對含有高性能纖維的物品進行回收利用的方法
2023-05-27 18:02:16
專利名稱：對含有高性能纖維的物品進行回收利用的方法
技術領域：
本發明涉及將含有高性能纖維的物品回收製成紗線的方法以及由此製成的物品。
背景技術：
含有高性能纖維(例如芳族聚醯胺)的織物在本領域是已知的。可以將這些織物用於各種各樣的物品中以增加這些物品的防彈性或耐剪切和耐磨損性。所述物品的例子是防彈背心、手套、護腿套褲等。
美國專利6,103,646公開了防穿透的防彈物品，其含有由許多緊密編織的芳族聚醯胺紗線層所製成的外表面和許多防彈纖維材料(例如芳族聚醯胺)紗線層所製成的內表面。
美國專利5,876,834公開了由芳族聚醯胺紗線的織物製成的防護鏈護腿套褲。
含有高性能纖維或紗線的織物還被用於製備許多其它物品，例如耐剪切的手套等。
由含有高性能纖維的織物製成的物品中存在的問題是如何回收所述的物品。所述物品(例如防彈背心)的使用壽命通常是5至10年，在所述時間之後必須替換所述的背心，這樣就出現了如何處理舊背心的問題。因此需要通過回收來減少浪費。回收利用廢織物的一般概念是已知的。參見例如美國專利5,369,861，其公開了對粗斜紋棉布廢料進行回收利用的方法。對新的、改進的回收利用方法的需求是持續的。
發明概述本發明涉及對織物進行回收利用的方法，所述織物含有其韌度至少10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的高性能纖維，從而由織物製成紗線。在該方法中，所提供的織物含有韌度至少為10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的纖維，將所述織物切割成尺寸不大於15釐米的碎片。將30至99重量％的短纖維(以短纖維和高性能纖維的總量為基礎)加入到織物碎片中以製得混合物，然後分離混合物中的纖維並校直以形成紗條，然後將所述紗條形成加捻紗。可以將該加捻紗用於製備織物或任何其它有用物品。紗線中還可以添加其它的纖維。
發明詳述本發明涉及對含有高性能纖維的物品進行回收利用以製得可用於製備其它物品的紗線的方法。
含有高性能纖維或高性能紗線(所述紗線通常以連續復絲的形式存在)的物品具有許多應用，所述的應用包括防彈背心、耐剪切的手套、護腿套褲等。在本發明的方法中，將帶有含有高性能纖維的織物的物品拆開或者是分開以提供沒有任何覆蓋、縫合等的織物。例如，防彈背心通常包括許多縫製在一起的織物層，其通常被外殼或其它覆蓋織物所覆蓋。將外殼或覆蓋織物除去以露出所述織物層，然後將織物層的縫綴除去，從而只留下含有高性能纖維的織物片。某些縫綴可能留在織物內，但通常是不希望的，因為縫綴會導致紗線的質量降低。
本發明的物品和織物全部或部分地由含有高性能纖維的紗線所構成。正如在本文中所使用的那樣，術語「高性能纖維」是指其韌度至少為10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的纖維。所述紗線可以由纖維(例如芳族聚醯胺、聚烯烴、聚苯並噁唑、聚苯並噻唑等)製成，並且可以由所述紗線的混合物製成。
織物可含有至多100％的芳族聚醯胺纖維。「芳族聚醯胺」是指其中的至少85％的醯胺鍵(-CO-NH-)直接連接到兩個芳環上的聚醯胺。芳族聚醯胺纖維的例子記載於Man-Made Fibers-Science andTechnology，Volume 2，「形成纖維的芳族聚醯胺」部分，第297頁，W.Black等，Interscience Publishers，1968。芳族聚醯胺纖維還公開於美國專利4,172,938、3,869,429、3,819,587、3,673,143、3,354,127和3,094,511中。
對芳族聚醯胺是芳族聚醯胺紗線中的常用聚合物，聚(對苯二甲酸對苯二醯胺)(PPD-T)是常用的對芳族聚醯胺。PPD-T是指由對苯二胺與對苯二醯氯等摩爾聚合生成的均聚物以及引入對苯二胺中的少量其它二胺和少量其它二醯氯與對苯二醯氯所形成的共聚物。作為一般規律，其它二胺和其它二醯氯的用量最多是對苯二胺或對苯二醯氯的10摩爾％，或者可能稍微高些，只要所述其它二胺和二醯氯不含有可幹擾聚合反應的反應性基團。PPD-T還可以指引入其它芳香族二胺和其它芳香族二醯氯(例如2，6-萘醯氯或氯-或二氯對苯二醯氯或3，4′-二氨基二苯基醚)所形成的共聚物。對於本發明的目的，對芳族聚醯胺還包括高度修飾的完全芳香族的共聚聚醯胺，例如共聚(對苯二甲酸對苯二醯胺/對苯二甲酸3，4′-二苯基醚二醯胺)。
「聚烯烴」是指聚乙烯或聚丙烯。聚乙烯主要是指其分子量優選大於一百萬的線性聚乙烯材料，它可能含有少量的鏈分支或共聚單體，每100個主鏈碳原子中有不超過5個修飾單元，它還可能含有混在其中的不大於50重量％的一種或多種聚合添加劑例如烯烴-1-聚合物，尤其是低密度聚乙烯、丙烯等，或者是通常引入的低分子量添加劑例如抗氧化劑、潤滑劑、紫外線掩蔽劑、著色劑等。其作為長鏈聚乙烯(ECPE)通常是已知的。類似地，聚丙烯主要是其分子量優選大於一百萬的線性聚丙烯物質。高分子量的線性聚烯烴纖維是可購買的。
聚苯並噁唑和聚苯並噻唑優選由如下結構的聚合物構成
雖然所示的與氮原子連接的芳基可以是雜環，但它們優選為碳環；雖然它們可以是稠合的或非稠合的多元環體系，但是它們優選為單一的六元環。雖然二唑系的主鏈中所表示的基團是優選的對亞苯基，但該基團可以被任何的不會干擾聚合物的製備的二價有機基團所取代，或者根本不帶任何基團。例如，該基團可以是最多為12個碳原子的脂肪族基團、甲代亞苯基、亞聯苯基、二亞苯基醚等。
然後將織物切割成相對小的碎片，優選其最大尺寸不大於15釐米(6英寸)，更優選不大於5釐米(2英寸)。通常將大於15釐米(6英寸)的切斷織物的碎片除去，因為當將切斷的織物製成紗線時，這些較長的碎片可能會引起問題。對於短纖維的加工處理，通常將最大尺寸大於5釐米(2英寸)的切斷織物的碎片除去。應該理解的是，在本發明中，切斷織物的最大尺寸將取決於隨後的製備紗線的加工步驟。與用於長纖維(毛紡或精紡系統)的形成紗線的其它已知技術相比，在短纖維(棉紡)系統的生產過程中將使用更小的織物碎片。
切斷織物的優選方法是利用可切割出許多不同角度的截切機。常用的截切機將剪出六種不同的角度。雖然優選截切機，但切斷設備的選擇對於本發明來說不是至關重要的，只要將織物切割成適當尺寸的碎片即可。
將切斷織物的碎片與30至99重量％的短纖維、優選50至95重量％的短纖維(以短纖維和織物碎片中的高性能纖維的總量為基礎)相混合。在此「短纖維」是指任何長度不大於15釐米的天然或合成纖維，條件是短纖維不同於高性能纖維的組成。因此，對於所述公開的目的，短纖維也可以是高性能纖維，只要其組成不同於切斷織物碎片的高性能纖維。
另外，可以理解的是，在本發明中在紗線的生產過程中還可以加入額外的未使用過的、也就是非回收的高性能纖維。可以存在未使用過的高性能纖維以便於加工處理。例如，可以使用等量的切斷織物中的循環的高性能纖維和未使用過的高性能纖維。
適宜短纖維的例子包括棉花、羊毛、聚酯、聚醯胺、人造纖維及其混合物以及以上列出的高性能纖維。另外還可以包括其它纖維例如用於抗靜電性能的纖維。適宜的抗靜電性能記載於例如USP3,803,453和USP 4,612,150中。
然後將該混合物形成紗條。將該混合物形成紗條的優選方法是利用梳理機，通常將梳理機用於纖維工業以分離、排列然後將纖維形成未經加捻的鬆散集合的纖維的連續長線，通常將其稱作紗條。
當將織物的切斷碎片通過梳理機進行加工處理時，梳理機分離出織物中的單根纖維，然後將回收的纖維與混合物中的任何其它纖維一起形成束狀網，通常將其形成直徑為幾釐米(約1英寸)的紗條。然後將所述紗條通過常規的拉伸方法形成粗紗，然後利用製備細紗的任何常規方法，例如環錠紡紗機將其形成加捻紗。
另外，還可以利用例如自由端紡紗機(其中的一個例子是Murata噴氣紡紗機)或包芯紡紗機(其中的一個例子是DREF摩擦紡紗機)將紗條直接紡成紗線。
對於根據本發明的方法可能製成的紗線的類型或尺寸沒有限制。然而，該方法特別適於提供單紗支數為8.5公制支數(約為5英制棉紗支數)或更細的短紗，並且優選其單紗支數為8.5至34公制支數(約為5至20英制棉紗支數)的短紗。還可以將這些單紗進行合併以形成合股線。
按照常規方式將含有回收的高性能纖維的紗線用於製備織物。所述織物可含有任意量的回收紗線。將利用由本發明的紗線製成的織物用於其中使用含有高性能纖維的紗線的任何其它物品，例如帳篷、手套、護腿套褲、防護罩；、衣服等。
實施例在以下實施例中，所有的份和百分數均以重量表示，除非另有說明。
通過除去覆蓋材料以及將多片100％芳族聚醯胺織物層縫製在一起的縫綴而將使用過的防彈背心拆開。將分離出的100％芳族聚醯胺織物層用截切機切成各種形狀的碎片。對於本實施例，對該過程進行設定以控制碎片的大小，以便最長的切斷纖維的長度不超過5釐米(2英寸)。
將切斷的織物碎片進行複查以保證切斷纖維的長度不超過5釐米。將其中最長切斷纖維的長度超過5釐米(2″)的碎片除去。據認為，在使用短纖維棉紡系統加工設備時，纖維的長度大於5.5cm(2.25英寸)有可能形成折皺。當在兩個拉伸輥之間分出過長的纖維時，就會形成折皺。分出的纖維斷裂、重繞並且形成粗糙不平紗線的彎曲、扭結部分。該缺陷導致下遊加工處理步驟出現問題，並且紗線的均勻度差。
然而，應該理解的是，如果增大拉伸輥的間距，就可以使用更長的纖維而不會出現折皺。
對具有不同回收材料百分含量的樣品進行兩個小試驗。
製備具有如下組成的兩個11.4千克(25lb)的樣品細紗實施例1a.中級梳棉-70重量％b.回收的對芳族聚醯胺防彈織物-12.5重量％c.1.7分特/長絲(1.5dpf)×3.8cm(1.5″)對芳族聚醯胺纖維-12.5重量％d.4.3分特/長絲(3.9dpf)×3.8cm(1.5″)尼龍/碳皮/芯抗靜電纖維-5重量％細紗實施例2a.中級梳棉-55重量％b.2.0分特/長絲(1.8dpf)×3.8cm(1.5″)尼龍纖維-15重量％c.回收的對芳族聚醯胺防彈織物-12.5重量％d.1.7分特/長絲(1.5dpf)×3.8cm(1.5″)對芳族聚醯胺纖維-12.5重量％e.4.3分特/長絲(3.9dpf)×3.8cm(1.5″)尼龍/碳皮/芯抗靜電纖維-5重量％
注釋在實施例1和2中，對芳族聚醯胺是聚(對苯二甲酸對苯二醯胺)。
首先將11.4千克(25lb)纖維樣品手工混合，然後通過Kitson/SacoLowell Picker分兩次加入以形成不同纖維的混合物。一旦混合後，將每種樣品通過Double Lickerin Roll/Single Cylinder Davis Furber Rollertop Card加入，將精梳取下以製備粗梳紗條。與蓋板式梳棉系統相比，優選使用羅拉蓋板式梳理機系統。該方法使得分離出的100％芳族聚醯胺防彈織物碎片和其它混合的短纖維可以形成包含分離出的長絲的紗條。
用於分離出100％芳族聚醯胺防彈織物碎片的以上梳棉過程優選是將100％芳族聚醯胺防彈織物碎片單獨加入到梳棉機中，然後手工混合。在沒有混合的情況下，梳棉機在將織物碎片分離成獨立的長絲方面不是有效的。
利用常規的短纖維環錠紡紗法將粗梳紗條紡成短紗。通過兩次穿經拉伸(頭道梳毛機/末道清棉機)利用SacoLowell Versamatic/ShawDrafting System 4 Over 5將粗梳棉紗條加工成拉伸的棉紗條。然後在Saco Lowell1/B/F/B Roving Frame上將拉伸的棉紗條加工成粗紗。然後在Roberts Arrow Spinning Frame上用5cm(2英寸)的環錠將粗紗加工成14公制支數(8cc)的短細紗。將121捻度係數(圈/米/(nM)1/2)(或按照英制棉紗支數系統捻度係數為4.0(圈/英寸/(cc)1/2))用於細紗。
由於常用棉纖維的平均長度為2.9cm至3.5cm(1-1/8英寸至1-3/8英寸)，所以使用具有類似長度的芳族聚醯胺纖維可以得到最好的拉伸結果以及細紗重量的均勻性(也將其稱作「紗線均勻度」)。
選擇棉紡系統環錠紡紗以實現芳族聚醯胺與棉紗的最佳拉伸均勻性。
機織實施例1將細紗實施例1的14公制支數(8棉紗支數)的短細紗用作緯紗以在常規的Tsudakoma Model 209噴氣織布機上織成粗斜紋棉布織物。經紗由兩類接近異經(end-to-end)設計的細紗構成。第一類是16公制支數(9.5c.c.)的環錠紡紗線，其含有84重量％棉紗和16重量％長度為3.8釐米的未使用過的對芳族聚醯胺纖維。第二類是16公制支數(9.5c.c.)的環錠紡紗線，其含有84重量％棉紗和16重量％長度為3.8釐米的聚酯纖維。織物在織布機上是3×1的右向斜紋編織，結構為23.6經紗/cm和15.7緯紗/cm。按照常規方法將織物進行防縮處理，防縮織物的單位重量是354g/m2。
機織對比例1重複與實施例1相同的過程，所不同的是，緯紗是14公制支數(8棉紗支數)的100％環錠紡棉紗。防縮織物的單位重量是370g/m2。
機織對比例2重複與實施例1相同的過程，所不同的是，緯紗是14公制支數(8c.c.)的環錠紡紗線，其含有75重量％棉紗和25重量％長度為3.8釐米的黑色未使用過的對芳族聚醯胺纖維。防縮織物的單位重量是366g/m2。
測試對織物樣品進行兩種至關重要的測試(尤其是在緯紗方向上)，從而確定織物的性能。織物的斷裂強度通過ASTM D 5034「強度和紡織物的斷裂強度和伸長率的標準測試法(抓樣強力試驗)」進行測定。織物的撕裂強度通過ASTM D 1424「通過下降鐘擺型(Elmendorf)裝置進行織物的撕裂強度的標準測試方法」進行測定。織物的靜電荷消失通過Federal Standard 191A Method 5931「織物的靜電荷消失的測定」來測定。在21℃及20％相對溼度下，對樣品進行調理，然後進行測試。
下面給出了機織實施例1的織物相對於對比例(由100％棉和75％棉/25％對芳族聚醯胺紗製成)的試驗結果。
試驗結果
權利要求
1.一種對織物進行回收利用以由所述織物製成紗線的方法，所述織物含有韌度至少為10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的高性能纖維，該方法包括如下步驟提供含有韌度至少為10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的纖維的織物，將所述織物切成最大尺寸不大於15釐米的碎片，將短纖維加入到織物碎片中以製得混合物，分離混合物中的纖維並校直以形成紗條，然後將所述紗條形成加捻紗，其中以高性能纖維和短纖維的總量為基礎，高性能纖維佔1至70重量％，短纖維佔30至99重量％。
2.權利要求1所述的方法，其中所述織物含有芳族聚醯胺、聚烯烴、聚苯並噁唑、聚苯並噻唑或其混合物中的纖維。
3.權利要求1所述的方法，其中所述織物含有對芳族聚醯胺的纖維。
4.權利要求1所述的方法，其中所述織物含有聚(對苯二甲酸對苯二醯胺)的纖維。
5.權利要求1所述的方法，其中所述織物含有共聚(對苯二甲酸對苯二醯胺/對苯二甲酸3，4′-二苯基醚二醯胺)的纖維。
6.權利要求1所述的方法，其中通過將混合物加入到梳理機中以分離出混合物中的纖維，然後將其校直以形成紗條。
7.權利要求1所述的方法，其中將所述織物切斷成最大尺寸不大於5釐米的碎片。
8.權利要求1所述的方法，其中所述短纖維的長度不大於15釐米。
9.權利要求1所述的方法，其中所述紗條中含有其它纖維。
10.由權利要求1所述的方法製成的紗線。
11.包含由權利要求1所述的方法製成的紗線的織物。
12.包含權利要求11所述的織物的物品。
13.一種對防彈服進行回收利用以由所述織物製成紗線的方法，該方法包括如下步驟提供防彈服，所述防彈服包含多層含有韌度至少為10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的纖維的織物，除去防彈服上存在的任何覆蓋物以露出所述多層織物層，基本上除去所述織物層中存在的任何縫綴，將所述織物切成最大尺寸不大於15釐米的碎片，將短纖維加入到織物碎片中以製得混合物分離混合物中的纖維並校直以形成紗條，然後將所述紗條形成加捻紗，其中以高性能纖維和短纖維的總量為基礎，高性能纖維佔1至70重量％，短纖維佔30至99重量％。
14.權利要求10所述的方法，其中所述織物含有芳族聚醯胺、聚烯烴、聚苯並噁唑、聚苯並噻唑或其混合物中的纖維。
15.權利要求10所述的方法，其中所述織物含有對芳族聚醯胺的纖維。
16.權利要求10所述的方法，其中所述織物含有聚(對苯二甲酸對苯二醯胺)的纖維。
17.權利要求10所述的方法，其中通過將混合物加入到梳理機中以分離出混合物中的纖維，然後將其校直以形成紗條。
18.權利要求10所述的方法，其中將所述織物切成最大尺寸不大於5釐米的碎片。
19.權利要求12所述的方法，其中所述短纖維的長度不大於15釐米。
20.權利要求1所述的方法，其中所述紗條中含有另外的纖維。
21.由權利要求10所述的方法製成的紗線。
22.包含由權利要求13所述的方法製成的紗線的織物。
23.包含權利要求22所述的織物的物品。
全文摘要
本發明涉及對織物進行回收利用以由所述織物製成紗線的方法，所述織物含有韌度至少為10克/分特並且拉伸模量至少為150克/分特的高性能纖維。在該方法中，將所述織物切割成最大尺寸不大於15釐米的碎片。將30至99重量％的短纖維加入到織物碎片中以製得混合物，然後分離混合物中的纖維並校直以形成紗條，然後將所述紗條形成加捻紗。可以將該加捻紗用於製備織物或任何其它有用物品。
文檔編號D01G11/04GK1575358SQ02821037
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月18日 優先權日2001年10月26日
發明者紀成航, 丹尼爾·麥可·費希爾, 拉裡·約翰·普裡克特 申請人:杜邦公司