NO871540L - Flammemotstandsdyktige materialer og framgangsmaate for framstilling av disse. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører framgangsmåter for framstilling av flammemotstandsdyktige materialer som er spesielt egnet for å motstå effekter av relativt høye temperaturer.

Det er kjent å benytte bekyttende klær for å beskytte mennesker som uforvarende eller på annen måte utsettes for ekstrem varmestrøm og flammer med svært høy temperatur. En primær funksjon for beskyttende klær er å beskytte brukeren mot effekter av ekstrem varme og flammer så—lenge som mulig eller, i nødstilfeller, i det minste så lenge som det er nødvendig, for at det skal være mulig å unnslippe fra området der ekstreme temperaturer opptrer til et område med et lavere og mer akseptabelt temperaturnivå. Særlig er ethvert beskyttende klesplagg tenkt til å skjerme kroppen til brukeren så lenge det er nødvendig for å muligjøre at personen som utsettes for de ekstreme temperaturene overlever.

I tilfellet for personer hvis yrke medfører muligheten av å bli utsatt for ekstrem varme og flammer med svært høye temperaturer. Dette gjelder for eksempel for militært personell, flymannskap i lufta eller på bakken, racerbil-kjørere, politi, brannmannskap, arbeidere i visse industrier der det alltid er en kontinuerlig mulighet for at menneskene på et tidspunkt, dvs,, ved uhell, eller som et resultat av en bevisst hensikt, f.eks. fra fienden, utsettes for varme og flammer med ekstreme temperaturer. I slike tilfeller teller hvert sekund idet hver person som befinner seg i fare vil prøve å unnslippe, men trenger en viss tid.

På samme tid vil det være nødvendig for slike personer å være istand til å bevege seg fritt i lange perioder uten å være i for stor grad hindret av de beskyttende klesplaggene. Med andre ord må det tas hensyn til slitestyrken, dvs. det må tas hensyn til komfort ved materialene som utgjør klesplagget. I dette tilfellet vil det være gunstig at et materiale i beskyttende klesplagg kan formes fra mer en ett sjikt med tøy der et første sjikt, det ytre sjiktet, må være istand til å sørge for skjerming mot varme og flammer, mens et andre sjikt tjener til å utgjøre et isoleringssjikt som hemmer gjennomtrengningen av varme gjennom brukerens klær. I denne forbindelsen vil det være gunstig at der brukerens klær omfatter flere plagg kan varmeisoleringen som ytes betraktes som ikke bare å omfatte de ytre plaggene (dvs. de som mer konvensjonelt betraktes som beskyttende tøy), men også brukerens undertøy siden dette også gir en grad av—varmeisolering.

Avhengig av anvendelsesstedet, dvs. avhengig av muligheten for at det skal inntreffe ulykker og av aspekter ved omgivelsene, må det velges mellom forskjellige isoleringsmuligheter. Isoleringen vil frambringes ved hjelp av det toltale kles-systemet, normalt av et eller flere tøysjikt laget av samme eller forskjellig materiale.

I praksis kan det ytterste sjiktet av et beskyttende kles-system betraktes som den viktigste delen av de beskyttende klærne siden det er dette sjiktet som må motstå hoveddelen av effekten av ekstreme varmebetingelser, og siden dette sjiktet som nevnt må virke som beskyttende sjikt ikke bare med hensyn på brukerens kropp, dvs. hud, men også som beksyttelsesmiddel for isoleringssjiktet eller -sjiktene med klær.

Det er kjent at tøyet som brukes for å danne er beskyttende sjikt må være istand til å tilfredsstille eller oppfylle svært spesielle betingelser. Først av alt må materialet være brannsikkert. Det vil si at materialet må være istand til å oppvise en grense-oksygen-indeks (L.O.I.) på minst 26, 5 når det er i tøy-form. Med andre ord må materialet være selv-slukkende når flamme- kilden er fjernet. (Dette kriteriet er betraktet av L. Bebisek i "Textile Chemist & Colorist" Vol. 6, nr. 2,

1974, side 25-29). I tillegg er det nødvendig at når materialet utsettes for en intens varm^strøm, må materialet forbli som ei uavbrudt flate så lenge som mulig.

Det er gjort mange forsøk for å oppnå materialer som er istand til å frambringe flamme-motstandsdyktige egenskaper. Således er natur- eller kunstfibermaterialer forsøkt. Disse fibrene har omfatter f.eks. bomull, ull, viskoserayon og/eller protein-materiale som når det er i tøyform er behandlet for å minke brennbarheten.

Det er foreslått å gjøre kunstfibre eller syntetiske fibre, f.eks. viskoserayon, polyestere , akrylmaterialer, som normalt er brennbare ikke brennbare ved å innføre flammehemmende additiver under tilvirkningen. Det er også foreslått å framstille stapel-fibre fra polymerer som er flammemotstandsdyktige. Slike stapel-fibre omfatter polyvinylklorid, polyimid, polyamid-imid, polytetrafluoretylen, polyakrylnitril og polymetafenylenisoftalamid etc.

I denne beskrivelsen vil flamme-motstandsdyktige fibre generelt kalles FR-fibre.

En ytterligere gruppe fibrekarakterisert vedmaterialer som følger: polybenzimiazoler (PBI-fibre , American Celanese), polyparafenylentereftalamid (den såkalte KEVLAR-fiberen fra Du Pont de Nemours og Twaron-fiberen fra Enka BV.),

formofenol-harpiksfiber (PHILENE-fiber CR.I.R. Frankrike), kryssbundet polyakrylsyre /INIDEX fra Courtaulds Ltd., Storbritannia) og visse

varmebehandlete/sykliserte akrylfibre (karboniserte fibre fra Courtaulds Ltd., Sigri Electrographit GmbH, Stackpole Corporation og andre) er forsøkt som fibre med flamme-motstandsdyktige egenskaper. Denne gruppa materialer vil heretter bli kalt F-fibre.

Generelt er det funnet at FR-fibre, når de er spunnet til garn eller tråder og vevd til tøy, forringes vesentlig eller viser stor grad av termisk krympning og rask brist når de utsettes for flammer og intens varme. Generelt er det også funnet at R-fibre, når de er i tøy-form er istand til å motstå intense termiske strømninger i en tid med mye mindre varme-krympning og uten å briste eller med forsinket brist sammen med tilbakeholdelse av fleksibiliteten fulgt av en viss styrke i mye lenger tid enn for FR-fibre under samme betingelser.

Til tross for den tydelige forbedrete evnen R-fibre har i forhold til FR-fibre, er ikke R-fibrene vanlig akseptert for bruk i beskyttelsesklær siden det er funnet at R-fibre har noen egenskaper som har resultert i begrenset bruk av R-fibre ved veving av tøy til beskyttelsesklær.

Noe av motviljen mot å bruke R-fibre er basert f.eks. på de uheldige egenskapene med dårlig fargeevne og i noen tilfeller iboende klær farging og dårlig lys fastekthet. I tillegg er det noen mekaniske egenskaper som slitasjemotstand som ikke er optimale for tøy som brukes daglig.

Det er foreslått i US-patent nr. 4 198 494 å frambringe en nøyaktig ("intimate") blanding av smeltbare FR-fibre og R-fibre i den hensikt å framstille et tøy for beskyttelsesklær. I beskrivelsen av dette US-patentet foreslås en smeltbar FR/R-f iber-blanding omfattende minst 15% FR-fibre og minst 3% R-fibre. I denne blandingen blir de individuelle fibrene fortrinnsvis ikke skilt ut i noe spesielt område av blandingen, annet enn det som vil kunne inntreffe som en konsekvens av den normale variasjonen i fiberfordeling som er ventet av rene statistiske grunner. Tøyet vevet av blandingen er funnet å frambringe en synergistisk effekt i forhold til bruddstyrken i løpet av ti sekunder i en varmestrøm på 8,4 J/cm<2>s og deretter identifisert som "i flammetilstand". Begrepet "synergistisk" blir brukt i US-patentet i den betydning at styrken når "flammetilstand" av tøyet som er tilvirket fra blandingen er vesentlig høyere enn summen av styrkebidragene fra de individuelle bestanddelene i tøyet når den er "i flammetilstand".

I US-patent nr. 4 198 494 er det også foreslått å frambringe en modifisert flammetest for å undersøke FR-

og R-fibrene. (Spalte 2, linje 56-60 og spalte 3, linje 4-31). Undersøkelsen er blitt brukt for å undersøke den omfattende inter-fiber-sammensmeltingen og den såkalte "flamme-styrken" som styrken av tøyet "i flammetilstand".

Det er funnet at denne testen ikke er nøyaktig og reproduserbar ved måling av flammestyrken. Særlig dersom svært lette tøy som "rest"-tøy som nevnt i eksempel 1 i det ovennevnte US-patentet (spalte 3, linje 56-58) blir testet. Den plutselige varmestrømmen på 8,4 J/cm 2s) ved hjelp av en Meker-brenner er for plutselig og for intens, og kraften fra flammen forringer målingen.

Hovedformålet for den foreliggende oppfinnelsen er å frambringe et forbedret flamme-motstandsdyktig materiale.

I samsvar med et aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det frambragt en framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig blanding av minst to stapel-fiber-bestanddeler, i spinnebånd, forgarn, enkelt eller flertråders garn eller i vevd eller strikket form ogkarakterisert vedtrinn for å holde en av bestanddelene med hensikt, rett fram eller på annen måte atskilt med hensyn på den gjenværende bestanddelen eller bestanddelene i blandingen.

I samsvar med et videre aspekt ved oppfinnelsne frambringes det en framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig blanding av minst to flammemotstandsdyktige stapel-fiber-bestanddeler i vevd eller strikket tøy, ogkarakterisert vedat en av bestanddelene er med hensikt rett fram eller på annen måte atskilt med hensyn på den gjenværende bestanddelen eller bestanddelen i blandingen på en slik måte at "varme prestasjons"-egenskapene, som vil defineres senere, er synergistisk forbundet med hensyn på de tilsvarende egenskapene av de individuelle bestanddelene.

Fortrinnsvis blir bestanddelene satt sammen på

en slik måte at blandingen når den er i vevd form omfatter i renning- og innslag-retningene av stoffet flammemotstandsdyktig garn eller tråd som omfatter den nevnte ene bestanddelen, idet de flamme-motstandsdyktige trådene er lagt med en innbyrdes avstand som maksimalt er 20 ganger tykkelsen av tøyet.

I samsvar med et ytterligere forslag i oppfinnelsen frambringes det et flammemotstandsdyktig stoff som omfatter tråder som inneholder en flammemotstandsdyktig blanding av minst to stapel-fiber-bestanddeler , i enkelt eller flertrådet garn, av hvilke minst noe av det trådformende garnet erkarakterisert vedat det har minst en bestanddel som er med hensikt rett fram eller på annen måte atskilt med hensyn på gjenværende bestanddel eller bestanddeler i blandingen.

For bedre å forstå oppfinnelsen henvises det nå ti-1 de vedlagte tegningene, der

fig. 1 er et svært skjematisk skråbilde av et apparat for å utføre en foreslått test for fastsetting av egenskapene av varmemotstandsdyktige materialer, særlig de som framstilles ved hjelp av forslagene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen,

fig. 2 viser et skjematisk sideriss av apparatet i fig. 1,

fig. 3 og 4 er grafiske framstillinger som viser innbyrdes forhold mellom definerte faktorer i materialer i samsvar med oppfinnelsen og det som tidligere er kjent.

Det henvises nå til fig. 1 og 2 som gjelder apparatet som omfattes i en nøyaktig test som er foreslått for fastsetting av egenskapene til de varmemotstandsdyktige materialene. Testene er blitt utviklet siden det i forbindelse med US-patentet er spørsmål om målingen av "flammestyrken" er et mål av "varme prestasjon" av tøyet som skal gi et beskyttende sjikt. Begrepet "varme prestasjon" vil bli betraktet i detalj senere.

Fra et realistisk synspunkt med hensyn til mennesker som fremdeles er istand til å unnslippe fra området der ekstreme temperaturer opptrer, er det forsøkt å senke varmest rømningen til halvparten av den nedre grensen for en brensel-oljes brann-temperaturområde (3,2 J/cm 2s). I dette forsøket er det istedenfor overførings-varmen fra en Meker-brenner (ikke vist) brukt stråle-varmen fra et infrarødt kvarts-rør 1 på 500 watt. Strømmen som tilføres dette kvartsrøret kan endres ved en transformer (ikke vist) for å oppnå en varmefluks på 3,2 J/cm 2s. Som det framgår av den vedlagte figur 1 er en test-tøy-strimmel 2 med 20 mm bredde tatt fra en metallstrimmel 3 plassert over kvartsrøret 1 ved hjelp av anordninger skjematisk indikert ved 4 og er holdt ute av området for røret 1 inntil testen starter. Tøy-strimmelen 2 bærer ved sin nedre ende 6 ved hjelp av en festeinnretning 7 en referansevekt "8 som i forsøkene som betraktes veier 20 gram. Innretningen 7 kan være i inngrep med anordning 5 for å holde tøyet bort fra røret 1 Som det vil bli lagt merke til i figur 1 og 2 er tøy-strimmelen 2 viklet rundt bare en del av røret. I praksis er det nødvendig at lengden 9 av viklingen, som senere er lengden av kontakt mellom tøyet og røret, bør være 7 millimeter. Dette er indikert i figur 2.

I US-patentet er "flammestyrken" målt ved å anvende en fast flammetid på ti sekunder og ved å la tøy-strimmelen bære forskjellige "vekter". (Spalte 3, linje 21-27). Det er forsøkt ved benyttelse av kvartsrøret 1 og den faste "vekten" 8 å måle tiden tøyet må være utsatt for varmestrømmen før tøyet ikke lenger kan bære den faste "vekten" (f.eks. vil tiden som er nødvendig effektivt være en karakteristikk av mengden varmestrøm i Joule).

Således kan anorndingen (åpningen) 5 som beskytter og holder tøy-strimmelen ute av kvartsrørets område kan trekkes tilbake. Tøy-strimmelen 2 vil svinge

2

mot kvartsrøret og et område på 1,4 cm vil være i kontakt med kvartsrøret 1, idet dette er området i

forbindelse med den ovennevnte lengden 9. Som et resultat av dette vil tøy-strimmelen 2 bli utsatt for en varmestrøm på 4,5 J/s. En "timer" er anbragt for å måle tiden som er nødvendig for at "vekten" 8 som bæres av tøy-strimmelen 2 skal falle ned.

Ved å bruke den foreslåtte varme-prestasjons-testen kan mengden varmestrøm som tøyet kan motstå beregnes som "varmeprestasjon" for tøyet.

Denne mengden varmestrøm i Joule kan deles med det totale tex (denier) av alt garn som løper i vertikal (test-) retning for å beregne "varme prestasjon" i mJ pr. decitex (dtex) av test-tøyet.

Som nevnt ovenfor måler den foreslåtte varme-prestasjons-testen tid. Tiden som er så viktig mens en unnslipper fra effekten av ekstrem varme og flammer. Idet hvert sekund er viktig når det gjelder avstanden en person kan bevege seg fra varme- og flammeområdet, øker hvert sekund muligheten for overlevelse.

For å bestemme om en fiber er kvalifisert som en R-fiber-bestanddel i samsvar med denne oppfinnelsen, kan et tøy tilvirket fra fiberen utsettes for testen nevnt ovenfor. Dersom "varme prestasjonen" pr. decitex er minst 15—mJ, kan fiberen betraktes som en R-fiber.

I en undersøkelse av den synergistiske egenskapen nevnt i det ovenfornevnte US-patentet (spalte 5. linje 6 til spalte 6 linje 4) ble de følgende test-tøy laget.

Forskjellige nøyaktige blandinger av FR og R-fibre ble laget.

FR-bestanddelen er metaaramid

(polymetafenylisoftalamid)-fiber med 40 mm fiberlengde og 1,7 decitex fiber finhet, (APYEIL, UNITIKA Ltd., Japan).

R-fiberbestanddelen er para-aramid (polyparafenylentereftalamid)-fiber tilvirket av DuPont,

USA og solgt under varemerket KEVLAR. Fiberlengden er 38 mm og fiber finheten er 1,7 decitex. Forskjellige mengder av disse fibrene blandes i fiberform og spinnes til enkelt garn på 49 tex. Garnet blir så vevet til enkle vevningstøy på omtrent 21x21 tråder pr. centimeter etter fjerning av utsorterte bestanddeler og urenheter. Basisvekten av disse tøy er i området 227-241 gram/m 2.

"Varme-prestasjonen" for disse tøy ble målt og er vist i tabell 1. Resultater for nøyaktig blanding i tabell 1 er vist som graf A i figur 3.

Det er viktig å legge merke til forskjellene i disse figurene med flammestyrkemålinger nevnt i US—patentet. I samsvar med US-patentets

"flammestyrke"-figurer har tøyet med 100% para-amid (KAVLAR) en mye høyere "varme prestasjon" enn tøyet med 100% meta-aramid, dvs. 17,0 mJ/dtex sammenliknet med 0,9 mJ/dtex.

For å bedre forstå resultatene i tabell 1 bør det legges merke til at i praksis, når det gjelder rømningstid respresenterer disse figurene (for disse tøyene) 78 sekunder brist-tid og fire sekunder brist-tid. Figurene viser også den synergistiske vekselvirkningen mellom fibrene i den nøyaktige blandingen.

Dette er fullstendig uventet og i kontrast til flammestyrke-figurene i US-patentet.

Den synergistiske effekten, brukt i den foreliggende oppfinnelsen, kan ses i tabell 1 forholdet av "varme prestasjon" av de nøyaktige blandete tøyene sammenliknet med "varme prestasjonen" for tøy med 100% R-fibre, dvs. tøy laget av 100% av den beste av de to bestanddelene. "Varme-prestasjonen" for alle tøy med nøyaktig blandete fibre er høyere enn for tøy med 100% para-aramid. Den synergistiske effekten øker med en avtakende mengde para-aramid.

Den nøyaktige "varme-prestasjons-testen" som er utviklet i forbindelse med den foreliggende oppfinnelsen viser også riktigheten av 3-20%-blandingsnivå-området som framgår av kravene i US-patentet (spalte 8, linje 58). Økningen i synergistisk effekt dersom mer en 20% para-aramid blandes med meta-aramid viser seg å være mye mindre sammenliknet med den synergistiske økningen som kan oppnås med blandings-nivåer mindre enn 20%. Dette er vist i den nedre linje A i figur 3.

20%-blandingsnivået nevnt i US-patentet er, som angitt i spalte 4, linje 63-68, valgt av rent praktiske grunner for ikke-fargbarket, sterk farging, dårlig abrasjon etc. Som det nå er vist er 20%-nivået en viktig grense for den effektive innflytelsen av fiberbestanddelen.

Som nevnt i spalte 4. linje 56-59 i US-patentet er den nedre grensen på 3% R-fiberbestanddel valgt slik at den er et praktisk minimumsnivå for nøyaktige blandinger fox å sikre jevn fordeling av R-fiberbestanddelen i blandingene. Effektiviteten av blandingsnivåene med mindre enn 3% vil bli omtalt senere.

I samsvar med oppfinnelsen er det funnet at med hensikt, rett fram eller på annen måte skille R-fibrene som er involvert i en flamme-motstandsdyktig kombinasjon av flammemotstandsdyktige fibre, opptrer en uventet økning av den synergistiske effekten som ikke kan forklares ved klebeeffekten av de smeltbare FR-fibrene som nevnt i US-patentet (spalte 5, linje 1-3). Nødvendigheten av opptreden av fibre som viser klebeeffekt vil også bli omtalt i det følgende.

For å bevirke en sammenlikning mellom det som framgår av US-patentet og det som framgår av den foreliggende oppfinnelsen, ble garn på 49 tex med 90% meta-aramid (APYEIL) og 10% para-aramid (KEVLAR) spunnet på en DREF friksjons-spinne-maskin der alle 10% KEVLAR-para-aramid-fibrene ble skilt i fiberform i kjernen av garnet.

Garnet er vevd i en enkel veving for å frambringe et tøy-stykke med 21x21 tråder pr. centimeter, sammenliknbart med tøy med 90/19 nøyaktig blandet garn angitt i tabell 1.

Sammenlikningen av figuren for "varme prestasjonen" pr. tøy i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen med figuren for "varme presatasjonen" av tøy i samsvar med US-patentet er vist i tabell 2.

I denne beskrivelsen vil i det følgende nøyaktig blandet garn kalles I-garn og det skilte garnet i samsvar med den foreliggende søknaden bli kalt S-garn.

Slik det er vist i tabell 1 viser "varme presatsjonen" for tøyet med I-garn med en 10% R-fiber en synergistisk effekt på 38% sammenliknet med en "varme prestasjon" på 17mJ/dtex for 100% R-fibre. Dersom R-fibrene blir med hensikt rett fram eller på annen måte skilt i kjernen av S-garnet, er det funnet en synergistisk effekt på 92%, noe som er omtrent to og en halv gang mer enn for I-garn.

Det er fordelaktig at forsøkene i den foreliggende oppfinnelsen ikke er begrenset til kombinasjonen av bare to stapel-fiber-kombinasjoner, men like godt omfatter multi-komponent-kombinasjoner, f.eks. benyttelse av multiple FR- og R-bestanddeler for å oppnå den nødvendige totale prosentmengden av hver type.

På en DREF-friksjons-spinnemaskin blir det spunnet et garn med 49 tex garn nummer som inneholder 63% APYEIL meta-aramid (FR)-fibre fra UNITIKA, Japan, 27% flammemotstandsdyktig, ikke smeltbare viskose-FR-fibre fra LENZING AG, Østerrike, og skilt i kjernen av garnet 10% KEVLAR para-aramid (R)-fibre fra DuPont, U.S.A. Garnet blir igjen vevd til et enkelt vevingstøy med 21x21 tråder pr. centimeter (tr/cm) etter sortering

Varme prestasjon måles og er 40,5 mJ/dtex som sammenliknet med garnet med 10% R-fibre i tabell 2 viser en mer forbedret synergistisk effekt, se tabell 2A.

En annen framgangsmåte for skille R-fibre i kjernen av garn er å pre-spinne et svært finspunnet garn av bare R-fibre eller å benytte et trådgarn av R-fibre. Ved å bruke kjente kjerne-spinne-teknikker kan det R-fiber-prespunnete eller tråd-garnet bli skilt i kjernen av garnet.

Pre-spinningen kan gjøres med enhver spinnemaskin som er istand til å spinne svært fine tråder. Kjernespinningen kan gjøres ved kjente kjernespinne-teknikker, dvs. ring, åpen-ende, frikssjonsspinne-maskiner etc. Et svært finspunnet garn av 100% KEVLAR para-aramid (R-fibre) er blitt pre-spunnet til et garn nummer på 12 tex.

På en DREF-friksjons-spinnemaskin er det ovenfor nevnte garnet innført i kjernen av et garn med APYEIL meta-aramid-(FR) fibre, noe som resulterer i et garn nummer på 49 tex, hvorav 24% er R-fibre. Garnet er vevd igjen til et 21x21 (tr/cm) tøy av enkel veving vasket og testet.

"Varme-prestasjonen" av dette tøyet er på 22,5 mJ/dex, noe som tilsvarer en synergistisk effekt på 32%.

Som det er vist i tabell 1 er den synergistiske effekten av en nøyaktig blanding av 20% R-fibre 25% og avtar dersom mengden R-fibre øker. En nøyaktig blanding av 24% R-fibre (I-garn) skal ha en synergistisk effekt som er mindre enn 25%. S-garnet med 24% R-fibre har en synergistisk effekt på 32%, noe som er mye høyere og igjen viser den økte synergistiske effekten av atskilt innføring av R-fibre.

Som det er vist i tabell 1, øker den synergistiske effekten når mengden R-fibre i tøyet avtar. Minkingen i mengden R-fibre oppnås ved å minke mengden R-fibre i garnet.

En annen måte å minke mengden R-fibre i tøyet på er å bruke forskjellige garn med forskjellig mengde R-fibre. Et tøy kan lages av det ovenfornevnte S-garnet med- 24% fibre i kombinasjon med et garn på 0% R-fibre, og garnene kan brukes, det ene etter det andre. Med andre ord, dersom ett av to garn i eller tråder i tøyet inneholder 24% R-fibre er den samlete mengden R-fibre i tøyet 12%.

Således kan atskillelsen R-fibre ikke bare utøves i garnet, men kan også utøves under vevingen av tøyet. Dette er et trekk ved forslagene i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Ved benyttelse av det ovennevnte S-garnet (S) som inneholder 24% R-fibre i kombinasjon med et garn (FR), også spunnet på DREF-friksjons-spinnemaskinen, inneholdende 0% R-fibre lages og testes de følgende tøy av 49x49 tex og 21x21 (tr/cm) etter sortering for å undersøke "varme prestasjon". Dette er vist i tabell 3 og graf B i figur 4.

Som det framgår øker varme prestasjonen av tøyene igjen når mengden R-fibre i tøyet minker selv om mengden R-fibre i det spesielle S-garnet, som inneholder R-fibrene forblir det samme (24%).

Således kan den økte synergistiske effekten op-pnådd ved å med hensikt skille R-fibrene i garnet istedenfor å blande dem nøyaktig også oppnås ved å skille R-fibre som inneholder garn i tøyet.

Tøy-tykkelsen av tøyet nevnt i tabell 3 et i området mellom 0,51 og 0,52 mm. I tøyet med 1 S+4 RF-garn er avstanden mellom to S-garn eller tråder 2,38 mm. Således kan avstanden i S-garn defineres som 4,6 ganger tøy-tykkelsen. Dersom denne avstanden er øket vil også faren for at et lite stykke tøy, forsynt med S-garnet i renning- og innslag-retningen, skal briste øke. Avhengig av "varme prestasjonen" og andre egenskaper av den andre bestanddelen eller bestanddelene, blir avstanden mellom to R-fibre som inneholder garn begrenset og ikke tilatt å overskride 20 ganger tøy-tykkelsen.

I samsvar med et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen frambringes det et flammemotstandsdyktig tøy der rennings-garnene eller trådene og innslagsgarnene eller trådene omfatter i rennings- og innslags-retning av tøyet flammemotstandsdyktige garn i avstand fra hverandre på minst 20 ganger tykkelsen av tøyet, idet de flammemotstandsdyktige garn eller tråder omfatter R-fibre eller inneholder R-fibre, idet R-fibrene er blitt med hensikt, rett fram eller på annen måte fortrinnsvis skilt inne i den tilknyttete garn-bestanddelen.

Som kjent kan enkle garn eller tråder bli lagt i sjikt eller tvunnet. For å inkorporere R-fibrene som er skilt i garnet eller tråden kan to eller flere garn bli lagt i sjikt, av hvilke minst ett garn eller en tråd (som bare vil være et svært fint garn sammenliknet med de andre garnbestanddelene som den skal bli lagt i sjikt med) omfatter R-fibre.

Som et eksempel kan det ovennevnte 100% KEVLAR para-aramid (R-fiber)-garnet med garn nummer på 12 tex bli lagt i sjikt med en 100% APYEIL meta-aramid (FR-fiber) med garn nummer 37 tex, noe som resulterer i en sjiktet garnkombinasjon med garn nummer på 49 tex, der igjen mengden atskilte R-fibre er 24%.

Også garn av FR-fibre kan bli lagt i sjikt med minst ett garn av en kombinasjon av FR- og R-fibre der R-fibrene er atskilt. Dette er foretrukket for å minke mengden R-fibre og hindre pre-spinningen av svært fine garji av R-fibre.

I samsvar med et ytterligere aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det således frambragt en flamme-motstandsdyktig kombinasjon i en sjikt-garn form av minst to flamme-motstandsdyktige stapel-fiber-bestaddeler, der en av komponentene er med hensikt, rett fram eller på annen måte atskilt og hvilke minst et sjikt omfatter R-fiberen eller en kombinasjon av FR- og R-fibre der R-fibrene er atskilt.

(S)-garnet som inneholder 24% R-fibre nevnt ovenfor er et garn som inneholder R-fibrene i (pre-spunnet) garn-form. Som det er vist ovenfor øker "varme-prestasjonen" avhengig av en økning av mengden R-fibre. Dersom pre-spinningssystemet blir brukt kan den lave prosentdelen av R-fibre bare oppnås for relativt grovt garn (tykke garn) fordi det er grenser for finheten av det pre-spunnete garnet.

Atskillelsen av R-fibre kan også oppnås i fiber-form som i S-garn-eksemplet i tabell 2, og således ikke i en prespunnet form. Som nevnt ovenfor er en 100% atskilt R-fiber som inneholder S-garn spunnet på en DREF-friksjons-spinnemaskin. I det tilfellet er R-fibrene ikke pre-spunnet, men inkorporert i garnet i fiberform. Fiber "input" i trekk-delen av maskinen er blitt et spinnebånd av FR-fibre og et forgarn av R-fibre. I trekksonen av fiber "input", dvs. spinnebåndet og forgarnet vil bli trukket, men vil holde deres relative plassering. De vil ikke bli blandet.. Som en konsekvens av dette vil R-fiber-forgarn bli trukket bare i finere fiber-bunter og vil bli holdt atskilt. Dette systemet vil bli kalt spennebånd/forgarn par-systemet og danner et ytterligere aspekt av forslagene ifølge oppfinnelsen.

For (det mest vanlige) ringspinne-systemet kan også dette spinnebånd/forgarn systemet benyttes for å oppnå de atskilte R-fibrene i det ring-spunnete garnet.

Ved å benytte et spinnebånd/forgarn-system som "input" for forgarn-ramma, oppnås et forgarn med atskilte R-fibre som etter spinning på ringspinne-ramme, vil resultere i et ringspunnet garn med atskilte R-fibre.

Som kjent i ringspinne-teknikken er den siste maskinen i den totale prosessen der en blanding av fibre opptrer, trekk-ramma.

Ved å gjentakende kombinere seks eller fler spinnebånd og trekke dem igjen inn i et spinnebånd, opptrer en blanding av fibrene. I eksempel 1 i US-patentet ble den nøyaktige blandingen oppnådd på disse maskinene (spalte 5, linje 30).

Dersom spinnebånd/forgarn systemet blir benyttet på den siste trekkingen, vil ingen blanding opptre dersom et R-fiber-forgarn føres (i midten av det andre spinnebåndets innføring) inn i maskinen. Således vil "output" av denne siste trekkramma og "input" for den neste maskinen, forgarn-ramma, være et spinnebånd med atskilte R-fibre. Etter spinning av forgarnet på ei ringspinne-ramme, oppnås et ringspunnet garn med inkorporerte atskilte R-fibre.

I samsvar med et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen er det således frambragt er framgangsmåte for inkorporering av atskilte R-fibre i et garn av flammemotstandsdyktige fibre ved hjelp av et spinnebånd/forgarn-par-system.

Dersom spinnebånd/forgarn-systemet blir brukt på den siste trekkramma som nevnt ovenfor, kan mengden R-fibre bli svært liten idet fødingen til maskinen er seks eller fler spinnebånd av FR-fibre og et forgarn av R-fibre. En prosent på 2 eller, dersom det er et utvunnet forgarn, som forklart i det følgende, blir benyttet, kan det oppnås også mindre enn en prosent.

Dersom spinnebånd forgarn par-systemet må brukes på en maskin der "input" er bare et enkelt spinnebånd dvs. ei forgarn-ramme, en DREF-friksjonspinnemaskin etc, kan ikke den nedre grensen for prosentandel R-fibre være for lav idet det er praktiske grenser for finheten av forgarnet.

Det er et ytterligere trekk ved oppfinnelsen å frambringe et spesielt spinnebånd/forgarn-par-system der forgarn-delen består av en utvunnet fiberbunt laget i samsvar med et ikke-tvinnings-spinnesystem.

Det er henvist til ikke-tvinnings-spinnesystemet i nederlandsk patent nr. 143,002: "Framgangsmåte for framstilling av garn og garn framstilt i samsvar med denne framgangsmåten" (også britisk patent nr. 1 186 233, US-patent nr. 3 447 310 og japansk patent nr. 805 398) og også i britisk patent nr. 1 419 108: "Framgangsmåte for binding av stapel-fibre inn i et hovedsaklig ikke tvunnet garn".

Hovedsaklig består disse systemene av framgangsmåter for å trekke et spinnebånd inn i en finere fiberbunt, istedenfor å tvinne for å styrke bunten, liming av fibrene sammen med et vannløselig lim.

Det utvunnete "garn" spunnet i samsvar med disse systemene kan brukes som et forgarn i det

spinnebånd/forgarn-par-systemene dersom mengden lim brukt i disse systemene økes til en slik mengde at trekkingen av fiberbunten i trekksonen ikke påvirkes.

Av statistiske grunner er det kjent at i nøyaktige blandinger av fibre for å sikre sannsynligheten av opptreden av en R-fiber, dvs. den jevne fordelingen av R-fibrene, har blandingen en mulig praktisk nedre grense som sies å være 3%, men som i praksis har en virkelig grense på 5%. Denne mulige praktiske grensen er også nevnt i US-patentet (spalte 4, linje 56-59). Fordi atskillelsen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen (ikke en nøyaktig blanding) er grensen for å kombinere to eller flere fiber-bestanddeler for a" sikre sannsvnliah<p>t<p>n -enn 0 .Wff^^e^CP^^X^'M>^^ Ved å bruke APYEIL-meta-aramid fra UNITIKA som en R-fiber og para-aramid KEVLAR fra DuPont som en R-fiber,

lages et 49 tex enkel ringspunnet garn og dette veves til et enkelt vevd tøy på 21x21 garn pr. cm.

Spinnebånd/forgarn-par-systemet på den siste trekkramma

brukes for å oppnå garn som inneholder 1, 2, 10 og 33%

atskilte R-fibre. Etter sortering blir "varme

prestasjonen" målt og den synergistiske effekten beregnet.

Det skal legges merke til at meta/para-aramid nevnt i tabell 4 er S-garn.

Den økte synergistiske effekten på grunn av den lave prosentdelen (1 og 2%) av R-fibre for hvilke sannsynligheten av opptreden er sikret ved atskilling er klar. Figurene i tabell 4 er vist som graf C i figur 3.

Selv om modakryl-fibre viser en L.O.I-verdi som er større enn 26,5, og således ikke vil fortsette å brenne når flamme-kilden er fjernet, er den beskyttende effekten som et skjermende ytre sjikt i flammebeskyttende tøy heller lav idet tøyet forringes heller raskt.

Et S-garn i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen tilvirkes fra 98% modakryl-fibre på 40 mm fiberlengde og 1,7 dtex (VELICREN FRS modakryl-fibre fra SNIA SQ; Italia) og blir atskilt i kjernen av garnet 2% para-aramid R-fibre (polyparafenylentereftalamid) med 40 mm fiberlengde og 2,2 detx (TWARON fiber fra ENKA, Nederland). Spinningen av garnet ble bevirket ved en DREF-spinnemaskin ved å bruke det spinnebånd/forgarn-par-systemet og benytte et spinnebånd og utvunnet forgarn som nevnt ovenfor. Garn med 49 tex garn nummer blir vevd inn i et enkelt tøy på 21x21 /tr/cm). Det samme tøyet fra 100% VELICREN FRS fibre og et tøy på 100% TWARON-fibre blir også tilvirket.

"Varme-pres tasjonen" blir målt, og den synergistiske effekten beregnet som vist i tabell 5.

Selv om den synergistiske effekten i forbindelse med 100% para-aramid er mindre slående enn ved eksemplene nevnt ovenfor med meta-aramider er "varme prestasjonen" i tøyet laget av modakryl S-garn med bare 2% R-fibre i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen høyere enn "varme prestasjonen" i 100% R-fibre. Varme prestasjonen av 98/2% S-garn av modakryl tilsvarer 95/5% I-garn av meta-aramid i tabell i.

Som tidligere nevnt kan ikke den økte "varme prestasjonen" av R-fibre med lav prosentandel forklares i samsvar med lime-teorien for A-fibre (ekvivalent med organiske syntetiske FR-fibre i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen) som nevnt i US-patentet (spalte 5. linje 1-3). En nødvendige opptreden av smeltbare organiske FR-fibre blir undersøkt ved å tilvirke tøy uten smeltbare FR-fibre, men med ikke-organiske FR-fibre bare i kombinasjon med R-fibre.

På en DREF-friksjons-spinne-maskin blir følgende garn laget med 49 tex.

FR-garn 100% viskose fr (LENZING AG, Østerrike) S10-garn 90% viskose fr og 10% Kevlar (R-fibre) S2-garn 98% viskose fr og 2% KEVLAR (R-fibre)

Disse garn ble alle igjen vevd inn i et tøy på 21x21 (tr/cm) etter sortering). Varme-prestasjon ble testet og viser resultatene som angitt i tabell 6.

Som det framgår er 2% atskilte R-fibre i kombinasjon med en ikke-organisk FR-fiber for lav til å oppnå en tilstrekkelig forbedret synergistisk effekt sammenliknet med "varme-prestasjonen for 100% R-fibre, selv om forbedringen av "varme-prestasjonen" fra 4,5 mJ/detx til 13,1 mJ/dtex viser en synergistisk effekt sammenliknet med summen av "varme prestasjons"-bidrag fra de individuelle bestanddelene (4,6 mJ/dtex).

Dersom 10% R-fibre blir brukt, er den svært forbedrete synergistiske effekten klar. Således er, siden det er funnet mulig å oppnå en forbedret synergistisk effekt , opptreden av smeltbare FR-fibre ikke nødvendig.

I samsvar med et trekk ved oppfinnelsen bør fortrinnsvis prosentvekten av de med hensikt, rett fram eller på annen måte atskilte R-fibre hvis de blir brukt i kombinasjon med bare ikke-organiske FR-fibre, ikke være lavere enn 3%.

Som nevnt tidligere er en viktig ulempe ved mange forslag for flammebeskyttende materialer den høye termiske krympningen og den raske bristen/antennelsen som opptrer. I det ovenforvnevnte US-patent er det foreslått en "tøy-brist-test" (spalte 3, linje 59 til spalte 4, linje 50). Denne teste, som ofte så kalles den termiske beskyttelses prestasjonen (TPP) test, er anvendt på tøy laget i samsvar med denne oppfinnelsen ved å utsette tøyet for varmestrøm på 8,4 mJ/cm 2s i de standardiserte 10 sekunder. Tiden inntil brist blir målt eller dersom ingen brist opptrådte etter ti sekunder, ble den registrert som mer enn ti sekunder.

Tabell 7 viser brist-tester for de nøyaktige blandete tøy nevnt i tabell 1.

Tøyet laget i samsvar med dette patentet med 10% atskilte R-fibre som nevnt i tabell 2 viser også en brist etter mer enn ti sekunder.

I tøyet med 4,8% R-fibre ble noen flammer observert ved toppen av tøy-prøven, men ingen brist/antennelse opptrådte.

Også meta-aramid-tøy av S-garn med bare 1 og 2% atskilte R-fibre som nevnt i tabell 4 og modakryl-tøy med bare 2% R-fibre som nevnt i tabell 5 antentes ikke i løpet av 10 sekunder.

Brist/antennings-egenskapene for viskose-Fr-tøy som omfatter 2% og 10% atskilte R-fibre som nevnt i tabell 6 er vist som følger i tabell 9.

Eksempler på "Varme prestasjon" for tøy:

Alt tøy inneholder 49x49 tex garn (12-12) og omtrent 21x21 tr/cm.

Claims (27)

1. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon av minst to flammemotstandsdyktige stapel-fiberbestanddeler, i spinnebånd, forgarn, enkelt eller flertrådet garn, vevd eller strikket tøy-form, karakterisert ved at en av bestanddelene holdes med hensikt rett fram eller på annen på annen måte atskilt med hensyn på den andre bestanddelen eller bestanddelene i kombinasjonen.

2. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon av minst to flammemotstandsdyktige stapel fiber-bestanddeler i samsvar med krav 1 i vevd eller strikket form, karakteri sert ved at "varme-prestasjons"-egenskapene, som tidligere definert, er i synergistisk forhold med hensyn på de tilsvarende egenskapene av de individuelle bes-tanddelene

3. Framgangsmåtetor tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 1, karakterisert at bestanddelene settes sammen på en slik måte at den ene bestanddelen er i en forgarns-form og den andre bestanddelen eller bestandelene er i en spinnebånd-form.

4. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 3, karakterisert ved at forgarn-bestanddelen er u-tvunnet.

5. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 1, 3 eller 4, karakterisert ved å sette sammen bestanddelene på en slik måte at kombinasjonen i garnform omfatter den ene bestanddelen konsentrert i kjernen av garnet.

6. Framgangsmåte i for tilvirknning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at bestanddelen settes sammen på en slik måte at kombinasjonen i flertråds-form omfatter minst et sjikt som omfatter den ene bestanddelen.

7. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved at komponentene settes sammen på en slik måte at kombinasjonen i f lertråds-garn form omfatter minst et sjikt laget i samsvar med krav 3, 4 eller 5.

8. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 2, karakterisert ved at bestanddelene settes sammen på en slik måte at kombinasjonen i vevd tøy omfatter i rennings-og innslag-retningene denne ene bestanddelen, idet det flammemotstandsdyktige garn eller tråder er lagt med innbyrdes avstand som har en maksimumsverdi på 20 ganger tykkelsen av tøyet.

9. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 2, karakterisert ved at bestanddelene settes sammen på en slik måte at kombinasjonen i vevd tøy omfatter i rennings- og innslag-retningene av tøyet flammemotstandsdyktig garn som består av en kombinasjon av minst to bestanddeler som er satt sammen i samsvar med et av kravene 3 til 7, idet de flammemotstandsdyktige garn eller tråder er lagt med en innbyrdes avstand som har en maksimal verdi på 20 ganger tykkelsen av tøyet. 25

10. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at den ene bestanddelen oppviser en "varme-prestasjon" som beskrvet tidligere og som har et maksimum på 15 mJ/dtex.

11. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 1 til 10, karakterisert ved at den ene bestanddelen består av polyparafenylentereftalamid og/eller formofenol- og/eller polybenzimidazoler og/eller karbonfibre.

12. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 1 til 11, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av naturlige og/eller syntetiske materialer som er flammehemme-behandlet.

13. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 12, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av ull og bomull og/eller viskose-rayon og/eller protein-stapel-fibre.

14. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 1 til 13, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av syntetiske materialer som omfatter flammehemme-additiver.

15. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 14, karakteriserrt ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av viskoserayon og/eller dia-cetat og/eller triacetat og/eller protein-stapel-f ibre.

16. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 1, 2, 3 eller 5 til 15, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av syntetiske/organiske materialer som omfatter flammehemmende additiver.

17. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemostandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 1-15, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av syntetiske/organiske materialer som består av flammehemmende additiver.

18. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 16 eller 17, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av polyestere og/eller polyamider og/eller stapel-polyakrylnitrilfibre.

19. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 1, 2, 3 eller 5-16 eller 18, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av flammemotstandsdyktige materialer.

20. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 1 til 18, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av flammemotstandsdyktige materialer.

21. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotsandsdyktig kombinasjon i samsvar med krav 19 eller 20, karakterisert ved at den andre bestanddelen eller bestanddelene består av modakryl-og/eller polyvinylklorid og/eller polyimid og/eller polyamid-imid og/eller polytetrafluoretylen og/eller polymetafenylenisoftalat og/eller kryssbundet polyakrylsyre.

22. Framgangsmåte for tilvirkning av en fLammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 15 eller 15, karakterisert ved at den ene bestanddelen utgjør mellom 2 og 40% av den totale vekten av kombinasjonen.

23. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samasvar med et av kravene 16, 18, 19 eller 21, karakterisert ved at den ene bestanddelen utgjør mellom 0,5 og 40% av vekten av den totale kombinasjonen.

24. Framgangsmåte for tilvirkning av en flammemotstandsdyktig kombinasjon i samsvar med et av kravene 17, 18, 20 eller 21, karakterisert ved at den ene bestanddelen utgjør mellom 0,15 og 5% av den totale vekten av kombinasjonen.

25. Flammemotstandsdyktig garn, karakte risert ved at det framstilles i samsvar med framgangsmåten i et av kravene 5 til 7 og 10 til 24.

26. Flammemotstandsdyktig tøy, karakterisert ved at det tilvirkes i samsvar med framgangsmåten i samsvar med krav 1, 2 eller et av kravene 8 til 24, og/eller inneholdende garn tilvirket ved hjelp av framgangsmåten i samsvar med krav 1, 3-7 eller 10-24.

27. Klesplagg, kledning eller liknende, karakterisert ved at det helt, hovedsaklig eller i det minste delvis består av tøy i samsvar med krav 26.