阻液性能极高的织物制造技术

本发明专利技术的一种实施方案是一种非织造织物，其包含支撑网和纤维阻挡网，其水头至少为约１４５ｃｍ，弗雷泽透气性至少为约０．３ｍ↑［３］／ｍ↑［２］－ｍｉｎ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非织造纤维构造，更具体地说，涉及由不经机织或针织结合在一起的纤维形成的透气性织物和片状构造。
技术介绍
非织造纤维构造已存在多年并且目前有许多不同的非织造技术在工业上应用着。作为说明非织造技术之广度的例子，纸可能是最早开发的非织造纤维构造之一。非织造技术正在由那些不断寻求新用途和竞争优势的人们继续开发着。一个已证明由于其数量大和经济性好而非常理想的宽广市场领域是防护服市场。这一市场包括例如在化学遗撒物的清理中防止有害化学品、防止医疗领域中的液体如血液以及防止干颗粒物或其它有害物，如漆或石棉的去除。已知，要使衣服舒服，它必须适应身体对于热调节的生理需要。在温暖环境中，热能必须从身体中排出。这主要是由热量从身体透过织物和皮肤表面空气层的直接热传导、通过空气流动从身体将热对流出去，以及通过皮肤表面汗液蒸发的冷却效应组合完成的。明显抑制传热的衣服会导致热和湿的积累，而这又会由于暖、粘、潮闷和/或出汗的感觉而导致不舒服。在极端情况下，例如，当在温暖和潮湿环境中活动期间防护服阻碍适当的热调节时，此种衣服的限制不仅造成不舒服，而且可导致危及生命的热应激(heat stress)。由于这样的原因，为避免热应激的后果，衣服的限制经常构成对活动的限制。研究表明，在温暖、潮湿环境中对体力活动限制最小的最舒适的衣服是那些最能通过与环境之间空气交换机理透气的衣服。(Bernard，T.E.，N.W.Gonzales，N.L.Carroll，M.A.Bryner和J.P.Zeigler，“五套衣服的持续工作速率及其与透气性和湿蒸汽传递速率的关系”，美洲工业卫生会议，多伦多，1999年6月；N.W.Gonzales，“五套防护服的最高可持续工作强度以及湿蒸汽传递速率和透气性的影响”，硕士学位论文，公共卫生学院，南佛罗里达大学，1998年12月)。体力活动使织物和衣服挠曲。如果织物对空气流动的阻力足够低，这又会产生将空气透过织物往返推拉的抽吸作用。借助这一机理，衣服内温暖含湿汽的空气与环境空气之间的交换提供明显的冷却效应。剪裁制作相同但具有在暖湿条件(32℃，60％RH)下巨大空气流动阻力差异的防护服的试验表明，由空气流动阻力最小的织物制成的衣服允许试验对象反复达到较高活动水平而不致发生热应激。反之，空气流动阻力最高的织物制成的衣服则将同一对象的体力活动限制在最低水平才能避免热应激。由中等空气流动阻力的织物制成的衣服允许对象达到中等活动水平，才不致出现热应激。中等活动水平与织物的空气流动阻力密切相关。显然，在身体必须传递热和湿气以保持舒适或避免热应激的情况下，理想的是用空气流动阻力低的织物制作衣服。衣服提供防止环境中有害物侵害的保护。衣服提供的保护程度取决于衣服的阻挡特性的效力。在阻挡功能是要阻止环境颗粒或流体透过衣服达到穿戴者的情况下，阻挡作用很容易与织物的孔隙尺寸关联。阻挡效力最高的一般其孔隙尺寸最小。遗憾的是，较小的孔隙尺寸一般也造成较高的空气流动阻力。在上面提到的研究中，阻挡性能最高的衣服具有最低的透气性，反之亦然。于是，同一套衣服提供有效阻挡保护的能力和提供低空气流动阻力的能力，即高透气性，呈相反关系。静水头或“水头”(AATCC TM 127-194)是织物阻止透水能力的方便度量尺度。它表示为迫使液态水透过疏水织物所要求的压力，以厘米水柱(cmwc)表示。已知，水头与孔隙尺寸呈相反关系。较小孔隙尺寸产生较高水头，而较大孔隙尺寸则产生较低水头。织物空气流动透过率一般采用弗雷泽(Frazier)测定法(ASTMD737)测定。在这一测定中，124.5N/m2(0.5英寸水柱)的压差施加在被适当夹持的织物样品上，测定所产生的空气流动速率作为弗雷泽透气性或简称作“弗雷泽”。这里，弗雷泽透气性以m3/m2-min为单位给出。高弗雷泽对应于高空气流动透过率和低空气流动阻力，而低弗雷泽对应于低空气流动透过率和高空气流动阻力。微孔薄膜被用于阻挡材料中以达到极高的静水头阻液性能，但却是以牺牲透气性为代价的，以致它们的弗雷泽透气性不可接受地低，使得含此种薄膜的织物穿在身上不舒服。目前，大多数熔纺纤维的直径在几十个微米的数量级，而熔喷纤维已知具有约1～10μm数量级的纤维直径。最近，许多研究者做出努力以减少纤维尺寸以便与传统纤维相比获得不同的好处。迄今，在同一织物中同时提供高水头性能和高弗雷泽性能方面已取得进展。例如，美国专利5,885,909公开了低或不足一旦的非织造纤维构造，表现出高弗雷泽透气性和高静水头阻液性能之间不寻常的组合。近来，焦点已指向直径在“纳米纤维”范围的纤维的制取，即直径为小于约0.5μm(500nm)的数量级。然而，如此细纤维的生产却带来许多问题，包括产量低、纺丝效率低和纤维收集困难。传统上，纳米纤维是采用电纺丝技术生产的，如同在“腈纶微纤维的静电纺丝”，P.K.Baumagarten，《胶体和界面科学杂志》卷36，第1期，1971年5月中描述的。按照该电纺丝方法，一定的电位被施加在从金属管，例如注射器针悬挂下来的聚合物溶液液滴上，从而导致溶液液滴的拉长而形成非常细的纤维，并被引导到地面收集器。据报道，纤维的直径可达0.05～1.1μm(50～1100nm)的范围。用于形成本专利技术含纳米纤维织物的合适的电纺丝设备的例子公开在美国专利4,127,706中，在此收入本文作为参考. 现有技术文献中报道的大量有关纳米纤维生产的研究一直针对基本上亲水的聚合物纳米纤维的形成，例如聚酰胺、聚氨酯等。虽然某些研究者指出，纳米纤维可以由疏水聚合物生产，但文献中很少公开此类疏水纳米纤维的实际例子。美国专利4,127,706公开多孔含氟聚合物纤维片材的生产，建议生产直径介于0.1～10μm的PTFE纤维，但给出的例子却只是直径等于或大于0.5μm的纤维。专利技术概述本专利技术一种实施方案是一种包含支撑网和纤维阻挡网的非织造织物，其水头至少为约145cm，弗雷泽透气性至少为约0.3m3/m2-min。本专利技术另一种实施方案是一种疏水非织造织物，包含至少一种支撑网和一种阻挡网，其中纤维直径小于2.0μm，水头至少为约145cm且弗雷泽透气性至少为约0.3m3/m2-min。本专利技术另一种实施方案是一种非织造织物，包含纤维阻挡网，所述织物的水头至少为约145cm且弗雷泽透气性至少为约0.3m3/m2-min，并且在阻挡网基重与织物水头和弗雷泽透气性之间存在由下式描述的关系 其中ρf是阻挡纤维的密度，kg/m3；c是阻挡网的固体体积分数，k(c)＝3.58·c2-1.32·c+1.77；弗雷泽以m3/m2-min为单位，并且水头以厘米水柱为单位。附图简述附图说明图1是各种不同现有技术织物阻挡性能的log/log图。图2是图1的再现，并将式10的直线图加在其中。图3是图1的再现，并将式14的数据图加在其中，其中基重保持为常数，且纤维尺寸缩小。图4是在恒定透气性(弗雷泽)下基重对液体阻挡性能的图。图5是图3的再现，并将式14的数据图加在其中，其中透气性(弗雷泽)保持为常数，且纤维尺寸缩小。图6是本专利技术非织造织物结构的图示，展示了一种对液面推进的阻挡作用。图7是表示式16的关系的图形表达，其中可达到的水头作为潜在水头水头的分数取决于DfS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非织造织物，包含支撑网和纤维阻挡网，其水头至少为约１４５ｃｍ，且弗雷泽透气性至少为约０．３ｍ↑［３］／ｍ↑［２］－ｍｉｎ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MA布赖纳，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]