(57)【要約】  改善された繊維トウ及びそれを形成するためのプロセスが開示される。繊維トウは、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含む繊維トウについては、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを有する繊維を含む繊維トウについては、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウであって、前記繊維の平均デニール／フィラメントが、約５超であり、前記複数の機械捲縮繊維が、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する、繊維トウ。
【請求項２】
前記複数の機械捲縮繊維が、約４０％〜約７５％の平均捲縮テークアップを有する、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項３】
前記複数の機械捲縮繊維が、約５０％超の平均捲縮テークアップを有する、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項４】
約２捲縮〜約２０捲縮／インチを有する二次捲縮をさらに含む、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項５】
前記二次捲縮の値が、約４捲縮／インチ〜約８捲縮／インチに及ぶ、請求項４に記載の繊維トウ。
【請求項６】
前記一次捲縮対前記二次捲縮の比が、約２０：１〜約２：７に及ぶ、請求項４に記載の繊維トウ。
【請求項７】
前記一次捲縮対前記二次捲縮の比が、約５：１〜５：７に及ぶ、請求項４に記載の繊維トウ。
【請求項８】
前記繊維が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、及びそれらの組み合わせから選択されたポリマーから作製される、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項９】
前記繊維が、ポリエチレンテレフタレートから作製される、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項１０】
前記繊維が、約５ｄｐｆ〜約４０ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値を有する、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項１１】
前記繊維が、約５ｄｐｆ〜約７ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値と、５０％超の平均捲縮テークアップとを有する、請求項１に記載の繊維トウ。
【請求項１２】
鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウであって、前記繊維の平均デニール／フィラメントが、約５未満であり、前記複数の機械捲縮繊維が、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する、繊維トウ。
【請求項１３】
前記複数の機械捲縮繊維が、約３０％〜約７５％に及ぶ平均捲縮テークアップを有する、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項１４】
前記複数の機械捲縮繊維が、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項１５】
前記複数の機械捲縮繊維が、約５０％超の平均捲縮テークアップを有する、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項１６】
約２捲縮〜約２０捲縮／インチを有する二次捲縮をさらに含む、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項１７】
前記二次捲縮値が、約４捲縮／インチ〜約８捲縮／インチに及ぶ、請求項１６に記載の繊維トウ。
【請求項１８】
前記一次捲縮対前記二次捲縮の比が、約２０：１〜約２：７に及ぶ、請求項１６に記載の繊維トウ。
【請求項１９】
前記一次捲縮対前記二次捲縮の比が、約５：１〜５：７に及ぶ、請求項１６に記載の繊維トウ。
【請求項２０】
前記繊維が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、及びそれらの組み合わせから選択されたポリマーから作製される、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項２１】
前記繊維が、ポリエチレンテレフタレートから作製される、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項２２】
前記繊維が、約０．５ｄｐｆ〜約５ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値を有する、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項２３】
前記繊維が、約１ｄｐｆ〜約３ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値と、４０％超の平均捲縮テークアップとを有する、請求項１２に記載の繊維トウ。
【請求項２４】
請求項１〜２４のいずれかに記載の複数の繊維トウを含む製品。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれかに記載の複数の繊維トウを含む枕。
【請求項２６】
請求項１〜２４のいずれかに記載の複数の繊維トウを含む詰め物。
【請求項２７】
複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウを形成するためのプロセスであって、前記プロセスが、
ａ）複数の実質的に非捲縮の繊維を含む繊維トウを、スタッファボックスに向かって搬送することと、
ｂ）前記繊維トウに、鋸歯状の捲縮形状の一次機械捲縮を与えることと、
ｃ）実質的に圧縮された形態の複数の実質的に非捲縮の繊維を含む前記繊維トウを、直ちに緩和オーブン内に搬送することと、
ｄ）前記緩和オーブンを介して前記繊維トウを加熱して、前記繊維トウを結晶化させて収縮させることと、
を含む、プロセス。
【請求項２８】
前記緩和オーブンを出る前記繊維トウを、前記繊維トウのガラス転移温度を下回る温度まで冷却することをさらに含む、請求項２７に記載のプロセス。
【請求項２９】
形成された前記繊維トウの平均捲縮テークアップが、ステップ（ｃ）を受けていない繊維トウの平均捲縮テークアップよりも少なくとも４０％高い、請求項２７に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、機械捲縮繊維トウを対象とし、より具体的には、向上された嵩及び捲縮テークアップ（ＣＴＵ）を有する機械捲縮繊維トウを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
繊維トウは、ステープルファイバーに切り分けられることができ、例えば寝具製品、家具、及びぬいぐるみの詰め物等の、多くの不織製品を作製するためにしばしば用いられる。いくつかの繊維トウは、切断されないままで枕、羽毛布団、及び寝袋等の物品を充填するために用いられる延伸可能なトウへと加工される。繊維トウ及びステープルファイバーの開繊は、物品を充填するために用いられる場合、高ロフト不織布または繊維充填材と呼ばれることが多い。繊維トウは、製品の内側領域の空間を充填し、圧縮支持及びロフトを与える。より高い圧縮支持及びロフトを有する繊維トウが望ましいが、これは、より少ない材料を製品に用い、それによって製品コスト及び環境フットプリントを低くすることができるためである。圧縮支持及びロフトを向上させるための１つの方法は、繊維トウを捲縮することである。捲縮形状を保持することは、圧縮支持及びロフトを向上させるために重要であることは、当技術分野において既知である。
【０００３】
不織製品内には、概ね３つの一次捲縮形状、すなわち（１）機械捲縮（すなわち、鋸歯状捲縮）、（２）螺旋状接合体、及び（３）オメガ接合体（すなわち、非対称またはジェットクエンチ）がある。捲縮特性は、一次捲縮頻度計測値、捲縮指数（例えば、捲縮テークアップ（ＣＴＵ））、及び嵩計測値によって計測することができる。より高い捲縮頻度及びＣＴＵ値は、より高い圧縮支持及びロフトを示す。歴史的に、接合体形状は、機械捲縮形状よりも高い嵩及び捲縮テークアップ（ＣＴＵ）値を与える。
【０００４】
しかしながら、接合体形状を製造することの問題の１つは、これらを低いデニール／フィラメント（ｄｐｆ）値で製造することが非常に困難であることである。一方、機械捲縮形状は、低いｄｐｆ値を有する繊維により大幅に低下した処理的困難を経験する。低いｄｐｆ値を有する繊維が、それらの美的及び性能的特性に起因して、顧客にとってより魅力的になってきているため、より高い嵩及びＣＴＵ値に、ｄｐｆがより低い繊維を与えることが望ましい。加えて、機械捲縮形状を用いて、接合体形状のものに近い嵩及びＣＴＵ値を与え、それによってすべてのｄｐｆ値の繊維が、繊維トウに用いられることを可能にすることが望ましく、このことは、製造コスト及び環境フットプリントを低くすることにつながる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の繊維トウは、上述の課題の１つ以上及び／または従来技術の他の課題を解消することを対象とする。本明細書で用いられる場合、「繊維トウ」は、テクスチャード加工がされた繊維の連続した束を意味する。
【０００６】
第１の態様では、本開示は、繊維トウを対象とする。本繊維トウは、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。各繊維は、約５超の平均デニール／フィラメントを有し得る。複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有し得る。
【０００７】
第２の態様では、本開示は、繊維トウを対象とする。本繊維トウは、歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。各繊維は、約５未満の平均デニール／フィラメントを有し得る。複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有し得る。
【０００８】
第３の態様では、本開示は、複数の繊維トウを含む製品を対象とする。本繊維トウは、歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含む物品について、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを含む繊維を含む物品について、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。
【０００９】
第４の態様では、本開示は、枕を対象とする。枕は、複数の繊維トウを含み得る。繊維トウは、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含む枕については、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを有する繊維を含む枕については、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。
【００１０】
第５の態様では、本開示は、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含むステープルファイバー束を対象とする。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含むステープルファイバー束については、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを有する繊維を含むステープルファイバー束については、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。
【００１１】
第６の態様では、本開示は、複数のステープルファイバー束を含む製品を対象とする。ステープルファイバー束は、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含むステープルファイバー束については、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを有するステープルファイバー束については、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。
【００１２】
第７の態様では、本開示は、枕を対象とする。枕は、複数のステープルファイバー束を含み得る。ステープルファイバー束は、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含むステープルファイバー束については、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを有するステープルファイバー束については、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。
【００１３】
第８の態様では、本開示は、複数の繊維トウを含む詰め物を対象とする。本繊維トウは、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含み得る。約５超のデニール／フィラメントを有する繊維を含む詰め物については、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。約５未満のデニール／フィラメントを有する詰め物については、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。
【００１４】
第９の態様では、本開示は、複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウを形成するためのプロセスを対象とする。本プロセスは、複数の実質的に非捲縮の繊維を含む繊維トウを、スタッファボックスに向かって搬送することと、繊維トウに、鋸歯状の捲縮形状の一次機械捲縮を与えることとを含み得る。本プロセスは、実質的にコンパクトな形態の複数の実質的に捲縮の繊維を含む繊維トウを、直ちに緩和オーブン内に搬送することをさらに含み得る。本プロセスは、緩和オーブンを介して繊維トウを加熱して、繊維トウを結晶化させて収縮させることをさらに含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】繊維トウを機械捲縮するための例示の開示されたシステムの概略図である。
【図２】図１の開示されたシステムの概略図であり、捲縮後の繊維トウを取り扱うための従来技術のシステムによって用いられる追加の部分を含む。
【図３】図１の開示されたシステムの概略図であり、捲縮後の繊維トウを取り扱うための開示されたシステムによって用いられる追加の部分を含む。
【図４ａ】図２及び３のシステムによって行われるプロセスの異なる段階における、開示された繊維トウの模式図である。
【図４ｂ】図２及び３のシステムによって行われるプロセスの異なる段階における、開示された繊維トウの模式図である。
【図４ｃ】図２及び３のシステムによって行われるプロセスの異なる段階における、開示された繊維トウの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、繊維トウを機械捲縮するためのシステム１０を図示する。開示された繊維トウは、約１０，０００デニール〜約７百万デニールのデニール範囲を有し得る。ある特定の実施形態では、開示された繊維トウは、約５０，０００デニール〜約７百万デニール、約１００，０００デニール〜約６百万デニール、約２００，０００デニール〜約５百万デニール、約２００，０００デニール〜約３百万デニール、約２００，０００デニール〜約２百万デニール、約２００，０００デニール〜約１．５百万デニール、及び約１百万デニール〜約３百万デニールのデニール範囲を有することができる。開示された繊維トウは、約０．５インチ〜約５０インチに及ぶ幅を有し得る。ある特定の実施形態では、繊維トウの幅は、約１〜約３４インチに及ぶ。ある特定の実施形態では、繊維トウの幅は、約０．５インチ〜約２４インチ、約０．５インチ〜約１８インチ、約０．５インチ〜約１２インチ、約１インチ〜約６インチ、約２インチ〜約２４インチ、約２インチ〜約１８インチ、約２インチ〜約１２インチ、約２インチ〜約６インチ、約３インチ〜約２４インチ、約３インチ〜約１８インチ、約３インチ〜約１２インチ、及び約３インチ〜約８インチに及ぶ。製品において、繊維トウは、切断されていない形態または切断された形態で利用されてもよい。
【００１７】
システム１０は、捲縮ホイール１２、スタッファボックス１４、及びコンベヤベルト１６を含み得る。捲縮ホイール１２は、スタッファボックス１４の上流に位置してもよく、コンベヤベルト１６は、実質的長手方向軸に沿って、捲縮ホイール１２とスタッファボックス１４との間で繊維トウ１８を搬送するように構成され得る。システム１０は、広範囲のデニール／フィラメント（ｄｐｆ）値を有する複数の繊維を有する繊維トウ１８とともに用いられ得る。一実施形態では、システム１０は、約０．５〜４０ｄｐｆのｄｐｆ値を有する繊維とともに用いられ得る。
【００１８】
捲縮ホイール１２は、実質的に非捲縮の繊維トウ１８、例えば新たに引き出された繊維トウに、１つ以上の機械捲縮形状を与えるように構成され得る。例えば、捲縮ホイール１２は、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮２０を与え得る。非限定的な実施形態では、鋸歯状の捲縮の形状は先鋭であってもよく、またはそれらはより丸みを帯びていてもよい。いくつかの実施形態では、一次捲縮２０は、約１捲縮／インチ〜約２０捲縮／インチに及ぶ捲縮頻度を有し得る。繊維トウ１８は、図１に示されるように、実質的矩形体を有し得ることが意図されるが、しかしながら、任意の他の形状を所望のように用いてもよい。ある特定の実施形態では、複数の繊維は、約６〜約２０ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値を有していてもよく、４〜９捲縮／インチに及ぶ値を有していてもよい。他の実施形態では、複数の繊維は、約０．８〜約２ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値を有していてもよく、６〜１４捲縮／インチに及ぶ値を有していてもよい。
【００１９】
スタッファボックス１４は、捲縮ホイール１２を出た後に繊維トウ１８を受け、繊維トウ１８に１つ以上の付加的な捲縮形状を与えるように構成され得る。例えば、スタッファボックス１４の物理的境界と、スタッファボックスフラップ２４に付与された圧力とに起因して、スタッファボックス１４は、鋸歯状の形状をさらに有する繊維トウ１８に、二次捲縮２２を与え得る。いくつかの実施形態では、二次捲縮２２は、約２捲縮／インチ〜約２０捲縮／インチに及ぶ、例えば約２捲縮／インチ〜約１０捲縮／インチの、及び約４捲縮／インチ〜約８捲縮／インチの捲縮頻度を有していてもよい。一実施形態では、一次捲縮２０対二次捲縮２２の比は、約２０：１〜２：７、例えば５：１〜５：７に及んでもよく、また１：１でもよい。
【００２０】
一次及び二次捲縮２０、２２の捲縮頻度は、それぞれの捲縮の保持を示し、結果として、繊維トウ１８の嵩（すなわち、弾力性）及び／または捲縮指数（例えば、捲縮テークアップ（ＣＴＵ））がより高くなり得る。繊維トウ１８の嵩及びＣＴＵは、不織製品、特に高ロフトの不織製品において有用であり得る。複数のパラメータが、一次及び二次捲縮２０、２２の付与に寄与する場合があり、例えば、繊維配向、捲縮ホイール１２に進入する繊維トウ１８の温度、スタッファボックス１４内部にある間の熱量、スタッファボックスフラップ２４から繊維トウ１８に与えられる圧力量、及びどのようにして繊維トウ１８がスタッファボックス１４の後に取り扱われるかを含む。
【００２１】
図２に示されるように、典型的な従来技術のシステムは、繊維トウ１８を加熱する前に、捲縮された繊維トウ１８を第２のコンベヤベルトまで下降させ得る。これらのシステムでの降下は、約１〜約６フィートに及ぶことができる。図２に示されるように、繊維トウ１８は、重力に少なくとも起因して、コンベヤベルト１６からさらに先に落下するに従って、その捲縮形状をより一層失う。繊維トウ１８が下降距離を一度のみ下降すると、繊維トウ１８は、加熱のために緩和オーブン内に供給される。しかしながら、この時点で、繊維トウ１８が伸びて捲縮形状を大幅に失い、それによって、繊維トウ１８の嵩及びＣＴＵ値が低下する。また、繊維トウ１８は、いったんスタッファボックス１４を出ると冷却し始め、かついくつかの用途では、より高い下降距離によって、繊維トウ１８が大幅に捲縮形状及びＣＴＵを失う可能性がある。いかなる特定の理論にも縛られることなく、繊維がポリマーのガラス転移温度を上回る場合には、捲縮形状及びＣＴＵの喪失が大きくなることが考えられる。
【００２２】
本開示の特定の実施形態では、図３に示されるように、システム１０は、繊維トウ１８を、スタッファボックス１４を出た後に実質的にコンパクトな形態で搬送し、続いて繊維トウ１８を緩和オーブン２６内に搬送することができる。本明細書で用いられる場合、用語「実質的にコンパクトな形態（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｃｏｍｐａｃｔ  ｆｏｒｍ）」は、スタッファボックス１４の脱出から、緩和オーブンベルト上に繊維トウを置くまでの二次捲縮２２のノード間距離を２５％以内に維持することを意味する。従来技術において周知であるように、ノード間（またはピーク間）距離を計測して、繊維トウにおける捲縮の分離を判定することができる。図１に見られるように、二次捲縮２２に対するノード間距離は、値Ｙによって表される。式１は、ノード間距離の変化の算出方法を示す。Ｙ後は、繊維トウが緩和オーブンベルトに到達したときのノード間距離を表す。Ｙ開始は、繊維トウがスタッファボックス１４を出たときのノード間距離を表す。表２に示された本発明の試料のノード間距離の変化パーセントは、１％未満であることが分かった。いかなる特定の理論にも縛られることなく、２５％超の値は、繊維トウ１８のＣＴＵ及び嵩を低減させ、一方で５０％超の値は、ＣＴＵ及び嵩保持を大幅に低減させることが考えられる。
【数１】
2017517650.tif 000003
【００２３】
実質的にコンパクトな形態の繊維トウは、一次及び二次捲縮２０、２２が、開繊し、及び／または伸びることを防止し得る。一実施形態では、システム１０は、スタッファボックス１４を出た後、繊維トウ１８を実質的長手方向軸に沿って搬送し、続いて繊維トウ１８を緩和オーブン２６内に直ちに搬送することができる。本明細書で用いられる場合、用語「実質的長手方向軸（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｘｉｓ）」は、約±１０％以内のスタッファボックス１４の長手方向軸を意味する。別の実施形態では、システム１０は、スタッファボックス１４を出た後、繊維トウ１８をスタッファボックス１４の実質的直交軸に搬送することができる。さらに別の実施形態では、システム１０は、繊維トウ１８を支持して一次及び二次捲縮２０、２２を保護するための装置を含み得る。支持は、一次及び二次捲縮２０、２２への重力の影響を抑制し得る。
【００２４】
いくつかの実施形態では、緩和オーブン２６に入る前に、繊維トウ１８は、繊維トウ１８と関連する繊維のガラス転移温度を下回るまで冷却されてもよい。例えば、繊維トウ１８は、周囲空気及び／または当技術分野において周知である任意の冷却装置によって、所望のように冷却されてもよい。いくつかの実施形態では、タッファボックス１４と緩和オーブン２６との間の距離は、冷却量に寄与し得る。具体的には、スタッファボックス１４と緩和オーブン２６との間のさらなる距離は、結果として繊維トウ１８をさらに冷却し得るが、これは繊維トウ１８がより長い期間にわたって周囲空気にさらすことができるためである。ある特定の実施形態では、繊維のガラス転移温度は、約４０℃〜約８０℃であってもよく、特定の実施形態では、ガラス転移温度は、約６０℃〜約７０℃、例えば約６５℃に及ぶ。
【００２５】
いったん緩和オーブン２６内部で、繊維トウ１８は、約８０Ｆ℃〜約１９０℃に及ぶ温度に加熱させることができる。本開示のある特定の実施形態では、繊維トウ１８は、約１７０℃の温度に加熱させることができる。緩和オーブン２６内部では、繊維トウ１８は、結晶化して、約５〜３０％収縮することができる。しかしながら、図２に示された従来技術のシステムとは対照的に、本開示の繊維トウ１８は、捲縮形状を大幅に失うことなく、コンパクトな形態に保たれ得る。結果として、繊維トウ１８は、より高い嵩及びＣＴＵ値を達成し、それによって、結果として圧縮支持及びロフトをより高くし得る。ある特定の実施形態では、緩和オーブン２６を出た後であるが切断前に、繊維トウ１８を、繊維トウ１８と関連する繊維のガラス転移温度を下回るまで冷却してもよい。
【００２６】
本発明の非限定的な一態様では、複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウを形成するためのプロセスが開示される。本プロセスは、ａ）複数の実質的に非捲縮の繊維を含む繊維トウを、スタッファボックスに向かって搬送することと、ｂ）繊維トウに、鋸歯状の捲縮形状の一次機械捲縮を与えることと、ｃ）実質的に圧縮された形態の複数の実質的に捲縮の繊維を含む繊維トウを、直ちに緩和オーブン内に搬送することと、ｄ）緩和オーブンを介して繊維トウを加熱して、繊維トウを結晶化させて収縮させることとを含む。非限定的な一実施形態では、本プロセスは、緩和オーブンを出る繊維トウを、繊維トウのガラス転移温度を下回る温度まで冷却することさらに含む。別の非限定的な実施形態では、形成された繊維トウの平均捲縮テークアップは、ステップ（ｃ）を受けていない繊維トウの平均捲縮テークアップよりも少なくとも４０％高い。
【００２７】
図４ａ〜ｃは、図１のプロセスの異なる段階における繊維トウ１８を図示する。具体的には、図４ａは、スタッファボックス１４を出た後、緩和オーブン２６に入る前の繊維トウ１８を描写する。図４ａに示されるように、この段階において、図４ａは、その最もコンパクトな形態である（すなわち、最も高い嵩及びＣＴＵ値を有する）。図４ｂは、緩和オーブン２６を出た後、結晶化及び収縮が始められた後の繊維トウ１８の本開示に記載の例を描写する。図４ｂに示されるように、この段階において、繊維トウ１８の二次捲縮２２間では実質的に低い分離があり、そのため、嵩及びＣＴＵのほとんどが、開示された実施形態で保持される。対照的に、図４ｃは、従来技術のシステムを用いた場合に、緩和オーブンを出た後の繊維トウ１８の例を描写し、ここで、オーブンベルトへの繊維トウの搬送及び降下を通して、緩和されていない繊維トウの開繊が生じている。図４ｃに示されるように、繊維トウ１８の二次捲縮２２間での分離は、図４ｂに示される繊維トウ１８よりも実質的に高い。
【００２８】
このように、本開示は、スタッファボックス１４を出た後かつ緩和オーブン２６に入る前に繊維トウ１８を取り扱って、嵩及びＣＴＵ値を実質的に向上させる方法を提供する。加えて、本プロセスが機械捲縮を伴うため、広範なｄｐｆ値及び断面を有する繊維を用い得る。結果として、開示されたプロセスは、開示された繊維トウを用いて製品の圧縮支持及びロフトを増大させ、それによって用いられる材料の量及び生産コストを低減させ得る。
【００２９】
本開示の繊維トウは、当技術分野において周知であるポリマーを形成する繊維による繊維を含むことができる。非限定的な一実施形態では、繊維は、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、及びそれらの組み合わせから選択されたポリマーから作製することができる。そのような繊維の非限定的な例は、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸（ＰＬＡ）及びその混合物または共重合体を含むポリエステルから作製され得る繊維を含む。一実施形態では、繊維は、ポリエチレンテレフタレートで作製されてもよい。他の実施形態では、繊維は、ナイロン５、６、ナイロン６／６、ナイロン６、ナイロン７、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６／１０、ナイロン６／１２、ナイロンＤＴ、ナイロン６Ｔ、ナイロン６Ｉ、及びその混合物または共重合体を含むポリアミドで作製されてもよい。さらなる実施形態では、繊維は、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含むポリオレフィンで作製されてもよい。
【００３０】
本開示による繊維は、約０．５ｄｐｆ〜約４０ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値を有することができる。非限定的な例は、約０．５ｄｐｆ〜約３０ｄｐｆ、約０．５ｄｐｆ〜約２０ｄｐｆ、約０．５ｄｐｆ〜約１０ｄｐｆ、約０．５ｄｐｆ〜約５ｄｐｆ、約０．５ｄｐｆ〜約３ｄｐｆ、約０．５ｄｐｆ〜約２ｄｐｆ、約０．５ｄｐｆ〜約１．５ｄｐｆ、約１ｄｐｆ〜約１０ｄｐｆ、約１ｄｐｆ〜約５ｄｐｆ、約１ｄｐｆ〜約３ｄｐｆ、約５ｄｐｆ〜約３０ｄｐｆ、約５ｄｐｆ〜約２０ｄｐｆ、約５ｄｐｆ〜約１０ｄｐｆ、約５ｄｐｆ〜約４０ｄｐｆ、及び約５ｄｐｆ〜約７ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値を含む。ある特定の実施形態では、システム１０は、約１０ｄｐｆ未満の、例えば約７ｄｐｆ未満、約５ｄｐｆ未満、約３ｄｐｆ未満、及び約１．５ｄｐｆ未満のｄｐｆ値を有する繊維で用いられ得る。
【００３１】
より高い嵩及びＣＴＵ値等の特性は、ｄｐｆが変化すると繊維ごとに変動することが本技術分野において周知である。本発明の繊維トウは、高ｄｐｆ及び低ｄｐｆの両方の繊維に対するＣＴＵにおいて驚くべき改善を示す。
【００３２】
本発明の一態様では、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウが開示され、繊維の平均デニール／フィラメントは、約５超であり、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。非限定的な一実施形態では、複数の機械捲縮繊維は、約４０％〜約７５％の平均捲縮テークアップを有する。別の非限定的な実施形態では、複数の機械捲縮繊維は、約５０％超の平均捲縮テークアップを有する。別の非限定的な実施形態では、繊維は、約５ｄｐｆ〜約７ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値と、５０％超の平均捲縮テークアップとを有する。
【００３３】
本発明の別の態様では、鋸歯状の捲縮形状を有する一次捲縮を有する複数の機械捲縮繊維を含む繊維トウが開示され、繊維の平均デニール／フィラメントは、約５未満であり、複数の機械捲縮繊維は、約３０％超の平均捲縮テークアップを有する。非限定的な一実施形態では、複数の機械捲縮繊維は、約３０％〜約７５％に及ぶ平均捲縮テークアップを有する。別の非限定的な実施形態では、複数の機械捲縮繊維は、約４０％超の平均捲縮テークアップを有する。別の非限定的な実施形態では、複数の機械捲縮繊維は、約５０％超の平均捲縮テークアップを有する。別の非限定的な実施形態では、繊維は、約１ｄｐｆ〜約３ｄｐｆに及ぶｄｐｆ値と、４０％超の平均捲縮テークアップとを有する。
【００３４】
本開示によれば、本明細書に開示された機械捲縮繊維トウは、織物及び不織布の両方の製品を含む、多種多様な製品に用いられ得る。最終用途に依存して、本繊維トウは、切断されてもよく、または切断されない継続的な形で用いられてもよい。製品の非限定的な例は、枕、羽毛布団、キルト、及び掛け布団等の寝具完成品、シートクッション及び椅子の背もたれ等の家具構成品、おもちゃ用詰め物、寝袋、及びアウターウェア、保温性製品、及び断熱衣類等の衣類を含む。いくつかの実施形態では、断熱衣類は、シャツ、パンツ、及び任意の他の衣料品を含み得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、寝具完成品、例えば枕は、複数のステープルファイバー束で構成され得る。本明細書で用いられる場合、「ステープルファイバー束（ｓｔａｐｌｅ  ｆｉｂｅｒ  ｂｕｎｄｌｅｓ）」は、長さ約５ｍｍ〜約２００ｍｍに切断することができる繊維トウの区分を意味する。いくつかの実施形態では、ステープルファイバー束は、例えば、約１０ｍｍ〜約１７５ｍｍ、約１５ｍｍ〜約１５０ｍｍ、約２０ｍｍ〜約１２５ｍｍ、約２５ｍｍ〜約１００ｍｍ、及び約２５ｍｍ〜約７６ｍｍに及ぶ長さを有し得る。一例では、ステープルファイバー束は、長さ約３２ｍｍを有する。別の例では、ステープルファイバー束は、長さ約６４ｍｍを有する。ある特定の実施形態では、枕は、長さ及び幅約２０”×２６”を有することができ、約１０オンス〜６０オンスのステープルファイバー束で充填されることができる。より低いデニールの枕（約１〜２ｄｐｆ）については、枕内の複数のステープルファイバー束が、約２２オンス〜４５オンスの重量範囲を有し得る。より高いデニールの枕（約６ｄｐｆ）については、枕内の複数のステープルファイバー束が、約１０オンス〜２６オンスの重量範囲を有し得る。
【００３６】
開示されたシステムと従来技術のシステムとの間の差異を例証するために、いくつかの試験が行われてきた。複数のパラメータが一次及び二次捲縮の付与に寄与することに留意すべきであり、中でも、繊維配向、捲縮ホイールに進入するトウの温度、スタッファボックス内部にある間の熱量、及びスタッファボックスフラップからトウに与えられる圧力量を含む。しかしながら、下記の試験の間、これらのパラメータのすべてを固定した。図２に記載された従来技術のシステムを用いた対照試験、及び図３に開示されたシステムを用いた改良版試験を、同じ機器を用いて立て続けに行った。対照試験と改良版試験との間の唯一の違いは、スタッファボックスを出た後、繊維トウがどのように取り扱われたかであった。
【００３７】
試験の間、対照及び改良版試験のそれぞれについて、２つの異なる試料、（１）６ｄｐｆの試料、及び（２）１．２ｄｐｆの試料を用いた。試験には３つの異なる計測、（１）枕の嵩計測、（２）総嵩範囲計測（ＴＢＲＭ）、及び（３）捲縮テークアップ（ＣＴＵ）が含まれた。本開示の目的のために、枕の嵩、ＴＢＲＭ嵩、及びＣＴＵの計測方法を、以下に詳細に記載する。
【００３８】
枕の嵩計測を、まず所定量（例えば、１８オンス）の繊維を枕カバー内に設置することによって行った。そして、形成された枕を、計測のための負荷感応テーブル上に置いた。ゼロ負荷下にある間、その長さ方向中心における枕の高さＨO（例えば、芯高）を計測した。次に、枕の上に載せる人の頭の近似値を表す負荷約１０ポンドを、直径４インチを有する押さえを介して、枕の長さ方向中心に付与した。そして、負荷ＨLをかけた後の枕の中央高さを計測した。最後に、ＨO及びＨLの値を比較した。より高いＨL値を有する繊維は、より高い枕の嵩を有し得る。この方法は、「抑制された嵩」の計測とみなされる場合があるが、これは、繊維が柔軟な構造、すなわち枕カバー内部に抑制されているためであることに留意すべきである。
【００３９】
枕の嵩試験については、１．２ｄｐｆ及び６ｄｐｆの試料をわずかに異なって調製した。１．２ｄｐｆの繊維トウは短い切断長さを有し、これを、平らにしたときに約２０×２６インチを計測する糸数２２０の綿カバーに吹き込んだ。約２２オンスの切断された繊維トウをカバー内に吹き込んで、枕を作成した。一方、６ｄｐｆの繊維トウは長い切断長さを有し、これを梳いて丸め、繊維詰め物を作成した。約１８カットオンスの繊維トウを用いて、繊維詰め物を作成した。
【００４０】
ＴＢＲＭ嵩計測を、繊維トウの６インチの正方形に切断し、正方形を、それらの総重量が約２０グラムになるまで、交互に重なるようにスタッキングして行った。そして、全領域を、インストロン内で、約５０ポンド（２２．７キログラム）が可能なロードセル下で圧縮した。スタッキング高さを、（２ポンドの負荷下での１調整サイクル後）負荷０．００１（ＢＬ1について）及び０．２（ＢＬ2について）ポンド／平方インチ（それぞれ０．００００７及び０．０１４キログラム／平方センチメートル）ゲージにおける高さごとに記録した。０．００１ｐｓｉでの負荷は約０．０３６ｌｂｓであり、０．２ｐｓｉでの負荷は約７．２ｌｂｓであった。ＢＬ1は、初期高さすなわち嵩であり、充填力の測定である一方で、ＢＬ2は負荷下での高さすなわち残留嵩であり、支持嵩の測定である。より高いＢＬ2値の結果として生じる繊維は、より高いＴＢＲＭ嵩を有し得る。この方法は、繊維に対する外部の抑制がないため、「抑制された嵩」の計測とみなされる場合があることを留意すべきである。
【００４１】
捲縮テークアップ（ＣＴＵ）計測を、繊維トウを、単一のフィラメント繊維、または本明細書ではフィラメント束と称する１０〜５０フィラメントの間の小さな束に切断することによって行った。そして、２０個のフィラメント束をランダムに選択した。各フィラメント束を、緩和状態（すなわち、伸ばされていない）で、及び完全に伸ばされた（すなわち、実質的に非捲縮の状態まで延ばされた）状態で計測した。特に、各フィラメント束を、スライド定規に取り付けられたピンセット間に置き、フィラメント束の第１の端を保持した。フィラメント束が緩和状態にある間、緩和長さＬ1を計測した。フィラメント束の重量のみを用いて、緩和長さＬ1を判定する。そして、フィラメント束の第２の端を、別のピンセットによって引っ張り、すべての一次及び二次捲縮が引き出されるまで伸ばした。フィラメント束が十分に伸ばされた状態にある間、伸び長さＬ0を計測した。フィラメント束ごとのＣＴＵ値を、以下に続く数式、下記の式２において、緩和長さＬ1及び伸び長さＬ0の両方を用いて算出した。２０個のランダムに選択されたフィラメント束ごとのＣＴＵ値を算出し、その後平均して、フィラメント束についての平均ＣＴＵ値を得た。
【数２】
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【００４２】
以下に示されるように、試験から収集されたデータを、表１及び２に集計した。結果の説明は、表の後に続く。表１及び２で用いられる用語「シリコーン処理（ｓｉｌｉｃｏｎｉｚｅｄ）」は、ポリエステル繊維の表面が、シリコーンポリマーでコーティングされていることを意味する。シリコーンは、オルガノシロキサンまたはポリシロキサンとも呼ばれ、ポリエステル繊維と良好に結合し、摩擦を低減して、物品の耐久性及び手ざわりを改善する。シリコーンコーティングは、繊維に付着し、繰り返し洗浄した後も剥がれることがない。これもまた、繊維が互いに対してより容易にすり抜けて、ネスティングではなく、元の位置に跳ね返ることを可能にすることによって、高ロフトの不織布の耐久性をもたらす。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００４３】
表１及び２に示されるように、１．２ｄｐｆの試料については、改良版の枕の嵩値は、対照によって形成された枕と比較して、１００％を上回って改善した。具体的には、対照についての１．５インチと比較すると、改良版の枕の嵩は３．１インチであった。枕の嵩試験の結果は、少なくとも約２０％の有効重量軽量化をさらに示した。本開示においてはＴＢＲＭ嵩データを含まなかったが、これは、１．２ｄｐｆの試料の短い切断長さに起因してＴＢＲＭ試験を行うことが困難であったためである。１．２ｄｐｆの試料についてのＣＴＵ値は、対照のそれと比較して、改良版試料では５５％の向上を示した。特に、対照についてのＣＴＵ値２９％と比較して、改良版試料のＣＴＵ値は４５％であった。
【００４４】
６．０ｄｐｆの試料については、改良版の枕の嵩値は、対照によって形成された枕と比較して、４０％を上回って改善した。具体的には、対照に対する２．２インチと比較した場合、改良版試料の枕の嵩は３．２インチであった。枕の嵩試験の結果は、約２０％の有効重量軽量化をさらに示した。改良版試料のＴＢＲＭ嵩は、制御と比較して３５％を上回った。具体的には、支持嵩値は、対照についての０．４８インチと比較して、改良版試料については０．６６インチであった。６．０ｄｐｆの試料についてのＣＴＵ値は、対照のそれと比較して、改良版試料では４２％の向上を示した。特に、対照についての３７％と比較して、改良版のＣＴＵ値は５３％であった。
【００４５】
従来技術を超えるいくつかの利点は、開示された繊維トウと、繊維トウを機械捲縮するプロセスとに関連し得る。開示された繊維トウは、すべてのデニール範囲において向上された嵩及びＣＴＵ値を有し得る。具体的には、開示された繊維トウは、約５ｄｐｆを下回るデニール範囲において、向上された嵩及びＣＴＵ値を有し得る。加えて、開示されたシステムは、不織製品により少ない材料が用いられ、それによって生産コスト及び環境フットプリントを低減させることを可能にし得る。
【００４６】
当業者においては、開示された繊維トウに対して、さまざまな変更及び変形を成し得ることが明白であろう。当業者においては、他の実施形態は、本明細書及び開示された繊維トウの実施を考慮することから明白であろう。本明細書及び実施例は、例示のみとして考慮されることが意図され、正しい範囲は、以下に続く請求項及びそれらの均等物によって示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【国際調査報告】
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