具有可逆热性质的多组分纤维及其制造方法.pdf

本发明涉及具有增强的可逆热性质的多组分纤维及其制造方法。所述多组分纤维包括由多个细长构件形成的纤维体，所述细长构件至少之一包含分散在其中的调温材料。所述调温材料包括相变材料。所述多组分纤维可通过熔融纺丝法或溶液纺丝法形成，可用于或掺入要求调热性的各种产品中。例如，所述多组分纤维可用于纺织品、服装、鞋类、医用产品、容器和包装、建筑、器具、和其它产品。

1.  一种具有增强的可逆热性质的多组分纤维，包括：
由多个细长构件形成的纤维体，所述细长构件至少之一包含分散在其中的调温材料。

2.  权利要求1的多组分纤维，其中所述调温材料包括相变材料。

3.  权利要求2的多组分纤维，其中所述相变材料选自烃、水合盐、蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二价酸酯、1-卤化物、伯醇、芳香化合物、包合物、半包合物、气态包合物、硬脂酸酐、碳酸亚乙酯、多元醇、聚合物、金属、及其混合物。

4.  权利要求2的多组分纤维，其中所述调温材料还包括许多容纳相变材料的微胶囊。

5.  权利要求2的多组分纤维，其中所述调温材料还包括浸渍有相变材料的氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳粒、或吸收材料。

6.  权利要求1的多组分纤维，其中所述细长构件以海岛构型、分段馅饼构型、皮芯构型、并列构型、或条纹构型排列。

7.  权利要求1的多组分纤维，其中所述纤维体的横截面形状为圆形、多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、梯形、或三角形。

8.  权利要求1的多组分纤维，其中所述纤维体在0.1和1000旦之间。

9.  权利要求1的多组分纤维，还包括分散在至少一个细长构件内的添加剂，其中所述添加剂选自水、表面活性剂、分散剂、消泡剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、UV稳定剂、吸收微波的添加剂、增强纤维、导电纤维、导电颗粒、润滑剂、加工助剂、阻燃剂、防粘结剂、防雾剂、抗静电剂、抗菌剂、交联剂、降解控制剂、着色剂、颜料、染料、荧光增白剂、光学增白剂、填料、偶联剂、增强剂、结晶剂、成核剂、及其混合物。

10.  一种具有增强的可逆热性质的多组分纤维，包括：
包含第一聚合物材料和分散在第一聚合物材料内的调温材料的第一细长构件；和
包含第二聚合物材料的第二细长构件，其中所述第二细长构件与所述第一细长构件接合。

11.  权利要求10的多组分纤维，其中所述调温材料包括相变材料。

12.  权利要求11的多组分纤维，其中所述相变材料为烃或烃的混合物。

13.  权利要求11的多组分纤维，其中所述调温材料还包括许多容纳相变材料的微胶囊。

14.  权利要求13的多组分纤维，其中所述第一聚合物材料与所述微胶囊有亲合力以促使所述微胶囊分散在所述第一聚合物材料内。

15.  权利要求10的多组分纤维，其中所述调温材料为第一调温材料，所述第二细长构件还包括分散在第二聚合物材料内的第二调温材料。

16.  权利要求15的多组分纤维，其中所述第一调温材料与所述第二调温材料不同。

17.  权利要求10的多组分纤维，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料独立地选自聚酰胺、多胺、聚酰亚胺、丙烯酸类聚合物、聚碳酸酯、聚二烯烃、聚环氧化物、聚酯、聚醚、聚氟碳、甲醛类聚合物、天然聚合物、聚烯烃、亚苯基类聚合物、含硅聚合物、聚氨酯、乙烯类聚合物、聚缩醛、聚丙烯酸酯、共聚物、及其混合物。

18.  权利要求10的多组分纤维，其中所述第一聚合物材料包括乙酸乙烯酯含量在5和90％(重)之间的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。

19.  权利要求10的多组分纤维，其中所述第一细长构件被第二细长构件包围。

20.  权利要求19的多组分纤维，其中所述第一细长构件位于第二细长构件内并完全被其包围。

21.  权利要求10的多组分纤维，其中所述第一细长构件占所述多组分纤维总重的10至90％。

22.  权利要求10的多组分纤维，其中所述多组分纤维在0.1和1000旦之间。

23.  权利要求10的多组分纤维，还包括分散在第一聚合物材料和第二聚合物材料至少之一内的添加剂，其中所述添加剂选自水、表面活性剂、分散剂、消泡剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、UV稳定剂、吸收微波的添加剂、增强纤维、导电纤维、导电颗粒、润滑剂、加工助剂、阻燃剂、防粘结剂、防雾剂、抗静电剂、抗菌剂、交联剂、降解控制剂、着色剂、颜料、染料、荧光增白剂、光学增白剂、填料、偶联剂、增强剂、结晶剂、成核剂、及其混合物。

24.  一种具有增强的可逆热性质的多组分纤维，包括：
包含调温材料的芯部分；和
包围所述芯部分的皮部分。

25.  权利要求24的多组分纤维，其中所述调温材料包括相变材料。

26.  权利要求25的多组分纤维，其中所述相变材料选自烃、水合盐、蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二价酸酯、1-卤化物、伯醇、芳香化合物、包合物、半包合物、气态包合物、硬脂酸酐、碳酸亚乙酯、多元醇、聚合物、金属、及其混合物。

27.  权利要求25的多组分纤维，其中所述相变材料为聚合物相变材料。

28.  权利要求25的多组分纤维，其中所述芯部分还包含第一聚合物材料，其中所述调温材料分散在所述第一聚合物材料内，所述皮部分包含第二聚合物材料。

29.  权利要求28的多组分纤维，其中所述调温材料还包括容纳所述相变材料的容留结构，其中所述容留结构包括微胶囊、氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳粒、或吸收材料。

30.  权利要求28的多组分纤维，其中所述第一聚合物材料与所述相变材料有部分亲合力，所述第二聚合物材料将所述相变材料封闭在芯部分内并使所述多组分纤维具有所要物性。

31.  权利要求28的多组分纤维，其中所述调温材料为第一调温材料，所述皮部分还包括分散在第二聚合物材料内的第二调温材料。

32.  权利要求31的多组分纤维，其中所述第一调温材料与所述第二调温材料不同。

33.  权利要求28的多组分纤维，其中所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料独立地选自聚酰胺、多胺、聚酰亚胺、丙烯酸类聚合物、聚碳酸酯、聚二烯烃、聚环氧化物、聚酯、聚醚、聚氟碳、甲醛类聚合物、天然聚合物、聚烯烃、亚苯基类聚合物、含硅聚合物、聚氨酯、乙烯类聚合物、聚缩醛、聚丙烯酸酯、共聚物、及其混合物。

34.  权利要求24的多组分纤维，其中所述芯部分位于所述皮部分内并完全被其包围。

35.  权利要求24的多组分纤维，其中所述芯部分同心地位于所述皮部分内。

36.  权利要求24的多组分纤维，其中所述芯部分偏心地位于所述皮部分内。

37.  权利要求24的多组分纤维，其中所述芯部分的横截面形状为圆形、多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、梯形、三角形、或楔形。

38.  权利要求24的多组分纤维，其中所述多组分纤维在0.1和1000旦之间。

39.  权利要求24的多组分纤维，还包括分散在所述芯部分和所述皮部分至少之一内的添加剂，其中所述添加剂选自水、表面活性剂、分散剂、消泡剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、UV稳定剂、吸收微波的添加剂、增强纤维、导电纤维、导电颗粒、润滑剂、加工助剂、阻燃剂、防粘结剂、防雾剂、抗静电剂、抗菌剂、交联剂、降解控制剂、着色剂、颜料、染料、荧光增白剂、光学增白剂、填料、偶联剂、增强剂、结晶剂、成核剂、及其混合物。

40.  一种具有增强的可逆热性质的纤维，包括：
基本上贯穿所述纤维整个长度且包含第一聚合物材料和调温材料的共混物的至少一个内构件；和
包围所述内构件而构成所述纤维外部的外构件，其中所述外构件包含第二聚合物材料。

41.  权利要求40的纤维，其中所述第一聚合物材料和第二聚合物材料独立地选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、弹性聚合物、及其混合物。

42.  权利要求41的纤维，其中所述第一聚合物材料和第二聚合物材料是独立地选自聚乙烯、聚丙烯及其混合物的聚烯烃。

43.  权利要求40的纤维，其中所述调温材料在-5至125℃范围内的温度下吸收或释放热量。

44.  权利要求40的纤维，其中所述调温材料在22至28℃范围内的温度下吸收或释放热量。

45.  权利要求40的纤维，其中所述调温材料是选自C₁₀-C₄₄烷属烃、聚环氧乙烷、聚乙二醇、及其混合物的相变材料。

46.  权利要求40的纤维，其中所述调温材料是固/固相变材料。

47.  权利要求40的纤维，其中所述内构件包含两或多种不同的调温材料。

48.  权利要求40的纤维，其中所述内构件包含最多50％(重)的调温材料。

49.  权利要求40的纤维，其中所述内构件包含最多25％(重)的调温材料。

50.  权利要求40的纤维，其中所述调温材料部分被第一聚合物材料包围。

51.  权利要求40的纤维，其中所述内构件是所述纤维内限定芯的单一内构件。

52.  权利要求40的纤维，其中所述纤维包括多个相互分离且被所述外构件包围的内构件。

53.  权利要求40的纤维，其中所述纤维是连续纤维或短纤维。

54.  一种皮芯型纤维，包括：
位于所述纤维内且贯穿所述纤维基本上整个长度的芯部分，其中所述芯部分包含第一聚合物材料和调温材料的共混物；和
构成所述纤维的外部且包围所述芯部分的皮部分，其中所述皮部分包含第二聚合物材料。

55.  权利要求54的皮芯型纤维，其中所述第一聚合物材料和第二聚合物材料独立地选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、弹性聚合物、及其混合物。

56.  权利要求55的皮芯型纤维，其中所述第一聚合物材料和第二聚合物材料是独立地选自聚乙烯、聚丙烯及其混合物的聚烯烃。

57.  权利要求54的皮芯型纤维，其中所述调温材料是选自C₁₀-C₄₄烷属烃、聚环氧乙烷、聚乙二醇、及其混合物的相变材料。

58.  权利要求54的皮芯型纤维，其中所述调温材料是固/固相变材料。

59.  权利要求54的皮芯型纤维，其中所述芯部分包含第一聚合物材料和至少两种不同调温材料的共混物。

60.  一种海岛型纤维，包括：
多个位于所述纤维内且贯穿所述纤维基本上整个长度的岛部分，其中所述岛部分都相互分离且包含岛聚合物材料和调温材料的共混物；和
构成所述纤维的外部且包围每个岛部分的海部分，其中所述海部分包含海聚合物材料。

61.  权利要求60的海岛型纤维，其中所述岛聚合物材料和海聚合物材料独立地选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、弹性聚合物、及其混合物。

62.  权利要求61的海岛型纤维，其中所述岛聚合物材料和海聚合物材料是独立地选自聚乙烯、聚丙烯及其混合物的聚烯烃。

63.  权利要求60的海岛型纤维，其中所述调温材料是选自C₁₀-C₄₄烷属烃、聚环氧乙烷、聚乙二醇、及其混合物的相变材料。

64.  权利要求60的海岛型纤维，其中所述调温材料是固/固相变材料。

65.  权利要求60的海岛型纤维，其中至少一个岛部分包含所述岛聚合物材料和至少两种不同调温材料的共混物。

66.  权利要求60的海岛型纤维，其中至少两个岛部分包含不同的调温材料。

67.  权利要求60的海岛型纤维，其中至少两个岛部分包含不同的岛聚合物材料。

68.  一种具有增强的可逆热性质的纤维的制造和加工方法，包括：
使调温材料与第一聚合物材料混合形成共混物；
在纤维挤出设备的纺丝头组合体内使所述共混物与第二聚合物材料组合从而使所述第二聚合物材料包围所述共混物；和
将所述共混物和所述第二聚合物材料从所述纺丝头组合体的纺丝板中挤出从而形成有由所述第二聚合物材料形成的外构件并包围由所述共混物形成的内构件的纤维。

69.  权利要求68的方法，还包括在混合之前将所述调温材料加入所述第一聚合物材料中，其中所述调温材料和所述第一聚合物材料均为液体或固体形式。

70.  权利要求68的方法，其中使调温材料与第一聚合物材料混合包括：
提供所述调温材料的第一液流；
提供所述第一聚合物材料的第二液流；和
使所述第一液流和第二液流交叉从而形成调温材料和第一聚合物材料的共混物。

71.  权利要求68的方法，其中将所述共混物和所述第二聚合物材料挤出以熔纺法或溶液纺丝法进行。

72.  权利要求68的方法，还包括使所述纤维变细。

73.  权利要求72的方法，还包括在使所述纤维变细之后将所述纤维缠绕在筒管上或使所述纤维与其它纤维组合形成非织造纤维网。

74.  一种具有增强的可逆热性质的纤维的制造方法，包括：
形成多种分离的共混物，其中每种共混物都包含调温材料和第一聚合物材料；
在纤维挤出设备的纺丝头组合体内使所述多种分离的共混物与第二聚合物材料组合从而使所述第二聚合物材料包围所述多种分离的共混物；和
将所述多种分离的共混物和所述第二聚合物材料从所述纺丝头组合体的纺丝板中挤出从而形成有由所述第二聚合物材料形成的外构件并包围由所述多种分离的共混物形成的多个内构件的纤维。

75.  权利要求74的方法，其中至少两种分离的共混物包含不同的调温材料。

76.  一种织物，包括混纺在一起的多根纤维，其中至少一根纤维表现出增强的可逆热性质且包括：
包含第一聚合物材料和调温材料的共混物的至少一个内构件，其中所述内构件贯穿所述纤维的基本上整个长度；和
构成所述纤维的外部且包围所述内构件的外构件，其中所述外构件包含第二聚合物材料。

77.  权利要求76的织物，其中所述内构件包含至少两种不同的调温材料。

78.  权利要求76的织物，其中所述织物包括多根表现出增强的可逆热性质的纤维，其中至少两根纤维包含不同的调温材料。

79.  权利要求76的织物，其中所述纤维包括多个被所述外构件包围的内构件。

80.  权利要求79的织物，其中至少两个内构件包含不同的调温材料。

81.  权利要求76的织物，其中所述多根纤维通过织造或非织造法混纺在一起。

82.  权利要求76的织物，其中所述多根纤维通过纺粘法混纺在一起。

83.  一种织物，包括混纺在一起的多根纤维，其中至少一种纤维表现出增强的可逆热性质且包括：
由多个细长构件形成的纤维体，其中所述细长构件至少之一包含分散在其中的调温材料。

84.  权利要求83的织物，其中所述调温材料包括相变材料。

85.  权利要求84的织物，其中所述相变材料选自烃、水合盐、蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二价酸酯、1-卤化物、伯醇、芳香化合物、包合物、半包合物、气态包合物、硬脂酸酐、碳酸亚乙酯、多元醇、聚合物、金属、及其混合物。

86.  权利要求84的织物，其中所述调温材料还包括许多容纳相变材料的微胶囊。

87.  权利要求84的织物，其中所述调温材料还包括浸渍有相变材料的氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳粒、或吸收材料。

88.  权利要求83的织物，其中所述细长构件以海岛构型、分段馅饼构型、皮芯构型、并列构型、或条纹构型排列。

89.  权利要求83的织物，其中所述纤维体的横截面形状为圆形、多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、梯形、或三角形。

90.  权利要求83的织物，其中所述纤维体在0.1和1000旦之间。

91.  权利要求83的织物，还包括分散在至少一个细长构件内的添加剂，其中所述添加剂选自水、表面活性剂、分散剂、消泡剂、抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂、UV稳定剂、吸收微波的添加剂、增强纤维、导电纤维、导电颗粒、润滑剂、加工助剂、阻燃剂、防粘结剂、防雾剂、抗静电剂、抗菌剂、交联剂、降解控制剂、着色剂、颜料、染料、荧光增白剂、光学增白剂、填料、偶联剂、增强剂、结晶剂、成核剂、及其混合物。

92.  权利要求83的织物，其中所述多根纤维通过织造法、非织造法、或针织法混纺在一起。

具有可逆热性质的多组分纤维及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请是Haggard于2000年10月19日申请的题为“可适应温度的纺织纤维及其制备方法”的USSN 09/691 164和要求2000年9月21日申请的US临时申请No.60/234 410的权益的Magil等于2001年9月21日申请的题为“可逆热性质增加的多组分纤维”的USSN 09/960 591号专利申请的部分继续，其公开均引入本文供参考。
本发明涉及Hartmann于2001年9月21日申请的题为“用于调温合成纤维、织物和纺织品的稳定相变材料”的USSN 09/960 901和Hartmann等于2001年2月6日申请的题为“可逆热性质增强的可熔纺浓缩颗粒”的USSN 09/777 512号共同待审专利申请中公开的发明，其公开均引入本文供参考。
技术领域
本发明涉及可逆热性质增强的合成纤维。本发明尤其涉及包含相变材料的多组分纤维和通过熔融纺丝法或溶液纺丝法形成此纤维。
背景技术
许多织物由合成纤维制成。通常用两种方法制造合成纤维：溶液纺丝法和熔融纺丝法。溶液纺丝法一般用于形成丙烯酸系纤维，而熔纺法一般用于形成耐纶纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、和其它相似类型的纤维。公知耐纶纤维包含以存在酰胺基-CONH-为特征的长链合成聚酰胺聚合物，聚酯纤维包含有至少85％(重)取代芳族羧酸单元的酯的长链合成聚合物，聚丙烯纤维包含有至少85％(重)烯烃单元而且典型地有约40000或更高的数均分子量的长链合成结晶聚合物。
熔纺法特别重要，因为用于纺织工业的大部分合成纤维通过此技术制造。熔纺法一般涉及使熔融的聚合物材料通过称为纺丝板的装置从而形成多个单合成纤维。形成后，可将所述合成纤维集合成股或切成短纤维。合成纤维可用于制造针织、机织或非织造织物，也可将合成纤维纺成纱线后再用于织造或针织过程形成合成织物。
已在单组分丙烯酸系纤维中掺入相变材料使纤维本身以及由其制成的织物具有增强的可逆热性质。这很容易实现，部分原因是形成丙烯酸系纤维的溶液纺丝法典型地伴有较高的挥发性物质(例如溶剂)含量。但在熔纺合成纤维中掺入相变材料则问题较多，因为熔纺法一般不存在或不需要高挥发性物质含量。以前在熔纺合成纤维中掺入相变材料的尝试典型地涉及使包含相变材料的微胶囊与标准纤维级热塑性聚合物混合形成共混物，然后将此共混物熔纺形成单组分合成纤维。此类尝试一般导致所述微胶囊在纤维内的分散不充分、纤维性能差、而且加工性能差，除非使用低浓度的微胶囊。但使用低浓度的微胶囊难以实现正常使用相变材料所带来的所要可逆热性质的增强。
在此背景下需要开发包含相变材料的多组分纤维。
发明内容
第一创新方面，本发明涉及一种具有增强的可逆热性质的多组分纤维。一典型实施方案中，所述多组分纤维可包括由多个细长构件形成的纤维体，其中所述细长构件至少之一包含分散在其中的调温材料。
另一典型实施方案中，所述多组分纤维可包括含第一聚合物材料和分散在第一聚合物材料内的调温材料的第一细长构件。所述多组分纤维可还包括含第二聚合物材料的第二细长构件，其中所述第二细长构件与所述第一细长构件接合。
再另一典型实施方案中，所述多组分纤维可包括含调温材料的芯部分。所述多组分纤维可还包括包围所述芯部分的皮部分。
第二创新方面，本发明涉及一种具有增强的可逆热性质的纤维。一典型实施方案中，所述纤维可包括基本上贯穿所述纤维整个长度且包含第一聚合物材料和调温材料的共混物的至少一个内构件。外构件可包围所述内构件而构成所述纤维的外部，其中所述外构件包含第二聚合物材料。
第三创新方面，本发明涉及一种皮芯型纤维。一典型实施方案中，所述皮芯型纤维可包含位于所述纤维内且基本上贯穿所述纤维整个长度的芯部分，其中所述芯部分包含第一聚合物材料和调温材料的共混物。所述皮芯型纤维可还包括构成所述纤维的外部且包围所述芯部分的皮部分，其中所述皮部分包含第二聚合物材料。
第四创新方面，本发明涉及一种海岛型纤维。一典型实施方案中，所述海岛型纤维可包括多个位于所述纤维内且基本上贯穿所述纤维整个长度的岛部分，其中所述岛部分都相互分离且包含岛聚合物材料和调温材料的共混物。所述海岛型纤维可还包括构成所述纤维的外部且包围每个岛部分的海部分，其中所述海部分包含海聚合物材料。
第五创新方面，本发明涉及一种具有增强的可逆热性质的纤维的制造和加工方法。一典型实施方案中，所述方法包括使调温材料与第一聚合物材料混合形成共混物，和在纤维挤出设备的纺丝头组合体内使所述共混物与第二聚合物材料组合从而使所述第二聚合物材料包围所述共混物。所述方法可还包括将所述共混物和所述第二聚合物材料从所述纺丝头组合体的纺丝板中挤出从而形成有由所述第二聚合物材料形成的外构件并包围由所述共混物形成的内构件的纤维。
第六创新方面，本发明涉及一种具有增强地可逆热性质的纤维的制造方法。一典型实施方案中，所述方法包括形成多种单独的共混物，其中每种共混物都包含调温材料和第一聚合物材料，和在纤维挤出设备的纺丝头组合体内使所述多种单独的共混物与第二聚合物材料组合从而使所述第二聚合物材料包围所述多种单独的共混物。所述方法可还包括将所述多种单独的共混物和所述第二聚合物材料从所述纺丝头组合体的纺丝板中挤出从而形成有由所述第二聚合物材料形成的外构件并包围由所述多种单独的共混物形成的多个内构件的纤维。
第七创新方面，本发明涉及一种织物。一典型实施方案中，所述织物可包括混纺在一起的多根纤维，其中至少一根纤维表现出增强的可逆热性质。所述纤维可包括含第一聚合物材料和调温材料的共混物的至少一个内构件，其中所述内构件基本上贯穿所述纤维的整个长度。所述纤维可还包括构成所述纤维的外部且包围所述内构件的外构件，其中所述外构件包含第二聚合物材料。
另一典型实施方案中，所述织物可包括混纺在一起的多根纤维，其中至少一根纤维表现出增强的可逆热性质。所述纤维可包括由多个细长构件形成的纤维体，其中所述细长构件至少之一包含分散在其中的调温材料。
为更好地理解本发明的性质和目的，应结合附图参考以下详述。
图1示出根据本发明一些实施方案的各种典型多组分纤维的放大横断面视图。
图2示出根据本发明一实施方案的一典型皮芯型纤维的三维视图。
图3示出根据本发明一实施方案的另一典型皮芯型纤维的三维视图。
图4示出根据本发明一实施方案的一典型海岛型纤维的三维视图。
图5示出用于按本发明一实施方案形成多组分纤维的典型纤维挤出装置。
图6示出如实施例1中所述生产的六种皮芯型纤维的各种性能和生产参数。
本发明涉及包含一或多种相变材料的多组分纤维及其制造方法。根据本发明各种实施方案的多组分纤维具有吸收或释放热能以减小或消除热流的能力。此外，此类多组分纤维还可表现出改进的加工性能(例如在制造纤维或由其制成的产品的过程中)、改进的强度、改进的纤维内相变材料的可容度、或相变材料的填充量更高。所述多组分纤维可用于或掺入各种产品使所述产品具有调热性同时具有改进的强度。例如，按本发明实施方案的多组分纤维可用于纺织品(例如织物)、服装(例如户外服装、干式潜水装、和防护服)、鞋类(例如短袜、靴子、和鞋垫)、医用产品(例如加热层、治疗垫、失禁垫、和热/冷敷)、容器和包装(例如饮料/食品容器、食物加温器、座垫、和电路板层压制品)、建筑(例如墙壁或天花板内绝缘、壁纸、窗帘衬、管外包裹物、地毯、和砖)、器具(例如家用器具内绝缘)、和其它产品(例如汽车衬里材料、睡袋、和床上用品)。
在提供调热性能的同时，根据本发明各实施方案的多组分纤维掺入例如服装或鞋类时可使个人皮肤水分(例如因排汗)减少。例如，所述多组分纤维可降低皮肤的温度或相对湿度，从而使皮肤湿度更低而更舒适。采用特殊材料和特殊服装或鞋类设计特点可进一步增强此减湿效果。
根据本发明一些实施方案的多组分纤维可包含多个细长构件。根据本发明一些实施方案，所述多组分纤维可包括由多个细长构件形成的纤维体。所述纤维体一般是细长的，其长度可比其直径大几倍(例如100倍或更大)。所述纤维体可有许多规则或不规则的横截面形状，例如但不限于圆形、多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、梯形、三角形、和楔形等。根据本发明一些实施方案，两或多个细长构件(例如两个相邻的细长构件)可接合、组合、合并、或粘合形成单一纤维体。
根据本发明一些实施方案，所述细长构件至少之一包含调温材料。典型地，所述调温材料包含一或多种相变材料使所述多组分纤维具有增强的可逆热性质。本发明一些实施方案中，所述细长构件可包含相同或不同的聚合物材料，所述细长构件至少之一可有分散在其中的调温材料。典型地，所述调温材料均匀地分散在至少一个细长构件内。但取决于所述多组分纤维所要求的特性，一或多个细长构件内调温材料的分散可能改变。根据本发明一些实施方案，两或多个细长构件可包含相同或不同的调温材料。
取决于所述多组分纤维的具体应用，所述细长构件可以多种构型之一排列。例如，所述细长构件可以海岛构型或皮芯构型排列。所述细长构件可以其它构型例如但不限于矩阵或棋盘构型、分段馅饼构型、并列构型、和条纹构型等排列。根据本发明一些实施方案，所述细长构件可以束的形式排列，其中所述细长构件一般相互平行。根据本发明其它实施方案，一或多个细长构件可贯穿所述纤维体的至少部分长度，需要时所述细长构件可纵向共同延伸。例如，根据本发明一些实施方案，至少一个内构件可基本上贯穿所述多组分纤维的长度且包含调温材料。所述内构件贯穿所述多组分纤维的程度可取决于例如所述多组分纤维所要求的调热性质。此外，其它因素(例如所要求的机械性能或所述多组分纤维的形成方法)在决定此程度中也可能起作用。因此，一实施方案中，所述内构件可贯穿所述多组分纤维的一半至整个长度以提供所要求的调热性质。一外构件可包围所述内构件而构成所述多组分纤维的外部。
根据本发明一些实施方案，所述多组分纤维可在约0.1至约1000旦之间或在约0.1至约100旦之间。典型地，根据本发明一实施方案的多组分纤维可在约0.5至约10旦之间。如本领域普通技术人员所知，旦数典型地理解为单位长度纤维重量的度量(即克/9000米)。
需要时，根据本发明一些实施方案的多组分纤维可进一步加工成一或多个更小旦数的纤维。例如，可使构成多组分纤维的细长构件分裂成两或多个更小旦数的纤维，其中每个更小旦数的纤维可构成一或多个细长构件。或者或同时，可使构成所述多组分纤维的一或多个细长构件(或其一或多部分)溶解或融化形成一或多个更小旦数的纤维。典型地，至少一个所得更小旦数的纤维包含调温材料以提供所要求的调热性质。
取决于所述多组分纤维的制造方法、深加工的需要、或所述多组分纤维的具体应用，所述多组分纤维可还包含一或多种添加剂，例如但不限于水、表面活性剂、分散剂、消泡剂(例如含硅化合物和含氟化合物)、抗氧化剂(例如受阻酚和亚磷酸盐)、热稳定剂(例如亚磷酸盐、有机磷化合物、有机羧酸的金属盐、和酚类化合物)、光或UV稳定剂(例如羟基苯甲酸酯、受阻的羟基苯甲酸酯、和受阻胺)、吸收微波的添加剂(例如多官能伯醇、甘油、和炭)、增强纤维(例如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、和玻璃纤维)、导电纤维或颗粒(例如石墨或活化炭纤维或颗粒)、润滑剂、加工助剂(例如脂肪酸的金属盐、脂肪酸酯、脂肪酸醚、脂肪酸酰胺、磺酰胺、聚硅氧烷、有机磷化合物、含硅化合物、含氟化合物、和酚型聚醚)、阻燃剂(例如卤代化合物、磷化合物、有机磷酸酯、有机溴化物、三水合氧化铝、蜜胺衍生物、氢氧化镁、锑化合物、氧化锑、和硼化合物)、防粘结剂(例如氧化硅、滑石、沸石、金属碳酸盐、和有机聚合物)、防雾剂(例如非离子表面活性剂、甘油酯、聚甘油酯、脱水山梨醇酯及其乙氧基化物、壬基苯基乙氧基化物、和醇乙氧基化物)、抗静电添加剂(例如非离子添加剂如脂肪酸酯、乙氧基化烷基胺、二乙醇胺、和乙氧基化醇；阴离子添加剂如烷基磺酸盐和烷基磷酸盐；阳离子添加剂如氯化物、甲基硫酸酯或硝酸酯的金属盐、和季铵化合物；及两性表面活性剂如烷基甜菜碱)、抗菌剂(例如砷化合物、硫、铜化合物、异噻唑啉邻苯二酰胺、氨基甲酸酯、银基无机试剂、银锌沸石、银铜沸石、银沸石、金属氧化物、和硅酸盐)、交联剂或降解控制剂(例如过氧化物、偶氮化合物、和硅烷)、着色剂、颜料、染料、荧光增白剂或光学增白剂(例如双苯并恶唑、苯基香豆素、和双-(苯乙烯基)联苯)、填料(例如天然矿物和金属如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、和硅酸盐；滑石；粘土；硅灰石；石墨；炭黑；碳纤维；玻璃纤维和球；陶瓷纤维和球；金属纤维和球；面粉；和天然或合成源的纤维如木材、淀粉或纤维素细屑的纤维)、偶联剂(例如硅烷、钛酸盐、锆酸盐、脂肪酸盐、酐、环氧化物、和不饱和聚合酸)、增强剂、结晶或成核剂(例如提高或改进聚合物结晶度的任何材料，如改进晶体生长速率/动力、晶体生长数量、或晶体生长类型)等。一或多种添加剂可分散在构成所述多组分纤维的一或多个细长构件内。
 根据本发明一些实施方案，某些处理或涂层可作用于所述多组分纤维以赋予附加性能，例如但不限于防污渍性、防水性、柔软感、和调湿性。典型的处理和涂层包括Nextec Applications Inc.的Epic、InteraTechnologies，Inc.的Intera、DuPont Inc.的Zonyl Fabric Protectors、和3M Co.的Scotchgard等。
参见图1，示出根据本发明一些实施方案的各种典型多组分纤维12、13、14、21、22、23、24、26、27、28、29、和34的放大横断面视图。更具体地，图1示出根据本发明一些实施方案构成所述多组分纤维的细长构件的各种典型构型。
如图1中所示，每个多组分纤维(例如21)包括与构成所述多组分纤维的多个细长构件(例如39和40)对应的多个不同的截面区域。按目前所示实施方案，所述细长构件包括第一细长构件(或多个第一细长构件)(图1中阴影部分所示)和第二细长构件(或多个第二细长构件)(图1中无阴影部分所示)。这里，所述第一细长构件(或多个第一细长构件)优选可由其中分散有调温材料的聚合物材料形成。所述第二细长构件(或多个第二细长构件)要由相同的聚合物材料或性质有些不同的另一种聚合物材料形成。应认识到图1中所示细长构件的数量、形状和尺寸是举例说明而非限制性的，各种其它实施方案也在本发明范围内。
虽然图1示出有圆形或三叶形截面形状的多组分纤维，但本发明包括有各种其它规则或不规则截面形状的多组分纤维，例如但不限于多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、梯形、三角形、和楔形等。应认识到多个第一细长构件一般可由相同或不同的聚合物材料形成，多个第二细长构件可由相同或不同的聚合物材料形成。此外，根据本发明一些实施方案，调温材料可分散在第二细长构件(或多个第二细长构件)内。还应认识到两或多个不同的调温材料可分散在相同或不同的细长构件内。例如，第一种调温材料可分散在第一细长构件内，性质有些不同的第二种调温材料可分散在第二细长构件内(例如两种不同的相变材料)。
根据本发明一些实施方案，一或多个细长构件可由不必分散在聚合物材料内的调温材料形成。例如，所述调温材料可包含提供增强的可逆热性质而且可用于形成第一细长构件(或多个第一细长构件)的聚合物(或聚合物混合物)。对于本发明这些实施方案而言，可能希望但不要求第二细长构件(或多个第二细长构件)充分地包围第一细长构件(或多个第一细长构件)以减少或防止调温材料的损失或泄漏。此外，还应认识到两或多个细长构件一般可由相同或不同的调温材料形成。
参见图1，左侧一栏10示出三种典型的多组分纤维12、13和14。多组分纤维12包含多个以分段馅饼构型排列的细长构件。该实施方案中，多个第一细长构件15、15’、15”、15、和15””与多个第二细长构件16、16’、16”、16、和16””交替排列，有楔形横截面积。一般地，所述细长构件可有相同或不同的截面形状或尺寸。此外，虽然示出包括十个细长构件的多组分纤维12，但应认识到一般来说两或多个细长构件可以分段馅饼构型排列，典型地所述细长构件至少之一包含调温材料。
多组分纤维13包括多个以海岛构型排列的细长构件。该实施方案中，多个第一细长构件35、35’、35”、35等基本上贯穿多组分纤维13的长度而且相互分离。多个第一细长构件35、35’、35”、35等位于第二细长构件36内而且完全被第二细长构件36包围，从而在第二细长构件36的“海”内形成“岛”。这些“岛”在“海”内的排列可使多组分纤维13内调温材料的分布更均匀。该实施方案中，所述第一细长构件35、35’、35”、35等都有梯形截面形状。但应认识到本发明包括各种其它规则或不规则的截面形状，例如但不限于圆形、多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、三角形、和楔形等。一般地，多个第一细长构件35、35’、35”、35等可有相同或不同的截面形状或尺寸。此外，虽然所示多组分纤维13有十七个位于第二细长构件36内并被其包围的细长构件35、35’、35”、35等，但应认识到一般来说一或多个细长构件可位于第二细长构件36内并被其包围。
多组分纤维14包含多个以条纹构型排列的细长构件。该实施方案中，多个第一细长构件37、37’、37”、37、和37””与多个第二细长构件38、38’、38”、和38交替排列，形状如多组分纤维14的纵向切片。一般地，所述细长构件可有相同或不同的截面形状或尺寸(例如纵向切片有关的宽度)。需要时，多组分纤维14可以是自卷曲或自变形纤维，其中所述纤维的卷曲或变形赋予纤维膨松、松散、绝缘、弹力、或其它类似性能。虽然示出包括九个细长构件的多组分纤维14，但应认识到一般来说两或多个细长构件可以条纹构型排列，典型地所述细长构件至少之一包含调温材料。
在多组分纤维12和14的情况下，所示第一细长构件(例如15)部分地被相邻的第二细长构件(例如16和16””)包围，而在多组分纤维13的情况下，所示第一细长构件(例如35)完全被单一第二细长构件36包围。第一细长构件(例如15)未被完全包围时，可能希望但不要求用容留结构(例如微胶囊)容纳分散在第一细长构件内的相变材料。需要时，可将多组分纤维12、13和14进一步加工形成一或多个更小旦数的纤维。例如，可使构成多组分纤维12的细长构件分裂，或者可使一或多个细长构件(或其一部分或多部分)溶解或融化。所得更小旦数的纤维例如可包括相互接合的细长构件15和16。
图1中间一栏20示出四种典型的皮芯型纤维21、22、23和24。具体地，皮芯型纤维21、22、23和24都包括以皮芯构型排列的多个细长构件。
皮芯型纤维21包括位于第二细长构件40内并被其包围的第一细长构件39。更具体地，第一细长构件39构成包含调温材料的芯部分。所示芯部分同心地位于构成皮部分的第二细长构件40内并完全被其包围。这里，皮芯型纤维21包括25％(重)的芯部分和75％(重)的皮部分。
皮芯型纤维22包括位于第二细长构件42内并被其包围的第一细长构件41。与前面所述实施方案一样，第一细长构件41构成包含调温材料的芯部分，而且同心地位于构成皮部分的第二细长构件42内并完全被其包围。这里，皮芯型纤维22包括50％(重)的芯部分和50％(重)的皮部分。
皮芯型纤维23包括位于第二细长构件44内并被其包围的第一细长构件43。但该实施方案中，第一细长构件43构成偏心地位于构成皮部分的第二细长构件44内的芯部分。皮芯型纤维23可包括任何重量百分率的芯部分和皮部分以提供所要求的调热性和机械性能。
三叶型皮芯纤维24包括位于第二细长构件46内并被其包围的第一细长构件45。该实施方案中，第一细长构件45构成有三叶形截面形状的芯部分。此芯部分同心地位于构成皮部分的第二细长构件46内。皮芯型纤维23可包括任何重量百分率的芯部分和皮部分以提供所要求的调热性和机械性能。
应认识到芯部分一般可有各种规则或不规则的截面形状，例如但不限于圆形、多叶形、八边形、椭圆形、五边形、矩形、正方形、梯形、三角形、和楔形等。虽然所示皮芯型纤维21、22、23和24有一个位于皮部分内并被其包围的芯部分，但应认识到两或多个芯部分可位于皮部分内并被其包围(例如以类似于针对多组分纤维13所示的方式)。这两或多个芯部分可有相同或不同的截面形状或尺寸。根据本发明一些实施方案，皮芯型纤维包括三或多个以皮芯构型排列的细长构件，其中所述细长构件形状如皮芯型纤维的同心或偏心的纵向切片。
图1的右侧一栏30示出根据本发明一些实施方案的多种典型的并列型纤维。具体地，并列型纤维26、27、28、29和34均包括多个以并列构型排列的细长构件。
并列型纤维26包括与第二细长构件48相邻并被其部分包围的第一细长构件47。该实施方案中，细长构件47和48有半圆形截面形状。这里，并列型纤维26包括50％(重)的第一细长构件47和50％(重)的第二细长构件48。应认识到所述细长构件47和48可择一或同时表征为以分段馅饼或条纹构型排列。
并列型纤维27包括与第二细长构件50相邻并被其部分包围的第一细长构件49。该实施方案中，并列型纤维27包括20％(重)的第一细长构件49和80％(重)的第二细长构件50。应认识到所述细长构件49和50可择一或同时表征为以皮芯构型排列，其中第一细长构件49处于与第二细长构件50不同心的位置并被其部分包围。
并列型纤维28和29是两种典型的混粘型纤维。每种纤维都包括与第二细长构件52或54相邻并被其部分包围的其中分散有调温材料的第一细长构件51或53。混粘型纤维通常视为自卷曲或自变形纤维，其中所述纤维的卷曲或变形赋予纤维膨松、松散、绝缘、弹力、或其它类似性能。典型地，混粘型纤维包括多个由不同聚合物材料形成的细长构件。例如，对于并列型纤维28而言，第一细长构件51可由第一聚合物材料形成，第二细长构件52可由在某些方面可能与所述第一聚合物材料不同的第二聚合物材料形成。该实施方案中，所述第一和第二聚合物材料可包括有不同粘度或分子量的聚合物(例如不同分子量的两种聚丙烯或分别为聚丙烯和聚乙烯)。拉伸并列型纤维28时，两个细长构件51和52之间可能产生不均匀的应力，并列型纤维28可能卷曲或弯曲。根据本发明其它实施方案，所述第一和第二聚合物材料可包括有不同结晶度的聚合物。例如，第一聚合物材料可有比第二聚合物材料更低的结晶度。拉伸并列型纤维28时，所述第一和第二聚合物材料可经历不同程度的结晶和取向从而在纤维28内“锁住”取向和强度。要防止或减少纤维28在热处理过程中重新取向可能需要足够的结晶度。并列型纤维28和29可包括任何重量百分率的第一和第二细长构件以提供所要求的调热性、机械性能、和自卷曲或自变形性。
并列纤维34是典型的ABA型纤维，包括位于多个第二细长构件56和56’之间并被其部分包围的第一细长构件55。该实施方案中，第一细长构件55由其中分散有调温材料的第一聚合物材料形成。这里，多个第二细长构件56和56’可由所述第一聚合物材料形成或由在某些方面可能与所述第一聚合物材料不同的第二聚合物材料形成。一般地，细长构件56和56’可有相同或不同的截面形状或尺寸(例如与纵向切片有关的宽度)。应认识到细长构件55、56和56’可择一或同时表征为以条纹构型排列。
参见图2，示出一种典型皮芯型纤维59的三维视图。皮芯型纤维59包括位于细长的环形皮部分58内并被其包围的一般为圆柱状的细长芯部分57。该实施方案中，所述芯部分57贯穿所述皮芯型纤维59的基本上整个长度。所述芯部分57有分散在其中的调温材料61，位于构成皮芯型纤维59外部的皮部分58内并完全被其包围或封闭。该实施方案中，所述调温材料61包括许多容纳相变材料的微胶囊，这些微胶囊可均匀地分散在整个芯部分57内。虽然可能优选有均匀地分散在芯部分57内的微胶囊，但并非所有应用中都需要对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。所述芯部分57可同心或偏心地位于皮部分58内，皮芯型纤维59可包含任何重量百分率的芯部分57和皮部分58以提供所要求的调热性和机械性能。
参见图3，示出另一种典型皮芯型纤维60的三维视图。与皮芯型纤维59一样，皮芯型纤维60包括贯穿皮芯型纤维60的基本上整个长度的一般为圆柱形的细长芯部分63。所述芯部分63位于构成皮芯型纤维60的外部的环形细长皮部分64内并完全被其包围或封闭。这里调温材料62包括原型的相变材料(例如所述相变材料未被包封，即未被微胶囊化或胶囊化)，所述相变材料可均匀地分散在整个芯部分63内。虽然可能优选有均匀地分散在芯部分63内的相变材料，但并非所有应用中都需要对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。图3所示实施方案中，所述相变材料构成分散在芯部分63内的不同的畴。通过包围所述芯部分63，所述皮部分64可起将相变材料封闭在芯部分63内的作用。因此，所述皮部分64可减少或防止纤维加工或最终使用过程中相变材料的损失或泄漏。所述芯部分63可同心或偏心地位于皮部分64内，皮芯型纤维60可包含任何重量百分率的芯部分63和皮部分64以提供所要求的调热性和机械性能。
参见图4，示出一种典型海岛型纤维70的三维视图。海岛型纤维70包括位于细长的海部分71内并被其完全包围或封闭的多个一般为圆柱状的细长岛部分72、73、74和75。该实施方案中，所述岛部分72、73、74和75贯穿海岛型纤维70的基本上整个长度。虽然该实施方案中示出四个岛部分，但应认识到海岛型纤维70可包括更多或更少的岛部分，取决于海岛型纤维70的具体应用。海部分71由海聚合物材料82形成，岛部分72、73、74和75分别由岛聚合物材料76、77、78和79形成。海聚合物材料82与岛聚合物材料76、77、78和79可相同，也可在某些方面彼此不同。一或多种调温材料可分散在岛部分72、73、74和75内。如图4中所示，海岛型纤维70包含两种不同的调温材料80和81。岛部分72和75包含调温材料80，而岛部分73和74包含调温材料81。这里，调温材料80和81均可包括在各岛部分内构成不同畴的原型相变材料。通过包围岛部分72、73、74和75，海部分71可起将相变材料封闭在海岛型纤维70内的作用。海岛型纤维70可包含任何重量百分率的岛部分72、73、74和75和海部分71以提供所要求的调热性和机械性能。
如前面所述，根据本发明一些实施方案的多组分纤维可包含一或多种调温材料。调温材料典型地包含一或多种相变材料。一般地，相变材料可包括在温度稳定范围内具有吸收或释放热能以减小或消除热流能力的任何物质(或混合物)。温度稳定范围可包括特定的转变温度或转变温度范围。与本发明各种实施方案一起使用的相变材料优选能在所述相变材料吸收或释放热量时典型地在所述相变材料在两种状态(例如液态和固态、液态和气态、固态和气态、或两固态)之间经历转变期间抑制热能流动。此作用通常是瞬态的，例如持续至加热或冷却过程中相变材料的潜热被吸收或释放。热能可被储存或从相变材料中除去，通常可有效地用热或冷源使相变材料重新装载。通过选择适当的相变材料，可设计所述多组分纤维用于各种产品之任一。
根据本发明一些实施方案，相变材料可以是固/固相变材料。固/固相变材料是典型地在两种固态之间经历转变(例如结晶或介晶相变)类型的相变材料因而在使用过程中通常不变成液体。
按本发明各种实施方案可掺入多组分纤维内的相变材料包括各种有机和无机物质。典型的相变材料包括(例如但不限于)烃(例如直链链烷烃或烷属烃、支链链烷烃、不饱和烃、卤代烃、和脂环烃)、水合盐(例如六水合氯化钙、六水合溴化钙、六水合硝酸镁、三水合硝酸锂、四水合氟化钾、铵矾、六水合氯化镁、十水合碳酸钠、十二水合磷酸二钠、十水合硫酸钠、和三水合乙酸钠)、蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二价酸酯、1-卤化物、伯醇、芳香化合物、包合物、半包合物、气态包合物、酐(例如硬脂酸酐)、碳酸亚乙酯、多元醇(例如2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-羟甲基-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、四羟甲基乙烷、新戊二醇、四羟甲基丙烷、2-氨基-2-甲基-1，3-丙二醇、一氨基季戊四醇、二氨基季戊四醇、和三(羟甲基)乙酸)、聚合物(例如聚乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙二酸亚丙酯、聚新戊二醇癸二酸酯、聚戊二酸戊酯、聚肉豆蔻酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯酯、聚月桂酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸十六烷基酯、聚甲基丙烯酸十八烷基酯、二醇(或其衍生物)与二酸(或其衍生物)缩聚产生的聚酯、和共聚物如有烷基烃侧链或有聚乙二醇侧链的聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯和包含聚乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯、聚丙二醇、或聚丁二醇的共聚物)、金属、及其混合物。
相变材料的选择典型地取决于所要转变温度或所得多组分纤维的所需应用。例如，对于将所得多组分纤维掺入为使用户保持舒适温度而设计的服装的应用而言，有接近室温的转变温度的相变材料可能是理想的。
根据本发明一些实施方案的相变材料可有在约-5至约125℃范围内的转变温度。目前优选用于服装应用的一种实施方案中，所述相变材料的转变温度在约22至约40℃或约22至约28℃的范围内。
根据本发明一些实施方案，特别适用的相变材料包括有10至44个碳原子的烷属烃(即C₁₀-C₄₄烷属烃)。表1给出可在本文所述多组分纤维中用作相变材料的一系列典型C₁₃-C₂₈烷属烃。烷属烃的碳原子数通常与其熔点有关。例如，每分子含有二十八个直链碳原子的正二十八烷的熔点为61.4℃。相比，每分子含有十三个直链碳原子的正十三烷的熔点为-5.5℃。根据本发明之一实施方案，每分子含有十八个直链碳原子的熔点为28.2℃的正十八烷对于服装应用而言特别理想。
                    表1