KR20060006759A

KR20060006759A - 3차원 섬유 형성 방법 및 이러한 섬유로 형성된 웨브

Info

Publication number: KR20060006759A
Application number: KR1020057002206A
Authority: KR
Inventors: 바실리 아라모비흐 토폴카라에브; 케빈 크리스토퍼 포셀; 그레고리 제임스 와이드맨; 팔라니 라지 라마스와미 왈라자펫
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2006-01-19
Also published as: AU2003256753A1; EP1532298A1; BR0313446A; US20040043214A1; JP2005537403A; MXPA05001641A; WO2004020709A1; AR041041A1

Abstract

3차원 섬유 형성 방법이 이러한 섬유로 형성된 웨브와 함께 개시된다. 본 방법은 제1 성분 및 제2 성분을 공압출시키는 단계를 포함한다. 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고, 상기 제2 성분은 회복률(R₂)을 갖고, 여기서 R₁은 R₂보다 높다. 제1 및 제2 성분은 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 스핀 팩을 통해 안내된다. 이어서, 용융 섬유는 복수의 연속 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 경로설정된다. 이어서, 냉각 섬유는 복수의 연속 고상 선형 섬유를 형성하도록 인발 유닛을 통해 경로설정된다. 이어서, 고상 섬유는 축압되고 적어도 약 50%만큼 신장된다. 이어서, 복수의 신장된 섬유는 절단되고 이완되어 3차원 코일형 섬유가 형성된다.

3차원 섬유, 웨브, 제1 성분, 제2 성분, 스핀 팩, 퀀칭 챔버, 인발 유닛

Description

3차원 섬유 형성 방법 및 이러한 섬유로 형성된 웨브 {METHOD OF FORMING A 3-DIMENSIONAL FIBER AND A WEB FORMED FROM SUCH FIBERS}

본 기술 분야의 숙련자들에게는 이후에 부직포 웨브로 형성될 수 있는 섬유를 스피닝(spinning)하기 위한 수많은 방법들이 공지되어 있다.

많은 이러한 부직포 웨브는 소변, 대변, 월경, 혈액, 땀 등과 같은 체액 및/또는 배설물을 흡착하기 위한 휴대용 흡착 제품에 있어 유용하다. 3차원 섬유는 또한, 체측 커버, 외면 및 라이너로 제조될 수 있는 기계방향 또는 폭방향 신장 가능한 스펀본드 재료에 있어 유용하다. 제조업자들은 이들을, 이들이 달성하도록 설계된 용도를 위해 보다 기능적으로 만들도록 새로운 재료와, 이러한 새로운 재료를 구성 및 사용하는 방법을 항상 찾고 있다. 섬유가 적어도 하나의 방향으로 연장될 수 있는 적어도 하나의 탄성중합 재료로 형성되는, 3차원 이성분 섬유의 웨브의 생성은 매우 유익하다. 3차원 부직포 섬유의 웨브 속에 산재된 셀룰로오스 펄프 섬유로 형성된 흡착층을 함유한 유아용 기저귀는 3차원 섬유가 팽창할 수 있다면, 흡착층으로 하여금 대량의 체액을 보유하도록 만들 것이다. 이러한 흡착층은 착용자를 위해 보다 나은 누설 방지능력을 제공할 수 있고, 자주 교환할 필요가 없다. 다른 예에서, 복수의 3차원 섬유로 형성된 스펀본드 부직포 외면 또는 라이너 는 향상된 신창 및 제어 가능한 수축성을 제공할 수 있다. 이러한 외면 또는 라이너는 흡착 제품의 착용자를 위해 향상된 착용감 및 보다 나은 편안함을 제공할 수 있다.

이러한 3차원 섬유로 형성된 웨브는 다음과 같은 하나 이상의 특질, 즉 향상된 착용감, 향상된 로프트, 보다 나은 편안함, 큰 공극 체적, 부드러운 느낌, 향상된 탄성, 보다 나은 신장, 제어된 수축성 및 향상된 흡착성을 제공할 수 있다.

부직포 웨브를 형성하는데 사용되는 정확한 방법은 다른 방식으로는 복제할 수 없는 웨브의 독특한 특성 및 특징을 생성할 수 있다. 현재, 3차원 섬유를 형성하는 새로운 방법은 섬유로 하여금, 웨브가 휴대용 흡착 제품에 합체되는 경우 유용하고 매우 바람직한 특성을 나타낼 수 있는 웨브로 이후에 형성될 수 있게 한다.

간략하게는, 본 발명은 3차원 섬유 형성 방법 및 이러한 섬유로 형성된 웨브에 관한 것이다. 본 방법은 제1 성분 및 제2 성분을 공압출시키는 단계를 포함한다. 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고, 상기 제2 성분은 회복률(R₂)을 갖고, 여기서 R₁은 R₂보다 높다. 제1 및 제2 성분은 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 스핀 팩(spin pack)을 통해 안내된다. 이어서, 용융 섬유는 복수의 연속 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭(quenching) 챔버를 통해 경로설정된다. 이어서, 복수의 냉각 섬유는 복수의 연속 고상 선형 섬유를 형성하도록 인발 유닛을 통해 경로설정된다. 이어서, 복수의 고상 섬유는 스풀 상에 축압되고 그 후 권취 해제되어 적어도 약 50%까지 신장될 수 있다. 이어서, 복수의 신장된 섬유는 절단되고 이완되어 복수의 3차원 코일형 섬유가 형성된다.

도1은 연속 고상 섬유를 압출, 스핀, 퀀칭 및 인발하여 이를 스풀 상에 축압하는데 필요한 장치를 보여주는 개략도이다.

도2는 이성분 섬유의 단면도이다.

도3은 복수의 고상 선형 섬유를 권취 해제하는 단계와, 섬유를 신장시키는 단계와, 섬유를 절단하는 단계와, 섬유를 이완시켜 복수의 3차원 스테이플 섬유를 형성하도록 만드는 단계를 보여주는 개략도이다.

도4는 신장된 섬유가 스테이플 섬유로 절단되어 섬유가 이완되는 경우 형성되는 나선형 섬유의 측면도이다.

도1을 참조하면, 복수의 연속 고상 섬유를 압출, 스핀, 퀀칭 및 인발하고 이를 스풀 상에 축압하는데 필요한 장치의 개략도가 도시되어 있다. 본 방법은 제1 성분(10) 및 제2 성분(12)을 공압출시키는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 고상 수지 페릿 또는 작은 입자의 형태일 수 있다. 제1 성분(10)은 제1 성분이 계량될 수 있는 호퍼(14) 내에 위치 설정되고, 도관(16)을 통해 제1 압출기(18)로 경로설정된다. 마찬가지로, 제2 성분(12)은 제2 성분이 계량될 수 있는 호퍼(20) 내에 위치설정되고, 도관(22)을 통해 제2 압출기(24)로 경로설정된다.

제1 성분(10)은 스펀 또는 다르게는 연속 섬유로 형성될 수 있는 재료이다. 제1 성분(10)이 섬유로 형성되는 경우, 섬유는 신장될 수 있어야만 하고, 높은 회복률(R₁)을 갖는다. "회복률(R₁)"은 제1 성분(10)이 그 초기 길이의 적어도 약 50% 신장된 후 그리고 신장하도록 인가된 힘이 제거될 때 회복될 수 있는 백분율로서 정의된다. 바람직하게는, 제1 성분(10)은 탄성중합 재료이다. 제1 성분(10)용으로 사용될 수 있는 적절한 탄성중합 재료는 폴리우레탄 탄성중합체와 같은 용융 압출 가능한 열가소성 탄성중합체, 코폴리에테르 에스테르, 폴리에테르 블록 폴리아미드 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 탄성중합체, 스티렌 블록 공중합체, 에테르 아미드 블록 공중합체, 올레핀 탄성중합체 뿐만 아니라 공중합체 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 다른 탄성중합체를 포함한다. 유용한 탄성중합 수지는 폴리에스테르 폴리우레탄 및 폴리에테르 폴리우레탄을 포함한다. 두 개의 상업적으로 입수 가능한 탄성중합 수지의 예가 상표명 PN 3429-219 및 PS 370-200 MORTHANE

폴리우레탄으로 판매되고 있다. MORTHANE

미국 60606 일리노이즈주 시카고 소재의 헌츠만 폴리우레탄(Huntsman Polyurethanes)의 등록상표이다. 다른 적절한 탄성중합 재료는 ESTANE

으로, 이는 미국 44141 오하이오주 클레버랜드 소재의 노베온, 인크(Noveon, Inc.)의 등록상표이다. 또 다른 적절한 탄성중합 재료는 PEARLTHANE

으로, 이는 미국 01921 메사츄세츠주 박스포드 소재의 멀퀸사(Merquinsa)의 등록상표이다.

세 개의 추가 탄성중합 재료는 상표명 PEBAX

으로 다양한 등급으로 상업적으로 입수 가능한 폴리에테르 블록 폴리아미드 공중합체를 포함한다. PEBAX

는 미국 19508 펜실바니아주 버즈보로 소재의 아토피나 케미컬즈, 인크.(Atofina Chemicals, Inc.)의 등록상표이다. 제2 탄성중합 재료는 상표명 ARNITEL

으로 판매되는 코폴리에테르-에스테르이다. ARNITEL

는 네덜랜드 엔엘-6411 티이 히이렌 헤트 오버룬 소재의 DSM의 등록상표이다. 제3 탄성중합 재료는 상표명 HYTREL

으로 판매되는 코폴리에테르-에스테르이다. HYTREL

는 미국 19898 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이.아이. 듀폰 드 네모아(E.I. DuPont de Nemours)의 등록상표이다.

제1 성분(10)은 또한 KRATON

과 같은 스티렌 블록 공중합체로 형성될 수 있다. KRATON

은 미국 텍사스주 휴스톤 소재의 크라톤 폴리머(Kraton Polymers)의 등록상표이다.

제1 성분(10)은 또한 폴리에스테르 지방족 폴리우레탄 또는 폴리하이드록시알카노네이트와 같은 생분해성 재료로 형성될 수 있다. 제1 성분(10)은 탄성중합체 또는 소성중합체와 같은 올레핀 탄성중합 재료로 형성될 수 있다. 하나의 이러한 소성중합체는 상표명 AFFINITY

으로 판매되는 에틸렌계 수지 또는 중합체를 포함한다. AFFINITY

는 미국 텍사스주 프리포트 소재의 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)의 등록상표이다. AFFINITY

수지는 다우 케미컬 컴퍼니의 INSITE

강제 지오메트리 촉매 기술을 사용하여 제조된 옥탄 및 에틸렌의 탄성중합 공중합체이다. 다른 플래스토머는 상표명 EXACT

으로 판매되는데, 이는 싱글 사이트 촉매 유도 공중합체 및 3량체를 포함한다. EXACT

는 미국 75039-2298 텍사스주 어빙 라스 콜리나스 블루버드 5959 소재의 엑슨 모빌 코포레이션(Exxon Mobil Corporation)의 등록상표이다. 제1 성분(10)을 형성하는데 사용될 수 있는 다른 적절한 올레핀 탄성중합체는 폴리프로필렌으로부터 유래되는 탄성중합체를 포함한다.

제1 성분은 또한 특정 온도에서 신장된 후 충분한 회복률(R₁)을 갖는 비 탄성중합 열가소성플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 제1 성분(10) 형성시 유용한 비 탄성중합 재료는 폴리아미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 화합물과 같은 압출 가능한 열가소성 중합체이다. 예를 들면, 비탄성중합, 생분해성 폴리락트산은, 약 62℃의 유리 전이 온도 이상에서 신장될 때 충분한 회복률(R₁)을 제공할 수 있다.

제2 성분(12)은, 제1 성분(10)과 같이, 스펀 또는 다르게는 연속 섬유로 형성될 수 있는 재료이다. 제2 성분(12)이 선형 섬유로 형성되는 경우, 선형 섬유는 신장될 수 있어야만 하고, 회복률(R₂)을 갖고, 여기서 R₁은 R₂보다 높다. "회복률(R₂)"은 성분이 그 초기 길이의 적어도 50% 신장된 후 그리고 신장하도록 인가된 힘이 제거될 때 회복될 수 있는 백분율로서 정의된다. 제1 및 제2 성분(10, 12)이 각각 선형 섬유로 형성될 경우, 선형 섬유가 흡착 제품에 유용하게 사용될 수 있도록 신장된 상태에서 수축(retracting) 또는 축소(contracting)될 수 있어야만 한다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, 용어 "수축"은 "축소"와 동일한 것을 의미한다. 바람직하게는, R₁/R₂의 비는 적어도 약 2 내지 약 100의 범위를 갖는다. 가장 바람직하게는, R₁/R₂의 비는 적어도 약 2 내지 약 50의 범위를 갖는다. 선형 섬유에서 R₁을 R₂보다 크게 만드는 이유는 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 수축 또는 축소시 3차원 섬유가 매우 바람직한 소정의 구조적 형상을 보이기 때문이다. 3차원 섬유의 이러한 구조적 형상은 적어도 하나의 방향으로 이례적인 연신 특성을 나타낼 것이다.

제1 성분(10)이 선형 섬유의 약 30% 내지 약 95%의 체적 백분율을 이루고, 제2 성분(12)이 선형 섬유의 약 5% 내지 약 75%의 체적 백분율을 이룰 경우, 선형 섬유는 그 독특한 특성 중 몇몇을 추가로 얻을 것이다. 바람직하게는, 제1 성분(10)이 선형 섬유의 약 40% 내지 약 80%의 체적 백분율을 이루고, 제2 성분(12)이 선형 섬유의 약 20% 내지 약 60%의 체적 백분율을 이룬다. 고상 선형 섬유의 체적은 다음 식을 사용하여 계산된다.

V = π(d²/4)L₁

여기서, V는 고상 선형 섬유의 체적이고,

π는 초월수로, 대략 3.14159이며, 원의 직경에 대한 원주 비를 나타 내며, 수학적 문제의 넓은 범위에서 상수가 되고,

d는 선형 섬유의 직경이고,

L₁은 선형 섬유의 초기 길이이다.

제1 성분(10) 및 제2 성분(12)에 대한 체적 백분율의 상술한 범위는 선형 섬 유가 적어도 50% 신장되어 신장된 선형 섬유를 형성하도록 만든다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 체적 백분율은 신장된 길이에 대한 신장된 섬유의 수축 또는 축소에 있어서 핵심적인 역할도 한다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 체적 백분율을 변동시킴으로써, 신장된 다음에 소정 형상으로 그리고 일정한 원하는 특징을 갖도록 수축될 수 있는 선형 섬유를 제조할 수 있다. 그 후, 이러한 섬유가 휴대용 흡착 제품으로 형성된 후에, 체액과의 접촉은 접착 제품으로 하여금 부풀어오르도록 하고, 이는 섬유가 선형이 되기 전에 적어도 하나의 방향으로 연신되게 만들 것이다. 섬유가 연신됨에 따라, 이들은 연장되고 흡착 구조체로 하여금 추가의 체액을 수용 및 저장하도록 만들 수 있다.

제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 화학적, 기계적 및/또는 물리적으로 서로 점착 또는 접합되어, 섬유가 신장된 다음 이완될 경우 섬유가 분기되는 것을 방지한다. 이완된 섬유는 길이가 수축될 것이다. 바람직하게는, 제1 성분(10)은 제2 성분(12)에 강하게 점착될 것이다. 코어/시스 배열에서, 각각의 제1 성분(10)과 제2 성분(12) 사이의 기계적 점착성은 존재하는 임의의 화학적 및/또는 물리적 점착성을 부여하고 제2 성분(12)으로부터 제1 성분(10)의 분기 또는 분리를 방지하는 것을 도울 것이다. 이러한 분기 또는 분리는 하나의 성분이 다른 성분보다 큰 범주로 수축할 수 있기 때문에 일어난다. 강한 상호 점착이 존재하지 않는다면, 두 성분은 멀리 분기될 수 있고, 이는 바람직하지 않다. 섬유가 차례로 또는 쐐기 형태 형상으로 배열된 두 성분으로 형성되면, 강한 화학적 및/또는 물리적 점착은 제2 성분(12)으로부터 제1 성분(10)이 분기 또는 분리되는 것을 방지할 것이다.

제2 성분(12)은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리에테르로 형성될 수 있다. 제2 성분(12)은 상표명 ASPUN

6811A로 판매되는 섬유 등급 폴리에틸렌 수지와 같은 폴리올레핀 수지일 수도 있다. ASPUN

은 미국 48674 미시건주 미들랜드 소재의 다우 케미컬 컴퍼니의 등록상표이다. 제2 성분(12)은 미국 19808 델라웨어주 윌밍톤 센터빌 로드 2801 쓰리 리틀 폴스 센터 소재의 바셀 노쓰 아메리카, 인크.(Basell North America, Inc.)로부터 입수 가능한 Himont PF 304 및 PF 308과 같은 호모폴리머 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지일 수도 있다. 제2 성분(12)을 형성할 수 있는 다른 예는 미국 75039-2298 텍사스주 어빙 라스 콜리나스 블러바드 5959 소재의 엑슨 모빌 코포레이션(Exxon Mobil Corporation)으로부터 입수 가능한 폴리프로필렌 PP 3445이다. 제2 성분(12)용으로 사용될 수 있는 또 다른 적절한 폴리올레핀 재료는 프로필렌 및 에틸렌을 함유한 무작위 공중합체와 같은 무작위 공중합체를 포함한다. 하나의 이러한 무작위 공중합체가 미국 75039-2298 텍사스주 어빙 라스 콜리나스 블러바드 5959 소재의 엑슨 모빌 코포레이션(Exxon Mobil Corporation)으로부터 입수 가능한 상표명 Exxon 9355로 판매되고 있다.

제2 성분(12)은 신장시 충분한 영구 변형을 제공하는 용융 압출 가능한 열가소성 재료로 형성될 수도 있다. 이러한 재료는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 지방족 및 방향족 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 그 화합물 또는 공중합체와 같은 폴리올레핀, 폴리아미드 및 나일론을 포함한다. 제2 성분(12)은 지방족 폴리에스테르와 같은 생분해성 수지로 형성될 수도 있다. 하나의 이러한 지방족 폴리에스테르는 폴리락트산(PLA)이다. 다른 생분해성 수지는 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 서씨네이트 어디페이트 및 폴리부틸렌 서씨네이트를 포함한다. 폴리부틸렌 서씨네이트 어디페이트 및 폴리부틸렌 서씨네이트 수지는 미국 10017 뉴욕주 뉴욕 소재의 쇼와 하이 폴리머(Showa High Polymer)의 등록상표인 상표명 BIONOLLE

으로 판매되고 있다. 추가의 생분해성 수지는 상표명 EASTAR BIO

으로 판매되는 코폴리에스테르 수지를 포함한다. EASTAR BIO

는 미국 37662 테네시주 킹스포트 소재의 이스트먼 케미컬 컴퍼니(Eastman Chemical Company)의 등록상표이다. 제2 성분(12)용으로 사용될 수 있는 다른 생분해성 수지는 조성 및 구조를 변동시키는 폴리하이드로알카노에이트(PHA), 공중합체, 상기 중합체의 화합물 및 혼합물을 포함한다. 적절한 생분해성 중합체 수지의 특정예는 이토츄 인터내셔널(Itochu International)로부터 상업적으로 입수 가능한 BIONOLLE

1003, 1020, 3020 및 3001을 포함한다. BIONOLLE

는 미국 10017 뉴욕주 뉴욕 소재의 쇼와 하이 폴리머(Showa High Polymer)의 등록상표이다.

제2 성분(12)은 수용성이고 부풀려질 수 있는 수지로 형성될 수도 있다. 수용성이고 부풀려질 수 있는 수지의 예는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 및 폴리비닐 알콜(PVOH)을 포함한다. 그래프티드 폴리에틸렌 옥사이드(gPEO) 또는 화학적으로 변형된 PEO가 또한 사용될 수 있다. 수용성 중합체는 더 나은 처리, 성능, 및 액체와의 상호 작용을 제공하도록 생분해성 중합체와 혼합될 수 있다.

PEO 수지는 그 처리능력을 향상시키도록 반응 압출, 그래프팅, 블록 중합화 또는 브랜칭에 의해 화학적으로 변형될 있다는 사실을 주목해야 한다. PEO 수지는 2001년 1월 9일자로 왕(Wang) 등에게 허여된 미국 특허 제6,172,177호에 설명된 반응 압출 또는 그래프팅에 의해 변형될 수 있다.

결론적으로, 제2 성분(12)은 제1 성분(10) 보다 더 낮은 회복률(R₂)을 갖는다. 제2 성분(12)은 낮은 탄성 회복을 나타내는 재료로 형성될 수 있다. 제2 성분(12)을 형성할 수 있는 재료는, 이에 제한되지는 않지만, 폴리올레핀 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리비닐 알콜(PVOH), 폴리에스테르 및 폴리에테르를 포함한다. 제2 성분(12)은 친수성 또는 소수성 계면활성제로 처리 또는 변형될 수 있다. 제2 성분(12)의 친수성 계면활성제로의 처리는 체액 또는 액체와의 상호 작용을 증가시키기 위한 습식 표면을 형성할 것이다. 예를 들어, 제2 성분(12)의 표면이 친수성이 되도록 처리될 경우, 체액, 특히 소변과 접촉될 경우 보다 더 습식이 될 것이다. 제2 성분(12)의 소수성 계면활성제로의 처리는 그로 하여금 체액 또는 액체를 억제하게 만들 것이다. 제1 성분(10)의 유사한 처리가 그 친수 또는 소수 특성을 제어하도록 또한 행해질 수 있다.

도1을 참조하면, 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 두 개의 압출기(18, 24)에 분리식으로 공압출된다. 압출기(18, 24)는 본 기술 분야의 숙련자에게 주지된 방식으로 기능한다. 짧게 말하면, 고상 수지 페릿 또는 작은 입자가 그 용융 온도 이상으로 가열되어 회전 오거(auger)에 의해 경로를 따라 진행된다. 제1 성분(10)은 도관(26)을 통해 경로설정되고, 제2 성분(12)은 동시에 도관(28)을 통해 경로설 정되어, 양 유동 흐름은 스핀 팩(30)으로 안내된다. 도시되지는 않았지만, 용융 펌프는 필요시 체적 분포를 조절하도록 도관(26, 28) 중 양자 모두 또는 어느 하나를 가로질러 위치설정될 수 있다. 스핀 팩(30)은 합성 섬유를 제조하는 장치이다. 스핀 팩(30)은 압출된 재료가 유동하는 복수의 구멍 또는 개구를 갖는 하부 플레이트를 포함한다. 스핀 팩(30)의 제곱인치당 개구의 개수는 제곱인치당 약 5 내지 약 500 개구의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 스핀 팩(30)의 제곱인치당 개구의 개수는 제곱인치당 약 25 내지 약 250 개구의 범위를 가질 수 있다. 보다 양호하게는, 스핀 팩(30)의 제곱인치당 개구의 개수는 제곱인치당 약 125 내지 약 225이다. 스핀 팩(30)의 개구 각각의 크기는 변동할 수 있다. 개구의 통상 크기는 약 0.1 내지 약 2.0 mm의 직경 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 스핀 팩(30)의 개구 각각의 크기는 약 0.3 내지 약 1.0 mm의 직경 범위를 가질 수 있다.

스핀 팩(30)의 개구는 단면이 둥근형 또는 원형이어야만 할 필요는 없지만, 2엽형, 3엽형, 정방형, 삼각형, 장방형, 타원형 또는 원하는 임의의 다른 기하학적 단면 형상을 가질 수 있다는 사실에 주목해야 한다.

도1 및 도2를 참조하면, 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 스핀 팩(30)으로 안내되고, 제1 성분(10)이 코어(32)를 형성하고, 제2 성분(12)은 코어(32)의 외주연부를 둘러싸는 방식으로 시스(34)를 형성하는 방식으로 하부 플레이트에 형성된 개구를 통해 경로설정된다. 필요시, 제1 성분(10)은 시스를 형성하고, 제2 성분(12)은 코어를 형성할 수 있다는 사실에 주목해야 한다. 이러한 코어/시스 배열은 선형의 이성분 섬유(36)의 한 형상을 생성한다. 다른 단면 형상을 갖는 이성분 섬 유가 스핀 팩(30)을 사용하여 생성될 수도 있다. 예를 들어, 이성분 섬유는 나란한 형상 또는 코어가 시스로부터 동축방향으로 오프셋된 코어/시스 설계를 가질 수 있다.

하나의 이성분 섬유(36)가 스핀 팩(30) 내부의 플레이트의 각각의 개구를 위해 형성될 것이다. 이는 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유(36)로 하여금 제1 속도로 스핀 팩(30)으로부터 동시에 방출될 수 있게 만든다. 각각의 선형의 이성분 섬유(36)는 인접 섬유(36)로부터 이격되어 분리될 것이다. 각각의 이성분 섬유(36)의 직경은 스핀 팩(30)의 하부 플레이트에 형성된 개구의 크기에 의해 결정될 것이다. 예를 들면, 상술된 바와 같이, 하부 플레이트의 구멍 또는 개구의 직경이 약 0.1 내지 약 2.0 mm의 범위를 갖는다면, 용융 섬유(33)는 각각 약 0.1 내지 약 2.0 mm 범위의 직경을 가질 수 있다. 용융 섬유(36)는 플레이트에 형성된 개구로부터 방출되기만 하면, 때때로 단면적이 부풀어 오르는 경향이 있지만, 이러한 팽창은 비교적 작다.

복수의 연속 용융 섬유(36)는 퀀칭 챔버(38)를 통해 경로설정되어 복수의 냉각 선형 섬유(40)를 형성한다. 바람직하게는, 용융 섬유(36)는 스핀 팩(30)으로부터 퀀칭 챔버(38) 속으로 하방으로 안내된다. 용융 섬유(36)를 하방으로 안내하는 이유는 중력이 용융 섬유(36)를 이동시키는 것을 돕는데 사용되기 사용될 수 있기 때문이다. 또한, 수직 하방 이동은 섬유(36)가 서로 분리된 상태로 유지되는 것을 도울 수 있다.

퀀칭 챔버(38)에서, 연속 용융 섬유(36)는 하나 이상의 공기 흐름에 의해 접 촉된다. 보통, 스핀 팩(30)으로부터 방출되어 퀀칭 챔버(38)로 유입되는 연속 용융 섬유(36)의 온도는 약 150℃ 내지 약 250℃의 범위에 있을 것이다. 용융 섬유(36)의 실제 온도는 그들이 구성하는 재료와, 이러한 재료의 용융점과, 압출 공정 동안에 인가되는 열량과, 다른 인자들에 달려 있을 것이다. 퀀칭 챔버(38) 내부에서, 연속 용융 섬유(36)는 낮은 온도의 공기에 의해 접촉되어 둘러싸인다. 공기의 온도는 약 0℃ 내지 120℃의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 공기는 용융 섬유(36)를 신속하게 냉각시키기 위해 냉각 또는 칠드된다. 그러나, 이성분 섬유(36)를 형성하는데 사용되는 소정의 재료에 있어서, 주위 공기 또는 심지어 가열된 공기를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 대부분의 탄성 재료에 있어서, 공기는 약 0℃ 내지 약 40℃의 온도로 냉각 또는 냉경된다. 보다 바람직하게는, 공기는 약 15℃ 내지 약 30℃의 온도로 냉각 또는 냉경된다. 낮은 온도의 공기는 다양한 각도에서 용융 섬유(36)를 향해 안내될 수 있지만, 수평 또는 하방 각도가 최상으로 보인다. 유입 공기의 속도는 용융 섬유(36)를 효율적으로 냉각시키기 위해 유지 또는 조정될 수 있다.

결정 구조 또는 상 분리가 복수의 연속 냉각 섬유(40)를 형성한다고 가정하면, 냉각 또는 칠드된 공기는 연속 용융 섬유(36)의 결정화를 야기할 것이다. 냉각 섬유(40)는 이 때 선형 형상이다. 퀀칭 챔버(38)로부터 방출시, 냉각 섬유(40)의 온도는 약 15℃ 내지 약 100℃의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는, 냉각 섬유(40)의 온도는 약 20℃ 내지 약 80℃의 범위를 가질 것이다. 가장 바람직하게는, 냉각 섬유(40)의 온도는 약 25℃ 내지 약 60℃의 범위를 가질 것이다. 냉각 섬유(40)는 섬유(40)를 형성하는 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 용융 온도 이하의 온도에 있을 것이다. 냉각 섬유(40)는 이 단계에서 연성 플라스틱 주도(consistency)를 가질 수도 있다.

복수의 연속 냉각 섬유(40)는 이어서 인발 유닛(42)으로 경로설정된다. 인발 유닛(42)은 중력을 이용하도록 퀀칭 챔버(38) 아래에 수직방향으로 위치될 수 있다. 인발 유닛(42)은 모든 냉각 섬유(40)가 로프(rope) 또는 토우(tow)로 보내지고 회전롤의 외주연부 주위에 적어도 한 번 포획됨으로써 인발되는 회전 롤일 수 있다. 복수의 냉각 섬유(40)는 한 번 이상 회전 롤의 외주연부 둘레에 포획될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 냉각 섬유(40)는 회전 롤의 외주연부 둘레에 1과 1/2번 포획될 수 있고, 섬유(40)는 고상 섬유(44)의 로프 또는 토우 속으로 축압된다. 기계적 인발은 냉각 섬유(40)로 하여금 스핀 팩(30)으로부터 방출되는 용융 재료를 당기거나 또는 인발할 기계력을 받게 하는 것을 포함한다.

냉각 섬유(40)는 냉각 상태가 아닌 용용된 상태에서 주로 하방으로 인발된다. 인발 유닛(42)의 하방력은 용융 재료가 고상 섬유로 늘려지고 연신되게 만들 것이다. 용융 섬유를 늘리는 것은 통상 고상 섬유(44)의 단면적을 성형하거나, 좁히거나, 왜곡시키거나 또는 다르게는 변경시킬 것이다. 예를 들어, 용융 재료가 스핀 팩(30)으로부터 방출시, 둥근형 또는 원형 단면적을 갖는다면, 고상 섬유(44)의 외경은 감소될 것이다. 고상 선형 섬유(44)의 직경이 감소되는 양은, 용융 재료가 인발되는 양과, 섬유가 인발되는 거리와, 섬유를 인발하는데 사용되는 기계력과, 스핀 라인 장력 등을 포함한, 몇몇 인자에 달려 있을 것이다. 바람직하게는, 고상 선형 섬유(44)의 직경은 약 5 미크론 내지 약 100 미크론의 범위를 가질 것이다. 보다 바람직하게는, 고상 선형 섬유(44)의 직경은 약 10 미크론 내지 약 50 미크론의 범위를 가질 것이다. 가장 바람직하게는, 고상 선형 섬유(44)의 직경은 약 10 미크론 내지 약 30 미크론의 범위를 가질 것이다.

인발 유닛(42)은 스핀 팩(30)으로부터 방출된 연속 용융 섬유(36)에 의해 표시된 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 냉각 섬유(40)를 당길 것이다. 연속 용융 섬유(36)와 연속 냉각 섬유(40) 사이의 이러한 속도의 변화는 용융 재료가 늘여지고 또한 단면적이 감소되는 것을 가능하게 만든다. 인발 유닛(42)으로부터 방출시, 냉각 섬유(40)는 고상 섬유(44)가 될 것이다.

인발 유닛(42)으로부터 방출된 복수의 고상 섬유(44)는 이어서 안내 롤의 둘레에서 전체적으로 스풀(46)로 경로설정된다. 진행하는 섬유(44)는 로프 형태로 스풀(46)의 주연부 상에 주연방향으로 권취된다. 스풀(46)은 지지체(48)에 장착될 수 있고, 진행하는 섬유(44)가 스풀(46) 상으로 안내됨에 따라 회전되도록 제조될 수 있다. 스풀(46)은 소정량의 고상 섬유(44)를 축압하는 크기 및 형태일 수 있다. 고상 선형 섬유(44)는 스풀(46)이 채워질 때까지 스풀(46) 상에 축압될 것이다. 이 때, 복수의 고상 섬유(44)는 커터(50)에 의해 전체적으로 절단되거나 또는 나뉘어진다. 진행하는 고상 섬유(44)는 이어서 지지체(48)에 보유될 수 있는 다른 빈 스풀(46) 상으로 안내된다. 채워진 스풀(46)을 제거하여 이를 진행하는 섬유(44)가 축압될 수 있는 빈 스풀(46)로 교체하는 공정은 본 기술 분야의 숙련자에게는 주지되어 있다. 이러한 공정은, 진행하는 선형 섬유(44)가 다음 이용가능한 빈 스풀(46)로 순간적으로 그리고 순차적으로 안내될 수 있도록 자동화될 수 있다.

채워진 스풀(46)은 각각 동일한 설비에서 나중에 사용하기 위해 적층 및 저장되거나, 또는 다른 위치로 운반될 수 있다. 본 발명의 하나의 특징은 고상 선형 섬유(44)가 크림프된 스테이플 섬유로 처리될 필요도 없고, 하나의 연속 공정에서 웨브로 형성될 필요도 없다는 것이다. 대신에, 본 방범은 중단을 허용해서, 고상 선형 섬유(44)가 필요시 나중에 그리고 원거리 위치에서 추가로 처리될 수 있다. 다르게는, 스풀(48)이 존재할 필요가 없는 연속 방법이 채용될 수 있다.

도3을 참조하면, 복수의 선형 섬유를 권취 해제하는 단계와, 섬유를 신장하는 단계와, 섬유를 절단하는 단계와, 그 후 섬유를 이완시켜 복수의 3차원 스테이플 섬유를 형성하게 만드는 단계를 보여주는 개략도가 도시된다. 본 방법은 복수의 선형 섬유(44)가 권취 해제되고 히터(52) 쪽으로 지시되도록 스풀(46)의 외주에 원형으로 권취되도록 한다. 히터(52)는 선택적이지만, 존재할 때는 복수의 선형 섬유(44)를 상승된 온도로 가열한다. 정확한 온도는 각각의 제1 및 제2 성분(10, 12)의 조성, 섬유(44)의 직경, 섬유(44)의 신장량, 섬유(44)의 속도 등에 종속된다. 바람직하다면 이 때에 복수의 선형 섬유(44)에 표면 처리를 인가하는 것이 가능하다. 표면 처리의 인가는 섬유 상에 화학 성분을 도포하거나 또는 해당 기술 분야에 공지된 액조 내에 섬유(44)를 재현(emersion)시킴으로써 수행된다. 다양한 형식의 표면 처리가 섬유(44)에 인가될 수 있다.

그 다음에 복수의 고상 선형 섬유(44)는 복수의 선형 섬유(44)가 적어도 약 50%만큼 신장되는 신장 유닛(54)으로 경로설정된다. “신장”에서, 이는 고상 상 태로 연속적인 고상의 선형 섬유(44)들이 신장되거나 또는 연장되는 것을 의미한다. 신장은 복수의 선형 섬유(44)에 축방향 장력을 가하도록 한다. 선형 섬유(44)가 신장됨에 따라, 선형 섬유(44)의 단면적은 감소될 것이다. 바람직하게는, 고상 섬유(44) 내에 부과된 신장량은 약 75% 내지 1,000%의 범위일 수 있다. 더 바람직하게는, 고상 섬유(44) 내에 부과된 신장량은 약 100% 내지 500%일 수 있다. 더 바람직하게, 고상 섬유(44) 내에 부과된 신장량은 약 150% 내지 300%일 수 있다.

신장 유닛(54)은 두 쌍의 이격된 롤을 포함하는 것으로 도시된다. 다른 형상의 기계적인 신장 장치가 활용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 제1 쌍의 롤은 제1 롤(56)과 제2 롤(58)을 포함한다. 제1 및 제2 롤(56, 58)은 각각 그 사이에 닙부(60)를 형성하도록 서로 밀착 접촉되도록 배열될 수 있다. 스풀(46)로부터 권취 해제된 복수의 선형 섬유(44)는 닙부(60)를 통해 제1 롤(56)의 외주부 주위와 제2 롤(58)의 외주부 주위에서 경로설정된다. 닙부(60)는 섬유(44)에 가하는 압력이 거의 없거나 전혀 없도록 조절될 수 있다. 각각의 제1 및 제2 롤(56, 58)중 적어도 하나는 제1 소정 표면 속도로 회전되도록 세팅된 구동 롤이다. 이러한 표면 속도는 복수의 선형 섬유(44)가 이러한 속도로 진행하도록 한다. 표면 속도는 독특한 요구사항에 종속되어 변화될 수 있다. 그러나, 분당 약 10 m/분 내지 약 1,000m/분의 속도 사이의 표면 속도는 대부분의 응용예용으로 충분할 것이다. 바람직하게는, 표면 속도는 약 500 m/분 이하일 것이다. 빠른 표면 속도는 제조 비용을 감소시키기 위해서 느린 표면 속도보다 일반적으로 바람직하다. 그러나, 매 우 고속에서, 섬유는 신장성을 상실하고 부서지게 될 수 있다. 이는 섬유가 바람직한 신장 백분율에 도달하기 전에 섬유가 파단되도록 한다.

제2 쌍의 롤은 제1 쌍의 롤로부터 바람직한 거리를 갖고 하류로 이격된다. 제2 쌍의 롤은 제1 롤(62) 및 제2 롤(64)을 포함한다. 제1 및 제2 롤(62, 64) 각각은 그 사이에 닙부(66)를 형성하도록 서로 밀착 접촉되어 배열될 수 있다. 제1 쌍의 롤에서 빠져나온 복수의 선형 섬유(44)는 닙부(66)를 통해 제1 롤(62)의 외주부 주위와 제2 롤(64)의 외주부 주위에서 경로설정된다. 닙부(66)는 섬유(44)에 가하는 압력이 거의 없거나 전혀 없도록 조절될 수 있다. 각각의 제1 및 제2 롤(62, 64)중 적어도 하나는 제2 소정 표면 속도로 회전되도록 세팅된 구동 롤이다. 제2 소정 속도는 제1 소정 속도보다 빠르다. 속도의 이러한 차이는 복수의 섬유(44)가 복수의 신장된 선형 섬유(68)를 형성하도록 두 쌍의 롤 사이에서 길이방향으로 신장되도록 한다.

상이한 속도로 회전하는, 바람직하게는, 증가된 표면 속도로 회전하는 다중 롤 또는 여러 쌍의 롤이 또한 활용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

부가적으로, 히터(70)가 두 쌍의 롤(56, 58 및 60, 62) 각각의 사이에 위치된다. 히터(70)는 복수의 선형 섬유(44)를 상승된 온도로 가열할 수 있다. 정확한 온도는 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 조성, 섬유(44)의 직경, 섬유(44)의 신장량, 섬유의 속도(44) 등에 종속될 수 있다.

신장 유닛(54) 내의 복수의 섬유(44)의 신장은 각각의 선형 섬유(44)의 단면적이 스풀(46)로부터 권취 해제된 선형 섬유(44)의 단면적의 약 5% 내지 약 90%만 큼 감소하도록 된다. 바람직하게는, 각각의 선형 섬유(44)의 단면적은 스풀(46)로부터 권취 해제된 선형 섬유(44)의 단면적의 약 10% 내지 약 60%만큼 감소된다. 보다 바람직하게는, 각각의 선형 섬유(44)의 단면적은 스풀(46)로부터 권취 해제된 선형 섬유(44)의 단면적의 약 20% 내지 약 50%만큼 감소된다.

신장된 연속 선형 섬유(68)는 직경 또는 단면적이 비교적 작을 것이다. 바람직하게는, 신장된 선형 섬유(68)의 직경은 약 5 미크론 내지 약 50 미크론의 범위일 것이다. 더 바람직하게는, 신장된 섬유(68)의 직경은 약 5 미크론 내지 약 30 미크론의 범위일 것이다. 가장 바람직하게는, 신장된 선형 섬유(68)의 직경은 약 10 미크론 내지 약 20 미크론의 범위일 것이다.

제2 쌍의 롤(62, 64)에서 나온 신장된 선형 섬유(68)는 바람직하게는 스테이플 섬유로 절단되기 전에 가열 세팅될 수 있다는 것을 알아야 한다.

다시 도3을 참조하여, 신장 유닛(54)에서 배출되면서, 복수의 신장된 선형 섬유(68)들은 고정된 적어도 하나의 나이프(74)를 갖는 회전 커터(72)에 의해 절단 또는 절결된다. 회전 커터(72)는 앤빌 롤(76)과 협력하여 커터(72)와 앤빌 롤(76)은 신장된 선형 섬유(68)가 그 사이를 통과하도록 배열된다. 회전 커터(72)와 앤빌 롤(76)은 나이프(74)에 의해 절단될 때까지 장력을 가한 상태로 신장된 선형 섬유(68)를 유지한다. 절단 분야 종사자들에게 공지된 절단 기구의 다른 형식이 활용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 신장된 선형 섬유(68)를 장력을 갖는 상태로 유지하는 한 쌍의 협력하는 롤의 하류에 커터를 위치시키는 것이 또한 가능하다. 회전 커터(72)는 복수의 신장된 섬유(68)를 각각 소정의 길이를 갖는 복수의 스테이플 섬유(78)로 절단할 수 있다. 복수의 신장된 섬유(68)는 약 5 ㎜ 내지 약 500 ㎜의 스테이플 길이로 절단될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 신장된 섬유(68)는 약 10 ㎜ 내지 약 50 ㎜의 스테이플 길이로 절단될 수 있다. 더 바람직하게는, 복수의 신장된 섬유(68)는 약 12 ㎜ 내지 약 25 ㎜의 스테이플 길이로 절단될 수 있다. 복수의 절단 스테이플 섬유(78)는 즉시 이완되기 시작한다. 이러한 이완는 스테이플 섬유(78)가 복수의 3차원 코일 섬유(80)로 수축 또는 축소되도록 한다. 코일 섬유(80)는 절단 신장 섬유(78)보다 짧은 길이를 가질 것이다. 코일 섬유(80)는 약 3 ㎜ 내지 약 50 ㎜의 길이 범위를 가질 것이다. 바람직하게는, 코일 섬유(80)는 약 5 ㎜ 내지 약 25 ㎜의 길이 범위를 가질 것이다. 가장 바람직하게는, 코일 섬유(80)는 약 5 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 길이 범위를 가질 것이다. 이들 코일 섬유(80)는 호퍼 또는 용기(82) 내에서 수집될 수 있다.

도4를 참조하면, 3차원 스테이플 섬유(80)의 일부는 종방향 중심축 x-x를 갖는 나선 또는 나선형 코일의 형상으로 도시된다. “3차원 섬유”가 x, y, z 성분을 갖는 섬유를 의미함으로써, 코일 및/또는 정규 또는 비정규로 이격된 곡선에 의해 형성되고, 선형 섬유보다 큰 체적을 한정하는 지점의 궤적을 형성하는 x, y, z면에서 한계를 갖는다. 3차원 코일 섬유(80)는 일반적으로 나선 형상을 가질 수 있다. 나선 형상은 각각의 3차원 섬유(80)의 전체 길이(L)를 따라 연장할 수 있거나, 또는 3차원 섬유(80)의 길이의 일부 상에서 발생할 수 있다. 바람직하게는, 코일 구성은 각각의 3차원 섬유(80)의 길이의 적어도 절반 이상에서 연장한다. 더 바람직하게는, 코일 구성은 각각의 3차원 섬유(80)의 길이의 약 50% 내지 약 90%로 연장한다. 더 바람직하게는, 코일 구성은 각각의 3차원 섬유(80)의 길이의 약 90% 내지 약 100%로 연장한다. 코일은 3차원 스테이플 섬유(80)의 길이의 적어도 일부를 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 형성될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 각각의 코일의 구성은 각각의 3차원 스테이플 섬유(80)의 길이를 따라 변화할 수 있다는 것을 알아야 한다.

각각의 3차원 스테이플 섬유(80)는 360도로 외접하는 코일을 갖는다. 나선 코일은 3차원 스테이플 섬유(80)의 전체 길이 또는 그 일부 상에서 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 가장 바람직하게는, 3차원 스테이플 섬유(80)는 연속 나선 코일을 나타낸다. 3차원 스테이플 섬유(80)는 2차원 섬유가 예를 들어, "x" 및 "y" 성분, "x" 및 "z" 성분 또는 "y" 및 "z"의 2개의 성분만을 갖는다는 점에서 2차원 섬유와 상이하다. 3차원 스테이플 섬유(80)는 "x" 성분, "y” 성분 및 "z" 성분의 3개의 성분을 갖는다. 복수의 크림프(crimp) 섬유들은 두 방향으로만 편평하고 신장된 2차원 섬유이다. 크림프 섬유는 통상적으로 작고, 규칙적으로 절첩 또는 릿지되도록 가압되거나 또는 핀치 가공된 섬유이다. 크림프 섬유는 통상적으로 그 길이를 따라 혼합된다.

3차원 스테이플 섬유(80)는 나선 코일을 형성할 때 비선형 형상을 갖는다. 3차원 스테이플 섬유(80)는 또한 그 길이(L)의 일부에 직각으로 측정된 진폭(A)을 갖는다. 3차원 스테이플 섬유(80)의 진폭(A)은 약 10 미크론 내지 약 5,000 미크론의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 3차원 스테이플 섬유(80)의 진폭(A)은 약 30 미크론 내지 약 1,000 미크론의 범위이다. 가장 바람직하게는, 3차원 스테이플 섬 유(80)의 진폭(A)은 약 50 미크론 내지 약 500 미크론의 범위이다. 3차원 스테이플 섬유(80)는 또한 인접한 나선 코일들 사이에 360도 각도만큼 이격된 두 위치에서 측정된 진동수(F)를 갖는다. 진동수(F)는 코일 섬유 길이의 인치당 형성된 코일 또는 꼬임의 수를 지시하는데 이용된다. 진동수(F)는 인치당 약 10 내지 1,000 코일의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 진동수(F)는 인치당 약 50 내지 약 500 코일의 범위일 수 있다. 진폭(A) 및 진동수(F)는 3차원 스테이플 섬유(80) 길이(L)의 적어도 일부를 따라 또는 전체 길이 상에서 일정하게 변화하거나 또는 유지될 수 있다는 것을 알아야 한다. 바람직하게는, 진폭(A) 및 진동수(F)는 길이(L)의 대부분 상에서 일정하게 유지된다. 3차원 스테이플 섬유(80)의 진폭(A)과 3차원 스테이플 섬유(80)를 형성하는 나선 코일의 진동수(F)는 신장된 상태로부터 3차원 스테이플 섬유(80)의 길이의 전체 감소에 영향을 미친다.

제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 변형 특성은 신장된 섬유(78)가 3차원 코일 섬유(80)로 수축함에 따라 나타나는 나선 코일의 형상 및 크기에 영향을 미친다는 것을 알아야 한다.

제1 및 제2 성분 각각은 복수의 연속적인 2성분 섬유를 형성하기 위해 스핀 팩(30) 내에 함께 점착된다. 제1 성분(10)의 제2 성분(12)으로의 점착은 화학적, 기계적 및/또는 물리적일 수 있다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각이 서로 점착되는 이러한 능력은 일 성분이 다른 성분보다 더 수축될 때 그 이후에 구성요소(10, 12)들이 분기되는 것을 방지한다. 고상 선형 섬유(44)의 제1 성분(10)은 적어도 약 50% 변형되어 신장된다. 제1 성분(10)은 변형 후의 길이에 기초하여 부과되는 신장 변형의 적어도 약 20%를 회복할 수 있다. 바람직하게는, 고상 선형 섬유(44)의 제1 성분(10)은 신장 변형의 적어도 약 50%를 회복할 수 있다. 제1 성분(10)이 적어도 약 50% 미만으로 신장되면, 회복 또는 이완력은 3차원 스테이플 섬유(80)의 나선 코일을 활성화시키는데 충분하지 않을 것이다. 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)의 반복적인 나선 코일이 가장 바람직하다. 제1 성분용으로 적어도 약 50% 이상의 신장이 바람직하다. 예를 들어, 적어도 약 100%의 연장이 우수하고, 300%를 초과하는 신장이 더 우수하고, 400%를 초과하는 신장이 보다 더 우수하다.

고상 선형 섬유(44)의 제2 성분(12)은 영구적으로 회복 불가능한 변형값과 회복 가능한 변형값을 포함한다. 신장, 소성 항복(plastic yielding) 및/또는 인발(drawing)에 의한 고상 상태에서 영구적으로 회복 불가능한 변형값은 적어도 약 40%이다. 회복 가능한 변형값은 적어도 약 0.1%이다. 제2 성분(12)의 적어도 약 50%보다 큰 변형이 바람직하다. 적어도 약 100%의 변형이 우수하고, 약 300%를 초과하는 변형이 더 우수하다. 소성 항복 및 인발은 제2 성분(12)을 얇게 한다. 고상 상태에서의 신장은 제2 성분(12)이 그 용융 온도 이하에서 신장되는 것을 의미한다. 제2 성분(12)의 전체 변형이 적어도 약 50% 이하이면, 제2 성분(12)은 신장 처리 동안 파손되고 파단된다. 또한, 낮은 변형에서, 제2 성분(12)은 충분한 수준의 영구적인 소성 항복을 제공하지 않고, 3차원 스테이플 섬유(80)의 각각의 나선 코일의 형성에 바람직하게 얇게 된다. 섬유가 파단되거나 파손되기 때문에 극저온에서 신장이 발생하지 않는다. 이와 같이, 섬유는 바람직한 신장 백분율에 도달하기 전에 파손될 수 있기 때문에 섬유는 매우 급속하게 신장되지 못한다.

3차원 코일 섬유(80)의 길이 신장 백분율은 3차원 코일 섬유(80)가 직선 또는 선형으로 되기 전에 신장될 수 있는 길이 변화의 백분율로 한정된다.

신장 백분율은 다음과 같은 공식으로 표현될 수 있다.

% E = 100 x (L₁-L)/L

여기서, %E는 3차원 스테이플 섬유(80)의 신장 백분율이고,

L은 3차원 스테이플 섬유(80)의 수축된 길이이고,

L₁은 직선 또는 코일되지 않은 형상으로 신장된 후의 3차원 스테이플 섬유(80)의 최종 길이이다.

수축된 3차원 스테이플 섬유(80)는 그 다음에 수축된 길이의 적어도 약 100%로 신장되는 능력을 갖는다. 가장 바람직하게는, 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)는 그 다음에 수축된 길이의 약 150% 내지 약 900%로 신장된다. 그보다 더 바람직하게는, 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)는 그 다음에 수축된 길이의 약 250% 내지 약 500%로 신장된다. 더 바람직하게는, 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)는 그 다음에 수축된 길이의 약 300% 내지 약 400%로 신장된다.

3차원 스테이플 섬유(80)는 섬유가 선형으로 되기 전에 적어도 일방향으로 특별한 신장 특성을 나타낸다. 신장은 3차원 스테이플 섬유(80)가 직선 또는 선형으로 되기 전에 신장될 수 있는 길이 백분율로서 한정된다. 3차원 스테이플 섬유(80)의 신장 특성의 방향은 일반적으로 선형 섬유(44)가 신장되는 방향과 동일한 방향이다. 달리 말하면, 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)가 그 다음에 신장될 수 있는 방향은 그 수축 방향에 대향될 것이다. 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)는 두 방향 이상의 신장 특성을 갖는 것이 가능하다. 예를 들어, 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)는 그 다음에 x 및 y 방향 모두로 신장될 수 있다.

3차원 스테이플 섬유(80)는 신장된 섬유(78)가 이완 또는 수축되도록 한 후에 얻어진다. 3차원 스테이플 섬유(80)는 제2 성분(12)의 회복률(R₂)에 대한 제1 성분(10)의 회복률(R₁)의 차이만큼 나선 프로필을 획득하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 성분(10)은 제2 성분(12)의 회복률(R₂)보다 높은 제1 성분(10)의 회복률(R₁)을 갖기 때문에, 제1 성분(10)은 제2 성분(12)보다 큰 정도로 수축되려고 할 것이다. 그러나, 제1 및 제2 성분(10, 12) 모두는 각각 이들이 물리적, 화학적 또는 기계적으로 서로 점착 또는 결합되기 때문에 동일한 양으로 수축 또는 축소될 것이다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 체적 백분율과 회복률의 조합은 섬유(80)의 독특한 3차원 형상을 생성한다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 수축 또는 회복은 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)에 영향을 미치는 꼬임 또는 코일링을 생성한다. 코일링 형상 및 배치뿐만 아니라 얻어지는 코일링양은 선형 섬유(44)를 구성하기 위해 이용되는 재료의 선택에 의해 제어될 수 있다. 이들 3개의 변수, 코일링양, 형상 및 코일링 배치는 선형 섬유(44)가 신장되는 양뿐만 아니라 각각의 성분의 체적에 의해 제어될 수 있다. 고상 섬유(44)가 신장되고 수축되기 위한 시간 및 온도 상태는 수축된 3차원 스테이플 섬유(80)의 최종 프로파일에 또한 영향을 미친다.

제1 성분(10)은 제2 성분(12)의 회복률(R₂)보다 높은 회복률(R₁)을 갖고, 따라서, 제1 성분이 형성되는 재료는 더 점성 및 탄성을 가지기 쉽다. 이러한 이유로, 높은 회복률(R₁)을 갖는 재료가 내부 코어를 형성하기 위해 이용되는 반면, 낮은 회복률(R₂)을 갖는 재료가 외부 시스를 형성하기 위해 이용된다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각이 신장된 상태로부터 수축하려 함에 따라, 외부 시스는 수축되거나 축소될 것이다. 이는 제1 성분(10)이 그 자체에 의한 수축량에 대해 완전히 수축할 수 없는 것을 의미한다. 이러한 갇힌 힘은 3차원 스테이플 섬유(80)에 영향을 미치는 꼬임 또는 나선을 생성한다. 선형 섬유(44)를 형성하기 위해 이용되는 재료를 변화시킴으로써, 그리고 선형 섬유가 신장되고 수축되는 상태를 제어함으로써, 소정의 방식으로 연장될 수 있는 독특한 형상의 3차원 스테이플 섬유(80)를 제조할 수 있다. 이러한 특성은 일회용 흡수 제품을 구성하는데 매우 유용한 것으로써 인식되었다. 이러한 특성은 또한 다른 제품에도 이점이 있는 특성을 나타낼 수 있다.

다음의 표1은 백분율을 변화하면서 신장되는 개별 재료의 회복률을 도시한다. 각각의 샘플을 형성하는 재료는 독본(dogbone) 또는 아령 형상의 특정 두께의 박형 시트로부터 절결된다. 독본 형상의 샘플은 제1 확대 단부에서 제2 확대 단부까지 측정된 63 ㎜의 초기 길이를 갖는다. 두 개의 대향 정렬된 확대 단부들 사이는 길이 18 ㎜이고 폭이 3 ㎜인 좁은 섹션이다. 그 다음에 재료는 장력 테스터에 놓여지고 재료의 기계방향으로 분당 12.7㎝(5 인치)의 비율로 신장된다. 이러한 신장은 샘플의 좁은 섹션이 신장되도록 한다. 그 다음에 샘플을 신장시키는데 이용되는 힘은 제거되고, 샘플은 수축 또는 회복되도록 한다. 최종 회복 길이로부터 알 수 있는 좁은 섹션의 수축된 길이는 신장된 길이의 백분율로써 측정되고 기록된다. 이는 이러한 재료가 선형 섬유(44)를 형성하기 위해 다른 재료와 결합될 때 이러한 정보로부터 외삽법으로 추정할 수 있고 회복 또는 수축과 유사한 범위가 경험될 수 있다.

표1

재료	두께 (밀(mil))	신장 온도 (℃)	50% 신장 및 회복	100% 신장 및 회복	200% 신장 및 회복	700% 신장 및 회복
폴리우레탄	5	25	24.5%	39.1%	54.4%	_
폴리프로필렌	3	25	5.4%	5.5%	5.1%	_
폴리프로필렌	3	75	_	8.7%	7.3%	6.4%

표1에서, 도그본 형상의 샘플은 제1 및 제2 확대 단부 사이에 위치된 좁은 섹션(I₁)을 갖는다. 도그본 샘플의 확대 단부 각각은 장력 테스터에 고정되고 특정 온도에서 소정량으로 재료의 기계방향으로 재료가 신장되도록 힘이 인가된다. 샘플을 신장함으로써, 좁은 섹션은 길이(I₂)로 신장된다. 길이(I₂)는 초기 길이(I₁)보다 크다. 그 다음에 샘플에 가해진 힘이 제거되고 샘플은 좁은 섹션이 길이(I₃)로 짧아지도록 수축된다. 수축된 길이(I₃)는 신장된 길이(I₂)보다 작지만, 초기 길이(I₁)보다 크다. 섬유를 형성하는데 이용될 수 있는 상이한 재료의 회복률(R%)은 다음의 공식을 이용하여 계산될 수 있다.

회복 % = [(I₂-I₃)/I₂] x 100

여기서, I₂는 샘플의 좁은 섹션의 신장된 길이이고,

I₃은 샘플의 좁은 섹션의 수축된 길이이다.

코일 섬유(80)는 웨브를 형성하기 위해 셀룰로오스 섬유, 목재 펄프 섬유, 다른 합성 섬유 등과 같은 다른 종류의 섬유 및/또는 초흡착제와 혼합될 수 있다는 것을 알아야 한다. 웨브는 에어레이드(airlaid) 웨브, 에어 형성 웨브, 코폼(coform) 웨브, 습식 레이드(wet laid) 웨브 등일 수 있다. 웨브는 다양한 종류의 제품에 이용될 수 있다. 웨브는 유아용 기저귀, 연습용 팬츠, 패드를 포함하는 실금 가멧, 브리프, 팬츠 및 재고정 가능한 팬츠, 위생 냅킨 또는 탐폰, 습식 와이프 제품 등과 같은 일회용 흡수 제품에 이용될 때 특이 유용하다. 이러한 섬유 및/또는 초흡착 입자를 혼합하는 방법은 해당 기술 분야에 공지되어 있다. 웨브를 형성하기 위해 이용되는 각 종류의 섬유의 백분율은 특정 요구를 충족시키기 위해 변화될 수 있다. 바람직하게는, 입자 형상의 초흡착제는 흡수 웨브를 형성하기 위해 하나 이상의 섬유와 혼합될 수 있다는 것을 알아야 한다. 웨브는 또한 해당 기술 분야에 공지된 다양한 방법을 이용하여 안정화 및/또는 결합될 수 있다.

안정화 및 결합된 흡착 웨브의 인지되는 제한점은 웨브에 존재하는 초흡착 재료가 최대 용량까지 팽창되는 것을 억제한다는 것이다. 본 발명의 3차원 섬유의 이용은 초흡착 재료를 포함하는 흡착 웨브 구조는 초흡착제가 팽창 가능한 전체 크기로 팽창하고 이를 수용할 수 있도록 한다.

코일 섬유(80)는 박형 흡착제 또는 비흡착 재료를 형성하기 위해 신장 가능한 재료, 탄성 필름 또는 탄성 섬유로 적층될 수 있다는 것을 알아야 한다. 적층 재료는 기저귀, 트레이닝 팬츠, 실금 가멧, 위생 냅킨 등과 같은 일회용 흡착제 제품의 본체측 커버 또는 외면 층으로써 이용될 수 있다. 이러한 적층 재료는 또한 상처 처치 용품, 외과용 가운, 장갑 등과 같은 의료 보조 제품에 이용될 수 있다.

본 발명이 몇몇 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명에 대한 다양한 변경, 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 전술한 설명으로부터 당업자라면 명확히 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 후속의 청구범위의 기술 사상 및 범주 내에 있는 이러한 모든 변경예, 변형예 및 수정예를 포함한다.

Claims

3차원 섬유 형성 방법이며,

a) 제1 및 제2 성분을 공압출하는 단계와,

b) 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 스핀 팩을 통해 상기 제1 및 제2 성분을 안내하는 단계와,

c) 복수의 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 상기 복수의 용융 섬유를 경로설정하는 단계와,

d) 각각 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 인발 유닛을 통해 상기 복수의 냉각 섬유를 경로설정하는 단계와,

e) 상기 복수의 고상 섬유를 축압하고 적어도 약 50%까지 상기 섬유를 신장하는 단계와,

f) 상기 신장된 섬유를 각각 소정의 길이를 갖는 복수의 스테이플 섬유로 절단하는 단계와,

g) 상기 스테이플 섬유를 이완시켜 코일형 섬유를 형성하도록 만드는 단계를 포함하고,

상기 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고 상기 제2 성분은 회복률(R₂)을 가지며, R₁은 R₂보다 높고,

상기 코일형 섬유의 상기 제1 성분은 분기를 방지하도록 상기 코일형 섬유의 상기 제2 성분에 대한 강한 상호 점착성을 갖는 방법.
제1항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 이성분 섬유인 방법.
제1항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 코어/시스 단면 형상을 갖는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분은 서로 기계적으로 점착되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분은 서로 화학적으로 점착되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분은 서로 물리적으로 점착되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 고상 섬유는 신장되기 전에 가열되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 고상 섬유는 신장되는 동안 가열되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 복수의 신장된 섬유는 회전 커터에 의해 약 5 mm 내지 약 500 mm의 소정 길이로 절단되는 방법.
3차원 섬유 형성 방법이며,

a) 제1 및 제2 성분을 공압출하는 단계와,

b) 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 제1 속도로 스핀 팩을 통해 상기 제1 및 제2 성분을 안내하는 단계와,

c) 복수의 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 상기 복수의 용융 섬유를 경로설정하는 단계와,

d) 각각 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 상기 제1 속도 보다 큰 제2 속도로 인발 유닛을 통해 상기 복수의 냉각 섬유를 경로설정하는 단계와,

e) 상기 복수의 고상 섬유를 축압하고 적어도 약 75%까지 상기 섬유를 신장하는 단계와,

f) 상기 신장된 섬유를 각각 소정의 길이를 갖는 복수의 스테이플 섬유로 절단하는 단계와,

g) 상기 스테이플 섬유를 이완시켜 코일형 섬유를 형성하도록 만드는 단계를 포함하고,

상기 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고, 상기 제2 성분은 회복률(R₂)을 가지며, R₁은 R₂보다 높고,

상기 코일형 섬유의 상기 제1 성분은 분기를 방지하도록 상기 코일형 섬유의 상기 제2 성분에 대한 강한 상호 점착성을 갖는 방법.
제10항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 약 5 mm 내지 약 50 mm의 소정 길이를 갖는 방법.
제11항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 5 mm 내지 25 mm의 소정 길이를 갖는 방법.
제10항에 있어서, 상기 고상 섬유는 각각 약 50 내지 약 1,000%로 신장되는 방법.
제10항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 약 10 미크론 내지 약 5,000 미크론의 코일 진폭을 갖는 방법.
제10항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 인치당 약 10 내지 약 1,000 코일 범위의 코일 진동수를 갖는 방법.
제10항에 있어서, 상기 제2 성분은 폴리올레핀인 방법.
3차원 이성분 섬유 형성 방법이며,

a) 제1 및 제2 성분을 공압출하는 단계와,

b) 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 제1 속도로 스핀 팩을 통해 상기 제1 및 제2 성분을 안내하는 단계와,

c) 복수의 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 상기 복수의 용융 섬유를 경로설정하는 단계와,

d) 각각 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 상기 제1 속도보다 큰 제2 속도로 인발 유닛을 통해 상기 복수의 냉각 섬유를 경로설정하는 단계와,

e) 스풀 상에 상기 복수의 고상 섬유를 축압하고 상기 스풀이 채워진 경우 상기 복수의 고상 섬유를 절단하는 단계와,

f) 상기 스풀로부터 상기 복수의 고상 섬유를 권취 해제하고 상승 온도까지 상기 섬유를 가열하는 단계와,

g) 상기 가열된 섬유를 적어도 약 50%까지 신장하는 단계와,

h) 상기 신장된 섬유를 각각 소정의 길이를 갖는 복수의 스테이플 섬유로 절단하는 단계와,

i) 상기 스테이플 섬유를 이완시켜 코일형 섬유를 형성하도록 만드는 단계를 포함하고,

상기 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고, 상기 제2 성분은 회복률(R₂)을 갖고, R₁은 R₂보다 높으며,

상기 코일형 섬유의 상기 제1 성분은 분기를 방지하도록 상기 코일형 섬유의 상기 제2 성분에 대한 강한 상호 점착성을 갖는 방법.
제17항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 나선 형상을 갖는 방법.
제17항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 약 10 미크론 내지 약 5,000 미크론의 코일 진폭을 갖는 방법.
제17항에 있어서, 상기 고상 섬유는 각각 약 50% 내지 약 1,000%로 신장되는 방법.
제17항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 인치당 약 10 내지 약 1,000 코일 범위의 코일 진동수를 갖는 방법.
제21항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 각각 인치당 25 내지 250 코일 범위의 코일 진동수를 갖는 방법.
제1항의 상기 3차원 섬유로 형성된 웨브.
제23항에 있어서, 상기 웨브는 에어레이드 웨브인 웨브.
제23항에 있어서, 상기 웨브는 에어 형성 웨브인 웨브.
제23항에 있어서, 상기 웨브는 코폼 웨브인 웨브.
제23항에 있어서, 상기 웨브는 습식 레이드 웨브인 웨브.
제23항에 있어서, 초흡착 재료가 상기 웨브 내에 존재하는 웨브.
제17항의 상기 3차원 섬유로 형성된 웨브.
제29항에 있어서, 초흡착 재료가 상기 웨브 내에 존재하는 웨브.