KR101571186B1

KR101571186B1 - 개선된 물리적 특성을 갖는 섬유상 부직 구조물 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101571186B1
Application number: KR1020107020708A
Authority: KR
Inventors: 제임스 벤자민 하비; 앤쏘니 마크 감바로; 폴 앨런 자일스; 데이빗 존 바에르; 앨런 프레데릭 바터
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2015-11-23
Also published as: BRPI0906193A2; CN101978107B; US20090233072A1; CN101978107A; AU2009227572B2; EP2265756A4; AU2009227572A1; KR20100129742A; MX2010010126A; EP2265756A2; WO2009115977A3; US8017534B2; EP2265756B1; WO2009115977A2

Abstract

멜트블로운 섬유상 물질 및 1종 이상의 제2 섬유상 물질을 포함하는 섬유상 부직 구조물 및 제조 방법이 개시된다. 일 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 70 내지 135의 형성 지수를 가진다. 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 약 35 내지 55gsm의 기본 중량에서 72% 초과인 불투명도를 가진다. 섬유상 부직 기재는 습윤 와이프로서 이용될 수 있다.

Description

개선된 물리적 특성을 갖는 섬유상 부직 구조물 및 제조 방법 {FIBROUS NONWOVEN STRUCTURE HAVING IMPROVED PHYSICAL CHARACTERISTICS AND METHOD OF PREPARING}

관련 출원 데이터

본 출원은 전체가 본원에 참조로 포함되는, 2008년 3월 17일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/069,939호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 개선된 물리적 특성을 갖는, 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질 및 1종 이상의 제2 섬유상 물질을 포함하는 섬유상 부직 구조물, 및 섬유상 부직 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

섬유상 부직 구조물은 염가로 제조될 수 있고 특정 특성을 가지도록 제조될 수 있기 때문에 제품으로서 또는 제품의 성분으로서 널리 사용된다.

섬유상 부직 구조물은 수성 및 유기 유체용 흡수성 매질, 습식 및 건식 용도용 여과 매질, 절연재, 보호용 완충재, 보유 및 이송 시스템, 및 습식 및 건식 용도의 양쪽 모두를 위한, 특히 유아용 와이프용 와이핑 매질을 포함한 매우 다양한 용도로 사용될 수 있다. 전술한 용도의 대부분은 더 단순화된 구조물, 예를 들어 목재 펄프 섬유만이 사용되는 흡수성 구조물의 사용을 통해 다양한 정도로 충족될 수 있다. 이는 통상적으로, 예를 들어 기저귀와 같은 개인 위생 흡수 제품의 흡수성 코어에 있어서 일반적이었다. 목재 펄프 섬유는 그 자체로 형성되는 경우 매우 작은 기계적 온전성 및 습윤 시 큰 붕괴도를 갖는 부직웹 구조물을 생성하는 경향이 있다. 열가소성 멜트블로운 섬유상 물질을 혼입한 섬유상 부직 구조물의 출현은 소량으로도 습식 및 건식 인장 강도의 양쪽 모두를 포함한 상기 구조물의 특성을 크게 개선시켰다. 와이핑 시트용 섬유상 부직 구조물을 사용함으로써 또한 동일한 개선을 얻었다.

그러나, 현재의 섬유상 부직 구조물은 개선될 수 있다. 물리적 특성, 예를 들어 형성, 섬유의 크기, 비등방성, 인장 강도, 및 린트량은 제조 공정을 개선함으로써 개선될 수 있다. 특히, 이들 특성은 습윤 와이프로서 사용되기 위한 섬유상 부직 구조물에 유용하다. 추가적으로, 개선된 물리적 특성을 갖는, 낮은 기본 중량에서 제조된 섬유상 부직 구조물에 대한 필요가 있다. 이러한 제조 공정은 더욱 더 효율적이고 덜 비쌀 것이다.

요약

일반적으로, 약 2 내지 40㎛의 평균 직경을 갖는 멜트블로운 섬유상 물질 및 1종 이상의 제2 섬유상 물질을 포함하는 섬유상 부직 구조물이 개시된다. 예시적인 양태에서, 부직 구조물의 형성 지수(formation index)는 70 초과, 및 바람직하게는 약 70 내지 135이다. 다른 양태에서, 부직 구조물의 형성 지수는 약 75 내지 115이다.

다른 양태에서, 멜트블로운 섬유상 물질 및 1종 이상의 섬유상 물질을 포함하고 여기서 부직 구조물의 불투명도값은 약 35gsm(제곱미터당 그램) 내지 55gsm의 기본 중량에서 72% 초과인 섬유상 부직 구조물이 개시된다.

또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 더 큰 처리율에서 기계 방향으로 더 강하다. 부직 구조물의 기계 방향 인장 강도는 약 0.88ghm(분당 구멍당 그램) 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 약 3.5pih(다이의 인치당 중합체 용융물의 파운드) 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 약 650그램힘(gram-force) 내지 1,500그램힘이다. 또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 약 0.4 내지 약 0.65의 비등방성비를 가지고, 이는 더 나은 시트 직각도(squareness)를 나타낸다.

또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 더 부드럽다. 예를 들어, 섬유상 부직 구조물의 표면 조도는 약 0.03 내지 약 0.06mm의 범위이다. 추가적으로, 섬유상 부직 구조물의 평균 멜트블로운 섬유 직경은 약 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 약 3.5pih 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 3.5㎛ 미만이다. 멜트블로운 섬유상 물질의 체적 가중 평균 직경은 약 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 약 3.5pih 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 약 4.0 내지 약 8.0㎛이다. 섬유 직경이 더 작으면 소비자에게 더 부드러운 감촉을 준다.

또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 이를 사용한 표면 상에 잔류물을 덜 남긴다. 예를 들어, 섬유상 부직 구조물은 약 200 내지 약 950의 린트수(lint count)를 가진다. 린트가 더 적으면 소비자가 사용한 후 남는 잔류물 또는 입자가 덜 제공된다.

예시적인 적용에서, 섬유상 부직 구조물은 습윤 와이프로서 사용될 수 있고, 여기서 습윤 와이프는 섬유상 부직 구조물의 건조 중량을 기준으로 약 150 내지 600중량%의 액체를 가진다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 멜트블로운 섬유상 물질의 제1 스트림 및 제2 스트림을 제공하고-멜트블로운 섬유상 물질은 약 2 내지 40㎛의 평균 직경을 갖고, 제1 스트림과 제2 스트림은 형성 영역에서 만남-, 형성 영역에서 제1 스트림 및 제2 스트림을 만나서 생성물 스트림을 형성하는 제2 섬유상 물질의 스트림을 제공하는 섬유상 부직 구조물의 제조 방법에 관한 것이다. 생성물 스트림은 멜트블로운 섬유상 물질과 1종 이상의 제2 섬유상 물질의 혼합물로서 형성 와이어 상에 수집된다.

도 1은 섬유상 부직 구조물을 제조하기 위해 이용될 수 있는 예시적인 장치를 도시한 것이다.
도 2는 섬유상 부직 구조물을 제조하기 위해 이용될 수 있는 추가의 예시적인 장치를 도시한 것이다.
도 3은 개시된 장치와 함께 이용되기 위한 예시적인 멜트블로잉 다이를 도시한 것이다.
도 4는 본원에 개시된 공정을 이용하여 제조된 섬유상 부직 구조물에 대한 형성 지수의 개선의 시각적인 표현을 60gsm의 기본 중량에서 비교 샘플과 비교하여 도시한 것이다.
도 5는 본원에 서술된 섬유상 부직 구조물에 대한 불투명도값의 시각적인 표현을 다양한 기본 중량에서 비교 샘플과 비교하여 도시한 것이다.
도 6은 본원에 개시된 공정을 이용하여 제조된 섬유상 부직 구조물의 섬유 직경의 시각적인 표현을 60gsm의 기본 중량에서 비교 샘플과 비교하여 도시한 것이다.
도 7은 본원에 개시된 공정을 이용하여 제조된 섬유상 부직 구조물의 린트수의 시각적인 표현을 60gsm의 기본 중량에서 비교 샘플과 비교하여 도시한 것이다.
도 8은 본원에 개시된 공정을 이용하여 제조된 섬유상 부직 구조물의 MD 인장 강도의 시각적인 표현을 60gsm의 기본 중량에서 비교 샘플과 비교하여 도시한 것이다.

정의

본원에 사용된 용어 "부직물 또는 부직웹"은 인터레잉되지만 편직물에서와 같이 규칙적이거나 또는 식별 가능한 방식으로 인터레잉되지는 않은 개별 섬유 또는 실(thread)의 구조를 갖는 웹을 의미한다. 이는 직물 같은 특성을 부여하기 위해 소섬유 형성, 천공, 또는 달리 처리된 발포체 및 필름을 또한 포함한다. 부직물 또는 부직웹은 예를 들어 멜트블로잉 공정, 스펀본딩 공정, 수얽힘 공정, 및 본디드 카디드 웹 공정과 같은 많은 공정으로부터 형성되었다. 부직물의 기본 중량은 보통 제곱야드당 물질의 온스(osy) 또는 제곱미터당 그램(gsm)으로 표현되고, 섬유 직경은 보통 ㎛로 표현된다. (osy를 gsm으로 변환하기 위해서 osy에 33.91을 곱함을 주의한다.)

본원에 사용된 용어 "마이크로섬유"는 약 75㎛ 이하의 평균 직경을 갖는, 예를 들어 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛의 평균 직경을 갖거나, 또는 보다 구체적으로는 약 2㎛ 내지 약 40㎛의 평균 직경을 갖는 소직경 섬유를 의미한다. 섬유 직경의 빈번히 사용되는 다른 표현은 데니어이고, 이는 섬유의 9,000m당 그램으로 정의되고, ㎛의 섬유 직경을 제곱하고 g/cc의 밀도를 곱하고 0.00707을 곱한 것으로 연산될 수 있다. 데니어가 작으면 섬유가 미세함을 나타내고, 데니어가 크면 섬유가 두껍거나 또는 무거움을 나타낸다. 예를 들어, 15㎛로서 주어진 폴리프로필렌 섬유의 직경을 제곱하고 그 결과에 0.89g/cc를 곱하고 0.00707을 곱함으로써 데니어로 변환할 수 있다. 예를 들어, 15㎛의 폴리프로필렌 섬유는 약 1.42(15²×0.89×0.00707=1.415)의 데니어를 가진다. 미국 외에서의 측정 단위는 더 통상적으로 "텍스"이고, 이는 섬유의 킬로미터당 그램으로서 정의된다. 텍스는 데니어/9로서 연산될 수 있다.

본원에 사용된 용어 "멜트블로운 섬유상 물질"은 용융된 열가소성 물질을 다수의 미세하고 통상 원형인 다이 모세관을 통해 용융된 실 또는 필라멘트로 하여, 용융된 열가소성 물질의 필라멘트를 가늘게 하여 마이크로섬유 직경일 수도 있도록 그의 직경을 감소시키는 고속 기체(예를 들어, 공기 스트림) 내로 압출함으로써 형성된 섬유를 의미한다. 그 후에, 멜트블로운 섬유상 물질은 고속 기체 스트림에 의해 운반되고 수집면 상에 침적되어 불규칙하게 분포된 멜트블로운 섬유상 물질의 웹을 형성한다. 멜트블로운 섬유상 물질은 연속 또는 불연속일 수 있는 마이크로섬유이고, 일반적으로 평균 직경이 10㎛ 미만이다.

본원에 사용된 용어 "중합체 처리율"은 다이를 통과한 중합체의 처리율을 의미하고 시간당 다이 폭의 인치당 중합체 용융물의 파운드(pih) 또는 분당 구멍당 중합체 용융물의 그램(ghm)으로 명시된다. ghm의 단위로부터 pih의 처리율을 연산하기 위해서는, ghm에 섬유 형성 다이의 인치당 섬유 방출 구멍의 수(구멍/인치)를 곱한 후 7.56으로 나눈다. 섬유상 부직 구조물을 제조하는데 사용된 다이는 인치당 30개의 구멍을 가진다.

일반적으로, 약 0.5 내지 40㎛의 평균 직경을 갖는 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질, 및 1종 이상의 제2 섬유상 물질을 포함하는 섬유상 부직 구조물이 개시된다. 예시적인 양태에서, 베이스시트는 멜트블로운 물질, 코폼 물질, 에어 레이드 물질, 본디드 카디드 웹 물질, 수얽힘 물질, 스펀본드 물질 등을 포함한 다양한 물질로부터 제조될 수 있고, 합성 섬유 또는 천연 섬유를 포함할 수 있다.

섬유상 부직 구조물은 습윤 와이프, 및 특히 유아용 와이프용으로서 사용될 수 있다. 섬유상 부직 구조물의 상이한 물리적 특성은 최고 품질의 습윤 와이프를 제공하기 위해 다양할 수 있다. 예를 들어, 섬유상 부직 구조물의 형성, 멜트블로운 섬유의 직경, 린트량, 불투명도, 및 다른 물리적 특성은 소비자에게 유용한 습윤 와이프를 제공하기 위해 변경될 수 있다.

전형적으로, 섬유상 부직 구조물은 멜트블로운 섬유상 물질과 제2 섬유상 물질의 조합물이고, 층 내의 멜트블로운 섬유상 물질과 제2 섬유상 물질의 상대 비율은 섬유상 부직 구조물의 원하는 특성에 따라 넓은 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 예를 들어, 섬유상 부직 구조물은 약 20 내지 60중량%의 멜트블로운 섬유상 물질 및 약 40 내지 80중량%의 제2 섬유를 가질 수 있다. 바람직하게는, 멜트블로운 섬유상 물질 대 제2 섬유의 중량비는 약 20/80 내지 약 60/40일 수 있다. 더 바람직하게는, 멜트블로운 섬유상 물질 섬유 대 제2 섬유의 중량비는 25/75 내지 약 40/60일 수 있다.

섬유상 부직 구조물은 약 20 내지 약 120gsm, 및 바람직하게는 약 40 내지 약 90gsm의 총 기본 중량을 가질 수 있다. 섬유상 부직 구조물의 이러한 기본 중량은 또한 섬유상 부직 구조물의 원하는 최종 용도에 따라서 다양할 수 있다. 예를 들어, 피부를 와이핑하기에 적합한 섬유상 부직 구조물은 약 30 내지 약 80gsm, 및 바람직하게는 약 45 내지 60gsm의 기본 중량을 특징으로 할 수 있다. 기본 중량(제곱미터당 그램, g/m² 또는 gsm)은 건조 중량(g)을 면적(m²)으로 나눔으로써 연산된다.

예시적인 양태에서, 하나의 접근법은 멜트블로운 섬유상 물질을 하나 이상의 유형의 제2 섬유상 물질 및/또는 미립자와 혼합하는 것이다. 혼합물은 결합되거나 또는 처리되어 각 성분의 특성의 적어도 일부를 이용하는 응집 부직 물질을 제공할 수 있는 섬유상 부직웹의 형태로 수집된다. 이들 혼합물은 형성 단계에서 2종 이상의 물질을 단일 구조물로 조합함으로써 형성되기 때문에 "코폼" 물질로 지칭된다.

열가소성 중합체 마이크로섬유와 마이크로섬유의 혼합물 전체에 배치되고 마이크로섬유를 서로 이격시키도록 마이크로섬유의 적어도 일부와 결합하는 다수의 개별화된 제2 섬유상 물질의 공기 형성된(air-formed) 혼합물을 포함하는, 강도 및 흡수성의 특유의 조합을 갖는 부직물형 물질이 바람직하다.

섬유상 부직 구조물의 사용에 적합한 멜트블로운 섬유상 물질은 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등, 폴리아미드, 올레핀 공중합체, 및 폴리에스테르를 포함한다. 특히 바람직한 양태에 따르면, 섬유상 부직 구조물의 형성에 사용된 멜트블로운 섬유상 물질은 폴리프로필렌이다.

섬유상 부직 구조물은 또한 1종 이상의 제2 섬유상 물질을 포함하여 부직웹을 형성한다. 목재 펄프 섬유는 염가, 큰 흡수성, 및 만족할 만한 촉각 특성의 보유로 인해 제2 섬유상 물질로서 특히 바람직하다.

제2 섬유상 물질은 마이크로섬유와 제2 섬유상 물질의 기계적 얽힘, 응집 통합된 섬유 구조물을 단독 형성하는 제2 섬유상 물질과 마이크로섬유의 기계적 얽힘 및 상호 연결에 의해 상호 연결되고 마이크로섬유 내에서 포획이 유지된다. 응집 통합된 섬유 구조물은 2개의 상이한 유형의 섬유 사이에 임의의 접착제, 분자 또는 수소 결합 없이 마이크로섬유 및 제2 섬유상 물질에 의해 형성될 수 있다. 초기에 멜트블로운 마이크로섬유를 함유하는 제1 공기 스트림을 형성하고, 제2 섬유상 물질을 함유하는 제2 공기 스트림을 형성하고, 난류 조건 하에서 제1 스트림과 제2 스트림을 합쳐서 마이크로섬유와 제2 섬유상 물질의 완전한 혼합물을 함유하는 통합된 공기 스트림을 형성한 후, 통합된 공기 스트림을 형성면 상으로 지향하여 직물형 물질을 공기 형성함으로써 상기 물질을 형성한다. 마이크로섬유는 공기 중에서 펄프 섬유와 난류 혼합되는 경우 상승된 온도에서 부드러운 초기 상태에 있다.

본원에 개시된 섬유상 부직 구조물은 전형적으로 큰 형성 지수를 가진다. 예시적인 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 70 초과의, 및 바람직하게는 약 70 내지 약 135의 형성 지수를 가진다. 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 약 75 내지 115의 형성 지수를 가진다. 형성 지수값에 의해 측정된 형성(또는 시트 균일성)의 개선은 직물 강도를 개선시키고, 이에 따라 변환 시 또는 와이핑 용도로 소비자에 의해 사용 시 직물의 성능을 개선시키는 것으로 알려졌다. 형성은 또한 소비자에게 섬유상 부직 구조물에 대해 더 부드러운 감촉을 제공한다.

다른 양태에서, 멜트블로운 섬유상 물질 및 1종 이상의 섬유상 물질을 포함하고, 불투명도가 약 35 내지 55gsm의 기본 중량에서 72% 초과인 섬유상 부직 구조물이 개시된다. 큰 불투명도값은 소비자에게 개선된 직물 강도의 표식이다. 소비자가 섬유상 부직 구조물을 통해 볼 수 있으면, 소비자는 제품이 모든 용도에 대해 충분히 강하지 않다고 느낄 것이다. 불투명도 수준을 크게 유지하는 것은, 섬유상 부직 구조물이 강하고 더 다양한 와이핑 용도로 사용될 수 있음을 소비자에게 표시할 것이다. 본원에 서술된 섬유상 부직 구조물은 낮은 기본 중량에서 불투명도가 높게 유지되게 하여 중요한 제조 이점을 제공한다.

또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 더 큰 처리율에서 기계 방향으로 더 강하다. 부직 구조물의 기계 방향 인장 강도는 약 0.88ghm(분당 구멍당 그램) 내지 1.76ghm의 중합체 처리율에서 약 650그램힘 내지 1,500그램힘이다. 기계 방향 인장 강도가 더 크다는 것은 시트가 보다 내구성이고 와이핑 용도에서 개선된 분배 특성을 갖는다는 것을 나타낸다. 또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 약 0.4 내지 약 0.65의 비등방성비를 가지고, 이는 더 나은 시트 직각도를 나타낸다.

또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 더 부드럽다. 예를 들어, 섬유상 부직 구조물의 표면 조도는 약 0.03 내지 약 0.06㎛의 범위이다.

섬유 직경 물질이 더 작은 것은 더 미세하고 더 부드러운 텍스처를 제공하고, 섬유상 부직 구조물의 소비자에게 더 부드러운 감촉을 준다. 섬유상 부직 구조물의 평균 멜트블로운 섬유 직경은 약 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율에서 3.5㎛ 미만이다. 멜트블로운 섬유상 물질의 체적 가중 평균 직경은 약 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율에서 약 4.0 내지 약 8.0mm이다.

또 다른 양태에서, 섬유상 부직 구조물은 이것이 사용된 표면 상에 잔류물을 덜 남긴다. 예를 들어, 섬유상 부직 구조물은 약 200 내지 약 950의 린트수를 가진다. 린트가 더 적은 것은 소비자에 의해 사용된 후 남은 잔류물 또는 입자가 더 적음을 제공한다.

이제 동일한 참조번호가 동일하거나 또는 동등한 구조물을 나타내는 도면, 특히 도 1을 참조하면, 섬유상 부직 구조물을 형성하기 위한 예시적인 장치(10)가 도시되어 있다. 예시적인 섬유상 부직 구조물의 형성 시, 열가소성 중합체의 펠릿 또는 칩 등(비도시)이 압출기(14, 14')의 펠릿 호퍼(12, 12') 내로 유입된다.

압출기(14)는 통상의 구동 모터(비도시)에 의해 구동되는 압출 스크류(비도시)를 가진다. 중합체가 압출기(14)를 통해 전진할 때, 구동 모터에 의한 압출 스크류의 회전으로 인해 중합체는 용융 상태로 점차 가열된다. 열가소성 중합체를 용융 상태로 가열하는 것은, 중합체가 압출기(14)의 별개의 가열 영역을 통해 각각 2개의 멜트블로잉 다이(16, 18)를 향해 전진하면서 중합체의 온도가 점차 상승하는, 복수의 별개의 단계로 달성될 수 있다. 멜트블로잉 다이(16, 18)는 열가소성 수지의 온도가 압출을 위해 상승된 수준에서 유지되는 또 다른 가열 영역일 수 있다.

각 멜트블로잉 다이는, 실(20)이 멜트블로잉 다이 내의 작은 구멍 또는 오리피스(24)로부터 진출할 때 다이당 감쇠 가스의 2개의 스트림이 수렴하여 용융된 실(20)을 동반하여 감쇠시키는 가스의 단일 스트림을 형성하도록 구성된다. 용융된 실(20)은 섬유로, 또는 감쇠 정도에 따라서 보통 오리피스(24)의 직경 미만인 작은 직경의 마이크로섬유로 감쇠된다. 따라서, 각 멜트블로잉 다이(16, 18)는 동반하여 감쇠된 중합체 섬유를 함유하는 가스의 상응하는 단일 제1 공기 스트림(26, 28)을 가진다. 중합체 섬유를 함유하는 제1 공기 스트림(26, 28)은 형성 영역(30)에서 수렴하도록 정렬된다.

하나 이상의 유형의 제2 섬유상 물질(32)(및/또는 미립자)은 형성 영역(30)에서 열가소성 중합체 섬유 또는 마이크로 섬유(24)의 2개의 제1 공기 스트림(26, 28)에 첨가된다. 제2 섬유상 물질(32)을 열가소성 중합체 섬유(24)의 2개의 제1 공기 스트림(26, 28) 내에 유입하는 것은, 열가소성 중합체 섬유의 조합된 제1 공기 스트림(26, 28) 내에 제2 섬유상 물질(32)의 분포를 생성하도록 설계된다. 이는 열가소성 중합체 섬유(24)의 2개의 제1 공기 스트림(26, 28) 사이에 제2 섬유상 물질(32)을 함유하는 제2 가스 스트림(34)을 합쳐서 3개의 모든 가스 스트림이 제어된 방식으로 수렴함으로써 달성될 수 있다.

도 3은 이용될 수 있는 멜트블로잉 다이(100)의 일 양태의 부분 단면도를 도시한 것이다. 본 발명에 이용될 수 있는 멜트블로잉 다이의 예는, 전체가 본원에 참조로 인용되는, 발명의 명칭이 "Meltblown Die Having a Reduced Size"이고 2005년 12월 6일자로 헤인즈(Haynes) 등에 허여된 미국 특허 제6,972,104호에 상세히 논의되어 있다. 도 3에서, 다이 팁(102)은 장착판(104)을 통해 다이 본체(103)(부분 도시)에 간접적으로 장착된다. 제1 공기판(106a) 및 제2 공기판(106b)이 다이 본체 장착판(104)에 또한 간접적으로 장착된다. 다이 팁(102)은 임의의 적합한 수단, 예를 들어 볼트를 사용하여 장착판(104)에 장착된다. 도 3에 장착 수단으로서 볼트(110a, 110b)가 도시되어 있다. 유사한 방식으로, 적합한 수단, 예를 들어 볼트를 사용하여 공기판(106a, 106b)이 장착판(104)에 또한 장착된다. 볼트(112a, 112b)는 도 3에 공기판용 장착 수단으로서 도시되어 있다. 장착판(104)은 필수적이지는 않고 다이 팁(102) 및 공기판(106a, 106b)이 다이(103)에 직접적으로 장착될 수 있음을 주의한다. 장착 수단(비도시)을 사용하여 다이 본체(103)보다 장착판(104)에 다이 팁을 부착하는 것이 더 용이하기 때문에, 장착판(104)에 다이 팁(102) 및 공기판(106a, 106b)을 장착하는 것이 바람직하다.

다이 팁(102)은 상측(160), 및 다이 팁의 상측으로부터 하측(161)을 향해 연장되는 2개의 측부(162a, 162b)를 가진다. 추가적으로, 다이 팁은 다이 팁 정점(128) 및 파쇄판/스크린 조립체(130)를 가질 수 있다. 섬유로 형성될 물질은 다이 본체(103)로부터 통로(132)를 통해 다이 팁(102)까지 제공된다. 상기 물질은 분배판(131)을 통해 통로(132)로부터 파쇄판/스크린 조립체(130)로 통과한다. 물질을 여과하여 다이 팁을 막을 수 있는 임의의 불순물이 다이 팁(102)을 더 통과하는 것을 방지하는 기능을 하는 파쇄판/필터 조립체(130)를 통과하면, 물질은 좁아지는 경로(133)를 통해 물질을 배출하는 좁은 원통형 또는 달리 형성된 유출구(129)로 통과함으로써 섬유를 형성한다. 전형적으로, 유출구(129)는 대체로 약 0.1 내지 약 0.6mm의 범위의 직경을 가질 것이다. 유출구(129)는 유출구와 대략 동일한 직경을 갖는 모세관(135)을 통해 좁아지는 경로(133)에 연결되고, 모세관은 대체로 다이 팁 모세관의 직경의 약 3 내지 15배인 길이를 가질 것이다. 유출구 및 모세관의 실제 직경 및 길이는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 다양할 수 있다.

고속 유체, 일반적으로 공기는 섬유를 감쇠시키기 위해 다이 팁 유출구(129)에 제공되어야 한다. 도시된 멜트블로운 다이에서, 감쇠 유체가 다이 본체(103)의 유입구를 통해 공급됨으로써 다이 팁의 폭의 공간을 절약한다. 많은 종래의 및 상업적으로 사용되는 멜트블로잉 다이에서, 감쇠 유체는 다이 본체의 외부로 공급됨으로써 기계 방향으로 큰 공간을 필요로 한다. 감쇠 유체는 다이 본체(103)로부터 장착판(104) 내의 경로(140a, 140b)를 통해 각각 분배 챔버(141a, 141b)로 통과한다. 분배 챔버는 감쇠 유체의 혼합을 허용한다. 그 후, 감쇠 유체는 분배 챔버(141a, 141b)로부터 경로(120a, 120b)를 통해 공기판(106a, 106b)과 다이 팁(102) 사이로 통과된다. 공기판(106a, 106b)이 장착판(104)(대안적으로 다이 본체(103))에 고정되어, 공기판(106a, 106b)과 다이 팁(102)은 감쇠 유체가 장착판(104) 내의 분배 챔버(141a, 141b)로부터 다이 팁 내의 유출 개구(129)를 향해 통과하도록 하는 경로(120a, 120b)를 형성한다. 추가적으로, 공기판(106a, 106b)이 다이 팁(161)의 하부에 인접하여, 채널(114a, 114b)은 감쇠 유체가 경로(120a, 120b)로부터 멜트블로잉 다이(100)의 유출 개구(149)로 통과하도록 한다. 배플(115a, 115b)은 채널(114a, 114b) 내의 감쇠 유체의 혼합을 보조하여 감쇠 유체의 스트리킹(streaking)은 발생하지 않는다. 감쇠 유체는 멜트블로운 마이크로섬유를 보유하는 제1 공기 스트림을 형성한다.

본 발명에 사용되는 멜트블로운 다이는 감소된 기계 방향 폭을 제공한다. 전형적으로, 본 발명의 멜트블로운 다이는 약 16cm(6.25인치) 미만의 폭을 가진다. 다른 양태에서, 본 발명의 멜트블로운 다이는 약 2.5cm(1인치) 내지 약 15cm(5.9인치), 및 바람직하게는 약 5cm(2인치) 내지 약 12cm(4.7인치)의 범위의 기계 방향 폭을 가진다.

멜트블로운 다이의 제1 특징은, 감쇠 유체가 다이 본체(103)의 멜트블로운 다이 조립체로 유입되는 것이다. 다이 본체(103)로부터 멜트블로운 다이(100)의 유출구(149)까지 감쇠 공기를 운반하기 위해, 다이는 각각 다이 팁(102) 및 공기판(106a, 106b)에 의해 생성된 경로 또는 채널(120a, 120b)을 제공한다. 경로(120a, 120b)를 형성하기 위해 임의의 수단이 사용될 수 있다. 이들 채널을 제공하는 하나의 방법은 다이 팁을 형성하여 다이 팁(162a, 162b)의 측부에 다이 팁의 상측(160)으로부터 하측(161)까지 연장하는 홈 또는 채널을 가지도록 하는 것이다. 일련의 오목한 영역 또는 채널에 의해 분리된 측부(162a, 162b) 상에 일련의 상승부를 형성함으로써 홈이 형성된다. 다른 방식으로 기술하면, 다이 팁의 측부(162a, 162b) 상의 상승부는 채널을 형성하고, 이들 채널은 다이 팁의 상측(161)으로부터 다이 팁의 하측(161)까지 연장된다.

상기 장치는 제2 섬유상 물질의 매트 또는 배트(40)를 개별 제2 섬유상 물질(32)로 분리하도록 구성된 복수의 치부(38)를 갖는 통상의 피커 롤(36) 배열을 더 포함할 수 있다. 피커 롤(36)로 공급되는 제2 섬유상 물질의 매트 또는 배트(40)는 펄프 섬유의 시트(열가소성 중합체 섬유와 제2 펄프 섬유의 2성분 혼합물이 요구되는 경우), 스테이플 섬유의 매트(열가소성 중합체 섬유와 제2 스테이플 섬유의 2성분 혼합물이 요구되는 경우), 또는 펄프 섬유의 시트와 스테이플 섬유의 매트의 양쪽 모두(열가소성 중합체 섬유, 제2 스테이플 섬유, 및 제2 펄프 섬유의 3성분 혼합물이 요구되는 경우)일 수 있다. 예를 들어, 흡수성 물질이 요구되는 양태에서, 제2 섬유상 물질(32)은 흡수성 섬유이다. 제2 섬유상 물질(32)은 일반적으로 1종 이상의 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 셀룰로오스 유도 섬유, 예를 들어 레이온 섬유 및 목재 펄프 섬유 등, 다성분 섬유, 예를 들어 시스-코어 다성분 섬유 등, 천연 섬유, 예를 들어 실크 섬유, 양모 섬유 또는 면 섬유 또는 전기 도전성 섬유, 또는 상기 제2 섬유상 물질 중 2종 이상의 블렌드로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 섬유 및 폴리프로필렌 섬유와 같은 다른 유형의 제2 섬유상 물질(32)뿐 아니라 다른 유형의 제2 섬유상 물질(32) 중 2종 이상의 블렌드가 사용될 수 있다. 제2 섬유상 물질(32)은 마이크로섬유일 수 있거나, 또는 제2 섬유상 물질(32)은 약 300㎛ 내지 약 1,000㎛의 평균 직경을 갖는 마크로섬유일 수 있다.

제2 섬유상 물질(32)의 시트 또는 매트(40)는 롤러 배열(42)에 의해 피커 롤(36)에 공급된다. 피커 롤(36)의 치부(38)가 제2 섬유상 물질(32)의 매트를 별개의 제2 섬유상 물질(32)로 분리한 후, 개별 제2 섬유상 물질(32)은 노즐(44)을 통해 열가소성 중합체 섬유 또는 마이크로섬유(24)의 스트림을 향해 운반된다. 하우징(46)은 피커 롤(36)을 둘러싸고, 하우징(46)과 피커 롤(36)의 치부(38)의 표면 사이에 통로 또는 간격을 제공한다.

희석 가스, 예를 들어 공기는 희석 공기 팬(72)에 의해 가스 덕트(50)를 통해 피커 롤(36)의 표면과 하우징(46) 사이의 통로 또는 간격으로 공급된다. 가스는 노즐(44)을 통해 제2 섬유상 물질(32)을 운반하기 위한 매질로서 기능하기에 충분한 양으로 공급된다.

예시적인 양태에서, 가스 덕트(50) 내로 공기를 운반하는 균일한 공기 분배를 제공하는 희석 공기 팬(72)으로서 이중 원형 매니폴드가 사용된다. 이중 원형 매니폴드에 의해 제공된 희석 공기는 와이어 또는 벨트(58) 위의 형성 영역으로 균일하게 펄프 섬유를 운반한다.

별개의 스트리퍼 공기 팬(74)은 제2 섬유상 물질(32)을 피커 롤(36)의 치부(38)로부터 제거하는 것을 돕기 위해 연결부(52)에서 시스템에 진입하는 제2 스트리퍼 공기 유동을 제공하는데 이용된다. 별개의 희석 공기 팬(72) 및 스트리퍼 공기 팬(74)은 조작자가 스트리퍼 공기 유동의 균형을 잡아 치부(38)의 최적 섬유 방출 및 제2 공기 스트림(34)의 유량의 증가를 허용하도록 하기 위해 이용된다.

일반적으로, 개별 제2 섬유상 물질(32)은 대략 제2 섬유상 물질(32)이 피커 롤(36)의 치부(38)를 떠나는 속도로 노즐(44)을 통해 운반된다. 즉, 제2 섬유상 물질(32)은 피커 롤(36)의 치부(38)를 떠나서 노즐(44)로 진입할 때, 제2 섬유상 물질이 피커 롤(36)의 치부(38)를 떠나는 지점으로부터의 규모 및 방향의 양쪽 모두에서 대체로 그의 속도를 유지한다.

펄프 섬유화는 피커 롤의 사용을 통해 달성된다. 감긴 펄프가 피커 하우징 내로 공급되기 때문에, 피커 롤 치부(38)는 섬유를 개별화하고 노즐(44)을 통해 섬유를 운반한다. 펄프 공급 속도가 너무 높거나, 또는 치부/섬유 상호 작용이 적으면, 섬유화 발생이 빈약하고 베이스시트 내의 펄프 섬유 분포는 시트의 형성을 빈약하게 한다. 본 출원인은 상기한 시스템을 통해 더 높은 수준의 제2 공기 스트림(34)의 이용이 특히 더 높은 펄프 공급 속도에서 개선된 시트 형성을 위해 제공되는 것을 발견하였다.

전형적으로, 노즐(44)의 폭은 멜트블로잉 다이(16, 18)의 폭과 대체로 평행한 방향으로 정렬되어야 한다. 바람직하게는, 노즐(44)의 폭은 멜트블로잉 다이(16, 18)의 폭과 대체로 동일해야 한다. 일반적으로, 노즐(44)의 길이는 장비 설계가 허용되는 한 짧은 것이 바람직하다.

열가소성 중합체 섬유(24) 및 제2 섬유상 물질(32)의 스트림(56)을 내부에 제2 섬유상 물질(32)이 분포된 열가소성 중합체 섬유(24)의 응집 혼합물로 이루어진 부직 구조물(54)로 변환하기 위하여, 스트림(56)의 경로에 수집 장치가 위치된다. 수집 장치는 종래와 같이 롤러(60)에 의해 구동되고 도 1에서 화살표(62)로 표시된 바와 같이 회전하는 무단 벨트(58)일 수 있다. 다른 수집 장치가 당업자에게 잘 알려져 있고, 무단 벨트(58) 대신 이용될 수 있다. 예를 들어, 다공성 회전 드럼 배열이 이용될 수 있다. 열가소성 중합체 섬유와 제2 섬유상 물질의 합쳐진 스트림은 무단 벨트 또는 와이어(58)의 표면 상에 섬유의 응집 혼합물로서 수집되어 부직웹(54)을 형성한다.

섬유의 퇴적은 음의 공기압 유닛 또는 하부 와이어 배기 시스템(80)에 의해 공급되는 언더-와이어 진공에 의해 보조된다. 예시된 하부 와이어 배기 시스템은 증가된 수의 영역을 가져 종래의 기계와는 다르게 기계 방향으로 3개의 영역을 제공한다. 예를 들어, 제1 영역(82)은 형성 지점의 기계 방향으로 상류에 있고, 제2 영역(84)은 펌프 노즐과 형성 영역의 바로 아래에 있으며, 제3 영역(86)은 형성 영역의 기계 방향으로 하류에 있다. 예시적인 양태에서, 제2 영역(84)은 최고 기류를 가지고, 제1 영역(82)은 최소량의 기류를 가지며, 제3 영역(86)은 제1 영역(82)보다 크지만 제2 영역(84)보다는 적은 기류를 가진다. 상기 영역들은 또한 최적인 것으로 밝혀지면 동일한 양의 기류를 공급할 수 있다. 본 출원인은 구획된 하부 와이어 배기 시스템(80)이 필요한 위치에 증가된 공기 유동 및 형성 영역의 공기 관리의 더 나은 제어를 제공하여 개선된 형성 및 균일성을 초래하는 것을 발견하였다.

섬유상 부직 구조물(54)은 응집적이고 자기 지지 부직 물질로서 벨트(58)로부터 제거될 수 있다. 일반적으로, 상기 구조물은 적절한 강도 및 온전성을 가져 패턴 결합 등과 같은 임의의 후처리 없이 사용된다. 원한다면, 물질의 부분을 결합하기 위해 한 쌍의 핀치 롤러 또는 패턴 결합 롤러가 사용될 수 있다.

섬유상 부직 구조물은 약 100 내지 약 700 건조 중량%의 액체를 함유하는 습윤 와이프로서 사용되도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 습윤 와이프는 약 200 내지 약 450 건조 중량%의 액체를 함유할 수 있다.

이제 도면 중 도 2를 참조하면, 도 1에 서술된 예시적인 공정의 개략도가 도시되어 있다. 도 2는 제조된 섬유상 부직 구조물의 유형에 영향을 줄 수 있는 공정 변수를 강조한다. 섬유상 부직 구조물의 유형에 영향을 주는 다양한 형성 거리가 또한 도시되어 있다.

본원에 예시적인 양태로 서술된 멜트블로잉 다이의 이용은 개선된 형성 및 부드러움 특성을 허용한다. 멜트블로잉 다이 배열(16, 18)은 각각이 일정 각도로 설정될 수 있도록 장착된다. 상기 각도는 형성면(예를 들어, 무단 벨트 또는 와이어(58))에 평행한 평면으로부터 측정된다. 전형적으로, 각 다이는 각도 θ로 설정되고 다이로부터 제조된 가스 함유(gas-borne) 섬유와 마이크로섬유의 제1 공기 스트림(26, 28)이 형성 영역(30)과 교차하도록 장착된다. 일부 양태에서, 각도(θ)는 약 30 내지 약 75도의 범위일 수 있다. 다른 양태에서, 각도(θ)는 약 35 내지 약 60도의 범위일 수 있다. 또 다른 양태에서, 각도(θ)는 약 40 내지 약 55도의 범위일 수 있다.

멜트블로잉 다이 배열(16, 18)은 거리 α만큼 이격된다. 일반적으로, 거리(α)는 약 41cm(16인치) 이하의 범위일 수 있다. 일부 양태에서, α는 약 13cm(5인치) 내지 약 25cm(10인치)의 범위일 수 있다. 다른 양태에서, α는 약 15cm(6인치) 내지 약 21cm(8인치)의 범위일 수 있다. 중요하게는, 멜트블로잉 다이들 사이의 거리(α)와 각 멜트블로잉 다이의 각도(θ)는 형성 영역(30)의 위치를 결정한다.

형성 영역(30)으로부터 각 멜트블로잉 다이의 팁까지의 거리(즉, 거리 X)는 섬유와 마이크로섬유의 각 제1 공기 스트림(26, 28)의 확산을 최소화하도록 설정되어야 한다. 예를 들어, 이 거리는 약 41cm(16인치) 이하의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 이 거리는 6cm(2.5인치) 초과여야 한다. 예를 들어, 약 6cm(2.5인치) 내지 16cm(6인치)의 범위의 거리(X)의 경우, 각 멜트블로잉 다이 배열의 팁으로부터 형성 영역(30)까지의 거리는 이하의 수학식 1을 이용하여 다이 팁(α)과 다이 각도(θ) 사이의 분리로부터 결정될 수 있다:

일반적으로, 스트림(56)의 확산은 스트림(56)이 형성면(58)과 접촉하기 전에 적절한 수직 형성 거리(즉, 거리 β)를 선택함으로써 최소화될 수 있다. β는 멜트블로잉 다이 팁(70, 72)으로부터 형성면(58)까지의 거리이다. 짧은 수직 형성 거리는 일반적으로 확산을 최소화하는데 바람직하다. 이는 압출된 섬유가 형성면(58)과 접촉하기 전에 끈적한 반용융 상태로부터 고화될 필요성에 의해 밸런싱되어야 한다. 예를 들어, 수직 형성 거리(β)는 멜트블로운 다이 팁으로부터 약 7cm(3인치) 내지 약 38cm(15인치)의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 이 수직 거리(β)는 다이 팁으로부터 약 10cm(4인치) 내지 약 28cm(11인치)일 수 있다.

수직 형성 거리(β)의 중요한 성분은 형성 영역(30)과 형성면(58) 사이의 거리(즉, 거리 Y)이다. 형성 영역(30)은 통합된 스트림이 형성면(58)에 도달하기 위해 진행하기 위한 최소 거리(Y)만을 가져 동반된 섬유와 마이크로섬유의 확산을 최소화하도록 위치되어야 한다. 예를 들어, 형성 영역으로부터 형성면까지의 거리(Y)는 약 31cm(12인치) 이하의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 교차 지점으로부터 형성면까지의 거리(Y)는 약 5cm(3인치) 내지 약 18cm(7인치)의 범위일 수 있다. 형성 영역(30)으로부터 형성면(58)까지의 거리는 이하의 수학식 2를 이용하여 수직 형성 거리(β), 다이 팁(β)과 다이 각도(θ) 사이의 분리로부터 결정될 수 있다:

가스 동반된 제2 섬유상 물질은 노즐(44)로부터 나와 스트림(34)을 통해 형성 영역으로 유입된다. 일반적으로, 노즐(44)은 그의 수직축이 형성면에 실질적으로 수직이도록 위치된다.

일부 상황에서, 제2 공기 스트림(34)을 냉각하는 것이 바람직할 수 있다. 제2 공기 스트림의 냉각은 용융되거나 또는 끈끈한 멜트블로운 섬유상 물질의 켄칭을 가속화하여 섬유 확산을 최소화하는데 사용될 수 있는 멜트블로잉 다이 팁과 형성면 사이에 더 짧은 거리를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 공기 스트림(22)의 온도는 약 65 내지 약 85℉로 냉각될 수 있다.

멜트블로운 섬유(26, 28)의 스트림과 제2 공기 스트림(34)의 스트림, 멜트블로잉 다이의 원하는 다이 각도(θ), 수직 형성 거리(β), 멜트블로잉 다이 팁들 사이의 거리(α), 형성 영역과 멜트블로잉 다이 팁 사이의 거리(X), 및 형성 영역과 형성면 사이의 거리(Y)를 밸런싱함으로써, 멜트블로운 섬유 스트림 내의 제2 섬유상 물질의 제어된 통합을 제공하는 것이 가능하다. 본 출원인은 본원에 서술된 예시적인 다이 팁, 하부 와이어 배기 박스 디자인, 및 분리된 고체적 희석 및 스트리퍼 공기 팬의 이용은 이전에 가능하지 않았던 유리한 형성 기하 구조 및 공기 스트림 체적을 허용하여 시트 특성의 개선을 초래하는 것을 발견하였다.

상이한 양태의 섬유상 부직 구조물은 복수의 개별 형성 뱅크를 포함하는 단일 제조 라인 상에 제공될 수 있다. 각 형성 뱅크는 섬유상 부직 구조물의 개별 층을 제공하도록 구성된다. 공정 동안 각 층의 섬유들 사이의 기계적 얽힘은 층들 사이의 부착을 제공하고, 인접한 층들 사이에 결합을 형성하여 섬유상 부직 구조물을 제공할 수 있다. 후속하는 열기계적 결합이 섬유상 부직 구조물 상에 또한 사용되어 층들 사이의 부착을 개선시킬 수 있다.

바람직하게는, 섬유상 부직 구조물은 액체를 함유하는 습윤 와이프로서 사용될 수 있다. 상기 액체는 습윤 와이프 베이스시트 내에 흡수될 수 있는 임의의 용액일 수 있고, 원하는 와이핑 특성을 제공하는 임의의 적합한 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 성분은 당업자에게 잘 알려진 바와 같이 물, 연화제, 계면활성제, 향수, 방부제, 킬레이트제, pH 완충제, 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 상기 액체는 또한 로션, 약제, 및/또는 다른 활성제를 함유할 수 있다.

각 습윤 와이프 내에 함유된 액체의 양은 습윤 와이프를 제공하는데 사용되는 물질의 종류, 사용된 액체의 종류, 습윤 와이프를 저장하는데 사용되는 용기의 종류, 및 습윤 와이프의 원하는 최종 용도에 따라서 다양할 수 있다. 일반적으로, 각 습윤 와이프는 개선된 와이핑을 위해, 와이프의 건조 중량을 기준으로 약 150 내지 약 600중량%, 및 바람직하게는 약 250 내지 약 450중량%의 액체를 함유할 수 있다. 특정 양태에서, 습윤 와이프 내에 함유된 액체의 양은 습윤 와이프의 건조 중량을 기준으로 약 300 내지 약 400중량%이다. 액체의 양이 상기한 범위 미만이면, 습윤 와이프는 너무 건조할 수 있어 적절히 기능하지 못할 수 있다. 액체의 양이 상기한 범위 초과이면, 습윤 와이프는 과포화되어 질척거릴 수 있고 액체가 용기의 바닥에 고일 수 있다.

각 습윤 와이프는 대체로 직사각 형상일 수 있고, 임의의 적합한 펼친 폭 및 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 습윤 와이프는 약 2.0 내지 약 80.0cm, 및 바람직하게는 약 10.0 내지 25.0cm의 펼친 길이, 및 약 2.0 내지 약 80.0cm, 및 바람직하게는 약 10.0 내지 약 25.0cm의 펼친 폭을 가질 수 있다. 전형적으로, 각 개별 습윤 와이프는 접힌 형상으로 배열되고 습윤 와이프의 적층체를 제공하기 위해 다른 또는 천공부를 갖는 연속적인 스트립의 물질의 상부에 적층된 것이다. 습윤 와이프의 적층체는 용기, 예를 들어 플라스틱통의 내부에 위치될 수 있고, 분배를 위해 적층체로 배열되어 소비자에게 궁극적인 판매를 위해 습윤 와이프의 패키지를 제공할 수 있다.

본원에 개시된 섬유상 부직 구조물을 제조하기 위해, 공정의 다양한 양태를 개선하였다. 더 작은 기계 방향 폭을 갖는 다이 팁, 새롭게 디자인한 하부 와이어 배기 시스템 및 더 큰 기류, 별도의 스트리퍼 및 희석 공기 팬, 더 높은 수준의 희석 공기, 및 최적화된 형성 기하 구조의 사용은 공정 성분을 개선한다. 이들 신규한 공정 성분 및 형성 기하 구조의 사용은 섬유상 부직 구조물에 대해 부드러움, 형성, 불투명도, 섬유 직경, 비등방성, 린트량, 및 인장 강도의 개선을 포함하는 물리적 개선을 제공한다. 이들 개선은 표준 제조 속도에서의 제품 품질 개선 또는 표준 품질 수준에서의 속도 개선, 또는 이들의 일부 조합으로서 이용될 수 있다.

시험 방법

형성 지수 시험:

형성 지수는 부직 기재의 콘트라스트와 크기 분포 성분의 비이다. 형성 지수가 커지면 형성 균일성이 나아진다. 역으로, 형성 지수가 작아지면 형성 균일성이 악화된다. "형성 지수"는 캐나다 온타리오주 소재의 옵테스트 이큅먼트 인코포레이티드(OpTest Equipment Incorporated)로부터 상업적으로 입수 가능한 파프리칸 & 옵테스트, 버전 9.0(PAPRICAN & OpTest, Version 9.0)에 의해 개발된 소프트웨어를 이용하여 옵테스트 이큅먼트 인코포레이티드에 의해 제조된, 상업적으로 입수 가능한 파프리칸 마이크로-스캐너 코드 엘에이디94(PAPRICAN Micro-Scanner Code LAD94)를 이용하여 측정된다. 파프리칸 마이크로-스캐너 코드 엘에이디94는 화상 입력용 비디오 카메라 시스템 및 샘플을 조명하기 위한 라이트 박스를 사용한다. 카메라는 65㎛/픽셀의 해상도를 갖는 CCD 카메라이다.

비디오 카메라 시스템은 확산판을 갖는 라이트 박스의 중심에 위치된 부직 샘플을 관찰한다. 촬상을 위해 샘플을 조명하기 위해, 라이트 박스는 조명 영역을 제공하는데 사용되는 82V/250W의 확산된 석영 할로겐 램프를 함유한다. 조정 가능한 강도의 균일한 조명 영역이 제공된다. 구체적으로는, 형성 지수 시험용 샘플은 부직 기재의 횡방향 폭 스트립으로부터 절단된다. 샘플은 일 측이 시험 물질의 기계 방향으로 정렬된 채로 101.6mm(4인치)×101.6mm(4인치) 정사각형으로 절단된다. 시험 물질의 기계 방향으로 정렬된 측부는 시험 영역 상에 위치되고 카메라를 보유하는 기구 지지 아암을 향해 지시된 기계 방향으로 시편판에 의해 제 위치에 유지된다. 각 시편이 라이트 박스 상에 위치되어 웹의 면은 균일하게 측정되도록 확산판으로부터 위로 향하고 있다. 형성 지수를 측정하기 위해, 광 수준은 128±1의 평균 LCU 그레이 수준(MEAN LCU GRAY LEVEL)을 표시하도록 조정되어야 한다.

시편은 시편의 중심이 조명 영역의 중심과 정렬되도록 시편판 사이의 라이트 박스 상에 설정된다. 모든 다른 천연 또는 인공의 방 조명은 끈다. 카메라는 그의 광축이 시편의 평면에 수직이고 그의 비디오 영역이 시편의 중심에 위치되도록 조정된다. 그 후, 시편은 스캐닝되고 옵테스트 소프트웨어로 연산된다.

각 샘플에 대해 15개의 부직 기재의 시편을 시험하였고, 그 값은 형성 지수를 결정하기 위해 평균되었다.

린트수 시험:

린트수 시험은 건조 부직 베이스시트로부터 떨어져 나온 린트량을 정량하는데 사용된다. 상기 시험은 펠트의 스트립을 부직 베이스시트에 대해 25회 문지른 후 소프트웨어로 분석하여 펠트 상에 남은 린트량을 측정한다. 부직 시편에 대해 가중 펠트 스트립을 문지르는데 미국 뉴욕주 론콘코마 소재의 테스팅 머신즈 인코포레이티드(Testing Machines, Inc.)로부터 상업적으로 입수 가능한 디지털 잉크 문지름 시험기(Digital Ink Rub Tester; DIRT)(모델 번호 10-18-01)의 잉크 문지름 시험기를 사용하였다. DIRT는 시험 블록, 시편 베이스, 및 제어 유닛으로 구성된다.

시험 블록은 50.8mm(2인치)의 폭 및 101.6mm(4인치)의 길이를 갖는 알루미늄판이다. 시험 블록은 대략 25.4mm(1인치)의 두께이다. 미국 뉴욕주 론콘코마 소재의 테스팅 머신즈 인코포레이티드로부터 상업적으로 입수 가능한, 172±34kPa(25psi)로 원래 두께의 절반으로 패드를 압축하도록 압축성을 갖는 32mm(1/8인치)의 두께의 개방 셀 네오프렌 고무 패드(부품 번호 10-18-04)로 시험 블록의 바닥을 덮는다. 이는 펠트가 시험 동안 블록에 대해 미끄러지는 것을 방지한다. 부착 영역은 시험 블록의 상부로 절단된다. 부착 영역은 짧은 연부로부터 대략 3mm의 시험 블록의 길이를 가로지른 시험 블록의 상부의 2개의, 폭 13mm, 깊이 10mm의 줄무늬 개구이다. 두께가 1/16인치인 펠트의 조각은 50.8mm(2인치)×152.4mm(6인치)의 스트립으로 절단된다. 미국 코네티컷주 브리스톨 소재의 뉴 잉글랜드 개스킷(New England Gasket)으로부터 상업적으로 입수 가능한 번호 F-55 펠트 또는 그의 임의의 등가물이 사용될 수 있다. 펠트 스트립은 큰 IDL 바인더 클립을 사용하여 부착 영역에서 시험 블록에 부착된다. IDL 바인더 클립 및 고무 패드를 포함한 시험 블록의 총 중량은 2.0파운드(908g)여서 샘플에 대해 위치될 때 펠트 스트립에 적용되는 0.25psi를 초래한다. 통합 후크는 시험 블록의 길이의 중간에서 후방에 부착된다. 통합 후크는 21mm의 폭 및 18mm의 길이를 가진다. 시험 블록의 바닥에서, 통합 후크는 제어 유닛 상에 구동 조립체와 맞물리는 판의 연부로부터 대략 6mm의 만곡된 바닥을 갖는, 폭 8mm 및 깊이 10mm의 개구를 가진다. 시험 블록은 통합 후크를 통해 제어 유닛의 구동 조립체에 맞물린다.

상기한 개방 셀 네오프렌 고무 패드 물질로 시편 베이스를 덮는다. 상기 패드는 시편이 시험 동안 베이스 상에서 미끄러지는 것을 방지한다. 7"×7"의 시편을 고무 패드 상에 와이어측을 아래로 하여 펼치고 강한 자석 또는 임의의 다른 적합한 클램핑 기구를 이용하여 제 위치에 유지한다. 시편은 기계 방향(MD)이 문지름 방향과 평행하도록 배향된다.

제조자에 따라, 시험 블록은 "소정 수의 사이클, 소정 속도로 …2.25[인치]의 아크를 통해 이동"된다. ([TMI 10-18-01 Ink Rub Tester manual, Rev 2, Pg 4.] 참조)

잉크 시험기의 베드 상에 위치된 177.8mm(7인치)×177.8mm(7인치)의 정사각형을 절단함으로써 부직 기재의 샘플을 제조한다. 샘플의 연부 상에 가중부를 위치시켜 샘플을 제 위치에 유지한다. 분당 85사이클의 속도로 25사이클을 수행하도록 DIRT를 프로그램하였다. 행정 길이는 조정될 수 없었다. 샘플 또는 펠트의 어떤 것도 문지름 전 또는 동안에 가열되지 않았다. 펠트 스트립은 시험 블록으로부터 제거되고, 부직 시편에 대항하는 측은 린트수에 대해 측정된다. 화상 분석 측정은 데스크탑 스캐너에 의해 생성된 펠트의 화상에서 행해진다. 문지른 펠트 스트립의 화상을 생성하기 위해 카노스캔 8800에프(Canoscan 8800F) 데스크탑 스캐너가 사용된다. 한번에 3개의 스트립까지 수용하기 위해서, 9"×6.5"를 측정하는 그레이 스케일 화상이 300dpi의 해상도에서 스캐닝된다. 펠트 스트립은 문지른 측을 아래로 하여 스캐너 상에 위치되고 펠트의 큰 조각으로 덮어 블랙 배경을 생성한다.

그 후, 비주얼 베이직으로 프로그램된 린트수 소프트웨어를 사용하여 린트수를 측정한다. 화상 분석 알고리즘은 프랑스 툴루즈 소재의 지디픽처 이미징 에스디케이(GDPicture Imaging SDK)로부터 상업적으로 입수 가능한 이미징 라이브러리즈 지디픽처프로 브이5(imaging libraries GdPicturePro v5), 및 미국 텍사스주 오스틴 소재의 내셔널 인스트루먼츠 코포레이션(National Instruments Corporation)으로부터 상업적으로 입수 가능한 아이맥 브이8.6(IMAQ v8.6)을 사용한다. 린트수를 측정하는데 사용된 알고리즘은 이하에 예시되어 있다. 각 샘플에 대해 부직 기재의 6개의 시편을 시험하였고, 값을 평균하여 린트수를 측정하였다.

표면 조도 시험:

독일 베르기쉬 글라트바흐 소재의 프라이스 리서치 앤 테크놀로지 게엠베하(Fries Research and Technology GmbH)로부터 상업적으로 입수 가능한 에프알티 마이크로프로프 200 비접촉 광학 프로파일러(FRT MicroProf 200 non-contact optical profiler)를 사용하여 표면 조도를 측정한다. 광학 시스템은 위로부터 직접 샘플에 입사하는 몇 개의 마이크로미터 점 크기의 고정 백색광 프로브를 제공한다. 컴퓨터 제어된 단계를 통해 프로브 하에서 기계적으로 샘플을 스캐닝한다. 반사는 동축상에서 수집되고, 각 지점에서의 반사의 파장은 분광광도계에 의해 측정되고 z값으로 변환된다. 원 지형적 데이터는 수집된 후 필터링되어 영 반사(무효(void))의 지점인 "무효" 지점을 제거한다.

모터 제어된 X-Y 테이블의 수평면 상에 부직 시트를 7"×7"로 절단하여 위치시킴으로써 표면 맵이 생성된다. 프로파일 측정기는 X-Y 테이블을 이동시킴으로써 달성되는 수평 위치의 어레이(X & Y)에 대한 높이(z)를 기록하여 시트 위에 수직으로 장착된 고정된 광학 검출기에 의해 관심 영역 내에서 시트 상승을 측정한다.

에프알티 마이크로프로프 비접촉 광학 프로파일러는 이하의 조건에서 작동시켰다:

a. 층당 300㎛의 수직 검출 범위를 갖는 광학 센서

b. 적층된 층의 수: 3개 내지 5개의 층(=750㎛ 내지 1,250㎛의 총 수직 범위)이 주어진 샘플의 표면 릴리프에 따라 다양함

c. 검출기 주파수: 30Hz

d. 시편 수: 5개

e. 시편당 맵 수: 4개(샘플당 총 10개의 공기측 맵 및 10개의 와이어측 맵에 대해 공기측으로부터 2개의 맵, 와이어측으로부터 2개의 맵)

f. 맵 크기: 20mm×20mm 제곱 면적

g. 맵당 라인 수: 20mm의 길이 트레이스를 동등하게 이격한 10개(Y방향 횡방향 해상도=2mm)

h. 라인당 데이터점 수: 250개(X방향 횡방향 해상도=80㎛)

처리된 데이터로부터 이하의 파라미터를 연산하였다. 에프알티 마크 Ⅲ 버전 3.7(FRT Mark Ⅲ version 3.7) 소프트웨어를 사용하여 데이터를 처리하였다. 데이터를 처리하고 2개의 파라미터 SWa 및 SWz를 연산하는 이 소프트웨어는, "표준" 문헌(ISO 4287, ASME B46.1 및 ISO 11562)에 기준한다. 모든 데이터(맵)는 "필터링된 파상(waviness filtered)"이고, 이는 대규모의 파형(undulating) 또는 파상 텍스처를 분석하기 위해 표면이 필터링되어 고주파수 요소를 제거하고 저주파수(긴 파장) 요소를 보유한 것을 의미한다. 이는 영역을 일련의 "컷오프 영역"으로 세분함으로써 달성된다. 파상 파라미터는 모든 컷오프의 평균이다. 이 분석을 위해 컷오프(Lc)는 2mm이다.

a. SWa(평균 조도)는 평균 평면으로부터 측정된 표면의 산술 평균 편차임.

b. SWz(표면의 10점 높이)는 측정 영역에서 5개의 가장 높은 피크와 5개의 가장 낮은 만입부 사이의 차이의 평균이고, 총 릴리프의 측정값임.

c. "S"는 표면을 의미함.

d. "W"는 대규모 파형 또는 파상 텍스처를 분석하기 위하여 필터링하여 고주파수 요소를 제거하고 저주파수(긴 파장) 요소를 보유한 것을 의미함.

e. "a"는 평균 라인 또는 평면으로부터의 조도 또는 평균 편차에 대한 표준 표기임.

f. "z"는 평가 길이 또는 영역에 대한 평균 라인 또는 평면으로부터의 최대 편차에 대한 표준 표기임.

인장 강도 시험:

본원의 목적을 위해, 동일한 대기 상태에서 샘플을 시험하기 전에 4시간 동안 23±2℃ 및 50±5%의 상대 습도의 대기 상태에서 샘플을 유지한 후, 3인치 죠(jaw) 폭(샘플 폭), 2인치의 시험 스팬(게이지 길이), 및 분당 25.4cm의 죠 분리 속도를 이용하는 정속 연신(CRE) 인장 시험기를 사용하여 인장 강도를 측정할 수 있다. "MD 인장 강도"는 샘플이 당겨져 기계 방향으로 파단될 때의 샘플 폭의 3인치당 그램힘의 피크 하중이다.

더 구체적으로는, 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소재의 쓰윙-앨버트 인스트루먼트 컴퍼니(Thwing-Albert Instrument Company)로부터 상업적으로 입수 가능한 모델 번호 JDC 3-10, 제품 번호 37333의 제이디씨 프리시전 샘플 커터(JDC Precision Sample Cutter)를 사용하여 기계 방향(MD) 배향으로 폭 76±1mm(3±0.04인치)×길이 101±1mm(4±0.04인치) 이상의 스트립을 절단함으로써 인장 강도 시험용 샘플을 제조한다. 인장 강도 측정에 사용된 기구는 엠티에스 시스템 신테크 1/지 모델(MTS Systems Sintech 1/G model)이다. 데이터 획득 소프트웨어는 미국 미네소타주 에덴 프레리 소재의 엠티에스 시스템스 코포레이션(MTS Systems Corp.)으로부터 상업적으로 입수 가능한 엠티에스 테스트웍스® 포 윈도우즈 버전 4.0(MTS TestWorks® for Windows Ver. 4.0)이다. 로드 셀은 MTS 25 뉴튼 맥시멈 로드 셀(MTS 25 Newton maximum load cell)이다. 죠들 사이의 게이지 길이는 2±0.04인치(50±1mm)이다. 상부 죠 및 하부 죠는 최대 90 P.S.I.를 갖는 유압 작용(예를 들어, 인스트론 코포레이션(Instron Corporation), 2712-003 또는 등가물)을 이용하여 작동된다. 그립면은 3인치(76.2mm)의 폭 및 1인치(25.4mm)의 높이로 코팅된 고무(예를 들어, 인스트론 코포레이션(Instron Corporation) 2702-035 또는 등가물)이다. 파단 감도는 40%로 설정된다. 데이터 획득 속도는 100Hz(예를 들어, 초당 100개의 샘플)로 설정된다. 샘플은 수직 및 수평의 양쪽 모두로 센터링된 기구의 죠에 위치된다. 그 후, 시험을 개시하고 피크의 40%까지 힘이 떨어질 때 끝낸다. 그램힘로 표현된 피크 하중은 시편의 "MD 인장 강도"로 기록된다. 각 제품에 대해 12개 이상의 시편을 시험하고 그 평균 피크 하중을 측정한다.

불투명도 시험:

불투명도는 시험 시편 복합체를 통해 투과되는 것을 방지하는 광의 수준을 측정한다. 특히, A 센서가 구비된 디피-9000 프로세서(DP-9000 processer)를 갖는 헌터 랩 모델 디25(Hunter Lab model D25)(미국 버지니아주 레스터 소재의 헌터 어소시에이츠 래보러터리(Hunter Associates Laboratory)로부터 입수 가능함)를 사용하여 "정수비"로 샘플의 불투명도를 측정한다. 후방이 검은 타일로 된 시편의 Y값은 후방이 흰 타일로 된 시편의 Y값으로 나눈다. 생성된 비율이 불투명도이다. Y는 삼자극(tristimulus)값의 흑백 스케일 또는 명도 스케일을 나타낸다. A 센서는 직경이 2인치(51mm)인 시편 포트 영역을 가진다. 시편은 조명되는데, 조명된 영역은 포트 개구보다 약간 작다.

디피-9000 시스템에 의한 D25의 조명은 씨아이이(인터내셔널 커미션 온 일루미네이션) 2° 옵저버 앤 일루미넌트 씨(CIE(International Commission on Illumination) 2° Observer and Illuminant C)와 관련된다. 광원은 석영 할로겐 사이클 램프(8.5 내지 10.5볼트)로부터이고 수직으로부터 45도의 각도로 시편으로 지향된다. 그 후, 반사된 광은 수직으로부터 0도로 시편 바로 위(또는 센서의 배향에 따라 아래)에 위치된 수용기에 수집된다. 수용기에서의 전자 신호는 처리기로 지향된다. 제품 번호 90671의 교정 표준 흑백 타일은 헌터 어소시에이츠 래보러터리로부터 입수 가능하다. 각 샘플에 대해 4"×4" 크기의 부직 기재의 6개의 시편을 시험하였고, 값을 평균화하여 불투명도 수준을 측정하였다.

중합체 섬유 직경 , 중합체 체적 가중 직경 , 및 비등방성 시험:

화상 분석 시스템을 사용하여 중합체 섬유 직경, 중합체 체적 가중 직경, 및 비등방성을 측정하였다.

상대 습도 60% 미만의 실험 조건에서 24시간 이상 동안 시편을 평형으로 둔다. 6개의 작은 정사각형(대략 2cm×2cm)은 각 시편에 대해 6개의 상이한 영역으로부터 불규칙하게 절단되고, 트래킹을 위해 각 정사각형 상에서 임의의 면 형성(sidedness)(예를 들어, 와이어 대 공기 측) 및 지향성(예를 들어, 기계 대 횡기계 방향)이 주의된다. 예를 들어, 정사각형은 기계 및 횡기계 방향으로 측 연부가 정렬하도록 절단되고, 노치는 면 형성 및 지향성을 트래킹하기 위해 정사각형의 모서리 중 하나로부터 절단된다. 임의의 기계 제조 부조(embossment) 영역 또는 다른 유사한 인위 구조(artifact)는 정사각형 조각을 절단할 때 또한 회피되어야 한다. 그 후, 시편 조각은 75%의 황산 용매로 처리되어 셀룰로오스 성분을 용해하여 제거한다. 상기 용매는 75부의 산 및 25부의 물의 체적비로 희석되는 상용 등급 농축 황산으로부터 제조된다. 3개의 페트리 접시를 산성 용매로 채우고 각 접시에서 20분 동안 각 시편 조각을 담그고 처음부터 마지막까지 총 60분의 담금 시간 동안 처리함으로써 처리가 수행된다. 처리된 시편은 중성수(시편 정사각형당 대략 50mL 이상)로 전체적으로 세척되고 셀룰로오스가 남아 있지 않음을 보장하도록 시험되며 평형이 60% 미만의 상대 습도 실험 조건으로 도달할 때까지 건조되도록 남겨둔다.

시편 정사각형을 트리밍하고 와이어 측이 위로 향하도록 제2 전자 현미경(SEM) 스터브에 장착한다. 시편의 지향성은 또한 장착 공정 동안 고려되어야 한다. 더 구체적으로는, 물질의 기계 방향이 후속의 측정을 위해 획득될 때 화상에 수직으로 위치하도록 장착을 수행해야 한다. 기본 장착 기술은 SEM 현미경 관찰에 대한 당업자에게 명백해야 한다.

시편이 적절한 SEM 스터브 상에 장착된 후, 시편은 덴튼 배큠 데스크 Ⅱ 골드 스퍼터 에치 유닛 제품 번호 13357(Denton Vacuum Desk II Cold Sputter Etch Unit, Serial # 13357)(미국 뉴저지주 체리 힐)를 통해 금으로 코팅된 스퍼터이다. 총 1분의 금 함침을 위해 40㎂에서 6회의 10초 버스트(burst)로 금이 도포된다. 대략 10 내지 20nm의 금 두께가 목표로 되어야 한다. 정확한 코팅 방법은 사용되는 스퍼터 코터에 따를 것이지만, 당업자는 SEM 촬상을 위해 충분한 코팅 두께를 얻을 수 있어야 한다.

디지털 후방 산란 전자/고 콘트라스트(BSE/HICON) 화상을 얻기 위해 고체 상태 후방 산란 검출기가 구비된 제올 모델(JEOL Model) JSM-6490LV SEM(일본 도꾜)이 사용된다. 깨끗하고 선명한 화상이 요구된다. SEM 현미경 관찰의 당업자에게 알려진 여러 파리미터는 이러한 화상을 생성하기 위해 적절히 조정되어야 한다. 파라미터는 가속 전압, 점(spot) 크기, 작용 거리, 및 배율을 포함할 수 있다. 이하의 설정이 이용된다:

a. 작용 거리(WD)= 5mm

b. 가속 전압-10kV

c. 점 크기-1280X960 픽셀 해상도에서 58

d. 배율-배율에 근접하도록 1% 규칙(즉, 최소 섬유가 1차원의 시야 크기의 적어도 1%만큼 넓은 픽셀 직경을 가져야 함)을 사용함. 이를 결정하기 위해 몇몇 상이한 표면 영역을 볼 필요가 있을 수 있음. 배율이 결정되면, 단일 샘플의 모든 화상에 대해 일정하게 유지되어야 함.

e. 휘도 및 콘트라스트는 초점의 동일 평면에 있는 교차 섬유의 연부를 유지하도록 조정됨.

f. 이미지제이(ImageJ)(이전에 NIH Image) 매크로를 사용하여 128의 픽셀 그레이-수준 강도값을 255 이상으로 재설정하기 위해 화상을 2배로 함. 128 미만의 픽셀값을 0으로 재설정함. 화상은 0이 "흑색"이고 255가 "백색"인 8비트임.

g. 각 배율에서 아가 사이언티픽 엘티디. 에스 1930 실리콘 시험 시편 공증 시편 번호 A877(Agar Scientific Ltd. S 1930 Silicon Test Specimen Certified Specimen No. A877)을 디지털 촬상하고 직접 교정 인자를 연산함으로써 교정 인자를 결정함.

6개의 시편 조각 각각으로부터 획득된 6개의 디지털 BSE/HICON 표면 SEM 화상은 화상 분석 소프트웨어 시스템 및 분석 알고리즘을 갖는 호스트 컴퓨터의 하드 드라이브에 직접 다운로드된다. 상기 시스템 및 알고리즘은 화상을 판독하고 검출 및 화상 처리 단계를 수행하여 최종적으로 측정값을 얻을 수 있다. 상기 시스템 및 알고리즘은 또한 막대 그래프로 데이터를 축정하여 디지털 데이터 출력을 제공한다.

화상 분석 플랫폼으로서 스위스 헤르브룩 소재의 레이카 마이크로시스템즈(Leica Microsystems)의 퀸 프로 브이. 3.2.1 소프트웨어(QWIN Pro v. 3.2.1 software)를 이용하여 표면 BSE/HICON 화상으로부터 섬유 직경 및 비등방성 데이터를 얻는다. 특히, 이 작업을 수행하는데 알고리즘 '엠비 다이아미터 - 1(MB Diameter - 1)'을 사용한다.

기준 물질, 예를 들어 표준 체에 사용되는 메시를 사용함으로써 상기한 SEM 촬상 파라미터의 정확성을 점검할 수 있다. ASTM 사양 E-I 1(ASTM Specification E-I l)을 기반하여, 번호 435 체는 28㎛ +/- 15%의 정규 와이어 직경을 제공한다. 이러한 체의 작은 부분 또는 다른 비교할 만한 체(예를 들어, 번호 400, 500 및 635)의 와이어 메시가 장착될 수 있고 SEM에서 촬상되어 BSE/HICON 화상을 얻은 후 화상 분석 알고리즘을 이용하여 분석될 수 있다. SEM 설정은 와이어 직경값이 정규 와이어 직경 범위 내에 있을 때까지 조정되어야 한다. 미국 오하이오주 멘터 소재의 더블유. 에스. 타일러 인코포레이티드(W. S. Tyler Inc.)로부터 체를 구입할 수 있다.

섬유 매트릭스 배향으로도 지칭되는 비등방성은 개별 섬유 세그먼트라기보다는 전체 화상에서 수행되는 영역 기반 측정값이다. 시편당 얻은 6개의 화상 각각은 자신의 비등방성 측정값을 산출했다.

각 화상에 대해 수 가중 섬유 직경 분포를 측정하는 것에 추가하여, 원통형 섬유 형상을 가정함으로써 체적 가중 분포가 또한 연산된다. 막대 그래프로부터 얻은 체적/수 가중 평균값의 비를 연산하여 상이한 시편의 분포들 사이에 차이를 설명할 수 있다.

각 유형의 분포에 대해 막대 그래프 포맷으로 수 및 체적 가중 데이터를 얻는다. 막대 그래프는 또한 통계적 데이터, 예를 들어 평균, 표준 편자, 수, 섬유 세그먼트 길이, 체적, 최대, 최소 등을 가진다. 데이터는 화상 분석 알고리즘 '엠비 다이어미터 -1'을 통해 마이크로소프트® 엑셀® 스프레드시트로 전자적으로 전송된다. 샘플 사이의 임의의 차이를 설명하기 위해 90% 신뢰성 수준에서 데이터에 스튜던츠 티 분석(Student's T analysis)을 수행한다. 각 화상은 복수(예를 들어, 400 초과의 섬유 세그먼트)의 측정이 수행되는 단일 샘플링 지점이 고려된다. 총 6개의 화상은 n=6의 경우 시편당 분석된다. 각 화상으로부터 얻은 막대 그래프로부터 얻은 6개의 평균값을 평균하여 섬유 직경을 결정한다. 6개의 비등방성 측정은 또한 평균되고 스튜던츠 티 분석을 이용하여 처리된다.

실시예

상기한 및 도 1 내지 도 3의 공정에 따라 목재 펄프 섬유 및 멜트블로운 폴리프로필렌 섬유를 함유하는 섬유상 부직 구조물을 제조하였다. 공정에서, 웨이어하우저 컴퍼니로부터 상업적으로 입수 가능한 제2 펄프 섬유인 CF405 펄프는 공기 스트림 내에 부유되고, 제2 펄프 섬유를 함유하는 공기 스트림에 영향을 주는, 바셀 유에스에이 인코포레이티드(Basell USA Inc.)로부터 상업적으로 입수 가능한 멜트블로운 섬유상 물질인 메토센 엠에프650엑스(Metocene MF650X)의 2개의 공기 스트림과 접촉한다. 합쳐진 스트림을 형성 와이어 상으로 지향시키고 섬유상 부직 구조물 형태로 수집하였다. 표 1에 서술된 바와 같이 공정 셋업을 갖는 2-뱅크 시스템을 사용하여 예시적인 실시양태 A 내지 N을 제조하였다. 30 내지 75gsm의 범위의 상이한 기본 중량, 0.63 내지 1.76ghm(ghm-분당 멜트블로운 다이의 각 구멍을 통과하는 중합체의 그램)의 범위의 상이한 중합체 처리율, 및 2.5 내지 5.5파운드의, 다이를 통한 총 중합체 처리율의 다이의 인치당 중합체 용융물(pih), 및 13.52 내지 29.74파운드의 다이의 인치당 중합체 용융물(pih)의 범위의 상이한 제2 펄프 처리율을 사용하여 다양한 샘플을 제조하였다. 본원에 서술된 예시적인 및 비교의 섬유상 부직 구조물 샘플의 제조에 사용된 멜트블로운 다이는 각각 인치당 30개의 구멍을 가진다.

전체가 본원에 참조로 포함되는, 1978년 7월 11일자로 앤더슨(Anderson) 등에게 허여되고 발명의 명칭이 "Nonwoven Fabric and Method of Producing Same"인 미국 특허 제4,100,324호; 1996년 4월 16일자로 조저(Georger) 등에게 허여되고 발명의 명칭이 "Abrasion Resistant Fibrous Nonwoven Structure"인 미국 특허 제5,508,102호; 및 2003년 11월 13일자로 켁(Keck) 등에 의해 출원되고 발명의 명칭이 "Three-Dimensional Coform Nonwoven Web"인 미국 특허 출원 공보 US 2003/0211802호에 서술된 공정을 사용하여 비교 샘플을 또한 제조하였다. 상이한 기본 중량, 중합체 처리율, 및 제2 펄프 처리율에 대한 비교 샘플 C-A 내지 C-N은 각각 예시적인 샘플 A 내지 N에 대응된다.

비교 샘플과는 상이한 예시적인 섬유상 부직 구조물을 제조하기 위한 공정의 특정 특성 및 특징은 16cm 미만인 멜트블로운 다이 팁의 폭, 펄프를 함유하는 제2 공기 스트림의 체적 유량(Q), 펄프 처리율로 나눈 펄프를 함유하는 제2 공기 스트림의 체적 유량(Q), 희석 및 스트리퍼 공기 팬의 분리, 및 하부 와이어 배기 시스템의 증가된 공기 유동 및 설계를 포함한다. 이들 변경은 시스템 내에 더 나은 공기 유동 제어 및 온도 제어를 제공한다.

신규한 공정 성분 및 형성 기하 구조의 사용은 부드러움, 형성, 불투명도, 섬유 직경, 비등방성, 린트량, 및 인장 강도에 대한 개선을 포함한 섬유상 부직 구조물에 대한 물리적 개선을 제공한다. 이들 개선은 표준 제조 속도에서의 제품 품질 개선 또는 표준 품질 수준에서의 속도 개선, 또는 적은 기본 중량에서의 표준 품질 수준, 또는 이들의 일부 조합으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 1.26ghm의 중합체 처리율에서 공정 개선을 이용하는 부직 코폼 기재의 제조는 0.63ghm에서 비교 공정과 유사한 시트를 달성할 수 있다. 예시적인 부직 기재에 대한 이들 다양한 물리적 특징의 개선은 이하에 서술된다.

본원에 서술된 공정의 이용은 섬유상 부직 구조물에 대한 형성 지수 개선을 제공한다. 예시적인 수의 예시적인 섬유상 부직 구조물 및 유사한 비교예에 대한 형성 지수를 표 3에 나타내고 있다.

실시예에 나타낸 바와 같이, 형성 지수는 각 기본 중량에서 공정의 중합체 처리율이 증가하면 감소한다. 예를 들어, 예시적인 부직물의 코드 C는 0.63ghm(2.5pih)의 중합체 처리율, 60gsm에서 제조되었고 112.6의 형성 지수를 가지는 반면, 예시적인 부직물의 코드 M은 1.39ghm(5.5pih)의 중합체 처리율, 60gsm에서 제조되었고 78.73의 형성 지수를 가진다. 그러나, 표를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 예시적인 기재의 형성 지수는 70 이상의 형성 지수를 갖는, 기계의 기본 중량 또는 중합체 처리율을 고려하지 않고 매 비교 샘플보다 크다.

도 4는 본원에 개시된 공정을 이용하여 부직 코폼 기재에 대한 형성 지수의 개선의 시각적인 표현을 도시한 것이다. 도 4는 0.63 내지 1.39ghm(2.5pih 내지 5.5pih)의 범위의 중합체 처리율, 60gsm의 기본 중량에서의, 본원에 서술된 예시적인 섬유상 부직 구조물의 형성 지수를 동일한 처리율, 60gsm의 기본 중량에서의 비교예와 관련하여 도시한 것이다. 예시적인 라인은 비교의 섬유상 부직 구조물과 비교할 때 본원에 서술된 공정을 실시함으로써 얻은 형성 지수 개선을 표시한다.

본원에 서술된 공정의 이용은 또한 주어진 기본 중량에서 건조 섬유상 부직 구조물에 대한 불투명도 개선을 제공한다. 예시적인 섬유상 부직 구조물 및 유사한 비교예의 예시적인 수에 대한 불투명도 비율 및 기본 중량은 표 4에 나타내고 있다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 불투명도는 각 기본 중량에서 공정의 중합체 처리율이 증가할 때 감소한다. 예를 들어, 예시적인 부직물의 코드 C는 0.63ghm(2.5pih)의 중합체 처리율에서 60gsm의 기본 중량을 갖고 처리되었고 82.65%의 불투명도값을 가지는 반면, 예시적인 부직물의 코드 J는 1.13ghm(4.5pih)의 중합체 처리율에서 60gsm으로 제조되었고 80.42%의 불투명도값을 가진다. 표를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 주어진 기본 중량에서의 예시적인 기재의 불투명도는 동일한 기본 중량에서의 비교 샘플과 비교할 때 훨씬 더 크다.

예상외로, 적은 기본 중량에서의 예시적인 기재의 불투명도는 큰 기본 중량에서의 비교 샘플과 유사하다. 사실상, 예시적인 샘플은 35gsm 초과 55gsm 미만의 기본 중량에서 72% 초과의 유사한 불투명도값을 가지지만, 비교 샘플은 60gsm의 기본 중량에서만 이 불투명도값에 도달한다. 도 5는 0.88ghm(3.5pih)의 중합체 처리율, 다양한 기본 중량에서의 본원에 서술된 예시적인 섬유상 부직 구조물에 대한 불투명도값의 시각적인 표현을 동일한 중합체 처리율, 동일한 기본 중량에서의 비교예에 관련하여 도시한 것이다. 45gsm의 기본 중량을 갖는 예시적인 샘플에 대해 60gsm의 기본 중량에서의 비교 샘플과 유사한 불투명도값이 도시된다. 따라서, 유사한 제품은 몇몇 원자재를 사용하여 달성될 수 있다.

본원에 서술된 공정의 이용은 또한 섬유상 부직 구조물에 대한 표면 조도 개선을 제공한다. 예시적인 수의 예시적인 섬유상 부직 구조물 및 유사한 비교예에 대한 표면 조도는 표 5에 나타내고 있다.

표면 조도는 본원에 서술된 공정으로 제조된 코폼 기재의 와이어측 및 비와이어측의 양쪽 모두에서 약 0.06mm 미만임을 알았다. 개선된 표면 조도값은 본원에 서술된 공정의 이용이 와이어측 및 비와이어측의 양쪽 모두에서 부드러움 특징을 개선하는, 더 매끄러운 시트를 제조함을 표시한다.

본 발명의 또 다른 양태는 더 작은 멜트블로운 섬유 직경, 더 작은 체적 가중 평균 섬유 직경, 및 비등방성을 갖는 섬유상 부직 기재의 제조이다. 더 작은 섬유를 갖는 섬유상 부직 구조물은 더 나은 펄프 섬유의 포획 및 완성된 제품에 대해 더 매끄럽고/더 부드러운 손 감촉을 제공한다.

표 6에 나타낸 바와 같이, 예시적인 양태에서, 본원에 서술된 공정을 이용하여 제조된 예시적인 섬유상 부직 구조물은 비교예와 비교할 때 각 처리율에서 더 부드러운 감촉을 나타내는 더 큰 처리율에서 더 작은 멜트블로운 섬유 직경으로 제조된다. 예시적인 부직 베이스시트는 약 0.88ghm 내지 1.39ghm(3.5pih 내지 5.5pih)의 중합체 처리율에서 3.5㎛ 미만의 평균 멜트블로운 섬유 직경을 가진다. 비교예는 이들 중합체 처리율에서 3.5㎛ 초과의 평균 멜트블로운 섬유 직경을 가진다. 도 6은 다양한 중합체 처리율, 60gsm의 기본 중량에서의, 본원에 서술된 예시적인 섬유상 부직 구조물에 대한 중합체 섬유 직경의 시각적인 표현을 동일한 처리율, 60gsm의 기본 중량에서의 비교예와 관련하여 도시하고 있다. 예시적인 샘플은 더 큰 중합체 처리율에서 더 작은 섬유 직경을 가지고, 이는 더 부드러운 섬유상 부직 구조물이 더 큰 중합체 처리율에서 제조될 수 있음을 나타낸다.

예시적인 섬유상 부직 구조물이 더 작은 체적 가중 직경 멜트블로운 섬유상 물질을 가짐을 표 6에 또한 나타내고 있다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 예시적인 양태에서, 예시적인 섬유상 부직 구조물은 약 0.88ghm 내지 1.39ghm(2.5pih 내지 5.5pih)의 중합체 처리율에서 약 4.0 내지 약 8.0mm의 평균 멜트블로운 섬유 체적 가중 직경을 가진다. 예시적인 샘플은 더 큰 중합체 처리율에서 더 작은 섬유 직경을 가지고, 이는 더 부드러운 섬유상 부직 구조물이 더 큰 중합체 처리율에서 제조될 수 있음을 나타낸다.

예시적인 섬유상 부직 구조물은 개선된 비등방성값을 가진다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 예시적인 양태에서, 본 발명의 섬유상 부직 구조물은 0.65 미만의 평균 멜트블로운 섬유 비등방성비를 가진다. 비교예는 0.68 이상의 비등방성값을 가진다. 예시적인 샘플의 비등방성비가 작기 때문에, 시트는 중합체 섬유 배향의 변동이 작다. 이는 소비자에게 더 강한 시트를 나타내면서 더 용이한 처리 및 최종 제품, 예를 들어 습윤 와이프로의 변환을 허용한다.

본원에 서술된 공정의 이용은 섬유상 부직 구조물에 존재하는 린트량에 대한 개선을 제공한다. 예시적인 수의 예시적인 섬유상 부직 구조물 및 유사한 비교예에 대한 린트수를 표 7에 나타내고 있다.

표 7에 나타낸 바와 같이, 예시적인 섬유상 부직 구조물에 대한 린트수는 비교예와 비교할 때 시험된 각 샘플에 대해 적다. 예를 들어, 예시적인 부직물의 코드 A는 924.3에서 가장 큰 린트수를 가지는 반면, 코드 C 내지 I는 979.3에서 린트수에 대해 가장 작은 값을 가진다. 도 7은 60gsm의 기본 중량 및 0.63 내지 1.39ghm(2.5pih 내지 5.5pih)의 범위의 중합체 처리율에서의, 본원에 서술된 예시적인 섬유상 부직 구조물에 대한 린트수에 대한 시각적인 표현을 60gsm의 기본 중량, 동일한 처리율에서의 비교예와 관련하여 도시한 것이다. 예시적인 샘플은 비교예보다 적은 린트수를 가진다.

본원에 서술된 공정의 이용은 섬유상 부직 구조물에 존재하는 기계 방향 인장 강도에 대한 개선을 제공한다. 예시적인 수의 예시적인 섬유상 부직 구조물 및 유사한 비교예에 대한 기계 방향(MD) 인장 강도를 표 8에 나타내고 있다.

표 8에 나타낸 바와 같이, 예시적인 섬유상 부직 구조물에 대한 MD 인장 강도는 비교예와 비교할 때 더 큰 중합체 처리율에서 더 크다. 예를 들어, 예시적인 부직물의 코드 F는 0.88ghm(3.5pih)의 중합체 처리율에서 60gsm의 기본 중량을 갖고 처리되었고 900.4의 MD 인장 강도를 가지는 반면, 비교 샘플의 코드 C-F는 0.88ghm(3.5pih)의 중합체 처리율에서 60gsm의 기본 중량을 갖고 처리되었고 615.8 MD 인장 강도를 가진다. 도 8은 60gsm의 기본 중량 및 0.63 내지 1.39ghm(2.5pih 내지 5.5pih)의 범위의 중합체 처리율에서의 본원에 서술된 예시적인 섬유상 부직 구조물에 대한 MD 인장 강도의 시각적인 표현을 동일한 처리율, 60gsm의 기본 중량에서의 비교예와 관련하여 도시한 것이다. 예시적인 샘플은 동일한 처리율에서 비교예보다 큰 MD 인장 강도를 가진다.

본 발명 또는 그의 바람직한 양태(들)의 요소를 도입할 때, 관사 "a", "an", "the" 및 "said"는 요소들 중 하나 이상이 있음을 의미하려는 의도이다. 용어 "포함하는" 및 "갖는"은 열거된 요소 외에 추가적인 요소가 있을 수 있음을 포함하고 의미하려는 의도이다.

발명의 범주를 벗어나지 않고 상기한 방법 및 제품에 다양한 변형이 이루어질 수 있기 때문에, 상기한 설명에 함유된 모든 물질은 예시적인 것으로 해석되어야 하고 제한된 의미로 해석되지 않으려는 의도이다.

Claims

0.5 내지 40㎛의 평균 직경을 갖는 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질, 및
1종 이상의 제2 섬유상 물질
을 포함하며,
1종 이상의 제2 섬유상 물질 대 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질의 중량비는 40/60 내지 90/10이고,
섬유상 부직 구조물의 기본 중량은 20gsm 내지 500gsm의 범위이고,
섬유상 부직 구조물의 형성 지수(formation index)는 70 초과인 섬유상 부직 구조물.
제1항에 있어서, 1종 이상의 제2 섬유상 물질이 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질의 혼합물에 혼입된 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 3.5pih 내지 7pih의 중합체 처리율에서 3.5㎛ 미만의 평균 멜트블로운 섬유상 물질 섬유 직경을 갖는 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 형성 지수가 70 내지 135인 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 기계 인장 강도가 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 3.5pih 내지 7pih의 중합체 처리율에서 650그램힘(gram-force) 내지 1,500그램힘인 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 표면 조도가 0.03 내지 0.06mm의 범위인 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 불투명도가 35gsm 내지 55gsm의 기본 중량에서 72% 초과인 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 200 내지 950의 린트수(lint count)를 갖는 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 멜트블로운 섬유상 물질의 체적 가중 평균 직경이 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 3.5pih 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 4.0 내지 8.0㎛인 섬유상 부직 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.4 내지 0.65의 비등방성비를 갖는 섬유상 부직 구조물.
0.5 내지 40㎛의 평균 직경을 갖는 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질, 및
1종 이상의 제2 섬유상 물질
을 포함하며,
1종 이상의 제2 섬유상 물질 대 1종 이상의 멜트블로운 섬유상 물질의 중량비는 40/60 내지 90/10이고,
섬유상 부직 구조물의 불투명도는 35gsm 내지 55gsm 미만 사이의 기본 중량에서 72% 초과인 섬유상 부직 구조물.
제11항에 있어서, 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 3.5pih 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 3.5㎛ 미만의 평균 멜트블로운 섬유상 물질 직경을 갖는 섬유상 부직 구조물.
제11항 또는 제12항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 형성 지수가 70 내지 135인 섬유상 부직 구조물.
제11항 또는 제12항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 기계 인장 강도가 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 3.5pih 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 650그램힘 내지 1,500그램힘인 섬유상 부직 구조물.
제11항 또는 제12항에 있어서, 섬유상 부직 구조물의 표면 조도가 0.03 내지 0.06mm의 범위인 섬유상 부직 구조물.
제11항 또는 제12항에 있어서, 200 내지 950의 린트수를 갖는 섬유상 부직 구조물.
제11항 또는 제12항에 있어서, 멜트블로운 섬유상 물질의 체적 가중 평균 직경이 0.88ghm 내지 1.76ghm의 중합체 처리율 또는 3.5pih 내지 7.0pih의 중합체 처리율에서 4.0 내지 8.0㎛인 섬유상 부직 구조물.
멜트블로운 다이를 이용하여 멜트블로운 섬유상 물질의 제1 스트림 및 제2 스트림을 제공하는 단계-멜트블로운 섬유상 물질은 0.5 내지 40㎛의 평균 직경을 갖고, 제1 스트림과 제2 스트림은 형성 영역에서 만나고, 멜트블로운 다이는 16cm 미만의 기계 방향 폭을 가짐-,
형성 영역에서 제1 스트림 및 제2 스트림과 만나도록 천연 섬유의 스트림을 제공하여 생성물 스트림을 형성하는 단계, 및
형성 와이어 상에 멜트블로운 섬유상 물질과 천연 섬유의 혼합물로서 생성물 스트림을 수집하는 단계를 포함하고,
섬유상 부직 구조물의 형성 지수는 70 내지 135인, 제1항, 제2항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 섬유상 부직 구조물의 제조 방법.
섬유상 부직 구조물의 건조 중량을 기준으로 150 내지 600중량%의 액체를 갖는 습윤 와이프로서 사용하기 위한, 제1항, 제2항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 섬유상 부직 구조물.