Огнестойкие ткани - RU2204631C2

Чертежи

Описание

Ткани, изготовленные из устойчивых к высоким температурам и огнестойких волокон, широко использовали в производстве защитной одежды. Хотя были достигнуты большие успехи в разработке комфортных тканей и одежды из этих волокон, все еще остаются определенные эстетические и субъективные пожелания, в соответствии с которыми огнестойкая одежда включала бы также в свой состав натуральные волокна. Для выполнения этого требования ткани изготавливали из нитей из смешанных волокон, т.е. нитей, содержавших как натуральные волокна, так и устойчивые к высоким температурам и огнестойкие штапельные волокна.

Хотя из тканей, выработанных из таких смешанных нитей, можно было изготавливать комфортную одежду, устойчивость тканей к высоким температурам и к воспламенению снижалась в такой степени, что требовалось дополнительное повышение огнестойкости для повышения способности ткани к тепловой защите. Обычно огнестойкость придают натуральным штапельным волокнам или тканям, изготовленным из таких смешанных нитей, путем поверхностной обработки. В результате такой дополнительной поверхностной обработки может быть увеличен вес ткани, и часто повышают их жесткость, а также обеспечивают только временную эффективность, так как такие обработанные ткани имеют тенденцию к утрачиванию этих защитных свойств при стирке и/или с увеличением циклов носки.

Целью настоящего изобретения является создание ткани, в которой соединены свойства огнестойкости и комфортности, что может быть сформулировано как достижение баланса между устойчивостью к высоким температурам и стоимостью.

Другой целью настоящего изобретения является создание комфортной, огнестойкой и эффективной в стоимостном отношении ткани, которая не требует использования поверхностной огнестойкой обработки.

Другой целью настоящего изобретения является создание прочной ткани, в которой сбалансированы огнестойкость и стоимость.

Ткани изготавливали из смешанных нитей для достижения определенных свойств. В патентах США 4941884 и 4900613, выданных на имя Грина, описаны комфортные ткани с высокой износостойкостью, изготовленные из основных нитей, содержащих смесь, состоящую по крайней мере из 15 мас.% высокомодульных волокон и по крайней мере 30 мас.% низкомодульных волокон, и уточных нитей, содержащих низкомодульное волокно (обычно хлопок). Смешанные высокомодульные и низкомодульные волокна требовались в основных нитях для обеспечения правильной усадки для повышения устойчивости к истиранию.

В канадском патенте 1034842 описана защитная ткань, содержащая переплетенные основные и уточные нити с неодинаковыми свойствами с асимметричным переплетением, изменяемым от одной поверхности ткани к противоположной поверхности для достижения переменной способности к поглощению энергии в направлении толщины ткани.

В Европейской заявке на патент 310199 описана пулезащитная ткань, изготовленная из элементарных нитей или пряжи, обладающих высокой прочностью и высоким модулем и состоящих из полимеров с ультравысокими молекулярными весами, причем элементарные нити или пряжа основы состоят из полимеров, отличных от полимеров, из которых изготовлены элементарные нити или пряжа утка.

В патенте Великобритании 2025789 и в Японской публикации заявки на патент 59(1984)-9053 описаны ткани, армированные путем введения или замены с определенной частотой в ткани соседних нитей с более высокой прочностью в основу и/или в уток. В Японской заявке на патент 62-26900 описана армированная арамидная ткань, содержащая группы нитей с малой прочностью, введенные или замещающие нити в переплетении ткани в направлении основы и/или утка. Такие армированные ткани созданы для повышения прочности на раздирание, но они не были рассчитаны на повышение комфортности или для защиты от теплового воздействия.

Настоящим изобретением, раскрытым в п.1-18 формулы изобретения, огнестойкая ткань, содержащая неодинаковые нити по основе и утку, причем основные нити содержат штапельные волокна или элементарные нити и обладают ограничивающим кислородным индексом, равным по крайней мере 27, а уточные нити содержат натуральные волокна, и отношение плотности нитей по основе и утку в ткани составляет по крайней мере 1, 0. Более предпочтительными являются основные нити, обладающие ограничивающим кислородным индексом, равным по крайней мере 28 или более.

В настоящем изобретении волокна основных нитей могут обладать модулем в пределах около 100-800 г/дтекс. Хотя модуль волокна в пределах от 100 до около 250 г/дтекс может быть предпочтительным для некоторых областей применения.

Предпочтительно, чтобы основные нити содержали волокна, выбранные из группы, состоящей из арамидных, полибензимидазоловых, полибензоксазоловых, меламиновых, полифениленсульфидных, полибензотиазоловых, полиимидных, полиэфиримидных, полиамидимидных, новалоидных и модакриловых волокон, а волокна для уточных нитей были выбраны из группы, состоящей из хлопка, шелка, шерсти, вискозы и огнестойкой вискозы. Основные нити могут быть изготовлены из волокон, которые представляют собой m-арамидные или р-арамидные волокна или смесь этих волокон и могут также включать около 5 мас.% или менее электропроводящих волокон, в частности волокон со структурой оболочка-стержень с углеродной оболочкой.

Предпочтительной тканью для защитной одежды является ткань, в которой волокна основных нитей являются сульфонированными параарамидными волокнами, а уточные нити являются хлопчатобумажными. Р-арамидные волокна, обладающие модулем от 100 до не более 200 г/дтекс, особенно пригодны в тканях для защитной одежды.

Настоящим изобретением также создана защитная одежда, содержащая огнезащитную ткань, состоящую из неодинаковых основных и уточных нитей, причем основные нити содержат штапельные волокна или элементарные нити и обладают ограничивающим кислородным индексом, равным по крайней мере 27, а уточные нити содержат натуральные волокна, и отношение плотности нитей по основе и утку в ткани составляет по крайней мере 1,0.

Предпочтительно, чтобы ткань, предназначенная для использования в одежде, содержала основные нити из волокон, выбранных из группы, состоящей из арамидных, полибензимидазоловых, полибензоксазоловых, меламиновых, полифениленсульфидных, полибензотиазоловых, полиимидных, полиэфиримидных, полиамидимидных, новалоидных и модакриловых волокон, а уточные нити из волокон, выбранных из группы, состоящей из хлопка, шелка, шерсти, вискозы и огнестойкой вискозы. Полезная защитная одежда может быть изготовлена из ткани, в которой волокна основных нитей являются m-арамидными, а волокна уточных нитей изготовлены из огнестойкой вискозы. Более предпочтительной является защитная одежда, в которой волокна нитей основы являются р-арамидными волокнами, обладающими модулем от 100 до 250 г/дтекс. Наиболее предпочтительной является защитная одежда, в которой основные нити являются сульфонированными р-арамидными волокнами, а уточными нитями являются хлопчатобумажные нити.

В защитной одежде основные нити могут также содержать около 5 мас.% или менее электропроводящих волокон. И для защитной одежды предпочтительно, чтобы основные нити были изготовлены из штапельных волокон.

Настоящим изобретением созданы огнезащитные ткани, в которых используют неодинаковые основные и уточные нити. Эта ткань может быть использована для изготовления защитной одежды или для изготовления тентов, брезентов и для других применений, где желательны баланс жесткости, износостойкости, устойчивости к высоким температурам, огнестойкости и низкая стоимость.

В ткани, являющейся объектом изобретения, выбор волокна для изготовления основных нитей, обеспечивает выработку ткани, обладающей устойчивостью к высоким температурам и огнестойкостью, в то время как выбор уточных нитей обеспечивает комфортность и эффективность в стоимостном отношении. В этих тканях основными нитями частично защищают, укрывая уточные нити. И считается, что основными нитями таким образом защищают уточные нити от огня и высокой температуры. Следовательно, путем выбора основных нитей так, чтобы они были только такими нитями, которые обладают ограничивающим кислородным индексом (ОКИ), равным 27 или более, обеспечивают условия, при которых основными нитями выполняют защиту от теплового воздействия как уточных нитей, так и ткани в целом, и поэтому уточные нити могут быть выбраны так, чтобы они обладали свойствами, которые придавали бы ткани комфортность и обеспечивали бы их эффективную стоимость.

В настоящем изобретении основные нити изготавливают из волокон, устойчивых к высоким температурам и огнестойких. При устойчивости к высоким температурам и огнестойкости эти волокна обладают ОКИ, равным по крайней мере приблизительно 27, а предпочтительно 28 или более. Предпочтительными уточными нитями являются нити, изготовленные из натуральных волокон, но уточные нити могут быть выбраны из нитей, изготовленных из натуральных или синтетических волокон. Специальному рассмотрению должен подлежать выбор уточных и основных нитей для выработки ткани, которая была бы пригодна для изготовления защитной одежды. Даже при этих специальных условиях ткани по настоящему изобретению могут быть выработаны из широкого ассортимента нитей и могут быть прочными, комфортными и износостойкими и отвечать требованиям стандартов, предъявляемых к военной одежде и спецодежде для промышленности, по устойчивости к высоким температурам и огнестойкости.

Для тканей, пригодных для изготовления защитной одежды, уточные нити в соответствии с настоящим изобретением выбирают из группы нитей из натуральных волокон. Натуральные волокна - это волокна, которые выращивают в природных условиях или вырабатывают из природных материалов, включая такие волокна, как хлопок, вискоза или другие волокна на основе целлюлозы, а также такие волокна, которые относят к обладающим некоторой природной огнестойкостью, например шерстяные и шелковые волокна. Вискозная пряжа, обладающая способностью замедления процесса горения (известная как огнестойкая (ОС) вискоза), особенно пригодна для использования в настоящем изобретении. Волокна из нейлона, сложного полиэфира и другие синтетические волокна, которые плавятся при воздействии высокой температуры, не пригодны, когда их используют в качестве основного компонента в уточных нитях для тканей для защитной одежды. Так как эти волокна плавятся при воздействии высоких температур, их присутствие может приводить к возгоранию или к усугублению горения.

В тканях, разработанных для применения в отличных от изготовления защитной одежды целях, полимерные волокна, например, из нейлона и сложного полиэфира могут быть приемлемы, если их смешивать с натуральными волокнами.

Уточные нити в соответствии с настоящим изобретением могут также содержать электропроводящие волокна, например синтетические волокна с углеродной оболочкой или непрерывные элементарные нити. Такие нити способствуют снижению возможности возникновения искры и намного более предпочтительны волокон с поверхностной антистатической обработкой. Рекомендуется использовать такие волокна со структурой оболочка-стержень с концентрацией порядка 5 мас.%.

Основные нити в соответствии с настоящим изобретением должны обладать ОКИ, равным 27 или более. Волокна, обладающие устойчивостью к высоким температурам и огнестойкостью, пригодны для применения в настоящем изобретении для изготовления тканей для защитной одежды и включают, например, арамидные, полибензимидазоловые, полибензоксазоловые, меламиновые, полифениленсульфидные, полибензотиазоловые, полиимидные, полиэфиримидные, полиамидимидные, новалоидные и модакриловые волокна. Эти волокна разлагаются без образования вредных испарений при воздействии на них пламени. Пригодные волокна включают такие, которые продаются под торговыми марками: "Кевлар" (фирмы Дюпон), "Номекс" (фирмы Дюпон), "Базофил" (фирмы BASF), "Технора" (фирмы Akzo), "Кинол" (Фирмы "Карборундум") и "Ритон" (фирмы "Филлипс Кемикл Ко.).

Основные нити в целом должны обладать ОКИ, равным 27 или более для тканей, выполненных в соответствии с настоящим изобретением. Действительный выбор волокон, используемых для изготовления основных нитей, производят по испытаниям на устойчивость к воздействию высоких температур (УВВТ) или другим оценочным стандартам, требованиям которых должна отвечать ткань. Например, действительные условия воздействия или температуры и продолжительность воздействия (время) оказывают влияние на выбор волокон, используемых в основе и/или утке. В некоторых случаях основа может содержать вплоть до 30 мас.% волокон, обладающих ОКИ, равным менее 27, в то время как основные нити в целом обладают ОКИ, равным 27 или более.

Основные нити в соответствии с настоящим изобретением могут также содержать электропроводящие волокна, например синтетические штапельные волокна с оболочкой из углерода или элементарные нити. Такие волокна способствуют снижению возможности возникновения искры и намного более предпочтительны волокон с поверхностной антистатической обработкой. Непостоянные поверхностные обработки являются компромиссными для выполнения функций ткани, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, которая в исходном состоянии является устойчивой к воздействию тепла и огнестойкой. Когда вводят электропроводящие волокна со структурой оболочка-стержень в основные нити, то рекомендуется, чтобы концентрация этих волокон составляла около 5 мас.% или менее.

Для обеспечения максимальной комфортности предпочтительно использовать штапельные нити в качестве основных и уточных нитей.

Высоко- или низкомодульные волокна можно использовать для основных нитей согласно настоящему изобретению, так как модуль волокна не является существенным фактором в этих материалах. Волокна в основных нитях, обладающие модулем порядка 100-800 г/дтекс, подходят для использования в настоящем изобретении. Волокна, обладающие более низким модулем, т.е. те волокна, которые обладают модулем ниже 250 г/дтекс или в пределах 100-200 г/дтекс, предпочтительны для одежных тканей, которые предназначены для непосредственного контакта с телом потребителя, чтобы ткань создавала требуемую комфортность. Волокна с более высоким модулем могут быть приемлемы для использования в тканях, которые предназначены для специальных целей или в специальных местах в одежде, где комфортность потребителя имеет меньшее значение.

Особенно пригодными в тканях согласно настоящему изобретению являются m- и р-арамидные волокна. Такие волокна включают высокомодульные волокна, например, описанные в патенте США 3767756, выданном на имя Блейдса. Волокна, обладающие более низким модулем, включают такие волокна, которые изготовлены способом, описанным в патентах США 5336734, выданном на имя Боувен и др., 5330698, выданном на имя Аллена и др., 3671542, выданном на имя Кволек. Так как использование волокон, обладающих более низким модулем, приводит к получению ткани с улучшенной комфортностью, то предпочтительны р-арамидные волокна, обладающие модулем в пределах от около 100 до менее 200 г/дтекс. Наиболее предпочтительными являются р-арамидные волокна, изготовленные в соответствии со способом, описанным в патенте США 5336734.

Арамидные волокна могут быть изготовлены из гомо- или сополимеров. Единственным требованием является то, чтобы основные нити обладали ОКИ, равным 27 или более.

Желательно для обеспечения прочности и износостойкости, чтобы основные нити были изготовлены из волокон из полимера одного типа, устойчивого к воздействию высоких температур и огнестойкого. Например, основная нить может состоять из 100 мас.% волокна из р-арамида. Там, где максимальная механическая прочность не так важна, могут быть использованы основные нити, изготовленные из смеси волокон, обладающих устойчивостью к воздействию высоких температур и огнестойкостью. Использование смеси штапельных волокон может также придавать комфортность или способствовать обеспечению дополнительной устойчивости к воздействию высоких температур. Например, пряжа из коммерчески применяемой смеси, состоящей из 5 мас.% р-арамидного волокна и 95 мас. % m-арамидного волокна, более предпочтительна благодаря тому, что она обладает лучшей устойчивостью к воздействию высоких температур в сравнении с пряжей из 100% m-арамидного волокна. Другой пригодной смесью из р- и m-арамидных волокон для изготовления основной пряжи является смесь, состоящая из 60 мас.% р-арамидных волокон и 40 маc.% m-арамидных волокон. Штапельные волокна, изготовленные из жгута элементарных нитей, обработанного на разрывной машине, так же как и штапельные волокна, полученные на резальной машине, могут быть использованы для изготовления основных нитей в соответствии с настоящим изобретением.

Сами основные нити могут быть изготовлены из волокон из различных полимерных композиций или могут быть изготовлены путем сложения различных штапельных нитей или элементарных нитей, в той степени, пока они отвечают требованиям по ОКИ. Можно производить выбор основных нитей или смесей волокон для выработки основных нитей, используемых в тканях в соответствии с настоящим изобретением, для достижения полной огнестойкости ткани, которая отвечает различным промышленным требованиям или стандартам. Таким образом, ткань, создающая определенную комфортность, обладающая износостойкостью, эффективной стоимостью и огнестойкостью, может быть выработана в соответствии с настоящим изобретением для специальных условий.

Если ткань предназначена для изготовления одежды, то не рекомендуется производить поверхностные обработки ткани для придания огнестойкости или замедления горения для использования в настоящем изобретении, так как эти обработки приводят к ужесточению ткани, снижению комфортности потребителя и имеют тенденцию к временному действию по своей природе.

Для достижения максимальной механической прочности ткани уточные нити согласно настоящему изобретению обычно изготавливают из одного типа натуральных волокон, например из 100% хлопка. Когда же максимальная механическая прочность не существенна, при изготовлении уточных нитей могут быть использованы смеси штапельных волокон, например, содержащие хлопок и шерсть.

Отношение плотности нитей по основе к плотности нитей по утку в ткани, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, находится в пределах от 1 до около 3, и диапазон, составляющий от 1 до 2,5, является предпочтительным. Для ткани, предназначенной для использования в одежде, это отношение является существенным, так как волокна в основных нитях и волокна в уточных нитях работают вместе не только по обеспечению огнестойкости и износостойкости, но также и комфортности. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно, чтобы всем волокнам основных нитей была присуща огнестойкость, т.е. чтобы основные нити содержали только волокна, обладающие ОКИ, равным 27 или более. Предпочтительно, чтобы уточные нити были изготовлены из натуральных волокон. Хотя отсутствуют ограничения по ОКИ уточных нитей, уточные нити могут, если это желательно, обладать ОКИ, равным 27 или более.

Настоящим изобретением создана эффективная в стоимостном отношении огнестойкая ткань, которую можно изготовить как для обеспечения комфортности, так и механической прочности.

Ткань, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, пригодна для изготовления различной защитной одежды, включая экипировку пожарников, военнослужащих и различные типы защитной спецодежды. Кроме того, из этих тканей могут быть сшиты рубашки, брюки и другие предметы верхней одежды для обычного пользования в промышленности и опасных условиях. Ткани, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут также быть пригодными для применения в изделиях не одежного ассортимента, где требуется баланс защитных свойств от теплового воздействия и стоимости. Брезенты, тенты или другие материалы, используемые для укрывания и защиты людей или имущества, могут быть изготовлены из тканей, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение проиллюстрировано следующими примерами, которые не предназначены для ограничения изобретения.

Примеры
Ткани полотняного переплетения, предотвращающие разрыв, были изготовлены из следующих нитей и были сотканы в соответствии со стандартом MIL-C-4436.

Нити были следующие: нити, определенные как m-арамидные, были изготовлены из штапельного волокна из 100% полифенилен-изофталамида; нити, определенные как Z200, были штапельными нитями из сульфонированных р-арамидных волокон, продаваемых фирмой Дюпон (г.Вильмингтон) DE как Z200; огнестойкая вискоза (ОС) - это штапельная вискозная нить с замедленным горением; смеси волокон в штапельной пряже определены путем указания состава волокон в смеси. Эти смеси следующие: нейлон/хлопок; смеси m-арамидного волокна и хлопка и смеси m-арамидного волокна/хлопка/Z200 и смеси Z200/хлопок. ("Номекс" - зарегистрированная торговая марка волокна фирмы Дюпон).

Полученные ткани испытали на прочность по Грабу (по стандарту Американского общества по испытанию материалов ASTM-D-5034, результаты приведены в фунтах); на прочность на трапецеидальное раздирание (по стандарту ASTM-D-5733; результаты приведены в фунтах); на прочность на раздирание по Элемдорфу (по стандарту ASTM-D-1424); результаты приведены в фунтах); на истирание по Табору (ASTM-D-1044; результаты приведены в циклах до разрушения); на обеспечение защитных свойств при тепловом воздействии (методика испытания приведена в журнале Fire Technology V, 13, 1, февраль 1977 г.; результаты приведены в секундах, умноженных на 2 (сек • 2) до второй степени горения).

Контрольный образец ткани представлял собой коммерчески продаваемую ткань, состоявшую из 50% нейлона и 50% хлопчатобумажной пряжи как по утку, так и по основе. Эта ткань была выбрана в качестве контрольного образца потому, что она долговечна и комфортна и ее используют для изготовления одежды для военнослужащих, для спецодежды в промышленности и просто для одежды. Она прочна, долговечна и комфортна, но не обеспечивает защиты от теплового воздействия. Как показано в таблице далее, использование основных нитей в соответствии с настоящим изобретением позволяет получать ткань, обладающую неожиданными свойствами, обеспечивающими защиту от теплового воздействия, сочетающимися с прочностью и износостойкостью.

Данные приведены в таблице.

Общая композиция уточной нити состояла из 97 мас.% огнестойкой вискозы и 3 мас.% нейлоновых элементарных нитей.

В таблице поверхностная плотность представлена в унциях на кв. ярд; прочность по Грабу, прочность на трапецеидальное раздирание и прочность на раздирание по Элемдорфу представлены в фунтах; устойчивость к истиранию по Табору представлена в количестве циклов до разрушения. Термин "по основе/по утку" означает, что сначала приведены результаты испытаний в направлении основы, а затем - в направлении утка. Композиции основы и утка приведены в процентном содержании компонентов в соответствующей нити в массовом выражении. Соотношения показаны как соотношения определенных при испытаниях массовых долей. Например, 50/50 нейлон/хлопок означает, что при изготовлении пряжи была использована смесь, состоявшая из 50 мас.% нейлоновых волокон и 50 мас.% хлопковых волокон. Воспламенение на воздухе означает воспламенение в присутствии воздуха. Результат выражен либо словом "Да", либо словом "Нет". Если ткань не воспламенялась, это значит, что ткань после воздействия на нее пламени в течение 3-5 сек не воспламенялась и не продолжала гореть.

Образцы тканей А, В, С - это ткани, выполненные в соответствии с настоящим изобретением. Образцы D, Е приведены для сравнения тканей, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, и тканей, изготовленных в соответствии с ранее известными способами выработки тканей, обладающих защитными свойствами от воздействия тепла. Образцы D, Е сотканы из тщательно смешанных нитей из штапельных волокон.

Сравнивая образцы С и D, видно, что обе ткани имеют приблизительно одинаковое соотношение по массе долей волокна Z200 и хлопка, но распределение волокна с высоким ОКИ существенно отличается в этих тканях. В образце С волокно с высоким значением ОКИ распределено по поверхности ткани, а хлопок находится в укрытых уточных нитях; в то же время в образце D, в отличие от образца С, присутствует хлопок, и он равномерно распределен по поверхности ткани. Кроме того, в образце С основные нити все изготовлены из волокна Z200, в то время как уточные нити полностью состоят из хлопка. Эти основные и уточные нити прочнее, чем тщательно смешанные нити из штапельных волокон в образце D. Например, сравнение средних показателей по основе и утку показывает следующие соотношения C/D, соответственно: прочность по Грабу 164/96; прочность на трапецеидальное раздирание 31/14; прочность на раздирание по Элемдорфу 14/12. При рассмотрении результатов испытаний видно, что по поверхностной воспламеняемости при определении устойчивости к воспламенению на воздухе образец С очень отличается от образца D.

Сравнивая показатели прочности образцов С и D путем усреднения показателей по основе и утку, представленных выше, можно отметить, что образец С прочнее образца D. Обе ткани обладают приблизительно одинаковыми свойствами в испытаниях на обеспечение защитных свойств при тепловом воздействии.

Ткани А и В в сравнении с образцом Е обладали теми же отличиями, что и образцы С и D, т.е. в каждом случае более прочный материал не воспламенялся на воздухе.

Реферат

Изобретение относится к области изготовления защитных текстильных материалов и касается огнестойкой ткани, содержащей неодинаковые основные и уточные нити, причем основные нити содержат штапельные волокна или элементарные нити и обладают ограничивающим кислородным индексом, равным по крайней мере 27, а уточные нити содержат натуральные волокна, и отношение плотности нитей по основе и утку в ткани составляет по крайней мере 1, 0. Данная ткань имеет повышенную устойчивость к огню. 3 с. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула