TWI752440B - 耐切割聚乙烯紗線、製造該紗線的方法及使用該紗線製造的防護物品 - Google Patents

耐切割聚乙烯紗線、製造該紗線的方法及使用該紗線製造的防護物品 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種聚乙烯紗線、一種製造該紗線的方法及一種使用該紗線製造的防護物品，該聚乙烯紗線可以製造能夠在具有高耐切割性的同時，提供優異的穿著性能的防護物品。

Description

耐切割聚乙烯紗線、製造該紗線的方法及使用該紗線製造的防護物品
本發明涉及一種耐切割聚乙烯紗線、一種製造該紗線的方法及一種使用該紗線製造的防護物品，更具體地，涉及一種聚乙烯紗線、一種製造該紗線的方法及一種使用該紗線製造的防護物品，該聚乙烯紗線可以製造能夠在具有高耐切割性的同時，提供優異的穿著性能的防護物品。
從事保安(security)領域的人員，例如警察和軍人、以及在其他各種產業領域中使用鋒利切削工具的人員，總是暴露於受傷的風險中。因此，應提供防護物品，例如手套或衣服，以最小化受傷的風險。
為了使人體免受武器或諸如刀的鋒利切割工具的傷害，防護物品必須具有耐切割性。
為了對防護物品提供高耐切割性，高強度聚乙烯紗線用於製造這些防護物品。例如，高強度聚乙烯紗線單獨用於製造織物，或者高強度聚乙烯紗線和其他類型的紗線可以一起使用以形成股紗，然後，可以將股紗用於製造織物。
眾所周知，超高分子量聚乙烯(以下稱為「UHMWPE」)是一種高強度聚乙烯紗線類型，通常是由重量平均分子量為600,000g/mol以上的線性聚乙烯所形成的紗線，並且由於UHMWPE的高熔體黏度(melt viscosity)，其只能透過凝膠紡絲法製備。例如，可以在催化劑的存在下於有機溶劑中使乙烯聚合以製備UHMWPE溶液，將該溶液紡絲並冷卻以形成纖維形式的凝膠，並且可以將纖維形式的凝膠拉伸，以獲得高強度和高模數的聚乙烯紗線。然而，由 於凝膠紡絲法需要使用有機溶劑，因此，不僅引起環境問題，而且回收有機溶劑也需要巨大的成本。
通常，因為高密度聚乙烯是具有重量平均分子量為20,000至600,000g/mol的線性聚乙烯，與UHMWPE相比，其具有相對較低的熔體黏度，可進行熔融紡絲，因此，可以克服在凝膠紡絲法中無法避免的環境問題和高成本問題。然而，由於其與UHMWPE相比，分子量相對較低，因此，高密度聚乙烯紗線的強度不可避免地低於UHMWPE紗線的強度。
因此，為了提高高密度聚乙烯紗線的強度而進行不斷的嘗試，因此即使使用透過熔融紡絲法製造的聚乙烯紗線也可以製造具有符合要求的耐切割性的防護物品。
然而，儘管僅強調強度的提高而開發的高密度聚乙烯紗線可以為防護物品提供符合要求的耐切割性，但是其導致了穿著性能(wearability)下降的嚴重問題。換句話說，由聚乙烯紗線製成的防護手套或衣服變得過硬，這阻礙了穿戴者的移動(例如，在手套的例子中的手指的移動)且降低了工作效率。這種不佳的穿著性能導致逃避穿戴防護物品且增加受傷的風險。
本發明涉及一種耐切割聚乙烯紗線、一種製造該紗線的方法及一種使用該紗線製造的防護物品，該聚乙烯紗線可防止由現有技術的侷限性和缺點引起的問題。
本發明的一個態樣在於提供一種聚乙烯紗線，可以製造能夠在具有高耐切割性的同時，提供優異的穿著性能的防護物品。
本發明的另一態樣在於提供一種製造聚乙烯紗線的方法，可以製造能夠在具有高耐切割性的同時，提供優異的穿著性能的防護物品。
本發明的又一態樣在於提供一種防護物品，能夠在具有高耐切割性的同時，提供優異的穿著舒適度。
本發明的以上和其他目的、特徵和其他優點將在下文中描述，或者將由本發明所屬技術領域中具有通常知識者透過這些描述清楚地理解。
根據本發明的一個態樣，提供一種聚乙烯紗線，具有80,000至180,000g/mol的重量平均分子量、100至250g/d的初始模數(initial modulus)、以及6至10%的伸長率(elongation)。
該聚乙烯紗線可以具有120至200g/d的初始模數。
該聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率可以為大於2.5%且6.0%以下。
該聚乙烯紗線在50℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率可以為65至75%，該聚乙烯紗線在80℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率可以為30至45%，且該聚乙烯紗線在105℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率可以為10至25%。
該聚乙烯紗線可以包含40至500根的長絲，該些長絲中的每一根具有1至3丹尼的細度，且該聚乙烯紗線可以具有100至1,000丹尼的總細度。
根據本發明的另一態樣，提供一種製造聚乙烯紗線的方法，包括以下步驟：
將聚乙烯切粒熔融以得到聚乙烯熔體，該聚乙烯切粒在190℃的熔融指數(melt index，MI)為0.3至3g/10min；
通過具有複數個噴嘴孔的紡嘴擠出該聚乙烯熔體；
當該聚乙烯熔體從該些噴嘴孔排出時，對所形成的複數根長絲進行冷卻；
將冷卻後的該些長絲匯聚以形成複絲紗線；
以8至20倍的總拉伸率對該複絲紗線進行拉伸和熱定型；以及
將拉伸和熱定型後的該複絲紗線進行捲紗，
其中，該拉伸步驟以多段式拉伸的方式進行，且在該多段式拉伸的過程中於最終拉伸時的鬆弛率為3%至8%。
該聚乙烯切粒的重量平均分子量可以為80,000至180,000g/mol。
該拉伸步驟可以使用複數個導絲輥進行。
該複絲紗線的熱定型可以透過複數個導絲輥進行。
根據本發明的又一態樣，提供一種以被覆紗編織成的防護物品，該被覆紗包括：
上述聚乙烯紗線；
聚氨酯紗線，螺旋圍繞在該聚乙烯紗線上；以及
聚醯胺紗線或聚酯紗線，螺旋圍繞在該聚乙烯紗線上，
其中，該防護物品具有5.0以上的耐切割係數及5.0gf以下的硬挺度(stiffness)。
該防護物品的耐切割係數可以為5.0至8.5，且硬挺度可以為2.0至5.0gf。
該聚乙烯紗線可以具有在100℃的乾熱收縮率為大於2.5%且小於6%。
該聚乙烯紗線的重量可以是該被覆紗的總重量的45至85%，該聚氨酯紗線的重量可以是該被覆紗的總重量的5至30%，且該聚醯胺紗線或聚酯紗線的重量可以是該被覆紗的總重量的5至30%。
如上所述之本發明的一般性描述僅用於說明或解釋本發明，並且不限制本發明的範圍。
本發明的聚乙烯紗線儘管是透過熔融紡絲製造，仍具有11g/d以上的高強度，從而能夠製造具有5以上、更佳為5.5至8.5的高耐切割係數的防護物品。
此外，本發明的聚乙烯紗線具有250g/d以下的低初始模數和6%以上的高伸長率，從而能夠製造具有5gf以下、較佳為2至5gf的低硬挺度(即，優異的穿著性能)的防護物品。
10:複絲紗線
11:長絲
20:防護手套
21:試樣
21a:與手套的手指相鄰的一側
21b:與手套的手腕相鄰的一側
31:試樣架
32:試樣壓制器
100:擠出機
200:紡嘴
300:冷卻部件
400:匯聚裝置
500:拉伸部件
600:纏結裝置
700:捲紗機
f1:手套外表面
f2:手套內表面
GR1:導絲輥
GRn:導絲輥
OR:塗油輥
附圖被包含在本發明中以提供對本發明的進一步理解且被併入並構成本發明的一部分，其說明本發明的實施方式，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。
圖1是示意性地顯示根據本發明一個實施例之用於製造聚乙烯紗線的設備；以及
圖2和圖3是顯示用於測量防護手套的強度的方法。
在下文中，將詳細描述本發明的聚乙烯紗線的各種實施方式。
本發明的聚乙烯紗線，透過熔融紡絲製造且用於製造需要高耐切割性的防護物品(例如，防護手套)，可以具有80,000至180,000g/mol的重量平均分子量(Mw)、100至250g/d的初始模數、以及6至10%的伸長率。
在僅過分強調防護物品的耐切割性的先前研究中，提出了將聚乙烯紗線的初始模數提高至例如300g/d以上，且將伸長率降低至例如低於6%。
但是，根據本發明，防護物品的耐切割性主要由聚乙烯紗線的強度、聚乙烯紗線的打滑性(slippiness)(即，當刀或鋒利的工具經過聚乙烯紗線時，沿表面滑動而不會被紗線卡住的特性)、以及構成該紗線的纖維的捲繞(rolling)特性(即，當刀或鋒利的工具經過該紗線時，圍繞著該紗線的縱軸扭轉或捲曲的纖維的特性)來決定。由此判斷，聚乙烯紗線的初始模數和伸長率一旦達到特定程度，就不再對防護產品的耐切割性產生實質性影響。
相反地，如果聚乙烯紗線的初始模數太高及/或聚乙烯紗線的伸長率太低，則使用這種聚乙烯紗線製造的織物具有高硬挺度，由於不良的覆蓋性能和編織性能，使得防護產品的穿著性能顯著降低，且良率可能會降低。
因此，本發明人透過實驗證實，當聚乙烯紗線的初始模數為100至250g/d、伸長率為6至10%、且重量平均分子量為80,000至180,000g/mol時，該聚乙烯紗線具有優異的強度和耐切割係數，並且同時具有低硬挺度，因此，可以具有提高的穿著性能，從而完成了本發明。
本發明的一個實施方式的聚乙烯紗線的重量平均分子量為80,000至180,000g/mol、120,000至160,000g/mol、或140,000至160,000g/mol，可以實現高強度。
同時，本發明的一個實施方式的聚乙烯紗線具有100至250g/d的初始模數和6至10%的伸長率，可以實現高耐切割係數和優異的穿著性能。
具體地，該聚乙烯紗線的初始模數可以為100g/d以上、或120g/d以上、或150g/d以上；且為250g/d以下、或230g/d以下、或200g/d以下。例如，該聚乙烯紗線的初始模數可以為：100至250g/d、或100至230g/d、或100至200g/d、或120至250g/d、或120至230g/d、或120至200g/d、或150至250g/d、或150至230g/d、或150至200g/d。
當該聚乙烯紗線的初始模數大於250g/d或伸長率小於6%時，使用該聚乙烯紗線製造的織物具有大於5gf的高硬挺度，因此，織物過硬，且防護產品的穿戴者可能會感到不舒服。
在該聚乙烯紗線的初始模數小於100g/d或伸長率大於10%的情況下，由於使用者連續地使用該聚乙烯紗線所製造的防護產品，因此，耐切割性降低，可能會在織物中引起毬粒(pills)，甚至可能損壞該織物。
同時，本發明的聚乙烯紗線在100℃的亁熱收縮率可以為大於2.5%且小於6%。
具體地，該聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率可以為大於2.5%、或2.8%以上、或3.0%以上；並且為6.0%以下、或5.0%以下、或4.0%以下、或3.5%以下。例如，該聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率可以為：大於2.5%且6.0%以下、或大於2.5%且5.0%以下、或大於2.5%且4.0%以下、或大於2.5%且3.5%以下、或2.8至6.0%、或2.8至5.0%、或2.8至4.0%、或2.8至3.5%、或3.0至6.0%、或3.0至5.0%、或3.0至4.0%、或3.0至3.5%。
當乾熱收縮率為2.5%以下時，該紗線的初始模數超過250g/d，因此防護物品的穿著性能可能下降。另一方面，當乾熱收縮率超過6%時，存在著以下問題：這樣的紗線所製造的成品(例如，防護手套)具有由於收縮而變形的高風險。根據本發明的一個實施方式，透過選擇具有適當分子量的聚乙烯原料並適當調整拉伸條件，可以將該聚乙烯紗線的乾熱收縮率調整為大於2.5%且小於6%。
本發明的聚乙烯紗線在50℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率(以下稱為「在50℃的儲存彈性保持率」)可以為65至75%、或68至75%。
該聚乙烯紗線在80℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率(以下稱為「在80℃的儲存彈性保持率」)可以為30至45%、或35至45%、或37至45%。
並且，該聚乙烯紗線在105℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率(以下稱為「在105℃的儲存彈性保持率」)可以為10至25%、或15至25%、或20到25%。
透過選擇具有適當分子量的聚乙烯原料，可以將該聚乙烯紗線的儲存彈性保持率分別調整在上述範圍內。
當在50℃的儲存彈性保持率小於65%，或在80℃的儲存彈性保持率小於30%，或在105℃的儲存彈性保持率小於10%時，該紗線的強度降低至小於11g/d，致使難以製造具有符合要求的耐切割性的防護產品。
另一方面，如果在50℃的儲存彈性保持率超過75%，或在80℃的儲存彈性保持率超過45%，或在105℃的儲藏彈性保持率超過25%，則該紗線的初始模數超過250g/d，因此，防護物品的穿著性能可能下降且收縮率可能降低。
同時，本發明的聚乙烯紗線可以是複絲紗線，該複絲紗線為40至500根連續長絲(continuous filaments)的絲束。該些連續長絲中的每一根可以具有1至3丹尼的細度，且該聚乙烯紗線可以具有100到1,000丹尼的總細度。
同時，本發明的聚乙烯紗線可以具有大於5且9以下的多分散性指數(Polydispersity Index,PDI)，以使用該紗線製造防護物品。多分散性指數(PDI)是重量平均分子量(Mw)與數量平均分子量(Mn)的比率(Mw/Mn)，也稱為分子量分布指數(MWD)。
此外，本發明的聚乙烯紗線的強度可以為11g/d以上，較佳為11至18g/d，使得使用該紗線製造的防護物品可以具有5以上的耐切割係數。
同時，根據本發明的另一實施方式，可以提供一種製造聚乙烯紗線的方法，包括以下步驟：
將聚乙烯切粒熔融以得到聚乙烯熔體，該聚乙烯切粒在190℃的熔融指數(MI)為0.3至3g/10min；
通過具有複數個噴嘴孔的紡嘴擠出該聚乙烯熔體；
當該聚乙烯熔體從該些噴嘴孔排出時，對所形成的複數根長絲進行冷卻；
將冷卻後的該些長絲匯聚以形成複絲紗線；
以8至20倍的總拉伸率對該複絲紗線進行拉伸和熱定型；以及
將拉伸和熱定型後的該複絲紗線進行捲紗，
其中，該拉伸步驟以多段式拉伸的方式進行，且在該多段式拉伸的過程中於最終拉伸時的鬆弛率為3%至8%。
在下文中，將參照圖1詳細描述根據本發明的一個實施方式之製造聚乙烯紗線的方法。
該製造聚乙烯紗線的方法可以包含：將聚乙烯切粒熔融以得到聚乙烯熔體，該聚乙烯切粒(在190℃)的熔融指數(MI)為0.3至3g/10min。
例如，首先透過將聚乙烯切粒引入擠出機(extruder)100中並使其熔融來獲得聚乙烯熔體。
在本發明的方法中，用作原料的聚乙烯(以下稱為「聚乙烯切粒」)具有0.3至3g/10min的熔融指數(MI)。在本說明書中，該聚乙烯切粒的熔融指數是在190℃測得的值。
當該聚乙烯切粒的熔融指數(MI)小於0.3g/10min時，由於聚乙烯熔體的高黏度和低流動性，難以確保在擠出機100中的順暢流動性，使紡絲裝置過載且不能適當地進行程序控制，因此難以確保紗線性質的均勻性。另一方面，當該聚乙烯切粒的熔融指數(MI)超過3g/10min時，聚乙烯熔體在擠出機100中的流動性相對良好，但是由於該聚乙烯的低分子量，因此難以得到具有11g/d以上的高強度特性的紗線。
該聚乙烯切粒的重量平均分子量(Mw)可以為80,000g/mol以上、或100,000g/mol以上、或120,000g/mol以上。當重量平均分子量(Mw)小於80,000g/mol時，最終難以獲得強度為11g/d以上的紗線。
同時，如果通常與熔融指數(MI)具有反向關係的重量平均分子量(Mw)過高，超過180,000g/mol，則紡絲裝置由於高熔體黏度而過載，且不能適當地進行程序控制，因而難以確保紗線的優異特性。因此，該聚乙烯切粒的重量平均分子量(Mw)較佳為180,000g/mol以下、或170,000g/mol以下、或160,000g/mol以下。
然而，考慮到在紡絲過程中，分子量可能由於聚乙烯的熱分解而略微降低，該聚乙烯切粒的重量平均分子量(Mw)的上限可以略高於目標分子量(即，在本發明中的聚乙烯紗線的重量平均分子量，且為80,000至180,000g/mol)的上限。
本發明的聚乙烯切粒可以具有100至250g/d的初始模數和6至10%的伸長率。
本發明的聚乙烯切粒可以具有大於5且9以下的多分散性指數(PDI)。
同時，根據一個實施方式之製造聚乙烯紗線的方法可以包括：通過具有複數個噴嘴孔的紡嘴擠出該聚乙烯熔體。
該聚乙烯熔體由擠出機100中的螺桿輸送到具有複數個噴嘴孔的紡嘴200，然後通過該些噴嘴孔擠出。紡嘴200中的噴嘴孔的數量可以根據欲製造的紗線的DPF(每根長絲的丹尼數(denier per filament))和總細度來決定。根據本發明的一個實施方式，為了製造DPF為1至3且總細度為100至1,000的紗線，紡嘴200可以具有40至500個噴嘴孔。
擠出機100中的熔融過程和通過紡嘴200的擠出過程在150至315℃進行，較佳在250至315℃，更佳在260至290℃。即，較佳的是擠出機100和紡嘴200維持在150至315℃，較佳在250至315℃，更佳在260至290℃。根據本發明的一個實施方式，將該聚乙烯切粒引入擠出機100中，並且將移動直到通過紡嘴200的噴嘴孔排出為止的空間劃分為複數個部分，從而控制每一個所劃分的空間的溫度。例如，在150至315℃，較佳在250至315℃，更佳在260至290℃的溫度範圍內，可以控制每一個所劃分的空間的溫度，使得在後段處所劃分的空間的溫度大於等於在前段處所劃分的空間的溫度。
當紡絲溫度低於150℃時，由於低紡絲溫度，無法實現聚乙烯切粒的均勻熔融，因此可能難以紡絲。同時，當紡絲溫度超過315℃時，引起聚乙烯的熱分解，因此可能難以實現高強度。
紡嘴200的孔長L與孔徑D的比率L/D可以為3至40。當L/D小於3時，在熔體擠出期間發生模頭膨脹(die swell)現象，且變得難以控制聚乙烯的彈性行為，導致可紡性差。當L/D超過40時，由於通過紡嘴200的聚乙烯熔體的頸縮(necking)現象而可能發生斷紗，並且由於壓降而可能發生不規則的排出現象。
同時，根據一個實施方式之製造聚乙烯紗線的方法可以包括：當該聚乙烯熔體從該些噴嘴孔排出時，對所形成的複數根長絲進行冷卻。
當該聚乙烯熔體從紡嘴200的噴嘴孔排出時，由於紡絲溫度與室溫之間的差異，該聚乙烯熔體開始固化，且形成複數根處於半固化狀態的長絲11。在本說明書中，將半固化的長絲和完全固化的長絲統稱為「長絲」。
透過在冷卻部件(或淬冷區(quenching zone))300中對該複數根長絲11進行冷卻使其完全固化。長絲11的冷卻可以透過氣冷法進行，例如， 長絲11的冷卻可以使用風速為0.2至1m/sec的冷卻空氣在15至40℃進行。當冷卻溫度低於15℃時，由於過冷而導致伸長率不足，從而在隨後的拉伸過程中可能發生斷紗。當冷卻溫度超過40℃時，由於不規則的固化而使長絲11之間的細度偏差變大，且在拉伸過程中可能發生斷紗。
同時，根據一個實施方式之製造聚乙烯紗線的方法可以包括：將冷卻後的該複數根長絲匯聚以形成複絲紗線。
例如，以匯聚裝置400將冷卻且完全固化後的長絲11匯聚以形成複絲紗線(multifilament yarn)10。
如圖1所示，在形成複絲紗線10之前，可以進一步進行上油程序(oiling process)，使用塗油輥(OR)或噴油器將油塗佈到冷卻後的長絲11上。上油步驟也可以透過計量上油(metered oiling，MO)方法進行。
可選地，當匯聚長絲11以形成複絲紗線10時，可以同時進行上油步驟，並且，可以在拉伸步驟期間及/或僅在捲紗步驟之前進一步執行額外的上油步驟。
同時，根據一個實施方式之製造聚乙烯紗線的方法可以包括：以8至20倍的總拉伸率對該複絲紗線進行拉伸和熱定型。
此時，該拉伸步驟可以使用複數個導絲輥進行，且該複絲紗線的熱定型可以透過該複數個導絲輥進行。
具體地，可以以8至20倍，更佳以10至15倍的總拉伸率對複絲紗線10進行拉伸。
為了使最終的聚乙烯紗線具有11g/d以上的強度，必須以8倍以上的總拉伸率對複絲紗線10進行拉伸。然而，如果在拉伸步驟中施加大於20倍的總拉伸率，則(該些)長絲11的斷紗風險會增加。
同時，該拉伸步驟可以以多段式拉伸的方式進行，且在該多段式拉伸的過程中於最終拉伸時的鬆弛率可以為3%至8%。
本發明人已經確認，在用作原料的聚乙烯的紡絲過程中，該聚乙烯紗線的初始模數和伸長率主要受到在多段式拉伸中於最終拉伸時的鬆弛率的影響。
最終拉伸時的鬆弛率是指在拉伸後但在捲紗前最後進行拉伸時的鬆弛率。
為了使該聚乙烯紗線具有250g/d以下的初始模數和6%以上的伸長率，在製造該聚乙烯紗線時的多段式拉伸期間於最終拉伸時的鬆弛率應為3至8%或4至6%。此時，如果最終拉伸時的鬆弛率過高，則可能難以製造強度為11g/d以上的聚乙烯紗線。
具體地，當最終拉伸時的鬆弛率為3%以下時，所生產的紗線的模數為250g/d以上，這會在可撓性方面造成問題。當鬆弛率為8%以上時，導絲輥上的紗線可能會劇烈移動，且可能在製造方面產生困難。
因此，為了製造具有降低的初始模數、高的伸長率和提高的穿著性能的聚乙烯紗線，較佳地，在多段式拉伸期間的最終拉伸的鬆弛率應為上述範圍。
本發明的聚乙烯紗線可以透過如下方式製造：將複絲紗線10進行捲紗成為未拉伸的紗線，然後將該未拉伸的紗線退繞並進行拉伸。如圖1所示，該聚乙烯紗線也可以透過使用包含複數個導絲輥GR1至GRn的拉伸部件500直接進行拉伸來製造，而不需對作為未拉伸的紗線的複絲紗線10進行捲紗。
無論採用上述兩個步驟中的哪一種，為了最小化在以8至20倍的總拉伸率對複絲紗線10進行拉伸時的(該些)長絲11的斷紗風險，必須精密控制該拉伸步驟。另外，如上所述，較佳地，在拉伸時，將導絲輥的最終拉伸區段的鬆弛率設置為3%至8%以下。
同時，根據一個實施方式之製造聚乙烯紗線的方法可以包括：將拉伸後的該複絲紗線進行捲紗。
如圖1所示，在將拉伸後的複絲紗線10捲繞在捲紗機700上之前，可以透過纏結裝置600進一步進行纏結步驟，以提高該聚乙烯紗線的匯聚性和編織性。
如上製造之本發明的聚乙烯紗線可以用於製造需要優異的耐切割性的防護物品(例如，防護性手套、內衣、袋子等)。
在下文中，將詳細描述根據本發明的一個實施方式的防護物品。
本發明的防護物品是以被覆紗(covered yarn)編織的防護物品，並且可以是例如防護手套。
該被覆紗包含：本發明的聚乙烯紗線、螺旋圍繞該聚乙烯紗線的聚氨酯紗線(例如氨綸(Spandex))、以及螺旋圍繞該聚乙烯紗線的聚醯胺紗 線(例如耐綸6或耐綸66紗線)。取決於所需物品的性質，可以包含聚酯紗線(例如PET紗線)以代替聚醯胺紗線。
該聚乙烯紗線的重量可以是該被覆紗的總重量的45至85%，該聚氨酯紗線的重量可以是該被覆紗的總重量的5至30%，且該聚醯胺紗線或聚酯紗線的重量可以是該被覆紗的總重量的5至30%。
如上所述，本發明的聚乙烯紗線可以具有80,000至180,000g/mol的重量平均分子量、100至250g/d的初始模數、以及6至10%的伸長率。
較佳地，該聚乙烯紗線可以具有120至200g/d的初始模數。
此外，該聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率可以為大於2.5%且小於6%。
另外，該聚乙烯紗線在50℃的儲存彈性保持率可以為65至75%，在80℃的儲存彈性保持率可以為30至45%，且在105℃的儲存彈性保持率可以為10至25%。
本發明的防護物品具有5以上的耐切割係數和5gf以下的低硬挺度，因此，可以表現出優異的耐切割性和優異的穿著性能。
具體地，根據EN388：2016標準，該防護物品的耐切割係數可以為5.0以上、或5.5以上、或5.7以上；且為8.5以下、或8.0以下、或7.5以下、或7.0以下、或6.8以下。例如，根據EN388：2016標準，該防護物品的耐切割係數可以為：5.0至8.5、或5.0至8.0、或5.0至7.5、或5.0至7.0、或5.0至6.8、或5.5至8.5、或5.5至8.0、或5.5至7.5、或5.5至7.0、或5.5至6.8、或5.7至8.5、或5.7至8.0、或5.7至7.5、或5.7至7.0、或5.7至6.8。
同時，該防護物品的硬挺度可以為5.0gf以下、或4.5gf以下；且為2.0gf以上、或3.0gf以上、或3.5gf以上、或3.8gf以上。例如，該防護物品的硬挺度可以為：2.0至5.0gf、或2.0至4.5gf、或3.0至5.0gf、或3.0至4.5gf、或3.5至5.0gf、或3.5至4.5gf、或3.8至5.0gf，或3.8至4.5gf。
在下文中，將參考具體實施例和比較例詳細描述本發明。然而，這些實施例僅用於幫助理解本發明，本發明的範圍不應受其限制。
<聚乙烯紗線的製備>
<製備實施例1>
使用圖1所示的設備製造包含240根長絲且總細度為400丹尼的聚乙烯複絲纏結紗。
具體地，將重量平均分子量(Mw)為150,000g/mol，且在190℃的熔融指數(MI)為1g/10min的聚乙烯切粒引入擠出機100中並使其熔融。通過具有240個噴嘴孔的紡嘴200擠出聚乙烯熔體。
在冷卻部件300中對從紡嘴200的噴嘴孔中排出時所形成的長絲11進行冷卻，然後透過匯聚裝置400將其匯聚成複絲紗線10。
接著，在拉伸部件500中透過設定為70至130℃的導絲輥以12倍的總拉伸率對該複絲紗線進行拉伸及熱定型。
該拉伸步驟以多段式拉伸的方式進行，且在該多段式拉伸的過程中於最終拉伸時的鬆弛率為8%。
接著，在纏結裝置600中，以6.0kgf/cm2的氣壓對拉伸後的複絲紗線進行纏結之後，在捲紗機700中對其進行捲紗，捲紗張力為0.6g/d。
<製備實施例2>
以與實施例1相同的方式獲得聚乙烯紗線，除了使用重量平均分子量(Mw)為150,000g/mol，在190℃的熔融指數(MI)為1g/10min的聚乙烯切粒，且在多段式拉伸期間於最終拉伸時的鬆弛率為5%之外。
<製備實施例3>
以與實施例1相同的方式獲得聚乙烯紗線，除了使用重量平均分子量(Mw)為180,000g/mol，在190℃的熔融指數(MI)為0.8g/10min的聚乙烯切粒，且在多段式拉伸期間在最終拉伸時的鬆弛率為3%之外。
<製備比較例1>
以與實施例1相同的方式獲得聚乙烯紗線，除了使用重量平均分子量(Mw)為200,000g/mol，在190℃的熔融指數(MI)為0.6g/10min的聚乙烯切粒，且在多段式拉伸期間在最終拉伸時的鬆弛率為2%之外。
<製備比較例2>
以與實施例1相同的方式獲得聚乙烯紗線，除了使用重量平均分子量(Mw)為200,000g/mol，在190℃的熔融指數(MI)為0.6g/10min的聚乙烯切粒，且在多段式拉伸期間在最終拉伸時的鬆弛率為10%之外。
<測試實施例1>
透過以下方法測量在製備實施例1至3及製備比較例1和2中所製備的聚乙烯紗線的強度、初始模數、伸長率、乾熱收縮率、儲存彈性保持率及重量平均分子量(Mw)，結果顯示於下表1中。
(1)強度(g/d)、初始模數(g/d)及伸長率(%)
根據試驗方法ASTM D885，透過使用萬能試驗機(Instron Engineering Corp.Canton,Mass)所獲得的聚乙烯紗線的應變-應力曲線，來確定聚乙烯紗線的強度、伸長率及初始模數。具體地，將樣品長度設定為250mm，將拉伸速度設定為300mm/min，並且將初始負載(load)設定為0.05g/d。初始模數(g/d)由給出原點附近的最大梯度的切線決定。在對每根聚乙烯紗線測量5次之後，計算平均值。
(2)乾熱收縮率
切割聚乙烯紗線以獲得長度為70cm的樣品，然後在距離該樣品兩端10cm的點處進行標記(即標記點之間的距離=50cm)。
然後，使用熱風循環式加熱爐，以懸吊在夾具上使得不對樣品施加負載的狀態下，在100℃對樣品加熱30分鐘。之後，將樣品從加熱爐中取出，緩慢冷卻至室溫，並測量標記點之間的距離。然後，使用下列方程式1計算聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率：
-方程式1：乾熱收縮率(%)=[(l0-l1)/l0]×100，(其中，l0是加熱前的標記點之間的距離(即50cm)，且l1是加熱後的標記點之間的距離)。
得到了透過兩次測試所獲得的乾熱收縮率的平均值。
(3)儲存彈性保持率
在製備長度為10mm的聚乙烯紗線樣品後，使用本質黏彈性測量裝置(T.A.Instruments製造，DMA Q800)分別測量在30℃、50℃、80℃和105℃的儲存彈性模數。具體地，使用黏合劑和雙面膠將樣品的兩端夾在厚紙之間，使得在測量期間在樣品與裝置之間不會發生長絲的滑動或散落。測量開始溫度設定為-10℃，測量結束溫度設定為140℃，升溫速度設定為1.0℃/min。變形量設定為0.04%，測量開始時的初始負載設定為0.05cN/dtex，測量頻率設定為11Hz。使用「TA Universal Analysis」(由T.A.Instruments製造)分析數據。透過下列 方程式2分別計算在50℃的儲存彈性保持率、在80℃的儲存彈性保持率、以及在105℃的儲存彈性保持率。
-方程式2：在T℃的儲存彈性保持率(%)=(在T℃的儲存彈性模數/在30℃的儲存彈性模數)×100(其中，T℃=50℃/80℃/105℃)。
(4)重量平均分子量(Mw)(g/mol)及多分散性指數(PDI)
將聚乙烯紗線完全溶解在下列溶劑中，然後使用以下凝膠滲透層析術(GPC)分別確定聚乙烯紗線的重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)及多分散性指數(Mw/Mn：PDI)。
- 分析儀器：PL-GPC 220系統
- 管柱：2×PLGEL MIXED-B(7.5×300mm)
- 管柱溫度：160℃
- 溶劑：三氯苯(TCB)+0.04wt%的二丁基羥基甲苯(BHT)(以0.1%的CaCl2乾燥後)
- 溶解條件：在160℃溶解1至4小時後，測量通過玻璃過濾器(0.7μm)的溶液
- 注入器(Injector)、檢測器(Detector)溫度：160℃
- 檢測器：RI檢測器
- 流速：1.0ml/min
- 注入體積：200μl
- 標準樣品：聚苯乙烯
表1
Figure 109109491-A0202-12-0016-1
<防護手套的製造>
<實施例1>
透過以140丹尼的聚氨酯紗線(氨綸)和140丹尼的耐綸紗線螺旋圍繞製備實施例1的聚乙烯紗線來生產被覆紗。聚乙烯紗線的重量為被覆紗的總重量的60%，且聚氨酯紗線和耐綸紗線的重量分別為被覆紗的總重量的20%。對被覆紗進行編織以製造防護手套。
<實施例2>
以與實施例1相同的方式獲得防護手套，除了使用製備實施例2的聚乙烯紗線以外。
<實施例3>
以與實施例1相同的方式獲得防護手套，除了使用製備實施例3的聚乙烯紗線以外。
<比較例1>
以與實施例1相同的方式獲得防護手套，除了使用製備比較例1的聚乙烯紗線之外。
<比較例2>
以與實施例1相同的方式獲得防護手套，除了使用製備比較例2的聚乙烯紗線以外。
<測試實施例2>
透過以下方法分別測量實施例1至3及比較例1至2中的每一個所製備的防護手套的耐切割係數和強度，結果顯示於下表2中。
(1)耐切割係數(CI)
根據EN388：2016標準，測量防護手套的耐切割係數。
(2)硬挺度(gf)
如圖2和圖3所示，在從防護手套20的手掌部分收集試樣21(寬度：60mm，長度：60mm)之後，根據ASTM D885/D885M-10a(2014)第38節(section 38)，測量試樣的硬挺度。測量裝置如下：
(i)CRE型拉伸試驗機(型號：INSTRON 3343)
(ii)荷重元(Loading Cell)，2KN[200kgf]
(iii)試樣架(Specimen Holder)：試樣架如第38.4.3節中指定
(iv)試樣壓制器(Specimen Depressor)：試樣壓制器如第38.4.4節中指定
具體地，試樣21的手套外表面f1朝上且手套內表面f2朝下，與手套的手指相鄰的一側21a及與其相對側21b(即，與手套的手腕相鄰的一側)放置在試樣架31的中央，以使試樣21被試樣架31直接地支撐。試樣21保持平坦而不彎曲。此時，試樣架31的試樣支撐部分(specimen supporting part)與試樣壓制器32的壓制部分(depressing part)之間的距離為5mm。然後，在將試樣壓制器32保持不動的狀態下，在將試樣架31抬高至15mm的同時，測量最大強度。
表2
Figure 109109491-A0202-12-0018-2
由上表2可確認，使用根據製備實施例1至3的聚乙烯紗線製造的實施例1至3的防護手套，在具有優異的耐切割性的同時，具有低硬挺度，因此與比較例1和2相比，具有提高的穿著性能。
10:複絲紗線
11:長絲
100:擠出機
200:紡嘴
300:冷卻部件
400:匯聚裝置
500:拉伸部件
600:纏結裝置
700:捲紗機
GR1:導絲輥
GRn:導絲輥
OR:塗油輥

Claims (13)

  1. 一種聚乙烯紗線，具有80,000至180,000g/mol的重量平均分子量、100至200g/d的初始模數和6至10%的伸長率，其中該聚乙烯紗線包括40至500根的長絲，該些長絲中的每一根具有1至3丹尼的細度，且該聚乙烯紗線具有100至1,000丹尼的總細度。
  2. 如請求項1所述之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線的初始模數為120至200g/d。
  3. 如請求項1所述之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率為大於2.5%且6.0%以下。
  4. 如請求項1所述之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線在50℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率為65至75%，該聚乙烯紗線在80℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率為30至45%，以及該聚乙烯紗線在105℃的儲存彈性模數與在30℃的儲存彈性模數的比率為10至25%。
  5. 一種製造如請求項1所述之聚乙烯紗線的方法，包括以下步驟：將聚乙烯切粒熔融以得到聚乙烯熔體，該聚乙烯切粒在190℃的熔融指數(MI)為0.3至3g/10min；通過具有複數個噴嘴孔的紡嘴擠出該聚乙烯熔體；當該聚乙烯熔體從該些噴嘴孔排出時，對所形成的複數根長絲進行冷卻；將冷卻後的該些長絲匯聚以形成複絲紗線；以8至20倍的總拉伸率對該複絲紗線進行拉伸和熱定型；以及將拉伸和熱定型後的該複絲紗線進行捲紗，其中，該拉伸步驟以多段式拉伸的方式進行，且在該多段式拉伸的過程中於最終拉伸時的鬆弛率為3%至8%。
  6. 如請求項5所述之製造聚乙烯紗線的方法，其中，該聚乙烯切粒的重量平均分子量為80,000至180,000g/mol。
  7. 如請求項5所述之製造聚乙烯紗線的方法，其中，該拉伸步驟係使用複數個導絲輥來進行。
  8. 如請求項5所述之製造聚乙烯紗線的方法，其中，該複絲紗線的熱定型係透過複數個導絲輥來進行。
  9. 一種以被覆紗編織成的防護物品，其中，該被覆紗包括：如請求項1所述的聚乙烯紗線；聚氨酯紗線，螺旋圍繞在該聚乙烯紗線上；以及聚醯胺紗線或聚酯紗線，螺旋圍繞在該聚乙烯紗線上，其中，該防護物品具有5.0以上的耐切割係數及5.0gf以下的硬挺度。
  10. 如請求項9所述之防護物品，其中，該防護物品的耐切割係數為5.0至8.5，且硬挺度為2.0至5.0gf。
  11. 如請求項9所述之防護物品，其中，該聚乙烯紗線具有120至200g/d的初始模數。
  12. 如請求項9所述之防護物品，其中，該聚乙烯紗線具有在100℃的乾熱收縮率為大於2.5%且6.0%以下。
  13. 如請求項9所述之防護物品，其中，該聚乙烯紗線的重量為該被覆紗的總重量的45至85%，該聚氨酯紗線的重量為該被覆紗的總重量的5至30%，以及該聚醯胺紗線或該聚酯紗線的重量為該被覆紗的總重量的5至30%。
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