專利名稱：具有可逆熱性能的多組分纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有增強(qiáng)的可逆熱性能的合成纖維。更具體地，本發(fā)明涉及包括多相變材料的多組分纖維，和通過熔體紡絲法形成此類纖維的方法。
背景技術(shù)：
很多織物材料由合成纖維制成。通常，兩種方法用于制備合成纖維濕溶液法和熔體紡絲法。濕溶液法通常用于形成丙烯酸類纖維，而熔體紡絲法通常用于形成尼龍纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維和其它類似種類的纖維。正如公知的，尼龍纖維包括特征在于形成酰胺基團(tuán)-CONH-的長鏈合成聚酰胺聚合物，聚酯纖維包括具有至少85wt％取代芳族羧酸酯單元的長鏈合成聚合物，聚丙烯纖維包括具有至少85wt％烯烴單元并且通常具有分子量約40,000或更大的長鏈合成結(jié)晶聚合物。
熔體紡絲法是特別感興趣的，因?yàn)橛糜诩徔椆I(yè)的大部分合成纖維通過這一工藝制備。該熔體紡絲方法一般涉及將熔化的聚合物材料通過稱為噴絲板的設(shè)備，由此形成很多單根合成纖維。形成后，可將這些合成纖維集成為股或制成短纖維。這些合成纖維可用于制備機(jī)織織物或無紡織物，或這些纖維可卷成隨后用于形成合成織物材料的編織或針織工藝的紗線。
相變材料已被加入丙烯酸類纖維中對(duì)纖維本身和由其制備的織物材料提供增強(qiáng)的可逆熱性能。這容易完成，部分原因在于通常與形成丙烯酸類纖維的濕溶液法相關(guān)的高含量的揮發(fā)性物質(zhì)(如溶劑)。然而，將這些相變物質(zhì)加入熔紡合成纖維中存在很多問題，因?yàn)樵谌垠w紡絲法中一般不存在或不需要高含量的揮發(fā)性物質(zhì)。以前嘗試將相變物質(zhì)加入熔紡合成纖維中的方法一般涉及將相變物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)纖維級(jí)熱塑性聚合物混合形成共混物，隨后將該共混物熔體紡絲形成合成纖維。這些嘗試一般導(dǎo)致相變物質(zhì)在纖維內(nèi)不合適的分散、不良纖維性能和不良加工性能，除非使用低濃度相變物質(zhì)。然而，使用低濃度的相變物質(zhì)，難以實(shí)現(xiàn)一般與使用相變物質(zhì)相關(guān)的所需增強(qiáng)可逆熱性能。
正是在此背景下，出現(xiàn)了開發(fā)包括相變物質(zhì)的多組分纖維的需求。
發(fā)明概述本發(fā)明一方面涉及具有增強(qiáng)可逆熱性能的多組分纖維。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，多組分纖維可包括由多個(gè)伸長構(gòu)件形成的纖維體，其中至少一個(gè)伸長構(gòu)件具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)。
在另一示例性實(shí)施方案中，多組分纖維可包括含第一聚合物物質(zhì)和分散在第一聚合物物質(zhì)內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)材料的第一伸長構(gòu)件，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)。該多組分纖維還可包括含第二聚合物物質(zhì)的第二伸長構(gòu)件，其中第二伸長構(gòu)件與第一伸長構(gòu)件結(jié)合。
在另一示例性實(shí)施方案中，多組分纖維可包括含第一聚合物物質(zhì)和分散在第一聚合物物質(zhì)內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)材料的芯構(gòu)件，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)。該多組分纖維可進(jìn)一步包括含第二聚合物物質(zhì)的皮構(gòu)件，其中皮部分包圍芯構(gòu)件。
附圖簡(jiǎn)述為更好理解本發(fā)明的特性和目的，應(yīng)參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述。


圖1說明根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的各種示例性多組分纖維的放大橫截面圖。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的示例性芯/皮纖維的三維視圖。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的另一示例性芯/皮纖維的三維視圖。
圖4為按實(shí)施例1中的討論生產(chǎn)的六種芯/皮纖維的性能和制造參數(shù)。
詳細(xì)描述本發(fā)明涉及包括一種或多種相變物質(zhì)的多組分纖維。根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施方案的多組分纖維具有吸收或釋放熱能或減少或消除熱流的性能。此外，這些多組分纖維可顯示改進(jìn)的加工性能(例如在纖維或由其構(gòu)成的制品制造期間)、改進(jìn)的強(qiáng)度、對(duì)分散于纖維內(nèi)的相變物質(zhì)的改進(jìn)的圍堵性能、或相變物質(zhì)的較高荷載量。這些多組分纖維可用于或包括在各種制品和應(yīng)用中提供熱調(diào)節(jié)性能，同時(shí)對(duì)制品和應(yīng)用提供改進(jìn)的強(qiáng)度。例如，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的多組分纖維可用于紡織品(例如織物材料)，衣物(如外衣、緊身防水橡皮衣和防護(hù)衣)，鞋類(如鞋內(nèi)襯底、靴子和鞋墊)，醫(yī)用產(chǎn)品(如熱毯、治療墊、失禁墊和熱/冷包裹)，容器和包裝物(如飲料/食品容器、食品溫?zé)嵫b置、座椅墊和線路板層壓物)，建筑物(如墻壁或天花板中的絕緣體、墻紙、窗簾襯里、管覆蓋物、地毯和瓷磚)、器具(如家用器具中的絕緣物)和其它產(chǎn)品(如汽車襯里材料、睡袋和被褥)。
與提供的熱調(diào)節(jié)性能相關(guān)，根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方案的多組分纖維當(dāng)包括在例如服裝或鞋類中時(shí)，可提供例如因出汗導(dǎo)致的個(gè)人皮膚濕氣減少。例如，多組分纖維可降低皮膚溫度或相對(duì)濕度，由此提供較低程度的皮膚潤溫和較高的舒適度。使用特定的材料和特定的服裝或鞋類設(shè)計(jì)特征可進(jìn)一步增強(qiáng)這種濕氣降低。
根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的多組分纖維可包括多個(gè)伸長構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，多組分纖維可包括由多個(gè)伸長構(gòu)件形成的纖維體。該纖維體將伸長并可具有大于其直徑數(shù)倍(例如100倍或更大)的長度。該纖維體可具有很多規(guī)則或不規(guī)則橫截面形狀，例如但不限于環(huán)形、多葉形(multi-lobal)、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形、楔形等。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，可將兩個(gè)或多個(gè)伸長構(gòu)件(例如兩個(gè)相鄰伸長構(gòu)件)連接、結(jié)合、合并、或粘結(jié)形成單一纖維體。伸長構(gòu)件可包括相同或不同的聚合物物質(zhì)以及至少一種伸長構(gòu)件可具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)一般包括向多組分纖維提供增強(qiáng)的可逆熱性能的相變物質(zhì)。
這些伸長構(gòu)件可排列為各種構(gòu)型。例如，這些伸長構(gòu)件可排列為天星構(gòu)型、皮芯構(gòu)型、方陣或棋盤構(gòu)型、分段餅(segmented-pie)構(gòu)型、并列構(gòu)型、條構(gòu)型等。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，這些伸長構(gòu)件可排列為束狀，其中伸長構(gòu)件通常相互平行。根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施方案，伸長構(gòu)件可通過經(jīng)纖維體長度大部分延伸，并且若需要，它們可在縱向同時(shí)延伸。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，多組分纖維可為約0.1至約100旦尼爾，通常約0.5至約10旦尼爾。正如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將理解的，旦尼爾應(yīng)理解為纖維每單位長度的重量測(cè)量值(即每9000米的克數(shù))。
根據(jù)制備多組分纖維的方法、進(jìn)一步的加工的需求或多組分纖維的具體應(yīng)用，該多組分纖維可進(jìn)一步包括一種或多種另外的組分，如水、表面活性劑、分散劑、消泡劑(例如含硅氧烷化合物和含氟化合物)、抗氧化劑(例如受阻酚和亞磷酸酯)、熱穩(wěn)定劑(如亞磷酸酯、有機(jī)磷化合物、有機(jī)羧酸的金屬鹽和酚類化合物)、微波吸收添加劑(如多官能伯醇、甘油和碳)、增強(qiáng)纖維(如碳纖維、芳胺纖維和玻璃纖維)、導(dǎo)電纖維或顆粒(例如石墨或活性炭纖維或顆粒)、潤滑劑、加工助劑(例如脂肪酸的金屬鹽、脂肪酸酯、脂肪酸醚、脂肪酸酰胺、磺酰胺、聚硅氧烷、有機(jī)磷化合物和酚類聚醚)、阻燃劑如(鹵化物、磷化合物和硼化合物)等等。一種或多種另外的組分可分散在包括多組分纖維的一種或多種伸長構(gòu)件內(nèi)。此外，可對(duì)該多組分纖維施加某些處理物或涂料，以賦予另一些性能例如但不限于抗污、阻水、柔軟感和濕調(diào)節(jié)性能。示例性的處理物和涂料包括Nextec Applications Inc.的Epic，Intera Technologies，Inc.的Intera，DuPont Inc.的Zonyl Fabric Protectors，3M Co.的Scotchgard等等。
本發(fā)明可參考附圖1更充分理解，該圖提供，例如但不限于，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的各種示例性多組分纖維12、13、14、21、22、23、24、26、27、28、29和34的放大的橫截面圖。更特別地，圖1說明根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的包括多組分纖維的排列伸長構(gòu)件的各種示例性構(gòu)型。
如圖1所述，各種多組分纖維(例如21)包括多個(gè)對(duì)應(yīng)于形成多組分纖維的伸長構(gòu)件(例如39和40)的獨(dú)特橫截面區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的說明性實(shí)施方案，伸長構(gòu)件包括第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)(在圖1中以陰影給出)和第二伸長構(gòu)件(或第二多個(gè)伸長構(gòu)件)(在圖1中以非陰影給出)。這里，第一伸長構(gòu)件(或多個(gè)第一伸長構(gòu)件)優(yōu)選可由其中分散有溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的聚合物物質(zhì)形成。第二伸長構(gòu)件(或多個(gè)第二伸長構(gòu)件)可由相同的聚合物物質(zhì)或具有某些不同性能的另一聚合物物質(zhì)形成。
盡管圖1說明了具有環(huán)形或三葉形橫截面的多組分纖維，但本發(fā)明包括具有各種其它規(guī)則或不規(guī)則橫截面形狀的多組分纖維，這些形狀包括但不限于多葉形、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形、楔形等。通常，應(yīng)注意第一多個(gè)伸長構(gòu)件可由相同或不同的聚合物物質(zhì)形成，和第二多個(gè)伸長構(gòu)件可由相同或不同的聚合物物質(zhì)構(gòu)成。此外，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可分散在第二伸長構(gòu)件(或第二多個(gè)伸長構(gòu)件)內(nèi)。還應(yīng)認(rèn)識(shí)到兩種或多種不同溫度調(diào)節(jié)材料可分散在相同或不同伸長構(gòu)件中。例如，第一溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可分散在第一伸長構(gòu)件內(nèi)，和具有某些不同性能的第二溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可分散在第二伸長構(gòu)件內(nèi)(例如兩種不同的相變物質(zhì))。此外，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，圖1中給出的伸長構(gòu)件的數(shù)量、形狀和尺寸以例子但非限制性方式說明，各種其它實(shí)施方案在本發(fā)明范圍內(nèi)。
參考圖1，左側(cè)第10列說明三個(gè)示例性多組分纖維12、13和14。多組分纖維12包括以分段-餅構(gòu)型排列的多個(gè)伸長構(gòu)件。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，第一多個(gè)伸長構(gòu)件15、15′、15″、15和15″″及第二多個(gè)伸長構(gòu)件16、16′、16″、16和16″″以交替方式排列并具有楔形橫截面。通常，這些伸長單元可具有相同或不同橫截面形狀或尺寸。此外，盡管給出的多組分纖維12包括十個(gè)伸長構(gòu)件，但應(yīng)注意，通常兩個(gè)或多個(gè)伸長構(gòu)件可以分段-餅構(gòu)型排列，并且至少一個(gè)伸長構(gòu)件通常具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。
多組分纖維13包括以天星構(gòu)型排列的多個(gè)伸長構(gòu)件。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，第一多個(gè)伸長構(gòu)件35、35′、35″、35等處于第二伸長構(gòu)件36內(nèi)并被其包圍。在本發(fā)明實(shí)施方案中，各第一多個(gè)伸長構(gòu)件具有梯形橫截面形狀。然而，應(yīng)注意，本發(fā)明包括各種其它規(guī)則或不規(guī)則橫截面形狀，例如但不限于環(huán)形、多葉形、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、三角形、楔形等。通常，第一多個(gè)伸長構(gòu)件35、35′、35″、35等可具有相同或不同的橫截面形狀或尺寸。此外，盡管給出的多組分纖維13具有處于第二伸長構(gòu)件36內(nèi)并被其包圍的17個(gè)伸長構(gòu)件35、35′、35″、35等，但應(yīng)注意，通常一個(gè)或多個(gè)伸長構(gòu)件可位于第二伸長構(gòu)件36內(nèi)并被其包圍。
多組分纖維14包括以條形構(gòu)型排列的多個(gè)伸長構(gòu)件。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，第一多個(gè)伸長構(gòu)件37、37′、37″、37和37″″及第二多個(gè)伸長構(gòu)件38、38′、38″和38以交替方式排列并成型為多組分纖維14的縱向切片。通常，這些伸長單元可具有相同或不同橫截面形狀或尺寸(例如與縱向切片相關(guān)的寬度)。此外，盡管給出的多組分纖維14包括九個(gè)伸長構(gòu)件，但應(yīng)注意，通常兩個(gè)或多個(gè)伸長構(gòu)件可以排列為條狀構(gòu)型，并且至少一個(gè)伸長構(gòu)件通常具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。
對(duì)于多組分纖維12和14，示出了第一伸長構(gòu)件(例如15)被相鄰的一個(gè)或多個(gè)第二伸長構(gòu)件(例如16和16″″)部分包圍，而對(duì)于多組分纖維13，給出的第一伸長構(gòu)件(例如35)被單一第二伸長構(gòu)件36完全包圍。當(dāng)?shù)谝簧扉L構(gòu)件(例如15)不被完全包圍時(shí)，合適的是(但不要求)，圍堵的結(jié)構(gòu)(例如微膠囊)可用于包含分散在第一伸長構(gòu)件內(nèi)的相變物質(zhì)。
圖1的中間列20說明四種示例性芯/皮纖維21、22、23和24。特別地，芯/皮纖維21、22、23和24各自包括以芯-皮構(gòu)型排列的多個(gè)伸長構(gòu)件。
芯/皮纖維21包括位于第二伸長構(gòu)件40內(nèi)并被其包圍的第一伸長單元39。更特別地，第一伸長構(gòu)件39形成為具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的芯構(gòu)件。給出的這種芯構(gòu)件同心處于形成為皮構(gòu)件的第二伸長構(gòu)件40內(nèi)并被其完全包圍。這里，芯/皮纖維21包括25wt％芯構(gòu)件和75wt％皮構(gòu)件。
芯/皮纖維22包括位于第二伸長構(gòu)件42內(nèi)并被其包圍的第一伸長構(gòu)件41。如上所述實(shí)施方案，第一伸長構(gòu)件41形成為具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的芯部分，它同心處于形成為皮部分的第二伸長構(gòu)件42內(nèi)并完全被其包圍。這里，芯/皮纖維22包括50wt％芯部分和50wt％皮部分。
芯/皮纖維23包括位于第二伸長構(gòu)件44內(nèi)并被其包圍的第一伸長構(gòu)件43。在本發(fā)明實(shí)施方案中，第一伸長構(gòu)件43形成為芯部分，它偏心處于形成為皮部分的第二伸長構(gòu)件44內(nèi)。芯/皮纖維23可包括基本上任何重量百分比的芯部分和皮部分，以提供所需的熱調(diào)節(jié)和機(jī)械性能。
三葉芯/皮纖維24包括位于第二伸長構(gòu)件46內(nèi)并被其包圍的第一伸長單元45。在本發(fā)明實(shí)施方案中，第一伸長構(gòu)件45形成為具有三葉橫截面形狀的芯部分，該芯部分同心處于形成為皮部分的第二伸長構(gòu)件46內(nèi)。芯/皮纖維23可包括基本上任何重量百分比的芯部分和皮部分，以提供所需的熱調(diào)節(jié)和機(jī)械性能。
應(yīng)注意到，芯部分一般可具有各種規(guī)則或不規(guī)則橫截面形狀，例如但不限于環(huán)形、多葉形、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形、楔形等。盡管給出的芯/皮纖維21、22、23和24具有一個(gè)位于皮部分內(nèi)并被其包圍的芯部分，但應(yīng)注意兩個(gè)或多個(gè)芯部分可位于皮部分內(nèi)并被其包圍(例如以類似于對(duì)多組分纖維13給出的方式)。這兩個(gè)或多個(gè)芯部分可具有相同或不同的橫截面形狀或尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，芯/皮纖維包括以芯-皮構(gòu)型排列的三個(gè)或多個(gè)伸長構(gòu)件，其中這些伸長構(gòu)件成型為皮/芯纖維的同心或偏心縱向薄切片。
圖1右列30說明根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的多個(gè)示例性并列纖維。特別地，并列纖維26、27、28、29和34包括以并列構(gòu)型排列的多個(gè)伸長構(gòu)件。
并列纖維26包括與第二伸長構(gòu)件48相鄰并被其部分包圍的第一伸長構(gòu)件47。在本發(fā)明實(shí)施方案中，伸長構(gòu)件47和48具有半圓形橫截面形狀。這里，并列纖維26包括50wt％的第一伸長構(gòu)件47和50wt％的第二伸長構(gòu)件48。應(yīng)注意，伸長構(gòu)件47和48還可交替或同時(shí)具有分段-餅或條構(gòu)型排列特征。
并列纖維27包括與第二伸長構(gòu)件50相鄰并被其部分包圍的第一伸長構(gòu)件49。在本發(fā)明實(shí)施方案中，并列纖維27包括20wt％的第一伸長構(gòu)件49和80wt％的第二伸長構(gòu)件50。應(yīng)注意，伸長構(gòu)件49和50還可交替或同時(shí)具有芯-皮構(gòu)型排列特征。其中第一伸長構(gòu)件49相對(duì)于第二伸長構(gòu)件50偏心設(shè)置并被其部分包圍。
并列纖維28和29為兩個(gè)示例性混合粘性纖維。各纖維包括與第二伸長構(gòu)件52或54相鄰設(shè)置并被其部分包圍的其中分散有溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一伸長構(gòu)件51或53。一種混合粘性纖維通常認(rèn)為是自卷曲或自變形纖維，其中纖維卷曲或變形賦予纖維松軟、蓬松、絕緣、拉伸或其它類似性能。通常，混合粘性纖維包括由不同聚合物物質(zhì)形成的多個(gè)伸長構(gòu)件。例如，對(duì)于并列纖維28，第一伸長構(gòu)件51可由第一聚合物物質(zhì)形成，第二伸長構(gòu)件52可由在某些方面與第一聚合物物質(zhì)可不同的第二聚合物物質(zhì)形成。在本發(fā)明實(shí)施方案中，第一和第二聚合物物質(zhì)可包括具有不同粘度或分子量的聚合物(例如具有不同分子量的兩種聚丙烯)。當(dāng)將并列纖維28拉伸時(shí)，可在兩個(gè)伸長構(gòu)件51和52之間形成不均勻應(yīng)力，并且并列纖維28可卷曲或彎曲。根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，第一和第二聚合物物質(zhì)可包括具有不同結(jié)晶度的聚合物。例如，第一聚合物物質(zhì)可具有比第二聚合物物質(zhì)低的結(jié)晶度。當(dāng)將并列纖維28拉伸時(shí)，第一和第二聚合物物質(zhì)可發(fā)生不同程度結(jié)晶和取向，以將一種取向和強(qiáng)度“固定”到纖維28內(nèi)?？尚枰銐虻慕Y(jié)晶度以在熱處理期間防止或減少纖維28的再取向。并列纖維28和29可包括基本上任何重量百分比的第一和第二伸長構(gòu)件以提供所需熱調(diào)節(jié)、機(jī)械、自卷曲或自變形(self-texturing)性能。
并列纖維34為一個(gè)示例性ABA纖維，包括位于第二多個(gè)伸長構(gòu)件56和56′之間并被其部分包圍的第一伸長構(gòu)件55。在本發(fā)明實(shí)施方案中，第一伸長構(gòu)件55由其中分散有溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一聚合物物質(zhì)形成。這里，第二多個(gè)伸長構(gòu)件56和56′可由第一聚合物物質(zhì)或由在一些方面不同于第一聚合物物質(zhì)的第二聚合物物質(zhì)形成。通常，伸長構(gòu)件56和56′可具有相同或不同的橫截面形狀或尺寸(例如與縱向薄切片相關(guān)的寬度)。應(yīng)注意，伸長構(gòu)件55、56和56′可另外或同時(shí)具有條狀構(gòu)型排列特征。
接著，參考圖2，說明一種示例性芯/皮纖維59的三維圖。芯/皮纖維59包括位于一伸長的環(huán)形皮部分58內(nèi)并且被其包圍的伸長的且通常為圓柱形的芯部分57。芯部分57具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)61，它處于皮部分58內(nèi)并被其完全包圍或包住。在本發(fā)明實(shí)施方案中，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)61包括含相變物質(zhì)的多種微膠囊，這些微膠囊可均勻分散在整個(gè)芯部分57內(nèi)。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將理解，盡管優(yōu)選微膠囊均勻分散于芯部分57內(nèi)，但在所有應(yīng)用中這不是必須的。芯部分57可以同心或偏心方式處于皮部分58內(nèi)，芯/皮纖維59可包括基本上任何重量百分比的芯部分57和皮部分58，以提供所需的熱調(diào)節(jié)和機(jī)械性能。
參考圖3，說明另一示例性芯/皮纖維60的三維圖。與芯/皮纖維59一樣，芯/皮纖維60包括位于一伸長的環(huán)形皮部分64內(nèi)并且被其完全包圍或包住的伸長的且通常為圓柱形的芯部分63。這里，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)62包括原始形式的相變物質(zhì)(即相變物質(zhì)未做成膠囊，即未做成微膠囊或大膠囊)，并且相變物質(zhì)可均勻分散在整個(gè)芯部分63內(nèi)。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將理解，盡管優(yōu)選相變物質(zhì)均勻分散于芯部分63內(nèi)，但在所有應(yīng)用中這不是必須的。通過包圍芯部分63，皮部分64可起到將相變物質(zhì)封閉在芯部分63內(nèi)的作用。因此，皮部分64可在纖維加工期間或使用期間減少或防止相變物質(zhì)損失或滲漏。芯部分63可以同心或偏心方式處于皮部分64內(nèi)，芯/皮纖維60可包括基本上任何重量百分比的芯部分63和皮部分64，以提供所需的熱調(diào)節(jié)和機(jī)械性能。
正如上面討論的，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的多組分纖維可包括分散在一個(gè)或多個(gè)伸長構(gòu)件內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。通常，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)均勻分散在至少一種伸長構(gòu)件中。然而，根據(jù)多組分纖維所需的具體特征，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的分散可在一種或多種物質(zhì)內(nèi)變化。溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)一般可包括一種或多種相變物質(zhì)。
通常，相變物質(zhì)可包括具有吸收或釋放熱能以在溫度穩(wěn)定范圍內(nèi)降低或消除熱流的性能的任何物質(zhì)(或這些物質(zhì)的混合物)。溫度穩(wěn)定范圍可包括特定轉(zhuǎn)換溫度或轉(zhuǎn)換溫度范圍。用于本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方案的相變物質(zhì)優(yōu)選在相變物質(zhì)吸收或釋放熱期間能夠抑制熱能流，因?yàn)橄嘧兾镔|(zhì)通常在兩個(gè)狀態(tài)之間(例如液態(tài)與固態(tài)、液態(tài)與氣態(tài)、固態(tài)與氣態(tài)，或兩個(gè)固態(tài))之間發(fā)生轉(zhuǎn)換。這種作用一般是短暫的，如將在加熱或冷卻工藝期間直至吸收或釋放相變物質(zhì)潛熱時(shí)發(fā)生?？蓪崮苜A存或從相變物質(zhì)中除去，并且該相變物質(zhì)一般可通過熱或冷源有效再生。通過選擇合適的相變物質(zhì)，該多組分纖維可設(shè)計(jì)用于很多產(chǎn)品或應(yīng)用中。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，相變物質(zhì)可為固/固相變物質(zhì)。固/固相變物質(zhì)為通常在兩個(gè)固態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)換(例如結(jié)晶或中間相結(jié)晶相轉(zhuǎn)化)并因此通常在使用期間不變?yōu)橐簯B(tài)的一類相變物質(zhì)。
可加入根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施方案的多組分纖維中的相變物質(zhì)包括各種有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)。示例性相變物質(zhì)包括例如但不限于烴(例如直鏈烷或石蠟烴、支鏈烷烴、不飽和烴、鹵代烴和脂環(huán)烴)，水合鹽(例如六水合氯化鈣、六水合溴化鈣、六水合硝酸鎂、三水合硝酸鋰、四水合氟化鉀、銨礬、六水合氯化鎂、六水合碳酸鈉、十水合磷酸二鈉、十水合硫酸鈉和三水合乙酸鈉)，石蠟，油，水，脂肪酸，脂肪酸酯，二元酸，二元酯，1-鹵化物，伯醇，芳族化合物，包合物，半包合物，氣體包合物，酸酐(如硬脂酸酐)，碳酸乙二醇酯，多元醇(例如2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-羥甲基-2-甲基-1，3-丙二醇、乙二醇、聚乙二醇、季戊四醇、二季戊四醇、五甘油、四羥甲基乙烷、新戊二醇、四羥甲基丙烷、單氨基季戊四醇、二氨基季戊四醇和三(羥甲基)乙酸)，聚合物(如聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇，和共聚物如具有烷基烴側(cè)鏈或具有聚乙二醇側(cè)鏈的聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯，和包括聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、聚丙二醇或聚丁二醇的共聚物)，金屬，和其混合物。
表1提供一系列可在這里描述的多組分纖維中用作相變物質(zhì)的示例性石蠟烴。
表1
相變物質(zhì)可包括兩種或多種物質(zhì)(例如兩種或多種上述示例性相變物質(zhì))的混合物。通過選取兩種或多種不同物質(zhì)(例如兩種不同的石蠟烴)并形成其混合物，可在多組分纖維的任意特定應(yīng)用的寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)溫度穩(wěn)定范圍。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，相變物質(zhì)可包括兩種或多種物質(zhì)(例如兩種或多種上述示例性相變物質(zhì))的共聚物。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可包括原始形式的相變物質(zhì)(如相變物質(zhì)未做成膠囊，即未做成微膠囊或大膠囊)。在制造多組分纖維期間，可提供各種形式的固體(如蓬松形式、粉末、珠粒、顆粒、薄片等)或各種形式的液體(如熔體形式、溶于溶劑中等)的原始相變物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施方案，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可進(jìn)一步包括裝入膠囊、包含、圍繞或吸收相變物質(zhì)的抑制結(jié)構(gòu)。這種抑制結(jié)構(gòu)可有助于操作相變物質(zhì)，同時(shí)在制備多組分纖維或由其構(gòu)成的制品期間提供一定程度的對(duì)相變物質(zhì)的保護(hù)(例如防止高溫或剪切力)。此外，抑制結(jié)構(gòu)可在使用期間起到防止相變物質(zhì)從多組分纖維中滲漏的作用。
例如溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可包括含相變物質(zhì)的多種微膠囊，并且該微膠囊可均勻或非均勻分散在至少一種伸長的構(gòu)件內(nèi)。該微膠囊可以包封相變物質(zhì)的中空殼形式制成并可包括以規(guī)則或不規(guī)則形狀(如球形、橢圓形等)和尺寸形成的單獨(dú)的微膠囊。各微膠囊可具有相同或不同的形狀或尺寸。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，微膠囊可具有約0.01至約100μm的最大線性尺寸(例如直徑)。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，微膠囊可具有一般的球形，并具有約0.5至約3μm的最大線性尺寸(例如直徑)。其它抑制結(jié)構(gòu)的例子可包括例如但不限于，二氧化硅顆粒(例如沉淀二氧化硅顆粒、煅制二氧化硅顆粒，和其混合物)，沸石顆粒，碳顆粒(例如石墨顆粒、活性炭顆粒和其混合物)，和吸收劑物質(zhì)(例如吸收劑聚合物、超吸收劑物質(zhì)，纖維素物質(zhì)，聚(甲基)丙烯酸酯物質(zhì)，聚(甲基)丙烯酸酯的金屬鹽和其混合物)。例如，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)可包括其中滲入相變物質(zhì)的二氧化硅顆粒、沸石顆粒、碳顆粒或吸收劑物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，一種或多種伸長構(gòu)件可各自包括約5至約70wt％溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，伸長構(gòu)件可包括60wt％的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)，在其它實(shí)施方案中，伸長構(gòu)件可包括約10至約30wt％或約15至約25wt％溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的多組分纖維可包括由相同或不同聚合物材料形成的多種伸長構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，伸長構(gòu)件可包括由其中分散有溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一聚合物物質(zhì)形成的第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)。此外，伸長構(gòu)件可包括由可在某些方面與第一聚合物物質(zhì)不同的第二聚合物物質(zhì)形成的第二伸長構(gòu)件(或第二多個(gè)伸長構(gòu)件)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，伸長構(gòu)件可由相同的聚合物物質(zhì)形成，在此情況下，第一和第二聚合物物質(zhì)是相同的。
通常，聚合物材料(如第一或第二聚合物材料)可包括具有形成為伸長構(gòu)件的能力的任一聚合物(或聚合物的混合物)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，伸長構(gòu)件可由任一纖維形成聚合物(或纖維形成聚合物的混合物)形成。根據(jù)其中熔體紡絲法用于形成多組分纖維的實(shí)施方案，聚合物物質(zhì)可包括熱塑性聚合物(或熱塑性聚合物的混合物)(即可加熱形成熔體隨后成型形成伸長構(gòu)件的熱塑性聚合物)。
聚合物物質(zhì)可包括具有包括一種或多種類型的單體單元的各種鏈結(jié)構(gòu)的聚合物(或聚合物混合物)。特別地，聚合物物質(zhì)可包括線性聚合物、支化聚合物(如星形支化聚合物、梳形支化聚合物或枝狀支化聚合物)或其混合物。聚合物物質(zhì)可包括均聚物、共聚物(例如統(tǒng)計(jì)共聚物、無規(guī)共聚物、交替共聚物、周期共聚物、嵌段共聚物、輻射狀共聚物或接枝共聚物)、或其混合物。正如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的，聚合物的活性和官能度可通過加入基團(tuán)如胺、酰胺、羧基、羥基、酯、醚、環(huán)氧化物、酸酐、異氰酸酯、硅烷、酮和醛改變。此外，為提高其韌性或其耐熱性、耐濕性或耐化學(xué)試劑，可將包括聚合物的聚合物物質(zhì)交聯(lián)、纏結(jié)或形成氫鍵。
可用于形成本發(fā)明各種實(shí)施方案的伸長構(gòu)件的示例性聚合物包括例如但不限于聚酰胺(如尼龍6、尼龍6/6、尼龍12、聚天冬氨酸、聚谷氨酸等)，聚胺，聚酰亞胺，聚丙烯酸類(例如聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、甲基丙烯酸和丙烯酸的酯等)，聚碳酸酯(例如聚雙酚A碳酸酯、聚碳酸丙二酯等)，聚二烯烴(例如聚丁二烯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等)，聚環(huán)氧化物，聚酯(如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯、聚己內(nèi)酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丙二醇酯等)，聚醚(例如聚乙二醇(聚環(huán)氧乙烷)、聚丁二醇、聚環(huán)氧丙烷、聚氧亞甲基(低聚甲醛)、聚亞丁基醚(聚四氫呋喃)、聚表氯醇等)，聚氟烴，甲醛聚合物(例如脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、酚醛等)，天然聚合物(例如纖維素、殼聚糖、木素、石蠟等)，聚烯烴(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯(polybutylene)、聚丁烯(polybutene)、聚辛烯等)，聚亞苯基(例如聚苯醚、對(duì)聚苯硫、聚苯醚砜等)，含硅的聚合物(如聚二甲基硅氧烷、聚羧甲基硅烷等)，聚氨酯，聚乙烯基(如聚乙烯縮丁醛、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基乙基醚、聚乙基乙烯基醚、聚乙烯基甲基酮等)，聚縮醛、聚丙烯酸酯，和共聚物(如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、對(duì)苯二甲酸丁二醇酯-對(duì)苯二甲酸四亞甲基酯共聚物、聚月桂基內(nèi)酰胺-嵌段-聚四氫呋喃等)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，第一聚合物物質(zhì)可包括有助于將溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)分散在第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)內(nèi)的聚合物(或聚合物的混合物)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，第一聚合物物質(zhì)可包括與溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)相容或親和的聚合物(或聚合物的混合物)。這種親和性可有助于將溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)在制備多組分纖維期間分散在中間熔體或液體形式的第一聚合物物質(zhì)中，并因此最終有助于將更均勻或更大量或荷載量的相變物質(zhì)加入多組分纖維中。在其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)一步包括抑制結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案中，第一聚合物物質(zhì)可包括選取的對(duì)抑制結(jié)構(gòu)具有親和性并且或另外對(duì)相變物質(zhì)具有親和性的聚合物(或聚合物的混合物)。例如，若溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括含相變物質(zhì)的多個(gè)微膠囊，則可選取對(duì)微膠囊(例如形成微膠囊的一種或多種物質(zhì))具有親和性的聚合物(或聚合物的混合物)。例如，本發(fā)明的一些實(shí)施方案可選取包括與含微膠囊的聚合物相同或類似的聚合物的第一聚合物物質(zhì)(例如若微膠囊包括尼龍殼，則可選取包括尼龍的第一聚合物物質(zhì))。這種親和性可有助于含相變物質(zhì)的微膠囊分散于中間體熔體或液體形式的第一聚合物物質(zhì)中，并因此，最終有助于在多組分纖維中加入更均勻或更大量或荷載量的相變物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案，第一聚合物物質(zhì)可包括與溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)輕微或部分相容或具有親和性的聚合物(或聚合物的混合物)。這種部分親和性可適合于促進(jìn)溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)分散和在較高溫度下和在熔體紡絲工藝期間促進(jìn)加工。在較低溫度和剪切條件并且當(dāng)已形成多組分纖維時(shí)，這種部分親和性可使溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)分離出來。對(duì)于其中使用原始形式的相變物質(zhì)的本發(fā)明實(shí)施方案，這種部分親和性可導(dǎo)致相變物質(zhì)不溶解并增加多組分纖維內(nèi)的相變物質(zhì)區(qū)域形成。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，區(qū)域形成可通過促進(jìn)相變物質(zhì)在兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換導(dǎo)致改進(jìn)的熱調(diào)節(jié)性能。例如，某些相變物質(zhì)如石蠟烴可在相變物質(zhì)較低濃度下或當(dāng)溫度高于臨界溶液溫度時(shí)與包括聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的聚合物物質(zhì)相容。石蠟烴與聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物混合可在較高溫度下和較高的石蠟烴濃度下實(shí)現(xiàn)，以生產(chǎn)可容易控制、抽出和在熔體紡絲法中加工的均勻共混物。當(dāng)多組分纖維已形成并已冷卻時(shí)，石蠟烴變得不溶并可分離出來進(jìn)入明顯區(qū)域。這些區(qū)域可使用于改進(jìn)熱調(diào)節(jié)性能的石蠟烴純?nèi)刍蚪Y(jié)晶。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，第一聚合物物質(zhì)可包括低分子量聚合物(或低分子量聚合物的混合物)。低分子量聚合物當(dāng)加熱熔化時(shí)一般具有低粘度，這種低粘度可有助于將溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)分散在熔體中。正如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將理解的?？商峁┮恍┚哂胁煌肿恿康母鞣N形式的聚合物，因?yàn)榫酆衔锏姆肿恿靠赏ㄟ^用于制備聚合物的條件測(cè)定。因此，這里使用的術(shù)語“低分子量聚合物”可指聚合物的低分子量形式(例如，上面討論的示例性聚合物的低分子量形式)，術(shù)語“分子量”是指聚合物的數(shù)均分子量、重均分子量或熔體指數(shù)。例如，具有數(shù)均分子量約20,000(或更低)的聚乙烯可用作本發(fā)明實(shí)施方案的低分子量聚合物。應(yīng)注意與低分子量聚合物相關(guān)的分子量或分子量范圍可取決于選取的特定聚合物(例如聚乙烯)或用于將溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)分散于低分子量聚合物熔體中的方法或裝置。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案，第一聚合物物質(zhì)可包括低分子量聚合物和高分子量聚合物的混合物。高分子量聚合物一般具有增強(qiáng)的物理性能(例如機(jī)械性能)，但當(dāng)加熱形成熔體時(shí)可具有高粘度。這里使用的術(shù)語“高分子量聚合物”可指聚合物的高分子量形式(例如上面討論的示例性聚合物的高分子量形式)?？蛇x取相互相容或具有親和性的低分子量聚合物或高分子量聚合物。這種親和性可有助于在制備多組分纖維期間形成低分子量聚合物、高分子量聚合物和溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的混合物，并因此最終有助于將更均勻或更大量或荷載量的相變物質(zhì)加入多組分纖維中。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，低分子量聚合物在高分子量聚合物與溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)之間起到相容連接的作用。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，伸長構(gòu)件一般可包括約10至約30wt％的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)，其中伸長構(gòu)件的剩余部分包括低分子量聚合物和高分子量聚合物。例如，在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，伸長構(gòu)件可包括15wt％低分子量聚合物、70wt％高分子量聚合物和15wt％溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，第二聚合物物質(zhì)可包括具有或提供多組分纖維的一種或多種所需物理性能的聚合物(或聚合物混合物)。所需的物理性能包括例如但不限于機(jī)械性能(例如延展性、拉伸強(qiáng)度和硬度)，熱性能(如熱成型性能)，和化學(xué)性能(例如反應(yīng)性)。第二聚合物物質(zhì)可包括為補(bǔ)償例如因高荷載量的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)導(dǎo)致的第一聚合物物質(zhì)或第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)的任何缺陷(例如機(jī)械或熱缺陷)而選取的聚合物(或聚合物混合物)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，第二聚合物物質(zhì)起到改進(jìn)多組分纖維的整體物理性能(例如機(jī)械性能)和多組分纖維的加工性能(例如有助于通過熔體紡絲法形成)的作用。第二聚合物物質(zhì)可起到封閉分散在第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用。因此，第二聚合物物質(zhì)使得能夠使用對(duì)高溫和高剪切纖維加工不是最佳的第一聚合物物質(zhì)或溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。此外，第二聚合物物質(zhì)可在纖維加工或最終使用期間減少或防止相變物質(zhì)損失或滲漏。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，第二聚合物物質(zhì)可包括高分子量聚合物。如上所述，高分子量聚合物一般具有增強(qiáng)的物理性能(例如機(jī)械性能)并可選取為高分子量形式的聚合物(例如上述高分子量形式的示例性聚合物)。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方案，第二聚合物物質(zhì)可包括聚酯，部分原因在于它優(yōu)良的可加工性能、賦予所得纖維的性能、和其耐某些相變物質(zhì)如石蠟烴以減少或防止這些相變物質(zhì)損失或滲漏。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，聚酯可具有數(shù)均分子量約20,000(或更大)。
對(duì)此，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可理解與本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方案相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。例如，根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施方案的多組分纖維可包括分散在第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)內(nèi)的高荷載量的一種或多種相變物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，可提供高荷載量，因?yàn)榈诙扉L構(gòu)件(或第二多個(gè)伸長構(gòu)件)包圍第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)。第二伸長構(gòu)件可包括為補(bǔ)償例如因高荷載量的相變物質(zhì)導(dǎo)致的與第一伸長構(gòu)件相關(guān)的任何缺陷(例如機(jī)械或熱缺陷)而選取的聚合物(或聚合物混合物)。此外第二伸長構(gòu)件可包括為改進(jìn)纖維的整體物理性能(例如機(jī)械性能)和纖維的加工性能(例如有助于通過熔體紡絲法形成)而選取的聚合物(或聚合物混合物)。通過包圍第一伸長構(gòu)件，第二伸長構(gòu)件可起到封閉分散在第一伸長構(gòu)件內(nèi)的相變物質(zhì)的作用，以防止相變物質(zhì)損失或滲漏。
相對(duì)于第二伸長構(gòu)件(或第二多個(gè)伸長構(gòu)件)，本發(fā)明的多組分纖維可具有基本上任何比例的包括有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)的纖維總重量。例如但不限于，當(dāng)多組分纖維的熱調(diào)節(jié)性能為控制因素時(shí)，較大比例的多組分纖維可包括具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一伸長構(gòu)件。另一方面，當(dāng)多組分纖維的物理性能(如機(jī)械性能)為控制因素時(shí)，較大比例的多組分纖維可包括不具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第二伸長構(gòu)件。此外，當(dāng)平衡多組分纖維的熱調(diào)節(jié)和物理性能時(shí)，第二伸長構(gòu)件具有相同或不同分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)是適宜的。
根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的多組分纖維可包括約1至高達(dá)約99wt％的第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)。通常，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的多組分纖維可包括約10至約90wt％的第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)。例如，芯/皮纖維的一個(gè)實(shí)施方案包括90wt％的芯構(gòu)件和10wt％的皮構(gòu)件。對(duì)于此實(shí)施方案，芯構(gòu)件可包括60wt％的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)，得到包括54wt％溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的芯/皮纖維。
根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方案的多組分纖維可用各種方法如熔體紡絲法制備。根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的多組分纖維可用多組分纖維紡絲生產(chǎn)線形成。示例性紡絲生產(chǎn)線描述于Hills的發(fā)明名稱為“制備多組分纖維的方法”的US5,162,074和其中引用的參考文獻(xiàn)中，其公開的內(nèi)容這里作為參考引入。例如，可提供包括熔融第一聚合物物質(zhì)和分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的共混物及熔融第二聚合物物質(zhì)。可將該共混物和熔融第二聚合物物質(zhì)直接導(dǎo)入包括多個(gè)孔的噴絲板。更特別地，可將該共混物和熔融第二聚合物物質(zhì)直接導(dǎo)入各種構(gòu)型的孔，以分別形成第一伸長構(gòu)件(或第一多個(gè)伸長構(gòu)件)或第二伸長構(gòu)件(或第二多個(gè)伸長構(gòu)件)。如此形成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的多組分纖維。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，可用包括第一聚合物物質(zhì)和溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的珠粒形成多組分纖維。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，該珠?？砂囟日{(diào)節(jié)物質(zhì)、低分子量聚合物和高分子量聚合物的固化熔體混合物?？蓪⒃撝榱Ｈ刍纬晒不煳锊⑴c上述熔融第二聚合物物質(zhì)一起加工形成多組分纖維。
實(shí)施例下面的實(shí)施例描述本發(fā)明的具體方面，以對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員說明并提供對(duì)本發(fā)明的描述。該實(shí)施例不應(yīng)作為是對(duì)本發(fā)明的限制，因?yàn)樵搶?shí)施例僅提供可用于理解和實(shí)施本發(fā)明的具體方法學(xué)。
實(shí)施例1將約5磅低分子量聚乙烯均聚物(AC-16聚乙烯，滴點(diǎn)102℃，由Honeywell Specialty Chemical制造)加入濕沖洗裝置中，并將該均聚物在約110至130℃下慢慢熔化和混合。當(dāng)均聚物熔化后，將約8磅濕餅在約30分鐘內(nèi)慢慢加入熔化的均聚物中形成第一共混物。該濕餅包括含相變物質(zhì)的水潤濕微膠囊(micro PCM lot#M45-22，63.2wt％微膠囊和相變物質(zhì)，由Microtek Laboratories，Inc.制造)。
在含相變物質(zhì)的微膠囊加入并分散在熔化的均聚物中時(shí)將水閃蒸出來?；旌线M(jìn)行至殘留低于約0.15wt％的水為止(用Karl-Fischer滴定)。然后將所得第一共混物冷卻并切片形成用于進(jìn)一步加工的切片物質(zhì)。
然后，通過將約30磅切片物質(zhì)與約70磅纖維級(jí)聚丙烯熱塑性聚合物(聚丙烯均聚物6852，由BP Amoco Polymer制造)干混形成干混物。
然后將所得干混物用21/2英寸單螺桿擠出機(jī)在所有段設(shè)定約230℃、螺桿速度約70rpm、150目過濾器篩網(wǎng)和氮?dú)獯迪聪聰D出。按照這種方式，形成珠粒。然后，將這些珠粒在于燥劑床聚合物珠粒干燥系統(tǒng)中在105℃和-40℃露點(diǎn)下干燥過夜。這些珠粒提供23.1J/g熱能貯存容積(即潛熱)，通過DSC(差式掃描量熱計(jì))測(cè)量。
然后在雙組分纖維紡絲生產(chǎn)線上通過用該珠粒形成芯構(gòu)件并用聚丙烯或尼龍形成皮構(gòu)件，熔紡為多組分纖維(這里為雙組分纖維)。這種通用型紡絲生產(chǎn)線描述于Hills的發(fā)明名稱為“制備多組分纖維的方法”的US5,162,074中。該多組分纖維在溫度230℃至245℃下熔紡。
生產(chǎn)具有各種芯/皮比例和聚合物材料的多組分纖維。參考圖4，列出生產(chǎn)的六種芯/皮纖維的多種性能和制造參數(shù)。這些纖維都包括相變物質(zhì)和含相變物質(zhì)的微膠囊(“mPCM”)，其由約15wt％各纖維芯構(gòu)件和約7.5至約11.25wt％的各纖維總重量構(gòu)成。樣品1、2和3具有包括聚丙烯(“PP”)(其為購自BP Amoco Polymers的聚丙烯均聚物)的皮構(gòu)件。樣品4、5和6具有包括尼龍6(以UltramidB由BASF Corp生產(chǎn))的皮構(gòu)件。
在本說明書中提及的或參考的各專利申請(qǐng)、專利、公開和其它出版文獻(xiàn)其全部內(nèi)容這里作為參考引入，同樣其中若具體和各自給出引入作為參考的各專利申請(qǐng)、專利、公開和其它出版文獻(xiàn)，這里也作為參考引入。
盡管本發(fā)明已參考其具體的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)理解可在不離開所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神和范圍下進(jìn)行各種變化和等同物替代。此外，可進(jìn)行很多改進(jìn)以使特定情況、物質(zhì)、主題組合物、方法、方法步驟適應(yīng)本發(fā)明的精神和范圍。所有這些修改都應(yīng)屬于所附權(quán)利要求書定義的本發(fā)明范圍。特別地，盡管這里公開的方法已參考按特定順序進(jìn)行的特定步驟進(jìn)行了描述，但將理解這些步驟可結(jié)合、分解或再變順序，以在不離開本發(fā)明教導(dǎo)下形成等同方法。因此，除非這里具體說明，步驟的順序和分組不限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種具有增強(qiáng)可逆熱性能的多組分纖維，包括由多個(gè)伸長構(gòu)件形成的纖維體，其中至少一個(gè)伸長構(gòu)件具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)，溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的多組分纖維，其中相變物質(zhì)選自烴、水合鹽、石蠟、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酯、1-鹵化物、伯醇、芳族化合物、包合物、半包合物、氣體包合物、硬脂酸酐、碳酸乙二醇酯、多元醇、聚合物、金屬和其混合物。
3.權(quán)利要求1的多組分纖維，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)一步包括含相變物質(zhì)的多種微膠囊。
4.權(quán)利要求1的多組分纖維，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)一步包括浸入相變物質(zhì)的二氧化硅顆粒、沸石顆粒、碳顆?；蛭談┪镔|(zhì)。
5.權(quán)利要求1的多組分纖維，其中伸長構(gòu)件以天星構(gòu)型、分段餅構(gòu)型、皮芯構(gòu)型、并列構(gòu)型或條構(gòu)型排列。
6.權(quán)利要求1的多組分纖維，其中纖維體的橫截面為環(huán)形、多葉形、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、梯形或三角形。
7.一種具有增強(qiáng)可逆熱性能的多組分纖維，包括含第一聚合物物質(zhì)和在第一聚合物物質(zhì)內(nèi)分散的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的第一伸長構(gòu)件，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)；和含第二聚合物物質(zhì)的第二伸長構(gòu)件，其中第二伸長構(gòu)件與第一伸長構(gòu)件結(jié)合。
8.權(quán)利要求7的多組分纖維，其中相變物質(zhì)為烴或烴的混合物。
9.權(quán)利要求7的多組分纖維，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)一步包括含相變物質(zhì)的多種微膠囊。
10.權(quán)利要求9的多組分纖維，其中第一聚合物材料對(duì)微膠囊具有親和性以有助于將微膠囊分散在第一聚合物物質(zhì)內(nèi)。
11.權(quán)利要求7的多組分纖維，其中第一聚合物物質(zhì)和第二聚合物物質(zhì)獨(dú)立地選自聚酰胺、聚胺、聚酰亞胺、聚丙烯酸類、聚碳酸酯、聚二烯烴、聚環(huán)氧化物、聚酯、聚醚、聚氟烴、甲醛聚合物、天然聚合物、聚烯烴、聚亞苯基、含硅聚合物、聚氨酯、聚乙烯基、聚縮醛、聚丙烯酸酯、共聚物和其混合物。
12.權(quán)利要求7的多組分纖維，其中第一伸長構(gòu)件被第二伸長構(gòu)件包圍。
13.權(quán)利要求12的多組分纖維，其中第一伸長構(gòu)件處于第二伸長構(gòu)件內(nèi)并完全被其包圍。
14.權(quán)利要求7的多組分纖維，其中第一伸長構(gòu)件為多組分纖維總重量的約10至約90％。
15.一種具有增強(qiáng)可逆熱性能的多組分纖維，包括含第一聚合物物質(zhì)和在第一聚合物物質(zhì)內(nèi)分散的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)的芯構(gòu)件，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)；和含第二聚合物物質(zhì)的殼構(gòu)件，其中殼構(gòu)件包圍芯構(gòu)件。
16.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中相變物質(zhì)選自烴、水合鹽、石蠟、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酯、1-鹵化物、伯醇、芳族化合物、包合物、半包合物、氣體包合物、硬脂酸酐、碳酸乙二醇酯、多元醇、聚合物、金屬和其混合物。
17.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中所述溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)一步包括含相變物質(zhì)的抑制結(jié)構(gòu)，其中抑制結(jié)構(gòu)包括微膠囊、二氧化硅顆粒、沸石顆粒、碳顆粒或吸收物質(zhì)。
18.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)為第一溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)，并且其中殼物質(zhì)進(jìn)一步包括分散在第二聚合物物質(zhì)內(nèi)的第二溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。
19.權(quán)利要求18的多組分纖維，其中第一溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)與第二溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)不同。
20.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中第一聚合物物質(zhì)和第二聚合物物質(zhì)獨(dú)立地選自聚酰胺、聚胺、聚酰亞胺、聚丙烯酸類、聚碳酸酯、聚二烯烴、聚環(huán)氧化物、聚酯、聚醚、聚氟烴、甲醛聚合物、天然聚合物、聚烯烴、聚亞苯基、含硅聚合物、聚氨酯、聚乙烯基、聚縮醛、聚丙烯酸酯、共聚物和其混合物。
21.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中第一聚合物材料對(duì)相變物質(zhì)具有親和性，和其中第二聚合物材料包封在芯構(gòu)件內(nèi)的相變物質(zhì)，并對(duì)多組分纖維提供所需的物理性能。
22.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中芯構(gòu)件處于皮構(gòu)件內(nèi)并被皮構(gòu)件完全包圍。
23.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中芯構(gòu)件同心處于皮構(gòu)件內(nèi)。
24.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中芯構(gòu)件偏心處于皮構(gòu)件內(nèi)。
25.權(quán)利要求15的多組分纖維，其中芯構(gòu)件的橫截面為環(huán)形、多葉形、八角形、橢圓形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形或楔形。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有增強(qiáng)的可逆熱性能的多組分纖維。該多組分纖維包括由多個(gè)伸長的構(gòu)件形成的纖維體，其中至少一個(gè)伸長構(gòu)件具有分散于其中的溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)。該溫度調(diào)節(jié)物質(zhì)包括相變物質(zhì)。該多組分纖維可用于或包括在其中需要溫度調(diào)節(jié)性能的各個(gè)制品和應(yīng)用中。該多組分纖維可用于例如紡織品、衣物、鞋類、醫(yī)用產(chǎn)品、容器和包裝物、建筑物、器具和其它產(chǎn)品中。
文檔編號(hào)D01F8/04GK1471595SQ01817825
公開日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2001年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月21日
發(fā)明者M·C·馬吉爾, M·H·哈特曼, M C 馬吉爾, 哈特曼 申請(qǐng)人:奧特拉斯技術(shù)有限公司