KR20160030238A - 로프트성, 탄성 및 고강도 특성 중 적어도 하나를 가지는 스펀-레이드 웹 - Google Patents

로프트성, 탄성 및 고강도 특성 중 적어도 하나를 가지는 스펀-레이드 웹 Download PDF

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Abstract

연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 웹 내에서 복수의 폴리머 섬유를 포함하고, 웹은 제1 두께를 가지고 웹은 제1 두께를 가지고 웹은 열 또는 기계적 접합 처리가 면제된 것이다. 웹의 활성화는, 활성화 이전의 제1 두께로부터 활성화 이후에 적어도 제1 두께의 2배인 제2 두께로의 증가, 활성화 이전의 웹의 밀도에 비교하여 활성화 이후에 밀도의 감소, 웹의 기계 방향(MD) 및 웹의 가로-방향(CD) 중 적어도 하나에서 10% 정도 내지 350% 정도의 탄성 신장을 견디도록 구성된 웹; 및 50 그램-힘/cm2 정도 내지 5000 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도를 가지는 웹 중 적어도 하나를 야기한다.

Description

로프트성, 탄성 및 고강도 특성 중 적어도 하나를 가지는 스펀-레이드 웹{SPUN-LAID WEBS WITH AT LEAST ONE OF LOFTY, ELASTIC AND HIGH STRENGTH CHARACTERISTICS}
본 발명은 직물(fabrics) 및 다른 제품을 형성하기 위한 섬유의 부직(nonwoven) 웹(web)과 스펀-레이드 공정(process)에 관한 것이다.
관련 출원의 상호-참조
본 출원은 2013년 7월 15일에 출원된 "Self-Bonding, Bulky, Uniform, Stretchy Spunbond Process and Fabric"라는 명칭의 미국 가출원 일련 번호 61/846,152호와 2014년 4월 30일에 출원된 "High Lofted Spunbond Fabric"라는 명칭의 미국 가출원 일련 번호 61/986,465호의 우선권을 주장한다. 이 가출원의 개시 사항은 그 전체적으로 본원에 참조로서 병합된다.
본원에서 사용되는 "스펀-레이드" 공정은, 하나 이상이 폴리머가 용융(melt)되고 압출(extrude)되고 공기-퀀칭(air quench)되고, (예컨대 공기, 고데트 롤(godet rolls) 및/또는 임의의 타입의 적절한 장치에 의해서) 인발(draw)되고, 적절한 레이다운(laydown) 또는 [예컨대 다공성 벨트(porous belt)와 같은] 지지면(support surface)에 고형화(solidify)된 섬유로서 증착되어, 섬유의 하나 이상의 부직층(nonwoven layer)(본원에서는 "스펀-레이드 웹"이라고도 지칭한다)을 형성한다. 소위 "폐쇄형 시스템"(closed system) 스펀-레이드 공정의 하나의 타입(type)의 예는, 미국특허 제7,179,412호에 개시되며, 미국특허 제7,179,412호의 개시 사항은 그 전체적으로 본원에서 참조로서 병합된다. 미국특허 제7,179,412호에서는 섬유를 퀀칭하기 위해서 사용되는 것과 동일한 공기의 가속(acceleration)에 의해서, 압출된 섬유의 미세화(attenuation)가 많은 부분에서 생성된다. 소위 "개방형 시스템"(open system)이라 지칭되는 다른 예는 미국특허 제6,183,684호에 개시되며, 미국특허 제6,183,684호의 개시 사항은 그 전체적으로 본원에서 참조로서 병합된다. 미국특허 제6,183,684호에서는 압출된 섬유의 미세화는 압축(compress)된 공기 흡입기(aspirator)에 의해서 많은 부분에서 생성된다. 개방형 시스템에서는, 단일 방사구금(spinneret) 및 단지 하나의 공기 흡입기로부터 섬유의 커튼(curtain)이 단지 하나 존재하거나 또는 여러 개의 방사구금 또는 여러 개의 공기 흡입기가 가로-방향(cross-direction, CD) 및/또는 기계 방향(machine direction, MD)에서 존재한다. 이러한 2개의 시스템 모두에서, 수(數) 미터까지의 폭(width)을 커버(cover)하는 섬유는 유사한 폭의 다공성 벨트 상에 증착된다. 섬유의 속도는 통상 다공성 벨트의 속도의 수 배이다. 또한 다공성 벨트의 진행(travel)의 방향에 수직인 방향(소위 가로-방향 또는 "CD")보다는 다공성 벨트의 진행의 방향으로 보다 더 배향(orient)된 섬유를 가지는 직물이 통상적으로 형성된다.
종래의 개방형 및 폐쇄형 스펀-레이드 시스템에 의해서 형성된 섬유의 부직 웹은 강한 직물을 야기하지는 않는다. 직물 강도는 통상적으로 접합된 직물을 제조하기 위한 다른 공정 단계에 의해서 부여(impart)되고, 이에 따라서 소위 "스펀본드"(spunbond) 공정 및 섬유의 스펀본드 웹을 야기한다. 스펀본드 공정에서 사용되는 가장 일반적인 접합(bonding) 기술은 열 접합이다. 열 접합에서는, 재-고형화(re-solidification) 상에서 섬유 사이의 구속(bound)을 형성하도록, 일부의 섬유의 부분 또는 일부의 섬유를 부분적으로 용융하기에 충분하게 웹을 가열하는 것에 의해서 강한 웹이 제조된다. 열 접합은 캘린더(calender) 접합 뿐만 아니라 통기(through air) 접합을 포함한다. 캘린더 접합에서, 부직 웹은 적어도 두 개의 닙 롤(nip roll) 사이에서 처리되며, 웹을 롤 사이에서 가압하는 동안에 두 개의 닙 롤 중 적어도 하나는 일부의 섬유의 적어도 표면을 적어도 부분적으로 용융하기에 충분한 온도로 가열된다. 열 접합은 또한 소위 통기 접합이라는 기술을 포함하며, 통기 접합에서는 공기는 일부의 섬유의 적어도 표면을 부분적으로 용융하기 위해서 충분히 가열되고 웹을 통과(pass through)한다. 다른 공지된 접합 기술이, 강한 웹을 형성하기 위해서 섬유를 인터로크(interlock)하거나 엉키게(tangle) 하기에 충분하도록 기계적인 힘을 웹에 인가하는 것과 관련된다. 그러한 공정은, 일부의 섬유가 표면으로부터 돌출하도록 하여 보다 3차원인 부직 스펀본드 웹을 제조하는 것인, 바느질(needling) 및 수압직조(hydroentangling)를 포함한다. 이러한 접합 기술은 모두 고가이고 에너지 집약적(energy intensive)인 추가적인 기계를 사용하여야 한다.
여러 가지의 이유 때문에, 충분한 벌키니스(bulkiness) 및 로프트(loft)[증가된 두께 또는 "Z" 디멘젼(dimension)서의 증가]를 가지는 섬유의 스펀-레이드 웹을 제조하는 것이 바람직하다. 바느질 및 수압직조 공정은 어느 정도 수준의 벌키니스 및 로프트를 제공할 수 있지만, 이는 단지 상대적으로 보통인 정도이다. [예컨대 이성분(bicomponent) 섬유와 같이 섬유 단면 내에서 다수의 이산(discrete) 폴리머 구성체(constituent)로 구성된 섬유와 같은] 다중-성분 섬유의 방적(spinning)에 의해서 보다 로프트성(lofty)이고 벌크성(bulky)인 스펀본드 직물을 제조하는 것이 시도되었다. 다중-성분 섬유에서는 두 개 또는 그 이상의 폴리머 구성체는 서로 다른 변형율(strain) 또는 서로 다른 수축률(shrinkage)을 가져서 열 및/또는 기계적 처리(treatment) 이후에 웹 내의 섬유의 컬링(curling) 및 절곡(bending)을 부여한다. 다중-성분 섬유를 제조하기 위한 적절한 공정 장치의 예가 예컨대 미국 특허 제5,162,074호에 개시되며, 이 개시 사항은 그 전체로서 본원에서 참조로서 병합된다.
섬유의 컬링 및/또는 절곡을 유도(induce)하기 위한 그러한 섬유의 열 또는 기계적 공정은 통상적으로 섬유의 웹의 접합이 발생한 이후에 수행된다. 그러한 공정은, 약하거나 또는 억제된(restrained) 절곡력(benidng force)이 보통 그러한 공정에 내재(inherent)되는 것에 부분적으로 기인하기 때문에(접합된 웹 내에서 섬유는 움직임이 억제되고 절곡되기 위한 힘이 없기 때문에), 스펀본드 웹 내에서 개선된 로프티니스(loftiness) 및 벌키니스를 갖도록 제조하는 것은 단지 적절하게 성공적일 뿐이다.
외관(appearance) 및 물리적 성질(physical properties) 모두의 면에서 보다 균일한 직물을 제조하는 것이 또한 바람직하다. 특히 개방형 시스템에서 예컨대 스펀본드 공정에 관련된 많은 양의 공기를 관리 제어하는 기술이 공지되어 있다. 그러한 공기 관리는 매우 어렵고 보다 균일한 스펀본드 직물을 제조하는 것에는 현저한 제한이 있다는 것이 입증되었다.
스펀본드 웹을 위해서 섬유를 제조하는 데 있어서 예컨대 (TPU 및 Krayton®과 같은) 특수한 탄성 중합체 폴리머(elastomeric polymer)를 사용하여 신축성(stretchy)인 스펀본드 직물을 제조하는 것이 더 바람직하다. 그러나 그러한 특수한 탄성 중합체 폴리머는 일반적이고 통상적인 스펀본드 폴리머보다 더 비싼 경향을 가진다. 또한 섬유의 "점착성"(tackiness)이나 느린 방적 속도[즉 방사구금과 레이다운 표면 사이에서 압출되는 필라멘트(filament)가 가지는 속도]와 같은 이슈(issue) 때문에 탄성 중합체 폴리머를 제조하는 것은 일반적으로 어렵다. 특수한 탄성 중합체 폴리머를 이용하여 형성된 결과적인 직물은 또한 염색이 어렵거나 불가능하다는 것과 태키핸드(tacky hand)와 같은 특정한 결점(deficiency)을 가진다. 그러한 특수한 탄성 중합체 폴리머를 사용하는 것에 의해서 CD보다 MD에서 더 많은 신축성을 가지는 경향의 직물이 형성될 수 있다.
본원에서는, 웹의 형성 이후에 활성화될 때, 적절한 벌크(bulk) 및 로프티니스 및/또는 적절한 신축도(stretchiness) 또는 탄성(elasticity) 및/또는 적절한 강도 성질(strength property) 및/또는 개선된 웹 균일성(uniformity)을 가지면서 적절하게 낮은 밀도 및/또는 섬유에 인가되는 어떠한 특정한 기계적 및/또는 열 접합 공정을 요구하지 않으면서도[예컨대 캘린더 접합, 수압직조, 통기 접합, 바느질, 점(point) 접합 등이 요구되지 않음] 적절한 차단성(barrier properties)을 달성할 수 있는 것인 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 형성된다.
연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 웹 내에서 복수의 폴리머 섬유를 포함하고, 웹은 제1 두께를 가지고 웹은 제1 두께를 가지고 웹은 열 또는 기계적 접합 처리가 면제된(being free of) 것이다. 웹의 활성화(activation)는, 활성화 이전의 제1 두께로부터 활성화 이후에 적어도 제1 두께의 2배인 제2 두께로의 증가, 활성화 이전의 웹의 밀도에 비교하여 활성화 이후에 밀도의 감소, 웹의 기계 방향(MD) 및 웹의 가로-방향(CD) 중 적어도 하나에서 10% 정도 내지 350% 정도의 탄성 신장(elastic elongation)을 견디도록 구성된 웹; 및 50 그램-힘(gram-force)/cm2 정도 내지 5000 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도(tensile strength)를 가지는 웹 중 적어도 하나를 야기한다.
본 발명의 전술한 특징 및 추가적인 특징과 장점은 특정 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 고려하면 명확하게 된다.
본 발명에 따라 형성된 활성화된 스펀-레이드 웹은 다양한 사용 가능한 응용을 가진다. 예컨대 본 발명에 따라 형성된 활성화된 스펀-레이드 웹은 (예컨대 거주용 주택 또는 상업용 빌딩에서 열 및/또는 음향 차단성을 위한) 절연(insulation) 제품으로서, 특정 응용을 위한 필터 물질로서, 다양한 제품(자켓 내의 패딩 물질, 신발, 퀼트 제품 등)을 위한 필터 물질로서, 포장(packaging) 물질로서, (예컨대 기름이나 다른 액체를 위한) 흡수 물질(absorbent material)로서, 래핑(wrapping) 물질로서, (습식 또는 건식) 청소 와이프(wipes) 및/또는 청소 패드(pads)로서, 인공 가죽 기재(substrate)로서, 위생용 및/또는 의료(예컨대 상처 치료)용으로 사용되는 차단 직물 물질로서, 토목섬유(geotextile) 물질로서, 그리고 농업용 직물 물질로서 사용될 수 있다.
스펀-레이드 웹 제품이 활성화되어 벌크성 또는 로프트성인 상태를 가지는 상용 용도로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 스펀-레이드 웹 제품은 활성화-이전 또는 로프트성이 잠재된(potential) 상태에서 상용 용도로 제공될 수도 있으며, 소비자는 사용 종점(use endpoint)에서 웹 제품을 (예컨대 고열 공기 건조기 또는 다른 장치와 같은 적절한 가열원을 통하여 가열을 인가는 것에 의해서) 활성화한다.
도 1a 내지 도 1e는 서로 다른 다중-성분 섬유 기하구조(geometries)를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 섬유의 스펀-레이드 웹을 형성하기 위한 스펀-레이드 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스펀-레이드 웹을 형성하는 복수의 쉬스-코어형(sheath-core) 섬유의 단면의 이미지.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 스펀-레이드 웹을 형성하는 복수의 사이드-바이-사이드형(side-by-side) 섬유의 단면의 이미지.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라서 비등 수조(boiling water bath)를 통과하는 스펀-레이드 웹의 활성화(선택적인 열/기계적인 접합 단계를 구비함)를 나타내는 이미지.
도 6은 본 발명에 따라서 형성된 것인 활성화된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹 제품으로부터 획득한 샘플의 예시적인 실시예를 나타내는 이미지.
본 명세서에서 유사한 구성을 식별하기 위해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본원에서는, 웹의 형성 이후에 활성화될 때, 적절한 벌크 및 로프티니스 및/또는 적절한 신축도 또는 탄성 및/또는 적절한 강도 성질 및/또는 개선된 웹 균일성을 가지면서 적절하게 낮은 밀도 및/또는 섬유에 인가되는 어떠한 특정한 기계적 및/또는 열 접합 공정을 요구하지 않으면서도(예컨대 캘린더 접합, 수압직조, 통기 접합, 바느질, 점 접합 등이 요구되지 않음) 적절한 차단성을 달성할 수 있는 것인 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 형성된다. 본 발명에 따른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 적절한 차단성은 고체 및/또는 액체의 전이를 방해하는 차단과, 웹을 통한 열 에너지의 전달을 방해하거나 제한하는 차단과, (웹을 통한 음파의 전달을 방해하거나 제한하는) 소리 차단과, (웹을 통한 기계적 에너지의 전달을 방해하거나 제한하는) 기계적 에너지 차단 또는 완충재 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
예시적인 실시예에서, 본 발명에 따라 형성된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 활성화는, 웹의 고강도 및/또는 탄성 및/또는 로프티니스를 유도하는 활성화 공정의 결과로서 서로에 대해서 접합 유사(like) 체결(engagement)이 달성되거나 기계적으로 접합된 것인 웹 내에서의 섬유를 포함한다. 접합 유사 효과는 웹 내에서 섬유를 다른 섬유와 얽히게 하는 것에 기초하여 달성된다. 특정한 실시예에서는, 스펀-레이드 웹의 활성화는 웹의 로프티니스/벌키니스의 증가, 웹 균일성의 개선, 웹의 탄성 또는 신축도의 개선, 웹의 MD 및 CD에서의 인장 강도의 개선, 웹의 차단성의 증대 및 밀도의 감소 중에서 하나 이상을 야기하게 된다.
본원에서 사용되는 "연속 필라멘트 스펀-레이드 웹"이라는 용어는, 스펀-레이드 공정으로부터 형성되는 연속 필라멘트를 포함하는 스펀-레이드 웹을 지칭한다. 웹 섬유는 절단(cut)되지 않고 대신에 집적(collect)되어(예컨대 롤러 또는 권취기(winder) 상에서 권취되어) 웹이 연속적으로 형성된다. 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹에는 본원에서 서술되는 바와 같이 웹의 활성화 처리로부터 분리되는 어떠한 접합 처리(열 또는 기계적)가 수행(subject)되지 않았다.
본원에서 사용되는 "활성화"라는 용어는, 웹의 형성 후의 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 특정한 특성(characteristics)의 변화를 지칭한다. 활성화는 웹에 어떠한 접합 기술도 외부적으로 인가되지 않은(예컨대 웹에 인가되는 캘린더 접합, 통기 접합, 니들 펀칭(needle punching), 점 접합, 수압직조 등의 스펀-레이드 또는 다른 공정의 장비에 의해서 어떠한 기계적 및/또는 열 접합도 외부적으로 웹에 인가되지 않은) 상태에서 발생한다. 활성화에 대응하여(in response to) 스펀-레이드 웹에 부여된 특성은 웹 벌크 또는 로프티니스의 증가, 웹 밀도의 감소, 웹 탄성의 증가 및 웹 비강도(tenacity)의 증가 중 하나 이상을 포함하며, 활성화 이후에 원하는 웹 차단성 및 원하는 웹 균일성이 더 달성될 수 있다.
연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 활성화 이후의 웹 로프티니스의 증가는, 활성화 이전과 이후에서의 웹 두께를 비교할 때 적어도 2x(2배) 정도, 적어도 3x 정도, 적어도 4x 정도, 적어도 5x 정도, 적어도 10x 정도, 적어도 20x 정도, 적어도 30x 정도, 적어도 40x 정도, 적어도 50x 정도 또는 그보다 더 큰 정도인 두께에서의 변화("Z" 디멘젼에서의 변화)에 의해서 특징지어질 수 있다. 또한 활성화 이후에 웹은 웹 밀도에서의 상당한 변화를 가져온다. 본 발명에 따라 형성된 활성화된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 웹 두께는 0.020인치(0.50mm 정도)에서 3.0인치 정도(76mm 정도) 또는 그보다 더 큰 것이고, 그러한 활성화된 스펀-레이드 웹의 웹 밀도는 0.002 g/cm3 정도에서 0.25 g/cm3 정도까지이다. 활성화된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 로프티니스는, ASTM D3574(ASTM International에 의해서 출간된 표준으로서, 그 개시 사항이 전체가 본원에 참조로서 병합된다.)에 따른 압입력 변형(indentation force deflection, IFD) 테스트와 같은 유연성 물질(flexible material)을 위한 ASTM 표준 테스트 방법을 이용하여 예컨대 웹에 인가되는 압축력(compression forces)에 기초하여 특징지어질 수 있다. 본 발명에 따라 형성된 로프트성인 스펀-레이드 웹의 예시적인 실시예는 웹 두께를 65% 축소시키도록 웹을 변형하기 위해서 적어도 300 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도와 적어도 5 그램-힘/cm2 정도의 압입력 변형(IFD) 중 적어도 하나의 성질을 가질 수 있다. 본원 명세서에서 사용되는 "그램-힘"이라는 용어는 힘의 중력 단위계(gravitational metric unit of force)[예컨대 9.80665 m/s2의 표준 중력장 내에서의 그램 단위의 질량(mass)에 의해서 가해지는 힘의 크기]로서, 1 그램-힘은 9.80665 mN(밀리뉴톤)과 동등하다.
본 발명에 따라 형성된 특정한 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 로프티니스는 활성화된 웹 내에서의 섬유의 얽힘(entanglement)에 의해서 특징지어 질 수 있다. 특히 웹 내에서의 얽힌 섬유에 의해서 한정되는 커브 경로(curved path)의 진폭(amplitude) 및 빈도(frequency)는 웹의 로프티니스도의 정도(degree)를 특징짓는 것에 사용될 수 있고, 웹 내에서의 얽힌 섬유와 연관된 큰 진폭과 낮은 빈도는 다른 웹 내에서 얽힌 섬유와 연관된 작은 진폭과 높은 빈도를 가지는 다른 웹과 비교하여 더 로프트성인 웹이라는 것을 나타낸다. 대조적으로, 본 발명에 따라 형성되고 웹 내에서 얽힌 섬유와 연관된 작은 진폭과 높은 빈도를 가지는 것인 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 본원 명세서에서 기술되듯이 고유의 인장 강도 성질을 가진다.
특정한 실시예에서, 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 원래(original) MD 디멘젼에서 활성화 이후의 최종(final) MD 디멘젼까지 MD 방향(웹의 길이)에서 2% 정도에서 75% 정도로 감소될 수 있고, 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 또한 원래 CD 디멘젼에서 활성화 후의 최종 CD 디멘젼까지 MD 방향(웹의 폭)에서 2% 정도에서 50% 정도로 감소될 수 있다.
특정한 실시예에서, 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 MD 및 CD 모두에서 활성화 이전의 웹 강도에 비교할 때 강도 면에서 대략 2x(2배) 정도 증가한다. 웹의 강도는 예컨대 웹이 파괴(fail)없이(부서지거나 부러지는 일 없이) MD 또는 CD 측에 인가되는 힘을 견디는 것인 웹의 MD 및 CD 모두에서 수행되는 인장 강도 테스트에 의해서 특징지어 질 수 있다. 특히 본 발명에 따라 형성된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 인장 강도는 MD 디멘젼 또는 CD 디멘젼에서 50 g/cm2(그램-힘/cm2)에서 5000 g/cm2(그램-힘/cm2)까지일 수 있다.
활성화된 스펀-레이드 웹은 MD 및 CD 디멘젼에서 신축성 또는 탄성으로 될 수 있다. 활성화된 스펀-레이드 웹의 탄성은 MD 디멘젼 및/또는 CD 디멘젼에서 적어도 10% 정도에서 350% 정도까지(원래의 디멘젼에서 웹을 신축할 때의 탄성 연장된 디멘젼까지의 퍼센트 증가) 웹의 파괴 또는 파열(tearing)이 없이 웹에 의해서 용인되는 탄성 신장 또는 신축성(예컨대 웹은 웹의 그러한 신축이나 탄성 신장을 견딜 수 있다)에 의해서 특징지어 질 수 있다. 본원에서 사용되는 "탄성 신장"이라는 용어는 MD 디멘젼 내에서 또는 CD 디멘젼 내에서의 웹의 신축 또는 신장을 지칭한다. 그러한 신축이나 신장을 가져오는 것인 웹에 인가되는 힘이 제거되면 웹이 적어도 본원 명세서에서 서술되는 % 복원성(% recovery)에 의해서 표시되는 최종 디멘젼으로 줄어드는 것에 의해서 부분적으로 복원된다는 점에서, 웹은 탄성을 가진다. 웹의 신축은 MD 및 CD 디멘젼 모두에서 웹 샘플에 서로 다른 웨이트 부하(weight load)를 인가하고 원래(부하 없는) 디멘젠으로부터 최종(부하 있는) 디멘젼으로의 디멘젼의 변화를 측정하는 것에 의해서 수행된다. 웹의 복원성은 웹 샘플에 인가되는 웨이트 부하를 제거한 후의 웹의 디멘젼을 측정하고 원래 디멘젼을 이 복원된 디멘젼과 비교하는 것에 의해서 결정된다. 본 발명의 활성화된 스펀-레이드 웹은 적어도 40% 정도의 복원성을 가지고, 특정 웹에서는 본원 명세서에서 서술되는 방식으로 신장된 후 적어도 50% 정도 또는 그 이상(예컨대 90% 정도에서 100% 정도까지)의 복원성을 가진다.
본 발명에 따라 형성된 활성화된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 또한 30 mW/m-K 정도에서 50 mW/m-K 정도까지의 열 전도 성질[ASTM C518(2004)에 기초하여 측정됨]을 가진다.
본 발명에 따른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹으로부터 형성되는 특정한 타입의 제품에서는, 본원 명세서에서 서술하듯이 로프트성이고 인장 강도 및/또는 탄성 성질을 달성하기 위한 활성화 이후에 웹의 어떠한 접합도 필요하지 않다. 효율적인 웹 벌크 및 로프트, 웹 강도, 웹 탄성 및 웹 균일성 중 하나 이상을 가져오기 위하여, 활성화에 대응하여 웹 내에서 섬유가 얽히는 것은 웹의 섬유 사이에서 적절한 인터로크 또는 자체-접합 효과를 제공하기 때문이다. 대안적으로 본 발명에 따른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹으로부터 형성되는 다른 타입의 제품에서는, 공지된 또는 다른 적절한 기술(예컨대 캘린더 접합, 통기 접합, 니들 펀칭, 점 접합, 수압직조 등)을 사용하여 활성화된 스펀-레이드 웹 내에서 섬유를 추가적으로 접합하는 것도 바람직할 수 있다.
연속 필라멘트 스펀-레이드 웹 내에서의 섬유의 활성화는 웹이 형성된 이후에 그리고 웹의 집적[예컨대 집적 롤 또는 권취기 상으로의 웹의 롤링(rolling) 또는 권취(winding)] 이전에 발생된다. 웹은 활성화를 실현하기 위해서 실질적으로 억제되지 않은(un-restrained) 상태로 유지되고(예컨대 웹에 어떠한 억제력도 인가되지 않으면서 웹은 액체 또는 기체 매질 상에 또는 내에 또는 고체 표면 상 등에 자유롭게 받쳐지고), 이에 따라서 웹의 섬유는 자유롭게 서로에 대해서 이동할 수 있어서, 권축(crimp)되고 절곡되고 그리고 서로에 대해 얽혀져서, 활성화에 따라서 서로에 대해서 기계적으로 인터로크될 수 있다. 또한 스펀-레이드 섬유는 형성되고 웹 형성 표면 상에 레이다운된 이후에 서로 접합되지 않거나 또는 실질적으로 접합되지 않은(substantially un-bonded)(예컨대 "실질적으로 접합되지 않은"은 웹 내에서 섬유 중 10% 미만이 서로 접합된 것을 나타낸다) 것이기 때문에, 이것은 활성화 이전에 웹 내에서 섬유의 어떠한 억제도 추가적으로 방지한다. 웹의 어떠한 표면 상에서도 실질적으로 어떠한 억제도 없도록 활성화 동안에 웹을 추가적으로 지지하는 것에 의해서, 원하는 성질을 가지는 것인 결과적인 로프트성인 웹에서 활성화 공정이 가장 효율적이라는 것을 보장한다.
예시적인 실시예에서, 웹의 활성화는 웹을 실질적으로 억제되지 않은 상태로 유지하면서 웹을 가열하는 것을 포함한다. 섬유가 가열되는 동안에는 어떠한 외부의 힘도 섬유의 웹에 인가되지 않는다. 다른 예시적인 실시예에서는 섬유의 스펀-레이드 웹을 활성화하는 데 어떠한 가열도 필요하지 않다. 가열이 필요하지 않은 다른 예시적인 실시예에서는, 스펀-레이드 웹의 활성화는 실질적으로 억제되지 않은 상태에서 형성되고 레이다운된 섬유에 대응하여 발생된다(압출되고 인발되는 것에 후속하며, 섬유는 레이다운되고 활성화를 실현하기 위해서 서로에 대해서 자유롭게 움직일 수 있다). 또 다른 예시적인 실시예에서는 본 발명에 따른 연속 필라멘트 스펀-레이드의 활성화는 가열하지 않고 웹을 부분적으로 활성화하고 이후 웹을 가열하는 것에 노출하여 완전하게 및/또는 추가적으로 활성화하는 것에 의해서 수행된다.
섬유 상에서 실질적으로 어떠한 억제도 없는 상태에서 섬유를 적절하게 가열하는 것을 보장하도록 구성된 가열 장비의 타입의 일 예는 가열된 유체(예컨대 끓는 물 또는 증기, 또는 다른 적절한 가열된 액체)의 배스(bath) 또는 용기(vessel)를 포함한다. 스펀-레이드 웹이 웹 형성 표면으로부터 가열된 배스 또는 용기 안으로 안내(direct)되고, 웹은 웹 형성 표면으로부터 가열되고 있는 배스 내로 통과하도록 안내되면서 웹 내의 섬유는 가열되면서 서로에 대해서 자유롭게 움직인다. 특히 가열된 배스(예컨대 끓는 물)를 통과(pass through)하는 섬유는 가상적으로(virtually) 억제되지 않은 상태에서 지지되어 배스 내를 부유(float)할 수 있고 따라서 적어도 일부의 섬유가 권축되거나 또는 절곡되는 것을 허용하여, 웹의 CD 디멘젼 및/또는 MD에서의 탄성 및/또는 웹의 "Z" 디멘젼에서 증가되는 것인 웹의 로프티니스를 유도한다. 도 5의 이미지로 도시된 예시적인 실시예에서, 본 발명에 따라 형성된 스펀-레이드 웹(31)이 가열된 물의 배스 내로 통과하는 효과가 분명하게 나타나며, 여기에서 가열된 배스(40)로부터 가열 처리(도 5의 이미지 내에서 오른쪽에서 왼쪽으로 이동함)에 의해서 활성화됨에 따라서 웹의 MD 디멘젼(길이) 및/또는 CD 디멘젼(폭)은 감소한다.
섬유가 활성화 공정 동안에 자유롭게 움직이도록 섬유가 실질적으로 억제되지 않은 환경에서 유지되는 한, 다른 적절한 가열원(heat source)[예컨대 오븐과 같이 섬유를 통과하는 예컨대 대류(convection) 및/또는 방사(radiation) 가열원]이 또한 사용될 수 있다. 활성화를 유도하기 위해서 웹을 가열하는 적절한 온도는 섬유를 형성하기 위해서 사용되는 특정한 폴리머에 의존하며, 바람직하게는 폴리머의 최저 용융점보다 높지 않다. 이러한 온도에서는 웹을 형성하는 섬유의 폴리머 성분을 용융시키지 않고, 따라서 결과적인 웹 강도는 섬유의 열 및/또는 기계적 접합으로부터가 아니라 웹 내에서의 섬유의 얽힘 또는 내부비틀림(intertwin)에 의해서 생성된다. 특정한 실시예에서는, 가열을 이용한 활성화는 또한 얽힌 섬유를 권축되고 얽힌 위치에 설정할 수 있다.
그러한 실시예에서, 스펀-레이드 웹의 섬유의 적어도 일부는 서로 다른 폴리머 성분으로부터 형성된다. 예컨대, 스펀-레이드 웹은 두 개 이상의 서로 다른 폴리머 성분으로부터 형성되는 다중-성분 섬유(예컨대 이성분 섬유)를 포함한다. 다른 예에서는, 스펀-레이드 웹은 복수의 혼합된 호모(homo) 또는 단일(single) 성분 섬유를 포함할 수 있다. 각 섬유는 단일 폴리며 성분으로 형성될 수 있고 복수의 섬유 중 둘 이상의 섬유는 서로 다른 폴리머 성분으로부터 형성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 스펀-레이드 웹은 단일 성분 섬유 및 서로 다른 폴리머 성분으로부터 형성되는 다중-성분 섬유를 포함할 수 있다.
본원 명세서에서 사용되는 "서로 다른 폴리머 성분"은 [폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리락트산(polylactic acid)과 같은] 두 개의 서로 다른 타입의 폴리머뿐만 아니라 동일한 타입의 폴리머의 두 개의 서로 다른 등급(grade)[예컨대, 예컨대 서로 다른 수준(level)의 가교(cross-linking), 용융 형태로부터의 고형화(solidification) 동안의 서로 다른 수준의 결정화(crystallization)와 같이, 서로 다른 첨가제(additives) 및/또는 동일한 폴리머 타입의 서로 다른 등급에 대한 서로 다른 물리적 특성을 가져오는 다른 차이점을 포함하는 것인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 임의의 다른 타입의 폴리머의 두 개의 서로 다른 등급]도 지칭한다.
본 발명에 따라서 스펀-레이드 웹을 형성하는데 사용될 수 있는 폴리머 성분의 일부 예는, 폴리올레핀(예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등)과, 폴리에스테르[예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT)]와, 폴리아크릴아미드와, 폴리우레탄과, 폴리락트산(PLA)과, 폴리아미드(예컨대 나일론 6, 나일론 6,6 및 나일론 6,10)와, 폴리비닐알코올(PVA, 예컨대 에틸렌비닐알코올) 및/또는 각종 등급(예컨대, PLA의 서로 다른 등급, 폴리프로필렌의 서로 다른 등급, PET의 서로 다른 등급 등) 및/또는 블록 코폴리머(block copolymer) 또는 이러한 폴리머 타입의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 스펀-레이드 웹 내에서 제공될 수 있는 호모 또는 다중-성분 섬유를 위한 서로 다른 폴리머 단면(cross-section)[즉, 각 단면이 섬유의 길이 방형 디멘젼을 가로지르는(transverse) 것인]의 일부 예는 원형(round), 비-원형(non-round)(예컨대 타원형) 그리고 다면형(multi-faceted)(예컨대 삼각형), 멀티로벌형(multi-lobal)[예컨대 트라이로벌형(tri-lobal)], 쉬스-코어형[예컨대, 대칭형 또는 편심형(eccentric) 쉬스-코어형 섬유)], 중공 원형(hollow round) 또는 다른 중공 기하구조 및 해도형(islands-in-the-sea)을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 다중-성분 섬유는 섬유 내에서 임의의 적절한 비율로 하나 이상의 부분 내에서 서로 다른 폴리머 성분을 포함할 수 있다. 예컨대 사이드-바이-사이드형 이성분 섬유는 도 1a의 섬유 단면으로 도시되듯이 서로 다른 폴리머 성분(A 및 B)을 포함하도록 형성될 수 있다. 다른 예에서는, 도 1b의 섬유 단면은 코어와 쉬스 각각에 배치되는 서로 다른 폴리머 성분(A 및 B)을 가지는 쉬스-코어형 섬유를 도시한다. 도 1c에 도시되듯이, 편심형 쉬스-코어형 섬유는 코어와 쉬스 각각에 배치되는 서로 다른 폴리머 성분(A 및 B)을 포함한다. 트라이로벌형 섬유의 단면이 도 1d에 도시되며, 폴리머 성분(A 및 B)이 각각 섬유의 주요 중심 부분과 섬유의 로브(lobe)에 각각 배치된다. 중공형(예컨대 원형 중공형) 섬유 단면이 도 1e에 도시되며, 폴리머 성분(A 및 B)이 각각 중공형 섬유의 원주 단면 부분을 형성한다. 매우 다양한 다른 기하구조가 또한 본 발명에 따른 스펀-레이드 웹을 위한 섬유를 형성하는 데 사용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e에 의해서 서술된 이성분 기하구조 내에서 폴리머 성분의 비율은, 폴리머 A 대 폴리머 B의 50/50 용적비(volumetric ratio)와 같이 임의의 적합한 비율일 수 있고, 폴리머 A 대 폴리머 B의 60/40 용적비(또는 반대)와 폴리머 A 대 폴리머 B의 70/30 용적비(또는 반대)와 폴리머 A 대 폴리머 B의 80/20 용적비(또는 반대)와 폴리머 A 대 폴리머 B의 90/10 용적비(또는 반대)와 폴리머 A 대 폴리머 B의 95/5 용적비(또는 반대)와 같이 한 폴리머 타입에 대해서 다른 폴리머 타입이 더 큰 비율을 가질 수도 있다.
폴리머 성분과 섬유 기하구조의 임의의 적절한 조합이 본 발명에 따른 활성화에 따라 적절한 고성도, 적절한 탄성 및/또는 다른 원하는 성질을 가지는 본 발명에 따른 스펀-레이드 웹을 얻기 위해서 사용될 수 있다. 가열 처리에 의해서 활성화가 달성되는 본 발명의 예시적인 실시예에서, 가열 처리에 대응하여 서로 다른 권축 특성 및/또는 수축률의 정도를 가지는 둘 이상의 폴리머 성분의 조합은 원하는 얽힌 섬유와 결과적으로 로프트성인 웹을 얻기 위해서 사용될 수 있다. 비한정적인 예에 따르면, 섬유 내의 높은 수축률을 가지는 폴리머 성분은 지방족 화합물(aliphatic)일 수 있고 또한 비정질(amorphous) 또는 결정화 정도가 낮은 것일 수 있고 다른 폴리머 성분에 비해서 작은 체인 모듈러스(chain modulus)를 가지는 것일 수 있어서 웹 내의 다른 섬유에 비해서 섬유의 원하는 수준의 권축 또는 절곡을 유도할 수 있다. 또한 동일한 섬유 기하구조(동일한 섬유 단면 형상)가 웹 내에서 제공되거나 또는 대안적으로 웹은 둘 이상의 서로 다른 섬유 구조(서로 다른 섬유 단면 형상)의 혼합을 포함하도록, 스펀-레이드 웹은 본 발명에 따라 형성될 수 있다.
활성화 이후에 웹의 결과적인 성질에 영향을 미치는 섬유의 원하는 권축 정도를 얻기 위해서, 다중-성분 섬유 내에서 다른 폴리머 성분 타입(예컨대, 낮은 열 수축률을 가지는 폴리머 성분 타입)에 대해서 하나의 폴리머 성분 타입(예컨대, 높은 열 수축률을 가지는 폴리머 성분)의 배치를 설정할 수 있다. 예컨대, 쉬스-코어형 섬유에서는, 섬유의 쉬스 부분 내에서 높은 열 수축률을 가지는 폴리머 성분이 제공되고 섬유의 코어 부분 내에서 낮은 열 수축률(섬유 방적/형성 동안에 더 빨리 결정화됨)을 가지는 폴리머 성분이 제공되는 것이 바람직하다. 또한 (쉬스-코어형, 중공형 또는 사이드-바이-사이드형과 같은) 다중-성분 섬유 내에서 두 개의 인접하는 폴리머 성분은 표면 에너지가 충분히 차이가 나도록 선택될 수 있고, 따라서 웹 활성화 동안에 섬유 내에서 인접하는 폴리머 성분 사이에서 일정 수준의 슬리핑(slipping) 또는 슬라이딩(sliding)이 실현될 수 있고, 따라서 섬유의 권축 및 얽힘을 향상시킬 수 있다.
활성화된 웹의 결과적인 성질은 또한 섬유 크기 또는 데니어(denier)에 의해서 제어될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 0.5 데니어 정도에서 15 데니어 정도(지름 또는 다른 단면 디멘젼에서 5 마이크론 정도에서 50 마이크론 정도)까지의 범위의 섬유 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
따라서 결과적인 웹 내에서 적어도 웹 로프티니스, 웹 밀도, 웹 탄성, 웹 균일성, 웹 강도 및 웹 차단성 중 적어도 하나를 위하여 변화의 정도를 제어하거나 영향을 미치기 위해서 활성화를 향상하거나 영향을 주도록 다수의 파라미터가 선택될 수 있다. 서로 다른 폴리머 성분의 선택, 서로 다른 섬유 단면 기하구조의 선택 또는 웹을 위한 둘 이상의 서로 다른 타입의 섬유 단면 기하 구조의 조합, 섬유 단면 내에서 서로 다른 폴리머 타입의 배치(예컨대 쉬스-코어형 섬유의 쉬스와 같은 섬유의 일부 부분에 특정 폴리머 타입을 선택하고 쉬스-코어형 섬유의 코어와 같은 섬유의 다른 부분에 다른 폴리머 타입을 선택), 다중-성분 섬유 내에서 폴리머 성분 용적비를 선택(예컨대 이성분 섬유에서 폴리머 A에 대한 폴리머 B의 95/5의 비) 및 웹을 형성하기 위한 섬유 크기의 선택 중에서 하나 또는 조합에 의해서 특히 웹의 결과적인 성질에 대해서 활성화 정도는 영향을 받을 수 있다.
본 발명에 따른 로프트성인 스펀-레이드 웹의 형성은 임의의 적절한 웹 방적에 의해서 달성될 수 있으며, 형성 공정은 미국 특허 번호 6,183,684호 및 7,179,412호에 도시된 예에 의해서 참조되는 것과 본원 명세서에서 전술한 개방형 및 폐쇄형 스펀본드 시스템을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따라 형성된 스펀-레이드 웹은 연속 필라멘트 웹으로서 형성될 수 있고, 섬유의 웹은 연속적으로 형성되고 이후 웹을 작은 길이로 절단하지 않으면서 임의의 적절한 방식으로(예컨대 권취기 상에 롤링되어) 집적될 수 있다.
추가적으로 웹은 단일층 구조(single layer structure) 또는 다중층 구조(multi-layer structure)로서 형성될 수도 있다. 예컨대, 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 웹의 "Z" 디멘젼 또는 두께 방향으로 적층된 둘 이상의 층을 가지도록 형성될 수 있고, 여기에서 섬유는 압출되고 시스템의 MD를 따른 서로 다른 장소에 레이다운되어서, 서로 다른 필라멘트 층을 형성한다. 서로 다른 필라멘트 층은 동일한 스펀-레이드 공정 또는 용융 취입(melt blown) 공정과 같은 서로 다른 공정을 통하여 형성(예컨대 스펀-레이드/용융 취입/스펀-레이드 또는 SMS 다층 웹을 형성)될 수 있다. 대안적으로, (예컨대, 레이다운 속도가 웹 형성 포면의 속도보다 더 빠르도록 공정을 조정하여) 그 안에서 섬유가 웹 형성 동안에 슁글드(shingled) 방식으로 서로에 대해서 접혀지고, 따라서 섬유의 단일 레이다운이 특히 섬유의 활성화에 대응하여 서로에 대해서 얽힐 때 다층 웹과 유사하도록, 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 형성될 수 있다. 다층을 가지는 웹을 형성할 때에는, 일부 층은 본 발명에 따라서 활성화되고 다른 층은 활성화되지 않도록 형성될 수도 있다. 예컨대, 복수의 연속 필라멘트 층은 ("Z" 디멘젼 내에서 또는 웹의 MD 및 CD 디멘젼 모두에 가로지르는 디멘젼 내에서) 서로에 대해서 적층되도록 형성될 수 있어서, 12 인치 정도(30.5 cm 정도) 또는 그보다 큰 두께의 연속 필라멘트 웹 물질을 형성할 수 있다. 웹 내의 층은 추가적으로 활성화 이후에 임의의 적절한 방식으로 다층 접합 기술을 이용하여 접합될 수 있고, 다층 접합 기술은 접합 물질[접합 섬유, 접합 분말, 접합 거품(foam) 또는 액체 물질 등]을 사용하는 것 및/또는 다른 공지된 접합 기술(예컨대, 캘린더 접합, 수압직조, 통기 접합, 바느질, 점 접합, 등)을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 제조하기 위한 개방형 시스템의 비한정적인 예가 도 2에 도시된다. 스펀-레이드 시스템(1)은 그 안으로 제1 폴리머 성분 A의 펠릿(pellets)이 배치되는 제1 호퍼(hopper)(10)를 포함한다. 폴리머는 호퍼(10)로부터 스크루 압출기(screw extruder, 12)로 공급되고, 여기에서 폴리머가 용융된다. 용융된 폴리머는 가열된 파이프(14)를 통하여 계량 펌프(16) 및 방사 팩(spin pack)(18)으로 흐른다. 제2 호퍼(11)는 제2 폴리머 성분 B를 스크루 압출기(13)로 공급하고, 여기에서 폴리머가 용융된다. 용융된 폴리머는 가열된 파이프(15)를 통하여 계량 펌프(17) 및 방사 팩(18)으로 흐른다. 전술한 방식과 같이 웹의 활성화에 따라서 충분한 로프티니스 및 탄성을 가지는 적절한 스펀-레이드 웹을 얻기 위해서, 폴리머 성분(A 및 B)은 전술한 바와 같은 그룹으로부터 선택된다. 방사 팩(18)은 그를 통하여 섬유(22)가 압출되는 오리피스를 가지는 방사구금(20)을 포함한다. 방사 팩의 설계는, 전술한 바와 같이 임의의 원하는 단면 기하구조를 가지는 복수 성분 섬유와 같은 다양한 타입의 폴리머 섬유를 제조하기 위해서 다중 폴리머 성분을 수용할 수 있도록 구성된다. 시스템에서 사용될 수도 있는 적절한 방사 팩의 예시적인 실시예는 미국 특허 제5,162,074호에 기재되며, 그 전체적인 개시 사항이 본원에서 참조로서 병합된다.
압출된 섬유(22)는 퀀칭 매질(예컨대 공기)에 의해 퀀칭되고 후속하여 섬유 속도를 증가시키고 섬유를 미세화(attenuate)하도록 도 2에 흡입기(aspirator)로 도시되는 인발 유닛(drawing unit)(26)으로 유도된다. 대안적으로, 고데트 롤 또는 다른 적절한 인발 유닛이 섬유를 미세화하기 위해서 사용될 수 있다는 것을 주의하여야 한다. 압출된 섬유의 방적 속도는, 섬유의 퀀칭 레이트(rate), 인발 유닛 그리고 스핀 팩을 통한 폴리머 유체의 흐름, 계량 펌프의 운영 파라미터를 제어하는 것에 의해서 선택적으로 제어될 수 있다. 본 발명에 따른 스펀-레이드 웹을 제조하기 위한 적절한 방적 속도의 예는 1000 MPM(분당 미터) 정도에서 8000 MPM 정도까지의 범위 내의 속도를 포함한다.
인발 유닛(26)을 나가면, 미세화된 섬유(28)는 [예컨대 롤(32 및 34)에 의해서 지지되고 구동되어서] 연속 스크린 벨트(30) 상에 레이다운된다. 섬유는 스크린 벨트 상에서 웹(31)을 형성하고, 스크린 벨트에 의해서 추가 처리[본원에서 기술되듯이 웹 내의 벌킹(bulking) 및 로프티니스를 유도하기 위한 활성화를 포함함] 및 저장[예컨대 웹(31)을 드럼 상으로 권취]를 위해서 취급된다. 도 2의 시스템(1)에서 연속 스크린 벨트(30)가 설명되었지만, 스펀-레이드 웹을 형성하도록 임의의 적절한 웹 형성 표면(예컨대 형성 테이블, 드럼, 롤 또는 다른 집적 장치)이 압출된 섬유를 수신하도록 제공될 수 있다. 선택적으로, 웹(31)은 압밀 롤(compaction roll)(도시되지 않음)을 통하여 진행될 수 있고 또는 벨트(30)를 따라 이송되는 동안 임의의 다른 방식으로 처리될 수도 있다.
원하는 정도의 로프티니스("Z" 디멘젼에서의 크기 또는 웹 두께 또는 "Z" 디멘젼에서의 크기의 증가), 적절한 낮은 밀도 및 수용 가능한 웹 균일성, 웹 강도 및 웹 탄성 중 적어도 하나를 부여하기 위한 섬유의 활성화가 벨트(30)를 따른 임의의 적절한 위치에서 발생할 수 있고, 여기에서 스펀-레이드 웹은 실질적으로 억제되지 않고 접합되지 않아서 섬유가 서로에 대해서 자유롭게 이동할 수 있다. 전술하듯이, 특정한 실시예에서는 웹의 활성화는 웹이 가열되지 않아도 섬유가 실질적으로 억제되지 않고 접합되지 않은 상태에서도 발생할 수 있다. 따라서 그러한 실시예에서는, 섬유의 활성화는 섬유가 웹(31)을 형성하기 위해서 벨트(30) 상에 레이다운되고 웹(31)이 벨트(30)를 따라서 이동하는 즉시 또는 바로 이후에 발생할 수 있다.
활성화를 개시하기 위해서 가열을 적용하는 것이 요구되는 실시예에서는, 가열 활성화가 시스템(1) 내의 스테이션(40)에서 발생한다. 이 스테이션(40)은 섬유에 대해서 인가되는 힘이나 억제가 최소이거나 실질적으로 없게 섬유를 적절하게 가열하는 것이 가능한 것인 임의의 적절한 장비를 포함할 수 있다. 도 2에 도시되듯이, 스테이션(40)은 벨트(30)(또는 다른 웹 형성 표면)로부터 하류(downstream)의 위치에 제공된다. 그러나 스테이션(40)은 시스템(1) 내에서 임의의 적절한 위치[예컨대 벨트(30)를 따른 임의의 적절한 위치, 시스템(1) 내의 임의의 인-라인(in-line) 위치 및/또는 임의의 적절한 위치]에 제공될 수도 있다는 것을 주의하여야 한다. 전술하듯이, 스테이션(40)은 가열된 유체(도 5의 이미지에 도시된 스테이션과 같이 예컨대 가열된 및/또는 끓는 물)의 배스와, (예컨대 증기 또는 다른 유체에 의해서 가열하는) 오븐 또는 가열 공정 동안에 웹의 섬유가 서로에 대해서 자유롭게 이동(예컨대 절곡 및/또는 권축)하도록 어떠한 억제력도 웹 상에 능동적으로 부여하지 않으면서 웹을 적절하게 가열하는 다른 적절한 가열 구조를 포함할 수 있다. 스펀-레이드 연속 필라멘트 웹의 활성화를 보장하기 위해서 사용될 수 있는 적절한 온도는 적어도 50℃ 정도의 온도로부터 웹의 섬유를 형성하기 위해서 사용되는 폴리머 성분의 최저 용융점보다 크지 않은 임의의 적절한 온도까지를 포함할 수 있다.
[자발적인(spontaneously) 또는 억제되지 않으면서 스테이션(40)에서 가열된 것인] 웹의 활성화는 웹의 "Z" 디멘젼 또는 두께를 증가시키고 또한 웹의 밀도를 축소시킨다. 웹 두께는 섬유 또는 웹의 다른 물질을 추가하지 않더라도 확장되기 때문이다. 예컨대, 서로 다른 물리적 특성(예컨대 수축률의 정도 또는 양이 서로 다른 것)의 선택 뿐만 아니라 웹의 섬유 내에서의 서로 다른 섬유 성분의 비율의 선택(예컨대 특정 다중-성분 섬유 내의 둘 이상의 서로 다른 폴리머 성분의 비율의 선택 또는 서로 다른 폴리머 성분을 가지는 웹 내에서의 단일 성분 섬유의 둘 이상의 세트의 비율의 선택) 및/또는 특정 섬유 단면 기하구조의 선택에 의해서, 활성화 이후의 웹에 대해서 활성화 이전의 웹 사이의 로프티니스 및 밀도의 변화 정도에 영향을 미친다.
웹의 활성화 이후에, 웹은 예컨대 집적 롤 주위에 웹을 권취하는 것에 의해서 집적될 수 있다. 대안적으로, 웹은 형성되는 웹 제품의 특정 용도에 따라서 임의의 다른 적절한 방식으로 처리될 수 있다. 최적의 실시예에서는, 활성화된 스펀-레이드 웹은 스테이션(50)에서 추가적으로 캘린더 롤 접합(도 2에 도시됨), 통기 접합, 니들 펀칭, 점 접합, 수압직조 등과 같은 임의의 공지된 또는 다른 접합 기술을 이용하여 접합될 수 있다.
가열 활성화되어야 하는 것은 웹과 관련된 특정 실시예에서는, 스펀-레이드 웹을 활성화하지 않고[예컨대 도 2에 도시된 스테이션(40)을 제거할 수도 있음], 대신에 웹 형성 표면 상에서 웹이 형성된 이후에 웹을 집적하는 것이 바람직할 수도 있다. 예컨대 스펀-레이드 웹(31)은 벨트(30)로부터 직접적으로 권취기[예컨대 보빈(bobbin)]로 웹을 집적하기 위해서 이송될 수도 있다. 스펀-레이드 웹(31)은 이후 나중에 다른 공정에서 활성화될 수 있고, 스펀-레이드 웹(31)은 나중에 활성화되어 구현될 수 있는 활성화 포텐셜(activation potential)이 부여된다. 스펀-레이드 웹에 대해서 활성화 포텐셜이 부여된다는 것은 웹의 활성화에서 적어도 2x 정도의 팩터로 웹 두께가 증가하는 것, 웹 밀도가 현저하게 감소하는 것, 웹 인장 강도가 증가하는 것 및 웹 탄성이 증가하는 것 중 적어도 하나를 가져오는 것인 포텐셜을 의미한다.
활성화되지 않은 스펀-레이드 웹에 대해서 부여된 활성화 포텐셜은 사용 전의 종점(endpoint)에 출하(ship)될 때 제품의 크기/공간 요구 조건에서의 감소를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 다수의 이유 때문에 이점이 있다. 예컨대, 다양한 응용을 위해 절연(insulation) 또는 여과(filtration) 제품에 스펀-레이드 웹을 사용하는 것을 고려할 수 있다. 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 웹에 대하여 활성화 포텐셜이 부여된(즉 웹이 활성화되지 않은) 중간 상태에서 제조되고 저장될 수 있다. 활성화 이전에 현저하게 작은 두께를 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹은 롤 형태(in roll) 또는 임의의 다른 적절한 구성으로 출하될 때 출하된 제품이 크기 면에서 더 작게 될 수 있다. 스펀-레이드 제품의 사용 동안에, 소비자는 사용하기 전에 (예컨대 공기 건조기 또는 다른 적절한 가열원을 통하여) 제품을 가열하는 것에 의해서 웹을 활성화할 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 활성화된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹 제품의 예시적인 샘플이 도 6의 사진 이미지로 도시된다. 웹 제품은 20 mm 정도의 두께에 의해서 특징지어지는 로프티니스를 가진다.
본 발명에 따라 형성된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹의 일부 특정 예시와 웹과 연관된 성질이 이하에서 설명된다.
예시 1
경미하게 편심형인 쉬스-코어형 섬유(예컨대 도 1c에 도시된 기하구조를 가지는 섬유)의 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 도 2에 도시된 것과 유사한 시스템을 이용하여 제조되었다. 쉬스-코어형 섬유는 폴리락트산(PLA) 폴리머(도 1c의 폴리머 성분 B)를 쉬스로서 폴리프로필렌(도 1c의 폴리머 성분 A)을 코어로서 포함하였다. 특히 PLA 폴리머는 미네소타의 네이쳐웍스 엘엘씨(Natureworks LLC)의 상표명 PLA6302로부터 획득하였고 폴리프로필렌 폴리머는 텍사스의 리온델 바셀 인더스트리즈(Lyondell Bassell Industries)의 상표명 PPPH-835로부터 획득하였다. 형성된 편심형 쉬스-코어형 섬유는 경미하게 비원(non-circular) 또는 불규칙(irregular) 형상 코어를 포함하였다. 형성된 그러한 섬유의 집합의 단면이 도 3의 이미지에 도시된다.
그러한 섬유로부터 형성된 스펀-레이드 웹은 다공성 벨트 상에서 전혀 접합되지 않았다. 대신에, 웹은 이후의 가열 처리/웹 활성화를 위해서 다공성 벨트에 의해서 구동되는 권취기 상에 매우 낮은 장력(tension)으로 권취되거나 또는 웹은 웹을 활성화하기 가열 처리를 가지는 인-라인으로 처리되었다. 어떠한 경우이던, 스펀-레이드 웹은 도 2에 도시된 스테이션(40)과 유사한 스테이션에서 처리되었고, 여기에서 스테이션은 끓는 물의 탱크였다. 탱크를 통과하면서 끓는 물의 표면에서 부유되었된 웹은, 실질적으로 억제되지 않은 상태이고 로프트성인 포텐셜을 가지는 섬유를 활성화하는 웹의 섬유에 대한 가열 처리를 가져왔다.
가열 처리에 의한 활성화에 의해서 섬유 내에서 폴리프로필렌 보다 PLA가 더 큰 정도로 수축하게 되었고, 결과적으로 섬유의 절곡 및 얽힘이 서로에 대해서 나타났다. 이러한 것은 섬유에 어느 정도의 접합을 가져왔고 또한 활성화 이후의 웹 밀도의 감소 뿐만 아니라 웹의 Z-디멘젼 또는 두께의 증가를 가져왔다.
활성화 이후에 형성되는 결과적인 스펀-레이드 웹은 웹 두께의 증가와 웹 밀도의 감소를 가져오는 활성화 동안의 섬유의 얽힘 때문에 또한 우수한 직물 강도를 가졌다. 스펀-레이드 웹은 더 많은 불투명성(opacity)을 제공하는 섬유의 절곡 및 얽힘 때문(또한 웹 밀도의 감소 때문)에 또한 우수한 직물 균일성을 나타내었다. 웹의 신축도 또는 탄성 역시 섬유가 가열 활성화된 이후에 우수하였다. 편심형 쉬스-코어형 구성(코어가 쉬스의 단면 중심과 대응하지 않는 단면 중심을 가짐)이 웹의 활성화에 대응하여 섬유의 컬링 및 절곡을 증진하기 위해서 사용되었다. 또한 쉬스-코어형 섬유의 비원 코어 단면 기하구조가 웹 활성화에 대응하여 나타난 성질에 또한 기여하는 것으로 생각되었다.
또한 활성화된 웹의 원하는 성질 상에 영향을 알아내기 위하여 웹을 형성하는데 사용된 섬유의 서로 다른 쉬스/코어 비율이 테스트되었다. 특히 25:75(쉬스:코어) 내지 95:5(쉬스:코어)의 쉬스/코어 용적비가 테스트되었고, 95:5(쉬스:코어)까지의 용적비가 활성화시 로프트성이고 탄성이고 인장 강도 성질을 제공하는 섬유에 대해서 효과적인 것이 발견되었다. 쉬스/코어 섬유의 쉬스 및 코어 섹션 내의 폴리머 성분(폴리프로필렌 및 PLA)의 배치는 또한 다른 웹의 코어 및 일부 웹의 섬유의 쉬스 내에 배치된 각각의 폴리머 성분과 함께 형성되도록 변화되었다. 형성된 웹은 형성된 모든 웹 내에서 적절하게 로프트성이고 탄성이고 인장 강도 성질을 가지는 것을 나타내었다. 그러나 섬유에 대해서 그러한 수정(modification)을 제공하는 것은 섬유를 형성하는 웹의 쉬스 및 코어 부분을 형성하기 위해서 사용되는 폴리머 성분에 따라서 웹의 소수성/친수성(hydrophobic/hydrophilic)을 변화시킬 수 있다.
또한 50 g/m2 또는 그 미만의 직물 중량인 경우 이 예시에서 기술하였듯이 활성화에 대응한 모든 원하는 성질(Z-디멘젼 또는 웹 두께의 증가, 밀도의 감소 및 웹 탄성, 웹 균일성 및 웹 강도의 개선)을 결과적으로 나타내는 것으로 또한 밝혀졌다. 특히, 직물 중량(g/m2 단위)이 작으면, 스펀-레이드 웹의 MD(길이) 및 CD(폭) 디멘젼 모두에서 보다 신축성 직물이 되는 것으로 밝혀졌다.
예시 2
도 2에 도시된 것과 유사한 시스템을 이용하고 (도 1a에 도시되듯이) 웹을 형성하기 위해 사이드-바이-사이드형 이성분 섬유를 이용하여 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 형성되었다. 사이드-바이-사이드형 성분(성분 A 및 성분 B)은 예시 1에서 사용된 PLA 및 폴리프로필렌 성분과 동일하다. 도 4의 이미지로서 그러한 형성된 섬유의 집적의 단면도가 도시된다. 끓는 물 탱크(예시 1의 활성화 공정 스테이션과 동일하거나 유사)를 이용한 활성화에 대응하여, 스펀-레이드 웹은 예시 1에서 설명된 웹의 성질(Z-디멘젼 또는 웹 두께의 증가, 밀도의 감소 및 웹 탄성, 웹 균일성 및 웹 강도의 개선)과 매우 유사한 성질을 나타내었다. 웹을 형성하는 섬유 내에 어느 정도의 피브릴화(fibrillation)(예컨대 이성분 섬유 내에서 폴리머 성분 B로부터 폴리머 성분 A의 부분적인 분리)가 존재하지만, 이는 활성화 이후에 웹의 결과적인 성질에 부정적인 영향을 미치지는 않는다. 섬유 내의 PLA의 부피에 대해서 5% 정도로 작은 정도의 PLA 대 폴리프로필렌 용적비를 사용하는 경우더라도, 원하는 성질(웹 두께, 웹 밀도 및 웹 탄성에서의 현저한 기회)을 가지는 스펀-레이드 웹을 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다.
예시 3
도 2에 도시된 것과 유사한 시스템을 이용하여 복수의 서로 다른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 형성되었다. 웹은 (도 1a에 도시되듯이) 고체형(solid) 및 (도 1e에 도시되듯이) 중공형의 두 가지 타입의 사이드-바이-사이드형 이성분 섬유와, (도 1b 및/또는 도 1c에 도시되듯이) 쉬스-코어형 이성분 섬유를 포함한다. 형성된 각각의 웹의 폴리머 성분(성분 A 및 성분 B)은 예시 1에서 사용된 폴리락트산(PLA) 및 폴리프로필렌(PP) 성분과 동일하지만, 서로 다른 웹에 대해서 서로 다른 용적 이성분 비(volumetric bicomponent ratios)를 가진다. 각각의 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 형성되고 활성화된 후, 웹 로프티니스, 웹 강도 및 웹 탄성과 같은 웹의 특성을 밝히기 위해서 일련의 테스트가 각각의 활성화된 웹에 대해서 수행되었다. 각 웹에 대한 테스트 데이터가 표 1 내지 표 5로서 제공된다.
[표 1] - 형성된 연속 필라멘트 스펀 - 레이드 웹
PP/PLA 용적비 섬유 단면 데니어 기초 중량
(g/m2 또는 GSM)		 두께
(mm)		 밀도
(g/cm3)
샘플 1 90/10 중공형 사이드-바이-사이드형 3.00 423 22.5 0.019
샘플 2 75/25 고체형 사이드-바이-사이드형 2.00 497 23.0 0.022
샘플 3 80/20 중공형 사이드-바이-사이드형 4.00 663 12.0 0.060
샘플 4 70/30 쉬스-코어형(쉬스 내에 PP) 1.50 273 12.0 0.020
샘플 5 70/30 쉬스-코어형(쉬스 내에 PP) 1.50 58 1.0 0.058
[표 2] - 인장 강도 평가
인장 강도-MD
(그램-힘/cm2)		 인장 강도-CD
(그램-힘/cm2)		 인장 강도 - MD
(그램-힘/cm/gsm)
샘플 1 806 3717 4.29
샘플 2 1609 3800 7.44
샘플 3 1458 2.64
샘플 4 343 356 1.51
샘플 5 2000 1100 3.45
[표 3] - 신장 평가
신장 % MD 신장 % CD 파열 MD(kg) 파열 CD(kg)
샘플 1 138 7.86 4.58
샘플 2 250 239 1.29 3.48
샘플 3 320 94 1.58
샘플 4 30 68 0.61
샘플 5 115 447 1.527 0.953
[표 4] - 신장 복원성 평가
신축 %
(100 g)		 복원성
%		 신축 %
(200 g)		 복원성
%		 신축 %
(300 g)		 복원성
%		 신축 %
(500 g)		 복원성
%
샘플 4 16 67 28 67 40 60 58 55
[표 5] - 로프티니스 평가
IFD 25%
(그램-힘/cm2)		 IFD 65%
(그램-힘/cm2)		 지지 팩터 IGRL - 110 N
(% crush)		 IGRL - 220 N
(% crush)
샘플 1 0.51 6.11 12 13% 7%
샘플 2 2.55 51.2 20 48% 35%
샘플 3 4.71 199 42.25 68% 58%
각 샘플은 그 기초 중량(basis weight)(g/cm2 또는 gsm)을 결정하기 위해서 측정되었다. 각 샘플의 두께는 100 Pa의 압력에서 ASTM D3574 규격에 따라서 결정되었다. 각 샘플의 밀도는 샘플의 결정된 기초 중량 및 두께를 기초로 결정되었다.
인장 강도 및 탄성(신장) 테스트를 위해서, 각 웹 샘플은 150mm×30mm의 테스트 시료(specimen)를 포함하였다. 테스트를 수행하기 위한 장치는 각 시료로부터 걸쳐질(hang) 웨이트(weight)를 가지는 그래듀에이트 보드(graduated board) 상의 행거 후크(hanger hook)였다. 시료의 강도를 결정하고 또한 시료의 탄성 신장을 기록하기 위하여(표 2 및 표 3 참조), (시료가 MD 디멘젼 또는 CD 디멘젼을 따라서 정렬될 때) 선택된 웨이트를 가지는 클램프가 각 시료의 하단(bottom end)에 걸렸다. 특정한 시료로부터 웨이트가 제거될 때, 시료의 복원성이 추가적으로 기록된다(표 4 참조). 시료의 복원성은 웹 시료에 인가된 웨이트 부하를 제거한 후의 웹 시료의 디멘젼을 나타내고, 이 복원된 디멘젼을 원래 디멘젼(즉 시료 상에 웨이트의 부하를 가하기 이전의 시료의 디멘젼)과 비교한다.
각각의 샘플의 인장 강도(표 2에 표시됨)는 웹의 MD 및 CD 디멘젼 모두에서 결정되었다. 일리노이 툴웍스 인크(Illinois Toolworks Inc.)로부터 상업적으로 이용 가능한 INSTRON® 인장 테스터(tensile tester)를 이용하여, 샘플은 웹으로부터 얻었고, 인장 강도 테스트를 위해서 2.5 cm의 폭의 서브-샘플이 사용되었다. 표 2에 표시되듯이, 인장 강도는 샘플 영역 당 힘(그램-힘/cm2)과 샘플 폭 및 샘플 기초 중량 당 힘(그램-힘/cm/gsm)에 의해서 특징지어진다.
각각의 샘플의 MD 및 CD 디멘젼 모두에 대해서 탄성 신장은 INSTRON® 인장 테스터)를 이용하여 또한 결정되었다(표 2에 또한 표시됨). 또한 각 샘플은 파괴(failure)될 때까지 웨이트에 의해 부하가 걸리고, MD 및 CD 디멘젼 모두에서 파열(웹 샘플의 파열)되는 값(kg)을 나타낸다(표 2에 표시됨).
각각의 샘플의 로프티니스가 ASTM D3574 규격에 따라서 수행된 압입력 변형 (IFD) 테스트를 사용하는 것에 기초하여 평가되었다. 특히 100+3/-0 mm의 지름의 평판 원(flat circular) 인덴터푸트(indenter foot)를 구비하고 시료에 힘을 인가하기 위한 스위블 이음(swivel joint)에 연결되는 장치가 사용되었다. 인덴터푸트는 레벨 수평 플랫폼(level horizontal platform) 위에 장착되었다. 인덴터푸트와 플랫폼 사이의 거리는 두께 측정을 위한 시료를 인덴트(indent)하기 위해서 가변될 수 있다. 장치는 또한 플레이트 사이의 거리를 측정하기 위한 장비를 가지도록 제공된다. 서로 다른 샘플의 테스트 시료가 190mm×190mm의 디멘젼을 가지도록 제공되었다. 각 테스트 시료는 플랫폼 상에 배치되고, 완전-부분(full-part) 두께의 75%의 전체 변형까지 인덴터푸트를 하강시키거나 상승시켜서 테스트될 영역이 프리플렉스(preflex)되었고, 따라서 인덴터가 각 프리플렉스 이후에 시료의 상부를 완전히 정리(clear)할 수 있도록 허용한다. 시료는 곧 원래 두께에서 25% 변형되고(즉 웹 두께가 25% 축소되도록 웹이 변형 또는 압축), IFD가 그램-힘/cm2 단위로 측정되었다(표 5의 결과 참조). 각 시료에 대한 변형은 곧 65% 변형으로 증가되고(즉, 즉 웹 두께가 65% 축소되도록 웹이 변형 또는 압축), IFD가 그램-힘-cm2(표 5 참조) 단위로 측정되었다. 지지 팩터(support factor)(65% IFD/25% IFD)가 또한 결정되었다(표 5 참조). 각 시료에 대한 % 파쇄값(crush value)(% 파쇄값은 원래 또는 시작 두께로부터 시료에 힘이 인가된 때의 최종 두께까지의 두께 변화를 나타냄)을 결정하기 위해서, 110 N(뉴톤) 및 120 N의 힘이 각 시료에 또한 인가되었다. 본원에서 제공된 데이터에서도 알 수 있듯이, 더 로프트성인 웹 중 일부는, 웹이 웹 두께가 65%로 축소되도록 변형된 때에도, 적어도 5그램-힘/cm2 정도의 압입력 변형(IFD)과 적어도 300 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도의 두 가지 모두를 나타내었다.
예시 4
도 2에 도시된 것과 유사한 시스템을 이용하여 복수의 서로 다른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 형성되었다. 웹은 (도 1e에 도시되듯이) 중공 원형 타입의 사이드-바이-사이드형 이성분 섬유를 포함하였다. 형성된 각각의 웹의 폴리머 성분(성분 A 및 성분 B)은 예시 1에서 사용된 폴리락트산(PLA) 및 폴리프로필렌(PP) 성분과 동일하다. 각각의 웹은 동일한 기초 중량(300 gsm)을 가지지만 활성화 이후의 밀도 면에서 차이가 있다. 샘플은 각각의 웹에서 얻어지고, 각각의 활성화된 웹 샘플 내에서 형성된 얽혀진 섬유가 웹 내에서의 섬유의 루프 길이 또는 루프 지름[루프 지름 또는 루프 길이는 섬유의 폐쇄되고 한정된 (defined) 루프 포션(portion)의 길이임]을 측정하기 위해서 확대된 상태에서 검사되었다. 각 웹의 가장 큰 루프 지름이 기록되었고 이는 추가적으로 표 6으로서 제공된다. 또한 샘플 상에 웨이트를 배치하는 것에 의해서 각각의 웹 샘플에 변형력(deflection force)이 인가되었고 원래의 웹 두께와 압축된 웹 두께가 비교되었다. 이 데이터도 표 6으로서 제공된다.
[표 6] - 서로 다른 웹 샘플을 위한 로프티니스 /섬유 루프 평가
웹 밀도
(g/cm3)		 루프 길이
(마이크론)		 원래 웹 두께
(mm)		 압축된 웹 두께
(mm)		 인가된 웨이트
(그램-힘)
샘플 1 0.119 100 8.128 7.874 1
샘플 2 0.032 300 16.764 12.954 2
샘플 3 0.069 220 13.208 12.192 2.8
샘플 4 0.047 250 14.224 11.176 2.6
샘플 5 0.042 300 17.018 13.462 2.94
샘플 6 0.018 480 24.13 12.192 3
샘플 7 0.034 400 19.304 13.716 2.9
샘플 8 0.014 1100 24.13 8.89 2.7
형성된 웹의 예시에서, 더 로프트성인 웹은 더 큰 두께와 섬유 루프 길이 디멘젼 및 더 작은 밀도 디멘젼을 나타낸다. 예시되듯이, 웨이트가 웹 샘플에 인가될 때, 가장 큰 루프 길이 디멘젼(섬유의 가장 큰 루프 진폭을 나타냄) 및 가장 큰 두께를 가지는 샘플 8이 또한 가장 높은 압축도(degree of compression)(원래 두께에 대해서 압축된 두께의 비율)를 가진다. 대조적으로, 샘플 8과 비슷한 두께를 가지는 샘플 6 및 샘플 7은 샘플 8에 비해서 현저하게 작은 루프 길이 디멘젼을 가진다. 또한, 샘플 6 및 샘플 7은 유사한 웨이트 부하에 있을 때 샘플 8에 비해서 더 작은 압축도를 가진다.
예시 5
복수의 서로 다른 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹이 도 2에 도시된 것과 유사한 시스템을 이용하여 형성되었다. 웹은 (도 1e에 도시되듯이) 중공 원형 타입의 사이드-바이-사이드형 이성분 섬유를 포함하였다. 형성된 웹 각각의 폴리머 성분(성분 A 및 성분 B)은 예시 1에서 사용된 폴리락트산(PLA) 및 폴리프로필렌(PP) 성분과 동일하다. 형성된 웹의 제1 시리즈(series)에서, 동일한 시작 또는 200 gsm의 활성화-이전 기초 중량 및 1.5 mm의 활성화-이전 두께를 가지도록 형성된 웹에 대해서 폴리머 성분의 이성분 용적비가 수정(modify)되었다. 활성화 이후에, 최종 또는 사후(post) 활성화 밀도, 기초 중량 및 두께를 가지는 웹(동일한 활성화-이전 기초 중량 및 두께를 가짐)을 위한 이성분 비율을 상관(correlate)하기 위해서, 각각의 웹의 최종 밀도, 기초 중량 및 두께가 결정되었다. 그 결과가 표 7로서 제공된다.
[표 7] - 활성화된 웹 밀도 및 두께에 영향을 미치는 웹 내의 이성분 비율의 비교
웹 이성분 비율 PP/PLA (용적. %) 50 : 50
(샘플 1)		 60 : 40
(샘플 2)		 70 : 30
(샘플 3)		 80 : 20
(샘플 4)		 90 : 10
(샘플 5)
활성화 이후의 웹 두께(mm) 7 7 15 20 25
활성화 이후의 웹 기초 중량 1371 1057 846 653 290
활성화 이후의 웹 밀도(kg/m3) 195.9 151 56.4 32.7 11.6
표 7의 데이터는 본 발명에 따라 형성된 웹에서 동일한 섬유 기하구조의 이성분 비율을 변화하는 것에 의해서 활성화 이후의 웹의 로프티니스에 영향(예컨대, 웹 두께의 증가 및 웹 밀도의 감소)을 미친다는 것을 나타낸다.
각각의 웹을 형성하는 섬유에 대해서 폴리프로필렌 대 PLA가 90:10의 이성분 비율을 가지지만 각각의 웹에 대해서 서로 다른 기초 중량을 가지며 샘플 섬유 타입(중공 원형 사이드-바이-사이드형)을 가지는 웹이 또한 형성되었다. 활성화 이후의 각 웹에 대해서, 각 웹의 결과적인 두께, 기초 중량 및 밀도가 측정되었고 그 결과가 표 8로서 제공된다.
[표 8] - 최종 활성화된 웹 밀도, 기초 중량 및 두께를 가지는 웹에 대한 기초 중량 수정의 비교
샘플 6 샘플 7 샘플 8 샘플 9 샘플 10 샘플 11
초기(활성화-이전) 웹 기초 중량(gsm) 100 200 300 400 500 700
초기(활성화-이전) 웹 두께(mm) 1.1 1.5 1.8 2.0 2.3 2.8
최종(활성화된) 웹 두께 (mm) 29.8 40.5 53 59.4 57.4 65.3
최종(활성화된) 웹 기초 중량(gsm) 254 251.75 438 503 490 640
최종(활성화된) 웹 밀도(kg/m3) 8.52 6.22 8.26 8.47 8.54 9.80
비록 전술한 예시가 PLA 및 폴리프로필렌을 포함하는 쉬스-코어형 및 사이드-바이-사이드형(고체형 및 중공형) 구성을 가지는 스펀-레이드 웹에서 형성되는 섬유를 설명하였지만, 서로 다른 타입의 폴리머 성분 및 서로 다른 단면 구성을 가지는 섬유를 포함하는 다른 스펀-레이드 웹도 본 발명에 따라 형성될 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 활성화된 스펀-레이드 웹은 다양한 사용 가능한 응용을 가진다. 예컨대 본 발명에 따라 형성된 활성화된 스펀-레이드 웹은 (예컨대 거주용 주택 또는 상업용 빌딩에서 열 및/또는 음향 차단성을 위한) 절연 제품으로서, 특정 응용을 위한 필터 물질로서, 다양한 제품(자켓 내의 패딩 물질, 신발, 퀼트 제품 등)을 위한 필터 물질로서, 포장 물질로서, (예컨대 기름이나 다른 액체를 위한) 흡수 물질로서, 래핑 물질로서, (습식 또는 건식) 청소 와이프(wipes) 및/또는 청소 패드로서, 인공 가죽 기재로서, 위생용 및/또는 의료(예컨대 상처 치료)용으로 사용되는 차단 직물 물질로서, 토목섬유 물질로서, 그리고 농업용 직물 물질로서 사용될 수 있다.
전술하듯이, 스펀-레이드 웹 제품이 활성화되어 벌크성 또는 로프트성인 상태를 가지는 상용 용도로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 스펀-레이드 웹 제품은 활성화-이전 또는 로프트성이 잠재된(potential) 상태에서 상용 용도로 제공될 수도 있으며, 소비자는 사용 종점(use endpoint)에서 웹 제품을 (예컨대 고열 공기 건조기 또는 다른 장치와 같은 적절한 가열원을 통하여 가열을 인가는 것에 의해서) 활성화한다.
비록 본 발명에 특정한 실시예를 참조로 하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서도 이에 대한 다양한 변경 및 수정을 할 수 있다는 것은 자명하다. 따라서 본 발명의 변경 및 수정에 대해서도 본 발명은 첨부된 청구항 및 그의 등가범위에 의해서 커버하는 것을 의도하고 있다.

Claims (31)

  1. 연속 필라멘트 스펀-레이드(spun-laid) 웹(web)으로서,
    상기 웹이 0.05 mm 정도 내지 76 mm 정도의 두께를 가지고 0.002 g/cm3 정도 내지 0.25 g/cm3 정도의 밀도를 가지고, 상기 웹이 웹 두께를 65% 감소시키기 위해서 변형(deflect)되었을 때 적어도 5 그램-힘/cm2 정도의 압입력 변형(indentation force deflection, IFD) 및 적어도 300 그램-힘(gram-force)/cm2 정도의 인장 강도(tensile strength) 중 적어도 하나를 가지도록 상기 웹 내에서 얽힌(entangled) 복수의 폴리머 섬유
    를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분(component)을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분은 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리락트산(polylactic acid)을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 사이드-바이-사이드형(side-by-side), 멀티로벌형(multilobal), 쉬스-코어형(sheath-core), 해도형(islands-in-the-sea), 고체형 원형(solid round) 및 중공 원형(hollow round)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 단면(cross-sections)을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 웹 내의 2 이상의 섬유는 서로 다른 섬유 단면을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웹은 상기 웹의 기계 방향(machine direction, MD) 및 상기 웹의 가로-방향(cross-direction, CD) 중 적어도 하나에서 10% 정도 내지 350% 정도의 탄성 신장(elastic elongation)을 견디도록(withstand) 구성된 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웹은 50 그램-힘/cm2 정도 내지 5000 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도를 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유 중 적어도 일부는 50% 내지 95%의 제1 폴리머 성분과 5% 내지 50%의 제2 폴리머 성분의 용적비(volumetric ratio)를 가지는 이성분(bicomponent) 섬유를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 상기 웹 내에서 2 이상의 층(layer)으로서 결합(combine)되는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  10. 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹으로서,
    상기 웹의 기계 방향(MD) 및 상기 웹의 가로-방향(CD) 중 적어도 하나에서 10% 정도 내지 350% 정도의 탄성 신장을 견디도록 구성된 상기 웹 내에서 얽힌 복수의 폴리머 섬유
    를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 웹은 탄성 신장 후에 적어도 50% 정도의 복원성(recovery)을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분은 폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 사이드-바이-사이드형, 멀티로벌형, 쉬스-코어형, 고체형 원형 및 중공 원형을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 단면을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 웹 내의 2 이상의 섬유는 서로 다른 섬유 단면을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  16. 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹으로서,
    상기 웹이 50 그램-힘/cm2 정도 내지 5000 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도를 가지도록 상기 웹 내에서 얽힌 복수의 폴리머 섬유
    를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분은 폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 폴리머 섬유는 사이드-바이-사이드형, 멀티로벌형, 쉬스-코어형, 해도형, 고체형 원형 및 중공 원형을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 단면을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 웹 내의 2 이상의 섬유는 서로 다른 섬유 단면을 가지는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  21. 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹으로서,
    상기 웹 내의 복수의 폴리머 섬유를 포함하고,
    상기 웹은 제1 두께를 가지고 상기 웹은 열 또는 기계적 접합(bonding) 처리가 면제된(being free of) 것이고,
    상기 웹 내에서 상기 복수의 폴리머 섬유를 얽히게 하기 위한 열 처리에 대응하여(in response to) 상기 웹은 활성화(activate)되도록 구성되고,
    활성화 이전의 제1 두께로부터 활성화 이후에 적어도 상기 제1 두께의 2배 정도로 큰 제2 두께로의 증가;
    상기 활성화 이전의 상기 웹의 밀도에 비교하여 활성화 이후에 상기 웹의 밀도의 감소;
    상기 웹의 기계 방향(MD) 및 상기 웹의 가로-방향(CD) 중 적어도 하나에서 10% 정도 내지 350% 정도의 탄성 신장을 견디도록 구성된 상기 웹; 및
    50 그램-힘/cm2 정도 내지 5000 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도를 가지는 상기 웹
    중 적어도 하나를 제공하도록 구성되는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹.
  22. 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법으로서,
    방사구금(spinneret)으로부터 복수의 폴리머 섬유를 압출(extrude)하는 단계;
    서로 다른 폴리머 성분을 포함하는 섬유의 웹을 형성하도록 지지 표면(support surface) 상에서 상기 복수의 폴리머 섬유를 집적(collect)하는 단계; 및
    상기 웹 내에서 상기 복수의 폴리머 섬유가 얽히도록 상기 웹을 억제하지 않으면서(un-restrained) 상기 웹을 활성화하는 단계
    를 포함하되,
    상기 웹의 활성화는,
    활성화 전의 제1 두께로부터 활성화 후에 적어도 상기 제1 두께의 2배인 제2 두께로의 증가;
    상기 활성화 전의 상기 웹의 밀도에 비교하여 활성화 후에 밀도의 감소;
    상기 웹의 기계 방향(MD) 및 상기 웹의 가로-방향(CD) 중 적어도 하나에서 10% 정도 내지 350% 정도의 탄성 신장을 견디도록 구성된 상기 웹; 및
    50 그램-힘/cm2 정도 내지 5000 그램-힘/cm2 정도의 인장 강도를 가지는 상기 웹
    중 적어도 하나를 야기하는(results in) 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 웹을 활성화하는 단계는 상기 웹을 억제하지 않으면서 상기 웹을 가열하는 단계를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 웹의 활성화 이전에 집적 롤(collection roll) 상에서 상기 웹을 권취(winding)하는 단계를 더 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 웹의 상기 활성화 이후에 상기 웹을 접합하는 단계를 더 포함하고,
    상기 접합은 기계적 접합 및 열 접합 중 적어도 하나를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 압출하는 단계는 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분을 포함하는 상기 복수의 폴리머 섬유를 압출하는 단계를 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 2 이상의 서로 다른 폴리머 성분은 폴리프로필렌 및 폴리락트산을 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 압출하는 단계는 사이드-바이-사이드형, 멀티로벌형, 쉬스-코어형, 해도형, 고체형 원형 및 중공 원형을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 단면을 가지는 상기 복수의 폴리머 섬유를 압출하는 단계를 더 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    2 이상의 섬유는 서로 다른 섬유 단면을 가지도록 압출되는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 압출하는 단계는 50% 내지 95%의 제1 폴리머 성분과 5% 내지 50%의 제2 폴리머 성분의 용적비를 가지는 이성분 섬유를 압출하는 단계를 더 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
  31. 제22항에 있어서,
    상기 압출하는 단계는 상기 웹 내에서 2 이상의 적층(stacked layer)이 형성되도록 섬유를 압출하는 단계를 더 포함하는 연속 필라멘트 스펀-레이드 웹을 형성하는 방법.
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