阻燃热衬里、复合织物、以及服装的制作方法

发明背景

发明领域。本发明涉及用于在阻燃热防护服装中使用的每厚度具有高热阻的阻燃热衬里。本发明还包括一种复合织物系统以及包含其的阻燃服装，该复合织物系统将此类阻燃热衬里与诸如外壳织物、防潮层和内部内衬织物的事物结合以制造阻燃防护服装。

gibson等人在文章“纳米纤维技术在非织造热绝缘中的应用(applicationofnanofibertechnologytononwoventhermalinsulation)”(工程纤维与织物杂志(journalofengineeredfibersandfabrics)，第2卷，第2期-2007)中指出，纳米纤维的热特性及其抵御寒冷环境的防护是相对未知的，并且进一步披露了文献检索已经揭露没有使用聚合物纳米纤维用于热绝缘应用的基础工作或应用工作。该论文讨论了在军用服装和睡袋中使用的绝缘材料的实际特征是重量，因为士兵必须携带其寒冷天气服装和睡袋。该论文使用astmc-518“通过热流量计装置的稳态热传递特性的标准测试方法(standardtestmethodforsteady-statethermaltransmissionpropertiesbymeansoftheheatflowmeterapparatus)”测试各种绝缘材料的热特性，其中典型条件测量通过一种材料的热流，该材料放置在相当温和的条件下并且和在上板上50℃与下板上10℃的温度差下操作的板之间。

该论文进一步披露了不同的纤维材料可以组合在一起以提高复合绝缘材料的绝热特性，并且披露了一种分层技术，其中电纺丝非织造物可以与厚的高蓬松聚酯棉絮绝缘材料串联测试。没有披露或传授如何可使用包含纳米纤维的非织造片材来产生阻燃热衬里。

fan等人的美国专利申请公开2010/0003877披露了一种三层反射纳米纤维结构，该结构是涂覆在由织造或非织造基底支撑的聚合物纳米纤维上的ir反射材料。本发明再次涉及冷防护服装并且没有披露或传授如何可使用包含纳米纤维的非织造片材来产生阻燃热衬里。

lau等人的国际专利申请公开wo2013/030658还披露了可用于极端寒冷气候的热绝缘结构。没有披露或传授如何可使用包含纳米纤维的非织造片材来产生阻燃热衬里。

hubner的美国专利号7,284,398披露了一种用于制造保护免受热、火焰或电弧等的影响的工作服制品的织物。该织物结合了由所谓的“微纤维”纱线制成的织造织物层，其中这些微纤维具有小于1.3分特的单独纤维纤度。同样，kruszewski等人的美国专利号8,347,420披露了一种热衬里子组件、织物和防护服装，其包括由能够响应于高热量或火焰而增加厚度的卷曲短纤维制成的非织造织物。这些公开物都没有披露或传授如何可使用包含纳米纤维的非织造片材来产生阻燃热衬里。

日本专利申请公开2012-0216024披露了由对位系统芳族聚酰胺聚合物组成的纳米纤维纤维结构。该公开物包括这可用于消防员穿的防护服装的陈述。其他日本专利申请公开，例如tamaru的2011-127234和2013-185273披露了关于在消防员的防护服装中使用纳米纤维的研究正在进展中。再一次，然而，在这些参考文献的任一个中没有关于如何可实际使用包含纳米纤维的非织造片材来产生有用的阻燃热衬里的传授内容。

marin等人的美国专利申请公开2008-0220676针对一种具有通过湿蒸汽的能力的防水可透气服装。该服装包括织物层和多孔涂覆的纳米纤维层，该纳米纤维层具有在碳氟聚合物部分的纤维表面上的涂层和树脂粘合剂或增充剂。该专利披露了可以构建各种通用的“防护服装”，但是再一次没有涉及产生有用的阻燃热衬里的传授内容。

用于消防员战斗服外套的热衬里或屏障具有两种相互对立的热特性需要。在例如在紧急情况下遇到的高热暴露的情况下，热衬里必须具有高绝热性以便保护穿戴者免受烧伤。提供如此高水平的热绝缘的战斗服外套可能是体积大的。然而，在这些外衣中使用的织物的重量可能潜在地使用户疲劳和/或体积可能抑制其有效执行的能力。因此，需要在减少的外衣重量和体积的情况下提供足够的防火性。

因此，需要进一步改进，特别是对于较薄的阻燃热衬里，用于改善的舒适性和/或性能。

发明概述

本发明涉及一种阻燃热衬里，该阻燃热衬里包括包含合成聚合物的纳米纤维的非织造片材，该非织造片材具有至少21的极限氧指数、10微米或更小的平均流量孔、25至6000立方英尺/分钟-微米(12至2880立方米/平方米/分钟-微米)的厚度透气度、和平均厚度t1；以及附着在该非织造片材的外表面上的热稳定阻燃织物，该织物具有平均厚度t2；该热稳定织物的表面与该非织造片材的表面接触；其中选择t1和t2使得t1与t2的比率小于0.75。本发明还涉及一种包含该阻燃热衬里的阻燃复合织物和一种包含该阻燃复合织物的服装。

详细说明

本发明涉及一种阻燃热衬里。关于热衬里或织物，短语“阻燃”意指织物具有等于或小于4英寸的炭化长度和根据astmd6413-99的垂直燃烧试验的等于或小于2秒的余焰。该热衬里包括包含由具有至少21的极限氧指数(loi)的合成聚合物制成的纳米纤维的非织造片材。关于聚合物、纳米纤维、纤维或纱线，短语“阻燃”意指聚合物、纳米纤维、纤维或纱线将不支持空气中的火焰。在优选的实施例中，合成聚合物和纳米纤维具有26和更高的loi。

通过“非织造”片材意指通过将无规取向的纤维粘合和/或互锁成通过机械、化学、热或溶剂手段以及其组合实现的网或垫而生产的纺织结构。

通过“包含纳米纤维的非织造片材”意指非织造片材主要由纳米纤维构成。术语“纳米纤维”是指具有小于1000nm、甚至小于800nm、甚至在约50nm与500nm之间、并且甚至在约100与400nm之间的数均直径的纤维。在非圆形横截面的纳米纤维的情况下，如在此所用的术语“直径”是指最大的横截面尺寸。主要意指该片材中大于50％的纤维是纳米纤维，然而，该非织造片材可以具有大于70％或大于90％的纳米纤维。在一些优选实施例中，包含纳米纤维的非织造片材中的基本上所有(100％)的纤维实际上都是纳米纤维。

包含纳米纤维的非织造片材具有10微米或更小的平均流量孔径(或“平均流量孔”(mfp))。在一些实施例中，平均流量孔径为6或更小，在一些其他实施例中，平均流量孔径为4或更小。

非织造片材的平均流量孔径是根据astm标准编号e1294-89“使用自动液体孔隙率计的膜过滤器的孔径特性的标准测试方法(standardtestmethodforporesizecharacteristicsofmembranefiltersusingautomatedliquidporosimeter)”使用液体测量的量。出人意料地，已经发现这种使用液体的方法在表征用于防火服装应用中的合适的包含纳米纤维的非织造片材中是非常有用的。据信包含纳米纤维的非织造片材是独特的，在于具有大于10微米的平均流量孔径的那些片材看起来不具有足够的“紧密性”以适合用于热衬里。此外，据信具有低至1.5微米的平均流量孔径的包含纳米纤维的非织造片材可用于热衬里。

还已经发现，“厚度透气度”是用于表征可用于热衬里的包含纳米纤维的非织造片材的有用参数。如在此所用，“厚度透气度”是包含纳米纤维的非织造片材的单层的平均厚度(以微米计)乘以包含纳米纤维的非织造片材的单层的平均透气度(以立方英尺/分钟(cfm)或立方米/平方米/分钟(m3/m2/min))的乘积。据信，具有至少25立方英尺/分钟-微米(12立方米/平方米/分钟-微米)的最小厚度透气度和6000立方英尺/分钟-微米(2880立方米/平方米/分钟-微米)的最大厚度透气度的包含纳米纤维的非织造片材可用于热衬里。在一些实施例中，优选具有3000立方英尺/分钟-微米(1440立方米/平方米/分钟-微米)的最大厚度透气度的包含纳米纤维的非织造片材。在一些实施例中，优选具有150立方英尺/分钟-微米(72立方米/平方米/分钟-微米)或更大的最小厚度透气度的包含纳米纤维的非织造片材。据信厚度透气度给出了在热衬里中有用的层密度和蓬松度的指示。

包含纳米纤维的非织造片材的单层的平均厚度优选大于约45微米。在一些实施例中，包含纳米纤维的非织造片材的单层的最大平均厚度优选为150微米或更小。这与典型的高蓬松绝缘材料(其厚度可以是约几厘米)，或者甚至通常约0.5毫米厚(500微米)或更大的某些绝缘织物形成对比。

在一些实施例中，包含纳米纤维的非织造片材可以具有产生纹理表面的表面图案。纹理化可以在制造期间通过空气或水射流，以及机械压痕，例如通过用图案化的辊压花进行。然而，优选地，任何这样的非织造片材保持基本上连续的纤维表面；也就是说，片材是无孔的；也就是说，没有任何具有在毫米左右范围的直径的孔。在一些其他实施例中，包含纳米纤维的非织造片材可以在两个光滑表面的压延辊之间的辊隙中压延以形成具有非常光滑且均匀表面的片材。在一些实施例中，包含纳米纤维的非织造片材可以包括具有高弹性拉伸和恢复特性的非织造物。

用于制造包含纳米纤维的非织造片材的方法包括电吹方法，诸如在代表性公开物国际公开号wo2003/080905；美国专利号4,172,706；和美国专利申请公开2005/0067732中所披露的；尽管可以使用产生如在此所述的合适的包含纳米纤维的非织造片材的任何方法。电吹方法包括将聚合物在溶剂中的溶液从混合室通过纺丝箱体进料到施加高电压的纺丝喷嘴，同时在吹出气体流中的聚合物溶液离开喷嘴时将压缩气体引导朝向该聚合物溶液。纳米纤维在真空下在接地的收集器上作为网形成并收集。

所收集的纳米纤维有利地粘合。粘合可以通过已知的方法完成，包括但不限于在加热的光滑或压花的夹辊之间的热压延、超声波粘合和通过气体粘合。粘合增加了纳米纤维的非织造片材的强度和抗压缩性，使得其可以承受与被处理相关联的力。它还可以调节非织造片材的物理特性，例如厚度、密度以及孔的尺寸和形状。例如，可以使用热压延来减小厚度并增加片材的密度和坚固性，并且减小孔的尺寸。优选地，包含纳米纤维的非织造片材的体积密度小于500kg/m³、优选在120至500kg/m³的范围内，并且孔隙率为至少60％、优选75％至95％。这进而降低了在给定施加的差压下通过介质的流速。在一些实施例中，包含纳米纤维的非织造片材在加热的光滑夹辊之间压延至提供所希望的厚度、透气度和平均流量孔径所必需的程度。所需的压延量取决于若干个因素，例如用于制造纳米纤维的聚合物的类型、生产速度、纤维尺寸等。

在一些优选的实施例中，将聚合物前体(例如聚酰胺酸)纺丝成聚合物前体纳米纤维的片材，然后将其暴露于热以完成聚合(例如，酰亚胺化成聚酰亚胺纳米纤维)。当在包含纳米纤维的非织造片材上希望纹理化表面时，这是特别有用的。片材表面粗糙度可以通过在片材制造期间在片材表面上使用赋予空气流的空气射流来控制。在酰亚胺化(和/或溶剂汽提)期间如所希望地控制赋予给片材表面的空气的温度和速度以及在其上发生酰亚胺化/汽提的表面(通常是收集筛网)的三维结构。在网表面上诱导纹理化的其他有用方式可以包括水力喷射、卷曲、压花等。

在一些优选的实施例中，当希望具有“平坦”表面的片材时，聚合物前体纳米纤维的片材可以被传送通过水平ir烘箱而没有在横向幅材方向上的幅材限制，以使纤维酰亚胺化或使溶剂汽提。所得到的片材除了来自纳米纤维铺放的随机粗糙度之外没有表面纹理化。使表面平整的另一种方法是如前所述的将幅材发传送通过一组压延辊。各种辊配置可用于幅材制备：钢/棉；钢/尼龙；钢/复合材料在辊隙和间隙压延模式下以产生具有一系列透气度、孔径和孔隙率的多种结构。

包含纳米纤维的非织造片材由具有至少21、优选至少26或更高的极限氧指数(loi)的合成聚合物制成。用于制造纳米纤维的有用聚合物包括这样的事物，例如聚酰亚胺(包括完全芳族聚酰亚胺)、芳族聚酰胺、聚芳烃唑、三聚氰胺、聚丙烯腈、氧化聚丙烯腈、聚醚砜、聚砜、聚二氟乙烯以及其混合物。在一些实施例中，特别优选含有聚酰亚胺、间芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、聚吲哚和聚苯并咪唑的聚合物。此外，包含纳米纤维的非织造片材可以用包含单一聚合物或聚合物的混合物的纳米纤维制成，或者如果需要，包含纳米纤维的非织造片材可以具有两种不同类型的聚合物纳米纤维。

包含纳米纤维的非织造片材的至少一个外表面与热稳定的阻燃织物的表面接触并附接在其上。通过“热稳定的”意指当经受大于150℃的温度持续至少5分钟时，此种织物尺寸在机器和横向方向上变化不超过10百分比、更优选不超过6百分比并且最优选不超过3百分比(iso17493)。

热稳定的阻燃织物用作稳定织物，在于其在热暴露后保持相对平坦并且尺寸稳定，并且与包含纳米纤维的非织造片材有足够的表面相互作用或摩擦，以使包含纳米纤维的非织造片材的任何侧向收缩在热事件期间最小化。优选地，热稳定的阻燃织物不是由纳米纤维制成，而是由短纤维或短纤维纱线或连续长丝制成。优选地，这些纤维或长丝具有5微米或更大、最优选10微米或更大的直径。

用于热稳定的阻燃织物的合适的阻燃纤维包括但不限于由芳族聚酰胺、聚芳烃唑、三聚氰胺、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚-酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、以及其混合物制成的那些。优选的纤维由间芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、聚吲哚、聚苯并咪唑和聚酰亚胺聚合物制成。如果织物是织造的，优选地由阻燃纤维制成的纱线具有至少3克/旦尼尔(2.7克/分特)的纱线强度。在非织造和织造织物中有用的特别合适的阻燃纤维包括间-芳族聚酰胺和对-芳族聚酰胺的纤维共混物。一种优选的93％间芳族聚酰胺、5％对芳族聚酰胺和2％碳芯尼龙抗静电纤维的纤维共混物，例如iiia，从特拉华州威明顿杜邦公司(e.i.dupontdenemours，wilmington，de)可获得。

热稳定的阻燃织物可以是织造或非织造织物，或针刺的短纤维毡，其中的任何一种都利用了先前列出的阻燃纤维。在一些实施例中，该非织造织物具有优选在从0.2至3.0盎司/平方码(7至101g/m²)范围内的重量。合适的热稳定织物是e89，由从杜邦公司可获得的知短纤维的共混物生产的水刺非织造材料。e89织物具有19密耳(0.48mm)的标称厚度和1.5盎司/平方码(50.5g/m²)的基重。

热稳定的阻燃织物的单层的平均厚度优选大于约60微米。在一些实施例中，热稳定的阻燃织物的单层的最大平均厚度优选为1.25毫米或更小。

热衬里由包含纳米纤维的非织造片材和附着在该非织造片材的外表面上的热稳定的阻燃织物构成。非织造片材和织物可以通过任何方法附接；然而，在某些实施例中，这些层可以机械地附接。机械附接的一些方法包括但不限于缝纫、缝合和/或绗缝。合适的绗缝图案包括盒形、之字形、直线对角线或人字形。一种特别有用的方法是使用阻燃线(如芳族聚酰胺线(从马里兰州巴尔的摩大西洋线业公司(atlanticthreadandsupply，baltimore，md)可获得))将两层缝合或绗缝在一起。这是一个优选的实施例，因为这种缝合或绗缝的热衬里虽然具有多于一层，但可以作为单个热衬里织物在服装应用中被切割和使用。

从实际的角度来看，包含纳米纤维的非织造片材的一个表面的基本上全部与热稳定的阻燃织物的一个表面的全部接触，特别是如果两个表面都没有任何图案或压花。显然，如果包含纳米纤维的非织造片材或热稳定的阻燃织物中的一者或两者被纹理化或图案化，则优选实施例是包含纳米纤维的非织造片材和热稳定的阻燃织物的表面的主要部分(＞50％)接触，并且优选这些片材之间的接触面积大于75％，并且最优选大于80％。

选择包含纳米纤维的非织造片材的层的平均厚度t1和附着在非织造片材的外表面上的热稳定的阻燃织物的层的平均厚度t2使得平均厚度t1与平均厚度t2的比率小于0.75。这必然意味着平均厚度t1小于平均厚度t2，并且确保该热衬里比用多层热稳定的阻燃织物制成的热衬里更薄且体积更小。在一些实施例中，平均厚度t1与平均厚度t2的比率小于0.30。在许多实施例中，平均厚度t1与平均厚度t2的比率大于0.120。

由包含纳米纤维的单个非织造片材和单个热稳定的阻燃织物的组合形成的热衬里的平均厚度优选大于约100微米。在一些实施例中，如此形成的热衬里的最大平均厚度优选不大于1.4毫米。一个优选的热平均厚度小于1毫米。在一些实施例中，优选的热衬里平均厚度在0.4与0.75毫米之间。

如果需要，在一些实施例中，包含纳米纤维的非织造片材或热稳定的阻燃织物的未附接表面此外可以具有附接于其上的防护性面料(facecloth)，该面料成为该热衬里的一部分。合适的面料优先由具有至少21的极限氧指数的合成聚合物制成的纤维或长丝构成，并且可以包括例如非常轻质的织造稀松布。任何此种面料结构可以有助于在处理和结合到复合服装期间保护包含纳米纤维的非织造片材和/或热稳定的阻燃织物的表面的完整性。在许多情况下，需要适合用作服装中的内部内衬的面料。

热衬里可用于防护服装的复合织物系统。此种服装中，使用包含纳米纤维的非织造片材和热稳定的阻燃织物的组合出人意料地提供了与单独使用多层热稳定的阻燃织物或使用短纤维的絮垫相等的总体热和辐射绝缘性能，但是以更低的服装重量和蓬松度。

确切地，当与具有仅由热稳定的阻燃织物组成而没有包含纳米纤维的非织造片材的热衬里的对照织物相比时，使用包括包含纳米纤维的非织造片材和热稳定的阻燃织物的热衬里的复合织物已示出在加入远小于按重量计5％到复合织物中时，具有增加了至少约5％的热防护性能(tpp)(直接火焰绝缘)。也许更重要的是，当与具有仅由热稳定的阻燃织物组成而没有包含纳米纤维的非织造片材的热衬里的对照织物相比时，使用包含纳米纤维的非织造片材和热稳定的阻燃织物的热衬里的复合织物已示出在加入远小于按重量计5％到复合织物中时，具有增加了大于5％(在大多数情况下显著大于5％)的辐射防护性能(rpp)(辐射热绝缘)。

此外，含有在此所述的热衬里的复合织物在洗涤后具有出人意料的热性能。出人意料地，已经发现，在5次洗涤之后，使用包含纳米纤维的非织造片材和热稳定的阻燃织物的热衬里的绗缝复合织物在tpp和rpp性能二者方面均有显著增加。已经发现，复合织物样品洗涤5次后的tpp和rpp性能相对于相同复合织物在洗涤之前的tpp和rpp可以增加大于3％。

在一个实施例中，热衬里可以用于阻燃服装中，其中该复合织物基本上仅有一个附加层，即外壳织物，用于这样的事物，诸如用于森林消防员或军事人员的连身衣。此类套装通常用于罩在森林消防人员服装之外并且用于跳伞进入到某个区域以扑灭森林火灾。

在一个优选实施例中，热衬里可用于防护服装的复合织物系统中，该复合织物系统具有至少三个部件，每个部件执行不同的功能。特别地，热衬里在阻燃服装中具有用途，该阻燃服装是如美国专利号5,468,537中披露的具有一般结构的多层服装。此类服装一般具有三层或三种类型的织物构造，每层或每种织物构造执行不同的功能。有外壳织物，其提供防燃性并且用作消防人员对火焰的初级防御。邻近该外壳的是防潮层，该防潮层通常为液体屏障，但是可被选择为使得它允许水蒸汽穿过该屏障。ptfe膜或膜在纤维非织造或织造聚间芳族聚酰胺稀松布织物上的层压物是此类构造中通常使用的防潮层。邻近该防潮层的是热衬里，第三部件，如在此所述的，该热衬里如前所述也可以附着在内部面层上。该防潮层保持该热衬里干燥并且该热衬里保护穿戴者免受来自穿戴者正在遇到的火焰或热威胁的热应力。

外壳可以由任何阻燃织物组成。在一些实施例中，该壳包含芳族聚酰胺纤维。一种合适的芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)，其由杜邦公司(e.i.dupontdenemours，inc.)以的商品名销售。其他织物使用聚(对苯二甲酰对苯二胺)(由杜邦公司以的商品名销售)或聚芳烃唑例如聚苯并咪唑(pbi)。也可以使用含有多于一种前述纤维的织物(例如，或/pbi)。

防潮层是用作针对液体的屏障的部件，但可以允许水蒸汽通过该屏障。在阻燃服装如消防员战斗服外套中，这些屏障保持水远离消防员并且从而使消防员携带物的重量最小化。此外，屏障允许水蒸气(汗水)逸出，当在热环境中工作时的重要功能。通常，防潮层部件包括层压到非织造织物或织造织物上的膜。用于层压到织物上的膜材料包括聚四氟乙烯(ptfe)和聚氨酯。这种层压件的实例包括在纤维非织造或织造间芳族聚酰胺织物上的ptfe膜或膜。

复合织物中的各层可以使用包括在此先前提到的用于将包含纳米纤维的非织造片材和热稳定的阻燃织物附接在一起的任何合适的方法附接在一起。一种特别有用的方法是使用阻燃线将这些层绗缝在一起。显然，复合织物用于服装中，其中外壳织物更接近具有潜在火焰的环境，热衬里更接近穿戴者或服装。在一些优选的实施例中，当将热屏障定位在复合织物中时，热衬里的具有包含纳米纤维的非织造片材的一侧位于更靠近液体屏障，而热稳定的阻燃织物位于更靠近穿戴者。此外，由于包含纳米纤维的非织造片材向热衬里提供巨大价值，如果需要，可以将包含纳米纤维的非织造片材的附加层邻近该热衬里或在该热衬里的任一侧上结合到该热衬里中。

测试方法

垂直燃烧试验。热衬里的垂直燃烧性能使用astmd6413-99测量。确定炭化长度的试验程序是针对具有最低基重2-6盎司/平方码(68-203g/m²)的材料设计的；因此，对于低基重材料，其在具有约135g/m²的组合基重的多层中确定。

平均流量孔。非织造片材的平均流量孔径是根据astm标准编号e1294-89“使用自动液体孔隙率计的膜过滤器的孔径特性的标准测试方法”测量的量。使用毛细管流动孔隙率计cfp-2100ae(纽约伊萨卡多孔材料公司(porousmaterialsinc.ithaca，ny))。将具有25mm直径的这些单独样品用低表面张力流体(1，1，2，3，3，3-六氟丙烯或“galwick”，具有16达因/厘米的表面张力)润湿并放置在保持器中，并且施加空气压差并从样品中移出流体。湿流量等于干流量(无润湿溶剂的流量)的二分之一处的压差被用于使用提供的软件计算平均流量孔径。

厚度。根据astm5947使用10kpa(1.45psi)压力和15mm直径的脚(精密厚度计ft3，英国东萨西克斯hanatek仪器公司(hanatekinstruments，eastsussex，uk))测定单独材料的厚度测量。根据astmd1777-96选项1使用具有50.8mm直径的脚和压力0.9kpa(0.13psi)的标准底座安装的千分尺来测量复合织物的厚度测量。

热性能。在2.0cal/cm²s的热通量下，按照nfpa1971(iso17492)测量热防护性能(tpp)。在0.5cal/cm²s的热通量下，按照nfpa1971(astmf1939)测量辐射防护性能(rpp)。

基重。根据astmd-3776测定包括包含纳米纤维的非织造片材的单独的层的基重。复合织物的基重由6.75英寸×6.75英寸tpp试验样品的重量确定。

孔隙率。通过将样品的以g/m²计的基重除以以g/cm3计的聚合物密度并且除以以微米计的样品厚度并且乘以100并且随后从100％中减去来计算孔隙率，即百分比孔隙率＝100-基重/(密度×厚度)×100。

透气度。根据astmd737在125pa压差下测量透气度。

热稳定性。热稳定的阻燃织物的热稳定性可以根据国家消防协会(nationalfireprotectionassociation)2007版的nfpa1971中描述的方法来确定。

热阻/热导率。使用tadtc300试验仪按照astme1530(guardedheatflow)测量片材和织物的热阻(r)和热导率(k)。试验面积是20.3cm²(50.8mm直径)。对所有样品进行测试而没有加热复合润滑脂以考虑表面接触。在12kpa的最小压力和设定为100℃的温度下测试样品，其中冷板低于10度。使用各种电阻范围来适应一系列样品：低范围：0.0005-0.010m2k/w；中范围：0.0005-0.010m2k/w，高范围0.01-0.05m2k/w。电阻是输出并且在相似的压力下使用已知的样品厚度计算热导率。

实例1

按顺序具有外壳织物、防潮层、热衬里和织物内衬的复合服装织物的样品由以下材料制成。外壳织物、防潮层和内衬全部都是可商购的织物；外壳织物为7.5盎司/平方码/pbi(60％/40％)织物，防潮层为6盎司/平方码3000织物，并且内衬是3.3盎司/平方码格子睡衣布织造织物。

制造了许多不同的热衬里来构建许多不同的复合服装织物用于试验。每个热衬里通过将一层热稳定的阻燃织物与一层包含纳米纤维的非织造片材层组合来制成，在这种情况下该阻燃织物为1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物。所有这些热衬里都能够通过astmd6413-99的垂直燃烧试验。

使用在美国公开专利申请2005/0067732中详细描述的电吹方法使用具有超过26的loi的聚合物生产各种包含纳米纤维的非织造片材。所使用的各种包含纳米纤维的非织造片材的特性示于表1中。包含纳米纤维的非织造片材具有不同量的表面纹理化。样品1-2具有高度纹理化表面，而样品1-1具有中等纹理化表面。样品1-4和1-b二者都具有低纹理化表面，并且样品1-5具有几乎是光滑的非常低的纹理化表面。样品1-3具有光滑的、基本上平坦的表面。

表1

*-pi＝聚酰亚胺，pes＝聚醚砜，a＝间芳族聚酰胺和对芳族聚酰胺共混物。

复合服装织物的样品的性能通过在试验保持器中铺设单独的织物层以原型化多层构造来测量。各层按顺序是外壳织物、防潮层、热衬里和织物内衬，其中外壳织物最靠近热威胁。热衬里安排有与防潮层接触的包含纳米纤维的非织造片材侧和与内衬接触的热稳定的阻燃织物侧。具有外壳织物、防潮层、热衬里和织物内衬的对照样品，其中热衬里仅为1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物层(具有90％的孔隙率)，也不使用任何附加的非织造纳米纤维片材或其他片材或织物来制造。

对比复合服装织物的两个样品也以类似的方式铺设。第一对比样品由外壳织物、防潮层、热衬里和织物内衬制成，其中热衬里由两层热稳定的阻燃织物组成，其中一层为1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物，并且另一层为2.3盎司/平方码(80.4g/m²)版本的相同的水刺芳族聚酰胺纤维非织造物。这种2.3盎司/平方码(80.4g/m²)水刺芳族聚酰胺纤维非织造物(1-a)的单层的特性如表1所示。第二对比样品由外壳织物、防潮层、热衬里和织物内衬制成，其中热衬里是包含纳米纤维的非织造片材，指定为1-b，与一层1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物组合。包含纳米纤维的非织造片材(1-b)的单层的特性也示于表1中。

复合服装织物的样品然后按照nfpa1971/iso17492(在2.0cal/cm²*s下)测试热防护性能(tpp)并按照astmf1939(在0.5cal/cm²*s下)热性能测试辐射防护性能(rpp)。用各种热衬里制成的复合服装的特性和热性能示于表2中。

任何复合服装织物样品1-1至1-4与对照样品的比较表明，在加入远小于按重量计5％时，添加包含纳米纤维的非织造片材将tpp(直接燃烧绝缘)增加了至少约5％，同时还在加入远小于按重量计5％时，将rpp(辐射热绝缘)增加了大于5％(在大多数情况下显著大于5％)。

表2

如表2所示，使用薄样品物品1-1至1-4的复合织物样品与对照样品相比具有改善的tpp性能。此外，复合织物样品的rpp性能也增加，其中这些复合织物样品中的一些具有相对于使用短纤维制成的厚标准热衬里的相当的或改进的性能，如样品物品1-a所示。然而，如表1所示，所有的纳米纤维和对比片材具有高孔隙率，全部在72-92％的范围内，并且全部都具有相似的重量。

为了进一步了解在热衬里中的包含纳米纤维的非织造片材与热稳定的阻燃织物(其在这种情况下是水刺非织造物)的特性之间的协同作用，非织造纳米纤维片材的其他特性及其与热稳定的阻燃织物的协同作用示于表3中。在该表中，t1和r1是指热稳定的阻燃织物的平均厚度和热阻，该阻燃织物在这种情况下是一层1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物。t2和r2是指在一张片材上测量的单独的包含纳米纤维的非织造片材的平均厚度和热阻。

该表还提供了描述具有不同平均厚度(其为“透气度×平均厚度”)的材料的结构孔隙率和孔隙的新的结构参数。单位为(cfm)×(微米)或以国际单位(m3/m2/min)×(微米)计。

表3

如表3中通过对照样品(其再次是热稳定的阻燃织物，该阻燃织物为一层1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物)和对比实例1-a(其再次是添加2.3盎司/平方码(80.4g/m²)版本的与对照样品相同的水刺芳族聚酰胺纤维非织造织物)二者所示，这些传统的短纤维非织造物倾向于具有比纳米纤维幅材更高的热导率，并且这些织物的增加的厚度也倾向于增加其热阻。然而，如由表3中的最后两列所证明，当将纳米纤维片材与另一种绝热片材组合时，据信纳米纤维片材的厚度透气度是重要的参数。例如，如果纳米纤维片材太薄且太透气，如样品物品1-b正是如此，则tpp和rpp结果增加很少，如表2中所示。

实例2

将在实例1中铺设和测试的使用包含纳米纤维1-1或1-3的非织造片材的复合服装织物样品用芳族聚酰胺线(从马里兰州巴尔的摩大西洋线业公司可获得)另外绗缝以形成两种绗缝的复合服装织物。然后如实例1中测试复合服装织物样品的热(tpp)和辐射(rpp)热性能。绗缝的复合服装织物的热特性与如实例1中简单铺设的样品相同。然后将这些绗缝的复合服装织物样品暴露于5次洗涤循环并再次测量热和辐射性能。这些样品的特性示于表4中。出人意料地，绗缝的复合织物的热和辐射性能随着洗涤而增加。

表4

实例3

复合服装织物样品使用包含纳米纤维1-1或1-3的非织造片材制成，并用与实例1相同的外壳织物、防潮层织物和内衬织物进行铺设并测试；然而，在这种情况下，热衬里包括2层的1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物连同单层的包含纳米纤维的1-1或1-3层非织造片材的。对照样品由相同的复合服装织物样品组成，但热衬里仅为2层的1.5盎司/平方码(51g/m2)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物，而没有任何附加的非织造纳米纤维片材。这些样品的特性示于表5中。再次，添加包含纳米纤维的非织造片材显著地增加tpp和rpp性能(分别大于6％和大于10％)，具有织物重量的非常小的增加(小于3wt％)。

表5

实例4

重复实例3，然而，这些复合服装织物样品仅含有外壳织物、热衬里和内衬织物。确切地，外壳织物是4.6盎司/平方码iiia织物并且内衬织物是2.7盎司/平方码针织织物。

对照样品由复合服装织物组成，其中热衬里为1层的1.5盎司/平方码(51g/m²)样式715e-89^tm水刺芳族聚酰胺纤维非织造物，而没有任何附加的非织造纳米纤维片材。然后制造两个另外的复合服装织物样品，其中热衬里包括单个水刺层连同包含纳米纤维的1-1或1-3非织造片材的单层。这些样品的特性示于表6中。再次，添加包含纳米纤维的非织造片材显著地增加tpp和rpp性能(分别大于6％和大于10％)，具有织物重量的非常小的增加(小于3wt％)。

表6