專利名稱：阻燃織物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種纖維和由它制造的織物，它們能提供適合用于機織和非織造產品，包括室內裝飾、床上用品和服裝的阻燃性能。
阻燃織物對于預防、延緩或終止火災很有用。正因為如此，它們尤其被用于室內裝飾、床上用品和服裝。
由含有熱塑性聚合物如聚酯和聚酰胺的纖維制造的織物在一定條件下可燃燒。為盡量減少這一危害，將阻燃化合物與熱塑性聚合物共聚，摻混到熱塑性聚合物中或者涂覆到纖維或織物的表面。共聚和摻混的熱塑性聚合物要求阻燃化合物占據纖維的大部分或全部。這就增加了織物的成本。在纖維或織物表面的阻燃涂層由于磨耗可能喪失某些效力。
目前需要一種成本效益好、耐用、阻燃的織物。
發(fā)明概述一種包含具有皮和芯的雙組分纖維的阻燃織物，其中皮含極限氧指數至少26的全芳族熱塑性聚合物，而芯包含熱塑性聚合物。
一種阻燃雙組分纖維，它包含熱塑性聚合物的芯和按照差示掃描量熱法測定，具有一定熔點(Tm)的全芳族液晶聚合物的皮。
發(fā)明描述本發(fā)明阻燃織物由具有皮和芯的雙組分纖維制成，其中皮包含極限氧指數(Limited Oxygen Index，LOI)至少是26的全芳族熱塑性聚合物，而芯包含熱塑性聚合物。
抗火焰蔓延的全芳族熱塑性聚合物是那些基本上由含有一個或多個以酯、酰胺或醚鍵連接的環(huán)的不飽和環(huán)烴重復單元組成的聚合物。這些類型聚合物的例子包括但不限于，全芳族聚酯聚合物、聚酯-酰胺聚合物、聚酰胺-酰亞胺聚合物、液晶聚合物(LCP)和液晶聚酯聚合物。優(yōu)選的例子是按照差示掃描量熱法測定一種具有一定熔點，更優(yōu)選熔點介于約200℃～約325℃的全芳族液晶聚合物。用于成形纖維和織物特別有利的阻燃聚合物是低熔點(Tm)LCP，例如美國專利5,525,700中描述的那些，該專利在此收作參考。此種聚合物不含烷基基團并且，不擬囿于理論但據信，雖然全芳族熱塑性聚合物是阻燃的，但烷基基團的存在可導致火焰的蔓延。盡管全芳族熱塑性聚合物是優(yōu)選的，但預計，少量烷基基團在聚合物中的存在將不致顯著降低該聚合物的阻燃效能。
為達到最佳效能，全芳族熱塑性聚合物應至少覆蓋纖維的表面。當暴露于火焰時，據信，全芳族熱塑性聚合物首先放出二氧化碳，隨后形成炭包圍并保護芯以阻止火焰的蔓延，而在某些情況下，實際上起到猝滅火焰的作用。通過將阻燃材料限制在皮層而不是整個纖維中，制造成本可以降低。
阻燃能力的一個衡量尺度可由纖維皮層聚合物的極限氧指數(LOI)來確定。LOI值越大，材料的阻燃傾向越大。要使織物達到阻燃，優(yōu)選其LOI至少為約26。要使織物達到阻燃，更優(yōu)選其LOI至少為約28。要使織物達到阻燃，進一步優(yōu)選其LOI至少為約30。
芯的熱塑性聚合物可由，例如但不限于下列材料組成聚酯聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺聚合物或其共聚物。預計，鑒于全芳族皮聚合物的阻燃特性，芯聚合物可由非阻燃聚合物組成，例如，聚乙烯、聚丙烯等。
雙組分纖維的斷面包含一種皮-芯排列，其中阻燃、全芳族熱塑性聚合物成形為皮，包裹和防護著芯免遭火焰蔓延。具有足夠皮層厚度的同心皮-芯排列將能保護芯。占據雙組分纖維斷面面積的至少約10％的皮層已證明能有效地阻滯火焰的蔓延。優(yōu)選的是，皮組分占到雙組分纖維斷面面積的至少約20％。皮組分的斷面面積可介于約10～約80％或更高，若要求的話。然而，阻燃皮聚合物的斷面面積百分率的增加將降低雙組分纖維的采用在成本上的效益。偏心皮-芯排列也將能保護芯，只要它在壁的最薄部分具有足夠的皮層厚度。
本發(fā)明阻燃織物可用于機織和非織造產品。這些產品可由連續(xù)或不連續(xù)(或短)纖維制成。本發(fā)明雙組分纖維可由傳統雙組分紡絲技術制造，包括熔紡、紡粘和熔噴等方法。
測試方法下面的測試方法用來確定各種給出的特性和性能。ASTM是指美國材料和測試學會。
纖維尺寸是纖維有效直徑的衡量尺度。它是利用光學顯微鏡測定并以微米為單位表示的。
基重是單位面積織物或片材的質量的衡量尺度并按照ASTM D-3776，在此收作參考，來確定并以g/m2為單位給出。
極限氧指數(LOI)是，在試驗柱中剛好能支持蠟燭狀燃燒的氧和氮的上流混合物中的最低氧濃度。鑒于地球大氣的氧含量為約21％，故LOI約等于或大于26的材料在移開火源以后將不會繼續(xù)燃燒。LOI是按照ASTM D-2863，在此收作參考，測定并以百分數表示的。
耐明火織物試驗是織物在明火中耐燃傾向的衡量尺度。該試驗是按照技術公報117，“軟體家具的耐火焰和熏燒試驗的要求、試驗程序和儀器”，第一章，第二節(jié)，加州，家具和熱絕緣局，消費者事務處(試行版2/2002)，在此收作參考，進行的。該試驗結果根據“通過/不通過分析”來確定。如果有任何火焰穿透，造成纖維試樣燒穿成洞，則認為織物不通過。另外，通過計算試驗前后織物重量差異并以百分數表示來給出織物的損失?？椢镏亓繐p失百分數指出有多少織物在試驗中被消耗，因此涉及織物的可燃性。對上述試驗方法的修改包括采用7×7平方英寸的試樣替代12×12平方英寸的試樣，以及在棉布(按照技術公報117，附錄E)頂面有一層松散纖維。以金屬網作為支撐。試驗前，試樣不預先處理。
實施例實施例1和2用含有8000-系列ZeniteLCP聚合物皮組分和阻燃(FR)聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物芯組分的紡粘雙組分纖維制成未粘合的片材。8000-系列ZeniteLCP聚合物是一種全芳族液晶聚酯，如在美國專利5,525,700的實例6中所述，其LOI大于40并且熔點(Tm)等于265℃，由杜邦公司獲得。FR聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物是一種含0.5wt％磷的聚對苯二甲酸乙二醇酯的共聚物，LOI為39，由Santai公司(中國)獲得。
LCP聚合物以及FR聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物在分開的穿透式空氣干燥機中在120℃的空氣溫度下干燥至聚合物含濕量小于50ppm。LCP聚合物和FR聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物各自在分開的擠出機中分別加熱至305℃和290℃。這兩種聚合物分開擠出并計量送至紡絲組件，在組件中，這兩股熔體流分開過濾，隨后合并穿過一疊分配板從而提供多條同心皮-芯纖維斷面。
紡絲組件由總共1008個圓毛細孔(14排，每排72孔)組成。紡絲組件沿縱向的寬度是11.3cm，沿橫向是50.4cm。每個聚合物毛細孔的直徑是0.35mm并且長度1.40mm。
紡絲組件加熱到305℃。聚合物以0.5克每孔每分鐘的聚合物通過速率噴過每個毛細孔，生產出纖維束。纖維束在38cm長度上延伸的自然夾帶的驟冷區(qū)內進行冷卻。拉細的力由矩形狹縫噴嘴提供給纖維束。紡絲組件到噴嘴進口之間的距離是38cm。制造了具有不同Zenite8000FR聚對苯二甲酸乙二醇酯比值的纖維樣品并載于表1中。
離開噴嘴的纖維無規(guī)地鋪置到收集網上形成未粘合片材。從收集網下面抽吸真空以利將纖維固定。調節(jié)收集網速度使生產出的非織造布片材具有約140g/m2的基重。
兩種未粘合片材都通過了耐明火織物試驗。算出片材的織物重量損失百分率并載于表1中。
即便是纖維中LCP聚合物皮層百分率含量非常低，織物也能通過耐明火織物試驗。
對比實施例A紡粘片材用含有來自實施例1和2的阻燃(FR)聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物的紡粘單組分纖維制造。這些纖維按照類似于實例1和2的雙組分纖維的方式制造，只是皮和芯組分采用相同的聚合物，因此生產出單組分纖維。而且，這些纖維在紡絲后按照傳統紡粘方法粘合而制成粘合的片材，這不同于實例1和2，在實例1和2中，纖維在紡絲后未進行粘合。
FR聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物在穿透空氣干燥機中以120℃溫度的空氣干燥至聚合物含水量低于50ppm。聚合物在擠出機中加熱至295℃。聚合物流被擠出并計量送入到紡絲組件，在此，熔體流經過濾，隨后喂過一疊分配板從而提供多根纖維。
紡絲組件由總共1008個圓毛細孔組成(14排，每排72孔)。紡絲組件沿縱向的寬度是11.3cm，沿橫向是50.4cm。每個聚合物毛細孔的直徑是0.35mm并且長度1.40mm。
紡絲組件加熱到295℃。聚合物以0.6克每孔每分鐘的聚合物通過速率噴過每個毛細孔紡絲。纖維束在64cm長度上延伸的側吹風驟冷區(qū)內進行冷卻。拉細的力由矩形狹縫噴嘴提供給纖維束。紡絲組件到噴嘴進口之間的距離是64cm。
離開噴嘴的纖維無規(guī)地鋪置到收集網上形成未粘合片材。從收集網下面抽吸真空以利將纖維固定。隨后，纖維在由壓花輥和砧輥組成的一組夾輥之間通過而被熱粘合。粘合條件是135℃輥溫和23N/m輥隙壓力。調節(jié)收集網速度使生產出的非織造布片材具有約140g/m2的基重。
熱粘合的片材在卷繞機上成形為卷材。
盡管纖維聚合物具有至少26的LOI，粘合片材依然未通過耐明火織物試驗。這可能部分地歸咎于聚合物缺乏全芳族特性。實例1和2的片材則通過了該試驗并且纖維皮聚合物具有至少26的LOI，而且其纖維皮聚合物是全芳族的。測定片材的織物重量損失百分率并載于表1。本例片材的織物重量損失百分率大于實施例1和2片材的。
對比實施例B和C類似于實例1和2制造未粘合片材，不同的是纖維的皮和芯聚合物。該皮聚合物是LOI等于20的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物，由杜邦公司作為Crystar4405購得，而芯聚合物是Zenite8000。制造了具有不同Zenite8000聚對苯二甲酸乙二醇酯比值的纖維樣品并載于表1中。
兩種未粘合片材都未通過耐明火織物試驗。算出片材的織物重量損失百分率并載于表1中。
對比實施例D和E未粘合片材由Kevlar和Nomex纖維制成，兩種都是公知的阻燃材料，由杜邦公司獲得。這些纖維以紗線形式取得并切斷成2.5cm長的短纖維。短纖維被無規(guī)地配置到網上形成未粘合片材。
這些未粘合片材通過了耐明火織物試驗。算出片材的織物重量損失百分率并載于表1中。
表1纖維和織物的性能
其中FR PET＝阻燃聚對苯二甲酸乙二醇酯從對比實施例A的結果清楚地看出，本發(fā)明織物的阻燃特性是由于在皮-芯雙組分纖維的皮中存在全芳族熱塑性聚合物的緣故，而不是芯中的聚合物的阻燃特性。預計，非阻燃聚合物可以用在芯中與本發(fā)明的皮中的全芳族熱塑性聚合物配合并將獲得與實例1和2類似的織物性能。
實施例3和4用含有2000-系列ZeniteLCP聚合物皮組分和聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物芯組分的紡粘雙組分纖維制成未粘合的片材。2000-系列ZeniteLCP聚合物是一種全芳族液晶聚酯，其LOI大于40并且熔點(Tm)等于235℃，由杜邦公司獲得。聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物的LOI為20，由杜邦公司作為Crystar4405獲得。
皮聚合物在105℃干燥60h；芯聚合物在90℃干燥60h。芯和皮聚合物分開擠出并計量送至具有10個紡絲毛細孔的紡絲組件中。一疊分配板將這兩種聚合物合并成皮-芯構型并喂入噴絲毛細孔。紡絲組件加熱到280℃。通過量是1.1克每孔每分鐘，并且紡絲速度是300m/min。纖維樣品具有不同Zenite2000聚對苯二甲酸乙二醇酯比值并載于表2中。
離開噴絲板的絲束被約2m長的側吹風區(qū)中的冷卻驟冷風冷卻。隨后，絲束收集在卷繞機上的紙筒管上。隨后，絲束切斷為2.5cm的長度的短纖維。短纖維無規(guī)地配置在網上制成未粘合片材。
這些片材通過了耐明火織物試驗。算出片材的織物重量損失百分率并載于表2中。
實施例5～7類似于實例3和4制造未粘合片材，不同的是采用8000-系列ZeniteLCP聚合物皮組分替代2000-系列Zenite，并采用各種不同芯聚合物。皮聚合物加熱至290℃，而不是280℃。在實例5中，同樣的聚對苯二甲酸乙二醇酯被用于芯組分，但在實例6和7中，分別采用來自Himont的Profax6323聚丙烯和來自杜邦公司的Zytel158聚酰胺替代聚對苯二甲酸乙二醇酯。對于實例5～7，通過量分別是1.1、1.8和1.8每克每孔每分鐘，紡絲速度分別是250、300和200m/min。纖維樣品具有不同Zenite8000芯聚合物比值并載于表2中。
這些片材通過了耐明火織物試驗。算出片材的織物重量損失百分率并載于表2中。
對比實施例F用含實例3和4的聚對苯二甲酸乙二醇酯聚合物的單組分纖維制造未粘合片材。這些纖維按照類似于實例3和4的雙組分纖維的方式制造，只是皮和芯組分采用相同的聚合物，因此生產出單組分纖維。紡絲速度是400m/min。
該片材未能通過耐明火織物試驗。算出片材的織物重量損失百分率并載于表2中。
表2纖維和織物的性能
其中PET＝聚對苯二甲酸乙二醇酯PP＝聚丙烯PA＝聚酰胺從對比實施例F的結果清楚地看出，本發(fā)明織物的阻燃特性是由于在皮-芯雙組分纖維的皮中存在全芳族熱塑性聚合物的緣故。
從本發(fā)明纖維和織物在阻滯火焰蔓延上表現出的效能來看，這些材料將在得益于阻燃特性的含織物制品領域得到應用，例如，床上用品例如墊子、枕頭、毯子、被子或珩縫被和睡衣或者防護服，例如手套、靴子或靴子蓋布、實驗室外套、連衫褲工作服等。
權利要求
1.一種包含具有皮和芯的雙組分纖維的阻燃織物，其中皮包含LOI至少是26的全芳族熱塑性聚合物，而芯包含熱塑性聚合物。
2.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮包含LOI至少是28的全芳族熱塑性聚合物。
3.權利要求2的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮包含LOI至少是30的全芳族熱塑性聚合物。
4.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮包含聚酯、聚酯-酰胺或聚酰胺-酰亞胺聚合物。
5.權利要求4的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮包含液晶聚合物。
6.權利要求5的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮包含液晶聚酯聚合物。
7.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維的芯包含聚酯聚合物或聚酰胺聚合物。
8.權利要求7的阻燃織物，其中雙組分纖維的芯包含聚對苯二甲酸乙二醇酯。
9.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮包含液晶聚合物，而纖維芯包含聚對苯二甲酸乙二醇酯。
10.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮-芯包含同心皮-芯排列。
11.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維的皮占纖維斷面面積的至少10％。
12.權利要求11的阻燃織物，其中纖維皮占纖維斷面面積的至少20％。
13.權利要求9的阻燃織物，其中雙組分纖維包含同心皮-芯排列并且纖維皮占纖維斷面面積的至少10％。
14.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分纖維是連續(xù)或不連續(xù)的。
15.權利要求1的阻燃織物，其中雙組分織物包含機織或非織造布材料。
16.一種阻燃雙組分纖維，它包含熱塑性聚合物的芯和全芳族液晶聚合物的皮，后者按照差示掃描量熱法測定具有一定熔點(Tm)。
17.權利要求16的阻燃纖維，其中所述Tm介于約200℃～約325℃之間。
18.權利要求16的阻燃纖維，其中所述皮占纖維斷面面積的至少10％。
19.權利要求18的阻燃纖維，其中所述皮占纖維斷面面積的10％～80％。
20.一種包含權利要求1的阻燃織物或權利要求16的阻燃纖維的墊子。
21.一種包含權利要求1的阻燃織物或權利要求16的阻燃纖維的枕頭。
22.一種包含權利要求1的阻燃織物或權利要求16的阻燃纖維的毯子或被子。
23.一種包含權利要求1的阻燃織物或權利要求16的阻燃纖維的防護服制品。
24.一種包含權利要求1的阻燃織物或權利要求16的阻燃纖維的睡衣制品。
全文摘要
一種包含具有皮和芯的雙組分纖維的阻燃織物，其中皮含極限氧指數至少26的全芳族熱塑性聚合物，而芯包含熱塑性聚合物。
文檔編號D01F8/16GK1732295SQ200380108092
公開日2006年2月8日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權日2002年12月30日
發(fā)明者V·班薩爾, 林鍠勝, M·R·薩米爾斯, H·V·薩米爾森 申請人:納幕爾杜邦公司