복합 탄성사의 에어젯 제조 방법 document_id A220623012522

엘라스토머사는 섬유-방사 공정에서 제조되는 단일 또는 다중 엘라스토머 섬유로 이루어진다. "엘라스토머 섬유"는 어떠한 권축에 관계없이 100% 이상의 파단 신장율을 가지며, 엘라스토머 섬유의 길이의 2배로 연신되고, 1분 동안 유지되고 그후에 풀어질 때, 풀어지는 1분 이내에 엘라스토머 섬유의 원래 길이의 1.5배 미만으로 수축되는 연속 필라멘트를 의미한다. 그러한 섬유로는 고무, 스판덱스 또는 엘라스탄, 폴리에테르에스테르 및 엘라스토에스테르가 있지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 엘라스토머 섬유는 신장 및 수축 능력을 갖도록 하는 방식으로 처리된 "탄성 섬유" 또는 "연신 섬유"와 구별되어야 한다. 그러한 섬유는 적당한 수축력을 가지며, 가연 (false-twist) 텍스쳐링, 권축 등에 의해 형성된 섬유를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 수년 동안, 스판덱스와 같은 엘라스토머 섬유는 편직 또는 제직에 적합한 가공을 쉽게 하고, 각종 사용 목적 직물에 적합한 특징을 가진 탄성 복합사를 제공하기 위해 비교적 비탄성 섬유로 커버되어 왔다. 비교적 비탄성 섬유는 엘라스토머 섬유와 동일한 정도로 연신되고 회복되지 않는다. 비교적 비탄성사의 예는 나일론 또는 폴리에스테르와 같은 합성 폴리머이다. 본 발명자는 이 명세서내에서 커버하는데 사용되는 비교적 비탄성 섬유를 "비탄성 섬유" 또는 "비탄성사"로 언급할 것이다. 엘라스토머 섬유를 비탄성 섬유로 커버하는 몇가지 방법, 예를 들면 중공-스핀들 커버링, 코어 방사, 에어-젯 엔탱글링 및 변형된 가연 텍스쳐링이 공지되어 사용되고 있다. 각 방법은 각종 이점 및 단점을 가지며, 그러므로 각종 비탄성 공급사, 복합 탄성사 및 사용 목적 직물에 선택적으로 사용된다. 스판덱스 엘라스토머사의 커버링 방법으로써 에어-젯 엔탱글링이 미국 특허 제3,940,917호 (Strachan)에 기재되어 있다. 예를 들어, 중공-스핀들 커버링 방법과 비교할 때 이 방법의 주요 이점은 스판덱스가 멀티필라멘트 합성 비탄성사로 커버될 수 있는 가공 속도이다. 중공-스핀들 커버링에 대한 전형적인 가공 속도는 25 m/분 이하인 반면, 에어-젯 엔탱글링에 대한 전형적인 속도는 500 m/분 이상이거나, 또는 곱으로서 약 20배 이상이다. 그러나, 에어-젯 커버링된 복합사는 스트라찬 (Strachan) 특허에서 언급된 바와 같이 몇가지 결함을 가지며; 상세하게는 그러한 복합사는 편직 스티치 개구를 부분적으로 가리는 커버링 성분에서 늘어난 루프를 가지므로, 편직 호저리 (hosiery)에 더욱 불투명한 (투명에 비해) 외관을 제공하게 된다. 또한, 편직된 호저리에서 늘어난 루프는 편직 작업 중에 또한 후가공된 호저리가 사용될 때 어려움이 발생될 가능성을 증가시킨다. 예를 들면, 늘어난 루프는 걸리게 되거나 뜯어지기가 더욱 쉬워서 호저리 착용시에 가닥이 잡아당겨지도록 하므로 가먼트를 못쓰게 만들 수 있다. 이 문제점을 해결하기 위해, 스트라찬 특허는 커버링 성분에 대해 이성분사를 사용하여 호저리 염색 및 후가공 공정 중에 이성분사의 차별 수축율 및 꼬임을 활성화하여 편직 스티치 개구도를 크게 개선시킬 수 있음을 교시한다. 그러나, 이성분 커버링 사의 이용은 추가의 비용을 들게 하므로, 산업계에서는 개선된 편직 스티치 개구도를 얻기 위해 더욱 경제적인 방법을 찾고자 한다. 선행 기술 에어-젯 커버링 방법으로부터 제조한 복합 탄성사의 탄성은 주로 엘라스토머 공급사의 탄성 및 데니어에 의해 결정된다. 탄성은 실의 기계적 응력-변형 성능, 및 관련 특징, 예를 들면 파단 신장율, 파단 인성, 탄성율 및 각종 실 신장율에서의 회복력에 의해 특징지워진다. 이들 탄성은 다시 물리적 치수, 직물 연신-비부하력 및 사용시의 압축도 또는 편안함과 같은 직물 성질과 관계된다. 에어-젯 커버링된 복합 탄성사의 비용은 주로 복합사에 포함된 엘라스토머사의 재료 비용에 의해 결정된다. 엘라스토머사의 재료 비용은 다시 복합사 내의 엘라스토머사의 중량 비율, 및 엘라스토머사의 파운드 당 비용에 의해 결정된다. 중요하게는, 엘라스토머사의 파운드 당 비용은 실의 선 밀도, 또는 데니어에 좌우되며, 즉 미세 데니어 또는 소직경 방적 엘라스토머사는 전형적으로 파운드 기준으로 훨씬 더 많은 비용이 든다. 많은 신축성 가먼트 분야의 경우, 연신, 회복 및 편안함의 목적하는 가먼트 성질을 얻기 위해 미세 데니어 엘라스토머사를 사용하여 복합사를 형성한다. 커버링 공정 중에, 엘라스토머사는 필요한 운전 장력을 제공하고 엘라스토머사가 비탄성사로 커버되는 동안 엘라스토머사의 데니어를 감소시키기 위해 전형적으로 연신되거나 드래프팅된다. 이는 에어-젯 방법 뿐만 아니라 모든 선행 기술 커버링 방법에 해당한다. 엘라스토머 공급사가 더 높은 데니어를 갖는 더 적은 비용의 방적사이므로 복합사를 형성하기 전에 엘라스토머사를 더 미세 데니어로 드래프팅함으로써 비용이 절감된다. 이는 커버링 방법에서 항상 더 높은 드래프트 비를 얻음으로써 더 많은 비용 감소가 유도될 수 있음을 적용한 것이다. 그러나, 엘라스토머사의 드래프팅 정도는 한계가 있다. 예를 들면, 미국 특허 3,387,448호 (Lathem)는 스판덱스가 180 내지 700 ℉의 오븐 온도에서 열 경화시에 스판덱스의 원래 길이의 500% (6x)로 연신되고 미세 데니어로 안정될 수 있음을 나타내고, GB 1,157,704호는 엘라스토머 필라멘트가 가열 오븐 유형 및 가열기 내의 필라멘트의 체류 시간에 따라서, 300 ℃ 이하의 오븐 온도에서 가열시에 700% (8x)로 연신될 수 있음을 나타낸다. 또한, 미국 특허 제6,301,760호 (Beard) 참조. 그러므로, 산업계에서는 엘라스토머사 커버링 방법에서 더 높은 드래프트 비를 얻기 위한 수단을 계속 찾고자 한다. 각종 가먼트가 탄성 커버링된 실로 제조되고 각종 가먼트 사용 목적에 상이한 직물 연신 특징이 필요하므로, 엘라스토머사가 에어-젯 엔탱글링 방법에 의해 고속으로 비탄성사로 커버되어 복합사를 형성하면서 동시에 형성되는 복합 탄성사의 탄성을 변형시키고 조정할 수 있는 것이 아주 유리할 것이다. 다른 가먼트 용도에 대한 많은 경우에, 이 능력은 에어-젯 커버링 방법에서 공급 엘라스토머사의 데니어 및(또는) 명세를 변화시키거나 이차 공정에서 복합사 탄성을 변형시킬 필요를 없게 할 수 있다. 엘라스토머사의 특성이 열처리에 의해 변화될 수 있는 것으로 알려져 있긴 하지만, 당업계는 출발 물질로서 더 높은 데니어 엘라스토머사를 사용하고 그러한 엘라스토머사를 일성분 비탄성사로 커버링하여 비용을 절감하는데 주목하며, 에어-젯 엔탱글링 방법에서 복합사를 동시에 생산하면서 복합사 탄성을 바람직하게 조정하는데 필요한 수단 또는 작업 조건을 교시하고 있지 않다. 산업계는 에어-젯 엔탱글링되고, 커버되고 열처리된 복합 탄성사를 동시에 생산하기 위해, 종래의 에어-젯 커버링 방법에 비해, 일성분 비탄성 커버링 사를 이용하여 편직 스티치 개구도를 개선시키고, 및(또는) 상기 복합 탄성사의 비용을 절감시키고, 및(또는) 상기 복합사로부터의 편직물 또는 제직물의 탄성을 바람직하게 조정하는 연속적인 고속 방법을 이용하는 것이 유익할 것이다. 발명의 요약 제1 면에서, 본 발명은 (a) 10 내지 140 데니어 및 1 내지 15 융합 필라멘트의 엘라스토머사를 약 80 내지 약 150 ℃의 온도로 가열시키면서 엘라스토머사의 이완 길이의 2.0 내지 7.0배로 연신시키고; (b) 연신된 엘라스토머사를, 적어도 5 필라멘트를 가지며 1.5 내지 6.0%의 오버피드로 유체 엔탱글링 젯으로 공급되는 10 내지 210 데니어의 비탄성사와 함께 유체 엔탱글링 젯을 통해 공급하여 엘라스토머사와 비탄성사를 엔탱글링함으로써 복합 탄성사를 형성하고; (c) 복합 탄성사를 약 150 내지 약 240 ℃의 최대 온도로 가열하고; (d) 가열된 복합사를 패키지로 권취하기 전에 약 60 ℃ 이하의 평균 온도로 냉각시키는 것을 포함하는, 복합 탄성사의 제조 방법이다. 바람직하게는, 단계 (a)에서 엘라스토머사는 0.5초 미만의 체류 시간 동안 인-라인 가열기에서 가열된다. 바람직하게는, 단계 (c)에서 복합 탄성사는 1초 미만의 체류 시간 동안 인-라인 가열기에서 가열된다. 바람직하게는, 엘라스토머사는 스판덱스이며 6 내지 25 데니어를 갖는 개개의, 그러나 융합된 필라멘트로 이루어진다. 바람직하게는, 비탄성사는 나일론 또는 폴리에스테르와 같은 합성 연속 멀티-필라멘트사이다. 바람직한 방법에서, 복합 탄성사는 분당 350 내지 700 m의 속도로 유체 엔탱글링 젯에서 빠져나간다. 또한, 엘라스토머사는 유체 엔탱글링 젯을 통해 연신될 때 엘라스토머사의 길이의 추가의 2.0배까지 연신될 수 있다. 본 발명의 제2 면에 따라서, 엘라스토머사는 엘라스토머사 및 비탄성사가 유체 엔탱글링 젯으로 도입되기 전에 제2 가열 대역을 통해 제2 시간 동안 연신된다. 따라서, 10 내지 140 데니어 및 1 내지 15 필라멘트의 엘라스토머사는 제1 가열 대역에서 약 80 내지 약 220 ℃의 온도로 가열되면서 엘라스토머사의 이완 길이의 2.0 내지 5.0배로 연신된다. 그후에, 엘라스토머사는 제2 가열 대역에서 약 80 내지 220 ℃의 온도로 가열되면서 엘라스토머사의 연신된 길이의 추가의 2.0 내지 3.0배로 더 연신된다. 따라서, 엘라스토머사는 엘라스토머사가 유체 엔탱글링 젯에 공급되기 전에 엘라스토머사의 이완 길이의 총 8배 이상 내지 10 내지 15배까지 연신될 수 있다. 나머지 엔탱글링, 가열 및 냉각 단계는 그후에 본 발명의 제1 면에서와 동일한 방식으로 수행된다. 본 발명의 제3 면에서, 복합 탄성사의 제조 방법은 (a) 10 내지 140 데니어 및 1 내지 15 필라멘트의 엘라스토머사를 주위 온도로 유지하면서 엘라스토머사의 이완 길이의 2.0 내지 5.0배로 연신시키고; (b) 연신된 엘라스토머사를, 적어도 5 필라멘트를 가지며 1.5 내지 6.0%의 오버피드로 유체 엔탱글링 젯으로 공급되는 10 내지 210 데니어의 비탄성사와 함께 유체 엔탱글링 젯을 통해 공급하여 엘라스토머사와 비탄성사를 엔탱글링함으로써 복합 탄성사를 형성하고; (c) 복합 탄성사를 약 150 내지 약 240 ℃의 최대 온도로 가열하고; (d) 가열된 복합사를 패키지로 권취하기 전에 약 60 ℃ 이하의 평균 온도로 냉각시키는 것을 포함한다. 다르게는, 단계 (b)에서 엘라스토머사는 유체 엔탱글링 젯을 통과할 때 엘라스토머사의 연신된 길이의 2.0배까지 더 연신된다. 본 발명은 가장 특별하게는 호저리를 포함한 가먼트로 형성될 수 있는 우수한 스티치 품질을 가진 복합 탄성사를 형성하는데 특히 유리하다. 특히 스판덱스와 같은 엘라스토머사는, 스판덱스 조성, 스판덱스사의 필라멘트 당 데니어 및 드래프팅 대역에서의 가열 온도가 최적화된 경우 비탄성사와 엔탱글링하기 전에 가열 하에 더 미세한 데니어로 드래프팅될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 엘라스토머사 (특히 스판덱스)를 엔탱글링 젯에 도입하기 전의 제2 드래프팅 단계의 추가는 결과를 개선시켰다. 엘라스토머사가 엔탱글링 젯에 유입되기 전에 초기 드래프팅 대역(들)에서 가열되지 않아도, 에어-젯 엔탱글링된 복합 탄성사를 가열함으로써 스티치 투명도 (stitch clarity)가 개선된다.