本公開涉及具有通過斷裂韌性以及在7％和10％伸長率下的韌性量化的合意高強(qiáng)度的改進(jìn)型尼龍短纖維的制備。這些尼龍短纖維是通過以下方式產(chǎn)生：制備相對均勻紡織且驟冷的尼龍長絲的絲束，在蒸汽的存在下牽拉且退火這些絲束，且隨后切割或以其它方式將經(jīng)牽拉且退火的絲束轉(zhuǎn)化為所需高強(qiáng)度尼龍短纖維。
如此制備的尼龍短纖維可以與例如棉短纖維等其它纖維摻和以產(chǎn)生也具有合意高強(qiáng)度的紗線。這些紗線隨后可以制成為織物和其它制品，這些制品有利地可為重量輕的、舒適的、較低成本且耐久的，且因此尤其適合于用于或用作例如軍用服裝，例如戰(zhàn)斗服或其它堅(jiān)固的使用服裝。
本公開還涉及高韌性尼龍纖維和纖維素材料或再循環(huán)合成或天然纖維技術(shù)的非織造復(fù)合材料。這些復(fù)合材料的最終用途包含但不限于工業(yè)(毛氈/背襯/過濾/絕緣)、服裝(包含襯里織物)、鞋類、包/背包硬殼、耐久和半耐久(一次性或半一次性)衣服或ppe，包含fr(經(jīng)化學(xué)處理或與固有fr纖維技術(shù)組合)、生物化學(xué)或其它特種防護(hù)服。
背景技術(shù)：
尼龍已經(jīng)制造并商用許多年。最先的尼龍纖維是尼龍6,6,聚(己二酰己二胺)，且尼龍6,6纖維仍在制作且商用作為主要的尼龍纖維。大量的其它尼龍纖維，尤其是從己內(nèi)酰胺制備的尼龍6纖維，也在制作且商用。尼龍纖維在用于紡織織物的紗線中使用，以及用于其它目的。對于紡織織物，基本上存在兩種主要紗線類別，即連續(xù)長絲紗線以及從短纖維(即，切割纖維)制作的紗線。
尼龍短纖維常規(guī)上通過以下方式來制作：將尼龍聚合物熔融紡織為長絲，將極大量的這些長絲收集為絲束，使絲束經(jīng)受牽拉操作，且隨后將絲束轉(zhuǎn)化為短纖維(例如，在短纖維切割器中)。所述絲束通常含有成千上萬的長絲，且大體上總旦尼爾數(shù)大約為幾十萬(或更高)。所述牽拉操作涉及在一組饋送輥與一組牽拉輥(以高于饋送輥的速度操作)之間遞送絲束以增加長絲中的尼龍聚合物的定向。牽拉經(jīng)常與退火操作組合以在將絲束轉(zhuǎn)化為短纖維之前增加絲束長絲中的尼龍結(jié)晶性。
尼龍短纖維的優(yōu)點(diǎn)之一是它們?nèi)菀子绕渑c例如棉(經(jīng)常稱為短纖維)等天然纖維和/或與其它合成纖維摻和，以實(shí)現(xiàn)可從此摻和得出的優(yōu)點(diǎn)。一種尤其合意形式的尼龍短纖維已經(jīng)使用多年以與棉摻和，尤其用以改善從包括棉與尼龍的摻和物的紗線制作的織物的耐久性和經(jīng)濟(jì)性。這是因?yàn)榇四猃埗汤w維具有相對高的承載韌性，如hebeler的第3,044,250；3,188,790；3,321,448；和3,459,845號美國專利中公開，以上美國專利的公開內(nèi)容特此以全文引用的方式并入。如hebeler所闡釋，尼龍短纖維的承載能力常規(guī)上測得為在7％伸長率下的韌性(t7)，且t7參數(shù)已經(jīng)長期被接受作為標(biāo)準(zhǔn)測量值且容易在instron試驗(yàn)機(jī)上讀取。
用于制備尼龍短纖維的hebeler過程涉及前文描述的尼龍紡織、絲束形成、牽拉和轉(zhuǎn)化操作。用于制備尼龍短纖維的hebeler過程中的改進(jìn)隨后通過修改絲束牽拉操作的性質(zhì)以及通過對總體過程添加特定類型的退火(或高溫處理)和后續(xù)的冷卻步驟來做出。舉例來說，thompson在第5,093,195和5,011,645號美國專利中公開了尼龍短纖維制備，其中將例如具有55的甲酸相對粘度(rv)的尼龍6,6聚合物紡織成長絲，所述長絲隨后被牽拉、退火、冷卻且切割為短纖維，所述短纖維具有約6.8到6.9的斷裂韌性t、約2.44的每長絲旦尼爾數(shù)，以及從約2.4到3.2的承載能力t7。這些尼龍短纖維進(jìn)一步在thompson專利中公開為與棉摻和且形成為具有改進(jìn)紗線強(qiáng)度的紗線。(這兩個(gè)thompson專利以全文引用的方式并入本文。)
根據(jù)thompson技術(shù)制備的尼龍短纖維已經(jīng)摻和到nyco紗線(大體上處于50:50尼龍/棉比率)中，其中這些紗線用以制備nyco織物。這些nyco織物(例如，機(jī)織織物)已應(yīng)用于軍用戰(zhàn)斗服和服裝。雖然這些織物已經(jīng)大體上證明為對于軍用或其它堅(jiān)固服裝用途是令人滿意的，但例如軍事當(dāng)局一直在尋找改進(jìn)的織物，所述織物可能重量更輕、成本更低和/或更舒適，且仍高度耐久或甚至具有改善的耐久性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生具有極高韌性(斷裂韌性和低伸長率下的韌性兩者)的尼龍短纖維。本發(fā)明涉及使用蒸汽以允許較高牽拉比率對當(dāng)前使用的正常牽拉比率。隨后使產(chǎn)品退火且在張力下干燥。在張力下的退火/爐干燥幫助移除在蒸汽牽拉期間得到的過量水分。所得的纖維斷裂韌性已經(jīng)從平均7.1克/den增加到7.5-7.75克/旦尼爾范圍。10％伸長率下的韌性也已經(jīng)增加10-20％更高對標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品或先前描述的改進(jìn)。從此纖維制作的織物預(yù)期展現(xiàn)在抓取和撕裂強(qiáng)度方面的較高強(qiáng)度或相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度但重量減輕多達(dá)1.0oz.。
因此，本發(fā)明的一方面涉及具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強(qiáng)度或承載尼龍短纖維。
本發(fā)明的另一方面涉及一種紗線，其至少一部分是從具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強(qiáng)度或承載尼龍短纖維紡織成。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述紗線是通過將這些尼龍短纖維與至少一種伴隨短纖維進(jìn)行摻和而制作。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述紗線可以是尼龍/棉(nyco)紗線，其可隨后機(jī)織成耐久且任選地重量輕的機(jī)織nyco織物，所述織物可尤其適合于軍用或其它堅(jiān)固服裝用途。
本發(fā)明的另一方面涉及小于6.0oz./yd2的輕重量織物，其滿足或超過針對重量大于6.0oz./yd2的織物建立的當(dāng)前軍用織物強(qiáng)度和撕裂規(guī)范。所述織物由一種纖維摻和物構(gòu)成，其至少一部分包括具有大于7.5g/den的斷裂韌性和大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強(qiáng)度或承載尼龍纖維。
本發(fā)明的另一方面涉及一種制品，其至少一部分包括具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強(qiáng)度或承載尼龍纖維。
本發(fā)明的另一方面涉及包括高韌性纖維和纖維素材料或再循環(huán)合成或天然纖維的非織造織物復(fù)合材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，在非織造織物復(fù)合材料中使用的高韌性纖維包括具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的承載尼龍纖維。
本發(fā)明的又一方面涉及用于生產(chǎn)具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強(qiáng)度或承載尼龍纖維的方法。此方法包括以下步驟：將尼龍聚合物熔融紡織成長絲；使所述長絲均勻地驟冷且從大量這些經(jīng)驟冷長絲形成絲束；在蒸汽存在下使所述絲束經(jīng)受牽拉；在張力下進(jìn)行退火；以及隨后將所得的經(jīng)牽拉且退火的絲束轉(zhuǎn)化為適合于形成為例如紡織紗線的短纖維。
具體實(shí)施方式
本公開提供具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的高強(qiáng)度或承載尼龍纖維、至少一部分是從這些纖維制備的紗線、織物和其它制品，以及用于其生產(chǎn)的方法。
本公開還提供包括高韌性纖維和纖維素材料或再循環(huán)合成或天然纖維的非織造織物復(fù)合材料。
如本文使用，術(shù)語“耐久”和“耐久性”指代如此表征的織物具有合適高的抓撕強(qiáng)度以及此織物的既定最終用途的耐磨性的傾向，以及在織物使用開始后的適當(dāng)時(shí)間長度中保持這些合意的性質(zhì)。
如本文使用，在提及紡織紗線時(shí)的術(shù)語“摻和”或“經(jīng)摻和”意味著至少兩個(gè)類型的纖維的混合物，其中所述混合物以一方式形成以使得每一類型纖維的個(gè)別纖維與其它類型的個(gè)別纖維大體上完全互混以提供大體上均質(zhì)的纖維混合物，其具有充分的纏結(jié)以在進(jìn)一步處理和使用中維持其完整性。
如本文使用，棉支數(shù)指代基于840紗線的長度的紗線計(jì)數(shù)系統(tǒng)，且其中紗線的支數(shù)等于重1磅所需的840紗線縷的數(shù)目。
本文敘述的所有數(shù)字值應(yīng)理解為由術(shù)語“約”修飾。
一些實(shí)施例是基于具有某些指定特性的改進(jìn)的尼龍短纖維的制備以及基于紗線和從這些紗線機(jī)織的織物的后續(xù)制備，其中這些改進(jìn)的尼龍短纖維與至少一種其它纖維摻和。其它纖維可包含例如棉等纖維素材料、例如經(jīng)fr處理的纖維素等經(jīng)改性的纖維素材料、聚酯、人造絲、例如羊毛等動物纖維、耐火(fr)聚酯、fr尼龍、fr人造絲、經(jīng)fr處理的纖維素、間位芳綸、對位芳綸、變性腈綸、酚醛樹脂纖維、三聚氰胺、聚氯乙烯、抗靜電纖維、pbo(1,4-苯二甲酸，與4,6-二氨基-1,3-苯二酚鹽酸鹽的聚合物)、pbi(聚苯并咪唑)，及其組合。一些實(shí)施例的尼龍短纖維可對紗線和織物提供強(qiáng)度和/或耐磨性的增加。對于與例如棉和羊毛等相對較弱纖維的組合來說尤其如此。
本文制備和使用的尼龍短纖維的特定特性包含纖維旦尼爾數(shù)、纖維韌性以及在7％和10％伸長率下的纖維韌性方面界定的纖維承載能力。
本文的所需尼龍短纖維材料的實(shí)現(xiàn)是基于具有某些選定性質(zhì)且使用某些選定處理操作和條件處理的尼龍聚合長絲和絲束的短纖維制造中的使用。具體來說，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在饋送與牽拉模塊之間引入蒸汽和/或在退火期間的張力顯著減少了牽拉力，因此允許將尼龍供應(yīng)牽拉得比任何干式牽拉工藝遠(yuǎn)得多。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過在饋送與牽拉模塊之間添加蒸汽室，將蒸汽引入到正常尼龍短纖維過程中，因?yàn)檫@允許在退火之前移除過量的水。在不限于任何特定理論的情況下，據(jù)信所述蒸汽室添加了足夠的熱/蒸汽以減少尼龍的牽拉力，且?guī)椭鷮坷植炕谡羝叶皇丘佀洼伋隹谏戏交虺隹谔??？赏ㄟ^壓力來控制蒸汽。
本發(fā)明的用于尼龍長絲紡織的尼龍聚合物自身可以常規(guī)方式生產(chǎn)。適合于在一些實(shí)施例的過程和長絲中使用的尼龍聚合物由合成熔融可紡織或熔融已紡織聚合物組成。這些尼龍聚合物可包含聚酰胺均聚物、共聚物及其混合物，其主要為脂肪族，即，聚合物的少于85％的酰胺鍵附接到兩個(gè)芳環(huán)。根據(jù)一些實(shí)施例可以使用例如作為尼龍6,6的聚(己二酰己二胺)和作為尼龍6的聚(ε-己酰胺)等廣泛使用的聚酰胺聚合物及其共聚物和混合物?？捎欣厥褂玫钠渌埘０肪酆衔锸悄猃?2、尼龍4,6、尼龍6,10、尼龍6,12、尼龍12,12，及其共聚物和混合物。在一些實(shí)施例的過程、纖維、紗線和織物中可采用的聚酰胺和共聚酰胺的說明是在第5,077,124、5,106,946和5,139,729號美國專利(都頒予cofer等人)中描述的那些，以及由gutmann在《國際化學(xué)纖維(chemicalfibersinternational)》(1996年12月，卷46，418到420頁)中公開的聚酰胺聚合物混合物。這些公開案全部以引用的方式并入本文。
在尼龍短纖維的制備中使用的尼龍聚合物常規(guī)上是通過使適當(dāng)?shù)膯误w、催化劑、抗氧化劑和其它添加劑進(jìn)行反應(yīng)而制備，所述其它添加劑例如塑化劑、消光劑、顏料、染料、光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、用于減少靜電的抗靜電劑、用于修改染料能力的添加劑、用于修改表面張力的試劑等。通常在連續(xù)聚合器或間歇反應(yīng)釜中實(shí)行聚合。由此產(chǎn)生的熔融聚合物隨后通常引入到紡織組件，其中所述聚合物受迫通過合適的噴絲板且形成為長絲，所述長絲經(jīng)驟冷且隨后形成為絲束以用于最終處理為尼龍短纖維。如本文使用，紡織組件包括在組件的頂部處的組件蓋、在組件的底部處的噴絲板，以及夾在前述兩個(gè)部件之間的聚合物過濾器固持器。所述過濾器固持器中具有中心凹口。過濾器固持器中的蓋和凹口協(xié)作以界定封閉式袋，其中接納例如沙等聚合物過濾媒介。所述組件內(nèi)部提供通道以允許由泵或擠壓器供應(yīng)的熔融聚合物流行進(jìn)通過組件且最終通過噴絲板。所述噴絲板具有延伸穿過其中的小精密孔的陣列，所述孔將聚合物傳遞到組件的下部表面。所述孔的嘴部形成噴絲板的下部表面上的孔口陣列，所述表面界定驟冷區(qū)的頂部。退出這些孔口的聚合物呈長絲的形式，所述長絲隨后被向下引導(dǎo)通過驟冷區(qū)。
在所述連續(xù)聚合器或間歇反應(yīng)釜中實(shí)行的聚合的程度可大體上借助于稱為相對粘度或rv的參數(shù)來量化。rv是在甲酸溶劑中的尼龍聚合物溶液的粘度與甲酸溶劑自身的粘度的比率。rv被視為尼龍聚合物分子量的間接指示。為了本文的目的，增加尼龍聚合物rv視為與增加尼龍聚合物分子量同義。
隨著尼龍分子量增加，其處理由于尼龍聚合物的粘度增加而變得較困難。因此，連續(xù)聚合器或間歇反應(yīng)釜通常操作以提供尼龍聚合物以用于最終處理為短纖維，其中所述尼龍聚合物具有約60或更小的rv值。
已知出于一些目的，具有較大分子量的尼龍聚合物的提供，即，具有大于70到75且高達(dá)140或甚至190和更高的rv值的尼龍聚合物可為有利的。已知例如此類型的高rv尼龍聚合物具有對撓曲磨損和化學(xué)降解的改善的抵抗性。因此，此高rv尼龍聚合物尤其適合于紡織成尼龍短纖維，其可有利地用于造紙毛氈的制備。用于制作高rv尼龍聚合物和從其制作短纖維的程序和設(shè)備在kidder的第5,236,652號美國專利中以及schwinn和west的第6,235,390；6,605,694；6,627,129和6,814,939號美國專利中公開。所有這些專利以全文引用的方式并入本文。
根據(jù)一些實(shí)施例，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在本文描述的蒸汽和退火程序的存在下根據(jù)紡織、驟冷、饋送和牽拉進(jìn)行處理時(shí)，從具有大體上與在連續(xù)聚合器或間歇高壓釜中經(jīng)由聚合大體上獲得的值一致或在一些情況下更高的rv值的尼龍聚合物制備的短纖維意外地展現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品或先前描述的改進(jìn)相比增加的纖維斷裂韌性和增加的韌性與10％伸長率。當(dāng)具有改善的韌性的這些尼龍短纖維與例如棉短纖維等一種或多種其它纖維摻和時(shí)，可實(shí)現(xiàn)具有改善的強(qiáng)度以及較低重量的紡織紗線。從這些紗線機(jī)織的例如nyco織物等織物展現(xiàn)至此相對于耐久性、任選較輕的重量、改善的舒適度和/或潛在較低成本所描述的優(yōu)勢。
根據(jù)本文的短纖維制備過程，通過一個(gè)或多個(gè)紡織組件噴絲板熔融紡織為形成絲束的長絲且經(jīng)驟冷的尼龍聚合物將具有范圍從45到100的rv值，包含從55到100、從46到65；從50到60；以及從65到100。具有這些rv特性的尼龍聚合物可以例如使用聚酰胺濃縮物程序的熔融摻和來制備，例如上文提到的kidder'652專利中公開的過程。kidder公開了某些實(shí)施例，其中并入到聚酰胺濃縮物中的添加劑是用于增加甲酸相對粘度(rv)的催化劑。例如具有從65到100的rv的尼龍等可用于熔融和紡織的較高rv尼龍聚合物也可借助于固相聚合(spp)步驟而提供，其中尼龍聚合物薄片或顆粒經(jīng)調(diào)節(jié)以將rv增加到所需程度。這些固相聚合(spp)程序是眾所周知的且在上文提到的schwinn/west'390、'694、'129和'939專利中更詳細(xì)公開。
具有如本文指定的必要rv特性的尼龍聚合物材料例如經(jīng)由雙螺桿熔融器裝置饋送到紡織組件。在紡織組件中，尼龍聚合物借助通過一個(gè)或多個(gè)噴絲板的擠壓而紡織成大量長絲。為了本文的目的，術(shù)語“長絲”定義為相對柔性的宏觀上均質(zhì)體，其具有跨越垂直于其長度的其橫截面區(qū)域的長度與寬度的高比率。長絲橫截面可以是任何形狀，但通常是圓形的。本文中，術(shù)語“纖維”也可以與術(shù)語“長絲”可互換地使用。
每一個(gè)別噴絲板位置可以在小達(dá)9英寸乘7英寸(22.9cm乘17.8cm)的區(qū)域中含有從100到1950條長絲。紡織組件機(jī)器可以含有從一個(gè)到96個(gè)位置，其中每一者提供多束長絲，這最終組合為單個(gè)絲束帶以用于牽拉/關(guān)于其它絲束帶的下游處理。
在退出紡織組件的噴絲板之后，已經(jīng)通過每一噴絲板擠壓的熔融長絲通常經(jīng)過驟冷區(qū)，其中可使用多種驟冷條件和配置以固化熔融聚合物長絲，且使它們適合于在一起收集成絲束。驟冷最通常通過以下方式實(shí)行：使冷卻氣體(例如，空氣)朝向正從紡織組件內(nèi)的每一噴絲板位置擠壓到驟冷區(qū)中的長絲束傳遞、傳遞到其上、與其一起傳遞、在其周圍傳遞以及傳遞通過其中。
一種合適的驟冷配置是交叉流動驟冷，其中在大體上垂直于擠壓長絲正行進(jìn)通過驟冷區(qū)的方向的方向上迫使例如空氣等冷卻氣體進(jìn)入驟冷區(qū)。除其它驟冷配置外，交叉流動驟冷布置在第3,022,539；3,070,839；3,336,634；5,824,248；6,090,485、6,881,047和6,926,854號美國專利中描述，以上專利全部以引用的方式并入本文。
在本文的短纖維制備過程的一個(gè)實(shí)施例中，用以最終形成所需尼龍短纖維的擠壓尼龍長絲被紡織、驟冷且形成為具有位置均勻性和驟冷條件均勻性兩者的絲束，例如第2011/0177737和2011/0177738號公開的美國專利申請中描述，以上美國專利申請的教示以全文引用的方式并入本文。
經(jīng)驟冷的紡織長絲可隨后組合成一個(gè)或多個(gè)絲束。從來自一個(gè)或多個(gè)噴絲板的長絲形成的這些絲束隨后經(jīng)受兩階段連續(xù)操作，其中絲束在蒸汽的存在下被牽拉且退火。
絲束的牽拉大體上主要在初始或第一牽拉階段或區(qū)中實(shí)行，其中絲束帶在一組饋送輥與一組牽拉輥(以較高速度操作)之間傳遞以增加絲束中的長絲的結(jié)晶定向。絲束被牽拉的程度可通過指定牽拉比率而量化，所述牽拉比率為牽拉輥的較高外圍速度與饋送輥的較低外圍速度的比率。通過使第一牽拉比率與第二牽拉比率相乘來計(jì)算有效牽拉比率。
第一牽拉階段或區(qū)可以包含若干組饋送和牽拉輥，以及其它絲束導(dǎo)引和拉緊輥，例如制動銷。牽拉輥表面可以由金屬(例如，鉻)或陶瓷制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)陶瓷牽拉輥表面尤其有利于準(zhǔn)許為了與本文的短纖維制備過程結(jié)合使用而指定的相對較高牽拉比率的使用。陶瓷輥改善了輥壽命以及提供了較不易于卷繞的表面。在《國際纖維期刊(internationalfiberjournal)》(國際纖維期刊，2002年2月1日，17：《用于分離輥的紡織和承載技術(shù)(textileandbearingtechnologyforseparatorrolls)》，zeitz等人)中出現(xiàn)的論文以及第4,794,680號美國專利(均以引用的方式并入本文)中也公開了使用陶瓷輥以便改善輥壽命，且減少對輥表面的纖維粘附。
雖然本文的長絲絲束的最大牽拉程度在初始或第一牽拉階段或區(qū)中發(fā)生，但絲束的一些額外牽拉將大體上還在下文描述的第二或退火和牽拉階段或區(qū)中發(fā)生。本文的長絲絲束經(jīng)受的總牽拉量可通過指定總有效牽拉比率來量化，所述總有效牽拉比率考慮了在第一初始牽拉階段或區(qū)中和在同時(shí)進(jìn)行退火和一些額外牽拉的第二區(qū)或階段中發(fā)生的牽拉。
在一些實(shí)施例的過程中，尼龍長絲的絲束經(jīng)受從2.3到5.0的總有效牽拉比率，包含從3.0到4.0。在其中絲束的每長絲旦尼爾數(shù)大體上較小的一個(gè)實(shí)施例中，總有效牽拉比率可以范圍從3.12到3.40。在其中絲束的每長絲旦尼爾數(shù)大體上較大的另一實(shí)施例中，總有效牽拉比率可以范圍從3.5到4.0。
在本文的過程中，如前文所述的絲束的大多數(shù)牽拉是在第一或初始牽拉階段或區(qū)中發(fā)生。特定來說，賦予絲束的總牽拉量的從85％到97.5％(包含從92％到97％)將在第一或初始牽拉階段或區(qū)中發(fā)生。第一或初始階段中的牽拉操作將大體上在當(dāng)從熔融紡織操作的驟冷區(qū)經(jīng)過時(shí)長絲具有的任何溫度下實(shí)行。此第一階段牽拉溫度將經(jīng)常范圍從80℃到125℃。
在本發(fā)明中，在饋送與牽拉之間引入蒸汽以最大化尼龍的牽拉。在一個(gè)實(shí)施例中，定位于饋送與牽拉模塊之間的蒸汽室用以允許例如本文描述的較高牽拉比率對正常牽拉比率。
從第一或初始牽拉階段或區(qū)，部分牽拉的絲束傳遞到第二退火和牽拉階段或區(qū)，其中絲束被同時(shí)加熱且進(jìn)一步牽拉。實(shí)現(xiàn)退火的絲束的加熱用以增加長絲的尼龍聚合物的結(jié)晶性。在此第二退火和牽拉階段或區(qū)中，絲束的長絲經(jīng)受從145℃到205℃的退火溫度，例如從165℃到205℃。在一個(gè)實(shí)施例中，在此退火和牽拉階段中的絲束的溫度可以通過使絲束與定位于第一階段牽拉與第二階段牽拉和退火操作之間的蒸汽加熱的金屬板接觸而實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，在張力下的退火/爐干燥幫助移除在蒸汽牽拉期間得到的過量水分。
在本文過程的退火和牽拉階段之后，將經(jīng)牽拉和退火的絲束冷卻到小于80℃的溫度，例如小于75℃。貫穿本文描述的牽拉、退火和冷卻操作，絲束維持于受控張力下且因此不準(zhǔn)許松弛。
在蒸汽存在下的牽拉以及在張力下的退火/爐干燥之后，將多長絲絲束以常規(guī)方式轉(zhuǎn)化為短纖維，例如使用短纖維切割器。從絲束形成的短纖維將經(jīng)常長度范圍從2到13cm(0.79到5.12英寸)。舉例來說，短纖維可以范圍從2到12cm(0.79到4.72英寸)、從2到12.7cm(0.79到5.0英寸)，或從5到10cm可形成。本文的短纖維可任選地卷曲。
根據(jù)本文的過程形成的高韌性尼龍短纖維將大體上提供為纖維的集合，例如作為纖維捆，其具有從1.0到3.0的每纖維旦尼爾數(shù)。當(dāng)將制備具有從1.6到1.8的每纖維旦尼爾數(shù)的短纖維時(shí)，在本文的過程中可使用從3.12到3.40(例如從3.15到3.30)的總有效牽拉比率以提供具有必要承載能力的短纖維。當(dāng)將制備具有從2.5到3.0或2.3到2.7的每纖維旦尼爾數(shù)的短纖維時(shí)，在本文的過程中應(yīng)當(dāng)使用從3.5到4.0或從3.74到3.90的總有效牽拉比率以提供具有必要承載能力的短纖維。
使用此過程且隨后在180℃下使用標(biāo)準(zhǔn)退火輥使纖維退火產(chǎn)生了具有大于7.5g/den的韌性的顯著較高韌性纖維。
在本發(fā)明的一個(gè)非限制性實(shí)施例中，公開了具有大于7.5g/den的斷裂韌性的尼龍短纖維。在本發(fā)明的另一非限制性實(shí)施例中，公開了具有大于7.8g/den的斷裂韌性的尼龍短纖維。在本發(fā)明的另一非限制性實(shí)施例中，公開了具有至少8.0g/den的斷裂韌性的尼龍短纖維。
在本發(fā)明的一個(gè)非限制性實(shí)施例中，公開了具有至少4.0g/den的10％伸長率下的韌性的尼龍短纖維。
具有以上性質(zhì)的纖維可在較低摻和比率下使用或使用替代紡織系統(tǒng)紡織成紗線，其顯著減少織物制造成本且仍滿足現(xiàn)有的織物規(guī)范。具有極高韌性(斷裂韌性以及7％或10％伸長率下的韌性)的纖維以及可從此纖維制作的可能更強(qiáng)、更低成本或更輕重量織物。通過允許使用較低尼龍摻和水平和/或替代紡織系統(tǒng)且同時(shí)維持織物性質(zhì)，此所述纖維可用以顯著減少紗線紡織和成品織物成本。這向下游顧客對競爭提供了價(jià)值。為了實(shí)現(xiàn)纖維中的這些性質(zhì)，使用蒸汽室?guī)椭畲蠡猃埖臓坷?。所獲得的纖維韌性高于在正常短纖維設(shè)備上產(chǎn)生的任何纖維。
具有產(chǎn)生顯著較高強(qiáng)度纖維對完成的能力是極為有利的。較高強(qiáng)度尼龍纖維允許紗線紡織器和織物編織器減少成本，同時(shí)仍滿足成品織物/服飾中的強(qiáng)度要求。此較高強(qiáng)度將在成本方面使競爭性供應(yīng)處于較大劣勢。此成本差異可能可從$0.34到超過$1.00/lb。較低成本紗線/織物的實(shí)例包含紡織紗線中的尼龍含量的較低使用，同時(shí)仍滿足紗線和織物強(qiáng)度要求，以及較低成本紗線紡織系統(tǒng)(vortex或oes)的使用，同時(shí)仍滿足織物強(qiáng)度要求。這些較低成本替代方案在成功實(shí)施的情況下可每織物紗線節(jié)省超過$1.00。具有生產(chǎn)此較高強(qiáng)度纖維的能力帶來競爭無法滿足的顯著優(yōu)勢。另一可能優(yōu)勢是允許生產(chǎn)較低重量織物/服飾，同時(shí)仍滿足現(xiàn)有的織物規(guī)范。在例如較輕重量織物等任何新型織物規(guī)范中的新纖維的采用將防止競爭性纖維制造商進(jìn)入市場。
本文提供的尼龍短纖維尤其有用于與其它纖維摻和以用于各種類型的紡織應(yīng)用?？衫缫砸恍?shí)施例的尼龍短纖維與例如人造絲或聚酯等其它合成纖維組合而進(jìn)行摻和。本文的尼龍短纖維的摻和的實(shí)例包含以例如棉、亞麻、大麻、黃麻和/或苧麻等天然纖維素纖維制作的那些。用于密切摻和這些纖維的合適方法可包含：在梳理之前的短纖維的批量機(jī)械摻和；在梳理之前和在梳理期間的短纖維的批量機(jī)械摻和；或者在梳理后以及在紗線紡織之前的短纖維的至少兩個(gè)遍次的牽拉框架摻和。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本文的高承載能力尼龍短纖維可以與棉短纖維摻和且紡織成紡織紗線。這些紗線可以使用通常已知的短纖維和長纖維紡織方法以常規(guī)方式紡織，包含環(huán)形紡織、空氣噴射或渦流紡織、開端紡織或摩擦紡織。當(dāng)紗線摻和包含棉時(shí)，所得紡織紗線將大體上具有從20:80到80:20的棉纖維與尼龍纖維重量比率，包含從40:60到60:40，且經(jīng)常為50:50的棉:尼龍重量比率。此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知，纖維含量的標(biāo)稱變化(例如，52:48)也視為50:50摻和。以本文的高承載能力尼龍短纖維制作的紡織紗線將經(jīng)常展現(xiàn)在50:50nyco含量下的至少2800的lea產(chǎn)品值，例如至少3000。替代地，這些紗線可具有在50:50nyco含量下的至少17.5或18cn/tex的斷裂韌性，包含至少19cn/tex。
在一個(gè)實(shí)施例中，本文的紡織紗線將由具有從1.6到1.8的每長絲旦尼爾數(shù)的尼龍短纖維制作。在另一實(shí)施例中，本文的紡織紗線將由具有從2.5到3.0(包含從2.3到2.7)的每長絲旦尼爾數(shù)的尼龍短纖維制作。
一些實(shí)施例的尼龍/棉(nyco)紗線可以常規(guī)方式使用以制備尤其具有在軍用或其它堅(jiān)固用途服裝中使用的合意性質(zhì)的nyco機(jī)織織物。因此這些紗線可以機(jī)織成2x1或3x1斜紋nyco織物。紡織的nyco紗線和包括這些紗線的3x1斜紋機(jī)織織物在green的第4,920,000號美國專利中大體上描述且例示。此'000專利以引用的方式并入本文。
nyco機(jī)織織物當(dāng)然包括經(jīng)紗線和緯(緯向)紗線。一些實(shí)施例的機(jī)織織物是在這些方向中的至少一個(gè)方向且任選地兩個(gè)方向上機(jī)織本文的nyco紡織紗線的那些織物。在一個(gè)實(shí)施例中，本文的具有尤其合意的耐久性和舒適度的織物將在緯(緯向)紗方向上機(jī)織包括本文的具有從1.6到1.8的每長絲旦尼爾數(shù)的尼龍短纖維的紗線，且將在經(jīng)紗方向上機(jī)織包括本文的具有從2.3到3.0的每長絲旦尼爾數(shù)的尼龍短纖維的紗線，包含從2.5到3.0以及從2.3到2.7每長絲旦尼爾數(shù)。
使用包括本文的高承載尼龍短纖維的紗線制作的一些實(shí)施例的機(jī)織織物可使用比常規(guī)nyco織物少的尼龍短纖維，同時(shí)保持這些常規(guī)nyco織物的許多合意性質(zhì)。因此，這些織物可制作為相對重量輕的且成本低的，同時(shí)仍合意地耐久。替代地，與常規(guī)nyco織物的尼龍纖維含量相比，可使用相等或甚至更大量的本文的尼龍短纖維來制作這些織物，其中本文的這些織物提供優(yōu)良的耐久性性質(zhì)。
例如一些實(shí)施例的nyco織物等重量輕的織物可具有小于220grams/m2(6.5oz/yd2)的織物重量，包含小于200grams/m2(6.0oz/yd2)，以及小于175gramsgrams/m2(5.25oz/yd2)。一些實(shí)施例的合適的耐久nyco織物將具有在經(jīng)紗方向上190lbs或更大的抓取強(qiáng)度以及在緯(緯向)紗方向上80lbs或更大的抓取強(qiáng)度。其它耐久織物具有在“原樣接收的”織物中在經(jīng)紗方向上11.0lbf(磅英尺)或更大以及在緯向方向上9.0lbf或更大的撕裂強(qiáng)度。
本發(fā)明還涉及包括高韌性纖維和纖維素材料或再循環(huán)合成或天然纖維的非織造織物復(fù)合材料。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高韌性纖維的包含對非織造襯底賦予額外的拉伸、撕裂、磨損、洗滌耐久性和長期性，包含但不限于水刺、空氣編織、針刺和其它梳理非織造技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，在非織造織物復(fù)合材料中使用的高韌性纖維包括具有大于7.5g/den的斷裂韌性和/或大于4.0g/den的10％伸長率下的韌性的承載尼龍纖維。然而，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本公開后將理解，也可使用替代的高韌性纖維，例如但不限于在公開的第2011/0177737和2011/0177738號美國專利申請中描述的那些。在這些非織造復(fù)合材料中可使用的具有相對高承載韌性的尼龍短纖維的額外非限制性實(shí)例在第3,044,250；3,188,790；3,321,448；3,459,845；5,093,195和5,011,645號美國專利中公開。高韌性纖維可與各種纖維素材料或再循環(huán)合成或天然纖維技術(shù)組合，包含但不限于再循環(huán)牛仔布。非織造織物復(fù)合材料的最終用途包含但不限于工業(yè)(毛氈/背襯/過濾/絕緣)、服裝(包含襯里織物)、鞋類、包/背包硬殼、耐久和半耐久(一次性或半一次性)衣服或ppe，包含fr(經(jīng)化學(xué)處理或與固有fr纖維技術(shù)組合)、生物化學(xué)或其它特種防護(hù)服。
測試方法
當(dāng)本文的聚合物、纖維、紗線和織物的各種參數(shù)、性質(zhì)和特性被指定時(shí)，應(yīng)理解，可使用以下類型的測試程序和設(shè)備來確定這些參數(shù)、性質(zhì)和特性：
尼龍聚合物相對粘度
本文使用的尼龍材料的甲酸rv指代在25℃下在毛細(xì)管粘度計(jì)中測得的溶液與溶劑粘度的比率。溶劑是含有10％重量的水的甲酸。溶液是在溶劑中溶解的8.4％重量的尼龍聚合物。此測試是基于astm標(biāo)準(zhǔn)測試方法d789。在牽拉之前或在牽拉之后，在紡織長絲上確定甲酸rv，且其可稱為紡織纖維甲酸rv。
短纖維上的instron測量
本文的短纖維的所有instron測量是在單個(gè)短纖維上進(jìn)行，適當(dāng)謹(jǐn)慎考慮短纖維的夾持，且在至少10條纖維上做出測量的平均。大體上，將至少3組測量(每組針對10條纖維)在一起求平均以提供所確定參數(shù)的值。
長絲旦尼爾數(shù)
旦尼爾數(shù)是長絲的線性密度，其表達(dá)為9000米長絲的以克計(jì)的重量。可在來自德國慕尼黑的textechno的振動計(jì)上測量旦尼爾數(shù)。旦尼爾數(shù)乘以(10/9)等于分特(dtex)?？筛鶕?jù)astm標(biāo)準(zhǔn)測試方法d1577以重量法確定每長絲的旦尼爾數(shù)。例如在振動計(jì)中使用的具有基于振動的線性密度測量的favimat機(jī)器也可用以確定個(gè)別纖維的dpf或每長絲旦尼爾數(shù)且可與astmd1577相比較。
斷裂韌性
斷裂韌性(t)是長絲的最大或斷裂力，其表達(dá)為每單位橫截面積的力?？稍诳少徸择R薩諸塞州的instronofcanton的instron型號1130上測量韌性，且報(bào)告為每旦尼爾克數(shù)(每dtex克數(shù))?？筛鶕?jù)astmd885測量長絲斷裂韌性(以及斷裂伸長率)。
7％和10％伸長率下的長絲韌性
7％伸長率下的長絲韌性(t7)是施加于長絲以實(shí)現(xiàn)7％伸長率的力除以長絲旦尼爾數(shù)?？筛鶕?jù)astmd3822確定t7。可在favimat上運(yùn)行10％伸長率下的韌性，其可與astmd3822相比較。
紗線強(qiáng)度
本文的紡織尼龍/棉紗線的強(qiáng)度可經(jīng)由lea乘積值或紗線斷裂韌性來量化。lea乘積和絞紗斷裂韌性是紡織紗線的平均強(qiáng)度的常規(guī)指標(biāo)，且可根據(jù)astmd1578來確定。lea乘積值是以磅力為單位報(bào)告。斷裂韌性是以cn/tex為單位報(bào)告。
織物重量
本文的機(jī)織織物的織物重量或基本重量可通過以下方式確定：根據(jù)astmd3776的標(biāo)準(zhǔn)測試方法的程序，對具有已知面積的織物樣本進(jìn)行稱重，且在grams/m2或oz/yd2方面計(jì)算重量或基本重量。
織物抓取強(qiáng)度
可根據(jù)astmd5034測量織物抓取強(qiáng)度。抓取強(qiáng)度測量是以在經(jīng)紗和緯向紗方向上的磅力來報(bào)告。
織物撕裂強(qiáng)度--elmendorf
可根據(jù)標(biāo)題為《通過落錘型(elmendorf)設(shè)備的織物撕裂強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法(standardtestmethodfortearingstrengthoffabricsbyfalling-pendulumtype(elmendorf)apparatus)》的astmd1424測量織物撕裂強(qiáng)度。抓取強(qiáng)度測量是以在經(jīng)紗和緯向紗方向上的磅力來報(bào)告。
織物耐磨性--taber
織物耐磨性可確定為通過標(biāo)題為《使用旋轉(zhuǎn)平臺雙頭研磨機(jī)測試耐磨性(abrasionresistanceusingrotaryplatformdoubleheadabrader)》的astmd3884-01測得的taber耐磨性。結(jié)果是以達(dá)到失效的循環(huán)數(shù)來報(bào)告。
織物耐磨性--flex
織物耐磨性可確定為通過標(biāo)題為《紡織織物的耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法(撓曲和磨損方法)(standardtestmethodforabrasionresistanceoftextilefabrics(flexingandabrasionmethod))》的astmd3885測得的flex耐磨性。結(jié)果是以達(dá)到失效的循環(huán)數(shù)來報(bào)告。
以下章節(jié)提供與在無蒸汽牽拉輔助的情況下通過標(biāo)準(zhǔn)過程制備的纖維相比合成纖維及其特性的進(jìn)一步說明。這些工作實(shí)例僅是說明性的，且不希望以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)例
實(shí)例1：標(biāo)準(zhǔn)t420對高強(qiáng)度t420的比較
將根據(jù)本發(fā)明的蒸汽牽拉輔助過程產(chǎn)生的纖維的性質(zhì)與在切割和排水之后在favimat儀器上通過標(biāo)準(zhǔn)過程制備的纖維進(jìn)行比較。在表1中示出了結(jié)果。
表1