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KR20130056866A - 무기 섬유 웨브의 제조 방법 - Google Patents

무기 섬유 웨브의 제조 방법 Download PDF

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KR20130056866A
KR20130056866A KR1020127029328A KR20127029328A KR20130056866A KR 20130056866 A KR20130056866 A KR 20130056866A KR 1020127029328 A KR1020127029328 A KR 1020127029328A KR 20127029328 A KR20127029328 A KR 20127029328A KR 20130056866 A KR20130056866 A KR 20130056866A
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KR
South Korea
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fibers
inorganic
fiber
forming chamber
gravity
Prior art date
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KR1020127029328A
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English (en)
Inventor
브랜든 엘 코르드츠
조지 더블유 프로스트
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
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Publication date
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Abstract

용융-성형된 무기 섬유를 가공하여 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 형성할 수 있는 방법이 개시된다. 그래비티-레잉 공정은 용융-성형된 무기 섬유를 기계적으로 분리하는 단계 및 섬유를 수집하는 단계를 포함하며, 용융-성형된 무기 섬유를 다른 무기 섬유 및/또는 무기 미립자 첨가제와 블렌딩하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

무기 섬유 웨브의 제조 방법{METHODS OF MAKING INORGANIC FIBER WEBS}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 그 개시 내용이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된 2010년 4월 13일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/323,416호에 대하여 우선권을 주장한다.
무기 섬유를 포함하는 웨트-레이드(wet-laid) 및 드라이-레이드(dry-laid) 웨브가 수년 동안 알려져 왔으며 광범위한 응용, 특히 내고온성과 관련된 응용에 사용되어 왔다.
용융-성형된 무기 섬유를 가공하여 그래비티-레이드(gravity-laid) 무기 섬유 웨브를 형성할 수 있는 방법이 개시된다. 그래비티-레잉(gravity-laying) 공정은 용융-성형된 무기 섬유를 기계적으로 분리하는 단계 및 섬유를 수집하는 단계를 포함하며, 용융-성형된 무기 섬유를 다른 무기 섬유 및/또는 무기 미립자 첨가제와 블렌딩하는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 일 태양에서, 용융-성형된 무기 섬유를 포함하는 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시되는데, 본 방법은 무기 재료를 용융물로서 압출하고 용융된 압출물을 섬유로서 고형화하고 고형화된 무기 섬유를 수집하는 단계; 수집된 고형화된 무기 섬유를 형성 챔버 - 상기 형성 챔버는 형성 챔버 내에 적어도 하나의 열로 제공되는 복수의 섬유-분리 롤러를 포함하며 이동식 무단 벨트 스크린을 포함함 - 내로 도입하는 단계; 섬유-분리 롤러를 사용하여 무기 섬유의 적어도 일부를 기계적으로 분리하는 단계; 이동식 무단 벨트 스크린에 의해 무기 섬유의 임의의 나머지 집합체(agglomerate)를 포획하고 포획된 집합체를 섬유-분리 롤러로 되돌려 보내 섬유-분리 롤러에 의해 기계적으로 분리되게 하는 단계; 기계적으로 분리된 무기 섬유를 그래비티-레이드 무기 섬유 매트로서 수집하는 단계; 그래비티-레이드 무기 섬유 매트를 형성 챔버로부터 꺼내는 단계; 및 그래비티-레이드 무기 섬유 매트를 압밀(consolidate)하여 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 태양 및 다른 태양들은 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기의 개요는 청구된 기술적 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니되며, 그 기술적 요지는 절차를 수행하는 동안 보정될 수도 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
<도 1>
도 1은 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 제조하는 데 사용될 수 있는 예시적인 공정의 개략 측면도.
<도 2>
도 2는 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 포함하는 예시적인 물품의 측면도.
다양한 도면의 유사한 도면 번호는 유사한 요소를 나타낸다. 일부 요소는 동일하거나 동등한 다수로 존재할 수 있으며; 그러한 경우에 오직 하나 이상의 대표적인 요소가 도면 번호에 의해 지칭될 수 있으나 그러한 도면 번호는 그러한 동일한 요소 모두에 적용됨이 이해될 것이다. 달리 지시되지 않는 한, 본 문서 내의 모든 도면은 축척대로 그려진 것이 아니며 본 발명의 상이한 실시 형태들을 예시하는 목적을 위해 선택된다. 특히, 다양한 구성요소들의 치수는 단지 설명적인 관점에서 도시되며, 다양한 구성요소들의 치수들 사이의 관계는 이렇게 지시되지 않는 한 도면으로부터 추론되어서는 안 된다. "상단", "하단", "상부", 하부", "아래", "위", "전방", "후방", "외향", "내향", "상방" 및 "하방", 및 "제1" 및 "제2"와 같은 용어들이 본 개시 내용에 사용될 수 있지만, 이들 용어는 달리 언급되지 않는다면 그들의 상대적 의미로만 사용됨을 이해하여야 한다.
도 1은 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)를 제조하는 데 사용될 수 있는 예시적인 장치(1)를 나타내는 (형성 챔버(2)는 절단되어 그 내부가 보이는 상태의) 측면도이다. 용융-성형된 무기 섬유(3)가 용융-성형 유닛(400)에 의해 생성되어 (예를 들어, 캐리어(405)에 의해 운반되는 수집된 섬유 덩어리(406)로서) 그로부터 이송되고, 예컨대 섬유 투입 장치(31)에 의해 형성 챔버(2) 내로 도입된다. 일부 실시 형태에서는, 오직 형성 챔버(2)에서 가공된 섬유만이 용융-성형된 무기 섬유(3)이다. 다른 실시 형태에서는, 하나 이상의 부가적인 유형의 섬유가 (섬유 투입 장치(31)에 의해서, 또는 별도의 섬유 투입 장치에 의해 첨가됨으로써) 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있으며, 이 경우에 형성 챔버(2)는 부가적인 섬유(들)와 용융-성형된 무기 섬유(3)를 블렌딩하는 역할을 할 것이다. 일부 실시 형태에서, 하나 이상의 유형의 무기 미립자 첨가제(21)가 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있으며, 이 경우에 형성 챔버(2)는 미립자 첨가제(21)와 용융-성형된 무기 섬유(3)(및 존재한다면 임의의 다른 섬유)를 블렌딩하는 역할을 할 것이다. 미립자 첨가제(21)는, 본 명세서에서 이후에 상세하게 기재된 바와 같이, 하나 이상의 팽창성(intumescent) 첨가제, 하나 이상의 흡열성 첨가제, 하나 이상의 단열성 첨가제, 및 하나 이상의 결합제 등을 포함할 수 있다. 존재한다면, 미립자 첨가제(21)는 용융-성형된 무기 섬유(3)와 함께 섬유 투입 장치(31)에 의해 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있거나, 또는 예를 들어 입자 투입 장치(22)에 의해서 개별적으로 도입될 수 있다. 또한, 장치(1)는 용융-성형된 무기 섬유(3)가 형성 챔버(2) 내로 도입되기 전에 용융-성형된 무기 섬유 상에 유체를 분무할 수 있고/있거나, 형성 챔버(2) 안의 섬유와 접촉하도록 형성 챔버의 내부에 유체를 분무할 수 있고/있거나, 섬유(3)가 매트로서 침착되어 형성 챔버(2)를 빠져나온 후에 상기 섬유 상에 유체를 분무할 수 있는 유체 (액체) 분무 시스템(32)을 포함할 수 있다. 유체는 임의의 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 유체는 섬유의 가공을 향상시키는 역할을 하는 물, 수용액, 또는 비수성 유체 또는 용액을 포함할 수 있다. 또는, 유체는, 본 명세서에서 이후에 상세하게 기재된 바와 같이, 예를 들어, 하나 이상의 결합제를 포함하고/포함하거나 하나 이상의 무기 미립자 첨가제를 포함하는 용액, 분산액, 라텍스 등을 포함할 수 있다. 원한다면, 유체는 무기 미립자 첨가제(21)를 포함할 수 있다.
형성 챔버(2) 내에서, 용융-성형된 무기 섬유(3; 및 존재하는 임의의 다른 섬유)가 가공된다. 이는, 예를 들어, 섬유를 개별 섬유 및/또는 수개 이하의 섬유의 그룹으로 기계적으로 분리하는 (예를 들어, 부분적으로, 대부분, 또는 거의 완전히 풀리게(de-agglomerate) 하는) 것을 포함할 수 있다. 이는 돌출부(4; 스파이크(spike)라는 일반적인 용어로 지칭되지만, 이는 임의의 적합한 디자인일 수 있음)를 각각 포함하는 섬유-분리 롤러(7)를 회전시켜 달성된다. 인접한 롤러(7)의 스파이크(4)는 (전형적으로는 서로 접촉하지 않지만) 서로 맞물리는 관계에 있으며, 그러므로 (특히 집합체가 2개의 움직이는, 예를 들어, 역회전하는 스파이크들 사이에 잠시 붙들릴 때) 섬유의 집합체에 전단력을 가할 수 있고, 이 집합체를 적어도 부분적으로 개별 섬유 또는 더 적은 개수의 섬유의 집합체로 분리할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 섬유-분리 롤러(7)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 롤러 열(71, 72)의 상부 세트 및 롤러 열(73, 74)의 하부 세트로 존재할 수 있다. 당업자는 형성 챔버(2) 및 챔버 내의 섬유-분리 롤러(7)의 디자인 및 작동 파라미터가 챔버 내에서 가공되는 섬유의 특정 조성 및/또는 특성을 고려하여 조정될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 챔버(2) 내에서의 소정 섬유의 체류 시간을 증가시키도록 하는 것, 섬유의 기계적 분리량을 증대시키도록 하는 것 등을 위하여, 예를 들어, 롤러 간격, 스파이크 길이, 롤러를 따른 그리고 롤러 둘레의 스파이크 간격, 스파이크가 서로 맞물리는 정도, 다양한 롤러들의 회전 속도, 다양한 롤러들의 회전 방향 등 중에서 임의의 것 또는 모두가 변화될 수 있다. 섬유-분리 롤러의 작동은 섬유 집합체가 형성 챔버(2) 내에서 텀블링 및/또는 재순환하게 할 수 있는 선택적인 기류에 의해서, 예를 들어, 형성 챔버(2) 내에 적절히 위치되는 (선택적인) 공기 노즐의 사용에 의해서 향상될 수 있다. (공기라는 용어가 본 명세서에서 사용되지만 이 용어는 그의 가장 넓은 의미로 사용되며 임의의 적합한 기체상 유체의 사용을 포함할 수 있음에 주의한다).
예를 들어, 섬유(3)가 섬유-분리 롤러(7)에 쉽게 근접하여 상기한 바와 같이 가공될 수 있도록, 섬유 투입 장치(31)는 유리하게는 (도 1에 도시된 바와 같이) 형성 챔버(2)의 상부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 미립자 첨가제(21)가 롤러(7)에 근접하는 것이 바람직하다면, 입자 투입 장치(22)가 형성 챔버(2)의 상부 부분에 위치할 수 있다. 아니면, 입자 투입 장치(22)는 형성 챔버(2)의 하부 부분에 (예를 들어, 롤러(7) 아래에) 위치할 수 있다. 특정 응용을 위해 미립자 첨가제(21)와 섬유의 충분한 블렌딩이 달성되기만 한다면 어떠한 배열도 가능하다.
섬유의 집합체 및/또는 개별 섬유는 형성 챔버(2) 내에서, 중력의 영향으로, 결국에는 아래로 떨어질 것이다. 형성 챔버(2)는 (일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 섬유-분리 롤러 열(71, 72)의 상부 세트 및 섬유-분리 열(73, 74)의 하부 세트를 통과할 수 있는) 무단 벨트 스크린(8)을 포함한다. 무단 벨트 스크린(8)은 원하는 크기의 관통 구멍 또는 크기들의 조합의 관통 구멍을 포함할 수 있다. 따라서, 존재한다면 그리고 소정 크기를 초과한다면, 섬유 집합체, 클럼프(clump) 등이 형성 챔버(2) 내에서 무단 벨트 스크린(8)에 의해 포획되고 재순환되어, 부가적인 기계적 분리(예를 들어, 풀림)를 위해 섬유-분리 롤러의 세트들 중 하나 또는 둘 모두를 통과할 수 있다. 무기 섬유를 가공 및/또는 블렌딩하기 위한 형성 챔버(2)의 사용은, 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 국제특허 공개 WO 2009/048859호에 더 상세하게 기재되어 있다.
무단 벨트 스크린(8)에 의해 재순환되는 것을 피한 용융-성형된 무기 섬유(3; 및 존재한다면 다른 섬유 및/또는 미립자 첨가제)는 중력에 의해 결국 (통상 무단 벨트 등일 수 있는) 캐리어(5)에 내려앉아 섬유 매트(6)를 형성한다. 전형적으로, 섬유(3)는, 캐리어(5)의 표면에 대해 일반적으로 평행할 수 있고 캐리어(5)의 다운웨브 및 크로스웨브 축에 대해 일반적으로 랜덤할 수 있는 구성으로 내려앉는다. 예를 들어, 형성 챔버(2)의 하부 부분을 통과하거나 또는 형성 챔버(2)의 하단의 개구 아래를 통과하는 캐리어(5)를 포함하는 캐리어(5)는 형성 챔버(2)의 하단에 있으며, 그 결과 어느 경우든 용융-성형된 무기 섬유(3; 및 존재한다면, 다른 섬유 및 미립자 첨가제(21))가 그 위에 침착될 수 있다. 캐리어(5)는 통기성일 수 있으며; 캐리어(5)를 통해 압력 차이를 가하여 섬유 및 미립자 첨가제가 캐리어(5) 상에 침착되어 유지되는 데 도움을 주도록, 적어도 부분적인 진공이 캐리어(5)의 하단 표면에 가해질 수 있다. 원한다면, 캐리어(5) 위에 일회용 통기성 층(예를 들어, 얇은 일회용 다공성 페이퍼 라이너, 예를 들어, 티슈 페이퍼)을 사용하는 것이 편리할 수 있다. 그래비티-레잉 공정은 유리하게는 형성된 섬유 매트(6)의 크로스웨브 치수에 걸쳐 일반적으로 균일한 두께로 섬유(및 존재한다면 미립자 첨가제(21))를 침착할 수 있다.
섬유 매트(6)는 캐리어(5) 상에 있는 채로 형성 챔버(2) 밖으로 또는 그로부터 멀리 운반될 수 있다. 원한다면, 섬유 매트(6)가 형성 챔버(2)를 빠져나가는 지점에 롤(23)이 제공될 수 있다. 롤(23)에 의해 섬유 매트(6)가 잠시 압축될 수 있지만, 전형적으로 섬유 매트(6)는 실질적으로 다시 회복된다. 본 명세서에서 섬유 매트(6)의 침착된 그대로의 두께에 대한 모든 언급은 롤(23) 아래를 통과한 후의 섬유 매트(6)의 두께를 가리킨다. 섬유 매트(6)는 (도 1의 예시적인 실시 형태에서와 같이) 캐리어(5) 상에 체류하면서, 본 명세서에서 이후에 추가로 상세하게 기재된 바와 같이, 다양한 가공 유닛으로 운반될 수 있다. 아니면, 섬유 매트(6)는 캐리어(5)로부터 그러한 목적을 위한 별도의 캐리어로 옮겨질 수 있다.
용융-성형된 무기 섬유(3)는, 무기 섬유의 용융-성형에 사용되는 임의의 잘 알려진 유형의 장비일 수 있는 용융-성형 유닛(400)에 의해 제조된다. 전형적으로, 그러한 장비에서는, 무기 전구체(천연 광물, 합성에 의해 제조된 공급재료 등 어떤 것이든)가 무기 공급 유닛(401)에 의해 용융-성형 유닛(400) 내로 도입된다. 유닛(400) 내에서, 무기 전구체가 용융되고, 이어서 용융된 필라멘트로 형성되고, 고형화된 무기 섬유(3)의 덩어리(406)로서 수집된다. 그러한 용융-성형 공정은 예컨대 멜트블로잉(melt-blowing) 및 멜트스피닝(melt-spinning)을 포함할 수 있으며, 이들 둘 모두는 당업자에게 잘 알려져 있다. 용융-성형된 무기 섬유(3)는 잘 알려진 방법에 의해 섬유 덩어리(406)로서의 수집 전 또는 후에 가공, 처리 등이 수행될 수 있다. 예를 들어, 소위 사이즈 코팅 등이 가공성 향상을 위해 섬유에 적용될 수 있다. 원한다면, 예를 들어, 실온의 공기, 또는 냉각된 공기가 섬유 덩어리(406)에 부딪히게 함으로써 섬유 덩어리(406)를 또한 냉각할 수 있다.
일부 실시 형태에서는, 섬유 덩어리(406)를 수집하고, 용융-성형된 무기 섬유(3)를 추가로 가공하기 원할 때까지 보관한다. 이러한 유형의 실시 형태에서, 섬유 덩어리(406)를 예컨대 조밀한 베일(bale)로 압축하는 것보다는 비교적 느슨한 덩어리로 보관하는 것이 유리할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 형성 챔버(2)는 용융-성형 유닛(400)과 나란히 연결되도록 배열되어, 섬유 덩어리(406)가 임의의 유형의 중간 보관을 거치지 않고 형성 챔버(2)로 직접 이송된다 (예를 들어, 도 1의 예시적인 설계에 도시된 바와 같음).
용융-성형 유닛(400)과 조합된 형성 챔버(2)의 사용은 용융-성형된 무기 섬유(3)의 가공에 관하여 다수의 이점을 제공할 수 있다. 무기 섬유를 제조하는 다수의 용융-성형 방법은, 회전하는 로터에 광물 용융물을 공급하는 단계, 로터의 원심력을 사용하여 용융된 필라멘트를 축방향으로 외향 이동하게 하는 단계, 및 그렇게 제조된 섬유를 고형화 및 수집하는 단계를 포함한다. 그러한 방법은, 특히 비교적 광폭 웨브(예를 들어, 1 미터 이상)를 제조하는 데 사용되는 경우, 크로스웨브 에지를 향해서는 실질적으로 더 얇고 웨브의 중심선을 향해서는 더 두꺼운 웨브를 생성할 수 있는 것으로 잘 알려져 있다. 대조적으로, 형성 챔버(2)의 그래비티-레잉 공정은 전형적으로 웨브의 폭에 걸쳐 매우 균일한 두께의 웨브를 내려놓게 한다. 일부 실시 형태에서, 그래비티-레잉 공정은 크로스웨브 폭이 1 미터 이상인 매트의 형성을 가능하게 할 수 있으며, 이 경우 (매트를 압축하지 않고 측정할 때의) 침착된 매트의 두께는 침착된 매트의 크로스웨브 폭 전체에 걸쳐 10% 미만으로 변한다. 그래비티-레잉 공정은 또한 매우 두꺼운 웨브(예를 들어, 최대 5 ㎝ 이상)의 형성, 특히 매우 균일한 크로스웨브 두께의 매우 두꺼운 웨브의 형성을 가능하게 할 수 있다.
추가로, 형성 챔버(2)의 사용은 용융-성형된 무기 섬유(3) 내의 숏(shot)의 양을 감소시킬 수 있다. 당업자는, 예를 들어, 섬유의 용융-가공에서 때때로 형성되며, 불리한 영향을 미칠 수 있는 입자, 예를 들어, 고체 입자로서의 숏에 친숙하다. 섬유-분리 롤러의 전단 작용에 의해서, 숏이 섬유 집단으로부터 제거될 수 있으며, 이어서 예를 들어, 챔버(2)에 제공되는 경우 체(sieve)에 의해서 섬유로부터 분리될 수 있다. 대안적으로, 숏은, 예를 들어, 사이클론 분리 장치를 사용하여 원심력에 의해서 섬유로부터 분리될 수 있다.
용융-성형 유닛(400)과 함께 형성 챔버(2)를 사용하는 것은 또한 다른 섬유 및/또는 미립자 첨가제와 용융-성형된 무기 섬유(3)를 블렌딩하는 데 있어서 많은 이점을 제공할 수 있다. 많은 섬유 및/또는 미립자 첨가제가 용융-성형된 섬유 스트림 또는 용융-성형된 섬유의 수집된 덩어리에 모두 또는 원하는 양으로 블렌딩될 만큼 충분히 용융-성형 공정과 상용적(compatible)이지 않을 수 있다. 예를 들어, 소정의 팽창성 재료는, 용융-성형 유닛(400)의 작동 중에 용융-성형된 섬유가 전형적으로 수집되는 온도에 노출되는 경우 조기에 팽창할 수 있다. 대조적으로, 형성 챔버(2)는, 원한다면 매우 높은 수준으로, 임의의 무기 또는 유기 섬유 또는 미립자 첨가제를 본질적으로 블렌딩하는 가능성을 제공한다.
형성 챔버(2)의 사용은 다른 이점을 제공한다. 수집된 섬유 덩어리(406)를 섬유-웨브 기반 제품(예를 들어, 단열 블랭킷(insulation blanket) 등)으로 변환시키기 위해서 그리고 특히 용융-성형된 무기 섬유(3)를 다른 섬유 및/또는 미립자 첨가제와 블렌딩하기 위해서는, 섬유 덩어리(406)를 포장하여 다른 공정 라인으로 선적하는 것이 일반적인 관행이다. 경제적인 이유로, 섬유 덩어리(406)는 흔히 선적을 위한 베일로 압축된다. 이어서, 최종 제품을 제조하기 위해, 예를 들어, 베일-개섬(bale-opening) 장비를 사용하여 용융-성형된 무기 섬유(3)를 압축된 상태로부터 개섬하는 것이 필요하다. 그러한 압축, 포장, 선적, 취급, 및 특히 섬유 개섬은 무기 섬유(무기 섬유는 그의 대응하는 유기 섬유보다 훨씬 더 부서지기 쉬움)에 손상 또는 파단을 야기할 수 있는 것으로 잘 알려져 있다. 따라서, 특히 용융-성형 유닛(400)과 나란히 연결되도록 배열된 형성 챔버(2)의 사용은, 용융-성형된 무기 섬유(3)를 최소로 취급 및 가공하면서 (예를 들어, 이를 베일로 압축하고 이어서 그로부터 개섬하는 것이 없이), 다른 섬유 및/또는 미립자 첨가제가 용융-성형된 무기 섬유(3)와 블렌딩되게 할 수 있고/있거나 용융-성형된 무기 섬유(3)가 웨브 기반 제품으로 형성되게 할 수 있다. 이것은 수집된 그대로의 길이의 용융-성형된 무기 섬유(3)가 실질적으로 보존되게 할 수 있으며, 이는 무기 섬유로부터 형성된 최종의 웨브 기반 제품의 수많은 특성을 개선할 수 있다. 그러한 이점은 용융-성형된 무기 섬유(3)가 세라믹 섬유, 예를 들어, 체내-용해성(body-soluble) 세라믹 섬유 - 이것은 특히 부서지기 쉬우며 깨지기 쉬운 것으로 알려짐 - 인 경우에 특히 유용할 수 있다.
섬유 집합체가 (비교적 낮은 속도로 회전하여 비교적 낮은 전단을 부여하는) 섬유-분리 롤러(7)에 의해 기계적으로 분리되고 (예를 들어, 풀리게 되고), 기계적으로 분리된 섬유(3)가 챔버(2)를 통과해 떨어져서 캐리어(5) 상에 내려앉고, (존재한다면) 임의의 나머지 섬유 집합체가 무단 벨트 스크린(8)에 의해 재순환되는, 형성 챔버(2)에 의해 수행되는 전술한 공정을 본 명세서에서는 그래비티-레잉이라고 칭하며, 그로부터 형성된 무기 섬유 매트를 그래비티-레이드 무기 섬유 매트라고 칭한다. 그래비티-레잉 공정은 제지 장치 및 방법에 의존하는 소위 웨트-레이드 웨브 형성 공정과 구별될 수 있다. 본 공정은 또한 카딩(carding), 가네팅(garnetting) 및 에어-레잉(air-laying)과 같은 잘 알려진 통상적인 드라이-레잉 웨브 형성 공정과 구별될 수 있다. 카딩 또는 가네팅은 (예를 들어, 일반적으로 비교적 고속으로 회전하는 카딩 롤에 의한) 섬유 클럼프의 기계적 분리 및 일반적으로 평행한 다운웨브-배향된 구성으로의 섬유의 배열을 수반한다. 이러한 유형의 (비교적 고전단) 기계적 분리는 무기 섬유, 특히 세라믹 섬유 및/또는 비교적 긴 무기 섬유와 함께 사용되는 경우 상당한 파단을 부여하는 것으로 잘 알려져 있다. 에어-레잉 공정 (예를 들어, 미국 뉴욕주 매세던 소재의 란도 머신 코포레이션(Rando Machine Corp.)에 의해 상표명 "란도 웨버"(RANDO WEBBER)로 판매되는 것과 같은 구매가능한 웨브 형성 기기를 사용하는 것)은 전형적으로 수집 표면 상으로 섬유를 이송하기 위해 (일반적으로 비교적 고속으로 회전하는) 리커인(lickerin) 롤 및 고속 기류의 사용을 수반한다. 기계적 카딩과 유사하게, 에어-레잉은 무기 섬유에 대해, 특히 비교적 긴 무기 섬유 및/또는 세라믹 무기 섬유에 대해 상당한 파단을 야기하는 것으로 알려져 있다. 대조적으로, 그래비티-레잉 공정은 (예를 들어, 회전 리커인 롤, 회전 카딩 롤 등의 속도보다 훨씬 더 낮은 속도로 회전함으로써) 파단을 최소화하면서 무기 섬유, 특히 긴 섬유 및/또는 세라믹 섬유를 가공할 수 있는 섬유-분리 롤러에 의존한다.
상기에 기재된 방법에 의해 캐리어(5) 상에 침착됨에 따라, 무기 섬유(3)는 기계적 강도 또는 일체성(integrity)을 거의 또는 전혀 갖지 않을 수 있는 무기 섬유 매트(6)를 구성한다. 이어서, 섬유 매트(6)는, 예를 들어, 압밀 유닛(9)에 의해 충분한 기계적 일체성을 갖도록 압밀되어 무기 섬유 웨브(10)를 구성할 수 있다. 무기 섬유 웨브란, 웨브가, 예를 들어, 롤링, 커팅, 컨버팅 등과 같은 작업에서 취급되기에 충분한 (다운웨브 방향, 크로스웨브 방향, 및 웨브 두께를 관통하는 방향으로의) 기계적 강도를 갖는 자가-지지형(self-supporting) 웨브여서 무기 섬유 웨브(10)가 본 명세서에 개시된 바와 같이 다양한 제품으로 형성되게 할 수 있도록 (예를 들어, 웨브의 섬유의 일부 또는 전부를 서로 얽히게(entangled) 하고/하거나 직접적으로 또는 간접적으로 서로 접합되게 함으로써) 압밀된 무기 섬유 매트를 의미한다. 섬유 매트(6)는 (도 1의 예시적인 배열에 도시된 바와 같이) 압밀 공정 동안 캐리어(5) 상에 남아있을 수 있거나, 또는, 섬유 매트(6)는 압밀을 위한 별도의 캐리어로 옮겨질 수 있다.
일부 실시 형태에서 섬유 매트는 니들-펀칭(needle-punching) (니들 택킹 (needle tacking)으로도 알려져 있음)에 의해 압밀된다. 그러한 경우에, 압밀 유닛(9)은 니들-펀칭 유닛을 포함할 수 있다. 니들-펀칭된 매트는, 예를 들어, 바브형(barbed) 니들에 의한 매트의 다수의 전체적인 또는 부분적인 침투에 의해 제공되는 섬유의 물리적 얽힘(entanglement)이 존재하는 매트를 지칭한다. 섬유 매트는 통상적인 니들-펀칭 장치 (예를 들어, 독일 소재의 딜로(Dilo)로부터 상표명 "딜로"로 구매 가능하고, 바브형 니들(예를 들어, 미국 위스콘신주 매니토웍 소재의 포스터 니들 컴퍼니 인크.(Foster Needle Company, Inc.)로부터 구매 가능함)을 갖춘 니들 펀칭기)를 사용하여 니들 펀칭되어 니들-펀칭된 섬유 매트를 제공할 수 있다. 매트의 면적당 니들-펀치 수는 특정 응용에 따라, 그리고 특히 니들-펀칭 공정을 수행하는 데 있어서 부여하기를 원하는 웨브의 두께 감소의 측면에서 달라질 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 섬유 매트는 약 2 내지 약 2000 니들-펀치/㎠를 제공하도록 니들-펀칭될 수 있다. 당업자는 무기 섬유를 가공하는 데 특히 적합한 것으로 알려져 있는 것을 포함하는 임의의 적합한 니들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 적합한 니들에는, 예를 들어, 미국 위스콘신주 매니토워크 소재의 포스터 니들(Foster Needle)로부터 상표명 15x18x32x3.5RB F20 9-6NK/CC, 15x18x32x3.5CB F20 9-6.5NK/CC, 15x18x25x3.5RB F20 9-7NK, 및 15x18x25x3.5RB F20 9-8NK로 입수가능한 것들, 또는 그 등가물이 포함될 수 있다. 니들은 매트의 전체 두께를 관통할 수 있거나, 또는 단지 부분적으로 관통할 수 있다. 니들이 섬유 매트 안으로 완전히 관통하지 않는다고 하더라도, 니들-펀칭 공정은 적어도 매트의 표면에 근접한 층에서 충분한 섬유 얽힘을 제공하여, 다운웨브 및 크로스 웨브 방향으로의 섬유 웨브의 인장 강도를 증대시킬 수 있다. 이러한 유형의 일부 실시 형태에서, 니들-펀칭은 광범위하게 얽힌 섬유를 포함하는 실질적으로 치밀화된 표면 층의 형성을 야기할 수 있다. 그러한 치밀화된 표면 층은, 예를 들어, 치밀화된 층의 단위 부피당 섬유의 밀도가, 니들-펀칭되지 않은 웨브 내부의 섬유 밀도보다 20% 이상, 30% 이상, 또는 40% 이상 더 클 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 매트는 일측으로부터, 또는 양측으로부터 니들-펀칭될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 섬유 매트는, 예를 들어, 미국 특허 제4,181,514호에 교시된 바와 같은 기술을 사용하여 스티치본딩(stitchbonding)에 의해서 압밀된다. 예를 들어, 매트는 유기 실(thread) 또는 무기 실, 예를 들어, 유리, 세라믹 또는 금속 (예를 들어, 스테인리스 강)을 사용하여 스티치본딩될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 섬유 매트는 접합 공정에 의해 압밀될 수 있는데, 이때, 매트는 적어도 일부의 섬유를 함께 접합하도록 활성화되는 결합제를 함유한다. 그러한 결합제는 고체 형태 (예를 들어, 분말의 형태로, 섬유로서 등등), 액체 형태 (예를 들어, 용액, 분산액, 현탁액, 라텍스 등) 등으로 도입될 수 있다. 고체 형태이든 액체 형태이든, 하나 이상의 결합제가, 원하는 대로, 섬유(3)의 형성 챔버(2) 내로의 도입 전에 섬유(3) 상에 침착되거나 섬유와 혼합됨으로써 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있거나; 또는 형성 챔버 내의 섬유(3)와 접촉하도록 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있거나; 또는 섬유 매트(6)의 형성 후에 섬유 매트(6) 상에/내에 침착될 수 있다. 결합제(들)는 섬유 매트(6)의 내부 전반에 분포될 수 있거나, 또는 (예를 들어, 결합제가 실질적으로 섬유 매트(6) 내로 침투하지 않는 방식으로 섬유 매트(6)의 주표면 상에 침착되는 경우) 그의 하나 이상의 주표면에 주로 존재할 수 있다. 그러한 경우에, 결합제(들)는 웨브의 다운웨브 및/또는 크로스웨브 인장 강도를 증대시키는 접합된 섬유의 표면 층을 제공할 수 있다. 결합제(들)는 유기 또는 무기일 수 있다. 하나 이상의 무기 미립자 첨가제 (예를 들어, 하나 이상의 팽창성 첨가제, 하나 이상의 흡열성 첨가제, 하나 이상의 단열성 첨가제, 또는 그 혼합물)가 웨브에 포함되는 경우, 결합제(들)는 웨브 내에 무기 미립자 첨가제(들)를 결합시키는 역할을 할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 압밀은 니들-펀칭과 하나 이상의 결합제(들)의 활성화의 조합에 의해서 달성될 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 결합제의 활성화 전 또는 후에 니들-펀칭이 수행될 수 있다.
유기 결합제로서, 다양한 고무, 수용성 중합체 화합물, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등이 적합할 수 있다. 고무의 예에는 천연 고무; 아크릴 고무, 예를 들어, 에틸 아크릴레이트와 클로로에틸-비닐 에테르의 공중합체, n-부틸 아크릴레이트와 아크릴로니트릴의 공중합체 등; 니트릴 고무, 예를 들어, 부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체 등; 부타디엔 고무 등이 포함된다. 수용성 중합체 화합물의 예에는 카르복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올 등이 포함된다. 열가소성 수지의 예에는 아크릴산, 아크릴산 에스테르, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴산, 메타크릴산 에스테르 등의 단일중합체 또는 공중합체의 형태의 아크릴 수지; 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 등이 포함된다. 열경화성 수지의 예에는 비스페놀-유형 에폭시 수시, 노볼락-유형 에폭시 수지 등이 포함된다. 그러한 유기 결합제는 결합제 액체 (예를 들어, 수용액, 수-분산된 에멀젼, 라텍스 또는 유기 용매를 사용한 용액)의 형태로 사용될 수 있다.
접합은 또한 분말 또는 섬유 형태의 유기 중합체 결합제 재료를 매트 내에 포함시키고, 중합체 재료의 용융 또는 유연화를 야기하도록 매트를 열처리하고 그에 의해 매트의 섬유의 적어도 일부를 서로 접합함으로써 달성될 수 있다. 그러한 경우에, 압밀 유닛(9)은 오븐 또는 임의의 다른 적합한 열원을 포함할 수 있다. 매트에 포함될 수 있는 적합한 중합체 결합제 재료에는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 비닐 아세테이트 에틸렌 공중합체 및 비닐에스테르 에틸렌 공중합체를 포함하는 열가소성 중합체가 포함된다. 대안적으로, 열가소성 중합체 섬유가 매트에 포함될 수 있다. 적합한 열가소성 중합체 섬유의 예에는 폴리올레핀 섬유, 예를 들어, 폴리에틸렌, 또는 폴리프로필렌, 폴리스티렌 섬유, 폴리에테르 섬유, 폴리에스테르 섬유, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT), 비닐 중합체 섬유, 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리아미드, 예를 들어, 폴리카프로락탐, 폴리우레탄, 나일론 섬유 및 폴리아라미드 섬유가 포함된다. 섬유 매트의 열 접합을 위해 특히 유용한 섬유에는 전형적으로 상이한 조성 또는 상이한 물리적 특성을 갖는 중합체들을 포함하는 소위 2성분 접합 섬유가 또한 포함된다. 흔히, 그러한 섬유는 코어/시스(core/sheath) 섬유인데, 예를 들어, 코어의 중합체 성분은 융점이 더 높고 기계적 강도를 제공하며 시스는 융점이 더 낮아서 접합, 예를 들어, 용융-접합이 일어나게 할 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 2성분 접합 섬유는 코어/시스 폴리에스테르/폴리올레핀 섬유일 수 있다. 사용될 수 있는 2성분 섬유에는 독일 보빙엔 소재의 트레비라 게엠베하(Trevira GmbH)로부터 상표명 "트레비라(TREVIRA) 255"로, 그리고 덴마크 바데 소재의 파이버비젼스(FiberVisions)로부터 상표명 "파이버 비젼 크리에이트(FIBER VISION CREATE) WL"로 구매가능한 것들이 포함된다.
그러한 유기 결합제는, 존재하는 경우, 임의의 적합한 양으로 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 유기 결합제의 양은 무기 섬유 웨브(10)의 총 중량을 기준으로, 약 20 중량%, 10 중량%, 5 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 또는 0.5 중량% 미만일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유기 결합제의 양은 0.2%, 0.5%, 또는 1.0% 이상일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 무기 섬유 웨브는 실질적으로 유기 결합제를 함유하지 않는다. 여기서 그리고 본 명세서의 다른 문맥에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로 없는"은, 예를 들어, 통상적인 세정 절차에 수반되는 대규모 생산 장비를 사용하는 경우에 일어날 수 있는 바와 같이, 일부 극히 낮은, 예를 들어, 0.1 중량% 이하의 양의 물질이 존재하는 것을 배제하지 않는다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 그러한 유기 결합제는, 원하는 대로, 단독으로, 서로 조합하여, 및/또는 하나 이상의 무기 결합제와 조합하여 사용될 수 있다. 그러한 유기 결합제는, 예를 들어, 세라믹 섬유, 생체용해성(biosoluble) 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber), 광물면(mineral wool) 섬유, 및 임의의 그 조합을 포함하는, 임의의 적합한 무기 섬유와 조합하여 사용될 수 있다. 그러한 유기 결합제는 또한, 예를 들어, 팽창성, 흡열성, 및/또는 단열성 첨가제, 및 그 혼합물을 포함하는 임의의 적합한 무기 미립자 첨가제와 조합하여 사용될 수 있다.
원한다면 무기 결합제가 (예를 들어, 전술한 유기 결합제 대신에, 또는 그와 조합하여) 사용될 수 있으며, 예를 들어, 소정 방화 응용에서, 유리한 고온 성능을 제공할 수 있다. 적합한 무기 결합제에는, 예를 들어, 알칼리 금속 실리케이트, 포스페이트, 보레이트, 점토 등이 포함될 수 있다. 따라서, 적합한 무기 결합제에는, 예를 들어, 소듐 실리케이트, 포타슘 실리케이트, 리튬 실리케이트, 실리코포스페이트, 알루미늄 포스페이트, 인산, 포스페이트 유리 (예를 들어, 수용성 포스페이트 유리), 붕사, 실리카 졸, 벤토나이트, 헥토라이트 등이 포함될 수 있다. 그러한 결합제는, 원하는 대로, 단독으로, 서로 조합하여, 및/또는 하나 이상의 유기 결합제와 조합하여 사용될 수 있다. 그러한 무기 결합제는, 예를 들어, 세라믹 섬유, 생체용해성 섬유, 현무암 섬유, 광물면 섬유, 및 임의의 그 조합을 포함하는, 임의의 적합한 무기 섬유와 조합하여 사용될 수 있다. 그러한 무기 결합제는 또한, 예를 들어, 팽창성 첨가제, 흡열성 첨가, 및/또는 단열성 첨가제를 포함하는 임의의 적합한 무기 미립자 첨가제와 조합하여 사용될 수 있다.
그러한 무기 결합제는, 존재하는 경우, 임의의 적합한 양으로 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 무기 결합제의 양은, 무기 섬유 웨브(10)의 총 중량을 기준으로 0.1 중량%, 0.5 중량%, 또는 1.0 중량% 이상일 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 무기 결합제의 양은 20%, 10%, 또는 5% 이하일 수 있다. 상기에 개시된 바와 같은 결합제는, 유기이든 무기이든, 전형적으로, 섬유(3)의 적어도 일부를 서로 접합하여 무기 섬유 매트(6)를 무기 섬유 웨브(10)로 압밀하고/하거나 하나 이상의 무기 미립자 첨가제를 무기 섬유 웨브(10) 내에 결합시키도록 활성화될 것이다. 그러한 활성화 공정은 (예를 들어, 2성분 유기 중합체 접합 섬유의 경우에) 열 노출을 포함할 수 있다. 또는 그러한 활성화 공정은 액체, 예를 들어, 용매의 제거 (예를 들어, 소듐 실리케이트 등과 같은 무기 결합제의 경우에 물의 제거)를 포함할 수 있다. 용매의 제거에 의한 그러한 활성화는, 원한다면, 열 노출에 의해 도움을 받을 수 있다. 그러한 공정들의 임의의 조합이, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 활성화라는 용어에 속한다.
언급된 바와 같이, 열-활성화 결합제가 사용되는 경우, 무기 섬유 매트(6)는 활성화 유닛(9) (예를 들어, 오븐, 또는 예를 들어 IR 광 등을 포함하는 임의의 다른 적합한 열원)을 통과함으로써 무기 섬유 웨브(10)로 압밀될 수 있다. 원한다면 섬유 웨브(10)가 활성화 유닛(9)을 빠져나가는 지점에 롤이 제공될 수 있다. 그러한 롤은 섬유 웨브(10)가 적어도 잠시 압축되게 할 수 있다. 예를 들어, 웨브가 롤 아래를 통과하는 시점까지 결합제가 아직 완전히 냉각 및 고형화되지 않은 소정 경우에, 섬유 웨브(10)는 그의 오븐-전 두께로 완전히 회복되지 않을 수 있다. 이러한 방식으로 섬유 웨브(10)의 최종 두께를 변경 또는 설정할 수 있다. 예를 들어 매우 두꺼운 웨브가 요구되는 일부 경우에, 그러한 롤은 제거될 수 있다.
그래비티-레잉 후에 압밀화하는 상기한 공정이 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 생성하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 정의된 바와 같이, 용어 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는, 섬유-분리 롤러의 기계적 작동에 의해서 (예를 들어, 처음에 적어도 부분적으로 클럼핑되거나 뭉쳐진 상태로부터) 섬유를 분리하되, 기계적으로 분리된 섬유가 수집 표면으로 중력-낙하하게 하여 매트를 형성하고 섬유의 임의의 나머지 클럼프 또는 집합체(존재한다면)는 재순환되어 기계적 분리 공정을 다시 겪게 하는 전술한 공정에 의해 제조된 무기 섬유 매트의 압밀에 의해 제조되며, 웨브의 섬유의 약 80 중량% 이상이 무기 섬유인 부직 웨브를 의미한다. 다양한 실시 형태에서, 웨브의 섬유의 약 90 중량% 이상, 또는 약 95 중량% 이상이 무기 섬유이다.
당업자는 본 명세서에 정의되고 기재된 바와 같은 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브가 웨브의 몇몇 측정가능한 특성 중 임의의 것 또는 전부에 의해 통상적인 웨트-레이드 웨브와 구별될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 당업자는 통상적으로 제조되는 것과 같은 웨트-레이드 웨브가 웨트-레이드 공정을 나타내는 구조적 특성을 포함할 것이고/이거나, 최종 건조 웨브에 오직 미미한 양으로 존재한다 하더라도 웨트-레이드 공정을 나타내는 것으로 확인될 수 있는 (예를 들어, 결합제, 가공조제, 응결제, 소포제 등을 포함할 수 있는) 다양한 보조제를 포함할 것임을 이해할 것이다.
당업자는 또한, 예를 들어, 전형적으로 웨브의 섬유가 웨브의 다운웨브 축을 따라 서로에 대해 일반적으로 평행하게 배향되는 구성을 나타내는 통상적인 카딩된 웨브와 대조적으로, 본 명세서에 기재된 웨브는 (웨브의 길이 및 폭에 대해) 일반적으로 랜덤 섬유 배향으로 배향된 섬유를 포함할 수 있다는 사실 때문에, 본 명세서에 개시되고 기재된 바와 같은 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브가 통상적인 카딩된 웨브와 구별될 수 있음을 알 것이다. 일부 경우에, 그래비티-레이드 웨브는 웨브를 제조하는 데 사용된 무기 섬유 (예를 들어, 용융-성형된 무기 섬유(3))의 길이와 유사한 (즉, 평균적으로, 그의 80% 이상, 또는 심지어 90%인) 길이를 갖는 무기 섬유를 포함하기 때문에, 본 명세서에 개시된 바와 같은 그래비티-레이드 무기 웨브는 카딩된 웨브와 구별될 수 있다. 대조적으로, 상기에 논의된 바와 같이, 통상적인 카딩 공정은 전형적으로 무기 섬유의 길이가 카딩되기 전의 그의 길이로부터 상당히 감소된 (즉, 그의 80% 미만인) 웨브를 생성한다. 그러한 구별점은 긴 (본 명세서에서 '긴'은 길이가 약 5 ㎝ 이상임을 의미하는 것으로 정의됨) 무기 섬유의 사용시 및/또는 아주 부서지기 쉬우며 깨지기 쉬운 것으로 당업자에게 알려진 세라믹 섬유의 사용시 특히 명백할 수 있다. 유사하게 그래비티-레이드 웨브는 유사한 방식으로 유사한 이유 때문에 (예를 들어, 란도-웨버 유형 장치에 의해 제조된) 통상적인 에어-레이드 웨브와 구별가능하다.
당업자는 본 명세서에 정의되고 기재된 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브가, 용융-성형된 무기 섬유의 직접적인 수집에 의해 제조된 (예를 들어, 광물 용융물을 회전하는 로터에 공급하고 그에 의해 제조된 고형화된 섬유를 직접 수집하여 제조된) 무기 섬유 웨브와 구별될 수 있음을 또한 알 것이다. 예를 들어, 그래비티-레이드 웨브는 통상적인 직접-수집된 무기 섬유 웨브와 비교하여 숏을 거의 또는 전혀 포함하지 않고/않거나, 통상적인 직접-수집된 무기 섬유 웨브와 비교하여 클럼프 또는 집합체를 거의 또는 전혀 포함하지 않고/않거나, 별개의 길이의 섬유 (예를 들어, 쵸핑된(chopped) 섬유)를 포함하고/하거나, (예를 들어, 크기, 길이, 조성 등이 상이한) 둘 이상의 별개의 집단의 섬유를 포함하고/하거나, 직접 수집 방법과 불상용성인 조성 및/또는 양의 미립자 첨가제(들) 및/또는 결합제(들)를 포함하기 때문에, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 그러한 직접-수집된 웨브와 구별될 수 있다. 특히, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 그래비티-레이드 웨브에 의해 나타날 수 있는 고도의 크로스웨브 두께 균일성 (예를 들어, 웨브의 크로스웨브 에지로부터 웨브의 중심까지 두께가 10% 미만으로 변할 수 있음) 때문에 그러한 직접-수집된 웨브와 구별될 수 있다. 당업자는, 용융-성형/직접-수집 공정의 속성으로 인해 직접-수집된 웨브가 그의 중심선을 따르는 것보다 그의 크로스웨브 에지를 향하여 전형적으로 현저하게 더 얇다는 것을 이해할 것이다.
그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 모놀리식(monolithic) 웨브인 것으로서 본 명세서에서 정의되며, 이는 다수의 개별적으로 식별가능한 층의 적층물로 제조되는 것과 대조적으로 (예를 들어, 일반적으로 균일한 조성의) 하나의 연속 층으로 제조됨을 의미한다. (원하는 대로 다른 층이 웨브에 첨가될 수 있다). 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 약 0.5 ㎝ 내지 약 20 ㎝ 범위의 두께를 포함할 수 있다. 본 명세서에 정의된 바와 같이, 무기 섬유 웨브의 두께는 웨브의 가장 짧은 치수를 따른 웨브의 제1 주표면과 제2 주표면 사이의 거리를 의미하며, 통상적으로 웨브를 평평한 경질 표면 상에 놓고, 웨브의 0.6 미터 × 0.6 미터 부분 위에 (대략 0.54 g/㎠의 하중을 위한) 0.6 미터 × 0.6 미터, 2.0 ㎏의 평평한 패널 (예를 들어, 평평한 금속 패널)을 놓아서 얻을 수 있다. 그러한 가중 패널은 (예를 들어, 샘플이 파일럿 규모 장비에서 제조되는 경우) 임의의 두께 변화를 보상할 수 있으며, 웨브의 "전반적인" 두께를 제공할 수 있다. (소정 경우에, 예를 들어, 웨브의 두께의 크로스웨브 변화의 평가에 있어서는, 그러한 중량의 부재 하에 다양한 웨브 부분의 두께를 측정하는 것이 바람직할 수 있다). 본 명세서에서 섬유 매트의 침착된 그대로의 두께에 대한 모든 인용, 및 섬유 웨브의 최종 두께에 대한 모든 인용은, 달리 특별히 언급되지 않는다면, 2 ㎏ 패널을 사용하여 측정된 두께를 지칭한다. 일부 실시 형태에서, 무기 섬유 웨브의 두께는 약 5 ㎝ 이상이다.
일부 실시 형태에서, 웨브는 약 0.1 g/㎤ 이하의 벌크 밀도를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 웨브는 0.1 g/㎤ 초과 내지 0.3 g/㎤의 벌크 밀도를 포함할 수 있다. 여전히 다른 실시 형태에서, 웨브는 0.3 g/㎤ 초과 내지 1.0 g/㎤의 벌크 밀도를 포함할 수 있다. 특정 실시 형태에서, 웨브는 1.0 g/㎤ 초과의 벌크 밀도를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 약 500 g/㎡ 내지 약 5000 g/㎡ 범위의 단위 면적당 중량을 포함할 수 있다.
그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)를, 예를 들어, 후가공 유닛(11)에 의해 추가로 가공하여 웨브(10)를 별개의 물품(12)으로 분리할 수 있다. (도 2의 예시적인 실시 형태에 도시된 바와 같은) 물품(12)은 소정 용도를 위해 원하는 대로 임의의 적합한 형상, 크기 또는 구성을 포함할 수 있다. 특히, 물품(12)은 본 명세서에서 이후에 상세하게 논의되는 바와 같이 방화 응용에 유용할 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)의 섬유의 약 80 중량% 이상이 (예를 들어, 2 중량% 미만의 탄소를 함유하는) 무기 섬유이다. 일부 실시 형태에서, 웨브의 섬유의 실질적으로 전부가 무기 섬유이다. 여기서 그리고 본 명세서의 다른 문맥에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실질적으로 전부"는, 예를 들어, 통상적인 세정 절차에 수반되는 대규모 생산 장비를 사용하는 경우에 일어날 수 있는 바와 같이, 일부 극히 낮은, 예를 들어 0.1 중량% 이하의 양의 다른 섬유가 존재하는 것을 배제하지 않는다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 본 명세서에 개시된 그래비티-레이드 무기 섬유에 있어서, 상기한 바와 같이, 무기 섬유는 (예를 들어, 존재한다면 클럼프로부터) 개별 섬유, 또는 적어도 단지 수 개의 섬유의 집합체로 기계적으로 분리된다. 따라서, 정의에 의하면, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 웨브 중에 과립, 다수의 섬유의 일반적으로 분리되지 않은 클럼프 등의 형태로만 무기 섬유가 존재하는 웨브를 포함하지 않는다. 또한 정의에 의하면, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 실질적으로 유기 충전제를 함유하지 않는데, 유기 충전제는 잘게 잘린(shredded) 패브릭 텍스타일 재료, 고무 타이어로부터의 고무 잔류물 또는 임의의 다른 재료 등을 의미하는 것으로 본 명세서에서 정의된다. (이러한 단서조항은, 섬유, 분말, 라텍스 등의 어떤 형태이든, 임의의 전술한 유기 결합제의 존재를 배제하지는 않는다).
그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)에 사용되는 무기 섬유는 특정 응용에 필요한 성능 기준을 충족시킬 수 있는 임의의 그러한 섬유를 포함할 수 있다. 그러한 무기 섬유는, 예를 들어, 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다결정질 무기 섬유, 광물면 (암면), 현무암 섬유 등으로부터 선택될 수 있다. 이들 무기 섬유의 하기 설명에서, 임의의 이들 섬유는 용융-성형 유닛(400)에 의해 생성되는 용융-성형된 무기 섬유(3)를 포함할 수 있거나, 또는 형성 챔버(2) 내에서 용융-성형된 섬유(3)와 블렌딩되는 부가적인 무기 섬유를 포함할 수 있음에 주의하여야 한다.
일부 실시 형태에서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)는 세라믹 섬유를 포함한다. 예를 들어, 내화 세라믹 섬유가 소정 응용을 위해 적합할 수 있다. 적합한 내화 세라믹 섬유는 다수의 상업적 공급처로부터 입수가능하며, 미국 뉴욕주 나이아가라 폴스 소재의 유니프랙스(Unifrax)로부터의 상표명 "파이버프랙스(FIBERFRAX)", 미국 조지아주 어거스타 소재의 서멀 세라믹스 컴퍼니(Thermal Ceramics Co.)로부터의 "세라파이버(CERAFIBER)" 및 "카오울(KAOWOOL)"; 미국 테네시주 에르윈 소재의 프리미어 리프랙토리즈 컴퍼니(Premier Refractories Co.)로부터의 "세르울(CER-WOOL)"; 및 일본 도쿄 소재의 신-니폰 스틸 케미칼(Shin-Nippon Steel Chemical)로부터의 "SNSC"로 알려진 것들이 포함된다.
유용할 수 있는 일부 세라믹 섬유에는 다결정질 산화물 세라믹 섬유, 예를 들어, 멀라이트, 알루미나, 고 알루미나 알루미노실리케이트, 알루미노실리케이트, 지르코니아, 티타니아, 산화크롬 등이 포함된다. 이러한 유형의 특정 섬유는 약 67 중량% 내지 약 98 중량% 범위의 산화알루미늄 및 약 33 중량% 내지% 약 2 중량% 범위의 산화규소를 포함하는, 고 알루미나, 결정질 섬유를 포함한다. 이러한 섬유는 예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 "넥스텔(NEXTEL) 550", 영국 쉐필드 소재의 다이슨 그룹 피엘씨(Dyson Group PLC)로부터 입수가능한 "사필(SAFFIL)", 일본 도쿄 소재의 미츠비시 케미칼 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corp.)으로부터 입수가능한 "마프텍(MAFTEC)", 미국 뉴욕주 나이아가라 폴스 소재의 유니프랙스로부터 "파이버맥스(FIBERMAX)", 그리고 독일 소재의 라스 게엠베하(Rath GmbH)로부터 "알트라(ALTRA)"로 구매가능하다.
적합한 다결정질 산화물 세라믹 섬유에는 바람직하게는 약 55 중량% 내지 약 75 중량% 범위의 산화알루미늄, 약 45 중량% 미만 내지 0 중량% 초과 (바람직하게는, 44 중량% 미만 내지 0 중량% 초과)의 범위의 산화규소, 및 25 중량% 미만 내지 0 중량% 초과 (바람직하게는, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%) 범위의 산화붕소를 포함하는 알루미노보로실리케이트 섬유가 추가로 포함된다 (각각 A12O3, SiO2, 및 B2O3로서 이론적 산화물을 기준으로 계산됨). 그러한 섬유는 바람직하게는 50 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 100% 결정질 (즉, 결정질 섬유)이다. 알루미노보로실리케이트 섬유는 예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "넥스텔 312" 및 "넥스텔 440"으로 구매가능하다.
일부 실시 형태에서, 무기 섬유는 졸-젤(sol-gel) 공정으로부터 얻어지는 세라믹 섬유를 포함할 수 있는데, 이러한 섬유는 섬유 또는 그의 전구체의 구성 성분의 용액 또는 분산액 또는 일반적으로 점성인 농축액을 방사 또는 압출하여 형성된다 (그러한 섬유는 용융-성형된 섬유(3)로 제공되기 보다는 부가적으로 첨가되는 섬유일 것이다). 일부 실시 형태에서, 사용되는 무기 섬유는, 예를 들어, 미국 특허 제5,250,269호에 개시된 바와 같이, 때때로 어닐링 세라믹 섬유로 불리는, 열처리된 세라믹 섬유를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)는 생체용해성 섬유 (체내-용해성(body-soluble) 섬유로도 알려짐), 예를 들어, 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 용융-성형된 무기 섬유(3)는 생체용해성 세라믹 섬유이다. 일부 실시 형태에서, 웨브의 무기 섬유의 실질적으로 전부가 생체용해성 세라믹 섬유이다 (즉, 어떤 다른 무기 섬유도 용융-성형된 생체용해성 세라믹 섬유와 블렌딩되지 않는다). 추가의 실시 형태에서, 웨브의 섬유의 실질적으로 전부가 생체용해성 세라믹 섬유이다 (즉, 어떤 다른 섬유도 용융-성형된 생체용해성 세라믹 섬유와 블렌딩되지 않는다). 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 생체용해성 섬유는 생리학적 매질 또는 생리학적 모조 매질(simulated physiological medium)에서 분해될 수 있는 섬유를 의미한다. 전형적으로, 생체용해성 섬유는 생리학적 매질 중에서 약 1년 이내에 용해가능하거나 실질적으로 용해가능하다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "실질적으로 용해가능"이라는 용어는 약 75 중량% 이상의 섬유가 용해됨을 지칭한다. 섬유의 생체용해성을 평가하는 다른 접근법은 섬유의 조성에 기초한다. 예를 들어, 독일은 발암성 지수 (KI 값)에 기초한 분류를 제안하였다. KI 값은 무기 산화물 섬유 중의 알칼리 산화물 및 알칼리토 산화물의 중량 퍼센트를 합하고 산화알루미늄의 중량 퍼센트의 2배를 감하여 계산된다. 생체용해성인 무기 섬유는 전형적으로 KI 값이 약 40 이상이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 생체용해성 무기 섬유는 무기 산화물, 예를 들어, Na2O, K2O, CaO, MgO, P2O5, Li2O, BaO, 또는 이들과 실리카의 조합을 포함할 수 있다. 다른 금속 산화물 또는 다른 세라믹 성분은, 비록 이들 성분이 혼자서는 원하는 용해성이 결여되어 있다 할지라도 생체용해성 무기 섬유에 포함될 수 있지만, 상기 섬유가 전체적으로 생리학적 매질에서 여전히 분해가능하도록 충분히 적은 양으로 존재한다. 이러한 금속 산화물에는, 예를 들어, A12O3, TiO2, ZrO2, B2O3, 및 산화철이 포함된다. 생체용해성 무기 섬유는 또한 섬유가 생리학적 매질 또는 생리학적 모조 매질에서 분해가능한 양으로 금속 성분을 포함할 수 있다.
일 실시 형태에서, 생체용해성 무기 섬유는 실리카, 마그네슘, 및 칼슘의 산화물을 포함한다. 이러한 유형의 생체용해성 세라믹 섬유는, 예를 들어, 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유, 또는 알칼리토 실리케이트 울(alkaline earth silicate wool) 등으로 지칭될 수 있다. 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유는 통상적으로 약 10 중량% 미만의 산화알루미늄을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 이 섬유는 약 45 내지 약 90 중량%의 SiO2, 최대 약 45 중량%의 CaO, 최대 약 35 중량%의 MgO, 및 약 10 중량% 미만의 A12O3을 포함한다. 예를 들어, 섬유는 약 55 내지 약 75 중량%의 SiO2, 약 25 내지 약 45 중량%의 CaO, 약 1 내지 약 10 중량%의 MgO, 및 약 5 중량% 미만의 A12O3을 포함할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 생체용해성 무기 섬유는 실리카 및 마그네시아의 산화물을 포함한다. 이러한 유형의 섬유는 마그네슘 실리케이트 섬유로 지칭될 수 있다. 마그네슘 실리케이트 섬유는 통상적으로 약 60 내지 약 90 중량%의 SiO2, 최대 약 35 중량%의 MgO (전형적으로, 약 15 내지 약 30 중량%의 MgO), 및 약 5 중량% 미만의 A12O3을 포함한다. 예를 들어, 이 섬유는 약 70 내지 약 80 중량%의 SiO2, 약 18 내지 약 27 중량%의 MgO, 및 약 4 중량% 미만의 기타 미량 원소들을 포함할 수 있다. 적합한 생체용해성 무기 산화물 섬유가, 예를 들어, 미국 특허 제5,332,699호 (올즈(Olds) 등); 제5,585,312호 (텐 에이크(Ten Eyck) 등); 제5,714,421호 (올즈 등); 및 제5,874,375호 (조이타스(Zoitas) 등)에 기재되어 있다. 생체용해성 섬유는 예를 들어, 미국 뉴욕주 나이아가라 폴스 소재의 유니프랙스 코포레이션(Unifrax Corporation)으로부터 상표명 "이소프랙스"(ISOFRAX) 및 "인설프랙스"(INSULFRAX)로, 멕시코 몬테레이 소재의 뉴텍 화이브라텍(Nutec Fibratec)으로부터 상표명 "수퍼맥"(SUPERMAG) 1200으로, 그리고 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스로부터 상표명 "수퍼울"(SUPERWOOL)로 구매가능하다. "수퍼울 607" 생체용해성 섬유는 예를 들어 60 내지 70 중량%의 SiO2, 25 내지 35 중량%의 CaO, 4 내지 7 중량%의 MgO 및 미량의 A12O3을 포함한다. 예를 들어, 다소 고온에서 사용될 수 있는 "수퍼울 607 MAX" 생체용해성 섬유는 60 내지 70 중량%의 SiO2, 16 내지 22 중량%의 CaO, 12 내지 19 중량%의 MgO, 및 미량의 A12O3을 포함한다.
다양한 실시 형태에서, 무기 섬유 웨브에 존재한다면, 생체용해성 세라믹 섬유는 웨브의 무기 섬유의 약 20 중량% 이상, 약 50 중량% 이상, 약 80 중량% 이상, 약 90 중량% 이상, 또는 약 95 중량% 이상을 구성할 수 있다. 특정 유형의 생체용해성 섬유가 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 상이한 유형의 적어도 2종 이상의 생체용해성 섬유가 조합하여 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 생체용해성 세라믹 섬유는 긴 (즉, 길이가 약 5 ㎝ 이상인) 섬유일 수 있다. 생체용해성 세라믹 섬유를 이용하는 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브 조성물은, 본 명세서에 참고로 포함된, 발명의 명칭이 '생체용해성 세라믹 섬유를 포함하는 무기 섬유 웨브, 및 그의 제조 및 사용 방법'(Inorganic Fiber Webs Comprising Biosoluble CERAMIC Fibers, AND METHODS OF MAKING AND USING)인, 2010년 4월 13일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/323,526호, 대리인 관리 번호 66308US002에서 더욱 상세하게 논의된다.
일부 실시 형태에서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)는 유리 섬유를 포함한다. 특정 실시 형태에서, 무기 섬유는 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유의 예에는 (Al2O3, SiO2, 및 MgO의 이론적 양을 기준으로) 10 중량% 내지 30 중량%의 산화알루미늄, 52 중량% 내지 70 중량%의 산화규소, 및 1% 내지 12%의 산화마그네슘을 갖는 유리 섬유가 포함된다. 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 부가적인 산화물, 예를 들어, 산화나트륨 또는 산화칼륨, 산화붕소 및 산화칼슘을 포함할 수 있음이 또한 이해될 것이다. 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유의 특정 예에는 약 55%의 SiO2, 15%의 Al2O3, 7%의 B2O3, 19%의 CaO, 3%의 MgO 및 1%의 기타 산화물의 조성을 전형적으로 갖는 E-유리 섬유; 약 65%의 SiO2, 25%의 Al2O3 및 10%의 MgO의 조성을 전형적으로 갖는 S 및 S-2 유리 섬유; 및 60%의 SiO2, 25%의 Al2O3, 9%의 CaO 및 6%의 MgO의 조성을 전형적으로 갖는 R-유리 섬유가 포함된다. E-유리, S-유리 및 S-2 유리는 예를 들어 어드밴스트 글래스파이버 얀즈 엘엘씨(Advanced Glassfiber Yarns LLC)로부터 입수가능하고, R-유리는 생-고뱅 베트로텍스(Saint-Gobain Vetrotex)로부터 입수가능하다. 유리 섬유는 쵸핑된 유리 섬유일 수 있고, 숏이 일반적으로 없을 수 있으며, 즉, 5 중량% 이하의 숏을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 열처리된 유리 섬유가 사용될 수 있다. 특정 유형의 유리 섬유가 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 상이한 유형의 적어도 2종 이상의 유리 섬유가 조합하여 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 유리 섬유는, 세라믹 섬유, 생체용해성 섬유, 현무암 섬유, 광물면 섬유, 무기 결합제, 2성분 섬유 등을 포함하는, 임의의 다른 원하는 무기 섬유 또는 유기 섬유와 블렌딩될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)는, 전형적으로 현무암 암석을 용융 및 압출하여 섬유를 형성함으로써 제조되는 현무암 섬유를 포함한다. 섬유가 광물로부터 유래하기 때문에, 섬유의 조성은 다양할 수 있으나 일반적으로, 중량 기준으로, 약 45 내지 약 55%의 SiO2, 약 2 내지 약 6%의 알칼리, 약 0.5 내지 약 2%의 TiO2, 약 5 내지 약 14%의 FeO, 약 5 내지 약 12%의 MgO, 약 14 중량% 이상의 Al2O3, 및 흔히 거의 약 10%의 CaO의 조성을 갖는다. 섬유는 흔히 숏이 없거나, 또는 매우 적은 양 (전형적으로 1중량% 미만)의 숏을 함유한다. 다양한 실시 형태에서, 긴 현무암 섬유는, 예를 들어, 평균 직경이 약 1 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터, 약 2 내지 약 14 마이크로미터, 또는 약 4 내지 약 10 마이크로미터일 수 있다. 흔히, 현무암 섬유는 직경이 5 내지 22 마이크로미터의 범위이다.
섬유는 일반적으로 제조된 그대로 연속적일 수 있고/있거나, 원하는 길이로 쵸핑될 수 있는데, 긴 현무암 섬유라는 용어는 길이가 약 5 ㎝ 이상인 현무암 섬유를 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 그러한 긴 현무암 섬유는, 예를 들어, 미국 텍사스 휴스턴 소재의 수다글라스 파이버 테크놀로지(Sudaglass Fiber Technology), 및 러시아 두브나 소재의 카멘니 베크(Kamenny Vek)로부터 구매가능하다. 긴 현무암 섬유는, 그의 길이 때문에, 예컨대 유리 섬유보다 더 높은 온도에 대한 저항성을 제공하면서 그리고 예컨대 일부 세라믹 섬유보다 덜 부서지면서 무기 섬유 웨브의 강도를 유리하게도 증대시킬 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 긴 현무암 섬유는, 세라믹 섬유, 생체용해성 섬유, 유리 섬유, 광물면 섬유, 무기 결합제, 2성분 섬유 등을 포함하는, 임의의 다른 원하는 무기 섬유 또는 유기 섬유와 블렌딩될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 웨브에 존재한다면, 긴 현무암 섬유는 웨브의 무기 섬유의 약 2 중량% 이상, 약 5 중량% 이상, 또는 약 10 중량% 이상을 구성할 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 긴 현무암 섬유는 웨브의 무기 섬유의 약 90 중량% 이하, 약 70 중량% 이하, 또는 약 50 중량% 이하를 구성할 수 있다. 여전히 추가의 실시 형태에서, 웨브의 무기 섬유의 실질적으로 전부가 현무암 섬유이다.
일부 실시 형태에서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브(10)는 암면 또는 광재면(slag wool)으로도 알려져 있는 광물면을 포함한다. 광물면은 다양한 공급처, 예를 들어, 미국 앨라배마주 리즈 소재의 더 락 울 매뉴팩쳐링 컴퍼니(the Rock Wool Manufacturing Co.)로부터 입수가능하다. 그러한 재료는, 예를 들어, 재가공된 광재(reprocessed slag)로부터 제조될 수 있으며, 전형적으로 상당히 짧은 섬유 길이 (예를 들어, 1 센티미터 이하)로 입수가능하다. 그의 일반적으로 짧은 섬유 길이 때문에, 광물면을, 길이가 5 ㎝ 이상인 긴 무기 섬유 (예를 들어, 이용가능하다면, 긴 현무암 섬유, 긴 유리 섬유, 긴 생체용해성 섬유, 및/또는 긴 세라믹 섬유)와, 및/또는 유기 또는 무기 결합제와 블렌딩하는 것이 도움이 될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 웨브에 존재한다면, 광물면 섬유는 웨브의 무기 섬유의 약 30 중량 이상, 약 50 중량% 이상, 또는 약 80 중량% 이상을 구성할 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 광물면 섬유는 웨브의 무기 섬유의 약 100 중량% 이하, 약 90 중량% 이하, 또는 약 85 중량% 이하를 구성할 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 무기 섬유는, 예를 들어, 평균 직경이 약 1 마이크로미터 내지 약 50 마이크로미터, 약 2 내지 약 14 마이크로미터, 또는 약 4 내지 약 10 마이크로미터일 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 무기 섬유는 평균 길이가 약 0.01 ㎜ 내지 100 ㎝, 약 1 ㎜ 내지 약 30 ㎝, 또는 약 0.5 ㎝ 내지 약 10 ㎝일 수 있다. 특정 실시 형태에서, 무기 섬유의 적어도 일부는 긴 무기 섬유일 수 있으며, 이는 길이가 약 5 ㎝ 이상임을 의미한다. 그러한 긴 무기 섬유는 무기 섬유 웨브를 니들-펀칭에 의해 적어도 부분적으로 압밀하는 것이 요구되는 경우에 특히 유용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상이한 평균 길이를 갖는 섬유가 블렌드에서 조합될 수 있다. 특정 실시 형태에서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 짧은 무기 섬유 (즉, 약 1 ㎝ 이하)와 긴 무기 섬유 (즉, 약 5 ㎝ 이상)의 블렌드를 사용하여 제조될 수 있다. 짧은 섬유와 긴 섬유가 동일한 조성을 포함할 수 있거나; 또는 짧은 섬유가 하나의 재료 (예를 들어, 짧은 세라믹 섬유, 광물면 등)로 구성되고 긴 섬유가 다른 재료 (예를 들어, 긴 생체용해성 세라믹 섬유, 긴 현무암 섬유, 긴 유리 섬유 등)로 구성될 수 있다.
그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는, 본 명세서에서 앞서 개시된 방법에 의해, 형성 챔버(2) 내로 도입되어 용융-성형된 무기 섬유(3)와 블렌딩되고 (예를 들어, 일반적으로 균일하게 블렌딩되고) 압밀된 섬유 웨브(10) 내에서 유지될 (예를 들어, 무기 섬유(3)에 결합될) 수 있는 임의의 적합한 무기 미립자 첨가제(들)를 포함할 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 그러한 첨가제는 용융-성형된 무기 섬유(3)와 함께 (예를 들어, 섬유 투입 장치(31)를 통해) 건조 형태로 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있거나, 또는 (예를 들어, 입자 투입 장치(22)를 통해) 건조 형태로 형성 챔버(2) 내로 별도로 도입될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 그러한 첨가제는 액체 담체에 의해 (예를 들어, 현탁액, 용액, 분산액, 라텍스 등으로서) 담지된 채로 형성 챔버(2) 내로 도입될 수 있다. 그러한 액체 담체는 섬유가 형성 챔버(2) 내로 도입되기 전에 (예를 들어, 액체 분무 유닛(32)에 의해서) 섬유 상에 분무될 수 있다. 또는, 그러한 액체 담체는 형성 챔버(2) 내에 직접 분무될 수 있다. 담체 액체는, 예를 들어, 오븐 등에 통과시키는 것이 도움되는, 예를 들어, 증발에 의해서, 섬유 매트(6)로부터 제거될 수 있다. 미립자 첨가제(21)가 건조 형태로 형성 챔버(2) 내로 도입되는 경우, 액체 (예를 들어, 물)를 (섬유(3) 상에 침착시키는 것에 의해서든, 또는 형성 챔버(2) 내로 분무하는 것에 의해서든) 형성 챔버(2) 내로 도입하여 미립자 첨가제(21)와 용융-성형된 무기 섬유(3)의 분산 및 접촉을 향상시키는 것이 요구될 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 무기 미립자 첨가제(들)는 평균 입자 크기가 약 0.1 마이크로미터 이상, 약 0.5 마이크로미터 이상, 약 1.0 마이크로미터 이상, 또는 약 2.0 마이크로미터 이상일 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 무기 미립자 첨가제(들)는 평균 입자 크기가 약 1000 마이크로미터 이하, 약 500 마이크로미터 이하, 약 200 마이크로미터 이하, 약 100 마이크로미터 이하, 약 100 마이크로미터 이하, 약 50 마이크로미터 이하, 또는 약 10 마이크로미터 이하일 수 있다.
다양한 실시 형태에서, 무기 미립자 첨가제(들)는 하나 이상의 팽창성 첨가제, 하나 이상의 흡열성 첨가제, 하나 이상의 단열성 첨가제, 및 그 혼합물을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 무기 미립자 첨가제(들)는 하나 이상의 무기 팽창성 첨가제를 포함할 수 있다. 팽창성 웨브를 제조하는 데 사용하기 위한 유용한 팽창성 재료에는 팽창 질석(expandable vermiculite), 처리된 팽창 질석, 부분적으로 탈수된 팽창 질석, 팽창 펄라이트, 팽창 흑연, 팽창 수화 알칼리 금속 실리케이트 (예를 들어, 미국 특허 제4,273,879호에 기재되고, 예를 들어, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "익스팬트롤"(EXPANTROL)로 입수가능한 일반적인 유형의, 예를 들어, 팽창 과립형 소듐 실리케이트), 및 그 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. (이러한 맥락에서, 흑연은 무기질인 것으로 간주된다). 특정한 구매가능한 팽창성 첨가제의 예는 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 유카 카본 컴퍼니 인크(UCAR Carbon Co., Inc.)로부터 상표명 그래프가드(GRAFGUARD) 등급 160-50으로 입수가능한 팽창 흑연 박편이다. 다양한 실시 형태에서, 팽창성 첨가제(들)는 무기 섬유 웨브의 총 중량을 기준으로 0 중량%, 약 2 중량% 이상, 약 5 중량% 이상, 약 10 중량% 이상, 약 20 중량% 이상, 또는 약 30 중량% 이상으로 존재할 수 있다. 추가의 실시 형태에서, 팽창성 첨가제(들)는 무기 섬유 웨브의 총 중량을 기준으로 약 80 중량% 이하, 약 60 중량% 이하, 또는 약 50 중량% 이하로 존재할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 무기 미립자 첨가제(들)는 하나 이상의 무기 흡열성 첨가제를 포함할 수 있다. 적합한 흡열성 첨가제에는, 예를 들어, 200 ℃ 내지 600 ℃의 온도에서, 예를 들어, 물 (예를 들어, 수화의 물)을 유리시킬 수 있는 임의의 무기 화합물이 포함될 수 있다. 따라서, 적합한 흡열성 첨가제에는 알루미나 트라이하이드레이트, 마그네슘 하이드록사이드 등과 같은 재료가 포함될 수 있다. 특정 유형의 흡열성 첨가제가 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 상이한 유형의 적어도 2종 이상의 흡열성 첨가제가 조합하여 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 흡열성 첨가제(들)는 무기 섬유 웨브의 총 중량을 기준으로 0 중량%, 약 2 중량% 이상, 약 5 중량% 이상, 약 10 중량% 이상, 약 20 중량% 이상, 또는 약 30 중량% 이상으로 존재할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 무기 미립자 첨가제(들)는 하나 이상의 무기 단열성 첨가제를 포함할 수 있다. 적합한 단열성 무기 첨가제에는, 예를 들어, 무기 섬유 웨브에 존재하는 경우, 예를 들어, 웨브의 중량 또는 밀도를 허용가능하지 않게 증가시키지 않으면서, 웨브의 열적 단열 특성을 증가시킬 수 있는 임의의 무기 화합물이 포함될 수 있다. 비교적 고도의 다공성을 포함하는 무기 미립자 첨가제가 이러한 목적을 위해 특히 적합할 수 있다. 적합한 단열성 첨가제에는 건식 실리카, 침전 실리카, 규조토, 백토(Fuller's earth), 팽창 펄라이트, 실리케이트 점토 및 기타 점토, 실리카 겔, 유리 버블, 세라믹 미소구체, 활석 등과 같은 재료가 포함될 수 있다. (당업자는 단열성 첨가제와 예를 들어 소정 흡열성 또는 팽창성 첨가제 사이에 명백한 구분선이 없을 수 있음을 이해할 것이다). 특정 유형의 단열성 첨가제가 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 상이한 유형의 적어도 2종 이상의 단열성 첨가제가 조합하여 사용될 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 단열성 첨가제(들)는 무기 섬유 웨브의 총 중량을 기준으로 0 중량%, 약 5 중량% 이상, 약 10 중량% 이상, 약 20 중량% 이상, 약 40 중량% 이상, 또는 약 60 중량% 이상으로 존재할 수 있다.
당업자는 본 발명의 방법이, 본 명세서에 언급된 임의의 결합제, 팽창성 첨가제, 흡열성 첨가제, 및/또는 단열성 첨가제와의 다양한 조합으로, 다양한 섬유 조성 및 섬유 특성 (예를 들어, 섬유 직경 및/또는 길이)을 포함하는 매우 다양한 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 제조하는 것을 가능하게 한다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 임의의 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브는 방화 필로우(pillow), 블랭킷, 스트립, 포장 재료 등과 같은 방화 물품의 형성에 사용될 수 있다. 그러한 방화 물품은 본 명세서에 참고로 포함된, 발명의 명칭이 '무기 섬유 웨브 및 그 제조 및 사용 방법'(Inorganic Fiber Webs and Methods of Making and Using)인, 2010년 4월 13일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/323,425호, 대리인 관리 번호 66305US002에서 더욱 상세하게 논의된다.
예시적인 실시 형태의 목록
실시 형태 1. 무기 재료를 용융물로서 압출하고 용융된 압출물을 섬유로서 고형화하고 고형화된 무기 섬유를 수집하는 단계; 수집된 고형화된 무기 섬유를 형성 챔버 - 상기 형성 챔버는 형성 챔버 내에 적어도 하나의 열로 제공되는 복수의 섬유-분리 롤러를 포함하며 이동식 무단 벨트 스크린을 포함함 - 내로 도입하는 단계; 섬유-분리 롤러를 사용하여 무기 섬유의 적어도 일부를 기계적으로 분리하는 단계; 이동식 무단 벨트 스크린에 의해 무기 섬유의 임의의 나머지 집합체를 포획하고 포획된 집합체를 섬유-분리 롤러로 되돌려 보내 섬유-분리 롤러에 의해 기계적으로 분리되게 하는 단계; 기계적으로 분리된 무기 섬유를 그래비티-레이드 무기 섬유 매트로서 수집하는 단계; 그래비티-레이드 무기 섬유 매트를 형성 챔버로부터 꺼내는 단계; 및 그래비티-레이드 무기 섬유 매트를 압밀(consolidate)하여 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 형성하는 단계를 포함하는, 용융-성형된 무기 섬유를 포함하는 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 제조하는 방법.
실시 형태 2. 실시 형태 1에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 형성 챔버 내로 도입되기 전에 베일화(baled)되지 않는 방법.
실시 형태 3. 실시 형태 2에 있어서, 형성 챔버는 단일 제조 라인에서 용융-압출 공정과 나란히 연결되어 있는 방법.
실시 형태 4. 실시 형태 3에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 형성 챔버 내로 도입되기 전에 냉각되는 방법.
실시 형태 5. 실시 형태 1 내지 실시 형태 4 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유의 실질적으로 전부가 생체용해성 세라믹 섬유인 방법.
실시 형태 6. 실시 형태 1 내지 실시 형태 5 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유의 조성과 상이한 조성의 적어도 하나의 부가적인 유형의 무기 섬유를 형성 챔버 내로 도입하고, 수집된 고형화된 무기 섬유와 블렌딩하는 방법.
실시 형태 7. 실시 형태 6에 있어서, 부가적인 유형의 무기 섬유는 긴 현무암 섬유, 긴 유리 섬유, 및 광물면으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
실시 형태 8. 실시 형태 1 내지 실시 형태 7 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 압밀은 니들-펀칭에 의해서 수행되는 방법.
실시 형태 9. 실시 형태 1 내지 실시 형태 8 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유에 또는 그래비티-레이드 무기 섬유 매트에 적어도 하나의 결합제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하며, 압밀은 결합제를 활성화함으로써 수행되는 방법.
실시 형태 10. 실시 형태 9에 있어서, 결합제는 무기 결합제인 방법.
실시 형태 11. 실시 형태 9 및 실시 형태 10 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 무기 섬유 매트는 결합제의 활성화 전에 니들-펀칭되는 방법.
실시 형태 12. 실시 형태 1 내지 실시 형태 11 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 적어도 하나의 무기 미립자 첨가제를 형성 챔버 내로 도입하고 첨가제를 무기 섬유와 블렌딩하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
실시 형태 13. 실시 형태 12에 있어서, 무기 미립자 첨가제는 팽창성 첨가제를 포함하는 방법.
실시 형태 14. 실시 형태 12 및 실시 형태 13 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 무기 미립자 첨가제는 200 ℃ 내지 600 ℃의 온도에서 물을 유리시킬 수 있는 무기 화합물을 포함하는 흡열성 첨가제를 포함하는 방법.
실시 형태 15. 실시 형태 12 내지 실시 형태 14 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 무기 미립자 첨가제는 단열성 첨가제를 포함하는 방법.
실시 형태 16. 실시 형태 12 내지 실시 형태 15 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 적어도 하나의 결합제를 형성 챔버 내로 도입하고 결합제를 무기 섬유 및 무기 미립자 첨가제와 블렌딩하는 단계를 추가로 포함하고, 압밀은 결합제에 의해 무기 미립자 첨가제를 무기 섬유 웨브 내에 결합시키는 역할을 하는 방법.
실시 형태 17. 실시 형태 16에 있어서, 결합제는 무기 결합제인 방법.
실시 형태 18. 실시 형태 1 내지 실시 형태 17 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 멜트블로운 섬유를 포함하는 방법.
실시 형태 19. 실시 형태 1 내지 실시 형태 18 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 멜트스펀 섬유를 포함하는 방법.
실시 형태 20. 실시 형태 1 내지 실시 형태 19 중 임의의 한 실시 형태에 있어서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브의 무기 섬유는, 수집된 고형화된 무기 섬유의 길이의 평균 80% 이상인 길이를 갖는 방법.
실시예
하기 실시예는 형성 챔버를 무기 섬유 용융-성형 유닛과 직접적으로 인-라인으로 사용하지 않으며, 그러한 형성 챔버를 사용하여 용융-성형된 무기 섬유(이 경우에, 용융-성형된 생체용해성 세라믹 섬유)를 가공하고 이 용융-성형된 무기 섬유를 유기 결합 섬유와 그리고 미립자 첨가제(이 경우에, 팽창 흑연)와 블렌딩하는 것의 실시 및 효능의 감소를 예시한다.
장치는 도 1에 도시된 일반적인 유형의 것을 사용하였다. 이 장치는, 도 1에 도시된 것과 유사한 방식으로, 2열의 섬유-분리 회전 (스파이크) 롤이 챔버의 상부에 서로 가까이 배열되고 2열의 스파이크 롤이 챔버의 하부에 서로 가까이 배열된 형성 챔버를 포함하였다. 각각의 열은 5개의 스파이크 롤을 포함하였다. 도 1에 도시된 것과 유사한 방식으로, 무단 벨트는 챔버의 내부 둘레에서 진행하여, 스파이크 롤 열의 상부 세트와 하부 세트 사이를 통과하였다. 이 벨트는 고체 금속 슬랫(slat)들을 포함하였으며, 슬랫의 장축은 벨트의 이동 방향에 대해 횡으로 배향되고, (벨트의 이동 방향으로) 약 2.54 ㎝ (1 인치) 폭의 횡으로 연장되는 관통 구멍을 제공하도록 이격된다. 형성 챔버의 하단은 (형성된 섬유 매트의 이동 방향으로) 약 75 ㎝ 길이와 약 60 ㎝ 폭의 면적을 포함하였다. 캐리어(공기-투과성 무단 벨트)를 형성 챔버의 하단을 따라 수평으로 지나도록 배열하였다. 캐리어는 약 60 ㎝ 폭이어서, 형성 챔버의 하단의 폭과 대체로 일치하였으며, 형성 챔버의 하단의 장축의 방향으로 이동가능하였다. (평량이 약 18 그램/제곱미터 정도인) 일회용 공기-투과성 페이퍼를 캐리어의 상부 표면 상에 배치하였다.
뉴텍/피브라텍(Nutec/Fibratec; 멕시코 몬테레이 소재)으로부터 상표명 SMG 1200으로 생체용해성 세라믹 섬유를 입수하였다. 공급처는 생체용해성 세라믹 섬유가 약 20 ㎝의 공칭 섬유 길이 및 약 3 ㎛의 공칭 섬유 직경을 갖는 무정형 칼슘-마그네슘 실리케이트 섬유인 것으로 보고하였다 (정성적으로, 입수한 그대로의 섬유는 공칭 길이보다 더 짧은 것으로 보였다). 팽창 흑연은 독일 함부르크 소재의 노르트만-라스만(Nordmann-Rassmann)으로부터 상표명 노르트-민(NORD-MIN) 351로 입수하였다. 2성분 유기 중합체 (결합제) 섬유는 슈타인 파이버스(Stein Fibers; 미국 뉴욕주 올버니 소재)로부터 상표명 131-00251로 입수하였다. 공급처는 이 섬유가 55 ㎜의 공칭 길이의 폴리에스테르/코폴리에스테르 2 데니어 섬유인 것으로 보고하였다.
실험을 수행함에 있어서, 섬유를 (예를 들어, 베일의 벌크 섬유로) 입수하고 적절한 양의 섬유를 측정하여 나누고 공급 컨베이어 벨트 상에 수동으로 위치시켰다. 섬유의 취급 편의성을 위해, 장치가 수용된 장소에서 물 분무기(water mister)를 사용하여 정전기를 감소시켰다. 컨베이어 벨트가 이동하기 시작하여, 2개의 스파이크 롤러의 단일 세트를 수용하는 챔버를 포함하는 섬유 공급 스테이션으로 섬유를 운반하였다. 섬유를 챔버 내로 끌어들이고, 스파이크 롤러의 세트에 통과시키고, 송풍기 팬에 의해 가해지는 부분 진공에 의해서 덕트를 통해 챔버로부터 꺼냈다. 이어서, 송풍기 팬에 의해 가해지는 양의 압력 하에서 섬유를 형성 챔버의 상부 부분으로 이송하고 그 내부로 주입하였다. 형성 챔버의 천장은 임의의 과도한 압력이 빠져나갈 수 있도록 다공성이었다. 팽창 흑연 입자를 입자 주입 유닛의 호퍼(hopper) 내에 위치시켰고, 이 호퍼는 하기에 열거된 조성을 제공하도록 보정된 속도로 (스파이크 롤러 아래의) 형성 챔버의 하부로 입자를 주입하였다.
다양한 섬유의 양, 및 입자의 양은, 약 25 중량%의 팽창 흑연, 약 70 중량%의 세라믹 섬유, 및 약 5 중량%의 유기 결합제 섬유의 공칭 조성의 섬유질 매트를 형성하도록 제어하였다. 형성 챔버에서, 본 명세서에 앞서 기재된 것과 유사한 방식으로, 생체용해성 세라믹 섬유를 기계적으로 분리하고 결합제 섬유와 블렌딩하였다. 기계적으로-분리되고 블렌딩된 섬유는 형성 챔버의 하단을 향해 (본 명세서에 앞서 기재된 바와 같이 임의의 큰 집합체는 포획 및 재순환되면서) 중력-낙하하고, 흑연 입자와 블렌딩되며, 블렌딩된 섬유 및 입자는 공기-투과성 페이퍼가 (캐리어 상에서) 대략 1 미터/분의 속도로 형성 챔버의 하단을 가로질러 이동할 때 공기-투과성 페이퍼 상에 떨어져 섬유 매트를 형성하였다. 캐리어의 아래쪽에 부분 진공을 가하여, 재료를 침착시키고 이 침착된 매트를 다공성 페이퍼 상에 유지하는 데 도움을 주었다. 페이퍼/캐리어는 침착된 섬유 매트를 형성 챔버 밖으로 운반하였다. 챔버 출구에 압축 롤을 제공하였는데, 이는 섬유 매트가 챔버로부터 빠겨나갈 때 이를 잠시 압축하였다. 섬유 매트의 침착된 그대로의 두께를 측정하였고 약 8.3 ㎝였다.
섬유 매트를 대략 1 미터/분의 속도로 오븐에 통과시켰다. 오븐은 약 154 ℃의 온도에서 유지하였다. 오븐의 길이는 약 5.5 미터였고, 섬유 매트의 오븐 내 체류 시간은 약 5.5분이었다. 오븐은 가열된 공기가 섬유 매트 상으로 하향하도록 배열하였는데, 매트는 캐리어의 아래쪽에 부분 진공을 가한 상태로 다공성 캐리어 상에 있었다. 이러한 방식으로, 섬유 매트를 통해 가열된 공기를 흡인하여, 섬유가 함께 접합될 때까지 섬유가 밀려나게 하지 않고 오히려 매트를 캐리어에 고정할 수 있었다.
승온에 의한 결합제 섬유의 활성화는 섬유 매트의 자가-지지형 웨브로의 압밀을 야기하였다. 오븐의 출구에는 웨브를 원하는 양으로 잠시 압축하도록 설정할 수 있는 롤이 있었다. 이 실험에서는, 웨브를 압축하지 않도록 롤을 설정하였다. 그렇게 형성된 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브의 최종 두께는 약 8.3 ㎝였다. 웨브의 벌크 밀도는 약 0.062 g/㎤였다.
상기 기재된 시험 및 시험 결과는 예측성이기보다는 단지 예시적인 것으로서, 시험 절차에 있어서의 변형은 상이한 결과를 산출할 것으로 예상될 수 있다. 실시예 섹션에서의 모든 정량적 값들은 사용된 절차에 수반된 일반적으로 알려진 허용오차의 측면에서 근사치로 이해된다. 상기 상세한 설명 및 실시예들은 단지 명확한 이해를 위해 주어졌다. 이로부터 어떠한 불필요한 제한 사항도 이해되지 않을 것이다.
본 명세서에 개시된 예시적인 특정 구조, 특징, 상세 사항, 구성 등이 다수의 실시 형태에서 변형 및/또는 조합될 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 모든 이러한 변경 및 조합은 본 발명의 범위 내에서 본 발명자에 의해 고려된다. 따라서, 본 발명의 범주는 본 명세서에 설명된 예시적인 특정 구성이 아니라, 오히려 특허청구범위의 언어로 설명되는 구성 및 이들 구성의 등가물에 의해 한정되어야 한다. 본 명세서와 본 명세서에 참고로 포함되는 임의의 문헌의 개시 내용 간에 상충 또는 모순이 있는 경우에는, 본 명세서가 우선할 것이다.

Claims (20)

  1. 무기 재료를 용융물로서 압출하고, 용융된 압출물을 섬유로서 고형화하고, 고형화된 무기 섬유를 수집하는 단계;
    수집된 고형화된 무기 섬유를 형성 챔버 - 상기 형성 챔버는 형성 챔버 내에 적어도 하나의 열로 제공되는 복수의 섬유-분리 롤러를 포함하며 이동식 무단 벨트 스크린을 포함함 - 내로 도입하는 단계;
    섬유-분리 롤러를 사용하여 무기 섬유의 적어도 일부를 기계적으로 분리하는 단계;
    이동식 무단 벨트 스크린에 의해 무기 섬유의 임의의 나머지 집합체(agglomerate)를 포획하고, 포획된 집합체를 섬유-분리 롤러로 되돌려 보내 섬유-분리 롤러에 의해 기계적으로 분리되게 하는 단계;
    기계적으로 분리된 무기 섬유를 그래비티-레이드(gravity-laid) 무기 섬유 매트로서 수집하는 단계;
    그래비티-레이드 무기 섬유 매트를 형성 챔버로부터 꺼내는 단계; 및
    그래비티-레이드 무기 섬유 매트를 압밀(consolidate)하여 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 형성하는 단계
    를 포함하는, 용융-성형된 무기 섬유를 포함하는 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 형성 챔버 내로 도입되기 전에 베일화(baled)되지 않는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 형성 챔버는 단일 제조 라인에서 용융-압출 공정과 나란히 연결되어 있는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 형성 챔버 내로 도입되기 전에 냉각되는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유의 실질적으로 전부가 생체용해성(biosoluble) 세라믹 섬유인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유의 조성과 상이한 조성의 적어도 하나의 부가적인 유형의 무기 섬유를 형성 챔버 내로 도입하고, 수집된 고형화된 무기 섬유와 블렌딩하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 부가적인 유형의 무기 섬유는 긴 현무암 섬유(basalt fiber), 긴 유리 섬유, 및 광물면(mineral wool)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 압밀은 니들-펀칭(needle-punching)에 의해서 수행되는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유에 또는 그래비티-레이드 무기 섬유 매트에 적어도 하나의 결합제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하며, 압밀은 결합제를 활성화함으로써 수행되는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 결합제는 무기 결합제인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 무기 섬유 매트는 결합제의 활성화 전에 니들-펀칭되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 무기 미립자 첨가제를 형성 챔버 내로 도입하고 첨가제를 무기 섬유와 블렌딩하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 무기 미립자 첨가제는 팽창성(intumescent) 첨가제를 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 무기 미립자 첨가제는 200 ℃ 내지 600 ℃의 온도에서 물을 유리시킬 수 있는 무기 화합물을 포함하는 흡열성 첨가제를 포함하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 무기 미립자 첨가제는 단열성 첨가제(insulative additive)를 포함하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 결합제를 형성 챔버 내로 도입하고 결합제를 무기 섬유 및 무기 미립자 첨가제와 블렌딩하는 단계를 추가로 포함하고, 압밀은 결합제에 의해 무기 미립자 첨가제를 무기 섬유 웨브 내에 결합시키는 역할을 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 결합제는 무기 결합제인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 멜트블로운 섬유를 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 수집된 고형화된 무기 섬유는 멜트스펀 섬유를 포함하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 그래비티-레이드 무기 섬유 웨브의 무기 섬유는 수집된 고형화된 무기 섬유의 길이의 평균 80% 이상인 길이를 갖는 방법.
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