DE69305164T2

DE69305164T2 - Aramide tuch für kleidung mit verbessertem komfort

Info

Publication number: DE69305164T2
Application number: DE69305164T
Authority: DE
Inventors: Bantwal Janardhana Chesterfield Va 23832 Baliga; Donald Edmund Newark De 19711-7602 Hoffman
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2013-06-15
Also published as: MX9302211A; EP0646191B1; CN1084588A; CN1032321C; CA2137774A1; US5202086A; AU4410593A; CA2137774C; TW279909B; KR100250896B1; AU667382B2; ES2092829T3; KR950701993A; JPH07507848A; EP0646191A1; DE69305164D1; WO1993025741A1; JP3293628B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Ein allgemeines Problem bei den meisten Schutzbekleidungen ist der Mangel an Bequemlichkeit. Nur widerwillig wird ein Kleidungsstück getragen, das schwer, voluminös, steif, rauh ist oder das einen schlechten Feuchtigkeitsaustausch besitzt, und doch kann es ein Schutz nur bereitstellen, wenn das Kleidungsstück getragen wird. Die Erfindung betrifft ein Gewebe, welches im wesentlichen aus Poly(m-phenylenisophthalamid)-Faser besteht, zur Verwendung in Schutzbekleidungen mit verbesserter Bequemlichkeit. Die Verwendung solcher Fasern in Textilstoffen für Schutzbekleidungen ist beispielsweise aus der US-A-4 198 494 bekannt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Gewebe zur Verwendung in Schutzbekleidung von verbesserter Bequemlichkeit bereit, bestehend im wesentlichen aus unkristallisierter Poly(m-phenylenisophthalamid)-Stapelfaser, die ein Denier pro Filament (dpf) von 0,8 bis 1,5 besitzt, wobei der Stoff ein Flächengewicht von 135,6 bis 271,2 g/m² (4,0 bis 8 Unzen pro sq.yd. (oz/yd²)) und einen Aufbau wie folgt besitzt:
Bindungsart: glatt oder köperbindig
metrische Nummer: 62,6/2 oder feiner
(Baumwollnummer (cc): 37/2 oder feiner)
Kettnummer (Fäden/dm): 295 bis 492
(Fäden/in.): 75 bis 125
Schußfaden-Nummer (Fäden/dm): wenigstens 157 (40 Fäden/in.), jedoch nicht mehr als 80 % der Kettnummer.
Die erfindungsgemäßen Stoffe besitzen eine Biegesteifigkeit pro cm (B) von nicht größer als 0,09 g Kraft (gf) cm²/cm, eine Schersteifigkeit (G) von nicht größer als 0,8 gf/cm deg., eine Oberflächenrauhigkeit (SMD) von nicht größer als 8,0 µm und ein Maximum im laufenden Wärmeverlust (Qmax) von wenigstens 12 Watt/Meter² ºC (W/M²ºC), alles gemessen wie nachstehend beschrieben.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In der Technik ist es gut bekannt, daß sich bestimmte Stoffcharkteristika in den Bequemlichkeitsniveaus niederschlagen, die erwartet werden können, wenn solche Stoffe zu Bekleidung verarbeitet werden. Die Herausforderung besteht darin, diese Charakteristika in hochflächengewichtigen Stoffen aus Fasern zu erhalten, die in Schutzbekleidung eingesetzt werden. Die in Betracht kommenden Stoffe besitzen ein Flächengewicht von 136,6 g/m² bis 271,2 g/m² (4,0 oz/yd² bis 8 oz/yd²) und werden aus Garnen gewebt, die im wesentlichen aus Poly(m-phenylenisopthalamid)-MPD-I-Stapelfaser bestehen. Falls gewünscht (obwohl nicht beansprucht), können bis zu 10 Gew.-% einer solchen Faser durch eine andere Faser wie p-Aramidfaser, antistatische Faser etc. ersetzt werden, die Aufbruchfestigkeit, antistatisches Verhalten etc. bereitstellt, mit der Maßgabe, daß an dem Wert des Stoffes für den Schutz-Endgebrauch nicht übermäßige Abstriche vorgenommen werden.
Die eingesetzte MPD-I-Stapelfaser besitzt ein Denier von 0,8 bis 1,5 dpf, und die ersponnenen Garne besitzen eine metrische Nummer von 62,6/2 (37,2 cc) oder feiner. Außerdem sollte die Faser nicht Behandlungen unterworfen werden, die dazu neigen, die Faser zu kristallisieren, da dies die Biegesteifigkeit erhöht. "Unkristallisiert" bedeutet, daß keine aktiven Stufen zur Verleihung von Kristallinität eingesetzt wurden, jedoch heißt dies nicht, daß die Faser keine Kristallinität besitzt.
Die erfindungsgemäßen Gewebe besitzen einen ungleichseitigen Aufbau, insbesondere sollte die Schußfaden-Nummer (F) nicht größer sein als 80 % der Kettnummer. Die Webart kann glatt sein oder ist vorzugsweise ein 3X1-Köper. Die Kettnummer (W) kann von 295 bis 492 Fäden/dm (75 bis 125 Fäden/in.) reichen, während die Schußfaden-Nummer wenigstens 157 Fäden/dm (40 Fäden/in.) betragen sollte.
Die erfindungsgemäßen Textilstoffe sind gekennzeichnet durch eine relativ geringe Biegesteifigkeit, Schersteifigkeit und Oberflächenrauhigkeit, während sie ein gutes Saugvermögen und eine gute Wärmeleitfähigkeit bereitstellen.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bis 3 beansprucht.

Tests und Messungen

Die Stoffgriffigkeitseigenschaften wurden unter Verwendung des Kawabata-Bewertungssystems (KES) gemessen. Das KES ist ein Verfahren zum Messen der mechanischen und oberflächlichen Eigenschaften von Stoffen unter Verwendung einer Reihe von sehr empfindlichen Instrumenten, die beschrieben sind bei Kawabata, S., "The Standardization and Analysis of Hand Evaluation"., The Textile Machinery Society of Japan, Juli 1980, 2. Ausg., Osaka, Japan, und hergestellt werden von Kata Tekko Co., Kyoto, Japan. Der Wärmeparameter Qmax ist verknüpft mit dem menschlichen Empfinden eines Wärme/Kältegefühls über die Haut beim Inkontaktkommen mit einer flachen Oberfläche. Die Prinzipien und experimentellen Verfahrensweisen zur Qmax-Bestimmung unter Verwendung eines "Thermolabo" werden ausführlich beschrieben in dem Journal of the Textile Machinery Society of Japan, 37, T130 (1984) Kawabata S. und in "Application of the New Thermal Tester 'Thermolabo' to the Evaluation of Clothing Comfort", Hrsg. S. Kawabata, R. Postle und M. Niwa, The Textile Machinery Society of Japan, 1985. Die KES-FB-Reihen der Instrumente wurden für diese Arbeit verwendet. Eine Beschreibung der Testverfahren ist nachstehend angegeben. Alle diese Tests können an einer einzigen 20-cm-x-20-cm-Probe durchgeführt werden. Die Biege- und Schersteifigkeitseigenschaften wurden anhand gewaschener Stoffe durchgeführt, um jegliche Wirkung von wasserlöslichen Steifigkeitsverstärkern, die im allgemeinen zur Erleichterung der Schneidens und Nähens zugesetzt werden, zu entfernen. Die Stoffe wurden unter Anwendung des AATCC-Verfahrens 135 gewaschen und getrocknet. Sämtliche anderen Eigenschaften wurden an appretierten Stoffen vor dem Waschen gemessen.

Biegeprüfgerät

In diesem Instrument wird eine Probe zwischen zwei Klemmen (eine stationär und eine beweglich), die 1 cm beabstandet sind, eingespannt. Die Probe wird einem reinen Biegen zwischen den Krümmungen K = -2,5 und 2,5 (cm&supmin;¹) mit einer konstanten Geschwindigkeit der Krümmungsänderung unterworfen. Die Geschwindigkeit beträgt 0,50 (cm&supmin;¹)/sec. Das feststehende Ende der Probe befindet sich auf einer Stange, die auch an beiden Enden von Klaviersaiten getragen wird. Das Biegemoment, das durch die Biegeverformung ausgelöst wird, wird von dieser Drehmomomentmesseranordnung aufgenommen, und die Krümmung wird nachgewiesen, indem der Rotationswinkel der Kurbel gemessen wird. Durch ein System von elektrischen Signalstromkreisen werden Biegemoment und Krümmung zu einem x-y-Aufzeichnungsgerät gesendet und aufgezeichnet. Die Steigung der Kurve des Biegemomentes gegen die Krümmung ist die Biegesteifigkeit (B) und wird durch folgende Gleichung dargestellt:
M = BxK + HB,
worin M für das Biegemoment pro Stoffbreiteneinheit steht (gf x cm/cm),
K für die Krümmung (cm&supmin;¹) steht,
B für die Biegesteifigkeit pro Breiteneinheit (gf x cm²/cm) steht.
HB ist der Schnittpunkt, wenn K = 0,und ist auch ein Maß für die Hysterese. Die angegebene Biegesteifigkeit B ist der Durchschnitt von zwei Steigungen. Eine von ihnen, Bf, ist die Steigung der M-K-Kurve, wenn der Stoff mit seiner Oberseite nach außen gebogen wird. Die andere ist der Gradient, Bg, der ähnlichen geraden Linie, wenn der Stoff mit seiner Unterseite nach außen gebogen wird, somit B (Bf + Bg)/2. Für Gewebe wird die Biegesteifigkeit B sowohl in Kett- als auch Schußrichtung durch die obigen Verfahrensweisen gemessen, und der Durchschnitt von Kett- und Schußrichtung wird angegeben.

Scher-Prüfgerät

In dem KES-System wird dasselbe Instrument sowohl für den Scher- als auch Zugtest verwendet. Die Probe wird in zwei Klemmen (A und B), 20 cm lang und 5 cm beabstandet, eingespannt. Eine der Klemmen (B) wird auf einer Gleitgrundlage montiert, die für den Zugtest rückwärts und für den Schertest seitwärts bewegt werden kann. Die andere Klemme ist an einem 4-cm-Durchmesser-Zylinder fixiert, der mit einem Drehmomentdetektor für die Schermessung verbunden ist. Durch ein auf dem Zylinder angebrachtes Gewicht wird eine konstante Spannung (10 gf/cm) an den Stoff angelegt. Dieser Zylinder ist für den Zugtest über eine Klemme fixiert, kann jedoch zur Rotation gelöst werden. Die Scherkraft wird durch einen Transducer, der an Klemme B angeschlossen ist, entlang der Scherrichtung nachgewiesen. Nach Anlegen einer konstanten Zugkraft an den Stoff bewegt sich die Klemme B durch einen Synchronmotor mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht zu der Richtung der Dehnungsbeanspruchung. Die Scherspannung wird durch ein Potentiometer nachgewiesen. Verschiebt sich Klemme B um einen Scherwinkel von 8º, kehrt sich der Motor automatisch um. Die Schergeschwindigkeit beträgt 0,417 mm/sec und die Scherbelastungsgeschwindigkeit 0,00834/sec. Die Kurve der Scherkraft gegen den Scherwinkel wird mit einem x-y-Plotter aufgezeichnet. Die Schersteifigkeit G ist die Steigung dieser Kurve. G ist definiert als (Scherkraft pro Längeneinheit/ Scherwinkel). Ihre Einheiten sind gf/cm Grad. Die Steigung wird zwischen den Scherwinkeln 0,5º und 5,0º gemessen.

Oberflächenprüfgerät

Das KES-Oberflächenprüfgerät wurde zur Messung der Oberflächenrauhigkeit verwendet. Die Sonde zur Messung der Oberflächenrauhigkeit wird aus einer stählernen Klaviersaite von 0,5 mm Durchmesser, welche zu einer U-Form gebogen ist, hergestellt.
Der 20-cm-x-20-cm-Stoff wird durch eine Klemme an einer Wickelwalze befestigt, und das andere Ende wird an das Ende eines beschwerten Armes, der an einem Ende schwenkbar ist, geklemmt. Der belastete Arm erlaubt das Beibehalten einer feststehenden Spannung in dem Stoff, wenn die Messungen durchgeführt werden. Für die Messung der Oberflächenrauhigkeit wird der Klaviersaiten-Sondenbehälter auf die Probe abgesenkt und die Federspannung auf eine 10-g-Normalkraft eingestellt. Die Probe wird durch Rotation der Walze über einen Synchronmotor mit der Geschwindigkeit von 1 mm/sec um 3 cm in eine Richtung bewegt, und anschließend wird der Motor mit derselben Geschwindigkeit zur Rückkehr in die Ausgangsposition umgekehrt. Die Vertikalbewegung der Sonde, die durch die Rauhigkeit der Probenoberfläche verursacht wird, wird durch den Transducer nachgewiesen und integriert. Von den 3 cm der Stoffbewegung werden an jedem Ende 0,5 cm nicht in die Analyse eingeschlossen, um die Signale des Übergangszustandes zu vermeiden. Dies erfolgt durch Bereitstellen einer Eingangsspannung für den Integrator nur zwischen den ersten und letzten 0,5 cm der Stoffbewegung in jeder Richtung.
Die vertikale Verschiebung des Schaltschützes aus einer Standardposition von Z(cm) wird aufgezeichnet, und die Oberflächenrauhigkeit (SMD) wird durch die mittlere Abweichung von Z angegeben,
worin Lmax die Abtastlänge darstellt.

Thermolabo-Prüfgerät für Qmax

Das Thermolabo-Instrument besteht aus 3 Hauptelementen, T-Behälter, BT-Behälter und Wasserbehälter. Der T-Behälter besteht aus einer dünnen Kupferplatte von 3 cm x 3 cm, verbunden mit einem Block aus Isoliermaterial. Die Änderung in der Temperatur der Kupferplatte wird durch einen Temperaturfühler mit hoher Ansprechgeschwindigkeit, der an der Rückseite der Kupferplatte angebracht ist, gemessen. Der BT-Behälter ist eine isolierte Heizplatte, die in der Lage ist, von Raumtemperatur bis zu 60 ºC gesteuert zu werden. Der Wasserbehälter ist eine konstante Temperaturplatte, durch die Wasser bei einer konstanten Temperatur fließt. Dies wird als Wärmekapazität betrachtet, welche eine unendliche Kapazität besitzt. Styroporplatten werden anstelle des Wasserbehälters während des "Qmax"-Tests an dünnen Stoffen und bei Kontrolle der Raumtemperatur und Feuchtigkeit verwendet.

Qmax-Messung

Die Raumtemperatur wird zuerst aufgezeichnet, indem der "T-Behälter" so angeordnet wird, daß die Kupferplatte nach oben zeigt. Der BT-Behälter wird sodann auf eine Temperatur von 10 ºC höher als der T-Behälter eingestellt. Die Kontrollheizung auf dem BT-Behälter wird ebenfalls auf dieselbe Temperatur eingestellt. Wenn die Temperatur des BT-Behälters und die BT-Kontrolle die eingestellte Temperatur erreichen, wird der T-Behälter mit der Oberseite nach unten auf dem BT- Behälter angeordnet, bis seine Temperatur die Temperatur des BT-Behälters erreicht. Die Stoffprobe wird sodann auf den Styroporplatten oder dem Wasserbehälter angeordnet. Wird die Raumtemperatur kontrolliert, so können Styroporplatten verwendet werden. Wird die Raumtemperatur nicht kontrolliert, so sollte der Wasserbehälter bei einer kontrollierten Temperatur verwendet werden. Zur Qmax-Messung wird der T-Behälter von dem BT-Behälter genommen und sofort auf der auf Raumtemperatur äquilibrierten Probe angeordnet. Das Maximum des laufenden Wärmeverlustes aus dem T-Behälter zu dem Stoff ist Qmax und wird aus der Temperatur des T-Behälters gemessen, welche durch die Analogkreise, wie nachstehend gezeigt, zu Qmax umgewandelt wird: T-Behälter Temp.Messung Filter Maximum-Aufzeichn. Qmax
Die Qmax-Messung erfordert sehr wenig Zeit, wobei das Maximum typischerweise in ca. 0,2 sec nach Start des Tests erreicht ist.
Die folgenden Beispiele sind für die Erfindung (mit Ausnahme der Kontrollen) erläuternd und nicht als Einschränkung gedacht.

BEISPIELE

In jedem der folgenden Beispiele, die in Tabelle 1 gefunden werden, wurde aus MPD-I-Stapelfaser ersponnenes Garn (unkristallisiert) zu einem Stoff gewebt, der gefärbt wurde. Die Garne waren Zweifachgarne. Faser-dpf und Fadenstärke werden in der Tabelle zusammen mit dem Gewebetyp, der Kett- und Schußfaden-Nummer und dem Stoffflächengewicht angegeben. Die Bequemlichkeitscharakteristika eines jeden der resultierenden Stoffe sind angegeben. Es ist zu beachten, daß die Kontrollstoffe A, B und C eine unerwünschte Rauhigkeit und eine schlechte Qmax besitzen, während Stoff C auch hinsichtlich des G-Wertes mangelhaft ist. TABELLE 1
Es wurde keine Kontrolle zur Erläuterung der nachteiligen Wirkung der Verwendung von kristalliner Faser bei der Herstellung der Textilstoffe angegeben. Es wurden jedoch Tests durchgeführt, die zeigen, daß die Oberflächenrauhigkeits-, Biegesteifigkeits- und Scherkraftwerte für solche Stoffe nicht an die Bequemlichkeitsstandards der Erfindung heranreichen.

Claims

1. Gewebter Stoff zur Verwendung in Schutzkleidung von verbessertem Komfort, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff aus Spinnfasergarnen aus unkristallisierter Poly(m-phenylenisophthalamid)-Stapelfaser besteht, die ein Denier von 0,8 bis 1,5 pro Filament besitzen, wobei der Stoff ein Flächengewicht von 135,6 bis 271,2 g/m² (4,0 bis 8 Unzen pro yd.²) und folgenden Aufbau besitzt:

Gewebe: Leinwand- oder Köperbindung

Garn: metrische-Nummer 62,6/2 oder feiner (englische Baumwollnummer 37/2 oder feiner)

Kettnummer: 295 bis 492 Fäden/dm (75 bis 125 Fäden/in.)

Schußfadennummer: wenigstens 157 Fäden/dm (40 Fäden/in.), jedoch nicht mehr als 80 % der Kettnummer.

2. Gewebter Stoff nach Anspruch 1, worin die Stoffwebung ein 3X1-Köperstoff ist.

3. Schutzbekleidung mit verbessertem Komfort, aufgebaut aus dem gewebten Stoff nach Anspruch 1.