CN1320179A - 耐火织物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种由不同经纱和纬纱组成的耐火机织织物,经纱由定长短纤维或长丝纤维组成,其极限氧指数至少为27,纬纱由天然纤维组成,织物中经和纬纱道数的比例至少为1.0。

Description

耐火织物
                       发明背景
由耐高温耐火纤维制成的织物在防护服装方面很有用。虽然在设计用这种纤维织成的舒适的织物和服装中已取得了很多进展，但还是有些美学和主观的原因需要还含有天然纤维的耐火服装。为满足这种需要，用混合纱线制造织物，也就是说纱线含有天然和耐高温和耐火人造短纤维。虽然用这些混合纤维制成的织物可以制成舒适的衣服，但织物的耐高温耐火性能已经降低到必需添加阻燃剂来增强织物的热保护的程度。典型地是将阻燃剂应用到天然和人造纤维或对由这些混合纱线制成的织物进行局部处理。局部处理的增加可能增加织物重量和常常会增加织物硬度，且仅仅暂时有效，因为这样处理的织物经过洗和/或穿的循环后往往会失去这种保护。
本发明的目的是提供一种以折衷热性能和成本的方式制成的组合耐火和舒适性的织物。
本发明的另一目的是提供一种舒适、耐火和有成本效益的织物，它不需要使用局部阻燃剂处理。
本发明的第三个目的是提供一种结实的耐火性和成本可以折衷的织物。
为获得某种织物性能，常常用混合纱线制造织物。Green在美国专利号4,941,884和4,900,613公开了高耐用性的舒适织物，它是用含有至少15％(重量)高模量和至少30％(重量)的低模量纤维混合物经纱和含有低模量纤维(通常是棉)的纬纱织成。为提供适度的收缩性来增加耐磨性，经纱中需要混合高和低模量的纤维。
加拿大专利号1034842公开了一种防护织物，采用不对称编织，由不同性质的交织的经线和纬线制成，从织物的一个表面到织物相反表面变化，以获得随整个织物深度变化的能量吸收性质。
欧洲专利申请310,199公开一种机织防弹织物，由具有高强度和高模量的由超高分子量聚合物组成的细丝或纱线制成，其中组成经细丝或纱线的聚合物不同于纬细丝或纱线。
英国专利申请2,025,789和日本专利申请公开昭59(1984)-9053公开在织物的经向和或纬向以某种频率嵌入或替换较高强度的相邻(adjacent)纱的增强织物。日本专利申请公开昭62-26900讲授了一种在织物编织的经向和/或纬向嵌入或替换低强度纱的增强芳族聚酰胺织物。这些增强织物是设计来增加耐撕裂性，设计时没有考虑舒适和热防护性。
                     本发明综述
本发明提供一种由不同经纱和纬纱组成的耐火机织织物，经纱由定长短纤维或长丝纤维组成，其极限氧指数至少27，纬纱包括天然纤维，织物中经纬纱道数(END)的比例至少为1.0。更优选纬纱具有28或以上的极限氧指数。
在本发明中，经纱纤维有约100到800克/分特的模量，尽管模量为100到约250克/分特纤维在一些用途方面可能更好。
优选经纱包含选自以下的纤维：芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、三聚氰胺、聚苯硫醚、聚苯并噻唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、诺沃洛伊德和改良丙烯酸纤维，纬纱纤维从下列纤维中选取：棉、丝、羊毛、人造丝和FR人造丝。经纱可以由下列纤维形成：间芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺纤维或这些纤维混合物，也可以掺入约5％(重量)或更少的导电纤维，特别是皮-碳-芯纤维。
做防护服装最好一种织物是这样的织物，其经纱纤维是磺化的对芳族聚酰胺纤维，纬纱是棉。模量为100到不超过200克/分特的对芳族聚酰胺纤维在作防护服装和衣服用途的织物中特别有用。
本发明还提供由机织耐火织物做的防护服装，该织物有不同的经纱和纬纱，经纱由定长短纤维或长丝纤维组成，有至少27的极限氧指数，纬纱由天然纤维组成，其中织物中经纬纱道数的比例至少为1.0。
作服装用途，最好是织物含有的经纱纤维由下列物质中选取：芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、三聚氰胺、聚苯硫醚、聚苯并噻唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、诺沃洛伊德和改良丙烯酸纤维，纬纱纤维由下列纤维中选取：棉、丝、羊毛、人造丝和FR人造丝。有用的防护服装可以这样制造，其中经纱纤维是间芳族聚酰胺纤维，纬纱纤维是FR人造丝。更好的防护服装是其经纱是模量为100到约250克/分特的对芳族聚酰胺纤维。最好的防护服装是其经纱是磺化的对芳族聚酰胺纤维，其纬纱纤维是棉。
在权利要求11的防护服装中，经纱另外可以含有约5％重量或少点的一种导电纤维。且作为防护服装，最好是经纱是人造纤维。
                       详细描述
本发明提供耐火机织织物，其中用作经和纬的纱线是不一样的。这种织物可用作于防护服装或帐篷、焦油帆布和其它用途，这里要求织物挺度、织物耐用性、耐高温和耐火性和低成本能折衷。
在标题织物中，经纱纤维的选择赋予织物耐高温耐火性，纬纱的选择则赋予织物舒适性和成本效益性。在这些机织织物中，经纱部分覆盖保护纬纱。可以认为经纱由此在火焰和高温中保护纬纱。因此，通过选择那些有27或以上极限氧指数(LOI)纱线作为经纱，经纱将给纬纱和织物总体上提供热保护，这样选择纬纱可以使织物具有舒适和成本效益的性质。
在本发明中，经纱由耐高温和耐火的纤维制成。耐高温和耐火的纤维是那些极限氧指数(LOI)至少约27，最好28或以上。最好是纬纱是由天然纤维制成的纱线，但纬纱能从天然或合成纤维中选择。为提供适合作防护服装的织物，纬纱和经纱的选择必须给予特别考虑。即使有这些考虑，本发明的织物包含广泛选择的纱线，且提供结实、舒适和耐用的织物以满足军用和工业耐高温和耐火标准。
作为适合防护服装的织物，本发明的纬纱从天然纤维中选取。天然纤维是那些天然或衍生的纤维，包括以下纤维如：棉、人造丝和其它纤维素纤维以及那些被认为有一些天然阻燃性质的纤维如羊毛和丝。含有阻燃剂的纺成人造丝(称为FR人造丝)在本发明中特别有用。暴露在高温中会熔融的尼龙、聚酯和其它合成纤维不适合作为防护服装织物的纬纱的主要组份。因为这些纤维暴露在高温下会熔融，它们的存在可能有助于或加重燃烧。
在设计用于防护服装以外用途的织物中，使用聚合物例如尼龙和聚酯制成的纤维与天然纤维混纺可以被接受。
本发明中的纬纱还可以含有导电纤维例如合成皮-碳-芯定长短纤维或连续的长丝纤维。这样的纤维减少打火花的可能性且比局部防静电处理的纤维好得多。建议这种皮-碳-芯纤维以5％(重量)的浓度使用。
在本发明中的经纱必须有27或以上的极限氧指数(LOI)。在本发明中用于制造防护服装织物的耐高温耐火纤维包括例如芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、三聚氰胺、聚苯硫醚、聚苯并噻唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、诺沃洛伊德和改良丙烯酸纤维。这些纤维暴露在火焰中分解时不产生有害气体。有用的纤维包括那些以下列商标出售的纤维例如：Kevlar(E.I.DuPont)，NOMEX(E.I.DuPont)，BASOFIL(BASF)，TECHNORA(Akoz)，KYNOL(Carborundum)和RYTON(Philips Chemical Company)。
总体上用于本发明织物的经纱必须有27或以上的极限氧指数(LOI)。用于制造经纱的纤维的实际选择将取决于织物需要满足的热防护性能测试(TPP)或其它评价标准。例如实际的暴露环境或温度和暴露时间的长短将影响用于经纱和/或纬纱的纤维的选择。在某些情况下经纱可以含有最高达重量的30％的极限氧指数27以下的纤维，但总体上经纱有27或以上的极限氧指数。
本发明中的纬纱还可以含有导电纤维例如合成的皮-碳-芯定长短纤维或连续的长丝纤维。这样的纤维减少打火花的可能性且比局部防静电处理的纤维好得多。非永久性的局部处理损害本发明织物固有的耐热耐火性能。当经纱中含有皮-芯导电纤维时，建议经纱中这些纤维的浓度约为重量的5％或以下。
为了最大限度的舒适性，定长短纤维纱线作为经纱和纬纱最好。
本发明的经纱可以使用高或低模量纤维，因为纤维模量在这些织物中不是一个必要的考虑因素。有100到800克/分特模量的经纱纤维适用于本发明。那些模量低于250克/分特或在100到200克/分特范围的低模量纤维用于直接接触穿用者的服装织物比较好，以便织物有足够舒适性。更高模量纤维用于制造特殊用途或在衣服特殊部位的织物是可以接受的，这里穿用者的舒适比较不重要。
在本发明织物中特别有用的纤维是间或对芳族聚酰胺纤维。这些纤维包括高模量纤维例如Blades在美国专利号3,767,756公开的纤维。较低模量纤维包括那些用下列专利公开的方法制造的纤维：美国专利号5,336,734(Bowen等)、美国专利号5,330,698(Allen等)和美国专利号3,671,542(Kwolek)。因为使用较低模量纤维给织物以改良的舒适，优选模量在约100到200克/分特以下范围内的对芳族聚酰胺纤维。最好的纤维是根据美国专利号5,336,734制造的磺化对芳族聚酰胺纤维。
芳族聚酰胺纤维可以用均聚物或共聚物制造。唯一的要求是经纱有27或以上的极限氧指数(LOI)。
为了强度和耐用性，希望经纱是用全部由一种类型的耐高温耐火聚合物纤维制成。例如经纱可以是100％(重量)的对芳族聚酰胺。在最大限度机械强度不重要的地方，可以使用耐高温耐火纤维混纺的经纱。定长短纤维混纺还可以提供其它舒适性或有助于提供其它热性能。例如使用由5％(重量)对芳族聚酰胺和95％(重量)的间芳族聚酰胺混纺成商业纤维纱因为它有比100％的间芳族聚酰胺纱改良的热性能。另一有用的对和间芳族聚酰胺混纺经纱纤维是60％重量的对芳族聚酰胺和40％重量的间芳族聚酰胺。由拉伸断裂连续长丝纤维制成的定长短纤维和切断纤维可以用来制造本发明的经纱。
经纱本身可以有不同的聚合物组成或由多股不同的定长短纤维纱或连续长丝纤维制成(只要经纱满足LOI要求)。用于本发明织物设计的经纱或组成经纱的纤维混合物的选择可以用来获得满足各种工业要求或标准的全面的织物耐火性。因此根据本发明能设计特殊情形所需的舒适、耐用、成本(cost)和耐火的织物。
除非织物打算非衣服用途，建议不要对本发明中织物使用耐火或阻燃局部处理，因为这些织物处理会使织物变硬，实际上减少穿着舒适且往往是暂时的。
此外为了获得最大限度的织物机械强度，根据本发明，典型地纬纱用一种天然纤维制成例如100％棉纬纱。在最大限度的机械强度不重要的地方，纬纱中可以使用定长短纤维混合物，例如含有棉和羊毛的纬纱。
本发明织物中每英寸经纱道数和每英寸纬纱道数的比例在从1到约3范围内变化，优选1到2.5。作为衣服用途，这个比例范围是必需的，因为经纱中的纤维和纬纱中纤维一起不但提供了耐火性和耐用性而且提供了舒适性。在本发明中优选所有的经纱纤维自身具有耐火性，也就是说经纱只含有27或以上LOI的纤维。优选纬纱由天然纤维制成。虽然纬纱纤维在LOI上没有限制，如果需要，纬纱可以有27或以上的LOI。
本发明提供一种有成本效益的耐火织物，可以设计具有舒适和机械性能。
本发明的织物在各种防护衣服上有用，如消防员的装备外套、军用服装和各种类型的防护工作服。而且这些织物能制成衬衫、裤子和其它常常在工业或危险环境穿的服装。本发明的织物还可以用于非衣服的应用(希望热性能和成本折衷)。焦油帆布、帐篷或其它覆盖和保护人身或财产的织物可以用本发明的织物制造。
本发明在下面的实施例中阐明，该实施例不打算限定本发明。
实施例
平织、防撕裂的织物用下面的纱线制备和根据MIL-C-4436机织成。
纱线如下：标识为间芳族聚酰胺的纱线是100％聚苯二甲酰间苯二胺定长短纤维纱线。那些标识为Z200是E.I.DuPont of Wilmington，DE以Z200出售的磺化对芳族聚酰胺纤维的定长短纱线；FR人造丝表示阻燃人造丝定长短纱线；定长短纱线的纤维混合物标识为混纺纤维。它们是尼龙/棉、间芳族聚酰胺/棉混纺、间芳族聚酰胺/棉/Z200混纺和Z200/棉混纺。(NOMEX是E.I.DuPont的注册商标。)
所得到的织物进行下列测试：抓扯强度(ASTM-D-5034，结果用磅(lbs)来记录)、梯形撕裂强度(ASTM-D-5733，结果用磅(lbs)来记录)、Elemdorf撕裂强度(ASTM D1424，结果用磅(lb.)来记录)、Tabor磨损(ASTM-D-1044，结果用磨坏的循环次数记录)和热防护性能即TPP(测试方法在1997年2月Fire Technology第一期第13卷(V.13 N.1)中报道过，结果用2倍每二度烧伤的秒(s×2)记录)。
对照织物是一种经向和纬向都是50％尼龙和50％棉的商品化织物。这种织物选来作为对照物是因为它是用于制造军用和工业衣服和普通工作服的耐用和舒适的织物。它是一种结实、耐用和舒适的织物，但不提供热防护。如下表所示，使用根据本发明的经纱提供具有意想不到的热防护性能和强度及耐用性的织物。
数据总结在下表中。
表：织物评定
织物样品 A  B  C  D  E 对照物
纬纱 100％FR人造丝 97/3*人造丝/尼龙 100％棉 70/30Z200/棉 50/50间芳族聚酰胺/棉 50/50尼龙/棉
经纱 100％间芳族聚酰胺 100％间芳族聚酰胺 Z200 70/30Z200/棉 50/50间芳族聚酰胺/棉 50/50尼龙/棉
织物重量 7.0 7.1  6.0  4.5  6.1  6.8
经/纬道数 2.5/1 2.5/1  1.9/1  1.5/1  2.3/1  2/1
抓扯强度w/f 284/73 268/77 285/42 130/63 98/90 264/165
梯形撕裂强度，w/f 95/14 91/27  55/6  17/12  15/7.5  60/24
Elemdorf撕裂强度，w/f 8.3/11 8.9/19 14+/12.2 13/10 7.6/6.3 14/12
Tabor磨损 588 -  760  465  -  1300
TPP(秒) 12.8 14.1 11.5 10.0 - -
在空气中是否着火 否 否  否  是  是  是
*纬纱是有尼龙防撕长丝纱的FR人造丝。用重量％表示，纬纱总的组成是97份FR人造丝，3份尼龙长丝。
在表中，织物重量用盎司/平方码表示；抓扯强度(Grab)、梯形撕裂强度(Trap tear)和Elemdorf撕裂强度用磅表示；Tabor磨损(Tabor)用磨坏的循环次数表示。术语w/f表示结果以先经向再纬向的方式记录。经纱和纬纱的组成用各自纱线的重量百分数表示。比例以重量百分数表示。例如50/50尼龙/棉表示在制造纱线时采用了50％重量的尼龙纤维和50％(重量)的棉纤维。“Ignite in air”表示在空气中是否着火。结果用是(Y)或否(N)表示。如果织物不着火，表示将织物放在火焰中3到5秒钟后拿开，织物不着火或不继续燃烧。
织物样品A、B和C是本发明的织物。样品D和E是用来比较本发明织物和根据先前制造热防护织物的技术方法制造的织物。样品D和E是用紧密混纺定长短纱机织的。
比较样品C和D，可以看到两种织物中Z200和棉的比例大约相同，但是高LOI纤维的分布明显不同。在C中，高LOI纤维分布在织物表面，棉则在内部纬纱中；而在D中(和在C中不一样)，棉存在和均匀分布在织物表面。另外，在C中经纱全部是Z200而纬纱全部是棉。这样的经纱和纬纱比D的紧密混纺定长短纱结实。例如经纱和纬纱数据的平均值的比较表示为C/D分别如下：抓扯强度，164/96；梯形撕裂强度，31/14；Elemdorf强度，14/12。由测试结果可以看出：比较C和D，通过在空气中着火测试测量的表面燃烧性的差值很大。
通过平均上述记录的经向和纬向的数值，比较C和D的强度数据：C是比D结实的织物。在TPP测试中，两种织物彼此大约不相上下。
将织物A和B与E比较，出现跟C与D比较相同的区别，在各种情况下，前者结实且在空气中不会着火。

Claims (18)

1.含有不同经纱和纬纱的机织耐火织物，经纱含有定长短纤维或长丝纤维组成且有至少27的极限氧指数，纬纱含有天然纤维，其中织物的经纱与纬纱道数(ends)的比例至少为1.0。
2、权利要求1的织物，其中经纱有28或以上的极限氧指数。
3、权利要求1的织物，其中经纱的纤维有从约100到800克/分特的模量。
4、权利要求1的织物，其中经纱的纤维有从100到约250克/分特的模量。
5、权利要求1的织物，其中经纱是从由下列物质组成的纤维组成：芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、三聚氰胺、聚苯硫醚、聚苯并噻唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、诺沃洛伊德和改良丙烯酸纤维，纬纱纤维从下列纤维选取：棉、丝、羊毛、人造丝和FR人造丝。
6、权利要求1的织物，其中经纱的纤维是间芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺纤维或这些纤维的混合物。
7、权利要求1的织物，其中经纱含有约5％(重量)或以下的导电纤维。
8、权利要求6的织物，其中经纱纤维重量的60％是对芳族聚酰胺纤维，重量的40％是间芳族聚酰胺纤维。
9、权利要求1的织物，其中经纱纤维是磺化对芳族聚酰胺纤维且纬纱是棉。
10.权利要求1的织物，其中经纱的纤维是间芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺纤维或这些纤维的混合物，其中对芳族聚酰胺纤维具有从100到不超过200克/分特的模量。
11.权利要求1的织物，其中经纱纤维是间芳族聚酰胺且纬纱纤维是FR人造丝。
12.防护服装，其包括具有不同经纱和纬纱的机织耐火织物，经纱包括定长短纤维或长丝纤维且有至少27的极限氧指数，纬纱由天然纤维组成，其中织物中经纱与纬纱道数的比例至少为1.0。
13.权利要求12的防护服装，其中机织织物含有从下列物质中选取的经纱纤维：芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、三聚氰胺、聚苯硫醚、聚苯并噻唑、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、诺沃洛伊德和改良丙烯酸纤维和从下列物质中选取的纬纱纤维：棉、丝、羊毛、人造丝和FR人造丝。
14.权利要求12的防护服装，其中经纱纤维是间芳族聚酰胺且纬纱纤维是FR人造丝。
15.权利要求12的防护服装，其中经纱纤维是对芳族聚酰胺纤维，其中对芳族聚酰胺纤维具有从100到约250克/分特的模量。
16.权利要求12的防护服装，其中经纱另外含有约5％(重量)或少些的导电纤维。
17.权利要求12的防护服装，其中经纱是定长短纤维。
18.含有根据权利要求1的织物的焦油帆布或帐篷。
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