專利名稱：改進的防護服織物和服裝的制作方法
背景技術：
消防人員與其他人員穿的阻燃防護服裝所普遍存在的一個問題是，為了給穿戴者提供所需要的防熱保護，所用的織物通常都很笨重。因為輕的織物會減輕穿戴防護服裝者的負擔，所以，在不改變防護服裝性能的條件下，任何服裝重量減輕方面的改進均為人們所樂以接受。本發(fā)明涉及一種具有改進的防熱特性并適合于在防護裝中使用的織物，以及一種含有該種織物的服裝。同時，在一些特定的情況下，該種織物的耐用性也得到了提高。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種機織織物，其極限氧指數(shù)(LOI)高于21，優(yōu)選地，高于26，且采用由10wt％～90wt％的第一種連續(xù)長絲組分和90wt％～10wt％的第二種連續(xù)長絲組分的共混絲束組成的紗線制成，在高溫下，例如，在火焰中，這兩種連續(xù)長絲組分具有不同的收縮特性。此外，該紗線具有一無規(guī)纏結環(huán)結構，其中，此紗線的單位長度重量比具有同樣組成但沒有纏結或環(huán)的連續(xù)長絲紗線重3％～25％，更優(yōu)選地，重10％～18％。優(yōu)選的機織織物含有的連續(xù)長絲紗線由10wt％～90wt％的對芳族聚酰胺長絲和90wt％～10wt％的間芳族聚酰胺長絲的共混絲束所組成。
本發(fā)明的機織織物，相比使用了相同的長絲但不具有纏結或環(huán)的織物而言，提供了改進的抗高溫能力，例如火焰。本發(fā)明中，直徑更小的長絲的使用導致最終織物的重量減輕。這一重量減輕足以克服由于本發(fā)明中的纏結或環(huán)而需要在單位面積上增加額外長絲所引起的重量。
同時，本發(fā)明還提供了一種用本發(fā)明的織物作為外殼的防護服裝，如消防員的衣著裝備。典型地，這種服裝包括一外殼、一防潮層和一內襯。在一優(yōu)選的實施例中，外殼織物由芳族聚酰胺連續(xù)長絲紗線組成。
線密度為200～1000旦尼爾(220～1100dtex)的紗線，優(yōu)選地，線密度為300～600旦尼爾(340～680dtex)的紗線可以在本發(fā)明中使用。機織織物可以使用平紋織品或斜紋織品，并且可以由芳族聚酰胺長絲組分或任何其它能夠產生極限氧指數(shù)高于21的織物的長絲組分制成。在一優(yōu)選的實施例中，連續(xù)的芳族聚酰胺長絲組分為聚對苯二甲酰對苯二胺長絲和聚間苯二甲酰間苯二胺長絲。
發(fā)明詳述消防員所穿的沉重的外套被稱為戰(zhàn)斗服上衣，這種外套的典型結構包括，一阻燃外殼織物，一隔熱填料或內襯以及夾在上述兩層之間，用以保持隔熱內襯和消防員身體干燥的防潮層。阻燃外殼的重量可占服裝重量的40％或更多，因為這一層必須耐用且能夠阻燃。典型地，這些織物為機織織物，并用短紗線制成。
本發(fā)明的機織織物使用連續(xù)長絲紗線，與現(xiàn)有的用短紗線制成的織物具有相同的阻燃性能，但重量卻比那些織物輕許多。在這些機織織物中使用的紗線，經過膨化后與長絲共混，在紗線中形成無規(guī)纏結環(huán)結構。用以實現(xiàn)這一目的的一種方法被稱為空氣噴射變形，其中用壓縮空氣或其它流體對絲束進行再排列，從而沿著紗線的長度形成環(huán)或弓形。在一典型的方法中，將要被膨化的復絲紗進料至一長絲變形噴嘴，其中，噴嘴處的進料速率大于離開噴嘴的速率。壓縮空氣沖擊絲束，進而形成環(huán)并將長絲以無規(guī)的方式纏結。為了實現(xiàn)本發(fā)明，理想地，超喂速率為14％～25％，使用范圍可以為5％～30％。用超喂速率膨化工藝制備的共混紗線，與用正常速率進料至長絲變形噴嘴制備的紗線相比，具有更高的單位長度重量或旦尼爾。實驗發(fā)現(xiàn)，單位長度重量的增加應該在3％～25％，優(yōu)選地，在10％～18％。實驗發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選地，在制備本發(fā)明織物中使用的膨體紗最好為200旦尼爾～1000旦尼爾，更優(yōu)選地，為300旦尼爾～600旦尼爾。
環(huán)和纏結形成的連續(xù)長絲紗線具有一些與短纖紗相似的表面特性。由這種紗線制成的織物在阻燃性能上的某些提高，被認為是由在無規(guī)纏結紗線中存在的微小的空氣殘存所致。這些空氣殘存被認為有利于提高織物的絕熱值。
在這些機織織物中用到的紗線是使用兩種不同的連續(xù)長絲組分制成的。當暴露在熱源中時，這兩種不同的連續(xù)長絲組分應當具有不同的收縮特性。無需基于任何理論，當把機織織物暴露在火焰中時，差示收縮率會產生局部空氣殘存，這會使絕熱性能提高?？諝鈿埓姹徽J為在機織織物與相鄰層之間形成，這樣，萬一戰(zhàn)斗服或貼身衣服或皮膚處于單層衣服的情況下時，它就起防潮層的作用。在一優(yōu)選的實施例中，這兩種不同的連續(xù)長絲組分在紗線中的含量相等(50wt％/50wt％)。這樣可以在織物中提供最大的局部收縮差和生成空氣殘存。然而，也可以用其它的多種組合來制備有價值的織物，如包括33wt％的一種類型長絲和67wt％的另一種類型長絲的混合物。共混長絲束必須至少含有兩種不同的連續(xù)長絲組分，優(yōu)選地，為了產生差示收縮，其中一種組分的含量至少有10％的重量差。
本發(fā)明的機織織物的極限氧指數(shù)高于21。極限氧指數(shù)(LOI)是物質可燃性的一種度量。極限氧指數(shù)的測定決定了在大氣中，維持一種材料燃燒所需要的氧的最小百分含量。在常壓下，當一種材料的極限氧指數(shù)高于21時，它將不能在大氣中維持燃燒。極限氧指數(shù)越高，測試材料的可燃性就越低。
美國專利5,356,666公開了幾種可用于產生這種具有高極限氧指數(shù)的機織織物的紗線；芳族聚酰胺長絲的極限氧指數(shù)在27～28之間，特別適合于在本發(fā)明中使用?？梢栽陂L絲中吸入或紡入添加劑，以提高由這種長絲所制成的織物的極限氧指數(shù)。并非用以限制，在本發(fā)明中可以使用的具體的長絲包括聚對苯二甲酰對苯二胺、聚間苯二甲酰間苯二胺和聚苯并咪唑。
其它可以使用的紗線公開在包括，Barbeau等人中請的美國專利5,299,602，Behnke申請的美國專利4,120,914，Burckel申請的美國專利4,198,494，Rodini等人申請的美國專利5,305,593，Kasowski等人申請的美國專利5,389,326，Bowen等人申請的美國專利5,336,734，Brown等人申請的美國專利5,468,537。
用作防護服裝外殼的織物可以是平紋織品或斜紋織品?，F(xiàn)有的織物由環(huán)短纖紗制成，當用這些織物作為外殼織物時，需要一抗撕裂結構，以便滿足國家防火協(xié)會(NFPA)的防撕裂要求。抗撕裂織物除了有規(guī)的經緯紗外，至少還具有一種以有規(guī)的間隔在經向和緯向上嵌入的增強紗；這些額外的增強紗起著阻止裂縫或裂口沿著織物延伸或蔓延的作用。然而，本發(fā)明的織物則不需要這些額外的增強紗來滿足抗撕裂要求，并且其防撕裂能力為抗撕裂織物的三倍。此外，由于無需抗撕裂結構，本發(fā)明織物與現(xiàn)有的外殼織物相比具有更光滑的表面。這不僅使外殼的摩擦降低，而且使服裝更耐用。
如上文所述，一種典型的消防員防護服(外套和褲子)結構包括一阻燃外殼織物、一隔熱填料或內襯，以及夾在上述兩層之間，用以保持隔熱內襯干燥的防潮層。
本發(fā)明的外殼織物的重量為4～8盎司/碼2，優(yōu)選地，為4～6盎司/碼2。優(yōu)選地用密織布。優(yōu)選地，在本發(fā)明的服裝中，至少50％，優(yōu)選地，所有外殼織物由具有收縮率差的膨化長絲紗線組成的織物組成。
隔熱內襯的作用是使流向服裝穿戴者的熱量減少，可由幾層射流噴射網法非織造織物或針刺非織造材料制成。特別優(yōu)選的是用兩層或三層射流噴射網法芳族聚酰胺非織造材料。典型地，這種非織造材料用一種阻燃織物布面進行襯墊。這一布面形成了服裝的最里面層。典型地，這種具有布面襯墊的內襯的總重量為5～10盎司/碼2。
位于外殼與內襯之間的為防潮層。防潮層的作用是提供防水能力，但是卻能夠容許水汽透過。通常使用的防潮層由輕質透氣薄膜組成，例如由W.L.Gore and Associates提供的GORETEX聚四氟乙烯薄膜。一般情況下，將其復合至一載體織物上，例如復合至一基本重量為2.5～3.5盎司/碼2的輕質射流噴射網法聚對苯二甲酰對苯二胺長絲和聚間苯二甲酰間苯二胺長絲的非織造織物上。通常，服裝防潮層的總重量為3～4盎司/碼2。
測試方法用美國試驗材料學會標準D2863-91來測定極限氧指數(shù)。用國家防火協(xié)會1971來測定防撕裂能力和防熱性能(TPP)。
在130℃下，將織物在一含有40g/l陽離子染料Cindye C45染色載體和用以協(xié)助將染料轉移到織物上的20g/l硝酸鈉的染浴中著色60min。Cindye C45可以從Stockhausen公司購得，2408 Doyle街，格林斯堡市，北卡羅來納州。
實施例1本實施例用以說明本發(fā)明織物的改進熱性能。將200旦尼爾的Nomex連續(xù)長絲紗線聚間苯二甲酰間苯二胺長絲和200旦尼爾的Kevlar連續(xù)長絲紗線聚對苯二甲酰對苯二胺長絲在一變形噴射器中并列組合，然后一起進行空氣噴射變形，得到一含有50％Nomex長絲和50％Kevlar長絲的纏結共混紗線以及一相比起始紗線，具有10％膨化的440旦尼爾最終紗線。將此紗線織造成具有平紋和2/1斜紋的織物。再把此織物染為黑色。將這些織物的防熱性能與用Nomex長絲和Kevlar長絲的混合短切長絲制成的織物的防熱性能和由連續(xù)長絲紗線和Nomex長絲和Kevlar長絲的短纖紗的組合制成的織物的防熱性能進行比較(美國專利5,299,602中有公開)。將本發(fā)明的織物作為一個對比織物進行按件染色；其它的對比織物含有紡入顏料。如表I所示，與其它兩種織物相比，本發(fā)明織物以單位重量計具有更好的防熱性能。
表I
實施例2本實施例用以說明由本發(fā)明織物制成的復合物的改進熱性能。制作復合織物是為了模擬防護服，此復合織物具有一層Nomex/Kevlar織物作為外殼，兩層或三層襯有一薄層機織織物Nomex襯面織物的杜邦E89TM射流噴射網法芳族聚酰胺非織造織物作為隔熱內襯，以及一層位于隔熱內襯與外殼之間的Crosstech防潮層。Crosstech防潮層由復合至射流噴射網法芳族聚酰胺上的聚四氟乙烯薄膜組成。對比織物由相同的隔熱內襯和防潮層組成，但外殼織物卻由Kevlar/Nomex長絲和Kevlar/聚苯并咪唑緊密混合環(huán)短纖紗制成。對所有的復合織物都進行防熱性能(TPP)測試，且測試時外殼織物面向火焰。如表II所示，本發(fā)明的織物具有良好的防熱性能，且同時具有低的復合重量。
表II
實施例3本實施例用以說明本發(fā)明織物的改進熱性能。將200旦尼爾的Nomex連續(xù)長絲紗線和200旦尼爾的Kevlar連續(xù)長絲紗線在一變形噴射器中并列組合，然后一起進行空氣噴射變形，得到一含有50％Nomex長絲和50％Kev1ar長絲的纏結共混紗線以及一相比起始紗線，具有10％膨化的440旦尼爾紗線。用50％Nomex長絲和50％Kevlar長絲的混合長絲制成一26′s/2棉紗支數(shù)的環(huán)紡短纖紗。在經線排列方向使用環(huán)紡短纖紗，在緯線排列方向使用空氣噴射變形紗線，將平紋織物和2/1斜紋織物進行紡織。再把此織物染為黑色。最后，將這些織物的防熱性能與實施例1中的織物C和織物D進行比較。
表III
實施例4本實施例用以說明本發(fā)明織物的改進熱性能。將200旦尼爾的Nomex連續(xù)長絲紗線和200旦尼爾的Kevlar連續(xù)長絲紗線在一變形噴射器中并列組合，然后一起進行空氣噴射變形，得到一含有50％Nomex長絲和50％Kevlar長絲的纏結共混紗線以及一相比起始紗線，具有16％膨化的485旦尼爾紗線。將此紗線紡織成平紋織物和2/1斜紋織物。再將100旦尼爾的Nomex連續(xù)長絲紗線和200旦尼爾的Kevlar連續(xù)長絲紗線在一變形噴射器中并列組合，然后一起進行空氣噴射變形，得到一含有33％Nomex長絲和67％Kevlar長絲的纏結共混紗線以及一相比起始紗線，具有16％膨化的355旦尼爾紗線。將此紗線紡織成平紋織物和2/1斜紋織物。再將此織物染為棕褐色。然后，將這些織物的防熱性能與實施例1中的織物C和織物D進行比較。如表IV所示，與其它兩種織物相比，本發(fā)明織物以單位重量計具有更好的防熱性能。
表IV
實施例5本實施例用以說明本發(fā)明織物的改進防撕裂性能。由環(huán)紡短纖紗制成的織物需有抗撕裂結構，以滿足國家防火協(xié)會(NFPA)22磅的最小防撕裂要求。將本發(fā)明A&B的織物與由環(huán)紡短纖紗制成的50/50Nomex/Kevlar織物進行比較。本發(fā)明的織物具有顯著改進的防撕裂性能。
表V
權利要求
1.一種機織織物，其極限氧指數(shù)高于21，且采用由10wt％～90wt％的第一種連續(xù)長絲組分和90wt％～10wt％的第二種連續(xù)長絲組分的共混絲束組成的紗線制成，在高溫下，這兩種連續(xù)長絲組分具有不同的收縮特性，所述紗線具有一無規(guī)纏結環(huán)結構，其中，此紗線的單位長度重量比具有同樣組成但沒有纏結或環(huán)的連續(xù)長絲紗線重3％～25％。
2.根據(jù)權利要求1的機織織物，其中，紗線的單位長度重量比具有同樣組成但沒有纏結或環(huán)的連續(xù)長絲紗線重10％～18％。
3.根據(jù)權利要求1的機織織物，其中具有無規(guī)纏結環(huán)結構的紗線的線密度為200～1000旦尼爾(220～1100dtex)。
4.根據(jù)權利要求3的機織織物，其中具有無規(guī)纏結環(huán)結構的紗線的線密度為300～600旦尼爾(340～680dtex)。
5.根據(jù)權利要求4的機織織物，其中連續(xù)長絲組分之一為芳族聚酰胺長絲。
6.根據(jù)權利要求1的機織織物，由一平紋織品制成。
7.根據(jù)權利要求1的機織織物，由一斜紋織品制成。
8.一種防護服裝，包括一外殼、一防潮層和一內襯，該外殼由權利要求1中的機織織物組成。
9.一種防護服裝，包括一外殼、一防潮層和一內襯，該外殼由權利要求5中的機織織物組成。
10.一種機織織物，由10wt％～90wt％的對芳族聚酰胺長絲和90wt％～10wt％的間芳族聚酰胺長絲的共混絲束所組成的連續(xù)長絲紗線組成，所述紗線具有一無規(guī)纏結環(huán)結構，其中，此紗線的單位長度重量比具有同樣組成但沒有纏結或環(huán)的連續(xù)長絲紗線重3％～25％。
11.根據(jù)權利要求10的機織織物，其中，紗線的單位長度重量比沒有纏結或環(huán)的連續(xù)長絲紗線重10％～18％。
12.根據(jù)權利要求10的機織織物，其中具有無規(guī)纏結環(huán)結構的紗線的線密度為200～1000旦尼爾(220～1100dtex)。
13.根據(jù)權利要求12的機織織物，其中具有無規(guī)纏結環(huán)結構的紗線的線密度為300～600旦尼爾(340～680dtex)。
14.根據(jù)權利要求10的機織織物，由一平紋織品制成。
15.根據(jù)權利要求10的機織織物，由一斜紋織品制成。
16.根據(jù)權利要求10的機織織物，其中，對芳族聚酰胺長絲是聚對苯二甲酰對苯二胺長絲。
17.根據(jù)權利要求10的機織織物，其中，間芳族聚酰胺長絲是聚間苯二甲酰間苯二胺長絲。
18.根據(jù)權利要求10的機織織物，其中，對芳族聚酰胺長絲是聚對苯二甲酰對苯二胺長絲，其含量為50％，間芳族聚酰胺長絲是聚間苯二甲酰間苯二胺長絲，其含量為50％。
19.一種防護服裝，包括一外殼、一防潮層和一內襯，該外殼由權利要求10中的機織織物組成。
20.一種防護服裝，包括一外殼、一防潮層和一內襯，該外殼由權利要求16中的機織織物組成。
21.一種防護服裝，包括一外殼、一防潮層和一內襯，該外殼由權利要求17中的機織織物組成。
全文摘要
一種用于阻燃服裝的織物，其極限氧指數(shù)高于21，且使用了兩種具有不同收縮特性的不同長絲共混絲束組成的紗線，其中，此紗線具有一無規(guī)纏結環(huán)結構。
文檔編號A41D31/00GK1501995SQ02804769
公開日2004年6月2日 申請日期2002年2月8日 優(yōu)先權日2001年2月9日
發(fā)明者S·M·麥尼, S M 麥尼 申請人:納幕爾杜邦公司