TWI486494B - 包含氧化聚合纖維之混合纖維紗線及織物 - Google Patents

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Description

包含氧化聚合纖維之混合纖維紗線及織物
本發明提供一種紡織物件，其包括含10重量%至85重量%的氧化聚合物雙區纖維(諸如氧化聚丙烯腈)之混合紗線。該紗線係與至少一種伴隨纖維混合。該紡織物件具有約3 oz/yd2 至約12 oz/yd2 的重量。
本申請案主張2009年10月23日申請之美國專利臨時申請案第61/254,493號之優先權，該案之全文以引用的方式併入本文中。
持續存在對改善工業服裝(尤其諸如由石化工作者、飛行員、消防員、電工及鋼鐵工廠工人穿著之服裝)之火焰、熱及電弧閃光保護之需求。此對於頻繁地接近熱、火焰、及電弧閃光危險物出現之處的人士特別重要。選擇軍事最終用途對於該等衣服亦具有價值。保護之主要方向係個體所穿之保護性服裝中之織物。亦重要的係服裝的外觀良好及穿著舒適，以確保面對此等危險的個體願意穿著。
可能包括氧化聚丙烯腈纖維之阻燃劑或阻燃纖維提供優異的耐熱性及耐火性。然而，當使用該等纖維工作時可能面對的一些挑戰可包括脆性、不良的紡織物加工及非耐久性紡織物材料。相對照而言，習知之天然及合成纖維(包括從切斷至連續長絲之範圍)係適用於製備服裝纖維，但缺乏阻燃性及/或阻燃劑特性。
McCullough之美國專利第5,763,103號闡述阻燃劑及包括雙區含碳纖維之阻燃紗線，其係自稱為雙區前驅物纖維製備。該雙區前驅物纖維包括氧化安定熱固性聚合材料之鞘。該雙區含碳纖維係藉由雙區前驅物纖維之「碳化作用」而製備，其中該纖維係在惰性氛圍中暴露至高溫，以提供新的碳碳鍵聯，從而產生所謂的McCullough's雙區含碳纖維。
有需要一種在提供自習知紗線製備之外觀及舒適的織物中結合耐火性/阻燃性纖維之優異耐熱性及耐火性的織物。氧化聚合纖維，諸如用於製備McCullough中之雙區含碳纖維之雙區前驅物纖維，可與其他纖維混合，以提供具有優異的耐熱性及耐火性以及類似於習知紗線之織物特性以使其適用於衣服之紗線及織物。
在某些實施例中，織物，諸如針織物、紡織物及不織物，提供耐熱性及耐火性。該等織物可用於穿著者可能經受熱、火焰及電危險物之保護性工業服裝。此等織物包括含選自由以丙烯腈為主的均聚物、以丙烯腈為主的共聚物、以丙烯腈為主的三元共聚物、及其組合組成之群的氧化聚合纖維之混合紗線。
在另一實施例中，一種物件，其包括含混合紗線及視需要之伴隨紗線之紡織物。該混合紗線包括：
(i)　約10重量%至約85重量%的含選自由以丙烯腈為主的均聚物、以丙烯腈為主的共聚物、以丙烯腈為主的三元共聚物、及其組合組成之群的氧化聚合物之至少一種雙區纖維；
(ii)　選自由FR聚酯、FR耐綸、FR螺縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈(modacrylic)、酚醛纖維(novoloid)、三聚氰胺、羊毛、耐綸、再生纖維素(溶胞纖維(lyocell)、莫代爾纖維(modal)、黏液纖維)、聚氯乙烯、抗靜電纖維、金屬纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群的至少一種伴隨纖維；及視需要包括一種與該混合紗線不同之伴隨紗線；其中該伴隨紗線包括含量少於該織物重量的20重量%(即該織物的0重量%至20重量%)之對芳族聚醯胺；及其中該織物具有約3 oz/yd2 至約12 oz/yd2 之重量。
該混合紗線可進一步包括含氧化聚合物之纖維，其係在該纖維之整體橫截面上經實質上均勻地氧化。
某些實施例之方法包括：
(a)　提供包括選自由以丙烯腈為主的均聚物、以丙烯腈為主的共聚物、以丙烯腈為主的三元共聚物、及其組合組成之群之氧化聚合物之至少一種纖維；
(b)　提供選自由FR聚酯、FR耐綸、FR螺縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、酚醛纖維、三聚氰胺、羊毛、耐綸、再生纖維素(溶胞纖維、莫代爾纖維、黏液纖維)、聚氯乙烯、抗靜電纖維、金屬纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群之至少一種伴隨纖維；及
(c)　組合包括氧化聚合纖維之纖維與至少一種伴隨纖維以形成一紗線；其中該包括氧化聚合物之纖維係以該紗線之約10重量%至約85重量%之量存在。
在某些實施例中係一種包括混合紗線之物件。該混合紗線包括至少一種氧化聚合纖維及選自由FR聚酯、FR耐綸、FR螺縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、酚醛纖維、三聚氰胺、羊毛、耐綸、再生纖維素(溶胞纖維、莫代爾纖維、黏液纖維)、聚氯乙烯、抗靜電纖維、鋼纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群之至少三種伴隨纖維；其中該物件係紡織物且符合HRC等級2之標準。
在某些實施例中係一種包含混合紗線之物件，其包括至少一種耐熱性纖維，諸如氧化聚合纖維。該紗線係包含於物件中，諸如具有小於7.5 oz/yd2 的織物重量及根據ASTM F1959，「測定服裝材料之電弧額定之標準測試方法」為8或更高的電弧額定且滿足HRC 2之性能標準之織物。
如文中所用，術語混合或混合的，在關於紡紗紗線時，意指至少兩種類型的纖維之混合物，其中該混合物係以如下方式形成：使各類型纖維之個別纖維與其他類型的個別纖維實質上完全地混合以提供纖維之實質上均質的混合物，其具有充分的纏結以在進一步加工及使用中保持其完整性。
如文中所用，術語「雙區纖維」包括橫截面顯示可區分的內核及外鞘之纖維。對於氧化雙區纖維，該鞘實質上構成纖維之氧化部份。
耐熱性纖維(諸如氧化聚合纖維)可與其他紗線或纖維以其他紗線構造組合。此等實例尤其包括(諸如)藉由用另一紗線捻結、單或雙包裝、及核心紡紗，而用其他紗線包覆該氧化聚合纖維。該氧化聚合纖維可形成核心或鞘(包覆物)。
可用作(1)含氧化聚合纖維之伴隨纖維或(2)可作為伴隨紗線包括或包含於伴隨紗線中之抗靜電纖維係熟悉此項技術者已知曉。有用的抗靜電纖維包括(但不限於)金屬或其他導電紗線及纖維。紗線及纖維可包括抗靜電塗層或可經具有抗靜電特性之纖維或紗線包裝。
某些實施例提供織物，諸如包括含諸如雙區纖維之至少一種氧化聚合纖維之紗線之紡織物、針織物或不織物。該等織物可用於衣服、絕緣或該等織物可提供益處之任何其他最終用途中。適宜的氧化聚合纖維之實例係選自由以丙烯腈為主的均聚物、以丙烯腈為主的共聚物、以丙烯腈為主的三元共聚物、及其組合物組成之群。氧化聚合物之一適宜聚合物係聚丙烯腈。該氧化聚合纖維係與一或多種伴隨纖維組合以提供混合紗線。
當該織物具有紡織構造時，此包括(但不限於)平織、斜紋、緞紋、籃紋以及更耐久的織物，諸如彼等具有格狀織紋構造者。當該織物係紡織布時，其可包括對芳族聚醯胺作為伴隨紗線或以少於織物重量的20重量%混合於伴隨紗線中。該紡織物可包括文中所述之任何其他伴隨紗線。
亦涵蓋具有織物構造之針織物，其包括(但不限於)緯編針織物，諸如圓形針織物及經編針織物。此等針織物可包括除包含諸如氧化聚合雙區纖維之氧化聚合纖維之混合紗線外的伴隨紗線。
當該織物係不織物時，混合紗線可包括與其他紗線組合之氧化聚合雙區纖維。不織物尤其適用於絕緣。
該氧化聚合物可在該纖維之整個橫截面上實質上地氧化或可為雙區纖維。該雙區纖維可具有非氧化聚合核心及氧化聚合鞘。
聚合纖維之氧化可根據任何適宜的方法發生。氧化聚合纖維(諸如聚丙烯腈(PAN))之一適宜的方法包括將該纖維在張力下、在約150℃至約350℃(對於諸如聚丙烯腈(PAN)之聚合物)之適度高溫下引入氧化氛圍中。將該纖維在氧化氛圍中保持充足的時間，以達到氧氣滲透至該纖維之所希望之水平(鞘氧化或完全氧化)。該氧化聚合物可以任何適宜的丹尼(denier)使用，諸如約1至約6丹尼，包括約2至約6丹尼。
除氧化聚合纖維外，包含於混合紗線中之伴隨纖維可為適用於衣服紗線及織物之任何纖維。該等伴隨纖維亦可提供耐熱性質。有用的伴隨纖維之特定實例包括FR聚酯、FR耐綸、FR螺縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、酚醛纖維、三聚氰胺、羊毛、耐綸(呈切斷或長絲形式)、再生纖維素(溶胞纖維、莫代爾纖維、黏液纖維)、聚氯乙烯、抗靜電纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)及其組合。
在適用於包括氧化聚合纖維之某些實施例中之混合紗線中，不同纖維組分之重量百分比可不同。該氧化聚合纖維可以該混合紗線之約10重量%至約90重量%，包括約10重量%至約85重量%、約15重量%至約50重量%、約20重量%至約60重量%、約20重量%至約75重量%、約30重量%至約85重量%、及約35重量%至約65重量%之量存在。混合紗線中伴隨纖維之重量百分比將根據所包含之伴隨紗線之量及織物之所需性質而有所不同。除氧化聚合纖維外，可存在一、二、三、四或更多種伴隨纖維。FR螺縈可以該紗線之0至約60重量%之量存在，間芳族聚醯胺可以該紗線之0至約30重量%之量存在，對芳族聚醯胺可以該紗線之0至約40重量%之量存在，改質聚丙烯腈可以該紗線之0至約40重量%之量存在，羊毛可以該紗線之0至約60重量%之量存在，耐綸(以切斷或長絲)可以該紗線之0至約30重量%之量存在，聚氯乙烯(PVC)可以該紗線之0至約20重量%之量存在，及抗靜電或鋼纖維可以該紗線之0至約10重量%之量存在。其他纖維可以熟悉此項技術者可決定之適宜量包含。包括於混合物中之包含三種伴隨纖維之有用的實例係(a)FR螺縈、耐綸、再生纖維素(溶胞纖維、莫代爾纖維、黏液纖維)及對芳族聚醯胺之組合；及(b)羊毛、改質聚丙烯腈及耐綸及再生纖維素(溶胞纖維、莫代爾纖維、黏液纖維)之組合。
某些實施例之織物視需要包括除包含氧化聚合纖維之混合紗線外之一或多種伴隨紗線。該物件可包括一或多種伴隨紗線，其中該伴隨紗線中對芳族聚醯胺之量係少於該織物之20重量%。伴隨紗線之實例包括由選自由FR聚酯、FR耐綸、FR螺縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、羊毛、耐綸、再生纖維素(溶胞纖維、莫代爾纖維、黏液纖維)、聚氯乙烯、抗靜電纖維、鋼纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)及其組合組成之群之纖維構成之紗線。該伴隨紗線可包括混合紗線、機紡紗、包線及捻線，以及長絲紗線。該伴隨紗線亦可包括耐熱性纖維或紗線及可包括氧化聚合纖維。
氧化聚合纖維之密度將根據氧化程度而不同。例如，密度可為約1.20 g/cm3 至約1.50 g/cm3 ，包括1.20 g/cm3 至約1.44 g/cm3 ，約1.30 g/cm3 至約1.44 g/cm3 ，及約1.20 g/cm3 至約1.40 g/cm3 。當該氧化聚合纖維僅部份氧化時，可產生雙區纖維，諸如鞘-核心纖維。
未經氧化之核心區域可具有半徑(r)，然而該纖維之橫截面可具有半徑(R)。核心區域對該纖維之總半徑之比率(r:R)會根據氧化程度而不同。此比率(r:R)可在約1:1.03至約1:7；諸如約1:1.03至約1:1.4，約1:2至約1:9，約1:2至約1:6；及約1:1.05至約1:1.8，包括約1:1.105至約1:1.4間變化。
某些實施例之織物可經製備為輕質織物但仍保持工業服裝所需之性質。該等織物可具有小於12 oz/yd2 ，包括小於7.5 oz/yd2 ，約3 oz/yd2 至約12 oz/yd2 ，約3 oz/yd2 至約7.5 oz/yd2 ，約4 oz/yd2 至約9 oz/yd2 ，及3 oz/yd2 至約6.5 oz/yd2 之重量。
某些實施例之織物對於某些工業服裝應用表現相當優異，諸如ASTM F1959，「測定服裝材料之電弧額定之標準測試方法」，其中該等織物滿足或超過標準同時仍保持低織物重量。應瞭解織物越重，其對諸如熱、化學、電等之危險物的保護會更好。然而，某些實施例之織物可具有8或更大的電弧額定，包括9或更大的電弧額定。電弧額定9可用7.5 oz/yd2 或更小，諸如約6.5 oz/yd2 至約7.5 oz/yd2 之織物達成。此等性質對於衣服的穿著者可能經受危險條件之工業用途所需之輕質與保護性織物之組合之衣服而言相當重要。該等織物或衣服當需要時亦可經染色。
某些實施例之織物可具有除滿足上述電弧額定之標準外之其他有益性質。某些實施例之織物當根據國家防火協會標準(NFPA)2112(2007)，「保護工業從業人員不受閃火之耐火性衣服之標準」測試時，可提供<4英寸的垂直可燃性碳化長度(根據測試方法ASTM D6413)、>10 cal/cm2 的熱保護性能等級(隔開)及<50%的熱人體模型%體燃燒(根據測試方法ASTM F1930)。
包括氧化聚合纖維之紗線可藉由任何適宜的紡紗方法製備，諸如彼等習知用於切斷纖維之方法。
有用方法之實例包括通常用於羊毛之紡紗方法以製造羊毛紗線。因此，用於某些實施例中之紗線可為混合精梳毛紗，或換言之，於精梳毛紗紡紗系統上所製造之紗線。此等紗線可使用精紡梳毛機或使用轉換絲束(converted tow)來製備。用於包括切斷纖維之短纖維(諸如棉線)之方法亦可使用。
本發明之特徵及優勢係藉由以下針對闡釋目的而提供之實例更完全地顯示，及不應將其視為以任何方式限制本發明。
實例
測試方法：對於熱保護之測試方法及最低要求包括：
a.ASTM D6413 ：紡織物之耐火性測試方法(垂直測試)
b.NFPA 2112 ：(國家防火協會)保護工業從業人員對抗閃火之耐火性衣服之標準。第8.2部份(熱保護性能測試)
c.NFPA 1977 ：(國家防火協會)保護性服裝及荒地滅火設備之標準
d.NAFPA 1951 ：(國家防火協會)關於技術營救事件之保護性服裝之標準
e.ASTM F1930 ：使用儀器化人體模型評估耐火性服裝關於對閃火模擬之保護之測試方法
f.ASTM F1959 ：測定服裝材料的電弧額定之標準測試方法
以下表包括根據各測試方法之織物樣品(表1)及結果(表2至4)。該等織物係僅使用包括表1中所示之纖維之混合紗線製備為斜紋織物。包括各測試方法之最低需求以用於比較。各本發明織物(1)、(2)、(3)、及(4)分別滿足對於其意欲最終用途應用所需之最低標準。
雖然已闡述目前據信係本發明之較佳實施例，但熟悉此項技術者應瞭解可在不偏離本發明之主旨下對其進行改變及修飾，且所有該等變化及修飾係涵蓋於本發明之範疇中。

Claims (35)

  1. 一種包括織物之物件，其包括：(a)混合紗線，其包括：(i)10重量%至85重量%的包含選自由以丙烯腈為主的均聚物、以丙烯腈為主的共聚物、以丙烯腈為主的三元共聚物、及其組合組成之群之氧化聚合物的至少一種雙區纖維；(ii)選自由FR聚酯、FR耐綸、FR嫘縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈(modacrylic)、酚醛纖維(novoloid)、三聚氰胺、羊毛、耐綸、再生纖維素、聚氯乙烯、抗靜電纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群之至少一種伴隨纖維；及其中該織物具有3oz/yd2 至12oz/yd2 之重量。
  2. 如請求項1之物件，其進一步包括與該混合紗線不同之伴隨紗線，其中該伴隨紗線包括含量少於織物重量之20%的對芳族聚醯胺。
  3. 如請求項1或2之物件，其中該織物係紡織物。
  4. 如請求項1或2之物件，其中該物件具有4oz/yd2 至9oz/yd2 之重量。
  5. 如請求項1或2之物件，其中該混合紗線進一步包括含氧化聚合物之纖維，其係在該纖維之整個橫截面上實質上均勻地氧化。
  6. 如請求項5之物件，其中該經實質上均勻地氧化之纖維具有1.30g/cm3 至1.44g/cm3 之密度。
  7. 如請求項1或2之物件，其中該包括該氧化雙區聚合物之纖維具有1.20g/cm3 至1.40g/cm3 之密度。
  8. 如請求項1或2之物件，其中該雙區纖維具有非氧化聚合核心及氧化聚合鞘。
  9. 如請求項8之物件，其中該雙區纖維具有1：1.03至1：7之該核心的半徑對該纖維的半徑(r：R)之比率。
  10. 如請求項8之物件，其中該雙區纖維具有1：1.03至1：1.4之該核心的半徑對該纖維的半徑(r：R)之比率。
  11. 如請求項8之物件，其中該雙區纖維具有1：1.105至1：1.8之該核心的半徑對該纖維的半徑之比率。
  12. 如請求項1或2之物件，其中該氧化聚合物包括聚丙烯腈。
  13. 如請求項1或2之物件，其中該氧化聚合物具有1.20g/cm3 至1.50g/cm3 之密度。
  14. 如請求項1或2之物件，其中該織物符合或超過ASTM F1959，「測定服裝材料之電弧額定之標準測試方法」之標準。
  15. 如請求項14之物件，其中該電弧額定係大於8。
  16. 如請求項14之物件，其中該電弧額定係大於9，及該物件具有6.5oz/yd2 至7.5oz/yd2 之重量。
  17. 如請求項14之物件，其中該電弧額定係大於8，及該物件具有5.0oz/yd2 至6.5oz/yd2 之重量。
  18. 如請求項1或2之物件，其中該至少一種伴隨纖維包括呈切斷纖維或連續長絲形式之耐綸。
  19. 如請求項1或2之物件，其中該織物已經染色。
  20. 如請求項1或2之物件，其中該伴隨紗線包括選自由FR聚酯、FR耐綸、FR嫘縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、羊毛、耐綸、再生纖維素、聚氯乙烯、抗靜電纖維、鋼纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群之纖維。
  21. 如請求項1或2之物件，其中該織物包括衣服。
  22. 如請求項1或2之物件，其中該紗線僅包括一種伴隨纖維，且包括該氧化聚合物之該纖維係以該紗線之30重量%至85重量%之量存在。
  23. 如請求項1或2之物件，其中該紗線包括至少兩種伴隨纖維。
  24. 如請求項23之物件，其中包括該氧化聚合物之該纖維係以該紗線之15重量%至50重量%之量存在於該紗線中。
  25. 如請求項1或2之物件，其中該紗線包括至少三種伴隨纖維。
  26. 如請求項25之物件，其中包括該氧化聚合物之該纖維係以該紗線之15重量%至50重量%之量存在於該紗線中。
  27. 如請求項25之物件，其中該三種伴隨纖維係選自：(a)FR嫘縈、耐綸、再生纖維素、及對芳族聚醯胺之組合；及 (b)羊毛、改質聚丙烯腈及耐綸及再生纖維素之組合。
  28. 如請求項1或2之物件，其中該紗線包括四種伴隨纖維。
  29. 如請求項1或2之物件，其中該紗線係一種於精梳毛紗紡紗系統上製成之混合紗線。
  30. 一種製備混合紗線之方法，其包括：(a)提供包括選自由以丙烯腈為主的均聚物、以丙烯腈為主的共聚物、以丙烯腈為主的三元共聚物、及其組合組成之群之氧化聚合物之至少一種雙區纖維；(b)提供選自由FR聚酯、FR耐綸、FR嫘縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、酚醛纖維、三聚氰胺、羊毛、耐綸、再生纖維素、聚氯乙烯、抗靜電纖維、鋼纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群之至少一種伴隨纖維；及(c)使包括氧化聚合纖維之該雙區纖維與該至少一種伴隨纖維組合以形成一紗線；其中包括該氧化聚合物之該雙區纖維係以該紗線之10重量%至85重量%之量存在。
  31. 如請求項30之方法，其中該紗線係藉由使用精紡梳毛機製備。
  32. 如請求項30之方法，其中該紗線係藉由使用轉換絲束(converted tow)製備。
  33. 如請求項30之方法，其中包括氧化聚合物之該纖維係選 自由切斷纖維、中長纖維、精梳纖維、及連續長絲組成之群。
  34. 一種包括混合紗線之物件，其中該混合紗線包括至少一種氧化聚合雙區纖維及選自由FR聚酯、FR耐綸、FR嫘縈、經FR處理之纖維素、間芳族聚醯胺、對芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈、酚醛纖維、三聚氰胺、羊毛、耐綸、再生纖維素、聚氯乙烯、抗靜電纖維、鋼纖維、聚(對伸苯基苯并雙噁唑)(PBO)、聚苯并咪唑(PBI)、聚磺醯胺(PSA)、及其組合組成之群之至少三種伴隨纖維；其中該物件係紡織物；及該織物符合HRC等級2之標準。
  35. 一種包括混合紗線之物件，其中該混合紗線包括至少一種耐熱纖維；該物件具有小於7.5oz/yd2 之織物重量及根據ASTM F1959，「測定服裝材料之電弧額定之標準測試方法」為9或更高的電弧額定。
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