KR20050086714A - 소방 의류에 유용한 수직 적재 카딩 아라미드 웹 - Google Patents

소방 의류에 유용한 수직 적재 카딩 아라미드 웹 Download PDF

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로버트 리 에드먼드슨
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

수직 적재 아라미드 세트는 소방 의류에서 내부 라이닝으로 유용한 카딩 p-아라미드 및 m-아라미드 섬유를 포함한다.

Description

소방 의류에 유용한 수직 적재 카딩 아라미드 웹{Vertically Stacked Carded Aramid Web Useful in Fire Fighting Clothing}
본 발명은 소방 의류에서 절연 열 라이너(insluating thermal Liner)로 이용될 수 있는 수직 적재 카딩 아라미드 웹에 관한 것이다.
미국에서 소방관들이 통상 사용하는 대부분의 소방복(turnout gear)은 각기 구별된 기능을 갖는 3개 층을 포함한다. 내연성 아라미드 섬유, 예컨대 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드)(MPD-l) 또는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T), 또는 이들 섬유들과 내연성 섬유, 예컨대 폴리벤즈이미다졸(PBI)의 배합물로부터 종종 제조되는 외부 쉘 직물이 있다. 외부 쉘 직물에 인접하여 수분 차단재가 있고, 일반 수분 차단재는 직조 MPD-I/PPD-T 기재 상의 크로스테크(Crosstech) PTFE 막의 라미네이트를 포함한다. 수분 차단재에 인접하여, 내열성 섬유의 배트를 일반적으로 포함하는 절연 열 라이너가 있다.
외부 쉘은 초기 화염 보호 작용을 하고, 한편 열 라이너 및 수분 차단재는 열 스트레스로부터 보호한다.
U.S. 특허 제5,645,296호에는 유기 팽창성 충전제 및 유기 섬유의 조밀 혼합물로부터 형성된 가요성의 내화재성 및 내열성 물질이 개시되어 있다.
U.S. 특허 제5,150,476호에는 소방관이 통상적으로 착복하는 라이닝으로서 유용한 층상 절연 직물로서, 플리트(pleat)가 단열재로서 기능하는 공기 주머니들의 배열 사이에 한정하는 플리티드 물질(pleated material)의 중간층을 포함하는 층상 직물이 개시되어 있다.
소방 의류에서 내부 라이닝으로 사용될 수 있는 향상된 절연 물질이 요망되고 있다.
발명의 개요
본 발명은 수직 적재 카딩 아라미드 웹, 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 웹은 대략적으로 동일한 간격의 연속적 평행 리지(ridge) 및 그루브(groove)를 갖는 세로 장방형인 단면을 가지고, 상기 웹은 p-아라미드 및 m-아라미드 섬유 100중량부를 기준으로 하여, 카딩 p-아라미드 섬유 5 내지 95중량부 및 카딩 m-아라미드 섬유 95 내지 5중량부를 포함한다.
한 바람직한 구현예에서, 상기 웹은
0.5 내지 7oz/yd2 범위의 면적 밀도,
2mm 내지 50mm 범위의 높이, 및
4 내지 15회/인치 범위로 나타나는 피크 빈도를 가지고;
0 내지 20중량부의 결합제를 포함한다.
수직 적재 구조물은 소방 의류에서의 내부 라이닝으로서 바람직한 용도를 가진다.
도 1은 본 발명의 신규한 파형(corrugated) 구조물의 제조 방법을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 2A는 본 발명의 목적하는 수직 적재 구조물을 제조하기 위한 본 발명의 방법과 함께 사용될 수 있는 2개의 왕복 소자를 가지는 종래 기술의 기기의 단면도이다.
도 2B는 도 2A에 나타낸 종래 기술의 기기의 2개의 왕복 소자를 위한 구동 메커니즘의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 수직 적재 구조물을 나타내는 사진이다.
도 4A는 본 발명의 수직 적재 구조물의 투시도이다.
도 4B는 본 발명의 수직 적재 구조물의 대안적 실시양태의 단면도이다.
도 4C는 본 발명의 수직 적재 구조물의 다른 대안적 실시양태의 단면도이다.
도 4D는 본 발명의 수직 적재 구조물의 또 다른 대안적 실시양태의 단면도이다.
도 4E는 본 발명의 수직 적재 구조물의 또 다른 대안적 실시양태의 단면도이다.
도 4F는 본 발명의 수직 적재 구조물의 또 다른 대안적 실시양태의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 수직 적재 구조물을 이용하는 열 라이너의 투시도이다.
도 6는 본 발명의 수직 적재 구조물을 포함하는 소방관의 의복을 나타내는 도면이다.
도 7는 도 6의 소방관의 의복의 복합 직물의 단면 정면도다.
본 발명에 있어 중요한 점은, 2개의 상이한 카딩 아라미드 섬유, 즉 p-아라미드 섬유 및 m-아라미드 섬유를 사용함으로써 균일한 수직 적재 카딩 아라미드 웹을 형성하는 것이다.
본원에 사용된 용어 아라미드는 85％ 이상의 아미드(-CONH-) 연결기가 2개의 방향족 환에 직접적으로 결합된 폴리아미드를 의미한다. 첨가제는 아라미드와 함께 사용될 수 있고, 10중량％ 정도 이하의 다른 중합체 물질이 아라미드와 배합될 수 있거나, 또는 10％ 정도의 다른 디아민으로 아라미드의 디아민이 치환되거나, 10％ 정도의 다른 염화이산으로 아라미드의 염화이산이 치환된 공중합체를 사용할 수 있다. 본 발명을 수행함에 있어, 가장 종종 사용되는 아라미드는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드) 및 폴리(메타페닐렌 이소프탈아미드)이다.
본 발명의 2개의 구별되는 실시양태, 즉 (1) p-아라미드 및 m-아라미드 섬유의 조합을 이용하고, 수직 적재 구조물이 결합제 물질을 이용함으로써 고정된 위치에 보유되는 실시양태, 및 (2) p-아라미드 및 m-아라미드 섬유의 조합을 이용하고, 수직 적재 구조물이 수직 적재물의 어느 한 측 또는 양 측에 지지 물질을 사용함으로써 고정된 위치에 보유되고, 수직 적재 구조물이 스티칭 등에 의해 지지 물질에 결착되는 실시양태가 존재한다.
양 실시양태들에서, 카딩 아라미드 섬유는 (100중량부를 기준으로 하여) 파라-아라미드 5 내지 95중량부 및 m-아라미드 95 내지 5중량부의 양으로 존재할 것이다. 아라미드 섬유의 한 바람직한 양은 p-아라미드 섬유 30 내지 70중량부 및 m-아라미드 섬유 70 내지 30중량부일 것이다.
제 위치에 수직 적재 아라미드를 보유하도록 결합제가 존재하는 경우, 그것은 일반적으로 1 내지 20중량부의 양으로 존재할 것이다. 보다 많은 양의 결합제가 존재할 수 있더라도, 첨가량이 수직 적재 구조물에 강성도를 부여하는데 필수적이라고 고려되지 않는다. 보다 낮은 양의 결합제는 일반적으로 보다 낮은 강성을 나타낼 것이다. 결합제는 섬유일 수 있거나, 예를 들어 웹 또는 구조물 상에 산재된 분말로서, 또는 아라미드 섬유에 적용된 후, 고형화되는 액체로서 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 결합제의 조성은, 결합제가 강성도를 부여하는 한, 결정적이지 않다. 한 바람직한 부류의 결합제는 열 적용에 의해 제 위치에 고정되는 결합제이다. 결합제는 수직 적재 구조물의 최종 용도를 기초로 하여 선택되어 진다는 것을 이해할 것이다. 부연하건대, 저융점 결합제는 소방 물품에서 덜 바람직하다.
구조 강화를 제공하기 위해, 공급 배합물은, 공급 배합물에서 결합제 단섬유의 임의의 (즉, 보다 낮거나 최저인) 연화점보다 낮은 (즉, 보다 낮은 연화점을 갖는) 온도에서 결합하는 결합제 물질을 갖는 결합제 섬유를, 배합물의 약 1 내지 약 20중량부의 양으로 포함하며, 배트는 결합제 물질을 활성화하기 위해 오븐에 가열된다.
시이드/코어 이성분(bicomponent) 섬유가 결합제로서 바람직하고, 폴리에스테르 단일중합체의 코어, 및 일본 유니티카사(Unitika Co., Japan)로부터 시중 입수가능한 것(예컨대, 멜티(MELTY)로 시판됨)과 같은 결합제 물질인 코폴리에스테르의 시이드를 갖는 이성분 결합제 섬유가 특히 바람직하다.
유용한 부류의 결합제는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르를, 그 자체로서, 또는 사이드-바이-사이드 또는 시이드/코어 이성분 섬유 형태로 조합하여 포함한다.
결합제가 수직 적재 구조물과 함께 이용되지 않는 경우, 수직 적재물은 수직 적재물의 한 측 또는 양 측에 필름 또는 천과 같은 지지 구조물을 이용함으로써 제 위치에 보유된다. 전형적으로는, 지지 구조물은 열 결합, 기계적 응력 (압력) 또는 스티칭 등에 의해, 수직 적재물에 물리적으로 연결된다.
지지 구조물의 유형은 결정적이지 않으며, 수직 적재 구조물의 공지된 최종 용도와 연관되어 선택될 것이다. 적당한 지지 물질의 예는 이하 열 라이너 직물의 기술에서 더욱 상세히 설명되는 것과 같은 열 라이닝 직물을 포함한다.
도 1과 관련하여, 수직 적재 p-아라미드/m-아라미드 섬유 배합물 구조물을 형성하기 위한 방법의 한 바람직한 실시양태가 설명된다. 도 1에 예시된, 수직 적재 섬유상 구조물의 제조 방법은 여러 단계들을 포함한다. 첫 번째로, p-아라미드의 곤포(bale) 및 원래 형태의 m-아라미드 섬유 물질의 곤포를 포함하는 섬유 원료가 제공된다. 섬유 원료는 도 1에서 10으로 나타나져 있다. 이 곤포들은 중량이 예를 들어 대략 500 파운드(227 Kg)인 단섬유의 단단히 채워진 덩어리이다.
본 발명의 최종 수직 적재 구조물을 제조하기에 바람직한 (구조물로 형성되기 전의) 개별적 섬유의 성질은 데니어/필라멘트 및 크림프 빈도를 포함한다. 데니어는 9000 미터의 섬유의 중량(그램)이고, 이에 따라 구조물을 구성하는 섬유의 두께의 실질적 치수이다. 섬유의 크림프는 섬유에서 수많은 피크 및 밸리로 나타난다. 크림프 빈도는 토우의 권축(crimping) 후의 크림프 수/인치(cpi) 또는 크림프/센티미터(cpcm)로서 측정된다. 광범위한 시험을 통해, 약 0.5 내지 약 10의 데니어/필라멘트 (0.55 내지 11 decitex/필라멘트), 약 0.5 내지 4 인치(1.3 cm 내지 10.2 cm)의 절단 길이, 약 6 내지 약 15의 크림프 수/인치 (2.4 내지 5.9의 크림프 수/cm)를 갖는 섬유가 본 발명의 수직 적재 구조물에 특히 유용하다는 것이 밝혀졌다.
섬유는 이 아이 듀폰 드 네모아 앤드 캄파니(E.I. du Pont de Nemours and Company) (미국 델라웨어주 윌밍턴 소재) (이하, "듀폰"이라 함)에 의해 상표명 케블라(KEVLAR)로 시판되는 파라-아라미드 섬유, 및 듀폰에 의해 상표명 노멕스(NOMEX)로 시판되는 메타-아라미드 섬유로부터 형성될 수 있다.
섬유 원료의 뭉치(clump)를 하나씩 제거한 후, 도 1에서 12로 나타낸 피커(picker)에 공급한다. 피커에서, 섬유를 개섬한다. 결합제 섬유를 또한 도 1에서 16으로 나타낸 피커에 보내고, 결합제 섬유를 또한 피커에서 개섬한다. 많은 상이한 물질들의 결합제 섬유가 사용될 수 있으나, 사용하기에 바람직한 결합제는 폴리에스테르 단일중합체의 코어 및 코폴리에스테르의 시이드를 갖는 (일본 유니티카사로부터 시중 입수가능한) 멜티(MELTY) 4080이다. 결합제 섬유는 일단 형성되면, 본 발명의 구조물의 안정성, 치수 및 취급 특성을 향상시키는데 특히 유용하다. 예를 들어, 섬유 및 결합제 섬유의 배합물을 가열하는 경우, 가열 단계 중에, 결합제 섬유가 용융하여 섬유를 결합시켜, 이하 논의되는 바와 같이, 본 발명의 수직 적재 구조물이 목적하는 형태, 즉 특정 높이, 피크 빈도 및 면적 밀도를 갖게 된다. 구조물은 결합제 섬유를 사용하지 않고, 니들 펀칭 또는 열점 결합과 같은 기계적 기술을 이용하여, 안정화시킬 수 있다. 목적하는 기능적 특성을 수득하기 위해, 결합제 섬유 뿐만 아니라, 난연성 물질과 같은 임의의 개질제를 또한 첨가할 수 있다. 이미 결합제 섬유를 포함하는 예비배합된 섬유 원료를 사용함으로써, 피커에서 결합제 섬유를 혼합할 필요가 없는 것도 또한 본 발명의 범주 내에 포함된다.
본 발명의 방법은 개섬된 섬유 혼합물/배합물 및 개섬된 결합제 섬유를, 도 1에 나와 있는 공기-운반 블렌더 (14)와 같은 블렌더에 공급하여, 균일한 혼합물을 형성하는 것을 더 포함한다. 본 발명의 방법은 배합물을 카딩하여, 섬유상 웹을 형성하는 것을 더 포함한다. 이 카딩은, 섬유상 웹을 형성하기 위해, 도 1에서 18로 나타낸 카드에 의해 수행된다. 이어서, 섬유상 웹은 컨베이어(도시되지 않음)를 통해 정밀 공학 구조(Engineered Structure with Precision; ESP) 기기 (22) 및 오븐 (23)에 전달되며, 그 조합은 일반적으로 도 1에서 20으로 나타낸다. 구조물은 목적하는 높이/두께를 달성하기 위해 압착 또는 칼렌더링 (21)될 수 있다. 기기 (22)는 WO 99/61693에 개시된 바와 같이 당업계에 공지되어 있고, 본원에서 도 2A 및 2B에 나와 있다.
도 2A에 나와 있는 바와 같이, 기기 (22)는 구동 메카니즘 (28)에 연결된 2개의 동시 왕복 소자 (24 및 26)를 포함한다. 타이 로드 (30)은 소자 (24)를 슬라이딩 피팅 (32)에 연결하고, 또한 슬라이딩 소자 (32)를 가요성 너클 조인트 (34)에 연결한다. 슬라이딩 피팅 (32)은 타이 로드 (30)를 그것의 수직적 위치에 유지시킨다. 볼트 (38)는 타이 로드 (36)를 암(arm) (40)에 연결하고, 이는 다시 축 (42)에 연결된다. 왕복 소자 (24)에 수직적 왕복 운동을 부여하는 것이 축 (42)이다. 한 쌍의 타이 로드 (44)는 축 (42)를 볼트 (46) 및 타이 로드 (48)를 통해 구동 메카니즘 (28)에 연결한다. 타이 로드 (48)은 볼트에 의해 구동 메카니즘 (28)에 연결되며, 타이 로드 (54)는 볼트 (52)에 의해 구동 메카니즘 (28)에 연결된다. 볼트 (56)는 타이 로드 (54)를 한 쌍의 타이 로드 (58)에 연결하고, 이는 축 (60)에 연결된다. 축 (60)은 왕복 소자 (26)에 수평적 왕복 운동을 부여한다. 축 (60)은 암 (62)에 연결하고, 이는 가요성 너클 조인트 (64 및 66), 및 타이 로드 (68)를 통해 슬라이딩 피팅 (70)에 연결된다. 슬라이딩 피팅은 타이 로드를 그것의 수평적 위치에 유지시킨다.
도 2B에 나와 있는 바와 같이, 구동 메커니즘 (28)은 2개의 캠 롤 (74 및 76)과 함께 구동 축 (72)을 포함한다. 구동 메커니즘 (28)은 소자 (24)를 수직적으로 왕복시키고, 소자 (26)를 수평으로 왕복시킨다. 캠 롤은 왕복 소자의 동시 상 이동을 가능하게 한다. 소자 (24)는 섬유상 웹의 세로 방향에 대해 수직으로 왕복되며, 소자 (26)은 섬유상 웹의 세로 방향에 대해 평행으로 왕복된다. 이로써, 이 왕복 운동은 웹을 수직적으로 접어, 밀집하여 채워진 수직 적재 구조물을 형성하고, 동시에 그것을 전진 (즉, 섬유상 웹으로부터 떨어진 공정 방향으로 수평) 이동시킨다.
구조물을 목적하는 형태로 형상화한 후, 그것을 즉시 도 1에 나와 있는 오븐 (23)과 같은 오븐으로 보내어, 거기에서 그것을 가열 결합시키고, 강화하여, 그것이 수직 적재물을 유지하도록 한다. 구조물이 오븐을 나왔을 때, 그것은 접힌 구조의 형태이다. 생성된 본 발명의 수직 적재 구조물은 도 3 및 4A에서 100으로 표시된다. 결합되고 강화된 구조물은, 원하는 경우, 목적하는 높이/두께를 달성하기 위해 압착될 수 있다.
본 발명의 수직 적재 구조물의 각종 형태들이 도 4A 내지 4F에 나와 있다. 이 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 수직 적재 구조물은 본질적으로 세로 장방형인 단면을 갖는다. 도 4A에 나와 있는 수직 적재 구조물은 상부 표면 (102) 및 하부 표면 (104), 측벽 (106) 및 측벽 (108), 및 말단벽 (110 및 112)를 가진다. 도 4A 내지 4F에서 알 수 있는 바와 같이, 수직 적재 구조물은 대략 동일한 간격의 복수의 연속적 교대 피크 및 밸리를 포함한다. 피크 및 밸리는 도 4A 내지 4F에서, 114, 114', 114" 및 114"', 114"" 및 114""', 및 116, 116', 116", 116"', 116"" 및 116""'으로 각기 표시된다. 또한, 수직 적재 구조물은 아코디언식 형태로 정렬되고 각 피크 및 각 밸리 사이에 교대로 상이한 방향으로 신장하는 복수의 평행하게 정렬된 플리트 또는 수직 적재(vertical stacking) (118, 118', 118" 및 118"', 118"" 및 118""')를 포함한다. 평행하게 정렬된 플리트는 인접한 플리트의 섬유를 돌출시킴으로써 상호 연결될 수 있다. 구조물의 상부 표면은 피크들에 의해 형성되는 한편, 하부 표면은 밸리들에 의해 형성된다. 측벽 (106 및 108)은 플리트의 말단에 의해 형성되고, 말단벽 (110 및 112)는 구조물의 마지막 플리트에 의해 형성된다. 도 4A 내지 4C, E 및 F의 실시양태들에서, 피크 및 밸리는 일반적으로 둥글다. 수직 적재 구조물의 플리트는 도 4B의 실시양태에서 보는 바와 같이 톱니 모양일 수 있고, 도 4C의 실시양태에서 보는 바와 같이 삼각형 모양일 수 있고, 도 4D의 실시양태에서 보는 바와 같이 사각형/직사각형 모양일 수 있으며, 도 4E의 실시양태에서 보는 바와 같이 "C" 모양일 수 있고, 도 4F의 실시양태에서 보는 바와 같이 "<" 모양일 수 있다. 더욱이, 수직 적재는 도 4A, 4C, 4D, 4E 및 4F에서 보는 바와 같이 수직이거나, 도 4B에서 보는 바와 같이 기울어질 수 있다.
광범위한 시험에 의해 예비결정된 본 발명의 수직 적재 구조물의 중요한 특성들은 면적 밀도, 높이 및 피크 빈도이다. 구체적으로, 본 발명의 수직 적재 구조물은 0.5 내지 7oz/yd2, 바람직하게는 2 내지 4oz/yd2의 면적 밀도, 2mm 내지 50mm, 바람직하게 3 내지 8mm의 높이, 및 4 내지 15회/인치 (1.58 내지 5.91회/cm), 바람직하게는 8 내지 12회/인치로 일어나는 피크 빈도를 가진다. 수직 적재 구조물의 면적 밀도는 웹의 처리 속도 및 구조물의 출력 속도를 고정함으로써 조절된다. 수직 적재 구조물의 높이는 도 2A에 나와 있는 바와 같이 웹을 왕복 부재 (26)로부터 강제로 떨어뜨려 오븐으로 보내는데 사용되는 밀대(push bar)(도시되지 않음)의 두께에 의해 조절된다. 피크 빈도는 구조의 총 피크수/인치 (피크수/센티미터)로서 측정된다. 주어진 두께의 웹에서, 피크 빈도의 조절은 왕복 소자의 속도 (즉, 왕복 소자가 섬유상 웹과 접촉하여 주름을 형성하는 (층을 형성하는) 왕복 소자의 회수/분), 및 도 2A에서 수직 적재 구조물을 왕복 부재 (24)로부터 떨어뜨려 이동시키는데 사용되는 컨베이어 벨트의 속도를 조정함으로써 수득된다. 또한, 구조물 높이의 조정은 구조물이 형성된 후, 구조물을 압착함으로써 행해질 수 있다.
소방관의 소방복과 같은 의복에서 단열 물질로서, 특히 열 라이너 (11) (도 5)로 사용되는 보호성 직물은 내연성 및 내화성 성질을 갖는 직조 물질 (130)의 표면포 및 얇고 가벼우며 단열성인 스펀레이스형 부직조 물질 (120)의 내부층을 포함한다. 표면포는 몸에서 가장 가까우나, 내부층은 몸에서 떨어져있다. 물질의 내부층과 표면층 사이에, 상기 논의된 바와 같은 다수의 연속적 교대 피크 및 밸리를 포함하는 수직 적재 구조 (100)으로 형성된 물질의 중간층이 끼워져 있다. 수직으로 적재된 구조의 중간층은 복합 열 라이너의 표면층과 내부층이 떨어져 있도록 유지시킨다.
열 라이너 직물을 위한 바람직한 물질들이 제안되었으나, 열 라이너 (11)를 구성하는 많은 층들은 수많은 범위의 가능한 물질들로부터 선택되는 직물들을 포함함을 이해하여야 한다. 물질은 예를 들어, 메타-아라미드, 기타 아라미드, 폴리노직 레이온, 내연성 폴리노직 레이온, 비스코스 레이온, 내연성 비스코스 레이온, 기타 내연성 셀룰로스성 물질, 예컨대 면 또는 아세테이트, 면, 내연성 폴리에스테르, 폴리벤즈이미다졸, 폴리비닐 알코올, 폴리테트라플루오로에틸렌, 울, 내연성 울, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리크랄, 폴리미드, 폴리아미드, 폴리이미드-아미드, 폴리올레핀, 카본, 모다크릴, 아크릴, 멜라민 및 유리, 및 그로부터 제조된 배합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 표면포 (130) 및 내부층 (120)으로 사용하기 위한 부가적 물질은 스펀레이스형 니트, 부직포, 직포, 스티칭하여 결합된 직물 및 피륙-삽입 직물을 포함한다. 기타 적당한 물질이 또한 직물의 특별한 의도하는 용도에 따라, 본 발명의 취지 및 범주에 맞게 선택될 수도 있다.
물질의 표면층 (130), 중간층 (100) 및 내부층 (120)은 내열성 실의 스티칭 라인 (16)에 의해 함께 확고하게 결합된다. 스티칭은 직물의 모든 3개 층을 통해 확장하고, 그것도 바람직하게는 직물 (11)의 인접 영역 (17)을 한정하는 누벼진(quilted) 패턴으로 정렬된다. 물질의 층을 통해 꿰맬 때 스티칭에 인가되는 장력은 바람직하게, 18로 도시된 스티칭 선을 따라 외부층과 내부층 사이에 있는 플리트 중간층을 붕괴시키기에 충분하다. 그러나, 스티칭은 중간층의 붕괴를 피하도록 헐거워짐으로써, 원하는 경우 내부층과 외부층 사이에 최대한의 간격을 유지시킬 수 있다.
스티칭 (16)은 수직 적재 구조 중간층 (100)을 표면포 (130)와 내부층 (120) 사이에 확고하게 제 위치에 유지시킴으로써, 의복을 입거나 세탁할 때 중간층의 물질이 빠져 나오거나 함께 뭉치는 것을 방지함으로써 그것의 이형 형태를 유지시키는 기능을 한다. 이에 따라, 누벼진 스티칭 패턴은 중간층 물질에서 형성된 플리트의 일체성을 보존하여, 표면층과 내부층 사이의 간격 및 그 사이에 한정되는 공기 주머니가 정상적 사용 및 클리닝 조건 전반에 걸쳐 유지되도록 한다. 이러한 식으로, 직물은 의복을 장시간 사용한 후에도 그 성능을 보유한다.
상기 간략하게 언급한 바와 같이, 내부층 (120) 및 중간층 (100)이 형성되도록 하는 물질은, 원할 경우 그 자체의 절연 특질과 동일할 수 있다. 이러한 식으로, 착복자의 신체에 인접하게 위치하는 라이너로서 본 발명의 직물을 갖는 도 5의 소방 자켓과 같은 의복의 착복자는 직물에 의해 열과 화염으로부터 절연된다.
본 발명의 직물을 포함하는 소방관의 의복 (34)은 가볍고 매우 보호성이 있을 뿐만 아니라, 소방관을 소방 중에서도 신장가능한 수직 적재 구조 중간층 (100)으로 편안하도록 유지시키는 경향이 있다.
도 6은 내부 열 라이너 또는 차단재로서 본 발명의 수직 적재 구조물을 포함하는 소방관의 보호성 의복을 도시한다. 도시된 의복은 트렁크 부분 (36), 슬리브 (37) 및 깃 (38)을 갖는 보호성 코트 (34)로 구성된다. 코트 (34)의 외부 쉘 (150)은 수많은 내연성 및 내마찰성 물질, 예컨대 상기 의복의 제조에 통상적으로 사용되는 직조 아라미드 또는 폴리벤즈이미다졸 직물로 형성될 수 있다. 수분 차단재 물질 (160)은 외부 쉘 (150)의 다음에 있고, 열 내부 라이너 (11)는 그 다음에 있다. 직물의 상기 층들은 의복 끝에서 함께 결합된다.
도 7은 직물의 각종 층들의 특별한 형태 및 상호관계를 보여주는 도 6의 소방관의 소방복 (34)에서 사용되는 복합 직물의 확대된 단면 정면도이다. 소방복은 전형적으로 내열성 및 내마찰성의 외부 쉘 직물 (150), 다음 층인 수분 차단재 (160), 및 열 라이너 (11)을 포함한다.
본 발명의 수직 적재 구조물은 또한 침낭, 쿠션 시트, 절연 의복, 필터 매체, 절연 커튼, 화염 차단제, 벽 커버재 등과 같은 기타 물품들을 제조하는데 사용될 수도 있다. 이 물품들은 사용된 수직 적재 구조물의 목적하는 면적 밀도, 높이 및 피크 빈도를 결정함으로써 수득되는 목적하는 특성을 가진다. 본 발명의 수직 적재 구조로 제조된 임의의 물품을 위해, 최종 물품의 목적하는 성질에 따라 단일층 또는 복수층의 구조가 사용될 수 있다.
본 발명을 더욱 설명하기 위해, 하기 실시예들이 제공된다. 모든 부 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한, 중량 기준이다.
실시예 1
3개 성분들로 구성된 섬유 원료의 뭉치를 하나씩 제거한 후, 피커에 공급하였다. 3개 성분들은 (i) 케블라 타입 970 (2.25 dpf, 1.5 인치 절단 길이) (ii) 노멕스 타입 40 (1.5 dpf, 1.5 인치 절단 길이), 및 (iii) 유니티카 결합제 섬유 멜티 4080 형 S74 (4.0 dpf, 1 인치 절단 길이)이었다. 중량 기준의 상대 농도는 45％ 케블라 p-아라미드, 45％ 노멕스 m-아라미드 및 10％ 결합제 섬유이었다. 개섬된 섬유 혼합물은 공기-운반 블렌더에서 잘 배합되어, 균일한 혼합물을 형성하였다. 잘 배합된 섬유 혼합물을 카딩하여, 섬유상 웹을 형성하였다. 카딩 기기는 1.5ft/분의 투입 속도로 작동하였고, 한편 카드 도퍼는 49.2ft/분의 속도로 작동하였다. 이어서, 잘 배합된, 균일한 카드 웹을 본 발명의 다수의 연속적 교대 피크 및 밸리를 포함하는 수직 적재 구조물로 전환시켰다. 각 피크 및 각 밸리 사이에서 교대로 상이한 방향으로 확장하는 구조의 아코디언형 배열은 300rpm의 빈도로 수직적으로 상하 이동하는 구동 메카니즘 왕복 소자에 의해 형성되었다. 수직으로 접힌 구조물은 즉시 3.7ft/분의 속도로 오븐에 도입되었다. 오븐을 400℉에 유지시켜 구조물을 결합 및 강화시킴으로써, 수직 적재물을 유지시켰다. 구조 높이는 10mm이었고, 면적 밀도는 102 g/m2였으며, 피크 빈도는 10 피크/인치였다. 계속해서, 압력 및 열을 적용함으로써, 구조물 높이를 5mm로 감소시켰다.
소방관의 소방 의복을 정량화하는데 사용되는 열 보호성 성능(TPP) 시험을, 3개 주요 성분들, 즉 외부 쉘, 수분 차단재 및 열 라이너로 구성되는 복합 샘플에 대해 측정하였다. 사용된 외부 쉘은 케블라 섬유 (60％) 및 PBI 섬유 (40％)로 제조된 7.0 내지 8.0oz/yd2 (명목 7.5) 직조 직물이었다. 수분 차단재 직물은 4.0 내지 5.0oz/yd2 (명목 4.5) 크로스테크 직물, 노멕스 상표 섬유의 직물에 적층된 PTFE였다. 열 라이너는 1.5oz/yd2, 노멕스 라이너 E-89, 스펀레이스형 직물의 층과 의복의 내부로서의 직조 노멕스 섬유의 2.0 내지 2.5 (명목 2.2) 안감 직물 사이에 끼워진 (삽입된) 수직 적재 구조로 구성되었다. 어셈블리의 총 복합물 중량은 18.8oz/yd2이었다. 복합 어셈블리를 NFPA-1971에 기재된 절차에 따라, 외부 쉘을 열원에 노출시켜 TPP에 대해 시험하였다. 수득된 TPP는 46.3 Cal/cm2이었다.
대조군은 동일한 외부 쉘, 수분 차단재 및 직조 노멕스 안감 직물로 구성되었다. 통상적으로 사용되는 시판용 단열재는 노멕스 E-89 상표 스펀레이스형 직물의 3개 층으로 구성되었다. 이 성분들로 어셈블리되어, 이 단열재는 20.3oz/yd2의 측정된 어셈블리 중량에서 42.0의 TPP를 산출시켰다.
실시예 2
수직으로 접힌 구조물을, 표 1에 나와 있는 높이, 피크 빈도 및 면적 밀도를 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 실질적으로 동일하게 제조하였다. 그것은, 스펀레이스형 직물과 표면포의 사이에 끼운 후, 외부 쉘 및 수분 차단재에 첨가하여, 복합물을 형성하였다. 유일한 변수는 열 라이너 어셈블리의 수직으로 접힌 구조 성질이었다.
실시예 3
직각 교차되는 카딩 웹으로 구성된, 스펀레이스형 직물과 표면포 사이에 끼워진 열 라이너 삽입부를 제조하였다. 이는, 45％ 노멕스 섬유, 45％ 케블라 섬유 및 10％ 결합제 섬유 타입 멜티 S74를 란도(Rando) 블렌더에서 배합함으로써 수득되었다. 잘 배합된 섬유를 마스터 슈트-공급된 카드에 전달하였다. 카드로부터의 웹을 직각 교차시켜, 오븐으로 전달하였다. 오븐을 예열 424℃ 및 가열 대역 330℉에서 유지시켰다. 처리 속도는 12ft/분이었다. 19.3oz/yd2의 중량을 가지는, 실질적으로 실시예 1에 기재된 바와 동일한 복합 구조물을 형성하였다. 수득된 TPP는 45.0 Cal/cm2이었다.

Claims (12)

  1. p-아라미드 및 m-아라미드 섬유 100중량부를 기준으로 하여, 카딩 p-아라미드 섬유 5 내지 95중량부 및 카딩 m-아라미드 섬유 95 내지 5중량부를 포함하며, 대략적으로 동일한 간격의 연속적 평행 리지(ridge) 및 그루브(groove)를 갖는 세로 장방형인 단면을 갖는 수직 적재 카딩 아라미드 웹.
  2. 제1항에 있어서,
    0.5 내지 7oz/yd2 범위의 면적 밀도,
    2mm 내지 50mm 범위의 높이, 및
    4 내지 15회/인치 범위로 나타나는 피크 빈도를 갖고,
    0 내지 20중량부의 결합제를 포함하는 웹.
  3. 제2항에 있어서, 결합제가 존재하는 웹.
  4. 제2항에 있어서, 결합제가 존재하지 않고, 웹 내의 수직 적재물이 웹의 한 측 또는 양측의 지지 구조에 결착되어 고정되는 웹.
  5. 제4항에 있어서, 지지 구조에 물리적으로 결착된 웹.
  6. 제2항에 있어서,
    면적 밀도가 2 내지 4oz/yd2 범위 내이고,
    높이가 3 내지 8mm 범위 내이며,
    피크 빈도가 8 내지 12회/인치인 웹.
  7. 제1항에 있어서, p-아라미드 섬유가 30 내지 70중량부의 양으로 존재하고, m-아라미드 섬유가 70 내지 30중량부의 양으로 존재하는 웹.
  8. 제1항에 있어서, 단열재 및 소방 의류의 물품에 존재하는 웹.
  9. p-아라미드 및 m-아라미드 섬유의 뭉치(clump) 및 결합제 섬유를 피커에 공급하여, 섬유를 개섬하고;
    개섬된 섬유를 블렌더에 공급하여, 섬유상 웹을 형성하고;
    배합물을 카딩하여, 섬유상 웹을 형성하고;
    섬유상 웹을 수직으로 접어, 대략 동일한 간격의 연속적 교대 피크 및 밸리를 갖는 세로 장방형인 단면 및 각 피크 및 밸리 사이에 확장하는 다수의 수직 정렬된 플리트(pleat)를 갖는 수직 적재 구조물을 형성하고;
    수직 적재 구조물을 가열하여, 결합제 섬유 및 아라미드 섬유를 결합시켜, 구조물을 강화시키고, 그의 수직 적재물을 유지시키는 것을 포함하는,
    p-아라미드 및 m-아라미드 섬유 100중량부를 기준으로 하여, 카딩 p-아라미드 섬유 5 내지 95중량부 및 카딩 m-아라미드 섬유 95 내지 5중량부를 포함하는 수직 적재 카딩 아라미드 웹의 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 웹이
    0.5 내지 7oz/yd2 범위의 면적 밀도,
    2mm 내지 50mm 범위의 높이, 및
    4 내지 15회/인치 범위로 나타나는 피크 빈도를 갖는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 웹이 1 내지 20중량부의 결합제를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 소방 의류에 존재하는 웹.
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