具有優異的防電弧性的高回潮率紗線、織物、和服裝的製作方法
2023-04-23 16:36:11
具有優異的防電弧性的高回潮率紗線、織物、和服裝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及具有高回潮率的紗線，其用於在防電弧和防火焰中使用，以及包含所述紗線的織物和服裝。所述紗線具有纖維共混物，其包括10至40重量％的具有至少20％結晶度的間位芳族聚醯胺纖維，20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維，15至45重量％的阻燃人造絲纖維，和(d)5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維；所述重量百分比以這些組分的總重量計。如果需要，所述紗線中1至3重量％的對位芳族聚醯胺纖維可被防靜電纖維替換，只要存在至少5重量％的對位芳族聚醯胺纖維。
【專利說明】具有優異的防電弧性的高回潮率紗線、織物、和服裝
【背景技術】
[0001]1.【技術領域】。本發明涉及混紡紗，其用於生產具有改善的舒適度(由於其高回潮率)和優異的防電弧性的組合的織物。本發明還涉及用此類織物生產的服裝。
[0002]2.【背景技術】。授予Zhu等人的美國專利7，348，059公開了用於在防電弧和防火焰中使用的織物及服裝的變性聚丙烯腈/芳族聚醯胺纖維共混物。此類共混物具有高含量(40-70重量％ )的變性聚丙烯腈纖維和低含量(10-40重量％ )的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維、以及對位芳族聚醯胺纖維(5-20重量％)。由此類共混物製成的織物和服裝提供了對電弧及暴露於暴燃至多3秒鐘的防護。
[0003]授予Zhu的美國專利申請公布US2005 / 0025963公開了由下列各項的共混物製成的防火共混物、紗線、織物及衣物製品:10-75份的至少一種芳族聚醯胺人造短纖維、15-80重量份的至少一種變性聚丙烯腈人造短纖維、以及5-30重量份的至少一種脂族聚醯胺人造短纖維。該共混物將不會提供186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方碼)範圍內的用於織物的2類電弧等級，這是由於該共混物中易燃的脂族聚醯胺纖維的高比例。
[0004]授予Lovasic等人的美國專利7，156，883公開了包括非晶形間位芳族聚醯胺纖維、晶形間位芳族聚醯胺纖維和阻燃纖維素纖維的纖維共混物、織物和防護服，間位芳族聚醯胺纖維為50至85重量％，其中三分之一至三分之二的間位芳族聚醯胺纖維為非晶形的且三分之二至三分之一的間位芳族聚醯胺纖維為晶形的。此外，由這些共混物製備的織物將不會提供186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方碼)範圍內的用於織物的2類電弧等級。
[0005]授予Zhu的美國專利申請公布US2010 / 0299816公開了用於改善的防暴燃和優異的防電弧的晶形間位芳族聚醯胺共混物。基本上由(a) 50-60重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維、(b) 31-39重量％的變性聚丙烯腈纖維、和(c)5-15重量％的對位芳族聚醯胺纖維組成，所述重量百分比以組分(a)、(b)、和(c)的總重量計。在一些實施例中，1-3重量％的間位芳族聚醯胺纖維被防靜電纖維替換，前提條件是保持至少50重量％的間位芳族聚醯胺纖維。服裝提供熱保護使得穿著者根據ASTM F1930暴露於暴燃4秒鐘時將經歷小於65%的預測身體燒傷，同時根據ASTM F1959和NFPA70E保持2類電弧等級。同時具有期望的電弧和暴燃性能的織物基重為135g / m2(4盎司/平方碼)或更大。
[0006]授予Zhu的美國專利7，744，999涉及用於在防電弧和防火焰中使用的紗線、以及由該紗線製成的織物和服裝，所述紗線基本上由(a)50-80重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維、(b) 10-30重量％的變性聚丙烯腈纖維、(c) 5-20重量％的對位芳族聚醯胺纖維、以及(d) 1-3重量％的防靜電纖維組成，所述重量百分比以組分(a)、(b)、
(c)和(d)的總重量計。織物和服裝的基重在186.5-237克/平方米(5.5-7盎司/平方碼)的範圍內。在一個實施例中，由所述紗線製成的服裝提供熱保護使得穿著者根據ASTMF1930暴露於暴燃4秒鐘時將經歷小於65%的預測身體燒傷，同時保持2類電弧等級。
[0007]遺憾的是，前述提供最好防護的織物趨於具有較低的回潮率並因此可能在某些環境下是相對不舒適的。經設計用於個人防電弧的服裝僅當個人在危險環境中穿著時有用。如果服裝是不舒適的，個人更可能冒著受傷的風險而不穿著防護服裝。因此防電弧服裝舒適度的任何改善是受歡迎的。
【發明內容】
[0008]本發明涉及用於在防電弧和防火焰中使用的紗線，該紗線基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維，(b) 20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維，(c) 15至45重量％的阻燃人造絲纖維，和(d) 5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維組成；所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計。
[0009]本發明也涉及適於在防電弧和防火焰中使用的織物，所述織物包含紗線，所述紗線基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維，(b)20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維，(c) 15至45重量％的阻燃人造絲纖維，和(d)5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維組成，所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計；所述織物具有在135-407克/平方米(4-12盎司/平方碼)範圍內的基重。
[0010]本發明還涉及適於在防電弧和防火焰中使用的服裝，所述服裝包含織物，所述織物基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維，(b) 20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維，(c) 15至45重量％的阻燃人造絲纖維，和(d)5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維組成，所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計；所述織物具有在150-339克/平方米(4.5-10盎司/平方碼)範圍內的基重。
【具體實施方式】
[0011]本發明涉及由纖維共混物製成的紗線，其當製成織物和服裝時具有優異的防電弧性，同時也具有高回潮率。這種高回潮率轉化為對穿著者改善的舒適度。具體地，本發明涉及用於在防電弧和防火焰中使用的紗線，該紗線基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維，(b) 20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維，(c) 15至45重量％的阻燃人造絲纖維，和(d) 5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維組成；所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計。
[0012]在一些優選的實施例中，紗線基本上由(a)20至30重量％的具有至少20%結晶度的間位芳族聚醯胺纖維，(b)40至50重量％的變性聚丙烯腈纖維，(c) 15至25重量％的阻燃人造絲纖維，和(d) 5至15重量％的對位芳族聚醯胺纖維組成；所述重量百分比以組分(a)、(b)、(c)、和(d)的總重量計。如果需要，紗線中I至3重量％的對位芳族聚醯胺纖維可被包含碳或金屬的防靜電纖維替換，前提條件是在紗線中保持至少5重量％的間位芳族聚醯胺纖維。換句話講，如果使用防靜電纖維，則其用量為I至3重量％並且(d)的重量％變為5至最多19重量％的對位芳族聚醯胺纖維。
[0013]上述百分比以四種所述組分計，即基於紗線中這四種所述組分的總重量計。如果在紗線中包括防靜電纖維，上述百分比以四種所述組分和防靜電纖維計。所謂的「紗線」是指紡絲或加捻在一起以形成連續股線的纖維集合，所述股線可用於編織、針織、編結、或編辮、或換句話講製備成紡織材料或織物。在一些優選的實施例中，纖維是短纖維。
[0014]在一些優選的實施例中，紗線具有按重量計至少3%的回潮率，並且在一些實施例中紗線具有按重量計至少4%的回潮率。在一些實施例中，紗線具有按重量計至少5%的回潮率。據信在纖維共混物中使用阻燃人造絲向紗線中加入了具有高回潮率的纖維組分，其賦予由包含所述紗線的織物製成的服裝的穿著者更大的舒適性。由阻燃人造絲纖維製成的織物儘管具有良好的阻燃性能和暴燃性能，但是並未已知具有最高的電弧性能。令人吃驚的是，已發現如果阻燃人造絲纖維與變性聚丙烯腈纖維以受權利要求書保護的百分比混合在共混物中，則可獲得既具有改善的回潮率又具有舒適性的織物和服裝同時保持高的電弧等級性能、高的阻燃性、以及在某些情況下改善的暴燃性能。
[0015]如本文所用，「芳族聚醯胺」是指如下聚醯胺，其中至少85%的醯胺(-C0NH-)連接基直接連接到兩個芳族環。可將添加劑與芳族聚醯胺一起使用，並且實際上已發現，可將多達10重量％的其它聚合材料與芳族聚醯胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多達10%的替代芳族聚醯胺二胺的其它二胺，或多達10%的替代芳族聚醯胺二醯氯的其它二醯氯。合適的芳族聚醯胺纖維在Man-Made Fibers—Science and Technology,第2卷,標題為「Fiber-Forming Aromatic Polyamides」的部分，第 297 頁，W.Black 等人，IntersciencePublishers, 1968中有所描述。芳族聚醯胺纖維也公開在美國專利4，172，938 ;3，869，429 ；3，819，587 ;3，673，143 ;3，354，127 ;和3，094，511中。間位芳族聚醯胺為其中醯胺鍵相對於彼此處於間位的那些醯胺，而對位芳族聚醯胺為其中醯胺鍵相對於彼此位於對位的那些醯胺。最常用的醯胺為聚(間苯二甲醯間苯二胺)和聚對苯二甲醯對苯二胺。
[0016]當在紗線中使用時，間位芳族聚醯胺纖維提供極限氧指數(LOI)為約26的阻燃炭化纖維。間位芳族聚醯胺纖維還阻止由於暴露於火焰而對紗線的損傷傳播。由於間位芳族聚醯胺纖維在模量和伸長物理特性之間的平衡，其還提供用於單層織物服裝的舒適織物，所述單層織物服裝旨在作為常規襯衫、褲子和連衣工作服形式的工作服穿用。紗線具有至少10重量％的間位芳族聚醯胺纖維。在一些優選的實施例中，紗線具有至少20重量％的間位芳族聚醯胺纖維。在一些實施例中，間位芳族聚醯胺纖維優選的最大量為30重量％或更小；然而，也可利用高達40重量％的量。
[0017]所謂阻燃人造絲纖維是指具有一種或多種阻燃劑並具有至少2克/旦尼爾的纖維拉伸強度的人造絲纖維。包含聚矽酸形式的二氧化矽作為阻燃劑的纖維素纖維或人造絲纖維明確排除在外，這是由於此類纖維具有較低的纖維拉伸強度。此外，儘管此類纖維為良好的成炭劑，但是相對而言它們的垂直燃燒性能劣於包含磷化合物或其它阻燃劑的纖維。
[0018]人造絲纖維為本領域所熟知的，並且為一般由再生纖維素組成的人造纖維，此外還具有其中取代基已取代羥基中不超過15%的氫的再生纖維素。它們包括由粘膠法、銅氨法、以及現在已廢棄的硝化纖維法和皂化醋纖法製成的紗線；然而在一個優選的實施例中利用粘膠法。一般來講，人造絲由木漿、棉短絨、或溶解於粘膠紡絲溶液中的其它植物性物質獲得。將溶液擠出為酸鹽凝固浴並拉伸成連續長絲。多組這些長絲可形成紗線或者切割成短紗並進一步加工成短纖紗。如本文所用，人造絲纖維包括已知為Iyocell纖維的那些。
[0019]阻燃劑可如下摻入人造絲纖維中:將阻燃劑化學物質加入紡絲溶液中並將阻燃劑紡絲到人造絲纖維中，用阻燃劑塗覆人造絲纖維，使人造絲纖維接觸阻燃劑並使纖維吸收阻燃劑，或者通過使阻燃劑摻入人造絲纖維中或摻入有人造絲纖維的任何其它方法。一般來講，包含一種或多種阻燃劑的人造絲纖維命名為「FR」，其用於阻燃劑。在一個優選的實施例中，阻燃人造絲具有紡入的阻燃劑。
[0020]阻燃人造絲具有高回潮率，其向織物提供舒適性組分。據信紗線應具有至少15重量％的阻燃人造絲以提供織物中的改善舒適性。此外，儘管更大百分比的阻燃人造絲可提供甚至更大的舒適性，但是據信如果阻燃人造絲的量在紗線中超過約45重量％，則織物可具有將超過任何舒適性改善的負面性能間題。在一些優選的實施例中，阻燃人造絲纖維以15-25重量％的量存在於紗線中。
[0021]阻燃人造絲纖維可含有多種可商購獲得的阻燃劑中的一種或多種；包括例如
某些磷化合物如購自Sandoz的Sandolasl 9000等。儘管多種化合物可用作阻燃劑，
但是在一個優選的實施例中，阻燃劑基於磷化合物。有用的阻燃人造絲纖維以商品名DFG 「Flame-resistant viscose rayon」 購自 Daiwabo Rayon C0., Ltd.(Japan)。另一種
有用的阻燃人造絲纖維以商品名Viscose FR購自Lenzing AG (也已知為Lenzing FR?，購
自 Lenzing Fibers, Austria)。
[0022]所謂變性聚丙烯腈纖維是指由主要包含丙烯腈的聚合物製成的丙烯酸類合成纖維。優選地，聚合物為包含30至70重量％的丙烯腈和70至30重量％的含滷素乙烯基單體的共聚物。所述含滷素乙烯基單體為至少一種選自例如氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯、偏二溴乙烯等的單體。可共聚乙烯基單體的例子為丙烯酸、甲基丙烯酸、此類酸的鹽或酯、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、乙酸乙烯酯等。
[0023]優選的變性聚丙烯腈纖維為與偏二氯乙烯組合的丙烯腈共聚物，所述共聚物還具有用於改善的阻燃性的氧化銻或銻氧化物。此類可用的變性聚丙烯腈纖維包括但不限於如美國專利3，193，602中所公開的具有2重量％三氧化銻的纖維，如美國專利3，748，302中所公開的由含量為至少2重量％並且優選不大於8重量％的各種氧化銻製得的纖維，以及如美國專利5，208, 105&5, 506, 042中所公開的具有8至40重量％銻化合物的纖維。
[0024]取決於摻雜銻衍生物的含量，紗線內的變性聚丙烯腈纖維提供具有通常至少28的極限氧指數的阻燃炭化纖維。變性聚丙烯腈纖維還阻止由於暴露於火焰而對紗線的損傷傳播。儘管高度阻燃，但是變性聚丙烯腈纖維本身向紗線或由紗線製成的織物提供的拉伸強度不足以在暴露於電弧時提供期望的抗裂開程度。其本身也不提供按照ASTM D6413測試方法根據NFPA2112或ASTM F1506要求所述的足夠的炭化性能。紗線具有至少20重量％的變性聚丙烯腈纖維，並且在一些優選的實施例中，紗線具有40至50重量％的變性聚丙烯腈纖維。在一些實施例中，變性聚丙烯腈纖維優選的最大量為60重量％。
[0025]在一些優選的實施例中，間位芳族聚醯胺纖維具有在約20%至50%範圍內的結晶度。間位芳族聚醯胺纖維向紗線或由紗線製成的織物提供附加拉伸強度。變性聚丙烯腈纖維與間位芳族聚醯胺纖維的組合高度阻燃，但是向紗線或由紗線製成的織物提供的拉伸強度不足以在暴露於電弧時提供期望的抗裂開程度。
[0026]間位芳族聚醯胺纖維具有某一最小結晶度以實現防電弧方面的改善。間位芳族聚醯胺纖維的結晶度為至少20%並且更優選至少25%。為了便於形成最終纖維而例證起見，結晶度的實際上限為50%(儘管認為較高的百分比是合適的)。一般來講，結晶度將在25%至40%的範圍內。具有該結晶度的商業間位芳族聚醯胺纖維的例子是購自E.1.du Pont deNemours & Company, ffilimington, Delaware 的Nomex.T-450。
[0027]間位芳族聚醯胺纖維的結晶度通過兩種方法中的一種來確定。第一種方法用於無空隙纖維而第二種方法用於並非完全不含空隙的纖維。[0028]間位芳族聚醯胺的結晶度百分數在第一種方法中通過首先利用優良的、基本上無空隙的樣本產生用於結晶度的線性校準曲線來確定。就此類無空隙樣本而言，比體積(I/密度)可利用兩相模型與結晶度直接相關。樣本的密度在密度梯度柱中測量。測量通過X-射線散射方法確定為非結晶的間位芳族聚醯胺膜並發現其具有1.33569/cm3的平均密度。然後根據X-射線晶胞的尺寸測得的完全結晶間位芳族聚醯胺樣品的密度為1.4699g/cm3。一旦建立了這些0%和100%的結晶度端點，任何已知密度的非空自實驗樣品的結晶度
可根據這一線性關係進行測定:
[0029]
【權利要求】
1.用於在防電弧和防火焰中使用的紗線，其基本上由以下組成: (a)10至40重量％的間位芳族聚醯胺纖維，所述間位芳族聚醯胺纖維具有至少20%的結晶度； (b)20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維； (c)15至45重量％的阻燃人造絲纖維；和 (d)5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維； 所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計。
2.根據權利要求1所述的紗線，其中I至3重量％的所述對位芳族聚醯胺纖維被包含碳或金屬的防靜電纖維替換，前提條件是保持至少5重量％的對位芳族聚醯胺纖維。
3.根據權利要求1所述的紗線，其中所述間位芳族聚醯胺纖維具有在20%至50%範圍內的結晶度。
4.根據權利要求1所述的紗線，其具有至少3%的回潮率。
5.適於在防電弧和防火焰中使用的織物，包含紗線，所述紗線基本上由以下組成: (a)10至40重量％的間位芳族聚醯胺纖維，所述間位芳族聚醯胺纖維具有至少20%的結晶度； (b)20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維；· (c)15至45重量％的阻燃人造絲纖維；和 (d)5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維； 所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計； 所述織物具有在135至407克/平方米(4至12盎司/平方碼)範圍內的基重。
6.根據權利要求4所述的織物，其中I至3重量％的所述對位芳族聚醯胺纖維被包含碳或金屬的防靜電纖維替換，前提條件是保持至少5重量％的對位芳族聚醯胺纖維。
7.根據權利要求5所述的織物，其具有至少3%的回潮率。
8.根據權利要求4所述的織物，其具有根據ASTMD-6413-99的小於6英寸的炭化長度。
9.根據權利要求4所述的織物，其具有根據ASTMF-1959-99的大於1.2卡路裡/平方釐米/盎司/平方碼織物的抗電弧性。
10.根據權利要求4所述的織物，其中所述間位芳族聚醯胺纖維具有在20%至50%範圍內的結晶度。
11.適於在防電弧和防火焰中使用的服裝，包含織物，所述織物基本上由以下組成: (a)10至40重量％的間位芳族聚醯胺纖維，所述間位芳族聚醯胺纖維具有至少20%的結晶度； (b)20至60重量％的變性聚丙烯腈纖維； (c)15至45重量％的阻燃人造絲纖維；和 (d)5至20重量％的對位芳族聚醯胺纖維； 所述重量百分比以組分(a)、(b)、(C)、和(d)的總重量計； 所述織物具有在150至339克/平方米(4.5至10盎司/平方碼)範圍內的基重。
12.根據權利要求9所述的服裝，其中I至3重量％的所述對位芳族聚醯胺纖維被包含碳或金屬的防靜電纖維替換，前提條件是保持至少5重量％的對位芳族聚醯胺纖維。
13.根據權利要求9所述的服裝，其提供的熱保護等同於按照ASTMF1930在4秒鐘的火焰暴露時小於70%的身體燒傷，同時按照ASTMF1959和NFPA70E保持2類電弧等級。
14.根據權利要求9所述的服裝，其中所述織物具有根據ASTMF-1959-99的大於1.2卡路裡/平方釐米/盎司/平方碼織物的抗電弧性。
15.根據權利要求5所述·的服裝，其具有至少3%的回潮率。
【文檔編號】D02G3/44GK103857837SQ201280041093
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年6月18日 優先權日:2011年9月2日
【發明者】R.朱 申請人:納幕爾杜邦公司