CN106687632A - 具有高韧性长切段纤维纱的阻燃织物 - Google Patents
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Abstract
其中结合有高韧性长切段纤维纱的阻燃织物。这种高韧性长切段纤维纱比连续长丝纱更便宜，并且与仅由短纤纱形成的织物相比，增加了结合它们的织物的强度。
Description
领域
概括而言，本公开涉及阻燃织物，更具体而言，涉及包括长切段纤维的阻燃织物。
背景
将连续长丝纱结合到织物中通常将增加那些织物的强度。然而，连续长丝纱线趋向于昂贵。因此，需要用较便宜但仍然增强织物强度的替代纱线形成的织物。
概述
在本专利中使用的术语“发明”、“本发明”、“该发明”和“所述发明”旨在广义上指本专利和下文的专利权利要求的所有主题。包含这些术语的阐述不应被理解为限制本文所描述的主题或限制下文专利权利要求的含义或范围。本专利所涵盖的本发明的实施方案由下面的权利要求而非本概述来限定。本概述是本发明的多个方面的高度综述，并且引入了一些概念，这些概念在下面的详述章节中进一步描述。本概述不旨在确定所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。该主题应当通过参考本专利的整个说明书、所有附图和每个权利要求来理解。
本发明的实施方案涉及其中结合有高韧性长切段纤维纱的阻燃织物。这种纱线比连续长丝纱更便宜，但增加了织物的强度。
详述
本文中具体地描述了本发明的实施方案的主题以满足法定要求，但是该描述不一定旨在限制权利要求的范围。所要求保护的主题可以以其他方式实施，可以包括不同的要素或步骤，并且可以与其他现有的或未来的技术结合使用。该描述不应被解释为暗示各种步骤或要素之间的任何特定顺序或布置，除非明确描述了各个步骤的顺序或要素的布置。
本文所用的“连续长丝纱”是指无限或极长长度的纤维，例如在天然存在的丝中所见。
本文所用的“长切段纤维纱(long staple yarn)”是指由长切段纤维形成的纱。长切段纤维定义为具有长于2英寸的切段纤维长度的纤维。本领域技术人员将理解，长切段纤维可以使用多种方法形成，包括但不限于拉断法、将连续纤维切成长切段纤维长度、或通过剪动物收获长切段纤维(例如，以获得长切段羊毛纤维)。在拉断法中，例如，通过使长丝纱断裂以形成长度为约2-40英寸的非连续长切段纤维而形成长切段纤维。由这些和其他方法得到的长切段纤维可以具有均匀的长度或不均匀的长度。此外，用于形成长切段纤维纱的长切段纤维可以具有相同或不同的长度。
使用设计采用长切段纤维的系统和方法(与棉系统相反)，例如拉断、毛纺和精纺系统和方法，将长切段纤维制成长切段纤维纱。用于由长切段纤维形成拉断纱(一种类型的如本文定义的长切段纤维纱)的拉断方法和示例性方法在“Continuous Filament toStaple Length Conversion (连续长丝到切段纤维的长度转化)”文件中描述，其副本随附于优先权临时申请并全文结合到本文中。
“短纤纱(spun yarn)”是由短切段纤维形成的纱线，例如长度为2英寸或更短的纤维。
与以旦尼尔为单位测量的长丝纱不同，长切段纤维纱(例如拉断纱)类似于短纤纱通过纱线支数(例如公制支数)来测量。
本发明的实施方案涉及包含高韧性(“HT” (High Tenacity))长切段纤维纱(例如但不限于拉断纱)的阻燃织物。将HT长切段纤维纱插入织物中，使得与没有这种纱的织物相比，它们增加织物的强度。此外，因为HT长切段纤维纱比其插入的织物中的其他纱线更强，所以在保持织物强度的同时可以减少织物的总重量。在一些实施方案中，根据本发明的织物具有约3-8.5盎司/平方码(“osy”)的重量，并且与不具有重量至少为约10%以上的HT长切段纤维纱的织物相比具有类似或更大的强度。
HT长切段纤维纱可以位于织物中任何期望的位置。在一些示例性实施方案中，HT长切段纤维纱以网格图案或条纹(例如，水平或垂直)图案机织或针织到织物中。可以使用任何期望的机织(例如，平纹、斜纹)或针织(例如，单面、双面、平纹、双罗纹)图案。此外，HT长切段纤维纱可以位于织物的经向或纬向上或者经向和纬向两者上(当以例如网格图案的形式结合到织物中时)。
HT长切段纤维纱还可以与一种或多种其他阻燃或非阻燃短纤纱(或切段纤维)、长丝纱和长切段纤维纱组合、联接或被其覆盖(即，合股、合股捻、缠绕、皮芯结构、包覆纺纱等)。例如，在一个实施方案中，HT长切段纤维纱与短纤纱、长丝或其他长切段纤维纱中的一种合股。
织物中的纱线的余者可包括任何所需的短纤纱，其可以但不必如上所述与其他纱线(短纤纱、长丝、长切段纤维)组合、联接或被其覆盖。
HT长切段纤维纱可以相对于短纤纱以任何所需的比例位于织物中。纱线比率可以以两种不同的方式计算—通过数单独的纱或通过数粗纱(end)。例如，当考虑合股纱(例如，与短纤纱合股的HT长切段纤维纱)时，出于确定HT长切段纤维纱与短纤纱比率的目的，可以单独地考虑每根纱，或者可以将该双股纱认为是单根粗纱。例如，来考虑具有以下纱线重复的图案机织的织物：
●两根纱线，各自通过将两根短纤纱合股形成；
●一根纱线，通过将HT长切段纤维纱与一根短纤纱合股形成。
对于这类织物，HT长切段纤维纱与短纤纱的比率为1:5(如果你数每根单独的纱)或1:2(如果你数各纱粗纱(end))。
使用任一种纱比率计算方法，HT长切段纤维纱与短纤纱的纱比率可为约40:1-约1:40、或约30:1-约1:30、或约25:1-约1:25、或约20:1-约1:20、或约15:1-约1:15、或约10:1-约1:10、或9:1、或8:1、或7:1、或6:1、或5:1、或4:1、或3:1、或2:1、或1:1、或1:2、或1:3、或1:4、或1:5、或1:6、或1:7、或1:8、或1:9、或甚至约2:3-约1:3。在某些实施方案中，以每2-5根短纤纱约1根HT长切段纤维纱的比率将一根HT长切段纤维纱相对于短纤纱插入织物中。
下文陈述的是由其形成用于织物的实施方案中的HT长切段纤维纱和短纤纱的适合材料。请注意，形成HT长切段纤维纱和短纤纱的纤维可为阻燃的，但是不必都是阻燃的。相反地，可使用阻燃/非阻燃材料的任何组合，只要整体织物是阻燃的和/或满足阻燃织物的所需标准即可。更具体而言，在一些实施方案中，所述织物为适合用于消防服饰的防护性织物，且因此优选遵守例如在国家防火委员会(National Fire Protection Association,NFPA, 1971, 1991版)中所阐述的热、火焰和着火性能和安全标准(例如热收缩、垂直可燃性和炭焦长度要求)。
可用于形成长切段纤维(该长切段纤维随后形成用于本发明的织物的HT长切段纤维纱)的示例性合适的阻燃和非阻燃材料包括但不限于高韧性材料，例如对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、聚苯并噁唑(PBO)、改性聚丙烯腈、聚{2,6-二咪唑并[4,5-b:40;50-e]-亚吡啶基-1,4(2,5-二羟基)亚苯基}(“PIPD”)、超高分子量(“UHMW”)聚乙烯、UHMW聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、液晶聚合物、玻璃、尼龙(和阻燃尼龙)、碳、丝、聚酰胺、聚酯、以及天然和合成纤维素(例如，棉、人造丝、乙酸酯、三乙酸酯和莱赛尔纤维，以及它们的阻燃对应物：阻燃棉、阻燃人造丝、阻燃乙酸酯、阻燃三乙酸酯和阻燃莱赛尔)。
这些材料可以以纤维和/或长丝形式提供以用于形成用于形成HT长切段纤维纱的长切段纤维。对芳族聚酰胺材料的实例包括KEVLARTM(得自DuPont)、TECHNORATM(得自Teijin Twaron BV，Arnheim，Netherlands)和TWARONTM(也可得自Teijin Twaron BV)。间芳族聚酰胺材料的实例包括NOMEXTM(得自DuPont)、CONEXTM(得自Teijin)和Kermel(得自Kermel)。合适的改性聚丙烯腈材料的实例是购自日本大阪的Kaneka Corporation的PROTEXTM。PIPD材料的实例包括M5(Dupont)。UHMW聚乙烯材料的实例包括Dyneema和Spectra。液晶聚合物材料的实例是VECTRANTM(可得自Kuraray)。合适的人造丝材料的实例是Lenzing的ViscoseTM和ModalTM，可获自Lenzing Fibres Corporation。阻燃人造丝材料的实例是也可得自Lenzing Fibers Corporation的Lenzing FRTM。莱赛尔材料的实例包括TENCEL G100TM和TENCEL A100TM，二者均可获自Lenzing Fibres Corporation。
在一些实施方案中，织物中的所有HT长切段纤维纱可以由100%的相同类型的材料形成，使得织物中的所有HT长切段纤维纱是相同的。或者，由不同材料形成的HT长切段纤维纱可用于织物中。此外，每根HT长切段纤维纱可以由相同或不同类型的材料形成。例如，HT长切段纤维纱可以由混合的长切段纤维(例如对芳族聚酰胺和UHMW聚乙烯)形成。
用于短纤纱的示例性纤维包括但不限于对芳族聚酰胺纤维、间芳族聚酰胺纤维、聚苯并噁唑(“PBO”)纤维、聚苯并咪唑(“PBI”)纤维、改性聚丙烯腈纤维、聚{2,6-二咪唑并[4,5-b:40；50-e]-亚吡啶基-1,4(2,5-二羟基)亚苯基}(PIPD)纤维、天然和合成纤维素纤维(例如棉、人造丝、乙酸酯、三乙酸酯和莱赛尔纤维，以及它们的阻燃对应物：阻燃棉、阻燃人造丝、阻燃乙酸酯、阻燃三乙酸酯和阻燃莱赛尔)、尼龙和/或阻燃尼龙纤维、TANLONTM(得自上海的Tanlon Fiber Company)、羊毛纤维、三聚氰胺纤维(例如BASOFILTM，得自BasofilFibers)、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚醚砜纤维、聚酰胺纤维、UHMW聚乙烯纤维、UHMW聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、液晶纤维、玻璃纤维、碳纤维、丝纤维及其共混物。
每根短纤纱可以由单种纤维类型形成，或者可以将不同的纤维类型共混以形成短纤纱。此外，提供在织物中的所有短纤纱可以相同，或者，由不同纤维形成的短纤纱可以用于同一织物中。在一些实施方案中，选择和/或共混以形成短纤纱的纤维增强了织物的性能，例如但不限于织物的舒适性、耐久性和/或可染性/可印刷性。
根据本文所述的实施方案的由HT长切段纤维纱形成的阻燃织物通常具有比具有长丝纱代替HT长切段纤维纱的等同织物更低的韧性，但是具有比具有短纤纱代替HT长切段纤维纱的等同织物更高的韧性。这是因为，与长丝纱不同，HT长切段纤维纱不是连续的，并且预期不具有与具有相同重量并由相同材料形成的长丝纱相当的强度。然而，HT长切段纤维纱中的长切段纤维比传统短纤纱中的短切段纤维长，因此HT长切段纤维纱比同等短纤纱强度更高。
NFPA对织物必须具有以便用于消防服构造的强度提供了最低指导。NFPA 1971提供了适合的防火织物和服装的拉伸和撕裂强度规定。根据本发明的实施方案形成的织物(“本发明织物”)的强度与对照织物进行比较。织物如下所述：
本发明织物：
•6.7 osy斜纹编织织物，具有在经纱和纬纱两个方向上织造的HT拉断纱和短纤纱；
•HT拉断纱由100%的对芳族聚酰胺长切段纤维形成；
•短纤纱为对芳族聚酰胺(Kevlar®)和间芳族聚酰胺(Nomex®)切段纤维的60/40的混纺物；
•两根HT拉断纱合股在一起形成一根粗纱；
•两根短纤纱合股在一起形成一根粗纱；和
•织物在经纱和纬纱方向的每个上以双股短纤纱的两根粗纱随后是双股HT拉断纱的一根粗纱的图案织造。
对照织物：
•由100%短纤纱(全部为双股)形成的7.5 osy 3-粗纱防撕裂(3-end rip stop)织物；且
•每根短纤纱为对芳族聚酰胺(Kevlar®)和间芳族聚酰胺(Nomex®)切段纤维的60/40的混纺物。
性能结果*列于表I中：
表1
*所有测试在洗涤之前进行。
因此，本发明织物的强度显著高于对照织物，而重量比对照织物低10%以上。
其他织物结构当然是可能的，并且在本发明的范围内。附图中描述的或上面描述的部件的不同布置以及未示出或描述的部件和步骤是可能的。类似地，一些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其他特征和子组合的情况下使用。已经出于说明性而非限制性目的描述了本发明的实施方案，并且供选实施方案对于本专利的读者将是显而易见的。因此，本发明不限于上述或附图中所示的实施方案，并且可以不偏离以下权利要求范围的情况下实施各种实施方案和修改。
Claims (18)
1. 一种阻燃织物，包含：
(a) 多根长切段纤维纱；和
(b) 多根短纤纱。
2.权利要求1的阻燃织物，其中所述织物包括经向和纬向，并且其中所述多根长切段纤维纱仅在经向或纬向中的一个方向上提供。
3.权利要求1的阻燃织物，其中所述织物包括经向和纬向，并且其中所述多根长切段纤维纱在经向和纬向二者上提供。
4.权利要求1的阻燃织物，其中所述织物具有3-8.5盎司/平方码之间的重量，包括端点。
5.权利要求1的织物，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些与另一纱线合股。
6.权利要求1的织物，其中对于每一根单独的长切段纤维纱，所述织物包含1-5根单独的短纤纱。
7.权利要求1的织物，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些包含阻燃长切段纤维。
8.权利要求7的织物，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些包含芳族聚酰胺长切段纤维。
9.权利要求8的织物，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些包含100%的对芳族聚酰胺长切段纤维。
10.权利要求1的织物，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些包含非阻燃长切段纤维。
11.权利要求1的织物，其中所述多根短纤纱中的至少一些包含阻燃纤维。
12.权利要求1的织物，其中所述多根短纤纱中的至少一些包含非阻燃纤维。
13. 权利要求1的织物，其中所述织物满足NFPA 1971(1991)中阐述的一个或多个性能标准。
14.权利要求1的织物，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些包含拉断纱。
15.权利要求1的织物，其中所述织物是机织或针织织物。
16.一种具有经向和纬向的机织阻燃织物，所述织物包含：
(a) 在经向和纬向上提供的多根长切段纤维纱，其中所述多根长切段纤维纱中的至少一些包含100%的芳族聚酰胺长切段纤维；
(b) 在经向和纬向上与所述多根长切段纤维纱交织的多根短纤纱，其中所述多根短纤纱中的至少一些包含100%的芳族聚酰胺纤维，
其中所述多根长切段纤维纱中的至少一根与所述多根长切段纤维纱中的另一根合股，并且其中所述多根短纤纱中的至少一根与所述多根短纤纱中的另一根合股。
17.权利要求16的织物，其中在所述织物中为所述织物中的每一至五根单独的短纤纱提供至少一根单独的长切段纤维纱。
18.权利要求16的织物，其中在所述织物中为所述织物中的每两根单独的短纤纱提供至少一根单独的长切段纤维纱。
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