KR20230108283A - 필라멘트 층을 포함하는 부직포 - Google Patents
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Abstract
복수의 필라멘트 층을 포함하는 부직포로서, 상기 부직포는
- 상기 부직포의 제1 외표면을 형성하고, 필라멘트의 표면의 적어도 20%를 형성하고 제1 층(A) 내에서 결합하고 제1 층(A)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하는, 제1 층(A), 및
- 필라멘트의 표면의 적어도 20%를 형성하고 제2 층(B) 내에서 결합하고 제2 층(B)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트을 포함하는, 제2 층(B)을 포함하고,
- 상기 부직포의 벌크 밀도는 60 kg/m3보다 낮다.
- 상기 부직포의 제1 외표면을 형성하고, 필라멘트의 표면의 적어도 20%를 형성하고 제1 층(A) 내에서 결합하고 제1 층(A)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하는, 제1 층(A), 및
- 필라멘트의 표면의 적어도 20%를 형성하고 제2 층(B) 내에서 결합하고 제2 층(B)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트을 포함하는, 제2 층(B)을 포함하고,
- 상기 부직포의 벌크 밀도는 60 kg/m3보다 낮다.
Description
본 발명은 필라멘트 층(filamentary strata)을 함유하는 부직포(nonwoven fabrics)에 관한 것이다.
다양한 분야에서 사용되는 부직포는 의도하는 사용 분야에 기초하여 여러 가지 요건을 충족하여야 한다. 예를 들어, 일회용 위생 물품, 일회용 세정 물품, 의학적 적용 등의 분야에서 핵심 특성은 연성(softness), 높은 로프트(loft) 및 우수한 회복률(recovery)을 포함한다.
카드(carded) 재료는 많은 그러한 용도에 사용되고 있으며 사용되어 왔다. 그러나, 카드 섬유로부터 부직포의 생산은 복잡하며, 그러한 부직포 내 섬유의 결합은 상당히 감소된 로프트 및 연성을 초래하거나, 불충분하게 결합된 섬유 및 열등한 부직포 품질, 즉 좋지 못한 내마모성을 초래한다.
에어 스루 결합 스펀레이드 기술(air-through bonded spunlaid technology)은 주로 섬유의 더 긴 길이로 인하여 카드 물질의 불리한 점 중 일부를 극복하는, 산업 요건을 위하여 실행 가능한 해결책이다. 다른 접근이 산업에 공지되어 있다.
예를 들어, 소위 크림핑 가능한(crimpable) 단면을 가지는 (예를 들어, 이심(eccentric) 코어/시스) 크림핑된 필라멘트의 이용을 기재하는, 특허 출원 제 WO2018059610호에 개시된 바와 같이, 또는, 예를 들어, 비-크림핑 가능한 단면을 가지는 (예를 들어, 동심(concentric) 코어-시스) 필라멘트의 이용을 기재하는 PFNonwovens 특허 출원 제 WO2020103964호에 개시된 바와 같이, 요구되는 벌키성(bulkiness) 및 연성이 달성 될 수 있다.
Martindale 마모 시험에 의하여 표시되는 우수한 내마모성을 가지는 부직포가 예를 들어 WO2020112705에 기재되어 있다.
WO2020107421는 연성 및 로프트 직물을 생산하는 것을 목적으로 하는, 부직포의 에어 스루 결합 방법을 개시한다. 가열된 공기가 웹을 먼저 한쪽으로부터 그 다음 다른 쪽으로부터 흐르면서, 연속 섬유 웹이 다공성 회전 부재와 다공성 벨트 사이에 가이드된다. 그러나, 이 방법의 기재는 매우 모호하고 결과 제품에 대한 어떠한 데이터도 제공하지 않는다.
산업을 위한 이상적인 직물은 두 가지 요건을 모두 충족하는, 즉 연성-벌키성 (잘 압축되고, 드레이프 가능, 굽힘 가능, 뻣뻣하지 않고, 터치가 쾌적함 등) 및 3D 안정성 (내마모성(abrasion resistance), 퍼즈 저항성(fuzz resistance))을 제공하는 부직포이다. 연성 및 3D 안정성은 쉽게 측정되고, 정량되고 비교될 수 있는 단순한 값이 아니라, 다양한 직물 특성, 사실상, 하나의 용어하에 다양한 직물을 커버하는 복잡한 특징을 제시함이 분명하다. 연성, 벌키성(낮은 평량(basis weight)과 높은 두께) 및 일부 저항성을 가지는 직물을 청구하는 많은 특허 또는 출원을 발견할 수 있다. 당업자는 이러한 특허 또는 출원 중 많은 것이 용어 "연성" 또는 "저항성" 하에 매우 다른 것들을 이해함을 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 예를 들어, 앞서 언급한 출원 WO2020103964는 연성을 "소프트-로프트(soft-loft)"로서 이해하고, 특별한 계수에 기초하여 직물 연성을 정의한다. 반대로, 앞서 또한 언급한 WO2020112705는 연성을 압축 탄성 시험에 기초하여 정의한다. 두 직물 모두 연성으로 정의되나, 그 거동 및 최종 사용자 느낌은 상당히 다를 수 있으며 이를 서로 비교하는 것은 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 사용시 퍼지(fuzzy)하게 되는 경향이 없으면서, 연성이고 벌키한 부직포를 제공하는 것이다.
상기 목적은 제1항에 정의되는 복수의 필라멘트 층을 포함하는 부직포로 달성되며, 상기 부직포는
- 상기 부직포의 제1 외표면을 형성하고, 제1 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하는, 제1 층(A) - 상기 제1 성분은
- 상기 필라멘트의 길이 방향을 따라 연장하고
- 상기 필라멘트의 표면적의 적어도 20%를 형성하고,
- 상기 제1 층(A) 내에서 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성하고,
- 상기 제1 층(A)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가짐, 및
- 제1 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하는, 제2 층(B) - 상기 제1 성분은
- 상기 필라멘트의 길이 방향을 따라 연장하고
- 상기 필라멘트의 표면적의 적어도 20%를 형성하고,
- 상기 제2 층(B) 내에서 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성하고,
- 상기 제2 층(B)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가짐,
을 포함하고,
- 상기 부직포의 벌크 밀도(bulk density)는 60 kg/m3보다 낮다.
본 발명의 추가적인 구현예가 종속 청구항들에 정의된다.
본 발명의 바람직한 구현예를 첨부하는 개략적인 도면, 사진 및 3D 모델을 참조로 하여 더 상세히 기재할 것이다.
도 1은 크림핑 가능한 단면의 예이고,
도 2는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰이고,
도 3은 본 발명의 구현예의 단면의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 다른 구현예의 단면의 개략도이고,
도 5a는 비-결합형의 필라멘트 간 접속의 개략적인 평면도이고,
도 5b는 도 5a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 6a는 약한 결합형의 필라멘트 간 접속의 개략적인 평면도이고,
도 6b는 도 6a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 7a는 완전 결합형의 필라멘트 간 접속의 개략적인 평면도이고,
도 7b는 도 7a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 8a는 트리 트렁크(tree trunk)형 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 8b는 도 8a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 9는 수지 내 고정된, 본 발명의 구현예의 단면의 사진이고,
도 10은 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰이고,
도 11은 매우 낮은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도(interconjunction density) 수준 및 비교적 큰 공극 부피를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 12는 균일한 낮은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 13은 균일한 더 높은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 14는 매우 높은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도 수준 및 작은 공극 부피를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 15 내지 19는 층간 박리 후 본 발명에 따른 부직포의 SEM 현미경 관찰을 보이고, 여기서 깨진 결합의 잔흔을 볼 수 있으며,
도 20a는 비-크림핑된 필라멘트를 함유하는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰을 보이고,
도 20b는 비-크림핑된 필라멘트를 함유하는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰을 보이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 구현예의 단면의 개략도이고,
도 22는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 23은 본 발명의 부직포를 생산하기 위한 생산 라인의 개략도이고,
도 24는 실시예 1의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 25는 실시예 2의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 26은 수지 내 고정된 실시예 2의 단면의 사진이고,
도 27은 실시예의 X-선 단층촬영법의 3D 모델이고,
도 28은 도 27의 3D 모델의 디지털 컷이고,
도 29는 실시예 3의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 30은 실시예 4의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 31은 실시예 5의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 32는 실시예 6의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 33은 실시예 7의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 34는 실시예 8의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 35는 실시예 9의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 37은 실시예 11의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 38은 Martindale 평균 내마모 등급 시험을 위한 장치의 사시도이고,
도 39는 Martindale 평균 내마모 등급 시험에서 퍼즈(fuzz) 평가를 위한 등급 스케일이고,
도 40 및 41은 층간 박리 시험의 개략도이고,
도 42a 및 42b는 SEM 현미경 관찰을 위한 샘플 홀더 사진이고,
도 43a 내지 43c는 3D 단층촬영법을 위한 홀더 사진이고,
도 44 내지 46은 본 발명에 따른 샘플의 microCT 분석의 3D 모델이다.
도 1은 크림핑 가능한 단면의 예이고,
도 2는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰이고,
도 3은 본 발명의 구현예의 단면의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 다른 구현예의 단면의 개략도이고,
도 5a는 비-결합형의 필라멘트 간 접속의 개략적인 평면도이고,
도 5b는 도 5a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 6a는 약한 결합형의 필라멘트 간 접속의 개략적인 평면도이고,
도 6b는 도 6a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 7a는 완전 결합형의 필라멘트 간 접속의 개략적인 평면도이고,
도 7b는 도 7a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 8a는 트리 트렁크(tree trunk)형 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 8b는 도 8a의 필라멘트 간 접속의 개략적인 단면이고,
도 9는 수지 내 고정된, 본 발명의 구현예의 단면의 사진이고,
도 10은 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰이고,
도 11은 매우 낮은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도(interconjunction density) 수준 및 비교적 큰 공극 부피를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 12는 균일한 낮은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 13은 균일한 더 높은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 14는 매우 높은 필라멘트-대-필라멘트 상호접속 밀도 수준 및 작은 공극 부피를 가지는 직물의 단면의 개략도이고,
도 15 내지 19는 층간 박리 후 본 발명에 따른 부직포의 SEM 현미경 관찰을 보이고, 여기서 깨진 결합의 잔흔을 볼 수 있으며,
도 20a는 비-크림핑된 필라멘트를 함유하는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰을 보이고,
도 20b는 비-크림핑된 필라멘트를 함유하는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 관찰을 보이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 구현예의 단면의 개략도이고,
도 22는 본 발명의 구현예의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 23은 본 발명의 부직포를 생산하기 위한 생산 라인의 개략도이고,
도 24는 실시예 1의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 25는 실시예 2의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 26은 수지 내 고정된 실시예 2의 단면의 사진이고,
도 27은 실시예의 X-선 단층촬영법의 3D 모델이고,
도 28은 도 27의 3D 모델의 디지털 컷이고,
도 29는 실시예 3의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 30은 실시예 4의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 31은 실시예 5의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 32는 실시예 6의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 33은 실시예 7의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 34는 실시예 8의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 35는 실시예 9의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 37은 실시예 11의 단면의 SEM 현미경 사진이고,
도 38은 Martindale 평균 내마모 등급 시험을 위한 장치의 사시도이고,
도 39는 Martindale 평균 내마모 등급 시험에서 퍼즈(fuzz) 평가를 위한 등급 스케일이고,
도 40 및 41은 층간 박리 시험의 개략도이고,
도 42a 및 42b는 SEM 현미경 관찰을 위한 샘플 홀더 사진이고,
도 43a 내지 43c는 3D 단층촬영법을 위한 홀더 사진이고,
도 44 내지 46은 본 발명에 따른 샘플의 microCT 분석의 3D 모델이다.
정의
용어 "필라멘트(filament)"는 본원에서 실질적으로 무한한 필라멘트로서 정의되는 반면, 용어 "스테이플 섬유(staple fiber)"는 소정의 길이로 절단된 섬유이다. 용어 "섬유(fiber)" 및 "필라멘트(filament)"는 본원에서 동일한 의미를 부여하는데 사용된다. 절단 섬유의 경우, 용어 "스테이플 섬유"가 독점적으로 사용된다.
용어 "필라멘트 간 접속(interfilamentary conjunction)"은 개별 필라멘트 또는 필라멘트의 개별 부분 사이에 가능한 모든 상호 작용, 즉 결합된, 부분적으로 결합된 또는 비-결합된 접촉, 교차(intersection), 상호연결(interconnection), 평행 접촉 등을 지칭한다. 필라멘트 간 접속은 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성할 수 있을 뿐 아니라, 그들의 상호 이동을 제한하지 않으면서 서로 접촉하는 두 개의 독립적인 필라멘트를 제시할 수도 있다.
용어 "필라멘트 간 결합(bonds between filaments)" 또는 "결합 포인트(bonding points)"는 대개, 필라멘트가 서로 교차하는 위치에서 또는 이들이 서로 접촉하거나 대안적으로 서로 인접하는 위치에서 두 필라멘트를 연결하는 결합에 관한 것이다. 결합 포인트/ 통합 결합에 의하여, 2 이상의 필라멘트를 연결하거나 동일한 필라멘트의 두 부분을 연결하는 것이 가능하다. 따라서, 본원에서 용어 "결합 포인트"는 접촉 포인트에서 더 낮은 융점을 나타내는 그 성분들의 상호연결에 의한 2 이상의 섬유/필라멘트의 연결을 나타낸다. 결합 포인트에서, 더 높은 융점을 가지는 필라멘트의 형성된 성분은 일반적으로 더 낮은 융점을 가지는 필라멘트의 형성된 성분보다 덜 영향을 받는다, 즉 시스는 약간 녹는 반면 코어는 실질적으로 변하지 않는다. 반대로, 용어 "결합 임프레션(bonding impression)"은 캘린더 롤러의 양각(boss)이 작용한 표면을 나타낸다. 결합 임프레션은 결합 롤러 상에 양각의 크기에 의하여 주어지는 소정의 면적을 가지고, 인접하는 영역에 비하여 작은 두께를 가진다. 결합 공정 중, 결합 임프레션 영역은 전형적으로 상당한 기계적 압력에 놓이고, 이는 온도와 함께 결합 임프레션 영역 내 필라멘트 성분의 형상에 영향을 미칠 수 있다.
용어 "단일-성분 필라멘트(mono-component filament)" 또는 "단일-성분 섬유(mono-component fiber)"는 단일 폴리머로부터 또는 단일 폴리머 블렌드로부터 형성되는 필라멘트에 관한 것으로, 이는 2-성분 필라멘트 또는 다성분 필라멘트와 구별된다.
용어 "다성분 섬유(multi-component fiber)" 또는 "다성분 필라멘트(multi-component filament)"는 그 단면이 2 이상의 각각의 부분적 성분을 포함하는 섬유 또는 필라멘트를 나타내고, 단면 내 이러한 독립적인 성분 각각은 상이한 폴리머 화합물 또는 상이한 폴리머 화합물의 블렌드로 구성된다. 용어 "다성분 섬유/다성분 필라멘트"는 따라서, 이에 제한되지 않으나, "2-성분 섬유/2-성분 필라멘트"를 포함하는, 상위 용어이다. 다성분 필라멘트의 상이한 성분들은 그 필라멘트의 단면을 따라 배열되는 분명히 정의된 영역 내에 실질적으로 배열되고, 그 필라멘트의 길이를 따라 연속적으로 연장한다. 다성분 필라멘트는, 예를 들어, 코어 및 시스, 방사상(radial) 또는 소위 바다-속-섬(islands-in-the-sea) 등의 형태의 단면의 부분적 성분의 임의의 상호 배치로 단면의 부분적 성분의 동축 배치를 포함하는, 임의의 형상 또는 배치의 다양한 성분들로 구성되는 몇몇 개의 부분 단면으로 나누어지는 단면을 가질 수 있다.
필라멘트를 기재하는데 사용되는 용어 "2-성분(two-component 및 bi-component)"은 본원에서 상호 교환 가능하게 사용된다.
다성분 필라멘트의 설계는 이러한 필라멘트의 크림프성에 결정적인 영향을 미친다. 다성분 필라멘트 설계를 인식하는 좋은 방법은 필라멘트의 상이한 성분들의 위치를 보이게 하는 그 단면을 보고 평가하는 것이다. 대부분의 경우에, 상이한 성분들은, 예를 들어, 상이한 용융 온도 및/또는 방사, 퀀칭, 연신 및 최종 섬유 고화 후 상이한 수축 특성에 의하여 선택되고 이를 특징으로 하는 상이한 폴리머 제제로 만들어진다. 전형적으로, 필라멘트 성분의 그 단면 내 회전 대칭 배치는 (예를 들어, 동심 코어/시스) 비-크림프 필라멘트를 초래할 것인 반면, 필라멘트 성분의 비대칭 배치는 (예를 들어, 면 대 면(side by side), 또는 이심 코어/시스) 차등 잠재적 크림프 힘이 되어 자기 크림핑 및/또는 열 활성화 크림프 필라멘트를 달성할 것이다. 본원에서 표현의 단순화를 위하여, "크림프를 지지하는 단면을 나타내는 필라멘트" 및 "크림프를 지지하지 않는 단면을 나타내는 필라멘트"를 대신하여 용어 "크림프 가능한 단면(crimpable cross-section)" 및 "비-크림프 가능한 단면(non-crimpable cross-section)"을 사용한다. 용어 "크림프 가능한 단면"은 본원에서, 상이한 수축 특성을 가지는 성분들이 단면을 통하여 배열되어, 필라멘트 연신 및 고화 중 필라멘트가 자기-크림프할, 또는 활성화 온도로 또는 그 위로 가열된 후 서서히 냉각될 때, 섬유가 크림프하여, 이들 섬유가 수축력의 벡터를 따르게 하는, 다성분 섬유를 의미한다. 이에 따라, 섬유가 배출될 때, 소위 나선형 크림프를 형성하나, 섬유 레이어 내 포함될 때 그 섬유의 상호 부착은 이상적인 나선 형성을 허용하지 않는다. 다성분 섬유에 대하여, 섬유 단면 내 각각의 성분에 대한 질량의 중심을 결정할 수 있다 (단면 내 그 면적/위치를 고려하여). 이론에 구애됨이 없이, 각각의 성분의 모든 면적들의 중력 중심이 회전 대칭 동심 코어/시스와 실질적으로 동일한 지점에 있을 때, 그 섬유는 "비-크림프 가능"한 것으로 믿어진다. 예를 들어, 대칭 또는 중심 코어/시스 단면 구조를 가지는 원형 2-성분 섬유에서, 질량 중심은 단면 중심에 있다 (도 1 참조).
"필라멘트 직경(filament diameter)" 측정은 ㎛의 단위로 표시된다. 용어 "9000 m당 필라멘트의 그램 수" (데니어(denier) 또는 den) 또는 "10000 m당 필라멘트의 그램 수" (dTex)는 필라멘트 직경(원형 필라멘트 단면을 가정)과 사용되는 물질 또는 물질들의 밀도의 곱에 관한 것이므로 섬유의 섬도(fineness) 또는 조도(coarseness)의 정도를 표현하는데 사용된다.
"세로 방향(machine direction)" (MD) - 부직 섬유 물질의 생산 및 실제 부직 섬유 물질 자체에 대하여, 용어 "세로 방향" (MD)은 그 물질이 생산되는 생산 라인 상에서 실질적으로 부직 섬유 재료의 전진 방향에 해당한다.
"가로 방향(cross direction)" (CD) - 부직 섬유 물질의 생산 및 실제 부직 섬유 물질 그 자체에 대하여, 용어 "가로 방향" (CD)은, 부직 섬유 물질 평면 상에 위치하면서, 그 물질이 생산되는 생산 라인 상에서 부직 섬유 물질의 전진 방향에 실질적으로 횡단하는 방향을 나타낸다.
"z-방향" - 부직 섬유 물질에 대하여, 평면 MD x CD에 수직 방향이다. z-방향 연장은 부직물의 두께를 기재한다.
"부직물(nonwoven material)" 또는 "부직포(nonwoven fabric)"는, 필라멘트 레이어 생성 중 먼저 형성된 후, 마찰 또는 응집 또는 접착력 유발에 의하여 함께 통합되고, 상호 결합 형성에 의하여 최종적으로 통합되며, 이러한 통합은 열적으로 (예를 들어, 흐르는 공기, 캘린더링, 초음파 등에 의하여), 화학적으로 (예를 들어, 접착제를 사용하여), 기계적으로 (예를 들어, 하이드로인탱글먼트(hydroentanglement) 등), 또는 대안적으로 이러한 방법의 조합에 의하여 달성되는, 방향성 있게 또는 무작위로 배향된 필라멘트들로부터 생산되는 벨트 또는 섬유 형성물이다. 상기 용어는 실(yarns) 또는 섬유(fibers)를 사용하여 제직(weaving) 또는 편직(knitting)하여 결합 스티치를 형성함으로써 형성되는 직물을 의미하지 않는다. 섬유는 천연 또는 합성 기원일 수 있고 스테이플사(staple yarns), 연속 섬유 또는 가공 위치에서 직접 생산되는 섬유일 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 섬유는 대략 0.001 mm 미만 내지 대략 0.2 mm 이상의 범위의 직경을 가지고, 다양한 형태: 단섬유(스페이플 또는 절단 섬유로 알려짐), 연속 개별 섬유(필라멘트 또는 모노-필라멘트 섬유), 꼬여지지 않은(non-twisted) 필라멘트 번들(콤드 섬유(combed fiber)) 및 꼬여진(twisted) 필라멘트 번들(실(yarns))로 제공된다. 부직포는 멜트블로운(meltblown), 스펀본드(spunbond), 스펀멜트(spunmelt), 용매 사용 방사(spinning), 전기 방사(electrostatic spinning), 카딩(carding), 필름 피브릴화(fibrillation), 피브릴화, 스테이플 섬유와 에어-레잉(air-laying), 건식-레잉(dry-laying), 습식-레잉(wet-laying) 및 당업계에 공지된 이들 공정의 다양한 조합과 같은 기술을 포함하는, 많은 방법을 사용하여 생산될 수 있다. 부직포의 평량은 대개 평방 미터당 그램으로 표현된다(g/m2 또는 gsm).
"스펀본드(spunbond)" 또는 "스펀레이드(spunlaid)" 공정은 폴리머를 필라멘트로 직접 전환시킨 직후 그와 같이 형성된 필라멘트를 적층시켜, 무작위로 배열된 필라멘트를 함유하는 부직 필라멘트 레이어를 형성하는 것을 포함하는, 부직포 생산 공정이다. 이러한 부직 필라멘트 레이어는 그 후 필라멘트 간의 결합 형성에 의하여 부직포를 에워 싸는 방식으로 통합된다. 상기 통합 공정은 다양한 방법을 사용하여, 예를 들어, 통과하는 공기, 캘린더링 등에 의하여 수행될 수 있다.
용어 "배트(batt)"는 다양한 방식, 예를 들어, 에어-스루-결합, 캘린더링 등으로 수행될 수 있는 결합 공정 전 상태에서 발견되는 필라멘트 형태의 물질을 의미한다. 상기 "배트"는 그 사이에 고정된 상호 결합이 대개 아직 형성되지 않으나, 필라멘트들이 특정 방식으로 예비-결합/예비-통합될 수 있는 개별 필라멘트들로 구성되고, 이러한 예비-통합은 스펀레잉(spunlaying) 공정에서 필라멘트의 레잉 중 또는 직후 일어날 수 있다. 그런, 이러한 예비-통합은 여전히 상당수의 필라멘트가 자유롭게 이동 가능하여 재배치될 수 있도록 한다. 상기 "배트"는 스펀레잉 공정에서 몇몇 개의 방사 빔으로부터 필라멘트 적층에 의하여 형성되는 몇몇 개의 레이어들로 구성될 수 있다.
본원에 사용되는 의미에서, 용어 "레이어(layer)"는 직물의 부분적 성분 또는 요소에 관한 것이다. "레이어"는 단일 방사 빔 또는 실질적으로 동일한 필라멘트를 생산하는 2 이상의 연속 배열된 방사 빔 상에서 생산되는 복수 필라멘트 형태일 수 있다. 예를 들어, 스펀본드 절차 수행을 위한 두 개의 연속 배열된 방사 빔은 실질적으로 동일한 설정을 가지고 및 실질적으로 동일한 조성의 폴리머를 처리하고, 조합되어 단일 레이어를 생산할 수 있다. 반대로, 그 중 하나가 예를 들어 단일 성분 필라멘트를 생산하고 다른 하나가 예를 들어 2-성분 필라멘트를 생산하는 두 개의 스펀본드-형 방사 빔은 두 개의 다른 레이어를 형성할 것이다. 레이어의 조성은 레이어 형성에 사용되는 수지(폴리머) 조성물을 결정하는 개별 설정 및 성분의 지식에 기초하여 또는 부직포 자체의 분석에 의하여, 예를 들어, 전자 현미경을 사용하여, 또는 대안적으로 DSC 또는 NMR법을 사용하여 레이어 내 함유된 필라멘트 생산에 사용된 조성물 분석에 의하여 확인될 수 있다. 인접하는 레이어 또는 필라멘트는 엄격히 분리될 필요는 없으며, 후에 적층된 레이어의 필라멘트가 먼저 적층된 레이어의 필라멘트 사이의 갭 내로 떨어져 경계 영역 내 레이어는 함께 블렌딩될 수 있다. 레이어는 부직포 내에서, 층(strata) 구조와 독립적인 전형적인 구조(예를 들어, SMS)를 형성할 수 있다. 하나의 레이어는 1, 2 또는 그 이상의 층을 함유할 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "층(stratum, (pl. strata))"은 실질적으로 부직포의 MD 및 CD 방향의 평면을 따라 연장하고 직물의 z-방향에서 도달하는 특정 두께를 가지고 실질적으로 균일한 필라멘트 밀도(즉, 부피당 필라멘트 질량)를 가지는 필라멘트 영역에 관한 것이다. 부직포 내 층의 필라멘트 밀도는 정확하게 측정될 수 없으나, 이는 부직포의 단면에서 볼 때 평가될 수 있다. 상기 층은 또한 실질적으로 균일한 필라멘트-대-필라멘트 결합 밀도 및/또는 실질적으로 균일한 더 강하고 더 약한 필라멘트-대-필라멘트 결합 함량을 특징으로 한다 (외층의 외표면으로부터 중간 영역을 향하여 이러한 값들의 약간의 구배가 있을 수 있으나). 이와 같이 부직포 내 필라멘트 층은 완전히 균일하지는 않으며; 부직포의 필라멘트가 무작위로 배열 및 배향되므로, 한층으로부터의 필라멘트가 다른 층 내로 들어갈 수 있고, 나아가, 층의 특정 영역이 층의 대부분이 놓인 평면 밖으로 국소적으로 튀어나오거나 연장할 수 있고, 층의 필라멘트의 일부가 인접층 내로 또는 부직포의 표면 밖으로 도달할 수 있다. 상기 층 구조는 부직포 자체의 분석에 의하여, 예를 들어, 전자 현미경을 사용하여 (특히 단면도로부터), 또는 예를 들어 단층촬영법(tomography) 또는 마이크로 CT 측정법에 의하여 관찰될 수 있다.
본원에서 용어 "압축률(compressibility)"은 부직포가 "탄성 특정 중 정의되는 하중(load)의 영향에 의하여 압축되는 밀리미터 거리에 관한 것이다. 용어 "회복률(recovery)"은 본원에서 압축된 후 그의 최초 형상을 회복하는 직물의 능력에 관한 것이다. 이는 주로 작용 하중 방출 후 직물의 두께와 그 직물의 초기 두께 사이의 비에 기초한 벌키성(bulkiness)의 재생(회복) 능력에 관한 것이다.
용어 "연신비(draw down ratio 또는 draw ratio)"는 본원에서 모세관 단면적을 필라멘트 단면적으로 나누어 계산되는 수에 관한 것이다. 그의 시직경(apparent diameter)에 기초하여 측정된 섬유 섬도를 이용하여 필라멘트 단면적을 계산한다. 기타 비-원형 단면은 이러한 방식으로 계산될 수 있으므로, 그러한 경우, 실제 단면을 보이는 SEM 사진 분석이 필요하다.
상세한 설명
스펀본드 및/또는 스펀멜트 부직포는 산업에서 잘 알려져 있다. 방사 빔을 사용하여 생산되는 무한한 필라멘트가 생산 벨트 상으로 놓여져 배트를 형성한 후, 예비-통합되고 함께 결합되어 직물을 형성한다. 상기 결합 단계는 몇몇 공지 옵션, 예를 들어:
- 예를 들어, 바늘 또는 물줄기 의하여 수행되는, 기계적 얽힘(entanglement);
- 접착제 또는 결합 목적으로 첨가되는 기타 첨가제를 사용하여 수행되는 화학적 결합;
- 폴리머 조성물의 적어도 일부의 용융 및 고화에 의하여 배트를 열에 노출시켜 결합 포인트를 형성함으로써 수행되는 열 결합. 열은 예를 들어 캘린더 롤 쌍에 의하여, 상기 배트를 통과하는 복사열(radiant heat) 또는 고온 유체에 의하여 제공될 수 있다.
특정 이점 및 불리한 점을 가지는, 열거된 각각의 방법은 또한 각각의 직물에 주어진 범위 내에서 공정 설정을 사용하여 조절될 수 있는 전형적인 외관 및 특성을 부여한다. 위에 제공된 예의 목록은 단지 예시를 목적으로 한 것이며, 당업자는 기타 결합 방법 또는 이의 다양한 조합을 이용하여 직물의 원하는 특성을 달성할 수 있음을 이해할 것이다.
고온 유체 흐름에 의하여 통합된 직물이 산업에 공지되어 있으며, 특히, 단섬유를 이용하는 카드(carded) 기술은 연성 열 결합된 직물을 생산하는 것으로 알려져 있다. 고온 유체 결합의 주된 이점은 이러한 결합이 전체 직물에 걸쳐 일어나며, 각각의 섬유-대-섬유 교차가 결합을 형성할 수 있다는 점이다. 결합은 작고, 서로 접촉하고 있는 2 이상의 섬유 사이에 형성된다. 단섬유 기술은 섬유를 균일 섬유 블렌드로 함께 혼합하고 더 낮은 용융 온도를 가지는 폴리머(결합 폴리머)를 함유하는 섬유의 양을 정확하게 조절하는 것이 이점을 이용한다. 예를 들어, 매우 연성이고 로프티한 직물이 요구될 때, 결합 폴리머를 가지는 섬유가 섬유 프리믹스 내 단지 소량으로 존재할 수 있으며, 그 반대 또한 마찬가지이다.
반대로, 스펀멜트 부직포는 전형적으로 하나의 유형의 필라멘트로부터 생산되고, 결합 폴리머의 양은 각각의 섬유 내 결합 폴리머 함량(2-성분 필라멘트 내 폴리머 비)에 의해서만 조절될 수 있다. 스펀멜트 생산 라인은 복수의 방사 빔을 포함할 수 있고, 각각의 빔으로부터 다양한 비의 조합에 의하여, 상이한 결합 폴리머를 가지는 층상 직물을 생산할 수 있다. 상이한 결합 폴리머를 가지는 층들은 상이한 특성들을 제공할 수 있고, 직물은 고도 및 중간 결합층 사이에 상승 작용을 이용할 수 있다. 필라멘트 조성 내 결합 폴리머의 비를 본원에서 예로서 사용하며, 예를 들어, 하나는 큰 내마모성을 제공하고 다른 하나는 연성 및 벌키성을 제공하는 적어도 2 레이어로부터의 직물을 기재하는, 2018년 Reifenhauser의 출원 EP 19189238.9 (아직 공개되지 않음)에 기재된 바와 같이, 더 기술적인 특징들을 함께 조합할 수 있다.
상기 해결책은 직물에 원하는 특성 조합을 제공하나, 공정 관점에서, 이는 직물 생산자에 하나의 불리한 점을 숨기고 있다. 첫번째 레이어가 두번째 레이어 상에 얇은 스킨만을 형성할 때, 최상의 내마모성 및 연성 (유연성 또는 드레이프성 의미에서)이 얻어지며, 이는 첫번째 레이어가 더 낮은 평량을 나타내므로 2-빔 생산 라인이 첫번째 빔을 이용하여 그 최적의 스루풋을 달성할 수 없음을 의미한다.
본 발명의 해결책은 고온 유체 흐름 결합 공정을 설정하여 "연성-벌크" 부분 상에 "스킨"이 형성될 수 있고, "스킨"의 두께가 직물의 원하는 최종 특성에 따라 조절될 수 있는, 스펀멜트 물질을 제시한다. 본 발명에 따른 직물은 그 표면의 적어도 일부 위에 더 낮은 용융 온도를 가지는 결합 폴리머를 함유하는 다성분 필라멘트를 함유하는 배트로부터 생산될 수 있다. 상기 이동 벨트 상에 배트는 열 처리에 노출된다. 열이 고온 유체, 예를 들어 고온 공기에 의하여 배트 내로 전달될 수 있다. 일반적으로, 열은 생산 공정의 상이한 단계에서, 예를 들어, 필라멘트가 벨트 상에 놓여 구조를 예비-통합한 직후, 열 활성화 공정 중, 결합 공정 중, 등에 배트 내로 전달될 수 있다.
고온 유체는 필라멘트 배트 표면을 관통하고, 필라멘트 주위를 흐르고, 고온 유체에 의하여 운반되는 열의 일부가 더 차가운 필라멘트 내로 절단된다. 일부 열은 배트 표면상에 필라멘트로 전달되므로, 고온 유체 온도가 다소 감소하고 필라멘트와 고온 유체 사이의 온도차 또한 감소한다. 당업자는 필라멘트가 표면에서 이러한 열을 획득할 때, 필라멘트 온도가 증가하고, 고온 유체와 필라멘트 간의 온도차가 감소함을 이해할 것이다. 충분한 시간 및 열을 이용하여, 직물 내 모든 필라멘트가 균일한 온도로 가열될 수 있고, 섬유-대-섬유 결합이 전체 직물 두께에 걸쳐 균일할 수 있다. 따라서, 직물은 균일하게, 완전히 또는 잘 결합된 것으로 칭할 수 있다.
놀랍게도, 그 두께를 통하여 불균일한 결합 포인트 밀도를 가지는 직물은 추가 이점을 가져올 수 있는 것으로 발견되었다. 본 발명에 따른 직물은, 단면에서 볼 때, 더 큰 필라멘트 간 접속을 가지는 영역 (더 많은 필라멘트가 서로 접촉하여, 예를 들어, 더 많은 필라멘트-대-필라멘트 결합이 형성 및/또는 더 강한 결합이 형성될 수 있음) 및 더 적은 필라멘트 간 접속을 가지는 영역을 함유하고; 여기서 접속은 개별 필라멘트 사이에 가능한 모든 상호 작용, 즉, 결합된, 부분적으로 결합된 또는 비-결합된 접촉, 상호교차, 상호연결, 평행 접촉 등으로서 정의된다 (추후 더 상세히 정의함). 이러한 영역의 구분은 필라멘트 밀도(주어진 면적 내 필라멘트 수)를 가지는 하나의 유형의 필라멘트(섬유 표면 특성에 기초하여)와 상관관계가 있다. 더 높은 결합 정도를 가지는 영역은 전형적으로, 고온 유체가 직물 내로 들어가는 필라멘트 배트의 외표면 상에 형성된다. 더 높거나 더 낮은 필라멘트 밀도 영역 (층)은 일반적으로 잘 알아볼 수 있으나, 전형적으로 그들 사이에 엄격한 경계는 없다. 본 발명에 따른 직물은 그 두께에서 적어도 두 개의 상이한 필라멘트 층을 함유한다. 층은 일반적으로 균일한 필라멘트-대-필라멘트 결합 수준 및/또는 필라멘트 밀도를 가지는 평면 MD-CD 방향으로 배향된 3D 영역으로서 일반적으로 정의된다. 그러한 층의 형성은 다양한 요인에 의하여 영향을 받을 수 있으며, 층은 몇가지 방법에 의하여 인식될 수 있다.
예를 들어, 더 높은 필라멘트 간 접속 수준을 가지는 층은 또한 더 높은 필라멘트 또는 섬유 밀도를 가진다. 필라멘트들은 동일한 배트로부터 형성되나 더 적은 섬유 대 섬유 접속을 가지는 층에서보다 서로 더 가깝다. 섬유 밀도 수준은 예를 들어 도 2에 도시하는 바와 같이 SEM 현미경 단면을 관찰함으로써 평가될 수 있거나, 또는 예를 들어, 2-차원 디지털 크로스 컷이 형성되고 필라멘트 밀도의 정확한 결정에 사용되는, 단층촬영범 또는 microCT 측정으로부터 분석 및 계산될 수 있다.
예를 들어 (도 3 참조), 본 발명에 따른 직물은 그 두께에 걸쳐 상이한 필라멘트 밀도를 가지는 적어도 두 개의 상이한 필라멘트 층(A, B)을 함유할 수 있다. 바람직하게, 층 A의 필라멘트 밀도와 층 B의 필라멘트 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 2.5; 더 바람직하게는 적어도 3, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 두 개의 상이한 필라멘트 층을 포함할 수 있고, 여기서 더 높은 필라멘트 밀도를 가지는 제1 층(A)은 부직포의 일 표면을 형성하고, 더 낮은 필라멘트 밀도를 가지는 제2 층(B)은 부직포의 중간 영역 또는 제2 표면을 형성한다.
예를 들어 (도 4 참조), 본 발명에 따른 직물은 적어도 세 개의 상이한 층을 포함할 수 있고, 여기서 직물의 제1 외표면을 형성하는 제1 층(A), 제2 층(B), 및 직물의 제2 외표면을 형성하는 제3 층(C)이 있으며, 상기 제2 층(B)은 제1 층(A)과 제3 층(C) 사이에 배치된다. 중간 영역을 형성하는 제2 층(B)의 필라멘트 밀도는 제1 층(A)의 필라멘트 밀도 및 제3 층(C)의 필라멘트 밀도보다 낮다. 외부 층(A, C)은 (내부) 제2 층(B)보다 높은 필라멘트 밀도를 가지는 한, 동일한 특징을 가질 수 있으나 반드시 그러할 필요는 없음을 주목하여야 한다. 바람직하게, 제1 층(A)의 필라멘트 밀도와 제2 층(B)의 필라멘트 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 2.5; 더 바람직하게는 적어도 3, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5이다. 또한 바람직하게, 제3 층(C)의 필라멘트 밀도와 제2 층(B)의 필라멘트 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 2.5; 더 바람직하게는 적어도 3, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5이다. 예를 들어, 필라멘트 간 접속 밀도를 직접 측정할 수 있다. 이는, 예를 들어, 광학 또는 SEM 현미경 검사를 이용하여 평가될 수 있다. 두 방법 모두 직물 샘플 표면 분석을 위해서만 사용될 수 있다. 완전한 샘플 분석을 위하여, 3-차원 microCT 사진이 직물 모델로 변형되는, "부직포에 대한 기하학적 섬유 통계 결정법"이 산업에 공지되어 있다. 상기 방법은 기계 학습 접근을 이용하여 샘플 내 존재하는 각각의 섬유를 확인한 후 이러한 섬유의 기하학적 분석에 의하여 물질을 특성화하기에 적합한 통계를 얻는다. 결과는 섬유 배향 및 밀도 분포를 포함한다. 이러한 분석 작업 흐름은 Math2Market GmbH에 의하여 개발되었으며, GeoDict 디지털 자료 실험실의 일부이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 그 두께에서 상이한 필라멘트 간 접속 밀도를 가지는 적어도 2개의 상이한 필라멘트 층(A, B)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제1 층(A)의 필라멘트 간 접속 밀도와 제2 층(B)의 필라멘트 간 접속 밀도의 비는 적어도 2; 더 바람직하게는 적어도 3; 더 바람직하게는 적어도 4; 더 바람직하게는 적어도 5, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 3개의 상이한 필라멘트 층을 포함할 수 있고, 여기서 부직포 외표면을 형성하는 제1 층(A); 제2 층(B) 및 부직포의 제2 외표면을 형성하는 제3 층(C)이 있고, 제2 층(B)은 제1 층(A)과 제3 층(C) 사이에 배치된다. 제1 층(A) 및 제3 층(C)의 필라멘트 간 접속 밀도는 부직포의 중간 영역을 형성하는 제2 층(B)의 필라멘트 간 접속 밀도보다 높다. 외부층(A, C)은 가장 낮은 필라멘트 간 접속 밀도는 가지는 (내부) 제2 층(B)보다 높은 필라멘트 간 접속 밀도를 가지는 한, 동일한 특징을 가질 수 있으나 반드시 그러할 필요는 없다. 바람직하게, 층(A)(또는 제3 층(C))의 필라멘트 간 접속 밀도와 층(B)의 필라멘트 간 접속 밀도의 비는 적어도 2; 더 바람직하게는 적어도 3.0; 더 바람직하게는 적어도 4; 더 바람직하게는 적어도 5, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7이다.
필라멘트 간 접속(Interfilamentary conjunction)
필라멘트 간 접속 밀도는 직물 내 결합 밀도, 달리 말하면, 결합 포인트 사이의 필라멘트 부분의 길이와 관련된다. 여기서, 모든 필라멘트 간 접속이 결합을 형성하지는 않으며, 그렇다면, 상이한 유형의 결합이 필라멘트 조성 및 주변 조건에 기초하여 발견될 수 있음을 주목하여야 한다. 이론에 구애됨이 없이, 네 가지 전형적인 경우를 확인할 수 있는 것으로 믿는다:
1) 결합 없음 - 두 필라멘트가 서로 접촉하나 어떠한 결합도 형성되지 않는다 (도 5a, 5b 참조). 예를 들어, 결합 폴리머가 필라멘트 표면의 일부에만 존재하는, 면/면 섬유 유형의 경우, 필라멘트는 결합 폴리머가 없는 부분에 의해서 서로 마주볼 수 있다. 따라서, 필라멘트는 서로 접촉할 수 있으나 서로 연결 또는 결합되지 않는다. 또한, 예를 들어, 직물이 결합되고 결합 폴리머의 용융 온도가 도달되지 않는 절차를 사용하여 추후 필라멘트 크림핑이 재활성화되는 경우, 필라멘트가 얽혀 더 많은 필라멘트-대-필라멘트 접촉 포인트를 형성할 수 있으나, 새로운/추가적인 필라멘트-대-필라멘트 결합은 형성되지 않는다.
2) 약한 또는 접선 결합 - 두 필라멘트는 "접선으로(tangentially)" 서로 접촉할 수 있고, 결합 폴리머는 그들 사이에 "넥(neck)"을 형성한다 (도 6a, 6b 참조). 이는, 예를 들어, 섬유가 서로 약간 접촉할 뿐인 경우 또는 더 적은 양의 결합 폴리머가 있을 뿐일 때 일어날 수 있다.
3) 완전 결합 - 두 필라멘트가 서로 만나고, 결합 폴리머가 조합된 시스에 의하여 이들을 커버한다 (도 7a, 7b). 이는, 예를 들어, 섬유가 서로에 대하여 약간 압축되는 경우, 또는 더 많은 결합 폴리머가 있어 코트(coat)를 형성할 때 일어날 수 있다.
4) "트리 트렁크(tree trunk)" - 두 필라멘트가 길이 방향으로 서로 접촉하고, 결합 폴리머가 두 개의 결합된 필라멘트들의 직경의 합보다 큰 길이를 따라서와 같이, 특정 길이를 따라 두 섬유에 대한 넥 또는 조합된 코트를 형성한다 (도 8a, 8b 참조).
2개보다 많은 섬유가 결합 포인트를 형성할 수 있고 상이한 결합 포인트 유형이 함께 조합될 수 있음을 주목하여야 한다. 예를 들어, 약한/접선 결합을 가지는 트리 트렁크가 제3 섬유에 결합될 수 있다. 제시된 범주는 설명을 목적으로 한 전형적인 예이며 실제로 다양한 유형의 결합, 특히 약한 결합과 완전한 결합 사이의 중간 결합이 발견될 수 있고, 트리 트렁크는 매우 짧은 결합으로부터 매우 긴 결합까지 형성될 수 있음을 또한 주목하여야 한다.
예를 들어, 더 많은 수의 필라멘트 간 접속을 가지는 층은 더 적은 수의 필라멘트 간 접속을 가지는 층보다 더 높은 결합 3(완전 결합) 및 4(트리 트렁크)의 밀도를 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 그 두께에 걸쳐, 상이한 수준의 완전 및 트리 트렁크형 결합 밀도를 가지는 적어도 2개의 상이한 필라멘트 층(A, B)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제1 층(A)과 제2 층(B) 내 완전 결합 내지 트리 트렁크형 결합 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 3.0; 더 바람직하게는 적어도 4.0, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 3개의 상이한 층을 포함할 수 있고, 여기서 부직포의 제1 외표면을 형성하는 제1 층(A); 제2 층(B), 및 부직포의 제2 외표면을 형성하는 제3 층(C)이 있고, 제2 층(B)은 제1 층(A)과 제3 층(C) 사이에 배치된다. 제1 층(A) 내 완전 결합 및 트리 트렁크형 결합의 조합된 밀도, 및 제3 층(C) 내 완전 결합 및 트리 트렁크형 결합의 조합된 밀도는 제2 층(B) 내 완전 결합 및 트리 트렁크형 결합의 조합된 밀도보다 높다. 외부층(A, B)은 (내부) 제2 층(B)보다 높은 조합된 완전 결합 및 트리 트렁크형 결합 밀도를 가지는 한, 동일한 특징을 가질 수 있으나 반드시 그러할 필요는 없다. 바람직하게, 제1 층(A)(또는 제3 층(C)) 및 제2 층(B)의 완전 결합 및 트리 트렁크형 결합의 조합 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 3.0; 더 바람직하게는 적어도 4.0, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5.0이다.
네 가지 유형의 결합 모두 하나의 직물 샘플 내에서 발견될 수 있다. 결합 강도는 첫번째 옵션(결합 없음)으로부터 약한/접선 결합을 거쳐 완전 결합 및 트리 트렁크 결합까지 증가한다. 직물 내 상이한 유형의 결합의 수 및 비는 최종 직물 특성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 더 높은 강도를 가지는 결합의 더 높은 수는 직물 저항성 및 인장 강도를 지지할 뿐 아니라, 아마도 직물에 강성(stiffness)을 부여할 수도 있다. 더 높은 수의 트리 트렁크 결합은 특히 더 큰 공극 부피와 조합되어, 예를 들어, 거칠거나 착용이 불편한 것으로 부정적으로 평가될 수 있는 반갑지 않은 내부 하드 스팟을 생산할 수 있다.
예를 들어, 단면에서 볼 때, 많은 공극 부피를 부직포 내에서 볼 수 있다. "공동(cavities)"으로 불리는 더 큰 공극 부피를 부직 웹 단면에서 볼 수 있으며 3-차원이다. 전형적으로, 더 높은 필라멘트 간 접속 수준을 가지는 영역은 그들 중 더 적은 공극 부피를 가지며, 전체 면적에 대한 총 공극 부피 또한 일반적으로 더 낮다. 반대로, 더 적은 필라멘트 간 접속을 가지는 영역은 더 큰 공극 부피 및 주어진 면적에 대한 더 큰 총 공극 부피를 나타낸다. 공동으로 불리는 큰 공극 또한 직물 단면에서 관찰될 수 있다. 부직포의 길이 방향 축(MD)을 따르는 단면에서, 공동의 길이는 공동의 높이보다 훨씬 크다.
예를 들어, 본 발명에 따른 부직포는 공동을 함유하는 층(B)을 포함할 수 있고, 여기서 공동의 길이 대 높이 비 L:H는 적어도 3:1, 바람직하게는 5:1, 가장 바람직하게는 10:1이다. 예를 들어, 도 9 및 10을 참조한다.
부직포 자체를 상이한 유형의 현미경 검사 또는 섬유 구조 내 차이를 묘사하기 위한 다른 시각화 기법을 이용하여 분석할 수 있으나, 최종 사용자의 관점에서, 직물 특성은 핵심적인 이점이다. 이론에 구애됨이 없이, 부직포가 동일 필라멘트로 구성되는 균일한 필라멘트 배트로부터 생산되는 것으로 가정할 때, 필라멘트 간 접속 수준이 결합 밀도에 비례한다면, 필라멘트 간 접속 밀도 수준에 근거하여 최종 특성을 예측할 수 있다.
예를 들어, 스펀본드 에어 스루 결합 공정에 노출되는 단일층 배트는 벨트 상에서 예비-통합에 노출될 것이며, 여기서 고온 유체가 상부로부터 직물 내로 들어간 다음, 상기 배트가 에어 스루 결합 유닛으로 이동하고 벨트 또는 드럼 상에서 결합되며, 고온 유체는 예비-통합 공기로서 동일한 쪽으로부터 배트 내로 들어간다. 정확한 기술 및 공정 조건에 기초하여, 상이한 특성을 가지는 다양한 구조를 형성할 수 있다:
불충분한 양의 열이 배트 필라멘트 내로 들어갈 때, 결합 폴리머는 충분히 연화 또는 용융되지 않으며, 형성되는 결합은 일반적으로 약하다. 형성된 직물은 전형적으로 매우 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준 및 비교적 큰 공극 부피를 제공한다. 이러한 직물은 "언더본디드(underbonded)"된 것으로 지정될 수 있다. 전형적으로, 이로부터 필라멘트 또는 필라멘트의 추출 부분을 분해하는 것은 용이하며, 저항은 (표면 및 층간 분리/분해 모두) 매우 낮다. 상기 직물은 불안정한 것으로 간주될 수도 있다. 다른 한편으로, 이러한 직물은 압축성, 유연성, 드레이프성 등의 의미에서 아마도 매우 연성이다. 도 11을 참조한다.
열이 (아마도, 더 낮은 수준의 적합한 열 범위에서) 배트 필라멘트 내로 들어갈 때, 특히 열이 가능한 한 균일하게 배트를 통하여 널리 필라멘트 내로 들어가기에 충분한 시간이 있을 때, 또는 예를 들어, 배트가 열 흐름에 투과성이어서 열 흐름이 모든 위치에서 동일한 온도 구배로 이를 통과할 때 (당업자는 적합한 공정 설정을 용이하게 결정할 수 있음), 결합 폴리머는 충분히 연화 및 용융되고 (더 낮은 수준의 적합한 결합 범위에서) 필라멘트-대-필라멘트 결합이 형성된다. 형성된 직물은 전형적으로, 여전히 비교적 큰 공극 부피를 가지는 균일한 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 제공한다. 이러한 직물은 "저-결합된(lower bonded)"것으로서 지정될 수 있다. 전형적으로, 이는 벌키(로프티)하고, 압축성, 유연성, 드레이프성 등의 의미에서 연성이나, 특정 (더 낮은) 수준의 표면 및 층간 분리 저항성을 유지한다. 도 12를 참조한다.
열이 배트 필라멘트 내로 들어가고 불균일하게 분포되어 더 많은 열이 외부 영역에서 섬유에 의하여 받아들여지고 더 적은 열이 직물 내부의 섬유에 의하여 받아들여질 때 (들어가는 열 흐름 방향의 관점에서), 층 구조가 형성될 수 있다.
층 구조는 외표면 상에 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준 및 직물 내부에 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 필요로 한다. 도 3을 참조한다.
열은 한쪽으로부터 또는 양쪽으로부터 동시에 필라멘트 배트 내로 들어갈 수 있다 (예를 들어, 한쪽으로부터 고온 공기 흐름 및 다른 쪽으로부터 고온 표면, 예를 들어, 벨트, 데스크, 드럼 등); 또는 각각의 단계에서 양쪽으로부터 (한쪽으로부터 그 다음 다른 쪽으로부터)). 이러한 상황하에, 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 제1 층(A)이 제1 외표면에 형성될 수 있고, 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 제3 층(C)이 제2 외표면에 형성될 수 있고, 중간 영역은 최저 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 제2 층(B)으로 구성될 수 있다. 도 4를 참조한다.
이론에 구애됨이 없이, 더 많은 공정 요소 및 변수가 함께 작업하여 층 구조를 형성할 수 있는 것으로 믿는다. 예를 들어, 열과 약간의 압축력(예를 들어, 원통형 표면, 예를 들어 드럼 또는 롤 상에 직물의 장력)은 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 외부층 형성을 지지할 것이다. 예를 들어, 필라멘트로 들어가는 열은 폴리머 조성물 내 비-결합 폴리머를 연화 또는 부분적으로 연화하고, 열원에 가장 근접하는 필라멘트의 부분적 연화는 외부층 형성을 보조할 것이다. 예를 들어, 크림핑 가능한 단면을 가지는 또는 수축 가능한 폴리머를 함유하는 필라멘트는 열 하에 반-안정(semi-stable) 상태에서 더 안정한 상태로 이동하려 할 수 있고, 공정이 크림프 형성에 충분히 강하지 않더라도, 내부 필라멘트 힘이 층 형성을 지지할 수 있다. 특허 출원 제 WO2020103964호는 비-크림핑 가능한 단면을 가지는 벌키한 구조 형성을 설명하기 위하여, 내부 수축력 및 섬유/필라멘트 저항 한계의 이론을 기재한다. 이론에 구애됨이 없이, 오븐에서, 유사한 원리를 이용하여 z-방향으로 필라멘트 부분을 이동시켜 층 구조를 형성하는 힘을 묘사할 수 있을 것으로 믿는다. 예를 들어, 오븐을 빠져나간 직후 냉각은 층 구조 형성을 보조하거나 적어도 형성된 층 구조 경화를 보조할 수 있다.
그 구조 내에 더 높고 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 층들을 조합하는 본 발명에 따라 형성되는 직물은, 우수한 저항성 (더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 층의 표면 저항 및 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 가장 약한 층 B의 결합 강도에 의하여 주어지는 층간 분리를 위하여 요구되는 더 높은 힘)이 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 벌크층에 의하여 지지되는 우수한 벌키성 및 연성 (압축성, 유연성, 드레이프성 등의 의미에서)과 조합되는, 매우 우수한 특성 조합을 제공한다.
이론에 구애됨이 없이, 연성/벌키성 및 저항성/인장 강도 특성 간의 균형은 인접 층 사이에 불분명한 경계에 의하여 제공되는 상승 효과를 또한 이용할 수 있을 것으로 믿는다. 예를 들어, 특정 필라멘트는 그 부분 중 일부가 더 높은 필라멘트 결합 밀도 수준을 가지는 제1 또는 제3층(A, C) 내로 연장하고, 다른 부분이 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준이 있는 제2 층(B) 내로 연장할 수 있다. 예를 들어, 하나의 레이어의 필라멘트 배트 내 형성되는 층 구조는, 다른 섬유 레이어들로부터 형성되는 유사한 구조에 비하여, 더 많은 내부 복잡성을 제공한다. 열이 (아마도 중간 내지 더 높은 수준의 적합한 열 범위에서) 배트 필라멘트로 들어갈 때, 특히 열이 가능한 한 균일하게 직물을 통하여 모든 위치에서 필라멘트로 들어가기에 충분한 시간이 있을 때, 또는 예를 들어, 배트가 열 흐름에 투과성이어서 열 흐름이 모든 위치를 통하여 동일한 열 구배로 이를 통과할 때 (당업자는 더 적합한 공정 설정을 용이하게 결정할 수 있음), 결합 폴리머는 충분히 연화 또는 용융되고 (더 높은 한계의 적합한 결합 온도 범위에서), 필라멘트-대-필라멘트 결합이 형성된다. 형성된 직물은 전형적으로, 비교적 더 작은 공극 부피와 균일한 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 제공한다. 이러한 직물은 "완전 결합된(fully bonded)" 것으로 지정될 수 있다. 전형적으로, 이는 덜 벌키하고 더 강성이다. 또한, 이는 더 높은 수준의 표면 저항, 특히 층간 분리 저항성을 유지한다. 도 13을 참조한다.
지나치게 많은 열이 배트 필라멘트로 들어갈 때, 결합 폴리머는 완전히 용융되고 주로 완전 또는 트리 트렁크형 결합이 형성된다. 또한, 필라멘트 조성물로부터 기타 폴리머가 영향을 받을 수 있으며, 예를 들어, 이는 더 쉽게 굽혀질 수 있고, 필라멘트 배트는 그 자체 내로 붕괴될 수 있다. 형성된 직물은 전형적으로, 매우 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준 및 작은 공극 부피를 제공한다. 이러한 직물은 "과결합된(overbonded)" 것으로 지정될 수 있다. 전형적으로, 이는 매우 강성이고 저항성이다. 이는 또한 아마도 덜 벌키하고 더 나쁜 연성 촉감을 가진다. 도 14를 참조한다.
열 흡수가 증가함에 따라 직물 두께가 감소한다는 상기 가설은 그 결합 중 필라멘트 형상을 변화시키는 내부 힘을 유발하는 상당한 변화(예를 들어, 크림프 활성화, 조절된 수축 등)를 겪지 않는 필라멘트에 대하여 유효함을 주목하여야 한다. 이러한 상황하에, 직물은 최적의 크림프/수축 값에 대한 경사(hill) 또는 경사들을 가지는 열 흡수 곡선에 대하여 상이한 두께 및 언더본디드 및 과결합 직물에 대하여 더 낮은 두께를 가질 수 있다. 결합 원리는 일반적으로 동일하고, 층 구조는 그 모든 이점을 가지고 형성될 수 있다.
소위 크림프 가능한 단면 내 배열되는 상이한 수축 수준을 가지는 폴리머들의 특정 조합이 소위 크림핑을 제공하는 것으로 산업에 잘 알려져 있다. 이는 즉각적인 자기-크림핑 또는 잠재적-크림핑일 수 있으며, 크림프를 나타내기 위하여 섬유는 활성화되어야 한다 (예를 들어, 열 활성화를 통하여). 크림핑 가능한 단면을 가지는 섬유는 소위 나선형 크림프를 형성하는 규칙적인 크림프를 제공한다. 상당히 단순화하여, 크림핑 가능한 단면을 가지는 섬유는 더 높은 수축률을 가지는 성분을 향하는 방향으로 굽히는 경향이 있으며, 이는 실질적으로 불균일한 나선형 크림프를 야기한다고 할 수 있다. 즉, 크림핑 가능한 단면은 제1 및 제2 성분의 내부힘 벡터의 서로를 향한 규칙적 이동을 야기한다. 이론에 구애됨이 없이, 이동의 규칙성은 자유 단일 섬유 상에 크림프 규칙성에 대한 주된 원인이라고 믿는다. 이와 대조적으로, 본 발명에 따르면, 이론에 구애됨이 없이, 비-크림핑 가능한 단면을 가지는 섬유 상에, 제1 및 제2 성분의 내부 수축력 벡터가 서로 간에 규칙적 이동을 제공하지 않으므로, 섬유는 임의의 방향으로 불규칙한 bows 또는 waves를 형성하는 것으로 믿는다. 상당히 단순화하여, 상기 섬유는 그 단면 또는 주변의 특정 부분을 향하여 굽히는 균일한 경향을 가지지 않으며, 이는 그 불규칙한 최종 형상을 초래한다고 할 수 있다. 활성화 후, 섬유 단면은 실질적으로 비-크림핑 가능하게 유지된다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 그 표면의 적어도 일부 상에 결합 폴리머를 가지는 다성분 필라멘트를 포함할 수 있다. 상기 결합 폴리머는 폴리올레핀(즉, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌), 저-용융 폴리에스테르 등급을 포함하는 저-용융 폴리머 (즉, 폴리락트산과 같은 지방족, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 방향족 화합물), 적합한 폴리머의 코폴리머 또는 블렌드의 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 결합 폴리머가 폴리에스테르 코폴리머(coPET) 또는 폴리락티드 코폴리머(coPLA)를 또한 포함하는 폴리에스테르 군의 플라스틱으로 구성되거나 실질적으로 구성되는 것은 본 발명의 범위 내이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 결합 폴리머의 용융 온도보다 높은 용융 온도를 가지는 제1 폴리머를 가지는 다성분 필라멘트를 포함할 수 있고, 바람직하게는 용융 온도차는 적어도 5℃이다. 상기 제1 폴리머는 폴리올레핀(즉, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌), 폴리에스테르(즉, 폴리락트산과 같은 지방족 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 방향족 화합물), 적합한 폴리머의 코폴리머 또는 블렌드의 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 제1 폴리머가 폴리에스테르 코폴리머(coPET) 또는 폴리락티드 코폴리머(coPLA)를 또한 포함하는 폴리에스테르 군의 플라스틱으로 구성되거나 실질적으로 구성되는 것은 본 발명의 범위 내이다.
본 발명에 따른 2-성분 필라멘트를 위한 바람직한 성분 조합은 PP/PE, PET/PE, PET/PP, PET/CoPET, PLA/COPLA, PLA/PE 및 PLA/PP이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 다성분 필라멘트, 바람직하게는 2-성분 필라멘트를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 직물은 벌크 배트로부터, 바람직하게, 크림핑된 필라멘트 또는 적절한 활성화 하에 자기 크림핑될 수 있는 잠재적 크림프를 가지는 필라멘트를 포함하는 배트로부터 형성된다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 크림핑 가능한 단면을 가지는 다성분 필라멘트, 바람직하게는 크림핑 가능한 단면을 가지는 2-성분 필라멘트, 더 바람직하게는 eC/S 또는 S/S 단면을 가지는 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들어, eC/S 단면에 대한 바람직한 조합의 일부는: PP/PE, PET/PE, PLA/PE, PET/PP, PLA/PP, PP/coPP, PET/coPET, PLA/coPLA이고, 여기서 명명된 폴리머들은 필라멘트 성분의 적어도 75%를 형성한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 수축 가능한 폴리머를 포함하는 비-크림핑 가능 단면을 가지는 다성분 필라멘트, 바람직하게, 그 조성 내, 바람직하게는 코어 내 폴리에스테르를 포함하는 C/S 단면을 가지는 2-성분 필라멘트를 포함할 수 있다. 예를 들어, C/S 단면에 대한 바람직한 조합의 일부는: PET/PE, PET/PP, PET/coPET, PLA/PE, PLA/PP, PLA/coPLA이고, 여기서 명명된 폴리머들은 필라멘트 성분의 적어도 75%를 형성한다.
이론에 구애됨이 없이, 어떤 경우, 층 구조가 형성될 수 있으나, 필라멘트 표면상에서 이용 가능한 낮은 결합 폴리머 양으로 인하여, 형성된 결합이 지나치게 약하여 제자리에 유지되지 못하고 원하는 구조가 소멸되는 것으로 믿는다. 다른 한편으로, 필라멘트가 결합 과정 중 용융되는 결합 폴리머를 너무 많이 함유하는 경우, 용융되지 않는 필라멘트의 나머지 고체 부분은, 열 흐름에 놓일 때, 지나치게 약하여 그 구조를 유지하지 못하게 되어 다시 원하는 구조가 소멸된다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 15 중량%의 결합 폴리머, 바람직하게는 적어도 18 중량%의 결합 폴리머를 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 최대 75 중량%의 결합 폴리머, 바람직하게는 최대 80 중량%의 결합 폴리머를 포함할 수 있다.
다양한 폴리머 조합에 대하여 상이한 수준이 사용될 수 있다. 예를 들어, PP/PE 필라멘트를 가지는 본 발명에 따른 직물은 적어도 25 중량%의 결합 폴리머, 바람직하게는 적어도 30 중량%의 결합 폴리머, 더 바람직하게는 적어도 35 중량%의 결합 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, PP/PE 필라멘트를 가지는 본 발명에 따른 직물은 최대 75 중량%의 결합 폴리머, 바람직하게는 최대 70 중량%의 결합 폴리머, 더 바람직하게는 최대 65 중량%의 결합 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 결합 폴리머는 필라멘트 표면상에 존재함을 주목하여야 한다. 코어 시스 또는 이심 코어-시스의 경우, 상기 결합 폴리머는 시스의 일부이거나 바람직하게는 시스를 형성할 것이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 필라멘트 표면의 면적의 적어도 20%, 바람직하게는 필라멘트 표면의 면적의 적어도 35%, 더욱 더 바람직하게는 필라멘트 표면의 면적의 적어도 50%를 형성하는 결합 폴리머를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 층 구조는 직물 저항성 및 연성/벌키성의 균형을 제공한다.
예를 들어, 직물 저항성이 항상 요구된다. 직물은 손상을 겪지 않고 최종 제품으로 전환 공정을 진행하기에, 또한 최종 제품의 사용을 견디기에 충분히 저항성이어야 한다. 저항성의 두 가지 매우 중요한 부분은 직물 표면 안정성(표면으로부터 배출되는 섬유에 대한 저항성) 및 직물 층간 박리 안정성(하부로부터 직물 상부의 박리에 대한 저항성)이다. 이러한 두 가지 유형의 저항성은 종종 설정된 수의 사이클 및 그 후 1 내지 5의 스케일로 결과의 사람 평가로 Martin dale 시험법을 이용하여 내마모성과 같은 다른 유형의 저항성과 함께 평가된다. 이 시험은 2진 통과/시험 평가로 하나의 특정 제품에 대한 한계 수준 설정에 매우 좋으나, 그의 대략적인 스케일 및 최상의 결과로 시험을 통과한 샘플의 비교를 위한 추가적인 정보 부족 때문에, 본 발명의 이점을 묘사하는데 요구되는 충분히 상세한 구별을 위한 최상의 옵션은 아니다.
즉, z-방향에서 직물의 인장 강도는 더 적은 필라멘트 간 접속 수준을 가지는 층에서 더 낮다고 할 수 있다. z-방향에서 직물의 인장 강도는 예를 들어 층간 박리 강도 시험을 사용하여 측정될 수 있다. 직물은 그의 가장 약한 층에서 분열된다. 층간 박리 강도가 지나치게 낮을 때, 직물은 충분히 안정하지 않으며, 전환 하중 또는 정상적인 작업하에 층간 박리되고 레이어로 분열되거나, 또는 층간 박리된 부분이 여전히 부분적으로 연결되고 원치 않는 럼프를 형성하는 경향이 있는 특정 영역 내에서만 층간 박리될 수 있다. 유사하게, 직물 표면이 마모에 매우 저항성이더라도, 층간 박리가 Martindale 마모 시험 중 럼프 또는 소위 스파이더 웨빙 효과로 결과를 오염시킬 수 있다.
이론에 구애됨이 없이, 층 구조가 형성된 직물에 대해, 저항성을 묘사하기 위한 핵심적인 값은 층간 박리 강도라고 믿는다. 층 구조가 없거나 낮은 수준인 완전 결합된 직물은 우수한 표면 안정성 및 높은 층간 박리 강도를 가질 것이다. 잘 형성된 층 구조는 우수한 표면 안정성 및 중간 정도의 층간 박리 강도를 특징으로 한다. 층 구조가 없거나 약한 언더본디드 직물은 용이한 표면 분해 및 낮은 층간 박리/분해 강도를 특징으로 한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 2개의 상이한 층을 포함할 수 있고, 층간 박리 강도가 0.5 N 이상, 또는 바람직하게는 0.6 N보다 높거나, 또는 바람직하게는 0.7 N보다 높거나, 또는 바람직하게는 0.8 N보다 높다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 2개의 상이한 층을 포함할 수 있고, 층간 박리 강도가 2.0 N 이하이다.
층간 박리력은 부직포의 외부 부분/외부층을 그 부직포 내 가장 약한 영역을 따라 떼어 놓는데 요구되는 힘이다. 직물이 층 구조를 가진다면, 층간 박리는 최저 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 층 내에서 일어날 것이다. 여기서, 전형적인 부직포 조성에서, 결합 폴리머가 다른 폴리머보다 낮은 인장 강도를 제공함을 주목하여야 하며, 이는 가장 약한 포인트가 대개 필라멘트 자체가 아니라 결합임을 의미한다. 이러한 특징은 또한 섬유 단면에 의해서 매우 종종 영향을 받는다. 예를 들어, 결합 폴리머로서 폴리에틸렌은 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르보다 낮은 인장 강도를 제공한다. 예를 들어, 시스 내 폴리에틸렌을 가지는 코어/시스 구조의 필라멘트 사이의 결합은, 그 시스가 대개 내부 코어의 다소 얇은 코팅이므로, 비교적 약하다. 그 결과, 일반적으로 필라멘트 자체보다 필라멘트-대-필라멘트 결합을 분리하는 것이 더 용이하다. 도 15 내지 19를 참조한다.
예를 들어, 벌키성은 핵심적 특징 중 하나이다. 상기한 바와 같이, 필라멘트 배트는 결합 중, 예를 들어 에어 스루 결합 공정 중 고온 유체의 적절한 흐름을 허용하기에 충분히 벌키하여야 한다. 벌키성은 인간 지각에 매우 중요하고 더 벌키한 직물이 종종 더 부드러운 것으로 감지되므로, 최종 직물 또한 벌키하여야 한다. 상기 층 구조는 벌키성을 제공하며, 예를 들어, 층 B는 전형적으로 매우 벌키하여 전체 구조의 벌키성을 증가시킨다. 한편, 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 층 또는 층들은 전체 구조의 벌키성을 감소시키고, 매우 벌키한 구조에서, 외부층 또는 층들은 전혀 형성되지 않을 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 60 kg/m3 미만, 바람직하게는 58 kg/m3 미만, 더 바람직하게는 56 kg/m3 미만, 더 바람직하게는 54 kg/m3 미만의 벌크 밀도(bulk density)를 가진다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 15 kg/m보다 큰, 바람직하게는 20 kg/m3보다 큰, 더 바람직하게는 25 kg/m3보다 큰, 가장 바람직하게는 30 kg/m3보다 큰 벌크 밀도를 가질 수 있다.
벌크/벌키성은 1 평방 미터당 킬로그램 수로 표현되며, 따라서 그 값이 낮을수록 물질이 더 벌키하고; 동시에, dm3/kg 또는 l/kg의 "두께 대 평량 비(Thickness to Basis Weight ratio)"를 사용하여 직물 1 킬로그램의 리터 부피를 표시할 수 있으며, 그 값이 더 높을수록 벌크/벌키성이 더 높다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 16.5 l/kg, 바람직하게는 적어도 17.0 l/kg, 바람직하게는 적어도 18.0 l/kg, 더 바람직하게는 적어도 18.5 l/kg의 두께 대 평량 비를 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 최대 66 l/kg, 바람직하게는 50 l/kg 이하, 바람직하게는 40 l/kg 이하, 더 바람직하게는 33 l/kg 이하의 벌크 밀도를 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 5 gsm, 바람직하게는 적어도 10 gsm, 더 바람직하게는 적어도 15 gsm의 평량을 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 200 gsm 이하, 바람직하게는 150 gsm 이하, 바람직하게는 100 gsm 이하의 평량을 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 0.5 (최초 두께의 50% 회복에 해당), 바람직하게는 적어도 0.6, 더 바람직하게는 적어도 0.7, 더 바람직하게는 적어도 0.8, 가장 바람직하게는 적어도 0.9의 회복률을 가질 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%, 더 바람직하게는 적어도 13%, 더 바람직하게는 적어도 15%, 더 바람직하게는 적어도 18%의 탄성을 가질 수 있다.
특히 스케치로 도시한, 위의 층 구조에 대한 묘사는 모두 3-차원으로 배트 내 균일한 필라멘트의 레이다운을 상정한다. 이러한 균일성은 대부분의 부직포 적용에 바람직하다. 불균일성은 전형적으로 사람의 눈으로 직접 볼 수 있다. 직물은 어떠한 곳에서 더 조밀/더 두껍게 보이고 다른 곳에서 덜 조밀/더 얇고/더 약하게 보인다. 극단적인 경우, 직물은 드문드문한 필라멘트 웹에 의하여 연결되는 서로로부터 이격되는 조밀한 섬(islands)으로 구성되는 것으로 보일 수 있다. 그러나, 인간 관찰자에 의하여 균일한 것으로 판단되는 직물도 그 직물의 모든 3차원 내에 더 높고 더 낮은 밀도의 불균일성을 가지는 작은 영역들을 함유할 수 있다. 전형적으로 자기-크림핑으로부터 또는 활성화된 크림핑으로부터 또는 조절된 수축을 통하여 야기되는 크림프를 가지는 섬유는 더 높고 더 낮은 밀도의 영역들을 특징으로 하는 구조를 형성하는, 즉 어떤 영역에서 미세-응집물을 형성하면서 상대적으로 빈 미세공간을 다른 영역 내에 남기는 경향이 있다. 직물 단면에서 미세규모로 조사할 때, 더 조밀한 영역이 더 적은 필라멘트 간 접속을 가지는 층을 부분적으로 마스킹하고, 반대 또한 마찬가지일 수 있다. 도 20a 및 20b를 참조한다.
본 발명의 목적은 레이어드 접근과 비교하여 층 구조 및 그의 이점을 기술하는 것이다. 상기한 바와 같이, 층 구조가 하나의 레이어의 부직포 내에 형성될 수 있다, 즉, 층 구조는 직물 레이어와 무관하게 형성될 수 있다.
상기 층 구조는 유리하게 레이어링과 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 2 이상의 필라멘트 레이어들로 구성될 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 외부 필라멘트 레이어는 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 제공하는 적어도 하나의 외부층 및 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 적어도 하나의 다른 층으로 구조화된다.
앞서 상세히 기재한 바와 같이, 단일 레이어는 1, 2 또는 그 이상의 층을 포함할 수 있다. 일반적으로 하나의 층이 하나의 레이어의 일부를 형성하거나, 하나의 레이어와 동일하거나, 또는 가정하여 더 많은 레이어를 구성할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 적어도 2층이 형성된 적어도 하나의 레이어를 포함하는 레이어드 직물을 고려한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 직물은 적어도 2층이 형성된, 적어도 하나의 무한 필라멘트 레이어를 포함한다.
예를 들어, REIFENHAUSER 특허 출원 제 EP 19189238.9호 (아직 공개되지 않음)에 기재된 바와 같이, 상이한 필라멘트 두께 및 결합 폴리머 양을 가지는 레이어들이 함께 조합되어, 예를 들어, 매우 우수한 내마모성 (더 섬세한 섬유 및 더 높은 양의 결합 폴리머를 가지는 레이어에 의하여 제공됨) 및 전체적인 벌키성 (더 조밀한 섬유 및 더 적은 양의 결합 폴리머를 가지는 레이어에 의하여 제공됨)을 가지는 일표면을 가지는 직물을 달성할 수 있다.
예를 들어, 필라멘트 표면상에 상이한 양의 결합 폴리머를 가지는 레이어들을 함께 조합할 수 있으며, 예를 들어, S/S 및 C/S 또는 eC/S 필라멘트를 함께 조합하여, 예를 들어, 더 적은 양의 결합 폴리머를 가지는 필라멘트의 레이어에 의하여 제공되는 증가된 연성-로프트성 및 더 많은 양의 결합 폴리머를 가지는 필라멘트의 표면 상에 매우 우수한 내마모성을 가지는 직물을 생산할 수 있다.
당업자는 그 일부 또는 전부에 형성된 층 구조의 이점을 이용하는 다양한 레이어 조합을 이해할 수 있다. 층 구조화된 필라멘트 레이어는 또한 단섬유 레이어 또는 레이어들, 필름 등과 함께 유리하게 조합될 수 있다.
레이어링은 또한 배트를 다양한 열 흐름 원에 노출시켜 생산되는 특정 층 구조를 달성할 수 있다. 예를 들어, 2 방사 빔을 사용하여 생산되고, 고온 공기로 예비-통합된 다음 고온 오븐 내에서 결합되는, 2 레이어로부터 형성되는 벌키한 직물은 더 높고 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 교대로 가지는 5층이 보이는 구조를 형성할 수 있다. 도 21 및 22를 참조한다.
이론에 구애됨이 없이, 두 개의 더 낮은 필라멘트 간 접속 밀도 수준 층들 사이에 위치하는 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 내부층은 어떤 경우 배트 예비-통합에 의하여 지지될 수 있으며, 예를 들어, 고온 유체 공급원(고온 공기-나이프와 같은) 및/또는 하나의 공급원 후 제2 또는 임의의 추가적인 고온 유체 공급원(생산 요구에 따라), 일부 또는 각각의 생산 빔이 벨트 아래에 진공으로 함께 설정되어, 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 핵을 형성하는 것을 보조하고, 따라서 직물 내부의 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준 층 구조 형성의 더 큰 가능성을 제공할 수 있는 것으로 믿는다.
유사한 구조가 또한, 예를 들어, 특정 레이어 조합으로 생산될 수 있다. 예를 들어, 두 레이어 모두 상이한 수준의 내부 필라멘트 크림프 힘을 가지는 (예를 들어, 상이한 필라멘트 단면, 상이한 성분비, 상이한 수준의 잠재적 크림프를 생산하기 위한 상이한 공정 설정 등) 크림핑 가능한 섬유로부터 형성되는, 2-레이어 직물은 두 레이어 모두에서 독립적인 필라멘트 이동을 초래하여 레이어 표면 상에, 즉 직물 표면 및 레이어 사이의 경계 영역에서 모두, 더 높은 필라멘트 간 접속 밀도 수준을 가지는 층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 직물은 그 표면의 적어도 일부에 더 낮은 용융 온도를 가지는 결합 폴리머를 포함하는 다성분 필라멘트를 함유하는 배트로부터 생산될 수 있다. 이동 벨트 상의 상기 배트는 열 처리에 노출된다. 열이 고온 유체, 예를 들어, 고온 공기에 의하여 배트 내로 전달될 수 있다. 일반적으로, 열은 상이한 생산 공정 단계에서, 예를 들어, 필라멘트가 벨트 상에 놓여 구조를 예비-통합한 직후, 열 활성화 공정 중, 결합 공정 중에, 배트 내로 전달될 수 있다.
고온 유체는 필라멘트 배트 표면으로 들어가, 필라멘트 주위에서 흐르고, 고온 유체에 의하여 운반되는 열의 일부가 더 차가운 필라멘트 내로 전달된다. 일부 열이 배트 표면상의 필라멘트로 전달되므로, 고온 유체의 온도가 약간 감소하고 필라멘트와 고온 유체 사이의 온도차 또한 감소한다. 당업자는 필라멘트가 표면에서 열을 획득할 때, 필라멘트 온도가 증가하고 고온 유체-대-필라멘트 온도차가 감소함을 인식할 것이다. 충분한 시간과 열로, 직물 내 모든 필라멘트가 균일한 온도로 가열되고, 섬유-대-섬유 결합이 직물 전체 두께에 걸쳐 균일하게 될 수 있다. 상기 직물은 균일하게, 완전히 또는 잘 결합된 것으로 칭할 수 있다.
필라멘트-대-필라멘트 결합 형성은 또한 국소 유체 저항 압력 강도에 의존, 즉 필라멘트는 서로 접촉하거나 서로 교차할 수 있으며, 이들은 결합을 형성하지 않거나 단지 약한 결합만을 형성할 것인 반면, 더 강하게 접촉하는 필라멘트는 용융된 저융점 폴리머에 의하여 더 강한 결합을 형성할 것임을 주목하여야 한다. 고온 공기가 그 고온 유체의 주로 수직인 경로를 따라 직물의 동적 유체 저항에 의하여 직물을 통하여 흐를 때 생산되는 압력은 그 후 유체 온도 및 에너지를 전달하는 그 능력의 감소를 초래하여, 노출된 직물 표면과 최초 충돌 지점으로부터 직물의 다른 쪽을 향하여 점점 감소하고, 직물로부터 빠져나가면 온도 및 유체 유속은 더 낮아, 직물 단면을 통한 결합 밀도차를 초래하며, 이는 직물 레이어 내 층의 형성으로 나타난다.
본 발명에 따른 생성물은 그 두께를 통하여 불균일한 필라멘트 간 접속 밀도 결합을 가진다. 필라멘트 부직 배트로부터 그러한 제품을 생산하는데 사용되는 공정 설정 및 기계는 MD에서뿐 아니라 CD에서도 유속 및 온도에 의하여 요구되는 고온 공기를 일정하게 제공할 수 있어야 하며, 이는 또한 시간 경과에 따라 일정함을 의미한다. 이러한 요건은 고온 공기 나이프, 고온 공기 장, 드럼을 구비하는 열 결합 오븐, 플랫 벨트 오븐 또는 드럼 결합과 플랫 벨트 결합의 조합과 같은 모든 고온 공기 공급 장치에 적용된다.
본 발명에 따른 구조의 권고되는 형태에서, 다성분 또는 바람직하게는 2-성분 필라멘트가 방사기(spinner) 내 방사에 의하여 또는 방사구금(spinneret)을 사용하여 생산되고, 그 후 냉각기를 우선적으로 통과한다. 이러한 냉각기 내부에서, 필라멘트는 대개 유체 흐름에 의하여, 주로 냉각 공기에 의하여 냉각된다. 본 발명의 범위는 방사 필라멘트가 그 후 연신기를 통과하고, 여기서 연신 처리된다는 사실을 포함한다. 연신(연장)된 필라멘트는 그 후 이동 벨트 상에 적층되고, 여기서 필라멘트 배트를 형성한다. 하나의 유리한 구조에서, 연신비를 결정하는 특정 변수를 조정함으로써, 조절된 정도의 잠재적 수축률을 가지는 배트 내 필라멘트를 형성할 수 있다. 기타 유리한 조합에서, 크림핑 가능한 필라멘트 단면을 설정하고 연신비 및 냉각을 결정하는 특정 변수를 조정함으로써, 자기-크림핑을 제공하거나 원하는 수준의 잠재적 크림핑을 가지는 배트 내 필라멘트를 그 후 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태의 기계 및 공정 구성에 따르면, 삽입된 디퓨저(diffuser)가, 필라멘트 적층을 조절하고 연신기와 필라멘트 적층 위치 사이에 설치되는, 매거진 메커니즘으로서 사용될 것이다. 본 발명의 범위는 적어도 하나의 디퓨저가 사용되고, 그의 마주보는 측벽들이 필라멘트의 통과 방향에 대하여 서로로부터 갈라진다는 사실을 포함한다. 본 발명의 구성의 매우 권고되는 형태는, 냉각 메커니즘 및 연신 메커니즘의 구동 유닛이 밀폐(enclosed) 시스템으로서 설계된다는 사실을 특징으로 한다. 이러한 밀폐 시스템 내부에, 외부 냉각 매체 또는 냉각 공기의 냉각 메커니즘 내로 공급을 보완할 추가적인 공기 공급원은 사용되지 않는다. 이러한 밀폐 시스템은 특히 부직포 생산에 적합한 것으로 입증되었다.
수축을 이용하여 본 발명에 따른 부직포를 생산하는 경우, 필라멘트 수축과 관련되는 문제를 제거하는 본 발명에 따른 해결책은 전술한 유닛을 이용할 때, 특히, 연신기와 필라멘트 적층 위치 사이에 배치되는 디퓨저가 특히 바람직한 구성 형태 외에 또한 사용될 때, 특히 기능적으로 신뢰할 수 있고 효과적으로 실행 가능한 것으로 밝혀졌다. 스펀본드법에 의하여 생산되는 부직 배트의 수축은 연신비, 냉각 공기/폴리머 비, 및 필라멘트의 속도의 변수에 의하여 매우 구체적으로 조정 또는 조절될 수 있음이 이미 기재되었다.
자기-크림핑 필라멘트를 이용하여 본 발명에 따른 부직포를 생산하는 경우, 이러한 필라멘트는 연신 체임버 말단에 위치하는 디퓨저를 떠난 직후, 공기역학적(aerodynamic) 연신력으로부터 배출되고 그 후 진공 지지된 웹 형성 구역 내에 놓이며, 여기서 흡인 구역 가장자리에서 진공이 그 최대로 되자마자 필라멘트가 MD로 크림핑하고, 이러한 크림핑된 필라멘트에 의하여, 결과적인 직물의 두께 증가가 달성될 수 있다.
필라멘트 배향 및 3-차원 구조를 통합하기 위하여, 직물 배트의 두께/벌키성을 형성하기 위하여, 고온 공기를 배트를 통하여 한 방향으로 가하는 그 후의 단계가 수행된다. 고온 유체/고온 공기 온도, 투과 속도 및 부피에 대한 변수 설정은, 최종 결합된 직물의 변수 설정에 영향을 미치지 않으면서 원하는 두께를 유지하기 위하여,
주로:
·스펀멜트 빔의 총 스루풋;
·섬유 크기 및 폴리머 조합;
·라인 속도;
·배트 두께;
·섬유 평량 g/m2
에 의존한다.
유사하거나 상이한 폴리머 조합, 섬유 크기 및 평량을 가지는 추가적인 스펀멜트 빔을 첨가함으로써 전술한 공정 단계를 여러 차례 적용할 수 있고, 통상적인 컨베이어 벨트 상에 고온 유체 지지 통합 단계 또한 바람직하게는 적용되어 최종 결합 단계 전에 예비 제품 특징을 얻는다.
앞서 기재한 정의로부터, 스펀본드법을 이용하는 생산은 폴리머를 필라멘트로 직접 전환한 후, 이러한 필라멘트를 포함하는 부직 배트 형성을 위하여 필라멘트를 적층 위치에 무작위로 펼치는 것으로 구성됨이 분명하다. 상기 스펀본드 공정은 각각의 필라멘트의 특징 및 최종 부직포의 특징을 모두 결정한다. 최종 생산된 부직포는, 예를 들어, 이러한 부직포의 개별 생산 단계 중 일어나는, 레올로지 특징, 폴리머의 구조적 특징, 활성화된-크림핑, 자기-크림핑 수준 및 수축과 같은, 개별 필라멘트의 다양한 특징 및 조건을 결정하는데 항상 이용될 수는 없다. 부직포의 잠재적 크림핑 또는 수축은 일반적으로 그의 벌키한 부직포를 형성하는 능력을 결정하며, 이는 직물 구조 분해 없이 및/또는 필라멘트 배트의 길이 및 폭의 상당한 변화없이 일어나는, 필라멘트 배트의 증가된 두께를 달성하기 위하여 개별 필라멘트의 크림핑 또는 수축을 이용함으로써 달성된다. 본 발명의 범위는 필라멘트의 크림프/수축이 필라멘트 조성 내 함유되는 다양한 원료를 사용하여 및/또는 부직포를 위한 필라멘트 생산 중 상이한 물질 가공 조건을 설정함으로써 및/또는 상이한 필라멘트 단면 형상/배치의 이용에 의하여 및/또는 다양한 인풋 물질 간의 질량비를 조정함으로써 및/또는 상이한 필라멘트 배향을 설정함으로써 정의된다는 사실을 포함한다.
본 발명의 구성의 권고되는 형태는 크림핑을 지지하는 단면을 가지는 필라멘트와 크림핑을 지지하지 않는 단면을 가지는 필라멘트를 구별하지 않는다. 두 유형 모두 특정 용도를 위하여 유리하게 사용될 수 있다. 마찬가지로, 크림핑된 및 비-크림핑된 필라멘트 레이어를 사용하여 적합한 조합이 형성될 수 있다. 당업자에게, 벌키 및 소프트한 생산물의 달성에서, 크림핑된 필라멘트에 비하여 크림핑을 지지하지 않는 단면을 가지는 필라멘트에 의하여 제공되는 기술적 이점이 존재함이 분명할 것이다.
본 발명에 따른 공정은 하나 이상의 상이한 결합 단계를 포함할 수 있다. 도 23을 참조한다. 예를 들어, 하나의 필라멘트 배트가 이동 벨트 상에 놓이고, 방사 빔으로부터 필라멘트 레이다운 직후 배치되는 결합 유닛 내에서 한쪽 또는 양쪽으로부터 결합될 수 있다.
다양한 이유로, 필라멘트 방사 빔과 결합 유닛 사이에 더 큰 거리를 가지는 것이 유리할 수 있다. 매우 종종, 2 이상의 방사 빔을 사용하여 레이어드 구조를 형성하거나, 또는 공정상의 이유로, 필라멘트 배트가 이동 벨트와 결합 유닛 사이의 갭을 통과할 필요가 있을 수 있다. 스펀멜트 생산 라인에 대하여 통상적인 이러한 상황하에, 결합되기 전에 생산 공정을 견딜 수 있도록 배트 안정성을 증가시키기 위하여 배트 예비-통합이 요구된다. 또한, 예를 들어, 잠재적 크림핑의 열 활성화가 결합 전에 요구될 수 있다. 예비-통합 및/또는 활성화는 롤(예를 들어, 압축 롤), 고온 공기(예를 들어, HAK, HAF 유닛), 열 복사(예를 들어 적외선 예비-통합) 등을 사용하여 수행될 수 있다. 추가적인 설명을 위하여, 3개의 상이한 결합 단계를 가지는 경우를 선택하여 공정을 기술한다. 본 발명의 층 구조는 예비-통합/활성화 및 결합 유닛의 상이한 조합을 가지는 생산 공정에 의해서 형성될 수도 있음을 주목하여야 한다.
예를 들어, 본 발명의 한 구조는 필라멘트 배트가 열적으로 예비-통합됨, 즉 예비-통합되고 열적으로 형성된 결합을 함유할 수 있다는 사실을 또한 포함한다. 본 발명의 유리한 구조 중 하나는, 적어도 하나의 레이어 내에서 필라멘트의 조절된 수축 및/또는 크림핑을 달성하기 위하여 결과의 부직포가 열 활성화된다는 사실이다. 통합 및 아마도 열 활성화는, 고온 매체 흐름과 접촉 (예를 들어, 고온 공기 또는 적외선 복사에 의하여) 및/또는 고온 표면과 접촉 중 적어도 하나에 의하여 우선적으로 수행된다. 그러한 고온 표면의 예는 주로 롤러의 일부일 수 있다. 섬유 레이어의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 작용이 일어나는 조건하에 열 활성화가 수행되는 것이 바람직하다. 열 활성화는 그 안으로 고온 공기가 공급되는 체임버 내에서, 또는 오븐을 통과하는 필라멘트의 레이어에 의하여 수행될 수 있다. 적외선 또는 자외선, 전송된 마이크로파 및/또는 레이저 복사에 의하여 열 활성화 및 통합을 수행하는 것 또한 가능하다. "생산 라인" 상에서 수행되는 본 발명의 절차의 범위 내에서, 열적 통합은 생산 절차의 이전 단계 완료 직후 일어날 수 있거나, 또는 열 활성화 및 통합 단계 모두 "생산 라인 밖에서", 즉 생산 절차의 이전 단계와 별도로 수행될 수 있음을 강조하는 것이 필요하다. 열 활성화는 따라서 실질적으로 "생산 라인 밖에서", 즉 다른 시간 및 장소에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 해결책을 위하여, 고온 매체 흐름이 직물을 통과하여, 부직포의 전체 부피를 통하여 열 전달을 초래하는 것이 유리하다.
필라멘트 섬유 배트의 요구되는 예비-통합은 상당한 정도로 생산 공정의 조건에 의존한다. 중요한 전제 조건은 생산 공정에서 이후 단계의 요건에 기초하여, 필라멘트 배트 내부의 필라멘트의 상호 응집 수준 및 따라서 필라멘트의 상호 응집 수준의 조절 가능성을 정확히 설정하는 것일 수 있다. 생산 공정이 벨트 자체 상에서 수행되는 활성화와 함께 생산 라인 상에서 수행되는 경우, 응집은 활성화 공정 중 상당한 원치 않는 이동에 의하여 야기되는 분해 또는 박화(thinning)를 예방하기 위해서 요구될 뿐이므로, 요구되는 응집은 비교적 낮다. 특별한 경우, 예를 들어, 그 단면 형상/배치, 상호 엮임(interlacement) 속도 또는 그들의 물질 소비에 의하여 가능하게 되는, 필라멘트 자체가 서로 간의 또는 그들의 베이스와 접촉 중 매우 우수한 응집을 제공할 때, 필라멘트 배트의 응집 특징은 열 예비-통합 없이도 충분히 우수할 수 있다. 다른 경우, 예를 들어, 생산 공정이 두 단계로 나누어질 때 또는 필라멘트 배트가 완전 활성화 전에 예비-통합되고 예를 들어 롤 형태로 이송될 때, 요구되는 응집은 훨씬 더 높을 것이며, 그 결과 훨씬 더 높은 수준의 예비-통합이 요구된다. 생산 공정 조건에 대하여 풍부한 지식이 있는 기술 분야에서 전문적인 자격을 가지는 자는 특별한 경우에 요구되는 예비-통합 수준을 용이하게 확인할 수 있을 것이다.
예를 들어, 조절된 수축의 경우, 활성화 온도는 성분/들 A의 유리 전이 온도와 연화 온도(ISO DIN 306에 따른 Vicat 연화 온도) 사이의 범위에 있어야 한다. 기술 분야에서 전문적 자격을 가지는 자는 주어진 성분 조성에 대하여 최적인 활성화 온도를 확인할 수 있을 것이다.
대류 냉각기 내부에서, 필라멘트는 대개 흐르는 유체에 의하여, 주로 냉각 공기에 의하여 냉각된다. 상기한 바와 같이, 필라멘트의 잠재적 수축 또는 크림핑이 수축을 보이는 배트의 길이, 폭 및 두께의 전체 범위에 걸쳐 균일하게 분포되는 것이 필요하다. 필라멘트와 관련된 특징은 연신비, 냉각 공기/폴리머 비, 및 필라멘트의 속도 조정에 의하여 변화될 수 있으나, 본 발명에 따르면, 이러한 변수는 각각의 개별 필라멘트에 대하여 사실상 동일하다.
본 발명의 범위는 생산된 부직포가 방사 빔(1) 상에서 스펀본드법에 의하여 우선적으로 생산된다는 사실을 포함한다. 동시에, 복수의 레이어가 겹쳐서 적층된 후 이들 레이어들이 적어도 하나의 형성 벨트(2) 상에서 최종 통합을 위한 메커니즘(3) 내로 함께 이송됨이 분명하다.
필라멘트(4)는 방사구금(5) 내에서 방사에 의하여 생산된다. 필라멘트의 배치는 개별 필라멘트 각각이 매우 유사한 중량을 가지고 매우 유사한 온도의 냉각 공기가 공급되는 조건이 달성될 수 있는 그들의 교대 배치에 의하여 최적화될 수 있으다. 방사구금은 다양한 수의 모세관 및 마찬가지로 다양한 직경(d) 및 길이(l)의 모세관을 가질 수 있다. 길이(l)는 대체로, 모세관 직경의 배수로서 계산되고, 이러한 적용 면적에 대하여, 2 내지 10 l/d의 범위 내에서 선택된다. 모세관의 수는 필라멘트의 요구되는 최종 직경 및 폴리머의 요구 또는 계획되는 총 처리량과 함께 요구되는 필라멘트 방사 속도에 근거하여 선택될 필요가 있다. 모세관의 수는 미터당 800-7000 모세관 범위 내에서 변할 수 있으며, 이 범위에서 8 내지 45 ㎛ 범위의 직경을 가지는 필라멘트에 도달할 수 있다. 모세관의 직경 및 필라멘트 속도는 최종 필라멘트의 잠재적 수축의 정확한 수준에 도달을 가능하게 하도록 선택된다. 필라멘트의 속도는, 크림핑을 지지하지 않고 300 내지 5500 m/min 범위의 수축률을 나타내는 단면을 가지는 필라멘트에 대하여 1000 내지 10000 m/min의 범위 내에서 정의되어야 하고, 모세관의 직경은 200 내지 1000 ㎛의 범위 내에서 선택되어야 하며, 이는 원형 모세관의 경우 200 내지 1300 범위의 적합한 공정 연신비 달성을 가능하게 하고, 요구되는 수준의 생산 라인 생산성 달성을 위하여, 이러한 원형 모세관의 경우, 300 내지 800 범위의 연신비를 가지는 것이 가장 유리하다. 비-원형 모세관은 대체로 더 높은 연신비 값을 나타내며, 이는 상당한 정도로 모세관의 형상 및 그 표면 및 부피의 상대비에 의존한다. 냉각 공기의 부피 및 온도는 정확한 연신비 및 정확한 냉각 조건 달성을 가능하게 하는 방식으로 설정된다. 본 발명에서, 냉각 공기 부피 대 방사 폴리머 비가 20:1 내지 45:1의 범위인 것이 유용한 것으로 밝혀졌다. 냉각 공기의 부피 및 온도는 냉각기(6) 내에서 조절된다. 상기 온도는 10 내지 90℃, 바람직하게는 15 내지 80℃ 범위로, 따라서 냉각 조건이 특정 경우 수축 경로 조절을 위하여 사용될 수 있는 방식으로 설정될 수 있다. 냉각 조건은 필라멘트가 방사 공정 중 얼마나 빨리 용융 온도로부터 유리 전이 온도로 냉각되는지를 결정한다. 예를 들어, 더 높은 냉각 공기 온도 설정은 지연된 필라멘트 냉각을 초래한다. 사실상, 본 발명의 목적을 위하여, 냉각기가 온도 범위가 별개로 조절될 수 있는 2 구역으로 나누어질 때, 요구되고 사용 가능한 냉각 공기 온도 범위 달성이 더 용이하다. 방사구금 근처에 위치하는 제1 구역(6a) 내에서, 온도는 10 내지 90℃, 바람직하게는 15 내지 80℃, 가장 바람직하게는 15 내지 70℃ 범위 내에서 설정될 수 있다. 제1 구역 바로 근처에 위치하는 제2 구역(6b) 내에서, 온도는 10 내지 80℃, 바람직하게는 15 내지 70℃, 가장 바람직하게는 15 내지 45℃ 범위 내에서 설정될 수 있다.
그 후, 필라멘트는 연신 구역(7)을 통하여 가이드된다. 여기서, 필라멘트가 냉각 공기 속도의 영향으로 형성되는 연신력에 의하여 연신된다. 냉각 공기 부피 및 연신 구역의 조정 가능한 기하 구조는 특정 공기 속도 달성을 가능하게 하며, 이는 그 후 필라멘트 속도로 전달된다. 이러한 필라멘트 속도는 그 후 처리된 양의 폴리머와 함께 필라멘트 직경을 정의한다. 잠재적 수축이 필라멘트 속도, 연신비 및 냉각 공기/폴리머 비에 의하여 조절된다.
다음 단계에서, 필라멘트는, 마주보는 벽들이 필라멘트의 이동 방향에 대하여 서로로부터 갈라지는 디퓨저(8) 내로 공급된다. 이러한 벽들의 위치는 균일한 조성을 가지는 부직포 달성을 가능하게 하는 방식으로 조정될 수 있으며, 그 위에서 개별적으로 적층된 필라멘트는 MD/CD 평면 내에서 전방향 배향을 나타내는 배열을 형성한다.
동시에, 적층된 필라멘트 배트는 공기에 의하여 영향을 받으며, 그 영향으로 필라멘트가 디퓨저 내로 공급되는 것이 분명하다. 기류는 분명히 지그재그 필라멘트 적층으로부터 정확히 원형 루프 및 나아가 CD 방향으로 배향된 타원형 구조까지 다양한 배열을 생성하는 방식으로 조정될 수 있다. 필라멘트는 형성 벨트 상에 적층되고 예비-통합을 위하여 적어도 하나의 메커니즘(9)으로 이동된다. 냉각 공기는 적층된 필라멘트 배트를 통하여 및 형성 벨트를 통하여 흐른 다음, 가공 영역으로부터 떨어져 채널링된다. 공기의 부피는 필라멘트 적층을 용이하게 하고, 형성 벨트와 필라멘트 배트의 효과적인 접촉을 보증하는 방식으로 조정될 수 있다. 예비-통합 메커니즘은 디퓨저 근처에 위치한다. 필라멘트 배트의 형성은 디퓨저와 예비-통합 메커니즘 사이의 경로의 전체 범위를 통하여 공기에 의하여 조절된다. 필라멘트 배트의 예비-통합은 고온 공기에 의하여 수행된다.
필라멘트 배트에 전달되는 에너지 양은 필라멘트가 특정 정도로만 연화 또는 예비-용융되게 하여, 개별 필라멘트 사이에 우수한 응집의 달성을 보증하는 공정 변수에 의하여 조절된다. 필라멘트 사이에 필요한 응집이 달성된 후, 섬유 배트는 보조 메커니즘의 추가적인 도움 없이, 이동 중 발생하는 힘에 의한 파괴/손상에 영향을 미치거나 위험을 주지 않고, 형성 벨트 상으로 이동될 수 있다. 이러한 예비-통합 절차는 또한, 필라멘트 배트를 복수의 방사 빔으로 구성되는 생산 라인 상의 다른 적층 구역으로 이동시키기에 충분하다. 필라멘트에 전달되는 에너지는 그 필라멘트의 수축 활성화에 충분하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 예비-통합 변수: 예비-통합 온도, 예비-통합 공기 속도 및 예비-통합 시간 사이의 균형 결정을 포함한다. 예비-통합 시간은 필라멘트 배트가 예비-통합 공기에 의하여 변화되는 시간을 의미하는 것으로 이해된다.
필라멘트 배트의 예비-통합 시간은 1 내지 10000 ms, 바람직하게는 2 내지 1000 ms, 가장 바람직하게는 4 내지 200 ms 범위 내인 것이 권고된다.
이러한 예비-통합 유닛 내에 사용되는 예비-통합 공기의 속도는 0.1 내지 10 m/s, 바람직하게는 0.8 내지 4 m/s의 범위 내에서 설정된다. 예비-통합 중 통합 온도는 80 내지 200℃, 바람직하게는 100 내지 180℃ 범위 내인 것이 권고된다. 하나의 구성 형태에서, 이러한 예비-통합 온도는 90 내지 150℃, 주로 110 내지 140℃ 범위 내이다.
하나의 유리한 구조에서, 디퓨저 다음에 배치되는 생산 라인 영역 내에서, 필라멘트 배트가 적어도 하나의 활성화 유닛(10)으로 이동된다. 필라멘트는 고온 공기에 의하여 활성화된다. 동시에, 필라멘트의 수축 가능한 성분의 실제 크림핑 또는 수축은 온도의 함수이고, 또한, 온도의 영향에 놓이는 시간의 지속 기간의 함수인 것으로 이해될 수 있다. 나아가, 크림핑/수축 과정의 속도 또한 온도에 의존함이 분명하다. 이러한 공정 조절에 의하여 달성될 수 있는 결과는 필라멘트 구조의 감소된 밀도를 가지는 부직포의 응집성의 균일한 구조를 달성하는 것이며, 이는 또한, 이러한 부직포의 두께 증가를 야기한다.
본 발명의 하나의 구성 형태에 따르면, 예비-통합 및 활성화 방법 단계의 실행 중, 예비-통합 및/또는 활성화 시간, 예비-통합 및/또는 활성화에 필요한 공기 속도 및 예비-통합 및 활성화 온도가 예비-통합 및 활성화를 위한 조합된 메커니즘에서 조합된 방법에 의하여 조절된다.
본 발명에 따른 하나의 유리한 방법은 활성화 변수: 활성화 온도, 활성화 공기의 속도 및 활성화 시간 간의 균형 결정을 포함한다. 활성화 시간은 필라멘트 배트가 활성화 공기에 의하여 변화되는 시간을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 변수는 필라멘트 수축의 잠재적인 수준에 대응하여, 및 활성화 시간, 활성화 온도 및 활성화 공기 속도 간의 이상적인 조합을 설정할 목적으로, 특정 범위 내에서 변화될 수 있음이 분명하다.
필라멘트 배트의 활성화 시간은 20 내지 5000 ms, 바람직하게는 30 내지 3000 ms, 가장 바람직하게는 50 내지 1000 ms 범위 내인 것이 권고된다.
이러한 활성화 유닛 내에 사용되는 활성화 공기의 속도는 0.1 내지 2.5 m/s, 바람직하게는 0.3 내지 1.5 m/s의 범위 내에서 설정된다. 열 활성화 중 활성화 온도는 80 내지 200℃, 바람직하게는 100 내지 160℃ 범위 내인 것이 권고된다. 하나의 구성 형태에서, 이러한 활성화 온도는 90 내지 140℃, 주로 110 내지 130℃ 범위 내이다.
본 발명에 따른 구현예 중 하나는 생산 또는 공정 유닛 사이에 갭 또는 갭들을 포함할 수 있다. 예비 직물 또는 배트를 컨베이어 벨트로부터 MD 웹 경로를 따라 배출할 때, 전체적인 기하학적 치수, 특히 최초 두께, 및 최초 촉각 특징, 예를 들어, 직물 또는 배트의 연성 표면을 변화시키지 않고 유지하기 위하여, 이러한 배출은 컨베이어 벨트와 최초 마찰 지점 다운스트림 사이에 가능한 한 최저 예비 차등 속도 하에 수행되는 것이 유리하다.
최종적인 결과 생성물 특징은 또한, 예비-통합된 배트를 컨베이어 벨트로부터 및 마찰 지점으로도 명명될 수 있는 길이 방향의 각각의 활성 이동 표면으로부터 배출하기 위하여 적용될 필요가 있는 장력에 의존할 수 있다.
특히, 컨베이어 벨트로부터 배트의 배출 장력이 중요할 수 있다.
조절된 장력은 일반적으로 선형 직물 치수당 힘 및 폭에 걸치는 그의 연장으로서 기재되나, 정의되고 조절된 변수 설정을 위하여 두 개의 다운스트림-인접 마찰 지점 사이에 차등 속도에 의하여 장력을 "해석(interpret)"하는 방식이 허용된다.
차등 속도는 주로 직물 중량, 라인 속도, 직물과 지지 표면 사이의 표면 마찰에 의존하므로, 차등 속도 설정은 활성 구동 표면 속도를 조정하는 직접적인 방식이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 공정은 컨베이어 벨트 및 에어-스루-결합 유닛의 인테이크 드럼 사이에 차등 속도를 포함할 수 있고, 이는 1.0% 이하, 더 바람직하게는 0.5% 이하, 더욱 더 바람직하게는 0.3% 이하이어야 한다. 1.0% 이하의 차등 속도는 두번째 장치의 속도가 +1.0% 내지 -1.0% 사이에 있을 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 일 구현예는 컨베이어 벨트(2)를 포함하고, 예비-통합 단계로부터 통합 유닛(3)으로 부직 배트의 이송 전에, 부직 배트가 0.5 내지 5 N / 5 cm, 바람직하게는 0.7 내지 3.5 N/ 5 cm, 더 바람직하게는 0.8 내지 3.5 N/ 5 cm의 세로 방향(MD) 직물 강도를 가지는 조건하에 수행된다.
본 발명에 따른 다른 구현예는 컨베이어 벨트(2)를 포함하고, 예비-통합 단계로부터 통합 유닛(3)으로 부직 배트의 이송 전에, 부직 배트가 6 N / 5 cm보다 높은, 바람직하게는 8 N/ 5 cm보다 높은, 더 바람직하게는 10 N/ 5 cm보다 높은 세로 방향(MD) 직물 강도를 가지는 조건하에 수행된다.
본 발명에 따른 일 구현예는 예비-통합 단계와 최종 통합 단계 사이에 중간 냉각을 포함한다. 예를 들어, 부직 배트는 도중에 냉각 매체, 바람직하게는 70℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이하, 가장 바람직하게는 55℃ 이하의 온도를 가지는 공기에 노출될 수 있다. 예를 들어, 중간 냉각은 예비-통합된 배트를 주위 공기에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 이론에 구애됨이 없이, 중간 냉각은, 특히 부직포의 적어도 일 표면이 예비-통합 중 가열되고 더 낮은 온도에 노출된 후 통합 단계 중 가열되는 경우, 더 조밀한 외부층 형성에 유리한 것으로 믿는다.
본 발명에 따른 유리한 구성은, 통합 메커니즘(3) 내에서 고온 공기를 사용하여 필라멘트 배트를 변화시키는 것으로 구성되는, 최종 통합 절차를 포함한다. 이러한 통합 메커니즘 내부에서, 필라멘트 배트가 필라멘트-대-필라멘트 결합이 형성된 직물로 통합된다. 이는, 예를 들어, 벨-형상의 드럼을 구비하는 통합 메커니즘, 플랫 벨트를 구비하는 통합 메커니즘 또는 복수 드럼 통합 메커니즘을 포함하는 다양한 장치에 의하여 달성될 수 있다.
열가소성 폴리머 및 그 블렌드는, 열에 노출시, 그 유리 전이점 (모든 비정질 부분이 연화되기 시작할 때) 위 및 융점 (모든 결정성 부분이 용융될 때) 아래에서 점차 증가하는 플라스틱 연화 상태(감소하는 점도)를 나타내는 현상을 특징으로 함을 주목하여야 한다. 융점은 일반적으로 매우 좁은 온도 범위이고(최대 2.0℃), 사용되는 호모폴리머 또는 코폴리머에 의하여 정의된다. 폴리머 블렌드의 경우, 그 폴리머 블렌드가 점착성(sticky)으로 되고 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성할 수 있을 때 좁은 온도 범위가 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 유리한 구성은 적어도 세 개의 상이한 통합 섹션을 이용하여 수행되는 최종 통합 절차를 포함한다. 필수적으로, 공기 흐름은 직물에 실질적으로 수직이고, 균일하고 낮은 변화 온도 및 부피 흐름을 유지한다.
첫번째 통합 섹션은 직물을 결합 폴리머의 용융 온도 아래에 가깝게 예열한다. 바람직하게, 상기 온도는 결합 폴리머의 용융 온도보다 5-20℃ 낮게 설정되고, 더 바람직하게는 상기 온도는 결합 폴리머의 용융 온도보다 5-15℃ 낮게 설정되고, 상기 온도는 결합 폴리머의 용융 온도보다 5-10℃ 낮게 설정되는 것이 유리하다. 유리하게, 상기 첫번째 통합 섹션은 직물의 첫번째 및 두번째 외표면으로부터 들어가는 교대 열 흐름 방향을 포함한다.
두번째 통합 섹션은 폴리머 조성물을 용융시키는 낮은 온도의 좁은 용융 온도 범위를 달성하여, 융합(fusion) 결합 형성을 허용하도록 설정된다. 다른 한편으로, 직물의 평량, 섬유 크기 및 성분 폴리머들 사이의 단면 비와 관련하여 설정 온도는 결합 폴리머의 용융 온도 아래로 5.0℃ 이하 내지 그 위로 3.0℃ 이하의 범위 내일 것이다. 예를 들어, 융점이 130℃일 때, 설정 온도는 125℃ (130-5) 내지 133℃(130+3) 범위 내이어야 한다. 바람직하게, 상기 온도는 결합 폴리머의 융점 아래로 5℃ 내지 결합 폴리머의 융점과 동일한 온도 사이의 범위 내에서 설정되고, 더 바람직하게, 상기 온도는 결합 폴리머의 융점 아래로 4℃ 내지 1℃의 범위 내에서 설정된다. 유리하게, 두번째 통합 섹션은 직물의 첫번째 및 두번째 외표면으로부터 들어가는 교대의 열 흐름 방향을 포함한다.
세번째 통합 섹션은 바람직하게는 10-40℃, 더 바람직하게는 20-30℃의 온도를 가지는 훨씬 더 차가운 공기를 제공하는 냉각 섹션이다. 주위 공기가 사용될 수 있다. 냉각 섹션은 필라멘트, 또는 적어도 직물 표면상의 필라멘트의 고화 및 직물의 형성된 층 구조 경화를 보조한다. 유리하게, 냉각 공정 직전 및 냉각 공정 동안 추가의 장력은 가하여지지 않는다. 유리하게, 다른 냉각 단계가 통합 유닛 후에 적용될 수 있다. 추가 냉각이 추가 공기 흐름, 냉각 롤 등에 의하여 제공될 수 있다. 유리하게, 세번째 통합 섹션을 빠져나가는 직물의 온도가 주위 온도에 도달하지 않았을 때 추가 냉각이 수행된다. 유리하게, 직물은 주위 온도에 도달할 것이고, 바람직하게는 직물은 40-10℃의 온도에 도달할 것이고, 더욱 더 바람직하게는 직물은 20-30℃의 온도에 도달할 것이다. 상기한 공정은 벌키하고 연성이고 낮은 퍼즈의 부직포를 경제적으로 유리한 높은 스루풋 및 높은 생산 속도로 생산한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 일 구현예에서, 4-드럼-고온-에어-스루 통합 장치가 사용될 수 있다. 상기 장치는 높은 속도에서 짧은 체류 시간으로, 또한, 소정의 좁은 변수 범위 내에서 융합 결합 생성을 위하여 필요한 저점성 용융 흐름을 달성하기 위하여 필요한 최대화된 웹 경로를 따르는 고온 공기 흐름 및 고온 공기 부피에 충분한 노출로, 공정을 가능하게 한다. 세로 방향의 드럼은 적어도 100°, 바람직하게는 적어도 130°, 더 바람직하게는 적어도 150°, 유리하게 적어도 160°의 접촉각을 허용한다.
선택된 장치에 대한 정확한 변수 설정은 선택된 결합 폴리머, 및 필라멘트 크기, 펠라멘트 단면 및 폴리머 성분 배합물 사이의 질량비에 의존한다.
상기 4-드럼 장치는 또한, 단시간 내에 기판을 통한 강한, 교대의 실질적으로 수직인 고온 흐름을 가능하게 한다. 첫번째 드럼 쌍은 직물 구조를 저융점 폴리머 조성물의 연화 및 융점 직전으로 예열하도록 설정된다. 두번째 드럼 쌍은 저융점 폴리머 조성물의 용융 온도 범위를 달성하여 융합 결합 형성을 허용하도록 설정된다. 직물의 구조를 유지하고 융합 결합을 온전히 유지하기 위하여, 마지막 드럼은 세로 방향으로 그 둘레를 따라 고온 섹션 및 냉각 섹션을 함유한다. 통합 장치로부터 배출되기 전에 직물 구조가 고화되거나, 적어도 직물 구조의 표면이 고화되는 것이 유리하다. 고유량 냉각 에어-스루를 가지는 별개의 추가적인 냉각 롤이 에어-스루-결합 통합 장치의 마지막 롤로부터 가능한 한 최단 거리에 위치하며, 직물의 고화를 즉각적인 냉각으로 마무리한다.
통합된 부직포는 최종 단계에서 스풀(11) 상으로 권취된다. 예를 들어, 유체의 이송 개선을 달성하거나 이를 빼내는 능력을 증가시키기 위하여, 부직포의 표면 특징을 변화시키는 것이 필요한 경우, 이동 벨트와 최종 통합 메커니즘 사이에, 또는 최종 통합 메커니즘과 스풀 사이에 분무 메커니즘 또는 딥 롤이 위치한다.
본 발명의 구성 형태 중 하나는 활성화 및 통합 단계를 함께 조합하는 것으로 구성되며, 통합 메커니즘 내에서, 활성화 시간 및/또는 통합 시간, 활성화 및/또는 통합에 필요한 공기 속도, 및 활성화 및/또는 통합 온도가 조절된다.
중요한 요소는 통합 변수: 통합 온도, 통합 공기 속도 및 통합 시간 사이의 균형을 결정하는 것이다. 통합 시간은 필라멘트 배트가 통합 공기에 의하여 변화되는 시간을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 변수들은 필라멘트 배트의 잠재적 통합 수준에 대응하여, 통합 시간, 통합 온도 및 통합 공기 속도 간의 이상적인 조합을 달성할 목적으로, 소정의 범위 내에서 변화될 수 있음이 분명하다.
필라멘트 배트의 통합 시간은 200 내지 20000 ms, 바람직하게는 200 내지 15000 ms, 가장 바람직하게는 200 내지 10000 ms 범위 내에서 설정되는 것이 권고된다.
이러한 통합 유닛 내에 사용되는 통합 공기의 속도는 0.2 내지 40 m/s, 바람직하게는 0.4 내지 1.8 m/s 범위 내에서 설정된다. 열 통합 중 통합 온도는 100 내지 250℃, 120 내지 220℃ 범위 내에서 설정되는 것이 권고된다. 하나의 구성 형태에서, 상기 통합 온도는 90 내지 140℃, 주로 110 내지 130℃ 범위 내이다.
실시예
본 발명의 추가적 세부 사항 및 구체적인 특징들이 실시예에 기초하여 설명될 것이다. 이 실시예들은 본 발명의 실행을 예시하나 그 제한으로서 간주되는 것을 의도하지 않는다. 청구되는 발명의 범위 내에서 추가적인 구현예 및 변화가 당업자에게 분명할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부하는 청구항에 의하여 정의될 것이다.
실시예는 Reifenhauser Reicofil GmbH & Co. KG에 의하여 공급되는 스펀멜트 생산 라인 타입 R5를 사용하였다. 생산 라인은 두 개의 스펀본드 빔(A,D)을 함유하였으며, 이들 각각은 2-성분 필라멘트를 생산하도록 조정된다. 실시예 1에서 하나의 스펀본드 빔만을 사용하였고, 실시예 2-13에서 두 개의 빔을 사용하였다. 첫번째 빔으로부터의 필라멘트를 이동 벨트 상에 놓아 제1 레이어를 형성하고, 두번째 빔으로부터 필라멘트를 그 위에 놓아 배트의 제2 레이어를 형성하였다. 각각의 빔 후, 배트를 고온 공기를 사용하여 예비-통합하였고, 따라서 첫번째 빔 후 하나의 레이어가 예비-통합되고, 두번째 빔 후 두 레이어 모두 함께 예비-통합되었다. 결과의 2-레이어 배트를 4 드럼을 함유하는 에어-스루 결합 유닛으로 이동시켰다. 상기 배트를 제1 드럼에 의하여 제1면으로부터, 그 다음 제2 드럼에 의하여 제2면으로부터 에어-스루 결합시킨 후, 다시 제3 드럼에 의하여 제1면으로부터 및 다시 제4 드럼에 의하여 제2면으로부터 에어-스루 결합시켰다. 처음 두 개의 드럼은 제1 통합 섹션을 제시하고, 세번째 및 네번째 드럼의 일부는 제2 통합 섹션을 제시한다. 부직포 냉각은 네번째 드럼(제3 통합 섹션)에서 시작하였으며, 여기서 대부분의 접촉 표면은 고온 공기에 의한 에어-스루 결합의 최종 단계를 위하여 사용되었고 (제2 통합 섹션), 마지막 부분 - 드럼 접촉 표면의 30°에 해당 - 이 직물 냉각의 첫번째 단계로서, 즉 에어-스루 냉각 단계로서 사용되었다 (즉, 직물이 에어-스루 결합 유닛을 떠나기 직전 부직포와 접촉한 마지막 표면). 결과의 부직포를 에어-스루 결합 유닛을 떠난 직후 공기에 의하여 추가로 냉각하였다. 제조 실시예의 구체적인 특징을 이하 정의하며, 제조 실시예의 결과 특징을 이하 표에 나타낸다.
실시예 1 - 본 발명
제1 빔이 필라멘트 배트를 생산하였으며, 각각의 필라멘트는 코어/시스 구조 (비-크림핑 가능한 단면)를 가지고, 코어는 필라멘트의 70 중량%를 형성하고 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Invista로부터 type 5520)을 함유하였고 시스는 필라멘트의 30 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제2 빔은 껐다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 220 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 121℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 127℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기를 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 75 gsm을 가졌고, 그 단면에서 층 구조를 잘 알아볼 수 있다(도 xx에서 도시함). 더 조밀한 층 A 및 C는 직물의 외표면을 형성하고, 공동을 가지는 중간의 매우 벌키한 층 B는 직물에 벌크를 제공한다. 층들은 균일하게 형성되거나 형성되지 않을 수 있음을 주목하여야 한다. 예를 들어, 여기서 층 A는 층 C보다 훨씬 더 두껍다, 도 24 참조.
실시예 2 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 40 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 60 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면(side)/면(side) 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 각각의 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 일면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 두번째 면은 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 160 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 125℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 129℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 25 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
층 구조는 세가지 다른 방법에 의하여 결정되었다:
1) 단면의 SEM 현미경 검사를 수행하였다. 외부층 A, C, 및 내부층 B는 알아보기 쉽다. SEM 현미경 검사는 직물 "내로" 뷰(view)를 제공하므로, 필라멘트-대-필라멘트 상호 접속(interconjunctions), 결합(bond)을 결정하거나 공동을 측정하는 것이 매우 복잡할 수 있다 (도 25).
2) 부직포를 수지 내 고정하고 단면을 준비하였다. 이제, 단면만을 보며, 여기서 필라멘트는 (이들은 이러한 미세규모에서 무작위 배향되므로) 검정색 점으로 보인다. 필라멘트(점)가 층 A 및 C 내에서 훨씬 더 조밀하고, 공동이 내부층 B 내에서 형성됨이 분명하다. (도 26)
3) 부직포를 X-선 단층촬영법에 의하여 분석하여, X-선 이미지 상에 직물/필라멘트의 공간 해상도를 개선하였고, 샘플을 SEM 현미경 검사에서와 동일한 방식으로 금속화하였다. 직물의 3D 모델을 컴퓨터상에서 생성한 다음 (도 27), 2-차원 직물 단면으로 디지털 절단하였다 (도 28). 금속화된 필라멘트는 흰색 점으로서 도시된다 (흰색 영역의 크기는 필라멘트 표면 상에 금속의 양에 의하여 영향을 받을 수 있다). 서로 더 가까운 필라멘트를 가지는 영역(더 조밀한 영역) 또한 흰색 영역으로 표시될 수 있다. 여기서 층 A 및 C 및 내부층 B가 매우 잘 보인다.
세가지 방법 모두 샘플 내 분명히 형성된 층 구조를 보였다. 직물 샘플의 상이한 부분에서 상이한 뷰가 또한, 내부층 B가 직물의 일 표면에 더 가까이, 중간에 또는 다른 직물 표면에 더 가까이 형성될 수 있음을 보였다. 내부층은 반드시 레이어/레이어 경계에 형성되지 않음이 분명하다 (특히 SEM 사진에서). 또한, 표 xx에 기재하는 직물 특성은 샘플의 저항성 및 연성의 우수한 조합을 나타낸다.
실시예 3-5 - 본 발명
실시예 3, 4 및 5는 실시예 2와 거의 동일하다. 이 실시예들은 평량 및 필라멘트 두께가 다르다 (필라멘트 레이다운 전 상이한 설정에 의하여 주어짐). 결합 공정 설정 또한 실시예 2에서와 동일하였다. 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다 (도 xx에 도시하는 직물 단면). 직물 특성을 표 xx에 기재한다.
실시예 6- 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 40 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 60 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면(side)/면(side) 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 각각의 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 일면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 두번째 면은 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 120 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 124℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 128℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 25 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 7 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 40 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 60 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면(side)/면(side) 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면은 필라멘트의 75 중량%를 형성하였다. 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 25 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 220 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 117℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 123℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 55 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 8 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 40 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 60 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면(side)/면(side) 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 120 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 125℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 129℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 25 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 9 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면(side)/면(side) 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 160 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 124℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 129℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 22 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 10 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면(side)/면(side) 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 200 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 124℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 131℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 65 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 9 및 실시예 10은 낮은 인장강도 및 결합 강도로 인하여 많은 적용에서 언더본디드로 간주될 수 있음을 주목하여야 한다. 그러나, 여기서도 층 구조가 형성되어 외부 직물 표면 상에 더 높은 저항성을 제공한다. 위의 멀티레이어 실시예는 eC/S 및 S/S 필라멘트의 조합을 사용하였으며, 이러한 조합도 이점을 가져올 수 있으며, 이는 본 발명에 중요하지 않음을 주목하여야 한다. 다음 실시예 11은 두 레이어 모두 eC/S 단면을 가지는 필라멘트로부터 형성되는, 2-레이어 직물을 보인다.
실시예 11- 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 60 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 40 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 코어가 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 상기 코어는 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 120 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 124℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 129℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 25 gsm을 가졌고, 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 12 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면/면 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면이 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 상기 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 160 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 120℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 128℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 24℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 35 gsm을 가졌고 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 13 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 40 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 60 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면/면 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면이 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 상기 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 120 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 123℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 128℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 19℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 25 gsm을 가졌고 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 14 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면/면 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면이 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 상기 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 140 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 124℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 129℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 21℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 20 gsm을 가졌고 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
실시예 15 - 본 발명
제1 빔은 이심 코어/시스 구조를 가지는 필라멘트의 제1 레이어를 생산하였고, 상기 코어는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 시스는 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6850)을 함유하였다.
제2 빔은 면/면 구조를 가지는 필라멘트의 제2 레이어를 생산하였고, 여기서 제1 면이 필라멘트의 50 중량%를 형성하였다. 상기 제1 면은 폴리프로필렌 블렌드(Exxonmobil로부터 type 3155, Borealis로부터 type HG475 FB, 백색 착색제 TiO2 및 에루카아미드)를 함유하였고, 제2 면은 필라멘트의 50 중량%를 형성하고 폴리에틸렌(Dow Chemicals로부터 Aspun 6834)을 함유하였다.
제1 빔 스루풋은 제1 빔 폭 미터당 시간당 140 kg이었고, 제2 빔 스루풋은 제2 빔 폭 미터당 시간당 240 kg이었다.
에어-스루 결합 유닛을 제1 및 제2 드럼에 대하여 124℃로 설정하고 제3 및 제4 드럼의 대부분의 부분에 대하여 129℃로 설정하고, 제4 드럼의 나머지 부분(드럼의 접촉 표면의 30°에 해당하는 나머지 부분)은 온도가 18℃인 주위 공기 및 통합 유닛 후 MD로 배치된 냉각 유닛을 이용하도록 설정하였다.
결과의 부직포는 18 gsm을 가졌고 층 구조를 잘 알아볼 수 있었다.
I. 시험 방법
부직포의 "평량"을 표준 EN ISO 9073-1:1989 (방법 WSP 130.1에 해당)에 따른 시험법을 사용하여 측정한다. 측정을 위하여, 부직포 10 레이어를 사용하고, 샘플 크기는 10 x 10 cm2이다.
부직포의 "인장강도" 및 "연신율"을 WSP 110.4.R4 (12) 표준에 따른 시험법을 사용하여 측정한다.
부직포의 "두께" 및 "측정 높이"를 다음 방식으로 변화된 European norm EN ISO 9073-2:1995 (방법 WSP 120.6에 해당)에 따른 시험 측정법에 의하여 결정한다:
1. 더 높은 변형력을 받지 않거나 1일 넘게 압력(예를 들어, 생산 장비 상에서 롤러에 의하여 발휘되는 압력)의 영향을 받지 않게 하면서 생산으로부터 취해지는 샘플을 사용하여 물질을 측정하며, 그 외에 물질은 표면 상에 자유롭게 적어도 24시간 동안 놓아 두어야 한다.
2. 추가 밸러스트(ballast)를 포함하는 측정 기계의 상부 암의 총 중량은 130 g이다.
부직포의 "벌크", "벌키성" 또는 "벌크 밀도"는 kg/m3으로 표시되고, "평량"(g/m2)을 "두께"(mm)로 나누어 계산된다.
부직포의 "두께 대 평량 비"는 dm3/kg 또는 l(리터)/kg으로 표시되고, "두께"(mm) * 1000을 "평량"(g/m2)으로 나누어 계산된다.
부직포의 "강성"은 "Handle-O-Meter"(HOM) 측정으로 표시되고, 국제 표준 WSP 90.3에 따라 결정된다. 샘플의 크기는, 측정된 값에 대하여 달리 기재하지 않는 한, 100 x 100 mm이다. HOM은 MD 및 CD 방향으로 개별적으로 측정된다. MD 또는 CD 방향을 달리 명시하지 않는 한, 이들 두 값의 산술 평균이 취해진다.
용어 벌키성의 "재생" 또는 "회복률"은 본원에서 작용 하중 배출 후 직물의 두께와 이러한 직물의 최초 두께 간의 비에 관한 것이다. 직물의 두께는 표준 EN ISO 9073-2:1995에 따라, 0.5 kPa의 압력과 동등한 예비 하중력을 사용하여 측정된다. 재생 측정 절차는 다음 단계로 구성된다:
1. 10 x 10 cm 치수의 직물 샘플의 제조
2. 직물 1 피스의 두께 측정
3. 0.5 kPa)와 동등한 예비 하중력에 의하여 겹쳐서 놓여진 직물 5 피스의 두께 측정 (Ts)
4. 5분 동안 두께 측정 장치상에서 (0.5 kPa의 압력에 의하여) 겹쳐서 놓여진 직물 5 피스 상에 하중을 가함
5. 장치를 풀고 5분 동안 기다림
6. 0.5 kPa와 동등한 예비 하중력에 의하여 겹쳐서 놓여진 직물 5 피스의 두께 측정 (Tr)
7. 다음 식에 따라 재생 계산:
재생 = Tr/Ts (단위 없음)
Ts = 새로운 샘플의 두께
Tr = 재생된 샘플의 두께
용어 "압축성"은 본원에서 부직포가 "유연성" 측정 중 정의되는 하중의 영향에 의하여 압축되는, 밀리미터 거리에 관한 것이다. 이는 또한 탄성(resilience)(단위 없음) * 두께(mm)의 곱으로 계산될 수 있다. 부직포의 "탄성" 또는 "탄력성"은 다음 방식으로 변형되는 표준 EN ISO 964-1에 따른 시험법을 사용하여 측정된다:
1. 하나의 직물 레이어의 두께를 측정한다.
2. 겹쳐서 적층된 후 총 두께가 적어도 4 mm, 이상적으로 5 mm가 되도록, 몇몇 개의 직물 샘플을 준비한다. 겹쳐서 적층된 직물 피스 군은 적어도 1 피스의 직물을 함유한다.
3. 적층된 직물 샘플의 두께를 측정한다.
4. 이러한 적층된 직물 샘플 군에 크기 5 N의 힘이 5 mm/min의 하중 속도로 작용되게 한다.
5. 클램핑 요소의 이동에 상응하는 거리를 측정한다.
6. 탄성을 다음 식에 따라 계산한다:
R (단위 없음) = T1(mm)/T0(mm)
또는
R(%) = T1(mm)/T0(mm) * 100%
T1 = 5 N 크기의 하중에서 클램핑 요소의 이동에 해당하는 거리 [mm] = 적층된 직물 피스의 압축 정도
T0 = 두께 (1.06 N의 예비 하중력을 가하여 표준 EN ISO 9073-2:1995에 따르는) [mm]
"Martindale 평균 내마모 등급 시험" 또는 "Martindale"
도 38은 Martindale 평균 내마모 등급 시험을 위한 장치의 사시도이다. 도 39는 Procter and Gamble사의 공개 특허 출원 US20200170853A1에 기재되는 바와 같은, Martindale 평균 내마모 등급 시험에서 퍼즈 평가를 위한 등급 스케일이다.
부직포의 Martindale 평균 내마모 등급은 Martindale 마모 시험기를 사용하여 측정한다. 시험은 건식으로 수행된다.
● 부직포 샘플을 23±2℃ 및 50±2% 상대 습도에서 24시간 동안 컨디셔닝한다.
● 각각의 부직포 샘플로부터, 직경 162 mm (6.375 인치)의 원형 샘플 10개를 절단한다. 표준 펠트 조각을 직경 140 mm의 원으로 절단한다.
● 먼저, 절단 펠트를 놓은 다음, 절단 부직포 샘플을 놓아, 각각의 샘플을 각각 Martindale 시험 마모 테이블 위치에 고정한다. 그 후, 부직포 샘플 상에 주름이 보이지 않도록 클램핑 링을 고정한다.
● 마모제 홀더를 조립한다. 마모제는 직경 38 mm의 FDA 준수 1/32 인치 두께 실리콘 고무이다 (McMaster Carr로부터 얻음, Item 86045K21-50A). 마모제 홀더 내에 요구되는 중량을 놓아 9 kPA의 압력을 샘플에 가한다. 마모제가 조작원 가이드에서 지시한 바와 같이 NW 샘플과 접촉하도록, 조립된 마모제 홀더를 모델 #864 내에 놓는다.
● 다음 조건하에 Martindale 마모를 작동한다:
○ 모드: 마모 시험
○ 속도: 분당 47.5 사이클; 및
○ 사이클: 16 사이클
● 시험 중단 후, 마모된 부직포를 매끄러운 무광 검정색 표면 상에 놓고, 도 xx에 제공되는 스케일을 사용하여 그 퍼즈 수준을 등급화한다. 각각의 샘플을 상부로부터 관찰하여 결함의 크기 및 수를 결정하고, 측면으로부터 관찰하여 결함의 로프트의 높이를 결정함으로써, 각각의 샘플을 평가한다. 등급 스케일과 최상의 매치에 근거하여 1 내지 5의 수를 지정한다. 그 후, Martindale 평균 내마모 등급을 모든 샘플의 평균 등급으로서 계산하고, 소수점 한자리까지 보고한다.
"층간 박리 강도" 또는 "결합"은 다음 방법에 의하여 결정될 수 있다 (도 40 및 41 참조):
1) 길이가 120 mm (MD 방향), 폭이 적어도 30 mm인 표본을 절단한다.
2) 두 개의 145 mm 길이의 테이프 스트립을 절단하고, 한쪽면에서, 각각의 테이프 스트립의 마지막 25 mm를 접는다. 샘플을 25.4 mm 너비의 테이프로 보강한 다음, 7 kg 핸드 롤러로 한 방향으로 1회 롤오버하여 이를 결합한다. 샘플을 테이프를 따라 25 mm의 CD 폭으로 절단한다. 테이프 스트립의 자유 말단을 분리한다.
3) 인장 강도 시험기는 다음 특징을 가진다: 가해지는 응력의 이동 방향과 평행한 동일 평면 상에 클램핑 표면을 가지는 두 개의 조(jaws). 이들은 미끄러지지 않고 샘플을 손상시키지 않고 시험 동안 그 평면 내에 시험편을 유지시키도록 정렬되어야 한다. 상기 조의 네 면은 미끄러짐 및 시험편 손상을 방지하기 위하여 소프트 개스킷 고무의 얇은 스트립으로 패드를 대야 한다. Thwing Albert, Instron, Zwick 또는 동등물이 정속 인하식(constant rate of traverse) 인장 시험기에 대하여 ASTM D 76-99에 따라 사용되어야 한다.
4) 변수를 다음과 같이 설정한다:
a) 게이지 길이
50 mm
b) 크로스헤드 속도
305 mm/min
c) pre-pull 길이
10 mm
d) 측정 길이
152 mm
e) 샘플 주사 주파수(scanning frequency)
50 Hz
5) 상부 그립 내 적당히 배치되었을 때, 테이프의 자유 말단을 고정시켜 시험편을 시험기 내에 놓는다 (도 41). 테이프의 자유 말단을 되돌리고 이를 하부 그립 내에 고정한다. 장력이 균일하게 분포하도록, 시험편의 자유 말단을 그립 내에 대칭으로 정렬한다. 측정이 전체 하중 범위의 30 내지 80%가 되도록 요구되는 하중 범위를 조정한다.
6) 인장 시험기를 시작한다.
7) 10 샘플을 측정하고 평균을 계산한다.
8) 평균 분리력을 소수점 둘째 자리 0.01 N까지 보고한다.
"단면의 유형"은 섬유 형성 다이에 의하여 정의되는 공정 조건으로부터 알 수 있다. 공정 조건이 알려지지 않은 경우, 다음 평가를 이용할 수 있다:
직물 샘플을 취하고 적어도 20 섬유의 단면의 사진을 촬영한다. 단면을 변형이 예상될 수 있는 결합 포인트 내 또는 다른 섬유와 접촉하는 곳에서가 아니라, 섬유의 자유 부분 상에서 측정한다. 각각의 단면에 대하여, 성분 표면을 각각의 성분에 대하여 개별적으로 사진상에 표시한다. 평면 물체의 중심 또는 기하 중심 결정에 기초하여 각각의 성분에 대하여 질량 중심을 결정하고, 섬유 단면의 기하 중심에서 중심 [0;0]으로 Cartesian 좌표 시스템을 이용하여 그 위치를 기록한다. 각각의 섬유 단면 내 각각의 성분에 대한 질량 중심의 변위(deflection)(D)를 다음 식에 따라 계산한다:
D = 절대값(x * y), 여기서 x 및 y는 질량 중심의 좌표이다. x,y 값 중 하나가 0이고 다른 하나가 0이 아닐 때, 샘플을 평가로부터 폐기한다.
평균값 및 표준 편차를 각각의 성분에 대하여 계산한다.
((평균 변위) + (표준 편차)) 대 총 섬유 단면 표면 비가 5% 미만일 때 섬유는 비-크림핑 가능한 것으로 간주된다.
((평균 변위) - (표준 편차) 대 총 섬유 단면 표면 비가 10% 미만일 때, 섬유는 비-크림핑 가능할 것으로 예상된다.
"필라멘트 간 접속 밀도", "필라멘트 밀도", "공동의 길이 및 높이" 및 "부직포의 두께 내 공동의 %"는 직물 단면으로부터 결정할 수 있다.
적어도 10개의 샘플을 MD로 취하고 10개의 샘플을 CD로 취하였다. 샘플의 적어도 50%에서 층 구조가 인식되는 한 직물은 층 구조를 가지는 것으로 간주된다. 더 높은 변형력을 받지 않거나 하루 넘게 압력(예를 들어 생산 장치상에서 롤러에 의하여 발휘되는 압력)의 영향을 받지 않으면서 생산으로부터 취해지는 샘플을 사용하여 물질을 측정하며, 그 외에 물질은 표면 상에 자유롭게 적어도 24시간 동안 놓여져야 한다.
몇 가지 방법에 의하여 단면을 제조하고 분석할 수 있다:
직물 단면 제조 방법
1) 단순 단면:
직물을 적절한 테이블 위에 놓고 날카로운 면도날로 절단한다. 절단물이 직물과 거의 동일한 두께를 가지는지 점검한다 (예를 들어, 필라멘트가 함께 압축 또는 "절단-결합"되지 않음).
2) 수지 단면:
직물 샘플을 용기 내에 넣고 액체 수지를 부어 고화시킨다. 수지는 액체 형태에서 직물 내 모든 공극 부피를 용이하게 채우고 고체 형태에서 직물 폴리머로부터 용이하게 구별될 수 있도록 선택될 필요가 있다.
고체 수지 블록을 반으로 절단하여, 직물 샘플 단면을 만든다.
3) 디지털 단면:
샘플을 스캔하고(예를 들어, 단층촬영법, mico CT), 디지털 단면을 컴퓨터에서 생성한다.
샘플 단면 분석 방법:
1) SEM 현미경 검사
a) 필요하다면, 필라멘트 샘플을 적절한 홀더 내에 넣고 (예를 들어, 도 42a 및 42b 참조) 분석한다.
b) 샘플을 금으로 금속화한다 (예를 들어, Au/Pd 금속화 장치 SC 7640 Sputter Coater를 사용하여)
c) 샘플을 30 kV 및 적절한 배율(30x - 1000x)을 사용하여 전자 현미경 검사법에 의하여 분석한다 (예를 들어, BSE 검출기를 사용하여, Tescan).
2) 3D 단층촬영법
a) 필요하다면, 샘플을 얇은 조영 물질 레이어를 사용하여 코팅한다. 예를 들어, 3D X-선 단층촬영법(Skycan)을 이용할 때, 폴리올레핀은 잘 가시화되지 않는다. 샘플을, 예를 들어, 금을 사용하여 금속화할 수 있다 (예를 들어, Au/Pd 금속화 장치 SC 7640 Sputter Coater를 사용).
b) 샘플을 분석 체임버 내에 넣고 스캔한다.
3) 3D μCT - "부직포의 기하 섬유 통계 결정 방법" 참조.
전술한 방법 및 분석은 모두, 예를 들어, University of Tomas Bata in Zlin (CZ), Faculty of Technology에서 수행될 수 있다.
얻어진 단면 사진을 그 후 분석한다:
1) "필라멘트 간 접속 밀도", "필라멘트 밀도"
a) 직물 단면을, 각각의 세그먼트가 최대 0.05 mm 두께를 나타내는, 규칙적 세그먼트로 나눈다 (예를 들어, 0.45 mm 두께 직물을 0.05 mm 두께의 9 섹션으로 나눈다).
b) 각각의 세그먼트는 적어도 0.5 mm의 길이를 가지고, 바람직하게는 상기 길이는 단면 사진에서 볼 수 있다.
c) 밀도를 설정한다
i) 필라멘트 간 접속의 수를 각각의 세그먼트에 대하여 계산하고, 필라멘트 간 접속의 밀도(결합의 수/세그먼트 면적)로서 표시하거나;
ii) 각각의 세그먼트 내 필라멘트가 차지하는 면적을 계산하고, 필라멘트 밀도(필라멘트가 차지하는 면적/세그먼트 면적)으로 표시한다.
d) 동일하거나 매우 유사한 밀도를 제공하는 서로 인접하는 세그먼트를 합쳐 층을 형성한다.
e) 층 A, B 및 가능하다면 C를 명명하고 이에 대한 평균값을 계산한다.
f) 비 값을 계산한다.
2) "공동의 길이 및 높이" 및 "부직포 두께 내 공동의 %"
a) 상기한 바와 같이 결정된 층 구조를 취하고 층 B 면적을 더 조사한다.
b) 공극 부피 면적을 강조한다
c) 공동을 표시한다 (직물 두께(직물의 z-방향)에서 그 면적이 평균 필라멘트 두께보다 3x 이상 크고, 그 길이가 (직물의 MD x CD 평면 방향) 평균 필라멘트 두께보다 5x 클 경우, 이는 공동으로 간주될 것이다).
d) 모든 공동의 면적을 계산하고, 층 B 면적의 %로서 표시한다.
e) 각각의 공동의 높이(= 직물 두께 방향)를 측정하고, 그 길이(= 직물의 MD x CD 평면 방향)를 측정하고, 최대 값을 사용하여 L:H 비를 계산한다.
"부직포에 대한 기하학적 섬유 통계 결정 방법"
다음에서, 부직포의 기하학적 특성을 규명하기 위하여 부직포 샘플 분석을 위한 소프트웨어-기반 방법을 기재한다. 상기 방법은 기계-학습 접근을 이용하여 샘플 내 존재하는 각각의 섬유를 확인한 다음, 이들 섬유를 기하학적 분석하여 부직포를 특성화하기에 적합한 통계를 얻는다. 결과는 섬유의 배향 및 밀도 분포를 포함한다. 상기 분석 작업 흐름은 Math2Market GmbH에 의하여 개발되었으며, GeoDict 디지털 재료 실험실의 일부이다.
단계 1: 샘플의 3-차원 μCT 이미지를 얻음
먼저, 부직포 샘플을 μCT 스캐너를 이용하여 디지털화하여 3D 이미지를 얻었다. 상기 3D 이미지는 균일한 Cartesian 그리드로 구성되며, 각각의 그리드 셀(부피 요소: 복셀(voxel))은 해당 위치에서 샘플의 X-선 감쇠를 저장한다. 기공 공간은 전형적으로 최저 감쇠(최소 그레이-스케일 값)를 보이는 반면, 물질 상은 μCT 장치의 재료 및 구성에 따라 더 큰 값을 나타낸다.
단계 2: μCT 이미지를 세그먼트화하여 기공 공간으로부터 물질 분리
추가 분석을 위하여, 그레이-스케일 이미지를 Non-Local Means 접근법[1]을 사용하여 노이즈-필터링한다. 그 다음, Otsu의 알고리즘[2]을 사용하여 얻어지는 광역 임계값(global threshold)을 사용하여 이를 2진화한다. 이진화는 각각의 이미지 복셀을 기공 공간 또는 섬유 물질을 함유하는 것으로 분류한다. 임계값 아래 그레이 값을 가지는 복셀은 기공 공간으로 분류된다. 다른 모든 복셀은 섬유 물질로 분류된다. 노이즈 필터링 및 임계화 작업 모두를 위하여, GeoDict 소프트웨어의 ImportGeo 모듈이 사용된다.
단계 3: 물질 밀도 분포 분석
나아가, z-방향에서 물질 밀도 분포를 산출한다. 각각의 이미지 슬라이스에 대하여 (주어진 깊이 Z에서), 물질 밀도를 흰색 물질 복셀을 슬라이스 내 총 복셀의 수로 나눈 수로서 산출한다. 이러한 분석은 GeoDict의 MatDict 모듈을 사용하여 수행된다.
단계 4: 신경망을 적용하여 섬유 중심선 확인
μCT 이미지 내 각각의 섬유 확인의 주된 문제점은, 2진화 후, 섬유가 접촉 포인트에서 공간적으로 분리되지 않는다는 점이다. 이는 복수 물체(섬유)가 단일 섬유로 잘못 분류되는, 언더-세그멘테이션(under-segmentation)을 초래한다. 섬유를 분리하기 위하여, Math2Market GmbH는 섬유의 중심선 곡선을 확인하는 접근법을 개발하였다. 이러한 중심선은 본래 이미지와 동일 크기의 2진 복셀 이미지로 표시된다. 이러한 이미지 내에, 섬유 중심에 대하여 약 1-2 복셀 내 복셀이 표시된다.
이를 위하여, 신경망을 사용하는 시멘틱 세그멘테이션(semantic segmentation) 접근법[3]을 사용하였다. 이미지 위로 이동되는, 3D 슬라이딩 입력창를 고려하여, 이미지를 분석한다. 각각의 입력창에 대하여, 입력창 위에 집중되는 더 작은 출력창이 정의된다. 신경망은 입력창 내 2진 복셀 값을 분석하고 출력창의 각각의 복셀에 대하여 예측을 생산한다. 예측된 값은 출력창 내 복셀이 중심선의 일부인지 결정한다. 모든 출력창에 대한 결과를 조합함으로써, 본래 이미지 내 각각의 물질 복셀을 분류하는 2진 이미지를 얻는다. 이러한 이미지 변환은 Tensorflow를 이용하여, GeoDict 내 FiberFind-AI 모듈에 의하여 실행된다[4].
단계 5: 신경망에 대하여 트레이닝 데이터 생성
신경망을 훈련하여 전술한 변환을 실행하기 위하여, Math2Market GmbH는 GeoDict 내 확률론적 FiberGeo 구조 생성 모듈을 이용하여 부직포의 몇몇 개의 인공 3D 이미지를 생성하였다. 이러한 모듈은 일련의 라인 세그먼트로서 섬유의 분석적 기하학적 표현을 생성한다. 동시에, 이는 단계 2의 2진화 결과와 유사한, 섬유 구조의 2진 이미지를 출력한다.
분석학적 표현 내 섬유 직경을 약 2-3 복셀까지 변화시킴으로써, 인공 섬유 구조에 해당하는 중심선의 이미지를 또한 얻을 수 있다. 그 후, 이러한 이미지 쌍(섬유 및 중심선)을 사용하여 신경망을 훈련시켜 섬유 이미지를 중심선 이미지로 변환한다. 상기 망은 섬유를 그 중심선 곡선까지 "수축"시키는 것을 효과적으로 학습한다.
단계 6: 섬유 중심선을 추적하여 섬유의 기하학적 표현을 얻음
섬유를 그 중심선까지 감소시킨 후, 중심선은 접촉하지 않는 것으로 가정한다. 그 후, 각각의 성분이 단일 섬유의 중심선에 상응한다는 가정하에, 중심선 이미지의 연결된 성분들을 분석함으로써, 각각의 중심선을 서로로부터 분리한다. 연결된 성분은 모두 동일 색상을 가지고 동일 색상의 접촉 복셀 첨가에 의하여 확대될 수 없는 물질 복셀 서브세트로서 정의된다.
각각의 중심선에 대하여, 복셀 세트를 통하여 곡선을 추적하여, 일련의 연결된 선-세그먼트(폴리라인) 형태의 해당 섬유의 기하학적 표현을 얻는다. 이 단계 또한 GeoDict 내 FiberFind-AI의 일부이다.
그 결과, 직물의 디지털 3D 모델이 얻어지고, 층 구조를 포함하는 직물의 예를 도 44 내지 46에서 볼 수 있다.
단계 7: 샘플의 컴퓨터 분석
"필라멘트 간 접속 밀도", "필라멘트 밀도", "공동의 길이 및 높이" 및 "부직포 두께 내 공동의 %"를 얻기 위하여, 각각의 단면 필라멘트 선 세그먼트를 평면 내로 돌출시키고, 서브세그먼트로 나누고(각각 최대 0.05 mm 두께), 분석한다. 세그먼트 간에 값을 비교하고, 가능하다면, 동일하거나 유사한 결과를 가지는 서로 인접하는 세그먼트 중 일부를 층으로 합친다. 층 A, B 및 가능하다면 C가 명명되고, 각각의 층에 대한 값이 세그먼트 데이터로부터 평균된다.
[1] Buades, Antoni, Bartomeu Coll, and J-M. Morel. "A non-local algorithm for image denoising." Computer Vision and Pattern Recognition, 2005. CVPR 2005. IEEE Computer Society Conference on. Vol. 2. IEEE, 2005.
[2] Otsu, Nobuyuki. "A threshold selection method from gray-level histograms." IEEE transactions on systems, man, and cybernetics 9.1 (1979): 62-66.
[3] Noh, Hyeonwoo, Seunghoon Hong, and Bohyung Han. "Learning deconvolution network for semantic segmentation." Proceedings of the IEEE international conference on computer vision. 2015.
[4] Martn Abadi, Ashish Agarwal, Paul Barham, Eugene Brevdo, Zhifeng Chen, Craig Citro, Greg S. Corrado, Andy Davis, Jeffrey Dean, Matthieu Devin, Sanjay Ghemawat, Ian Goodfellow, Andrew Harp, Geoffrey Irving, Michael Isard, Rafal Jozefowicz, Yangqing Jia, Lukasz Kaiser, Manjunath Kudlur, Josh Levenberg, Dan Mane, Mike Schuster, Rajat Monga, Sherry Moore, Derek Murray, Chris Olah, Jonathon Shlens, Benoit Steiner, Ilya Sutskever, Kunal Talwar, Paul Tucker, Vincent Vanhoucke, Vijay Vasudevan, Fernanda Viegas, Oriol Vinyals, Pete Warden, Martin Wattenberg, Martin Wicke, Yuan Yu, and Xiaoqiang Zheng. "TensorFlow: Large-scale machine learning on heterogeneous systems", 2015. Software available from tensorflow.org.
본 발명은 연성 / 저항성의 균형을 가지는 벌키한 부직포가 요구되는 경우 어디에나 - 예를 들어, 흡수성 위생 제품(예를 들어, 유아용 기저귀, 요실금 제품, 여성 위생 제품, 교체 패드 등)의 다양한 성분으로서 위생 산업에서, 또는 건강 관리에서, 예를 들어, 가제(wound sponges) 및/또는 보호복, 수술 커버 시트, 언더레이 및 기타 장벽 물질 제품의 일부로서, 적용 가능하다. 산업적 용도로, 예를 들어, 보호복의 일부로서, 여과, 단열, 패키징, 사운드 흡착, 신발 산업, 자동차, 가구 등에서 추가적인 사용이 또한 가능하다. 본 발명은 유리하게, 특히 무한한 섬유에 대한 요건과 조합되는 직물의 증가된 벌키성, 압축성 및 회복률이 요구되는 용도에서 사용 가능하다.
Claims (51)
- 복수의 필라멘트 층(filamentary strata)을 포함하는 부직포로서, 상기 부직포는
- 상기 부직포의 제1 외표면을 형성하고, 제1 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하는 제1 층(A)로서, 상기 제1 성분은
- 상기 필라멘트의 길이 방향을 따라 연장하고
- 상기 필라멘트의 표면적의 적어도 20%를 형성하고,
- 상기 제1 층(A) 내에서 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성하고,
- 상기 제1 층(A)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는, 제1 층(A), 및
- 제1 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하는 제2 층(B)로서, 상기 제1 성분은
- 상기 필라멘트의 길이 방향을 따라 연장하고
- 상기 필라멘트의 표면적의 적어도 20%를 형성하고,
- 상기 제2 층(B) 내에서 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성하고,
- 상기 제2 층(B)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는, 제2 층(B)
을 포함하고,
- 상기 부직포의 벌크 밀도(bulk density)는 60 kg/m3보다 낮은, 부직포. - 제1항에 있어서,
상기 부직포는 제3 층(C)을 함유하고, 상기 제3 층(C)은 상기 부직포의 제2 외표면을 형성하여 상기 제2 층(B)이 상기 부직포의 제1 외표면을 형성하는 제1 층(A)과 제2 외표면을 형성하는 제3 층(C) 사이에 배치되도록 하고, 제1 성분을 포함하는 연속 다성분 필라멘트를 포함하고,
상기 제1 성분은
- 상기 필라멘트의 길이 방향을 따라 연장하고
- 상기 필라멘트의 표면적의 적어도 20%를 형성하고,
- 상기 제3 층(C) 내에서 필라멘트-대-필라멘트 결합을 형성하고,
- 상기 제3 층(C)의 필라멘트의 다른 성분들의 융점보다 적어도 5℃ 낮은 융점을 가지는, 부직포. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 층(A)의 필라멘트 밀도(filamentary density)와 제2 층(B)의 필라멘트 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 2.5; 더 바람직하게는 적어도 3, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5인, 부직포. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 층(C)의 필라멘트 밀도와 상기 제2 층(B)의 필라멘트 밀도의 비는 적어도 1.5; 더 바람직하게는 적어도 2.0; 더 바람직하게는 적어도 2.5; 더 바람직하게는 적어도 3, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5인, 부직포. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층(A)의 필라멘트 간 접속 밀도(interfilamentary conjunction density)와 제2 층(B)의 필라멘트 간 접속 밀도의 비는 적어도 2; 더 바람직하게는 적어도 3.0; 더 바람직하게는 적어도 4; 더 바람직하게는 적어도 5, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7인, 부직포. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 층(C)의 필라멘트 간 접속 밀도와 제2 층(B)의 필라멘트 간 접속 밀도의 비는 적어도 2; 더 바람직하게는 적어도 3.0; 더 바람직하게는 적어도 4; 더 바람직하게는 적어도 5, 더욱 더 바람직하게는 적어도 7인, 부직포. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층(B)은 공동(cavities)을 함유하고, 상기 공동은 세로 방향 및 가로 방향에 의하여 정의되는 평면을 따라 연장하는 길이 및 상기 평면에 수직으로 연장하는 높이를 가지고, 상기 공동 중 적어도 일부의 길이 대 높이 비는 적어도 3:1, 바람직하게는 5:1, 가장 바람직하게는 10:1인, 부직포. - 제7항에 있어서,
상기 공동의 높이는 상기 부직포의 두께의 적어도 15%, 더 바람직하게는 상기 부직포의 두께의 적어도 20%를 형성하는, 부직포. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층(B)은 공동을 함유하고, 상기 공동은 세로 방향 및 가로 방향에 의하여 정의되는 평면을 따라 연장하는 길이를 가지고, 상기 부직포는 상기 평면에 수직으로 연장하는 두께를 가지고, 상기 공동 중 적어도 일부에서 상기 공동의 길이 대 상기 부직포의 두께의 비가 적어도 3:1, 바람직하게는 5:1, 가장 바람직하게는 10:1인, 부직포. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포는 크림핑 가능한(crimpable) 단면을 가지는 필라멘트를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포는 수축 가능한 폴리머를 포함하는 비-크림핑 가능한(non-crimpable) 단면을 가지는 필라멘트를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층(A)의 제1 성분 및/또는 제2 층(B)의 제1 성분은 폴리올레핀, 지방족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르 또는 이의 코폴리머를 포함하는 군으로부터 선택되는 결합 폴리머를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층(A)의 제1 성분 및/또는 제2 층(B)의 제1 성분은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 이의 코폴리머(coPLA, coPET, coPP, coPE)를 포함하는 군으로부터 선택되는 결합 폴리머를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층(A)의 다른 성분 및/또는 상기 제2 층(B)의 다른 성분은 폴리올레핀, 지방족 폴리에스테르, 방향족 폴리에스테르 또는 이의 코폴리머를 포함하는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층(A)의 다른 성분 및/또는 제2 층(B)의 다른 성분은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 이의 코폴리머(coPLA, coPET)를 포함하는 군으로부터 선택되는 폴리머를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층(A) 및/또는 제2 층(B)의 필라멘트의 적어도 65 중량%가 하나 이상의 폴리올레핀 폴리머로 구성되는, 부직포. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필라멘트 성분 중 적어도 하나가 적어도 65 중량%의 폴리에스테르 폴리머를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
a. 상기 연속 필라멘트는 2-성분이고,
b. 상기 제1 성분은 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리에틸렌을 포함하고,
c. 상기 다른 성분은 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리프로필렌을 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
a. 상기 연속 필라멘트는 2-성분이고,
b. 상기 제1 성분은 폴리올레핀, 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하고,
c. 상기 다른 성분은 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 이의 코폴리머(coPLA, coPET)를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
a. 상기 연속 필라멘트는 2-성분이고,
b. 상기 제1 성분은 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 이의 코폴리머(coPLA, coPET)를 포함하고,
c. 상기 다른 성분은 폴리에스테르, 바람직하게는 폴리락트산(PLA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 이의 코폴리머(coPLA, coPET)를 포함하는, 부직포. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포의 층간 박리 강도(delamination strength)는 0.5 N 이상, 바람직하게는 0.6 N보다 높고, 더 바람직하게는 0.7 N보다 높고, 가장 바람직하게는 0.8 N보다 높은, 부직포. - 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포의 층간 박리 강도는 10.0 N 이하, 바람직하게는 8.0 N 이하, 더 바람직하게는 6.0 N 이하, 유리하게 4.0 N 이하인, 부직포. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부직포는 적어도 제1 필라멘트 레이어(layer)(i) 및 제2 필라멘트 레이어(ii)를 포함하는, 부직포. - 제23항에 있어서,
상기 부직포 내 적어도 하나의 레이어는 적어도 2층을 포함하는, 부직포. - 제23항 또는 제24항에 있어서,
상기 제1 레이어(i)는 적어도 상기 제1 층(A)을 포함하는, 부직포. - 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
하나의 레이어의 모든 층들 내 필라멘트는 필라멘트 단면을 통하여 동일한 방식으로 배열되는 동일한 성분들을 함유하는, 부직포. - 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 레이어 내 필라멘트는 상기 제2 레이어 내 필라멘트와: 성분, 단면을 통한 성분 배열, 중간 섬유 직경 중 적어도 하나가 다른, 부직포. - 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 레이어(i)는 동심(concentric) 코어/시스 구조 또는 이심(eccentric) 코어/시스 구조를 가지는 2-성분 필라멘트를 포함하는, 부직포. - 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 레이어(ii)는 면/면(side/side) 구조 또는 이심 코어/시스 구조를 가지는 2-성분 필라멘트를 포함하는, 부직포. - 제28항 또는 제29항에 있어서,
상기 제1 레이어(i)의 2-성분 필라멘트의 코어는 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 블렌드를 포함하고, 및/또는 상기 제2 레이어(ii)의 2-성분 필라멘트의 코어 성분 또는 일면 성분은 폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 블렌드를 포함하는, 부직포. - 제30항에 있어서,
상기 제1 레이어(i)의 2-성분 필라멘트의 시스는 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 블렌드를 포함하고, 상기 제2 레이어(ii)의 2-성분 필라멘트의 시스 성분 또는 일면 성분은 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 블렌드를 포함하는, 부직포. - 제31항에 있어서,
상기 제1 레이어(i)의 2-성분 필라멘트의 시스 내 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 블렌드의 용융 지수(melt flow rate)는 제2 레이어(ii)의 2-성분 필라멘트의 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 블렌드의 용융 지수보다 높은, 부직포. - 제31항에 있어서,
상기 제1 레이어(i)의 2-성분 필라멘트의 시스는 상기 필라멘트의 30 내지 45 중량%를 형성하고, 상기 제2 레이어(ii)의 2-성분 필라멘트의 폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 블렌드는 상기 필라멘트의 30 내지 55 중량%를 형성하는, 부직포. - 제23항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 제1 레이어(i)의 필라멘트는 10 내지 17 미크론, 더 바람직하게는 13 내지 14 미크론 범위 내의 중간 섬유 직경을 가지고, 및/또는
- 상기 제2 레이어(ii)의 필라멘트는 15 내지 22 미크론, 더 바람직하게는 18 내지 19 미크론 범위 내의 중간 섬유 직경을 가지고, 및/또는
- 상기 제1 레이어(i)의 필라멘트는 상기 제2 레이어(ii)의 필라멘트보다 작은 중간 섬유 직경을 가지는, 부직포. - 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 따른 부직포를 포함하는, 흡수성 위생 제품.
- 부직포의 제조 방법으로서, 상기 방법은
a) a. 적어도, 제1 성분을 형성하는 제1 폴리머 물질 및
b. 적어도 하나의 다른 성분을 형성하고, 상기 제1 폴리머 물질(A)보다 낮은 융점을 가지는 제2 폴리머 물질
을 용융하는 단계,
b) 상기 용융된 폴리머 물질을 방사 빔(spinning beam)의 노즐에 공급하고, 용융된 폴리머 물질을 상기 노즐을 통하여 압출하는 단계 -
a. 상기 노즐을 빠져나가는 용융된 폴리머 물질로부터 무한한 필라멘트를 형성하고,
b. 상기 제1 폴리머 물질은 상기 필라멘트의 길이 방향으로 연장하고, 상기 필라멘트의 표면의 적어도 일부를 형성함,
c) 10 내지 90℃ 범위 내의 온도를 가지는 유체 매체에 의하여 상기 형성된 필라멘트를 냉각하고, 상기 필라멘트를 200 - 1300 범위 내의 연신비(draw down ratio)로 연신하여, 적어도 상기 제2 폴리머 물질의 반-안정성(semi-stable) 결정 상태를 달성하는 단계,
d) 상기 필라멘트를 형성 벨트(formation belt) 상에서 무작위로 놓아 부직 필라멘트 배트(batt)를 형성하는 단계,
e) 1 내지 10000 ms의 시간 동안 열 흐름에 의하여 상기 부직 필라멘트 배트를 예비-통합(pre-consolidating)하는 단계,
f) 상기 제1 폴리머 물질의 융점보다 5-20℃ 낮은 온도를 가지는 열 흐름에 의하여, 바람직하게는 상기 제1 폴리머 물질의 융점보다 5-15℃ 낮은 온도에서, 더 바람직하게는 상기 제1 폴리머 물질의 융점보다 5-10℃ 낮은 온도에서, 상기 필라멘트 배트를 예열하는 단계, 및
g) 상기 필라멘트 배트를 상기 제1 폴리머 물질의 융점 아래로 5℃ 이하 및 상기 제1 폴리머 물질의 융점 위로 3℃ 이하의 온도를 가지는 열 흐름에 의하여 통합(consolidating)하고, 이와 같이 하여 통합된 필라멘트 배트를 10-40℃, 바람직하게는 20-30℃ 범위 내 온도를 갖는 공기 흐름에 의하여 냉각하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제36항에 있어서,
예비-통합 단계 e)와 예열 단계 f) 사이에 중간 냉각이 수행되는, 방법. - 제37항에 있어서,
상기 중간 냉각은 상기 예비-통합된 배트를 공기에 노출시켜 수행되는, 방법. - 제37항 또는 제38항에 있어서,
상기 중간 냉각은 70℃ 이하, 바람직하게는 60℃ 이하, 가장 바람직하게는 55℃ 이하의 온도를 가지는 공기에 의하여 수행되는, 방법. - 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중간 냉각은 상기 예비-통합된 배트를 주위 공기에 노출시켜 수행되는, 방법. - 제36항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 g)에서 상기 배트의 통합 동안, 열 흐름이 교호 방향(alternated directions)으로 가하여져, 상기 배트로 한쪽으로부터 들어간 다음 상기 배트의 다른 쪽으로부터 들어가는, 방법. - 제36항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 e) 및/또는 f) 및/또는 g)에서 열 흐름은 고온 공기에 의하여 제공되는, 방법. - 제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 f)에서 예열 동안, 상기 배트에 어떠한 추가적인 장력(tension)도 가해지지 않는, 방법. - 제36항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 f)에서 예열 동안, 상기 필라멘트 배트는 10-40℃, 바람직하게는 20-30℃의 온도에 도달하는, 방법. - 제36항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 f) 및/또는 h)의 적어도 일부는 상기 배트를 에어 스루(air-through) 통합 장치의 드럼을 따라 리드함으로써 수행되는, 방법. - 제36항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 f) 및/또는 h)의 적어도 일부는 상기 배트를 플랫 오븐(flat oven) 통합 장치를 통하여 리드함으로써 수행되는, 방법. - 제36항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예비-통합 단계 e) 동안, 상기 예비-통합 공기 속도는 0.1 내지 10 m/s, 바람직하게는 0.8 내지 4 m/s의 범위 내로 설정되는, 방법. - 제36항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예비-통합 단계 e) 동안, 상기 예비-통합 공기 온도는 80 내지 200℃, 바람직하게는 100 내지 180℃의 범위 내인, 방법. - 제36항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예비-통합 단계 e) 동안, 상기 예비-통합 공기 온도는 90 내지 150℃, 바람직하게는 110 내지 140℃의 범위 내인, 방법. - 제36항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 예비-통합 단계 e) 동안, 상기 필라멘트 배트는 공기를 이용하여 2 내지 1000 ms 범위, 가장 바람직하게는 4 내지 200 ms 범위 내의 시간 동안 열 흐름에 노출되는, 방법. - 제36항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 g), h), i)는, 바람직하게는 하나의 유닛으로 결합되는, 상이한 섹션 내에서 수행되는, 방법.
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