包括部分芳族聚酰胺纖維和其它阻燃纖維的阻燃紗和織物的制作方法
【專利摘要】公開了用部分芳族聚酰胺和具有氣相作用的纖維(例如，F(xiàn)R纖維素纖維)制成的技術纖維和紗。由這些纖維和紗制成的織物顯示比起傳統(tǒng)阻燃尼龍6,6織物更優(yōu)的阻燃性。另外，在與其它阻燃纖維混紡時，公開的纖維和紗不顯示與阻燃尼龍6,6混紡織物同樣的危險的“支架效應”。
【專利說明】包括部分芳族聚酰胺纖維和其它阻燃纖維的阻燃紗和織物
發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明總體上涉及技術纖維、紗和織物，具體地講，涉及阻燃纖維、紗和由其制成的織物，它們包括不含阻燃添加劑的部分芳族聚酰胺纖維的混紡物。
技術背景
[0002]阻燃和耐燃(FR)織物在軍事和非軍事環(huán)境二者中都極其重要。消防員、賽車手和石化工人就是得益于阻燃織物的增加保護的幾種非軍事群體。然而，現(xiàn)今阻燃織物的真正利益在于軍事。除了軍事部隊必須在其中工作的不期望環(huán)境外，非常規(guī)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的出現(xiàn)也產(chǎn)生甚至更不利的環(huán)境。具體地講，使用簡易爆炸裝置(“IED”)使士兵的大型護送隊不能活動，使得個體部隊保護非常重要。
[0003]除了防彈織物和防彈衣外，阻燃織物在保護士兵不受IED侵害中起重要作用。IED由多種材料構(gòu)成(例如，高爆炸藥、可燃液體、彈片等)，一些用作彈體，另一些在爆炸時作為燃燒彈。因此，軍用織物必須具有不同結(jié)構(gòu)，以應對來自IED的諸多威脅。
[0004]在保護性衣物中使用基本上兩種類型的阻燃織物:(I)由阻燃有機纖維(例如，芳族聚酰胺、阻燃嫘縈、聚苯并咪唑、變性聚丙烯腈等)制成的織物；和(2)經(jīng)后處理以賦予阻燃性的由常規(guī)材料(例如，棉)制成的阻燃織物。Nomex?和Kevlar?芳族聚酰胺是阻燃合成纖維的最常見類型。這些通過將間或?qū)Ψ甲寰埘０肪酆衔锶芗彸衫w維而制成。芳族聚酰胺在極熱下不熔融，自然為阻燃性，但必須溶紡。遺憾的是，Nomex?和KEVLAR?不太舒適，并且制造困難和昂貴。
[0005]在保護性衣物中使用的另一種纖維是變性聚丙烯腈纖維，該纖維包含30至70質(zhì)量份丙烯腈和70至30質(zhì)量份諸如含鹵素的乙烯叉基單體和/或含鹵素的乙烯基單體等的單體。市售實例包括由Kaneka制造的Protex? C和Protex? M纖維。已知在約1:1混紡比下，變性聚丙烯腈纖維對包含無FR處理的纖維素纖維(例如，棉和萊塞爾纖維(lyocell))的織物賦予阻燃性質(zhì)。實例可見于EP1498522和W02008027454。
[0006]通過在纖維紡絲或織物整理時加入磷-氮添加劑，可給予纖維素纖維以阻燃性，例如乙酸纖維素、嫘縈、萊塞爾纖維和棉。
[0007]變性聚丙烯腈和阻燃纖維素二者的阻燃性能的機制依賴從纖維釋放的氣體，釋放的氣體稀釋、冷卻或化學中和可燃氣體(氣相作用)，并形成膨脹焦阻檔層(凝聚相作用)。
[0008]后處理阻燃劑應用于織物，并可分成兩個基本種類:(I)耐用阻燃劑；和(2)不耐用阻燃劑。對于保護性衣物，處理必須能經(jīng)受洗滌，因此，只選擇耐用處理?，F(xiàn)今，耐用阻燃化學物質(zhì)通常依賴磷基FR劑和化學物質(zhì)或樹脂，將FR劑固定到纖維。
[0009]由于可加工性和強度，已廣泛研究的一種聚合物纖維是尼龍6，6纖維?？墒股倭?約12%)脂族尼龍纖維與棉可混紡成紗，以制造織物，其中紗和/或由其制成的織物經(jīng)化學處理，以制造阻燃織物。由于棉是主要纖維組分，可將這種織物稱為“FR棉”織物。尼龍纖維給予FR棉織物和衣物更優(yōu)的耐磨性。然而，由于尼龍為熔融可處理的(即，熱塑性)，并且不提供內(nèi)在的阻燃性，F(xiàn)R織物(例如，F(xiàn)R處理的棉織物)中尼龍纖維的量受到限制。試圖通過脂族尼龍纖維化學改性增加尼龍纖維含量或開發(fā)新的阻燃織物處理一直沒有成功。
[0010]發(fā)明概述
使用熱塑性纖維與不熔融耐燃纖維(例如，脂族聚酰胺和FR處理的棉)的混紡物的問題是所謂的“支架效應”(參見，Horrocks等，F(xiàn)ire Retardant Materials (阻燃材料),148，§ 4.5.2 (2001))。通常，熱塑性纖維，包括用FR劑處理或改性的那些，通過從火焰源收縮而自熄，或者在熔融的聚合物從火焰源滴落并且熄滅時自熄。FR聚酯纖維是具有這種行為的纖維。在FR聚酯纖維與不熔融阻燃纖維(例如，F(xiàn)R處理的棉)混紡時，不熔融纖維形成含碳支架，并且熱塑性FR聚酯纖維被限制在火焰中，并將繼續(xù)燃燒。實質(zhì)上，在垂直燃燒性試驗期間，熱塑性纖維聚合物熔融，在非熱塑性粗布向下流動，為火焰供燃，并且織物完全燃燒。另外，在衣物中，熔融的聚合物可滴落并粘到人的皮膚，造成對穿著者額外的傷害。
[0011]因此，需要更容易和成本有效地制備的包括熱塑性纖維的改進阻燃紗。包括熱塑性纖維的紗理想地提供織物和衣物，所述織物和衣物消除“支架效應”，提供良好的阻燃性，防止熔融聚合物滴落或粘著，可染色，耐磨并且舒適。因此，期望找到能夠與至少一種其它FR纖維混紡或以其他方式組合的熔融處理聚合物的組合，以提供能夠針織或織造或制成非織造的自熄、不滴落、耐用阻燃織物、棉絮或衣物的紗。
[0012]一方面提供呈現(xiàn)耐燃或阻燃性質(zhì)的包括主紗的制品，其中主紗包括具有顯著氣相作用的耐燃或阻燃(FR)纖維(例如，變性聚丙烯腈或FR纖維素纖維)和不同于所述耐燃或阻燃纖維的包括部分芳族聚酰胺纖維的纖維，其中使沒有FR添加劑的部分芳族聚酰胺聚合物熔紡成纖維。換句話講，部分芳族聚酰胺纖維不含纖維組合物整體所必須的FR添加劑。該制品可以為紗。然而，制品也可以為包括耐燃紗的織物或衣物。
[0013]發(fā)明詳述
術語“耐燃”、“阻燃”和“FR”在本領域有細微的差異。術語使用的差異涉及描述在例如垂直燃燒試驗的條件下耐燃燒、以較慢速率燃燒和能夠自熄的織物。按照本發(fā)明目的，術語“耐燃”和“阻燃”可互換使用，旨在包括具有例如耐燃、慢燃、自熄等一種或多種期望性質(zhì)的任何織物。
[0014]用于本發(fā)明的纖維的術語“氣相作用”是指包括稀釋、冷卻或化學中和可燃氣體的纖維。變性聚丙烯腈和耐燃纖維素二者的耐燃性能的機制依賴從纖維釋放的氣體，釋放的氣體稀釋、冷卻或化學中和可燃氣體(氣相作用)，并形成膨脹焦阻檔層(凝聚相作用)。
[0015]這些制品，具體為紗、織物和衣物，呈現(xiàn)耐燃和/或阻燃性質(zhì)。紗包括至少一種為部分芳族聚酰胺的纖維。包括部分芳族纖維的紗在權利要求中被稱為“主紗”。術語“主紗”不意味著與可存在于制品的其它紗比較確定紗的任何相對重量％，而是用于區(qū)分這種紗與其它紗。主紗必須包括與FR纖維組合(例如FR纖維素纖維、變性聚丙烯腈纖維及它們的混合物)的不含紡入FR添加劑的部分芳族纖維。
[0016]部分芳族纖維不含紡入的FR添加劑。部分芳族聚酰胺可包括包含選自以下的單體的聚合物或共聚物:芳族二胺單體、脂族二胺單體、芳族二酸單體、脂族二酸單體及它們的組合。部分芳族聚酰胺也可包括或只為MXD6，MXD6包括芳族二胺和非芳族二酸。其它部分芳族聚酰胺可基于芳族二 酸，例如，對苯二甲酸(聚酰胺6T)或間苯二甲酸(聚酰胺61)或它們的共混物(聚酰胺6T/6I)。部分芳族聚酰胺的熔化或處理溫度為約240°C (對于MXD6)至約355°C (對于聚酰胺酰亞胺)，包括約260°C、280°C、300°C、320°C和340°C。尼龍6和尼龍6，6分別具有約220°C和260°C的熔化溫度。熔化溫度越低，聚酰胺聚合物越容易處理成纖維。以下是普通部分芳族聚合物和某些比較性非芳族聚合物及其相關熔化溫度的列表。
【權利要求】
1.一種呈現(xiàn)耐燃或阻燃性質(zhì)的包括主紗的制品，其中所述主紗包括具有氣相作用的耐燃或阻燃(FR)纖維和不同于所述耐燃或阻燃纖維的包括部分芳族聚酰胺纖維的纖維，其中不用FR添加劑地將所述部分芳族聚酰胺紡成纖維。
2.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺包括包含選自以下的單體的聚合物或共聚物:芳族二胺單體、脂族二胺單體、芳族二酸單體、脂族二酸單體及它們的組合。
3.權利要求2的制品，其中所述部分芳族聚酰胺進一步包含芳族二胺單體和脂族二酸單體。
4.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺為MXD6。
5.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺纖維為短纖維形式。
6.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺纖維為長絲形式。
7.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺纖維為扁平纖維。
8.權利要求1的制品，其中所述主紗為加捻紗或合股加捻紗。
9.權利要求1的制品，其中所述主紗為變形紗。
10.權利要求5的制品，其中所述主紗為混紡短纖維紗。
11.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺纖維存在于所述主紗中的量為所述主紗的約5%重量至約75%重量。
12.權利要求1的制品，其中所述部分芳族聚酰胺纖維存在于所述主紗中的量為所述主紗的約5%重量至約60%重量。
13.權利要求11的制品，其中所述主紗僅包括所述部分芳族纖維和所述FR纖維。
14.權利要求1的制品，其中具有顯著氣相作用的所述FR纖維選自變性聚丙烯腈纖維、FR纖維素纖維及它們的組合。
15.權利要求1的制品，其中所述主紗進一步包括選自以下的另外的FR纖維:FR聚酯、FR尼龍、FR嫘縈、間芳族聚酰胺、對芳族聚酰胺、變性聚丙烯腈、諾沃洛依德、三聚氰胺、聚(對亞苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺酰胺(PSA)、氧化的丙烯酸類、部分氧化的丙烯酸類及它們的組合。
16.權利要求1的制品，其中所述FR纖維包含F(xiàn)R纖維素纖維，其中FR處理選自(a)應用于所述FR纖維素纖維；(b)在纖維紡絲期間加入所述FR纖維素纖維；和(C)FR處理局部應用于包含未處理纖維素纖維的所述制品。
17.權利要求1的制品，所述制品進一步包含另外的非FR纖維。
18.權利要求1的制品，其中所述制品為紗。
19.權利要求1的制品，其中所述制品為織物。
20.權利要求1的制品，其中所述制品為衣物。
21.權利要求1的制品，所述制品進一步包含在組成上不同于所述主紗的至少一種另外的紗。
22.權利要求1的制品，所述制品進一步包含在組成上相互不同并且在組成上不同于所述主紗的至少兩種另外的紗。
23.權利要求21的制品，其中所述另外的紗為FR紗。
24.權利要求21的制品，其中所述另外的紗為非FR紗。
25.權利要求1的制品，其中所述制品為能夠自熄并且在垂直燃燒性試驗中具有小于約10秒的殘焰時間的織物。
26.權利要求18的制品，其中所述制品經(jīng)染色。
27.權利要求19的制品，其中所述制品經(jīng)染色。
28.權利要求19的制品，其中所述制品經(jīng)印花。
【文檔編號】D02G3/04GK103906869SQ201280053672
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年8月30日 優(yōu)先權日:2011年9月2日
【發(fā)明者】T.E.施米特, D.M.薩佐蒂 申請人:英威達技術有限公司