KR20170018033A

KR20170018033A - 발포성 폴리머 필리멘트의 이용 및 발포된 패브릭

Info

Publication number: KR20170018033A
Application number: KR1020177000901A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 얀 반 데르 가흐; 프란세스코 안토니우스 로드베이크 하멜링
Original assignee: 텐 게이트 씨오론 비.브이.
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2017-02-15
Also published as: US20170121854A1; NL2012994B1; US10138575B2; JP2017518919A; EP3155148A1; EP3155148B1; BR112016029113A2; CA2951997A1; ZA201700249B; MX2016016333A; CN106795662A; AU2015272126A1; WO2015190920A1; MX361775B; EA201790014A1; AR100835A1

Abstract

가교된 폴리머 재료의 닫힌 셀 폼의 필라멘트를 포함하는 발포된 패브릭은, 필라멘트를 전구체 직물에 통합한 후, 필라멘트가 확장하는 발포 온도에서 상기 재료를 발포함으로써 형성된다. 발포된 패브릭은, 보호복, 패드, 매트 등에 사용될 수 있다.

Description

발포성 폴리머 필리멘트의 이용 및 발포된 패브릭{USE OF A FOAMABLE POLYMER FILAMENT, AND FOAMED FABRIC}

본 발명은 발포된 재료 및 그 제조에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 발포된 패브릭의 제조시에 발포성 폴리머 재료의 필라멘트의 이용에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 열린 구조를 유지하여 우수한 환기 또는 배기를 가능하게 하면서 우수한 충격 내성 및 완충을 나타내는 이러한 발포된 패브릭의 새로운 이용에 관한 것이다.

발포된 재료는 완충 또는 충격 흡수에 대한 다양한 용도에서 사용된다. 발포된 재료는, 1930 년대 이래로 폼 고무로서 시트, 매트, 및 블록에 이용되었다. 초기에는 천연 라텍스 고무 및 스티렌 부타디엔 고무 재료가 사용되었다. 최근에는 이소시아네이트에 기초한 폴리우레탄 폼이 일반적이다. 합성 폼은, 필요한 용도에 따라 다양한 등급의 밀도, 두께, 및 유연성으로 제조될 수 있다. 합성 폼은 또한, 재료의 성질 및 제조 방법에 따라 열린 셀 폼(open cell foam) 또는 닫힌 셀 폼(closed cell foam)으로서 존재할 수 있다. 닫힌 셀 폼은, 일반적으로 셀 구조에 의해서 수분이 흡수되지 않고 수분에 노출될 수 있는 이점이 있다. 또 다른 이점은, 닫힌 셀은 힘을 우수하게 흡수할 수 있기 때문에 완충이 더 커지는 것이다. 닫힌 셀 폼의 단점은, 공기 또는 수분을 전달할 수 없는 것이다. 수분 또는 공기 이동이 필요한 다수의 용도에 대해, 기존의 발포된 재료는 적합하지 않다. 예를 들면 매트리스에 사용하기 위해서, 폼 시트에 홀을 관통시킴으로써 폼 재료의 이동 특성을 개선하는 것이 시도되었다. 매트리스의 개구의 삽입(aperture mattress insert)의 예는 미국 특허 제4536906호에 표시되어 있다. 이러한 제품은, 추가의 이점을 제공하지만, 기능을 제한한다. 신발의 폼 깔창은, 미국 특허 공개 제2009119953호에 기재되어 있고, 환기를 증가시키기 위해서 개구가 제공된다. 닫힌 셀 폼의 언더레이 충격 패드는, 적절한 배기를 보장하기 위해서 개구가 형성된 것이 공지되어 있고, 구체적으로 Trocellen GmbH로부터 ProGame™ 충격 패드이다.

충격 흡수 또는 완충이 요구될 수 있는 기타 다른 상황에서 폼 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 폼 재료는, 보호복, 가구 등에서 일 층으로서 요구될 수 있다. 이러한 문맥에서, 투습성(breathability)도 종종 요구된다. 종종 복합 형상 주위에서 다층 구조체 내에 폼 층을 통합하는 능력도 요구된다. 투습성 및 물 이동 특성의 바람직한 특성을 유지하면서 닫힌 셀 폼 재료의 사용을 가능하게 하는 패브릭에 또 다른 구조체를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 기존의 폼 층은 고정된 2차원 형태를 갖고, 즉 유동할 수 있지만 변형 없이 층의 면 내에서 사선으로 통과할 수 없다. 종래에, 폼 재료로 이루어진 언더레이 및 매트는, 사선으로 지나거나 신장할 수 없기 때문에 주름지고 뒤틀린다.

또한, 발포된 층이 특히 비교적 얇은 층으로서 존재하는 경우, 일반적으로 강도가 비교적 낮다. 폼의 강도를 개선하기 위한 시도로는, 섬유성 재료를 통합하는 것이 고려되었다. 통합된 보강 섬유를 갖는 발포된 층상 제품의 예는 유럽특허 제2177335호에 제공된다. 종래에, 폼 재료를 직물 유사 구조체에 통합하는 것이 시도되었다. 독일 특허 제2730915호에는, 카펫 언더레이를 형성하기 위해 함께 위빙된(weaving) 열린 셀 폼 스트립을 사용하는 것이 기재되어 있다. 폼 재료의 스트립을 취급하는 것이 곤란하고, 이러한 폼 스트립을 패브릭에 통합하는 것이 쉽게 얻어지지 않는다. 발포된 패브릭 층을 쉽고 편리하게 제조하는 개선된 공정을 제공하는 것이 바람직하다.

본원에는 발포된 패브릭의 제조시에 발포성 폴리머 필라멘트가 사용되는 공정이 기재되어 있다. 본 공정은, 발포성 폴리머 재료의 필라멘트를 제공하는 단계; 발포성 폴리머 재료를 가교하는 단계; 필라멘트를 패브릭에 통합하는 단계; 및 이어서 닫힌 셀의 발포된 구조체를 형성하기 위해 폴리머 재료를 발포하는 단계를 포함한다. 제안된 발포성 폴리머 필라멘트의 이용에 의해서, 발포된 패브릭은 투습성이고, 패브릭을 통해 이를 따라 공기 또는 수분이 쉽게 이동할 수 있다. 폴리머 재료는 닫힌 셀 발포된 구조체로서 존재하기 때문에, 패브릭은 재료 구조체에서 물 또는 먼지를 흡수하지 않고 하기 기재된 다양한 용도에 적합하다. 구체적으로, 닫힌 셀 구조 내에서 형성된 보이드는 에어 스프링과 같이 힘을 흡수하기 위해서 압축될 수 있다. 열린 셀 구조체의 경우, 물 또는 먼지가 흡수되면, 구조체가 충진되고 더 압축되지 않기 때문에, 충격 흡수 특성이 손실된다.

필라멘트는 임의의 적합한 형상을 취할 수 있고, 임의의 적합한 방식으로 제조될 수 있다. 일 형태에서, 필라멘트는 발포성 폴리머 재료의 시트를 긴 스트립(elongate strips)으로 절단해서 제공될 수 있다. 스트립은 발포 전에 두께보다 비교적 넓을 수 있다. 일반적으로, 스트립은 발포 전에 폭이 1 mm 내지 5 mm이고, 두께가 1 mm 내지 2.5 mm일 수 있다. 필라멘트는 재료가 가교되기 전 또는 후에 제공될 수 있다. 긴 스트립의 경우, 폴리머 시트 재료를 가교한 후 스트립을 형성할 수 있다.

또 다른 형태에서, 필라멘트는 압출에 의해서 제공될 수 있다. 필라멘트는, 시트로서 압출 후 스트립으로 절단하거나, 필라멘트는 적합한 형태의 방사 노즐(spinneret) 또는 압출 헤드를 통해 직접 압출될 수 있다. 이러한 압출된 필라멘트는, 둥글거나, 평평하거나, 윤곽이 있거나, 고체이거나, 속이 비어 있거나 기타일 수 있고, 당업자는 필라멘트 형상이 패브릭의 최종 특성을 결정할 수 있는 것을 알 수 있다. 단일 필라멘트의 압출과 함께, 복수 필라멘트도 함께 압출될 수 있다.

발포성 폴리머 재료의 가교는, 필라멘트 형성 전, 후 또는 중에 임의의 적합한 방법으로서 발생할 수 있다. 일 형태에서, 폴리머 재료는 적합한 화학적 가교제를 사용해서 화학적으로 가교된다. 이러한 공정은, 또한 종종 세망화(reticulation)으로 지칭되고, 이에 의해 폴리머 사슬이 분해된 후 재정렬되어 3차원 망을 형성한다. 이론으로 한정되지 않고, 발포 중에 섬유에서 육안으로 보이는 용융을 방지하고, 형성된 망은 발포 중에 생성된 기체가 자유롭게 탈출하는 것을 방지한다. 화학적 가교제는 과산화물 제제, 과산화물 가교 조제(peroxide co-agent) 또는 실란 계일 수 있다. 다른 형태에서, 화학적 가교제는 유기 과산화물이다. 이러한 유기 과산화물은, 테트라부틸퍼벤조에이트, 벤조일의 과산화물, 2,4 디클로로벤조일퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 및 디쿠밀 퍼옥사이드를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 당업자는, 달리 기재되어 있는 필요한 특성을 갖는 폼 필라멘트 제조시에 가교제의 구체적인 선택 및 소망의 결과에 대한 이점을 알 수 있다.

또한, 발포성 폴리머 재료는, 구체적으로 적합한 고에너지 방사선(UV, 마이크로웨이브, 전자빔, X선 및 감마선 방사선을 포함하지만 이들로 제한되지 않음)을 사용해서 물리적으로 가교될 수 있고, 미립자 또는 비-미립자일 수 있다. 물리적 가교의 이점은, 공정이 패브릭의 제조 공정에서의 소망의 위치에서 개시될 수 있고, 패브릭의 정확한 위치에서 국부적으로 개시할 수 있는 것이다. 추가의 화학 제제, 예를 들면, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 탄소 블랙 또는 극성 첨가제는, 가교 공정을 향상시키거나 적용된 방사선을 적응시키기 위해 발포성 폴리머 재료 내에 포함될 수 있다.

발포성 폴리머 재료는, 필라멘트를 패브릭에 통합하기 전에 가교될 수 있다. 압출된 필라멘트에 대해, 발포성 폴리머 재료 가교는 압출시 또는 후에 발생할 수 있다. 또한, 가교는, 패브릭에 필라멘트를 통합한 후에 발생할 수 있다.

발포성 폴리머 재료의 발포는, 적합한 핵제의 첨가 유무에 따라 직접 가스처리 또는 물리적 송풍의 이용을 포함하는, 임의의 적합한 메카니즘에 따라 발생할 수 있다. 발포성 폴리머 재료는, 소정의 발포 온도에서 발포하기 위해서 적응된 화학적 송풍제를 포함할 수 있다. 송풍제는, 산/카보네이트 기반 계와 같은 흡열 송풍제일 수 있거나, 히드라진, 히드라지드, 카바지드, 아조 화합물 등과 같은 발열 송풍제일 수 있다. 송풍제의 형태는, 아조디카르보니드, 폴리벤젠 술폰하이드라진, 4,4'-디페닐술포닐아지드, p,p'옥시비스, 벤젠술포닐하이드라지드 또는 디니트로소펜타메틸렌 테트라민을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 또한, 흡열 송풍제 및 발열 송풍제의 적합한 혼합물이 사용될 수 있기 때문에, 온도 및 시간에 따라 반응 속도가 조절될 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 발포성 폴리머 재료의 가교는, 가교가 발생된 후, 발포성 폴리머 재료의 용융 온도가 발포 온도를 초과하도록 수행될 수 있다. 이와 같이, 발포 온도 이상에서 발포성 폴리머 재료가 안정하게 유지되기 때문에, 폼의 닫힌 셀 구조체가 얻어진다. 소망의 결과를 달성하기 위해서 다양한 제제의 주의 깊은 선택 및 공정의 조절이 요구되는 것을 알 수 있다. 압출에 의해서 형성된 발포성 폴리머 재료에 대해, 압출하기 위해서 재료의 용융을 필요로 한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 공정 중, 압출 중에 발포가 시작하고 패브릭에의 필라멘트의 통합을 방해하기 때문에 송풍제의 활성화가 방지되어야 한다. 가교하지 않는 경우의 발포는, 일반적으로 다수의 시판 목적에 바람직하지 않은 열린 셀 폼 구조체로 이어진다. 필라멘트의 가교는, 용융 온도를, 송풍제가 활성화하는 발포 온도보다 높은 온도까지 올리는 역할을 한다. 발포 온도는, 이러한 성분의 용융 또는 활성화가 구체적으로 요구되지 않으면, 임의의 기타 다른 섬유 또는 패브릭의 성분의 임계 온도 미만이어야 하는 것도 알 수 있다. 얻어진 발포된 패브릭은 사전 발포된 폴리머보다 높은 용융 온도를 가질 수 있다. 이는, 구체적으로 상승한 온도에서 세탁, 건조 또는 기타 최종 사용이 패브릭에 유해할 수 있는 의류 용도에서 중요할 수 있다.

발포성 폴리머 필라멘트는 위빙(weaving), 펠팅(felting), 니팅(knitting) 등의 임의의 적합한 방식으로 패브릭에 통합될 수 있다. 본 발명의 형태에 따르면, 패브릭은 위빙된 패브릭(woven fabric)이고, 필라멘트를 패브릭에 통합하는 단계는 날실 및 씨실을 갖는 직물(textile)을 위빙하는 단계를 포함한다. 다음에서, "패브릭"은 시트 재료에 기초한 섬유 또는 필라멘트의 모든 형태를 포함하는 가장 일반적인 용어로 사용될 것이다. 이는, 파일 패브릭(pile fabric), 예를 들면, 카펫, 러그(rug), 터프(turf), 및 비-파일 패브릭(non-pile fabrics)을 포함할 수 있다. 본 발명은 구체적으로 비-파일 패브릭에 적용할 수 있다. 용어 "직물"은, 카펫, 특정한 펠트, 및 섬유의 상대적인 고정에 의해서 사선으로 통과하는 것을 방지하는 메시 등의 2차원 강성을 갖는 패브릭을 배제하기 위해서 사용될 것이다. 이러한 섬유 물품은, 경우에 따라 직물로 지칭되지만, 이들은 실질적으로 고정된 2차원 형태를 유지하도록 내부에 결합되어 있다. 이러한 섬유 물품은, 3차원으로 고정될 수 있지만, 일반적으로 섬유층의 한 면 내에 사선으로 통과하거나 뒤틀리지 않는다. 발포 전에 상기 정의에 따르지만, 발포 후 록킹(locking)되고 패브릭으로 작용하는 직물인 패브릭에 적용할 수 있는 것을 유의한다.

본 발명의 일 형태에서, 필라멘트가 날실에 제공된다. 이와 같이 필라멘트를 직물에 통합하는 공정은, 필라멘트가 종래의 룸(loom)에서 붐(boom) 또는 크릴(creel)로부터 공급되도록 할 수 있다. 평평한 필라멘트 또는 테이프에 대해, 날실에서 필라멘트의 배향이 쉽게 유지될 수 있다. 필라멘트는 단일 필라멘트 또는 다수 필라멘트로서 날실에 존재할 수 있다. 또한, 이러한 필라멘트는 기타 다른 재료의 추가의 섬유, 예를 들면 고강도 섬유와 함께 날실에 존재할 수 있다. 이러한 필라멘트는 다수 필라멘트 등으로서 발포성 폴리머 필라멘트와 함께 조합할 수 있다.

추가의 또는 대체하여, 필라멘트는 씨실에의 삽입을 통해 통합될 수 있다. 씨실에의 삽입은, 예를 들면, 셔틀(shuttle), 레이피어(rapier), 에어제트(airjet), 발사체 및 워터제트를 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 임의의 종래의 공정에 의해서 행해질 수 있고, 다축 씨실 삽입을 포함할 수 있다. 날실의 경우에서와 같이, 필라멘트는 씨실을 단독으로, 또는 구체적으로 상이한 발포되지 않은 재료의 섬유 또는 필라멘트와 조합해서 존재할 수 있다. 당업자는, 이와 같이 달성될 수 있는 상이한 위빙된 구조체를 인지하고, 본 발명은 임의의 구체적인 위빙으로 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

본 발명에 따르면, 발포성 폴리머 재료는 상기 또는 하기에 기재된 가공될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 발포성 폴리머 재료로서 사용될 수 있는 하나의 분류의 재료는, 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 이들의 혼합물을 포함하고, HDPE, LDPE 및 LLPDE를 포함한다. 얻어진 폼의 특성은, 선택된 재료의 밀도에 부분적으로 의존하기 때문에, HDPE가 단단한 폼을 형성하는 경향이 있다. 통상의 PE는 LDPE에 대해 약 120℃로부터 HDPE에 대해 135℃까지 변화하는 용융 온도를 갖고, 이는 약 150℃ 온도에서 압출에 매우 적합하게 된다. PEX를 형성하기 위한 가교는, 용융 온도를 증가하거나, 얻어진 재료가 180℃를 초과한 온도에서 안정하게 유지되는 것을 보장한다. 편리하게 종래의 화학적 가교제를 사용하여, 약 170℃의 온도에서 가교 공정을 수행하고, 공정이 압출 중에 시작하지 않는 것을 보장한다. 약 180℃에서 활물질인 송풍제를 제공함으로써, PEX의 발포는, 패브릭 또는 직물을 발포 온도에 노출된 후에 발생할 수 있다. 패브릭 또는 직물의 기타 다른 성분은 적어도 발포를 행하기 위해서 필요한 시간 동안 상승한 온도를 견디도록 선택되어야 하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 추가 제품이 형성된 후 발포가 발생하도록, 패브릭을 추가 제품(further product)으로 형성하는 단계를 포함하는 방법이 개시되어 있다. 패브릭의 추가 제품 내의 발포 단계는, 초기 패브릭을, 필라멘트가 상이한 형태로 통합된 것으로 변화시키는 임의의 단계를 포함하는 것이 의도된다. 이는, 패브릭을 의류 등의 최종 제품으로 절단하거나 만드는 단계를 포함하거나, 발포 전에 패브릭을 성형하거나 뒤틀리게 하는 단계를 포함할 수 있다. 헬멧, 신발, 좌석 등받이 등의 복합 형상을 형성하기 위해서 몰딩 공정이 적용될 수 있고, 발포는 심지어 가교 전에 발생할 수 있다. 하나의 구체적인 실시형태에서, 필라멘트의 통합은 직물의 위빙에 의해서 발생할 수 있고, 직물은 사선으로 통과된 직물(skewed textile)을 형성하기 위해 사선으로 통과될 수 있다. 발포는, 필라멘트를 2D 안정한 구성에 효과적으로 록킹함으로써 직물을 패브릭으로 변환시키기 위해서 사용될 수 있다. 발포 중에, 재료는, 육안으로 보이는 수준에서 용융되지 않지만, 표면에 점착성이 있기 때문에, 인접한 필라멘트가 함께 융합할 수 있다. 또한, 산소 억제로 인해, 표면에서의 가교를 감소시키고, 국부 점착성을 증가시키며 필라멘트가 국부적으로 함께 융합하는 경향을 증가시킨다. 이러한 공정은, 패딩 의류 부분을 소망의 형상으로 제조한 후 발포하여 자체 지지 3D 구조체를 형성하기 때문에 패딩 의류 부분을 생성하기 위해 편리하다.

본 발명은 가교된 폴리머 재료의 닫힌 셀 폼의 필라멘트를 포함하는 발포된 패브릭에 관한 것이다. 필라멘트는 상기 또는 하기 기재된 패브릭에 통합될 수 있다.

일 형태에서, 발포된 패브릭은 날실 및 씨실을 포함하는 위빙된 패브릭이다. 필라멘트는 날실에 배열될 수 있다. 또한 또는 추가로, 필라멘트는 씨실에 배열될 수 있다.

패브릭은 닫힌 셀의, 가교된, 폴리머 폼의 필라멘트로부터만 제조될 수 있지만, 이러한 필라멘트가 발포되지 않은 재료의 기타 다른 섬유 또는 필라멘트와 조합될 수 있다. 이러한 기타 다른 섬유는, 최종 제품에 소망의 특징, 즉 강도, 안정성, 액체 이동성 등을 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 또한, 기타 다른 섬유는 제조를 위해서 존재할 수 있고, 이후 제거될 수 있다. 본 발명은 이러한 기타 다른 섬유의 성질에 의해서 제한되지 않고, 이는 천연 및 합성 섬유, 고강도 섬유, 금속 와이어, 광학 섬유, 및 패브릭을 형성하기 위해서 폼 필라멘트와 통합할 수 있는 임의의 기타 다른 필라멘트 형태를 포함할 수 있다. 예시의 섬유는, 고강도 섬유, 위킹(wicking) 섬유, 전도성 섬유일 수 있고, 황마, 폴리에스테르, 유리 섬유, 면, 울, 비스코스(viscose) 및 셀룰로오스를 포함할 수 있다.

최종 패브릭 중의 폼 필라멘트의 전체 백분율은 소망의 특성에 따라 다를 수 있다. 일반적으로, 폼 필라멘트는 적어도 20 중량%의 패브릭으로서 존재할 수 있다. 또 다른 형태에서, 폼 필라멘트는 적어도 45 중량%의 패브릭으로서 존재할 수 있다. 특정한 구조에서, 필라멘트는 적어도 70 중량%의 패브릭으로서 존재할 수 있다. 일반적으로, 폼 필라멘트는, 95 중량%의 패브릭을 초과하지 않는다.

패브릭에서 존재할 수 있는 기타 다른 섬유는 필라멘트와 유사한 크기이거나 상이한 크기일 수 있다. 일반적으로, 데니어 또는 dTex는 사용된 섬유를 정의하기 위해서 사용되지만, 부피보다 단위 길이당 실(yarn) 중량의 치수이고, 따라서 상이한 밀도의 섬유 또는 필라멘트를 비교하는 것이 쉽지 않을 수 있는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 필라멘트는 선택된 기계로 위빙될 수 있는 임의의 중량으로 존재할 수 있다. 100 dTex 내지 1000000 dTex의 중량이 이용될 수 있고 선택적으로 10000 dTex 내지 50000 dTex일 수 있다. 기타 다른 섬유는 필라멘트의 유사한 중량으로 존재할 수 있지만 일반적으로 100 dTex 내지 5000 dTex이다. 크기의 점에서, 필라멘트는, 기타 다른 섬유에 대해서 발포되지 않은 상태에서 0.1x내지 100x 단면적의 크기에서 변화할 수 있다. 최종 패브릭의 형태는 대부분 이러한 비율에 의존하는 것을 알 수 있다. 일부 형태에서, 기타 다른 섬유는 필라멘트보다 훨씬 얇은 섬유로 존재할 수 있고, 특히 발포 후 큰 필라멘트를 쉽게 수용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 발포된 패브릭은 30 Kg/㎥ 내지 100 Kg/㎥의 순 밀도를 갖거나, 일부 형태에서 45 Kg/㎥ 내지 70 Kg/㎥이다. 이러한 비교적 낮은 밀도 재료는 경량이면서 충격을 보호, 완충, 또는 저항할 수 있는 능력으로 인해 의류 등에 이상적인 점에서 기존의 재료에 비해 상당한 이점을 제공한다. 이러한 문맥에서, 순 밀도는 재료에 의해서 치환된 단위부피당 질량이고, 이는 물에 재료의 샘플을 액침하고 치환된 부피를 결정하여 측정될 수 있다. 총 밀도는, 예를 들면 패브릭이 평평한 층 사이에 적층되는 경우, 패브릭에 의해서 차지되는 전체 부피에 기초해서 더욱 감소할 수 있는 것을 알 수 있다. 패브릭 구조체에는, 차지된 전체 부피를 증가시키는 추가의 공기의 공간을 남겨 둘 수 있기 때문이다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 폼 필라멘트는, 패브릭이 국부적인 X-Y 배향을 갖는 패브릭의 한 면에서, 즉 Z 방향으로 연장될 수 있다. 특정한 실시형태에서, 폼 필라멘트는 열린 아치의 형태일 수 있다. 이는, 발포 중에 이러한 아치를 형성하기 위해서 확장될 수 있도록 패브릭 내에서 폼 필라멘트를 적절히 고정함으로써 달성될 수 있다. 이러한 아치는 패브릭의 전체 부피를 더 증가시키고 매우 낮은 총 밀도로 이어진다. 이들은 또한 발포된 패브릭의 충격 흡수 능력을 더 개선하는데, 이는 아치가 압축시 재료 특성 및 구조적 특성으로 인해, 즉 아치 또는 루프에서 굽힘력에 의한 형상으로 인해 지지를 제공한다. 이러한 구조체는 구체적으로 배수 특성(water-draining properties) 등의 점에서 특히 유리할 수 있다. 위빙된 패브릭의 경우, 날실 중의 발포성 필라멘트는, 다수의 발포되지 않는 씨실 쓰레드 위를 통과한 후 상이한 수의 씨실 쓰레드 아래를 통과하면, 패브릭의 일 측에 상이한 크기의 루프 또는 아치가 생성된다. 따라서, 예를 들면, 패브릭의 일 측 상에는 비교적 작은 루프가 형성될 수 있는 반면, 패브릭의 타측 상의 루프는, 우수한 탄성 및/또는 습윤성을 제공하기 위해서 더 크게 될 수 있다.

일 형태에서, 발포된 패브릭은 두께가 적어도 5 mm 이고 중량이 1000 g/㎡미만일 수 있다. 또 다른 형태에서, 발포된 패브릭은 두께가 적어도 10 mm 이고 중량이 750 g/㎡ 미만일 수 있다.

특성의 점에서, 발포된 패브릭은, 특정한 용도의 요건을 충족시키기 위해서 광범위한 특징을 갖도록 설계될 수 있다.

상기 기재된 완성된 제품 이외에, 본 발명은 또한 상기 기재된 발포성 폴리머 필라멘트를 사용함으로써 제조된 발포되지 않은 전구체 직물에 관한 것이다. 전구체를, 발포 온도, 예를 들면, 적어도 150℃의 온도에 둘 때, 상기 기재된 발포된 패브릭을 형성하기 위해서 전구체가 확장된다. 일부 형태에서, 전구체는 직포(woven textile)이다.

일부 형태에서, 전구체 패브릭은 발포 온도에서 부피의 적어도 5배, 적어도 10배, 일부 형태에서 부피의 적어도 20배로 확장한다.

전구체 및/또는 발포된 패브릭은 임의의 적합한 제품의 제조를 위해서 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은, 매트, 언더레이(underlay), 가구, 착석 부재(seating element), 발받침대, 매트리스, 머리장신구, 헬멧, 타포린(tarpaulins), 충격 흡수 구조체, 패딩, 수영장 커버 및 상기 및 하기에 기재된 발포된 패브릭을 포함하는 임의의 기타 다른 구조체를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

본 발명의 특징 및 이점은, 복수의 예시의 실시형태의 도면을 참조하여 알 수 있다:
도 1은 본 발명에 따른 발포성 폴리머 재료의 필라멘트의 제조를 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1의 필라멘트를 직포에 통합하기 위해 작동하는 위빙기(weaving machine)의 개략도이고,
도 3은 도 2의 위빙기에서 본 발명에 따라 제조된 직포 일부의 평면도이고,
도 4는 도 3의 직포를 발포된 패브릭으로 전환할 때에 사용되는 텐터 오븐의 개략 평면도이고,
도 5는 도 4의 텐터 오븐(tenter oven)의 측면도이고,
도 6은 도 4의 텐터 오븐에서 제조되는 발포된 패브릭 일부의 사시도이고,
도 7은 도 6의 발포된 패브릭의 평면도이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 직포 일부의 사시도이고,
도 9는 도 8의 직포 전구체로부터 형성된 발포된 패브릭의 사시도이고,
도 10a 및 10b는 사선으로 통과된 패브릭의 직포의 또 다른 실시형태의 평면도이고,
도 11a 및 11b는 도 8의 전구체 직포로부터 만든 숄더 패드(shoulder pad )의 개략 사시도이고,
도 12는 발포성 폴리머 재료의 필라멘트를 형성하기 위한 또 다른 절차를 도시한다.

발포성 폴리머 재료의 필라멘트를 형성하기 위한 예시의 절차는 도 1의 사시도로 도시된다. 도면에 따르면, 발포성 재료의 압출된 가교 시트(10)는 롤(12)로부터 시트 형성 장치 또는 스레더(14)를 통해 공급된다. 시트(10)는 Sekisui로부터 Alveocel^TM LUT 4501 1.3 mm하에서 입수 가능한 단면 PE이다. 기타 다른 유사한 재료는, Trocellen GmbH로부터 입수 가능하고, 이러한 발포성 가교된 폴리머 재료를 형성하기 위한 적합한 절차는 유럽 특허 제0476798호에 개시된다. 스레더(14) 통과시, 시트(10)는, 폭이 각 4 mm인 다수 필라멘트(16)로 절단된 후, 스풀(18) 상에서 함께 권취된다. 권취된 스트립은 dTex가 약 38000이다.

도 2는 필라멘트(16)를 직포(22)에 통합하기 위해 작동하는 위빙기(20)의 개략도이다. 필라멘트(16)를 위빙기(20)의 날실 방향으로 1 cm 간격으로 전달하기 위해, 도 1의 공정에 따라 제조된 다수의 스풀(18)이 탑재된다. 필라멘트(16)가 27 날실 쓰레드 마다 하나의 필라멘트의 속도로 반복하도록 370 dTex PET 날실 스레드(26)의 추가의 빔(24)이 날실 방향으로 탑재된다. 빔(24) 및 위빙기(20)는 활동 폭이 2.1 미터이다. 이러한 구성은 예시적인 것으로 하기와 같이 기타 다른 위빙된 구조체가 선택될 수 있는 것을 알 수 있다. 위빙기(20)에서, 한 쌍의 PET 씨실 쓰레드(28)(각각 1100 dTex)는, 54 쓰레드/10 cm 간격으로릴(32)로부터 발사체 씨실 삽입 장치(30)에 의해서 삽입된다. 직포(22)는 다음의 가공을 위해 직포 롤(34)에 권취된다.

도 3은 위빙기(20)에서 제조되는 직포(22) 일부의 평면도이다. 이러한 위빙된 패턴에 따르면, 필라멘트(16)는 직포(22)의 전측 및 후측에 동일하게 이격되고, 여기서 7개의 씨실 쓰레드(28)가 소정의 필라멘트(16) 위를 통과한 후, 7개의 씨실 쓰레드(28)가 필라멘트 아래를 통과한다. 날실 쓰레드(26)는 씨실 쓰레드(28)와 평직으로 위빙된다. 얻어진 직포(22)는, 중량 556 g/㎡이고, 대략 390 g/㎡ 의 필라멘트(16), 100 g/㎡의 날실 쓰레드(26) 및 65 g/㎡ 씨실 쓰레드(28)를 포함한다.

도 4는 발포된 패브릭(42)을 형성하기 위해 직포(22) 상에 마감 공정에서 사용되는 텐터 오븐(40)의 개략 평면도이다. 텐터 오븐(40)은 측면도로 도 5에 도시된다. 도 4 및 5에 따르면, 직물 롤(34)은 직포(22)를 텐터 오븐(40)으로 전달하기 위해서 탑재된다. 이러한 목적으로, 직포(22)의 양측이 히터(46) 하부를 통해 운반될 때, 직포(22)는 측방으로 연신되는 텐터 프레임(44)에 의해서 파지된다. 히터(46)는, 분당 3미터의 속도로 텐터 오븐을 통해서 운반될 때 직포(22)를 3분 동안 190℃의 발포 온도에 둔다. 가열 단계 동안, 발포성 폴리머 필라멘트(16)에서의 송풍제가 활성화되고, 필라멘트(16)는 다축으로 확장한다. 직포(22)는 필라멘트(16)의 양측에 동일한 수의 씨실 쓰레드(28)로 위빙하기 때문에, 필라멘트는, 날실 쓰레드 및 씨실 쓰레드(26,28)에 의해서 형성된 베이스층(50)의 위 및 아래로 연장하는 독립적인 아치(48)를 형성하도록 확장한다. 발포된 필라멘트(16)는 순 부피가 발포 전에 비해 약 8배를 초과하여 증가하는 것을 나타낸다. 전체 부피 증가는 아치(48)에 의해 차지된 공간으로 인해 다소 커진다.

도 6에 도시된 발포된 패브릭(42) 일부의 클로즈업 사시도는, 베이스층(50)의 위에 및 아래로 연장하는 독립적인 아치(48)를 도시한다.

도 7은, 발포된 패브릭(42)의 상면도로, 인접 아치(48)가 서로 계합하고 가열 공정 중에 부분적으로 융합하여 브리지(54)를 형성한다. 이러한 브리지(54)는 2D 안정하고 사선으로 통과하는 것을 방지하는 발포된 패브릭(42)의 구조체를 안정화하는 역할을 한다. 이 형태에서 전구체 직물의 구조체는 발포 후 브리지(54)가 형성되는 것을 보장하지만, 이러한 브리지 없이 발포된 패브릭을 제조할 수 있기 때문에, 발포된 패브릭은, 베이스층의 한 면에 사선으로 통과하거나 변형될 수 있는 직물이 되는 것을 알 수 있다.

상기 기재된 바와 같이 제조된 발포된 패브릭(42)이 실험되고 예시의 특성을 나타냈다. 다수의 실험은, FIFA Handbook of Test methods January 2012 edition에서 방법 개요에 따라서 상기 기재된 발포된 패브릭(42)에 대해 수행되었다. 실험 샘플은 수직 변형: 6.45 mm; 힘 감소 23.95%; 에너지 회복: 71.75% 및 충격 흡수 (제1, 제2, 제3 충격): 39.3%, 25.3%, 22.6%에 대한 결과를 얻었다. 발포된 패브릭(42)의 또 다른 유사한 샘플은, ASTM D4491에 따라 물 유동 실험을 수행하고 5개의 샘플 위치에 기초해서 1.59 g/m의 평균 유동계 판독을 얻었다(온도 보정 팩터: 0.9097; 평균 샘플 두께: 8.24mm; 유전율: 0.898 /s; 투과성: 0.741 cm/s). 패브릭 구조에 따르면, 0.5 g/m 내지 5g/m의 물 유동 속도가 쉽게 얻어질 수 있는 것으로 기대된다.

도 8은 발포된 패브릭의 형성에서 전구체로서 사용하기 위한 직포(122)의 일 형태를의 사시도이다. 일 예에서 필라멘트(16)는, 씨실 쓰레드(28)에 대해 비대칭 방식으로 위빙되고, 이는 수자직(satin weave)으로 지칭할 수 있다. 따라서, 각각의 필라멘트(16)는, 씨실 쓰레드(28) 위를 통과한 후, 하나의 씨실 쓰레드(28) 아래에서 캡처된다. 이 경우에 씨실 쓰레드(28)는 쓰레드 번들 또는 다중 가닥 쓰레드로서 존재한다. 잔류하는 날실 쓰레드(26)는 씨실 쓰레드(28)에 대해 평직(plain weave)으로 위빙된다.

도 9는 발포된 패브릭(142)을 형성하기 위해 발포되거나 마감된 후의 사시도로 도 8의 직포(122)를 도시한다. 발포 단계는 도 4에 대해 기재된 텐터 오븐(40)에서 발생할 수 있다. 알 수 있듯이, 발포성 폴리머 재료의 필라멘트(16)는 아치(48)를 형성하기 위해 확장되고, 이 경우 베이스층(50)의 전측으로부터만 직립한다. 발포된 패브릭(142)의 후측에서(도면에서, 하측이 이면으로서 지정된다), 필라멘트(16)는 대부분 베이스층(50)의 면에 존재한다. 도 6의 실시형태보다 하부 로드하에서 비교적 높은 아치는 붕괴한다.

도 10a는 발포된 패브릭의 형성에서 전구체로서 사용하기 위한 직포(222)의 추가의 형태의 평면도이다. 이 예에서, 발포성 필라멘트(16)는 날실 방향으로 배향되고 추가의 날실 쓰레드(26) 및 씨실 쓰레드(28)를 갖는 느슨한 평직으로 위빙된다.

도 10b에서, 직포(222)는 사선으로 통과하는 추가의 가공 단계를 행하고,이것에 의해, 위빙된 구조체가 각도 α에 의해 뒤틀리는 힘 F를 적용한다. 상기 기재된 가열 적용에 의해서 발포를 행하면서, 힘 F를 유지한다. 발포 공정을 완료 후, 얻어진 발포된 패브릭은, 상기 기재된 인접한 아치 사이의 브리지를 형성하는 것에 의해서 사선으로 통과된 배향에서 안정하다.

도 11a는 적합한 크기로 절단된 도 8의 전구체 직포(122)를 사용하여 보호 숄더 패드를 제조하는 한 단계의 사시도이다. 전구체 직포(122)의 위빙은, 충분히 느슨하고, 몰드의 윤곽 또는 이 경우에 마네킹(60)을 따르기 위해 쉽게 변형하거나 덮을 수 있다. 전구체 직포(122)를 갖는 마네킹(60)은 폼 필라멘트(16)를 확장하기 위해 발포 온도에서 열처리를 한다. 도 11b는 발포가 발생한 후의 마네킹(60)을 도시한다. 발포된 패브릭(142)은, 함께 연결된 폼 아치(48)를 형성하는 것에 의해서 확장하고 탄력성 숄더 패드(62)를 형성하고, 마네킹으로부터 제거되어도 그 형상을 유지한다. 숄더 패드(62)는 열린 구조체에 의해 우수한 완충 및 양호한 환기를 제공한다. 필요에 따라 다수의 상이한 형태 및 형상의 패브릭 엘리먼트를 형성하기 위해 동일한 또는 유사한 절차를 사용하는 것을 알 수 있다.

도 12는 발포성 폴리머 재료의 필라멘트를 형성하기 위한 또 다른 절차를 도시한다. 이러한 실시형태에 따르면, 압출기(312)는 발포성 PE 압출물을 다이-헤드(314)로 전달하고, 여기서 필라멘트(316)로서 압출된다. 발포성 PE 는 적합한 송풍제 및 화학적 가교제를 포함하고, 이는 150℃의 압출 온도에서 활성화되지 않는다. 필라멘트(316)는 냉각 배스(317)를 통해 공급된 후, 스풀(318)에 권취된다. 발포되지 않고 가교되지 않은 필라멘트는 상기 기재된 바와 같이 위빙된 전구체 직포에 통합된다. 위빙 후, 필라멘트(316)는 단일 단계로 약 180℃로 가열하기 위한 노출에 의해서 가교되고 발포된다. 압출된 필라멘트(316)의 이점은, 압출기 다이 헤드(314)의 형상 및 크기에 따라서 다양한 단면 형상 및 중량으로 형성될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기 검토된 특정한 형태에 대해 기재되어 있다. 이러한 형태는 당업자에게 공지된 다양한 변경 및 또 다른 형태의 영향을 받기 쉬운 것이 인지된다. 특히, 본 발명은 임의의 특정한 위빙된 구조체로 제한되지 않지만, 위빙된 구조체의 성질에 따라, 필라멘트는 상이한 효과를 얻기 위해 소정의 방법으로 확장하도록 안내될 수 있다.

본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본원에 기재된 구조 및 기술에 대해 상기 기재된 것 이외의 다수의 변경이 가능하다. 따라서, 특정한 형태가 기재되지만, 이들은 단순한 예시이고 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

Claims

발포된 패브릭의 제조시에 발포성 폴리머 필라멘트의 이용으로서,
발포성 폴리머 재료의 필라멘트를 제공하는 단계;
상기 발포성 폴리머 재료를 가교하는 단계;
상기 필라멘트를 패브릭에 통합하는 단계; 및
이어서 닫힌 셀 발포된 구조체를 형성하기 위해 상기 폴리머 재료를 발포하는 단계를 포함하는, 이용.
제1항에 있어서,
상기 필라멘트는 발포성 폴리머 재료의 시트를 긴 스트립으로 절단함으로써 제공되는, 이용.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 필라멘트는 압출에 의해서 제공되는, 이용.
상기 어느 한 항에 있어서,
상기 발포성 폴리머 재료가 화학적으로 가교되는, 이용.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발포성 폴리머 재료가 물리적으로 가교되는, 이용.
상기 어느 한 항에 있어서,
상기 발포성 폴리머 재료는, 상기 필라멘트를 상기 패브릭에 통합하기 전에 가교되는, 이용.
상기 어느 한 항에 있어서,
상기 발포성 폴리머 재료는 발포 온도에서 발포하기 위해서 적응된 화학적 송풍제를 포함하는, 이용.
제7항에 있어서,
상기 발포성 폴리머 재료를 가교하는 단계는, 가교 후 상기 발포성 폴리머 재료가 상기 발포 온도를 초과하는 온도에서 안정하도록 수행되는, 이용.
상기 어느 한 항에 있어서,
상기 필라멘트를 상기 패브릭에 통합하는 단계는, 날실 및 씨실을 갖는 직물을 위빙하는 단계를 포함하는, 이용.
제9항에 있어서,
상기 필라멘트는 상기 날실에 제공하는, 이용.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 필라멘트는 상기 씨실에 제공하는, 이용.
상기 어느 한 항에 있어서,
상기 발포성 폴리머 재료는 PE 또는 EVA 또는 이들의 혼합물인, 이용.
상기 어느 한 항에 있어서,
추가 제품이 형성된 후 발포가 발생하도록, 상기 패브릭을 상기 추가 제품으로 형성하는 단계를 더 포함하는, 이용.
가교된 폴리머 재료의 닫힌 셀 폼의 필라멘트를 포함하는, 발포된 패브릭.
제14항에 있어서,
상기 패브릭은 날실 및 씨실을 포함하는 위빙된 패브릭인, 발포된 패브릭,
제15항에 있어서,
상기 필라멘트는 상기 날실에 배열되는, 발포된 패브릭.
제15항 또는 제16항에 있어서,
상기 필라멘트는 상기 씨실에 배열되는, 발포된 패브릭.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
발포되지 않은 재료의 섬유를 더 포함하는, 발포된 패브릭.
제18항에 있어서,
상기 필라멘트는, 적어도 20 중량%의 패브릭, 바람직하게는 적어도 45 중량%의 패브릭, 가장 바람직하게는 적어도 70 중량%의 패브릭으로 존재하는, 발포된 패브릭.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
순 밀도가 30 Kg/㎥ 내지 100 Kg/㎥인, 발포된 패브릭.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필라멘트는 상기 패브릭의 한 면으로부터, 바람직하게는 열린 아치의 형태로 연장되는, 발포된 패브릭.
제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
두께가 적어도 5 mm이고, 중량이 1000 g/㎡ 미만이고, 바람직하게는 두께가 적어도 10 mm이고 중량이 750 g/㎡미만인, 발포된 패브릭.
제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
제1충격 흡수 값이 25%를 초과하고, 바람직하게는 30% 힘 감소(Fmax)를 초과하는, 발포된 패브릭.
제14항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라서 제조되는 발포된 패브릭.
적어도 150℃의 온도에 두는 경우 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 발포된 패브릭을 형성하는, 발포되지 않은 전구체 직물.
제25항에 있어서,
발포 온도에서 적어도 부피의 5배, 바람직하게는 적어도 10배, 더 바람직하게는 적어도 20배 정도 확장하는, 전구체 직물.
제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 발포된 패브릭을 포함하는, 의류 또는 의류 부분.
제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 발포된 패브릭을 포함하는, 매트 또는 언더레이.
제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 발포된 패브릭을 포함하는, 가구 또는 착석 부재.