CN114341414A - 阻燃织物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含短纤维纱的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含均质共混在一起的非‑FR纤维素纤维、改性聚丙烯腈纤维和不可燃纤维。所述不可燃纤维中的至少一部分包含能量吸收添加剂以形成能量吸收纤维。所述织物包含少于14重量％的能量吸收纤维，并且所述织物具有至少1.33卡路里每平方厘米每盎司每平方码织物的根据ASTM F1959/F1959M‑14e1的耐电弧性。

Description

阻燃织物
技术领域
本专利申请涉及阻燃织物(flame-resistant fabric)，所述织物也提供免受近红外辐射——例如由电弧闪光发出的近红外辐射——的保护。
背景技术
电弧闪光(或电弧爆炸)是一种由低阻抗连接到地面或电气系统中的另一个电压相而产生的放电。具体而言，电弧闪光是由空气电阻的电击穿产生的，所述电击穿在电气系统中有足够的电压和存在连接到地面或较低电压的通路时发生。电弧闪光通常释放大量能量，所述大量能量使电气系统中的金属导体汽化从而使熔融金属爆炸并使等离子体由源向外扩展，且由于对附近气体的快速加热而产生冲击波。电弧闪光和由闪光产生的金属等离子体迅速释放出大量的电磁辐射(例如，从红外线到紫外线波长的光能)，这种电磁辐射会迅速加热它所接触的表面。例如，在电弧闪光期间产生的红外辐射会对电弧闪光附近未受保护或保护不足的(underprotected)个人皮肤造成严重烧伤。
鉴于电弧闪光造成的危险，已开发出防护服以保护有暴露于电弧闪光风险的工人，例如电气工人和电工。设计这种抗电弧服装系统以为穿戴者提供不同程度的保护，必要或推荐的保护水平由在工作时可能遇到的电弧闪光的严重程度决定。为了提供所需的一种或多种保护水平，这些抗电弧服装系统通常由相对较重的织物制成，普遍的工作理论和原理是较重的织物阻挡电磁辐射并提供绝缘以防止由电弧闪光引起的辐射加热。然而，由这种较重的织物制成的衣服在长时间穿戴时常常会变得不舒服，这至少部分是由于较厚织物的低透气性。
因此，需要重量较轻的阻燃织物，所述织物既阻燃又提供保护免受电弧闪光产生的辐射(例如，近红外辐射)，并且适合用于制作穿戴舒适的服装中。
发明内容
在第一实施方案中，本发明提供了一种含短纤维纱(staple yarn)的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含均质(intimately)共混在一起的非-FR纤维素纤维、改性聚丙烯腈(modacrylic)纤维和不可燃纤维。所述不可燃纤维中的至少一部分包含能量吸收添加剂以形成能量吸收纤维。所述织物包含少于14重量％的能量吸收纤维，并且所述织物具有至少1.33卡路里每平方厘米每盎司每平方码织物的根据ASTM F1959/F1959M-14e1的耐电弧性。
具体实施方式
“电弧热保护值”(ATPV)是用以指织物必须暴露于其中以产生百分之五十(50％)的导致位于织物下面的皮肤开始发生二度烧伤的可能性的(以卡路里每平方厘米为单位表示的)最小入射能量的术语。电弧额定值(Arc Rating)是材料(例如阻燃织物)的“电弧热保护值(ATPV)”和“破裂阈能(EBT)”中较低的，可根据标题为“Standard Test Method forDetermining the Arc Rating of Materials for Clothing”的ASTM标准测试方法F1959/F1959M-14e1确定。NFPA 70E规定了对于各种电气危险所要求的最小电弧额定值。为了适于作为类别2服装，服装必须由最小电弧额定值为8.0cal/cm2的织物制成。通常，重量轻(即每平方码小于6盎司)的织物被认为在大多数环境中穿戴更舒适。优选地，为了满足8.0cal/cm2的类别2要求，并且为6.0盎司每平方码或更小，织物的耐电弧性与重量的比必须为至少1.33卡路里每平方厘米每盎司每平方码织物。更优选地，本发明的阻燃织物表现出至少1.4、至少约1.5、至少约1.60卡路里每平方厘米每盎司每平方码织物的耐电弧性。在其它实施方案中，织物可以具有更高的重量并且具有更高的电弧额定值以用于可能发生更高能量电弧闪光事件的情况中。在这些实施方案中，电弧额定值与重量的比仍然高于1.33cal/cm2每盎司每平方码织物(即，当电弧额定值为12cal/cm2时，织物的重量将小于约9盎司每平方码织物)。更优选地，本发明的阻燃织物表现出至少1.4、至少约1.5、至少约1.6卡路里每平方厘米每盎司每平方码织物的耐电弧性。
如上所述，本发明提供了可以阻燃的耐电弧织物。如本文所用，术语“阻燃”是指在去除外部火源后缓慢燃烧或自熄的材料。阻燃织物的阻燃性可以通过任何合适的测试方法测量，所述测试方法例如为以下中描述的那些：标题为“Standard Methods of Fire Testsfor Flame Propagation of Textiles and Films”的美国消防协会(NFPA，National FireProtection Association)701、标题为“Standard Test Method for Flame Resistanceof Textiles(vertical test)”的ASTM标准测试方法D6413、标题为“Standard on Flame-resistant Garments for Protection of Industrial Personnel Against Flash Fire”的NFPA 2112、标题为“The Standard Performance Specification for Flame-resistantfabrics for Wearing Apparel for Use by Electrical Workers Exposed toMomentary Electric Arc and Related Thermal Hazards”的ASTM F1506-10a、和标题为“Standard Test Method for Evaluation of Flame-resistant Clothing forProtection Against Flash Fire Simulations Using an Instrumented Manikin”的ASTM标准测试方法F1930-11。优选的是，当根据ASTM标准测试方法D6413测试时，本发明的阻燃织物满足NFPA 2112-18的最低阻燃性要求，包括100mm(4.0英寸)的最大焦化长度和最长2秒的余焰。优选地，当根据NFPA 2112-2012测试时，织物的热收缩率小于10％。
在一个实施方案中，阻燃织物具有至少约8卡路里/cm2的电弧额定值。在优选实施方案中，阻燃织物的电弧额定值为至少约8.5卡路里/cm2、至少约9卡路里/cm2、至少约10卡路里/cm2、至少约11卡路里/cm2、至少约12卡路里/cm2。
本发明的阻燃织物通常包括由多根纱线形成的织物(例如，纺织品或纺织品基材)。织物可以由单一的多根(plurality)或单一类型的纱线形成。织物可以具有任何合适的结构。换言之，形成织物的纱线可以以生产织物的任何合适的图案状排列提供。在一个实施方案中，形成织物的多根纱线包括布置在织物中的第一方向上的多根第一纱线和布置在垂直于第一方向的第二方向上的多根第二纱线。因此，形成织物的纱线优选以机织(woven)图案提供。优选地，形成织物的纱线以选自以下的机织图案提供：篮组织、缎纹组织(sateenweave和satin weaves)、防破裂组织和斜纹组织。这些机织图案中的大多数包含重复浮在垂直方向延伸的两根或多根纱线上的纱线，这些机织图案产生的织物所具有的厚度比由平纹组织形成的类似基材更大。尽管不希望受到任何特定理论的约束，但相信这种增加的厚度至少部分可有助于增强本发明的阻燃织物所表现出的保护免受电弧闪光(例如，由电弧闪光产生的近红外辐射)。在优选实施方案中，形成织物的纱线以选自以下的机织图案提供：4x1缎纹组织、3x1斜纹组织和2x1斜纹组织。
在另一个实施方案中，织物是针织(knit)织物。针织物可以是任何合适的针织物，包括经编针织物(warp knit)或圆形针织物。在一个优选实施方案中，圆形针织物是平纹针织物(jersey knit)、潘扬地罗马布(Ponte de Roma)针织物或瑞士加强针织物(Swisspique knit)。已发现这些针织物为穿戴者提供良好的阻燃性和舒适性。
在另一个实施方案中，织物是非织造织物。非织造织物被广义地定义为通过将纤维或长丝以机械、热或化学方式缠结(以及通过对薄膜进行穿孔)而粘合在一起的片状或网状结构。
耐电弧且阻燃的织物包含均质共混在一起的多根纤维。这些纤维至少包含非阻燃(非-FR)纤维素纤维、改性聚丙烯腈纤维和不可燃纤维。织物可以仅由包含一组纤维共混物的纱线形成，或者织物可以由两种或更多种多根或者不同类型的纱线形成(例如，织物可以由具有第一共混物的第一多根纱线和一种或多种其它第二多根纱线形成，所述一种或多种其它第二多根纱线包括另一种纤维类型或另一种纤维共混物)。
形成纺织品基材的纱线可以是任何合适类型的纱线。优选地，织物包含短纤维。优选地，短纤维具有约0.5至3英寸之间的平均长度。在另一个实施方案中，纱线中的至少一部分既包括短纤维又包括长纤维。例如，至少一些纱线——例如机织纺织品基材的经纱——可以是细纱。优选地，形成纺织品基材的第一纱线和第二纱线都是细纱。细纱可以由单一类型的短纤维制成，或者细纱可以由两种或更多种不同类型的短纤维的共混物制成。这种细纱可以通过任何合适的纺纱工艺形成，所述纺纱工艺例如有环锭纺纱、喷气纺纱、涡流纺纱或自由端纺纱。优选地，纱线通过使用涡流纺纱工艺或喷气纺纱工艺而纺制。在这样的实施方案中，两种多根纱线(即，多根第一纱线和多根第二纱线)都可以通过使用相同的工艺而纺制，或者每种多根纱线可以通过使用不同的工艺而纺制。例如，一种多根纱线可以通过使用自由端纺纱工艺而纺制，并且其它多根纱线可以通过使用喷气纺纱工艺而纺制。在一个实施方案中，细纱可以被加捻在一起以形成2股纱。已显示2股纱可提高机织织物的强度并可改善其耐洗性。
形成纺织品基材的纱线可以包含任何合适的纤维或任何合适的纤维共混物。如上所述，第一纱线和第二纱线可以相同或不同(即，纱线可以包含相同的纤维或纤维共混物，或者纱线可以包含不同的纤维或纤维共混物)。
优选地，至少一种多根纱线(例如，多根第一纱线、多根第二纱线或两者)包含不可燃纤维。如本文所用，术语“不可燃纤维”用以指由于制造它们的材料的化学组成而无需额外的阻燃处理即可表现出耐燃性的合成纤维。这些纤维也被称为内在阻燃纤维。不可燃纤维可以是任何合适的不可燃纤维，例如聚噁二唑纤维、聚磺酰胺纤维、聚(苯并咪唑)纤维、聚(苯硫醚)纤维、芳族聚酰胺纤维(例如间位芳族聚酰胺纤维和/或对位芳族聚酰胺纤维)和/或聚(酰胺-酰亚胺)纤维)、聚吡啶并双咪唑(polypyridobisimidazole)纤维、聚苄基噻唑纤维、聚苄基噁唑纤维、三聚氰胺-甲醛聚合物纤维、苯酚-甲醛聚合物纤维、氧化聚丙烯腈纤维，以及它们的组合、混合物或共混物。当存在于纱线中时，不可燃纤维优选选自聚噁二唑纤维、聚磺酰胺纤维、聚(苯并咪唑)纤维、聚(苯硫醚)纤维、芳族聚酰胺纤维(例如，间位芳族聚酰胺纤维，和/或聚(酰胺-酰亚胺)纤维和/或对位芳族聚酰胺纤维)，以及它们的组合、混合物或共混物。
优选地，不可燃纤维是芳族聚酰胺纤维，例如间位芳族聚酰胺纤维、聚酰胺-酰亚胺纤维或对位芳族聚酰胺纤维，或者纤维的共混物。在一个优选实施方案中，纤维是聚酰胺-酰亚胺纤维和对位芳族聚酰胺纤维的共混物。
当存在于形成纺织品基材的纱线中时，不可燃纤维可以构成任何合适量的存在于纱线中的纤维。优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约40重量％的不可燃纤维。更优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约30重量％的不可燃纤维。更优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约22重量％的不可燃纤维。更优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约20重量％的不可燃纤维。在另一个实施方案中，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约18重量％的不可燃纤维。
在另一个实施方案中，基于织物的总重量，织物(作为一个整体)包含少于约40重量％的不可燃纤维。优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约30重量％的不可燃纤维。优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约22重量％的不可燃纤维。优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约18重量％的不可燃纤维。更优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约15重量％的不可燃纤维。在另一个实施方案中，基于织物的总重量，织物包含少于约10重量％的不可燃纤维。
在一个实施方案中，不可燃纤维包含多于一种类型的不可燃纤维的共混物，优选间位芳族聚酰胺纤维或聚(酰胺-酰亚胺)纤维和对位芳族聚酰胺纤维。不可燃纤维中的至少一部分包含能量吸收添加剂。能量吸收纤维通常颜色较深(例如负载有炭黑的纤维)。织物中较少量的能量吸收纤维(同时保持高阻燃和电弧性能)是合乎需要的，因为这允许织物在染色前呈现较浅的颜色。这又允许生产较浅染色的织物，较浅颜色例如有灰色、橙色、宝蓝色(royal blue)、棕褐色(tans)和其它中等至浅色调的颜色；当深色能量吸收纤维的负载量高得多时，这些颜色更难产生。
术语“能量吸收添加剂”在本文中用于描述吸收近红外波长(例如，700nm至2,000nm或700nm至1,400nm)的电磁辐射的材料。能量吸收剂可以吸收电磁光谱的其它部分(例如，可见波长)中的电磁辐射。然而，为了提供保护免受由电弧闪光产生的红外辐射造成的伤害，能量吸收剂应该表现出对近红外辐射的明显吸收。本发明的阻燃织物中使用的能量吸收剂的这种特性使其与通常用以处理阻燃织物的大部分能量吸收材料不同。特别是，用于处理纺织品的大部分能量吸收材料(例如染料和颜料)被设计或选择为表现出对可见辐射的明显吸收，这使得经处理的阻燃织物具有可感知的颜色。由于红外辐射的吸收对阻燃织物的视觉感知的颜色没有影响，因此这些典型的能量吸收材料通常表现出对红外辐射的吸收非常少。实际上，此类材料在800nm波长处的吸光度可能小于该材料在可见波长中表现出的最大吸光度的百分之十，而在较长波长(例如，1,000nm)处的吸光度甚至更小。由于对红外辐射的吸收如此之低且对可见辐射的吸收如此之高，这些材料的颜色可能极深(即黑色)，但没有提高电弧额定值的益处。
优选地，能量吸收添加剂是炭黑，因为已经发现该添加剂有效地吸收能量并且具有成本效益。炭黑在电磁光谱的整个可见光和红外部分中具有几乎恒定的吸收。不可燃纤维中能量吸收添加剂的量取决于最终用途的织物特性、所需的颜色和可加工性。优选地，能量吸收添加剂位于纤维内(在纤维制造期间引入，而不是在制造后施加到纤维表面)。这提供了织物在多次洗涤后更好的洗涤耐久性和性能。优选地，能量吸收纤维(包含能量吸收添加剂的不可燃纤维)是间位芳族聚酰胺纤维，更优选聚(酰胺-酰亚胺)纤维。
优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约20重量％的能量吸收纤维。更优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约15重量％的能量吸收纤维。更优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约14重量％的能量吸收纤维。更优选地，基于存在于短纤维纱中的纤维的总重量，短纤维纱包含少于约11重量％的能量吸收纤维。优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约20重量％的能量吸收纤维。优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约15重量％的能量吸收纤维。优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约14重量％的能量吸收纤维。更优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约11重量％的能量吸收纤维。最优选地，基于织物的总重量，织物包含少于约8重量％的能量吸收纤维。
在一个实施方案中，短纤维纱包含作为不可燃纤维的对位芳族聚酰胺纤维和聚(酰胺-酰亚胺)纤维的共混物，其中聚(酰胺-酰亚胺)纤维是能量吸收纤维。在这个实施方案中，对位芳族聚酰胺纤维的量少于短纤维纱的约10重量％。更优选地，对位芳族聚酰胺纤维的量少于短纤维纱的约8重量％。更优选地，对位芳族聚酰胺纤维的量少于短纤维纱的约5重量％。在这个实施方案中，基于织物的总重量，织物(作为一个整体)优选包含少于约10重量％、更优选少于10重量％、更优选少于5重量％的对位芳族聚酰胺纤维。在这个实施方案中，能量吸收纤维的量少于短纤维纱的约15重量％。优选地，能量吸收纤维的量少于短纤维纱的约14重量％。优选地，能量吸收纤维的量少于短纤维纱的约11重量％。最优选地，能量吸收纤维的量少于短纤维纱的约8重量％。在这个实施方案中，基于织物的总重量，织物(作为一个整体)优选包含少于约15重量％、更优选少于14重量％、更优选少于12重量％、更优选少于约8重量％的能量吸收纤维。
形成织物的短纤维纱优选还包含非-FR纤维素纤维和改性聚丙烯腈纤维。优选地，以重量计，短纤维纱中包含的非-FR纤维素纤维的量比改性聚丙烯腈纤维大。如本文所用，“非-FR纤维素纤维”是指由一个或多个植物来源组成或者由一个或多个植物来源制成且未经阻燃处理的任何纤维。如本文所用，“非-FR合成纤维素纤维”是指非天然存在但由植物来源制造的任何“非-FR纤维素纤维”。非-FR合成纤维素纤维可以包括但不限于莱赛尔(lyocell)(一种由溶解漂白木浆制成的再生纤维素纤维，其品牌之一是TENCELTM)、人造丝(一种再生纤维素纤维，其品牌之一是MODALTM)、醋酸纤维素(acetate)等。非-FR纤维素纤维也可以是天然存在的纤维，例如棉、亚麻、大麻或其它纤维素植物纤维。优选地，短纤维纱包含占所述纱的约30重量％至45重量％的非-FR纤维素纤维。优选地，非-FR纤维素纤维是非-FR合成纤维素纤维。
短纤维纱还包含改性聚丙烯腈纤维(例如，来自日本大阪的Kaneka Corporation的PROTEXTM改性聚丙烯腈纤维)。优选添加改性聚丙烯腈纤维，因为它们赋予织物阻燃性并且也是可染色的。
在一个优选实施方案中，短纤维纱包含均质共混在一起的约30至45重量％的改性聚丙烯腈纤维、约35至55重量％的非-FR纤维素纤维、和少于20重量％的不可燃纤维，其中约5至14重量％的短纤维包含能量吸收添加剂。
短纤维纱(或织物中另外的纱)还可包含另外的纤维，包括但不限于：聚酯纤维(例如，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)纤维、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)纤维、聚(对苯二甲酸丙二酯)纤维)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)纤维及它们的共混物)、聚酰胺纤维(例如，尼龙6纤维、尼龙6,6纤维、尼龙4,6纤维和尼龙12纤维)、聚乙烯醇纤维，以及它们的组合、混合物或共混物。一种或多种纱可以包含其它合成纤维，例如静电散逸或抗静电纤维。例如，纱还可以包含天然纤维，例如棉、亚麻、黄麻、大麻或羊毛。纱还可以包含其它纤维，例如人造丝、莱赛尔或醋酸纤维素。当此类纤维(例如棉纤维)存在于本发明的阻燃织物中时，想要的可以是，将纺织品基材或阻燃织物用阻燃剂处理以赋予这些纤维一定程度的阻燃性并生产出表现出所需阻燃性程度的阻燃织物。
本发明的纺织品基材和阻燃织物可以具有任何合适的重量(即，每单位面积的重量)。纺织品基材的重量优选为约16oz/yd2或更小(约540g/m2或更小)，约14oz/yd2或更小(约470g/m2或更小)，约12oz/yd2或更小(约410g/m2或更小)，约10oz/yd2或更小(约340g/m2或更小)，约9oz/yd2或更小(约310g/m2或更小)。更优选地，纺织品基材的重量为约8oz/yd2或更小(约270g/m2或更小)，更优选约7oz/yd2或更小(约240g/m2或更小)，更优选约6.5oz/yd2或更小(约220g/m2或更小)，更优选约6oz/yd2或更小(约200g/m2或更小)，更优选约5.75oz/yd2或更小(约195g/m2或更小)，最优选约5.5oz/yd2或更小(约190g/m2或更小)。如上所述，以前用于电弧闪光保护中的织物通常相对较重(即，它们的每单位面积的重量相对较高)。因此，本发明的阻燃织物能够以相对较轻的重量——例如约6oz/yd2或更小(约200g/m2或更小)的重量——实现所需水平的电弧闪光保护的事实出人意料。此外，这些重量相对较轻的阻燃织物在长时间穿戴时应该舒适得多。在其中织物是针织物的实施方案中，由于针织结构的更开放的性质，织物的重量可能更高。对于针织织物，织物的重量优选为小于约9oz/yd2或更小(约310g/m2或更小)，更优选小于约7oz/yd2或更小(约230g/m2或更小)。
本发明的阻燃织物可用于制造设计用于保护个人免受与电弧闪光相关的危害的保护设备。例如，本发明的阻燃织物可用作单层或多层服装中的组件，其中所述服装被设计为表现出所需的ATPV和/或表现出所需的阻燃性程度。例如，本发明的阻燃织物可用于生产毯子和服装，例如衬衫、裤子、工作服、外套、头巾、围裙和手套。
除了上述阻燃织物之外，本发明还提供一种用于保护个体免受电弧闪光期间可能产生的红外辐射(例如，近红外辐射)的方法。该方法包括在个体和能够产生电弧闪光的设备之间放置阻燃织物的步骤。该方法中使用的阻燃织物是上述本发明的阻燃织物的任何实施方案。
在本发明的这种方法实施方案中，可以将阻燃织物放置在个体和设备之间的任何合适的点处。然而，为了确保将阻燃织物放置以为个人提供最大程度的保护，阻燃织物优选地构成个人穿戴的服装的一部分。合适的服装包括但不限于衬衫、裤子、工作服、外套、头巾、围裙和手套。在优选实施方案中，个体所穿戴的服装的面向外的纺织品部分(即，当个体穿戴服装时，所述服装的面向设备的那些部分)基本上由(或甚至更优选地由)根据本发明的阻燃织物组成。
以下实施例进一步示例说明了上述主题，但当然不应被解释为以任何方式限制其范围。
实施例
这些实施例示出了根据本发明的阻燃织物的制备和特性，并将这些特性与并未根据本发明生产的类似阻燃织物进行比较。
通过将纤维共混在一起、形成长条(sliver)并利用涡流纺纱来制造2股细纱而构造一系列织物。在这些实施例中，经纱和纬纱由相同的纤维共混物制成，尽管设想了其中经纱的纤维共混物可以不同于纬纱的纤维共混物的其它实施方案。将织物以2x1左手斜纹(LHT)结构编织，随后进行染色和整理。每种共混物的整理后重量为约5.5oz/yd2。每个实施例的共混物中纤维的百分比是变化的(如表1中所示)，以确定共混百分比对织物的电弧额定值的影响。
Figure BDA0003531682910000101
表1：实施例织物1至7中的共混百分比。
所有实施例织物(实施例1至7)都是阻燃的。换句话说，当按照ASTM D6413测试时，它们的焦化长度均小于4”，余焰时间均短于2秒。耐电弧性特性按照F1959/F1959M-14e1进行测试。ASTM F1959测试方法规定将织物面板暴露于各种能级的电弧闪光。每个面板后面的温度传感器记录通过织物传递到传感器的能量是否足以引起二度烧伤。使用对来自不同能量下的多个面板测试(通常是21-24个面板)的数据的标称逻辑斯谛回归(nominallogistic regression)以确定导致发生二度烧伤的可能性为50％的电弧能量。该值被称为“电弧热保护值”(ATPV)。此外，在每次电弧闪光后检查每个面板，并确定织物是否有孔或裂纹。将该数据以类似的方式用于确定导致织物破裂的可能性为50％的电弧能量水平。这个值被称为“破裂阈能”(EBT)。电弧额定值是两个值中较低的。在一些情况下，ATPV低于EBT；而在其它情况下，EBT低于ATPV。
实施例1至7的ATPV或EBT值列于下表2中。由于每种织物的面积重量为5.5oz/yd2，因此电弧额定值/重量比只是电弧额定值除以5.5(也如表2中所示)。考虑到实施例1和2，这两个实施例之间的唯一区别是实施例1使用了12％的天然(未着色)对位芳族聚酰胺，而实施例2使用了12％的黑色(纺前染色的(producer-dyed))对位芳族聚酰胺。实施例1和实施例2具有相同的电弧额定值(ATPV)，因为尽管是深色的，实施例2中使用的黑色纺前染色的对位芳族聚酰胺纤维在电磁光谱的红外区域中不吸收能量。这些实施例织物(实施例1和2)尽管具有阻燃性，但不具备对于NFPA 70E和ASTM F1506中概述的类别2任务而言必要的所需的8cal/cm2电弧额定值。
Figure BDA0003531682910000111
表2：根据ASTM F1959测试时实施例1至7的电弧额定值
在实施例3中，共混物包含50％的具有能量吸收添加剂(炭黑)的聚(酰胺-酰亚胺)纤维。这种织物的EBT为7.2cal/cm2。不受任何特定理论的束缚，据信在电弧闪光测试期间，能量吸收添加剂吸收来自电弧闪光的辐射能并将其转化为热能。这种热能会在织物面板中产生应力，从而导致破裂。电弧额定值相对于实施例1和2有所提高，但仍未达到8cal/cm2的所需水平。
实施例4和5将5％的对位芳族聚酰胺与具有能量吸收添加剂的聚(酰胺-酰亚胺)一起掺入共混物中。对位芳族聚酰胺的加入增强了织物的强度并将破裂延迟到更高能量。这些织物已达到每织物重量所需的耐电弧性水平，但是包含35％至45％的含炭黑的纤维会使织物颜色非常深，从而限制了可用的颜色空间。
实施例6和7具有分别仅掺入15％和10％的具有能量吸收添加剂的聚(酰胺-酰亚胺)纤维的共混物。电弧额定值远高于8.0cal/cm2的所需值，并且EBT现在高于ATPV。尽管不受任何特定理论的束缚，但据信较少量的含能量吸收添加剂的纤维导致较少量的由能量吸收所产生的热量。然而，能量吸收水平足以防止辐射能传递以提供高ATPV值。
这种水平的电弧额定值与重量的比(大于1.33)对于采用如此低含量水平的含能量吸收添加剂的纤维来说是出人意料的。在US 20180171516(Stanhope等人，该专利申请通过援引加入的方式纳入本文)的现有技术实施例中，需要高得多的具有能量吸收添加剂的纤维的含量水平以达到大于1.33的电弧额定值与重量的比。在这篇参考文献中，以16％、25％、30％和50％组合物的具有能量吸收添加剂的纤维提供了实施例。仅在50％组合物的具有能量吸收添加剂的纤维的情况下，电弧额定值与重量的比大于1.33。在这些实施例中的每一个中，织物从由含添加剂的间位芳族聚酰胺、改性聚丙烯腈和莱赛尔组成的纤维共混物制成。然而，与本申请中公开的本发明织物相比，在该参考文献中公开的共混物中不包含对位芳族聚酰胺纤维。此外，该现有技术参考文献的纤维共混物组合物由比莱赛尔更高百分比的改性聚丙烯腈构成。这也与其中共混物中莱赛尔的量大于或等于改性聚丙烯腈纤维的含量水平的本发明形成对比。
不受任何特定理论的束缚，可以用两种理论解释本发明的出乎意料的性能，其中电弧额定值与重量的比为1.65，并且包含仅10％的含添加剂的纤维。
首先，对位芳族聚酰胺纤维的加入似乎为织物提供了强度并提高了发生破裂时的能量。这种对位芳族聚酰胺的含量水平低得足以避免对位芳族聚酰胺的许多缺点(例如缺乏染色性和在洗涤过程中细纤维化倾向)，但又高得足以在电弧闪光事件期间为织物提供强度。
其次，较高量的莱赛尔可能是由成焦过程产生的较高ATPV值的原因。在包含具有能量吸收添加剂的纤维的织物中，来自电弧闪光的辐射能被纤维中的能量吸收添加剂吸收，从而防止能量传递给服装的穿戴者。然而，这种能量将被再发射回穿戴者(或电弧闪光测试中的传感器)，这可能会导致在随后的时间(即在初始电弧闪光后的几秒钟)时烧伤。当莱赛尔或其它纤维素纤维暴露在高温下时，它们会降解并在其表面上形成焦化层。这种成焦过程可以吸收原本可能会被再发射的热能。本发明织物中高含量水平的莱赛尔(大于或等于共混物中改性聚丙烯腈纤维的含量水平)在织物中形成了用于吸热的储存器，并且可以防止被具有能量吸收添加剂的纤维吸收的热能的再发射。
本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)均以这样的相同程度通过援引加入的方式纳入本文，好像每篇参考文献被逐一且明确指示通过援引加入的方式纳入并且其全部内容在本文中阐述一样。
在描述本申请主题的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)使用术语“一”、“一个”、“一种”、“该”和“所述”以及类似的指代对象将被解释为涵盖单数个和复数个，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“含”和“包含”将被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非在本文中另有说明，否则本文中对数值范围的列举仅旨在用作逐一提及落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值被纳入说明书中，就好像它在本文中被逐一列举一样。除非本文另有说明或与上下文另外明显矛盾，否则本文所述的所有方法都可以以任何合适的顺序实施。除非另有声明，本文提供的任何和所有实施例或示例性语言(例如，“例如”)的使用仅旨在更好地阐明本申请的主题，并且不对主题的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于本文所述主题的实践是必不可少的。
本文描述了本申请主题的优选实施方案，包括发明人已知的用于实施要求保护的主题的最佳模式。那些优选实施方案的变型对于本领域普通技术人员而言在阅读上述描述后会变得显而易见。发明人期望熟练的技术人员适当时采用这样的变型，并且发明人打算以不同于本文具体描述的方式来实践本文描述的主题。因此，本公开包括适用法律所允许的所附权利要求中记载的主题的所有变形和等同方案。此外，除非本文另有说明或与上下文另有明显矛盾，否则本公开包括在其所有可能的变型中的上述元素的任何组合。

Claims (20)

1.含短纤维纱的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含均质共混在一起的非-FR纤维素纤维、改性聚丙烯腈纤维和不可燃纤维，其中所述不可燃纤维中的至少一部分包含能量吸收添加剂以形成能量吸收纤维，其中所述织物包含少于14重量％的能量吸收纤维，并且其中所述织物具有至少1.33卡路里每平方厘米每盎司每平方码织物的根据ASTM F1959/F1959M-14e1的耐电弧性。
2.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含约30至45重量％的改性聚丙烯腈纤维。
3.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述非-FR纤维素纤维包括非-FR合成纤维素纤维。
4.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含约35至55重量％的非-FR纤维素纤维。
5.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述不可燃纤维中的至少一部分包含对位芳族聚酰胺纤维。
6.根据权利要求5所述的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含少于约10重量％的对位芳族聚酰胺纤维。
7.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述能量吸收纤维中的至少一部分包含间位芳族聚酰胺纤维。
8.根据权利要求7所述的阻燃织物，其中所述间位芳族聚酰胺纤维中的至少一部分包含聚酰胺-酰亚胺纤维。
9.根据权利要求8所述的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含少于约14重量％的聚酰胺-酰亚胺。
10.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述能量吸收添加剂是炭黑。
11.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述织物具有至少约1.5的电弧额度值与织物重量的比。
12.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述织物具有至少约10卡路里/cm2的电弧额定值。
13.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述织物具有每平方码小于约5.75盎司的重量。
14.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述织物是机织或针织织物。
15.根据权利要求14所述的阻燃织物，其中所述织物具有每平方码小于约7.0盎司的重量。
16.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中所述短纤维纱包含均质共混在一起的约30至45重量％的改性聚丙烯腈纤维、约35至55重量％的非-FR纤维素纤维、和少于20重量％的不可燃纤维，其中所述短纤维中的约5至14重量％包含能量吸收添加剂。
17.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中当根据ASTM D6413测试时，所述织物的平均焦化长度小于4英寸。
18.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中当根据NFPA 2112-2012测试时，所述织物的热收缩率小于10％。
19.根据权利要求1所述的阻燃织物，其中以重量计，所述短纤维纱中包含的非-FR纤维素纤维的量比改性聚丙烯腈纤维大。
20.由根据权利要求1所述的阻燃织物制成的服装。
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