專利名稱：具有高耐熱性、耐磨性和水分管理特性的服裝用纖維共混物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及纖維共混物(fiber blends)。更具體地說，本發(fā)明涉及用于高耐熱性，耐磨損性和濕氣管理性能平衡的纖維共混物以及從該纖維共混物制成的紗線，織物和服裝。
背景技術(shù)：
阻燃(flame-resistant)織物(也不同地被稱為“防火(fire-resistant)”、“阻燃(flame-retardant) ”、和“阻火(fire-retardant) ”織品)是一旦點(diǎn)燃，當(dāng)去除點(diǎn)火源后，傾向于不維持火焰的紡物。已有大量的研究針對(duì)用于不同產(chǎn)品，包括服裝和床上用品中的阻燃織物的開發(fā)和改進(jìn)。參與如工業(yè)制造和加工(如石油、天然氣、和鋼鐵等行業(yè))、消防、電力設(shè)施工作、軍事工作、和其他承擔(dān)著暴露于明火、閃火，瞬間電弧，和/或熔融金屬飛濺的顯著風(fēng)險(xiǎn)活動(dòng)的工人經(jīng)常穿戴阻燃衣物。非阻燃的工服可以點(diǎn)燃，并將繼續(xù)燃燒，即使已移除點(diǎn)火源。未經(jīng)處理的天然織物將繼續(xù)燃燒，直到織物被完全消耗，并且非阻燃的合成織物將燃燒，伴有熔化和滴落對(duì)皮膚造成嚴(yán)重接觸燒傷。多數(shù)嚴(yán)重和致命的燒傷，其傷害是由于個(gè)人的衣服著火和持續(xù)燃燒，而不是暴露本身。防護(hù)織物的耐磨性也是重要的性能特性，具有破損如孔和裂口的服裝，能夠危害面料的防護(hù)特性。阻燃織物包括被處理為阻燃的織物以及由固有的阻燃纖維制成的阻燃織物兩種。前者類型的織物本身并不是阻燃的，但通過將使得織物阻燃的化學(xué)組合物施加到織物上制成了阻燃的。這些類型的織物容易通過反復(fù)清洗失去其阻燃性，因?yàn)檫@些阻燃組合物傾向于被洗掉。相反，固有的阻燃織物不會(huì)受到這種缺點(diǎn)的損害，因?yàn)樗鼈兪怯杀旧硎亲枞嫉睦w維制成的。阻燃服裝的使用提供了在曝露區(qū)域的熱保護(hù)。保護(hù)級(jí)別通常依賴于織物的重量和成分。除去點(diǎn)火源后，阻燃服裝將自行熄滅，限制了身體的燒傷百分比。已經(jīng)開發(fā)了各種類型的固有的阻燃(FR)纖維，包括變性聚丙烯腈纖維(例如，日本大阪的Kaneka公司以PROTEX名稱出售的變性聚丙烯腈纖維)、芳族聚酰胺纖維(例如，E.1. Du Pont de Nemours and Company of Wilmington,Delaware 以 NOMEX 名稱出售的間芳族聚酰胺纖維和以KEVLAR名稱出售的對(duì)芳族聚酰胺纖維)、FR人造絲纖維、氧化聚丙烯腈纖維、以及其他纖維。將一個(gè)或多個(gè)FR短纖維與一個(gè)或多個(gè)其他類型的非FR短纖維共混，以生產(chǎn)纖維共混物，由其紡成紗線，然后紗線被針織或梭織成用于各種應(yīng)用的織物，這是常見的。在這樣的纖維共混物中，F(xiàn)R纖維使共混物阻燃，即使在該共混物中的一些纖維本身是非阻燃纖維，因?yàn)楫?dāng)FR纖維燃燒時(shí)，它們釋放出非可燃?xì)怏w，其傾向于置換氧從而熄滅任何火焰。
例如，US 2005/0025963公開了短纖維的緊密共混物，其具有10至75重量份的至少一種芳族聚酰胺纖維，15至85重量份的至少一種改性聚丙烯腈纖維，和5至30重量份的至少一種聚酰胺纖維。美國2004/0192134中公開了另一種短纖維的共混物，其包括至少約60%的FR纖維(變性聚丙烯腈和/或芳族聚酰胺)和最高40%的合成或天然的非FR纖維，如棉或羊毛。US-B-6, 787，228公開了由纖維的共混物形成的紗線，包括至少約70%的與至少約3%的高性能、高能量吸收的纖維，如芳族聚酰胺結(jié)合的變性聚丙烯腈纖維。ASTM F1930-99是一個(gè)全尺寸的人體模型測試，設(shè)計(jì)用于在模擬的閃火下測試以完成的服裝形式的織物。具有最多122個(gè)圍繞身體間隔開的熱傳感器的人體模型，穿著測試服裝，然后暴露在閃火下預(yù)定的時(shí)間長度。測試通常在1.8-2cal/cm2sec (卡/平方厘米秒)的熱能量下進(jìn)行，并且對(duì)于單層服裝持續(xù)時(shí)間為2. 5至5. O秒。結(jié)果以身體燒傷的百分比報(bào)告。為了數(shù)據(jù)的一致性和對(duì)比的準(zhǔn)確性，該測試方法定義了在每個(gè)測試中必須使用的標(biāo)準(zhǔn)的服裝尺寸和配置。如果織物將是實(shí)用的和商業(yè)上可行的，除了上面提到的織物的性能規(guī)格，其他性能也是重要的，特別是對(duì)于衣服。比如，織物在反復(fù)工業(yè)洗滌下應(yīng)是耐用的且應(yīng)具有良好的耐摩性。此外，織物應(yīng)穿著舒適的。不幸的是，許多FR共混物在典型的環(huán)境條件下是不舒適。在這種情況下，穿用者往往是不太可能順從的，從而如預(yù)期地降低了穿用者將繼續(xù)使用該服裝的可能性。因此，如果FR織物展現(xiàn)出良好的濕氣管理屬性，即芯吸掉汗的能力和快速干燥使得穿戴者不會(huì)過熱或冷，和/或織物不刺激穿戴者的皮膚，將是有益的。存在對(duì)于不僅阻燃、而且還提供優(yōu)異的濕氣管理性能和強(qiáng)度性能以確保穿用者服從的纖維共混物的需求。本發(fā)明的纖維共混物、織物、和服裝針對(duì)這些以及其他重要的終端
女口
廣叩O發(fā)明概述本發(fā)明一般涉及纖維共混物和包含能達(dá)到高耐熱性，耐磨性和濕氣管理特性平衡的纖維共混物的織物和服裝，以給穿用者提供保護(hù)和舒適。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明是針對(duì)纖維共混物，包括基于纖維共混物的總重量，約30-70wt%的包含選自于變性聚丙烯腈纖維、含氟聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物的疏水性的纖維組分；基于纖維共混物的總重量，約15_45wt%的包含選自于纖維素、纖維素衍生物、羊毛、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物的親水性的纖維組分；基于纖維共混物的總重量，約10-30wt%的包含選自芳族聚酰胺纖維、蜜胺纖維、尼龍纖維、結(jié)構(gòu)碳纖維、及其組合的至少一種聚合物的至少一種結(jié)構(gòu)纖維組分；其中基于纖維共混物的總重量，所述芳族聚酰胺纖維存在的量是至少為約10wt% ;和任選地，基于纖維共混物的總重量，約O. l-3wt%的至少一種抗靜電纖維。在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明針對(duì)包含本文描述的纖維共混物的紗線。在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明針對(duì)包括本文描述的纖維共混物的織物。在再其它實(shí)施方式中，本發(fā)明是針對(duì)服裝，特別是外套，其包含由本文描述的纖維共混物所形成的織物。發(fā)明詳述正如上文和整個(gè)公開所使用的，下列術(shù)語，除非另有說明，應(yīng)理解為具有以下含義。如本文所用，單數(shù)形式“一 (a) ”、“一 (an) ”、和“該(the) ”包括復(fù)數(shù)參考，除非上下文另外清楚地說明。如本文所用，術(shù)語“約”當(dāng)指可測量的數(shù)值，如量、時(shí)間的持續(xù)等，意為包括偏離指定值的±20%的變化、優(yōu)選為±10%、更優(yōu)選為±5%、甚至更優(yōu)選為± I %、并且甚至還更優(yōu)選為±0. 1%，因?yàn)檫@樣的變化對(duì)于進(jìn)行所公開的方法是適當(dāng)?shù)摹Ｈ绫疚乃?，關(guān)于織物，術(shù)語“基本上由......形成的(formed substantially)”
指該織物包括基于織物的總重量的至少50wt%、優(yōu)選基于織物的總重量的至少75wt%、更 優(yōu)選基于織物的總重量的至少95wt%的特定的纖維共混物或紗線組合物。如本文所用，術(shù)語“改性聚丙烯腈纖維”是指由主要包含丙烯腈的殘基制成的丙烯酸類合成纖維，尤其是指具有35-85%的丙烯腈單元的聚合物，并且該聚合物可以通過其他單體改性。變性聚丙烯腈纖維由廣泛范圍內(nèi)的丙烯腈共聚物紡成。變性聚丙烯腈纖維可以包含其它單體的殘基，包括乙烯基單體，尤其是含鹵素的乙烯基單體，例如，但不限于氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯、偏溴乙烯等?？梢杂蛇@一大類生產(chǎn)的改性聚丙烯腈纖維的類型，取決于其組成，在性質(zhì)上有很大的變化。一些通?？傻玫母男跃郾╇胬w維的例子是Kaneka公司的PR0TEXtm、KANEKAL0N 、和KANECAR0N 。改性聚丙烯腈纖維具有結(jié)合了非熔融，無滴落和自熄性能的優(yōu)異的阻燃性能。在許多工作環(huán)境中，這是非常重要的屬性。如果暴露到火災(zāi)或爆炸并達(dá)到足夠高的溫度時(shí)，由本發(fā)明的纖維共混物制成的衣服將會(huì)通過形成燒焦的屏障而碳化。這阻止了火焰的傳播，從而保護(hù)穿戴者免受嚴(yán)重?zé)齻８男跃郾╇胬w維與其他纖維相比，具有高的所謂的LOI值。LOI表示在02/N2的混合氣體中維持材料的燃燒所需的最低氧氣濃度。通過ASTM D 2862-77試驗(yàn)測定LOI。改性聚丙烯腈纖維的LOI值，優(yōu)選為約28至33，而傳統(tǒng)的聚酯具有低得多的值，約為20至22。如本文所用，術(shù)語“含氟聚合物”是指碳氟化合物基的聚合物，其具有至少一個(gè)，但優(yōu)選多個(gè)強(qiáng)的碳-氟鍵，其中包括但不限于，聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、或氟化的乙烯-丙烯(FEP)。如本文所用，術(shù)語“芳族聚酰胺纖維”指制造的纖維，其中的纖維形成物質(zhì)是長鏈的合成聚酰胺，其中至少85%的酰胺鍵(-C0-NH-)直接連接到兩個(gè)芳環(huán)上，其包括但不限于，對(duì)芳香族聚酰胺和間芳族聚酰胺(間芳族聚酰胺纖維)。對(duì)芳族聚酰胺纖維的例子包括但不限于，(聚(對(duì)亞苯基對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)，例如，KEVLAR (E. I. du Pont deNemours and Company) >TWAR0N (Tejin Twaron BV)、和Teijin公司的TECHNORA。KEVLAR是對(duì)芳族聚酰胺纖維，具有非常高的28-32克/旦尼爾(denier)的彈性和卓越的耐熱性。間芳族聚酰胺的例子包括但不限于，聚(間亞苯基間苯二甲酰間苯二胺)，如Ν0ΜΕΧ (E. I. du Pont de Nemours and Company)和 CONEX⑧(Teijin Twaron BV)。優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)纖維是對(duì)芳族聚酰胺、微旦尼爾對(duì)芳族聚酰胺。這些結(jié)構(gòu)的纖維具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，并且?guī)缀醪灰兹?。纖維具有非常高的耐熱性和在溫度至少為700 °F時(shí)的耐熔融、滴落和燃燒。此夕卜，它們的LOI值優(yōu)選為約28至約30。如本文所用，術(shù)語“蜜胺纖維”指制造的纖維，其中纖維形成物質(zhì)是包含至少50#%的交聯(lián)的非熱塑性的三聚氰胺聚合物的合成聚合物，其中該聚合物中的三聚氰胺單元由亞甲基和二亞甲基醚鍵連接。在聚合反應(yīng)中，三聚氰胺的羥甲基衍生物相互反應(yīng)，以形成三維結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是纖維的熱穩(wěn)定性、耐溶劑性、和阻燃性的基礎(chǔ)。如本文所用，術(shù)語“抗靜電纖維”是指當(dāng)摻入織物或其他材料時(shí)，消除或減少靜電的纖維。合適的纖維包括，但不限于，金屬纖維(鋼、銅或其它金屬)、鍍金屬的聚合物纖維、和表面和/或纖維內(nèi)部包含炭黑的聚合物纖維，如描述在US-A-3，803，453、US-A-4, 035, 44UUS-A-4, 107，129的那些等?？轨o電碳纖維是優(yōu)選的抗靜電纖維。這種導(dǎo)電纖維的一個(gè)例子是E. I.du Pont de Nemours and Company生產(chǎn)的NEGASTAT ,其包括由非導(dǎo)電聚合物外層，或尼龍或聚酯所包圍的導(dǎo)電性碳的碳芯。另一個(gè)例子是ShakespeareConductive Fibers LLC生產(chǎn)的RESISTAT ，其是尼龍長絲的表面上飾以細(xì)碳粒子的纖維?？傻玫降倪@兩種纖維的紗線為至少40旦尼爾。通過舉例的方式，可從Bekaert S. A.以ΒΕΚΙΝ0Χ和BEKITEX的名稱得到直徑小到O. 035毫米的鋼絲。另一個(gè)抗靜電纖維是NobleFiber Technologies生產(chǎn)的產(chǎn)品X-靜態(tài),涂覆有金屬(銀)層的尼龍纖維。在紡紗的過程中，該X-靜態(tài)纖維可與其他纖維如改性聚丙烯腈纖維共混。如本文所用，術(shù)語“結(jié)構(gòu)碳纖維”是指直徑為約O. 005-0. 010毫米的并主要由碳原子形成的纖維。在微觀晶體中碳原子結(jié)合在一起，并以或多或少平行于纖維長軸的方向?qū)R。由前體聚合物生產(chǎn)每個(gè)碳長絲。常規(guī)的前體聚合物通常包括包括人造絲、聚丙烯腈(PAN)、和石油浙青。為了合成的聚合物，如人造纖維或PAN，前體首先被紡成細(xì)絲，使用化學(xué)和機(jī)械過程以使聚合物的原子以提高完成的碳纖維的最終物理性質(zhì)的方式在最初對(duì)齊。在拉絲或紡絲后，加熱聚合物纖維以驅(qū)除非碳原子(碳化)，產(chǎn)生最終的碳纖維。從Zoltek、SGL Carbon、Fortafil、Sumitomo、和 Kureha Corporation 得到合適的結(jié)構(gòu)纖維。如本文所用，術(shù)語“基礎(chǔ)重量”是指每單位面積上測量的織物的重量。典型的單位包括盎司每平方碼和克每平方厘米。如本文所用，術(shù)語“服裝”是指由人穿的衣服或服裝配件的任何制品，包括但不限于襯衫、褲子、內(nèi)衣、外衣、鞋、帽、泳裝、皮帶、手套、頭帶、和腕帶。如本文所用，術(shù)語“亞麻布”(當(dāng)與親水性纖維沒有關(guān)系時(shí))是指用于覆蓋工人或由工人使用的座位設(shè)備的任何制品，包括但不限于床單、毯子、室內(nèi)裝飾覆蓋物、汽車內(nèi)飾覆蓋物、和床墊覆蓋物。
如本文所用，術(shù)語“緊密共混”，當(dāng)與紗線一起使用時(shí)，是指紗線中短纖維組合物的統(tǒng)計(jì)隨意混合物。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是針對(duì)纖維共混物，包括基于纖維共混物的總重量，約30_70wt %的包含選自于變性聚丙烯腈纖維、含氟聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物的疏水性的纖維組分；基于纖維共混物的總重量，約15_45wt%的包含選自于纖維素、纖維素衍生物、羊毛、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物的親水性的纖維組分；基于纖維共混物的總重量，約10-30wt%的包含選自于芳族聚酰胺纖維、蜜胺纖維、尼龍纖維、結(jié)構(gòu)碳纖維、及其組合的至少一種聚合物的至少一種結(jié)構(gòu)纖維組分；其中基于纖維共混物的總重量，該芳族聚酰胺纖維存在的量是至少為約10wt% ;和任選地，基于纖維共混物的總重量，約0. l_3wt%的至少一種抗靜電纖維。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)纖維共混物形成基本上由該纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM F 1930-2000測試時(shí)，該織物提供了二度和三度燒傷少于穿用者體表約35%的保護(hù)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM F 1930-2000測試時(shí)，該織物提供了二度和三度燒傷少于穿用者體表約25%的保護(hù)。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM F1930-2000測試時(shí)，該織物提供了二度和三度燒傷少于穿用者體表約15%的保護(hù)。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM 6413測試時(shí)，該織物具有小于約5英寸的炭化長度，優(yōu)選小于約4英寸。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM E96測試水蒸汽透過性時(shí)，該織物具有至少約1100的水蒸汽透過性,和在按照Natick內(nèi)部方法第4號(hào)(Natick Internal Method No. 4)測試時(shí)，該織物具有至少約6厘米/5分鐘的垂直芯吸。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)纖維共混物形成基本上由該纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM 1424測試時(shí)(條件I為干態(tài)；條件2為濕態(tài))，該織物具有至少等于或大于相應(yīng)的干撕裂值的濕撕裂值。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，
按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM D 4966紡織織物的耐摩-Martindale摩擦
測試方法測試時(shí)，通過使用濕的和干的600目的超細(xì)砂紙模擬現(xiàn)場使用，該織物具有在9千帕載荷下大于約4000個(gè)無規(guī)磨損周期的濕耐磨性和在9千帕載荷下大于約5000個(gè)干的無規(guī)磨損周期的干耐磨損性。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)纖維共混物形成基本上由該纖維共混物形成的織物時(shí)，按照國家阻燃協(xié)會(huì)NFPA 1971測試時(shí)，該織物具有小于約5%的耐高溫和熱收縮值，并且在按照國家阻燃協(xié)會(huì)NFPA 1971測試時(shí)(不含墊片)，該織物具有至少約5的熱防護(hù)性能值，優(yōu)選為至少約5. 7 (初始)和至少約6. 7 (3倍洗滌后)。本發(fā)明的纖維共混物中疏水性纖維組分的存在量，基于纖維共混物的總重量,是約30-70wt%，并且包含選自變性聚丙烯腈纖維、含氟聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，疏水性纖維組分的存在量，基于纖維共混物的總重量,是約40-60wt %。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，疏水性纖維組分的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約40-50wt%。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，疏水性纖維組分是變性聚丙烯腈纖維或其共聚物。在其它實(shí)施方案中，該含氟聚合物是選自聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、和其混合物。本發(fā)明的纖維共混物中親水性纖維組分的存在量，基于纖維共混物的總重量,是約15-45wt%，并且包含選自纖維素、纖維素衍生物(如棉花、粘膠絲、亞麻、人造絲、耐火人造絲、或其組合)、羊毛、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，親水性纖維組分的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約25-40wt%。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，親水性纖維組分的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約25-35wt%。在其它實(shí)施方案中，該纖維素衍生物為棉、粘膠絲、亞麻、人造絲、或其組合。優(yōu)選的親水性纖維組分是棉或耐火人造絲、或其組合。本發(fā)明的纖維共混物中結(jié)構(gòu)組分的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約10-30wt%。該結(jié)構(gòu)纖維組份包含選自芳族聚酰胺纖維、蜜胺纖維、尼龍纖維、結(jié)構(gòu)碳纖維，及其組合的至少一種聚合物，其中該芳基聚酰胺纖維的存在量，基于纖維共混物的總重量，是至少約IOwt %。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)組份的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約20-30wt %。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)組份的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約25-30wt%。在其它實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)組份是芳族聚酰胺纖維，如間芳族聚酰胺聚合物纖維或?qū)Ψ甲寰埘０肪酆衔锢w維。在某些實(shí)施方案中，芳聚酰胺纖維的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約27-30wt %。在其它實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)組份是尼龍纖維和芳族聚酰胺纖維，特別是對(duì)芳族聚酰胺纖維的組合。在某些其他的實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)組份是尼龍纖維和芳族聚酰胺纖維，特別是對(duì)芳族聚酰胺纖維的組合，其中兩種組分的存在量，基于纖維共混物的總重量，優(yōu)選為約10wt%。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中，任選的抗靜電纖維的存在量，基于纖維共混物的總重量，是約O. l-3wt%。在某些實(shí)施方案中，抗靜電纖維是抗靜電碳纖維。在纖維共混物的某些實(shí)施方案中疏水性纖維成分是改性聚丙烯腈纖維或其共聚物；親水性纖維組分是纖維素或纖維素衍生物、或其組合；結(jié)構(gòu)纖維組分是芳族聚酰胺纖維、尼龍纖維、或其組合。在某些實(shí)施方案中，纖維共混物是基于纖維共混物的總重量，約30_41wt%的變性聚丙烯腈纖維及其共聚物；基于纖維共混物的總重量，約30-41Wt %的棉；基于纖維共混物的總重量，約27-30Wt%的對(duì)芳族聚酰胺纖維；和基于纖維共混物的總重量，約2wt%的抗靜電碳纖維。在某些實(shí)施方案中，纖維共混物是基于纖維共混物的總重量，約50wt%的變性聚丙烯腈纖維及其共聚物； 基于纖維共混物的總重量，約30wt %的棉；基于纖維共混物的總重量計(jì)，約IOwt %的尼龍纖維；基于纖維共混物的總重量，約IOwt %的對(duì)芳族聚酰胺纖維。在另一個(gè)方面，本發(fā)明是針對(duì)包含本文所描述的各種纖維共混物的紗線，其中該疏水性纖維組分、該親水纖維組分、該結(jié)構(gòu)纖維組分、和該任選的抗靜電纖維是密切共混的。在另一個(gè)方面，本發(fā)明是針對(duì)由包括本文所描述的各種共混物的紗線所形成的織物?？椢锟梢允撬罂椈蜥樋椀?。在某些實(shí)施方案中，該織物具有小于約8.0盎司/平方碼(OPSY)的基本重量。在某些其他的實(shí)施方案中，該織物具有小于約6.0盎司/平方碼(OPSY)的基本重量。在一些實(shí)施方案中，該織物可以形成服裝。在某些實(shí)施方案中，因?yàn)槠涮峁┑谋Ｗo(hù)作用，該織物形成服裝的至少一個(gè)外側(cè)部分。該織物在服裝，如外套中是有用的，包括但不限于大衣、連體工裝、工裝褲、襯衫、和褲子，并在消防隊(duì)員的工作大衣中是特別有用的。在其它實(shí)施方案中，該織物以單一的圓筒狀設(shè)計(jì)形成服裝，如汗衫，以消除或減少接縫和故障點(diǎn)的數(shù)目。在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明的織物可以形成亞麻制品。下面的實(shí)施例進(jìn)一步限定了本發(fā)明，其中所有的份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均以重量計(jì)，除非另有說明。但應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例在指示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，僅作為說明的方式給出。從上面的討論和這些實(shí)施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可確定本發(fā)明的本質(zhì)特征，并在不脫離其精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明做出各種變化和修改，以使其適應(yīng)各種用途和條件。
實(shí)施例測試方法下面的試驗(yàn)方法被用于實(shí)施例中，除非另有說明。耐熱和抗熱收縮此測試測定了當(dāng)在500 °F的烘箱中暴露于熱時(shí)，該織物的性能。記錄和報(bào)告了對(duì)于每個(gè)試樣的點(diǎn)火，熔化，滴落，或分離的觀察。計(jì)算了試樣在寬度和長度方向上變化的百分比。以三個(gè)試樣的平均值記錄和報(bào)告結(jié)果。按照在AATCC 135梭織和針織織物的家庭自動(dòng)洗滌的尺寸變化中(AATCC 135Dimensional Change in Automatic Home Laundering of Woven and Knit Fabics)規(guī)定的程序進(jìn)行了試樣的標(biāo)記和測量。將試樣通過頂部的金屬鉤懸掛并處于烘箱中的中心位置，以使整個(gè)試樣到烘箱任何表面和到其它試樣的距離都不小于50毫米，且空氣是平行于材料的平面。如所述安裝的試樣應(yīng)暴露在500 °F的測試烘箱中5分鐘。紡織品的阻燃性(垂直)(ASTM D6413)這種測試方法測定紡織品對(duì)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)火源的反應(yīng)，所產(chǎn)生的后火焰時(shí)間、余輝時(shí)間和炭化長度的測量值。如這種測試方法所測定的垂直阻燃性，只與指定的火焰暴露和應(yīng)用時(shí)間有關(guān)。該測試方法使試樣保持在靜態(tài)、不受力的垂直位置，并且不涉及除了暴露所產(chǎn)生的移動(dòng)之外的移動(dòng)。采用了 Federal Test Standard No. 191A方法5903.1中的測試方法D6413，其在驗(yàn)收測試中已經(jīng)使用了多年。從待測試的織物上切下的樣品被安裝在垂直懸掛于火焰室內(nèi)部中的支架上。樣品在指定的時(shí)間段內(nèi)暴露于受控的火焰。后火焰時(shí)間——去除燃燒器之后材料繼續(xù)燃燒的時(shí)間長度和余輝時(shí)間——火焰熄滅后材料發(fā)光的時(shí)間長度都被記錄下來。最后，通過使用砝碼將試樣撕開，并測量炭化長度——從織物暴露于火焰中的邊緣到被火焰所影響的區(qū)域的末端的距離。Natick內(nèi)部方法第4號(hào)(干燥時(shí)間測試方法)干燥時(shí)間測試方法:1.在測試前將織物樣品和吸墨紙?jiān)?5+/-2 %的相對(duì)濕度和21+/-1V (70+/-2 0F )的條件下調(diào)節(jié)至少4小時(shí)。2.測試每個(gè)樣品中的三個(gè)試樣。每個(gè)試樣由從穿戴的手套切下來的2”X2”片組成。該長邊應(yīng)當(dāng)沿穿戴方向裁切。標(biāo)記每個(gè)試樣以識(shí)別其為樣本組的一部分。3.使用實(shí)驗(yàn)室天平稱量調(diào)節(jié)過的樣品,精確至0. lg。4.將100毫升蒸餾水或反滲透水放入到250毫升燒杯中。5.將一個(gè)試樣在燒杯中浸沒30分鐘,確保該試樣被完全淹沒在水中，以確保完全潤濕。6.取出試樣，將其夾入兩片未使用的吸墨紙并使其通過榨水機(jī)。保持試樣片夾于濕的吸墨紙中。對(duì)同一樣品剩下的兩個(gè)試樣重復(fù)此過程。
7. 一次稱量一個(gè)涂污的試樣。8.作為濕重記錄其重量。9.在處于65+/-2%的相對(duì)濕度和21+/_1°C (70+/-2 °F )的條件的位置處分別懸掛每個(gè)樣品以干燥。10.每5分鐘稱量樣品t,精確到O. I克,記錄每個(gè)重量,直到完全干燥。11.重復(fù)直到所有的樣品返回到其原始的干重。此時(shí)，通過平均所有三個(gè)試樣的干燥時(shí)間，計(jì)算出整體的干燥時(shí)間。Natick內(nèi)部方法第4號(hào)(垂肓芯吸測試)向500毫升錐形瓶中裝入200ml的有色水。從待測試的織物上切下6英寸X I英寸的條。在該條的頂邊穿過一個(gè)長的直筆。該條通過大頭針懸掛于具有200毫升有色水的·燒瓶中。在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間間隔，從燒瓶中移除該條并測量和記錄該條上的水線。AATCC MM TS-05修ιΗ的重力干燥試驗(yàn)——高級(jí)織物干燥時(shí)間測試方法儀器與試劑精確到O. 0001克的分析天平。每個(gè)有四臺(tái)天平的庫與具有收集測試數(shù)據(jù)的Labview數(shù)據(jù)采集軟件的電腦界面連接。使用在天平上內(nèi)置防風(fēng)罩以盡量減少消耗，其只有頂部打開，以便干燥。垂直試樣的尺寸是3英寸寬和6英寸高。取樣和標(biāo)本對(duì)于典型的測試，使用四個(gè)2.5X2.5平方英寸的試樣。兩個(gè)試樣是“對(duì)照”(參考)織物和兩個(gè)是來自于關(guān)心的“測試”織物?？梢允褂酶嗟脑嚇?，以提高測試精度。調(diào)節(jié)在測試之前，樣品在為70 °F和相對(duì)濕度為55%的調(diào)節(jié)間調(diào)節(jié)至少4小時(shí)。稈序選項(xiàng)B:飽和的。(注這基本上是Natick樣品制備協(xié)議)I.使用實(shí)驗(yàn)室天平稱量調(diào)節(jié)過的樣品，精確至O. OOOlg。2.將10毫升蒸餾水放入到25毫升燒杯中。3.將一個(gè)試樣在燒杯中浸沒5-10分鐘,確保該試樣被完全淹沒在水中，以確保完全潤濕。4.從燒杯中取出試樣，將其夾入兩片未使用的AATCC吸墨紙并使其通過榨水機(jī)。保持該片夾于濕的吸墨紙中。對(duì)同一樣品剩下的兩個(gè)試樣重復(fù)此過程。5.在天平上將用于該試樣的平衡位置處的該垂直試樣支架去皮。6.將涂污試樣安裝在垂直支架上，然后將其放入天平中。記錄涂污試樣的濕重。7.通過在Lab View軟件中啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集而開始測試。重量讀數(shù)由計(jì)算機(jī)每隔15秒自動(dòng)記錄。一旦試樣重量達(dá)到相對(duì)于干的調(diào)節(jié)重量的指定的停止水分含量，測試完成。對(duì)于棉共混物&棉織物，停止的水分含量通常是I %至2. 5%，聚酯是O. 5%。通過在Lab View停止數(shù)據(jù)采集以結(jié)束測試。計(jì)算和解釋總的干燥時(shí)間是試樣到達(dá)停止重量所需的時(shí)間?？偟乃尫怕?“WRR”，克/分鐘)的計(jì)算方法如下
總WRR =(濕的試樣重量-結(jié)束試樣重量)/(總的干燥時(shí)間)AWRR，合計(jì))由如下各自的總WRR值計(jì)算WRR^it= 100X (WRR測試-WRR控制)/WRR控制“舒適區(qū)”干燥時(shí)間(分鐘)是樣品的水分含量從15%下降到O. 5% (聚酯)或從20%下降至1-1.5% (棉花)所花費(fèi)的時(shí)間。“舒適區(qū)”WRR(克/分鐘)的計(jì)算公式如下活動(dòng)WRR =(濕試樣的重量-結(jié)束試樣的重量)/( “活動(dòng)”干燥時(shí)間)AWRR(舒適區(qū))以與AWRR(合計(jì))中相同的方式計(jì)算，所不同的是使用的測試和對(duì)照WRR(舒適區(qū))值。 水蒸汽透過性測試使用ASTM E96測量水蒸汽透過性。制備了 4" X4"的織物試樣。將杯中裝入蒸餾水，在試樣和水之間留下一個(gè)氣室的小間隙(0.75"至O. 25")。然后將杯密封，防止除通過測試樣品之外的蒸汽損失。稱取最初裝置的重量，然后隨著時(shí)間的推移定期稱重，直到結(jié)果變成線性。實(shí)施例I Air Force的印有老虎條紋的基礎(chǔ)織物是斜紋織法(7. 6盎司/平方碼)的斜紋布，由50% Protex M變性聚丙烯腈纖維/30% Pima棉/10%尼龍/10% Twaron 對(duì)芳族聚酰胺纖維緊密纖維共混物的紗線制成。耐熱和抗熱收縮根據(jù)NFPA 1971 (相當(dāng)于NFPA 2112和NFPA 1975中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn))測試6個(gè)織物試樣(3個(gè)樣品按原樣品狀態(tài)；3個(gè)樣品經(jīng)過了 3個(gè)洗滌周期)，以測量其暴露于500 T 5分鐘后的耐熱和抗熱收縮。結(jié)果所有的樣品暴露于熱后都沒有被燒焦。按原樣品狀態(tài)％損失的長度(2. 5,2. 5,2. 5)%損失的寬度(2. 5,2. 5,2. 5)經(jīng)過3個(gè)洗滌周期％損失的長度(2.0，2.0，2.0)%損失的寬度(2·0，2·0，2·0)紡織品的阻燃性(垂直)根據(jù)ASTM D6413測量阻燃性，測試了五個(gè)按原樣品狀態(tài)的織物試樣。試驗(yàn)結(jié)果示于下表
權(quán)利要求
1.纖維共混物，其包括 基于纖維共混物的總重量，約30-70wt%的包含選自變性聚丙烯腈纖維、含氟聚合物、聚苯并咪唑(PBI)、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物的疏水性纖維組分； 基于纖維共混物的總重量，約15-45wt%的包含選自于纖維素、纖維素衍生物、羊毛、和其共聚物、及其組合的至少一種聚合物的親水性纖維組分； 基于纖維共混物的總重量，約10-30wt%的包含選自于芳族聚酰胺纖維、蜜胺纖維、尼龍纖維、結(jié)構(gòu)碳纖維、及其組合的至少一種聚合物的至少一種結(jié)構(gòu)纖維組分；其中基于纖維共混物的總重量，所述芳族聚酰胺纖維存在的量是至少為約10wt% ;和 任選地,基于纖維共混物的總重量,約O. l_3wt%的至少一種抗靜電纖維。
2.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中當(dāng)所述纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM F 1930-2000測試時(shí)，所述織物提供了二度和三度燒傷少于穿用者體表約35%的保護(hù)。
3.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中當(dāng)所述纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM 6413測試時(shí)，所述織物具有小于約5英寸的炭化長度。
4.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中當(dāng)所述纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的關(guān)于水蒸汽透過性的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM E96測試時(shí)，所述織物具有至少約1100的水蒸汽透過性，并且在按照Natick內(nèi)部方法第4號(hào)(Natick Internal Method No. 4)測試時(shí)，所述織物具有至少約6厘米/5分鐘的垂直芯吸。
5.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中當(dāng)所述纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM D 1424(條件I為干態(tài)；條件2為濕態(tài))測試時(shí)，所述織物具有至少等于或大于其相應(yīng)的干撕裂值的濕撕裂值。
6.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中當(dāng)所述纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM D 4966紡織織物的耐摩擦-Martindale摩擦測試方法測試時(shí)，通過使用濕的/干的600目的超細(xì)砂紙模擬現(xiàn)場使用，所述織物具有在9千帕載荷下大于約4000個(gè)無規(guī)磨損周期的濕耐磨損性和在9千帕載荷下大于約5000個(gè)干的無規(guī)磨損周期的干耐磨損性。
7.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中當(dāng)所述纖維共混物形成基本上由所述纖維共混物形成的織物時(shí)，在按照國家阻燃協(xié)會(huì)NFPA 1971測試時(shí)，所述織物具有小于約5%的耐高溫和耐熱收縮值，并且在按照國家阻燃協(xié)會(huì)NFPA 1971 (不含墊片)測試時(shí)，所述織物具有至少約5的熱防護(hù)性能值。
8.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中基于纖維共混物的總重量，所述疏水性纖維組份的存在量是約40-60wt%。
9.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中基于纖維共混物的總重量，所述疏水性纖維組份的存在量是約40-50wt%。
10.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中基于纖維共混物的總重量，所述親水性纖維組份的存在量是約25-35wt%。
11.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中基于纖維共混物的總重量，所述親水性纖維組份的存在量是約25-30wt%。
12.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中基于纖維共混物的總重量，所述結(jié)構(gòu)纖維組份的存在量是約20-30wt%。
13.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中基于纖維共混物的總重量，所述結(jié)構(gòu)纖維組份的存在量是約25-30wt%。
14.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中所述疏水性纖維組分是變性聚丙烯腈纖維或其共聚物。
15.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中所述含氟聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、或氟化乙烯-丙烯(FEP)。
16.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中所述纖維素衍生物是棉、粘膠絲、亞麻、人造絲、或其組合。
17.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中所述親水性纖維組分是棉。
18.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中所述結(jié)構(gòu)纖維組分是芳族聚酰胺纖維。
19.如權(quán)利要求18的纖維共混物， 其中所述芳族聚酰胺纖維是間芳族聚酰胺聚合物或?qū)Ψ甲寰埘０肪酆衔铩?br> 20.如權(quán)利要求I所述的纖維共混物， 其中所述疏水性纖維組分是變性聚丙烯腈纖維或其共聚物； 其中所述親水性纖維組分是纖維素或纖維素衍生物、或其組合；和 其中所述結(jié)構(gòu)纖維組分是芳族聚酰胺纖維、尼龍纖維、或其組合。
21.纖維共混物，其包括 基于纖維共混物的總重量，約30-41wt%的變性聚丙烯腈纖維及其共聚物； 基于纖維共混物的總重量，約30-41wt%的棉； 基于纖維共混物的總重量，約27-30wt%的對(duì)芳族聚酰胺纖維；和 基于纖維共混物的總重量，約2wt %的抗靜電碳纖維。
22.纖維共混物，其包括 基于纖維共混物的總重量，約50wt%的變性聚丙烯腈纖維及其共聚物； 基于纖維共混物的總重量，約30wt%的棉； 基于纖維共混物的總重量，約10wt%的尼龍纖維；和 基于纖維共混物的總重量，約IOwt%的對(duì)芳族聚酰胺纖維。
23.包含權(quán)利要求1、21或22所述的纖維共混物的紗線， 其中所述疏水性纖維組分、所述親水性纖維組分、所述結(jié)構(gòu)纖維組分、和所述可選的抗靜電纖維密切混合。
24.包含權(quán)利要求23所述的紗線的織物。
25.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物基本上由所述纖維共混物形成，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM F 1930-2000測試時(shí)，所述織物提供了二度和三度燒傷少于穿用者體表約35%的保護(hù)。
26.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物基本上由所述纖維共混物形成，在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM 6413測試時(shí)，所述織物具有小于約5英寸的炭化長度。
27.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的關(guān)于水蒸汽透過性的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM E96測試時(shí)，所述織物具有至少約1100的水蒸汽透過性，并且在按照Natick內(nèi)部方法第4號(hào)(NatickInternal Method No. 4)測試時(shí),所述織物具有至少約6厘米/5分鐘的垂直芯吸。
28.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物基本上由所述纖維共混物形成，并且在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM D 1424(條件I為干態(tài)；條件2為濕態(tài))測試時(shí)，所述織物具有至少等于或大于其相應(yīng)的干撕裂值的濕撕裂值。
29.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物基本上由所述纖維共混物形成，并且在按照美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)測試ASTM D 4966紡織織物的耐摩擦-Martindale摩擦測試方法測試時(shí),通過使用濕的/干的600目的超細(xì)砂紙模擬現(xiàn)場使用，所述織物具有在9千帕載荷下大于約4000個(gè)無規(guī)磨損周期的濕耐磨損性和在9千帕載荷下大于約5000個(gè)干的無規(guī)磨損周期的干耐磨損性。
30.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中在按照國家阻燃協(xié)會(huì)NFPA 1971測試時(shí)，所述織物具有小于約5 %的耐高溫和耐熱收縮值，并且在按照國家阻燃協(xié)會(huì)NFPA 1971(不含墊片)測試時(shí)，所述織物具有至少約5的熱防護(hù)性能值。
31.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物具有小于約8. O盎司/平方碼(OPSY)的基重。
32.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物具有小于約6. O盎司/平方碼(OPSY)的基重。
33.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物是梭織的。
34.如權(quán)利要求24所述的織物， 其中所述織物是針織的。
35.包含權(quán)利要求24的織物的服裝。
36.如權(quán)利要求35的服裝， 其中所述織物形成了所述服裝的至少一個(gè)外側(cè)部分。
37.如權(quán)利要求35的服裝， 其中所述服裝為外衣。
38.如權(quán)利要求37的服裝， 其中所述外衣是外套、連體工裝、工裝褲、襯衫、或褲子。
39.如權(quán)利要求38的服裝，其中所述外衣是消防隊(duì)員的出勤外套。
全文摘要
公開了用于服裝的，具有高耐熱性、耐磨損性、和水分管理性質(zhì)平衡的纖維共混物。該纖維共混物包含疏水性的纖維組分、親水性的纖維組分、結(jié)構(gòu)纖維組分、和可選的抗靜電纖維。也公開了包含該纖維共混物的紗線、織物和服裝。由于保持了織物的可呼吸性和水分管理性質(zhì)，沒有降低穿用者的舒適性，這樣的服裝對(duì)于要求高的熱性能和耐磨性的行業(yè)如消防員、公共事業(yè)部門、和軍事人員是非常有用的。
文檔編號(hào)D01G13/00GK102985604SQ201180031011
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者R·海因斯, J·貝利, L·G·科恩 申請(qǐng)人:德里菲爾有限責(zé)任公司