KR20080091816A - 이중 테이퍼 강화 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트 또는 다른 매트릭스 물질로부터 풀-아웃 하는 것에 저항하기 위하여 실질적으로 균일한 횡 단면적 및 섬유 길이를 따라 2개의 테이퍼링 차수를 갖는 실질적으로 비-파괴, 비-피브릴화 가능한 단 강화 섬유에 관련된다. 본 발명의 바람직한 이중-테이퍼 섬유는 5-250 기가파스칼 범위의 탄성률을 갖고, 바람직하게는 양자의 테이퍼링 차수에서 모듈레이션 된다. 상기 섬유를 함유하는 매트릭스 물질 뿐만 아니라 상기 섬유를 제조하기 위한 방법도 관련된다.
콘크리트, 매트릭스, 테이퍼링, 섬유, 강화, 모듈레이션

Description

이중 테이퍼 강화 섬유{BI-TAPERED REINFORCING FIBERS}
본 발명은 콘크리트와 같은 매트릭스 물질을 구조적으로 강화시키기 위한 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이를 따라 2개의 테이퍼링 차수로 변화하면서 실질적으로 균일한 횡 단면적을 갖는 비-스트레스 파괴, 비-피브릴화 가능한(fibrillatable) 단섬유(short fiber), 바람직하게는 양자의 테이퍼링 차수가 주기적으로 조절되는 섬유에 관련된다.
모르타르 및 콘크리트는 수화성 시멘트 바인더 및, 모르타르의 경우 모래와 같은 미세한 응집물 및, 콘크리트의 경우 깨진 자갈 또는 작은 돌과 같은 거친 응집물을 포함하는 취성(brittle) 물질이다. 모르타르 또는 콘크리트로 제조된 구조물이 그의 최대 인장 강도를 초과하는 스트레스를 받게 되면, 균열이 발생되어 그 구조물 내에서 증폭될 수 있다.
균열 개시에 저항하는 구조물의 능력은 균열 없이 구조물이 유지할 수 있는 최대 로드에 비례하는 "강도"로 이해된다. 이것은 균열을 개시하는데 요구되는 최소 스트레스 로드(즉, "임계적 스트레스 강도 팩터")를 평가하는 것에 의해 측정된다.
반면에, 이미 존재하는 균열의 증폭(또는 확대)에 저항하는 구조물의 능력은 "파괴 인성"으로 기술된다. 그러한 물성은 개구된 균열에서 섬유-강화 콘크리트(PRC) 빔 시편을 변형 또는 "편향"시키는데 요구되는 로드 및 편향 정도를 동시에 측정하는 것에 의해 평가된다. 따라서, 파괴 인성은 로드 편향 커브(PRC 시편의 편향에 대한 로드를 플롯팅하여 얻음) 하의 면적을 그의 단면적으로 나누는 것에 의해 측정된다.
강도 및 파괴 인성 물성 모두를 증가시키도록 고안된 강화 섬유는 공통 양수인에 의해 소유되고 있는 US 6,197,423; US 6,503,625; US 6,265,056; US 6,592,790; US 6,596,210; 및 US 6,773,646에 개시되어 있다. 이러한 특허에서 Rieder 등은 중합체 물질의 불규칙하고 랜덤한 이동, 스트레스 파괴 및 마이크로스코픽 상승 봉우리를 갖는 "마이크로-다이아스트로픽" 중합체 섬유를 개시하였다.
이어서, 공통 양수인에 의해 소유되고 있는 US 6,529,525; US 6,569,526; US 6,758,897; 및 US 6,863,969에서 Rieder 등은 분산안정성을 유지하면서 향상된 강도 및 파괴 인성을 갖는 중합체 섬유를 개시하였다. 평탄한 폴리프로필렌 필름을 압출성형 및 슬릿팅하고, 극히 높은 스트렛치 속도를 이용하여 슬릿 섬유를 스트레칭 하는 것에 의해 Rieder 등은 20 기가파스칼 이하의 모듈러스를 갖는 섬유를 수득하였다. 상기에 언급한 마이크로-다이어스트로픽 플랫트닝 기술의 스트레스-파괴를 피하는 것에 의해 섬유의 구조적 완전성이 보존될 수 있다.
콘크리트에서 높은 강도 및 파괴 인성을 제공하는 슬릿 폴리프로필렌 강화 섬유가 메사추세츠 캠브리지에 소재한 그레이스 컨스트럭션 프로덕츠로부터 상표명 "STRUX®"로 상업적으로 구입가능하다.
본 발명의 하나의 목적은 균열 개시에 저항하기 위한 섬유-강화 매트릭스 물질의 능력을 증가시키기 위하여 적어도 5 기가파스칼, 및 보다 바람직하게는 적어도 20 기가파스칼 이상의 모듈러스를 갖는 섬유를 사용하는 것이다.
다른 목적은 매트릭스 물질의 파괴 인성, 이미 존재하는 균열의 편향이나 확산에 저항하는 능력을 향상시킨 섬유를 제공하는 것이다. 환언하면 현재, 본 발명자들은 높은 모듈러스 섬유 물질의 풀-아웃(pull-out) 저항성을 가장 잘 조절하는 방법에 대해 고려하고 있다. 이러한 물성은 섬유가 매트릭스 물질 내에서 균열 또는 개구부를 가로질러 스패닝하는 상황에 관하여 고려되어야 한다.
US 특허 4,297,414호에 Matsumoto는 돌출부를 갖는 폴리에틸렌 섬유를 개시하였다. 이것은 2.16kg의 로드 하의 190℃에서 0.01 이하의 용융 인덱스를 갖는 폴리에틸렌을 0.01 초과의 용융 인덱스를 갖는 폴리에틸렌과 혼합함으로써 0.01 내지 10의 용융 인덱스를 갖는 혼합물을 수득하는 것에 의해 제조된다. 이러한 혼합물은 뾰족한 표면을 형성하도록 하는 조건 하에서 압출된 후, 스트레칭되어 표면 돌출부를 형성한다. 스트레칭 처리 이후에 표면의 이러한 극한 용융-파괴를 달성하기 위하여, "압출된 생성물의 볼록부 및 오목부가 가능한 날카롭고 깊어야하는 것"(Col. 3, 11. 35-39)이 중요하다. 섬유를 콘크리트에서 풀-아웃 하는 것이 어려운 것은 사실이지만, 본 발명자들은 이러한 볼록부 및 오목부가 잠재적인 파손 포인트 또는 불량한 형상을 만들고, 그 결과 섬유의 조기 파손 및 특정 투여량에 대해서는 강화 성능을 떨어뜨리게 한다고 믿는다.
스틸 섬유 생성물 디자인에서 고려할 점 중 하나는 섬유 "풀-아웃" 저항성을 증가시키는 것이며, 그 이유는 이것이 균열 증폭을 막기 위한 섬유의 능력을 증가시키기 때문이다. 따라서, US 특허 3,953,953호에서 Marsden는 콘크리트로부터의 풀-아웃 저항성을 위하여 "J"형 말단부를 갖는 섬유를 개시하였다. 그러나, 그러한 모폴리지는 얽힘 문제를 일으킬 수 있고, 습식 콘크리트 믹스 내에서 취급하기 곤란하거나 균일하게 분산시키기 어려운 섬유를 만들 수 있다. 또한, 본 발명자들은 J-형 말단부가 "J"형 폴드에 의해 기인하는 스트레스-포인트에서 조기 파손을 발생시킨다고 믿는다. 컬럼 1, 라인 54-56에서 Marsden은 섬유의 말단부가 필라멘트 또는 섬유의 주요부의 최소 단면 보다 더 큰 단면을 갖는 것으로 추정된다고 밝히고 있다. 그는 섬유의 말단부가 종 및 횡 평단면 모두에서 더 큰 것을 선호하였다(예컨대, 컬럼 1, 라인 54-56 참조).
유사한 대형-말단 접근법이 kajima의 일본 특허 출원 No. JP 06263512 A2에 개시되어 있으며, 상기 문헌에는 섬유의 중앙부를 향하여 양쪽 말단으로부터 점차적으로 테이퍼된 강화 단섬유가 개시되어 있다. 상부에서 2개의 가느다란 원뿔 부위가 유사한 kajima의 섬유의 기하 구조는 섬유 상의 인장 스트레스가 콘크리트 또는 합성 매트릭스 내로 분산되어 상기 단섬유가 서로 압축되고 제한됨으로써 매트릭스 내의 균열 개구에 저항하도록 고안되었다. Kajima의 의도는 로드가 하나의 지점에 집중되지 않도록 섬유 상의 로드를 분산시켜 매트릭스 내에서 균열의 증폭이 매트릭스 전체를 통한 힘의 분산에 의해 방지되도록 하는 것이다.
본 발명자들은 Marsden 및 Kajima에 개시된 것과 같은 선행기술에 의한 섬유가 강화 성능을 잃을 것이라고 믿고 있으며, 그 이유는 그러한 섬유가 좁은 미드- 섹션에서 파괴되는 경향을 갖기 때문이다. 환언하면, 작은 웨이스트 또는 최소 직경이 개별적인 섬유의 최대 로드-운반 성능을 제한할 것이다.
이것은 그러한 섬유의 큰 말단 부위에서 원주 직경 내의 과량의 물질이 주변 매트릭스 내에서 균열-개구가 발생되는 동안 섬유 말단의 반경 압축에 의하여 섬유 앵커링을 제공하게 한다. 그러나, 양 말단에서 과량의 섬유 물질은 파손이 최소 직경에서 발생하도록 고안된다는 사실로 인해 섬유의 최대 로드-운반 성능에 기여하지 않는다.
따라서, 섬유의 강화 성능은 섬유에 사용된 물질의 양에 비례하지 않는다.
또한, Kajima의 테이퍼 섬유는 제조하기가 어렵다. Kajima는 이중-원뿔 형태를 제조하는 방법, 또는 그러한 테이퍼된 기하 구조를 높은 속도에서 연속적으로 제조할 수 있는 방법을 개시하고 있지 않다. 금속 또는 중합체 물질을 몰드 내에서 캐스팅하는 것에 의해 테이퍼된 원뿔 형상을 제조할 수 있다고 추측할 수 있지만, 그러한 공정이 강화 콘크리트와 같은 부피가 큰 용도에서 실용적이라는 것은 믿기 어렵다. 만약 Kajima 섬유가 원형 직경을 감소시키기 위하여 압출된 중합성 물질을 개시하거나 스트레칭하는 다이를 좁히는 것과 같이 압출 조건을 변경하여 제조되는 경우, Matsumoto에 의해 연구된 표면 파괴가 발생할 것이고; 이것은 섬유의 본체를 따라 힘을 분산시키고자 하는 Kajima의 목적에 어긋나게 된다.
"주름진(crimped)" 중합체 섬유는 콘크리트 및 다른 매트릭스 물질로부터 풀-아웃 저항성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 예컨대, Banthia 등에 의해 US 5,981,630호에 곡선(sinusoidal) 섬유가 개시되어 있으며, 프로필 진폭을 갖는 웨 이브 형태로 기술되어 있다. Dill의 US 5,985,449호(Specialty Filaments)에 기술되어 있는 바와 같이 주름진 섬유의 문제 중 하나는 콘크리트 내에서 섬유의 볼링(즉, 응집)을 피하기 어렵다는 것이다. 따라서, Dill은 자가-얽힘을 최소화하기 위하여 섬유가 서로 정렬하는 번들링 기술을 개시하였다.
분산의 어려움은 제외하더라도, 주름진 섬유가 섬유의 풀-아웃 저항성을 향상시키기 위한 만족스러운 해법을 제공하지는 않는다고 여겨진다. 이것은 섬유의 종 미드-섹션에서 균열이 항상 발생하는 것은 아니기 때문이다. 그 결과, 주름진 섬유는 "스네이크-라이크" 형태로 콘크리트 또는 다른 매트릭스에서 풀-아웃될 수 있다.
상기의 문제점이 없고, 높은 강화 성능 뿐만 아니라 제어된 풀-아웃 저항성을 달성하기 위해 편리하고 경제적으로 제조될 수 있는 신규의 향상된 테이퍼 섬유가 요구된다.
발명의 요약
종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 콘크리트 또는 다른 매트릭스 물질로부터의 풀-아웃에 저항하기 위해, 한편으로 그 길이를 따라 실질적으로 균일한 횡 단면적을 갖고; 및 다른 한편으로 그 길이를 따라 적어도 2개의 테이퍼링 차수를 갖는 실질적으로 비-스트레스-파괴, 비-피브릴화 가능한 단 강화 섬유(short reinforcing fiber)를 제공한다.
섬유의 최대 로드-함유 성능 및 제어된 풀-아웃 저항성은 섬유 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면적을 갖는 것에 의해, 기계적 플랫트닝(flattening)으로 유발되는 스트레스 파괴를 피하는 것에 의해, 또 용융-파괴 압출성형으로 유발되는 돌출부 또는 오목부와 같은 표면 변형(anomalies)을 피하는 것에 의해 실현된다.
예시적인 이중 테이퍼 섬유는 바람직하게는 섬유 당 5-100mm의 길이 및 보다 바람직하게는 10-60mm의 길이; 상당 직경(equivalent diameter)에 대한 길이 면에서 10-500, 및 보다 바람직하게는 25-100의 영상비(aspect ratio); 5-250 기가파스칼, 및 보다 바람직하게는 20-100 기가파스칼의 탄성률; 400-2,500 메가파스칼의 인장 강도; 및 섬유 당 50-5,000 뉴튼의 로드 운반 능력(load carrying capacity)을 갖는다.
콘크리트와 같은 매트릭스 물질에 사용되는 경우, 상기 섬유는 이상적으로 매트릭스 물질 내에서 발생하는 균열을 스패닝할 때 앵커링(anchoring)과 풀-아웃 사이에 균형을 제공한다. 균열된 콘크리트의 경우, 상기 섬유는 균열을 가로질러 스패닝하는 섬유의 반쪽이 콘크리트에서 풀-아웃 하도록 작동하면서, 균열을 스패닝하는 섬유의 나머지 반쪽이 콘크리트 구조가 균열에서 완전히 분리되는 위치에서 전체적으로 파괴하도록 고안되는 것이 바람직하다. 따라서, 균열된 콘크리트가 변형될 때부터 콘크리트의 캐타스트로픽 손상이 발생할 때까지 최대 에너지가 흡수된다.
"실질적으로 균일한 횡 단면적"은 섬유 본체의 단면적이 섬유 본체의 주요부 또는 연장부로 정의되는 장축 Z를 따라 10% 이하, 및 보다 바람직하게는 5% 이하로 변화되지 않아야 하는 것을 의미한다. 본 발명자들은 균일한 단면적이 가장 높은 강화 성능을 가능하게 한다고 믿는다(배경기술에 언급된 Marsden 및 Kajima 섬유의 가느다란-웨이스티드 미드섹션과는 다름). 본 발명의 섬유는 길이가 5-100mm, 보다 바람직하게는 10-60mm으로 짧고, 바람직하게는 상당 직경에 대한 길이 면에서 10-500의 영상비를 갖는다.
"2개의 테이퍼링 차수"는 주어진 섬유의 길이 범위 내에서 2개의 다른 테이퍼링 작용을 나타내는 것을 의미한다. 이중-테이퍼 섬유의 본체 또는 주요부는 종 장축 Z를 갖고, 이어서 단축 X 및 Y는 축 Z 및 각각에 대하여 서로 수직이며, 섬유의 횡 단면 프로필은 단축 X 및 Y의 방향으로 점차적으로 증가하거나 감소하면서, 횡 단면적이 장축 Z를 따라 한 지점에서 다른 지점으로 실질적으로 균일하게 유지된다. 축 Z를 따라 직선인 섬유를 갖는 것이 바람직하다. 섬유를 가공하고 절단하는 과정에서 섬유의 일부 벤딩(bending)이 발생할 수 있으며, 이것은 성능을 저하시키는 것으로 여겨지지 않기 때문에 섬유가 굽거나, 곡선을 이루거나, 비틀어지거나 또는 주름이 지는 것(Z축이 본 발명의 목적을 위한 기하 구조를 갖는 것으로 간주될 것이다)이 가능하지만, 섬유 본체 또는 주요부가 가능한 직선인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 예시적인 섬유는 시멘트상 조성물, 콘크리트, 숏크리트, 모르타르, 아스팔트 또는 합성 중합체와 같은 매트릭스 물질 내로 혼합될 때 실질적으로 비-스트레스-파괴되고 또 실질적으로 비-피브릴화 가능하게 되는 매개적인 연장된 본체(또는 주요)부 사이를 한정하는 2개의 대향하는 말단부를 갖는 섬유 본체를 포함하고, 상기 본체부는 종 장축 Z로 정의되고, 하기 물성을 포함하며, (A) 종 장축 Z로 정의되는 연장된 본체부의 길이를 따라 10% 이하, 및 보다 바람직하게는 5% 이하로 일탈되는 실질적으로 균일한 횡 단면적; 및 (B) 풀-아웃 저항성을 위한 2개의 테이퍼링 차수를 갖는 횡 단면 프로필, 이때 제 1 테이퍼링 차수는 축 Z에 수직하는 제 1 횡 단축 X에서 발생하고, 제 2 테이퍼링 차수는 축 X 및 Z 모두에 수직인 제 2 횡 단축 Y에서 발생하며, 제 1 및 제 2 테이퍼링 차수는 축 Z를 따라 한 지점에서 다른 지점으로 이동하였을 때 반대의 테이퍼링 작용을 갖고, (i) 축 Y에 따른 제 2 테이퍼링 차수가 감소함에 따라 축 X에 따른 제 1 테이퍼링 차수가 증가하고, (ii) 축 Y에 따른 제 2 테이퍼링 차수가 증가함에 따라 축 X에 따른 제 1 테이퍼링 차수가 감소하고, 및/또는 (iii) 상기 (i) 및 (ii)에 기재된 테이퍼링 특성이 모두 존재한다.
섬유의 다수 횡 단면 프로필은 원형, 타원형, 사각형, 삼각형, 또는 직사각형, 다른 4변형 형상 및 다각형 형상을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 형상 사이에서 조절할 수 있다. 상기 프로필은 제 1 X/Y 비율(X 단축에 따른 측정치를 Y 단축에 따른 측정치로 나눔)을 갖는 제 1 형상 및 제 1 프로필과 다른 제 2 X/Y 비율을 갖는 제 2 형상 사이에서 조절할 수 있다. 바람직하게는, 섬유의 프로필은 제 1 및 제 2 X/Y 비율 사이에서 적어도 1배, 보다 바람직하게는 2 내지 15배로 조절된다. 섬유 및 매트릭스 물질의 성질에 따라 30개까지의 모듈레이션을 갖도록 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 섬유를 함유하는 수화성 시멘트상 물질을 포함하는 매트릭스 물질 뿐만 아니라 상기 섬유를 제조하기 위한 방법에 관련된다.
본 발명의 추가적인 장점 및 양상은 이하에 보다 상세하게 설명하기로 한다.
바람직한 구체예에 대한 상세한 설명
상기 요약에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 섬유는 실질적으로 비-스트레스-파괴 및 실질적으로 비-피브릴화 가능하다. 이러한 2개의 섬유 특성은 예컨대 공통 양수인에 의해 소유되고 있는 Rieder 등에 의한 US 특허 6,569,526호에 개시되어 있다.
본 발명에서 "비-스트레스-파괴"는 분쇄 방법, 기계적 플랫트닝 방법(예컨대, Rieder 등의 US 특허 6,197,423 비교), 또는 섬유의 표면을 변형시키는 압출 방법(예컨대, Matsumoto의 US 특허 4,297,414호 참조)에 의해 형성될 수 있는 내적 및 외적 스트레스 파괴가 실질적으로 존재하지 않는 개별적인 섬유 본체를 의미한다. 여기서, 일반적인 목적은 구조적인 섬유 완전성 면에서 뿐만 아니라 주위의 매트릭스 물질과 접촉하는 총 표면적의 완전성 및 균일성면에서 개별적인 섬유 본체의 완전성을 유지함으로써 풀-아웃 저항성 작용이 제조자에 의해 하나의 섬유 배치에서 다음 섬유 배치로 보다 신중하게 제어될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에서 "비-피브릴화 가능한"은 믹스 내에서 실질적으로 균일하게 분산된 섬유를 얻기 위하여 필요한 범위로 매트릭스 조성물 내에서 기계적으로 혼합되어 교반될 때 개별적인 섬유 본체가 실질적으로 더 작은 섬유 또는 피브릴 단위로 감소하지 않는 것을 의미한다. 예컨대, 모래 및 돌 응집물을 함유하는 콘크리트와 같은 매트릭스 물질에 도입될 때, 본 발명의 섬유는 콘크리트 내에서 섬유가 균일하게 분산되도록 혼합하는데 요구되는 시간 동안 더 적은 피브릴 본체로 감소해서는 안된다.
용어 "실질적으로"는 어구 "비-스트레스-파괴" 및 "비-피브릴화 가능한"을 조절하는데 사용되는데, 그 이유는 섬유를 제조하거나 또는 콘크리트 내로 섬유를 혼합하는 도중에, 특히 섬유가 합성 중합체로부터 압출될 때, 일부 표면이 마이크로스코픽 수준에서 손상될 수 있기 때문이다. 그러한 마이크로스코픽 현상은 중합체 내에서 불완전성 또는 압출 공정에 기인하거나 및/또는 응집물-함유 콘크리트 내에서 혼합으로 인한 섬유 표면의 조도화에 기인한다. 그러한 마이크로스코픽 현상은 본 발명자들에 의해 고려되는 스트레스-파괴 또는 피브릴화의 발현으로 여겨지지 않는다.
용어 "매트릭스 물질"은 섬유에 의해 강화될 수 있는 넓은 범위의 물질을 포함하고, 구체적으로 접착제, 아스팔트, 세라믹, 복합 물질(예컨대, 수지), 플라스틱, 고무와 같은 엘라스토머 및 이러한 물질로부터 제조된 구조물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 매트릭스 물질은 페이스트, 모르타르, 레디-믹스 콘크리트, 프리-캐스트 콘크리트, 숏크리트, 그라우트, 스크리드, 석고-계 콘크리트(예컨대, 월-보드용 조성물), 석고- 및/또는 포틀랜드 시멘트-계 난연제 조성물, 방수 멤브레인 및 코팅 및 다른 수화성 조성물로서, 건식 또는 습식 형태로 공급될 수 있는 수화성 시멘트상 조성물을 포함한다.
본 발명의 섬유는 수화성 습식 "시멘트", "모르타르" 또는 "콘크리트"의 페이스트 부분에 사용된다. 이러한 모든 물질은 수화성 시멘트상 바인더(보통, 포틀랜드 시멘트, 석조 시멘트, 또는 모르타르 시멘트, 및 림스톤, 수화 석회, 플라이 애시, 미립자화된 블라스트 노 슬래그, 포졸란 및 실리카 퓸 또는 그러한 시멘트에 보통 사용되는 다른 물질을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아님) 및 물로 구성된 혼합물인 페이스트를 갖는다. 모르타르는 모래와 같은 미세한 응집물을 부가적으로 포함하는 페이스트이다. 콘크리트는 작은 돌 및 분쇄된 자갈과 같은 거친 응집물을 부가적으로 포함하는 모르타르이다. 따라서, 본 발명에서 "시멘트상 조성물"은 상기의 모든 것을 지칭하며 포함한다. 예컨대, 시멘트상 조성물은 수화성 시멘트상 바인더, 물 및 미세하고 및/또는 거친 응집물과 같은 소정량의 특정 물질을 본 발명의 섬유와 함께 혼합하는 것에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 예시적인 섬유는 금속(예컨대, 스틸) 또는 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌(고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 초고분자량 폴리에틸렌 포함), 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리아미드 및 굴열성(thermotropic) 액정 중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 중합성 중합체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 바람직한 기하 구조는 적당한 수지 또는 무기 바인더에 의해 미세한 필라멘트 또는 피브릴 다발이 서로 결합되어 굵은 "매크로-섬유"를 형성한 복합 물질로부터 수득될 수 있다. 예컨대, 개별적인 섬유 본체는 연속상 미세 탄소 또는 방향족 폴리아미드(보통 KEVLAR® 물질로 알려짐) 또는 유리/세라믹 또는 초고분자량 폴리에틸렌 또는 나일론, 에폭시, 폴리올레핀 등과 같은 수지에 의해 서로 결합되어 높은 분자량 및 강도를 갖는 금속 섬유 필라멘트를 포함하여 소정의 모듈러스 및 강도를 갖는 복합 섬유를 제공할 수 있다. 섬유가 형성될 수 있는 다른 가능한 물질은 금속(예컨대, 스틸, 스테인레스 스틸), 무기물(예컨대: 유리, 세라믹)을 포함한다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면은 다양한 예시적인 섬유에 대한 설명을 제공한다. 이들은 테이퍼링 관념을 강조하여 제공된 것이며, 스캐일 단위로 도시된 것은 아니다. 상기 섬유는 종 및 중앙에 위치한 장축 Z로 정의되는 매개적인 본체 또는 주요부 사이를 한정하는 2개의 대향하는 말단을 갖는다. 따라서, 섬유가 굽거나, 곡선을 이루거나, 비틀어진 경우, 물리적으로 손으로 펴거나 또는 다른 수단으로 고정하여 상기 섬유가 본 발명의 목적을 위하여 3차원 공간에서 적절히 도시될 수 있다. 장축 Z에 수직인 하나의 횡 단축은 축 X(이것은 보통 섬유의 폭 또는 더 넓은 차수에 대응됨)이고; 및 단축 X 및 종 장축 Z 모두에 수직인 제 2 횡 단축은 축 Y(이것은 보통 섬유가 타원형, 직사각형 또는 기타의 평탄한 단면 형상 또는 프로필을 갖는 두께 차수에 대응됨)이다.
본 발명자들은 2개 이상의 테이퍼링 차수를 가질 수 있으며, 적어도 2개의 테이퍼링 차수가 반드시 서로 90도 각이어야 할 필요는 없다고 믿는다. 따라서, 하나의 테이퍼링 차수가 예컨대 제 2 테이퍼링 차수에 대하여 45도 각으로 존재할 수 있다. 그러나, 본 발명에서 고려되는 작은 섬유는 적어도 2개의 테이퍼링 차수가 약 90도 각을 갖는 것이 가장 편리하다.
도 1A에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 단(short) 이중-테이퍼 섬유 10은 횡 단축 X 및 종 장축 Z에 수직인 횡 단축 Y를 따라 보았을 때, 제 1 테이퍼링 작용 또는 특성을 갖는다. 장축 Z는 제 1 위치 Z1으로 표시되는 하나의 말단, 및 제 2 위치 Z2로 표시되는 다른 말단 사이에 섬유 10의 연장된 본체부(또는 주요부)를 갖는다. 제 1 테이퍼링 작용이, 도면의 좌측에서 우측으로 눈을 움직일 때, 섬유 10의 길이를 따라 폭 Z1에서 Z2로 점차적으로 좁아지는 것으로 도시되어 있다.
도 IB는 종 장축 Z에 대하여 90도 회전하였을 때 도 1A에 도시된 예시적인 이중-테이퍼 섬유의 제 2 테이퍼링 작용 또는 특성을 나타낸다. 도 1B에 도시된 바와 같이 섬유는 횡 단축 X를 따라 본 것으로, 횡 단축 Y 및 종 장축 Z에 수직이다. 제 2 테이퍼링 작용이, 도면의 좌측에서 우측으로 눈을 움직일 때, 섬유 10의 길이를 따라 Z1에서 Z2로 점차적으로 굵어지는 것으로 도시되어 있다.
도 1C는 종 장축 Z를 따라 보았을 때 도 1 및 2에 도시된 예시적인 이중-테이퍼 섬유 10의 제 1 위치 Z1 및 제 2 위치 Z2에서의 횡 단면 프로필을 나타낸다. 횡 단축 X는 도 1C의 수평 방향이고, 횡 단축 Y는 도 1C의 수직 방향이다. 따라서, Z1 및 Z2에서 예시적인 이중-테이퍼 섬유 10의 단면 프로필은 교차되는 복합 도면으로 도시된다. 단축 X를 따라 위치한 음영 처리된 부분으로서 ΔXL(Y 축의 왼쪽에 위치함) 및 ΔXR(Y 축의 오른쪽에 위치함)은 제 1 위치 Z2에서 시작하여 제 2 위치 Z1으로 진행하는 섬유 10에서 발생되는 단면적의 변화를 나타낸다. 단축 Y를 따라 위치한 음영 처리된 부분으로서 ΔYT(X 축의 위에 위치함) 및 ΔYB(X 축의 아래에 위치함)은 제 1 섬유 위치 Z1 및 제 2 섬유 위치 Z2 사이에서 섬유에 발생하는 단면적의 변화를 나타낸다. ΔXL 및 ΔXR 사이의 총합 사이의 차이는 ΔYT 및 ΔYB의 총합의 10% 이하, 보다 바람직하게는 5% 이하이어야 하고; 본 발명의 하나의 목적은 종축 Z을 따라 실질적으로 균일한 횡 단면적을 갖는 섬유를 수득하는 것이다.
본 발명의 추가적인 바람직한 구체예에서, 테이퍼링 양은 하기 식에 따라 계산할 수 있다:
Figure 112008058959907-PCT00001
상기 식에서, "ΔR"는 Z1에서의 비율 R 및 Z2에서의 비율 R 사이의 변화를 나타내고(상기 식에서 R = 폭/두께); "ΔL"는 하나의 모듈레이션의 축 Z에 따른 길이를 나타내고(예컨대, 도 1A 및 2A에서 Z1 및 Z2 사이의 거리); "σ"는 인장 강도를 나타내고; "A"는 섬유 단면적을 나타내고; "ε"은 섬유 압축 모듈러스를 나타내고; "n"은 섬유 길이 당 모듈레이션의 수를 나타내고; 및 "Lf"은 개별적인 섬유의 말단에서 말단까지의 총 길이를 나타낸다.
더 유연한 섬유 물질일수록 프로필 차수에서 예컨대 횡축 X 및 Y를 따라 더 크게 테이퍼링되거나 진폭된다.
본 발명의 다른 예시적인 이중-테이퍼 섬유 10이 도 2A에 도시되어 있다. 횡 단축 Y를 따라 도시된 섬유 10은 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로 보았을 때, 제 1 위치 Z1 및 제 2 섬유 위치 Z2 사이에서 점차적으로 넓어지고, 제 2 섬유 위치 Z2 및 제 3 섬유 위치 Z3 사이에서 점차적으로 좁아진다. 동일한 섬유 10이 도 2B에서 횡 단축 X를 따라 도시되어 있다. 이것은 제 1 위치 Z1 및 제 2 위치 Z2 사이의 두께 면에서 상응하는 점차적인 감소를 갖고, 제 2 위치 Z2 및 제 3 위치 Z3 사이의 두께 면에서 상응하는 점차적인 증가를 갖는다. 장축 Z에 따른 방향에서 보았을 때, Z1, Z2 및 Z3에서의 단면적 프로필의 복합적 도면은 도 1C에 도시된 프로필의 복합적 교차 도면과 유사하다. 다른 단면 프로필이 Z1 및 Z3에 사용될 수 있지만, 이것은 바람직하지 않다.
도 2A 및 2B에 도시된 상기 이중-테이퍼 섬유 10은 2개의 모듈레이션(즉, Z1 내지 Z2 및 Z2 내지 Z3)을 갖는다고 할 수 있다. Z1 및 Z3에서 단면 프로필 또는 형상은 동일하고, Z1 내지 Z2의 거리 및 Z2 내지 Z3의 거리가 거의 동일하여 섬유 10이 2개의 모듈레이션 또는 하나의 완전한 모듈레이션 구간 또는 모듈레이션 주기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 예시적인 이중-테이퍼 섬유 10이 도 3A 및 3B에 도시되어 있다. 도 3A에 도시된 섬유 10은 횡 단축 Y를 따라 Z1 내지 Z2 및 Z3 내지 Z4에서 점차적으로 넓어지고, Z2 내지 Z3 및 Z4 내지 Z5의 폭에서 점차적으로 좁아진다. 도 3B에서 횡 단축 X을 따라 보았을 때 상기 섬유 10은 Z1 내지 Z2 및 Z3 내지 Z4 사이의 두께 면에서 상응하는 점차적인 감소를 갖고, Z2 내지 Z3 및 Z4 내지 Z5의 두께 면에서 점차적인 증가를 갖는다. 바람직하게는, Z2 및 Z4의 단면 프로필이 동일하고, Z1, Z3, 및 Z5의 단면 프로필이 동일하며, Z1, Z2, Z3, Z4, 및 Z5 사이의 거리가 동일하여, 도 3A 및 3B에 도시된 바와 같이 예시적인 섬유 10이 4개의 모듈레이션 또는 2개의 완전한 모듈레이션 구간 또는 모듈레이션 주기를 갖는다.
도 1A-IB, 2A-2B, 및 3A-3B의 예시적인 섬유는 가장 극단적인 단면 프로필 차수(즉, 축 X 또는 축 Y를 따라 가장 크거나 또는 가장 작은 차수)를 갖는 섬유 말단인 것으로 도시되어 있지만, 이것은 단지 설명을 위한 것으로, 본 발명자들은 가장 큰 폭 부분(X 축) 또는 가장 가는 부분(Y 축)과 일치하도록 섬유 길이가 반드시 정밀하게 절단되어야 한다고 믿지 않는다. 이것은 특히 개별적인 섬유 본체가 2개 이상의 모듈레이션(또는 모듈레이션 주기)를 갖는 경우일 것이다.
따라서, 예시적인 섬유는 섬유의 단면 프로필이 두께가 감소 및 증가하는 것에 대응하여 폭이 증가 및 감소하는 적어도 2개의 모듈레이션을 가질 수 있다. 또한, 예시적인 섬유는 섬유의 단면 프로필이 두께가 2번 감소하고 2번 증가하는 것에 각각 대응하여 폭이 2번 증가하고 2번 감소하는 적어도 4개의 모듈레이션을 가질 수 있다.
섬유의 독특한 기하 구조로 인해, 축 Z를 따라 임의의 두 가지 지점에서 절단하는 것에 의해 단일 섬유가 수득될 수 있다. 이론적으로, 폭/두께 비율(X/Y)이 섬유의 Z축 상의 참고 지점 양쪽 면에서 다른 한, 단일 섬유에 요구되는 최소(또는 일부의) 또는 최대 수의 모듈레이션은 존재하지 않는다. 바람직한 섬유는 섬유 본체 당 적어도 하나의 모듈레이션을 갖고, 보다 바람직하게는 30개 이하의 모듈레이션을 가질 것이다. 따라서, 균열이 주위 매트릭스 물질에서 개구되면, 매트릭스 물질을 처리하기 위해 사용되는 섬유의 배치 내에서 더 많은 섬유가 개별적인 섬유의 중앙 또는 말단 근처를 향해 균열이 존재하는지에 관계없이 균열 개구에 저항하는 기회를 갖게 될 것이다.
도 4는 섬유 10을 제조하기 위한 본 발명의 예시적인 방법을 나타내는 다이어그램이다. 합성 중합체 섬유의 경우에, 중합체 물질은 다이 20 또는 다른 압출 장치를 통해 바람직하게는 모노필라멘트 8 또는 시트 형태로 압출되고 수조를 통과하거나 또는 칠(chill) 롤러 사이에서 러닝하는 것에 의해 냉각 24 된다. 상기 중합체가 시트 형태인 경우, 이러한 냉각 단계 이후에 개별적인 섬유로 슬릿화 되어야 한다. 이어서, 개별적인 섬유 스트랜드는 탄성의 (Young's)률을 증가시키기 위해 종 방향으로 편향(또는 스트레칭)된다. 선택적으로, 이것은 열 연화 지역(thermal softening zone) 27(오븐, 뜨거운 공기 송풍기 또는 다른 열 장치)을 통해 서로 대향하는 롤러 26 사이에서 중합체를 연신한 후, 더 빠른 속도(예컨대, 롤러 26 보다 5-10 및 보다 바람직하게는 5-25배 더 빠름)로 회전하는 다른 세트 또는 세트들의 대향하는 롤러를 통하게 하는 것에 의해 수행될 수 있다. 선택적인 편향/스트레칭 단계 이후에, 상기 중합체 스트랜드 8은 중합체를 변형하기 위한 주기적인 파동을 갖는 외부 원주 표면을 갖는 대향하는 롤러 30 사이에서 중합체를 연신 하는 것에 의해 모듈레이션 프로필을 갖도록 하여 적어도 하나의 차수로 테이퍼링 형상을 형성하도록 성형된다. 본 발명자들은 하나의 세트의 롤러(예컨대 30으로 표시됨)가 섬유 물질의 2 가지 차수(축 X 및 축 Y 방향 모두)에서 테이퍼링 모듈레이션을 가능하게 할 것이라고 믿는다. 선택적으로, 원주 표면 파동을 갖는 제 2 쌍의 롤러 32가 사용될 수 있다. 주기적인 파동을 갖는 외부 원주 표면을 갖는 2개의 대향하는 롤러가 바람직하지만, 단지 한쪽의 롤러만 주기적인 파동을 갖고, 다른 한쪽은 원형 원주를 갖는 것으로부터도 목적하는 결과를 달성할 수 있다. 대안으로, 양자의 롤러가 적당한 직경을 갖는 원형 원주일 수 있고, 그 중 하나는 섬유 축에 대하여 수직 방향으로 제어된 진폭 및 주파수를 갖고, 다른 하나는 정지한 상태로 진동할 수 있다.
도 5는 섬유 10 상에 조절된 테이퍼 효과를 제공하기 위하여 그 원주 표면에 파동 31을 갖는 대향하는 롤러 30 사이에서 섬유 물질 8이 성형되는 것을 나타낸다(도 4에 도시된 수직각 롤러 32로 사용될 수 있는 동일 또는 유사한 파동을 갖는 롤러의 다른 세트임). 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 인치(또는 cm) 당 파동 31의 수, 파동의 곡률 양, 롤러 30 표면 사이의 갭, 및 섬유의 온도(중합체가 선택적인 편향/스트레칭 단계에서 가열되지 않는 경우, 실온 이상의 온도로 승온시키는 것이 바람직하다)는 모두 소정의 점차적인 테이퍼링을 달성하기 위해 당업자가 제어할 수 있는 범위 내이다.
다시, 예컨대 중합체가 기본적으로 횡축 방향 중 하나(예컨대, 축 X)로 이동하는 하나의 세트의 대향하는 롤러만 사용하는 것에 의해 상기에 기술된 이중-테이퍼 효과를 달성하는 것이 가능하다. 예컨대, 롤러 30의 파동 31은 두께 테이퍼링(Y 축 방향에서)를 조절하도록 하면서 옮겨진 중합체가 폭 테이퍼링(X 축 방향에서)을 제공하도록 사용된다. 선택적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 대향하는 롤러 32에 수직인 차수에서 정확한 테이퍼링 형상을 얻기 위하여 롤러 30의 회전 축에 수직인 회전 축을 갖도록 배열된 다른 세트의 대향하는 롤러 32가 사용될 수 있다. 이러한 다른 세트의 대향하는 롤러 32의 원주 표면 상에서 파동의 곡률은 섬유 본체의 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면적을 유지하도록 하기 위해 제 1 세트의 대향하는 롤러 30 상에서의 파동 곡률과 약간 다를 수 있다.
바람직하게는, 대향하는 롤러 세트에 사용되는 각각의 롤러는 그 원주 표면 주위에 균일한 간격의 파동을 갖고, 롤러 세트 내에서 각각의 롤러는 기어와 같은 것에 의하여 기계적으로 연결되어 있으며, 이들은 동일한 속도로 회전하고, 각각의 롤러의 파동은 회전하는 동안 대향하는 롤러의 파동과 일치한다.
따라서, 본 발명의 예시적인 방법은 각각의 상기 대향하는 롤러 상에 주기적으로 동일한 패턴을 반복하는 파동이 존재하는 원주 표면을 갖는 대향하는 롤러 사이에 금속 또는 중합체 섬유를 압축함으로써, 섬유의 종 장축에 수직인 각각의 2개의 횡 차수에서 섬유 물질의 테이퍼링을 형성하는 것을 포함한다.
섬유를 제조하기 위한 본 발명의 추가의 예시적인 방법은 중합체 물질을 압출하여 모노필라멘트 섬유 본체를 형성하는 단계, 선택적으로 상기 중합체를 스트레칭 하여 상기 물질을 편향시키는 단계, 및 섬유 내로 테이퍼 효과를 제공하도록 원주 파동을 갖는 제 1 세트의 대향하는 롤러를 이용하여 섬유 물질을 성형하는 단계를 포함한다. 상기 대향하는 롤러는 각각에 대하여 수직이고(또는 적어도 45도 떨어짐) 또, 섬유의 종 장축에 대하여 수직인 2개의 횡 차수 각각에 테이퍼 효과를 형성하도록 작동될 수 있다. 그렇지 않으면, 대안으로 제 2 세트의 대향하는 롤러가 제 1 세트의 대향하는 롤러의 회전 축에 수직인 회전 축을 갖도록 배열되어 제 2 차수에서 테이퍼 효과를 달성하도록 사용될 수 있다. 롤러 및 롤러 세트의 회전 및 간격은 섬유의 단면적이 섬유 길이를 따라 실질적으로 일정(즉, + 10% 이하) 하게 유지되도록 고안되어야 한다.
본 발명의 다른 예시적인 구체예에서, 상기 섬유는 2개의 다른 세트의 개별적인 섬유를 포함할 수 있고, 이때 제 1 세트의 섬유는 상기에 기술된 이중-테이퍼 섬유를 포함하고, 및 제 2 세트의 섬유는 다른 섬유 본체 기하 구조 또는 본체 차수를 갖는 섬유 본체를 포함한다. 예컨대, 제 2 세트의 섬유는 이중-테이퍼 본체를 함유하지 않을 수 있으나, 평탄한 리본(4 변형), 원형, 타원형, 직사각형 또는 다른 단면 프로필 형상과 같은 다른 기하 구조 형태를 가질 수 있다. 또한, 제 2 세트의 섬유는 이중-테이퍼이지만 제 1 세트의 섬유와 비교할 때, 모듈레이션 거리(예컨대, Z1 및 Z2 사이) 또는 차수(폭 또는 두께의 변화) 면에서 다른 테이퍼 차수를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 섬유는, 연장된 본체(또는 주요 부)를 가지며, 제조 또는 패키징 공정이 진행되는 동안 일부 굽거나, 곡선을 이루거나, 비틀어지거나 또는 주름이 지는 것이 자연적으로 발생할 수 있기 때문에 반드시 직선이어야 할 필요는 없다.
본 발명의 상기 실시예는 설명의 목적으로 제공된 것으로 본 발명이 상기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1A는 제 1 테이퍼링 작용이 제 1 위치 Z1 및 제 2 위치 Z2 사이에 도시되어 있는, Y 축(X 및 Z 축에 수직임)을 따라 관측된 본 발명의 예시적인 단섬유를 나타낸다.
도 1B는 제 2 테이퍼링 작용이 제 1 위치 Z1 및 제 2 위치 Z2 사이에 도시되어 있는, X축(Y 및 X 축에 수직임)을 따라 관측된 도 1A의 섬유를 나타낸다.
도 1C는 제 1 위치 Z1 및 제 2 위치 Z2에서 단면적이 교차되어 있는 것을 보여주는 도 1A 및 1B에 도시된 섬유를 나타낸다.
도 2A는 제 1 테이퍼링 작용이 도시된, Y 축(X 및 Z 축에 수직임)을 따라 관측된 본 발명의 다른 예시적인 섬유를 나타낸다.
도 2B는 제 2 테이퍼링 작용이 도시된, X 축(Y 및 Z 축에 수직임)을 따라 관측된 도 2A의 섬유를 나타낸다.
도 3A는 제 1 테이퍼링 작용이 도시된, Y 축(X 및 Z 축에 수직임)을 따라 관측된 본 발명의 다른 예시적인 섬유를 나타낸다.
도 3B는 제 2 테이퍼링 작용이 도시된, X 축(Y 및 Z 축에 수직임)을 따라 관측된 도 3A의 섬유를 나타낸다.
도 4는 섬유를 제조하기 위한 본 발명의 예시적인 방법을 나타내는 다이어그램이다.
도 5는 섬유 상에 점차적인 테이퍼 또는 이중-테이퍼 형상을 제공하기 위하여 그의 원주 표면에 파동을 갖는 대향하는 롤러 사이에서 섬유 물질이 성형되는 것을 나타낸다.

Claims (33)

  1. 콘크리트 또는 다른 매트릭스 물질로부터의 풀-아웃에 저항하기 위하여 실질적으로 균일한 횡 단면적 및 섬유 길이를 따라 2개의 테이퍼링 차수를 갖는, 실질적으로 비-파괴, 비-피브릴화 가능한 단 강화 섬유(short reinforcing fiber)를 포함하는 매트릭스 물질 강화용 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 5mm 내지 100mm의 길이를 갖는 섬유.
  3. 제2항에 있어서, 상기 섬유가 10mm 내지 60mm의 길이를 갖는 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 상당 직경(equivalent diameter)에 대한 길이 면에서 10 내지 500의 영상비를 갖는 섬유.
  5. 제1항에 있어서, 5 기가파스칼 내지 250 기가파스칼의 탄성률을 갖는 섬유.
  6. 제5항에 있어서, 20 기가파스칼 내지 100 기가파스칼의 탄성률을 갖는 섬유.
  7. 제6항에 있어서, 400 메가파스칼 내지 2,500 메가파스칼의 인장 강도를 갖는 섬유.
  8. 제1항에 있어서, 섬유 당 50 뉴튼 내지 섬유 당 5,000 뉴튼의 로드 운반 능력을 갖는 섬유.
  9. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 섬유의 길이를 따라 10% 이상 변하지 않는 단면적을 갖는 섬유.
  10. 제9항에 있어서, 상기 섬유가 섬유의 길이를 따라 5% 이상 변하지 않는 단면적을 갖는 섬유.
  11. 제1항에 있어서, 종 장축 Z로 정의되는 본체부를 갖는 섬유로서, 상기 섬유가 축 Z 및 각각에 대하여 서로 수직인 횡 단축 X 및 Y를 갖고, 이때 상기 섬유의 횡 단면 프로필이 단축 X 및 Y의 방향으로 점차적으로 증가하거나 감소하면서, 상기 횡단면적이 축 Z를 따라 한 지점에서 다른 지점으로 실질적으로 균일하게 유지되는 섬유.
  12. 제11항에 있어서, 상기 섬유의 단면 프로필이 두께 면에서 감소하고 증가하는 것에 대응하여 폭이 증가하고 감소하는 적어도 하나의 쿼터(quarter) 모듈레이션을 갖는 섬유.
  13. 제12항에 있어서, 상기 섬유의 단면 프로필이 두께 면에서 각각 하나의 감소 및 증가에 대응하여 폭이 한차례 증가 및 한차례 감소하는 적어도 하나의 모듈레이션을 갖는 섬유.
  14. 제11항에 있어서, 섬유 본체 당 2개의 모듈레이션 내지 30개의 모듈레이션을 갖는 섬유.
  15. 제1항에 있어서, 콘크리트, 숏크리트, 모르타르, 그라우트, 또는 합성 중합체와 같은 매트릭스 물질 내로 혼합될 때 실질적으로 비-스트레스-파괴되고 또 실질적으로 비-피브릴화 가능하게 되는, 매개적인 연장된 본체부 사이를 한정하는 2개의 대향하는 말단부를 갖는 섬유 본체를 포함하고, 상기 본체부는 종 장축 Z로 정의되고, 하기 물성을 포함하며, (A) 종 장축 Z로 정의되는 연장된 본체부의 길이를 따라 10% 이하로 일탈되는 실질적으로 균일한 횡 단면적; 및 (B) 풀-아웃 저항성을 위하여 2개의 테이퍼링 차수를 갖는 횡 단면 프로필, 이때 제 1 테이퍼링 차수는 축 Z에 수직하는 제 1 횡 단축 X에서 발생하고, 제 2 테이퍼링 차수는 축 X 및 Z 모두에 수직인 제 2 횡 단축 Y에서 발생하며, 제 1 및 제 2 테이퍼링 차수는 축 Z를 따라 한 지점에서 다른 지점으로 이동하였을 때 반대의 테이퍼링 작용을 갖고, (i) 축 Y에 따른 제 2 테이퍼링 차수가 감소함에 따라 축 X에 따른 제 1 테이퍼링 차수가 증가하고, (ii) 축 Y에 따른 제 2 테이퍼링 차수가 증가함에 따라 축 X에 따른 제 1 테이퍼링 차수가 감소하고, 및/또는 (iii) 상기 (i) 및 (ii)에 기재 된 테이퍼링 특성이 모두 존재하는 섬유.
  16. 제15항에 있어서, 제 1 X/Y 비율(X 단축에 다른 측정치를 Y 단축에 따른 측정치로 나눔)을 갖는 제 1 형상 및 상기 제 1 프로필과 다른 제 2 X/Y 비율을 갖는 제 2 형상을 조절하는 단면 프로필을 갖는 섬유.
  17. 제16항에 있어서, 상기 프로필이 상기 제 1 및 제 2 X/Y 비율 사이에서 30배 이하로 조절하는 섬유.
  18. 제1항에 있어서, 금속 또는 중합체로부터 형성되는 섬유.
  19. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리아미드 및 굴열성 액정 중합체로 이루어진 군에서 선택된 중합체로 형성되는 섬유.
  20. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 폴리프로필렌을 포함하는 섬유.
  21. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 폴리비닐알코올을 포함하는 섬유.
  22. 제1항에 있어서, 상기 섬유가 바인더 또는 수지에 의해 함께 결합된 작은 피 브릴 단위를 포함하는 섬유.
  23. 제1항에 있어서,
    5mm 내지 100mm의 길이;
    상당 직경에 대한 길이 면에서 25 내지 500의 영상비;
    5 기가파스칼 내지 250 기가파스칼의 탄성률;
    400 메가파스칼 내지 2,500 메가파스칼의 인장 강도; 및
    섬유 당 50 뉴트 내지 섬유 당 5,000 뉴튼의 로드 운반 능력을 추가로 포함하는 섬유.
  24. 제23항에 있어서 금속으로 형성되고, 섬유 당 단면 프로필 차수 면에서 1개 내지 30개의 모듈레이션을 갖는 섬유.
  25. 제23항에 있어서, 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌(고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 초고분자량 폴리에틸렌 포함), 폴리프로필렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리아미드 및 굴열성 액정 중합체로 이루어진 군에서 선택된 중합체로 형성되고; 상기 섬유가 섬유 당 단면 프로필 차수 면에서 2개 내지 18개의 모듈레이션을 갖는 섬유.
  26. 제1항의 섬유를 함유하는 매트릭스 물질.
  27. 각각의 대향하는 롤러 상에 주기적으로 동일한 패턴을 반복하는 파동을 갖는 원주 표면을 갖는 대향하는 롤러 사이에서 금속 또는 중합체 섬유를 압축함으로써, 섬유의 종 장축에 수직인 각각의 2개의 횡 차수에서 섬유 물질의 테이퍼링을 형성하는 단계를 포함하는 섬유의 제조방법.
  28. 제27항에 있어서, 섬유를 압출하여 모노필라멘트 섬유 본체를 형성하고, 선택적으로 중합체를 스트레칭하여 물질을 편항시키며, 이어서 섬유에 테이퍼링 효과를 제공하기 위하여 원주에 파동을 갖는 제 1 세트의 대향하는 롤러를 이용하여 상기 섬유를 테이퍼링 하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 제 1 세트의 대향하는 롤러의 회전축에 수직인 회전축을 갖도록 배열된 제 2 세트의 대향하는 롤러를 사용하여 상기 섬유를 성형하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  30. 제1항에 있어서, 적어도 2개의 다른 세트의 개별적인 섬유를 포함하는 섬유로서, 제 1 세트의 섬유가 제1항의 이중 테이퍼 섬유를 포함하고, 제 2 세트의 섬유가 상기 제 1 세트의 섬유와 다른 기하 구조 또는 본체 차수를 갖는 섬유.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제 2 세트의 섬유가 이중 테이퍼 본체를 함유하지 않 는 섬유.
  32. 제30항에 있어서, 상기 제 2 세트의 섬유가 상기 제 1 세트의 섬유와 비교할 때 모듈레이션 거리 또는 팽창 면에서 다른 테이퍼링 차수를 갖는 이중-테이퍼 본체를 포함하는 섬유.
  33. 제1항에 있어서, 상기 섬유의 본체가 굽거나, 곡선을 이루거나 또는 주름진 섬유.
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