CN101501257B - 耐切割纱线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有至少一根单纱的耐切割纱线，所述单纱包含高性能丝线和/或高性能短纤维，其特征在于，含有所述高性能丝线和/或所述高性能短纤维的所述单纱具有至少15％的自由体积。所述耐切割纱线适于制造防护服，如手套等。

Description

耐切割纱线

本发明涉及一种含有至少一根单纱(single yarn)的耐切割纱线(yarn)，所述单纱包含高性能丝线(filament)和/或高性能短纤维(staple fiber)。本发明还涉及含有所述耐切割纱线的防护服以及用于制备所述耐切割纱线的方法。

含有高性能纤维的耐切割纱线以及含有这种纱线的服装是已知的。耐切割纱线例如用在服装中，用于保护在肉类工业、金属工业和木材工业中工作的人们免于被割伤。上述服装的实例包括手套、围裙、裤子、袖带、套袖等。

用在耐切割纱线中的高性能纤维的实例包括芳纶纤维和超高分子量聚烯烃纤维。尤其由含有超高分子量聚烯烃纤维的纱线制成的服装具有相当的穿着舒适度。

EP445872中公开了一种含有至少一个单纱的耐切割纱线，所述单纱由超高分子量聚乙烯的短纤维纺成，所述单纱与至少一根金属线捻合在一起。含有这种纱线的服装具有改善的防割性，但是考虑到穿着者的舒适度还存在进一步改善的空间。服装具有良好的穿着舒适度这点非常重要，因为上述工业中的人们不得不穿着这种服装相当长的时间，同时仍保持较高的生产力。如果舒适度较差，那么人们往往易疲乏或者甚至不愿意穿着防护服。这增加了发生事故和产生伤害的风险。

因此，本发明的目的在于，提供一种耐切割纱线，其能够用于制造为穿着者提供改善的舒适度的防护服。

令人惊讶地，上述目的通过如下耐切割纱线获得，所述耐切割纱线包含至少一根单纱，所述单纱包含高性能丝线和/或高性能短纤维，所述单纱具有至少15％的自由体积。

由于所述单纱具有较高的自由体积，因此所述单纱以及本发明的纱线具有低密度。在许多应用中，本发明的纱线具有与已知纱线可比较的单位长度的重量。在这种情况下，根据本发明的纱线具有高于已知纱线的体积。

自由体积被定义为单纱中未被丝线、短纤维或单纱的其他构成部分占据而被空气占据的空间。因此，单纱具有小于式I的密度：

$C.\underset{x=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\φ}}_x{\mathrm{\δ}}_x\right)$ 式I

其中，φ_x是纱线中第x根丝线、短纤维或其他构成部分(如果存在)的体积分数，δ_x是单纱中第x根丝线、短纤维或其他构成部分的密度，C＝0.85。

根据本发明的单纱密度以及相应的新型纱线密度低于已知纱线的密度。为了获得更高的自由体积以及更低的密度，必须采取特定的措施，例如在单纱的制造过程中采取特定的措施。

WO94/00627公开了一种纺成纱线，其包含超高分子量聚乙烯的短纤维和芳纶的短纤维。芳纶短纤维被用于克服纺纱时因为超高分子量聚乙烯纤维很滑产生的问题。该文献未采取特殊处理以降低纱线的密度。

在US2003/0129395中，公开了一种纱线，其包含芳纶纤维和熔融温度介于200和300℃之间的合成聚合物的纤维。对所述纱线进行热处理，从而提高纱线之间的粘着。因为上述措施，提高了纱线的挺度和耐磨损性。但密度并未降低。

含有本发明的耐切割纱线的服装对于穿着者具有改善的舒适度。这种服装非常柔软，从而充分帖服身体轮廓。

根据本发明的耐切割纱线的另一优点在于，它具有改善的耐切割性。

另一优点在于，根据本发明的耐切割纱线具有改善的寿命，因而还改善了服装的长期防护水平。

优选地，耐切割纱线由一根或多根含有高性能丝线和/或高性能短纤维的单纱组成。由这种耐切割纱线制成的服装具有穿着舒适和耐切割性二者的最佳组合。如果耐切割纱线由一根单纱组成，那么耐切割纱线就是一根单纱。

然而，根据本发明的耐切割纱线可被制成具有所有种类的结构，只要所述纱线包含至少一根具有所需密度的单纱即可。例如耐切割纱线还可以包含玻璃丝线或一根或多根沿着所述纱线的中心延伸的金属线，所述金属线被一根或多根含有高性能丝线和/或高性能短纤维的单纱缠绕。一根或多根单纱还可以与金属线或玻璃丝线进行加捻，或与含有不同聚合物(例如聚酯或尼龙)的丝线或短纤维的单纱进行加捻或与由不同聚合物(例如聚酯或尼龙)的丝线或短纤维组成的单纱进行加捻。

可用在本发明的纱线中的金属线的实例包括铜线、钢线、铜合金丝和铝线。优选地，使用退火不锈钢的线。

高性能丝线和短纤维优选具有至少0.5GPa、更优选至少1GPa、还要更优选至少1.5GPa、最优选至少2GPa的韧度(tenacity)。上述丝线和短纤维的优选实例是芳纶的丝线和短纤维、超高分子量聚烯烃的丝线和短纤维和液晶聚合物(LCP)的丝线和短纤维。

优选地，所述丝线和短纤维为具有超高分子量的聚烯烃，更优选为具有超高分子量的聚乙烯。这种丝线和短纤维优选通过被称为凝胶纺丝的工艺来制备，所述凝结纺丝工艺在如下各种出版物中有描述，包括，EP0205960 A、EP 0213208 A1、US 4413110、GB 2042414 A、EP 0200547B1、EP 0472114 B1、WO 01/73173 A1和Advanced Fiber SpinningTechnology，Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN 1-855-73182-7和其中所引用的参考文献。凝胶纺丝被理解为包括至少如下步骤：从超高分子量聚乙烯的纺丝溶剂的溶液纺出至少一条细丝；将所得细丝冷却以形成凝胶细丝；将至少部分纺丝溶剂从凝胶细丝中除去；在除去纺丝溶剂以前、期间和/或以后的至少一个拉伸步骤中，拉伸该细丝。合适的纺丝溶剂包括例如石蜡、矿物油、煤油或十氢化萘。纺丝溶剂可以通过蒸发、萃取或蒸发和萃取途径的组合来除去。

用于制备所述丝线的超高分子量线性聚乙烯优选具有至少400000g/mol的重均分子量。

可以根据已知技术(例如通过拉断)使丝线转变成短纤维。

优选地，所述单纱包含高性能短纤维。

所述单纱优选具有至少20％、更优选至少25％、还要更优选至少30％、还要更优选至少35％、还要更优选至少40％、最优选至少45％的自由体积。

因此，含有高性能丝线和/或短纤维的单纱优选具有小于式I的密度：

$C.\underset{x=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\Φ}}_x{\mathrm{\δ}}_x\right)$ 式I

其中，Φ_x是单纱中第x根丝线、短纤维或其他构成部分的体积分数，δ_x是单纱中第x根丝线、短纤维或其他构成部分的密度，C＝0.8。

优选地，C＝0.72，更优选C＝0.7，甚至更优选C＝0.65，甚至更优选C＝0.6，最优选C＝0.55。

本发明的耐切割纱线中的单个纱线除了包括高性能丝线和/或短纤维以外还可以包含第二丝线或短纤维、第三丝线或短纤维或甚至第n丝线或短纤维。

如果单纱由一种丝线或短纤维组成，那么n＝1，单个纱线的密度小于式II

C.δ    式II

其中，δ是丝线或短纤维的密度，C具有上面所述含义。

优选地，单纱包含高性能丝线和/或高性能短纤维以及其它组分，这些其它组分通过物理或化学处理，优选通过热处理，会收缩或卷曲。所述其它组分优选是丝线或短纤维，最优选是短纤维。

在优选的实施方式中，单纱包含高性能短纤维和通过热处理会收缩或卷曲的第二短纤维作为第二组分。

在这种情况下，单纱的密度小于式III

C.(Φ₁δ₁+Φ₂δ₂)

其中，Φ₁是高性能短纤维的体积分数，δ₁是高性能短纤维的密度，Φ₂是第二短纤维的体积分数，δ₂是第二短纤维的密度，C具有上面所述含义。

本发明还涉及用于制备本发明的纱线的方法，所述方法包括如下步骤：

a)提供高性能丝线或高性能短纤维；

b)提供通过物理或化学处理会收缩或卷曲的丝线或短纤维；

c)纺出含有步骤a)的所述丝线或短纤维和步骤b)的所述丝线或短纤维的前驱单纱；

d)可选纺出含有至少一个步骤c)的所述前驱单纱的前驱纱线；

e)对步骤c)中获得的所述前驱单纱进行处理，或者如果在步骤d)中制造前驱纱线，那么对所述前驱纱线进行处理，从而使步骤b)中的所述丝线或短纤维在长度方向上收缩或使所述丝线或短纤维卷曲。

优选地，本发明还涉及用于制备纱线的方法，所述方法包括如下步骤：

a)制备高性能短纤维的长条；

b)制备通过物理或化学处理会收缩或卷曲的第二短纤维的长条；

c)将步骤a)和b)中得到的所述长条混合成含有上述两种短纤维混合物的翼锭(flyer)；

d)从所述翼锭中纺出含有所述高性能短纤维和所述第二短纤维的前驱单纱；

e)可选纺出含有至少一个步骤d)中得到的前驱单纱的前驱纱线；

f)对步骤d)中获得的所述前驱单纱进行处理，或者如果制造前驱纱线的话，那么对所述前驱纱线进行处理，从而使所述第二短纤维在长度方向上收缩或使所述短纤维卷曲。

通过拉断连续丝线的纱线可以制成相应的高性能短纤维长条和相应的第二短纤维长条。可以使用所有类型的短纤维作为第二短纤维，只要在实施本发明方法的步骤f)时该短纤维会沿着长度方向收缩或者该短纤维会卷曲即可。

在一个优选的实施方式中，聚丙烯腈丝线或短纤维被用作可以收缩或卷曲的丝线或短纤维。以这种方法，可以获得密度极低并且相应的体积较大的含有单纱的耐切割纱线。而且，易于得到各种颜色的耐切割纱线。

在另一优选实施方式中，双组分丝线或短纤维被用作可以收缩或卷曲的丝线或短纤维，例如双组分尼龙的丝线或短纤维或双组分聚酯的丝线或短纤维。优选地，使用双组分聚酯的丝线或短纤维。这种短丝线和纤维例如由Invista提供。这种丝线或纤维包含两种丝线或纤维成分，它们沿着所述丝线或纤维的长度方向延伸并在各个成分的一侧结合在一起。优选地，一个成分是PET，另一个成分是共聚酯。

在优选的实施方式中，为了上述目的可以采用已知技术(例如共混机和牵伸机)使两种长条共混。以这种方式获得的长条含有高性能短纤维和第二短纤维的紧密混合物。

为了上述目的可以采用已知设备(例如精纺中空纺纱机或环形纺织机)纺出前驱单纱。在单纱包含丝线和短纤维的情况下，可以使用尘笼纺纱机(dreff spinning equipment)。

优选地，作为使所述丝线或第二短纤维收缩或弯曲的处理过程，应用热处理。这种处理可以通过如下实施：向所述前驱单纱施加热空气、蒸汽或热液体，或者如果制备了前驱纱线的话，向所述前驱纱线施加热空气、蒸汽或热液体。如果干燥纱线的话，热处理优选在热干燥浴中进行干燥期间进行。当然重要的是，热处理应处于足够低的温度下，从而不会对高性能短纤维的性质造成影响。如果使用聚丙烯腈丝线或短纤维，那么优选在介于80和120℃之间的温度下实施处理。处理时间主要取决于前驱单纱的厚度，或者如果制造了前驱纱线的话，处理时间主要取决于前驱纱线的厚度，并且本领域技术人员可以容易地确定所述处理时间。如果使用双组分聚酯丝线或短纤维或者使用双组分尼龙丝线或短纤维，那么优选在介于100和120℃的温度下实施处理。

优选地，在本发明的方法中，实施步骤e)从而纺出含有至少一个前驱单纱的前驱纱线。在这种情况下，在步骤f)中进行处理后，得到本发明的耐切割纱线。

然而，也可以从本发明的方法中去除步骤e)。如果根据本发明的纱线由在步骤f)后即可获得的一根单纱组成，那么就可以是这种情况。然而，也可以去除步骤e)，但在步骤f)中对前驱单纱进行处理后通过将单纱掺入可选含有其它成分的耐切割纱线中来制成根据本发明的耐切割纱线。这例如通过如下来实现：将两根或多根所获得的单纱捻合在一起；将一根或多根单纱围绕金属线捻合；将单纱与金属线捻合在一起等。在本发明耐切割纱线中的单纱可以包含95-30重量(wt)％的高性能丝线或高性能短纤维。

优选地，在本发明纱线中的单纱包含95重量(wt)％至50wt％的高性能丝线或高性能短纤维，并且包含5wt％至50wt％的在物理或化学处理过程中会收缩或卷曲的丝线或短纤维。

更优选地，在本发明纱线中的单纱包含90重量(wt)％至55wt％的高性能丝线或高性能短纤维，并且包含10wt％至45wt％的会收缩或卷曲的丝线或短纤维。

最优选地，在本发明纱线中的单纱包含80重量(wt)％至60wt％的高性能丝线或高性能短纤维，并且包含20wt％至40wt％的会收缩或卷曲的丝线或短纤维。

优选地，所述单纱包含超高分子量聚乙烯的短纤维和聚丙烯腈的短纤维。

根据本发明的耐切割纱线例如被用在服装中，用于保护在肉类工业、金属工业和木材工业中工作的人们免于被割伤。本发明还涉及上述服装。这种服装的良好实例包括手套、围裙、裤子、袖带、套袖等。

对比例A

通过如下获得含有超高分子量聚乙烯的高性能短纱线的长条：采用标准拉断机拉断Dyneema ^TM SK 75纱线1760dtex(含有超高分子量聚乙烯丝线的纱线，由荷兰的DM Dyneema供货)。所述长条被纺成单纱。两根单纱最终被捻合成耐切割纱线，最终棉纱支数为Nm 34/2(公制数值为34km/kg，两根单纱)。

单纱的密度为830kg/m³。在称量一米单纱的重量并在照相板上测量由一束单纱形成的纱线的直径后计算密度。

超高分子量聚乙烯的密度为970kg/m³。利用式II得到单纱的自由体积为14％。式II中的相应常数C为0.86。

实施例I

通过如下获得含有超高分子量聚乙烯的高性能短纱线的长条：采用标准拉断机拉断Dyneema ^TM SK 75纱线1760dtex。此外，通过如下获得含有聚丙烯腈(PAN)短纤维的长条：采用标准拉断机拉断每根纱线的纤度为2.2dtex的PAN纱线(Dralon ^TM纱线，由德国的Bayer供货)。通过NSC牵伸机(由法国的NSC供货)混合上述两个长条。所获得翼锭包含80wt％的超高分子量聚乙烯短纤维和20wt％的聚丙烯腈短纤维(作为第二短纤维)的紧密混合物。将所述翼锭纺成前驱单纱。

通过将2个前驱单纱捻合在一起制成前驱纱线。采用Hacoba^TM装置对前驱纱线进行热处理。施加温度为100℃的蒸汽60秒。所获得的本发明的耐切割纱线的最终棉纱支数为Nm 31/2(公制数值为31km/kg，两根单纱)。单纱具有740kg/m³的密度。由这种纱线通过针织制成手套。这种手套质量很轻、柔软且非常柔韧。

超高分子量聚乙烯短纤维和PAN短纤维的密度被认为等于相应聚合物的密度，即分别等于超高分子量聚乙烯的970kg/m³和PAN的1300kg/m³。计算得到的超高分子量聚乙烯短纤维的体积分数为0.843；计算得到的PAN短纤维的体积分数为0.157。代入式III中，得到：

单纱的密度小于：

C.(Φ₁δ₁+Φ₂δ₂)＝C.(0.843*970+0.153*1300)＝1017C

因此，在这种情况下，当单纱的密度为740kg/m³时，计算得到的C具有至少740/1017＝0.73的数值。这相当于自由体积为27％。

实施例II

重复实施例I，不同之处在于，单纱包含60wt％的超高分子量聚乙烯短纤维和40wt％的PAN短纤维。

单纱的密度为480kg/m³。

Claims (13)

1.含有至少一根单纱的耐切割纱线，所述单纱包含高性能丝线和/或高性能短纤维，其特征在于，含有所述高性能丝线和/或所述高性能短纤维的所述单纱具有至少15％的自由体积，所述自由体积为所述单纱中未被所述高性能丝线和/或所述高性能短纤维占据而被空气占据的体积。

2.如权利要求1所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述高性能丝线和/或所述高性能短纤维是超高分子量聚烯烃的丝线和/或短纤维。

3.如权利要求1或2所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述单纱具有至少20％的自由体积。

4.如权利要求1或2所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述单纱具有至少25％的自由体积。

5.如权利要求1或2所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述单纱具有至少30％的自由体积。

6.如权利要求1所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述单纱包含高性能丝线和/或高性能短纤维，并且包含通过物理或化学处理会收缩或卷曲的其它组分。

7.如权利要求6所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述其它组分是丝线或短纤维。

8.如权利要求1所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，所述单纱包含95重量(wt)％至30wt％的高性能丝线和/或短纤维。

9.如权利要求6所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线，其特征在于，作为所述其它组分，使用聚丙烯腈丝线或短纤维。

10.一种用于制备权利要求1至9中任意一项所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线的方法，所述方法包括如下步骤：

a)提供高性能丝线或高性能短纤维；

b)提供通过物理或化学处理会收缩或卷曲的丝线或短纤维；

c)纺出含有步骤a)的所述丝线或短纤维和步骤b)的所述丝线或短纤维的前驱单纱；

d)可选纺出含有至少一个步骤c)的所述前驱单纱的前驱纱线；

e)对步骤c)中获得的所述前驱单纱进行物理或化学处理，或者如果在步骤d)中制造了前驱纱线，那么对所述前驱纱线进行物理或化学处理，从而使步骤b)中的所述丝线或短纤维在长度方向上收缩或使所述丝线或短纤维卷曲。

11.一种用于制备权利要求1至9中任意一项所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线的方法，所述方法包括如下步骤：

a)制备高性能短纤维的长条；

b)制备通过物理或化学处理会收缩或卷曲的第二短纤维的长条；

c)将步骤a)和b)中得到的所述长条混合成含有上述两种短纤维混合物的翼锭；

d)从所述翼锭中纺出含有所述高性能短纤维和所述第二短纤维的前驱单纱；

e)可选纺出含有至少一个步骤d)中得到的前驱单纱的前驱纱线；

f)对步骤d)中获得的所述前驱单纱进行物理或化学处理，或者如果制造了前驱纱线的话，那么对所述前驱纱线进行物理或化学处理，从而使所述第二短纤维在长度方向上收缩或使所述短纤维卷曲。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，使所述丝线和/或短纤维收缩或卷曲的处理是热处理。

13.含有权利要求1至9中任意一项所述的含有至少一根单纱的耐切割纱线的服装。