CN1476501A - 耐火纺织品材料 - Google Patents

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Abstract

耐火材料包括有织造面的织物以及低热收缩性纤维的织造衬里织物，所述前一织物包含选自间－芳族聚酰胺、聚酰胺－酰亚胺以及它们的混合物的纤维；所述后一织物的纤维选自对－芳族聚酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物以及它们的混合物。

Description

耐火纺织品材料
技术领域
本发明涉及耐火纺织品材料以及由这些材料制成的服装。本发明具体但非专门地涉及警用、军用以及消防队员使用的衣服制品以及用于制造这种衣服的纺织品材料。欧洲法律规定雇主要提供能保护他们雇员的衣服，避免他们可能遇到的危害。用于防火耐热的衣服必须通过对耐火、耐热辐射、耐热、拉伸和撕裂强度、耐磨性以及水和液体化学试剂渗透性的最低性能要求。所述成套服装必须达到耐火和辐射热传递的水平。
背景技术
一种降低两度和三度烧伤最有效的方法是确保热源和皮肤之间的防护服阻挡层在暴露过程中保持完整，并在穿着者和热源之间保持空隙。这称为抗开裂性或者不开裂保护以及把活性空气围困。
本发明的目的是优化织物提供的热力保护。我们已经发现这可以通过使用改进的织物设计和纤维应用来获得。
消防服用的外层纺织品材料以前是由100％间-芳族聚酰胺纤维或者间-芳族聚酰胺纤维和对-芳族聚酰胺纤维的聚酰胺-酰亚胺混合物，或者通过使用具有聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物或者含有对-芳族聚酰胺纤维芯和间-芳族聚酰胺纤维或者聚酰胺-酰亚胺包层的纤维芯细纱或短纤维混合物来制造的。在织物中这些纤维的混合物提高产品的不开裂保护。但是当间-芳族聚酰胺和聚酰胺-酰亚胺纤维暴露在高温热源下时，会收缩、巩固以及变厚。在纤维混合物中或者作为芯存在对-芳族聚酰胺纤维或聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物可以防止纤维收缩以及之后衣服的开裂。但是，已发现在混合物中混入对-芳族聚酰胺纤维并不足以防止紧密织造的织物开裂，且不能增加穿着者和热源之间的空隙。因此，仍需改进用于制造消防服和同类的纺织品材料。
消防服已经由许多纺织层制得，这些纺织层包括例如以Nomex商标制造的织造间-芳族聚酰胺纤维外层。开裂保护可以通过混合例如以Kevlar商标制造并在US3063966和US3506990中公开的对-芳族聚酰胺纤维来提供。但是，这种混合物的炭化会导致破裂和脆化，最后使其物理性能变差。
PCT/GB 00/01449揭示了包含有织造面的织物的耐火纺织品材料，所述织物含有选自间-芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺以及它们的混合物的纤维，且所述织物包括低热收缩性纤维的织造丝网。
发明内容
本发明提供制造包含有织造面的织物的耐火纺织品材料的方法，所述织物含有选自间-芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺以及它们的混合物的面料纤维，且所述织物包括低热收缩性纤维的织造衬里，其中，选择过量加入热收缩性较低的纤维，使其在负重和拉紧(take-up)下伸长的总和与面料纤维在负重和拉紧下的伸长接近相等。
在优选实施方式中，选择过量加入衬里纤维，使其在负重和拉紧下伸长的总和与面料纤维在负重和拉紧下的伸长接近相等。
暴露在10秒的灼烧之后，已发现本发明织物不会开裂，然而，目前可得的由这些纱的混合物制得的织物在类似条件下会脱落。由于暴露在热源之后，织物表面纤维的收缩高于在衬里的纤维，所述衬里的织物将弯曲，增大各层之间的空隙。
间-芳族聚酰胺纤维具有包括约35％拉紧的伸长。用于衬里纱的对-芳族聚酰胺可以具有包括约7％拉紧的伸长。因此，在本发明中可以使用在1.28区域的过量送料，即，28％的过量送料。
使用本发明的低热收缩性纤维提高了暴露在火源或热辐射源后纺织品材料的残余拉伸强度。本发明的低热收缩性纤维可以定义为当暴露在400℃的温度下5秒时收缩性不超过6％的纤维。
本发明低热收缩性纤维可以选自以下材料：聚对苯二甲酰对苯二胺(对-芳族聚酰胺例如Kevlar)、聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物、聚酰胺-酰亚胺、共聚酰亚胺、通过交联酚醛树脂制得的并含有70％以上碳的酚醛纤维、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、高强力粘胶纤维、具有芯和有机前体的碳化硅、包括氧化铝、硅酸铝和硼硅铝酸盐的陶瓷纤维以及玻璃纤维包括E玻璃、C玻璃、D玻璃和R玻璃。上述纤维的混合物也可以使用。
优选的低热收缩性衬里纤维选自对-芳族聚酰胺、聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物、聚酰胺-酰亚胺、碳纤维以及它们的混合物。
含有100％聚间苯二甲酰对苯二胺(间-芳族聚酰胺)(例如Nomex)的纤维或纱暴露在例如295℃以上的高温下就收缩。这种收缩能导致暴露在火焰下的整件衣服收缩。所述低热收缩性纤维，例如对-芳族聚酰胺纤维或纱暴露在这一温度下时不会收缩到相同程度。所述Kevlar的热收缩性约为3％，然而，Nomex的热收缩性约为24％，如果将这两种纤维或纱混合在织物中，就可以控制和/或限制织物的收缩到一状态，以使孔形成或者开裂减到最小。当暴露在高温下时，可以控制织物向横截面方向扭曲，使所述织物变厚。这种控制可以通过使用织造或经编面料织物来达到。这可提高由织物提供的热保护性并提高用于升高内侧温度至在人皮肤可产生痛觉或者两度烧伤的水平或者在热保护性能(TPP)测试中所用类型的传感器所需的秒数的作用。
和含有间-芳族聚酰胺和对-芳族聚酰胺纤维均质混合物的织物比较，本发明耐火织物具有更多的优点。由均质混合物形成的织物新外观保持差。在衣服表面上存在低热收缩性纤维例如Kevlar，由于使用中的磨损会导致形成细纤维。着色的织物例如用于消防服的深蓝色可以在织物的表面形成浅色斑点。这使深色的衣服出现不均匀色的外观。用于说明这一影响的术语是织物磨砂。
所述低热收缩性纤维宜置于所述面料织物的后面。这可以使增强纤维暴露在热源下的可能降至最小。
本发明织物也具有以下的优点：低热收缩性纤维相比其它纤维更易于紫外光降解，但是由于它们并不位于织物的外表面，所以降低了其降解。
具体实施方式
在本发明优选实施方式中，低热收缩性纤维在面料织物的衬里形成交织的衬里织物。所述低热收缩性纤维宜包含对-芳族聚酰胺或聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物，例如，Kevlar纱。所述纱的厚度可以根据所得质量和最终织物的织造来选择。具体的最终用途会改变所得质量(克/米2)，但是通常为150～500克/米2。
所述织造织物宜为面料织物的复合物，其中交织混入衬里织物。质量和最终用途需要可改变表面纤维的织造。衬里稀疏平纹布的交织取决于面料织物的织造和所需的热性能。
在优选实施方式中，使用真正织造衬里。例如，在不增大其重量的条件下，其厚度通常双倍。这可以提高其耐热性。在前面和衬里之间的空气层在火焰环境下可以保护所述衬里层。以下所述的热保护性能(TPP)测试显示在性能方面有25％的改善。
本发明包含织造衬里织物的纺织品材料可以是双层或者多层布料，宜为中心缝合、自缝合或者互换双层布。可以使用内部填充纱线在面料和衬里织物之间膨胀形成通道。
在特别优选的实施方式中，纺织品材料包括中心缝合双层布。宜过量加入所述衬里织物，在前面和衬里层之间形成空隙。这可以形成拉过或者起波纹的外观。
所用过量送料的程度可以高达35％，宜高达30％，更好是25％。可以选择过量送料的程度来平衡前轴线和衬里轴线伸长和负重的程度。可以选择过量送料的程度来提供最佳的空气层，使TPP值最适于具体的应用。
可以通过交织纱来生产本发明的织物，所述纱由含有100％间-芳族聚酰胺、100％对-芳族聚酰胺、100％聚酰胺-酰亚胺或这些纤维任何混合的均质混合物的短纤维和/或复丝纤维纺纱和合股或者包芯纺制而成。
所选细纱的交织可以如下所述：将适于用作衣服外面料的紧密织造织物和适于用作衣服相反一侧的稀松织造织物结合在一起。
选择本发明的可以包含在织物中的纤维和纱将考虑这些纤维不同的收缩性能以及最终织物的具体要求。可以选择高收缩性和低收缩性纤维的复合物。例如，可以使用热收缩性约为24％的间-芳族聚酰胺面料织物和热收缩性约为3％的对-芳族聚酰胺衬里织物。
正面料纱对背面纱的比例和纱支数取决于最终织物所要求的重量、面料织造的交织和背面纱性能所要求的效果程度。
在优选的实施方式中，所述面料纱支数可以为15～50Nm(公制纱线支数，包括单一或者多根合并纱)，宜为20～41Nm。所述背面纱支数可以为25～150Nm，宜为40～60Nm(公制纱线支数，包括单一或者多根合并纱)。
所述面料纱支数和衬里纱支数的比例或比率可以为1∶2～20∶1，宜为1∶1～4∶1。
面料织造的交织可以由所需外观以及最终织物所要求的物理性能来决定。这种交织可以是许多对本领域技术人员已知的设计中的任意一种。优选的面料织造是平纹织造、防破裂平纹织造、防破裂斜纹织造或者直(straight)斜纹织造以及它们衍生出的织造方法。图1的EX312显示了用于优选织物的织造方案。一些其它布和织造变化为：
自缝合双层布：-
面料织造-1×1，1×1防破裂，2×1防破裂斜纹以及它们衍生方法。
衬里织造-1×1，2×1斜纹以及它们衍生方法。
中心缝合双层布料(中心缝合可以经纱或者纬纱缝合或者若两者均使用，则变成三层布)：-
面料和衬里织造按对于自缝合布所述。
互换双层布料：-
面料和衬里织造也许相同，以保持有规则的表面效果，例如1×1或者2×1斜纹，虽然它们可根据要求而有所不同，例如面料2×1斜纹、衬里1×1，但是这将形成图案效果。
具有内部填充纱的布：-
面料和衬里织造也许是按对于自缝合布所述两织物之间具有填充纱。所述填充纱可以以经纱、纬纱放置或者两者均可。
多层布：-
这些将结合多于两层的织物，即三层布、四层布等。织物的各层使用上述各织法的组合。
若需要的话，可以使用其它织法。正面料细纱和背面细纱之间的交织程度对获得最多不同性能的细纱的织物，提供均匀表面和怡人的外观并且仍然可以以尽可能高的效率进行织造是重要的。
在优选的方法中，可以以规定的比例和加工顺序使用分条整经法将织物面料和反面的经纱用纱合并在一根或者两根共同具有织造最终织物所需的末端总数的经轴上。
可以以规定比例、加工顺序和选择用于生产所需面料和反面织物的密度使所述纬纱插入穿过所述经纱并交织在一起。
在织造过程和插入纬纱过程中，对面料和反面纱施加不同的张力，这对于弥补这些纱中所用不同类型纤维固有的不同伸长程度很重要，且对本发明织物的性能很重要。
优选用于制造本发明织物的织机是一种可以以不同送料速度从各经轴提供面料和衬里经纱，是以可以弥补所述面料织物纱和反面纱不同的伸长程度和不同的交织。
优选的织机也具有用于单独纬纱张力调整的电子纬纱中心制动，用于弥补所述面料织物纱和反面纱不同的伸长程度和不同的交织。用于织造本发明织物的不同张力调整对面料纱来说可要求35％的制动作用力，反面纱来说则可要求75％的制动作用力。
本发明也可以提供经编织物。
以前所知的消防服包含三层纺织层的复合物，所述三层分别为外层织物、湿气阻挡层和有填充物的耐热衬里。本发明可以降低使用三层的要求，或者降低这三层的总重。
通过实施例进一步说明本发明，但这并不存在任何进行限定的意思。
实施例1
使用自缝合双层结构，由93％间-芳族聚酰胺、5％对-芳族聚酰胺和2％抗静电纤维(NomexComfort)防破裂平纹织造面料和100％Kevlar衬里织造本发明的纺织品材料(在本说明书中称为EX312)。以面料纱对衬里纱为2∶1的比例进行织造。
使用1.28的对-芳族聚酰胺过量送料，即28％的过量送料。
测试方法
本发明的耐火纺织品材料是使用以下测试方法进行测定的。
通过热保护性能(TPP)测试来测量本发明织物的热保护性能。这种测试是实验室测试，用于评价织物或者复合织物提供阻挡和阻隔热/火性能如何。
在“典型”的闪火中，所述热通量为80千瓦/米2。所述测试方法使用置于样品下侧的由约50％辐射热和50％对流热组成的热通量为80千瓦/米2(2卡/厘米2/秒)的热源。在样品的另一面使用传感器测量温度的升高。通过以前的研究所得，这种温度的升高和人皮肤的耐受性和疼痛的敏感性以及在TPP测试中所用的两度烧伤有关联，在此使用“斯道尔(Stoll)曲线”进行关联，所述TPP测试用于测量在织物或者复合织物的衬里造成两度烧伤所需的热能，所述热能在织物或者织物制品的外表面(下侧)上测量。也可以测定对固定能量水平(2卡/厘米2·秒)来说出现疼痛和两度烧伤所需的秒数。
表1
织物组件的说明 疼痛程度(/秒) 两度烧伤(秒)     TPP(Wcm-2)  织物&纤维因子
    EX312(247克/米2)
    总重：247克/米2     5.6     8.8     17.6     7.0
    NomexIII(265克/米2)
    总重：265克/米2     4.6     7.5     14.9     5.6
结果示于表1中。对本发明品级EX312的纺织品材料来说，在织物衬里处造成两度烧伤所需的能量比单独由相同纤维制造及重量相同的NomexIII织物约高25％。
EX312织物的厚度由暴露在灼烧前的0.7毫米增大到暴露后的4.3毫米，在各层之间困住了空气。这一点可以和标准织物进行比较，标准织物由暴露在灼烧前的0.65毫米增大到1.22毫米。

Claims (20)

1.制造耐火纺织品材料的方法，所述材料包括含有选自间-芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺以及它们混合物的面料纤维的有织造面的织物，所述织物包括低热收缩性纤维的织造衬里，其中，选择过量加入热收缩性较低的纤维，使其在负重和拉紧下伸长总和与面料纤维在负重和拉紧下的伸长接近相等。
2.权利要求1所述的纺织品材料，其特征在于所述低热收缩性纤维选自400℃时的收缩率低于6％的纤维。
3.权利要求2所述的纺织品材料，其特征在于所述低热收缩性纤维选自聚对苯二甲酰对苯二胺(对-芳族聚酰胺例如Kevlar)、聚对苯二甲酰对苯二胺共聚物、聚酰胺-酰亚胺、共聚酰亚胺、通过交联酚醛树脂制得的并含有70％以上碳的酚醛纤维、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、高强力粘胶纤维、具有芯和有机前体的碳化硅、包括氧化铝、硅酸铝和硼硅铝酸盐的陶瓷纤维、以及玻璃纤维包括E玻璃、C玻璃、D玻璃和R玻璃以及它们的混合物。
4.如上述权利要求任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述低热收缩性纤维置于所述面料织物的后面。
5.如上述权利要求任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述低热收缩性纤维在所述面料织物后形成交织衬里织物。
6.如上述权利要求任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述低热收缩性纤维含有对-芳族聚酰胺纱。
7.如上述权利要求任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述纺织品材料的质量为150～500克/米2。
8.如上述权利要求任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述织造织物是其上交织了衬里织物的面料织物复合物。
9.如上述权利要求任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述面料纱支数为15～50Nm。
10.权利要求9所述的织造纺织品材料，其特征在于所述面料纱支数为20～41Nm。
11.权利要求9或10所述的织造纺织品材料，其特征在于所述反面纱支数为5～150Nm。
12.权利要求11所述的织造纺织品材料，其特征在于所述反面纱支数为40～60Nm。
13.权利要求9～12任一项所述的纺织品材料，其特征在于所述面料纱支数和衬里纱支数的比率为1∶1～20∶1。
14.权利要求13所述的织造纺织品材料，其特征在于所述面料纱支数和衬里纱支数的比率为1∶1～4∶1。
15.如上述权利要求任一项所述的织造纺织品材料，其特征在于所述面料织法选自平纹织造、防破裂平纹织造、直斜纹织造、防破裂斜纹织造以及它们衍生出的织造方法。
16.织造纺织品材料，其特征在于所述面料纤维的热收缩性为10～35％。
17.织造纺织品材料，其特征在于所述衬里织物的热收缩性为2～10％。
18.织造纺织品材料，其特征在于当暴露在40千瓦/米2以上的热通量之后，由于织物中织造纤维的不均匀的收缩性，其厚度增大2～10倍。
19.织造纺织品材料，其特征在于所述纺织品材料通过形变在织物结构中困住空气。
20.织造纺织品材料，其特征在于当暴露在80千瓦/米2的热通量之后，其保持30％的强度。
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