專利名稱：防電弧和防火的變性聚丙烯腈/棉/芳族聚酰胺纖維共混物的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及適用于生產(chǎn)具有防電弧性能和防火性能的織物的共混紗線。本發(fā)明還涉及由該織物生產(chǎn)的衣服。
2.相關(guān)技術(shù)描述靠近激勵(lì)電氣設(shè)備的工作人員和應(yīng)對(duì)激勵(lì)設(shè)備附近突發(fā)事件的救災(zāi)人員要冒電弧和可能因電弧事件引起的火災(zāi)的危險(xiǎn)。電弧一般是涉及數(shù)千伏特和數(shù)千安培電流的極其兇險(xiǎn)的事件。電弧是當(dāng)空氣中兩個(gè)電極之間的電位差(即電壓)使空氣中的原子離子化而變成能導(dǎo)電時(shí)形成的。
防電弧和阻燃衣服一般穿起來不舒服，因?yàn)槠渲兴尤氲姆雷o(hù)性纖維具有不良的濕氣傳輸性。穿防護(hù)服的人一般都因防護(hù)服內(nèi)所加入的防護(hù)性纖維而經(jīng)受觸覺上的不舒適性和熱應(yīng)力。
授予Ichibori等的美國專利5,208,105公開了包含內(nèi)有大量銻化合物的含鹵纖維和至少一種纖維選自天然纖維和化學(xué)纖維的阻燃復(fù)合材料纖維共混物。把纖維共混物織造成織物，然后試驗(yàn)其極限氧指數(shù)，作為其阻燃性的量度。
授予Green的美國專利5,223,334公開了提供防護(hù)電弧引起輻射能的織物。Green未公開在共混紗線中使用變性聚丙烯腈紗線。此外，Green也未公開由棉含量低于50％的紗線形成的防護(hù)性織物。
目前需要在材料暴露于電弧中時(shí)提供高度防護(hù)性并阻燃以保護(hù)穿戴者免受二次效應(yīng)的紗線織物和衣服。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及適用于防電弧和防熱織物和衣服的紗線，包含(a)40～75重量％變性聚丙烯纖維，(b)10～40重量％棉纖維和(c)1～25重量％芳族聚酰胺纖維，
所述百分?jǐn)?shù)都以組分(a)、(b)和(c)之和為基準(zhǔn)計(jì)算。
這種紗線適合于加進(jìn)耐熱和耐電弧的織物和衣服中，尤其適合于保護(hù)工人抗電弧。此外，這種織物和衣服可提供抗開裂性、阻燃性和耐磨性。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及提供防電弧性和阻燃性都更高的紗線、織物和衣服。包含低拉伸強(qiáng)度阻燃纖維的織物和衣服，在暴露于電弧的強(qiáng)熱應(yīng)力中時(shí)會(huì)開裂，從而使穿戴者因入射能而受額外傷害。電弧一般涉及數(shù)千伏特和數(shù)千安培電流。電弧比來自驟燃之類的入射能強(qiáng)得多。為了對(duì)穿戴者提供保護(hù)，衣服或織物必須阻止能量穿透、轉(zhuǎn)移到穿戴者身上。相信這一點(diǎn)是靠織物吸收一部分入射能和織物抗開裂實(shí)現(xiàn)的。在開裂期間，織物中形成孔洞，把穿戴者的表面直接暴露于入射能。
本發(fā)明的紗線、織物和衣服，在暴露于電弧的強(qiáng)熱應(yīng)力時(shí)，阻止能量傳移。相信本發(fā)明減少能量傳移的機(jī)制是吸收一部分入射能并通過炭化減少透射能。
本發(fā)明的紗線包含變性聚丙烯腈纖維、棉纖維和芳族聚酰胺纖維的共混物。本發(fā)明的紗線一般包含40～75重量％變性聚丙烯腈纖維、10～40重量％棉纖維和1～40重量％芳族聚酰胺纖維。優(yōu)選本發(fā)明的紗線包含45～65重量％變性聚丙烯腈纖維、15～35重量％棉纖維和5～30重量％芳族聚酰胺纖維。上述百分?jǐn)?shù)均以這3種命名組分之和為基準(zhǔn)計(jì)算。
所謂“紗線”是指紡絲或加捻在一起形成連續(xù)股的纖維的集合，它們能用于織造、針織、編結(jié)或添紗，或制成紡織材料或織物。
所謂變性聚丙烯腈纖維是指由主要包含聚丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸合成纖維。優(yōu)選該聚合物是包含30～70重量％聚丙烯腈和70～30含鹵乙烯基單體的共聚物。含鹵乙烯基單體是至少一種選自如下一組的單體氯乙烯、偏氯乙烯、溴乙烯、偏溴乙烯等?？晒簿垡蚁┗鶈误w的實(shí)例是丙烯酸、甲基丙烯酸、這類酸的鹽或酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、醋酸乙烯酯等。
本發(fā)明的優(yōu)選變性聚丙烯腈纖維是丙烯腈與偏氯乙烯組合的共聚物，為了提高阻燃性，該共聚物還含有一種或多種氧化銻。這類適用的變性聚丙烯腈纖維包括，但不限于，美國專利3,193,602所公開的含2重量％三氧化銻的纖維、美國專利3,748,302所公開的用存在量至少2重量％且優(yōu)選不超過8重量％的多種氧化銻制成的纖維，以及美國專利5,208,105和5,506,042所公開的含8～40重量％銻化合物的纖維。
在本發(fā)明的紗線內(nèi)，變性聚丙烯腈纖維提供阻燃的焦炭形成纖維，其LOI一般至少為28，隨銻衍生物的摻入量而變。變性聚丙烯腈纖維也阻止因暴露于火中所引起的纖維損傷的擴(kuò)展。變性聚丙烯腈纖維雖然非常阻燃，但其本身提供的拉伸強(qiáng)度不足以為紗線或由這種紗線制成的織物提供暴露于電弧中時(shí)所需的抗開裂能力。
如本文所用，“芳族聚酰胺”是指下述聚酰胺至少85％的酰胺鍵(-CONH-)直接連接在2個(gè)芳環(huán)上。芳族聚酰胺可以與添加劑一起使用，實(shí)際上已發(fā)現(xiàn)，可以用多達(dá)10％的其它聚合物與芳族聚酰胺進(jìn)行共混，也可以用多達(dá)10％的其它二胺取代芳族聚酰胺中的二胺或多達(dá)10重量％的其它二?；热〈甲寰埘０分械亩；取＿m用的芳族聚酰胺纖維已描述在Interscience出版社1968年出版的W.Black等所著的Man-Made Fibers-Science and Technology，Volume 2，page297(人造纖維-科學(xué)與技術(shù)，第二卷，297頁)，題為Fiber-FormingAromatic Polyamides(成纖芳族聚酰胺)的部分中。芳族聚酰胺纖維也公開在美國專利4,172,938；3,869,429；3,819,587；3,673,143；3,354,127和3,094,511中。對(duì)位-芳族聚酰胺是酰胺鍵在對(duì)位上彼此相對(duì)的芳族聚酰胺，而間位-芳族聚酰胺是酰胺鍵在間位上彼此相對(duì)的芳族聚酰胺。在實(shí)踐本發(fā)明時(shí)，最常用的芳族聚酰胺是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺和聚間苯二甲酰間苯二胺。
正是在本發(fā)明范圍內(nèi)，可以用單一型芳族聚酰胺。例如，能或者用間位-芳族聚酰胺，或者用對(duì)位-芳族聚酰胺。
但是，在優(yōu)選模式中，要同時(shí)使用對(duì)位-芳族聚酰胺和間位-芳族聚酰胺。典型的百分?jǐn)?shù)是20～40重量％對(duì)位-芳族聚酰胺和60～80間位-芳族聚酰胺。上述百分?jǐn)?shù)僅以芳族聚酰胺為基準(zhǔn)。這兩種芳族聚酰胺的優(yōu)選范圍是25～35重量％對(duì)位-芳族聚酰胺和65～75重量％間位-芳族聚酰胺。
在本發(fā)明的紗線中，棉纖維提供阻燃纖維，它們提供紗線內(nèi)的濕傳輸。包含棉纖維的衣服靠吸去來自穿戴者的濕氣而使穿戴者更舒服。通過允許排汗，就減少了穿戴者本身給自己所施的熱應(yīng)力。
此外，在本發(fā)明的紗線、織物或衣服中還可加入抗靜電組分如，鋼纖維、碳纖維或已有纖維上的碳涂層。當(dāng)碳或金屬如鋼被加進(jìn)本發(fā)明的紗線、織物或衣服中時(shí)，它們的導(dǎo)電性就為有助于耗散靜電的積聚提供電導(dǎo)。靜電放電對(duì)于使用敏感電氣設(shè)備或靠近可燃蒸氣的工作人員可能是很危險(xiǎn)的。
本發(fā)明的紗線可以用本領(lǐng)域熟知的任何紡紗技術(shù)來生產(chǎn)，例如，但不限于，環(huán)綻紡紗、包芯紡紗和氣流噴射紡紗或更高的氣流噴射紡紗，如用空氣把短纖維加捻成紗線的Murata氣流噴射紡紗。然后，一般要在把由任何普通技術(shù)生產(chǎn)的單一型紗線合股在一起以形成包含至少兩種單一型紗線的合股-加捻紗線之后轉(zhuǎn)化為織物。
為提供免遭電弧造成的強(qiáng)熱應(yīng)力的防護(hù)，希望防電弧織物和由該織物制成的衣服具有如下特點(diǎn)高于空氣中氧濃度的LOI以阻燃，短焦炭長度表明織物損傷慢擴(kuò)展和良好的抗開裂性以防入射能量直接沖擊到保護(hù)層之下的表面。
熱防護(hù)衣服，如消防員的消防服一般都能抵制明火所產(chǎn)生的對(duì)流熱。這類防護(hù)服在暴露于由電弧產(chǎn)生的強(qiáng)能量中時(shí)會(huì)開裂(即織物中形成開口)，使能量穿透衣服并使穿戴者嚴(yán)重受傷。本發(fā)明的織物，在暴露于電弧中時(shí)，既能防明火的對(duì)流熱，又提供更好的抗開裂性和能量轉(zhuǎn)移能力。織物的厚度以及防護(hù)服，如消防員常穿的消防服，的總重量，會(huì)因包裹體熱和皮下出汗而對(duì)穿戴者造成熱應(yīng)力。本發(fā)明的織物在織物紗線內(nèi)含有濕傳輸纖維如棉纖維，以提供從穿戴者吸去汗?jié)穸岣呤孢m性并減少熱應(yīng)力的機(jī)制。
基礎(chǔ)重量是單位面積重量的量度。典型的單位包括盎司/碼2或g/cm2。本說明書中報(bào)告的基礎(chǔ)重量以盎司/碼2(OPSY)報(bào)告。隨單位面積織物量的增加，潛在危險(xiǎn)與受保護(hù)者之間的材料量就增加。材料基礎(chǔ)重量的增加意味著將觀察到防護(hù)性的相應(yīng)增加。本發(fā)明織物基礎(chǔ)重量的增加導(dǎo)致更高的抗開裂性、更高的防熱因子和更好的防電弧性。本發(fā)明織物的基礎(chǔ)重量一般都大于約8.0opsy，優(yōu)選大于約8.7opsy，以及非常優(yōu)選大于約9.5opsy。相信基礎(chǔ)重量大于12opsy的本發(fā)明織物會(huì)表現(xiàn)出更高的剛度并因此會(huì)降低由這種織物制成衣服的舒適性。
焦炭長度是紡織物阻燃性的量度。焦炭定義為因熱解或不完全燃燒所形成的炭素殘?jiān)?。在ASTM 6413-99試驗(yàn)條件下織物的焦炭長度，如本說明書中報(bào)告，定義為受特定撕力后自直接暴露于火煙中的織物邊緣至最遠(yuǎn)可見織物損傷點(diǎn)的距離。優(yōu)選本發(fā)明織物的焦炭長度小于6英寸，優(yōu)選小于4.5英寸。
本發(fā)明的織物可作為單層使用或作為多層防護(hù)服的一部分使用。本發(fā)明的紗線可存在于織物的經(jīng)紗或緯紗中。優(yōu)選本發(fā)明的紗線同時(shí)存在于所得織物的經(jīng)紗和緯紗中。
試驗(yàn)方法磨耗試驗(yàn)本發(fā)明織物的磨耗性按ASTM D-3884-01“紡織品耐磨性標(biāo)準(zhǔn)指南(旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，雙頭法)”。
耐電弧試驗(yàn)本發(fā)明織物的耐電弧性按ASTM F-1959-99“測定服裝材料電弧熱性能值的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”測定。優(yōu)選本發(fā)明織物的耐電弧性至少為0.8卡/cm2·opsy，更優(yōu)選至少1.2卡/cm2·opsy。
抓樣強(qiáng)力試驗(yàn)本發(fā)明織物的耐抓性按ASTM D-5034-95“織物斷裂強(qiáng)度和伸長率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(抓樣強(qiáng)力試驗(yàn))”測定。
極限氧指數(shù)試驗(yàn)本發(fā)明織物的極限氧指數(shù)(LOI)按ASTM G-125-00“測定液體和固體材料在氣態(tài)氧化劑中著火極限的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”測定。
撕裂試驗(yàn)本發(fā)明織物的抗撕裂性按ASTM D-5587-03“Trapezoid法織物撕裂的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”。
防熱性試驗(yàn)本發(fā)明織物的防熱性按NFPA 2112“保護(hù)工人免受驟燃的阻燃服的標(biāo)準(zhǔn)”測定。
垂直燃燒試驗(yàn)本發(fā)明織物的焦炭長度按ASTM D-6413-99“紡織品阻燃性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(垂直法)”測定。
術(shù)語防熱性(TPP)涉及在織物暴露于直接火煙或輻射熱中時(shí)，織物對(duì)織物下穿戴者皮膚提供持續(xù)和可靠防護(hù)的能力。
極限氧指數(shù)(LOI)按ASTM G125/D2863在ASTM D2863的條件下氧氮混合物剛好支持一開始在室溫下的材料燃燒的最低氧濃度，以體積百分?jǐn)?shù)表示。
為說明本發(fā)明，提供下列實(shí)施例。所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)都以重量計(jì)，溫度是攝氏度，除非另有說明。
實(shí)施例變性聚丙烯腈/棉/芳族聚酰胺織物實(shí)施例1制備經(jīng)紗和緯紗中都有Nomex462型、Kevlar29、變性聚丙烯腈和棉的均勻共混物的環(huán)綻紡紗的舒適且耐久的織物。Nomex462型是93％聚間苯二甲酰間苯二胺(MPD-1)、5％聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPD-T)和2％去靜電纖維(杜邦公司的P-140)，變性聚丙烯腈是含15％銻的ACN/聚偏氯乙烯共聚物(商品名為ProtexM)，以及Kevlar29是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPD-T)。
制備含10重量％Nomex462型、10重量％Kevlar29、55重量％變性聚丙烯腈和25重量％棉的清棉混條，并用環(huán)錠細(xì)紡機(jī)以傳統(tǒng)的棉體系加工成捻度為3.7的紡紗。由此制成的紗線是24.6特(24棉紗支數(shù))單紗。然后在合股機(jī)上將兩股單紗進(jìn)行合股以制成雙股紗。用類似的方法以及相同的捻度和共混比制成32.8特(18棉紗支數(shù))紗線，作緯紗用。然后把這兩種紗合股成合股紗。
在梭織機(jī)上把Nomex/Kevlar/變性聚丙烯腈/棉紗線作為經(jīng)紗和緯紗用于3×1斜紋結(jié)構(gòu)中。該本色斜紋織物的結(jié)構(gòu)是24經(jīng)紗×15緯紗/cm(60經(jīng)紗×39緯紗/英寸)，基礎(chǔ)重量為271.3g/m2(8盎司/碼2)。把如上所述制成的本色斜紋織物浸在熱水中煮煉并在低張力下干燥之。然后用堿性染料噴染該煮煉過的織物。
實(shí)施例2制備經(jīng)紗和緯紗中都有Nomex462型、Kevlar29、變性聚丙烯腈和棉的均勻共混物的環(huán)綻紡紗的舒適且耐久的織物。Nomex462型是93％聚間苯二甲酰間苯二胺(MPD-1)、5％聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPD-T)和2％去靜電纖維(杜邦公司的P-140)，變性聚丙烯腈是含15％銻的ACN/聚偏氯乙烯共聚物(商品名為ProtexM)，以及Kevlar29是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPD-T)。
制備含10重量％Nomex462型、10重量％Kevlar29、45重量％變性聚丙烯腈和35重量％棉的清棉混條，并用環(huán)錠細(xì)紡機(jī)以傳統(tǒng)的棉體系加工成捻度為3.7的紡紗。由此制成的紗線是24.6特(24棉紗支數(shù))單紗。然后在合股機(jī)上將兩股單紗進(jìn)行合股以制成雙股紗。用類似的方法以及相同的捻度和共混比制成32.8特(18棉紗支數(shù))含50/50Nomex462/變性聚丙烯腈的紗線，作緯紗用。然后把這兩種紗合股成合股紗。
在梭織機(jī)上把Nomex/Kevlar/變性聚丙烯腈纖維/棉紗線作為經(jīng)紗和緯紗用于3×1斜紋結(jié)構(gòu)中。該本色斜紋織物的結(jié)構(gòu)是23經(jīng)紗×16緯紗/cm(58經(jīng)紗×40緯紗/英寸)，基礎(chǔ)重量為264.5g/m2(7.8盎司/碼2)。把如上所述制成的本色斜紋織物浸在熱水中煮煉并在低張力下干燥之。然后用堿性染料噴染該煮煉過的織物。
下表示意對(duì)實(shí)施例1和2測定的性能。
權(quán)利要求
1.適合提供防電弧性和防火性的紗線，包含(a)40～75重量％變性聚丙烯纖維，(b)10～40重量％棉纖維和(c)1～40重量％芳族聚酰胺纖維，所述百分?jǐn)?shù)都以組分(a)、(b)和(c)之和為基準(zhǔn)計(jì)算。
2.權(quán)利要求1的紗線，包含(a)45～60重量％變性聚丙烯纖維，(b)15～35重量％棉纖維和(c)5～30重量％芳族聚酰胺纖維。
3.權(quán)利要求1的紗線，其中所述纖維同時(shí)包括對(duì)位-和間位-芳族聚酰胺纖維。
4.權(quán)利要求3的紗線，其中，在芳族聚酰胺纖維總量中，對(duì)位-芳族聚酰胺纖維的存在量為20～40重量％以及間位-芳族聚酰胺纖維的存在量為60～80重量％。
5.權(quán)利要求4的紗線，其中對(duì)位-芳族聚酰胺纖維的存在量為25～35重量％以及間位-芳族聚酰胺纖維的存在量為65～75重量％。
6.權(quán)利要求5的紗線，還含有抗靜電組分。
7.權(quán)利要求6的紗線，其中抗靜電組分是碳或金屬。
8.權(quán)利要求7的紗線，其中抗靜電組分是碳。
9.權(quán)利要求1的紗線，還含有抗靜電組分。
10.權(quán)利要求9的紗線，其中抗靜電組分是碳。
11.適合提供防電弧性和防熱性的織物，包含(a)40～75重量％變性聚丙烯纖維，(b)10～40重量％棉纖維和(c)1～40重量％芳族聚酰胺纖維，所述百分?jǐn)?shù)都以組分(a)、(b)和(c)之和為基準(zhǔn)。
12.權(quán)利要求11的織物，包含(a)45～60重量％變性聚丙烯纖維，(b)15～35重量％棉纖維和(c)5～30重量％芳族聚酰胺纖維。
13.權(quán)利要求11的織物，其中按ASTM D-6413-99測得的焦炭長度小于6英寸。
14.權(quán)利要求11的織物，其中按ASTM D-6413-99測得的焦炭長度小于4.5英寸。
15.權(quán)利要求11的織物，其中所述織物包括對(duì)位-和間位-芳族聚酰胺。
16.權(quán)利要求15的織物，其中，在芳族聚酰胺纖維總量中，對(duì)位-芳族聚酰胺纖維的存在量為20～40重量％以及間位-芳族聚酰胺纖維的存在量為60～80重量％。
17.權(quán)利要求16的織物，其中對(duì)位-芳族聚酰胺纖維的存在量為25～35重量％以及間位-芳族聚酰胺纖維的存在量為65～75重量％。
18.權(quán)利要求11的織物，還包含抗靜電組分。
19.適合提供防電弧性和防熱性的衣服，包含(a)40～75重量％變性聚丙烯纖維，(b)10～40重量％棉纖維和(c)1～40重量％芳族聚酰胺纖維，所述百分?jǐn)?shù)以組分(a)、(b)和(c)之和為基準(zhǔn)計(jì)算。
20.權(quán)利要求16的衣服，包含(a)45～60重量％變性聚丙烯纖維，(b)15～35重量％棉纖維和(c)5～30重量％芳族聚酰胺纖維。
全文摘要
適用于防電弧和防火的紗線、織物和衣服含有變性聚丙烯腈、棉和芳族聚酰胺纖維。
文檔編號(hào)D02G3/44GK1930334SQ200580007194
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者R·朱 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司