KR20100132540A - 개선된 내열 라이너 서브어셈블리, 천 및 사용 방법 - Google Patents

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KR20100132540A
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레지날드 토마스 크루스체우스키
리차드 홀 영
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 1종 이상의 열 안정성 난연성 안정화 천에 부착된, 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유를 포함하는 내열 라이너 서브-어셈블리에 관한 것이고, 여기서, 내열 라이너가 열 또는 화염에 노출될 경우 라이너의 두께가 100% 이상 증가되고, 라이너의 수축률은 10% 이하이다.
본 발명은 또한 이러한 라이너의, 보호성 천, 의복 및 물품 내에서의 용도에 관한 것이다.

Description

개선된 내열 라이너 서브어셈블리, 천 및 사용 방법 {IMPROVED THERMAL LINER SUBASSEMBLY, FABRIC AND METHOD OF USE}
본 발명은, 비상 상황이 아닌 조건 하에서는 우수한 단열성 및 통기성을 지니면서, 높은 열에 노출될 경우 라이너가 증가된 단열성 및 난연성을 제공하여 보호성을 증강시키는 내열 라이너에 관한 것이다. 본 발명은 또한 외부 쉘 천, 액체 장벽 및 내열 라이너가 도입되는 복합 천 시스템을 포함한다. 본 발명은 보호복을 추가로 포함한다.
소방관의 방화복 (turnout coat)에 사용되는 내열 라이너 또는 장벽에는 서로 상충하는 2가지의 열적 특성이 요구된다. 비상 상황이 아닌 조건 동안에, 내열 라이너는 우수한 단열성 및 통기성을 가짐으로써 착용자에게 최대한의 안락함을 제공해야 한다. 그러나, 비상 상황에서 맞닥뜨리게 되는 것과 같이 높은 열에 노출되는 경우에, 내열 라이너는 착용자를 화상으로부터 보호하기 위하여 높은 단열성을 가져야만 한다. 고도의 단열성을 제공하는 방화복은 통상적으로 모든 상황에서 부피가 크다. 이들 코트의 부피는 의복의 중량과 관련된 움직임 저해 및 피로로 인해 사용자의 효과적인 수행 능력을 저해한다. 따라서, 비상 상황이 아닌 조건 동안에는 감소된 코트 부피로 적절한 보호성을 제공할 필요가 있다.
바스콤 (Bascom) 등의 미국 특허 제7,229,937호에는 주름진 내열성 유기 섬유가 위에 압축되고 열가소성 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 개방형 메시 스크림을 포함하는 부직 화재 차단 천이 기재되어 있다. 또한 바스콤 등의 미국 특허 제7,247,585호에는 화재 방지 천이 능선 및 홈을 갖는, 상기 특허의 개념의 변형물이 기재되어 있다. 바스콤 등의 미국 특허 제7,226,877호에는 주름진 내열성 유기 섬유가 위에 압축되고 열가소성 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 개방형 메시 스크림에 적층되는 불침투성 중합체성 필름이 교시된다. 하인즈워스 (Hainsworth) 등의 미국 특허 제6,955,193호에는 메타-아라미드 섬유로 직조된 앞면 및 파라-아라미드 섬유로 직조된 뒷면을 포함하는 내화성 직조 천 재료가 기재되어 있다.
이러한 천의 기능성에도 불구하고, 완성된 의복의 난연성, 내열 라이너의 수축 축소 최소화 및 내열 라이너의 마모 감소 내성 부분에서 특히 추가적 개선이 여전히 요구된다.
본 발명은 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유로 만들어지는 1종 이상의 열 팽창성 부직 난연성 천, 결합제에 의해 열 팽창성 난연성 천의 외부 표면에 접착된 1종 이상의 열 안정성 난연성 천을 포함하는 내열성 및 난연성 내열 라이너 서브-어셈블리에 관한 것이고, 여기서 내열 라이너 서브-어셈블리가 열 또는 화염에 노출될 경우 라이너의 두께는 100% 내지 1100% 범위로 증가되고, 라이너 서브-어셈블리의 종방향 및 횡방향에서의 수축률은 10% 이하이다.
본 발명은 또한 내열 라이너와 외부 쉘 천 및 액체 장벽이 도입되는 복합 천 시스템에 관한 것이고, 본 발명은 추가적으로 대상과 열 공급원 사이에 복합 천 시스템을 놓아 열로부터 대상을 보호하는 방법에 관한 것이다.
정의:
천 위치를 언급할 때 사용되는 경우, 용어 "-에 인접한"은, 반드시 한 천이 다른 천의 바로 옆에 있음을 의미하는 것은 아니다. 중개 천이 인접 천 사이에 위치할 수 있다. 그러나, 서로 직접 접촉하는 천도 마찬가지로 서로에 인접한 것이다.
서로 접촉되는 두 천 층을 언급할 때 사용되는 용어 "-에 접착된"은, 두 층이 충분한 접착력으로 서로 결합되어 있고 이를 분리하기 위해서는 당기는 힘이 요구됨을 의미한다. 상기 당기는 힘은 손 힘일 수 있다.
용어 "천"은 섬유 또는 실로 만들어진 임의의 직조, 편직, 플레이트, 브레이드, 펠트 또는 부직 재료를 의미하는 것을 의도한다.
"스크림"은, 날실 및 씨실 방향 모두에서 ㎝ 당 0.8 내지 6개의 엔드 (end) (인치 당 2 내지 15개의 엔드)를 갖는, 경량의 개방성 메시인 결이 거친 천이다.
"부직" 천은, 기계적, 화학적, 열적 또는 용매 수단 및 이의 조합에 의해 달성되는, 섬유의 결합 및/또는 짜맞춤에 의해 랜덤 웹 또는 매트로 제조되는 텍스타일 구조를 의미한다.
"직조" 천은, 날실 및 씨실의 두 세트의 실로 이루어진 천을 의미하며, 이는 이들 실의 세트를 섞어 짜는 직조에 의해 형성된다. 본 발명의 직조 천은 날실 및 씨실 방향 모두에서 ㎝ 당 6 내지 30개의 엔드(인치 당 15 내지 75개의 엔드)를 갖는다.
"주름진" 섬유는, 단위 길이 당 주름의 수로 표현된 물결모양을 갖는 물결모양의 섬유를 의미한다.
섬유와 연관되어 사용되는 경우 "내열성"이라는 문구는, 분 당 20℃의 속도로 500℃로 공기 중에서 가열되었을 때 섬유 중량의 90%를 유지하는, 스테이플 섬유를 비롯한 섬유를 의미한다.
"난연성"이라는 문구는, 탄화 길이 (char length)가 10.16 ㎝ (4 인치) 이하이고, 잔염 (afterflame)이 ASTM D6143-99의 수직 화염 시험 당 2초 이하인 천을 지칭한다.
"종방향" 천은, 물품의 롤에서 길이 방향이다. 이는 종종 날실 방향으로도 지칭된다.
"횡방향"은, 종방향에 수직인 방향이다. 이는 또한 씨실 방향으로도 공지되어 있다.
"수축"은, 열 활성화 이전 및 이후 내열 라이너의 종방향 및 횡방향에서의 천 치수의 변화 분량이다.
"배트 (batt)" 또는 "배팅 (batting)"은, 섬유의 부드러운 부피가 큰 어셈블리이다.
용어 "내열 라이너" 및 "열 장벽"은 상호대체 가능하게 사용된다.
내열 라이너의 필수 요소는 열가소성 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유를 포함하는 내열 라이너 서브-어셈블리이다. 열 또는 화염에 노출될 경우 이러한 라이너 서브-어셈블리의 두께는 라이너의 노출전 두께의 100% 이상이 증가한다. 이러한 열 장벽은, 열에 노출될 경우 벌킹 (bulking) 기작에 의해 두께가 100%에서 1100%로 증가하는 열 활성화 부직 얇은 시트를 포함한다. 섭씨 150도 만큼 낮은 온도가 벌킹 효과를 개시할 수 있고, 섭씨 225도 이상의 온도에서 벌킹 작용은 바로 진행된다. 정상 조건 하에서, 열 장벽은 우수한 열 전도성 및 통기성을 갖는 반면, 높은 열 노출 하에서는 장벽의 열 전도성이 극적으로 감소하여 우수한 보호성을 제공한다. 압축된 섬유가 높은 열 또는 화염에 당면할 경우, 구조 내 결합제가 연화되어, 눌려있던 주름진 섬유를 방출하여 천의 두께가 극적으로 증가되도록 한다. 이러한 증가는 천 내에 공기 주머니를 생성하는데, 이것이 천의 내열 성능을 증가시키는 것으로 여겨진다.
부직포는, 주름진 내열성 성유가 압축되어 있으나 천 내에 상당히 얽혀있지는 않기 때문에, 높은 열 또는 화염에 반응하여 그의 두께를 증가시킬 수 있다.
"주름진 섬유"는 10 내지 63 ㎜ (0.4 내지 2.5 인치), 바람직하게는 19 내지 51 ㎜ (0.75 내지 2 인치) 범위의 절단 길이를 갖고, 바람직하게는 센티미터 당 2 내지 5개의 주름 (인치 당 5 내지 12개의 주름)을 갖는 바람직하게는 스테이플 섬유이다. 이러한 섬유는 연속 섬유를 신장 파단시켜 주름으로서 작용하는 변형부를 갖는 스테이플 섬유를 야기함으로써 형성될 수 있다. 스테이플 섬유는 또한 스테이플 섬유의 길이를 따라 톱니 형상의 주름을 갖는 연속 섬유로부터 절단될 수 있다.
열 팽창성 난연성 부직포를 위한 내열성 섬유는 27000 g/g/m (데니어 당 3 그램, dtex 당 2.7 그램) 이상의 실 강도 (tenacity)를 갖는다. 적합한 섬유는 방향족 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리아렌아졸, 멜라민, 폴리아크릴로니트릴, 폴리이미드, 폴리비닐 알코올 및 이의 혼합물이다. 바람직한 섬유는 파라-아라미드, 폴리벤즈아졸, 폴리벤즈이미다졸 및 폴리이미드 중합체이다. 이러한 실시양태 중 특정 실시양태에서는, 파라-아라미드 섬유가 가장 바람직하다.
본원에 사용되는, "아라미드"는 아미드(--CONH--) 연결의 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되어 있는 폴리아미드를 지칭한다. "파라-아라미드"는 2개의 고리 또는 라디칼이 분자 쇄를 따라 서로에 대해 파라 배향되어 있음을 의미한다. 첨가제가 아라미드와 함께 사용될 수 있다. 사실상, 10 중량% 이하 만큼의 다른 중합체성 재료가 아라미드와 함께 블렌딩될 수 있거나, 또는 아라미드의 다이아민 대신에 10% 만큼의 다른 다이아민으로 교체되거나, 또는 아라미드의 이산 클로라이드 대신에 10% 만큼의 다른 이산 클로라이드로 교체된 공중합체가 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 본 발명의 실시에서, 바람직한 파라-아라미드는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드)이다. 본 발명에 유용한 파라-아라미드 섬유의 제조 방법은 일반적으로, 예를 들어 미국 특허 제3,869,430호, 제3,869,429호 및 제3,767,756호에 개시되어 있다. 이러한 방향족 폴리아미드 유기 섬유 및 이들 섬유의 다양한 형태가 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀폰 사 (DuPont Company)로부터 케블라 (Kevlar)®라는 상표로 입수가능하다.
열 팽창성 부직 웹은 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 압축될 수 있다. 압축의 바람직한 방법은 카딩 기를 사용한 후, 카딩된 섬유성 웹의 하나 이상의 카드 또는 배트를 이송 벨트 상에 수집함으로써 이루어진다.
내열 라이너 서브-어셈블리의 추가적 필수 요소는 주름진 섬유를 압축 상태로 유지시키는데 사용되는 열가소성 결합제이다. 결합제는 라이너 서브-어셈블리 내에 존재하는 임의의 다른 섬유의 연화점 보다 낮은 연화점을 가져야 한다. 열가소성 결합제는 섬유, 웹 또는 분말의 형태일 수 있고, 주름진 섬유를 압축 상태로 유지시키기에 그리고 열 안정성 천을 주름진 섬유 천에 결합시키기에 충분한 양으로 사용되어야 한다. 결합제 분말의 기능은 주로 열 안정성 천과 열 팽창성 천 사이의 접착을 보조하는 것이다. 일부 실시양태에서, 결합제 분말이 사용되지 않고, 결합제는 섬유성 결합제로만 이루어진다. 분말 및 섬유의 하이브리드 결합제 또한 사용할 수 있다. 섬유 및 분말 결합제 둘 다 사용되는 경우, 결합제 분말의 양은 존재하는 총 결합제의 20% 미만, 바람직하게는 15% 미만이어야 한다. 존재하는 결합제의 총량은 결합제 및 주름진 섬유의 총 중량의 15 - 45%, 바람직하게는 20 - 40% 이어야 한다. 내열성 섬유를 압축 상태로 유지시킬 임의 유형의 결합제를 사용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 유용한 결합제에는 아이소프탈레이트 및 테레프탈레이트 에스테르로 형성된 접착성 중합체의 덮개에 의해 둘러싸인 반결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 코어를 갖는 주름진 덮개-코어 결합 섬유가 포함된다. 덮개는 코어 재료보다 낮은 온도에서 열 연화된다. 이러한 섬유는 일본 오사카 소재의 유니티카 사 (Unitika Corp.) 또는 한국 서울 소재의 휴비스 사 (Huvis Corporation)로부터 입수가능하다. 그러나, 다른 덮개/코어 접착성 섬유가 본 발명에 사용될 수 있다. 섬유성 또는 분말 형태로 이용가능한 다른 열가소성 결합제에는 코폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌이 포함된다. 부가적으로, 내열성 섬유와 액체 접착제를 접촉시켜 열 장벽을 달성할 수 있다. 이러한 접착제의 예에는 접착제의 수성 분산액이 포함된다. 섬유성 및 분말화 결합제를 둘 다 사용하는 경우, 두 재료 사이의 용융점 차이가 예를 들어, 10℃ 내지 15℃ (50℉ 내지 59℉)를 넘지 않는 유사한 용융점을 갖도록 결합제를 선택하는 것이 바람직하다. 바람직한 결합제 분말은 스위스 도나트/이엠에스 소재의 이엠에스-케미 (EMS-Chemie)로부터의 그릴텍스 (Griltex)® 코폴리에스테르 EMS6E이다.
카딩된 섬유와 섞고 또한 카딩된 웹의 표면에 잔류시키기 위하여 결합제 섬유를 카딩 공정 도중에 첨가할 수 있다. 결합제 분말은 카딩 단계 이후 및 열 안정성 천 적층 시점 이전에 첨가되는 것이 최선이다. 결합제는 약 3.4 내지 30 g/㎡ (0.1 내지 0.9 oz/yd2)의 바람직한 양으로 조합된 카딩된 웹에 적용할 수 있다. 그 후, 조합된 웹을, 결합제 섬유 및/또는 분말을 연화시키고 부분적으로 용융시켜 섬유를 함께 접착시키는 충분한 온도에서 적어도 하나의 오븐을 통과하여 이송한다.
내열 라이너 서브-어셈블리의 세번째 필수 특징부는 서브-어셈블리의 열 팽창성 재료의 적어도 한쪽의 외부 표면에 접착되는 열 안정성 천이다. 바람직한 방식에서, 이러한 천은 150℃ 초과의 온도에 처해질 때 종방향 및 횡방향으로 10 % 이하, 보다 바람직하게는 6 % 이하, 가장 바람직하게는 3 % 이하로 팽창된다. 이러한 수치는 퀼팅된 내열성 라이너에서 관찰되는 수축으로 잘 해석된다.
열 안정성 천과 열 팽창성 천 사이에 접촉되는 표면의 양은 30 - 100%, 보다 바람직하게는 60 -100%, 가장 바람직하게는 80 - 100%이어야 한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 이러한 열 안정성 천은 난연성이다. 이러한 열 안정성 천은 안정화 천으로 작용하여, 이는 열에 노출된 후 평평하고 치수 안정적으로 남아있고, 열 팽창성 천에 충분히 접착되어 열 활성화 이후 열 활성 층의 수축을 최소화한다. 이러한 열 안정성 천은 또한 내열 라이너의 열 팽창성 재료의 마모 감소를 돕는다. 열 안정성 천은, 중량이 바람직하게는 7 내지 101 g/㎡ (0.2 내지 3.0 oz/yd2) 범위의 중량을 갖는 직조 또는 부직포, 바람직하게는 부직일 수 있다. 적합한 열 안정성 천은 듀폰으로부터 입수되는 노멕스® 및 케블라® 스테이플 섬유의 블렌드로부터 제조되는 노멕스 (Nomex)® E89, 스펀레이스드 부직 재료이다. E89 천의 명목 두께는 0.48 ㎜ (19 mil)이고, 평량은 50.5 g/㎡ (1.5 oz/yd2)이다. 외부 쉘 천 및 액체 장벽과 함께 사용되는 경우, 열 안정성 천이 액체 장벽에 가장 가까운 서브-어셈블리 쪽인 것이 바람직하다. 열 안정성 천은 상기한 결합제에 의해 열 팽창성 천에 접착된다. 열 안정성 난연성 안정화 웹은 오븐으로 들어가기 직전 또는 나오기 직전에 카딩된 웹의 표면에 최적으로 적용되고, 그 후 전체 서브-어셈블리가 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축되어 여러 층을 응집성 천으로 통합 또는 접착시킨다. 그 후, 천을 이러한 압축 상태로 냉각시킨다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 열 팽창성 부직를 내열 라이너 서브-어셈블리 층 내에 사용할 수 있다. 열 팽창성 웹은 서로 접촉될 수 있거나, 하나 이상의 실질적 열 안정성 천에 의해 분리될 수 있다.
한 실시양태에서, 내열 라이너 서브-어셈블리는 열 팽창성 재료로서 주름진 p-아라미드 섬유의 3개의 카딩된 배트 및 비-열 팽창성 재료로서 하나의 스펀레이스드 메타-아라미드 부직 웹을 포함한다.
내열 라이너의 또 다른 필수 특징부는 내열 라이너에 또한 제2 층으로서, 경량 직조 난연성 천이 페이스클로쓰 (facecloth)로서 도입되는 것이다. 이러한 제2 층은 상기한 서브-어셈블리의 일부가 아니다. 제2 층의 천을 위한 적합한 난연성 섬유에는 아라미드, 특히 메타-아라미드가 포함된다. 메타-아라미드 및 내연성 (fr) 면 또는 메타 및 파라-아라미드와 모다크릴성 섬유와 같은 섬유 블렌드 또한 본원에 적합하다. 바람직한 섬유는 93%의 메타-아라미드, 5%의 파라-아라미드 및 2%의 카본 코어 나일론 정전기방지 섬유의 블렌드이고, 이러한 블렌딩된 섬유는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이 아이 듀폰 디 네모아 (E.I. DuPont de Nemours)에서 시판되는 노멕스®IIIA이다. 평직 천이 바람직한 클로쓰 스타일이지만, 다른 스타일도 사용할 수 있다. 천 중량은 135 - 305 g/㎡ (4.0 내지 9.0 oz/yd2) 범위이어야 하고, 152 - 203 g/㎡ (4.5 - 6.0 oz/yd2) 범위가 바람직하다.
특정 실시양태에서, 내열 라이너의 페이스클로쓰 및 서브-어셈블리 층은 기계적으로 부착될 수 있다. 기계적 부착의 방법에는, 비제한적으로, 스티칭 (stitching) 및 퀼팅 (quilting)이 포함된다. 적합한 퀼트 패턴에는, 박스, 지그재그, 직선대각선 (straight line diagonal) 또는 쉐브론 (chevron)이 포함된다.
본 발명의 일부 실시양태에서, 내열 라이너가 보호복을 위한 복합 천 시스템 내에 사용될 수 있고, 여기서 복합 천 시스템은 각각의 성분이 별개의 기능을 수행하는 적어도 3가지 성분을 갖는다. 첫번째 성분 (외부 층)은 화염 보호성을 제공하고 화염으로부터의 소방관의 주요 방어막으로 작용하는 쉘 천이다. 외부 쉘에 인접한 것은 액체 장벽 (두번째 성분)이고, 이는 통상적으로 액체에 대해 장벽이지만, 수증기가 장벽을 통과하는 것을 허용하도록 선택될 수 있다. 액체 장벽에 인접한 것은 본원에 기재된 내열 라이너 (세번째 성분)이다. 액체 장벽은 내열 라이너를 건조하게 유지시키고, 내열 라이너는 소방 작업 도중 착용자를 열로부터 단열시킨다. 내열 라이너는 복합 천 시스템의 열 보호성에 주요하게 기여하고, 따라서 보호복을 제공한다.
외부 쉘은 임의의 난연성 천으로 이루어질 수 있다. 일부 실시양태에서, 쉘은 아라미드 섬유를 포함한다. 하나의 적합한 아라미드는 이 아이 듀폰 디 네모아 사에서 상표명 노멕스®로 시판되는 폴리(메타페닐렌 아이소프탈아미드)이다. 다른 천에는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드) (이 아이 듀폰 디 네모아 사에서 상표명 케블라®로 시판됨) 또는 폴리아렌아졸, 예컨대 폴리벤즈이미다졸 (PBI)이 사용된다. 하나 초과의 상기 섬유를 함유하는 천 또한 사용할 수 있다 (예를 들어, 노멕스®/케블라® 또는 케블라®/PBI).
액체 장벽은 액체에 대한 장벽으로 작용하는 성분이지만, 수증기가 장벽을 통과하도록 허용할 수 있다. 소방관 방화복과 같은 물품에서, 이러한 장벽은 소방관으로부터 물을 멀리 유지시켜, 소방관이 지니고 다니는 중량을 최소화시킨다. 부가적으로, 장벽은 수증기 (땀)가 배출되도록 하는데, 이는 고온 환경에서 작업할 때 중요한 기능이다. 통상적으로, 수분 장벽 성분은 부직 또는 직조 천에 적층된 막을 포함한다. 천을 적층시키는데 사용되는 막 재료에는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 및 폴리우레탄이 포함된다. 이러한 적층물의 예에는 섬유성 부직 또는 직조 메타-아라미드 천 상의 크로스테크 (Crosstech)® PTFE 막 또는 네오프렌 (Neoprene)® 막이 포함된다.
본 발명은 또한, 열가소성 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유를 1종 이상의 열 안정성 난연성 안정화 층에 접착하여 포함하는 열 장벽을, 대상과 열 공급원의 사이에 놓는 것을 포함하는, 열로부터 대상을 보호하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 대상은 인간이고 열 장벽은 보호 의류 내에 자리한다.
시험 방법
수직 화염 시험. 내열 라이너의 수직 화염 성능은 ASTM D6413-99를 사용하여 측정하였다.
두께. 본 발명의 복합 천의 두께 측정은 ASTM D1777-96 옵션 1에 따라 표준 받침대 장착 마이크로메터 (standard pedestal mounted micrometer)를 사용하여 측정하였다.
평량. 복합 천의 평량은 17.145 ㎝ x 17.145 ㎝ (6.75 인치 x 6.75 인치) TPP 시험 표본의 중량으로부터 결정하였다.
내구성. 내열 라이너의 내구성은 ASTM D3884-01에 따라 측정하였다.
수축. 내열 라이너 수축은 문헌 [National Fire Protection Association's 2007 edition of NFPA 1971]에 기재된 방법에 따라 시험하였다.
본 발명은 제한 의도가 없는 하기 실시예에 의해 예시된다. 실시예에서, 달리 설명되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량에 대한 것이고, 도는 섭씨이고 치수는 센티미터(인치)이다.
비교예 1
내열 라이너 서브-어셈블리를 위한 강화 부직포를 하기와 같이 제조하였다. 70 부의 0.000244 g/m/필라멘트 (필라멘트 당 2.2 데니어 (dpf)), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 970 케블라® 브랜드 스테이플 섬유 및 30 부의 휴비스 사로부터의 0.000444 g/m/필라멘트 (4 dpf), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 LMF-950A 50/50 덮개/코어 110℃ 용융점 결합제 섬유를 베일로부터 카딩기 상의 3개의 카드로 공급하면서 블렌딩하였다. 3개의 카드로부터의 섬유 웹을 이송 벨트 상에 수집하여 대략 92 g/㎡ (2.7 oz/yd2)의 평량을 갖는 섬유 매트를 생성하였다. 폴리에스테르 필라멘트사의 개방형 메시 스크림을 첫 2개의 카드에 의해 형성된 2개의 웹 사이에 삽입하였다. 개방형 메시 스크림은 10 g/㎡ (0.3 oz/yd2)의 평량을 갖는 생고뱅(Saint Gobain) 스크림 (씨실 방향에서 0.01667 g/m (150 데니어) 폴리에스테르의 1.97 엔드/㎝ (5 엔드/인치) 및 날실 방향에서 0.00778 g/m (70 데니어) 폴리에스테르의 3.94 엔드/㎝ (10 엔드/인치)를 갖는 유형 KPMR10510/P3)이었다. 생성된 구조는 개방형 메시 스크림의 일측면 상에 2개의 카딩된 웹 및 스크림의 타측면 상에 하나의 카딩된 웹을 구비하였다.
조합된 웹 및 스크림을 141℃에서 오븐을 통과시켜 운반하여 결합제 섬유를 용융시켰다. 오븐 출구에서, 시트를 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축하여, 성분을 응집성 천으로 통합하였다. 그 후, 천을 이러한 압축 상태에서 냉각시켰다.
천의 최종 조성물은 대략 63%의 케블라® 섬유, 27%의 결합제 섬유, 10%의 폴리에스테르 스크림이었다. 본 부직 서브-어셈블리의 두가지 설계로부터의 특징화 데이터를 시험 참조 번호 TL102 및 RY 81로서 표 1에 나타내었다.
비교예 2
내열 라이너 서브-어셈블리를 위한 강화 부직포를 하기와 같이 제조하였다. 70 부의 0.000244 g/m/필라멘트 (필라멘트 당 2.2 데니어 (dpf)), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 970 케블라® 브랜드 스테이플 섬유 및 30 부의 0.000444 g/m/필라멘트 (4 dpf), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 LMF-950A 50/50 덮개/코어 110℃ 용융점 결합제 섬유를 베일로부터 카딩기 상의 3개의 카드로 공급하면서 블렌딩하였다. 3개의 카드로부터의 섬유 웹을 이송 벨트 상에 수집하여 대략 92 g/㎡ (2.7 oz/yd2)의 평량을 갖는 섬유 매트를 생성하였다. 폴리에스테르 필라멘트사의 개방형 메시 스크림을 첫 2개의 카드에 의해 형성된 2개의 웹 사이에 삽입하였다. 개방형 메시 스크림은 10 g/㎡ (0.3 oz/yd2)의 평량을 갖는 생고뱅 스크림 (씨실 방향에서 0.01667 g/m (150 데니어) 폴리에스테르의 1.97 엔드/㎝ (5 엔드/인치) 및 날실 방향에서 0.00778 g/m (70 데니어) 폴리에스테르의 3.94 엔드/㎝ (10 엔드/인치)를 갖는 유형 KPMR10510/P3)이었다. 생성된 구조는 개방형 메시 스크림의 일측면 상에 2개의 카딩된 웹 및 스크림의 타측면 상에 하나의 카딩된 웹을 구비하였다.
조합된 웹을 141℃에서 오븐을 통과시켜 운반하여 결합제 섬유를 용융시켰다. 오븐 출구에서, 스펀레이스드 부직 아라미드 섬유의 51 g/㎡ (1.5 oz/yd2) 웹인, 스타일 715 노멕스® E-89™을 카딩된 배트 재료 상부에 놓은 후, 시트를 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축하여, 성분을 응집성 천으로 결합하였다. 그 후, 천을 이러한 통합된 압축 상태에서 냉각시켰다. 생성된 구조는 스펀레이스드 부직 웹의 일측면 상에 3개의 카딩된 웹을 가졌다. 이러한 부직의 특징화 데이터는 표 1에 포함되었다.
천의 최종 조성물은 대략 63%의 케블라® 섬유, 27%의 결합제 섬유, 10%의 폴리에스테르 스크림이었다. 이러한 부직 서브-어셈블리의 특징화 데이터는 시험 참조번호 RY 79로서 표 1에 포함되었다.
비교예 3
내열 라이너 서브-어셈블리를 위한 강화 부직포를 하기와 같이 제조하였다. 85 부의 0.000244 g/m/필라멘트 (필라멘트 당 2.2 데니어 (dpf)), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 970 케블라® 브랜드 스테이플 섬유 및 15 부의 휴비스 사로부터의 0.000444 g/m/필라멘트 (4 dpf), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 LMF-950A 50/50 덮개/코어 110℃ 용융점 결합제 섬유를 베일로부터 카딩기 상의 3개의 카드로 공급하면서 블렌딩하였다. 3개의 카드로부터의 섬유 웹을 이송 벨트 상에 수집하여 대략 92 g/㎡ (2.7 oz/yd2)의 평량을 갖는 섬유 매트를 생성하였다. 폴리에스테르 필라멘트사의 개방형 메시 스크림을 첫 2개의 카드에 의해 형성된 2개의 웹 사이에 삽입하였다. 개방형 메시 스크림은 10 g/㎡ (0.3 oz/yd2)의 평량을 갖는 생고뱅 스크림 (씨실 방향에서 0.01667 g/m (150 데니어) 폴리에스테르의 1.97 엔드/㎝ (5 엔드/인치) 및 날실 방향에서 0.00778 g/m (70 데니어) 폴리에스테르의 3.94 엔드/㎝ (10 엔드/인치)를 갖는 유형 KPMR10510/P3)이었다. 생성된 구조는 개방형 메시 스크림의 일측면 상에 2개의 카딩된 웹 및 스크림의 타측면 상에 하나의 카딩된 웹을 구비하였다. 조합된 웹을 분말 살포기 아래로 통과시키고, 그릴텍스® EMS6E 코폴리에스테르 분말을 웹의 상부 표면에 첨가하였다. 분말을 0.48 g/㎡ (0.014 oz/yd2)의 속도로 침착시켰다.
조합된 웹 및 스크림을 141℃에서 오븐을 통과시켜 운반하여 결합제 섬유 및 분말을 용융시켰다. 오븐 출구에서, 시트를 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축하여, 성분을 응집성 천으로 통합하였다. 그 후, 천을 이러한 압축 상태에서 냉각시켰다.
부직 서브-어셈블리의 본 설계로부터의 특징화 데이터를 시험 참조 번호 SC30H로서 표 1에 나타내었다.
실시예 1
내열 라이너 서브-어셈블리를 위한 강화 부직포를 하기와 같이 제조하였다. 70 부의 0.000244 g/m/필라멘트 (필라멘트 당 2.2 데니어 (dpf)), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 970 케블라® 브랜드 스테이플 섬유 및 30 부의 0.000444 g/m/필라멘트 (4 dpf), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 LMF-950A 50/50 덮개/코어 110℃ 용융점 결합제 섬유를 베일로부터 카딩기 상의 3개의 카드로 공급하면서 블렌딩하였다. 3개의 카드로부터의 섬유 웹을 이송 벨트 상에 수집하여 대략 92 g/㎡ (2.7 oz/yd2)의 평량을 갖는 섬유 매트를 생성하였다.
조합된 웹을 141℃에서 오븐을 통과시켜 운반하여 결합제 섬유를 용융시켰다. 오븐 출구에서, 스펀레이스드 부직 아라미드 섬유의 51 g/㎡ (1.5 oz/yd2) 웹인, 스타일 715 노멕스® E-89™을 카딩된 배트 재료 상부에 놓은 후, 시트를 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축하여, 성분을 응집성 천으로 결합하였다. 그 후, 천을 이러한 통합된 압축 상태에서 냉각시켰다. 생성된 구조는 스펀레이스드 부직 웹의 일측면 상에 3개의 카딩된 웹을 가졌다.
본 부직 라이너 서브-어셈블리의 세가지 설계로부터의 특징화 데이터는 RY 80, RY82 및 RK01로서 표 1에 포함되었다.
실시예 2
내열 라이너 서브-어셈블리를 위한 강화 부직포를 하기와 같이 제조하였다. 67 부의 0.000244 g/m/필라멘트 (필라멘트 당 2.2 데니어 (dpf)), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 970 케블라® 브랜드 스테이플 섬유 및 28.5 부의 0.000444 g/m/필라멘트 (4 dpf), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 LMF-950A 50/50 덮개/코어 110℃ 용융점 결합제 섬유를 베일로부터 카딩기 상의 3개의 카드로 공급하면서 블렌딩하였다. 3개의 카드로부터의 섬유 웹을 이송 벨트 상에 수집하여 대략 92 g/㎡ (2.7 oz/yd2)의 평량을 갖는 섬유 매트를 생성하였다.
조합된 웹을 분말 살포기 아래로 통과시키고, 4.5 중량부의 그릴텍스® EMS6E 코폴리에스테르 분말을 웹의 상부 표면에 첨가하였다. 그 후, 웹을 141℃에서 오븐을 통과시켜 운반하여 결합제 재료를 용융시켰다. 오븐 출구에서, 스펀레이스드 부직 아라미드 섬유의 51 g/㎡ (1.5 oz/yd2) 웹인, 스타일 715 노멕스® E-89™을 카딩된 배트 재료 상부에 놓은 후, 시트를 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축하여, 성분을 응집성 천으로 결합하였다. 그 후, 천을 이러한 통합된 압축 상태에서 냉각시켰다. 생성된 구조는 스펀레이스드 부직 웹의 일측면 상에 3개의 카딩된 웹을 구비하였다. 스펀레이스드 웹의 적층 전에 카딩된 배트의 조성물은 대략 67.0%의 케블라® 섬유, 28.5%의 결합제 섬유, 4.5%의 결합제 분말이었다.
본 부직 라이너 서브-어셈블리의 특징화 데이터는 RY 83으로서 표 1에 포함되었다.
실시예 3
내열 라이너 서브-어셈블리를 위한 강화 부직포를 하기와 같이 제조하였다. 72 부의 0.000244 g/m/필라멘트 (필라멘트 당 2.2 데니어 (dpf)), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 970 케블라® 브랜드 스테이플 섬유 및 24 부의 0.000444 g/m/필라멘트 (4 dpf), 5.08 ㎝ (2 인치) 절단 길이 유형 LMF-950A 휴비스 50/50 덮개/코어 110℃ 용융점 결합제 섬유를 베일로부터 카딩기 상의 3개의 카드로 공급하면서 블렌딩하였다. 3개의 카드로부터의 섬유 웹을 이송 벨트 상에 수집하여 대략 92 g/㎡ (2.7 oz/yd2)의 평량을 갖는 섬유 매트를 생성하였다.
조합된 웹을 분말 살포기 아래로 통과시키고, 4.0 중량부의 그릴텍스® EMS6E 코폴리에스테르 분말을 웹의 상부 표면에 첨가하였다. 그 후, 웹을 141℃에서 오븐을 통과시켜 운반하여 결합제 재료를 용융시켰다. 오븐 출구에서, 스펀레이스드 부직 아라미드 섬유의 51 g/㎡ (1.5 oz/yd2) 웹인, 스타일 715 노멕스® E-89™을 카딩된 배트 재료 상부에 놓은 후, 시트를 두 폐쇄된 롤 사이에서 압축하여, 성분을 응집성 천으로 결합하였다. 그 후, 천을 이러한 통합된 압축 상태에서 냉각시켰다. 생성된 구조는 스펀레이스드 부직 웹의 일측면 상에 3개의 카딩된 웹을 가졌다. 스펀레이스드 웹의 적층 전에 카딩된 배트의 조성물은 대략 72.0%의 케블라® 섬유, 24.0%의 결합제 섬유, 4.0%의 결합제 분말이었다.
본 부직 라이너 서브-어셈블리의 특징화 데이터는 RY 84로서 표 1에 포함되었다.
Figure pct00001
표 1 내의 데이터는 본 발명의 장점을 확인시켜준다. 2초 이하의 허용되는 잔염 수치는 개방형 메시 스크림을 함유하지 않고 열 팽창성 천의 외부 표면에 접착된 열 안정성 천을 갖는 라이너 서브-어셈블리에서만 수득되었다. TL 102가 우수한 잔염 성능을 갖는 것으로 보고되었지만, 반복된 실시예인 RY 81 및 내열 라이너로서 어셈블리되고 시험된 TL 102의 추가적 시험은 실패한 잔염 결과를 제공하였음에 주의한다. 라이너 서브-어셈블리 내에 스크림 및 열 안정성 천을 둘다 함유하는 생성물 RY 79 또한 불만족스러웠다. 라이너 서브-어셈블리의 열 활성화 이후 허용되는 수축 수치는 개방형 메시 스크림을 갖지 않고 주름진 섬유에 접착된 열 치수 안전성 천을 갖는 구조에서만 수득되었다.
실시예 1 및 비교예 2의 라이너 서브-어셈블리에서 내마모성을 시험하였다. 내마모성을 CS-10 고무 휠을 사용하고 2000 g의 중량을 적용하여 테이버 (Taber) 5150 마모기 상에서 측정하였다. 시험 전에 샘플을 21℃ (70℉) 및 65%의 상대 습도에서 10, 50 및 100 사이클 동안 컨디셔닝시켰다. 그 결과를 표 2에 나타냈다.
Figure pct00002
시험한 샘플의 육안 검사를 바탕으로, 마모된 부분의 해짐을 약간, 중간 및 심함의 세 구분으로 수량화하였다. 약간 해짐은 샘플 표면의 10% 이하가 마모의 징후를 나타내는 것이고, 중간 해짐은 샘플 표면의 10 내지 50%가 마모의 징후를 나타내는 것이며, 심함은 샘플 표면의 50% 초과가 마모의 징후를 나타내는 것이다. 결과는 열 팽창성 층에 접착된 스펀레이스드 열 안정성 부직포를 포함하는 샘플 (실시예 2)이 열 팽창성 층 및 스크림을 함유하는 샘플 (비교예 2)보다 유의적으로 덜 마모된다는 것을 명백하게 나타낸다. 심한 해짐을 나타내는 라이너는 스크림만 남아 완전히 해졌다. 이는 본 발명이 선행 기술보다 유리함을 증명한다.

Claims (9)

  1. (a) 열가소성 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유로 만들어지는 1종 이상의 열 팽창성 난연성 천,
    (b) 열가소성 결합제에 의해 열 팽창성 난연성 천의 외부 표면에 접착된 1종 이상의 열 안정성 난연성 천
    을 포함하며, 열 또는 화염에 노출될 경우 두께가 100% 내지 1100% 범위로 증가되고, 종방향 및 횡방향에서의 수축률은 10% 이하인,
    내열성 및 난연성 내열 라이너 서브-어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 열 팽창성 난연성 천의 내열성 섬유가 파라-아라미드 섬유를 포함하는 것인 내열 라이너 서브-어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 내열 라이너 서브-어셈블리의 열 안정성 난연성 천이 메타-아라미드 섬유를 포함하는 스펀레이스드 부직포인 내열 라이너 서브-어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 열가소성 결합제가 코폴리에스테르를 포함하는 것인 내열 라이너 서브-어셈블리.
  5. 외부 쉘 천,
    액체 장벽, 및
    내열 라이너를 포함하며; 상기 내열 라이너가 난연성 직조 천 페이스클로쓰 층 및 서브-어셈블리를 포함하고, 서브-어셈블리가
    (a) 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유로 만들어지는 1종 이상의 열 팽창성 난연성 천,
    (b) 결합제에 의해 열 팽창성 난연성 천의 외부 표면에 접착된 1종 이상의 열 안정성 난연성 천
    을 추가로 포함하고 내열 라이너 서브-어셈블리가 열 또는 화염에 노출될 경우 라이너의 두께가 100% 내지 1100% 범위로 증가되고, 라이너 서브-어셈블리의 종방향 및 횡방향에서의 수축률은 10% 이하인,
    복합 천 시스템
  6. ASTM D6143-99에 따라 화염에 노출되었을 때, 잔염이 2 초 이하인 제5항에 따른 내열 라이너.
  7. 제5항에 있어서, 외부 쉘 천이 (폴리 (m-페닐렌 아이소프탈아미드))를 포함하는 것인 복합 천.
  8. 제5항에 따른 복합 천 시스템을 포함하는 보호복.
  9. 외부 쉘 천,
    액체 장벽, 및
    내열 라이너를 포함하며, 상기 내열 라이너가 서브-어셈블리 및 난연성 천 페이스클로쓰를 포함하고, 서브-어셈블리가
    (a) 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 주름진 내열성 섬유로 만들어지는 1종 이상의 열 팽창성 난연성 천,
    (b) 결합제에 의해 열 팽창성 난연성 천의 외부 표면에 접착된 1종 이상의 열 안정성 난연성 안정화 천
    을 추가로 포함하고 내열 라이너 서브-어셈블리가 열 또는 화염에 노출될 경우 라이너의 두께가 100% 내지 1100% 범위로 증가되고, 라이너 서브-어셈블리의 종방향 및 횡방향에서의 수축률은 10% 이하인
    복합 천을 대상과 열 공급원의 사이에 놓는 것을 포함하는, 열로부터 대상을 보호하는 방법.
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