CN1671900A - 含有三种纤维的耐火复合纱线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐火的复合纱线，其包含：用量相对于纱线的总重量大于40％的阻燃纤维，所述纤维由结晶或半结晶的聚合物材料制成；用量相对于阻燃纤维重量为10％－45％的亲水性纤维，所述亲水性纤维由不可熔材料制成；用量相对于纱线的总重量为4％－50％的热稳定性纤维，所述热稳定性纤维由不可燃材料制成。本发明还涉及一种包含至少一层用该纱线形成的机织或针织织物层的织物。
Description
本发明涉及一种耐火复合纱线(fire resisting composite yarn)和包含至少一层用该纱线形成的机织或针织织物层(woven or knitted textile layer)的织物。
该织物典型地用于制造防护衣(protective clothing)，尤其是用于军用或消防员的衣服，或用于工业上。当外衣必须给予使用者一定程度的热防护时，使用这种织物是特别适宜的。
对于这些应用，当所用纱线会经受火焰或热时，必须具有以下的特性：
—耐火，特别不易燃烧；
—提供热绝缘以免使用者受热；
—具有一定程度的内聚力(cohesion)以限制外衣上孔洞的形成，这些孔洞会导致火焰与使用者皮肤的直接接触；
—呈现低的热收缩性，使外衣保持其三维结构并因此不与使用者的皮肤紧密接触。这是因为由于外衣的温度，这种接触会引起严重的烧伤。
另外，通常希望织物能够进行印刷或着色，同时产生最小程度的二色性(dichroism)，尤其是用单步骤时，也就是说使用单独的印刷或染色过程时。
这是因为，尤其是在军用外衣上，这种特性特别重要，因为所印刷或染上的颜色质量对于外衣的伪装质量有着直接的影响。
另外，在外衣必将经受的使用过程或各种洗涤过程中，纱线必须在耐磨性、韧性(toughness)和稳定性——包括着色方面具有足够的力学性能(mechanical properties)。
最后，所提出的纱线必须具有与所述应用相衬的生产成本。
现有技术中的已知纱线在最佳方式下也不满足所有这些要求。
因而本发明的目的是通过特别地提出一种含有三种纤维的纱线来解决这种缺点，其中这三种纤维各自具有不同的性能且在特定的组合范围内对于所有上述要求可获得非常令人满意的结果。
为此，本发明首先提出一种耐火的复合纱线，其包含：
—阻燃纤维(flame-retarded fibers)，用量相对于纱线的总重量大于40％，所述纤维是基于结晶或半结晶的聚合物材料形成的；
—亲水性纤维(hydrophilic fibers)，用量相对于阻燃纤维的重量为10％-45％，所述亲水性纤维通过不可熔材料(non-fusible material)形成；
—热稳定性纤维(thermostable fibers)，用量相对于纱线的总重量为4％-50％，所述热稳定性纤维通过不可燃材料形成。
本发明的第二方面提出一种用于制造防护衣的织物，所述织物包含至少一个用这种纱线形成的机织或针织织物层。
本发明的其它目的或优点将显现在下文中。
本发明涉及一种含有三种特定的纤维的耐火复合纱线，所述纱线尤其能够用于制造防护衣用织物，例如用于军用或消防员或用于工业上。这是因为在这些应用中的限制，尤其是在耐火性和力学强度性能方面的限制越来越严格，以至于对改善已知的纱线并使其保持在可控成本内存在一种显著的需求。
第一种纤维是基于结晶或半结晶的聚合物材料形成的，也就是说典型地具有大于25％的结晶度。
在一个实施方案例中，聚合物材料选自包括聚酯类、聚丙烯类和聚乙烯醇类的组。
但是，这种类型材料同样并非是不可燃的。这就是为什么为了获得耐火的纱线，所用纤维必须是阻燃的。
为此，根据第一个实施方案，阻燃纤维包含阻燃的聚合物材料。在一个具体实例中，阻燃材料可以是聚氯乙烯，当其燃烧时，释放出足够量的氯而使纤维不可燃。
根据第二个实施方案，纤维可以在其后续制备，用已知的阻燃剂进行表面处理。
因而这样获得的阻燃纤维在接触火焰或显著热源时，具有不传播火焰和阻止纱线温度上升的双重特性。这是因为由于其结晶特性，它们具有在熔化过程中可吸收部分热能的熔融峰(fusion peak)。为了获得具有令人满意的阻燃性能的复合纱线，所用阻燃纤维的量大于40％，相对于纱线的总重量。
这些阻燃纤维所带来的问题是其热稳定性。这是因为热能的吸收是通过纤维的部分熔化而进行的，这引起了它们的变形。
为了减轻这种缺点，使阻燃纤维与亲水的和由不可燃材料形成的第二种纤维联用。
从而第二种纤维可能首先吸收阻燃纤维的部分熔化能。这是因为由于其亲水性，第二种纤维能够通过所贮存水分的蒸发来吸收能量。
另外，由于亲水性纤维的不可熔性，前两种纤维组合物的热稳定性得到了提高。从而降低了纱线的热收缩，使得外衣在暴露于火焰时更能保持其三维结构。
另外，亲水纤维使得可能获得舒适的使用性，尤其是在使用感(feel)或吸汗方面，这一点是有利的。
申请人进行了试验并发现，当亲水性纤维的量相对于阻燃纤维的重量为10％-45％时，可以方便地获得这些性能。这是因为低于该百分率时，亲水性纤维的贡献对于所述应用环境是不够的，低于该百分率时没有足够的阻燃纤维来有效地提供阻燃性及上述的热能吸收作用。
亲水性纤维可以基于天然或人造的纤维素材料，如棉花(cotton)、粘胶纤维(viscose)或人造丝(rayon)或基于羊毛(Wool)进行制备。
在一个变体中，为了改善纱线的阻燃性，可以对亲水性纤维进行处理以使其至少部分上是阻燃的。
纱线还包含第三种纤维，该纤维为热稳定的并由不可燃材料制得。热稳定是指纤维在其它纤维已丧失其物理性能的温度下仍保持这些性能。
除了热性能，第三种纤维的作用尤其是增强纱线的力学性能。特别地，使用这些纤维使得可能会获得耐磨性、韧性和稳定性，尤其是在使用过程或进行各种洗涤的过程中，这与防护衣的制造相适应。另外，热稳定性纤维可以限制织物在经受火焰时形成孔洞，从而提高了外衣的耐火保护作用。特别地，热稳定性纤维在限制纱线的热收缩上也具有有利的作用。
申请人进行了试验并发现，当热稳定性纤维的存在量相对于纱线的总重量等于4％时，其贡献是最有利的。这种小百分率特别有利，这是因为首先在于热稳定性纤维的高成本，第二点在于用简单的技术，特别是常规上用于前两种纤维的技术对其进行印刷或染色的可能性。这种限制在军事领域尤其重要，因为印刷或染上的颜色质量对于外衣的伪装质量有直接的影响。并且在本发明的纱线中必需的热稳定性纤维的这种小的最小百分率也使得可能采用以下的热稳定性纤维，该热稳定性纤维中结合进了特定的颜色，从而可融入(merge)随后施加在织物上的颜色中，一点也不会损害所获得的伪装质量。
当需要具有高力学强度的复合纤维时，也可能相对于纱线的总重量引入多达50％的热稳定性纤维。
热稳定性纤维可以基于选自包括下列材料的组中的聚合物材料进行制备：对芳族聚酰胺(para-aramids)、间芳族聚酰胺(meta-aramids)、聚苯并咪唑-酰亚胺(polybenzimidazole-imides)、聚苯并噁唑类(polybenzooxazoles)、聚丙烯酸酯(polyacrylates)、多酚(polyphenols)、聚酰胺-酰亚胺(polyamide-imides)、聚对苯二胺-对苯二甲酰胺(terephthalamides)(PPTA或M5)。
根据第一个实施方案，用常规的纺纱技术(spinning technique)将形成纱线的纤维均匀混合在一起。在该实施方案中，为了优化这些纤维带来的技术优势与其成本及着色限制的比值，该纱线中可以包含4％-20％的热稳定性纤维。
在本发明的第一实施方案中纱线的具体实例中，可能列举一种由72重量％的商业PVA FR纤维(即基于聚乙烯醇和夹杂的聚氯乙烯形成的纤维)、23重量％的棉花和5重量％的对芳族聚酰胺纤维形成的纱线，其在所述应用的范围内具有特别有利的耐火特性(依据LOI(极限氧指数)，也就是说使接触火焰的纱线发生燃烧所必需的最低氧浓度)、力学强度和着色能力。特别地，该纱线具有大于25％的LOI，所述LOI是根据ISO 4589-2定义的。
根据第二个实施方案，复合纱线包含用热稳定性纤维形成的芯纱(coreyarn)和结合在所述芯纱周围的由阻燃纤维和亲水性纤维的均匀混合物(intimate mixture)形成的包覆层。这种纱线可通过包芯纺类(core-spun type)技术进行常规制备。
该实施方案通常对应于其中要求纱线具有高韧度(tenacity)，从而可以将热稳定性纤维的量确定为纱线重量的20％-50％的情况。另外，并不会产生热稳定性纤维的着色限制，因为它们位于芯纱中。
因而本发明提出了一种特定的纤维组合，能够最好地满足尤其是耐火性和力学性能，且使其保持在与工业生产相衬的成本内。
另外，本发明的纱线使得可能会获得具有足够的柔性的织物，从而得到优越的使用感。
这就是为什么本发明的纱线特别可用于生产用于防护衣用织物的机织或针织的织物层。
如上述所解释的，该织物层可被方便地染色或印刷，同时产生最小的二色性，尤其是采用单步骤时，也就是说使用单独的着色过程，例如定影冲洗类(fixed washed type)时，产生最下的二色性。
另外，织物可以包含结合于织物层上的不渗透层/透气层(impermeable/breathable layer)——即不能透过液体水和风但可透过水蒸汽——且不可燃以赋予所制备的防护外衣这种性能。
不渗透层/透气层可以制成多微孔和/或亲水的膜状或涂层，例如由聚氨酯或聚四氟乙烯(PTFE)制成，并通过丝网印刷的胶粘剂点网涂层结合到织物层上。
Claims (14)
1、一种耐火的复合纱线，其包含：
—阻燃纤维，用量相对于纱线的总重量大于40％，所述纤维是基于结晶或半结晶的聚合物材料形成的；
—亲水性纤维，用量相对于阻燃纤维的重量为10％-45％，所述亲水性纤维通过不可熔材料形成；
—热稳定性纤维，用量相对于纱线的总重量为4％-50％，所述热稳定性纤维通过不可燃材料形成。
2、根据权利要求1的纱线，其特征在于形成阻燃纤维基础的聚合物材料选自聚酯类、聚丙烯类和聚乙烯醇类。
3、根据权利要求2的纱线，其特征在于阻燃纤维还包含阻燃的聚合物材料。
4、根据权利要求2的纱线，其特征在于阻燃纤维用阻燃剂进行处理。
5、根据权利要求1-4中任一项的纱线，其特征在于亲水性纤维由天然或人造的纤维素材料，如棉花、粘胶纤维或人造丝或基于羊毛制备的。
6、根据权利要求1-5中任一项的纱线，其特征在于对亲水性纤维进行处理以使其是至少部分阻燃的。
7、根据权利要求1-6中任一项的纱线，其特征在于热稳定性纤维是由选自包括下列材料的组中的聚合物材料制备的：对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、聚苯并咪唑-酰亚胺、聚苯并噁唑、聚丙烯酸酯、多酚、聚酰胺-酰亚胺、聚对苯二胺-对苯二甲酰胺(PPTA或M5)。
8、根据权利要求1-7中任一项的纱线，其特征在于形成纱线的纤维是均匀混合的。
9、根据权利要求8的纱线，其特征在于它包含4重量％-20重量％的热稳定性纤维。
10、根据权利要求1-7中任一项的纱线，其特征在于它包含用热稳定性纤维形成的芯纱和结合在所述芯纱周围的由阻燃纤维和亲水性纤维的均匀混合物形成的涂层。
11、根据权利要求10的纱线，其特征在于它包含20重量％-50重量％的热稳定性纤维。
12、一种用于制造防护衣的织物，其特征在于它包含至少一层由权利要求1-11中任一项的纱线形成的机织或针织织物层。
13、根据权利要求12的织物，其特征在于织物层是经染色或印刷的。
14、根据权利要求12或13的织物，其特征在于它包含与织物层结合的不可燃的不渗透层/透气层。
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