CN1471595A - 具有可逆热性能的多组分纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有增强的可逆热性能的多组分纤维。该多组分纤维包括由多个伸长的构件形成的纤维体，其中至少一个伸长构件具有分散于其中的温度调节物质。该温度调节物质包括相变物质。该多组分纤维可用于或包括在其中需要温度调节性能的各个制品和应用中。该多组分纤维可用于例如纺织品、衣物、鞋类、医用产品、容器和包装物、建筑物、器具和其它产品中。

Description

具有可逆热性能的多组分纤维

发明领域

本发明涉及具有增强的可逆热性能的合成纤维。更具体地，本发明涉及包括多相变材料的多组分纤维，和通过熔体纺丝法形成此类纤维的方法。

发明背景

很多织物材料由合成纤维制成。通常，两种方法用于制备合成纤维：湿溶液法和熔体纺丝法。湿溶液法通常用于形成丙烯酸类纤维，而熔体纺丝法通常用于形成尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维和其它类似种类的纤维。正如公知的，尼龙纤维包括特征在于形成酰胺基团-CONH-的长链合成聚酰胺聚合物，聚酯纤维包括具有至少85wt％取代芳族羧酸酯单元的长链合成聚合物，聚丙烯纤维包括具有至少85wt％烯烃单元并且通常具有分子量约40,000或更大的长链合成结晶聚合物。

熔体纺丝法是特别感兴趣的，因为用于纺织工业的大部分合成纤维通过这一工艺制备。该熔体纺丝方法一般涉及将熔化的聚合物材料通过称为喷丝板的设备，由此形成很多单根合成纤维。形成后，可将这些合成纤维集成为股或制成短纤维。这些合成纤维可用于制备机织织物或无纺织物，或这些纤维可卷成随后用于形成合成织物材料的编织或针织工艺的纱线。

相变材料已被加入丙烯酸类纤维中对纤维本身和由其制备的织物材料提供增强的可逆热性能。这容易完成，部分原因在于通常与形成丙烯酸类纤维的湿溶液法相关的高含量的挥发性物质(如溶剂)。然而，将这些相变物质加入熔纺合成纤维中存在很多问题，因为在熔体纺丝法中一般不存在或不需要高含量的挥发性物质。以前尝试将相变物质加入熔纺合成纤维中的方法一般涉及将相变物质与标准纤维级热塑性聚合物混合形成共混物，随后将该共混物熔体纺丝形成合成纤维。这些尝试一般导致相变物质在纤维内不合适的分散、不良纤维性能和不良加工性能，除非使用低浓度相变物质。然而，使用低浓度的相变物质，难以实现一般与使用相变物质相关的所需增强可逆热性能。

正是在此背景下，出现了开发包括相变物质的多组分纤维的需求。

发明概述

本发明一方面涉及具有增强可逆热性能的多组分纤维。在一个示例性实施方案中，多组分纤维可包括由多个伸长构件形成的纤维体，其中至少一个伸长构件具有分散于其中的温度调节物质，温度调节物质包括相变物质。

在另一示例性实施方案中，多组分纤维可包括含第一聚合物物质和分散在第一聚合物物质内的温度调节材料的第一伸长构件，其中温度调节物质包括相变物质。该多组分纤维还可包括含第二聚合物物质的第二伸长构件，其中第二伸长构件与第一伸长构件结合。

在另一示例性实施方案中，多组分纤维可包括含第一聚合物物质和分散在第一聚合物物质内的温度调节材料的芯构件，其中温度调节物质包括相变物质。该多组分纤维可进一步包括含第二聚合物物质的皮构件，其中皮部分包围芯构件。

附图简述

为更好理解本发明的特性和目的，应参考下面结合附图的详细描述。

图1说明根据本发明一些实施方案的各种示例性多组分纤维的放大横截面图。

图2说明根据本发明一个实施方案的示例性芯/皮纤维的三维视图。

图3说明根据本发明一个实施方案的另一示例性芯/皮纤维的三维视图。

图4为按实施例1中的讨论生产的六种芯/皮纤维的性能和制造参数。

详细描述

本发明涉及包括一种或多种相变物质的多组分纤维。根据本发明多个实施方案的多组分纤维具有吸收或释放热能或减少或消除热流的性能。此外，这些多组分纤维可显示改进的加工性能(例如在纤维或由其构成的制品制造期间)、改进的强度、对分散于纤维内的相变物质的改进的围堵性能、或相变物质的较高荷载量。这些多组分纤维可用于或包括在各种制品和应用中提供热调节性能，同时对制品和应用提供改进的强度。例如，根据本发明实施方案的多组分纤维可用于纺织品(例如织物材料)，衣物(如外衣、紧身防水橡皮衣和防护衣)，鞋类(如鞋内衬底、靴子和鞋垫)，医用产品(如热毯、治疗垫、失禁垫和热/冷包裹)，容器和包装物(如饮料/食品容器、食品温热装置、座椅垫和线路板层压物)，建筑物(如墙壁或天花板中的绝缘体、墙纸、窗帘衬里、管覆盖物、地毯和瓷砖)、器具(如家用器具中的绝缘物)和其它产品(如汽车衬里材料、睡袋和被褥)。

与提供的热调节性能相关，根据本发明各种实施方案的多组分纤维当包括在例如服装或鞋类中时，可提供例如因出汗导致的个人皮肤湿气减少。例如，多组分纤维可降低皮肤温度或相对湿度，由此提供较低程度的皮肤润温和较高的舒适度。使用特定的材料和特定的服装或鞋类设计特征可进一步增强这种湿气降低。

根据本发明一些实施方案的多组分纤维可包括多个伸长构件。根据本发明的一些实施方案，多组分纤维可包括由多个伸长构件形成的纤维体。该纤维体将伸长并可具有大于其直径数倍(例如100倍或更大)的长度。该纤维体可具有很多规则或不规则横截面形状，例如但不限于环形、多叶形(multi-lobal)、八角形、椭圆形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形、楔形等。根据本发明的一些实施方案，可将两个或多个伸长构件(例如两个相邻伸长构件)连接、结合、合并、或粘结形成单一纤维体。伸长构件可包括相同或不同的聚合物物质以及至少一种伸长构件可具有分散于其中的温度调节物质。根据本发明的一些实施方案，温度调节物质一般包括向多组分纤维提供增强的可逆热性能的相变物质。

这些伸长构件可排列为各种构型。例如，这些伸长构件可排列为天星构型、皮芯构型、方阵或棋盘构型、分段饼(segmented-pie)构型、并列构型、条构型等。根据本发明的一些实施方案，这些伸长构件可排列为束状，其中伸长构件通常相互平行。根据本发明其它实施方案，伸长构件可通过经纤维体长度大部分延伸，并且若需要，它们可在纵向同时延伸。

根据本发明的一些实施方案，多组分纤维可为约0.1至约100旦尼尔，通常约0.5至约10旦尼尔。正如本领域熟练技术人员将理解的，旦尼尔应理解为纤维每单位长度的重量测量值(即每9000米的克数)。

根据制备多组分纤维的方法、进一步的加工的需求或多组分纤维的具体应用，该多组分纤维可进一步包括一种或多种另外的组分，如水、表面活性剂、分散剂、消泡剂(例如含硅氧烷化合物和含氟化合物)、抗氧化剂(例如受阻酚和亚磷酸酯)、热稳定剂(如亚磷酸酯、有机磷化合物、有机羧酸的金属盐和酚类化合物)、微波吸收添加剂(如多官能伯醇、甘油和碳)、增强纤维(如碳纤维、芳胺纤维和玻璃纤维)、导电纤维或颗粒(例如石墨或活性炭纤维或颗粒)、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、有机磷化合物和酚类聚醚)、阻燃剂如(卤化物、磷化合物和硼化合物)等等。一种或多种另外的组分可分散在包括多组分纤维的一种或多种伸长构件内。此外，可对该多组分纤维施加某些处理物或涂料，以赋予另一些性能例如但不限于抗污、阻水、柔软感和湿调节性能。示例性的处理物和涂料包括Nextec Applications Inc.的Epic，Intera Technologies，Inc.的Intera，DuPont Inc.的Zonyl Fabric Protectors，3M Co.的Scotchgard等等。

本发明可参考附图1更充分理解，该图提供，例如但不限于，根据本发明实施方案的各种示例性多组分纤维12、13、14、21、22、23、24、26、27、28、29和34的放大的横截面图。更特别地，图1说明根据本发明一些实施方案的包括多组分纤维的排列伸长构件的各种示例性构型。

如图1所述，各种多组分纤维(例如21)包括多个对应于形成多组分纤维的伸长构件(例如39和40)的独特横截面区域。根据本发明的说明性实施方案，伸长构件包括第一伸长构件(或第一多个伸长构件)(在图1中以阴影给出)和第二伸长构件(或第二多个伸长构件)(在图1中以非阴影给出)。这里，第一伸长构件(或多个第一伸长构件)优选可由其中分散有温度调节物质的聚合物物质形成。第二伸长构件(或多个第二伸长构件)可由相同的聚合物物质或具有某些不同性能的另一聚合物物质形成。

尽管图1说明了具有环形或三叶形横截面的多组分纤维，但本发明包括具有各种其它规则或不规则横截面形状的多组分纤维，这些形状包括但不限于多叶形、八角形、椭圆形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形、楔形等。通常，应注意第一多个伸长构件可由相同或不同的聚合物物质形成，和第二多个伸长构件可由相同或不同的聚合物物质构成。此外，根据本发明一些实施方案，温度调节物质可分散在第二伸长构件(或第二多个伸长构件)内。还应认识到两种或多种不同温度调节材料可分散在相同或不同伸长构件中。例如，第一温度调节物质可分散在第一伸长构件内，和具有某些不同性能的第二温度调节物质可分散在第二伸长构件内(例如两种不同的相变物质)。此外，应认识到，图1中给出的伸长构件的数量、形状和尺寸以例子但非限制性方式说明，各种其它实施方案在本发明范围内。

参考图1，左侧第10列说明三个示例性多组分纤维12、13和14。多组分纤维12包括以分段-饼构型排列的多个伸长构件。在本发明的实施方案中，第一多个伸长构件15、15′、15″、15和15″″及第二多个伸长构件16、16′、16″、16和16″″以交替方式排列并具有楔形横截面。通常，这些伸长单元可具有相同或不同横截面形状或尺寸。此外，尽管给出的多组分纤维12包括十个伸长构件，但应注意，通常两个或多个伸长构件可以分段-饼构型排列，并且至少一个伸长构件通常具有分散于其中的温度调节物质。

多组分纤维13包括以天星构型排列的多个伸长构件。在本发明的实施方案中，第一多个伸长构件35、35′、35″、35等处于第二伸长构件36内并被其包围。在本发明实施方案中，各第一多个伸长构件具有梯形横截面形状。然而，应注意，本发明包括各种其它规则或不规则横截面形状，例如但不限于环形、多叶形、八角形、椭圆形、五角形、矩形、正方形、三角形、楔形等。通常，第一多个伸长构件35、35′、35″、35等可具有相同或不同的横截面形状或尺寸。此外，尽管给出的多组分纤维13具有处于第二伸长构件36内并被其包围的17个伸长构件35、35′、35″、35等，但应注意，通常一个或多个伸长构件可位于第二伸长构件36内并被其包围。

多组分纤维14包括以条形构型排列的多个伸长构件。在本发明的实施方案中，第一多个伸长构件37、37′、37″、37和37″″及第二多个伸长构件38、38′、38″和38以交替方式排列并成型为多组分纤维14的纵向切片。通常，这些伸长单元可具有相同或不同横截面形状或尺寸(例如与纵向切片相关的宽度)。此外，尽管给出的多组分纤维14包括九个伸长构件，但应注意，通常两个或多个伸长构件可以排列为条状构型，并且至少一个伸长构件通常具有分散于其中的温度调节物质。

对于多组分纤维12和14，示出了第一伸长构件(例如15)被相邻的一个或多个第二伸长构件(例如16和16″″)部分包围，而对于多组分纤维13，给出的第一伸长构件(例如35)被单一第二伸长构件36完全包围。当第一伸长构件(例如15)不被完全包围时，合适的是(但不要求)，围堵的结构(例如微胶囊)可用于包含分散在第一伸长构件内的相变物质。

图1的中间列20说明四种示例性芯/皮纤维21、22、23和24。特别地，芯/皮纤维21、22、23和24各自包括以芯-皮构型排列的多个伸长构件。

芯/皮纤维21包括位于第二伸长构件40内并被其包围的第一伸长单元39。更特别地，第一伸长构件39形成为具有分散于其中的温度调节物质的芯构件。给出的这种芯构件同心处于形成为皮构件的第二伸长构件40内并被其完全包围。这里，芯/皮纤维21包括25wt％芯构件和75wt％皮构件。

芯/皮纤维22包括位于第二伸长构件42内并被其包围的第一伸长构件41。如上所述实施方案，第一伸长构件41形成为具有分散于其中的温度调节物质的芯部分，它同心处于形成为皮部分的第二伸长构件42内并完全被其包围。这里，芯/皮纤维22包括50wt％芯部分和50wt％皮部分。

芯/皮纤维23包括位于第二伸长构件44内并被其包围的第一伸长构件43。在本发明实施方案中，第一伸长构件43形成为芯部分，它偏心处于形成为皮部分的第二伸长构件44内。芯/皮纤维23可包括基本上任何重量百分比的芯部分和皮部分，以提供所需的热调节和机械性能。

三叶芯/皮纤维24包括位于第二伸长构件46内并被其包围的第一伸长单元45。在本发明实施方案中，第一伸长构件45形成为具有三叶横截面形状的芯部分，该芯部分同心处于形成为皮部分的第二伸长构件46内。芯/皮纤维23可包括基本上任何重量百分比的芯部分和皮部分，以提供所需的热调节和机械性能。

应注意到，芯部分一般可具有各种规则或不规则横截面形状，例如但不限于环形、多叶形、八角形、椭圆形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形、楔形等。尽管给出的芯/皮纤维21、22、23和24具有一个位于皮部分内并被其包围的芯部分，但应注意两个或多个芯部分可位于皮部分内并被其包围(例如以类似于对多组分纤维13给出的方式)。这两个或多个芯部分可具有相同或不同的横截面形状或尺寸。根据本发明的一些实施方案，芯/皮纤维包括以芯-皮构型排列的三个或多个伸长构件，其中这些伸长构件成型为皮/芯纤维的同心或偏心纵向薄切片。

图1右列30说明根据本发明一些实施方案的多个示例性并列纤维。特别地，并列纤维26、27、28、29和34包括以并列构型排列的多个伸长构件。

并列纤维26包括与第二伸长构件48相邻并被其部分包围的第一伸长构件47。在本发明实施方案中，伸长构件47和48具有半圆形横截面形状。这里，并列纤维26包括50wt％的第一伸长构件47和50wt％的第二伸长构件48。应注意，伸长构件47和48还可交替或同时具有分段-饼或条构型排列特征。

并列纤维27包括与第二伸长构件50相邻并被其部分包围的第一伸长构件49。在本发明实施方案中，并列纤维27包括20wt％的第一伸长构件49和80wt％的第二伸长构件50。应注意，伸长构件49和50还可交替或同时具有芯-皮构型排列特征。其中第一伸长构件49相对于第二伸长构件50偏心设置并被其部分包围。

并列纤维28和29为两个示例性混合粘性纤维。各纤维包括与第二伸长构件52或54相邻设置并被其部分包围的其中分散有温度调节物质的第一伸长构件51或53。一种混合粘性纤维通常认为是自卷曲或自变形纤维，其中纤维卷曲或变形赋予纤维松软、蓬松、绝缘、拉伸或其它类似性能。通常，混合粘性纤维包括由不同聚合物物质形成的多个伸长构件。例如，对于并列纤维28，第一伸长构件51可由第一聚合物物质形成，第二伸长构件52可由在某些方面与第一聚合物物质可不同的第二聚合物物质形成。在本发明实施方案中，第一和第二聚合物物质可包括具有不同粘度或分子量的聚合物(例如具有不同分子量的两种聚丙烯)。当将并列纤维28拉伸时，可在两个伸长构件51和52之间形成不均匀应力，并且并列纤维28可卷曲或弯曲。根据本发明的其它实施方案，第一和第二聚合物物质可包括具有不同结晶度的聚合物。例如，第一聚合物物质可具有比第二聚合物物质低的结晶度。当将并列纤维28拉伸时，第一和第二聚合物物质可发生不同程度结晶和取向，以将一种取向和强度“固定”到纤维28内。可需要足够的结晶度以在热处理期间防止或减少纤维28的再取向。并列纤维28和29可包括基本上任何重量百分比的第一和第二伸长构件以提供所需热调节、机械、自卷曲或自变形(self-texturing)性能。

并列纤维34为一个示例性ABA纤维，包括位于第二多个伸长构件56和56′之间并被其部分包围的第一伸长构件55。在本发明实施方案中，第一伸长构件55由其中分散有温度调节物质的第一聚合物物质形成。这里，第二多个伸长构件56和56′可由第一聚合物物质或由在一些方面不同于第一聚合物物质的第二聚合物物质形成。通常，伸长构件56和56′可具有相同或不同的横截面形状或尺寸(例如与纵向薄切片相关的宽度)。应注意，伸长构件55、56和56′可另外或同时具有条状构型排列特征。

接着，参考图2，说明一种示例性芯/皮纤维59的三维图。芯/皮纤维59包括位于一伸长的环形皮部分58内并且被其包围的伸长的且通常为圆柱形的芯部分57。芯部分57具有分散于其中的温度调节物质61，它处于皮部分58内并被其完全包围或包住。在本发明实施方案中，温度调节物质61包括含相变物质的多种微胶囊，这些微胶囊可均匀分散在整个芯部分57内。本领域熟练技术人员将理解，尽管优选微胶囊均匀分散于芯部分57内，但在所有应用中这不是必须的。芯部分57可以同心或偏心方式处于皮部分58内，芯/皮纤维59可包括基本上任何重量百分比的芯部分57和皮部分58，以提供所需的热调节和机械性能。

参考图3，说明另一示例性芯/皮纤维60的三维图。与芯/皮纤维59一样，芯/皮纤维60包括位于一伸长的环形皮部分64内并且被其完全包围或包住的伸长的且通常为圆柱形的芯部分63。这里，温度调节物质62包括原始形式的相变物质(即相变物质未做成胶囊，即未做成微胶囊或大胶囊)，并且相变物质可均匀分散在整个芯部分63内。本领域熟练技术人员将理解，尽管优选相变物质均匀分散于芯部分63内，但在所有应用中这不是必须的。通过包围芯部分63，皮部分64可起到将相变物质封闭在芯部分63内的作用。因此，皮部分64可在纤维加工期间或使用期间减少或防止相变物质损失或渗漏。芯部分63可以同心或偏心方式处于皮部分64内，芯/皮纤维60可包括基本上任何重量百分比的芯部分63和皮部分64，以提供所需的热调节和机械性能。

正如上面讨论的，根据本发明实施方案的多组分纤维可包括分散在一个或多个伸长构件内的温度调节物质。通常，温度调节物质均匀分散在至少一种伸长构件中。然而，根据多组分纤维所需的具体特征，温度调节物质的分散可在一种或多种物质内变化。温度调节物质一般可包括一种或多种相变物质。

通常，相变物质可包括具有吸收或释放热能以在温度稳定范围内降低或消除热流的性能的任何物质(或这些物质的混合物)。温度稳定范围可包括特定转换温度或转换温度范围。用于本发明各个实施方案的相变物质优选在相变物质吸收或释放热期间能够抑制热能流，因为相变物质通常在两个状态之间(例如液态与固态、液态与气态、固态与气态，或两个固态)之间发生转换。这种作用一般是短暂的，如将在加热或冷却工艺期间直至吸收或释放相变物质潜热时发生。可将热能贮存或从相变物质中除去，并且该相变物质一般可通过热或冷源有效再生。通过选择合适的相变物质，该多组分纤维可设计用于很多产品或应用中。

根据本发明的一些实施方案，相变物质可为固/固相变物质。固/固相变物质为通常在两个固态之间发生转换(例如结晶或中间相结晶相转化)并因此通常在使用期间不变为液态的一类相变物质。

可加入根据本发明各种实施方案的多组分纤维中的相变物质包括各种有机和无机物质。示例性相变物质包括例如但不限于烃(例如直链烷或石蜡烃、支链烷烃、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、六水合碳酸钠、十水合磷酸二钠、十水合硫酸钠和三水合乙酸钠)，石蜡，油，水，脂肪酸，脂肪酸酯，二元酸，二元酯，1-卤化物，伯醇，芳族化合物，包合物，半包合物，气体包合物，酸酐(如硬脂酸酐)，碳酸乙二醇酯，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、单氨基季戊四醇、二氨基季戊四醇和三(羟甲基)乙酸)，聚合物(如聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇，和共聚物如具有烷基烃侧链或具有聚乙二醇侧链的聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯，和包括聚乙烯、聚乙二醇、聚丙烯、聚丙二醇或聚丁二醇的共聚物)，金属，和其混合物。

表1提供一系列可在这里描述的多组分纤维中用作相变物质的示例性石蜡烃。

             表1

石蜡烃	碳原子数	熔点℃
			正二十八烷	28	61.4
正二十七烷	27	59.0
			正二十六烷	26	56.4
正二十五烷	25	53.7
			正二十四烷	24	50.9
正二十三烷	23	47.6
			正二十二烷	22	44.4
正二十一烷	21	40.5
			正二十烷	20	36.8
正十九烷	19	32.1
			正十八烷	18	28.2
正十七烷	17	22.0
			正十六烷	16	18.2
正十五烷	15	10.0
			正十四烷	14	5.9
正十三烷	13	-5.5

相变物质可包括两种或多种物质(例如两种或多种上述示例性相变物质)的混合物。通过选取两种或多种不同物质(例如两种不同的石蜡烃)并形成其混合物，可在多组分纤维的任意特定应用的宽范围内调节温度稳定范围。根据本发明的一些实施方案，相变物质可包括两种或多种物质(例如两种或多种上述示例性相变物质)的共聚物。

根据本发明的一些实施方案，温度调节物质可包括原始形式的相变物质(如相变物质未做成胶囊，即未做成微胶囊或大胶囊)。在制造多组分纤维期间，可提供各种形式的固体(如蓬松形式、粉末、珠粒、颗粒、薄片等)或各种形式的液体(如熔体形式、溶于溶剂中等)的原始相变物质。

根据本发明的其它实施方案，温度调节物质可进一步包括装入胶囊、包含、围绕或吸收相变物质的抑制结构。这种抑制结构可有助于操作相变物质，同时在制备多组分纤维或由其构成的制品期间提供一定程度的对相变物质的保护(例如防止高温或剪切力)。此外，抑制结构可在使用期间起到防止相变物质从多组分纤维中渗漏的作用。

例如温度调节物质可包括含相变物质的多种微胶囊，并且该微胶囊可均匀或非均匀分散在至少一种伸长的构件内。该微胶囊可以包封相变物质的中空壳形式制成并可包括以规则或不规则形状(如球形、椭圆形等)和尺寸形成的单独的微胶囊。各微胶囊可具有相同或不同的形状或尺寸。根据本发明的一些实施方案，微胶囊可具有约0.01至约100μm的最大线性尺寸(例如直径)。在本发明一个优选的实施方案中，微胶囊可具有一般的球形，并具有约0.5至约3μm的最大线性尺寸(例如直径)。其它抑制结构的例子可包括例如但不限于，二氧化硅颗粒(例如沉淀二氧化硅颗粒、煅制二氧化硅颗粒，和其混合物)，沸石颗粒，碳颗粒(例如石墨颗粒、活性炭颗粒和其混合物)，和吸收剂物质(例如吸收剂聚合物、超吸收剂物质，纤维素物质，聚(甲基)丙烯酸酯物质，聚(甲基)丙烯酸酯的金属盐和其混合物)。例如，温度调节物质可包括其中渗入相变物质的二氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳颗粒或吸收剂物质。

根据本发明的一些实施方案，一种或多种伸长构件可各自包括约5至约70wt％温度调节物质。因此，在一个实施方案中，伸长构件可包括60wt％的温度调节物质，在其它实施方案中，伸长构件可包括约10至约30wt％或约15至约25wt％温度调节物质。

如上所述，根据本发明一些实施方案的多组分纤维可包括由相同或不同聚合物材料形成的多种伸长构件。根据本发明的一些实施方案，伸长构件可包括由其中分散有温度调节物质的第一聚合物物质形成的第一伸长构件(或第一多个伸长构件)。此外，伸长构件可包括由可在某些方面与第一聚合物物质不同的第二聚合物物质形成的第二伸长构件(或第二多个伸长构件)。根据本发明的一些实施方案，伸长构件可由相同的聚合物物质形成，在此情况下，第一和第二聚合物物质是相同的。

通常，聚合物材料(如第一或第二聚合物材料)可包括具有形成为伸长构件的能力的任一聚合物(或聚合物的混合物)。根据本发明的一些实施方案，伸长构件可由任一纤维形成聚合物(或纤维形成聚合物的混合物)形成。根据其中熔体纺丝法用于形成多组分纤维的实施方案，聚合物物质可包括热塑性聚合物(或热塑性聚合物的混合物)(即可加热形成熔体随后成型形成伸长构件的热塑性聚合物)。

聚合物物质可包括具有包括一种或多种类型的单体单元的各种链结构的聚合物(或聚合物混合物)。特别地，聚合物物质可包括线性聚合物、支化聚合物(如星形支化聚合物、梳形支化聚合物或枝状支化聚合物)或其混合物。聚合物物质可包括均聚物、共聚物(例如统计共聚物、无规共聚物、交替共聚物、周期共聚物、嵌段共聚物、辐射状共聚物或接枝共聚物)、或其混合物。正如本领域熟练技术人员已知的，聚合物的活性和官能度可通过加入基团如胺、酰胺、羧基、羟基、酯、醚、环氧化物、酸酐、异氰酸酯、硅烷、酮和醛改变。此外，为提高其韧性或其耐热性、耐湿性或耐化学试剂，可将包括聚合物的聚合物物质交联、缠结或形成氢键。

可用于形成本发明各种实施方案的伸长构件的示例性聚合物包括例如但不限于聚酰胺(如尼龙6、尼龙6/6、尼龙12、聚天冬氨酸、聚谷氨酸等)，聚胺，聚酰亚胺，聚丙烯酸类(例如聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、甲基丙烯酸和丙烯酸的酯等)，聚碳酸酯(例如聚双酚A碳酸酯、聚碳酸丙二酯等)，聚二烯烃(例如聚丁二烯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等)，聚环氧化物，聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚己内酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚丁二酸丙二醇酯等)，聚醚(例如聚乙二醇(聚环氧乙烷)、聚丁二醇、聚环氧丙烷、聚氧亚甲基(低聚甲醛)、聚亚丁基醚(聚四氢呋喃)、聚表氯醇等)，聚氟烃，甲醛聚合物(例如脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛、酚醛等)，天然聚合物(例如纤维素、壳聚糖、木素、石蜡等)，聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯(polybutylene)、聚丁烯(polybutene)、聚辛烯等)，聚亚苯基(例如聚苯醚、对聚苯硫、聚苯醚砜等)，含硅的聚合物(如聚二甲基硅氧烷、聚羧甲基硅烷等)，聚氨酯，聚乙烯基(如聚乙烯缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基乙基醚、聚乙基乙烯基醚、聚乙烯基甲基酮等)，聚缩醛、聚丙烯酸酯，和共聚物(如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、对苯二甲酸丁二醇酯-对苯二甲酸四亚甲基酯共聚物、聚月桂基内酰胺-嵌段-聚四氢呋喃等)。

根据本发明的一些实施方案，第一聚合物物质可包括有助于将温度调节物质分散在第一伸长构件(或第一多个伸长构件)内的聚合物(或聚合物的混合物)。根据本发明的一些实施方案，第一聚合物物质可包括与温度调节物质相容或亲和的聚合物(或聚合物的混合物)。这种亲和性可有助于将温度调节物质在制备多组分纤维期间分散在中间熔体或液体形式的第一聚合物物质中，并因此最终有助于将更均匀或更大量或荷载量的相变物质加入多组分纤维中。在其中温度调节物质进一步包括抑制结构的实施方案中，第一聚合物物质可包括选取的对抑制结构具有亲和性并且或另外对相变物质具有亲和性的聚合物(或聚合物的混合物)。例如，若温度调节物质包括含相变物质的多个微胶囊，则可选取对微胶囊(例如形成微胶囊的一种或多种物质)具有亲和性的聚合物(或聚合物的混合物)。例如，本发明的一些实施方案可选取包括与含微胶囊的聚合物相同或类似的聚合物的第一聚合物物质(例如若微胶囊包括尼龙壳，则可选取包括尼龙的第一聚合物物质)。这种亲和性可有助于含相变物质的微胶囊分散于中间体熔体或液体形式的第一聚合物物质中，并因此，最终有助于在多组分纤维中加入更均匀或更大量或荷载量的相变物质。

根据本发明一些实施方案，第一聚合物物质可包括与温度调节物质轻微或部分相容或具有亲和性的聚合物(或聚合物的混合物)。这种部分亲和性可适合于促进温度调节物质分散和在较高温度下和在熔体纺丝工艺期间促进加工。在较低温度和剪切条件并且当已形成多组分纤维时，这种部分亲和性可使温度调节物质分离出来。对于其中使用原始形式的相变物质的本发明实施方案，这种部分亲和性可导致相变物质不溶解并增加多组分纤维内的相变物质区域形成。根据本发明的一些实施方案，区域形成可通过促进相变物质在两个状态之间转换导致改进的热调节性能。例如，某些相变物质如石蜡烃可在相变物质较低浓度下或当温度高于临界溶液温度时与包括聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的聚合物物质相容。石蜡烃与聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物混合可在较高温度下和较高的石蜡烃浓度下实现，以生产可容易控制、抽出和在熔体纺丝法中加工的均匀共混物。当多组分纤维已形成并已冷却时，石蜡烃变得不溶并可分离出来进入明显区域。这些区域可使用于改进热调节性能的石蜡烃纯熔化或结晶。

根据本发明的一个实施方案，第一聚合物物质可包括低分子量聚合物(或低分子量聚合物的混合物)。低分子量聚合物当加热熔化时一般具有低粘度，这种低粘度可有助于将温度调节物质分散在熔体中。正如本领域熟练技术人员将理解的。可提供一些具有不同分子量的各种形式的聚合物，因为聚合物的分子量可通过用于制备聚合物的条件测定。因此，这里使用的术语“低分子量聚合物”可指聚合物的低分子量形式(例如，上面讨论的示例性聚合物的低分子量形式)，术语“分子量”是指聚合物的数均分子量、重均分子量或熔体指数。例如，具有数均分子量约20,000(或更低)的聚乙烯可用作本发明实施方案的低分子量聚合物。应注意与低分子量聚合物相关的分子量或分子量范围可取决于选取的特定聚合物(例如聚乙烯)或用于将温度调节物质分散于低分子量聚合物熔体中的方法或装置。

根据本发明另一实施方案，第一聚合物物质可包括低分子量聚合物和高分子量聚合物的混合物。高分子量聚合物一般具有增强的物理性能(例如机械性能)，但当加热形成熔体时可具有高粘度。这里使用的术语“高分子量聚合物”可指聚合物的高分子量形式(例如上面讨论的示例性聚合物的高分子量形式)。可选取相互相容或具有亲和性的低分子量聚合物或高分子量聚合物。这种亲和性可有助于在制备多组分纤维期间形成低分子量聚合物、高分子量聚合物和温度调节物质的混合物，并因此最终有助于将更均匀或更大量或荷载量的相变物质加入多组分纤维中。根据本发明的一些实施方案，低分子量聚合物在高分子量聚合物与温度调节物质之间起到相容连接的作用。

根据本发明的一些实施方案，伸长构件一般可包括约10至约30wt％的温度调节物质，其中伸长构件的剩余部分包括低分子量聚合物和高分子量聚合物。例如，在本发明优选的实施方案中，伸长构件可包括15wt％低分子量聚合物、70wt％高分子量聚合物和15wt％温度调节物质。

根据本发明的一些实施方案，第二聚合物物质可包括具有或提供多组分纤维的一种或多种所需物理性能的聚合物(或聚合物混合物)。所需的物理性能包括例如但不限于机械性能(例如延展性、拉伸强度和硬度)，热性能(如热成型性能)，和化学性能(例如反应性)。第二聚合物物质可包括为补偿例如因高荷载量的温度调节物质导致的第一聚合物物质或第一伸长构件(或第一多个伸长构件)的任何缺陷(例如机械或热缺陷)而选取的聚合物(或聚合物混合物)。根据本发明的一些实施方案，第二聚合物物质起到改进多组分纤维的整体物理性能(例如机械性能)和多组分纤维的加工性能(例如有助于通过熔体纺丝法形成)的作用。第二聚合物物质可起到封闭分散在第一伸长构件(或第一多个伸长构件)内的温度调节物质的作用。因此，第二聚合物物质使得能够使用对高温和高剪切纤维加工不是最佳的第一聚合物物质或温度调节物质。此外，第二聚合物物质可在纤维加工或最终使用期间减少或防止相变物质损失或渗漏。

根据本发明的实施方案，第二聚合物物质可包括高分子量聚合物。如上所述，高分子量聚合物一般具有增强的物理性能(例如机械性能)并可选取为高分子量形式的聚合物(例如上述高分子量形式的示例性聚合物)。

根据本发明的一些优选实施方案，第二聚合物物质可包括聚酯，部分原因在于它优良的可加工性能、赋予所得纤维的性能、和其耐某些相变物质如石蜡烃以减少或防止这些相变物质损失或渗漏。根据本发明的一个实施方案，聚酯可具有数均分子量约20,000(或更大)。

对此，本领域熟练技术人员可理解与本发明各个实施方案相关的优点。例如，根据本发明各实施方案的多组分纤维可包括分散在第一伸长构件(或第一多个伸长构件)内的高荷载量的一种或多种相变物质。根据本发明的一些实施方案，可提供高荷载量，因为第二伸长构件(或第二多个伸长构件)包围第一伸长构件(或第一多个伸长构件)。第二伸长构件可包括为补偿例如因高荷载量的相变物质导致的与第一伸长构件相关的任何缺陷(例如机械或热缺陷)而选取的聚合物(或聚合物混合物)。此外第二伸长构件可包括为改进纤维的整体物理性能(例如机械性能)和纤维的加工性能(例如有助于通过熔体纺丝法形成)而选取的聚合物(或聚合物混合物)。通过包围第一伸长构件，第二伸长构件可起到封闭分散在第一伸长构件内的相变物质的作用，以防止相变物质损失或渗漏。

相对于第二伸长构件(或第二多个伸长构件)，本发明的多组分纤维可具有基本上任何比例的包括有分散于其中的温度调节物质的第一伸长构件(或第一多个伸长构件)的纤维总重量。例如但不限于，当多组分纤维的热调节性能为控制因素时，较大比例的多组分纤维可包括具有分散于其中的温度调节物质的第一伸长构件。另一方面，当多组分纤维的物理性能(如机械性能)为控制因素时，较大比例的多组分纤维可包括不具有分散于其中的温度调节物质的第二伸长构件。此外，当平衡多组分纤维的热调节和物理性能时，第二伸长构件具有相同或不同分散于其中的温度调节物质是适宜的。

根据本发明一些实施方案的多组分纤维可包括约1至高达约99wt％的第一伸长构件(或第一多个伸长构件)。通常，根据本发明实施方案的多组分纤维可包括约10至约90wt％的第一伸长构件(或第一多个伸长构件)。例如，芯/皮纤维的一个实施方案包括90wt％的芯构件和10wt％的皮构件。对于此实施方案，芯构件可包括60wt％的温度调节物质，得到包括54wt％温度调节物质的芯/皮纤维。

根据本发明各个实施方案的多组分纤维可用各种方法如熔体纺丝法制备。根据本发明一些实施方案的多组分纤维可用多组分纤维纺丝生产线形成。示例性纺丝生产线描述于Hills的发明名称为“制备多组分纤维的方法”的US5,162,074和其中引用的参考文献中，其公开的内容这里作为参考引入。例如，可提供包括熔融第一聚合物物质和分散于其中的温度调节物质的共混物及熔融第二聚合物物质。可将该共混物和熔融第二聚合物物质直接导入包括多个孔的喷丝板。更特别地，可将该共混物和熔融第二聚合物物质直接导入各种构型的孔，以分别形成第一伸长构件(或第一多个伸长构件)或第二伸长构件(或第二多个伸长构件)。如此形成根据本发明实施方案的多组分纤维。根据本发明的一些实施方案，可用包括第一聚合物物质和温度调节物质的珠粒形成多组分纤维。根据本发明的一些实施方案，该珠粒可包括温度调节物质、低分子量聚合物和高分子量聚合物的固化熔体混合物。可将该珠粒熔化形成共混物并与上述熔融第二聚合物物质一起加工形成多组分纤维。

实施例

下面的实施例描述本发明的具体方面，以对本领域熟练技术人员说明并提供对本发明的描述。该实施例不应作为是对本发明的限制，因为该实施例仅提供可用于理解和实施本发明的具体方法学。

实施例1

将约5磅低分子量聚乙烯均聚物(AC-16聚乙烯，滴点102℃，由Honeywell Specialty Chemical制造)加入湿冲洗装置中，并将该均聚物在约110至130℃下慢慢熔化和混合。当均聚物熔化后，将约8磅湿饼在约30分钟内慢慢加入熔化的均聚物中形成第一共混物。该湿饼包括含相变物质的水润湿微胶囊(micro PCM lot#M45-22，63.2wt％微胶囊和相变物质，由Microtek Laboratories，Inc.制造)。

在含相变物质的微胶囊加入并分散在熔化的均聚物中时将水闪蒸出来。混合进行至残留低于约0.15wt％的水为止(用Karl-Fischer滴定)。然后将所得第一共混物冷却并切片形成用于进一步加工的切片物质。

然后，通过将约30磅切片物质与约70磅纤维级聚丙烯热塑性聚合物(聚丙烯均聚物6852，由BP Amoco Polymer制造)干混形成干混物。

然后将所得干混物用21/2英寸单螺杆挤出机在所有段设定约230℃、螺杆速度约70rpm、150目过滤器筛网和氮气吹洗下挤出。按照这种方式，形成珠粒。然后，将这些珠粒在于燥剂床聚合物珠粒干燥系统中在105℃和-40℃露点下干燥过夜。这些珠粒提供23.1J/g热能贮存容积(即潜热)，通过DSC(差式扫描量热计)测量。

然后在双组分纤维纺丝生产线上通过用该珠粒形成芯构件并用聚丙烯或尼龙形成皮构件，熔纺为多组分纤维(这里为双组分纤维)。这种通用型纺丝生产线描述于Hills的发明名称为“制备多组分纤维的方法”的US5,162,074中。该多组分纤维在温度230℃至245℃下熔纺。

生产具有各种芯/皮比例和聚合物材料的多组分纤维。参考图4，列出生产的六种芯/皮纤维的多种性能和制造参数。这些纤维都包括相变物质和含相变物质的微胶囊(“mPCM”)，其由约15wt％各纤维芯构件和约7.5至约11.25wt％的各纤维总重量构成。样品1、2和3具有包括聚丙烯(“PP”)(其为购自BP Amoco Polymers的聚丙烯均聚物)的皮构件。样品4、5和6具有包括尼龙6(以UltramidB由BASF Corp生产)的皮构件。

在本说明书中提及的或参考的各专利申请、专利、公开和其它出版文献其全部内容这里作为参考引入，同样其中若具体和各自给出引入作为参考的各专利申请、专利、公开和其它出版文献，这里也作为参考引入。

尽管本发明已参考其具体的实施方案进行了描述，但本领域熟练技术人员应理解可在不离开所附权利要求定义的本发明实质精神和范围下进行各种变化和等同物替代。此外，可进行很多改进以使特定情况、物质、主题组合物、方法、方法步骤适应本发明的精神和范围。所有这些修改都应属于所附权利要求书定义的本发明范围。特别地，尽管这里公开的方法已参考按特定顺序进行的特定步骤进行了描述，但将理解这些步骤可结合、分解或再变顺序，以在不离开本发明教导下形成等同方法。因此，除非这里具体说明，步骤的顺序和分组不限制本发明。

Claims (25)

1.一种具有增强可逆热性能的多组分纤维，包括由多个伸长构件形成的纤维体，其中至少一个伸长构件具有分散于其中的温度调节物质，温度调节物质包括相变物质。

2.权利要求1的多组分纤维，其中相变物质选自烃、水合盐、石蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酯、1-卤化物、伯醇、芳族化合物、包合物、半包合物、气体包合物、硬脂酸酐、碳酸乙二醇酯、多元醇、聚合物、金属和其混合物。

3.权利要求1的多组分纤维，其中温度调节物质进一步包括含相变物质的多种微胶囊。

4.权利要求1的多组分纤维，其中温度调节物质进一步包括浸入相变物质的二氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳颗粒或吸收剂物质。

5.权利要求1的多组分纤维，其中伸长构件以天星构型、分段饼构型、皮芯构型、并列构型或条构型排列。

6.权利要求1的多组分纤维，其中纤维体的横截面为环形、多叶形、八角形、椭圆形、五角形、矩形、正方形、梯形或三角形。

7.一种具有增强可逆热性能的多组分纤维，包括：

含第一聚合物物质和在第一聚合物物质内分散的温度调节物质的第一伸长构件，其中温度调节物质包括相变物质；和

含第二聚合物物质的第二伸长构件，其中第二伸长构件与第一伸长构件结合。

8.权利要求7的多组分纤维，其中相变物质为烃或烃的混合物。

9.权利要求7的多组分纤维，其中温度调节物质进一步包括含相变物质的多种微胶囊。

10.权利要求9的多组分纤维，其中第一聚合物材料对微胶囊具有亲和性以有助于将微胶囊分散在第一聚合物物质内。

11.权利要求7的多组分纤维，其中第一聚合物物质和第二聚合物物质独立地选自聚酰胺、聚胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸类、聚碳酸酯、聚二烯烃、聚环氧化物、聚酯、聚醚、聚氟烃、甲醛聚合物、天然聚合物、聚烯烃、聚亚苯基、含硅聚合物、聚氨酯、聚乙烯基、聚缩醛、聚丙烯酸酯、共聚物和其混合物。

12.权利要求7的多组分纤维，其中第一伸长构件被第二伸长构件包围。

13.权利要求12的多组分纤维，其中第一伸长构件处于第二伸长构件内并完全被其包围。

14.权利要求7的多组分纤维，其中第一伸长构件为多组分纤维总重量的约10至约90％。

15.一种具有增强可逆热性能的多组分纤维，包括：

含第一聚合物物质和在第一聚合物物质内分散的温度调节物质的芯构件，其中温度调节物质包括相变物质；和

含第二聚合物物质的壳构件，其中壳构件包围芯构件。

16.权利要求15的多组分纤维，其中相变物质选自烃、水合盐、石蜡、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酯、1-卤化物、伯醇、芳族化合物、包合物、半包合物、气体包合物、硬脂酸酐、碳酸乙二醇酯、多元醇、聚合物、金属和其混合物。

17.权利要求15的多组分纤维，其中所述温度调节物质进一步包括含相变物质的抑制结构，其中抑制结构包括微胶囊、二氧化硅颗粒、沸石颗粒、碳颗粒或吸收物质。

18.权利要求15的多组分纤维，其中温度调节物质为第一温度调节物质，并且其中壳物质进一步包括分散在第二聚合物物质内的第二温度调节物质。

19.权利要求18的多组分纤维，其中第一温度调节物质与第二温度调节物质不同。

20.权利要求15的多组分纤维，其中第一聚合物物质和第二聚合物物质独立地选自聚酰胺、聚胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸类、聚碳酸酯、聚二烯烃、聚环氧化物、聚酯、聚醚、聚氟烃、甲醛聚合物、天然聚合物、聚烯烃、聚亚苯基、含硅聚合物、聚氨酯、聚乙烯基、聚缩醛、聚丙烯酸酯、共聚物和其混合物。

21.权利要求15的多组分纤维，其中第一聚合物材料对相变物质具有亲和性，和其中第二聚合物材料包封在芯构件内的相变物质，并对多组分纤维提供所需的物理性能。

22.权利要求15的多组分纤维，其中芯构件处于皮构件内并被皮构件完全包围。

23.权利要求15的多组分纤维，其中芯构件同心处于皮构件内。

24.权利要求15的多组分纤维，其中芯构件偏心处于皮构件内。

25.权利要求15的多组分纤维，其中芯构件的横截面为环形、多叶形、八角形、椭圆形、五角形、矩形、正方形、梯形、三角形或楔形。

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