KR101007443B1

KR101007443B1 - 3차원 섬유를 웨브로 형성하는 방법

Info

Publication number: KR101007443B1
Application number: KR1020057002205A
Authority: KR
Inventors: 바실리 아라모비흐 토폴카라에브; 베른하르트 에드워드 크레스너; 그레고리 제임스 와이드맨
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2011-01-12
Also published as: EP1532299B1; EP1532299A1; JP2005537404A; JP4533748B2; AU2003261235A1; US6881375B2; BR0313443A; MXPA05001751A; US20040041307A1; AR041040A1; BR0313443B1; KR20050065520A; WO2004020710A1

Abstract

본 발명은 3차원 섬유를 웨브로 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제1 성분 및 제2 성분을 공압출시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고, 제2 성분은 회복률(R₂)를 가지며, 상기 R₁은 R₂보다 크다. 제1 및 제2 성분은 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 스핀 팩을 통해 경로설정된다. 이후, 용융 섬유는 복수의 연속 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 지향된다. 이후, 냉각 섬유는 복수의 연속 고상 선형 섬유를 형성하도록 인발 유닛을 통해 경로설정된다. 이후, 각각의 고상 섬유는 이완되기 전에 적어도 50%만큼 신장된다. 상기 이완 단계는 선형 섬유를 각각 길이의 적어도 일부 상에 코일 구성을 갖는 복수의 연속 3차원 섬유로 형성한다. 이후, 상기 연속 3차원 코일형 섬유는 웨브를 형성하도록 이동 지지부 상에 적층된다.

3차원 섬유, 웨브, 회복, 용융 섬유, 스핀 팩, 퀀칭 챔버, 코일형 섬유

Description

3차원 섬유를 웨브로 형성하는 방법 {METHOD OF FORMING A 3-DIMENSIONAL FIBER INTO A WEB}

본 기술 분야의 숙련자에게는 이후에 부직포 웨브로 형성될 수 있는 섬유를 스피닝(spinning)하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있다.

이러한 다양한 부직포 웨브는 소변, 대변 문제, 월경, 출혈, 발한 등과 같은 체액 및/또는 배설물을 흡수하기 위한 일회용 흡수 제품에 유용하다. 또한, 3차원 섬유는 몸체 측면의 커버, 외면 및 라이너로 제조될 수 있는 신장성 스펀본드(spunbond) 재료의 기계방향(machine direction) 및 폭방향(cross direction)에 대해 유용하다. 이러한 제품의 제조업자는 신규한 재료와 이들 신규한 재료로 보다 많은 기능을 이룰 수 있도록 제품을 구성 또는 사용하는 방법을 찾아왔고, 이러한 적용예를 달성하기 위한 설계를 하였다. 적어도 일방향으로 연장될 수 있는 적어도 하나의 탄성중합체 재료로부터 섬유가 형성된 3차원 이성분 섬유의 웨브의 생성은 매우 유익할 수 있다. 예로서, 3차원 부직포 섬유의 웨브로 분산된 셀룰로오스로부터 형성된 흡수층을 함유한 유아 기저귀는 3차원 섬유가 신장되는 경우 상기 흡수층이 더 많은 양의 체액을 보유하는 것을 허용한다. 이러한 흡수층은 착용자에게 보다 나은 누수 방지를 제공하고 자주 교체하지 않게 할 수 있다. 다른 예에 서, 복수의 3차원 섬유로부터 형성된 스펀본드 부직포 외면 또는 라이너는 개선된 신장 및 억제된 수축력을 제공할 수 있다. 이러한 외면 또는 라이너는 흡수 제품의 착용자에게 개선된 착용성 및 더 나은 안락함을 제공할 수 있다.

이러한 3차원 섬유로부터 형성된 웨브는 다음의 특성, 즉 개선된 착용성, 개선된 로프트(loft), 더 나은 안락함, 보다 큰 빈 체적, 부드러운 느낌, 개선된 탄력성, 더 나은 신장 및 억제식 수축력 중 하나 이상을 제공할 수 있다.

부직포 웨브를 형성하는 데 사용된 정확한 방법은 고유한 특성을 생성할 수 있고, 다른 방식으로는 복제할 수 없는 웨브에서의 특성을 나타낼 수 있다. 현재, 웨브가 일회용 흡수 제품과 합체될 때 웨브가 유용한 매우 양호한 특성을 나타내는 신규한 웨브 형성 방법이 창안되었다.

간단하게, 본 발명은 섬유를 웨브로 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제1 및 제2 성분을 공압출(co-extruding)하는 단계를 포함한다. 상기 제1 성분은 회복률(R₁)을 갖고, 제2 성분은 회복률(R₂)을 가지며, R₁은 R₂보다 크다. 상기 제1 및 제2 성분은 각각이 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 이성분 섬유를 형성하도록 스핀 팩(spin pack)을 통해 지향된다. 이후, 복수의 용융 성분은 복수의 냉각 섬유를 형성하도록 퀀칭(quenching) 챔버를 통해 경로설정(routed)된다. 이후, 복수의 냉각 섬유는 용융 섬유보다 작은 직경을 각각 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 인발 유닛을 통해 경로설정된다. 각각의 고상 섬유는 적어도 50%까지 신장된 후 이완되도록 허용되어 3차원 섬유를 형성한다. 3차원 섬유는 코일 구성을 갖고 적어도 일방향으로 연장될 수 있다. 이후, 3차원 섬유는 웨브를 형성하도록 형성 와이어와 같은 이동 지지부 상에 적층된다.

도1은 섬유를 웨브로 형성하는 개시된 방법을 실행하는 데 필요한 설비를 도시한 개략도이다.

도2는 이성분 섬유의 단면도이다.

도3은 고상 섬유를 신장시키는 데 사용된 힘이 제거되어 섬유가 이완되는 것을 허용할 때 형성된 나선형 섬유의 측면도이다.

도4는 이동 지지부 상에 적층된 복수의 3차원 섬유로부터 형성된 웨브의 부분 단면도이다.

도5는 섬유가 안정화된 웨브를 형성하도록 고온 공기가 분사된 후 도4의 웨브의 부분 단면도이다.

도6은 섬유가 본디드 웨브(bonded web)를 형성하도록 결합된 후 도5의 웨브의 부분 단면도이다.

도7은 섬유를 웨브로 형성하는 방법의 흐름도이다.

도8은 섬유를 웨브로 형성하는 다른 방법의 흐름도이다.

도9는 섬유를 웨브로 형성하는 또 다른 방법의 흐름도이다.

도1에는 섬유를 웨브로 형성하는 방법을 실행하는 데 필요한 설비의 개략도 가 도시된다. 상기 방법은 제1 성분(10) 및 제2 성분(12)을 공압출하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 고상 수지 페릿(pellet) 또는 작은 입자의 형태일 수 있다. 제1 성분(10)은 측정될 수 있고 이로부터 제1 압출기(18)로 도관(16)을 통해 경로설정된 호퍼(14)에 위치된다. 마찬가지로, 제2 성분(12)은 측정될 수 있고 이로부터 제2 압출기(24)로 도관(22)을 통해 경로설정될 수 있는 호퍼(20)에 위치된다.

제1 성분(10)은 스펀 또는 달리 연속 섬유로 형성될 수 있는 재료이다. 제1 성분(10)이 섬유로 형성될 때, 상기 섬유는 신장될 수 있어야 하고 큰 회복률(R₁)을 가질 수 있어야 한다. 상기 "회복률(R₁)"은 제1 성분(10)이 초기 길이의 적어도 50%로 신장된 후 신장시키기 위해 인가된 힘을 제거할 때 회복될 수 있는 백분율로서 정의된다. 바람직하게, 제1 성분(10)은 탄성중합체 재료이다. 제1 성분(10)에 사용될 수 있는 적절한 탄성중합체 재료는 폴리우레탄 탄성중합체, 코폴리에테르 에스테르(copolyether ester), 폴리에테르 블록 폴리아미드 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 탄성중합체, 스티렌 블록 공중합체(styrenic block copolymer), 에테르 아미드 블록 공중합체, 올레핀 탄성중합체뿐만 아니라 중합체 기술 분야의 숙련자들에게 공지된 다른 탄성중합체와 같은 용융 압출식 열가소성 탄성중합체를 포함한다. 유용한 탄성중합체 수지는 폴리에스테르 폴리우레탄 및 폴리에테르 폴리우레탄을 포함한다. 두 개의 상업적으로 입수 가능한 탄성중합체 수지의 예로는 상표명 PN 3429-219 및 PS 370-200 MORTHANE

폴리우레탄으로 판매된다. MORTHANE

은 미국 60606 일리노이즈주 시카고 소재의 헌츠맨 폴리우레탄(Huntsman Polyurethanes)의 상표로 등록되었다. 다른 적절한 탄성중합체 재료는 미국 44141 오하이오주 클리브랜드 소재의 노벤(Noveon)의 상표로 등록된 ESTANE

이 있다. 또 다른 적절한 탄성중합체 재료는 미국 01921 메사추세츠주 박스포드 소재의 메퀸사(Merquinsa)의 등록 상표인 PEARLTHANE

이 있다.

이들 부가적인 탄성중합체 재료는 상표명 PEBAX

로 다양한 등급으로 상업적으로 입수 가능한 폴리에스테르 블록 플리아미드 공중합체를 포함한다. PEBAX

는 미국 19508 펜실베니아주 버드브로 소재의 아토피나 케미컬, 인크.(Atofina Chemicals, Inc.)의 등록 상표이다. 제2 탄성중합체 재료는 ARNITEL

로 판매되는 코폴리에스테르-에스테르이다. ARNITEL

은 네덜란드 NOL-6411 티이 힐렌 헷 오베룬 소재의 DSM의 등록 상표이다. 제3 탄성중합체 재료는 HYTREL

으로 판매되는 코폴리에스테르-에스터이다. HYTREL

은 미국 19898 델라웨어주 윌링톤 소재의 이. 아이. 듀폰 드 네모어(E. I. DuPont de Nemours)의 등록 상표이다.

제1 성분(10)은 KRATON

과 같은 스티렌 블록 공중합체로 형성될 수도 있다. KRATON

은 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 크라톤 폴리머(Kraton Polymers)의 등록 상표이다.

제1 성분(10)은 폴리에스테르 지방성 폴리우레탄 또는 폴리하이드록시알카노에이트와 같은 생분해성 탄성중합체 재료로 제조될 수도 있다. 제1 성분(10)은 탄성중합체 및 소성중합체와 같은 올레핀 탄성중합체 재료로 형성될 수 있다. 이러 한 소성중합체는 AFFINITY

로 판매되는 에틸렌계 수지 또는 중합체이다. AFFINITY

는 미국 텍사스주 프리포트 소재의 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)의 등록 상표이다. AFFINITY

수지는 다우 케미컬 컴퍼니의 INSITE

억제식 기하학적 촉매 기술을 사용하여 제조된 옥텐(octene) 및 에틸렌의 탄성중합 공중합체이다. 다른 소성중합체는 단일 사이트(site) 촉매 유도식 공중합체 및 3량체(terpolymer)를 포함하는 EXACT

로 판매된다. EXACT

는 미국 75039-2298 텍사스주 어빙 라스 콜리나 불러바드 5959 소재의 엑슨 모빌 코포레이션(Exxon Mobile Corporation)의 등록 상표이다. 제1 성분(10)을 형성하는 데 사용될 수 있는 다른 적절한 올레핀 탄성중합체는 폴리프로필렌으로부터 유래된 탄성중합체를 포함한다.

제1 성분(10)은 특정 온도에서 신장된 후 충분한 회복률(R1)을 갖는 비탄성중합체(non-elastomeric) 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 제1 성분(10)을 형성하는 데 유용한 비탄성중합체 재료는 폴리아미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀의 혼합물과 같은 압출식 열가소성 중합체이다. 예로서, 비탄성중합체 생분해성 폴리락트산은 약 62℃의 유리 천이 온도 이상에서 신장될 때 충분한 회복률(R₁)을 제공할 수 있다.

제1 성분(10)과 유사하게, 제2 성분(12)은 스펀 또는 달리 연속 섬유로 형성될 수 있는 재료이다. 제2 성분(12)이 선형 섬유로 형성될 때, 선형 섬유는 신장될 수 있어야 하고, 회복률(R₂)을 가져야 하며, R₁은 R₂보다 크다. "회복률(R₂)"은 상기 성분이 초기 길이의 적어도 50%로 신장된 후 신장시키기 위해 인가된 힘을 제거할 때 회복될 수 있는 백분율로서 정의된다. 제1 및 제2 성분(10, 12)이 각각 선형 섬유로 형성될 때, 섬유는 상기 선형 섬유가 흡수성 제품에 유용하게 되도록 신장 조건으로부터 수축 또는 축소될 수 있어야 한다. 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 용어 "수축"은 "축소"와 동일한 의미이다. 바람직하게, R₁/R₂의 비는 적어도 약 2 내지 약 100의 범위이다. 가장 바람직하게는, R₁/R₂의 비는 적어도 약 2 내지 약 100의 범위이다. 선형 섬유에서 R₂보다 R₁를 크게 하는 이유는 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 수축 또는 축소 후에 3차원 섬유가 매우 바람직한 소정의 구조적 구성을 나타내기 때문이다. 이러한 3차원 섬유의 구조적 구성은 적어도 일방향으로 탁월한 신장 특성을 보인다.

상기 선형 섬유는 제1 성분(10)이 선형 섬유의 약 30% 내지 약 95%의 체적비를 구성하고 제2 성분(12)이 선형 섬유의 약 5% 내지 약 70%의 체적비를 구성할 때 소정의 그의 고유 특성을 얻는다. 바람직하게, 제1 성분(10)은 선형 섬유의 약 40% 내지 약 80%의 체적비를 구성하고, 제2 성분(12)은 선형 섬유의 약 20% 내지 약 60%의 체적비를 구성한다. 고상 선형 섬유의 체적은 다음의 공식을 사용하여 계산된다.

V = π (d²/4) L₁

여기서, V는 고상 선형 섬유의 체적이며,

π는 원의 직경에 대한 원주의 비를 나타내고 광범위한 수학적 문제에서 일정한 대략 3.14159인 초월수이고,

d는 선형 섬유의 직경이고,

L₁은 선형 섬유의 초기 길이이다.

상기 설명한 제1 성분(10) 및 제2 성분(12)에 대한 체적비의 범위는 신장된 선형 섬유를 형성하도록 선형 섬유가 적어도 50%로 신장되는 것을 허용한다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 체적비는 각각 신장된 길이에 대한 신장된 섬유의 수축 또는 축소에서의 중요한 역할을 수행한다. 제1 및 제2 성분(10, 12)의 각각의 체적비를 변화시킴으로써, 신장되고 이후 소정의 양호한 특성을 갖는 소정의 구성으로 수축될 수 있는 선형 섬유를 제조할 수 있다. 이후, 이러한 섬유가 일회용 흡수성 제품으로 형성된 후, 체액과의 접촉은 흡수성 제품이 섬유가 선형으로 되기 전에 적어도 일방향으로 연장되는 것을 허용하게 흡수성 제품이 팽창시킨다. 상기 섬유가 신장될 때, 연장될 수 있어 흡수 구조가 부가적인 체액을 수용하여 저장하는 것을 허용한다.

제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 섬유가 신장되어 이완되는 것이 허용될 때 섬유가 분할되는 것을 방지하도록 서로 화학적, 기계적 및/또는 물리적으로 접착되거나 또는 접합된다. 상기 이완된 섬유는 길이가 수축된다. 바람직하게, 제1 성분(10)은 제2 성분(12)에 강하게 접착된다. 코어/시스(core/sheath) 배치에서, 제1 및 제2 성분(10, 12) 사이의 기계적 접착은 존재하는 임의의 화학적 및/또는 물 리적 부착을 제공하고, 제1 성분(10)이 제2 성분(12)으로부터 분할 또는 분리되는 것을 방지하는 데 조력한다. 이러한 분할 또는 분리는 하나의 성분이 다른 성분보다 더 많은 범위로 수축할 수 있기 때문에 발생된다. 만일, 특히 수축 중에 강한 상호 접착이 존재하지 않을 경우, 두 개의 성분은 분할되어 바람직하지 못하다. 나란하게 배치된 두 개의 성분을 형성된 또는 웨지형 구성의 섬유에서, 강한 화학적 및/또는 물리적 접착은 제1 성분(10)이 제2 성분(12)으로부터 분할 또는 분리되는 것을 방지시킬 수 있다.

제2 성분(12)은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리에테르와 같은 폴리올레핀으로 형성될 수 있다. 제2 성분은 ASPUN

6811A로 판매되는 섬유급 폴리에틸렌 수지와 같은 폴리올레핀 수지일 수도 있다. ASPUN

은 미국 48674 미시건주 미드랜드 소재의 다우 케미컬 컴퍼니의 등록 상표이다. 제2 성분(12)은 미국 19808 델라웨어주 윌밍톤 센터빌 로드 2801 쓰리 리틀 폴 센터 소재의 바셀 노스 아메리카 인크(Basell North America, Inc.)로부터 입수 가능한 히몬트(Himont) PF 304 및 PF 308과 같은 호모폴리머 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지일 수도 있다. 제2 성분(12)을 형성할 수도 있는 폴리올레핀 수지의 다른 예는 미국 75039-2298 텍사스주 어빙 라스 코리나스 불러바드 5959 소재의 엑슨 모빌 코포레이션으로부터 입수 가능한 폴리프로필렌 PP3445이다. 제2 성분(12)에 사용될 수 있는 또 다른 적절한 폴리올레핀 재료는 폴리프로필렌 및 에틸렌을 함유한 랜덤 공중합체와 같은 랜덤 공중합체를 포함한다. 이러한 랜덤 공중합체는 미국 75039-2298 텍사스주 어빙 라스 코리나스 불러바드 5959 소재의 엑슨 모빌 코포레이션으 로부터 입수 가능한 것으로, 등록 상표인 엑슨(Exxon) 9355로 판매된다.

제2 성분(12)은 신장 중에 충분한 영구적 변형을 제공하기 위해 용융 압출식 열가소성 재료로 형성될 수도 있다. 이러한 재료는, 이들로 제한되는 않는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀, 지방성 및 방향성 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 폴리에테르, 이들의 혼합물 및 이들의 공중합체, 폴리아미드 및 나일론을 포함한다. 이러한 지방성 폴리에스테르 중 하나는 폴리락트산(PLA)이다. 다른 생분해성 수지는 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 석시네이트(succinate) 아디페이트(adipate) 및 폴리부틸렌 석시네이트를 포함한다. 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트 및 폴리부틸렌 석시네이트는 미국 10017 뉴욕주 뉴욕 소재의 쇼와 하이 폴리머스(Showa High Polymers)의 등록 상표인 BIONOLLE

로 판매된다. 부가적인 생분해성 수지는 EASTAR BIO

로 판매되는 코폴리에스테르를 포함한다. EASTAR BIO

는 미국 37662 테네시주 킹스포트 소재의 이스트맨 케미컬 컴퍼니(Eastman Chemical Company)의 등록 상표이다. 제2 성분(12)에 사용될 수 있는 또 다른 생분해성 수지는 다양한 조성 및 구조의 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와, 공중합체, 전술한 중합체의 혼합물 및 조성물을 포함한다. 적절한 생분해성 중합체 수지의 특정 예에는 이토추 인터내셔널(Itochu International)로부터 상업적으로 입수 가능한 BIONOLLE

1003, 1020, 3020 및 3001 수지를 포함한다. BIONOLLE

는 미국 10017 뉴욕주 뉴욕 소재의 쇼와 하이 폴리머스의 등록 상표이다.

제2 성분(12)은 수용성 및 팽창성 수지로 형성될 수도 있다. 이러한 수용성 및 팽창성 수지의 일예는 폴리에틸렌 산화물(PEO) 및 폴리비닐 알코올(PVOH)을 포함한다. 융합식 폴리에틸렌 산화물(gPEO) 또는 화학적으로 변형된 PEO도 사용될 수 있다. 수용성 중합체는 보다 나은 가공성, 성능 및 물에 대한 반응성을 제공하도록 생분해성 중합체에 혼합될 수 있다.

상기 PEO 수지는 그 가공성을 개선시키기 위해 반응 동반 압출, 융합, 블록 중합화 또는 브랜칭(branching)에 의해 화학적으로 변형될 수 있다는 점을 알아야 한다. PEO 수지는 2001년 1월 9일자로 왕(Wang) 등에게 허여된 미국 특허 제6,172,177호에 개시된 바와 같이 반응 동반 압출 또는 융합에 의해 변형될 수 있다.

마지막으로, 제2 성분(12)은 제1 성분(10)보다 낮은 회복률(R₂)을 갖는다. 제2 성분(12)은 낮은 탄성 회복을 나타내는 재료로 형성될 수 있다. 제2 성분(12)을 형성하는 재료는, 이들로 제한되는 않는 폴리올레핀 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 산화물(PEO), 폴리비닐 알코올(PVOH), 폴리에스테르 및 폴리에테르를 포함한다. 제2 성분(12)은 친수성 또는 소수성 계면활성제로 처리되거나 또는 변형될 수 있다. 제2 성분(12)에 대한 친수성 계면활성제 처리는 체액 또는 액체에 대한 반응성을 증가시키기 위한 습윤성 표면을 형성한다. 예로서, 제2 성분(12)의 표면이 친수성이 되도록 처리될 때, 체액 특히, 소변에 접촉될 때 보다 많이 습윤될 수 있다. 제2 성분(12)에 대한 소수성 계면활성제의 처리는 체액 또는 소변에 저항하게 한다. 이러한 유사한 제1 성분(10)의 처리도 친수성 또는 소 수성 특성을 제어하도록 수행된다.

도1에서, 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 두 개의 압출기(18, 24)에서 별도로 공압출된다. 압출기(18, 24)는 압출 기술 분야의 숙련자에게 주지된 방식으로 기능한다. 간단하게, 고상 수지 페릿 또는 작은 입자는 용융 온도 이상으로 가열되어 회전식 오거(auger)에 의해 경로를 따라 전진하다. 제1 성분(10)은 도관(26)을 통해 경로설정되며, 동시에 제2 성분(12)은 도관(28)을 통해 경로설정되고, 두 개의 흐름 모두는 스핀 팩(30) 안으로 지향된다. 도시하지 않은 용융 펌프는 필요할 경우 체적 분산을 조절하도록 도관(26, 28)중 하나 또는 모두를 가로질러 위치될 수 있다. 스핀 팩(30)은 합성 섬유를 제조하기 위한 장치이다. 스핀 팩(30)은 압출된 재료가 통과하여 유동하는 복수의 구멍 또는 개구를 갖는 바닥판을 포함한다. 스핀 팩(30) 내의 제곱인치당 개구의 개수는 제곱인치당 약 5 내지 약 500개의 범위일 수 있다. 바람직하게, 스핀 팩(30) 내의 제곱인치당 개구의 개수는 약 25 내지 약 250이다. 보다 바람직하게, 스핀 팩(30) 내의 제곱인치당 개구의 개수는 약 125 내지 약 225이다. 스핀 팩(30) 내의 각각의 개구의 크기는 다양할 수 있다. 전형적인 개구의 크기는 그 직경으로 약 0.1 밀리미터(mm) 내지 약 2.0 mm의 범위이다. 바람직하게, 스핀 팩(30) 내의 각각의 개구의 크기는 직경으로 약 0.3 mm 내지 약 1.0 mm의 범위이다. 보다 바람직하게, 스핀 팩(30) 내의 각각의 개구의 크기는 직경으로 약 0.4 mm 내지 약 0.8 mm의 범위이다.

스핀 팩(30)에서의 개구는 단면이 둥글거나 원형일 필요는 없지만, 2엽형(bilobal), 3엽형(trilobal), 정방형, 삼각형, 장방형, 타원형 또는 바람직한 임의 의 다른 기하학적 단면 형상을 가질 수 있다.

도1 및 도2에서, 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 스핀 팩(30)으로 지향되며, 제1 성분(10)은 코어(32)를 형성하고 제2 성분(12)은 코어(32)의 외측 원주를 둘러싸는 시스(34)를 형성하는 방식으로 바닥판에 형성된 개구를 통해 경로설정된다. 필요에 따라서, 제1 성분(10)이 시스를 형성하고 제2 성분(12)이 코어를 형성할 수 있다는 점을 알 수 있다. 이러한 코어/시스 배치는 선형 이성분 섬유(36)의 하나의 구성을 생성한다. 다른 단면 형상을 갖는 이성분 섬유는 스핀 팩(30)을 사용하여 생성될 수도 있다. 예로서, 이성분 섬유는 나란한 형상을 가질 수 있거나 또는 코어가 시스로부터 동축으로 오프셋된 코어/시스 디자인을 가질 수 있다.

하나의 이성분 섬유(36)는 스핀 팩(30) 내의 판에 형성된 각각의 개구에 대해 형성된다. 이것은 각각이 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유(36)가 동시에 제1 속도로 스핀 팩(30)에서 배출되는 것을 허용한다. 각각의 선형 이성분 섬유(36)는 인접 섬유(36)로부터 이격되고 분리될 수 있다. 각각의 이성분 섬유(36)의 직경은 스핀 팩(30)의 바닥판에 형성된 개구의 크기만큼 요구될 수 있다. 예로서, 상기 설명한 바와 같이, 바닥판의 구멍 또는 개구의 직경이 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위일 경우, 각각의 용융 섬유(36)는 약 0.1 mm 내지 약 2.0 mm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 용융 섬유(36)는 때때로 상기 판에 형성된 개구에서 배출될 때 단면적이 팽창되는 경향이 있지만, 이러한 팽창은 비교적 작다.

복수의 연속 용융 섬유(36)는 복수의 냉각 선형 이성분 섬유(40)를 형성하도록 퀀칭 챔버(38)를 통해 경로설정된다. 바람직하게, 용융 섬유(36)는 스핀 팩 (30)으로부터 퀀칭 챔버(38) 안으로 하향 지향된다. 용융 섬유(36)를 하향 지향시키는 이유는 중력이 용융 섬유(36)를 이동시킬 때 조력하도록 사용될 수 있기 때문이다. 또한, 수직 하향 이동은 섬유(36)가 서로로부터 이격되어 유지되는 데 도움을 줄 수 있다.

퀀칭 챔버(38)에서, 연속 용융 섬유(36)는 하나 이상의 공기 흐름에 의해 접촉된다. 통상적으로, 스핀 팩(30)에서 배출되고 퀀칭 챔버(38)로 유입되는 연속 용융 섬유(36)의 온도는 약 150℃ 내지 약 250℃의 범위이다. 용융 섬유(36)의 실제 온도는 구성된 재료, 이러한 재료의 용융 온도, 압출 공정 중에 인가된 열의 양 및 다른 요인에 따라 달라진다. 퀀칭 챔버(38)에서, 연속 용융 섬유(36)는 낮은 온도 공기에 의해 수축되어 둘러싸여진다. 상기 공기의 온도는 약 0℃ 내지 약 120℃의 범위일 수 있다. 바람직하게, 상기 공기는 신속하게 용융 섬유(36)를 냉각시키도록 냉각 또는 냉경된다. 그러나, 이성분 섬유(36)를 형성하는 데 사용된 소정의 재료로, 주위 공기 또는 균일한 가열 공기를 사용하는 것이 유익하다. 그러나, 대부분의 탄성중합체 재료에 대해, 공기는 약 0℃ 내지 약 40℃의 온도로 냉각 또는 냉경된다. 보다 바람직하게, 공기는 약 15℃ 내지 약 30℃의 온도로 냉각 또는 냉경된다. 낮은 온도 공기는 다양한 각도로 용융 섬유(36) 방향으로 지향될 수 있지만, 최상을 작업을 위해서는 수평 또는 하향 각도로 지향될 수 있다. 유입 공기의 속도는 용융 섬유(36)를 효과적으로 냉각시키도록 유지되거나 조절될 수 있다.

냉각 또는 냉경 공기는 연속 용융 섬유(36)를 결정화시킬 수 있으며, 결정 구조 또는 결정 상은 복수의 연속 냉각 섬유(40)를 분리시키고 형성하는 것으로 추정한다. 이때 냉각 섬유(40)는 여전히 선형이다. 퀀칭 챔버(38)에서 배출될 때, 냉각 섬유(40)의 온도는 약 15℃ 내지 약 100℃의 범위일 수 있다. 바람직하게, 냉각 섬유(40)의 온도는 약 20℃ 내지 약 80℃의 범위일 수 있다. 가장 바람직하게, 냉각 섬유(40)의 온도는 약 25℃ 내지 약 60℃의 범위일 수 있다. 냉각 섬유(40)는 섬유(40)를 형성하는 제1 성분 및 제2 성분(10, 12)의 용융 온도 이하의 온도이다. 냉각 섬유(40)는 이 단계에서 연성 플라스틱 주도(consistency)를 가질 수 있다.

이후, 복수의 연속 냉각 섬유(40)는 인발 유닛(42)으로 경로설정된다. 인발 유닛(42)은 중력이 이점을 취하도록 퀀칭 챔버(38) 아래에 수직으로 위치될 수 있다. 인발 유닛(42)은 냉각 섬유(40)가 그 위로 인발될 수 있는 적절한 거리를 제공하도록 충분한 높이를 가져야 한다. 상기 인발은 스핀 팩(30)에서 배출된 용융 재료를 하향으로 당기거나 또는 인발하는 가압 공기에 냉각 섬유(40)를 처리하는 것과 관련된다. 상기 공기압은 0.22 kgf/㎠[제곱인치당 3파운드(psi)] 내지 약 7.03 kgf/㎠(100 psi)의 범위일 수 있다. 바람직하게, 공기압은 약 0.28 kgf/㎠(4 psi) 내지 약 3.52 kgf/㎠(50 psi)의 범위일 수 있다. 더욱 바람직하게, 공기압은 약 0.35 kgf/㎠(5 psi) 내지 약 1.41 kgf/㎠(20 psi)의 범위일 수 있다. 퀀칭 챔버(38) 내에서, 가압 공기의 속도는 냉각 섬유(40)를 효율적으로 인발하도록 유지되거나 조절될 수 있다.

가압 공기는 약 25℃의 대기 온도에서 존재할 수 있거나 또는 가압 공기는 선택에 따라 보다 고온이거나 또는 보다 저온일 수 있다. 냉각 섬유(40)는 주로 용융 상태로부터 하향 인발되지만 냉각 상태로부터 하향 인발되지는 않는다. 인발 유닛(42)에서의 가압 공기의 하향력은 용융 재료를 고상 섬유(44)로 신장되게 하거나 또는 연장되게 한다. 용융 섬유의 연장은 일반적으로, 형상을 협소하게 찌그러뜨리거나 그렇지 않으면 고상 섬유(44)의 단면적을 변화시킨다. 예로서, 용융 재료가 스핀 팩(30)에서 배출될 때 둥근 또는 원형 단면적을 가질 경우, 고상 섬유(44)의 외경은 감소된다. 고상 선형 섬유(44)의 직경이 감소되는 양은 인발되는 용융 재료의 양, 섬유가 그 위로 인발되는 거리, 섬유를 인발하는 데 사용되는 공기의 압력 및 온도, 스핀 라인 인장 등을 포함하는 몇 가지의 요인에 따라 달라진다. 바람직하게, 고상 선형 섬유(44)의 직경은 약 5 미크론 내지 약 100 미크론의 범위일 수 있다. 보다 바람직하게, 고상 선형 섬유(44)의 직경은 약 10 미크론 내지 약 50 미크론의 범위일 수 있다. 가장 바람직하게, 고상 선형 섬유(44)의 직경은 약 10 미크론 내지 약 30 미크론의 범위일 수 있다.

인발 유닛(42) 내에서, 냉각 섬유(40)는 스핀 팩(30)에서 배출되는 연속 용융 섬유(36)에서 볼 수 있는 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 당겨진다. 연속 용융 섬유(36)와 연속 냉각 섬유(40) 사이의 속도에서의 변화는 용융 재료가 연장되고 단면적이 감소되는 것을 허용한다. 인발 유닛(42)에서 배출될 때, 냉각 섬유(40)는 고상 섬유(44)일 수 있다.

이후, 인발 유닛(42)에서 배출되는 복수의 고상 섬유(44)의 각각은 적어도 50%만큼 신장되는 신장 유닛(46)으로 경로설정된다. "신장"은 연속 고상 선형 섬 유(44)가 냉각 및/또는 고상 상태에서 신장 또는 연장되는 것을 의미한다. 상기 신장은 냉각 섬유(40)와 고상 섬유(44) 모두에 부과되는 축방향 인장에 의해 발생된다. 바람직하게, 신장은 하향력이 연속 고상 섬유(44)에 대해 인가되게 한다. 용융 상태이기 때문에, 냉각 상태 및 고상 상태는 축방향으로 정렬되며, 낮은 고상 섬유(44) 상에 부과된 임의의 인장은 냉각 섬유(40)를 통해 상향 전달되어 용융 섬유(36) 안으로 상향 전달된다. 신장이 발생하는 정확한 위치는 사용된 설비, 제1 및 제2 성분(10, 12)의 조성 및 작동 조건에 따라 달라진다. 냉각 섬유(40) 및 고상 섬유(44)가 신장될 때, 섬유(40, 44)의 다면적은 감소된다. 바람직하게, 냉각 및 고상 섬유(40, 44)에 각각 부과되는 신장량은 약 75% 내지 약 1,000%의 범위일 수 있다. 보다 바람직하게, 냉각 및 고상 섬유(40, 44)에 각각 부과되는 신장량은 약 100% 내지 약 500%의 범위일 수 있다. 가장 바람직하게, 냉각 및 고상 섬유(40, 44)에 각각 부과된 신장량은 약 150% 내지 약 300%의 범위일 수 있다.

섬유(44)는 분할되지 않으면서 그리고 분할 섬유를 형성하지 않으면서 신장될 수 있다. 섬유(44)의 각각의 제1 및 제2 성분(10, 12)은 분할을 방지하기 위해 서로 기계적으로 및/또는 물리적으로 부착되거나 접합된다는 점을 알 수 있다.

상기 신장은 이성분 섬유(40, 44)의 각각의 단면적을 냉각 섬유(40)의 단면적으로부터 약 5% 내지 약 90%로 감소시킬 수 있다. 바람직하게, 이성분 섬유(40, 44)의 단면적은 냉각 섬유(40)의 단면적으로부터 약 10% 내지 약 60%로 감소된다. 가장 바람직하게, 이성분 섬유(40, 44)의 단면적은 냉각 섬유(40)의 단면적으로부터 약 20% 내지 약 50%로 감소된다. 신장된 이성분 연속 섬유(40, 44)는 비교적 작은 직경 또는 단면적이다. 바람직하게, 신장된 연속 섬유(40, 44)의 직경은 약 5 미크론 내지 약 50 미크론의 범위일 수 있다. 보다 바람직하게, 신장된 섬유(40, 44)의 직경은 약 5 미크론 내지 약 30 미크론의 범위일 수 있다. 가장 바람직하게, 신장된 섬유(40, 44)의 직경은 약 10 미크론 내지 약 20 미크론의 범위일 수 있다.

신장 유닛(64)은 섬유(40, 44)를 신장시키도록 가압 공기를 사용할 수 있다. 이와 달리, 신장 유닛(46)은 신장시키기 위해 섬유(40, 44)들 각각에 인력을 부과하는 데 기계적 장치를 사용할 수 있다. 바람직하게, 가압 공기는 인발 유닛(42)에 사용될 때와 유사한 방식으로 사용된다. 공기는 복수의 고상 선형 섬유(44)를 신장시키기 위해 소정의 밸브에 가압되어 양호한 속도로 수평 또는 하향으로 신장 유닛(46) 안으로 지향된다. 가압 공기가 사용될 때, 공기압은 제곱인치당 약 3 파운드(psi) 내지 약 100 psi의 범위일 수 있다. 바람직하게, 공기압은 약 4 psi 내지 약 50 psi의 범위일 수 있다. 더욱 바람직하게, 공기압은 약 5 psi 내지 약 20 psi의 범위일 수 있다. 가압 공기는 섬유(40, 44)를 연성화시키도록 가열될 수 있어 신장을 용이하게 한다.

이와 달리, 신장 유닛(46)은 필요할 경우, 인발 유닛(42) 안으로 결합될 수 있다. 두 개의 유닛(42, 46)이 결합될 때, 신장 단계는 섬유(40, 44)가 형성된 후 인발 유닛(40)의 하부에서 발생되어야 한다. 이러한 이유는 신장력이 제거될 때 신장 섬유가 수축 또는 축소 성능을 나타내도록 신장되기 전에 한정되고 영구적인 구성을 가져야 하기 때문이다. "수축"은 짧아져서 초기 상태로 되돌아가고, 수축되거나 또는 회복되는 것을 의미한다. 두 개의 단어 "수축" 및 "축소"는 본 발명을 설명하기 위해 본 명세서에서 교대로 사용한다. 신장 단계가 인발 유닛(42)에 결합될 때, 섬유(40, 44)를 신장시키는 데 사용된 공기압 및 공기 속도는 냉각 섬유(40)를 인발하는 데 사용된 공기압 및/또는 속도와 동일하거나 이보다 클 수 있다.

도1 및 도3에서, 신장 유닛(46)일 배출될 때, 섬유(40, 44)를 신장시키는 데 사용된 힘은 제거되고, 고상 선형 섬유(44)는 이완되는 것이 허용된다. 이러한 이완은 선형 섬유(44)가 복수의 연속 3차원 이성분 섬유(48)로 수축되거나 축소되게 한다. 도3에서, 연속 3차원 이성분 섬유(48)의 일부는 종방향 중심축 x-x을 갖는 나선 또는 나선형 코일의 형상으로 도시된다. "3차원 섬유"는 코일에 의해 형성되고 규칙적으로 또는 불규칙적으로 이격된 x, y 및 z 성분을 갖는 섬유를 의미하며, x, y 및 z 평면에서의 말단은 선형 섬유보다 큰 체적을 형성하는 지점의 로커스(locus)를 형성한다. 연속 3차원 섬유(48)는 일반적으로 나선형 구성을 갖는다. 나선형 구성은 연속 3차원 섬유(48)의 각각의 전체 길이(L)를 따라 연장될 수 있거나 3차원 섬유(48)의 연속 길이의 일부 위에서 발생될 수 있다. 바람직하게, 코일 구성은 연속 3차원 섬유(48)의 각각의 길이의 적어도 절반 이상 연장된다. 보다 바람직하게, 코일 구성은 연속 3차원 섬유(48)의 길이의 약 50% 내지 약 90%로 신장된다. 가장 바람직하게, 코일 구성은 연속 3차원 섬유(48)의 각각의 길이의 약 90% 내지 약 100%로 신장된다. 상기 코일은 연속 3차원 섬유(48)의 길이의 적어도 일부를 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 형성될 수 있다는 점을 알 수 있다. 각각의 코일의 구성은 연속 3차원 섬유(48)의 각각의 길이를 따라 변할 수 있다는 점도 알 수 있다.

연속 3차원 섬유(48)들 각각은 360도로 원을 형성한 코일을 갖는 코일형 섬유를 형성할 수 있다. 나선형 코일은 연속 3차원 섬유(48)의 전체 길이의 일부 또는 전체 길이 위로 연속 또는 불연속일 수 있다. 가장 바람직하게, 연속 3차원 섬유(48)는 연속 나선형 코일을 나타낸다. 연속 3차원 섬유(48)는 단지 2개의 성분, 예컨대 "x" 및 "y"성분, "x" 및 "z"성분 및 "y" 및 "z"성분을 가지는 2차원 섬유와는 상이하다. 연속 3차원 섬유(48)는 3개의 성분, "x"성분, "y"성분 및 "z"성분을 갖는다. 많은 크림프(crimp) 섬유는 평행하고 단지 두 개의 방향으로 연장되는 2차원 섬유이다. 크림프 섬유는 전형적으로 작고, 규칙적인 절첩부 또는 릿지로 가압 또는 핀치(pinch)된 섬유이다. 크림프 섬유는 일반적으로 그 길이를 따르는 절곡부를 갖는다.

연속 3차원 섬유(48)는 나선형 코일을 형성할 때 비선형 구성을 갖는다. 연속 3차원 섬유(48)는 길이(L)의 일부에 수직하게 측정된 진폭(amplitude) "A"를 가질 수도 있다. 연속 3차원 섬유(48)의 진폭 "A"는 약 10 미크론 내지 약 5,000 미크론의 범위일 수 있다. 바람직하게, 연속 3차원 섬유(48)의 진폭 "A"는 약 30 미크론 내지 약 1,000 미크론의 범위이다. 가장 바람직하게, 연속 3차원 섬유(48)의 진폭 "A"는 약 50 미크론 내지 500 미크론의 범위이다. 연속 3차원 섬유(48)는 인접 나선형 코일들 사이에 360도만큼 이격된 2개의 위치에서 측정된 진동수(frequency) "F"를 더 갖는다. 진동수 "F"는 코일형 섬유 길이의 일 인치 내에 형성된 복수의 코일 또는 컬(curl)의 개수를 나타내는 데 사용된다. 진동수 "F"는 인치당 약 10 내지 1,000개 코일의 범위일 수 있다. 바람직하게, 진동수 "F"는 인치당 약 50 내지 500개 코일의 범위일 수 있다. 진폭 "A" 및/또는 진동수 "F"는 변할 수 있거나 연속 3차원 섬유(48)의 길이(L)의 적어도 일부를 따라 또는 전체 길이 이상에서 일정하게 유지될 수 있다. 바람직하게, 진폭 "A" 및 진동수 "F"는 길이(L)의 대부분에 걸쳐서 일정하게 유지된다. 연속 3차원 섬유(48)의 진폭 "A" 및 연속 3차원 섬유(48)를 형성하는 나선형 코일의 진동수 "F"는 신장된 상태로부터 연속 3차원 섬유(48)의 길이의 전체적인 감소에 영향을 미친다.

제1 및 제2 성분(10, 12)의 변형 특성은 각각 신장 섬유가 연속 3차원 섬유(48)로 수축될 때 나타나는 나선형 코일의 구성 및 크기에 영향을 준다는 점을 알 수 있다.

제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 연속 이성분 섬유를 형성하도록 스핀 팩(30)에서 함께 접착된다. 고상 선형 섬유(44)에서의 제1 성분(10)은 적어도 약 50% 변형되는 연신을 갖는다. 제1 성분(10)은 변형 후의 길이를 기초로 부과된 신장 변형의 적어도 약 20%를 회복할 수 있다. 바람직하게, 고상 선형 섬유(44)에서의 제1 성분(10)은 신장 변형의 적어도 약 50%를 회복할 수 있다. 제1 성분(10)이 적어도 약 50% 이하의 연신을 갖는 경우, 회복 또는 이완력은 3차원 섬유(48)의 나선형 코일을 활성화시키는 데 충분하지 않을 수 있다. 수축된 3차원 섬유(48)에서의 반복식 나선형 코일이 가장 바람직하다. 제1 성분(10)에 대한 적어도 약 50%보다 큰 신장이 바람직하다. 예로서, 적어도 약 100%까지의 신장이 양호하며, 300%를 초과하는 신장이 더 양호하며, 400%를 초과하는 신장이 가장 양호하다.

고상 선형 섬유(44)의 제2 성분(12)은 영구적인 비회복식 변형값 및 회복식 변형값을 포함하는 전체 변형을 갖는다. 신장, 소성 굽힘 및/또는 인발의 결과로써, 고상 상태에서의 영구적 비회복식 변형값은 적어도 약 40%이다. 회복식 변형값은 적어도 약 0.1%이다. 제2 성분(12)에 대한 적어도 약 50%보다 큰 변형이 바람직하다. 적어도 약 100%까지의 변형이 양호하며, 약 300%를 초과하는 변형이 더욱 양호하다. 소성 굽힘 및 굽힘 및 인발은 제2 성분(12)을 얇게 한다. 제2 성분(12)은 선형 섬유(44)가 고상 상태에서 신장될 때 약 50% 내지 약 700%의 범위일 수 있는 변형을 갖는다. 고상 상태에서의 신장은 제2 성분(12)이 용융 온도 이하에서 신장된다는 것을 의미한다. 제2 성분(12)의 전체 변형은 적어도 약 50% 이하이며, 제2 성분(12)은 신장 공정 중에 손상되어 파손된다. 또한, 낮은 변형에서, 제2 성분(12)은 3차원 섬유(48)에서의 반복적인 나선형 코일의 형성을 위해 바람직한 영구적 소성 굽힘 및 시닝(thinning)의 충분한 수준을 제공하지 않는다. 신장은 섬유가 부셔져서 파손될 수 있기 때문에 매우 저온에서 이루어지지는 않는다. 마찬가지로, 상기 섬유는 양호한 신장 비율에 도달하기 전에 섬유를 파손시킬 수 있기 때문에 매우 빠르게 신장되지 않아야 한다.

연속 3차원 코일형 섬유(48)의 길이의 신장 백분율로서 정의되며, 연속 3차원 코일형 섬유(48)는 직선 또는 선형이 되기 전에 신장될 수 있다. 신장 백분율은 다음의 공식으로 나타내어질 수 있다.

%E = 100 x (L₁ - L) / L

여기서, %E는 3차원 섬유(48)의 신장 백분율이며,

L은 3차원 섬유(48)의 수축 길이이며,

L₁은 직선 또는 비코일 구성으로 신장되었을 때의 3차원 섬유(48)의 최종 길이이다.

수축 3차원 섬유(48)는 수축 길이의 사실상 적어도 100%까지 신장될 수 있는 능력을 갖는다. 가장 바람직하게, 신장 3차원 섬유(48)는 수축 길이의 사실상 약 150% 내지 약 900%로 신장될 수 있다. 보다 바람직하게, 수축 3차원 섬유(48)는 수축 길이의 사실상 약 250% 내지 약 500%로 신장될 수 있다. 더욱 바람직하게, 수축 3차원 섬유(48)는 수축 길이의 사실상 약 300% 내지 약 400%로 신장될 수 있다.

연속 3차원 섬유(48)는 섬유가 선형으로 되기 전에 일방향으로 예외적인 신장 특성을 나타낸다. 신장은 길이 비율로써 정의되며, 3차원 섬유(48)가 직선 또는 선형으로 되기 전에 신장될 수 있다. 3차원 섬유(48)의 신장 특성의 방향은 일반적으로 선형 섬유(44)가 신장되는 것과 동일한 방향이다. 다시 말해서, 신장 섬유(48)가 사실상 신장될 수 있는 방향은 수축 방향과 대향이다. 수축 섬유(48)는 두 개 이상의 방향으로 신장 특성을 가질 수 있다. 예로서, 수축 섬유(48)는 사실상 x 및 y 양방향으로 신장될 수 있다.

연속 3차원 섬유(48)는 신장 섬유(44)가 이완 또는 수축되게 허용될 때 얻어진다. 연속 3차원 섬유(48)는 제2 성분(12)의 회복률(R₂)에 비해 제1 성분(10)의 회복률(R₁)에서의 차이만큼 나선형 프로파일을 획득할 수 있다. 예로서, 제1 성분(10)이 제2 성분(12)의 회복률(R₂)보다 큰 회복률(R₁)을 갖기 때문에, 제1 성분(10)은 제2 성분(12)보다 큰 정도로 수축된다. 그러나, 제1 및 제2 성분(10, 12) 모두는 서로 물리적, 화학적 또는 기계적으로 접착되거나 접합되기 때문에 동일한 양으로 수축 또는 축소된다. 제1 및 제2 성분(10, 12)의 체적비 및 회복률의 조합은 섬유(48)의 고유한 3차원 구성을 생성한다. 제1 및 제2 성분(10, 12)의 수축 또는 회복은 수축 섬유(48) 내에 비틀린 또는 코일링 효과를 형성한다. 획득된 코일링의 양과 코일링의 형상 및 위치는 선형 섬유(44)를 구성하는 데 사용된 재료의 선택으로 제어될 수 있다. 이러한 3개의 변수, 즉 코일링의 양, 코일링의 형상 및 위치는 각각의 성분의 체적과, 선형 섬유(44)의 신장량에 의해 제어될 수도 있다. 고상 섬유(44)가 신장되고 수축되는 것을 허용하는 시간 및 온도 조건은 수축 섬유(48)의 최종 프로파일에 영향을 미칠 수 있다.

제1 성분(10)은 제2 성분(12)의 회복률(R₂)보다 큰 회복률(R₁)을 갖고, 따라서 제1 성분(10)을 형성하는 재료는 보다 점착적이고 탄력적이다. 이러한 이유로, 큰 회복률(R₁)을 갖는 재료는 내부 코어를 형성하는 데 사용되며, 낮은 회복률(R₂)을 갖는 재료는 외부 시스를 형성하는 데 사용될 수 있다. 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 신장 상태로부터 수축되고, 외부 시스는 덜 수축 또는 축소된다. 이것은 제1 성분(10)이 단독으로 가능한 양만큼 충분하게 수축될 수 없다는 것을 의미한다. 이것은 수축 섬유(48)에 영향을 미치는 비틀린 또는 나선형 코일을 생성하는 힘을 억제한다. 선형 섬유(44)를 형성하는 데 사용된 재료를 변화시킴으로써 그리고 선형 섬유(44)가 신장된 뒤 수축되는 상태를 제어함으로써, 소정의 방식으로 사실상 연장되는 고유한 구성의 3차원 섬유를 제조할 수 있다. 이러한 특징은 일회용 흡수 제품을 구성하는 데 매우 유용한 것으로 간주된다. 이러한 특징은 다른 제품에 유익한 특성을 나타낼 수도 있다.

다음의 표1에서는 다양한 비율로 신장된 개별적인 재료의 회복률을 도시한다. 각각의 샘플을 형성하는 재료는 독본(dogbone) 또는 아령의 형상으로 특정 두께의 얇은 시트로부터 절단된다. 독본 형상 샘플은 제1 확대 단부에서 제2 확대 단부로 측정된 63 밀리미터(mm)의 초기 길이를 갖는다. 두 개의 대향으로 정렬된 확대 단부들 사이에는 18 mm의 길이와 3 mm의 폭을 갖는 협소한 섹션이 있다. 이후, 상기 재료는 장력 테스터에 위치되고 재료의 세로 방향으로 분당 5 인치의 속도로 신장된다. 이러한 신장은 상기 샘플의 협소한 섹션을 연장시킨다. 이후, 샘플을 신장시키는 데 사용된 힘은 제거되고, 상기 샘플은 수축 또는 회복된다. 최종 회복 길이로써 알려진 협소한 섹션의 수축 길이는 신장 길이의 비율로써 측정되어 기록된다. 상기 정보로부터 이러한 재료가 선형 섬유(44)를 형성하도록 다른 재료와 결합할 때, 유사한 범위의 회복 또는 수축을 경험할 수 있는 지를 추정할 수 있다.

표1

재료	두께 (밀(mil))	신장 온도(℃)	50% 신장 및 회복	100% 신장 및 회복	200% 신장 및 회복	700% 신장 및 회복
폴리우레탄	5	25	24.5%	39.1%	54.4%	---
폴리프로필렌	3	25	5.4%	5.5%	5.1%	---
폴리프로필렌	3	75	---	8.7%	7.3%	6.4%

표1에서, 독본 형상 샘플은 제1 및 제2 확대 단부들 사이에 위치된 협소한 섹션(I₁)을 갖는다. 독본 샘플의 확대 단부들 각각은 장력 테스터에 고정되며, 상기 재료가 재료의 기계방향으로 특정 온도에서 미리 설정된 양으로 신장되도록 힘이 인가된다. 상기 샘플을 신장시킴으로써, 협소한 섹션은 길이(I₂)로 신장된다. 길이(I₂)는 초기 길이(I₁)보다 크다. 이후, 샘플에 인가된 힘은 제거되고, 샘플은 협소한 섹션이 길이(I₃)로 짧아지게 되도록 수축된다. 수축 길이(I₃)는 신장 길이(I₂)보다 작지만, 초기 길이(I₁)보다 길다. 섬유를 형성하는 데 사용될 수 있는 상이한 재료의 회복률(R%)은 다음의 공식을 사용하여 계산될 수 있다.

회복% = [(I₂- I₃) / I₂] x 100

여기서, I₂는 샘플의 협소한 섹션의 신장 길이이며,

I₃는 샘플의 협소한 섹션의 수축 길이이다.

도1에서, 3차원 코일형 섬유(48)는 이동 지지부 또는 형성면(50) 상에 적층된다. 이동 지지부(50)는 구동 롤(52)에 의해 구동되고 가이드 롤(54) 주위를 회전하는 벨트 또는 연속 형성 와이어일 수 있다. 필요하다면, 하나 이상의 가이드 롤이 사용될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자에게 공지된 다른 형태의 이동 지지부도 사용될 수 있다. 이동 지지부(50)는 그 안에 개구가 없거나 또는 복수의 개 구가 형성된 거친 메쉬 또는 미세한 매체로 구성될 수 있다. 예로서, 이동 지지부(50)는 표준 윈도우 스크린과 유사한 구성을 가질 수 있거나 또는 종이를 형성하는 종이 산업 분야에서 사용된 펠트(felt) 또는 와이어와 닮도록 긴밀식 직포일 수 있다. 진공 챔버(56)는 이동 지지부(50) 상에 3차원 섬유(48)의 축적을 용이하게 하도록 이동 지지부(50) 아래에 선택적으로 위치될 수 있다.

도4 및 도5에서, 복수의 연속 3차원 섬유(48)가 이동 지지부(50) 상에 축적될 때, 임의의 방향성이 발생하여 웨브(58)를 형성한다. 웨브(58)는 이 지점에서 단지 연속 3차원 코일형 섬유(48)의 적층이며, 웨브(58)를 안정화시키는 데 도움을 주는 임의의 용융 지점 또는 결합부를 포함하지 않는다. 웨브(58)의 두께 및 기본 종량은 이동 지지부(50)의 속도, 이동 지지부(50) 사에 적층된 연속 3차원 코일형 섬유(48)의 개수 및 직경, 그리고 3차원 섬유(48)가 이동 지지부(50) 상에 적층되는 속도로 나타내어진다. 이후, 부직포 웨브(58)는 웨브(58)에 대해 고온 공기의 하나 이상의 흐름 또는 제트를 지향시키는 고온 공기 나이프(knife; 60) 아래로 경로설정된다. "고온 공기"는 소정의 상승 온도로 가열된 것을 의미한다. 사용된 정확한 온도는 이성분 3차원 섬유(48)를 형성하는 데 사용된 재료를 기초로 결정될 수 있다. 상기 고온 공기는 섬유(48)가 인접 섬유(48)에 접촉하고, 교차 또는 중첩하는 지점에서 몇몇 섬유(48)를 용융시키기에 충분한 온도이어야 한다. 상기 고온 공기는 몇몇의 섬유(48)가 용융되어 복수의 용융 지점(62)에서 인접 섬유(48)에 부착되게 한다. 용융 지점은 두 개 이상의 연속 섬유(48)의 교차점에서 형성된 결합부이다. 형성된 용융 지점(62)의 개수는 변경될 수 있고, 웨브(58)의 속도, 고 온 공기의 온도, 이성분 섬유(48)의 조성, 연속 3차원 섬유(48)가 뒤엉킨 정도, 웨브의 기본 중량 등을 포함하는 복수의 요인에 의해 결정될 수 있다. 예로서, 제곱인치당 약 10 내지 약 10,000개의 용융 지점이 형성될 수 있다. 복수의 용용 지점(62)에 의해 접착된 연속 3차원 섬유(48)는 안정화된 웨브(64)를 형성한다. 이와 달리, 압밀 롤(compaction roll)도 안정화된 웨브(64)를 형성하는 데 사용될 수 있다.

도1 및 도6에서, 안정화된 웨브(64)는 결합 롤(68) 및 앤빌 롤(anvil roll; 70)에 의해 형성된 닙(66)을 통해 경로설정된다. 결합 롤(68) 및 앤빌 롤(70)은 전형적으로 상승 온도로 가열된다. 결합 롤(68)은 하나 이상의 외향 돌출 너브(nub) 또는 돌출부(72)를 포함한다. 너브 또는 돌출부(72)는 결합 롤(68)의 외주연부로부터 외향 연장되며, 안정화된 웨브(64) 내에 복수의 결합부(74)를 생성시키기 위한 크기 및 형상을 갖는다. 안정화된 웨브(64)가 그 안에 형성된 결합부(74)를 갖는다면, 본디드 웨브(76)가 된다. 결합 롤(68) 및 앤빌 롤(70)은 안정화된 웨브(64)가 닙(66)을 통과할 때 회전될 수 있다. 너브 또는 돌출부(72)는 안정화된 웨브(64) 안으로 소정의 깊이로 통과하여 결합부(74)를 형성한다. 본디드 웨브(76)는 스펀본드 부직포 웨브일 수 있다. 스펀본드는 비교적 작은 직경을 갖는 섬유로 용융된 열가소성 물질을 압출함으로써 제조된 부직포 재료이다. 본디드 웨브(76)에서의 결합부(74)의 정확한 개수 및 위치는 결합 롤(68)의 외주연부에 형성된 너브 또는 돌출부(72)의 위치 및 구성으로 나타내어진다. 바람직하게, 제곱인치당 적어도 하나의 결합부(74)가 본디드 웨브(76)에 형성된다. 보다 바람직하게, 제곱 인치당 약 20 내지 약 500개의 결합부가 본디드 웨브(76)에 형성된다. 가장 바람직하게, 제곱인치당 적어도 약 30개의 결합부(74)가 본디드 웨브(76)에 형성된다. 전형적으로, 결합된 면적의 비율은 웨브(76)의 전체 영역의 약 10%로부터 약 30%로 변화한다.

본디드 웨브(76)는 적어도 일방향, 즉 기계방향, 폭방향으로 약 400%의 연신을 갖거나 또는 양방향으로의 연신을 가질 수 있다. 바람직하게, 본디드 웨브(76)는 기계방향, 폭방향 또는 양방향으로 약 200%의 연신을 가질 수 있다. 보다 바람직하게, 본디드 웨브(76)는 기계방향, 폭방향 또는 양방향으로 약 100%까지의 연신을 가질 수 있다. 본디드 웨브(76)는 연장될 수 있고, 이후 연장력이 제거될 때 대략적으로 원래 길이로 수축되는 성능을 갖는다.

도1에서, 본디드 웨브(76)는 큰 공급 롤(80)로 축적될 수 있는 롤(78)을 감도록 경로설정될 수 있다. 공급 롤(80)이 소정의 외경에 다다를 때, 본디드 웨브(76)는 절단 나이프(76) 및 협동식 앤빌(84)을 사용하여 절단될 수 있다. 소정의 시간에서 본디드 웨브(76)를 절단 또는 단절시키기 위한 다른 수단이 사용될 수도 있다. 이러한 절단 수단은 본 기술 분야의 숙련자에게 주지되어 있다.

도7 내지 도9에서는 이성분 섬유를 형성하는 다른 방법을 도시하는 흐름도가 도시되어 있다. 이러한 흐름도는 복수의 섬유를 웨브로 형성하는 것과 관련된 일련의 단계를 설명한다.

웨브(76)는 얇고 비흡수성 재료를 형성하도록 신장성 재료, 탄성 필름 또는 탄성 섬유에 적층될 수 있다. 이러한 적층 재료는 기저귀, 운동 바지, 요실금 의 복, 위생용 냅킨 등과 같은 일회용 흡수성 재료의 표면 층 또는 몸체측 커버로써 사용될 수 있다. 이러한 적층 재료는 상처 처치 용품(wound dressing), 외과용 가운, 장갑 등과 같은 건강 관리 제품에 사용될 수도 있다.

본 발명은 몇몇의 특정 실시예와 관련지어 설명하였지만, 상기의 설명의 관점에서 많은 변경, 수정 및 변화가 본 기술 분야의 숙련자들에게는 명백하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 기술 사상 및 그 범위 내에서 이러한 모든 변경, 수정 및 변화를 포함한다는 것을 알 수 있다.

Claims

a) 회복률(R₁)을 갖는 제1 성분과, 회복률(R₂)을 갖는 제2 성분을 공압출하는 단계와,

b) 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 스핀 팩을 통해 제1 및 제2 성분을 지향시키는 단계와,

c) 복수의 냉각된 섬유를 형성하도록 상기 복수의 용융 섬유를 퀀칭 챔버를 통해 경로설정하는 단계와,

d) 각각 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 상기 복수의 냉각된 섬유를 인발 유닛을 통해 경로설정하는 단계와,

e) 각각의 상기 냉각된 고상 섬유를 적어도 50%만큼 신장시키는 단계와,

f) 상기 신장된 섬유가 이완되는 것을 허용하여, 인치당 50 내지 500개의 코일을 갖는 코일형 섬유를 형성하는 단계와,

g) 웨브를 형성하도록 이동 지지부 상에 코일형 섬유를 적층시키는 단계를 포함하며,

상기 R₁은 R₂보다 크고, 상기 코일형 섬유 각각의 상기 제1 성분은 상기 제2 성분에 부착되는 것인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 섬유는 이성분 섬유인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제2항에 있어서, 각각의 상기 이성분 섬유는 코어/시스 단면 구성을 갖는 것인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분은 서로 기계적으로 부착되는 것인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분은 서로 화학적으로 부착되는 것인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 성분은 서로 물리적으로 부착되는 것인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 웨브는 스펀본드 부직포 웨브인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 스핀 팩을 빠져나오는 상기 용융 섬유의 속도보다 빠른 속도로 상기 복수의 냉각된 섬유를 인발하는 단계를 더 포함하는, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 성분은 상기 웨브의 40% 내지 80%의 체적비를 갖는 것인, 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
a) 회복률(R₁)을 갖는 제1 성분과, 회복률(R₂)을 갖는 제2 성분을 공압출하는 단계와,

b) 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 제1 속도로 스핀 팩을 통해 제1 및 제2 성분을 지향시키는 단계와,

c) 복수의 냉각된 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 상기 복수의 용융 섬유를 경로설정하는 단계와,

d) 각각 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 제1 속도보다 큰 제2 속도로 인발 유닛을 통해 상기 복수의 냉각된 섬유를 경로설정하는 단계와,

e) 각각의 상기 냉각된 고상 섬유를 적어도 50%만큼 신장시키는 단계와,

f) 상기 신장된 섬유가 이완되는 것을 허용하여, 인치당 50 내지 500개의 코일을 갖는 코일형 섬유를 형성하는 단계와,

g) 웨브를 형성하도록 이동 지지부 상에 상기 코일형 섬유를 적층시키는 단계와,

h) 안정화된 웨브를 형성하도록 상기 웨브 상에 고온 공기를 지향시키는 단계와,

i) 본디드 웨브를 형성하도록 상기 안정화된 웨브 내에 복수의 결합부를 형성하는 단계를 포함하며,

상기 R₁은 R₂보다 크고, 상기 각각의 고상 섬유의 제1 성분은 제2 성분에 부착되는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1 성분은 폴리에스테르인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1 성분은 폴리락트산(polylactic acid)인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 본디드 웨브를 형성하도록 한 쌍의 결합 롤에 의해 형성된 닙을 통해 안정화된 섬유의 상기 웨브를 결합하는 단계를 더 포함하는, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨브는 적어도 일방향으로 400%까지의 연신을 갖는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 제2 성분은 폴리올레핀인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 각각의 상기 냉각된 고상 섬유를 75% 내지 1,000% 신장시키는 단계를 더 포함하는, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 각각의 상기 냉각된 고상 섬유를 100% 내지 500% 신장시키는 단계를 더 포함하는, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 각각의 상기 용융 섬유는 0.1 mm 내지 2.0 mm의 소정의 직경을 갖는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 본디드 웨브는 적어도 일방향으로 200%까지의 연신을 갖는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
a) 회복률(R₁)을 갖는 제1 성분과, 회복률(R₂)을 갖는 제2 성분을 공압출하는 단계와,

b) 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하도록 제1 속도로 스핀 팩을 통해 상기 제1 및 제2 성분을 지향시키는 단계와,

c) 복수의 냉각된 섬유를 형성하도록 퀀칭 챔버를 통해 상기 복수의 용융 섬유를 경로설정하는 단계와,

d) 각각 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고상 섬유를 형성하도록 상기 제1 속도보다 큰 제2 속도로 인발 유닛을 통해 상기 복수의 냉각된 섬유를 경로설정하는 단계와,

e) 각각의 상기 냉각된 고상 섬유를 적어도 100%만큼 신장시키는 단계와,

f) 상기 신장된 섬유가 이완되는 것을 허용하여, 인치당 50 내지 500개의 코일을 갖는 코일형 섬유를 형성하는 단계와,

g) 웨브를 형성하도록 이동 지지부 상에 상기 코일형 섬유를 적층시키는 단계와,

h) 안정화된 웨브를 형성하도록 상기 웨브 상에 고온 공기를 지향시키는 단계와,

i) 본디드 웨브를 형성하도록 상기 안정화된 웨브 내에 복수의 결합부를 형성하는 단계를 포함하며,

상기 R₁은 R₂보다 크고, 각각의 상기 고상 섬유의 제1 성분은 제2 성분에 부착되는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 코일형 섬유는 나선형 구성을 갖는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제20항에 있어서, 안정화된 웨브를 형성하도록 상기 웨브 상에 고온 공기의 수 개의 흐름을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제20항에 있어서, 제곱인치당 적어도 하나의 결합부가 상기 본디드 웨브 내에 형성되는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제23항에 있어서, 제곱인치당 적어도 30개의 결합부가 본디드 웨브 내에 형성되는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 본디드 웨브는 적어도 일방향으로 100%까지의 연신을 갖는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 본디드 웨브는 두 개의 방향으로 400%까지의 연신을 갖는 것인, 이성분 섬유를 웨브로 형성하는 방법.