專利名稱：溫度適應(yīng)性紡織纖維及其制備方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種纖維組合物，所述纖維組合物含有與相變材料混合并且包封在聚合物皮內(nèi)的芯聚合物，從而使纖維在周圍環(huán)境中溫度變化過程中貯存或釋放熱量。
相關(guān)技術(shù)描述應(yīng)用貯存或釋放熱能的相變材料早已是已知的了。相變材料可以在固相和液相之間重復(fù)轉(zhuǎn)換或熱循環(huán)，從而在這種相轉(zhuǎn)變過程中應(yīng)用其熔融潛熱吸收、貯存及釋放熱量。相變材料的熔融潛熱大于其顯熱熱容。例如在相變材料中，熔融吸收的能量或凝固釋放的能量均要比使材料的溫度升高或降低10℃時(shí)所吸收或釋放的能量大得多。當(dāng)熔融和凝固時(shí)，單位重量相變材料吸收和釋放的能量明顯要比在相同溫度范圍內(nèi)加熱或冷卻顯熱貯存材料吸收和釋放的能量更多。與在很寬溫度范圍內(nèi)基本均勻吸收和釋放能量的顯熱貯存材料相比，相變材料在其熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)附近吸收和釋放大量能量。
其它具有高的熱貯存和釋放性能的有用材料通常稱為塑性晶體材料。這些材料具有不經(jīng)相變?nèi)绻腆w至液體即可獲得的熱能。盡管為什么這種塑性晶體材料在相態(tài)改變之前具有這種熱行為的準(zhǔn)確原因還不清楚，但確信這種材料的熱效果是由這些物質(zhì)中構(gòu)造和/或旋轉(zhuǎn)無序造成的。不管怎樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)塑性晶體材料如多元醇可以有效為紡織纖維提供熱絕緣，正如可由美國專利US4,781,615中知道的(在這里全文作為參考引入)。
相變材料和塑性晶體材料已經(jīng)被用于多種用途中，包括為了使衣服保持在舒適溫度下而將其結(jié)合到紡織纖維中。在這種紡織應(yīng)用中，已經(jīng)嘗試將這種材料涂覆到纖維上；但這種方法不允許使用足夠量的這種材料以在由纖維形成的衣服或其它制品中提供有效的熱性能。其它人還嘗試過將微膠囊化的相變材料用作纖維內(nèi)的共混物的一部分。但微膠囊不具有結(jié)構(gòu)整體性，不能耐受在纖維擠出過程中施加到膠囊化相變材料上的力。
在Salyer的美國專利US5,885,475中公開了相變材料在紡織纖維上的一種具體應(yīng)用。其中公開的內(nèi)容作為參考全文引入本發(fā)明。在Salyer專利中，公開了一種包括纖維形成聚合物的纖維材料，所述纖維形成聚合物具有整體性引入整個(gè)聚合物中的相變材料。為了將相變材料結(jié)合到穩(wěn)定凝膠中，還將二氧化硅引入到Salyer的纖維中，從而防止其在其熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)進(jìn)行相變時(shí)會滲出。但二氧化硅的加入并不能絕對確保相變材料熔融時(shí)纖維的整體性。
相應(yīng)地，現(xiàn)在仍然需要提供一種結(jié)合一定量相變材料或塑性晶體材料的紡織纖維，從而使該纖維具有有效的熱絕緣性能，所述纖維可以很容易地通過擠出過程而生產(chǎn)，并且確保所述材料牢固地保持在所述纖維內(nèi)部。
發(fā)明概述因此，由于上述原因以及當(dāng)完全描述本發(fā)明時(shí)變得很明顯的其它原因，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在整個(gè)纖維內(nèi)結(jié)合有足夠量相變材料或塑性晶體材料的紡織纖維，所述纖維可以很容易地通過擠出方法而生產(chǎn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種纖維，所述纖維將相變材料或塑性晶體材料固定在纖維內(nèi)部，從而防止相變材料在熔點(diǎn)相變時(shí)滲出。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種纖維，所述纖維使相變材料或塑性晶體材料在纖維內(nèi)的量達(dá)到最大，同時(shí)保持總的纖維強(qiáng)度，及通過擠出方法生產(chǎn)的能力。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法，所述方法用于生產(chǎn)含有一種或多種相變材料或塑性晶體材料的皮芯型和“天星狀”纖維，從而進(jìn)一步增強(qiáng)所述纖維的熱絕緣性能。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種織物，所述織物是由本發(fā)明的含有一種或多種相變材料或塑性晶體材料的纖維制造的。
在本發(fā)明中通過提供一種纖維組合物來實(shí)現(xiàn)上述目的，其中所述纖維組合物含有芯聚合物和包封在聚合物皮中的相變材料或塑性晶體材料的共混物或混合物。本發(fā)明的芯和皮的聚合物可以是任何種類的聚合物，包括聚烯烴、聚酰胺、聚酯等，以及共聚物、三聚物及其共混物，但不局限于此。所述芯和皮的聚合物也可以是彈性體聚合物如聚氨酯。對于芯和皮兩者來說，優(yōu)選材料為聚乙烯、聚丙烯或其組合。任何相變材料或塑性晶體材料都可以應(yīng)用，只要其熔點(diǎn)或熱貯存/釋放點(diǎn)在所希望溫度，并且在與芯聚合物混合時(shí)仍保持所述熔點(diǎn)或熱貯存/釋放點(diǎn)即可，所希望溫度優(yōu)選在約-5℃至約121℃范圍內(nèi)。有用的且容易與本發(fā)明的芯聚合物混合的典型相變材料為長鏈鏈烷烴、聚氧化乙烯和聚乙二醇?？捎糜诒景l(fā)明的塑性晶體材料為多元醇。
本發(fā)明的纖維組合物能夠通過熔融紡絲方法來生產(chǎn)，其中通過擠出熔融的聚合物材料形成纖維，從而從擠出機(jī)出來后芯聚合物和相變材料被包在外皮聚合物中。所述纖維組合物還可以應(yīng)用溶液紡絲過程來生產(chǎn)。在本發(fā)明中形成的纖維可以是皮芯型或“天星狀”類型，并且可以結(jié)合到各種形式的紡織品中。每種纖維均可以含有相變材料或塑性晶體材料的共混物以增強(qiáng)纖維的熱性能。另外可以生產(chǎn)包含具有不同相變材料或塑性晶體材料的本發(fā)明纖維的織物。
本發(fā)明的纖維組合物可以重復(fù)進(jìn)行熱循環(huán)、貯存和釋放足夠量的熱量，從而使由這種纖維形成的織物在很長時(shí)期內(nèi)具有增強(qiáng)了的熱性能。按照本發(fā)明所形成的纖維還保持內(nèi)部材料的完整包封，從而當(dāng)其熱循環(huán)時(shí)，防止相變材料或塑性晶體材料的滲出或泄露。
附圖的簡要描述

圖1是用于形成本發(fā)明的一種典型的紡絲粘合網(wǎng)形成設(shè)備的示意性側(cè)視圖。
圖2是本發(fā)明的皮芯型纖維的包括橫截面視圖的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的天星狀纖維的包括橫截面視圖的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種具有內(nèi)部聚合物組分的聚合物纖維，所述內(nèi)部聚合物組分包括與熱穩(wěn)定性材料混合的第一聚合物纖維組合物，以及包圍該混合物并且形成纖維外部或皮的第二聚合物纖維組合物。術(shù)語“熱穩(wěn)定性材料”在這里定義為包括本發(fā)明中應(yīng)用的相變材料以及塑性晶體材料。纖維可以是皮芯型結(jié)構(gòu)，其中與熱穩(wěn)定性材料混合的第一聚合物形成芯，而第二聚合物形成纖維的皮。另外纖維也可以是“天星狀”結(jié)構(gòu)，其中多種第一聚合物與熱穩(wěn)定性材料的混合物充分延伸纖維的長度，并且相互之間分離且被第二聚合物包圍，從而在第二聚合物的“天”中形成“星”。
第一和第二聚合物每一種均可以是用于生產(chǎn)紡織纖維的任何常規(guī)材料。這種纖維材料的例子為聚烯烴如聚乙烯或聚丙烯、聚酰胺如尼龍、聚酯等，以及共聚物、三聚物及其共混物。第一和第二聚合物也可以是彈性體聚合物如聚氨酯。優(yōu)選地，第一和第二聚合物為聚乙烯、聚丙烯或其混合物。
可用于本發(fā)明的相變材料包括在所希望的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行相變并且其熔融潛熱大于其顯熱熱容的任何材料。任何在所希望的溫度范圍內(nèi)具有熱量貯存或釋放性能的塑性晶體材料也可以用于本發(fā)明。優(yōu)選地，熱穩(wěn)定性材料與第二或皮聚合物是兼容的或不反應(yīng)的。所述熱穩(wěn)定性材料可以與第一聚合物反應(yīng)或不反應(yīng)。在任何一種情況下，這種材料優(yōu)選在與第一聚合物混合后在所希望的溫度下保持其相變或熱量貯存/釋放性能。用于本發(fā)明的相變材料的相變溫度范圍為約-5℃至約125℃。類似地，本發(fā)明的塑性晶體材料將在相同的溫度范圍內(nèi)貯存或釋放熱量。在許多服裝用途中，優(yōu)選的相變材料或塑性晶體材料將在約22℃至約28℃進(jìn)行相變或具有熱量貯存/釋放性能。
具體相變材料的選擇將取決于所希望的相變溫度和纖維的具體用途。例如對于其中相關(guān)纖維被結(jié)合到織物例如衣服的應(yīng)用中，其中所述衣服的設(shè)計(jì)是為了在氣候輕微變化過程中為使用者保持舒適的溫度，此時(shí)熔點(diǎn)接近室溫的相變材料是人們所希望的。在本領(lǐng)域中早就公知的特別有用的相變材料為長的直鏈鏈烷烴，通常在C10-C44個(gè)碳原子的范圍內(nèi)。碳鏈的長度與材料的熔點(diǎn)有關(guān)。例如每個(gè)分子含有二十八個(gè)直鏈碳原子的n-二十八碳烷，其熔點(diǎn)為61.4℃。與之相比，每個(gè)分子含有十三個(gè)直鏈碳原子的n-十三烷，其熔點(diǎn)為-5.5℃。每個(gè)分子含有十八個(gè)直鏈碳原子的n-十八烷在大多數(shù)服裝用途中是特別希望的，因?yàn)樗娜埸c(diǎn)為28.2℃。
其它有用的相變材料為聚乙二醇，其中其熔點(diǎn)可以通過改變二醇的分子量而變化。分子量范圍為570-630(Carbowax 600)的聚乙二醇的熔點(diǎn)為20-25℃，這使得它可以用于大多數(shù)服裝用途中?？梢杂糜谄渌鼫囟确秶钠渌垡叶紴镃arbowax 400(熔點(diǎn)為4-8℃)、Carbowax1500(熔點(diǎn)為44-48℃)以及Carbowax 6000(熔點(diǎn)為56-63℃)?？梢杂糜诒景l(fā)明的其它相變材料為聚氧化乙烯(熔點(diǎn)范圍為60-65℃)。
用于本發(fā)明的有效的塑性晶體材料為多元醇。優(yōu)選的多元醇為季戊四醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-羥基甲基-2-甲基-1，3-丙二醇，或氨基醇如2-氨基-2-甲基-1，3丙二醇。
熱穩(wěn)定性材料可以在本發(fā)明的單一或多種纖維中單獨(dú)或組合應(yīng)用。一種或多種熱穩(wěn)定性材料的選擇將取決于包含這種材料的纖維所形成的織物的打算用途，以及所選擇材料在重復(fù)的熱循環(huán)后保持其熱量貯存和釋放性能的能力。整個(gè)范圍的皮芯型和“天星狀”纖維對本發(fā)明來說均是可能的。例如一種皮芯型纖維的實(shí)施方案可以由包含在聚合物皮內(nèi)的單一熱穩(wěn)定性材料和芯聚合物的芯混合物組成。在另一種實(shí)施方案中，芯聚合物可以包含與芯材料混合的兩種或多種不同的熱穩(wěn)定性材料。根據(jù)所選擇的熱穩(wěn)定性材料及它們相互之間的反應(yīng)性，在纖維芯內(nèi)組合兩種或多種熱穩(wěn)定性材料將會使纖維和由此纖維制成的織物具有增強(qiáng)了的熱能貯存和釋放性能。例如如果相變材料相互之間是不反應(yīng)的，則在纖維芯內(nèi)兩種不同相變材料的混合物可能會造成纖維具有兩個(gè)不同的相變溫度點(diǎn)。另外如果相變材料反應(yīng)，則造成改性的相變過程，而該相變過程可以用于一定的用途中。
含有不同熱穩(wěn)定性材料共混物的纖維可以用于多種用途中，其中可能希望織物在兩個(gè)或多個(gè)不同的溫度范圍內(nèi)具有增強(qiáng)了的熱絕緣性能。例如用于生產(chǎn)手套的織物可能由本發(fā)明的含有相變材料A和B的纖維組成，其中相變材料A的熔點(diǎn)為約5℃，而相變材料B的熔點(diǎn)為約75℃。這些相變材料在形成手套的皮芯型纖維的芯中組合會使手套在冷的環(huán)境中(例如冬季條件下的室外應(yīng)用中)以及溫暖環(huán)境中(例如當(dāng)處理加熱物體如烤箱盤時(shí))具有增強(qiáng)了的熱絕緣性能。
另外織物可以由多種皮芯型纖維來制造，其中兩種或多種纖維在它們的芯中包含不同的熱穩(wěn)定性材料。例如織物可以由一定百分比的含第一熱穩(wěn)定性材料的皮芯型纖維及剩余百分比的含第二熱穩(wěn)定性材料的皮芯型纖維組成。另外，本發(fā)明的“天星狀”纖維可以在同一纖維內(nèi)部包括一個(gè)或多個(gè)與其它“星”相比包含一種或多種不同熱穩(wěn)定性材料的“星”。應(yīng)用一種或多種熱穩(wěn)定性材料的大量不同纖維的組合按照本發(fā)明可能使織物具有寬范圍的增強(qiáng)的熱絕緣性能。
在本發(fā)明的纖維中提供“星”或芯聚合物是必須的，因?yàn)檫@些聚合物在纖維形成時(shí)用作熱穩(wěn)定性材料的載體。沒有這些“星”或芯聚合物的加入，在一個(gè)典型的纖維擠出設(shè)備中在纖維處理步驟中熱穩(wěn)定性材料可能不能靠其自身來保持芯的整體性。另外在不加入內(nèi)部聚合物提供載體的情況下，所形成的纖維在用于生產(chǎn)織物時(shí)可能會弱得多并且不夠有效。
相反，向本發(fā)明的纖維提供足夠量的熱穩(wěn)定性材料是希望的，其目的是為了使這種纖維的熱能貯存和釋放性能達(dá)到最大，并且使由多種這類纖維形成的織物的增強(qiáng)的絕緣效果達(dá)到最大。根據(jù)用于形成纖維的具體材料，芯或“星”聚合物的量可以相對于皮聚合物而增加，從而增加可以載帶在纖維內(nèi)的熱穩(wěn)定性材料的量，同時(shí)保持纖維強(qiáng)度的閾值。本發(fā)明人已經(jīng)確定在芯或“星”混合物內(nèi)應(yīng)用至多約50％重量比的熱穩(wěn)定性材料，及在在整個(gè)纖維中至多約50％重量比的芯或“星”混合物，可以為所形成的纖維提供有效的熱絕緣和強(qiáng)度性能。應(yīng)用這種重量比使纖維具有至多約25wt％的熱穩(wěn)定性材料。
本發(fā)明的纖維可以應(yīng)用熔融紡絲方法或溶液紡絲過程(濕法或干法)來生產(chǎn)。在每種方法中，通過噴絲頭中的多個(gè)細(xì)孔擠出形成纖維的材料以形成出現(xiàn)在小孔處的細(xì)絲從而形成纖維。術(shù)語“噴絲頭”指擠出設(shè)備的一部分，它輸送聚合物和相變材料和/或塑性晶體材料通過擠出孔進(jìn)入環(huán)境中。典型的噴絲頭在每米噴絲頭長度上可以含有1000-5000個(gè)孔。所述噴絲頭可以通過鉆孔或蝕刻板或任何其它能夠流出所需要的纖維物流的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。在熔融紡絲過程中，輸送到孔的聚合物材料處于一種粘稠的熔融狀態(tài)。所述熱穩(wěn)定性材料在聚合物熔融溫度下通常為液體。在通過噴絲頭孔之前，將熱穩(wěn)定性材料與第一聚合物混合從而形成皮芯型纖維的芯或者“天星狀”纖維的“星”。所述混合會造成部分熱穩(wěn)定性材料在整個(gè)第一聚合物中分散和微膠囊化。在第一聚合物內(nèi)沒有完全膠囊化的部分熱穩(wěn)定性材料在從噴絲頭處出現(xiàn)時(shí)仍將包含在第二聚合物內(nèi)，從而有效包封在所形成的纖維內(nèi)。
在溶液紡絲過程中，纖維的聚合性材料在通過噴絲頭孔之前被溶解在溶劑中。在濕法紡絲過程中，將噴絲頭浸沒在化學(xué)浴中，從而當(dāng)從噴絲頭出來時(shí)，聚合物材料從溶液中沉積出來并形成固體纖維。在干法紡絲過程中，聚合物材料在空氣中從噴絲頭流出，并且由于溶劑(例如丙酮)溶解于空氣中而固化。因?yàn)槿芤杭徑z過程是本領(lǐng)域公知的并且能夠生產(chǎn)皮芯型及“天星狀”纖維，因此這種過程也可以用于形成本發(fā)明的纖維。
從噴絲頭流出后，所擠出的纖維通常用導(dǎo)絲盤和/或吸絲器拉伸或延伸。例如在熔融紡絲過程中從噴絲頭流出的擠出纖維形成一種垂直定向的向下移動(dòng)的纖維幕，所述纖維在進(jìn)入位于噴絲頭下方的長的槽狀空氣吸絲器之前至少部分被驟冷。所述吸絲器引導(dǎo)由一個(gè)或多個(gè)空氣吸氣射流的壓縮空氣所產(chǎn)生的迅速向下移動(dòng)的空氣流。所述空氣流在纖維上產(chǎn)生拉伸力，使它們在噴絲頭和空氣射流之間被拉伸，從而將纖維拉細(xì)。在本發(fā)明纖維的這部分紡絲過程中，皮和芯或“星”聚合物進(jìn)行固化。雖然在此時(shí)由于出現(xiàn)纖維的溫度熱穩(wěn)定性材料可以是液體或只是部分被固化，但是因?yàn)檫@種材料被有效包封在聚合物皮以及在第一聚合物內(nèi)所形成的微膠囊中，而基本防止了其由纖維滲出或泄露。
本發(fā)明的纖維可以應(yīng)用于本領(lǐng)域已知的形成各種類型的紡織或無紡織物的任何纖維用途中。例如拉伸后的纖維可以纏繞在線軸或其它纏繞機(jī)構(gòu)上，以利用任意常規(guī)編織或紡織技術(shù)形成紡織織物。另外可以將纖維隨機(jī)放置在形成表面如移動(dòng)的傳輸漏底帶(例如Fourdrinier絲)上，以形成連續(xù)的無紡纖維網(wǎng)。然后用幾種已知技術(shù)的一種粘結(jié)這種網(wǎng)，以形成用于生產(chǎn)各種紡織產(chǎn)品的穩(wěn)定的無紡織物。常用的粘結(jié)方法包括從移動(dòng)的漏底帶上提起所述網(wǎng)并使其通過兩個(gè)加熱的軋光輥。通常一個(gè)輥是壓花的，使所述網(wǎng)在多個(gè)點(diǎn)上粘結(jié)?？諝馐崂砘蚣徑z粘合網(wǎng)也可以由這種聚合物纖維形成。人造短纖維也可以在實(shí)施本發(fā)明的過程中生產(chǎn)，其中所述纖維在形成網(wǎng)之前被切成短纖維。應(yīng)用人造短纖維的一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)是可以形成更加均質(zhì)的織物，這是因?yàn)槿嗽於汤w維在網(wǎng)中可以比連續(xù)纖維更隨機(jī)地定向。
圖1示意性描述了用于生產(chǎn)皮芯型或“天星狀”纖維的裝置10，其中所述纖維按照本發(fā)明的一種示例性實(shí)施方案結(jié)合了一種或多種熱穩(wěn)定性材料。所述設(shè)備進(jìn)一步使纖維經(jīng)過紡絲粘合過程，從而生產(chǎn)具有所選擇的熱絕緣性能的無紡織物。術(shù)語“紡絲粘合”指由薄的熔融紡絲聚合物纖維或細(xì)絲的陣列形成無紡織物或網(wǎng)的過程，所述細(xì)絲由噴絲頭的孔擠出熔融聚合物而產(chǎn)生。
圖1中的設(shè)備包括用于擠出和形成纖維的噴絲組件28。這里所應(yīng)用的術(shù)語“噴絲組件”指處理熔融聚合物以產(chǎn)生擠出的聚合物物流的設(shè)備，包括最后的聚合物過濾、分配系統(tǒng)和噴絲頭。適合于形成皮芯型、“天星狀”和其它多組分纖維結(jié)構(gòu)的噴絲組件在本領(lǐng)域中是公知的。例如在美國專利US5,162,074中公開了一種這樣的噴絲組件，其公開內(nèi)容全文作為參考引入本發(fā)明中。這種噴絲組件主要提供兩個(gè)或多個(gè)聚合物流路，所述聚合物形成由噴絲頭孔流出的細(xì)絲，而所述細(xì)絲包括被聚合物皮包圍的芯或“星”聚合物。
設(shè)備10包括漏斗12和14，這些漏斗接收兩種不同聚合物即皮聚合物A和芯或“星”聚合物B的小球。這兩種聚合物分別由漏斗12和14加入到螺桿擠出機(jī)16和18中，并且當(dāng)它們在朝著加熱管20和22輸送的過程中被熔融。熱穩(wěn)定性材料C可以在噴絲頭30處遇到聚合物A之前沿設(shè)備10的任何點(diǎn)加入并與聚合物B混合。在圖1中給出了一些例子，這些例子給出了在設(shè)備10中向聚合物B中加入材料C的不同點(diǎn)。例如材料C可以以固體或液體形式在位置13加入到漏斗14中，或在螺桿擠出機(jī)18中的位置19處加入。另外材料C也可以在噴絲組件28中的位置27處加入。
熱穩(wěn)定性材料與芯聚合物材料的混合可以按靜態(tài)或動(dòng)態(tài)過程來完成。動(dòng)態(tài)混合可以通過任何有效混合各組分的機(jī)械裝置如螺桿擠出機(jī)18來進(jìn)行。例如當(dāng)相變材料被加入到漏斗14或螺桿擠出機(jī)18時(shí)，隨著物流在擠出機(jī)18內(nèi)朝加熱管22移動(dòng)發(fā)生動(dòng)態(tài)混合。將聚合物B和材料C加熱到聚合物B的熔點(diǎn)溫度后，兩種組分可以有效混合。
與動(dòng)態(tài)混合器相比，靜態(tài)混合不用任何機(jī)械攪拌或混合裝置。而是通過使至少兩個(gè)處于熔融或液體狀態(tài)的不同材料的輸送物流穿過通道足夠次數(shù)，使每種材料在至少一個(gè)物流中達(dá)到所希望的分散來進(jìn)行混合的。在形成含有兩種或多種混合聚合物的擠出纖維時(shí)所應(yīng)用的靜態(tài)混合器在本領(lǐng)域中是公知的。在美國專利US5,851,562中公開了這種靜態(tài)混合器的一個(gè)例子，該專利在這里作為參考全文引用。靜態(tài)混合可以在噴絲組件28內(nèi)進(jìn)行，或在噴絲頭處與皮聚合物混合之前在設(shè)備內(nèi)的任何其它點(diǎn)進(jìn)行。例如在設(shè)備10中，熱穩(wěn)定性材料C可以在位置21處加入并在加熱管22內(nèi)在輸送過程中與聚合物B靜態(tài)混合。
根據(jù)所選擇的熱穩(wěn)定性材料及其在混合過程中相應(yīng)的熔融溫度，所述熱穩(wěn)定性材料可以具有與芯或“星”聚合物明顯不同的粘度。例如在聚合物的熔融溫度下，芯或“星”聚合物可以是非常粘稠的熔融狀態(tài)，而熱穩(wěn)定性材料可以處于弱粘性的液體狀態(tài)?；旌虾鬅岱€(wěn)定性材料可以均勻分散在芯或“星”聚合物中或不能均勻分散在芯或“星”聚合物中。不管分散程度如何，所形成的纖維仍具有有效的熱量貯存和釋放性能，前提是有足夠量的熱穩(wěn)定性材料被包封在纖維中。
熔融聚合物分別流過加熱管20和22進(jìn)入計(jì)量泵24和26中。所述泵將兩股聚合物物流加入到噴絲組件28中，所述噴絲組件具有能夠形成皮芯型或“天星狀”纖維結(jié)構(gòu)的適當(dāng)內(nèi)件。在圖1的設(shè)備中，噴絲組件28包括帶有孔32的噴絲頭30，所述孔使通過其擠出的皮芯型纖維成形。皮芯型纖維34的一個(gè)陣列從噴絲頭30流出，并通過吸絲器36被向下拉并被拉細(xì)，所述吸絲器由來自管子38的壓縮空氣或蒸汽進(jìn)料。吸絲器可以是例如槍式或槽式，沿著纖維陣列的整個(gè)寬度延伸，即沿著與纖維形成的網(wǎng)的寬度對應(yīng)的方向延伸。
吸絲器36將拉細(xì)纖維40輸送到形成網(wǎng)的漏底帶42上，而所述漏底帶由輥44、46和50支撐并驅(qū)動(dòng)。吸入箱48與一個(gè)風(fēng)扇(未畫出)相連從而推動(dòng)環(huán)境空氣通過漏底帶42并使纖維40在漏底帶42上形成無紡網(wǎng)。然后可以將所形成的無紡網(wǎng)進(jìn)一步處理以形成所希望的織物、衣服或其它紡織產(chǎn)品，其中這些產(chǎn)品均被賦予本發(fā)明組合纖維的熱性能。
圖2描述了能夠利用圖1設(shè)備生產(chǎn)的本發(fā)明的典型皮芯型纖維100的橫截面視圖。纖維100含有在纖維1的全部芯聚合物120中分散的相變材料。皮110包圍纖維100的周邊，從而防止當(dāng)在液相和固相之間進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)相變材料部分從纖維中逸出。部分130表示位于芯聚合物120和皮聚合物110之間的這種相變材料的一個(gè)部分。芯聚合物120包圍或包封一些相變材料部分，例如位于纖維100的芯內(nèi)部的部分140，從而防止這些部分從纖維中逸出。
圖3描述了也能利用圖1設(shè)備生產(chǎn)的本發(fā)明的典型“天星狀”纖維200的橫截面視圖。纖維200的皮或“天”210包圍“星”220、230、240和250。四個(gè)“星”僅作為描述目的給出，并且根據(jù)纖維的具體用途，本發(fā)明的“天星狀”纖維可以包含更多或更少的“星”。“星”220、230、240和250分別含有“星”聚合物222、232、242和252。熱穩(wěn)定性材料部分如那些結(jié)合在它們各自的“星”內(nèi)或者在“星”和“天”之間的。纖維200含有兩種不同類型的熱穩(wěn)定性材料。“星”220和250含有相同的熱穩(wěn)定性材料，如部分260所表示的，而“星”230和240含有相同的熱穩(wěn)定性材料，如部分270所表示的。包封在部分270內(nèi)的熱穩(wěn)定性材料與包封在部分260內(nèi)的熱穩(wěn)定性材料不同。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的新的并且改進(jìn)了的纖維的優(yōu)選實(shí)施方案及其制備方法，確信對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，在這里所闡述的教導(dǎo)的基礎(chǔ)上，將會建議其它改進(jìn)、變化及改變。因此應(yīng)該理解的是，所有這些變化、改進(jìn)和改變均應(yīng)認(rèn)為落在所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍內(nèi)。盡管這里采用了具體的術(shù)語，但它們僅為一般性和描述性應(yīng)用而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種具有增強(qiáng)的熱量貯存和釋放性能的纖維，其中包括至少一種內(nèi)部組合物，所述組合物很大程度地延伸了所述纖維的長度，并且含有第一聚合物和熱穩(wěn)定性材料的混合物；以及包圍所述內(nèi)部組合物并且形成所述纖維外部的皮，所述皮含有第二聚合物。
2.權(quán)利要求1的纖維，其中所述第一和第二聚合物中的每一種均選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯、彈性體聚合物及其組合物。
3.權(quán)利要求2的纖維，其中所述第一和第二聚合物中的每一種均是選自聚乙烯、聚丙烯及其組合物的聚烯烴。
4. 權(quán)利要求1的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料在約-5℃至約125℃的溫度范圍內(nèi)貯存或釋放熱量。
5.權(quán)利要求4的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料在約22℃至約28℃的溫度范圍內(nèi)貯存或釋放熱量。
6.權(quán)利要求4的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料為選自C10-C44鏈烷烴、聚氧化乙烯、聚乙二醇及其混合物的相變材料。
7.權(quán)利要求4的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料為塑性晶體材料。
8.權(quán)利要求4的纖維，其中所述至少一種內(nèi)部組合物包括兩種或多種不同的熱穩(wěn)定性材料。
9.權(quán)利要求1的纖維，其中在所述至少一種內(nèi)部組合物中所述熱穩(wěn)定性材料的重量組成至多為約50％。
10.權(quán)利要求1的纖維，其中在所述纖維中所述熱穩(wěn)定性材料的重量組成至多為約25％。
11.權(quán)利要求1的纖維，其中部分所述熱穩(wěn)定性材料被包囊在所述第一聚合物內(nèi)。
12.權(quán)利要求1的纖維，其中所述至少一種內(nèi)部組合物是在所述纖維內(nèi)確定芯的單一內(nèi)部組合物。
13.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維包括多種相互分離并被所述皮包圍的內(nèi)部組合物。
14.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維是連續(xù)纖維和人造短纖維中的一種。
15.一種皮芯型纖維，包括設(shè)置在所述纖維內(nèi)部并在很大程度上延伸所述纖維長度的芯，所述芯包括芯聚合物和熱穩(wěn)定性材料的混合物，以及形成所述纖維的外部并包圍所述芯的聚合物皮。
16.權(quán)利要求15的纖維，其中所述芯和聚合物皮中的每一種均選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯、彈性體聚合物及其組合物。
17.權(quán)利要求16的纖維，其中所述芯和聚合物皮中的每一種均為選自聚乙烯、聚丙烯及其組合物的聚烯烴。
18.權(quán)利要求15的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料為選自C10-C44鏈烷烴、聚氧化乙烯、聚乙二醇及其混合物的相變材料。
19.權(quán)利要求15的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料為塑性晶體材料。
20.權(quán)利要求15的纖維，其中所述芯包括所述芯聚合物和至少兩種不同的熱穩(wěn)定性材料的混合物。
21.一種天星狀纖維，包括設(shè)置在所述纖維內(nèi)部并在很大程度上延伸所述纖維長度的多個(gè)星，所述星的每一個(gè)均相互分離并且包括星聚合物和熱穩(wěn)定性材料的混合物，以及形成所述纖維的外部并包圍所述星的每一個(gè)的聚合物皮。
22.權(quán)利要求21的纖維，其中所述星聚合物和所述皮聚合物中的每一種均選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯、彈性體聚合物及其組合物。
23.權(quán)利要求22的纖維，其中所述星聚合物和所述皮聚合物中的每一種均為選自聚乙烯、聚丙烯及其組合物的聚烯烴。
24.權(quán)利要求21的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料為選自C10-C44鏈烷烴、聚氧化乙烯、聚乙二醇及其混合物的相變材料。
25.權(quán)利要求21的纖維，其中所述熱穩(wěn)定性材料為塑性晶體材料。
26.權(quán)利要求21的纖維，其中至少一個(gè)星包括所述星聚合物和至少兩種不同的熱穩(wěn)定性材料的混合物。
27.權(quán)利要求21的纖維，其中至少一個(gè)星的熱穩(wěn)定性材料與至少一個(gè)其它星的熱穩(wěn)定性材料不同。
28.權(quán)利要求21的纖維，其中至少兩個(gè)星含有不同的星聚合物。
29.一種制備含有熱穩(wěn)定性材料的纖維的方法，所述方法包括混合一種熱穩(wěn)定性材料與第一聚合物，從而形成一種混合物；在纖維擠出設(shè)備的噴絲組件中使所述混合物與第二聚合物混合，從而使所述第二聚合物包圍所述混合物；以及從所述噴絲組件的噴絲頭中擠出所述混合物和所述第二聚合物，從而形成具有外部和內(nèi)部的纖維，所述外部由所述第二聚合物形成，所述內(nèi)部包含被所述第二聚合物包圍的所述混合物。
30.權(quán)利要求29的方法，進(jìn)一步包括在所述混合步驟前，向所述第一聚合物中加入所述熱穩(wěn)定性材料，其中所述熱穩(wěn)定性材料和所述第一聚合物中的每一種均為液體或固體狀態(tài)。
31.權(quán)利要求29的方法，其中所述混合步驟包括提供所述熱穩(wěn)定性材料的第一液體物流；提供所述第一聚合物的第二液體物流；以及使所述第一和第二液體物流交叉選定的次數(shù)，從而在至少一個(gè)所述液體物流中獲得所希望的所述熱穩(wěn)定性材料與所述第一聚合物的混合物。
32.權(quán)利要求29的方法，進(jìn)一步包括形成多個(gè)分離的混合物，其中每個(gè)混合物均包括熱穩(wěn)定性材料和第一聚合物；在所述噴絲組件中使所述多個(gè)分離的混合物與所述第二聚合物混合，從而使所述第二聚合物包圍所述多個(gè)分離的混合物；以及從所述噴絲頭中擠出所述多個(gè)分離的混合物和所述第二聚合物，從而形成具有外部和內(nèi)部的纖維，所述外部由所述第二聚合物形成，所述內(nèi)部包含被所述第二聚合物包圍的所述多個(gè)分離的混合物。
33.權(quán)利要求32的方法，其中至少一個(gè)分離的混合物包括一種熱穩(wěn)定性材料，并且所述熱穩(wěn)定性材料與至少一個(gè)其它分離混合物的熱穩(wěn)定性材料不同。
34.權(quán)利要求28的方法，其中所述擠出步驟在熔融紡絲過程和溶液紡絲過程中的一個(gè)中進(jìn)行。
35.權(quán)利要求28的方法，進(jìn)一步包括拉細(xì)在所述擠出步驟中形成的纖維。
36.權(quán)利要求35的方法，在所述拉細(xì)步驟后，進(jìn)一步包括在線軸上纏繞所述纖維或使所述纖維與其它纖維混合從而形成一種無紡網(wǎng)。
37.一種包含多種共混在一起的纖維的織物，其中至少一種纖維具有熱量貯存和釋放性能，并且包括熱穩(wěn)定性材料和第一聚合物的混合物，所述混合物在很大程度上延伸所述纖維的長度；以及形成所述纖維外部并包圍所述混合物的聚合物皮。
38.權(quán)利要求37的織物，其中所述混合物包括至少兩種不同的熱穩(wěn)定性材料。
39.權(quán)利要求37的織物，其中所述織物包括多種具有熱量貯存和釋放性能的纖維，并且所述多種纖維中至少一種包括與所述多種纖維中至少其它一種不同的熱穩(wěn)定性材料。
40.權(quán)利要求37的織物，其中所述至少一種纖維包括被所述聚合物皮包圍的多個(gè)分離的混合物。
41.權(quán)利要求40的織物，其中至少一個(gè)分離的混合物包括與至少一個(gè)其它的分離混合物不同的熱穩(wěn)定性材料。
42.權(quán)利要求37的織物，其中所述多種纖維通過紡織方法和無紡方法中的一種共混在一起。
43.權(quán)利要求37的織物，其中所述多種纖維通過紡絲粘合方法共混在一起。
全文摘要
提供一種具有增強(qiáng)的熱量貯存和釋放性能的纖維。所述纖維包括第一聚合物和被第二聚合物包圍的熱穩(wěn)定性材料的混合物，其中第二聚合物形成纖維皮。熱穩(wěn)定性材料可以是至少一種相變和/或塑性晶體材料。在纖維形成過程中第一聚合物用作熱穩(wěn)定性材料的載體，第一和第二聚合物將熱穩(wěn)定性材料有效包封在纖維內(nèi)，從而防止其泄露。所述纖維可以是皮芯型或“天星狀”型，由這類纖維制造的織物在所希望的溫度范圍內(nèi)具有增強(qiáng)的絕緣性能。同時(shí)公開了制備所述纖維及由各類纖維形成的織物的方法。
文檔編號D04H1/42GK1524140SQ01819240
公開日2004年8月25日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月19日
發(fā)明者J·S·哈伽德, J S 哈伽德 申請人:奧特拉斯技術(shù)有限公司