KR20050088390A - 터프트 형성된 섬유질 웨브 - Google Patents

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KR20050088390A
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로버트 하인즈 터너
존 요셉 큐로
조디 린 호잉
수잔 니콜 로이드
존 리 하몬스
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더 프록터 앤드 갬블 캄파니
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Abstract

본 발명은 제1 영역 및 적어도 하나의 이산된 일체형 제2 영역을 포함하며, 상기 제2 영역이 선형 배향을 나타내고 종축을 한정하는 불연속부인 적어도 하나의 부분과, 제1 영역과 일체형이지만 이로부터 연장하는 복수의 터프트 형성된 섬유를 포함하는 변형부인 적어도 하나의 다른 부분을 갖는, 섬유질 웨브에 관한 것이다.

Description

터프트 형성된 섬유질 웨브 {TUFTED FIBROUS WEB}
본 발명은 직포와 부직포 웨브와 같은 섬유질 웨브에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 증가된 부드러움(softness) 또는 부품성(bulk property)을 갖도록 기계적 성형에 의해 처리된 섬유질 웨브에 관한 것이다.
섬유질 웨브는 당업계에서 주지되어 있다. 예를 들면, 방직물 및 편직물과 같은 직포 웨브는 의류, 실내장식재, 드레이프(drape) 등을 위한 재료로서 주지되어 있다. 또한, 중합체 섬유로부터 형성된 웨브와 같은 부직포 웨브는, 예컨대 기저귀 등의 흡수용품 상의 대면 층(facing layer)들과 같은 일회용 제품을 위한 유용한 재료로서 주지되어 있다.
많은 응용에 있어서, 섬유질 웨브는 부품성 텍스처(bulky texture) 및/또는 부드러움을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 테리 천(terry cloth)으로서 공지된 방직포(textile woven)는 부품성 텍스처와 부드러움을 갖고, 흔히 목욕 타월, 걸레용 천(wiping cloth), 턱받이, 의류 및 실내장식용 직물로 사용된다. 테리 천은 레피어 직조기(rapier weaving machine) 등의 특별하게 제조된 직조기에서 직조된다. 테리 천은 실(thread)의 터프트 형성된 루프(tufted loop)를 특징으로 하며, 이러한 터프트는 루프의 개수와 밀도에 있어서 변동될 수 있다. 그러나, 테리 천은 이를 제조하는 데에 비교적 복잡하고 고가인 직조기를 필요로 하기 때문에 비교적 고가이다. 테리 천의 비용은 많은 응용에 대해, 특히 일회용 흡수용품과 같은 제한된 용도로 의도된 용품에 대해 이를 상업적으로 실시할 수 없게 한다.
테리 천의 외관을 갖는 부직포 천을 생산하기 위한 시도가 이루어져 왔다. 예를 들면, 둘다 홈즈(Holmes) 등에게 허여된 미국 특허 제4,465,726호 및 미국 특허 제4,379,799호에는 특별한 성형 벨트 상에서의 섬유의 유체 인탱글링(fluid entangling)에 의해 생산되는 개구형성되고 리브형성된 테리 천 유사 부직포 천(apertured, ribbed terry cloth-like nonwoven fabric)이 설명되어 있다. 홈즈 등의 특허에 개시된 방법에서 개구가 회피될 수 있는 경우라도, 유체 인탱글링은 부직포 웨브의 제조, 특히 일회용품 용도로 의도된 웨브를 제조하기에는 비교적 고가의 공정인 것으로 주지되어 있다. 더욱이, 유체 인탱글링에 의해 형성된 웨브는 전형적으로 웨브의 모든 영역에서 유체에 의한 힘을 받게 되어, 전체 웨브가 유체력에 의해 인가된 기계적 에너지를 받는다.
따라서, 테리 천 유사 특성을 갖는 저가의 섬유질 웨브에 대한 필요성이 존재한다.
부가적으로, 테리 천 유사 특성을 갖는 섬유질 웨브를 비교적 저렴하게 제조하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
또한, 직포 또는 부직포 재료의 부드러운 다공성 웨브를 제조하는 저가의 방법에 대한 필요성이 존재한다.
도 1은 본 발명의 웨브의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 웨브의 일부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 3-3 단면의 단면도이다.
도 4는 도 3에서 4-4에 의해 나타낸, 웨브의 일부분의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 6은 도 5의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 웨브를 형성하는 장치의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 장치의 일부분의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 웨브의 일 실시예를 형성하는 장치의 일부분의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 웨브를 형성하는 장치의 일부분의 확대 사시도이다.
도 11은 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 13은 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 14는 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 15는 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 16은 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 17은 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 18은 본 발명의 웨브의 일부분의 개략적인 도면이다.
도 19는 본 발명의 웨브의 일부분의 다른 개략적인 도면이다.
도 20은 본 발명의 웨브의 일부분의 다른 개략적인 도면이다.
도 21은 본 발명의 웨브의 일부분의 현미경 사진이다.
도 22는 도 18에 도시된 웨브의 일부분의 확대 사진이다.
도 23은 본 발명의 생리대의 부분 절개된 평면도이다.
도 24는 본 발명의 탐폰의 부분 절개된 사시도이다.
제1 표면 및 제2 표면을 갖는 섬유질 웨브가 개시된다. 웨브는 제1 영역 및 복수의 이산된 일체형 제2 영역을 포함하고, 제2 영역은 선형 배향을 나타내고 종축을 한정하는 불연속부인 적어도 하나의 부분과, 제1 영역과 일체형이지만 이로부터 연장하는 복수의 터프트 형성된 섬유들을 포함하는 변형부인 적어도 하나의 다른 부분을 갖는다.
도 1은 본 발명의 웨브(1)를 도시한다. 웨브(1)는 제1 표면(12) 및 제2 표면(14)을 갖고, 부직포 웨브의 기술 분야에서 통상 공지된 바와 같은 기계 방향(MD)과 폭 방향(CD)을 갖는 대체로 평면인 2차원 부직포 전구체 웨브(precursor web, 20)(제조 방법에 관해서는 이하에 나타냄)로부터 형성된다. 제1 표면(12)은 웨브(1)의 제1 "면"에 해당하고, 제2 표면(14)은 웨브(1)의 제2 "면"에 해당하며, 용어 "면"은 종이 및 필름과 같은 대체로 2차원 웨브에서의 통상적인 용법으로 사용된다. 본 발명이 직포 웨브에 의해 실시될 수 있지만, 바람직한 실시예에서 전구체 웨브(20)는 부직포 웨브이며 사실상 무작위로 배향된, 즉 적어도 MD와 CD에 대하여 무작위로 배향된 섬유들로 구성된다. "사실상 무작위로 배향된"은 처리 조건으로 인해, CD보다는 MD로 배향된 섬유의 양이 더 많을 수 있거나 그 역도 성립할 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 스펀본딩(spunbonding) 및 멜트블로잉(meltblowing) 공정에서, 섬유의 연속 스트랜드(strands)가 MD로 이동하는 지지부 상에 침착된다. 스펀본드 또는 멜트블로운 부직포 웨브의 섬유의 배향을 "무작위"로 하려는 시도에도 불구하고, 통상적으로 많은 비율의 섬유가 CD와 대비되는 MD로 배향된다.
부직포 전구체 웨브(20)는 이하에서 더욱 완전하게 설명되는 바와 같은 웨브(1)로 형성되기에 충분한 연신(elongation) 특성을 갖는 섬유를 포함하는 임의의 공지된 부직포 웨브일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 웨브(1)는 전구체 웨브(20)의 대체로 평면인 2차원 형상에 의해 웨브(1)의 양 면 상에 형성된 제1 영역(2)과, 전구체 웨브(20)의 섬유의 일체형 연장부로부터 기인한 이격된 변형부(6) 및 불연속부(16)에 의해 형성된 복수의 이산된 제2 영역(4)을 갖는다. 제2 영역(4)의 구조는 웨브(1)의 어떠한 면이 고려되느냐에 따라 차별화된다. 도 1에 도시된 웨브(1)의 실시예의 경우, 웨브(1)의 제1 표면(12)과 연관된 웨브(1)의 면 상에서, 제2 영역(4)은 각각이 제1 표면(12)으로부터 외향 연장하는 정렬된 복수의 터프트 형성된 루프형 섬유(8)들을 포함하는 변형부(6)를 포함한다. 변형부(6)는 섬유의 "터프트"로서 설명될 수 있으며, 각각의 변형부(6)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 표면(12)에 인접한 기부(5)와 제1 표면(12)으로부터 최장 거리에 있는 말단부(3)를 갖는다. 제2 표면(14)과 연관된 웨브(1)의 면 상에서, 제2 영역(4)은 웨브(1)의 제2 표면(14) 상의 섬유 배향 불연속부에 의해 형성된 불연속부(16)를 포함한다. 이하에 나타내는 바와 같이, 웨브(1)의 다른 실시예에서는, 변형부(6)가 터프트로서 또는 터프트 형성된 것으로서 설명될 수 있지만, 루프형으로 되거나 정렬된 섬유를 포함하지 않을 수도 있다.
본 명세서에 설명되는 바와 같이, 용어 "부직포 웨브"는 사이사이에 넣어진 개별 섬유 또는 실들의 구조물을 갖지만, 무작위로 배향된 섬유를 갖지 않는 직포 또는 편직물에서와 같은 반복 패턴은 갖지 않는 웨브를 지칭한다. 부직포 웨브 또는 천은, 예를 들면 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정, 하이드로인탱글링 공정, 스펀레이싱 공정, 에어레잉 및 본디드 카디드 웨브 공정과 같은 다양한 공정으로부터 형성되어 왔다. 부직포 천의 평량은 통상 제곱미터당 그램(gsm)으로 표현되며, 섬유 직경은 통상 미크론으로 표현된다. 섬유 크기는 또한 데니어로 표현될 수 있다. 전구체 웨브(20)의 평량은 웨브(1)의 궁극적인 용도에 따라 10 gsm 내지 500 gsm의 범위일 수 있다. 예를 들어, 손 타월로서 사용하기 위해서는 25 gsm 내지 100 gsm의 전구체 웨브(20)의 평량이 적당할 수도 있다. 목욕 타월로서 사용하기 위해서는 125 gsm 내지 250 gsm의 평량이 적당할 수도 있다. 카우 카펫(cow carpet)과 같은 바닥 덮개로서 사용하기 위해서는 350 gsm 내지 500 gsm의 평량이 적당할 수도 있다. 부직포 전구체 웨브(20)의 구성 섬유는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 및 이들의 블렌드와 같은 중합체로 구성될 수 있다. 섬유는 셀룰로오스, 레이온, 면 또는 다른 천연 재료나 중합체와 천연 재료의 블렌드를 포함할 수 있다. 섬유는 또한 폴리아크릴레이트 또는 적합한 재료들의 임의의 조합과 같은 초흡수성 재료를 포함할 수 있다. 섬유는 단일성분(monocomponent), 2성분(bicomponent) 및/또는 2구성요소(biconstituent), 원형(round), 비원형(non-round) 섬유(예컨대, 형상화된 섬유 또는 모세관 채널 섬유)일 수 있으며, 0.1 내지 500 미크론 범위의 주 단면 치수(예컨대, 원형 섬유의 경우 직경)를 가질 수 있다. 예를 들면, 부직포 웨브에 적합한 일 유형의 섬유는 나노섬유(nanofiber)를 포함한다. 나노섬유는 1 미크론 미만의 평균 직경을 갖는 섬유로서 설명된다. 나노섬유는 부직포 웨브 내의 모든 섬유 또는 부직포 웨브 내의 섬유의 일부분을 구성할 수 있다. 전구체 웨브의 구성 섬유들은 또한 화학적 성질, 성분, 직경, 형상 등과 같은 특징에 의해 구별되는 상이한 섬유 유형들의 혼합물일 수도 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "스펀본드 섬유"는 용융된 열가소성 재료를 복수의 미세한, 통상 원형 모세관인 방사구(spinneret)로부터 필라멘트로서 압출하고, 그 후 압출된 필라멘트의 직경을 신속하게 감소시킴으로써 형성된 소직경 섬유를 지칭한다. 스펀본드 섬유는 이들이 수집 표면 상에 침착된 때 대체로 점착성이 없다. 스펀본드 섬유는 대체로 연속적이며, 7 미크론 초과, 특히 약 10 내지 40 미크론의 (적어도 10개의 샘플로부터의) 평균 직경을 갖는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "멜트블로잉"은 용융된 열가소성 재료의 필라멘트를 가늘게 하여 마이크로섬유 직경일 수 있는 직경으로 감소시키는 수렴하는 고속의, 통상 가열된 가스(예를 들어, 공기) 스트림 내로, 용융된 열가소성 재료를 복수의 미세한, 통상 원형인 다이(die) 모세관을 통해 용융된 실 또는 필라멘트로서 압출함으로써 섬유가 형성되는 공정을 지칭한다. 그 후, 멜트블로운 섬유는 고속 가스 스트림에 의해 운반되고, 무작위로 분산된 멜트블로운 섬유의 웨브를 형성하도록 흔히 점착성을 유지한 상태에서 수집 표면 상에 침착된다. 멜트블로운 섬유는 연속적이거나 불연속적일 수 있고 대체로 10 미크론 미만의 평균 직경을 갖는 마이크로섬유이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "중합체"는 대체로 단일 중합체와, 예컨대 블록, 그래프트(graft), 무작위 및 교호 공중합체, 삼중합체 등과 같은 공중합체와, 이들의 블렌드 및 개질물을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 또한, 달리 구체적으로 제한되지 않는다면, 용어 "중합체"는 재료의 모든 가능한 기하학적 형상을 포함한다. 이러한 형상은 동일배열(isotactic), 혼성배열(atactic), 교대배열(syndiotactic) 및 무작위 대칭을 포함지만, 이들로 제한되지 않는다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "단일성분" 섬유는 하나의 중합체만을 사용하여 하나 이상의 압출기로부터 형성된 섬유를 지칭한다. 이는 착색, 정전기 방지 특성, 윤활성, 친수성 등을 위하여 소량의 첨가제가 첨가된 하나의 중합체로부터 형성된 섬유를 배제하는 것을 의미하지는 않는다. 이들 첨가제, 예컨대 착색을 위한 이산화티타늄은 대체로 약 5 중량% 그리고 더욱 전형적으로는 약 2 중량% 미만의 양으로 존재한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "2성분 섬유"는 별개의 압출기들로부터 압출되지만 하나의 섬유를 형성하도록 함께 스펀되는 적어도 2개의 상이한 중합체들로부터 형성된 섬유를 지칭한다. 2성분 섬유는 또한 때때로 복합 섬유(conjugate fiber) 또는 다중성분 섬유(multicomponent fiber)로 지칭된다. 중합체들은 2성분 섬유의 단면을 가로질러 사실상 일정하게 위치된 별개의 지역(distinct zone) 내에 배열되고, 2성분 섬유의 길이를 따라 연속적으로 연장한다. 이러한 2성분 섬유의 형상은, 예컨대 하나의 중합체가 다른 중합체에 의해 둘러쌓인 외피/코어(sheath/core) 배열일 수 있으며, 또는 각각 2성분을 포함하는 다중성분 섬유의 기술 분야에 공지된 바와 같은 나란한 배열, 파이(pie) 배열, 또는 "해도형"(islands-in-the-sea) 배열일 수 있다. 2성분 섬유는 분할 가능한(splittable) 섬유일 수 있는데. 이러한 섬유는 처리 전에 또는 처리되는 동안 최초의 2성분 섬유보다 작은 단면 치수를 각각 갖는 다수의 섬유로 길이방향으로 분할될 수 있다. 분할 가능한 섬유는 이들의 감소된 단면 치수로 인해 더욱 부드러운 부직포 웨브를 생산하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 유용한 대표적인 분할 가능한 섬유는 타입 T-502 및 T-512 16 세그먼트 PET/나일론 6 2.5 데니어 섬유와, 타입 T-522 16 세그먼트 PET/PP 분할 가능한 섬유인데, 이들 모두는 테네시주 존슨 시티 소재의 파이버 이노베이션 테크놀로지(Fiber Innovation Technology)로부터 입수할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "2구성요소 섬유"는 동일한 압출기들로부터 블렌드로서 압출되는 적어도 2개의 중합체들로부터 형성된 섬유를 지칭한다. 2구성요소 섬유는 다양한 중합체 성분들이 섬유의 단면적을 가로질러 비교적 일정하게 위치된 별개의 지역 내에 배열되지 않으며, 다양한 중합체는 통상 섬유의 전체 길이를 따라 연속되지 않고, 대신에 통상 무작위로 시작 및 종료되는 피브릴(fibril)을 형성한다. 2구성요소 섬유는 또한 때때로 다중구성요소 섬유로 지칭된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "비원형 섬유"는 비원형 단면을 갖는 섬유를 기술하며, "형상화된 섬유"와 "모세관 채널 섬유"를 포함한다. 이러한 섬유는 중실형 또는 중공형일 수 있고, 이들은 삼각 델타 형상으로 될 수 있으며, 바람직하게는 그 외부 표면 상에 모세관 채널을 갖는 섬유이다. 모세관 채널은 "U자형", "H자형", "C자형" 및 "V자형"과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 하나의 바람직한 모세관 채널 섬유는 테네시주 존슨 시티의 파이버 이노베이션 테크놀로지스로부터 입수할 수 있는 4DG 섬유로 명명되는 T-401이다. T-401 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 폴리에스테르)이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 제2 영역(4)에서 사용되는 "일체형 연장부"에서의 용어 "일체형"은 전구체 웨브(20)의 섬유로부터 유래한 제2 영역(4)의 섬유를 지칭한다. 그러므로, 예를 들어 변형부(6)의 루프형 섬유(8)는 전구체 웨브(20)의 소성적으로 변형되어 연장된 섬유일 수 있으며, 따라서 웨브(1)의 제1 영역(2)과 일체형이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "일체형"은, 예컨대 종래의 카펫 제조에서 통상적으로 행해지는 바와 같이 터프트를 만들기 위하여 별도의 전구체 웨브에 도입 또는 부가되는 섬유와는 구별되는 것이다. 적합한 부직포 웨브(20)는 충분한 소성 변형과 인장 연신을 겪을 수 있거나, 루프형 섬유(8)가 형성되도록 충분한 섬유 이동성을 가질 수 있는 섬유를 포함하여야 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 전구체 웨브(20)의 제1 표면(12)의 평면 외부로 가압된 소정 비율의 섬유들은 루프를 형성하지 않고, 대신에 파단되어 묶여 있지 않은 단부(loose end)를 형성할 것이라는 것을 인식하여야 한다. 이러한 섬유는 도 3에 도시된 바와 같이 "묶여 있지 않은" 또는 "파단된" 섬유(18)로서 본 명세서에서 지칭된다. 묶여 있지 않은 섬유 단부(18)는 또한 절단된 스테이플 섬유로 이루어지거나 이를 포함하는, 부직포 웨브로부터 변형부(6)를 형성한 결과일 수 있다. 묶여 있지 않은 섬유 단부(18)가 본 발명에서 반드시 바람직하지 못한 것은 아니지만, 웨브(1)는 변형부(6)가 주로 루프형 섬유(8)를 포함할 때 그의 부품성(bulky) 특징 및 부드러운 특징을 더욱 용이하게 보유할 수 있는 것으로 여겨진다. 바람직한 실시예에서, Z-방향으로 가압된 섬유의 적어도 약 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 70%, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 90%가 루프형 섬유(8)이다.
도 1에 도시된 웨브(1)의 실시예의 경우에서 대표적인 변형부(6)는 도 2의 보다 확대된 도면에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 변형부(6)는 변형부(6)가 뚜렷한 종방향 배향과 종축(L)을 갖도록 사실상 정렬된 복수의 루프형 섬유(8)를 포함한다. 변형부(6)는 또한 MD-CD 평면 내에서 종축(L)과 대체로 직교하는 횡축(T)을 갖는다. 도 1과 도 2에 도시된 실시예에서, 종축(L)은 MD와 평행하다. 일 실시예에서, 모든 이격된 변형부(6)는 대체로 평행한 종축(L)들을 갖는다. 웨브(1)의 단위면적당 변형부(6)의 개수, 즉 변형부(6)의 면적 밀도는 제곱센티미터당 1개 변형부(6)로부터 제곱센티미터당 100개 변형부(6)만큼 크게 변동될 수 있다. 최종 용도에 따라 제곱센티미터당 적어도 10개 또는 적어도 20개의 변형부(6)가 존재할 수 있다. 일반적으로, 면적 밀도는 웨브(1)의 전체 면적에 걸쳐 균일할 필요는 없지만, 변형부(6)는 선, 줄무늬(stripe), 밴드, 원 등과 같이 미리 설정된 형상을 갖는 영역 내부에서와 같이 웨브(1)의 소정 영역 내부에만 존재할 수 있다.
도 2에 도시되고 도 3과 도 4에 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 웨브(1)의 일 실시예의 변형부(6)의 섬유(8)의 하나의 특징은 루프형 섬유(8)들의 현저한 방향성 정렬이다. 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 루프형 섬유(8)는 도 4에서와 같이 평면도로 볼 때 횡축(T)에 대해 사실상 균일한 정렬을 갖는다. "루프형" 섬유(8)는 섬유(8)가 웨브(1)에서 시작하여 웨브로 종료되는 것을 의미한다. 변형부(6)의 루프형 섬유(8)에 대한 "정렬된"은 루프형 섬유(8) 모두가 대체로, 도 4에서와 같이 평면도로 볼 때 각각의 루프형 섬유(8)가 횡축(T)과 평행한 유의한 벡터 성분(significant vector component), 바람직하게는 횡축(T)과 평행한 주 벡터 성분(major vector component)을 갖도록 배향되는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 도 4에서와 같이 평면도로 볼 때 종축(L)으로부터 45도를 초과하는 각도로 배향된 루프형 섬유(8)는 횡축(T)과 평행한 유의한 벡터 성분을 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 도 4에서와 같이 평면도로 볼 때 종축(L)으로부터 60도를 초과하는 각도로 배향된 루프형 섬유(8)는 횡축(T)과 평행한 주 벡터 성분을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 변형부(6)의 섬유(8)의 적어도 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 70%, 그리고 더욱 더 바람직하게는 적어도 90%가 횡축(T)과 평행한 유의한 벡터 성분, 더욱 바람직하게는 주 벡터 성분을 갖는다. 섬유 배향은 필요하다면 적합한 측정 눈금(scale)이 설비된 현미경과 같은 확대 수단을 사용함으로써 결정될 수 있다. 일반적으로, 평면도로 본 섬유의 비선형 세그먼트에 대해서는, 종축(L)과 루프형 섬유(8) 모두에 대한 직선 근사가 종축(L)으로부터 루프형 섬유(8)의 각도를 결정하는 데에 사용될 수 있다.
제2 영역(4)의 변형부(6)에서의 루프형 섬유(8)의 배향은, 부직포 전구체 웨브(20)의 경우에 사실상 무작위로 배향된 섬유 정렬을 갖는 것으로 가장 양호하게 설명되는 제1 영역(2)의 섬유 조성 및 배향과 대조를 이룬다. 직포 웨브 실시예에서, 변형부(6)에서의 루프형 섬유(8)의 배향은 전술된 바와 동일할 수 있지만, 제2 영역(2)의 섬유는, 예컨대 정방형 직조 패턴과 같이 웨브를 제조하는 데에 사용되는 특정한 직조 공정과 연관된 배향을 가질 것이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 변형부(6)의 종축(L)은 대체로 MD로 정렬된다. 변형부(6) 및 이에 따른 종축(L)은 원칙적으로 MD 또는 CD에 관하여 임의의 배향으로 정렬될 수 있다. 그러므로, 일반적으로, 각각의 변형부(6)에 대하여 정렬된 루프형 섬유(8)는 이들이 횡축(T)과 평행한 유의한 벡터 성분, 더욱 바람직하게는 횡축(T)과 평행한 주 벡터 성분을 갖도록 종축(L)과 대체로 직교하게 정렬되는 것으로 언급될 수 있다.
도 5는 도 1과 관련하여 설명된 것과 유사한 웨브(1)의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 사진이다. 도 5의 웨브(1)는 폴리에틸렌/폴리프로필렌(외피/코어) 2성분 섬유를 포함하는 70 gsm 스펀본드 부직포 웨브이다. 도 5의 투시는 본질적으로 웨브(1)의 제1 표면(2)과 변형부(6)의 측면도이다. "측면도"는 도 5의 사진이 대체로 도 1 내지 도 4에 나타낸 CD 방향으로 취해져서, 각각의 변형부(6)의 MD와 종축(L)이 도 5에서 (예컨대, 대체로 수평적으로) 횡단하게 배향된 것을 의미한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 정렬된 루프형 섬유(8)를 포함하는 변형부(6)는 종축(L)과 대체로 직교하게 정렬되며, 적어도 횡축(T)과 평행한 유의한 벡터 성분을 갖는다.
몇몇 실시예에서, 이하에 설명되는 바와 같은 변형부(6)를 형성하는 바람직한 방법으로 인해, 변형부(6)의 다른 특징은 도 3에 도시된 바와 같이 변형부(6)의 내부에 형성된 개방된 빈 구역(10)을 특징으로 하는 대체로 개방된 구조이다. 빈 구역(10)은 변형부(6)의 말단(3) 단부에서 더 넓거나 더 크고 변형부(6)의 기부(5)에서 더 좁은 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상은 변형부(6)를 형성하도록 사용되는 치(tooth)의 형상과는 상반된다. "빈 구역"은 어떠한 섬유도 전혀 없다는 것을 의미하지는 않지만, 그의 전체적인 외관의 일반적인 설명으로서 의미를 갖는다. 그러므로, 일부 변형부(6)에는 하나의 묶여 있지 않은 섬유(8) 또는 복수의 묶여 있지 않은 섬유(8)가 빈 구역(10) 내에 존재할 수도 있다. "개방된" 빈 구역은 변형부(6)의 2개의 종방향 단부가 대체로 개방되고 섬유가 없어서, 변형부(6)가 도 3에 도시된 바와 같이 "터널" 구조와 유사한 구조를 형성하는 것을 의미한다. 예를 들면, 도 6은 도 5에 도시된 웨브(1)의 하나의 변형부(6)의 확대 SEM 도면이다. 도시된 바와 같이, 정렬된 루프형 섬유(8) 외에, 복수의 정렬된 루프형 섬유(8)들에 의해 형성된 뚜렷한 개방된 빈 구역(10)이 존재한다. 파단된 섬유(18)는 거의 볼 수 없다. 알 수 있는 바와 같이, 변형부(6)의 기부(5)는 (변형부(6)를 형성하는 섬유들이 접촉되도록 서로 충분히 가까울 때) 폐쇄되거나, 개방된 상태로 유지될 수도 있다. 일반적으로, 기부(6)에서의 임의의 개구는 좁다.
부가적으로, 웨브(1)를 제조하는 바람직한 방법의 결과로서, 제2 표면(14)과 연관된 제2 영역(4)은 불연속부(16)인데, 불연속부는 이하에서 상세히 설명되는 성형 구조물의 치에 의해 변형부(6) 내로 방향성(즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 MD-CD 평면과 대체로 직교하는 "평면외"(out-of-plane) 방향을 나타내는 것으로 부직포 기술 분야에서 통상적으로 이해되는 "Z-방향")을 가지고 가압된 제2 표면(14)의 앞서 기술한 무작위 섬유에 의해 형성된 대체로 선형인 만입부를 특징으로 한다. 전구체 웨브(20)의 이전의 무작위로 배향된 섬유에 의해 나타내어지는 배향의 급격한 변경이 불연속부(16)를 형성하는데, 불연속부는 변형부(6)의 종축(L)과 대체로 평행한 종축을 갖는 것으로 설명될 수 있도록 선형성을 나타낸다. 전구체 웨브(20)로서 유용한 많은 부직포 웨브의 성질로 인해, 불연속부(16)는 변형부(6)로서 뚜렷하게 인지되지 않을 수도 있다. 이러한 이유로, 웨브(1)의 제2 면 상의 불연속부(16)는 인지되지 못할 수 있으며, 웨브(1)가 근접하게 검사되지 않는 한 일반적으로 검출되지 않을 수 있다. 그러므로, 일부 실시예에서, 웨브(1)는 제1 면 상에서 테리 천의 외양과 느낌을 가지며, 제2 면 상에서 비교적 매끄럽고 부드러운 외양과 느낌을 갖는다. 다른 실시예에서, 불연속부(16)는 개구로서 보일 수 있으며, 터널과 유사한 루프형 변형부(6)들의 단부들을 거쳐 웨브(1)를 관통한 개구일 수도 있다.
또한, 웨브(1)를 제조하는 바람직한 방법의 결과로서, 제2 영역(4)이 정렬된 루프형 섬유(8)를 갖는지의 여부와 상관 없이, 각각은 웨브(1)의 제1 및 제2 표면(12, 14) 각각에서 또는 그 부근에서 두드러진 선형성을 나타낸다. 제조 방법과 관련하여 이하에서 더욱 완전하게 개시되는 바와 같이, 롤(104)의 치(110)의 기하학적 형상으로 인해, 전구체 웨브(20)의 제2 영역(4)들 각각은 이들과 연관된 선형 배향을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이러한 선형 배향은 본 발명에서 설명된 바와 같은 웨브(1)를 제조하는 방법의 필연적인 결과이다. 이러한 선형 배향을 이해하는 하나의 방식은 웨브(1)의 제2 표면(14) 상의 불연속부(16)의 선형 배향을 고려하는 것이다. 유사하게, 변형부(6)가 제1 표면(12)에서 웨브(1)로부터 제거된다면, 제2 영역(4)은 웨브(1)의 제1 표면(12) 상의 선형 불연속부로서, 예컨대 선형 슬릿 또는 절개부가 변형부(6)의 위치에서 전구체 웨브(20)에 형성된 것처럼 보일 것이다. 이러한 선형 웨브 불연속부는 방향적으로 종축(L)에 대응한다.
웨브(1)의 설명으로부터, 변형부(6)의 루프형 섬유(8)는 웨브(1)의 제1 표면(12)이나 제2 표면(14)으로부터 시작하여 연장할 수 있음을 알 수 있다. 물론, 변형부(6)의 섬유(8)는 웨브(1)의 내부(19)로부터 연장될 수도 있다. 변형부(6)의 섬유(8)는 전구체 웨브(20)의 대체로 2차원 평면 외부로 가압(즉, 도 3에 도시된 "Z-방향"으로 가압)됨으로 인해 연장된다. 일반적으로, 제2 영역(4)의 섬유(8 또는 18)는 섬유질 웨브 제1 영역(2)의 섬유와 일체형이고 이로부터 연장되는 섬유를 포함한다.
그러므로, 전술된 설명으로부터, 일 실시예에서, 웨브(1)는 제1 표면(12)과 제2 표면(14)을 갖는 섬유질 웨브(1)인 것으로 설명될 수 있으며, 섬유질 웨브(1)는 제1 영역(2) 및 복수의 이산된 일체형 제2 영역(4)을 포함하며, 제2 영역(4)은 선형 배향을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장하는 복수의 터프트 형성된 섬유들을 포함하는 변형부(6)인 적어도 하나의 다른 부분을 갖는다.
루프형 섬유(8)의 연장은 섬유의 소성 변형과 포아송 비(Poisson's ratio)의 효과로 인해 섬유 단면적 치수(예컨대, 원형 섬유의 경우 직경)의 전체적인 감소를 동반할 수 있다. 그러므로, 변형부(6)의 섬유(8)는 제1 영역(2)의 섬유뿐만 아니라 전구체 웨브(20)의 섬유의 평균 섬유 직경 미만의 평균 섬유 직경을 가질 수 있다. 섬유 직경의 이러한 감소는 전구체 웨브(20)의 재료 특성에 따라, 면 테리 천에 필적할 수 있는 웨브(1)의 감지되는 부드러움에 기여하는 것으로 여겨진다. 섬유 단면적 치수의 감소는 기부(5)와 말단부(3)의 중간에서 최대인 것이 확인되었다. 이는 이하에 더욱 완전하게 개시되는 바와 같이, 제조 방법에 기인한 것으로 여겨진다. 요약하면, 변형부(6)의 기부(5)와 말단부(3)에서의 섬유의 부분은 이하에 더욱 완전하게 설명되는 롤(104)의 치(110)의 팁에 인접하여, 처리 중에 마찰식으로 고정되어 이동될 수 없는 것으로 여겨진다. 그러므로, 변형부(6)의 중간부는 신장 또는 연신에 더욱 자유로우며, 따라서 대응하는 섬유 단면적 치수 감소를 더욱 자유롭게 겪을 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 웨브(1)를 제조하는 장치와 방법이 도시되어 있다. 장치(100)는 한 쌍의 상호맞물림 롤(102, 104)을 포함하고, 이들 각각은 동일한 평면 내에서 평행한 축(A)들을 중심으로 회전한다. 롤(102)은 롤(102)의 전체 원주 둘레로 중단 없이 연장하는 복수의 리지(ridge; 106) 및 대응하는 홈(108)을 포함한다. 롤(104)은 롤(102)과 유사하지만, 전체 원주 둘레로 중단 없이 연장하는 리지를 갖지 않으며, 롤(104)은 롤(104)의 적어도 일부분 둘레에서 이격된 관계로 연장하는 원주방향으로 이격된 치(110)의 열이 되도록 변형된 원주방향으로 연장하는 리지의 복수의 열을 포함한다. 롤(104)의 치(110)의 개개의 열은 대응하는 홈(112)에 의해 분리된다. 작동시, 롤(102)과 롤(104)은 롤(102)의 리지(106)가 롤(104)의 홈(112) 내부로 연장하고 롤(104)의 치(110)가 롤(102)의 홈(108) 내부로 연장하도록 맞물린다. 상호맞물림은 이하에서 논의되는 도 8의 단면 표현에서 더욱 상세하게 도시된다. 롤(102, 104) 중 하나 또는 모두는 고온 오일 충전형 롤러 또는 전기 가열식 롤러의 사용과 같은 당업계에 공지된 수단에 의해 가열될 수 있다.
도 7에서, 장치(100)는 하나의 패턴 형성된 롤, 예컨대 롤(104)과, 하나의 패턴 형성되지 않은 홈형 롤(102)을 갖는 바람직한 형상으로 도시되어 있다. 그러나, 소정 실시예에서, 각각의 롤의 동일한 또는 상이한 대응 영역에서 동일하거나 상이한 패턴을 갖는 2개의 패턴 형성된 롤(104)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 장치는 웨브(1)의 양 면으로부터 돌출하는 변형부를 갖는 웨브를 생산할 수 있다.
상업적으로 실행될 수 있는 연속적인 공정으로 본 발명의 웨브(1)를 제조하는 방법이 도 7에 도시되어 있다. 웨브(1)는 대체로 평면이고 2차원인 것으로 설명될 수 있는 전구체 웨브(20)를 기계적으로 변형시킴으로써 제조된다. "평면"과 "2차원"은 단순히, 웨브가 제2 영역(4)의 성형으로 인해 부여되는 뚜렷한 평면외 Z-방향 3차원성을 갖는 최종 웨브(1)에 비해 편평한 것을 의미한다. "평면"과 "2차원"은 임의의 특정한 편평함, 매끄러움 또는 차원성을 부여하는 것을 의미하지는 않는다.
설명되는 공정은 발명의 명칭이 "탄성체 유사 거동을 나타내는 웨브 재료"(Web Materials Exhibiting Elastic-Like Behavior)인 미국 특허 제5,518,801호에 설명되고 후속 특허 문헌에서 "구조적 탄성체 유사 필름"(Structural Elastic-like Film)을 의미하는 "SELF" 웨브로서 칭해지는 공정과 많은 점에서 유사하다. 그러나, 본 발명의 장치와 상기의 '801 특허에 개시된 장치 사이에는 중요한 차이가 있다. 이러한 차이는 본 발명의 웨브의 신규한 특징을 설명한다. 이하에 설명되는 바와 같이, 롤(104)의 치(110)는 본질적으로 웨브를 엠보싱하는 것과는 달리, 치(110)와 같은 치가 전구체 웨브(20)를 통해 "펀칭"(punch)하게 하는 선단 및 후단 에지와 연관된 특정 기하학적 형상을 갖는다. 본 발명의 장치(100)에서의 이러한 차이점은 기본적으로 상이한 웨브를 초래한다. 예를 들면, 본 발명의 웨브(1)는, 각각 서로 연결된 연속적인 측벽들, 즉 연속적인 "천이 지역"(transition zone)을 갖는 종래 기술의 SELF 웨브의 "텐트형"(tent-like) 리브형 요소와는 다르게, 정렬된 루프형 섬유(8)의 뚜렷한 "터널형"(tunnel-like) 터프트 형성된 변형부(6)를 가질 수 있다. 본 발명의 웨브(1)의 뚜렷한 "터널형" 터프트 형성된 변형부(6)는 유체가 변형부(6)의 빈 영역(10)을 거쳐 웨브(1) 내로 그리고 이를 통해 진입하게 함으로써 웨브(1)의 우수한 유체 취급 특성에 기여하는 것으로 여겨진다.
전구체 웨브(20)는 웨브 제조 공정으로부터 직접적으로 또는 공급 롤(도시 안됨)로부터 간접적으로 제공되어, 서로 반대로 회전하는 상호맞물림 롤(102, 104)들의 닙(116)으로 기계 방향으로 이동된다. 전구체 웨브는 2성분 섬유, 모세관 채널 섬유, 마이크로섬유 또는 분할 가능한 섬유를 포함하는 임의의 공지된 섬유 유형을 포함하는 부직포 웨브일 수 있다. 전구체 웨브(20)는 오일 가열식 롤러 상에서 가열되는 것과 같이 당업계에 공지된 수단에 의해 미리 가열될 수 있다. 더욱이, 전구체 웨브는 멜트블로운, 스펀본드 및 카디드와 같은 공지된 공정에 의해 제조된 부직포 웨브일 수 있다. 전구체 웨브(20)가 닙(116)을 통과할 때, 롤(104)의 치(110)는 롤(102)의 홈(108)으로 진입함과 동시에 변형부(6)와 불연속부(16)를 포함하는 제2 영역(2)을 형성하도록 전구체 웨브(20)의 평면 외부로 섬유를 가압한다. 실제로, 치(110)는 전구체 웨브(20)를 통해 "누르거나" 또는 "펀칭"한다. 치(110)의 팁이 전구체 웨브(20)를 통해 누름에 따라, CD로 우세하게 치(110)를 가로질러 배향된 섬유의 부분은 전구체 웨브(20)의 평면 외부로 치(110)에 의해 가압되고, Z-방향으로 신장, 당김 및/또는 소성 변형되어, 웨브(1)의 변형부(6)의 루프형 섬유(8)를 포함하는 제2 영역(4)이 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종축(L)과 대체로 평행하게, 즉 전구체 웨브(20)의 기계 방향으로 우세하게 배향된 섬유는 치(110)에 의해 간단히 멀리 벌어지고 웨브(1)의 제1 영역(2) 내에서 사실상 유지된다. 비록, 이하에서 더욱 완전하게 논의되는 바와 같이, 변형부(6)의 성형 속도가 섬유 배향에 영향을 미치는 것으로 확인되었지만, 일반적으로 그리고 적어도 낮은 성형 속도에서는, 루프형 섬유(8)가 도 3 및 도 4와 관련하여 전술된 바와 같이 변형부(6)의 횡축(T)과 평행한 유의한 벡터 성분 또는 주 벡터 성분을 갖는 섬유의 비율이 높은 독특한 섬유 배향을 나타낼 수 있는 이유가 이해될 수 있다. 일반적으로, 변형부(6)의 섬유의 적어도 일부는 횡축(T)과 직교하는 Z-방향 평면과 평행한 유의한 벡터 성분 또는 주 벡터 성분을 갖는 것으로 설명될 수 있는 정렬된 루프형 섬유(8)이다.
변형부(6)의 개수, 간격 및 크기는 치(110)의 개수, 간격 및 크기를 변경하고 필요에 따라 롤(104 및/또는 102)을 대응하는 치수로 변경함으로써 변동될 수 있다. 이러한 변동은 전구체 웨브(20) 및 라인 속도의 가능한 변동과 더불어, 다양한 목적을 위하여 다양하게 변형된 웨브(1)를 제조할 수 있게 한다. 예를 들면, MD 및 CD로 연장 가능한 실을 갖는 고평량 방직물로부터 제조된 웨브(1)는 소의 젖통과 젖꼭지와 관련된 문제를 감소시키기 위하여 유용한 카우 카펫과 같은 부드러운 다공성 바닥 덮개로 제조될 수 있다. 연장 가능한 스펀본드 중합체 섬유의 비교적 저평량인 부직포 웨브로부터 제조된 웨브(1)는 반내구성 또는 내구성 의류를 위한 테리 천 유사 천으로서 사용될 수 있다. 이하에 더욱 완전하게 설명되는 바와 같이, 웨브(1)는 또한 일회용 흡수용품에 사용될 수 있다.
도 8은 리지(106)와 치(110)를 포함하는 상호맞물림 롤(102, 104)의 일부분의 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 치(110)는 치 높이(TH)(TH가 또한 리지(106) 높이에도 적용될 수 있고, 바람직한 실시예에서는 치 높이와 리지 높이가 동일함에 주목), 및 피치(P)로서 지칭되는 치 사이의 간격(또는 리지 사이의 간격)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 결합 깊이(E)는 롤(102, 104)의 상호맞물림 수준의 측정치이며, 리지(106)의 팁으로부터 치(110)의 팁까지 측정된다. 결합 깊이(E), 치 높이(TH), 및 피치(P)는 전구체 웨브(20)의 특성과 웨브(1)의 요구되는 특징에 따라 요구되는 대로 변동될 수 있다. 예를 들면, 일반적으로, 변형부(6)의 루프형 섬유를 얻기 위하여, 결합 수준(E)이 커질수록 전구체 웨브(20)의 섬유가 소유하여야 하는 필요한 섬유 이동성 및/또는 연신 특성이 커진다. 또한, 요구되는 제2 영역(4)의 밀도(웨브(1)의 단위면적당 제2 영역(4))이 커질수록, 이하에 설명되는 바와 같이 피치는 작아져야 하며, 치 길이(TL)와 치 거리(TD)는 작아져야 한다.
도 9는 약 60 gsm 내지 100 gsm, 바람직하게는 약 70 gsm 또는 80 gsm 또는 90 gsm의 평량을 갖는 스펀본드 부직포 전구체 웨브(20)로부터 스펀본드 부직포 재료의 테리 천 유사 웨브(1)를 제조하는 데에 유용한 복수의 치(110)를 갖는 롤(104)의 일 실시예를 도시한다. 도 9에 도시된 치(110)의 확대도가 도 10에 도시되어 있다. 롤(104)의 이러한 실시예에서, 치(110)는 일반적으로 치 팁(111)에서 선단 에지(LE)로부터 후단 에지(TE)까지 측정된 약 1.25 mm의 균일한 원주방향 길이 치수(TL)를 갖고, 약 1.5 mm의 거리(TD)로 서로 원주방향으로 균일하게 이격된다. 약 60 내지 100 gsm 범위의 평량을 갖는 전구체 웨브(20)로부터 테리 천 웨브(1)를 제조하기 위하여, 롤(104)의 치(110)는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm 범위의 길이(TL)와 약 0.5 mm 내지 약 3 mm의 간격(TD), 약 0.5 mm 내지 10 mm 범위의 치 높이(TH), 및 약 1 mm(0.040 인치) 내지 2.54 mm(0.100 인치)의 피치(P)를 가질 수 있다. 결합 깊이(E)는 약 0.5 mm 내지 약 5 mm(치 높이(TH)에 근접하는 최대치까지)일 수 있다. 물론, E, P, TH, TD 및 TL은 변형부(6)의 요구되는 크기, 간격 및 면적 밀도(웨브(1)의 단위면적당 변형부(6)의 개수)를 달성하기 위하여 서로 독립적으로 각각 변동될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 치(110)는 팁(111), 선단 에지(LE) 및 후단 에지(TE)를 갖는다. 치 팁(111)은 길게 되어 있고, 제2 영역(4)의 종축(L)에 대응하는 대체로 종방향 배향을 갖는다. 테리 천과 유사한 것으로 설명될 수 있는 웨브(1)의 터프트 형성된 변형부(6)를 얻기 위하여, LE와 TE는 롤(104)의 국부적 주변부 표면(120)과 거의 직교하여야 하는 것으로 여겨진다. 또한, 팁(111)으로부터 LE 또는 TE로의 천이는 충분히 작은 곡률 반경을 갖도록 직각과 같이 급각도이어야 하며, 이럼으로써 사용시 치(110)는 LE와 TE에서 전구체 웨브(20)를 통해 누른다. 이론적으로 제한되지 않는다면, 치(110)의 팁과 LE 및 TE 사이의 비교적 급각도의 팁 천이를 가짐으로써, 치(110)가 전구체 웨브(20)를 통해 "명확하게", 즉 국부적이고 뚜렷하게 펀칭하게 하여, 최종 웨브(1)는, 예컨대 "엠보싱"되기보다는 제2 영역(4)에서 "터프트 형성된" 것으로 설명될 수 있을 것으로 여겨진다. 이와 같이 처리된 때, 웨브(1)에는 전구체 웨브(20)가 원래 갖고 있을 수 있는 탄성을 넘는 어떠한 특정한 탄성도 부여되지 않는다.
라인 속도, 즉 전구체 웨브(20)가 회전하는 롤(102, 104)의 닙을 통해 처리되는 속도 및 이에 따른 변형부(6)의 성형 속도는 최종 변형부(6)의 구조에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 예를 들면, 도 5와 도 6에 도시된 변형부(6)는 대략 분당 3 미터(m/분)(약 분당 10 피트)의 비교적 낮은 속도로 제조된다. 3 m/분은 다양한 소비자 대상의 적용 분야를 위한 상업적 제품에 대해 비교적 낮은 속도로 간주되지만, 도 5와 도 6에 도시된 부직포 웨브에 사용되는 스펀본드 2성분 섬유의 경우, 이러한 비교적 낮은 속도는 변형부(6) 내의 매우 균일한 정렬된 루프형 섬유(8)를 형성한다.
더 빠른 라인 속도, 회전하는 롤(102, 104)의 닙을 통한 비교적 빠른 처리 속도에서, 유사한 재료들이 변형부(6), 즉 터프트를 위한 매우 상이한 구조들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 11과 도 12는, 롤(102, 104)의 회전 속도, 즉 웨브(1)로 처리되는 전구체 웨브(20)의 (길이/시간 단위의) 라인 속도의 차이를 제외하면 동일한 공정 조건에 의해 동일한 재료로부터 제조된 웨브(1)에 대한 대표적인 변형부(6)를 도시한다. 도 11과 도 12에 도시된 각각의 웨브를 위해 사용되는 전구체 웨브(20)는 폴리프로필렌을 포함하며 사우스캐롤라이나주 심슨빌의 BBA 넌우븐스(BBA Nonwovens)로부터 입수할 수 있는 상표명 Sofspan 200(등록상표)로 판매되는 25 gsm 부직포 웨브이다. 도 11에 도시된 웨브는 약 3.4 mm(약 0.135 인치)의 결합 깊이(E), 약 1.5 mm(약 0.060 인치)의 피치(P), 약 3.7 mm(약 0.145 인치)의 치 높이(TH), 1.6 mm(약 0.063 인치)의 치 거리(TD), 및 약 1.25 mm(약 0.050 인치)의 치 길이(TL)를 갖는 롤(102, 104)의 닙(116)을 통해 처리되었다. 웨브는 약 15 미터/분(약 50 피트/분)의 라인 속도로 주행되었다. 도 12에 도시된 웨브는 도 11에 도시된 웨브와 동일하며, 약 150 미터/분(약 500 피트/분)인 라인 속도를 제외하면 동일한 조건 하에서 처리되었다.
도 11과 도 12를 살펴봄으로써 알 수 있는 바와 같이, 도시된 변형부(6)들에는 인지할 수 있는 차이가 존재한다. 도 11에 도시된 변형부(6)는 도 1 내지 도 6에 도시된 변형부의 구조와 유사하다. 즉, 파단된 섬유, 예컨대 도 3에 도시된 바와 같은 섬유(18)가 거의 없는 사실상 정렬된 루프형 섬유(8)를 나타낸다. 그러나, 도 12에 도시된 변형부(6)는 비교적 고속에서 변형부(6)를 형성하도록 처리된 스펀본드 부직포 재료에서 전형적으로 보여지는 매우 상이한 구조를 나타낸다. 이러한 구조의 전형은 변형부(6)의 기단부, 즉 기부(5)와 변형부(6)의 말단부, 즉 상부(3) 사이의 섬유가 파단되고, 변형부(6)의 상부에서 섬유의 "매트"(mat)(7)로 보여지는 구조를 갖는다. 매트(7)는 변형부(6)의 상부에서 파단되지 않은 루프형 섬유(8)를 포함하여 이에 의해 지지되며, 또한 전구체 웨브(20)와 더이상 일체형이 아닌 파단된 섬유(11)의 부분을 포함한다. 즉, 매트(7)는 이전에는 전구체 웨브(20)와 일체형이지만 도 7 및 도 8과 관련하여 설명된 공정의 충분히 빠른 라인 속도에서 처리된 후에 전구체 웨브(20)로부터 완전하게 분리된 섬유 부분을 포함한다.
그러므로, 전술된 설명으로부터, 일 실시예에서, 웨브(1)는 제1 표면(12)과 제2 표면(14)을 갖는 섬유질 웨브(1)인 것으로 설명될 수 있으며, 섬유질 웨브(1)는 제1 영역(2) 및 복수의 이산된 제2 영역(4)을 포함하며, 제2 영역(4)은 선형 배향을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과, 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장하는 섬유 및 제1 영역(2)과 일체형도 아니고 이로부터 연장하지도 않는 섬유를 포함하는 변형부(6)인 적어도 하나의 다른 부분을 갖는 것으로 이해된다.
라인 속도를 제외하면 재료와 처리 면에서 동일한 웨브(1)의 다른 예가 도 13 및 도 14와 관련하여 도시되어 있다. 도 13과 도 14에 도시된 각각의 웨브(1)를 위한 전구체 웨브(20)는 사우스캐롤라이나주 심슨빌 소재의 BBA 넌우븐스로부터 입수할 수 있는 상표명 Sofspan 200(등록상표)로 판매되는 60 gsm 스펀본드 부직포 웨브이다. 도 13에 도시된 웨브는 약 3.4 mm(약 0.135 인치)의 결합 깊이(E), 약 1.5 mm(약 0.060 인치)의 피치(P), 약 3.7 mm(약 0.145 인치)의 치 높이(TH), 약 1.6 mm(약 0.063 인치)의 치 거리(TD), 및 약 1.25 mm(약 0.050 인치)의 치 길이(TL)를 갖는 롤(102, 104)의 닙(116)을 통해 처리되었다. 웨브는 약 15 미터/분(약 50 피트/분)의 라인 속도로 주행되었다. 도 14에 도시된 웨브는 도 13에 도시된 웨브와 동일하며, 약 150 미터/분(약 500 피트/분)인 라인 속도를 제외하면 동일한 조건 하에서 처리되었다.
도 13에 도시된 웨브(1)는 약 15 미터/분(약 50 피트/분)의 라인 속도로 처리되었다. 도시된 바와 같이, 비교적 완화된 라인 속도에서도, 변형부(6)의 말단부에서 소정량의 매트 형성(matting)이 인지된다. 고밀도의 편평하고 압축된 섬유 부분으로 보여지게 하는 이러한 매트 형성은 제조 중에 롤(104)의 치(110)의 팁과 연관된 변형부(6)의 부분 상에서 발생한다. 라인 속도가 증가함에 따라, 이러한 매트 형성, 즉 매트(7)는, 도 13에 도시된 웨브와 동일한 조건 하에서 처리되지만 약 150 미터/분(약 500 피트/분)의 라인 속도로 처리된 웨브를 도시하는 도 14에 도시된 바와 같이 더욱 뚜렷해진다. 도 14에 도시된 변형부(6)는 더욱 뚜렷한 매트(7)를 나타내며, 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장하는 섬유(8 또는 18) 및 제1 영역(2)과 일체형이지도 않고 이로부터 연장하지도 않는 (매트(7) 내의) 섬유(11)를 포함하는 것으로 설명될 수 있다.
변형부(6)의 말단부에서 관찰되는 뚜렷한 섬유 배향, 즉 매트(7)는 주로 처리 속도로 인한 것으로 여겨지며, 또한 섬유간의 접합의 정도에 영향을 줄 수 있는 처리 온도뿐만 아니라 전구체 웨브(20)의 섬유 유형과 평량과 같은 다른 변수에 의해 영향받는 것으로 여겨진다. 예를 들면, 위에서 관찰된 바와 같이, 섬유의 매트 형성은 제조 중에 롤(104)의 치(110)의 팁과 연관된 변형부(6)의 부분 상에서 발생한다. 치의 팁에서의 섬유들의 마찰 결합은 섬유들을 제위치에 "고정"하고, 이럼으로써 변형부(6)의 성형을 허용하는 것으로 여겨지는 2개의 메커니즘, 즉 섬유 연신율 및/또는 섬유 이동성을 제한하는 것으로 여겨진다. 그러므로, 말하자면, 일단 제위치에서 고정되면, 치(110) 팁에 인접한 섬유는 파단될 수 있고, 압력과 마찰에 의한 섬유의 가능한 냉간 용접뿐만 아니라 전구체 웨브의 무작위 인탱글링으로 인해, 파단된 섬유(11)는 변형부(6)의 말단부(3)에서 매트(7) 내에 박혀 유지된다.
비교적 높은 평량을 갖는 전구체 웨브(20)는 일반적으로 매트(7) 내에 상대적으로 더욱 많은 섬유(11) 부분을 갖는다. 어떤 의미에서, 치(110) 팁의 중간 부근의 전구체 웨브(20)의 섬유량의 대부분은 제조 중에 변형부(6)의 말단부(3)로 Z-방향으로 간단히 변위되어 매트(7)를 형성하는 것으로 보인다. 비교적 낮은 연신율 섬유 또는 비교적 낮은 섬유간 이동성(예컨대, 비교적 제한된 섬유 사행운동(reptation) 성능)을 포함하는 전구체 웨브(20)는 변형부(6)의 말단부(3)에서 매트(7) 내에 박혀 유지되는 섬유가 상대적으로 적게 되는 것으로 보인다. 섬유간 이동성은 섬유간의 접합부를 감소 또는 제거시킴으로써 증가될 수 있다. 열 접합부는 섬유간 이동성을 증가시키도록 소정의 부직포 웨브 내에서 완전하게 제거 또는 상당히 감소될 수 있다. 유사하게, 하이드로인탱글드 웨브는 섬유간 이동성을 증가시키도록 덜 인탱글링될 수 있다. 임의의 전구체 웨브(20)에 대하여 본 명세서에 개시된 바와 같이 처리하기 전에 이를 윤활시키는 것 또한 섬유간 이동성을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 롤(102, 104)의 닙(116)으로 진입하기 전에 광물 오일 윤활제가 전구체 웨브(20)에 적용될 수 있다.
매트(7)의 존재의 결과로, 웨브(1)는 이의 일 면 상에서 약간 거칠고 텍스처 형성된 느낌을 가져서, 예컨대 더 많은 세척 텍스처(scrubbing texture)가 요구되는 와이프(wipe)에 유용하다. 어떤 의미에서, 비교적 저속의 처리 조건 하에서 제조된 때에 부드러운 테리 천 유사 촉감을 갖는 웨브는 동일 조건 하에서, 하지만 상대적 높은 라인 속도로 처리되는 때에는 저렴한 호텔 타월의 느낌을 가질 수 있다. 섬유질 웨브 상에서의 이러한 거칠고 텍스처 형성된 촉감은 경질 표면 세척용 와이프 또는 각질 제거 안면 와이프와 같은 몇몇 응용에 유용할 수 있다.
스테이플-길이 섬유를 포함하는 카디드 웨브와 같은 소정의 부직포 웨브는 변형부(6) 내의 매우 적은 루프형 섬유(8)를 생성하여, 이러한 웨브 내에 생성된 변형부(6)는 도 1 내지 도 6과 관련하여 전술된 바와 같은 복수의 정렬된 루프형 섬유(8)를 포함하는 것으로 설명될 수 없음이 확인되었다. 대신에, 도 17의 SEM 사진에 도시된 바와 같이, 카디드 부직포 웨브는, 있더라도 매우 적은 정렬된 루프형 섬유(8)를 갖고 전부는 아니더라도 많은 비정렬 섬유 및/또는 파단 섬유(18)를 갖는 변형부(6)를 생산할 수 있다. 도 17에 도시된 웨브(1)를 제조하는 데에 사용되는 전구체 웨브(20)는 고연신율 카디드(High Elongation Carded)(HEC(등록상표))와 같은, 사우스캐롤라이나주 심슨빌의 BBA 넌우븐스로부터 입수할 수 있는 40 gsm 카디드 웨브이고, 약 3.4 mm(약 0.135 인치)의 결합 깊이(E), 약 1.5 mm(약 0.060 인치)의 피치(P), 약 3.7 mm(약 0.145 인치)의 치 높이(TH), 약 1.6 mm(약 0.063 인치)의 치 거리(TD), 및 약 1.25 mm(약 0.050 인치)의 치 길이(TL)를 갖는 롤(102, 104)의 닙(116)을 통해 처리되었다. 웨브는 약 15 미터/분(약 50 피트/분)의 라인 속도로 주행되었다. 카디드 웨브로부터 제조된 변형부(6) 내의 섬유의 비정렬은 카디드 웨브의 섬유량의 성질에 부분적으로 기인하는 것으로 여겨진다. 스테이플 섬유는 "무한"하지는 않으며, 대신에 25 mm 내지 약 400 mm 그리고 더욱 전형적으로는 약 40 mm 내지 약 80 mm 정도의 미리 설정된 길이를 갖는다. 그러므로, 카디드 웨브가 도 7과 관련하여 설명된 장치에 의해 처리된 때, 묶여 있지 않은 섬유 단부가 변형부(6) 부근에 존재할 것이고, 이에 따라 변형부(6) 내의 비루프형 섬유 단부를 생성할 가능성이 더 큰 것으로 여겨진다. 더욱이, 흔히 스테이플 섬유는, 예컨대 스펀본드 또는 멜트블로운 섬유와 동일한 연신 특성을 갖지 않는다. 그러나, 변형부(6)가 루프형 섬유를 갖지 않더라도, 섬유질 터프트는 부드러움 이점을 제공하고 테리 천 유사 특징을 갖는 웨브를 생산한다.
그러므로, 전술된 설명으로부터, 본 발명의 웨브는 정렬된 루프형 섬유를 가질 필요는 없고, 일 실시예에서 제1 표면(12)과 제2 표면(14)을 갖고 사실상 무작위로 배향된 섬유를 포함하는 전구체 웨브(20)의 선택적인 기계적 변형에 의해 형성된 섬유질 웨브(1)인 것으로 설명될 수 있으며, 섬유질 웨브는 선택적인 기계적 변형에 의한 변형부가 사실상 없는 사실상 무작위로 배향된 섬유의 제1 영역과 복수의 이산된 일체형 제2 영역을 포함하고, 제2 영역(4)은 전구체 웨브(20)의 이격된 변형부(6)들을 포함하며, 각각의 제2 영역(4)은 선형성을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과, 상기의 제1 영역과 일체형이지만 이로부터 연장하는 복수의 터프트 형성된 섬유들을 포함하는 적어도 하나의 다른 부분을 갖는다.
본 발명의 웨브(1)는 선택된 특성을 갖는 가공된 재료를 생산하는 많은 기회를 제공한다. 예를 들면, 웨브(1)는 변형부(6) 내에서 노출된 섬유를 가질 가능성이 신뢰성 있게 예측될 수 있도록 카디드 전구체 웨브(20) 내의 스테이플 섬유의 길이를 선택함으로써 제조될 수 있다. 또한, 스테이플 섬유의 카디드 웨브는 하이브리드(hybrid)를 생산하도록 스펀본드 부직포 웨브와 블렌딩 또는 라미네이트될 수 있어, 제2 영역(4)의 변형부(6)는 주로 루프형 스펀본드 섬유를 포함하고 제1 영역(2)은 카디드 및 스펀본드 섬유 모두를 포함한다. 전구체 웨브(20)의 섬유의 유형, 스테이플 섬유의 길이, 섬유의 층 형성, 및 다른 변동은 웨브(1)의 요구되는 마찰 특성을 생성하도록 요구되는 대로 변동될 수 있다.
직포 전구체 웨브(20)가 이용된다면, 제2 영역(4)의 성형과 구조는 부직포 웨브로부터 형성된 웨브(1)에 의해 나타나는 성형 및 구조와 매우 가까울 수 있다. 예를 들면, 직포 전구체 웨브(20)가 전술된 장치(100)에 의해 처리될 때 충분한 연신 특성을 갖고 폭 방향으로 우세하게 배향된 경사(wrap thread) 또는 위사(weft thread)를 갖는다면, 치(110)는 기계 방향 실(경사 또는 위사)을 분리하여 단지 평면 외부로 폭 방향으로 실을 가압하는 경향을 갖는다. 그러므로, 직포 전구체 웨브(20)로부터 생산된 웨브(1)는 테리 천 직물과 매우 유사한 외양과 느낌을 가질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 전구체 웨브(20)는 최소한의 섬유간 접합부가 있는 부직포 웨브이다. 예를 들면, 전구체 웨브는 부직포 웨브의 기술 분야에서 통상 공지된 바와 같은 이산된 열 점접합부의 패턴을 갖는 부직포 웨브일 수 있다. 그러나, 일반적으로, 웨브(1)의 제2 영역(4)에서의 최대의 섬유 이동성과 전위를 허용하도록 접합점의 개수와 간격을 최소화하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 비교적 큰 직경 및/또는 비교적 높은 파단에 대한 연장성 및/또는 비교적 높은 섬유 이동성을 갖는 섬유를 이용함으로써 제2 영역(4), 특히 변형부(6)를 더욱 양호하고 뚜렷하게 형성할 수 있다.
웨브(1)가 단일 층 전구체 웨브(20)로부터 제조된 단일 층 웨브로서 바람직한 실시예에서 개시되었지만, 항상 이러할 필요는 없다. 예를 들면, 2개 이상의 층 또는 겹(ply)을 갖는 라미네이트 또는 복합 전구체 웨브(20)가 사용될 수 있다. 일반적으로, 웨브(1)에 대한 전술된 설명은, 예컨대 라미네이트 전구체 웨브로부터 형성된 정렬된 루프형 섬유(8)가 라미네이트의 둘 모두의 (또는 모든) 층들로부터의 섬유로 구성될 수 있을 것이라는 인식을 포함한다. 그러므로, 이러한 웨브 구조에서는, 모든 층의 모든 섬유가 연장 및 변형되기 전에 파단되지 않도록 충분한 직경, 연신 특성 및 섬유 이동성을 갖는 것이 중요하다. 이러한 방식에서, 라미네이트의 모든 층들로부터의 섬유는 터프트 형성된 변형부(6)에 기여할 수 있다. 다중 층 웨브에서, 상이한 웨브의 섬유가 변형부(6) 내에서 혼합 또는 섞일 수 있다. 섬유는 인접 웨브 내의 섬유를 통해 돌출하지 않지만 이와 조합된다. 이는 흔히 웨브가 매우 빠른 속도에서 처리될 때 관찰된다.
다중 층 웨브(1)는 단일 층 웨브(1)에 비해 상당한 장점을 가질 수 있다. 예를 들면, 2개의 전구체 웨브(20A, 20B)를 사용하는 다중 층 웨브(1)로부터의 변형부(6)는 도 18 내지 도 20에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 둘 다의 전구체 웨브(20A, 20B)는 2개의 전구체 웨브를 함께 "고정"하여 층들 사이의 접착제 또는 열 접합을 사용하거나 필요로 하지 않는 라미네이트 웨브를 형성하는 "중첩된"(nested) 관계로 섬유의 변형부(6)를 형성하는 데에 기여한다. 그러나, 접착이 바람직하다면, 층들 사이의 화학적 접합, 수지 또는 분말 접합, 또는 열 접합이 전구체 웨브의 소정 영역 또는 전부에 대해 선택적으로 이용될 수 있다. 또한, 다중 층은, 예컨대 필름을 부직포 상으로 압출하거나 부직포의 하나의 층을 스펀본드 상으로 카딩하고 조합된 층을 열 점접합함으로써 처리되는 동안 접합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 변형부(6)는 도 18에 도시된 바와 같이 라미네이트 전구체 웨브의 층을 이룬 관계를 유지하고, 모든 바람직한 실시예에서, 상부 층(구체적으로 도 18 내지 도 20의 층(20A)이지만, 일반적으로 도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이 Z-방향에 관하여 상부 층)은 사실상 손상되지 않고 유지되어 루프형 섬유(8)를 형성한다.다중 층 웨브(1)에서, 각각의 전구체 웨브는 상이한 특성들을 가질 수 있다. 예를 들면, 웨브(1)는 2개(또는 그 이상)의 전구체 웨브, 예컨대 제1 및 제2 전구체 웨브(20A, 20B)를 포함할 수 있다. 제1 전구체 웨브(20A)는 높은 연신율과, 웨브(20A)가 탄성 복원될 수 있게 하는 상당한 탄성적인 회복을 나타내는 상부 층을 형성할 수 있다. 탄성 복원은 도 18에 도시된 바와 같이 둘 모두의 웨브의 변형부(6)의 기부(5)를 측방향으로 압착하는 것을 돕는다. 탄성 복원 또는 측방향 압착은 또한 변형부(6) 내의 Z-방향으로 배향된 섬유를 고정하고 안정화시키는 것을 돕는다. 전구체 웨브(20A)에 의해 제공된 측방향 압착은 또한 제2 전구체 웨브(20B)의 안정성을 증가시킬 수 있다. 라인 속도를 제외하면 재료와 공정면에서 동일한 다중 층 웨브(1)의 일 예가 도 15와 도 16과 관련하여 도시되어 있다. 도 15와 도 16에 도시된 바와 같은 다중 층 웨브(1)는 워싱턴주 워쇼우걸 소재의 BBA에 의해 제조된 스펀본드 PE/PP 외피/코어 부직포 웨브로 구성된 제1 전구체 웨브(20A)를 포함한다. 제2 전구체 웨브(20B)는 열 점접합된 카디드 PET/Co-PET 부직포 웨브(노스캐롤라이나주 샬럿에서 제조된 50% 6dpf PET Wellman Type 204와 노스캐롤라이나주 가스토니아에서 제조된 50% 6 dpf Co-PET Kanematsu Type LM651)로 구성된다. 제2 전구체 웨브(20B)는 터프트 형성이 가능하도록 느슨하게 결합될 수 있어, 제1 전구체 웨브(20A)의 측방향 압착 또한 제2 전구체 웨브(20B)의 안정성을 증가시킬 수 있다. 다중 층 웨브(1)는 모두 약 3.4 mm(약 0.135 인치)의 결합 깊이(E)로 처리되었다. 도 15에 도시된 다중 층 웨브(1)는 3 미터/분의 저속으로 처리되었고, 도 16에 도시된 다중 층 웨브(1)는 150 미터/분의 고속으로 처리되었다. 알 수 있는 바와 같이, 도 16에서 변형부(6) 내의 제1 및 제2 전구체 웨브(20A, 20B)로부터의 섬유(고속 처리)는 도 15에 도시된 섬유(저속 처리)보다 더욱 많이 섞인다. 다중 층 웨브(1)는 일회용 흡수용품 상의 톱시트로서 사용될 때 신체-접촉 층으로서 이용될 수 있다.
다중 층 웨브(1)에서, 각각의 전구체 웨브는 상이한 재료 특성들을 가질 수 있어, 웨브(1)에 이로운 특성들을 제공한다. 예를 들면, 2개(또는 그 이상)의 전구체 웨브, 예컨대 제1 및 제2 전구체 웨브(20A, 20B)를 포함하는 웨브(1)는 이하에서 더욱 완전하게 설명되는 바와 같이, 일회용 흡수용품 상의 톱시트로서 사용되기 위한 이로운 유체 취급 특성을 가질 수 있다. 우수한 유체 취급을 위하여, 예를 들면, 제1 전구체 웨브(20A)는 상부 층(즉, 일회용 흡수용품 상의 톱시트로서 사용될 때 신체 접촉함)을 형성할 수 있고 비교적 소수성인 섬유로 구성될 수 있다. 제2 전구체 웨브(20B)는 비교적 친수성인 섬유로 구성된 하부 층(즉, 일회용 기저귀 상에 사용될 때 톱시트와 흡수 코어 사이에 배치됨)을 형성할 수 있다. 상부의 비교적 소수성인 층 상에 침착된 유체는 하부의 비교적 친수성인 층으로 신속하게 운반된다. 관측된 신속한 유체 운반의 하나의 원인은 변형부(6)의 대체로 정렬된 섬유(8, 18)에 의해 형성된 모세관 구조이다. 섬유(8, 18)는 인접한 섬유들 사이의 방향성으로 정렬된 모세관을 형성하고, 모세관 작용은 변형부(6)의 기단부(5) 부근의 섬유들의 전체적인 수렴에 의해 증진된다.
신속한 유체 운반은 변형부(6)에 의해 생성된 빈 구역(10)을 거쳐 웨브(1)로 진입하는 유체의 능력으로 인해 더욱 증가되는 것으로 여겨진다. 웨브(1)의 구조에 의해 제공된 이러한 "측방향 진입" 성능 및/또는 모세관 작용 및/또는 친수성 구배는 웨브(1)를 일회용 흡수용품을 위한 최적의 유체 취급을 위해 이상적인 재료가 되게 한다. 특히, 다중 층 웨브(1)는 유체 취급 특성의 더욱 큰 개선을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 전구체 웨브(20A)는 비교적 부드러운 섬유(예컨대, 폴리에틸렌)로 구성될 수 있고, 한편 제2 전구체 웨브(20B)는 비교적 강성인 섬유(예컨대, 폴리에스테르)로 구성될 수 있다. 이러한 다중 층 웨브(1)에서, 변형부(6)는 압력이 인가된 후에도 소정량의 높이(h)를 유지 또는 회복할 수 있다. 특히, (섬유를 당업계에 공지된 수단에 의해 소수성 또는 친수성이 되게 할 수 있는) 전술된 바와 같은 친수성 구배를 갖도록 조합된 경우와 같은 구조의 이점은 웨브(1)를 우수한 유체 획득 및 우수한 재습윤 특성(즉, 톱시트의 표면으로 복귀하는 유체 이동의 감소)을 제공하여야 하는 여성 위생용 제품의 톱시트로서 사용하기에 적합하게 한다. 제2 전구체 웨브(20B)의 비교적 강성인 섬유에 의해 제공된 증가된 강성은 웨브의 증가된 내압축 두께(caliper 또는 thickness)를 위해 제공되고, 한편 제1 전구체 웨브(20A)의 비교적 부드러운 섬유는 웨브/피부 경계에서의 부드러움을 위해 제공되는 것으로 여겨진다. 이러한 여분의 두께는 변형부(6)의 말단에 배치된 부분(3)을 비교적 부드럽고 비교적 유체가 없는 상태로 유지하기 위한 능력과 함께, 유아용 기저귀, 성인용 요실금 용품, 붕대 등뿐 아니라 여성 위생용 제품에 사용하기 위한 우수하고 부드러우며 건조한(그리고 건조한 느낌)의 톱시트를 형성한다.
도 18 내지 도 20은 전구체 웨브(20A 또는 20B)의 재료 특성에 따라 변형부(6)에 대한 가능한 구조의 대표적인 개략도를 도시한다. 도시되지 않은 다른 구조가 성취될 수 있는데, 이때 다양한 구조에 대한 유일한 제한은 전구체 웨브의 재료 특성에서의 고유한 제한이다.
그러므로, 전술된 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이용된 전구체 웨브(20)(또는 웨브들)와 치(110)를 포함하는 롤(102, 104)의 치수 변수에 따라, 본 발명의 웨브(1)는 넓은 범위의 물리적 특성을 나타낼 수 있다. 웨브(1)는 부드러움에서 거칠어짐까지 선택적으로 겪게 되는 텍스처의 범위, 비흡수성에서 고 흡수성 범위의 흡수성, 비교적 작은 부품성에서 비교적 큰 부품성 범위의 부품성; 저 인열 강도에서 고 인열 강도 범위의 인열 강도; 비탄성에서 적어도 100% 탄성적으로 확장 가능한 범위의 탄성, 고려되는 화학물질에 따른 비교적 낮은 저항성에서 높은 저항성 범위의 화학적 저항성, 및 차폐 성능, 내알카리성, 불투명도, 세척 성능, 물 흡수성, 오일 흡수성, 습기 침투성, 단열 특성, 내후성, 고강도, 고인열력, 내마모성, 정전 제어성, 드레이프, 염료 친화성, 안전성 등으로 일반적으로 설명되는 다양한 기타 변동 가능한 변수를 나타낼 수 있다. 일반적으로, 전구체 웨브(20)의 섬유의 연신 특성에 의존하여, 장치(100)의 치수는 (도 22에 도시된 바와 같은) 높이(h)와 간격, 이산된 제2 영역(4)의 면적 밀도를 포함하는 제2 영역(4)과 연관된 광범위한 치수를 갖는 웨브(1)를 생산하도록 변동될 수 있다.
웨브(1)는, 공기 필터, 백 필터, 액체 필터, 진공 필터, 배수 필터, 및 박테리아 차폐 필터와 같은 다양한 필터 시트; 커패시터 분리기 종이와 플로피 디스크 포장 재료와 같은 다양한 전기 기구용 시트; 점착성 접착제 테이프 기부 천, 오일 흡수 재료 및 종이 펠트와 같은 각종 산업용 시트; 가정용, 서비스용 및 의료용 와이퍼, 인쇄 롤 와이퍼, 복사기 세척용 와이퍼, 및 광학 시스템용 와이퍼와 같은 각종 와이퍼 시트; 유아용 와이프, 여성용 와이프, 안면용 와이프 또는 신체용 와이프, 다양한 의약용 및 위생용 시트, 예컨대 수술 가운, 가운, 덮개 천, 모자, 마스크, 시트, 타월, 거즈, 습포용 기부 천, 기저귀, 기저귀 코어, 기저귀 획득 층, 기저귀 라이너, 기저귀 덮개, 접착제 플래스터용 기부 천, 습식 타월 및 티슈 등의 위생 또는 개인 세척 와이퍼; 패딩 천, 패드, 점퍼 라이너 및 일회용 내의와 같은 의류용 각종 시트; 인공 가죽과 합성 가죽용 기부 천, 테이블 톱, 벽지, 쇼지-가미(shoji-gami)(종이 스크린용 종이), 블라인드, 캘린더, 포장재(wrapping), 및 건조제용 패키지, 쇼핑 백, 의복 덮개 및 베개 덮개와 같은 각종 생활재 시트; 카우 카펫, 냉방 및 햇빛 차단 천, 라이닝 커튼, 전체를 덮는 시트, 햇빛 차폐 시트 및 잔디 보호 시트, 구충제의 포장 재료, 종자 발아를 위한 화분의 하부 종이와 같은 각종 농업용 시트; 방연(fume prevention) 마스크 및 방진(dust prevention) 마스크, 실험실 가운 및 방진 의류와 같은 각종 보호 시트; 집 포장재, 배수 재료, 여과 매체, 분리 재료, 겉 씌우개(overlay), 지붕재(roofing), 터프트와 카펫 기부 천, 벽 인테리어 재료, 방음 또는 진동 감소 시트, 및 경화 시트와 같은 도시 토목공사 건축용 각종 시트; 알카라인 배터리 내의 분리기 시트 외에도, 바닥 매트와 트렁크 매트, 성형 천장 재료, 헤드레스트, 및 라이닝 천과 같은 각종 자동차 내장 시트를 포함하는 광범위한 적용 분야에 사용될 수 있다.
도 21은 도 9와 도 10에 도시된 바와 같은 롤(104)을 사용하는 본 발명의 공정에 의해 제조되고 (도 23에 도시된 바와 같이) 일회용 흡수용품의 구성 요소로서 유용한 테리 천 유사 부직포 천 웨브(1)의 현미경 사진이다. 도 21에 도시된 웨브(1)에 사용되는 전구체 웨브(20)는 약 80 gsm의 평량을 가지며 약 33 미크론의 평균 직경을 갖는 폴리에틸렌/폴리프로필렌(외피/코어) 폴리에틸렌/폴리프로필렌(외피/코어) 2성분 섬유를 포함하는 스펀본드 부직포이다. 도 21의 웨브(1)는 제곱센티미터당 약 24개의 변형부(6)를 갖고, 각각 약 18 미크론의 평균 섬유 직경을 갖는 복수의 정렬된 루프형 섬유(8)를 구비한 복수의 이격된 터프트 형성된 루프형 변형부(6)를 더욱 명확하게 도시하도록 절첩된 에지를 볼 수 있게 절첩된다.
단일 변형부(6)가 치수가 표시된 상태로 도 22에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도 22와 관련하여 설명된 웨브의 경우, 터프트 형성된 루프형 변형부(6)의 빈 구역(10)은 적어도 1 mm일 수 있는, 높이(h)로 지칭되는 주 치수를 갖는 전형적으로 대체로 원형 또는 타원의 형상이다. 일반적으로, 높이는 웨브의 작동에 중요한 것으로 고려되지 않지만, 웨브(1)의 요구되는 최종 용도에 의존하여 변동될 수 있다. 높이(h)는 0.1 mm 내지 약 10 mm 이상일 수 있다. 부직포 전구체 웨브(20)로부터 형성되고 테리 천의 외양과 느낌을 갖는 웨브(1)는 약 1 mm 내지 약 3 mm의 높이(h)를 가져야 한다.
표 1은 대표적인 장치와 그에 의해 제조된 웨브에 대한 대표적인 치수를 도시한다.
위의 표 1에서, 모든 샘플은 사우스캐롤라이나주 심슨빌 소재의 BBA 넌우븐스로부터 입수할 수 있다. 샘플 1과 2는 상표명 Softex(등록상표)로 판매된다. 샘플 3과 4는 상표명 Sofspan 200(등록상표)로 판매된다.
도 23은 본 발명의 웨브(1)를 그의 구성 요소 중 하나로서 갖는 생리용품, 특히 생리대를 부분적으로 절개된 평면도로 도시한다. 일반적으로, 생리대(200)는 백시트(202), 톱시트(206) 및 톱시트(206)와 백시트(202) 사이에 배치되어 주변부(210)에서 결합될 수 있는 흡수 코어(204)를 포함한다. 생리대(200)는 생리대(1)의 사용자의 팬티의 가랑이 영역의 측부를 감싸도록 디자인된, 통상 "날개"(208)로서 지칭되는 측부 연장부를 가질 수 있다. 생리대(200)의 톱시트(206)는 이의 신체측 면 상에서 변형부(6)를 갖는 웨브(1)를 포함한다. 대안적으로, 웨브(1)는 신체측 면의 반대편 면(12) 상에 변형부(6)를 갖고 제2 면(14)이 신체측 면인 상태로 사용될 수 있다. 이는 불연속부(16)가 변형부(6) 내로 유체를 운반할 수 있게 한다. 신체측 표면으로서 사용되는 톱시트를 포함하는 생리대는 당업계에 주지되어 있으므로, 각종 대안적인 그리고 임의적인 디자인의 상세한 설명은 필요 없다. 팬티 라이너, 음순간 장치와 같은 다른 생리용품 또한 생리대와 유사한 구조를 가질 것이다. 웨브(1)는 백시트, 코어 재료, 톱시트, 부 톱시트, 또는 날개 재료 중 하나 이상으로서 또는 그 구성 요소로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 웨브(1)는 다중 층을 가질 수 있고, 위생 제품의 톱시트, 부 톱시트, 코어 및/또는 백시트를 포함할 수 있다.
웨브(1)는 위생 제품 내의 흡수 코어로서 이용될 수 있다. 흡수 코어 내의 웨브(1)는 비교적 높은 평량을 가질 수 있고/있거나 수개의 층으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 흡수 코어는 X-Y 평면에 대해 무작위로 배향된 섬유를 갖는 섬유질 웨브를 포함할 수 있다. 코어는 제1 표면과 제2 표면을 포함할 것이다. 제1 표면은 섬유가 재배향된 복수의 이산된 영역을 포함할 것이다. 각각의 이산된 영역은 X-Y 평면 내의 종축을 한정하는 선형 배향을 가질 것이고, 상기의 X-Y 평면과 사실상 직교하는 방향으로 재배향된 부분을 갖는 복수의 섬유를 포함할 것이다.
웨브(1) 또는 조성물을 포함하는 웨브(1)는 배설 물질 저장 요소로서 이용될 수도 있다. 웨브(1)는 배변 후에 저점도 배설물 또는 점성 신체 오물을 착용자의 피부로부터 멀리 수용하여 보유하도록 개구 형성된 웨브 또는 필름 아래에 배치되는 경우에 부 톱시트 또는 서브층으로서 이용될 수 있다. 웨브 내에 또는 변형부(6)들 사이에 보다 큰 총 3차원 체적을 갖는 본 발명의 실시예는 일반적으로 저점도 배설물의 저장을 위한 더 큰 용량을 제공한다. 이러한 배설 물질 저장 요소 또는 서브층을 채용하는 흡수용품은 여러 특허들 중에서도 미국 특허 제5,941,864호, 제5,957,906호, 제6,018,093호, 제6,010,491호, 제6,186,992호 및 제6,414,215호에 설명되어 있다.
도 24는 본 발명의 웨브(1)를 그 구성 요소들 중 하나로서 갖는 생리 탐폰(300)을 부분적으로 절개된 사시도로 도시한다. 일반적으로, 탐폰(300)은 압축된 흡수 코어(302) 및 흡수 코어(302)를 덮는 유체 침투성 덮개 포장재(304)를 포함한다. 덮개 포장재(304)는 스커트 부분(306)을 형성하도록 흡수 코어(302)의 일 단부를 지나 연장할 수 있다. 스트링(308)과 같은 제거 수단이 사용 후에 탐폰의 제거를 용이하게 하도록 제공될 수 있다. 신체 접촉 표면으로서 사용되는 덮개 포장재를 포함하는 탐폰은 당업계에 주지되어 있으므로, 각종 대안적인 그리고 임의적인 디자인의 상세한 설명은 필요 없다. 그러나, 웨브(1)는 덮개 포장재, 흡수 코어 재료 또는 제거 수단 재료 중 하나 이상으로서 또는 그 구성 요소로서 사용될 수 있다.
본 발명의 웨브를 생산하기 위하여 설명된 공정의 다른 장점은 웨브가 다른 웨브 생산 장비와 일렬로 또는 일회용 흡수용품 생산 장비와 일렬로 생산될 수 있다는 것이다. 부가적으로, 본 발명의 공정에 앞서 또는 이후에 사용될 수 있는 다른 고상 성형 공정이 있을 수 있다. 예를 들면, 웨브의 일부 또는 전부는 본 발명에 따라 처리될 수 있고, 그 후 쿠로(Curro) 등에게 허여된 미국 특허 제5,658,639호에 설명된 것과 같은 신장 공정에 의해 개구가 형성된다. 대안적으로, 재료는 쿠로 등에게 허여된 미국 특허 공개 제2003/028,165A1호에 설명된 것과 같은 다양한 공정을 통해 조성물로 제조되거나, 예컨대 웨버(Weber) 등에게 허여된 미국 특허 제5,167,897호에서와 같이 링 롤링되고 나서, 본 발명에 따라 처리된다. 따라서, 최종적인 웨브는 이들 다수의 재료 변경의 조합된 이점을 나타낼 수 있다.
본 발명의 웨브(1)와 장치(100)의 전술된 설명으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 웨브(1)의 많은 다양한 구조가 첨부된 청구의 범위에서 청구된 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 웨브(1)는 로션, 의약품, 세척 유체, 항박테리아 용액, 에멀젼, 방향제, 계면활성제로 코팅 또는 처리될 수 있다. 유사하게, 장치(100)는 웨브(1)의 일부분 상에만 변형부(6)를 형성하도록 또는 변형부(6)의 크기 또는 면적 밀도가 변화하게 형성하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 인용된 모든 문헌은 관련 부분에서 본 명세서에 참고로 포함되며, 어떠한 문헌의 인용도 본 발명에 대한 종래 기술로 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 특정 실시예가 예시되고 설명되었지만, 다양한 다른 변경과 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 당업계의 숙련자들에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 모든 변경과 수정을 첨부된 청구의 범위에 포함하고자 한다.

Claims (10)

  1. 섬유질 웨브(1)로서, 제1 영역(2) 및 적어도 하나의 이산된 일체형 제2 영역(4)을 포함하고, 상기 제2 영역(4)은 선형 배향을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과, 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장되는 복수의 터프트 형성된 섬유(8, 18)를 포함하는 변형부(6)인 적어도 하나의 다른 부분을 갖는 섬유질 웨브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨브가 상기 섬유질 웨브 상에 균일하게 분포되는 복수의 이산된 일체형 제2 영역을 포함하는 섬유질 웨브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유가 비원형 섬유를 포함하는 섬유질 웨브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터프트 형성된 섬유의 일부분이 상기 제2 영역 내부에 개방형 빈 구역을 형성하는 섬유질 웨브.
  5. 제1항의 상기 섬유질 웨브를 포함하는 와이프.
  6. 부드러운 터프트 형성된 섬유질 웨브(1)로서, 사실상 무작위로 배향된 섬유를 포함하고, 제1 영역(2) 및 복수의 이산된 제2 영역(4)을 포함하며, 각각의 상기 제2 영역(4)은 선형 배향을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과, 변형부(6)인 적어도 하나의 다른 부분을 갖고, 상기 변형부(6)는 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장하는 섬유(8, 18)와, 제1 영역(2)과 일체형도 아니고 이로부터 연장하지도 않는 섬유(11)를 포함하는 부드러운 터프트 형성된 섬유질 웨브.
  7. 제1 영역(2) 및 복수의 이산된 일체형 제2 영역(4)을 포함하는 섬유질 웨브(1)를 구비한 적어도 하나의 구성 요소를 갖고, 상기 제2 영역(4)은 선형 배향을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과, 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장하는 복수의 터프트 형성된 섬유(8, 18)를 포함하는 변형부(6)인 적어도 하나의 다른 부분을 갖는 일회용 흡수용품.
  8. 다중 층 섬유질 웨브(1)로서, 적어도 상부 층 및 하부 층을 포함하고, 제1 영역(2) 및 복수의 이산된 일체형 제2 영역(4)을 추가로 포함하며, 상기 제2 영역(4)은 선형 배향을 나타내고 종축(L)을 한정하는 불연속부(16)인 적어도 하나의 부분과, 제1 영역(2)과 일체형이지만 이로부터 연장하는 복수의 터프트 형성된 섬유(8, 18)를 포함하는 변형부(6)인 적어도 하나의 다른 부분을 갖고, 상기 변형부(6)는 적어도 상기 상부 층을 구성하는 다중 층 섬유질 웨브.
  9. X-Y 평면에 대해 무작위로 배향된 섬유의 섬유질 웨브를 포함하고, 제1 표면과 제2 표면, 적어도 상기 제1 표면 상의 섬유가 재배향된 복수의 이산된 영역(각각의 상기 이산된 영역은 선형 배향을 갖고 상기 X-Y 평면 내의 종축을 한정함)을 포함하며, 상기 X-Y 평면과 사실상 직교하는 방향으로 재배향된 부분을 갖는 복수의 섬유를 포함하는 흡수 코어.
  10. 톱시트, 백시트 및 톱시트와 백시트 사이에 배치되고 X-Y 평면에 대해 무작위로 배향된 섬유의 섬유질 웨브를 구비한 흡수 코어를 포함하고, 상기 코어는 제1 표면과 제2 표면, 적어도 상기 제1 표면 상의 섬유가 재배향된 복수의 이산된 영역(각각의 상기 이산된 영역은 선형 배향을 갖고 상기 X-Y 평면 내의 종축을 한정함)을 포함하며, 상기 X-Y 평면과 사실상 직교하는 방향으로 재배향된 부분을 갖는 복수의 섬유를 포함하는 흡수용품.
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