KR20130102533A - 첨가제를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 카페트 - Google Patents

첨가제를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 카페트 Download PDF

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KR20130102533A
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carpet
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fiber
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KR20137003133A
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English (en)
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두에인 엠 주리가
Original Assignee
퓨튜리스 오토모티브 인테리어스 (유에스), 인코포레이티드
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Abstract

카페트용 PET 섬유의 제조방법이 개시된다. 상기 방법은 PET 물질을 건조시킴으로써 수분 함량이 50 ppm 미만이 되게 하는 단계, 상기 PET 물질에 색상을 가하는 단계; 상기 PET 물질을 330℃ 미만의 온도로 가열함으로써 상기 PET 물질이 0.68 내지 0.86의 점도를 갖도록 하는 단계, 및 상기 PET 물질을 방적돌기를 통해서 사출시킴으로써 섬유를 제조하는 단계를 포함한다.

Description

첨가제를 포함하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 카페트 {PET carpet with additive}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2010년 7월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/830,761호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원의 전체 개시내용은 본 명세서에 통합된다.
분야
본 발명은 카페트, 더욱 구체적으로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET)를 함유하는 섬유로 제조된 카페트 및 상기 PET 카페트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
하기 서술하는 내용은 본 발명과 관련된 배경기술에 관한 것이며, 하기 내용이 반드시 선행기술을 의미하는 것은 아니다.
PET로 된 카페트를 제조하는 것에 대해서는 공지되어 있으나, 이러한 물질에 대한 구체적인 물질 특성은 PET 섬유 및 카페트 생산에 관한 사항을 상당히 복잡하게 하는 요인이다. 그 고유 특성으로 인해서, PET는 점성을 감소시킴으로써 섬유 제조 방적기를 통하여 사출될 수 있도록 하기 위해서 가열되어야 한다. 통상적으로, PET는 1300 이상의 데니어를 갖는 섬유를 제조할 수 있는 점성을 얻기 위해서 300℃ 이상의 온도로 가열되어야만 한다. 그러나, 불행하게도, 약 300℃ 이상의 온도에서 PET는 산화로 인한 열화가 개시된다. 이러한 산화는 섬유 특성에 영향을 줄 뿐만 아니라, 생산 효율에도 영향을 미친다.
점성이 더 높은 수지일수록 시간 경과에 따라서 방적돌기 상에 축적 잔류 물질을 남기는 경향이 있으며, 이는 제조 효율을 낮추고 통상적인 나일론사에 비해서 얀 부스러기 (yarn scrap) (>5%)를 더 많이 남기게 한다. 더 높은 점성을 갖는 수지는 또한 사출 공정 (사출기 스크루) 도중에 더 높은 물질 피로감에 노출되며, 이로 인하여 카페트 제조 도중에 일관성 없는 노트 (knot) 품질 및 불균일한 권축 (crimping)을 발생시킨다. 얀에 있어서의 이러한 기계적 결함으로 인해서, 카페트 터프팅 (carpet tufting) 및 얀 텍스처라이징 (texturizing)이 종료된 후, 불균일한 카페트 "외관 (face)" 형태가 야기된다. 물질 피로감 또한 물리적 얀 특성 (강성 (tenacity) 및 연신율 (elongation))에 있어서 항복현상 (break-downs)을 발생시키며, 이로 인해서 권축 및 텍스쳐라이징 공정 도중에 얀 절단이 야기된다.
PET의 순도를 증가시킴으로써 점성 감소가 가능하지만, 이 경우 원재료비를 현저하게 증가시키고, 재생 PET를 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.
상기 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해서, 본 발명은 PET 및 공정 온도에서 점성을 감소시키거나 또는 PET의 용융 흐름성을 증가시키기 위한 물질을 포함하는 카페트를 제공한다.
하기 서술하는 내용은 본 발명의 개시 내용에 대한 일반적 요약일 뿐이며, 본 발명의 모든 범위 또는 특징들을 포괄적으로 개시한 것은 아니다.
본 발명의 일 태양에 따르면, PET와, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), PBT의 저분자량 올리고머 또는 그 혼합물을 컴파운딩 (compounding)시킴으로써 점도를 감소시키고 가공 온도를 300℃ 미만으로 낮추는 단계를 포함하는 섬유 제조방법이 제공된다. 상기 컴파운드는 약 300℃ 미만의 온도로 가열되어 방적돌기 (spinnerets)를 통하여 사출됨으로써 카페트 섬유를 형성한다.
본 발명의 다른 개시에 따르면, PET는 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 PBT, PBT의 저분자량 올리고머 또는 그 혼합물과 컴파운딩되어 산소 감압 환경 하에서 방적돌기를 통하여 사출된다.
본 발명의 다른 개시에 따르면, PET는 0.1 중량% 내지 약 3 중량%의 PBT, PBT의 저분자량 올리고머 또는 그 혼합물과 컴파운딩되어 약 310℃ 미만의 온도로 가열된다. 이어서, 상기 가열된 컴파운드는 방적돌기를 통하여 사출됨으로써 카페트 섬유를 형성한다.
본 발명의 또 다른 개시에 따르면, PBT 또는 PBT의 저분자량 올리고머는 PET와 컴파운딩됨으로써 280℃ 내지 300℃의 온도에서 0.68 내지 0.86의 점도를 갖게 된다. 상기 컴파운드는 이러한 온도에서 방적돌기를 통하여 사출됨으로써 카페트 섬유를 형성한다.
본 발명의 개시에 따르면, 전술한 섬유들은 권축 (crimped), 번들화 (bundled) 및 카페트 안감과 접합 (mated)되어 PET/PBT 카페트를 형성한다.
본 발명의 다른 개시에 따르면, 카페트용 PET 섬유를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 PET 물질을 건조시킴으로써 수분 함량이 50 ppm 미만이 되게 하는 단계, 상기 PET 물질에 색상을 부여하는 단계, 상기 PET 물질을 330℃ 미만의 온도로 가열함으로써 상기 PET 물질이 0.68 내지 0.86의 점도를 갖도록 하는 단계, 및 상기 PET 물질을 방적돌기를 통해서 사출시킴으로써 섬유를 형성하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 PET 물질은 약 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 PBT 또는 PBT의 올리고머와 혼합될 수도 있다. 이는 물질이 330℃ 미만의 온도에서 약 0.68 내지 0.86의 점도를 갖게 한다.
본 발명의 다른 개시에 따르면, PET는 약 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%의 PBT 또는 PBT의 올리고머와 혼합된다. 상기 혼합물은 상기 혼합물의 점도가 0.68 내지 0.86이 되는 온도까지 가열된다. 섬유들은 상기 PET의 분해량이 허용가능한 수준이거나 또는 검출불가능한 수준이 되는 온도에서 사출된다. 선택적으로, 물질은 산소 함유 분위기에서 사출된다.
본 발명의 또 다른 개시에 따르면, PET 섬유를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 PET를, 가소제 폴리머 또는 올리고머와 컴파운딩시킴으로써, 실온에서의 카페트 섬유 특성의 열화 없이, 약 250℃ 내지 약 330℃의 가공 온도에서 컴파운드의 점도를 5% 내지 15% 감소시키는 단계를 포함한다.
하기 서술하는 내용들로부터 본 발명의 더욱 다양한 적용 분야가 명확해질 것이다. 따라서, 상기 서술 내용 및 구체적인 예들은 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에 서술된 PET사 섬유 기술 및 완성 카페트 합체물에 대한 개선사항들에 의해서: 1) 더욱 우수한 카페트의 질감 및 외관을 얻을 수 있으며; 2) 개선된 제조 얀 섬유 생산 효율을 달성할 수 있고; 3) 더욱 일정한 얀 품질 (얀 권축 및 노팅 (knotting)에 있어서의 균일성 및 반복가능성)을 도모할 수 있으며; 4) 다중 등급의 소비자 유통후 재생 PET 함량을 폭 넓게 사용함으로써 재료 얀 비용을 감소시킬 수 있고; 5) 더욱 일정한 색 섬유 균일성 및 더욱 신속한 색상 마스터링 (mastering)이 가능해진다.
첨부 도면들은 선택된 구현예들을 위한 예시적인 것이며, 모든 가능한 구현예들을 도시한 것은 아니고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 개시에 따라서 PET 카페트를 제조하기 위한 개요를 도시한 것이다.
이하, 첨부 도면들을 참고하여 예시적인 구현예들을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 예시적인 구현예들은 상세한 방식으로 당업자에게 본 발명의 범위를 충분하게 전달할 수 있게 하기 위해서 제공된다. 본 발명의 구현예들을 충분하게 이해시키기 위해서, 특정 성분들, 장치들 및 방법들의 예와 같은 다양한 구체적인 세부사항들이 개시된다. 당업자라면, 구체적인 세부사항들이 그대로 채용될 필요성은 없으며, 예시적인 구현예들은 다양한 다른 형태들로 구현될 수 있고, 이러한 사항들이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다는 점을 명확히 인지할 것이다. 일부 예시적인 구현예들에서, 공지된 공정들, 공지된 장치 구조들, 및 공지된 기술들은 상세하게 서술되어 있지 않다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 특정 예시적인 구현예들을 서술하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 명세서에서, 명백히 다르게 표현되지 않은 이상, 단수형은 복수형도 포함하기 위해서 사용된 것이다. "포함하는"이라는 용어는 개방형의 의미로 사용된 것이며, 따라서 언급된 특징, 수치, 단계, 공정, 요소, 및/또는 성분의 존재를 의미하는 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 수치, 단계, 공정, 요소, 성분 및/또는 그들의 집합의 존재 또는 첨가를 배제하는 것은 아니다. 본 명세서에 서술된 방법 단계들, 공정들, 및 작업들은, 수행 순서로서 구체적으로 서술된 것이 아닌 이상, 반드시 서술 또는 예시된 특정 순서로 그들이 수행될 것이 요구되는 것은 아니다. 또한, 부가적인 또는 대안적인 단계들이 채용될 수 있다는 점도 이해되어야 한다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층의 "위에", "결합하거나", "연결되거나" 또는 "짝을 이루는" 것으로 서술된 경우에는, 다른 요소 또는 층의 상에 직접 존재하거나, 결합하거나, 연결되거나 또는 짝을 이루는 것일 수 있으며, 또는 개재되는 요소들 또는 층들이 존재할 수도 있다. 이와는 대조적으로, 요소가 다른 요소 또는 층의 "직접적으로 위에", "직접적으로 결합하거나", "직접적으로 연결되거나", 또는 "직접적으로 짝을 이루는" 것으로 서술된 경우에는, 개재되는 요소들 또는 층들이 존재하지 않는다. 요소들 사이의 관계를 서술하기 위해서 사용된 다른 단어들은 유사한 방식으로 해석되어야 한다 (예를 들어, "사이" 대 "직접적으로 사이", "인접한" 대 "직접적으로 인접한" 등). 본 명세서에서, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거된 사항들의 임의 및 모든 조합들을 포함한다.
비록 본 명세서에서 사용된 "제1", "제2", "제3" 등의 용어들은 다양한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 부분들을 서술하기 위해서 사용된 것이지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 부분들은 서술된 것들로만 한정되는 것은 아니다. 이러한 용어들은 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위해서만 사용된다. 본 명세서에서 사용된 "제1", "제2" 및 다른 수치들은, 문맥 중에서 분명하게 지시되지 않는 한, 서열 또는 순서를 의미하는 것은 아니다. 따라서, 하기에서 서술되는 제1 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분은 예시적인 구현예들의 개시 내용으로부터 벗어남이 없이 제2 요소, 성분, 영역, 층 또는 부분으로 명명될 수도 있다.
"내부", "외부", "밑에", "아래", "하부", "위에", "상부" 등과 같은 공간적인 용어들은, 도면에 도시된 바와 같이, 하나의 성분 또는 특징의 다른 성분(들) 또는 특징(들)에 대한 관계를 서술하기 위해서 서술의 편의를 위해서 사용된 것이다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 배향 이외에도 사용 또는 동작 중에 장치의 다른 배향들을 포함하도록 의도된 것이다. 예를 들어, 도면들에 도시된 장치가 뒤집어지는 경우, 다른 요소들 또는 특징들에 대해서 "아래" 또는 "밑에" 존재하는 것으로 서술된 요소들은 상기 다른 요소들 또는 특징들의 "위에" 존재하는 것으로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 아래 및 위의 배향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수도 있으며 (90도 회전 또는 다른 배향) 본 명세서에서 공간적으로 상대적으로 서술된 내용들은 이에 따라서 해석된다.
본 명세서에 서술된 PET사 섬유 기술 및 완성 카페트 합체물에 대한 개선사항들에 의해서: 1) 더욱 우수한 카페트의 질감 및 외관을 얻을 수 있으며; 2) 개선된 제조 얀 섬유 생산 효율을 달성할 수 있고; 3) 더욱 일정한 얀 품질 (얀 권축 및 노팅 (knotting)에 있어서의 균일성 및 반복가능성)을 도모할 수 있으며; 4) 다중 등급의 소비자 유통후 재생 PET 함량을 폭 넓게 사용함으로써 재료 얀 비용을 감소시킬 수 있고; 5) 더욱 일정한 색 섬유 균일성 및 더욱 신속한 색상 마스터링 (mastering)이 가능해진다.
고유점도 0.86의 PET와 같은 PET가 약 0.1 중량% 내지 약 5.0 중량%, 1.0 중량% 내지 약 3.0 중량%, 특히 약 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%의 PBT 또는 Cyclics Corporation of Schenectady, NY로부터의 CBT 수지와 같은 올리고머와 혼합될 수 있다. CBT는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT)의 사이클릭 형태 올리고머이다. 이하에서, CBT라 함은 PBT의 올리고머를 포함하는 것으로 해석된다. CBT는 낮은 점도를 갖고; 저압 사출 공정에 의해서 잘 가공되며, 폴리에스테르 열가소성 수지와 매우 호환성이 좋다. CBT는 50℃ 내지 290℃ 온도의, 공기 분위기 하에서 열적으로 안정하며, 질소 분위기 하에서는 370℃까지 안정하다. 본 발명의 개시에 따르면, CBT 또는 PBT는 소량으로 혼합되는데 (총 수지 중량에 대해서, 0.1 중량% - 5.0 중량%, 0.5 중량% - 3.0 중량%, 1.0 중량% - 3.0 중량%, 또는 바람직하게는 2.0 중량% - 3.0 중량%), 이는 비재생 (virgin) 또는 재생 (recycled) PET 수지와 혼합되어, 물질 용융 흐름 특성을 향상시키고, 가공 온도에서 PET 수지를 균일하게 분산시키는데 도움을 준다. PET 수지와 혼합되는 CBT 또는 PBT의 최적 백분율은 총중량에 대해서 대략 0.1 중량% - 5.0 중량%, 특히 2.0 중량% - 3.0 중량%이다.
또한, 첨가제를 첨가하게 되면 마모 내성 증가 및 더 높은 열 안정성과 같은 일부 기계적 섬유 특성들의 향상을 도모할 수도 있을 것으로 기대된다. 자동차 카페트 생산을 위해서 채택되는 PET 얀 섬유의 대량 생산과 관련된 주된 문제들 중의 하나는 얀 절단 현상이다. 얀 절단은 얀 생산 중 두 가지 주된 영역들에서 통상적으로 발생된다: 1) 얀 사출; 및 2) 텍스쳐라이징/권취. 얀 절단을 야기하는 주된 요인은 섬유 가공 도중의 물질 점도인 것으로 밝혀진 바 있다. 카페트 섬유 방적돌기의 작은 천공 사이즈로 인해서, 물질의 정상적인 제조 내성 및 가공 패러미터들에 기인한 물질 특성들에 있어서 작은 변화가 섬유들의 절단으로 이어진다. 현재 생산 PET 얀 등급 수지는 약 320℃에서 약 0.86의 물질 점도를 갖는다. 이는 뛰어난 물질 특성을 제공하지만, 물질 흐름 및 절단에 있어서 중대한 공정 상 결점을 제기한다. 320℃ 이상의 온도에서, PET는 열화되기 시작하고, 강도 및 연성을 상실하기 시작한다.
CBT 또는 PBT를 생산 얀 제조 공정에 도입하는 것은, 섬유 사출 공정에서 색상 염색 마스터 배치에 첨가제로서 첨가됨으로써 이루어진다. CBT 또는 PBT는 마스터 배치 농도에 대한 우수한 베이스 수지이며, 또한 색상 캐리어로서, 용액 염색된 PET 얀에서 색상 분산에 매우 유용하다. 이러한 특성들로 인해서, 더 낮은 등급 (다중-색상)의 소비자 유통후 재생 PET를 베이스 얀 수지에 도입하고도, 엄격한 자동차용 재료 및 색상 부합 요건들을 만족시키는 것이 가능하다. 현재는 오직 높은 등급의 (투명) 소비자 유통후 재생 PET 물질만이 자동차용 얀 생산에 이용될 수 있다. 다중-색상 재생 PET 물질을 사용하는 경우의 비용은 비재생 또는 (투명) 고 등급 재생 물질을 사용하는 경우의 비용의 대략 절반 정도이다. 이러한 점은 비재생 PET 얀을 생산하는 것에 비해서 현저한 비용상 장점이며, 수지에 대한 베이스 유입 흐름을 현저하게 증가시킬 수도 있다.
CBT 또는 PBT가 사출 공정에서 PET 수지와 함께 가열되고 중합되는 경우, 이는 물질 점도를 낮춤으로써, 더 낮은 사출 온도를 가능하게 한다. 통상적으로 사용되는 0.86 점도의 PET 수지를 사용하였을 때, 현재의 사출 공정은 작업 온도의 높은 쪽 말단에서 진행된다 (290℃ - 330℃). CBT 또는 PBT는 이러한 작업 온도 범위를 현저하게 넓히며 (270℃ - 330℃), 더욱 견고한 생산 환경을 제공한다. 감소된 작업 온도는 사출 장비 내부에서 PET의 열화를 감소시키고, 따라서 최종 카페트의 품질을 향상시킨다. 더 낮은 온도 및 더 낮은 점도는 물질 흐름에 있어서 현저한 개선점을 제공하며, 사출 공정 도중에 물질 피로도를 감소시킨다.
개선된 물질 흐름은 방적돌기 상에 PET 수지가 축적되는 것을 감소시키며, 방적 과정 도중에 발생되는 다량의 얀 절단을 제거한다. 방적돌기 상에 PET 수지 축적을 방지하는 것은 또한 공정 효율 개선 및 얀 부스러기 감소를 초래한다. 적색 물질 피로 또한 방적된 얀의 물리적 기계적 특성들을 개선함으로써, 더 나은 얀 균일성, 일관성 및 권취를 가능하게 한다. PET 수지로 소량의 CBT 또는 PBT를 도입하는 것은 또한 얀 강도 및 경도와 같은 물질 특성들에 있어서 일부 개선점을 제공한다.
PBT의 올리고머를 첨가하는 것은 물질 중에서 색상의 분배를 보조할 것으로 예상된다.
PBT 올리고머 PET 올리고머를 포함하지 않는 색상 PET 올리고머를 포함하는 색상
비재생 PET 0.1 - 3.0% 4-6% 3-4%
투명 PET 0.1 - 3.0% 4-6% 3-4%
다중투명 PET 2-4% 4-6% 3-4%
다중색상 PET 4-6% NA 6-8%
표 2에 도시된 바와 같이, 다양한 PET/PBT 컴파운드들의 샘플들에 대한 테스트 데이터가 도시되어 있다. 단일 스크류 사출기를 사용하여 물질을 혼합하였다. 가해진 힘 (토오크)은 물질이 일정한 속도 (150 RPM's)로 회전할 때 측정하였다. 사출기 혼합 챔버의 온도는 의도된 제조 사출 용융 온도 범위 (290℃ - 300℃)를 가깝게 닮도록 시뮬레이션하기 위해서 조절되었다. 사출기의 말단에서 1/16" 구멍을 이용하였다.
기저선 테스트 패러미터를 확립하기 위해서, 제조 의도 수지 (0.86 고유 점도)를 가동하였다. 이어서, PBT 첨가제를 PBT 수지와 함께 소량 농도로 도입하였다. 토오크의 변화를 관측하였다.
표 2는 기저선 세팅을 이용한 2.0 중량% PBT 첨가제를 나타낸다 (용융 온도 = 293℃, RPM = 150). 시스템 토크의 감소 (10,000 내지 6,500 gm)가 관측되었다. 추가적으로, 사출 압력의 감소도 관측되었다 (3,600 내지 3,500 PSI). 3.0 중량%를 첨가한 경우에는 물질 특성에 있어서 단지 점증적인 증가만이 관찰되었다. 따라서, PET에 2.0 중량% 내지 3.0 중량%의 PBT를 첨가해주는 경우에 개선된 물질 특성들이 나타남을 알 수 있었다.
실험 # IV CBT의 함량 용융 온도 혼합 속도 다이 압력 토오크 물질 다이 플로우
dl/g 중량% ℃ RPM PSI mg g/min
TT01054 0.86 0 303 150 3300 8000 123.0
TT01055 0.86 2 303 150 3200 5500 124.7
TT01051 0.86 0 293 150 3600 10000 131.0
TT01060 0.86 0 293 150 3500 9500 125.9
TT01061 0.86 1 293 150 3500 7000 124.0
TT01052 0.86 2 293 150 3500 6500 123.7
TT01053 0.86 3 293 150 3500 6500 123.1
TT01057 0.86 0 285 150 3800 10000 126.0
TT01058 0.86 2 285 150 3600 7000 125.5
TT01059 0.86 3 285 150 3500 6900 125.3
(IV = 고유 점도 (intrinsic viscosity))
점도의 감소는 공정 온도를 285℃ 근방까지 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 공정 온도의 감소는 방적돌기 상의 물질 축적 및 섬유의 절단을 감소시킨다. 전술한 방법을 사용하여 제조된 카페트는 제1 카페트 안감에 의해서 지지되는 카페트 면을 갖는다. 소비자가 볼 수 있고 느낄 수 있는 가장 바깥층인 카페트 면은 바람직하게는 터프팅된 PET이고, 제1 안감은 바람직하게는 폴리에스테르, 폴리올레핀 (PE)과 같은 폴리머 섬유 또는 다른 적당한 합성 섬유이다. 카페트 면에 대한 제1 안감은 바람직하게는 폴리에스테르 또는 스펀 본딩된, 100-130 gsm의 폴리에스테르블렌드 스크림 (spun bonded polyesterblend scrim)으로 된 것이다. 제1 안감에 인접해서는, 바람직하게는, 분말 또는 시트 형태로 된 어백 코팅 (aback coating), 또는 포말 라텍스 또는 아크릴과 같은 당업계에서 통상적으로 사용되는 다른 적당한 물질이 위치할 수 있다. 이러한 제2 안감은 선택적인 것이며, 성형성 (moldability) 또는 소음 감쇠와 같은 카페트에 부여되는 다양한 요구사항들에 따라서 포함될 수도 있다. 당업자라면 본 발명의 개시내용 범위를 벗어남이 없이 상기 제2 안감을 생략할 수 있다는 점을 인지할 것이다.
내구성, 중량, 비용, 음향 흡수 등과 같은 자동차용 카페트 시스템에 대한 통상적인 고려사항들에 더해서, 본 발명에 따른 카페트용 재생 PET의 사용은 나일론에 비해서 추가적인 장점을 제공하는데, 이는 환경 친화성이다. 본 발명에 따른 방법을 사용하는 경우, 100% 소비자 유통후 재생 물질로 주로 이루어진 "그린" 카페트를 제조하는 것이 가능하다. 그러한 카페트의 예는 카페트 면 12이 재생 PET로 이루어지고, 후면 코팅이 PE로 이루어지며, 제2 안감 역시 PET 또는 스펀 바운드 폴리에스테르 스크림으로 이루어지고, 밑깔개 (underlayment) 역시 재생 PET로 이루어진 것일 수 있다. 마지막으로, 재생 PET의 사용은 고비용을 요하지 않는다. 재생 PET는 물질 스트림 중에서 용이하게 구입가능하며, 많은 경우에 비재생 수지 및 나일론 모두에 비해서 비용상 장점을 제공한다.
100% 재생 물질의 사용이 최적이며 본 명세서에서 주로 의도된 내용이지만, 이러한 개시사항이 PET 사용을 100% 소비자 유통후 재생 물질로 이루어진 PET 섬유로만 한정하고자 하는 것은 아니며, 많은 다른 원료 물질들의 혼합이 채택될 수 있다. 더욱이, 당업자라면 플라스틱 음료 컨테이너 이외의 재생 물질 공급원 또한 본 발명을 실시하는데 이용될 수도 있다는 점을 이해할 것이다.
자동차 카페트용 터프팅된 (tufted) PET는, 바람직하게는 1200 내지 2400 데니어 범위의 섬유 직경을 이용하여 제조될 수 있다. 터프팅된 PET의 바람직한 면중량 (face weight)은 1 제곱 야드 당 9.0 온스 내지 1 제곱 야드 당 50.0 온스의 범위를 가질 수 있다. 카페트 10은 본 명세서에 서술된 바와 같이 통상적인 터프팅 설비 상에서 제조될 수 있지만, 제조 공정은 바람직하게는 카페트가 터프팅된 이후에 스티밍 공정 (steaming process)을 거칠 필요가 있는데, 이는 물질에 "핸드 (hand)"를 발생시키기 위해서이다. 본 명세서에 서술된 바와 같이, 바람직한 방법은 스팀 박스 또는 다른 유사한 가열 매체를 도입함으로써 카페트 면을 충분하게 완성시키는 것이다. 공정 도중에, PET 얀은 임의의 게이지, 예를 들어 1/8 또는 1/10로 터프팅될 수 있다. 더욱 미세한 데니어 블렌드를 사용할 경우, 더욱 고급스러운 핸드 외관을 제공할 수 있다. 비교 대상이 되는 카페트 면 중량에서, 터프팅된 PET는 통상적인 터프팅된 나일론에 비해서 제곱 인치 당 대략 20% 더 많은 터프트를 갖는다. 이러한 높은 밀도로 인해서, 저밀도 카페트들에서 종종 관찰되는 콘 로잉 (corn rowing) (또는 리징 (ridging))을 양호하게 제거할 수 있다.
루프 및 비틀린 얀과 같은 추가적인 기하학적 구조를 섬유에 도입함으로써, 터프팅된 PET로 부가적인 섬유 강도 및 마모 성능을 달성할 수 있다. 바람직하게는, PET 섬유의 필라멘트 콘트 (filament cont)는 대략 80이지만, 이는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 변형가능하다. 터프팅된 PET의 섬유 직경은 통상적으로 종래의 나일론 카페트에 비해서 미세하며, 이 때문에 나일론 대신에 PET를 사용함으로써 현저한 음향 흡수 효과의 향상도 도모할 수 있다. 또한, 마이크로-데니어 섬유 공학에 의해서, 특정 주파수 범위에서 자동차 내부 음향 성능을 튜닝할 수도 있다. 예를 들어, 마이크로-데니어 섬유층 (미도시)을 제2 안감과 밑깔개의 사이에 위치시킴으로써 다른 음향 성향을 달성할 수도 있다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 개시된 바람직한 제조 방법에 따라서, 카페트를 제조하기 위한 바람직한 방법을 제공하는데, 제1 단계에서, PET 칩 (비재생 또는 재생)을 PET 얀 내로 사출하고, 이어서 얀 원뿔 또는 스풀 (spool) 상에 감는다. 이어서, 얀 원뿔 또는 스풀이, 만약 이미 그곳에 존재하는 경우가 아니라면, 터프팅 위치로 이송된다. 다음 단계는 얀 원뿔을 터프팅 크릴 (creel)에 로딩하거나 또는 얀을 터프팅 빔 상에 다시 감는다. 이어서, 얀을 터프팅 크릴 또는 빔으로부터 뽑아내어 터프팅 기계 내로 인덱싱 (index)한다. 다음으로, 얀을 제1 안감 상에 터프팅한다. 이어서, 카페트에 스팀 처리를 가함으로써 물질의 핸드를 생성한다. 이러한 스팀 처리 단계는 바람직하게는 스팀 박스 또는 다른 유사한 가열 매체의 사용을 포함한다. 터프팅 및 스팀 처리 이후에, 바람직하게는 40-120 gsm의 박형 라텍스 또는 포말 PE층과 같은 후면 코팅을 얀에 도포한다. 이러한 단계는 PET 얀을 제1 안감 내로 "터프트락 (tuftlock)"하게 된다.
카페트에 대한 성형성 및 음향 요구사항에 따라서, 다음 선택적인 단계는 제2 후면 코팅을 부가하는 것이다. 이러한 제2 후면 코팅은 폴리에틸렌 (PE) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 블렌드로 이루어진 것일 수 있다. 만약 PE 블렌드를 사용하는 경우에는, 바람직하게는 200-800 gsm의 수치가 선택될 수 있으며, 만약 EVA 블렌드를 사용하는 경우에는, 바람직하게는 800-2000 gsm의 수치가 선택될 수 있다. 밑깔개는 조립체에 부착된다. 최종적으로, 카페트가 완성되면, 특정 적용을 위해서 필요에 따라 제조될 수 있다.
당업자라면, 상기 서술한 단계들은 변형될 수 있으며, 카페트 적용의 구체적 요구사항들에 따라서 그 순서가 변화될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 스티밍은 공정 초반에 발생될 수 있다. 이에 더하여, 공정에 단계들이 추가될 수도 있다. 예를 들어, 카페트에 대한 성형성 및 음향 요구조건들에 따라서, 제2 안감이 추가될 수도 있다. 그러한 제2 안감은 통상적으로 경량 스크림 폴리에스테르 또는 합성 블렌드로 이루어진 것일 수 있고, 바람직하게는 15-60 gsm의 범위이다.
전술한 구현예들에 대한 서술은 예시 및 서술을 위해서 제공된 것으로서, 본 발명의 전부를 의미하거나, 또는 이를 제한하기 위한 것은 아니다. 특정 구현예의 개별적인 요소들 또는 특징들은 일반적으로 그 특정 구현예에만 한정된 것은 아니며, 적용가능한 경우에는, 비록 구체적으로 도시되거나 서술된 것이 아닐지라도, 교체가능하고 선택된 구현예에서 사용될 수 있다. 동일한 사항이 다양한 방법으로 변형될 수도 있다. 그러한 변형은 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니며, 그러한 모든 변형들이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된 것이다.

Claims (20)

  1. PET와, PBT 또는 PBT의 올리고머를 컴파운딩 (compounding)시키는 단계;
    컴파운드를 약 310℃ 미만으로 가열하는 단계; 및
    상기 컴파운드를 방적돌기 (spinnerets)를 통하여 사출시킴으로써 카페트 섬유를 형성하는 단계
    를 포함하는 섬유 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PET를 컴파운딩시키는 단계는, PET를, 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 PBT 또는 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 PBT의 올리고머와 컴파운딩하고, 산소 감압 환경 하에서 방적돌기를 통하여 사출시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 섬유 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 PET를 컴파운딩시키는 단계는, PET를, 약 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%의 PBT 또는 PBT의 올리고머와 컴파운딩시키는 단계인 것을 특징으로 하는 섬유 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 PBT 또는 상기 PBT의 올리고머는 상기 PET와 컴파운딩됨으로써, 상기 컴파운드가 280℃ 내지 300℃의 온도에서 약 0.68 내지 약 0.86의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 섬유 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 카페트 섬유를 권축 (crimping), 번들화 (bundling) 및 카페트 안감과 접합 (mating)시키는 단계를 더 포함함으로써 PET/PBT 카페트를 제조하는 것을 특징으로 하는 섬유 제조방법.
  6. PET 물질을 건조시킴으로써 수분 함량이 50 ppm 미만이 되게 하는 단계;
    상기 PET 물질에 색상을 부여하는 단계;
    상기 PET 물질을 330℃ 미만의 온도로 가열함으로써 상기 PET 물질이 0.68 내지 0.86의 점도를 갖도록 하는 단계; 및
    상기 PET 물질을 방적돌기를 통해서 사출시키는 단계
    를 포함하는 카페트용 PET 섬유 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 PBT 또는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 PBT의 올리고머와 상기 PET를 혼합하여 컴파운드를 형성하는 단계;
    상기 컴파운드를 330℃ 미만의 온도에서 점도가 0.68 내지 0.86이 되는 온도까지 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 혼합물을 상기 PET의 분해량이 검출불가능한 온도에서 사출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트용 PET 섬유 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 감소된 수준의 산소를 함유하는 분위기 하에서 상기 물질이 사출되는 것을 특징으로 하는 카페트용 PET 섬유 제조방법.
  9. PET를, 폴리머 또는 올리고머와 컴파운딩시킴으로써, 실온에서의 카페트 섬유 특성의 열화 없이, 250℃ 내지 330℃의 가공 온도에서 컴파운드의 점도를 5% 내지 약 15% 감소시키는 단계를 포함하는 PET 섬유 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 PET를 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 PBT와 컴파운딩시키는 것을 특징으로 하는 PET 섬유 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 PET를 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%의 PBT 또는 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%의 PBT의 올리고머와 컴파운딩시키는 것을 특징으로 하는 PET 섬유 제조방법.
  12. PET 및 0.1 중량% 내지 약 5.0 중량%의 PBT를 포함하는, 권취된 또는 번들화된 복수 개의 섬유들을 포함하는 카페트.
  13. 제12항에 있어서, 안감 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  14. 제12항에 있어서, 상기 섬유는 약 2.0 중량% 내지 약 3.0 중량%의 PBT를 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  15. 제12항에 있어서, 1200 데니어 내지 2400 데니어의 직경을 갖는 PET 얀을 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  16. 제12항에 있어서, 밑깔개층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  17. 제12항에 있어서, 1 제곱 야드 당 9.0 온스 내지 1 제곱 야드 당 50.0 온스 범위의 면층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  18. 제12항에 있어서, 상기 섬유들은 0.5 중량% 내지 3.0 중량%의 PBT를 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  19. 제12항에 있어서, 상기 섬유들은 2.0 중량% 내지 3.0 중량%의 PBT를 포함하는 것을 특징으로 하는 카페트.
  20. 제12항에 있어서, 상기 섬유는 1/8 또는 1/10 게이지 중 어느 하나로 터프팅되는 것을 특징으로 하는 카페트.
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