CN109689956B - 来自不同纱线的含碳耐电弧芳族聚酰胺织物 - Google Patents

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Abstract

一种适用于电弧保护的织造织物以及包含该织物的热防护服制品，该织物具有与纬纱不同的经纱，其中该织物的一面的大部分是第一纱线，并且该织物的相反面的大部分是第二纱线，其中该第二纱线包含25至100份的含有0.5至20重量百分比的离散的均匀分散的碳颗粒的芳族聚酰胺纤维以及0至75份的不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；并且其中该第一纱线包含不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；该织物具有0.5至3重量百分比的离散碳颗粒的总含量。

Description

来自不同纱线的含碳耐电弧芳族聚酰胺织物
背景技术
技术领域.本发明涉及为工人提供电弧保护的织物和制品。
相关技术的说明.工业工人和其他可能暴露于电弧等的人员需要防护服和由耐热织物制成的制品。在保持保护性能的同时，这些保护制品的有效性的任何增加或这些制品的舒适性的任何增加都是受欢迎的。
碳颗粒已经被用作纤维着色中的纺入颜料，碳的黑色在产生深色调上是有效的。
已经发现，如果将碳颗粒纺丝成由耐火并且热稳定的聚合物制成的纤维，则所得的纱线、织物和服装提供显著改进的电弧保护。然而，碳颗粒倾向于制造具有深色调的纤维，并且在许多情况下需要具有较浅色调的防电弧织物和服装。例如，具有较深色调的服装在夜间和低能见度情况下更难以看到。在另一方面，一些服装制造商只希望具有提供各种色调以解决其客户的时尚选择的能力。
因此，需要一种具有电弧保护的方法，该方法既得到显著改进又具有希望的色调。
发明内容
本发明涉及一种适用于电弧保护的织造织物，该织物具有第一面和第二面，该织物具有与纬纱不同的经纱，其中：
a)该织物的第一面的大部分是在该织物中为经纱的第一纱线，并且该织物的第二面的大部分是在该织物中为纬纱的第二纱线；或者
b)该织物的第一面的大部分是在该织物中为纬纱的第一纱线，并且该织物的第二面的大部分是在该织物中为经纱的第二纱线；并且
其中形成该织物的第二面的大部分的第二纱线包含：基于在该第二纱线中i)和ii)的总量，
i)25至100份的含有基于单根纤维中碳颗粒的量计0.5至20重量百分比的离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维，这些离散碳颗粒均匀地分散在该纤维中，以及
ii)0至75份的不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；并且
其中形成该制品的第一面的大部分的第一纱线包含不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；
该织物具有0.5至3重量百分比的离散碳颗粒的总含量。
附图说明
图1显示了不含碳颗粒的天然聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)纤维和含有碳颗粒的MPD-I纤维的均匀共混物的测量明度值L*在整个组成范围(0％至100％)上的关系。
图2显示了电弧性能相对于织物中的离散碳颗粒总量的关系(标准化为具有6.3盎司/码2的基础重量的织物)。
具体实施方式
本发明涉及一种防护服制品，其包含具有经面或纬面斜纹或缎纹组织的织造织物，该织物掺入形成大部分外部制品表面的第一纱线和形成大部分内部制品表面的第二纱线，该第一纱线包含不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维，该第二纱线包含25至100份的含有均匀分散在其中的0.5至20重量百分比的离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维以及0至75份的不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维。
该织物在为工人和其他人员提供电弧保护的制品中是有用的。已经发现，通过在耐火和热稳定的芳族聚酰胺纤维中添加离散碳颗粒，织物和服装的电弧性能可以增加大约几乎两倍。如本文使用的，耐火的意指聚合物具有大于21并且优选大于25的极限氧指数；并且，术语“热稳定的”意指当以每分钟10摄氏度的速率加热至425摄氏度时，聚合物或纤维保持其重量的至少90％。
在织物重量的基础上，当织物中离散碳颗粒的总量为基于织物中纤维总量的0.5至3重量百分比时，已发现这种显著的改进。图2说明这种含有碳颗粒的织物的ATPV(标准化为具有6.3盎司/码2的基础重量的织物)。如所说明的，即使在非常低的负载下，碳的存在也可以对如通过ATPV测量的织物电弧性能具有显著影响。对于织物中大于约0.5重量百分比的碳颗粒量发现最佳性能，对于具有约0.75重量百分比或更高碳颗粒的织物，存在12cal/cm2或更高的优选的性能，特别希望的范围是织物中0.75至2重量百分比的碳颗粒。
单层织物的双面结构允许织物的外表面和由该织物制成的服装被着色(即，染色等)成包括浅色调的许多不同的颜色，同时提供出人意料地改进的电弧性能。适用于电弧保护的织造织物是具有第一面和第二面的织物，该织物具有与纬纱不同的经纱，其中：
a)该织物的第一面的大部分是在该织物中为经纱的第一纱线，并且该织物的第二面的大部分是在该织物中为纬纱的第二纱线；或者
b)该织物的第一面的大部分是在该织物中为纬纱的第一纱线，并且该织物的第二面的大部分是在该织物中为经纱的第二纱线；并且
其中形成该制品的第二面的大部分的第二纱线包含：基于在该第二纱线中i)和ii)的总量，
i)25至100份的含有基于单根纤维中碳颗粒的量计0.5至20重量百分比的离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维，这些离散碳颗粒均匀地分散在该纤维中，以及
ii)0至75份的不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；并且
其中形成该织物的第一面的大部分的第一纱线包含不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；该织物具有0.5至3重量百分比的离散碳颗粒的总含量。在一些实施例中，i)中的芳族聚酰胺纤维以25至50份的量存在，并且ii)中的芳族聚酰胺纤维以50至75份的量存在。
出于本文的目的，术语“纤维”被定义为在垂直于其长度的横截面上具有高的长宽比的相对柔性、宏观上均匀的主体。该纤维截面可以是任何形状，但是典型地是圆形或豆形。而且，此类纤维优选具有通常实心的横截面，以在纺织品用途中具有足够的强度；即，这些纤维优选地没有明显空隙或没有大量令人讨厌的空隙。
如本文使用的，术语“短纤维”是指切割成希望长度或拉伸断裂的纤维，或被制成具有当与连续长丝相比时在垂直于其长度的横截面上具有低的长宽比的纤维。将人造短纤维切割或制成适合于在例如棉、羊毛或精纺纱线纺纱设备上加工的长度。短纤维可以具有(a)基本上均匀的长度、(b)可变长度或随机长度、或(c)短纤维的子集具有基本上均匀的长度，并且其他子集中的短纤维具有不同的长度，其中混合在一起的子集中的短纤维形成基本上均匀的分布。
在一些实施例中，合适的短纤维具有从1至30厘米(0.39至12英寸)的切割长度。在一些实施例中，合适的短纤维具有2.5至20cm(1至8英寸)的长度。在一些优选的实施例中，通过短纤维工艺制成的短纤维具有6cm(2.4英寸)或更小的切割长度。在一些优选的实施例中，通过纤维工艺制成的短纤维具有1.9至5.7cm(0.75至2.25英寸)的短纤维长度，特别优选3.8至5.1cm(1.5至2.0英寸)的纤维长度。对于长纤维、精纺或毛纺系统纺丝，优选具有高达16.5cm(6.5英寸)长度的纤维。
这些短纤维可以通过任何方法制成。例如，这些短纤维可以使用旋转切割机或闸刀切割机从连续的直纤维上切割，得到直的(即，非卷曲的)短纤维，或者另外从沿着短纤维的长度具有锯齿形卷曲的卷曲连续纤维切割，卷曲(或重复弯曲)频率优选不超过8个卷曲/厘米。优选地，短纤维具有卷曲。
这些短纤维也可以通过拉伸断裂连续纤维而形成，从而得到具有起到卷曲作用的变形部分的短纤维。拉伸断裂的短纤维可以通过在拉伸断裂操作期间断开连续长丝的丝束或束来制成，这些连续长丝具有一个或多个规定距离的断裂区，产生随机可变质量的纤维，这些纤维具有由断裂区调节控制的平均切割长度。
纺成短纤纱可以使用本领域公知的传统长短绒环锭纺纱工艺由短纤维制成。然而，这并不旨在限制环锭纺纱，因为纱线也可以使用喷气式纺纱、开端式纺纱以及将短纤维转化为可用纱线的许多其他类型的纺纱来纺纱。纺成短纤纱也可以通过使用拉伸断裂丝束成条短纤维工艺直接拉伸制成。通过传统的拉伸断裂工艺形成的纱线中的短纤维典型地具有高达18cm(7英寸)长的长度；然而，通过拉伸断裂制成的纺成短纤纱也可以通过例如PCT专利申请号WO 0077283中所述的方法具有高达约50cm(20英寸)的最大长度的短纤维。拉伸断裂的短纤维通常不需要卷曲，因为拉伸断裂过程赋予纤维一定程度的卷曲。
优选地，这些织物中的纱线由纤维共混物制成。纤维共混物意指两种或更多种短纤维类型以任何方式的组合。优选地，短纤维共混物是“均匀共混物”，意味着共混物中的各种短纤维形成相对均匀的纤维混合物。在一些实施例中，在短纤维纱线纺丝之前或与之同时将两种或更多种短纤维类型共混，使得各种短纤维均匀地分布在短纤纱线束中。
本发明优选涉及织造织物和由其制成的制品，其具有经面或纬面斜纹或缎纹组织。在斜纹组织中，每根纬线或纬纱跨过经纱以向右或向左交织的序列浮纺，形成明显的对角线。这条对角线也被称为线圈纵列。浮线(float)是从相反方向穿过两根或更多根纱线的纱线部分。斜纹组织取决于其复杂性需要三根或更多根线束(harnesses)。斜纹组织通常被指定为如2/1的分数，其中分子指示被提升的线束的数量(并且因此，交叉的线)，在此实例中为2，并且分母指示在插入纬纱时降低的线束的数量，在此实例中为1。分数2/1将被读作“二上，一下(two up，one down)”。生产斜纹组织所需的最小线束数量可以通过总计分数中的数量来确定。对于所描述的实例，线束的数量是三。(平织的分数为1/1。)在缎纹组织中，织物表面几乎完全由经线或纬线浮线组成，因为在组织的重复中，每根经线或纬线系统纱线在相对的纬线或经线系统的除了一根纱线以外的所有纱线上方或下方穿过或浮纺。总体上，交叉点不像斜纹组织那样落在直线中，而是以规则或不规则的构造彼此分开。一种优选的缎纹组织是4/1组织。
经面斜纹或缎纹组织意指经纱的数量更多地在织物的面上，例如2/1或3/1斜纹。纬面斜纹或缎纹组织意指纬纱的数量更多地在织物的面上，例如1/2或1/3斜纹。
具有经面或纬面斜纹或缎纹组织编织的织物具有与纬纱或纬线不同的经纱。在优选实施例中，织造织物具有仅一种类型的经纱和仅一种类型的纬纱或纬线，并且该织物是单层织物。
织物形成制品的内表面和外表面，并且因为织物具有经面或纬面斜纹或缎纹组织，所以制品的大部分外表面是第一纱线，其是织物中的经纱，并且制品的大部分内表面是第二纱线，其是织物中的纬线或纬纱；或者可替代地，制品的大部分外表面是第一纱线，其是织物中的纬线或纬纱，并且制品的大部分内表面是第二纱线，其是织物中的经纱。
该织物优选具有第一面，其具有如通过CIELAB色标测量的50或更大的明度坐标或“L*”值。一些实施例在可见光波长(380至780nm)内也具有20％或更高的光谱反射率。织物的颜色可以使用分光光度计(也称为色度计)测量，它提供代表所测量项目的颜色的各种特征和光谱反射率的三个标度值“L*”、“a*”、和“b*”。在色标上，较低的“L*”值通常指示较深的颜色，白色具有大约或接近100的值，并且黑色具有大约或接近0的值。在其天然状态和任何着色之前，聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维具有略微灰白色的颜色，当使用比色计测量时，其具有约80或更高的“L*”值。进一步包含0.5至20重量百分比的离散碳颗粒的聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维具有黑色，当使用比色计测量时，其具有约20或更小的范围的“L*”值。
出人意料地，已发现略带其灰白色的天然聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维混合物的明度坐标或“L*”以及具有其黑色的具有分散在其中的碳颗粒的聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维不受简单混合定律的支配。图1显示了在整个组成范围(0％至100％)上均匀共混物的测量明度值L*的关系。在组成范围上大多数组合物的共混物实际上比通过简单混合定律所预期的更深。
在一个实施例中，织物的第二面具有65或更小的“L*”值。在一个实施例中，第一面具有70或更大的“L*”值。在一些实施例中，所测量的在第一面与第二面之间的色差在“L*”标度上是至少5个单位，并且在一些优选实施例中，在第一面与第二面之间的色差在“L*”标度上是至少10个单位。
如本文所用的，归因于织物的颜色也适用于纤维和纤维共混物、纱线和服装；相同的分光光度计可以用于确定纤维、纱线、织物和服装的“L*”值，其通常遵循大约相同的“L*”值。
该织造织物包含第一纱线和第二纱线，该第一纱线包含不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维，该第二纱线包含芳族聚酰胺纤维，其中至少25％具有均匀分散的碳颗粒。
特别地，该第二纱线形成织物第二面的大部分，并且包含25至100重量份的芳族聚酰胺纤维，其含有基于单根纤维中的碳颗粒的量的0.5至20重量百分比的离散碳颗粒。这些碳颗粒均匀地分散在该纤维的聚合物中。第二纱线还包含0至75重量份的不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维。该芳族聚酰胺纤维由具有高于空气中氧浓度的极限氧指数(LOI)(即，大于21并且优选大于25)的芳族聚酰胺聚合物制成。这意指纤维或仅由该纤维制成的织物将不支持火焰，并且被认为是耐火的。当以10度/分钟的速率加热至425摄氏度时，该芳族聚酰胺纤维保持其重量的至少90％，这意指此纤维具有高的热稳定性。
已经发现，对于希望的电弧性能或电弧热性能值(ATPV)而言，含碳颗粒的芳族聚酰胺纤维包含基于单根纤维中的碳颗粒的量的0.5至20重量百分比的离散碳颗粒。在一些实施例中，基于单根纤维中的碳颗粒的量，第一短纤维包含0.5至10重量百分比的离散碳颗粒；在一些实施例中，基于单根纤维中的碳颗粒的量，第一短纤维包含0.5至6重量百分比的离散碳颗粒。在一些其他实施例中，希望具有基于单根纤维中的碳颗粒的量的5至10重量百分比的离散碳颗粒。在一个优选的实施例中，第一短纤维包含0.5至3.0重量百分比的离散碳颗粒。
如纤维中存在的，碳颗粒具有10微米或更小、优选平均0.1至5微米的平均粒度；在一些实施例中，优选0.5至3微米的平均粒度。在一些实施例中，0.1至2微米的平均粒度是希望的；并且在一些实施例中，优选0.5至1.5微米的平均粒度。碳颗粒包括诸如由重质石油产品和植物油的不完全燃烧产生的炭黑等的物质。炭黑是具有比烟灰更高但比活性碳更低的表面积与体积比的次晶碳的形式。它们典型地通过在经由纺丝形成纤维之前将碳颗粒添加到纺丝原液中而掺入纤维中。
基本上任何可商购的炭黑都可用于将离散碳颗粒供应到芳族聚酰胺聚合物组合物中。它们典型地通过在经由纺丝形成纤维之前将碳颗粒添加到纺丝原液中而掺入纤维中。在一个优选的实践中，首先制备炭黑在聚合物溶液、优选芳族聚酰胺聚合物溶液中的分开的稳定分散体，并且然后研磨分散体以获得均匀的颗粒分布。优选在纺丝之前将此分散体注入芳族聚酰胺聚合物溶液中。
短语“均匀分散在该纤维中”意指碳颗粒可以在纤维中的轴向和径向上都均匀分布的纤维中找到。据信实现这种均匀分布的一种方法是通过纺丝(通过湿法或干法纺丝)含有碳颗粒的聚合物溶液。
在一些优选的实施例中，芳族聚酰胺纤维中使用的聚合物是间位芳族聚酰胺。如本文使用的，“芳族聚酰胺”意指其中酰胺(-CONH-)键联的至少85％被直接附接到两个芳环上的聚酰胺。实际上，添加剂可以与该芳族聚酰胺一起使用，并且已经发现，可以将最高按重量计多达10％的其他聚合物材料与该芳族聚酰胺共混，或者可以使用共聚物，这些共聚物具有多达10％的替代该芳族聚酰胺的二胺的其他二胺或多达10％的替代该芳族聚酰胺的二酰氯的其他二酰氯。合适的芳族聚酰胺纤维被描述于Man-Made Fibers--Science andTechnology，Volume 2，Section titled Fiber-Forming Aromatic Polyamides，page297，W.Black et al.，Interscience Publishers[人造纤维-科学与技术，第2卷，标题为形成纤维的芳香族聚酰胺的部分，第297页，W.Black等人，国际科学出版商]，1968年中。芳族聚酰胺纤维还公开于美国专利号4,172,938；3,869,429；3,819,587；3,673,143；3,354,127；以及3,094,511中。
间位芳族聚酰胺是其中酰胺键相对于彼此处于间位的芳族聚酰胺。一种优选的间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在这些纱线内，间位芳族聚酰胺纤维提供具有典型地至少约25的LOI的耐火纤维。
在一些实施例中，间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％并且更优选至少25％的最小结晶度。出于说明的目的，由于易于形成最终纤维，实际的结晶度上限为50％(尽管认为更高的百分比是合适的)。总体上，结晶度将是在从25％至40％的范围内。间位芳族聚酰胺纤维的结晶度可以通过两种方法之一来确定。无空隙纤维采用第一种方法，而第二种方法用于不完全没有空隙的纤维。通过首先使用良好的基本上无空隙的样品产生结晶度的线性校准曲线来确定第一种方法中间位芳族聚酰胺的结晶度百分比。对于此类无空隙样品，比容(1/密度)可以与使用两相模型的结晶度直接相关。在密度梯度柱中测量样品的密度。测量通过x射线散射法确定为非结晶的间位芳族聚酰胺膜，并且发现其具有1.3356g/cm3的平均密度。然后由x射线晶胞的尺寸确定完全结晶的间位芳族聚酰胺样品的密度为1.4699g/cm3。一旦确定了这些0％和100％结晶度终点，就可以从这种线性关系确定任何已知密度的无空隙实验样品的结晶度：
Figure BDA0001982853400000101
由于许多纤维样品并非完全没有空隙，拉曼光谱是确定结晶度的首选方法。由于拉曼测量对空隙含量不敏感，因此在1650-1cm处的羰基收缩的相对强度可以用于确定任何形式的间位芳族聚酰胺的结晶度，无论是否有空隙。为了实现这一点，使用其结晶度已经预先确定并且由如上所述的密度测量已知的最小空隙样品得出了结晶度与在1650cm-1处的羰基伸缩强度(标准化为在1002cm-1处的环拉伸模式的强度)之间的线性关系。以下经验关系(取决于密度校准曲线)是使用Nicolet型号910FT-拉曼光谱仪得出的结晶度百分比：
Figure BDA0001982853400000102
其中I(1650cm-1)是该点处的间位芳族聚酰胺样品的拉曼强度。使用该强度，由该等式计算实验样品的结晶度百分比。
间位芳族聚酰胺纤维，当从溶液中纺成，淬灭，并使用低于玻璃化转变温度的温度进行干燥(无需额外的热量或化学处理)时，仅产生微量的结晶度。当使用拉曼散射技术测量纤维的结晶度时，此类纤维具有小于15％的结晶度百分比。这些具有低结晶度的纤维被认为是无定形的间位芳族聚酰胺纤维，其可以通过使用热或化学方法进行结晶。通过在聚合物的玻璃化转变温度下或高于聚合物的玻璃化转变温度的热处理可以提高结晶度水平。典型地通过在张力下使纤维与加热辊接触足够的时间来施加这种热量，以赋予纤维希望量的结晶度。
间位芳族聚酰胺纤维的结晶度水平也可以通过化学处理来增加，并且在一些实施例中，这包括在将纤维掺入织物之前对纤维进行着色、染色或模拟染色的方法。一些方法公开在例如美国专利4,668,234；4,755,335；4,883,496；和5,096,459中。染料助剂(也称为染料载体)可以用于帮助增加芳族聚酰胺纤维的染料吸收。有用的染料载体包括芳基醚、苯甲醇或苯乙酮。
该第一纱线形成织物另一面的大部分，其优选用作由织物制成的服装的外表面。第一纱线包含不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维，这意味着该纤维不含有如本文所定义的碳颗粒。在一个实施例中，不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维还能够接受染料或着色。其他纤维可以与第一纱线中的芳族聚酰胺纤维混合。在优选实施例中，不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维作为第一纱线中的主要纤维(大于50重量百分比)存在，并且在一些实施例中，芳族聚酰胺纤维作为短纤维或者有或没有其他纤维的芳族聚酰胺纤维的共混物存在。
在一些优选实施例中，在第一纱线中的不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维是如前所述的间位芳族聚酰胺纤维。一种优选的间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。在一些实施例中，间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％并且更优选至少25％的最小结晶度。出于说明的目的，由于易于形成最终纤维，实际的结晶度上限为50％(尽管认为更高的百分比是合适的)。总体上，结晶度将是在从25％至40％的范围内。
在一些实施例中，在第一或第二纱线中使用的间位芳族聚酰胺纤维可以具有在185摄氏度下大于10％的轴向热收缩率。这种高收缩率水平代表了未明显结晶或以其他方式热稳定的无定形纤维。当使用拉曼散射技术测量纤维的结晶度时，代表性的间位芳族聚酰胺纤维具有小于15％的结晶度百分比。由于缺乏结晶度，呈均匀共混物、纱线、织物或制品形式的此类纤维可能相对易于染色。一种优选的间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
在一些实施例中，在第一或第二纱线中使用的间位芳族聚酰胺纤维可以具有在185摄氏度下2％或更少的轴向热收缩率。这种低收缩率水平代表了相对结晶的纤维。代表性的间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％并且更优选至少25％的最小结晶度。出于说明的目的，由于易于形成最终纤维，实际的结晶度上限为50％(尽管认为更高的百分比是合适的)。总体上，结晶度将是在从25％至40％的范围内。由于这种结晶度，此类纤维可以以均匀共混物、纱线、织物或制品形式染色，但通常需要染料助剂或更加侵蚀性的染色条件。一种优选的间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
在一些实施例中，不含离散碳颗粒的芳族聚酰胺纤维进一步包含染料。合适的染料优选提供具有40或更大、优选50或更大的“L*”值的颜色。“L*”值的一个优选范围是从50至90。
在一些实施例中，第一和/或第二纱线可以进一步包含对位芳族聚酰胺纤维，并且优选的对位芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)，优选以在纱线中高达按重量计约8％的量使用。在一些实施例中，第一和/或第二纱线可以进一步包含非常少量(按重量计纱线的1％-3％)的抗静电纤维，一种合适的抗静电纤维是熔纺热塑性抗静电纤维，如在授予DeHowitt的美国专利号4,612,150和/或授予Hull的美国专利号3,803,453中描述的那些。虽然这些纤维含有炭黑，但这些纤维对电弧性能的影响可以忽略不计，因为纤维聚合物不具有阻燃性和热稳定性的组合；即，纤维聚合物没有组合地具有大于21、优选大于25的LOI，并且当以每分钟10摄氏度的速率加热到425摄氏度时，它不保持其重量的至少90％。事实上，当以每分钟10摄氏度的速率加热到425摄氏度时，这种热塑性抗静电纤维损失超过35重量百分比。出于本文的目的，并且为了避免任何混淆，以重量百分比计的离散碳颗粒的总含量基于纤维共混物的总重量，不包括任何少量的抗静电纤维。
在一个优选的实施例中，第一和第二纱线是由短纤维的均匀共混物制成的纺成短纤纱。短纤维的均匀共混物可以通过切割机共混不同纤维的股线或丝束或通过共混不同的纤维束和形成均匀共混物领域中已知的其他手段制成。例如，可以在使短纤维纱线纺丝之前或同时共混两种或更多种不同短纤维类型的纱条，使得各种短纤维作为短纤维纱线束中的均匀共混物均匀地分布。
“纱线”意指纺成或捻合在一起形成连续股线的纤维集合。如本文所用的，纱线通常是指本领域已知的单纱，其是适合于诸如编织和针织的操作的最简单的纺织材料股线；或合股纱线或股纱。纺成短纤纱可以由具有或多或少捻度的短纤维形成。当捻度存在于单纱中时，它都在相同的方向上。如本文使用的，短语“合股纱线”和“股纱”可以互换使用，并且是指加捻或合股在一起的两根或更多根纱线，即单纱。
在一些特别有用的实施例中，本文所述的织物可以用于制造抗电弧和阻燃的服装。在一些实施例中，服装可以具有基本上一层防护织物。这种类型的服装包括在诸如在其中可能发生极端热事件的化学加工工业或工业或电气设施的情况下可以穿着的连身衣、工作服、裤子、衬衫、手套、袖子等。优选地，服装的外表面、更接近潜在电弧的表面包含大部分包含无碳颗粒的芳族聚酰胺纤维纱线并且服装的内表面、更靠近穿着者的表面包含大部分包含含有碳颗粒的芳族聚酰胺纤维的纱线。在一些实施例中，织造织物含有进一步包含染料的第一纱线。以这种方式，服装的外表面可以用染料着色、染色或印刷，以具有任何数量的颜色和色调，并且不限于深色或黑色。
这种类型的防护制品或服装包括工业人员(例如电工和过程控制专家以及可能在电弧潜在环境中工作的其他人)使用的防护性外套、夹克、连身衣、工作服、兜帽等。在优选实施例中，防护服是外套或夹克，包括在需要在电气面板或变电站上工作时通常在衣服和其他防护装备上使用的四分之三长度的外套。
在优选实施例中，防护制品或服装具有如通过用于电弧等级的两种常见类别等级系统中的任一种测量的至少1级或2级或更高的电弧等级。国家消防协会(NFPA)有4个不同的级别，其中第1级具有最低性能并且第4级具有最高性能。在NFPA 70E系统下，级别1、2、3和4分别对应于通过织物每平方厘米4、8、25和40卡路里的热通量。国家电气安全法规(NESC)还有具有3个不同级别的评级系统，其中第1级具有最低性能并且第3级具有最高性能。在NESC系统下，级别1、2和3分别对应于通过织物每平方厘米4、8和12卡路里的热通量。因此，如根据标准设定方法ASTM F1959或NFPA 70E测量的，具有2级电弧等级的织物或服装可以承受8卡路里/平方厘米的热通量。
测试方法
耐电弧性。本发明织物的耐电弧性是根据ASTM F-1959-99“用于确定衣服材料的电弧热性能值的标准试验方法”确定的。优选地，本发明的织物具有至少0.8卡路里并且更优选至少2卡路里/平方厘米/盎司/平方码的耐电弧性(ATPV)。
热重分析(TGA)。当以每分钟10摄氏度的速率加热到425摄氏度时，保持其重量的至少90％的纤维可以使用自特拉华州纽瓦克市的TA仪器公司(TA Instruments)(沃特世公司(Waters Corporation)的一个部门)的Model 2950热重分析仪(TGA)来测定。TGA给出了样品重量损失与升高的温度的扫描。使用TA通用分析程序，可以在任何记录的温度下测量重量损失百分比。程序曲线由以下各项组成：在50℃下平衡样品；将温度以从10℃/分钟从50℃升温至1000℃；使用空气作为气体，以10ml/分钟进行供应；并且使用500微升陶瓷杯(PN 952018.910)样品容器。具体的测试程序如下。使用TA Systems 2900控制器上的TGA屏幕对TGA进行编程。输入样品ID并选择每分钟20度的计划升温程序。使用仪器的去皮重功能对空样品杯进行去皮。将纤维样品切成约1/16英寸(0.16em)长度，并用样品松散地填充样品盘。样品重量应在10至50mg的范围内。TGA具有平衡，因此不必预先确定精确的重量。没有样品应该在盘外。将填充的样品盘装载到平衡线上，确保热电偶靠近盘的顶部边缘但不接触它。将炉子升高到盘上方并开始TGA。程序完成后，TGA将自动降低炉子，移出样品盘，并且进入冷却模式。然后使用TA Systems 2900通用分析程序来分析并生成温度范围内的重量损失百分比的TGA扫描。
极限氧指数。本发明织物的极限氧指数(LOI)根据ASTM G-125-00“用于测量气体氧化剂中液体和固体材料火焰限值的标准测试方法”来测定。
颜色测量。用于测量颜色和光谱反射的系统是1976CIELAB色标(由国际照明委员会(Commission Internationale de l′Eclairage)开发的L*-a*-b*系统)。在CIE“L*-a*-b*”系统中，颜色被看作是三维空间中的点。“L*”值是明度坐标，其中高值是最亮的，“a*”值是红色/绿色坐标，其中“+a*”指示红色色调并且“-a*”指示绿色色调，并且“b*”值是黄色/蓝色坐标，其中“+b*”指示黄色色调并且“-b*”指示蓝色色调。分光光度计用于测量呈如所指示的纤维胀泡(puff)或织物或服装形式的样品的颜色。特别地，使用Hunter Lab
Figure BDA0001982853400000151
PRO分光光度计，包括10度观察器和D65光源的工业标准。这里使用的色标使用带有星号的CIE(“L*-a*-b*”)色标的坐标，与被指定的没有星号的(“L-a-b”)旧的亨特色标的坐标截然不同。
碳颗粒的重量百分比。在制造纤维时，纤维中的标称炭黑量由成分的简单质量平衡确定。制造纤维后，纤维中存在的炭黑量可以通过以下来确定：测量纤维样品的重量，通过将聚合物溶解在不影响炭黑颗粒的合适溶剂中来去除纤维，洗涤剩余的固体以去除任何非碳的无机盐，并称量剩余的固体。一种具体方法包括称量约1克待测试的纤维、纱线或织物，并将该样品在105℃的烘箱中加热60分钟以去除任何水分，然后将样品放入干燥器中以冷却至室温，然后称量样品以得到精度为0.0001克的初始重量。然后将样品置于带有搅拌器的250ml平底烧瓶中，并加入150ml的合适溶剂，例如96％硫酸。然后将烧瓶置于具有冷水冷凝器的组合搅拌器/加热器上，该冷水冷凝器以足够的流量操作以防止任何烟雾离开冷凝器顶部。然后在搅拌的同时施加热量，直到纱线完全溶解在溶剂中。然后将烧瓶从加热器中移出并使其冷却至室温。然后使用Millipore真空过滤单元和去皮的0.2微米PTFE滤纸对烧瓶内含物进行真空过滤。去除真空，并且然后用25ml另外的溶剂冲洗烧瓶，该溶剂也通过该过滤器。然后将Millipore单元从真空烧瓶中取出并在新的干净玻璃真空烧瓶上重置。通过真空，滤纸上的残余物用水洗涤，直到滤液上的pH纸检查表明洗涤水为中性。然后最后用甲醇洗涤残余物。将带有残余物样品的滤纸移出，放入碟中，并在105℃的烘箱中加热以干燥20分钟。将其中带有残余物样品的滤纸放入干燥器中以冷却至室温，然后称量带有残余物样品的滤纸，以得到精确度为0.0001克的最终重量。从带有残余物样品的滤纸的重量中减去过滤器的重量。然后将该重量除以纱线或纤维或织物的初始重量并乘以100。这将给出纤维、纱线或织物中炭黑的重量百分比。
粒度。碳粒度可以使用ASTM B822-10-“用于通过光散射的金属粉末和相关化合物的粒度分布的标准测试方法”的通用规定进行测量。
收缩率。为了测试在高温下的纤维收缩率，待测试的复丝纱线样品的两端用紧结系在一起，使得圈的总内部长度约为1米长。然后将圈拉紧直至绷紧，并将圈的加倍长度测量到最接近0.1cm。然后将纱线圈在185摄氏度的烘箱中悬挂30分钟。然后使纱线圈冷却，将其重新拉紧并重新测量加倍的长度。然后由圈的线性长度的变化计算收缩率百分比。
实例
在下面的实例中，除非另有说明，否则天然间位芳族聚酰胺纤维是无定形或非结晶的聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)纤维，并且天然对位芳族聚酰胺纤维是聚(对苯二甲酰对苯二胺)(PPD-T)；这两者都不含碳颗粒，即，它们不含任何添加的炭黑。黑色间位芳族聚酰胺纤维是结晶的MPD-I纤维，其进一步含有碳颗粒或炭黑。抗静电纤维是作为从英威达公司(Invista)可供使用的
Figure BDA0001982853400000172
的碳芯尼龙皮纤维。
均匀共混物(和织物中)的碳(百分比)的计算的总量百分比是基于含碳黑色间位芳族聚酰胺纤维中碳颗粒的重量(具有标称2.1重量百分比的碳)除以总纤维共混物的重量，乘以100。在计算共混物中的碳百分比时，不考虑抗静电纤维中的任何碳。
参考实例
为了说明含碳纤维对织物的明度的影响，制成在整个组成范围(0％至100％)上不含碳颗粒的天然聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)纤维和含有碳颗粒的MPD-I纤维(黑色纤维)的均匀共混物。组成示于表1中。将每种共混物进行梳理，以产生用于明度测量的纤维“胀泡”球。使用具有以下观察条件的HunterLab
Figure BDA0001982853400000173
PRO分光光度计测量每种共混物的L*值：大面积视图/10度观察器/D65光源。用于报告L*值的色标是CIE 1976 L*a*b*(CIELAB)色标。此标度上的低值指示了深色调，而高值指示了浅色调。如表2中总结的，L*值随着黑色MPD-I纤维量的减少而增加。
图1显示了以图形方式在整个组成范围上的测量明度值L*的关系，说明了，共混物的明度出人意料地不受简单混合定律的支配。
表1
Figure BDA0001982853400000171
Figure BDA0001982853400000181
实例1
制备具有比内表面更浅的颜色的外表面的耐用的抗电弧和热防护织物，其具有不同的喷气纺成的经纱和纬纱。
经纱由93重量百分比的天然间位芳族聚酰胺纤维、5重量百分比的天然对位芳族聚酰胺纤维和2重量百分比的抗静电纤维的均匀短纤维共混物制成。制备间位芳族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维和抗静电纤维的清棉机共混物纱条，并使用棉系加工和喷气纺纱机制成纺成短纤纱。所得纱线为21特克斯(28棉支数)单纱。然后将两根单纱在合股机上合股，以制成具有10圈/英寸捻度的合股捻的双股纱线。将此股纱用作经纱。
纬纱由50重量百分比的第一纤维共混物结合50重量百分比的第二纤维共混物的均匀短纤维共混物制成，该第一纤维共混物由93重量百分比的天然间位芳族聚酰胺纤维、5重量百分比的天然对位芳族聚酰胺纤维和2重量百分比的抗静电纤维组成；该第二纤维共混物由95重量百分比的具有约2重量百分比的均匀分散的碳颗粒的黑色间位芳族聚酰胺纤维和5重量百分比的天然对位芳族聚酰胺纤维组成。使用棉系加工和喷气纺纱机将第一和第二纤维共混物的清棉机共混物纱条制成纺成短纤纱。所得纱线为21特克斯(28棉支数)单纱。然后将两根单纱在合股机上合股，以制成具有10圈/英寸捻度的合股捻的双股纱线。将此股纱用作纬纱。
然后将这些纱线用作织物的经纱和纬纱，该织物在经面的2x1斜纹构造的梭织机上进行编织。坯布斜纹织物具有186g/m2(5.5盎司/码2)的基础重量。然后将坯布斜纹织物在热水中洗涤，并使用染料载体/助剂(Cindye C-45)进行模拟染色，但没有进行染色和干燥。使用HunterLab
Figure BDA0001982853400000192
PRO分光光度计测量每一例的L*值。结果示于表2中。
该成品斜纹织物具有每cm约31经密×16纬密(77经密×47纬密/英寸)的构造和203g/m2(6.0盎司/码2)的基础重量。最终织物具有0.4重量百分比的来自芳族聚酰胺纤维的总碳颗粒浓度。
然后测试成品织物以确定其电弧热性能值(ATPV)。将其与以相似方式建造的对照织物进行比较，该对照织物是包含相同经纱和纬纱的标准芳族聚酰胺织物，每种纱由93重量百分比天然间位芳族聚酰胺纤维、5重量百分比天然对位芳族聚酰胺纤维、和2重量百分比的抗静电纤维的均匀短纤维共混物制成。结果示于表2中。
如所示出的，最终的织物具有显著的电弧性能增加，同时提供至少一个表面，该至少一个表面没有显示出令人讨厌的含碳纤维水平并且可以将其染成各种颜色。
表2
Figure BDA0001982853400000191
实例2
使用压力喷射染色容器进一步染色实例1中制成的坯料斜纹织物的附加样品，将织物装入染色容器中，并且然后在通过将织物的末端缝合在一起而实现的连续圈中通过有孔文丘里管进行循环。将织物在60摄氏度的温度下在水溶液中洗涤10分钟。在洗涤之后，将染色容器排干并在70摄氏度的初始温度下装入染料、染料助剂((Cindye C-45)和水。将织物染色10分钟，同时以每分钟1摄氏度的速率升高浴温。然后通过加入乙酸将溶液的pH调节至在3与4之间的pH。然后向容器中装入另外的染料和染料助剂，并保持80摄氏度的恒温持续10分钟。然后将温度以1摄氏度/分钟的速率升高，直到浴温为130摄氏度。将浴在130摄氏度下保持40分钟或直至染料浸染。然后将浴冷却至60摄氏度并排干。然后向容器中装入2克/升的连二硫酸钠、2克/升的碳酸钠和水的溶液以中和染料溶液。将浴温以1摄氏度/分钟的速率升温至60摄氏度，并使其循环10分钟。然后将容器排干并用水再装填。然后将水温以1摄氏度/分钟的速率升温至60摄氏度的温度并使其循环10分钟。然后将容器排干并将织物干燥。
以上工艺多次以红色、蓝绿色、宝蓝色、藏青色和卡其色染料使用以制成红色、蓝绿色、宝蓝色、藏青色和卡其色双面织物。得到的染色织物具有用希望的色调染色的正面，另一面具有稍深的颜色，这是由于该面上含碳纤维的百分比较高。

Claims (29)

1.一种适用于电弧保护的织造织物，该织物具有第一面和第二面，该织物具有与纬纱不同的经纱，其中：
a)该织物的第一面的大部分是在该织物中为经纱的第一纱线，并且该织物的第二面的大部分是在该织物中为纬纱的第二纱线；或者
b)该织物的第一面的大部分是在该织物中为纬纱的第一纱线，并且该织物的第二面的大部分是在该织物中为经纱的第二纱线；并且
其中形成该织物的第二面的大部分的第二纱线包含：基于在该第二纱线中i)和ii)的总量，
i)25至100份的芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维含有0.5至20重量百分比的碳颗粒，所述碳颗粒具有10微米或更小的平均粒度，基于单根纤维中碳颗粒的量计，这些碳颗粒均匀地分散在该纤维中，以及
ii)0至75份的不含碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；并且
其中形成该织物的第一面的大部分的第一纱线包含不含碳颗粒的芳族聚酰胺纤维；
该织物具有0.5至3重量百分比的碳颗粒的总含量。
2.如权利要求1所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维以25至50份的量存在，并且ii)中的芳族聚酰胺纤维以50至75份的量存在。
3.如权利要求1所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维包含0.5至6重量百分比的碳颗粒。
4.如权利要求2所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维包含0.5至6重量百分比的碳颗粒。
5.如权利要求1所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维为间位芳族聚酰胺。
6.如权利要求5所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
7.如权利要求2所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维为间位芳族聚酰胺。
8.如权利要求7所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
9.如权利要求3所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维为间位芳族聚酰胺。
10.如权利要求9所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
11.如权利要求4所述的织造织物，其中i)中的芳族聚酰胺纤维为间位芳族聚酰胺。
12.如权利要求11所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)。
13.如权利要求1所述的织造织物，其中ii)中的芳族聚酰胺纤维是间位芳族聚酰胺或对位芳族聚酰胺。
14.如权利要求13所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)，并且该对位芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
15.如权利要求2所述的织造织物，其中ii)中的芳族聚酰胺纤维是间位芳族聚酰胺或对位芳族聚酰胺。
16.如权利要求15所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)，并且该对位芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
17.如权利要求3所述的织造织物，其中ii)中的芳族聚酰胺纤维是间位芳族聚酰胺或对位芳族聚酰胺。
18.如权利要求17所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)，并且该对位芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
19.如权利要求4所述的织造织物，其中ii)中的芳族聚酰胺纤维是间位芳族聚酰胺或对位芳族聚酰胺。
20.如权利要求19所述的织造织物，其中该间位芳族聚酰胺是聚(间苯二甲酰间苯二胺)，并且该对位芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
21.如权利要求1至20中任一项所述的织造织物，其中该第一纱线和该第二纱线包含短纤维。
22.如权利要求1至20中任一项所述的织造织物，其中该第二纱线包含短纤维的均匀共混物。
23.如权利要求21所述的织造织物，其中该第二纱线包含短纤维的均匀共混物。
24.如权利要求1至20中任一项所述的织造织物，其中该第一纱线进一步包含染料。
25.如权利要求21所述的织造织物，其中该第一纱线进一步包含染料。
26.如权利要求22所述的织造织物，其中该第一纱线进一步包含染料。
27.如权利要求23所述的织造织物，其中该第一纱线进一步包含染料。
28.一种热防护服制品，其包含如权利要求1至27中任一项所述的织造织物。
29.如权利要求28所述的热防护服制品，其中该织造织物位于热防护服中，使得该织造织物的第一面比该织物的第二面更接近潜在的电弧事件。
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