概括而言，本公開(kāi)涉及阻燃織物，更具體而言，涉及包括長(zhǎng)切段纖維的阻燃織物。
背景
將連續(xù)長(zhǎng)絲紗結(jié)合到織物中通常將增加那些織物的強(qiáng)度。然而，連續(xù)長(zhǎng)絲紗線趨向于昂貴。因此，需要用較便宜但仍然增強(qiáng)織物強(qiáng)度的替代紗線形成的織物。
概述
在本專利中使用的術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”、“本發(fā)明”、“該發(fā)明”和“所述發(fā)明”旨在廣義上指本專利和下文的專利權(quán)利要求的所有主題。包含這些術(shù)語(yǔ)的闡述不應(yīng)被理解為限制本文所描述的主題或限制下文專利權(quán)利要求的含義或范圍。本專利所涵蓋的本發(fā)明的實(shí)施方案由下面的權(quán)利要求而非本概述來(lái)限定。本概述是本發(fā)明的多個(gè)方面的高度綜述，并且引入了一些概念，這些概念在下面的詳述章節(jié)中進(jìn)一步描述。本概述不旨在確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不旨在孤立地用于確定所要求保護(hù)的主題的范圍。該主題應(yīng)當(dāng)通過(guò)參考本專利的整個(gè)說(shuō)明書(shū)、所有附圖和每個(gè)權(quán)利要求來(lái)理解。
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及其中結(jié)合有高韌性長(zhǎng)切段纖維紗的阻燃織物。這種紗線比連續(xù)長(zhǎng)絲紗更便宜，但增加了織物的強(qiáng)度。
詳述
本文中具體地描述了本發(fā)明的實(shí)施方案的主題以滿足法定要求，但是該描述不一定旨在限制權(quán)利要求的范圍。所要求保護(hù)的主題可以以其他方式實(shí)施，可以包括不同的要素或步驟，并且可以與其他現(xiàn)有的或未來(lái)的技術(shù)結(jié)合使用。該描述不應(yīng)被解釋為暗示各種步驟或要素之間的任何特定順序或布置，除非明確描述了各個(gè)步驟的順序或要素的布置。
本文所用的“連續(xù)長(zhǎng)絲紗”是指無(wú)限或極長(zhǎng)長(zhǎng)度的纖維，例如在天然存在的絲中所見(jiàn)。
本文所用的“長(zhǎng)切段纖維紗(long staple yarn)”是指由長(zhǎng)切段纖維形成的紗。長(zhǎng)切段纖維定義為具有長(zhǎng)于2英寸的切段纖維長(zhǎng)度的纖維。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，長(zhǎng)切段纖維可以使用多種方法形成，包括但不限于拉斷法、將連續(xù)纖維切成長(zhǎng)切段纖維長(zhǎng)度、或通過(guò)剪動(dòng)物收獲長(zhǎng)切段纖維(例如，以獲得長(zhǎng)切段羊毛纖維)。在拉斷法中，例如，通過(guò)使長(zhǎng)絲紗斷裂以形成長(zhǎng)度為約2-40英寸的非連續(xù)長(zhǎng)切段纖維而形成長(zhǎng)切段纖維。由這些和其他方法得到的長(zhǎng)切段纖維可以具有均勻的長(zhǎng)度或不均勻的長(zhǎng)度。此外，用于形成長(zhǎng)切段纖維紗的長(zhǎng)切段纖維可以具有相同或不同的長(zhǎng)度。
使用設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)切段纖維的系統(tǒng)和方法(與棉系統(tǒng)相反)，例如拉斷、毛紡和精紡系統(tǒng)和方法，將長(zhǎng)切段纖維制成長(zhǎng)切段纖維紗。用于由長(zhǎng)切段纖維形成拉斷紗(一種類型的如本文定義的長(zhǎng)切段纖維紗)的拉斷方法和示例性方法在“Continuous Filament to Staple Length Conversion (連續(xù)長(zhǎng)絲到切段纖維的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)化)”文件中描述，其副本隨附于優(yōu)先權(quán)臨時(shí)申請(qǐng)并全文結(jié)合到本文中。
“短纖紗(spun yarn)”是由短切段纖維形成的紗線，例如長(zhǎng)度為2英寸或更短的纖維。
與以旦尼爾為單位測(cè)量的長(zhǎng)絲紗不同，長(zhǎng)切段纖維紗(例如拉斷紗)類似于短纖紗通過(guò)紗線支數(shù)(例如公制支數(shù))來(lái)測(cè)量。
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及包含高韌性(“HT” (High Tenacity))長(zhǎng)切段纖維紗(例如但不限于拉斷紗)的阻燃織物。將HT長(zhǎng)切段纖維紗插入織物中，使得與沒(méi)有這種紗的織物相比，它們?cè)黾涌椢锏膹?qiáng)度。此外，因?yàn)镠T長(zhǎng)切段纖維紗比其插入的織物中的其他紗線更強(qiáng)，所以在保持織物強(qiáng)度的同時(shí)可以減少織物的總重量。在一些實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的織物具有約3-8.5盎司/平方碼(“osy”)的重量，并且與不具有重量至少為約10%以上的HT長(zhǎng)切段纖維紗的織物相比具有類似或更大的強(qiáng)度。
HT長(zhǎng)切段纖維紗可以位于織物中任何期望的位置。在一些示例性實(shí)施方案中，HT長(zhǎng)切段纖維紗以網(wǎng)格圖案或條紋(例如，水平或垂直)圖案機(jī)織或針織到織物中。可以使用任何期望的機(jī)織(例如，平紋、斜紋)或針織(例如，單面、雙面、平紋、雙羅紋)圖案。此外，HT長(zhǎng)切段纖維紗可以位于織物的經(jīng)向或緯向上或者經(jīng)向和緯向兩者上(當(dāng)以例如網(wǎng)格圖案的形式結(jié)合到織物中時(shí))。
HT長(zhǎng)切段纖維紗還可以與一種或多種其他阻燃或非阻燃短纖紗(或切段纖維)、長(zhǎng)絲紗和長(zhǎng)切段纖維紗組合、聯(lián)接或被其覆蓋(即，合股、合股捻、纏繞、皮芯結(jié)構(gòu)、包覆紡紗等)。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，HT長(zhǎng)切段纖維紗與短纖紗、長(zhǎng)絲或其他長(zhǎng)切段纖維紗中的一種合股。
織物中的紗線的余者可包括任何所需的短纖紗，其可以但不必如上所述與其他紗線(短纖紗、長(zhǎng)絲、長(zhǎng)切段纖維)組合、聯(lián)接或被其覆蓋。
HT長(zhǎng)切段纖維紗可以相對(duì)于短纖紗以任何所需的比例位于織物中。紗線比率可以以兩種不同的方式計(jì)算—通過(guò)數(shù)單獨(dú)的紗或通過(guò)數(shù)粗紗(end)。例如，當(dāng)考慮合股紗(例如，與短纖紗合股的HT長(zhǎng)切段纖維紗)時(shí)，出于確定HT長(zhǎng)切段纖維紗與短纖紗比率的目的，可以單獨(dú)地考慮每根紗，或者可以將該雙股紗認(rèn)為是單根粗紗。例如，來(lái)考慮具有以下紗線重復(fù)的圖案機(jī)織的織物：
●兩根紗線，各自通過(guò)將兩根短纖紗合股形成；
●一根紗線，通過(guò)將HT長(zhǎng)切段纖維紗與一根短纖紗合股形成。
對(duì)于這類織物，HT長(zhǎng)切段纖維紗與短纖紗的比率為1:5(如果你數(shù)每根單獨(dú)的紗)或1:2(如果你數(shù)各紗粗紗(end))。
使用任一種紗比率計(jì)算方法，HT長(zhǎng)切段纖維紗與短纖紗的紗比率可為約40:1-約1:40、或約30:1-約1:30、或約25:1-約1:25、或約20:1-約1:20、或約15:1-約1:15、或約10:1-約1:10、或9:1、或8:1、或7:1、或6:1、或5:1、或4:1、或3:1、或2:1、或1:1、或1:2、或1:3、或1:4、或1:5、或1:6、或1:7、或1:8、或1:9、或甚至約2:3-約1:3。在某些實(shí)施方案中，以每2-5根短纖紗約1根HT長(zhǎng)切段纖維紗的比率將一根HT長(zhǎng)切段纖維紗相對(duì)于短纖紗插入織物中。
下文陳述的是由其形成用于織物的實(shí)施方案中的HT長(zhǎng)切段纖維紗和短纖紗的適合材料。請(qǐng)注意，形成HT長(zhǎng)切段纖維紗和短纖紗的纖維可為阻燃的，但是不必都是阻燃的。相反地，可使用阻燃/非阻燃材料的任何組合，只要整體織物是阻燃的和/或滿足阻燃織物的所需標(biāo)準(zhǔn)即可。更具體而言，在一些實(shí)施方案中，所述織物為適合用于消防服飾的防護(hù)性織物，且因此優(yōu)選遵守例如在國(guó)家防火委員會(huì)(National Fire Protection Association, NFPA, 1971, 1991版)中所闡述的熱、火焰和著火性能和安全標(biāo)準(zhǔn)(例如熱收縮、垂直可燃性和炭焦長(zhǎng)度要求)。
可用于形成長(zhǎng)切段纖維(該長(zhǎng)切段纖維隨后形成用于本發(fā)明的織物的HT長(zhǎng)切段纖維紗)的示例性合適的阻燃和非阻燃材料包括但不限于高韌性材料，例如對(duì)芳族聚酰胺、間芳族聚酰胺、聚苯并噁唑(PBO)、改性聚丙烯腈、聚{2,6-二咪唑并[4,5-b:40;50-e]-亞吡啶基-1,4(2,5-二羥基)亞苯基}(“PIPD”)、超高分子量(“UHMW”)聚乙烯、UHMW聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、液晶聚合物、玻璃、尼龍(和阻燃尼龍)、碳、絲、聚酰胺、聚酯、以及天然和合成纖維素(例如，棉、人造絲、乙酸酯、三乙酸酯和萊賽爾纖維，以及它們的阻燃對(duì)應(yīng)物：阻燃棉、阻燃人造絲、阻燃乙酸酯、阻燃三乙酸酯和阻燃萊賽爾)。
這些材料可以以纖維和/或長(zhǎng)絲形式提供以用于形成用于形成HT長(zhǎng)切段纖維紗的長(zhǎng)切段纖維。對(duì)芳族聚酰胺材料的實(shí)例包括KEVLARTM(得自DuPont)、TECHNORATM(得自Teijin Twaron BV，Arnheim，Netherlands)和TWARONTM(也可得自Teijin Twaron BV)。間芳族聚酰胺材料的實(shí)例包括NOMEXTM(得自DuPont)、CONEXTM(得自Teijin)和Kermel(得自Kermel)。合適的改性聚丙烯腈材料的實(shí)例是購(gòu)自日本大阪的Kaneka Corporation的PROTEXTM。PIPD材料的實(shí)例包括M5(Dupont)。UHMW聚乙烯材料的實(shí)例包括Dyneema和Spectra。液晶聚合物材料的實(shí)例是VECTRANTM(可得自Kuraray)。合適的人造絲材料的實(shí)例是Lenzing的ViscoseTM和ModalTM，可獲自Lenzing Fibres Corporation。阻燃人造絲材料的實(shí)例是也可得自Lenzing Fibers Corporation的Lenzing FRTM。萊賽爾材料的實(shí)例包括TENCEL G100TM和TENCEL A100TM，二者均可獲自Lenzing Fibres Corporation。
在一些實(shí)施方案中，織物中的所有HT長(zhǎng)切段纖維紗可以由100%的相同類型的材料形成，使得織物中的所有HT長(zhǎng)切段纖維紗是相同的。或者，由不同材料形成的HT長(zhǎng)切段纖維紗可用于織物中。此外，每根HT長(zhǎng)切段纖維紗可以由相同或不同類型的材料形成。例如，HT長(zhǎng)切段纖維紗可以由混合的長(zhǎng)切段纖維(例如對(duì)芳族聚酰胺和UHMW聚乙烯)形成。
用于短纖紗的示例性纖維包括但不限于對(duì)芳族聚酰胺纖維、間芳族聚酰胺纖維、聚苯并噁唑(“PBO”)纖維、聚苯并咪唑(“PBI”)纖維、改性聚丙烯腈纖維、聚{2,6-二咪唑并[4,5-b:40；50-e]-亞吡啶基-1,4(2,5-二羥基)亞苯基}(PIPD)纖維、天然和合成纖維素纖維(例如棉、人造絲、乙酸酯、三乙酸酯和萊賽爾纖維，以及它們的阻燃對(duì)應(yīng)物：阻燃棉、阻燃人造絲、阻燃乙酸酯、阻燃三乙酸酯和阻燃萊賽爾)、尼龍和/或阻燃尼龍纖維、TANLONTM(得自上海的Tanlon Fiber Company)、羊毛纖維、三聚氰胺纖維(例如BASOFILTM，得自Basofil Fibers)、聚酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚醚酰亞胺纖維、聚醚砜纖維、聚酰胺纖維、UHMW聚乙烯纖維、UHMW聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、液晶纖維、玻璃纖維、碳纖維、絲纖維及其共混物。
每根短纖紗可以由單種纖維類型形成，或者可以將不同的纖維類型共混以形成短纖紗。此外，提供在織物中的所有短纖紗可以相同，或者，由不同纖維形成的短纖紗可以用于同一織物中。在一些實(shí)施方案中，選擇和/或共混以形成短纖紗的纖維增強(qiáng)了織物的性能，例如但不限于織物的舒適性、耐久性和/或可染性/可印刷性。
根據(jù)本文所述的實(shí)施方案的由HT長(zhǎng)切段纖維紗形成的阻燃織物通常具有比具有長(zhǎng)絲紗代替HT長(zhǎng)切段纖維紗的等同織物更低的韌性，但是具有比具有短纖紗代替HT長(zhǎng)切段纖維紗的等同織物更高的韌性。這是因?yàn)?，與長(zhǎng)絲紗不同，HT長(zhǎng)切段纖維紗不是連續(xù)的，并且預(yù)期不具有與具有相同重量并由相同材料形成的長(zhǎng)絲紗相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。然而，HT長(zhǎng)切段纖維紗中的長(zhǎng)切段纖維比傳統(tǒng)短纖紗中的短切段纖維長(zhǎng)，因此HT長(zhǎng)切段纖維紗比同等短纖紗強(qiáng)度更高。
NFPA對(duì)織物必須具有以便用于消防服構(gòu)造的強(qiáng)度提供了最低指導(dǎo)。NFPA 1971提供了適合的防火織物和服裝的拉伸和撕裂強(qiáng)度規(guī)定。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案形成的織物(“本發(fā)明織物”)的強(qiáng)度與對(duì)照織物進(jìn)行比較?？椢锶缦滤觯?/p>
本發(fā)明織物：
?6.7 osy斜紋編織織物，具有在經(jīng)紗和緯紗兩個(gè)方向上織造的HT拉斷紗和短纖紗；
?HT拉斷紗由100%的對(duì)芳族聚酰胺長(zhǎng)切段纖維形成；
?短纖紗為對(duì)芳族聚酰胺(Kevlar?)和間芳族聚酰胺(Nomex?)切段纖維的60/40的混紡物；
?兩根HT拉斷紗合股在一起形成一根粗紗；
?兩根短纖紗合股在一起形成一根粗紗；和
?織物在經(jīng)紗和緯紗方向的每個(gè)上以雙股短纖紗的兩根粗紗隨后是雙股HT拉斷紗的一根粗紗的圖案織造。
對(duì)照織物：
?由100%短纖紗(全部為雙股)形成的7.5 osy 3-粗紗防撕裂(3-end rip stop)織物；且
?每根短纖紗為對(duì)芳族聚酰胺(Kevlar?)和間芳族聚酰胺(Nomex?)切段纖維的60/40的混紡物。
性能結(jié)果*列于表I中：
表1
*所有測(cè)試在洗滌之前進(jìn)行。
因此，本發(fā)明織物的強(qiáng)度顯著高于對(duì)照織物，而重量比對(duì)照織物低10%以上。
其他織物結(jié)構(gòu)當(dāng)然是可能的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。附圖中描述的或上面描述的部件的不同布置以及未示出或描述的部件和步驟是可能的。類似地，一些特征和子組合是有用的，并且可以在不參考其他特征和子組合的情況下使用。已經(jīng)出于說(shuō)明性而非限制性目的描述了本發(fā)明的實(shí)施方案，并且供選實(shí)施方案對(duì)于本專利的讀者將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明不限于上述或附圖中所示的實(shí)施方案，并且可以不偏離以下權(quán)利要求范圍的情況下實(shí)施各種實(shí)施方案和修改。