具有高韌性長切段纖維紗的阻燃織物的製作方法

2023-05-23 08:18:51

概括而言，本公開涉及阻燃織物，更具體而言，涉及包括長切段纖維的阻燃織物。

背景

將連續長絲紗結合到織物中通常將增加那些織物的強度。然而，連續長絲紗線趨向於昂貴。因此，需要用較便宜但仍然增強織物強度的替代紗線形成的織物。

概述

在本專利中使用的術語「發明」、「本發明」、「該發明」和「所述發明」旨在廣義上指本專利和下文的專利權利要求的所有主題。包含這些術語的闡述不應被理解為限制本文所描述的主題或限制下文專利權利要求的含義或範圍。本專利所涵蓋的本發明的實施方案由下面的權利要求而非本概述來限定。本概述是本發明的多個方面的高度綜述，並且引入了一些概念，這些概念在下面的詳述章節中進一步描述。本概述不旨在確定所要求保護的主題的關鍵或必要特徵，也不旨在孤立地用於確定所要求保護的主題的範圍。該主題應當通過參考本專利的整個說明書、所有附圖和每個權利要求來理解。

本發明的實施方案涉及其中結合有高韌性長切段纖維紗的阻燃織物。這種紗線比連續長絲紗更便宜，但增加了織物的強度。

詳述

本文中具體地描述了本發明的實施方案的主題以滿足法定要求，但是該描述不一定旨在限制權利要求的範圍。所要求保護的主題可以以其他方式實施，可以包括不同的要素或步驟，並且可以與其他現有的或未來的技術結合使用。該描述不應被解釋為暗示各種步驟或要素之間的任何特定順序或布置，除非明確描述了各個步驟的順序或要素的布置。

本文所用的「連續長絲紗」是指無限或極長長度的纖維，例如在天然存在的絲中所見。

本文所用的「長切段纖維紗(long staple yarn)」是指由長切段纖維形成的紗。長切段纖維定義為具有長於2英寸的切段纖維長度的纖維。本領域技術人員將理解，長切段纖維可以使用多種方法形成，包括但不限於拉斷法、將連續纖維切成長切段纖維長度、或通過剪動物收穫長切段纖維(例如，以獲得長切段羊毛纖維)。在拉斷法中，例如，通過使長絲紗斷裂以形成長度為約2-40英寸的非連續長切段纖維而形成長切段纖維。由這些和其他方法得到的長切段纖維可以具有均勻的長度或不均勻的長度。此外，用於形成長切段纖維紗的長切段纖維可以具有相同或不同的長度。

使用設計採用長切段纖維的系統和方法(與棉系統相反)，例如拉斷、毛紡和精紡系統和方法，將長切段纖維製成長切段纖維紗。用於由長切段纖維形成拉斷紗(一種類型的如本文定義的長切段纖維紗)的拉斷方法和示例性方法在「Continuous Filament to Staple Length Conversion (連續長絲到切段纖維的長度轉化)」文件中描述，其副本隨附於優先權臨時申請並全文結合到本文中。

「短纖紗(spun yarn)」是由短切段纖維形成的紗線，例如長度為2英寸或更短的纖維。

與以旦尼爾為單位測量的長絲紗不同，長切段纖維紗(例如拉斷紗)類似於短纖紗通過紗線支數(例如公制支數)來測量。

本發明的實施方案涉及包含高韌性(「HT」 (High Tenacity))長切段纖維紗(例如但不限於拉斷紗)的阻燃織物。將HT長切段纖維紗插入織物中，使得與沒有這種紗的織物相比，它們增加織物的強度。此外，因為HT長切段纖維紗比其插入的織物中的其他紗線更強，所以在保持織物強度的同時可以減少織物的總重量。在一些實施方案中，根據本發明的織物具有約3-8.5盎司/平方碼(「osy」)的重量，並且與不具有重量至少為約10%以上的HT長切段纖維紗的織物相比具有類似或更大的強度。

HT長切段纖維紗可以位於織物中任何期望的位置。在一些示例性實施方案中，HT長切段纖維紗以網格圖案或條紋(例如，水平或垂直)圖案機織或針織到織物中。可以使用任何期望的機織(例如，平紋、斜紋)或針織(例如，單面、雙面、平紋、雙羅紋)圖案。此外，HT長切段纖維紗可以位於織物的經向或緯向上或者經向和緯向兩者上(當以例如網格圖案的形式結合到織物中時)。

HT長切段纖維紗還可以與一種或多種其他阻燃或非阻燃短纖紗(或切段纖維)、長絲紗和長切段纖維紗組合、聯接或被其覆蓋(即，合股、合股捻、纏繞、皮芯結構、包覆紡紗等)。例如，在一個實施方案中，HT長切段纖維紗與短纖紗、長絲或其他長切段纖維紗中的一種合股。

織物中的紗線的餘者可包括任何所需的短纖紗，其可以但不必如上所述與其他紗線(短纖紗、長絲、長切段纖維)組合、聯接或被其覆蓋。

HT長切段纖維紗可以相對於短纖紗以任何所需的比例位於織物中。紗線比率可以以兩種不同的方式計算—通過數單獨的紗或通過數粗紗(end)。例如，當考慮合股紗(例如，與短纖紗合股的HT長切段纖維紗)時，出於確定HT長切段纖維紗與短纖紗比率的目的，可以單獨地考慮每根紗，或者可以將該雙股紗認為是單根粗紗。例如，來考慮具有以下紗線重複的圖案機織的織物：

●兩根紗線，各自通過將兩根短纖紗合股形成；

●一根紗線，通過將HT長切段纖維紗與一根短纖紗合股形成。

對於這類織物，HT長切段纖維紗與短纖紗的比率為1:5(如果你數每根單獨的紗)或1:2(如果你數各紗粗紗(end))。

使用任一種紗比率計算方法，HT長切段纖維紗與短纖紗的紗比率可為約40:1-約1:40、或約30:1-約1:30、或約25:1-約1:25、或約20:1-約1:20、或約15:1-約1:15、或約10:1-約1:10、或9:1、或8:1、或7:1、或6:1、或5:1、或4:1、或3:1、或2:1、或1:1、或1:2、或1:3、或1:4、或1:5、或1:6、或1:7、或1:8、或1:9、或甚至約2:3-約1:3。在某些實施方案中，以每2-5根短纖紗約1根HT長切段纖維紗的比率將一根HT長切段纖維紗相對於短纖紗插入織物中。

下文陳述的是由其形成用於織物的實施方案中的HT長切段纖維紗和短纖紗的適合材料。請注意，形成HT長切段纖維紗和短纖紗的纖維可為阻燃的，但是不必都是阻燃的。相反地，可使用阻燃/非阻燃材料的任何組合，只要整體織物是阻燃的和/或滿足阻燃織物的所需標準即可。更具體而言，在一些實施方案中，所述織物為適合用於消防服飾的防護性織物，且因此優選遵守例如在國家防火委員會(National Fire Protection Association, NFPA, 1971, 1991版)中所闡述的熱、火焰和著火性能和安全標準(例如熱收縮、垂直可燃性和炭焦長度要求)。

可用於形成長切段纖維(該長切段纖維隨後形成用於本發明的織物的HT長切段纖維紗)的示例性合適的阻燃和非阻燃材料包括但不限於高韌性材料，例如對芳族聚醯胺、間芳族聚醯胺、聚苯並噁唑(PBO)、改性聚丙烯腈、聚{2,6-二咪唑並[4,5-b:40;50-e]-亞吡啶基-1,4(2,5-二羥基)亞苯基}(「PIPD」)、超高分子量(「UHMW」)聚乙烯、UHMW聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、液晶聚合物、玻璃、尼龍(和阻燃尼龍)、碳、絲、聚醯胺、聚酯、以及天然和合成纖維素(例如，棉、人造絲、乙酸酯、三乙酸酯和萊賽爾纖維，以及它們的阻燃對應物：阻燃棉、阻燃人造絲、阻燃乙酸酯、阻燃三乙酸酯和阻燃萊賽爾)。

這些材料可以以纖維和/或長絲形式提供以用於形成用於形成HT長切段纖維紗的長切段纖維。對芳族聚醯胺材料的實例包括KEVLARTM(得自DuPont)、TECHNORATM(得自Teijin Twaron BV，Arnheim，Netherlands)和TWARONTM(也可得自Teijin Twaron BV)。間芳族聚醯胺材料的實例包括NOMEXTM(得自DuPont)、CONEXTM(得自Teijin)和Kermel(得自Kermel)。合適的改性聚丙烯腈材料的實例是購自日本大阪的Kaneka Corporation的PROTEXTM。PIPD材料的實例包括M5(Dupont)。UHMW聚乙烯材料的實例包括Dyneema和Spectra。液晶聚合物材料的實例是VECTRANTM(可得自Kuraray)。合適的人造絲材料的實例是Lenzing的ViscoseTM和ModalTM，可獲自Lenzing Fibres Corporation。阻燃人造絲材料的實例是也可得自Lenzing Fibers Corporation的Lenzing FRTM。萊賽爾材料的實例包括TENCEL G100TM和TENCEL A100TM，二者均可獲自Lenzing Fibres Corporation。

在一些實施方案中，織物中的所有HT長切段纖維紗可以由100%的相同類型的材料形成，使得織物中的所有HT長切段纖維紗是相同的。或者，由不同材料形成的HT長切段纖維紗可用於織物中。此外，每根HT長切段纖維紗可以由相同或不同類型的材料形成。例如，HT長切段纖維紗可以由混合的長切段纖維(例如對芳族聚醯胺和UHMW聚乙烯)形成。

用於短纖紗的示例性纖維包括但不限於對芳族聚醯胺纖維、間芳族聚醯胺纖維、聚苯並噁唑(「PBO」)纖維、聚苯並咪唑(「PBI」)纖維、改性聚丙烯腈纖維、聚{2,6-二咪唑並[4,5-b:40；50-e]-亞吡啶基-1,4(2,5-二羥基)亞苯基}(PIPD)纖維、天然和合成纖維素纖維(例如棉、人造絲、乙酸酯、三乙酸酯和萊賽爾纖維，以及它們的阻燃對應物：阻燃棉、阻燃人造絲、阻燃乙酸酯、阻燃三乙酸酯和阻燃萊賽爾)、尼龍和/或阻燃尼龍纖維、TANLONTM(得自上海的Tanlon Fiber Company)、羊毛纖維、三聚氰胺纖維(例如BASOFILTM，得自Basofil Fibers)、聚酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚醚醯亞胺纖維、聚醚碸纖維、聚醯胺纖維、UHMW聚乙烯纖維、UHMW聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、液晶纖維、玻璃纖維、碳纖維、絲纖維及其共混物。

每根短纖紗可以由單種纖維類型形成，或者可以將不同的纖維類型共混以形成短纖紗。此外，提供在織物中的所有短纖紗可以相同，或者，由不同纖維形成的短纖紗可以用於同一織物中。在一些實施方案中，選擇和/或共混以形成短纖紗的纖維增強了織物的性能，例如但不限於織物的舒適性、耐久性和/或可染性/可印刷性。

根據本文所述的實施方案的由HT長切段纖維紗形成的阻燃織物通常具有比具有長絲紗代替HT長切段纖維紗的等同織物更低的韌性，但是具有比具有短纖紗代替HT長切段纖維紗的等同織物更高的韌性。這是因為，與長絲紗不同，HT長切段纖維紗不是連續的，並且預期不具有與具有相同重量並由相同材料形成的長絲紗相當的強度。然而，HT長切段纖維紗中的長切段纖維比傳統短纖紗中的短切段纖維長，因此HT長切段纖維紗比同等短纖紗強度更高。

NFPA對織物必須具有以便用於消防服構造的強度提供了最低指導。NFPA 1971提供了適合的防火織物和服裝的拉伸和撕裂強度規定。根據本發明的實施方案形成的織物(「本發明織物」)的強度與對照織物進行比較。織物如下所述：

本發明織物：

•6.7 osy斜紋編織織物，具有在經紗和緯紗兩個方向上織造的HT拉斷紗和短纖紗；

•HT拉斷紗由100%的對芳族聚醯胺長切段纖維形成；

•短纖紗為對芳族聚醯胺(Kevlar®)和間芳族聚醯胺(Nomex®)切段纖維的60/40的混紡物；

•兩根HT拉斷紗合股在一起形成一根粗紗；

•兩根短纖紗合股在一起形成一根粗紗；和

•織物在經紗和緯紗方向的每個上以雙股短纖紗的兩根粗紗隨後是雙股HT拉斷紗的一根粗紗的圖案織造。

對照織物：

•由100%短纖紗(全部為雙股)形成的7.5 osy 3-粗紗防撕裂(3-end rip stop)織物；且

•每根短纖紗為對芳族聚醯胺(Kevlar®)和間芳族聚醯胺(Nomex®)切段纖維的60/40的混紡物。

性能結果*列於表I中：

表1

*所有測試在洗滌之前進行。

因此，本發明織物的強度顯著高於對照織物，而重量比對照織物低10%以上。

其他織物結構當然是可能的，並且在本發明的範圍內。附圖中描述的或上面描述的部件的不同布置以及未示出或描述的部件和步驟是可能的。類似地，一些特徵和子組合是有用的，並且可以在不參考其他特徵和子組合的情況下使用。已經出於說明性而非限制性目的描述了本發明的實施方案，並且供選實施方案對於本專利的讀者將是顯而易見的。因此，本發明不限於上述或附圖中所示的實施方案，並且可以不偏離以下權利要求範圍的情況下實施各種實施方案和修改。