CN102124152B - 用于改善的防暴燃和电弧的晶形间位芳族聚酰胺共混物 - Google Patents

用于改善的防暴燃和电弧的晶形间位芳族聚酰胺共混物 Download PDF

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Abstract

适用于防电弧和火焰并具有改善的防暴燃的纱线、织物和衣服包含按重量计大量的具有至少20％结晶度的间位芳族聚酰胺纤维以及少量的改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维。由所述纱线制成的衣服能够提供热保护，使得穿着者根据ASTM F1930暴露于暴燃4秒钟时将经历小于65％的身体烧伤，同时根据ASTM F1959和NFPA 70E保持2类电弧等级。

Description

用于改善的防暴燃和电弧的晶形间位芳族聚酰胺共混物
发明背景
1.发明领域
本发明涉及用于织物生产的混纺纱，所述织物不仅具有防电弧和火焰特性，而且还具有当暴露于暴燃时改善的性能。本发明还涉及用此类织物生产的衣服。 
2.背景技术
当用防护服装保护工作者免受可能的暴燃时，暴露于实际火焰的时间为重要考虑因素。一般来讲，使用术语“暴燃”是由于暴露于火焰的持续时间极短，大约几秒钟。此外，尽管一秒钟的差值看似很小，但是当暴露于火灾时，多暴露于火焰一秒钟就意味着烧伤的重大差别。 
暴燃中材料的性能可利用ASTM F1930测试方案用装有仪器的人体模型来测量。人体模型穿有要测量的材料，随后暴露于来自喷焰器的火焰。分配在整个人体模型上的温度传感器测量人体模型经历的局部温度，所述温度将为人体在经受相同的火焰量时所经历的温度。在给定标准的火焰强度的情况下，人体将经受的烧伤程度(即，一度烧伤、二度烧伤等)及身体烧伤的百分数可由人体模型温度数据确定。 
授予Zhu等人的美国专利7,348,059公开了用于防电弧和火焰织物及衣服的变性聚丙烯腈/芳族聚酰胺纤维共混物。此类共混物具有高含量(40-70重量％)的改性聚丙烯腈纤维和低含量(10-40重量％)的具有至少20％结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、以及对位芳族聚酰胺纤维(5-20重量％)。由此类共混物制成的织物和衣服提供了对电弧及暴露于暴燃至多3秒钟的防护。授予Zhu的美国专利申请公布US2005/0025963公开了由具有以下组成的共混物制成的改善的防火共混物、纱线、织物及衣物制品：10-75份的至少一种芳族聚酰胺短纤维、15-80重量份的至少一种改性聚丙烯腈短纤维、以及5-30重量份的至少一种脂族聚酰胺短纤维。该共混物将不会提供186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方码)范围内的用于织 物的2类电弧等级，这是由于该共混物中易燃的脂族聚酰胺纤维的高比例。授予Lovasic等人的美国专利7,156,883公开了包括非晶形间位芳族聚酰胺纤维、晶形间位芳族聚酰胺纤维和阻燃纤维素纤维的纤维共混物、织物和防护服，间位芳族聚酰胺纤维占50至85重量％，其中三分之一至三分之二的间位芳族聚酰胺纤维为非晶形的且三分之二至三分之一的间位芳族聚酰胺纤维为晶形的。此外，由这些共混物制备的织物将不会提供186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方码)范围内的用于织物的2类电弧等级。 
根据NFPA 2112标准，暴燃防护服装所需的最低性能为3秒钟的火焰暴露下小于50％的身体烧伤。由于暴燃对于一些工业中的工作者为非常现实的威胁，并且不可能完全预料个人将吞没在火焰中多长时间，因此防护服装织物和衣服的暴燃性能的任何改善都有可能挽救生命。具体地讲，如果防护服装可提供对于超过3秒钟，例如4秒钟或更多的火焰暴露的增强保护，则其代表多达33％或更多的潜在暴露时间的增加。暴燃代表工作者会经历的最极端热威胁类型之一；此类威胁比简单暴露于火焰苛刻的多。因此，提供改善的暴燃性能与低基重下的高防电弧程度组合的任何改善是所希望的。 
发明概述
本发明涉及用于防电弧和火焰中的纱线、以及由该纱线制成的织物和衣服，所述纱线基本上由50至80重量％的具有至少20％结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、10至30重量％的改性聚丙烯腈纤维、5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维、以及1至3重量％的防静电纤维组成，所述重量百分数是按组分(a)、(b)、(c)和(d)的总重量计。所述织物和衣服具有在186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方码)范围内的基重。 
在一个实施方案中，由所述纱线制成的衣服提供热保护，使得穿着者根据ASTM F1930暴露于暴燃4秒钟时将经历小于65％的预测身体烧伤同时保持2类电弧等级。 
发明详述
本发明涉及提供织物和衣服可由其制备的纱线，所述织物和衣服既提供电弧保护又提供优异的暴燃保护。电弧通常涉及数千伏的电压和数千安培的电流，使衣服或织物暴露于强烈的入射能量。为了提供对穿着者的保护，衣服或织物必须抵抗该能量透过至穿着者的转移。据信这种抵抗通过织物吸收入射能量的一部分和通过织物抗裂开以及织物与穿着者身体之间的气隙来实现。裂开期间在织物中形成的洞使表面或穿着者直接暴露于入射能量。 
除了抵抗来自电弧的强烈的入射能量之外，衣服和织物还抵抗由于长期暴露于大于3秒钟的暴燃的能量的热转移。据信本发明通过吸收入射能量的一部分并且通过使得传递的热能减少的改善炭化来减少能量传递。 
纱线基本上由间位芳族聚酰胺纤维、改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维的共混物组成。通常，纱线由50至80重量％的具有至少20％结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、10至30重量％的改性聚丙烯腈纤维、5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维、以及1至3重量％的防静电纤维组成。优选地，纱线由65至75重量％的具有至少20％结晶度的间位芳族聚酰胺纤维、15至25重量％的改性聚丙烯腈纤维、5至15重量％的对位芳族聚酰胺纤维、以及2至3重量％的防静电纤维组成。以上百分比按四种所述组分计。所谓的“纱线”是指纺丝或加捻在一起以形成连续股线的纤维集合，所述股线可用于编织、针织、编结、或编辫、或换句话讲制备成纺织材料或织物。 
如本文所用，“芳族聚酰胺”是指聚酰胺，其中至少85％的酰胺(-CONH-)连接基直接连接到两个芳族环。可将添加剂与芳族聚酰胺一起使用，并且实际上已发现，可将多达10重量％的其他聚合材料与芳族聚酰胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多达10％的替代芳族聚酰胺二胺的其他二胺，或多达10％的替代芳族聚酰胺二酰氯的其他二酰氯。合适的芳族聚酰胺纤维描述于Man-Made Fibers--Science and Technology，第2卷，名称为Fiber-Forming Aromatic Polyamides的章节中，第297页，W.Black等人，Interscience出版社，1968年。芳族聚酰胺纤维也公开于美国专利4,172,938、3,869,429、3,819,587、3,673,143、3,354,127和3,094,511 中。间位芳族聚酰胺为其中酰胺键相对于彼此处于间位的那些酰胺，而对位芳族聚酰胺为其中酰胺键相对于彼此位于对位的那些酰胺。最常用的酰胺为聚(间苯二甲酰间苯二胺)和聚对苯二甲酰对苯二胺。 
当用于纱线中时，间位芳族聚酰胺纤维提供具有约26的极限氧指数(LOI)的阻燃炭化纤维。间位芳族聚酰胺纤维还阻止由于暴露于火焰而对纱线的损伤传播。由于间位芳族聚酰胺纤维在模量和伸长物理特性之间的平衡，其还提供用于单层织物衣服的舒适织物，所述单层织物衣服旨在作为常规衬衫、裤子和连衣工作服形式的工作服穿用。关键的是纱线具有至少50重量％的间位芳族聚酰胺纤维以向轻型织物和衣服提供改善的炭化，从而阻止长期暴露于暴燃期间的能量热转移。在一些优选的实施方案中，纱线含有至少65重量％的间位芳族聚酰胺纤维。在一些实施方案中，间位芳族聚酰胺纤维优选的最大量为75重量％或更小。然而，也可利用高达80重量％的量。 
所谓改性聚丙烯腈纤维是指由主要包含丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸类合成纤维。优选地，聚合物为包含30至70重量％的丙烯腈和70至30重量％的含卤素乙烯基单体的共聚物。所述含卤素乙烯基单体为至少一种选自例如氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯、偏二溴乙烯等的单体。可共聚乙烯基单体的实例是丙烯酸、甲基丙烯酸、此类酸的盐或酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯等等。 
优选的改性聚丙烯腈纤维为与偏二氯乙烯组合的丙烯腈共聚物，所述共聚物还具有用于改善阻燃性的氧化锑或锑氧化物。此类可用的改性聚丙烯腈纤维包括但不限于如美国专利公开3,193,602中所公开的具有2重量％三氧化锑的纤维，如美国专利公开3,748,302中所公开的由含量为至少2重量％，并且优选不大于8重量％的各种氧化锑制得的纤维，以及如美国专利公开5,208,105和5,506,042中所公开的具有8至40重量％锑化合物的纤维。 
取决于掺杂锑衍生物的含量，纱线内的改性聚丙烯腈纤维提供具有通常至少28的极限氧指数的阻燃炭化纤维。改性聚丙烯腈纤维还阻止由于暴露于火焰而对纱线的损伤传播。尽管高度阻燃，但是改性聚丙烯腈纤维本身向纱线或由纱线制成的织物提供的拉伸强度不足以在暴露于电弧时提供 期望的抗裂开程度。纱线含有至少10重量％的改性聚丙烯腈纤维。在一些优选的实施方案中，纱线含有至少15重量％的改性聚丙烯腈纤维。在一些实施方案中，改性聚丙烯腈纤维优选的最大量为25重量％或更小。然而，也可利用高达30重量％的量。 
间位芳族聚酰胺纤维向纱线或由纱线制成的织物提供附加拉伸强度。改性聚丙烯腈纤维与间位芳族聚酰胺纤维的组合高度阻燃，但是向纱线或由纱线制成的织物提供的拉伸强度不足以在暴露于电弧时提供期望的抗裂开程度。 
关键的是间位芳族聚酰胺纤维具有某一最小结晶度以实现防电弧方面的改善。间位芳族聚酰胺纤维的结晶度为至少20％，最优选至少25％。为了便于形成最终纤维而例证起见，结晶度的实际上限为50％(尽管认为较高的百分比是合适的)。一般来讲，结晶度将在25％至40％的范围内。具有该结晶度的商业间位芳族聚酰胺纤维的一个实例是Nomex
Figure BPA00001293628500051
T-450，其得自E.I.du Pont de Nemours & Company，Wilimington，Delaware。 
间位芳族聚酰胺纤维的结晶度通过两种方法中的一种来确定。第一种方法用于无空隙纤维，而第二种方法用于并非完全不含空隙的纤维。 
间位芳族聚酰胺的结晶度百分数在第一种方法中通过首先利用优良的、基本上无空隙的样本产生用于结晶度的线性校准曲线来确定。就此类无空隙样本而言，比体积(l/密度)可利用两相模型与结晶度直接相关。样本的密度在密度梯度柱中测量。通过x射线散射方法确定为非晶型的间位芳族聚酰胺薄膜被测量并发现具有1.3356g/cm3的平均密度。完全结晶间位芳族聚酰胺样本的密度随后由x射线晶胞的尺寸确定为1.4699g/cm3。一旦建立0％和100％的结晶度端点，则密度已知的任何无空隙实验样本的结晶度可由这种线性关系确定： 
Figure BPA00001293628500052
由于许多纤维样本并非完全不含空隙，因此拉曼光谱为测定结晶度的优选方法。由于拉曼测量对空隙度不敏感，因此1650-1cm处的羰基伸缩 相对强度可用于确定任何形式的间位芳族聚酰胺的结晶度，而与是否存在空隙无关。为了实现该目的，结晶度与1650cm-1处的羰基伸缩强度(归一化为1002cm-1处的环拉伸模式强度)之间的线性关系利用最小空隙样本形成，所述样本的结晶度由如上所述的密度测量预先确定并已知。建立取决于密度校准曲线的以下经验关系，以便利用Nicolet型910 FT-拉曼光谱确定结晶度百分数： 
Figure BPA00001293628500061
其中I(1650cm-1)为间位芳族聚酰胺样本在该点处的拉曼强度。利用该强度由以上公式计算实验样本的结晶度百分数。 
当由溶液纺丝、骤冷并利用低于玻璃化转变温度的温度干燥而无附加热量或化学处理时，间位芳族聚酰胺纤维仅仅形成较小的结晶度含量。当利用拉曼散射技术测量纤维的结晶度时，此类纤维具有小于15％的结晶度百分数。这些具有低结晶度的纤维被认为是可通过利用热或化学装置结晶的非晶形间位芳族聚酰胺纤维。结晶度含量可通过在聚合物的玻璃化转变温度或该温度之上进行热处理而增加。此类加热通常通过用处于张力下的加热辊接触纤维而施加，所述接触的时间足以赋予纤维期望的结晶度含量。 
间位芳族聚酰胺纤维的结晶度含量可通过化学处理增加。在一些实施方案中，这包括在纤维掺入到织物中之前对其着色、染色或假染色的方法。一些方法公开于例如美国专利4,668,234、4,755,335、4,883,496和5,096,459中。染料助剂(也已知为染料载体)可有助于增加芳族聚酰胺纤维的染料汲取。有用的染料载体包括芳基醚、苄醇或苯乙酮。 
对位芳族聚酰胺纤维提供高拉伸强度纤维，其足量添加到纱线中时改善由纱线形成的织物在暴露于火焰后的抗裂开。纱线中的大量对位芳族聚酰胺纤维使得包含该纱线的衣服令穿着者不舒适。纱线含有至少5重量％的对位芳族聚酰胺纤维。在一些实施方案中，优选对位芳族聚酰胺纤维的最大量为15重量％或更少。然而，可利用高达20重量％的量。 
术语拉伸强度是指可在材料破裂或失效之前施加到材料上的最大应力值。撕裂强度是指撕裂织物所需的力值。一般来讲，织物的拉伸强度涉及织物将如何容易地被撕裂或撕破。拉伸强度也可涉及织物避免永久性拉伸或变形的能力。织物的拉伸和撕裂强度应足够高，以防止衣服以显著危害衣服的预期防护程度的方式撕破、撕裂或永久性变形。 
由于静电放电会对用敏感电器或近易燃蒸汽工作的工作者有害，因此纱线、织物或衣服包含防静电组分。例证性的实例为钢纤维、碳纤维或与现有纤维组合的碳。防静电组分以总纱线的1至3重量％的量存在。在一些优选实施方案中，防静电组分仅以2至3重量％的量存在。美国专利公开4,612,150(授予De Howitt)和美国专利公开3,803453(授予Hull)描述了尤其有用的导电纤维，其中炭黑分散在热塑性纤维内，向纤维提供防静电的电导系数。优选的防静电纤维为碳芯尼龙外皮纤维。防静电纤维的使用提供具有减少的静电倾向并因此具有减少的表观电场强度和令人讨厌的静电的纱线、织物和衣服。 
纱线可通过纺纱技术制备，所述技术例如但不限于环锭纺纱、包芯纺纱和喷气纺纱，所述喷气纺纱包括诸如村田喷气纺纱的气流纺纱技术，其中空气用于将短纤维合股成纱线，前提条件是所需的结晶度存在于最终纱线中。如果制备的是单股纱，则优选随后将它们合股在一起以在转化为织物之前形成包括至少两股单股纱的合股加捻纱。 
为了提供对由电弧造成的高强度热应力的保护，希望由该织物制成的防电弧织物和衣服拥有诸如以下的特征：用于阻燃性的超过空气中氧浓度的极限氧指数(即，大于21并优选大于25)，指示对织物的缓慢损伤传播的短炭化长度，以及良好的抗裂开性以阻止入射能量直接冲击保护层之下的表面。 
如说明书和所附权利要求中所用，术语织物是指已利用一种或多种不同类型的上述纱线织造、针织或换句话讲集合的期望保护层。优选的实施方案为织造织物，并且优选的编织物为斜纹织。在一些优选的实施方案中，织物具有用基重归一化的至少每盎司/平方码1.1卡路里/平方厘米(每克/平方米0.14焦耳/平方厘米)的耐电弧性。在一些实施方案中，用基重 归一化的耐电弧性优选为每盎司/平方码至少1.3卡路里/平方厘米(每克/平方米0.16焦耳/平方厘米)。 
具有如上所述比例的间位芳族聚酰胺纤维、改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维的纱线专门存在于织物中。在织造织物的情况下，所述纱线既用于织物的经纱中，也用于纬纱中。如果需要，纱线中的间位芳族聚酰胺纤维、改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维的相对含量可改变，只要纱线组成落在上述范围内。 
用于制备织物的纱线基本上由如上所述的间位芳族聚酰胺纤维、改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维以所述比例组成，而不包含任何其他附加热塑性或可燃性纤维或材料。诸如聚酰胺或聚酯纤维的其他材料和纤维向纱线、织物及衣服提供可燃性材料，并且据信影响衣服的暴燃性能。 
由具有如上所述比例的间位芳族聚酰胺纤维、改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维的纱线制成的衣服向穿着者提供热保护，所述热保护等同于暴露于暴燃4秒钟时小于65％的预测身体烧伤同时保持2类电弧等级。这相对暴露3秒钟时对穿着者小于50％的预测身体烧伤的最低标准为显著改善。就一些其他阻燃织物而言，烧伤相对于火焰暴露实质上基本呈指数变化。由衣服提供的保护万一多一秒钟的火焰暴露时间，则很可能意味着生死之别。 
对于电弧等级有两种常见的分类体系。全国消防协会(NFPA)具有4种不同的类别，其中1类具有最低性能而4类具有最高性能。在NFPA70E体系下，类别1、2、3和4分别对应于4、8、25和40卡路里/平方厘米的通过织物的热流量。全国用电安全规程(NESC)也具有含有3种不同类别的等级体系，其中1类具有最低性能而3类具有最高性能。在NESC体系下，类别1、2和3分别对应于4、8和12卡路里/平方厘米的通过织物的热流量。因此，如根据标准测试方法ASTM F1959所测量的，具有2类电弧等级的织物或衣服可抵挡8卡路里/平方厘米的热流量。 
暴燃中的衣服性能利用装有仪器的人体模型通过ASTM F1930测试方案进行测量。人体模型穿有衣服并暴露于来自喷焰器的火焰，并且用传感器测量人体在经受相同的火焰量时经历的局部皮肤温度。给定标准的火焰 强度，人体将经受的烧伤程度(即，一度烧伤、二度烧伤等)及身体烧伤的百分数可由人体模型温度数据确定。较低的预测身体烧伤为暴燃危险中的较佳衣服保护的指示。 
据信在如上所述的纱线、织物和衣服中使用晶形间位芳族聚酰胺纤维不仅可提供暴燃中的改善性能，而且还导致显著降低的衣物收缩率。这种降低的收缩率是按相同的织物计，其中唯一的区别是利用具有如上所示结晶度的间位芳族聚酰胺纤维，其与未被处理来增加结晶度的间位芳族聚酰胺纤维形成对比。就本文的目的而言，在用具有140℉的水温进行20分钟的洗涤循环后测量收缩率。优选的织物在10次洗涤循环后，优选20次循环后显示出5％或更小的收缩率。随着每单位面积的织物量增加，介于潜在危险与受保护对象之间的材料量增加。织物基重的增加导致增加的抗裂开、增加的热保护因子、以及增加的防电弧。然而，较轻重量的织物如何能够实现改善的性能并不明显。如上所述的纱线使得在防护服装(尤其是更舒适的单一织物衣服)中利用具有改善性能的较轻重量的织物。同时具有期望的电弧和暴燃性能的织物基重为186.5g/m2(5.5盎司/平方码)或更大，优选为200g/m2(6.0盎司/平方码2)或更大。在一些实施方案中，优选的最大基重为237g/m2(7.0盎司/平方码2)。超过该最大值，单一织物衣服中的较轻重量织物的舒适性有益效果据信会降低，这是由于据信较高基重的织物将显示出增加的硬度。 
炭化长度为纺织物的阻燃性量度。炭化定义为由于高温分解或不完全燃烧形成的碳质残渣。在如本说明书所报导的ASTM 6413-99测试条件下的织物炭化长度定义为直接暴露于火焰的织物边缘距已施加具体的扯开力之后的可见织物损伤的最远点之间的距离。根据NFPA 2112标准，织物应具有小于4英寸的炭化长度。 
在一些优选的实施方案中，织物用作防护服中的单层。在本说明书内，织物的保护能力值是针对织物的单层进行报导。在一些实施方案中，本发明还包括由织物制成的多层衣服。 
在一些尤其有用的实施方案中，具有如上所述比例的间位芳族聚酰胺纤维、改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维的短纤纱可用于制作阻燃服装。在一些实施方案中，所述服装具有基本上一层由短纤 纱制得的防护织物。示例性的此类衣服包括消防人员或军事人员的跳伞服和连衣工作服。此类套装通常用于罩在消防人员衣服之外，并且用于跳伞进入到某个区域以扑灭森林火灾。其他服装可包括在可能发生极度热事件的诸如化学处理工业或工业电气/电力环境下可穿着的裤子、衬衫、手套、袖套等。 
测试方法
根据ASTM D-3884-01“纺织物耐磨性的标准指南(转台，双头法)”来测定织物的磨损性能。 
根据ASTM F-1959-99“测定服装材料电弧热性能值的标准试验方法”来测定织物的耐电弧性。 
根据ASTM D-5034-95“织物断裂强度及伸长的标准试验方法(抓样试验)”来测定织物的断裂强度。 
根据ASTM G-125-00“测量气体氧化剂中液体和固体材料着火极限的标准试验方法”来测定织物的限氧指数(LOI)。 
根据ASTM D-5587-03“用梯形法测定织物撕裂的标准试验方法”来测定织物的抗撕裂性。 
根据NFPA 2112“工业人员阻暴燃型防火服标准”来测定织物的热保护性能。术语热保护性能(或TPP)涉及在织物暴露于直接火焰或热辐射时，织物向织物下的穿着者皮肤提供连续且可靠保护的能力。 
根据ASTM F-1930利用装有仪器的热人体模型进行暴燃防护程度测试，所述热人体模型穿有由测试纤维制成的标准图案连衣工作服。 
根据ASTM D-6413-99“纺织物阻燃性标准试验方法(垂直法)”来测定织物的炭化长度。 
以体积百分数表示的氧和氮混合物中的最低氧浓度在ASTMG125/D2863条件下测定，所述混合物刚好可维持初始室温下的织物的有焰燃烧。 
通过物理测量织物在一次或多次洗涤循环后的单位面积来确定收缩率。一次循环是指在具有140℉水温的工业洗涤剂中洗涤织物20分钟。 
为了示出本发明，提供了以下实施例。除非另外指明，所有份数和百分比均按重量计且度数以摄氏度计。 
实施例
实施例1
该实施例示出了含有与少量改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维组合的大量间位芳族聚酰胺纤维的纱线、织物及衣服，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％的结晶度。这种材料既具有期望的电弧等级2，并且装有仪器的热人体模型预测的暴露4秒钟时的身体烧伤为＜65％。 
制备的耐用电弧和热防护织物具有Nomex
Figure BPA00001293628500111
型450纤维、Kevlar
Figure BPA00001293628500112
29纤维、改性聚丙烯腈纤维和防静电纤维的紧密共混物的经纱和纬纱喷气短纤纱。Nomex
Figure BPA00001293628500113
型450为具有33-37％的结晶度的聚间苯二甲酰间苯二胺(MPD-I)。改性聚丙烯腈纤维为含有6.8％锑的ACN/聚偏-二氯乙烯共聚物纤维(商业上已知为ProtexC)。Kevlar
Figure BPA00001293628500115
29纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPD-T)纤维，并且防静电纤维为商业上已知为P140的碳芯尼龙外皮纤维。 
制备具有70重量％的Nomex
Figure BPA00001293628500116
型450纤维、8重量％的Kevlar
Figure BPA00001293628500117
29纤维、20重量％的改性聚丙烯腈纤维和2重量％的P140纤维的清棉混纺条，并且利用棉纺***加工和喷气纺丝机架制成短纤纱。所得纱线为21特(28棉纱支数)的单股纱。随后在合股机上将两股单股纱合股在一起以制备具有10转/英寸合股的双股纱线。 
纱线随后用作织物的经线和纬线，所述织物以3×1的斜纹构造在有梭织机上制造。本色的斜纹织物具有约203g/m2(6盎司/平方码2)的基重。本色的斜纹织物随后在热水中洗涤并利用碱性染料喷射染色并干燥。成品的斜纹织物具有每厘米31根经纱×16根纬纱(每英寸77根经纱×47根纬纱)的构造和220g/m2(6.5盎司/平方码2)的基重。随后测试该织物的一部分以得到其电弧特性、热特性及机械特性，并将一部分转化为单层防护性连衣工作服用于暴燃测试。 
实施例2
这是另一个实施例，其示出了含有与少量改性聚丙烯腈纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维组合的大量间位芳族聚酰胺纤维的纱线、织物及衣服，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％的结晶度。这种材料既具 有期望的电弧等级2，并且装有仪器的热人体模型预测的暴露4秒钟时的身体烧伤为＜65％。 
重复实施例1，不同的是在紧密共混物中用相同量的Nomex型N301纤维取代Nomex
Figure BPA00001293628500122
型450纤维。Nomex
Figure BPA00001293628500123
型N301纤维为95％的聚间苯二甲酰间苯二胺(MPD-I)与5％的Kevlar
Figure BPA00001293628500124
29纤维的共混物，所述聚间苯二甲酰间苯二胺已被纺前着色并具有约33％至37％的结晶度。这样所得为具有66.5重量％的晶形间位芳族聚酰胺纤维、20重量％的改性聚丙烯腈纤维、11.5重量％的对位芳族聚酰胺纤维以及2重量％的防静电纤维的共混物的成品长条。随后测试该织物的一部分以得到其电弧特性、热特性及机械特性，并将一部分转化为单层防护性连衣工作服用于暴燃测试。 
比较实施例A
该实施例示出了含有间位芳族聚酰胺纤维的比较纱线、织物和衣服，所述间位芳族聚酰胺纤维具有小于20％的结晶度。该材料具有小于2的不可取的电弧等级。 
如实施例1所示制备耐用的电弧和热防护织物，然而在紧密共混物中用相同量的非晶形Nomex
Figure BPA00001293628500125
型455取代Nomex
Figure BPA00001293628500126
型450纤维。 
随后测试该织物的一部分以得到其电弧特性、热特性及机械特性，并将一部分转化为单层防护性连衣工作服用于暴燃测试。 
比较实施例B
该实施例示出了含有与阻燃人造纤维、对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维组合的间位芳族聚酰胺纤维的比较纱线、织物及衣服，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％的结晶度。该材料具有小于2的不可取的电弧等级。 
如实施例A所示制备耐用的电弧和热防护织物，然而在紧密共混物中用相同量的Nomex型450取代非晶形的Nomex
Figure BPA00001293628500128
型455纤维并用相同量的阻燃人造纤维取代纱线中的改性聚丙烯腈纤维。Nomex
Figure BPA00001293628500129
型450为具有33-37％的结晶度的聚间苯二甲酰间苯二胺(MPD-I)。 
随后测试该织物的一部分以得到其电弧特性、热特性及机械特性，并将一部分转化为单层防护性连衣工作服用于暴燃测试。 
比较实施例C
该实施例示出了含有与对位芳族聚酰胺纤维和防静电纤维组合的大量改性聚丙烯腈纤维和少量间位芳族聚酰胺纤维的比较纱线、织物及衣服，所述间位芳族聚酰胺纤维具有至少20％的结晶度。尽管该材料具有可接受的电弧等级2，但是装有仪器的热人体模型预测的暴露4秒钟时的身体烧伤为不可取的＞70％。 
如实施例A所示制备耐用的电弧和热防护织物，然而在紧密共混物中用Nomex型450取代Nomex
Figure DEST_PATH_GSB00000512718100012
型455纤维且将共混物中的Nomex
Figure DEST_PATH_GSB00000512718100013
450量减少为25重量％，同时将紧密共混物中改性聚丙烯腈纤维量增加至65重量％。对位芳族聚酰胺与防静电纤维的量保持相同。Nomex
Figure DEST_PATH_GSB00000512718100014
型450为具有33-37％的结晶度的聚间苯二甲酰间苯二胺(MPD-I)。 
随后测试该织物的一部分以得到其电弧特性、热特性及机械特性，并将一部分转化为单层防护性连衣工作服用于暴燃测试。 
下表总结了实施例中所述的纱线、织物和衣服的预期性能。比较材料既不具有足够的电弧等级，也不具有暴燃测试中所期望的性能。 
表
Figure DEST_PATH_GSB00000512718100015

Claims (15)

1.用于防电弧和火焰的纱线，所述纱线基本上由以下组成：
(a)50至80重量％的具有至少20％的结晶度的间位芳族聚酰胺纤维；
(b)10至30重量％的改性聚丙烯腈纤维；
(c)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维；和
(d)1至3重量％的防静电纤维；
所述重量百分数是按组分(a)、(b)、(c)和(d)的总重量计。
2.权利要求1的纱线，所述纱线基本上由以下组成：
(a)65至75重量％的间位芳族聚酰胺纤维；
(b)15至25重量％的改性聚丙烯腈纤维；
(c)5至15重量％的对位芳族聚酰胺纤维；和
(d)2至3重量％的防静电纤维。
3.权利要求1的纱线，其中所述防静电组分包含碳或金属。
4.权利要求1的纱线，其中所述间位芳族聚酰胺纤维具有在20％至50％范围内的结晶度。
5.适用于防电弧和火焰的织物，所述织物包含基本上由以下组成的纱线：
(a)50至80重量％的具有至少20％的结晶度的间位芳族聚酰胺纤维；
(b)10至30重量％的改性聚丙烯腈纤维；
(c)5至20重量％的对位芳族聚酰胺纤维；和
(d)1至3重量％的防静电纤维；
所述重量百分数是按组分(a)、(b)、(c)和(d)的总重量计；
所述织物具有在186.5至237克/平方米(5.5至7盎司/平方码)范围内的基重。
6.权利要求5的织物，其中所述纱线基本上由以下组成：
(a)65至75重量％的间位芳族聚酰胺纤维；
(b)15至25重量％的改性聚丙烯腈纤维；
(c)5至15重量％的对位芳族聚酰胺纤维；和
(d)2至3重量％的防静电纤维。
7.权利要求5的织物，所述织物根据ASTM D-6413-99具有小于6英寸的炭化长度。
8.权利要求5的织物，所述织物根据ASTM F-1959-99具有每盎司/平方码织物至少1.1卡路里/平方厘米的耐电弧性。
9.权利要求8的织物，其中所述耐电弧性为每盎司/平方码织物至少1.3卡路里/平方厘米。
10.权利要求5的织物，其中所述间位芳族聚酰胺纤维具有在20％至50％范围内的结晶度。
11.权利要求5的织物，所述织物在10次洗涤循环后具有5％或更小的收缩率。
12.适用于防电弧和火焰的包括如权利要求5所述织物的衣服。
13.权利要求12的衣服，其中所述织物基本上由以下组成：
(a)65至75重量％的间位芳族聚酰胺纤维；
(b)15至25重量％的改性聚丙烯腈纤维；
(c)5至15重量％的对位芳族聚酰胺纤维；和
(d)2至3重量％的防静电纤维。
14.权利要求12的衣服，所述衣服提供的热保护等同于根据ASTMF1930在4秒钟的火焰暴露时小于65％的身体烧伤，同时根据ASTM F1959和NFPA70E保持2类电弧等级。
15.权利要求12的衣服，其中所述织物在10次洗涤循环后具有5％或更小的收缩率。
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