CN103732814A - 耐磨纱线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含至少一种天然纤维和高强度聚乙烯短纤维的纺丝纱线，其中，高强度聚乙烯纤维具有至少40GPa的初始模量和至少1.4GPa的拉伸强度，其中，该纱线包含以重量计1-4%的高强度聚乙烯短纤维。本发明还涉及一种包含该纺丝纱线的织物以及包含所述纺丝纱线或所述织物的制品。
Description
本发明涉及一种包含棉短纤维和高强度聚乙烯短纤维的纺丝纱线。本发明还涉及一种包含所述纱线的织物以及由所述纱线或所述织物制成的制品。
从例如WO92/10600中已知一种包含棉短纤维和聚乙烯纤维的纱线。该文献公开了一种包含棉纤维和聚乙烯切断纤维（拉伸强度2.6GPa且模量87GPa）的纱线，其具有被聚乙烯纤维增强的芯部和主要由棉纤维构成的鞘部的聚乙烯纤维的非均匀分布。这样的纱线借助于转杯纺纱箱由包含90质量%棉纤维和10质量%聚乙烯纤维的粗纱线制备，且具有15cN/tex的拉伸强度。
据观察，已知的包含棉短纤维和聚乙烯纤维的纱线的耐磨性不足以承受长时间的机械作用，例如，摩擦、刮擦、侵蚀。另据观察，这样的纱线在常规使用和穿着条件下老化迅速。
本发明的目的在于提供一种没有上述缺点或者在较小程度上具有上述缺点的纱线。
该目的通过一种包含至少一种天然纤维和高强度聚乙烯短纤维的纱线被实现，其中，高强度聚乙烯纤维具有至少40GPa的初始模量和至少1.4GPa的拉伸强度，其特征在于，该纱线包含1-4质量%的高强度聚乙烯短纤维。
令人惊奇地观察到本发明的纱线具有最佳的耐磨性，与已知的纱线相比能够长时间保持其本来的样子和结构。也令人惊奇地发现本发明的纱线具有最佳的弹性，能够不失去其强度且不改变其形式地被多次变形和释放。
本发明进一步的优点在于这种纱线提供了最佳的染色能力和最佳的穿戴舒适度。
纤维在此被理解为细长体，其长度尺寸远大于其宽度和厚度的横向尺寸。纤维可以具有连续的长度，本领域公知为长丝，或不连续的长度，本领域公知为短纤维。短纤维通常通过切断或拉断长丝获得，例如，见G.R.Wray,Modern composite yarn Production,Columbine Press,Manchester&London,1960。
优选地，本发明的纱线中高强度聚乙烯纤维的质量百分数（质量%）相对于纤维的总质量是1-3，更优选为1-2.8，最优选为1.5-2.5。据观察，高强度聚乙烯纤维低于1质量%时，本发明的纱线的优点不明显。高强度聚乙烯纤维高于4质量%时，实现的耐磨性不明显。
在优选的实施方式中，纺丝纱线基本上由天然纤维和高强度聚乙烯短纤维构成。
当天然纤维的长度对于高强度聚乙烯短纤维的长度的比例是1:2-2:1时，获得好的结果，其中，纤维的长度被定义为相关纤维的算数平均长度。优选地，天然纤维和高强度聚乙烯短纤维之间的长度比例是0.66-1.5，更优选为0.75-1.33，进一步优选为0.8-1.25，最优选为0.9-1.1。
高强度聚乙烯纤维的纤度优选为至少0.1dpf，更优选为至少0.5dpf，最优选为至少1.0dpf。其优点是包含较低dpf的聚乙烯纤维的纱线具有改进的舒适度。优选地，所述纤度至多是10dpf，更优选为至多7dpf，最优选为至多5dpf。
在优选的实施方式中，天然纤维的纤度对于高强度聚乙烯短纤维的纤度的比例是0.2-5，其中，纤维的纤度被定义为相关纤维的算数平均纤度。优选地，天然纤维的纤度对于高强度聚乙烯短纤维的纤度的比例是0.5-3，更优选为1-2，最优选为1.2-1.6。
当本发明的纱线的纤度是至少10dtex时，获得好的结果，优选的纤度为至少40dtex，更优选为至少70dtex。纱线的最大纤度只被实际原因表达，并且优选为至多7500dtex，更优选为至多5000dtex，最优选为至多2500dtex。优选地，对该纱线进行加捻（twist），因为据观察加捻纱线具有改善的机械稳定性而不易磨损。
高强度聚乙烯纤维可以通过任何本领域公知的技术来制造，优选地通过熔融纺丝或凝胶纺丝。如果使用熔融纺丝工艺，用于制造其的聚乙烯原料优选地具有60000-600000的重均分子量（Mw），更优选为60000-300000。熔融纺丝工艺的一个例子被公开在EP1350868中，在此通过引用并入本文。
在本发明的一种实施方式中，高强度聚乙烯纤维可以是熔融纺丝高强度聚乙烯纤维。使用这样的纤维的优点在于本发明改进的柔软度和舒适度。
或者，高强度聚乙烯纤维是凝胶纺丝聚乙烯纤维。如果使用凝胶纺丝工艺制造所述纤维，优选地使用超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。UHMWPE具有优选为至少5dl/g、更优选为7dl/g、最优选为10dl/g的特性粘度（IV）。优选地，IV是至多40dl/g，更优选为至多25dl/g，更优选为15dl/g。优选地，UHMWPE纤维按照在许多出版物中描述的凝胶纺丝工艺来制造，所述出版物包括EP0205960A，EP0213208A1，US4413110，GB2042414A，GB-A-2051667，EP0200547B1，EP0472114B1，WO01/73173A1，EP1699954和“Advanced Fibre Spinning Technology”,T.Nakajima编辑，Woodhead Publ.Ltd(1994)，ISBN1855731827。已知凝胶纺丝UHMWPE纤维的例子例如是被荷兰的DSM N.V.以
的名字商业化的那些。
凝胶纺丝UHMWPE纤维可以被用作聚乙烯纤维。使用凝胶纺丝UHMWPE纤维的优点是本发明的纱线表现出进一步改进的耐磨性。当使用凝胶纺丝UHMWPE短纤维时，获得好的结果，特别是在纱线的寿命方面。
如果高强度聚乙烯短纤维具有10mm-100mm的平均长度，能够获得好的结果，优选平均长度为20mm-80mm，更优选为30mm-60mm。
在本发明优选的实施方式中，天然纤维选自由棉和羊毛组成的组。优选地，天然纤维是棉。棉是短纤维，其通常用于制造纺丝纱线。除了成本效率，棉具有好的吸收性，穿起来舒适，容易洗涤，并且趋向于相对耐用。
优选地，棉短纤维具有至少20mm的长度，更优选为30mm，棉短纤维优选地具有至多50mm的长度，更优选为至多40mm的长度。据观察，所述的长度是用于纺丝本发明的纱线的最优的长度。
纺丝纱线可以通过任何本领域公知的技术制造，例如环锭纺丝工艺或自由端纺丝工艺。本发明的纱线可以用环锭纺丝工艺由混合的棉纤维和高强度聚乙烯短纤维来纺丝。应用环锭纺丝工艺的优点是机械处理和工艺温度更适合高强度短纤维。本发明的纱线也可以用自由端纺丝由混合的棉纤维和高强度聚乙烯短纤维来纺丝。应用自由端纺丝工艺的优点是这种工艺更高的生产力，而鉴于高生产率存在于本发明的纱线中的高强度聚乙烯短纤维的量可以被最优化。
适合纺丝的成品被商业化使用，并且本领域公知。在过去几十年，纺丝工艺方面已经在许多出版物中被被讨论和描述。这样的出版物的例子是美国专利4435955、4426840和4321788。
优选地，本发明的纱线每线性厘米被加捻1-6次，更优选为每线性厘米2-5次，最优选为每线性厘米3-4.5次。
本发明的纱线也可以包含其它天然和/或合成纤维。天然纤维的例子包括纤维素、大麻、蚕丝、黄麻、剑麻、椰子、亚麻等。合成纤维的例子包括那些由半结晶聚合物制造的，例如聚丙烯；聚甲醛；聚(偏二氟乙烯)；聚(甲基戊烯)；聚(乙烯-三氟氯乙烯)；聚酰胺和聚芳酰胺，例如(聚对苯二甲酰对苯二胺)（通常所说的）；聚(四氟乙烯)（PTFE）；聚{2,6-二咪唑并-[4,5b-4’,5’e]吡啶-1,4(2,5-二羟基)苯撑}（通常所说的M5）；聚(对亚苯基苯并双恶唑)（PBO）（通常所说的
）；聚(己二酰己二胺)（通常所说的尼龙6,6）；聚丁烯；聚酯，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，聚(对苯二甲酸丁二醇酯)和聚(对苯二甲酸1,4亚环己基二亚甲基酯)；聚乙烯醇；以及热致液晶高分子。合适的热致液晶高分子的例子包括在熔融时显示出液晶性能的并由芳香族二醇、芳香族羧酸、羟基羧酸和其它类似单体合成的芳香族聚酯。代表性的例子包括由对羟基苯甲酸(PHB)、对苯二甲酸和联苯酚构成的第一类；由PHB和6-羟基-2-萘甲酸构成的第二类；以及由PHB、对苯二甲酸和乙二醇构成的第三类。
纱线的制造工艺导致主要是均匀的纱线。因此本发明还涉及一种均匀的纱线。均匀的纱线被认为是：在与纱线的纵向垂直的横截面上不表现出高强度聚乙烯短纤维的浓度梯度的纱线。均匀的纱线被进一步认为是：在所述横截面上高强度聚乙烯短纤维的最高和最低重量百分数的比例至多是2，优选为至多1.8，更优选为至多1.5。具有更均匀的高强度聚乙烯短纤维的分布的纱线表现出进一步改善的耐磨性能。
本发明还涉及一种包含本发明的纺丝纱线的织物。
本发明的织物可以具有本领域中已知的各种结构，诸如纺织、针织、摺叠、编织或非织或其组合。纺织织物可包括平纹、罗纹、席纹和斜纹织物等等。针织织物可以是纬编的织物（例如单面针织物或双面针织物）或经编的织物。非织物的例子是毛毡。“Handbook of Technical Textiles”，ISBN978-1-59124-651-0的第4、5、6章描述了纺织、针织或非织织物的其它例子及其制造方法，这些公开内容通过引用并入本文。这本手册的第11章（具体在第11.4.1段中）描述了编织织物的种类和例子，这些公开内容通过引用并入本文。
优选地，本发明的织物是针织的或纺织的织物。用圆筒针织物以及用经编针织、横编针织或平纹纺织物获得好的结果。据观察，这样的织物表现出增加的程度的柔韧性和柔软度，同时具有改进的耐磨性，特别是在洗涤后。相反地，棉在洗涤后倾向于变硬，并且变成“木板状”。当用于制造手套时，横编针织被证明是特别有利的。
本发明还涉及一种包含本发明的织物的制品。特别地，该制品用于服装领域，例如外套、成衣和衣服等。这样的制品的例子包括但不局限于手套、围裙、皮套裤、裤子、衬衫、夹克、大衣、袜子、内衣、背心、帽子等。
据观察，这样的制品由于其改进的耐磨性适用于军队迷彩服。
本发明还涉及一种包含本发明的纱线的不同于上面具体提到的织物的制品。特别地，包含本发明的纱线的制品用于体育、医疗用途和农业领域。这样的制品的例子包括绳、网、钓鱼线、绳索等。
本发明会在下面借助于大量的例子被说明。
测试程序
制造的纱线的韧性、Fmax和断裂伸长率（EaB）在兹维克（Zwick）拉伸测试仪上根据ISO2062-93(A)测量。
织物根据ISO EN388经受马丁代尔（Martindale）耐磨测试。标准的砂纸型号已经被微粒P240代替。
实验细节
不同纱线的纺丝已经通过环锭纺丝工艺使用棉短纤维来实现，其中任选地使用由
1760-SK601dpf切断成32mm短纤维制备的高强度聚烯烃短纤维。纱线的成分以及机械性能被表示在表1中。
表1纱线的性能
平纹单层编织面料（A、B、C和1）已经分别由纱线A、B、C和1的经纱线和纬纱线制造。对这些平纹布已经进行了配备P240砂纸的马丁代尔磨损测试。织物（A、B、C和1）的磨损实验结果能够在表2中找到。
表2马丁代尔测试结果
Claims (12)
1.一种包含至少一种天然纤维和高强度聚乙烯短纤维的纺丝纱线，其中，所述高强度聚乙烯纤维具有至少40GPa的初始模量和至少1.4Gpa的拉伸强度，其特征在于，该纱线包含以重量计1-4%的高强度聚乙烯短纤维。
2.如权利要求1所述的纺丝纱线，其特征在于，该纱线包含以重量计1-3%的高强度聚乙烯短纤维。
3.如权利要求1或2所述的纺丝纱线，其特征在于，该纱线包含以重量计1-2.8%的高强度聚乙烯短纤维。
4.如权利要求1-3中任一项所述的纺丝纱线，其特征在于，该纱线基本上由天然纤维和高强度聚乙烯短纤维构成。
5.如权利要求1-4中任一项所述的纺丝纱线，其特征在于，天然纤维的长度对于高强度纤维的长度的比例为1：2-2：1，其中，纤维的长度被定义为相关纤维的算数平均长度。
6.如权利要求1-5中任一项所述的纺丝纱线，其特征在于，天然纤维的纤度对于高强度聚乙烯纤维的纤度的比例为0.2-5，其中，纤维的纤度被定义为相关纤维的算数平均纤度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的纺丝纱线，其特征在于，所述高强度聚乙烯纤维是凝胶纺丝聚乙烯纤维。
8.如权利要求7所述的纺丝纱线，其特征在于，所述聚乙烯是超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。
9.如权利要求1-8中任一项所述的纺丝纱线，其特征在于，所述天然纤维选自由棉和羊毛组成的组。
10.一种织物，其包含权利要求1-9中任一项所述的纺丝纱线。
11.一种制品，其包括权利要求10所述的织物。
12.一种制品，其包括权利要求1-9中任一项所述的纺丝纱线。
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