專利名稱：耐熱卷曲紗線的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及包含耐熱高性能纖維如芳族聚酰胺纖維的耐熱卷曲紗線，并涉及其制法。更精確地說(shuō)，本發(fā)明涉及耐熱卷曲紗線，該紗線不僅具有優(yōu)良的耐熱性、阻燃性和高強(qiáng)特性，而且具有優(yōu)良的拉伸延伸率、優(yōu)良的彈性拉伸模量和優(yōu)良外觀，并且它起毛少釋放的塵埃少；本發(fā)明還涉及該耐熱卷曲紗線的制法，其特征在于經(jīng)過(guò)高溫高壓蒸汽和高溫高壓水處理或經(jīng)過(guò)干熱處理。
本發(fā)明還涉及該耐熱卷曲紗線的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品。其具體涉及為了在各種工作場(chǎng)合保護(hù)工人身體和手而必需的工作服和手套，例如，供高溫鼓風(fēng)爐周圍作業(yè)的煉鋼工人使用的，供金屬板焊接工人使用的，供農(nóng)夫使用的、供汽車或電氣和電子設(shè)備領(lǐng)域油漆工人使用的，供精密機(jī)械、飛機(jī)或信息系統(tǒng)領(lǐng)域工人使用的，供運(yùn)動(dòng)員使用的，供外科醫(yī)生等等使用的那些工作服和手套。
背景技術(shù)：
通常熱塑性合成纖維如尼龍或聚酯纖維在約250℃左右熔化，然而，耐熱高性能纖維如芳族聚酰胺纖維、全芳香聚酯纖維和聚對(duì)亞苯基-苯并雙噁唑纖維在約250℃左右時(shí)不會(huì)熔化，它們的分解溫度在約500℃左右，是很高的。通常非耐熱普通纖維如尼龍或聚酯纖維的臨界氧指數(shù)為約20左右，這些纖維在空氣中燃燒得很好。然而耐熱高性能纖維例如上述那些纖維的臨界氧指數(shù)至少為約25，并且這些纖維，當(dāng)其靠近帶火焰的熱源時(shí)，會(huì)在空氣中燃燒，但當(dāng)其離開(kāi)火焰時(shí)不會(huì)接著燃燒。鑒于這種效果，這些耐熱高性能纖維具有優(yōu)異的耐熱和阻燃性能。因此，芳族聚酰胺纖維，一種耐熱高性能纖維，可有利地作暴露在火焰和高溫高危環(huán)境中的服裝使用，例如消防員服裝、參賽者服裝、鋼鐵工人服裝、焊接工人服裝等。尤其是，具有耐熱和高強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)的對(duì)-芳族聚酰胺纖維，更多地用作運(yùn)動(dòng)員服裝、工作服、繩索、輪胎簾子線和需要高撕破強(qiáng)力和耐熱的其他領(lǐng)域。另外，由于它們很難用帶刃的工具切斷，這些纖維還可以用于勞保手套。另一方面，間-芳族聚酰胺纖維耐熱且耐候性和耐化學(xué)性優(yōu)良，其被用作消防員服裝、絕熱過(guò)濾器、耐熱除塵過(guò)濾器、電絕緣材料等。
迄今為止，當(dāng)用這些耐熱高性能纖維形成纖維產(chǎn)品如服裝時(shí)，僅能以非卷曲復(fù)絲或短纖紗形式使用它們。然而，甚至當(dāng)把這樣的非卷曲長(zhǎng)絲紗或短纖紗加工為織物或作成服裝時(shí)，如作成消防員服裝、參賽者服裝和工作服時(shí)，由于紗線本身無(wú)彈性，所以所制得的服裝彈性差。結(jié)果，穿這些服裝時(shí)，最大問(wèn)題是它們的感覺(jué)不好，不適合訓(xùn)練和工作活動(dòng)。
特別是，用常規(guī)非卷曲紗線制造的勞保手套不適合在要處理精密零件的飛機(jī)、信息系統(tǒng)和精密機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中使用，因?yàn)樗鼈儾荒芎芎玫嘏浜瞎と说氖?。在這些工業(yè)領(lǐng)域使用這些手套經(jīng)常導(dǎo)致工作效率降低。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如在會(huì)被血液傳染的治療愛(ài)滋病等病例的外科手術(shù)等領(lǐng)域中，外科醫(yī)生戴上橡膠手套或彈性體手套(以下通稱為橡膠手套)以便防止自己與病人的血接觸。救護(hù)人員照顧非特定的傷員或病人，他們戴上橡膠手套以便防止自己與還未確認(rèn)是否傳染的病人血液和體液接觸。然而，橡膠手套很容易被手術(shù)工具如手術(shù)刀劃破，它們不能完全保護(hù)醫(yī)護(hù)工作者，例如內(nèi)科醫(yī)生、外科醫(yī)生和救護(hù)人員，使他們不受被病人血液沾染的手術(shù)刀、注射針頭及其它東西的傷害。這種情況下，可以考慮在橡膠手套內(nèi)，戴上如上所述具有高機(jī)械強(qiáng)度的耐熱高性能纖維機(jī)織或針織的手套。然而，如此前所述，常規(guī)耐熱高性能纖維手套彈性差，因此會(huì)降低醫(yī)護(hù)工作者，例如內(nèi)科醫(yī)生、外科醫(yī)生和救護(hù)人員的工作效率。因此人們向往可以戴在橡膠手套內(nèi)而不會(huì)降低工作效率的薄、有彈性且堅(jiān)韌的手套。
然而迄今為止，短纖紗通常由長(zhǎng)度約38毫米或約51毫米左右的短纖維紡紗制造，短纖維的末梢通常伸出短纖紗的表面，在其周圍形成絨毛。當(dāng)使用中受到摩擦，用耐熱高性能纖維短纖紗制造的工作服和手套掉毛。因此，在空氣中無(wú)塵的清潔室或在油漆工廠中使用它們會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，該油漆工廠中，當(dāng)塵埃粘附到所漆產(chǎn)品的表面時(shí)，它會(huì)損害產(chǎn)品的商品價(jià)值。這種情況下，人們向往起毛很少且釋放塵埃很少的耐熱高性能纖維工作服、手套及其他纖維產(chǎn)品。
如上述，耐熱高性能纖維的非卷曲紗線纖維產(chǎn)品不適合用于鍛煉和工作活動(dòng)場(chǎng)合，而且它們起毛并產(chǎn)生塵埃。為了解決這些問(wèn)題，希望提供具有優(yōu)良拉伸延伸率、優(yōu)良彈性拉伸模量及良好外觀且保持耐熱高性能纖維固有的優(yōu)良耐熱性和阻燃性等優(yōu)異特性，并且起毛和釋放塵埃很少的耐熱卷曲紗線。
為了滿足目前市場(chǎng)上的這些需要，已經(jīng)進(jìn)行了各種研究并提出了各種方案，它們涉及耐熱卷曲紗線和使耐熱高性能纖維卷曲的方法(日本公開(kāi)特許公報(bào)19818/1973，114923/1978，27117/1991)。具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)方案是應(yīng)用普通的熱塑性合成纖維，如尼龍、聚酯纖維的卷曲方法。例如高彈性纖維如對(duì)-芳族聚酰胺纖維與低彈性纖維混合的用力卷曲的已知方法(日本公開(kāi)特許公報(bào)192839/1989)。還有已知的通過(guò)假捻法制備的卷曲紗線，其中通過(guò)使用加熱到不低于纖維開(kāi)始分解的溫度，但低于該纖維的分解點(diǎn)溫度的非接觸加熱器，將芳族聚酰胺纖維假捻并卷曲(對(duì)于間-芳族聚酰胺纖維，該溫度為390℃或更高，但低于460℃)，然后使其經(jīng)歷熱松弛(日本公開(kāi)特許公報(bào)280120/1994)。
然而，這些公知方法仍不能解決所有突出的技術(shù)問(wèn)題，這些技術(shù)問(wèn)題是，如何制備具有優(yōu)良拉伸延伸率和優(yōu)良彈性拉伸模量的高質(zhì)量卷曲紗線；如何防止紗線質(zhì)量劣化，例如紗線制造中加熱下的強(qiáng)度減少和顏色變化，以及如何防止紗線起毛并防止被切斷或斷裂；和如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單工藝過(guò)程控制，簡(jiǎn)化生產(chǎn)線，增加生產(chǎn)率并降低成本。因此，目前還沒(méi)有一個(gè)人在拉伸延伸率等性能優(yōu)良，且不失去組分纖維所固有的物理性能的耐熱卷曲紗線工業(yè)化生產(chǎn)中取得成功。
本發(fā)明公開(kāi)鑒于以上指出的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的這些問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一是提供耐熱卷曲紗線，該紗線包含耐熱高性能纖維并具有優(yōu)良拉伸延伸率、優(yōu)良彈性拉伸模量和良好外觀，由此，盡可能減少了制備過(guò)程中熱處理所致的耐熱高性能纖維組分的質(zhì)量劣化，該紗線因此不失去耐熱高性能纖維固有的優(yōu)異耐熱和阻燃性能，且其起毛和釋放的塵埃很少。
本發(fā)明的另一目的是，提供從生產(chǎn)率、以及必需設(shè)備和生產(chǎn)成本角度上考慮可行的耐熱卷曲紗線的制備方法。
本發(fā)明的再一目的是，提供纖維產(chǎn)品，尤其是手套，其中的優(yōu)點(diǎn)是，(a)它們是有彈性的和耐熱的，并且它們具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和良好的外觀。(b)它們與穿戴者的身體包括手配合得很好，并且適合進(jìn)行體育鍛煉和工作活動(dòng)，(c)它們起毛及釋放塵埃很少，并且(d)在工業(yè)化規(guī)模上它們?nèi)菀咨a(chǎn)，因?yàn)楣に囘^(guò)程控制簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率高且生產(chǎn)成本低。
為了達(dá)到上述目的，我們(本發(fā)明人)進(jìn)行了刻苦的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，和以非卷曲紗線例如復(fù)絲和短纖紗形式使用的那些紗線相比，當(dāng)以卷曲紗線形式使用耐熱高性能纖維時(shí)，其具有特定拉伸延伸率、特定彈性拉伸模量和特定強(qiáng)度，并且受熱不會(huì)劣化，然后，在制成纖維產(chǎn)品后，所得纖維產(chǎn)品對(duì)訓(xùn)練和工作活動(dòng)的適應(yīng)性顯著提高，并且發(fā)現(xiàn)該纖維產(chǎn)品甚至當(dāng)使用它們時(shí)發(fā)生摩擦，起毛和釋放塵埃都很少。這些用上述方式制備的纖維產(chǎn)品解決了上述的現(xiàn)有技術(shù)中所有的突出問(wèn)題。
我們進(jìn)一步研究了耐熱卷曲紗線的制備方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)耐熱高性能纖維復(fù)絲在最初加捻步驟中首次加捻，然后通過(guò)高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理或通過(guò)干熱處理進(jìn)行定捻的熱定型，最后以和最初加捻方向相反的方向再次加捻它們使其退捻，這時(shí)可得到上述高質(zhì)量的耐熱卷曲紗線。
耐熱高性能纖維復(fù)絲很滑，因此常常很難用紡織和針織機(jī)將它們機(jī)織或針織成手套。就此而論，我們已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的耐熱卷曲紗線解決了該問(wèn)題。我們還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明耐熱卷曲紗線制造的膨體和可拉伸纖維產(chǎn)品例如手套具有起毛和釋放塵埃很少的優(yōu)點(diǎn)。如上所述，短纖維的短纖紗起毛是因?yàn)?，成分短纖維的末梢穿出該紗線的表面，因此，當(dāng)它們?cè)谑褂弥惺艿侥Σ習(xí)r，耐熱高性能纖維短纖紗制造的纖維產(chǎn)品就釋放出絨毛。與這些短纖紗的情況相反，本發(fā)明的耐熱卷曲紗線是由長(zhǎng)纖維組成的，因此在紗線表面沒(méi)有絨毛。由于紗線周圍沒(méi)有短纖維末梢，因此，用本發(fā)明耐熱卷曲紗線制成的工作服等纖維產(chǎn)品起毛很少，且因此甚至當(dāng)它們?cè)谑褂弥惺艿侥Σ習(xí)r，也不掉絨毛。
在精密機(jī)械、飛機(jī)、信息系統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，例如在為飛機(jī)、計(jì)算機(jī)等制造電子元件的工作場(chǎng)所，該工作空間在所有的時(shí)間中必須保持干凈。如果在這些場(chǎng)所使用的勞保手套劣化，它們會(huì)很快向該工作空間釋放纖維狀的塵埃，但這種麻煩在此處是不能接受的。因此，在這些工業(yè)領(lǐng)域，本發(fā)明的纖維產(chǎn)品特別是手套尤其有用，因?yàn)槠渚哂衅鹈苌偾裔尫艍m埃很少的優(yōu)點(diǎn)。在給鋁結(jié)構(gòu)材料、家用電器、或汽車零件上油漆的油漆工廠中，如果纖維狀絨毛和塵埃粘到所油漆產(chǎn)品的表面，會(huì)損害這些產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值。因此，在這些方面，本發(fā)明的纖維產(chǎn)品特別是手套也很有用，因?yàn)樗鼈兤鹈苌偾裔尫诺膲m埃很少。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，我們——本發(fā)明人完成了本發(fā)明。
具體地，本發(fā)明涉及以下內(nèi)容(1)不在熱條件下劣化的耐熱卷曲紗線，其包含單絲細(xì)度為0.02-1特克斯(tex)的耐熱高性能纖維，并且其拉伸延伸率為至少6％，其彈性拉伸模量至少為40％，并且其強(qiáng)度介于0.15-3.5N/特克斯之間；(2)以上(1)中的耐熱卷曲紗線，其中該耐熱高性能纖維是對(duì)-芳族聚酰胺纖維，全芳香聚酯纖維或聚對(duì)亞苯基-苯并雙噁唑纖維，并且其強(qiáng)度介于0.5-3.5N/特克斯之間；(3)以上(2)中的耐熱卷曲紗線，其中對(duì)-芳族聚酰胺纖維是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維；(4)以上(1)中的耐熱卷曲紗線，其中該耐熱高性能纖維是間-芳族聚酰胺纖維，且其拉伸延伸率介于50％-300％之間；(5)以上(4)中的耐熱卷曲紗線，其中間-芳族聚酰胺纖維是聚間苯二甲酰間苯二胺纖維；(6)以上(1)-(5)中任何一種耐熱卷曲紗線的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品，其中該耐熱卷曲紗線的量占該產(chǎn)品纖維部分的至少50％；(7)以上(6)中的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品，其為手套；(8)以上(7)中的手套，其用于精密機(jī)械、飛機(jī)、信息系統(tǒng)、汽車、電氣和電子設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域，以及外科手術(shù)和衛(wèi)生設(shè)施等領(lǐng)域中；(9)以上(6)中的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品，其是消防員服裝、參賽者服裝、煉鋼工人服裝、焊接工人服裝和油漆工人服裝；(10)一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其包括將耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻，用高溫高壓蒸汽或高溫高壓水對(duì)它們進(jìn)行熱定型處理，然后使它們退捻；(11)以上(10)中的耐熱卷曲紗線制備方法，其中將該耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻到捻參數(shù)K為5000-11000，K由下式代表，并經(jīng)溫度介于130℃和250℃之間的高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理而熱定型K＝t×D1/2其中t表示該復(fù)絲的捻回?cái)?shù)(/米)；D表示其細(xì)度(特克斯)；(12)以上(10)或(11)中的耐熱卷曲紗線制備方法，其中耐熱高性能纖維選自對(duì)-芳族聚酰胺纖維、間-芳族聚酰胺纖維、全芳香聚酯纖維和聚對(duì)亞苯基-苯并雙噁唑纖維；(13)以上(12)中的耐熱卷曲紗線制備方法，其中該對(duì)-芳族聚酰胺纖維是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維；(14)以上(10)-(13)中任何一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其中所制備的耐熱卷曲紗線的拉伸延伸率至少為6％，并且彈性拉伸模量至少為40％；(15)按以上(12)制備方法制得的耐熱卷曲紗線的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品；(16)一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其包括加捻耐熱高性能纖維復(fù)絲，在不超過(guò)該耐熱高性能纖維分解點(diǎn)的溫度下經(jīng)干熱處理而將它們熱定型，然后使它們退捻；(17)以上(16)的耐熱卷曲紗線制備方法，其中將該耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻到捻參數(shù)K為5000-11000，K由下式表示，然后經(jīng)溫度介于140℃和390℃之間的干熱處理進(jìn)行熱定型，并隨后退捻K＝t×D1/2其中t表示復(fù)絲的捻回?cái)?shù)(/米)；D表示其細(xì)度(特克斯)；(18)以上(16)或(17)的耐熱卷曲紗線制備方法，其中連續(xù)進(jìn)行將耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻，經(jīng)干熱處理使其熱定型和隨后對(duì)它們退捻的工藝過(guò)程；(19)以上(16)-(18)中任何一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其中在介于200-300℃的溫度進(jìn)行該干熱處理；(20)以上(16)-(19)中任何一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其中該耐熱高性能纖維選自對(duì)-芳族聚酰胺纖維、間-芳族聚酰胺纖維、全芳香聚酯纖維和聚對(duì)亞苯基-苯并雙噁唑纖維；(21)以上(16)-(20)中任何一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其中該對(duì)-芳族聚酰胺纖維是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維；(22)以上(16)-(21)中任何一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其中所制備的耐熱卷曲紗線的拉伸延伸率至少為6％，并且彈性拉伸模量至少為40％；
(23)由得自上述(16)-(22)中任何一種方法的耐熱卷曲紗線制備的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品；(24)一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其包括將該耐熱高性能纖維復(fù)絲針織成針織物，然后經(jīng)干熱處理或者經(jīng)高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理而將該針織物熱定型，隨后將其解針織；(25)以上(24)中制備耐熱卷曲紗線的方法，其中使該耐熱高性能纖維復(fù)絲的針織物經(jīng)溫度介于130℃和250℃之間的高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理介于2-100分鐘之間的一段時(shí)間而熱定型，然后將其解針織；(26)以上(24)中的耐熱卷曲紗線制備方法，其中經(jīng)溫度介于140℃和390℃之間的干熱處理將該耐熱高性能纖維復(fù)絲的針織物熱定型，然后使其解針織；(27)以上(25)或(26)中的耐熱卷曲紗線制備方法，其中所制備的耐熱卷曲紗線的拉伸延伸率至少為6.5％；(28)機(jī)織或針織含耐熱高性能纖維卷曲紗的紗線而制造的手套；(29)以上(28)中的手套，其中該卷曲紗線的拉伸延伸率為6％-30％且彈性拉伸模量為40-100％；(30)以上(28)或(29)的手套，其中該耐熱高性能纖維選自對(duì)-芳族聚酰胺纖維、間-芳族聚酰胺纖維、全芳香聚酯纖維和聚對(duì)亞苯基-苯并雙噁唑纖維；(31)以上(30)中的手套，其中對(duì)-芳族聚酰胺纖維是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維；(32)以上(28)-(31)中的任何一種手套，其中耐熱高性能纖維的卷曲紗線是通過(guò)加捻該耐熱高性能纖維復(fù)絲，經(jīng)干熱處理或者經(jīng)高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理將其熱定型，然后使它們退捻而制成的；(33)以上(28)-(32)中的任何一種手套，其供精密機(jī)械、飛機(jī)、信息系統(tǒng)等工業(yè)領(lǐng)域使用，或者供外科手術(shù)和衛(wèi)生設(shè)施等領(lǐng)域使用；
圖2顯示卷曲紗線的加工時(shí)間與拉伸延伸率之間的關(guān)系。
圖3顯示卷曲紗線的加工溫度與拉伸延伸率之間的關(guān)系。
圖4顯示卷曲紗線的干熱處理溫度與抗張強(qiáng)度之間的關(guān)系。
圖5顯示卷曲紗線的干熱處理溫度與其亮度之間的關(guān)系。
優(yōu)選地，本發(fā)明所用的耐熱高性能纖維的臨界氧指數(shù)至少為約25，并且用差示掃描量熱儀測(cè)得的分解點(diǎn)不低于約400℃。臨界氧指數(shù)說(shuō)明纖維的阻燃性；而熱分解點(diǎn)說(shuō)明纖維的耐熱性。這些纖維的實(shí)例是芳族聚酰胺纖維、全芳香聚酯纖維(例如Kuraray的Vectran)，聚對(duì)亞苯基-苯并噁唑纖維(例如Toyobo的Zylon)、聚苯并咪唑纖維、聚酰胺酰亞胺纖維(例如Rhone-poulenc工業(yè)的Kermel)、聚酰亞胺纖維等。芳族聚酰胺纖維包括間-芳族聚酰胺纖維和對(duì)-芳族聚酰胺纖維。間-芳族聚酰胺纖維的實(shí)例是間-全芳香聚酰胺纖維，如聚間苯二甲酰間苯二胺纖維(例如杜邦的Nomex)等。對(duì)-芳族聚酰胺纖維的實(shí)例是對(duì)-全芳香聚酰胺纖維如聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(如東麗-杜邦命名為Kevlar的商品)共聚對(duì)亞苯基-3，4’-聯(lián)苯醚-對(duì)苯二酰胺纖維(例如帝人公司名為T(mén)echnora的商品)。
本發(fā)明的耐熱卷曲紗線可由上述的一種耐熱高性能纖維組成，或可包含這些耐熱高性能纖維中不同的兩種或更多種。其形式可以是共軛紗線、并絲或與其它公知纖維如聚酯纖維、尼龍、聚乙烯醇纖維等一起加捻的形式。
本發(fā)明中，為了本發(fā)明耐熱卷曲紗線的柔韌性并為了該紗線易于制造，該耐熱高性能纖維的單絲細(xì)度約0.02-1特克斯左右，但優(yōu)選約0.05-0.6特克斯左右，更優(yōu)選約0.08-0.5特克斯左右。
只要長(zhǎng)絲紗的粗度(thickness)足以使它們能被加工成加捻紗或針織物，則對(duì)本發(fā)明中所用耐熱高性能纖維復(fù)絲的總細(xì)度沒(méi)有具體的限制。但是，鑒于本發(fā)明在耐熱卷曲紗線的制造過(guò)程中，把復(fù)絲加捻成加捻紗的步驟和把它們針織成針織物的步驟，優(yōu)選纖維復(fù)絲的總細(xì)度介于5-5000特克斯左右之間。
這里提到的細(xì)度其單位為特克斯，如JIS L 0101(1999)所規(guī)定的。例如1特克斯的含義是長(zhǎng)度1000米的纖維復(fù)絲重量為1克；10特克斯意味著1000米長(zhǎng)度的纖維復(fù)絲重量為10克。纖維復(fù)絲的特克斯數(shù)值越大就意味著其越粗。
本發(fā)明耐熱卷曲紗線的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案獲得的拉伸延伸率至少為約6％左右，更優(yōu)選在約10-50％左右，甚至更優(yōu)選在約15-40％左右；彈性拉伸模量至少約40％左右，更優(yōu)選約50-100％左右，甚至更優(yōu)選約60-100％左右；并且其強(qiáng)度約0.15-3.5N/特克斯左右，更優(yōu)選約0.5-3.5N/特克斯左右。該耐熱卷曲紗線包含選自對(duì)-芳族聚酰胺纖維、全芳香聚酯纖維或聚對(duì)亞苯基-苯并雙噁唑纖維的耐熱高性能纖維。
本發(fā)明耐熱卷曲紗線的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，耐熱高性能纖維為間-芳族聚酰胺纖維，該紗線的拉伸延伸率至少約6％左右，更優(yōu)選至少約50％左右，甚至更優(yōu)選約50-300％左右，仍然更優(yōu)選約70-300％左右；彈性拉伸模量至少約40％左右，更優(yōu)選約50-100％，甚至更優(yōu)選約70-100％。并且其強(qiáng)度為約0.15-1.0N/特克斯左右。
本發(fā)明耐熱卷曲紗線的特征是，在受熱條件下其基本上不劣化。在受熱條件下品質(zhì)劣化意味著，在紗線進(jìn)行熱處理時(shí)或熱處理后，耐熱卷曲紗線的物理性能降低并且其外觀變壞。更具體來(lái)說(shuō)，作為熱處理的后果，例如該紗線的強(qiáng)度降低，其顏色變化，該紗線起毛或被切斷或斷裂。強(qiáng)度不減少的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，該紗線熱處理后的剩余強(qiáng)度至少是30％，優(yōu)選至少是40％，更優(yōu)選至少是50％。該剩余強(qiáng)度由下式表示剩余強(qiáng)度(％)＝{耐熱卷曲紗線的強(qiáng)度(N/特克斯)/未經(jīng)熱處理耐熱高性能纖維復(fù)絲的強(qiáng)度(N/特克斯)}×100％。
該紗線在熱處理后的顏色變化取決于組成該紗線的耐熱高性能纖維的類型，因此，這里避免不加區(qū)別地對(duì)其進(jìn)行討論。例如，一個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn)指出，包含間-芳族聚酰胺纖維的紗線，其缺少顏色變化可指，熱處理后紗線的亮度至少是熱處理前該紗線亮度的約80％左右，優(yōu)選至少85％左右。
本發(fā)明提供由該耐熱卷曲紗線制成的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品。該纖維產(chǎn)品可只由耐熱卷曲紗線制造，或可以用該紗線與任何其它不同類型的紗線通過(guò)混織或混編的形式制造。然而，對(duì)于這類混編或混織的產(chǎn)品，可取的是，本發(fā)明的耐熱卷曲紗線占該產(chǎn)品中纖維組分的至少約5％左右，更優(yōu)選占約25％左右，甚為優(yōu)選至少占約50％左右。在該產(chǎn)品中，除了耐熱卷曲紗線以外，其它類型的紗線沒(méi)有明確限制，可以是任何所知道的品種。
本發(fā)明的纖維產(chǎn)品沒(méi)有具體規(guī)定，例如，包括通過(guò)機(jī)織或針織含耐熱卷曲紗的紗線制造的織物；由該織物制造的在暴露于火焰和高溫受熱高危場(chǎng)合使用的服裝，例如手套象耐熱安全手套、消防員服裝、參賽者服裝、鋼鐵工人服裝、焊接工人服裝、油漆工人服裝等；工業(yè)用耐熱材料，如耐熱除塵過(guò)濾器等；繩索、輪胎簾子線等。
可容易地按照任何本身已知的方法制造該纖維產(chǎn)品。例如，要生產(chǎn)手套，可有利地使用商品化的計(jì)算機(jī)手套針織機(jī)，SFG和STJ(從Shima Precision Machinery(精密機(jī)械)購(gòu)得)。
可以單獨(dú)使用該纖維產(chǎn)品或與其它耐熱或阻燃產(chǎn)品結(jié)合使用。如果需要，能以任何本身已知方法的制備該纖維產(chǎn)品。例如，可直接將本發(fā)明的手套用在不同的工作活動(dòng)場(chǎng)合，或視情況而定，可作為每只手套的一部分，特別是手掌的外表面或其整個(gè)外表面可以用樹(shù)脂涂敷。用于此目的的樹(shù)脂包括，例如聚氯乙烯樹(shù)脂、乳膠、聚氨酯樹(shù)脂、天然橡膠、合成橡膠等。經(jīng)這種樹(shù)脂涂敷，手套的機(jī)械強(qiáng)度增加，并且手套在握持東西時(shí)不打滑?？梢园慈魏伪旧砉姆椒ǎ詷?shù)脂涂敷手套。在本發(fā)明手套的外面，人們可以戴任何橡膠手套或彈性體手套。
本發(fā)明進(jìn)一步提供在生產(chǎn)率、所需設(shè)備和制造成本上可行的耐熱卷曲紗線制備方法。
該方法包括，加捻如芳族聚酰胺纖維復(fù)絲的耐熱高性能纖維復(fù)絲，將其通過(guò)高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理(以下將其通稱為高溫高壓蒸汽處理)或通過(guò)干熱處理進(jìn)行熱定型，然后使它們退捻。耐熱高性能纖維復(fù)絲可以是用任何本身公知的方法制備的短纖紗或長(zhǎng)絲紗。特別優(yōu)選長(zhǎng)絲紗，因?yàn)槠淦鹈歪尫艍m埃很少。
更具體來(lái)說(shuō)，通常將耐熱高性能纖維復(fù)絲首次加捻(此為最初加捻步驟，其中復(fù)絲按S或Z向加捻)；然后選擇性地卷繞在耐熱的鋁筒子等上；并在預(yù)定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行定捻的熱定型。接著，以與最初加捻方向相反的方向退捻(即以Z或S向退捻)，以便獲得所需要的耐熱卷曲紗線。
本發(fā)明方法中，在最初加捻步驟后，起始復(fù)絲的每一單絲被變形產(chǎn)生復(fù)雜的螺旋構(gòu)形，且該構(gòu)形在該加捻步驟后的熱定型中被加以固定。然后，在接著的退捻步驟中，被加捻的各單絲從扭力約束中釋放出來(lái)，但由于形狀記憶作用，它們?nèi)匀槐３肿畛跫幽淼臉?gòu)形。結(jié)果，基于其記憶，每根單絲各自都儲(chǔ)存了它們的加捻狀況，最后它們形成卷曲紗線。
如上所述，制各本發(fā)明耐熱卷曲紗線的方法包括兩種不同的熱定型方法，即高溫高壓蒸汽處理和干熱處理。
高溫高壓蒸汽處理的優(yōu)點(diǎn)是，可以均勻加熱纖維復(fù)絲。特別是，在該方法中，幾乎不可能出現(xiàn)，該纖維復(fù)絲局部過(guò)加熱而由此受到損害，或與此相反，其局部加熱不足而由此紗線不能被完全熱定型。
另一方面，干熱處理的優(yōu)點(diǎn)是(a)它不要求用高溫高壓蒸汽或高溫高壓水來(lái)進(jìn)行處理(以下通稱為高溫高壓蒸汽處理)，因此可以在大氣壓下加捻并熱定型該纖維復(fù)絲，不需要高壓釜；并且(b)不僅可以間歇生產(chǎn)，而且還可以例如，使該纖維復(fù)絲通過(guò)一段對(duì)其加熱的高溫區(qū)而連續(xù)加工，因此可將熱空氣以及流動(dòng)床應(yīng)用于該高溫區(qū)。
以下詳細(xì)描述采用高溫高壓蒸汽處理的方法。
該方法中，耐熱高性能纖維復(fù)絲在最初加捻步驟中首先進(jìn)行加捻。該復(fù)絲可為任何長(zhǎng)絲紗形式或短纖紗形式。優(yōu)選長(zhǎng)絲紗形式，因?yàn)槠淦鹈歪尫艍m埃很少。
在最初加捻步驟中，優(yōu)選將纖維復(fù)絲加捻到捻參數(shù)K為約5000-11000左右，更優(yōu)選加捻到K約6000-9000左右，K由下式代表，K＝t×D1/2(其中t表示該復(fù)絲的捻回?cái)?shù)(/米)；且D表示其細(xì)度(特克斯))。希望該復(fù)絲加捻到合適的程度，以至于該紗線最后可以獲得合適的卷曲，但如果對(duì)它們過(guò)度加捻，組成紗線的纖維就會(huì)斷裂和損壞。為了避免該問(wèn)題，可取的是，要被加捻的纖維復(fù)絲的捻參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
該捻參數(shù)K是顯示纖維復(fù)絲加捻程度的一種指數(shù)，其不依賴于復(fù)絲的粗細(xì)。該捻參數(shù)的數(shù)值越大，則加捻(twit)程度越高。
在最初加捻步驟中，可以使用本身已知的任何捻線機(jī)，包括例如環(huán)錠捻線機(jī)、倍捻機(jī)、意大利捻線機(jī)等。
優(yōu)選，該將加捻紗線卷繞到筒子上，然而在復(fù)絲一邊加捻，一邊卷繞到筒子上的情形下，就不必要重新卷繞它們了。這里的筒子通常是指普通的可將紗線卷在其上的圓筒狀的芯，任何本身已知的筒子這里都可以使用。例如，這里優(yōu)選使用鋁等制造的耐熱筒子，還優(yōu)選，將本發(fā)明使用的耐熱筒子加工成在其整個(gè)表面有小通孔的筒子，目的是，在隨后的熱定型步驟中，能使高溫高壓蒸汽容易地穿過(guò)它。
優(yōu)選，圍繞該筒子卷繞卷曲紗線所形成的長(zhǎng)絲筒子紗或長(zhǎng)絲筒子絲的厚度至少為約15毫米，其卷繞密度介于約0.4-1.0g/cm3左右，更優(yōu)選介于約0.5-0.9g/cm3左右，甚至更優(yōu)選約0.6-0.9g/cm3左右。
接著，該加捻紗線在溫度落入專門(mén)確定范圍內(nèi)的高溫高壓蒸汽中暴露，通過(guò)高溫高壓蒸汽處理，該加捻紗線被熱定型。
可按任何本已公知的方式進(jìn)行該高溫高壓蒸汽處理。例如將該卷曲紗線在其中導(dǎo)入高溫高壓蒸汽的高壓釜中進(jìn)行加工。為了進(jìn)行此處理，可使用任何本身已經(jīng)公知的高壓釜。本發(fā)明所使用的高壓釜其結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例是，配有一個(gè)蒸汽輸送管，高溫高壓蒸汽經(jīng)過(guò)它導(dǎo)入高壓釜中；一個(gè)排水閥；一個(gè)排氣閥，在處理后高壓釜經(jīng)該閥排氣；一個(gè)裝料入口，帶有前一步驟中卷繞在其上卷曲紗線的筒子經(jīng)過(guò)該入口被引導(dǎo)到釜中；還有一個(gè)可以開(kāi)關(guān)使其嚴(yán)格密封的蓋子。
高溫高壓蒸汽處理溫度可以介于約130-250℃之間，但優(yōu)選介于約130-220℃之間，更優(yōu)選介于約140-200℃之間，甚至更優(yōu)選介于約150-200℃之間。優(yōu)選該溫度范圍，以確保實(shí)際得到不使組分纖維劣化的卷曲紗線。
下面描述該處理所使用的壓力。當(dāng)處理所用的高溫高壓蒸汽是飽和蒸汽時(shí)，其壓力應(yīng)該可由物理化學(xué)方法由其溫度確定。具體說(shuō)，最低溫度130℃時(shí)的飽和蒸汽壓力是2.70×105Pa，而最高溫度250℃時(shí)的飽和蒸氣壓是38.97×105Pa。因此，在本發(fā)明中，高溫高壓蒸汽處理優(yōu)選在溫度介于約130-250℃之間，并且壓力介于約2.70×105Pa-39.0×105Pa之間進(jìn)行。然而，本發(fā)明中處理所用的蒸汽并不僅限于飽和蒸汽，且其壓力可落入約2.70×105Pa-約39.0×105Pa之間。不必說(shuō)，在同一溫度下，蒸汽的壓力不會(huì)高于飽和蒸汽的壓力。尤其優(yōu)選，高溫高壓蒸汽處理在溫度介于約130-約220℃之間并且壓力介于約2.70×105Pa-23.2×105Pa左右，更優(yōu)選溫度介于約140-220℃左右，其壓力介于約3.5×105Pa-23.2×105Pa左右，甚至更優(yōu)選的溫度介于約150-200℃左右，其壓力介于約4.8×105Pa-15.6×105Pa左右。
這里還可以用高溫高壓水代替高溫高壓蒸汽，在這種情況下，水溫可介于約130-250℃左右，但優(yōu)選介于約130-220℃，更優(yōu)選介于約140-220℃左右，甚至更優(yōu)選在150-200℃左右。而該水的壓力介于約2.70×105Pa-39.0×105Pa左右，更優(yōu)選約2.70×105Pa-23.2×105Pa左右，甚至更優(yōu)選介于約3.5×105Pa-23.2×105Pa左右，仍然更優(yōu)選介于約4.8×105Pa-15.6×105Pa左右。對(duì)于該高溫高壓水處理，以上所給的表達(dá)“高溫高壓蒸汽”和“蒸汽”，在下面將應(yīng)當(dāng)分別被“高溫高壓水”和“水”所代替。
高溫高壓蒸汽處理的時(shí)間沒(méi)有毫無(wú)差別地規(guī)定，而是根據(jù)將要暴露在高溫高壓蒸汽中纏繞在筒子上復(fù)絲的量而變化。復(fù)絲纏繞在筒子上在預(yù)定的溫度下保持?jǐn)?shù)分鐘就足夠了。然而優(yōu)選，處理的時(shí)間在約2-100分鐘左右，更優(yōu)選在約3-60分鐘。所確定的處理時(shí)間范圍優(yōu)選使得卷饒?jiān)谕沧由蟽?nèi)部和表面的復(fù)絲都能均勻地進(jìn)行熱定型。而不會(huì)破壞組分纖維的品質(zhì)。用高溫高壓蒸汽處理以后，卷饒?jiān)谕沧由蠌?fù)絲可以通過(guò)向其吹冷空氣而強(qiáng)制冷卻。但優(yōu)選在室溫空氣下冷卻。
用高溫高壓蒸汽處理后，加捻的紗線接著在以和最初加捻方向相反的方向退捻，由此可以制備本發(fā)明的耐熱卷曲紗線。象最初加捻步驟那樣，在該退捻的步驟中，也可以使用本身公知的任何捻線機(jī)。
下面描述干熱處理的方法。
在干熱處理中，可以使用任何間歇生產(chǎn)作業(yè)或假捻作業(yè)方式，其中，不用高溫高壓蒸汽或高溫高壓水進(jìn)行熱定型。即，沒(méi)有用高溫高壓蒸汽，也沒(méi)有用高溫高壓水做的熱處理稱作干熱處理。
在任何形式的間歇作業(yè)或假捻作業(yè)中，可選擇性地在干熱處理后接著進(jìn)行熱松弛，具體來(lái)說(shuō)，例如，當(dāng)卷曲紗線拉伸到一定程度時(shí)，卷曲紗線被熱松弛。這樣熱松弛的優(yōu)點(diǎn)是卷曲紗線的扭距可以減少，而不會(huì)導(dǎo)致該紗線蓬松度的破壞。
下面描述干熱處理的間歇法。
該方法中，在最初加捻步驟中，首先加捻耐熱高性能纖維復(fù)絲，該復(fù)絲可以是長(zhǎng)絲紗或短纖紗中的任何形式。然而，優(yōu)選是長(zhǎng)絲紗，因?yàn)槿缟纤?，其起毛和釋放塵埃很少。在最初的加捻步驟中，要加捻的單絲纖維加捻到一個(gè)捻參數(shù)K，K的值約5000-11000左右，更優(yōu)選約6000-9000左右，該復(fù)絲被加捻到適當(dāng)?shù)某潭?，以至于可以最終獲得所需要的卷曲，但是假如其加捻程度太過(guò)分，所組成的纖維將會(huì)被切斷或破壞。要避免該問(wèn)題，可取的是將該纖維復(fù)絲的捻參數(shù)保持在規(guī)定的范圍中。
在該最初加捻步驟中，可以用本身公知的任何捻線機(jī)，包括例如環(huán)錠捻線機(jī)、倍捻機(jī)、意大利捻線機(jī)等。
優(yōu)選，將該加捻紗卷饒?jiān)谕沧由?，然而，?dāng)其一邊加捻，一邊卷饒?jiān)谕沧由蠒r(shí)，就沒(méi)有必要再重新卷饒它們了。這里可以用任何本身已公知的筒子。例如，優(yōu)選的是鋁等耐熱的筒子。
接著，在溫度保持特定范圍內(nèi)對(duì)該加捻紗線進(jìn)行干熱處理。
熱處理的溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀诮M分纖維的分解點(diǎn)。優(yōu)選其溫度介于約140℃-390℃左右，更優(yōu)選介于約170℃-350℃，最優(yōu)選介于約200℃-330℃。通過(guò)在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)熱處理，該紗線被卷曲成適合實(shí)用的卷曲水平，而沒(méi)有破壞。本發(fā)明的干熱處理不要求其溫度高于組分纖維的分解點(diǎn)。通過(guò)該處理，纖維基本上沒(méi)有破壞。例如該紗線的強(qiáng)度沒(méi)有降低；其顏色沒(méi)有變化；紗線沒(méi)有起毛，也沒(méi)有切斷或破壞。具體來(lái)講，沒(méi)有強(qiáng)度降低的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是，經(jīng)過(guò)熱處理后該紗線的剩余強(qiáng)度為至少30％，優(yōu)選至少為40％，更優(yōu)選至少為50％，該剩余強(qiáng)度用上述的公式表示。經(jīng)過(guò)熱處理后，該紗線的顏色變化取決于組成該紗線的耐熱高性能纖維的類型，這里將避免不加區(qū)別地討論該問(wèn)題。例如，假如是間-芳族聚酰胺纖維，指示紗線顏色沒(méi)有發(fā)生變化的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是紗線在熱處理后的光亮度是熱處理前光亮度的至少約80％左右，優(yōu)選至少為85％左右。
熱處理的加熱器可以是任何接觸式或非接觸式的加熱器。加熱紗線可以用本身公知的任何方法如熱空氣或使用流化床加熱系統(tǒng)。
間歇操作的加熱時(shí)間不應(yīng)當(dāng)不加區(qū)別地進(jìn)行討論，因?yàn)楦鶕?jù)組分纖維的類型、復(fù)絲的粗細(xì)和加熱溫度而變化加熱時(shí)間。然而通常，優(yōu)選時(shí)間介于約2-100分鐘左右，更優(yōu)選在介于約10-100分鐘左右，甚為優(yōu)選介于20-40分鐘左右。優(yōu)選確定時(shí)間范圍更有利于卷饒?jiān)谕沧由系募喚€表面和內(nèi)部可以均勻進(jìn)行熱定型，而不劣化組分纖維。
干熱處理可能在增加的壓力、降低的壓力或大氣壓力下受到不同的影響。優(yōu)選其受大氣壓力的影響。
在通過(guò)該干熱處理定型后，加捻過(guò)的紗線以和最初加捻方向相反的方向再次加捻從而退捻，因此制備了本發(fā)明的耐熱卷曲紗線。熱處理后，該紗線可以用冷空氣強(qiáng)制冷卻，但優(yōu)選在室溫空氣中冷卻，在退捻步驟中，也可以用任何本身公知的捻線機(jī)，正象在最初加捻步驟中所用的。
下面描述假捻法。
在假捻法中，從筒子紗上退繞的紗線(該筒子紗是卷繞在圓筒狀卷繞芯即筒子上的復(fù)絲)通過(guò)導(dǎo)出羅拉，經(jīng)過(guò)新的卷繞羅拉重新卷繞到新的筒子上。在導(dǎo)出羅拉和卷繞羅拉之間，設(shè)置一個(gè)進(jìn)行假捻的錠子。這樣運(yùn)行的紗線被假捻錠子鉗緊，同時(shí)，繞該錠子的銷卷繞，該錠子按一定條件旋轉(zhuǎn)，由此，紗線在導(dǎo)出羅拉和錠子之間運(yùn)行同時(shí)以S的方向進(jìn)行加捻，然后加捻的紗線熱定型，接著在假捻裝置和卷繞羅拉之間，再以相反的方向加捻，例如以Z向，由此將紗線退捻成卷曲紗線。假捻裝置和卷饒羅拉之間的空間為冷卻區(qū)，紗線在其中優(yōu)選由空氣冷卻。除了按上述方式使用假捻錠子以外，該紗線還可以用不同的方法假捻。例如該紗線與以高速旋轉(zhuǎn)的圓筒的內(nèi)表面接觸或與也以高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)的外圓周接觸，或與高速運(yùn)行的皮帶表面接觸，由此紗線因與轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)行的介質(zhì)摩擦產(chǎn)生假捻。
在假捻方法中，耐熱高性能纖維復(fù)絲可為長(zhǎng)絲紗或短纖紗，然而優(yōu)選是長(zhǎng)絲紗，因?yàn)槠淦鹈苌佟?br> 當(dāng)該紗線用假捻錠子加捻時(shí)，其捻參數(shù)K優(yōu)選的范圍在約5000-11000之間，更優(yōu)選在約6000-9000左右。這是為了紗線能卷曲到需要的程度，同時(shí)防止組分纖維被切斷或破壞。
在該方法中，該紗線可以用任何所希望的方法加捻，例如用錠子、壓緊皮帶等，加捻的模式?jīng)]有明確規(guī)定。在用錠子加捻紗線的方法中，可以使用單頭錠子。但是，在本發(fā)明中優(yōu)選使用多頭錠子如四頭錠子。在以錠子加捻法中常用的單頭轉(zhuǎn)子加捻該紗線的情況下，耐熱高性能纖維復(fù)絲必須圍繞該頭卷繞一次，然而，在此種情況下，耐熱高性能纖維在加捻的時(shí)候容易斷裂或破壞，因?yàn)閺?fù)絲容易因摩擦而切斷。與此相反，假如采用多頭錠子，特別是四頭錠子，其中二個(gè)上面的頭，二個(gè)下面的頭交替排列使用，當(dāng)要被加捻的紗線以Z字形通過(guò)相鄰的兩個(gè)頭之間的空間進(jìn)行加捻時(shí)，使得紗線可以經(jīng)其上中間部分進(jìn)入錠子并由其下中間部分出來(lái)，紗線可以更有效的加捻，在那種情況下，紗線在相鄰的錠子頭之間折疊，通過(guò)彼此之間的摩擦阻力加捻。
在假捻方法中熱定型的溫度與上述間歇方法一樣。然而在假捻方法中熱處理的效果高于其在間歇法中的效果。因此，盡管依賴于要加工紗線的粗細(xì)，假捻方法的加熱時(shí)間可以在約0.5-約300秒之間，優(yōu)選在約1-120秒左右。
象在間歇法中那樣，假捻方法中熱處理的加熱器可以是任何接觸式或非接觸式的加熱器。加熱紗線的方法可以是本身公知的任何使用熱空氣或流化床加熱系統(tǒng)的方式，即使在假捻方法中使用接觸式加熱器，在加熱線上也幾乎不產(chǎn)生焦油霧狀沉淀物，因此，即使芳族聚酰胺纖維紗線，其經(jīng)常釋放出焦油霧狀的沉淀物，仍可以根據(jù)假捻法穩(wěn)定加工，而不要求頻繁地清潔紗線運(yùn)行所接觸的生產(chǎn)線的表面。
象在間歇法中那樣，假捻方法中的干熱處理在增加的壓力、降低的壓力或大氣壓力下受到不同的影響。優(yōu)選其受大氣壓力的影響。
本發(fā)明中耐熱卷曲紗線可用任何其他方法制備，例如下述方法，而不局限于以上提到的方法。例如，耐熱高性能纖維復(fù)絲可針織成針織物，然后熱定型該針織物，此后，將針織物解針織，從而形成耐熱卷曲紗線。該方法中，為了將該針織物熱定型，該織物可以經(jīng)受上述的高溫高壓蒸汽處理或干熱處理。熱處理的詳細(xì)條件可以與上面所描述的一樣。在本方法中，優(yōu)選采用高溫高壓蒸汽熱處理。
當(dāng)在該方法中制備針織物時(shí)，優(yōu)選對(duì)該復(fù)絲較低程度地加捻，因?yàn)樵撫樋椢锵拗屏私M分復(fù)絲，例如，該復(fù)絲的捻參數(shù)有利地介于0-500之間，更優(yōu)選接近0。
本發(fā)明可參照以下實(shí)施例具體進(jìn)行詳細(xì)描述。
所制備樣品的物理性能可以根據(jù)下述方法測(cè)定和評(píng)價(jià)。
臨界氧指數(shù)根據(jù)JIS K7201(1999)測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明基于該試驗(yàn)樣品的臨界氧指數(shù)對(duì)聚合物材料進(jìn)行的燃燒試驗(yàn)。
熱分解點(diǎn)根據(jù)JIS K7210(1987)測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明塑料熱失重的測(cè)量方法。
彈性根據(jù)JIS L1013(1999)測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明化學(xué)纖維長(zhǎng)絲紗的試驗(yàn)方法。根據(jù)試驗(yàn)方法8.11.A，可以測(cè)定每個(gè)樣品的拉伸延伸率和彈性拉伸模量。
細(xì)度根據(jù)JIS L1013(1999)測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明化學(xué)纖維長(zhǎng)絲紗的試驗(yàn)方法。根據(jù)試驗(yàn)方法8.3，測(cè)定每個(gè)樣品基于校正重量的細(xì)度。
抗張強(qiáng)度按照J(rèn)IS L1013(1999)測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明化學(xué)纖維長(zhǎng)絲紗的試驗(yàn)方法。根據(jù)“試驗(yàn)方法8.5.1”，測(cè)定每個(gè)樣品的抗張強(qiáng)度。為了防止弄亂每個(gè)受測(cè)樣品中的單絲，并確保所有組成單絲應(yīng)力一致，在測(cè)試之前，把樣品加捻到捻參數(shù)K為1000。
卷縮指數(shù)按照J(rèn)IS L1095(1999)測(cè)定，該標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明常規(guī)短纖紗的一種試驗(yàn)方法，根據(jù)“試驗(yàn)方法9.17.2.B”，測(cè)定每個(gè)樣品的卷縮指數(shù)。
在實(shí)施例2和3中，捻參數(shù)落入本發(fā)明的優(yōu)選范圍，而在對(duì)比例1和2中，其低于該優(yōu)選范圍。實(shí)施例4這里使用實(shí)施例1中的同一紗線，只是它的細(xì)度為22.2特克斯。在最初加捻步驟中，將此紗線加捻到捻參數(shù)K為5277，然后，用飽和蒸汽于180℃熱定型，然后，將其退捻成本發(fā)明的卷曲紗線。測(cè)量此卷曲紗線的物理性能。
表1中列出了實(shí)施例1至4和對(duì)比例1和2中樣品的數(shù)據(jù)。

圖1中顯示了卷曲紗線的一種典型特征，即未用飽和蒸汽熱定型紗線的捻參數(shù)與拉伸延伸率之間的關(guān)系。從表1中的數(shù)據(jù)和圖1可以了解到，實(shí)施例1至4獲得的紗線，其拉伸延伸率足夠?qū)嶋H使用，但對(duì)比例1和2中所得紗線的卻不夠。這是因?yàn)閷?duì)比例中，熱處理之前紗線的捻參數(shù)低。
表1

實(shí)施例5至7及對(duì)比例3如實(shí)施例1中同樣的方式獲得本發(fā)明的耐熱卷曲紗線，不同的是最初加捻步驟中的捻參數(shù)K為8258，且飽和蒸汽處理的時(shí)間如表2所示在7.5和60分鐘之間。
在對(duì)比例3中，將實(shí)施例5-7中的同樣紗線加捻相同程度，但不象實(shí)施例中那樣進(jìn)行飽和蒸汽處理，接著置于室溫中1天并在此后退捻。也測(cè)定此對(duì)比例1紗線的物理性能。數(shù)據(jù)全部列于表2。圖2中顯示該卷曲紗線加工時(shí)間與拉伸延伸率之間的關(guān)系。從實(shí)施例5-7、實(shí)施例2和對(duì)比例3的數(shù)據(jù)可以了解到，即使在加工時(shí)間多于7.5分鐘時(shí)，卷曲紗線拉伸延伸率也未改變這樣多。這意味著，為了獲得本發(fā)明的耐熱卷曲紗線，加熱時(shí)間可短暫。
表2

實(shí)施例8-10及對(duì)比例3、4如實(shí)施例1中同樣的方式獲得本發(fā)明的耐熱卷曲紗線，不同的是最初加捻步驟中的捻參數(shù)K為8258，且飽和蒸汽處理的溫度如表3所示在130℃和200℃之間。
在對(duì)比例4中，以和上述相同的方式獲得卷曲纖維，不同的是，供熱定型處理的蒸汽溫度為120℃。數(shù)據(jù)列于表3，并合并了實(shí)施例2和對(duì)比例3中的那些數(shù)據(jù)。圖3中顯示該卷曲紗線加工溫度與拉伸延伸率之間的關(guān)系。由此可以了解到，為了制造實(shí)用的卷曲紗線，熱定型處理用飽和蒸汽的溫度優(yōu)選不低于130℃。
表3

實(shí)施例11-14及對(duì)比例5、6用環(huán)錠捻線機(jī)將實(shí)施例1中同樣的紗線加捻到如表4所示的捻參數(shù)，并將加捻的紗線放入熱空氣干燥器中，在表4所示的條件下進(jìn)行干熱處理。接著，用同一捻線機(jī)以和最初加捻方向相反的方向再次加捻該紗線，使捻參數(shù)變?yōu)?，由此將其退捻成本發(fā)明的卷曲紗線。
在對(duì)比例5中，以和實(shí)施例11相同的方式加工該紗線，不同的是，干熱處理的溫度為130℃。
在對(duì)比例6中，以和實(shí)施例12相同的方式加工該紗線，不同的是，捻參數(shù)K為4846。
數(shù)據(jù)列于表4。圖3中顯示該卷曲紗線加工溫度與拉伸延伸率之間的關(guān)系。在測(cè)試的范圍內(nèi)，經(jīng)高溫高壓蒸汽處理或經(jīng)干熱處理而受到越高溫度加工的卷曲紗線，其拉伸延伸率也越高。在這里的條件下，高溫高壓蒸汽處理所加工卷曲紗線的拉伸延伸率比經(jīng)干熱處理所加工卷曲紗線的更高。
在對(duì)比例5中，所獲得的卷曲紗線，其拉伸延伸率較低，原因是紗線干熱處理的溫度為130℃，而此溫度較低。因此，可以理解，干熱處理的溫度優(yōu)選不低于140℃。在對(duì)比例6中，所獲得的卷曲紗線，其拉伸延伸率也較低，原因是最初加捻步驟中的捻回?cái)?shù)少。因此，可以理解，最初加捻步驟中的捻參數(shù)優(yōu)選至少5000。
表4

實(shí)施例15用意大利捻線機(jī)，將除其細(xì)度為22.2特克斯之外和實(shí)施例1相同的長(zhǎng)絲紗加捻到捻回?cái)?shù)為1850/米(其相當(dāng)于捻參數(shù)K為8775)，并將500克這樣的加捻紗線圍繞有邊鋁筒子卷繞。按照同樣方式，準(zhǔn)備出兩只復(fù)絲筒子紗，這兩只筒子紗分別按相反的S、Z向加捻到相同的捻回?cái)?shù)。將它們放入作飽和蒸汽處理的高壓釜中，并置于180℃的飽和蒸汽中30分鐘。冷卻后，以和最初加捻方向相反的方向再次加捻該紗線，使捻參數(shù)變?yōu)?。經(jīng)這樣的退捻，便獲得本發(fā)明的耐熱卷曲紗線。
該卷曲紗線的拉伸延伸率為17.1％。該卷曲紗線有一些殘留捻矩。為了消除它們的殘留捻矩，將S向或Z向捻矩不同的卷曲紗線相互平行。此平行的紗線具有88特克斯的總細(xì)度。將它喂入Shima PrecisionMachinery的SFG-10G型無(wú)縫手套針織機(jī)，并針織成本發(fā)明的勞保手套。按照ASTM F1790-97測(cè)定這種針織手套切割防護(hù)性能，結(jié)果為6.8N。
另一方面，用平行的6根商品毛型聚酯長(zhǎng)絲紗制備平行紗線，該長(zhǎng)絲紗細(xì)度各為16.5特克斯(該紗由東麗制造，其由48根單絲組成)，用于和以上制造的本發(fā)明耐熱卷曲紗線對(duì)照。平行紗線的總細(xì)度為99特克斯。以如上的相同方式將其針織成手套，并也按以上相同方式測(cè)量這些手套的切斷防護(hù)性能，其結(jié)果為3.5N。從這些數(shù)據(jù)可以了解到，本發(fā)明手套的切斷防護(hù)性能比對(duì)比例手套的更好。
由于用卷曲紗線制造，當(dāng)和短纖紗Kevlar制造的手套相比時(shí)，在此制造的本發(fā)明勞保手套起毛很少。另外，由于它們細(xì)而且彈性高，工人戴上它們能夠靈活地處理精密的機(jī)器零件。因此，這些手套受到例如焊接電子元件或在清潔室制造這些元件的工人，以及油漆鋁結(jié)構(gòu)材料、家用電器，汽車零件等的漆工的歡迎，因?yàn)樗ＷC了這種生產(chǎn)留置(liens)中的安全生產(chǎn)，而且因?yàn)樗Ｗo(hù)這些工人和漆工，使他們不被燒傷或不被磨尖帶邊的工具或零件傷害。
但是，將卷繞在筒子上的紗線層厚度減少一半，就能解決這一問(wèn)題。以此方式，如果卷繞在筒子上的紗線層太厚，則該紗線不能在干熱處理中被均勻熱定型，而且該紗線不能被均勻地卷曲。因此，當(dāng)經(jīng)干熱處理制造本發(fā)明的卷曲紗線時(shí)，可取的是，卷繞在筒子上的紗線層不太厚。
2)它們起毛很少，因此有利于在不允許有塵埃的清潔室工作。
表5列出了實(shí)施例20-26獲得的耐熱卷曲紗線的物理性能。在表5中，起始紗線的抗張強(qiáng)度、抗張模量、熱分解點(diǎn)、臨界氧指數(shù)和細(xì)度全是未被加工成卷曲紗線的長(zhǎng)絲紗的物理數(shù)據(jù)。
從列于表5的測(cè)試數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例20-26由不同纖維復(fù)絲制造的全部卷曲紗線的拉伸延伸率(其說(shuō)明卷曲度)為8.5％或更高。具體地，對(duì)-芳族聚酰胺纖維、聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維和共聚對(duì)亞苯基-3，4′-氧聯(lián)二亞苯基-對(duì)苯二酰胺纖維、間-芳族聚酰胺纖維、聚間苯二甲酰間苯二胺纖維以及全芳香聚酯纖維的卷曲紗線具有高拉伸延伸率。尤其是，間-芳族聚酰胺纖維、聚間苯二甲酰間苯二胺纖維的卷曲紗線，其拉伸延伸率為104.6％，其與常規(guī)的聚酯纖維卷曲紗線的拉伸延伸率相當(dāng)。
表5

實(shí)施例27將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維(東麗-杜邦命名為Kevlar的商業(yè)產(chǎn)品)的一種22.2特克斯長(zhǎng)絲紗喂入帶總共150個(gè)排列在直徑91毫米圓上織針的圓型針織機(jī)中，并針織成圓筒形織物片(平針針織物)。將該針織物暴露在200℃的飽和蒸汽中15分鐘。接著，置于空氣中冷卻，然后從其最末端解針織。這樣解針織后，其使卷曲紗線記憶它的針織形態(tài)。該卷曲紗線的拉伸延伸率為35％；并且其中彈性拉伸模量為56％。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表6。干熱處理中溫度與紗線抗張強(qiáng)度之間的關(guān)系示于圖4；干熱處理中溫度與紗線亮度之間的關(guān)系示于圖5。如圖4中顯而易見(jiàn)的，紗線的抗張強(qiáng)度低于350-400℃。也如圖5所示，在350-400℃，紗線的亮度降低，且最初為白色間-芳族聚酰胺纖維顏色變?yōu)樯詈稚?br> 表6

工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的耐熱卷曲紗線具有耐熱高性能纖維所固有的出色耐熱和阻燃性能，并且具有優(yōu)良的拉伸延伸率，優(yōu)良的彈性拉伸模量和優(yōu)良的外觀，這些是常規(guī)長(zhǎng)絲紗和短纖紗所不具備的。盡管經(jīng)過(guò)熱處理而制造，本發(fā)明紗線基本上不劣化。例如，該紗線的強(qiáng)度不變小，其顏色也不改變，并且該紗線不起毛和斷裂。
因此，本發(fā)明耐熱卷曲紗線的纖維產(chǎn)品耐熱和耐燃燒，并且具有彈性。例如，該紗線制造的手套、工作服和其它產(chǎn)品非常適于穿著者，尤其適于他們的手。因此，戴上它們，穿戴者能不困難地且感覺(jué)優(yōu)良地從事他們的工作和操練。
另外，本發(fā)明的耐熱卷曲紗線起毛很少且很少釋放塵埃。因此，纖維產(chǎn)品，尤其是該紗線制造的工作服和手套，受到為制造精密機(jī)械、飛機(jī)和信息系統(tǒng)而在清潔室工作的工人的歡迎，也受到油漆鋁結(jié)構(gòu)材料、家用電器、汽車零件等的油漆工人的歡迎。
本發(fā)明耐熱卷曲紗線的制造方法，其特征在于，經(jīng)高溫高壓蒸汽處理或經(jīng)干熱處理，從而對(duì)加捻復(fù)絲熱定型。對(duì)于該方法中的高溫高壓蒸汽處理，可用任何常規(guī)高壓釜等，其中，可把要被熱定型的加捻復(fù)絲短期維持在預(yù)定溫度。該方法中的干熱處理一般可在大氣壓下進(jìn)行，而且其可在連續(xù)生產(chǎn)線上進(jìn)行。因此，該制造方法的優(yōu)點(diǎn)是，任何常規(guī)設(shè)備就足夠供該方法使用，其過(guò)程控制簡(jiǎn)單易行，生產(chǎn)成本降低，并且生產(chǎn)率高。由于該方法中熱定型處理在低于耐熱高性能纖維分解點(diǎn)的溫度下起作用，所以盡可能多地防止了該紗線在加熱下的劣化。
權(quán)利要求
1.加熱條件下不會(huì)劣化的耐熱卷曲紗線，其包含單絲細(xì)度為0.02-1特克斯的耐熱高性能纖維，并且其拉伸延伸率為至少6％，其彈性拉伸模量至少為40％，并且其強(qiáng)度介于0.15-3.5N/特克斯之間。
2.如權(quán)利要求1所述的耐熱卷曲紗線，其中該耐熱高性能纖維是對(duì)-芳族聚酰胺纖維，全芳香聚酯纖維或聚對(duì)亞苯基-苯并雙唑纖維，并且其強(qiáng)度介于0.5-3.5N/特克斯之間。
3.如權(quán)利要求2所述的耐熱卷曲紗線，其中該對(duì)-芳族聚酰胺纖維是聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的耐熱卷曲紗線，其中該耐熱高性能纖維是間-芳族聚酰胺纖維，并且其拉伸延伸率介于50％-300％之間。
5.如權(quán)利要求4所述的耐熱卷曲紗線，其中該間-芳族聚酰胺纖維是聚間苯二甲酰間苯二胺纖維。
6.權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)耐熱卷曲紗線的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品，其中該耐熱卷曲紗線的量占該產(chǎn)品纖維部分的至少50％。
7.如權(quán)利要求6所述的膨體且可拉伸的纖維產(chǎn)品，其在精密機(jī)械、飛機(jī)、信息系統(tǒng)、汽車、電氣及電子設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域中和外科手術(shù)和衛(wèi)生設(shè)施領(lǐng)域中用作手套，并用作消防員服裝、參賽者服裝、鋼鐵工人服裝、焊接工人服裝和油漆工人服裝。
8.一種制備耐熱卷曲紗線的方法，其包括將耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻，用高溫高壓蒸汽或高溫高壓水對(duì)它們進(jìn)行熱定型，然后使它們退捻。
9.如權(quán)利要求8所述的制備耐熱卷曲紗線的方法，其中將該耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻到捻參數(shù)K為5000-11000，K由下式代表，并經(jīng)溫度介于130℃和250℃之間的高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理而熱定型K＝t×D1/2其中t表示該復(fù)絲的捻回?cái)?shù)(/米)；D表示其細(xì)度(特克斯)。
10.一種制備耐熱卷曲纖維的方法，其包括加捻耐熱高性能纖維復(fù)絲，在不超過(guò)該耐熱高性能纖維分解點(diǎn)的溫度下經(jīng)干熱處理而將它們熱定型，然后使它們退捻。
11.如權(quán)利要求10所述的耐熱卷曲紗線制備方法，其中將該耐熱高性能纖維復(fù)絲加捻到捻參數(shù)K為5000-11000，K由下式表示，然后經(jīng)溫度介于140℃和390℃之間的干熱處理進(jìn)行熱定型，并隨后退捻K＝t×D1/2其中t表示復(fù)絲的捻回?cái)?shù)(/米)；D表示其細(xì)度(特克斯)。
12.耐熱卷曲紗線的制備方法，其包括將該耐熱高性能纖維復(fù)絲針織成為針織物，然后經(jīng)干熱處理或者經(jīng)高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理而將該針織物熱定型，隨后將其解針織。
13.如權(quán)利要求12所述的耐熱卷曲紗線制備方法，其中使該耐熱高性能纖維復(fù)絲的針織物經(jīng)溫度介于130℃和250℃之間的高溫高壓蒸汽或高溫高壓水處理介于2-100分鐘之間的一段時(shí)間而熱定型，然后將其解針織。
14.如權(quán)利要求12所述的耐熱卷曲紗線制備方法，其中經(jīng)溫度介于140℃和390℃之間的干熱處理將該耐熱高性能纖維復(fù)絲的針織物熱定型，然后使其解針織。
全文摘要
本發(fā)明提供耐熱卷曲紗線,其中盡可能地防止該紗線在生產(chǎn)過(guò)程中加熱下其組分耐熱高性能纖維劣化。保持了該耐熱高性能纖維固有的優(yōu)異耐熱和阻燃性,該卷曲紗線具有優(yōu)良的拉伸延伸率、優(yōu)良的彈性拉伸模量和優(yōu)良的外觀,并且起毛少釋放的塵埃少。該耐熱卷曲紗線包含耐熱高性能纖維,且其特征在于在熱的條件下不劣化,并且其拉伸延伸率至少為6%,其彈性拉伸模量至少為40%,其強(qiáng)度介于0.15－3.5N/特克斯之間。
文檔編號(hào)D02G1/00GK1340113SQ00803896
公開(kāi)日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月20日
發(fā)明者棚橋光彥, 小菅一彥, 波多野武, 中林伊織 申請(qǐng)人:杜邦-東麗株式會(huì)社, 棚橋光彥