TWI721037B - 多成分纖維、織物、紗及其形成方法 - Google Patents

多成分纖維、織物、紗及其形成方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供了設計用以對例如熱或水氣之類的外部刺激做出反應而捲曲的多成分纖維。多成分纖維可具有包括第一聚合物成分以及第二聚合物成分的截面面積，其中第一聚合物成分以及第二聚合物成分以偏心鞘/核心型配置來配置，且其中核心成分具有非圓形形狀。同樣地，多成分纖維具有第一截面質量中心以及截面周邊，核心成分具有第二截面質量中心；以及第二截面質量中心位在從第一截面質量中心至截面周邊上的點的距離的從大約百分之20至大約百分之70處。此外，本揭露內容提供了一種織物，此織物包括設計用以對例如熱或水氣之類的外部刺激做出反應而捲曲的多個多成分纖維。

Description

多成分纖維、織物、紗及其形成方法
本揭露內容與多成分纖維有關。特別地，此纖維可對外部刺激做出反應而展現出有用的自膨脹特性。
合成纖維被廣泛地使用在許多不同的應用中，以提供更強、更薄且重量更輕的產品。合成纖維適合於在各種材料中使用，包括編織織物、非編織織物以及紗。
本技術領域中已知的多成分纖維的各種實施方式包括具有圓形截面核心的偏心鞘/核心型纖維。這些纖維典型地被設計用以藉由利用兩種聚合物之間收縮的差異來對熱做出反應而不可逆地捲曲。更近期的發展是對濕氣改變做出反應而捲曲的纖維。見，例如，Kapsali的美國專利申請公開案第2011/0092121號以及Kapsali的第2015/0140886號，其每件的全部內容併入於本文中以作為參考。
包括多成分纖維的各種商業產品被設計設計對濕氣或水氣做出反應。例如，各種衣物被設計用以適應於濕氣或水氣(例如，由於流汗)以調整服裝中一或更多種織物的透氣性，由此改進服裝的舒適度。
想要的是提供一種多成分自膨脹纖維(即，對例如熱或水氣之類的外部刺激做出反應而捲曲的纖維)，其中可控制膨脹或捲曲的程度，同時仍維持纖維的完整性以及功能性。
本發明提供了設計用以對例如熱或水氣之類的外部刺激做出反應而捲曲的多成分纖維。本發明的多成分纖維可具有鞘/核心型配置、且可包括包括第一聚合物成分的鞘成分、以及包括第二聚合物成分的核心成分，其中核心成分具有實質上垂直於第二軸的第一軸，且其中第一軸比第二軸長，使得核心成分具有非圓形的形狀。此外，多成分纖維可具有第一截面質量中心以及截面周邊，核心成分可具有第二截面質量中心，且第二截面質量中心可位在從第一截面質量中心至截面周邊上的點的距離的大約百分之20至大約百分之70處，或大約百分之30至大約百分之40處。多成分纖維可從，例如，連續長絲(filament)、短纖維(staple fiber)、電紡纖維(electrospun fibers)、紡絲黏合(spunbond)、以及熔噴纖維(meltblown fibers)所組成的群組中選出。
在本發明的各種實施方式中，第一聚合物成分可從聚烯烴、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚芳醯胺、縮醛、氟聚合物、其共聚物以及三元共聚物、以及其混合物或摻合物所組成的群組中選出。在某些實施方式中，第一聚合物成分可為聚醯胺。
在本發明的各種實施方式中，第二聚合物成分可從聚烯烴、聚酯、聚醯胺、纖維素衍生物、聚芳醯胺、縮醛、氟聚合物、其共聚物以及三元共聚物、以及其混合物或摻合物所組成的群組中選出。在某些實施方式中，第二聚合物成分可為聚烯烴。
在本發明的各種實施方式中，核心成分可為非圓形的形狀。較佳地，非圓形的截面形狀可為實質細長的。在一或更多個實施方式中，核心可具 有接近纖維外周邊的第一彎曲形狀、且可具有接近纖維質量中心的第二、不同的彎曲形狀。例如，核心可具有面對多成分纖維截面外周邊的實質圓弧曲線以及連接至實質圓弧曲線的實質橢圓曲線，其中實質橢圓曲線可定義面對多成分纖維內部(例如，對立於核心成分圓形彎曲面而面對)的核心成分側。在本發明的一些實施方式中，核心成分可為實質橢圓形、實質D形、或實質新月形。核心成分第一軸的長度可為，例如，核心成分第二軸長度的大約1.5至大約2.0倍。在某些實施方式中，多成分纖維可具有截面面積，其包括鞘成分比上核心成分的大約40：60至大約90：10比例。在一些實施方式中，多成分纖維具有截面面積，其包括鞘成分比上核心成分的大約50：50至大約75：25比例。
本發明也提供了包括多個如本文中所描述的多成分纖維的織物。在本文中也提供了形成非編織織物的方法，其中此方法包括提供多個如本文中所描述的多成分纖維，以及黏合此多個多成分纖維。
本文中所揭露的纖維進一步可用於進一步材料的製造中。例如，本揭露內容也包括包括本纖維的機紡紗。在進一步、非限制性的範例中，可包括本纖維的材料包括栓塞、絲束、填塞料、繩、索，等等。
本發明包括下述實施方式而無限制：
實施方式1：一種具有鞘/核心型配置的多成分纖維，包括：包括第一聚合物成分的鞘成分；以及包括第二聚合物成分的核心成分；其中核心成分具有實質上垂直於第二軸的第一軸，且其中第一軸比第二軸長，使得核心成分具有非圓形的形狀；其中多成分纖維具有第一截面質量中心以及截面周邊；其中核心成分具有第二截面質量中心；以及其中第二截面質量中心位在從第一截面質量中心至截面周邊上的一點的距離的大約百分之20至大約百分之70。
實施方式2：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中纖維從連續長絲、短纖維、電紡纖維、紡絲黏合以及熔噴纖維所組成的群組中選出。
實施方式3：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中第一聚合物成分從聚烯烴、聚酯、聚醯胺以及其混合物或摻合物所組成的群組中選出。
實施方式4：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中第一聚合物成分是聚醯胺。
實施方式5：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中第二聚合物成分從聚烯烴、聚酯、聚醯胺以及其混合物或摻合物所組成的群組中選出。
實施方式6：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中第二聚合物成分是聚烯烴。
實施方式7：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中第一軸的長度是第二軸長度的大約1.3至大約2.8倍。
實施方式8：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中核心成分具有實質不均勻、細長的形狀。
實施方式9：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中核心成分具有連接至實質橢圓側的實質圓形側。
實施方式10：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中多成分纖維具有截面面積，其包括鞘成分比上核心成分之大約40：60至大約90：10比例。
實施方式11：一種如任一前述或下述實施方式所述的多成分纖維，其中多成分纖維具有第一截面質量中心以及截面周邊，其中核心成分具有第二 截面質量中心，且其中第二截面質量中心位在從第一截面質量中心至截面周邊上一點的距離的大約百分之30至大約百分之40。
實施方式12：一種包括根據任一前述或下述實施方式的多個多成分纖維的織物。
實施方式13：一種如任一前述或下述實施方式所述的織物，其中織物是針織織物或編織織物。
實施方式14：一種如任一前述或下述實施方式所述的織物，其中織物是從包括一或更多個多成分纖維的紗所形成。
實施方式15：一種包括根據任一前述或下述實施方式的多個多成分纖維的的紗。
實施方式16：一種如任一前述或下述實施方式所述的紗，其中紗是機紡紗或連續長絲紗。
實施方式17：一種形成非編織織物的方法，包括：提供根據任一前述或下述實施方式的多個多成分纖維；以及黏結該多個多成分纖維。
實施方式18：一種形成織物的方法，包括：提供根據任一前述或下述實施方式的多個多成分纖維；以及梳棉、針織或編織多個多成分纖維以形成織物。
實施方式19：一種如任一前述或下述實施方式所述的方法，其中多個多成分纖維為機紡紗以及連續長絲紗其中之一或兩者的形式。
從下述詳細描述與下面簡短描述的附圖的閱讀，本揭露內容的這些以及其他的特徵、方面以及優勢將會是顯而易見的。本發明包括二、三、四或更多個上述提及實施方式的任何組合，以及此揭露內容中提出的任何二、三、四或更多個特徵或元件的組合，無論在本文中特定實施方式中是否明確地結合這樣的特徵或元件。此揭露內容意欲被全部閱讀，使得除非上下文清楚地另外 指定，本揭露發明的任何分開的特徵或元件，在任何其各種方面以及實施方式中，應被視為意欲可結合的。
2、4:聚合物成分
5:點
6、8:截面質量中心
10:多成分纖維
12:環
L1、L2:軸
在有因此概括地描述的本發明下，現在將參照所附圖式，其不一定按比例繪示，且其中：第1圖是本發明示範性鞘/核心型多成分纖維的橫剖面圖；第2圖是本發明第二示範性鞘/核心型多成分纖維的橫剖面圖；第3圖是本發明示範性鞘/核心型多成分纖維的橫剖面圖；第4圖是本發明示範性多成分纖維的核心成分的橫剖面圖；以及第5圖是示出截面面積的多成分纖維的橫剖面圖，其中核心成分的質量中心可根據本發明的一或更多個實施方式來放置。
現在將於下更完整地描述本發明。然而，此發明可以許多不同的形式來體現，且不應被理解為限於本文中所提出的實施方式；更確切而言，這些實施方式被提供，使得此揭露內容將為詳盡且完整的，並將本發明的範圍完整傳達至本領域的技術入員。如此說明書以及申請專利範圍中所使用的，除非上下文另外清楚地指定，單數形式「一(a)」、「一(an)」以及「該」包括複數的指稱。「乾重百分比」或「乾重基礎」意指基於乾成分(即，除了水之外的所有成分)的重量。
本揭露內容提供多成分熱塑性自膨脹纖維(即，對例如熱或水氣之類的外部刺激做出反應而捲曲的纖維)，其中可控制膨脹或捲曲的程度同時仍維持纖維的完整性以及功能性。如本文中所使用的，「自膨脹」意指對例如 水氣或熱的改變之類的活化作用做出反應的纖維(或包括多個纖維的織物)。例如，在本發明的各種實施方式中，提供包括可活化元素(例如，將藉由改變形狀或變形而對例如濕氣改變之類的活化作用做出反應的纖維)的織物。在一些實施方式中，可活化元素可改變形狀(例如，扭曲或捲曲)，且可由此允許織物纖維之間的大空間。因此，由織物困住的水氣及/或熱可漏出。相較而言，當可活化元素不被活化時(例如，織物乾燥時)，可活化元素可填充織物纖維之間的間隙。
多成分纖維可包括包含第一熱塑性材料的第一聚合物成分以及包含第二熱塑性材料的第二聚合物成分，其中第一聚合物成分包括多成分纖維的曝露表面的至少一部分。在如本文中所使用的一些實施方式中，曝露表面可意指多成分纖維截面面積周長的至少一部分。在進一步的實施方式中，曝露表面可包括曝露至環境周遭的纖維表面的任何區域。
除非另外指出，如本文中所使用的用語「纖維」意指例如傳統短纖維以及奈米纖維之類的有限長度的纖維、以及例如連續長絲之類的實質連續結構兩者。本發明的纖維可特別地為多成分纖維。纖維可具有實質上像圓形或圓形的截面或非圓形截面(例如，卵形、長方形、多葉形，等等)。
如本文中所使用的，用語「多成分纖維」包括從二或更多種聚合物製備的短纖維以及連續纖維，相對於傾向分散、隨機或無特定結構的區域處的摻合物，二或更多種聚合物存在於纖維中離散結構區域中。僅為了說明的目的，本標的物一般以包括兩種聚合物成分的示範性雙成分纖維之方式來描述。然而，應了解的是，本發明的範圍意欲包括具有二或更多種結構成分的纖維、且不限於下述的示範性雙成分纖維。雖然本發明不限於兩種成分，從頭到尾使用用語第一成分以及第二成分以簡單地描述本發明。
一般而言，聚合物成分被配置在橫跨多成分纖維截面、實質上不斷地定位的明顯區域中，並沿著多成分纖維的長度連續延伸。纖維的形狀以及其中成分的配置將取決於製備纖維中所使用的設備、處理條件以及各種成分的熔體黏度。各式各樣的纖維配置在本發明是可能的。由於在製造多成分合成纖維中典型使用的設備常產生具有實質圓形截面的纖維，多成分纖維的截面可特別地為圓形；然而，包含了其他截面。圓形截面的纖維中的第一以及第二成分配置可為同心的或偏心，後者的配置有時也稱為「修飾並列型」或「偏心」多成分纖維。
第1圖至第3圖是本發明示範性多成分纖維的截面視圖，大體上標示為10。多成分纖維10是包括至少兩種結構聚合物成分的鞘/核心型纖維：(i)包括第一聚合物成分2的外鞘成分；以及(ii)包括第二聚合物成分4的內核心成分。
核心(由第二聚合物成分4形成)可為同心的，或至少近乎集中在鞘成分的中間。同心配置的特徵在於具有實質上均勻厚度的鞘成分，使得核心成分近乎位在纖維的中心。同心鞘/核心型纖維可被定義為基於鞘/核心型多成分纖維的直徑、核心成分的中心偏斜不多於從鞘成分中心的大約百分之0至大約20、較佳不多於大約百分之0至大約10的纖維。在一些實施方式中，纖維可具有修飾的同心配置，其中核心成分近乎位在纖維的中心，然而，由於核心成分的不均勻截面區域，圍繞核心成分的鞘成分厚度可稍微不同。
或者，核心可為偏心。如第1圖至第3圖中所示，偏心鞘/核心型纖維10包括偏心地位在外鞘(由第一聚合物成分2所形成)內的核心(由第二聚合物成分4所形成)。偏心配置中，核心成分不位在纖維的中心，且因此圍繞核心成分的鞘成分厚度不同。
如第3圖中所示，例如，多成分纖維可具有截面質量中心6，且核心成分可具有截面質量中心8。可沿著從多成分成分纖維截面質量中心6延伸至位在多成分纖維截面周邊上的點5的線A來放置核心成分截面質量中心8。線A可為垂直於多成分纖維的截面周邊。例如，在第3圖中的正切線B垂直於線A。
在偏心鞘/核心型纖維配置的各種實施方式中，核心成分的截面質量中心8可位在從纖維的截面質量中心6至纖維截面周邊上的點5的距離的從大約20%至大約70%、大約25%至大約60%、大約30%至大約50%、或大約30%至大約40%，且在垂直於截面周邊的線上。因此，且如第5圖中所示，例如，核心成分的截面質量中心8位在環12內的任何地方，如從多成分纖維的截面質量中心6至多成分纖維的截面周邊所測量的，環12定義了從線A長度大約20%至大約70%的面積。
在本發明的各種實施方式中以及如第3圖以及第4圖中所示，核心成分的形狀不是圓形，但反而可具有第一軸L1以及第二軸L2，第一軸L2至少從多成分纖維的截面質量中心6名義地(nominally)垂直於前述線A，並垂直於截面周邊。第二軸L2可為至少名義地在線A上從纖維的截面質量中心6延伸至其截面周邊。因此，核心可具有實質橢圓形形狀，或名義上「似香蕉」的形狀(例如，第1圖)，或名義上「D」形狀(在最接近纖維周邊具有彎曲表面，但仍完全由鞘封裝)(例如，第2圖)或任何類似的非標準形狀。在各種實施方式中，核心成分可具有第一軸，第一軸具有核心成分的第二軸長度的大約1.1倍至大約3.0倍、或大約1.3倍至大約2.8倍、或大約1.5倍至大約2.0倍的長度。在一些實施方式中，核心成分可具有第二軸，第二軸具有核心成分的第一軸長度的大約1.1倍至大約3.0倍、或大約1.3倍至大約2.8倍、或大約1.5倍至大約2.0倍的長度，使得核心成分是較短、較寬的形狀。
已發現非圓形核心成分的數個優勢。例如，在用於自膨脹纖維(其對例如熱或水氣之類的外部刺激做出反應而捲曲成名義上螺旋的形狀)的應用中，捲曲或膨脹的程度典型地取決於偏心核心的質量中心從纖維質量中心的分離程度。核心成分的非圓形截面可提供比先前技術的圓形核心截面大的質量中心分離。兩種成分的最大分離可在並列型纖維截面中達成，但並列型截面只可用於兩種聚合物成分具有足夠黏附的例子中，以預防它們在處理中或在多成分纖維的應用中裂開。本發明的截面維持核心被鞘完全封裝，以維持纖維的完整性以及功能性，以免兩個聚合物不具有足夠的黏附以預防在處理中或在多成分纖維的應用中之分離。
多成分纖維的各種實施方式具有包括鞘成分(第一聚合物成分)以及核心成分(第二聚合物成分)在大約50：50至大約75：25比例的截面面積。在一些實施方式中，鞘成分截面面積比上核心成分截面面積的比例是大約40：60至大約90：10的比例、大約50：50至大約80：20的比例，或大約60：40至大約75：25的比例。
在本文中所描述的多成分纖維的各種實施方式中，多成分纖維的聚合物成分可由相同或不同的聚合物所形成。如本文中所使用的，「相同的」聚合物意指具有相同或類似化學式的聚合物成分；然而，每種聚合物成分可在它們在標的黏結溫度下的流動能力方面不同。聚合物成分在一個溫度下流動的能力與結晶性、分子量與塑化劑的可能存在、以及聚合物的化學組成有關。此外，每種聚合物成分可在它們對引發聚合物成分捲曲的刺激(例如，水氣、熱，等等)的反應方面不同。兩種聚合物成分的反應的差異可產生不同程度的膨脹(例如，對水氣做出反應)或收縮(例如，對熱做出反應)，其然後促進多成分纖維的捲曲。
根據本揭露內容的纖維可包括從本技術領域已知能夠形成纖維的任何類型聚合物選出的一或更多個聚合物，包括聚烯烴、聚酯、聚醯胺，等等。適合聚合物的範例包括，聚烯烴(包括聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、以及聚甲基戊烯(PMP))、聚醯胺(包括尼龍，例如尼龍6以及尼龍6,6)、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚胺甲酸酯、縮醛樹脂、聚乙烯-乙烯醇、聚酯(包括芳香族聚酯，例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚(1,4-對苯二甲酸環己二甲酯)(PCT))、聚苯硫醚、熱塑性彈性體、聚丙烯腈、纖維素衍生物、聚芳醯胺、縮醛、氟聚合物、其共聚物與三元共聚物以及其混合物或摻合物，而沒有限制。
芳香族聚酯的進一步範例包括(1)具有2-10個碳原子的烷二醇以及芳香族二酸的聚酯；(2)聚萘二甲酸烷二酯，其為2,6-萘二羧酸以及烷二醇的聚酯，例如聚萘二甲酸乙二酯；以及(3)衍生自1,4-環己烷二甲醇以及對苯二甲酸的聚酯，例如聚環己烷對苯二甲酸酯。示範性的聚對苯二甲酸烷二酯包括聚對苯二甲酸乙二酯(也稱PET)以及聚對苯二甲酸丁二酯，而沒有限制。
在一些實施方式中，多成分纖維可的一或更多個聚合物包括脂肪族聚酯。可在本發明中有用的脂肪族聚酯的範例包括，由下述形成的纖維形成聚合物，而沒有限制：(1)甘醇的組合(例如，乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇或癸二醇)或乙二醇(例如，二乙二醇或三乙二醇)與脂肪族二羧酸(例如，琥珀酸、己二酸、己烷二羧酸或癸烷二羧酸)的寡聚物，或(2)聚乳酸之外的羥基羧酸的自縮合，例如聚羥基丁酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚已烷己二酸酯，以及包含它們的共聚物。脂肪族聚酯的範例包括，但不限於，聚乙交酯或聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸交酯或聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚羥 基丁酸酯(PHB)、聚(3-羥基丁酸酯-共-3-羥基戊酸酯)(PHBV)，以及聚乳酸交酯-共-乙交酯。
在本發明的各種實施方式中，多成分纖維的鞘成分(第一聚合物成分)可包括聚醯胺。在一些實施方式中，聚醯胺可從尼龍(例如，尼龍6以及尼龍6,6)、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚胺甲酸酯、縮醛樹脂、聚乙烯-乙烯醇以及其組合所組成的群組中選出。在本發明的各種實施方式中，多成分纖維的核心成分(第二聚合物成分)可包括聚烯烴。在一些實施方式中，聚烯烴可從聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯(PMP)以及其組合所組成的群組中選出。
如上所提及，對於對熱做出反應而捲曲的纖維，聚合物成分的關鍵特性可為收縮率，其受聚合物化學特性、分子量、定向、結晶性，以及在一些例子中，水氣吸收程度的影響。在兩個聚合物成分在化學上實質相同的例子中，分子量可為對熱做出反應而捲曲的纖維的關鍵特性。在對水氣做出反應而捲曲的纖維的例子中，關鍵特性可為一個聚合物對水氣做出反應而膨脹的程度相較於第二聚合物成分對水氣做出反應而膨脹的程度。聚合物成分中的膨脹程度可常與聚合物成分吸收水氣的程度有關，其有時稱為「回潮率」。在70℉以及95%濕氣下，各種聚合物具有從零至大約25重量百分比的濕氣回潮率。如由直徑的增加所測量的，纖維膨脹可從零(PP)至大約百分之50(例如，一些嫘縈)。在各種實施方式中，核心聚合物成分可具有大約零至大約百分之5的濕氣回潮率。這可相對應於，例如，大約零百分比的直徑增加。在各種實施方式中，鞘聚合物成分可具有大約百分之5至大約百分之15的濕氣回潮率。這可相對應於，例如，大約百分之5的鞘成分直徑增加。在較佳的實施方式中，核心成分可具有大約零百分比的濕氣回潮率，且鞘成分可具有大約百分之9的濕氣回潮率。在鞘中的較大膨脹可是想要的，但典型地傳達此量的膨脹的聚合物可呈現處理或其他性質缺點的問題。
在較佳的實施方式中，多成分纖維是包括聚丙烯核心成分(即，第二聚合物成分)以及尼龍6鞘成分(即，第一聚合物成分)的偏心鞘/核心型短纖維。多成分纖維可具有在大約50：50以及大約75：25之間的鞘比上核心截面面積的比例。此外，多成分纖維可包括橢圓或半橢圓核心，其質量中心位在從纖維的質量中心至其周邊的距離的大約30%至大約40%，並具有長度為核心短軸長度的大約1.3倍至大約2.8倍，或大約1.5倍至大約2.0倍的長軸。
用於製造多成分纖維的方法為熟知的，且不需在這裡詳細描述。一般而言，為了形成多成分纖維，至少兩種聚合物被分別擠壓出並進料至聚合物分配系統，其中聚合物被引導至分段的紡嘴板。聚合物跟隨著分開的路徑至纖維紡嘴，並在紡嘴孔中結合。紡嘴被配置使得擠出物具有想要的形狀。
在經由塑模擠出之後，所產生的細流體絲束或細絲在它們在周圍流體基質的冷卻而固化之前維持在某個距離的融化狀態，周圍的流體基質可為吹經流體束的冷空氣。一旦固化之後，細絲被捲取於導輥上或另一個捲取表面。在連續長絲的過程中，絲束被捲取在導輥上，導輥下拉與捲取導輥的速度成比例的細流體流。在噴射過程中，在噴嘴中收集絲束(例如空***)，並被吹至捲取表面上，例如滾筒或移動帶，以形成紡絲黏合網。在熔噴過程中，空氣被噴出在紡嘴表面，紡嘴用以同時下拉、並當細流體流被沉積在冷卻空氣路徑中的捲取表面上時冷卻細流體流，由此形成纖維網。無論使用何種類型的熔紡程序，重要的是，細流體流在熔化狀態下(即在固化作用發生之前)被熔化下拉，以降低纖維的直徑。可使用本技術領域已知的典型熔化下拉比例。當使用連續長絲或常用過程(staple process)時，可能想要以傳統拉伸設備在固體狀態下拉取絲束，例如，在差別速度下操作的連續導輥上。見，例如，美國專利第5,082,899號，其全部內容併入於本文中以作為參考。
在固體狀態下拉伸之後，連續長絲可被捲曲或紋理化並切割成想要的纖維長度，由此製造短纖維。短纖維的長度一般範圍為從大約25至大約50毫米，雖然纖維可如想要的而較長或較短。見，例如，授予Taniguchi等人的美國專利第4,789,592號以及授予Strack等人的美國專利第5,336,552號，其每篇的全部內容併入於本文中以作為參考。
本發明的多成分纖維可為短纖維、紗束、紡絲黏合長絲、連續長絲或熔噴纖維。本發明的短纖維及/或連續長絲特別可以紗的形式來提供。在一或更多個實施方式中，依照本發明形成的纖維可具有大約0.5至大約100丹尼的細度。
如上所提及，多成分纖維可併入於編織或非編織織物中。可利用本技術領域中適合的任何裝置來將本發明的纖維形成成織物。也可存在本發明多成分纖維之外的纖維，包括本技術領域中已知的任何各種合成及/或天然纖維。示範性的合成纖維包括聚烯烴、聚酯、聚醯胺、壓克力(丙烯酸)、嫘縈、醋酸纖維素、熱塑性多成分纖維(例如傳統鞘/核心型纖維，例如聚乙烯鞘/聚酯核心纖維)等等，以及其混合物。示範性的天然纖維包括羊毛、棉、木漿纖維等等，以及其混合物。
在一或更多個實施方式中，根據本揭露內容的纖維可被配置用以在施加熱及/或水氣之後經歷捲曲。如授予Kapsali的美國專利申請案第2011/0092121號以及授予Kapsali的第2015/0140886號所描述，其每篇的全部內容併入於本文中以作為參考，為偏心鞘/核心型雙成分纖維的纖維具有捲曲能力，但在此例子中，鞘聚合物比核心聚合物具有較高的天然水氣吸收(回潮率)。所以，在潮濕的環境中，鞘聚合物當其吸收水氣時膨脹，而核心聚合物不膨脹(或膨脹至較低的程度)。這產生了與在收縮例子中類似的力，且因為成分不是同心，此力藉由將纖維捲曲成螺旋來化解。然而，不像因為收縮而捲曲的纖 維，在此例子中，較低濕氣的環境造成鞘聚合物中水氣的減少，導致減低的膨脹，並回復至未捲曲的狀態。因此，在此例子中，捲曲是可逆的。
包括本發明多成分纖維作為成分的編織以及非編織織物特別適合用於對濕氣或水氣做出反應的衣物，以調整衣物中一或更多個織物的透氣性。特定的範例包括體育服裝(例如，襯衫、平針織物、短褲、褲子，等等)、防水衣物以及織物(例如，夾克、襯衫、褲子，等等)、以及運動設備(例如，墊子)，而沒有限制。
在衣物的應用中，纖維捲曲特性的可逆性是想要的，以至於穿著者可體驗衣服的舒適，衣服的「透氣性」(即，空氣穿透力)隨著濕氣的改變(例如由出汗所造成)連續地調整。在其中使用熱捲曲纖維的一些應用中，可逆性是不想要的，且可能甚至是一種不利。一個範例是在形成之後膨脹以形成高膨鬆度的非編織物之非編織織物。藉由改變本發明多成分纖維中使用的聚合物成分，可達成可逆以及不可逆的捲曲特性。
如上所討論的，根據本揭露內容的多成分纖維在提供自膨脹特性方面可特別有利。根據多個不同的標準，製備根據本揭露內容在自膨脹過程中適合表現的纖維的能力可被評估。因此，所預期的是，具有本揭露內容知識的本領域技術人員可利用具有如本文中所描述特性的聚合物成分以形成落在各種標準內的多成分纖維。因此下述描述被提供以至於可相對於目前揭露的纖維來清楚地評估所給出的纖維，且不應被理解為將目前揭露的纖維只限制於特定的實施方式。
可將本發明的纖維形成為織物，典型地藉由1)使用傳統裝置形成非編織織物，2)形成連續長絲紗，並使用傳統裝置編織或針織紗以形成織物，或3)將短纖維形成為機紡紗，其隨後使用傳統裝置被針織或編織成織物。無論這擇哪個織物形成步驟，相同聚合物以及丹尼的圓纖維被形成成其他方面相同 的織物，唯一的區別因素是纖維截面(其可在聚合物比例、核心的截面形狀及/或核心相對於纖維中心的位置不同)。
在形成織物之後，可根據P.W.Gibson等人所著並於Journal of Testing and Evaluation 25(4),July,1997中發表的「A Test Method to Determine the Relative Humidity Dependence of the Air Permeability of Textile Materials」中所描述的測試方法來測試織物樣本。可基於0%以及98%相對濕氣之間的空氣滲透率的程度以及方向改變來評估每個樣本的效能。
範例
在使用熟知多成分纖維擠壓者所已知的傳統方法時，在偏心鞘/核心型雙成分截面中做出具有圓形整體截面的多成分纖維。做出了四種纖維樣本，使用尼龍6作為鞘聚合物以及聚丙烯作為核心聚合物，每種纖維包括具有圓形鞘截面的鞘/核心型雙成分纖維。所有的四種纖維樣本被擠出、拉伸、捲曲並切割成相同丹尼的短纖維。纖維然後被紡成機紡紗，並針織成其他方面相同的針織織物。對於每種織物，使用上面引用的測試方法在各種相對濕度下測量空氣滲透率。
在第一樣本(樣本1)中，聚合物比例是截面面積50：50。聚丙烯核心具有圓形截面以及中心，此中心位在與鞘的截面中心分開了纖維半徑長度的19.0%的鞘截面圈的半徑上。
在第二樣本(樣本2)中，聚合物比例是50：50，且聚丙烯核心具有有中心的圓形截面，此中心位在鞘截面圈的半徑上，與鞘的截面中心分開了纖維半徑長度的27.5%。
在第三樣本(樣本3)中，鞘：核心聚合物的比例是60：40，且聚丙烯核心具有有中心的圓形截面，此中心位在鞘截面圈的半徑上，與鞘的截面中心分關了半徑的27.5%。
在第四樣本(樣本4)中，鞘：核心聚合物的比例是50：50，且非圓形聚丙烯核心具有在最接近纖維周邊的邊緣是接近圓形、且在最遠離纖維周邊之側上是接近橢圓的截面。聚丙烯核心的截面的面積加權中心位在鞘截面圈的半徑上，與鞘的截面中心分開了半徑的27.5%。非圓形核心的精確成形以及定位可藉由製造雙成分纖維的標準裝置來完成，但如授予Hills的美國專利第5,562,930號中所描述的藉由使用適當形成的蝕刻板來輔助，其併入於本文中以作為參考。
在測試從這四種纖維樣本製造出的織物之後，觀察到在98%相對濕度下測量比上在0%相對濕度下測量的空氣滲透率差異粗略地對於樣本2以及4是相當的。空氣滲透率的差異是藉由纖維對濕氣做出反應所達成的捲曲程度的測量。樣本1以及3的空氣滲透率差異(以及因此，捲曲程度)比樣本2以及4低。
雖然樣本2以及4都展現了類似的空氣滲透率差異(以及因此，類似的捲曲)，樣本2是有缺陷的，因為鞘在其最薄的區段是如此地薄，以至於在一些纖維中，在擠壓出之後沒有封裝，且在其他纖維中，薄的鞘被梳棉以及紡紗的機械動作破壞。在一些例子中，這造成鞘以及核心的分離，其造成纖維處理的干擾。因此，製造以樣本2纖維製成的紗以及織物具有困難。相較而言，樣本2纖維在其最薄的點具有較厚的鞘，且沒有觀察到鞘被核心破壞。因此，能夠進行紡紗以及織物針織過程而沒有樣本2纖維所遭遇到的困難。
樣本1以及樣本3纖維兩者都在最薄的區域具有核心之相對強健的鞘封裝，且因此不展現核心所造成的破壞，也不展現處理困難。然而，樣本1以及3纖維的捲曲效能比樣本2以及樣本4纖維差。
簡而言之，樣本4纖維提供了最大的捲曲效能以及最小的鞘由核心所造成的破壞，且因此提供了較少的處理困難。
在前述描述中呈現的教導的得利下，本領域的技術人員將想到與此發明有關的本發明的許多修飾以及其他實施方式。因此，要了解的是，本發明不限於所揭露的特定實施方式，且修飾以及其他實施方式意欲被包括在所附申請專利範圍的範圍內。雖然在本文中使用了特定的用語，它們僅以通稱以及描述性的概念被使用，且不用於限制的目的。
2:聚合物成分
8:截面質量中心
10:多成分纖維
12:環

Claims (17)

  1. 一種具有一鞘/核心型配置的多成分纖維，包括：一鞘成分，包括一第一聚合物成分；以及一核心成分，包括一第二聚合物成分；其中該核心成分具有垂直於一第二軸的一第一軸，以及其中該第一軸比該第二軸長，使得該核心成分具有一非圓形形狀；其中該多成分纖維具有一第一截面質量中心以及一截面周邊；其中該核心成分具有一第二截面質量中心；其中該第二截面質量中心位在從該第一截面質量中心至該截面周邊上一點的距離的從百分之20至百分之70處；以及其中該核心成分具有面對該多成分纖維的一外周邊的一圓形側，該圓形側連接面對該多成分纖維的一內部的一橢圓側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該纖維是從連續長絲(filament)、短纖維(staple fiber)、電紡纖維、紡絲黏合以及熔噴纖維所組成的群組中選出。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該第一聚合物成分是從一聚烯烴、一聚酯、一聚醯胺以及其混合物或摻合物所組成的群組中選出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該第一聚合物成分是一聚醯胺。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該第二聚合物成分是從一聚烯烴、一聚酯、一聚醯胺以及其混合物或摻合物所組成的群組中選出。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該第二聚合物成分是一聚烯烴。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該第一軸的該長度是該第二軸的該長度的1.3倍至2.8倍。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該多成分纖維具有一截面面積，該截面面積包括該鞘成分比上該核心成分的一40：60至一90：10的比例。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的多成分纖維，其中該多成分纖維具有一第一截面質量中心以及一截面周邊，其中該核心成分具有一第二截面質量中心，以及其中該第二截面質量中心位在從該第一截面質量中心至該截面周邊上一點的該距離的從百分之30至百分之40處。
  10. 一種織物，包括如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的多個多成分纖維。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的織物，其中該織物是一針織織物或一編織織物。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的織物，其中該織物是從包括該多成分纖維之一或更多個的紗所形成。
  13. 一種包括如申請專利範圍第1項至第9項任一項所述的一或更多個多成分纖維之紗。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的紗，其中該紗是一機紡紗或一連續長絲紗。
  15. 一種形成一非編織織物的方法，包括：提供如申請專利範圍第1項至第9項所述的多個多成分纖維；以及黏結該多個多成分纖維。
  16. 一種形成一織物的方法，包括：提供如申請專利範圍第1項至第9項所述的多個多成分纖維；以及 梳棉、針織或編織該多個多成分纖維，以形成該織物。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中該多個多成分纖維是機紡紗以及連續長絲紗其中之一或兩者的形式。
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