高韌性或高承載尼龍纖維及其紗線和織物的製作方法

2023-05-21 01:05:51

本公開涉及具有通過斷裂韌性以及在7％和10％伸長率下的韌性量化的合意高強度的改進型尼龍短纖維的製備。這些尼龍短纖維是通過以下方式產生：製備相對均勻紡織且驟冷的尼龍長絲的絲束，在蒸汽的存在下牽拉且退火這些絲束，且隨後切割或以其它方式將經牽拉且退火的絲束轉化為所需高強度尼龍短纖維。

如此製備的尼龍短纖維可以與例如棉短纖維等其它纖維摻和以產生也具有合意高強度的紗線。這些紗線隨後可以製成為織物和其它製品，這些製品有利地可為重量輕的、舒適的、較低成本且耐久的，且因此尤其適合於用於或用作例如軍用服裝，例如戰鬥服或其它堅固的使用服裝。

本公開還涉及高韌性尼龍纖維和纖維素材料或再循環合成或天然纖維技術的非織造複合材料。這些複合材料的最終用途包含但不限於工業(毛氈/背襯/過濾/絕緣)、服裝(包含襯裡織物)、鞋類、包/背包硬殼、耐久和半耐久(一次性或半一次性)衣服或ppe，包含fr(經化學處理或與固有fr纖維技術組合)、生物化學或其它特種防護服。

背景技術：

尼龍已經製造並商用許多年。最先的尼龍纖維是尼龍6,6,聚(己二醯己二胺)，且尼龍6,6纖維仍在製作且商用作為主要的尼龍纖維。大量的其它尼龍纖維，尤其是從己內醯胺製備的尼龍6纖維，也在製作且商用。尼龍纖維在用於紡織織物的紗線中使用，以及用於其它目的。對於紡織織物，基本上存在兩種主要紗線類別，即連續長絲紗線以及從短纖維(即，切割纖維)製作的紗線。

尼龍短纖維常規上通過以下方式來製作：將尼龍聚合物熔融紡織為長絲，將極大量的這些長絲收集為絲束，使絲束經受牽拉操作，且隨後將絲束轉化為短纖維(例如，在短纖維切割器中)。所述絲束通常含有成千上萬的長絲，且大體上總旦尼爾數大約為幾十萬(或更高)。所述牽拉操作涉及在一組饋送輥與一組牽拉輥(以高於饋送輥的速度操作)之間遞送絲束以增加長絲中的尼龍聚合物的定向。牽拉經常與退火操作組合以在將絲束轉化為短纖維之前增加絲束長絲中的尼龍結晶性。

尼龍短纖維的優點之一是它們容易尤其與例如棉(經常稱為短纖維)等天然纖維和/或與其它合成纖維摻和，以實現可從此摻和得出的優點。一種尤其合意形式的尼龍短纖維已經使用多年以與棉摻和，尤其用以改善從包括棉與尼龍的摻和物的紗線製作的織物的耐久性和經濟性。這是因為此尼龍短纖維具有相對高的承載韌性，如hebeler的第3,044,250；3,188,790；3,321,448；和3,459,845號美國專利中公開，以上美國專利的公開內容特此以全文引用的方式併入。如hebeler所闡釋，尼龍短纖維的承載能力常規上測得為在7％伸長率下的韌性(t7)，且t7參數已經長期被接受作為標準測量值且容易在instron試驗機上讀取。

用於製備尼龍短纖維的hebeler過程涉及前文描述的尼龍紡織、絲束形成、牽拉和轉化操作。用於製備尼龍短纖維的hebeler過程中的改進隨後通過修改絲束牽拉操作的性質以及通過對總體過程添加特定類型的退火(或高溫處理)和後續的冷卻步驟來做出。舉例來說，thompson在第5,093,195和5,011,645號美國專利中公開了尼龍短纖維製備，其中將例如具有55的甲酸相對粘度(rv)的尼龍6,6聚合物紡織成長絲，所述長絲隨後被牽拉、退火、冷卻且切割為短纖維，所述短纖維具有約6.8到6.9的斷裂韌性t、約2.44的每長絲旦尼爾數，以及從約2.4到3.2的承載能力t7。這些尼龍短纖維進一步在thompson專利中公開為與棉摻和且形成為具有改進紗線強度的紗線。(這兩個thompson專利以全文引用的方式併入本文。)

根據thompson技術製備的尼龍短纖維已經摻和到nyco紗線(大體上處於50:50尼龍/棉比率)中，其中這些紗線用以製備nyco織物。這些nyco織物(例如，機織織物)已應用於軍用戰鬥服和服裝。雖然這些織物已經大體上證明為對於軍用或其它堅固服裝用途是令人滿意的，但例如軍事當局一直在尋找改進的織物，所述織物可能重量更輕、成本更低和/或更舒適，且仍高度耐久或甚至具有改善的耐久性。

技術實現要素：

本發明涉及產生具有極高韌性(斷裂韌性和低伸長率下的韌性兩者)的尼龍短纖維。本發明涉及使用蒸汽以允許較高牽拉比率對當前使用的正常牽拉比率。隨後使產品退火且在張力下乾燥。在張力下的退火/爐乾燥幫助移除在蒸汽牽拉期間得到的過量水分。所得的纖維斷裂韌性已經從平均7.1克/den增加到7.5-7.75克/旦尼爾範圍。10％伸長率下的韌性也已經增加10-20％更高對標準產品或先前描述的改進。從此纖維製作的織物預期展現在抓取和撕裂強度方面的較高強度或相當的強度但重量減輕多達1.0oz.。

因此，本發明的一方面涉及具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強度或承載尼龍短纖維。

本發明的另一方面涉及一種紗線，其至少一部分是從具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強度或承載尼龍短纖維紡織成。

在一個實施例中，所述紗線是通過將這些尼龍短纖維與至少一種伴隨短纖維進行摻和而製作。

在一個實施例中，所述紗線可以是尼龍/棉(nyco)紗線，其可隨後機織成耐久且任選地重量輕的機織nyco織物，所述織物可尤其適合於軍用或其它堅固服裝用途。

本發明的另一方面涉及小於6.0oz./yd2的輕重量織物，其滿足或超過針對重量大於6.0oz./yd2的織物建立的當前軍用織物強度和撕裂規範。所述織物由一種纖維摻和物構成，其至少一部分包括具有大於7.5g/den的斷裂韌性和大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強度或承載尼龍纖維。

本發明的另一方面涉及一種製品，其至少一部分包括具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強度或承載尼龍纖維。

本發明的另一方面涉及包括高韌性纖維和纖維素材料或再循環合成或天然纖維的非織造織物複合材料。

在一個實施例中，在非織造織物複合材料中使用的高韌性纖維包括具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的承載尼龍纖維。

本發明的又一方面涉及用於生產具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強度或承載尼龍纖維的方法。此方法包括以下步驟：將尼龍聚合物熔融紡織成長絲；使所述長絲均勻地驟冷且從大量這些經驟冷長絲形成絲束；在蒸汽存在下使所述絲束經受牽拉；在張力下進行退火；以及隨後將所得的經牽拉且退火的絲束轉化為適合於形成為例如紡織紗線的短纖維。

具體實施方式

本公開提供具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強度或承載尼龍纖維、至少一部分是從這些纖維製備的紗線、織物和其它製品，以及用於其生產的方法。

本公開還提供包括高韌性纖維和纖維素材料或再循環合成或天然纖維的非織造織物複合材料。

如本文使用，術語「耐久」和「耐久性」指代如此表徵的織物具有合適高的抓撕強度以及此織物的既定最終用途的耐磨性的傾向，以及在織物使用開始後的適當時間長度中保持這些合意的性質。

如本文使用，在提及紡織紗線時的術語「摻和」或「經摻和」意味著至少兩個類型的纖維的混合物，其中所述混合物以一方式形成以使得每一類型纖維的個別纖維與其它類型的個別纖維大體上完全互混以提供大體上均質的纖維混合物，其具有充分的纏結以在進一步處理和使用中維持其完整性。

如本文使用，棉支數指代基於840紗線的長度的紗線計數系統，且其中紗線的支數等於重1磅所需的840紗線縷的數目。

本文敘述的所有數字值應理解為由術語「約」修飾。

一些實施例是基於具有某些指定特性的改進的尼龍短纖維的製備以及基於紗線和從這些紗線機織的織物的後續製備，其中這些改進的尼龍短纖維與至少一種其它纖維摻和。其它纖維可包含例如棉等纖維素材料、例如經fr處理的纖維素等經改性的纖維素材料、聚酯、人造絲、例如羊毛等動物纖維、耐火(fr)聚酯、fr尼龍、fr人造絲、經fr處理的纖維素、間位芳綸、對位芳綸、變性腈綸、酚醛樹脂纖維、三聚氰胺、聚氯乙烯、抗靜電纖維、pbo(1,4-苯二甲酸，與4,6-二氨基-1,3-苯二酚鹽酸鹽的聚合物)、pbi(聚苯並咪唑)，及其組合。一些實施例的尼龍短纖維可對紗線和織物提供強度和/或耐磨性的增加。對於與例如棉和羊毛等相對較弱纖維的組合來說尤其如此。

本文製備和使用的尼龍短纖維的特定特性包含纖維旦尼爾數、纖維韌性以及在7％和10％伸長率下的纖維韌性方面界定的纖維承載能力。

本文的所需尼龍短纖維材料的實現是基於具有某些選定性質且使用某些選定處理操作和條件處理的尼龍聚合長絲和絲束的短纖維製造中的使用。具體來說，本發明人已經發現，在饋送與牽拉模塊之間引入蒸汽和/或在退火期間的張力顯著減少了牽拉力，因此允許將尼龍供應牽拉得比任何乾式牽拉工藝遠得多。在本發明的一個實施例中，通過在饋送與牽拉模塊之間添加蒸汽室，將蒸汽引入到正常尼龍短纖維過程中，因為這允許在退火之前移除過量的水。在不限於任何特定理論的情況下，據信所述蒸汽室添加了足夠的熱/蒸汽以減少尼龍的牽拉力，且幫助將牽拉局部化於蒸汽室而不是饋送輥出口上方或出口處。可通過壓力來控制蒸汽。

本發明的用於尼龍長絲紡織的尼龍聚合物自身可以常規方式生產。適合於在一些實施例的過程和長絲中使用的尼龍聚合物由合成熔融可紡織或熔融已紡織聚合物組成。這些尼龍聚合物可包含聚醯胺均聚物、共聚物及其混合物，其主要為脂肪族，即，聚合物的少於85％的醯胺鍵附接到兩個芳環。根據一些實施例可以使用例如作為尼龍6,6的聚(己二醯己二胺)和作為尼龍6的聚(ε-己醯胺)等廣泛使用的聚醯胺聚合物及其共聚物和混合物。可有利地使用的其它聚醯胺聚合物是尼龍12、尼龍4,6、尼龍6,10、尼龍6,12、尼龍12,12，及其共聚物和混合物。在一些實施例的過程、纖維、紗線和織物中可採用的聚醯胺和共聚醯胺的說明是在第5,077,124、5,106,946和5,139,729號美國專利(都頒予cofer等人)中描述的那些，以及由gutmann在《國際化學纖維(chemicalfibersinternational)》(1996年12月，卷46，418到420頁)中公開的聚醯胺聚合物混合物。這些公開案全部以引用的方式併入本文。

在尼龍短纖維的製備中使用的尼龍聚合物常規上是通過使適當的單體、催化劑、抗氧化劑和其它添加劑進行反應而製備，所述其它添加劑例如塑化劑、消光劑、顏料、染料、光穩定劑、熱穩定劑、用於減少靜電的抗靜電劑、用於修改染料能力的添加劑、用於修改表面張力的試劑等。通常在連續聚合器或間歇反應釜中實行聚合。由此產生的熔融聚合物隨後通常引入到紡織組件，其中所述聚合物受迫通過合適的噴絲板且形成為長絲，所述長絲經驟冷且隨後形成為絲束以用於最終處理為尼龍短纖維。如本文使用，紡織組件包括在組件的頂部處的組件蓋、在組件的底部處的噴絲板，以及夾在前述兩個部件之間的聚合物過濾器固持器。所述過濾器固持器中具有中心凹口。過濾器固持器中的蓋和凹口協作以界定封閉式袋，其中接納例如沙等聚合物過濾媒介。所述組件內部提供通道以允許由泵或擠壓器供應的熔融聚合物流行進通過組件且最終通過噴絲板。所述噴絲板具有延伸穿過其中的小精密孔的陣列，所述孔將聚合物傳遞到組件的下部表面。所述孔的嘴部形成噴絲板的下部表面上的孔口陣列，所述表面界定驟冷區的頂部。退出這些孔口的聚合物呈長絲的形式，所述長絲隨後被向下引導通過驟冷區。

在所述連續聚合器或間歇反應釜中實行的聚合的程度可大體上藉助於稱為相對粘度或rv的參數來量化。rv是在甲酸溶劑中的尼龍聚合物溶液的粘度與甲酸溶劑自身的粘度的比率。rv被視為尼龍聚合物分子量的間接指示。為了本文的目的，增加尼龍聚合物rv視為與增加尼龍聚合物分子量同義。

隨著尼龍分子量增加，其處理由於尼龍聚合物的粘度增加而變得較困難。因此，連續聚合器或間歇反應釜通常操作以提供尼龍聚合物以用於最終處理為短纖維，其中所述尼龍聚合物具有約60或更小的rv值。

已知出於一些目的，具有較大分子量的尼龍聚合物的提供，即，具有大於70到75且高達140或甚至190和更高的rv值的尼龍聚合物可為有利的。已知例如此類型的高rv尼龍聚合物具有對撓曲磨損和化學降解的改善的抵抗性。因此，此高rv尼龍聚合物尤其適合於紡織成尼龍短纖維，其可有利地用於造紙毛氈的製備。用於製作高rv尼龍聚合物和從其製作短纖維的程序和設備在kidder的第5,236,652號美國專利中以及schwinn和west的第6,235,390；6,605,694；6,627,129和6,814,939號美國專利中公開。所有這些專利以全文引用的方式併入本文。

根據一些實施例，已經發現，當在本文描述的蒸汽和退火程序的存在下根據紡織、驟冷、饋送和牽拉進行處理時，從具有大體上與在連續聚合器或間歇高壓釜中經由聚合大體上獲得的值一致或在一些情況下更高的rv值的尼龍聚合物製備的短纖維意外地展現與標準產品或先前描述的改進相比增加的纖維斷裂韌性和增加的韌性與10％伸長率。當具有改善的韌性的這些尼龍短纖維與例如棉短纖維等一種或多種其它纖維摻和時，可實現具有改善的強度以及較低重量的紡織紗線。從這些紗線機織的例如nyco織物等織物展現至此相對於耐久性、任選較輕的重量、改善的舒適度和/或潛在較低成本所描述的優勢。

根據本文的短纖維製備過程，通過一個或多個紡織組件噴絲板熔融紡織為形成絲束的長絲且經驟冷的尼龍聚合物將具有範圍從45到100的rv值，包含從55到100、從46到65；從50到60；以及從65到100。具有這些rv特性的尼龍聚合物可以例如使用聚醯胺濃縮物程序的熔融摻和來製備，例如上文提到的kidder'652專利中公開的過程。kidder公開了某些實施例，其中併入到聚醯胺濃縮物中的添加劑是用於增加甲酸相對粘度(rv)的催化劑。例如具有從65到100的rv的尼龍等可用於熔融和紡織的較高rv尼龍聚合物也可藉助於固相聚合(spp)步驟而提供，其中尼龍聚合物薄片或顆粒經調節以將rv增加到所需程度。這些固相聚合(spp)程序是眾所周知的且在上文提到的schwinn/west'390、'694、'129和'939專利中更詳細公開。

具有如本文指定的必要rv特性的尼龍聚合物材料例如經由雙螺杆熔融器裝置饋送到紡織組件。在紡織組件中，尼龍聚合物藉助通過一個或多個噴絲板的擠壓而紡織成大量長絲。為了本文的目的，術語「長絲」定義為相對柔性的宏觀上均質體，其具有跨越垂直於其長度的其橫截面區域的長度與寬度的高比率。長絲橫截面可以是任何形狀，但通常是圓形的。本文中，術語「纖維」也可以與術語「長絲」可互換地使用。

每一個別噴絲板位置可以在小達9英寸乘7英寸(22.9cm乘17.8cm)的區域中含有從100到1950條長絲。紡織組件機器可以含有從一個到96個位置，其中每一者提供多束長絲，這最終組合為單個絲束帶以用於牽拉/關於其它絲束帶的下遊處理。

在退出紡織組件的噴絲板之後，已經通過每一噴絲板擠壓的熔融長絲通常經過驟冷區，其中可使用多種驟冷條件和配置以固化熔融聚合物長絲，且使它們適合於在一起收集成絲束。驟冷最通常通過以下方式實行：使冷卻氣體(例如，空氣)朝向正從紡織組件內的每一噴絲板位置擠壓到驟冷區中的長絲束傳遞、傳遞到其上、與其一起傳遞、在其周圍傳遞以及傳遞通過其中。

一種合適的驟冷配置是交叉流動驟冷，其中在大體上垂直於擠壓長絲正行進通過驟冷區的方向的方向上迫使例如空氣等冷卻氣體進入驟冷區。除其它驟冷配置外，交叉流動驟冷布置在第3,022,539；3,070,839；3,336,634；5,824,248；6,090,485、6,881,047和6,926,854號美國專利中描述，以上專利全部以引用的方式併入本文。

在本文的短纖維製備過程的一個實施例中，用以最終形成所需尼龍短纖維的擠壓尼龍長絲被紡織、驟冷且形成為具有位置均勻性和驟冷條件均勻性兩者的絲束，例如第2011/0177737和2011/0177738號公開的美國專利申請中描述，以上美國專利申請的教示以全文引用的方式併入本文。

經驟冷的紡織長絲可隨後組合成一個或多個絲束。從來自一個或多個噴絲板的長絲形成的這些絲束隨後經受兩階段連續操作，其中絲束在蒸汽的存在下被牽拉且退火。

絲束的牽拉大體上主要在初始或第一牽拉階段或區中實行，其中絲束帶在一組饋送輥與一組牽拉輥(以較高速度操作)之間傳遞以增加絲束中的長絲的結晶定向。絲束被牽拉的程度可通過指定牽拉比率而量化，所述牽拉比率為牽拉輥的較高外圍速度與饋送輥的較低外圍速度的比率。通過使第一牽拉比率與第二牽拉比率相乘來計算有效牽拉比率。

第一牽拉階段或區可以包含若干組饋送和牽拉輥，以及其它絲束導引和拉緊輥，例如制動銷。牽拉輥表面可以由金屬(例如，鉻)或陶瓷製成。已經發現陶瓷牽拉輥表面尤其有利於準許為了與本文的短纖維製備過程結合使用而指定的相對較高牽拉比率的使用。陶瓷輥改善了輥壽命以及提供了較不易於卷繞的表面。在《國際纖維期刊(internationalfiberjournal)》(國際纖維期刊，2002年2月1日，17：《用於分離輥的紡織和承載技術(textileandbearingtechnologyforseparatorrolls)》，zeitz等人)中出現的論文以及第4,794,680號美國專利(均以引用的方式併入本文)中也公開了使用陶瓷輥以便改善輥壽命，且減少對輥表面的纖維粘附。

雖然本文的長絲絲束的最大牽拉程度在初始或第一牽拉階段或區中發生，但絲束的一些額外牽拉將大體上還在下文描述的第二或退火和牽拉階段或區中發生。本文的長絲絲束經受的總牽拉量可通過指定總有效牽拉比率來量化，所述總有效牽拉比率考慮了在第一初始牽拉階段或區中和在同時進行退火和一些額外牽拉的第二區或階段中發生的牽拉。

在一些實施例的過程中，尼龍長絲的絲束經受從2.3到5.0的總有效牽拉比率，包含從3.0到4.0。在其中絲束的每長絲旦尼爾數大體上較小的一個實施例中，總有效牽拉比率可以範圍從3.12到3.40。在其中絲束的每長絲旦尼爾數大體上較大的另一實施例中，總有效牽拉比率可以範圍從3.5到4.0。

在本文的過程中，如前文所述的絲束的大多數牽拉是在第一或初始牽拉階段或區中發生。特定來說，賦予絲束的總牽拉量的從85％到97.5％(包含從92％到97％)將在第一或初始牽拉階段或區中發生。第一或初始階段中的牽拉操作將大體上在當從熔融紡織操作的驟冷區經過時長絲具有的任何溫度下實行。此第一階段牽拉溫度將經常範圍從80℃到125℃。

在本發明中，在饋送與牽拉之間引入蒸汽以最大化尼龍的牽拉。在一個實施例中，定位於饋送與牽拉模塊之間的蒸汽室用以允許例如本文描述的較高牽拉比率對正常牽拉比率。

從第一或初始牽拉階段或區，部分牽拉的絲束傳遞到第二退火和牽拉階段或區，其中絲束被同時加熱且進一步牽拉。實現退火的絲束的加熱用以增加長絲的尼龍聚合物的結晶性。在此第二退火和牽拉階段或區中，絲束的長絲經受從145℃到205℃的退火溫度，例如從165℃到205℃。在一個實施例中，在此退火和牽拉階段中的絲束的溫度可以通過使絲束與定位於第一階段牽拉與第二階段牽拉和退火操作之間的蒸汽加熱的金屬板接觸而實現。在本發明中，在張力下的退火/爐乾燥幫助移除在蒸汽牽拉期間得到的過量水分。

在本文過程的退火和牽拉階段之後，將經牽拉和退火的絲束冷卻到小於80℃的溫度，例如小於75℃。貫穿本文描述的牽拉、退火和冷卻操作，絲束維持於受控張力下且因此不準許鬆弛。

在蒸汽存在下的牽拉以及在張力下的退火/爐乾燥之後，將多長絲絲束以常規方式轉化為短纖維，例如使用短纖維切割器。從絲束形成的短纖維將經常長度範圍從2到13cm(0.79到5.12英寸)。舉例來說，短纖維可以範圍從2到12cm(0.79到4.72英寸)、從2到12.7cm(0.79到5.0英寸)，或從5到10cm可形成。本文的短纖維可任選地捲曲。

根據本文的過程形成的高韌性尼龍短纖維將大體上提供為纖維的集合，例如作為纖維捆，其具有從1.0到3.0的每纖維旦尼爾數。當將製備具有從1.6到1.8的每纖維旦尼爾數的短纖維時，在本文的過程中可使用從3.12到3.40(例如從3.15到3.30)的總有效牽拉比率以提供具有必要承載能力的短纖維。當將製備具有從2.5到3.0或2.3到2.7的每纖維旦尼爾數的短纖維時，在本文的過程中應當使用從3.5到4.0或從3.74到3.90的總有效牽拉比率以提供具有必要承載能力的短纖維。

使用此過程且隨後在180℃下使用標準退火輥使纖維退火產生了具有大於7.5g/den的韌性的顯著較高韌性纖維。

在本發明的一個非限制性實施例中，公開了具有大於7.5g/den的斷裂韌性的尼龍短纖維。在本發明的另一非限制性實施例中，公開了具有大於7.8g/den的斷裂韌性的尼龍短纖維。在本發明的另一非限制性實施例中，公開了具有至少8.0g/den的斷裂韌性的尼龍短纖維。

在本發明的一個非限制性實施例中，公開了具有至少4.0g/den的10％伸長率下的韌性的尼龍短纖維。

具有以上性質的纖維可在較低摻和比率下使用或使用替代紡織系統紡織成紗線，其顯著減少織物製造成本且仍滿足現有的織物規範。具有極高韌性(斷裂韌性以及7％或10％伸長率下的韌性)的纖維以及可從此纖維製作的可能更強、更低成本或更輕重量織物。通過允許使用較低尼龍摻和水平和/或替代紡織系統且同時維持織物性質，此所述纖維可用以顯著減少紗線紡織和成品織物成本。這向下遊顧客對競爭提供了價值。為了實現纖維中的這些性質，使用蒸汽室幫助最大化尼龍的牽拉。所獲得的纖維韌性高於在正常短纖維設備上產生的任何纖維。

具有產生顯著較高強度纖維對完成的能力是極為有利的。較高強度尼龍纖維允許紗線紡織器和織物編織器減少成本，同時仍滿足成品織物/服飾中的強度要求。此較高強度將在成本方面使競爭性供應處於較大劣勢。此成本差異可能可從$0.34到超過$1.00/lb。較低成本紗線/織物的實例包含紡織紗線中的尼龍含量的較低使用，同時仍滿足紗線和織物強度要求，以及較低成本紗線紡織系統(vortex或oes)的使用，同時仍滿足織物強度要求。這些較低成本替代方案在成功實施的情況下可每織物紗線節省超過$1.00。具有生產此較高強度纖維的能力帶來競爭無法滿足的顯著優勢。另一可能優勢是允許生產較低重量織物/服飾，同時仍滿足現有的織物規範。在例如較輕重量織物等任何新型織物規範中的新纖維的採用將防止競爭性纖維製造商進入市場。

本文提供的尼龍短纖維尤其有用於與其它纖維摻和以用於各種類型的紡織應用。可例如以一些實施例的尼龍短纖維與例如人造絲或聚酯等其它合成纖維組合而進行摻和。本文的尼龍短纖維的摻和的實例包含以例如棉、亞麻、大麻、黃麻和/或薴麻等天然纖維素纖維製作的那些。用於密切摻和這些纖維的合適方法可包含：在梳理之前的短纖維的批量機械摻和；在梳理之前和在梳理期間的短纖維的批量機械摻和；或者在梳理後以及在紗線紡織之前的短纖維的至少兩個遍次的牽拉框架摻和。

根據一個實施例，本文的高承載能力尼龍短纖維可以與棉短纖維摻和且紡織成紡織紗線。這些紗線可以使用通常已知的短纖維和長纖維紡織方法以常規方式紡織，包含環形紡織、空氣噴射或渦流紡織、開端紡織或摩擦紡織。當紗線摻和包含棉時，所得紡織紗線將大體上具有從20:80到80:20的棉纖維與尼龍纖維重量比率，包含從40:60到60:40，且經常為50:50的棉:尼龍重量比率。此項技術中眾所周知，纖維含量的標稱變化(例如，52:48)也視為50:50摻和。以本文的高承載能力尼龍短纖維製作的紡織紗線將經常展現在50:50nyco含量下的至少2800的lea產品值，例如至少3000。替代地，這些紗線可具有在50:50nyco含量下的至少17.5或18cn/tex的斷裂韌性，包含至少19cn/tex。

在一個實施例中，本文的紡織紗線將由具有從1.6到1.8的每長絲旦尼爾數的尼龍短纖維製作。在另一實施例中，本文的紡織紗線將由具有從2.5到3.0(包含從2.3到2.7)的每長絲旦尼爾數的尼龍短纖維製作。

一些實施例的尼龍/棉(nyco)紗線可以常規方式使用以製備尤其具有在軍用或其它堅固用途服裝中使用的合意性質的nyco機織織物。因此這些紗線可以機織成2x1或3x1斜紋nyco織物。紡織的nyco紗線和包括這些紗線的3x1斜紋機織織物在green的第4,920,000號美國專利中大體上描述且例示。此'000專利以引用的方式併入本文。

nyco機織織物當然包括經紗線和緯(緯向)紗線。一些實施例的機織織物是在這些方向中的至少一個方向且任選地兩個方向上機織本文的nyco紡織紗線的那些織物。在一個實施例中，本文的具有尤其合意的耐久性和舒適度的織物將在緯(緯向)紗方向上機織包括本文的具有從1.6到1.8的每長絲旦尼爾數的尼龍短纖維的紗線，且將在經紗方向上機織包括本文的具有從2.3到3.0的每長絲旦尼爾數的尼龍短纖維的紗線，包含從2.5到3.0以及從2.3到2.7每長絲旦尼爾數。

使用包括本文的高承載尼龍短纖維的紗線製作的一些實施例的機織織物可使用比常規nyco織物少的尼龍短纖維，同時保持這些常規nyco織物的許多合意性質。因此，這些織物可製作為相對重量輕的且成本低的，同時仍合意地耐久。替代地，與常規nyco織物的尼龍纖維含量相比，可使用相等或甚至更大量的本文的尼龍短纖維來製作這些織物，其中本文的這些織物提供優良的耐久性性質。

例如一些實施例的nyco織物等重量輕的織物可具有小於220grams/m2(6.5oz/yd2)的織物重量，包含小於200grams/m2(6.0oz/yd2)，以及小於175gramsgrams/m2(5.25oz/yd2)。一些實施例的合適的耐久nyco織物將具有在經紗方向上190lbs或更大的抓取強度以及在緯(緯向)紗方向上80lbs或更大的抓取強度。其它耐久織物具有在「原樣接收的」織物中在經紗方向上11.0lbf(磅英尺)或更大以及在緯向方向上9.0lbf或更大的撕裂強度。

本發明還涉及包括高韌性纖維和纖維素材料或再循環合成或天然纖維的非織造織物複合材料。本發明人已經發現，高韌性纖維的包含對非織造襯底賦予額外的拉伸、撕裂、磨損、洗滌耐久性和長期性，包含但不限於水刺、空氣編織、針刺和其它梳理非織造技術。在一個實施例中，在非織造織物複合材料中使用的高韌性纖維包括具有大於7.5g/den的斷裂韌性和/或大於4.0g/den的10％伸長率下的韌性的承載尼龍纖維。然而，如本領域的技術人員在閱讀本公開後將理解，也可使用替代的高韌性纖維，例如但不限於在公開的第2011/0177737和2011/0177738號美國專利申請中描述的那些。在這些非織造複合材料中可使用的具有相對高承載韌性的尼龍短纖維的額外非限制性實例在第3,044,250；3,188,790；3,321,448；3,459,845；5,093,195和5,011,645號美國專利中公開。高韌性纖維可與各種纖維素材料或再循環合成或天然纖維技術組合，包含但不限於再循環牛仔布。非織造織物複合材料的最終用途包含但不限於工業(毛氈/背襯/過濾/絕緣)、服裝(包含襯裡織物)、鞋類、包/背包硬殼、耐久和半耐久(一次性或半一次性)衣服或ppe，包含fr(經化學處理或與固有fr纖維技術組合)、生物化學或其它特種防護服。

測試方法

當本文的聚合物、纖維、紗線和織物的各種參數、性質和特性被指定時，應理解，可使用以下類型的測試程序和設備來確定這些參數、性質和特性：

尼龍聚合物相對粘度

本文使用的尼龍材料的甲酸rv指代在25℃下在毛細管粘度計中測得的溶液與溶劑粘度的比率。溶劑是含有10％重量的水的甲酸。溶液是在溶劑中溶解的8.4％重量的尼龍聚合物。此測試是基於astm標準測試方法d789。在牽拉之前或在牽拉之後，在紡織長絲上確定甲酸rv，且其可稱為紡織纖維甲酸rv。

短纖維上的instron測量

本文的短纖維的所有instron測量是在單個短纖維上進行，適當謹慎考慮短纖維的夾持，且在至少10條纖維上做出測量的平均。大體上，將至少3組測量(每組針對10條纖維)在一起求平均以提供所確定參數的值。

長絲旦尼爾數

旦尼爾數是長絲的線性密度，其表達為9000米長絲的以克計的重量。可在來自德國慕尼黑的textechno的振動計上測量旦尼爾數。旦尼爾數乘以(10/9)等於分特(dtex)。可根據astm標準測試方法d1577以重量法確定每長絲的旦尼爾數。例如在振動計中使用的具有基于振動的線性密度測量的favimat機器也可用以確定個別纖維的dpf或每長絲旦尼爾數且可與astmd1577相比較。

斷裂韌性

斷裂韌性(t)是長絲的最大或斷裂力，其表達為每單位橫截面積的力。可在可購自麻薩諸塞州的instronofcanton的instron型號1130上測量韌性，且報告為每旦尼爾克數(每dtex克數)。可根據astmd885測量長絲斷裂韌性(以及斷裂伸長率)。

7％和10％伸長率下的長絲韌性

7％伸長率下的長絲韌性(t7)是施加於長絲以實現7％伸長率的力除以長絲旦尼爾數。可根據astmd3822確定t7。可在favimat上運行10％伸長率下的韌性，其可與astmd3822相比較。

紗線強度

本文的紡織尼龍/棉紗線的強度可經由lea乘積值或紗線斷裂韌性來量化。lea乘積和絞紗斷裂韌性是紡織紗線的平均強度的常規指標，且可根據astmd1578來確定。lea乘積值是以磅力為單位報告。斷裂韌性是以cn/tex為單位報告。

織物重量

本文的機織織物的織物重量或基本重量可通過以下方式確定：根據astmd3776的標準測試方法的程序，對具有已知面積的織物樣本進行稱重，且在grams/m2或oz/yd2方面計算重量或基本重量。

織物抓取強度

可根據astmd5034測量織物抓取強度。抓取強度測量是以在經紗和緯向紗方向上的磅力來報告。

織物撕裂強度--elmendorf

可根據標題為《通過落錘型(elmendorf)設備的織物撕裂強度的標準測試方法(standardtestmethodfortearingstrengthoffabricsbyfalling-pendulumtype(elmendorf)apparatus)》的astmd1424測量織物撕裂強度。抓取強度測量是以在經紗和緯向紗方向上的磅力來報告。

織物耐磨性--taber

織物耐磨性可確定為通過標題為《使用旋轉平臺雙頭研磨機測試耐磨性(abrasionresistanceusingrotaryplatformdoubleheadabrader)》的astmd3884-01測得的taber耐磨性。結果是以達到失效的循環數來報告。

織物耐磨性--flex

織物耐磨性可確定為通過標題為《紡織織物的耐磨性的標準測試方法(撓曲和磨損方法)(standardtestmethodforabrasionresistanceoftextilefabrics(flexingandabrasionmethod))》的astmd3885測得的flex耐磨性。結果是以達到失效的循環數來報告。

以下章節提供與在無蒸汽牽拉輔助的情況下通過標準過程製備的纖維相比合成纖維及其特性的進一步說明。這些工作實例僅是說明性的，且不希望以任何方式限制本發明的範圍。

實例

實例1：標準t420對高強度t420的比較

將根據本發明的蒸汽牽拉輔助過程產生的纖維的性質與在切割和排水之後在favimat儀器上通過標準過程製備的纖維進行比較。在表1中示出了結果。

表1