KR20140073969A - 복합 구조를 갖는 쿠션재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 구조를 갖는 쿠션재에 있어서, 제1탄성부직포로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포와 제2탄성부직포로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포가 적층되어 수평방향이나 수직방향의 하중에 강하고 어느 방향이나 탄성력 및 탄성회복력이 우수한 복합 구조를 갖는 쿠션재에 관한 것이다.

Description

복합 구조를 갖는 쿠션재{CUSHION HAVING MULTI LAYER}
본 발명은 복합 구조를 갖는 쿠션재에 관한 것으로 특히, 수평, 수직방향으로 탄성력 및 탄성회복력이 우수하고 형태안정성이 우수한 복합 구조를 갖는 쿠션재에 관한 것이다.
일반적으로 쿠션재는 이불, 침대 매트리스 등의 참장용, 자동차, 건설분야에서 많이 사용되고 있다. 이러한 쿠션재는 사용 목적에 따라 원료, 제법, 가공방법 등을 선택할 수 있으며 폭넓게 많은 분야에서 사용되고 있다.
이와 같은 쿠션재는 대부분 부직포로 제조되는데 이러한 부직포의 제조방법은 저융점 섬유(Low melting fiber)와 레귤러 섬유(Regular fiber)를 혼면(Mixing)한 후 카딩(Carding) 공정으로 얇은 시트상 웹(Web)을 만들고 크로스 레이(Cross-lay)설비로 여러층으로 중첩시킨 후, 니들펀칭(Needle punching) 공정을 통해 섬유들을 교락시키고 고온의 열풍으로 저융점 섬유(Low Melting fiber)를 용해시켜 섬유 사이를 접착시키는 방법으로 부직포가 제조된다.
상기와 같이 쿠션재용 부직포에 대한 기술은 현재 많이 개발되어 있으며, 현재에도 많은 기업이나 연구기관에서 연구되고 있다.
대한민국 등록특허 제908340호의 폴리에스터 콘쥬게이트 화이버(polyester conjugate fiber)는 10~70중량%, 실리콘이 60% 첨가된 오일로 표면 처리한 폴리에스터 콘쥬게이트 화이버(polyester conjugate fiber) 10~70중량%, 저융점 열융착 바인더 화이버 10~70중량% 및 폴리에스터 또는 폴리스티렌의 심초형 복합 융착 화이버 10~70중량%로 구성되어지되 각각의 원료들을 혼합하고 카딩하여 단층 또는 다층으로 웹(web)을 적층한 다음, 적층된 웹을 미늘(barb)이 있는 니들(needle)을 이용하여 니들 펀칭하는 방법으로 결합하여 시트(sheet)를 형성하고, 시트를 건조로(dry box)와 가열 로울러에 통과시켜 융착 결합시킨 쿠션재가 제안되고 있다.
상기와 같이 웹을 적층하여 제조되는 종래의 쿠션재는 섬유들이 수평방향으로 평향하게 배향되어 있어 수직방향에 대한 반발성이 낮고, 상하로부터 압력에 약한 문제가 있다.
이러한 문제점으로 일본회사인 데이진(Teijin)에서는 섬유가 수직방향으로 배향된 쿠션재용 부직포를 제조하였다. 이러한 부직포를 버티컬랩부직포(Vertical-Lap) 부직포라고 칭하고 있다.
상기의 버티컬랩부직포(Vertical-Lap) 부직포는 각종 섬유배합을 웹으로 형성한 후 V-Lap 설비를 이용하여 섬유를 부직포의 두께 방향으로 균일하게 배열시키는 방식으로 기존 부직포의 경우, 부직포 단면방향에서 섬유들이 평행하게(수평방향) 배향되어 있는 것과 달리 버티컬랩부직포(Vertical-Lap) 부직포는 두께방향(수직방향)으로 섬유가 배향되므로 수직방향으로 지속적인 하중이 부여되는 용도에서는 보다 유리한 특성을 가지고 있다.
그러나 버티컬랩부직포(Vertical-Lap) 부직포는 구조상 수직방향에서의 하중에 강하나, 측면 또는 비스듬한 방향에서의 하중에 의해서는 수직방향으로 배향된 섬유들이 쉽게 무너지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 수직방향에 대한 반발성이 우수하고 탄성회복력이 좋은 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 수평방향이나 수직방향의 하중에 강하고 어느 방향이나 탄성력 및 탄성회복력이 우수하고 형태안정성이 우수한 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서, 제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 크로스부직포 120의 양측면에 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서, 제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 버티컬랩부직포 110의 양측면에 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서, 제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 크로스부직포 120의 양측면에 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 후 상기 버티컬랩부직포 110 상부와 크로스부직포 120의 하부에 표피층 130을 적층시킨 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서, 제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 버티컬랩부직포 110 상부와 크로스부직포 120의 하부에 표피층 130을 적층시킨 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 크로스부직포 120는, 10~30mm 두께인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 크로스부직포 120'는, 30~70mm 폭인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 버티컬랩부직포 110는, 20~40mm 두께인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 쿠션재 10는, 30~70mm 두께인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 제1탄성부직포 111는, 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어, 중공률 10~30%의 중공 폴리에스테르계 섬유 50~80중량%와, 고유점도 1.0 내지 1.7 dl/g의 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 탄성복합섬유 10~40중량%와, 융점 100~180℃, 섬도 2~6 데니어의 저융점 폴리에스테르계 섬유 10~20중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 제1탄성부직포 111는, 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어, 중공률 10~30%의 중공 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와, 융점 120~180℃ 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬도 5~8 데니어(denier)의 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 제2탄성부직포 121는, 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어의 폴리에스테르계 섬유 50~80중량%와, 고유점도 1.0 내지 1.7 dl/g의 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 탄성복합섬유 10~40중량%와, 융점 100~180℃, 섬도 2~6 데니어의 저융점 폴리에스테르계 섬유 10~20중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 제2탄성부직포 121는, 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어의 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와, 융점 120~180℃ 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬도 5~8 데니어(denier)의 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 표피층 130은, 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어의 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와, 융점 120~180℃ 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬도 5~8 데니어(denier)의 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
또한, 상기 복합 구조를 갖는 쿠션재 10를 2 이상의 다층으로 구성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제공한다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제1실시예를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 쿠션재에 사용되는 복합섬유의 바람직한 일시예에 따른 원형의 편심 사이드-바이-사이드형 복합섬유의 단면을 촬영한 사진이며, 도 3은 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제2실시예를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제3실시예를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제4실시예를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 수평, 수직방향의 하중에 강하고 탄성력 및 탄성회복력이 우수한 탄성 부직포를 이용한 쿠션재 10에 관한 것으로 도 1에 나타난 바와 같이 버티컬랩부직포 110와 크로스부직포 120가 복합적으로 적층된다.
먼저, 크로스부직포 120는 롤러 카드 공정을 통과시켜 섬유가 평행으로 나란히 있는 수평방향으로 배향되어 있다. 더불어, 버티컬랩부직포 110는 상기 크로스부직포 120의 섬유방향이 수직방향으로 배향되도록 균일하게 접어 제조한다.
여기서, 버티컬랩부직포 110가 상부에 배치되고 상기 버티컬랩부직포 110의 하부에 크로스부직포 120가 적층되어 있다. 여기서, 크로스부직포 120가 상부에 배치되고 상기 크로스부직포 120의 하부에 버티컬랩부직포 110가 적층될 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 쿠션재 10의 제1실시예는 상기 크로스부직포 120의 양측면에 절단한 크로스부직포 120'를 세로로 배치한다. 이때, 절단한 크로스부직포 120'는 상기 크로스부직포 120를 30~70mm으로 절단한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 쿠션재 10의 제2실시예로는 상기 크로스부직포 120의 양측면에 절단한 크로스부직포 120'를 세로로 배치한다. 이때, 절단한 크로스부직포 120'는 상기 크로스부직포 120를 20~40mm으로 절단한다.
아울러, 도 4에 도시한 바와 같이, 쿠션재 10의 제3실시예로는 상기 크로스부직포 120의 양측면에 절단한 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 후 상기 버티컬랩부직포 110 상부와 크로스부직포 120의 하부에 표피층 130을 추가로 적층시킨다.
더불어, 도 5에 도시한 바와 같이, 쿠션재 10의 제4실시예로는 버티컬랩부직포 110와 크로스부직포 120가 적층된 부직포의 상,하부에 표피층 130을 추가로 적층시킨다.
이때, 버티컬랩부직포 110의 두께는 제조하려는 쿠션의 사용목적에 따라 적절히 조절할 수 있으나 버티컬랩부직포 110의 두께는 20~40mm인 것이 바람직할 것이다.
나아가, 크로스부직포 120의 두께는 제조하려는 쿠션의 사용목적에 따라 적절히 조절할 수 있으나 크로스부직포 120의 두께는 10~30mm인 것이 바람직할 것이다.
여기서, 두께 20~40mm의 버티컬랩부직포 110에 두께 10~30mm의 크로스부직포 120를 적층시킨 후 190℃에서 20분 동안 열처리 공정을 거쳐 쿠션재 10를 제조한다.
상기, 쿠션재 10의 두께는 제조하려는 쿠션의 사용목적에 따라 적절히 조절할 수 있으나 쿠션재 10의 두께는 30~70mm인 것이 바람직할 것이다.
한편, 버티컬랩부직포 110는 제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있다.
상기 제1탄성부직포 111는 중공 폴리에스테르계 섬유와, 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 형성된 탄성복합섬유와, 저융점 폴리에스테르계 섬유로 형성될 수 있다.
상기 중공 폴리에스테르계 섬유는 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어, 중공률 10~30%의 중공 폴리에스테르계 섬유를 사용할 수 있다.
상기 탄성복합섬유는 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 형성될 수 있다.
상기 폴리에스테르계 엘라스토머는 공중합을 통해 탄성력을 높인 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리에테르에스테르 엘라스토머 등의 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 폴리에스테르 수지의 고유점도를 1.0~1.7dl/g로 조절한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자는 일반적으로 제조 및 판매되는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있다.
상기 저융점 폴리에스테르계 섬유는 융점 100~180℃, 섬도 2~6 데니어, 섬유장 22~64㎜인 저융점 폴리에스테르계 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 현재 제조, 판매되는 저융점 폴리에스테르계 섬유 외 상기의 조건을 만족하는 모든 저융점 폴리에스테르계 섬유를 사용할 수 있다.
상기 제1탄성부직포 111는 폴리에스테르계 섬유 50~80중량%, 탄성복합섬유 10~40중량%, 저융점 폴리에스테르계 섬유 10~20중량%로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1탄성부직포 111는 중공 폴리에스테르계 섬유와, 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 형성된 저융점 탄성복합섬유로 형성될 수도 있다.
상기 저융점 탄성복합섬유는 융점 120~180℃의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬유로 저온에서도 섬유간 접착을 하여 형태안정성을 유지하는 역할을 하는데, 기존의 250~280℃ 정도의 일반 폴리에스테르보다 저온에서 열처리를 해도 그와 유사한 물성을 갖게 되고, 저온 열처리가 가능하여 추후 융착을 위한 열처리 비용이 감소되는 효과가 있다. 융점이 120℃ 미만인 경우, 제품으로 제조 시 내열성이 저하될 우려가 있으며, 180℃를 초과하면 열처리 비용 절감의 효과가 없다.
상기 융점 120~180℃의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머는 중합 단량체의 말단에 -COOH 또는 -COOR(상기에서, R은 C1 내지 C10의 알킬기 또는 아릴알킬기이다)를 가지는 테레프탈릭산(TPA), 이소프탈릭산(IPA), 디메틸테레프탈레이트(DMT), 디메틸이소프탈레이트(DMI)로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산성분과 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(PTMG), 1,4-부탄디올(1,4-BD), 에틸렌글리콜(EG) 중 선택되는 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 디올성분을 중합시켜서 이루어지며, 가열가압에 의한 열융착성을 가짐과 동시에 높은 탄성회복율을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 버티컬랩부직포 110는 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있다. 상기 제2탄성부직포 121는 폴리에스테르계 섬유와, 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 형성된 탄성복합섬유와, 저융점 폴리에스테르계 섬유로 형성될 수 있다.
상기 제2탄성부직포 121는 폴리에스테르계 섬유와, 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 형성된 탄성복합섬유와, 저융점 폴리에스테르계 섬유로 형성될 수 있다.
상기 폴리에스테르계 섬유는 고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어의 폴리에스테르계 섬유를 사용할 수 있다.
상기 탄성복합섬유는 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 형성될 수 있다.
상기 폴리에스테르계 엘라스토머는 공중합을 통해 탄성력을 높인 폴리에스테르 엘라스토머, 폴리에테르에스테르 엘라스토머 등의 엘라스토머를 사용할 수 있으며, 폴리에스테르 수지의 고유점도를 1.0~1.7dl/g로 조절한 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자는 일반적으로 제조 및 판매되는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있다.
상기 저융점 폴리에스테르계 섬유는 융점 100~180℃, 섬도 2~6 데니어, 섬유장 22~64㎜인 저융점 폴리에스테르계 섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 현재 제조, 판매되는 저융점 폴리에스테르계 섬유 외 상기의 조건을 만족하는 모든 저융점 폴리에스테르계 섬유를 사용할 수 있다.
상기 제2탄성부직포 121는 폴리에스테르계 섬유 50~80중량%, 탄성복합섬유 10~40중량%, 저융점 폴리에스테르계 섬유 10~20중량%로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2탄성부직포 121와 표피층 130은 폴리에스테르계 섬유와, 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 형성된 저융점 탄성복합섬유로 형성될 수도 있다.
상기 저융점 탄성복합섬유는 융점 120~180℃의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬유로 저온에서도 섬유간 접착을 하여 형태안정성을 유지하는 역할을 하는데, 기존의 250~280℃ 정도의 일반 폴리에스테르보다 저온에서 열처리를 해도 그와 유사한 물성을 갖게 되고, 저온 열처리가 가능하여 추후 융착을 위한 열처리 비용이 감소되는 효과가 있다. 융점이 120℃ 미만인 경우, 제품으로 제조 시 내열성이 저하될 우려가 있으며, 180℃를 초과하면 열처리 비용 절감의 효과가 없다.
상기 융점 120~180℃의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머는 중합 단량체의 말단에 -COOH 또는 -COOR(상기에서, R은 C1 내지 C10의 알킬기 또는 아릴알킬기이다)를 가지는 테레프탈릭산(TPA), 이소프탈릭산(IPA), 디메틸테레프탈레이트(DMT), 디메틸이소프탈레이트(DMI)로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 산성분과 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜(PTMG), 1,4-부탄디올(1,4-BD), 에틸렌글리콜(EG) 중 선택되는 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 디올성분을 중합시켜서 이루어지며, 가열가압에 의한 열융착성을 가짐과 동시에 높은 탄성회복율을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머를 구성하는 산성분은 70 내지 90몰%의 테레프탈산 또는 디메틸테레프탈레이트와 10 내지 30몰%의 이소프탈산 또는 디메틸이소프탈레이트의 혼합물이고, 디올성분은 80 내지 95몰%의 1,4-부탄디올, 5 내지 20몰%의 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜 및 에틸렌글리콜(EG)의 혼합물이 될 수 있다.
상기 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머를 구성하는 산 성분에서 이소프탈산 또는 디메틸이소프탈레이트의 함량이 20몰% 미만으로 되는 경우, 엘라스토머의 융점이 상승하여 일반적인 부직포 열처리 공정조건(180~190℃, 10~20분) 하에서 파이버간의 접착이 충분히 이루어지지 않아 부직포의 형태안정성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 30몰%를 초과하는 경우, 엘라스토머의 융점이 너무 낮아져 고온의 부직포 제조 공정 중 열화 발생 가능성이 높고 엘라스토머 내 비결정영역의 비중이 높아 낮은 Tg로 인해 상온에서의 변형 가능성 및 보관성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 또한 상기 디올 성분에서 폴리(테트라메틸렌에테르)글리콜의 함량이 5몰% 미만으로 사용되는 경우, 엘라스토머 내 하드세그먼트의 비중이 높아 복합섬유의 탄성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고 반대로 20몰%를 초과하는 경우, 복합섬유의 강도가 저하되어 부직포 후공정성 및 형태안정성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 사용되는 탄성복합섬유 및 저융점 탄성복합섬유는 이성분으로 구성되어 섬유 단면 형상 및 폴리머의 고유점도 차이 또는 후속하는 열처리 공정 조건에 의하여 복합섬유에 권축이 형성되는 잠재권축성 발현으로 스테이플 파이버 상태에서 구조적인 탄성을 갖게 되며, 이 외에 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머의 하드세그먼트와 소프트세그먼트의 구조에 의한 화학구조적인 탄성 및 탄성회복율을 발현하게 된다.
상기와 같이 폴리에스테르계 섬유와 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 저융점 탄성복합섬유로 탄성 부직포를 형성할 경우에는 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
상기 탄성복합섬유 및 저융점 탄성복합섬유는 그 형태가 사이드-바이-사이드형, 시스-코어형, 편심 시스-코어형 일 수 있으나 섬유의 물성을 위해 도 2에 도시된 바와 같이 편심 시스-코어형으로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 본 발명에 사용되는 복합섬유를 시스-코어형으로 형성시 코어에 폴리에스테르계 고분자로 형성되고 시스에는 폴리에스테르계 엘라스토머 또는 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머로 형성된다.
또한, 상기 본 발명에 사용되는 복합섬유를 도 2의 편심 시스-코어형으로 형성시에는 시스(A)에 폴리에스테르계 엘라스토머 또는 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머로 형성되고 코어(B)에는 폴리에스테르계 고분자로 형성된다.
상기와 같이 폴리에스테르계 섬유, 탄성복합섬유, 저융점 폴리에스테르계 섬유로 형성되거나 또는 폴리에스테르계 섬유와, 저융점 탄성복합섬유로 형성되는 탄성 부직포의 난연성을 부여하기 위해 난연사를 더 포함시킬 수 있다.
상기 난연사를 더 포함시킬 경우에는 난연성 부여를 위해 탄성 부직포의 전체 중량의 3~15% 첨가시키는 게 바람직할 것이다.
상기와 같이 복합 구조를 갖는 쿠션재 10를 2이상의 다층으로 적층시켜 다양한 쿠션재 10를 제조할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재는 크로스부직포에 버티컬랩부직포가 적층된 양측면에 크로스부직포를 배치하여 수직방향에 대한 반발성이 우수하고 탄성회복력이 우수한 효과가 있다.
또한, 크로스부직포에 버티컬랩부직포가 적층된 상,하부에 표피층을 추가 적층하여 수평방향이나 수직방향의 하중에 강하고 어느 방향이나 탄성력 및 탄성회복력이 우수하고 형태안정성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제1실시예를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 쿠션재에 사용되는 복합섬유의 바람직한 일시예에 따른 원형의 편심 사이드-바이-사이드형 복합섬유의 단면을 촬영한 사진.
도 3은 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제2실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제3실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 복합 구조를 갖는 쿠션재의 제4실시예를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 복합 구조를 갖는 쿠션재를 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
섬도 7.0데니어, 강도 3.3g/d, 신도 30%, 중공률 15%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 중공 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 70중량%와 섬도 5.5데니어, 강도3.5g/d, 신도 75%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5dl/g, 융점 150℃의 저융점 폴리부틸렌 테레프탈레이드계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 편심 사이드-바이-사이드 형의 탄성복합섬유 30중량%를 혼합하고 롤러 카드 공정을 통과시켜 밀도 15kg/㎥의 크로스부직포를 형성한 후 구성섬유들의 대부분이 부직포의 두께방향으로 배열될 수 있도록 30mm 폭으로 부직포를 균일하게 접어 두께 30mm의 버티컬랩부직포를 제조하였다.
상기 버티컬랩부직포의 하부에는 고유점도 0.65dl/g, 섬도 20.0데니어, 강도 4.5g/d, 신도 27%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 70중량%와 섬도 5.5 데니어, 강도 3.5g/d, 신도 70%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5이며 융점 150℃ 인 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 편심 사이드 바이 사이드 형의 탄성복합섬유 30중량%를 혼합한 후 롤러 카딩, 적층하여 180℃에서 1분 동안 예비 열처리시킨 밀도 20kg/㎥, 두께 20mm의 폴리에스테르계 탄성 스테이플파이버 크로스부직포를 적층시키고 동일 부직포를 50mm의 폭으로 절단하여 크로스부직포의 측면에 각각 세운 후 190℃에서 20분 동안의 열처리 공정을 거쳐 두께 50mm 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제조하였다.
실시예 2
섬도 7.0데니어, 강도 3.3g/d, 신도 30%, 중공률 15%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 중공 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 60중량%와 섬도 5.5데니어, 강도3.5g/d, 신도 75%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5dl/g, 융점 150℃의 저융점 폴리부틸렌 테레프탈레이드계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 편심 사이드-바이-사이드 형의 탄성복합섬유 40중량%를 혼합하고 롤러 카드 공정을 통과시켜 밀도 15kg/㎥의 크로스부직포를 형성한 후 30mm 폭으로 부직포를 균일하게 접어 두께 30mm의 버티컬랩부직포를 제조하였다.
상기 버티컬랩부직포의 하부에는 고유점도 0.65dl/g, 섬도 20.0데니어, 강도 4.5g/d, 신도 27%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 70중량%와 섬도 5.5 데니어, 강도 3.5g/d, 신도 70%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5이며 융점 150℃ 인 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 편심 사이드 바이 사이드 형의 탄성복합섬유 30중량%를 혼합한 후 롤러 카딩, 적층하여 180℃에서 1분 동안 예비 열처리시킨 밀도 20kg/㎥, 두께 20mm의 폴리에스테르계 탄성 스테이플파이버 크로스부직포를 적층시키고 동일 부직포를 50mm의 폭으로 절단하여 버티컬랩부직포의 측면에 각각 세운 후 실시예 1과 같이 열처리 공정을 거쳐 두께 50mm 복합 구조를 갖는 쿠션재 10를 제조하였다.
실시예 3
섬도 7.0데니어, 강도 3.3g/d, 신도 30%, 중공률 15%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 중공 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 60중량%와 섬도 5.5데니어, 강도3.5g/d, 신도 75%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5dl/g, 융점 150℃의 저융점 폴리부틸렌 테레프탈레이드계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 편심 사이드-바이-사이드 형의 탄성복합섬유 40중량%를 혼합하고 롤러 카드 공정을 통과시켜 밀도 15kg/㎥의 크로스부직포를 형성한 후 구성섬유들의 대부분이부직포의 두께방향으로 배열될 수 있도록 30mm 폭으로 부직포를 균일하게 접어 두께 30mm의 버티컬랩부직포를 제조하였다.
상기 버티컬랩부직포의 하부에는 고유점도 0.65dl/g, 섬도 20.0데니어, 강도 4.5g/d, 신도 27%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 70중량%와 탄성복합섬유 30중량%를 혼합한 후 롤러 카딩, 적층하여 180℃에서 1분 동안 예비 열처리시킨 밀도 20kg/㎥, 두께 20mm의 폴리에스테르계 탄성 스테이플파이버 크로스부직포를 적층시키고 동일 부직포를 50mm의 폭으로 절단하여 버티컬랩부직포의 측면에 세운 후 이 부직포의 상, 하부에 섬도 3.5데니어, 강도 4.5g/d, 신도 25%, 섬유장 51㎜인 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 50중량%와 섬도 5.5 데니어, 강도 3.5g/d, 신도 70%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5이며 융점 150℃ 인 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 편심 사이드 바이 사이드 형의 탄성복합섬유 50중량%를 혼합하고 롤러 카딩, 니들 펀칭 공정을 거쳐 제조된 표피층을 추가 적층시킨 후 실시예 1과 같이 열처리 공정을 거쳐 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제조하였다.
실시예 4
고유점도 0.65dl/g, 섬도 20.0데니어, 강도 4.5g/d, 신도 27%, 섬유장 51인 비탄성 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 80중량%와 섬도 5.5데니어, 강도3.5g/d, 신도 75%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5dl/g, 융점 150의 저융점 폴리부틸렌 테레프탈레이드계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 편심 사이드-바이-사이드 형의 탄성복합섬유 20중량%를 혼합한 후 롤러 카딩, 적층하여 밀도 20kg/, 두께 20mm의 폴리에스테르계 탄성 스테이플파이버 크로스부직포를 제조하였다.
상기 크로스부직포의 상부에 섬도 7.0데니어, 강도 3.3g/d, 신도 30%, 중공률 15%, 섬유장 51인 비탄성 권축 중공 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 60중량%와 탄성복합섬유 40중량%를 혼합하고 롤러 카드 공정을 통과시켜 밀도 15kg/의 크로스부직포를 형성한 후 구성섬유들의 대부분이 부직포의 두께방향으로 배열될 수 있도록 30mm 폭으로 부직포를 균일하게 접어 제조한 두께 30mm의 버티칼랩부직포를 적층시키고 상기 적층 부직포의 상, 하부에 섬도 3.5데니어, 강도 4.5g/d, 신도 25%, 섬유장 51인 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 섬유 50중량%와 섬도 5.5 데니어, 강도 3.5g/d, 신도 70%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5이며 융점 150℃ 인 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65인 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 편심 사이드 바이 사이드 형의 탄성복합섬유 50중량%를 혼합하고 롤러 카딩, 니들 펀칭 공정을 거쳐 제조된 표피층을 추가 적층시킨 후 실시예 1과 같이 열처리 공정을 거쳐 복합 구조를 갖는 쿠션재를 제조하였다.
비교예 1
고유점도 0.65dl/g, 섬도 20.0데니어, 강도 4.5g/d, 신도 27%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 60중량%와 섬도 5.5데니어, 강도3.5g/d, 신도 75%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5dl/g, 융점 150℃의 저융점 폴리부틸렌 테레프탈레이드계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 편심 사이드-바이-사이드 형의 탄성복합섬유 40중량%를 혼합한 후 롤러 카딩, 적층하여 밀도 35kg/㎥의 폴리에스테르계 탄성 스테이플파이버 크로스부직포를 제조하고 190℃에서 15분 동안의 열처리 공정을 거쳐 두께 50mm 쿠션재를 제조하였다.
비교예 2
고유점도 0.65dl/g, 섬도 7.0데니어, 강도 3.3g/d, 신도 30%, 중공률 15%, 섬유장 51㎜인 비탄성 권축 중공 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate;PET) 섬유 60중량%와 섬도 5.5데니어, 강도3.5g/d, 신도 75%, 수축율 5%, 섬유장 64mm인 고유점도 1.5dl/g, 융점 150℃의 저융점 폴리부틸렌 테레프탈레이드계 엘라스토머(Elastomer)와 고유점도 0.65 dl/g의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 편심 사이드-바이-사이드 형의 탄성복합섬유 40중량%를 혼합한 후 구성섬유들의 대부분이 부직포의 두께방향으로 배열될 수 있도록 50mm 폭으로 균일하게 접어 버티컬랩부직포를 제조하고 190℃에서 15분 동안의 열처리 공정을 거쳐 두께 50mm 쿠션재를 제조하였다.
상기에서 제조된 실시예와 비교예의 부직포 탄성율과 압축변형율을 측정하여 표 1에 나타내었다.
* 측정방법
1) 반발탄성(Ball Rebound)
: 일정한 높이에서 시험편에 쇠구슬을 떨어뜨려 반발되어 튀어오르는 높이를 측정 (ASTM D-6301, 단위: %)
2) 영구압축변형율(Compression Set)
: 시험편을 일정한 비율로 압축하여 일정한 온도 및 습도에서 일정시간 보관한 후 변형된 높이를 측정 (ASTM D-6301, 단위: %)
3) 되풀이압축영구줄음률(Dynamic Fatigue)
: 시험편을 평행한 평면판 사이에 끼우고 상온에서 60회/min의 속도로 시험편 두께의 50%까지 연속 80,000회 반복 압축시킨 후 변형된 높이를 측정 (KS K 6675, 단위: %)
4) 매트리스의 형태안정성
: 매트리스 샘플 위에 성인 남성 5명이 30분 동안 누워있는 동안 몸의 하중에 의한 매트리스의 형태 변형 정도를 상대적으로 평가 (○: 양호, △: 보통, ×: 불량)
5) 매트리스의 외관
: 매트리스 샘플 외관의 표면 평탄성을 육안 판정
단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예1 비교예2
상부 중공 PET wt% 70 60 60 60 - 60
탄성복합섬유 wt% 30 40 40 40 - 40
하부 PET wt% 70 70 70 80 60 -
탄성복합섬유 wt% 30 30 30 20 40 -
표피층 - - - ○ ○ - -
초기 반발탄성 % 62.3 63.0 63.1 62.8 61.0 62.8
영구압축변형률 % 31.4 30.5 30.1 30.7 32.2 33.8
되풀이압축
영구줄음률		 % 8 7 7 7 9 11
형태안정성 - △ ○ ○ ○ △ ×
외관 - △ △ ○ ○ △ △
(○: 표면 평탄, △: 표면에 약간의 요철, X: 표면에 요철이 많음)
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 복합 구조를 갖는 쿠션재 10인 실시예는 비교예 보다 반발탄성율, 영구압축변형율이 우수한 것을 알 수 있다.
10 : 복합 구조를 갖는 쿠션재
110 : 버티컬랩부직포 111 : 제1탄성부직포
120 : 크로스부직포 121 : 제2탄성부직포
130 : 표피층

Claims (14)

  1. 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서,
    제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 크로스부직포 120의 양측면에 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  2. 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서,
    제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 버티컬랩부직포 110의 양측면에 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  3. 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서,
    제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 크로스부직포 120의 양측면에 크로스부직포 120'를 세로로 배치한 후 상기 버티컬랩부직포 110 상부와 크로스부직포 120의 하부에 표피층 130을 적층시킨 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  4. 복합 구조를 갖는 쿠션재 10에 있어서,
    제1탄성부직포 111로 제조되어 섬유가 수직방향으로 배향되어 있는 버티컬랩부직포 110 하부에 제2탄성부직포 121로 제조되어 섬유가 수평방향으로 배향되어 있는 크로스부직포 120를 적층시키고 상기 버티컬랩부직포 110 상부와 크로스부직포 120의 하부에 표피층 130을 적층시킨 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크로스부직포 120는,
    10~30mm 두께인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크로스부직포 120'는,
    30~70mm 폭인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버티컬랩부직포 110는,
    20~40mm 두께인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쿠션재 10는,
    30~70mm 두께인 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1탄성부직포 111는,
    고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어, 중공률 10~30%의 중공 폴리에스테르계 섬유 50~80중량%와,
    고유점도 1.0 내지 1.7 dl/g의 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 탄성복합섬유 10~40중량%와,
    융점 100~180℃, 섬도 2~6 데니어의 저융점 폴리에스테르계 섬유 10~20중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1탄성부직포 111는,
    고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어, 중공률 10~30%의 중공 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와,
    융점 120~180℃ 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬도 5~8 데니어(denier)의 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2탄성부직포 121는,
    고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어의 폴리에스테르계 섬유 50~80중량%와,
    고유점도 1.0 내지 1.7 dl/g의 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 탄성복합섬유 10~40중량%와,
    융점 100~180℃, 섬도 2~6 데니어의 저융점 폴리에스테르계 섬유 10~20중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2탄성부직포 121는,
    고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어의 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와,
    융점 120~180℃ 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬도 5~8 데니어(denier)의 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  13. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 표피층 130은,
    고유점도 0.50~0.69 dl/g, 섬도 2~20 데니어, 중공률 10~30%의 중공 폴리에스테르계 섬유 50~85중량%와,
    융점 120~180℃ 고유점도 1.0~1.7 dl/g의 저융점 폴리에스테르계 엘라스토머와 고유점도 0.50~0.80 dl/g의 폴리에스테르계 고분자로 이루어진 섬도 5~8 데니어(denier)의 저융점 탄성복합섬유 15~50중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합 구조를 갖는 쿠션재 10를 2 이상의 다층으로 구성하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 구조를 갖는 쿠션재.
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