專利名稱：耐火紡織品材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及耐火紡織品材料以及由這些材料制成的服裝。本發(fā)明具體但非專門地涉及警用、軍用以及消防隊員使用的衣服制品以及用于制造這種衣服的紡織品材料。歐洲法律規(guī)定雇主要提供能保護他們雇員的衣服，避免他們可能遇到的危害。用于防火耐熱的衣服必須通過對耐火、耐熱輻射、耐熱、拉伸和撕裂強度、耐磨性以及水和液體化學試劑滲透性的最低性能要求。所述成套服裝必須達到耐火和輻射熱傳遞的水平。
背景技術：
一種降低兩度和三度燒傷最有效的方法是確保熱源和皮膚之間的防護服阻擋層在暴露過程中保持完整，并在穿著者和熱源之間保持空隙。這稱為抗開裂性或者不開裂保護以及把活性空氣圍困。
本發(fā)明的目的是優(yōu)化織物提供的熱力保護。我們已經發(fā)現這可以通過使用改進的織物設計和纖維應用來獲得。
消防服用的外層紡織品材料以前是由100％間-芳族聚酰胺纖維或者間-芳族聚酰胺纖維和對-芳族聚酰胺纖維的聚酰胺-酰亞胺混合物，或者通過使用具有聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物或者含有對-芳族聚酰胺纖維芯和間-芳族聚酰胺纖維或者聚酰胺-酰亞胺包層的纖維芯細紗或短纖維混合物來制造的。在織物中這些纖維的混合物提高產品的不開裂保護。但是當間-芳族聚酰胺和聚酰胺-酰亞胺纖維暴露在高溫熱源下時，會收縮、鞏固以及變厚。在纖維混合物中或者作為芯存在對-芳族聚酰胺纖維或聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物可以防止纖維收縮以及之后衣服的開裂。但是，已發(fā)現在混合物中混入對-芳族聚酰胺纖維并不足以防止緊密織造的織物開裂，且不能增加穿著者和熱源之間的空隙。因此，仍需改進用于制造消防服和同類的紡織品材料。
消防服已經由許多紡織層制得，這些紡織層包括例如以Nomex商標制造的織造間-芳族聚酰胺纖維外層。開裂保護可以通過混合例如以Kevlar商標制造并在US3063966和US3506990中公開的對-芳族聚酰胺纖維來提供。但是，這種混合物的炭化會導致破裂和脆化，最后使其物理性能變差。
PCT/GB 00/01449揭示了包含有織造面的織物的耐火紡織品材料，所述織物含有選自間-芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺以及它們的混合物的纖維，且所述織物包括低熱收縮性纖維的織造絲網。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供制造包含有織造面的織物的耐火紡織品材料的方法，所述織物含有選自間-芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺以及它們的混合物的面料纖維，且所述織物包括低熱收縮性纖維的織造襯里，其中，選擇過量加入熱收縮性較低的纖維，使其在負重和拉緊(take-up)下伸長的總和與面料纖維在負重和拉緊下的伸長接近相等。
在優(yōu)選實施方式中，選擇過量加入襯里纖維，使其在負重和拉緊下伸長的總和與面料纖維在負重和拉緊下的伸長接近相等。
暴露在10秒的灼燒之后，已發(fā)現本發(fā)明織物不會開裂，然而，目前可得的由這些紗的混合物制得的織物在類似條件下會脫落。由于暴露在熱源之后，織物表面纖維的收縮高于在襯里的纖維，所述襯里的織物將彎曲，增大各層之間的空隙。
間-芳族聚酰胺纖維具有包括約35％拉緊的伸長。用于襯里紗的對-芳族聚酰胺可以具有包括約7％拉緊的伸長。因此，在本發(fā)明中可以使用在1.28區(qū)域的過量送料，即，28％的過量送料。
使用本發(fā)明的低熱收縮性纖維提高了暴露在火源或熱輻射源后紡織品材料的殘余拉伸強度。本發(fā)明的低熱收縮性纖維可以定義為當暴露在400℃的溫度下5秒時收縮性不超過6％的纖維。
本發(fā)明低熱收縮性纖維可以選自以下材料聚對苯二甲酰對苯二胺(對-芳族聚酰胺例如Kevlar)、聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物、聚酰胺-酰亞胺、共聚酰亞胺、通過交聯酚醛樹脂制得的并含有70％以上碳的酚醛纖維、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、高強力粘膠纖維、具有芯和有機前體的碳化硅、包括氧化鋁、硅酸鋁和硼硅鋁酸鹽的陶瓷纖維以及玻璃纖維包括E玻璃、C玻璃、D玻璃和R玻璃。上述纖維的混合物也可以使用。
優(yōu)選的低熱收縮性襯里纖維選自對-芳族聚酰胺、聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物、聚酰胺-酰亞胺、碳纖維以及它們的混合物。
含有100％聚間苯二甲酰對苯二胺(間-芳族聚酰胺)(例如Nomex)的纖維或紗暴露在例如295℃以上的高溫下就收縮。這種收縮能導致暴露在火焰下的整件衣服收縮。所述低熱收縮性纖維，例如對-芳族聚酰胺纖維或紗暴露在這一溫度下時不會收縮到相同程度。所述Kevlar的熱收縮性約為3％，然而，Nomex的熱收縮性約為24％，如果將這兩種纖維或紗混合在織物中，就可以控制和/或限制織物的收縮到一狀態(tài)，以使孔形成或者開裂減到最小。當暴露在高溫下時，可以控制織物向橫截面方向扭曲，使所述織物變厚。這種控制可以通過使用織造或經編面料織物來達到。這可提高由織物提供的熱保護性并提高用于升高內側溫度至在人皮膚可產生痛覺或者兩度燒傷的水平或者在熱保護性能(TPP)測試中所用類型的傳感器所需的秒數的作用。
和含有間-芳族聚酰胺和對-芳族聚酰胺纖維均質混合物的織物比較，本發(fā)明耐火織物具有更多的優(yōu)點。由均質混合物形成的織物新外觀保持差。在衣服表面上存在低熱收縮性纖維例如Kevlar，由于使用中的磨損會導致形成細纖維。著色的織物例如用于消防服的深藍色可以在織物的表面形成淺色斑點。這使深色的衣服出現不均勻色的外觀。用于說明這一影響的術語是織物磨砂。
所述低熱收縮性纖維宜置于所述面料織物的后面。這可以使增強纖維暴露在熱源下的可能降至最小。
本發(fā)明織物也具有以下的優(yōu)點低熱收縮性纖維相比其它纖維更易于紫外光降解，但是由于它們并不位于織物的外表面，所以降低了其降解。
具體實施例方式
在本發(fā)明優(yōu)選實施方式中，低熱收縮性纖維在面料織物的襯里形成交織的襯里織物。所述低熱收縮性纖維宜包含對-芳族聚酰胺或聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物，例如，Kevlar紗。所述紗的厚度可以根據所得質量和最終織物的織造來選擇。具體的最終用途會改變所得質量(克/米2)，但是通常為150～500克/米2。
所述織造織物宜為面料織物的復合物，其中交織混入襯里織物。質量和最終用途需要可改變表面纖維的織造。襯里稀疏平紋布的交織取決于面料織物的織造和所需的熱性能。
在優(yōu)選實施方式中，使用真正織造襯里。例如，在不增大其重量的條件下，其厚度通常雙倍。這可以提高其耐熱性。在前面和襯里之間的空氣層在火焰環(huán)境下可以保護所述襯里層。以下所述的熱保護性能(TPP)測試顯示在性能方面有25％的改善。
本發(fā)明包含織造襯里織物的紡織品材料可以是雙層或者多層布料，宜為中心縫合、自縫合或者互換雙層布。可以使用內部填充紗線在面料和襯里織物之間膨脹形成通道。
在特別優(yōu)選的實施方式中，紡織品材料包括中心縫合雙層布。宜過量加入所述襯里織物，在前面和襯里層之間形成空隙。這可以形成拉過或者起波紋的外觀。
所用過量送料的程度可以高達35％，宜高達30％，更好是25％?？梢赃x擇過量送料的程度來平衡前軸線和襯里軸線伸長和負重的程度?？梢赃x擇過量送料的程度來提供最佳的空氣層，使TPP值最適于具體的應用。
可以通過交織紗來生產本發(fā)明的織物，所述紗由含有100％間-芳族聚酰胺、100％對-芳族聚酰胺、100％聚酰胺-酰亞胺或這些纖維任何混合的均質混合物的短纖維和/或復絲纖維紡紗和合股或者包芯紡制而成。
所選細紗的交織可以如下所述將適于用作衣服外面料的緊密織造織物和適于用作衣服相反一側的稀松織造織物結合在一起。
選擇本發(fā)明的可以包含在織物中的纖維和紗將考慮這些纖維不同的收縮性能以及最終織物的具體要求?？梢赃x擇高收縮性和低收縮性纖維的復合物。例如，可以使用熱收縮性約為24％的間-芳族聚酰胺面料織物和熱收縮性約為3％的對-芳族聚酰胺襯里織物。
正面料紗對背面紗的比例和紗支數取決于最終織物所要求的重量、面料織造的交織和背面紗性能所要求的效果程度。
在優(yōu)選的實施方式中，所述面料紗支數可以為15～50Nm(公制紗線支數，包括單一或者多根合并紗)，宜為20～41Nm。所述背面紗支數可以為25～150Nm，宜為40～60Nm(公制紗線支數，包括單一或者多根合并紗)。
所述面料紗支數和襯里紗支數的比例或比率可以為1∶2～20∶1，宜為1∶1～4∶1。
面料織造的交織可以由所需外觀以及最終織物所要求的物理性能來決定。這種交織可以是許多對本領域技術人員已知的設計中的任意一種。優(yōu)選的面料織造是平紋織造、防破裂平紋織造、防破裂斜紋織造或者直(straight)斜紋織造以及它們衍生出的織造方法。

圖1的EX312顯示了用于優(yōu)選織物的織造方案。一些其它布和織造變化為自縫合雙層布-面料織造-1×1，1×1防破裂，2×1防破裂斜紋以及它們衍生方法。
襯里織造-1×1，2×1斜紋以及它們衍生方法。
中心縫合雙層布料(中心縫合可以經紗或者緯紗縫合或者若兩者均使用，則變成三層布)-面料和襯里織造按對于自縫合布所述。
互換雙層布料-面料和襯里織造也許相同，以保持有規(guī)則的表面效果，例如1×1或者2×1斜紋，雖然它們可根據要求而有所不同，例如面料2×1斜紋、襯里1×1，但是這將形成圖案效果。
具有內部填充紗的布-面料和襯里織造也許是按對于自縫合布所述兩織物之間具有填充紗。所述填充紗可以以經紗、緯紗放置或者兩者均可。
多層布-
這些將結合多于兩層的織物，即三層布、四層布等?？椢锏母鲗邮褂蒙鲜龈骺椃ǖ慕M合。
若需要的話，可以使用其它織法。正面料細紗和背面細紗之間的交織程度對獲得最多不同性能的細紗的織物，提供均勻表面和怡人的外觀并且仍然可以以盡可能高的效率進行織造是重要的。
在優(yōu)選的方法中，可以以規(guī)定的比例和加工順序使用分條整經法將織物面料和反面的經紗用紗合并在一根或者兩根共同具有織造最終織物所需的末端總數的經軸上。
可以以規(guī)定比例、加工順序和選擇用于生產所需面料和反面織物的密度使所述緯紗插入穿過所述經紗并交織在一起。
在織造過程和插入緯紗過程中，對面料和反面紗施加不同的張力，這對于彌補這些紗中所用不同類型纖維固有的不同伸長程度很重要，且對本發(fā)明織物的性能很重要。
優(yōu)選用于制造本發(fā)明織物的織機是一種可以以不同送料速度從各經軸提供面料和襯里經紗，是以可以彌補所述面料織物紗和反面紗不同的伸長程度和不同的交織。
優(yōu)選的織機也具有用于單獨緯紗張力調整的電子緯紗中心制動，用于彌補所述面料織物紗和反面紗不同的伸長程度和不同的交織。用于織造本發(fā)明織物的不同張力調整對面料紗來說可要求35％的制動作用力，反面紗來說則可要求75％的制動作用力。
本發(fā)明也可以提供經編織物。
以前所知的消防服包含三層紡織層的復合物，所述三層分別為外層織物、濕氣阻擋層和有填充物的耐熱襯里。本發(fā)明可以降低使用三層的要求，或者降低這三層的總重。
通過實施例進一步說明本發(fā)明，但這并不存在任何進行限定的意思。
實施例1使用自縫合雙層結構，由93％間-芳族聚酰胺、5％對-芳族聚酰胺和2％抗靜電纖維(NomexComfort)防破裂平紋織造面料和100％Kevlar襯里織造本發(fā)明的紡織品材料(在本說明書中稱為EX312)。以面料紗對襯里紗為2∶1的比例進行織造。
使用1.28的對-芳族聚酰胺過量送料，即28％的過量送料。
測試方法本發(fā)明的耐火紡織品材料是使用以下測試方法進行測定的。
通過熱保護性能(TPP)測試來測量本發(fā)明織物的熱保護性能。這種測試是實驗室測試，用于評價織物或者復合織物提供阻擋和阻隔熱/火性能如何。
在“典型”的閃火中，所述熱通量為80千瓦/米2。所述測試方法使用置于樣品下側的由約50％輻射熱和50％對流熱組成的熱通量為80千瓦/米2(2卡/厘米2/秒)的熱源。在樣品的另一面使用傳感器測量溫度的升高。通過以前的研究所得，這種溫度的升高和人皮膚的耐受性和疼痛的敏感性以及在TPP測試中所用的兩度燒傷有關聯，在此使用“斯道爾(Stoll)曲線”進行關聯，所述TPP測試用于測量在織物或者復合織物的襯里造成兩度燒傷所需的熱能，所述熱能在織物或者織物制品的外表面(下側)上測量。也可以測定對固定能量水平(2卡/厘米2·秒)來說出現疼痛和兩度燒傷所需的秒數。
表1

結果示于表1中。對本發(fā)明品級EX312的紡織品材料來說，在織物襯里處造成兩度燒傷所需的能量比單獨由相同纖維制造及重量相同的NomexIII織物約高25％。
EX312織物的厚度由暴露在灼燒前的0.7毫米增大到暴露后的4.3毫米，在各層之間困住了空氣。這一點可以和標準織物進行比較，標準織物由暴露在灼燒前的0.65毫米增大到1.22毫米。
權利要求
1.制造耐火紡織品材料的方法，所述材料包括含有選自間-芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺以及它們混合物的面料纖維的有織造面的織物，所述織物包括低熱收縮性纖維的織造襯里，其中，選擇過量加入熱收縮性較低的纖維，使其在負重和拉緊下伸長總和與面料纖維在負重和拉緊下的伸長接近相等。
2.權利要求1所述的紡織品材料，其特征在于所述低熱收縮性纖維選自400℃時的收縮率低于6％的纖維。
3.權利要求2所述的紡織品材料，其特征在于所述低熱收縮性纖維選自聚對苯二甲酰對苯二胺(對-芳族聚酰胺例如Kevlar)、聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物、聚酰胺-酰亞胺、共聚酰亞胺、通過交聯酚醛樹脂制得的并含有70％以上碳的酚醛纖維、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、高強力粘膠纖維、具有芯和有機前體的碳化硅、包括氧化鋁、硅酸鋁和硼硅鋁酸鹽的陶瓷纖維、以及玻璃纖維包括E玻璃、C玻璃、D玻璃和R玻璃以及它們的混合物。
4.如上述權利要求任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述低熱收縮性纖維置于所述面料織物的后面。
5.如上述權利要求任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述低熱收縮性纖維在所述面料織物后形成交織襯里織物。
6.如上述權利要求任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述低熱收縮性纖維含有對-芳族聚酰胺紗。
7.如上述權利要求任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述紡織品材料的質量為150～500克/米2。
8.如上述權利要求任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述織造織物是其上交織了襯里織物的面料織物復合物。
9.如上述權利要求任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述面料紗支數為15～50Nm。
10.權利要求9所述的織造紡織品材料，其特征在于所述面料紗支數為20～41Nm。
11.權利要求9或10所述的織造紡織品材料，其特征在于所述反面紗支數為5～150Nm。
12.權利要求11所述的織造紡織品材料，其特征在于所述反面紗支數為40～60Nm。
13.權利要求9～12任一項所述的紡織品材料，其特征在于所述面料紗支數和襯里紗支數的比率為1∶1～20∶1。
14.權利要求13所述的織造紡織品材料，其特征在于所述面料紗支數和襯里紗支數的比率為1∶1～4∶1。
15.如上述權利要求任一項所述的織造紡織品材料，其特征在于所述面料織法選自平紋織造、防破裂平紋織造、直斜紋織造、防破裂斜紋織造以及它們衍生出的織造方法。
16.織造紡織品材料，其特征在于所述面料纖維的熱收縮性為10～35％。
17.織造紡織品材料，其特征在于所述襯里織物的熱收縮性為2～10％。
18.織造紡織品材料，其特征在于當暴露在40千瓦/米2以上的熱通量之后，由于織物中織造纖維的不均勻的收縮性，其厚度增大2～10倍。
19.織造紡織品材料，其特征在于所述紡織品材料通過形變在織物結構中困住空氣。
20.織造紡織品材料，其特征在于當暴露在80千瓦/米2的熱通量之后，其保持30％的強度。
全文摘要
耐火材料包括有織造面的織物以及低熱收縮性纖維的織造襯里織物，所述前一織物包含選自間－芳族聚酰胺、聚酰胺－酰亞胺以及它們的混合物的纖維；所述后一織物的纖維選自對－芳族聚酰胺、聚對苯二甲酰對苯二胺共聚物以及它們的混合物。
文檔編號D03D15/12GK1476501SQ0181527
公開日2004年2月18日 申請日期2001年9月5日 優(yōu)先權日2000年9月7日
發(fā)明者T·海因斯沃思, T 海因斯沃思, D·沃克 申請人:Aw海因斯沃思及子有限公司