专利名称：用于防火安全服的细纤度二成分包芯纱及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于制成防火安全服织物的、细纤度二成分包芯纱及生产这种包芯纱的方法，并较着重叙述此包芯纱包含一个耐高温纤维的芯子，一个围绕并包覆芯子的耐低温纤维包芯层。
大家知道如何去制成各类纱线的耐热织物。例如危险工业的工作服、消防服、军用防护服都是用非合成纤维纱线制成的织物做的，如棉或羊毛。这些织物经过常用的卤基或磷基阻燃化学药品专门处理而成。然而，用这种织物制成的服装其使用期有限，并且重量也比未经阻燃处理织物制成的工作服重，专门的化学处理使织物重量增加约15%至20%。当此种织物燃烧时，形成易碎的焦片，随着织物的移动而掉落。
大家也都知道如何去制成全部由阻燃纱或耐高温纤维、或者是阻燃纤维混纺纱，如Nomex、Kevlar或PBI制成的织物做成安全服。这些织物具有热稳定性，但是生产费用昂贵，同时，没有天然纤维织成的织物所具有的舒适、吸湿及可染性的特点。
美国专利NOS.4，381，639;4，500，593;4，670，327公开的耐热织物的纱线是一个由芳族聚酰胺耐热层包覆着的连续玻璃长丝。然而，在这些专利中公开的纱线和织物是十分昂贵的，因为要生产这种纱线及织物的纤维的价格很高。同时，这些专利所涉及的纱线及织物具有芳族聚酰胺纤维的表面特性，所以这些织物就没有普通天然纤维，如棉、毛及类似纤维制成织物的可染性及舒适的理想表面特性。
美国专利No.4，331，729公开了一种耐热织物，它的纱线含一根碳素长丝束芯子并由芳族聚酰胺纤维包覆，此专利涉及的纱线及耐热织物具有前面专利讨论中同样的缺点。
1988年12月22日提出的、申请号为No.288，682美国专利申请公开了一种三成分包芯纱，用于制成防火安全服织物。所提出的专利申请中涉及的这种三成分包芯纱包含一个耐高温纤维的芯子，一个耐低温纤维包芯层，以及一个耐低温纤维外层。这种三成分包芯纱是在一种DREF摩擦纺纱机上纺成的，并且使用这种设备所能达到的最细纱的支数为14/1支(相当于380旦尼尔)。虽然这种三成分包芯纱所形成的织物提供了卓越的防火性、可染性和穿着舒适，可是，为了生产出合乎需要的具有更细支纱的包芯纱的细织物，还需要时间。
带着上述存在的问题，提供一种细纤度二成分包芯纱是本发明的一个目的，以便用这种纱制成防火安全织物，这种织物具有一般天然纤维、即没有防火特性的纤维制成的普通织物的外观、手感、可染性、舒适性。
本发明的细纤度二成分包芯纱包括一个耐高温纤维的芯子和一个围绕并包覆芯子的耐低温纤维的包芯层或外套。制成芯子的耐高温纤维是芳族聚酰胺纤维，如Kevlar或Nomex，或是聚苯并咪唑纤维，如PBI，或是热稳定/氧化聚丙烯腈纤维，如由RK纺织原料公司生产的Panox和由Asahi化学公司生产的Lastan。包芯层的耐低温纤维可以是天然纤维或是合成纤维，如棉、毛、聚脂纤维、变性聚丙烯腈纤维，或是它们的混合物。本发明的细纤度包芯纱已经以细度22/1支(242旦尼尔)、20/1支(266旦尼尔)、18/1支(295旦尼尔)生产。
耐高温纤维芯子约占包芯纱总重量的20%至25%，耐低温纤维包芯层约占包芯纱总重量的80%至75%。较为可取的是耐高温纤维芯子约占包芯纱总重量的20%，耐低温纤维包芯层约占包芯纱总重量的80%。
该包芯纱最好是在MURATA气流喷射纺纱机(MJS)上加工，在此机上，耐高温纤维芯子和耐低温纤维包芯层一起通过喂纱喇叭头的入口的那一端被喂入。纤维通过一牵伸区域、反向对着的气流喷嘴，随后，缠绕在卷取筒子上。气流喷嘴使耐低温纤维包芯层围绕、包覆芯子，因此，该纱和由此而制得的织物具有构成包芯层的耐低温纤维的表面特性，同时，该纱仅有非常小的捻度、捻矩和滑爽性(假如有的话)。
当本发明的细纤度包芯纱制成的织物处于火焰和高热中时，围绕并包覆芯子的耐低温纤维的包芯层烧焦，并留存在玻璃纤维芯子周围，成为一个隔热层。耐高温纤维芯子在耐低温有机纤维的包芯层燃烧完之后仍保持完好;该芯子构成一个格子，烧焦物残留在这格子上，以阻挡氧气和其它气体的流动，格子上的残留物提供了一种结构，其在耐低温有机纤维的包芯层燃烧、烧焦之后，仍能保持芯子纤维完好。
由于本发明的包芯纱其昂贵的耐高温纤维的重量占很小比例，理想的约占20%，本发明的包芯纱比起由高比例昂贵的耐高温纤维的纱线制成的防火织物，其价格大大降低。例如作芯子的耐高温纤维每磅大约需要9至10美元，而作包芯层的棉纤维大约每磅60至80美分。因而，由于使用大约80%棉纤维，可以明白本发明所制成的包芯纱的价格大大降低。
当本发明的包芯纱制成的织物处于火焰和高热中时，包芯层纤维烧焦了，并留存在耐高温芯子周围，成为一个隔热层，这样就在衣服和皮肤之间存在一个空气隔离层，这特性在着火状态下是很重要的，一个消防队员穿着由此种织物制成的衬衣或护帽，因其衣服与皮肤之间有空气隔离层，便能继续防热，甚至当包芯层的纤维烧焦时，也不受损伤。
用本发明包芯纱机织或针织成的织物可以染色、印花，并可对其进行常规的阻燃处理，其方法与对100%棉纤维制成的织物相似。然而因阻燃处理而增加的织物重量大大减少了，约10%至12%，其原因是耐高温纤维芯子不吸收阻燃剂。本发明的包芯纱制成的织物燃烧时，不熔化、不流滴、没有余焰和阻燃现象。被烧焦的织物外部保持着如同织物未烧部分的柔韧和完整。
其余的目的和优点将与附图联系起来叙述。
图1是本发明的包芯纱的一段高倍放大的局部视图，在一端其包芯层已被截去。
图2是一台Murata气流喷射纺纱机的一部分的简略轴测图，该机用于形成本发明的细纤度包芯纱。
图3是一个用图1的包芯纱针织成的织物的局部高倍放大图。
本发明的细纤度包芯纱，即图1中的10，包括一个耐高温纤维芯芯子11和一个围绕并包覆芯子11的耐低温纤维包芯层12。如图1所示，芯子11的耐高温纤维通常在包芯纱10的轴向即纵向延伸，而包芯层12的耐低温纤维则围绕芯子11沿螺旋向延伸。包芯层12的耐低温纤维的较小部分被分离，形成一个包缠纤维的束缚层，螺旋形包缠在大多数纤维周围，如图上用13所表示的那样。由于耐低温纤维包芯层12围绕并包覆芯子11，因而纱的外表面具有构成包芯层12的耐低温纤维的外观和通常的特点。
芯子11的耐高温纤维基本上由芳族聚酰胺纤维构成的材料中选出，如Kevlar和Nomex，或从聚苯并咪唑纤维材料中选出，如PBI，或者是热稳定/氧化聚丙烯腈纤维，如由RK纺织原料公司生产的Panox和由Asahi化学公司生产的Lastan，或是这些纤维的混合物。包芯层12的耐低温纤维可以是天然纤维或合成纤维，如棉、毛、聚脂纤维、变性聚丙烯腈纤维、人造丝，或是这些纤维的混合物。
耐高温纤维芯子约占包芯纱10总重量的20%至25%，耐低温纤维的包芯层12约占包芯纱10总重量的80%至75%。较为可取的是耐高温纤维芯子11约占总重量的20%，耐低温纤维包芯层约占总重量的80%。
芯子11可以全部是芳族聚酰胺纤维，也可以是这种纤维与聚苯并咪唑纤维的混合物。包芯层12围绕并包覆芯子11，所以芯子11的纤维在由这种纱织成的织物上是完全隐匿的。
如上面所指出的那样，本发明的包芯纱10最好在图2所示的那种型式的Murata气流喷射纺纱机上制造。这种Murata气流喷射纺纱机在许多专利，包括美国专利Nos.4，718，225、4，551，887、4，497，167中有过披露。如图2所示，该气流喷射纺纱机包含一入口喇叭头，耐高温芯子11和耐低温纤维12的条子被喂向前方，以便形成一个围绕并包覆芯子的包芯层。随后，纤维通过一系列牵伸罗拉16、第一个流体涡旋气流喷嘴17和第二个流体涡旋气流喷嘴18。接着，从第二个流体涡旋气流喷嘴18出来的细纱被输出罗拉组件拉伸，并且被卷绕到卷取筒子上(没有图示)。如图2所示，设置第一个和第二个流体涡旋气流喷嘴17、18是为了在相反方向产生涡旋流动。相反方向运转的气流喷嘴17、18的作用在于产生一个短纤维的局部区域，这里短纤维分离，缠绕在未分离的短纤维周围，该缠绕的短纤维以紧密的连接方式支持着包芯层12，围绕并包覆芯子11。
下面例子表示按照本发明所制成的各类包芯纱。
耐高温的Kevlar纤维11、0.5绞粗纱的一端(规定其重量对芯子达到总重量的20%是必要的)，被喂入喇叭头15的入口那一端，同时，100%粗梳棉条的一端(规定其重量对包芯层达到总重量的80%是必要的)，也被喂入喇叭头15的入口端。芯子11被喂向棉条12的顶端，因此，该棉纤维围绕芯子旋转，如图3所示，通过喷气纺纱过程而获得的细纤度包芯纱针织成一种平纹织物20。包芯纱10在织物20上形成了连续的线圈。
针织物20特别适宜于制作消防队员的护帽或衬衣，并且如果需要的话，可以进行染色和防火化学处理，然后进行常规的耐久压烫树脂整理。这种针织物有相似于100%棉纤维形成的针织物的手感和表面特性，又具有纯棉纤维织物所不具有的防火性。
当这种防火针织物用国家防火协会检验方法(NFPA701)进行检验时，该织物显示了比1.5吋还少的烧焦长度，而且没有完全燃烧或阴燃，这种检验方法是对着本生灯火焰作12秒持续时间的垂直燃烧。根据美国检验方法5905，对着一高热量丁烷火焰作两个12秒曝露式垂直燃烧，结果显示了22%消耗并且没有完全燃烧，而与由纯棉纤维构成，作了阻燃化学处理、同类的相同重量的针织物相比较，后者有45%消耗，并且带有6秒钟阴燃。在所有燃烧试验里，纤维烧焦残留物的完全组织富有弹性和完整，显示了没有脆性、没有熔融或纤维收缩。虽然棉纤维的包芯层燃烧、烧焦，可是烧焦部分残留在耐高温的Kevlar纤维芯子周围提供了一个绝热层，并且Kevlar芯子提供了一种基体，或者说格子，其防止织物破坏。绝热层防止火焰通过织物渗透到护帽穿戴者的皮肤。
在用于防火安全服的织物中，包芯纱10包含二个组成的部份，它们是耐高温纤维芯子11，其纤维主要是在纱线的轴向即纵向延伸;围绕并包覆芯子11的耐低温纤维的包芯层12，其纤维主要是围绕芯子11的螺旋方向延伸。芯子11的耐高温纤维是从基本上由芳族聚酰胺、聚苯并咪唑纤维和热稳定/氧化聚丙烯腈纤维构成的材料中选出，当由此纱线制成的织物经受高温火焰燃烧时，能完整地留存下来。包芯层12的纤维围绕并包覆芯子11。对由这些包芯纱所形成的纤维来说，包芯层12的纤维提供了理想的表面特性。当此纱线制成的织物处于高温燃烧的环境中，包芯层12的纤维被燃着并烧焦，但在芯子11周围留存着，并大体上保持着如同未经燃烧织物一样的柔韧性和完整性。
前述附图、说明书揭示了本发明最佳实施例，同时，虽然使用了专门术语，但只是为了一般地叙述概念而用，不是有意地限制，发明的范围规定在权利要求中。
权利要求
1.一种用于防火安全服的细纤度包芯纱，其特征是包括一个从基本上由芳族聚酰胺、聚苯并咪唑纤维和热稳定/氧化聚丙烯腈纤维构成的群组中选出的耐高温纤维芯子，一个围绕并包覆上述芯子的耐低温纤维的包芯层。
2.根据权利要求1中所述的细纤度包芯纱，其特征在于上述耐高温纤维的芯子重量约占上述包芯纱总重量的20%至25%，上述耐低温纤维的包芯层重量约占上述包芯纱总重量的80%至75%。
3.根据权利要求2中所述的细纤度包芯纱，其特征在于上述耐高温纤维的芯子重量约占上述包芯纱总重量的20%，上述耐低温纤维的包芯层重量约占上述包芯纱总重量的80%。
4.根据权利要求1中所述的细纤度包芯纱，其特征在于上述芯子由芳族聚酰胺纤维组成。
5.根据权利要求1中所述的细纤度包芯纱，其特征在于上述包芯层由棉纤维组成。
6.根据权利要求4中所述的细纤度包芯纱，其特征在于上述芯子由Kevlar纤维组成。
全文摘要
一种细纤度包芯纱，在气流喷射纺纱机上纺成，由两部分组成一个耐高温纤维的芯子和一个围绕、包覆芯子的耐低温纤维的包芯层。芯子从基本上由芳族聚酰胺、聚苯并咪唑纤维和热稳定/氧化聚丙烯腈纤维构成的群组中选出；包芯层是天然纤维或合成纤维。包芯纱织成的织物处于高温燃烧时，包芯层烧焦，但不熔化、不流滴、烧焦部分留存在芯子周围，保持着如同未燃部分同样的柔韧和完整。
文档编号D02G3/44GK1044963SQ9010071
公开日1990年8月29日 申请日期1990年2月15日 优先权日1989年2月15日
发明者特里格·莫特格尔里, 维廉姆格·马特恩 申请人:弹簧工业公司