專利名稱：高度耐切割紗及由其制造的防護用品的制作方法
技術領域：
本發明涉及耐切割纖維和紗，以及特別地它們在手套和其它的保護性的衣服中的使用。
2.背景技術長久以來人們一直尋求改進對于銳邊的耐切割性。耐切割手套在加工業和汽車應用中有利地使用。如美國專利US 4,004,295、4,384,449和4,470,251，以及EP 458,343中所指出的，抗切割性手套由包括軟金屬線或由具有高模量和高強度的高定向纖維構成的紗線制造，例如芳族聚酰胺、向溫性液晶聚合物和伸直鏈聚乙烯。由包括軟金屬線的那些紗線制造的手套的缺點是易引起手疲勞及由此導致降低生產率和增加傷害的可能性。此外，由于延伸磨損和彎曲，該金屬線可能疲勞并斷開，導致切割和擦破手部。另外，當洗滌的手套在高溫下干燥時，該金屬線起散熱器的作用，這會降低紗線或纖維的拉伸強度，從而降低手套的保護作用和壽命。
在耐切割、保護性的服裝中提高柔韌性、舒適和易洗滌是令人期望的。因此，需要一種能夠在日常洗滌中保持性能的柔韌的、耐切割纖維。這樣的纖維能有利于制造保護性服裝，尤其是高度撓性的耐切割手套。
聚合物用顆粒物質混合并制成纖維，然而沒有顯著地提高纖維的抗切割性。例如，少量的二氧化鈦微粒在聚酯纖維中作為消光劑使用。少量的膠體二氧化硅也用于聚酯纖維，用以提高光澤。磁性材料加入纖維產生磁性纖維。例子包括在日本專利申請55/098909(1980)中公開的在熱塑性纖維中鈷/稀土元素金屬互化物；在日本專利申請3-130413(1991)公開的在芯鞘纖維中鈷/稀土元素金屬互化物或鍶鐵氧體；和在波蘭專利251,452以及K.Turek等人，J.Magn.Magn.Mater.(1990)，83(1-3)，279-280頁中公開的在熱塑性聚合物中磁性材料。此外，美國專利5,597,649涉及一種紗線，是高模量纖維和顆粒填充纖維的復合材料，其中高模量纖維可以是芳綸。
多種手套在制作中加入金屬以給予手套保護性的質量。例如，美國專利U.S.2,328,105和3,185,751教導了一種柔韌性的、X射線防護手套，通過使用細碎的重金屬處理的適合的多孔材料薄片來制作，重金屬可以是鉛、鋇、鉍或鎢，或可以由包含重金屬顆粒的膠乳或分散體制造。如美國專利US 5,020,161所示，用金屬薄膜層制成防腐蝕性液體的手套。這些手套也沒有顯著地提高抗切割性。
發明概述在一個實施方案中，本發明是一種耐切割復合紗，包括具有韌度大于15克/旦的高強度有機纖維和硬顆粒填充的熱塑性塑料纖維，可用于制造可用于防護用品的耐切割織物，例如手套、圍裙、套褲、袖子等。


圖1a和1b是用于彎曲室試驗的腔室的示意圖。
圖2是在彎曲室試驗中使用的檢測手套的示意圖。
發明詳述本發明涉及高度耐切割性的紗線和制品，用于個人的保護性使用，例如手套、圍裙、套褲等以及制造它們的方法。該制品由高強度有機纖維和填充硬顆粒的熱塑性伴紡纖維組合制造。
在本發明的實施方案中術語“高強度有機纖維”是指韌度大于15克/旦的纖維，由基于碳鏈的單體通過本領域公知的任一聚合反應形成。優選地，高強度有機纖維不包括碳纖維。本發明包含的典型的高強度有機纖維包括但不限于韌度大于15克/旦的纖維，由對芳族聚酰胺、聚吲哚、聚苯并唑、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚丙烯酸酯和它們的共聚物。
在本發明的一個實施方案中，伴紡纖維由各向同性半晶態聚合物形成。典型的纖維是由聚合物例如聚(對苯二甲酸亞烷基酯)、聚(萘二甲酸亞烷基酯)、聚(亞芳基硫化物)、脂族和脂族-芳族聚酰胺，以及由環己烷二甲醇和對苯二甲酸衍生的單體制得的聚酯。在本發明的另一個實施方案中，伴紡纖維由液晶聚合物(LCP)形成，優選向溫性的。典型的LCP纖維由聚合物例如芳族聚酯、脂族-芳族聚酯、芳族聚(酯碳酸酯)形成、脂族-芳族聚(酯酰胺)、芳族聚(酯酰亞胺)、芳族聚(酯酰胺)、脂族-芳族聚酰胺和聚(甲亞胺)。
本發明用以填充熱塑性纖維的硬顆粒特征在于莫氏硬度可以大于5。優選地，硬顆粒的平均粒度分布在1-6微米范圍內。包含該硬顆粒的典型材料包括但不限于鎢、紅銅、黃銅、青銅鋁、鋼、鐵、蒙乃爾合金、鈷、鈦、鎂、銀、鉬、錫、鋅、氧化鋁、碳化鎢、金屬氮化物、金屬硫酸鹽、磷酸鹽、金屬硼化物、二氧化硅、碳化硅、baddelyte、硬綠泥石、clinozoiste、粒硅鎂石、藍柱石、透鋰長石、藍寶石、鋰輝石、十字石、粘土或氧化鋁。
在本發明的一個實施方案中，硬顆粒填充的熱塑性纖維是一種熱塑性纖維，其中硬顆粒填料是基本均勻分布的。硬顆粒填料存在的量為0.1-10(任選地0.1-5)重量％，基于顆粒填充纖維的總重量計。
在本發明另一個實施方案中，硬顆粒填充的熱塑性纖維是鞘/芯纖維的芯纖維，其中硬顆粒填料在鞘/芯纖維的芯部材料內基本均勻分布的。優選地，硬顆粒填料存在的量為0.1-10(任選地0.1-5)重量％，基于鞘/芯纖維的總重量計。
制品優選地由通過針織制成，紗線由E.I.du Pont de Nemours和Company(DuPont)，Wilmington，DE出售的商品名為KEVLAR的聚(對苯二甲酰對苯二胺)纖維和聚酯CRF(耐切割纖維)組成。聚酯CRF優選如美國專利US 5,851,668中公開的氧化鋁填充的(約10％)復絲。聚酯優選聚(對苯二甲酸亞乙酯)。聚酯耐切割纖維可以由Honeywell獲得，商標名Barricut。本發明紗線包含約32-65％的耐切割聚酯纖維，然而，耐切割聚酯百分比超過約65％，切割保護性能降低。KEVLAR和聚酯組合的耐切割織物用ASTM F1790-97測量抗切割性大于完全由任一纖維制造的相似重量的織物。此外，與完全由聚酯耐切割織物制造的制品不同，由本發明織物制成的制品在剪切操作中非常耐切割，例如使用剪刀。
另外，這些以手套形式的制品在刑室測試(TCT)中顯示出特別長的壽命。本發明手套已經證實了比完全的KEVLAR或完全的聚酯CRF制造的手套具有更好的性能。Dupont公開了TCT(下面詳細公開)評測耐切割材料在最惡劣條件下性能，其中切割保護性能試驗不精確預計在現實情況中的性能。
本發明的合股紗通過同時加捻至少兩種獨立的單紗來制備。在本領域中同時加捻單紗制造合股紗是公知的。每種單紗可以是，例如，許多切斷纖維以本領域公知的方式紡成短纖維紗。
短語“同時加捻至少兩種獨立的單紗”意思是兩種單紗同時加捻，一種紗線不完全覆蓋另一種。合股紗與覆蓋或包覆紗的區別是第一種單紗完全纏繞在第二種單紗周圍，以致于形成的合股紗的表面僅露出第一種單紗。
本發明的合股紗優選由至少兩種不同單紗組成。合股紗優選總線密度為300-2000dtex。通常在單根紗線中單纖維線密度0.5-7dtex，優選范圍是1.5-3dtex。合股紗和組成合股紗的單紗可以包括其它的材料，只要對于想要的紗線或由該紗線制造的織物的功能或性能沒有損害。
測試方法切割保護性能測試(CPPT)是用ASTM F1790-97來進行。
Tabor Abrasion Resistance依據ASTM D3389測量。
剪刀抗切割試驗是使用一把通常用于家庭或辦公室類型的8英寸碳鋼剪刀切割該制品，主觀上評測在切割時相對容易/困難。
刑室測試是在一個直徑16英寸的兩端封閉的Lucite滾筒10內，如圖1a和1b所示。六個(6)鋸條夾12安裝在滾筒里面，圍繞邊緣以60度相間隔(缸內徑是14.5英寸)。每個鋸條夾夾持4個單邊刀片14以45度在滾筒中前后成角度。使用Red Devil單邊緣工業刀片。滾筒圍繞著中心軸旋轉，由電動機驅動，在圖中沒有顯示。滾筒的旋轉速度是35每分鐘轉數。各種材料以手套的形式測驗。每個手套填充400gm尼龍顆粒，包含顆粒的手套在靠近腕部的位置封閉，然后獨自放置在Torture Chamber中。檢測手套如圖2所示。每個手套評測使用新剃刀刀片。故障時間定義為當在Torture Chamber中最先觀察到尼龍顆粒的時間。如果顆粒在180分鐘內沒有被觀察到則停止檢測。當觀察到任何珠子時，Torture Chamber停止旋轉，取出手套并直觀確認檢查切割。確認手套具有實際的破裂，而非由于腕部區域帶子松動而使顆粒掉出。
實施例材料按照特效試驗的需要，通過針織方法將各種纖維制為織物樣品或手套來評測。
實施例1和對比實施例A和B基本重量12.5oz/yd2(424g/m2)針織樣品如下制造對比實施例A100％聚酯CRF對比實施例B100％KEVLAR實施例1-52％KEVLAR/48％CRF，其中KEVLAR和CRF合并成共同加捻(合股)紗。然后兩種共同加捻紗共同喂入針織機以生產織物。
CPPT和Tabor Abrasion測試的結果如表1所示。
表1

實施例2-3和對比實施例C和D基本重量19oz/yd2(644g/m2)的針織物和手套通過如下方法制造對比實施例C100％聚酯CRF對比實施例D100％KEVLAR實施例2-68％KEVLAR/2％聚酯CRF，其中針織使用三種喂入紗線，兩種紗線如實施例1所述，第三種喂入紗線是100％KEVLAR。
實施例3-35％KEVLAR/65％聚酯CRF，其中針織使用三種喂入絲紗線，兩種紗線如實施例1所述，第三種喂入絲紗線是100％聚酯CRF。
下列表2提供的測試結果除刑室測試以外在各個織物制造的手套上進行的。
表2

權利要求
1.一種耐切割復合紗，其包括韌度大于15克/旦的高強度有機纖維和硬顆粒填充的熱塑性纖維。
2.權利要求1的紗線，其中所述熱塑性纖維是液晶聚合物，所述聚合物選自芳族聚酯、脂族-芳族聚酯、芳族聚(酯碳酸酯)、脂族-芳族聚(酯酰胺)、芳族聚(酯酰亞胺)、芳族聚(酯酰胺)、芳族聚酰胺、脂族-芳族聚酰胺和聚(甲亞胺)。
3.權利要求1的紗線，其中所述熱塑性纖維是半晶態聚合物，所述聚合物選自聚(對苯二甲酸亞烷基酯)、聚(萘二甲酸亞烷基酯)、聚(亞芳基硫化物)、脂族聚酰胺、脂族-芳族聚酰胺，以及由環己烷二甲醇和對苯二甲酸衍生的單體制得的聚酯。
4.權利要求3的紗線，其包括32-65重量％的聚(對苯二甲酸亞乙酯)，基于紗線重量計。
5.權利要求1的紗線，其中所述高強度有機纖維選自對芳族聚酰胺、聚吲哚、聚苯并唑、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚丙烯酸酯和它們的共聚物。
6.權利要求5的紗線，其中所述對芳族聚酰胺是聚(對苯二甲酰對苯二胺)。
7.權利要求1的紗線，其中所述硬顆粒選自鎢、紅銅、黃銅、青銅、鋁、鋼、鐵、蒙乃爾合金、鈷、鈦、鎂、銀、鉬、錫、鋅、氧化鋁、碳化鎢、金屬氮化物、金屬硫酸鹽、金屬磷酸鹽、金屬硼化物、碳化硅、baddelyte、硬綠泥石、clinozoiste、粒硅鎂石、藍柱石、透鋰長石、藍寶石、鋰輝石、十字石和粘土。
8.權利要求7的紗線，其中硬顆粒的平均粒度分布在1-6微米之間。
9.權利要求7的紗線，其中硬顆粒以0.1-10重量％的量存在，基于硬顆粒填充的熱塑性纖維的總重量計。
10.權利要求1的紗線，其中熱塑性纖維具有鞘-芯結構，硬顆粒基本上包含在芯內。
11.一種耐切割織物，其包括權利要求1-10任一項的耐切割紗線。
12.一種包括耐切割復合紗線組成的耐切割織物，其中所述紗線包括聚(對苯二甲酰對苯二胺)和聚(對苯二甲酸亞乙酯)，其填充約0.1-10重量％的硬顆粒，基于硬顆粒加上聚(對苯二甲酸亞乙酯)的總重量計。
13.權利要求11或12任一項的耐切割織物，其中所述織物是機織或針織織物。
14.權利要求11或12任一項的織物，其中所述織物當依據ASTMF1790-97測試時，在至少6盎司每平方碼(203g/m2)基本重量的切割保護性能值為至少500克。
15.權利要求11或12任一項的織物，其中所述織物當依據ASTMF1790-97測試時，在至少12盎司每平方碼(407g/m2)基本重量的切割保護性能值為至少1000克。
16.權利要求11或12任一項的織物，其中所述織物當依據ASTMF1790-97測試時，在至少19盎司每平方碼(644g/m2)基本重量的切割保護性能值為至少1500克。
17.權利要求11或12任一項的織物，其中當依據ASTM F1790-97測試時，所述織物的切割保護性能大于相同基本重量和構造的由權利要求1的復合紗所含的任一單紗所構成的織物。
18.一種保護制品，其包括權利要求11或12的任一項的織物，其中所述保護制品選自圍裙、套褲、袖子和手套。
19.根據權利要求18的手套，其中所述手套的彎曲室壽命超過相等基本重量的僅由所述紗線的一種纖維構成的手套的彎曲室壽命。
20.權利要求23的手套，當織物基本重量是至少19oz/yd2(644g/m2)時，彎曲室壽命為至少90分鐘。
全文摘要
一種耐切割復合紗，包括韌度大于15克/旦的高強度有機纖維和硬顆粒填充的熱塑性纖維，用于制造織物，由該織物制造防護用品，例如手套。
文檔編號D02G3/04GK101065523SQ200580040187
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月21日 優先權日2004年11月23日
發明者A·S·科拉爾克 申請人:納幕爾杜邦公司