Пряжа и ткани из смеси волокон, содержащей окисленные полимерные волокна - RU2552248C2

Описание

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки США № 61/254493, поданной 23 октября 2009 г., которая полностью приводится здесь в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к текстильным изделиям, которые содержат пряжу из смеси волокон, имеющую 10-85% мас. окисленного полимерного двухзонного волокна, такого как окисленный полиакрилонитрил. Пряжа является смешанной с, по меньшей мере, одним сопутствующим волокном. Текстильные изделия имеют массу от примерно 3 унция/ярд² (0,33 Н/м²) до примерно 12 унция/ярд² (4,0 Н/м²).

Описание прототипа

Имеется постоянная потребность в улучшении защиты от огня, тепла и искр дугового разряда спецодежды, которую носят рабочие нефтехимической отрасли, летчики, пожарные, электрики и сталевары среди других. Это является особенно критичным для персонала, который часто находится вблизи к участкам для гонок, где имеются опасности от тепла, огня и искр дугового разряда. Такая одежда также имеет важное значение для избранных военных применений. Главной линией защиты является ткань в защитной одежде, носимой индивидуумами. Также важным является то, чтобы одежда хорошо выглядела и была комфортной, с гарантией, что она будет носиться индивидуумами, имеющими дело с указанными опасностями.

Антипиреновые, или огнестойкие, волокна, которые могут содержать окисленные полиакрилонитрильные волокна, обеспечивают превосходную тепло- и огнестойкость. Однако некоторые недостатки при работе с такими волокнами могут включать в себя хрупкость, плохую текстильную переработку и неизносостойкие текстильные материалы. Напротив, традиционные натуральные и синтетические волокна (включая интервал от штапельного до непрерывного филамента) являются подходящими для получения тканей для одежды, но не имеют огнестойкие и/или антипиреновые свойства.

Патент США № 5763103 (McCullough) описывает антипиреновую и огнестойкую пряжу, содержащую двухзонное углеродное волокно, которое получают из того, что называется предшественником двухзонного волокна. Предшественник двухзонного волокна имеет оболочку из окисленного стабилизированного термоотверждающегося полимера. Углеродное двухзонное волокно получают «карбонизацией» предшественника двухзонного волокна, где волокно выдерживается при повышенной температуре в инертной атмосфере с созданием новых связей углерод-углерод с получением в результате того, что описывается как углеродное двухзонное McCullough-волокно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Имеется потребность в тканях, которые сочетают наилучшие тепло- и огнестойкость огнестойких/антипиреновых волокон в ткани, которые обеспечивают внешний вид и комфорт тканей, получаемых из традиционной пряжи. Окисленные полимерные волокна, такие как предшественник двухзонного волокна, используемый для получения в результате того, что описывается как углеродное двухзонное McCullough-волокно, могут быть смешаны с другими волокнами с созданием пряжи и тканей с наилучшей тепло- и огнестойкостью, а также со свойствами ткани, подобными традиционной пряже, делая их подходящими для одежды.

В некоторых вариантах предусмотрены ткани, такие как трикотажные, тканые и нетканые ткани, которые обеспечивают тепло- и огнестойкость. Такие ткани используются для защитной спецодежды, когда владелец одежды может подвергаться опасности воздействия тепла, огня и электричества. Указанные ткани содержат пряжу из смеси волокон, содержащую окисленное полимерное волокно, выбранное из группы, состоящей из акрилонитрилсодержащих гомополимеров, акрилонитрилсодержащих сополимеров, акрилонитрилсодержащих терполимеров и их комбинаций.

В другом варианте предусмотрено изделие, содержащее тканую ткань, содержащую пряжу из смеси волокон и, необязательно, сопутствующую пряжу. Пряжа из смеси волокон содержит:

(i) от примерно 10% мас. до примерно 85% мас., по меньшей мере, одного двухзонного волокна, содержащего окисленный полимер, выбранный из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций;

(ii) по меньшей мере, одно сопутствующее волокно, выбранное из группы, состоящей из огнестойкого сложного полиэфира, огнестойкого полиамида (нейлона), огнестойкой вискозы, огнестойкой обработанной целлюлозы, мета-арамида, пара-арамида, модакрилата, новолоида, меламина, шерсти, полиамида (нейлона), регенерированной целлюлозы (лиоцелла, модальной, вискозы), поливинилхлорида, антистатического волокна, металлического волокна, поли(пара-фениленбензо-бис-оксазола) ((PBO)), полибензимидазола ((PBI)), полисульфонамида ((PSA)) и их комбинаций; и

необязательно содержащей сопутствующую пряжу, отличающуюся от указанной пряжи из смеси волокон; где указанная сопутствующая пряжа содержит пара-арамид в количестве мене 20% мас. от массы ткани (т.е. от 0 до 20% мас. от массы ткани); и

где ткань имеет массу от примерно 3 унция/ярд² (1 Н/м²) до примерно 12 унция/ярд² (4 Н/м²).

Пряжа из смеси волокон может дополнительно содержать волокно, содержащее окисленный полимер, который по существу однородно окислен в поперечном сечении волокна.

Способ некоторых вариантов содержит:

(а) обеспечение, по меньшей мере, одного волокна, содержащего окисленный полимер, выбранный из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций;

(b) обеспечение, по меньшей мере, одного сопутствующего волокна, выбранного из группы, состоящей из огнестойкого сложного полиэфира, огнестойкого полиамида (нейлона), огнестойкой вискозы, огнестойкой обработанной целлюлозы, мета-арамида, пара-арамида, модакрилата, новолоида, меламина, шерсти, полиамида (нейлона), регенерированной целлюлозы (лиоцелла, модальной, вискозы), поливинилхлорида, антистатического волокна, металлического волокна, поли(пара-фениленбензо-бис-оксазола) ((PBO)), полибензимидазола ((PBI)), полисульфонамида ((PSA)) и их комбинаций; и

(с) объединение волокна, содержащего окисленный полимер, и, по меньшей мере, одного сопутствующего волокна с образованием пряжи;

где волокно, содержащее окисленный полимер, присутствует в количестве от примерно 10 полимер до примерно 85% мас. от массы пряжи.

В некоторых вариантах предусмотрено изделие, содержащее пряжу из смеси волокон. Пряжа из смеси волокон содержит, по меньшей мере, одно окисленное полимерное волокно и, по меньшей мере, три сопутствующих волокна, выбранных из группы, состоящей из огнестойкого сложного полиэфира, огнестойкого полиамида (нейлона), огнестойкой вискозы, огнестойкой обработанной целлюлозы, мета-арамида, пара-арамида, модакрилата, новолоида, меламина, шерсти, полиамида (нейлона), регенерированной целлюлозы (лиоцелла, модальной, вискозы), поливинилхлорида, антистатического волокна, металлического волокна, поли(пара-фениленбензо-бис-оксазола) ((PBO)), полибензимидазола ((PBI)), полисульфонамида ((PSA)) и их комбинаций;

где изделие представляет собой тканую ткань и отвечает требованиям стандартов для HRC уровня 2.

В некоторых вариантах предусмотрено изделие, содержащее пряжу из смеси волокон, которая содержит, по меньшей мере, одно огнестойкое волокно, такое как окисленное полимерное волокно. Пряжа содержится в изделии, таком как ткань, имеющая массу ткани менее 7,5 унция/ярд² (2,5 Н/м²) и параметр стойкости к дуговому разряду 8 или выше согласно ASTM F1959 «Стандартный метод испытания для определения параметра стойкости к дуговому разряду материалов для одежды», которая соответствует требованиям стандартов для HRC 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как использовано здесь, термины «смесь» и «смешанный» в отношении штапельной пряжи означают смесь волокон, по меньшей мере, двух типов, где смесь образуется таким образом, что отдельные волокна каждого типа волокна по существу полностью смешиваются с отдельными волокнами других типов с обеспечением по существу гомогенной смеси волокон, имеющих достаточное переплетение с сохранением ее целостности при дальнейшей переработке и использовании.

Как использовано здесь, термин «двухзонное волокно» включает в себя волокна, где поперечное сечение показывает различающиеся внутреннюю сердцевину и наружную оболочку. Для окисленного двухзонного волокна оболочка по существу составляет окисленную часть волокна.

Теплостойкое волокно, такое как окисленное полимерное волокно, может комбинироваться с другими пряжами или волокнами в других строениях пряжи. Указанные примеры включают в себя покрытие окисленного полимерного волокна другими пряжами, такое как скручивание с другой пряжей, единичное или двойное обертывание и прядение с сердцевиной среди прочего. Окисленное полимерное волокно может образовывать либо сердцевину, либо оболочку (покрытие).

Антистатические волокна, которые могут использоваться как (1) сопутствующее волокно с окисленным полимерным волокном или (2) могут быть включены как или содержаться в сопутствующей пряже, являются известными специалистам в данной области техники. Используемые антистатические волокна включают в себя (но не ограничиваясь этим) металлические или другие электропроводящие пряжи и волокна. Пряжи и волокна могут иметь антистатическое покрытие или могут быть обернуты волокном или пряжей, имеющими антистатические свойства.

Некоторые варианты предусматривают ткани, такие как трикотажные, тканые и нетканые ткани, которые содержат пряжу с, по меньшей мере, одним окисленным полимерным волокном, таким как двухзонное волокно. Ткани могут использоваться в одежде, изоляции или любых других конечных применениях, где ткани могут обеспечить выигрыш. Примеры подходящих окисленных полимерных волокон выбраны из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций. Одним подходящим полимером для окисленного полимера является полиакрилонитрил. Окисленные полимерные волокна комбинируются с одним или более сопутствующими волокнами с обеспечением пряжи из смеси волокон.

Когда ткань имеет тканое строение, она включает в себя (но не ограничиваясь этим) ткань полотняного переплетения, саржу, атлас, рогожку, а также более износостойкие ткани, такие как ткани стоп-разрывного строения. Когда ткань является тканой, она может содержать пара-арамид в качестве сопутствующей пряжи или смешанный с сопутствующей пряжей в количестве менее 20% мас. от массы ткани. Тканая ткань может содержать любые другие сопутствующие пряжи, описанные здесь.

Рассматриваемыми также являются трикотажные ткани, включающие в себя (но не ограничиваясь этим) уточновязаные, такие как кругловязаные, и основовязаные. Указанные трикотажные ткани могут содержать сопутствующую пряжу в дополнение к пряже из смеси волокон, которая содержит окисленное полимерное волокно, такое как окисленное полимерное двухзонное волокно.

Когда ткань представляет собой нетканую ткань, пряжа из смеси волокон может содержать окисленное полимерное двухзонное волокно в комбинации с другими пряжами. Нетканые ткани являются особенно подходящими для изоляции.

Окисленный полимер может быть либо по существу окислен по всему поперечному сечению волокна или может быть двухзонным волокном. Двухзонное волокно может иметь неокисленную полимерную сердцевину и окисленную полимерную оболочку.

Окисление полимерного волокна может осуществляться согласно любому подходящему способу. Один подходящий способ окисления полимерного волокна, такого как полиакрилонитрил (ПАН), содержит введение волокна в окислительную атмосферу под напряжением при умеренно повышенной температуре от примерно 150°C до примерно 350°C для такого полимера, как полиакрилонитрил (ПАН). Волокно остается в окислительной атмосфере в течение достаточного времени для достижения требуемого уровня проникновения кислорода в волокно (окисление оболочки или полное окисление). Окисленный полимер может использоваться при любом подходящем денье, таком как от примерно 1 до примерно 6 денье, включая от примерно 2 до примерно 6 денье.

Сопутствующими волокнами, введенными в пряжу из смеси волокон в дополнение к окисленному полимерному волокну, может быть любое волокно, подходящее для пряжи и тканей для одежды. Сопутствующие волокна могут также обеспечивать свойства теплостойкости. Отдельные примеры используемых сопутствующих волокон включают в себя огнестойкий сложный полиэфир, огнестойкий полиамид, огнестойкую вискозу, огнестойкую обработанную целлюлозу, мета-арамид, пара-арамид, модакрил, новолоид, меламин, шерсть, полиамид (в штапельной или филаментной форме), регенерированную целлюлозу (лиоцелл, модальную, вискозу), поливинилхлорид, антистатическое волокно, поли(пара-фениленбензо-бис-оксазол) ((PBO)), полибензимидазол ((PBI)), полисульфонамид ((PSA)) и их комбинации.

В пряже из смеси волокон, используемой в некоторых вариантах, которая содержит окисленное полимерное волокно, массовое процентное содержание различных компонентов волокна может варьироваться. Окисленное полимерное волокно может присутствовать в количестве от примерно 10% мас. до примерно 90% мас. от массы пряжи из смеси волокон, включая от примерно 10% мас. до примерно 85% мас., от примерно 15% мас. до примерно 50% мас., от примерно 20% мас. до примерно 60% мас., от примерно 20% мас. до примерно 75% мас., от примерно 30% мас. до примерно 85% мас. и от примерно 35% мас. до примерно 65% мас. Массовое процентное содержание сопутствующих волокон в смеси варьируется в зависимости от того, как много введено сопутствующих волокон, и от требуемых свойств ткани. Может присутствовать одно, два, три, четыре или более сопутствующих волокон в дополнение к окисленному полимерному волокну. Огнестойкая вискоза может присутствовать в количестве от 0 до 60% от массы пряжи, мета-арамид может присутствовать в количестве от 0 до примерно 30% от массы пряжи, пара-арамид может присутствовать в количестве от 0 до примерно 40% от массы пряжи, модакрилат может присутствовать в количестве от 0 до примерно 40% от массы пряжи, шерсть может присутствовать в количестве от 0 до примерно 60% от массы пряжи, полиамид (как штапель или филамент) может присутствовать в количестве примерно от 0 до 30% от массы пряжи, поливинилхлорид (ПВХ) может присутствовать в количестве от 0 до примерно 20% от массы пряжи, и антистатическое или стальное волокно может присутствовать в количестве от 0 до примерно 10% от массы пряжи. Другие волокна могут быть введены в подходящих количествах, которые определяются специалистом в данной области техники. Используемыми примерами, содержащими три сопутствующих волокна, которые были введены в смесь, являются (а) комбинация огнестойкой вискозы, полиамида, регенерированной целлюлозы (лиоцелла, модальной, вискозы) и пара-арамида; и (b) комбинация шерсти, модакрилата и полиамида и регенерированной целлюлозы (лиоцеллы, модальной, вискозы).

Ткани некоторых вариантов необязательно содержат одну или более сопутствующих пряж в дополнение к пряже из смеси волокон, содержащей окисленное полимерное волокно. Изделие может содержать одну или более сопутствующих пряж, где количество пара-арамида в сопутствующих пряжах составляет менее 20% от массы ткани. Примеры сопутствующих пряж включают в себя пряжи, состоящие из волокон, выбранных из группы, состоящей из огнестойкого сложного полиэфира, огнестойкого полиамида, огнестойкой вискозы, огнестойкой обработанной целлюлозы, мета-арамида, пара-арамида, модакрилата, новолоида, меламина, шерсти, полиамида, регенерированной целлюлозы (лиоцелла, модальной, вискозы), поливинилхлорида, антистатического волокна, стального волокна, поли(пара-фениленбензо-бис-оксазола) ((PBO)), полибензимидазола ((PBI)), полисульфонамида ((PSA)) и их комбинаций. Сопутствующие пряжи могут включать в себя пряжи из смеси волокон, штапельные пряжи, пряжи со стержневой нитью и крученые пряжи, а также пряжи из филаментов. Сопутствующая пряжа может также содержать теплостойкое волокно или пряжу и может содержать окисленное полимерное волокно.

Плотность окисленного полимерного волокна варьируется в зависимости от степени окисления. Например, плотность может составлять от примерно 1,20 г/см³ до примерно 1,50 г/см³, включая примерно 1,20-1,44 г/см³, примерно 1,30-1,44 г/см³ и примерно 1,20-1,40 г/см³. Когда окисленное полимерное волокно является только частично окисленным, в результате может быть получено двухзонное волокно, такое как волокно оболочка-сердцевина.

Зона сердцевины, которая является неокисленной, может иметь радиус (r), тогда как поперечное сечение волокна может иметь радиус (R). Отношение радиуса зоны сердцевины к общему радиусу волокна (r:R) варьируется в зависимости от степени окисления. Соотношение (r:R) может варьироваться от примерно 1:1,03 до примерно 1:7, например от примерно 1:1,03 до примерно 1:1,4, от примерно 1:2 до примерно 1:9, от примерно 1:2 до примерно 1:6 и от примерно 1:1,05 до примерно 1:8, включая от примерно 1:1,105 до примерно 1:1,4.

Ткани некоторых вариантов могут быть получены как легкие ткани при сохранении свойств, необходимых для спецодежды. Ткани могут иметь массу менее 12 унция/ярд² (4,0 Н/м²), включая менее 7,5 унция/ярд² (2,5 Н/м²), примерно 3-12 унция/ярд² (примерно 1-4 Н/м²), от примерно 3 до примерно 7,5 унция/ярд² (примерно 1-2,5 Н/м²), от примерно 4 до примерно 9 унция/ярд² (примерно 1-3 Н/м²) и от примерно 3 до примерно 6,5 унция/ярд² (примерно 1-2,175 Н/м²).

Ткани некоторых вариантов выполняются исключительно хорошо для некоторых применений для спецодежды, таких как ASTM F1959 «Стандартный метод испытания для определения параметра стойкости к дуговому разряду материалов для одежды», где ткани либо соответствуют, либо превышают требования стандартов при сохранении низкой массы ткани. Понятно, что, чем тяжелее ткань, тем лучше она осуществляет защиту от таких опасностей, как тепло, химические вещества, электричество и т.д. Однако ткани некоторых вариантов могут иметь параметр стойкости к дуговому разряду 8 или более, включая параметр стойкости к дуговому разряду 9 или более. Параметр стойкости к дуговому разряду 9 может быть достигнут тканью массой 7,5 унция/ярд² (2,5 Н/м²) или менее, например от примерно 6,5 унция/ярд² (примерно 2,175 Н/м²) до примерно 7,5 унция/ярд² (примерно 2,5 Н/м²). Указанные свойства являются очень важными для одежды, для которой комбинация легких и защитных тканей требуется для промышленных применений, где владелец одежды может подвергаться воздействию опасных условий. Ткани или одежда также могут быть окрашены, когда требуется.

Ткани некоторых вариантов могут иметь другие благоприятные свойства в дополнение к требованиям стандартов по стойкости к дуговому разряду, описанным выше. Ткани некоторых вариантов могут обеспечить обуглившийся отрезок при вертикальной воспламеняемости <4 дюйм (101,6 мм) (по методу испытания ASTM D6413), параметр теплозащитной характеристики (пространственный) >10 кал/см²и % сгорания тела теплового имитатора <50% (по методу испытания ASTM F1930) при испытании в соответствии со стандартом Национальной ассоциации огнезащиты (NFPA) 2112 (2007) «Стандарт на огнестойкую одежду для защиты промышленного персонала от вспышки огня».

Пряжи, содержащие окисленное полимерное волокно, могут быть получены любым подходящим способом прядения пряжи, таким как способы, традиционно используемые для штапельных волокон.

Примеры используемых способов включают в себя способы прядения, обычно используемые для шерсти с получением шерстяной пряжи. Соответственно, пряжами, используемыми в некоторых вариантах, могут быть камвольные пряжи из смеси волокон, или, другими словами, пряжи, получаемые на системе камвольного прядения. Указанные пряжи могут быть получены с использованием камвольного кардочесания или с использованием преобразованного жгута. Также может быть использован способ, используемый для коротких волокон, включая штапельные волокна, такие как хлопок.

Характеристики и преимущества настоящего изобретения более полно показаны последующими примерами, которые предусмотрены в целях иллюстрации и не должны истолковываться как ограничение изобретения никаким образом.

ПРИМЕРЫ

Методы испытаний

Методы испытаний и минимальные требования к теплозащите включают в себя:

а. ASTM D6413: Метод определения огнестойкости текстильных изделий (вертикальное испытание).

b. NFPA 2112: (Национальная ассоциация огнезащиты)

Стандарт на огнестойкую одежду для защиты промышленного персонала от вспышки пламени. Раздел 8.2 (Определение теплозащитной характеристики).

с. NFPA 1977: (Национальная ассоциация огнезащиты)

Стандарт на защитную одежду и оборудование для пожаротушения залежей.

d. NFPA 1951: (Национальная ассоциация огнезащиты)

Стандарт на защитные устройства для случаев технического спасения.

е. ASTM F1930:

Метод испытания по оценке огнестойкой ткани для защиты от воспроизведения вспышек огня с использованием оснащенного приборами имитатора.

f. ASTM F1959:

Стандартный метод испытания по определению параметра стойкости к дуговому разряду материалов для одежды.

Последующие таблицы содержат образцы тканей (Таблица 1) и результаты (Таблицы 2-4) в соответствии с каждым методом испытания. Ткани получают как саржу с использованием только пряжи из смеси волокон, включая волокна, указанные в Таблице 1. Для сравнения указаны минимальные требования для каждого метода испытания. Каждая из тканей (1), (2), (3) и (4) изобретения, соответственно, отвечает минимальным критериям, требуемым для их предназначенного конечного использования.

Хотя здесь описано то, что в настоящее время считается предпочтительными вариантами изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от сущности изобретения, и имеется ввиду включение всех таких изменений и модификаций как входящих в истинный объем изобретения.

Реферат

Предусматривается изделие, включающее ткань, содержащую: (а) пряжу из смеси волокон, содержащую: (i) от примерно 10% мас. до примерно 85% мас., по меньшей мере, одного двухзонного волокна, содержащего окисленный полимер, выбранный из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций; (ii) по меньшей мере, одно сопутствующее волокно, выбранное из группы, состоящей из огнестойкого сложного полиэфира, огнестойкого полиамида (нейлона), огнестойкой вискозы, огнестойкой обработанной целлюлозы, мета-арамида, пара-арамида, модакрилата, меламина, шерсти, полиамида (нейлона), регенерированной целлюлозы, поливинилхлорида, антистатического волокна, поли(пара-фениленбензо-бис-оксазола) ((PBO)), полибензимидазола ((PBI)), полисульфонамида ((PSA)) и их комбинаций; и (b) необязательно содержащую сопутствующую пряжу, отличающуюся от указанной пряжи из смеси волокон; где указанная сопутствующая пряжа содержит пара-арамид в количестве менее 20% мас. от массы ткани; и где ткань имеет массу от примерно 3 унция/ярд(примерно 1 Н/м) до примерно 12 унция/ярд(примерно 4 Н/м). 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 5 табл.

Формула