TWI414653B - 製造阻燃耐熱紗線之方法及裝置 - Google Patents

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Description

製造阻燃耐熱紗線之方法及裝置
本發明之標的物係關於阻燃耐熱紗線及製造彼之方法及裝置，且更詳言之係關於包括粗紗、紗線、織物之碳基阻燃耐熱紗線；及由其製造之產物，其包括(但不限於)覆蓋物、鋪墊、衣物、絕緣物、袖套、繩索、障壁及遮罩；及紡織品。本發明亦係關於包含以下物質，基本上由以下物質組成或由以下物質組成之中間產物：用以形成紗線之內聚伸長纖維網狀物。本發明亦係關於用於產生阻燃耐熱紗線及中間物之方法及機器。
以下描述包括可適用於理解本發明之資訊。並非承認本文所提供之任何資訊為目前所述或主張之發明的先前技術或相關內容，或明確或含蓄提出之任何公開案或文獻為先前技術或可用於評估可專利性之參考。
阻燃劑為有助於延遲或防止燃燒之物質。參見Horrocks,A.R.,Fire Retardant Materials(2001)。例如，阻燃劑衣物廣泛用於保護暴露於火，特別是突然發生且快速燃燒之大火災之人。該等人包括不同領域之人，諸如賽車駕駛員、軍人及消防隊員，其各自可在不注意下暴露於致命之火及極度危險之縱火狀態。對於該等人而言，對嚴重燒傷及甚至死亡之基本防線為穿著於身體某些部分或整個身體上之保護性衣物。
諸如碳纖維材料及芳族聚醯胺纖維材料之材料已用以形 成用於製造衣物之阻燃劑材料。碳纖維通常為形成與纖維軸平行置放之晶體結構的長束經連接石墨板形式。碳纖維為各向異性且其沿軸方向比其沿其他方向之彈性模數高。換言之，個別纖維在軸方向上可耐受拉伸(亦即，其在斷裂之前可拉伸)之程度遠大於其可耐受與軸呈一定角度彎曲或橫向拉伸之程度。大部分碳纖維材料係由數千個別長絲製成且包括數千纖維。
碳纖維材料具有有利之機械、物理及化學特性。除不易燃燒之外，其為輕的、硬性的及堅固的。碳纖維之強度可與鋼相比且碳纖維之硬度一般大於金屬、陶瓷或聚合物基材料。碳纖維具有其他理想特性，諸如極佳腐蝕抗性及疲勞抗性及空間穩定性。因此，碳纖維及其複合物良好適用於化學惰性、強度、硬度、輕度及抗疲勞性為重要要求之應用。例如，在航空航天及國防工業中，由碳纖維製造之材料愈來愈多地用於航空器內部作為阻燃材料及作為臨界結構組件以增加燃料效率及增強結構強度。
碳纖維可由各種前驅體材料產生。該等前驅體材料為聚丙烯腈(PAN)、石油或煤焦油瀝青及某些酚系纖維。亦可使用諸如人造絲及棉花之纖維素纖維作為添加物。不同前驅體材料產生具有不同形態及不同特定特徵之碳纖維。PAN基碳纖維材料展現優越之拉伸強度，成本相當低且良好適用於構造諸如運動商品及高效能服裝之消費品。
已知用於由各種前驅體材料產生碳纖維之各種方法。該等方法包括熱解加工及熱解。已良好確立碳纖維之機械特 性係藉由增加其結晶性及纖維內之分子排列而改良。增加結晶性及結構排列之一種方式係藉由經由張力之穩定化及碳化加工。一種常見之熱解反應為氧化穩定加工，其中在氧化環境中於張力下在約200-300℃下處理碳纖維。在加工期間，將氧、氮及/或氫自纖維移除，導致纖維中之碳含量增加。除了防止纖維收縮之外，在該加工期間施加之張力維持分子定向及纖維排列，其又增加穩定化纖維之拉伸強度。
在PAN熱解期間，氧化及穩定化作用以自纖維釋放大部分氫及部分氮來誘發定向分子之分子內環化。所得PAN聚合物稱為"氧化PAN"且氧化PAN通常具有約55-68%之碳含量及約1.30至1.50 g/cm3之密度。氧化PAN纖維作為阻燃材料具有若干優點。氧化PAN纖維展現極佳之熱絕緣特性及低熱導率。氧化PAN纖維亦具有高極限氧指數(LOI)，通常在40-60%之間之氧使其比諸多其他有機纖維更具阻燃性。此外，與其他阻燃有機纖維不同，包括氧化PAN纖維束之紡織品在明焰暴露後保持其外觀及紡織品特徵。甚至在暴露於熱及明焰後，氧化PAN纖維仍不導電且充當有效電絕緣體。氧化PAN纖維亦展現對有機溶劑及大部分酸及鹼之極佳化學抗性。此外，氧化PAN纖維束比純碳纖維束更軟、更易撓且更具韌性。據此，氧化PAN纖維束良好適用於高技術應用之複合耐熱熱絕緣物及紡織品，且已用於位於航空航天及汽車工業之複合阻火織物且用於製造用於暴露於明焰危險之人的複合阻燃劑及保護性衣物。
目前，存在至少三種類型之市售氧化PAN材料：切段纖維、大長絲纖維束材料及小長絲纖維束材料。在將該等材料用於產生複合工業及消費品時，通常使用複合多步驟方法將切段纖維及大長絲纖維束材料紡紗為紗線，該等方法通常包括例如將增強纖維添加至碳纖維材料前驅體中，或將層狀塗料添加至使用其製備之織物中。
對於相對短之天然或合成纖維的切段纖維而言，生產紗線之第一步驟為"粗梳法"，其中在含有極細導線或對準齒狀物之圓筒上打開且梳理纖維。接著沿同一方向對準纖維以形成稱為"棉條"之鬆散聚集但未加撚之大連續纖維束。接著將若干束棉條拉伸多次至拉伸機台上以進一步對準纖維，從而改良均一性以及減小棉條之直徑。接著藉由進一步減小直徑且施加稍微偏移之加撚來將經拉伸之棉條饋入粗紗機台中以產生"粗紗"。最後，將粗紗饋入紡紗(亦即捲繞及/或加撚)機台中，於其中將其紡紗為紗線。
對於大長絲纖維束而言，第一步驟不同，且由使大纖維束斷裂為多個片段且對準為棉條之拉伸-斷裂製程而組成。接著如上所述進一步加工棉條。該等製程費力、低效且昂貴，需要多至6或8-12個獨立步驟，且通常需要使用一種以上類型之裝置。
需要提供一種使用減少數量且最少數量之操作將氧化PAN材料或其他起始材料轉化為紗線之經濟方法。另外需要提供一種使用單一裝置將氧化PAN材料或其他起始材料轉化為紗線之方法。
氧化PAN材料提供優越之阻燃耐熱品質，亦即高LOI及優越熱保護效能(TPP)，但當其係根據習知方法而形成時，由氧化PAN碳纖維形成之絲束通常為脆性的、不牢固且易於磨損及切割。使用習知方法由純氧化PAN形成之紗線展現不合乎需要之低切割抗性、磨損抗性及拉伸強度，且不包括足以經針織或編織為織物之拉伸強度。據此，使用習知方法由氧化PAN碳纖維絲束製造之織物通常包括阻燃耐熱氧化PAN絲束與一或多種高強度或增強長絲/纖維之組合。芳族聚醯胺纖維為此增強長絲之一實例。增強長絲/纖維與氧化PAN之組合產生具有經改良拉伸強度、切割抗性及耐久性之纖維摻合物，但添加物(亦即增強纖維)使織物之阻燃性及耐熱性受損。
需要生產一種全部由氧化聚丙烯腈纖維或碳化聚丙烯腈纖維組成且展現可針織之充分拉伸強度的紗線及紡織品及其他材料。亦需要製造一種可用以生產該等紗線及紡織品及其他材料之中間產物。
本文描述及主張之發明具有諸多屬性及實施例，其包括(但不限於)於本發明內容中列出或描述或引用之彼等。本文描述及主張之發明不限於本發明內容中提出之特徵或實施例，包括該等特徵或實施例僅為說明目的且並非限制。
為達成上述及其他需要，且鑒於其目的，本發明在一態樣中提供包括100%聚丙烯腈(PAN)纖維之阻燃耐熱紗線。在一實施例中，纖維具有大於約10 cm之平均長度。在另 一例示性實施例中，纖維具有大於約15 cm之平均長度。在另一實施例中，纖維具有約2.5 cm至約23 cm範圍內之長度。在另一實施例中，PAN纖維可具有約15 cm至約23 cm範圍內之長度。在一實施例中，PAN為氧化PAN。在另一實施例中，PAN為碳化PAN。
在另一態樣中，本發明提供以基本上由紗線組成或由紗線組成之織物製造之紡織品，紗線係由複數條阻燃耐熱纖維形成且無增強纖維，阻燃耐熱纖維各自包含100%之聚丙烯腈(PAN)。在一實施例中，大體上所有纖維均具有大於約10或15 cm之平均長度。在另一實施例中，纖維具有約2.5 cm至約23 cm範圍內之長度。在另一實施例中，PAN纖維可具有約15 cm至約23 cm範圍內之長度。在一實施例中，PAN為氧化PAN。在另一實施例中，PAN為碳化PAN。
在另一態樣中，本發明提供包含100%碳化聚丙烯腈(PAN)纖維之阻燃耐熱紗線，纖維具有大於約10或15 cm之平均長度，大體上所有纖維均具有約2.5 cm至約23 cm範圍內之長度。
在另一態樣中，本發明提供包含100%氧化聚丙烯腈(PAN)纖維之阻燃耐熱紗線，纖維具有大於約10或15 cm之平均長度，大部分或所有纖維均具有約2.5 cm至約23 cm範圍內之長度。
在另一態樣中，本發明提供一種生產內聚伸長纖維網狀物之方法。該方法包括提供包含形成帶之長絲纖維束的起 始材料且將起始材料拉伸通過牽伸組件之第一對滾輪及下游第二對滾輪，第二對滾輪具有比第一對滾輪之第一轉速快之第二轉速，藉此拉伸且斷裂長絲纖維束之長絲以形成藉由拉伸且斷裂長絲所形成之內聚伸長纖維網狀物。在一實施例中，起始材料為氧化PAN。在另一實施例中，起始材料為碳化PAN。
在另一態樣中，本發明提供一種生產阻燃耐熱內聚伸長纖維網狀物之方法，該方法包括提供包含複數條具有限制性加撚之縱向對準長絲的起始材料；且以拉伸且斷裂起始材料長絲之單一操作將起始材料轉化為阻燃耐熱內聚伸長纖維網狀物，藉此將至少一些長絲分離為複數條具有比纖維自其分離之相應長絲短之長度的纖維。在一實施例中，起始材料為氧化PAN。
在另一態樣中，本發明提供一種生產紗線之方法。該方法包含於裝置上之線軸上提供包含長絲纖維束之帶；藉由將帶退繞且饋入牽伸組件中而將帶自線軸牽拉；拉伸且斷裂長絲纖維束之長絲以藉由引導起始材料通過牽伸組件之第一及第二對滾輪，同時對第一及第二對滾輪施加壓力之單一操作形成內聚伸長纖維網狀物，第一對滾輪具有大體上鄰接之相對表面且以第一速度紡紗，且第二對滾輪處於下游且具有大體上鄰接之相對表面且以更快之第二速度紡紗，壓力促使第二對滾輪彼此相對且促使第一對滾輪彼此相對；且將內聚伸長纖維網狀物紡紗且加撚至筒管上，藉此以單一操作形成紗線。牽拉、拉伸及斷裂及紡紗及加撚 操作均於裝置內發生。在一實施例中，長絲纖維束帶為氧化PAN且線軸處於張力盤上以使得纖維束在饋入牽伸組件時為平坦且未加撚的。
在另一態樣中，本發明提供一種用於將包含複數條縱向對準長絲之纖維束帶轉化為可直接紡紗為紗線之內聚伸長纖維網狀物的裝置。裝置包含具有第一轉速且於其間接收纖維束帶之第一對大體上鄰接之滾輪；處於第一對滾輪下游之具有比第一轉速快之第二轉速的第二對大體上鄰接之滾輪，藉此拉伸且斷裂複數條縱向對準之長絲以形成藉由斷裂長絲所形成之由無規定向纖維之集合組成之內聚伸長纖維網狀物。加壓元件施加壓力，促使第一對滾輪彼此相對且促使第二對滾輪彼此相對。在一實施例中，纖維束為氧化PAN。
在另一態樣中，本發明提供包含100%氧化聚丙烯腈(PAN)纖維之材料的阻燃耐熱絲束，且其係根據以下方法形成：提供包含形成帶之長絲纖維束的起始材料且拉伸起始材料通過牽伸組件之第一對滾輪及下游第二對滾輪，同時促使第一對滾輪彼此相對及/或促使第二對滾輪彼此相對，第二對滾輪具有比第一對滾輪之第一轉速快之第二轉速，藉此拉伸且斷裂長絲纖維束之長絲以形成藉由拉伸且斷裂長絲所形成之內聚伸長纖維網狀物。
在另一態樣中，本發明提供包含100%氧化聚丙烯腈(PAN)纖維之阻燃耐熱紗線，且其係根據以下方法形成：提供包含複數條具有限制性加撚之縱向對準氧化PAN長絲 之起始材料，以拉伸且斷裂起始材料長絲之單一操作將起始材料轉化為阻燃耐熱內聚伸長纖維網狀物，藉此將至少一些長絲分離為複數條具有比纖維自其分離之相應長絲短之長度的纖維。以進一步加撚內聚伸長纖維網狀物之一個紡紗步驟將內聚伸長纖維網狀物直接紡紗為紗線。
根據又一態樣，本發明在由纖維束材料形成絲線之方法中提供包含以下之改良：以帶形式提供纖維束材料；以拉伸且斷裂纖維束材料長絲為纖維之單一步驟將纖維束材料轉化為內聚伸長纖維網狀物；且以另一步驟將內聚伸長纖維網狀物紡紗且加撚為紗線。在一實施例中，纖維束材料為氧化PAN。
本發明包括產生可用作用於生產賦予諸如強度、阻燃性及耐熱性之增強效能特徵之商品的中間物之內聚伸長纖維網狀物。內聚伸長纖維網狀物中間物可包括複數條一或多種類型材料之纖維，其中纖維係由較長之長絲形成且在羊毛樣組態之網狀物中無規相關。內聚伸長纖維網狀物通常為連續體且可以另一紡紗操作直接紡紗為紗線。本發明亦係關於由其製造之紗線。
本發明亦提供以單一裝置將纖維束起始材料轉化為紗線之兩步驟方法。本發明進一步係關於用於饋入且牽伸纖維以產生內聚伸長纖維網狀物之裝置。
本發明亦提供由該等方法、本發明之紗線及本發明之中間物製造之碳基織物以及由其製造之商品。該等商品可為例如基本上由紗線組成之紡織品織物，該紗線係由複數條 阻燃耐熱纖維形成且無增強纖維。阻燃耐熱纖維各自可為100%之聚丙烯腈(PAN)。纖維可包括大於約10 cm之平均長度，大部分或所有纖維均具有約2.5 cm至約23 cm或約15-23 cm範圍內之長度。在另一實施例中，絕大部分纖維具有大於約15 cm之平均長度。PAN可為氧化PAN、碳化PAN及其他合適之材料。由除粗紗、紗線及織物以外之本發明之碳基阻燃耐熱組合物製造之除紡織品以外之商品包括(但不限於)覆蓋物、鋪墊、衣物、絕緣物、袖套、繩索、障壁及遮罩。
定義
術語"長絲"係指單一絲束之纖維材料，其可為有組織或無規之長絲集合之部分。如本說明書及隨附申請專利範圍中使用之長絲係指由一或多種金屬、陶瓷、聚合物或其他材料形成且不具有離散亞結構(諸如組成"線"之個別纖維)之單一、連續或不連續伸長絲束。長絲可藉由擠壓、模製、熔融紡紗、膜切割或其他已知之長絲形成方法形成。"長絲"與"線"之不同之處在於長絲本質上為一種連續絲束，而非經梳理或接合在一起以形成線之複數條纖維或絲束。"長絲"之特徵在於長且連續之絲束且其可與紗線(亦即絲狀纖維)之全長等長。
如本說明書及隨附申請專利範圍中使用之術語"纖維"係指可經梳理或形成線之任何纖細、伸長結構。纖維可為截斷之長絲且可藉由將長絲分離為較短組份而形成。因此，纖維之特徵可為比形成其之長絲短。實例包括"切段纖維"， 其為紡織技術中熟知之術語。術語"纖維"不同於上文獨立定義之"長絲"。
如本說明書及隨附申請專利範圍中使用之術語"線"係指藉由將一或多種不同種類之纖維梳理或接合在一起所形成之連續或不連續伸長絲束。術語"線"不同於本文獨立定義之術語"長絲"。
如本說明書及隨附申請專利範圍中使用之術語"紗線"係指可聚集之絲束。"線"及"長絲"二者均為一般用作伸長纖維成份之"絲束"的實例。紗線具有適用於單獨或與其他長絲或紗線一起針織及/或編織為紡織材料之實際上連續的長度。
術語"內聚伸長纖維網狀物"係指藉由機械、物理及非共價化學力固持在一起之未加撚纖維之無規排列集合的連續體。
術語"羊毛樣"係指長絲或纖維網狀物，其中未加撚長絲或纖維之無規集合包括部分或完全皺縮、捲曲、捲縮、波狀及/或彎曲之個別長絲或纖維。
如本說明書及隨附申請專利範圍中使用之術語"織物"係指藉由將一或多種不同類型之紗線編織、氈製、針織、鉤織或聚集為所要層而製造之人工製品。
如本說明書及隨附申請專利範圍中使用之術語"限制性加撚"係指每米具有少於50之加撚數量之長絲或纖維。
術語"PAN"通常係指如圖1中之聚丙烯腈110。術語"氧化PAN"通常係指如圖1中之經氧化穩定化之聚丙烯腈纖維 120。氧化PAN亦可經進一步加工以形成如圖1中之碳化PAN 130。
術語"碳纖維"係指含有至少約90%碳之纖維，其通常係藉由適當纖維之受控熱解而獲得。
術語"纖維束"係指未加撚連續長絲之集合且通常根據集合中之長絲數量提及，諸如3 K、6 K等。"小長絲纖維束"一般可描述具有約24 K長絲或更少之纖維束。
術語"LOI"係指極限氧指數，其為對於支持材料燃燒所需存在之氧百分比的量測。LOI愈高，則易燃性愈低。
本文使用之其他術語之含義應為一般熟習此項技術者所易於理解。
本發明提供一種簡單、有效且有成本效益之方法以將各種絲狀起始材料牽伸為羊毛樣纖維網狀物。典型絲狀起始材料具有直長之長絲，其具有極具限制性之長絲間及長絲內加撚。起始材料之長絲可經規則組織且縱向對準(亦即其一般彼此平行)，且可以帶形式或其他形式而獲得。例示性絲狀起始材料包括(但不限於)PAN、氧化PAN、聚酯材料、芳族聚醯胺材料、耐綸材料、人造絲材料及諸如不銹鋼、鎳及各種合金材料之金屬材料。在各種例示性實施例中，起始材料可表示絲狀起始材料或纖維。
典型起始或前驅體材料為由與纖維束長度相等之統一長度之未加撚平行長絲組成的長絲纖維束。較佳地，該等前驅體纖維束每米可具有少於50之加撚數量("限制性加撚")且各長絲具有不小於2米之長度。更佳地，前驅體可包括 每米少於25之加撚數量。又更佳地，前驅體可具有每米少於10或每米少於5之加撚數量。對於聚合長絲而言，各長絲可有利地具有不大於67之分特(decitex)(1 g/10,000米)，且纖維束之總量值不大於32,000分特。對於不銹鋼而言，各長絲可有利地具有不大於550之分特，且纖維束之總量值可不大於260,000分特。
在一實施例中，起始材料可為具有不大於192 K長絲及不大於約50微米之長絲直徑之氧化PAN纖維束，但在其他例示性實施例中，可使用其他尺寸之纖維束及其他長絲直徑。較佳地，氧化PAN具有不大於約96 K之纖維束及不大於約25微米之長絲直徑。更佳地，氧化PAN具有不大於約48 K之纖維束。又更佳地，氧化PAN具有不大於約24 K之纖維束且可包括約3 K至約12 K之纖維束。氧化PAN纖維束可購多個不同公司，諸如Osaka,Japan之Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.(LASTAN®)、St.Louis,Missouri之Zoltek(PYRON®)、Wiesbaden,Germany之SGL Carbon AG(PANOX®)、Midland,Michigan之Dow Chemical Company(CURLON®)由China之J.D.Seal及Gasket Company供應之小長絲纖維束。然而，本發明不限於氧化PAN纖維束之來源。此外，在許多公開案中可獲得足以使吾人製造具有所要結構及特性之氧化PAN纖維束之資訊。
本發明亦不限於氧化PAN之化學組成(其為PAN前驅體組成之功能)及將PAN轉化為氧化PAN之氧化穩定化方法。例如，PAN前驅體可為丙烯腈之均聚物、丙烯腈基共聚物及 丙烯腈基三聚物。共聚物較佳可含有至少約85%(以莫耳計)之丙烯腈單體及高達約15%(以莫耳計)之一或多種單乙烯基單元。可與丙烯腈共聚之其他例示性乙烯基單體包括甲基丙烯酸酯及丙烯酸酯，諸如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯及丙烯酸乙酯；乙烯基酯，諸如乙酸乙烯酯及丙酸乙烯酯；丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、衣康酸及其鹽；乙烯基磺酸及其鹽。
適用於實踐本發明之氧化PAN 120可使用良好確立之氧化熱解方法由各種PAN材料來製造。可在約200-300℃之溫度下，在氧存在下於大氣壓下進行氧化穩定化反應。氧化PAN 120之化學組成受氧化製程持續時間及溫度的影響。在一態樣中，用於實踐本發明之氧化PAN 120可具有約1.30至約1.50 g/cm3之密度，約55至約68%之碳含量及約40至約60%之"LOI"值(極限氧指數)。在另一實施例中，起始材料可為碳化PAN 130，其為經由如下文所述之碳化及石墨化製程進一步加工之氧化PAN。在又一實施例中，起始材料可為如下文所述之活化PAN。
在另一實施例中，起始材料可為具有不大於192 K之纖維束及不大於50微米長絲直徑之聚酯，儘管在其他例示性實施例中可使用其他直徑及數量之長絲。聚酯長絲纖維束可有利地具有不大於96 K之長絲且長絲直徑可不大於25微米。更佳地，聚酯纖維束可為不大於48 K之纖維束。更佳地，聚酯纖維束可具有不大於24 K之長絲。又更佳地，聚 酯纖維束可具有不大於12 K之長絲。
在又一實施例中，起始材料可為具有不大於192 K之纖維束及不大於50微米之長絲直徑的不銹鋼。較佳地，前驅體絲狀材料具有不大於約96 K長絲之纖維束，長絲具有不大於20微米之直徑。更佳地，不銹鋼材料具有不大於48 K之纖維束。又更佳地，不銹鋼材料具有不大於24 K之纖維束。又更佳地，不銹鋼纖維束為不大於12 K之纖維束。
在又一實施例中，起始材料為具有不大於192 K之纖維束及不大於50微米之長絲直徑的芳族聚醯胺材料。該前驅體可有利地具有不大於96 K之纖維束，其中長絲具有不大於20微米之直徑。更佳地，絲狀芳族聚醯胺起始材料具有不大於48 K之纖維束。又更佳地，芳族聚醯胺材料可具有不大於24 K之纖維束。又更佳地，芳族聚醯胺材料可具有不大於12 K之纖維束。芳族聚醯胺材料為芳族聚醯胺且具有用於各種應用之諸多不同級別及特性。芳族聚醯胺纖維具有極佳環境及熱穩定性、靜態及動態疲勞抗性及抗衝擊性。芳族聚醯胺長絲具有任何市售連續長絲纖維束之最高特定拉伸強度。芳族聚醯胺材料之實例包括(但不限於)DuPont之KEVLAR®(Greenville,Delaware)、Teijin之TWARON®及TECHNORA®(Arnhem,Netherlands)。
本發明之方法及裝置可用以同時牽伸兩個或兩個以上之纖維絲束。當牽伸之纖維為不同類型時，獲得摻合之纖維網狀物。可使用之其他纖維包括可選自天然或合成纖維之線性纖維。例示性纖維包括碳纖維、陶瓷纖維、玻璃纖 維、金屬纖維、含碳纖維(例如棉花、羊毛、聚酯、聚烯烴、耐綸、人造絲或酚系諾沃洛伊德(novoloid))、無機纖維(例如二氧化矽、矽鋁、鈦酸鉀、碳化矽、氮化矽、氮化硼及硼)、丙烯酸系纖維、四氟乙烯纖維、聚醯胺纖維、乙烯基纖維、蛋白質纖維及自硼、氧化釷或氧化鋯衍生之氧化物纖維。
加工/裝置
在本發明之一態樣中，本發明之裝置包含饋入及牽伸組件及紡紗組件。饋入方法包括將絲狀材料之連續前驅體饋入牽伸機制。饋入方法為被動的且有利地以最小加撚，亦即不多於起始材料兩倍之加撚維持纖維之平坦組態。
饋入組件可為習知之"環紡紗機台"。然而，其他習知之饋入組件及方法亦可為適當的。此外，饋入組件可包含兩個或兩個以上之饋入元件，以使得可同時牽伸兩個或兩個以上之纖維絲束或絲狀起始材料。當饋入牽伸組件之纖維或絲狀起始材料為不同類型時，產生經摻合之纖維網狀物。
圖2說明一種具有饋入組件9、牽伸組件11及紡紗組件13之裝置1。在說明性實施例中所說明之例示性裝置為雙重模式裝置，亦即並列裝置，其可形成兩條紗線，一條在左側且一條在右側。在所說明之實施例中，饋入組件9具有四個捲筒或柱：3a、3b、5a及5b。將起始材料7置放於各捲筒3a、3b、5a及5b上。不同捲筒上之起始材料7可相同或不同。
在一實施例中，起始材料7可為諸如圖3A中所示之帶形式之小長絲纖維束。可將小長絲纖維束起始材料7置放於線軸8上，且其可由以3 K、6 K、12 K或24 K長絲組成之未加撚小長絲纖維束組成，且其可有利地為氧化PAN。
參考圖2及3，在饋入組件9中，將起始材料7自各自之捲筒3a、3b、5a或5b退繞且作為饋入材料15饋入牽伸組件11。根據一實施例，饋入材料15可為由3 K、6 K、12 K或24K長絲組成之未加撚小長絲纖維束。在一實施例中，起始材料7及小長絲纖維束饋入材料15可為氧化聚丙烯腈(PAN)。根據一些例示性實施例，捲筒3a、3b、5a及5b可包括維持饋入材料15之張力且使饋入材料15以平坦且未加撚之方式傳遞至牽伸組件11中之張力盤(參見圖3B)。可使用各種合適之張力設定。在一例示性實施例中，張力及饋入組件可使饋入材料在捲筒3a、3b、5a或5b與牽伸組件11之間維持長達約30米之長度基本上平坦且未加撚。可使用各種排列以各種方向及定向自線軸8退繞起始材料7。圖3B展示安裝於饋入組件9之張力盤10上之線軸8上的例示性起始材料7。起始材料7/饋入材料15之進一步詳述將於圖6A中展示。
饋入材料15進入牽伸組件11中且將其經由包括第一滾輪對17、第二滾輪對19及第三滾輪對21之滾輪對系統饋入。施加於饋入材料15之張力有利地維持饋入材料15為未加撚且平坦的以使得其進入牽伸組件11，從而使得饋入材料15之平面平行於其與滾輪之切線所形成之平面，亦即在例示 性實施例中纖維束帶之相對側可相對於各對滾輪齊平。懸擺載體23包括一懸擺且施加壓力以促使各滾輪對17、19及21彼此相對。在一例示性實施例中，滾輪對之各滾輪的相對表面為鄰接的，以使得在滾輪對之間通過之材料由滾輪對穩固夾緊。牽伸組件11之更詳細描述係於圖4中提供。在另一例示性實施例中，牽伸組件11可僅由兩對滾輪組成。圖2中說明之裝置1意欲僅為例示性的，且在其他實施例中可包括更多各自具有至少兩對滾輪之較少饋入組件。
發生於牽伸組件11中之牽伸製程拉伸且斷裂帶樣小長絲纖維束饋入材料15之一些或所有縱向對準之長絲，且在一次牽伸操作中，將帶樣小長絲纖維束饋入材料15轉化為由複數條纖維組成之內聚伸長纖維網狀物，該等纖維係藉由隨著各連續對下游滾輪之轉動，亦即以比即刻上游滾輪對快之轉速旋轉或繞轉，從而牽拉、拉伸且斷裂纖維束起始材料長絲來將長的進入長絲分離為複數條縮短纖維而產生。在一實施例中，所產生之纖維可具有介於約2-9吋範圍內之長度，但在其他例示性實施例中，可獲得其他範圍之長度。在一例示性實施例中，平均纖維長度可大於15公分。在另一例示性實施例中，平均纖維長度可大於10 cm。在一例示性實施例中，大部分或所有纖維可包括大於15公分之長度。纖維平均及最小長度及纖維長度範圍係藉由滾輪之間之牽伸率及纖維束尺寸及饋入材料15之長絲直徑來判定。術語"牽伸率"係指一對滾輪速度與牽伸組件先前對之滾輪速度的比率。在一有利實施例中，可排列各對 滾輪之滾輪以使得滾輪軸(在圖4中展示為"X's"之交叉)彼此平行。該平行對準亦由滾輪之間之虛線描繪於圖5中。在一實施例中，如圖5所示之第三滾輪對21之間的虛線所描繪，各對滾輪(例如第一滾輪對17)之軸亦可彼此平行。
在牽伸製程期間，一對滾輪各自對饋入材料15之相對側施加相等且相對之壓力以使得饋入材料15僅可藉由滾輪之繞轉而移除，且不自滾輪滑離。滾輪對17、19及21各自可有利地為鄰接的或在其接觸點上大體上鄰接。換言之，在一例示性實施例中，滾輪可於接觸點處鄰接且在另一例示性實施例中，其可大體上鄰接，亦即緊密接近且以等於或小於饋入材料15尺寸之小距離分離，或於除饋入材料15經其間通過之處以外之區域接觸。如在說明性實施例中，對各滾輪對所施加之壓力或其他力可藉由各種合適之習知方法來完成且可獨立地，亦即單獨或協同施加。在一例示性實施例中，可使用重量元件對滾輪施加適當壓力。可藉由對各對滾輪中之至少一者應用重量元件而產生壓力。在說明性實施例中，且為了簡化本發明之裝置設計，僅將重量元件應用於各對兩個捲中之一者，但在其他例示性實施例中，可使用其他組態。
在說明性實施例中，諸如圖2及4所示，單一重量元件-懸擺載體23協同對各滾輪對17、19及21中之一個滾輪施加適當壓力，以使得促使滾輪對之滾輪彼此相對且藉由機械驅動之滾輪的紡紗使纖維束材料移動。在一實施例中，諸如圖2中所說明，將來自第一17及第二對滾輪之一個滾輪 連接至懸擺載體23上。將第三對滾輪21連接至裝置1之框架上。該排列僅為例示性的且在其他例示性實施例中可使用其他排列。壓力可藉由調節懸擺載體23之重量及藉由改變懸擺載體23上之懸擺或其他構件與滾輪之相對位置來調節。懸擺載體較佳可自牽伸組件11分離，或可於鉸鏈上轉動打開以易於進入滾輪。滾輪之機械紡紗可藉由任何合適且習知之手動或自動方法來完成。
滾輪可由包括(但不限於)以下材料之各種材料來製造：橡膠、諸如鋼及鋁之金屬、木材、聚合物樹脂及諸如玻璃纖維之複合材料。連接至裝置1之滾輪可包括不平表面31或"齒狀物"，亦即任何包括脊、條紋、個別突起等之組態之任何不平表面，且其可由機械驅動。據此，在一例示性實施例中，滾輪中之至少一者可為金屬。根據滾輪表面31包括齒狀物之實施例，齒狀物可具有若干不同組態，諸如齒狀物平行於滾輪軸對準或相對於滾輪軸形成角。為了所產生長絲網狀物品質之一致性，可將齒狀物均勻分佈於滾輪表面31上。連接至懸擺載體23之滾輪(來自第一17及第二對19各自之一個滾輪)可經機械驅動或可為由連接至裝置1之相應滾輪驅動之從動滾輪。諸如連接至懸擺載體23之滾輪之一些滾輪可包括由諸如以下材料之材料形成之外部覆蓋物或皮殼33，諸如橡膠、塑膠、聚合物、天然聚合物、棉花、陶瓷、金屬及合金。在一實施例中，皮殼33可為橡膠且包括根據肖氏(Shore)A硬度計約50至90或約65-90之硬度。在一實施例中，橡膠皮殼可包括根據肖氏A硬度 計約75之硬度。
參考圖4，在一實施例中，第一對滾輪17與第二對滾輪19之間之距離26可為約105 mm，但在其他例示性實施例中可介於約50至約200 mm之間。在一例示性實施例中，第三對滾輪21與第二對滾輪19之間之距離28可為約135 mm，但在其他例示性實施例中，可介於約50至約200 mm之間。在一實施例中，第一對滾輪17與第三對滾輪21之間之距離30可為約240 mm，且在另一實施例中為約180 mm，但在其他例示性實施例中，可為約150 mm或更大。
在另一實施例中，牽伸組件11可具有三對或三對以上之滾輪。在一態樣中，牽伸組件具有不多於十對之滾輪。在另一態樣中，牽伸組件可具有三至六對滾輪。在一特定實施例中，牽伸組件具有兩對滾輪。如圖2、4及5所述，滾輪之排列為使得饋入材料15首先接觸第一滾輪對17，接著通過第二滾輪對19，且自第三滾輪對21出來作為拉伸材料或磨損帶(參見圖6A-6C)以供進一步牽伸或作為疏鬆纖維網狀物中間物。第三對滾輪可於牽伸組件內具有各種排列。三對滾輪之一種排列係於圖5中說明。類似於其他兩對，第二滾輪對19之滾輪係以使其軸彼此平行而排列。視情況，第二滾輪之軸亦可與其他兩個滾輪對中之一者平行或與兩者均平行。類似於上述牽伸組件，可將來自各滾輪對17、19、21之一個滾輪以連接至裝置1之各滾輪對17、19、21中之其他滾輪連接至懸擺載體23上。第二滾輪對19可自裝置移除，以使得牽伸組件可易於轉型為如上所述具 有兩對滾輪之牽伸組件，且若第二滾輪對19不可自裝置移除，則牽伸組件不易於轉型為如上所述具有兩對滾輪之牽伸組件。施加至各對滾輪之壓力係藉由懸擺載體23之重量且藉由改變懸擺載體23上之懸擺關於滾輪之相對位置來調節。連接至裝置上之三個滾輪可為具有齒狀物之金屬滾輪且可機械驅動，而其他三個為從動滾輪且由其對應物驅動。滾輪表面上之齒狀物可具有如上所述之若干種不同排列。懸擺載體上之三個滾輪可有利地包括如上所述之皮殼33。
基本上，牽伸組件11將帶樣小長絲纖維束進入材料之長之長絲拉伸及/或斷裂且使其無規化，以形成羊毛樣網狀物，亦即由當將較長之長絲拉伸且斷裂且分離為較小纖維時形成之複數條波狀纖維形成的內聚且鄰接之纖維網狀物。
牽伸係藉由歸因於滾輪對之間之速度差異而產生之拉伸力來完成，其中至少一對下游滾輪以大於最靠近之上游滾輪對之速度操作。在各種實施例中，牽伸率可介於約1.1至約50 in之間，但可替代地使用其他牽伸率。在一例示性實施例中，牽伸率可介於約6至29之範圍內。促使滾輪在一起之壓力係根據饋入纖維之類型及牽伸率來調節。滾輪上之壓力可為相同或不同的且可使用不同懸擺重量來完成。藉由改變速度差異及由懸擺所施加之壓力，裝置可加工具有各種纖維束之不同纖維且產生具有諸如不同平均纖維長度及直徑之各種特徵之內聚纖維網狀物，例如複數條 縱向對準之長絲可總體分離為由一條以上之長絲組成之纖維。
下游滾輪對之轉速通常稍微快於先前滾輪對之轉速，以使得在饋入材料上施加較小之力。可使用該力以拉直牽伸之絲狀材料，以有效牽伸。有時，併入第二滾輪亦增強用於持續且連續操作之牽伸組件的穩定性。牽伸係藉由歸因於最後與即刻上游滾輪對之間之速度差異所產生之拉伸力來完成。根據使用三對滾輪之實施例，在防止滑動之適當壓力下，第二對滾輪19比第三對滾輪21紡紗得慢。然而，總牽伸率係基於最後滾輪之速度比第一滾輪之速度的比率來計算。可根據饋入纖維類型及牽伸率來調節各對滾輪之壓力。在本發明中，此係使用不同重量之懸擺及懸擺與滾輪之相對位置來完成。藉由改變速度差異及由懸擺所施加之壓力，裝置可同時加工具有不同纖維束之纖維以及具有相同種類或不同類型之兩種或兩種以上纖維。在一例示性實施例中，拉伸係藉由第一滾輪對17與第二滾輪對19之間之牽伸率來完成，以產生如下文描述為中間產物27且藉由在紡紗組件13中紡紗且加撚之前通過第三滾輪對21之間來保持大體上平坦的拉伸材料或磨損帶(參見6A-6C)。
在本發明之另一態樣中，裝置1進一步包含如圖2、4及5中所描繪之紡紗組件13。在牽伸組件11中之牽伸程序之後，使中間產物27離開牽伸組件11且導向紡紗組件13。在圖6B及6C中詳細展示中間產物27。使用可選之紡紗組件13，可以一簡單紡紗及加撚操作將中間產物27於筒管 (bobbin)51上直接紡紗為紗線49。藉由併入紡紗組件13，可將長絲網狀物於相同裝置上且以另一操作直接加工為具有1至60 Nm紗線計數之細紗線。在其他例示性實施例中，可產生具有其他紗線計數之紗線。單位"Nm"為對於一公克紗線而言，根據以米計之長度之紗線粗細度的量測。例如，若一公克紗線長度為20米，則紗線計數為20 Nm。因此，Nm愈高，則紗線愈薄。在一態樣中，以一簡單之紡紗及加撚操作將大體上平坦之中間產物27紡紗且加撚為大體上為圓形之紗線49。在一態樣中，不同纖維束尺寸之氧化PAN長絲之小纖維束可形成為氧化PAN纖維之內聚伸長網狀物，接著可將其紡紗且加撚為具有約10至28 Nm之紗線。在一實施例中，紗線係由具有所述長度特徵之100%氧化PAN纖維結合如本文所述之中間產物27而形成。本發明之方法可以簡單、有效且經濟之方法產生極細之紗線。
中間產物
本發明之裝置可加工上文所揭示之各種不同的長絲饋入材料15，且由饋入材料產生具有不同物理特徵之羊毛樣中間產物27。中間產物27之特徵在於可直接紡紗為紗線49且其特徵可為諸如氧化PAN纖維之內聚伸長纖維網狀物。與經規則組織且對準之前驅體纖維束長絲不同，使用本發明產生之連續且內聚伸長之纖維網狀物可為無規纖維之羊毛樣集合，其在個別纖維之間具有極少之平行相互作用且在個別纖維之間無可見之加撚。中間產物27，亦即內聚伸長之纖維網狀物可包含來自單一起始材料之纖維，或中間產 物27亦可包含來自若干種起始材料之纖維以形成經摻合之連續及內聚之纖維網狀物，該纖維網狀物可經另一紡紗步驟紡紗為紗線。經摻合之網狀物可藉由在相同裝置上同時牽伸兩種或兩種以上不同之起始材料(長絲或纖維)或藉由混合個別獲得之中間網狀物而形成。中間產物27可經進一步加工為具有極小紗線計數且具有諸如增加之拉伸強度之額外增強特性及特徵之紗線。
中間產物27之個別纖維一般具有不大於形成其之前驅體纖維之原始長絲直徑的直徑，但其可為一起斷裂且因此具有較大直徑之個別長絲的集合。中間產物含有多條無規堆積在一起之波狀短纖維。在一實施例中，連續且內聚之纖維網狀物係由具有不大於192 K長絲之對準且連續之氧化PAN纖維束而獲得。較佳地，前驅體纖維束將具有不大於96 K之長絲。更佳地，前驅體為具有不大於約48 K、24 K、12 K、6 K或3 K之長絲之小長絲纖維束。在一實施例中，氧化PAN網狀物之各纖維的長度不長於約40 cm。
在另一實施例中，疏鬆連續且內聚之纖維網狀物可由不大於192 K長絲之對準且連續之不銹鋼纖維束而獲得。較佳地，前驅體不銹鋼纖維束具有不大於約192 K之長絲。更佳地，前驅體不銹鋼纖維束具有不大於192 K之長絲。又更佳地，前驅體不銹鋼纖維束具有不大於12 K之長絲。內聚且連續不銹鋼纖維網狀物之各纖維具有不大於40 cm之長度。
在又一實施例中，疏鬆長絲網狀物係由具有不大於192 K之纖維束之對準且連續之芳族聚醯胺絲狀材料而獲得。較佳地，前驅體纖維具有不大於96 K之長絲。更佳地，前驅體具有不大於48 K之長絲。又更佳地，前驅體纖維具有不大於約12-24 K之長絲。在一例示性實施例中，芳族聚醯胺網狀物之各長絲可具有不大於40 cm之長度。
圖6A-C說明饋入材料15及內聚伸長纖維網狀物，中間產物27之放大圖。在圖6A中，饋入材料15為帶之形式且由複數條縱向對準之長絲形成。饋入材料15具有平滑表面55且橫截面57係由相對緊致堆疊且縱向對準之複數條長絲的橫截面形成。饋入材料15為起始材料7之未加撚、平坦形式且代表小長絲纖維束以使得經縱向對準以形成橫截面57之長絲數量可介於3 K、6 K、12 K、24 K之範圍內，且在其他例示性實施例中，由複數條縱向對準之長絲所形成之纖維束帶可為大長絲纖維束，其長絲數量在48 K至360 K之範圍內。各長絲為極長之長絲，其為如上所述之纖維材料之單一連續絲束。圖6A展示延伸帶(亦即饋入材料15)之長度的長絲，其中僅為說明性目的將長絲間隔開，且應理解長絲係彼此相鄰對準且延伸通過且橫穿饋入材料15，亦即饋入材料15及起始材料7係全部由組成整個橫截面之長絲形成。在一例示性實施例中，對於氧化PAN之12 K纖維束而言，寬度58可為約1.5 cm，但在其他例示性實施例中，可使用其他合適之尺寸。
圖6B展示在牽伸組件11中經由牽伸操作加工後形成之內聚伸長之纖維網狀物。中間產物27具有羊毛樣外觀，亦即 其不平滑，而為捲縮的或為鱗狀，且因此表面59非平滑表面。中間產物27為具有不規則表面之內聚且連續之纖維網狀物且可將其替代性描述為由機械、物理及非共價化學力固持在一起之無規集合之未加撚截斷長絲的網狀物。中間產物27如圖6B所示大體上為平坦的(非圓形)，但在其他例示性實施例中可具有其他外觀。寬度60大體上與饋入材料15之寬度58相同，或其可稍微變化，但在一例示性實施例中，饋入材料15及中間產物27可具有大體相同之大體上平坦之組態。中間產物27具有磨損帶之外觀。現參考圖6C，藉由分離起始材料7之原始長之長絲形成的個別纖維61為無規排列的且為波狀的。在一些例示性實施例中，亦可將個別纖維61描述為截斷長絲且其可包括介於2-9吋範圍內之長度，且在一例示性實施例中，中間產物27之內聚伸長纖維網狀物中大體上所有之個別纖維61可為至少15公分長。在一例示性實施例中，中間產物27之內聚伸長纖維網狀物中大體上所有之個別纖維61可為至少10公分長。在另一實施例中，絕大多數個別纖維61包括10或15 cm之最小長度。在一例示性實施例中，內聚伸長纖維網狀物之個別纖維61的平均長度可為至少10或15或20公分長。在另一態樣中，個別纖維61具有約2.5 cm至約23 cm範圍內之長度。在另一實施例中，100%之纖維為具有約15 cm至約23 cm範圍內之長度之氧化PAN纖維。纖維61之長度及長度分佈增強藉由紡紗且加撚中間產物27所形成之紗線的特徵，以使得紗線包括與由氧化PAN形成之習知紗線相比增加之可針 織性且其可更易於針織、編織或鉤織為各種織物。該等特徵無需諸如習知材料或使用習知方法中所需之向紗線或中間產物中添加增強纖維即可達成。
在一態樣中，阻燃耐熱紗線可包括100%之氧化聚丙烯腈(PAN)纖維，其中纖維具有大於約10 cm之平均長度。纖維可替代性地具有大於約15 cm之平均長度。纖維可各自具有約2.5 cm至約23 cm範圍內之長度。
後加工
可進一步機械及/或化學加工根據本發明由中間產物27之內聚伸長纖維網狀物產生之紗線。使用上述或其他習知方法可易於將網狀物紡紗為紗線。與由氧化PAN形成之習知紗線相比，由100%氧化PAN形成之紗線在無增強纖維之情況下展現增加之可針織性。紗線可以編織或非編織之大體上任何所要之製造形式來使用。接著紗線可經編織、縫合、編結、針織、鉤織或形成為非編織薄片，以及其他平坦或三維形狀之結構。經由機械加工所獲得之例示性產物為人字形編織布料、斜紋編織帶、管狀編織織物、紙、毯、粗紗、紗線、粗線及繩索。絲狀材料亦可單獨或與其他長絲、纖維或諸如樹脂之組合物組合而直接形成薄片及其他結構。
亦可化學處理內聚伸長纖維網狀物以於紡紗為紗線之前或之後賦予其新的特徵。例如，可如美國專利第4,857,394號中所揭示，使內聚伸長纖維網狀物氟化以提供具有不同電導率之可撓性纖維。另一實例為藉由熱解將氧化PAN纖 維網狀物轉化為碳纖維。該方法包括兩個步驟：碳化及石墨化。在碳化製程期間，可藉由拉伸且進一步加熱至約1000至1500℃之溫度以移除非碳元素且形成圖1中結構性說明之碳化PAN而將氧化PAN碳化。碳化PAN包括比氧化PAN高之碳含量，及一般為90%或更高之碳含量。本發明之另一態樣為上述紗線及由紗線形成之下游產物，但其係由經碳化為碳化PAN之PAN形成。石墨化期間，在約1,500-3,000℃之間之溫度下進一步處理纖維以改良纖維軸方向之微晶次序及定向。
應用
藉由本發明之方法產生之內聚伸長纖維網狀物及紗線可用作生產工業及消費品範圍之產品的中間物。例如，氧化PAN纖維為化學抗性、熱穩定及生理無害的。纖維網狀物亦具有極佳之加工特性，諸如優越之摻合及操作特徵。其理想地適用於耐熱、熱及聲絕緣及技術性紡織品。氧化PAN纖維網狀物亦可用作汽車盤式及鼓式制動器之摩擦裏料的石棉取代添加物。
氧化PAN長絲及其下游產物(諸如紗線及織物)可形成消費品及/或可在高溫下進一步加工為具有極高防燃燒特徵及電導性之碳纖維。消費品包括各種紡織品，諸如毯、夾克裏料、靴裏料、頭盔裏料、平針織物、襯衣、褲子、帽兜及其類似物。
該等基於碳纖維之材料亦適用於生產各種工業及消費品，諸如服裝及其他基於紡織品之產品、腰帶及長襪、複 合物、纖維光學部件、機電材料、諸如墊圈及制動器墊之摩擦敏感性產品、輪箍、繩索及繩纜。亦可使用各種合適之已知方法將纖維網狀物加工為活化PAN纖維。該活化PAN產物具有極高之表面積，從而具有高吸附率及容量。其可用以研發氣體過濾器、遮罩、水純化器、氣味吸附布料及保護性衣物。
在另一實施例中，PAN纖維及產物可經各種合適添加物浸漬以賦予其各種所要之品質。發現該等基於碳纖維之浸漬材料具有各種工業應用且亦適用於生產各種工業及消費品，諸如服裝及其他基於紡織品之產品、腰帶及長襪、複合物、纖維光學部件、機電材料、諸如墊圈及制動器墊之摩擦敏感性產品、輪箍、繩索及繩纜，諸如氣體過濾器、遮罩、水純化系統、氣味吸附布料之過濾系統及其他保護性衣物。
與使用習知方法形成之需要添加增強纖維或封裝以用作可用紡織品或織物之100% PAN的織物相比，由根據本發明形成之諸如碳化PAN及活化PAN之氧化或經進一步加工之PAN形成之織物展現優越之拉伸強度及可針織性。本發明之一態樣為生產氧化、碳化或活化PAN織物，及在無需使用增強纖維或無需封裝所形成之織物下由根據本發明產生之紗線所形成之其他紡織品。
本發明之材料可用於各種應用中以產生諸如以下產品之產品：阻燃衣物、熱絕緣及工業過濾器、汽車盤式制動器之熱屏蔽、諸如紙及壓板之電絕緣物及用於污染控制之高 溫過濾應用。該等產品可用於航空器及鐵路車輛內部紡織品(包括鋪墊、覆地板物、擋板及覆牆物)至用於旅館、辦公室、集會堂、醫院及日托中心之定製傢具範圍內之其他應用。可使用此項技術中已知之各種製造方法生產廣泛應用範圍內之產品。
實例
以下為生產本發明內聚伸長纖維網狀物及紗線之方法的實例，其意欲為例示性的且不限於本發明之方法、裝置組態及產物。以下實例各自之例示性裝置具有如各實例中所說明之兩對或三對滾輪。連接至裝置之所有滾輪均具有31.84 mm之相同直徑。連接至懸擺之所有滾輪均具有根據肖氏A硬度計為75之相同硬度的皮殼。
實例I
由6 K長絲纖維束產生之氧化PAN纖維網狀物
前驅體材料為具有6 K纖維束尺寸、7,200纖維束丹尼爾(denier)及0.8公克/米之纖維束重量的氧化PAN。其總體物理特性係概述於表1中。前驅體材料含有等於通常超過2米之纖維束長度之統一長度的平行長絲。長絲亦經規則組織且縱向對準。此外，前驅體纖維具有極有限之加撚，通常小於每米5撚。使用具有兩對滾輪(第一滾輪及最後滾輪)之裝置牽伸氧化PAN纖維。將連接至裝置之兩個滾輪之間的距離設定為約240 mm。為獲得27.2之牽伸率，將最後及先前滾輪之速度分別設定為227及8.3 rpm。對兩對滾輪施加 相同之壓力。藉由改變懸擺載體上之重量而將壓力調節至約28 Kg。牽伸製程使長且有組織之前驅體纖維長絲斷裂且使其無規化以形成疏鬆網狀物，其在藉由斷裂且拉伸長絲形成之個別纖維之間具有極少之平行相互作用，且在個別纖維之間無可見之加撚。內聚伸長纖維網狀物之纖維呈波狀且具有不大於約22 cm之長度及不大於12毫米之寬度。網狀物具有約0.077 g/10 cm之平均重量。
將內聚伸長纖維網狀物以一次操作藉由捲繞及加撚進一步加工以產生具有34 Nm之紗線計數、250-300 g之拉伸強度、10%之拉伸伸長率及525之加撚計數(T/米)之紗線。
實例II
由具有12 K纖維束之絲狀起始材料產生之氧化PAN網狀物
前驅體材料為具有12 K之纖維束尺寸、14,400之纖維束丹尼爾及1.6公克/米之纖維束重量的氧化PAN。其總體物理特性係概述於表1中。前驅體材料含有等於通常超過2米之纖維束長度之統一長度的平行長絲。此外，前驅體材料 之長絲具有極有限之加撚，通常小於每米5捻。使用僅具有第一及最後之滾輪對之裝置牽伸氧化PAN。將連接至裝置之滾輪之間的距離設定為約240 mm。為獲得8之牽伸率，將第一及最後滾輪之速度分別設定為125及15.6 rpm。施加於第一及最後滾輪上之壓力分別為45及50 Kg。藉由改變懸擺載體上之重量及懸擺於懸擺載體上之位置來調節壓力。牽伸製程使長且有組織之前驅體纖維長絲斷裂且無規化以形成截斷長絲之羊毛樣網狀物，其在個別纖維之間具有極少之平行相互作用且在個別長絲之間無可見之加撚。藉由分離原始長絲形成之纖維網狀物呈波狀且具有不大於約22 cm之長度及不大於約12毫米之寬度。網狀物具有約0.159 g/10 cm之平均重量。
將內聚伸長纖維網狀物藉由捲繞且加撚進一步加工以產生具有5 Nm之紗線計數、約2000 g之拉伸強度、10%之拉伸伸長率及100(T/米)之加撚計數之紗線。
實例III
由兩種饋入材料產生之氧化PAN網狀物
該實例說明同時牽伸相同類型之兩條纖維。然而，牽伸製程可等同應用於不同類型之兩條或兩條以上纖維。如圖1所描繪使用饋入組件饋入兩種進入材料。兩種前驅體纖維為具有6 K之纖維束尺寸、7,200之纖維束丹尼爾及0.8公克/米之纖維束重量的氧化PAN。其總體物理特性係概述於表1中。前驅體含有等於通常超過2米之纖維束長度之統一長度的平行長絲。該等長絲亦經規則組織且縱向對準。此 外，前驅體纖維具有極有限之加撚，通常小於每米5撚。使用具有兩對滾輪之裝置牽伸氧化PAN纖維。將連接至裝置之兩個滾輪之間的距離設定為約240 mm。為獲得27.2之牽伸率，將滾輪之速度分別設定為227及8.3 rpm。對兩對滾輪施加相同之壓力。藉由改變懸擺載體上之懸擺重量將壓力調節為約28 Kg。牽伸製程將前驅體纖維之長且有組織之長絲斷裂且無規化以產生羊毛樣纖維網狀物，其在個別纖維之間具有極少之平行相互作用且在個別纖維之間無可見之加撚。纖維網狀物呈波狀且具有約不大於約22 cm之長度及不大於約12毫米之寬度。網狀物具有約0.154 g/10 cm之平均重量。
將內聚伸長纖維網狀物藉由捲繞且加撚進一步加工以產生具有17 Nm之紗線計數、約500-600 g之拉伸強度、約10%之拉伸伸長率及約375(T/米)之加撚計數之紗線。
實例IV
不銹鋼纖維網狀物
前驅體為具有4 K之纖維束尺寸及1.6公克/米之纖維束重量的不銹鋼纖維。除其主要化學元素鐵(Fe)之外，鋼亦含有如表2列出之若干其他元素。
前驅體纖維含有等於通常超過2米之纖維束長度之統一長度的平行長絲。長絲亦經規則組織且縱向對準。此外，前驅體材料之長絲具有極有限之加撚，通常小於每米5撚。長絲具有7.5 CN之強度及8微米之直徑。使用具有三對滾輪之裝置牽伸不銹鋼進入材料。將連接至裝置之第一 及第二滾輪之間之距離設定為100 mm，而將連接至裝置之第二及第三滾輪之間之距離設定為140 mm。為獲得17.6之牽伸率，將第一、第二及第三滾輪之速度分別設定為200、11.4及10.8 rpm。對第一及第二滾輪施加相同壓力且將該壓力設定為42 Kg。將施加於第一滾輪上之壓力設定為45 Kg。與先前實例類似，藉由改變懸擺重量及懸擺於懸擺載體上之位置來調節壓力。牽伸製程使長且有組織之前驅體長絲斷裂且無規化以形成羊毛樣纖維網狀物，其在個別纖維之間具有極少之平行相互作用且在個別纖維之間無可見之加撚。由進入長絲所形成之纖維網狀物呈波狀且具有不大於約10 cm之長度及約8毫米之寬度。網狀物具有約0.16 g/10 cm之平均重量。
將長絲網狀物藉由捲繞且加撚進一步加工以產生具有11 Nm之紗線計數及500(T/米)之加撚計數之紗線。
實例V
由1 K纖維束芳族聚醯胺起始材料生產之芳族聚醯胺長絲網狀物
前驅體饋入材料為具有1 K之纖維束尺寸、1,530之纖維束丹尼爾及0.17公克/米之纖維束重量之芳族聚醯胺材料。 其總體物理特性係概述於表3中。前驅體含有等於通常超過2米之纖維束長度之統一長度的平行長絲。長絲亦經規則組織且縱向對準且具有12微米之直徑。此外，前驅體長絲具有極有限之加撚，通常小於每米5撚。使用具有兩對滾輪(第一及最後滾輪)之裝置牽伸芳族聚醯胺材料。安裝於該裝置上之第一與最後滾輪之間之距離為約240 mm。為獲得8.5之牽伸率，將第一及最後滾輪之速度分別設定為170及10 rpm。施加於第一及最後滾輪上之壓力分別高於約42及45 Kg。藉由改變懸擺之重量及於懸擺載體上之位置來調節壓力。將前驅體芳族聚醯胺材料牽伸兩次。第一次牽伸導致長絲拉伸。第二次牽伸使長且有組織之前驅體長絲斷裂且無規化以形成羊毛樣纖維網狀物，其在個別纖維之間具有極少之平行相互作用且在個別纖維之間無可見之加撚。纖維網狀物呈波狀且具有不大於約22 cm之長度及約12毫米之寬度。網狀物具有約0.015 g/10 cm之平均重量。
將內聚伸長纖維網狀物藉由捲繞且加撚進一步加工以產生具有50 Nm之紗線計數及800 T/米之加撚計數之紗線。
上述僅說明本發明之原理。因此將瞭解，熟習此項技術者將可設計各種排列，該等排列儘管未在本文中明確描述或展示，但使本發明之原理具體化且包括於其精神及範疇內。此外，原則上希望本文明確敍述之所有實例及條件性語言僅為教學目的及幫助讀者理解本發明之原理及發明者提出之概念以推進此項技術，且認為其不限制於該等特定敍述之實例及條件。此外，希望本文敍述本發明原理、態樣及實施例以及其特定實例之所有陳述涵蓋其結構及功能等效物。此外希望該等等效物包括目前已知之等效物及未來研發之等效物，亦即研發之無論結構如何發揮相同功能之任何元素。
希望結合隨附圖式之圖閱讀該例示性實施例之描述，認為該等圖為整個文字描述之部分。在描述中，諸如"下部"、"上部"、"水平"、"垂直"、"上方"、"下方"、"上"、"下"、"頂部"及"底部"以及其派生詞(例如"水平地"、"向下地"、"向上地"等)之相關術語應理解為係指如接著描述或在所論及之圖式中展示之定向。該等相關術語係為了便於描述且無需以特定定向構造或操作裝置。除非另外明確描述，否則關於連接、耦接及其類似者之術語，諸如"連接"及"互連"係指結構係直接或經由插入結構間接彼此緊固或連接之關係，以及可移動或固定之連接或關係。
本文引用或提及之所有專利、公開案、科學論文、網址 及其他文獻及材料係對熟習本發明所涉及領域之技術者水準的指示，且該等參考文獻及材料各自係以引用的方式併入本文中，該引用程度如同已個別地將其全文以引用的方式併入或將其全文於本文中陳述一般。申請案保留在本說明書中實體併入來自任何此等專利、公開案、科學論文、網址、電子可用資訊及其他參考材料或文獻之任何及所有材料及資訊的權利。
本專利文字描述部分包括所有申請專利範圍。此外，包括所有原始申請專利範圍以及來自任何及所有先前文獻之所有申請專利範圍的所有申請專利範圍的全文係以引用的方式併入本文說明書之文字描述部分，且申請案保留在申請案文字描述或任何其他部分實體併入任何及所有該等申請專利範圍之權利。因此，例如，在任何情況下本專利在確定申申請專利範圍之精確措詞在本專利之文字描述部分中未陳述之情況下均可理解為依其申述提供對於申請專利範圍之文字表述。
將根據法律解釋申請專利範圍。然而，且不管說明任何申請專利範圍或其部分之所聲明或理解之易處及難處，在任何情況下均不能將在執行產生本專利之申請案期間對於申請專利範圍或其任何部分之任何調整或修改理解為已喪失對於未形成先前技術部分之其任何及所有等效物的任何權利。
可將本說明書中揭示之所有特徵組合為任何組合。因此，除非另有明確陳述，否則所揭示之各特徵僅為普通系 列等效物或類似特徵之實例。
應瞭解，儘管已結合其實施方式描述本發明，但上述描述意欲說明且不限制由隨附申請專利範圍之範疇所定義之本發明之範疇。因此，由前述內容應瞭解，儘管本文已為說明目的描述本發明之特定實施例，但在不偏離本發明之精神及範疇下可進行各種修正。其他態樣、優點及修正均在以下申請專利範圍之範疇內且本發明不受除隨附申請專利範圍以外之限制。
本文描述之特定方法及組合物為代表性之較佳實施例且為例示性的且不意欲限制本發明之範疇。熟習此項技者在考慮本說明書之基礎上將瞭解其他目標、態樣及實施例且其涵蓋於由申請專利範圍之範疇所定義之本發明之精神內。熟習此項技術者將易於顯而易見，在不偏離本發明之範疇及精神下，可對本文揭示之本發明進行各種取代及修正。本文說明性描述之本發明可適合在不存在任何在本文中未特別實質性揭示之元素或限制下實踐。因此，例如在本文之各實例中，在本發明之實施例或實例中，術語"包含"、"包括"、"含有"等應理解為廣義的且不受限制。本文說明性描述之方法及製程可適合以不同次序之步驟實踐且其無需受限於本文或申請專利範圍中所說明之步驟次序。
已採用之術語及表述係用作描述形式且不為限制，且不希望使用該等術語及表述來排除所展示及描述之特徵的任何等效物或其部分，但認為在所主張之本發明範疇中可能進行各種修正。因此，應瞭解儘管已藉由各種實施例及/ 或較佳實施例及可選特徵特別揭示本發明，但仍認為熟習此項技術者所採用之本文揭示之概念的任何及所有修正及變化係在由隨附申請專利範圍所定義之本發明的範疇內。
本文已廣泛且一般性描述本發明。屬於普通揭示內容中之較窄種類及亞屬群亦各自形成本發明之部分。其包括具有將任何標的物自該種類移除之附帶限制或負性限制之本發明的普通描述，無論所刪除之材料是否在本文中特別敍述。
亦應瞭解，除非上下文明確指示，否則如本文及隨附申請專利範圍中所使用之單數形式"一"及"該"包括複數參考物，術語"X及/或Y"意謂"X"或"Y"或"X"與"Y"二者，且名詞後之字母"s"表示彼名詞之複數及單數形式。此外，當根據Markush群描述本發明之特徵或態樣時，其希望且熟習此項技術者將瞭解本發明包含Markush群之任何個別成員或成員亞群，且因此本發明亦根據其進行描述。
其他實施例在以下申請專利範圍內。可理解本專利不限於本文特別及/或明確揭示之特定實例或實施例或方法。除非申請者以書面答覆之形式特別且無限定或無保留地明確表示採用此陳述，否則在任何情況下均不可將專利理解為受限於Patent and Trademark Office之任何檢查者或任何其他官員或雇員所做之任何陳述。
儘管已根據例示性實施例描述本發明，但其不限於此。相反，應將隨附申請專利範圍廣泛理解為包括本發明之其他變化及實施例，其可由熟習此項技術者在不偏離本發明 等效物之範疇及範圍下進行。
1‧‧‧裝置
3a‧‧‧捲筒/柱
3b‧‧‧捲筒/柱
5a‧‧‧捲筒/柱
5b‧‧‧捲筒/柱
7‧‧‧起始材料
8‧‧‧線軸
9‧‧‧饋入組件
10‧‧‧張力盤
11‧‧‧牽伸組件
13‧‧‧紡紗組件
15‧‧‧饋入材料
17‧‧‧第一滾輪對
19‧‧‧第二滾輪對
21‧‧‧第三滾輪對
23‧‧‧懸擺載體
26‧‧‧第一對滾輪17與第二對滾輪19之間之距離
27‧‧‧中間產物
28‧‧‧第三對滾輪21與第二對滾輪19之間之距離
30‧‧‧第一對滾輪17與第三對滾輪21之間之距離
31‧‧‧滾輪表面
33‧‧‧皮殼
49‧‧‧紗線
51‧‧‧筒管
55‧‧‧平滑表面
57‧‧‧橫截面
58‧‧‧寬度
59‧‧‧表面
60‧‧‧寬度
61‧‧‧纖維
圖1說明聚丙烯腈(PAN)、氧化PAN及碳化PAN之化學結構；圖2說明用以進行本發明方法之裝置之一實施例；圖3A說明小長絲纖維束氧化PAN之線軸，其為可根據本發明使用之起始材料之一實施例，且圖3B說明可於其上提供起始材料之例示性張力盤；圖4為圖2所示裝置牽伸組件之放大截面圖；圖5描述圖2所示裝置之饋入、牽伸、加撚及捲繞組件；及圖6A為帶形式之小長絲纖維束起始材料之截面透視圖；圖6B為根據本發明由圖6A所示之起始材料形成之內聚伸長纖維網狀物之截面及透視圖；且圖6C為圖6B所示之內聚伸長纖維網狀物之側面截面圖。
3a‧‧‧捲筒/柱
3b‧‧‧捲筒/柱
5a‧‧‧捲筒/柱
5b‧‧‧捲筒/柱
7‧‧‧起始材料
9‧‧‧饋入組件
11‧‧‧牽伸組件
13‧‧‧紡紗組件
15‧‧‧饋入材料
17‧‧‧第一滾輪對
19‧‧‧第二滾輪對
21‧‧‧第三滾輪對
23‧‧‧懸擺載體

Claims (39)

  1. 一種製造阻燃耐熱紗線之方法，其包含：在單一通過裝置中將起始材料饋入、牽伸及紡紗以產生該阻燃耐熱紗線；其中該起始材料為大體上平坦且未加撚之形式之包含縱向對準長絲纖維束之帶；及其中該縱向對準長絲纖維束係選自由聚丙烯腈纖維、氧化聚丙烯腈纖維及碳化聚丙烯腈纖維所組成之縱向對準長絲的群組。
  2. 如請求項1之方法，其中在單一通過裝置中牽伸該起始材料之步驟包含拉引該起始材料通過牽伸組件之第一對滾輪及下游第二對滾輪，該牽伸組件形成該單一通過裝置之一部分；其中該第二對滾輪具有比該第一對滾輪之第一轉速快之第二轉速，藉此拉伸且斷裂該縱向對準長絲纖維束，以形成能於單一紡紗步驟中直接紡紗成該阻燃耐熱紗線之內聚伸長纖維網狀物。
  3. 如請求項2之方法，其中該紗線係由100%之氧化聚丙烯腈纖維組成；且其中該內聚伸長纖維網狀物為羊毛樣，大體上平坦，及波狀的。
  4. 如請求項3之方法，其中該內聚伸長纖維網狀物具有大於15 cm之平均長度，該纖維各自具有2.5 cm至23 cm範圍內之長度。
  5. 如請求項2之方法，其中在單一通過裝置中牽伸該起始 材料之步驟進一步包含施加促使該第一對滾輪彼此相對且該第二對滾輪彼此相對之力。
  6. 如請求項5之方法，其中施加力包含使用懸擺以促使該第一對滾輪成為鄰接關係，且使用該懸擺促使該第二對滾輪成為另一鄰接關係。
  7. 如請求項2之方法，其中在單一通過裝置中饋入該起始材料之步驟包含將該大體上平坦且未加撚之形式之帶饋入該第一對滾輪之間，自線軸(spool)牽拉及退繞該帶，該線軸係安置在形成該單一通過裝置之部分之饋入組件中。
  8. 如請求項7之方法，其中該線軸係安置在該饋入組件內之張力盤上，使當該帶饋入該第一對滾輪之間時，將該帶維持基本上平坦且未加撚之形式。
  9. 如請求項2之方法，其中該內聚伸長纖維網狀物為羊毛樣形式之波狀及無規定向的。
  10. 如請求項1之方法，其中該縱向對準長絲纖維束包含具有12 K或更少長絲，且具有不大於25微米之長絲直徑之小長絲纖維束。
  11. 如請求項2之方法，其中在單一通過裝置中牽伸該起始材料之步驟進一步包含將該第一對滾輪與該下游第二對滾輪維持彼此隔開至少180 mm。
  12. 如請求項11之方法，其中在單一通過裝置中牽伸該起始材料之步驟進一步包含拉伸該內聚伸長纖維網狀物通過安置在該第二對滾輪下游之第三對滾輪； 其中該第三對滾輪形成該單一通過裝置之部分；且其中該第三對滾輪具有比該第二對滾輪之第二轉速快之第三轉速，藉此拉伸且斷裂該縱向對準長絲纖維束。
  13. 如請求項2之方法，其中該能於單一紡紗步驟中直接紡紗成該阻燃耐熱紗線之內聚伸長纖維網狀物實質上由100%之氧化聚丙烯腈(PAN)纖維組成。
  14. 如請求項13之方法，其中該氧化PAN纖維具有在2.5 cm及40 cm間範圍內之平均長度。
  15. 如請求項14之方法，其中該氧化PAN纖維具有在2.5 cm及23 cm間範圍內之平均長度。
  16. 如請求項2之方法，其中該能於單一紡紗步驟中直接紡紗成該阻燃耐熱紗線之內聚伸長纖維網狀物實質上由100%之聚丙烯腈(PAN)纖維組成。
  17. 如請求項16之方法，其中該PAN纖維具有在2.5 cm及40 cm間範圍內之平均長度。
  18. 如請求項17之方法，其中該PAN纖維具有在2.5 cm及23 cm間範圍內之平均長度。
  19. 如請求項2之方法，其中該能於單一紡紗步驟中直接紡紗成該阻燃耐熱紗線之內聚伸長纖維網狀物實質上由100%之碳化聚丙烯腈(PAN)纖維組成。
  20. 如請求項19之方法，其中該碳化PAN纖維具有在2.5 cm及40 cm間範圍內之平均長度。
  21. 如請求項20之方法，其中該碳化PAN纖維具有在2.5 cm及23 cm間範圍內之平均長度。
  22. 一種用於製造阻燃耐熱紗線之裝置，其包含：饋入部分，其係用於將包含具有有限加撚之複數條縱向對準長絲之纖維束之帶提供至單一通過牽伸部分；其中該單一通過牽伸部分包含：大體上鄰接之第一對滾輪，其具有第一轉速且於其間接收該纖維束帶；及大體上鄰接之第二對滾輪，其位於該第一對滾輪下游，用於其間接收通過該第一對滾輪之纖維束帶；其中該第二對滾輪具有比該第一轉速快之第二轉速，藉此在單一通過操作中拉伸且斷裂大體上所有該等複數條縱向對準長絲，以形成能直接紡紗成該阻燃耐熱紗之內聚伸長纖維網狀物。
  23. 如請求項22之裝置，其進一步包含：紡紗部分，其係用於紡紗及加撚該內聚伸長纖維網狀物，以將其在單一紡紗及加撚步驟中直接紡紗為紗線；且其中該牽伸部分進一步包含：施加壓力之加壓元件，其促使該第一對滾輪彼此相對且該第二對滾輪彼此相對。
  24. 如請求項22之裝置，其中該等複數條縱向對準長絲係選自由聚丙烯腈長絲、氧化聚丙烯腈長絲及碳化聚丙烯腈長絲所組成之長絲的群組；且其中該內聚伸長纖維網狀物為大體上平坦且未加撚形式之無規定向纖維的集合，且進一步包含：於筒管(bobbin)上用於紡紗及加撚該內聚伸長纖維網 狀物之組件，藉此在單一紡紗及加撚步驟中直接形成紗線。
  25. 如請求項24之裝置，其中該饋入部分進一步包含用於將該纖維束帶饋入該大體上鄰接之第一對滾輪之線軸，其中該線軸係安置於一張力盤上以維持該纖維束帶上之張力，使得該纖維束帶在進入該大體上鄰接之第一對滾輪時為平坦且未加撚的。
  26. 如請求項22之裝置，其中該第一對滾輪與該第二對滾輪隔開至少180 mm。
  27. 如請求項22之裝置，其中該第一及第二對滾輪中之至少一個滾輪具有金屬表面，且該第一及第二對滾輪中之至少一個滾輪具有橡膠皮殼。
  28. 如請求項22之裝置，其中該第一對滾輪及該第二對滾輪中之至少一者包括根據肖氏(Shore)A硬度計65至90之表面硬度。
  29. 如請求項22之裝置，其進一步包含中間滾輪對，其係安置於該第一與第二對滾輪之間，及以比該第一轉速快且比該第二轉速慢之中間速度驅動。
  30. 一種用於製造阻燃耐熱紗線之裝置，其包含：單一通過牽伸組件，其係連接於饋入組件與紡紗組件之間，用於拉伸且斷裂起始材料纖維束，以形成能於單一紡紗步驟中直接紡紗成該阻燃耐熱紗線之內聚伸長纖維網狀物；及其中該起始材料纖維束係選自由聚丙烯腈長絲、氧化 聚丙烯腈長絲及碳化聚丙烯腈長絲所組成之縱向對準長絲的群組。
  31. 一種製造阻燃耐熱紗線之方法，其包含：提供具有饋入部分、牽伸部分及紡紗部分之單一通過裝置；自該饋入部分將起始材料饋入該牽伸部分，其中該起始材料係選自由具有有限加撚之複數條縱向對準之氧化聚丙烯腈長絲、具有有限加撚之複數條縱向對準之聚丙烯腈長絲及具有有限加撚之複數條縱向對準之碳化聚丙烯腈長絲所組成之起始材料的群組；將該起始材料以單一通過牽伸至一對上游滾輪及一對下游滾輪之間，以將該起始材料轉變為阻燃耐熱內聚伸長纖維網狀物；其中該一對下游滾輪以比該一對上游滾輪快的轉速操作，使得該等長絲被拉伸及斷裂為包含複數條大體上平坦、羊毛樣纖維之阻燃耐熱內聚伸長纖維網狀物，其能直接紡紗成紗線；及在進一步加撚該內聚伸長纖維網狀物之單一紡紗步驟中，將該複數條大體上平坦、羊毛樣纖維直接紡紗成紗線。
  32. 如請求項31之方法，其中該內聚伸長纖維網狀物為波狀且無規定向的纖維。
  33. 如請求項31之方法，其中該等纖維具有大於10 cm之平均長度，且大體上所有該等纖維均具有通常介於2.5 cm 與23 cm間範圍內之長度。
  34. 如請求項31之方法，其中該起始材料包含具有不大於24 K長絲之小長絲纖維束帶。
  35. 一種用於自纖維束材料形成紗線之裝置，其包含：饋入組件，其係用於提供平坦且未加撚之帶形式之纖維束材料；單一通過牽伸組件，其係用於在將該纖維束材料之長絲拉伸且斷裂為纖維之單一操作中，將該纖維束材料轉變為內聚伸長纖維網狀物；及紡紗組件，其係用於在另一步驟中將該內聚伸長纖維網狀物紡紗且加撚為紗線；其中該饋入組件包含自由氧化聚丙烯腈長絲、聚丙烯腈長絲及碳化聚丙烯腈長絲所組成之纖維束材料，或由芳族聚醯胺材料；耐綸材料；人造絲材料；諾沃洛伊德(novoloid)材料；聚酯；聚烯烴；丙烯酸系纖維；四氟乙烯纖維；聚醯胺纖維；乙烯基纖維；蛋白質纖維；無機纖維；及金屬材料所組成之縱向對準長絲的群組，饋入纖維束材料之方式。
  36. 如請求項35之裝置，其中該金屬材料包含不銹鋼材料、鎳材料或金屬合金材料。
  37. 如請求項35之裝置，其中該纖維束材料包含具有不超過12 K長絲之小長絲纖維束，該等長絲包含氧化聚丙烯腈長絲，且該紗線包含100%重量之該等纖維。
  38. 如請求項36之裝置，其中用於轉變之該單一通過牽伸組 件包含用於拉伸該纖維束材料通過該牽伸組件之第一對滾輪及下游第二對滾輪之工具，同時促使該第一對滾輪彼此相對且該第二對滾輪彼此相對，該第二對滾輪具有比該第一對滾輪之第一轉速快之第二轉速。
  39. 如請求項35之裝置，其中該單一通過牽伸組件包含連續安置的N數量滾輪對，其係用於在單一操作中拉伸且斷裂該纖維束，以形成內聚伸長纖維網狀物之越來越小的集合；且其中該N數量不大於十。
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