具有优异的防电弧性的高回潮率纱线、织物、和服装的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有高回潮率的纱线，其用于在防电弧和防火焰中使用，以及包含所述纱线的织物和服装。所述纱线具有纤维共混物，其包括10至40重量％的具有至少20％结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维，15至45重量％的阻燃人造丝纤维，和(d)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维；所述重量百分比以这些组分的总重量计。如果需要，所述纱线中1至3重量％的对位芳族聚酰胺纤维可被防静电纤维替换，只要存在至少5重量％的对位芳族聚酰胺纤维。
【专利说明】具有优异的防电弧性的高回潮率纱线、织物、和服装
【背景技术】
[0001]1.【技术领域】。本发明涉及混纺纱，其用于生产具有改善的舒适度(由于其高回潮率)和优异的防电弧性的组合的织物。本发明还涉及用此类织物生产的服装。
[0002]2.【背景技术】。授予Zhu等人的美国专利7，348，059公开了用于在防电弧和防火焰中使用的织物及服装的变性聚丙烯腈/芳族聚酰胺纤维共混物。此类共混物具有高含量(40-70重量％ )的变性聚丙烯腈纤维和低含量(10-40重量％ )的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、以及对位芳族聚酰胺纤维(5-20重量％)。由此类共混物制成的织物和服装提供了对电弧及暴露于暴燃至多3秒钟的防护。
[0003]授予Zhu的美国专利申请公布US2005 / 0025963公开了由下列各项的共混物制成的防火共混物、纱线、织物及衣物制品:10-75份的至少一种芳族聚酰胺人造短纤维、15-80重量份的至少一种变性聚丙烯腈人造短纤维、以及5-30重量份的至少一种脂族聚酰胺人造短纤维。该共混物将不会提供186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方码)范围内的用于织物的2类电弧等级，这是由于该共混物中易燃的脂族聚酰胺纤维的高比例。
[0004]授予Lovasic等人的美国专利7，156，883公开了包括非晶形间位芳族聚酰胺纤维、晶形间位芳族聚酰胺纤维和阻燃纤维素纤维的纤维共混物、织物和防护服，间位芳族聚酰胺纤维为50至85重量％，其中三分之一至三分之二的间位芳族聚酰胺纤维为非晶形的且三分之二至三分之一的间位芳族聚酰胺纤维为晶形的。此外，由这些共混物制备的织物将不会提供186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方码)范围内的用于织物的2类电弧等级。
[0005]授予Zhu的美国专利申请公布US2010 / 0299816公开了用于改善的防暴燃和优异的防电弧的晶形间位芳族聚酰胺共混物。基本上由(a) 50-60重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、(b) 31-39重量％的变性聚丙烯腈纤维、和(c)5-15重量％的对位芳族聚酰胺纤维组成，所述重量百分比以组分(a)、(b)、和(c)的总重量计。在一些实施例中，1-3重量％的间位芳族聚酰胺纤维被防静电纤维替换，前提条件是保持至少50重量％的间位芳族聚酰胺纤维。服装提供热保护使得穿着者根据ASTM F1930暴露于暴燃4秒钟时将经历小于65%的预测身体烧伤，同时根据ASTM F1959和NFPA70E保持2类电弧等级。同时具有期望的电弧和暴燃性能的织物基重为135g / m2(4盎司/平方码)或更大。
[0006]授予Zhu的美国专利7，744，999涉及用于在防电弧和防火焰中使用的纱线、以及由该纱线制成的织物和服装，所述纱线基本上由(a)50-80重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、(b) 10-30重量％的变性聚丙烯腈纤维、(c) 5-20重量％的对位芳族聚酰胺纤维、以及(d) 1-3重量％的防静电纤维组成，所述重量百分比以组分(a)、(b)、
(c)和(d)的总重量计。织物和服装的基重在186.5-237克/平方米(5.5-7盎司/平方码)的范围内。在一个实施例中，由所述纱线制成的服装提供热保护使得穿着者根据ASTMF1930暴露于暴燃4秒钟时将经历小于65%的预测身体烧伤，同时保持2类电弧等级。
[0007]遗憾的是，前述提供最好防护的织物趋于具有较低的回潮率并因此可能在某些环境下是相对不舒适的。经设计用于个人防电弧的服装仅当个人在危险环境中穿着时有用。如果服装是不舒适的，个人更可能冒着受伤的风险而不穿着防护服装。因此防电弧服装舒适度的任何改善是受欢迎的。
【发明内容】
[0008]本发明涉及用于在防电弧和防火焰中使用的纱线，该纱线基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，(b) 20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维，(c) 15至45重量％的阻燃人造丝纤维，和(d) 5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维组成；所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计。
[0009]本发明也涉及适于在防电弧和防火焰中使用的织物，所述织物包含纱线，所述纱线基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，(b)20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维，(c) 15至45重量％的阻燃人造丝纤维，和(d)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维组成，所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计；所述织物具有在135-407克/平方米(4-12盎司/平方码)范围内的基重。
[0010]本发明还涉及适于在防电弧和防火焰中使用的服装，所述服装包含织物，所述织物基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，(b) 20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维，(c) 15至45重量％的阻燃人造丝纤维，和(d)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维组成，所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计；所述织物具有在150-339克/平方米(4.5-10盎司/平方码)范围内的基重。
【具体实施方式】
[0011]本发明涉及由纤维共混物制成的纱线，其当制成织物和服装时具有优异的防电弧性，同时也具有高回潮率。这种高回潮率转化为对穿着者改善的舒适度。具体地，本发明涉及用于在防电弧和防火焰中使用的纱线，该纱线基本上由(a) 10至40重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，(b) 20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维，(c) 15至45重量％的阻燃人造丝纤维，和(d) 5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维组成；所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计。
[0012]在一些优选的实施例中，纱线基本上由(a)20至30重量％的具有至少20%结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，(b)40至50重量％的变性聚丙烯腈纤维，(c) 15至25重量％的阻燃人造丝纤维，和(d) 5至15重量％的对位芳族聚酰胺纤维组成；所述重量百分比以组分(a)、(b)、(c)、和(d)的总重量计。如果需要，纱线中I至3重量％的对位芳族聚酰胺纤维可被包含碳或金属的防静电纤维替换，前提条件是在纱线中保持至少5重量％的间位芳族聚酰胺纤维。换句话讲，如果使用防静电纤维，则其用量为I至3重量％并且(d)的重量％变为5至最多19重量％的对位芳族聚酰胺纤维。
[0013]上述百分比以四种所述组分计，即基于纱线中这四种所述组分的总重量计。如果在纱线中包括防静电纤维，上述百分比以四种所述组分和防静电纤维计。所谓的“纱线”是指纺丝或加捻在一起以形成连续股线的纤维集合，所述股线可用于编织、针织、编结、或编辫、或换句话讲制备成纺织材料或织物。在一些优选的实施例中，纤维是短纤维。
[0014]在一些优选的实施例中，纱线具有按重量计至少3%的回潮率，并且在一些实施例中纱线具有按重量计至少4%的回潮率。在一些实施例中，纱线具有按重量计至少5%的回潮率。据信在纤维共混物中使用阻燃人造丝向纱线中加入了具有高回潮率的纤维组分，其赋予由包含所述纱线的织物制成的服装的穿着者更大的舒适性。由阻燃人造丝纤维制成的织物尽管具有良好的阻燃性能和暴燃性能，但是并未已知具有最高的电弧性能。令人吃惊的是，已发现如果阻燃人造丝纤维与变性聚丙烯腈纤维以受权利要求书保护的百分比混合在共混物中，则可获得既具有改善的回潮率又具有舒适性的织物和服装同时保持高的电弧等级性能、高的阻燃性、以及在某些情况下改善的暴燃性能。
[0015]如本文所用，“芳族聚酰胺”是指如下聚酰胺，其中至少85%的酰胺(-C0NH-)连接基直接连接到两个芳族环。可将添加剂与芳族聚酰胺一起使用，并且实际上已发现，可将多达10重量％的其它聚合材料与芳族聚酰胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多达10%的替代芳族聚酰胺二胺的其它二胺，或多达10%的替代芳族聚酰胺二酰氯的其它二酰氯。合适的芳族聚酰胺纤维在Man-Made Fibers—Science and Technology,第2卷,标题为“Fiber-Forming Aromatic Polyamides”的部分，第 297 页，W.Black 等人，IntersciencePublishers, 1968中有所描述。芳族聚酰胺纤维也公开在美国专利4，172，938 ;3，869，429 ；3，819，587 ;3，673，143 ;3，354，127 ;和3，094，511中。间位芳族聚酰胺为其中酰胺键相对于彼此处于间位的那些酰胺，而对位芳族聚酰胺为其中酰胺键相对于彼此位于对位的那些酰胺。最常用的酰胺为聚(间苯二甲酰间苯二胺)和聚对苯二甲酰对苯二胺。
[0016]当在纱线中使用时，间位芳族聚酰胺纤维提供极限氧指数(LOI)为约26的阻燃炭化纤维。间位芳族聚酰胺纤维还阻止由于暴露于火焰而对纱线的损伤传播。由于间位芳族聚酰胺纤维在模量和伸长物理特性之间的平衡，其还提供用于单层织物服装的舒适织物，所述单层织物服装旨在作为常规衬衫、裤子和连衣工作服形式的工作服穿用。纱线具有至少10重量％的间位芳族聚酰胺纤维。在一些优选的实施例中，纱线具有至少20重量％的间位芳族聚酰胺纤维。在一些实施例中，间位芳族聚酰胺纤维优选的最大量为30重量％或更小；然而，也可利用高达40重量％的量。
[0017]所谓阻燃人造丝纤维是指具有一种或多种阻燃剂并具有至少2克/旦尼尔的纤维拉伸强度的人造丝纤维。包含聚硅酸形式的二氧化硅作为阻燃剂的纤维素纤维或人造丝纤维明确排除在外，这是由于此类纤维具有较低的纤维拉伸强度。此外，尽管此类纤维为良好的成炭剂，但是相对而言它们的垂直燃烧性能劣于包含磷化合物或其它阻燃剂的纤维。
[0018]人造丝纤维为本领域所熟知的，并且为一般由再生纤维素组成的人造纤维，此外还具有其中取代基已取代羟基中不超过15%的氢的再生纤维素。它们包括由粘胶法、铜氨法、以及现在已废弃的硝化纤维法和皂化醋纤法制成的纱线；然而在一个优选的实施例中利用粘胶法。一般来讲，人造丝由木浆、棉短绒、或溶解于粘胶纺丝溶液中的其它植物性物质获得。将溶液挤出为酸盐凝固浴并拉伸成连续长丝。多组这些长丝可形成纱线或者切割成短纱并进一步加工成短纤纱。如本文所用，人造丝纤维包括已知为Iyocell纤维的那些。
[0019]阻燃剂可如下掺入人造丝纤维中:将阻燃剂化学物质加入纺丝溶液中并将阻燃剂纺丝到人造丝纤维中，用阻燃剂涂覆人造丝纤维，使人造丝纤维接触阻燃剂并使纤维吸收阻燃剂，或者通过使阻燃剂掺入人造丝纤维中或掺入有人造丝纤维的任何其它方法。一般来讲，包含一种或多种阻燃剂的人造丝纤维命名为“FR”，其用于阻燃剂。在一个优选的实施例中，阻燃人造丝具有纺入的阻燃剂。
[0020]阻燃人造丝具有高回潮率，其向织物提供舒适性组分。据信纱线应具有至少15重量％的阻燃人造丝以提供织物中的改善舒适性。此外，尽管更大百分比的阻燃人造丝可提供甚至更大的舒适性，但是据信如果阻燃人造丝的量在纱线中超过约45重量％，则织物可具有将超过任何舒适性改善的负面性能间题。在一些优选的实施例中，阻燃人造丝纤维以15-25重量％的量存在于纱线中。
[0021]阻燃人造丝纤维可含有多种可商购获得的阻燃剂中的一种或多种；包括例如
某些磷化合物如购自Sandoz的Sandolasl 9000等。尽管多种化合物可用作阻燃剂，
但是在一个优选的实施例中，阻燃剂基于磷化合物。有用的阻燃人造丝纤维以商品名DFG “Flame-resistant viscose rayon” 购自 Daiwabo Rayon C0., Ltd.(Japan)。另一种
有用的阻燃人造丝纤维以商品名Viscose FR购自Lenzing AG (也已知为Lenzing FR?，购
自 Lenzing Fibers, Austria)。
[0022]所谓变性聚丙烯腈纤维是指由主要包含丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸类合成纤维。优选地，聚合物为包含30至70重量％的丙烯腈和70至30重量％的含卤素乙烯基单体的共聚物。所述含卤素乙烯基单体为至少一种选自例如氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯、偏二溴乙烯等的单体。可共聚乙烯基单体的例子为丙烯酸、甲基丙烯酸、此类酸的盐或酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯等。
[0023]优选的变性聚丙烯腈纤维为与偏二氯乙烯组合的丙烯腈共聚物，所述共聚物还具有用于改善的阻燃性的氧化锑或锑氧化物。此类可用的变性聚丙烯腈纤维包括但不限于如美国专利3，193，602中所公开的具有2重量％三氧化锑的纤维，如美国专利3，748，302中所公开的由含量为至少2重量％并且优选不大于8重量％的各种氧化锑制得的纤维，以及如美国专利5，208, 105&5, 506, 042中所公开的具有8至40重量％锑化合物的纤维。
[0024]取决于掺杂锑衍生物的含量，纱线内的变性聚丙烯腈纤维提供具有通常至少28的极限氧指数的阻燃炭化纤维。变性聚丙烯腈纤维还阻止由于暴露于火焰而对纱线的损伤传播。尽管高度阻燃，但是变性聚丙烯腈纤维本身向纱线或由纱线制成的织物提供的拉伸强度不足以在暴露于电弧时提供期望的抗裂开程度。其本身也不提供按照ASTM D6413测试方法根据NFPA2112或ASTM F1506要求所述的足够的炭化性能。纱线具有至少20重量％的变性聚丙烯腈纤维，并且在一些优选的实施例中，纱线具有40至50重量％的变性聚丙烯腈纤维。在一些实施例中，变性聚丙烯腈纤维优选的最大量为60重量％。
[0025]在一些优选的实施例中，间位芳族聚酰胺纤维具有在约20%至50%范围内的结晶度。间位芳族聚酰胺纤维向纱线或由纱线制成的织物提供附加拉伸强度。变性聚丙烯腈纤维与间位芳族聚酰胺纤维的组合高度阻燃，但是向纱线或由纱线制成的织物提供的拉伸强度不足以在暴露于电弧时提供期望的抗裂开程度。
[0026]间位芳族聚酰胺纤维具有某一最小结晶度以实现防电弧方面的改善。间位芳族聚酰胺纤维的结晶度为至少20%并且更优选至少25%。为了便于形成最终纤维而例证起见，结晶度的实际上限为50%(尽管认为较高的百分比是合适的)。一般来讲，结晶度将在25%至40%的范围内。具有该结晶度的商业间位芳族聚酰胺纤维的例子是购自E.1.du Pont deNemours & Company, ffilimington, Delaware 的Nomex.T-450。
[0027]间位芳族聚酰胺纤维的结晶度通过两种方法中的一种来确定。第一种方法用于无空隙纤维而第二种方法用于并非完全不含空隙的纤维。[0028]间位芳族聚酰胺的结晶度百分数在第一种方法中通过首先利用优良的、基本上无空隙的样本产生用于结晶度的线性校准曲线来确定。就此类无空隙样本而言，比体积(I/密度)可利用两相模型与结晶度直接相关。样本的密度在密度梯度柱中测量。测量通过X-射线散射方法确定为非结晶的间位芳族聚酰胺膜并发现其具有1.33569/cm3的平均密度。然后根据X-射线晶胞的尺寸测得的完全结晶间位芳族聚酰胺样品的密度为1.4699g/cm3。一旦建立了这些0%和100%的结晶度端点，任何已知密度的非空自实验样品的结晶度
可根据这一线性关系进行测定:
[0029]
【权利要求】
1.用于在防电弧和防火焰中使用的纱线，其基本上由以下组成: (a)10至40重量％的间位芳族聚酰胺纤维，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20%的结晶度； (b)20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维； (c)15至45重量％的阻燃人造丝纤维；和 (d)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维； 所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计。
2.根据权利要求1所述的纱线，其中I至3重量％的所述对位芳族聚酰胺纤维被包含碳或金属的防静电纤维替换，前提条件是保持至少5重量％的对位芳族聚酰胺纤维。
3.根据权利要求1所述的纱线，其中所述间位芳族聚酰胺纤维具有在20%至50%范围内的结晶度。
4.根据权利要求1所述的纱线，其具有至少3%的回潮率。
5.适于在防电弧和防火焰中使用的织物，包含纱线，所述纱线基本上由以下组成: (a)10至40重量％的间位芳族聚酰胺纤维，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20%的结晶度； (b)20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维；· (c)15至45重量％的阻燃人造丝纤维；和 (d)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维； 所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计； 所述织物具有在135至407克/平方米(4至12盎司/平方码)范围内的基重。
6.根据权利要求4所述的织物，其中I至3重量％的所述对位芳族聚酰胺纤维被包含碳或金属的防静电纤维替换，前提条件是保持至少5重量％的对位芳族聚酰胺纤维。
7.根据权利要求5所述的织物，其具有至少3%的回潮率。
8.根据权利要求4所述的织物，其具有根据ASTMD-6413-99的小于6英寸的炭化长度。
9.根据权利要求4所述的织物，其具有根据ASTMF-1959-99的大于1.2卡路里/平方厘米/盎司/平方码织物的抗电弧性。
10.根据权利要求4所述的织物，其中所述间位芳族聚酰胺纤维具有在20%至50%范围内的结晶度。
11.适于在防电弧和防火焰中使用的服装，包含织物，所述织物基本上由以下组成: (a)10至40重量％的间位芳族聚酰胺纤维，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20%的结晶度； (b)20至60重量％的变性聚丙烯腈纤维； (c)15至45重量％的阻燃人造丝纤维；和 (d)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维； 所述重量百分比以组分(a)、(b)、(C)、和(d)的总重量计； 所述织物具有在150至339克/平方米(4.5至10盎司/平方码)范围内的基重。
12.根据权利要求9所述的服装，其中I至3重量％的所述对位芳族聚酰胺纤维被包含碳或金属的防静电纤维替换，前提条件是保持至少5重量％的对位芳族聚酰胺纤维。
13.根据权利要求9所述的服装，其提供的热保护等同于按照ASTMF1930在4秒钟的火焰暴露时小于70%的身体烧伤，同时按照ASTMF1959和NFPA70E保持2类电弧等级。
14.根据权利要求9所述的服装，其中所述织物具有根据ASTMF-1959-99的大于1.2卡路里/平方厘米/盎司/平方码织物的抗电弧性。
15.根据权利要求5所述·的服装，其具有至少3%的回潮率。
【文档编号】D02G3/44GK103857837SQ201280041093
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年6月18日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】R.朱 申请人:纳幕尔杜邦公司