ТКАНИ, СОДЕРЖАЩИЕ СОВМЕСТИМЫЕ СМЕСИ ФТОРПОЛИМЕРНЫХ ВОЛОКОН НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
FABRICS CONTAINING COMPATIBLE MIXTURES OF LOW-DENSITY FLUOROPOLYMER FIBERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, главным образом, к тканям, и более конкретно к ткани, которая включает в себя смеси совместимых фторполимерных волокон низкой плотности, таких как волокна из экспандированного (расширенного) политетрафторэтилена (еPTFE) волокна и, по меньшей мере, одно другое волокно. Эта ткань является влагопроницаемой, драпируемой, износостойкой, и демонстрирует усовершенствованный контроль испарения жидкости и влаги, в том числе, улучшенный контроль потовыделения.
Уровень техники
Одежда для регулирования влажностью известна в уровне техники. Обычно ткани вяжутся или ткутся из пряжи с образованием изделий, таких как носки, рубашки, нижнее бельё, и тому подобное. Типичные применяемые материалы пряжи обычно представляют собой или искусственную, или натуральную пряжу, или их комбинации. Широко распространённые натуральные материалы обычно включают шерсть, хлопок, и шелк. Широко распространённые искусственные материалы обычно включают вискозное волокно, сложный полиэфир (полимер сложного эфира), полипропилен, полиамид, акриловое волокно, спандекс, арамид, и их комбинации. Кроме того, эти волокна и/или изделия одежды могут быть обработаны с целью создания или гидрофильной, или гидрофобной поверхности, или их комбинаций.
Также известно, что комфорт является важной характеристикой одежды. Это включает в себя баланс психологических, сенсорных, тепловых состояний и условий влажности для потребителя. В идеале, ткани могли бы обеспечивать комфорт в широком диапазоне условий, для того чтобы исключить отрицательные факторы, связанные с дискомфортом. Обычно эти факторы включают защиту от неудобств, связанных с достаточно сильным ощущением холода, жары, влажности, липкости, или потности, чтобы потребители обратили определённое внимание и признали их дискомфортом.
Из уровня техники известно, что каждое натуральное и искусственное волокно имеет достоинства и недостатки, особенно, когда используются в виде деятельности, которая включает активную часть (изменение выделений пота) или изменение условий окружающей среды (изменение влажности или температуры, столкновение c ветром, солнце, тень, или дождь). Указанные волокна выбирают для использования на основе комбинации факторов, некоторые важные характеристики включают драпируемость или мягкость ткани, а также степень контроля пота (испарения и жидкости), выходящего из тела.
Современные решения не удовлетворяют в желательной степени указанные нужды потребителей. Например, мериносовые шерстяные ткани являются мягкими, драпируемыми, и обеспечивают высокую емкость при поглощении испаренной влаги во внутренней части волокна, поддерживая достаточный комфорт потребителя при изменяющихся условиях. Однако такие ткани не обладают достаточной механической износостойкостью, и во время высокой активности или влажности, когда шерсть заполнена поглощенными парами, в пучках шерстяной пряжи имеется небольшая способность к конденсации или контроля жидкости, таким образом, потребитель ощущает сырость, что нежелательно. Большая поглощающая способность шерсти, кроме избытка жидкости, может вызвать утяжеление одежды, и длительный период ощущения влажности или длительное время сушки, особенно во влажной окружающей среде, когда шерсть не может быстро десорбировать поглощенную влагу. Полиэфирные ткани обладают способностью сохранять износостойкость, облегченный вес, и быстрое высыхание в большей части окружающих сред, однако эти ткани имеют незначительное поглощение пара, и недостаточную способность адсорбции и/или конденсации паров влаги, чтобы предотвратить ощущение холода, жары, или пота раньше, чем это желательно. Кроме того, эти ткани ощущаются влажными при очень малом содержании жидкости, добавленной к изделию, создавая ощущение влажности и/или холода, когда это нежелательно.
В уровне техники существует потребность в одежде, которая является мягкой, поддерживает срок службы (долговечность), и кроме того, расширяет диапазон, в котором потребитель может чувствовать себя комфортабельно. Описанные в изобретении изделия одежды могут включать любые изделия, которые носят люди, а также могут включать те изделия, которые контактируют с человеком, такие как простыни, одеяла, спальные мешки и тому подобное.
Следовательно, в уровне техники существует потребность в получении тканей, которые предоставляют общий комфорт потребителю ткани относительно осязания и ощущения, теплоты, контроля влаги и эстетики, включая высокую способность адсорбции и конденсации паров влаги, и высокую вместимость жидкости в заданном объеме, и в то же время поддерживается мягкость и износостойкость ткани при хорошем внешнем виде.
Краткое изложение изобретения
3
В одном варианте осуществления изобретение относится к изделию одежды, включающему ткань, которая содержит: (1) множество гидрофильных волокон низкой плотности, имеющих микроструктуру взаимосвязанной сети фибрилл, или с собственной гидрофильностью, или с высокой площадью поверхности, обеспечивающей покрытие или обработку, придающую волокнам гидрофильный характер, которые обычно имеют плотность меньше, чем приблизительно 1,2 г/см; и (2) множество других волокон. Эти другие волокна могут включать вискозное волокно, сложный полиэфир, полиэтилен, полипропилен, хлопок, шерсть, шелк, арамид, полиамид, акриловое волокно, олефин, спандекс, и их комбинации. В одном варианте осуществления ткань может содержать, по меньшей мере, приблизительно 15% от массы гидрофильных волокон низкой плотности. Указанные гидрофильные волокна низкой плотности могут иметь любую подходящую геометрию и характеристическое отношение (аспектное отношение или отношение длины к диаметру), соответствующее предполагаемому конечному использованию. В одном альтернативном варианте осуществления, гидрофильные волокна низкой плотности могут иметь практически прямоугольную конфигурацию (например, характеристическое отношение больше, чем 1) или практически круглую конфигурацию (например, характеристическое отношение около 1). По сути, ткани могут быть переплетены или связаны. В одном варианте осуществления, текстильная и/или полимерная мембрана может быть присоединена, по меньшей мере, к одной стороне ткани.
3
Второй вариант осуществления изобретения относится к ткани, которая включает: (1) множество гидрофильных, волокон из экспандированного политетрафторэтилена (еPTFE) (expanded polytetrafluoroethylene, ePTFE), имеющих плотность меньше, чем приблизительно 1,2 г/см, и (2) множество волокон не из еPTFE. Волокна не из еPTFE могут включать вискозное волокно, сложный полиэфир, полиэтилен, полипропилен, хлопок, шерсть, шелк, арамид, полиамид, акриловое волокно, олефин, спандекс, и их комбинации. В одном варианте осуществления, ткань может содержать, по меньшей мере, приблизительно 15 масс. % еPTFE волокон. Указанные волокна могут иметь любую подходящую геометрию и характеристическое отношение, соответствующее предполагаемому конечному использованию. В одном альтернативном варианте осуществления, еPTFE волокна могут иметь практически прямоугольную конфигурацию (например, характеристическое отношение больше, чем 1) или практически круглую конфигурацию (например, характеристическое отношение приблизительно 1). В одном варианте осуществления, текстильная и/или полимерная мембрана может быть присоединена, по меньшей мере, к одной стороне ткани.
3
Третий вариант осуществления изобретения относится к плетеной ткани, которая включает: (1) множество волокон основы и утка, где, по меньшей мере, некоторые из волокон, по меньшей мере, в одном из направлений волокон основы и утка включают, по меньшей мере, одно гидрофильное, пористое политетрафторэтиленовое (еPTFE) волокно, имеющее плотность меньше, чем приблизительно 1,2 г/см, и (2) множество волокон не из ПТФЭ. В одном варианте осуществления, переплетенная ткань включает, по меньшей мере, 15 масс. % еPTFE волокон. Волокна из еPTFE могут иметь практически прямоугольную конфигурацию (например, характеристическое отношение больше, чем 1) или практически круглую конфигурацию (например, характеристическое отношение около 1). Волокна не из еPTFE могут включать вискозное волокно, сложный полиэфир, полиэтилен, полипропилен, хлопок, шерсть, шелк, арамид, полиамид, акриловое волокно, олефин, спандекс, и их комбинации.
3
Четвертый вариант осуществления изобретения относится к трикотажной ткани, которая включает: (1) множество гидрофильных волокон из экспандированного политетрафторэтилена (еPTFE), имеющих плотность меньше, чем приблизительно 1,2 г/см и (2) множество волокон не из еPTFE. Волокна не из еPTFE могут включать вискозное волокно, сложный полиэфир, полиэтилен, полипропилен, хлопок, шерсть, шелк, арамид, полиамид, акриловое волокно, олефин, спандекс, и их комбинации. Волокна из еPTFE присутствуют в трикотажной ткани в количестве, по меньшей мере, 15 масс. %. Гидрофильные еPTFE волокна могут иметь практически прямоугольную конфигурацию (например, характеристическое отношение больше, чем 1) или практически круглую конфигурацию (например, характеристическое отношение приблизительно 1).
Пятый вариант осуществления изобретения относится к изделию, которое включает: (1) гидрофильные еPTFE волокна и (2) волокна не из еPTFE, где гидрофильные волокна и волокна не из еPTFE формируются в ткань. Волокна не из еPTFE можно выбирать из вискозного волокна, сложного полиэфира, полиэтилена, полипропилена, хлопка, шерсти, шелка, арамида, полиамида, акрилового волокна, олефина, спандекса и их комбинации. В одном варианте осуществления, волокна из еPTFE могут включать в себя, по меньшей мере, один изолирующий материал. Волокна еPTFE могут включать в себя, по меньшей мере, один материал красителя. В другом варианте осуществления изобретения, еPTFE волокна могут включать в себя, по меньшей мере, один материал, обладающий высоким показателем преломления. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения волокно содержит, по меньшей мере, приблизительно 15 масс. % еPTFE волокон. Ткань демонстрирует вертикальное растекание больше, чем 10 мм за 10 минут. Волокна из еPTFE могут иметь характеристическое отношение больше, чем 1 и иметь практически прямоугольную конфигурацию. В другом варианте осуществления, волокна из еPTFE могут иметь характеристическое отношение приблизительно 1 и иметь практически круглую конфигурацию.
В другом варианте осуществления изобретения, еPTFE волокна расположены внутри микроструктуры ткани таким образом, чтобы еPTFE волокна не выдавались, или выдавались только в ограниченной степени, на любой поверхности ткани. Поскольку такое еPTFE волокно обладает низким собственным коэффициентом трения, в определенных областях применения желательно не оказывать влияния на такие характеристики, как “трение” или “сила сцепления.” Это особенно относится к носкам и обуви, где исходная сила сцепления имеет первостепенное значение. В таких областях применения можно получить выгоду от микроструктуры еPTFE волокна, когда оно не находится в физическом контакте с потребителем, а вместо этого, включается внутрь микроструктуры ткани. В таком варианте осуществления, еPTFE волокна улучшают такие характеристики ткани, как драпируемость, износостойкость и контроль влаги, которые важны для поддержания здоровья ног, и кроме того, они способствуют улучшению силы сцепления для потребителя ткани. В качестве альтернативы, для вариантов осуществления где, по меньшей мере, желательна некоторая характеристика низкого коэффициента трения, местоположение еPTFE волокна можно подогнать внутри переплетения нитей в ткани или трикотажной микроструктуры с целью обеспечения указанного эффекта.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи включены с целью обеспечения лучшего понимания изобретения и являются, и составляют часть настоящего описания, иллюстрируют варианты осуществления и вместе с описанием дают объяснение принципов изобретения.
Фигура 1 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), верхней поверхности гидрофильного еPTFE волокна, при увеличении 1000X, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фигура 2 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), верхней поверхности 2x1 плетеной саржевой ткани при увеличении 80х, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фигура 3 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), поперечного сечения плетеной ткани на Фигуре 2, при увеличении 120x, в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фигура 4 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), верхней поверхности трикотажной ткани при увеличении 80х, в соответствии с типичным вариантом осуществления изобретения;
Фигура 5 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), поперечного сечения трикотажной ткани фигуры 4 при увеличении 180x, в соответствии с типичным вариантом осуществления изобретения;
Фигура 6 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), верхней поверхности массивного плотного еPTFE волокна при увеличении 1000x;
Фигура 7 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе, трикотажной ткани с использованием массивного плотного еPTFE волокна на фигуре 6 при увеличении 80х; и
Фигура 8 представляет собой микрофотографию, полученную в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), верхней поверхности плетеной ткани, изображенной на фигуре 2 с приложенными стрелками, иллюстрирующими растекание жидкости во внутренней микроструктуре гидрофильных еPTFE волокон, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Словарь специальных терминов
Используемый в изобретении термин “аморфно блокированный” означает, что политетрафторэтиленовый (PTFE) материал был нагрет выше температуры плавления кристаллического PTFE.
3
Термины “волокна низкой плотности” или “еPTFE волокна низкой плотности”, используемые в изобретении предназначены для обозначения волокон, которые имеют плотность до переплетения или до вязания меньше, чем приблизительно 1,0 г/см.
3
Используемые в изобретении термины “волокна высокой плотности” или “еPTFE волокна высокой плотности” предназначены для обозначения волокон, которые имеют плотность до переплетения или до вязания больше, чем приблизительно 1,9 г/см.
Используемые в изобретении термины “совместимые” и “совместимые волокна” предназначены для обозначения волокон, которые способны скручиваться и/или складываться на себя наподобие переплетения или трикотажного расположения. В переплетенных (тканых) тканях это обеспечивается переходами между волокнами основы и утка и определяется по числу уточин на 1 дюйм и/или концов волокон основы и утка на дюйм. В трикотажной ткани это обеспечивается петлями и поворотами в трикотажной конфигурации.
Термин “микропористый” определяется в изобретении, как имеющий поры, невидимые невооруженным глазом.
2
Используемые в изобретении термины “влагопроницаемая” и “влагопроницаемость” относятся к еPTFE тканям, которые имеют скорость пропускания испаренной влаги (СПИВ), равную, по меньшей мере, приблизительно 3000 грамм/м/24 часа.
Используемое в изобретении выражение “практически прямоугольная конфигурация” предназначено для обозначения того, что волокна из еPTFE имеют прямоугольное или почти прямоугольное поперечное сечение, со скругленной или заострённой кромкой (или стороной), или без них, и характеристическое отношение больше, чем 1.
Используемое в изобретении выражение “практически круглая” предназначено для обозначения того, что волокна из еPTFE имеют круглую или почти круглую конфигурацию и характеристическое отношение для волокна из еPTFE приблизительно равно 1.
Используемый в изобретении термин “ткань” предназначено для обозначения любой переплетенной (тканой), нетканой, войлочной, флисовой, или трикотажной ткани, которая включает гидрофильные еPTFE волокна и, по меньшей мере, одно волокно не из ПТФЭ.
Используемый в изобретении термин “текстиль” предназначен для обозначения любой переплетенной, нетканой, войлочной, флисовой, или трикотажной ткани, и может состоять из натуральных и/или синтетических волокнистых материалов и/или других волокнистых или ворсистых материалов.
Используемые в изобретении термины “переплетенное волокно” (тканое волокно) и “трикотажное волокно” предназначены для обозначения волокон не из еPTFE, которые переплетены или связаны с гидрофильными еPTFE волокнами с образованием переплетенной или трикотажной ткани, соответственно.
Используемый в изобретении термин “сухая” предназначен для обозначения сухой массы при стандартных условиях.
Термин “множество”, используемый в изобретении, предназначен для обозначения одного или нескольких отдельных волокон.
Термин “на”, используемый в изобретении, предназначен для обозначения того, что, когда элемент находится “на” другом элементе, он может быть непосредственно на другом элементе или также могут присутствовать промежуточные элементы.
Используемые в изобретении термины “соседний” и “вблизи к” предназначены для обозначения того, что, когда элемент является “соседним” к другому элементу, этот элемент может находиться непосредственно вблизи к другому элементу или могут присутствовать промежуточные элементы.
Подробное описание изобретения
Специалисты в этой области техники могут легко признать, что могут быть осуществлены различные аспекты настоящего изобретения с помощью любого числа способов и устройств, скомпонованных для осуществления заданных функций. Кроме того, необходимо отметить, что прилагаемые чертежи фигур, на которые ссылаются в описании, необязательно изображены в масштабе, но могут быть преувеличены, для того чтобы иллюстрировать различные аспекты настоящего изобретения, и в связи с этим чертежи фигур не следует рассматривать как ограничивающие.
Настоящее изобретение относится к тканям, которые содержат гидрофильные, совместимые волокна из экспандированного политетрафторэтилена (еPTFE) и, по меньшей мере, одного другого волокна не из еPTFE. Ткань может быть, например, тканой, трикотажной, или флисовой тканью. Волокна еPTFE могут быть переплетены или связаны как единственные волокна или как часть волокон с несколькими нитями (мультифиламентных волокон). Эта ткань обеспечивает комбинацию высокой влагопроницаемости (высокое пропускание испаренной влаги), высокой площади поверхности для адсорбции и конденсации пара, и контролируемое регулирование жидкости (регулируемое направление растекания и хранение). Ткань может быть окрашена, например, путем окрашивания или печати. Кроме того, в еPTFE может содержаться изолирующий материал, чтобы придать ткани изолирующие свойства. В качестве альтернативы, в еPTFE может содержаться красящее вещество, чтобы обеспечить волокну подходящий цвет. В качестве альтернативы, в еPTFE может содержаться материал с высоким показателем преломления, чтобы обеспечить улучшенный внешний вид во влажном или загрязненном состоянии. На ткань может быть ламинирована полимерная и/или текстильная мембрана, чтобы получить ламинированное изделие. Кроме того, ткань является неброской, мягкой и драпируемой, что делает ее особенно подходящей для использования в предметах одежды (например, пиджаках, брюках, шляпах, и носках), обуви и перчатках.
2
В одном типичном варианте осуществления, волокна из еPTFE имеют микроструктуру с узлами и фибриллами, в которой узлы взаимно связаны фибриллами, пространство между которыми определяет проходные отверстия через волокна. Волокна из еPTFE также являются микропористыми. Узловая и фибриллярная микроструктура внутри еPTFE волокон придает волокнам и тканям, переплетенным или связанным из этих волокон, высокую влагопроницаемость и обеспечивает проникновение красящих веществ. Кроме того, матрица, предоставляемая узлами и фибриллами, обеспечивает включение желательных наполнителей и/или добавок, то есть материала с высоким показателем преломления (TiO).
Следует признать относительно еPTFE волокон, что в описании сделаны ссылки, относящиеся к экспандированным политетрафторэтиленовым волокнам, для облегчения обсуждения. Однако следует понимать, что может быть использовано любое подходящее, совместимое фторполимерное волокно низкой плотности, взаимозаменяемо c еPTFE волокном, описанным в этом изобретении. Не ограничивающие примеры подходящих фторполимеров включают в себя (но не ограничиваются указанным) экспандированный ПТФЭ, экспандированный модифицированный ПТФЭ, экспандированные coполимеры ПТФЭ, фторированные этилен-пропиленовые (ФЭП), и перфторалкокси-coполимерные смолы (ПФА). Были выданы патенты на смеси экспандированных ПТФЭ, экспандированных модифицированных ПТФЭ, и экспандированных coполимеров ПТФЭ, такие как (но не ограниченные указанным) патент США № 5,708,044 автор Branca; патент США № 6,541,589 Baillie; патент США № 7,531,611 Sabol и др.; патент США № 8,637,144 Ford; и заявка на патент США № 12/410,050 авторы Xu и др.
В одном или нескольких вариантах изобретения фторполимерные волокна можно заменить одним или несколькими из следующих материалов: полиэтилен с очень высокой молекулярной массой, как рекомендовано в публикации патента США № 2014/0212612 автор Sbriglia; полипараксилилен, как рекомендовано в предварительной заявке на патент США № 62/030,419 Sbriglia; полимолочная кислота, как рекомендовано в предварительной заявке на патент США № 62/030,408 Sbriglia, и др.; VDF-сополимеры (тетрафторэтилена или TrFE), как рекомендовано в предварительной заявке на патент США № 62/030,442 Sbriglia; и чередующийся поли(этилен - тетрафторэтилен), как рекомендовано в предварительной заявке на патент США № 62/030,448 Sbriglia.
Кроме того, волокна из еPTFE могут иметь практически прямоугольную конфигурацию. По меньшей мере, на фигурах 2 и 3 изображены типичные еPTFE волокна, имеющие практически прямоугольную конфигурацию. Используемый в изобретении термин “практически прямоугольная конфигурация” предназначен для обозначения того, что волокна из еPTFE имеют прямоугольное или почти прямоугольное поперечное сечение. Это означает, что волокна из еPTFE имеют ширину больше, чем высота (толщина) волокна. Следует отметить, что волокна могут иметь закругленную или заострённую кромку (или сторону).
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Кроме того, используемые в изобретении волокна из еPTFE имеют плотность до переплетения или до вязания меньше, чем приблизительно 1,0 г/см. В типичных вариантах осуществления волокна имеют плотность до переплетения меньше, чем приблизительно 0,9 г/см, меньше, чем приблизительно 0,85 г/см, меньше, чем приблизительно 0,8 г/см, меньше, чем приблизительно 0,75 г/см, меньше, чем приблизительно 0,7 г/см, меньше, чем приблизительно 0,65 г/см, меньше, чем приблизительно 0,6 г/см, меньше, чем приблизительно 0,5 г/см, меньше, чем приблизительно 0,4 г/см, меньше, чем приблизительно 0,3 г/см, или меньше, чем приблизительно 0,2 г/см. Следует отметить, что процессы, используемые для получения ткани, такие как переплетение или вязание, могут повысить плотность еPTFE волокон. В результате волокна могут иметь плотность после переплетения или после вязания меньше или равную приблизительно 1.2 г/см. Волокна еPTFE низкой плотности (как до, так и после переплетения или вязания) также повышают влагопроницаемость тканей, изготовленных из этих волокон.
Волокна из еPTFE имеют до или после переплетения или вязания прочность на разрыв больше, чем приблизительно 1,5 сН/децитекс. По меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, волокна из еPTFE имеют прочность на разрыв приблизительно от 1,5 сН/дтекс до 7 сН/дтекс, приблизительно от 2 сН/дтекс до 6 сН/дтекс, или приблизительно от 2,5 сН/дтекс до 5 сН/дтекс. Кроме того, волокна из еPTFE имеют разрывное усилие, по меньшей мере, приблизительно 1,5 Ньютон (Н). В одном или нескольких вариантах осуществления, волокна из еPTFE имеют разрывное усилие приблизительно от 2 Н до 20 Н, приблизительно от 3 Н до 19 Н, приблизительно от 4 Н до 18 Н, или приблизительно от 5 Н до 17 Н.
Кроме того, волокна из еPTFE могут иметь до или после переплетения, или вязания массу единицы длины приблизительно от 20 дтекс до 1200 дтекс, приблизительно от 30 дтекс до 1000 дтекс, приблизительно от 40 дтекс до 500 дтекс, приблизительно от 50 дтекс до 450 дтекс, приблизительно от 100 дтекс до 400 дтекс, или приблизительно от 150 дтекс до 300 дтекс. Следует отметить, что чем меньше масса единицы длины, тем меньше масса площади ткани, что повышает комфортность предмета одежды, изготовленной из этой ткани.
Волокна из еPTFE также имеют высоту (толщину) (до или после переплетения, или вязания) меньше, чем приблизительно 500 микрон. В некоторых вариантах осуществления толщина находится в пределах приблизительно от 10 микрон до 500 микрон, от 15 микрон до приблизительно 250 микрон, приблизительно от 20 микрон до 150 микрон, приблизительно от 25 микрон до 100 микрон, приблизительно от 30 микрон до 80 микрон, или приблизительно от 35 микрон до 50 микрон. Высота (толщина) до или после переплетения, или вязания может быть меньше, чем 500 микрон, меньше, чем 400 микрон, меньше, чем 300 микрон, меньше, чем 200 микрон, меньше, чем 100 микрон, или меньше, чем 50 микрон. Волокна из еPTFE также имеют ширину (до или после переплетения, или вязания), которая меньше, чем приблизительно 4,0 мм.
По меньшей мере, в одном типичном варианте осуществления, волокна из еPTFE имеют до или после переплетения, или вязания ширину приблизительно от 0,05 мм до 4,0 мм, приблизительно от 0,1 мм до 3,0 мм, приблизительно от 0,3 мм до 2,0 мм, или приблизительно от 0,5 мм до 1,5 мм. В типичных вариантах осуществления характеристическое отношение волокна из еPTFE составляет больше, чем 1. В некоторых вариантах осуществления, характеристическое отношение составляет больше, чем приблизительно 2, больше, чем приблизительно 5, больше, чем приблизительно 10, больше, чем приблизительно 15, больше, чем приблизительно 20, или больше, чем приблизительно 25. Высокое значение характеристического отношения, такое как достигаемое с помощью еPTFE волокон, обеспечивает малую массу площади ткани, облегчает и повышает эффективность восстановления первоначальной формы, и позволяет добиться увеличенного покрытия в переплетенной или связанной ткани.
В одном варианте осуществления еPTFE волокно имеет практически круглую конфигурацию. Используемый в изобретении термин “практически круглая” предназначен для обозначения того, что волокно имеет круглую или почти круглую конфигурацию и характеристическое отношение приблизительно 1.
Дополнительно еPTFE волокна могут включать в себя изолирующий материал, например, такой как аэрогель. Указанные еPTFE волокна могут приобрести гидрофильность и могут быть включены в переплетенную или трикотажную ткань, чтобы получить ткань с изолирующими свойствами.
Дополнительно еPTFE волокна могут включать в себя красящее вещество, такое как, например, пигмент. Указанные еPTFE волокна могут приобрести гидрофильность и могут быть включены в переплетенную или трикотажную ткань, чтобы получить ткань с дополнительными эстетическими свойствами.
2
Кроме того, еPTFE волокна могут включать в себя материал с высоким показателем преломления, такой как, например, TiO. Указанные еPTFE волокна могут приобрести гидрофильность и могут быть включены в переплетенную или трикотажную ткань, чтобы получить ткань с улучшенным внешним видом во влажном или загрязненном состоянии.
Описанные в изобретении еPTFE волокна низкой плотности могут быть переплетены или связаны, по меньшей мере, с одним другим переплетенным или трикотажным волокном (например, волокном не из еPTFE) с образованием ткани, которая обеспечивает комбинацию высокой влагопроницаемости и регулирование потока влаги (жидкой и парообразной). Подходящие волокна не из еPTFE для использования при переплетении или вязании с волокнами из еPTFE включают (но не ограничиваются указанным) вискозное волокно, сложный полиэфир, полиэтилен, полипропилен, хлопок, шерсть, шелк, арамид, полиамид, акриловое волокно, олефин, спандекс, и их комбинации, и смеси. Переплетенные или трикотажные волокна могут быть гладкими или имеют текстурированную поверхность. Дополнительно, переплетенные или трикотажные волокна могут быть выбраны в зависимости от желательных эксплуатационных свойств переплетенной или трикотажной ткани.
В одном варианте осуществления, еPTFE волокна и одно или несколько волокон не из еPTFE переплетаются с образованием переплетенной ткани. Например, одно или несколько волокон из еPTFE могут быть расположены вблизи или рядом c одним или несколькими волокнами не из пПТФ и обработаны как переплетенные волокна. В качестве альтернативы, волокно не из еPTFE может быть обмотано вокруг еPTFE волокна (или наоборот) и переплетено с образованием переплетенной ткани. В другом варианте осуществления, волокна из еPTFE и волокна не из еPTFE могут быть скручены или обмотаны вместе и обработаны как одинарное переплетенное волокно. В дополнительном варианте осуществления, волокно из еPTFE может быть обмотано вокруг волокна не из еPTFE таким образом, чтобы капсулировать волокно не из еPTFE в конфигурации ядро/оболочка (или наоборот). Может быть использован любой тип сплетения, такой как (но не ограниченные указанным) полотняное переплетение, сатиновое переплетение, саржевое переплетение, и переплетение "рогожкой", чтобы получить волокно из еPTFE и волокно не из еPTFE в переплетенной ткани.
Волокно еPTFE, или индивидуально, или в комбинации с волокном (волокнами) не из еPTFE, может быть использовано в направлении основы и/или утка. Например, еPTFE волокно может быть использовано только в направлении основы или утка или в направлении основы и утка и может чередоваться с волокном не из еPTFE, или волокно не из еPTFE может быть вставлено с заданным интервалом, таким как, например, каждая вторая уточина, каждая третья уточина, каждая четвертая уточина, и т.д. В качестве альтернативы, еPTFE волокна могут находиться как в направлении основы, так и утка с заданными интервалами. В качестве не ограничивающего примера, волокна основы могут формироваться из полиамидных волокон, и волокна утка могут формироваться из полиамидных волокон и волокон из еPTFE в чередующихся уточинах. В других вариантах осуществления, направление основы (или утка) могут состоять из еPTFE волокон и направление утка (или основы) могут состоять из полиамидных волокон. Следует признать, что возможно любое число изменений характера переплетений, когда волокна из еPTFE и/или волокна не из еPTFE используются в направлениях основы или утка, и что указанный характер переплетений рассматривается в сфере действия изобретения. Кроме того, совместимость волокна из еPTFE позволяет этому волокну скручиваться и/или складываться на себя, чтобы соответствовать расположению переплетений, предусмотренных между переходами волокон основы и утка в плетеной ткани.
В другом варианте осуществления, еPTFE волокна, в комбинации с трикотажным волокном (например, волокном не из еPTFE), может быть связан в виде трикотажной ткани. Как рассмотрено выше, волокно (волокна) не из еPTFE может быть выбрано в зависимости от желательных эксплуатационных свойств трикотажной ткани.
Волокно еPTFE, вместе с трикотажным волокном, может быть связано с использованием любого трикотажного шаблона, такого как (но без ограничения указанным) основовязальный трикотаж, кудирный трикотаж, кругловязаный трикотаж, простой трикотаж, флисовый трикотаж, опушённый трикотаж, вафельный трикотаж, трикотаж “джерси”, и тщательно перемешанная трикотажная смесь. Волокно еPTFE может быть расположено вблизи или вдоль волокна не из еPTFE и обработано как одинарное трикотажное волокно. В качестве альтернативы, трикотажное волокно может быть обмотано вокруг еPTFE волокна (или наоборот) и переплетено с образованием трикотажной ткани. В другом варианте осуществления, волокна из еPTFE и волокна не из еPTFE могут быть скручены или обмотаны вместе и обработаны как одинарное трикотажное волокно. В дополнительном варианте осуществления, волокна из еPTFE могут быть обмотаны вокруг волокна не из еPTFE таким образом, чтобы капсулировать волокно не из еPTFE в конфигурации ядро/оболочка (или наоборот).
В одном варианте осуществления, переплетенная или трикотажная ткань может содержать, по меньшей мере, 15% еPTFE волокон в расчете на массу окончательной ткани. В некоторых альтернативных вариантах осуществления, ткань содержит, по меньшей мере, приблизительно 15% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 20% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 25% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 30% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 35% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 40% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 45% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 50% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 55% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 60% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 65% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 70% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 75% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 80% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 85% еPTFE волокон, по меньшей мере, приблизительно 90% еPTFE волокон или, по меньшей мере, приблизительно 95% еPTFE волокон. Волокна из еPTFE могут находиться в переплетенной или трикотажной ткани в количестве, приблизительно от 50% до приблизительно 98%, приблизительно от 55% до приблизительно 95%, приблизительно от 60% до приблизительно 90%, приблизительно от 65% до приблизительно 80%, или приблизительно от 70% приблизительно 75%.
Совместимые еPTFE волокна низкой плотности, описанные выше, являются натурально гидрофобными. Однако еPTFE волокнам низкой плотности может быть придана гидрофильность путем проведения гидрофильной обработки. Загрязнение еPTFE волокна также придает гидрофильность еPTFE волокну. Например, если еPTFE волокно загрязняется, например, кожным салом, потом, моющим средством, поверхностно активным веществом, или подвергается чистовой обработке от красителей, еPTFE волокно становится гидрофильным. Гидрофильные еPTFE волокна низкой плотности могут быть использованы для регулирования содержания влаги, такой как вода или пот, путем направления, перемещения, и хранения жидкости или пара, внутри микроструктуры гидрофильного еPTFE волокна.
Когда волокна из еPTFE приобрели гидрофильность, эти еPTFE волокна способны регулировать растекание и хранение жидкости в переплетенной или трикотажной ткани. Растекание жидкости, такой как потоотделение, позволяет удалять жидкость с кожи и входить в ткань, где она может испаряться, таким образом, усиливается комфорт потребителя предмета одежды. В частности, волокна из еPTFE способны смачиваться, причем жидкость (например, вода или пот) может поступать внутрь микроструктуры и оставаться внутри микроструктуры гидрофильного еPTFE волокна. Кроме того, гидрофильные еPTFE волокна способны вытягивать жидкость из соседних волокон не из еPTFE и/или промежутков внутри ткани. Как показано на фигуре 8, жидкость (например, вода или пот), изображенная стрелками 1, поступает в ткань и перемещается по капиллярам и промежуткам волокна не из еPTFE. Как обобщенно показано стрелками 2, жидкость вытягивается в гидрофильное еPTFE волокно низкой плотности. Более конкретно, жидкость вытягивается во внутреннюю структуру (например, микроструктуру) гидрофильных еPTFE волокон, таким образом, жидкость удаляется или практически удаляется из волокна не из еPTFE и/или промежутков внутри ткани. Наличие гидрофильных еPTFE волокон вблизи или вокруг волокон не из еPTFE в ткани создает каналы, поверхности, и/или движущую силу, что позволяет жидкости просачиваться путем механизма нагнетания внутрь воздушных пустот в волокнистой сети гидрофильных еPTFE волокон.
Гидрофильные еPTFE волокна позволяют жидкости входить в микроструктуру еPTFE волокна, которые вытягивают жидкость их других волокон, промежутков между волокнами, и волокнами, которые могут касаться потребителя. Такое регулируемое растекание уменьшает или исключает любую передачу тепла, которое в противном случае могла бы передаваться конечному пользователю по жидкости, находящейся внутри ткани. Жидкость, находящаяся в гидрофильном еPTFE волокне, не переносится из еPTFE волокна в виде жидкости в другой слой или местоположение, такое как, например, воздушные промежутки или волокна, которые могут касаться тела конечного пользователя. Гидрофильное еPTFE волокно удерживает жидкость, пока она испаряется из волокна в виде пара. Кроме того, за пределами гидрофильных еPTFE волокон остается немного жидкости (или она отсутствует), поэтому гидрофильные еPTFE волокна ощущаются как сухие, даже когда внутри них содержится жидкость. Кроме того, за счет растекания и хранения жидкости внутри гидрофильных еPTFE волокон, ткань ощущается как сухая, и конечному пользователю не передается ощущение влажности. Количество растекающейся жидкости и ее хранение внутри гидрофильного волокна можно регулировать за счет плотности, единиц веса нити (денье), количества гидрофильных еPTFE волокон в ткани, и места включения еPTFE волокон в ткань. В некоторых вариантах осуществления, указанная микроструктура может сохранять свыше 80 объемных % жидкости внутри определенной площади волокна. (80% воздуха -> 80% жидкости). Таким образом, ткани можно проектировать и/или разрабатывать для конкретной области применения.
Во влажной окружающей среде гидрофильные еPTFE волокна могут демонстрировать адсорбцию и конденсацию влаги, и сбор испарившейся влаги на внутренней поверхности волокон (например, в микроструктуре еPTFE волокон). Адсорбция и конденсация влаги внутри гидрофильного еPTFE волокна сохраняет сухой наружную сторону еPTFE волокна, или, по меньшей мере, практически сухой, так что конечному пользователю не передается ощущение влажности.
Гидрофильные еPTFE ткани низкой плотности демонстрируют вертикальное растекание больше, чем 10 мм за 10 минут, больше, чем 15 мм за 10 минут, или больше, чем 30 мм за 10 минут. Желательно, чтобы ткань обладала высоким значением вертикального растекания для перемещения жидкости подальше от кожи, а также малым временем высыхания, чтобы удалить жидкость из самой ткани. Хотя указанные характеристики являются конкурирующими факторами, гидрофильные еPTFE ткани низкой плотности демонстрируют высокое растекание (например, больше, чем или равное приблизительно 30 мм за 10 минут) и малое время высыхания (например, меньше, чем 30 минут).

В некоторых вариантах осуществления может быть желательным, чтобы переплетенная или связанная ткань приобрела огнестойкость. В таком варианте осуществления, может быть использовано огнестойкое волокно в качестве, по меньшей мере, одного из переплетенных или трикотажных волокон. Не ограничивающими примерами являются арамид, огнестойкий хлопок, полибензимидазол (PBI), полибензоксазол (PBO), огнестойкое вискозное волокно, смеси модакрилового волокна, углерод, стекловолокно, полиакрилонитрил (PAN), и их комбинации и смеси.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Описанные в изобретении гидрофильные еPTFE ткани имеют скорость пропускания испаренной влаги (СПИВ), которая составляет больше, чем приблизительно 3000 г/м/24 часа, больше, чем приблизительно 5000 г/м/24 часа, больше, чем приблизительно 8000 г/м/24 часа, больше, чем приблизительно 10000 г/м/24 часа, больше, чем приблизительно 12000 г/м/24 часа, больше, чем приблизительно 15000 г/м/24 часа, больше, чем приблизительно 20000 г/м/24 часа, или больше, чем приблизительно 25000 г/м/24 часа, при испытании в соответствии с Методом испытания скорости пропускания испаренной влаги (СПИВ), описанным ниже. Используемый в изобретении термин “влагопроницаемая” или “влагопроницаемость” относится к гидрофильным тканям или ламинатам низкой плотности, которые имеют скорость пропускания испаренной влаги (СПИВ), по меньшей мере, приблизительно 3000 г/м/24 часа. Пропускание испаренной влаги, или воздухопроницаемость, обеспечивает охлаждение потребителю предмета одежды, например, изготовленной из такой ткани.
3
Кроме того, гидрофильные еPTFE ткани обладают воздухопроницаемостью, которая составляет меньше, чем приблизительно 1000 кубических футов в минуту (1 куб.фут/мин = 0,0283 м/мин), меньше, чем приблизительно 500 куб.фут/мин, меньше, чем 300 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 100 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 50 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 25 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 20 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 15 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 10 куб.фут/мин, меньше, чем приблизительно 5 куб.фут/мин, и даже меньше, чем приблизительно 3 куб.фут/мин. Следует понимать, что низкая воздухопроницаемость соответствует усовершенствованной ветронепроницаемости ткани.
Кроме того, описанные в изобретении еPTFE ткани являются мягкими на ощупь и являются драпируемыми, что делает их подходящими для использования в предметах одежды. Переплетенные и трикотажные ткани имеют среднюю жёсткость меньше, чем приблизительно 1000 г, меньше, чем приблизительно 500 г, меньше, чем приблизительно 400 г, меньше, чем приблизительно 300 г, меньше, чем приблизительно 250 г, меньше, чем приблизительно 200 г, меньше, чем приблизительно 150 г, меньше, чем приблизительно 100 г, и даже меньше, чем приблизительно 50 г. Неожиданно было обнаружено, что кроме мягкости на ощупь, гидрофильные еPTFE ткани демонстрируют снижение шума, что связано с изгибами или складками ткани. Кроме того, было обнаружено, что даже при добавлении пористой полимерной мембраны, что рассматривается в дальнейшем, шум снижается, особенно при сравнении с традиционными ламинатами еPTFE.
Кроме того, гидрофильные еPTFE ткани низкой плотности обладают стойкостью к разрыву. Например, переплетенная ткань имеет прочность на разрыв приблизительно от 10 Н до приблизительно 200 Н (или еще больше), приблизительно от 15 Н до приблизительно 150 Н, или приблизительно от 20 Н до приблизительно 100 Н, что измеряется в испытании Elemendorf Tear, описанном в изобретении. Было обнаружено, что гидрофильная еPTFE ткань обладает улучшенной прочностью на разрыв по сравнению с традиционной тканью не из еPTFE. Описанные в изобретении переплетенные и трикотажные ткани еPTFE низкой плотности также имеют разрывное усилие приблизительно от 100 Н до приблизительно 1500 Н (или даже больше), приблизительно от 300 Н до приблизительно 1000 Н, или приблизительно от 500 Н до приблизительно 750 Н, что измеряется в испытании Разрывного усилия ткани, описанном в изобретении. Указанные высокие значения прочности на разрыв и разрывного усилия обеспечивают повышенную износостойкость тканей еPTFE низкой плотности при эксплуатации.
Могут быть проведены обработки переплетенной и трикотажной ткани с целью придания ей одной или нескольких характеристик, таких как (без ограничения указанным) олеофобность. Могут быть нанесены покрытия или проведены обработки на одной или обеих сторонах гидрофильной еPTFE ткани, эффект которых может проникать полностью или только частично сквозь еPTFE ткань. Следует понимать, что любой функциональный защитный слой, функциональное покрытие, или функциональная мембрана, такая как (без ограничения указанным) полиамидная, сложный полиэфирная, полиуретановая, целлофановая, и не фторполимерная мембраны, которые являются как водонепроницаемыми, так и влагопроницаемыми, могут быть присоединены, или иначе закреплены, или наслоeны на гидрофильную еPTFE ткань.
Гидрофильные еPTFE ткани могут быть окрашены подходящей красящей композицией. В одном варианте осуществления, еPTFE волокно имеет микроструктуру, в которой поры еPTFE волокна в достаточной степени открыты, чтобы обеспечить такие характеристики, как пропускание испаренной влаги и просачивание красящих веществ при покрытии. В одном варианте осуществления еPTFE волокно имеет поверхность, которая при печати обеспечивает эстетическую долговечность. В некоторых вариантах осуществления эстетическая долговечность может быть реализована с покрывающими композициями красящего вещества, которые содержат пигмент, имеющий достаточно малый размер частиц, соответствующий порам еPTFE волокна и/или внутри переплетенной или трикотажной ткани. Можно нанести разнообразные оттенки с использованием различных пигментов, с варьированием концентрации одного или нескольких пигментов, или за счет комбинации указанных приемов. Кроме того, композиция покрытия может быть нанесена в любой форме, такой как твердое вещество, шаблон, или оттиск. Композиция покрытия может быть нанесена на переплетенную ткань традиционными приемами печати. Методы нанесения для окрашивания включают (без ограничений указанным) переводное покрытие, трафаретная печать, глубокая печать, струйная печать и ножевое покрытие. В некоторых вариантах осуществления, еPTFE волокно остается неокрашенным, хотя тканые волокна в переплетенной или трикотажной ткани окрашены композицией красящего вещества. Могут быть нанесены другие покрытия или обработки, такие как, например, чтобы ткань стала стабильной к УФ-излучению, стойкой к микробам, грибкам, загрязнению и так далее.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления, пористая или микропористая полимерная мембрана наслаивается или связывается с гидрофильной еPTFE тканью. Не ограничивающие примеры пористых мембран включают пористый ПТФЭ, пористый модифицированный ПТФЭ, пористые coполимеры ПТФЭ, фторированные этилен-пропиленовые coполимеры (FEP), и перфторалкокси-coполимерные смолы (PFA). Считается, что полимерные материалы, такие как полиолефины (например, полипропилен и полиэтилен), полиуретаны и сложный полиэфиры, входят в объем изобретения при условии, что полимерный материал может быть обработан с образованием пористой или микропористой мембранной микроструктуры. Следует признать, что, даже когда гидрофильная еPTFE ткань наслаивается или связывается с пористой или микропористой мембраной, полученный ламинат сохраняет высокую влагопроницаемость.
Микропористая мембрана может быть асимметричной мембраной. Используемый в изобретении термин “асимметричная” означает, что микроструктура мембраны включает разнообразные слои еPTFE внутри мембраны, причем, по меньшей мере, один слой внутри мембраны имеет микроструктуру, которая отличается от микроструктуры второго слоя внутри мембраны. Различие между первой микроструктурой и второй микроструктурой может быть вызвано например, различием размера пор, различием геометрии или размера узлов и/или размера фибрилл , и/или различием в плотности.
В дополнительном варианте осуществления текстиль может быть присоединен к микропористой мембране или непосредственно к гидрофильной еPTFE ткани. Используемый в изобретении термин “текстиль” предназначен для обозначения любых переплетенных, не переплетенных войлока, флиса, или трикотажа и может состоять из натуральных и/или синтетических волокнистых материалов и/или других волокон или хлопьеобразных материалов. Например, текстиль может состоять из таких материалов, как хлопок, вискозное волокно, нейлон, сложный полиэфир, и их смеси (без ограничения указанным). Масса материала, образующего текстиль, конкретно не ограничена, за исключением того, что требуется по применению. В типичных вариантах осуществления текстиль является воздухопроницаемым и влагопроницаемым.
Может быть использован любой подходящий способ присоединения мембраны и/или текстиля к еPTFE ткани низкой плотности (и текстиля к мембране), такой как глубокое наслаивание, присоединение методом сплавления, адгезионное связывание разбрызгиванием, и тому подобное. Связующее вещество может быть нанесено с перерывами или непрерывно при условии, что сохраняется проницаемость влаги сквозь ламинат. Например, связующее вещество может быть нанесено в виде прерывистых приспособлений, таких как дискретные пятна или сетчатый шаблон, или в виде полосы связующего вещества, чтобы склеить вместе слои ламината.
Переплетенные и трикотажные гидрофильные еPTFE ткани являются подходящими для применения в различных областях, включая без ограничения предметы одежды (в том числе пиджаки, брюки, шляпы и носки), обувь, перчатки и тому подобное. Эти ткани обеспечивают комбинацию высокой влагопроницаемости (высокая скорость передачи испарившейся влаги), и средства управления влагой (адсорбция и конденсация испарившейся влаги, регулируемое направление растеканием и хранением). Волокна еPTFE могут быть переплетены или связаны в виде одинарного волокна, как часть волокна с несколькими нитями, или могут быть скручены или обмотаны другим волокном с образованием переплетенной или трикотажной ткани. Переплетенные или трикотажные еPTFE ткани могут быть использованы индивидуально, или они могут быть использованы в сочетании с полимерной мембраной и/или текстилем. Поверхность гидрофильной переплетенной или трикотажной ПТФЭ ткани может быть окрашена, например, путем печати. Следует признать, что описанные в изобретении выгоды и преимущества в равной степени применимы для изделий, рассмотренных в описании.
Специалисты в этой области техники легко могут признать, что различные аспекты настоящего изобретения могут быть осуществлены с помощью любого числа способов и устройств, скомпонованных для выполнения заданных функций. Кроме того, следует отметить, что прилагаемые чертежи фигур, на которые ссылаются в описании, необязательно изображены в масштабе, но могут быть преувеличены, для того чтобы иллюстрировать различные аспекты настоящего изобретения, и в связи с этим чертежи фигур не следует рассматривать как ограничивающие.
Методы испытаний
Необходимо понимать, что, хотя ниже описаны определенные методы и оборудование, в качестве альтернативы, могут быть использованы методы или оборудование, которые специалисты в этой области техники признают подходящими.
Вес единицы длины волокна
Волокно длиной 45 метров получают с использованием катушки с мотком пряжи. Затем волокно длиной 45 метров взвешивают на весах с точностью до 0,0001 г. Затем этот вес умножают на 200, чтобы получить вес длины волокна в единицах денье (г/9000 м). Проводят три измерения, которые усредняют.
Ширина волокна
Ширину волокна измеряют традиционным образом, с использованием 10-кратной лупы, имеющей деления с точностью до 0,1 мм. Проводят три измерения, которые усредняют, чтобы определить ширину с точностью до 0,05 мм.
Толщина волокна
Толщину волокна измеряют с использованием калиброванной скобы с точностью до 0,0001 дюйм. Принимают меры предосторожности, чтобы не сжать волокна калиброванной скобой. Проводят три измерения, которые усредняют и затем переводят с точностью до 0,0001 мм.
Плотность волокна
Плотность волокна рассчитывают с использованием измеренных ранее веса длины волокна, ширины волокна и толщины волокна, используя следующую формулу:
3
Плотность волокна (г/см) = вес длины волокна (дтекс)/[ширина волокна (мм) * толщина волокна (мм) * 10000]
Разрывное усилие волокна

Разрывное усилие волокна означает измерение максимальной нагрузки, необходимой для разрыва (разрушения) волокна. Разрывное усилие измеряют с помощью прибора для испытания на растяжение, такого как InstronMachine of Canton, MA. Прибор Instronоснащен зажимным приспособлением (с выступами) для волокна, которое удобно для закрепления материалов волокон и нитей во время измерения растягивающей нагрузки. Скорость передвижения траверсы прибора для испытания на растяжение составляет 25,4 см в минуту. Длина базы измерения составляет 25,4 см. Проводят пять измерений для каждого типа волокна, которые усредняют и приводят в Ньютонах (Н).
Прочность на разрыв волокна
Прочность на разрыв волокна представляет собой разрывное усилие волокна, нормализованное на вес единицы длины волокна. Прочность на разрыв волокна рассчитывают с использованием следующей формулы:
Прочность на разрыв волокна (cН/дтекс) = Разрывное усилие волокна (Н)*100/[вес единицы длины волокна (дтекс)]
Масса/Площадь
2
2
2
С целью измерения массы единицы площади, готовят образцы ткани, имеющие площадь, по меньшей мере, 100 см. Может быть использована машина для резки по кругу (100 см) фирмы Karl Schroder. Каждый образец взвешивают с использованием весов фирмы Mettler Toledo, модель AB204. До взвешивания образцов весы повторно калибруют, и результаты регистрируют в граммах на квадратный метр (г/м). Проводят три измерения с каждым образцом, и приводят среднее значение.
Метод подготовки образца для СЭМ
Сечение СЭМ образцов готовят, обливая ткань жидким азотом, и затем охлажденные образцы нарезают алмазным ножом в устройстве микроразрезания Leica ultracut UCT, доступном на фирме Leica Microsystems, Wetzlar, Германия.
Прочность на разрыв ткани
Это испытание предназначено для определения среднего усилия, необходимого для распространения одиночного разрыва (метод одиночного раздирания), начиная с надреза в переплетенной ткани. Используют прибор для испытания на раздирание Thwing-Albert Heavy Duty Elmendorf (MAI227). Прибор калибруют, и подбирают скорректированный вес маятника. Маятник поднимают в исходное положение. Образец помещают в тиски и фиксируют. Образец центруют, причем нижняя кромка точно располагается против стопора. Верхняя поверхность образца направлена к маятнику, чтобы обеспечить сдвигающее действие. Испытание проводится до достижения полного разрыва. Цифровое показание регистрируют в Ньютонах. Испытание повторяют для получения полного набора (3 для основы и 3 для уточины). Приведенные результаты представляют собой среднее значение измерений для каждого направления основы и уточины.
Разрывное усилие для ткани
о
Это испытание проводят в соответствии с общими рекомендациями стандарта ASTM D 751. Нарезают 5 деформированных и 5 наполненных образцов, с размерами 4”x6’ (102x1829 мм) и длинной стороной параллельно направлению испытания. Образцы кондиционируют при 70±2ºF (21С), относительной влажности 65±2%, до испытания, по меньшей мере, в течение 1 часа. Затем получают шаблон размером 1,5”x 6” (дюйм) и выравнивают с 6-дюймовой (152,4 мм) кромкой образца. Вычерчивают тонкую направляющую линию (на стороне 1,5”) вдоль ткани, вниз на всю длину образца. Эту линию следует проводить, по возможности, точно и параллельно, вдоль волокна. Эта линия предназначена для того, чтобы обеспечить испытание в центральной части образца и чтобы надлежащим образом выровнять образец с тисками для деформированных и наполненных волокон. Это важно для того, чтобы получить правильную характеристику образца. Прибор Instron Model 5565 калибруют и вставляют динамометрический датчик на 1000 фунт (454 кг). Помещают 1” x 1” резиновые кулачки на той же стороне верхнего и нижнего зажимов и 1” x 3” резиновые кулачки на другой стороне верхнего и нижнего зажимов (кулачки 1” x 1” должны быть закреплены в кулачках 1” x 3”). Длину базы измерения устанавливают равной 3”. Образец помещают между открытыми кулачками, соосно стандартной линии с внешней кромкой верхних, а также и нижних кулачков 1”x1”. Верхний кулачок закрывают, используя пневматическую ножную педаль. Образец свободно подвешивают, и нажимают на ножную педаль. Динамометрический датчик сбалансирован. Затем начинают испытание, нажимая кнопку «старт» на панели управления. Если наблюдается проскальзывание образца в кулачках, данные не учитываются, и отрезают и испытывают новый образец. Если наблюдается разрушение образца в кулачках, данные не учитываются, и отрезают и испытывают новый образец. Если наблюдается разрушение на кромке кулачка, то визуально контролируется, разрушается ли большая часть образца вблизи кромки кулачка, поскольку кулачки предотвращают сжатие образца по ширине, когда действует нагрузка; если это так, то “разрушение на кулачках” представляет собой характеристику материала, и в повторном испытании нет необходимости. Эти операции повторяют 5 раз для каждого из искривленных и наполненных образцов, и для каждого направления регистрируется среднее разрывное усилие.
Жёсткость ткани
Для измерения жёсткости на ощупь (жёсткость) используют прибор Thwing Albert Handle-O-Meter с балансиром 1000 г и шириной щели ¼” (6,3 мм). Из ткани вырезают образец размером 4” x 4”. Образец помещают лицевой стороной на платформу для образца. Образец выравнивают таким образом, чтобы направление испытания было перпендикулярно к щели для испытания в искривленном направлении. Нажимают кнопку «Старт/Испытание» пока слышен щелчок, затем ее отпускают. Регистрируют число, появившееся на цифровом индикаторе после того, как слышится второй щелчок. Показание не сбрасывается до нуля, так как отображает максимальное показание для каждого индивидуального испытания. Образец переворачивают и испытывают снова, регистрируя показание. Затем образец поворачивают на 90 градусов, для испытания в наполненном направлении, и записывают показание. Окончательно образец переворачивают и испытывают снова, регистрируя показание. Все 4 зарегистрированных показания складываются вместе (1 искривленная наружная поверхность, 1 искривленная обратная поверхность, 1 наполненная наружная поверхность, 1 наполненная обратная поверхность), чтобы рассчитать общую жёсткость образца в граммах. Результаты приведены для одного образца.
Воздухопроницаемость - метод числа Frazier
Воздухопроницаемость измеряют путем зажимания испытуемого образца в отбортованном хомуте с прокладкой, что обеспечивает площадь круга приблизительно 6 квадратных дюймов (диаметр 2,75 дюйм) для измерения потока воздуха. На входной стороне образца хомут соединяют с расходомером, совмещённым с источником сухого сжатого воздуха. На выходной стороне образца хомут открыт на атмосферу.
Испытание проводят, создавая давление 0.5 дюйм вод. столба (127 Па) на входной стороне образца и регистрируя скорость потока воздуха, проходящего через совмещённый расходомер (расходомер c шариковым поплавком).
Образец кондиционируют при 70°F (21,1 °C) и относительной степени влажности 65%, по меньшей мере, в течение 4 часов до испытания.
3
2
Результаты приведены в единицах числа Frazier, которое представляет собой поток воздуха в куб. фут/мин./кв. фут образца (=0,3048 м/(м.мин)) при давлении 0,5 дюйм вод. столба (127 Па). N=3.
Испытание скорости пропускания испаренной влаги - (СПИВ)
Для каждого образца ткани определяют СПИВ в соответствии с общими рекомендациями документа ISO 15496, за исключением того, что пропускание водяного пара образцом (WVP) пересчитывают в скорость пропускания испаренной влаги (СПИВ), на основе величины пропускания водяного пара в приборе (WVPпр) используя следующее уравнение:
СПИВ = (величина ∆P * 24) / [(1/WVP) + (1 + WVPпр)]
о
Для получения сопоставимых результатов, образцы кондиционируют при 73,4 ± 0,4°F (23С) и относительной влажности 50 ± 2% в течение 2 ч до испытания, при постоянной температуре водяной бани 73,4°F ± 0,4°F.
2
Величину СПИВ для каждого образца измеряют 1 раз, и результаты приведены в единицах «г/м/24 часа».
Вертикальное Растекание
В одну колбу Эрленмейера на 500 мл наливают 200 мл воды, окрашенной в любой цвет, чтобы было удобно видеть уровень воды на образце. Из образца ткани вырезают две полосы 6” x1” (длина отрезается в направлении основы ткани). Верхний край полосы прокалывают длинной острой булавкой (булавка должна быть параллельна кромке 1”). Полоса подвешивается с помощью булавки в колбу, заполненную 200 мл окрашенной воды (булавка остается на кромке отверстия колбы). Через 10 минут полосу удаляют из колбы и измеряют уровень воды на полосе (в мм) и записывают. Эту методику используют для определения скорости, с которой вода растекается в испытуемых образцах, подвешенных в воде. N=2
Привес и время сушки
Образцы ткани и впитывающую бумагу кондиционируют при относительной влажности 65±2% и 21±1°C (70±2°F) минимум в течение 4 часов до испытания. Для каждого образца отбирают три пробы, причем каждая проба состоит из отрезанного куска 2” x 2”. Кондиционированную пробу взвешивают на лабораторных весах, с точностью до 0.1 г. В стакан объемом 250 мл наливают 100 мл дистиллированной воды.
Одну пробу погружают в стакане в течение 30 минут, убедившись, что проба
полностью погружена в воду, чтобы обеспечить полное смачивание. Пробу удаляют и помещают между двумя кусками неиспользованной впитывающей бумаги и пропускают через отжимную машину. Проба остается между кусками влажной впитывающей бумаги.
Эту процедуру повторяют для оставшихся двух проб того же образца. Пропитанные пробы взвешивают по очереди, и регистрируют как влажный вес. Привесом ткани считается разность между влажным весом и весом сухой ткани. Записанный привес представляет собой среднее значение для трех проб.
Каждый образец отдельно подвешивают для сушки в местоположении с условиями: относительная влажность 65±2% и температура 21 ± 1°C (70±2°F). Один образец взвешивают с точностью 0,1 г каждые 5 минут, регистрируя все показания, пока он полностью не высохнет. Эту процедуру повторяют, пока вес всех проб не восстановится до исходного сухого веса. Этот момент соответствует времени сушки, и общее время сушки рассчитывают, как среднее значение времени для всех трех образцов.
Отжимная машина, типа стиральной машины, оборудована мягкими резиновыми
отжимными вальцами диаметром 5,1-6,4 см и длиной 28,0-30,5 см, с твердостью 70-80, измеренной с использованием твердомера. Отжимная машина должна быть сконструирована таким образом, чтобы давление на верхнем участке ткани поддерживалось за счет собственного веса или рычажной системы, таким образом, чтобы общее давление (возникающее от общего собственного веса или рычажной системы и веса вальцов) соответствовало 27,2 ±0,5 кг. Машина с механическим приводом работает с постоянной скоростью, таким образом, чтобы ткань проходила через вальцы со скоростью 2,5 см/с. Диаметр отжимных вальцов следует измерять парой калибров или подходящим микрометром. Измерения должны быть выполнены в пяти различных местоположениях, вдоль длины каждого вальца, и средняя величина этих измерений считается диаметром вальцов. Нагрузка, прилагаемая под действием собственного веса или рычажной системы, должна быть измерена с использованием пружинных весов или весов, причем верхний валок отжимной машины подвешивается от весов с помощью двух лент равной длины. Ленты должны быть расположены между вальцами, вблизи их концов, и должно быть предусмотрено средство для поддержания лент на достаточно большом расстоянии друг от друга, так чтобы не было контакта между лентами и верхним модулем отжимной машины и системой нагрузки. Пружинные весы или весы необходимо освободить от соответствующей жесткой опоры и предусмотреть винтовую стяжку или другое устройство для регулирования высоты весов. Следует соблюдать обычные меры предосторожности относительно коррекции положения нуля отсчёта весов. Затем винтовую стяжку или другое устройство необходимо настраивать, чтобы установить вес верхнего вальца и его системы взвешивания на пружинных весах или весах, и следует считать, что система находится в равновесии, когда верхний валок отжимной машины достаточно поднят от нижнего валка, чтобы обеспечить наблюдение между нижней частью ленты и верхом нижнего валка. В этот момент необходимо отрегулировать собственный вес на системе нагрузки, пока пружинные весы или весы не покажут нагрузку 27,7±0,5 кг. Калибровку пружинных весов или весов необходимо проверять с использованием известных сертифицированных собственных навесок суммарного веса 24,95; 27,22 и 29,48 кг± 0,23 кг. Точность пружинных весов должна быть в пределах ± 0,2268 кг для каждой из этих трех сертифицированных навесок. Линейную скорость вальцов измеряют путем подачи тонкой стальной ленты через вальцы. Длина стальной ленты должна составлять, по меньшей мере, 150 см с точностью до 3 мм на 150 см. Время, необходимое для прохождения точно 150 см этой ленты через захват вальцов, следует измерять с точностью до секунды с помощью секундомера, калиброванного в интервале не больше чем 0,5 с. Скорость вальцов следует отрегулировать, пока время, необходимое для прохождения 150 см ленты через захват вальцов, не составит 60±2 с. N=3.
Испытание влажности ткани
Образцы материи и 0,08 г выбранных тканей с высоким пределом текучести (розового цвета) кондиционируют при относительной влажности 65±2% и 21±1°C (70±2°F) минимум в течение 4 часов до испытания. От каждого образца отбирают 3 пробы, причем каждая проба состоит из отрезанного куска 2” x 2”. Берут две стеклянные пластины размером 5” x 5” x ¼”очищают и сушат.
Одну из стеклянных пластин кладут на плоскую поверхность. Используя пластиковую пипетку, прикапывают 5 капель воды (приблизительно 0,07 г) на центр стеклянной пластины. Затем испытуемый образец помещают в центр стеклянной пластины, на воду, и выдерживают, по меньшей мере, 1 мин, чтобы вода имела достаточно времени для проникновения и растекания внутри образца. Затем 0,08 г выбранной ткани с высоким пределом текучести помещают на испытуемый образец и сверху сразу прикрывают другой стеклянной пластиной. Дополнительно кладут груз 1,5 фунт в центре верхней стеклянной пластины. Образец выдерживают, по меньшей мере, 1 мин, чтобы вода имела достаточно времени для проникновения в ткань. Удаляют груз и верхнюю стеклянную пластину, и розовую бумагу взвешивают. Увеличение веса выбранной ткани с высоким пределом текучести регистрируют как привес за счет транспорта воды. N=3
Примеры
Пример 1

Получают мелкий порошок смолы ПТФЭ (Teflon 669 X, промышленно доступна на фирме E.I. du Pont de Nemours, Inc., Wilmington, DE). Смолу смешивают с Isopar K в соотношении 0,184 г/г веса порошка. Смазанный порошок прессуют в цилиндре и дают выдержку времени при комнатной температуре в течение 18 ч. Затем гранулу подвергают плунжерной экструзии при степени редукции 169:1, чтобы получить ленту толщиной приблизительно 0,64 мм. В последующем экструзионную ленту прессуют до толщины 0,25 мм. Затем прессованную ленту растягивают в продольном направлении между двумя группами вальцов. Передаточное отношение между второй группой вальцов и первой группой вальцов, то есть, степень растяжения составляет 1,4:1 и скорость растяжения 30 %/с. Затем растянутую ленту связывают и сушат при 200 °C. Затем сухую ленту увеличивают в объёме между группой нагретых вальцов в нагретой камере при температуре 300 °C в отношении 1,02:1 при степени удлинения 0,2 %/с, с последующим дополнительным увеличением в объёме в отношении 1,75:1, при степени удлинения 46%/с, с последующим еще одним дополнительным увеличением в объёме в отношении 1,02:1, при степени удлинения 0,5 %/с. В этом процессе получают ленту с толщиной 0,24 мм.
Затем эту ленту разрезают в длину, чтобы получить поперечное сечение шириной 3,30 мм и толщиной 0,24 мм, имеющую массу единицы длины 6162 дтекс. Затем разрезанную ленту делают пористой по всей ширине на нагретой до 390 °C пластине, при относительном удлинении 6,00:1 и степени удлинения 70 %/c. После этого следует другая обработка на нагретой до 390 °C пластине при относительном удлинении 2,50:1 и степени удлинения 74 %/с. Затем следует дополнительная обработка на нагретой до 390 °C пластине при относительном удлинении 1,30:1 и степени удлинения 26 %/с. После этого следует пробежка на нагретой до 390 °C пластине при относительном удлинении 1,00:1 в течение 1,4 секунды, и в результате получают аморфно блокированное пористое политетрафторэтиленовое (еPTFE) волокно.
3
Аморфно блокированное еPTFE волокно с измеренной массой единицы длины 316 дтекс имеет прямоугольное сечение и обладает следующими характеристиками: ширина = 1,8 мм, высота = 0,0381 мм, плотность = 0,46 г/см, разрывное усилие 6,36 Н, прочность на разрыв 2,02 сН/дтекс. Микрофотография поверхности волокна, полученная в сканирующем электронном микроскопе при увеличении в 1000 раз, показана на фигуре 1.
2
Волокно переплетено, чтобы включать тканевую смесь 4/70/34 (прядь/денье/нити) полиамидного AJT волокна (фирма Premier Fibers Inc., Ansonville, SC) и еPTFE волокна. Полученное 4/70/34 полиамидное волокно с измеренной массой 358 дтекс обладает следующими характеристиками: разрывное усилие= 15,03 Н, прочность на разрыв = 4,21 сН/дтекс. Волокно еPTFE не было скручено до переплетения. Тканый шаблон представляет собой 2x1 саржевое переплетение и имеет количество нитей 54 x 50 нитей/дюйм (21,2 x 19,7 нитей/см, основы и наполненных). Волокна основы состоят из полиамидных волокон, и наполненные волокна состоят из полиамидных волокон и еPTFE волокон в чередующихся уточинах. Переплетенная ткань состоит из 18% еPTFE и 82% полиамида по массе. Переплетенную ткань подвергают окрашиванию и печати для придания подходящего внешнего вида, причем окраску приобретали полиамидные волокна (то есть, еPTFE не окрашивается). Переплетенная ткань имеет следующие характеристики: воздухопроницаемость = 58 куб.фут/мин, время высыхания = 20 минут, вертикальное растекание = 105 мм за 10 минут, жёсткость = 160 г, разрывное усилие = 1,36 кН (осн.) x 0,90 кН (наполн.), прочность на разрыв = 125 Н (осн.) x 85 Н (наполн.). Микрофотография, полученная в сканирующем электронном микроскопе переплетенной ткани при увеличении в 80 раз, показана на фигуре 2. Микрофотография поперечного сечения ткани, полученная в сканирующем электронном микроскопе при увеличении в 120 раз, показана на фигуре 3. Ткань имеет массу 183 г/м.
2
2
В последующем ткани придают гидрофильность путем стирки в стиральной машине в течение одинарного цикла с промышленно доступным моющим средством. Ткани дают высохнуть на воздухе. Общий привес, который измеряют по методике «Привес и время сушки», для исходной ткани и гидрофильной ткани составляет соответственно 57 г/м и 65 г/м. Таким образом, привес воды увеличивается на 14% после приведения ткани в гидрофильное состояние.
Пример 2
Связанный носок получают следующим образом. Получают 155 денье еPTFE волокна, как описано в примере 1. Каждое еPTFE волокно связано из 70 денье (число нитей 34) пряжи из нейлона 6,6 с использованием 4,5 дюймовой иглы диаметром 200 (петель при полном вращении) кругловязальной машины, с пяткой и эластичным бандажом на лодыжке. Окончательное содержание ПТФЭ составляет 68,8 масс. % (содержание нейлона - 31,2%). Окончательный носок после сшивания области пальцев ноги с помощью 2 прядей 30 денье пряжи из нейлона 6,6 имел размер 10 (классификация США для мужчин), и придают гидрофильность путем стирки в стиральной машине в течение одинарного цикла с промышленно доступным смягчителем ткани (Melasoft LS 1C2800, доступен на фирме Melatex Incorporated , 3818 Northmore Street, Charlotte, NC 28205).
Ткани дают высохнуть на воздухе. Микрофотография связанной ткани,
2
2
полученная в сканирующем электронном микроскопе при увеличении 80 раз, показана на фигуре 4. Микрофотография поперечного сечения ткани с приданной гидрофильностью, полученная в сканирующем электронном микроскопе при увеличении 180 раз, показана на фигуре 5. Ткань исследуют в соответствии с описанными выше Методами испытаний. Общий привес, который измеряют по методике «Привес и время сушки», для исходной ткани и гидрофильной ткани составляет соответственно 35 г/м и 74 г/м. Таким образом, привес воды увеличивается на 111% после приведения ткани в гидрофильное состояние.
Экземпляр (1 х 6 дюйм) носка подвергают описанному выше испытанию вертикального растекания. Растекание для носка составляет 50 мм после 10 минут.
Кроме того, носок подвергают описанному выше испытанию влажности ткани. Изменение веса ткани, из которой сделан носок, составляет 12%.
Сравнительный пример 1
Для сравнения был сделан носок таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что волокна из еPTFE были заменены равным количеством 70 денье пряжи из нейлона 6,6. Экземпляр (1 х 6 дюйм) полностью нейлонового носка подвергают описанному выше испытанию вертикального растекания. Растекание для полностью нейлонового носка составляет 10 мм после 10 минут.
Кроме того, полностью нейлоновый носок подвергают описанному выше испытанию влажности ткани. Изменение веса нейлоновой ткани, из которой сделан носок, составляет 38%.
Сравнительный Пример 2
3
3
Для сравнения был сделан носок таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что еPTFE волокна были заменены еPTFE волокнами, имеющими плотность 1,94 г/см. Были получены еPTFE волокна от фирмы W.L. Gore & Associates (номер партии V111776, W.L. Gore & Associates, Inc., Elkton, MD). Волокна еPTFE с измеренной массой 111 дтекс имеют прямоугольное сечение и обладают следующими характеристиками: ширина = 0,5 мм, высота = 0,0114 мм, плотность = 1,94 г/см, разрывное усилие= 3,96 Н, прочность на разрыв = 3,58 сН/дтекс, и длина фибрилл не определена (т.к. отсутствуют видимые узлы для определения конечной точки для фибрилл). Микрофотография верхней поверхности волокон, полученная в сканирующем электронном микроскопе при увеличении 1000 раз, показана на фигуре 6. Микрофотография связанной ткани, полученная в сканирующем электронном микроскопе при увеличении 80 раз, показана на фигуре 7.
Экземпляр (1 х 6 дюйм) носка из этих еPTFE волокон высокой плотности подвергают описанному выше испытанию вертикального растекания. Растекание для носка из еPTFE волокон высокой плотности составляет 17 мм после 10 минут.
Носок из еPTFE волокон высокой плотности подвергают описанному выше испытанию влажности ткани. Изменение веса ткани из еPTFE волокон высокой плотности, из которой сделан носок, составляет 50%.
Изобретение настоящего заявки описано выше как в общем плане, так и в отношении конкретных вариантов осуществления. Для специалиста в этой области техники будет очевидно, что могут быть выполнены различные модификации и вариации в вариантах осуществления, без отклонения от объема изобретения. Таким образом, предполагается, что эти варианты осуществления покрывают модификации и вариации настоящего изобретения, при условии, что они входят в объем прилагаемых пунктов формулы и их эквивалентов.