抗熔融金属的织物的制作方法

专利名称：抗熔融金属的织物的制作方法
背景技术：
一直以来就需要适合暴露于熔融金属危险下的工人使用的防护服装。这些危险存在于不同的行业中，例如存在于暴露于熔融铁下的铸铁厂工人中，暴露于冰晶石和熔融铝的制铝工人中和暴露于熔融焊珠(welding slug)和熔融金属滴的许多不同行业的焊工中。抵抗熔融金属的服装如衣服、围裙和套袖(sleeves)应该具有与熔融金属接触时不着火且持续不燃烧的外表面，并且熔融金属不会粘到服装上。如果熔融金属粘附到服装上，会造成严重的烧伤。
对此熔融金属威胁的一种一般响应是为工人提供由厚重织物制造的防护服装，其主要依靠在工人与威胁之间具有充足的织物材料来防止伤害。通常，这种织物的基重为350克/平方米，并可以高达450克/平方米或更高以充分起作用。加入更天然阻燃纤维如羊毛使织物的总重量有一些降低。本领域中的一种织物由羊毛和阻燃粘胶纤维的混合物制造，重量为250克/平方米。然而，使用此织物的条件十分苛刻，并且织物耐用性是一个问题。由于服装的耐用性是保护工人的关键，所以对织物抗撕裂强度、耐磨性或拉伸强度的任何改进都具有实际价值。由于耐用性提高，所以也要求提高的洗涤收缩性。
因此，所需要的是可以战胜熔融金属威胁，并对于提高的耐用性具有提高的强度、磨损和撕裂性能的重量轻的织物。特别需要具有改善的洗涤收缩性能的这种织物。
WO 2000/00686(Wynn等人)公开了一固有耐火的种织物，该织物是用第一种纱和第二种纱纺织的，所述第一种纱是耐火的天然纤维如羊毛或天然纤维和耐火合成材料如粘胶丝的混合物，优选比例为50∶50；第二种纱是第二种天然纤维如棉花和耐火合成材料如粘胶丝的混合物，优选的混合物为50∶50。优选地，这样纺织该织物，以使得该织物的一面完全或主要用第一种纱纺织，而另一面完全或主要用第二种纱纺织。
GB 2011244公开了一种由涂覆氯丁橡胶的织物制造的焊接套装，该织物是由耐高温的芳族聚酰胺纤维制造的。此套装需要高温粘合剂，且必须用一些类型的橡胶材料覆盖接缝。
发明概述此发明涉及一种抗熔融金属的防护织物，包括10-40重量％间位芳族聚酰胺(meta-aramid)纤维、30-50重量％羊毛纤维和至少20重量％阻燃粘胶纤维。这种织物的总重量一般为200-450克/平方米，优选地，总重量为200-260克/平方米。优选的间位芳族聚酰胺纤维是平均切断长度为5厘米或更长，优选切断长度为10-15厘米的聚(间亚苯基间苯二酰胺)常产纤维。对于抗静电性能，该织物可以另外具有高达5％的抗静电纤维。
此发明还涉及一种特别抗熔融铝的防护织物，包括10-28重量％间位芳族聚酰胺纤维、36-45重量％羊毛纤维和36-45重量％阻燃粘胶纤维。用于熔融铝的优选织物由20重量％间位芳族聚酰胺纤维、40重量％羊毛纤维和40重量％阻燃粘胶纤维组成。
此发明涉及一种特别抗熔融铁的防护织物，包括10-40重量％间位芳族聚酰胺纤维、30-50重量％羊毛纤维和30-40重量％阻燃粘胶纤维。用于熔融铁的优选织物由相等重量份的间位芳族聚酰胺纤维、羊毛纤维和阻燃粘胶纤维组成。
此发明还涉及一种抗熔融金属的双面防护织物，包括威胁面(threat face)和相反面，威胁面包括40-60重量％羊毛和60-40重量％阻燃粘胶丝；相反面包括10-40重量％间位芳族聚酰胺纤维、30-50重量％羊毛纤维和至少20重量％阻燃粘胶纤维。威胁面的优选结构包括相等重量份的羊毛和阻燃粘胶纤维。相反面的优选结构包括相等重量份的间位芳族聚酰胺、羊毛和阻燃纤维。对于抗静电性能，此织物还可以另外含高达5重量％的抗静电纤维。
发明详述此发明涉及在保护工人免受熔融金属，特别是熔融铝和铁以及金属滴和其它熔融焊接材料伤害中使用的织物。可以将这些织物引入防护服装，例如衬衫、裤子、工作服和外套中，或引入防护用具如围裙、套袖、手套等中。本发明的织物可遮挡熔融金属，同时具有其它的特性如抗撕裂性和耐磨性，并具有提高的拉伸性能和提高的耐洗涤收缩性以及持久的耐热性和耐燃性。熔融金属试验失效的织物易于粘附熔融金属。
本发明的织物由羊毛、阻燃的粘胶纤维和间位芳族聚酰胺纤维组成。在本领域中，羊毛纤维是众所周知的，通常将其定义为来自绵羊、羔羊和山羊的毛，并且可以含有特种纤维如来自其它物种如骆驼、羊驼、美洲驼和骆马的毛。粘胶纤维是一种由粘胶丝制造的普通型的纤维。在本领域中，粘胶丝也是众所周知的，其由例如可以通过将木浆或废棉花转变成可溶化合物，并将此化合物挤压成细丝而制造的再生纤维素组成。一般通过向该溶液中加入由诸如亚磷化合物这样的物质衍生的无机添加剂，然后纺(spin)具有这些添加剂的粘胶纤维而使粘胶纤维成为阻燃的。
本发明的织物还含有间位芳族聚酰胺纤维。芳族聚酰胺指的是这样一种聚酰胺，其中至少85％的酰胺(-CONH-)键直接与两个芳环连接。间位芳族聚酰胺是含间位构型的这种一种聚酰胺。添加剂可以与芳族聚酰胺一起使用，实际上，已经发现，可以将高达10重量％的其它的聚合材料与芳族聚酰胺混合，或者可以使用这样的共聚物，该共聚物具有高达10％的取代芳族聚酰胺之二胺的其它二胺或具有高达10％的取代芳族聚酰胺之二酰基氯的其它二酰基氯。在本发明的实践中，最常使用的间位芳族聚酰胺是聚(间亚苯基间苯二酰胺)(MPD-I)。可以通过使用许多方法的干纺或湿纺来纺纤维，然而，美国专利3,063,966和美国专利5,667,743说明了制造可以在本发明中使用的纤维的有用方法。
本发明的织物引入10-40重量％间位芳族聚酰胺纤维、30-50重量％羊毛纤维和至少20重量％阻燃(FR)粘胶纤维。人们相信，为了见到织物耐用性提高，应该存在至少10％的间位芳族聚酰胺纤维。与相等的羊毛/FR粘胶纤维织物相比，这种织物具有至少一种提高的物理性能，这些性能选自拉伸强度、撕裂强度和耐磨性。间位芳族聚酰胺纤维多于40重量％的织物没有通过熔融金属粘附的试验，即，通常熔融金属易于粘附聚芳基酰胺纤维，且具有精确量的聚芳基酰胺纤维对本发明织物是关健的。当用所需的组合物制造织物时，羊毛和FR粘胶纤维共同作用，从而帮助聚芳基酰胺纤维避免熔融金属伤害，因此很少或没有金属粘附在该织物上。
可以通过制造耐用织物的任何非纺织、编织或纺织方法制造本发明的织物。如果用纱纺织，则织物可以几乎具有任何织纹，然而2×1斜纹组织和平纹组织是优选的。对于在防护服装中使用的织物，最有用的织物的基重为200-450克/平方米，优选的基重为200-260克/平方米。作为任选组分，该织物可以具有降低静电在该织物上聚集倾向的纤维或其它添加剂。赋予此抗静电性能的优选纤维是具有尼龙皮(sheath)和碳芯的皮芯纤维，在该织物中可以加入高达5重量％的量。在美国专利3,803,453和美国专利4,612,150中描述了提供抗静电性能的合适材料。
对于织物额外的强度、耐用性，特别是洗涤收缩性，要求使用长的间位芳族聚酰胺纤维；即，平均间位芳族聚酰胺常产纤维切断长度应该为5厘米或更大，平均常产纤维切断长度为10-15厘米是优选的。正如本领域中众所周知的，可以使用常规的棉花系统设备来加工较短的切断长度，而通常使用精梳毛纺制设备来加工较长的切断长度。与仅用相等重量份的羊毛和FR粘胶纤维制成的织物相比，含纤维扯样长度(staple length)大于8厘米的间位芳族聚酰胺纤维的本发明织物具有显著提高的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性和洗涤收缩性。
本发明的一个实施方案是可以在熔融铝和熔融冰晶石环境中使用的织物。冰晶石是一种用于提取纯铝的铝溶液，比熔融铝更易粘附到织物上，通常存在更困难的防护问题。已经发现，可以制造特别抗熔融铝或冰晶石的防护织物，该织物含10-28重量％间位芳族聚酰胺纤维、36-45重量％羊毛纤维和36-45重量％阻燃粘胶纤维。用于铝的优选织物含20重量％间位芳族聚酰胺纤维、40重量％羊毛纤维和40重量％阻燃粘胶纤维。对于铝，关键的百分比是间位芳族聚酰胺含量；浓度超过28重量％造成熔融金属逐渐粘附到织物上，在浓度为33重量％时，织物将通不过用于铝/冰晶石熔融金属防护的验收试验(acceptedtests)。
本发明的另一个实施方案是可以在熔融铁环境中使用的织物。熔融铁不存在与熔融铝一样困难的问题，可以制造含10-40重量％间位芳族聚酰胺纤维、30-50重量％羊毛纤维和30-40重量％阻燃粘胶纤维的特别抗熔融铁的防护织物。用于铁的优选织物含基本相等重量份的间位芳族聚酰胺纤维、羊毛纤维和阻燃粘胶纤维。抗铝的和抗铁的织物都可以含其它纤维如抗静电纤维，只要性能不明显下降即可。
本发明的另一个实施方案涉及两面的织物，该织物含足够量的间位芳族聚酰胺纤维以提高耐用性性能，但这些量不必既存在于织物的经线方向之中也存在于织物的纬线方向之中。这种织物具有遮挡熔融金属的威胁面(将成为服装的外面)和接触工人或工人衣物的相反面(将成为服装的里面)。优选的两面织物是一种缎纹组织织物，其中经纱和纬纱具有不同的组成，然而可以使用平纹织物、斜纹织物和防破裂(ripstop)织物。特别是，已经发现，可以制造具有这样威胁面纱或经纱和具有这样相反面纱或纬纱的抗熔融金属的防护织物，所述威胁面纱或经纱是含40-60重量％羊毛和60-40重量％阻燃粘胶丝的混合物，所述相反面纱或纬纱是含10-40重量％间位芳族聚酰胺纤维、30-50重量％羊毛纤维和至少20重量％阻燃粘胶纤维的混合物。在优选的形式中，这些两面织物在威胁面上具有相等重量份的羊毛和FR粘胶纤维，在相反面上具有相等重量份的长的间位芳族聚酰胺、羊毛和FR粘胶纤维。这种织物提供高度耐熔融金属的威胁面，然而这种织物还引入间位芳族聚酰胺纤维以提高洗涤收缩性，同时保护间位芳族聚酰胺免受威胁。优选地，这些织物还具有高达5重量％的抗静电纤维。
实施例实施例1此实施例说明这样一种织物，该织物不粘附熔融金属，并且还具有足够的、特别适合于熔融铝和冰晶石使用的物理性能。用一批长度不定的常产毛纤维(staple wool fiber)获得通常具有5厘米纤维扯样长度的常产纤维，并原染(stock dyed)成海军蓝色。称为Lenzing FR的卷曲阻燃粘胶(FRV)纤维，即引入含磷含硫但没有氯的阻燃颜料、常产纤维切断长度为约5厘米的再生纤维素纤维也单独原染成海军蓝色。使用常产纤维拣选机(staple picker)将40重量％的染成海军蓝色的羊毛常产纤维、40重量％的染成海军蓝色的FRV常产纤维和20重量％的未染色(自然色)、切断长度也为5厘米的卷曲聚(间亚苯基间苯二酰胺)(MPD-I)常产纤维混合在一起，从而制造常产纤维的紧密混合物(intimate blend)。然后，使用常规的原棉处理设备将常产纤维的混合物环锭纺(ring spun)成常产纤维纱。然后，堆叠(piled)常产纤维纱并用蒸汽处理以使该纱稳定。得到的堆叠纱具有24/2的棉纱支数，约450旦尼尔(500dtex)的线密度。将该纱织成282克/平方米(8.3盎司/平方码)2×1斜纹织物。未整理的织物的经线和纬线的拉伸强度分别为842和649牛顿，经线和纬线的撕裂强度分别为32和36牛顿，耐磨性为30000个循环。此未整理的织物在5个循环后，经线和纬线分别具有9.3％和6.1％的缩水率。此织物通过了使用ASTM955和EN 5311995 Clause 6.6且使用测试方法EN 3731993的对熔融铝和冰晶石防护的试验，并且，该织物通过了使用EN 5311995Clause 6.6且使用测试方法EN 3731993的对熔融铁防护的试验。也使用小铁水金属滴按照EN 470-11995 Clause 6.2熔融金属滴的影响，使用测试方法EN 3481992对此进行了测试，并通过。
实施例2此实施例说明特别适合于铝的织物的金属遮挡性能，与实施例1一样，与纤维扯样长度无关。除了使用的羊毛纤维是长度不定的常产毛纤维，MPD-I纤维是纤维扯样长度为8-12厘米的卷曲纤维且卷曲的FRV纤维的纤维扯样长度为5-9厘米之外，按照与实施例1相似的方式构建2×1斜纹织物，并使用常规的精梳毛纺加工设备将该纤维加工成细纱。与实施例1一样测试此织物，此织物也通过了熔融金属试验。
实施例3此实施例说明了特别适合于熔融铁和焊珠的本发明织物的性能。通过精梳过程将相等份的长度不定的常产毛纤维、FRV常产纤维和卷曲的聚(间亚苯基间苯二酰胺)(MPD-I)常产纤维混合到一起从而制造常产纤维的紧密混合物，其中常产毛纤维的平均测量纤维扯样长度为7厘米，FRV常产纤维具有5-9厘米的纤维扯样长度和6.8厘米的平均测量纤维扯样长度的混合物，卷曲的聚(间亚苯基间苯二酰胺)(MPD-I)常产纤维具有8-12厘米的不定纤维扯样长度且平均测量短纤维扯样长度为10厘米。使用常规的酸性染色方法对羊毛进行套染。然后，使用常规的长常产纤维精梳毛纺加工设备通过环锭纺纱处理将常产纤维的混合物织成常产纤维纱。然后，通过两步加捻(twisting)方法将该常产纤维纱合堆叠在一起、并用蒸汽处理以使该纱稳定。得到的堆叠纱的线密度为500dtex。将该纱织成247克/平方米(7.3盎司/平方码)、具有28.0经纱/厘米和18.0纬纱/厘米的2×1斜纹织物，宽度为165厘米。洗涤该织物，然后在100℃下干燥，同时在拉幅机架(frame)中进行最大超喂(overfeed)以控制织物张力。下一步是涂覆碳氟整理剂，并在150℃下固定此整理剂。然后，机械预缩整理(sanforized)该织物。整理的织物具有29经纱/厘米和20纬纱/厘米，最终的重量增加到260克/平方米(7.7盎司/平方码)，宽度为160厘米。当与50/50的羊毛/FR粘胶丝的现有技术整理织物相比时，该表说明了此织物的性能。
也测试此织物在根据操作程序NoEFL-028和标准ISO 5077的水洗和干燥后的尺寸变化。根据标准ISO 3759对该织物进行测量。在60+/-3摄氏度的温度下、用1克/升的非磷酸盐IEC参比洗涤剂A的洗涤剂、在前端装载的水平滚筒机器(front loading horizontal drummachine)(A型)中、根据标准ISO 6330(方法No.2A)和操作程序No.EFL-029进行洗涤。在60摄氏度下，根据标准ISO 6330(方法E)和操作程序EFL-029在转鼓机器(tumbling machine)中干燥样品。在8个连续循环(5次洗涤和1次干燥)之后，即总共40个洗涤循环和8个干燥循环之后，织物收缩在经线中为1.7％，在纬线中为2.7％。
根据规范EN 5311995 Clause 6.6熔融铁喷溅(splash)，使用测试方法EN 3731993测试此织物抗熔融铁。倾注温度为1400+/-20摄氏度，高度225+/-5毫米，试样与水平成75+/-1度。
也根据规范EN 470-11995 Clause 6.2熔融金属滴的影响，使用测试方法EN 3481992测试此织物抗焊珠。对于此测试，用根据ISO63301984方法2A(60℃)的5个洗涤循环，随后根据ISO 63301984方法E的一个转鼓干燥循环(出口温度最高70℃)预处理该织物。该试验由测量将织物后面的传感器的温度升高40℃所需的滴数组成。该织物通过了多于15滴的要求，在测试中对熔融铁和焊珠表现良好，这确定了此织物对这些金属提供有用的防护，甚至在该轻重量的种类中。
实施例4除了首先用阻燃化学试剂Zirpro处理织物，然后染成海军蓝之外，按与实施例3相似的方式构建织物。Zirpro处理基于羊毛纤维上带负电的锆和钛络合物的耗尽。用于此目的的特定试剂是六氟锆酸钾K2ZrF6和六氟钛酸钾K2TiF6。下一步是施用碳氟整理剂，并在150℃下固定此整理剂。最后，不机械预缩整理该织物。整理的织物的重量为245克/平方米(7.2盎司/平方码)。在熔融金属试验中，此织物的性能基本上与实施例3中的相同。
表
权利要求
1.一种耐熔融金属的防护织物，其含10-40重量％的间位芳族聚酰胺纤维，30-50重量％的羊毛纤维，和至少20重量％的阻燃粘胶纤维。
2.权利要求1的织物，其中该织物的总重量为200-450克/平方米。
3.权利要求2的织物，其中该织物的总重量为200-260克/平方米。
4.权利要求1的织物，其中间位芳族聚酰胺纤维是平均切断长度为5厘米或更大的聚(间亚苯基间苯二酰胺)常产纤维。
5.权利要求4的织物，其中聚(间亚苯基间苯二酰胺)常产纤维的平均切断长度为10-15厘米。
6.权利要求1的织物，其含高达5重量％的抗静电纤维。
7.一种特别耐熔融铝和冰晶石的防护织物，其含10-28重量％的间位芳族聚酰胺纤维，36-45重量％的羊毛纤维，和36-45重量％的阻燃粘胶纤维。
8.权利要求7的防护织物，该织物含20重量％的间位芳族聚酰胺纤维、40重量％的羊毛纤维和40重量％的阻燃粘胶纤维。
9.一种特别耐熔融铁的防护织物，其含10-40重量％的间位芳族聚酰胺纤维，30-50重量％的羊毛纤维，和30-40重量％的阻燃粘胶纤维。
10.权利要求9的织物，该织物含基本相等重量份的间位芳族聚酰胺纤维、羊毛纤维和阻燃粘胶纤维。
11.一种抗熔融金属的防护织物，其包括威胁面和相反面，威胁面含40-60重量％的羊毛和60-40重量％阻燃粘胶纤维，相反面含10-40重量％的间位芳族聚酰胺纤维，30-50重量％的羊毛纤维，和至少20重量％的阻燃粘胶纤维。
12.权利要求11的织物，其中威胁面含相等重量份的羊毛和阻燃粘胶丝。
13.权利要求11的织物，其中相反面含相等重量份的间位芳族聚酰胺、羊毛和阻燃纤维。
14.权利要求11的织物，其含高达5重量％的抗静电纤维。
全文摘要
此发明涉及一种抗熔融金属的防护织物，含10－40重量％的间位芳族聚酰胺纤维、30－50重量％的羊毛纤维和至少20重量％的阻燃粘胶纤维。这种织物的总重量一般为200－450克/平方米，优选地，总重量为200－260克/平方米。
文档编号D03D15/00GK1665414SQ03815739
公开日2005年9月7日 申请日期2003年7月1日 优先权日2002年7月1日
发明者Y·巴德, H·M·霍拉施, G·M·拉韦蒂 申请人:纳幕尔杜邦公司