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KR102584703B1 - 낮은 다공성 고강도 uhmwpe 직물 - Google Patents

낮은 다공성 고강도 uhmwpe 직물 Download PDF

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KR102584703B1
KR102584703B1 KR1020187008907A KR20187008907A KR102584703B1 KR 102584703 B1 KR102584703 B1 KR 102584703B1 KR 1020187008907 A KR1020187008907 A KR 1020187008907A KR 20187008907 A KR20187008907 A KR 20187008907A KR 102584703 B1 KR102584703 B1 KR 102584703B1
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아쇼크 바트나가
후이 쑤언 응웬
로리 엘. 와그너
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

낮은 다공성 섬유 재료, 이로부터 형성된 물품 및 그 형성 방법이 제공된다. 고인성, 멀티필라멘트 신장체의 복수의 플라이는 서로 라미네이트, 접착 또는 열 융합되지 않고 한 세트로, 선택적으로 서로 스티치되고, 프레스된다. 프레싱은 신장체의 구성 요소 필라멘트를 스프레드하여, 필라멘트가 인접한 섬유 사이의 공간을 차지하도록 하여, 전체 멀티-플라이 재료의 다공성을 감소시킨다.

Description

낮은 다공성 고강도 UHMWPE 직물
본 출원은 2015년 9월 17일자로 출원된, 공동-계류중인 미국 가출원 제 62/219,990호의 이익을 주장하며, 이의 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
이 기술은 낮은 다공성(porosity) 섬유 재료, 이로부터 형성된 물품 및 이들의 형성 방법에 관한 것이다.
SPECTRA® 폴리에틸렌 섬유 또는 KEVLAR® 섬유와 같은 아라미드 섬유와 같은 고인성 (high tenacity) 섬유는 이들의 무게 성능에 대한 매우 높은 강도(strength)로 인하여, 탄도 및 충격 저항성(ballistic and impact resistant) 물품과 같은 고성능 물품의 형성에 유용한 것으로 잘 알려져 있다. 고인성 섬유 테이프로부터 형성된 이러한 물품도 알려져 있다. 이러한 고인성 섬유로 형성된 물품은 또한 낮은 섬유 부피에서 우수한 내마모성, 절단 저항성 및 내 슬래시성(slash resistance) 같은 바람직한 특성을 나타낸다.
많은 어플리케이션에서, 섬유 또는 테이프는 직조되거나(woven) 또는 편직된(knitted) 직물로 형성될 수 있다. 다른 어플리케이션의 경우, 섬유 또는 테이프는 중합체 매트릭스 물질 내에 임베드되거나 캡슐화될 수 있고 단일방향(unidirectional) 직물 또는 펠트와 같은 부직물로 형성될 수 있다. 일 통상적인 부직물 구조에서, 복수의 단일방향으로 배향된 섬유는 일반적으로 동일 평면상에, 동연(coextensive) 관계로 배열되고 섬유를 함께 결합(bind)시키기 위해 바인딩 매트릭스 수지로 코팅된다. 전형적으로, 이러한 단일방향으로 배향된 섬유의 복수의 플라이는 멀티-플라이 복합체(multi-ply composite)로 합쳐진다. 예를 들어, 미국 특허 제4,403,012호; 제4,457,985호; 제4,613,535호; 제4,623,574호; 제4,650,710호; 제4,737,402호; 제4,748,064호; 제5,552,208호; 제5,587,230호; 제6,642,159호; 제6,841,492호; 및 제6,846,758호를 참고할 수 있으며, 이들 모두는 본원에 일치하는 정도에서 본원에 참고로 포함된다.
이러한 고인성 섬유로부터 형성된 물품의 물리적 강도 이점에도 불구하고, 이들 물품은 높은 다공성으로 인해 바람직하지 못한 액체 투과성을 갖는 경향이 있다. 이는 위사 섬유(weft fibers)가 물결 방식(undulating fashion)으로 길이 방향의 경사 섬유(warp fibers)를 가로 질러 그리고 그 사이에 가로방향(transversely)으로 놓이는 직조된 직물(woven fabrics)에서 특히 문제이다. 이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 직물 표면에 중합체 필름 또는 코팅을 적용하여 직물 구멍을 밀봉하는 것이다. 그러나, 이것은 제조 프로세스에 부가적인 복잡성을 추가하고 직물 중량을 증가시키며, 이는 바람직하지 않을 수 있다. 직물을 통한 액체 투과의 문제를 해결하기 위한 다른 수단은 인접한 섬유 사이의 공간을 최소화하는 것, 예컨대 섬유층에 섬유를 더 추가하는 것이다. 그러나, 이는 또한 직물에 중량을 추가할 것이며, 이는 일반적으로 바람직하지 않다. 인접한 섬유 사이의 공간을 최소화하는 보다 바람직한 방법은 필라멘트를 떨어지도록 스프레딩(spreading)하여 서로의 위에 놓이는 더 적은 섬유를 갖는 더 얇은 섬유 층을 형성하는 것이다. 그러나, 섬유의 필라멘트가 매우 얇게 스프레드될 때, 특히 단일방향 부직물을 제조할 때, 물품으로 프로세싱되기에 충분한 기계적 완전성(mechanical integrity)을 갖는 얇은 직물을 제조하기 어렵다.
단일방향 부직물의 제조 중의 불충분한 기계적 완전성 문제를 해결하기 위한 한 방법은 프로세싱 중에 릴리스 페이퍼 캐리어 시트(release paper carrier sheet)를 사용하는 것이다. 통상적인 프로세스에서, 단일방향으로 배향된 평행한 섬유의 어레이는 바인더 수지로 코팅되고, 그 후에 코팅된 섬유는 수지가 여전히 젖은 상태에서 실리콘-코팅된 릴리스 페이퍼와 접촉된다. 그 후, 코팅은 건조되고 릴리스 페이퍼는 제거된다. 그러나, 이 방법은 제조 프로세스에서 캐리어 시트의 사용을 피하는 것이 바람직하고, 또한 바인딩 수지에 대한 필요성을 피하는 것이 바람직하므로, 완전하지 않다.
미국 특허 제8,349,112호는 바인딩 스레드(threads)로 중합체 테이프를 함께 제직(weaving)하는 방법을 교시하고 있으며, 여기서, 중합체 테이프는 경사로 사용되고 바인딩 스레드는 위사로 사용되거나, 중합체 테이프는 위사로 사용되고 바인딩 스레드는 경사로 사용되며, 그 후, 복수의 층은 바인딩 스레드를 용융시키기에 충분한 열로 통합(consolidate)된다. 용융은 바인딩 스레드를 변형시켜 용융되지 않은 중합체 테이프 둘레에 수지를 분산시킴으로써 접착제 코팅으로서 작용한다. 이는 제직 프로세스에서 발생하는 기복(undulations)을 제거한다. 그러나, 이 방법은 충분한 기계적 완전성을 갖는 수지 함량이 10 % 미만인 물품을 제조하지 못한다. 미국 특허 제8,349,112호는 바인딩 수지 함량에 관해서 침묵하고 있지만, 바인더 섬유의 열 파괴는 중합체 테이프를 가로지르는(transverse) 방향으로 직물 파단 강도(breaking strength)를 위태롭게 한다. 바인더 섬유의 용융은 또한 제직 프로세스(weaving process)에 의해 생성된 경사 및 위사 섬유의 기계적 맞물림을 제거하여, 통상의 접착 코팅제로서 작용하는 바인더 중합체를 갖는 부직물이 되도록 한다. 이 결과물인 직물은 10 % 초과의 수지 함량 또는 10 % 미만의 수지 함량 및 불충분한 기계적 완전성을 가지므로, 종래 기술의 복합체에 비해 개선되지 못한다. 따라서, 미국 특허 제8,349,112호는 본 개시사항의 목적을 달성하지 못한다.
미국 특허 제4,680,213호는 비-열가소성, 보강 텍스타일 얀이 상기 텍스타일 얀을 가로질러서 위치된 바인딩 얀과의 접착에 의해 본딩되는 구조를 교시하고 있다. 보강 텍스타일 얀은 서로 이격되고, 바인딩 얀은 이들의 라미네이트에 영구적 인 홀을 형성하도록 서로 이격되어 있다. 이러한 타입의 오픈 구조는 본원에서 요구되는 내수성 직물 어플리케이션에 허용되지 않는다.
따라서, 바인딩 중합체 함량이 적거나 없는 우수한 기계적 완전성을 갖는 가볍고, 낮은 다공성이며, 표면 중합체 필름의 사용은 선택적인, 직조된(woven) 및 부직(non-woven) 직물이 이 기술분야에서 지속적으로 요구되고 있다. 본 개시사항은 이러한 요구에 대한 해결방안을 제공한다.
본 개시사항은,
복수의 제 1 멀티필라멘트 신장체(elongate bodies)를 포함하는 제 1 섬유 플라이, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로 연결, 본드(bond) 또는 융합(fuse)되지 않고, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 가짐;
상기 제 1 섬유 플라이 상에서 이와 동연(coextensive)하는 제 2 섬유 플라이, 상기 제 2 섬유 플라이는 복수의 제 2 멀티필라멘트 신장체를 포함하고, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로 연결, 본드 또는 융합되지 않고, 상기 제 2 멀티필라멘트 섬유의 각각은 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 가짐,을 포함하며,
상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이는 서로 라미네이트, 접착(adhere) 또는 열 융합되지 않는, 섬유 재료를 제공한다.
본 개시사항은 또한,
복수의 제 1 멀티필라멘트 신장체를 포함하는 제 1 섬유 플라이, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 가짐;
상기 제 1 섬유 플라이 상에서 이와 동연(coextensive)하는 제 2 섬유 플라이, 상기 제 2 섬유 플라이는 복수의 제 2 멀티필라멘트 신장체를 포함하고, 상기 제 2 멀티필라멘트 섬유의 각각은 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 가짐, 및
상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이를 상호 연결하는 적어도 제 1 스레드 세트, 상기 제 1 스레드 세트는 복수의 제 3 신장체,를 포함하며,
상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이는 서로 라미네이트, 접착 또는 열 융합되지 않는, 섬유 재료를 제공한다.
또한, 섬유 재료를 형성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:
a) 평평하고(planar), 평행한 어레이로 배열된 복수의 제 1 멀티필라멘트 신장체를 포함하는 제 1 섬유 플라이를 제공하는 단계로서, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어 초기 인장 모듈러스를 갖는다;
b) 평평하고 평행한 어레이로 배열된 복수의 제 2 멀티필라멘트 신장체를 포함하는 제 2 섬유 플라이를 제공하는 단계로서, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 갖는다;
c) 제 1 섬유 플라이를 제 2 섬유 플라이와 동연으로 위치시킨 다음 선택적으로는 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이를 서로 기계적으로 부착시켜 플라이 세트를 형성하는 단계로서, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로 연결, 본딩 또는 융합되지 않고, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로 연결, 본드 또는 융합되지 않는다;
d) 그 후, 상기 플라이 세트를 약 270℉ (132.2℃) 내지 약 302℉ (150.0℃)의 온도로 가열하고 상기 플라이 세트를 상기 가열과 동시에 또는 후속하여 500 psi (약 3447 kPa) 미만의 압력으로 프레스에서 함께 프레스하는 단계로서, 상기 멀티필라멘트 신장체의 필라멘트가 떨어지도록 스프레드(spread)하며, 이에 따라, 각각의 개별적인 섬유 플라이에서 인접한 멀티필라멘트 신장체의 길이방향 에지(longitudinal edges)가 서로 접촉된다; 및
e) 선택적으로 상기 가열된 플라이 세트를 냉각시키는 단계로서, 상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이는 서로 라미네이트되거나, 접착되거나 또는 열 융합되지 않는다.
나아가, 단일 섬유 플라이를 포함하는 섬유 재료가 제공되며, 상기 섬유 플라이는 복수의 멀티필라멘트 신장체를 포함하며, 상기 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 2:1의 단면 애스펙트 비(cross-sectional aspect ratio)를 가지며, 상기 섬유 플라이의 상기 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로 연결, 본드 또는 융합되지 않는다.
다음 사항으로 필수적으로 구성되는 보강 직조된 직물(woven fabric)이 또한 추가적으로 제공된다:
I) 단일방향으로 배향된 고인성 신장체를 포함하는 단일 부직 섬유 플라이; 또는
복수의 무작위로 배향된 스테이플 섬유를 포함하는 단일 부직 섬유 플라이; 또는
복수의 가로방향으로(transversely) 위치된 고인성의 위사 신장체와 섞어 직조된(interwoven) 복수의 고인성 경사 신장체를 포함하는 단일의 직조된 섬유 플라이; 및
II) 상기 (I)의 단일 섬유 플라이를 통해 기계적으로 배치되고 상기 (I)의 단일 섬유 플라이를 보강하는 적어도 제 1 스레드 세트를 포함하고, 상기 제 1 스레드 세트는 복수의 제 3 신장체를 포함하고 복수의 스티치를 형성하며, 복수의 신장체 또는 스테이플 섬유는 각 스티치 내에 위치된다.
상기 섬유 재료로 형성된 다층 물품(multilayer articles)이 또한, 제공된다.
도 1은 길이 방향(longitudinal direction, 세로 방향)으로 고인성 멀티필라멘트 섬유의 제 1 섬유 플라이, 측 방향에서(lateral direction), 길이 방향 바디(longitudinal bodies)를 가로질러, 가로방향(transversely)으로 위치된 고인성 멀티필라멘트 섬유의 제 2 섬유 플라이 및 상기 두 섬유 플라이를 서로 연결하는 고인성 멀티필라멘트 신장체가 끼워진(interleaved) 스레드를 갖는 종래 기술의 부직 섬유 재료를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 고인성 멀티필라멘트 신장체 그룹들 사이에 끼워진(interleaved) 스레드로 서로 연결된(interconnected) 2 개의 섬유 플라이를 갖는 본 개시사항의 부직 섬유 재료를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 개시사항의 멀티-플라이 직물의 형성을 개략적으로 나타내는 사시도 (스케일(scale)대로 도시되지 않음)이며, 여기서 섬유 플라이는 한 세트의 롤 사이에서 함께 프레스되어, 멀티필라멘트 신장체가 스프레드되고(spread) 인접한 신장체 사이의 갭이 감소된다.
도 4는 본 개시사항의 멀티-플라이 직물의 형성을 개략적으로 나타내는 사시도 (스케일대로 도시되지 않음)이며, 여기서 섬유 플라이는 두 세트의 롤러 사이에서 함께 프레스되어, 멀티필라멘트 신장체가 스프레드되고 인접한 신장체 사이의 갭이 감소된다.
도 5는 플래튼 프레스(platen press)에서의 제 1 및 제 2 섬유 플라이의 압축을 개략적으로 나타내는 사시도 (축척대로 도시되지 않음)이다.
도 2-4에 도시된 바와 같이, 멀티-플라이 섬유 재료 (10)는 스레드로 고인성 신장체의 멀티 플라이를 함께 기계적으로 부착시킨 후, 상기 플라이를 함께 프레스하여 상기 구성 요소 신장체의 필라멘트를 스프레드(spread)함으로써, 스프레드된 필라멘트가 직접적으로 인접한 신장체 사이의 가용 공간을 차지하도록 제조된다.
본원에 사용된 "신장체(elongate bodies)"는 폭 및 두께의 가로 치수(transverse dimension, 횡단 치수)보다 훨씬 큰 길이 치수를 갖는 바디(bodies)이다. 이로는 모노필라멘트 (스티칭 바디 만), 융합 또는 비융합된(unfused) 트위스트되지 않는(untwisted) 멀티필라멘트 섬유 (즉, 비연사 (untwisted yarns)), 융합 또는 비융합된 트위스트된(twisted) 멀티필라멘트 섬유 (즉, 연사 (twisted yarns)), 트위스트되지 않은 열 융합 멀티필라멘트 테이프, 또는 비-섬유(non-fibrous) 중합체 테이프 (스티칭 바디 만)를 포함한다. 이와 관련하여 "융합(fused)"은 단일 바디의 개별 필라멘트가 서로 융합(fusion)됨을 의미한다.
본원에 사용된 "섬유"는 중합체 물질의 스트랜드(strand)와 같은 물질의 긴 스트랜드이며, 그 길이 치수는 폭 및 두께의 가로 치수(transverse dimensions) 보다 훨씬 크다. 상기 섬유는 바람직하게는 이 기술분야에서 "스테이플(staple)" 또는 "스테이플 섬유 (staple fiber)"로 지칭되는 스트랜드의 짧은 세그먼트보다는 길고, 상대적으로 연속되는 스트랜드이다. 통상적인 정의에 의한 "스트랜드"는 단일의 얇은 길이의 것, 예컨대, 스레드(thread) 또는 섬유이다. 본원에서 사용하기위한 섬유의 단면(cross-sections)은 광범위하게 변할 수 있고, 이들은 단면이 원형, 편평(flat) 또는 길쭉한형(oblong)일 수 있다. 이들은 또한 필라멘트의 선형(linear) 또는 길이 방향(longitudinal axis) 축으로부터 돌출하는 하나 이상의 규칙적 또는 불규칙적인 로브(lobes)를 갖는 불규칙한 또는 규칙적인 멀티-로벌(multi-lobal) 단면 일 수 있다. 따라서, 용어 "섬유"는 규칙적인 또는 불규칙한 단면을 갖는 필라멘트, 리본, 스트립 등을 포함한다. 섬유는 약 1:1 부터 최고 약 2:1까지의 단면 애스팩트비(aspect ratio)를 갖는 실질적으로 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 단일 섬유는 단지 하나의 필라멘트 또는 다수의 필라멘트로 형성될 수 있다. 단지 하나의 필라멘트로 형성된 섬유는 본원에서 "단일-필라멘트" 섬유 또는 "모노필라멘트"섬유로 지칭되고, 복수의 필라멘트로 형성된 섬유는 본원에서 "멀티필라멘트" 섬유로 지칭된다. 본원에서 규정된 멀티필라멘트 섬유는 바람직하게는 2 내지 약 3000개의 필라멘트, 보다 바람직하게는 2 내지 1000개의 필라멘트, 보다 더 바람직하게는 30 내지 500개의 필라멘트, 보다 더 바람직하게는 40 내지 500개의 필라멘트, 보다 더 바람직하게는 약 40 필라멘트 내지 약 240개의 필라멘트, 그리고 가장 바람직하게는 약 120 내지 약 240개의 필라멘트를 포함한다. 멀티필라멘트 섬유는 이 기술분야에서 종종 섬유 다발 또는 필라멘트 다발로 지칭된다. "얀"은 멀티-필라멘트 섬유와 유사하지만, 일반적으로 필라멘트가 함께 트위스트되거나 인탱글된(entangled, 얽혀있는) (필연적인 것은 아니지만), 멀티필라멘트로 구성된 단일 스트랜드로 정의된다. 용어, "인성(tenacity)"은 응력(stress)이 가해지지 않은 시편의 단위 선밀도(unit linear density) (데니어) 당 힘 (그램)으로 표시되는 인장 응력(tensile stress)을 나타낸다. 용어, "초기 인장 모듈러스(initial tensile modulus)"는 본래 섬유/테이프 길이의 분율(fraction)(in/in)로 표시되는, 스트레인(strain)의 변화에 대한 데니어 당 그램-포스(gram-force) (g/d)으로 표현되는, 인성 변화의 비율을 나타낸다.
본원에 사용된 "고인성(high tenacity)" 신장체는 ASTM D2256 시험 절차에 의해 측정되는, 적어도 약 7 g/데니어, 바람직하게는 10 g/데니어 초과, 보다 바람직하게는 적어도 약 15 g/데니어, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 20 데니어, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 27 g/데니어의 인성, 보다 바람직하게는 약 28 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 보다 더 바람직하게는 약 33 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 보다 더 바람직하게는 39 g/데니어 이상, 보다 더 바람직하게는 적어도 39 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 보다 더 바람직하게는 40 g/데니어 이상, 보다 더 바람직하게는 43 g/데니어 이상, 또는 적어도 43.5 g/데니어, 보다 더 바람직하게는 약 45 g/데니어 내지 약 60 g/데니아, 보다 더 바람직하게는 적어도 45 g/데니어, 적어도 약 48 g/데니어, 적어도 약 50 g/데니어, 적어도 약 55 이상 g/데니어 또는 적어도 약 60 g/데니어의 인성을 갖는 것이다.
상기 고인성 신장체는 또한 ASTM D2256 시험 절차에 의해 측정된, 적어도 약 150 g/데니어, 보다 바람직하게는 적어도 약 300 g/데니어, 보다 바람직하게는 약 400 g/데니어 이상, 보다 바람직하게는 약 500 g/데니어 이상, 보다 더 바람직하게는 약 1,000 g/데니어 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 1,500 g/데니어 이상의 초기 인장 모듈러스를 갖는다. 상기 고인성 신장체는 또한, ASTM D2256 시험 절차에 의해 측정된, 적어도 약 8 J/g 이상, 보다 바람직하게는 적어도 약 15 J/g 이상, 보다 바람직하게는 약 25 J/g 이상, 보다 바람직하게는 약 30 J/g 이상의 파단 에너지(energy-to-break)를 가지며, 그리고 가장 바람직하게는, 약 40 J/g 이상의 파단 에너지를 갖는다. 이들이 조합된 고 강도 특성을 갖는 신장체를 형성하는 방법은 이 기술분야에 통상적으로 알려져 있다.
용어 "데니어"는 섬유/테이프 9000 미터 당 그램의 질량(mass)과 동일한 선밀도 단위(unit)를 나타낸다. 이와 관련하여, 각각의 섬유 플라이를 형성하는 신장체는 어떠한 적합한 데니어 일 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 50 내지 약 5000 데니어, 보다 바람직하게는 약 200 내지 5000 데니어, 보다 더 바람직하게는 약 300 내지 약 3000 데니어, 그리고 가장 바람직하게는 약 350 내지 약 1000 데니어의 데니어를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "테이프"는 폭과 평균 단면 애스팩트 비보다 큰 길이, 즉, 적어도 약 3:1의 테이프 물품의 길이에 대해친 평균된(averaged), 단면의 최소 치수에 대한 최대 치수의 비를 갖는 재료의 평편하고, 좁은, 모노리스 스트립(monolithic strip)을 말한다. 공지된 테이프는 섬유 또는 비섬유일 수 있으며, "섬유" 테이프는 하나 이상의 필라멘트를 포함한다. 그러나, 본 개시사항의 목적과 일치하여, 섬유 테이프 만이 본원에서 유용하여, 구성 요소 필라멘트는 후술한 바와 같이 압축 도중에 스프레드(spread)된다. 본 개시사항의 중합체 테이프의 단면은 직사각형, 타원형, 다각형, 불규칙 또는 본원에 개략적으로 기술된 폭, 두께 및 애스펙트 비 요건을 만족하는 어떠한 형상일 수 있다.
이러한 테이프는 바람직하게는, 약 0.5 mm 이하, 보다 바람직하게는 약 0.25 mm 이하, 보다 더 바람직하게는 약 0.1 mm 이하, 그리고 보다 더 바람직하게는 약 0.05 mm 이하의 두께를 갖는 실질적으로 직사각형(rectangular) 단면을 갖는다. 가장 바람직한 구현예에서, 중합체 테이프는 최고 약 3 mils (76.2 ㎛), 보다 바람직하게는 약 0.35 mil (8.89 ㎛) 내지 약 3 mils (76.2 ㎛), 그리고 가장 바람직하게는 약 0.35 mil 내지 약 1.5 mil (38.1 μm)의 두께를 갖는다. 두께는 단면의 가장 두꺼운 영역에서 측정된다.
본원에 유용한 중합체 테이프는 약 2.5 mm 내지 약 50 mm, 보다 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 25.4 mm, 보다 더 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 20 mm, 그리고 가장 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 10 mm의 바람직한 폭을 갖는다. 이들 치수는 달라질 수 있으나, 본원에서 형성된 중합체 테이프는 평균 단면적 애스펙트 비, 즉 테이프 물품의 길이에 대해 평균된 단면의 최소 치수에 대한 최대 치수의 비율이 약 3:1 보다 큰, 보다 바람직하게는 적어도 약 5:1, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 10:1, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 20:1, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 50:1, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 100:1, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 250:1이 달성되는 치수를 갖도록 제작되는 되는 것이 가장 바람직하고, 그리고 가장 바람직한 중합체 테이프는 적어도 약 400:1의 평균 애스펙트 비를 갖는다.
테이프는 종래 알려져 있는 방법에 의해 형성된다. 예를 들어, 직물은 원하는 길이를 갖는 테이프로 절단되거나 슬릿(slit) 될 수 있다. 슬릿팅 장치(slitting apparatus)의 예는 미국 특허 제6,098,510호에 개시되어 있으며, 이는 시트 재료 웹이 상기 롤 상에 권취됨에 따라, 시트 재료 웹을 슬릿팅하는 장치를 교시한다. 슬리팅 장치의 다른 예는 미국 특허 제6,148,871호에 개시되어 있으며, 이는 중합체 필름의 시트를 복수의 필름 스트립으로 슬릿팅하는 복수의 블레이드를 갖는 장치를 교시한다. 미국 특허 제6,098,510호 및 미국 특허 제6,148,871호 모두의 개시사항은 본원과 일치하는 정도에서 본원에 참고로 포함된다. 섬유 테이프를 형성하는데 특히 유용한 방법은 공유된 미국 특허 제8,263,119호; 제8,697,220호; 제8,685,519호; 제8,852,714호; 제8,906,485호에 기술되어 있으며 (이들 각각은 본원과 일치하는 정도에서 본원에 참고로 포함된다); 또한, 공유된 미국 특허 출원 공보 제2013-0101787호 및 제2014-0260933호에 섬유 및 비-섬유 테이프가 기술되어 있다(본원과 일치하는 정도에서 본원에 참고로 포함된다). 섬유와 마찬가지로, 테이프는 어떠한 적합한 데니어, 바람직하게는 약 50 내지 약 30,000의 데니어, 보다 바람직하게는 약 200 내지 약 10,000 데니어, 보다 더 바람직하게는 약 650 내지 약 2000 데니어, 그리고 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 1500 데니어를 가질 수 있다.
본원에 사용된 "섬유 플라이(fibrous ply)"는 단일방향으로 배향된 또는 무작위로 배향된 (즉, 펠트된) 부직 섬유 또는 직조된 직물의 단일-플라이를 포함하는, 어떠한 타입의 단축(uni-axial) 또는 다축(multi-axial) 직물을 포함한다. 이와 관련하여, "플라이"는 외부 상부 (제 1) 평평한 표면(planar surface) 및 외부 하부 (제 2) 평평한 표면을 갖는 일반적으로 평평한 배치(planar arrangement)를 기술한다. 단일방향으로 배향된 섬유의 단일 플라이는 단일방향으로, 실질적으로 평행한 어레이로 배열된 섬유의 배치를 포함한다. 이 타입의 섬유 배치는 "유니테이프(unitape)", "단일방향 테이프(unidirectional tape)", "UD" 또는 "UDT"로 또한 이 기술분야에 알려져 있다. 본 명세서에서 사용된 "어레이(array)"는 섬유 또는 얀의 순서대로의 배치(orderly arrangement)를 기술하며, 이는 배타적으로 직조된(woven) 및 편직된(knitted) 직물이며, "팽행한 어레이(parallel array)"는 섬유 또는 얀의 순서대로(orderly), 나란한(side-by-side), 동일 평면상의 평행 배열을 기술한다. "배향된 섬유(oriented fibers)"의 문맥에서 사용된 용어, "배향된(oriented)"은 섬유의 스트레칭보다는 섬유의 정렬(alignment) 방향을 의미한다. 용어, "직물"은 플라이의 통합(consolidation)/성형(molding)을 하거나 하지 않은, 하나 이상의 섬유 플라이를 포함할 수 있는 구조를 기술한다.
복수의 부직 섬유 플라이로 형성된 부직 직물은 실질적으로 동연 방식(coextensive fashion)으로 통합되도록, 서로 표면-대-표면(surface-to-surface) 상에 적층된, 플라이를 포함한다. 용어, "복합체(composite)"는 중합체 바인더 물질을 선택적으로 갖는, 섬유의 조합을 말한다.
고인성 신장체는 적어도 약 7 g/데니어의 인성 및 적어도 약 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 갖는 어떠한 통상적으로 알려진 중합체 타입으로 형성된 섬유 또는 테이프를 포함할 수 있다. 특히 적합한 것은 폴리에틸렌 및 폴리 프로필렌을 포함하는 폴리올레핀; 아라미드 섬유, 특히 파라-아라미드 섬유를 포함하는 폴리아미드 섬유; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 폴리에스테르; 폴리페닐렌설파이드; 연장된 사슬 폴리비닐 알코올; 연장된 사슬 폴리아크릴로니트릴; 겔 방적(spun) 폴리테트라플루오르에틸렌 (PTFE); 폴리벤조옥사졸 (PBO) 섬유, 폴리벤조티아졸 (PBT) 섬유, 액정 코폴리에스테르 섬유, M5® 섬유와 같은 강성 막대 섬유 및 전기 등급(electric grade) 섬유 유리 (E-글라스, 양호한 전기적 특성을 갖는 저 알칼리 보로실리케이트 글라스), 구조적 등급(structural grade) 섬유유리 (S-글라스; 고강도 마그네시아-알루미나-실리케이트) 및 저항 등급(resistance grade) 섬유유리 (R-글라스; 산화 마그네슘 또는 산화 칼슘이 함유되지 않은 고강도 알루미노 실리케이트 글라스)를 포함하는 유리 섬유로 형성된 신장체이다. 이들 섬유 타입 각각은 이 기술분야에 통상적으로 알려져 있다. 특히 바람직한 것은 고도로 배향된, 고분자량 폴리에틸렌, 특히 울트라-고분자량 폴리에틸렌 (UHMW PE) 신장체 및 및 울트라-고분자량 폴리프로필렌 신장체와 같은 연장된 사슬(extended chain) 폴리올레핀 신장체이다. 상기한 이들 신장체 타입 각각은 이 기술분야에 통상적으로 알려져 있다. 또한, 중합체 신장체를 제조하기에 적합한 것은 상기 물질의 공중합체, 블록 중합체 및 블렌드이다. 예를 들어, 유용한 신장체는 최소 2 가지 다른 필라멘트 타입, 예컨대 UHMW PE 필라멘트의 두 가지 다른 타입 또는 폴리에스테르 필라멘트와 UHMW PE 필라멘트의 블렌드를 포함하는 멀티-필라멘트 요소로 형성될 수 있다.
특히 가장 바람직한 것은 울트라 고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 신장체이다. 울트라 고분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 섬유, 얀 및 테이프는 적어도 300,000, 바람직하게는 적어도 1 백만, 그리고 보다 바람직하게는 2 백만 내지 5 백만의 분자량을 갖는 연장된(extended) 사슬 폴리에틸렌으로 형성된다. 이러한 연장된 사슬 폴리에틸렌 섬유/테이프는 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제4,137,394호 또는 제4,35제6,138호에 기술된 같은 용액 방사 공정(solution spinning processes)으로, 또는 미국 특허 제4,413,110호; 제4,536,536호; 제4,551,296호; 제4,663,101호; 제5,006,390호; 제5,032,338호; 제5,578,374호; 제5,736,244호; 제5,741,451호; 제5,958,582호; 제5,972,498호; 제6,448,359호; 제6,746,975호; 제6,969,553호; 제7,078,099호; 제7,344,668호 및 미국 특허 출원 공개 제2007/0231572호 (이들 모두는 본 개시사항과 일치하는 범위에서 본원에 참고로 포함된다)에 개시되어 있는 것과 같이, 겔 구조를 형성하도록 용액을 방적(spun)하여, 성장시킬 수 있다. 특히 바람직한 섬유 타입은 SPECTRA® 900 섬유, SPECTRA® 1000 섬유 및 SPECTRA® 2000 섬유를 포함하는 Honeywell International Inc.에서 상표 SPECTRA®로 시판되는 어떠한 폴리에틸렌 섬유이며, 이들은 모두 Honeywell International Inc.(모리스타운, 뉴저지)에서 상업적으로 이용할 수 있다.
UHMW PE 섬유를 형성하기에 특히 바람직한 방법은 적어도 39 g/데니어의 인성을 갖는 UHMW PE 섬유를 제조할 수 있는 프로세스이고, 가장 바람직하게는, 섬유가 멀티-필라멘트 섬유인 경우이다. 가장 바람직한 프로세스는 공유된 미국 특허 제7,846,363호; 제8,361,366호; 제8,444,898호; 제8,747,715호; 뿐만 아니라 미국 공개 제2011-0269359호에 기술된 것을 포함하며, 이들의 개시사항은 본원과 일치하는 범위 내에서 본원에 참고로 포함된다. 이러한 프로세스는 "용액 방사 (solution spinning)"로도 불리는 "겔 방사 (gel spinning)" 프로세스로 불리며, 이는 울트라 고분자량 폴리에틸렌과 용매의 용액이 형성되고 이어서 용액을 멀티-오리피스 방적 돌기(multi-orifice spinneret)를 통해 용액 필라멘트를 형성하도록 압출하는 단계(extruding), 용액 필라멘트를 겔 필라멘트로 냉각하는 단계(cooling); 및 용매를 추출하여 건조 필라멘트를 형성시키는 단계를 포함한다. 이들 건조 필라멘트는 이 기술분야에서 섬유 또는 얀으로 칭하여지는 번들(bundles)로 그룹화된다. 섬유/얀은 인장 강도가 증가되도록 최대 인장 능력(drawing capacity)까지 스트레치(인장)된다.
가장 바람직한 UHMW PE 섬유는 ASTM D1601-99에 의해 135℃에서 데칼린 중에서 측정한 경우에, 약 7dl/g 내지 약 40dl/g, 바람직하게는 약 10dl/g 내지 약 40dl/g, 바람직하게는 약 12dl/g 내지 약 40dl/g, 그리고 가장 바람직하게는 약 14dl/g 내지 35dl/g의 고유 점도(intrinsic viscosity)를 갖는다. 가장 바람직한 UHMW PE 섬유는 고도로 배향되어 있고 적어도 약 0.96, 바람직하게는 적어도 약 0.97, 보다 바람직하게는 적어도 약 0.98, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 약 0.99의 c-축 배향 함수(c-axis orientation function)을 갖는다. c-축 배향 기능은 분자 사슬 방향과 필라멘트 방향의 정렬 정도에 대한 기술이다. 분자 사슬 방향이 필라멘트 축과 완전히 일직선으로 되는(align), 폴리에틸렌 필라멘트는 1의 배향 함수(orientation function)를 갖는다. C-축 배향 함수 (fc)는 폴리에틸렌에 적용되는 바와 같이, Correale, ST & Murthy, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 101, 447-454 (2006)에 기술된 광각x선 회절법에 의해 측정된다.
바람직한 아라미드 (방향족 폴리아미드) 섬유는 잘 알려져 있고 상업적으로 이용 가능하며, 예를 들어 미국 특허 제3,671,542호에 기술되어 있다. 예를 들어, 유용한 아라미드 필라멘트는 KEVLAR®의 상표로 DuPont에 의해 상업적으로 생산된다. 또한, 본원에 유용한 것은 상표명 NOMEX®로 듀퐁 (윌밍톤, 델라웨어)에서 상업적으로 제조된 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유 및 Teijin Aramid Gmbh (독일)에서 상표 TWARON®로 상업적으로 제조되는 섬유; Kolon Industries, Inc.(한국)에서 상표 HERACRON®으로 상업적으로 제조된 아라미드 섬유; Kamensk Volokno JSC (러시아)에서 상업적으로 제조된 p-아라미드 섬유 SVM™ 및 RUSAR™, 및 JSC Chim Volokno (러시아)에서 상업적으로 제조된 ARMOS™ p-아라미드 섬유이다.
트위스트된 신장체(twisted elongate body)를 이용하는 것이 바람직한 경우에, 섬유/얀을 트위스팅(twisting, 가연)하는 다양한 방법이 이 기술분야에 알려져 있으며, 어떠한 방법이 이용될 수 있다. 이와 관련하여, 트위스트된 멀티-필라멘트 테이프는 공급 섬유/얀 전구체를 먼저 가연하고(twisting), 그 후, 트위스트된 전구체를 테이프로 압축함으로써 바람직하게 형성된다. 유용한 가연 방법(twisting method)은 예를 들어 미국 특허 제2,961,010호; 제3,434,275호; 제4,123,893호; 제4,819,458호 및 제7,127,879호에 개시되어 있으며, 이들의 개시사항은 본 명세서에 참고로 포함된다. 섬유/얀은 섬유/얀 길이의 인치당 꼬임(twist)이 적어도 약 0.5 회 내지 약 15 꼬임/인치, 보다 바람직하게는 섬유/얀 길이의 인치당 약 3회 꼬임/인치 내지 약 11회 꼬임/인치이다. 다른 바람직한 구현예에서, 섬유/얀은 섬유/얀 길이의 인치 당 적어도 11회 꼬임, 보다 바람직하게는 섬유/얀 길이의 인치당 약 11회 꼬임/인치 내지 약 15회 꼬임/인치로 가연된다. 트위스트된 얀에서 꼬임을 측정하는 표준 방법은 ASTM D1423-02이다.
융합된 신장체를 사용하는 것이 바람직한 경우에, 섬유/얀을 융합하는 다양한 방법이 이 기술분야에 알려져 있으며, 어떠한 방법이 이용될 수 있다. 가연과 마찬가지로, 용합된 멀티-필라멘트 테이프는 공급 섬유/얀 전구체를 먼저 융합(fusing)하고 그 후, 융합된 전구체를 테이프로 압축함으로써 바람직하게 형성된다. 이와 관련하여, 섬유/얀 필라멘트의 융합은 미국 특허 제5,540,990호; 제5,749,214호; 및 제6,148,597호에 기술되어 있는 바와 같이 열 및 장력(tension)의 사용 또는 열 또는 장력에 노출되기 전에 용매 또는 가소화 물질의 적용을 통해 달성될 수 있으며, 상기 특허문헌은 본원과 일치되는 정도에서 참고로 포함된다. 본딩에 의한 융합(fusion)은 예를 들어, Kraton Polymers (휴스톤, 텍사스)에서 상표 KRATON® D1107으로 상업적으로 이용가능한 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌-블록 공중합체 수지와 같은 접착 특성을 갖는 수지 또는 다른 중합체 바인더 물질, 또는 본원에 기술된 어떠한 다른 접착 중합체로 필라멘트를 적어도 부분적으로 코팅함으로써 달성될 수 있다. 개개의 신장체를 형성하는 필라멘트는 또한 접착 코팅없이 함께 열 본딩될 수 있다. 열 본딩 조건은 섬유 타입에 의존할 수 있다. 공급 섬유/얀이 필라멘트를 본딩하기 위해 접착 특성을 갖는 수지 또는 다른 중합체 바인더 물질로 코팅되는 경우, 단지 소량의 수지/바인더가 필요하다. 이와 관련하여, 적용되는 수지/바인더의 양은 바람직하게는 필라멘트와 수지/바인더의 총 중량을 기준으로 하여 5 중량%이하이며, 따라서, 상기 필라멘트는 필라멘트와 수지/바인더의 총 중량을 기준으로 하여, 코팅된 섬유/얀의 적어도 95 중량%를 구성하며, 상기 얀으로 형성된 상응하는 테이프는 또한, 이에 따라, 구성요소 필라멘트의 적어도 95중량%를 구성한다. 보다 바람직하게는, 섬유/얀 및 테이프는 적어도 약 96 중량% 필라멘트, 보다 바람직하게는 97 중량% 필라멘트, 보다 더 바람직하게는 98 중량% 필라멘트, 그리고 보다 더 바람직하게는 99 중량%의 필라멘트를 포함한다. 가장 바람직하게는, 이로부터 형성된 섬유/얀 및 압축된 테이프는 수지가 없으며, 즉 본딩 수지/바인더로 코팅되지 않고, 필라멘트로 필수적으로 구성되거나 필라멘트만으로 구성된다. 또한, 본 개시사항의 멀티필라멘트 테이프는 이들의 구성 요소 필라멘트가 보다 낮은 압력에서 스프레드될 수 있도록 비-융합(non-fused)되는 것이 가장 바람직하다.
본 개시사항의 각각의 섬유 플라이를 형성하는 섬유 또는 테이프는 선택적으로, 그러나 바람직하지는 않지만, 중합체 바인더 물질로 부분적으로 또는 완전히 코팅된다. 중합체 바인더 물질은 이 기술 분야에서 일반적으로 중합체 "매트릭스" 물질("matrix" material)로도 지칭된다. 이들 용어는 이 기술분야에서 통상적으로 알려져 있다. 본원에서 사용된 "중합체" 바인더 또는 매트릭스 물질은 수지 및 고무를 포함한다. 존재하는 경우, 중합체 바인더/매트릭스 물질은 개개의 섬유를 부분적으로 또는 실질적으로 코팅하거나, 선택적으로 섬유 플라이를 형성하는 개개의 필라멘트/섬유의 각각을 완전히 캡슐화한다. 그러나, 본 개시사항의 섬유 재료가 전체적으로 매트릭스가 없는(matrix-free) (바인더-없는(binder-free)) 것이 가장 바람직하다. 중합체 바인더/매트릭스 물질이 사용되는 경우, 이는 섬유 재료의 10 중량% 이하, 바람직하게는 5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 섬유 재료의 4 중량% 이하, 보다 바람직하게는 섬유 재료의 3 중량% 이하, 보다 바람직하게는 섬유 재료의 2 중량% 이하, 그리고 가장 바람직하게는 섬유 재료의 1 중량% 이하를 구성한다. 사용되는 경우에, 이 수지는 후술된 스티치 프로세스에 의해 생성될 수 있는 섬유/테이프 사이의 최소 공간을 채우는데 도움을 줄 수 있다.
적합한 중합체 바인더 물질은 배타적으로 낮은 인장 모듈러스, 엘라스토머 물질이다. 본원 전반에 사용된, 용어 인장 모듈러스는 중합체 바인더 물질에 대해 ASTM D638에 의해 측정되는 탄성(elasticity)의 모듈러스를 의미한다. 저 모듈러스 바인더는 다양한 중합체 및 비-중합체 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 저 모듈러스 엘라스토머 물질은 ASTM D638 시험 절차에 따라 약 6,000 psi (41.4 MPa) 이하에서 측정된 인장 모듈러스를 갖는다. 저 모듈러스 중합체는 바람직하게는 약 4,000 psi (27.6 MPa) 이하, 보다 바람직하게는 약 2400 psi (16.5 MPa) 이하, 보다 더 바람직하게는 1200 psi (8.23 MPa) 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 500 psi (약 3447 kPa) (3.45 MPa) 이하의 인장 모듈러스를 갖는 엘라스토머이다. 저 모듈러스 엘라스토머 물질의 유리 전이 온도 (Tg)는 바람직하게는 약 0℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 -40℃ 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 -50℃ 미만이다. 저 모듈러스 엘라스토머 물질은 또한 적어도 약 50 %, 보다 바람직하게는 적어도 약 100 %, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 약 300 %의 파단에 대한 바람직한 신율(elongation)을 갖는다. 중합체 바인더는 또한 카본 블랙 또는 실리카와 같은 충전제를 포함할 수 있고, 오일로 연장(extend)될 수 있거나, 또는 이기술분야에 잘 알려져 있는 바와 같이, 황, 과산화물, 금속 산화물 또는 방사선 경화 시스템에 의해 가황될 수 있다.
다양한 물질 및 포뮬레이션이 저 모듈러스 중합체 바인더로서 사용될 수 있다. 대표적인 예로는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원중합체, 폴리설파이드 중합체, 폴리우레탄 엘라스토머, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 가소화(plasticized) 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-코-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘엘라스토머, 에틸렌의 공중합체, 폴리아미드(일부 섬유 타입에 유용), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리카보네이트 및 이들의 조합뿐만 아니라 섬유의 융점 미만에서 경화가능한 다른 저 모듈러스 중합체 및 공중합체를 포함한다. 또한, 유용한 것은 다른 엘라스토머 물질의 블렌드 또는 엘라스토머 물질과 하나 이상의 열가소성 물질의 블렌드이다.
특히 유용한 것은 컨쥬게이트 디엔 및 비닐 방향족 단량체의 블록 공중합체이다. 부타디엔 및 이소프렌은 바람직한 컨쥬게이트 디엔 엘라스토머이다. 스티렌, 비닐 톨루엔 및 t-부틸 스티렌은 바람직한 컨쥬게이트 방향족 단량체이다. 폴리이소프렌을 편입시킨 블록 공중합체는 수소화되어 포화 탄화수소 엘라스토머 세그먼트를 갖는 열가소성 엘라스토머를 생성할 수 있다. 중합체는 타입 A-B-A의 단순 트리-블록 공중합체, 타입 (AB)n (n=2-10)의 멀티-블록 공중합체 또는 타입 R-(BA)x (x=3-150)의 방사상 배열 공중합체(radial configuration copolymers)(A는 폴리비닐 방향족 단량체로부터의 블록이고 B는 컨쥬게이트 디엔 엘라스토머로부터의 블록이다)일 수 있다. 많은 이들 중합체는 Kraton Polymers (텍사스, 휴스턴)에서 상업적으로 생산되며, "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81에 기술되어 있다. 또한, 유용한 것은 상표 PRINLIN®로 판매되고, Henkel Technologies(뒤셀도르프, 독일)에서 상업적으로 이용가능한 스티렌-이소프렌-스티렌 (SIS) 블록 공중합체의 수지 분산물이다. 탄도 저항성 복합체에 사용되는 통상적인 저 모듈러스 중합체 바인더 중합체는 Kraton Polymers에 의해 상업적으로 제조된 상표 KRATON®으로 판매되는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체를 포함한다.
가장 특히 바람직한 바인더 중합체는 극성 수지 또는 극성 중합체, 특히 약 2,000 psi (13.79 MPa) 내지 약 8,000 psi (55.16 MPa) 범위의 인장 모듈러스에서 에서 연질(soft) 및 강성(rigid) 물질의 범위 내인 폴리우레탄이다. 바람직한 폴리 우레탄은 수성 우레탄 분산물로서 적용되며, 수성 우레탄 분산물은 가장 바람직하게는, 그러나, 필수는 아니지만 공용매가 없는 것이다. 이러한 것은 수성 음이온성 폴리우레탄 분산물, 수성 양이온성 폴리우레탄 분산물 및 수성 비이온성 폴리우레탄 분산물을 포함한다. 특히 바람직한 것은 수성 음이온성 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리우레탄 분산물이고, 가장 바람직하게 것은 수성 음이온성 지방족 폴리우레탄 분산물이며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물이다. 이러한 것은 수성 음이온성 폴리 에스테르계 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물을 포함하며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물이다. 이러한 것은 또한 음이온성 폴리에테르 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에테르계 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에테르계 폴리우레탄 분산물을 포함하며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물이다. 마찬가지로 바람직한 것은 수성 양이온성 및 수성 비이온성 분산물의 모든 상응하는 변형 (폴리에스테르계; 지방족 폴리에스테르계; 폴리에테르계; 지방족 폴리에테르계 등)이다. 가장 바람직한 것은 100 % 신율(elongation)에서, 약 700 psi 이상, 특히 바람직하게는 700 psi 내지 약 3000 psi 범위의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리우레탄 분산물이다. 보다 바람직한 것은 100 % 신율에서, 약 1000 psi 이상, 그리고 보다 더 바람직하게는 약 1100 psi 이상의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리우레탄 분산물이다. 가장 바람직한 것은 1000 psi 이상, 바람직하게는 1100 psi 이상의 모듈러스를 갖는 지방족, 폴리에테르계 음이온성 폴리 우레탄 분산물이다.
중합체 바인더 물질을 섬유에 적용하고 이에 따라 섬유 재료 (섬유 재료 플라이/층)에 바인더를 함침시키는 방법은 잘 알려져 있으며, 이 기술분야의 기술자는 쉽게 결정할 수 있다. 용어 "함침된(impregnated)"은 본원에서 "임베디드(embedde)," "코팅된(coated)," 또는 중합체 물질이 섬유 플라이/층으로 확산되고 단순히 플라이/층의 표면 상에 있지 않는, 다른 중합체 코팅으로 적용된 것과 동일한 것을 의미한다. 어떠한 적합한 적용 방법을 이용하여 중합체 바인더 물질을 적용할 수 있고, "코팅된"과 같은 용어의 특정 사용은 그것이 필라멘트/섬유 상에 적용되는 방법을 제한하는 것은 아니다. 유용한 방법은 예를 들어 중합체 또는 중합체 용액을 섬유에 분무, 압출(extruding) 또는 롤 코팅하는 것뿐만 아니라 용융 중합체 또는 중합체 용액을 통해 섬유를 운반하는 것을 포함한다. 가장 바람직한 것은 개별 섬유의 각각을 실질적으로 코팅 또는 인캡슐화하고 섬유 표면적의 전부 또는 실질적으로 전부를 중합체 바인더 물질로 피복(cover)하는 방법이다.
본 개시사항은 3가지 주요 구현예를 제공한다: 1) 함께 선택적으로 스티칭되는 고인성 섬유의 적어도 2개의 부직 섬유 플라이를 포함하는 부직 섬유 재료; 2) 함께 선택적으로 스티칭되는 고인성 섬유의 적어도 2개의 직조된(woven) 섬유 플라이를 포함하는 직조된 섬유 재료; 및 3) 스티치와 같은 스레드로 보강된 단일 섬유 플라이를 포함하는 섬유 재료, 상기 단일 섬유 플라이는 펠트를 포함하여 어떠한 직조(woven) 또는 부직 구조일 수 있다. 이들 구현예 각각에서, 각각의 개별적인 섬유 플라이를 형성하는 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로 연결, 본딩 또는 융합되지 않고, 바람직하게는, 스티칭과 같은 기계적 부착이 복수의 플라이를 함께 부착시키는 유일한 수단이다.
도 1에는 길이 방향으로 신장되는 바디로서 위치된 단일방향의 고인성 섬유의 제 1 섬유 플라이와 제 1 섬유 플라이의 섬유 아래에 측면으로 가로질러서, 가로 위치된(transversely disposed) 단일 방향의 고인성 섬유의 제 2 섬유 플라이를 보여주는 공유된 미국 특허 제6,841,492호 및 제7,073,538호의 구현예가 도시되어 있다. 추가로 도시된 바와 같이, 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이는 함께 스티칭되고 이로써 스티칭 스레드와 서로 연결된다. 도시된 바와 같이, 스티칭 스레드는 주기적으로 크로스-오버(cross-overs)되는 두 개의 플라이를 통해 끼워져서(interleaved), 단지 단일 섬유 만이 각 스티치 내에 위치되어 층의 각각의 개별 섬유가 단일 스티치에 의해 제 위치에 고정된다. 이것은 각각의 섬유 플라이를 형성하는 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부가 서로 연결, 본딩 또는 융합되지 않는 본 개시사항과 대조된다. 이는 본 개시사항의 도 2에 도시되었으며, 여기서 길이 방향으로 신장하는 바디로서 위치된 단일방향 고인성 신장체 (12)를 포함하거나, 이로 구성되거나 또는 필수적으로 구성되는 제 1 섬유 플라이 (18)는 제 1 섬유 플라이 (18)의 바디 (12)의 아래에서 측면으로 가로질러서 가로로 위치된 단일방향의 고인성 신장체 (14)를 포함하거나, 이로 구성되거나 또는 이로 필수적으로 구성되는 제 2 섬유 플라이 (20)과 함께 스티치된다. 도면에 도시된 바와 같이, 적어도 2개의 바로 옆에 인접한 신장체 (12)는 제 1 스레드 세트 (16)의 각각의 스티치 내에 위치되고, 각 스티치 내의 바로 옆에 인접한 바디 (12)는 서로에 대해 구속되지 않고, 따라서 압축될 때, 특히 후술하는 조건하에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 연결, 본딩, 또는 융합되지 않아, 압축(compression)하에 향상된 필라멘트 스프레딩(filament spreading)이 가능하다. 제 2 스레드 세트 (도시되지 않음)는 스레드 (16)에 직각 방향으로 플라이를 통해 유사하게 끼워질 수 있으며, 적어도 2개의 인접한 신장체 (14) (즉, 적어도 2개의 단부(ends))는 상기 제 2 스레드 세트의 각각의 스티치 내에 위치된다. 바람직한 구현예에서, 적어도 3개의 신장체 (즉, 적어도 3개의 단부)는 각각의 스티치 내에 위치하며, 보다 바람직하게는 적어도 4개의 신장체, 보다 더 바람직하게는 적어도 5개의 신장체 (단부), 보다 더 바람직하게는 적어도 6개의 신장체 (단부), 보다 더 바람직하게는 적어도 7개의 신장체 (단부), 보다 더 바람직하게는 적어도 8개의 신장체 (단부), 보다 더 바람직하게는 적어도 9개의 신장체 (단부), 그리고 가장 바람직하게는 적어도 10개의 신장체 (단부)가 각 스티치 내에 위치된다. 각각의 스티치 내의 신장체의 수를 증가시킴으로써, 후술한 조건하에서의 직물의 프레싱을 통해 더 큰 필라멘트/섬유의 스프레딩이 달성되고, 이에 따라, 결과물인 섬유 재료의 다공성이 최소화된다. 섬유층은 규칙적 또는 불규칙한 간격으로 스티칭될 수 있고, 각 스티치 내의 필라멘트의 수는 서로 동일하거나 변할 수 있다. 도 2는 각 스티치가 2개의 신장체 (12)를 포함하는, 규칙적인 간격의 스티치를 포함하는 구현예를 도시한다. 도 2의 이 구현예에서, 6개의 총 스티치는 12개의 총 신장체 (12)를 횡단하는 각각의 스레드 (16)에 대해 도시된다. 이들 플라이는 함께 단일 부직 섬유 층을 형성한다. 복수의 이들 섬유층은 인접하여 다층 물품을 형성할 수 있다.
본 개시사항의 부직 단일방향 섬유 플라이는 이 기술분야의 통상적인 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 부직 단일방향 섬유 플라이를 형성하는 바람직한 방법에서, 복수의 신장체가 어레이로 배열되고, 전형적으로는 실질적으로 평행한 단일방향 어레이로 정렬된 복수의 바디를 포함하는 섬유 웹으로서 배열된다. 전형적인 프로세스에서, 멀티필라멘트 섬유, 복수의 섬유 또는 멀티필라멘트 테이프를 포함하는 섬유 번들은 크릴로부터 공급되고 가이드 및 하나 이상의 스프레더 바를 통해 콜리메이팅 콤브(collimating comb)로 인도된다. 통상적인 프로세스에서, 그 후, 중합체 바인더 물질로 섬유를 코팅하지만, 이 단계는 본 개시사항의 목적에서는 선택적이다. 섬유 다발 또는 멀티필라멘트 테이프는 약 30 내지 약 2000개의 개별 필라멘트를 가질 수 있다. 스프레더 바 및 콜리메이팅 콤브는 섬유 및/또는 이들의 구성 요소 필라멘트를 분산시키고 스프레드하여 동일 평면(coplanar) 방식으로 나란하게 재구성한다.
선택적으로, 부직 섬유 플라이는 펠트일 수 있다. 펠트는 무작위로 배향된 섬유의 부직 네트워크이며, 바람직하게는 약 0.25 인치 (0.64 cm) 내지 약 10 인치 (25.4 cm)의 길이 범위를 갖는 스테이플 섬유와 같은 불연속 섬유로 형성된다. 펠트는 카딩(carding) 또는 유체 적층(fluid laying), 용융 블로잉 및 스핀 적층(spin laying)과 같은 이 기술분야에 잘 알려져 있는 몇몇 기술중 어떠한 것으로 형성될 수 있다.
본 개시사항에 따라, 적어도 제 1 부직 섬유 플라이 및 제 2 부직 섬유 플라이가 이 기술분야의 통상적인 수단에 따라 형성된다. 그 후, 제 1 섬유 플라이는 제 2 섬유 플라이 및 필요에 따른 어떠한 추가 플라이와 동연하게 위치되어, 플라이가 서로의 상부에 동연하게 적층된다. 바람직한 구현예에서, 제 1 및 제 2 섬유 플라이가 부직 단일방향 플라이인 경우, 플라이는 이들의 구성 요소 신장체의 이들의 각각의 길이 방향 축에 대해 0 °/90 ° 또는 + 45 °/-45 ° 각도로 배향되는 것이 바람직하다. 이는 다층 섬유 재료에서 강한 치수 안정성을 달성하는 것으로 알려져 있다. 그 후, 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이는 바람직하게는 이 기술 분야의 통상적인 수단에 따라 적어도 제 1 스레드 세트로 함께 스티칭되어 플라이 세트를 형성한다. 이 플라이 세트는 그 후, 플라이가 서로 라미네이트, 접착 또는 융합되거나 다른 방식으로 접착성 또는 열 본딩되지 않고 프레스될 것이다.
제 2의 주요 구현예에서, 직조된 섬유 재료는 이 기술분야의 통상적인 방법에 의해 고인성 섬유의 적어도 2개의 직조된 섬유 플라이를 제조함으로써 형성되며, 상기 직조된 플라이는 바람직하게는 연속적으로 함께 스티칭된다. 직조된 직물은 평직(plain weav), 크로우풋 직조(crowfoot weave), 바스켓 직조, 새틴 직조, 능직 직조(twill weave), 3 차원 직조 직물 및 어떠한 이들의 몇몇 변형과 같은 어떠한 잘 알려진 직물 직조를 사용하여 형성될 수 있다. 평직은 가장 일반적인 것이며, 여기서 섬유 (또는 테이프)는 위사 (필(fill)) 섬유에 수직으로 배향된 경사 섬유와 직각 0 °/90 ° 배향으로 함께 직조된다. 이 방법이 본원에서 바람직하다. 직조된 직물에서, "픽 카운트 (pick count)" 또는 "메시 카운트 (mesh count)"로 이 기술분야에 알려져 있는 경사 및 위사 (필) 카운트는 직조된 직물의 밀도의 측정이다. 평직 직물은 동일하거나 다른 경사와 위사 카운트를 가질 수 있다. 이와 관련하여, 바람직한 제 1 섬유 재료는 경사 및 위사 방향의 각각에서 인치당 약 20 개 단부 내지 인치당 약 80 개 단부, 보다 바람직하게는 경사 및 위사 방향의 각각에서 인치당 약 25 개 단부 내지 인치당 약 70 개 단부, 그리고 가장 바람직하게는 경사 및 위사 방향 각각에서 인치당 약 25개 단부 내지 인치당 약 60개 단부의 바람직한 픽업 카운트를 갖는다. 바람직한 제 2 섬유 재료는 경사 및 위사 방향의 각각에서 인치당 약 15 개 단부 내지 인치당 약 70 개 단부, 보다 바람직하게는 경사 및 위사 방향의 각각에서 인치당 약 20 개 단부 내지 인치당 약 60 개 단부, 보다 더 바람직하게는 경사 및 위사 방향의 각각에서 인치당 약 20 개 단부 내지 인치당 약 50 개 단부, 그리고 가장 바람직하게는 경사 및 위사 방향 각각에서 인치당 약 25개 단부 내지 인치당 약 40개 단부의 바람직한 픽업 카운트를 갖는다. 이들 인치 당 단부(ends-per-inch) 범위는 비-압축 직조 재료(un-pressed woven materials)에 대한 것이며, 또한 비-압축 단일방향 부직 직물에도 바람직하다.
본 개시에 따르면, 적어도 제 1 직조 섬유 플라이와 제 2 직조 섬유 플라이는 이 기술분야의 이러한 통상적인 수단에 따라 형성된다. 그 후, 제 1 섬유 플라이는 제 2 섬유 플라이 및 필요에 따라, 어떠한 추가 플라이와 동연하게 위치되어, 플라이가 서로의 상부에 동연하게 적층된다. 그 후, 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이는 바람직하게는 이 기술 분야의 통상적인 수단에 따라 적어도 제 1 스레드 세트로 함께 스티칭되어 플라이 세트를 형성한다. 이 플라이 세트는 그 후, 플라이가 서로 라미네이트, 접착 또는 융합되거나 다른 방식으로 접착 또는 열적 본딩되지 않고 후술하는 바와 같이 프레스될 것이다.
본 개시사항의 제3의 주요한 구현예는 플라이를 통해 놓인 적어도 제 1 스레드 세트에 의해 바람직하게 보강되는 (예컨데 스티칭 또는 바느질로), 단일 섬유 플라이를 포함한다는 점을 제외하고는 본 개시사항의 제 1 및 제 2 구현예의 각각과 유사하다. 가장 바람직하게, 이러한 단일 플라이 구조는 직조된 직물이다. 이 단일 플라이 구조는 낮은 다공성이 요구되는 배낭, 백 등과 같은 경량의 물품을 형성하는데 특히 유리하다. 이 구현예에서, 스티치 또는 스티치되지 않는지 여부에 관계없이, 상기 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 2:1의 단면 애스펙트 비를 가지며, 상기 섬유 플라이의 상기 멀티필라멘트 신장체 중 적어도 일부는 서로 연결되거나, 본딩되거나 또는 융합되지 않는다.
상기한 이들 주요 구현예가 가장 바람직하지만, 어떠한 다중 섬유 플라이 직물에서 구성 요소 플라이가 서로 적층, 접착 또는 융합되거나 그렇지 않으면 접착 또는 열적으로 본딩되지 않는, 다양한 다른 구현예가 본 개시사항에 포함된다. 예를 들어, 본 개시사항의 멀티-플라이 섬유 재료는 하나 이상의 직조된 섬유 플라이를 하나 이상의 부직 섬유 플라이와 결합시키는 하이브리드를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 본 개시사항의 직물은 고인성 섬유 또는 테이프 보다는 저 인장 강도 섬유 또는 테이프를 포함하는 신장체로, 또는 고인성 신장체와 저인성 신장체의 조합 (예, 저인성 바디의 제 2 플라이와 함께 스티치된 고인성 바디의 제 1 플라이, 또는, 여기서 각각의 플라이는 저인성 및 고인성 바디의 조합을 포함함)으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 본원에서 사용된, "저인성 섬유"는 7 g/데니어 미만의 인성을 갖는 것이다. 제 1 섬유 재료는 제 2 섬유 재료를 형성하는 섬유보다 낮은 인장 강도를 갖는 섬유로 형성된다. 예시적인 저인성 섬유는 비-배타적으로 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 저인성 폴리올레핀 섬유 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 것은 저 데니어 나일론 섬유 (약 30-100 데니어) 및 고 데니어 나일론 섬유 (약 400-1500 데니어)를 포함하는 나일론 섬유이다. 특히 바람직한 것은 400 내지 2000 데니어, 보다 바람직하게는 약 500 내지 약 1500 데니어, 그리고 가장 바람직하게는 약 500 내지 약 1000 데니어를 갖는 나일론 섬유이다.
일단 모든 원하는 모든 개별적인 섬유 플라이가 형성되면, 모든 플라이는 서로 동연하여 상부에 오버랩(overlap)되어 적층을 형성하고, 그 후에 선택적으로 기계적으로 플라이를, 예컨데 스티칭하거나 또는 섬유 플라이를 함께 z-방향에서 니들 펀칭하여, 부착시킨다. 펠트된 섬유 플라이는 스티칭 또는 니들 펀칭에 의해 기계적으로 통합되지만, 하이드로-얽힘(hydro-entanglement), 공기 얽힘(air entanglement), 스핀 레이싱(spin lacing) 등과 같은 공지된 수단에 의해 다른 층 (직조된, UD 부직 또는 펠트 부직) 상에 형성될 수도 있다. 이 중, 바람직한 방법은 스티칭 또는 니들 펀칭이다.
본 개시사항에 따르면, 어떠한 통상적으로 알려진 스티칭 방법은, 적어도 2개의 신장체 (단부)가 각각의 스티치 내에 위치되도록 하면, 바디의 어떠한 유용한 스티칭을 사용하는 본 개시사항의 모든 구현예에 사용될 수 있다. 바디의 유용한 스티칭은 고인성 섬유 플라이, 특히 고강도 SPECTRA® UHMWPE 섬유뿐만 아니라 나일론 섬유와 같은 저인성 섬유를 형성하는데 유용한 것으로 본원에 기술된 모든 섬유 및 테이프를 비-배타적으로 포함한다. 어떠한 통상적인 스티칭 방법이 본원에 유용하지만, 스티칭이 각각의 스트치내에 적어도 2개의 신장체 (단부)를 위치시키도록 행하여지는 한, 특히 바람직한 것은 공유된 미국 특허 제6,841,492호 및 제7,073,538호에 기술된 스티칭 기술 및 스티칭 스레드이며, 이는 일치되는 정도에서 참고로 본원에 편입된다. 이들 특허에서 기술된 바와 같이, 본 개시사항에서, 2 개의 별도의 세트의 스레딩 얀(threading yarns)은 한 세트의 스레딩 얀은 제 1 플라이의 신장체에 대하여 가로로 끼워지도록 배열되고, 제 2 세트의 스레딩 얀은 제 2 플라이의 신장체에 대하여 가로로 끼워지도록 배열되어, 섬유의 제 1 및 제 2 플라이에 끼워질(interleave) 수 있다.
미국 특허 제6,841,492호 및 제7,073,538호에서와 같이, 본원에서 가장 바람직한 것은, 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이를 형성하는 신장체가 제 1 섬유 플라이를 제 2 섬유 플라이와 서로 연결(interconnect, 상호연결)하는 스레드의 각 세트의 신장체 (즉, 본원에서 제 3 신장체로 지칭된다)의 인성의 적어도 2배의 인성을 가지며, 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이를 형성하는 신장체가 최대 제 3 신장체의 파단 신율(elongation-to-break) 퍼센트의 약 1/2를 갖는 것이다. 이들 제 3 신장체는 압축되기 전에 제 1 및 제 2 섬유 플라이의 바디를 제 위치에 고정시키는 역할을 한다. 압축 하에서, 제 3 신장체는 가로로 위치된(transversely disposed) 제 1 및/또는 제 2 신장체가 각각 스프레드됨에 따라, 스트레치될 것이다. 높은 파단 신율은 스레드가 파단되는 것을 방지하면서, 스레드의 스트레칭이 더 고인성 신장제의 필라멘트의 스프레딩을 용이하게 하고, 서로 연결된 플라이 세트의 기계적 완전성을 유지하도록 한다. 탄도 저항성 복합체에서, 이는 또한 미국 특허 제6,841,492호 및 제7,073,538호에 기술된 이유로 유용하다.
바람직한 제 3 신장체는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리비닐 알코올, 폴리올레핀, 폴리아크릴로니트릴, 폴리우레탄, 셀룰로오스 아세테이트, 면, 울 및 이들의 공중합체 및 블렌드로부터 형성된 섬유를 포함하는 미국 특허 제6,841,492호 및 제7,073,538호에 개시된 것들을 포함한다. 가장 바람직하게, 제 3 신장체는 나일론 6, 나일론 66, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (PTT), 폴리프로필렌, 폴리비닐 알코올 및 폴리우레탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 특히 바람직한 것은 폴리비닐 알코올 섬유 및 폴리우레탄 섬유이다. 적합한 폴리우레탄 섬유는 이 기술분야에 엘라스탄 섬유(elastane fibers) 또는 스판덱스 섬유로서 알려져 있으며, 이는 예를 들어 DuPont에서 상표명 LYCRA®로 상업적으로 이용할 수 있다. 제 3 신장체는 엘라스토머 섬유 또는 스테이플 섬유로 구성될 수 있다.
본 개시사항에 따르면, 다중 섬유 플라이가 원하는 수단을 통해 선택적으로 기계적으로 서로 연결되어 플라이 세트를 형성한 후, 상기 플라이 세트는 고온, 즉 약 270℉ (132.2℃) 내지 약 302℉ (150.0℃)에서 프레스되며, 그리고 가장 바람직하게는 저압, 즉, 500 psi (약 3447 kPa) 이하로 유지된다. 더 큰 필라멘트의 스프레딩(spreading)은 저온보다 고온에서 달성되지만, 고온은 섬유를 열화(degrade)시키고 이들의 인장 특성을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 특히, 융점이 약 130℃ 내지 136℃ (266℉ 내지 276.8℉)인 울트라 고분자량 폴리에틸렌 섬유의 경우, 130℃ 보다 높이 가열되면 섬유가 열화될 것이라고 종래 생각되었다. 그러나 UHMWPE 섬유는, 이들이 제한(constrain)될 때, 최고 약 150℃까지의 온도에서, 바람직하게는 일정한 인장력 등이 연속되고, 저압에서 프레스됨으로써, 효과적으로 스프레드될 수 있음이 예기치 않게 발견되었다. 즉, 분자 사슬의 배향을 잃지 않고, 섬유/테이프 인장 특성을 저하시키지 않으면서, 장력(tension)하에서 가열되고, 500 psi (약 3447 kPa) 이하의 압축 압력하에서 압축된다. 섬유 스프레딩(spreading)을 달성하기 위해 500 psi 초과, 예컨대 500 psi 내지 1000 psi 또는 최고 1000 psi, 또는 1000 psi 초과의 더 높은 압축 압력이 선택적으로 사용될 수 있지만, 보다 큰 압력에서, 섬유 열화의 위험이 증가하고 최상의 결과는 500 psi 미만, 보다 바람직하게는 400 psi 미만, 보다 바람직하게는 300 psi 미만 그리고 가장 바람직하게는 250 psi 미만에서 달성된다. 이 방법에 의해 달성된 개선된 필라멘트 스프레딩은, 특히, 복수의 인접한 바디가 서로 연결되지 않아 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있는 경우에, 인접한 신장체 사이의 간격(spacing)을 효과적으로 최소화하여, 다공성이 매우 낮거나 또는 없는 섬유 재료의 제조를 가능하게 한다. 또한, 낮은 압력은 섬유 플라이가 융합되거나 다르게 서로 본딩되는 것을 방지하며, 이는 개선된 필라멘트의 스프레딩을 더욱 용이하게 한다.
도 3 및 도 4는 섬유를 압축하는 두 가지 바람직한 방법을 도시한다. 도 3의 방법에서, 섬유 플라이 세트 (10)는 제 1 저장 롤 (22)로부터 풀려지고 제 1 세트의 가열된 인장 롤 (26) 사이에서 프레스되며, 여기서, 멀티필라멘트 신장체가 스프레드되고 인접한 신장체 사이의 갭이 감소되고, 도시된 바와 같이 다공성이 낮거나 없는 재료를 형성한다. 그 후, 저/무 다공성 재료는 제 2 저장 롤 (24) 상에 권취된다. 도 4는 저장 롤 (24) 상으로 재료를 재권취하기 전에 가열된 제 2 세트의 인장 롤 (28)을 사용하여, 상기 섬유 재료가 재권취되기 전에 2회 프레스되는 구현을 도시한다. 가열된 인장 롤은 바람직하게는 약 270℉ (132.2℃) 내지 약 302℉ (150.0℃), 보다 바람직하게는 약 280℉ (137.8℃) 내지 약 302℉ (150℃), 그리고 가장 바람직하게는 약 290℉ (143.3℃) 내지 약 302℉ (150℃)의 온도로 가열된다. 가장 적합한 온도는 고인성 신장체를 형성하는데 사용되는 중합체의 융점에 따라 달라질 것이다. 가열된 롤은 약 50 psi (344.7 kPa) 내지 약 500 psi (3447 kPa), 보다 바람직하게는 약 200 psi (1379 kPa) 내지 약 500 psi (3447 psi), 보다 더 바람직하게는 약 300 psi (2068 kPa) 내지 약 500 psi (3447 kPa), 그리고 가장 바람직하게는 약 400 psi (2758 kPa) 내지 약 500 psi (3447 kPa)의 압력에서 플라이를 프레스하여, 서로 연결된 섬유 플라이에 압력을 가한다.
섬유 재료가 롤을 통과하는 속도는 이 기술분야의 기술자에 의해 결정될 수 있으나, 전형적으로는 약 1 미터/분 내지 약 100 미터/분, 보다 바람직하게는 약 2 미터/분 내지 약 50 미터/분, 보다 더 바람직하게는 약 3 미터/분 내지 약 50 미터/분, 보다 더 바람직하게는 약 4 미터/분 내지 약 30 미터/분, 그리고 가장 바람직하게는 약 5 미터/분 내지 약 20 미터/분의 속도이다. 상기 선택된 속도, 압력 및 온도는, 섬유 스프레딩이 최대화가 되도록, 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이가 서로 라미네이트, 접착 또는 열 융착되는 것을 방지하기에 충분해야 한다. 이들 구현예는 단지 예시적인 것이며 추가적인 가열 또는 가열되지 않은 인장 롤이 이 기술분야의 기술자에 의해 결정된 바와 같이 사용될 수 있다. 또한, 서로 연결된 섬유 플라이는 원하는 정도의 필라멘트 스프레딩이 달성될 때까지, 롤 (26) 또는 롤 (26, 28)을 복수회 통과될 수 있다. 프레스된 섬유 재료는 바람직하게는 제 2 저장 롤 (24) 상에 권취되기 전에 130℃ 미만으로 냉각된다.
다른 압축 수단이 또한 특정 온도 및 압력 범위를 유지하면서, 이 기술분야의 기술자에 의해 결정되는 바와 같이 적합할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 연결된 섬유 플라이 세트가 2 개의 가열된 플래튼(platens) 사이의 종래의 플래튼 프레스에서 압축될 수 있다. 본 구현예에서, 플래튼은 바람직하게는 최대 약 500 psi (약 3447 kPa)의 압력 및 최대 150.0℃의 온도에서 가열된다. 플래튼 프레스에서의 적합한 체류 시간은 이 기술분야의 기술자에 의해 결정될 수 있으나, 전형적으로 약 30 초 내지 약 3 분 범위일 수 있다. 체류 시간은, 섬유 스프레딩이 최대가 되도록, 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이가 서로 라미네이트되거나, 접착되거나 열 융합되는 것을 방지하기에 충분하다.
상기 조건하에서 멀티필라멘트 섬유 또는 테이프의 프레싱은 필라멘트가 측 방향(laterally)으로 떨어져서 스프레드되도록 하고, 신장체가 더 얇은 구조로 편평해져, 두께가 감소되고 폭이 증가된다. 이와 관련하여, 신장체가 멀티필라멘트 섬유인 경우, 프레싱 전의 섬유는 본원에서 ARi의 애스펙트 비를 갖는 전구체 섬유로 지칭되고, 프레싱 후의 섬유는 본원에서 ARf의 애스펙트 비를 갖는 최종 섬유로 지칭된다. 제 1 섬유 플라이의 전구체 섬유는 1ARi의 애스펙트 비를 가지며, 프레스된 최종 섬유는 1ARf의 애스펙트 비를 가지며, 제 2 섬유 플라이의 전구체 섬유는 2ARi의 애스펙트 비를 갖고, 프레스된 최종 섬유는 2ARf 등의 애스펙트 비를 갖는다. 본 개시사항의 바람직한 구현예에서, 섬유 플라이가 멀티필라멘트 섬유로 형성되는 경우에, 프레스된 섬유 재료에서, 제 1 및 제 2 멀티필라멘트 섬유의 각각 및 각각의 임의의 부가적인 플라이의 멀티필라멘트 섬유는 바람직하게는 최소 2:1의 ARf를 갖는다. 보다 바람직하게는, 멀티필라멘트 섬유를 포함하는 각각의 섬유 플라이에서, 각각의 멀티필라멘트 섬유는 ARi (프레스 전의 애스펙트 비)의 적어도 2배의 ARf (프레스 후의 애스펙트 비)를 갖는다. 보다 더 바람직하게는, 각각의 섬유 플라이의 멀티필라멘트 섬유는 약 1:1 내지 약 2:1의 ARi 및 약 2:1 내지 약 4:1의 ARf를 갖는다. 보다 더 바람직하게, ARf는 각각의 멀티필라멘트 섬유에 대하여 ARi의 적어도 5배이며, 그리고 가장 바람직하게는 ARi는 약 1:1 내지 약 2:1이고, ARf는 각 섬유 플라이의 각각의 멀티필라멘트에 대해 약 10:1 보다 크다.
신장체가 섬유 테이프인 경우에, 멀티필라멘트 섬유 테이프는 프레스 전의, ARit와 프레스 후의 ARft의 단면 애스펙트 비를 갖는 것으로 본원에서 지칭된다. 각 테이프의 ARit은 적어도 3:1이며, 이는 바람직하게는 적어도 6:1의 ARft를 달성하기 위해 프레싱에 의해 적어도 두 배가된다. 보다 바람직하게, 각 섬유 테이프의 ARft는 ARit의 적어도 5 배이다.
가장 바람직한 구현예에서, 섬유는 바디 사이의 공간을 제거하여 바로 옆에 인접한 멀티필라멘트 신장체가 갭(gap)이 없이 존재하고, 이에 따라, 섬유 재료의 다공성이 가능한 한 많이 감소되도록, 충분히 스프레드된다. 필요에 따라, 물 침투 저항성이 요구되는 경우, 섬유 재료의 배리어 특성은 또한, 프레싱/압축 단계 후에, 제 1 섬유 플라이 및/또는 제 2 섬유 플라이 및/또는 어떠한 추가적인 섬유 플라이의 하나 또는 각각의 표면에 중합체 필름을 적용함으로써 또한, 보충될 수 있다. 이들 구현예에서, 특히 바람직한 중합체 필름은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르 (특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 PET 공중합체), 폴리우레탄, 비닐 중합체, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 에틸렌 옥탄 공중합체, 아크릴로 니트릴 공중합체, 아크릴 중합체, 비닐 중합체, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 플루오로중합체 등 뿐만 아니라, 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA) 및 에틸렌 아크릴산을 포함하는 이들의 공중합체 및 혼합물을 포함하는 열가소성 중합체 층을 비-배타적으로 포함한다. 이들 중에서, 폴리올레핀 및 폴리아미드 층이 바람직하다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 유용한 폴리에틸렌의 비-제한적인 예는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌 (LLDPE), 중 밀도 폴리에틸렌 (MDPE), 선형 중 밀도 폴리에틸렌 (LMDPE), 선형 초-저밀도 폴리에틸렌 (VLDPE), 선형 울트라-저밀도 폴리에틸렌 (ULDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 및 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이러한 열가소성 중합체 층은 약 1㎛ 내지 약 250㎛, 보다 바람직하게는 약 5㎛ 내지 약 25㎛ 그리고 가장 바람직하게는 약 5㎛ 내지 약 9㎛의 바람직한 층 두께를 갖는 매우 얇은 것이 바람직하다. 이러한 두께가 바람직하지만, 특별한 필요를 만족시키면서도 본 발명의 범위 내에 속하는 다른 두께로 제조될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 열가소성 중합체 층은 개개의 섬유 플라이 또는 섬유 재료 층을 함께 합하기 전, 도중 또는 후에, 열 라미네이션과 같은 잘 알려진 기술을 사용하여 복합체 표면에 본딩될 수 있다. 전형적으로, 라미네이팅은 층이 일원화된 구조(unitary structure)로 합하여지도록 충분한 열과 압력 조건하에서 개별 층을 서로 위에 위치시키는 것에 의해 수행된다. 라미네이션은 약 5 psig (0.034 MPa) 내지 약 100 psig (0.69 MPa) 범위의 압력에서 약 95℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 약 105℃ 내지 약 175℃ 범위의 온도에서, 약 5 초 내지 약 36 시간, 바람직하게는 약 30 초 내지 약 24 시간 동안 행해질 수 있다. 이러한 열가소성 중합체 층은 또한 이 기술분야의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 고온 글루(glue) 또는 고온 용융 섬유로 복합체 표면에 선택적으로 본드될 수 있다. 또한, 중합체 필름에 대한 대안으로서, 섬유 재료 층의 하나 이상의 표면이 발수성을 제공하는 코팅과 같은 보호 코팅으로 코팅될 수 있다. 적절한 코팅은 천연 고무, 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄, 실리콘 엘라스토머, 플루오로중합체 및 왁스를 비-배타적으로 포함하며, 이는 이 기술분야의 기술자에 의해 결정될 수 있다. 특히 바람직한 내수성 중합체 코팅제는 Huntsman LLC (솔트 레이크 시티, 유타)에서 상업적으로 이용 가능한 OLEOPHOBOL™ 발수제(water repellent agents) 및 폴리 우레탄 코팅제와 같은 플루오로중합체 기반 코팅제를 비-배타적으로 포함한다.
본원에서 형성된 무/저 다공도 섬유 재료(no/low porosity fibrous materials)는 바람직하게는 낮은 면밀도를 가지므로, 이들을 방호물(armor) 용도보다 산업 용도에서보다 유용하게 만든다. 바람직한 구현예에서, 본 개시사항의 무/저 다공도 섬유 재료는 약 0.1 lb/ft2 (psf) (0.488 kg/m2) (ksm) 내지 약 1.0 psf (4.88 ksm), 보다 바람직하게는 약 0.2 psf 내지 약 0.9 psf (0.4.392 ksm), 보다 더 바람직하게는 약 0.3 psf (1.464 ksm) 내지 약 0.8 psf (3.904 ksm), 그리고 가장 바람직하게는 약 0.4 psf (1.952 ksm) 내지 약 0.6 psf (2.928 psm)의 면밀도를 갖는다.
본 개시사항의 결과물인 무/저 다공도 섬유 재료는 광범위한 적용 분야에서 유용하지만, 내마모성 및/또는 낮은 다공성이 요구되는, 경량, 비-방호물 물품, 예컨대, 에어백, 에어 커튼, 해양 직물, 범포(sailcloth), 루핑(roofing), 차양(awnings), 배너, 깃발, 덮개(canopies), 바닥재, 침구류, 커튼, 가구, 텐트, 낙하산, 방수포(tarps), 슬리빙(sleeving), 조경 자재, 배수 및 침식 제어 재료, 컨베이어 벨트, 감압 접착 테이프, 수하물, 배낭, 장비 가방, 비옷 및 바람 차단기와 같은 옥외용 의류, 스키 의류, 사이클링 의류 및 수영복과 같은 액티브 웨어(active wear), 군복, 작업 기어(work gear), 신발, 부츠 등의 제조에 특히 유용하다.
다음의 비-제한적인 실시예는 본 개시사항의 바람직한 구현예를 설명하는 역할을 한다.
실시예 1
1200 데니어, SPECTRA® S900 울트라 고분자량 폴리에틸렌 섬유의 2개의 직조된 직물 플라이 (평직)가 제공되며, 각 직물은 인치 당 21x21 단부(ends)의 피크 카운트(pick count) 및 7 oz./yd2의 섬유 면밀도(areal density)를 갖는다. 직물 모두 중합체 바인더로 코팅되지 않는다. 즉, 섬유 함량이 100 %이다. 직물을 40 cmx40 cm 치수로 절단하고, 그 후, 플라이를 서로 동연하게 서로 적층하고 릴리스 페이퍼로 덮인 두 개의 45 cmx45 cm 강판(steel plates) 사이 중앙에 놓았다. 강판은 138℃로 유지되는 플래튼이 있는 가열된 유압 프레스로 이송된다. 프레스를 닫고 15bar의 압력을 15분 동안 적용한다. 15분 후에, 냉각수(chilled water)로 전환하여, 프레스를 냉각 사이클로 전환한다. 프레스 플래튼이 65℃에 도달하면, 프레스를 열고, 강판을 제거하고 직물 샘플을 방출한다. 결과물인 직물은 섬유 사이에 폐쇄된 갭을 가지며, 또한, 그대로 또는 2차 프로세싱에 사용하기에 충분한 내구성을 제공하지만, 플라이는 서로 라미네이트되거나, 접착되거나 열 융합되지 않는다.
실시예 2
실시예 1의 직조된 SPECTRA® S900 직물의 일 플라이가 제공된다. 또한 375 데니어, SPECTRA® 1000 울트라-고분자량 폴리에틸렌 섬유 (54x54 단부/인치, 2.9 oz/yd² 섬유 면밀도)의 하나의 직조된 직물 플라이 (평직)가 제공된다. 직물 모두 중합체 바인더로 코팅되지 않는다. 즉, 섬유 함량이 100 %이다. 각각의 직물 플라이는 40cmx40cm 치수로 자르고 폴리아미드 (나일론 6) 섬유로 사각 패턴 (1 "x 1" 그리드(grid))으로 얀으로 함께 스티치된다. 그 후, 플라이를 서로 동연하게 적층하고, 릴리스 페이퍼로 덮인 두 개의 45 ㎝x45 ㎝ 강판 사이의 중앙에 위치시키고 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 프레스하였다. 결과물인 직물 제품은 2 가지 스타일의 SPECTRA® 직물 사이에 폐쇄된 갭을 가지며, 또한, 그 자체로 또는 2차 프로세싱에 사용하기에 충분한 내구성을 제공하지만, 플라이는 서로 라미네이트, 접착 또는 열 융합되지 않는다.
실시예 3
실시예 1의 직조된 SPECTRA® S900 직물의 일 플라이가 제공된다. 또한 무작위로 배향된 1200 데니어, SPECTRA® S900 울트라-고분자량 폴리에틸렌 촙트된(chopped), 3 인치 길이 스테이플 섬유 (7 oz/yd²)의 일 부직 펠트 플라이가 제공된다. 각각의 직물 플라이는 40 cmx40 cm의 치수로 절단되고, 그 후, 플라이는 서로에 대해 동연하게 적층되고, 릴리스 페이퍼로 덮인 두 개의 45 cmx45 cm 강판 사이의 중앙에 놓여지고 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 프레스된다. 결과물인 직물 제품은 SPECTRA® 직물의 두 가지 스타일 사이에 폐쇄된 갭을 가지며, 또한, 그 자체로 또는 2차 프로세싱용 사용하기에 충분한 내구성을 제공하지만, 플라이는 서로 라미네이트, 접착 또는 열 융합되지 않는다.
실시예 4
실시예 1의 직조된 SPECTRA® S900 직물의 단일 플라이가 제공된다. 그 후, 상기 플라이는 폴리우레탄 세그먼트화된 블록 섬유 (LYCRA® 브랜드, DuPont (윌밍톤, 델라웨어)에서 상업적으로 구입가능)와 사각 패턴 (1 "x 1" 그리드)로 얀으로 스티치된다. 또한, 40cmx40cm의 치수를 갖는 선형 저밀도 폴리에틸렌 필름의 일 층이 제공된다. 직조된 직물은 40cmx40cm의 치수로 절단된다. 그 후, 필름과 직물을 서로 동연하게 적층하고, 릴리스 페이퍼로 덮인 두 개의 45cmx45cm 강판 사이의 중심에 배치하고 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 프레스한다. 결과물인 직물 제품은 섬유 사이에 폐쇄된 갭을 가지며, 또한, 그 자체로 또는 2 차 프로세싱용으로도 사용하기에 충분한 내구성을 제공한다.
실시예 5
실시예 1의 직조된 SPECTRA® S900 직물의 일 플라이가 제공된다. 또한 375 데니어, SPECTRA® 1000 울트라-고분자량 폴리에틸렌 섬유 (0 °/90 °에서 크로스-플라이)의 2개의 크로스-플라이된 플라이를 포함하는 단일방향 부직 직물의 한 층이 제공된다. 부직 직물의 2개의 플라이는 폴리비닐 알코올 섬유로 함께 스티치 본딩되며, 이 조합은 1.5 oz/yd²의 면밀도를 갖는다. 각각의 직물을 40 cmx40 cm의 치수로 절단한 다음, 플라이를 서로 동연하게 적층하고, 릴리스 페이퍼로 덮인 두 개의 45 cmx45 cm 강판 사이의 중앙에 놓고 실시예 1에서와 동일한 조건하에서 프레스한다. 결과물인 직물 제품은 SPECTRA® 직물의 두 가지 스타일 사이에 폐쇄된 갭을 가지며, 또한, 그 자체로 또는 2차 프로세싱용으로도 사용하기에 충분한 내구성을 제공하지만, 플라이는 서로 라미네이트, 접착 또는 열 융합되지 않는다.
본 발명은 바람직한 구현예를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 이 기술분야의 기술자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형 및 변경을 할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 청구범위는 개시된 구현예, 상기한 대체예 및 모든 균등물을 포함하도록 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 복수의 제 1 멀티필라멘트 신장체를 포함하는 제 1 섬유 플라이로서, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로에 대해 구속되지 않고 제 1 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 연결되지 않거나, 본드되지 않거나 또는 융합되지 않고, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 7 g/데니어의 인성(tenacity) 및 적어도 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스(tensile modulus)를 갖는, 제 1 섬유 플라이; 및
    상기 제 1 섬유 플라이 상에서 이와 동연(coextensive)하는 제 2 섬유 플라이로서, 상기 제 2 섬유 플라이는 복수의 제 2 멀티필라멘트 신장체를 포함하고, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부는 서로에 대해 구속되지 않고 제 2 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 연결되지 않거나, 본드되지 않거나 또는 융합되지 않고, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 7 g/데니어의 인성 및 적어도 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 갖는, 제 2 섬유 플라이를 포함하며,
    상기 인성 및 상기 인장 모듈러스는 ASTM D2256 시험 절차에 의해 측정되고,
    상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이는 서로에 대해 구속되지 않고 각각의 제 1 섬유 플라이 및 제 2 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 라미네이트되지 않거나, 접착제로 서로 접착 본드되지 않거나, 또는 서로 열 융합되지 않고,
    상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 2:1의 단면 애스펙트 비(cross-sectional aspect ratio)(1ARf)를 갖는 제 1 멀티필라멘트 섬유를 포함하며, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 2:1의 단면 애스펙트 비(2ARf)를 갖는 제 2 멀티필라멘트 섬유를 포함하는, 섬유 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이를 서로 연결하는 적어도 제 1 스레드 세트를 추가로 포함하며, 상기 제 1 스레드 세트는 복수의 제 3 신장체를 포함하는, 섬유 재료.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 멀티필라멘트 섬유는 1ARi의 애스펙트 비를 갖는 제 1 멀티필라멘트 전구체 섬유로 형성되고, 상기 제 2 멀티필라멘트 섬유는 2ARi의 애스펙트 비를 갖는 제 2 멀티필라멘트 전구체 섬유로 형성되며, 1ARf는 1ARi의 적어도 2배이고, 2ARf는 2ARi의 적어도 2배인, 섬유 재료.
  5. 제4항에 있어서,
    1ARi는 1:1 내지 2:1이고, 1ARf는 2:1 내지 4:1이며, 2ARi는 1:1 내지 2:1이고, 2ARf는 2:1 내지 4:1인, 섬유 재료.
  6. 제4항에 있어서,
    1ARf는 1ARi의 적어도 5배이고, 2ARf는 2ARi의 적어도 5배인, 섬유 재료.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제 3 신장체는 제 3 섬유를 포함하고, 상기 제 1 멀티필라멘트 섬유 및 상기 제 2 멀티필라멘트 섬유의 각각은 상기 제 3 섬유의 인성의 적어도 2 배의 인성을 가지며, 상기 제 3 섬유의 각각은 상기 제 1 멀티필라멘트 섬유 및 상기 제 2 멀티필라멘트 섬유의 파단 신율의 적어도 2배의 파단 신율을 가지며, 상기 제 1 멀티필라멘트 섬유 및 상기 제 2 멀티필라멘트 섬유의 각각은 중합체 바인더로 코팅되고, 상기 중합체 바인더는 섬유 재료의 10 중량% 이하로 포함되는, 섬유 재료.
  8. 제1항에 있어서,
    인접한 제 1 멀티필라멘트 신장체 사이에 갭이 존재하지 않고, 인접한 제 2 멀티필라멘트 신장체 사이에 갭이 존재하지 않고, 상기 제 1 섬유 플라이 및 상기 제 2 섬유 플라이는 부직물(non-woven)인, 섬유 재료.
  9. a) 평평하고, 평행한 어레이로 배열된 복수의 제 1 멀티필라멘트 신장체를 포함하는 제 1 섬유 플라이를 제공하는 단계로서, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 7 g/데니어의 인성(tenacity) 및 적어도 150 g/데니어 초기 인장 모듈러스(tensile modulus)를 갖는 단계;
    b) 평평하고, 평행한 어레이로 배열된 복수의 제 2 멀티필라멘트 신장체를 포함하는 제 2 섬유 플라이를 제공하는 단계로서, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 7 g/데니어의 인성 및 적어도 150 g/데니어의 초기 인장 모듈러스를 갖는 단계;
    c) 상기 제 1 섬유 플라이를 상기 제 2 섬유 플라이와 동연하게 위치시키고, 그 후, 선택적으로는 제 1 섬유 플라이와 제 2 섬유 플라이를 서로 기계적으로 부착시켜서 플라이 세트를 형성하는 단계;
    d) 그 후, 상기 플라이 세트를 270℉ (132.2℃) 내지 302℉ (150.0℃)의 온도로 가열하고, 상기 플라이 세트를 상기 가열과 동시에 또는 후속하여 500 psi (3447 kPa) 미만의 압력으로 프레스에서 함께 프레싱(pressing)함으로써, 상기 플라이 세트의 압축을 통해 상기 멀티필라멘트 신장체의 필라멘트가 떨어져서 스프레드(spread apart)되어, 각각의 개별적인 섬유 플라이에서 인접한 멀티필라멘트 신장체의 길이방향 에지가 서로 접촉되는 단계; 및
    e) 선택적으로 가열된 플라이 세트를 냉각시키는 단계로서, 상기 제 1 섬유 플라이와 상기 제 2 섬유 플라이는 서로에 대해 구속되지 않고 각각의 제 1 섬유 플라이 및 제 2 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 라미네이트되지 않거나, 접착제로 서로 접착 본드되지 않거나, 또는 서로 열 융합되지 않는 단계를 포함하며,
    상기 인성 및 상기 인장 모듈러스는 ASTM D2256 시험 절차에 의해 측정되고,
    상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 2:1의 단면 애스펙트 비(cross-sectional aspect ratio)(1ARf)를 갖는 제 1 멀티필라멘트 섬유를 포함하며, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 각각은 적어도 2:1의 단면 애스펙트 비(2ARf)를 갖는 제 2 멀티필라멘트 섬유를 포함하는, 섬유 재료의 형성 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 제 1 섬유 플라이 및 상기 제 2 섬유 플라이는 부직물(non-woven)인, 섬유 재료.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제 1 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부 바로 인접한 바디는 서로에 대해 구속되지 않고 제 1 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 연결되지 않거나, 본드되지 않거나 또는 융합되지 않으며, 상기 제 2 멀티필라멘트 신장체의 적어도 일부 바로 인접한 바디는 서로에 대해 구속되지 않고 제 2 섬유 플라이 내에서 자유롭게 움직일 수 있도록 서로 연결되지 않거나, 본드되지 않거나 또는 융합되지 않는, 섬유 재료.
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