專利名稱：由氟聚合物短切紗線制備的服裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可耐抗由于熔融金屬濺射、火花和電弧引起的燒穿的服裝，和更特別 地涉及由紡絲的氟聚合物短切纖維或連續(xù)長(zhǎng)絲紗線制造的織物制備的單層服裝。
背景技術(shù)：
防護(hù)或有害工種的服裝廣泛用于各種工業(yè)上，以保護(hù)穿戴者暴露于危險(xiǎn)條件，例 如熱、煙霧(smoke)、寒冷、尖銳物體、化學(xué)品、液體、煙塵(fume)和類似物下。例如，鑄造廠 工人和操作熔融金屬的其他人要求不僅避免在其工作區(qū)域內(nèi)遇到的高溫，而且避免偶爾的 熔融金屬，尤其高熔點(diǎn)金屬，例如鋁和鐵濺射的服裝。在這些情況下，若熔融金屬粘附到服 裝上，則通過(guò)服裝轉(zhuǎn)移大量的熱到穿戴者上，除非含織物的服裝如此厚，以至結(jié)果是造成過(guò) 度麻煩和穿戴不舒適。在Frankenburg等人的美國(guó)專利No. 4569088中公開(kāi)了鑄造廠工人用的防護(hù)服的 一個(gè)實(shí)例。它描述了由復(fù)合織物制造的服裝，所述復(fù)合織物由含聚四氟乙烯纖維的針刺毛 層的外層組成，所述外層在其全部界面處通過(guò)用不熔的紡織品纖維內(nèi)層針刺而連接，所述 不熔紡織品纖維選自聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖維，聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺)纖維，及 其共混物。提供外表面，保護(hù)內(nèi)部耐久織物層并提供熔融金屬濺射物不會(huì)粘附到其上的表

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及輕質(zhì)的防護(hù)服，它由具有使熔融金屬濺射物和火花容易脫落，可耐抗 由此引起的燒穿并顯示出改進(jìn)的尺寸熱穩(wěn)定性的外表面的織物制成?？椢镉煽椩旎蜥樋椀?紡絲氟聚合物短切紗線制造，該短切紗線可例如通過(guò)可形成膨脹聚四氟乙烯短切纖維或非 膨脹的短切纖維的基體紡絲或糊劑擠出生產(chǎn)。優(yōu)選該紡絲氟聚合物短切紗線是基體紡絲聚 四氟乙烯短切紗線。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的防護(hù)服。圖2 (A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物A1-A-5次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響 使量熱計(jì)的升溫。圖2 (B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物A1-A-5次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響 使量熱計(jì)的總熱能值的變化。圖3(A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物A1-A-25次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的升溫。圖3(B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物A1-A-25次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的總熱能值的變化。圖4(A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物A1-A-50次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響使量熱計(jì)的升溫。圖4(B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物A1-A-50次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的總熱能值的變化。圖5(A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Al-B洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響使量 熱計(jì)的升溫。圖5(B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Al-B洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響使量 熱計(jì)的總熱能值的變化。圖6(A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Fe-A-15次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的升溫。圖6(B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Fe-A-15次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的總熱能值的變化。圖7(A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Fe-A-35次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的升溫。圖7(B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Fe-A-35次洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影 響使量熱計(jì)的總熱能值的變化。圖8(A)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Fe-B洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響使量 熱計(jì)的升溫。圖8(B)圖示說(shuō)明了通過(guò)試驗(yàn)織物Fe-B洗滌與T恤衫襯里對(duì)于熔融金屬影響使量 熱計(jì)的總熱能值的變化。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及防護(hù)的輕質(zhì)服裝，它由具有可反復(fù)且容易脫落熔融金屬濺射物和火花 且可耐抗由此引起的燒穿的外表面的織物制造。優(yōu)選地，該服裝為圖1所述的連衫褲工作 服10的形式。該服裝也可以是外套、褲子、手套、焊接活門(mén)(welding bib)、防護(hù)安全帽、腿 罩(legging)、圍裙、手臂套袖、鞋罩、防護(hù)鞋襪或窗簾的形式。為了快速脫落熔融金屬濺射物和類似物，防護(hù)服由緊密織造的織物制成，所述織 物由紡絲的氟聚合物短切紗線制造。紡絲的氟聚合物短切紗線是指通過(guò)切割連續(xù)長(zhǎng)絲的氟 聚合物紗線或連續(xù)纖維束成規(guī)定長(zhǎng)度，制備短切纖維，然后通過(guò)常見(jiàn)的棉系統(tǒng)設(shè)備加工，由 短切纖維形成紗線，從而制造的紗線。制備短切紗線的常見(jiàn)方法包括環(huán)錠紡紗、自由端紡紗 和氣流噴射紡紗。氟聚合物是指由例如聚四氟乙烯，和通常稱為氟化烯鍵式聚合物的聚合物，例如 四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物，四氟乙烯和全氟烷基-乙烯酯，例如全氟丙基-乙烯基醚和 全氟乙基-乙烯基醚的共聚物，氟化烯鍵式三元聚合物，其中包括以上列舉的單體的那些 和其他四氟乙烯基共聚物之類的聚合物制備的纖維?？赏ㄟ^(guò)各種方式紡絲氟聚合物纖維，這取決于所需的確切氟聚合物組成。因此，可 通過(guò)分散紡絲，對(duì)該纖維紡絲；亦即，不溶氟聚合物顆粒的分散體與可溶基體聚合物的溶液 混合，然后，通過(guò)擠出該混合物到基體聚合物在其內(nèi)不溶的凝結(jié)溶液中，將這一混合物凝結(jié) 成長(zhǎng)絲。不溶基體材料可隨后燒結(jié)并視需要除去。紡絲聚四氟乙烯和相關(guān)聚合物常用的一 種方法包括由聚合物顆粒的含水分散體和粘膠液(viscose)的混合物紡絲聚合物，其中黃原酸纖維素是基體聚合物的可溶形式，正例如美國(guó)專利Nos. 3655853,3114672和2772444 中所教導(dǎo)的。然而，使用粘膠液具有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)氟聚合物顆粒和粘膠液的 混合物擠出到使基體聚合物不溶的凝結(jié)溶液內(nèi)時(shí)，酸性凝結(jié)溶液將該黃原酸酯轉(zhuǎn)化成不穩(wěn) 定的黃原酸基，黃原酸基自發(fā)喪失CS2, —種極其有毒和揮發(fā)性的化合物。優(yōu)選地，使用比 利用粘膠液的那些方法更加環(huán)境友好的方法，制備本發(fā)明的氟聚合物纖維。在美國(guó)專利 Nos. 5820984,5762846和5723081中公開(kāi)了一種這樣的方法。一般地，這一方法使用纖維素 醚聚合物，例如甲基纖維素、羥乙基纖維素、甲基羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥丙基 纖維素、乙基纖維素或羧甲基纖維素作為可溶基體聚合物替代粘膠液?；蛘撸羧垠w粘度合 適，則長(zhǎng)絲也可直接由熔體進(jìn)行紡絲。也可通過(guò)混合微細(xì)粉化的氟聚合物與擠出助劑，將這 一混合物形成為短條(billet)，并將這一混合物擠出通過(guò)模頭，產(chǎn)生可具有膨脹或非膨脹 結(jié)構(gòu)的纖維，從而生產(chǎn)纖維。對(duì)于本發(fā)明的目的來(lái)說(shuō)，優(yōu)選的制備氟聚合物纖維的方法是通 過(guò)分散紡絲，其中基體聚合物是纖維素醚聚合物?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的任何方式，將氟聚合物制成短切纖維。優(yōu)選地，通過(guò)旋轉(zhuǎn)切割 機(jī)，切割氟聚合物纖維成短切纖維，其特征在于當(dāng)氟聚合物纖維的絲束(tow)以恒定速度 行進(jìn)時(shí)，切割刀片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了制造防護(hù)服，使用本領(lǐng)域已知的任何方式，由紡絲的氟聚合物短切紗線生產(chǎn) 緊密織造織物。重要的是，織物的操作面，亦即織物的暴露表面具有密閉的表面，以便熔融 金屬當(dāng)濺射在服裝上時(shí)，不可能發(fā)生侵入。該表面應(yīng)當(dāng)光滑且沒(méi)有開(kāi)口，所述開(kāi)口可能會(huì)允 許濺射的熔融金屬侵入。當(dāng)合適地構(gòu)造時(shí)，表面容易脫落熔融金屬，例如熔融鋁和鐵。同樣 重要的是，僅僅氟聚合物纖維存在于服裝表面上，因?yàn)槠渌w維會(huì)導(dǎo)致熔融金屬粘附到服 裝表面上或者燃燒，其結(jié)果是對(duì)穿戴者有害。由于具有顯示出這一低摩擦系數(shù)的表面，因此金屬濺射物從服裝上快速脫落，并 因此與服裝接觸非常短的時(shí)間。結(jié)果，金屬濺射物內(nèi)固有的熱量沒(méi)有足夠的時(shí)間傳輸通過(guò) 服裝并使其穿戴者受害。由于這一原因，可在沒(méi)有使用防止熱量傳輸通過(guò)織物的內(nèi)部或外 部阻擋層的情況下，可由含僅僅紡絲的氟聚合物短切紗線的單一織物層形成本發(fā)明的防護(hù) 服。也就是說(shuō)，考慮為了增加安全性，將額外層加入到服裝或者被金屬工件(metal worker) 所穿戴。此外，認(rèn)為防護(hù)服包括含多層織物或其他防護(hù)織物的部分，其中可能的情形是熔融 金屬濺射物可在服裝表面上聚集并粘污(puddle)，和含僅僅本發(fā)明單層織物的其他部分， 其中熔融金屬濺射物的粘污不可能在例如連衫褲10的背面面料上發(fā)生。因此，本發(fā)明織物 便于生產(chǎn)輕質(zhì)、緊湊的防護(hù)服。進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定根據(jù)本發(fā)明制造的7種織物對(duì)通過(guò)熔融鋁和鐵的控制影響的 應(yīng)答° 根據(jù)標(biāo)題為"Evaluating Heat Transfer through Materials for Protective Clothing upon Contact with Molten Substances" ^ ASTM feif F955-03ii^fS 些試驗(yàn)。7種織物中的5種下文表示為T(mén)oray-Al或Toray-Fe。Al符號(hào)表示使用熔融鋁測(cè) 試織物，和Fe符號(hào)表示使用熔融鐵測(cè)試織物。由平紋組織、13/2層英制棉紗織物支數(shù)的紗 線，制造這些織物的每一種。該紗線是TEFLON 牌號(hào)3. 5旦/根長(zhǎng)絲短切纖維和水溶性 聚乙烯醇短切纖維的50/50共混物。該織物具有約48X48股線/英寸2的起始織物經(jīng)緯 密度和約11. 56盎司/碼2的重量。在最初洗滌中，聚乙烯醇溶解掉之后，每一織物具有約56X56股線/英寸2的織物經(jīng)緯密度，約10. 2盎司/碼2的重量，和約0. 033英寸的厚度。在最初洗滌之后和測(cè)試之前，隨后洗滌Toray-Al和Toray-Fe織物4-49次，以便 測(cè)試洗滌對(duì)織物性能的影響。特別地，Toray-Al表示的織物洗滌5、25和50次，從而分別 得到 Toray-Al-A-5 織物，Toray-Al-A_25 織物和 Toray-A1_A-50 織物。Toray-Fe 表示的織 物洗滌15或35次，從而得到Toray-Fe-A-15織物和Toray-Fe-A_35織物。7種織物中的2種下文表示為T(mén)oray-Al-B或Toray-Fe-B。由具有被聚四氟乙烯 鞘包圍的玻璃纖維芯的紗線，制備這些織物。熔融鋁的影響評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化條件由在760°C (1400 T )的最低溫度下傾倒 Ikg(2. 21bs. ) 士0. Ikg熔融鋁到與量熱計(jì)板相連的織物樣品上組成。熔融鐵的影響評(píng)價(jià)的 標(biāo)準(zhǔn)化條件由在1538°C (2800 T )的最低溫度下傾倒lkg(2. 21bs.) 士0. Ikg熔融鐵到與量 熱計(jì)板相連的織物樣品上組成。量熱計(jì)板以與水平呈70°的角度取向，且金屬?gòu)?2英寸 的高度滴落到置于量熱計(jì)上的每一織物樣品上。含熔融金屬的坩堝繞剛性制動(dòng)器(rigid stop)旋轉(zhuǎn)且金屬在織物上成團(tuán)塊。將每一織物置于量熱計(jì)板上并用夾子沿著上部邊緣保持在原地。用來(lái)自保持在比 目標(biāo)溫度高約52°C (125 Τ)的溫度下的電磁爐中的熔融鋁或鐵填充預(yù)熱的鑄勺(ladle)。 采用電子天平測(cè)定金屬重量，并維持在Ikg士0. Ikg下。裝滿的鑄勺轉(zhuǎn)移到鑄勺保持器上并 濺射在織物上。在爐子傾倒開(kāi)始之后，使用20秒的固定延遲，維持一致的金屬影響溫度。經(jīng) 驗(yàn)測(cè)試表明，在20秒延遲之后，金屬溫度下降約24-38°C (75-100 T ) 0從鑄勺中傾倒金屬 到織物上并評(píng)估結(jié)果。使用由單層全棉T恤衫組成的內(nèi)衣，測(cè)試每一織物。在影響之后，肉眼觀察織物，并根據(jù)由金屬產(chǎn)生的焦燒、收縮、金屬粘附、和穿孔量 評(píng)級(jí)。使用位于織物下方的量熱計(jì)內(nèi)的溫度升高，計(jì)算通過(guò)織物轉(zhuǎn)移的熱量。肉眼觀察在用熔融金屬影響之后，用四個(gè)種類客觀評(píng)價(jià)每一實(shí)驗(yàn)織物的視覺(jué)外觀評(píng)級(jí)。這 些種類是焦燒、收縮、金屬粘附和穿孔。在每一種類中，評(píng)價(jià)體系使用數(shù)字1-5，其中“1”表 示最好的行為，和“5”表示差的行為。焦燒等級(jí)描述織物維持的燒焦、焦燒或燃燒的程度。 在評(píng)價(jià)焦燒程度中所使用的5個(gè)等級(jí)1 =輕微焦燒的織物具有小的棕色區(qū)域；2 =輕微焦 燒的織物在受影響區(qū)域內(nèi)大多數(shù)為棕色；3 =中等焦燒的織物在受影響的區(qū)域內(nèi)大多數(shù)為 黑色；4 =焦燒的織物為黑色且發(fā)脆，當(dāng)彎曲時(shí)，斷裂；和5 =嚴(yán)重焦燒、大的孔隙或裂紋，非 常脆。收縮等級(jí)提供因在金屬影響區(qū)域周圍出現(xiàn)的收縮引起的織物皺褶程度的指示。希 望在期間或之后具有最小的焦燒、皺褶和收縮量。通過(guò)在平坦表面上鋪開(kāi)織物并觀察在濺 射區(qū)域周圍的織物皺褶程度，評(píng)價(jià)收縮。使用5類評(píng)價(jià)收縮1 =沒(méi)有收縮；2 =輕微收縮， 3 =適中收縮，4 =顯著收縮；和5 =強(qiáng)烈(extensive)收縮。金屬粘附是指粘附到織物上的金屬量，和穿孔等級(jí)描述熔融金屬產(chǎn)生的孔的大小 和孔的數(shù)量，以及熔融金屬滲透通過(guò)織物導(dǎo)致的織物破壞程度。希望熔融金屬?zèng)]有穿孔或 滲透通過(guò)織物。使用5類評(píng)價(jià)金屬粘附1 =無(wú)，2 =小量金屬粘附到織物的表面或背面，
3=適中量金屬粘附到織物上；4 =金屬顯著地粘附到織物上；和5 =大量金屬粘附到織物 上。使用5類評(píng)價(jià)穿孔1 =無(wú)，2 =在受影響區(qū)域內(nèi)，輕微、小的孔，3 =織物內(nèi)適中的孔數(shù)，
4=金屬滲透通過(guò)織物，一些金屬保留在織物上，和5 =嚴(yán)重穿孔，織物顯示出間隙孔或大的裂紋或者顯著的金屬滲透到背面。傳熱數(shù)據(jù)收集和說(shuō)明根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，構(gòu)造織物固定到其上的耐火板。該板含有2個(gè)4cm(l. 57 英寸)直徑、1/16厚的銅盤(pán)。一個(gè)銅盤(pán)位于熔融金屬影響點(diǎn)下方，和第二個(gè)位于第一個(gè)下方 4英寸。每一銅盤(pán)量熱計(jì)含有插入到量熱計(jì)背面內(nèi)的單一的30-gauge鐵/constantan J型 熱電偶。采用高精數(shù)碼的數(shù)據(jù)獲取體系，記錄來(lái)自量熱計(jì)的熱電偶輸出。對(duì)于每一織物/金屬結(jié)合物來(lái)說(shuō)，在45秒內(nèi)對(duì)兩個(gè)量熱計(jì)的溫度升高畫(huà)圖。在每 一時(shí)間步驟下，使用下式，計(jì)算流經(jīng)織物的全部熱能
權(quán)利要求
容易脫落熔融金屬濺射物的服裝，它包括由紡絲的氟聚合物短切紗線制備的織造織物，和為接受并容易脫落熔融金屬濺射物而構(gòu)造的工作部分，該工作部分包括單層，其中該單層包括該織物。
2.權(quán)利要求1的服裝，其中紗線為約100%重量的聚四氟乙烯短切纖維。
3.權(quán)利要求1的服裝，其中工作部分和織物各自的重量范圍為約8.0盎司/碼2_約 11. 56盎司/碼2。
4.權(quán)利要求3的服裝，其中織物具有厚度為約0.033英寸和織物經(jīng)緯密度為約48X約 48股線/英寸2_約56 X約56股線/英寸2中的至少一種。
5.權(quán)利要求3的服裝，其中當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，進(jìn)行熔融金屬濺射時(shí)，工作部分 顯示出范圍為7. 1°C -14. 6°C的最大升溫。
6.權(quán)利要求1的服裝，其中當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，進(jìn)行熔融金屬濺射時(shí)，織物沒(méi)有 顯示出織物收縮、織物穿孔和熔融金屬粘附中的至少一種。
7.制備抗熔融金屬濺射物粘附到其上的服裝的方法，該方法包括對(duì)由聚四氟乙烯短切纖維制的紗線紡絲，由該紗線生產(chǎn)織造織物，和由該織物制造服裝，該服裝基本上由單層組成。
8.權(quán)利要求7的方法，其中紗線包括約15%-約50%重量聚乙烯醇短切纖維。
9.權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括從織物中除去基本上所有聚乙烯醇短切纖維。
10.權(quán)利要求7的方法，其中單層是織物。
11.權(quán)利要求7的方法，其中當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，進(jìn)行熔融金屬濺射時(shí)，單層顯 示出范圍為7. 1°C -14. 6°C的最大升溫。
12.權(quán)利要求7的方法，其中當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，進(jìn)行熔融金屬濺射時(shí)，織物沒(méi) 有顯示出織物收縮、織物穿孔和熔融金屬粘附中的至少兩種。
13.權(quán)利要求7的方法，其中紗線為約100%重量的聚四氟乙烯短切纖維。
14.權(quán)利要求7的方法，其中織物的厚度為約0.033英寸，和重量范圍為約10. 2盎司/ 碼2_約11. 56盎司/碼2。
15.使熔融金屬濺射物脫落的服裝，它包括含約100%重量紡絲的聚四氟乙烯短切纖維紗線的織造織物，其中當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，進(jìn)行熔融金屬濺射時(shí)，織物的單層顯示出小于約 14. 6 °C的最大升溫。
16.權(quán)利要求15的服裝，其中織物具有厚度為約0.033英寸，織物經(jīng)緯密度為約48X 約48股線/英寸2_約56 X約56股線/英寸2，和重量范圍為約10. 2盎司/碼2_約11. 56 盎司/碼2中的至少一種。
17.權(quán)利要求15的服裝，其中當(dāng)根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)F955-03，進(jìn)行熔融金屬濺射時(shí)，織物沒(méi) 有顯示出織物收縮、織物穿孔和熔融金屬粘附中的至少兩種。
18.權(quán)利要求15的服裝，它基本上由一層組成。
19.權(quán)利要求15的服裝，其中所述紗線由線密度范圍為約0.1-約8. 0旦/根長(zhǎng)絲且平均旦數(shù)等于或小于7旦/根長(zhǎng)絲的短切纖維制備。
20.權(quán)利要求19的服裝，其中短切纖維的平均旦數(shù)等于或小于4旦/根長(zhǎng)絲。
21.權(quán)利要求15的織物，其中熔融金屬是鋁和鐵中的一種或更多種。
22.權(quán)利要求15的服裝，其中由粗和細(xì)旦短切纖維的共混物制備所述紗線。
全文摘要
由織造聚四氟乙烯短切纖維紗線制造的織物制備的單層、輕質(zhì)防護(hù)服，該織物具有由氟聚合物短切纖維組成的外表面。
文檔編號(hào)A41D13/00GK101945591SQ200980105462
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者A·R·尼爾森, M·唐克斯 申請(qǐng)人:東麗含氟纖維(美國(guó))公司