散裝填充材料和用于生產(chǎn)散裝填充材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及散裝填充材料和用于生產(chǎn)散裝填充材料的方法。本發(fā)明的主題之一涉及一種適合于隔熱材料或緩沖材料的散裝填充材料。散裝填充材料包括多個獨(dú)立單元，該多個獨(dú)立單元包括纖維束或纖維松散網(wǎng)。纖維包括超細(xì)纖維和/或在1至5旦尼爾的范圍內(nèi)的纖維；該纖維被纏結(jié)以形成束或松散網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，該束或網(wǎng)是模擬天然羽絨的多節(jié)點(diǎn)的纖維結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的主題還涉及相關(guān)的生產(chǎn)方法。
【專利說明】散裝填充材料和用于生產(chǎn)散裝填充材料的方法
[0001 ] 本申請是申請日為2014年7月3日、申請?zhí)枮?01480046772.7、發(fā)明名稱為“纖維和長絲的力紡絲”的申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請
[0003]本申請要求2013年7月5日提交的美國臨時申請序列號61/843，295、2013年7月10日提交的美國臨時申請序列號61/844，532以及2014年3月6日提交的美國臨時申請序列號61/949,079的權(quán)益與優(yōu)先權(quán)，這些申請的內(nèi)容為了所有的目的據(jù)此通過引用如同在本文中被充分陳述一樣并入。
[0004]背景
[0005]在本文中所公開的發(fā)明的主題總體上涉及用于在服裝物品和戶外裝備物品中使用的纖維產(chǎn)品，例如非紡織織物和包含超細(xì)纖維，S卩，具有在納米級或微米級范圍內(nèi)的直徑的纖維的網(wǎng)的隔熱材料。在一些實(shí)施方案中，該物品具有預(yù)定程度的防水性、防風(fēng)性以及透氣性。在某些方面中，本發(fā)明的主題涉及使用用于形成固化為超細(xì)纖維以及當(dāng)超細(xì)纖維聚集時形成網(wǎng)的材料噴射流或材料流的新穎工藝的此類物品的產(chǎn)品和此類物品的部件。本發(fā)明的主題還涉及相關(guān)的裝置和加工成終端產(chǎn)品的后網(wǎng)結(jié)構(gòu)(post-web format1n)。
[0006]存在用于制造防水服裝并且仍然允許濕氣從內(nèi)部微氣候穿過外套到外部環(huán)境中的數(shù)種不同的方法和材料。根據(jù)紡織品和戶外產(chǎn)品行業(yè)中使用的某些標(biāo)準(zhǔn)，防水性能可以使用美國測試標(biāo)準(zhǔn)AATCC127和ASTM D751來確定(日本標(biāo)準(zhǔn)分別為JI SLI 09 2或Fed.Std.191-A55)。類似地，透氣性可以使用被報道使用的美國測試標(biāo)準(zhǔn)ASTME96或日本標(biāo)準(zhǔn)JISL1099來確定。
[0007]防水屏障可以使用具有疏水或親水特性的多孔和無孔材料制成。這些薄膜可以進(jìn)一步分離成基于親水整體涂層(非多孔連續(xù)膜)的個體，或基于疏水膜和微孔膜(包含微孔以允許濕氣穿過的連續(xù)膜)的個體。這些膜可以直接涂在織物上，且然后使用高溫進(jìn)行固化。該復(fù)合結(jié)構(gòu)提供防水和透氣保護(hù)。在其它情況下，該膜還可以直接放置在轉(zhuǎn)移紙上，然后直接層壓(例如，通過膠合)在所選擇的織物上，從而產(chǎn)生防水、透氣的織物。層壓方法為膜提供更好的耐久性，且經(jīng)常允許膜更薄，這增加了透氣性。
[0008]透氣性與材料特性、膜類型，以及屏障膜的厚度直接有關(guān)。在親水性膜的情況下，透氣性是由菲克擴(kuò)散定律支配的擴(kuò)散過程。水從表面被吸收至膜中，穿過膜擴(kuò)散，且在膜的外部上蒸發(fā)。
[0009]在預(yù)期使用的條件下，蒸發(fā)的水不能滲入該膜。在微多孔膜的情況下，透氣是機(jī)械過程，其中，蒸發(fā)的水必須在膜的微多孔結(jié)構(gòu)之間穿過，且在外部上蒸發(fā)到環(huán)境中。由于薄膜的疏水特性，液態(tài)水不能滲入該膜。孔隙的大小、厚度，以及耐久性的平衡對于達(dá)到防水性、透氣性材料的任何性能規(guī)格是必要的。以服裝作為代表的終端產(chǎn)品，由于溫度和濕度梯度，既沒有蒸發(fā)的水也沒有液態(tài)水可以從外部環(huán)境滲入到服裝中。這些梯度產(chǎn)生在服裝的內(nèi)部微氣候與外部環(huán)境之間。由于在服裝的內(nèi)部上的溫度與濕度更高，水氣被迫離開內(nèi)部微氣候且穿過防水屏障進(jìn)入到外部環(huán)境中。
[0010]眾所周知的且非常成功的防水的透氣的膜，GORE-TEX，擴(kuò)大的聚四氟乙烯(ePTFE)，產(chǎn)生于1969年。為了產(chǎn)生擴(kuò)大的PTFE，PTFE被拉伸，從而產(chǎn)生許多極小的微小洞。這些極小的洞足夠大以允許濕氣穿過。然而，該洞比處于液相的水的直徑小。由于孔隙比水分子小，處于液相的水不能穿過該薄膜。PTFE，由于其被氟化，因此其具有非常高的表面能量，這導(dǎo)致了表面是非常疏水的。在預(yù)期使用的條件下，細(xì)孔結(jié)構(gòu)與表面的疏水性的組合允許該膜是完全防水的并且仍然透氣。
[0011]圖1至圖1D示出了在防水、透氣層壓板中使用的某些防水透氣微多孔薄膜的掃描電子顯微鏡圖像，每個圖像包括關(guān)于材料性質(zhì)的相關(guān)描述信息。(致謝名單= Gibson等人，“用于織物中的反應(yīng)增強(qiáng)的水氣運(yùn)輸”，2013卷，文章編號216293，8頁，2013年I月29日，Hindawi出版公司,http://dx.do1.0rg/ΙΟ.1155/2013/216293.)
[0012]在GORE-TEXePTFE膜的發(fā)明之后，通過使用或者直接涂在織物上或者層壓在織物上的材料的陣列，已經(jīng)產(chǎn)生許多有競爭性的薄膜。這些薄膜包括基于親水聚氨酯、疏水性聚氨酯、PTFE，以及聚酯的薄膜。
[0013]電紡絲是在醫(yī)療行業(yè)和過濾行業(yè)中已被廣泛使用以從納米纖維的積聚物產(chǎn)生非紡織網(wǎng)或墊的技術(shù)。許多大學(xué)和工業(yè)公司擁有電紡絲裝置，以該工藝為基礎(chǔ)的專利，以及產(chǎn)品。大部分的電紡絲已經(jīng)集中于非紡織薄膜的生產(chǎn)。通常的設(shè)置包括:高電壓源，其連接至注射器或針，該注射器或針聯(lián)接至形成纖維的材料的流體源。電場產(chǎn)生以便對流體從其中離開的針或注射器充電。用于聚焦、轉(zhuǎn)向，和導(dǎo)引流出的溶液的電極定位在針頭或注射器下方。這些有助于將流體從針頭或注射器導(dǎo)引/抽到納米纖維中，并且到聚集器上。用于非紡織墊生產(chǎn)的其它技術(shù)包括:干法成網(wǎng)、旋熔和濕法成網(wǎng)。
[0014]基于纖維產(chǎn)生的工藝需要三個主要的生產(chǎn)原理:(I)形成網(wǎng)；(2)使網(wǎng)結(jié)合；(3)織物整理。使網(wǎng)結(jié)合可以經(jīng)由化學(xué)、熱或機(jī)械結(jié)合來進(jìn)行。例如，化學(xué)結(jié)合可以是基于液體的結(jié)合劑或水基粘合劑。該結(jié)合可以作為可以被印刷，或浸漬在織物上的涂層來應(yīng)用。熱結(jié)合的選項(xiàng)包括:熱和壓力；熱和接觸;或粉末結(jié)合。機(jī)械結(jié)合方法可以包括針刺、縫合結(jié)合，或液力纏結(jié)。
[0015]常規(guī)地，非紡織織物可以由許多材料制成，但所使用的纖維通常具有短的纖維長度，這限制了由該纖維制成的網(wǎng)的耐久性。而且，在常規(guī)的非紡織織物生產(chǎn)技術(shù)中使用的纖維直徑未達(dá)到納米級水平。
[0016]納米級纖維可以根據(jù)電紡絲技術(shù)來生產(chǎn)，且通常可以不需要前面描述的費(fèi)力的結(jié)合方法。然而，電紡絲具有許多制造參數(shù)，這些制造參數(shù)可能限制紡織某些材料。這些參數(shù)包括:紡絲材料和紡絲材料溶液的電荷;溶液傳送(通常是從注射器噴射的材料流);在噴射流處充電；在聚集器處的纖維薄膜的放電；來自紡絲噴射流上的電場的外力;排出的噴射流的密度；以及電極的電壓和聚集器的幾何結(jié)構(gòu)。
[0017]電紡絲納米纖維具有較高的表面積和較小的纖維直徑。電紡絲納米纖維可以形成為具有空氣透過性的網(wǎng)，且如果需要，該網(wǎng)可以在厚度上增加而不會失去透氣性。電紡絲納米纖維還是輕質(zhì)的。
[0018]電紡絲技術(shù)在戶外行業(yè)已經(jīng)獲得成功。最近的電紡絲產(chǎn)品是大批量生產(chǎn)的Polartec’s NE0SHELL材料。電紡絲薄膜的好處與來自GORE-TEX與微多孔薄膜的好處相似。
[0019]在電紡絲工藝過程中，納米纖維被聚集在聚集器上。當(dāng)納米纖維被聚集時，微小的細(xì)孔在交叉纖維之間形成。這些微小的空間比固體親水薄膜或甚至是疏水的、微多孔薄膜允許更好的透氣性。由于納米纖維薄膜具有微小的細(xì)孔，這些細(xì)孔的污染是可能的。類似于PTFE的制造，微米薄聚合物涂層可以放置在納米纖維薄膜之上，以使這些孔免受污垢和油的污染，而不影響透氣性。另外，由于納米纖維墊是多孔的，其可以用于織物中的空氣透過性的調(diào)節(jié)(例如，在軟殼服裝中使用的織物中)。
[0020]由于接縫沒有用膠布封住，軟殼織物不旨在防水。由于該薄膜夾在兩個織物之間以使薄膜免于污染，保護(hù)性涂層并不總是必需的。因此，未阻礙穿過納米纖維薄膜的空氣透過性。NEOSHELL(Polartec)材料是該軟殼應(yīng)用的示例。軟殼可以100%防風(fēng)，或按規(guī)定量供給到低于100%堵塞的任何位置。在其它擋風(fēng)的應(yīng)用中，服裝包括在兩個軟殼材料之間的防水薄膜層壓結(jié)構(gòu)，或用于部分地?fù)躏L(fēng)的點(diǎn)膠矩陣結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。盡管電紡絲薄膜可以替代防水的透氣薄膜和風(fēng)計(jì)量軟殼，但電紡絲薄膜的缺點(diǎn)是它們的耐久性。因此，由于這，電紡絲薄膜在兩層(2L)構(gòu)造中的使用尚未可用。
[0021]總之，目前的生產(chǎn)方法是資源密集型的:需要多個處理步驟、水、熱量和電，且在電紡絲高電壓的情況下(可能是危險的)。由于電紡絲的工藝參數(shù)，用于薄膜的材料還限于相對較窄的范圍。因此，最終使用的可能性也受到限制。另外，現(xiàn)有薄膜可能缺乏耐久性，從而限制它們在終端產(chǎn)品中的使用。
[0022]考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，大量需要基于例如納米纖維的超細(xì)纖維的改進(jìn)的非紡織織物產(chǎn)品。
[0023]概述
[0024]本文公開的發(fā)明的主題克服了現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)和其它缺點(diǎn)。在某些方面中，本發(fā)明主題涉及這樣的物品和該物品的部件的生產(chǎn)，其使用用于形成材料的噴射流或流的新穎工藝，該材料的噴射流或流固化為超細(xì)纖維，并且當(dāng)超細(xì)纖維聚集時，超細(xì)纖維形成為兩維的網(wǎng)或三維的網(wǎng)。該網(wǎng)可以具有膜、薄膜，或墊的性質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明主題大體上涉及由超細(xì)纖維，即，具有在納米級或微米級范圍中的直徑的纖維網(wǎng)組成的非紡織織物，該非紡織織物用于在具有預(yù)定程度的防水、防風(fēng)和透氣性的物品中使用。
[0025]本發(fā)明主題還涉及相關(guān)的裝置和加工成終端產(chǎn)品的后網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0026]在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明主題涉及由纖維的纖維網(wǎng)或纖維團(tuán)制成的隔熱材料。該隔熱材料可以在包括服裝和服飾、睡袋、毯子、襯墊物填料等的各種應(yīng)用中使用。
[0027]本發(fā)明主題還涉及用于以大致平行的股線的聚合來聚集任意規(guī)模的纖維的系統(tǒng)和方法，該大致平行地股線用于在例如形成紗線中使用。另外，纖維墊可以被切成不同的寬度，并且紗線由來自墊的扭曲的拉出的纖維紡成。
[0028]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N生產(chǎn)防水/透氣薄膜的方法，包括:
[0029]促使流體的、形成纖維的材料穿過布置在構(gòu)造成排出所述材料的噴射流的裝置中的至少一個出口端口，所述裝置構(gòu)造成提供噴射流，所述噴射流是細(xì)的足以在聚集器上固化成超細(xì)纖維，所述噴射流主要的排出力不同于所施加的電場;和
[0030]排出所述材料直到超細(xì)纖維的網(wǎng)在所述聚集器上形成，
[0031]將所述網(wǎng)加工成足以提供達(dá)到選定標(biāo)準(zhǔn)的防水性和透氣性的密度和孔隙度。
[0032]在一個實(shí)施方案中，所述網(wǎng)包括納米級纖維，所述納米級纖維加工成約至少7微米的厚度。
[0033]在一個實(shí)施方案中，所述網(wǎng)具有至少250nm的平均細(xì)孔尺寸。
[0034]在一個實(shí)施方案中，所述網(wǎng)的厚度在約7微米至約50微米之間。
[0035]在一個實(shí)施方案中，所述平均細(xì)孔尺寸在約250nm至約1500nm之間。
[0036]在一個實(shí)施方案中，所述平均細(xì)孔尺寸在約250nm至約1500nm之間，并且所述網(wǎng)的厚度在約7微米至約50微米之間。
[0037]在一個實(shí)施方案中，所述平均纖維直徑小于lOOOnm。
[0038]在一個實(shí)施方案中，所述平均纖維直徑小于500nm。
[0039]在一個實(shí)施方案中，所述平均纖維直徑小于lOOnm。
[0040]在一個實(shí)施方案中，所述平均纖維直徑小于50nm。
[0041 ]在一個實(shí)施方案中，所述平均纖維具有至少100的長徑比。
[0042]在一個實(shí)施方案中，所述形成纖維的材料包括PTFE或聚氨酯基材料。
[0043]在一個實(shí)施方案中，所述裝置包括力紡絲裝置，并且離心力是將所述形成纖維的材料從所述一個或多個出口端口排出的主要力。
[0044]在一個實(shí)施方案中，所述纖維的所述聚集器包括終端產(chǎn)品的部件或3D模型或用于終端產(chǎn)品的其它結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施方案中，所述終端產(chǎn)品或所述終端產(chǎn)品的部件是諸如夾克或褲子的服裝或服飾物品;諸如鞋子或襪子的鞋類物品;諸如軟帽、寬邊帽或鴨嘴帽或面罩的頭飾;諸如睡袋和用于睡袋、毛毯、帳篷、防水布以及其它覆蓋物的外罩的戶外裝備;和諸如軟邊袋、背包、腰包、行李箱、行李袋、自行車信使袋以及其它袋或公文包的行李或包類物品。
[0045]在一個實(shí)施方案中，所述纖維聚集在材料的片材上以形成雙層材料。
[0046]在一個實(shí)施方案中，所述材料的片材包括例如尼龍、聚酯，或聚乙烯基材料的合成聚合物材料，或例如羊毛或皮革、基于植物的生物材料的天然材料，或前述材料的混合物。
[0047]在一個實(shí)施方案中，所述聚集器包括支撐所述終端產(chǎn)品的部件的模型，并且所述纖維沉積在所述模型和/或所述部件上。
[0048]在一個實(shí)施方案中，所述聚集器包括用于鞋子的鞋楦或用于手套的模型。
[0049]在一個實(shí)施方案中，所述鞋楦支撐用于鞋子的另一個部件，例如鞋外底的部件。
[0050]在一個實(shí)施方案中，所述纖維被沉積以便與所述部件形成整體單元。
[0051]在一個實(shí)施方案中，所述纖維聚集在3D模型或結(jié)構(gòu)上，所述3D模型或結(jié)構(gòu)代表服飾物品或所述服飾物品的一部分，例如衣袖或褲腿，所聚集的纖維為預(yù)期的使用者的身體的區(qū)域提供無縫外罩。
[0052]在一個實(shí)施方案中，所述聚集器布置在連續(xù)的帶或其它運(yùn)輸件上，所述連續(xù)的帶或其它運(yùn)輸件能夠跨過所述裝置的出口端口區(qū)域選擇性地移動。
[0053]在一個實(shí)施方案中，所述裝置包括用于將噴射流或纖維引導(dǎo)在所述聚集器上的相關(guān)聯(lián)的纖維引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0054]在一個實(shí)施方案中，所述纖維引導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)造成為所述聚集器提供引導(dǎo)氣流(例如，風(fēng)扇或真空)。
[0055]在一個實(shí)施方案中，所述的方法包括將所述網(wǎng)裝配至終端產(chǎn)品的其它部件，或?qū)⒃谒鼋K端產(chǎn)品中，例如在前述實(shí)施方案中的那些終端產(chǎn)品中使用的其它材料沉積在所述網(wǎng)上的另外的步驟。
[0056]在一個實(shí)施方案中，所述裝配與所述網(wǎng)形成一致地完成。
[0057]在一個實(shí)施方案中，多個不同的纖維類型從所述裝置的所述出口端口排出，以形成異種的纖維的網(wǎng)，所述纖維在材料組分和/或結(jié)構(gòu)特性上不同。
[0058]在一個實(shí)施方案中，所述的纖維或網(wǎng)參數(shù)或其任何組合的超細(xì)纖維網(wǎng)。
[0059]在一個實(shí)施方案中，所述的纖維材料混合物與纖維直徑/幾何形狀的任何組合，其中，所述纖維混合物通過經(jīng)由多個噴絲頭的噴射流擠出來生產(chǎn)，所述噴絲頭提供多個出口端口，每個出口端口預(yù)期用于預(yù)定的纖維類型，所述混合物在另一層織物或復(fù)合織物層上聚集為網(wǎng)，所述織物層可以或可以不包含不同纖維材料混合物的組合。
[0060]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┫嚓P(guān)的裝置和加工成終端產(chǎn)品的后網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0061]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N大體上模仿羽絨絨毛或合成隔熱毛絮纖維的構(gòu)造。
[0062]在一個實(shí)施方案中，所述構(gòu)造具有等同于450至1000的蓬松度。在一個實(shí)施方案中，所述蓬松度等同于至少650。
[0063]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N生產(chǎn)長絲的方法，所述長絲包括在相同的方向上跨過預(yù)定的長度定向的纖維團(tuán)，所述方法步驟包括:
[0064]促使流體的、形成纖維的材料穿過布置在構(gòu)造成排出所述材料的噴射流的裝置中的至少一個出口端口，所述裝置構(gòu)造成提供噴射流，所述噴射流是細(xì)的足以在聚集器上固化為超細(xì)纖維，主要的排出力不同于所施加的電場；
[0065]排出所述材料直到超細(xì)纖維網(wǎng)在所述聚集器上形成;和
[0066]將所述網(wǎng)加工成足以提供達(dá)到選定標(biāo)準(zhǔn)的防水性和透氣性的密度和孔隙度。
[0067]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N力紡絲系統(tǒng)，包括:
[0068]噴絲頭，其具有相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)軸，纖維聚集器，其從所述噴絲頭間隔開，所述聚集器具有用于接收纖維的可旋轉(zhuǎn)表面，所述表面具有相關(guān)聯(lián)的軸，且所述聚集器圍繞所述軸是可旋轉(zhuǎn)的，所述聚集器以其軸大致上平行于或垂直于所述噴絲頭的所述旋轉(zhuǎn)軸被定向并且相對于所述噴絲頭定位，使得從所述噴絲頭的噴射的纖維材料流被接納在所述聚集器上，且能夠在纖維大致上平行定向的情況下卷繞至所述聚集器。
[0069]在一個實(shí)施方案中，所述聚集器以其軸大致上平行于所述噴絲頭的軸布置，并且其中，所述系統(tǒng)構(gòu)造成使得所述聚集器圍繞所述噴絲頭軌道式運(yùn)行，或，可選地，所述噴絲頭圍繞所述聚集器軌道式運(yùn)行，在這種情況下，所述聚集器可以不圍繞其自身的軸旋轉(zhuǎn)。
[0070]在一個實(shí)施方案中，所述聚集器布置在所述噴絲頭下方并且大致居中地在所述噴絲頭的所述旋轉(zhuǎn)軸下方。
[0071]在一種實(shí)施方式中，本申請一種力紡絲方法，包括:操作具有相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)軸的噴絲頭，從所述噴絲頭噴射形成纖維的材料流，和在聚集器上聚集所述材料流使得所述纖維大致平行地被定向。
[0072]在一個實(shí)施方案中，所述聚集器具有圍繞所述噴絲頭的相對軌道式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，和/或圍繞所述聚集器自身的軸的相對軌道式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以便在大致平行的方向上聚集所述纖維。
[0073]在一個實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)構(gòu)造成生產(chǎn)范圍在I至300旦尼爾的長絲。
[0074]在一個實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)構(gòu)造成生產(chǎn)具有相對于任何權(quán)利要求所述的纖維的直徑的至少100、500、1000、5000或更高的長徑比的纖維，并且其中，所聚集的纖維具有至少I米、10米，或更大的長度。
[0075]在一個實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)或方法構(gòu)造成或被執(zhí)行以生產(chǎn)纖維或長絲，所述纖維或長絲適合于在紡織物的紡織或針織中使用，特別是在適合于用在生產(chǎn)服裝或服飾的紡織物中使用。
[0076]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N由紗線或其它長絲制成的紡織物，包括來自系統(tǒng)或方法的前述實(shí)施方式和實(shí)施方案中任一項(xiàng)的聚集的纖維。
[0077]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N服裝或服飾物品，其由前述實(shí)施方式中紗線或其它長絲制成的紡織物制成。
[0078]在一種實(shí)施方式中，本申請?zhí)峁┮环N聚集的纖維，其根據(jù)前述實(shí)施方式或?qū)嵤┓桨傅娜我豁?xiàng)生產(chǎn)長絲、力紡絲的方法或使用前述實(shí)施方式或?qū)嵤┓桨钢腥我豁?xiàng)力紡絲系統(tǒng)制成。
[0079]在下面的詳細(xì)描述和附圖中更詳細(xì)地描述了這些實(shí)施方案和其它實(shí)施方案。
[0080]前述內(nèi)容并不意在是本發(fā)明主題的實(shí)施方案和特征的詳盡列舉。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠根據(jù)結(jié)合附圖的下面的詳細(xì)描述來理解其它實(shí)施方案和特征。所附的權(quán)利要求，如在本文件中初始提交的，或如隨后修正的，據(jù)此猶如直接寫入地并入到本概述部分。
【附圖說明】
[0081]下面的附圖示出了根據(jù)本發(fā)明主題的實(shí)施方案，作為示出現(xiàn)有技術(shù)而指出的除外。
[0082]圖1A至圖1D示出了數(shù)個已知的微多孔薄膜的掃描電子顯微鏡圖像和相關(guān)的顯微細(xì)節(jié)和材料細(xì)節(jié)。
[0083]圖2示意性地示出了復(fù)合構(gòu)造，該復(fù)合構(gòu)造可以包括根據(jù)本發(fā)明主題生產(chǎn)的防水可透氣材料層。
[0084]圖3示意性地示出了用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明主題的結(jié)構(gòu)的力紡絲(forcespinning)系統(tǒng)。
[0085]圖4A至圖4B示意性示出了與力紡絲系統(tǒng)連接的模型的使用。
[0086]圖5示意性地示出了例如來自鵝或鴨的羽絨絨毛。
[0087]圖6是常規(guī)的毛絮(左側(cè))和根據(jù)本發(fā)明的主題的毛絮(右側(cè))的示意性對比。
[0088]圖7示意性地示出了在生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明主題的合成羽絨構(gòu)造中使用的力紡絲系統(tǒng)。
[0089]圖8示意性地示出了在生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明主題的合成羽絨構(gòu)造中使用的力紡絲系統(tǒng)的可選的實(shí)施方案。
[0090]圖9A至圖9B示意性地示出了在生產(chǎn)和聚集根據(jù)本發(fā)明主題的長絲中使用的力紡絲系統(tǒng)。
[0091]圖1OA至圖1OC示意性地示出了在生產(chǎn)和聚集根據(jù)本發(fā)明主題的長絲中使用的力紡絲系統(tǒng)的可選的實(shí)施方案。
[0092]圖11示意性地示出了在生產(chǎn)和聚集根據(jù)本發(fā)明主題的長絲中使用的力紡絲系統(tǒng)的另外的可選的實(shí)施方案。
[0093]圖12示意性地示出了在生產(chǎn)和聚集根據(jù)本發(fā)明主題的長絲中使用的力紡絲系統(tǒng)的另外的可選的實(shí)施方案。
[0094]圖13示意性地示出了在生產(chǎn)和聚集根據(jù)本發(fā)明主題的長絲中使用的力紡絲系統(tǒng)的另外的可選的實(shí)施方案。
[0095]詳細(xì)說明
[0096]在圖2-13中示出了根據(jù)本發(fā)明主題的代表性實(shí)施方案，其中相同或大致相似的特征可以共用相同的參考編號。
[0097]本文公開的本發(fā)明的主題涉及基于超細(xì)纖維的非紡織、纖維膜或薄膜的合成組合物，該合成物用于在具有預(yù)定程度的防水性、防風(fēng)性和透氣性的物品的構(gòu)造中使用。本發(fā)明主題部分地涉及使用新穎工藝的這樣的物品和這樣的物品的部件的生產(chǎn)。如本文所使用的，超細(xì)纖維指具有在微米級至納米級之間的平均直徑(或在非圓形纖維的情況中的其它主要橫截面尺寸)的纖維。如本文所使用的，“微米級”指具有在單位數(shù)微米到低至約1000納米的范圍內(nèi)的平均直徑的纖維。在紡織工業(yè)中，納米級纖維具有在約100-1000納米或更小的范圍內(nèi)的平均直徑。在某些實(shí)施方案中，超細(xì)纖維表現(xiàn)出至少100或更高的高長徑比(長度/直徑)。超細(xì)纖維可以通過本領(lǐng)域那些技術(shù)人員已知的任何方法來分析。例如，掃描電子顯微鏡(SEM)可以用于測量給定的纖維的尺寸。
[0098]超細(xì)纖維可以形成為二維或三維網(wǎng)，S卩，墊、膜或薄膜。該纖維可以通過使用選定的初始的形成纖維的流體材料穿過出口端口的加壓噴射來生產(chǎn)。該出口端口和相關(guān)聯(lián)的送料通道構(gòu)造有尺寸和形狀以使流體材料的細(xì)噴射流產(chǎn)生進(jìn)而從出口端口在排出時成形。如本文所使用的，出口端口指出口孔口加上任何相關(guān)聯(lián)的通道，或?yàn)樵摮隹诙丝谒土锨矣糜诮缍ㄐ纬衫w維的材料的排出噴射流的性質(zhì)的通路。由于例如表面張力、流體粘度、溶劑揮發(fā)、轉(zhuǎn)速，以及其它的因素，所噴射的材料可以固化成具有顯著小于出口端口的內(nèi)徑的直徑的超細(xì)纖維。這里，作為固化為纖維的噴射流的可流動材料從出口端口的這種排出可以被稱為“噴射擠出”。
[0099]所排出的材料的噴射流引導(dǎo)至聚集器中，在聚集器中噴射流聚集，以用在終端產(chǎn)品中使用。所聚集的纖維材料形成二維的或三維的纏結(jié)纖維的網(wǎng)，該網(wǎng)可以加工成期望的表面面積和厚度，這取決于纖維持續(xù)排出到聚集器上的時間的量，以及對該聚集器的表面積的控制(例如，作為聚集器的移動帶可以允許無限長度的材料的片材)。例如網(wǎng)密度和孔隙度的其它特性將取決于例如纖維的性質(zhì)、處理溫度、速度以及噴射路徑等的因素。將該網(wǎng)加工成所需的厚度、表面積、密度，和/或孔隙度可能還包括后處理步驟，例如壓縮所聚集的網(wǎng)，用于致密化或膨脹的熱處理(取決于纖維的性質(zhì))，化學(xué)處理，以及使用電磁輻射(例如，用于誘導(dǎo)交聯(lián)的UV波長)的處理。
[0100]在某些實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備將離心力施加至形成纖維的材料上以使噴射擠出以及由此的纖維構(gòu)造產(chǎn)生。施加在材料源上的力可以來自如同在電紡絲中的不需要外加電場的各種系統(tǒng)和技術(shù)。例如，美國專利號4937020、5114631、6824372、7655175、7857608、8231378、8425810，和美國專利號20120135448教導(dǎo)了用于形成纖維的材料的穿過旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的出口端口的加壓噴射的各種設(shè)備和工藝。專利文件的上述集合包括用于具有微米級或納米級平均直徑的纖維的生產(chǎn)的系統(tǒng)的公開。上述專利文件據(jù)此為了所有的目的以其整體并入。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的可選擇的途徑基于穿過出口端口對纖維成形流體進(jìn)行非旋轉(zhuǎn)壓力送料，其產(chǎn)生形成為纖維的流體的噴射流。例如，為了所有目的據(jù)此通過引用以其整體并入的美國專利第6824372號公開了一種腔室，其經(jīng)由由腔室的可移動壁產(chǎn)生的震蕩壓力變化將噴射力施加在包含在腔室中的形成纖維的流體上。
[0101]應(yīng)注意，上述專利文件中沒有一個教導(dǎo)了防水、透氣材料的生產(chǎn)以及根據(jù)公開的裝置或工藝制成的產(chǎn)品。
[0102]本發(fā)明主題部分地涉及結(jié)合有由噴射流擠出所產(chǎn)生的超細(xì)纖維的某些物品，該物品包含服裝和服飾，例如夾克和褲子;諸如鞋子和襪子的鞋類;諸如軟帽和寬邊帽或鴨嘴帽，以及面罩的頭飾;諸如睡袋和用于睡袋、毛毯、帳篷、防水布以及其它覆蓋物的外罩的戶外裝備;和諸如軟邊袋、背包、腰包、行李箱、行李袋、自行車信使袋以及用于自行車，公文包等的其它袋的行李和包。
[0103]圖2示出了用于形成在例如上面提到的那些終端產(chǎn)品中使用的復(fù)合結(jié)構(gòu)I的層的可能的組件的示例。該組件包括定位在第二層或中間層3之上的上部第一層2。中間層定位在第三下部層4之上。在這些層中的任何一個中，該層可以是連續(xù)的材料層或不連續(xù)的層。在不連續(xù)的層中，該層可以表征為具有空隙、開口、通道等的相互連接的材料，或該層可以表征為例如點(diǎn)陣列的斷開的材料。例如，在圖2中的下部層3被視為具有方形空隙的材料的相互連接的網(wǎng)。該層可以表示這樣的材料的離散的片材，或通過諸如絲網(wǎng)印刷的沉積技術(shù)施加的圖案。
[0104]在用于稱為“3L”構(gòu)造或復(fù)合材料的外衣一些防水透氣應(yīng)用中，第一層2是由硬殼材料組成的外部層。示例材料包括尼龍、聚酯，以及羊毛。層2或其它層可以是紡織織物、非紡織織物，或針織織物。例如，層3是由PTFE或聚氨酯制成的微多孔薄膜。層4是由合成纖維或天然纖維，或共混物形成的紡織品制成的襯墊層。示例材料包括尼龍、聚酯，以及羊毛。層4可以是紡織織物、非紡織織物，或針織織物。在這個示例中，微多孔薄膜是防水的透氣薄膜，其允許水蒸氣5通過但阻擋液相水6。
[0105]如上面指出的，層3可以使用本文中描述的任何力紡絲或其它噴射擠出技術(shù)來產(chǎn)生。層3或?qū)?可以是基底，在這樣的工藝期間，層3材料被聚集到其上。第三層可以在內(nèi)聯(lián)過程中添加。
[0106]其中在三層構(gòu)造中的層3是不連續(xù)的層或薄淀積膜層，例如，絲網(wǎng)印刷層，該組件可被稱為“2.5L”復(fù)合材料。如果該復(fù)合材料僅基于中間層3與外部或內(nèi)部層的層壓構(gòu)造，該構(gòu)造可以稱為“2L”復(fù)合材料。應(yīng)理解，復(fù)合構(gòu)造的前述形式對于外衣是典型的。然而，任何數(shù)量的其它層可以包括在復(fù)合材料組件中。
[0107]復(fù)合材料組件中的層可以通過使用各種已知的或待發(fā)現(xiàn)的方法中的任何一種結(jié)合在一起，包括例如熱(熔化)結(jié)合、超聲焊接、化學(xué)結(jié)合(材料層至材料層的直接結(jié)合，或通過中間粘合劑)，和縫合以及其它形式的機(jī)械緊固的已知方法。
[0108]在某些實(shí)施方案中，微多孔薄膜直接形成在基底上，該基底是終端產(chǎn)品的部件，例如，夾克或手套的材料層。
[0109]在某些實(shí)施方案中，纖維聚集在其上的基底是容積式模(陽模或陰模)，即，是這樣的基底，其賦予用作終端產(chǎn)品或終端產(chǎn)品的部件或在終端產(chǎn)品或終端產(chǎn)品的部件中使用的期望的三維形狀。該?？梢园ɑ虬摻K端產(chǎn)品的其它部件。纖維可以聚集在與該模相關(guān)聯(lián)的其它部件上?；颍w維可以大體上與其它部件分離。
[0110]例如，該膜可以是鞋楦7或鞋子8的其它形式(圖4A至圖4B)。纖維聚集在其上的?？梢允菬o覆蓋的，或該?？梢跃哂写硇拥膬?nèi)部襯墊的材料層，該材料層結(jié)合到或以其它方式組裝至覆蓋的纖維網(wǎng)絡(luò)。該鞋楦可以具有鞋底單元，例如，鞋外底、鞋中底，和/或與該鞋楦的底部表面相關(guān)聯(lián)的鞋墊，該底部表面在托盤或其它支撐件的表面上被定向，使得該鞋底單元通常與纖維分離并且不聚集纖維。然而，在一些應(yīng)用中，鞋底單元的一部分可以預(yù)期用于聚集纖維。例如，外圍邊緣可以暴露于纖維，從而允許聚集纖維以用于直接結(jié)合至暴露的邊緣從而與鞋子的鞋面一起形成鞋底單元的整體組件。在聚集期間，該模可以是靜止的或旋轉(zhuǎn)的。
[0111]在其它的示例中，該?？梢詷?gòu)造為服裝或服飾的物品，例如，夾克外罩、褲子，或夾克外罩、褲子的一部分，諸如袖子或褲腿;帽子;戶外裝備的物品。圖5示出了用于力紡絲系統(tǒng)中的手套的?；蚰Ｐ?。根據(jù)前述提及的，可以理解的是，本發(fā)明的主題允許由超細(xì)纖維組成的薄膜或膜的結(jié)構(gòu)，該薄膜或膜具有三維構(gòu)造以及遍布模制的構(gòu)造的無縫性。在一些但沒必要是所有的實(shí)施方案中，超細(xì)纖維，包括處于納米級的超細(xì)纖維，根據(jù)外衣工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形成為防水、防風(fēng)，和/或透氣的層的3D薄膜或膜。
[0112]如上面指出的，利用旋轉(zhuǎn)力從出口端口把可流動的、形成纖維的材料噴射為噴射流或流特別適合于在本發(fā)明的主題中使用。這樣的技術(shù)在下文中可以被稱為“力紡絲”。
[0113]相比于現(xiàn)有技術(shù)，力紡絲使用較少量的電能，且生產(chǎn)更長的纖維(多達(dá)I米或更長)。更長的纖維允許更堅(jiān)固且更耐用的網(wǎng)。力紡絲還允許相同直徑的納米纖維的高度一致且受控的沉積，且力紡絲可以不需要任何水，且可以不涉及有毒的化學(xué)蒸汽的產(chǎn)生。力紡絲工藝具有相對很少的廢物。力紡絲還適合于與較寬范圍的形成纖維的材料一起使用。
[0114]網(wǎng)形成/力紡絲工藝綜述:
[0115]借助于各種已知的教導(dǎo)，例如上面列出的一些專利文件，以及借助于例如供應(yīng)力紡絲裝備的生產(chǎn)線的麥卡倫，得克薩斯州，美國FibeR1科技公司的商業(yè)裝備(見:http//f iber1tech.com/products/forcespinning-products/)供應(yīng)商，用于力紡絲的工藝和裝備對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。因此，沒有必要對力紡絲進(jìn)行詳細(xì)的描述，且本文將只提供簡要的描述。
[0116]力紡絲是使用離心力擠壓超細(xì)纖維以拉長該纖維的工藝。這產(chǎn)生纖維網(wǎng)絡(luò)的緊密結(jié)合的非紡織墊。纖維的相交產(chǎn)生接觸點(diǎn)。這產(chǎn)生纖維間的孔隙，且在相對較長的纖維的情況下，也產(chǎn)生纖維間的孔隙。纖維接觸和纖維形態(tài)影響細(xì)孔的大小。由于該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些細(xì)孔存在于多個平面中(垂直地、水平地，以及對角地)。
[0117]在電紡絲中，電紡薄膜的表面積隨著增加的纖維直徑而增加。在電紡薄膜中，已經(jīng)記錄有小至500nm的細(xì)孔大小。水蒸氣分子約為0.4nm，且水分子(液體)約為500，000nm。這允許蒸汽穿過電紡薄膜，但不允許處于液態(tài)形式的水穿過電紡薄膜。使用力紡絲技術(shù)，相同的纖維直徑和孔隙是可實(shí)現(xiàn)的。因此，這種相似性纖維形態(tài)和纖維直徑提供較大的多樣性，該多樣性可以因電紡絲而改變，但避免了電紡絲技術(shù)的缺點(diǎn)。而且，力紡絲被認(rèn)為能夠產(chǎn)生可以是對應(yīng)的電紡絲纖維的長度的三倍或更多倍的纖維。這個差別允許成品更加耐用。
[0118]參考圖3至圖4，示出了力紡絲系統(tǒng)10，其用于生產(chǎn)超細(xì)纖維且將該超細(xì)纖維聚集成緊密結(jié)合的網(wǎng)，例如膜或墊。該系統(tǒng)包括噴絲頭12，噴絲頭12可流體地聯(lián)接至流體源或可形成為纖維的可流動材料(“形成纖維的材料”)。材料源可以是用于連續(xù)地為噴絲頭供料的儲器14。噴絲頭自身可以包括和噴絲頭一起旋轉(zhuǎn)的材料儲器。
[0119]可流動材料可以是熔融材料或材料溶液。噴絲頭機(jī)械地聯(lián)接至馬達(dá)(未示出)，馬達(dá)以圓周運(yùn)動使該噴絲頭旋轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施方案中，該旋轉(zhuǎn)元件在約500至約100，000RPM的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施方案中，在其期間材料被噴射的旋轉(zhuǎn)至少為5,000RPM。在其它的實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)至少為10，000RPM。在其它的實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)至少為25，000RPM。在其它的實(shí)施方案中，旋轉(zhuǎn)至少為50，000RPM。在旋轉(zhuǎn)期間，選定的材料，例如聚合物熔體或聚合物溶液，作為材料15的噴射流從噴絲頭上的一個或多個出口端口 16噴射至周圍大氣中。當(dāng)聚合物噴射流遠(yuǎn)離出口端口噴射時，朝外的徑向離心力拉伸聚合物噴射流，且由于旋轉(zhuǎn)依賴慣性，該噴射流以彎曲的軌跡行進(jìn)。所擠出的聚合物噴射流的拉伸被認(rèn)為在跨越從噴嘴到聚集器的距離減小噴射流的直徑是重要的。噴射的材料被期望當(dāng)其到達(dá)聚集器時固化成超細(xì)纖維。該系統(tǒng)包括用于以期望的方式聚集纖維的聚集器18。例如，纖維可以從噴絲頭噴射至設(shè)置在噴絲頭下方的表面上或噴射在噴絲頭上的從出口端口橫跨的壁上。該聚集表面可以是靜止的或是可移動的。為了形成纖維材料的片材或墊20，該表面可以是平坦的表面。該平坦的表面可以是靜止的或是可移動的。
[0120]可移動的平坦表面可以是將纖維材料供給至輥中或供給至其它處理系統(tǒng)中的連續(xù)帶系統(tǒng)的一部分。另一個處理系統(tǒng)可以是直列式層壓系統(tǒng)或材料沉積系統(tǒng)，該直列式層壓系統(tǒng)或材料沉積系統(tǒng)用于將其它材料層壓到或沉積在使用用于生產(chǎn)超細(xì)纖維的片狀材料的力紡絲系統(tǒng)或其它系統(tǒng)生產(chǎn)的片狀材料上。在其它的實(shí)施方案中，該平坦表面可以支撐纖維沉積在其上的另一個材料層。例如，纖維沉積在其上的材料層可以是用于終端產(chǎn)品，例如服飾物品的復(fù)合材料組件的內(nèi)部層或外部層。
[0121]在某些實(shí)施方案中，聚集表面是3D對象，例如模型或終端產(chǎn)品的3D部件。圖4A至圖4B示出了用于是鞋子或手套的終端產(chǎn)品的3D對象7、8的示例。如下面更加詳細(xì)討論的，圖5示出了可以被模擬的羽絨絨毛形式的3D對象。
[0122]為了將纖維引導(dǎo)至期望的聚集表面(“聚集器”)，纖維引導(dǎo)系統(tǒng)可以構(gòu)成力紡絲系統(tǒng)的一部分。例如，該引導(dǎo)系統(tǒng)可以構(gòu)造成從期望的聚集器上方提供空氣和/或從期望的聚集器下方提供真空以將纖維引導(dǎo)至聚集器。(見圖3至圖7)。
[0123]當(dāng)超細(xì)纖維在彼此之上放置時，在交叉點(diǎn)處產(chǎn)生接觸點(diǎn)，且該薄膜一致地結(jié)合在一起。如果接觸點(diǎn)的任何網(wǎng)狀結(jié)合是期望的，該網(wǎng)狀結(jié)合經(jīng)由應(yīng)用熱(熱結(jié)合)、熱和壓力，和/或化學(xué)結(jié)合來完成。該力紡絲系統(tǒng)可以包括加熱元件、壓力施加器，以及用于實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)合的化學(xué)結(jié)合單元。
[0124]根據(jù)本發(fā)明主題，力紡絲還可以通過使用噴絲頭孔尺寸、孔口的幾何形狀，以及構(gòu)型的組合應(yīng)用至多層纖維的沉積。例如，纖維可以制成圓形，未坍陷的圓形(即，基本上是在中心是中空的圓形纖維，其被壓縮成橢圓形)，或平帶。
[0125]另外，不同的噴絲頭可以被包括在力紡絲系統(tǒng)中，從而產(chǎn)生不同的纖維直徑或混合物。例如，在紡絲期間，系統(tǒng)中的多個噴絲頭可以產(chǎn)生纖維混合物。噴絲頭還可以構(gòu)造有可以產(chǎn)生芯鞘結(jié)構(gòu)的出口端口。可選地，各自聯(lián)接至不同的可流動的形成纖維的材料的儲器的具有多個出口端口的單個噴絲頭可以產(chǎn)生混合物。
[0126]類似地，纖維特性可以通過在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上提供各種選定的直徑的不同出口端口來控制。本發(fā)明主題設(shè)想了的從約I微米至約1000微米的出口端口的直徑范圍。如果需要相對較高的直徑的纖維，還可以設(shè)想更大的直徑。通向出口端口的通道或通路通常將具有筆直的管。這些管可以長達(dá)I毫米至3毫米。
[0127]在給定的系統(tǒng)中，出口端口的直徑和/或形狀或尺寸可以是均勻的，或它們可以變化。在一些實(shí)施方案中，出口端口形成為預(yù)定長度的噴嘴，該噴嘴具有朝向該端口的減小的錐度。出口端口和相關(guān)的通路或通道可以使用已知的微碾磨技術(shù)，或待被發(fā)現(xiàn)的技術(shù)來形成。已知的技術(shù)包括機(jī)械碾磨、化學(xué)蝕刻，和激光鉆孔和燒蝕。
[0128]除了超細(xì)纖維，根據(jù)本發(fā)明主題的力紡絲系統(tǒng)可以用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)織物尺寸的纖維(例如，50-150旦尼爾)。
[0129]這些超細(xì)纖維或其它纖維可以包括功能性顆粒，例如，但不限于抗微生物劑、金屬、阻燃劑，和陶瓷。這些材料可以連同形成纖維的材料引入到噴絲頭中。這些材料可以通過例如氫鍵、離子鍵或范德華力結(jié)合到材料共價鍵。催化劑可以被包括在材料混合物中以促進(jìn)任何這樣的結(jié)合。
[0130]在任何情況下，對于上面提到的終端產(chǎn)品，纖維墊(在不同的纖維尺寸、材料，或混合物范圍內(nèi)變化)可以分層堆積在一起以形成整個服裝復(fù)合材料，或在3D對象的情況下，形成例如鞋子復(fù)合材料和手套的整個終端產(chǎn)品。所聚集的纖維可以被梳理以用于紡成紗線。該紗線可以在例如服飾、鞋類，和裝備的終端產(chǎn)品中使用，以利用可以通過納米級纖維展現(xiàn)出來的獨(dú)特特性的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)在力紡絲后被熱固化時，形成纖維的材料可以通過熔融溫度來選擇以在最后的終端產(chǎn)品中提供不同的結(jié)構(gòu)剛性。這對于3D結(jié)構(gòu)，例如，比其它終端產(chǎn)品，例如外衣需要相對更加耐用的手套和鞋面而言特別重要。
[0131]本發(fā)明主題設(shè)想使用力紡絲以產(chǎn)生在2L、2.5L，和3L的防水/透氣產(chǎn)品中使用的納米纖維薄膜。在薄膜被紡織后，薄膜可以，或可以不被涂上保護(hù)性膜以使細(xì)孔免受污染。根據(jù)薄膜的最終用途，纖維可以使用疏油性部件被任選地?cái)D出以使該薄膜免受灰塵和油的污染，或在該薄膜被紡織后，可以施加類似的疏油涂層。涂上疏油涂層將不會覆蓋薄膜中的細(xì)孔，或?qū)ν笟庑曰蚩諝馔高^性產(chǎn)生不利影響，但仍然將會改變納米纖維表面使其不吸引灰塵和油，并且因此阻止污染。
[0132]該薄膜可以直接紡織到最后的材料的選定面織物上，或該薄膜可以紡織到接觸紙張上，并且然后層壓在最后的材料的選定面織物上?；蛘咧苯映练e在織物或材料上，或者層壓在材料上的該薄膜還可以在軟殼構(gòu)造中使用。納米纖維的直徑影響薄膜的細(xì)孔尺寸。纖維的橫截面形態(tài)和纖維厚度影響的纖維的表面積。增加纖維的表面積可以減小細(xì)孔的尺寸。減小纖維直徑是增加表面積/容積率的方法。因此，纖維直徑是控制厚度、耐用性，以及濕氣轉(zhuǎn)移的方法。厚度影響薄膜的重量。共同地，這些因素影響納米纖維薄膜的透氣性和耐用性。根據(jù)本發(fā)明主題的納米纖維直徑可以是納米級范圍中的任何值。用于本文描述的應(yīng)用的合適的范圍被認(rèn)為是在約10nm至約1000納米。細(xì)孔尺寸影響空氣透過性。因此，在大多數(shù)應(yīng)用中，使用前述的尺寸范圍中的納米纖維，可以控制薄膜的空氣透過性。用于軟殼和防水透氣應(yīng)用的形成纖維的材料包括PFTE分散體、聚氨酯、尼龍、聚酯、例如，諸如纖維素材料、絲蛋白的生物基材料，和包括來源于天然和合成來源的其它聚合物的待發(fā)現(xiàn)的其它形成纖維的材料。
[0133]在本發(fā)明主題的某些實(shí)施方案中，可流動的形成纖維的材料可以是兩種或多種聚合物和/或兩種或多種共聚物的混合物。在其它實(shí)施方案中，形成纖維的材料聚合物可以是一種或多種聚合物和/或多種共聚物的混合物。在其它實(shí)施方案中，形成纖維的材料可以是一種或多種合成聚合物和一種或多種天然產(chǎn)生的聚合物的混合物。
[0134]在根據(jù)本發(fā)明主題的一些實(shí)施方案中，形成纖維的材料作為聚合物溶液，S卩，聚合物溶解在合適的溶液中，供給到儲器中。在該實(shí)施方案中，該方法還可以包括在將聚合物供給到儲器中之前將聚合物溶解在溶劑中。在其它的實(shí)施方案中，聚合物作為聚合物熔體供給到儲器中。在這樣的實(shí)施方案中，儲器以合適的溫度被加熱以用于熔融該聚合物，例如，以約100 0C至約300 0C的溫度加熱。
[0135]在根據(jù)本發(fā)明主題的一些實(shí)施方案中，多個微米、亞微米和納米尺寸的聚合物纖維被形成。該多個微米、亞微米和納米尺寸的聚合物纖維可以具有相同的直徑或不同的直徑。
[0136]在根據(jù)本發(fā)明主題的一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法導(dǎo)致微米、亞微米和納米尺寸的制造。
[0137]例如，制造具有約15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000納米，或2、5、10、20、30、40，或約50微米的直徑(或?qū)τ诜菆A形形狀的類似的橫截面尺寸)的聚合物纖維被認(rèn)為是可能的。所陳述的直徑中間的尺寸和范圍也是本發(fā)明主題的一部分。
[0138]使用本發(fā)明的方法和設(shè)備形成的聚合物纖維可以具有基于長徑比為至少100、500、1000、5000或相對于前述纖維直徑的更高的長度范圍。在一個實(shí)施方案中，聚合物纖維的長度至少部分取決于設(shè)備旋轉(zhuǎn)或擺動的時間長度和/或供給到該系統(tǒng)中的聚合物的量。例如，普遍認(rèn)為聚合物纖維可以形成為具有至少0.5微米的長度，包括在約0.5微米至10米，或更大范圍中的長度。另外，聚合物纖維可以使用任何合適的儀器切割成期望的長度。所陳述的長度中間的尺寸和范圍也是本發(fā)明主題的一部分。
[0139]如本文所使用的，術(shù)語“纖維”和“長絲”可互換使用，其中術(shù)語“長絲”通常指具有較高長徑比的一類“纖維”，例如，可以圍繞期望的對象的相對較長或連續(xù)的長度的纖維。而且，合成纖維通常生產(chǎn)為長的、連續(xù)的長絲。相反，“短纖維”通常指的是天然纖維，由于它們通常是這樣生長的，因而天然纖維往往是相對較短的。長合成纖維長絲可以切成較短的短纖維?？偨Y(jié)下，長絲是纖維，但纖維可以具有不同的長度(短的或長的或連續(xù)的)。
[0140]在一些實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明主題的方法形成的聚合物纖維還接觸或暴露于試劑以減少或增加聚合物纖維中的每單位面積表面中的細(xì)孔的尺寸，或細(xì)孔的數(shù)量。例如，可以使用各種已知的化學(xué)試劑，該化學(xué)試劑增加或減少的聚合物中的交聯(lián)或使非共價鍵變性是已知的。非化學(xué)試劑可以包括加熱和電磁輻射。
[0141]本發(fā)明主題特別適合生產(chǎn)具有防水性和透氣性保護(hù)，以及防風(fēng)性保護(hù)的終端產(chǎn)品。用于防水和濕氣透氣的其它的納米纖維網(wǎng)已經(jīng)經(jīng)由電紡絲被生產(chǎn)。通過噴射流擠出產(chǎn)生類似的尺寸被認(rèn)為是可能的，但與通過電紡絲可能產(chǎn)生的尺寸相比具有更大的纖維長度。這些尺寸為100nm或更小。該網(wǎng)被期望具有織物重量的范圍，且重量在約5g/V至約25g/m2，具有約10微米至約50微米的厚度(見，例如，韓國專利文獻(xiàn)第20090129063A號)。對于用于防水/透氣應(yīng)用的力紡絲微多孔薄膜，PTFE是合適的形成纖維的材料的示例。合適的PTFE纖維直徑范圍可以從約10nm至約lOOOnm。網(wǎng)的一系列厚度是可能的。薄膜厚度的合適厚度可以從約7微米至約50微米。網(wǎng)中的一系列細(xì)孔尺寸是可能的。用于防水/透氣應(yīng)用的合適的細(xì)孔尺寸包括約250nm或更大。
[0142]各種材料(合成的、天然的、生物基植物、生物基發(fā)酵)和織物/基底類型(針織、織造，和非織造)被設(shè)想用于終端產(chǎn)品中。使用如本文討論的方法和裝置可以產(chǎn)生的超細(xì)纖維的非限制性示例包括天然聚合物和合成聚合物、聚合混合物，以及其它形成纖維的材料。聚合物和其它形成纖維的材料可以包括生物材料(例如，可生物降解和生物吸收的材料、植物基聚合物、生物基發(fā)酵聚合物)、金屬、金屬合金、陶瓷、復(fù)合材料和碳超細(xì)纖維。使用如本文討論的方法和裝置制成的超細(xì)纖維的非限制性示例包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)、尼龍、祕，和β-內(nèi)酰胺超細(xì)纖維。
[0143]如上面指出的，超細(xì)纖維集合可以包括多種材料的混合。超細(xì)纖維還可以包括孔(例如，腔或多腔)或細(xì)孔。多腔超細(xì)纖維可以例如通過設(shè)計(jì)具有同心開口的一個或多個出口端口來實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施方案中，這樣的開口可以包括分離開口(即，擁有一個或多個分隔物使得兩個或更多的較小的開口被制成的開口)。這樣的特征可以被利用以獲得特定的物理特性。例如，該纖維可以被制作用作諸如在下面描述的隔熱應(yīng)用中的絕熱，或用作彈性力(復(fù)原力)衰減器或非彈性力衰減器。
[0144]在某些實(shí)施方案中，本公開的纖維網(wǎng)可以包括例如彈性纖維、聚氨酯、以及聚丙烯酸酯類聚合物的彈性纖維，以將伸縮性賦予根據(jù)本發(fā)明主題制成的非紡織織物。
[0145]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明主題涉及纖維，和根據(jù)本文公開的噴射流擠出技術(shù)生產(chǎn)的絕熱纖維的構(gòu)造。在一些可能的實(shí)施方案中，該構(gòu)造以類似于是絨毛團(tuán)的天然羽絨的形式制成。圖5是單個羽絨絨毛22的示意圖。該絨毛具有中央節(jié)點(diǎn)，該中央節(jié)點(diǎn)帶有從節(jié)點(diǎn)朝外輻射的多個臂。這樣的結(jié)構(gòu)相對于具有類似于絨毛直徑的長度的線性纖維允許較高程度的空氣滯留。
[OH6] 根據(jù)本發(fā)明主題的隔熱構(gòu)造還可以是類似于例如那些在Primalof t、Thermore，或Thermolite的這樣的名稱下銷售的合成毛絮隔熱的形式。通常，這樣的產(chǎn)品基于聚酯纖維或聚酯纖維和例如美利奴羊毛纖維的其它天然的或合成纖維的混合物。圖6是這樣的構(gòu)造20相對于已知的產(chǎn)品21將如何呈現(xiàn)的示意性表示，S卩，產(chǎn)品21可以以基于線性纖維的纏繞或聚集的墊狀的形式來構(gòu)造。通常，這樣的棒通過纖維熔噴來生產(chǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本文教導(dǎo)的噴射流擠出的超細(xì)纖維，基于超細(xì)纖維直徑和/或納米管的使用或增加隔熱材料的每給定密度單位的滯留空氣的量的其它結(jié)構(gòu)，可以用于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能。超細(xì)纖維可以與為纖維的混合構(gòu)造提供強(qiáng)度與耐用性的較大直徑的纖維混合。
[0147]在隔熱材料的構(gòu)造中的纖維可以具有大體上相同的旦尼爾或該纖維可以具有混合的旦尼爾。在任一情況下，用于許多應(yīng)用的合適的范圍為1-5旦尼爾。在服飾的應(yīng)用中，合適的范圍可以是1_3旦尼爾。
[0148]例如，可以制作模擬鵝的羽絨絨毛的3D結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。一般而言，具有較高程度的交叉纖維的纖維結(jié)構(gòu)單元在每個交叉點(diǎn)處模擬節(jié)點(diǎn)。因此，本發(fā)明主題設(shè)想形成具有每給定密度單位的較高程度的交叉點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，以及可以和羽絨絨毛的松軟一起聚集的許多松散且相對較小的網(wǎng)結(jié)構(gòu)。換言之，合成羽絨隔熱結(jié)構(gòu)不是延伸的材料片材或材料墊，而是纏繞的或交叉的微尺寸單元網(wǎng)，該網(wǎng)提供與羽絨相當(dāng)或比羽絨更好的填充和松軟。圖7示意性示出了產(chǎn)生較高程度的交叉點(diǎn)和許多松散結(jié)構(gòu)的一種可能的方法。在該實(shí)施方案中，噴射排放系統(tǒng)是力紡絲系統(tǒng)10。該系統(tǒng)包括與產(chǎn)生渦流或湍流的可變的或多方向的空氣流相關(guān)聯(lián)的聚集器118(空氣流由穿過圖7中的聚集器表面的向上/向下的箭頭標(biāo)示)。渦流或湍流導(dǎo)致纖維或纖維節(jié)段從噴絲頭掉落以在相對有限的空間中在隨機(jī)的交叉路徑或其它的交叉路徑中彼此相遇。這導(dǎo)致較高程度的纖維交叉以及網(wǎng)的短的部分。噴絲頭可以從相關(guān)聯(lián)的出口端口以脈沖的形式發(fā)出噴射流以促進(jìn)形成纏結(jié)的纖維的離散的球體。導(dǎo)致這樣的效果的其它方法可以包括控制噴射纖維上的拉伸力，或選擇期望拉伸強(qiáng)度的纖維材料使得纖維網(wǎng)在變得不期望的較大之前斷開，從而產(chǎn)生許多小的、松散的包。在其它的實(shí)施方案中，隔熱材料的墊和片材可以使用例如機(jī)械、化學(xué)或電磁切割機(jī)構(gòu)的已知技術(shù)切割成小的部分。
[0149]圖8示出了用于產(chǎn)生模擬羽絨的隔熱構(gòu)造的可選的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，聚集器具有旋轉(zhuǎn)容器218的性質(zhì)。所噴射纖維摩擦地與旋轉(zhuǎn)容器相互作用，從而導(dǎo)致纖維減速且彼此纏結(jié)。力使得大的連續(xù)材料墊不形成，只形成松散的微小材料網(wǎng)。如上面描述的，容器還可以與類似于使纖維交叉產(chǎn)生的可變氣流機(jī)構(gòu)聯(lián)接。
[0150]使用根據(jù)本發(fā)明主題的超細(xì)纖維和技術(shù)，可以預(yù)計(jì)的是，可以實(shí)現(xiàn)隔熱材料的構(gòu)造，該構(gòu)造將具有相當(dāng)于至少約450至約1000的蓬松度。還可以預(yù)期，一些隔熱構(gòu)造可以具有相當(dāng)于超過450，或超過550，或超過650，或超過750，或超過850，或至少1000的蓬松度。所陳述的蓬松等同物的中間的尺寸和范圍也是本發(fā)明主題的一部分。
[0151]另外地，使用納米纖維制成的隔熱構(gòu)造可以產(chǎn)生相對于現(xiàn)有技術(shù)隔熱材料的另外的空氣空間。例如，該另外的空氣空間產(chǎn)生更好的隔熱特性，以及由此的感覺更溫暖的服裝。例如，具有增加的表面積的納米管和其它纖維幾何結(jié)構(gòu)相對于同等重量與長度的實(shí)芯的圓形纖維，將允許更大的空氣滯留和更高的隔熱值。
[0152]制作長的或連續(xù)的段的形式的長絲和紗線:
[0153]在纖維產(chǎn)生之后，纖維被制成紗線。對于合成纖維，存在兩種類型的紗線:長絲紗線和紡成紗線。長絲紗線由聚集在一起的且通常使用縱向軸彼此平行定向的許多長纖維組成。長絲是已經(jīng)被擠出的單個的連續(xù)纖維。長絲可以與單獨(dú)的纖維一起以大致平行的方向聚合或聚集。聚合的纖維束然后被扭曲以產(chǎn)生更厚且更堅(jiān)固的紗線?？椢锸褂脧?fù)絲紗線和單個單絲兩者。
[0154]合成紡成紗線使用短纖維來生產(chǎn)。短纖維是約0.75至18英寸長的較短纖維。除了絲綢，天然纖維是短纖維。為了產(chǎn)生合成短纖維，纖維被擠出、抽出和張緊或卷曲，且然后切成短纖維長度。這些短纖維然后被取出以用于在下游加工成紡織物、編織物，或非紡織織物。短纖維然后結(jié)合在一起且被紡織以產(chǎn)生構(gòu)成數(shù)千較短的長絲的紗線。這些紡成紗線以與棉紗線或羊毛紗線的生產(chǎn)大致相同的方式來生產(chǎn)。
[0155]梳理是機(jī)械過程，該過程將纖維解開、清理，并且定向成用于紡織紗線的連續(xù)的網(wǎng)。該過程使散亂的纖維團(tuán)散開，且對齊類似長度的纖維。例如羊毛和棉花的天然纖維通常處于不同纖維長度的纏結(jié)的纖維團(tuán)。這些團(tuán)被梳理且被梳成平行的、對齊的類似長度的短纖維。這些短纖維然后被紡織成在紡織織物和針織織物中使用的紗線。
[0156]在棉花束的情況下，基本的梳理過程包括:將簇打開成單獨(dú)的纖維，移除雜質(zhì)，基于長度選擇纖維(移除最短的纖維)，移除絨毛，以平行的方式對纖維進(jìn)行定向并且拉伸纖維，將圈轉(zhuǎn)化成紗條，從而形成非扭曲纖維的規(guī)則的塊體。紗條是所產(chǎn)生的用于紡織紗線的纖維的長束。
[0157]力紡絲短纖維:
[0158]如上面討論的，力紡絲可以產(chǎn)生長納米纖維。這些長纖維可以被切斷且梳理成短纖維。改變噴絲頭的尺寸，從而增加或減小孔的直徑以抽出長的更大直徑尺寸的纖維是可能的。例如，范圍從I至300或在該附近值的旦尼爾根據(jù)力紡絲方法被考慮。給定的噴絲頭可以具有是都相同的尺寸的一個或多個孔?；?，給定的噴絲頭可以具有不同直徑或構(gòu)型的多個孔，該多個孔用于多個纖維旦尼爾或構(gòu)型。
[0159]由1D-300D范圍中的纖維組成的纖維墊可以類似地充當(dāng)如棉花和羊毛的天然纖維束的墊。普遍認(rèn)為通過使用本文公開和考慮的新穎的系統(tǒng)，長的、連續(xù)的力紡絲纖維的松散包裝的墊或毛絮通過使用與天然纖維所使用的相同的工藝可以被加工成短纖維。羊毛、棉花、黃麻，等，可以使用不同的機(jī)構(gòu)以用于梳理和梳加工。因此，存在許多可利用的選項(xiàng)將力紡絲墊分離成期望長度的短纖維。
[0160]通過力紡絲產(chǎn)生短纖維有利地使用較少的能量。長的連續(xù)長絲以大致平行的方向聚集，且該長絲可以容易地被切斷和梳理以產(chǎn)生均勻的短纖維。常規(guī)的工藝受纖維尺寸限制。另外，如本文所公開的，力紡絲提供從各種原材料產(chǎn)生纖維的能力。相反，常規(guī)工藝具有有限的能力以高效地生產(chǎn)各種天然的、合成的和生物基纖維。例如，聚酯可以以長的連續(xù)長絲的形式被擠出(例如漁線)。這些長絲可以用作短纖維，或切成短纖維。相比于電紡絲，對于力紡絲而言，這些纖維是相對較長的，且墊子然后如短纖維一樣可以被切斷和梳理。纖維墊代表未定向的短纖維棉花束。然而，可以設(shè)想的是，當(dāng)噴絲頭上的孔的尺寸增加至50旦尼爾以及以上，纖維的強(qiáng)度增加。因此，擠出的纖維的長度可以增加?？梢栽O(shè)想的是，例如旋轉(zhuǎn)速度、孔尺寸，以及溶液熔體的參數(shù)可以針對期望的結(jié)果來改變，而無需過度的實(shí)驗(yàn)。在任何情況下，即，使納米纖維力紡絲成較大的旦尼爾纖維，梳理并切成短纖維將遵循類似的途徑。
[0161]力紡絲連續(xù)長絲纖維:
[0162]從納米級到較大直徑，本發(fā)明主題涉及來自力紡絲纖維的長的更連續(xù)長絲的生產(chǎn)。本文公開了 I旦尼爾至300旦尼爾或附近值的相對較大纖維直徑，以及其它旦尼爾的直徑。當(dāng)纖維直徑增加時，長絲拉伸強(qiáng)度增加。優(yōu)于傳統(tǒng)的擠出過程，本文討論的方式由于力紡絲自然地定向纖維，有利地減少了加熱輥筒以及抽出和定向纖維所需要的拉伸設(shè)備的數(shù)量。傳統(tǒng)的纖維的抽出和定向，以及擠出可能需要多達(dá)3層高度的空間。力紡絲是小尺寸、安靜的單個裝置，且需要較少的能量。在一些纖維的情況下，必要的條件可能包括加熱器和拉伸設(shè)備。這也是被預(yù)想的，并且可以包括在聚集器和噴絲頭之間的位置處或在后處理中。然而，后處理被預(yù)想成比目前的生產(chǎn)要求的規(guī)模小。類似于納米纖維墊，更大的力紡絲墊可以從該墊直接扭曲成紗線。類似于紗線從短纖維的纏結(jié)，這種扭曲導(dǎo)致纏結(jié)。如果需要較高程度的纖維定向，該墊可以如前面描述地被梳理。
[0163]由于更大直徑的力紡絲纖維的強(qiáng)度，其它的聚集方法也是可預(yù)見的。
[0164]圖9至圖12示出了力紡絲或其它噴射流擠出系統(tǒng)的可選的實(shí)施方案，該系統(tǒng)具有纖維聚集系統(tǒng)，聚集系統(tǒng)聚集長絲或纖維，且將其卷起為連續(xù)的長絲或纖維。(系統(tǒng)元件并不意味著概念上的說明，且也不意味著按比例繪制。)當(dāng)形成纖維的材料15的噴射流離開噴絲頭的孔口時，離心力抽出長絲或纖維，且離心力將纖維對齊，且通過在纖維內(nèi)定向聚合物鏈提供強(qiáng)度。這類似于本文公開的其它噴射流擠出工藝。例如，噴射流可以包括選自聚酯、尼龍、天然纖維(例如，纖維素)、基于生物的(天然衍生的，合成的)、雙組分纖維與獨(dú)特的橫截面纖維(芯鞘)的混合物，以及本文公開的或設(shè)想的任何其它材料的組的材料。例如，形成纖維的材料可以包括散開的顆粒以增加纖維性能或電導(dǎo)率。形成纖維的材料中的任何一種可以使用多種聚集方法聚集為連續(xù)的長絲。一些代表性的方法概述如下。然而，這些示例并不意味著是詳盡的列舉。那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本文的教導(dǎo)將認(rèn)識到許多技術(shù)和裝置可以用于聚集纖維。
[0165]在離心力作用下噴射材料的噴射流或流的噴絲頭的力紡絲的使用提供了與棉花糖的生產(chǎn)相似性。如本文所使用的“流”或“噴射流”指處于例如，液態(tài)、軟化狀態(tài)，或固態(tài)的任何狀態(tài)中的材料的纖維狀或絲狀流。材料的固態(tài)流的示例可以是被拉動的或來自線軸的移動紗線。如本文使用的，在纖維的上下文中的“結(jié)構(gòu)”或“ΙΓ指固相纖維狀或絲狀材料。在本文所設(shè)想的處理步驟中，結(jié)構(gòu)或股可以存在于動態(tài)狀態(tài)中，例如在流動態(tài)中，或結(jié)構(gòu)或股可以存在于靜止?fàn)顟B(tài)中。
[0166]在棉花糖機(jī)中，棉花糖纖維的股通過對從居中的處在聚集器中的噴絲頭離開的液體進(jìn)行紡絲形成。噴絲頭居中地處在其中的聚集器基本上是圓形碗。股聚集在聚集器周圍的豎直壁上。線軸，其是長形的物體，例如，紙圓錐體，然后沿聚集器的壁以圓形路徑移動，其中線軸的縱向軸線平行于聚集器的壁。當(dāng)該線軸環(huán)繞壁移動時，線軸扯下沉積在壁上的纖維股。當(dāng)該線軸沿壁環(huán)行時，該線軸還圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。該另外的旋轉(zhuǎn)使纖維圍繞線軸纏繞，以圍繞該線軸產(chǎn)生均勻的纖維股沉積。在棉花糖的情況下，該纖維是脆弱的，短的，粘的，且無張力地進(jìn)行卷繞。因此，該工藝并不旨在用在需要緊密纏繞纖維的地方，或用在纖維不粘且容易從纖維沉積在其上的壁被吸引至線軸的地方。而且，棉花糖機(jī)生產(chǎn)方法沒有提供這一問題的解決方案，即如何將聚集的纖維墊纏繞成是優(yōu)選地但不是必需地連續(xù)的長絲狀形式，以在一定張力下能夠緊密纏繞和繞線。
[0167]在呈現(xiàn)在下面的示例中的新穎的方式中，公開了聚集和繞線方法，該方法用于與旨在在紡織物應(yīng)用中使用的連續(xù)纖維的力紡絲一起使用。本發(fā)明主題克服了簡單棉花糖機(jī)生產(chǎn)方式的缺陷，該棉花糖機(jī)生產(chǎn)方式不涉及將棉花糖墊減小至可能處于一定張力之下的較長的長絲狀的形式。
[0168]圖9A至圖13示出了聚集系統(tǒng)的示例，該系統(tǒng)包括聚集器，聚集器具有用于接收來自噴絲頭的材料流的表面。根據(jù)本發(fā)明主題，聚集器318可以與噴絲頭的紡絲孔口相關(guān)聯(lián)，且與噴絲頭的紡絲孔口共同旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，靜止的、非軌道型聚集器可以是靜止的，且位于用于力紡絲系統(tǒng)的噴絲頭12的幾何中心下方。聚集器與噴絲頭的相對旋轉(zhuǎn)速度被協(xié)調(diào)使得長絲狀纖維在張力的范圍內(nèi)卷繞至聚集器上，這(I)實(shí)現(xiàn)了期望的緊密度狀態(tài)，而沒有把纖維拉緊至破壞或形變狀態(tài);和(2)當(dāng)已形成的或正在形成的長絲被卷繞時，避免了該已形成的或正在形成的長絲流中的松弛，以便不使已形成的或正在形成的長絲被攪打和破壞或形變。除了聚集器，該聚集系統(tǒng)可以包括其它部件，例如加熱器和輥，該輥在噴絲頭與聚集器之間，或隨后處在纖維的后處理過程中，以幫助管理張力和流動或長絲定向。
[0169]該聚集系統(tǒng)將自然地包括其它部件(未示出)，例如用于驅(qū)動聚集器或其它部件的電動馬達(dá)，用于確定紡絲部件的旋轉(zhuǎn)速度，或來自噴射流出口端口的流動速度，或用于測量材料或部件的應(yīng)力或載荷的傳感器或寄存器。該系統(tǒng)還包括手動和/或計(jì)算機(jī)控制件，例如，微處理器和具有儲存程序的存儲器，用于管理相對的旋轉(zhuǎn)速度的速度與已形成的或正在形成的長絲上的應(yīng)力或載荷。
[0170]圖9A至圖9B是用于從噴絲頭擠出的纖維材料的流的一個可能的聚集系統(tǒng)的側(cè)視示意圖和俯視示意圖。在這種情況下，例如滾筒或圓筒的聚集器318在向外地距噴絲頭的出口端口或端口的一定距離處圍繞該噴絲頭軌道地旋轉(zhuǎn)，出口端口或端口可以布置在噴絲頭的圓周上或沿噴絲頭的圓周布置。聚集器從噴絲頭被充分間隔開，以允許經(jīng)由旋轉(zhuǎn)離心力將長絲或纖維適當(dāng)?shù)財(cái)D出和抽出。聚集器距出口端口的徑向和直線距離兩者由出口端口的尺寸和所產(chǎn)生的纖維的直徑確定。這是由于形成纖維的材料15的噴射流需要一定的慣性抽出距離以在形成的纖維內(nèi)適當(dāng)?shù)囟ㄏ蚓酆衔镦湣Ｐ枰紤]的其它參數(shù)是被擠出材料的特性。例如，溶液的粘度和纖維內(nèi)的聚合物鏈的對齊是影響使用慣性力的纖維的可伸展距離的因素。減少纖維的攪打影響，以及由旋轉(zhuǎn)聚集器導(dǎo)致的渦流，也是需要考慮的因素。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以考慮并且經(jīng)驗(yàn)地處理任何上述因素，而無需過多試驗(yàn)。因此，如下面討論的，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或以其它方式確定聚集器距噴絲頭的適當(dāng)間距，以及聚集器與噴絲頭的相對旋轉(zhuǎn)速度。
[0171]參考圖9A至圖9B的系統(tǒng)，聚集器318與噴絲頭12的外部圓周間隔開且圍繞噴絲頭運(yùn)動。當(dāng)聚集器圍繞噴絲頭運(yùn)動時，聚集器同步地圍繞其自身縱向軸線旋轉(zhuǎn)。聚集器的旋轉(zhuǎn)軸線平行于噴絲頭的旋轉(zhuǎn)軸線。聚集器的軸向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致纖維緊密地卷繞至聚集器且圍繞聚集器聚集，其中長絲或纖維通常平行于彼此被定向。在該示例中，旋轉(zhuǎn)的噴絲頭與聚集器可以在同一個平面或平行于噴絲頭的平面中相對于彼此移動。在該示例中，聚集器圍繞靜止的噴絲頭運(yùn)動(除了軸向旋轉(zhuǎn)外)?？蛇x地，噴絲頭可以圍繞可以是靜止的聚集器運(yùn)動。任一軌道布置允許穿過的軌道的均勻的纖維拉緊距離(take-up distance)。
[0172]聚集器旋轉(zhuǎn)的速度(轉(zhuǎn)速)可以根據(jù)具體的長絲或纖維材料以及直徑來計(jì)算或確定。聚集器圍繞其自身的軸線的旋轉(zhuǎn)在纖維材料的卷繞中產(chǎn)生張力。纖維強(qiáng)度將確定卷繞時所需的張力的量以圍繞聚集器適當(dāng)?shù)鼐砝@長絲或纖維。如果聚集器的轉(zhuǎn)速過快，超出纖維或長絲的拉伸強(qiáng)度，可能發(fā)生纖維的破壞。如果轉(zhuǎn)速過慢，長絲或纖維可能攪打。這可能導(dǎo)致長絲或纖維中的薄弱點(diǎn)，或這可能導(dǎo)致長絲或纖維斷裂。如上面提到的，聚集條件可以因材料不同而變化，但可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立。那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將理解的是，需要將纖維引導(dǎo)至卷繞聚集器的機(jī)構(gòu)是很多的，且設(shè)想了所有這樣的機(jī)構(gòu)，即使本文沒有明確公開。
[0173]這樣的旋轉(zhuǎn)聚集器，S卩，具有使用長絲或纖維拉緊速度校正的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速適合從噴絲頭的出口端口的慣性延伸中的松弛，可以通過其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而不是僅僅通過圖9A至圖9B的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0174]根據(jù)本發(fā)明的主題，圖1OA至圖1OC是其它可能的系統(tǒng)的示意圖，其中聚集器418、518或618布置在噴絲頭下方，與圖9A至圖9B的力紡絲和聚集器系統(tǒng)形成對照，在該系統(tǒng)中聚集器向外地與噴絲頭的圓周間隔開。在圖1OA至圖1OC的系統(tǒng)中，聚集器布置在噴絲頭下方且相對于噴絲頭可以是靜止的(除了聚集器的軸向旋轉(zhuǎn)外)。在靜止的聚集器的情況下，合適的位置可以恰好在噴絲頭的幾何中心，即，噴絲頭的旋轉(zhuǎn)軸下方。圖1OA至圖1OC示出了布置在噴絲頭12的中心下方的不同的靜止旋轉(zhuǎn)聚集器418、518或618。在圖9A至圖9B的實(shí)施方案中，聚集器圍繞其自身的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，但不圍繞噴絲頭運(yùn)動?？v向軸線平行于噴絲頭在其中旋轉(zhuǎn)的平面。該軸線垂直于噴絲頭圍繞其旋轉(zhuǎn)的軸線。
[0175]圖1OA的聚集器定位在支撐物或?qū)б?4之上，支撐物或?qū)б?4可以用于將長絲或纖維偏轉(zhuǎn)或供給至與支撐物或?qū)бR，且在支撐物或?qū)б陷S向地旋轉(zhuǎn)的水平的聚集器。因此，纖維聚集在相對于噴絲頭水平地堆疊的平面中。圖1OB示出了布置在噴絲頭的中心下方的聚集器，該聚集器圍繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)，但不圍繞噴絲頭運(yùn)動。長絲或纖維在與噴絲頭在其中旋轉(zhuǎn)的平面的平行的堆疊的平面中卷繞。應(yīng)注意，在圖1OA至圖1OC的變型中，聚集器將聚集長絲或纖維，有時具有橫跨長度(水平對齊)或高度(垂直對齊)的不均勻分布。在這樣的情況下，聚集器系統(tǒng)可以包括移動的或靜止的導(dǎo)引件和裝置以沿旋轉(zhuǎn)的聚集器移動長絲或纖維以用于均勻纏繞。靜止類型或在平面內(nèi)移動或圍繞噴絲頭旋轉(zhuǎn)的聚集器可以包含任何幾何形狀:圓柱形、圓錐形，或如由圖1OC的錐形或三角形或錐體聚集器示意圖所表示的，要不然像圖1OB的聚集器的其它不排他的形狀。
[0176]在任何聚集和卷繞工藝的情況下，初始卷繞可能需要提高的過程。為了達(dá)到該目的，噴絲頭可以緩慢旋轉(zhuǎn)以允許長絲或纖維在聚集器上開始卷繞。
[0177]在充分的卷繞之后，噴絲頭、旋轉(zhuǎn)聚集器(如果非靜止)，以及聚集器的旋轉(zhuǎn)被提高至用于期望的纖維特征的必要的轉(zhuǎn)速。在適當(dāng)?shù)臈l件建立之后，該系統(tǒng)可以提供協(xié)調(diào)和卷繞的不需要預(yù)卷繞步驟的協(xié)同。
[0178]在可能需要預(yù)卷繞步驟的方法的情況下，圖11、12，和13提供一系列獨(dú)特的和獨(dú)立的技術(shù)。圖11A-11C設(shè)想了在噴絲頭下方的切口(未示出)，長絲或纖維自身可以穿過該切口被抽出。然而，可以設(shè)想的是，切口可能不是必要的，且恰當(dāng)?shù)膹埩Φ牧靠梢栽趪娊z頭的中心下方直接產(chǎn)生。在該實(shí)施方案中，長絲或纖維以較低的轉(zhuǎn)速從旋轉(zhuǎn)噴絲頭12被擠出，允許長絲或纖維圍繞在本文中稱為“驅(qū)動器”26的旋轉(zhuǎn)滾筒、圓柱體或輪，或盤被供給。該驅(qū)動器可以剛好位于旋轉(zhuǎn)噴絲頭的幾何中心下方。長絲或纖維15從噴絲頭圍繞該驅(qū)動器被供給，且然后抽出到位于距離該驅(qū)動器一定的距離的聚集器18上。一旦固定至聚集器，噴絲頭的轉(zhuǎn)速增加，如同聚集器上的拉緊轉(zhuǎn)速。在長絲或纖維擠出處于預(yù)定的噴絲頭轉(zhuǎn)速時(例如，針對纖維溶液、孔直徑，和/或纖維所需的慣性拉伸)，聚集器拉緊轉(zhuǎn)速提高至必要的計(jì)算轉(zhuǎn)速以在纖維中具有或不具有張力的情況下允許長絲或纖維卷繞。該工藝允許來自噴絲頭16的出口端口的長絲或纖維的伸展中的必要的長絲或纖維的松弛，以便不影響長絲或纖維的質(zhì)量。由于噴絲頭獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)，可以設(shè)想中間驅(qū)動器在相對于噴絲頭的旋轉(zhuǎn)軸水平地(垂直地)豎直平面中可以180°樞轉(zhuǎn)且360°旋轉(zhuǎn)。這允許從任何從噴絲頭的旋轉(zhuǎn)軸的中心朝外延伸的徑向位置抽出的長絲或纖維的相等的拉伸。該驅(qū)動器可以被認(rèn)為是無摩擦的，或基本上是無摩擦的，以允許聚集或張力只來源于聚集器。
[0179]如在圖12中所看到的，另一個可能的實(shí)施方案使用定位在噴絲頭下方的錐形導(dǎo)引件124。使用該方案，長絲或纖維穿過錐形導(dǎo)引件引導(dǎo)到輥上。長絲或纖維從錐形導(dǎo)引件下方的輥供給到旋轉(zhuǎn)聚集器。錐形導(dǎo)引件通過降纖維流體地引導(dǎo)到剛好在該導(dǎo)引件下方的輥減小了長絲或纖維上的應(yīng)力。長絲或纖維可以穿過該錐形導(dǎo)引件的中間或圍繞該錐形導(dǎo)引件的外部被引導(dǎo)然后被集中在驅(qū)動器上。
[0180]如在圖13中所看到的，在另一個可能的實(shí)施方案中，使用變化的幾何結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)臂以將長絲或纖維引導(dǎo)至驅(qū)動器26。在該示意圖中，旋轉(zhuǎn)臂的幾何結(jié)構(gòu)，以及距噴絲頭的距離，使用如圖9中描述的相同的參數(shù)考慮。
[0181]盡管噴絲頭可以在相同的方向上使纖維定向，但方向性的空氣或其它氣體流可以用于引導(dǎo)從噴絲頭或甚至靜止的擠出設(shè)備擠出的材料流。用于引導(dǎo)氣流的機(jī)構(gòu)包括例如，風(fēng)扇、真空，和加壓氣體源的正的和負(fù)的壓力系統(tǒng)。氣流可以逆著材料流以任何期望的角度被引導(dǎo)，以便將該材料流重定向成期望的路徑或方向。例如，材料流可以被引導(dǎo)至連續(xù)的帶上。在該實(shí)施方案和任何其它的實(shí)施方案中，可移動的平坦表面可以是將纖維材料供給至輥或卷軸或供給至其它的處理系統(tǒng)中的連續(xù)的帶系統(tǒng)的一部分。
[0182]上述實(shí)施方案并不意味著是用于從力紡絲裝置產(chǎn)生和捕獲連續(xù)的纖維的方法的詳盡的列舉。根據(jù)本文的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以使用力紡絲以生產(chǎn)和聚集用于紡織或針織物品中的任何應(yīng)用的或使用連續(xù)的纖維的任何其它的應(yīng)用的連續(xù)的纖維。
[0183]定義(如通常在用于戶外和紡織行業(yè)的文獻(xiàn)中所描述的):
[0184]防水/透氣(復(fù)合材料織物):紡織物(針織或編織)復(fù)合材料，其阻擋由不同的標(biāo)準(zhǔn)界定的一定壓力的水透過，但該材料還是透氣的，如由不同的標(biāo)準(zhǔn)測定的，以允許濕氣穿過該復(fù)合材料。該復(fù)合材料可以包含I紡織物層和防水透氣薄膜(界定為2防水透氣復(fù)合材料層)，或該防水透氣薄膜可以夾在2紡織物層之間(界定為3防水透氣復(fù)合材料層)。在2.5層防水透氣復(fù)合材料的情況下，該薄膜通常具有應(yīng)用在與外部紡織物側(cè)面相對的薄膜表面上的印刷物。該印刷物可以是顏色、花紋，和/或包括任何圖案的功能性顆粒。紡織物層可以是任何纖維類型(天然的、合成的、生物基的、可生物降解的)或任何纖維類型的混合物的紡織或針織結(jié)構(gòu)。所有的接縫使用接縫膠帶密封以保證防水性。
[0185]防水/透氣薄膜:根據(jù)選定的標(biāo)準(zhǔn)，紡織物材料是(I)防水的，且(2)對濕氣是透氣的。薄膜可以是親水的、疏水的、單片的，或微多孔的。雙部件薄膜結(jié)合例如GORE-TEXePTFE薄膜和另一個材料層的兩個層。
[0186]空氣透過性:織物、薄膜，或復(fù)合材料允許空氣穿過材料的能力;在CFM中測量，立方英尺每分鐘。
[0187]水蒸氣透氣性/蒸汽透過性:參考織物、防水/透氣薄膜，或復(fù)合材料允許濕氣(液體或水蒸氣)穿過該材料的能力。
[0188]硬殼(2L、2.5L、3L):防水透氣復(fù)合材料由實(shí)現(xiàn)較高程度的防水性的多層2L、2.5L，或3L組成。外層通常是例如尼龍織物的更多材料。通常的織物構(gòu)造是抗撕裂織品。
[0189]軟殼:然而，具有較高防水性的紡織物復(fù)合材料集中于阻擋風(fēng)。阻擋風(fēng)可以使用防水透氣薄膜(夾在兩個紡織物層之間)或使用粘合劑或膠以將2紡織物或基底固定在一起來實(shí)現(xiàn)。該膠是空氣不可透過的，且因此計(jì)量復(fù)合材料中的透氣性。紡織物織物通常是更軟的紡織織物和針織織物，因此稱為軟殼。通過操縱每個紡織物復(fù)合材料的設(shè)計(jì)特征，透氣性可以從O至100 %之間的風(fēng)力封擋變化。
[0190]納米纖維:界定為具有在100至1000納米之間的直徑的纖維。納米纖維提供較高的表面積和處于納米水平的獨(dú)特特性。
[0191]非紡織織品:由結(jié)合在一起的纖維通過除紡織工藝外的例如化學(xué)、加熱、機(jī)械，或溶劑工藝的一些工藝制成的織物類材料。纖維被纏結(jié)，從而產(chǎn)生網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該纏結(jié)在纖維之間產(chǎn)生細(xì)孔，從而提供一定程度的空氣透過性。
[0192]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，在為了解釋本發(fā)明主題的性質(zhì)而描述和說明的細(xì)節(jié)、材料以及零件的布置和操作上的許多修改和變化是可能的，并且這樣的修改和變化沒有脫離教導(dǎo)和包含在其中的和權(quán)利要求的精神和范圍。
[0193]本文引用的所有專利和非專利文獻(xiàn)為了所有目的據(jù)此通過引用以其整體并入。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種散裝填充材料，其適合于用作為鞋類、戶外服飾和/或戶外裝備中的隔熱材料或緩沖材料，所述散裝填充材料包括: 多個獨(dú)立單元，其包括纖維束或纖維松散網(wǎng)，所述纖維包括超細(xì)纖維和/或在I至5旦尼爾的范圍內(nèi)的纖維;所述纖維被纏結(jié)以形成所述束或所述松散網(wǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散裝填充材料，其中所述纖維束或纖維網(wǎng)包括多個纖維，所述纖維各自是由形成為單一的、多節(jié)點(diǎn)的纖維結(jié)構(gòu)的纖維材料形成的多節(jié)點(diǎn)的纖維結(jié)構(gòu)，所述多節(jié)點(diǎn)的纖維結(jié)構(gòu)被聚集為束或網(wǎng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散裝填充材料，其中纖維類型的組合被包括在所述束或網(wǎng)中，所述纖維類型選自于下列纖維類型的變型中的一個或多個:(I)纖維材料的變型和/或(2)纖維直徑或橫截面幾何形狀的變型。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的散裝填充材料，其中在束或網(wǎng)中的所述纖維包括超細(xì)纖維。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散裝填充材料，其中在所述束或網(wǎng)中的所述纖維包括超細(xì)纖維和具有至少I旦尼爾的纖維的混合。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散裝填充材料，其中所述填充材料具有450至1000的蓬松度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散裝填充材料，其中平均纖維直徑小于lOOnm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散裝填充材料，其中平均纖維直徑小于50nm。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散裝填充材料，其中所述纖維包括具有管狀或其它的非實(shí)心芯的纖維。10.—種構(gòu)造，其包括鞋類物品、戶外服飾物品和/或戶外裝備物品，所述物品包含散裝填充材料，所述散裝填充材料包括:多個獨(dú)立單元，所述多個獨(dú)立單元包括纖維束，所述纖維包括超細(xì)纖維和/或在I至5旦尼爾范圍內(nèi)的纖維;并且所述纖維被纏結(jié)以形成所述束。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的構(gòu)造，其中所述物品包括服飾物品。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的構(gòu)造，其中所述物品包括戶外裝備物品，所述戶外裝備物品是睡袋。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的構(gòu)造，其中所述物品包括鞋類物品。14.一種構(gòu)造，其包括鞋類物品、戶外服飾物品和/或戶外裝備物品，所述物品包含散裝填充材料，所述散裝填充材料包括:多個纖維松散網(wǎng)，所述纖維包括超細(xì)纖維和/或在I至5旦尼爾范圍內(nèi)的纖維;所述纖維被纏結(jié)以形成所述松散網(wǎng)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的構(gòu)造，其中所述物品包括服飾物品。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的構(gòu)造，其中所述物品包括戶外裝備物品，所述戶外裝備物品是睡袋。17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的構(gòu)造，其中所述物品包括鞋類物品。
【文檔編號】D04H3/016GK106048904SQ201610391076
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年7月3日
【發(fā)明人】賈斯汀·李·格拉迪什, 瑪麗-埃倫·史密斯
【申請人】北面服飾公司