다는 것으로 보아, 사실상 와이퍼의 강성도를 증가시키지 않고 얻어진 것이었다.
본 발명은 그의 특정한 실시양태에 대해 상세히 설명되었지만, 당업자는 상기 내용을 이해한 후, 이들 실시양태에 대한 변경, 수정 및 동등물을 용이하게 실시할 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부하는 청구의 범위 및 그에 대한 임의의 동등물의 범위로서 평가되어야 한다.

Claims (25)

  1. 제1 표면 및 제2 표면을 규정하며, 스테이플 섬유를 포함하는 접합된 부직웹을 형성하는 단계,
    상기 접합된 부직웹의 상기 제1 표면을 제1 크레이핑 표면에 접착시키는 단계,
    상기 제1 크레이핑 표면으로부터 상기 웹을 크레이핑시키는 단계, 및
    그 이후에, 상기 크레이핑된 부직웹을 섬유상 성분과 수력식으로 얽는 단계
    를 포함하는, 직물의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유의 길이가 약 1 내지 약 150 밀리미터인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유의 길이가 약 10 내지 약 40 밀리미터인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유가 다성분 섬유를 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스테이플 섬유가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 레이온 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 카디드 웹인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 점접합된 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 성분이 셀룰로오스 섬유를 포함하는 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 섬유상 성분이 직물의 약 50 중량％를 초과하여 포함되는 것인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 섬유상 성분이 직물의 약 60 내지 약 90 중량％를 구성하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 부직웹의 상기 제1 표면에 크레이핑 접착제를 이격된 패턴으로 도포하여 상기 제1 표면이 상기 이격된 패턴을 따라 상기 크레이핑 표면에 접착되도록 하는 것을 더 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 부직웹의 상기 제2 표면을 제2 크레이핑 표면에 접착시키고, 상기 웹을 상기 제2 표면으로부터 크레이핑시키는 것을 더 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 부직웹의 상기 제2 표면에 크레이핑 접착제를 이격된 패턴으로 도포하여 상기 제2 표면이 상기 이격된 패턴을 따라 상기 크레이핑 표면에 접착되도록 하는 것을 더 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 상기 섬유상 성분과 제곱인치당 약 1000 파운드 (70.3 kg/cm2) 내지 제곱인치당 약 3000 파운드 (211.0 kg/cm2)의 수압에서 얽히는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 부직웹이 상기 섬유상 성분과 제곱인치당 약 1200 파운드 (84.4 kg/cm2) 내지 제곱인치당 약 1800 파운드 (127 kg/cm2)의 수압에서 얽히는 방법.
  16. 셀룰로오스 섬유를 포함하는 섬유상 성분과 수력식으로 얽혀 있는 크레이핑 및 접합된 부직웹을 포함하며, 상기 접합된 부직웹이 스테이플 섬유를 함유하고, 상기 섬유상 성분이 복합 직물의 약 50 중량％를 초과하여 포함되는 것인 복합 직물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스테이플 섬유가 다성분 섬유를 포함하는 것인 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 스테이플 섬유가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 레이온 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인 복합 직물.
  19. 제16항에 있어서, 상기 부직웹이 카디드 웹인 복합 직물.
  20. 제16항에 있어서, 상기 부직웹이 점접합된 것인 복합 직물.
  21. 제16항에 있어서, 상기 섬유상 성분이 직물의 약 60 내지 약 90 중량％를 구성하는 것인 방법.
  22. 셀룰로오스 섬유를 포함하는 섬유상 성분과 수력식으로 얽혀 있는 점접합된 카디드 부직웹을 포함하며, 상기 부직웹이 다성분 스테이플 섬유를 포함하고, 상기 섬유상 성분이 복합 직물의 약 50 중량％를 초과하여 포함되는 것인 복합 직물.
  23. 제22항에 있어서, 상기 스테이플 섬유가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 레이온 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인 복합 직물.
  24. 제22항에 있어서, 상기 섬유상 성분이 직물의 약 60 내지 약 90 중량％를 구성하는 것인 복합 직물.
  25. 제22항에 있어서, 상기 부직물이 크레이핑된 후, 섬유상 성분과 수력식으로 얽히는 것인 복합 직물.
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