KR20080036114A - 아크 및 화염으로부터의 보호 및 수축율 감소를 위한모다크릴/아라미드 섬유 블렌드 - Google Patents

아크 및 화염으로부터의 보호 및 수축율 감소를 위한모다크릴/아라미드 섬유 블렌드 Download PDF

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Abstract

아크 및 화염으로부터의 보호에 사용하기에 적합한 실, 직물 및 의복이 모다크릴, p-아라미드 및 결정화도가 20％ 이상인 m-아라미드 섬유를 함유한다.
모다크릴, p-아라미드, m-아라미드, 결정화도, 아크로부터의 보호, 화염으로부터의 보호

Description

아크 및 화염으로부터의 보호 및 수축율 감소를 위한 모다크릴/아라미드 섬유 블렌드{MODACRYLIC/ARAMID FIBER BLENDS FOR ARC AND FLAME PROTECTION AND REDUCED SHRINKAGE}
본 특허 출원은 2004년 3월 18일자로 출원된 미국 특허 일련번호 10/803,383호의 일부 계속 출원이다.
본 발명은 아크(arc) 및 화염으로부터의 보호 특성 뿐만 아니라 감소된 수축율을 갖는 직물의 제조에 유용한 혼방사에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 직물로 제조된 의복에 관한 것이다.
전류가 통하는 전기 설비 주변에서 일하는 사람 및 전기 설비 주변의 사건에 대응하는 응급 요원은 아크 발생시 초래될 수 있는 전기 아크 및 화염의 위험에 노출된다. 전기 아크는 전형적으로 수천 볼트 및 수천 암페어의 전기를 수반하는 매우 극렬한 현상이다. 전기 아크는 두 전극 간의 전위차 (즉, 전압)가 공기 중의 원자를 이온화시켜 전기가 통할 수 있게 할 때 공기 중에 형성된다.
이치보리(Ichibori) 등의 미국 특허 제5,208,105호에는 다량의 안티몬 화합물을 갖는 할로겐 함유 섬유, 및 천연 섬유와 화학 섬유로 이루어진 일련의 섬유 중에서 선택된 하나 이상의 섬유를 포함하는 난연성 복합 섬유 블렌드가 개시되어 있다. 이 섬유 블렌드는 직물로 제직되어, 이의 방염성의 척도로서 한계 산소 지수(Limited Oxygen Index)에 대해 시험되었다.
아크 및 화염으로부터의 보호 수준이 높은 실, 직물 및 의복이 요구된다.
<발명의 개요>
본 발명은
(a) 모다크릴 섬유 40 내지 70 중량％,
(b) p-아라미드 섬유 5 내지 20 중량％ 및
(c) 결정화도가 20％ 이상인 m-아라미드 섬유 10 내지 40 중량％
(상기 중량％는 성분 (a), (b) 및 (c)를 기준으로 함)
를 포함하는, 아크 및 화염으로부터의 보호에 사용하기 위한 실, 직물 및 의복에 관한 것이다.
또한, 이러한 직물 및 의복은 파열(break open) 및 마모에 대한 저항성을 제공할 수 있다. 바람직한 방식에서 이러한 직물 및 의복은 비정질(amorphous) (즉, 결정화도가 낮음)인 m-아라미드 섬유를 사용한 점만 달리한 직물에 비해서 감소된 수축율을 갖는다.
본 발명은 아크로부터의 보호 및 방염성을 둘 다 제공하는 직물 및 의복을 제조할 수 있는 실의 제공에 관한 것이다. 인장 강도가 낮은 방염성 섬유를 포함하는 직물 및 의복은 전기 아크의 강력한 열 스트레스에 노출시, 입사 에너지에 의해 파열되어 추가의 부상에 착용자를 노출시킨다. 전기 아크는 전형적으로 수천 볼트 및 수천 암페어의 전류를 수반한다. 전기 아크는 예를 들어 분출성 화재(flash fire)로부터의 입사 에너지보다 훨씬 더 강력하다. 착용자를 보호하기 위해서는, 의복 또는 직물이 에너지가 통과하여 착용자에게 전달되는 것에 저항하여야 한다. 이것은, 직물이 입사 에너지의 일부를 흡수하는 것, 및 직물이 파열에 저항하는 것 둘 다에 의해 일어난다고 생각된다. 파열 동안 직물에 구멍이 형성되어, 표면 또는 착용자를 입사 에너지에 직접 노출시킨다.
본 발명의 실, 직물 및 의복은 전기 아크의 강력한 열 스트레스에 노출시 에너지의 전달에 저항한다. 본 발명은 입사 에너지의 일부를 흡수하여 에너지 전달을 감소시키고, 차르화(charring)를 통해 투과되는 에너지를 감소시키는 것으로 생각된다.
본 발명의 실은 모다크릴 섬유, 메타-아라미드 섬유, 및 파라-아라미드 섬유의 블렌드를 포함한다. 전형적으로, 본 발명의 실은 모다크릴 섬유 40 내지 70 중량％, 파라-아라미드 섬유 5 내지 20 중량％ 및 결정화도가 20％ 이상인 메타-아라미드 섬유 10 내지 40 중량％를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 실은 모다크릴 섬유 55 내지 65 중량％, 파라-아라미드 섬유 5 내지 15 중량％ 및 메타-아라미드 섬유 20 내지 30 중량％를 포함한다. 상기 중량％는 상기 세 성분을 기준으로 한 것이다. 또한, 부가적인 내마모성 섬유를 실에 추가하여 개선된 내마모성을 통해 내구성을 개선할 수 있다. 뿐만 아니라 정전기 생성을 감소시키기 위해 대전 방지 섬유를 추가할 수 있다.
"실"은 제직, 편성, 브레이딩(braiding) 또는 플레이팅(plaiting)에 사용되거나 다른 방식으로 텍스타일 재료 또는 직물로 제조될 수 있는, 함께 방적되거나 꼬여서 연속 스트랜드를 형성한 섬유의 집합체를 의미한다.
모다크릴 섬유는 주로 아크릴로니트릴을 포함하는 중합체로부터 제조된 아크릴 합성섬유를 의미한다. 바람직하게는, 중합체는 아크릴로니트릴 30 내지 70 중량％ 및 할로겐 함유 비닐 단량체 70 내지 30 중량％를 포함하는 공중합체이다. 할로겐 함유 비닐 단량체는 예를 들어 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐 브로마이드, 비닐리덴 브로마이드 등으로부터 선택된 하나 이상의 단량체이다. 공중합할 수 있는 비닐 단량체의 예는 아크릴산, 메타크릴산, 이들 산의 염 또는 에스테르, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 및 비닐 아세테이트 등이다.
본 발명의 바람직한 모다크릴 섬유는, 난연성 개선을 위해서 산화안티몬 또는 산화안티몬들을 추가로 갖는, 비닐리덴 클로라이드와 배합된 아크릴로니트릴의 공중합체이다. 이러한 유용한 모다크릴 섬유로는 미국 특허 제3,193,602호에 개시된, 삼산화안티몬 2 중량％가 있는 섬유, 미국 특허 제3,748,302호에 개시된, 2 중량％ 이상 및 바람직하게는 8 중량％ 이하의 양으로 존재하는 다양한 산화안티몬들로 제조된 섬유, 및 미국 특허 제5,208,105호와 제5,506,402호에 개시된, 안티몬 화합물 8 내지 40 중량％가 있는 섬유가 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 실에서, 모다크릴 섬유는 안티몬 유도체의 도핑 수준에 따라 전형적으로는 LOI가 적어도 28인 방염성 차르(char) 형성 섬유를 제공한다. 모다크릴 섬유는 또한 화염에 노출됨으로 인한 섬유 손상의 확장을 막는다. 모다크릴 섬유는 방염성이 높지만 그 자체로는, 전기 아크에 노출시 바람직한 수준의 내파열성을 제공하기에 충분한 인장 강도를 실이나 그 실로 제조되는 직물에 제공하지 않는다.
본원에서 사용되는 "아라미드"는 아미드(-CONH-) 결합의 적어도 85％가 2 개의 방향족 고리에 직접 부착되어 있는 폴리아미드를 의미한다. 첨가제를 아라미드와 함께 사용할 수 있으며, 실제로 10 중량％ 이하의 다른 중합체 물질을 아라미드와 블렌딩하거나, 또는 아라미드의 디아민이 10％의 다른 디아민으로 치환되거나, 아라미드의 이산 클로라이드가 10％의 다른 이산 클로라이드로 치환된 공중합체를 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 적합한 아라미드 섬유는 문헌 [Man-Made Fibers-Science and Technology, Volume 2, Section titled Fiber-Forming Aromatic Polyamides, page 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968]에 기재되어 있다. 아라미드 섬유는 또한 미국 특허 제4,172,938호, 제3,869,429호, 제3,819,587호, 제3,673,143호, 제3,354,127호 및 제3,094,511호에 개시되어 있다. m-아라미드는 아미드 결합이 서로에 대해 메타 위치에 있는 아라미드이고, p-아라미드는 아미드 결합이 서로에 대해 파라 위치에 있는 아라미드이다. 본 발명의 실시에서, 가장 흔하게 사용되는 아라미드는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드) 및 폴리(메타페닐렌 이소프탈아미드)이다.
본 발명의 실에서, m-아라미드 섬유는 LOI가 약 26인 방염성 차르 형성 섬유를 제공할 수 있다. m-아라미드 섬유는 또한 화염에 노출됨으로 인한 섬유 손상이 확산되는 것을 막는다. m-아라미드 섬유는 또한 본 발명의 섬유 포함 실로부터 형성된 직물에 편안함을 더한다.
m-아라미드 섬유는 실 및 실로부터 형성된 직물에 부가적인 인장 강도를 제공한다. 모다크릴 및 m-아라미드 섬유의 배합은 높은 방염성을 갖지만, 전기 아크에 노출시 바람직한 수준의 내파열성을 제공하기에 적절한 인장 강도를 실 또는 실로부터 제조된 직물에 제공하지 않는다.
본 발명은 원출원 일련번호 제10/803,383호의 범위 내이다. 하지만, 차이는 사용된 m-아라미드 섬유의 종류에 존재한다. 예상치 못하게, m-아라미드 섬유가 특정 최소 결정화도를 가질 경우 아크로부터의 보호가 추가로 개선됨이 발견되었다.
m-아라미드 섬유의 결정화도는 20％ 이상, 보다 바람직하게는 25％ 이상이다. 최종 섬유의 형성의 용이성으로 인한 예시의 목적을 위해서, (보다 높은 백분율이 적합하다고 고려되지만) 결정화의 실시 상한은 50％이다. 일반적으로, 결정화는 25 내지 40％ 범위일 것이다. 이러한 결정화도를 갖는 시판되는 m-아라미드 섬유의 예는 노멕스(Nomex)® T-450이다.
m-아라미드 섬유의 결정화도는 하기 2가지 방법 중 하나에 의해서 측정한다. 첫번째 방법은 비공극(non voided) 섬유를 사용하는 것이고, 두번째 방법은 공극이 완전히 없지는 않은 섬유 상에서 수행하는 방법이다.
첫번째 방법에서 메타-아라미드의 ％ 결정화는 먼저 양호한, 본질적으로는 비공극인 샘플을 사용하여 결정화에 대한 선형 검정 곡선(calibration curve)을 생성함으로써 결정한다. 이러한 비공극 샘플의 경우, 비부피(specific volume) (1/밀도)가 2상 모델을 사용한 결정화에 직접 관련될 수 있다. 샘플의 밀도는 밀도 구배 컬럼에서 측정한다. x-선 회절 방법에 의해서 비결정질이라고 측정된 메타-아라미드 필름을 측정하였고, 평균 밀도가 1.3356 g/㎤인 것을 발견하였다. 이어서 x-선 단위 격자의 치수로부터 완전히 결정질인 메타-아라미드 샘플의 밀도를 측정하였고 그 치수는 1.4699 g/㎤이었다. 이들 0％ 및 100％ 결정화 끝점이 확립되면, 밀도를 알고 있는 임의의 비공극 시험 샘플의 결정화를 하기 선형 관계식으로부터 측정할 수 있다.
결정화 = [(1/비결정질 밀도)-(1/시험 밀도)] / [(1/비결정질 밀도)-(1/완전한 결정질 밀도)]
많은 섬유 샘플은 공극이 완전히 없지는 않기 때문에, 라만(Raman) 분광법이 결정화를 측정하는 바람직한 방법이다. 라만 측정법은 공극량에 민감하지 않기 때문에, 공극이 있든지 없든지 간에 1650 cm-1에서 카르보닐 스트레치(stretch)의 상대적인 강도를 사용하여 임의의 형태의 메타-아라미드의 결정화를 측정할 수 있다. 이를 확립하기 위해서, 상기에 기재된 바와 같은 밀도 측정법으로부터 결정화를 미리 측정하여 알고 있는, 공극이 최소인 샘플을 사용하여 1002 cm-1에서의 고리 스트레치 모드의 강도로 정규화된 1650 cm-1에서의 카르보닐 스트레치의 강도와 결정화 사이의 선형 관계를 설정하였다. 니코레트 모델(Nicolet Model) 910 FT-라만 분광계를 사용하여, 밀도 검정 곡선에 의존하는 하기 경험적 관계식을 ％ 결정화에 대해 설정하였다.
％ 결정화 = 100.0 x [(l(1650 cm-1)-0.2601) / 0.1247]
상기 식 중, l(1650 cm-1)는 특정 지점에서 메타-아라미드 샘플의 라만 강도이다. 이 강도를 사용하여 상기 식으로부터 실험 샘플의 ％ 결정화를 계산한다.
용액으로부터 방사하고, 켄칭하고, 추가의 열 처리 또는 화학적 처리 없이 유리전이온도보다 낮은 온도를 사용하여 건조할 경우, 메타-아라미드 섬유는 단지 낮은 수준의 결정화를 나타낸다. 이러한 섬유는 라만 산란 기술을 사용하여 섬유의 결정화를 측정할 경우 ％ 결정화가 15％ 미만이다. 결정화도가 낮은 이러한 섬유는 열적 수단 또는 화학적 수단의 사용을 통해 결정화될 수 있는 비정질 메타-아라미드 섬유로 간주된다. 결정화의 수준은 중합체의 유리전이온도에서의 열 처리 또는 유리전이온도보다 높은 온도에서의 열 처리에 의해서 증가될 수 있다. 이러한 열은 전형적으로 섬유에 목적하는 결정화 양을 부여하기에 충분한 시간 동안 장력 하에서 섬유를 가열 롤과 접촉시킴으로써 적용된다.
본 발명의 실에서, p-아라미드 섬유는 적당량으로 첨가될 시 실로부터 형성되는 직물의 내파열성을 개선시키는 인장 강도가 높은 섬유를 제공한다. 실 중에 p-아라미드 섬유의 양이 많으면 실을 포함하는 의복은 착용자에게 불편하게 된다.
인장 강도라는 용어는 파괴 또는 파단 전에 물질에 가해질 수 있는 응력의 최대량을 나타낸다. 인열 강도는 직물을 인열하는데 필요한 힘의 양이다. 일반적으로 직물의 인장 강도는 직물이 얼마나 쉽게 인열되거나 해어지는지에 관계된다. 인장 강도는 또한 직물이 영구적으로 신장되거나 변형되는 것을 피하는 능력과 관계된다. 직물의 인장 강도 및 인열 강도는 의복의 의도된 보호 수준을 크게 손상시키는 직물의 해어짐(ripping), 인열 또는 영구 변형을 방지하도록 충분히 높아야 한다.
또한, 내마모성 섬유를 실에 추가하여 개선된 내마모성을 통해 내구성을 개선할 수 있다. 내마모성은 섬유 또는 직물이 표면 마모 및 마찰을 견디는 능력을 의미한다. 바람직하게는, 내마모성 섬유는 나일론이다. 나일론은 지방족 폴리아미드 중합체로부터 제조된 섬유를 의미하며, 폴리헥사메틸렌 아디프아미드 (나일론 66)가 바람직한 나일론 중합체이다. 다른 나일론, 예컨대, 폴리카프로락탐 (나일론 6), 폴리부티로락탐 (나일론 4), 폴리(9-아미노노난산) (나일론 9), 폴리에난토락탐 (나일론 7), 폴리카프릴락탐 (나일론 8), 폴리헥사메틸렌 세바스아미드 (나일론 6,10) 등이 적합하다.
내마모성 섬유는 전형적으로 실의 2 내지 15 중량％를 구성한다. 2 중량％ 미만의 내마모성 섬유를 함유하는 실은 내마모성에 현저한 개선을 나타내지 않는다. 15 중량％를 초과하여 내마모성 섬유를 함유하는 실은 실 및 실로부터 형성된 직물의 방염성 및 아크로부터의 보호 특성의 감소를 일으킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실, 직물 또는 의복에는 대전 방지 성분이 첨가될 수 있다. 예시적인 예는 강철 섬유, 탄소 섬유, 또는 기존 섬유에 대한 탄소 코팅이다. 탄소 또는 강철과 같은 금속의 전도성은, 본 발명의 실, 직물 또는 의복에 혼입될 경우, 전기 도관을 제공하여 축적된 정전기의 방산을 돕는다. 정전기 방전은 민감한 전기 설비를 이용하거나 인화성 증기 근처에서 작업하는 작업자에게 위험할 수 있다. 대전 방지 성분은 전체 실의 1 내지 5 중량％의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 실은 링 방적, 코어 방적, 및 에어 제트 방적 또는 더욱 고도한 공기 방적 기술, 예컨대, 공기를 사용하여 스테이플 섬유를 꼬아서 실로 만드는 무라타(Murata) 에어 제트 방적을 포함하나 이에 한정되지 않는 당업계에 일반적으로 공지된 임의의 실 방적 기술로 제조하여 최종 실에 필요한 결정화도가 존재하도록 할 수 있다. 이어서, 전형적으로 임의의 통상 기술에 의해 제조된 단사들을 합사하여 2개 이상의 단사를 포함하는 합연사를 형성한 후에 직물로 전환한다.
전기 아크에 의해 유발되는 강력한 열 스트레스로부터 보호하기 위해서는, 아크로부터의 보호성 직물 및 그 직물로부터 형성된 의복이, 방염성을 위해 공기 중 산소 농도보다 높은 LOI, 직물 손상의 전개가 느리다는 것을 나타내는 짧은 차르 길이(char length), 및 입사 에너지가 보호층 아래 표면에 직접 부딪히는 것을 방지하는 양호한 내파열성과 같은 특성을 갖는 것이 바람직하다.
소방관 방호복과 같은 열로부터의 보호성 의복은 전형적으로 개방된 화염(open flame)에 의해 발생된 대류열에 대한 보호를 제공한다. 이러한 보호 의복은 전기 아크에 의해 발생되는 강력한 에너지에 노출시에 파열 (즉, 직물에 구멍이 생김)되어, 에너지가 의복을 관통하여 착용자에게 심한 손상을 주게 할 수 있다. 본 발명의 직물은 바람직하게는 개방된 화염의 대류열에 대한 보호와 전기 아크에 노출시 파열 및 에너지 전달에 대한 증가된 저항성을 둘 다 제공한다.
본 명세서 및 청구의 범위에 사용된 직물이라는 용어는 1종 이상의 상이한 본 발명의 실을 사용하여 제직 또는 편성하거나 또는 다르게 집합시킨 바람직한 보호 층을 나타낸다. 바람직하게는, 본 발명의 직물은 제직물이다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 직물은 능직물이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기에 기재된 바와 같은 결정질 m-아라미드 섬유의 사용이 수축률 감소, 심지어는 0％의 수축율을 초래한다는 것을 추가로 발견하였다. 이러한 수축율 감소는, 결정화를 증가시키기 위한 처리를 하지 않은 m-아라미드 섬유에 비해서, 결정화도가 상기에 언급된 바와 같은 m-아라미드 섬유를 사용한 것의 차이만을 갖는 동일한 직물을 기준으로 한 것이다.
본원의 목적을 위해서, 수축율은 140℉의 수온을 사용하여 20분의 세탁 사이클 후 측정한다. 바람직한 직물은 5회 세탁 사이클 후에 수축이 일어나지 않으며, 보다 바람직하게는 10회 사이클, 가장 바람직하게는 20회 사이클 후에도 수축이 일어나지 않는다.
기초 중량은 단위 면적 당 직물 중량의 측정치이다. 전형적 단위로는 평방야드 당 온스 및 평방센티미터 당 그램이 있다. 본 명세서에 보고되는 기초 중량은 평방야드 당 온스 (OPSY)로 주어져 있다. 단위 면적 당 직물의 양이 증가됨에 따라, 잠재적인 위험 요소와 보호 대상 간의 물질량이 증가한다. 물질의 기초 중량의 증가는 그에 상응하는 보호 성능의 증가가 관찰될 것임을 제시한다. 본 발명의 직물의 기초 중량의 증가는 내파열성의 증가, 열 보호 지수의 증가, 및 아크로부터의 보호 증가를 유발한다. 본 발명의 직물의 기초 중량은 전형적으로 약 8.0 opsy 초과, 바람직하게는 약 8.7 opsy 초과, 가장 바람직하게는 약 9.5 opsy 초과이다. 본 발명의 직물의 기초 중량이 약 12 opsy를 초과하면 강연성(stiffness)이 증가되어 이러한 직물로부터 제조된 의복의 안락감을 감소시킬 것이다.
차르 길이는 텍스타일의 방염성의 척도이다. 차르는 열분해 또는 불완전 연소의 결과로 형성되는 탄소질 잔류물로 정의된다. 본 명세서에 보고된 ASTM 6413-99 시험 조건 하의 직물의 차르 길이는, 화염에 직접 노출된 직물 연부로부터, 특정 인열력을 가한 후에 직물 손상이 관찰되는 가장 먼 지점까지의 거리로 정의된다. 바람직하게는, 본 발명의 직물의 차르 길이는 6 인치 미만이다.
본 발명의 직물은 단층으로서 또는 다층 보호 의복의 일부로서 사용될 수 있다. 본 명세서에서, 직물의 보호 수치는 그 직물의 단층에 대해 보고된 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 직물로부터 제조된 의복을 포함한다.
본 발명의 실은 직물의 경사 또는 위사에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실은 생성된 직물의 경사 및 위사 둘 다에 존재한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 실은 전적으로 직물의 경사 및 위사 둘 다에 존재한다.
시험법
마모 시험
본 발명의 작물의 마모 성능은 ASTM D-3884-01 "텍스타일 직물의 내마모성에 대한 표준 가이드(Standard Guide for Abrasion Resistance of Textile Fabrics (로터리 플랫폼(Rotary Platform), 더블 헤드법(Double Head Method))"에 따라 측정하였다.
아크 저항성 시험
본 발명의 직물의 아크 저항성은 ASTM F-1959-99 "의류용 재료의 아크 열 성능값 측정을 위한 표준 시험법(Standard Test Method for Determining the Arc Thermal Performance Value of Materials for Clothing)"에 따라 측정하였다. 바람직하게는, 본 발명의 직물의 아크 저항성은 0.8 cal/㎠/opsy 이상, 보다 바람직하게는 1.2 cal/㎠/opsy 이상이다.
그랩 시험( Grab Test )
본 발명의 직물의 그랩 저항성은 ASTM D-5034-95 "직물의 파단 강도 및 신도에 대한 표준 시험법(Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Fabrics (그랩 시험))"에 따라 측정하였다.
한계 산소 지수 시험
본 발명의 직물의 한계 산소 지수 (LOI)는 ASTM G-125-00 "기상 산화제 중에서 액상 및 고상 물질 연소 한계를 측정하기 위한 표준 시험법(Standard Test Method for Measuring Liquid and Solid Material Fire Limits in Gaseous Oxidants)"에 따라 측정하였다.
인열 시험
본 발명의 직물의 내인열성은 ASTM D-5587-03 "트래피조이드 절차에 의한 직물의 인열성에 대한 표준 시험법(Standard Test Method for Tearing of Fabrics by Trapezoid Procedure)"에 따라 측정하였다.
열로부터의 보호 성능 시험
본 발명의 직물의 열로부터의 보호 성능은 NFPA 2112 "분출성 화재에 대한 산업 근로자의 보호를 위한 방염성 의복에 대한 표준법(Standard on Flame Resistant Garments for Protection of Industrial Personnel Against Flash Fire)"에 따라 측정하였다.
수직 화염 시험
본 발명의 직물의 차르 길이는 ASTM D-6413-99 "텍스타일의 방염성에 대한 표준 시험법(Standard Test Method for Flame Resistance of Textiles (수직 방법(Vertical Method))"에 따라 측정하였다.
열로부터의 보호 성능 (또는 TPP)이라는 용어는 직물이 직접 화염이나 복사열에 노출시 직물 아래의 착용자 피부에 대한 지속적이고 신뢰할만한 보호를 제공하는 능력과 관련된다.
ASTM G125 / D2863 으로부터의 LOI
ASTM D2863의 조건 하에서 실온에서 시작된 물질의 화염 연소를 부양할, 산소와 질소의 혼합물 중의 부피％로 표시되는 산소의 최소 농도.
수축율 측정
수축율은 1회 이상의 세탁 사이클 후에 직물의 단위 면적을 물리적으로 측정함으로써 측정하였다. 사이클은 140℉의 수온을 사용하여 20분 동안 공업용 세탁기에서 직물을 세탁하는 것을 나타낸다.
본 발명을 예시하기 위해서, 하기 실시예를 제공하였다. 달리 지시되지 않으면, 모든 부 및 백분율은 중량을 기준으로 하며 온도는 섭씨 온도이다.
실시예 1
경사 및 위사가 모두 노멕스® 타입 450, 케블라(Kevlar)® 29, 모다크릴 및 나일론의 친밀한 블렌드를 링 방적한 실인 열로부터의 보호성이고 내구성인 직물을 제조하였다. 노멕스® 타입 450은 결정화도가 33 내지 37％인 폴리(m-페닐렌 이소 프탈아미드)(MPD-I)이고, 모다크릴은 안티몬이 6.8％인 ACN/폴리비닐리덴 클로라이드 공중합체 (프로텍스(Protex)®C로 공지됨)이고, 케블라® 29는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T)였다.
노멕스® 타입 450이 25 중량％, 케블라® 29가 10 중량％, 모다크릴이 65 중량％인 피커(picker) 혼방 슬라이버를 제조하고, 통상적인 면 시스템으로 링 방적기를 사용하여 꼬임 상수가 3.7인 방적사로 가공하였다. 이렇게 제조된 실은 21 tex (28 면번수)의 단사였다. 이어서, 2개의 단사를 합사기에서 합사하여 2합연사를 제조하였다. 유사한 공정 및 동일한 꼬임 및 혼방률을 사용하여 21 tex (28 면번수) 실을 제조하여 위사로 사용하였다. 이어서, 이 실을 2합사하여 합연사를 형성하였다.
노멕스®/케블라®/모다크릴 실을 3 X 1 능직 구조의 북직기(shuttle loom)에서 경사 및 위사로 사용하였다. 미가공(greige) 능직물은, cm 당 경사 30개 X 위사 19개 (인치 당 경사 76개 X 위사 47개)인 구조를 가졌고, 기초 중량은 189 g/㎡ (6.5 oz/yd2)이었다. 상기와 같이 제조한 미가공 능직물을 고온수에서 정련하고 저장력하에 건조하였다. 이어서 정련된 직물을 염기성 염료를 사용하여 제트 염색하였다. 이어서, 완성된 직물 198 g/㎡ (6.8 oz/yd2)를 열 특성 및 기계적 특성에 대해 시험하였다.
실시예 2 (대조군)
경사 및 위사가 모두 노멕스® 타입 455, 케블라® 29, 모다크릴 및 나일론 의 친밀한 블렌드를 링 방적한 실인 열로부터의 보호성이고 내구성인 직물을 제조하였다. 노멕스® 타입 455는 결정화도가 5 내지 10％인 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)(MPD-I)이고, 모다크릴은 안티몬이 6.8％인 ACN/폴리비닐리덴 클로라이드 공중합체 (프로텍스®C로 공지됨)이고, 케블라® 29는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(PPD-T)이고, P140은 대전 방지 섬유였다.
노멕스® 타입 455가 23 중량％, 케블라® 29가 10 중량％, 모다크릴이 65 중량％, P140이 2％인 피커 혼방 슬라이버를 제조하고, 통상적인 면 시스템으로 링 방적기를 사용하여 꼬임 상수가 3.7인 방적사로 가공하였다. 이렇게 제조된 실은 21 tex (28 면번수)의 단사였다. 이어서, 2개의 단사를 합사기에서 합사하여 2합연사를 제조하였다. 유사한 공정 및 동일한 꼬임 및 혼방률을 사용하여 21 tex (28 면번수) 실을 제조하여 위사로 사용하였다. 이어서, 이 실을 2합사하여 합연사를 형성하였다.
노멕스®/케블라®/모다크릴 실을 3 X 1 능직 구조의 북직기에서 경사 및 위사로 사용하였다. 미가공 능직물은, cm 당 경사 31개 X 위사 22개 (인치 당 경사 78개 X 위사 56개)인 구조를 가졌고, 기초 중량은 209 g/㎡ (7.2 oz/yd2)이었다. 상기와 같이 제조한 미가공 능직물을 뜨거운 물에서 정련하고 저장력 하에 건조하였다. 이어서 정련된 직물을 염기성 염료로 제트 염색하였다. 이어서, 완성된 직물 233 g/㎡ (8.0 oz/yd2)를 이의 열 특성 및 기계적 특성에 대해 시험하였다.
또한, 실시예 1 및 2의 직물을 140℉의 수온을 사용하여 20분 동안 세탁하고 140℉의 온도에서 건조하는 다수의 세탁 사이클에서 수축율에 대해 시험하였다.
실시예 1 실시예 2
기초 중량 (opsy) 6.8 8.0
두께 (mil) 34 37
모다크릴 섬유 중의 안티몬 함량 (％) 7 7
수직 화염 (in) 경사/위사 3.1 X 3.0 3.0 X 3.0
아크 등급 (cal/㎠) 9.6 9.6
아크 / 단위 중량 (opsy) 1.4 1.2
세탁 수축율 (％ 경사 위사)
3 0 X 0 1.0 X 1.0
5 0 X 0 2.0 X 2.0
10 0 X 0 4.0 X 3.0
노멕스 462 (실시예 2)를 노멕스 450 (실시예 1)으로 바꾼 실시예 1 및 2에서 아크/단위 중량이 16％ 개선되었다. 또한, 실시예 1의 섬유는 수축되지 않았지만, 실시예 2의 섬유는 세탁 사이클을 추가할수록 수축율이 증가되었다.
실시예 3
경사 및 위사가 모두 노멕스® 타입 N303 20％, 케블라® 29 10％, 모다크릴 60％ 및 나일론 10％의 친밀한 블렌드를 링 방적한 실인 열로부터의 보호성이고 내구성인 직물을 제조하였다. 노멕스® 타입 N303은 결정화도가 33 내지 37％인 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)(MPD-I)가 92％, 케블라® 29가 5％, P140 (대전 방지를 위해 탄소로 코팅된 나일론)이 3％였다. 모다크릴은 안티몬이 2％인 ACN/폴리비닐리덴 클로라이드 공중합체이고, 케블라® 29는 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드)(PPD-T)이고, 사용된 나일론은 폴리헥사메틸렌 아디프아미드였다.
실시예 3
기초 중량 (opsy) 9.6
두께 (mil) 40
그랩 시험 파단 강도(lbf) 경사/위사 D5034-95 205/164
트랩 인열성(Trap Tear) (lbf) 경사/위사 D5587-03 28/21
테이버 마모 (Taber Abrasion) (사이클수)CS-10/1000 g ASTM D3884-01 3143
TPP 값(cal/㎠) NFPA 2112 16.3
수직 화염 (인치) 경사/위사 ASTM D6413-99 2.9/3.0
아크 등급 (cal/㎠) ASTM F1959-99 17.6

Claims (23)

  1. (a) 모다크릴 섬유 40 내지 70 중량％,
    (b) p-아라미드 섬유 5 내지 20 중량％ 및
    (c) 결정화도가 20％ 이상인 m-아라미드 섬유 10 내지 40 중량％
    (상기 중량％는 성분 (a), (b) 및 (c)를 기준으로 함)
    를 포함하는, 아크 및 화염으로부터의 보호에 사용하기 위한 실.
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 모다크릴 섬유 55 내지 65 중량％,
    (b) p-아라미드 섬유 5 내지 15 중량％ 및
    (c) m-아라미드 섬유 20 내지 35 중량％
    를 포함하는 실.
  3. 제1항에 있어서, d) 내마모성 섬유를 더 함유하는 실.
  4. 제3항에 있어서, 내마모성 섬유가 성분 (a), (b), (c) 및 (d)를 기준으로 2 내지 15 중량％의 양으로 존재하는 것인 실.
  5. 제3항에 있어서, 내마모성 섬유가 나일론인 실.
  6. 제1항에 있어서, 대전 방지 성분을 더 함유하는 실.
  7. 제6항에 있어서, 대전 방지 성분이 총 실의 1 내지 5 중량％의 양으로 존재하는 것인 실.
  8. 제6항에 있어서, 대전 방지 성분이 탄소 또는 금속 섬유를 포함하는 것인 실.
  9. 제8항에 있어서, 대전 방지 성분이 탄소를 포함하는 것인 실.
  10. 제1항에 있어서, m-아라미드 섬유의 결정화도가 20 내지 50％ 범위인 실.
  11. 제1항에 있어서, 10회 세탁 사이클 후 수축율이 약 0％인 실.
  12. (a) 모다크릴 섬유 40 내지 70 중량％,
    (b) p-아라미드 섬유 5 내지 20 중량％ 및
    (c) 결정화도가 20％ 이상인 m-아라미드 섬유 10 내지 40 중량％
    (상기 중량％는 성분 (a), (b) 및 (c)를 기준으로 함)
    를 포함하는 실을 포함하는, 아크 및 화염으로부터의 보호에 사용하기에 적 합한 직물.
  13. 제12항에 있어서, 실이
    (a) 모다크릴 섬유 55 내지 65 중량％,
    (b) p-아라미드 섬유 5 내지 15 중량％ 및
    (c) m-아라미드 섬유 20 내지 35 중량％
    를 포함하는 것인 직물.
  14. 제12항에 있어서, (d) 내마모성 섬유를 더 포함하는 직물.
  15. 제14항에 있어서, 내마모성 섬유가 성분 (a), (b), (c) 및 (d)를 기준으로 2 내지 15 중량％의 양으로 존재하는 것인 직물.
  16. 제14항에 있어서, 내마모성 섬유가 나일론인 직물.
  17. 제12항에 있어서, 대전 방지 성분을 더 함유하는 직물.
  18. 제12항에 있어서, ASTM D-6413-99에 따른 차르 길이(char length)가 6 인치 미만인 직물.
  19. 제12항에 있어서, ASTM F-1959-99에 따른 아크 저항성이 0.8 cal/㎠/opsy 이상인 직물.
  20. 제19항에 있어서, 아크 저항성이 1.2 cal/㎠/opsy 이상인 직물.
  21. 제12항에 있어서, m-아라미드 섬유의 결정화도가 20 내지 50％ 범위인 직물.
  22. 제1항에 있어서, 10회 세탁 사이클 후 수축율이 0％인 실.
  23. (a) 모다크릴 섬유 40 내지 70 중량％,
    (b) p-아라미드 섬유 5 내지 20 중량％ 및
    (c) 결정화도가 20％ 이상인 m-아라미드 섬유 10 내지 40 중량％
    (상기 중량％는 성분 (a) (b) 및 (c)를 기준으로 함)
    를 포함하는, 아크 및 화염으로부터의 보호에 사용하기에 적합한 의복.
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