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KR102781725B1 - 난연성 복합 물품 및 화염에의 노출을 감소시키는 방법 - Google Patents

난연성 복합 물품 및 화염에의 노출을 감소시키는 방법 Download PDF

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KR102781725B1
KR102781725B1 KR1020227018318A KR20227018318A KR102781725B1 KR 102781725 B1 KR102781725 B1 KR 102781725B1 KR 1020227018318 A KR1020227018318 A KR 1020227018318A KR 20227018318 A KR20227018318 A KR 20227018318A KR 102781725 B1 KR102781725 B1 KR 102781725B1
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무스타파 아리포글루
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더블유. 엘. 고어 앤드 어소시에이트스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에서는 낮은 이연성 및 열 수축 저항을 나타내는 텍스타일을 포함하는 열 안정성 방적사를 포함하는 복합 물품이 기재되어 있다. (1) 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층 및 (2) 열 반응성 층을 포함하는 복합 물품이 기재된다. 상기 물품은 미국 소방 안전 협회("NFPA") 2112를 준수할 수 있다.

Description

난연성 복합 물품 및 화염에의 노출을 감소시키는 방법
본 개시내용은 낮은 이연성 및 낮은 열 수축 저항을 나타내는 열 안정성 방적사를 함유하는 텍스타일 층을 포함하는 복합 물품에 관한 것이다. 특히, 상기 물품은 미국 소방 안전 협회(National Fire Protection Agency, NFPA) 2112를 준수할 수 있다.
수색 및 구조 및 치안유지에 의해 접할 수 있는 것과 같은, 화재 및 극심한 열에 부정기적으로 및 단기간 노출될 수 있는 위험한 환경에서, 보호 물질은 화상을 줄이기 위해 바람직하다. 이러한 조건에 노출되는 사람을 위한 보호 장비는 착용자가 위험과 싸우기보다는 위험으로부터 신속하고 안전하게 벗어날 수 있도록 기존의 기술 의복에 비해 어느 정도 향상된 보호를 제공하여야 한다. 그러나, 화재 및 극심한 열 노출이 드물 것으로 예상되는 점을 감안할 때, 의복의 중량 및 가용성은 기존 의복의 것과 유사해야한다. 유사하게, 의복의 중량, 외관 및 느낌은 우수한 염색견뢰도, 인쇄적성, 및 내마모성을 갖는 기존 의복과 유사해야 한다. 방수, 난연성, 보호 의류에 대한 비용은 또한 많은 소방 안전 외부의 위험한 노출 응용분야에 대해 중요한 고려사항이어왔으며, 따라서 소방 공동체(fire-fighting community)에서 사용되는 것과 같은 전형적인, 본질적으로 난연성인 텍스타일의 사용을 배제한다.
전통적으로, 난연성(FR) 보호 의복은, 예를 들어 아라미드, 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리 p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸(PBO), 모드아크릴 블렌드, 폴리아민, 카본, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 또는 이들의 블렌드 및 조합으로 제조된 불연성, 비용융성 패브릭으로 이루어진 최외층으로 제조되어왔다. 이러한 섬유는 본질적으로 난연성일 수 있지만 몇 가지 제한을 가질 수 있다. 구체적으로는, 이러한 섬유는 매우 고가일 수 있고, 염색 및 인쇄가 어려우며, 충분한 내마모성을 갖지 않을 수 있다. 부가적으로, 이러한 섬유는 물을 더 많이 흡수하며 나일론 또는 유사한 열가소성계 패브릭에 비해 불만족스러운 촉감을 제공한다.
해결책의 일부로서, 열가소성 및/또는 용융성 물질이 난연성 복합 물질에 제안되어왔다. 예를 들어, 미국 특허 공개번호 제2009/0110919호에서는, 이연성, 용융성 물질을 포함하는 외층, 및 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물을 포함하는 열 반응성 물질의 층을 포함할 수 있는 다층 화상 보호 물질이 기재되어 있다. 또 다른 예로, 미국 특허 공개번호 제2013/004747호에서는, 텍스타일을 관통하는 함침 물질의 부분적인 내부 불연속 패턴을 갖는 섬유/필라멘트로 이루어진 텍스타일을 포함하는 물품이 기재되어 있다. 상기 함침 물질은 열 접촉시 화재 차단재로서 기능할 수 있는 팽창성 흑연 물질을 포함하는 적어도 하나의 첨가제를 함유할 수 있다. 비함침된 영역은 통기성이며 텍스타일은 수증기 투과성이고 감소된 흡습성 및 재건조 시간을 가진다.
모든 난연성 물품에 대한 한가지 바람직한 특성은 화염 및/또는 고온에 노출시의 낮은 열 수축률이다. 미국 소방 안전 협회("NFPA") 2112 표준은 이러한 낮은 열 수축률을 준수 요구사항으로 포함한다. 열가소성 및/또는 용융성 섬유가 난연성 의복에 사용되지만, 이는 종종 고온 또는 화염에 노출시 높은 열 수축률을 나타낸다. 낮은 열 수축률이 바람직한 난연성 물질 및 의복에 이러한 물질을 사용하는 것은 도전적일 수 있는데, 이는 열가소성 또는 용융성 층의 열 수축률이 전체 복합체의 열 수축 성능에 상당한 영항을 미칠 수 있기 때문이다. 열 수축률이 높지 않은 열가소성 중합체를 사용하는 난연성 텍스타일에 대한 요구가 지속적으로 존재한다. 부가적으로, NFPA 2112 준수 표준을 만족시키는 난연성 의복에서의 열가소성 물질의 사용을 가능하게 하는 해결책이 바람직할 수 있다.
본 개시내용은, 복합 물품으로서, a) 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층으로서, 열 안정성 방적사가 260℃ 오븐 시험에서 5% 초과로 수축하지 않으며 열 안정성 방적사가 하나 이상의 열 안정성 스테이플 섬유를 포함하는, 텍스타일 층; 및 b) 텍스타일 층에 결합된 접착제 층으로서, 접착제 층이 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하고, 팽창성 흑연이 280℃로 가열시 적어도 900 마이크로미터(㎛) 팽창하는, 접착제 층을 포함하고, 상기 물품은 ASTM 2894-14에 따른 열 수축 시험에서 적어도 한 방향으로 21% 미만의 열 수축률을 갖는 것인 복한 물품인 제1 양태에 관한 것이다. 개시된 복합 물품은 비교적 높은 온도에 노출시 열 수축에 저항하고 화염에 노출시 물질의 지속적인 연소를 지지하지 않고 열의 적어도 일부로부터 아래 있는 표면을 단열하는 차(char) 물질의 층을 생성하는 의복 또는 기타 내연성 텍스타일을 제조하는 데 유용할 수 있다. 놀랍게도, 하나 이상의 열 안정성 스테이플 섬유를 포함하는 열 안정성 방적사의 사용이 복합 물품에 수축에 대한 저항을 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 물품의 대부분은 용융성 및 이연성인 물질을 포함하지만, 복합 물품은 수축, 용융 및 연소에 저항한다.
제2 양태에서, 본 개시내용은 열 안정성 방적사가 열 안정성 비용융성 섬유를 포함하는 제1 양태의 복합 물품에 관한 것이다.
제3 양태에서, 본 개시내용은 열 안정성 비용융성 섬유가 코튼, 난연성 코튼, 레이온, 난연성 레이온, 난연성 비스코스, 모드아크릴, 아라미드, 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤족사졸(PBO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌 이미드(PEI), 울, 카본 또는 이들의 조합인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제4 양태에서, 본 개시내용은 텍스타일 층이 직물 또는 편물 텍스타일인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제5 양태에서, 본 개시내용은 하나 이상의 추가 층을 추가로 포함하고, 상기 추가 층은 열적으로 안정한 텍스타일, 방수 통기성 물질, 열적으로 안정한 필름, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제6 양태에서, 본 개시내용은 하나 이상의 추가 층이 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제7 양태에서, 본 개시내용은 텍스타일 층이 커버드 코어 열 안정성 방적사와는 상이한 적어도 하나의 다른 얀 또는 필라멘트를 추가로 포함하는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제8 양태에서, 본 개시내용은 텍스타일이 열가소성 물질, 폴리아미드, 나일론, 나일론 6, 나일론 6,6, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 또는 이들의 조합인 용융성 얀 또는 필라멘트를 추가로 포함하는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제9 양태에서, 본 개시내용은 제2 얀이 폴리아미드 또는 폴리에스테르 얀인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제10 양태에서, 본 개시내용은 열 안정성 방적사가 텍스타일 층의 총 중량을 기준으로 1 내지 100 중량%의 텍스타일 층을 구성하는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제11 양태에서, 본 개시내용은 물품이 화염에 노출될 때 커버 물질과 접착제 층의 조합이 차를 형성하는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제12 양태에서, 본 개시내용은 물품이 의복이고 텍스타일 층이 착용자의 신체로부터 멀게 배향되는 것인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제13 양태에서, 본 개시내용은 열 안정성 방적사가 코어 방적사인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제14 양태에서, 본 개시내용은 열 안정성 방적사가 p-아라미드, m-아라미드, 모드아크릴, 난연성 코튼, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리벤족사졸(PBO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 울, FR 비스코스, FR 레이온, 카본 섬유 또는 이들의 조합인 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
제15 양태에서, 본 개시내용은 열 안정성 방적사가 대전 방지 특성을 제공하는 이전 양태 중 어느 하나 이상의 복합 물품에 관한 것이다.
본 발명의 작용은 첨부된 도면과 관련하여 고려될 때 하기 설명으로부터 명백해질 것이며, 여기서:
도 1은 본원에 기재된 한 실시양태의 단면도의 개략도이다.
도 2는 본원에 기재된 또 다른 실시양태의 단면도의 개략도이다.
도 3은 본원에 기재된 또 다른 실시양태의 단면도의 개략도이다.
도 4는 본원에 기재된 또 다른 실시양태의 단면도의 개략도이다.
도 5는 본원에 기재된 또 다른 실시양태의 단면도의 개략도이다.
도 6A는 개별 점들로 적용된 중합체 수지-팽창성 흑연의 한 실시양태의 개략도이다.
도 6B는 격자로 적용된 중합체 수지-팽창성 흑연의 패턴의 한 실시양태의 개략도이다.
낮은 열 수축률을 나타내는 복합 물품이 본원이 기재되어 있다. 본원에 기재된 복합 물품은 비교적 가벼우면서 여전히 우수한 내염성 및 낮은 열 수축률을 유지할 수 있다. 추가로, 실시양태는 기존 의복의 외관 및 중량을 유지한다. 복합 물품은 또한 우수한 염색견뢰도, 인쇄성, 내마모성, 및 비교적 낮은 비용을 제공한다. 일부 실시양태에서, 물품은 적어도 미국 소방 안전 협회("NFPA") 2112의 낮은 열 수축률 요건을 준수할 수 있다. NFPA 2112 표준은 산업 종사자가 사용하기 위한 난연성 의류의 디자인, 구성, 평가 및 인증을 위한 최소 요건을 제공한다.
일부 실시양태에서, 복합 물품은 a) 260℃ 오븐 시험에서 5% 초과로 수축하지 않는 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층으로서, 열 안정성 방적사가 하나 이상의 열 안정성 스테이플 섬유를 포함하는, 텍스타일 층; 및 b) 텍스타일 층에 결합된 접착제 층으로서, 접착제 층이 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하고, 팽창성 흑연이 280℃로 가열시 적어도 900 마이크로미터(㎛) 팽창하는, 접착제 층을 포함하고, 상기 복합 물품은 ASTM 2894-14에 따른 열 수축 시험으로 측정되는 것과 같이 적어도 한 방향으로 21% 미만의 수축률을 가진다. 다른 실시양태에서, 복합 물품은 ASTM 2894-14에 따른 열 수축 시험으로 측정되는 것과 같이 적어도 한 방향으로 15% 미만 또는 10% 미만의 수축률을 가진다.
본원에 사용된 바와 같이, 문구 "열 안정성 방적사"는 열 안정성 스테이플 섬유로부터 형성된 얀을 의미한다. 열 안정성 스테이플 섬유는 하나 이상의 열 안정성 비용융성 섬유일 수 있다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사는 코튼, 난연성 코튼, 레이온, 난연성 레이온, 난연성 비스코스, 모드아크릴, 아라미드, 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤족사졸(PBO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌 이미드(PEI), 울, 카본 스테이플 섬유 또는 이들의 조합으로부터 형성될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "필라멘트"는 천연 또는 인공 물질의 무한(endless) 또는 준무한(quasi-endless)의 연장된 부재를 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 필라멘트는 달리 구체적으로 명시되지 않는 한 모노필라멘트 및 멀티필라멘트 물질을 둘 다 포함할 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "모노필라멘트"는 단일 필라멘트를 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "멀티필라멘트"는, 필라멘트가 공통의 축을 중심으로 함께 트위스트될 수 있지만, 대체로 평행한 배열의 필라멘트의 집합체를 의미한다
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "섬유" 또는 "스테이플 섬유"는 천연 또는 합성 물질의 비교적 짧은, 연장된 부재를 의미한다. 섬유는 전형적으로 개별 길이(보통 50 센티미터 미만)이며 길이는 높이 및 너비 치수보다 훨씬 더 클 것이다.
열 안정성 방적사는 당해 분야에 공지된 임의 방법으로 제조될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 문구 "접착제 층", "열 반응성 물질" 및 "중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물"은 상호교환적으로 사용되며 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하는 접착성 복합체 및/또는 이의 층을 의미한다. 본 개시내용에서, 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하는 접착제 층은 일반적으로 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 적어도 일면에 접착된다. 복합 물품이, 예를 들어, 의복으로 형성되는 경우, 텍스타일 층은 의복의 외측면에 위치하는 층이며 접착제 층은 텍스타일 층의 내측면에 위치하며, 내측 및 외측 배향은 의복의 착용자에 관한 것이다. 구체적으로는, 의복의 착용자에게 가장 가까운 면이 내측면이고 착용자의 의복과 반대되는 면이 외측면이다. 문구 "추가 접착제 층"은 텍스타일 접착제의 층을 의미하고, 여기서 텍스타일 접착제는 중합체 수지로, 임의로 팽창성 흑연을 함유한다.
복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일(120)을 포함한다. 열 안정성 방적사는 필라멘트 또는 섬유, 예를 들어, 열 안정성 스테이플 섬유를 포함하거나 필수적으로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 열 안정성 방적사는 멀티필라멘트, 트위스트된 멀티필라멘트, 플랫 멀티필라멘트, 또는 스테이플 섬유 얀일 수 있다.
일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사의 열 안정성 섬유는 열 수축을 나타내지 않는 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 열 안정성 섬유는 제한된 또는 낮은 열 수축, 예컨대, ASTM 2894-14에 따라, 열 안정성 방적사를 5분 동안 260℃에 노출시 10% 미만, 또는 5% 미만, 또는 8% 미만, 또는 6% 미만의 거리의 수축을 겪는 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 섬유의 물질은 0.01% 내지 9.9%, 또는 0.1% 내지 9.9%, 또는 1% 내지 9.9%, 또는 5% 내지 9.9%, 또는 0.01% 내지 8%, 또는 0.01% 내지 5%, 또는 0.01 내지 4% 수축한다. 복합 물품에 사용되는 경우, 열 안정성 섬유의 열 수축의 결핍은 열 안정성 방적사의 열 수축을 제한하거나 방지하고, 결국, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 열 수축을 제한하거나 방지하고, 마지막으로, 복합 물품의 열 수축을 제한하거나 방지하는 것으로 여겨진다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 섬유는 열 안정성 및/또는 비용융성 물질로 구성될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 열 안정성 섬유는 코튼, 난연성 코튼, 레이온, 난연성 레이온, 난연성 비스코스, 모드아크릴, 아라미드, 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리벤족사졸(PBO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌 이미드(PEI), 울, 카본 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 섬유는 TWARON® p-아라미드 물질 또는 TECHNORA® p-아라미드 물질을 포함하고, 이 둘은 미국 조지아주 코니어스 소재 Teijin Aramid사로부터 시판된다. 다른 실시양태에서, 열 안정성 섬유는 NOMEX® m-아라미드 물질을 포함하고, 이는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재 DuPont사로부터 시판된다. 또 다른 실시양태에서 열 안정성 섬유는 KERMEL®, 폴리아미드-이미드를 포함하고, 이는 프랑스 콜마르 소재 Kermel사로부터 시판된다.
일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사는 또한, 필라멘트, 섬유, 코팅 또는 이들의 조합 중 하나 이상의 형태인 열가소성 물질 또는 용융성 물질일 수 있는 하나 이상의 비-열 안정성 물질을 포함할 수 있다. 비-열 안정성 물질은 열 안정성 방적사를 5분 동안 260℃에 노출시 임의 방향으로 20%, 또는 15%, 또는 10%, 또는 그 이상의 거리의 수축과 같은 높은 열 수축을 나타내는 물질을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 비-열 안정성 물질은 하나의 물질일 수 있다. 다른 실시양태에서, 비-열 안정성 물질은 2 이상의 물질일 수 있다. 비제한적인 예시로서, 비-열 안정성 물질은 열가소성 물질, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 아크릴 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 비-열 안정성 물질은 폴리아미드 또는 폴리에스테르 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
열 안정성 방적사는 텍스타일 또는 텍스타일 층(120)을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이것이 얀이기 때문에, 열 안정성 방적사는 직물 텍스타일 또는 편물 텍스타일과 같은 원하는 텍스타일 층(120)을 형성하기 위해 공지된 제직 또는 제편 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 열 안정성 방적사를 포함하는 직물 텍스타일은 평직, 트윌, 새틴, 립스탑, 또는 헤링본 구조, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 편물 텍스타일은 워프(warp) 니트, 웨프트 니트, 서큘러 니트, 저지 니트, 리브드(ribbed) 니트, 인터로크 니트 또는 테리 니트 텍스타일일 수 있다. 텍스타일(120)은 열 안정성 방적사를 포함하고, 다른 실시양태에서, 열 안정성 방적사와는 상이한 적어도 하나의 다른 얀 또는 필라멘트를 추가로 포함할 수 있다.
열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일은 복합물품의 중량을 감소시키도록 얇고 비교적 경량일 수 있다. 일부 실시양태에서, 커버드 코어 얀을 포함하는 텍스타일은 경량, 40 그램/제곱미터(g/m2) 이상, 약 220 g/m2 이하의 중량일 수 있다. 실시양태에서, 복합 물품은 편물 또는 직물인 커버드 코어 얀을 포함하는 텍스타일을 포함하며, 여기서 텍스타일은 210 내지 220 g/m2, 또는 200 내지 210 g/m2, 또는 190 내지 200 g/m2, 또는 180 내지 190 g/m2, 또는 170 내지 180 g/m2, 또는 160 내지 170 g/m2, 또는 150 내지 160 g/m2, 또는 140 내지 150 g/m2, 또는 130 내지 140 g/m2, 또는 120 내지 130 g/m2, 또는 110 내지 120 g/m2, 또는 100 내지 110 g/m2, 또는 90 내지 100 g/m2, 또는 80 내지 90 g/m2, 또는 70 내지 80 g/m2, 또는 60 내지 70 g/m2, 또는 50 내지 60 g/m2, 또는 40 내지 50 g/m2 범위의 중량을 가진다. 또 다른 추가 실시양태에서, 텍스타일은 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 또는 90 g/m2의 중량을 가진다.
일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일은 워프 방향의 다수의 열 안정성 방적사를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일은 필(fill) 또는 웨프트 방향의 다수의 열 안정성 방적사를 포함할 수 있다. 그리고 일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일은 워프 방향의 다수의 열 안정성 방적사 및 필 또는 웨프트 방향의 다수의 열 안정성 방적사를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일은 열 안정성 방적사로 전부 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 텍스타일 중 각각의 열 안정성 방적사 사이에 미리 결정된 갭이 있으며, 예컨대 매 2번째 픽이 열 안정성 방적사거나, 매 3번째 픽이 열 안정성 방적사거나, 매 5번째 픽이 열 안정성 방적사거나, 매 10번째 픽이 열 안정성 방적사이다. 유사하게 특정 실시양태에서, 예를 들어, 매 2번째 엔드가 열 안정성 방적사거나, 매 3번째 엔드가 열 안정성 방적사거나, 매 5번째 엔드가 열 안정성 방적사거나, 매 10번째 엔드가 열 안정성 방적사이다. 텍스타일 중 열 안정성 방적사의 양 및 배치의 다른 변형은 명백할 것이며 통상적인 당업자에게 용이하게 달성 가능할 것이다.
일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일은 적어도 하나의 다른 필라멘트, 섬유, 얀 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 텍스타일은 열 안정성 방적사를 1 내지 100 중량%의 범위로 포함할 수 있으며, 여기서 중량백분율은 텍스타일의 총 중량을 기준으로 한다. 다른 실시양태에서, 텍스타일은, 텍스타일의 총 중량을 기준으로, 1 내지 70 중량%, 1 내지 50 중량%, 1 내지 20 중량%, 1 내지 10 중량%, 1 내지 5 중량%, 5 내지 80 중량%, 5 내지 50 중량%, 5 내지 30 중량%, 5 내지 20 중량%, 10 내지 80 중량%, 10 내지 50 중량%, 10 내지 30 중량%, 10 내지 20 중량%, 20 내지 80 중량%, 20 내지 50 중량%, 30 내지 80 중량%, 30 내지 50 중량%, 50 내지 90 중량%, 또는 60 내지 90 중량%의 범위로 열 안정성 방적사를 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 적어도 하나의 다른 필라멘트, 섬유, 얀 또는 이들의 조합은 공지된 필라멘트, 섬유 및 얀 중 임의의 것일 수 있다. 일부 실시양태에서, 적어도 하나의 다른 필라멘트, 섬유, 얀 또는 이들의 조합은 용융성 필라멘트, 섬유 또는 얀이다. 예를 들어, 적어도 하나의 다른 필라멘트, 섬유 또는 얀은 용융 및 열 안정성 시험에 따라 용융성인 필라멘트, 섬유 또는 얀일 수 있고, 예를 들어, 폴리아미드, 예를 들어, 나일론, 나일론 6, 나일론 6,6, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층은 통기성 층, 예를 들어, 1000 g/m2/24hr 이상의 수분 증발 투과율(moisture vapor transmission rate, MVTR)을 갖는 통기성 층 또는 비-통기성 층일 수 있다.
복합 물품(100)은 또한 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 결합된 접착제 또는 접착제 층(130)을 포함한다. 접착제 층(130)은 열가소성 또는 가교성 중합체, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아크릴, 비닐 중합체, 폴리올레핀, 실리콘, 에폭시 또는 이들의 조합일 수 있다. 조합인 접착제의 예시로서, 접착제는 폴리이소시아네이트에 의해 가교되어 폴리에스테르 우레탄 공중합체를 형성하는 히드록실 작용성 중합체일 수 있다. 다른 실시양태에서, 접착제는 난연성 접착제 또는 열 반응성 물질을 포함하는 접착제일 수 있다. 적합한 난연성 접착제는 하나 이상의 난연성 물질을 추가로 포함하는 상기 열거된 접착성 중합체 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 적합한 난연성 물질은 예를 들어 염소화 화합물, 브롬화 화합물, 산화 안티몬, 유기 인계 화합물, 붕산아연, 암모늄 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 몰리브텐 화합물, 알루미나 삼수화물, 수산화마그네슘, 트리페닐 포스페이트(TPP), 레조르시놀 비스-(디페닐포스페이트)(RDP), 비스페놀-A(디페닐포스페이트)(BADP), 트리크레실 포스페이트(TCP), 유기포스포네이트, 유기포스피네이트, 또는 하기 일반식 (I)을 갖는 포스포네이트 에스테르 중 하나 이상일 수 있고:
상기 식에서 n = 0 또는 1이고, R1 및 R2는 C1-C4 알킬이며, R3은 H 또는 C1-C4 알킬이고, R4는 선형 또는 분지형 알킬이다. 상기 난연성 물질 중 임의의 조합이 또한 사용될 수 있다. (I)의 구체적인 실시양태는 예를 들어 메틸-비스((5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-디옥사포스포리난-5-일) 메틸) 에스테르 및 메틸 (5-에틸-2-메틸-2-옥시도-1,3,2-디옥사포스포리난-5-일) 메틸 메틸포스포네이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 난연성 물질 또는 물질들은 접착제 물질 및 난연성 물질의 총량을 기준으로 1 내지 50 중량%, 10 내지 50 중량%, 25 내지 50 중량%, 30 내지 50 중량%, 40 내지 50 중량%, 10 내지 40 중량%, 10 내지 35 중량%, 10 내지 20 중량%, 10 내지 15 중량%, 25 내지 45 중량%, 35 내지 40 중량%, 15 내지 25 중량%, 또는 20 내지 30 중량%의 양으로 접착제 물질 중에 존재할 수 있다.
다른 실시양태에서, 접착제 층은 열 반응성 물질, 예를 들어, 팽창성 흑연을 포함할 수 있다. 추가 실시양태에서, 접착제 층은 280℃로 가열시 적어도 900㎛ 팽창하는 팽창성 흑연 및 중합체 수지를 포함한다. 팽창성 흑연은 본원에 개시된 팽창 시험에 따라 시험시 적어도 9 마이크로미터/℃(㎛/℃)의 평균 팽창률을 가질 수 있다. 복합 물품의 원하는 특성에 따라, 180℃ 내지 280℃에서 9 ㎛/℃ 초과의 팽창률, 또는 180℃ 내지 280℃에서 12 ㎛/℃ 초과의 팽창률, 또는 180℃ 내지 280℃에서 15 ㎛/℃ 초과의 팽창률을 갖는 팽창성 흑연을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 특정 실시양태에서의 사용에 적합한 한 팽창성 흑연은 280℃로 가열시 본원에 기재된 열-기계적 분석(TMA) 팽창 시험에서 적어도 900 미크론 팽창한다. 특정 실시양태에서의 사용에 적합한 또 다른 팽창성 흑연은 240℃로 가열시 본원에 기재된 TMA 팽창 시험에서 적어도 400 미크론 팽창한다. 접착제에 적합한 팽창성 흑연 입자 크기는 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물이 선택된 적용 방법으로 적용될 수 있도록 선택되어야 한다. 예를 들어, 접착제가 그라비어 인쇄 기술에 의해 적용되는 경우, 팽창성 흑연 입자 크기는 그라비어 셀에 맞도록 충분히 작아야 한다.
일부 실시양태에서, 중합체 수지는 접착성이며 280℃ 미만의 용융 또는 연화 온도를 갖는 중합체 수지이다. 일부 실시양태에서, 중합체 수지는 1℃ 내지 280℃, 또는 50℃ 내지 280℃, 또는 100℃ 내지 280℃, 또는 150℃ 내지 218℃, 또는 200℃ 내지 280℃, 또는 1℃ 내지 250℃, 또는 1℃ 내지 200℃, 또는 1℃ 내지 175℃, 또는 1℃ 내지 125℃, 또는 1℃ 내지 80℃, 또는 1℃ 내지 25℃의 용융 온도를 가진다. 일부 실시양태에서, 중합체 수지는 팽창성 흑연이 300℃로 또는 그 이하로, 바람직하게는 280℃로 또는 그 이하로의 열 노출시 대체로 팽창하도록 충분히 유동 가능하거나 변형 가능하다. 중합체 수지의 연신 점도가 팽창성 흑연의 팽창이 가능하도록 충분히 낮고 중합체 수지와 팽창성 흑연의 혼합물의 팽창 후 열 반응성 물질의 구조적 완전성을 유지하기에 충분히 높은 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시양태에서 103 내지 108 dyne/cm2의 저장 탄성률 및 200℃에서 0.1 내지 10의 탄젠트 델타(Tan delta)를 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서 103 내지 106 dyne/cm2 의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서 103 내지 104 dyne/cm2의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서 104 내지 108 dyne/cm2의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서 105 내지 108 dyne/cm2의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 또 다른 실시양태에서 107 내지 108 dyne/cm2의 저장 탄성률을 갖는 중합체 수지가 사용된다. 일부 실시양태에서의 사용에 적합한 중합체 수지는 탄성중합체성이다. 일부 실시양태에서의 사용에 적합한 다른 중합체 수지는 가교성 폴리우레탄, 예를 들어 MOR-MELT® R7001E(미국 Rohm & Haas사제)와 같은 가교성이다. 다른 실시양태에서, 적합한 중합체 수지는 50℃ 내지 250℃의 용융 온도를 갖는 열가소성 물질, 예컨대 DESMOMELT® VP KA 8702(미국 펜실베니아주 피츠버그 소재 Bayer Material Science LLC사제)이다. 본원에 기재된 실시양태에 사용하기에 적합한 중합체 수지는 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 아크릴, 비닐 중합체, 폴리올레핀, 실리콘, 에폭시 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는 중합체를 포함한다. 난연성 물질은 임의로 중합체 수지에 혼입될 수 있다. 한 실시양태에서, 중합체 수지는 염소화 화합물, 브롬화 화합물, 산화 안티몬, 유기 인계 화합물, 붕산아연, 암모늄 폴리포스페이트, 멜라민 시아누레이트, 멜라민 폴리포스페이트, 몰리브텐 화합물, 알루미나 삼수화물, 수산화마그네슘, 트리페닐 포스페이트(TPP), 레조르시놀 비스-(디페닐포스페이트)(RDP), 비스페놀-A(디페닐포스페이트)(BADP), 트리크레실 포스페이트(TCP), 유기포스포네이트, 유기포스피네이트, 및/또는 일반식 (I)을 갖는 포스포네이트 에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분 또는 첨가제를 포함할 수 있고 이는 복합 물품의 난연성 특성을 향상시킬 수 있다. 실시양태에서, 중합체 수지는 예를 들어 내측 층에 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층을 부착하기 위한 접착제를 포함하고/하거나 접착제로서 기능할 수 있다.
일부 실시양태에서, 복합 물품이 화염 및/또는 열, 예를 들어 300℃ 초과의 온도에 노출될 때, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층은 용융되어 열 반응성 물질과 혼합된다. 동시에, 팽창성 흑연이 팽창한다. 이러한 공정은 열 안정성 방적사 및 열 반응성 물질이 아닌 텍스타일 층의 섬유 또는 얀을 포함하는 차를 형성한다. 이 공정에서 형성된 차는 연소를 지지하지 않는 층을 형성하며, 따라서, 어떠한 화염도 비교적 빠르게 소화된다. 열 안정성 방적사 및 열 반응성 물질을 포함하는 텍스타일 층의 고온 노출로부터 유래된 물질은 비-열 안정성 얀 물질 및 열 반응성 물질의 이종 용융 혼합물이다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 본원에 기재된 수평 화염 시험 방법에 따라 시험시 상기 기재된 용융 흡수 공정이 일어나지 않는 대체로 동일하지만 열 안정성 방적사를 포함하지 않는 물질로 구성된 텍스타일 복합체에 비해 적어도 20초 증가하거나 적어도 30초 증가하는 파열개방시간(break-open time)을 가진다. 다른 실시양태에서, 복합 물품은, ASTM 2894-14에 따른 열 수축 시험에서 적어도 한 방향으로 20% 미만의 수축률을 가진다. 또 다른 추가 실시양태에서, 복합 물품은, ASTM 2894-14에 따른 열 수축 시험에서 적어도 한 방향으로 15% 미만 또는 10% 미만의 수축률을 가진다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 0.01% 내지 19%, 또는 1% 내지 19%, 또는 5% 내지 19%, 또는 10% 내지 19%, 또는 15% 내지 19%, 또는 0.01% 내지 15%, 또는 0.01 내지 8%, 또는 0.01 내지 6% 또는 0.01 내지 1%의 수축률을 가진다.
일부 실시양태에서, 접착제 층은, 팽창시, 팽창된 흑연을 포함하는 복수의 덩굴손(tendril)을 형성한다. 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물의 전체 표면적은 팽창 이전의 동일한 혼합물에 비해 현저하게 증가한다. 한 실시양태에서, 혼합물의 표면적은 팽창 후 적어도 5배 증가한다. 또 다른 실시양태에서, 혼합물의 표면적은 팽창 후 적어도 10배 증가한다. 추가로, 덩굴손은 종종 팽창된 혼합물로부터 바깥쪽으로 연장될 것이다. 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물이 불연속 형태로 기재 상에 위치하는 실시양태에서, 덩굴손은 적어도 부분적으로 불연속 도메인들 사이의 개방 영역을 채우도록 연장될 것이다. 한 추가 실시양태에서, 덩굴손은 적어도 5 대 1의 길이 대 폭 종횡비를 갖도록 연장될 것이다.
중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물은 팽창성 흑연의 실질적인 팽창을 야기하지 않으면서 중합체 수지 및 팽창성 흑연의 긴밀한 블렌드를 제공하는 방법으로 제조될 수 있다. 적합한 혼합 방법은 패들 혼합, 블렌딩 및 기타 저전단 혼합 기술이 포함되나 이에 제한되지 않는다. 한 방법에서, 중합체 수지 및 팽창성 흑연 입자의 긴밀한 블렌드는 중합체 수지의 중합 이전의 예비중합체 또는 단량체와 팽창성 흑연을 혼합함으로써 달성된다. 또 다른 방법에서, 팽창성 흑연은 용해된 중합체와 블렌딩될 수 있으며, 여기서 용매는 혼합 후에 제거된다. 또 다른 방법에서, 팽창성 흑연은 흑연의 팽창 온도 미만 및 중합체의 용융 온도 초과의 온도에서 핫 멜트 폴리머와 블렌딩된다. 중합체 수지와 팽창성 흑연 입자 또는 팽창성 흑연의 응집체의 긴밀한 블렌드를 제공하는 방법에서, 팽창성 흑연은 흑연의 팽창 전에 중합체 수지에 의해 코팅되거나 캡슐화된다. 다른 실시양태에서, 긴밀한 블렌드는 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물을 기재에 적용하기 전에 달성된다.
중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물은 중합체 수지 및 팽창성 흑연의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이하, 또는 40 중량% 이하, 또는 30 중량% 이하의 팽창성 흑연을 포함한다. 다른 실시양태에서, 팽창성 흑연은 중합체 수지 및 팽창성 흑연의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하를 포함한다. 일반적으로, 중합체 수지 및 팽창성 흑연의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 50 중량%의 팽창성 흑연이 바람직하다. 일부 실시양태에서, 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물은 10 내지 49 중량%의 팽창성 흑연, 또는 20 내지 49 중량%의 팽창성 흑연, 또는 30 내지 50 중량%의 팽창성 흑연, 또는 40 내지 49 중량%의 팽창성 흑연, 또는 5 내지 40 중량%의 팽창성 흑연, 또는 5 내지 30 중량%의 팽창성 흑연, 또는 5 내지 20 중량%의 팽창성 흑연, 또는 5 내지 10 중량%의 팽창성 흑연, 또는 10 내지 30 중량%의 팽창성 흑연, 또는 30 내지 40 중량%의 팽창성 흑연, 또는 10 내지 25 중량%의 팽창성 흑연을 포함한다. 일부 실시양태에서, 원하는 내염 성능이 심지어 더 적은 양의 팽창성 흑연으로 달성될 수 있다. 1%만큼 낮은 로딩이 유용할 수 있다. 원하는 특성 및 생성되는 텍스타일 복합재의 구성에 따라, 다른 수준의 팽창성 흑연이 또한 다른 실시양태에 적합할 수 있다. 다른 첨가제, 예컨대 안료, 충전제, 항균제, 가공 보조제 및 안정제가 또한 혼합물에 첨가될 수 있다.
일부 실시양태에서, 접착제는 도 1에 예시된 것과 같이 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)의 표면(122)에 및/또는 도 2에 예시된 것과 같이 접착제 층(130)을 형성하기 위한 임의 추가 층의 표면에 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 연속 층으로서 적용될 수 있다. 그러나, 향상된 통기성 및/또는 핸드(hand)가 바람직한 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 불연속적으로 적용되어 100% 미만의 표면 피복률을 갖는 접착제 물질의 층을 형성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 0.01 내지 99% 표면 피복률, 또는 1 내지 99% 표면 피복률, 또는 10 내지 99% 표면 피복률, 또는 25 내지 99% 표면 피복률, 또는 50 내지 99% 표면 피복률, 또는 75 내지 99% 표면 피복률, 또는 95 내지 99% 표면 피복률, 또는 0.01 내지 90% 표면 피복률, 또는 0.01 내지 70% 표면 피복률, 또는 0.01 내지 40% 표면 피복률, 또는 0.01 내지 20% 표면 피복률을 가진다. 100% 미만의 표면 피복률을 제공하는 불연속 적용은 점, 격자, 선 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 패턴을 취할 수 있다. 불연속 피복을 갖는 일부 실시양태에서, 불연속 패턴의 인접한 영역 사이의 평균 거리는 5 밀리미터(mm) 미만, 또는 바람직하게는 3.5 mm, 2.5 mm, 1.5 mm, 또는 0.5 mm 미만이다. 일부 실시양태에서, 불연속 패턴의 인접한 영역 사이의 평균 거리는 0.0001 mm 내지 3.4 mm, 또는 0.001 내지 3.4 mm, 또는 0.01 내지 3.4 mm 또는 0.1 내지 3.4 mm, 또는 1 내지 3.4 mm 또는 1.5 내지 3.4 mm, 또는 2.5 내지 3.4 mm, 또는 0.0001 내지 2.5 mm 또는 0.0001 내지 1.5 mm 또는 0.0001 내지 0.5 mm이다. 인접한 영역 사이의 평균 거리는 인접한 점 사이의 가장자리간 간격을 측정함으로써 측정될 수 있다. 핸드, 통기성, 및/또는 텍스타일 중량과 같은 특성이 중요한 실시양태에서, 90% 미만, 또는 80% 미만, 또는 70% 미만, 또는 60% 미만, 또는 50% 미만, 또는 40% 미만, 또는 30% 미만의 표면 피복률이 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 표면 피복률은 0.1 내지 89%, 또는 10 내지 89%, 또는 30 내지 89%, 또는 50 내지 89%, 또는 70 내지 89%, 또는 0.1 내지 80%, 또는 0.1 내지 60%, 또는 0.1 내지 40%, 또는 0.1 내지 20%이다. 100% 미만의 피복률을 달성하기 위한 한 방법은, 예를 들어 그라비어 인쇄에 의해, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 표면에 또는 임의의 추가 층에 접착제를 인쇄하여 접착제를 적용하는 것을 포함한다. 도 6A 및 6B는 접착제 층(130)이 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 한 표면과 같은 기재(180)에 점(도 6A) 및 격자(도 6B)의 불연속 패턴으로 제공되는 예를 도시한다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)의 접착제는 혼합물의 10 g/m2 내지 100 g/m2의 부가 중량을 달성하기 위한 속도로 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)의 접착제는 100 g/m2 미만, 또는 75 g/m2 미만, 또는 50 g/m2 미만, 또는 25 g/m2 미만의 부가 중량을 달성하기 위한 속도로 적용된다. 일부 실시양태에서, 부가 중량은 0.1 내지 99 g/m2, 또는 0.1 내지 75 g/m2, 또는 0.1 내지 50 g/m2, 또는 0.1 내지 25 g/m2, 또는 1 내지 99 g/m2, 또는 10 내지 99 g/m2, 또는 35 내지 99 g/m2, 또는 60 내지 99 g/m2, 또는 80 내지 99 g/m2이다.
도 6A의 개별 점(130)의 적용에서와 같은 불연속 적용의 한 실시예에서, 중합체 수지-팽창성 흑연 혼합물은, 다수의 개별 점의 형태로 열 반응성 물질의 접착제 층(130)을 형성하는 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 적용될 수 있다. 임의로, 이후 추가 층이 적용된 접착제 층(130) 위로 위치할 수 있고 생성된 적층체는 2-롤 롤러의 닙을 통해 흘러 2-층 적층체와 같은 복합 물품(100)을 형성할 수 있다. 팽창시, 개별 점은 구조적 완전성을 갖는 구조의 패턴을 형성함으로써 복합 물품(100)에 대한 충분한 보호를 제공하여 본원에 기재된 향상된 특성을 달성한다. 구조적 완전성이란 팽창 후의 열 반응성 물질이 임의의 추가 층 또는 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)을 실질적으로 분해하거나 박리하지 않으면서 휨 또는 굽힘을 견디며, 본원에 기재된 두께 변화 시험에 따라 측정할 때 두께 측정시 압축을 견디는 것을 의미한다. 일부 실시양태에서, 본 발명의 복합 물품(100)은 열 노출시 두께가 변화한다.
팽창 이후 복합 물품의 두께는 팽창 이전의 복합 물품의 두께보다 적어도 0.5 mm 더 크며, 예를 들어, 적어도 0.8 mm 더 크거나, 적어도 1 mm 더 크거나, 적어도 1.5 mm 더 크거나, 적어도 2 mm 더 크다. 다른 실시양태에서, 화염 및/또는 열에 노출 후 복합 물품의 두께는 화염 및/또는 열에 노출하기 전의 복합 물품의 두께보다 적어도 20% 더 크다.
일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 다양한 패턴, 예를 들어, 점, 선 또는 격자로 적용될 수 있다. 접착제 물질이 열 또는 화염에 노출시 원하는 특성이 달성되는 방식으로 적용될 수 있는 한, 접착제 물질을 적용하는 다른 방법은 스크린 인쇄, 또는 스프레이 또는 스캐터 코팅 또는 나이프 코팅을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 복합 물품(100)은 임의로 내측 층(140) 및/또는 대면층(110)과 같은 하나 이상의 추가 층을 포함할 수 있고, 여기서 접착제 층(130)은 텍스타일 층(120)과 하나 이상의 추가 층 중 적어도 하나 사이에 배치된다(도 3). 일부 실시양태에서, 하나 이상의 추가 층은 독립적으로 텍스타일, 열적으로 안정한 텍스타일, 방수 통기성 물질, 열적으로 안정한 필름 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시양태에서, 존재하는 경우, 하나 이상의 추가 층은, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)의 일면 또는 양면에 배향되어, 적어도 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)과 추가 층 사이에 배치된 접착제 층(130)과 함께 내측 층(140) 또는 대면층(110)을 형성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 추가 접착제 층은 각각의 층 사이에 존재할 수 있고, 여기서 추가 접착제 층 또는 층들은 독립적으로 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하는 접착제 층과 동일하거나 상이할 수 있다. 일반적으로, 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하는 접착제 층(130)에 적합한 것으로 기재된 중합체 수지 중 임의의 것이 추가 접착제 층으로서 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 복합 물품에 2 이상의 추가 층이 존재하는 경우, 추가 층 중 하나는 접착제 층을 통해 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층에 부착될 수 있으며, 한편 다른 층은 당업계에 공지된 임의의 다른 방식으로 부착될 수 있다. 예를 들어, 층들은 함께 스티칭될 수 있고, 여기서 스티칭은 층들 중 하나 이상의 가장자리를 두르거나, 스티칭은 층의 하나 이상의 영역 전체에 걸쳐 있거나, 또는 둘 다이다. 일부 실시양태에서, 복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120), 접착제 층(130), 및 추가 층으로 이루어지거나, 필수적으로 이루어지며, 여기서 접착제 층(130)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)과 추가 층 사이에 배치된다. 다른 실시양태에서, 본 개시내용은 또한 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120), 접착제 층(130), 방수 통기성 층, 및 추가 층을 포함하는 복합 물품(100)에 관한 것이며, 여기서 접착제 층(130)은 적어도 텍스타일 층(120)과 방수 통기성 층 사이에 배치된다. 또 다른 추가 실시양태에서, 복합 물품(100)은, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)의 한 면(124) 상에 배향된 대면층(110), 접착제 층(130), 및 대면층(110)으로부터 텍스타일 층(120)의 다른 면(122) 상에 배향된 내측 층(140)을 포함하거나, 이로 이루어지거나 필수적으로 이루어지며, 여기서 접착제 층(130)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)과 대면층 및 내측 층(110, 140) 둘 모두 사이에 배치된다. 이러한 내용에서 사용된, '필수적으로 이루어지다'는, 복합 물품에 물질적으로 영향을 미치지 않는 다른 추가 층 없이, 복합 물품(100)이 구체적인 순서로 서로 부착되거나 결합된 언급된 층들을 함유한다는 것을 의미한다.
일부 실시양태에서 및 도 1에 도시된 바와 같이, 복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120), 및 접착제 층(130)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사는 260℃ 오븐 시험에서 5% 초과로 수축하지 않는 하나 이상의 스테이플 섬유를 포함한다. 필요한 경우, 열 안정성 방적사와는 상이한 적어도 하나의 다른 얀, 섬유 또는 필라멘트가 텍스타일 층(120) 내에 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 텍스타일 층(120)의 적어도 하나의 면(122)에 결합된다.
또 다른 실시양태에서 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내측 층(140)의 형태인 추가 층이 도시되어 있다. 이 실시양태에서, 복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120), 텍스타일 층(120)과 내측 층(140) 사이에 배치된 접착제 층(130)을 포함한다. 접착제 층(130)은 텍스타일 층(120)의 일면(122)에 부착된다.
도 3에 도시된 실시양태에서, 2개의 추가 층이 도시된다. 복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 인접한 대면층(110)으로 때때로 지칭되는 제1 추가 층, 열 반응성 물질을 포함하는 접착제와 같은 접착제 층(130), 및 때때로 내측 층(140)으로 지칭되는 제2 추가 층을 포함한다. 일부 실시양태에서, 대면층(110) 및 텍스타일 층(120)은 함께 적층되거나 접착제 층(130)과 동일하거나 상이할 수 있는 접착제(114)를 사용하여 결합될 수 있다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)의 내측 면(122) 상에 배치된다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사는 260℃ 오븐 시험에서 5% 초과로 수축하지 않는 하나 이상의 스테이플 섬유를 포함한다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사와 상이한 적어도 하나의 다른 얀, 섬유 또는 필라멘트(40)가 또한 텍스타일 층(120) 내에 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 대면층(110)의 외측 표면(112)이 환경에 노출되고 가시성일 수 있다. 접착제 층(130)은 대면층(110)을 관통하거나 접촉하지 않아 열반응성 물질을 포함하는 접착제 층이 가시성이지 않고 대면층(110)의 외측 표면(112) 상에 변색이나 표면 변형을 일으키지 않는다. 일부 실시양태에서, 대면층(110)의 물질에 따라, 외측 표면(112)은 의복의 룩 앤드 필(look and feel)을 제공하는 표면 토폴로지를 가진다. 복합 물품(100)의 미적 외관을 개선하기 위해, 열 반응성 물질을 포함하는 접착제 층(130)은 변형을 야기하여 대면층(110)의 외측 표면(112) 상에 바람직하지 않은 격자 또는 어두워지는 패턴을 형성하지 않아야 한다. 어두워지는 패턴은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 비해 열 반응성 물질을 포함하는 접착제 층(130)의 일반적으로 더 어두운 색상의 결과이며 이는 바람직하지 않다. 구체적으로는, 대면층(110)의 외측 표면(112)이 변형 없이, 예를 들어 열 반응성 물질을 포함하는 접착제 층(130)으로부터의 딤플 또는 범프 없이 나타난다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 추가 층은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 부착되어, 복합 물품(100), 예를 들어 의복에서, 추가 층이 의복의 착용자와 반대되는 면인 의복의 외부에 배향된 대면층(110)이게 할 수 있다. 임의의 대면층(110)(도 3에 도시된 예시)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 부착된 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 대면층(110)은 유색 또는 인쇄된, 비교적 경중량 물질, 예를 들어, 직물, 편물, 및 부직물을 포함하는 텍스타일을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 대면층(110)은 필름, 예를 들어, 다공성(통기성) 필름 또는 비다공성(비통기성) 필름일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 필름은 표면적과 두께 사이에 보다 큰 비를 갖는, 즉 본질적으로 2차원인 연속 층을 의미한다. 일부 실시양태에서, 필름은 기재 상의 코팅으로서 제공될 수 있거나 독립형이며 개별 물체로서 취급될 수 있다. 또 다른 추가 실시양태에서, 대면층(110)은 통기성 물질을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 통기성은 물질이 1000 그램/미터2/24시간(g/m2/24hr) 초과의 수분 증발 투과율(MVTR)을 갖는 것을 의미한다. 다른 실시양태에서, g/m2/24hr로 표현되는 대면층(110)의 MVTR은 5000 이상 또는 10,000 이상 또는 20,000 이상일 수 있다. 일부 실시양태에서, 대면층(110)은 폴리아미드, 나일론(예를 들어, 30 데니어(D) 나일론, 40 D 나일론, 또는 70D 나일론), 나일론 트윌(예를 들어, 30D 나일론 트윌, 40D 나일론 트윌, 또는 70D 나일론 트윌), 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이의 다층 적층체를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 일부 실시양태에서, 대면층(110)은 방수성일 수 있고/있거나 대면층은 지속 발수(DWR) 코팅의 층으로 코팅될 수 있다. 일부 실시양태에서, 이러한 DWR 코팅은 대면층(110)의 외측 면(112) 상에 있을 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 대면층은 코팅되지 않으나 방수 물질을 포함한다.
일부 실시양태에서, 사용되는 경우, 대면층(110)은 예를 들어 적층 및/또는 부착을 포함하는 공지된 기술 중 임의의 것을 사용하여 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 부착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 대면층은 접착제를 사용하여 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층에 부착된다. 적합한 접착제는 이전에 나열된 것들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 추가 층은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 부착되어, 복합 물품, 예를 들어 의복에서, 추가 층이 의복의 안쪽, 즉 의복의 착용자에게 더 가까운 면에 배향된 내측 층(140)이 될 수 있게 할 수 있다. 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 내측 층(140)을 포함하는 실시양태에서, 접착제 층(130)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 또는 내측 층(110)에 배치될 수 있다. 일부 실시양태에서, 접착제 층(130)은 접착제 층(130)이 내측 층(140)과 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120) 사이의 접착제 결합을 제공하도록 하는 방식으로 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 내측 층(140)은 텍스타일, 예를 들어, 편물, 직물 또는 부직물 물질 또는 필름일 수 있다. 일부 실시양태에서, 내측 층(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 접착제 층(130)에 의해 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120)에 부착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 내측 층(140)은 열적으로 안정한 지지체를 포함할 수 있다. 열적으로 안정한 지지체로서 사용하기에 적합한 물질은 예를 들어 본원에 제시된 것과 같은 용융 및 열 안정성 시험에 따라 용융성이 아닌 텍스타일을 포함할 수 있다. 적합한 열 안정성 텍스타일 지지체의 예는 아라미드, 난연성(FR) 코튼, PBI, PBO, FR 레이온, 모드아크릴 블렌드, 폴리아민, 카본, 유리섬유, PAN 및 이들의 블렌드 및 조합을 포함한다.
다른 실시양태에서, 하나 이상의 추가 층은, 예를 들어, 필름, 편물, 직물, 부직물 또는 이들의 조합을 독립적으로 포함할 수 있다. 또 다른 추가 실시양태에서, 내측 층(140)은 화염 또는 열에 노출시 복합재(100)의 성능을 추가로 향상시키도록 통기성 또는 비통기성이며 열적으로 안정한 대류 장벽 물질(들)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 추가 층은 열적으로 안정한 대류 장벽 물질일 수 있고 이는 필름, 예를 들어, 폴리이미드, 실리콘, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 예컨대 비팽창 PTFE 또는 팽창 PTFE(ePTFE)일 수 있다. 열적으로 안정한 대류 장벽은 대류성 열원에 노출시 그 뒤의 층 또는 기재로의 대류 열 전달을 방지한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 실시양태에서 사용하기 위한 대류 장벽은 본원에 기재된 방법에 따라 시험할 때 열 노출 후 10 프레이저(Frazier) 미만의 최대 통기성을 가진다. 일부 실시양태에서, 대류 장벽은 5 프레이저 미만의 열 노출 후 통기성을 가진다. 일부 실시양태에서, 대류 장벽은 3 프레이저 미만의 열 노출 후 통기성을 가진다. 일부 실시양태에서, 대류 장벽은 0.1 내지 9.5 프레이저, 또는 0.1 내지 5 프레이저, 또는 0.1 내지 2 프레이저, 또는 1 내지 4.5 프레이저, 또는 1 내지 7 프레이저의 열 노출 후 통기성을 가진다.
추가 실시양태에서, 도 4에 예시된 바와 같이, 복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120), 및 텍스타일 층(120)과 내측 층 사이에 배치된 접착제 층(130)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내측 층은 다층 열 안정성 장벽(142)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 장벽(142)은 열적으로 안정한 필름의 2 이상의 층(144 및 146)과, 예를 들어 그 사이의 중합체 층(148) 을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 중합체 층(148)은 방수, 통기성, 비통기성 또는 이들의 조합일 수 있다.
추가 실시양태에서, 도 5에 예시된 것과 같이, 복합 물품(100)은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층(120) 및 접착제 층(130)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사와 상이한 적어도 하나의 다른 얀, 섬유 또는 필라멘트가 텍스타일 층(120) 내에 또한 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 복합 물품(100)은 접착제 층(130)과 반대편인 열 안정성 장벽(144)의 한 면에 위치한 텍스타일 지지체로서 내측 층(150)을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 텍스타일 지지체는 개별 점 형태인 추가 접착제 층(152)으로 부착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 텍스타일 지지체는 본원에 기재된 용융 및 열 안정성 시험을 통과하는 물질과 같은 열적으로 안정한 텍스타일 지지체이다.
추가 실시양태는, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층을 제공하는 단계, 접착제를 제공하는 단계, 접착제의 층을 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 적어도 하나의 표면에 적용하는 단계를 포함하는, 복합 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 적어도 하나의 추가 층을 제공하는 단계, 및 적어도 하나의 추가 층을 접착제 층에 부착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 추가 층을 접착제 층에 적용하는 단계는 가교성 접착제의 경우 접착제의 층의 적용 직후에 수행될 수 있다. 전형적으로, 가교성 접착제를 사용하는 실시양태에서, 접착제의 층이 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층에 적용되고 적어도 하나의 추가 층이 예를 들어 1초 내지 1분 미만 내에 접착제의 층에 적용되는 연속적인 방법이 발생한다. 일부 실시양태에서, 접착제가 열가소성 접착제인 경우, 적어도 하나의 추가 층은 접착제의 층의 적용 직후, 또는 접착제의 층의 적용 후 며칠 또는 몇주 후에 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 적어도 하나의 추가 층은, 압력을 통해 접착제 층에, 예를 들어 두 롤러의 닙을 통해 두 층 복합 물품을 통과시켜 접착될 수 있다. 일부 실시양태에서, 임의의 제2 또는 후속 추가 층이 상기 기재된 방법 중 임의의 것을 통해 텍스타일 층 또는 제1 추가 층에 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 또는 후속 추가 층은, 예를 들어 제1 추가 층을 적용하는 적용 공정 중에 또는 제1 추가 층의 적용 이후 임의 시간 동안에, 제1 추가 층의 적용과 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 방법은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층에 지속 발수(DWR) 코팅을 적용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 내측 층은 접착제 층에 부착되어 제품을 형성할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "부착"은 결합하거나, 접착식으로 고정하거나 아니면 한 표면을 다른 표면에 적층하는 것을 의미한다. 적층 기술 및 적층 접착제의 사용은 당업계에 공지되어 있다.
일부 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층은 또한 이연성 또는 비이연성일 수 있다. 물질은 수직 화염 시험으로 시험되어 그 물질이 이연성 또는 비이연성인지 결정된다.
본원에 기재된 ASTM F1930 의복 이연성 시험(서멀 마네킹)에 따라 시험시 화염 노출 후 예상되는 신체 화상 백분율을 감소시키기 위한 방법이 또한 제공된다. 일부 실시양태에서, 상기 방법은, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층 및 적어도 하나의 추가 층을 포함하고, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층과 임의의 적어도 하나의 추가 층 사이에 접착제 층을 갖는 복합 물품을 제공하는 단계; 텍스타일 층이 열원을 향해 배향된 복합 물품을 ASTM F1930로 처리하는 단계; 텍스타일 물품이 열 안정성 방적사를 함유하지 않는 비교 복합 물품을 시험하는 단계; 및 백분율 차이를 계산하는 단계를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, "비교 복합 패브릭"은 본질적으로 동일한 섬유를 포함하지만 열 안정성 방적사를 포함하지 않는 텍스타일로부터 형성된 복합 물품을 의미한다. 예를 들어, 매 5번째 픽 및 매 5번째 엔드가 열 안정성 방적사인 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층이 폴리에스테르 패브릭인 경우, 비교 복합 패브릭은 폴리에스테르 패브릭일 것이다. 일부 실시양태에서, 상기 방법은 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층이 착용자의 신체로부터 멀게 및 화염원을 향해 배향된 복합재로부터 의복을 구성하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 비교 복합 물품에 비한 신체 화상의 감소는 최대 10% 미만, 또는 최대 15% 미만, 또는 최대 20% 미만, 또는 최대 25% 미만일 수 있다.
한 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 복합 물품은 위험한 환경에서의 작업자를 위한 의복에 사용하기에 적합하다. 의복은 수축 저항성, 통기성, 방수성 및/또는 난연성일 수 있으며, 한편 경량이며, 유연하고, 착용하기 편하며, 염색 견뢰도, 인쇄 및 내마모성이 우수하다. 실시양태에서, 복합 물품은 0.5 mm 미만, 예를 들어 0.48 mm 미만, 0.40 mm 미만, 0.35 mm 미만, 0.25 mm 미만, 0.21 mm 미만, 또는 0.2 mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 0.1 내지 0.49 mm, 또는 0.1 내지 0.35 mm, 또는 0.1 내지 0.25 mm, 또는 0.1 내지 0.21 mm, 또는 0.1 내지 0.47 mm, 또는 0.2 내지 0.47 mm, 또는 0.3 내지 0.47 mm의 두께를 가진다. 실시양태에서, 복합 물품은 275 g/m2 미만, 예를 들어 255 g/m2 미만, 240 g/m2 미만, 220 g/m2 미만, 200 g/m2, 190 g/m2 미만, 185 g/m2 미만, 171 g/m2 미만, 또는 160 g/m2 미만의 평균 중량을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 5 내지 274 g/m2, 또는 10 내지 274 g/m2, 또는 50 내지 274 g/m2, 또는 100 내지 274 g/m2, 또는 150 내지 274 g/m2, 또는 250 내지 274 g/m2, 또는 5 내지 260 g/m2, 또는 5 내지 220 g/m2, 또는 5 내지 175 g/m2, 또는 5 내지 125 g/m2, 또는 5 내지 50 g/m2, 또는 5 내지 1 g/m2의 평균 중량을 가진다.
일반적으로, 경량 패브릭은 비교적 찢어지기 쉽다. 일부 실시양태에서, 본 개시내용의 복합 물품은 열 안정성 방적사 없이 제조된 동일 패브릭에 비해 엘멘도르프 인열 강도가 적어도 10% 개선될 수 있다. 다른 실시양태에서, 복합 물품은 개시된 열 안정성 방적사 없이 제조된 비교 패브릭에 비해 15% 초과, 또는 20% 초과, 또는 30% 초과의 엘멘도르프 인열 강도를 가질 수 있다.
한 실시양태에서, 본원에 제공된 열 보호 성능 ASTM F2703-08 시험 방법에 따라 시험할 때, 복합 물품(100)은 20 이상의 열 보호 성능을 가진다. 또 다른 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 외측 표면(112)의 화염 노출시, 복합 물품(100)은 JIS 이연성 시험(JIS L1091 A-1 방법)에 따라 시험시 3초 노출 후 5 cm2 미만의 연소 면적을 가진다. 또 다른 실시양태에서, 열 안정성 방적사를 포함하는 텍스타일 층의 외측 표면(112)의 화염 노출시, 복합 물품(100)은 JIS 이연성 시험(JIS L1091 A-1 방법)에 따라 시험시 60초 노출 후 50 cm2 미만의 연소 면적을 가진다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 복합 물품은 바람직하게는 1000 그램/미터2/24시간(g/m2/24hr) 초과, 또는 3000 g/m2/24hr 초과, 또는 5000 g/m2/24hr 초과, 또는 7000 g/m2/24hr 초과, 또는 9000 g/m2/24hr 초과, 또는 10,000 g/m2/24hr 초과, 또는 그 이상의 수분 증발 투과율(MVTR)을 가진다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 본원에 기재된 수평 화염 시험을 위한 방법에 따라 시험시 50초 초과, 60초 초과, 또는 심지어 120초 초과의 파열 개방 시간을 가진다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 또한 난연성이며 본원에 기재된 수평 화염 시험 및 자가 소화 시험 방법에 따라 시험시 20초 미만의 잔염(after flame)을 가질 수 있다. 추가 실시양태에서, 복합 물품은 15초 미만, 또는 10초 미만, 또는 5초 미만의 잔염을 가진다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 0.01 내지 14초, 또는 0.01 내지 10초, 또는 0.01 내지 7초, 또는 0.01 내지 3초, 또는 1 내지 14초, 또는 5 내지 14초, 또는 10 내지 14초의 잔염을 가진다. 일부 실시양태에서, 복합 물품은 수평 화염 시험에서 시험시 용융 적하 거동을 실질적으로 나타내지 않는다. 또 다른 실시양태에서, 본원에 기재된 방법에 따라 형성된 복합 물품은, 유연성 및 핸드, 및 수평 화염 시험 및 자가 소화 시험에 대해 본원에 기재된 시험에 따라 측정시, 300 미만, 또는 250 미만, 또는 200 미만, 또는 1 내지 299, 또는 50 내지 299, 또는 75 내지 299, 또는 150 내지 299, 또는 200 내지 299의 핸드를 가질 수 있고, 20초 미만, 또는 15초 미만 또는 10초 미만의 잔염, 또는 0의 잔염을 가진다.
일부 실시양태에서, 본 개시내용의 복합 물품은 열 안정성 방적사 없이 제조된 유사한 복합 물품에 비해 더 적은 차 길이를 또한 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 차 길이는 20% 이상, 또는 30% 이상, 또는 40% 이상, 또는 50% 이상, 또는 60% 이상, 또는 70% 이상, 또는 80% 이상, 또는 90% 이상으로 개선될 수 있다. 일부 실시양태에서, 차 길이는 20% 내지 100%, 또는 50% 내지 100%, 또는 75% 내지 100%, 또는 90% 내지 100%, 또는 20% 내지 85%, 또는 20% 내지 70%, 또는 20% 내지 60%, 또는 20% 내지 40%, 또는 20% 내지 30%로 개선될 수 있다. 차 길이는 ASTM D6413에 따라 측정될 수 있다.
하기 실시예는, 본 발명의 범위를 제한할 의도 없이, 본 발명이 어떻게 이루어지고 사용되는지를 도시한다.
시험 방법
열 수축 시험
열 수축 시험 또는 열 치수 변화 시험은 물품, 예를 들어 적층체의 수축률을 결정하기 위해 사용되며, ASTM F2894-14에 따라 측정된다. 보고된 데이터는 3회 반복에 기초한 평균 수축률이다.
수평 화염 시험
이 시험은 일반적으로 MIL-C 83429B에 따라 모델링된다. 75 mm × 250 mm 텍스타일 복합체 샘플(3 인치 × 10 인치)을 바인더 클립을 사용하여 강철 고정구(400 mm 길이 × 75 mm 너비, 350 mm 길이 및 50 mm 너비의 중앙 창 있음)로 클램핑하였다. 샘플은 강철 클램핑 고정구의 창에 존재하는 텍스타일 복합체의 영역을 막지 않으면서 텍스타일 복합체의 가장자리를 고정하는 방식으로 클램핑되었다. 고정구 중의 샘플을 90 mm 화염 중 높이 40 mm로 수평하게 위치시켰다(Meeker 버너를 이용하여 2 psi에서 부탄 기준). 샘플을 화염에 노출시키고 대류 장벽이 균열 또는 구멍의 형성에 의해 파열 개방(또는 대류 장벽이 사용되지 않는 경우 대면 텍스타일에 구멍이 형성)되기까지 시간을 기록하였으며, 물질 중에 균열 또는 개방을 통해 봤을 때 화염으로부터의 빛은 명백하였다. 후속하여 샘플을 화염으로부터 제거하였다. 기록된 시간을 수평 화염 파열 개방 시간으로 지칭하였다. 샘플은 용융물 적하 또는 소적 낙하가 관찰되었다.
자가 소화 시험
상기의, 물질 샘플을 수평 화염 시험 중 화염으로부터 제거한 후, 임의의 잔염에 대해 물질을 관찰하고 잔염 시간을 기록하였다. 샘플이 임의의 용융물 적하 또는 소적 낙하를 나타내는 경우, 이를 또한 기록하였다. 잔염이 관찰되지 않거나 제거시 잔염이 관찰되지만 화염으로부터 제거 후 5초 이내에 소화되는 경우, 물질을 자가 소화성이라 하였다.
수직 화염 시험
ASTM D6413 시험 표준에 따라 시험하였다. 샘플을 12초 동안 화염에 노출시켰다. 잔염 시간은 3개 샘플에 대해 평균하였다. 2초 초과의 잔염이 있는 텍스타일은 이연성인 것으로 간주하였다.
이연성 시험
샘플의 이연성을 JIS-1091 A1 방법에 따라 측정하였다. 복합 물품 샘플의 350 mm × 250 mm 시트를 1분 동안 화염 길이 45 mm인 버너로 가열한 연소 시험 박스에 장착하였다. 잔염 시간, 잔광 시간 및 연소 면적을 측정하였다. 시험을 2개의 추가 샘플로 반복하여 화염이 점화된 후 3초 및 60초 후에 제거되게 하였다.
용융 및 열 안정성 시험
이 시험을 텍스타일 물질의 열 안정성을 결정하는 데 사용하였다. 이 시험은 NFPA 1975, 2004 에디션의 섹션 8.3에 기재된 열 안정성 시험에 기초하였다. 시험 오븐은 ISO 17493에 명시된 고온 공기 순환 오븐이었다. 시험을 ASTM D 751, 코팅된 패브릭용 표준 시험 방법에 따라, 고온에서의 저항을 차단하는 절차(섹션 89 내지 93)를 사용하여 하기의 변경사항과 함께 수행하였다:
o 100 mm × 100 mm × 3 mm(4 in. × 4 in. × ⅛ in.) 치수의 붕규산 유리 판을 이용하였다.　
o 265℃, +3/-0℃(510℉, +5/-0℉)의 시험 온도를 이용하였다.　
견본을 오븐으로부터 유리판 제거 후 최소 1시간 동안 냉각시켰다.
유리판에 점착되거나, 펼쳤을 때 자체에 점착되거나, 또는 용용 또는 적하의 증거를 나타내는 임의의 샘플 면은 용융성인 것으로 간주된다. 용융성 면의 증거가 없는 임의의 샘플 면은 열적으로 안정한 것으로 간주된다.
수분 증발 투과율(MVTR)
수분 증발 투과율(MVTR)을 측정하는 데 사용한 시험의 설명이 하기 제공된다. 하기 절차는 필름, 코팅 및 코팅된 제품을 시험하는 데 적합한 것으로 밝혀졌다.
이 절차에서, 35 중량부의 아세트산칼륨 및 15 중량부의 증류수로 이루어진 약 70 ml의 용액을, 입구에서 내경이 6.5 cm인 133 ml 폴리프로필렌 컵에 위치시켰다. 미국 특허 제4,862,730호(Crosby)에 기재된 방법으로 시험하여 약 85,000 g/m2/24hr의 최소 MVTR을 갖는 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 막을 컵의 테두리에 열 밀봉하여, 팽팽하고, 누손이 없는, 용액을 함유하는 미세다공성 장벽을 생성하였다.
유사한 팽창된 PTFE 막을 수조의 표면에 장착하였다. 수조 어셈블리는 온도제어실 및 물 순환 수조를 이용하여 23℃+0.2℃로 제어하였다.
시험할 샘플은 시험 절차를 수행하기 전에 23℃의 온도 및 50%의 상대 습도에서 조건화하였다. 미세다공성 중합체 막이 수조의 표면에 장착된 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌 막과 접촉하도록 샘플을 위치시키고 컵 어셈블리의 도입 전에 적어도 15분 동안 평형을 유지시켰다.
컵 어셈블리를 가장 근접한 1/1000g로 칭량하고 시험 샘플의 중앙에 뒤집힌 방식으로 위치시켰다.
물 이동은 확산에 의해 물 플럭스를 그 방향으로 제공하는 수조 내 물과 포화 염 용액 사이의 구동력에 의해 제공되었다. 샘플을 15분 동안 시험한 후 컵 어셈블리를 제거하고 1/1000g 내에서 다시 칭량하였다.
샘플의 MVTR를 컵 어셈블리의 중량 증가로부터 계산하고 24시간당 샘플 표면적의 제곱미터당 물의 그램으로 표현하였다.
팽창 시험
TMA(열 기계적 분석)을 사용하여 팽창성 흑연 입자의 팽창을 측정하였다. 팽창은 TA Instruments TMA 2940 기기로 시험하였다. 대략 치수가 직경이 8 mm이고 높이가 12 mm인 세라믹(알루미나) TGA 팬을 사용하여 샘플을 고정하였다. 대략 직경이 6 mm인 매크로팽창 프로브를 사용하여, 팬의 바닥을 0으로 설정하였다. 이후, TMA 프로브로 측정하여 0.1-0.3 mm 깊이인 팽창성 흑연의 조각을 팬에 넣었다. 노를 폐쇄하고 초기 샘플 높이를 측정하였다. 노를 25℃로부터 600℃로 10℃/분의 기울기 속도로 가열하였다. TMA 프로브 변위를 온도에 대해 도시하였고; 변위는 팽창의 측정으로 사용하였다.
엘멘도르프 인열 강도
엘멘도르프 인열 강도 시험을 ASTM 1424에 따라 수행하였다. 보고된 데이터는 워프 및 필 방향 양쪽의 3회 시험의 평균이며 단위는 킬로그램으로 제공하였다.
천공, 전파 인열 저항 시험
천공, 전파 인열 저항 시험을 ASTM D-2582에 따라 수행하였다. 보고된 데이터는 워프 방향으로만 3회 반복의 평균이며 단위는 킬로그램으로 제공하였다.
얀 수축 시험
각각 25.4 센티미터(cm)인 세 길이의 얀을 절단하고 점착을 최소화하기 위해 PTFE 필름으로 라이닝 된 직사각 팬에 위치시켰다. 팬은 팬의 가장자리를 접촉하지 않고 얀을 평평하게 놓을 수 있을 만큼 충분히 컸다. 팬을 5분 동안 260℃의 온도로 설정된 오븐에 위치시키고, 이후 오븐으로부터 꺼냈다. 샘플이 냉각되면, 각 샘플의 길이를 측정하였다. % 수축률은 하기 식에 따라 결정하였다:
% 수축률 = [(초기 길이 - 오븐 이후 길이)/초기 길이]*100
% 수축률은 3회 시험 결과의 평균이다.
얀 #1의 제조(93/5/2 NOMEX®/KEVLAR®/P140 방적사).
이것은 Springfield LLC사(Milliken)로부터 입수된 시판 얀이며, 여기서 NOMEX® 아라미드, KEVLAR® 아라미드 및 P140 대전 방지 얀이 블렌딩, 소면(carding), 연조(drawing) 및 에어젯 방적된다. 얀 크기는 38/1 NeC(140 데니어)였다.
얀 #2의 제조(78/20/2 KERMEL®, 프랑스 알자스 소재 Kermal SAS사제/TWARON®/P140 방적사, 미국 조지아주 코니어스 소재 Teijin Aramid사제)
KERMEL®(마린 블루 용액 염색됨), 검은색 TWARON® 및 P140 대전 방지 스테이플 섬유를 Kermel Inc.사로부터 입수하고, 상기 비율로 블렌딩, 소면, 로잉으로 제조, 연조 및 링 방적 프레임에서 링 방적하였다. 최종 얀의 크기는 35/1 NeC(150 데니어)였다.
약 25.4 센티미터(cm) 길이를 갖는 얀 #1 및 얀 #2의 개별 샘플을 260℃의 온도로 설정된 오븐에 위치시키고 5분 동안 오븐에 두었다. 오븐으로부터 꺼낸 후에, 얀 #1은 4.5-5.0% 범위의 수축률을 나타내었다. 반면 얀 #2의 샘플은 1% 미만의 수축률을 나타내었다.
접착제 #1의 제조
난연성 폴리우레탄 수지를, 먼저 흔하게 소유된 미국 특허 제4,532,316호에 따라 수지를 형성하고, 약 20 중량%의 양으로 인계 난연성 물질을 반응기에 첨가하여 제조하였다. 폴리우레탄 수지가 형성된 후, 70 그램의 폴리우레탄 수지를 교반 용기 중 80℃에서 900 마이크로미터 초과의 팽창을 갖는 18 그램의 팽창성 흑연 및 추가 18 그램의 또 다른 인계 난연성 물질과 혼합하였다. 중합체 수지를 80℃로 가열하고 팽창성 흑연을 첨가한 후, 균일한 분산이 형성될 때까지 저전단 수동 혼합하였다. 혼합물을 냉각시키고 그대로 사용하였다.
비교 패브릭 A
비교 패브릭 A는 평직 패브릭(미국 사우스캐롤라이나주 스파턴버그 소재 Milliken & Company사로부터 입수 가능)이었다. 패브릭은 양방향으로 70/34 폴리에스테르 멀티필라멘트 텍스쳐화된 얀(39.4 얀/cm)을 가졌다. 패브릭은 약 75 그램/미터2(2.2 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
비교 적층체 A의 제조
비교 패브릭 A를 접착제 #1을 사용하여 미국 메릴랜드주 엘크턴 소재 W.L. Gore and Associates사로부터 입수 가능한 GORE TEX® 다공성 ePTFE 막(part# 18050C)에 적층하였다. 접착제 #1을 패브릭 표면 상에 약 57% 패브릭 피복률을 제공하도록 그라비어 인쇄하였다. 다공성 ePTFE 막을 접착제의 상단에 위치시키고 2개의 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 적층체를 롤에 위치시켜 경화시켰다. 적층체는 약 170 그램/미터2(5.0 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
패브릭 #1의 제조:
패브릭 #1을, 매 10째 엔드 및 픽에 얀 #1이 삽입된 70/34 텍스쳐화된 폴리에스테르 필라멘트(Milliken and Co.사제)를 사용하여 평직물로 제조하였다. 패브릭은 워프 방향으로 약 41.3 얀/cm 및 필 방향으로 40.2 얀/cm으로 제조하였다(105 얀/인치 X 102 얀/인치). 패브릭은 88 그램/미터2(2.6 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
적층체 #1의 제조
패브릭 #1을 접착제 #1을 사용하여 미국 메릴랜드주 엘크턴 소재 W.L. Gore and Associates사로부터 입수 가능한 GORE TEX® 다공성 ePTFE 막(part# 18050C)에 적층하였다. 접착제 #1을 패브릭 표면 상에 약 57% 패브릭 피복률을 제공하도록 그라비어 인쇄하였다. 다공성 ePTFE 막을 접착제의 상단에 위치시키고 2개의 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 적층체를 롤에 위치시켜 경화시켰다. 적층체는 약 156 그램/미터2(4.6 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
패브릭 #2의 제조:
패브릭 #2를, 매 5째 엔드 및 픽에 얀 #1이 삽입된 70/34 텍스쳐화된 폴리에스테르 필라멘트(Milliken and Co.사제)를 사용하여 평직물로 제조하였다. 패브릭은 워프 방향으로 약 39.4 얀/cm 및 필 방향으로 38.6 얀/cm으로 제조하였다(100 얀/인치 X 98 얀/인치). 패브릭은 81 그램/미터2(2.4 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
적층체 #2의 제조:
패브릭 #2를 접착제 #1을 사용하여 미국 메릴랜드주 엘크턴 소재 W.L. Gore and Associates사로부터 입수 가능한 GORE TEX® 다공성 ePTFE 막(part# 18050C)에 적층하였다. 접착제 #1을 패브릭 표면 상에 약 57% 패브릭 피복률을 제공하도록 그라비어 인쇄하였다. 다공성 ePTFE 막을 접착제의 상단에 위치시키고 2개의 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 적층체를 롤에 위치시켜 경화시켰다. 적층체는 약 174 그램/미터2(5.14 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
패브릭 #3의 제조:
패브릭 #3을, 매 10째 엔드 및 픽에 얀 #2가 삽입된 70/34 텍스쳐화된 폴리에스테르 필라멘트(Milliken and Co.사제)를 사용하여 평직물로 제조하였다. 패브릭은 워프 방향으로 약 41.3 얀/cm 및 필 방향으로 40.2 얀/cm으로 제조하였다(105 얀/인치 × 102 얀/인치). 패브릭은 90 그램/미터2(2.65 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
적층체 #3의 제조
패브릭 #3을 접착제 #1을 사용하여 미국 메릴랜드주 엘크턴 소재 W.L. Gore and Associates사로부터 입수 가능한 GORE TEX® 다공성 ePTFE 막(aprt# 18050C)에 적층하였다. 접착제 #1을 패브릭 표면 상에 약 57% 패브릭 피복률을 제공하도록 그라비어 인쇄하였다. 다공성 ePTFE 막을 접착제의 상단에 위치시키고 2개의 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 적층체를 롤에 위치시켜 경화시켰다. 적층체는 약 187 그램/미터2(5.51 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
패브릭 #4의 제조
패브릭 #4를, 매 5째 엔드 및 픽에 얀 #2가 삽입된 70/34 텍스쳐화된 폴리에스테르 필라멘트(Milliken and Co.사제)를 사용하여 평직물로 제조하였다. 패브릭은 워프 방향으로 약 39.4 얀/cm 및 필 방향으로 38.6 얀/cm으로 제조하였다(100 얀/인치 × 98 얀/인치). 패브릭은 92 그램/미터2(2.7 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
적층체 #4의 제조
패브릭 #4를 접착제 #1을 사용하여 미국 메릴랜드주 엘크턴 소재 W.L. Gore and Associates사로부터 입수 가능한 GORE TEX® 다공성 ePTFE 막(aprt# 18050C)에 적층하였다. 접착제 #1을 패브릭 표면 상에 약 57% 패브릭 피복률을 제공하도록 그라비어 인쇄하였다. 다공성 ePTFE 막을 접착제의 상단에 위치시키고 2개의 롤러의 닙을 통해 롤링하였다. 적층체를 롤에 위치시켜 경화시켰다. 적층체는 약 187 그램/미터2(5.52 oz/yd2)의 중량을 가졌다.
적층체 샘플 1-4 및 비교 적층체 A를 열 치수 변화 시험, ASTM F2894-14에 따라 시험하였다. 보고된 데이터는 3회 반복에 기초한 평균 수축률이다.
실시예 260℃ 수축률 % (워프) 260℃ 수축률 % (필)
비교 적층체 A 24.5 21
적층체 #1 22 20.5
적층체 #2 18.5 17.5
적층체 #3 18.5 18
적층체 #4 12.5 14

Claims (15)

  1. 복합 물품으로서,
    a) 텍스타일 층으로서,
    (1) 복수의 열 안정성 방적사로서, 복수의 열 안정성 방적사의 각각은 하나 이상의 열 안정성 비용융성 섬유를 포함하고, 260℃, 5분간의 얀 수축 시험에서 5% 초과로 수축하지 않으며, 하나 이상의 열 안정성 스테이플 섬유를 포함하는 복수의 열 안정성 방적사와,
    (2) 열 안정성 방적사와는 상이한 적어도 하나의 다른 얀 또는 필라멘트로서, 용융성 얀 또는 필라멘트인 적어도 하나의 다른 얀 또는 필라멘트를 포함하고,
    텍스타일 층의 총 중량을 기준의 중량%로 30 중량% 내지 80 중량%의 열 안정성 방적사를 포함하는, 텍스타일 층; 및
    b) 텍스타일 층에 결합된 접착제 층으로서,
    접착제 층은 중합체 수지 및 팽창성 흑연을 포함하고, 팽창성 흑연은 팽창 시험에 따라 TMA(열 기계적 분석) 프로브로 측정하여 0.1 mm 내지 0.3 mm 깊이인 팽창성 흑연 양을 280℃로 가열시 적어도 900 ㎛ 팽창하는, 접착제 층
    을 포함하고,
    상기 물품은 ASTM 2894-14에 따른 열 수축 시험에서 적어도 한 방향으로 21% 미만의 수축을 갖는 것인 복합 물품.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 열 안정성 비용융성 섬유가 코튼, 난연성 코튼, 레이온, 난연성 레이온, 난연성 비스코스, 모드아크릴, 아라미드, 폴리아미드-이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤족사졸, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에틸렌 이미드, 울, 카본 또는 이들의 조합인 복합 물품.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 텍스타일 층은 직물 또는 편물 텍스타일인 복합 물품.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 하나 이상의 추가 층을 추가로 포함하고, 상기 추가 층은 열적으로 안정한 텍스타일, 방수 통기성 물질, 열적으로 안정한 필름, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 복합 물품.
  6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 추가 층은 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 것인 복합 물품.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 용융성 얀 또는 필라멘트는 열가소성 물질, 폴리아미드, 나일론, 나일론 6, 나일론 6,6, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 또는 이들의 조합인 복합 물품.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 용융성 얀이 폴리아미드 또는 폴리에스테르 얀인 복합 물품.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 열 안정성 방적사는, 텍스타일 층의 총 중량을 기준으로, 텍스타일 층의 30 내지 70 중량%를 구성하는 것인 복합 물품.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서, 물품이 화염에 노출될 때 텍스타일 층 및 접착제 층의 조합이 차(char)를 형성하도록 구성되는 것인 복합 물품.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서, 복합 물품은 의복이고, 텍스타일 층은 착용자의 신체로부터 멀게 배향되는 것인 복합 물품.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서, 열 안정성 방적사는 코어 방사된 것인 복합 물품.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 열 안정성 방적사는 p-아라미드, m-아라미드, 모드아크릴, 난연성 코튼, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드-이미드, 폴리벤족사졸, 폴리페닐렌 설파이드, 울, FR 비스코스, FR 레이온, 카본 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 복합 물품.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서, 열 안정성 방적사는 대전 방지 특성을 제공하는 것인 복합 물품.
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