CN112188842A - 用于保护以防止熔融金属飞溅的阻燃织物 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案涉及阻燃织物，其提供保护以防止熔融金属飞溅，但通过将防护性熔融金属脱落纤维主要定位在织物的正面上而以较低成本具有改进的舒适性。将防护性纤维主要集中在织物的正面上仍然提供良好保护以防止熔融金属附着，并且允许在紧邻穿戴者定位的织物的背面上使用更舒适(并且更便宜)的纤维。这样，在改进舒适性的同时保持了对织物的整体保护。这样的织物的实施方案也可以实现NFPA 70E PPE类别2保护(ATPV或EBT，≥8 cal/cm2电弧等级)。

Description

用于保护以防止熔融金属飞溅的阻燃织物
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年2月8日提交并且题为“Fabric for Protection Against MoltenMetal Splash”的美国临时申请号62/627,927的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及赋予穿戴者改进的保护的阻燃防护织物和由其制备的服装。
背景
金属加工厂或铸造厂中的工人暴露于熔融金属。此外，许多这样的设施是电动的，从而将工人暴露于高电压、潜在的电弧闪光和/或火/火焰。除非他们得到适当的保护，否则在这样的环境中的工人有严重烧伤的危险。为了避免在这样的条件下工作时受伤，这些人通常穿戴由阻燃材料构成的防护服，所述阻燃材料被设计成保护他们免受熔融金属飞溅以及电弧闪光和/或火焰。最佳地，这些织物被设计成使熔融金属远离织物表面脱落，从而防止熔融金属附着到织物上，和由熔融金属附着引起的在织物中形成孔。如果熔融金属确实附着到织物表面，则它可能引起穿戴者严重烧伤。这样的防护服可以包括各种服装，例如，连体工作服、裤子和衬衫。已经颁布了管理这样的服装(或这样的服装的组成层或部分)的性能以确保服装在危险情况下充分保护穿戴者的标准。构成这样的服装的织物以及因此所得的服装需要通过各种安全和/或性能标准。
ASTM F1002 (Standard Performance Specification for Protective Clothing and Materials for Use by Workers Exposed to Specific Molten Substances and Related Thermal Hazards, 2015版，其通过引用并入本文)“确立了防护服和防护服材料对于初级和次级防护两者以免暴露于熔融物质和相关热危害的最低设计和性能要求”。ASTM F1002中提出的具体熔融物质包括例如铁、钢和铝。ASTM F1002涉及初级防护服和次级防护服两者，其中初级防护服“可能发生显著暴露于熔融物质飞溅、辐射热和火焰”，其中次级防护服仅“可能间歇和偶然暴露于熔融物质飞溅、辐射热和火焰源”。
除其他外，ASTM F1002的表1 (下面再现)还阐述了对织造防护织物(初级和次级两者)的各种测试性质的要求，包括但不限于断裂强度(如根据D5034测试：Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics (Grab Test) (2009版))、撕裂强度(如根据ASTM D1424测试：Test Method for Tearing Strength of Fabrics by Falling-Pendulum (Elmendorf-Type) Appartus (2009版))、竖直可燃性(炭化长度和续焰，如根据ASTM D6413测试：Test Method for Flame Resistance of Textiles(Vertical Test) (2015版))和传热性能/耐辐射热性(如根据ASTM F1939测试：Test Method for Radiant Heat Resistance of Flame Resistant Clothing Materials with Continuous Heating (2015版))。所有这些测试方法都通过引用并入本文。
表1 织造材料的规格要求
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ASTM F1002还要求测试当暴露于熔融金属飞溅时初级织物和次级织物的传热性能。初级防护织物根据ASTM F955 (Standard Test Method for Evaluating Heat Transfer through Materials for Protective Clothing Upon Contact with Molten Substances，2015版，其通过引用并入本文)测试。ASTM F955包括将待测试的织物放置在含有量热计的面板上(以指定角度)，当在特定温度下将指定量的熔融物质倾倒在织物上时，所述量热计测量通过织物的传热。该测试测量预测的二级皮肤烧伤，并提供当将熔融金属倾倒在正在测试的织物上时熔融物质粘性、材料炭化、材料收缩和材料断裂(在织物中形成孔)的程度的主观等级(1是最好的等级，5是最差的等级)。
次级防护织物的传热性能的测试包括根据ISO 9185 (Protective Clothing – Assessment of Resistance of Materials to Molten Metal Splash，2007版，其通过引用并入本文)测试。一般而言，通过将压纹的热塑性PVC传感器膜直接定位在织物后面并与织物接触来测试织物。以指定的角度和温度将指定重量的熔融物质倾倒在织物上。如果熔融物质不损坏织物下面的PVC膜，则开始反复测试，增加熔融物质的重量，直到PVC膜被损坏，或者达到最大指定重量。ISO 9185测试的结果与等级体系(在下述ISO 11612中阐述)相关，由此织物得到1-3的等级(1为最差，3为最好)，这取决于测试中使用的熔融金属的类型和在损坏膜之前能够倾倒的熔融物质的量。
ISO 11612 (Protective Clothing – Clothing to protect against heat and flame – Minimum performance requirements，2015版，其通过引用并入本文)是国际标准，除其他外，还包括用于保护以防止熔融金属的织物的性能要求。ISO 11612的章节7.4和7.5节分别含有用于保护以防止熔融铝(代码字母D)和熔融铁(代码字母E)的织物的特定性能要求。根据ISO 9185 (如上所述)测试织物，并且基于那些结果，提供从D1-D3 (对于熔融铝)和E1-E3 (对于熔融铁)的性能水平等级，其中等级1为最差，而等级3为最好。
ASTM F1506 (Standard Performance Specification for Flame Resistant and Arc Rated Textile Materials for Wearing Apparel for Use by Electrical Workers Exposed to Momentary Electric Arc and Related Thermal Hazards，2018版，其通过引用并入本文)管理防护织物的电弧等级测试。电弧等级值表示当暴露于电弧放电时织物的性能。电弧等级以cal/cm2 (卡路里/平方厘米)表示，并且源自电弧热性能值(ATPV)或能量断裂阈值(EBT)的测定值。ATPV定义为在材料上的电弧入射能量，其导致50%概率，即基于Stoll曲线，预测通过样品的充分传热引起二级烧伤的发作。EBT是导致50%断裂概率的材料上的电弧入射能量。断裂定义为材料中至少1.6 cm2 (0.5英寸2)的任何敞开的区域。材料的电弧等级报告为ATPV或EBT，取较低值。ATPV和EBT按照ASTM F1959 (Standard Test Method for Determining the Arc Rating of Materials for Clothing，2014年版，其通过引用并入本文)中阐述的测试方法确定，其中传感器测量防护织物样品在暴露于一系列电弧期间的热能性质。
NFPA 70E (Standard for Electrical Safety in the Workplace，2018版，其通过引用并入本文)提供了将防护服与潜在暴露水平相匹配的方法，该方法结合个人防护设备(PPE)类别。测试防护织物以确定它们的电弧等级，并且测量的电弧等级确定织物的PPE类别，如下所示：
PPE类别和ATPV
PPE类别1：ATPV/EBT：4 cal/cm2
PPE类别2：ATPV/EBT：8 cal/cm2
PPE类别3：ATPV/EBT：25 cal/cm2
PPE类别4：ATPV/EBT：40 cal/cm2
因此，NFPA 70E规定了在某些环境中工人穿戴的织物必须具有的保护水平。许多熔融金属工人发现他们自己处于需要穿戴PPE类别2级服装的区域。
需要有效保护以防止熔融金属飞溅的阻燃织物。目前在本申请中使用的织物是均匀的，在所有纱线中使用相同的纤维混纺物，使得织物正面和背面相同。这种方法已被认为是提供保护免于熔融金属附着的防护的必要方法。通常用于熔融铝飞溅保护的一个实例是与FR人造丝混纺的羊毛。为了耐久性和耐磨性，可以任选地将尼龙结合到纤维混纺物中。通过使铝从织物上脱落，羊毛纤维保护以防止熔融铝飞溅。然而，羊毛在皮肤上感觉相对粗糙(即，不舒适)并且是昂贵的纤维。因此，需要提供必要的保护以防止熔融金属飞溅的更舒适的轻质织物。
概述
在本专利中使用的术语“发明”、“本发明”和“该发明”旨在广泛地指本专利和所附专利权利要求的所有主题。含有这些术语的陈述不应被理解为限制本文所述的主题或限制所附专利权利要求的含义或范围。本专利所覆盖的本发明的实施方案由所附权利要求书而非本概述来限定。本概述是本发明各方面的高度综述，并介绍将在以下详细描述部分中进一步描述的一些概念。本概述不旨在确定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要求保护的主题的范围。通过参考本专利的整个说明书、所有附图和每个权利要求，应该理解本主题。
本发明的实施方案涉及阻燃织物，其提供保护以防止熔融金属飞溅，但通过将防护性熔融金属脱落纤维主要定位在织物的正面上而以较低成本具有改进的舒适性。将防护性纤维主要集中在织物的正面上仍然提供良好保护以防止熔融金属附着，并且允许在紧邻穿戴者定位的织物的背面上使用更舒适(并且更便宜)的纤维。这样，在改进舒适性的同时保持了对织物的整体保护。这样的织物的实施方案也可以实现NFPA 70E PPE类别2保护(ATPV或EBT，≥8 cal/cm2电弧等级)。
详细描述
本文具体描述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。要求保护的主题可以用其它方式来体现，可以包括不同的元素或步骤，并且可以与其它现有或未来的技术结合使用。除了明确描述各个步骤的顺序或元素的布置之外，该描述不应被解释为暗示各个步骤或元素之中或之间的任何特定顺序或布置。
本文所述的织物具有各向异性性质，因为织物被构造使得织物的身体侧(织物靠近穿戴者的一侧(假定织物将被结合到衣服中))和织物的正面(织物背离穿戴者的一侧)具有不同的性质。更具体地，在一些实施方案中，较高百分比的熔融金属脱落纤维(或含有纤维的纱线)位于并暴露在织物的正面(与织物的身体侧相反)上。在这样的实施方案中，较高百分比的更便宜且更舒适的纤维(或含有纤维的纱线)位于并暴露在织物的身体侧(与织物的正面相反)上。在这样的实施方案中，织物的正面因此有效地使熔融金属脱落，并且织物的身体侧相对于织物的正面提供了优异的舒适性和/或较低的成本。
根据本发明的实施方案的织物可以按照任何方法形成，该方法导致织物在织物的身体侧和正面上具有不同的性质。在一些实施方案中，织物是织造、编织和/或非织造织物。
通过使用至少第一组纱线和第二组纱线，可形成织造和/或编织织物以具有各向异性性质，由此每个纱线组具有不同的纤维混纺物。不同的纤维混纺物可归因于具有不同量的相同纤维的两个纱线组，或可归因于具有不同纤维或不同纤维混纺物的两个纱线组。此外，将认识到，在一些实施方案中，纱线根本不需要混纺。换句话说，一些纱线可以是100%的单纤维类型。无论如何，第一组纱线主要暴露在织物的正面上，而第二组纱线主要暴露在织物的身体侧上。在一些实施方案中，织物仅由第一组纱线和第二组纱线形成(即，这两种纱线类型形成整个织物)。
本发明的织物可以用短纤纱线、长丝纱线、拉断纱线或其组合形成。纱线可以包含单纱线或以某种形式组合在一起的两种或更多种单纱线，所述形式包括但不限于加捻、合股、粗缝、缠绕、包覆、包芯纺纱(即，至少部分地被短纤维或纱线包围的长丝或纺芯)等。本文公开的织物的实施方案未经涂布、层压或金属化，使得纱线的纤维保持暴露在织物表面上。
在一些实施方案中，第一组纱线的纱线是具有纤维混纺物的短纤纱线，所述纤维混纺物包括被证明使熔融金属(例如熔融铝和/或熔融锌)脱落的纤维。注意到，金属脱落纤维的合适类型可取决于待脱落的金属的类型。因此，在本发明的实施方案中使用的纤维类型不限于仅本文中确定的纤维。而是，可以将作为另一种选择或另加的纤维结合到第一组纱线中，以赋予针对特定熔融金属定制的特定的脱落性质。
用于正面的熔融铝和/或铁脱落纤维的实例包括但不限于羊毛、FR人造丝、脂肪族聚酰胺纤维(例如尼龙和/或FR尼龙纤维)、纤维素、聚酯、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、PVC/PVA共聚物、聚乙烯醇纤维以及这样的纤维的组合。尼龙或阻燃(“FR”)尼龙、尼龙XF和尼龙HT是合适的脂肪族聚酰胺的实例。合适的纤维素纤维包括但不限于天然和合成的纤维素纤维(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FR棉、FR人造丝、FR乙酸酯、FR三乙酸酯和FR莱赛尔纤维)。人造丝纤维的实例包括可得自LenzingFibers Corporation的由Lenzing制造的Viscose™和Modal™。FR人造丝材料的实例是Lenzing FR™，也可得自Lenzing Fibers Corporation，以及VISIL™，可得自Sateri。莱赛尔纤维的实例包括TENCEL™、TENCEL G100™和TENCEL A100™，均可得自Lenzing FibersCorporation。聚乙烯醇纤维的实例包括Kuralon™纤维，可得自Kuraray。熔融铝和/或铁脱落纤维通常不包括芳族聚酰胺纤维。
用于正面的熔融锌脱落纤维的实例包括但不限于PBO (聚苯并咪唑)纤维和对位芳族聚酰胺纤维。对位芳族聚酰胺纤维的实例包括KEVLAR™ (可得自DuPont)、TECHNORA™(可得自Teijin Twaron BV of Arnheim, Netherlands)和TWARON™ (也可得自TeijinTwaron BV)。
在一些实施方案中，第二组纱线的纱线是具有纤维混纺物的短纤纱线，所述纤维混纺物包括比第一组纱线中的金属脱落纤维更舒适且更便宜的纤维。这样的纤维包括但不限于天然和合成的纤维素纤维(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FR棉、FR人造丝、FR乙酸酯、FR三乙酸酯和FR莱赛尔纤维)、改性聚丙烯腈纤维、尼龙纤维、聚酯纤维等。合适的改性聚丙烯腈纤维的实例为可得自Kaneka Corporationof Osaka, Japan的PROTEX™纤维、可得自Solutia的SEF™、可得自PyroTex Fibers GmbH的PyroTex®或其混纺物。
第一组纱线和第二组纱线的纤维混纺物中可以包括另外的固有FR纤维和/或非固有FR纤维(FR或非FR)，只要由这些纱线形成的所得织物包括特定熔融金属不附着的正面和比正面更舒适的身体侧即可。这样的另外的纤维包括但不限于间位芳族聚酰胺纤维、聚苯并咪唑(“PBI”)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、超高分子量(UHMW)聚乙烯纤维、UHMW聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈(PAN)纤维、液晶聚合物纤维(例如芳族聚酯如VECTRAN)、玻璃纤维、波里诺西克(polynosic)人造丝纤维、碳纤维、丝纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、芳族聚酯纤维、TANLON™纤维(可得自Shanghai Tanlon Fiber Company)、羊毛纤维、三聚氰胺纤维(如BASOFIL™，可得自Basofil Fibers)、聚醚酰亚胺纤维、聚醚砜纤维、预氧化丙烯酸纤维、聚酰胺-酰亚胺纤维如KERMEL™、聚四氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、聚醚醚酮纤维、聚醚酰亚胺纤维、波莱克勒尔(polychlal)纤维、聚酰亚胺纤维、聚酰胺纤维、聚酰亚胺酰胺纤维、聚烯烃纤维、聚丙烯酸酯纤维、及其任何组合或混纺物。间位芳族聚酰胺纤维的实例包括NOMEX™ (可得自DuPont)、CONEX™ (可得自Teijin)和APYEIL™ (可得自Unitika)。聚酯纤维的实例是DACRON® (可得自Invista™)。PIPD纤维的实例包括M5 (可得自Dupont)。三聚氰胺纤维的实例是BASOFIL™ (可得自Basofil Fibers)。PAN纤维的实例是Panox® (可得自SGLGroup)。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VECTRAN™ (可得自Kuraray)。
还已经发现，将具有至少一种能量吸收和/或反射添加剂的纤维结合到织物中(通过第一组纱线、第二组纱线或其它方式)增加织物的电弧等级，而不牺牲熔融金属保护，同时仍然符合所有必要的热防护要求。这样，在改进舒适性和增加电弧防护的同时，保持织物的整体熔融金属防护。
据信，这样的能量(例如辐射)吸收和/或反射添加剂通过吸收能量和/或将能量从织物反射出去以使其不能到达穿戴者，用于防止热能通过织物传输并到达穿戴者皮肤。这样的添加剂的实例包括但不限于染料或颜料添加剂，例如(但不限于)：
►炭黑；
►蒽醌黑；
►苯胺黑；
►酞菁；
►二萘嵌苯二酰亚胺；
►三萘嵌二苯二酰亚胺；
►四萘嵌三苯二酰亚胺；
►还原染料(例如还原黑8、还原黑16、还原黑20、还原黑25、还原蓝8、还原蓝19、还原蓝43、还原绿1)；
►石墨；
►石墨烯；
►金属氧化物(白色二氧化钛、TiO2、二氧化硅以及黄色、棕色和黑色氧化铁)；和
►还原染料，其选自二苯并蒽酮衍生物、异苯并蒽酮衍生物和吡唑嵌蒽酮衍生物。
含有添加剂的纤维(“AC纤维”)是这样的纤维，由此在制造纤维本身的过程期间而不是在纤维形成之后引入能量吸收和/或反射添加剂，所述添加剂包括但不限于以上确定的那些。这与施加到织物表面上的最后物(finish)相反，由此通常必须使用粘结剂将添加剂固定到织物上。在这些情况下，添加剂倾向于在洗涤期间从织物上清洗掉和/或磨损/磨掉。在纤维形成期间在纤维中提供添加剂导致更好的耐久性，因为添加剂被捕获在纤维结构内。
注意到，虽然AC纤维可用于本文所考虑的织物的实施方案中，但并不总是需要使用它们。此外，可以将AC纤维结合到第一组纱线和第二组纱线中的任一个或两者中。在一些实施方案中，将AC纤维结合到第一组纱线中，以暴露在织物的正面上。在一些实施方案中，将AC纤维仅结合到第一组纱线中，并且不结合到第二组纱线中。
在一些实施方案中，AC纤维是芳族聚酰胺纤维(例如间位芳族聚酰胺、对位芳族聚酰胺或其混纺物)、FR人造丝、FR纤维素、FR改性聚丙烯腈纤维、克密尔聚酰胺纤维(Kermel)、FR聚丙烯酸酯(PyroTex)、FR尼龙、PBI、PBO和FR聚酯、改性聚丙烯腈纤维、超高分子量(UHMW)聚乙烯纤维、UHMW聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、液晶聚合物纤维、尼龙(和FR尼龙)纤维、丝纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、天然和合成的纤维素纤维(例如棉、人造丝、乙酸酯、三乙酸酯和莱赛尔纤维)、羊毛纤维、预氧化的丙烯酸纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维和聚丙烯酸酯纤维。
在一些实施方案中，织物的实施方案中使用的AC纤维中的至少一些(或全部) (包括前段中引用的任何纤维)是生产者着色的纤维。在生产者着色(也称为“溶液染色”)中，在形成纤维之前将颜料注入聚合物溶液中。因此，“生产者着色的”纤维是指在制造纤维本身的过程期间而不是在纤维形成之后着色的纤维。已经发现，较深颜色的添加剂(例如藏青色和黑色)在提高电弧等级/织物重量方面特别有效。然而，本发明的实施方案决不限于这些较深颜色的添加剂。
织物中提供的AC纤维不必全部相同。例如，纤维混纺物可以包括相同类型的AC纤维，或者，作为另外一种选择，可以在混纺物中提供不同类型的AC纤维。
在一些实施方案中，AC纤维(例如上述确定的任何纤维的AC版本)构成织物的纤维混纺物的5-60%，包括端点；织物的纤维混纺物的10-50%，包括端点；织物的纤维混纺物的15-40%，包括端点；织物的纤维混纺物的15-35%，包括端点；织物的纤维混纺物的15-30%，包括端点；织物的纤维混纺物的20-30%，包括端点；或织物的纤维混纺物的20-25%，包括端点。在一些实施方案中，AC纤维构成织物的纤维混纺物的至少5%或至少10%或至少15%或至少20%，并且(i)不超过60%，(ii)不超过50%，(iii)不超过40%，(iv)不超过35%，(v)不超过30%，或(vi)不超过25%。
第一组纱线优选包括熔融金属脱落纤维(其可以取决于脱落的金属的特定类型)。在设计为保护以防止熔融铝飞溅的织物中，第一组纱线优选包括羊毛纤维，使得羊毛纤维将暴露在织物的正面上以使熔融金属脱落。在一些实施方案中，第一组纱线包括至少20%羊毛纤维、至少30%羊毛纤维、至少40%羊毛纤维、至少50%羊毛纤维、至少60%羊毛纤维或至少70%羊毛纤维。考虑到铝倾向于附着到改性聚丙烯腈纤维，第一组纱线优选不含改性聚丙烯腈纤维，或者第一组纤维中改性聚丙烯腈的百分比是有限的(例如，小于25%、小于20%、小于15%、小于10%或小于5%)。在一些实施方案中，第一组纱线包括羊毛和纤维素纤维的混纺物。在一些实施方案中，第一组纱线包括约(i) 30-80%羊毛纤维和20-70%纤维素纤维(FR和/或非FR)，包括端点，和/或(ii) 40-70%羊毛纤维和30-60%纤维素纤维(FR和/或非FR)，包括端点。在一些实施方案中，第一组纱线包括约40-70%羊毛纤维和30-50%纤维素纤维(FR和/或非FR)，包括端点。在一些实施方案中，在第一组纱线的纤维混纺物中使用不同的纤维素纤维。在一些实施方案中，将尼龙纤维加入到第一组纱线的纤维混纺物中以提高耐久性和耐磨性。在一些实施方案中，第一组纱线包括约(i) 30-60%羊毛纤维、20-60%纤维素纤维(FR和/或非FR)和5-20%尼龙纤维，包括端点；(ii) 40-60%羊毛纤维、25-45%纤维素纤维(FR和/或非FR)和10-20%尼龙纤维，包括端点；(iii) 35-55%羊毛纤维、25-55%纤维素纤维(FR和/或非FR)和5-20%尼龙纤维，包括端点；(iv) 40-50%羊毛纤维、30-50%纤维素纤维(FR和/或非FR)和10-20%尼龙纤维，包括端点；(v) 40-50%羊毛纤维、30-45%纤维素纤维(FR和/或非FR)和10-20%尼龙纤维，包括端点；和/或(vi) 45-55%羊毛纤维、30-40%纤维素纤维(FR和/或非FR)和10-20%尼龙纤维，包括端点。在一些实施方案中，第一组纱线包括莱赛尔纤维(FR或非FR)和/或人造丝纤维(FR或非FR)。在一些实施方案中，第一组纱线包括FR人造丝纤维。第一组纱线还可以包括AC纤维以帮助赋予电弧防护。在一些实施方案中，AC纤维是AC人造丝纤维，且更具体地但不是必须地，是AC FR人造丝纤维。在一些实施方案中，AC纤维是生产者着色的纤维，例如生产者着色的人造丝纤维，且更具体地但不是必须地，是生产者着色的FR人造丝纤维。在一些实施方案中，第一组纱线不含芳族聚酰胺纤维。
第二组纱线优选包括纤维素纤维。在一些实施方案中，第二组纱线包括纤维素纤维与改性聚丙烯腈纤维的混纺物，其增强热防护和电弧防护。在一些实施方案中，在第二组纱线的纤维混纺物中使用不同的纤维素纤维(例如，莱赛尔纤维和人造丝的混纺物、FR和非FR纤维素纤维的混纺物等)。在一些实施方案中，第二组纱线包括约(i) 10-60%改性聚丙烯腈纤维和40-90%纤维素纤维(FR和/或非FR)，包括端点，和/或(ii) 15-40%改性聚丙烯腈纤维和60-85%纤维素纤维(FR和/或非FR)，包括端点。在一些实施方案中，第二组纱线包括约10-40%改性聚丙烯腈纤维和50-80%纤维素纤维(FR和/或非FR)，包括端点。在一些实施方案中，将尼龙纤维加入到第二组纱线的纤维混纺物中以提高耐久性和耐磨性。在一些实施方案中，第二组纱线包括约：(i) 10-50%改性聚丙烯腈纤维、40-90%纤维素(FR和/或非FR)和5-20%尼龙，包括端点；(ii) 10-40%改性聚丙烯腈纤维、40-80%纤维素(FR和/或非FR)和5-15%尼龙，包括端点；(iii) 15-30%改性聚丙烯腈纤维、50-70%纤维素(FR和/或非FR)和5-15%尼龙，包括端点；(iv) 15-30%改性聚丙烯腈纤维、60-80%纤维素(FR和/或非FR)和10-20%尼龙，包括端点；和/或(v) 15-25%改性聚丙烯腈纤维、50-70%纤维素(FR和/或非FR)和5-15%尼龙，包括端点。在一些实施方案中，改性聚丙烯腈纤维是含有添加剂的改性聚丙烯腈纤维，例如Ohzeki等人的美国专利申请号2017/0295875所述(其通过引用并入本文)。在一些实施方案中，改性聚丙烯腈纤维构成第二组纱线的纤维混纺物的50%或更少、40%或更少、30%或更少、或20%或更少。在一些实施方案中，第二组纱线不含芳族聚酰胺纤维和/或不含羊毛纤维。在一些实施方案中，织物不含芳族聚酰胺纤维。
在一些实施方案中，织物是由第一组纱线和第二组纱线形成的织造织物。在一些实施方案中，仅第一组纱线将在经向上取向，并且仅第二组纱线将在纬向上取向。这样，在织物正面上的纤维将主要包含第一组纱线的那些，而在织物身体侧上的纤维将主要包含第二组纱线的那些。
在其它实施方案中，并非所有的经纱或纬纱都是相同的。例如，通过在一些经纱和纬纱上提供第一组纱线，并且在另外的经纱和纬纱上提供第二组纱线(以任意类型的随机布置或交替图案)，可以在经向和纬向两者上提供第一组纱线和第二组纱线。或者，经向或纬向之一中的所有纱线可以是相同的(例如，所有都是第一组纱线或所有都是第二组纱线)，而仅在经向或纬向中的另一个中使用不同的纱线(第一组纱线和第二组纱线两者)。
织物可以用第一组纱线和第二组纱线以各种方式构造，包括但不限于斜纹织(2×1、3×1等)、缎织(4×1、5×1等)、缎纹编织和双层织物构造中的一种或多种，或其中纱线主要在织物的一侧上比在织物的另一侧上更多的任何其它编织。本领域技术人员将熟悉并可利用合适的织物构造。
还将认识到，任何织造织物将在织物的每一侧上具有可见的经纱和纬纱两者。然而，织造根据本发明的一些实施方案织造的织物，使得更多的第一组纱线位于织物的正面上，并因此更多的第二组纱线位于织物的身体侧上。因此，在示例性织物构造中，其中更多的第一组纱线位于或暴露在织物的正面上，并且更多的第二组纱线位于或暴露在织物的身体侧上，第一组纱线“主要”暴露在织物的正面上(即使第一组纱线中的一些从织物的身体侧是可见的)，并且第二组纱线“主要”暴露在织物的身体侧上(即使第二组纱线中的一些从织物的正面是可见的)。
在本发明的其它实施方案中，可以构造在织物的每一侧上具有不同性质的编织织物。这样的织物可以使用用单面编织技术(例如印纹等)或双面编织技术编织的纱线来构造，使得第一组纱线将主要暴露在织物的正面上，而第二组纱线将主要暴露在织物的相对的身体侧上。
织物的实施方案可以具有任何重量，但在一些实施方案中，在6-16盎司/平方码(osy)之间，包括端点。在一些实施方案中，本文公开的织物的重量在6-14 osy之间，包括端点；7-13 osy，包括端点；7.5-12.5 osy，包括端点；8-12 osy，包括端点；8.5-12.5 osy，包括端点；8.5-12 osy，包括端点；8.5-11 osy，包括端点；9-11 osy，包括端点；和9-10 osy，包括端点。在一些实施方案中，织物重量为至少7.5 osy但小于或等于12 osy、11 osy、10osy、9 osy和/或8 osy。在一些实施方案中，织物重量为至少8.5 osy但小于或等于11 osy和/或10 osy。
可将本文所述的织物结合到需要和/或期望保护以防止熔融金属飞溅、电弧闪光和/或火焰的任何类型的单层或多层衣服(制服、衬衫、夹克、裤子和连体工作服)中。
本文公开的织物的实施方案满足ASTM F1002和/或ISO 11612的要求。更具体地，本文公开的织物的一些实施方案满足“未涂布、层压或金属化”的初级防护织物和/或裤子和/或衬衫次级防护织物的断裂强度、撕裂强度、炭化长度和续焰要求，如ASTM F1002的表1中所阐述的。本文公开的织物的实施方案还满足用于次级防护织物的辐射热要求(RHR)，如ASTM F1002的表1中所阐述的。另外，当根据ASTM F955和/或ISO 9185测试时，这些织物应具有最少的熔融金属附着迹象。更具体地，当根据ISO 9185测试时，织物应实现D1或E1的金属飞溅性能水平等级(如ISO 11612中所阐述的)，但优选实现D2或E2的金属飞溅等级，并且甚至更优选实现D3或E3的金属飞溅等级。当按照ASTM F955测试熔融物质粘性、材料收缩和/或材料断裂时，本文所考虑的织物的实施方案还优选实现3或更小的数值等级。本文所考虑的织物的一些实施方案还具有大于或等于8 cal/cm2的电弧等级(ATPV或EBT) (当根据ASTM F1959测试时)，以具有NFPA 70E下的PPE类别2级。
制备并测试以下织物(其中“F”表示“织物”)：
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
注意到，不是所有的这些织物(F1-F8)都遵循本文所考虑的每种推荐织物设计原则。
测试织物F1-F8，并与代表目前用于熔融金属飞溅保护的织物的以下现有技术织物(其中“PA”表示现有技术织物)进行比较：
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表4A和4B阐述织物F1-F8和现有技术织物PA-1和PA-2的各种性质的测试结果。
表4A
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE012
*织物根据AATCC Method 135, 3, IV, A iii (Dimensional Changes of Fabrics after Home Laundering，2018版，其通过引用并入本文)洗涤。更具体地，织物通过永久性压烫在120°F下洗涤。
表4B
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
*织物根据AATCC Method 135, 3, IV, A iii (Dimensional Changes of Fabrics after Home Laundering，2018版，其通过引用并入本文)洗涤。更具体地，织物通过永久性压烫在120°F下洗涤。
表4A和4B反映本发明织物F1-F8对ASTM F1002的竖直可燃性(炭化长度和续焰)、断裂强度和撕裂强度要求的顺应性。此外，许多织物能够达到大于或等于8 cal/cm2的电弧等级。
表5阐述按照ASTM F955当暴露于熔融铝时织物的视觉等级。
表5
织物 粘性 炭化 收缩 断裂
PA-1 1.5 4 1 1
PA-2 1.5 3 1 1
F1 3 4.5 1.5 4
F2 3 4.5 1.5 3
F3 2.5 4 1 3
F4 2.5 4 1 1
F5 2.5 4 1 2
F6 3 4 1 3
F7 1.5 4 1 2
F8 1 3 1 1
当按照ASTM F955测试熔融物质粘性、材料收缩和材料断裂时，所有织物F1-F8均实现3或更好(即小于3)的等级。
根据本发明的实施方案的织物在策略上将需要熔融金属防护性纤维(其倾向于更昂贵且不太舒适)放置在织物的正面上，并且将更舒适、更便宜的纤维放置在织物的身体侧上。因此，这些织物为穿戴者提供必要的保护，同时与设计为保护以防止熔融金属飞溅的现有织物相比，使服装更舒适和负担得起。
上述部件以及未显示或描述的部件和步骤的不同布置是可能的。类似地，一些特征和子组合是有用的，并且可以在不参考其它特征和子组合的情况下采用。已经出于说明性而非限制性的目的描述了本发明的实施方案，并且替代实施方案对于本专利的读者将变得显而易见。因此，本发明不限于上述或在附图和各种实施方案中描述的实施方案，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以进行修改。

Claims (20)

1.织物，其由第一组纱线和第二组纱线形成，其中所述织物具有正面、身体侧、第一方向和与所述第一方向相反的第二方向，并且其中：
i. 所述第一组纱线包含第一纤维混纺物，其中所述第一纤维混纺物包含熔融金属脱落纤维；
ii. 所述第二组纱线包含第二纤维混纺物，所述第二纤维混纺物不同于所述第一纤维混纺物并且包含纤维素纤维；
iii. 所述第一组纱线主要暴露在所述织物的正面上；
iv. 所述第二组纱线主要暴露在所述织物的身体侧上；
v. 当根据ASTM D5034 (2009)测试时，所述织物在所述第一方向和所述第二方向两者上的断裂强度均为至少50磅力；
vi. 当根据ASTM D1424 (2009)测试时，所述织物在所述第一方向和所述第二方向两者上的撕裂强度均为至少5磅力；
vii. 当按照ASTM D6413 (2015)测试时，所述织物的炭化长度为至少6英寸，并且续焰为2秒或更少；
viii. 所述织物的织物重量在6-14盎司/平方码之间，包括端点；以及
ix. 当按照ASTM F1959 (2014)测试时，所述织物的电弧等级为至少8 cal/cm2。
2.权利要求1所述的织物，其中所述织物是具有经向和纬向的织造织物，其中所述第一方向是所述经向，所述第二方向是所述纬向，所述第一组纱线仅在所述经向或所述纬向中的一个提供，并且所述第二组纱线仅在所述经向或所述纬向中的另一个提供。
3.权利要求1所述的织物，其中所述熔融金属脱落纤维包含羊毛和纤维素纤维，并且其中所述第一纤维混纺物包含约40-70%羊毛纤维，包括端点，和约30-50%纤维素纤维，包括端点。
4.权利要求3所述的织物，其中所述第一纤维混纺物包含约40-60%羊毛纤维，包括端点，和约25-45%纤维素纤维，包括端点，并且其中所述第一纤维混纺物进一步包含约10-20%尼龙纤维，包括端点。
5.权利要求3所述的织物，其中所述第一纤维混纺物中的至少一些纤维素纤维包含阻燃纤维素纤维。
6.权利要求5所述的织物，其中至少一些所述阻燃纤维素纤维包含含有添加剂的阻燃纤维素纤维。
7.权利要求6所述的织物，其中至少一些所述含有添加剂的阻燃纤维素纤维是生产者着色的阻燃纤维素纤维。
8.权利要求7所述的织物，其中所述生产者着色的阻燃纤维素纤维包含人造丝纤维。
9.权利要求1所述的织物，其中所述第一纤维混纺物不含芳族聚酰胺纤维。
10.权利要求1所述的织物，其中所述第一纤维混纺物不含改性聚丙烯腈纤维。
11.权利要求1所述的织物，其中所述第二纤维混纺物包含约50-80%纤维素纤维，包括端点，并且进一步包含约10-40%改性聚丙烯腈纤维，包括端点。
12.权利要求11所述的织物，其中所述第二纤维混纺物包含约15-30%改性聚丙烯腈纤维，包括端点，和约60-80%纤维素纤维，包括端点，并且其中所述第二纤维混纺物进一步包含约10-20%尼龙纤维，包括端点。
13.权利要求1所述的织物，其中所述第二纤维混纺物不含芳族聚酰胺纤维。
14.权利要求1所述的织物，其中所述第二纤维混纺物不含羊毛纤维。
15.权利要求1所述的织物，其中所述第二纤维混纺物进一步包含40%或更少的改性聚丙烯腈纤维。
16.权利要求1所述的织物，其中所述织物重量在8.5-12.5盎司/平方码之间，包括端点。
17.权利要求1所述的织物，其中当根据ISO 9185 (2007)测试时，所述织物实现如ISO11612 (2015)中所述的至少D2或E2的金属飞溅性能水平等级。
18.权利要求1所述的织物，其中当按照ASTM F955 (2015)测试熔融物质粘性、材料收缩和材料断裂时，所述织物实现3或更小的数值等级。
19.织造织物，其由第一组纱线和第二组纱线形成，其中所述织物具有正面、身体侧、经向和与所述第一方向相反的纬向，并且其中：
i. 所述第一组纱线包含第一纤维混纺物，其中所述第一纤维混纺物包含羊毛纤维、纤维素纤维和尼龙纤维，并且其中所述第一纤维混纺物不含改性聚丙烯腈和芳族聚酰胺纤维；
ii. 所述第二组纱线包含第二纤维混纺物，所述第二纤维混纺物不同于所述第一纤维混纺物并且包含纤维素纤维、改性聚丙烯腈纤维和尼龙纤维，其中所述第二纤维混纺物不含芳族聚酰胺纤维；
iii. 所述第一纤维混纺物或所述第二纤维混纺物中的至少一种中的至少一些纤维素纤维包含生产者着色的阻燃人造丝纤维；
iv. 所述第一组纱线主要暴露在所述织物的正面上；
v. 所述第二组纱线主要暴露在所述织物的身体侧上；
vi. 当根据ASTM D5034 (2009)测试时，所述织物在所述第一方向和所述第二方向两者上的断裂强度均为至少50磅力；
vii. 当根据ASTM D1424 (2009)测试时，所述织物在所述第一方向和所述第二方向上的撕裂强度均为至少5磅力；
viii. 当按照ASTM D6413 (2015)测试时，所述织物的炭化长度为至少6英寸，并且续焰为2秒或更少；
ix. 所述织物的织物重量在8.5-12.5盎司/平方码之间，包括端点；
x. 当按照ASTM F1959 (2014)测试时，所述织物的电弧等级为至少8 cal/cm2；以及
xi. 当根据ISO 9185 (2007)测试时，所述织物实现如ISO 11612 (2015)中所述的至少D2或E2的金属飞溅性能水平等级。
20.权利要求19所述的织造织物，其中所述第一组纱线仅在所述经向或所述纬向中的一个上提供，并且所述第二组纱线仅在所述经向或所述纬向中的另一个上提供。
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