CN109196058A - 用硅藻土颗粒处理的纤维和其它构建体 - Google Patents

Abstract

由硅藻土化的纤维、长丝、纱线、编织和非编织织物、纤维基的薄膜、垫和膜组成的构建体，由前述制成的其它构建体和成品。本发明主题特别地涉及服装产品和模制的鞋类鞋外底，以及其它模制的或基于织物的产品，其中嵌入构建体的表面的多个硅藻土颗粒赋予所需的功能，例如水分管理、气味控制或附着摩擦力或抓地力增强、拒水性和拒污性以及耐磨性。

Description

用硅藻土颗粒处理的纤维和其它构建体

背景

在某些方面，本发明主题大体上涉及基于纤维、纱线和织物的产品的水分管理。本发明特别地涉及水分吸收和运输的颗粒，所述颗粒被应用于纤维、纱线或织物以增强水分的消散或水分离开其中嵌入颗粒的基材材料的表面的转移。本发明主题特别地涉及基于纤维、纱线和织物的产品，例如纺织品(fabrics)、服装、帐篷、垫衬物等，所述产品并入还被称为“硅藻土(diatomite)”的硅藻土(diatomaceous earth)的颗粒。在其它方面，本发明主题涉及在表面处嵌入硅藻土的其它制品，例如并入硅藻土的颗粒的用于鞋类的鞋外底、以及手套。

在纤维和纺织工业中，存在对提供所需性能属性的改进的工程化的产品和部件的需求。水分和热管理在这样的属性中。例如，在运动和户外服装工业中，存在各种已知的基底层和中间层系统，这些系统有助于运输水分通过使用者的皮肤并蒸发水分。一些已知的解决方案基于在纤维和织物的表面处并入源自生物材料的含碳颗粒，所述生物材料例如椰子和废咖啡渣。例如，用生物基颗粒(bio-based particle)处理的纤维已经被用于从防水、透气的层压材料到夹克、基底层、帽子和手套中的针织品的所有方面。纺织纤维中使用的多孔生物基颗粒与使用者的身体一起工作，以通过加速水分去除和改进干燥时间来调节温度。

尽管基于生物基颗粒的技术有优点，但仍总是存在对下一代性能更好的技术以及更容易用于制造、更低成本、易于从各种地理位置采购且更环保并且解决了适用的工业和终端使用者的其它需求的技术的需求。

含碳的生物基材料的缺点之一是它们来自有限或地理上分散的来源。例如，椰子衍生的材料必须来自分散的椰子生长区，这也导致降低的可用性或增加的运输成本。衍生自生物材料的含碳材料是相对软的，并且在侵蚀性条件(aggressive condition)下易受磨损。例如，它们不适合在高磨耗条件下使用，例如在鞋类鞋外底应用或工作手套或运动手套应用中。是含碳的生物材料的现有技术材料可能没有足够的惰性以在预期的应用中容易地处理或加工。出于前述原因以及本领域技术人员从本文的教导和以其它方式将明显的其它原因，仍然强烈需要在纤维、织物和服装以及鞋类工业以及本文预期的其它工业中改进的性能增强颗粒技术。

概述

本发明主题解决了前述和其它需求，并且总体上涉及由硅藻土化纤维(diatomized fiber)、长丝、纱线、编织和非编织织物、纤维基的薄膜(fiber-based film)、垫、膜(membrane)组成的构建体以及由前述制成的其它构建体和成品，如本文更详细地考虑的。本发明主题特别地涉及服装产品和模制的天然橡胶或合成橡胶鞋类鞋外底，以及其它模制的或基于织物的产品，其中嵌入构建体的表面的多个硅藻土颗粒赋予所需的功能，例如水分管理、气味控制或附着摩擦力或抓地力增强(grip enhancement)、拒水性(waterrepellency)和拒污性(dirt repellency)以及耐磨性。

硅藻土颗粒有利地是重量轻且不庞大的。它们可以与基底热塑性材料熔合以形成耐用的、耐磨且耐洗的构建体。

当用于服装物品时，表面嵌入的硅藻土颗粒的吸收能力和芯吸能力使使用者能够在各种天气条件和环境中保持更干燥且更舒适。本发明主题可用于各种服装产品中，包括但不限于用于跑步、雪上运动、攀登和远足应用的基底层和中间层。它们还可用于内衣、跑步短裤、骑车运动衫、高尔夫衬衫等任何需要水分管理的地方。

其它优点包括颗粒是天然产物，该天然产物从各种来源可获得，包括海洋、湖泊和陆地来源。它们是经济实惠的、稳定的且惰性的。它们在制造中容易处理。并且它们可以被化学改性以提供特定的功能。

前述内容不意图是本发明主题的实施方案和特征的详尽列举。本领域技术人员能够根据以下结合附图的详细描述理解其它实施方案和特征。在以下详细描述和附图中更详细地描述了这些实施方案和其它实施方案。以下是对根据本发明主题的各种创造性的生产线的描述。所附权利要求，如在本文档中最初提交的，或随后所修改的，据此如同直接写入一样并入本概述部分。

附图简述

附图示出了根据本发明主题的实施方案，除了被指出为示出现有技术之外。

详细描述

综述

再次参照图1-图2，硅藻是一种淡水藻类或海洋藻类。被称为“硅藻壳(frustule)”的硅藻细胞壁由蛋白石硅石(SiO₂)制成，并且具有多孔结构。硅藻土中还可能含有少量的钾、铁、钙、镁、磷酸盐、钠、钛和其它元素。

大量的硅藻壳可以在一些海洋和湖泊沉积物中发现，并且可以从中开采。硅藻土长期以来在商业上已被用作过滤器、矿物填料、机械杀虫剂、绝缘材料、防结块剂、细磨料和其它用途。硅藻土通常被认为是无毒且惰性的。

在图3-图22中示出了根据本发明主题的代表性实施方案，其中相同或大致相似的特征共用共同的参考数字。

本发明主题大体上涉及由硅藻土化的纤维、长丝、纱线、编织和非编织织物、纤维基的薄膜、垫和膜组成的构建体以及由前述制成的成品，特别是服装和鞋类产品，其中嵌入或以其它方式施加到构建体的表面的多个硅藻土颗粒赋予期望的功能，例如水分管理(吸收和运输)、热管理(蒸发冷却)、气味控制、附着摩擦力或抓地力增强、耐磨性或拒水性(在颗粒被制成疏水性的情况下)。如本文所用，“硅藻土化的”构建体是用嵌入构建体的表面或涂覆在或以其它方式沉积在构建体的表面上的硅藻土颗粒处理的构建体。

表面可以是基材材料的一些或所有外表面和/或内表面。表面可以是纤维的大致外部的圆柱形表面。在一些实施方案中，纤维可以是中空的，在这种情况下，表面可以包括纤维的内表面。在其它情况下，构建体可以是织物，在这种情况下，表面可以是织物的一侧或两侧。在其它情况下，构建体可以是垫、薄膜或网，在这种情况下，表面可以是构建体的任何一个或更多个外侧表面或构建体内由空隙、纤维表面的细孔(pore)组成的表面。

硅藻土化纤维

在某些方面，本发明主题涉及具有大量嵌入的硅藻土颗粒的纤维。颗粒在纤维的一个或更多个表面上大体上均匀地或以期望的间距暴露。纤维被成批收集，或者它们可以被收集在卷轴上，并且可以被纺成纱线，用作单丝，或者被收集成垫、薄膜或膜，以形成非编织制品(non-woven article)。

在其它方面，本发明主题涉及使用硅藻土化的纱线、单丝和/或复丝来形成针织或编织织物或其它纤维基的构建体的织物和其它纤维基的构建体。织物可以与其它织物组合以形成复合织物，例如单层单元的层压体。织物然后可以形成为各种终端产品，例如服装产品或鞋类产品。

在另一方面，本发明主题涉及用于制备并入硅藻土颗粒的纤维的工艺。例如，将颗粒添加到聚合物熔体的原料中，并分散到熔体中。然后使用各种已知的成纤技术中的任何技术将熔体组合物形成为纤维，所述技术包括旋熔(spin melting)、挤出、吹熔(blowmelting)、电纺丝、力纺丝和基于在力作用下从微小孔排出聚合物熔体流的其它技术。另一种可能性是使用例如喷墨型印刷系统将颗粒印刷到基材材料上，其中颗粒分散在粘合剂中。这种方法的优点是在基材上创建选定的图案的能力。

在又其它应用中，硅藻土颗粒可以被喷涂到基材上，这类似于防滑表面，例如船甲板，如何被涂覆有砂或砂状颗粒。在仍其它应用中，硅藻土颗粒可以作为PU薄膜、热塑性薄膜或橡胶(天然或合成的)薄膜以薄层涂覆在基材上。如下所论述，等离子体处理可以被用于将颗粒固定在纤维上。颗粒可以被加入等离子体进料单体溶液中，并经由等离子体设置到纺织品上。或者颗粒可以在等离子体前被施加，并然后纺织品或橡胶材料可以被放置到等离子体中，其中等离子体使载体单体聚合并将硅藻土颗粒固定到聚合物中和基材表面上。图1示出了代表性硅藻土粉末。图2示出了代表性硅藻土颗粒D，即硅藻壳。硅藻壳有多种构型，每种构型具有多个孔或细孔。孔或细孔通常具有三种不同的尺寸，从直径几微米直到亚微米直径的范围。孔的数目和大小随硅藻种类而不同。硅藻土的不同性质基于以下的组合：天然二氧化硅组成、硅藻壳颗粒的整体结构和结构中的孔的网络。硅藻土的一些性质如下：

高孔隙度：85％的硅藻土颗粒由相互连接的细孔组成。硅藻土颗粒几乎比硅藻有更多空气。

高吸收率：硅藻土颗粒可以吸收呈液体的约100％的重量，并且仍然保持干燥硅藻粉末的一些特性。

高表面颗粒比(Surface to Particle Ratio)：硅藻颗粒以不规则的形状存在。硅藻的颗粒尺寸通常在小于1微米到几百微米的范围内，但典型地在2-200微米的范围内。与相同直径的颗粒相比，相互连接的通道增加了几倍的表面积。这在不增加重量的情况下增加了反应表面积。粉碎硅藻壳可以产生纳米级的碎片硅藻壳颗粒尺寸，并且碎片硅藻壳保持多孔网络，该多孔网络提供与完整硅藻壳相同的功能。

吸收和除臭：这些是硅藻土的天然特性。

硅藻土通常分为两个等级：食品级(通常源自淡水)和工业级(通常源自盐水并用于游泳池)。与工业级相对，食品级具有低结晶二氧化硅(<2％)含量，而工业级被加热和处理以具有约60+％的结晶二氧化硅含量。结晶二氧化硅可能对呼吸和摄入有害。食品级硅藻在当今的产品和工艺中有无数用途，从牙膏到雪茄，从塑料到辣椒粉。对于水池，硅藻土被加热到晶体结构，所以水池硅藻土是工业级而不是食品级。通常，为了帮助确保人类相容性，本发明主题预期使用FDA批准的食品级硅藻土，而不是工业级(过滤级(filter grade))硅藻土。

在某些方面，本发明主题涉及具有嵌入硅藻土颗粒的表面的纤维。纤维可以并入织物产品中，以实现改进的水分管理，例如吸收、运输或其它功能效应，例如气味分子的吸收、增强的附着摩擦力或其它摩擦效应。例如，这些产品可以是服装产品，其使使用者能够在各种天气条件和环境中保持更干燥、更舒适。硅藻土颗粒重量轻，并且不会增加明显的重量或体积。当通过本文公开的方法在基材表面并入时，它们是耐用的以及耐磨和耐洗的。硅藻土颗粒在硬度标度上是高的，并且在产品的正常使用期间将不易磨损。

可以通过将硅藻土与纤维的原料掺合并然后形成纤维来形成该新的硅藻土纤维构建体，该硅藻土纤维构建体在本文中可以被称为“硅藻土化纤维”(以及类似的表达)。所得的纤维将具有嵌入的硅藻土颗粒，包括暴露在纤维表面的硅藻土颗粒。因此，已知的成纤方法和系统可以被用于形成纤维，其中硅藻土颗粒部分地嵌入纤维基底材料中并且部分地暴露在该材料的表面处。这导致纤维表面积的增加，这与颗粒的多孔性质相结合，促进了蒸发干燥和冷却。

如本文使用的，术语“纤维”和“长丝”可以互换地使用。术语“长丝”通常指的是具有高长径比的纤维，例如，可以围绕期望的对象卷绕的相对长的或连续的长度的纤维。而且，合成纤维通常被生产为长的、连续的长丝。相反，“短纤维”通常指的是天然纤维，天然纤维往往是相对短的，因为它们通常是如此生长的。长合成纤维长丝可以切成较短的短纤维。总之，长丝是纤维，但纤维可以具有不同的长度(短的或长的或连续的)。长丝通常还指材料的细股线，并且涵盖纱线、线(thread)、纤维、线材(wire)、线缆和类似的细股线结构，这些结构可用于制造针织、编织和非编织织物。如图3中所见，长丝1可以呈单长丝或多长丝构建体2，例如纱线，如图4中所见，其被布置成用作单股材料。

如本文结合纤维或长丝尺寸所使用的，“直径”是指圆形横截面的、以词语“直径”的严格意义上的直径，而对于具有非圆形横截面的长丝，例如椭圆形和多边形，直径是指非圆形长丝具有的横截面面积对应于给出相同横截面面积的圆形横截面。在沿长度不具有均匀的直径或横截面面积的长丝的情况下，可以使用长丝长度的平均值。(平均值还可以用于与本说明书相关的其它非均匀的结构或材料参数。)

使用本发明主题的方法和设备形成的聚合物纤维可以具有基于相对于前述纤维直径的至少100、500、1000、5000或更高的长径比的长度范围。在一个实施方案中，聚合物纤维的长度至少部分地取决于装置旋转或振荡的时间长度和/或供给到系统中的聚合物的量。例如，据认为聚合物纤维可以形成为具有至少0.5微米的长度，包括在约0.5微米至10米，或更大范围中的长度。另外，可以使用任何合适的仪器将聚合物纤维切割成所需长度。与所叙述的长度相关的尺寸和范围也是本发明主题的一部分。

本发明主题不限于任何特定尺寸的纤维、长丝或纱线。对于纺织、鞋类和户外设备领域中的应用，这样的材料通常将具有旦尼尔为50D-300D左右的长丝或纱线。用于这样的应用的一些合适的纱线或其它复丝构型可以包括但不限于：100旦尼尔，144根长丝；75旦尼尔纱线，72根长丝；50旦尼尔，48根长丝；以及50旦尼尔，36根长丝。具有所示整体旦尼尔的单丝也可适用于各种应用。旦尼尔/长丝纤度(filament number)的比率为0.25至2，或0.5至1.5，0.75至约1.25，或1.0，或任何前述范围附近值，该比率据信通过相对于其它纱线参数例如纱线的强度、耐用性和可加工性来优化表面积以促进水分管理和热量管理。一般认为，旦尼尔/长丝比率越接近1，芯吸性能和水分管理将越好，特别是对于由微纤维形成的纱线。

在一个示例性实施方案中，纱线的合适纤维尺寸是约1旦尼尔(微纤维)或其附近值。这种尺寸的纤维预期具有良好的芯吸能力。1旦尼尔的聚酯纤维长丝具有0.11毫克/米纤维的线性质量，约1.38的密度，以及约10微米的直径。硅藻土的颗粒尺寸范围可以从纳米级多至5微米范围的直径(用于纤维)。硅藻土颗粒具有不均匀的几何形状，但是将被加工或研磨以通过指定尺寸范围的筛。对于1旦尼尔的聚酯纤维，添加的硅藻土颗粒的下限将是按纤维重量计的1％左右，并且上限将是5％左右。因此，在1米的1旦尼尔的聚酯纤维中，0.011mg/m，硅藻的量(按纤维重量计的1％)将是0.0011mg硅藻/米纤维。表面上的硅藻的量理想地是100％并且均匀分布。纤维长丝的小表面积，与硅藻土颗粒结合，以及可归因于颗粒的增加的表面积，导致硅藻土化纤维与水分子良好地相互作用，润湿纤维并促进纤维和织物的芯吸(水分的移动)和干燥。

随着纱线尺寸改变，例如，50D/36长丝、50D/48长丝、70D/72长丝等，长丝的直径改变，并且每根长丝的线性重量将改变。随着长丝的直径增加，重量将增加，这导致每重量纤维的硅藻的增加。然而，硅藻的添加量仍将落在每纤维重量1％-5％的硅藻的范围。自然地，旦尼尔>1的长丝将含有比上述指定更多的硅藻。

此外，以上描述假设圆形横截面的纤维。随着纤维横截面和几何形状的变化，这可以影响对于待定位的硅藻可用的纤维的表面积。空芯纤维、圆形纤维和芯/鞘纤维是直径可以相似但线性重量不同的实例。然而，添加的硅藻的范围将仍然是按纤维重量计1％-5％。

取决于应用，硅藻土颗粒可以覆盖由并入该颗粒的基底材料制成的构建体的表面的高于0％至100％。通常，对于水分管理颗粒，用颗粒高度覆盖纤维的表面是合意的，使得颗粒可以在主动运输过程中传递(hand-off)水分子。然而，颗粒在纤维的基底材料中太高的重量百分比可能导致纤维变脆和不稳定。硅藻土颗粒相对于热塑性基底材料的重量百分比等于或小于5％左右被认为不显著影响下面基底材料的稳定性。

加工和硅藻土化纤维和织物构建体

大多数合成纤维和纤维素制造的纤维是通过迫使浓的、粘性液体穿过被称为喷丝头的装置的微小孔以形成半固体聚合物的连续长丝来制造的。在其初始状态下，成纤聚合物通常是固体，并因此必须首先转变成流体状态用于挤出。如果聚合物是热塑性合成材料，这通常是通过熔化来实现；或者，如果聚合物是非热塑性纤维素制品，这通常是通过将它们溶解在合适的溶剂中来实现。如果它们不能直接被溶解或熔化，则它们必须被化学处理以形成可溶性或热塑性的衍生物。最近已经开发了用于一些由聚合物制成的特种纤维的技术，所述聚合物不熔化、溶解或形成合适的衍生物。对于这些材料，在挤出过程期间，小的流体分子被混合和反应以形成以其它方式难以处理的聚合物。

用于生产大多数人造纤维(manufactured fiber)的喷丝头是众所周知的。喷丝头可以有一百到几百个孔。当长丝从喷丝头的孔中露出时，液态聚合物凝结成橡胶态，并然后固化。这种无尽长丝的挤出和固化的过程被称为纺丝(spinning)，不要与同名的纺织操作混淆，在纺织操作中短纤维的短段被捻成纱线。有四种纺丝人造纤维的长丝的方法：湿纺、干纺、熔纺和凝胶纺。

在所有这样的方法中，纺丝的聚合物必须首先转变成流体状态。如果聚合物是热塑性的，则可以简单地熔化，否则将其溶解在溶剂中或化学处理以形成可溶性或热塑性衍生物。然后迫使熔融的聚合物通过喷丝头，并且然后其冷却至橡胶态，并然后至固化态。如果使用聚合物溶液，则在被迫使通过喷丝头之后去除溶剂。

湿纺

湿纺是五种工艺中最古老的。该工艺用于需要溶解在溶剂中以纺丝的聚合物。喷丝头浸没在化学浴中，这使纤维在其出现时沉淀，并然后固化。该工艺从这个“湿”浴中得到其名称。腈纶、人造丝、芳族聚酰胺、改性腈纶(modacrylic)和氨纶通过此工艺生产。

湿纺的一种变体是干喷湿纺(dry jet-wet spinning)，其中溶液被挤出到空气中并被抽出，并然后浸入到液体浴中。该方法被用于溶解纤维素的莱赛尔纺丝(Lyocellspinning)。

干纺

干纺也用于必须溶解在溶剂中的聚合物。其不同之处在于固化是通过蒸发溶剂来实现的。这通常是通过空气流或惰性气体来实现的。因为没有所涉及的沉淀液体，所以纤维不需要被干燥，并且溶剂更容易被回收。醋酸酯、三醋酸酯、腈纶、改性腈纶、聚苯并咪唑纤维、氨纶和聚乙烯塑料(vinyon)通过这种工艺来生产。

熔纺

熔纺被用于可被熔化的聚合物。聚合物通过在从喷丝头挤出后的冷却而固化。尼龙、烯烃、聚酯、莎纶(saran)和磺胺是通过这种工艺生产的。

挤出纺丝

固体聚合物的小球或小粒被进料至挤出机中。小球通过挤出螺杆被压制、加热和熔化，然后被进料至纺丝泵和喷丝头中。

直接纺丝

直接纺丝工艺避免了固体聚合物小球的阶段。聚合物熔体由原材料产生，并然后由聚合物修整器(polymer finisher)直接泵送至纺织厂。直接纺丝主要在聚酯纤维和长丝的生产期间应用，并致力于高生产能力(>100吨/天)。

凝胶纺

凝胶纺，也称为干-湿法纺丝，被用于在纤维中获得高强度或其它特定性能。聚合物处于“凝胶”态，仅部分为液体，这使得聚合物链稍微键合在一起。这些键在纤维中产生强的链间力，这增加了纤维的拉伸强度。纤维内的聚合物链还具有很大程度的定向，这增加了强度。首先将纤维风干，然后在液体浴中进一步冷却。一些高强度聚乙烯和芳族聚酰胺纤维是通过这种工艺生产的。

电纺丝

电纺丝使用电荷从液体--聚合物溶液或聚合物熔体--中抽取非常细的(通常在微米或纳米尺度上)纤维。电纺丝共享纤维的电喷雾(electrospraying)和常规的溶液干纺两者的特点。该工艺不需要使用凝结化学或高温来从溶液中产生固体线。这使得该工艺特别适合于使用大的并且复杂的分子生产纤维。熔体电纺丝(melt electrospinning)也是可行的；这种方法确保没有溶剂能够被带入最终产品中。

力纺丝

力纺丝是可以使用的另一种基于喷丝头的技术。力纺丝使用离心力来迫使聚合物材料流通过微孔，其中聚合物流衰减成细纤维，细纤维可以是纳米级的。在名称为Forcespinning of Fibers and Filaments、国际申请日2014年7月3日的PCT/US2014/045484中的力纺丝教导据此通过引用以其整体并入。

抽出

在纺丝之后，纤维可以被抽出以增加强度和定向。这可以在聚合物仍在固化时或在其已经完全冷却后进行。

纱线纺丝

所收集的硅藻土化纤维可以被梳理以用于纺成纱线。该纱线可以在例如服饰、鞋类，和装备的终端产品中使用，以利用可以通过硅藻土化纤维展现出来的独特特性的优点。

除了前述基于喷丝头的聚合物流之外，还可以使用用于喷射聚合物材料流的任何其它系统。可以使用已知的熔喷(meltblowing)技术或其它已知技术来形成纤维。例如，名称为“Multi-Pixel Liquid Streams,Especially Fiber-Forming Polymeric Streams,And Methods and Apparatus for Forming Same”的US 6392007公开了这样的系统和方法，其中至少两种不同的液体流被细分成密集的多个单独分离的平行像素(parallelpixel)，该平行像素以各自的重合失调阵列(misregistered array)定向。因此，一个液体流阵列的单个像素将被另一个液体流阵列的像素包围。然后使这些单独的像素阵列彼此接触，以形成包含两种不同液体流的重合失调的像素阵列的多像素液体流。然后可以进一步处理“像素化的”液体流—即，在横截面中包含两种不同液体流的重合失调的像素阵列的液体流。例如，像素化的液体流可以通过沿着曲折的流动路径被引导而经历进一步混合。

合适的基底聚合物材料或原料聚合物材料包括天然和合成的聚合物、聚合物共混物和其它成纤材料。该材料包括热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚氨基甲酸酯(polyurethane，PU)、聚乳酸(PLA)、尼龙、铋和β-内酰胺纤维以及聚烯烃。聚合物和其它成纤材料可以由以下组成或包括以下：生物材料(例如，生物可降解和生物可吸收材料、基于植物的生物聚合物、基于生物的发酵聚合物)、金属、金属合金、陶瓷、复合材料和碳超细纤维。

如上所指出的，纤维可以包括多种材料的共混。纤维还可以包括孔(例如，腔或多腔)或细孔。多腔纤维可以通过设计例如具有同心开口的一个或更多个出口端口来实现。在某些实施方案中，这样的开口可以包括分离开口(即，拥有一个或更多个分隔物使得两个或更多的较小的开口被制成的开口)。这些特征可以用于获得特定的物理性质。例如，纤维可以制造成用作隔热件，例如在下面描述的隔热应用中，或者用作弹性(回弹性)力或非弹性力衰减器。

在某些实施方案中，本公开内容的织物构建体和薄膜以及纤维网可以包括例如弹性纤维、聚氨酯、以及聚丙烯酸酯基聚合物的弹性纤维，以将伸缩性赋予根据本发明主题制成的非编织织物。

在一个示例性实施方案中，本发明主题提供了主要由作为成纤聚合物的聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的硅藻土化纤维，其特征在于，该纤维含有约0.1wt％-5wt％或其附近值的硅藻土对聚合物。

取决于应用，硅藻土颗粒的细孔可以被热塑性材料或其它基底材料堵塞，或可以不被其堵塞。母料通常产生均匀分布颗粒的悬浮液，并且在挤出期间确保颗粒在纤维的表面上并且细孔是开放的。堵塞可以通过显微镜，例如扫描电子显微镜来确定。在一些情况下，由于例如颗粒中的相对细孔尺寸相对于(1)基底材料中使用的聚合物的分子量或尺寸，(2)掺合期间基底材料的粘度，和/或(3)掺合期间基底材料的表面张力，堵塞将不会发生。如果基底材料能够堵塞细孔，则颗粒可以用可移除地堵塞细孔的物质预处理。各种工艺是已知的，包括在US 7247374中公开的那些工艺，其据此通过引用以其整体并入。通常，可移除材料可以是热塑性塑料或蜡，其对不同于相关基底材料的环境条件选择性地反应。例如，可移除的物质可以溶解在基底材料相对不溶于其中的特定溶剂中。类似地，特定的加热或洗涤过程可以被用于移除可能已经被用于填充或以其它方式保护细孔的任何东西，或移除可能已经非故意地进入细孔中的任何东西。作为另一个实例，可移除的物质在某些电磁波长下可以降解，而基底材料是稳定的。

在一些实施方案中，对于纤维或其它构建体，颗粒在基底材料的表面上的暴露面积是基底材料的表面积的从3％-50％左右。硅藻颗粒尺寸通常是约1-3微米，并且按线性重量计不超过纤维的约5％。微米尺寸纤维的颗粒尺寸可以从纳米到约5微米直径的范围内。在纳米纤维的情况下，使用的颗粒可以在约100nm-500nm的尺寸范围内。

用根据本发明主题的硅藻土化纤维制成的纺织品可以包括0％至100％之间的硅藻土化纤维(在weavon的情况下，以例如纬向和/或经向的大致均匀的分布)。在一些应用中，例如水分管理，据信，如果织物中10％至100％的纱线被硅藻土化，则获得合适的性能属性。据信，如果织物具有30％左右的硅藻土化纱线，则获得特别合适的性能属性。据信，织物中30％或更多的硅藻土化纱线将提供特别合适的性能属性。

可以向其中加入硅藻土颗粒的一种合适的聚合物原料的非限制性实例是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其可以被用于形成聚酯材料。PET或“聚酯”通常包括含有至少80％聚对苯二甲酸乙二醇酯单元和最多20％来自以下的单元的聚酯：不同于乙二醇的二醇，例如二甘醇、四亚甲基二醇或不同于对苯二甲酸的二羧酸，例如间苯二甲酸、六氢对苯二甲酸、二苯甲酸。

在示例性实施方案中，本发明主题提供了用于通过成纤聚合物的缩聚或熔化并随后将熔体熔纺成纤维来生产熔纺纤维的方法，所述熔纺纤维包含作为成纤聚合物的聚对苯二甲酸乙二醇酯。该方法包括在熔纺之前将0.1wt％-5.0wt％硅藻土混合到聚合物原料或聚合物熔体材料中的步骤。通常，颗粒将均匀地分散在熔化的材料中。在熔纺期间，500m/min到10,000m/min的纺丝速率将适用于许多应用。在熔纺期间，纤维从熔纺系统的喷丝头的一个或更多个孔中被挤出。

PET本身还可以含有常规添加剂，例如消光剂(二氧化钛)、稳定剂、催化剂、染料等。聚对苯二甲酸乙二醇酯可以任选地用小摩尔量的具有3-4个官能醇基团或酸基团的支化剂改性，例如三甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、甘油、均苯三甲酸、偏苯三甲酸或均苯四甲酸。

然而，起始聚酯还可以含有已知的添加剂以便改变着色能力，例如3,5-二羧基苯甲基磺酸钠。

例如，在熔化生产线(melt line)中，有可能使用其它动态和/或静态混合器。为此，动态和/或静态混合器也可以直接放置在纺丝组件的前面。

在本发明的一个实施方案中，可以由任何一种混合变体产生的即用型、分散的熔体混合物不是首先被纺成纤维，而是被粒化。颗粒随后可以在常规的纺丝机上用熔化挤出机加工，并纺成纤维。在该工艺中，辅助处理器(secondary processor)，例如颗粒制造商的客户，具有根据本发明改性的聚酯的所有优点，而不必为其常规纺丝机配备昂贵的计量和混合设备并且不必购买单独的添加剂。因此，对于辅助处理器来说，整个操作与普通PET粒化一样简单。

除了新的硅藻土化纤维构建体之外，本发明主题还大体上涉及编织、非编织和针织的织物构建体的形成，所述织物构建体基于在由纱线或纤维形成的网格(lattice)中熔合选定的长丝，例如纱线或纤维，以在织物构建体中产生织物不对称的表面或层。(在本文中，产品及其部件，或产品或部件的区段或部分，通常可被称为“构建体”。)如本文所用，“网格”意指点或元件以大体上规则的周期性图案的排列，特别是以交叉、交织、相互成环(inter-looping)或编结的图案(intertwined pattern)的排列，如在针织结构或编织结构中。尽管由于纤维元件的交叉或缠结的不规则性引起的在技术上不在本说明书范围内，但是除非上下文另有说明，否则具有非编织、垫或毡形式的织物意图作为网格结构被包括在本文中。织物构建体可以基于本领域已知的各种技术由针织或编织结构形成。其可以基于本领域已知的各种技术由垫或毡结构形成。

图5示意性地示出了包括三个层的构建体10：硅藻土化织物层12、任选的外层14和任选的内层16。硅藻土化层可用于控制水分。在服装应用中，外层可以是户外夹克中的壳层(shell layer)。内层可以是贴着使用者皮肤的舒适衬里，例如由网眼织物制成的衬里。如果省略任选层14、16，则硅藻土化层12可以是用于运动、户外应用和其它这样的用途的基底层，其中水分管理或由硅藻土化材料提供的其它功能可以是合意的。

图6示意性地示出了上身服装物品18例如夹克和下身服装物品20例如裤子的实例，它们可以全部或部分地由构建体10制成。

更具体地，织物可以被定义为来自具有大体上二维结构(即长度和宽度显著大于厚度)的长丝的任何制品。通常，织物可以被分为非编织织物或机械加工织物。非编织织物是被粘合、熔合、互锁或以其它方式连接的长丝的网或垫。作为实例，非编织织物可以通过将多个聚合物长丝随机沉积在表面上而形成，例如移动式输送机。机械操纵的织物通常通过编织或相互成环(例如针织)一根或多根纱线而形成，通常通过涉及织布机或针织机的机械过程而形成。虽然编织织物包括彼此成直角交叉的纱线(即经纱和纬纱)，但针织织物包括形成布置成横列线圈和纵行线圈的多个相互啮合的环的一根或多根纱线。

如本文所用，“薄膜”意指薄的单片材料层。薄膜可以具有或可以不具有多孔性，但是如果是多孔的，则其具有基本上固体的表面区域，即开孔不占表面区域的大部分。例如，薄膜可以具有至少约50％至约100％的固体表面区域，并且包括50％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.9％和99.99％的固体表面区域。

如本文所用，“膜”意指分离两种流体(例如服装外部的水或空气和在服装内部(使用者一侧)的空气或蒸气)并且充当选择性屏障的薄膜，其允许一些颗粒相对于其它颗粒优先穿过，例如，允许呈气相的水穿过(例如微孔膜和疏水性膜)，但不允许呈液相的水穿过，除非该膜是亲水性膜。

本文公开的纤维、纱线、线和织物可以被用于各种服装制品(例如外衣、衬衫和鞋类)和各种其它制品。例如，织物构建体可用于无缝和缝合的产品和产品部件，例如服装；鞋类；手套；头饰；帐篷；背包；具有行李性质的容器或搬运器(carrier)以及其它的物品搬运器；家具的垫衬物；床罩；桌布；亚麻制品；交通工具覆盖物；防水布；毛巾；医用织物；土工织物；和农艺织物(agrotextile)，其中所述构建体包括本文对硅藻土化纤维、长丝、纱线、织物、垫、薄膜或膜要求保护的任何构建体的至少一部分。织物构建体的各种构型还可用于工业目的，如汽车和航空应用、过滤材料、医用织物、土工织物、农艺织物和工业服装。硅藻土化纤维和织物还可用于手套中，为抓握侧提供更好的抓握力。因此，织物构建体可以被用在用于个人和工业目的两者的各种制品中。

在某些实施方案中，本发明主题涉及织物构建体和相关的构建方法，其中可熔长丝，例如网格90(图7)中的热塑性纱线或纤维3被熔化以形成织物构建体100或200，该织物构建体100或200在一侧或一层上具有部分熔合的薄膜(图8)或完全熔合的薄膜4(图9-10)，而另一侧或另一层保持在离散的针织或编织结构中。织物中的硅藻土化长丝或纱线可以位于构建体90、100和200的一侧或两侧或一层或两层。2014年2月22日提交的、名称为TextileConstructs Formed with Fusible Elements的美国申请第61/943,349号公开了具有可熔长丝的各种织物构建体，并据此通过引用以其整体并入。熔合的薄膜可以提供具有期望的属性的膜侧或膜层，例如防水性或耐水性和透气性。熔合的薄膜可以提供各种功能属性或性能属性。例如，取决于使用的材料和/或熔合程度，其可以用作空气和水的完全或部分的屏障。其可以用作形状配合的可拉伸层。其可以用作针对磨损或冲击力的耐用的或保护性的层。这样的功能特性的任何组合可以被设计成根据本发明主题的织物构建体。

图7示出了用于形成构建体90的镀覆的纱线针织结构的实例，其中镀覆的纱线之一由硅藻土化纱线2和可熔纤维3组成。(可熔纱线相对于非可熔材料具有较低的软化或熔化温度。)镀覆将每根纱线2和3置于镀覆结构的相对侧。在可熔纤维软化或熔化以后，可熔纤维在构建体的一侧上形成部分或完全熔化的结构，而离散的针织结构将保留在另一侧。图8示出了构建体100，该构建体100由图7中的构建体90从非可熔纱线2的侧面的部分熔化产生。图9示出了构建体100，该构建体100由图7中的构建体90从非可熔纱线2的侧面的完全熔化产生。图9示出了构建体200，该构建体200由图7中的构建体90从可熔纱线3的侧面的完全熔化产生，该可熔纱线3现在呈现为薄膜4。

尽管多种热塑性聚合物材料可用于可熔长丝，但合适的热塑性聚合物材料的实例包括热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯和聚烯烃。尽管可熔长丝可以由上述任何热塑性聚合物材料形成，但是利用热塑性聚氨酯赋予各种优点。例如，各种热塑性聚氨酯制剂是弹性的，并且拉伸超过百分之百，同时显示出相对高的稳定性或拉伸强度。与一些其它热塑性聚合物材料相比，热塑性聚氨酯容易与其它元件形成热结合部，如下文更详细讨论的。此外，热塑性聚氨酯可以形成泡沫材料，并且可以再循环以形成各种产品。在可熔纱线2的许多构型中，每个成束的组分长丝1完全或基本上由一种或更多种热塑性聚合物材料形成。即，长丝1的按重量计至少50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％是热塑性聚合物材料。基本上由热塑性聚合物材料形成长丝1的优点是均匀的性能、形成热结合部的能力、高效的制造、弹性拉伸以及相对高的稳定性或拉伸强度。虽然可以使用单一的热塑性聚合物材料，但是单独的长丝1可以由多种热塑性聚合物材料形成。作为实例，单独的长丝1可以具有鞘/芯构型(sheath/core configuration)，其中单独的长丝1的外鞘由第一热塑性聚合物材料形成，并且单独的长丝1的内芯由第二热塑性聚合物材料形成。作为类似的实例，单独的长丝1可以具有双组分构型，其中单独的长丝1的一半由第一热塑性聚合物材料形成，并且单独的长丝1的相对的一半由第二热塑性聚合物材料形成。虽然每个长丝1可以由共同的热塑性聚合物材料形成，但是不同的长丝1也可以由不同的材料形成。作为实例，一些长丝1可以由第一类型的热塑性聚合物材料形成，而其它长丝1可以由第二类型的热塑性聚合物材料形成。

除了引起可熔长丝转化成薄膜的热设备之外，还可以单独地或与热能结合地使用其它设备或能源以引起转化成薄膜。例如，可以使用机械压力机通过使用以下的长丝来促进薄膜的形成：所述长丝在足够的条件下具有蜡状性质或粘土状性质并且在足够的压力下附聚和熔合。长丝还可以是可聚合材料，其可以在聚合剂例如化学剂或能源(例如UV或IR光谱中的电磁辐射或超声波能量)的存在下结合在一起。长丝还可以具有以下的特性：它们在特定的溶剂或气体的存在下软化并且变得可熔。

长丝1的聚合物材料可以被选择为具有各种拉伸性能，并且该材料可以被认为是弹性的。取决于纱线所需的特定性质，长丝1在拉伸破坏前可以拉伸10％至多于800％之间。作为相关的问题，用于长丝1的热塑性聚合物材料可以被选择成具有各种恢复特性。也就是说，纱线或长丝1可以被形成为在被拉伸后返回到原始形状。许多并入纱线的产品，例如织物和由织物形成的服装制品，可以受益于以下的特性：所述特性允许纱线在被拉伸100％或更多之后返回或以其它方式恢复到原始形状。尽管许多热塑性聚合物材料显示出拉伸和恢复特性，但热塑性聚氨酯显示出适用于各种织物和服装制品的拉伸和恢复特性。

例如，纱线的重量可以取决于单独的长丝1的厚度、长丝1的数目以及针对长丝1选择的特定材料而显著变化。通常，重量由单位“特克斯(tex)”或“旦尼尔”来测量，如本领域技术人员所理解的，单位“特克斯”或“旦尼尔”是以特定米数的纱线的克数计的重量。

多种常规方法可用于制造包含一种或更多种热塑性和/或硅藻土化的纤维或长丝1的纱线。通常，纱线1的制造工艺包括(a)由硅藻土化和/或热塑性的聚合物材料挤出或以其它方式形成多个长丝1，以及(b)使长丝1收集或成束。在成束之后，长丝1可以被扭曲。取决于所需的具体特性，纱线还可以经历空气纹理化操作(air texturing operation)或其它后处理操作。如下文所讨论的，还可以进行熔合工艺，以在相邻的长丝1之间形成热结合部。

本发明主题还设想织物构建体，其中构成的长丝或纱线的硅藻土化发生在长丝、纱线或织物的形成之后。例如，这样的制品可以全部或部分由热塑性材料形成，并且硅藻土可以在熔化或软化状态下嵌入到物品的表面中。这可以例如通过机械地将颗粒压入或捏合到热塑性基材中或者空气射流迫使颗粒进入表面来发生。

颗粒还可以经由化学键合附接到热塑性材料和非热塑性材料的软化、熔化或固体的基材表面。例如，硅藻土颗粒可以分散在环氧溶液中并施加到基材上。

如已经指出的，根据本发明主题的织物构建体可以被并入到各种产品中，包括各种服装制品(例如衬衫、裤子、鞋类)。以一套由例如夹克或壳18和裤子20(图6)组成的外衣为例，硅藻土化织物构建体可以形成每件衣服的大部分，包括夹克或壳的躯干区域和两个手臂区域以及裤子的腰部和腿部区域。一个或更多个织物构建体可以选择性地放置在可能需要任何前述的性能属性的区域中。例如，在基底层中，硅藻土化构建体可以位于腋下区域、胸部和/或背部区域，或者任何其它易于出汗的区域。

本发明主题还设想使用硅藻土颗粒，所述硅藻土颗粒被改性以提供选择性功能。例如，名称为Superhydrophobic Diatomaceous Earth的US 8216674公开了超疏水性硅藻土。硅藻土通过以下制备：在硅藻土颗粒表面上用疏水性涂层涂覆该硅藻土颗粒，使得涂层符合硅藻土颗粒的形貌。疏水性涂层可以是全氟化的硅烷偶联剂的自组装单层。如上文所讨论的，超疏水性粉末可以作为在聚合物原料中的添加剂作为悬浮液施加，或者以粘合剂溶液施加到基材中，以在基材上产生超疏水性表面。

疏水性硅藻土可用于例如纱线中，作为对构建体的拒水处理。其还可以经由其硬度提高构建体的耐用性。例如，疏水性硅藻土可以用在纱线上以增强拒水性。其可以用在织物上以提供拒水性和耐磨性。在鞋外底(下文讨论)中，疏水性硅藻土可以帮助阻止水进入硅藻土颗粒。

上文通过引用并入的申请PCT/US2014/045484大体上教导了由纤维网组成的非编织织物，特别是“超细”纤维，即直径在纳米级或微米级范围内的纤维。在某些方面中，本发明主题涉及制品和该制品的部件的生产，其使用用于形成材料的喷射流的新工艺，该材料的喷射流固化为硅藻土化纤维，所述硅藻土化纤维可以是超细硅藻土化纤维并且当硅藻土化纤维收集时，其形成为二维的网或三维的网。本发明主题还涉及用于以大致平行的股线的附聚来收集任意规模的硅藻土化纤维的系统和方法，该大致平行的股线用于在例如形成纱线中使用。

参照图11-图13和图16-图19，示意性地示出了示例性的基于喷丝头的系统。在一个代表性的实例中，该系统是用于生产硅藻土化纤维并将它们收集成所需形式的力纺丝系统，所述形式例如定向股线或粘性网(cohesive web)，例如薄膜或垫。然而，本文公开的原理通常将适用于基于可流动聚合物材料的喷射的其它系统，例如本文前面描述的那些系统。

该系统210包括喷丝头212，喷丝头212流体地联接至流体源或包含分散的硅藻土颗粒的、可形成为硅藻土化纤维的可流动材料源(“成纤材料”)。材料源可以是用于连续地为喷丝头供料的储器214。喷丝头自身可以包括和喷丝头一起旋转的、具有分散的硅藻土颗粒的聚合物材料储器。可流动材料可以是熔融材料或材料的溶液。喷丝头机械地联接至马达(未示出)，马达以圆周运动使该喷丝头旋转。在某些实施方案中，旋转元件在约500至约100,000RPM的范围内旋转。在某些实施方案中，材料在其期间喷射的旋转为至少5,000RPM。在其它实施方案中，其是至少10,000RPM。在其它实施方案中，其是至少25,000RPM。在其它实施方案中，其是至少50,000RPM。在旋转期间，选定的材料，例如聚合物熔体或聚合物溶液，作为材料215的喷射流从喷丝头上的一个或更多个出口端口216喷射至周围大气中。当聚合物喷射流远离出口端口喷射时，朝外的径向离心力拉伸聚合物喷射流，且由于旋转依赖惯性，该喷射流以弯曲的轨迹行进。所挤出的聚合物喷射流215的拉伸被认为在跨越从喷嘴到收集器的距离减小喷射流的直径是重要的。所射出的材料预期在其到达收集器时固化成硅藻土化纤维。该系统包括用于以期望的方式收集纤维的收集器218。例如，纤维可以从喷丝头喷射到布置在喷丝头下方的表面上或者喷射到在喷丝头上的出口端口对面的壁上。收集表面可以是静止的或可移动的。为了形成纤维材料的片材或垫220，该表面可以是平坦的表面。该平坦的表面可以是静止的或是可移动的。

可移动的平坦表面可以是将纤维材料供给至辊中或供给至其它处理系统中的连续带系统的一部分。另一个处理系统可以是直列式层压系统或材料沉积系统，该直列式层压系统或材料沉积系统用于将其它材料层压到或沉积在使用用于生产超细纤维的片状材料的力纺丝系统或其它系统生产的片状材料上。在其它的实施方案中，该平坦表面可以支撑纤维沉积在其上的另一个材料层。例如，硅藻土化纤维沉积在其上的材料层可以是用于终端产品，例如服饰物品的复合材料组件的内部层或外部层。

在某些实施方案中，收集表面是3D对象，例如模型或终端产品的3D部件。图11-图12示意性地示出了用于是鞋子或手套的终端产品的3D对象27、28的实例。如下面更加详细讨论的，图5示意性地示出了可以被模拟的具有纤维延伸部1的羽绒绒毛222形式的3D对象。为了将纤维引导至期望的收集表面(“收集器”)，纤维引导系统可以构成力纺丝系统的一部分。例如，该引导系统可以构造成从期望的收集器上方提供空气和/或从期望的收集器下方提供真空以将纤维引导至收集器。

当硅藻土化纤维在彼此之上放置时，在交叉点处产生接触点，且该膜组分结合在一起。如果接触点的任何网状结合是期望的，该网状结合经由应用热(热结合)、热和压力，和/或化学结合来完成。该力纺丝系统可以包括加热元件、压力施加器，以及用于实现这样的结合的化学结合单元。

在本发明主题下，成纤聚合物的纺丝可以被用于使用喷丝头孔尺寸、孔几何形状和构型的组合来提供多层的硅藻土化纤维或常规纤维。

另外的硅藻土化纤维可以制成为具有不同的横截面的圆形、未坍陷的圆形(即，基本上是在中心是中空的圆形纤维，其被压缩成椭圆形)、或平带的形式。另外，不同的喷丝头可以被包括在力纺丝系统中，从而产生不同的纤维直径或混合物。例如，在纺丝期间，系统中的多个喷丝头可以产生纤维混合物。喷丝头还可以构造有可以产生芯鞘结构的出口端口。可选择地，各自联接至不同的可流动的成纤材料的储器的具有多个出口端口的单个喷丝头可以产生硅藻土化纤维和常规纤维的共混物。

类似地，硅藻土化纤维特性可以通过在旋转设备上提供各种选定的直径的不同出口端口来控制。本发明主题设想了的从约1微米至约1000微米的出口端口的直径范围。如果需要相对较高的直径的纤维，还可以设想更大的直径。通向出口端口的通道或通路通常将具有笔直的管。这些管可以长达1毫米至3毫米。

在给定的系统中，出口端口的直径和/或形状或尺寸可以是均匀的，或它们可以变化。在一些实施方案中，出口端口形成为预定长度的喷嘴，该喷嘴具有朝向该端口的减小的锥度。出口端口和相关的通路或通道可以使用已知的微碾磨技术，或待被发现的技术来形成。已知的技术包括机械研磨、化学蚀刻、以及激光钻孔和烧蚀。除了超细纤维之外，根据本发明主题的力纺丝系统可以用于产生标准织物尺寸(例如，50-150旦尼尔)的纤维。

超细纤维或其它纤维可以包括功能性添加剂，例如，但不限于抗微生物剂、金属、阻燃剂，和陶瓷。这些材料可以连同成纤材料引入到喷丝头中。它们可以通过例如氢键、离子键或范德华力共价结合到材料。催化剂可以包括在材料混合物中以有利于任何这样的结合。

在任何情况下，对于上面提到的终端产品，纤维垫(在不同的纤维尺寸、材料，或混合物范围内变化)可以分层堆积在一起以形成整个服装复合材料，或在3D对象的情况下，形成例如鞋子复合材料和手套的整个终端产品。

当在力纺丝或其它喷射技术后被热固化时，成纤材料可以通过熔融温度来选择以在最后的终端产品中提供不同的结构刚性。这对于3D结构，例如，比其它终端产品，例如外衣需要相对更加耐用的手套和鞋面而言特别重要。

本发明主题设想使用力纺丝以产生在2L、2.5L，和3L的防水/透气产品中使用的硅藻土化的纤维层或膜。例如，硅藻土化层可以邻近膜层，以帮助通过膜运输水分。用作衬里织物(liner fabric)的硅藻可以吸收水分并将其直接转移到膜上，以然后穿过薄膜转移。邻近薄膜和邻近皮肤层的硅藻也能够提供干燥的感觉，并保持液体水分远离穿用者。

在织物构建体或膜被形成后，其可以，或可以不被涂上保护性薄膜以使细孔免受污染。根据膜的最终用途，纤维可以使用疏油性部件被任选地挤出以使该膜免受污物和油的污染，或在该膜被纺织后，可以施加类似的疏油涂层。涂上疏油涂层将不会覆盖膜中的细孔，或对透气性或空气透过性产生不利影响，但将会改变纳米纤维表面使其不吸引污物和油，并且因此阻止污染。本领域的技术人员将会看到湿固化工艺以及气相/等离子体沉积工艺作为在不堵塞细孔的情况下向硅藻施加疏油性涂层或其它涂层的方法的两个实例的应用。当处于纳米级时，颗粒具有独特的性质。据信，纳米级的硅藻和用纳米级的疏水性终饰材(finish)可呈现独特的特性，包括超疏水性。当被施加到织物的表面时，这些疏水性纳米尺度颗粒被可以产生类似于“荷叶”效应的超疏水性，“荷叶”效应提供了拒水性和自清洁性，如下文更详细描述的。

硅藻土化的薄膜或膜可以直接纺织到最后的材料的选定面织物上，或该膜可以纺织到接触纸张上，并且然后层压在最后的材料的选定面织物上。或者直接沉积在织物或材料上，或者层压在材料上的该薄膜或膜还可以在软壳构造中使用。硅藻土化纤维的直径影响薄膜或膜的细孔尺寸。纤维的横截面形态和纤维厚度影响的纤维的表面积。增加纤维的表面积可以减小细孔的尺寸。减小纤维直径是增加表面积/容积率的方法。因此，纤维直径是控制厚度、耐用性，以及湿气转移的方法。厚度影响膜的重量。共同地，这些因素影响硅藻土化的纤维薄膜或膜的透气性和耐用性。根据本发明主题的硅藻土化纤维直径可以是在任何纤维生产尺寸，包括在纳米级范围中。用于本文描述的一些防水透气膜应用的合适的范围被认为是在约100nm至约1000nm。细孔尺寸影响空气透过性。因此，在大多数应用中，使用前述的尺寸范围中的纳米纤维，可以控制膜的空气透过性。用于软壳和防水透气应用以及其它可能的应用的成纤材料包括PFTE分散体、聚氨酯、尼龙、聚酯、例如，诸如纤维素材料、丝蛋白的生物基材料，和包括来源于天然和合成来源的其它聚合物的待发现的其它成纤材料。

在某些实施方案中，可流动的成纤材料可以是两种或更多种聚合物和/或两种或更多种共聚物的混合物。在其它实施方案中，成纤材料聚合物可以是一种或更多种聚合物和/或一种或更多种共聚物的混合物。在其它实施方案中，成纤材料可以是一种或更多种合成聚合物和一种或更多种天然存在的聚合物的混合物。

在根据本发明主题的一些实施方案中，将成纤材料作为聚合物溶液，即溶解在适当溶液中的聚合物，供给到储器中。在该实施方案中，方法还可以包括在将聚合物供给到储器中之前将聚合物溶解在溶剂中。在其它实施方案中，聚合物作为聚合物熔体供给到储器中。在这种实施方案中，储器在适合于熔融聚合物的温度加热，例如在约100℃至约300℃的温度加热。

在根据本发明主题的一些实施方案中，形成多个微米、亚微米或纳米尺寸的聚合物硅藻土化纤维。该多个微米、亚微米或纳米尺寸的聚合物纤维可以具有相同的直径或不同的直径。

在一些实施方案中，除了常规的纤维尺寸，本发明主题的方法导致微米、亚微米或纳米尺寸的硅藻土化纤维的制造。例如，制造具有约15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、340、350、360、370、380、390、400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、570、580、590、600、610、620、630、640、650、660、670、680、690、700、710、720、730、740、750、760、770、780、790、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900、910、920、930、940、950、960、970、980、990、1000纳米，或2、5、10、20、30、40，或约50微米的直径(或对于非圆形形状的类似的横截面尺寸)的聚合物纤维被认为是可能的。在所叙述的直径之间的尺寸和范围也是本发明主题的一部分。力纺丝被认为是用于产生前述超细硅藻土化纤维的一种可能技术。

纱线形成

在纤维产生之后，纤维被制成纱线。对于合成纤维，有两种类型的纱线：长丝纱线和纺成纱线。长丝纱线包含附聚在一起的且通常使用纵向轴彼此平行定向的许多长纤维。长丝是已经被挤出的单个的连续纤维。长丝可以与单独的纤维一起以大致平行的方向群聚或附聚。群聚的纤维束然后被扭曲以产生更厚且更坚固的纱线。织物使用复丝纱线和单个单丝两者。

合成纺成纱线使用短纤维来生产。短纤维是约0.75至18英寸长的较短纤维。除了丝绸，天然纤维是短纤维。为了产生合成短纤维，纤维被挤出、抽出和张紧或卷曲，且然后切成短纤维长度。这些短纤维然后被取出以用于在下游加工成编织织物、针织织物，或非编织织物。短纤维然后结合在一起且被纺织以产生构成数千较短的长丝的纱线。这些纺成纱线以与棉纱线或羊毛纱线的生产大致相同的方式来生产。

梳理是机械过程，该过程将纤维解开、清理，并且定向成用于纺织纱线的连续的网。该过程使散乱的纤维团散开，且对齐类似长度的纤维。例如羊毛和棉花的天然纤维通常处于不同纤维长度的缠结的纤维团。这些团被梳理且被梳成平行的、对齐的类似长度的短纤维。这些短纤维然后被纺织成在纺织织物和针织织物中使用的纱线。

在棉花束的情况下，基本的梳理过程包括：将簇打开成单独的纤维，移除杂质，基于长度选择纤维(移除最短的纤维)，移除绒毛，以平行的方式对纤维进行定向并且拉伸纤维，将圈转化成纱条，从而形成非扭曲纤维的规则的块体。纱条是所产生的用于纺织纱线的纤维的长束。上述关于纱线形成的所有讨论都适用于由硅藻土化长丝形成的纱线。

短纤维

如上文提及的，纤维可以被切断且梳理成短纤维。改变喷丝头的尺寸，从而增加或减小孔的直径以抽出长的更大直径尺寸的纤维是可能的。例如，范围从1至300旦尼尔左右的旦尼尔根据例如力纺丝方法被考虑。给定的喷丝头可以具有是都相同的尺寸的一个或更多个孔。或，给定的喷丝头可以具有不同直径或构型的多个孔，该多个孔用于多个纤维旦尼尔或构型。

由1D-300D范围中的纤维组成的纤维垫可以类似地充当如棉花和羊毛的天然纤维束的垫。据认为通过使用本文公开和考虑的新的系统，长的、连续的力纺丝纤维的松散包装的垫或毛絮通过使用与天然纤维所使用的相同的工艺可以被加工成短纤维。羊毛、棉花、黄麻，等，可以使用不同的机构以用于梳理和梳加工。因此，存在许多可利用的选择将纺丝纤维垫分离成期望长度的短纤维。

通过力纺丝产生短纤维有利地使用较少的能量。长的连续长丝以大致平行的方向附聚，且该长丝可以容易地被切断和梳理以产生均匀的短纤维。常规的工艺受纤维尺寸限制。另外，如本文所公开的，力纺丝提供从各种原材料产生纤维的能力。相反，常规工艺具有有限的能力以高效地生产各种天然的、合成的和生物基纤维。例如，聚酯可以以长的连续长丝的形式被挤出(例如渔线)。这些长丝可以用作短纤维，或切成短纤维。相比于电纺丝，对于力纺丝而言，这些纤维是相对较长的，且垫然后如短纤维一样可以被切断和梳理。纤维垫代表未定向的短纤维棉花束。然而，可以设想的是，当喷丝头上的孔尺寸增加至50旦尼尔以及以上，纤维的强度增加。因此，挤出的纤维的长度可以增加。可以设想的是，例如旋转速度、孔尺寸，以及溶液熔体的参数可以针对期望的结果来改变，而无需过度的实验。在任何情况下，即，使纳米纤维力纺丝成较大的旦尼尔纤维，梳理并切成短纤维将遵循类似的途径。

力纺丝连续长丝纤维

从纳米级到较大直径，本发明主题涉及来自力纺丝纤维或其它喷射技术的长的更连续的硅藻土化长丝的生产。使用力纺丝作为代表性的实例，本文公开了1旦尼尔至300旦尼尔左右的相对较大纤维直径，以及其它旦尼尔的直径。当纤维直径增加时，长丝拉伸强度增加。

优于传统的挤出过程，本文讨论的力纺丝方式由于力纺丝自然地定向纤维，有利地减少了加热辊筒以及抽出和定向纤维所需要的拉伸设备的数量。传统的纤维的抽出和定向，以及挤出可能需要多达3层高度的空间。力纺丝是小尺寸、安静的单个装置，且需要较少的能量。在一些纤维的情况下，必要的条件可能包括加热器和拉伸设备。这也是被预想的，并且可以包括在收集器和喷丝头之间的位置处或在后处理中。然而，后处理被预想成比目前的生产要求的规模小。类似于纳米纤维垫，更大的纤维力纺丝垫可以从该垫直接扭曲成纱线。类似于纱线从短纤维的缠结，这种扭曲导致缠结。如果需要较高程度的纤维定向，该垫可以如前面描述地被梳理。

图11-图21示出了具有纤维收集系统的力纺丝或其它喷射挤出系统的可选择的实施方案，所述纤维收集系统收集硅藻土化或其它的长丝或纤维，并将它们卷绕成连续长丝或纤维。(系统元件不意图用于概念说明，并且不意图按比例绘制。)当成纤材料215的喷射流离开喷丝头的孔口时，离心力抽出长丝或纤维，并且通过定向纤维内的聚合物链来对准纤维并提供强度。这类似于本文公开的其它喷射流挤出工艺。例如，喷射流可以包括选自聚酯、尼龙、天然纤维(例如，纤维素)、基于生物的(天然衍生的，合成的)、双组分纤维与独特的横截面纤维(芯鞘)的混合物，以及本文公开的或设想的任何其它材料的组的材料。例如，成纤材料可以包括散开的颗粒以增加纤维性能或电导率。成纤材料中的任何一种可以使用多种收集方法收集为连续的长丝。一些代表性的方法概述如下。然而，这些示例并不意味着是详尽的列举。那些本领域的技术人员根据本文的教导将认识到许多技术和装置可以用于收集硅藻土化纤维。

在离心力作用下喷射材料的喷射流或流的喷丝头的使用提供了与棉花糖的生产相似性。如本文所使用的“流”或“喷射流”指处于例如，液态、软化状态，或固态的任何状态中的材料的纤维状或丝状流。材料的固态流的示例可以是被拉动的或来自线轴的移动纱线。如本文使用的，在纤维的上下文中的“结构”或“股”指固相纤维状或丝状材料。在本文所设想的处理步骤中，结构或股可以存在于动态状态中，例如在流动态中，或结构或股可以存在于静止状态中。

在棉花糖机中，棉花糖纤维的股通过对从居中的处在收集器中的喷丝头离开的液体进行纺丝形成。喷丝头居中地处在其中的收集器基本上是圆形碗。股收集在收集器周围的竖直壁上。线轴，其是长形的物体，例如，纸圆锥体，然后沿收集器的壁以圆形路径移动，其中线轴的纵向轴线平行于收集器的壁。当该线轴环绕壁移动时，线轴扯下沉积在壁上的纤维股。当该线轴沿壁环行时，该线轴还围绕其纵向轴线旋转。该另外的旋转使纤维围绕线轴缠绕，以围绕该线轴产生均匀的纤维股沉积。在棉花糖的情况下，该纤维是脆弱的，短的，粘的，且无张力地进行卷绕。因此，该工艺并不旨在用在需要紧密缠绕纤维的地方，或用在纤维不粘且容易从纤维沉积在其上的壁被吸引至线轴的地方。而且，棉花糖机生产方法没有提供这一问题的解决方案，即如何将收集的纤维垫缠绕成是优选地但不是必需地连续的长丝状形式，以在一定张力下能够紧密缠绕和绕线。

在以下实例中，公开了收集和绕线方法，该方法用于与旨在在纺织物应用中使用的连续纤维的力纺丝或其它纺丝技术一起使用。本发明主题克服了简单棉花糖机生产方式的缺陷，该棉花糖机生产方式不涉及将棉花糖垫减小至可能处于一定张力之下的较长的长丝状的形式。

图18-图23示出了收集系统的实例，该收集系统包括一个或更多个收集器18、118、218、318、418、518和618，每个收集器具有用于接收来自喷丝头的流动材料的表面。根据本发明主题，收集器318可以与喷丝头的纺丝孔口216相关联，且与喷丝头的纺丝孔口216共同旋转。可选择地，静止的、非轨道型收集器可以是静止的，且位于用于纺丝系统的喷丝头212的几何中心下方。收集器与喷丝头的相对旋转速度被协调使得长丝状纤维215在张力的范围内卷绕至收集器上，这(1)实现了期望的紧密度状态，而没有把纤维拉紧至破坏或形变状态；和(2)当已形成的或正在形成的长丝被卷绕时，避免了该已形成的或正在形成的长丝流中的松弛，以便不使已形成的或正在形成的长丝被搅打和破坏或形变。除了收集器，该收集系统可以包括其它部件，例如加热器和辊，该辊在喷丝头与收集器之间，或随后处在纤维的后处理过程中，以帮助管理张力和流动或长丝定向。该收集系统将自然地包括其它部件(未示出)，例如用于驱动收集器或其它部件的电动马达，用于确定纺丝部件的旋转速度，或来自喷射流出口端口的流动速度，或用于测量材料或部件的应力或载荷的传感器或寄存器。该系统还包括手动和/或计算机控制件，例如，微处理器和具有储存程序的存储器，用于管理相对的旋转速度的速度与已形成的或正在形成的长丝上的应力或载荷。

图18-图19是用于从给定喷丝头挤出的硅藻土化和/或其它的纤维材料的流的一个可能的收集系统的侧视示意图和俯视示意图。在这种情况下，例如滚筒或圆筒的收集器318在向外地距喷丝头的出口端口或端口的一定距离处围绕该喷丝头轨道地旋转，出口端口或端口可以布置在喷丝头的圆周上或沿喷丝头的圆周布置。收集器从喷丝头被充分间隔开，以允许经由旋转离心力将长丝或纤维适当地挤出和抽出。收集器距出口端口的径向和直线距离两者由出口端口的尺寸和所产生的纤维的直径确定。这是由于成纤材料的喷射流需要一定的惯性抽出距离以在形成的纤维内适当地定向聚合物链。需要考虑的其它参数是被挤出材料的特性。例如，溶液的粘度和纤维内的聚合物链的对齐是影响使用惯性力的纤维的可伸展距离的因素。减少纤维的搅打影响，以及由旋转收集器导致的涡流，也是需要考虑的因素。本领域技术人员可以考虑并且经验地处理任何上述因素，而无需过多试验。因此，如下面讨论的，可以根据经验或以其它方式确定收集器距喷丝头的适当间距，以及收集器与喷丝头的相对旋转速度。

参考图18-图19的系统，收集器318与喷丝头212的外部圆周间隔开且围绕喷丝头运动。当收集器围绕喷丝头运动时，收集器同步地围绕其自身纵向轴线旋转。收集器的旋转轴线平行于喷丝头的旋转轴线。收集器的轴向旋转导致纤维215紧密地卷绕至收集器且围绕收集器附聚，其中长丝或纤维通常平行于彼此被定向。在该示例中，旋转的喷丝头与收集器可以在同一个平面或平行于喷丝头的平面中相对于彼此移动。在该示例中，收集器围绕静止的喷丝头运动(除了轴向旋转外)。可选地，喷丝头可以围绕可以是静止的收集器运动。任一轨道布置允许穿过的轨道的均匀的纤维拉紧距离(take-up distance)。收集器旋转的速度(转速)可以根据具体的长丝或纤维材料以及直径来计算或确定。收集器围绕其自身的轴线的旋转在纤维材料的卷绕中产生张力。纤维强度将确定卷绕时所需的张力的量以围绕收集器适当地卷绕长丝或纤维。如果收集器的转速过快，超出纤维或长丝的拉伸强度，可能发生纤维的破坏。如果转速过慢，长丝或纤维可能搅打。这可能导致长丝或纤维中的薄弱点，或这可能导致长丝或纤维断裂。如上面提到的，收集条件可以因材料不同而变化，但可以根据经验建立。那些本领域中的技术人员将理解的是，需要将纤维引导至卷绕收集器的机构是很多的，且设想了所有这样的机构，即使本文没有明确公开。这样的旋转收集器，即，具有使用长丝或纤维拉紧速度校正的转速，该转速适合从喷丝头的出口端口的惯性延伸中的松弛，可以通过其它系统实现，而不是仅仅通过图18-图19的系统实现。

尽管喷丝头可以在相同的方向上使纤维定向，但方向性的空气或其它气体流可以用于引导从喷丝头或甚至静止的挤出设备挤出的材料流。用于引导气流的机构包括正压和负压系统，例如风扇、真空和加压气体源。气流可以逆着材料流以任何期望的角度被引导，以便将该材料流重定向成期望的路径或方向。例如，材料流可以被引导至连续的带上。在该实施方案和任何其它的实施方案中，可移动的平坦表面可以是将纤维材料供给至辊或卷轴或供给至其它的处理系统中的连续的带系统的一部分。

用于鞋类和其它应用的硅藻土化构建体

本发明主题还涉及硅藻土颗粒在鞋底单元(footwear sole unit)的外部地面接触表面中的用途。硅藻在莫氏硬度标上具有约7的硬度，与金刚石(9)、花岗石(7)和石英(7)相对照。因为这种硬度，并且因为它们相对不易碎，所以该颗粒可以用于提高附着摩擦力，特别是在光滑的表面上，例如结冰的地面或潮湿的船甲板、滑板、冲浪板等。

如图20中所见，普通鞋300通常具有鞋底单元310和被固定到鞋底单元的完全或部分封闭的鞋面312。在体育运动鞋和一些户外鞋的情况下，“鞋底单元”通常可以包括用于能量吸收和/或返回的鞋中底；用于表面接触和耐磨性和/或附着摩擦力的外底材料；或提供这样的鞋中底或外底功能的单个单元。鞋底单元还可以包括配合在使用者的脚和鞋中底或其它鞋底部件之间的鞋内底。虽然鞋底单元通常会沿着鞋的长度延伸，但是鞋底单元还可以包括延伸较小区域的单元，例如仅仅前脚或后脚部分，或者一些具有较小长度或宽度的其它区域。鞋底单元的面向脚的一侧具有脚平台部分。如本文使用的术语“脚平台部分”通常是指由鞋底单元的上表面形成的、支撑脚的鞋底单元的部分。

在某些方面，本发明主题涉及一种鞋，该鞋具有嵌入或结合到其底面的硅藻土颗粒D，如本文先前所述。取决于待覆盖的表面区域的量和所用颗粒的尺寸，通常可以使用至少100、1,000、10,000、100,000或1,000,000或更多这样的颗粒。取决于颗粒粒度以及细、中、粗粒度的共混，覆盖范围可以指具有10％覆盖范围高至100％覆盖范围的任何区域、脚趾、前脚、足中段(midfoot)、脚后跟，并且厚度约为10微米至2mm。

通过在基底外底材料的表面处暴露颗粒，它们在使用期间与地面接合并增强附着摩擦力。通过经过外底的正常磨损深度产生一层颗粒，颗粒将随着外底在使用期间的磨损而继续暴露。

各种不同的设计和材料可用于户外鞋的构造。例如，鞋的外底可以由多种不同材料中的任何材料制成，所述材料包括橡胶材料(例如固化的天然橡胶、热塑性橡胶(TPR)或任何其它合成橡胶)、合成革、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯弹性体、聚氯乙烯(PVC)、任何其它塑料材料和/或任何其它合适的材料。户外鞋可以具有至少¹/₄英寸厚、³/₈英寸厚或¹/₂英寸厚的外底。硅藻土颗粒可以全部或部分地分布在外底的厚度上。例如，在外底的给定部分，它们可以仅分布在外底的厚度的1％、2％、3％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、90％、95％或完全到100％。在一些实施方案中，外底仅在外底的前脚和/或后脚部分具有硅藻土化部分(图21)。硅藻土化外底或其部分的厚度不需要均匀，并且可以变化。例如，外底可以逐渐变细，从外底的低磨损部分到高磨损部分变厚。作为实例，足中段部分可以具有很少或没有硅藻土颗粒的厚度，而前脚和/或后脚可以具有相对较高的颗粒厚度。

硅藻土颗粒可以在外底形成之前被分散在用于外底材料的原料中。原料可以是颗粒、液体或熔体，如上文结合纤维所描述的。然后可以使用各种已知的用于热塑性材料或橡胶材料的模制的技术将这样的原料材料模制或切割成外底的形状。这些技术包括例如注射成型或压缩成型。硅藻土的分散体可以通过以下来形成：在形成的某个阶段中将硅藻土掺合、捏合、压制或以其它方式加工成原料材料或形成的或部分形成的外底或外底的基材中。例如，一片橡胶外底材料可以被熔融软化，并且颗粒被加工成软化的材料。软化的材料在冷却后会在颗粒周围熔合。

硅藻土化的外底部分通常但不一定具有颗粒的均匀分布。该部分可以并入0.1wt％至5.0wt％或更多的硅藻土颗粒。据信，就每平方英寸外底的覆盖范围而言，任何给定粒度或粒度组合的颗粒将覆盖每平方英寸至少10％的表面区域，直到每平方英寸100％的区域。为了为磨损做准备，颗粒应当在10微米至2mm或更多的深度提供覆盖。

砂可以是石英、长石、矿物碎片、火山岩碎片、沉积岩碎片和变质岩碎片的组合，其中大多数是石英；SiO₄矿物。砂的所有要求和益处天然地都在硅藻土中找到。硅藻土颗粒以不规则的形状天然地存在。研磨硅藻土提供了还更大的不对称性，以提供更好的附着摩擦力控制。硅藻可以被处理成疏水性的，这将增加潮湿条件下的附着摩擦力。

有利地，对于潮湿、干燥、结冰和岩石条件下的鞋类的附着摩擦力控制来说，硅藻土颗粒是天然材料，其为目前的砂和陶瓷选项提供了更硬且更合意的替代方案。硅藻土颗粒是80％-90％的二氧化硅，并且剩余的成分归因于粘土材料。此外，硅藻土颗粒是硬的二氧化硅材料，其在水中吸收两倍其重量并且仍然具有干燥硅藻土颗粒的特性。另外，硅藻土颗粒是高度多孔的，并且天然地呈不规则形状。此外，它们能够经受热处理，可容易地制成疏水性的，并且可以研磨成细粒度和粗尺寸。

附着摩擦力的量取决于涂覆方法、所施加颗粒的等级、颗粒的密度和在鞋类的情况下的意图的使用表面，以及环境条件(例如温度、雪、冰、水)。意图的使用表面可以是，例如，岩石、冰、路面、砂岩、船只、冲浪板、起立踏板(stand up paddle board)等。

鞋外底的覆盖范围设想硅藻土颗粒的10％表面覆盖范围用于轻附着摩擦力，并且在高附着摩擦力、潮湿和结冰的情况下多达100％覆盖范围。不同百分比的渐变被设想用于不同的应用，以及用于手套中，如下文所讨论的，在手套中可能不期望高颗粒密度，因为柔性会降低。颗粒粒度可以是硅藻和砂或类似砂的材料的共混物。共混的颗粒可以选自细粒级(Finegrade)(约300微米和更低)、中粒级(约300-600微米)和粗粒级(约600微米和更高)的颗粒。对于潮湿或较温暖的结冰环境(>20华氏度)，将使用细粒级硅藻。

本发明主题还涉及新的构建体，其中产生硅藻土颗粒的附聚体以增加硅藻土颗粒超出其天然尺寸范围的有效尺寸。一种或更多种颗粒的不连续附聚体可以通过产生具有大于按重量计5％的硅藻土分散体到基底材料例如上述热塑性材料上来实现。附聚的颗粒的尺寸将随着硅藻土重量％的增加而增加。已知的分散剂可用于控制颗粒附聚的水平。

类似于机场跑道，用于冷冰的外底、用于高山和冰川高地的鞋或任何温度低于华氏15度的地方，都会使用粗粒级颗粒。对于岩石和冰上的附着摩擦力，可以使用较粗的粒级，其可以包括2300微米或更高的颗粒。

共混物对于多用途附着摩擦力橡胶外底是理想的。此外，橡胶外底可以具有覆盖范围的变化，其中在使用硅藻土化层(10微米-2mm)的粒径、表面区域覆盖百分比和/或密度的不同共混物的情况下，硅藻被放置在一个区域的大部分；围绕前脚到脚趾，或脚后跟，或者任意位置组合。

硅藻土的应用可以简单地如同用硅藻土(如上文所讨论的纯的或共混的)涂覆外底或其它构建体的压模的底部。这里，然后注入橡胶或其它可模制材料，并且硅藻土熔合到表面上，该表面可以是外底的面向地面的表面。

在另一种方式中，硅藻土可以被并入用于橡胶或其它可模制材料的母料共混物中。在另一种方式中，硅藻土可以在外底或其它构建体被形成之后，经由滚动、刷涂、喷涂、空中撒播或其它涂覆工艺施加到外底或其它构建体上。

除了附着摩擦力，硅藻土还可以用来为构建体的表面提供耐磨性。例如，行李、装备拉包(gear bag)或其它袋或搬运器的底部可以被涂覆硅藻土以提供耐磨性。在服装中，服装的高磨损区域可以被涂覆硅藻土颗粒，例如肩部、肘部、膝盖或臀部区域。在这样的情况下，载体例如聚氨酯或印刷工艺可用于单独或混合地施加以细、中或粗粒级的任何组合的硅藻土的薄(例如，10微米-2mm)涂层。印刷技术也可用于在构建体上沉积硅藻土颗粒，以提供耐磨性或其它特性。在用于服装和装备拉包、行李等的印刷应用中，10％-100％的表面覆盖范围通常将是合适的。类似于跑道表面的要求，该颗粒可以用来吸收和排出水用于更好的附着摩擦力。如果需要，对于任何应用，硅藻土颗粒可以被改性或处理成疏水性的，以抵抗水分吸收并保持高附着摩擦力。

作为非均匀分布的实例，硅藻土化部分可以具有对应于高到低磨损或附着摩擦力区域的梯度分布。

外底可以是鞋底单元部件的组件中的独立部件，或者它们可以是单片鞋底单元的一部分。例如，由EVA模制的鞋底单元可以提供外底和鞋中底功能两者。这样的单片鞋底可以具有多个硬度(durometer)的部分。例如，面向地面的硅藻土化部分可以具有较高、较耐磨的硬度的基底材料，并且面向脚的部分可以具有较缓冲、较低的硬度。

通常，使用Asker硬度计，对于橡胶来说，用作外底的鞋底单元(组装的或单片的)的部分将具有在70至85之间左右的硬度。相反，使用Asker硬度计，对于EVA来说，鞋中底部分，如果有的话，可以具有相同或相对较低的从50至60左右的硬度。

鞋底单元的硅藻土化部分的部分不需要在其宽度和长度上完全硅藻土化。如图21中所见，硅藻土化区域可以仅仅是前脚部分314和后脚部分316。例如，该部分可以由硅藻土化颗粒D的组界定，这些组是通常界定外底的一部分的图案的一部分。例如，如图20中所示，硅藻土化部分可以由任何一种或更多种形状组成，例如一组带、圆、三角形、曲线或形状的任何组合。

硅藻土化鞋底单元可用于其中可能需要增强的附着摩擦力或防滑性的任何类型的鞋上。非限制性的实例包括用于冰、攀爬、田径、飞蝇钓(flyfishing)和涉水的鞋类，工业鞋类，例如用于屋顶工人的鞋类。

手套

类似于用于鞋类的摩擦增强应用，本发明主题可以通过使手套的抓握侧硅藻土化来提供手套中增强的抓握力。这可以通过在抓握区域例如一个或更多个手指和/或手掌区域中使用硅藻土化织物或橡胶材料来实现。织物可以如本文前面所公开的那样被硅藻土化。或者抓握区域可以由具有硅藻土颗粒的橡胶性物质或塑料物质涂覆或制成。图22示出了具有抓握区域410的示例性手套400，抓握区域410具有嵌入的硅藻土颗粒D。

类似于服装应用，除了或代替抓握区域的硅藻土化，手套可以包括硅藻土化层，该硅藻土化层在手套中提供水分控制，将水分从使用者的手上抽走。该层可以是类似于服装中的2L、2.5L或3L组件的整体防水/透气手套组件的一部分。

如同在其它应用中一样，可以使用织物上的丝网印刷。例如，硅藻土化的PU，优选地水基聚合物可以在设计中或特定位置中用硅藻被丝网印刷到织物上。

用于拒水和拒污的硅藻土化表面

当水遇到表面上的微阵列结构时产生荷花效应。这是有据可查的。例如，参见http://www.mecheng.osu.edu/nlbb/files/nlbb/Lotus_Effect.pdf.

在图23中，水在嵌入或以其它方式施加到基材表面的疏水性硅藻土颗粒的表面上上升形成珠(bead up)。

由于水滴的高的表面张力，所以水滴倾向于通过试图获得球形来最小化其表面。在与表面接触之后，附着力导致表面的润湿。取决于表面的结构和液滴的流体张力，可以发生完全或不完全的润湿。自清洁性能的原因是表面的疏水拒水双重结构。这使表面和液滴之间的接触面积和附着力显著减小，导致拒水和自清洁过程。这种分层的双重结构是由特征表皮(其最外层称为角质层)和覆盖蜡形成的。荷花植物的表皮具有乳突，乳突具有10μm至20μm的高度和10μm至15μm的宽度，在乳突上施加有所谓的上表皮蜡(epicuticularwax)。这些叠合的蜡是疏水性的，并形成双重结构的第二层。

表面的疏水性可以通过其接触角来测量。接触角越高，表面的疏水性越高。其中接触角<90°的表面被称为亲水性的，并且其中接触角>90°的表面被称为疏水性的。一些植物示出高达160°的接触角，并且被称为超疏水性的。这意味着只有2％-3％的液滴表面是接触的。像荷花一样具有双重结构表面的植物可以达到170°的接触角，导致液滴的实际接触面积只有0.6％。所有这些导致较高的拒斥性和自清洁效果。污物颗粒被基材表面上的水滴拾取。如果水滴从这样的污染的表面上滚下或被抖掉，则污物颗粒因为其对水滴比对基材表面更高的附着力而被去除。(背景资料来源于http://en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect.)

硅藻土颗粒可以排列在基材表面上以模拟荷叶的结构和接触角，以及本领域已知的其它超疏水性表面。例如，在US 3354022、US 6660363和US 8486319中公开了用于荷花效应表面图案的参数，所有这些都据此为了它们关于荷叶效应表面拓扑结构的教导通过引用以其整体并入。然而，上述专利都没有公开或暗示在表面拓扑结构中使用硅藻土颗粒。本发明主题涉及已知提供荷花效应的表面拓扑结构的创新的适应性。

US 3354022描述了具有大于90°的固有前进水接触角(intrinsic advancingwater contact angle)和至少75°的固有后退水接触角(intrinsic receding watercontact angle)的拒水表面，其是通过在疏水性材料中产生具有隆起和凹陷的微粗糙结构。高的部分和低的部分具有不超过1000微米的平均距离，高的部分的平均高度是它们之间平均距离的至少0.5倍。空气含量是至少60％，并且特别地，含氟聚合物被公开作为疏水性材料。US 6660363描述了由疏水性聚合物或永久疏水化材料制成的物体的自清洁表面，其具有隆起和凹陷的人工表面结构。在隆起之间的距离在从5μm至200μm的范围内，并且隆起的高度在从5μm至100μm的范围内。至少隆起由疏水性聚合物或永久疏水化材料组成。通过将PTFE颗粒(直径7微米)附着到含聚合物粘合剂薄膜的表面并固化该结构，或者通过使用细筛网通过热压来压印聚合物表面，隆起不能被水或含水洗涤剂润湿。作为一种可能的选择，硅藻土颗粒可以以类似的方式被压印在基材表面上。为了赋予硅藻疏水性而不堵塞细孔，可以使用典型的浴应用以及气相/等离子体沉积。气相/等离子体沉积可以用氟化和非氟化的拒水终饰材涂覆表面。硅藻粉末可以按原样处理，或者硅藻附聚物可以以粉末形式处理并然后被用于用于磨损和附着摩擦力控制表面的表面应用。

US 8486319中公开了基于具有一级结构和二级结构的隆起的荷花效应表面图案。该专利公开了在基材外表面的至少部分中随机和/或均匀分布的许多凹坑和裂缝或突出物的产生，它们形成荷花效应表面图案的一级结构。该专利公开了如由硅藻土颗粒的拓扑结构和相关的基材表面界定的诸如凹处、凹坑、裂缝、凹陷的位点的形状、尺寸和群体被认为能够截留空气，并从而提供荷花效应。微小尺寸的表面结构，即表面暴露的硅藻土颗粒，可以具有在每mm²面积25个位点和10,000个位点之间、或每mm²面积100个位点和5,000个位点之间或每mm面积5个位点和100个位点之间的范围左右的密度。表面位点可以是从5-100微米的深度范围，或10-50微米的深度范围；或者从5-100微米的直径范围，或从10-50微米的直径范围左右。位点可以间隔5-100微米之间，或间隔10和50微米之间左右。本文所设想的任何构建体可以被形成为通过以荷花效应拓扑结构对构建体的表面的硅藻土化来提供荷花效应。

定义(如通常在用于户外和纺织行业的文献中所描述的)：

防水/透气(复合材料织物)：纺织物(针织或编织)复合材料，其阻挡由不同的标准界定的一定压力的水透过，但该材料还是透气的，如由不同的标准测定的，以允许湿气穿过该复合材料。该复合材料可以包含1纺织物层和防水透气膜(界定为2层防水透气复合材料)，或该防水透气膜可以夹在2纺织物层之间(界定为3层防水透气复合材料)。在2.5层防水透气复合材料的情况下，该膜通常具有应用在与外部纺织物侧面相对的膜表面上的印刷物。该印刷物可以是颜色、花纹，和/或包括任何图案的功能性颗粒。纺织物层可以是任何纤维类型(天然的、合成的、生物基的、可生物降解的)或任何纤维类型的混合物的纺织或针织结构。所有的接缝使用接缝胶带密封以保证防水性。

防水/透气膜：根据选定的标准，纺织物材料是(1)防水的，且(2)对湿气是透气的。膜可以是亲水的、疏水的、单片的，或微多孔的。双部件膜结合例如GORE-TEXePTFE膜和另一个材料层的两个层。

空气透过性：织物、膜，或复合材料允许空气穿过材料的能力；在CFM中测量，立方英尺每分钟。

湿蒸汽透气性/蒸气透过性：参考织物、防水/透气膜，或复合材料允许湿气(液体或水蒸气)穿过该材料的能力。

硬壳(2L,2.5L,3L)：防水透气复合材料由实现较高程度的防水性的多层2L、2.5L，或3L组成。外层通常是例如聚酯或尼龙织物的更耐用的材料。通常的织物构造是抗撕裂织品。

软壳：然而，具有较高防水性的纺织物复合材料集中于阻挡风。阻挡风可以使用防水透气膜(夹在两个纺织物层之间)或使用粘合剂或胶以将2个纺织物或基底固定在一起来实现。该胶是空气不可透过的，且因此计量复合材料中的透气性。纺织物织物通常是更软的纺织织物和针织织物，因此称为软壳。通过操纵每个纺织物复合材料的设计特征，透气性可以从0至100％之间的风力封挡变化。

纳米纤维：界定为具有在100-1000纳米之间的直径的纤维。纳米纤维提供较高的表面积和处于纳米水平的独特特性。

非编织物：由结合在一起的纤维通过除编织工艺外的例如化学、加热、机械，或溶剂工艺的一些工艺制成的织物类材料。纤维被缠结，从而产生网结构。该缠结在纤维之间产生细孔，从而提供一定程度的空气透过性。

本领域技术人员将认识到，在为了解释本发明主题的性质已经描述和示出的部件和功能的细节、材料和布置中，许多修改和变化是可能的，并且这样的修改和变化并不背离其中包含的教导和权利要求的精神和范围。

本文引用的所有专利和非专利文献为了所有目的通过引用以其整体并入本文。

如本文所使用的，“和/或”是指“和”或“或”，以及“和”和“或”。此外，本文引用的任何和所有专利和非专利文献为所有的目的通过引用以其整体并入本文。

以上结合任何特定示例描述的原理可以与结合任何一个或更多个其它示例描述的原理组合。因此，该详细的描述不应在限制的意义上来解释，并且在查阅本公开之后，本领域普通技术人员将理解可以使用本文描述的各种概念设计的各种各样的系统。此外，本领域普通技术人员将理解，在不脱离所公开的原理的情况下，本文公开的示例性实施方案可以适用于各种构造。

提供对所公开的实施方案的先前描述以使本领域任何技术人员能够实现或使用所公开的创新。对那些实施方案的各种修改对于本领域技术人员将是明显的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文所界定的一般原理可以适用于其它实施方案。因此，要求保护的发明并不旨在限于本文所示的实施方案，而是旨在符合与权利要求的语言一致的完整范围，其中以单数形式提及元件，例如通过使用冠词“一个(a)”或“一个(an)”并不旨在表示“一个且仅一个”，除非特别地如此陈述，而是指“一个或更多个”。

贯穿本公开所描述的各种实施方案的元件的对于本领域普通技术人员而言是已知的或稍后已知的所有结构等同物和功能等同物旨在由本文描述和要求保护的特征包括。此外，本文中未公开的任何内容不旨在奉献给公众，而不管这样的公开是否在权利要求中被明确地陈述。除非使用短语“用于...的装置”或“用于...的步骤”来明确地叙述该要素，否则权利要求的要素不应被解释为根据美国专利法的“装置加功能”的权利要求。

Claims (39)

1.一种硅藻土化构建体，包括具有多个硅藻土颗粒的纤维、长丝或纱线，所述多个硅藻土颗粒在所述构建体的整个表面区域上大体上均匀地嵌入所述构建体的表面中。

2.一种硅藻土化构建体，包括具有多个硅藻土颗粒的纤维、长丝或纱线，所述多个硅藻土颗粒嵌入所述构建体的构建体表面中，使得所述颗粒大体上均匀地覆盖所述构建体表面的约1％-10％。

3.如权利要求1所述的构建体，其中所述颗粒大体上均匀地覆盖所述构建体的表面的10％-30％左右。

4.如权利要求1所述的构建体，其中所述颗粒大体上均匀地覆盖所述构建体的表面的约30％或更多。

5.如权利要求1所述的构建体，其中所述构建体包括热塑性材料。

6.如权利要求5所述的构建体，其中所述构建体包括聚酯材料。

7.如权利要求1-5中任一项所述的构建体，其中所述硅藻土颗粒以按纤维重量计0.1％至5％左右存在于形成所述构建体的热塑性材料中。

8.如权利要求1-5中任一项所述的构建体，其中所述颗粒具有1μm至3μm左右的平均尺寸。

9.如权利要求1-5中任一项所述的构建体，其中所述颗粒具有小于5μm左右的平均尺寸。

10.如权利要求1-5所述的构建体，其中所述颗粒具有大于200μm左右的平均尺寸。

11.一种构建体，包括硅藻土化的编织或非编织织物，所述编织或非编织织物包含布置成网格结构的多个硅藻土化的纤维、长丝或纱线构建体，所述构建体包括具有多个硅藻土颗粒的纤维、长丝或纱线，所述多个硅藻土颗粒在所述构建体的整个表面区域上大体上均匀地嵌入所述构建体的表面中。

12.如权利要求11所述的织物，其中所述网格包括编织结构。

13.如权利要求11所述的织物，其中所述网格包括针织结构。

14.一种构建体，包括硅藻土化的垫、薄膜或膜，所述垫、薄膜或膜包含布置成网格结构的多个硅藻土化的纤维、长丝或纱线构建体，所述构建体包括具有多个硅藻土颗粒的纤维、长丝或纱线，所述多个硅藻土颗粒在所述构建体的整个表面区域上大体上均匀地嵌入所述构建体的表面中。

15.一种硅藻土化构建体，包括第一层和第二邻近的针织层或编织层，所述第一层包括膜、薄膜或垫，所述第二邻近的针织层或编织层处于包含纤维、长丝或纱线的离散网格中，所述第一层和所述第二层中的一个或两个具有硅藻土化表面。

16.如权利要求15所述的硅藻土化构建体，其中所述第一层包括熔合到所述第二层的完全或部分地熔化的热塑性纤维、长丝或纱线的层。

17.一种构建体，包括基材，所述基材具有包含硅藻土颗粒的硅藻土化表面，其中多个所述硅藻土颗粒已经被化学改性或处理以提供所述颗粒中非固有的功能。

18.如权利要求17所述的构建体，其中所述基材包括纤维、长丝、纱线或织物。

19.如权利要求18所述的构建体，其中所述硅藻土颗粒已经被化学改性或处理以使所述硅藻土颗粒比在它们的固有状态中相对更疏水。

20.一种构建体，包括无缝和缝合的产品和产品部件，例如服装；鞋类；手套；头饰；帐篷；背包；具有行李性质的容器或搬运器以及其它的物品搬运器；家具的垫衬物；床罩；桌布；亚麻制品；交通工具覆盖物；防水布；毛巾；医用织物；土工织物；过滤介质；和农艺织物，其中所述构建体包括权利要求1、11、14、15或17中任一项所述的构建体中的任一种的至少一部分。

21.一种构建体，包括鞋底单元，所述鞋底单元包括鞋外底的地面接合部分，其中附着摩擦力颗粒被嵌入或以其它方式被固定地施加到所述部分的表面，并且所述颗粒包括以下的硅藻土颗粒：(1)约300微米或更小的硅藻土颗粒；(2)1000-2360微米的硅藻土颗粒的共混物，(3)小于约300微米的硅藻土颗粒和大于约1000微米的硅藻土颗粒两者的共混物，(4)包含硅藻的离散附聚物的颗粒以及所述附聚物和其它附着摩擦力颗粒的共混物，或(5)200纳米至1微米左右的硅藻土颗粒或其研磨料，并且其中所述颗粒暴露在所述部分的表面的至少1％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％上。

22.如权利要求21所述的鞋底单元，其中所述颗粒包括约300微米或更小的硅藻土颗粒。

23.如权利要求21所述的鞋底单元，其中所述颗粒包括1000-2360微米左右的硅藻土颗粒的共混物。

24.如权利要求21所述的鞋底单元，其中所述颗粒包括小于约300微米的颗粒和大于约1000微米的颗粒的共混物。

25.如权利要求21所述的鞋底单元，其中所述颗粒包括含有硅藻的离散附聚物的颗粒的共混物以及所述附聚物和其它附着摩擦力颗粒的共混物。

26.如权利要求21所述的鞋底单元，其中所述颗粒包括含有硅藻的离散附聚物的颗粒的共混物以及所述附聚物和其它附着摩擦力颗粒的共混物。

27.如权利要求21所述的鞋底单元，其中所述颗粒包括200纳米至1微米左右的硅藻土颗粒或其研磨料。

28.一种构建体，包括硅藻土化手套，所述手套包括所述手套的内表面或外表面的至少硅藻土化部分。

29.一种形成纤维的方法，包括将硅藻土颗粒分散到固体或熔化的热塑性原料材料中，并将混合物纺丝成纤维。

30.如权利要求29所述的方法，还包括使用所述纤维来制造权利要求11、14、15、17、21或28所述的构建体中的一种。

31.如权利要求29所述的方法，还包括将所述纤维收集成连续长度的纤维。

32.如权利要求31所述的方法，其中所述连续长度的纤维被制成短纤维。

33.如权利要求29或32所述的方法，包括将所收集的纤维形成为纱线或其它复丝结构。

34.如权利要求29所述的方法，还包括将所述纤维收集在垫、薄膜或膜中。

35.如权利要求11、14、15、17、21或28中任一项所述的构建体，其中所述构建体包括纱线或另一种复丝组件，其中复丝结构具有0.25至2的旦尼尔/长丝纤度的比率。

36.如权利要求35所述的构建体，其中所述比率是1.0左右。

37.一种构建体，包括具有提供荷花效应的硅藻土化表面拓扑结构的基材。

38.一种构建体，包括硅藻土化表面，所述硅藻土化表面包含基底材料和嵌入或施加到所述基底材料中并在所述基底材料的表面处暴露的硅藻土颗粒的多个离散的附聚体。

39.一种构建体，包括硅藻土化表面，所述硅藻土化表面包含基底材料和(1)硅藻土颗粒(和/或附聚物颗粒)与(2)嵌入或施加到所述基底材料中并在所述基底材料的表面处暴露的非硅藻土的砂或砂状物的共混物。