專(zhuān)利名稱(chēng)：舒適、耐切割磨蝕的纖維組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于耐切割和耐磨蝕皮/芯紗的組合物，該組合物當(dāng)制成防護(hù)服時(shí)對(duì)穿著者來(lái)說(shuō)是有效的、也是舒適的。
背景技術(shù)：
1984年9月11日對(duì)W.H.Bettcher的申請(qǐng)給予授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利No.4,470,251公開(kāi)了防護(hù)服中使用的皮/芯紗，其中，芯是鋼絲和對(duì)位芳族聚酰胺纖維，而皮是在該芯上卷繞成為至少一層的，包括一個(gè)尼龍外層以提供一個(gè)舒適的表面。
1988年10月18日對(duì)N.H.Kolmes等人的申請(qǐng)給予授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利No.4,777,789公開(kāi)了防護(hù)服中使用的皮/芯紗，其中，該皮構(gòu)造的至少一層包括一種金屬絲包裝。該紗也可以包括棉花和合成纖維，例如尼龍和芳族聚酰胺。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)的是一種纖維組合物，包括5～60重量％棉纖維、10～65重量％有2.5～15cm長(zhǎng)度和0.5～7dtex線密度的尼龍纖維、和30～85重量％有2.5～15cm長(zhǎng)度和0.5～7dtex線密度的對(duì)位芳族聚酰胺纖維，其中，重量％是以棉花、尼龍、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維的總重量為基準(zhǔn)的，而且棉花、尼龍、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維合并在一起，產(chǎn)生一種實(shí)質(zhì)上均勻的混合物。本發(fā)明的纖維組合物，除其它用途外，用來(lái)作為皮/芯紗構(gòu)造的皮組分，其中，芯是一種有100～5000dtex總線密度的纖維材料。所得到的皮/芯紗，除其它用途外，用來(lái)制作兼?zhèn)涓吣颓懈钚阅?、高耐磨蝕性能、和服裝穿著者高度舒適的防護(hù)服用針織織物。


圖1是本發(fā)明組合物用于一種玻璃增強(qiáng)織物中的耐切割性能的三元圖。
圖2是本發(fā)明組合物用于一種玻璃增強(qiáng)織物中的耐磨蝕性能的三元圖。
圖3是本發(fā)明組合物用于一種鋼增強(qiáng)織物中的耐切割性能的三元圖。
圖4是本發(fā)明組合物用于一種鋼增強(qiáng)織物中的耐磨蝕性能的三元圖。
具體實(shí)施例方式
在防護(hù)服領(lǐng)域，在舒適性與有效性之間，早就有一種張力；而且人們已經(jīng)付出了頗多努力，以便在保持或改善舒適性的同時(shí)提高有效性。本發(fā)明正是代表耐切割和耐磨蝕織物與服裝領(lǐng)域的這樣一種進(jìn)展。利用本發(fā)明，現(xiàn)在就有可能提高織物和防護(hù)服例如耐切割和耐磨蝕手套的耐切割和耐磨蝕有效性并保持或改善舒適性。
本發(fā)明的組合物找到了作為皮/芯紗結(jié)構(gòu)中的包裝或皮的用途，其中，該結(jié)構(gòu)的芯是玻璃纖維或金屬纖維(金屬絲)或某種磨蝕性和堅(jiān)硬的其它材料。這樣的芯和芯材料可以是，例如，有約25～150μm直徑的金屬纖維，呈一股或不止一股，呈連續(xù)形式或作為短纖維。玻璃纖維也可以用來(lái)作為芯材料，其直徑為約1～30μm，作為一股或多股，呈連續(xù)形式或切段形式。用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的纖維材料芯一般有100～5000dtex的總線密度。本發(fā)明的組合物是小心選擇的，以為諸如防護(hù)服中使用的皮/芯紡提供耐切割性能、耐磨蝕性能、和舒適性。
本發(fā)明組合物的纖維組分是對(duì)位芳族聚酰胺、尼龍、和棉花，每種組分的比例對(duì)于達(dá)到物理品質(zhì)的必要組合都是重要的。
對(duì)位芳族聚酰胺纖維系指從對(duì)位芳族聚酰胺聚合物制成的纖維；而聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)(PPD-T)是較好的對(duì)位芳族聚酰胺聚合物。PPD-T系指從對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯的等摩爾聚合得到的均聚物，也指從摻入了少量其它二胺的對(duì)苯二胺和摻入了少量其它二酰氯的對(duì)苯二甲酰氯得到的共聚物。作為一般規(guī)則，其它二胺和其它二酰氯的使用量可以多達(dá)該對(duì)苯二胺或該對(duì)苯二酰氯的約10摩爾％、或者也許稍高，唯一先決條件是，該二胺和二酰氯沒(méi)有任何會(huì)干擾該聚合反應(yīng)的反應(yīng)性基團(tuán)。PPD-T也指從其它芳香族二胺和其它芳香族二酰氯例如2，6-萘二甲酰氯或者一氯或二氯對(duì)苯二甲酰氯的摻入而得到的共聚物，唯一先決條件是該其它芳香族二胺和芳香族二酰氯的存在量不對(duì)該對(duì)位芳族聚酰胺的性能產(chǎn)生有害影響。
添加劑可以與該對(duì)位芳族聚酰胺一起用于該纖維中，而且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可多達(dá)10重量％的其它聚合物材料可以與該芳族聚酰胺共混，或者可以使用有多達(dá)10％其它二胺代替該芳族聚酰胺中的二胺或者多達(dá)10％其它二酰氯代替該芳族聚酰胺中的二酰氯而得到的共聚物。
對(duì)位芳族聚酰胺纖維一般是通過(guò)該對(duì)位芳族聚酰胺的一種溶液經(jīng)由毛細(xì)管擠塑到一種凝固浴中紡絲的。在聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)的情況下，該溶液的溶劑一般是濃硫酸，該擠塑一般是經(jīng)由一個(gè)氣隙進(jìn)入一種冷的水基凝固浴中。這樣的工藝是眾所周知的，不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
尼龍系指從脂肪族聚酰胺聚合物制成的纖維；而且聚己二酰己二胺(尼龍66)是較好的尼龍聚合物。其它尼龍例如聚己內(nèi)酰胺(尼龍6)、聚丁內(nèi)酰胺(尼龍4)、聚(9-氨基壬酸)(尼龍9)、聚庚內(nèi)酰胺(尼龍7)、聚辛內(nèi)酰胺(尼龍8)、聚癸二酰己二胺(尼龍6，10)等當(dāng)然也是適用的。
尼龍纖維一般是通過(guò)該聚合物的一種熔體經(jīng)由毛細(xì)管擠塑到一種氣態(tài)凝固介質(zhì)中來(lái)紡絲的。這樣的工藝是眾所周知的，不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
用于實(shí)施本發(fā)明的棉纖維可以是通常用于織物和服裝用途的任何一種。棉纖維一般是1～7.5cm長(zhǎng)。
紡紗用的合成短纖維一般具有特定長(zhǎng)度和特定線密度。為了用于本發(fā)明，可以使用2.5～15cm(1～6英寸)的合成纖維切段長(zhǎng)度，較好的是3.8～11.4cm(1.5～4.5英寸)的長(zhǎng)度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從切段長(zhǎng)度不足2.5cm的此類(lèi)纖維制成的紗需要太高水平的加捻才能保持加工所需強(qiáng)度；而從切段長(zhǎng)度超過(guò)15cm的此類(lèi)纖維制成的紗由于長(zhǎng)短纖維傾向于變得凌亂和斷裂、導(dǎo)致短纖維而更難以制作。該合成短纖維可以是卷曲的也可以不是，如同為了任何特定目的而所希望的。本發(fā)明的短纖維一般是通過(guò)把連續(xù)長(zhǎng)絲切成某預(yù)定長(zhǎng)度來(lái)制作的；但短纖維可以用其它手段、例如用拉斷法來(lái)制作；而且可以從這樣的纖維以及從各種各樣不同短纖維長(zhǎng)度或其分布制成紗。本發(fā)明中使用的切段合成纖維有0.5～7dtex的線密度。
為了理解本發(fā)明組合物中各組分對(duì)用有玻璃纖維芯(圖1)和鋼芯(圖3)的皮/芯紗制成的織物的耐切割性能的影響以及對(duì)這些織物的耐磨蝕性能的影響(分別為圖2和圖4)。圖1和3是耐切割性能作為玻璃纖維(圖1)和鋼(圖3)用皮組合物的函數(shù)的三元圖。這些軸代表棉花、尼龍、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維的皮組成濃度，這些圖上的數(shù)值場(chǎng)是對(duì)某一恒定重量的織物組成進(jìn)行規(guī)范化處理的耐切割性能。構(gòu)建這些圖的數(shù)據(jù)來(lái)自以下實(shí)施例中所述的實(shí)驗(yàn)。盡管與在鋼芯的情況下相比，在玻璃纖維芯的情況下可以更容易地認(rèn)識(shí)到這種關(guān)系，但可以看出，對(duì)位芳族聚酰胺含量增加導(dǎo)致提高耐切割性能，而且，尼龍含量變化一般不產(chǎn)生耐切割性能的大變化。關(guān)于耐磨蝕性能，在圖2和4中可以看出，耐磨蝕性能隨尼龍纖維含量的增加而提高，而且相對(duì)地獨(dú)立于棉花和對(duì)位芳族聚酰胺纖維含量。
舒適度的確定是困難的和主觀的。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明組合物中棉花含量增加導(dǎo)致有以本組合物為皮的皮/芯紗的織物的使用舒適度提高。總棉含量必須小心控制，以避免耐切割性能和耐磨蝕性能的損失；但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明組合物應(yīng)當(dāng)含有至少5重量％棉花。低于此數(shù)量顯然太小而不會(huì)對(duì)舒適度產(chǎn)生影響。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)適合于本發(fā)明組合物的各組分含量的范圍可以在所有附圖中看到。一般以三角形ABC所界定的區(qū)域說(shuō)明的組合物就是本發(fā)明的組合物。請(qǐng)注意，字母A、B和C只顯示在圖1中，盡管在所有附圖中都畫(huà)出了該三角形。該三角形表示5～60重量％棉花、10～65重量％尼龍、和30～85重量％對(duì)位芳族聚酰胺的一種組合物，當(dāng)然，要理解這些重量％是以棉花、尼龍、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維的總重量為基準(zhǔn)的而且這三種組分的總和是100重量％。本發(fā)明的較好組合物是三角形DEF界定的區(qū)域。請(qǐng)注意，字母D、E和F只顯示在圖1中，盡管在所有附圖中都畫(huà)出了該三角形。該三角形表示10～40重量％棉花、10～40重量％尼龍、和50～80重量％對(duì)位芳族聚酰胺的一種組合物，再一次要理解這三種組分的總和是100重量％。
本發(fā)明的組合物找到了作為皮/芯紗構(gòu)造中的皮的用途；而且可以用眾所周知的手段制作和施用或紡到這樣的芯材料上。例如，該皮可以包、繞、卷或紡到該芯上。若是包、則皮纖維一般是以用已知手段例如環(huán)錠紡、包芯紡、噴氣紡、自由端紡等紡制、然后以足以實(shí)質(zhì)上覆蓋該芯的密度繞在該芯周?chē)乃缮⑿问酱┥系摹Ｈ羰蔷?，則該皮纖維一般是以與該芯的軸幾乎垂直的角度圍繞該芯施用一層或多層來(lái)覆蓋該芯的一種捻紗。若是紡，則該皮纖維是用任何一種適用包芯紡工藝?yán)鏒REF紡或所謂Murata噴射紡或另一種包芯紡工藝在該芯上直接形成的。
本發(fā)明的皮/芯紗機(jī)織或針織成手套、圍裙、袖子、及其它服裝用織物，以提供舒適和有效的切割防護(hù)。該織物一般制成0.170～1.35kg/m2(5～40盎司/平方碼)的面密度。
測(cè)試方法耐磨蝕性能使用的方法是ASTM標(biāo)準(zhǔn)D3884-92“紡織品織物耐磨蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)方法”。在該測(cè)試執(zhí)行時(shí)，一個(gè)樣品織物在壓力和磨蝕作用的受控條件下用旋轉(zhuǎn)摩擦磨蝕。使用一臺(tái)Taber磨蝕機(jī)和#H-18磨蝕輪，在500g負(fù)荷下使織物樣品遭遇磨蝕。
該磨蝕連續(xù)進(jìn)行到該織物樣品磨破。確定三個(gè)樣品直至磨破的旋轉(zhuǎn)數(shù)，報(bào)告其平均值。
耐切割性能所使用的方法是ASTM標(biāo)準(zhǔn)F1790-97“防護(hù)服中使用的材料的耐切割性能測(cè)定用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法”。在進(jìn)行該測(cè)試時(shí)，一個(gè)刀刃在規(guī)定力作用下橫貫一個(gè)裝在心軸上的樣品拉一次。以若干種不同的力，記錄從最初接觸到割穿所拉過(guò)的距離，并以力作為割穿距離的函數(shù)作圖。從該圖確定在25mm距離上割穿所需的力，并加以規(guī)范化以確認(rèn)進(jìn)刀量的一致性。規(guī)范化的力是作為耐切割力報(bào)告的。
刀刃是一種刀口70mm長(zhǎng)的不銹鋼刀片。進(jìn)刀量是通過(guò)在測(cè)試開(kāi)始和結(jié)束時(shí)在一種氯丁橡膠校準(zhǔn)材料上使用400g負(fù)荷來(lái)校正的。每次切割試驗(yàn)都使用新刀刃。
樣品是一片在偏離經(jīng)向和緯向45度切割成50×100mm的長(zhǎng)方形織物。
心軸是一根半徑38mm的導(dǎo)電性圓棒，樣品用雙面膠帶固定到心軸上。刀刃在以與該心軸的縱軸成直角橫貫該心軸上的織拉。當(dāng)?shù)度信c該心軸發(fā)生接觸時(shí)，記錄為割穿。
實(shí)施例織物是用各種各樣的皮/芯紗針織的，其中，該芯在一些情況下是玻璃纖維而在另一些情況下是金屬纖維。用于該皮的纖維組合物包括尼龍、對(duì)位芳族聚酰胺、和棉纖維組分的大范圍濃度安排。
玻璃芯是從單絲直徑約2μm的100旦E-玻璃復(fù)絲纖維制作的。
金屬芯是從38μm直徑不銹單絲制成的。
皮組合物是通過(guò)按下表上規(guī)定的比例摻合芳族聚酰胺纖維、尼龍纖維、和棉纖維來(lái)制備的。芳族聚酰胺纖維組分是約3.8cm長(zhǎng)和1.6dtex/絲的聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)纖維，由杜邦公司(E.I.duPont de Nemours and Company)以商品名Kevlar970型切段芳族聚酰胺纖維銷(xiāo)售。尼龍纖維是約3.8cm長(zhǎng)和1.9dtex/絲的尼龍-66纖維，由杜邦公司以商品名200型Merge 693011銷(xiāo)售的。棉纖維組分是中級(jí)梳理棉。
使用了足夠量的各組分來(lái)制作與以下表中為織物號(hào)1～20列出的配方一致的每一種皮組合物9千克。各組分先進(jìn)行手混，然后兩次進(jìn)料通過(guò)清棉機(jī)，制成均勻摻合物。然后，這些共混材料每一種都進(jìn)料到一臺(tái)用于加工短短纖維環(huán)錠紡紗的標(biāo)準(zhǔn)梳理機(jī)中制成生條。該生條用兩道并條(頭道/末道并條)法加工成熟條，并在一臺(tái)粗紗機(jī)上加工，制成一亨司粗紗。然后，將該粗紗一分為二，一半與玻璃芯纖維一起使用，另一半與鋼芯一起使用。
通過(guò)將兩端粗紗進(jìn)行環(huán)錠紡并在臨加捻之前插入玻璃芯或鋼芯，生產(chǎn)了各皮-芯股。該粗紗是大約5900dtex(合一亨司)。在這些實(shí)施例中，該玻璃芯和鋼芯是在臨進(jìn)入最終拉伸輥之前置于兩個(gè)拉伸粗紗端之間的中心的。每件都使用3.25捻度系數(shù)來(lái)生產(chǎn)10/1s cc股。在進(jìn)一步正常加工之后，用s捻(順手捻)將2股合在一起。每個(gè)織物號(hào)生產(chǎn)三個(gè)2.2kg紗管的10/2s紗。
這些10/2s紗用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)Sheima Seiki手套針織機(jī)針織成樣品。調(diào)整該機(jī)器針織時(shí)間，以生產(chǎn)出約1米長(zhǎng)的手套體-提供用于隨后切割和磨蝕試驗(yàn)的織物樣品。
樣品是通過(guò)將2端10/2s進(jìn)料到該手套針織機(jī)中制作的，得到約0.47kg/m2的織物樣品。
該織物遭遇到以上所述的耐磨蝕和耐切割試驗(yàn)，其結(jié)果作為皮組分濃度的函數(shù)在圖1～4上作圖。這些作圖都?xì)w一化到0.47kg/m2的面密度。這些也以表格形式列于以下。
雖然在圖1～4中用線條指出的性能水平并沒(méi)有以平滑、表現(xiàn)良好的區(qū)域出現(xiàn)，但顯而易見(jiàn)的是，用包含5～60重量％棉纖維、10～65重量％尼龍纖維、和30～85重量％對(duì)位芳族聚酰胺纖維的皮組合物實(shí)現(xiàn)了耐磨蝕和耐切割性能的良好組合。從一種包含10～40重量％棉纖維、10～40重量％尼龍纖維、和50～80重量％對(duì)位芳族聚酰胺纖維的皮組合物得到了最佳性能。
表

權(quán)利要求
1.一種纖維組合物，包含5～60重量％棉纖維；10～65重量％有2.5～15cm長(zhǎng)度和0.5～7dtex線密度的尼龍纖維；30～85重量％有2.5～15cm長(zhǎng)度和0.5～7dtex線密度的對(duì)位芳族聚酰胺纖維；其中，重量％是以棉纖維、尼龍纖維、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維的總重量為基準(zhǔn)的，而且棉纖維、尼龍纖維、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維合并產(chǎn)生一種實(shí)質(zhì)上均勻的混合物。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中，對(duì)位芳族聚酰胺是聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中，尼龍是尼龍-66。
4.一種皮/芯紗，包含一個(gè)有100～5000dtex總線密度的纖維材料的芯和一個(gè)圍繞該芯且包含下列成分的皮5～60重量％棉纖維；10～65重量％有2.5～15cm長(zhǎng)度和0.5～7dtex線密度的尼龍纖維；30～85重量％有2.5～15cm長(zhǎng)度和0.5～7dtex線密度的對(duì)位芳族聚酰胺纖維；其中，重量％是以棉纖維、尼龍纖維、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維的總重量為基準(zhǔn)的，而且棉纖維、尼龍纖維、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維合并產(chǎn)生一種實(shí)質(zhì)上均勻的混合物。
5.權(quán)利要求4的皮/芯紗，其中，該皮呈一種繞在該芯上的紗的形式。
6.權(quán)利要求4的皮/芯紗，其中，該皮是一種直接紡在該芯上的纖維混合物。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中，棉花是該組合物的10～40重量％，尼龍是該組合物的10～40重量％，且對(duì)位芳族聚酰胺是該組合物的50～80重量％。
8.權(quán)利要求4的皮/芯紗，其中，棉花是該組合物的10～40重量％，尼龍是該組合物的10～40重量％，且對(duì)位芳族聚酰胺是該組合物的50～80重量％。
9.針織或機(jī)織成一種服裝的權(quán)利要求4的皮/芯紗。
10.權(quán)利要求9的皮/芯紗，其中，該服裝是一種手套、一種圍裙、或一種袖子。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種舒適、耐切割和磨蝕的、由棉花、尼龍、和對(duì)位芳族聚酰胺纖維組成、主要用于防護(hù)服中皮－芯紗的皮的組合物。
文檔編號(hào)D02G3/44GK1501993SQ01811143
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2001年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者朱瑞瑤, L·J·普里克特, M·R·巴倫, 巴倫, 普里克特 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司