CN110997307A - 用于消防人员和第一响应人员的阻燃的可透气的防护衣服 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有外层和内层的两层阻燃性衣服，其中所述外层具有层压到防水可透气层上的阻燃外壳织物。本发明还公开了具有单层织物构造的阻燃性衣服，其中所述单层具有阻燃外壳、防水可透气膜和热管理聚合物涂层。

Description

用于消防人员和第一响应人员的阻燃的可透气的防护衣服
技术领域
本发明涉及用于建筑消防和技术救援应用的阻燃的、防水、可透气的防护衣服。与具有三层构造的传统消防外衣不同，本发明所公开的防护衣服具有两层构造和单层构造。本发明的防护衣服不仅提供优异的耐热和阻燃防护，而且还提供冷却和水分管理最终用途功能。
背景技术
阻燃防护衣服由消防人员或紧急响应人员穿着，以减少在日常工作和紧急工作期间暴露于热和火焰危险时潜在的身体伤害。目前，典型的消防人员防护衣服包括三个层：外壳层，防潮层和热阻隔层。
外壳织物层用于抵抗热和直接火焰，并且防止例如切口、穿孔、撕裂、砍痕和磨损的形式的对内层的物理损伤。外壳织物通常由阻燃纤维制成，诸如对位芳族聚酰胺纤维(
Figure BDA0002375884060000011
和
Figure BDA0002375884060000012
)、间位芳族聚酰胺纤维
Figure BDA0002375884060000013
聚苯并咪唑纤维(PBI)、聚苯并噁唑纤维(PBO)、
Figure BDA0002375884060000014
纤维、和
Figure BDA0002375884060000015
纤维。通常，将至少两种不同的高性能纤维共混在一起，以用于获得最佳的热和物理性能。
使用防潮层以防止水和液体渗入到热层中，同时允许湿气的传输，以减少对穿着者的积聚的热应力。最常用的防潮层由与防水可透气膜层压或粘结的薄且致密的织造芳族聚酰胺织物构成，诸如膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)膜，诸如
Figure BDA0002375884060000016
或
Figure BDA0002375884060000017
材料，由W.L.Gore&Associates，Inc.制造。
热阻隔层由与薄的织造芳族聚酰胺面料层压或绗缝的水刺或针刺非织造基底组成。非织造衬里通常由阻燃和耐热纤维组成，诸如对位芳族聚酰胺纤维(
Figure BDA0002375884060000018
和
Figure BDA0002375884060000019
)，间位芳族聚酰胺纤维
Figure BDA00023758840600000110
聚苯并咪唑纤维(PBI)，以及聚苯并噁唑纤维(PBO)，以及
Figure BDA00023758840600000111
纤维或它们的共混物。所需的热阻隔层具有高孔隙率以夹带空气，并且这继而将形成防止热传递到个体的身体的有效屏障。
美国专利申请公布号2008 0209611(′611公布)公开了一种防护衣服，所述防护衣服包括可满足各种应用要求的外壳和衬里。更具体地讲，本发明为衣服外壳和衬里，其包括衣服外壳和具有第一保护特性的第一衬里和具有不同于第一保护特性的第二保护特性的第二衬里。每个衬里适于配合到外壳或从外壳移除。
PCT公开号2015 021310公开了包括外套和待一起穿着的背心的模块化消防系综。没有背心的外套可符合NFPA 1951技术救援标准，并且当与背心一起穿着时，可符合NFPA1971建筑消防标准。
通常使用包括外壳、防潮层和热阻隔层的三层构造来制备用于消防人员的防护衣服，该防护衣服在行业中被称为“消防外衣”。对于消防人员或紧急响应人员而言，这种消防外衣通常是重的，大体积的和热的。因此，持续需要为消防人员或紧急响应人员提供防护衣服，所述防护衣服提供足够的保护，但重量轻，构造不复杂并且穿着舒适。本发明所公开的模块化消防外衣仍然由三层构造构成，所述三层构造包括外壳、防潮层和热阻隔层。′611公布了一种包括外壳和衬里的防护衣服，但实际上，所公开的衬里由防潮组件和隔热组件组成。尽管模块化消防外衣的柔韧性得到改善，但是防护衣服系统对于消防人员或紧急响应人员仍然是沉重的、大体积的和热的。
发明内容
一般来讲，本发明涉及用于建筑消防和技术救援应用的阻燃的、防水、和可透气的防护衣服。与具有三层构造的传统消防外衣不同，本发明所公开的防护衣服仅具有两层构造。外壳织物与防水可透气膜层压在一起。单独的热阻隔层包括填充有面布的非织造衬里，其任选地在内部涂覆有磺化五嵌段共聚物。磺化五嵌段共聚物涂层提供智能冷却和水分管理功能。本发明的防护衣服可仅具有用于技术救援应用的单层构造，其中外壳织物与防水可透气膜层压在一起，并且任选地在不具有单独热衬里的膜表面上以网孔图案涂覆磺化五嵌段共聚物。磺化五嵌段涂层不仅提供了智能冷却和水分管理功能，而且还改善了膜的穿着耐用性。本发明的两层或单层衣服重量轻，穿着舒适，并且对最终使用者具有高性价比。本发明的防护衣服提供优异的耐热和阻燃防护，符合保护性能要求，并且不具有现有技术的缺陷。
附图说明
图1示出了本文所公开的具有两层构造的本发明的防护衣服。
图2示出了本文所公开的具有单层构造的本发明的防护衣服。
具体实施方式
本发明涉及用于建筑消防和技术救援应用的阻燃的、防水、可透气的防护衣服。与具有三层构造的传统消防外衣不同，本公开的防护衣服仅由两层构造组成。外壳织物与防水可透气膜层压在一起。层压外层上的内部缝合接缝由阻燃防水胶带密封，以防止外部水、液体和体液通过缝合接缝渗入热层中。单独的热阻隔层包括填充有面布的非织造层，内部具有或不具有磺化共聚物涂层。磺化五嵌段共聚物涂层显著改善了膜的穿着耐用性，并且提供先进的冷却和水分管理功能。
本公开的防护衣服可仅由单层构造组成，诸如用于技术救援应用，其中外壳织物与防水可透气膜层压在一起，在膜的表面上具有或不具有网孔图案的磺化共聚物的涂层，并且没有单独的热阻隔层。层压外层上的内部缝合接缝由阻燃防水胶带密封，以防止外部水、液体和体液通过缝合接缝渗入内部中。磺化共聚物涂层不仅提供了先进的冷却和水分管理功能，而且还改善了相邻膜材料的穿着耐用性。
一般来讲，非织造材料可提供比具有相同重量和更低成本的织造织物更好的热保护性能(TPP)和总热损耗(THL)性能。去除薄芳族聚酰胺织物提供了通过如下方式改善防护衣服的TPP和THL性能的机会：在热阻隔层中添加比移除的防潮层中芳族聚酰胺织物的重量低的重量的附加非织造基底。
由于去除芳族聚酰胺增强织物，本公开的两层或单层消防外衣重量轻，由于THL性能的改善而穿着起来很舒适，并且由于使用更多的非织造材料，更少的织造织物和更简单的构造，对于最终使用者而言具有成本效益。本文所公开的新型防护衣服不仅提供优异的耐热和阻燃防护，而且还提供附加的智能冷却和水分管理功能。
本说明书中引用的所有出版物和专利均以引用方式并入本文，就如同每个单独的出版物或专利被具体地和单独地指示以引用方式并入本文一样，并且以引用方式并入本文以公开和描述与引用了这些出版物有关的方法和/或材料。对任何出版物的引用都是为了在提交日期之前公开，并且不应理解为承认本公开不具有借助于先前公开而先于此类公布的资格。此外，所提供的公布日期可能与可能需要独立确认的实际公布日期不同。
如在阅读本公开时对本领域的技术人员将显而易见的，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，本文所述和所示的各个实施方案中的每一个均具有离散的部件和特征，该部件和特征可容易地与其他若干实施方案中的任一个的特征分离或组合。可以按所列举事件的顺序或按逻辑上可能的任何其他顺序来执行任何列举的方法。
除非另外指明，否则本公开的实施方案将采用本领域技术范围内的化学、聚合物物理学、织物、纺织等技术。此类技术在文献中有充分的解释。
阻燃性衣服通常由包含阻燃纤维的织物制成。在一些实施方案中，阻燃纤维包括对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚苯并噁唑纤维、三聚氰胺纤维和氧化聚丙烯腈纤维。织物可包含不同的固有阻燃纤维的共混物。通常，使用至少两种不同的固有阻燃纤维来构造织物。
对位芳族聚酰胺纤维的示例包括由DuPont制得的
Figure BDA0002375884060000041
由Teijin制得的
Figure BDA0002375884060000042
和
Figure BDA0002375884060000043
间位芳族聚酰胺纤维包括得自DuPont的
Figure BDA0002375884060000044
和
Figure BDA0002375884060000045
IIIA，得自Teijin的
Figure BDA0002375884060000046
聚苯并噁唑纤维(PBO)包括得自Toyobo的
Figure BDA0002375884060000047
聚苯并咪唑纤维包括得自PBI Performance的PBI。三聚氰胺纤维包括得自Basofil Fiber LLC.的
Figure BDA0002375884060000048
氧化聚丙烯腈纤维包括选自包括下列的组的氧化聚合物：基于丙烯腈的均聚物、基于丙烯腈的共聚物、基于丙烯腈的三元共聚物、以及它们的组合。
本文所公开的纤维共混物可用于形成织造织物、针织织物和非织造织物。编织物构造可包括平纹、篮状、斜纹、缎织或缎纹编织物，以及更耐用的防撕裂编织物。在一些实施方案中，织物可由纱线形成，所述纱线可通过各种类型的纺丝技术诸如环锭纺纱、OE、喷气、Vortex、芯纺纱等来生产。在一些实施方案中，织物可由可商购获得的染料方法染色。
本文所公开的阻燃织物与防水可透气膜层压在一起，以形成外部阻燃层。在一些实施方案中，防水和可透气的膜包括膨胀PTFE(ePTFE)膜。这些微孔或疏水膜被设计成防止水渗透，并且允许水蒸气传输。防水和可透气的膜的示例包括得自Stedfast Inc.的可透气ePTFE膜，和由W.L.Gore&Associates，Inc.制造的
Figure BDA0002375884060000051
材料。
在一个非限制性实施方案中，磺化共聚物用作连续涂层，以涂覆两层防护衣服的热层的面布的面向内的表面。
在另一个非限制性实施方案中，磺化共聚物用作不连续涂层，以涂覆两层防护衣服的热层的面布的面向内的表面。合适的不连续涂层图案的示例为网孔、半球形点、锯齿形、无规和立方体。
在另一个非限制性实施方案中，磺化共聚物以网孔图案的形式用于外壳织物的下侧上，该外壳织物与单层防护衣服的阻燃防水可透气膜层压以用于技术救援应用。
磺化共聚物涂覆技术为防护衣服体系提供两个性能属性。首先，涂层向防护衣服体系提供智能冷却和水分管理功能。第二，涂层显著改善了用于技术救援应用的单层防护衣服中的层压膜的穿着耐用性。
适用于根据本公开使用的磺化共聚物的示例包括得自Kraton Inc.的品牌名为NexarTM的磺化五嵌段共聚物。据信该技术利用身体的天然出汗过程来为主动冷却过程提供燃料。因此，当水分从皮肤表面被吸收时，NexarTM聚合物溶胀并与水分结合，水分通过蒸发释放到环境时提供冷却效应。NexarTM聚合物产品的示例包括MD9100、MD9110、MD9150、MD9151、MD9200、MD9204、MD9205、MD9207、MD9210、和MD9214。此类磺化共聚物产品描述于美国专利7,737,224中，该专利全文以引用方式并入本文。磺化共聚物具有至少两个耐磺化的聚合物端部嵌段和至少一个易于磺化的聚合物内部嵌段。
据信，在一些实施方案中，用于建筑消防的织物根据工业标准测试方法提供优异的火焰和热保护性能。根据ASTM D6413：纺织品阻燃性标准试验方法，一些实施方案的织物在垂直易燃性测试中具有小于4英寸(10cm)的炭化长度，所述标准根据NFPA 1971(美国国家消防协会(National Fire Protection Association))关于用于建筑消防和近距消防的防护系综的标准(7.1.3节)。根据NFPA 1971标准(7.1.1节)，一些实施方案的织物具有大于35.0cal/cm2的热保护性能(TPP)等级。根据NFPA 1971标准(7.1.4节)，一些实施方案的织物具有小于10％的热收缩率。根据NFPA 1971标准(7.2.2节)，一些实施方案的织物具有大于205w/m2的总热损耗(THL)，这将允许过量的体热逸出并降低热应力。
在一些实施方案中，用于建筑消防的两层织物根据工业标准测试方法提供良好的机械保护性能。根据NFPA 1971标准(7.1和7.2节)，一些实施方案的织物具有大于140lbs(623N)的断裂强度，大于22lbs(98N)的抗撕强度和大于50lbs(222N)的耐磨性(7.1和7.2节)。
在一些实施方案中，用于技术救援的单层织物根据工业标准测试方法提供优异的火焰和热保护性能。根据ASTM D6413：纺织品阻燃性标准试验方法，一些实施方案的织物在垂直易燃性测试中具有小于4英寸(10cm)的炭化长度，所述标准根据NFPA 1951(美国国家消防协会(National Fire Protection Association))关于用于技术救援事件的防护系综的标准(7.2.1.7节)。根据NFPA 1951标准(7.2.1.12节)，一些实施方案的织物具有大于10.0cal/cm2的热保护性能(TPP)等级。根据NFPA 1951标准(7.2.1.8节)，一些实施方案的织物具有小于10％的热收缩率。根据NFPA 1951标准(7.2.1.1节)，一些实施方案的织物具有大于450w/m2的总热损耗，这将允许过量的体热逸出并降低热应力。
在一些实施方案中，用于技术救援的织物根据工业标准测试方法为技术救援应用提供良好的机械保护性能。根据NFPA 1951标准(7.2节)，一些实施方案的织物具有大于90lbs(400N)的断裂强度，大于6.75lbs(30N)的抗撕强度和大于50lbs(222N)的耐磨性。
根据工业标准测试方法(NFPA 1971，7.1节和NFPA 1951，7.2节)，在一些实施方案中，用于建筑消防和技术救援的织物提供良好的水和液体抵抗性能。在一些实施方案中，根据ASTM F903，针对防护衣服材料对液体渗透的抗性的标准测试方法，暴露工序C，织物通过液体渗透抗性测试中的要求。
以下部分提供了本公开的衣服的进一步说明。这些工作实施例仅为示例性的，并非旨在以任何方式限制本发明的范围。
需注意，如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数形式，除非上下文明确地另外指出。因此，例如，对“支撑件”的提及包括多个支撑件。在本说明书和随后的权利要求书中，将参考若干术语，这些术语应被定义为具有以下含义，除非明显存在相反的意图。
实施例
实施例1和2
表1给出了描述用于建筑消防应用的优选实施方案的特性。由实施例1所述的衣服是传统的三层复合体系，其用作与本发明实施例2比较的基线。实施例1的外壳为具有7.2oz/yd2(241g/m2)重量的防撕裂织造织物。外壳织物包括60重量％
Figure BDA0002375884060000071
纤维/40重量％
Figure BDA0002375884060000072
纤维的共混物。实施例1的防潮层为与可透气ePTFE膜层压的100％
Figure BDA0002375884060000073
IIIA平纹织物。用作防潮层的层合织物的重量为5.0oz/yd2(167g/m2)。实施例1的隔热衬里由两层平坦的
Figure BDA0002375884060000074
水刺非织造织物构成，其填充有包括
Figure BDA0002375884060000075
FR人造丝和尼龙纤维的面布。隔热衬里的重量为7.8oz/yd2(261g/m2)。与传统的三层复合体系不同，实施例2的衣服仅包括两个层。将相同的外壳与防水透气膜层压在一起，其作为一个层作为外壳和防潮层两者起作用。实施例2中所用的热层与实施例1中所用的热层相同。
表1：实施例1和实施例2的衣服特性汇总。
Figure BDA0002375884060000076
Figure BDA0002375884060000081
表2列出了建筑消防应用的一些优选实施方案的复合样品上的测试结果。两种复合样品均显示出在热保护诸如TPP和垂直易燃性方面的良好性能。然而，本发明实施例2所述的衣服显示出在较轻重量下比实施例1更高的总热损耗(THL)值。显然，这表明实施例2的复合衣服将更舒适地被消防人员穿着。
表2：复合织物上的测试结果。
复合织物实施例1 复合织物实施例2
复合织物测试
5洗涤后的TPP ＞35 ＞35
THL(总热损耗) 197 221
易燃性测试(ASTMD6413)
炭化长度(英寸) 0.2x0.2 ＜0.5x＜0.5
火焰后(秒) 0.0x0.0 0.0x0.0
无熔体无滴落 无 无
实施例3、4、5
表3列出了用于技术救援应用的优选实施方案的单层织物实施例3、4和5。织物3为6.8oz/yd2(228g/m2)的斜纹织造织物，其由100％
Figure BDA0002375884060000082
PPE纤维构成，其用作与织物4和织物5进行比较的基线。织物4的重量为8.5oz/yd2(285g/m2)，与织物3相同，不同的是其也与防水可透气膜层压。织物5的重量为8.7oz/yd2(291g/m2)，与织物4相同，不同的是在ePTFE膜的表面上，其也涂覆有称为NexarTMMD9207(KRATON，Houston，TX USA)的磺化五嵌段共聚物。
表3：用于技术救援的单层织物的实施例。
Figure BDA0002375884060000083
Figure BDA0002375884060000091
表4示出了单层织物实施例3、4和5上的测试结果。根据ASTM D6413，织物4和织物5在垂直易燃性测试中表现出良好的阻燃性。测试结果表明，具有可透气ePTFE膜的层压到FR
Figure BDA0002375884060000092
织物的织物在织物的垂直易燃性方面不具有降低的性能。类似地，涂覆在层压的FR
Figure BDA0002375884060000093
纤维的膜的表面上的网孔图案的磺化五嵌段共聚物也不对层压织物的垂直易燃性具有负面影响。
表4：单层织物实施例3、4和5上的测试结果。
织物 #3 #4 #5
易燃性测试(ASTM D6413)
炭化长度(英寸)，W x F 0.4x0.4 0.3x0.3 0.3x0.2
火焰后(秒)，W x F 0.0x0.0 0.0x0.0 0.0x0.0
无熔体无滴落 无 无 无
应当指出的是，比率、浓度、量和其他数值数据可在本文中以范围格式表示。应当理解，使用此类范围格式是为了方便和简洁，并且因此，应当以灵活的方式来解释，以不但包括明确列举为范围限制的数值，而且包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，就像明确列举每个数值和子范围一样。为了说明，“约0.1％至约5％”的浓度范围应解释为不但包括明确列举的约0.1重量％至约5重量％的浓度，而且包括各个浓度(例如，1％、2％、3％和4％)以及在指定范围内的子范围(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。术语“约”可包括被修改的一个或多个数值的±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±8％或±10％。此外，短语“约‘x’至‘y’”包括“约‘x’至约‘y’”。
工业适用性
本文所公开的系统和方法适用于服装工业。
虽然已经具体描述了本发明的例示性实施方案，但是应当理解，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，本发明能够具有其他和不同的实施方案，并且各种其他修改将对于本领域的技术人员显而易见并可易于进行。因此，不旨在使本发明的权利要求书的范围限于本文列出的实施例和具体实施方式，而是将权利要求书解释为涵盖本公开中存在的可取得专利新颖性的所有特征，包括本发明所属领域的技术人员将视为其等同物的所有特征。
据信以下权利要求特别指出了涉及本发明所公开的发明之一的某些组合和子组合，并且是新颖且不明显的。以特征、功能、要素和/或特性的其它组合和子组合形式体现的发明可通过对本权利要求的修改或在本申请或相关申请中提出新权利要求书来要求保护。无论这些修改的或新的权利要求是针对不同发明还是针对同一发明，无论它们的范围是不同的、更广泛的、更窄的，还是在范围上与原始权利要求相同的，均被视为包括在本公开的发明的主题内。

Claims (19)

1.一种适于用作消防外衣的防护衣服，包括：
a)层压到防水可透气层上的阻燃外壳织物的外层，以及
b)热阻隔层的内层，所述热阻隔层的内层包括填充有面布的非织造层。
2.根据权利要求1所述的衣服，其中所述阻燃外壳织物包含：对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚苯并噁唑纤维、聚苯并咪唑纤维、三聚氰胺纤维、氧化的聚丙烯腈纤维、部分氧化的聚丙烯腈纤维、氧化的共聚丙烯腈纤维、部分氧化的共聚丙烯腈纤维、以及它们的组合和共混物。
3.根据权利要求1或2所述的衣服，其中所述防水可透气层包括合成聚合物膜。
4.根据权利要求3所述的衣服，其中所述合成聚合物膜选自膨胀的聚四氟乙烯、聚氨酯、以及微孔或疏水性材料。
5.根据任一前述权利要求所述的衣服，还包括磺化共聚物涂层，诸如磺化五嵌段共聚物。
6.根据权利要求5所述的涂层，所述涂层附着至所述防水可透气层的下侧。
7.根据权利要求5所述的涂层，所述涂层附着至所述面布的面向内侧。
8.根据权利要求5所述的涂层，其中所述磺化共聚物涂层为连续涂层。
9.根据权利要求5所述的涂层，其中所述磺化共聚物涂层为不连续涂层。
10.根据任一前述权利要求所述的衣服，其中所述外层的内部缝合接缝由阻燃防水胶带密封。
11.一种包含单层织物构造的阻燃性衣服，其中所述单层具有层压到防水可透气膜的阻燃外壳以及热管理聚合物涂层。
12.根据权利要求11所述的衣服，其中所述阻燃外壳包括选自由以下物质组成的组中的织物：对位芳族聚酰胺纤维、间位芳族聚酰胺纤维、聚苯并噁唑纤维、聚苯并咪唑纤维、三聚氰胺纤维、氧化的聚丙烯腈纤维、部分氧化的聚丙烯腈纤维、氧化的共聚丙烯腈纤维、部分氧化的共聚丙烯腈纤维、以及它们的组合和共混物。
13.根据权利要求1或12所述的衣服，其中所述膜包括合成聚合物膜。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的衣服，其中所述防水可透气膜选自膨胀的聚四氟乙烯、聚氨酯、微孔或疏水性材料。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的衣服，其中所述热管理聚合物涂层包含处于连续涂层的磺化共聚物。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的衣服，其中所述热管理聚合物涂层包含处于不连续涂层的磺化共聚物。
17.根据权利要求15或16所述的衣服，其中所述磺化共聚物为磺化五嵌段共聚物。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的衣服，其中所述涂层附着至所述膜的下侧。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的衣服，其中所述阻燃外壳的内部缝合接缝由阻燃防水胶带密封。
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