ОГНЕСТОЙКАЯ ТКАНЬ
FIRE-RESISTANT FABRIC

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к огнестойким тканям, изготовленным из нитей, содержащих целлюлозное волокно, полиамидное волокно и окисленное полимерное двухзонное волокно.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Огнестойкую одежду носят рабочие, подверженные на рабочем месте воздействию тепла и пламени, такому как вспышка тепла, открытого пламени и электрической дуги, чтобы уменьшить возможные телесные повреждения.
2
2
[0003] Большинство огнестойкой одежды изготавливают из тканей 88/12, содержащих смесь из 88% хлопковых волокон и 12% нейлоновых волокон. Ткани обычно обрабатывают огнезащитными химическими веществами на основе фосфора. Эти ткани соответствуют требованиям промышленных стандартов к воспламеняемости. Кроме того, поскольку большая часть ткани содержит хлопковые волокна, ткани получаются относительно недорогими. Также, такие ткани более долговечны во время промышленной стирки и носки по сравнению с тканями из 100% хлопка, поскольку добавление к ткани нейлоновых волокон значительное повышает стойкость тканей к истиранию. Ткани 88/12 являются коммерчески доступными при массе около 6,5-7,0 унций/ярд (220,4-237 г/м) или более. Одним из примеров ткани 88/12 является ткань UltraSoft производства Westex Inc, подразделения компания Miliken and Co.
2
2
2
2
[0004] Однако для конечных пользователей существует постоянная потребность в недорогих огнезащитных тканях массой менее 6,5 унций/ярд (220,4 г/м), которые все еще являются долговечными при промышленной стирке и носке. В настоящее время ткани 88/12 с массой менее 6,5 унций/ярд (220,4 г/м) имеют недостатки при соответствии промышленным стандартам воспламеняемости.
[0005] Чтобы соответствовать этим стандартам, в легких огнезащитных тканях используются огнестойкие волокна, такие как мета-арамидные волокна, коммерчески доступные как волокна Nomex от компании Dupont.
[0006] В патенте США 6358608 раскрыты огнезащитные и термостойкие нити, ткани, сукна и другие волокнистые смеси, которые включают до 99,9% окисленных полиакрилонитрильных волокон вместе с по меньшей мере дополнительным волокном, таким как п-арамид.
[0007] В опубликованной заявке на патент США №2011/0165397 раскрыты вязально-прошивные огнестойкие ткани, содержащие частично окисленные полиакрилонитрильные волокна и/или нити.
[0008] В опубликованной заявке на патент США №2011/0239618 раскрыта огнезащитная ткань, изготовленная из окисленных полиакрилонитрильных волокон, имеющая линейную плотность от около 0,5 до около 1,5 денье на волокно.
[0009] В опубликованной заявке на патент США №2014/0047625 раскрыта одежда и ткань, изготовленная из окисленного полиакрилонитрила или других материалов с высоким кислородным индексом, в которой пряди нитей заключены внутрь или покрыты водоотталкивающим силиконовым полимером или другим водоотталкивающим материалом.
[0010] Тем не менее, ткани, описанные в вышеупомянутых ссылках, являются дорогостоящими и неудобными в носке.
[ООН] В WO 2010/135214 раскрыты огнестойкие ткани, изготовленные из смеси волокон лиоцелла и огнестойких волокон, таких как огнестойкий (ОС) хлопок и обработанная ОС вискоза.
[0012] В WO 2011/050257 раскрыта нить и ткань из смешанного волокна, содержащая от 10% до 85% по массе окисленного полимерного двухзонного волокна, такого как окисленное полиакрилонитрильное волокно. Раскрытая нить смешивается по меньшей мере с одним синтетическим волокном из группы, состоящей из ОС вискозы, обработанной ОС целлюлозы, м-арамида, п-арамида, модакрила, новолоида, меламина, шерсти, нейлона, регенерированной целлюлозы, поливинилхлорида, поли(п-фениленбензоизоксазола) (РВО), полибензимидазола (PBI) и полисульфонамида (PSA).
[0013] Таким образом, существует потребность в легких огнестойких тканях, которые долговечны при промышленной стирке, удобны для носки, доступны конечным пользователям и соответствуют промышленным стандартам, таким как описанные в NFPA 70Е («Стандарт по электробезопасности на рабочем месте») и NFPA 2112 («Стандарт на огнестойкую одежду для защиты производственного персонала от вспышки пламени»).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Аспект настоящего изобретения относится к ткани, содержащей от около 20 до около 90 процентов по массе целлюлозного волокна; от около 3 до около 45 процентов по массе полиамидного волокна; и от около 5 до около 35 процентов по массе двухзонного волокна, содержащего окисленный полимер, выбранный из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций.
2
2
2
2
[0015] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань имеет плотность от около 3,0 унций/ярд (101,7 г/м) до около 15 унций/ярд (508,6 г/м).
[0016] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань обрабатывается огнезащитным химическим веществом.
2
[0017] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань имеет значение электродугового термического воздействия около 8 кал/см или более.
[0018] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань имеет отношение значения электродугового термического воздействия к плотности около 1,24 или более.
[0019] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат двухзонные волокна.
2
2
2
2
[0020] Другой аспект настоящего изобретения относится к ткани, содержащей от около 20 до около 90 процентов по массе целлюлозного волокна, от около 3 до около 45 процентов по массе полиамидного волокна, от около 1 до около 9 процентов по массе пара-арамидного волокна, от около 1 до около 20 процентов по массе волокна из ОС вискозы и от около 5 до около 35 процентов по массе двухзонного волокна, содержащего окисленный полимер, выбранный из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций, при этом ткань имеет плотность от около 3,0 унций/ярд(101,7 г/м) до около 15 унций/ярд (508,6 г/м), причем ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат большую часть волокон из ОС вискозы, пара-арамида и двухзонных волокон.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] Данным изобретением обеспечиваются легкие, недорогие, огнестойкие ткани, изготовленные из нитей, содержащих от около 20% до около 90% по массе целлюлозного волокна, от около 3% до около 45% по массе полиамидного волокна и от около 5% до около 35% по массе окисленного полимерного двухзонного волокна. Все числовые значения, приведенные в данном документе, следует понимать как изменяемые термином «около».
[0022] Для повышения комфортных свойств ткани и снижения стоимости материала в этих тканях используется достаточное количество целлюлозных волокон, от около 20% до около 90% по массе. Целлюлозное волокно относится к хлопковым волокнам, другим натуральным целлюлозным волокнам и синтетическим целлюлозным волокнам. Синтетические целлюлозные волокна включают, но не ограничиваются ими, вискозу и лиоцелл. В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения целлюлозное волокно представляет собой хлопковое волокно. Дополнительные примеры целлюлозных волокон, которые могут использоваться в таких тканях, включают, но не ограничиваются ими, лен, пеньку, бамбук, вискозу и джут.
[0023] Для придания тканям долговечности как у тканей 88/12 или лучше в нити добавляют от около 3% до около 45% по массе полиамидных волокон. Подходящие полиамиды включают, но не ограничиваются ими, нейлон 6,6; нейлон 6; нейлон 4,6; нейлон 6,12; нейлон 6,10; нейлон 6Т; нейлон 6I; нейлон 9Т; нейлон DT (где D - диамин Dytek А, 2-метил-1,5-диаминопентан); нейлон DI; нейлон D6; нейлон 7; нейлон 11; нейлон 12; нейлон MXD-6 и/или их комбинации. Под «их комбинациями» в отношении полиамидов подразумеваются, но не ограничиваются ими, блок-сополимеры, статистические сополимеры, терполимеры, а также расплавные смеси. В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения полиамидное волокно представляет собой волокно из нейлона 6,6.
[0024] Ткани по данному изобретению дополнительно содержат от около 5% до около 35% по массе окисленного полимерного двухзонного волокна. Окисленное полимерное двухзонное волокно включает окисленные волокна, образованные из волокон на основе вискозы, волокон на основе смолы и волокон, образованных из полимеров, выбранных из группы, включающей гомополимеры на основе акрилонитрила, сополимеры на основе акрилонитрила, терполимеры на основе акрилонитрила и их комбинации. В некоторых неограничивающих вариантах реализации изобретения используют окисленное полиакрилонитрильное волокно. Примеры окисленных полимерных двухзонных волокон, используемых в этих тканях, приведены в WO 2011/050257 А2, идеи которого включены в данный документ посредством ссылки. В одном варианте реализации изобретения, в качестве окисленного полимерного двухзонного волокна используются огнестойкие окисленные полиакрилонитрильные волокна в количестве от около 5% до около 35% по массе, чтобы придать тканям превосходные характеристики защиты от вспышки тепла, пламени и электрической дуги.
[0025] Ткани, содержащие раскрытую смесь волокон, являются прочными, удобными, недорогими и огнестойкими.
[0026] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат двухзонные волокна. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что преимуществом является обеспечение того, чтобы большинство полиамидных волокон располагалось в нитях основы, в результате чего они распределяются по поверхности тканей саржевого или сатинового переплетения, тогда как большинство двухзонных волокон располагаются в направлении утка, в результате чего они находятся на обратной стороне тканей. Это обусловлено тем, что двухзонные волокна могут не быть окрашиваемыми и могут оставаться скрытыми, что улучшает долговечность, внешний вид и применимость ткани.
[0027] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 50 до около 100 процентов по массе двухзонных волокон в ткани.
[0028] В другом неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат по меньшей мере около 75 процентов по массе двухзонных волокон в ткани.
[0029] В еще одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат около 100 процентов по массе двухзонных волокон в ткани.
[0030] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань дополнительно содержит от около 1 до около 9 процентов по массе пара-арамидного волокна. В другом неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 50 до около 100 процентов по массе пара-арамидных и двухзонных волокон. В еще одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 100 процентов по массе пара-арамидных волокон и двухзонных волокон.
[0031] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань дополнительно содержит от около 1 до около 20 процентов по массе волокна из ОС вискозы. В другом неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 50 до около 100 процентов по массе волокон из ОС вискозы и двухзонных волокон. В еще одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 100 процентов по массе волокон из ОС вискозы и двухзонных волокон.
[0032] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань дополнительно содержит от около 1 до около 9 процентов по массе пара-арамидного волокна и от около 1 до около 20 процентов по массе волокна из ОС вискозы. В другом неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 50 до около 100 процентов по массе волокон из ОС вискозы, пара-арамидных волокон и двухзонных волокон. В еще одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат от около 100 процентов по массе волокон из ОС вискозы, пара-арамидных волокон и двухзонных волокон.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0033] Кроме того, ткани, изготовленные в соответствии с данным описанием, являются легкими и долговечными при промышленной стирке и носке. В одном варианте реализации изобретения масса ткани составляет от около 3,0 унций/ярд (101,7 г/м) до около 15 унций/ярд (508,6 г/м). В одном варианте реализации изобретения масса ткани составляет меньше, чем около 6,5 унций/ярд (220,4 г/м), например, от около 3,0 унций/ярд (101,7 г/м) до около 6,5 унций/ярд (220,4 г/м).
2
2
2
2
[0034] Другой аспект настоящего изобретения относится к ткани, содержащей от около 20 до около 90 процентов по массе целлюлозного волокна, от около 3 до около 45 процентов по массе полиамидного волокна, от около 1 до около 9 процентов по массе пара-арамидного волокна, от около 1 до около 20 процентов по массе волокна из ОС вискозы и от около 5 до около 35 процентов по массе двухзонного волокна, содержащего окисленный полимер, выбранный из группы, состоящей из гомополимеров на основе акрилонитрила, сополимеров на основе акрилонитрила, терполимеров на основе акрилонитрила и их комбинаций, при этом ткань имеет плотность от около 3,0 унций/ярд(101,7 г/м) до около 15 унций/ярд (508,6 г/м), причем ткань является тканой и содержит нити основы и нити утка, причем нити утка содержат большую часть волокон из ОС вискозы, пара-арамида и двухзонных волокон.
[0035] В неограничивающем варианте реализации данного аспекта нити утка содержат от около 100 процентов по массе волокон из ОС вискозы, пара-арамидных волокон и двухзонных волокон.
[0036] Ткани, изготовленные в соответствии с данным изобретением, включают, но не ограничиваются ими, трикотажные, тканые и нетканые материалы, содержащие смесь волокон, описанную в данном документе, и могут использоваться для изготовления различной огнестойкой одежды для защиты от вспышки тепла, пламени, электрической дуги. Тканое построение может включать, но не ограничиваться ими, полотняное, рогожевое, саржевое, атласное или сатиновое переплетение, а также более прочное переплетение «рипстоп». В некоторых вариантах реализации изобретения ткани могут быть образованы нитями, полученными с помощью различных типов технологий прядения, таких как, но не ограничиваясь ими, кольцевое прядение, пневмомеханическое (ПМ), аэромеханическое, вихревое, прядение со стержневой нитью и другие.
[0037] Ткани, в некоторых вариантах реализации изобретения, могут быть окрашены с помощью коммерчески доступных способов окрашивания.
[0038] Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения ткани, изготовленные в соответствии с данным описанием, обрабатывают огнезащитными химическими веществами на основе фосфора и/или другими огнезащитными химическими веществами. В одном неограничивающем варианте реализации изобретения ткань обрабатывают огнезащитными химическими веществами на основе фосфора в присутствии мочевины/аммиака.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0039] Эти ткани обеспечивают превосходные характеристики огне- и теплозащиты для огнезащитных применений в соответствии с промышленными стандартными методами испытаний. Ткани, в некоторых вариантах реализации изобретения, при легком весе около 6,5 унций/ярд (220,4 г/м) или даже ниже, например, менее 6,0 унций/ярд (203,4 г/м), имеют параметр стойкости к дуговому разряду около 8,0 или выше, что соответствует или превышает требования к характеристикам параметра стойкости к дуговому разряду согласно ASTM F1959, «Стандартный метод испытаний для определения параметра стойкости к дуговому разряду материалов для одежды». Ткани с массой около 6,5 унций/ярд (220,4 г/м) имеют отношение параметра стойкости к дуговому разряду (значения электродугового термического воздействия) к массе ткани около 1,24 или выше, тогда как ткани с массой меньше, чем около 6,0 унций/ярд (203,4 г/м), имеют отношение параметра стойкости к дуговому разряду (значения электродугового термического воздействия) к массе ткани около 1,36 или выше. Ткани с высоким отношением параметра стойкости к дуговому разряду к массе ткани от 1,24 до 1,36 или даже больше обеспечивают носящим удобную защитную одежду с превосходными характеристиками защиты от вспышки электрической дуги. Ткани по некоторым вариантам реализации изобретения, при легком весе около 6,5 унций/ярд(220,4 г/м) или даже ниже, например, меньше, чем около 6,0 унций/ярд (203,4 г/м), соответствуют или превосходят требования к характеристикам для применения в защите от вспышки пламени в соответствии со стандартом Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA) 2112 (2012), «Стандарт на огнестойкую одежду для защиты производственного персонала от вспышки пламени». Кроме того, было показано, что легкие ткани по данному изобретению имеют зону обугливания менее 4 дюймов (10,2 см) при вертикальном испытании на воспламеняемость в соответствии с ASTM D6413: Стандартный метод испытаний на огнестойкость текстильных изделий (вертикальное испытание). Кроме того, было показано, что ткани по данному изобретению имеют параметр характеристики теплопередачи (ХТП) более 8,0 кал/см согласно NFPA 2112: (Национальная ассоциация противопожарной защиты) Стандарт на огнестойкую одежду для защиты производственного персонала от вспышки пламени. Раздел 8.2 (Характеристика теплопередачи), а средний прогнозируемый ожог тела составляет менее 50 процентов согласно ASTM F1930: Стандартный метод испытаний по оценке огнестойкой одежды для защиты от имитации пламени с использованием оснащенного приборами манекена. Таким образом, легкие ткани по данному изобретению соответствуют как требованиям к характеристикам параметра стойкости к электродуговому разряду для категории риска II в стандарте NFPA 70 Е (2012), так и требованиям к характеристикам защиты от вспышки пламени в стандарте NFPA 2112 (2012). Также, некоторые варианты реализации таких легких тканей могут быть тканями с двойной сертификацией, как для категории риска II стандарта NFPA 70Е, так и для стандарта NFPA 2112 (2012).
[0040] Также раскрыты изделия, изготовленные из тканей по настоящему изобретению. В некоторых вариантах реализации изобретения изделия включают, но не ограничиваются ими, униформу, рубашки, брюки, куртки и комбинезоны.
[0041] В следующем разделе приведена дополнительная иллюстрация тканей по настоящему изобретению. Эти рабочие примеры являются только иллюстративными и не ограничивают каким-либо образом объем изобретения.
ПРИМЕРЫ Пример 1.
Образцы тканей и нитей
[0042] В таблице 1 приведены различные образцы тканей и нитей. Образец ткани 1 представляет собой вариант реализации настоящего изобретения. Образцы тканей 2 и 3 представляют собой сравнительные примеры. Все три образца тканей представляли собой тканые материалы, имеющие саржевое переплетение. Образец ткани 1 был соткан из нитей, содержащих 47% мас. целлюлозного волокна, 14% мас. волокна из ОС вискозы, 16% мас. полиамидного волокна, 6% мас. пара-арамидного волокна и 17% мас. окисленного полимерного двухзонного волокна. Образец ткани 1 содержал нити основы, содержащие целлюлозные волокна и полиамидные волокна, и нити утка, содержащие волокна из ОС вискозы, полиамидные волокна, пара-арамидные волокна и двухзонные волокна. Таким образом, большая часть полиамидных волокон была распределена по поверхности саржевых тканей, в то время как большинство окисленных двухзонных полиакрилонитрильных волокон и пара-арамидных волокон, которые были не окрашиваемыми, были скрыты на обратной стороне саржевых тканей. В результате этого существенно улучшилась долговечность и внешний вид тканей.
[0043] Образец ткани 2 представляет собой контрольную ткань для сравнения с образцом ткани 1. Образец ткани 2 был соткан из таких же нитей утка, что и образец ткани 1, но из других нитей основы. Образец ткани 2 содержал 35% мас. волокна из ОС вискозы, 2% мас. полиамидного волокна, 15% мас. пара-арамидного волокна, 29% мас. модакрилового волокна и 19% мас. окисленного полимерного двухзонного волокна.
[0044] Образец ткани 3 представляет собой другую контрольную ткань для сравнения с образцом ткани 1. Образец ткани 3 был соткан из таких же нитей основы, что и образец ткани 1, но из других нитей утка. Образец ткани 3 содержал 88% мас. хлопкового волокна и 12% мас. полиамидного волокна.
[0045]
Пример 2 Методы испытаний
[0046] Методы испытаний, использованные для оценки тканей по настоящему изобретению, включали:
[0047] ASTM D6413: Стандартный метод испытаний на огнестойкость текстильных изделий (вертикальное испытание);
[0048] NFPA 2112 (2012): (Национальная ассоциация противопожарной защиты) Стандарт на огнестойкую одежду для защиты производственного персонала от вспышки пламени. Раздел 8.2 (Характеристика теплопередачи);
[0049] NFPA 2112 (2012): (Национальная ассоциация противопожарной защиты) Стандарт на огнестойкую одежду для защиты производственного персонала от вспышки пламени. Раздел 8.4 (Сопротивление термической усадке);
[0050] ASTM F1930: Стандартный метод испытаний по оценке огнестойкой одежды для защиты от имитации пламени с использованием оснащенного приборами манекена;
[0051] ASTM F1959: Стандартный метод испытаний для определения параметра стойкости к дуговому разряду материалов для одежды; и
[0052] NFPA 70Е (2012): Стандарт по электробезопасности на рабочем месте
[0053] Термин ХТП, используемый в данном документе, относится к Характеристике теплопередачи.
[0054] Термин ЗЭТВ, используемый в данном документе, относится к Значению электродугового термического воздействия.
[0055] В таблице 2 приведены результаты испытаний образцов ткани по примеру 1.
[0056]
[0057] Все образцы тканей соответствовали или превышали требования к характеристикам для предполагаемого целевого назначения в соответствии с NFPA 70Е и NFPA 2112.
[0058] Образец ткани 1 был соткан из таких же нитей утка, что и образец ткани 2, но из других нитей основы. Образец ткани 1 был изготовлен с использованием большего количества целлюлозных волокон, включая дополнительные хлопковые волокна, и меньшего количества пара-арамидных волокон, чем образец ткани 2. Отношение ЗЭТВ к массе ткани образца ткани 1 (1,72) было намного выше, чем это же отношение, определенное для образца ткани 2 (1,21). Образец ткани 1 ткали из таких же нитей основы, что и образец ткани 3, но из других нитей утка. В образец ткани 1 было добавлено около 17% по массе окисленных двухзонных полиакрилонитрильных волокон, что привело к более высокому отношению ЗЭТВ к массе ткани образца ткани 1 (1,72), чем было определено для образца ткани 3 (1,23). Смесь волокон, используемая для образца ткани 1, позволяет изготавливать легкую ткань из смеси хлопка/нейлона/окисленного двухзонного полиакрилонитрила, обработанную огнезащитными химическими веществами, которая соответствует требованиям к характеристикам параметра стойкости к электродуговому разряду для категории риска II в стандарте NFPA 70 Е (2012).