KR101007479B1

KR101007479B1 - 적어도 한 방향으로 연장가능한 웨브의 제조 방법

Info

Publication number: KR101007479B1
Application number: KR1020057002209A
Authority: KR
Inventors: 바실리 아라모비취 토폴카래브; 수잔 엘라인 쇼버; 그레고리 제임스 와이드맨; 매튜 조셉 그라햄
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: WO2004020711A1; BR0313445A; MXPA05001640A; DE60330873D1; AR040877A1; US6896843B2; US20040041308A1; EP1534884B1; EP1534884A1; AU2003254150A1; KR20050056960A; JP2005537405A; JP4533749B2

Abstract

본 발명은 2성분 섬유로 웨브를 형성하는 방법을 제공한다. 이 방법은 제1 성분과 제2 성분을 동시-압출하는 단계를 포함한다. 상기 제1 성분은 회복율 R₁을 갖고 상기 제2 성분은 회복율 R₂를 가지며, 상기 R₁은 R₂보다 크다. 상기 제1 및 제2 성분은 스핀 팩을 통해 이동되어, 복수의 연속 용융 2성분 섬유를 형성한다. 상기 복수의 용융 섬유는 이후 급냉 챔버를 통해 이동되어 복수의 연속 냉각 섬유를 형성한다. 상기 복수의 연속 냉각 섬유는 이후 인발 유닛을 통해 이동되어, 복수의 연속 고체상 선형 섬유를 형성한다. 상기 선형 섬유는 이후 성형 와이어와 같은 이동 지지체 상에 적층되어 섬유 축적물을 형성한다. 상기 섬유 축적물은 안정화 및 접합되어 웨브를 형성한다. 상기 웨브는 이후 이완될 수 있기 전에 적어도 한 방향으로 적어도 50% 신장된다. 상기 웨브의 이완은, 웨브에 적어도 한 방향으로의 연장성을 제공하는 3차원 코일형(coiled) 구조를 웨브가 획득할 수 있게 해준다.

2성분 섬유, 동시-압출, 신장, 수축, 회복율, 용융 섬유, 냉각 섬유, 급냉 챔버, 인발 유닛

Description

적어도 한 방향으로 연장가능한 웨브의 제조 방법{METHOD OF MAKING A WEB WHICH IS EXTENSIBLE IN AT LEAST ONE DIRECTION}

간략하게 말해서, 본 발명은 2성분(bicomponent) 섬유로 웨브를 형성하는 방법에 관한 것이다.

추후에 비직조 웨브(nonwoven web)로 형성될 수 있는 섬유를 스핀시키기 위한 당업자에게 공지된 여러가지 방법들이 있다. 많은 그러한 비직조 웨브는 소변, 대변, 월경, 혈액, 땀 등과 같은 체액 및/또는 배설물을 흡수하기 위한 일회용 흡수성 물품에 사용될 수 있다. 3차원 섬유는 또한, 신체측 커버, 겉표면(facings) 및 라이너(liners)로 제조될 수 있는 웨브를 형성하도록 가공 방향, 가로 방향 또는 양 방향으로 연신될 수 있는 재료를 형성하는데 사용될 수 있다. 그러한 물품의 제조업자들은 항상 새로운 재료와 그러한 재료를 물품에 구축 또는 사용하여 달성하고자 하는 용도에 대해 보다 기능적이도록 만들기 위한 방법을 찾고 있다. 적어도 한 방향으로 연장될 수 있는 적어도 하나의 탄성중합(elastomeric) 재료로 형성되는 3차원 2성분 섬유의 웨브의 생성은 매우 유익할 수 있다. 예를 들면, 3차원 비직조 섬유의 웨브에 산재된 셀룰로스 펄프 섬유로 형성된 흡수층을 포함하는 유아용 기저귀는 3차원 섬유가 팽창될 수 있으면 흡수층이 보다 많은 양의 체액을 함유할 수 있을 것이다. 그러한 흡수층은 착용자에 대해 보다 양호한 누설 방지를 제공할 수 있으며, 자주 교체할 필요가 없어질 수도 있다. 다른 예에서, 복수의 3차원 섬유로 형성된 스펀본드(spunbond) 비직조 마감재 또는 라이너는 개선된 신장(stretch) 및 제어가능한 수축(retraction)을 제공할 수 있다. 그러한 마감재 또는 라이너는 흡수성 물품의 착용자에 대해 개선된 들어맞음(fit) 및 보다 나은 편안함을 제공할 수 있다.

그러한 3차원 섬유로 형성된 웨브는 하기의 특성들, 즉 개선된 들어맞음, 개선된 로프트(loft), 보다 나은 편안함, 보다 큰 보이드 체적, 보다 부드러운 느낌, 개선된 탄성, 보다 나은 신장 및 제어되는 수축 중 하나 이상을 제공할 수 있다.

비직조 웨브를 형성하는데 사용되는 정확한 방법은 웨브에 독특한 특성 및 특징을 생성할 수 있다. 이제, 적어도 한 방향으로 연장될 수 있는 웨브를 성형하는 방법이 발명되었으며, 그러한 웨브는 일회용 흡수성 물품에 포함될 때 매우 바람직하다.

본 발명에 따른, 2성분 섬유로 웨브를 형성하는 방법은 제1 성분과 제2 성분을 동시-압출(co-extrude)하는 단계를 포함한다. 상기 제1 성분은 회복율(recovery percentage) R₁을 갖고 상기 제2 성분은 회복율 R₂를 가지며, 상기 R₁은 R₂보다 크다. 상기 제1 및 제2 성분은 스핀 팩(spin pack)을 통해 이동되어, 각각이 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 2성분 섬유를 형성한다. 상기 복수의 용융 섬유는 이후 급냉 챔버(quenching chamber)를 통해 이동되어 복수의 냉각 섬유를 형성한다. 상기 복수의 냉각 섬유는 이후 인발(drawing) 유닛을 통해 이동되어, 각각이 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 고체상, 선형 섬유를 형성한다. 상기 선형 섬유는 이후 성형 와이어와 같은 이동 지지체 상에 적층되어 섬유 축적물을 형성한다. 상기 섬유 축적물은 안정화 및 접합되어 웨브를 형성한다. 상기 웨브는 이후 이완(relax)될 수 있기 전에 가공 방향, 가로 방향 또는 양 방향으로 적어도 50% 신장된다. 상기 웨브의 이완은, 웨브에 적어도 한 방향으로의 연장성을 제공하는 3차원 코일형(coiled) 구조를 웨브가 획득할 수 있게 해준다.

도1은 연속 2성분 선형 섬유로 적어도 한 방향으로 연장성을 나타내는 웨브를 형성하는 방법의 개략 도시도이다.

도2는 2성분 섬유의 단면도이다.

도3은 이동 지지체 상에 축적되는 복수의 연속 선형 섬유로 형성된 비직조 매트의 일부의 평면도이다.

도4는 안정화된 웨브를 형성하도록 섬유가 고온 에어 제트를 겪은 후의 도3에 도시된 비직조 매트의 평면도이다.

도5는 접합된 웨브를 형성하도록 섬유가 접합된 후의, 도4에 도시된 안정화된 웨브의 평면도이다.

도6은 2성분 섬유를 신장시키기 위해 사용되는 힘이 제거되어 섬유가 이완될 수 있을 때 형성되는 나선형 섬유의 측면도이다.

도7은 신장된 섬유가 이완되어 코일형 섬유로 된 후의 웨브의 일부의 평면도이다.

도8은 연속 2성분 선형 섬유로 적어도 한 방향으로 연장성을 나타내는 웨브를 형성하는 다른 방법의 개략 도시도이다.

도1을 참조하면, 섬유로 웨브를 형성하는 방법을 실시하는데 필요한 장비가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 방법은 제1 성분(10)과 제2 성분(12)을 동시압출하는 단계를 포함한다. 상기 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 고체상 수지 펠릿(pellet) 또는 작은 입자 형태일 수 있다. 제1 성분(10)은 호퍼(14) 내에 배치되며, 호퍼(14)로부터 계량되어 도관(16)을 통해 제1 압출기(18)로 이동될 수 있다. 마찬가지로, 제2 성분(12)은 호퍼(20) 내에 배치되며, 호퍼(20)로부터 계량되어 도관(22)을 통해 제2 압출기(24)로 이동될 수 있다.

제1 성분(10)은 스핀되거나 그렇지 않으면 연속 섬유로 형성될 수 있는 재료이다. 제1 성분(10)이 섬유로 형성될 때, 섬유는 신장될 수 있어야 하며, 높은 회복율 R₁을 갖는다. "회복율 R₁"은 제1 성분(10)이 그 초기 길이의 적어도 50% 신장된 후 신장을 위해 가해진 힘이 없어졌을 때 회복될 수 있는 퍼센트로 정의된다. 제1 성분(10)은 탄성중합 재료인 것이 바람직하다. 제1 성분(10)용으로 사용될 수 있는 적합한 탄성중합 재료에는 폴리우레탄 엘라스토머, 코폴리에테르 에스테르, 폴리에테르 블록 폴리아미드 코폴리머, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 엘라스토머, 스티렌계 블록 코폴리머, 에테르 아미드 블록 코폴리머, 올레핀계 엘라스토머와 같은 용융 압출성 열가소성 엘라스토머 뿐 아니라, 폴리머 분야의 당업자에게 공지된 다른 엘라스토머가 포함된다. 유용한 탄성중합 수지에는 폴리에스테르 폴리우레탄 및 폴리에테르 폴리우레탄이 포함된다. 시중에서 구할 수 있는 두 가지 탄성중합 수지의 예가 PN 3429-219 및 PS 370-200 MORTHANE®폴리우레탄 이라는 상표명으로 판매되고 있다. MORTHANE®은 60606 일리노이스주 시카고에 소재하는 헌츠맨 폴리우레탄(Huntsman Polyurethanes)의 등록 상표이다. 다른 적합한 탄성중합 재료는 44141 오하이오주 클레브랜드에 소재하는 노베온, 인크.(Noveon, Inc.)의 등록 상표인 ESTANE®이다. 또 다른 적합한 탄성중합 재료는 01921 메사추세츠주 복스포드에 소재하는 머퀸사(Merquinsa)의 등록 상표인 PEARLTHANE®이다.

세 가지의 추가 탄성중합 재료는 상표명 PEBAX®으로 다양한 등급으로 구입할 수 있는 폴리에테르 블록 폴리아미드 코폴리머를 구비한다. PEBAX®는 19508 펜실베이니아주 버즈보로에 소재하는 아토피나 케미컬즈, 인크(Atofina Chemicals, Inc.)의 등록 상표이다. 두 번째 탄성중합 재료는 상표명 ARNITEL®으로 판매되는 코폴리에테르-에스테르이다. ARNITEL®은 네덜란드 엔엘-6411 티이 히어렌 헷 오버룬 1에 소재하는 DSM의 등록 상표이다. 세 번째 탄성중합 재료는 상표명 HYTREL®으로 판매되는 코폴리에테르-에스테르이다. HYTREL®은 19808 델라웨어주 윌밍톤에 소재하는 이 아이 듀폰 디 네모아(E.I. DuPont de Nemours)의 등록 상표이다.

제1 성분(10)은 또한 KRATON®과 같은 스티렌계 블록 코폴리머로 형성될 수 도 있다. KRATON®은 텍사스주 휴스턴에 소재하는 크라톤 폴리머즈(Kraton Polymers)의 등록 상표이다.

제1 성분(10)은 또한 폴리에스테르 지방족 폴리우레탄 또는 폴리히드록시알카노에이트와 같은 생분해성(biodegradable) 탄성중합 재료로 형성될 수 있다. 제1 성분(10)은 엘라스토머 및 플라스토머(plastomers)와 같은 올레핀계 탄성중합 재료로 형성될 수 있다. 한 가지 그러한 플라스토머는 상표명 AFFINITY®로 판매되는 에틸렌계 수지 또는 폴리머이다. AFFINITY®는 텍사스주 프리포트에 소재하는 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)의 등록 상표이다. AFFINITY®수지는 다우 케미컬 컴퍼니의 INSITE™억제 형상 촉매 기술을 사용하여 제조된 에틸렌 및 옥텐의 탄성중합 코폴리머이다. 다른 플라스토머는 단일 활성점 촉매 유도(single site catalyzed derived) 코폴리머 및 테르폴리머를 포함하는 상표명 EXACT®으로 판매되고 있다. EXACT®은 75039-2298 텍사스주 이빙 라스 콜리나스 불레바드 5959에 소재하는 엑손 모빌 코포레이션(Exxon Mobil Corporation)의 등록 상표이다. 제1 성분(10)을 형성하는데 사용될 수 있는 다른 적합한 올레핀계 엘라스토머에는 폴리프로필렌-유도 엘라스토머가 포함된다.

제1 성분(10)은 또한 특정 온도에서 신장된 후 충분한 회복율 R₁을 갖는 비탄성중합(non-elastomeric) 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 제1 성분(10) 형성에 유용한 비탄성중합 재료는 폴리아미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 블렌드(blend)와 같은 압출가능한 열가소성 폴리머이다. 예를 들면, 비탄성중합 생분해성 폴리락트산은 대략 62℃의 그 유리 전이 온도 이상에서 신장되었을 때 충분한 회복율 R₁을 제공할 수 있다.

제1 성분(10)과 마찬가지로, 제2 성분(12)은 스핀되거나 그렇지 않으면 연속 섬유로 형성될 수 있는 재료이다. 제2 성분(12)이 선형 섬유(linear fiber)로 형성될 때, 선형 섬유는 신장될 수 있어야 하고, 회복율 R₂를 가지며, 여기에서 상기 R₁은 R₂보다 크다. "회복율 R₂"는 제2 성분이 그 초기 길이의 적어도 50% 신장된 후 신장을 위해 가해진 힘이 없어졌을 때 회복될 수 있는 퍼센트로 정의된다. 제1 및 제2 성분(10, 12)이 각각 선형 섬유로 형성될 때, 섬유는 흡수성 물품에 사용될 수 있도록 신장 상태로부터 수축 또는 축소될 수 있어야 한다. 본원에서 사용되는 용어로서 "수축"은 "축소"와 동일한 의미를 갖는다. R₁/R₂비율은 적어도 대략 2 내지 20의 범위에 있는 것이 바람직하다. 선형 섬유에서 R₁을 R₂보다 크게 만드는 이유는 제1 및 제2 성분(10, 12)이 각각 수축 또는 축소될 때 3차원 섬유가 매우 바람직한 소정의 구조적 형상을 나타낼 것이기 때문이다. 3차원 섬유의 이러한 구조적 형상은 적어도 한 방향으로 예외적인 연신 특성을 보여줄 것이다.

상기 선형 섬유는 또한 제1 성분(10)이 선형 섬유의 대략 30% 내지 95%의 체적 퍼센트를 차지하고 제2 성분(12)이 선형 섬유의 대략 5% 내지 70%의 체적 퍼센트를 차지할 때 그 고유 특성의 일부를 획득한다. 상기 제1 성분(10)이 선형 섬유의 대략 40% 내지 80%의 체적 퍼센트를 차지하고 제2 성분(12)이 선형 섬유의 대략 20% 내지 60%의 체적 퍼센트를 차지하는 것이 바람직하다. 고체상 선형 섬유의 체적은 하기의 식을 사용해서 계산된다: V = p(d²/4)L₁

여기에서, V는 고체상 선형 섬유의 체적이고,

p는 원의 직경에 대한 둘레의 비율을 나타내는 초월수로서 대략 3.14159이며, 광범위한 수학 문제에서 상수로 나타나고,

d는 선형 섬유의 직경이며,

L₁은 선형 섬유의 초기 길이이다.

제1 성분(10) 및 제2 성분(12)에 대한 체적 퍼센트의 상술한 범위는 선형 섬유가 신장된 선형 섬유를 형성하도록 적어도 50% 신장될 수 있게 해준다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 체적 퍼센트는 또한 신장된 섬유의 수축된 길이로의 수축 또는 축소에 있어서 중요한 역할을 한다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 체적 퍼센트를 변화시킴으로써, 신장된 후 소정 형상으로 수축될 수 있는 어떤 바람직한 특징을 갖는 선형 섬유를 제조할 수 있다. 나중에, 그러한 섬유가 일회용 흡수성 물품으로 형성된 후, 체액과의 접촉은 흡수성 물품이 팽창될 수 있게 해주며 이로 인해 섬유는 선형으로 되기 전에 적어도 한 방향으로 신장될 수 있다. 상기 섬유는 신장되면 팽창할 수 있으며 흡수성 물품이 추가적인 체액을 수용하여 저장할 수 있게 해준다.

제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 섬유가 신장된 후 이완될 수 있을 때 섬유가 분열(split)되지 않도록 상호 화학적으로, 기계적으로 및/또는 물리적으로 접착 또는 접합된다. 이완된 섬유는 길이가 수축될 것이다. 제1 성분(10)이 제2 성분(12)에 단단히 접착되는 것이 바람직하다. 코어/쉬쓰(core/sheath) 배치에서, 제1 성분(10)과 제2 성분(12) 사이의 기계적 접착은 존재하는 일체의 화학적 및/또는 물리적 접착을 보충하여 제1 성분(10)이 제2 성분(12)으로부터 분열 또는 분리되는 것을 방지해줄 것이다. 이러한 분열 또는 분리는 하나의 성분이 다른 성분보다 많이 수축할 수 있기 때문에 발생된다. 강력한 상호 접착이 존재하지 않으면, 특히 수축 중에, 두 성분이 분열될 수 있으며 이는 바람직하지 않다. 측방으로 나란히 또는 쐐기형 구조로 배치되는 두 성분으로 형성된 섬유에서, 강력한 화학적 및/또는 물리적 접착은 제1 성분(10)이 제2 성분(12)으로부터 분열 또는 분리되는 것을 방지할 것이다.

제2 성분(12)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리에테르와 같은 폴리올레핀으로 형성될 수 있다. 제2 성분(12)은 또한 상표명 ASPUN®6811A로 판매되는 섬유 등급 폴리에틸렌 수지와 같은 폴리올레핀 수지일 수 있다. ASPUN®은 48674 미시간주 미드랜드에 소재하는 다우 케미컬 컴퍼니의 등록 상표이다. 제2 성분(12)은 또한 19808 델라웨어주 윌밍톤 센터빌 로드 2801 쓰리 리틀 폴즈 센터에 소재하는 바셀 노쓰 아메리카, 인크(Basell North America, Inc.)로부터 구입할 수 있는 Himont PF 304, PF 308과 같은 호모폴리머 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지일 수 있다. 제2 성분(12)이 형성될 수 있는 폴리올레핀 수지의 다른 예는 75039-2298 텍사스주 이빙 라스 콜리나스 불레바드 5959에 소재하는 엑손 모빌 코포레이션으로부터 구입할 수 있는 폴리프로필렌 PP 3445이다. 제2 성분(12)용으로 사용될 수 있는 또 다른 적합한 폴리올레핀 재료에는 프로필렌 및 에틸렌을 함유하는 랜덤 코폴리머와 같은 랜덤 코폴리머가 포함된다. 그러한 랜덤 코폴리머의 한가지가 75039-2298 텍사스주 이빙 라스 콜리나스 불레바드 5959에 소재하는 엑손 모빌 코포레이션으로부터 구입할 수 있는 상표명 Exxon 9355로 판매된다.

제2 성분(12)은 또한 신장될 때 충분한 영구 변형을 제공하는 용융 압출가능한 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 그러한 재료에는 지방족 및 방향족 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리올레핀(예를 들면, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌), 그 블렌드 또는 코폴리머, 폴리아미드, 및 나일론이 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. 제2 성분(12)은 또한 지방족 폴리에스테르와 같은 생분해성 수지로 형성될 수 있다. 다른 생분해성 수지에는 폴리카프로락톤, 폴리부틸렌 숙신산 아디페이트, 및 폴리부틸렌 숙신산이 포함된다. 폴리부틸렌 숙신산 아디페이트와 폴리부틸렌 숙신산은 10017 뉴욕주 뉴욕에 소재하는 소와 하이 폴리머즈(Showa High Polymers)의 등록 상표인 상표명 BIONOLLE®로 판매된다. 추가적인 생분해성 수지에는 상표명 EASTAR BIO®로 판매되는 코폴리에스테르 수지가 포함된다. EASTAR BIO®는 37662 테네시주 킹스포트에 소재하는 이스트맨 케미컬 컴퍼니(Eastman Chemical Company)의 등록 상표이다. 제2 성분(12)용으로 사용될 수 있는 또 다른 생분해성 수지에는 조성 및 구조가 변화되는 폴리히드록시알카노에이트(PHA), 및 전술한 폴리머의 코폴리머, 블렌드 및 혼합물(mixtures)이 포함된다. 적합한 생분해성 폴리머 수지의 특정 예에는 이또쯔 인터네이셔널(Itochu International)로부 터 입수가능한 BIONOLLE®1003, 1020, 3020, 3001이 포함된다. BIONOLLE®는 10017 뉴욕주 뉴욕에 소재하는 소와 하이 폴리머즈의 등록 상표이다.

제2 성분(12)은 또한 수용성 및 팽창성 수지로 형성될 수 있다. 그러한 수용성 및 팽창성 수지의 예로는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)와 폴리비닐 알콜(PVOH)이 포함된다. 이식된(grafted) 폴리에틸렌 옥사이드(gPEO) 또는 화학적으로 변성된 PEO 또한 사용될 수 있다. 상기 수용성 폴리머는 보다 나은 가공, 성능, 및 액체와의 상호작용을 제공하도록 생분해성 폴리머와 혼합될 수 있다.

상기 PEO 수지는 그 가공성을 개선시키기 위해 반응 동반 압출(reactive extrusion), 이식, 블록 중합 또는 분기(branching)에 의해 화학적으로 변성될 수 있다. PEO 수지는 2001년 1월 9일자로 왕(Wang) 등에게 허여된 미국 특허 제6,172,177호에 개시된 바와 같이 반응 동반 압출에 의해 변성될 수 있다.

최근에, 제2 성분(12)은 제1 성분(10)보다 낮은 회복율 R₂를 갖는다. 제2 성분(12)은 낮은 탄성 회복을 나타내는 재료로 형성될 수 있다. 제2 성분(12)을 형성할 수 있는 재료에는 폴리올레핀 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리비닐 알콜(PVOH), 폴리에스테르 및 폴리에테르가 포함되지만, 이것에 한정되지는 않는다. 제2 성분(12)은 친수성 또는 소수성 계면활성제로 처리 또는 변성될 수 있다. 제2 성분(12)을 친수성 계면활성제로 처리하면 체액이나 액체와의 상호작용을 증가시키기 위한 습윤 표면(wettable surface)이 형성될 것이다. 예를 들어, 제2 성분(12)의 표면을 친수성이 되도록 처리하면, 이 표면은 체 액, 특히 소변과 접촉할 때 습윤성이 높아질 것이다. 제2 성분(12)을 소수성 계면활성제로 처리하면 체액 또는 액체가 떨어져나갈 것이다.

다시 도1을 참조하면, 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 두 압출기(18, 24)에서 개별적으로 동시에 압출된다. 제1 및 제2 압출기(18, 24)는 각각 압출 분야의 당업자에게 공지된 방식으로 기능한다. 요약하면, 고체상 수지 펠릿 또는 작은 입자는 그 용융 온도 이상으로 가열되고 회전 오제이(rotating auger)에 의해 경로를 따라서 전진된다. 제1 성분(10)은 도관(26)을 통해서 이동하고 동시에 제2 성분(12)은 도관(28)을 통해서 이동하며, 두 유동 스트림은 스핀 팩(spin pack)(30)으로 향한다. 필요에 따라 체적 분포를 조절하기 위해 도시되지 않은 용융 펌프가 도관(26, 28)의 하나 또는 둘 다를 가로질러 배치될 수 있다. 상기 스핀 팩(30)은 합성 섬유를 제조하기 위한 장치이다. 스핀 팩(30)은 압출되는 재료가 통과 유동하는 복수의 구멍 또는 개구를 갖는 바닥판을 구비한다. 스핀 팩(30)내의 평방 인치당 개구의 개수는 대략 5 내지 500일 수 있다. 스핀 팩(30)내의 평방 인치당 개구의 개수는 대략 25 내지 250인 것이 바람직하다. 스핀 팩(30)내의 평방 인치당 개구의 개수는 대략 125 내지 225인 것이 보다 바람직하다. 스핀 팩(30)내 개구 각각의 크기는 변화될 수 있다. 통상적인 크기의 개구는 직경 범위가 대략 0.1mm 내지 2.0mm일 수 있다. 스핀 팩(30)내 개구 각각의 크기는 직경 범위가 대략 0.3mm 내지 1.0mm일 수 있음이 바람직하다. 스핀 팩(30)내 개구 각각의 크기는 직경 범위가 대략 0.4mm 내지 0.8mm일 수 있음이 보다 바람직하다.

스핀 팩(30)내의 개구는 단면이 원형 또는 라운드형일 필요가 없지만, 이각 구조(bilobal), 삼각구조(trilobal), 정사각형, 삼각형, 직사각형, 타원형 또는 소망하는 임의의 다른 기하학적 단면 형상을 가질 수 있다.

도1 및 도2를 참조하면, 제1 및 제2 성분(10, 12)은 각각 스핀 팩(30)을 향하여 이동하며, 제1 성분(10)이 코어(32)를 형성하고 제2 성분(12)이 상기 코어(32)의 외주를 둘러싸는 쉬쓰(34)를 형성하도록 바닥판에 형성된 개구를 통해 이동한다. 필요하다면 제1 성분(10)이 쉬쓰를 형성할 수 있고 제2 성분(12)이 코어를 형성할 수도 있음을 알아야 한다. 이러한 코어/쉬쓰 배치는 선형 2성분 섬유(36)의 하나의 구조를 생성한다. 상기 스핀 팩(30)을 사용해서 다른 단면 구조의 2성분 섬유가 제조될 수도 있다. 예를 들면, 상기 2성분 섬유는 코어가 쉬쓰로부터 동축으로 오프셋된 코어/쉬쓰 설계 또는 측방으로 나란한 구조를 가질 수 있다.

스핀 팩(30)내의 판에 형성된 각각의 개구에 대해 하나의 2성분 섬유(36)가 형성될 것이다. 이로 인해 각각 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유(36)가 스핀 팩(30)에서 제1 속도로 동시에 유출될 수 있다. 각각의 선형 2성분 섬유(36)는 인접한 섬유(36)로부터 이격되어 분리될 것이다. 각각의 2성분 섬유(36)의 직경은 스핀 팩(30)의 바닥판에 형성된 개구의 크기로 나타날 것이다. 예를 들면, 전술했듯이, 바닥판의 구멍 또는 개구의 직경이 대략 0.1mm 내지 2.0mm이면, 용융 섬유(36)의 각각은 대략 0.1mm 내지 2.0mm의 직경 범위를 가질 수 있다. 용융 섬유(36)는 일단 판에 형성된 개구를 빠져나가면 때때로 단면적이 팽창하는 경향이 있지만, 이러한 팽창은 비교적 작다.

도1을 다시 참조하면, 복수의 연속 용융 섬유(36)는 복수의 냉각 라이너 섬 유(40)를 형성하도록 급냉 챔버(38)를 통해 이동된다. 용융 섬유(36)는 스핀 팩(30)으로부터 하방으로 급냉 챔버(38)내로 이동되는 것이 바람직하다. 용융 섬유(36)가 하방으로 이동되는 이유는 용융 섬유(36)의 이동을 돕는데 중력이 사용될 수 있기 때문이다. 또한, 수직 하방 이동은 섬유(36)가 상호 분리되어 있도록 유지시키는 것을 도와준다.

급냉 챔버(38)에서, 연속 용융 섬유(36)는 하나 이상의 공기 스트림과 접촉된다. 보통, 스핀 팩(30)을 빠져나와서 급냉 챔버(38)에 진입하는 연속 용융 섬유(36)의 온도는 대략 150℃ 내지 250℃의 범위가 될 것이다. 용융 섬유(36)의 실제 온도는 용융 섬유를 구성하는 재료, 그러한 재료의 용융 온도, 압출 과정 중에 가해지는 열의 양 뿐 아니라 다른 인자들에 따라 달라질 것이다. 급냉 챔버(38) 내에서, 상기 연속 용융 섬유(36)는 저온 공기와 접촉되고 그것으로 둘러싸인다. 공기의 온도는 대략 0℃ 내지 120℃일 수 있다. 상기 공기는 용융 섬유(36)를 급속 냉각시키기 위해 냉각 또는 냉동되는 것이 바람직하다. 그러나, 2성분 섬유(36)를 형성하는데 사용되는 특정 재료에 대해서는, 대기 공기 또는 심지어 가열된 공기를 사용하는 것이 유리하다. 그러나, 대부분의 탄성중합 재료에 대해서, 공기는 대략 0℃ 내지 40℃의 온도로 냉각 또는 냉동된다. 공기는 대략 15℃ 내지 30℃의 온도로 냉각 또는 냉동되는 것이 보다 바람직하다. 저온의 공기는 용융 섬유(36)를 향하여 다양한 각도로 이동될 수 있지만, 수평 또는 하방 각도가 최선으로 작용하는 것 같다. 진입 공기의 속도는 용융 섬유(36)를 효과적으로 냉각시키도록 유지 또는 조절될 수 있다.

냉각 또는 냉동된 공기는 연속 용융 섬유(continuous molten fiber)(36)가 결정화되게 하고, 결정 구조 또는 위상을 따로 갖게 하며, 복수의 연속 냉각 섬유(continuous cooled fiber)(40)를 형성하도록 만들 것이다. 냉각 섬유(40)는 이 때 구조에 있어서 여전히 선형이다. 급냉 챔버(38)를 빠져나올 때, 냉각 섬유(40)의 온도는 대략 15℃ 내지 100℃의 범위일 수 있다. 냉각 섬유(40)의 온도는 대략 20℃ 내지 80℃의 범위일 수 있음이 바람직하다. 냉각 섬유(40)의 온도는 대략 25℃ 내지 60℃의 범위일 수 있음이 가장 바람직하다. 냉각 섬유(40)는 이 섬유(40)를 형성하는 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 용융 온도 미만의 온도를 갖게 될 것이다. 냉각 섬유(40)는 이 단계에서 부드러운 플라스틱 연도(軟度)를 가질 수도 있다.

복수의 연속 냉각 섬유(40)는 이후 인발 유닛(42)으로 이동된다. 상기 인발 유닛(42)은 중력을 이용하기 위해 급냉 챔버(38) 아래에 수직으로 배치될 수 있다. 인발 유닛(42)은 냉각 섬유(40)가 인발될 수 있는 적정 거리를 제공하기에 충분한 높이를 가져야 한다. 인발은 냉각 섬유(40)를, 스핀 팩(30)을 빠져나오는 융용 재료를 하방으로 견인 또는 인발하게 될 압축 공기에 노출시키는 단계를 포함한다. 공기 압력은 대략 3psi 내지 100psi(0.21bar 내지 6.89 bar)의 범위일 수 있다. 상기 공기 압력은 대략 4psi 내지 50psi(0.28bar 내지 3.45bar)의 범위일 수 있음이 바람직하다. 상기 공기 압력은 대략 5psi 내지 20psi(0.35bar 내지 1.38bar)의 범위일 수 있음이 보다 바람직하다. 급냉 챔버(38)에서와 같이, 압축 공기의 속도는 냉각 섬유(40)를 효과적으로 인발하기 위해 유지 또는 조절될 수 있다.

압축 공기는 대략 25℃의 대기 온도일 수 있거나, 또는 개인의 선호도에 따라 보다 고온 또는 보다 저온일 수 있다. 냉각 섬유(40)는 주로 냉각 상태가 아닌 용융 상태로부터 하방으로 인발된다. 인발 유닛(42)에서의 압축 공기의 하방 힘은 용융 재료가 길어져서 신장되어 고체상 섬유(44)로 되도록 만들 것이다. 용융 재료의 길어짐은 대개 고체상 섬유(44)의 단면적을 정형(shape)하거나, 좁게 하거나, 비틀거나, 또는 그렇지 않으면 변화시킬 것이다. 예를 들면, 용융 재료가 스핀 팩(30)을 빠져나올 때 라운드형 또는 원형 단면적을 가지면, 고체상 섬유(44)의 외경이 감소될 것이다. 고체상 선형 섬유(44)의 직경이 감소되는 양은 용융 재료가 인발되는 정도, 섬유가 인발되는 거리, 섬유 인발에 사용되는 공기의 압력 및 온도, 스핀 라인 장력 등을 포함하는 여러가지 인자에 종속될 것이다. 고체상 선형 섬유(44)의 직경은 대략 5미크론 내지 100미크론의 범위가 되는 것이 바람직하다. 고체상 선형 섬유(44)의 직경은 대략 10미크론 내지 50미크론의 범위가 되는 것이 보다 바람직하다. 고체상 선형 섬유(44)의 직경은 대략 10미크론 내지 30미크론의 범위가 되는 것이 가장 바람직하다.

인발 유닛(42) 내에서, 상기 냉각 섬유(40)는 스핀 팩(30)을 빠져나오는 연속 용융 섬유(36)에 의해 표시되는 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 인발될 것이다. 연속 용융 섬유(36)와 연속 냉각 섬유(40) 사이의 이러한 속도의 차이는 용융 재료가 길어질 수 있고 또한 단면적이 감소될 수 있게 해준다. 인발 유닛(42)을 빠져나올 때, 냉각 섬유(40)는 고체상 섬유(44)가 될 것이다.

인발 유닛(42)을 빠져나오는 고체상 선형 섬유(44)는 이후 이동 지지체 또는 성형 표면(forming surface)(46) 상에 적층된다. 이동 지지체(46)는, 가이드 롤(50) 주위로 회전하고 구동 롤(48)에 의해 구동되는 연속 성형 와이어 또는 벨트일 수 있다. 필요하다면 하나 이상의 가이드 롤이 사용될 수 있다. 당업자에게 공지된 다른 형태의 이동 지지체 또한 사용될 수 있다. 이동 지지체(46)는 개구를 전혀 갖지 않거나 복수의 개구가 형성된 미세, 중간 또는 거친 메쉬로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 이동 지지체(46)는 표준 윈도 스크린과 유사한 구조를 가질 수 있거나, 또는 제지 산업에서 사용되는 와이어 또는 펠트(felt)를 닮도록 타이트하게 직조될 수 있다. 이동 지지체(46) 상으로의 고체상 선형 섬유(44)의 축적을 용이하게 하기 위해 이동 지지체(46)의 아래에는 진공 챔버(52)가 선택적으로 위치될 수 있다.

도1 및 도3을 참조하면, 연속 선형 섬유(44)는 불규칙한 배향으로 이동 지지체(46) 상에 축적되어 비직조 매트(54)를 형성한다. 비직조 매트(54)는 이 시점에서 단지 연속 선형 섬유(44)의 축적물이며, 섬유(44)를 안정화시켜 웨브로 만들 접합점 또는 용융 지점을 일체 갖지 않는다. 매트(54)의 두께 및 기초 중량은, 이동 지지체(46)의 속도, 이동 지지체(46)에 적층된 연속 선형 섬유(44)의 개수 및 직경, 뿐 아니라 이동 지지체(46)에 섬유(44)가 적층되는 속도에 의해 지정될 것이다. 비직조 매트(54)는 이후, 하나 이상의 고온 공기(hot air) 제트 또는 스트림을 매트(54)로 향하게 하는 고온 공기 나이프(56) 아래를 이동한다. "고온 공기"란 소정의 높은 온도로 가열된 공기를 의미한다. 사용되는 정확한 온도는 2성분 섬유(44)를 형성하는데 사용되는 재료에 기초하여 결정될 것이다. 고온 공기는 그 러한 섬유(44)가 인접한 섬유(44)와 접촉, 교차 또는 중첩하는 지점에서 섬유(44)의 일부를 용융시키기에 충분한 온도여야 한다. 고온 공기는 섬유(44)의 일부가 복수의 용융 지점(58)에서 용융되어 인접 섬유(44)에 접착되게 한다.

상기 용융 지점(58)은 둘 이상의 연속 섬유(44)의 교차부에 형성되는 접합점이다. 형성되는 용융 지점(58)의 개수는 변화될 수 있으며, 매트(54)의 속도, 고온 공기의 온도, 2성분 섬유(44)의 조성, 연속 선형 섬유(44)가 얽히는 정도, 매트(54)의 기초 중량 등을 포함하는 다수의 인자에 의해 결정될 것이다. 예를 들면, 평방 인치당 대략 10 내지 10,000개의 용융 지점을 형성할 수 있다. 복수의 용융 지점(58)에 의해 접착되는 연속 선형 섬유(44)는 안정 웨브(stabilized web)(60)를 형성한다. 대안적으로, 안정 웨브를 형성하기 위해 압축 롤이 사용될 수도 있다. 웨브(60)는 건식(airlaid) 웨브, 코폼(coform) 웨브, 습식(wet laid) 웨브 등일 수 있다.

이제 도1 및 도5를 참조하면, 안정 웨브(60)는 본드 롤(64)과 앤빌 롤(66)에 의해 형성되는 닙(nip)(62)을 통해 이동된다. 본드 롤(64)과 앤빌 롤(66)은 통상 고온으로 가열된다. 본드 롤(64)은 하나 이상의 외측으로 돌출하는 너브(nubs) 또는 돌기(68)를 갖는다. 상기 너브 또는 돌기(68)는 본드 롤(64)의 외주로부터 외측으로 연장되고, 안정 웨브(60)에 복수의 본드(70)를 생성하도록 크기 및 형상을 갖는다. 안정 웨브(60)에 본드(70)가 형성되면, 본드 웨브(bonded web)(72)가 된다. 안정 웨브(60)가 닙(62)을 통과함에 따라 상기 본드 롤(64)과 앤빌 롤(66)이 회전될 수 있다. 너브 또는 돌기(68)는 안정 웨브(60)에 소정 깊이로 돌입하여 본 드(70)를 형성할 것이다. 본드 웨브(72)는 스펀본드 비직조 웨브가 될 수 있다. 스펀본드는 용융 열가소성플라스틱을 압출하여 비교적 소직경의 섬유를 형성함으로써 만들어지는 비직조 재료이다. 본드 웨브(72)에서의 본드(70)의 정확한 개수 및 위치는 본드 롤(64)의 외주에 형성되는 너브 또는 돌기(68)의 위치 및 구조에 의해 지정될 것이다. 평방 인치당 적어도 하나의 본드가 본드 웨브(72)에 형성되는 것이 바람직하다. 평방 인치당 대략 20 내지 500개의 본드가 본드 웨브(72)에 형성되는 것이 보다 바람직하다. 평방 인치당 적어도 대략 30개의 본드가 본드 웨브(72)에 형성되는 것이 가장 바람직하다. 통상적으로, 본드 면적의 퍼센트는 웨브(72)의 전체 면적의 대략 10% 내지 30%에서 변화된다.

다시 도1을 참조하면, 본드 웨브(72)는 이후 적어도 한 방향으로, 바람직하게는 두 방향으로 신장된다. 예를 들면, 본드 웨브(72)는 기계 방향, 가로 방향 또는 양 방향으로 신장될 수 있다. 도1에서, 본드 웨브(&2)는 한 쌍의 회전 롤(76, 78) 사이에 형성된 닙(74)으로 이동된다. 롤(76, 78)의 각각은 형상 표면(configured surface)(80, 82)을 갖는다. 상기 형상 표면(80, 82)은 상호 결합하여 본드 웨브(72)가 닙(74)을 통과하여 전진함에 따라 웨브를 기계 방향으로 신장되게 만들도록 크기 및 형상을 갖는다. 본드 웨브(72)는 기계 방향으로 신장되어 길어진 웨브(lengthened web)(84)로 될 것이다. 다른 선택 방안(option)은 웨브를 기계 방향으로 신장시키기 위해 일련의 회전 롤을 사용하는 것이다. 이들 롤은 필요하다면 다른 속도로 구동될 수 있다.

이러한 길어진 웨브(84)는 이후 한 쌍의 회전 롤(88, 90) 사이에 형성된 닙 (86)을 통해 이동될 수 있다. 롤(88, 90)의 각각은 형상 표면(92, 94)을 갖는다. 상기 형상 표면(92, 94)은 상호 결합되어 웨브(84)가 닙(86)을 통과할 때 웨브의 폭 또는 가로방향을 증가시켜 넓어진 폭의 웨브(96)로 만들도록 크기 및 형상을 갖는다. 웨브를 한 방향 또는 두 방향으로 신장시키기 위해 당업자에게 공지된 다른 기구가 사용될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 그러한 한가지 선택 방안은 웨브의 측방 에지에 부착되어 웨브를 가로 방향으로 신장시키는 그리퍼(grippers)를 사용하는 것이다. 다른 선택 방안은 웨브를 신장시키기 위해 텐터 프레임(tenter frame)을 사용하는 것이다.

신장은 대략 25℃의 실온에서 이루어질 수 있다. 신장은 대략 25℃ 내지 100℃ 범위의 고온에서 이루어질 수 있는 것이 바람직하다. 신장은 대략 50℃ 내지 90℃ 범위의 고온에서 이루어질 수 있는 것이 보다 바람직하다.

신장된 넓어진 웨브(96)에서, 섬유(44)의 일부는 적어도 한 방향으로 적어도 50% 신장된다. "신장(stretched)"이란, 연속 섬유(44)가 냉각 또는 고체 상태에 있는 동안 길어지거나 늘어나는 것을 의미한다. 신장은 섬유(44)에 가해지는 축방향 인장에 의해 초래된다. 섬유(44)가 신장됨에 따라, 섬유(44)의 단면적은 감소될 것이다. 웨브(96)를 형성하는 섬유(44)의 일부에 부여되는 신장 정도는 대략 50% 내지 500%의 범위일 수 있는 것이 바람직하다. 웨브(96)를 형성하는 섬유(44)의 일부에 부여되는 신장 정도는 대략 50% 내지 250%의 범위일 수 있는 것이 보다 바람직하다. 웨브(96)를 형성하는 섬유(44)의 일부에 부여되는 신장 정도는 대략 75% 내지 200%의 범위일 수 있는 것이 가장 바람직하다. 필요하다면 웨브(96)에서 의 신장 퍼센트를 점진적으로 증가시키기 위해 복수의 여러 쌍의 결합 롤러가 사용될 수 있음에 유의해야 한다. 일부 섬유(44)가 신장됨에 따라, 웨브(96)의 두께는 감소될 것이다. 웨브(96)의 두께는 대략 2mil 내지 15mil의 범위일 수 있으며, 신장은 이 두께를 감소시킬 것이다.

신장은 일부 섬유(44)의 단면적을 대략 5% 내지 90% 감소시킬 것이다. 일부 섬유(44)의 단면적은 대략 10% 내지 60% 감소되는 것이 바람직하다. 일부 섬유(44)의 단면적은 대략 20% 내지 50% 감소되는 것이 보다 바람직하다. 신장된 2성분 연속 섬유(44)는 직경 또는 단면적에 있어서 상대적으로 작아질 것이다. 신장된 연속 섬유(44)의 직경은 대략 5미크론 내지 50미크론의 범위가 되는 것이 바람직하다. 신장된 연속 섬유(44)의 직경은 대략 5미크론 내지 30미크론의 범위가 되는 것이 보다 바람직하다. 신장된 연속 섬유(44)의 직경은 대략 10미크론 내지 20미크론의 범위가 되는 것이 가장 바람직하다.

연속 2성분 섬유(44)는 신장력이 제거되면 신장된 섬유가 수축 또는 축소될 수 있도록 신장되기 전에 명확한 형상을 가져야 한다. "수축"이란 초기 상태로 짧아지거나, 되돌아가거나, 줄어들거나, 회복되는 능력을 의미한다. 본원에서는 본 발명을 설명하기 위해 "수축"과 "축소"의 두 단어가 번갈아 사용된다.

도1 및 도6을 참조하면, 신장된 웨브(96)는 닙(86)을 통과한 후에 이완될 수 있다. 상기 이완은 웨브(96)를 형성하는 신장된 섬유(44)가 수축될 수 있게 해준다. 상기 이완은 일부 섬유(44)가 복수의 연속 3차원 2성분 섬유(98)로 수축 또는 축소될 수 있게 해준다. 이완된 웨브(96)의 두께는 본드 웨브(72)의 두께보다 클 것이다. 이러한 두께의 증가는 결과적으로 보다 부드러운 웨브 뿐 아니라 보다 높은 로프트 웨브를 만들어낸다. 도6에서는, 연속 3차원 2성분 섬유(98)의 일부가 종방향 중심축 x-x를 갖는 나선형 코일 형상으로 도시되어 있다. "3차원 섬유"란, 규칙적으로 또는 불규칙적으로 이격된 코일 및/또는 곡선에 의해 형성되는 x, y, z성분을 가지며, x, y, z 평면에서의 그 단부가 선형 섬유보다 큰 체적을 규정하는 지점들의 궤적을 형성하는 섬유를 의미한다. 연속 3차원 섬유(98)는 대체로 나선형의 구조를 갖는다. 나선형 구조는 연속 3차원 섬유(98) 각각의 전체 길이(L)를 따라서 연장될 수 있거나, 또는 3차원 섬유(98)의 연속 길이의 일부에 걸쳐서 발생할 수 있다. 코일형 구조는 연속 3차원 섬유(98) 각각의 길이의 적어도 절반에 걸쳐서 연장되는 것이 바람직하다. 코일형 구조는 연속 3차원 섬유(98) 각각의 길이의 대략 50% 내지 90%만큼 연장되는 것이 보다 바람직하다. 코일형 구조는 연속 3차원 섬유(98) 각각의 길이의 대략 90% 내지 100%만큼 연장되는 것이 가장 바람직하다. 코일은 연속 3차원 섬유(98)의 길이의 적어도 일부를 따라서 시계방향 또는 반시계방향으로 형성될 수 있음에 유의해야 한다. 각 코일의 구조는 연속 3차원 섬유(98) 각각의 길이를 따라서 변화될 수 있음에도 유의해야 한다.

웨브(96) 내에서, 섬유(98)의 전체는 아니지만 적어도 일부는 360도 둘러싸는 코일을 갖는 코일 구조를 가질 것이다. 나선형 코일은 연속 3차원 섬유(98)의 일부 또는 전체 길이에 걸쳐서 연속적이거나 비연속적일 수 있다. 연속 3차원 섬유(98)는 연속 나선형 코일을 나타내는 것이 가장 바람직하다. 연속 3차원 섬유(98)는 2차원 섬유가 단 두 개의 성분, 예를 들면 "x" 및 "y"성분, "x" 및 "z"성 분, 또는 "y" 및 "z"성분을 갖는다는 점에서 2차원 섬유와 상이하다. 연속 3차원 섬유(98)는 세 개의 성분, "x"성분, "y"성분, "z"성분을 갖는다. 많은 권축(捲縮;crimp) 섬유는 편평하고 두 방향으로만 연장되는 2차원 섬유이다. 권축 섬유는 통상 압축되거나 조여들어서 작은 규칙적인 폴드나 리지(folds or ridges)로 되는 섬유이다. 권축 섬유는 대개 그 길이를 따라서 만곡부를 갖는다.

연속 3차원 섬유(98)는 나선형 코일을 형성할 때 비선형 구조를 갖는다. 연속 3차원 섬유(98)는 또한 그 길이(L)의 일 부분에 수직하게 측정되는 진폭"A"를 갖는다. 연속 3차원 섬유(98)의 진폭"A"는 대략 10미크론 내지 5,000미크론의 범위일 수 있다. 연속 3차원 섬유(98)의 진폭"A"는 대략 30미크론 내지 1,000미크론의 범위일 수 있는 것이 바람직하다. 연속 3차원 섬유(98)의 진폭"A"는 대략 50미크론 내지 500미크론의 범위일 수 있는 것이 가장 바람직하다. 연속 3차원 섬유(98)는 또한 인접하는 나선형 코일 사이에 360도 떨어진 두 위치에서 측정되는 빈도수(frequency)"F"를 갖는다. 상기 빈도수"F"는 코일형 섬유 길이의 매 인치에 형성되는 코일 또는 컬(curl) 수를 나타내는데 사용된다. 빈도수"F"는 인치당 대략 10 내지 1,000코일의 범위일 수 있다. 빈도수"F"는 인치당 대략 50 내지 500코일의 범위일 수 있는 것이 바람직하다. 진폭"A" 및/또는 빈도수"F"는 연속 3차원 섬유(98)의 길이(L)의 적어도 일부를 따라서 또는 전체 길이에 걸쳐서 변화되거나 일정하게 유지될 수 있음에 유의해야 한다. 상기 진폭"A"와 빈도수"F"는 길이(L)의 대부분에 걸쳐서 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 연속 3차원 섬유(98)의 진폭"A"와 연속 3차원 섬유(98)의 나선형 코일의 빈도수"F"는 연속 3차원 섬유(98) 의 그 신장 상태로부터의 전체 길이 감소에 영향을 미친다.

제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 변형 특성은 신장된 섬유가 연속 3차원 섬유(98)로 수축됨에 따라 발전되는 나선형 코일의 구조 및 크기에 영향을 끼치는 것에 유의해야 한다.

연속 3차원 섬유(98)는 그것을 구성하는 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 특징 및 특성으로 인해 신장된 후 코일형 구조를 획득할 수 있다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각은 연속 2성분 섬유(36)를 형성하도록 스핀 팩(30)에서 함께 접착된다. 선형 섬유(44)내의 제1 성분(10)은 적어도 대략 50% 변형의 연신율을 갖는다. 제1 성분(10)은 변형후의 그 길이에 기초하여, 가해지는 신장 변형의 적어도 대략 20%를 회복할 수 있다. 선형 섬유(44)내의 제1 성분(10)은 그 신장 변형의 적어도 대략 50%를 회복할 수 있는 것이 바람직하다. 제1 성분(10)이 적어도 대략 50% 미만의 연신율을 가지면, 회복 또는 이완 능력은 3차원 섬유(98)의 나선형 코일링을 활성화시키기에 충분하지 않을 수도 있다. 수축된 3차원 섬유(98)에서의 반복적인 나선형 코일이 가장 바람직하다. 제1 성분(10)에 대해서는 적어도 대략 50% 이상의 높은 연신율이 바람직하다. 예를 들면, 적어도 대략 100%의 연신율이 양호하며, 300%를 초과하는 연신율이 보다 양호하며, 400%를 초과하는 연신율이 더욱 양호하다.

선형 섬유(44)에서의 제2 성분(12)은 영원히 회복불가능한 변형 값과 회복가능한 변형 값을 포함하는 전체 변형을 갖는다. 신장, 플라스틱 항복 및/또는 인발의 결과로서, 고체 상태에서의 영원히 회복불가능한 변형 값은 적어도 대략 40%이 다. 회복가능한 변형 값은 적어도 대략 0.1%이다. 제2 성분(12)에 대해서는 적어도 대략 50% 이상의 높은 연신율이 바람직하다. 적어도 대략 100%의 연신율이 양호하며, 300%를 초과하는 연신율이 보다 양호하다. 플라스틱 굴복 및 인발은 결과적으로 제2 성분(12)을 얇게 만든다. 제2 성분(12)은 선형 섬유(44)가 고체 상태에서 신장될 때 대략 700% 이상까지의 변형율을 갖는다. 고체 상태에서의 신장이란 제2 성분(12)이 그 용융 온도 미만에서 신장되는 것을 의미한다. 제2 성분(12)의 전체 변형율이 적어도 대략 50% 미만이면, 제2 성분(12)은 신장 과정 중에 파괴될 것이다. 또한, 낮은 변형율에서, 제2 성분(12)은 3차원 섬유(98)에서 반복적인 나선형 코일을 형성하는데 요구되는 충분한 레벨의 영구적인 플라스틱 굴복 및 박형화를 제공하지 못한다. 신장은 매우 낮은 온도에서는 이루어지지 않아야 하는 바, 그 이유는 섬유가 부서질 수도 있고 파괴될 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 섬유는 너무 빠르게 신장되면 원하는 퍼센트의 연신율에 도달하기 전에 부서질 수 있기 때문에 너무 빠르게 신장되어서는 안 된다.

연속 3차원 코일형 섬유(98)의 길이의 퍼센트 연신율은 연속 3차원 코일형 섬유(98)가 직선 또는 선형으로 되기 전에 신장될 수 있는 길이의 퍼센트 변화로서 정의된다. 퍼센트 연신율은 하기의 식으로 표현될 수 있다:

%E = 100 ×(L₁ - L)/L

여기에서, %E는 3차원 섬유(98)의 퍼센트 연신율이고,

L은 3차원 섬유(98)의 수축된 길이이며,

L₁은 직선형 또는 코일이 풀어진 구조로 신장된 후의 3차원 섬유(98)의 최종 길이이다.

수축된 3차원 섬유(98)는 그 수축된 길이의 적어도 100%다시 신장될 수 있는 능력을 갖는다. 수축된 3차원 섬유(98)는 그 수축된 길이의 대략 150% 내지 900%만큼 다시 신장될 수 있는 것이 가장 바람직하다. 수축된 3차원 섬유(98)는 그 수축된 길이의 대략 250% 내지 500%만큼 다시 신장될 수 있는 것이 더 바람직하다. 수축된 3차원 섬유(98)는 그 수축된 길이의 대략 300% 내지 400%만큼 다시 신장될 수 있는 것이 더욱 바람직하다.

연속 3차원 섬유(98)는 선형으로 되기 전에 적어도 한 방향으로 예외적인 연신 특성을 나타낸다. 연신(elongation)이란 3차원 섬유(98)가 직선 또는 선형으로 되기 전에 신장될 수 있게 하는 퍼센트 길이로 정의된다. 3차원 섬유(98)의 연신 특성의 방향은 보통 선형 섬유(44)가 신장되는 방향과 동일하다. 즉, 수축된 섬유(98)가 다시 신장될 수 있는 방향은 그 수축 방향과 반대가 될 것이다. 수축된 섬유(98)는 둘 이상의 방향으로 연신 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 수축된 섬유(98)는 x방향 과 y방향으로 다시 연신될 수 있다.

신장된 웨브(96)가 이완 또는 수축될 수 있으면 연속 3차원 섬유(98)가 얻어진다. 연속 3차원 섬유(98)의 일부는 제2 성분(12)의 회복율 R₂에 대한 제1 성분(10)의 회복율 R₁의 차이에 의해 나선형 프로파일을 얻을 수 있다. 예를 들면, 제1 성분(10)이 제2 성분(12)의 회복율 R₂보다 큰 회복율 R₁을 가지므로, 제1 성분(10) 은 제2 성분(12)보다 많이 수축될 것이다. 그러나, 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각은 물리적, 화학적 또는 기계적으로 상호 접착 또는 접합되어 있으므로 동일한 양을 수축 또는 축소될 것이다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 회복율 및 체적 퍼센트를 조합하면 섬유(98)의 독특한 3차원 구조가 생성된다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각의 수축 또는 회복은 수축된 섬유(98)의 비틀림 또는 코일링(coiling) 효과를 달성한다. 코일링의 형상 및 위치 뿐 아니라 얻어지는 코일링의 정도는 선형 섬유(44)를 형성하는데 사용되는 재료의 선택에 의해 제어될 수 있다. 이 세 가지 변수, 즉 코일링의 정도, 형상, 및 위치는 또한 선형 섬유(44) 각각이 신장되는 정도에 의해서 뿐 아니라 각 성분의 체적에 의해 제어될 수 있다. 선형 섬유(44)가 신장되고 수축될 수 있는 시간 및 온도 조건 또한 수축되는 섬유(98)의 최종 프로파일에 영향을 끼칠 수 있다.

제1 성분(10)은 제2 성분(12)의 회복율 R₂보다 큰 회복율 R₁을 가지며, 따라서 제1 성분(10)이 형성되는 재료는 좀더 점착적이고 탄성적인 경향이 있다. 이런 이유로, 내부 코어를 형성하는데는 높은 회복율 R₁을 갖는 재료가 사용되고, 외부 쉬쓰를 형성하는데는 낮은 회복율 R₂를 갖는 재료가 사용되는 경향이 있다. 제1 및 제2 성분(10, 12) 각각이 신장된 상태에서 수축되려고 하면, 외부 쉬쓰는 덜 수축 또는 축소될 것이다. 이는 제1 성분(10)이 단독이었을 때 수축될 수 있는 만큼 완전히 수축될 수 없음을 의미한다. 이 갇힌 힘은 수축된 섬유(98)에 비틀림 또는 나선형 코일 효과를 생성한다. 선형 섬유(44) 각각을 형성하는데 사용되는 재료를 변경함으로써 그리고 선형 섬유(44)가 신장되고 이어서 수축되는 조건을 제어함으로써, 소정의 방식으로 연신될 독특한 구조의 3차원 섬유가 제조될 수 있다. 이 특징은 일회용 흡수성 물품을 형성하는데 있어서 매우 유용한 것으로 확인되었다. 이 특징은 또한 다른 물품에서도 유익한 점들을 보여줄 수 있을 것이다.

하기 표1은 다양한 퍼센트로 신장된 개별 재료의 회복율을 도시한다. 각각의 샘플을 구성하는 재료는 특별한 두께의 얇은 시트로부터 도그본(dogbone) 또는 덤벨 형상으로 절단되었다. 도그본 형상의 샘플은 제1 확대 단부로부터 제2 확대 단부로 측정되는 63mm의 초기 길이를 갖는다. 두 개의 대향 정렬된 확대 단부 사이에는 18mm의 길이와 3mm의 폭을 갖는 좁은 부분이 존재한다. 재료는 이후 인장 시험기에 배치되고 재료의 기계 방향으로 분당 5인치의 속도로 신장된다. 이러한 신장은 샘플의 좁은 부분을 연신시킨다. 샘플을 신장시키는데 사용된 힘은 이후 제거되며, 샘플은 수축 또는 회복될 수 있다. 최종 회복 길이로 알려진, 상기 좁은 부분의 수축된 길이가 측정되어, 신장된 길이의 회복율로서 기록된다. 이 정보로부터, 그러한 재료가 선형 섬유(44)를 형성하도록 다른 재료와 조합되면 유사한 범위의 회복 또는 수축이 경험될 수 있음을 추정할 수 있다.

표1

재료	두께 (mils)	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, 도그본 형상의 샘플은 그 제1 및 제2 확대 단부 사이에 배치되는 좁은 부분(길이 l₁)을 갖는다. 도그본 샘플의 확대 단부 각각은 인장 시험기에 고정되고, 재료를 특정 온도에서 소정 양만큼 재료의 기계 방향으로 신장시키는 힘이 가해진다. 샘플을 신장시킴으로써, 상기 좁은 부분은 길이 l₂로 신장된다. 샘플에 가해진 힘이 이후 제거되며, 샘플은 좁은 부분이 길이 l₃으로 단축되도록 수축될 수 있다. 수축된 길이 l₃은 신장된 길이 l₂보다 작지만, 초기 길이 l₁보다는 크다. 회복율(R%)은 다음 식을 사용해서 연산될 수 있다:

회복율% = [(l₂-l₃)/l₂]×100

여기에서, l₂는 샘플의 좁은 부분의 신장된 길이이며, l₃은 샘플의 좁은 부분의 수축된 길이이다.

도7을 참조하면, 선형 섬유(44)가 신장되고 코일 형상으로 이완된 후의 웨브(96)의 일 부분이 도시되어 있다. 이 시점에서, 코일형 섬유(98)의 웨브가 형성되고 이는 안정 웨브이다.

도1을 다시 참조하면, 복수의 3차원 섬유(98)로 형성된 웨브(96)는 권취(take up) 롤(100)로 이동되어 그곳에서 대형 공급 롤(102)에 축적될 수 있다. 공급 롤(102)이 소정의 외경에 도달하면, 웨브(96)는 절단 나이프(104) 및 그와 협동하는 앤빌(106)을 사용하여 절단될 수 있다. 웨브(96)를 원하는 시간에 절단하기 위한 다른 수단이 또한 사용될 수 있다. 그러한 절단 수단은 당업자에게 공지되어 있다.

이제 도8을 참조하면, 코일형 섬유(98)의 웨브를 형성하는 다른 방법이 도시되어 있다. 이 방법은 안정 웨브(60)가 고온 공기 나이프(56)에 의해 절단되는 시점까지는 도1에 도시된 것과 동일하다. 이 때문에, 인발 유닛(42)의 상류측에 사용된 장비는 도시되어 있지 않다. 안정 웨브(60)가 형성된 후, 이 안정 웨브는 한 쌍의 롤러(76, 78)에 의해 형성되는 닙(74)을 통해서 이동된다. 여기에서 상기 안정 웨브(60)는 길어진 웨브(84)를 형성하도록 기계 방향으로 신장된다. 길어진 웨브(84)는 이후 한 쌍의 롤러(88, 90)에 의해 형성되는 닙(86)을 통해서 이동되며 가로 방향으로 신장된다. 닙(86)을 떠나면, 웨브(96)를 형성하는 신장된 섬유는 이완될 수 있다. 이 이완은 신장된 섬유의 일부가 수축되어 코일형 섬유(98)를 형성하게 만들어준다. 그렇게 만들어진 웨브(96)는 복수의 코일형 섬유(98)로 구성된다. 이 웨브(96)는 웨브(96)에 복수의 본드(70)를 형성하여 본드 웨브(97)를 만드는 한 쌍의 롤러(64, 66)에 의해 형성된 닙(62)을 통해 이동된다. 본드 웨브(97)는 이후 권취 롤(100)로 이동하며, 그곳에서 대형 공급 롤(102)에 축적될 수 있다. 공급 롤(102)이 소정의 외경에 도달하면, 본드 웨브(97)는 절단 나이프(104) 및 그와 협동하는 앤빌(106)을 사용하여 절단될 수 있다.

전술한 두 가지 방법 중 어느 하나에 의해 형성되는 웨브(96 또는 97)는 다수의 고유 특성을 가질 것이다. 웨브(96 또는 97)는 적어도 한 방향으로, 및 바람직하게는 두 방향으로 연장될 수 있다. 웨브(96 또는 97)는 또한 복수의 신장되지 않고 이후 이완된 섬유로 형성되는 웨브보다 큰 보이드 체적, 높은 로프트, 제어된 수축을 나타낼 것이다. 마지막으로, 웨브(96 또는 97)는 웨브 재료가 일회용 흡수 물품의 신체측으로 사용될 때 매우 바람직한 특성인 고도의 부드러움을 갖게 될 것이다.

웨브(96 또는 97)는 적어도 한 방향, 기계 방향, 가로 방향으로 대략 400%까지의 연신율을 가질 수 있거나, 또는 양 방향으로의 연신율을 가질 수 있다. 웨브(96 또는 97)는 기계 방향, 가로 방향 또는 양 방향으로 대략 200%까지의 연신율을 갖는 것이 바람직하다. 웨브(96 또는 97)는 기계 방향, 가로 방향 또는 양 방향으로 대략 100%까지의 연신율을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 웨브(96 또는 97)는 연신될 수 있으며, 이후 웨브는 연신 힘이 제거될 때 거의 그 본래의 길이로 수축되는 능력을 갖는다.

연장될 수 있는 웨브(96 또는 97)는 얇은 비흡수성 재료를 형성하기 위해, 신장가능한 재료, 탄성 필름 또는 탄성 섬유에 적층될 수 있음에 유의해야 한다. 이 적층 재료는 기저귀, 용변연습 바지, 실금(失禁) 의류, 생리대 등과 같은 일회용 흡수성 물품에서 신체측 커버 또는 겉표면으로서 사용될 수 있다. 이 적층 재료는 또한 상처용 붕대, 수술용 가운, 장갑 등과 같은 의료용품에도 사용될 수 있다.

본 발명을 몇 가지 특정 실시예와 함께 기술하였지만, 전술한 내용을 감안할 때 당업자에게는 여러가지 변형예, 수정예, 및 변경예가 명백한 것임을 알아야 한다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 정신 및 범위에 포함되는 그러한 모든 변형예, 수정예 및 변경예들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims

섬유로 웨브를 형성하는 방법이며,

a) 제1 성분과 제2 성분을 동시-압출하는 단계로서, 상기 제1 성분은 회복율 R₁을 갖고 상기 제2 성분은 회복율 R₂를 가지며, R₁이 R₂보다 큰 동시-압출 단계와,

b) 상기 제1 및 제2 성분을 스핀 팩을 통해 이동시켜, 각각이 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하는 단계와,

c) 상기 복수의 용융 섬유를 급냉 챔버를 통해 이동시켜 복수의 냉각 섬유를 형성하는 단계와,

d) 상기 복수의 냉각 섬유를 인발 유닛을 통해 이동시켜, 각각이 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 선형 섬유를 형성하는 단계와,

e) 상기 선형 섬유를 이동 지지체 상에 적층하여 섬유 축적물을 형성하는 단계와,

f) 상기 섬유를 안정화 및 접합하여 웨브를 형성하는 단계와,

g) 상기 웨브를 적어도 한 방향으로 적어도 50% 신장시키는 단계와,

h) 상기 신장된 웨브가 이완될 수 있게 하여, 상기 섬유가 웨브에 적어도 한 방향으로의 연장성을 제공하는 3차원 코일형 구조를 획득하게 만드는 단계를 포함하는 웨브 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 섬유는 2성분 섬유인 웨브 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 2성분 섬유의 각각은 코어/쉬쓰 단면 구조를 갖는 웨브 형성 방법.
제3항에 있어서, 상기 코어/쉬쓰 단면 구조에서의 상기 2성분 섬유의 각각은 기계적으로 상호 접착되는 웨브 형성 방법.
제3항에 있어서, 상기 코어/쉬쓰 단면 구조에서의 상기 2성분 섬유의 각각은 화학적으로 상호 접착되는 웨브 형성 방법.
제3항에 있어서, 상기 코어/쉬쓰 단면 구조에서의 상기 2성분 섬유의 각각은 물리적으로 상호 접착되는 웨브 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 웨브는 스펀본드 비직조 웨브인 웨브 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 웨브는 적어도 한 방향으로 400%까지의 연신율을 갖는 웨브 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 웨브에서의 상기 제1 성분의 체적 퍼센트는 40% 내지 80%인 웨브 형성 방법.
2성분 섬유로 웨브를 형성하는 방법이며,

a) 제1 성분과 제2 성분을 동시-압출하는 단계로서, 상기 제1 성분은 회복율 R₁을 갖고 상기 제2 성분은 회복율 R₂를 가지며, R₁이 R₂보다 큰 동시-압출 단계와,

b) 상기 제1 및 제2 성분을 제1 속도로 스핀 팩을 통해 이동시켜, 각각이 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하는 단계와,

c) 상기 복수의 용융 섬유를 급냉 챔버를 통해 이동시켜 복수의 냉각 섬유를 형성하는 단계와,

d) 상기 복수의 냉각 섬유를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 인발 유닛을 통해 이동시켜, 각각이 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 선형 섬유를 형성하는 단계와,

e) 상기 선형 섬유를 이동 지지체 상에 적층하여 섬유 축적물을 형성하는 단계와,

f) 상기 섬유 축적물에 고온 공기를 안내하여 안정화된 섬유를 형성하는 단계와,

g) 상기 안정화된 섬유를 접합하여 웨브를 형성하는 단계와,

h) 상기 웨브를 기계 방향 및 가로 방향으로 적어도 50% 신장시키는 단계와,

i) 상기 신장된 웨브가 이완될 수 있게 하여, 상기 섬유가 웨브에 두 방향으로의 연장성을 제공하는 3차원 코일형 구조를 획득하게 만드는 단계를 포함하는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨브에는 평방 인치당 적어도 하나의 본드가 형성되는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨브에는 평방 인치당 적어도 30개의 본드가 형성되는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨브는 50퍼센트 내지 500퍼센트 신장되는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨브는 50퍼센트 내지 250퍼센트 신장되는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 용융 섬유의 각각은 0.1mm 내지 2.0mm의 소정 직경을 갖는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 웨브는 적어도 한 방향으로 200%까지의 연신율을 갖는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 섬유 축적물에 복수의 고온 공기 스트림을 충돌시켜 상기 섬유를 안정화시키는 단계를 추가로 포함하는 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1 성분은 탄성중합 재료인 웨브 형성 방법.
제10항에 있어서, 상기 제2 성분은 폴리올레핀인 웨브 형성 방법.
2성분 섬유로 웨브를 형성하는 방법이며,

a) 제1 성분과 제2 성분을 동시-압출하는 단계로서, 상기 제1 성분은 회복율 R₁을 갖고 상기 제2 성분은 회복율 R₂를 가지며, R₁이 R₂보다 큰 동시-압출 단계와,

b) 상기 제1 및 제2 성분을 제1 속도로 스핀 팩을 통해 이동시켜, 각각이 소정의 직경을 갖는 복수의 연속 용융 섬유를 형성하는 단계와,

c) 상기 복수의 용융 섬유를 급냉 챔버를 통해 이동시켜 복수의 냉각 섬유를 형성하는 단계와,

d) 상기 복수의 냉각 섬유를 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 인발 유닛을 통해 이동시켜, 각각이 상기 용융 섬유보다 작은 직경을 갖는 복수의 선형 섬유를 형성하는 단계와,

e) 상기 선형 섬유를 이동 지지체 상에 적층하여 섬유 축적물을 형성하는 단계와,

f) 상기 섬유 축적물에 고온 공기를 안내하여 안정화된 웨브를 형성하는 단계와,

g) 상기 안정화된 웨브를 적어도 한 방향으로 적어도 50퍼센트 신장시키는 단계와,

h) 상기 신장된 웨브가 이완될 수 있게 하여, 상기 섬유가 3차원 코일형 구조를 획득하게 만드는 단계와,

i) 상기 신장된 웨브를 접합하여 적어도 한 방향으로 연장성을 갖는 웨브를 형성하는 단계를 포함하는 웨브 형성 방법.
제20항에 있어서, 상기 안정화된 웨브의 일부는 두 방향으로 신장되는 웨브 형성 방법.
제21항에 있어서, 상기 안정화된 웨브는 우선 기계 방향으로 신장되고 다음에 가로 방향으로 신장되는 웨브 형성 방법.
제20항에 있어서, 상기 웨브에는 평방 인치당 적어도 하나의 본드가 형성되는 웨브 형성 방법.
제20항에 있어서, 상기 웨브에는 평방 인치당 적어도 30개의 본드가 형성되 는 웨브 형성 방법.
제17항에 있어서, 상기 웨브는 적어도 한 방향으로 100%까지의 연신율을 갖는 웨브 형성 방법.
제17항에 있어서, 상기 웨브는 두 방향으로 400%까지의 연신율을 갖는 웨브 형성 방법.