環(huán)境響應(yīng)纖維和服裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及能夠響應(yīng)于外部刺激而變化的動(dòng)態(tài)纖維。根據(jù)本發(fā)明的纖維經(jīng)歷徑向?qū)ΨQ變化。根據(jù)本發(fā)明的纖維可以是熱敏感的、水分敏感的、磁場(chǎng)敏感的、電磁場(chǎng)敏感的等。根據(jù)本發(fā)明的纖維可以被包含到可編織或針織成紡織品/織物的紗線中。服裝或其他制品可由包含動(dòng)態(tài)纖維的紡織品/織物形成，允許服裝的性能響應(yīng)于環(huán)境條件而改變。
【專利說明】環(huán)境響應(yīng)纖維和服裝 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及可對(duì)來自環(huán)境的不同種類的刺激敏感的形狀變化纖維并且涉及使用 這樣的纖維制成的服裝。刺激可以包括水分、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等。本發(fā)明提供了本技術(shù)領(lǐng) 域中的一些實(shí)際應(yīng)用，不限于適應(yīng)性舒適的運(yùn)動(dòng)服裝。當(dāng)大規(guī)模形狀變化纖維被包含到紗 線和/或被針織或編織到織物/紡織品中時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的纖維中的小規(guī)模的形狀變化可 以具有疊加效應(yīng)且是可觀察到的。服裝可由包含形狀變化纖維的織物/紡織品構(gòu)成。由包 含的纖維引起的形狀變化可改變服裝的透風(fēng)性和透水性、顏色、水分管理性能等。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 運(yùn)動(dòng)服裝已經(jīng)隨著時(shí)間發(fā)展，且今天使用不同聚合物修整或不同種類的具有特定 物理化學(xué)性能的合成紗線的處理可用于運(yùn)動(dòng)服裝的制造中。然而，在這些實(shí)例中，在穿著使 用纖維制成的服裝的任何給定時(shí)間內(nèi)，纖維的物理性能基本上是靜態(tài)的。
[0004] 發(fā)明概述
[0005] 本發(fā)明通常涉及能夠響應(yīng)于諸如熱、水分、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光等的外部刺激而經(jīng)歷徑 向機(jī)械形狀變化的纖維的生產(chǎn)和用途。本發(fā)明還涉及使用該纖維來提供環(huán)境適應(yīng)性服飾的 服裝。如本文描述的纖維可包含到可編織或針織到用于制作這樣的服裝的織物的紗線中。 除了服裝以外的制品同樣可根據(jù)本發(fā)明制造成包含適應(yīng)性纖維。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明，可提供多組分合成聚合物纖維。更具體地，聚合物纖維可包括至少兩 種合成聚合物，每種具有彼此不同的物理化學(xué)性能。根據(jù)本發(fā)明，合成聚合物纖維可通過熔 體紡絲（melt-spinning)制造。不同聚合物可例如根據(jù)預(yù)定的取向被配置。不同聚合物的 配置可以在熔化裝置內(nèi)部進(jìn)行，熔化裝置可以被分成對(duì)應(yīng)于所需纖維的最終聚合物配置和 形狀的多個(gè)隔室。熔化裝置可以是例如多隔室坩堝，聚合物材料可從多隔室坩堝被共抽出 /擠壓（同時(shí)拉伸）經(jīng)過所需的纖維或纖維組分的預(yù)定尺寸和形狀的孔。纖維可快速冷卻 以使聚合物材料可在其固態(tài)保持其配置和取向。本文描述了具有第一聚合物和第二聚合物 的纖維的實(shí)例，但是在根據(jù)本發(fā)明的纖維中使用的聚合物和/或聚合物形狀的數(shù)量不限于 兩個(gè)。纖維可被紡絲或以其他方式收集以在隨后的制造步驟中使用。得到的纖維產(chǎn)品可在 其徑向方向上具有不同的物理化學(xué)和機(jī)械性能。
[0007] 取決于所需的聚合物材料的最終配置和取向，聚合物中的一種或擠壓的纖維可以 是可除去的填充物聚合物材料。該犧牲聚合物（sacrificial polymer)材料可以通過使最 初擠壓的纖維的橫截面區(qū)域成為例如基本上圓形的以使其可以更容易收集和紡絲而幫助 根據(jù)本發(fā)明的纖維的制造。犧牲聚合物可以在由纖維和/或包含根據(jù)本發(fā)明的纖維的紗線 針織織物/紡織品之前或之后除去。犧牲聚合物，也可被稱為填充物聚合物，可沿著纖維、 紗線或服裝選擇性地除去，以在最終制成的服裝上產(chǎn)生具有不同性能的區(qū)域。
[0008] 例如，在根據(jù)本發(fā)明的纖維中，犧牲聚合物可以是酸可溶解的聚合物，且其他聚合 物是耐酸的。犧牲聚合物可通過在針織織物/紡織品之前，將纖維（或包含纖維的紗線）放 到酸浴中來除去。或者，可選擇地，包括原纖維/紗線（仍包括填充物聚合物）的針織的織 物/紡織品，可放到酸浴中以除去犧牲聚合物。可選擇地，在根據(jù)本發(fā)明的不同的實(shí)例中， 犧牲聚合物可以是堿溶性的、水溶性的、油溶性的等。因此，根據(jù)本發(fā)明的纖維/紗線/紡 織品/服裝可放到合適的物質(zhì)中，用于在一個(gè)或更多個(gè)需要的位置除去填充物聚合物。
[0009] 通常，根據(jù)本發(fā)明的纖維的橫截面可具有適合于容納刺激敏感聚合物材料的徑向 分布的預(yù)定形狀和取向的任何固體形狀，例如諸如，圓形、正方形、菱形、矩形等。容納在犧 牲聚合物內(nèi)的刺激敏感聚合物材料可以在復(fù)雜的徑向結(jié)構(gòu)中被成形和定向，復(fù)雜的徑向結(jié) 構(gòu)能夠響應(yīng)于由外部刺激引起的物理化學(xué)變化而經(jīng)歷機(jī)械變化。結(jié)果，貫穿紗線徑向呈現(xiàn) 的小的變化可通過沿著纖維的長度使效應(yīng)倍增而在針織織物/紡織品時(shí)合計(jì)達(dá)到有形的 變化。因此，包含根據(jù)本發(fā)明的紗線的織物/紡織品在制成服裝時(shí)可以具有動(dòng)態(tài)表面，在任 何給定的情況下，服裝可以能夠?yàn)榇┲哒{(diào)整或優(yōu)化條件。纖維的變化可以自動(dòng)發(fā)生和/ 或可以是使用者控制的。例如，如果根據(jù)本發(fā)明的纖維的變化是溫度誘導(dǎo)的，那么變化可以 根據(jù)使用者的體溫而是自動(dòng)的，例如通過暴露不同纖維組分來使織物/紡織品吸濕，通過 使織物/紡織品對(duì)風(fēng)、水等是更多或更少滲透的來調(diào)整隔離水平。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的纖維可包括適合于纖維制造且適合于包含在紗線/紡織品/織物/ 服裝中的合成聚合物材料諸如，例如：聚酯類、聚氨酯類、聚丙烯類、聚乙烯類、尼龍類、其它 熱塑性聚合物、彈性體等。
[0011] 取決于最終的織物/紡織品產(chǎn)品中所需的表面物理性能，織物/紡織品可以完全 由根據(jù)本發(fā)明的纖維/紗線針織，或織物/紡織品可以由根據(jù)本發(fā)明的纖維/紗線并結(jié)合 其他類型的纖維或紗線針織。例如，為了獲得特別有彈性的織物/紡織品，根據(jù)本發(fā)明的纖 維可與特別有彈性的芳族聚酰胺纖維例如Kevlar?結(jié)合被針織。例如，如果在最終的織物 /紡織品中需要天然"棉質(zhì)感覺"，那么織物/紡織品可由根據(jù)本發(fā)明的纖維結(jié)合棉花纖維 來針織或編織。根據(jù)本發(fā)明的纖維可與耐火纖維/紗線結(jié)合針織以增加織物/紡織品的耐 火特征等，或根據(jù)本發(fā)明的纖維可與諸如以上提到的纖維或紗線的多種類型的專業(yè)纖維或 紗線結(jié)合針織或編織以得到多功能織物/紡織品。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的纖維可包含到可針織或編織以形成織物或紡織品的紗線中。包含 根據(jù)本發(fā)明的纖維的紗線可僅包括形狀變化纖維或可包含與其他類型的纖維結(jié)合的形狀 變化纖維。例如，根據(jù)本發(fā)明的纖維還可形成為紗線或與諸如例如斯潘德克斯彈性纖維 (spandex)的彈性纖維結(jié)合針織/編織以給予編織的織物/紡織品彈性。也就是說，為了使 最終的織物/紡織品具有特定所需的性能的目的，根據(jù)本發(fā)明的纖維可與任何其他類型的 合成或天然纖維/紗線結(jié)合。另外，纖維可直接包含到針織或編織的織物/紡織品中而不 合并成多纖維紗線。
[0013] 附圖簡述
[0014] 在下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中：
[0015] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的紗線或纖維在由外部環(huán)境刺激引起機(jī)械變化之前和之后的 橫截面圖；
[0016] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的紗線或纖維在擠壓之后以及在溶解掉填充物聚合物的處理 之前和之后的橫截面圖；
[0017] 圖3是圖1和圖2中示出的核心第一聚合物材料的特寫圖，具有以"打開"和"關(guān) 閉"狀態(tài)呈現(xiàn)的磁流變性能；
[0018] 圖4是由根據(jù)本發(fā)明的具有磁流變性能的纖維/紗線形成的織物/紡織品制成的 代表性服裝；以及
[0019] 圖5是由根據(jù)本發(fā)明的纖維/紗線形成的織物/紡織品制成的代表性服裝，且外 部刺激是溫度；
[0020] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的不同的紗線或纖維在擠壓之后以及在溶解掉填充物聚合物 的處理之前和之后的橫截面圖；
[0021] 圖7是圖6中根據(jù)本發(fā)明的紗線或纖維在由外部環(huán)境刺激引起機(jī)械變化之前和之 后的橫截面圖；以及
[0022] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外不同的紗線或纖維的橫截面圖。
[0023] 發(fā)明詳述
[0024] 本發(fā)明涉及響應(yīng)于外部刺激經(jīng)歷徑向物理化學(xué)和機(jī)械變化的新穎纖維以及包含 該纖維的紗線、紡織品、織物、服裝和/或制品。該刺激可以是，舉幾個(gè)實(shí)例，溫度、水分的變 化、電磁場(chǎng)或磁場(chǎng)的存在等。
[0025] 參照?qǐng)D1，顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性復(fù)合刺激敏感纖維（composite 81：；[1]1111；[-86118；[1：；^6 1^61')100的橫截面。具有不同形狀、類型和數(shù)量的組分的其他構(gòu)型可 以被使用而不脫離本發(fā)明。圖1中的復(fù)合刺激敏感纖維100可以包括位于纖維100的核心 的第一聚合物材料130。第一聚合物材料130可以能夠響應(yīng)于外部刺激經(jīng)歷可逆的物理化 學(xué)變化。在圖1描述的實(shí)例中，第一聚合物材料130采用與在中心133處連接的諸如第一 臂132、第二臂134等的臂交叉的形式。除了第一聚合物材料130,復(fù)合刺激敏感纖維可以 另外包括與第一聚合物材料130毗鄰的第二聚合物材料120。在圖1中描述的實(shí)例中，第二 聚合物材料120采用成對(duì)的角狀突起部（hord-like projection)形式，該角狀突起部從與 第一聚合物材料130的臂132、134等機(jī)械地操作的結(jié)構(gòu)成對(duì)延伸。第二聚合物材料120可 以能夠直接響應(yīng)于第一聚合物材料130中的物理化學(xué)變化而經(jīng)歷機(jī)械變化。第二聚合物材 料120中的機(jī)械變化可以直接取決于與第一聚合物材料130有關(guān)的第二聚合物材料120的 形狀和取向。例如，如圖1的實(shí)例中描述的，第二聚合物材料120可采用在第一聚合物材料 130的臂132U34等之間的菱形部分的形式。作為另外的實(shí)例，第二聚合物材料120可以包 括在第一頂點(diǎn)123處以第一角度連接到第一延伸部124的第一腿部122和在第二頂點(diǎn)127 處以第二角度連接到第二延伸部128的第二腿部126。第一腿部122可以與第一聚合物材 料130的第一臂132機(jī)械地接合，而第二腿部126可以與第一聚合物材料130的第二臂134 機(jī)械地接合。當(dāng)?shù)谝槐?32和第二臂134膨脹時(shí)，第一腿部122和第二腿部126被推動(dòng)為 更靠近在一起，改變?cè)诘谝豁旤c(diǎn)123處（在第一腿部122和第一延伸部124之間）和在第 二頂點(diǎn)127處（在第二腿部126和第二延伸部128之間）附接的角度。由第二聚合物120 的菱形部分引起的該機(jī)械作用使突起部120、129、141等移動(dòng)，如圖1圖示的。
[0026] 例如，在圖1中顯示的纖維中，位于纖維的核心的第一聚合物材料130在沒有外部 刺激的情況下具有第一形狀101，第一材料130的第一形狀通常包括基本相同長度的至少 四個(gè)臂，每個(gè)臂隨著臂從核心延伸而逐漸變寬。第二聚合物材料120可以在至少一個(gè)點(diǎn)毗 鄰、接觸和機(jī)械地接合到第一聚合物材料130,使得具有第二形狀101的第二材料120可以 在沒有對(duì)第一材料130的外部刺激的情況下處在第一位置，且當(dāng)?shù)谝徊牧享憫?yīng)于外部刺激 而膨脹時(shí)，可由第一材料推動(dòng)為第三形狀102。
[0027] 本實(shí)例的第二聚合物材料120通?？梢跃哂锌尚纬梢詢蓚€(gè)角狀突起部結(jié)束的分 離的空心菱形結(jié)構(gòu)的形狀。例如，第一腿部122和第一延伸部124可以第一角度在第一頂 點(diǎn)123處接觸，且第一突起部121從第一延伸部124延伸。類似地，第二腿部126和第二延 伸部128可以第二角度在第二頂點(diǎn)處接觸，且第二突起部129從第二延伸部128延伸。空 心菱形可在第一聚合物材料130的第一形狀的臂，例如在第一臂132和第一腿部122以及 在第二臂134和第二腿部126之間的每個(gè)間隙中與第一聚合物材料130機(jī)械地接合。由于 第一聚合物材料130和第二聚合物材料120是機(jī)械地接合的，所以當(dāng)?shù)谝痪酆衔锊牧?30 響應(yīng)于外部刺激而膨脹或收縮時(shí)，包含第二聚合物材料120的空心菱形可被壓縮（當(dāng)?shù)谝?材料130膨脹時(shí)）或釋放（當(dāng)?shù)谝徊牧?30收縮時(shí)），導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以例如 從第一腿部122和第二腿部126傳遞至第一延伸部124和第二延伸部128,以最終將由第二 材料120形成的角狀突起部121、129運(yùn)動(dòng)至第一打開位置101 (當(dāng)?shù)谝徊牧?30收縮時(shí)）， 至第二關(guān)閉位置102 (當(dāng)?shù)诙牧?20膨脹時(shí)）。許多另外的結(jié)構(gòu)可用于根據(jù)本發(fā)明的纖 維中。也就是說，在核心第一聚合物材料130中由外部刺激引起的變化啟動(dòng)了影響貫穿纖 維的整個(gè)長度的徑向變化的"連鎖反應(yīng)"，這反過來當(dāng)纖維被針織或編織到用于制造衣服物 品、袋子、保護(hù)罩或適應(yīng)由根據(jù)本發(fā)明的纖維針織的織物/紡織品的類型的任何其他類型 的物品的織物/紡織品中時(shí)，可以改變織物/紡織品的性能。
[0028] 將材料或結(jié)構(gòu)稱為"第一"或"第二"或類似的，僅僅是用于描述的目的，且不意味 著首要地位或產(chǎn)生順序、重要性或除了易于描述和理解特定的實(shí)例之外的任何考慮因素。 例如，盡管圖1的實(shí)例將在纖維的核心處的聚合物材料描述為第一材料130,以及將與核心 聚合物材料130機(jī)械地接合的聚合物材料描述為第二材料120,但可使用其他術(shù)語。另外， 不同材料的相對(duì)位置可以與本文描述的實(shí)例不同。例如，不是將一種類型的材料位于纖維 核心和另一種類型的材料位于纖維周邊，而是不同類型的材料可位于以及機(jī)械地接合到纖 維核心內(nèi)、圍繞纖維周邊、跨越纖維的寬度等。此外，許多類型的材料可在根據(jù)本發(fā)明的纖 維內(nèi)使用。
[0029] 現(xiàn)參照?qǐng)D2,根據(jù)本發(fā)明的纖維通?？梢酝ㄟ^熔體紡絲來制造，這是由于聚合物材 料的性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的纖維可以具有根據(jù)適合于所需的轉(zhuǎn)換類型的預(yù)定的圖案布置和定 向的獨(dú)特和脆弱的結(jié)構(gòu)。由于根據(jù)本發(fā)明的纖維的徑向形狀的脆弱性，所以可除去的第三 聚合物材料110可在纖維的制造期間使用。如圖2所見，當(dāng)纖維被擠壓或熔體紡絲時(shí)，第三 聚合物材料110可填充在第一聚合物材料130和第二聚合物材料120之間的任何空隙。第 三聚合物材料110可以有助于提供具有大體圓形的橫截面區(qū)域201的擠壓或熔體紡絲的纖 維，但只要纖維的橫截面區(qū)域被適當(dāng)?shù)靥畛洌瑱M截面區(qū)域可以是正方形、卵形等，或適合于 封閉由第一聚合物、第二聚合物或根據(jù)本發(fā)明的纖維的其他組分形成的復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)的任 何其他形狀。
[0030] 第三聚合物材料110可以包括在沒有破壞組成纖維的其他聚合物的情況下可以 是可溶解的犧牲聚合物。例如，如果第一聚合物材料130和第二聚合物材料120是耐酸的， 那么犧牲第三聚合物材料110可以包括在酸浴中是可溶解的聚合物，以使其可以容易除 去；或者，如果第一聚合物材料130和第二聚合物材料120是耐堿的，那么犧牲第三聚合物 材料110可以是堿溶性的聚合物材料。在不同的實(shí)例中，填充物聚合物材料110可以包括 水溶性聚合物，以使其可以通過用水洗滌而被容易除去等。一旦犧牲第三聚合物材料110 被除去，就得到根據(jù)本發(fā)明的纖維的活性橫截面形式202。
[0031] 犧牲第三聚合物材料110可在形成紗線之前和/或在由纖維或包含纖維的紗線針 織/編織織物/紡織品之前從纖維中除去?？蛇x擇地，犧牲第三聚合物材料Iio可在由根 據(jù)本發(fā)明的纖維針織或編織織物/紡織品之后除去，或犧牲聚合物材料Iio可在織物/紡 織品已經(jīng)用于生產(chǎn)制品之后除去。犧牲聚合物材料110可沿著纖維、織物/紡織品、和/或 制品有選擇地除去以產(chǎn)生對(duì)環(huán)境變化具有不同適應(yīng)性的區(qū)域。也就是說，填充物聚合物材 料110可在制造根據(jù)本發(fā)明的纖維之后的任何步驟除去，且除去步驟可根據(jù)隨后處理步驟 中的需要而調(diào)整。
[0032] 具有響應(yīng)于外部刺激而收縮和膨脹的能力的很多不同的聚合物材料可作為核心 第一聚合物材料130使用。例如，磁流變聚合物材料可作為核心第一聚合物材料130使用。 核心磁流變材料可以是磁性顆?；蚣{米顆粒的懸浮液，其中該懸浮液可以能夠響應(yīng)于磁場(chǎng) 刺激經(jīng)歷物理變化。例如，在已知的流體磁流變材料中，當(dāng)磁性顆粒自身按照磁場(chǎng)方向排列 時(shí)，流體的粘度可以以可預(yù)見的且與施加的磁場(chǎng)的強(qiáng)度成比例的速率增加。在聚合物磁流 變材料的情況下，被聚合物占據(jù)的區(qū)域可以響應(yīng)于磁場(chǎng)的存在或不存在而增加和減?。ㄅ?脹或收縮）。當(dāng)可以施加磁場(chǎng)且顆粒自身以磁場(chǎng)方向排列時(shí)，磁流變材料可以在其"關(guān)閉" 狀態(tài)膨脹，且可以在其"打開"狀態(tài)收縮。
[0033] 如果磁流變材料用作根據(jù)本發(fā)明的纖維中的核心第一聚合物材料130,那么通過 在包含纖維的織物/紡織品上施加磁場(chǎng)，該纖維可在顯微鏡下徑向變化。再次參照?qǐng)D1，在 其關(guān)閉狀態(tài)下，第一聚合物材料130和第二聚合物材料120可在第一閉合位置102。一旦 施加磁場(chǎng)，當(dāng)在第一聚合物材料130中的磁性顆粒自身以磁場(chǎng)的方向排列時(shí)，第一聚合物 材料130和第二聚合物材料120在其打開狀態(tài)下可改變到第二打開位置101。利用圖3中 的代表性附圖，可更好地理解該特征，其中310是關(guān)閉狀態(tài)，且320是打開狀態(tài)，當(dāng)沒有磁場(chǎng) 施加至纖維時(shí)是關(guān)閉狀態(tài)310,且當(dāng)磁場(chǎng)施加至纖維時(shí)是打開狀態(tài)320。"關(guān)閉"和"打開" 僅僅是相對(duì)的狀態(tài)。纖維、紗線、紡織品和/或服裝的所需的性能可通過"關(guān)閉"狀態(tài)或"打 開"狀態(tài)激活，取決于在給定的根據(jù)本發(fā)明的纖維中使用的材料和構(gòu)型。
[0034] 當(dāng)纖維被包含到織物/紡織品中時(shí)，由于在纖維水平發(fā)生的所有微觀變化的增加 而在宏觀變化中可觀察到的變化可以是可觀察到的。在織物/紡織品中觀察到的宏觀變化 可以是，例如顏色變化（通過采用不同顏色的聚合物材料作為第一核心聚合物材料和第二 機(jī)械接合的聚合物材料）、隔離變化水平（通過改變織物/紡織品的"孔"大小）、織物/紡 織品手感變化（通過屏蔽不同聚合物材料或?qū)⒉煌酆衔锊牧媳┞队诒砻妫┑取Ｗ兓梢?是由使用者可控制的，這是由于磁場(chǎng)可由使用者通過例如在織物/紡織品上方揮動(dòng)物理磁 鐵來施加。當(dāng)磁場(chǎng)逐漸消失，第一聚合物材料130可以慢慢恢復(fù)到其關(guān)閉狀態(tài)，這反過來可 使織物/紡織品恢復(fù)到原來的性能。
[0035] 在不同的實(shí)例中，包括根據(jù)本發(fā)明的磁流變纖維的服裝或制品可被設(shè)計(jì)為具有可 通過提供諸如電池的電源而被打開或關(guān)閉的電磁場(chǎng)產(chǎn)生探針。在這個(gè)實(shí)例中，使用者可以 另外能夠控制變化起作用所需的時(shí)間的長度。
[0036] 參照?qǐng)D4,可更好地理解包含根據(jù)本發(fā)明的纖維的織物/紡織品的磁流變性能，圖 4中顯示了具有磁流變性能的衣服400。制作衣服的織物/紡織品的性能可通過例如在紡 織品430上如箭頭410所指示地?fù)]動(dòng)磁鐵420來改變?？蛇x擇地，可使改變效果持續(xù)更久， 或該效果可通過例如產(chǎn)生電磁場(chǎng)而成為可控制的，該電磁場(chǎng)可通過在具有諸如電池的電源 的衣服中包含必需的探針來誘導(dǎo)。
[0037] 在根據(jù)本發(fā)明的纖維的不同的實(shí)例中，熱敏感聚合物材料可以用作核心第一聚合 物材料130。熱敏感聚合物材料可以例如在稍微高于正常體溫的溫度下或?yàn)榱擞筛鶕?jù)本發(fā) 明的纖維編織的織物/紡織品的特定的最終目的而期望的任何其他溫度下膨脹。正如在以 上呈現(xiàn)的實(shí)例中，對(duì)于磁流變聚合物材料的使用，許多不同的變化以及變化的組合可以在 包含根據(jù)本發(fā)明的纖維的織物/紡織品中顯示。例如，響應(yīng)于穿著者的體溫由于體力活動(dòng) 而增加，顏色變化和隔離水平的變化兩者都可以在衣服中可觀察到。例如，如果在圖1的實(shí) 例中顯示的第一核心聚合物材料130和第二機(jī)械接合的聚合物材料120是不同的顏色，那 么織物/紡織品的孔大小可以在第一和第二聚合物材料從第一打開位置101變化到閉合位 置102時(shí)增加，同時(shí)第二聚合物材料120主要暴露于織物/紡織品的表面。也就是說，織物 /紡織品的顏色可以從打開時(shí)占主要地第一核心聚合物130的顏色變化到閉合時(shí)占主要地 第二機(jī)械接合的聚合物120的顏色。
[0038] 在不同的實(shí)例中，核心第一聚合物材料130可以是熱敏感聚合物材料，且第二機(jī) 械接合的聚合物材料120可以是吸濕聚合物材料，使得例如由包含根據(jù)本實(shí)例的纖維的織 物/紡織品510制成的衣服500在穿著者的體溫和汗水隨著增加的體力活動(dòng)而增加時(shí)可以 具有改變的水分管理性能。這可以參照?qǐng)D5來更好理解，圖5中在運(yùn)動(dòng)服裝的性能中熱引 起的變化是有代表性的。因此，包含根據(jù)本發(fā)明的纖維的織物/紡織品可動(dòng)態(tài)地適應(yīng)制造 的最終產(chǎn)品的特定需要。
[0039] 在不同的實(shí)例中，核心第一聚合物材料130可以是可響應(yīng)于來自身體汗水或可選 擇地來自諸如雨、霧等的環(huán)境源的水分的存在或不存在而膨脹或收縮的水分敏感聚合物材 料。如果纖維被制成是對(duì)汗水敏感的，例如，響應(yīng)于水分的存在而膨脹的聚合物可用于核心 第一聚合物材料130以減小隔離水平，且吸濕聚合物材料可用作第二機(jī)械接合的聚合物材 料120以改進(jìn)纖維/紗線和包含纖維的織物/紡織品的水分管理性能。
[0040] 圖6中顯示了具有不同構(gòu)型的不同示例性復(fù)合刺激敏感纖維600的橫截面。與圖 2中描述的復(fù)合刺激敏感纖維100 -樣，根據(jù)本發(fā)明的纖維600通常可以通過熔體紡絲、擠 壓或任何其他合適的方法制造。根據(jù)本發(fā)明的纖維600可以包括至少三種不同類型的聚合 物材料。圖6中的復(fù)合刺激敏感纖維600可以包括位于纖維600的核心的第一聚合物材料 630。第一聚合物材料630可以能夠響應(yīng)于外部刺激經(jīng)歷可逆的物理化學(xué)變化。復(fù)合刺激敏 感纖維600可以另外包括與第一聚合物材料630毗鄰的第二聚合物材料620。由于在纖維 600中的第一聚合物材料630和第二聚合物材料620可以具有根據(jù)適合于所需的轉(zhuǎn)換類型 的預(yù)定的圖案布置和定向的獨(dú)特和脆弱的結(jié)構(gòu)，所以犧牲第三填充物聚合物材料610可在 纖維600的制造期間使用。如圖6所見，當(dāng)纖維被擠壓或熔體紡絲時(shí)，犧牲聚合物材料610 可填充在第一聚合物材料630和第二聚合物材料620之間的任何空隙。犧牲聚合物材料 610可以有助于提供具有大體圓形的橫截面區(qū)域601的擠壓或熔體紡絲的纖維，但只要纖 維的橫截面區(qū)域被適當(dāng)?shù)靥畛?，橫截面區(qū)域可以是正方形、卵形等，或適合于封閉由第一聚 合物、第二聚合物或根據(jù)本發(fā)明的纖維的其他組分形成的復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)的任何其他形狀。
[0041] 犧牲聚合物材料610可以是在沒有破壞組成纖維的其他聚合物的情況下可以是 可溶解的聚合物。例如，如果第一聚合物材料630和第二聚合物材料620是耐酸的，那么犧 牲聚合物材料610可以包括在酸浴中是可溶解的聚合物，以使其可以容易除去；或者，如果 第一聚合物材料630和第二聚合物材料620是耐堿的，那么犧牲聚合物材料610可以是堿 溶性的聚合物材料。在不同的實(shí)例中，犧牲聚合物材料610可以包括水溶性的聚合物，以使 其可以通過用水洗滌而被容易除去等。一旦犧牲聚合物材料610被除去，就可以得到根據(jù) 本發(fā)明的纖維的活性橫截面形式602。
[0042] 圖7中顯示了犧牲聚合物材料610溶解掉的示例性復(fù)合刺激敏感纖維600以其活 性構(gòu)型的橫截面。圖7中的復(fù)合刺激敏感纖維600包括第一聚合物材料630和與第一聚合 物材料630毗鄰的第二聚合物材料620。在圖6中描述的實(shí)例中，第二聚合物材料620采用 成對(duì)的角狀突起部形式，該角狀突起部從使用第一聚合物材料630中的物理變化機(jī)械地操 作的結(jié)構(gòu)成對(duì)延伸。也就是說，在該實(shí)例中的復(fù)合纖維600可以經(jīng)歷從第一結(jié)構(gòu)701到第 二結(jié)構(gòu)702的結(jié)構(gòu)變化，作為對(duì)第一聚合物材料630中給定的物理變化的響應(yīng)。
[0043] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合纖維800的又一個(gè)實(shí)例。在該實(shí)例中，復(fù)合纖維800可以 首先被擠壓或熔體紡絲，復(fù)合纖維800包括第一聚合物材料810、第二聚合物材料820和第 三聚合物材料830,它們共同地顯示為801，其中第一聚合物材料810可以是犧牲聚合物材 料。在除去第一聚合物材料810之前，復(fù)合纖維800可以首先經(jīng)歷修整工藝以賦予諸如耐 水性、耐火性等額外所需的性能。這樣的修整工藝可以是化學(xué)和/或機(jī)械的?？梢愿鶕?jù)本 發(fā)明使用的可能的化學(xué)修整劑的實(shí)例是軟化劑、吸收性修整劑、樹脂修整劑、防油修整劑、 防水修整劑、紫外線防護(hù)修整劑、各種類型的涂層、層壓制品等?；瘜W(xué)修整劑可以在制造纖 維、紗線、紡織品、部分構(gòu)造物品和/或完全構(gòu)造物品階段中應(yīng)用?；瘜W(xué)修整劑可使用任何 技術(shù)應(yīng)用，諸如浴池、噴霧、通過墊或其他機(jī)制的接觸應(yīng)用、通過使用粘合劑或結(jié)合劑等?？?以根據(jù)本發(fā)明使用的可能的機(jī)械修整的實(shí)例是壓延、壓制、拋光（peaching)、磨毛、打磨、涂 刷、剪切、壓花等。機(jī)械修整可在制造纖維、紗線、紡織品、部分構(gòu)造物品和/或完全構(gòu)造物 品階段中應(yīng)用。多于一種類型的修整可應(yīng)用到纖維/紗線/紡織品/物品。修整后得到的 纖維共同地顯示為802。所應(yīng)用的修整可添加材料到纖維800或可修改纖維800的表面， 如通常顯示為802。因?yàn)樾拚赡艿槐仨毰c不同的材料不同地相互作用，所以第一修整表 面840可在第一聚合物材料上形成且第二修整表面850可在第三聚合物材料830上形成。 另外的修整表面可在纖維的暴露于修整的另外的材料上形成。在修整步驟已經(jīng)完成后，第 一聚合物材料810接下來可以通過任何適合的方法溶解/除去，該方法將除去在犧牲第一 聚合物材料810上的第一聚合物材料810和修整層840。結(jié)果，當(dāng)除去犧牲第一聚合物材 料810和覆蓋在現(xiàn)在除去的犧牲聚合物材料810上的涂層840時(shí)，具有第二聚合物材料820 和第三聚合物材料830以及所需的修整層850的纖維803可以其活性構(gòu)型得到，如顯示為 803。結(jié)果，修整表面和未修整表面兩者都存在于纖維803中，以使諸如以上描述的機(jī)械變 化可以使不同類型的表面暴露以改變纖維的性能。
[0044] 本發(fā)明的另外的目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎性特征將在隨后的描述中部分地闡述，且對(duì)本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在檢查以下內(nèi)容后將部分地變得明顯，或者可以通過本發(fā)明的實(shí)踐學(xué) 習(xí)。
[0045] 從前述內(nèi)容將看出，本發(fā)明是很好地適用于獲得上文闡述的所有目標(biāo)和目的連同 是明顯的且是結(jié)構(gòu)固有的其他優(yōu)點(diǎn)的發(fā)明。
[0046] 應(yīng)該理解的是，某些特征和子組合具有實(shí)用性，且在沒有提及其他特征和子組合 的情況下就可以使用。這由權(quán)利要求涵蓋且在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0047] 由于很多可能的用途可由本發(fā)明作出而不脫離本發(fā)明的范圍，所以應(yīng)理解的是， 本文闡述的或附圖顯示的所有內(nèi)容應(yīng)被解釋為說明性的而不是限制性的意義。
【權(quán)利要求】
1. 一種刺激敏感復(fù)合纖維，包括：具有第一形狀的第一材料，其位于所述復(fù)合纖維的 核心，所述第一材料在外部刺激存在時(shí)膨脹且響應(yīng)于沒有所述外部刺激而收縮；和具有第 二形狀的第二材料，所述第二材料在至少一點(diǎn)處被所述第一材料機(jī)械地接合，使得當(dāng)所述 第一材料收縮時(shí)，所述第二材料處于所述第二形狀，且響應(yīng)于所述第一材料的膨脹而可逆 地變?yōu)榈谌螤睢?br> 2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合纖維，其中所述第一材料響應(yīng)于熱而膨脹。
3. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合纖維，其中所述第一材料響應(yīng)于水分而膨脹。
4. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合纖維/紗線，其中所述第一材料響應(yīng)于電磁場(chǎng)而膨脹。
5. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合纖維，其中所述第一材料和所述第二材料包括聚酯類。
6. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合纖維，其中所述第二材料的所述第二形狀包括響應(yīng)于經(jīng)由 所述第二材料來自第一材料的力而改變位置的突起部。
7. -種刺激敏感復(fù)合纖維，能夠經(jīng)歷徑向機(jī)械變化，其橫截面區(qū)域包括：在所述纖維 的核心處的第一材料，所述第一材料能夠響應(yīng)于外部刺激而經(jīng)歷物理化學(xué)變化，在所述纖 維的核心處的所述第一材料具有從所述核心向外延伸基本上相同長度的臂，每個(gè)臂隨著所 述臂從所述核心延伸而逐漸變寬；和第二材料，其具有與所述第一材料的每個(gè)臂的兩側(cè)都 毗鄰的腿部，每個(gè)臂在至少一點(diǎn)處接觸且機(jī)械接合第一材料的臂，當(dāng)所述第一材料的所述 臂膨脹時(shí)，所述第二材料的所述腿部被推動(dòng)更靠近在一起，所述第二材料還包括機(jī)械響應(yīng) 于所述第二材料的所述腿部的運(yùn)動(dòng)而改變位置的突起部。
8. 如權(quán)利要求7所述的纖維，還包括填充在所述第一材料和所述第二材料之間的空隙 以向所述纖維提供大體完整橫截面區(qū)域的犧牲聚合物，所述犧牲聚合物在不溶解所述第一 材料和所述第二材料中任一種的工藝中是可溶解的。
9. 如權(quán)利要求8所述的纖維，其中所述犧牲聚合物是酸溶性的。
10. 如權(quán)利要求8所述的纖維，其中所述犧牲聚合物是堿溶性的。
11. 如權(quán)利要求8所述的纖維，其中所述犧牲聚合物是水溶性的。
12. -種使用刺激敏感復(fù)合纖維制造適應(yīng)性織物/紡織品的方法，包括以下步驟：擠壓 刺激敏感復(fù)合纖維，所述刺激敏感復(fù)合纖維具有第一材料、第二材料以及犧牲材料，所述第 一材料具有第一形狀，位于所述復(fù)合纖維的核心處，所述第一材料響應(yīng)于第一環(huán)境條件而 膨脹并且響應(yīng)于第二環(huán)境條件而收縮，所述第二材料具有第二形狀，在至少一點(diǎn)處被所述 第一材料機(jī)械接合，以使所述第二材料在所述第一材料收縮時(shí)處于所述第二形狀且在所述 第一材料膨脹時(shí)可逆地變?yōu)榈谌螤?，所述犧牲材料填充所述第一材料和所述第二材料?間的空隙，當(dāng)所述纖維被擠壓時(shí)，所述犧牲材料使所述第一材料固定在所述第一形狀且使 所述第二材料固定在所述第二形狀；形成包含所擠壓的纖維的織物/紡織品；和除去所述 犧牲材料而不除去所述第一材料和所述第二材料中的任一種。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述織物/紡織品通過編織包含所擠壓的纖維的 紗線而形成。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述犧牲材料在形成所述織物/紡織品之前被除 去。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述犧牲材料在編織所述織物/紡織品之后被除 去。
16. -種由適應(yīng)性織物/紡織品制成的服裝，所述適應(yīng)性織物/紡織品具有刺激敏感復(fù) 合纖維，所述纖維包括：在所述纖維的核心處的第一材料，所述第一材料能夠響應(yīng)于外部刺 激而經(jīng)歷物理化學(xué)變化，在所述纖維的所述核心處的所述第一材料具有從所述核心向外延 伸的臂，每個(gè)臂隨著所述臂從所述核心延伸而逐漸變寬；和第二材料，其具有與所述第一材 料的每個(gè)臂的兩側(cè)都毗鄰的腿部，每個(gè)臂在至少一點(diǎn)處接觸且機(jī)械接合第一材料的臂，當(dāng) 所述第一材料的所述臂膨脹時(shí)，所述第二材料的所述腿部被推動(dòng)更靠近在一起，所述第二 材料還包括機(jī)械響應(yīng)于所述第二材料的所述腿部的運(yùn)動(dòng)而改變位置的突起部。
17. 如權(quán)利要求16所述的服裝，其中所述第一材料在磁場(chǎng)存在時(shí)收縮且在沒有磁場(chǎng)時(shí) 膨脹。
18. 如權(quán)利要求16所述的服裝，其中所述第一材料在被加熱時(shí)膨脹且在被冷卻時(shí)收 縮。
19. 如權(quán)利要求16所述的服裝，其中所述第一材料在水分存在時(shí)膨脹。
20. 如權(quán)利要求16所述的服裝，其中所述第一材料響應(yīng)于施加的電場(chǎng)。
21. -種刺激敏感復(fù)合纖維，能夠經(jīng)歷徑向機(jī)械變化，其橫截面區(qū)域包括：在所述纖維 的核心處的第一材料，所述第一材料能夠響應(yīng)于外部刺激而經(jīng)歷物理化學(xué)變化；與所述第 一材料毗鄰的第二材料；和在所述纖維的周邊的僅僅一部分上的修整層。
【文檔編號(hào)】B28B17/00GK104395048SQ201380032963
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】帕特里克·威廉姆斯 申請(qǐng)人:耐克創(chuàng)新有限合伙公司