CN110352268A - 可穿戴轻质防护服 - Google Patents

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CN110352268A CN201880012947.0A CN201880012947A CN110352268A CN 110352268 A CN110352268 A CN 110352268A CN 201880012947 A CN201880012947 A CN 201880012947A CN 110352268 A CN110352268 A CN 110352268A
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Abstract

本发明涉及通过阻止破裂和/或通过吸收任何入射能量的至少一部分来赋予穿戴者保护的织物和/或服装/衣物。本文所述的织物/服装/衣物包含由聚合物的共混物制成并以恒星编织法编织的纱线。纤维共混物包含预定比例的阻燃粘胶纤维、间位芳族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙66纤维和抗静电纤维。制造用于可穿戴轻质防护服的织物的方法包括以预定方式进行的纺纱、编织、湿法加工和制衣过程。

Description

可穿戴轻质防护服
技术领域
本公开内容涉及用于阻燃防护服的织物，其特别赋予针对电弧和/或闪火的防护，以及制造所述织物的方法。
背景技术
电弧通常具有数千伏特和数千安培的电流。阻燃个人防护服通常用于保护人免受这种电弧和/或闪火的风险。然而，当通过使用阻燃纤维制造织物和服装/衣物时，由于阻燃纤维的较低拉伸强度，织物或服装/衣物在暴露于电弧的强热应力时可能容易破裂。织物/服装/衣物的这种破裂可能使穿戴者由于入射能量而受到额外的伤害。此外，电弧比例如来自闪火的入射能量强得多。因此，为了给穿戴者提供保护，服装或织物必须抵抗电弧能量通过织物传递给穿戴者。然而，由于破裂，直接在织物中形成孔，其将表面或穿戴者暴露于入射能量。
目前，用阻燃溶液处理的棉或棉/尼龙66织物/服装/衣物可以斜纹、平纹或格子(rip stop)编织获得，但这些重量较重(例如，大于250gsm至450gsm)。观察到棉/变性聚丙烯腈阻燃聚合物混纺织物/服装/衣物在斜纹、平纹或格子编织时也较重(例如，大于220gsm(220至300gsm))。有由变性聚丙烯腈或聚丙烯腈(PAN)碳纤维与芳族聚酰胺的共混物制造的织物，但观察到它们在斜纹、平纹或格子编织的150至250gsm范围内具有有限的颜色选择。因此，目前已知的织物具有高重量和/或有限的颜色选择和有限的漂白抗性和/或非常严格的洗涤/护理说明。
此外，如果工作场所含有高度易燃材料，则防护服上可能产生的静电提高了火灾危害的可能性。
因此，需要与用于防护服的现有织物/服装/衣物相比可以提供更好的保护并且在重量、颜色选择和洗涤/护理方面也提供容易和灵活性的防护服。
发明内容
因此，本发明提供了为穿戴者提供保护的轻质织物和/或服装/衣物形式的阻燃防护服，以及制造所述织物/服装/衣物的方法。本发明的轻质织物通过吸收入射能量而抵抗破裂，从而为穿戴者提供保护。
本文所述的轻质织物/服装/衣物包含由聚合物纤维的共混物制成并以恒星编织法编织的纱线。聚合物纤维的共混物包含预定比例的阻燃粘胶纤维、间位芳族聚酰胺纤维、对位芳族聚酰胺纤维、尼龙66纤维和可选的抗静电纤维。制造用于可穿戴轻质防护服的织物的方法包括以预定方式进行的纺纱、编织和湿法加工的工序。
在第一方面，本发明提供用于阻燃防护服的轻质织物，所述轻质织物包含占织物总重量的按重量计约40％至约60％的阻燃粘胶纤维；占织物总重量的按重量计约25％至约40％的间位芳族聚酰胺纤维；占织物总重量的按重量计约5％至约10％的对位芳族聚酰胺纤维；和占织物总重量的按重量计约5％至约10％的尼龙66纤维。有利地，轻质织物基本上不含天然存在的纤维，包括棉、黄麻等，或者基于轻质织物总重量，可以包含按重量计小于5％的天然纤维，包括棉、黄麻等。
在一个实施方案中，轻质织物可还包含占织物总重量的按重量计约0.4％至约3％的抗静电纤维。
在第二方面，本发明提供用于制造第一方面的用于阻燃防护服的轻质织物的方法，所述方法包括以下步骤：将预定比例的纤维纺纱以形成纱线，编织翘曲纱线以形成恒星编织织物，对织物进行湿法加工，在拉幅机上用亲水性柔软剂处理织物以促进织物的柔软手感，以及对经处理的织物在长度和宽度上进行防缩处理，以提供具有永久尺寸的轻质织物。
根据本发明，纺纱包括以下步骤：通过将预定比例的纤维开松(opening)和共混，在清花间(blow room)中处理纤维；在梳理机中加工纤维以清除杂质、绒毛，从而提供输出纱条；使纤维通过并条机(draw frame)，以使纤维平行以除去弯钩；进行纤维的卷绕(winding)以制成更大的卷装(package)；汽蒸(steaming)纤维以去除扭结；以及平行卷绕从而形成双纱。
根据本发明，所述编织步骤包括：使双纱翘曲以制造用于织机加工的经纱片，通过使用改性淀粉、滑剂和柔软剂对翘曲的双纱进行上浆(sizing)以增强纤维的可织性，以及在喷气织机上以预定图案编织上浆纱线以形成恒星编织织物。
根据本发明，湿法加工包括以下步骤：利用烧毛机通过燃气燃烧器燃烧突出的纤维对织物进行烧毛(singeing)，使织物退浆以除去添加的杂质，用热水洗涤织物以除去杂质，通过浸轧干燥-浸轧汽蒸(pad dry-pad steam)工艺对织物进行还原染色(vatdyeing)，在连续联合染色机(continuous dyeing range machine)上通过用还原剂浸轧(padding)然后汽蒸使织物显色，以及用H2O2氧化织物，然后洗涤和在垂直干燥范围内干燥。
根据本发明，所述织物的重量为约140GSM至约250GSM，纱线支数为约2/44Ne至约2/24Ne。
附图简述
图1显示了根据本发明的一个实施方案的织物的图案。
发明详述
尽管为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但是这些术语仅旨在涉及为了在附图中说明而选择的本发明的特定结构，并且不旨在限定或限制本发明的范围。
说明书中提及“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是同一实施例。
在一个一般方面，本发明提供了由聚合物纤维共混物制成的用于阻燃个人防护服的轻质织物，及其制造方法。其防护服/衣物编织提供了对包括电弧/闪火危害的热防护，而不损害美学性质如颜色、透气性和/或耐久性。
参考附图说明了本发明，整个附图中括号内的附图标记表示各附图中的相应部分。
本文提供了赋予针对闪火和电弧的热防护的纱线/织物和/或服装/衣物。此外，本文所述的服装/衣物/织物包含具有抗静电纤维的纱线，从而降低静电荷以及因此与静电能相关的火灾的风险。本文所述的纱线、织物和服装/衣物在暴露于电弧的强热应力时抵抗能量的转移。不受任何理论的束缚，据信本文所述的织物通过吸收一部分入射能量来减少能量转移，这允许降低透射能量。此外，本文所述的可穿戴防护服织物是轻质人造织物。如本文所用，人造/人工织物可包含由有机和/或无机材料构成的再生和/或合成纤维/纱线/长丝。
在一个实施方案中，用于阻燃个人防护服的轻质织物包含占织物总重量的按重量计约40％至约60％的阻燃粘胶纤维，占织物总重量的按重量计约25％至约40％的间位芳族聚酰胺纤维，占织物总重量的按重量计约5％至约10％的对位芳族聚酰胺纤维，和占织物总重量的按重量计约5％至约10％的尼龙66纤维。然而，这里应理解，在本发明的替代实施方案中，材料/成分及其重量％可以变化。
在一个实施方案中，轻质织物可还包含占织物总重量的按重量计约0.4％至约3％的抗静电纤维。
根据本发明，轻质织物的重量为约140GSM至约250GSM，并且纱线支数为约2/44Ne至约2/24Ne。
轻质织物优选包含恒星编织物。恒星编织物赋予在150gsm时50N的高撕裂强度以及良好的芯吸性能。芳族聚酰胺纤维(包括间位芳族聚酰胺和对位芳族聚酰胺)赋予织物更高的拉伸强度。在一个实施方案中，织物是阻燃织物。在本发明的上下文中，织物是人造轻质织物。人造意味着基本上不含天然存在的纤维如棉或黄麻，优选基于织物总重量，具有小于按重量计约5％的天然纤维。根据本发明的优选实施方案，阻燃粘胶纤维包含人造丝纤维，其中在溶液纺纱(solution spinning)时加入阻燃剂。人造丝纤维是指再生纤维素纤维。然而，这里应理解，在本发明的替代实施方案中，阻燃织物可包含不同的材料。
根据该实施方案，总织物重量中按重量计约5％至约10％的较少量的热塑性纤维尼龙66的存在赋予了与其它织物相比更高的热稳定性。恒星编织允许更大数量的气穴，这提高了电弧额定值和热防护。在替代实施方案中，可以使用原液染色(dope dyed)的间位芳族聚酰胺，并且可以用还原染料(vat dye)对织物染色，从而允许色牢度。由于色牢度，对本发明的轻质织物或其衣物的洗涤护理(例如漂白或干燥)没有限制。此外，还原染色工艺克服了织物颜色方面的限制。由于织物包含阻燃纤维，织物基本上在其整个寿命期间是阻燃的。
根据本发明，本文提供了制造用于阻燃防护服(例如服装、衣物等)的轻质织物的方法。制造织物的方法包括连续步骤，即纺纱、编织、湿法加工和制衣(garmenting)。
这里应注意，纤维生产通常使用两种类型的纺纱方法，即熔融纺纱(meltspinning)和溶液纺纱。熔融纺纱方法用于热塑性纤维如尼龙66，而溶液纺纱方法用于生产颜料着色的芳族聚酰胺纤维。溶液纺纱工艺为生产商提供颜色或原液染色的纱线/织物。
该方法以初始纺纱步骤开始。在该步骤中，纤维转化为纱线。在该步骤中，根据纱线的最终用途要求选择不同类型的纤维共混物/聚合物共混物。纤维共混物包含：占织物总重量的按重量计约40％至约60％的阻燃粘胶纤维，占织物总重量的按重量计约25％至约40％的生产商颜色间位芳族聚酰胺，占织物总重量的按重量计约5％至约10％的对位芳族聚酰胺，和占织物总重量的按重量计约5％至约10％的尼龙66纤维。纤维共混物可还包含占轻质织物总重量的按重量计约0.4％至约3％的抗静电纤维，以赋予轻质织物抗静电特性。
根据本发明，纱线支数从约2/24Ne至约2/44Ne(双纱)变化，但捻系数(twistmultiplier)4.2保持不变。对于任何支数的纱线(单纱)，捻系数保持不变。纺纱在环锭纺纱系统(ring spinning system)中进行。该方法包括依次在清花间、梳理机、并条机(drawframe)、粗纱机(speed frame)和环锭细纱机(ring frame)中处理纤维，然后以预定顺序用卷绕、汽蒸、平行卷绕和加捻的工序处理纤维。
在第一步中，在清花间中处理纤维，其中不同的纤维以特定比例开松和共混。然后，通过斜槽进料系统将共混纤维运送至机器。在该步骤中，添加纺纱油以减少抗静电荷并增加纤维内聚力。在下一步骤中，在清花间中处理的纤维通过梳理机，其清除所有杂质、绒毛等并提供纱条输出。
在下一步骤中，使纤维通过并条机。在并条机中，通过牵伸和移除弯钩使纤维更平行。在下一步骤中，使纤维通过粗纱机，粗纱机用于制造作为环锭细纱机的输入材料的粗纱。环锭细纱机用于制造单纱，使用单独的专用环锭细纱机生产线，其具有用于芳族聚酰胺混纺纱线和手扯长度(staple length)为约51mm的纤维的直径为约30mm的牵伸罗拉(drafting roller)。在典型的标准环锭细纱机线中，根据本发明的优选实施例，可以使用至多48mm(小于48mm)手扯长度的纤维。然而，这里应理解，在本发明的替代实施例中，环锭细纱机的尺寸和类型可以变化。
在下一步骤中，进行纤维的卷绕以制造更大的卷装，并从环锭纱上除去诸如厚的和细的区段的令人讨厌的缺陷。然后，进行汽蒸工艺以去除扭结，从而消除不希望的扭矩的任何趋势。使纱线松弛直至其稳定，然后在高压釜中在90℃下进行汽蒸处理1小时。此后，通过平行卷绕的工艺卷绕两根纱线，从而形成双纱。双纱具有良好的光泽和强度，同时与单纱具有相同的所得支数。在下一步骤中，进行纱线的加捻以在纱线中产生期望的捻度。因此，捻系数保持3.9以在纱线中获得期望的捻系数。
对纱线进行编织工艺，包括翘曲，然后对包缠纱(wrapped yarn)进行上浆。翘曲包括制造用于织机加工的经纱片。翘曲之后是上浆。在这样的一个实验中，通过使用改性淀粉、润滑剂和柔软剂进行水溶性上浆，其可通过在70℃下洗涤除去。水溶性上浆增强了纤维/纱线/长丝的可织性。然而，这里应理解，在本发明的替代实施例中，可以使用其它上浆工艺。将浆纱(纬纱和经纱)在喷气织机中以图1所示预定图案进行编织，所述织机具有12个以1000rpm织机速度牵伸的轴(shaft)，从而形成恒星编织织物。恒星编织是一种新的多臂编织，并且看起来像星形。
根据该方法，湿法加工包括六个步骤。湿法加工从织物的烧毛开始，然后是其退浆。在接下来的步骤中，依次进行洗涤、还原染色、整理和防缩处理，以提供用于阻燃防护服的轻质织物。
在湿法加工的第一步中，利用烧毛机通过燃气燃烧器燃烧突出的纤维来进行烧毛工艺。烧毛改善了起球阻力，从而赋予织物光泽。在下一步骤中，通过氧化脱浆除去添加的杂质如浆液、纺纱油等。在该工艺中，用约25gpl的H2O2、约30gpl的NaOH、约2gpl的螯合剂(sequestering agent)和约2gpl以下的润湿剂的混合物处理织物8小时的反应时间。在下一步骤中，用热水洗涤织物以除去杂质。
根据该方法，在下一步骤中，通过PDPS(浸轧干燥-浸轧汽蒸)工艺进行还原染色。在该工艺中，将织物用还原染料和助剂浸轧，然后将织物在140℃下干燥。然后在连续联合染色(CDR)机器上通过用还原剂浸轧然后汽蒸约1分钟使织物显色，然后用H2O2氧化并且洗涤并在垂直干燥范围(VDR)内干燥。在下一步骤中，在拉幅机上通过亲水性柔软剂赋予织物柔软的手感。在该步骤中，结合了其它耐用特征，例如抗微生物整理剂、防水和防油剂、去污剂。
然后，允许织物在长度和宽度上收缩，以提供具有永久尺寸的轻质织物并用于制造阻燃防护服。此步骤称为防缩处理。
本发明的轻质织物是透气的，即空气可渗透的，湿蒸汽可渗透的，这有助于减少汗液并为使用者提供更长时间的更大舒适度。根据ASTM E-96-05，本发明的轻质织物的MVTR(湿蒸汽透过率)大于2000gm/M2/天。在一个实施方案中，织物在磨损测试中具有超过50000转的高耐磨性。进行ISO 12947-2,ASTM D4966兼容磨损测试以测试织物的耐磨性。轻质织物也是尺寸稳定的，即显示出降低的或最小的拉伸或收缩，并且任选地还包含其它功能性耐用整理剂如抗微生物整理剂、防水防油涂料、去污涂料等，而不影响防护性能。
在防缩处理之后，进行制衣以制造阻燃防护服。在制衣步骤中，通过具有阻燃装饰(trims)的本发明的轻质织物制造阻燃防护服物。阻燃防护服(即服装/衣物)是轻质的，并且符合迄今为止定义的所有要求标准。
实例1：
用本说明书中要求保护和公开的方法制造轻质织物。该轻质织物具有占织物总重量的按重量计50％的人造丝作为阻燃粘胶纤维，占织物总重量的按重量计33％的间位芳族聚酰胺纤维，占织物总重量的按重量计5％的对位芳族聚酰胺纤维，织物总重量的按重量计10％的尼龙66，占织物总重量的按重量计2％的抗静电纤维。该轻质织物的重量为150GSM，纱线支数为2/40sNe。
测试上述组成的轻质织物。测试方法包括以下步骤：拉紧织物并将其装载到Martindale机器的下板上。在这种机器中，基于织物重量(克/平方米(gsm))，磨料(例如精纺羊毛或金属丝网等)的小圆盘以约12kpa的载荷在振荡循环中连续摩擦测试样本。连续检查织物的磨损和撕裂，并在织物的两根纱线断裂时结束测试。
此外，电弧热防护值(ATPV)是指防护设备可以暴露于并防止二度烧伤发生的最大入射能量(以每平方厘米的卡路里计)。评级基于织物总重量。危害风险类别(HRC)水平由每平方厘米的最小量卡路里(ATPV或Cal/cm2)确定。这里要注意的是，任何经处理的服装必须以50％的概率发生二度或三度烧伤通过，这就是如何确定经处理的衣服的防护水平。ATPV越高，获得的HRC水平越高，所需的防护就越大。典型的HRC水平如下。
发现本发明的测试织物在150gsm下提供7.9cal/cm2(HRC 1)的ATPV，以及在180gsm下ATPV为9.5cal/cm2(HRC 2)
选择和描述了实施例以最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本发明，并且具有各种修改的各种实施例适合于特定预期用途。应当理解，可以预期各种省略和等同替换，因为环境可以暗示或提供权宜之计，但是这些旨在覆盖本申请或实现而不脱离本发明的精神或范围。

Claims (11)

1.一种用于阻燃防护服的轻质织物，包含：
占所述织物总重量的按重量计约40％至约60％的阻燃粘胶纤维；
占所述织物总重量的按重量计约25％至约40％的间位芳族聚酰胺纤维；
占所述织物总重量的按重量计约5％至约10％的对位芳族聚酰胺纤维；和
占所述织物总重量的按重量计约5％至约10％的尼龙66纤维。
2.如权利要求1所述的轻质织物，还包含占所述织物总重量的按重量计约0.4％至约3％的抗静电纤维。
3.如权利要求1或2所述的轻质织物，其中基于所述轻质织物的总重量，所述织物具有小于按重量计5％的天然存在的纤维，包括棉、黄麻等。
4.如权利要求1或2所述的轻质织物，其中所述织物基本上不含天然存在的纤维，包括棉、黄麻等。
5.如权利要求1或2所述的轻质织物，其中所述阻燃粘胶纤维优选包含人造丝纤维。
6.如前述权利要求1至5中任一项所述的轻质织物，其中所述轻质织物的重量为约140GSM至约250GSM。
7.如前述权利要求1至6中任一项所述的轻质织物，其中所述轻质织物的纱线支数为约2/44Ne至约2/24Ne。
8.如前述权利要求1至7中任一项所述的轻质织物，其中所述织物是恒星编织物。
9.一种制造如前述权利要求1-8中任一项所述的用于阻燃防护服的轻质织物的方法，其包括以下步骤：
将所述纤维纺纱形成纱线，其中所述纺纱包括以下步骤：
通过将预定比例的所述纤维开松和共混，在清花间中以预定比例处理所述纤维；
在梳理机中加工所述纤维以清除杂质、绒毛，从而提供输出纱条；
使所述纤维通过并条机，以使所述纤维平行以除去弯钩；
进行所述纤维的卷绕以制成更大的卷装；
汽蒸所述纤维以去除扭结；和
平行卷绕从而形成双纱；
所述纱线的编织，其中所述编织进一步包括以下步骤：
使所述双纱翘曲以制造用于织机加工的经纱片；
通过使用改性淀粉、润滑剂和柔软剂对翘曲的双纱进行上浆，以增强所述纤维的可织性；和
在喷气织机上以预定图案编织上浆纱线以形成恒星编织织物；
所述织物的湿法加工，其中所述湿法加工进一步包括以下步骤：
利用烧毛机通过燃气燃烧器燃烧突出的纤维对所述织物烧毛；
将所述织物退浆以除去添加的杂质；
用热水洗涤所述织物以除去杂质；
通过浸轧干燥-浸轧汽蒸工艺对所述织物进行还原染色；
在连续联合染色机上通过用还原剂浸轧然后汽蒸使所述织物显色；
用H2O2氧化所述织物，然后洗涤；和
在垂直干燥范围内干燥；
在拉幅机上用亲水性柔软剂处理所述织物，以促进所述织物的柔软的手感；和
对经处理的织物在长度和宽度上进行防缩处理，以提供具有永久尺寸的轻质织物。
10.一种阻燃防护服，包含如前述权利要求1-8中任一项所述的轻质织物。
11.一种制造阻燃防护服的方法，包括用如权利要求1-8所述的轻质织物或由权利要求9所述的方法制造的轻质织物制衣，其中所述制衣用阻燃装饰进行。
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