신규한 섬유 충전재 구조물

신규한 섬유 충진재 구조물

합성 충진재는 침구, 가구, 의류 제품 및 유사한 응용품에서 저렴한 충진재로서 만족스럽게 받아들여져 왔다. 일반적으로 폴리에스테르로 제조되는 이들 재료는 그의 벌크 및 촉감에 대해 높이 평가된다.

섬유 충진재는 전통적으로 그의 두께를 베개, 누비 이불 또는 다른 제품을 충진시키는 데 사용되는 배트 (batt)로 증진시키기 위해 교차 포개지는 카딩된 웹 (carded web)의 형태로 사용되어 왔다. 상이한 단면, 벌크, 데니어 및 상이한 섬유들의 배합물을 갖는 매우 다양한 섬유들이 원하는 탄성 및 연성을 만드는데 사용되어 왔으며, 예를 들어 호프만 (Hoffmann)의 미국 특허 제3,271,189호 및 미드 (Mead)의 미국 특허 제3,454,422호에 개시되어 있는 바와 같이 일반적으로 실리콘 슬리크너 (slickener) 피복물로 피복되어 섬유/섬유 마찰을 감소시키고 배트에 보다 양호한 연성 및 압착으로부터의 개선된 회복률을 제공하여 왔고, 본 발명자들의 미국 특허 제4,818,599호 및 그에 관련된 기술, 및 다른 선행 기술에 기재되어 있는 바와 같이 실리콘 대신에 몇몇 비실리콘 슬리크너가 사용되어 왔다.

배트 구조물은 충진재가 이리저리 움직이는 것을 허용하지 않고, 사용자의 체형에 맞게 형상을 이루지 못하게 하고, 사용 후에는 천연 충진재와는 달리 본래의 형상으로 도로 재플러핑되도록 하지 못한다. 다운 (down) 및 다운/깃털 배합물은 사용자의 체형대로 형상을 이루고, 셰이킹 (shaking) 및 패팅 (patting)에 의해 원형으로 용이하게 재플러핑되는 그의 능력을 특징으로 한다. 따라서, 합성 섬유를 사용하여 다운과 유사한 특성을 모사하는 것이 여러 번 제안되고 시도되어 왔다.

밀러 (Miller)에게 허여된 발명의 명칭이 "합성 다운 (Synthetic Down)"인 미국 특허 제3,892,909호는 예를 들어, 베개용 충진재로서 합성 섬유로부터 제조되는 두 종류의 몸체 (body)를 사용하는 것을 제안하였다. 밀러는 베갯속 벌크의 대부분을 보충하기 위해 구형 또는 원통형과 같은 회전형의 대형 몸체, 및 대형 몸체들 사이의 빈 공간을 충진시키기 위한 깃털형 몸체를 제안하였다. 밀러의 깃털형 몸체는 중앙 (양측성) 또는 한쪽 말단 (일측성)에서 접합되는 스테이플 섬유 필라멘트의 일측성 또는 양측성 번들 필라멘트이었다. 밀러의 번들은 섬유들을 교차점에서 접합하고, 바람직하게는 몸체 전체에 걸쳐 접합제의 분포를 균일하게 하기 위한 방식으로 도포되는 상용성 접합제로 분무되었다. 형상을 보존하기 위해 제안된 다른 방법은 통상적으로 적용되는 열, 충격 (impulse) 가열, 레이저 또는 초음파 에너지, 및 화학약품에 의한 용융이었다.

그 후에 타니 (Tani) 등은 미국 특허 제4,418,103호에서 다음과 같이 제안하였다. 즉, 타니는 (1) 토우 (tow)를 개방하는 단계, (2) 필라멘트의 말단들을 (토우의 한쪽 말단에서) 좁은 슬릿 또는 홈에 특정한 매우 높은 섬유 밀도로 함께 압착시키는 단계, (3) 토우 (필라멘트)를 절단하여 절단 말단면을 노출시키는 단계, (4) 필라멘트의 말단이 여전히 좁은 슬릿 또는 홈에서 이들의 높은 섬유 밀도 압착 조건으로 유지되는 동안 필라멘트의 말단을 함께 용융시키는 단계, (5) 토우를 진행시켜 방금 용융된 필라멘트의 말단을 좁은 슬릿 또는 홈으로부터 원하는 거리만큼 진행시키는 단계, 및 (6) 토우 필라멘트를 절단하여 이들을 좁은 슬릿 또는 홈으로부터 제거하는 단계를 포함하며, 이 때 타니가 (5) 단계에서 토우를 주기적으로 진행시키는 것을 제외하고는 토우의 말단을 압착 조건으로 유지하는 것을 지속하면서 4-6 단계를 반복하는, 크림� �된 (crimped) 연속 필라멘트 (예, 폴리에스테르)의 토우로부터 출발하는 방법을 제안하였다. 타니는 그의 필라멘트가 절단되는 경우 (6 단계), 이들이 용융된 말단 주변에서 구형으로 또는 방사형으로 퍼진다고 했다. 타니는 그의 방법을 그의 특허의 도 1에 예시하였다. 타니는 생성된 구형 덩어리가 충진재로서 사용될 수 있다고 했다. 다운과 유사한 충진재를 얻기 위해, 타니는 구형 덩어리를 약 12 내지 200개의 섬유로 이루어진 보다 작은 면과 유사한 재료로 나누는 것을 제안하였고, 이것을 그의 특허의 도 2에 예시하였다. 타니는 그의 충진재내의 크림핑된 섬유가 항상 한쪽 말단에서 높은 밀도로 함께 접합되는 반면, 섬유의 다른 한쪽 말단은 자유로운 채로 있는 것을 강조하였다. 이것은 타니의 방법의 필연적인 결과이며, 이는 그가 그의 필라멘트의 말단을 용융시켰기 때문이며, 따라서 절단 섬유는 단지 이들이 용융되는 이들의 말단에서만 연결될 것이다 (따라서 그의 생성된 충진재는 그가 절단한 (크림핑된) 길이의 거의 두 배까지 연장됨). 타니는 그가 다른 접합 방법을 사용할 수 있다는 점을 지적하였다.

본 발명자들은 밀러 또는 타니의 제안들 중 어느 것도 상업적으로 제조되거나 시판되어 오지 않은 것으로 믿는다. 그러나, 대조적으로 티킹 (ticking)의 내부에서 이리저리 움직여 착용자의 체형으로 형상을 이루고 이어서 재플러핑되어 도로 원형을 획득하는 능력을 갖는 섬유 충진재 제품을 제공하는데 있어서의 문제점은 사실상 1985-6년에 예를 들어, 본 발명자들의 미국 특허 제4,618,531호 및 동 제4,783,364호, 및 동 제5,112,684호에 개시된 바와 같이 섬유볼 (fiberball)을 제공하므로써 상업적 규모로 해결되었다. 이들 특허는 깃털 또는 다운에 대한 대체물을 제조하기 위해 선행기술의 여러 선행 제안들을 참조한다.

섬유볼 (또는 때때로 클러스터로서 칭함)은 티킹 및 리플러프 (refluff) 내부에서 움직이는 이들 능력의 재현시 다운과 같은 천연 충진재와 비슷하게 되고, 베개 및 가구의 등 쿠션에 성공적으로 사용되어 왔다. 그러나, 추가의 개선점들이 여전히 남게 된다.

본 발명에 따라, 본 발명자들은 이제 3차원 섬유 분포를 이루고, 다운 특성을 나타내는 것들과 유사한 좁고 작은 접합점을 갖는 신규한 구조물을 제공한다. 본 발명자들은 완전히 개방된 섬유를 갖는 섬유 터프트 (tuft)를 갖는 것을 중요하게 여기며, 이 때 작은 접합점, 바람직하게는 단지 각각의 터프트중의 이러한 접합점 외에 섬유의 벌크를 완전히 전개하는 것에 대한 제한은 없다. 본 발명자들은 접합점이 사용하는 동안 개개의 터프트의 본질을 유지시키므로써 응집되는 것을 피하고 재플러핑성을 보장하는 데 요구되는 것으로 여긴다. 섬유들이 함께 롤링되고 클러스터 본질이 섬유의 얽힘에 의해 유지되는 섬유볼과는 대조적으로, 본 발명의 섬유는 완전히 개방되고, 이들의 벌크는 충분히 전개된다. 본 발명의 구조물은 연성이고, 재플러핑될 수 있고, 세탁기에서 세척가능하고, 개선된 단열성을 제공한다는 잇점을 가질 수 있다. 본 발명의 구조물은 섬유볼의 재플러핑성 잇점과 섬유 배트의 단열성을 겸하여 갖는다.

본 발명의 터프트는 타니가 제안한 바와 같이 섬유들의 말단에서 단지 접합되어야 하거나 또는 밀러가 제안한 바와 같이 중앙 또는 한쪽 말단에서 단지 접합되어야 할 필요가 없지만, 개개의 터프트에서 어느 위치에나 있을 수 있다. 실제로, 접합 위치가 섬유의 길이에 따라 변하는 혼합물은 본 발명의 신규한 방법의 결과 및 특징이며, 본 발명자들은 본 발명의 모든 터프트에 대해 접합이 항상 동일한 위치에 존재하는 것은 아니라는 사실을 드디어 발견하였으며, 이로부터 우수한 결과를 얻었으며 또한 이것은 잇점이기도 하다.

접합 그 자체는 상이한 수단들을 사용하여 달성될 수 있으나, 본 발명자들은 합리적으로 가능한 한 매우 작은 섬유의 대역을 효과적으로 사용하고 접합 영역에 인접한 섬유 대역의 벌크를 가능한 한 손상시키지 않으면서 섬유들을 접합하는 것을 가능하게 하여 벌크를 최대화시킬 수 있는 접합 기술을 선호한다. 본 발명자들은 이러한 접합을 달성하기 위한 편리한 기술에 초음파 접합이 사용된다는 것을 발견하였다.

<발명의 개요>

본 발명은, 크림핑된 구조를 갖고 섬유 길이의 작은 부분, 바람직하게는 2 내지 10%를 따라 연장되는 위치에서 함께 접합된 열가소성 섬유의 클러스터 ("퍼프" 또는 "터프트"로 더욱 많이 불리울 수 있으나, 본 발명자들은 본 명세서에서 이 용어를 대부분 클러스터로 칭함)를 포함하는 충진재 (이 충진재로 충진되는 제품을 포함함)에 있어서, 상기 섬유는 충진재중의 상이한 클러스터에서 변화하는 위치에서 접합되는 것을 특징으로 개선점을 제공한다. 바꾸어 말하면, 상기 접합은 타니 및 밀러에 의해 기재된 바와 같이 모든 클러스터에 대해 동일한 위치에서 이루어지는 것이 아니라, 충진재중의 상이한 클러스터에서 섬유의 길이를 따라 변하는 위치에서 이루어진다.

이들 클러스터에서의 섬유는 바람직하게는 완전히 개방되고 이들의 벌크를 전개시키기에 충분히 자유로와야 하나, 개개의 섬유가 완전히 자유로와 서로 독립적으로 움직이지는 않도록 접합된다. 본 발명자들은 이것이 재플러핑성과 관련되어 이로울 것이라는 점을 발견하였으며, 이는 본 발명자들이 이것에 의해 클러스터가 서로 얽히는 능력이 감소되는 것으로 여기기 때문이다. 섬유들은 이들의 표면적에 비해 단지 매우 제한된 위치에서만 함께 접합되고, 이러한 접합 면적은 20 ㎜ 이하, 예를 들어 1-20 ㎜ × 0.5-10 ㎜, 바람직하게는 섬유 또는 클러스터의 전체 면적의 15% 이하 또는 10% 이하, 특히 1 내지 5%의 작은 치수가 바람직하다. 클러스터 (퍼프)는 바람직하게는 5 내지 100 ㎜, 바람직하게는 1 내지 5 ㎝의 크기 (치수)를 갖고, 치수는 일반적으로 원하는 최종 용도에 따라 좌우되는 것으로 이해된다. 섬유의 80% 이상은 바람직하게는 클러스터로 접합된다. 필요에 따라, 특히 적합한 접합 방법이 사용되는 경우, 천연 섬유를 포함하는 비-열가소성 섬유의 혼합물을 포함하는 섬유의 혼합물이 사용될 수 있다. 양호한 재플러핑성을 위해, 접합되지 않은 섬유의 갯수는 일반적으로 최소화되어야 한다. 다른 목적을 위해, 예를 들어, 성형품을 제조하기 위해 본 발명의 클러스터를 사용하는, 접합제 섬유를 사용하여 접합된 구조물을 위해 또는 접합제 섬유를 사용하는 다른 생성물을 위해, 본 발명의 클러스터는 절단 섬유 또는 천연 섬유와의 혼합물로 사용될 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 클러스터는 클러스터 1개 당 필라멘트의 갯수 및 클러스터의 칫수와 같은 조절된 크기 분포를 갖는다. 본 발명의 다른 잇점들과 마찬가지로 이러한 조절은 하기에 기재되는 본 발명의 신규한 방법으로 인해 실현가능하다.

적합한 섬유는 상이한 충진능 및 연성을 갖는 섬유 충진재를 제조하기에 광범위한 특성을 가질 수 있다. 이들은 동일한 중합체 또는 상이한 중합체로 제조될 수 있고, 동일한 데니어 및 단면을 가질 수 있거나, 또는 상이한 데니어 및(또는) 단면의 배합물일 수 있다. 적합한 예들은 상기에서 참조한 섬유볼에 대한 선행 기술, 및 예를 들어 톨리버 (Tolliver)에게 허여된 미국 특허 제3,772,137호, 존스 (Jones) 등에게 허여된 EPA 2 제67 684호, 브로더스 (Broaddus)에게 허여된 미국 특허 제5,104,725호 및 헤르난데츠 (Hernandez) 등에게 허여된 미국 특허 제5,458,971호에 개시되어 있다. 섬유는 섬유 충진재 문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 바람직하게는 (이완) 길이로 1 내지 6 ㎝이고, 바람직하게는 예를 들어, 실리콘 슬리크너 0.05 내지 1.5 중량%를 사용하여 슬리크닝된다. 예를 들어, 미국 특허 제4,818,599호에 기재된 바와 같이, 비실리콘 슬리크너 및 폴리알킬렌 옥시드와 방향족 폴리에스테르의 공중합체의 다른 개시물들도 또한 사용될 수 있다. 상이한 벌크의 기하학적 구조를 갖는 섬유들의 배합물을 포함하는 섬유의 크림핑된 구조는 기계적 또는 소위 나선형일 수 있다. 모든 또는 임의의 이러한 섬유들은 본 발명의 섬유 구조물을 제조하기 위해 사용될 수 있고, 크림프 유형, 크림프 수준, 데니어, 단면 및 사용되는 섬유들의 배합물(들)을 선택하므로써 본 발명의 생성물의 특성을 변화시켜 이들이 최종 용도 또는 시장의 구체적인 요구에 맞춰질 수 있는 능력이 제공된다. 더욱 세부적인 내용들은 미국 특허 제4,618,531호, 동 제4,783,364호 및 동 제5,112,684호를 포함하는 선행 특허들을 참조할 수 있다. 합성 섬유가 일반적으로 상기 문헌에 나타내지는 실제적인 이유들로 인해 바람직하고, 그 중 폴리에스테르 섬유는 매우 양호한 결과를 제공하고 일반적으로 섬유 충진재로서 사용하기에 바람직하기 때문에 대부분의 상기 기재내용들은 폴리에스테르 섬유에 관한 것이나, 열가소성인 다른 합성 중합체들도 전체 또는 일부가 합성 폴리에스테르 대신에 사용될 수 있다.

여러 충진 제품의 경우, 슬리크닝된 섬유들이 종종 이들의 심미적인 면에서 바람직하지만, 본 발명은 또한 건조 (슬리크닝되지 않은) 섬유를 사용하는 데 적용될 수 있다. 이러한 슬리크닝되지 않은 섬유를 사용하는 것은 예를 들어, 성형된 쿠션 및 매트리스와 같은 성형품을 제조하기 위해 내하중 섬유와 혼합된 접합제 섬유를 사용하여 클러스터를 형성하거나 또는 클러스터를 접합제 섬유와 혼합하여 접합제 섬유와 함께 사용하는데 특히 유리할 수 있다. 이러한 접합제 섬유는 프랑코스키 (Frankosky) 등의 미국 특허 제5,527,600호 및 그에 개시된 기술과 같이 당업계에 개시되어 있으며, 2성분 접합제 섬유가 일반적으로 바람직하고, 특히 내하중 코어 및 접합제 재료의 외피를 갖는 외피-코어 (sheath-core) 2성분 섬유가 바람직하다. 따라서, 충진품 및 충진재는 활성화되어 접합된 망상구조를 만드는 접합제 물질을 포함하는 절단 섬유와의 혼합물중에 클러스터를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, (1) 섬유를 평행화된 이러한 섬유의 중첩 웹 스택 (stack)으로 형성하는 단계, (2) 상기 스택을 접합 대역을 통과시켜 상기 스택중의 열가소성 섬유를 간헐적으로 하나의 패턴으로 함께 접합시키는 단계, (3) 간헐적으로 접합된 섬유의 생성된 스택을 절단하는 단계, 및 (4) 생성된 절단 스택을 클러스터로 분리하는 단계를 포함하는, 크림핑된 구조를 갖고 길이가 1 내지 6 ㎝인 접합된 열가소성 섬유의 클러스터를 제조하는 방법이 또한 제공된다.

본 발명에 따르면, (1) 크림핑된 구조를 갖는 연속상의 열가소성 필라멘트의 토우를 형성하는 단계, (2) 상기 토우를 토우 연전기를 통과시켜 상기 토우를 개방시키고, 개방된 토우를 접합 대역을 통과시켜 토우중의 열가소성 필라멘트가 간헐적으로 접합된 구획의 하나의 패턴으로 함께 접합되도록 하는 단계, (3) 간헐적으로 접합된 필라멘트의 생성된 토우를 절단하는 단계, 및 (4) 생성된 절단 토우를 절단 섬유의 클러스터로 분리하는 단계를 포함하는, 접합된 열가소성 섬유의 클러스터를 제조하는 방법이 또한 제공된다.

바람직하게는, (2) 단계 후, 생성된 토우가 (3) 단계에서 절단되기 전, 토우중의 간헐적으로 접합된 필라멘트는 연전되어 접합된 구획이 분리된다.

본 발명의 또다른 면 및 더욱 상세한 설명은 하기에 제공된다.

본 발명은 섬유 충진재 (fiberfill)에 있어서, 그리고 그와 관련하여, 더욱 특별하게는 신규한 구조물 형태의 충진재, 즉 섬유들이 함께 접합되고 재플러핑될 수 있는 (refluffable) 명백한 플러피 (fluffy) 섬유 클러스터 (퍼프 (puff)), 및 이러한 신규한 구조물 및 그로 충진되거나 그와 관련된 제품, 예를 들어 그로부터 제조되는 성형용 물품 및 성형품에 사용하기 위한 재료를 제조하기 위한 신규한 방법, 및 그와 관련된 방법에 있어서의 개선점에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 클러스터 및 대조용 천연 다운의 사진.

도 2는 실시예에 사용된 패턴화된 롤에 대한 설계부를 예시하는 개략도.

도 3은 본 발명에 따라 사용하기 위한 접합 장치의 개략적인 정면도.

본 발명의 재플러핑성 섬유 클러스터 (퍼프)의 특성은 도 1의 사진으로부터 확인될 수 있으며, 여기서 본 발명의 클러스터는 사진의 우측에, 대조용 다운의 클러스터는 사진의 좌측에 나타내진다. 예를 들면, 본 발명의 섬유 충진재는 섬유가 그의 말단에 있을 필요는 없지만 섬유의 길이를 따라 임의의 지점에 존재할 수 있되, 단 충진재내의 모든 클러스터에 대해 동일한 지점에 존재하지는 않는 작은 구획에서 접합되는 개개의 클러스터로 이루어진다.

실제로, 본 발명자들은 접합 위치가 섬유의 길이를 따라 변화되는, 즉 몇몇 클러스터에서는 접합 위치가 섬유의 말단이거나 또는 그 근방인 반면, 다른 클러스터는 섬유의 말단으로부터 상당히 이격된 거리에 그의 접합 위치를 갖는 생성물의 혼합물을 제공하는 것이 바람직하다는 것을 드디어 발견하였다. 따라서, 본 발명자들은 접합 자체는 접합된 영역 부근의 섬유의 크림프를 그다지 감소시키지 않는 접합을 수행할 수 있었다. 이 섬유는 천연 제품과 같이 모든 방향으로 균일하게 분포될 수는 없더라도, 3차원 분포를 갖는다. 이 신규한 구조물은 다운의 구조물과 매우 유사하나, 실시예를 제공하기 위해 본 발명자들이 사용한 섬유는 미늘을 전혀 갖지 않았다. 출발 재료로서 미늘을 갖는 섬유를 사용하므로써 천연 제품의 밀접한 구조물에 더욱 접근할 수 있다.

다운은 특성상 불균일하고, 조류 및 다운이 뽑혀지는 조류의 몸통상의 위치에 따라 구조가 변한다. 다운은 깃대의 성질 및 크기, 필라멘트의 두께 및 깃대 부근의 필라멘트의 분포에 있어서 다양할 수 있다. 본 발명의 생성물은 본 발명의 섬유 충진재가 제조되는 섬유 또는 섬유 배합물을 선택하고, 적절한 접합 패턴과 같은 공정 변수들을 선택하므로써 이러한 변형 구조물을 재현하여 제조될 수 있다. 클러스터의 치수는 또한 출발 재료, 접합 패턴 및 조건, 섬유 층의 두께, 및 절단 조건과 같은 변수들을 선택하므로써도 조절될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명의 이러한 재플러핑성 섬유 충진재의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 면에 따르면, 스테이플 섬유는 바람직하게는 교차하여 포개지기 보다는 서로의 상부상에 중첩된 웹을 사용하여 카딩되고, 생성된 배트는 접합기를 통과하여 간헐적인 접합 패턴이 생성된다. 이러한 패턴은 바람직하게는 작은 갭에 의해 분리되는 짧은 불연속적 접합 영역의 열로 이루어진다. 접합 영역은 바람직하게는 그의 길이가 접합 롤의 축에 대해 0 내지 45 도, 즉 종 방향 (machine direction)에 대해 45 내지 90 도의 각도로 있는 연장된 형상을 갖는다. 본 발명자들은 접합이 여러 상이한 수단들에 의해 달성될 수 있는 것으로 여긴다. 본 발명자들은 초음파 접합이 특히 만족스러우며, 이는 초음파 접합에 의해 섬유의 나머지, 또는 섬유의 크림프 및 벌크와 같은 그의 특성에 그다지 영향을 미치지 않고 섬유 표면의 단지 작은 영역 (즉, 제한된 영역)만을 접합할 수 있기 때문이라는 것을 발견하였다. 접합 롤 및 초음파 호른 (소노트로드 (sonotrode))은 패턴을 정밀하게 조절하도록 제조될 수 있고, 상술한 바와 같이 접합은 접합된 영역에 바로 인접한 섬유의 벌크에 손상을 끼치지 않는다. 대부분의 섬유 충진재의 최종 사용을 위해, 벌크 및 충진능을 최대화하는 것이 중요하다. 이어서, 접합된 배트는 절단기에 통과되고, 절단 길이는 바람직하게는 접합 롤의 열들 사이의 거리와 같거나 또는 그 보다 약간 짧도록 조정된다. 이어서, 절단 재료는 기계적 수단에 의해, 예를 들어 절단 재료를 1개 이상의 바아 롤들을 통과시켜 재료를 개개의 터프트 또는 클러스터로 분리시키므로써 개개의 다운과 유사한 클러스터로 분리될 수 있다.

본 발명의 또다른 일 면에 따르면, 출발 재료는 토우 형태이다. 토우는 토우 연전기를 통과하여 토우를 개방시키고, 개개의 필라멘트로 분리되며, 개방 토우는 유사한 접합기를 통해 안내된다. 이어서, 접합 토우는 바람직하게는 접합 롤의 열들 사이의 거리와 같거나 또는 그보다 약간 짧은 절단 길이로 유사하게 절단된다. 본 발명자들은 토우내의 필라멘트가 일반적으로 스테이플 섬유의 카딩된 배트내의 섬유 보다 종방향으로 훨씬 더 배향되기 때문에 이러한 접합 토우로부터 제조되는 절단 재료가 본 발명에 따라 개개의 클러스터로 매우 용이하게 분리될 수 있다는 것을 발견하였다. 필요에 따라, 간헐적으로 접합된 토우는 실시예에서 나타낸 바와 같이 절단되기 전에 연전되어 접합된 구획을 분리할 수 있으며, 본 발명자들은 이것이 유리하다는 것을 발견하였다.

접합 영역에서의 장력은 바람직하게는 접합 롤의 상류 및 하류 모두에 위치되는 구동 롤에 의해 조절된다. 이로 인해 접합 영역에서의 장력은 정밀하게 조절될 수 있다.

적합한 접합 장치는 이제 첨부된 도면들 중 도 3을 참조로 설명될 것이며, 여기서 카딩된 섬유의 중첩된 웹, 또는 편평한 형태로 연전되는 토우는 접합되고, 어느 하나의 경우, 도 3에서 도 3의 좌측으로부터 일반적으로 12로 나타내지는 접합 장치로 도입되는 편평한 웹 (11)으로 나타내진다. 웹 (11)은 접합 전에 먼저 한 쌍의 구동 롤들 (14) 사이의 닙 (nip)을 통과하게 되고, 이어서 접합된 후, 한 쌍의 구동 롤들 (15) 사이의 닙을 통과하게 된다. 웹 (11)이 운반체로서 페이퍼에 의해 접합기 (12)를 통해 동반되는 경우, 이러한 페이퍼 (16)는 페이퍼 공급 롤 (17)로부터 공급된다. 웹 (11) 및 페이퍼 (16)는 한 쌍의 구동 롤들 (14) 사이를 함께 통과한 후, 초음파 호른 (21)과 접합 롤 (22) 사이를 통과하고, 이어서 한 쌍의 구동 롤들 (15) 사이를 통과한다. 이어서, 웹 (11)이 절단기 (도시되지 않음)로 통과되는 동안, 페이퍼 운반체 (16)는 패턴 접합된 웹 (11)을 떠나 롤 (18)상으로 되감긴다.

클러스터는 바람직하게는 베개 또는 다른 충진 제품내로 채워지기 전, 또는 포장되기 전에 텀블링되거나 또는 이와는 다르게 진행되어 이들의 플러핑성이 개선된다.

각각의 개별적인 클러스터에서 섬유의 갯수는 사실상 섬유 데니어, 접합 패턴 및 접합 대역으로 도입되는 섬유 구조물의 두께에 따라 좌우된다. 이들은 상이한 클러스터 크기, 벌크, 연성 및 형상을 갖는 본 발명의 섬유 충진재를 생성하기 위해 용이하게 변화될 수 있다.

섬유의 크림프 기하학적 구조는 또한 개개의 클러스터내의 3차원 섬유 분포, 결과적으로 본 발명의 섬유 충진재의 충진능, 연성, 크기 및 단열성에 상당한 영향을 미친다.

본 발명의 방법은 바람직한 초음파 접합 방법을 사용하는 경우, 간단하고 저렴하여 비교적 적은 투자가 요구되는 잇점을 갖는다. 이로 인해, 소비자에게 가깝게 위치하여 본 발명의 경량이고 벌크한 섬유 충진재의 운송비를 줄일 수 있는 소형 제조 장치에서 본 발명을 실시하는 것이 가능하게 된다. 본 발명의 방법은 가변적이어서 광범위한 신제품을 제조하고, 특수한 시장의 요구에 맞는 제품을 제조하는 것이 가능하게 된다. 비용은 토우 접합 방법을 토우 인취 조작과 결합시키므로써 더욱 감소될 수 있다.

다운은 대부분 압착으로부터의 높은 탄성 또는 높은 복원력이 요구되는 가구 쿠션과 같은 제품과 달리, 높은 단열성이 요구되는 누비 이불, 스키복, 캐쥬얼복 및 유사 제품에 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명의 제품은 이들 응용품에만 국한되지 않고, 공급 섬유 및 공정 조건을 적절히 선택하므로써 베개 또는 가구 쿠션과 같은 제품의 요구에 맞춰질 수 있다. 실제로, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 본 발명의 제품은 본 발명자들의 미국 특허 제4,794,038호, 동 제4,940,502호, 동 제5,169,580호, 동 제5,294,392호 및 동 제5,500,295호에서 실시예에 의해 의도된 바와 같이 성형품 및 다른 물품을 제조하기 위한 공급 재료로서 사용될 수 있다.

본 방법은 하기 실시예에서 폴리에스테르 섬유를 사용하여 더욱 예증된다.

실시예 1 내지 3을 위한 접합 장치는 도 2 (실측치는 아님)에 부분적으로 나타낸 설계를 갖는 패턴화된 접합 롤이 장착된, 폭 22 ㎝, 단일 헤드, 20 kHz의, 영국 맨체스터 소재의 브리티쉬 텍스타일 테크놀로지 그룹 (British Textile Technology Group)의 핀소닉 (Pinsonic) 기계이었다. 간헐적인 접합 패턴을 달성하기 위한 기술에 있어서의 변화에는 예를 들어, 다른 방식으로 패턴을 적용하는 것, 예를 들어 연속적인 접합 롤상에 상승된 스트립을 제공하고, 기계의 전체 폭을 가로질러 차단되지 않는 초음파 에너지를 제공하는 초음파 풋 (foot) (때때로 "호른" 또는 "소노트로드"로서 불리움)을 사용하는 대신에 초음파를 사용함에 있어서 간헐적인 갭을 제공하는 것이 포함되며, 이로써 보다 양호한 결과를 제공할 수 있었다 (미접합 섬유가 더 적었음). 초음파 접합 방법은 이것이 섬유를 롤과 풋 사이의 접촉 지점에서, 용융된 부분이 섬유의 나머지에 그다지 영향을 주지 않으면서 접합된 상태로 응고되는 방식으로 간헐적으로 섬유를 용융시킬 수 있으므로 바람직하다. 패턴화된 접합 롤상의 돌출부의 치수는 하기와 같다:

- 종방향 (MD)으로 측정된 열들 사이 : 30 ㎜,

- 열들에 대해 수직으로 측정된 롤들 사이 : 21 ㎜,

- 열들에 대해 수직으로 측정된 돌출부의 폭 : 2 ㎜,

- 횡방향 (cross direction (CD))으로 측정된 돌출부의 길이 : 3 ㎜,

- 횡방향 (CD)으로 측정된 돌출부 사이의 갭 : 3 ㎜,

- 롤과 MD 사이의 42 도 각도에서의 문양의 깊이 (돌출부의 높이) : 3 ㎜,

- 롤과 MD 사이의 각도 : 42도.

실시예 1 내지 3의 경우, 표 1에 나타낸 바와 같이 폴리에스테르 스테이플 섬유를 카딩시키고, 스택내의 카딩된 웹을 서로의 상부상에 중첩시켜 단위 면적 당 상술한 배트 중량을 달성하고 카딩된 섬유는 접합기의 종방향 (MD)에 대해 평행하게 배향되도록 하므로써 배트를 제조하였다. 이어서, 배트를 종방향으로 20 ㎝ 폭의 스트립으로 절단하고, 초음파 접합기로 운반하기 위한 운반체로서의 페이퍼와 함께 롤링시켰다. 이들 롤들을 초음파 접합기의 도입부에서 함께 연결하여 절단기에 공급하기에 충분한 길이의 접합된 재료를 롤에 제공하였다. 접합된 재료를 길로틴 (guillotine)형 실험실 절단기상에서 절단한 후, 절단 재료를 수작업으로 개개의 터프트로 분리하였다.

주: 상기 모든 공급 섬유를 상업용 실리콘 슬리크너 약 0.5 중량%로 슬리크닝시켰다 (Si 약 0.25%에 상응함, 이것은 섬유의 중량을 기준으로 한 %Si로서 계산하기 위한 일반적인 방식임). "M" 및 "S"는 각각 기계적 및 나선형 크림프를 나타낸다. 7-홀의 단면은 고상의 단면과 대비되어 브로더스에게 허여된 미국 특허 제5,104,725호에 기재되어 있으며, 이는 원주 단면을 갖는다.

<실시예 1>

22 ㎜의 절단 길이에서, 생성물을 개개의 터프트로 용이하게 분리하였다. 비교적 적은 수의 필라멘트들을 하나 이상의 지점에서 접합하여, 이들이 분쇄되거나 또는 절단되어 터프트 1개 당 단지 하나의 접합점을 갖는 개개의 터프트로 이들을 분리시켰으며, 이것은 바람직하였다.

28 ㎜의 절단 길이에서, 분리는 더욱 어려웠다. 카드상에서 형성된 웹을 조심스럽게 중첩시켰지만, 카딩된 섬유는 토우에 있어서만큼 평행화되지 않았고 (하기 실시예들 참조), 이것은 접합된 영역 주변 섬유의 상이한 분포 및 배향을 초래하였다.

생성물은 터프트내의 충분히 개방되고 벌크화된 섬유를 따라 여러 위치에서 작은 접합 영역을 나타내었다.

<실시예 2>

본 실시예에서의 공급물로서 사용한 200 g/㎡ 배트는 배트의 열등한 보전성으로 인해 가공하기 어려웠다. 그러나, 생성된 접합 재료를 실시예 1의 생성물 보다 더 둥근 형태를 갖는 개개의 터프트로 용이하게 분리시키고, 나선형 크림프는 실시예 1과 비교할 때 생성물에 연성 및 슬리크니스를 더하였다.

<실시예 3>

실시예 2 및 실시예 3의 배트들 사이의 유일한 차이점은 배트 밀도 (두께)이므로, 보다 큰 호른압을 적용하였다. 300 g/㎡ 배트의 단위 면적 당 필라멘트의 갯수는 훨씬 많았고, 이것은 터프트 1개 당 훨씬 많은 필라멘트 갯수를 초래하였다. 이들 터프트는 보다 벌크하고, 압착에 대한 내성이 더 컸다. 이것은 조업자가 본 발명의 생성물의 치수 및 특성을 변화시킬 수 있도록 하는 변수 중 하나를 예시한다.

나머지 실시예들 (하기 표 2 참조)은 웹의 스택내의 절단 섬유 대신에 토우 (연속 필라멘트의 토우)로부터 제조하였다.

실시예 4, 4A 및 5는 접합된 면적 뿐만 아니라 미접합 섬유의 갯수를 감소시키도록 개선된, 하기의 특징을 갖는 상이한 롤 설계를 사용하여 토우 생성물로부터 제조하였다:

- 열 간격 (MD) : 28 ㎜,

- 롤 축에 대한 열들의 각도 : 30 도,

- 접합 구획 : 길이 3 ㎜, 폭 1 ㎜,

- 인접한 접합 구획들 사이의 갭 : 0.5 ㎜,

- 접합 구획들의 높이 : 1.5 ㎜, 및

- 갭의 높이 : 0.75 ㎜ (접합 구획 높이의 절반).

<실시예 4>

4.0 dtex/필라멘트, CHI 10 및 실리콘 농도 약 0.4% (섬유의 중량을 기준으로 계산됨)의 단일 홀 중공 필라멘트 약 122,000개를 갖는 48.9 ktex의 규소화된 토우를 토우 연전기상에서 개방시켰다. 개방 토우를 판지로 조심스럽게 핸드-레이드 (hand-laid)시키고, 접합 및 절단을 시도하기 위해 올려놓았다. 토우를 풀어서 신장시켜 초음파기내로 공급하였다. 개방 토우를 풀고 취급하므로써 많은 수의 필라멘트가 얽혀서 접합 롤상의 랩 (wrap)을 생성하는 분쇄된 필라멘트가 초래되었기 때문에, 한 롤의 페이퍼를 토우 밑에서 운반체로서 사용하여 패턴화된 접합 롤과 토우 사이를 통과시켰다. 페이퍼 없이 수행되는 경우와 동일한 접합을 달성하기 위해 1.0 ㎏/㎠ (실시예 4A 참조)에 비해 더 높은 압력인 1.5 ㎏/㎠이 요구되었다. 접합 토우를 손으로 폭 방향으로 신장시킨 후, 상업용 루머스 (Lummus) 절단기상에서 24 ㎜로 절단하므로써 개방시켰다.

페이퍼 인터라이너 (interliner)를 사용하여 미접합 필라멘트의 수를 31.8% (실시예 4A)에서 13.8%로 감소시켰다. 이 백분률은 이런 목적으로 특수하게 설계된 장치를 사용하고, 섬유의 보다 양호한 평행화를 보장하고, 토우 번들 두께의 균일성을 조절하므로써 더욱 감소되어야 한다.

<실시예 4A>

본 실시예는 페이퍼 인터라이너를 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 개방 토우 공급물, 및 동일한 접합 패턴 및 속도를 사용하였다. 실시예 4에 비해 더 낮은 압력이 동일한 접합도를 달성하는 데 요구되었다 (1.5 ㎏/㎠에서 1.0 ㎏/㎠로 낮아짐). 주행능은 매우 만족스러웠고, 단지 품질상의 차이점은 미접합 필라멘트의 백분율이 보다 높다 (31.8%)는 것이었다.

본 발명자들은 이들 시험이 행해진 조건 (즉, 다른 목적을 위해 설계된 장치를 사용하고, 본 발명에 따른 용도를 위해 특수하게 설계된 장치를 사용하지 않음)으로 인해, 부적절하게 많은 수의 필라멘트가 롤의 접합 구획들 사이의 갭에 누적되는 경향이 있었고, 페이퍼로 인해 부적절하게 많은 수의 미접합 필라멘트가 감소된 것으로 여겨진다.

<실시예 5>

약 46.7 ktex, 6.7 dtex/필라멘트, CHI 9-10 및 실리콘 농도 약 0.36% (섬유의 중량을 기준으로 계산됨)의 단일 홀 중공 필라멘트의 규소화된 토우를, 표 2에 나타낸 것을 제외하고는 사실상 실시예 4에 기재된 바와 같이 처리하였다. 가공성은 실시예 4의 재료 보다 더 양호하였다 (실시예 4에서와 같이 페이퍼 롤을 사용함).

주: 절단기상의 절단 길이 설정은 항상 생성된 접합 생성물의 이완된 길이 보다는 더 높다. CHI (칩 크림프의 경우 적음)는 이완된 상태에서 토우 밴드 2.54 ㎝ (1 인치) 당 크림프의 갯수이다. 실리콘 농도는 X-선에 의해 측정하였다.