CN108778703A - 微纤维和/或纳米纤维在服装和鞋类中的使用 - Google Patents

Abstract

在此描述了生产纤维的装置和方法，所述纤维诸如为用于生产衣服和鞋类的微纤维和纳米纤维。本文还描述了具有支撑件的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统，所述支撑件在涂覆过程中保持被纤维涂覆的物体。所述支撑件可使所述物体相对于所述纤维移动，使得所述物体的每个外表面的至少一部分被由所述微纤维和/或纳米纤维涂覆系统形成的纤维涂覆。

Description

微纤维和/或纳米纤维在服装和鞋类中的使用

技术领域

本发明总体上涉及纤维生产领域。本发明尤其涉及微米和亚微米尺寸直径的纤维在服装和鞋类中的使用。

发明内容

具有小直径(例如，百万分之一米(“微米”)到十亿分之一米(“纳米”))的纤维用于从服装工业到军事应用的多种领域。例如，在生物医学领域中，对于开发基于纳米纤维的结构存在强烈的兴趣，这种结构为组织生长提供支架(scaffolding)以有效地支撑活体细胞。在纺织领域中，对纳米纤维存在强烈的兴趣，这是由于纳米纤维每单位质量具有很高的表面积，其提供很轻但高度耐磨的衣服。作为一种分类，碳纳米纤维例如正用于增强组合物中、用于热管理中以及用于弹性体的增强中。随着制造能力以及控制小直径纤维的化学及物理性质的能力提高，正开发用于它们的许多潜在应用。

在纤维制造中生产有机纤维的极其精细纤维材料是众所周知的，诸如美国专利号4,043,331及4,044,404、美国专利号4,266,918以及美国专利号4,323,525中所描述的，其中，在美国专利号4,043,331及4,044,404中通过静电纺丝一种有机材料并随后在合适表面上收集纺成的纤维而制备纤维垫产品；在美国专利号4,266,918中受控压力被施加到一种通过能量充电板的开口喷出的熔融聚合物；在美国专利号4,323,525中通过一系列间隔的注射器将水溶性聚合物进给到包括具有铝箔包装的能量充电的金属芯轴的电场内，在所述铝箔包装的周围可涂覆有PTFE(Teflon^TM)脱模剂。进一步关注美国专利号4,044,404、4,639,390、4,657,743、4,842,505、5,522,879、6,106,913以及6,111,590，所有这些专利文献都表征聚合物纳米纤维生产装置。

电纺丝是用于制造纳米纤维的主要制造方法。例如，可以在以下美国专利6,616,435；6,713,011；7,083,854和7,134,857中发现用于电纺丝的方法和机械的示例。

附图说明

利用实施例的以下详细描述的益处，并且在参考附图后，本发明的优点对本领域技术人员来说显而易见，在附图中：

图1A描绘了一种具有四个外牵引构件的纤维生产装置的本体的实施例；

图1B描绘了一种具有四个外牵引构件的纤维生产装置的本体的实施例的横截面；

图2描绘了一种齿轮式纤维生产装置的可选型式；

图3A描绘了一种具有如下直径的纤维生产装置，所述直径在本体的顶表面和底表面之间变化并且包括多列孔(orifice)；

图3B描绘了由图3A中的框指示的本体的一部分的放大图；

图4A描绘了一种具有圆形轮廓的纤维生产装置，所述圆形轮廓具有多列孔；

图4B描绘了由图4A中的框指示的本体的一部分的放大图；

图5A描绘了一种具有非对称轮廓的纤维生产装置；

图5B描绘了由图5A中的框指示的本体的一部分的放大图；

图6A描绘了一种纤维生产系统的实施例，其具有安装在纤维生产装置上的驱动器；

图6B描绘了一种纤维生产装置的横截面的实施例，其具有安装在纤维生产装置上的驱动器；

图6C描绘了一种纤维生产系统的本体的横截面的实施例；

图6D描绘了一种纤维生产系统的侧壁、顶部构件及底部构件的一部分的本体的横截面的实施例；

图7描绘了一种纤维生产装置的可选实施例；

图8描绘了图7的纤维生产装置的分解视图；

图9描绘了一种纤维沉积系统；

图10描绘了一种使用中的纤维沉积系统的示意图；

图11描绘了给物体涂覆纤维的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统的实施例；

图12描绘了在物体由支撑件保持时给该物体涂覆纤维的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统的实施例；

图13描绘了用于保持由纤维涂覆的物体的支撑件的实施例，所述纤维由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统生产；

图14至图16描绘了用于微纤维和/或纳米纤维涂覆系统的支撑件的实施例，其中该支撑件将物体保持在示例性位置；

图17至图19描绘了用于微纤维和/或纳米纤维涂覆系统的支撑件的实施例，其中该支撑件将物体保持在示例性位置；

图20描绘了微纤维和/或纳米纤维涂覆系统的实施例，其中在通过由该微纤维和/或纳米纤维涂覆系统生产的纤维涂覆物体时，支撑件保持该物体；

图21描绘了在第一位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的支撑件的实施例；

图22描绘了在第二位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的图22的支撑件；

图23描绘了在第一位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的支撑件的实施例；

图24描绘了在第二位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的图23的支撑件；

图25描绘了在第一位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的支撑件的实施例；

图26描绘了在第二位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的图25的支撑件；

图27描绘了在第一位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的支撑件的实施例；

图28描绘了在第二位置保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的图27的支撑件；

图29描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第一或开始位置；

图30描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第二位置；

图31描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第三位置；

图32描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第四位置；

图33描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的一系列运动中的第五位置；

图34描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第六位置；

图35描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的一系列运动中的第七位置；

图36描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第八位置；

图37描绘了在可用于大致完全涂覆物体的支撑件的实施例的一系列运动中的第九位置；

图38描绘了保持需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统涂覆的物体的支撑件的可选实施例。

虽然本发明可很容易受到各种修改和可选形式，但其具体实施例在附图中通过示例示出并将在本文中详细地描述。附图可不必按比例绘制。然而，应该理解到，附图及其详细说明并不旨在将本发明限定到所公开的特定形式，但相反，其意图是覆盖全部落入由附加权利要求所限定的本发明精神和范围内的所有修改、等效方案和可选方案。

具体实施方式

应该理解的是，本发明并不限于当然可以改变的特定装置或方法。也应该理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在是限制性的。如本说明书及所附权利要求所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”及“该(the)”包含单数和复数的引用，除非本文另外明确地表示。此外，在许可的意义上(即，具有某种可能，能够)而非强制实施的意义(即，必须)上使用词语“可(may)”。术语“包含(include)”及其派生词是指“包含，但不限于”。术语“联接”是指直接或间接地连接。

术语“包括(comprise)”(及包括的任何形式，诸如“包括(comprises)”及“包括(comprising)”)、“具有(have)”(及具有的任何形式，诸如“具有(has)”及“具有(having)”)、“包含(include)”(及包含的任何形式，诸如“包含(includes)”及“包含(including)”)以及“含有(contain)”(及含有的任何形式，诸如“含有(contains)”及“含有(containing)”)是开放式的连系动词。由于一种“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个步骤或元件的方法或设备具有这些一个或多个步骤或元件，但不限于仅具有这些一个或多个步骤或元件。同样地，一种“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或多个特征的设备的元件具有这些一个或多个特征，但不限于仅具有这些一个或多个特征。

本文描述的生产纤维的设备和方法，诸如微纤维及纳米纤维。本文讨论的方法采用离心力以将材料转换成纤维。也描述了可用于生产纤维的设备。可在以下的美国专利申请公开号以及美国专利号中找到关于使用离心力生产纤维的一些细节，所述美国专利申请公开号为：在Lozano等名下的名称为“制造超细纤维的方法和设备”的2009/0280325；在Lozano等名下的名称为“产生喷丝板(Spinneret)的超细纤维及其使用”的2009/0280207；在Kay等名下的名称为“加热纤维生产装置的系统和方法”的2014/0042651；在Kay等名下的名称为“在受控环境中生产微纤维和纳米纤维的装置和方法”的2014/0159262以及在Kay等名下的名称为“用于生产微纤维和纳米纤维的装置和方法”的2014/0035179，所述美国专利号为：授予Lozano等的名称为“产生喷丝板的超细纤维及其使用”的8,721,319；授予Lozano等的名称为“产生喷丝板的超细纤维及其使用”的8,231,378；授予Peno的名称为“具有出口元件的设备以及用于生产微纤维和纳米纤维的方法”的8,647,540；授予Peno等的名称为“用于生产微纤维和纳米纤维的多层设备和方法”的8,777,599；授予Peno等的名称为“用于在衬底上沉积微纤维和纳米纤维的设备和方法”的8,658,067；授予Peno等的名称为“用于同时生产微纤维和纳米纤维的设备和方法”的8,647,541；授予Peno等的名称为“用于生产微纤维和纳米纤维的裂膜纤维(Split Fiber)生产装置和方法”的8,778,240；以及授予Peno等的名称为“用于生产同轴微纤维和纳米纤维的装置和方法”的8,709,309；所有这些专利文献通过引用并入本文。

在一些实施例中，纤维生产装置可包括本体。可形成所述本体，使得本体的一部分可用于远离所述本体运输所生产的纤维。例如，纤维生产装置的本体可包括在该纤维生产装置附近产生气体流(gas flow)的牵引构件。在一些实施例中，纤维生产装置可包括两个或更多个牵引构件。在一些实施例中，纤维生产装置可包括四个牵引构件。牵引构件可用作产生气流(gas current)的风扇上的叶片。由该牵引构件生产的气流可促进所生产的纤维远离该纤维生产装置的运动。气流可导向纤维生产系统中所生产的纤维。在一些实施例中，牵引构件可倾斜偏离该纤维生产装置的本体的平面。牵引构件可倾斜，非常像风扇的叶片，以增大由牵引构件所产生气流的强度。在一些实施例中，可由用户调节牵引构件的角度，以在使用期间增大/减小所产生气流的强度。在调节时，牵引构件可被锁定到适当位置。

图1A-B描绘了具有牵引构件312的纤维生产装置300的实施例，所述牵引构件312被定位在纤维生产装置本体的环部314的外侧。通道316可用作材料输入通道，其中，材料在从构件312的开口中纺出并被生产成纤维之前被定位在该通道中。如图3B的横截面所描绘的，牵引构件312可包括通道322。通道322可用于将开口324与通道316连接，以在使用期间生产纤维。在一些实施例中，本体可由绝缘材料326和传热材料328的诸多层形成。联接构件318可用于将纤维生产装置300联接到纤维生产系统的驱动系统。在一些实施例中，外环部314的顶表面可与感应加热系统兼容。

图2描绘了纤维生产装置的另一实施例的投影视图。纤维生产装置600包括一个齿轮状本体610，其具有设置在每个齿轮状延伸部的“齿”末端上的多个孔615。本体610可由顶部构件612和底部构件614组成。顶部构件612和底部构件614一起限定本体空腔(未示出)，在本体空腔中设置有要形成纤维的材料。开口620延伸通过顶部构件612到本体空腔内，以使得材料能放置到本体空腔内。使用直接联接到本体空腔的通道使得能在转动本体时从本体的顶表面引入材料。纤维生产装置600使用联接构件640联接到驱动器。在一些实施例中，联接构件具有开放毂设计。开放毂设计表征(feature)通过一个或多个臂646连接到联接环644的中心联接器642，在中心联接器和联接环之间留下大体上空的区域。该开放毂设计有助于改进纤维生产装置周围的空气流(air flow)管理。

如本文所述，可通过感应来加热纤维生产装置。感应在纤维生产装置的本体中产生加热该装置的电流。通常期望通过将感应电流引导到需要热量的区域来控制加热的位置。在图2中，纤维生产装置具有在上板中切割出的径向切口660，以将感生的周向电流推动到该装置的外直径。

在纤维生产系统中，其中纤维在纤维生产装置下方被铺设(laid down)在垂直于转动轴线的衬底上，很重要的是控制纤维的扩散使得沉积的纤维在整个沉积宽度上尽可能地均匀。几种系统参数影响并可被改变，以控制纤维的扩散。

例如，转速、腔室空气流，以及在纤维生产装置与衬底之间的距离都属于可以很容易修改的系统参数。

可用于改变纤维扩散的另一参数是纤维生产装置开口处的空气流。一种用于控制纤维生产装置开口处的空气流的方法是改变本体的形状。已经发现的是，纤维生产装置的本体可以这种方式成形，使得在本体的顶表面和底表面之间的空气流在开口附近产生不同的速度。因此，可通过改变本体的形状控制纤维轨迹。通常，本体侧面的形状对开口周围的空气流具有最大的影响。例如，改变纤维生产装置本体的顶表面和底表面之间的直径可在开口附近产生不同的空气流。

图3A-B描绘了纤维生产装置700的实施例。纤维生产装置700包括大致圆形的本体710，该本体710具有内部空腔。一个或多个开口730形成在与该内部空腔连通的纤维生产装置的侧壁中。开口730可包括两行开口，这两行开口被布置为开口的大致平行的两条线。两条线与本体710的中心717间隔相等的距离。联接构件720联接到本体。联接构件用于将本体710联接到驱动器。

在一个实施例中，本体的直径在顶表面712和底表面714之间变化。在该实施例中，本体具有对称的轮廓。例如，本体710具有倒圆的顶部部分713以及倒圆的底部部分715。因此，本体710在顶部部分713处的直径小于在该本体的中心717处的直径，并且本体710在底部715部分处的直径小于在该本体的中心717处的直径。本体710的顶部部分和底部部分的减小直径在靠近开口的区域中产生预先限定的空气流。这种预先限定的空气流以当纤维沉积在衬底上时将帮助确保纤维更均匀分布的方式增强纤维远离该纤维生产装置的运动。纤维生产装置700的轮廓是这样，使得本体710的中心部分717大致竖直，并且位于与转动轴线平行的线上。靠近顶部部分和底部部分的本体710的部分可大体上为倒圆，以产生对于本体变化的直径。本体710还包括形成在侧壁中的多个竖直凹槽740，这些竖直凹槽增强了开口730周围的空气流动。

图4A-B描绘了纤维生产装置800的实施例。纤维生产装置800包括大致圆形的本体810，该本体810具有内部空腔。一个或多个开口830形成在与该内部空腔连通的纤维生产装置的侧壁中。开口830可包括两列开口，这两行开口被布置为开口的大致平行的两条线。两条线与本体810的中心817间隔相等的距离。联接构件820联接到本体。联接构件用于将本体810联接到驱动器。

在一个实施例中，本体的直径在顶表面812和底表面814之间变化。在该实施例中，本体具有对称的轮廓。例如，本体810具有倒圆的顶部部分813和倒圆的底部部分815。因此，本体810在顶部部分813处的直径小于在该本体的中心817处的直径，并且本体810在底部部分815处的直径小于在该中心817处的直径。本体810的顶部部分和底部部分的减小直径在靠近开口的区域中产生预先限定的空气流。这种预先限定的空气流以当纤维沉积在衬底上时将帮助确保纤维更均匀分布的方式增强纤维远离该纤维生产装置的运动。纤维生产装置800的轮廓从中心817到顶表面812以及从该中心到底表面814为大致倒圆的，以对本体产生变化的直径。

图5A-B描绘了纤维生产装置900的实施例。纤维生产装置900包括大致圆形的本体910，该本体910具有内部空腔。一个或多个开口930形成在与该内部空腔连通的纤维生产装置的侧壁中。开口930可包括单行开口或两行开口，所述两行开口被布置为开口的大致平行的两条线。当存在开口的两条线时，两条线与本体910的中心917间隔相等的距离。联接构件920联接到本体。联接构件用于将本体910联接到驱动器。应该理解的是，开口的两条线仅是说明性的，开口的线的数量可以是两条或更多条。

在一个实施例中，本体的直径在顶表面912和底表面914之间变化。在该实施例中，本体具有非对称的轮廓。本体910具有倒圆的顶部部分913和倒圆的底部部分915。因此，本体910在顶部部分913处的直径小于在该本体的中心917处的直径，并且本体910在底部部分915处的直径小于在该本体的中心917处的直径。本体910的顶部部分和底部部分的减小直径在靠近开口的区域中产生预先限定的空气流。这种预先限定的空气流以当纤维沉积在衬底上时将帮助确保纤维更均匀分布的方式增强纤维远离该纤维生产装置的运动。纤维生产装置900的轮廓是非对称的。因此，顶部部分从偏心位置925到顶表面912以及从偏心位置925到底表面914为大致倒圆的，以产生非对称轮廓。本体910还包括形成在侧壁中的多个竖直凹槽940，这些竖直凹槽增强了开口930周围的空气流动。

在纤维生产系统的实施例中，加热装置可大致被定位在纤维生产装置的本体内侧。在图6A-D中描绘了纤维生产系统的实施例。纤维生产系统1200包括纤维生产装置1210。纤维生产装置1210包括本体1212和联接构件1214。本体1212包括一个或多个开口1216，设置在本体内的材料在使用期间可通过所述一个或多个开口1216。如先前所讨论的，本体的内部空腔可包括倾斜或倒圆的壁，以帮助朝着开口1216导向设置在本体1212中的材料。在一些实施例中，本体1212的内部空腔可具有很少或几乎没有倾斜或倒圆的壁来帮助导向设置在本体1212中的材料，这是由于这些倾斜的壁因材料和/或因本体在加工期间自旋的速度而不是必要的。联接构件1214可以是从本体延伸的细长构件，其可联接到驱动器1218。可选择地，联接构件可以是接受来自驱动器的细长构件的接收器(例如，联接构件可以是卡盘或万向螺纹接头)。

在某一实施例中，纤维生产装置1210可包括内部加热装置1220(例如，在图6B-C中所描绘的)。加热装置1220可用于加热被输送到本体1212中的材料，从而在材料被输送通过一个或多个开口1216时促进纤维的生产。加热装置1220可以感应或辐射地加热材料。在一些实施例中，加热装置可传导地、感应地或辐射地加热材料。在一些实施例中，加热装置可使用RF、激光或红外线加热材料。

在一些实施例中，加热装置1220可以在使用期间移动。加热装置1220可在使用期间与本体1212协调地移动。加热装置1220可联接到联接构件1214。

在一些实施例中，加热装置1220可在使用期间相对于本体1212保持大致静止，使得当本体1212自旋时，加热装置1220保持相对静止。在一些实施例中，加热装置1220可联接到细长导管1222。细长导管1222可至少部分地被定位在联接构件1224中。细长导管1222可独立于联接构件1224移动，使得当联接构件转动时，本体1212在不移动细长导管1222的情况下转动。在一些实施例中，细长导管1222可供电到加热装置1220。

在一些实施例中，用于形成纤维的材料可被输送到纤维生产装置的本体中。在一些实施例中，材料可在压力下被输送到本体。将材料加压进给到纤维生产装置可以通过迫使材料通过开口以补充由装置的自旋本体提供的力外来促进纤维的生产。加压进给系统可允许所生产的纤维以较高的速度从开口喷出。加压进给系统还可允许通过在压力下输送气体和/或溶剂通过该装置以促进清洁来清洁纤维生产装置。在一些实施例中，细长导管1222可用于将材料输送到本体1212。在一些实施例中，细长导管1222可输送材料通过驱动器1218(例如，如图6B所描绘)。输送材料通过细长导管可允许在除空气/氧气之外的氛围中输送该材料。可使用诸如氩气或氮气的惰性气体输送诸多材料。

在一些实施例中，驱动器可包括一种联接到纤维生产装置的本体的直接驱动器。直接驱动系统可提高纤维生产系统的效率。直接驱动机构通常是在没有任何减速(例如变速箱)的情况下获得来自马达的动力的装置。除了提高的效率，直接驱动具有其它优点，包括降低的噪声、更长的寿命以及提供高转矩低转速。在一些实施例中，细长导管1222可通过驱动器1218输送材料(例如，如图6B所描绘的)，在一些实施例中，驱动器1218可包括直接驱动器。

图6D描绘了纤维生产系统的侧壁1224、顶部构件1226和底部构件1228的一部分的本体1212的横截面的实施例。纤维生产系统1200包括纤维生产装置1210。纤维生产装置1210包括本体1212和联接构件1214。本体1212包括一个或多个开口1216，在使用期间设置在本体中的材料可通过所述一个或多个开口1216。侧壁1224可包括多个开口1216。在一些实施例中，所述多个开口可包括诸多开口的图案化阵列。该图案化阵列可包括重复图案。图案可以是这样的，使得图案中的开口并不与另一开口竖向地对准。该图案可例如包括水平地在诸多开口之间的最小距离。在一些实施例中，图案可抑制纤维的缠绕。抑制纤维缠绕或“绕绳(roping)”可导致更一致的纤维产品和更好的产品。

可能需要不同图案的开口和/或一个或多个开口在正常使用过程中可变得堵塞。在一些实施例中，可替换本体1212的侧壁1224，而不必替换纤维生产装置的任何其它部件。侧壁1224能够联接到纤维生产系统的顶部构件1226和底部构件1228。侧壁的边缘1230a和1230b可分别装配在顶部构件1226的通道1232a和底部构件1228的通道1232b内。边缘1230可用于将侧壁1224联接到顶部构件1226和底部构件1228。在一些实施例中，侧壁的边缘可与顶部构件和底部构件的通道形成摩擦配合。在一些实施例中，侧壁的边缘可具有与顶部构件和底部构件的通道的横截面相似的横截面，使得边缘可在侧向方向上滑动到通道中，但被抑制在任何其它方向上从该通道拉出。

在一个实施例中，用于加热纤维生产装置的加热装置是辐射加热器。红外线加热器是用于加热纤维生产装置的辐射加热器的示例。在一些实施例中，加热装置可包括红外线加热装置。红外线加热装置可包括被调谐或可调谐到特定红外线波长的装置。可根据正被加热的材料的类型来选择红外线波长。

红外线辐射加热在工业中宽泛地使用，尤其用于材料的干燥或涂料的熔融(例如，粉末涂覆，油漆或印刷层的干燥)。红外线加热具有超过其它形式加热的优点，在于所发射的辐射(如果适当地规定的话)仅被衬底(或衬底的受处理部分)吸收，并且不被周围的空气或物体吸收。红外线加热可被限定为通过来自发射器(源)的直接传输来将辐射能施加到部分表面。一些被发射的能量可从表面反射离开，一些可被衬底吸收，并且一些可被传输通过衬底。吸收特性可取决于材料的类型、颜色和表面光洁度。例如，与反射更多能量的光滑白色物体相比，粗糙的黑色物体将吸收更多的红外线能量。红外线能量的实际行为取决于波长、衬底与发射器之间的距离、零件的质量、表面积和颜色灵敏度。通常，较短波长的红外线辐射穿透到衬底内更远，但对衬底颜色的变化更为敏感。通常来说，聚合物在中红外线范围中更有效地吸收。

当施加辐射到聚合物表面时，辐射可被反射、透射或吸收。正是被吸收部分导致温度升高，并因此导致聚合物熔融。由纯粹未填充(pure unfilled)的热塑性塑料吸收的辐射量由其原子的振动确定。对于红外活性的振动，其必须与可由入射红外线辐射的振荡电场致动的偶极矩的变化相关联。某些振动模式具有在红外线光谱内的频率，并且因此可吸收特定波长的红外线辐射。塑料材料吸收波长从约2到约15μm的红外线辐射。3.3到3.5μm的波长对应于C-H键的振动模式；乙醇、羧酸或酰胺基团吸收波长在约2到约3μm的红外线能量。红外线辐射的吸收诱导分子振动(例如，拉伸、摇摆等)，这增加了有机聚合物的温度。因此，红外线加热装置可具有几个优点，包括限制到期望材料的加热能量。通过这种方式，在加热过程中浪费更少的能量，这是由于其针对特定的材料。

在一些实施例中，加热装置(例如，红外线加热装置)可被定位以在材料进入纤维生产装置的本体之前和/或在材料进入纤维生产装置的本体之时加热材料。在一些实施例中，红外线加热装置可被定位成至少部分地位于纤维生产装置的内部中。在这些实施例中，红外线加热装置可加热被输送通过纤维生产装置的本体的材料。红外线加热装置可用于加热该材料，使得该材料熔融，以使得当本体自旋时材料通过本体中的开口来生产纤维。红外线加热装置可进一步加热本体中的在被引入到本体内之前熔融的材料。红外线加热装置可进一步加热本体中的在被引入到本体内之前熔融的材料。此外，加热材料可用于降低材料的粘度。此外，加热材料可用于降低材料的粘度，使得促进了材料通过这些开口的流动。

在一些实施例中，红外线加热系统可用于加热大致邻近纤维生产装置的本体的环境的至少一部分。具体而言，红外线加热系统可用于加热大致邻近本体中的多个开口的环境的至少一部分，材料被输送通过所述开口以生产纤维。加热该纤维生产装置的本体周围的环境可允许通过延长从纤维生产装置的本体中的开口退出的纤维的淬灭速率来生产更长的纤维。通过调节该红外线加热装置，可调节由纤维生产装置生产的纤维的长度。

图7和图8描述了纤维生产装置的可选实施例。纤维生产装置1400包括本体1410，其具有设置在切口1420中的多个孔。本体1410可由两个或更多个构件组成。在所描绘的实施例中，开槽(grooved)构件1414被放置在开槽支撑件1418上。支撑件1418提供基部，这些开槽构件可堆叠在所述基部上。支撑件1418还包括可用于使纤维生产装置1400联接到驱动器的联接构件1430。虽然描述了两个开槽构件，但应该理解的是，可使用更多或更少的开槽构件。

在一个实施例中，纤维生产装置1400包括顶部构件1412和支撑构件1418，一个或多个开槽构件(1414、1416)被夹在该顶部构件和该支撑构件之间。为了组装纤维生产装置1400，第一开槽构件1416被放置在支撑件1418上。密封件(未示出)可设置在开槽构件1416和支撑件1418之间。第二开槽构件1414被放置在第一开槽构件1416上。密封件(未示出)可设置在第二开槽构件1414和第一开槽构件1416之间。当联接在一起时，第一开槽构件1416和第二开槽构件1414限定切口1420，所述切口绕着纤维生产装置的圆周延伸。顶部构件1412被放置在第二开槽构件1414上并通过紧固件1440被紧固到支撑构件1418，所述紧固件1440穿过顶部构件、第一开槽构件和第二开槽构件延伸到支撑构件内。密封件(未示出)可设置在顶部构件1412和第二开槽构件1414之间。当联接在一起时，顶部构件1412和第二开槽构件1414限定一个切口1420，所述切口绕着纤维生产装置的圆周延伸。

当组装纤维生产装置1400时，支撑构件1418、开槽构件1416和1414以及顶部构件1412限定本体空腔1430。在使用期间，材料可被放置到本体空腔1460内。在开槽构件1414和1416内形成多个凹槽1450。当转动纤维生产装置1400时，设置在本体空腔1460中的材料进入凹槽1450，所述凹槽将材料传送通过纤维生产装置，以使材料通过切口1420处的开口喷出。

图9描绘了一种用于将纤维沉积到衬底上的系统100的实施例。系统100包括纤维生产系统110和衬底传送系统150。如本文所述，纤维生产系统110包括纤维生产装置120。在使用期间，纤维生产系统生产纤维并朝着设置在纤维生产装置下方的衬底160导向由纤维生产装置所生产的纤维。衬底传送系统移动衬底材料的连续片材通过该沉积系统。

在一个实施例中，系统100包括顶部安装的纤维生产装置120。在使用期间，由纤维生产装置120生产的纤维沉积到衬底160上。图10中描绘了系统100的示意图。纤维生产系统110可包括以下中的一种或多种：真空系统170，静电板180以及气体流系统190。真空系统在衬底160下面产生压力降低的区域，使得纤维生产装置110生产的纤维由于降低的压力而被朝着衬底牵引。可选择地，一个或多个风扇可被定位在衬底下面以产生通过该衬底的空气流。气体流系统190产生朝着该衬底导向由纤维生产装置形成的纤维的气体流192。气体流系统可以是加压空气源或者产生空气(或其它气体)流动的一个或多个风扇。真空系统和空气流系统的组合被用于通过使用强制通风(风扇、加压空气)和强制排气(风扇，以产生向外的流动)以及平衡和导向空气流来产生从沉积腔室的顶部通过衬底到排气系统的“平衡空气流”，从而产生向下到衬底的纤维沉积场。系统100包括衬底入口162和衬底出口164。

静电板180也位于衬底160下方。静电板是能够被充电到预定极性的板。通常，由纤维生产装置生产的纤维具有净电荷。取决于所使用材料的类型，纤维的净电荷可以是正或负的。为了改进带电纤维的沉积，静电板180可设置在衬底160下方，并被充电到与所生产纤维相反的极性。通过这种方式，由于相反电荷之间的静电吸引，纤维被吸引到该静电板。当纤维朝着静电板移动时，纤维被嵌置在该衬底中。

可使用加压气体产生和分配系统来控制纤维朝着设置在纤维生产装置下方的衬底的流动。在使用期间，由纤维生产装置生产的纤维分散在沉积系统内。由于纤维主要由微纤维和/或纳米纤维组成，纤维趋向于分散在沉积系统内。加压气体产生和分配系统的使用可帮助朝着衬底引导纤维。在一个实施例中，气体流系统190包括向下气体流装置195以及侧向气体流装置197。向下气体流装置195被定位在纤维生产装置上方或者与纤维生产装置齐平(even)，以促使朝着衬底的均匀纤维移动。一个或多个侧向气体流装置197垂直于纤维生产装置定向或者定向在纤维生产装置下方。在某一实施例中，侧向气体流装置197具有与衬底宽度相等的出口宽度，以促使纤维到衬底上的均匀沉积。在一些实施例中，可以改变一个或多个侧向气体流装置197的出口角度，以使得能更好地控制纤维到衬底上的沉积。可独立地操作每个侧向气体流装置197。

在使用沉积系统期间，由于溶剂(在溶液纺丝过程中)的蒸发和材料气化(在熔融纺丝过程中)，纤维生产装置120可产生多种气体。如果这些气体积聚在沉积系统中的话，会开始影响所生产纤维的质量。在一些实施例中，该沉积系统包括出口风扇185，以从该沉积系统移除纤维生产过程中产生的气体。

在图9描绘的一个实施例中，衬底传送系统150能够移动衬底材料的连续片材通过该沉积系统。在一个实施例中，衬底传送系统150包括衬底卷轴152以及卷绕卷轴系统154。在使用期间，衬底材料卷被放置在衬底卷轴152上，并通过系统100到衬底卷绕卷轴系统154。在使用期间，衬底卷绕卷轴系统154转动，以预定速率拉动衬底通过沉积系统。通过这种方式，可拉动衬底材料的连续卷通过纤维沉积系统。

在美国公开专利申请号2014/0159262中描述了沉积系统的进一步实施例，该专利文献通过引用并入本文。

纤维表示一类材料，所述材料是连续长丝或呈离散的细长件，类似于细丝(thread)长度。纤维在植物和动物的生物学中非常重要，例如，用于将组织保持在一起。人类对纤维的使用是多种多样的。例如，纤维可被纺丝成长丝、细丝、细绳或绳索。纤维也可用作复合材料的组分。纤维也可铺成(matted into)薄片以制成诸如纸或毡的产品。通常在其它材料的制造中使用纤维。

例如，可使用溶液纺丝法或熔融纺丝法产生本文讨论的纤维。在熔融纺丝方法和溶液纺丝方法中，可将材料放入到纤维生产装置内，所述材料以多种速度自旋，直到制成合适尺寸的纤维。例如，该材料可通过熔融溶质形成，或者可以是通过溶解溶质和溶剂的混合物形成的溶液。可以采用本领域普通技术人员熟悉的任何溶液或熔融物(melt)。对于溶液纺丝，可以设计一种材料以实现所需的粘度，或者可添加表面活性剂以改进流动，或者可添加增塑剂以软化刚性纤维。在熔融纺丝中，固体颗粒可包括例如金属、陶瓷或聚合物，其中聚合添加剂可与后者组合。可添加某些材料用于合金化目的(例如，金属)或向所需纤维添加值(诸如，抗氧化剂或着色剂性质)。

可被熔融或溶解或与溶剂组合以形成熔融或溶液纺丝方法的材料的试剂的非限制性示例包括聚烯烃、聚缩醛、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、纤维素醚和酯(例如，醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三乙酸纤维素等)、聚硫化亚烃、聚芳醚氧化物、聚砜、改性聚砜聚合物及它们的混合物。可使用的溶剂的非限制性示例包括油、油脂和有机溶剂，诸如DMSO、甲苯、低沸点有机酸(例如甲酸、乙酸等)和醇。诸如去离子水等的水也可用作溶剂。为了安全起见，不易燃溶剂是优选的。

在溶液纺丝方法或熔融纺丝方法中，当从纺丝纤维生产装置喷出材料时，材料的薄射流在周围环境中同时被拉伸和干燥或者拉伸和冷却。在该材料和环境之间的处于高应变速率(由于拉伸)的相互作用导致该材料固化成纤维，这可伴随着溶剂的蒸发。通过操纵温度和应变速率，可以控制材料的粘度，以操纵所产生纤维的尺寸和形态。可以使用本发明的方法产生宽范围的纤维，包括诸如聚丙烯(PP)纳米纤维的新颖纤维。使用熔融纺丝方法制成的纤维的非限制性示例包括聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和尼龙。使用溶液纺丝方法制成的纤维的非限制性示例包括聚环氧乙烷(PEO)和β-内酰胺。

能够以批量模式或连续模式生产纤维。在后者情况下，可连续地将材料进给到纤维生产装置中，并且该工艺可持续数天(例如1-7天)甚至数周(例如1-4周)。

例如，本文讨论的方法可用于产生纳米复合材料以及功能分级材料，其可用于如例如药物递送和超滤作用(例如驻极体)的多种领域。例如，可通过控制诸如材料选择和温度的多种参数制造金属和陶瓷纳米纤维。至少，本文讨论的方法和装置可在利用微米尺寸到纳米尺寸的纤维和/或微米尺寸到纳米尺寸的复合材料的任何产业中获得应用。这些产业包括但不限于材料工程、机械工程、军事/国防工业、生物技术、医疗装置、组织工程工业、食品工程、药物递送、电气工业，或者在超滤作用和/或微电子机械系统(MEMS)中。

纤维生产装置的一些实施例可用于熔融和/或溶液工艺。纤维生产装置的一些实施例可用于制造有机和/或无机纤维。通过对环境和工艺的适当操纵，可以形成诸如连续纤维、不连续纤维、垫纤维、随机纤维、单向纤维、纺织或无纺纤维等多种结构的纤维，以及诸如圆形、椭圆形和矩形(例如，缎带)的纤维形状。其它形状也是可能的。所生产的纤维可以是单腔或多腔。

通过控制工艺参数，纤维可被制成微米尺寸、亚微米尺寸和纳米尺寸以及它们的组合。通常，所产生的纤维将具有相对窄的纤维直径分布。可沿单独纤维的长度以及在纤维之间发生直径和横截面结构的一些变化。

通常来说，纤维生产装置帮助控制纤维的多种性能，诸如纤维的横截面形状和直径尺寸。更具体地，纤维生产装置的速度和温度，以及纤维生产装置中出口的横截面形状、直径尺寸和角度，都可有助于控制纤维的横截面形状和直径尺寸。也可通过所使用纤维生产装置的选择来影响所生产纤维的长度。

在某些实施例中，纤维生产装置的温度可影响纤维性能。电阻加热器和电感加热器都可用作热源来加热纤维生产装置。在某些实施例中，该纤维生产装置热联接到热源，所述热源可用于在纺丝前、在纺丝过程中或者在纺丝前和纺丝过程中调节纤维生产装置的温度。在一些实施例中，冷却该纤维生产装置。例如，纤维生产装置可热联接到冷却源，所述冷却源可用于在纺丝前、在纺丝过程中或者在纺丝前和纺丝过程中调节纤维生产装置的温度。纤维生产装置的温度可以宽泛地变化。例如，纤维生产装置可被冷却到低至20℃或者可被加热到高达2500℃。低于和高于这些示例性值的温度也是可能的。在某些实施例中，在纺丝前和/或纺丝过程中纤维生产装置的温度在约4℃和约400℃之间。例如，可通过使用红外线温度计或热电偶测量纤维生产装置的温度。

纤维生产装置自旋的速度也会影响纤维性能。当纤维生产装置自旋时可固定纤维生产装置的速度，或者当纤维生产装置自旋时可调节纤维生产装置的速度。在某些实施例中，速度可调节的纤维生产装置可被表征为变速纤维生产装置。在本文描述的方法中，纤维生产装置能够以约500转/分(RPM)到约2500转/分或在其中可衍生的任何范围中的速度自旋。在某些实施例中，纤维生产装置以不超过约50000转/分、约45000转/分、约40000转/分、约35000转/分、约30000转/分、约25000转/分、约20000转/分、约15000转/分、约10000转/分、约5000转/分或约1000转/分的速度自旋。在某些实施例中，以约5000转/分到约25000转/分的速率转动该纤维生产装置。

在一个实施例中，一种产生诸如微纤维和/或纳米纤维的纤维的方法，包括：加热材料；将该材料放置在被加热的纤维生产装置中；以及，在将被加热材料放置在被加热的纤维生产装置中之后，转动该纤维生产装置以喷出该材料从而由该材料产生纳米纤维。在一些实施例中，该纤维可以是微纤维和/或纳米纤维。被加热的纤维生产装置是温度大于环境温度的结构。“加热材料”被限定为将材料的温度提升到高于环境温度的温度。“熔融材料”在本文被限定为将材料的温度提升到大于材料熔点的温度，或者对于聚合物材料来说，将温度提升到聚合物材料的玻璃化温度以上。在可选实施例中，不加热纤维生产装置。实际上，对于采用可被加热的纤维生产装置的任何实施例，可不进行加热而使用该纤维生产装置。在一些实施例中，加热该纤维生产装置，但不加热材料。一旦与被加热的纤维生产装置接触，该材料就变热。在一些实施例中，加热该材料并且不加热该纤维生产装置。一旦与被加热的材料接触，该纤维生产装置就变热。

宽范围体积/量的材料可用于生产纤维。此外，还可以采用宽范围的转动时间。例如，在某些实施例中，将至少5毫升(mL)的材料定位在纤维生产装置中，并且该纤维生产装置至少转动持续约10秒。如上所讨论的，例如，该转动能够以约500转/分到约25000转/分的速率。材料量的范围可以从几毫升到几升(L)，或在其中可衍生的任何范围。例如，在某些实施例中，将至少约50毫升到约100毫升的材料定位在纤维生产装置中，并且该纤维生产装置以约500转/分到约25000转/分的速率转动持续约300秒到约2000秒。在某些实施例中，将至少约5毫升到约100毫升的材料定位在纤维生产装置中，并且该纤维生产装置以500转/分到约25000转/分的速率转动持续10-500秒。在某些实施例中，将至少100毫升到约1000毫升的材料定位在纤维生产装置中，并且该纤维生产装置以500转/分到约25000转/分的速率转动持续约100秒到约5000秒。也考虑了材料量、转/分(转速)和秒(时间)的其它组合。

纤维生产装置的常规尺寸在几英寸直径和几英寸高度的范围内。在一些实施例中，纤维生产装置的直径在约1英寸到约60英寸之间、从约2英寸到约30英寸、或者从约5英寸到约25英寸。纤维生产装置的高度范围可以从约0.5英寸到约10英寸、从约2英寸到约8英寸、或者从约3英寸到约5英寸。

在某些实施例中，纤维生产装置包括至少一个开口，并且该材料被挤压通过该开口以形成纳米纤维。在某些实施例中，纤维生产装置包括多个开口，并且该材料被挤压通过所述多个开口以形成纳米纤维。这些开口可具有多种形状(例如，圆形、椭圆形、矩形、方形)以及多种直径尺寸(例如，0.01-0.80mm)。当采用多个开口时，并不是每个开口都需要与另一开口等同，但在某些实施例中，每个开口都具有相同的构型。一些开口可包括当材料穿过这些开口时将材料分隔开的分隔件(divider)。经分隔的材料可形成多腔纤维。

在一个实施例中，材料可被定位在纤维生产装置的贮存器中。例如，贮存器可由被加热结构的凹入空腔限定。在某些实施例中，被加热结构包括与凹入空腔连通的一个或多个开口。当纤维生产装置绕着自旋轴线转动时，纤维被挤压通过这些开口。所述一个或多个开口具有与自旋轴线不平行的开口轴线。该纤维生产装置可包括本体以及位于所述本体上的盖，所述本体包括凹入空腔。

另一纤维生产装置变量包括用于制造该纤维生产装置的材料(或多种材料)。纤维生产装置可由多种材料制成，包括金属(例如，黄铜、铝、不锈钢)和/或聚合物。例如，材料的选择取决于该材料被加热到的温度，或是否需要无菌条件。

本文描述的任何方法可进一步包括收集所形成的微纤维和/或纳米纤维中的至少一些。如本文使用的，纤维的“收集”是指纤维停靠在纤维收集装置上。在收集了纤维之后，可以通过人或机器人从纤维收集装置中移走纤维。多种方法和纤维(例如，纳米纤维)收集装置可用于收集纤维。

在某些实施例中，关于所收集的纤维，至少一些所收集的纤维是连续纤维、不连续纤维、垫纤维、纺织纤维、无纺纤维，或者这些结构的混合物。在一些实施例中，纤维在其形成之后不被捆束成锥形。在一些实施例中，纤维在其形成过程中不被捆束成锥形。在特定的实施例中，并不使用诸如环境空气的气体将纤维成形为诸如锥形外形的特定构型，当形成纤维时和/或在形成纤维之后，所述气体被吹到纤维上。

例如，本发明的方法可进一步包括通过壳体中的入口引入气体，其中所述壳体至少围绕被加热结构。例如，该气体可以是氮气、氦气、氩气或氧气。在某些实施例中，可以采用气体的混合物。

形成纤维的环境可包括多种条件。例如，本文讨论的任何纤维可在无菌环境中产生。如本文使用的，术语“无菌环境”是指已经移除了大于99％的活菌和/或微生物的环境。在某些实施例中，“无菌环境”是指大致没有活菌和/或微生物的环境。例如，可以在真空中形成纤维。例如，纤维生产系统内的压力可小于环境压力。在一些实施例中，纤维生产系统内的压力范围可从约1毫米(mm)汞柱(Hg)到约700毫米汞柱。在其它实施例中，纤维生产系统内的压力可处于环境压力下或约为环境压力。在其它实施例中，纤维生产系统内的压力可大于环境压力。例如，纤维生产系统内的压力范围可从约800毫米汞柱到约4个大气压(atm)，或者其中可衍生的任何范围。

在某些实施例中，在0％-100％湿度的环境中，或其中可衍生的任何范围中形成该纤维。形成该纤维的环境温度可宽泛地变化。在某些实施例中，在操作之前(例如，在转动之前)，可使用热源和/或冷却源来调节生产该纤维的环境温度。此外，在操作的过程中，可使用热源和/或冷却源来调节生产该纤维的环境温度。环境温度可设定在冰点温度以下，诸如-20℃或更低。例如，环境温度可高达2500℃。

所采用的材料可包括一种或多种组分。该材料可以是单相(例如，固体或液体)或相的混合物(例如，液体中的固体颗粒)。在一些实施例中，该材料包括固体并且该材料被加热。该材料在加热时可变成液体。在另一实施例中，该材料可与溶剂混合。如本文使用的，“溶剂”是至少部分地溶解该材料的液体。溶剂的示例包括但不限于水和有机溶剂。有机溶剂的示例包括但不限于：己烷、乙醚、乙酸乙酯、甲酸、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯、二甲苯、石油醚、二甲亚砜、二甲基甲酰胺或它们的混合物。添加剂也可以存在。添加剂的示例包括但不限于：稀释剂、表面活性剂、增塑剂或它们的组合。

用于形成纤维的材料可包括至少一种聚合物。可使用的聚合物包括共轭聚合物、生物聚合物、水溶性聚合物以及粒子注入聚合物。可使用的聚合物的示例包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃、聚氨酯、聚苯乙烯、聚酯、氟化聚合物(含氟聚合物)、聚酰胺、聚芳酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、β-内酰胺、嵌段共聚物或它们的任何组合。聚合物可以是合成(人造)聚合物或天然聚合物。用于形成纤维的材料可以是不同聚合物的组合物或药物制剂与聚合物载体结合的组合物。可以使用的特定聚合物包括但不限于壳聚糖、尼龙、尼龙-6、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丙烯腈(PAN)、聚(乳酸)(PLA)、聚(乳酸-羟基乙酸)(PLGA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸羟基乙酸(polyglactin)、聚己内酯(PCL)、丝、胶原质、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚对二氧杂环丙酮、聚苯硫醚(PPS)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚环氧乙烷(PEO)、丙烯腈-丁二烯、苯乙烯(ABS)、热塑性聚胺酯(TPU)、聚胺酯(PU)，以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。可作为熔融物或者合适溶剂中的溶液。

在另一实施例中，用于形成纤维的材料可以是金属、陶瓷或碳基材料。在纤维形成中所采用的金属包括但不限于铋、锡、锌、银、金、镍、铝或它们的组合。用于形成纤维的材料可以是陶瓷，诸如氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化锆或它们的组合。用于形成纤维的材料可以是不同金属(例如，诸如镍钛诺的合金)的组合物、金属/陶瓷组合物或陶瓷氧化物(例如，具有锗/钯/铂的PVP)。

例如，所形成的纤维可以是一微米或更长的长度。例如，所形成的纤维的长度的范围可从约1μm到约50cm、从约100μm到约10cm或者从约1mm到约1cm。在一些实施例中，纤维可具有窄的长度分布。例如，纤维的长度可在约1μm到约9μm之间、在约1mm到约9mm之间或者在约1cm到约9cm之间。在一些实施例中，当实施连续方法时，可以形成长度高达约10米、高达约5米或者高达约1米的纤维。

在某些实施例中，纤维的横截面可以是圆形、椭圆形或矩形。其它形状也是可能的。该纤维可以是单腔纤维或多腔纤维。

在形成纤维的方法的另一实施例中，该方法包括：对材料进行纺丝以形成纤维；其中，当正形成纤维时，该纤维不受外部施加的电场或外部施加的气体的作用；并且在形成之后，纤维并不落入到液体内。

本文讨论的纤维是呈现至少100或更高的纵横比(aspectratio)的一类材料。术语“微纤维”是指最小直径在10微米到700纳米、或从5微米到800纳米、或从1微米到700纳米的范围内的纤维。术语“纳米纤维”是指最小直径在500纳米至1纳米、或从250纳米到10纳米、或从100纳米到20纳米的范围内的纤维。

虽然纤维的典型横截面实际上是圆形或椭圆形，但可通过控制纤维生产装置中开口的形状和尺寸(如下所述)来使它们形成为其它形状。纤维可包括多种材料的混合。纤维还可包括孔(例如，腔或多腔)或毛孔。例如，可通过设计一个或多个退出开口以具有同心开口从而实现多腔纤维。在某些实施例中，这些开口可包括分立开口(即，其中两个或更多个开口彼此相邻；或者换言之，一个开口具有一个或多个分隔件，使得制成了两个或更多个更小的开口)。这些特征可用于获得特定的物理性质，诸如隔热或冲击吸收(弹性)。也可使用本文讨论的方法和设备产生纳米管。

可经由本领域技术人员已知的任何方法分析纤维。例如，扫描电子显微镜(SEM)可用于测量给定纤维的尺寸。对于物理和材料特征，可使用诸如差动扫描量热法(DSC)、热分析(TA)和色谱法等技术。

在特定的实施例中，本纤维的纤维不是莱赛尔(lyocell)纤维。在文献中描述了Lyocell纤维，诸如在美国专利号6,221,487、6,235,392、6,511,930、6,596,033和7,067,444中，这些专利文献的每篇都通过引用并入本文。

在一个实施例中，可以大致同时生产微纤维和纳米纤维。可修改本文描述的任何纤维生产装置，使得一个或多个开口具有在使用期间生产纳米纤维的直径和/或形状，并且使得一个或多个开口具有在使用期间生产微纤维的直径和/或形状。因此，当转动时，纤维生产装置将喷出材料以生产微纤维和纳米纤维。在一些实施例中，喷嘴可联接到所述开口中的一个或多个。不同的喷嘴可联接到不同的开口，使得被设计成用于产生微纤维的喷嘴和被设计成用于产生纳米纤维的喷嘴联接到这些开口。在可选实施例中，可联接(直接联接到这些开口或经由针端口)诸多针。不同的针可联接到不同的开口，使得被设计成用于产生微纤维的针和被设计成用于产生纳米纤维的针联接到这些开口。

大致同时生产微纤维和纳米纤维可使得能实现纤维尺寸的受控分布，从而使得能实质性控制由微纤维/纳米纤维混合物最终生产的产品的性质。

在完成纤维的生产后，期望清洁该纤维生产装置以使得能重新利用该系统。通常，当材料处于液态时，最容易清洁纤维生产装置。一旦材料恢复到固体，清洁可能很困难，尤其是清理联接到该纤维生产装置的小直径喷嘴或针。尤其是熔融纺丝的困难在于，当该装置处于高温时，清洁也可能很困难，尤其是如果需要在处理清洁之前冷却该纤维生产装置。在一些实施例中，当加热纤维生产装置时，净化系统可联接到纤维生产装置。净化系统可在该净化系统和纤维生产装置的本体之间提供至少部分的密封，使得可通过净化系统将气体导向到本体内，从而在本体内产生加压气体。在一些实施例中，该净化系统包括可联接到本体的密封构件、加压气体源以及将该加压气体源联接到密封构件的导管。

使用本文描述的任何装置和方法生产的微纤维和纳米纤维可在多种应用中使用。一些通常的使用领域包括但不限于：食品、材料、电气、国防、组织工程、生物技术、医疗装置、能源、替代能源(例如，太阳能、风能、核能和水电能源)；治疗药物、药物输送(例如，药物溶解度改进、药物封装等)；纺织品/织物、无纺材料、过滤(例如，空气、水、燃料、半导体、生物医学等)；汽车；运动；航空；空间；能量转移；纸张；衬底；卫生；化妆品；建筑；服装、包装、土工织物、隔热和隔音。

在一些实施例中，可由聚亚烷基聚合物(例如，聚乙烯、聚丙烯等)形成微纤维和/或纳米纤维。可在多种产品和应用中使用聚亚烷基微纤维和/或纳米纤维。可使用聚亚烷基微纤维和/或纳米纤维的示例性、非限制性产品和应用包括：无纺液体屏障；可γ射线消毒的外科屏障；液体过滤器；空气过滤器；热粘合；食品包装(例如，使用高分子量聚乙烯，“HMWPE”)；医疗装置包装(例如，使用HMWPE)；防潮建筑物隔热(例如，使用HMWPE)；透气性屏障织物(例如，用于服装)以及蓄电池隔板。

可使用微纤维和/或纳米纤维形成的一些产品包括但不限于：使用带电纳米纤维和/或微纤维聚合物来清洁流体的过滤器；使用陶瓷纳米纤维(“NF”)的催化过滤器；用于能量储存的碳纳米管(“CNT”)注入的纳米纤维；用于电磁屏蔽的CNT注入/涂覆的NF；用于过滤器和其它应用的混合微纤维和NF；用于牛仔布和其它纺织品的注入到棉花内的聚酯；注入到/涂覆在用于过滤器的NF上的金属纳米颗粒或其它抗菌材料；创伤敷料、细胞生长基质或支架；蓄电池隔板；用于太阳能的带电聚合物或其它材料；用于环境清洁的NF；压电纤维；缝合线；化学传感器；防水及防污渍、防臭、绝缘、自清洁、防渗透、抗菌、多孔/呼吸、抗撕裂和耐磨的纺织品/织物；用于个人主体防护装甲的力能吸收；建筑增强材料(例如，混凝土和塑料)；碳纤维；用于增韧航空应用的外蒙皮的纤维；利用对准或随机纤维的组织工程基质；利用对准或随机纳米纤维的组织工程皮氏培养皿；用于医药制造的过滤器；组合微纤维和纳米纤维元件用于深层过滤功能的过滤器；诸如纺织品的疏水性材料；诸如防油栅的选择性吸收材料；连续长度纳米纤维(大于1000到1的纵横比)；油漆/着色剂；增强耐久性、耐火性、保色性、孔隙度、柔性、抗菌性、抗虫性、气密性的建筑产品；粘合剂；胶带；环氧树脂；胶水；吸附材料；尿布介质；床垫罩；隔音材料；液体、气体、化学品或空气过滤器。

可在形成后涂覆纤维。在一个实施例中，微纤维和/或纳米纤维可涂覆有聚合物或金属涂层。可通过涂覆所生产的纤维，或已知用于形成聚合物涂层的任何其它方法形成聚合物涂层。可使用金属沉积工艺(例如，CVD)形成金属涂层。

可由溶剂中的一种或多种聚合物的溶液或悬浮液形成纤维。可使用的溶剂包括沸点小于约200℃并且溶解该聚合物的任何溶剂。

可使用的示例性溶剂包括但不限于丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乳乙酰胺(DMA)、二甲基甲酰胺(DMF)、聚乙二醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈、碳酸丙烯酯、甲基乙基酮、水以及它们的混合物。

纤维的平均直径部分地受溶剂中聚合物组分的浓度控制。在一个实施例中，固体与溶剂的重量百分比的范围从约2％到约30％。在一些实施例中，具有超过30％固体的组合物对一致(consistent)离心纺丝来说太粘稠。通常发现具有小于2％固体的组合物对于纤维配方来说太稀薄。

可通过控制组合物的粘度来控制这些纤维的平均直径。在一个实施例中，选择所使用的固体和/或溶剂的浓度以形成粘度的范围从约100cP到约10000cP的组合物。具有低粘度的组合物导致具有小平均直径(例如，在约300纳米和5微米之间)的纤维。高粘度组合物导致具有更大平均直径(例如，10-20微米)的纤维。通过选择组合物中组分的适当粘度或浓度，可将所生产纤维的平均纤维直径控制成从300纳米到20微米的范围。

在一个实施例中，当在将组合物放置在纤维生产装置中之前过滤该组合物时，可以看到改进的纤维生产。过滤被用来移除组合物中的微凝胶和不溶解的聚合物组分。当在使用前过滤该组合物时，获得了更一致的纤维直径和形态。在一个实施例中，通过使该组合物通过具有在约2微米到约50微米之间的微米额定值的金属丝网来实施过滤。通过在聚合物组分溶解在溶剂中之前过滤溶剂，还可以移除污染物。在一个实施例中，通过使溶剂通过具有在约2微米到约50微米之间的微米额定值的金属丝网，在使用之前可以过滤该溶剂。在优选的实施例中，在使用前过滤该溶剂，并且还在使用前过滤使用经过滤的溶剂形成的组合物。

在一个实施例中，在将组合物放置在纤维生产装置之前进行该组合物条件调节。通过将组合物加热到与在该组合物的离心纺丝中所使用的温度(“处理温度”)大致相等的温度来完成条件调节。这最小化组合物在处理过程中的温度变化。如果组合物的温度变化一个明显量(例如，加/减5度)，则该组合物的粘度会变化，进而导致纤维具有不期望的平均直径。在一个实施例中，在使用之前将该组合物保持在处理温度持续约30分钟到约5小时的时间。用于生产纤维的常规处理温度的范围从约25℃到约100℃。

为了确保组合物在纤维生产过程中保持在处理温度，可独立地加热纤维生产装置到将组合物温度保持在该处理温度的温度。在一些实施例中，纤维生产装置的温度可不同于(例如，高于)处理温度，以补偿以高转速自旋的纤维生产装置的冷却效果。

该纤维生产装置通常包括具有在约100微米到约500微米之间的直径的诸多开口。开口的直径、组合物的粘度以及纤维生产装置的转速都有助于确定所生产纤维的形态和尺寸。为了调节所生产纤维的形态和/或尺寸，可调节这些参数中的一个或多个。

图11示出了涂覆物体1110的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100的实施例。涂覆系统1100包括纤维生产装置1102。纤维生产装置1102具有本体1104，所述本体1104具有多个开口1106。本体1104被构造成接收要被生产成纤维1107的材料。在使用中，纤维生产装置1102在外纤维幕(veil)1108和内纤维幕1109之间生产纤维1107。

驱动器联接到本体1104。该驱动器可联接到本体1104的轴1111，并且能够经由轴1111的转动使本体1104绕着转动轴线1101转动，这导致纤维1107从纤维生产装置1102的开口1106喷出。沉积系统(参见图9至图10)可朝着设置在纤维生产装置1102下方的物体1110(例如，人足部形状的物体1110)导向由纤维生产装置1102生产的纤维。在使用中，被放置在外纤维幕1108和内纤维幕1109之间的物体1110的部分将被由纤维生产装置1102生产的纤维1107至少部分地涂覆。

图12示出了微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100的另一实施例。该微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100包括支撑件1300。在涂覆过程中，支撑件1300保持待由纤维1107涂覆的物体1110。支撑件1300允许物体1110相对于纤维1107移动，使得物体1110的外表面中的每个的至少一部分被纤维生产装置1102正在生产的纤维1107涂覆。在使用中，本体1104致使本体1104中的材料通过一个或多个开口1106喷出，以生产微纤维和/或纳米纤维1107，所述微纤维和/或纳米纤维1107被至少部分地传送到被保持在支撑件1300上的物体1110。

图13示出了支撑件1300的一个实施例。支撑件1300具有底板1310。第一侧支架1303和第二侧支架1304联接到底板1310。第一侧支架1303固定具有转动构件1307的第一或转动马达1306。该转动构件1307的第一端联接到第一马达1306，并且该转动构件1307的第二端联接到支撑支架1301的第一侧。

在支撑支架1301的相对侧上的是联接构件1311，其具有位于第二侧支架1304中的相应接收孔口1309。接收孔口1309接收支撑支架1301的联接构件1311并给该联接构件1311提供支撑，使得联接构件1311可在接收孔口1309内自由地转动，同时接收孔口1309经由联接构件1311支撑该支撑支架1309。

此外，支撑件1300具有联接到支撑支架1301并且由支撑支架1301支撑的第二或转动马达1308。第二马达1308联接到支撑杆1302的第一端，并且支撑杆1302的第二端终止于平台1305中，所述平台1305可用于固定需要由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107涂覆的物体1110(参见图20)。

当启动第一马达1306时，第一马达1306可以使转动构件1307绕着第一转动轴线1314在第一或第二方向1317、1327上转动，使得转动构件1307绕着第一转动轴线1314的转动也使支撑支架1301绕着第一转动轴线1314转动，这进而使平台1305和/或物体1110绕着第一转动轴线1314转动。因此，经由启动第一马达1306以使转动构件1307绕着第一转动轴线1314在第一或第二方向1317、1327上转动，用户可控制平台1305绕着第一转动轴线1314的转动。

当启动第二马达1308时，第二马达1308可以使支撑杆1302绕着第二转动轴线1312在第一或第二方向1313、1323上转动，使得平台1305也绕着第二转动轴线1312在第一或第二方向1313、1323上转动。因此，经由启动第二马达1306以使支撑杆1302绕着第二转动轴线1312在第一或第二方向1313、1323上转动，用户可控制平台1305和/或物体1110绕着第二转动轴线1312的转动。

在支撑件1300的一个实施例中，第一马达1306可由第一控制器1320控制，并且第二马达1308可由第二控制器1322控制。第一控制器1320和/或第二控制器1322可包括存储器以及联接到该存储器的处理器，所述存储器包括指令，当执行所述指令时，处理器可致使第一马达1306和/或第二马达1308执行一个步骤或一系列步骤以对支撑件1300采取动作，诸如但不限于：供给电流到支撑件1300、移动支撑件1300的位置和/或移动支撑件1300的一部分1300。

在一个实施例中，第一控制器1320可具有存储器，所述存储器具有可执行指令，当由处理器执行时，所述可执行指令致使该处理器执行操作以启动第一马达1306，从而完成一个步骤或一系列步骤以对支撑件1300采取动作，诸如但不限于：供给电流到支撑件1300、移动支撑件1300的位置和/或移动支撑件1300的一部分；第二控制器1322可具有存储器，所述存储器具有可执行指令，当由处理器执行时，所述可执行指令执行操作以启动第二马达1308，从而完成一个步骤或一系列步骤以对支撑件1300采取动作，诸如但不限于：供给电流到支撑件1300、移动支撑件1300的位置和/或移动整个支撑件1300的一部分1300。

在另一实施例中，第一马达1306和第二马达1308可由单个控制器控制，其具有联接到处理器的存储器，所述存储器具有可执行指令，当由处理器执行时，所述可执行指令执行操作以启动第一马达1306和/或第二马达1308，从而完成一个步骤或一系列步骤以对支撑件1300采取动作，诸如但不限于：供给电流到支撑件1300、移动整个支撑件1300的位置和/或移动支撑件1300的一部分。

如也将会理解到的，可单独地或彼此协调地启动第一马达1306和第二马达1308。例如，可启动第一马达1306以使平台1305绕着第一转动轴线1314转动，而第二马达1308不启动，反之亦然。另一方面，第一马达1306可与第二马达1308协调地使用，使得可经由启动第一马达1306使该平台绕着第一转动轴线1314转动，同时经由启动第二马达1308使平台1305绕着第二转动轴线1312转动。

此外，支撑件1300的底板1310可联接到该微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100，以使得支撑件1300能与涂覆系统1100一起运动或者使得支撑件1300能相对于涂覆系统1100运动，如标记1315和1316所示。

图14至图16示出了定位由支撑件1300保持的物体1110的实施例。被保持在支撑件1300的平台1305上的物体1110采取人足部的形式。物体1110具有顶部部分1112和底部部分1114以及前部部分1116和后部部分1118。在所示出的实施例中，物体1110沿着物体1110的底部部分1114的小区域联接到平台1305。如将会理解到的，通过使物体1110通过其底部部分1114固定到平台1305，使物体1110的顶部部分1112暴露以被由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107涂覆。

图17至图20示出了定位由支撑件1300保持的物体1110的实施例。物体1110呈人足部的形式。物体1110具有顶部部分1112和底部部分1114以及前部部分1116和后部部分1118。在所示出的实施例中，物体1110沿着物体1110的顶部部分1112的小区域联接到平台1305。如将会理解到的，通过使物体1110通过其顶部部分1112固定到平台1305，使物体1110的底部部分1114暴露以被由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107涂覆。

图13所描绘的支撑件1300的额外特征可包括，支撑件1300的硬件是3D打印的，但是底板1310可由G10或金属板制成，以提供一些八字形(eight)并且防止支撑件1300的倾翻。

在另一实施例中，形成线(forming wire)可用于沿着加工方向移动该支撑件1300，所述加工方向诸如为由箭头1315、1316指示的方向。

在又一实施例中，支撑件1300可用静电发生器1324对物体1110进行充电。根据一个实施例，静电发生器1324可使物体1110充电到10kV。

在再一实施例中，如果物体1110用作待涂覆的模具，则可使用导电材料来3D打印物体1110。

另一实施例可包括在支撑件1300上或其附近的盖部，所述盖部防止第一马达1306和/或第二马达1308被由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100所产生的任何纤维1107涂覆。

图21至图22描绘了支撑件1300的实施例。支撑件1300具有第一马达1306和第二马达1308。第二马达1308联接到支撑杆1302的第一端，并且支撑杆1302的第二端终止于平台1305中。平台1305固定并保持物体1110，同时物体1110由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107涂覆。

第二马达1308可使平台1305绕着支撑件1300的第二轴线1312(参见图13)转动，使得第二马达1308能够使平台1305绕着第二轴线1312在第一和第二方向1313、1323上转动360°。此外，在所示的实施例中，第二马达1308还可以致动支撑杆1302使其从图21所示的部分缩回状态到图22所示的部分延伸状态，使得支撑杆1302在线性方向上远离支撑件1300的底板1310延伸。

如将会理解到的，致动支撑杆1302使其从部分缩回状态到部分延伸状态也导致平台1305在大致远离支撑件1300的底板1310的方向上平行于轴线1312线性地移动，这进而导致联接到平台1305的物体1110在远离支撑件1300的底板1310的线性方向上移动。因此，经由通过第二马达1308致动支撑杆1302，用户可控制物体1110使其沿着轴线1312线性运动，使得第二马达1308致动支撑杆1302使其从部分缩回状态到部分延伸状态，反之亦然。

图23至图24描绘了支撑件1300的实施例的第一位置和第二位置。支撑件1300具有第一马达1306和第二马达1308。第二马达1308联接到支撑杆1302的第一端，并且支撑杆1302的第二端终止于平台1305中。平台1305固定并保持物体1110，同时物体1110由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107涂覆。第一马达1306可使平台1305绕着第一转动轴线1314在第一或第二方向1317、1327(参见图13)上转动。

图23示出了在第一位置的支撑件1300，其中平台1305和物体1110的底部1112垂直于支撑件1300的底板1310。然而，如图23中的箭头1319所示，可启动第一马达1306，以使平台1305和物体1110绕着第一转动轴线1314在第二方向1327上转动(参见图13)，从而使支撑件1300从第一位置过渡到如图24所示的第二位置。

图24示出了在已经启动第一马达1306使平台1305和物体1110绕着第一转动轴线1314在第二方向1327(参见图13)上转动之后的支撑件1300的第二位置。在第二位置，平台1305和物体1110不再垂直于支撑件1300的底板1310(例如，通过支撑杆1302和轴线1312示出)。更确切地说，平台1305和物体1110已经绕着第一转动轴线1314在第二方向1327(参见图13)上转动了约45°。

如将会理解到的，第一马达1306也可被启动，以通过类似的方式使平台1305和/或物体1110绕着第一转动轴线1314在第一方向1317上转动。

此外，如也将会理解到的，第一马达1306不限于使平台1305和/或物体1110转动约45°。更确切地说，用户可对第一马达1306进行编程，以使平台1305和/或物体1110绕着第一转动轴线1314在第一或第二方向1317、1327上转动用户所期望的任何量。

例如，图25至图26示出了支撑件1300的实施例的第一位置和第二位置，所述支撑件1300将成人足部形式的物体1110保持在支撑件1300的平台1305上。

图25示出了支撑件1300将物体1110保持在平台1305上、位于第一位置。在第一位置，已经启动了第一马达1306，使得平台1305和物体1110绕着第一转动轴线1314在第一方向1317上转动约90°，使得平台1305垂直于支撑件1300的底板1310。如所示出的，在第一位置，物体1110的第一侧1113被暴露，这使得物体1110的第一侧1113能由可通过支撑件1300可正与其一起使用的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100(参见图11至图12)生产的任何纤维1307涂覆。

图26示出了在已经启动了第一马达1306使平台1305和物体1110绕着第一转动轴线1314在第二方向1327上转动约180°之后，支撑件1300将物体1110保持在其平台1305上、位于第二位置，使得平台1305和物体1110也已经绕着第一转动轴线1314在第二方向1327上转动约180°，使得平台1305再次垂直于支撑件1300的底板1310。如图所示，在第二位置，物体1110的第二侧1115被暴露，这使得物体1110的第二侧1115能由可通过支撑件1300可正与其一起使用的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100(参见图11至图12)生产的任何纤维1307涂覆。

图27至图28示出了支撑件1300的实施例的第一位置和第二位置，所述支撑件1300将呈人足部形式的物体1110保持在支撑件1300的平台1305上。

图27示出了支撑件1300将物体1110保持在平台1305上、位于第一位置。在第一位置，已经启动了第一马达1306，使平台1305和物体1110绕着第一转动轴线1314在第二方向1327上相对于支撑件1300的底板1310转动约15°。

图28示出了支撑件1300将物体1110保持在平台1305上、位于第二位置。为了将支撑件1300从第一位置(参见图27)转移到第二位置，启动第一马达1306，以使平台1305和物体1110绕着第一转动轴线1314在第二方向1327上转动约15°。支撑件1300从第一位置(参见图27)过渡到第二位置导致平台1305和物体1110已经相对于支撑件1300的底板1310绕着第一转动轴线1314转动约60°。

图29至图37描绘了一系列运动的示例，支撑件1300可使用所述运动以便用由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100的实施例产生的纤维1107大致完全涂覆物体1110(例如，足部形状的模具)。在图29至图37所示的实施例中，第一或倾斜马达1306以及第二或转动马达1308的运动由(+)、(-)和(0)表示。

对于倾斜马达1306，(+)表示倾斜马达1306被启动以绕着第一转动轴线1314在第一方向1317(参见图13)上转动，这使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在前一步骤中的位置绕着第一转动轴线1314在第一方向1317上倾斜。

对于倾斜马达1306，(-)表示倾斜马达1306被启动以绕着第一转动轴线1314在第二方向1327(参见图13)上转动，从而使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在前一步骤中的位置绕着第一转动轴线1314在第二方向1327上移位(shift)。

最后，对于倾斜马达1306，(0)表示该倾斜马达1306在该步骤过程中未被启动并且平台1305和物体1110在该步骤过程中不会绕着第一转动轴线1314倾斜。

对于转动马达1308，(+)表示转动马达1308被启动以绕着第二转动轴线1313在第一方向1313(参见图13)上转动，这使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在前一步骤中的位置绕着第二转动轴线1313在第一方向1313上转动。

对于转动马达1308，(-)表示转动马达1308被启动以绕着第二转动轴线1313在第二方向1323(参见图13)上转动，这使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在前一步骤中的位置绕着第二转动轴线1313在第二方向1323上转动。

最后，对于转动马达1308，(0)表示该转动马达1308在该步骤过程中未被启动，并且平台1305和物体1110在该步骤过程中不会绕着第二转动轴线1313倾斜。

图29示出了所示实施例的支撑件1300的第一或起始位置。在该第一或起始位置，用户或机器人使物体1110的顶部部分1112联接到支撑件1300的平台1305。物体1110将保持联接到平台1305，同时支撑件1300的倾斜马达1306和转动马达1308根据操纵物体1110的位置的顺序而被启动，使得该物体1110将被微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107大致完全涂覆。

图30示出了根据所示实施例的支撑件1300的第二位置。为了使支撑件1300从第一位置转移到第二位置，倾斜马达1306被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第一位置(参见图29)时的位置绕着第一转动轴线1314在第一方向1317(+)上倾斜约45°，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第一位置(参见图29)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)上转动约90°。该运动由动作(+，+)表示。

图31示出了根据所示实施例的支撑件1300的第三位置。为了使支撑件1300从第二位置转移到第三位置，倾斜马达1306被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第二位置(参见图30)时的位置绕着第一转动轴线1314在第二方向1327(-)(参见图13)上倾斜约45°，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第二位置(参见图30)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)上转动约90°。该运动由动作(-，+)表示。

图32示出了根据所示实施例的支撑件1300的第四位置。为了使支撑件1300从第三位置转移到第四位置，倾斜马达1306被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第三位置(参见图31)时的位置绕着第一转动轴线1314在第二方向1327(-)(参见图13)上倾斜约45°，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第三位置(参见图31)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)(参见图13)上转动约90°。该运动由动作(-，+)表示。

图33示出了根据所示实施例的支撑件1300的第五位置。为了使支撑件1300从第四位置转移到第五位置，倾斜马达1306被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第四位置(参见图32)时的位置绕着第一转动轴线1314在第二方向1327(-)(参见图13)上倾斜约45°，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第四位置(参见图32)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)(参见图13)上转动约90°。该运动由(-，+)表示。

图34示出了根据所示实施例的支撑件1300的第六位置。为了将支撑件1300从第五位置转移到第六位置，倾斜马达1306被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第五位置(参见图33)时的位置绕着第一转动轴线1314在第一方向1317(+)(参见图13)上倾斜约45°，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第五位置(参见图33)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)(参见图13)上转动约90°。该动作由(+，+)表示。

图35示出了根据所示实施例的支撑件1300的第七位置。为了将支撑件1300从第六位置转移到第七位置，在该步骤(0)中倾斜马达1306未被启动，并且平台1305和物体1110不绕着第一转动轴线1314(参见图13)转动，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第六位置(参见图34)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)(参见图13)上转动约90°。该动作由(0，+)表示。

图36示出了根据所示实施例的支撑件1300的第八位置。为了将支撑件1300从第七位置转移到第八位置，在该步骤(0)中倾斜马达1306也未被启动，并且平台1305和物体1110不绕着第一转动轴线1314(参见图13)转动，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第六位置(参见图35)时的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)(参见图13)上转动约90°。该动作由(0，+)表示。

图37示出了根据所示实施例的支撑件1300的第九位置。为了将支撑件1300从第八位置转移到第九位置，倾斜马达1306被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第八位置(参见图36)时的位置绕着第一转动轴线1314在第一方向1317(+)(参见图13)上倾斜约45°，同时转动马达1308被启动以使平台1305和物体1110相对于平台1305和物体1110在第八位置(参见图36)中的位置绕着第二转动轴线1312在第一方向1313(+)(参见图13)上转动约90°。该动作由(+，+)表示。

在第九位置，已通过支撑件1300操纵该物体1110，使得该物体1110已经被来自纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100的纤维1107充分涂覆。此外，第九位置使支撑件1300返回到第一或开始位置(参见图29)，使得用户或机器人可从支撑件1300的平台1305移走已经由纤维1107充分涂覆的物体1110，并且用未被涂覆的物体1110替代已被涂覆的物体1110，其中涂覆过程可在未被涂覆的物体1110上再次开始。

图38描绘了根据本申请的一个方面的支撑件1400的另一实施例。支撑件1400可保持待通过微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100涂覆的物体1110(参见图11至图12)。支撑件1400包括底板1402。在底板1402的第一侧上的是联接构件1404，其联接到联接装置1406的第一端，所述联接装置1406可采取轴的形式。联接装置1406的第二端可移动地联接到第一马达1420。

底板1402的第二侧联接到支撑管1410的第一端，所述支撑管1410可以是中空或实心的。支撑管1410的第二端联接到第二马达1412的第一侧。第二马达1412的第二侧转动地联接到联接延伸件1414的第一端。联接延伸件1414的第二端联接到平台1416，所述平台1416保持待由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100(参见图11至图12)生产的纤维1107涂覆的物体1110。

根据一个实施例，当第一马达1420启动时，其使联接装置1406绕着第一转动轴线1418在第一或第二方向1420、1422上转动。联接装置1406的转动还导致底板1402绕着第一转动轴线1418在与联接装置1406相同的第一或第二方向1420、1422上转动。随后，底板1402的转动导致支撑管1410沿着绕着第一转动轴线1418的圆形路径转动。支撑管1410的转动还导致平台1416绕着与支撑管1410相同的圆形路径转动，这进而导致由平台1416保持的物体1110绕着该圆形路径在相应的第一或第二方向1424、1426上转动，所述相应的第一或第二方向1424、1426与由第一马达1420的启动控制的联接装置1406在第一或第二方向1420、1422上的转动对应。

如将会理解到的，启动第一马达1420以使联接装置1406绕着第一转动轴线1418在第一方向1420上转动将导致物体1110绕着该圆形路径在第一方向1424上转动，并且启动第一马达1420以使联接装置1406绕着第一转动轴线1418在第二方向1422上的转动将导致物体1110绕着该圆形路径在第二方向1426上转动。

因此，经由启动第一马达1420以使联接装置1406绕着第一转动轴线1418在相应的第一或第二方向1424、1426上转动，用户可对物体1110绕着圆形路径在第一或第二方向1424、1426上的转动进行编程。

根据另一实施例，当启动第二马达1412时，联接延伸件1414绕着第二转动轴线1421在第一或第二方向1430、1432上转动。联接延伸件1414绕着第二转动轴线1421在第一或第二方向1430、1432上的转动还使被联接到该联接延伸件1414的第二端的平台1416绕着第二转动轴线1421在与联接延伸件1414转动相同的第一或第二方向1430、1432上转动。此外，当物体1110联接到平台1416时，平台1416的转动海导致物体1110绕着第二转动轴线1421在与正保持物体1110的平台1416相同的第一或第二方向1430、1432上转动。

如将会理解到的，通过启动第二马达1412以使联接延伸件1414绕着第二转动轴线1421在第一或第二方向1430、1432上转动，可控制物体1110绕着第二转动轴线1421在第一或第二方向1430、1432上的转动。

在另一实施例中，可启动第二马达1412或第三马达，使得第二马达1412绕着由支撑管1410形成的第三转动轴线1440在第一或第二方向1442、1444上转动。

如将会理解到的，第二马达1412绕着第三转动轴线1440在第一或第二方向1442、1444上的转动还使联接延伸件1440和平台1416绕着第三转动轴线1440在相同的第一或第二方向1442、1444上转动。此外，当由支撑件1400的平台1416保持该物体1110时，平台1416绕着第三转动轴线1440的转动还导致物体1110绕着第三转动轴线1440以圆形路径在与联接延伸件1414和平台1416相同的第一或第二方向1442、1444上转动，所述平台1416将物体1110保持到支撑件1300。

因此，如将会理解到的，通过启动第二马达1412以绕支撑管1410转动，可控制物体1110绕着第三转动轴线1440在第一或第二方向1442、1444上的转动，使得第二马达1414绕着第三转动轴线1440在第一或第二方向1442、1444上转动。

此外，在一个实施例中，通过启动第一马达1420或独立马达以使联接装置1406沿着第一转动轴线1418在第一或第二线性方向1434、1436上至少部分地伸出或者至少部分地缩回，可将整个支撑件1400移动到由微纤维和/或纳米纤维涂覆系统1100生产的纤维1107的区域中(参见图11至图12)和从该区域中移出。当联接装置1406联接到底板1402的联接构件1404时，联接装置1406沿着第一转动轴线1418在第一或第二线性方向1434、1436上的部分伸出或缩回也将导致底板1402与由底板1402支撑的支撑件1400的其余部分一起沿着第一转动轴线1418在与联接装置1406相同的第一或第二线性方向1434、1436上移动。

因此，通过经由启动第一马达1420来使联接装置1406沿着第一转动轴线1418在第一或第二线性方向1434、1436上至少部分地伸出或至少部分地缩回，可使支撑件1400以及由支撑件1400的平台1416保持的物体1110沿着第一转动轴线1418在第一或第二线性方向1434、1436上移动。

此外，在另一实施例中，支撑件1300、1400可设置在轨道或某一其它支撑件上，所述支撑件允许支撑件1400在第一或第二线性方向1434、1436上或在用户期望的任何其它方向上受控地平移进出纤维区域。

在一些实施例中，该系统还可包括联接到沉积系统的纤维回收系统，其中，通过纤维回收系统收集在使用期间未沉积到物体1110上的纤维1107并使其返回到沉积系统。在一些实施例中，该系统还包括传送系统，其中，该传送系统使一个或多个物体1110移动通过该沉积系统。

应该理解的是，使用上述的系统1100和方法可使任何物体1110涂覆有纤维1107。然而，该系统1100和方法尤其适于形成衣物(clothing item)和鞋。

在一些实施例中，物体1110将采取人体或身体部位的一部分的形状。例如，物体1110的形状可以是：足部；手部；头部；躯干；或者腰部，其中一条或两条腿连接到腰部。呈身体部位或部分形状的物体1110可用于制造鞋和衣物，诸如：帽子；面罩；衬衫；外套；胸罩；内衣；袜子；手套；连指手套；裤子；短裤；高摩擦/软手部产品；运动手套(高尔夫、橄榄球、足球、棒球击打手套、赛车手套)；鞋垫；短袜；胸罩杯；牛仔服；用于休闲和工作服的防水透气叠层的牛仔布和牛仔裤。

可由聚合熔融物或聚合物溶于合适溶剂的溶液生产纤维。尤其适用于制造鞋或衣物的示例性聚合物类包括聚烯烃、聚酰亚胺、聚酰胺、聚氨酯和含氟聚合物。可使用的某些特定聚合物包括：聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氨酯(PU)、醋酸纤维素(CA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺6,6(PA66)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基链烷(PFA)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚苯硫醚(PPS)和聚丙烯腈(PAN)。

纤维生产组合物可包括一种或多种添加剂，其：增加纤维的疏水性；增加纤维的耐醇性；增加纤维的耐化学性，或者增加纤维的强度。添加剂可以是聚合物、低聚物、小有机添加剂或与聚合物载体(母体混合物)混合的非聚合添加剂。聚合添加剂可以是疏水性的，以增加鞋或衣服制品的耐水性。示例性的疏水添加剂包括PVDF、Teflon(PTFE)和其它氟化聚合物，以及聚合物处理添加剂(PPA)。可使用母体混合物，其包括但不限于以下组合物：来自Polyvel的Hydrepel A203以及来自Techmer PM的添加剂(在EP2446075A2中描述)。示例性的小分子/低聚添加剂包括来自3M的

在一些实施例中，可给纤维涂覆的物体施加表面处理，从而：增加纤维的疏水性；增加纤维的耐醇性；增加纤维的耐化学性，或者增加纤维的强度。给纤维施加表面处理的方法包括辐射技术。示例性的辐射技术包括但不限于：如在WO 2000/014323 A1和http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0801/080l.3727.pdf中所讨论的等离子体处理(使用特定气体)。其它技术和涂覆材料包括：来自http://www.sigmalabs.com/technologies/的涂覆技术；Textile Shield；来自Huntsman LLC(也在WO 2014/116941 A1中)的由http://www.nanomembrane.cz/的Hydrofobic Extreme；以及丙烯酸氟烷基酯共聚物(US 8,088,445)。

添加剂和/或表面涂层可用于特定的衣物，诸如：防臭纳米纤维膜：抗菌/杀菌材料(例如，使用抗菌添加剂处理以利用纤维的表面积输送抗菌/微生物性能的透气纳米纤维膜或由化学增强的聚合物纺丝而成的纳米纤维膜)；化学和生物保护(例如，由表面上分散有活性保护剂的纳米纤维制成的透气织物)；由纳米纤维材料衍生出以提供到电力电子器件的柔性导电路径的导电织物；可穿戴电子设备和发光服装；工作服；抗静电防水透气膜；以及用于害虫控制和其它工作环境的化学防护防水透气膜。

可使用多种技术完成服装或鞋的生产。在一个实施例中，纤维用于在3D模具周围形成涂层(如在足部模具上表明的)。纤维涂层可以是单层纳米纤维或多层纳米纤维，所述多层纳米纤维包括多层不同的材料。可完全地包围或者部分地涂覆该模具(与鞋上的无缝上部的情况一样)。该模具可以是转动的3D结构、或形成在移动的带中的3D结构、或固定3D结构。在固定结构的情况下，纤维生产装置1102的位置可在沉积过程中移动。不管沉积方法如何，该纳米纤维也可作为功能层结合到服装或鞋的不同层中。纳米纤维可用于仅单个性能层或者用于利用多种材料的多层纳米纤维结构的全部服装或鞋。不同梯度的多种纤维尺寸产生不同的性能点。各种层可由不同的基础聚合物形成，包括但不限于PET、TPU、PA6、PU、PTFE和PVDF。

可使用由熔融物或基于溶液的组合物制成的纤维形成服装。纤维可沉积在衬底上或直接地沉积在带上并随后作为单独的网移走。在一个实施例中，所沉积的纤维可形成每平方米重量在0.5到100克之间的纳米纤维垫。所形成的垫可层压在两个材料保护层之间(使用包括熔融聚氨酯或胶水的可商购层压方法)，并用作服装材料组合物的透气防潮层。可选择地，可将该垫层压到一个保护材料层(背衬)，从而也形成透气防潮层，但在这种情况下，该纳米纤维层会形成服装材料组合物面朝外的侧面中的一个。在另一实施例中，该垫可直接地铺设在保护材料上，而不需要层压。可使用目前的标准剪裁和缝合技术将任何以上材料组装成合适的服装(外套、裤子、衬衫等)。

在本专利中，已经通过引用并入了某些美国专利，美国专利申请，以及其它材料(例如，文章)。然而，这些美国专利、美国专利申请以及其它材料的内容仅通过引用并入到这些内容与本文所阐述的其它陈述和附图之间不存在冲突的程度。在发生这种冲突的情况下，在通过引用并入的这些美国专利、美国专利申请和其它材料中的任何这种冲突的内容明确地并不通过引用并入本专利中。

此外，鉴于本说明书，本发明的多种方面的进一步修改和可选实施例对本领域技术人员来说将显而易见。因此，本说明书应该解释为仅说明性的，并且用于教导本领域技术人员实施本发明的通常方式之目的。应该理解的是，本文所示出和描述的本发明的形式应该认为是实施例的示例。元件和材料可替代本文所示出和描述的这些，可反转部件和过程，并且可独立地利用本发明的某些特征，在获得本发明的本描述的优点后，所有这些将会对本领域技术人员显而易见。可在不背离如以下权利要求所描述的本发明的精神和范围的情况下对本文描述的元件进行改变。

Claims (17)

1.一种微纤维和/或纳米纤维涂覆系统，包括：

纤维生产装置，所述纤维生产装置包括本体，所述本体包括多个开口，其中，所述本体被构造成接收要被生产成纤维的材料；

联接到所述本体的驱动器，所述驱动器能够使所述本体转动；

沉积系统，在使用期间所述沉积系统将由所述纤维生产装置生产的纤维朝着设置在所述纤维生产装置下方的物体导向；以及用于在使用期间要被涂覆的物体的支撑件，其中，所述支撑件允许所述物体相对于由所述沉积系统生产的纤维的运动，使得所述物体的外表面中的至少一个的至少一部分能够被定位在由所述纤维生产装置生产并且由所述沉积系统导向的纤维中；其中，在使用期间，所述本体的转动导致所述本体中的材料通过一个或多个开口喷出以生产微纤维和/或纳米纤维，所述微纤维和/或所述纳米纤维使用所述沉积系统和所述支撑件被至少部分地传送到所述物体。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑件包括支撑支架以及联接到所述支撑支架的马达，其中，所述马达能够远程操作，所述马达使所述支撑支架移动以变换所述物体被所生产的纤维涂覆的外表面。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑件包括支撑支架、联接到所述支撑支架的倾斜马达以及联接到所述支撑支架的转动马达，其中，每个马达能够独立操作，所述倾斜马达使所述支撑支架移动以使所述物体沿着单个转动轴线倾斜，所述转动马达使所述物体转动以相对于所述倾斜马达改变所述物体的转动轴线。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述支撑件包括支撑支架、转动支架以及转动马达，其中，所述马达联接到所述支撑支架和所述物体以使所述物体绕着转动轴线转动，所述转动支架联接到所述支撑支架以使所述支撑支架绕着相对于所述支撑支架的纵向轴线偏移的轴线转动。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述沉积系统包括静电发生器，所述静电发生器联接到所述物体，使得所述物体被赋予与由所述纤维生产装置生产的纤维的电荷相反的电荷，以使得所生产的纤维由于静电板的静电吸引而被朝着衬底拉动。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述沉积系统包括被构造成产生气体流的气体产生装置，所述气体流将由所述纤维生产装置形成的纤维朝着衬底导向。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括联接到所述沉积系统的纤维回收系统，其中，在使用期间没有沉积到所述物体上的纤维被所述纤维回收系统收集并被返回到所述沉积系统。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括传送系统，其中，所述传送系统移动一个或多个物体通过所述沉积系统。

9.一种涂覆物体的方法，包括：

将所述物体放置在根据权利要求1至8中任一项所述的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统中；以及使所述纤维生产装置绕着自旋轴线转动，使得所述纤维生产装置的转动导致设置在所述纤维生产装置中的组合物的至少一部分通过所述开口中的一个或多个喷射并且当喷射出的组合物固化时形成纤维，以及用所生产的微纤维和/或纳米纤维的至少一部分涂覆所述物体的至少一部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述物体呈足部、手部、头部、躯干或腰部的形状，其中，一条或两条腿连接到所述腰部。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述组合物包括一种或多种聚合物，其中，所述一种或多种聚合物选自由以下项组成的组：聚烯烃、聚酰亚胺、聚酰胺和含氟聚合物。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述组合物包括一种或多种聚合物，其中，所述一种或多种聚合物选自由以下项组成的组：聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氨酯(PU)、醋酸纤维素(CA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺6,6(PA66)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基链烷(PFA)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯腈(PAN)。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述组合物包括一种或多种添加剂，所述添加剂：增加所述纤维的疏水性；增加所述纤维的耐醇性；增加所述纤维的耐化学性，或者增加所述纤维的强度。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述纤维的尺寸在100纳米和20微米之间。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括给纤维涂覆的物体施加表面处理，以：增加所述纤维的疏水性；增加所述纤维的耐醇性；增加所述纤维的耐化学性；或者增加所述纤维疏水性的强度。

16.一种制作衣物的方法，包括：

将物体放置在根据权利要求1至8中任一项所述的微纤维和/或纳米纤维涂覆系统中，其中，所述物体呈人体的一部分的形状；以及使所述纤维生产装置绕着自旋轴线转动，使得所述纤维生产装置的转动导致设置在所述纤维生产装置中的组合物的至少一部分通过所述开口中的一个或多个喷射并且当喷射出的组合物固化时形成纤维；用所生产的微纤维和/或纳米纤维的至少一部分涂覆所述物体的至少一部分；将纤维涂层结合到衣服制品或鞋类内。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述纤维涂层包括多层不同的材料。