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。
[0092]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。
[0093]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。
[0094]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。
[0〇95] 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Primaloft、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。
[0096]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。
[0097]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。
[0098]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。
[0099]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。
[0100]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。
[0101]制作長的或連續(xù)的段的形式的長絲和紗線:
[0102]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。織物使用復(fù)絲紗線和單個單絲兩者。
[0103]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)。
[0104]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。
[0105]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。
[0106]力紡絲短纖維:
[0107]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1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。
[0108]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。
[0109]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。可以設(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。
[0110]力紡絲連續(xù)長絲纖維:
[0111]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 1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。
[0112]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。
[0113]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。
[0114]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