DE69727541T2

DE69727541T2 - Gefüllte schnittfeste Faser

Info

Publication number: DE69727541T2
Application number: DE69727541T
Authority: DE
Inventors: Robert B. South Orange Sandor; Michelle C. Del Rio Carter; Gunilla E. Summit Gillbert-LaForce; William F. Huntersville Clear; John A. Berkeley Heights Flint; Herman L. Warren LaNieve; Scott W. Charlotte Thompson; Jr. Etheridge O. Matthews Oakley; Edward R. Winfield Kafchinski; Mohammed I. Bernardsville Haider
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2017-11-15
Also published as: MX9708964A; CA2221551C; KR19980042504A; AU4524897A; DE69727541D1; CN1091806C; CA2221551A1; US6210798B1; EP0845551A3; US6103372A; EP0845551B1; JPH10168648A; AU740039B2; US5976998A; US5851668A; US6126879A; CN1182811A; EP0845551A2; US6127028A; KR100252191B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Fasern, die aus Polymeren hergestellt wurden, die harte Teilchen mit verbesserter Schnittbeständigkeit enthalten.
Hintergrund der Erfindung
Eine verbesserte Schnittbeständigkeit gegenüber einer scharfen Kante wird seit langem angestrebt. Schnittbeständige Handschuhe werden in der Fleischverpackungsindustrie und bei Automobilanwendungen vorteilhaft verwendet. Wie im US-Patent Nr. 4 004 295, 4 384 449 und 4 470 251 und in der EP-458 343 angegeben werden eine Schnittbeständigkeit bereitstellende Handschuhe aus einem Garn hergestellt, das einen biegsamen Metalldraht einschließt oder das aus hochorientierten Fasern mit einem hohen Modul und einer hohen Reißfestigkeit wie etwa Aramiden, thermotropen, flüssigkristallinen Polymeren und kettenverlängertem Polyethylen besteht.
Ein Nachteil bei Handschuhen, die aus einem Garn hergestellt wurden, das einen biegsamen Metalldraht einschließt, ist die Handermüdung mit einer sich daraus ergebenden verringerten Produktivität und einer erhöhten Verletzungswahrscheinlichkeit. Weiter kann beim längeren Tragen und Biegen der Draht ermüden und brechen, was zu Schnittwunden und Abschürfungen an den Händen führt. Außerdem wirkt der Draht als Kühlkörper, wenn ein gewaschener Handschuh bei erhöhten Temperaturen getrocknet wird, was die Reißfestigkeit des Garns oder der Faser verringern kann und dadurch den Schutz des Handschuhs und die Handschuhlebensdauer verringert.
Eine verbesserte Biegsamkeit und Komfort und ein unkompliziertes Waschen sind bei einer schnittfesten Schutzkleidung erwünscht. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer biegsamen, schnittbeständigen Faser, die ihre Eigenschaften beim regelmäßigen Waschen behält. Eine derartige Faser kann vorteilhaft beim Herstellen von Schutzkleidung, insbesondere hochbiegsamen, schnittbeständigen Handschuhen verwendet werden.
Polymere sind mit teilchenförmigem Material gemischt und zu Fasern verarbeitet worden, aber nicht auf eine Weise, die die Schnittbeständigkeit der Faser bedeutend verbessert. Zum Beispiel sind kleine Mengen teilchenförmigen Titandioxids in einer Polyesterfaser als Glanzminderer verwendet worden. Ebenfalls in einer Polyesterfaser wird eine geringe Menge kolloidales Siliziumdioxid verwendet, das zum Verbessern des Glanzes verwendet wird. Magnetische Materialien sind in Fasern zum Liefern magnetischer Fasern eingearbeitet worden. Beispiele schließen intermetallische Materialien aus Cobalt/Seltenerdelement in thermoplastischen Fasern wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 55/098909 (1980), in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 3-130413 (1991) beschriebene intermetallische Materialien aus Cobalt/Seltenerdelement oder Strontiumferrit in Kern/Mantel-Fasern und im polnischen Patent Nr. 251 452 und auch bei K. Turek et al., J. Magn. Magn. Mater. (1990) 83 (1–3), 5. 279–280, beschriebene magnetische Materialien in thermoplastischen Polymeren ein.
Verschiedene Arten Handschuhe sind hergestellt worden, bei denen das Metall bei der Herstellung des Handschuhs enthalten war, um dem Handschuh Schutzeigenschaften zu verleihen. Zum Beispiel lehrt das US-Patent Nr. 2 328 105 und 3 185 751, daß ein biegsamer Röntgenstrahlen-Schutzhandschuh durch Behandeln von Bahnen aus einem geeigneten porösen Material mit einem feinverteilten Schwermetall, das Blei, Barium, Bismut oder Wolfram sein kann, hergestellt werden kann, oder aus einem Schwermetallteilchen enthaltenden Latex oder einer Dispersion hergestellt werden kann. Wie durch das US-Patent Nr. 5 020 161 veranschaulicht, sind einen Schutz gegen korrosive Flüssigkeiten liefernde Handschuhe mit einer Metallfilmschicht hergestellt worden. Diese Handschuhe scheinen auch keine bedeutend verbesserte Schnittbeständigkeit aufzuweisen.
Thermotrope, flüssigkristalline, schnittbeständige Fasern, die geringere Mengen eines harten Füllstoffs einschließen, werden in der EP-0 599 231 beschrieben.
Aus p-Phenylendiamin und Terephthalsäure gebildete lyotrope, flüssigkristalline, schnittbeständige Fasern werden in der WO95/31593 bereitgestellt. Wie in der Technik bekannt werden aus p-Phenylendiamin und Terephthalsäure gebildete Polymere aus einer konzentrierten Schwefelsäurelösung naßgesponnen. Demge mäß besteht in der Technik ein Bedarf, schnittbeständige Fasern ohne die Verwendung gefährlicher Lösungsmittel wie etwa Schwefelsäure bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine schnittbeständige Faser umfassend

(a) ein faserbildendes Polymer, das entweder aus
(i) einem aromatischen Copolyamid, das von Terephthalsäure und wenigstens zwei aromatischen Diaminen abgeleitete Monomereinheiten umfaßt, oder
(ii) Polyethylen mit einem zum Herstellen von kettenverlängertem Polyethylen geeigneten Molekulargewicht ausgewählt ist, und
(b) einen in der Faser gleichförmig verteilten, harten Füllstoff,

Das schnittbeständige Gewebe kann gegebenenfalls auch andere polymere Fasern und/oder anorganische Verstärkungsfasern einschließen, die Keramik, Metall oder Glas sein können.
Ein neues Verfahren, eine synthetische Faser oder ein Garn gegenüber einer scharfen Kante schnittbeständiger zu machen, wird ebenfalls offenbart. Das verbesserte Verfahren umfaßt den Schritt des Einbeziehens eines harten Füllstoffs mit einem Wert der Mohs-Härte von größer als 3 in die synthetische Faser oder das Garn in einer zum Verbessern der der durch den Ashland Cut Protection Performance Test gemessenen Schnittbeständigkeit um mindestens 20% und vorzugsweise mindestens 35% ausreichenden Menge. Dies wird im allgemeinen durch Herstellen einer gleichförmigen Mischung aus dem geschmolzenen Polymer oder der Polymerlösung (Spinnlösung) und anschließend Verspinnen des ge schmolzenen Polymers oder der Polymerlösung (Spinnlösung) zu einer Faser oder einem Garn mit verbesserter Schnittbeständigkeit erreicht. Das bevorzugte Verfahren ist das Schmelzspinnen.
Die vorstehend beschriebenen Fasern und Garne können mittels eines der Verfahren, die gegenwärtig zum Verarbeiten von Fasern und Garnen zu Geweben verwendet werden, einschließlich des Webens und Wirkens zu Geweben verarbeitet werden. Sowohl die Gewebe als auch die Verfahren zum Herstellen schnittbeständiger Gewebe und die sich daraus ergebenden Gewebe sind neu. Außerdem kann aus den schnittbeständigen Geweben Kleidung mit verbesserter Schnittbeständigkeit wie etwa Handschuhe hergestellt werden, die gegenüber dem Aufschneiden mit einem Messer beständig sind.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Wie vorstehend angegeben kann eine biegsame, schnittbeständige Faser, die zur Herstellung von Schutzkleidung brauchbar ist, hergestellt werden, wenn ein harter Füllstoff in der Faser enthalten ist. Die Faser kann aus dem vorstehend angegebenen faserbildenden Polymer hergestellt werden und kann durch ein normalerweise zum Herstellen von Fasern verwendetes Verfahren hergestellt werden. Das Polymer ist vorzugsweise schmelzverarbeitbar, in welchem Fall die schnittbeständige Faser typischerweise durch Schmelzspinnen hergestellt wird. Bei Polymeren, die in der Schmelze nicht zu Fasern versponnen werden können, kann auch das Naßspinnen und Trockenspinnen zum Herstellen von Fasern mit verbesserter Schnittbeständigkeit verwendet werden. Amorphe Polymere, semikristalline Polymere und flüssigkristalline Polymere können alle in dieser Erfindung verwendet werden. Von diesen sind semikristalline und flüssigkristalline Polymere bevorzugt.
Die Beschreibung dieser Erfindung ist in Bezug auf Fasern verfaßt. Der Ausdruck Faser schließt nicht nur herkömmliche Einzelfasern und Filamente, sondern auch Garne ein, die aus einer Mehrzahl dieser Fasern hergestellt wurden. Im allgemeinen werden Garne bei der Herstellung von Kleidung, Gewebe und dergleichen verwendet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist das faserbildende Polymer ein isotropes, semikristallines Polymer. „Isotrop" bedeutet Polymere, die keine flüssigkristallinen Polymere sind, die anisotrop sind. Vorzugsweise ist das isotrope, semikristalline Polymer schmelzverarbeitbar, d. h. es schmilzt in einem Temperaturbereich, der es ermöglicht, das Polymer in der geschmolzenen Phase ohne bedeutende Zersetzung zu Fasern zu verspinnen.
Polyethylen ist ein semikristallines Polymer, das bei dieser Erfindung verwendet werden kann. Kettenverlängertes Polyethylen, das einen hohen Zugmodul aufweist, wird durch das Gelspinnen oder das Schmelzspinnen von Polyethylen mit sehr oder ultrahohem Molekulargewicht hergestellt. Kettenverlängertes Polyethylen weist bereits eine hohe Schnittbeständigkeit auf, kann aber durch Zufügen von Teilchen zu der Faser gemäß dieser Erfindung noch schnittbeständiger gemacht werden. Von allen vorstehenden Polymeren ist bekannt, daß sie zum Herstellen von Fasern brauchbar sind und alle im Handel erhältlich sind. Isotrope Polymere, die in der Schmelze nicht verarbeitet werden können, können ebenfalls verwendet werden.
Andere aromatische Polyamide als das Polymer aus Terephthalsäure und p-Phenylendiamin (z. B. Polymere aus Terephthalsäure und einem oder mehr aromatischen Diaminen) können in polaren aprotischen Lösungsmitteln wie etwa N-Methylpyrrolidinon löslich sein und können mit zugesetzten Teilchen unter Liefern schnittbeständiger Fasern naßgesponnen werden. Amorphe, nichtkristalline, isotrope Polymere können ebenfalls gefüllt und bei dieser Erfindung verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Faser aus einem flüssigkristallinen Polymer (LCP) hergestellt. LCP ergeben Fasern mit einer sehr hohen Zugfestigkeit und/oder -modul. Das flüssigkristalline Polymer kann in der Schmelze verarbeitbar (d. h. thermotrop) sein, in welchem Fall das Schmelzspinnen das bevorzugte Faserherstellungsverfahren ist. Polymere, die nicht in der Schmelze verarbeitet werden können, können jedoch ebenfalls verwendet werden. So können Polymere, die in Lösung ein flüssigkristallines Verhalten zeigen, mit einem harten Füllstoff gemischt werden und können anschließend unter Lie fern schnittbeständiger Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung naß oder trocken versponnen werden.
Aromatische Polyamide, die in polaren aprotischen Lösungsmitteln wie etwa N-Methylpyrrolidinon löslich sind, können ebenfalls zu schnittbeständigen Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung versponnen werden; siehe Beispiel 10. Diese können möglicherweise unter einigen oder allen Bedingungen nicht flüssigkristallin sein, sie liefern aber noch immer Hochmodulfasern. Einige können lyotrope flüssigkristalline Phasen bei einigen Konzentrationen und in einigen Lösungsmitteln, aber isotrope Lösungen bei anderen Konzentrationen oder in anderen Lösungsmitteln zeigen.
Die bevorzugten flüssigkristallinen Polymeren (LCP) zur Verwendung bei dieser Erfindung sind thermotrope LCP. Diese thermotropen LCP schließen aromatische Polyamide und aliphatisch-aromatische Polyamide ein.
Einige der aromatischen Gruppen können Substituenten enthalten, die unter den Polymerisationsbedingungen nicht reagieren, wie etwa Niederalkylgruppen mit 1–4 Kohlenstoffen, aromatische Gruppen, F, Cl, Br und I.
Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung ist der Befund, daß eine biegsame, biegeermüdungsbeständige und schnittbeständige Faser aus einem geeigneten Polymer hergestellt werden kann, das mit einem harten Material gefüllt ist, das Schnittbeständigkeit verleiht. Das Material kann ein Metall wie etwa ein elementares Metall oder eine Metallegierung sein oder kann nichtmetallisch sein. Im allgemeinen kann jeder Füllstoff verwendet werden, der einen Wert der Mohs-Härte von etwa 3 oder größer aufweist. Besonders bevorzugte Füllstoffe weisen einen Wert der Mohs-Härte von größer 4 und vorzugsweise größer als etwa 5 auf. Eisen, Stahl, Wolfram und Nickel veranschaulichen die Metalle und Metallegierungen, wobei Wolfram, das einen von 6,5 bis 7,5 reichenden Wert der Mohs-Härte aufweist, bevorzugt ist. Nichtmetallische Materialien sind ebenfalls brauchbar. Diese schließen Metalloxide wie etwa Aluminiumoxid, Metallcarbide wie etwa Wolframcarbid, Metallnitride, Metallsulfide, Metallsilikate, Metallsilizide, Metallsulfate, Metallphosphate und Metallboride ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Andere Beispiele schließen Siliziumdioxid und Siliziumcarbid ein. Andere kerami sche Materialien können ebenfalls verwendet werden. Titandioxid und Siliziumdioxid sind bei semikristallinen Polymeren weniger bevorzugt.
Die Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung und die Menge der Teilchen sind alles wichtige Parameter beim Erhalt einer guten Schnittbeständigkeit, während die fasermechanischen Eigenschaften erhalten bleiben. Eine Teilchenform des Füllstoffs kann verwendet werden, wobei eine Pulverform im allgemeinen geeignet ist. Flache Teilchen (d. h. Plättchen) und längliche Teilchen (Nadeln) können ebenfalls verwendet werden. Bei Teilchen, die flach oder länglich sind bezieht sich die Teilchengröße auf die Länge entlang der Längsachse des Teilchens (d. h. die Längenabmessung eines länglichen Teilchens oder der durchschnittliche Durchmesser der Fläche eines Plättchens). Die Auswahl einer geeigneten Teilchengröße hängt von dem Verarbeiten und von dem Faserdurchmesser ab. Die Füllstoffteilchen sollten klein genug sein, um leicht durch die Spinndüsenöffnungen hindurchzugehen. Die Teilchen sollten auch klein genug sein, damit die Faserreißeigenschaften sich nicht merklich verschlechtern. Bei Textilfasern (d. h. Fasern mit einem Titer im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 15 dpf) sollten die Teilchen auf eine solche Weise gefiltert oder gesiebt sein, daß größere Teilchen als etwa 6 Mikron ausgeschlossen sind. Im allgemeinen sollten die Teilchen einen kleineren durchschnittlichen Durchmesser als etwa 20 Mikron, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 Mikron und in speziellen Fällen etwa 0,2 bis etwa 2 Mikron aufweisen. Bei länglichen Teilchen sollte die lange Abmessung durch die Spinndüsenlöcher passen. Daher sollte die durchschnittliche Teilchenlänge eines länglichen Teilchens kleiner als etwa 20 Mikron und vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,05 bis etwa 5 Mikron und in speziellen Fällen etwa 0,2 bis 2 Mikron sein. Das Voranstehende ist eine allgemeine Regel bezüglich verfüllter Polymere im allgemeinen. Weitere Versuche an harten Teilchen in in einem thermoplastischen, semikristallinen, isotropen Polymer zeigen, daß wenigstens bei isotropen, semikristallinen Polymeren und insbesondere bei der bevorzugtesten Ausführungsform (kalziniertes Aluminiumoxid) die Teilchengrößenbereiche, die die beste Schnittbeständigkeit ergeben, etwa 0,25 bis etwa 10 Mikron, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 6 Mikron und am bevorzugtesten etwa 3 Mikron sind. Die Teilchengröße sollte eine logarithmische Normal-Verteilung aufweisen.
Ein geringfügiger Prozentanteil an dem harten Füllstoff wird verwendet. Die Menge wird zum Verbessern der Schnittbeständigkeit gewählt, ohne einen bedeutenden Verlust bei den Reißeigenschaften zu verursachen. Die Schnittbeständigkeit der Faser oder des aus der Faser gefertigten Gewebes wird verbessert, wie durch den Ashland Cut Protection Performance Test oder andere, in der Industrie allgemein akzeptierte Tests gemessen wird. Vorzugsweise erhöht sich der durch diese Tests und insbesondere durch den Ashland Cut Protection Test gemessene Schnittschutz um mindestens 20%, bevorzugter um mindestens 35% und am bevorzugtesten um mindestens 50%. Derartige auf Fasern aus flüssigkristallinen Polymeren angewandte Tests werden in Beispiel 3 beschrieben und auf Fasern aus isotropen Polymeren und LPC angewandte werden in Beispiel 4 beschrieben. Die Reißeigenschaften der Faser (Zähigkeit und Modul) sollten um nicht mehr als etwa 50% abnehmen und nehmen vorzugsweise um nicht mehr als 25% ab. Am bevorzugtesten besteht bei den Reißeigenschaften keine bedeutende Änderung (d. h. weniger als etwa 10% Abnahme bei den Eigenschaften). Auf das Gewicht bezogen liegt der Füllstoff in einer Menge von etwa 0,05% bis etwa 20%, vorzugsweise etwa 0,1% bis etwa 20% vor. Auf das Volumen bezogen liegt die Füllstoffmenge typischerweise im Bereich von etwa 0,01% bis etwa 3%, oft im Bereich von etwa 0,03% bis etwa 1,5% und kann in speziellen Fällen in dem Bereich von etwa 0,05% bis etwa 1% liegen, mit der Maßgabe, daß die Füllstoffmenge innerhalb der vorstehend angegebenen Gewichtsbereiche liegt. Somit liegt bei einem dichten Füllstoff wie etwa Wolframpulver in Poly(ethylenterephthalat) die den vorstehend angegebenen Volumenprozenten entsprechende, aber auf Gewicht bezogen ausgedrückte Füllstoffmenge typischerweise in dem Bereich von etwa 0,14% bis etwa 20%, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,42% bis etwa 20% und bevorzugter in dem Bereich von etwa 0,7% bis etwa 14%.
Bei thermotropen flüssigkristallinen Polymeren kann eine verbesserte Schnittbeständigkeit mit etwa 0,07 Vol.-% bis etwa 0,14 Vol.-% Füllstoff erhalten werden, was etwa 1 Gew.-% bis etwa 2 Gew.-% entspricht, wenn der Füllstoff Wolfram ist.
Weitere Versuche mit isotropen semikristallinen Polymeren zeigen, daß ein besseres Abschätzen der Bereiche der Teilchenmengen, die zum Erzielen einer ho hen Schnittbeständigkeit erforderlich sind, folgendes ist: auf das Volumen bezogen liegt der Wert der Teilchenkonzentration vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,1 Vol.-% bis etwa 5 Vol.-%, bevorzugter etwa 0,5 Vol.-% bis etwa 3 Vol.% und am bevorzugtesten bei etwa 2,1 Vol.-%. Bei der bevorzugtesten Ausführungsform (kalziniertes Aluminiumoxid) sind diese Werte auf das Gewicht bezogen etwa 0,3% bis etwa 14% (bevorzugt), etwa 1,4% bis etwa 8,5% (bevorzugter) und etwa 6% (am bevorzugtesten).
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden gefüllte Fasern aus einem gefüllten Harz hergestellt. Das gefüllte Harz wird durch irgendein Standardverfahren zum Zufügen eines Füllstoffs zu einem Harz hergestellt. Zum Beispiel wird bei einem thermoplastischen Polymer das gefüllte Harz bequem in einem Extruder wie etwa einem Doppelschneckenextruder durch Mischen des harten Füllstoffs mit geschmolzenem Polymer unter Bedingungen hergestellt, die zum Liefern einer gleichförmigen Verteilung des Füllstoffs in dem Harz ausreichend sind. Der Füllstoff kann auch während der Herstellung des Polymers zugegen sein oder kann zugefügt werden, wenn das Polymer dem Extruder der Faserspinneinrichtung zugeführt wird, in welchem Fall der Misch- und Spinnschritt nahezu gleichzeitig ist.
Da der Füllstoff in der Polymerschmelze gleichförmig verteilt ist, sind die Füllstoffteilchen ebenfalls typischerweise gleichförmig in den Fasern verteilt, mit der Ausnahme, daß längliche und flache Teilchen wegen der Orientierungskräfte während des Faserspinnens in einem gewissen Ausmaß orientiert sind. Es kann auch eine gewisse Wanderung der Teilchen zur Faseroberfläche auftreten. Obschon die Teilchenverteilung in den Fasern als „gleichförmig" beschrieben wird, sollte das Wort „gleichförmig" somit auch so verstanden werden, daß Ungleichförmigkeiten, die während des Verarbeitens (z. B. Schmelzspinnen) einer gleichförmigen Polymermischung auftreten, eingeschlossen sind. Derartige Fasern fallen noch immer unter den Erfindungsumfang.
Eine Faser jeder Größe kann gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Bei der Gewebe- und Garnherstellung weist die Faser im allgemeinen einen Titer in dem Bereich von etwa 1 bis etwa 50 dpf, vorzugsweise in dem Bereich von etwa 2 bis etwa 20 dpf und am bevorzugtesten etwa 3 bis etwa 15 dpf auf. Bei isotropen Polymeren ist der bevorzugteste Bereich der Fasergröße etwa 1,5 bis etwa 15 dpf und am bevorzugtesten etwa 4 dpf. Schnittbeständige Monofilamente können ebenfalls durch Einbeziehen eines harten Füllstoffs hergestellt werden. Monofilamente weisen im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 0,05 bis etwa 2 mm auf. Die Fasern werden durch herkömmliche Faserspinnverfahren hergestellt. Das bevorzugte Verfahren ist das Schmelzspinnen, aber Naßspinnen und Trockenspinnen können ebenfalls verwendet werden.
Ein schnittbeständiges Gewebe kann durch Wirken, Weben oder andere Verfahren unter Verwenden einer verfüllten Faser gemäß der vorliegenden Erfindung durch Anwenden herkömmlicher Verfahren und Maschinen hergestellt werden.
Derartige Gewebe haben im Vergleich mit demselben Gewebe, das unter Verwenden einer aus demselben Polymer ohne einen Füllstoff hergestellten Faser gefertigt wurde, eine verbesserte Schnittbeständigkeit. Im allgemeinen ist die Schnittbeständigkeit verbessert, wenn sie unter Anwenden von Tests gemessen wird, die in der Industrie zum Messen der Schnittbeständigkeit (Ashland Cut Protection Test) allgemein anerkannt werden und ist vorzugsweise um mindestens 20%, 35% oder sogar 50% verbessert.
Schnittbeständige Kleidung kann anschließend aus dem vorstehend beschriebenen schnittbeständigen Gewebe hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein schnittbeständiger Sicherheitshandschuh, der zur Verwendung in der Nahrungsmittel verarbeitenden Industrie ausgelegt ist, aus dem Gewebe hergestellt werden. Ein derartiger Handschuh ist sehr biegsam und leicht zu reinigen. Die gefüllte Faser widersteht der Biegeermüdung. Medizinische Schutzhandschuhe können durch Verwenden der schnittbeständigen Fasern dieser Erfindung ebenfalls hergestellt werden. Diese Schutzhandschuhe können aus einem Textilstoff (gewebt, gewirkt oder nicht-gewebt), das aus den hierin gelehrten Fasern und Garnen hergestellt ist, zusammengenäht werden. Wahlweise können Handschuhe direkt aus die Faser umfassenden Endlosgarnen gewirkt werden oder Gewebestücke können an Handschuhen angebracht werden, um die Teile der Hand zu schützen, bei denen das größte Risiko besteht, verletzt zu werden (z. B. Handflächen oder Finger).
Die hierin beschriebenen schnittbeständigen Fasermaterialien können auch ungefüllte polymere Fasern in schnittbeständigen Geweben, Handschuhen und dergleichen ersetzen, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden, um eine noch größere Schnittbeständigkeit zu ergeben. Somit sollte ein schnittbeständiges Gewebe, das die hierin gelehrte, gefüllte Faser nützt, das durch Enthalten einer anorganischen Verstärkungsfaser wie etwa Metall-, Glas- oder Keramikfaser weiter verstärkt ist, entsprechend der derzeitigen Technologie eine noch höhere Schnittbeständigkeit als dasselbe, eine herkömmliche Faser benützenden Textilstoff aufweisen.
Beispiel 1
Kalziniertes Aluminiumoxid (Qualität Nr. 1 von Agsco) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 2 Mikron wurde in einer Höhe von 6 Gew.-% des Polymers in einer Spinnlösung, die in N-Methylpyrrolidon (NMP) gelöstes Aramid in einer Höhe von 6 Gew.-% enthielt, das unter dem Namen TREVAR^TM erhältlich ist, gemischt. Das Aramid ist ein Copolymer aus Terephthalsäure mit den folgenden drei Diaminen im Verhältnis 2 : 1 : 1 : 3,3'-Dimethylbenzidin, p-Phenylendiamin und 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzol. Das Aramid wurde naß versponnen und anschließend bei 380°C mit einem Zugverhältnis von 11 : 1 unter Liefern eines Garns mit einem Titer von 4 dpf, einer Zähigkeit von 22 gpd und einem Modul von 675 gpd ausgezogen. Eine Kontrollprobe aus ungefülltem Aramid wurde ebenfalls zu einem Garn mit einem Titer von 5,3 dpf, einer Zähigkeit von 26 gpd und einem Modul von 711 gpd versponnen. PET-Vergleichsproben, die 6 Gew.-% Aluminiumoxid (dasselbe Aluminiumoxid wie vorstehend) enthielten, wurden ebenfalls gefahren. Die Garne wurden zu Handschuhen gewirkt und die Schnittbeständigkeit des Gewebes aus den Handschuhen wurde getestet. Die Schnittbeständigkeitswerte sind in Tabelle 8 tabellarisch angegeben. Die Schnittbeständigkeit des gefüllten Aramids ist eindeutig die höchste.
Beispiel 2
Kalziniertes Aluminiumoxid (Qualität Nr. 1 von Agsco mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 Mikron) wird in einer Höhe von 7 Gew.-% mit hochmolekularem Polyethylen mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 150 000 vermischt. Dieses Polyethylen wird im Handel in Faserform als kettenverlängertes Polyethylen unter dem Warenzeichen CERTRAN^TM vertrieben. Das gefüllte Polymer wird unter Liefern einer gefüllten Hochmodulfaser nach dem Ausziehen bei einem Verhältnis von 20 : 1 schmelzgesponnen. Das Garn weist einen CPP-Wert auf, der um etwa 45% verbessert ist. Das Spinnverfahren wird in den US-Patenten Nr. 4 287 149, 4 415 522 und 4 254 072 gelehrt, die hierin durch Verweis inbegriffen sind. Ähnlich wird eine kettenverlängerte Polyethylenfaser, die Füllstoffteilchen enthält, auch durch das Gelspinnen von mit Teilchen gefülltem Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht durch das in den US-Patenten Nr. 4 356 138, 4 413 110 und 4 663 101, die hierin durch Verweis inbegriffen sind, gelehrte Verfahren hergestellt.
Es versteht sich, daß die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur zur Veranschaulichung sind und daß dem Fachmann überall Abänderungen in den Sinn kommen können. Demgemäß ist diese Erfindung nicht als auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt anzusehen.
Tabelle 1
Somit weist die vorstehend beschriebene, schnittbeständige Faser verglichen mit einer dieses Polymer umfassenden Faser ohne diesen Füllstoff eine um mindestens 20% verbesserte Schnittbeständigkeit auf.
Die vorstehend angeführte schnittbeständige Faser umfaßt einen harten Füllstoff mit einem Wert der Mohs-Härte größer als 5.
Der harte Füllstoff liegt in einer Menge von 0,01 Vol.-% bis 3 Vol.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,03 Vol.-% bis 1,5 Vol.-% und bevorzugter in einer Menge von 0,05 Vol.-% bis 1 Vol.-% vor.
Die vorstehend angeführte, schnittbeständige Faser umfaßt den harten Füllstoff, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0,05 bis 5 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge in dem Bereich von 0,05 bis 5 Mikron und Gemischen daraus besteht.
Vorzugsweise ist der harte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 0,2 bis 2 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge in dem Bereich von 0,2 bis 2 Mikron und Gemischen davon besteht.
Der angeführte Füllstoff liegt in einer Menge von 0,01 Vol.-% bis 3 Vol.-% vor.
Vorzugsweise liegt der harte Füllstoff in einer Menge von 0,03 Vol.-% bis 1,5 Vol.-% vor, wobei der harte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 0,05 bis 5 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge in dem Bereich von 0,05 bis 5 Mikron und Gemischen davon besteht.
Vorzugsweise liegt der harte Füllstoff in einer Menge von 0,05 Vol.-% bis 1 Vol.% vor, wobei der harte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 0,2 bis 2 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge in dem Bereich von 0,2 bis 2 Mikron und Gemischen davon besteht.
Der angeführte harte Füllstoff ist ein Metall oder eine Metallegierung.
Der harte Füllstoff ist ein aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel, Edelstahl, Wolfram und Gemischen davon ausgewähltes Metall oder eine Metallegierung.
Der harte Füllstoff ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallsulfiden, Metallsilikaten, Metallsiliziden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallboriden und Gemischen davon besteht, ausgenommen, daß der harte Füllstoff kein Titandioxid oder Siliziumdioxid ist.
Das faserbildende Polymer ist ein flüssigkristallines Polymer in der vorstehend angegebenen schnittbeständigen Faser.
Das faserbildende Polymer ist ein lyotropes flüssigkristallines Polyamid, das aus Terephthalsäure und 1,4-Phenylendiamin abgeleitete Monomereinheiten umfaßt.
Das faserbildende Polymer ist ein thermotropes flüssigkristallines Polymer.
Das thermotrope flüssigkristalline Polymer umfaßt Terephthalsäure.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff ein Metall oder eine Metallegierung ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff ein Nichtmetall ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallsulfiden, Metallsilikaten, Metallsiliziden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallboriden und Gemischen daraus besteht.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei das faserbildende Polymer ein thermotropes flüssigkristallines Polymer ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram und Gemischen davon besteht.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus Wolfram in einer Menge von 1 Gew.-% bis 2 Gew.-% besteht.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallsulfiden, Metallsilikaten, Metallsiliziden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallboriden und Gemischen daraus besteht.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff Aluminiumoxid ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei das faserbildende Polymer ein schmelzverarbeitbares, isotropes, semikristallines Polymer ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus der aus Metallen und Metallegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallsulfiden, Metallsilikaten, Metallsiliziden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallboriden und Gemischen davon besteht, ausgenommen, daß der harte Füllstoff kein Titandioxid oder Siliziumdioxid ist.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, umfassend die Schritte des

(a) Herstellens einer gleichförmigen Mischung aus einem faserbildenden Polymer und 0,05 Gew.-% bis 20 Gew.-% eines harten Füllstoffs mit einem Wert der Mohs-Härte größer als 3;
(b) Verspinnens der gleichförmigen Mischung zu einer Faser oder einem Garn durch ein Verfahren ausgewählt aus der aus Schmelzspinnen, Naßspinnen und Trockenspinnen bestehenden Gruppe und
(c) Verarbeitens der Faser oder des Garns zu einem Gewebe mit einer im Vergleich zu demselben, aus dem faserbildenden Polymer ohne den harten Füllstoff hergestellten Gewebe um mindestens 20% verbesserten, durch den Ashland Cut Protection Performance Test gemessenen Schnittbeständigkeit.

Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei die gleichförmige Mischung 0,01 Vol.-% bis 3 Vol.-% eines harten Füllstoffs umfaßt, der aus der aus einem Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 0,05 Mikron bis 5 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge in dem Bereich von 0,05 Mikron bis 5 Mikron und Gemischen daraus bestehenden Gruppe ausgewählt ist, wobei die durch den Ashland Cut Protection Performance Test gemessene Schnittbeständigkeit im Vergleich mit der Schnittbeständigkeit desselben Gewebes ohne den harten Füllstoff um mindestens 20% verbessert ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei die gleichförmige Mischung 0,03 Vol.-% bis 1,5 Vol.-% eines harten Füllstoffs umfaßt, der aus der aus einem Pul ver mit einem durchschnittlichen Durchmesser in dem Bereich von 0,2 Mikron bis 2 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer durchschnittlichen Länge in dem Bereich von 0,2 Mikron bis 2 Mikron und Gemischen daraus bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei das faserbildende Polymer ein flüssigkristallines Polymer ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei das faserbildende Polymer ein lyotropes flüssigkristallines Polyamid ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei das faserbildende Polymer ein thermotropes flüssigkristallines Polymer ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff ein Metall oder eine Metallegierung ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff aus der aus Eisen, Stahl, Wolfram, Nickel und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff Wolfram in einer Menge von 1 Gew.-% bis 2 Gew.-% ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff ein Nichtmetall ist, das aus der aus Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallsulfiden, Metallsilikaten, Metallsiliziden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallboriden und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei das faserbildende Polymer ein schmelzverarbeitbares, isotropes, semikristallines Polymer ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei das faserbildende Polymer ein schmelzverarbeitbares semikristallines Polymer ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff ein Metall oder eine Metallegierung ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff Wolfram in einer Menge von 10 Gew.-% ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff ein Nichtmetall ist, das aus der aus Metalloxiden, Metallcarbiden, Metallnitriden, Metallsulfiden, Metallsilikaten, Metallsiliziden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallboriden und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff Aluminiumoxid ist.
Die Erfindung umfaßt ferner ein durch die vorstehend angegebenen Verfahren hergestelltes schnittbeständiges Gewebe.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei die Schnittbeständigkeit dieser Faser um wenigsten 35% verbessert ist, verglichen mit der Faser, die das Polymer ohne diesen Füllstoff enthält.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei die Faser einen Titer in dem Bereich von 2 bis 20 dpf, vorzugsweise einen Titer in dem Bereich von 3 bis 15 dpf aufweist.
Das durch die vorstehend angegebenen Verfahren hergestellte schnittbeständige Gewebe.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei das faserbildende Polymer ein isotropes schmelzverarbeitbares Polymer ist, der Füllstoff eine durchschnittliche Teilchengröße in dem Bereich von 0,25 Mikron bis 10 Mikron aufweist und der Füllstoff in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-% enthalten ist.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei die Schnittbeständigkeit der Faser verglichen mit einer das Polymer ohne den Füllstoff umfassenden Faser um mindestens 35% erhöht ist.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei die durchschnittliche Teilchengröße des harten Füllstoffs in dem Bereich von 1 bis 6 Mikron liegt.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff in der Faser in einer Menge von 0,1 Vol.-% bis 5 Vol.-% enthalten ist.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff in einer Menge von 0,5 Vol.-% bis 3 Vol.-% enthalten ist.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei das isotrope, schmelzverarbeitbare Polymer ein Polyolefin ist.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff kalziniertes Aluminiumoxid ist.
Eine vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus der aus Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff kalziniertes Aluminiumoxid ist.
Die vorstehend angegebene schnittbeständige Faser, wobei der harte Füllstoff aus der aus Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, wobei das faserbildende Polymer Polyethylen ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, wobei die durchschnittliche Teilchengröße des harten Füllstoffs in dem Bereich von 1 bis 6 Mikron liegt.
Das vorstehend angegebene Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, wobei der harte Füllstoff in einer Menge von 0,5 Vol.-% bis 3 Vol.-% enthalten ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, wobei der harte Füllstoff kalziniertes Aluminiumoxid ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, wobei der harte Füllstoff aus der aus Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines schnittbeständigen Gewebes, umfassend die Schritte des

(a) Herstellens einer gleichförmigen Mischung aus einem faserbildenden Polymer und 0,05 Gew.-% bis 20 Gew.-% eines harten Füllstoffs mit einem Wert der Mohs-Härte größer als 3, wobei der Füllstoff eine durchschnittliche Teilchengröße bis zu 20 Mikron aufweist und
(b) Verspinnens der gleichförmigen Mischung zu einer Faser mit einem Titer in dem Bereich von 1 bis 50 dpf, wobei die Faser verglichen mit einer das Polymer ohne den Füllstoff umfassenden Faser eine durch den Ashland Cut Protection Performance Test gemessene, um mindestens 20% erhöhte Schnittbeständigkeit aufweist.

Test des Leistungsverhaltens
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei die Mischung 0,01 Vol.-% bis 3 Vol.-% des harten Füllstoffs umfaßt, wobei der harte Füllstoff eine durchschnittliche Teilchengröße in dem Bereich von 0,05 bis 5 Mikron aufweist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei das faserbildende Polymer aus der aus flüssigkristallinen Polymeren und semikristallinen Polymeren bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Das vorstehend angegebene Verfahren, wobei der harte Füllstoff aus der aus Wolfram und Aluminiumoxid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

Claims

Schnittbeständige Faser umfassend (a) ein faserbildendes Polymer, das entweder aus (i) einem aromatischen Copolyamid, das von Terephthalsäure und wenigstens zwei aromatischen Diaminen abgeleitete Monomereinheiten umfaßt, oder (ii) Polyethylen mit einem zum Herstellen von kettenverlängertem Polyethylen geeigneten Molekulargewicht ausgewählt ist, und (b) einen in der Faser gleichförmig verteilten, harten Füllstoff, wobei die Faser einen Titer im Bereich von 1 bis 50 dpf aufweist; die Faser einen Wert der Mohs-Härte von größer als 3 aufweist, wobei der Füllstoff in einer Menge von 0,05 Gew.-% bis 20 Gew.-% vorliegt und der Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von bis zu 20 Mikron, einem länglichen Teilchen mit einer Durchschnittslänge von bis zu 20 Mikron und Gemischen davon besteht; wobei der Füllstoff in einer Menge enthalten ist, die zum Verbessern der durch den Ashland Cut Protection Performance Test gemessenen Schnittbeständigigkeit um mindestens 20% verglichen mit einer Faser, die das Polymer ohne den Füllstoff umfaßt, ausreichend ist.
Schnittbeständige Faser wie in Anspruch 1 angeführt, wobei das faserbildende Polymer ein aromatisches Copolyamid ist, das von Terephthalsäure und zwei oder mehr Diaminen abgeleitete Monomereinheiten umfaßt.
Schnittbeständige Faser wie in den Ansprüchen 1 oder 2 angeführt, wobei das aromatische Copolyamid in einem polaren Lösungsmittel löslich ist.
Schnittbeständige Faser wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 angeführt, wobei die aromatischen Diamine p-Phenylendiamin, 3,3'-Dimethylbenzidin und 1,4-Bis-(4-aminophenoxy)benzol sind.
Schnittbeständige Faser wie in Anspruch 1 angeführt, wobei das faserbildende Polymer Polyethylen mit einem zum Herstellen von, kettenverlängertem Polyethylen geeigneten Molekulargewicht ist.
Schnittbeständige Faser wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 angeführt, wobei der Füllstoff eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 0,25 Mikron bis 10 Mikron aufweist und in einer Menge von 0,1 Vol.-% bis 5 Vol.-% enthalten ist.
Schnittbeständige Faser wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 angeführt, wobei der Füllstoff kalziniertes Aluminiumoxid ist.
Schnittbeständige Faser wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 angeführt, wobei der Füllstoff aus der aus Eisen, Stahl, Nickel, Wolfram und Gemischen davon bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Schnittbeständige Faser wie in einem der Ansprüche 1 bis 8 angeführt, wobei die Faser durch ein aus Gelspinnen und Schmelzspinnen ausgewähltes Verfahren hergestellt ist.
Handschuh umfassend die in einem der Ansprüche 1 bis 9 angeführte schnittbeständige Faser.