JP2008520850A - 高耐切断性糸およびそれから製造される保護物品 - Google Patents

Abstract

１５グラム／デニールよりも大きいテナシティを有する高強度の有機繊維と、硬質粒子が充填された熱可塑性繊維とを含んでなり、手袋などの保護物品を作製する布地の製造において有用である耐切断性複合糸。

Description

本発明は、耐切断性の繊維および糸、そして特に手袋および他の保護服におけるその使用に関する。

鋭利な刃による切断に対する耐性の改善が長い間求められている。精肉産業および自動車用途では、耐切断性の手袋を用いるのが有益である。特許文献１、（特許文献２、および特許文献３、ならびに特許文献４により示されるように、耐切断性を提供する手袋は、柔軟性金属ワイヤを含む糸、もしくはアラミド、サーモトロピック液晶質ポリマー、および伸びきり鎖（ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｃｈａｉｎ）ポリエチレンなどの高モジュラスおよび高引張強さを有する高配向繊維よりなる糸から製造されている。柔軟性金属ワイヤを含む糸から製造される手袋の欠点は手の疲労であり、その結果、生産性が低下すると共に、負傷の可能性が増大する。さらに、長期の摩耗および屈曲により、ワイヤは疲労および破断して、手に切り傷や擦り傷を生じることがある。さらにワイヤは、洗濯された手袋が高温で乾燥されるときにヒートシンクとしての役割を果たし、糸または繊維の引張強さを低下させ、それにより、手袋の保護および手袋の寿命が低下し得る。

耐切断性の保護服では、改善された柔軟性および快適性、ならびに単純な洗濯が望ましい。従って、日常的に洗濯されたときにその特性を保持する柔軟性の耐切断性繊維が必要とされている。このような繊維は、保護服、特に高柔軟性の耐切断性手袋の製造において有利に用いることができる。

ポリマーは粒子状物質と混合されて繊維にされているが、繊維の耐切断性を大幅に改善するような形では行われていない。例えば、少量の粒子状二酸化チタンは、ポリエステル繊維においてつや消し剤として使用されている。またポリエステル繊維では、少量のコロイダル二酸化ケイ素も使用され、これは光沢を改善するために使用される。磁性材料は、磁性繊維をもたらすために繊維内に取り込まれている。例としては、特許文献５（１９８０年）のような熱可塑性繊維中のコバルト／希土類元素の金属間化合物と、特許文献６（１９９１年）に記載される芯−鞘型繊維中のコバルト／希土類元素の金属間化合物またはストロンチウムフェライトと、特許文献７および非特許文献１に記載される熱可塑性ポリマー中の磁性材料とが挙げられる。また、特許文献８は、高モジュラス繊維および粒子充填繊維の複合体である糸に関しており、ここで高モジュラス繊維はアラミド繊維であり得る。

手袋に保護特性を付与するために手袋の作製において金属が含まれている様々な種類の手袋が製造されている。例えば、特許文献９および特許文献１０は、柔軟性のＸ線遮蔽手袋が、微粉化した重金属（鉛、バリウム、ビスマスまたはタングステンでよい）で適切な多孔性材料のシートを処理することによって製造されるか、あるいは重金属粒子を含有するラテックスまたは分散液から製造され得ることを教示する。特許文献１１によって示されるように、腐食性の液体に対する保護を提供する手袋は、金属薄膜層により製造されている。これらの手袋も、大幅に改善された耐切断性を有するとは思われない。

米国特許第４，００４，２９５号明細書 米国特許第４，３８４，４４９号明細書 米国特許第４，４７０，２５１号明細書 欧州特許第４５８，３４３号明細書 特開昭５５−０９８９０９号明細書 特開平３−１３０４１３号明細書 ポーランド特許第２５１，４５２号明細書 米国特許第５，５９７，６４９号明細書 米国特許第２，３２８，１０５号明細書 米国特許第３，１８５，７５１号明細書 米国特許第５，０２０，１６１号明細書 Ｋ．トゥーレク（Ｔｕｒｅｋ）ら、「Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．」（１９９０年）、８３（１−３）、２７９−２８０頁

一実施形態では、本発明は、１５グラム／デニールよりも大きいテナシティを有する高強度の有機繊維と、硬質粒子が充填された熱可塑性繊維とを含んでなり、手袋、エプロン、チャップス（ｃｈａｐｓ）、袖などの保護物品を作ることができる耐切断性布地を製造するために有用である耐切断性複合糸である。

本発明は、手袋、エプロン、チャップスなどの個人保護使用のための高耐切断性の糸および物品、ならびにその製造方法である。物品は、高強度の有機繊維と、硬質粒子が充填された熱可塑性担体繊維との組み合わせである糸から製造される。

本発明の実施形態において「高強度の有機繊維」という用語は、当該技術分野において一般に知られている重合反応のいずれかによって炭素骨格に基づくモノマーから形成される１５グラム／デニールよりも大きいテナシティを有する繊維を意味すると理解される。好ましくは、高強度の有機繊維は炭素繊維を含まない。本発明によって具体化される典型的な高強度の有機繊維には、パラアラミド、ポリベンザゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリアクリレート、およびこれらのコポリマーから形成される１５グラム／デニールよりも大きいテナシティを有する繊維が含まれるが、これらに限定されない。

本発明の一実施形態では、担体繊維は、等方性半結晶質（ｓｅｍｉ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）ポリマーから形成される。典型的な繊維は、ポリ（アルキレンテレフタレート）、ポリ（アルキレンナフタレート）、ポリ（アリーレンスルフィド）、脂肪族および脂肪族−芳香族ポリアミド、ならびにシクロヘキサンジメタノールおよびテレフタル酸から誘導されるモノマー単位から製造されるポリエステルなどのポリマーから形成される繊維である。本発明のもう１つの実施形態では、担体繊維は、好ましくはサーモトロピックである液晶質ポリマー（ＬＣＰ）から形成される。典型的なＬＣＰ繊維は、芳香族ポリエステル、脂肪族−芳香族ポリエステル、芳香族ポリ（エステルカーボネート）、脂肪族−芳香族ポリ（エステルアミド）、芳香族ポリ（エステルイミド）、芳香族ポリ（エステルアミド）、芳香族ポリアミド、脂肪族−芳香族ポリアミド、およびポリ（アゾメチン）などのポリマーから形成される。

本発明の熱可塑性繊維を充填するために使用される硬質粒子は、５よりも大きいモース（ＭＯＨＳ）硬度値を有すると見なすことができる。好ましくは、硬質粒子の平均粒度分布は、１〜６ミクロンの範囲内であり得る。硬質粒子を含んでなることができる典型的な材料としては、タングステン、銅、真鍮、青銅、アルミニウム、鋼、鉄、モネル、コバルト、チタン、マグネシウム、銀、モリブデン、スズ、亜鉛、酸化アルミニウム、炭化タングステン、金属窒化物、金属硫酸塩、金属リン酸塩、金属ホウ化物、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、バッデライト（ｂａｄｄｅｌｙｔｅ）、クロリトイド、クリノゾイスト（ｃｌｉｎｏｚｏｉｓｔｅ）、コンドロダイト、ユークラサイト（ｅｕｃｌａｓｉｔｅ）、ペタライト、サファイア、スポジュミン、スタウロライト、クレイ、またはアルミナが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の一実施形態では、硬質粒子充填熱可塑性繊維は、硬質粒子充填剤が本質的に均一に分配された熱可塑性繊維である。硬質粒子充填剤は、粒子充填繊維の総重量を基準として０．１〜１０（場合により、０．１〜５）重量パーセントの量で存在する。

本発明のもう１つの実施形態では、硬質粒子充填熱可塑性繊維は、鞘／芯型繊維の芯繊維であり、鞘／芯型繊維の芯材料内に硬質粒子充填剤が本質的に均一に分配される。好ましくは、硬質粒子充填剤は、鞘／芯型繊維の総重量を基準として０．１〜１０（場合により、０．１〜５）重量パーセントの量で存在する。

物品は、好ましくは、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（デュポン）（Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＤｕＰｏｎｔ），Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）によって商品名ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）（登録商標）で販売されるポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）繊維と、ポリエステルＣＲＦ（ｃｕｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｆｉｂｅｒ、耐切断性繊維）との組み合わせで構成される糸から編むことによって製造される。ポリエステルＣＲＦは、好ましくは、米国特許第５，８５１，６６８号明細書に概略的に記載されるようなアルミナ充填（約１０％）マルチフィラメント糸である。ポリエステルは、好ましくはポリ（エチレンテレフタレート）である。ポリエステル耐切断性繊維は、ハネウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）から商標バリカット（Ｂａｒｒｉｃｕｔ）（登録商標）で入手可能である。本発明の糸は約３２〜６５％の耐切断性ポリエステル繊維を含んでなるが、耐切断性ポリエステルの割合が約６５％を超えて増大すると、切断保護の性能が低下する。ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）（登録商標）およびポリエステルの組み合わせである耐切断性布地は、ＡＳＴＭ Ｆ１７９０−９７により測定したときに、いずれかの繊維で全体が製造された同等の重量の布地よりも大きい耐切断性を有する。さらに、ポリエステル耐切断性布地で完全に製造された物品とは違って、本発明の布地で製造された物品は、ハサミなどによるせん断操作における切断に対して非常に耐性である。

さらに、手袋の形の物品は、拷問室試験（ｔｏｒｔｕｒｅ ｃｈａｍｂｅｒ ｔｅｓｔ、ＴＣＴ）において並外れて長い寿命を実証する。本発明の手袋は、完全にケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）（登録商標）、または完全にポリエステルＣＲＦのいずれかで製造された手袋よりも劇的に良い性能を実証した。デュポンは、標準的な切断保護性能試験が現実の状況における性能を正確に予測しない厳しい条件における耐切断性材料の性能を評価するためにＴＣＴ（以下に詳細に記載される）を開発した。

本発明の合撚糸（ｐｌｙ−ｔｗｉｓｔｅｄ ｙａｒｎ）は、少なくとも２本の個々の単糸を撚り合わせることにより製造される。単糸を撚り合わせて合撚糸を製造することは、当該技術分野ではよく知られている。各単糸は、例えば、当該技術分野においてスパンステープル糸として知られるものに紡績されたステープル繊維の集まりでよい。

「少なくとも２本の個々の単糸を撚り合わせる」という語句では、一方の糸が他方の糸を完全に被覆することなく２本の単糸が撚り合わされることが意味される。これにより、合撚糸と、第１の単糸が第２の単糸のまわりに完全に巻きつけられ、得られた合撚糸の表面に第１の単糸しか露出しない被覆または巻き付けられた糸とは区別される。

本発明の合撚糸は、好ましくは、少なくとも２本の異なる単糸で構成される。また合撚糸は、好ましくは、３００〜２０００ｄｔｅｘの全体の線密度を有する。単糸中の個々の繊維は通常、０．５〜７ｄｔｅｘの線密度を有し、好ましい範囲は１．５〜３ｄｔｅｘである。合撚糸、およびこれらの合撚糸を構成する単糸は、糸またはその糸から製造される布地の機能または性能が所望の使用に対して妥協されない限りは、他の材料を含むことができる。

試験方法
ＡＳＴＭ Ｆ１７９０−９７に従って、切断保護性能試験（ｃｕｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ、ＣＰＰＴ）を実施した。

ＡＳＴＭ Ｄ３３８９に従って、テーバー（Ｔａｂｏｒ）耐摩耗性を測定した。

家庭またはオフィス用途で一般に使用されるタイプの８インチの炭素鋼ハサミで物品を切断し、切断中に遭遇される相対的な容易性／困難性を主観的に評価することによって、ハサミ切断耐性試験（ｓｃｉｓｓｏｒ ｃｕｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｅｓｔ）を実施した。

図１ａおよび図１ｂに概略的に示される両端が閉じられた直径１６インチのルーサイト（Ｌｕｃｉｔｅ）シリンダー１０において拷問室試験を実行した。６つのブレードホルダー１２は、シリンダー内部に、周縁部に沿って６０度の間隔で取り付けられる（シリンダー内径は１４．５インチ）。それぞれのブレードホルダーは、シリンダー内で前から後ろに４５度の角度を付けられた４つの一枚刃のかみそりの刃１４を受け入れる。レッド・デビル（Ｒｅｄ Ｄｅｖｉｌ）の一枚刃の工業用かみそりの刃が使用される。シリンダーは、図示されない電気モータにより駆動されるその中心軸の回りに回転される。シリンダーの回転速度は、３５回転／分であった。それぞれの材料を手袋の形で試験した。各手袋に４００グラムのナイロンペレットを充填し、ペレットを含有するように手袋を手首で閉じ、次に拷問室内に単独で入れた。試験手袋は、図２に概略的に示される。各手袋の評価のために新しいかみそりの刃を用いた。破損するまでの時間は、ナイロンペレットが拷問室内で最初に観察されたときと定義した。１８０分以内にペレットが観察されなければ試験を中止する。ビーズが観察されたらすぐに拷問室の回転を停止し、切断部の視覚による確認のために手袋を取り出して調べた。これは、手袋が実際に破損し、結んだ手首の部分が緩んだためにペレットが放出されたのではないことを確実にするためである。

特定の試験に必要とされるとおりに様々な繊維を布地サンプルまたは手袋に編むことによって、材料を評価した。

実施例１ならびに比較例ＡおよびＢ
１２．５ｏｚ／ｙｄ^２（４２４ｇ／ｍ^２）の坪量の編布地サンプルを以下のように作製した。
比較例Ａ １００％ポリエステルＣＲＦ。
比較例Ｂ １００％ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）。
実施例１ ５２％ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）／４８％ＣＲＦ。ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）およびＣＲＦを合わせて交撚糸（ｃｏ−ｔｗｉｓｔｅｄ（ｐｌｉｅｄ）ｙａｒｎ）を作った。次に２本の交撚糸を編機に同時に送り込み、布地を作った。

ＣＰＰＴおよびテーバー摩耗試験の結果は、表１に提供される。

実施例２〜３および比較例ＣおよびＤ
１９ｏｚ／ｙｄ^２（６４４ｇ／ｍ^２）の坪量の編布地および手袋を以下のように作製した。
比較例Ｃ １００％ポリエステルＣＲＦ。
比較例Ｄ １００％ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）。
実施例２ ６８％ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）／３２％ポリエステルＣＲＦ。３本の供給糸を用いて編成を行い、２本の糸は実施例１に記載した通りであり、３本目の供給糸は１００％ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）とした。
実施例３ ３５％ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）／６５％ポリエステルＣＲＦ。３本の供給糸を用いて編成を行い、２本の糸は実施例１に記載した通りであり、３本目の供給糸は１００％ポリエステルＣＲＦとした。

表２に提供される以下の試験結果は、それぞれの布地から作製した手袋において実施した拷問室試験以外は、布地からのものである。

拷問室試験において使用されるチャンバの概略図である。 拷問室試験において使用されるチャンバの概略図である。 拷問室試験において使用される試験手袋の概略図である。

Claims (20)

1. １５グラム／デニールよりも大きいテナシティを有する高強度の有機繊維と、硬質粒子が充填された熱可塑性繊維とを含んでなる耐切断性複合糸。
2. 前記熱可塑性繊維が、芳香族ポリエステル、脂肪族−芳香族ポリエステル、芳香族ポリ（エステルカーボネート）、脂肪族−芳香族ポリ（エステルアミド）、芳香族ポリ（エステルイミド）、芳香族ポリ（エステルアミド）、芳香族ポリアミド、脂肪族−芳香族ポリアミドおよびポリ（アゾメチン）よりなる群から選択される液晶質ポリマーである請求項１に記載の糸。
3. 前記熱可塑性繊維が、ポリ（アルキレンテレフタレート）、ポリ（アルキレンナフタレート）、ポリ（アリーレンスルフィド）、脂肪族ポリアミド、脂肪族−芳香族ポリアミド、ならびにシクロヘキサンジメタノールおよびテレフタル酸から誘導されるモノマー単位から製造されるポリエステルよりなる群から選択される半結晶質ポリマーである請求項１に記載の糸。
4. 糸の重量を基準として３２〜６５重量パーセントのポリ（エチレンテレフタレート）を含んでなる請求項３に記載の糸。
5. 前記高強度の有機繊維が、パラアラミド、ポリベンザゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリアクリレートおよびこれらのコポリマーよりなる群から選択される請求項１に記載の糸。
6. 前記パラアラミドが、ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）である請求項５に記載の糸。
7. 前記硬質粒子が、タングステン、銅、真鍮、青銅、アルミニウム、鋼、鉄、モネル、コバルト、チタン、マグネシウム、銀、モリブデン、スズ、亜鉛、酸化アルミニウム、炭化タングステン、金属窒化物、金属硫酸塩、金属リン酸塩、金属ホウ化物、炭化ケイ素、バッデライト（ｂａｄｄｅｌｙｔｅ）、クロリトイド、クリノゾイスト（ｃｌｉｎｏｚｏｉｓｔｅ）、コンドロダイト、ユークラサイト（ｅｕｃｌａｓｉｔｅ）、ペタライト、サファイア、スポジュミン、スタウロライトおよびクレイよりなる群から選択される請求項１に記載の糸。
8. 前記硬質粒子の平均粒度分布が、１マイクロメートルと６マイクロメートルとの間である請求項７に記載の糸。
9. 前記硬質粒子が、硬質粒子充填熱可塑性繊維の総重量を基準として０．１〜１０重量パーセントの量で存在する請求項７に記載の糸。
10. 前記熱可塑性繊維が鞘−芯構成を有し、そして前記硬質粒子が、実質的に前記芯内に含有される請求項１に記載の糸。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の耐切断性糸を含んでなる耐切断性布地。
12. ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）と、硬質粒子およびポリ（エチレンテレフタレート）の総重量を基準として約０．１〜１０重量パーセントの硬質粒子が充填されたポリ（エチレンテレフタレート）とを含んでなる耐切断性複合糸を含んでなる耐切断性布地。
13. 前記布地が織成または編成されている請求項１１または１２に記載の耐切断性布地。
14. 前記布地が、ＡＳＴＭ Ｆ１７９０−９７に従って試験したときに少なくとも６オンス／平方ヤード（２０３ｇ／ｍ^２）の坪量で少なくとも５００グラムの切断保護性能値を有する請求項１１または１２に記載の布地。
15. 前記布地が、ＡＳＴＭ Ｆ１７９０−９７に従って試験したときに少なくとも１２オンス／平方ヤード（４０７ｇ／ｍ^２）の坪量で少なくとも１０００グラムの切断保護性能値を有する請求項１１または１２に記載の布地。
16. 前記布地が、ＡＳＴＭ Ｆ１７９０−９７に従って試験したときに少なくとも１９オンス／平方ヤード（６４４ｇ／ｍ^２）の坪量で少なくとも１５００グラムの切断保護性能値を有する請求項１１または１２に記載の布地。
17. ＡＳＴＭ Ｆ１７９０−９７に従って試験したときの切断保護性能が、請求項１に記載の複合糸を構成するいずれかの単糸からなる同一の坪量および構造の布地の切断保護性能よりも大きい請求項１１または１２に記載の布地。
18. エプロン、チャップス、袖および手袋よりなる群から選択され、請求項１１または１２に記載の布地を含んでなる保護物品。
19. 前記手袋の拷問室寿命が、前記糸の一方の繊維のみからなる同一坪量の手袋の拷問室寿命を上回る請求項１８に記載の手袋。
20. 布地の坪量が少なくとも１９ｏｚ／ｙｄ^２（６４４ｇ／ｍ^２）である場合に、少なくとも９０分の拷問室寿命を有する請求項２３に記載の手袋。

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