TW201905258A - 經矽藻土粒子處理之纖維及其他構築體 - Google Patents

Abstract

本發明係關於由矽藻土化纖維、長絲、紗、編織與非編織織物、纖維類膜、墊及隔膜組成之構築體；由前述各者製成之其他構築體及成品。本發明主題尤其關於服裝產品及模製鞋類外底及其他模製或織物類產品，其中嵌入構築體表面之複數個矽藻土粒子賦予所要功能，諸如水分管理、氣味控制、或牽引或握力增強、拒水性與拒污垢性及耐磨性。

Description

經矽藻土粒子處理之纖維及其他構築體 〔相關申請案〕

本申請案主張2014年8月29日申請的美國臨時申請案第62/043,911號之權益及優先權，出於所有目的其內容以引用的方式併入本文中，如同以全文敍述一般。

背景

在某些態樣中，本發明主題一般關於纖維、紗及織物類產品之水分管理。其尤其關於水分吸收及塗覆至纖維、紗或織物以增強水分耗散或自嵌入粒子的基底材料之表面轉移走水分之傳輸粒子。本發明主題尤其關於併入矽藻土(diatomaceous earth)(亦稱為「矽藻土(diatomite)」)粒子之纖維、紗及織物類產品，諸如面料、服裝、帳篷、室內裝飾等。在其他態樣中，本發明主題係關於在表面嵌入矽藻土之其他物品，例如併入矽藻土粒子之鞋類外底，及手套。

在纖維與織物行業中，需要提供所要效能屬性之經改良、工程改造之產品及組件。水分與熱管理為此類屬性之一。舉例而言，在運動與戶外服裝行業中，存在各種已知之基層與中層系統幫助傳輸使用者之皮膚水分及蒸發水分。一些已知解決方案係基於在纖維與織物之表面併入來源於生物材料(諸如椰子與咖啡廢渣)之含碳粒子。經生物類粒子處理之纖維已用於例如護套、 基層、帽子及手套之自防水、可透氣層壓物至針織物之所有各者中。織物纖維中所用之多孔生物類粒子與使用者之身體一起工作以藉由加速水分移除及改進乾燥時間來調節溫度。

儘管基於生物類粒子之技術之優點，仍不斷需要次世代之較佳執行技術，及更容易在製造中使用、較低成本、易於來源於多種地理位置且更為環境友好之技術，且其解決可適用行業及最終使用者之其他需求。

含碳生物類材料之缺點之一為其來自有限或地理上分散之來源。舉例而言，椰子衍生之材料必須來自分散的椰子生長區，亦導致可用性降低或運輸成本增加。衍生自生物材料之含碳材料為相對軟的且在侵襲性條件下易受磨損。舉例而言，其不適合在高磨損條件下使用，諸如在鞋類外底應用或工作或運動手套應用中。先前技術材料為含碳生物材料可能不為足夠惰性在預期應用中易於處理或加工。對於前述原因及熟習此項技術者根據本文中之教示及以其他方式將顯而易知之其他原因，纖維、織物及服裝及鞋類行業以及本文中涵蓋之其他行業仍強烈需要改良之效能增強粒子技術。

本發明主題解決前述與其他需求，且一般關於由矽藻土化纖維、長絲、紗、編織與非編織織物、纖維類膜、墊、隔膜組成之構築體及由前述各者製成之其他構築體及成品，如本文中更詳細涵蓋。本發明主題尤其關於服裝產品及模製之天然或合成橡膠鞋類外底及其他模製或織物類產品，其中嵌入構築體表面之複數個矽藻土粒子賦予所要功能，諸如水分管理、氣味控制、或牽引或握力增強、拒水性與拒污垢性及耐磨性。

矽藻土粒子有利地為輕量而不龐大。其可與基礎熱塑性材料融合形成耐用、耐磨且耐洗滌構築體。

當用於服裝物件中時，表面嵌入之矽藻土粒子之吸附與芯吸能力 使使用者能在廣泛範圍之氣候條件及環境下保持乾燥且更舒適。本發明主題可用於廣泛範圍之服裝產品，包括(但不限於)用於跑步、雪上運動、攀爬及遠足應用之基層及中層。每當需要水分管理時，其亦可用於內衣、跑步短褲、騎自行車運動衫、高爾夫襯衫等。

其他優點包括粒子為可自多種來源(包括海洋、湖泊及陸地來源)獲得之天然產物。其為買得起、穩定且惰性的。其易於在製造中處理。且其可經化學改質以提供特殊功能。

前述內容不意欲為本發明主題之具體實例及特徵之詳盡清單。熟習此項技術者能夠根據以下實施方式結合圖式瞭解其他具體實例及特徵。以下實施方式及各圖中更詳細描述此等與其他具體實例。以下為本發明主題下之各種本發明字句之描述。如此文獻中最初提交或如隨後修正之隨附申請專利範圍在此併入此發明內容部分中，如同直接寫入一般。

D‧‧‧矽藻土粒子

1‧‧‧長絲

2‧‧‧紗

3‧‧‧紗

4‧‧‧膜

10‧‧‧構築體

12‧‧‧矽藻土化層

14‧‧‧層

16‧‧‧層

18‧‧‧上身服裝物件

20‧‧‧下身服裝物件

27‧‧‧3D物件

28‧‧‧3D物件

90‧‧‧構築體

100‧‧‧構築體

200‧‧‧構築體

210‧‧‧系統

212‧‧‧紡絲頭

214‧‧‧儲集器

215‧‧‧射流

216‧‧‧埠/孔

218‧‧‧收集器

220‧‧‧薄片或墊

222‧‧‧羽絨

300‧‧‧通用鞋

310‧‧‧鞋底單元

312‧‧‧鞋面

314‧‧‧前腳部分

316‧‧‧後腳部分

318‧‧‧收集器

400‧‧‧手套

410‧‧‧抓握區域

除非指出為展示先前技術，否則隨附各圖展示根據本發明主題之具體實例。

圖1-2展示矽藻為一種類型之淡水藻或海藻。

圖3-22展示據本發明主題之代表性具體實例，其中相同或一般類似特徵共用共同參考數字。

圖23展示在嵌入或以其他方式塗覆至基材表面之疏水性矽藻土粒子之表面上冒出水珠。

概述

再次參考圖1至圖2，矽藻為一種類型之淡水藻或海藻。矽藻之細胞壁，已知為「矽藻殼」，由乳白色二氧化矽(SiO₂)製成且具有多孔結構。少 量鉀、鐵、鈣、鎂、磷酸鹽、鈉、鈦及其他元素亦可包括於矽藻土中。

大量矽藻殼可見於一些海洋與湖泊沈積物中且可自其開採。矽藻土已長期在商業上用作過濾器、礦物填料、機械殺蟲劑、絕緣材料、抗結塊試劑、精細研磨劑及其他用途。矽藻土一般被視為無毒且惰性的。

根據本發明主題之代表性具體實例展示於圖3至圖22中，其中相同或一般類似特徵共用共同參考數字。

本發明主題一般關於由矽藻土化纖維、長絲、紗、編織與非編織織物、纖維類膜、墊及隔膜組成之構築體，及由前述各者製成之成品，尤其服裝與鞋類產品，其中嵌入或以其他方式塗覆至構築體表面之複數個矽藻土粒子賦予所要功能，諸如水分管理(吸收及傳輸)、熱管理(蒸發冷卻)、氣味控制、牽引或握力增強、耐磨性或拒水性(在製得之粒子為疏水性之情況下)。如本文所用，「矽藻土化」構築體為經嵌入構築體表面或塗佈或以其他方式沈積於構築體表面上之矽藻土粒子處理之構築體。

表面可為基底材料之外部表面及/或內部表面之一些或所有。表面可為纖維之一般外部圓柱形表面。在一些具體實例中，纖維可為中空的，在該情況下表面可包括纖維之內部表面。在其他情況下，構築體可為織物，在該情況下表面可為織物之一個側或兩個側。在其他情況下，構築體可為墊、膜或網狀物，在該情況下表面可為構築體之任何一個或多個外部側表面或構築體內由纖維表面之空隙、孔隙組成之表面。

矽藻土化纖維

在某些態樣中，本發明主題係關於具有多種嵌入之矽藻土粒子之纖維。該等粒子一般在一個或多個纖維表面上或以所需間距均勻暴露。纖維以散裝收集，或其可收集於線軸上且可紡絲成紗用作單絲，或收集至墊、膜或隔膜中形成非編織物品。

在其他態樣中，本發明主題係關於織物及其他纖維類構築體，其使用矽藻土化紗、單絲及/或複絲來形成針織或編織織物或其他纖維類構築體。該等織物可與其他織物組合形成複合織物，例如單層單元之層壓物。織物可隨後形成為各種最終產品，諸如服裝產品或鞋類產品。

在另一態樣中，本發明主題係關於製成併入矽藻土粒子之纖維之方法。舉例而言，將粒子添加至聚合物熔體之原料中且分散至熔體中。隨後使用各種已知纖維成型技術(包括自旋熔融、擠壓、吹塑熔融、電紡絲、壓力紡絲)及基於在壓力下自微型孔排出聚合物熔體流之其他技術中之任一者使熔融組成物形成為纖維。另一可能性為使用例如粒子分散於黏合劑中之噴墨類型印刷系統將粒子印刷至基底材料上。此方法之一優點為能夠在基材上產生所選模式。

在又其他應用中，矽藻土粒子可噴至基材，類似於防滑表面(例如，船甲板)如何塗佈有砂或砂狀粒子。在仍其他應用中，矽藻土粒子可以薄層塗佈於基材上作為PU膜、熱塑性膜或橡膠(天然或合成)膜。如下文所論述，電漿處理可用於將粒子固定於纖維上。粒子可添加於電漿饋料單體溶液中且經由電漿固定至面料上。或粒子可塗覆有預電漿，且面料或橡膠材料可隨後置放至電漿中，其中電漿使載體單體聚合且將矽藻土粒子固定至聚合物中及基材表面上。圖1展示代表性矽藻土粉末。圖2展示代表性矽藻土粒子D，亦即矽藻之矽藻殼。矽藻殼出現組態之多樣性，各具有孔或孔隙之多樣性。孔或孔隙通常具有三種不同大小，範圍為幾微米直徑降至次微米直徑。孔之數目與大小隨矽藻物種而變化。矽藻土之不同特性係基於天然二氧化矽組成物、矽藻殼粒子之整體結構與結構中孔之網路的組合。矽藻土之一些特性如下：

高孔隙率：85%矽藻土粒子由互連孔隙組成。矽藻土粒子比矽藻幾乎更通風。

高吸收：矽藻土粒子可吸收重量為大約100%之液體且仍維持乾燥矽藻粉末 之一些特性。

高的表面與粒子比：矽藻粒子以不規則形狀存在。矽藻之粒徑範圍通常在小於1微米至幾百微米內但典型地在2微米至200微米範圍內。互連通道與相同直徑之粒子相比表面積增加幾倍。此增加反應性表面積而不增加重量。壓碎矽藻之矽藻殼可產生奈米級粒徑之分級矽藻殼，其中分級矽藻殼保持提供與完整矽藻殼相同的功能之多孔網路。

吸收及除臭：此等為矽藻土之天然特徵。

矽藻土一般出現兩個等級：食品級(一般為淡水衍生的)及工業級(一般為鹽水衍生的且用於游泳池)。食品級具有低晶體二氧化矽(<2%)含量，而工業級正相反，其經加熱及處理具有大約60+%之晶體二氧化矽含量。晶體二氧化矽可能對呼吸及攝取不利。食品級矽藻在自牙膏至雪茄、塑膠至辣椒粉之現今的產品與製程中具有無數用途。對於池，將矽藻土加熱至結晶結構，因此池之矽藻土為工業級而非食品級。一般而言，為幫助確保人類相容性，本發明主題涵蓋FDA審批通過之食品級矽藻土相較於工業級(過濾器級)矽藻土之用途。

在某些態樣中，本發明目標係關於具有含嵌入之矽藻土粒子之表面的纖維。纖維可併入織物產品中以實現改良之水分管理，例如吸收、傳輸或其他功能效果，諸如有氣味分子之吸收、增強的牽引或其他摩擦效果。舉例而言，產品可為使使用者能在廣泛範圍之氣候條件及環境下保持乾燥、更舒適之服裝產品。矽藻土粒子為輕量的且不增加明顯重量或體積。當藉由本文所揭示之方法在基材表面併入時，其為耐用且耐磨且耐洗滌的。矽藻土粒子之硬度標度較高且在產品之正常使用期間將不易磨損。

新穎矽藻土纖維構築體，其在本文中可稱為「矽藻土化纖維」(及類似表述)，可藉由摻合矽藻土與纖維用原料且隨後形成纖維來形成。所得纖維 將具有嵌入之矽藻土粒子，包括在纖維表面暴露之矽藻土粒子。因此，已知纖維成型方法與系統可用於形成具有部分嵌入纖維基礎材料且部分在材料表面暴露之矽藻土粒子之纖維。此導致纖維表面積增加，與粒子之多孔性質結合，促進蒸發乾燥及冷卻。

如本文所用，術語「纖維」與「長絲」可互換使用。術語「長絲(filament)」一般可指具有高縱橫比之纖維，例如可纏繞所需物件之具有相對較長或連續長度之纖維。此外，合成纖維一般以長的連續長絲形式產生。相比之下，「切斷纖維(staple fiber)」通常指天然纖維，其往往相對較短，因為此為其典型地如何生長之方式。長合成長絲可切成短切斷纖維。總之，長絲為纖維，但纖維可呈不同長度(切斷或長或連續)。長絲一般亦意謂細股線材料且涵蓋紗、線、纖維、電線、電纜及可用於產生針織、編織與非編織織物之類似細股線結構。長絲1，如圖3中可見，可呈單絲或複絲構築體2形式，例如紗，經配置以充當單股線材料，如圖4中可見。

如本文結合纖維或長絲尺寸所用，「直徑(diameter)」意謂圓形截面之直徑，嚴格意義上為詞語「直徑」，且對於具有非圓形截面(例如，橢圓形及多邊形)之長絲，直徑意謂非圓形長絲具有對應於給出相同截面積之圓形截面的截面積。在長絲不具有沿長度之均勻直徑或截面積之情況下，可使用長絲長度之平均值。(平均值亦可用於與本說明書有關之其他非均勻結構或材料參數)。

使用本發明主題之方法及器件形成之聚合纖維可具有基於至少100、500、1000、5000或相對於前述纖維直徑更高之縱橫比的一系列長度。在一個具體實例中，聚合纖維之長度至少部分依賴於器件旋轉或振盪之時間長度及/或饋入系統中之聚合物的量。舉例而言，咸信聚合纖維可形成為具有至少0.5微米之長度，包括在約0.5微米至10公尺或更大範圍內之長度。另外，可使用任 何適合之儀器大小將聚合纖維切成所要長度，且所述長度之中間範圍亦為本發明主題之一部分。

本發明主題不限於任何特定大小之纖維、長絲或紗。對於在織物、鞋類及戶外設備領域中之應用，此類材料典型地將具有丹尼爾為50-300D或大約值之長絲或紗。此類應用之一些適合紗或其他複絲組態可包括(但不限於)100丹尼爾與144長絲；75丹尼爾紗與72長絲；50丹尼爾與48長絲；及50丹尼爾與36長絲。具有所指示整體丹尼爾之單絲亦可適用於各種應用。丹尼爾/長絲數目之比率為0.25至2，或0.5至1.5，0.75至約1.25，或1.0，或大約為前述範圍中之任一者，咸信藉由最佳化針對其他紗參數(諸如紗之強度、耐用性及可加工性)之表面積來促進水分與熱管理。一般咸信丹尼爾/長絲比率愈接近1，芯吸效能及水分管理將愈佳，尤其對由微纖維形成之紗而言。

在一個例示性具體實例中，紗之適合纖維大小為約1丹尼爾(微纖維)或大約值。預期此大小之纖維具有良好芯吸能力。1丹尼爾聚酯纖維長絲具有每公尺纖維0.11mg線性質量，密度為大約1.38且直徑為大約10微米。矽藻土粒徑範圍可在奈米級至5微米之直徑範圍內(適用於纖維)。矽藻土粒子具有非均勻幾何形狀，但將經處理或研磨以通過指定大小範圍之篩子。對於1丹尼爾聚酯纖維，所添加之矽藻土粒子之下限將為以纖維重量計1%或大約值，且上限將為5%或大約值。因此，在1公尺之1丹尼爾聚酯纖維中，0.011mg/m矽藻量(以纖維重量計1%)將為每公尺纖維0.0011mg矽藻。表面上之矽藻量理想地將為100%且均勻分佈。纖維長絲之小的表面積，結合矽藻土粒子及可歸因於該等粒子之增加的表面積，導致矽藻土化纖維與水分子很好地相互作用，使纖維濕潤且促進纖維及面料之芯吸(水分移動)及乾燥。

隨著紗大小改變，例如50D/36長絲、50D/48長絲、70D/72長絲等，長絲之直徑改變且各長絲之線性重量將改變。隨著長絲之直徑增加，重量將增 加，導致每纖維重量之矽藻增加。然而，矽藻增加仍將落入每纖維重量1-5%矽藻。自然地，丹尼爾>1之長絲將具有比上文指定的矽藻更多的矽藻。

另外，以上描述假定圓形截面纖維。隨著纖維截面與幾何形狀改變，此可影響可用於待安置之矽藻的纖維之表面積。中空芯、圓形及芯/鞘纖維為直徑可類似但線性重量不同之實例。然而，所添加之矽藻之範圍仍將為以纖維重量計1-5%。

視應用而定，矽藻土粒子可覆蓋由併入該等粒子之基礎材料製成之構築體的表面之大於0%至100%。一般而言，對於水分管理粒子，纖維表面經粒子之高覆蓋率為合乎需要的，使得粒子可在主動傳輸過程中轉移水分子。然而，粒子在纖維之基礎材料中的過高重量百分比可使纖維變脆且不穩定。咸信矽藻土粒子與熱塑性基礎材料之重量百分比等於或低於5%或大約值不實質上影響底層基礎材料之穩定性。

處理與矽藻土化纖維及織物構築體

大多數合成與纖維素製造纖維藉由迫使黏稠液體通過器件之微型孔(稱為紡絲頭)以形成半固體聚合物之連續長絲來產生。在其初始狀態下，纖維成型聚合物典型地為固體且因此必須首先轉化成流體狀態以用於擠壓。若聚合物為熱塑性合成物，則此通常藉由熔融實現，或若其為非熱塑性纖維素製品，則藉由將其溶解於適合溶劑中實現。若其不能直接溶解或熔融，則其必須經化學處理以形成可溶性或熱塑性衍生物。已針對由不熔融、溶解或形成適當衍生物之聚合物製成之一些專用纖維開發近期技術。對於此等材料，在擠壓製程期間使小流體分子混合且反應形成以其他方式難處理之聚合物。

用於生產大多數製造纖維之紡絲頭為熟知的。紡絲頭可具有一個至幾百個孔。當長絲自紡絲頭中之孔顯現出時，液體聚合物凝結成橡膠態且隨後凝固。此無限長絲之擠壓與凝固製程稱為紡絲，不可與相同名稱之織物操作 混淆，其中切段纖維之短件加撚成紗。所製造纖維之長絲紡絲存在四種方法：濕式紡絲、乾式紡絲、熔融紡絲及凝膠紡絲。

在所有該等方法中，紡絲之聚合物首先必須轉化成流體狀態。若聚合物為熱塑性，則僅可熔融，另外將其溶解於溶劑中或經化學處理形成可溶性或熱塑性衍生物。熔融聚合物隨後加壓通過紡絲頭，且其隨後冷卻至橡膠態及隨後凝固狀態。若使用聚合物溶液，則隨後在加壓通過紡絲頭之後移除溶劑。

濕式紡絲

濕式紡絲為五種方法中之最古老的。此方法用於需要溶解於溶劑中以進行紡絲之聚合物。紡絲頭浸沒於化學浴中引起纖維沈澱，且隨後凝固，如其顯現。該方法由此「濕」浴得其名稱。丙烯腈系纖維(Acrylic)、人造絲(Rayon)、芳族聚醯胺、改質聚丙烯腈纖維(modacrylic)及彈性人造纖維(Spandex)係經由此方法產生。

濕式紡絲之變體為乾噴濕式紡絲，其中將溶液擠入空氣且牽伸，且隨後浸沒於液浴中。此方法用於溶解纖維素之溶解性纖維(Lyocell)紡絲。

乾式紡絲

乾式紡絲亦用於必須溶解於溶劑中之聚合物。不同之處在於經由蒸發溶劑實現凝固。此通常藉由空氣或惰性氣體之流來實現。因為不涉及沈澱液體，纖維不需要被乾燥，且溶劑更易於回收。乙酸纖維、三乙酸纖維、丙烯腈系纖維、改質聚丙烯腈纖維、聚苯并咪唑纖維、彈性人造纖維及維榮(vinyon)係經由此方法產生。

熔融紡絲

熔融紡絲用於可經熔融之聚合物。聚合物藉由在自紡絲頭擠出之後冷卻來凝固。耐綸、烯烴、聚酯、莎綸及硫纖維(sulfar)係經由此方法產生。

擠壓紡絲

將固體聚合物之集結粒或顆粒饋入擠壓機中。將集結粒壓縮，加熱且藉由擠壓螺桿熔融，隨後饋入紡絲泵及紡絲頭中。

直接紡絲

直接紡絲方法避免固體聚合物集結粒之階段。聚合物熔體由原材料產生，且隨後自聚合物加工機直接泵送至紡絲研磨機。直接紡絲主要在聚酯纖維及長絲之生產期間應用且致力於高生產能力(>100噸/天)。

凝膠紡絲

凝膠紡絲，亦稱為乾濕式紡絲，用於獲得高強度或其他特殊特性之纖維。聚合物處於「凝膠」狀態，僅部分液體，保持聚合物鏈稍微黏合在一起。此等黏合在纖維中產生強烈的鏈間力，增加其拉伸強度。纖維內之聚合物鏈亦具有較大程度之定向，增加強度。纖維首先經空氣乾燥，隨後進一步在液浴中冷卻。一些高強度聚乙烯與芳族聚醯胺纖維係經由此方法產生。

電紡絲

電紡絲使用電荷自液體-聚合物溶液或聚合物熔體牽伸極精細(典型地呈微米或奈米級)纖維。電紡絲共有纖維之電噴霧與習知溶液乾式紡絲之特徵。該方法不需要使用凝聚化學作用或高溫來自溶液產生固體線。此使該方法尤其適合於使用大而複雜的分子生產纖維。亦實施熔體電紡絲；此方法確保無溶劑可帶入最終產品中。

壓力紡絲

壓力紡絲為可使用之另一基於紡絲頭之技術。壓力紡絲使用離心力迫使聚合物材料流通過微孔，其中聚合物流變細成精細纖維，其可呈奈米級。壓力紡絲教示於國際申請日2014年7月03日之名稱為Foreespinning of Fibers and Filaments的PCT/US2014/045484中，其以全文引用的方式併入本文中。

牽伸

紡絲之後，可牽伸纖維以增加強度及定向。此可在聚合物仍凝固時或在其已完全冷卻之後進行。

紡紗

所收集之矽藻土化纖維可經粗梳以紡絲成紗。紗可用於例如服裝、鞋類及設備最終產品中，利用可藉由矽藻土化纖維展現之獨特特性。

除前述基於紡絲頭之聚合物流之外，還可使用噴出聚合物材料流之任何其他系統。可使用已知熔噴技術或其他已知技術形成纖維。舉例而言，名稱為「Multi-Pixel Liquid Streams,Especially Fiber-Forming Polymeric Streams,And Methods And Apparatus For Forming Same」之US 6392007揭示系統及方法，其中至少兩個不同液流被細分成密集型複數個單獨分離之以各別記錄不準確陣列定向之平行像素。因此，液流陣列之一之個別像素將由另一液流陣列之像素包圍。隨後使此等個別像素陣列彼此接觸，形成由兩個不同液流之記錄不準確像素陣列組成之多像素液流。「像素化」液流-亦即，兩個不同液流之記錄不準確像素陣列之截面中所含之液流-隨後可經進一步處理。舉例而言，像素化液流可藉由沿彎曲流路徑導向來經受進一步混合。

適合之基礎或原料聚合物材料包括天然與合成聚合物、聚合物摻合物及其他纖維成型材料。該等材料包括熱塑性聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚胺基甲酸酯(PU)、聚乳酸(PLA)、耐綸、鉍及β-內醯胺纖維及聚烯烴。聚合物及其他纖維成型材料可由生物材料(例如，可生物降解且可生物再吸收之材料、植物類生物聚合物、生物類醱酵聚合物)、金屬、金屬合金、陶瓷、複合物及碳超細纖維組成或包括上述各者。

纖維可包括如上文所指示之多種材料之摻合。纖維亦可包括孔(例如，腔或多腔)或孔隙。多腔纖維可藉由設計例如一個或多個具有同心開口之出口埠實現。在某些具體實例中，該等開口可包含分隔開口(亦即，擁有 一個或多個隔板使得製成兩個或多於兩個較小開口之開口)。該等特徵可用於獲得特定物理特性。舉例而言，可產生纖維用作諸如下文所描述之絕緣應用中之熱絕緣體，或用作彈性(回彈性)或無彈性力衰減器。

在某些具體實例中，本發明之織物構築體及膜與纖維網狀物可包括彈性纖維，諸如氨綸、聚胺基甲酸酯及聚丙烯酸酯類聚合物，以賦予根據本發明主題製成之非編織織物伸縮性。

在一個例示性具體實例中，本發明主題提供主要由作為纖維成型聚合物之聚對苯二甲酸伸乙酯組成之矽藻土化纖維，其特徵在於該等纖維之矽藻土/聚合物為約0.1wt%至5wt%或大約值。

視應用而定，矽藻土粒子之孔隙可或可不受熱塑性或其他基礎材料阻塞。母料通常產生均勻分佈粒子之懸浮液，且在擠壓期間確保粒子在纖維表面上且孔隙為開放的。可藉由顯微法，例如掃描電子顯微法測定阻塞。在一些情況下，阻擋將不發生，因為例如粒子之相對孔隙大小與以下各者相對：(1)基礎材料中所用的聚合物之分子量或大小；(2)在摻合期間基礎材料之黏度；及/或(3)在摻合期間基礎材料之表面張力。若基礎材料能夠阻塞孔隙，則粒子可經以可移除方式阻塞孔隙之物質預處理。各種方法為已知的，包括以全文引用的方式併入本文中之US 7247374中所揭示之彼等方法。一般而言，可移除材料可為不同於相關基礎材料之選擇性對環境條件作出反應之熱塑性塑膠或蠟。舉例而言，可移除物質可溶解於其中基礎材料為相對不可溶之特定溶劑中。類似地，特定加熱或沖洗方法可用於移除可用於填實或以其他方式保護孔隙或可無意進入孔隙之任何東西。作為另一實例，可移除物質可在一定電磁波長下降解，而基礎材料為穩定的。

在一些具體實例中，纖維或其他構築體之基礎材料之表面上的粒子之暴露面積為基礎材料表面積之3%-50%或大約值。矽藻粒徑典型地為大約1-3 微米且不超過纖維之以線性重量計大約5%。微米大小纖維之粒徑可在奈米至大約5微米之直徑範圍內。在奈米纖維之情況下，所用粒子之大小範圍可呈大約100-500nm。

根據本發明主題之用矽藻土化纖維製成之面料可包括0%至100%矽藻土化纖維(在編織之情況下呈例如緯紗及/或經紗方向之大體上均一分佈)。在一些應用(諸如水分管理)中，咸信若織物中10%至100%紗經矽藻土化，則可達成適合效能屬性。咸信若織物具有30%或大約值之矽藻土化紗，則可達成尤其適合之效能屬性。咸信織物中30%或大於30%之矽藻土化紗將提供尤其適合之效能屬性。

可向其中添加矽藻土粒子之一種適合聚合物原料之一非限制性實例為聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)，其可用於形成聚酯材料。PET或「聚酯」一般包括含有至少80%聚對苯二甲酸伸乙酯單元及來自二醇(乙二醇除外，諸如二乙二醇、丁二醇)或二甲酸(對苯二甲酸除外，例如間苯二甲酸、六氫對苯二甲酸、二苯甲酸)之最多20%單元的聚酯。

在一例示性具體實例中，本發明主題提供一種生產包含聚對苯二甲酸伸乙酯作為纖維成型聚合物之熔紡纖維之方法，其經由纖維成型聚合物之聚縮合或熔融且隨後將熔體熔融紡絲成纖維來進行。該方法包括以下步驟：將0.1-5.0wt%矽藻土混合至聚合物原料或聚合物熔體材料中，隨後熔融紡絲。一般而言，粒子將均質分散於熔融材料中。在熔融紡絲期間，500m/min至10,000m/min之紡絲速度應適用於許多應用。在熔融紡絲期間，自熔融紡絲系統之紡絲頭之一個或多個孔擠出纖維。

PET自身亦可含有習用添加劑，諸如消光劑(二氧化鈦)、穩定劑、催化劑、染料等。聚對苯二甲酸伸乙酯可視情況經小莫耳數量之具有3-4個官能醇或酸基團之分枝劑改質，分枝劑諸如三甲基丙烷、三甲基辛烷、季戊四 醇、甘油、對稱苯三甲酸、偏苯三甲酸或苯均四酸。

然而，起始聚酯亦可含有已知添加劑以便修改著色能力，諸如鈉-3,5-二羧基苯磺酸鹽。

在熔融線中，例如可能使用其他動態及/或靜態混合器。為此，動態及/或靜態混合器亦可直接置放在紡絲組合前面。

在本發明之一個具體實例中，可藉由所描述之混雜變體中之任一者產生的備用型分散、熔融混合物首先不紡絲成纖維，但進行粒化。顆粒可稍後在習知紡絲機器上用熔融擠壓機處理，且紡絲成纖維。在該過程中，二級加工商，例如顆粒製造商之客戶，具有根據本發明改質之聚酯的所有優點而不必使其習知紡絲機器裝備有昂貴的定量與混合設施且不必購買單獨添加劑。因此，整個處理對於二級加工商而言如同正常PET粒化一樣簡單。

除新穎矽藻土化纖維構築體之外，本發明主題一般亦關於基於所選長絲(例如，紗或纖維)之融合形成編織、非編織及針織織物構築體，在織物構築體中之織物不對稱表面或層中產生由紗或纖維形成之格子。(在此，產品及其對應組件，或產品或組件之部分(section/portion)一般可稱為「構築體」)。如本文所用，「格子(lattice)」意謂點或元件之配置呈一般規則週期性圖案，尤其呈十字形、交錯、相互循環或交織圖案，如呈針織或編織結構。儘管由於其呈十字形或交織纖維元件之不規則性而在技術上不在本說明書內，除非上下文另外規定，否則本文意欲包括具有非編織墊或氈形式之織物作為格子結構。織物構築體可基於此項技術中已知之各種技術由針織或編織結構形成。其可基於此項技術中已知之各種技術由墊或氈結構形成。

圖5示意性地展示構築體10，其包含三個層：矽藻土化面料層12、視情況存在之外層14及視情況存在之內層16。矽藻土化層可用於控制水分。在服裝應用中，在戶外護套中外層可為殼層。內層可為針對使用者皮膚之由例如 網狀面料製成之舒適內襯。若省略視情況存在之層14、層16，則矽藻土化層12可為用於運動、戶外應用及由矽藻土化材料提供之水分管理或其他功能可為合乎需要之其他該等用途之基層。

圖6示意性地展示可整體或部分用構築體10製成之上身服裝物件18(例如護套)及下身服裝物件20(例如褲子)之一實例。

更特定言之，織物可定義為自具有一般二維結構(亦即，長度及寬度實質上大於厚度)之長絲之任何製造。一般而言，織物可分類為非編織織物或機械操縱織物。非編織織物為黏合、融合、互鎖或以其他方式接合之長絲之網狀物或墊。作為一實例，非編織織物可藉由將複數個聚合物長絲隨機沈積於表面上(諸如移動傳送帶)來形成。機械操縱織物通常藉由通常經由涉及織機或針織機之機械製程使紗或複數種紗編織或相互循環(例如，針織)來形成。然而，編織織物包括彼此呈直角交叉之紗(亦即，經紗與緯紗)，針織織物包括形成複數個以緯圈與經圈配置之互相嚙合環之一或多種紗。

如本文所用，「膜(film)」意謂材料之薄單片層。膜可或可不具有孔隙率，但若為多孔，則其具有實質上固體表面積，亦即，開孔不占大部分表面積。舉例而言，膜之至少一種固體表面積可為約50%至約100%，且包括50%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.9%及99.99%之固體表面積。

如本文所用，「隔膜(membrane)」意謂分離兩種流體(例如，服裝外部之水或空氣及服裝內部(使用者之側)之空氣或蒸氣)且充當選擇性障壁之膜，除非隔膜為親水性隔膜，否則其允許一些粒子相對於其他粒子優先穿過，例如允許氣相水但非液相水穿過(例如，微孔與疏水性隔膜)。

本文所揭示之纖維、紗、線及織物可用於各種服裝物品(例如，外套、襯衫及鞋類)及多種其他物品中。舉例而言，織物構築體可用於無縫與 有縫產品與產品組件中，諸如服裝；鞋類；手套；頭飾；帳篷；背包；行李及其他物件載體之性質的容器或載體；傢俱裝飾；床上用品；桌布；亞麻布；汽車椅套；防水布；毛巾；醫用織物；土工織物；及農用織物，其中構築體包含本文中所主張之構築體(矽藻土化纖維、長絲、紗、織物、墊、膜或隔膜)中之任一者的至少一部分。織物構築體之各種組態亦可用於工業目的，如在汽車與航空航天應用、過濾器材料、醫用織物、土工織物、農用織物及工業服裝中。矽藻土化纖維與織物亦可用於手套中，提供具有更佳握力之抓握側。因此，織物構築體可出於個人與工業目的用於多種物品中。

在某些具體實例中，本發明主題係關於一種織物構築體及相關構造方法，其中可熔性長絲，諸如格子90中之熱塑性紗或纖維3(圖7)熔融形成織物構築體100或200，其在一個側或層上具有部分融合膜(圖8)或充分融合膜4(圖9至圖10)，而另一側或層維持呈離散針織或編織結構。織物中之矽藻土化長絲或紗可在構築體90、100及200之一個或兩個側或層處。2014年2月22日申請的名稱為Textile Constructs Formed with Fusible Elements之美國申請案第61/943,349號揭示具有可熔性長絲之各種織物構築體且以全文引用的方式併入本文中。融合膜可提供具有所要屬性(諸如防水性或抗水性及透氣性)之隔膜側或層。融合膜可提供各種功能或效能屬性。舉例而言，其可視所用材料及/或融合程度而定充當空氣及水之完整或部分障壁。其可充當貼身的可拉伸層。其可充當針對磨損或衝擊力之耐用或保護層。該等功能特性之任何組合可經工程改造為根據本發明主題之織物構築體。

圖7展示用由矽藻土化紗2與可熔性纖維3組成之添紗中之一者形成構築體90之添紗針織結構之一實例。(可熔性紗相對於非可熔性材料具有較低軟化或熔融溫度)。添紗將各紗2與3置放於添紗結構之相對側上。在軟化或熔融可熔性纖維時，可熔性纖維在構築體之一個側上形成部分或充分熔融結構，且 離散針織結構將保持於另一側上。圖8自非可熔性紗2之側展示構築體100，其由來自圖7的構築體90之部分熔融產生。圖9自非可熔性紗2之側展示構築體100，其由來自圖7的構築體90之完全熔融產生。圖9自可熔性紗3(現顯現為膜4)之側展示構築體200，其由來自圖7的構築體90之完全熔融產生。

儘管廣泛範圍之熱塑性聚合物材料可用於可熔性長絲，但適合的熱塑性聚合物材料之實例包括熱塑性聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚酯、聚丙烯及聚烯烴。儘管可熔性長絲可由上文所提及之熱塑性聚合物材料中之任一者形成，使用熱塑性聚胺基甲酸酯賦予各種優點。舉例而言，熱塑性聚胺基甲酸酯之各種調配物為彈性體且拉伸超過百分之一百，同時展現相對較高穩定性或拉伸強度。與一些其他熱塑性聚合物材料相比，熱塑性聚胺基甲酸酯易於與其他元素形成熱黏合，如下文更詳細論述。此外，熱塑性聚胺基甲酸酯可形成發泡體材料且可再循環形成多種產品。在可熔性紗2之許多組態中，各捆綁組件長絲1完全或實質上由一或多種熱塑性聚合物材料形成。亦即，至少50重量%、55重量%、60重量%、65重量%、70重量%、75重量%、80重量%、85重量%、90重量%、95重量%或100重量%之長絲1為熱塑性聚合物材料。實質上由熱塑性聚合物材料形成長絲1之優點為均勻特性，能夠形成熱黏合，有效製造，彈性拉伸及相對較高穩定性或拉伸強度。儘管可使用單一熱塑性聚合物材料，個別長絲1可由多種熱塑性聚合物材料形成。作為一實例，個別長絲1可具有鞘/芯組態，其中個別長絲1之外鞘由第一熱塑性聚合物材料形成，且個別長絲1之內芯由第二熱塑性聚合物材料形成。作為一類似實例，個別長絲1可具有雙組分組態，其中個別長絲1之一半由第一熱塑性聚合物材料形成，且個別長絲1之相對一半由第二熱塑性聚合物材料形成。儘管各長絲1可由共同熱塑性聚合物材料形成，不同長絲1亦可由不同材料形成。作為一實例，一些長絲1可由第一類型之熱塑性聚合物材料形成，而其他長絲1可由第二類型之熱塑性聚合物材料形成。

除使可熔性長絲轉化成膜之熱裝置之外，其他裝置或能源可單獨或與熱能組合使用以使轉化成膜。舉例而言，機械壓機可用於促進在充分條件下藉由使用具有蠟或黏土類似特性之長絲形成膜且在充分壓力下聚結且融合。長絲亦可為可在聚合劑(諸如化學劑)或能源(例如，UV或IR光譜中之電磁輻射或超音波能量)存在下黏合在一起之可聚合材料。長絲亦可具有如下性質：其在特定溶劑或氣體存在下軟化且變得可熔。

長絲1之聚合物材料可選擇為具有各種拉伸特性，且該材料可視為彈性體。視紗所要之特定特性而定，長絲1在拉伸失效之前可在百分之十至大於百分之八百之間拉伸。相關而言，長絲1使用之熱塑性聚合物材料可選擇為具有各種恢復特性。亦即，紗或長絲1可形成為在被拉伸之後返回至原始形狀。許多併有紗之產品，諸如織物及由織物形成之服裝物品，可受益於允許紗在被拉伸之後以百分之一百或大於百分之一百返回或以其他方式恢復至原始形狀之特性。儘管許多熱塑性聚合物材料展現拉伸與恢復特性，但熱塑性聚胺基甲酸酯對於各種織物及服裝物品展現適合之拉伸與恢復特性。

紗重量可視例如個別長絲1之厚度、長絲1之數目及長絲1之所選特定材料而顯著變化。一般而言，重量藉由單位「特克斯」或「丹尼爾」量測，其為一定公尺數之紗以公克為單位之重量，如由熟習此項技術者所理解。

多種習知方法可用於製造由一或多種熱塑性及/或矽藻土化纖維或長絲1組成之紗。一般而言，紗1之製造方法包括(a)擠壓或以其他方式由矽藻土化及/或熱塑性聚合物材料形成複數個長絲1及(b)收集或捆綁長絲1。在捆綁後，可加撚長絲1。視所要特定特徵而定，紗亦可經受空氣紋理化操作或其他後處理操作。亦可進行如下文所論述之融合製程以在相鄰長絲1之間形成熱黏合。

本發明主題亦涵蓋織物構築體，其中組成性長絲或紗之定製在形 成長絲紗或織物之後發生。舉例而言，該等物品可以全部或部分熱塑性材料形成，且矽藻土可嵌入物件表面同時呈熔融或軟化狀態。此可例如藉由將粒子機械壓製或捏合成熱塑性基材或空氣射流迫使粒子進入表面來發生。

粒子亦可經由化學黏合附著至熱塑性材料與非熱塑性材料之軟化、熔融或固體基材表面。舉例而言，矽藻土粒子可分散於環氧樹脂溶液中且塗覆至基材。

如已指出，根據本發明主題之織物構築體可併入多種產品中，包括各種服裝物品(例如，襯衫褲子、鞋類)。取一套由例如護套或殼體18及褲子20組成之外衣(圖6)作為一實例，矽藻土化織物構築體可形成每件衣服之大部分，包括護套或殼體之軀幹區域及兩個臂區域及褲子之腰部與腿部區域。一個或多個織物構築體可選擇性置放於可能需要任何前述或效能屬性之區域中。舉例而言，在基層中，矽藻土化構築體可在手臂下方區域、胸部及/或背部區域或任何其他易於出汗之區域。

本發明主題亦涵蓋使用經改質以提供選擇性功能之矽藻土粒子。舉例而言，名稱為Superhydrophobic Diatomaceous Earth之US 8216674揭示超疏水性矽藻土。藉由將具有疏水性塗層之矽藻土粒子塗佈於粒子表面上使得塗層符合矽藻土粒子之表面形貌來製備矽藻土。疏水性塗層可為全氟化矽烷偶合劑之自組裝單層。超疏水性粉末可如上文所論述應用為懸浮液作為聚合物原料中之添加劑，或在黏合劑溶液中應用於基材，在基材上產生超疏水性表面。

疏水性矽藻土可用於例如紗中作為對構築體之拒水處理。其亦可經由其硬度增強構築體之耐用性。舉例而言，疏水性矽藻土可用於紗以增強拒水性。其可用於織物以提供拒水性及耐磨性。在鞋子外底(下文論述)中，疏水性矽藻土可幫助不讓水進入矽藻土粒子。

上述以引用的方式併入之申請案PCT/US2014/045484一般教示 由纖維網狀物，尤其「超細」纖維(亦即直徑在奈米級或微米級範圍內之纖維)組成之非編織織物。在某些態樣中，本發明主題係關於使用用於形成凝固為矽藻土化纖維之材料射流的新穎方法生產物品及物品組件，矽藻土化纖維可為超細矽藻土化纖維，且在其被收集時形成二維或三維網狀物。本發明目標亦關於用於收集例如適用於形成本發明目標亦關於用於收集例如適用於形成紗之一般平行股線之聚結物中的任何規模之矽藻土化纖維之系統及方法。

參考圖11至圖13及圖16至圖19，示意性地展示例示性基於紡絲頭之系統。在一個代表性實例中，該系統為用於生產矽藻土化纖維及將其收集成所要形式(例如定向股線或黏性網狀物，諸如膜或墊)之壓力紡絲系統。然而，本文所揭示之原理一般將適用於基於可流動聚合物材料之噴射之其他系統，諸如本文前面所描述之彼等系統。

系統210包括流體耦接至流體或可流動材料之源的紡絲頭212，流體或可流動材料包括分散矽藻土粒子，可成形為矽藻土化纖維(『纖維成型材料』)。材料源可為不斷饋料紡絲頭之儲集器214。紡絲頭自身可包括隨著紡絲頭旋轉之具有分散矽藻土粒子之聚合物材料之儲集器。可流動材料可為熔融材料或材料溶液。紡絲頭機械耦接至以圓形運動旋轉紡絲頭之馬達(圖中未示)。在某些具體實例中，旋轉元件在約500RPM至約100,000RPM範圍內旋轉。在某些具體實例中，在其期間噴射材料之旋轉為至少5,000RPM。在其他具體實例中，其為至少10,000RPM。在其他具體實例中，其為至少25,000RPM。在其他具體實例中，其為至少50,000RPM。在旋轉期間，所選材料，例如聚合物熔體或聚合物溶液，以材料射流215自紡絲頭上之一個或多個出口埠216噴射至周圍大氣中。向外徑向離心力在聚合物射流投射遠離出口埠時延伸聚合物射流，且射流由於旋轉依賴慣性沿捲曲軌跡行進。咸信擠出之聚合物射流215之拉伸在減小自噴嘴至收集器之距離內的射流直徑中為重要的。預期噴射材料在其達到收集器 之時間凝固成矽藻土化纖維。該系統包括用於以所需方式收集纖維之收集器218。舉例而言，纖維可自紡絲頭噴射至安置於紡絲頭下方之表面上或自紡絲頭上之出口埠跨越之壁上。收集表面可為靜態或可移動的。為形成纖維材料之薄片或墊220，表面可為平坦表面。平坦表面可為靜態或可移動的。

可移動平坦表面可為將纖維材料饋入滾筒或其他處理系統中之連續帶系統之一部分。另一處理系統可為用於將其他材料層壓或沈積至使用壓力紡絲系統或用於生產超細纖維之片化材料的其他系統產生之薄片材料上之直列式層壓或材料沈積系統。在其他具體實例中，平坦表面可支撐其上沈積纖維之另一材料層。舉例而言，其上沈積矽藻土化纖維之材料層可為最終產品(諸如服裝物件)之複合組件層之內層或外層。

在某些具體實例中，收集表面為最終產品之3D物件(諸如模具)或3D組件。圖11至圖12示意性地展示最終產品鞋子或手套之3D物件27、28之實例。圖5示意性地展示呈具有纖維延伸部分1之羽絨222形式之3D物件，其可被仿製，如下文更詳細論述。為將纖維導向所需收集表面(「收集器」)，纖維導引系統可構成壓力紡絲系統之一部分。舉例而言，定向系統可經組態以自所需收集器上方提供空氣及/或下方提供真空以將纖維導向收集器。

在矽藻土化纖維彼此置放時，在交叉點製得接觸點，且隔膜組分黏合在一起。若需要接觸點之網狀黏合，其可經由若需要接觸點之網狀黏合，其可經由施加熱量(熱黏合)、熱量與壓力及/或化學黏合來完成。壓力紡絲系統可包括加熱元件、壓力施加器及用於實現該黏合之化學黏合單元。

根據本發明主題，纖維成型聚合物之紡絲可用於使用紡絲頭孔大小、孔幾何形狀及組態之組合來提供矽藻土化或習知纖維之多個層。

其他矽藻土化纖維可製成為具有呈圓、未摺疊圓(亦即，基本上圓形纖維、中心為中空，亦即壓縮成橢圓)或平帶形式之不同截面。另外，不 同紡絲頭可包括於壓力紡絲系統中，導致不同纖維直徑或摻合物。舉例而言，系統中之多個紡絲頭可在紡絲期間產生纖維摻合物。紡絲頭亦可經組態具有可產生芯鞘結構之出口埠。或者，單個紡絲頭具有多個出口埠，各耦接至不同的可流動儲集器，纖維成型材料可產生矽藻土化纖維與習知纖維之摻合物。

類似地，矽藻土化纖維特性可藉由在旋轉器件上提供具有不同所選直徑之不同出口埠來控制。本發明主題涵蓋在約1微米至約1000微米之間的一系列出口埠直徑。若需要相對較高直徑纖維，則亦涵蓋較大直徑。通向出口埠之通道或過道典型地將具有直管道(straight run)。其可長達1-3毫米。

在給定系統中，出口埠之直徑及/或形狀或尺寸可為均勻的或其可改變。在一些具體實例中，出口埠形成為具有減小的朝向埠之錐度之預定長度噴嘴。出口埠及相關過道或通道可使用已知微研磨技術或待發現之技術形成。已知技術包括機械研磨、化學蝕刻及雷射鑽孔與切除。除超細纖維之外，根據本發明主題之壓力紡絲系統可用於產生標準織物大小(例如，50-150丹尼爾)之纖維。

超細纖維或其他纖維可包括功能性添加劑，諸如(但不限於)抗微生物劑、金屬、阻燃劑及陶瓷。此等材料可連同纖維成型材料一起引入紡絲頭中。其可藉由例如氫鍵、離子鍵或凡得瓦爾力(van der Waals force)與該材料共價黏合。催化劑可包括於材料混合物中以促進任何該黏合。

在任何情況下，對於上文所提及之最終產品，纖維墊(範圍為不同纖維大小，材料或摻合物)可分層在一起產生整個服裝複合材料或在3D物件之情況下整個最終產品，例如鞋子複合材料及手套。

纖維成型材料可藉由熔融溫度選擇，以在壓力紡絲或其他噴射技術之後熱固化時提供最終的不同結構剛性最終產品。此對於需要比其他最終產品(諸如外套)相對更耐用之3D結構(諸如手套及鞋面)可為尤其重要。

本發明主題涵蓋使用壓力紡絲產生矽藻土化纖維層或隔膜用於2L、2.5L及3L防水/可透氣產品中。舉例而言，矽藻土化層可鄰近於隔膜層以幫助經由隔膜傳輸水分。用作內襯面料，矽藻可吸收水分且將其直接轉移至隔膜以隨後經由膜轉移。鄰近於膜且鄰近於表層之矽藻亦可提供乾爽感且保持液體水分離開穿戴者。

織物構築體或隔膜形成之後，其可或可不塗佈有保護膜來保護孔隙免受污染。視隔膜最終用途而定，纖維可視情況經疏油性組分擠壓以保護隔膜免受污垢及油之污染，或可在隔膜紡絲之後塗覆類似疏油性塗層。塗佈有疏油性塗層將不覆蓋隔膜中之孔隙或不利地影響透氣性或空氣滲透性，但將修改奈米纖維表面以便不吸引污垢及油且因此防止污染。熟習此項技術者將看見濕式固化製程以及蒸氣/電漿沈積製程應用為塗覆疏油性塗層或其他塗層至矽藻而不堵塞孔隙之方式的兩個實例。粒子在呈奈米級時呈現獨特特性。咸信奈米級矽藻且經奈米級疏水性修整面層處理，可呈現包括超疏水性之獨特特性。此等疏水性奈米級粒子在塗覆至面料表面時可產生類似於「蓮葉」效應之超疏水性，提供拒水性及自清潔性，如下文更詳細描述。

矽藻土化膜或隔膜可直接紡絲至最終材料之所選面的面料上，或隔膜可紡絲至接觸紙上且隨後層壓至最終材料之所選面的面料上。直接沈積於面料或材料上或層壓在材料上之膜或隔膜亦可用於軟殼構造中。矽藻土化纖維之直徑影響膜或隔膜之孔隙大小。纖維之截面形態及纖維厚度影響纖維之表面積。增加纖維表面積可減小孔隙大小。減小纖維直徑為增加表面積/體積比之方式。因此，纖維直徑為控制厚度、耐用性及水蒸氣轉移之方式。厚度影響隔膜重量。總體而言，此等因素影響矽藻土化纖維膜或隔膜之透氣性及耐用性。根據本發明主題之矽藻土化纖維直徑可呈任何纖維生產大小，包括在奈米級範圍內。咸信本文所描述之一些防水可透氣隔膜應用之適合範圍為約100nm至約 1000nm。孔隙大小影響空氣滲透性。因此，對於大多數應用而言，隔膜之空氣滲透性可使用前述大小範圍內之奈米纖維控制。用於軟殼與防水可透氣應用以及其他可能應用之纖維成型材料包括PFTE分散液、聚胺基甲酸酯、耐綸、聚酯、生物類材料(例如該等纖維素材料、絲蛋白)及其他待發現之纖維成型材料(包括衍生自天然與合成來源之其他聚合物)。

在某些具體實例中，可流動纖維成型材料可為兩種或多於兩種聚合物及/或兩種或多於兩種共聚物之混合物。在其他具體實例中，纖維成型材料聚合物可為一或多種聚合物及/或多種共聚物之混合物。在其他具體實例中，纖維成型材料可為一或多種合成聚合物與一或多種天然存在的聚合物之混合物。

在根據本發明主題之一些具體實例中，纖維成型材料饋入儲集器中作為聚合物溶液，亦即，溶解於適當溶液中之聚合物。在此具體實例中，方法可進一步包含在聚合物饋入儲集器中之前將聚合物溶解於溶劑中。在其他具體實例中，聚合物饋入儲集器中作為聚合物熔體。在該具體實例中，儲集器在適用於熔融聚合物之溫度下加熱，例如在約100℃至約300℃之溫度下加熱。

在根據本發明主題之一些具體實例中，形成複數個微米、次微米或奈米尺寸之聚合矽藻土化纖維。複數個微米、次微米或奈米尺寸之聚合纖維可具有相同直徑或不同直徑。

在一些具體實例中，除習知纖維大小之外，本發明主題之方法導致微米、次微米或奈米尺寸之矽藻土化纖維之製造。舉例而言，咸信可能製造直徑(或非圓形形狀之類似截面尺寸)為以下各者之聚合纖維：約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奈米或2、5、10、20、30、40或約50微米。所述直徑之中間大小及範圍亦為本發明主題之一部分。咸信壓力紡絲為產生前述超細矽藻土化纖維之一種可能技術。

紗形成

產生纖維之後，將纖維製成紗。對於合成纖維，存在兩種類型之紗：長絲紗與短纖紗。長絲紗由聚結在一起的許多超長纖維組成且典型地以縱軸彼此平行定向。長絲為已被擠出之單一連續纖維。長絲可連同個別纖維以一般平行定向集合或聚結一起。隨後將集合纖維束加撚以產生較厚且較強紗。面料使用複絲與單絲。

合成短纖紗係使用切斷纖維產生。切斷纖維為約0.75吋至18吋長之短纖維。不包括絲，天然纖維為切斷纖維。為產生合成切斷纖維，將纖維擠壓、牽伸且拉緊或捲曲，且隨後切成切段纖維長度。此等切斷纖維隨後被緊箍以便後續加工成編織、針織或非編織面料。切斷纖維隨後合併在一起且紡絲產生由數千短長絲組成之紗。此等短纖紗以與產生棉紗或羊毛紗大大相同之方式產生。

梳理為解開、清潔及定向纖維成用於紡紗之連續網狀物之機械過程。該過程使未組織起來的纖維凝塊破碎且對準類似長度之纖維。天然纖維，諸如羊毛及棉，通常呈不同纖維長度之纏結纖維之凝塊。粗梳此等凝塊且精梳成類似長度之平行對準切斷纖維。隨後將此等切斷纖維紡成紗用於編織與針織面料。

在棉束之情況下，基本粗梳過程包括：打開一束成個別纖維，移 除雜質，基於長度選擇纖維(移除最短者)，移除絨毛，以平行方式定向纖維，且拉伸纖維，將棉捲轉化成棉條，導致常規質量之無撚纖維。棉條為用於紡紗之所產生纖維之長束。所有關於成紗之前述論述適用於由矽藻土化長絲形成之紗。

切斷纖維

如上文所指出，纖維可切割且粗梳為切斷纖維。有可能改變紡絲頭大小，增加或減小孔直徑，以牽伸長的較大直徑大小之纖維。舉例而言，範圍為例如1丹尼爾至300丹尼爾或大約值之丹尼爾涵蓋於壓力紡絲方法。給定紡絲頭可具有一個或多個全部為相同大小之孔。或其對於複數個纖維丹尼爾或組態可具有複數個不同直徑或組態之孔。

由1D-300D範圍內之纖維組成之纖維墊可類似於天然纖維(如棉及羊毛)束之纖維墊起作用。咸信，使用本文所揭示及所涵蓋之新穎系統，長的連續壓力紡絲纖維之鬆散封裝墊或棉絮可使用用於天然纖維之相同製程加工成切斷纖維。羊毛、棉、黃麻等可對於精梳機與粗梳機使用不同機制。因此，存在多種可用選項將紡絲纖維墊分離成所要長度之切斷纖維。

自壓力紡絲產生切斷纖維有利地使用極少能量。長連續長絲以一般平行定向聚結，且其可易於切割且粗梳以產生均勻切斷纖維。習知製程受纖維大小限制。另外，如本文所揭示，壓力紡絲提供能力由多種原材料生產纖維。相比之下，習知製程具有有限能力來有效生產多種天然、合成及生物類纖維。舉例而言，聚酯可以長連續長絲(如漁線)形式擠出。此等長絲可用作為或切割成切斷纖維。對於壓力紡絲，與電紡絲相比纖維相對較長，且墊可隨後切割且粗梳，如切斷纖維。纖維墊表示未定向之切斷纖維之棉束。然而，預期隨著紡絲頭之孔大小增至50及高於50之纖維丹尼爾，纖維強度增加。因為此，擠出纖維之長度可增加。預期諸如旋轉速度、孔大小及溶液熔體之參數可適合於所 要結果而無需過度實驗。在任何情況下，亦即，奈米纖維壓力紡絲為大丹尼爾纖維，粗梳且切割成切斷纖維將遵循類似方法。

壓力紡絲連續長絲纖維

自奈米級至較大直徑，本發明主題係關於由壓力紡絲纖維或其他噴射技術生產更長更連續矽藻土化長絲。使用壓力紡絲作為一代表性實例，1丹尼爾至300丹尼爾或大約值之相對較大纖維直徑，以及本文所揭示之其他丹尼爾或直徑。長絲拉伸強度隨著纖維直徑增加而增加。

在傳統擠壓方法中，本文所揭示之壓力紡絲方法有利地減少牽伸及定向纖維所需的加熱鼓輪及張力器件之量，因為壓力紡絲自然定向纖維。傳統的纖維牽伸與定向及擠壓可能需要高達3層高度之空間。壓力紡絲為單個小尺寸安靜裝置，且需要極少能量。在一些纖維之情況下，要求可為包括加熱器及張力器件。此亦設想且可包括在收集器與紡絲頭之間的位置或後加工。然而，設想後加工呈比當前製造之要求小的規模。類似於奈米纖維墊，較大纖維壓力紡絲墊可直接自墊加撚成紗。此加撚引起類似於自切斷纖維紡紗之纏結。若需要較高程度之纖維定向，則墊可如先前所描述進行粗梳。

圖11至圖21展示壓力紡絲或具有收集矽藻土化或其他長絲或纖維且將其纏繞為連續長絲或纖維之纖維收集系統之其他噴射擠壓系統之替代具體實例。(系統元件不意謂用於概念說明且不意謂為按比例)。隨著纖維成型材料之射流215離開紡絲頭之孔且離心力牽伸長絲或纖維，且其對準纖維且藉由在纖維內定向聚合物鏈來提供強度。此類似於本文所揭示之其他噴射擠壓方法。舉例而言，射流可包括選自聚酯、耐綸、天然纖維(例如，纖維素)、生物類(天然衍生、合成)纖維、生物組分纖維與獨特截面(芯鞘)纖維之摻合物之群的材料及本文所揭示或所涵蓋之任何其他材料。纖維成型材料可包括分散粒子以例如提高纖維效能或電導率。任何纖維成型材料可使用無數收集方法收集為連 續長絲。下文概述幾個代表性方法。然而，此等實施例不意謂為詳盡清單。熟習此項技術者將自本文中之教示認識到，可採用多種技術及裝置來收集矽藻土化纖維。

使用在離心力下噴射材料之射流或流之紡絲頭提供與棉花糖生產之類似性。如本文所用，「流」或「射流」意謂呈任何狀態(例如，液體、軟化或固體)之材料之纖維或絲狀流。材料之固體流之一實例將為牽拉至線軸或自線軸牽拉之移動紗。如本文所用，「結構」或「股線」在纖維之情形下意謂固相纖維或絲狀材料。在本文所涵蓋之處理步驟中，結構或股線可以動態存在，如呈串流狀態，或其可以靜態存在。

在棉花糖製造機中，棉花糖纖維之股線藉由使自收集器中居中之紡絲頭離開的液體紡絲來形成。其中紡絲頭居中之收集器基本上為圓形碗。股線收集於收集器之周圍垂直壁。絡紗機，其為細長物件，例如紙盆，隨後以沿收集器壁之圓形路徑移動，其中絡紗機之縱軸定向為與收集器之壁平行。在絡紗機圍繞壁時，其拉掉沈積於壁上之纖維股線。在絡紗機沿壁圍繞時，其亦圍繞其縱軸旋轉。此額外旋轉使纖維圍繞絡紗機捲繞，圍繞絡紗機產生纖維股線之均勻沈積。在棉花糖之情況下，纖維為弱、短、黏性的，且在無張力之情況下捲繞。因此，該方法不意欲在需要纖維之緊密纏繞時或在纖維不為黏性且易於自其上沈積纖維之壁吸引至絡紗機時使用。此外，棉花糖製造機方法未提供如何將所收集的纖維之墊捲繞成連續絲狀形式以較佳但不一定在一定張力下實現緊密捲繞與纏繞之問題的解決方案。

在以下實施例中，揭示與欲用於織物應用之連續纖維之壓力紡絲或其他紡絲技術一起使用之收集與纏繞方法。本發明主題克服簡單棉花糖製造機方法之不足，其不有關於可能在一定張力下將棉花糖墊還原成冗長絲狀形式。

圖18至圖23展示包括一個或多個收集器18、118、218、318、418、 518及618，各具有接收來自紡絲頭的串流材料之表面之收集系統之實例。根據本發明主題，收集器318可與紡絲頭之紡絲孔216相關聯且與紡絲頭之紡絲孔216協調旋轉。或者，固定非軌道收集器可固定及位於紡絲系統之紡絲頭212之幾何中心下方。協調收集器與紡絲頭之相對紡絲速率，使得絲狀纖維215在以下張力範圍內纏繞至收集器上：(1)實現所要緊密性狀態而無需將纖維應變成斷裂或變形狀態；及(2)避免在所形成之長絲或成型長絲纏繞時其流滯緩，以免所形成之長絲或成型長絲繞轉及斷裂或變形。除收集器之外，收集系統還可包括其他組件，諸如紡絲頭與收集器之間或隨後纖維之後加工中的加熱器及滾筒，以幫助管理張力及流或長絲定向。收集系統將自然包括其他組件(圖中未示)，諸如驅動收集器或其他組件之電動馬達，測定紡絲組件之旋轉速率或自噴射出口埠之流動速率或量測材料或組件之應變或負荷之感測器或暫存器。該系統亦可包括手動及/或電腦控制件，例如微處理器及具有儲存程式之記憶體，用於管理正在形成或已形成之長絲的紡絲及應變或負荷之相對速率的比率。

圖18至圖19為自給定紡絲頭擠出的矽藻土化纖維材料及/或其他纖維材料之流的一個可能收集系統之側面與頂部示意圖。在此情況下，收集器318，例如轉筒或圓筒，以距紡絲頭之出口埠或埠(可安置於紡絲頭上或沿紡絲頭之圓周安置)向外一定距離圍繞紡絲頭以軌道形式旋轉。收集器與紡絲頭充分隔開以便允許適當擠壓及經由旋轉離心力之長絲或纖維牽伸。藉由出口埠大小及所產生纖維之直徑來測定收集器距出口埠之徑向與線性距離。此係因為纖維成型材料之噴射需要一定距離之慣性牽伸來在成型纖維內適當定向聚合物鏈。要考慮的其他參數為擠出材料之特性。舉例而言，溶液黏度及纖維內之聚合物鏈對準為影響使用慣性力之纖維的可延伸距離之因素。減少纖維之繞轉效果以及由旋轉收集器所引起之渦流亦為要考慮的因素。熟習此項技術者可考慮且憑經驗處理任何前述因素而無需過度實驗。從而，如下文所論述，收集器與 紡絲頭之適當間距以及收集器與紡絲頭之相對旋轉速率可憑經驗或以其他方式測定。

參考圖18至圖19之系統，收集器318與紡絲頭212之外部圓周遠距離隔開且繞紡絲頭軌道運行。收集器在其繞紡絲頭軌道運行時同時圍繞其自身縱軸旋轉。收集器之旋轉軸與紡絲頭之旋轉軸平行。收集器之軸向旋轉使纖維215緊密捲繞至收集器且圍繞收集器聚結，長絲或纖維定向為大體平行於彼此。在此實施例中，旋轉紡絲頭及收集器可在相同平面或平行於紡絲頭之平面中相對於彼此移動。在此實施例中，收集器繞固定紡絲頭軌道運行(除軸向旋轉以外)。或者，紡絲頭可繞收集器(其可為固定的)軌道運行。任一軌道配置允許通過軌道之均勻纖維捲繞距離。收集器旋轉之速率(轉/分鐘)可根據特定長絲或纖維材料及直徑來計算或測定。收集器圍繞其自身軸旋轉在纖維材料之捲繞中產生張力。纖維強度將決定圍繞收集器適當捲繞長絲或纖維之捲繞所需的張力量。若收集器之轉/分鐘太快，超出纖維或長絲之拉伸強度，則可發生纖維之斷裂。若轉/分鐘太慢，則長絲或纖維可能繞轉。此可在長絲或纖維中造成弱點或其可使長絲或纖維斷裂。如上文所指出，收集條件可在材料之間變化但可憑經驗建立。熟習此項技術者應理解，將纖維導引至捲繞收集器上所需之機制有許多，且涵蓋所有該等機制，即使本文未明確揭示。轉/分鐘藉由長絲或纖維起始速度等於自紡絲頭之出口埠慣性延伸之鬆弛校準的旋轉收集器可藉由其他系統而不僅圖18至圖19之系統實現。

雖然紡絲頭可以相同方向定向纖維，但定向空氣或其他氣流可用於導引自紡絲頭或甚至固定擠壓器件擠出之材料流。導引氣流之機制包括正壓與負壓系統，例如風扇、真空及加壓氣體源。氣流可以相對於材料流之任何所要角度導引以便將流重導引至所需路徑及定向。舉例而言，材料流可導引至連續帶上。在此具體實例及任何其他具體實例中，可移動平坦表面可為將纖維材 料饋入滾筒或絡紗機或其他加工系統中之連續帶系統之一部分。

鞋類及其他應用之矽藻土化構築體

本發明主題亦關於矽藻土粒子在鞋底單元之外部接地表面中之用途。矽藻與鑽石(9)、花崗岩(7)及石英(7)相比具有在莫氏硬度計(Mohs scale)上大約7之硬度。因為此硬度，且因為其為相對非脆性，粒子可用於改良尤其光滑表面，諸如結冰地面或濕的船甲板、滑板、衝浪板等上之牽引。

如圖20中可見，通用鞋300一般具有鞋底單元310及緊固至鞋底單元之完全或部分圍封鞋面312。在體育運動與一些戶外鞋之情況下，「鞋底單元」一般可包括用於能量吸收及/或返回之中底；用於表面接觸及耐磨性及/或牽引之外底材料；或提供該等中底或外底功能之單個單元。鞋底單元亦可包括裝配在使用者腳與中底或其他鞋底組件之間的鞋內底(in-sole)。雖然鞋底單元將一般沿鞋子長度延伸，鞋底單元亦可包含延伸較小區域(諸如僅前腳或後腳部分)或較小長度或寬度之一些其他區域之單元。鞋底單元之面向腳的側具有腳平台部分。術語「腳平台部分(foot-platform portion)」如本文所用一般指由鞋底單元之上表面形成之支撐腳之鞋底單元之一部分。

在某些態樣中，本發明主題係關於具有如本文先前所描述之矽藻土粒子D嵌入或黏合至其底表面之鞋子。視待覆蓋的表面積之量及所用粒子之大小而定，可使用典型地至少100、1,000、10,000、100,000或1,000,000或大於1,000,000之該等粒子。視粒子晶粒大小及精細、中等及粗晶粒大小之摻合而定，覆蓋率可稱為具有10%覆蓋率至100%覆蓋率、厚度為大約10微米至2mm之任何區域、腳趾、前腳、腳中段、腳跟。

藉由使粒子在基礎外底材料之表面暴露，其在使用期間接合地面且增強牽引。藉由經由外底之正常磨損深度創造粒子層，粒子將在使用期間外底穿戴時繼續暴露。

多種不同設計及材料可用於戶外鞋子之構造中。舉例而言，鞋子外底可由任何多種不同材料製成，該等材料包括橡膠狀材料(例如，固化天然橡膠、熱塑性橡膠(TPR)或任何其他合成橡膠)、合成皮革、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚胺基甲酸酯彈性體、聚氯乙烯(PVC)、任何其他塑膠材料及/或任何其他適合材料。戶外鞋子可具有至少¹/₄吋厚、吋厚或¹/₂吋厚之外底。矽藻土粒子可經由外底厚度完全或部分分佈。舉例而言，其可經由僅1%、2%、3%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、90%、95%或完全至100%之外底厚度分佈於外底之給定部分中。在一些具體實例中，外底在僅外底之前腳及/或後腳部分中具有矽藻土化部分(圖21)。矽藻土化外底或其部分之厚度不必為均勻的且可能變化。舉例而言，外底可逐漸變窄，自外底之低磨損部分至高磨損部分變得更厚。作為一實例，腳中段部分可具有極小或無厚度之矽藻土粒子，而前腳及/或後腳可具有相對較高厚度之粒子。

矽藻土粒子可分散於外底材料之原料中，隨後形成外底。原料可為顆粒、液體或熔體，如上文所論述與纖維結合。隨後可使用模製熱塑性或橡膠狀材料之各種已知技術將該原料模製或切割成外底形狀。該等技術包括例如射出成形或壓縮成形。矽藻土之分散體可藉由在一些成形階段中摻合、捏合、壓製或以其他方式將矽藻土加工成原料或成形或部分成形外底或外底基材來產生。舉例而言，橡膠狀外底材料之薄片可熔融軟化且粒子加工成軟化材料。軟化材料將在冷卻後圍繞粒子融合。

矽藻土化外底部分一般但不一定具有粒子之均質分佈。該部分可併入0.1wt%至5.0wt%或大於5.0wt%之矽藻土粒子。咸信，就外底之每一給定平方吋之覆蓋率而言，任何給定晶粒大小或晶粒大小組合之粒子將覆蓋每平方吋至少10%表面積至每平方吋100%面積。考慮到磨損，粒子應提供在10微米至2 mm或大於2mm之深度下之覆蓋率。

砂可為石英、長石、礦物碎片、火山岩碎片、沈積岩碎片及變質岩碎片之組合，其中大部分為石英；SiO₄礦物。在矽藻土中自然發現砂之所有要求及益處。自然發現矽藻土粒子呈不規則形狀。研磨矽藻土提供甚至更多不對稱性以提供更佳牽引控制。矽藻可處理為疏水性，將提高在濕潤條件下之牽引。

有利地，對於在濕潤、乾燥、結冰及多岩石條件下鞋類之牽引控制，矽藻土粒子為對當前砂與陶瓷選項提供更硬且更合乎需要的替代方案之天然材料。矽藻土粒子為80-90%二氧化矽，剩餘組成歸於黏土材料。另外，其為吸收其在水中重量之兩倍且仍具有乾燥矽藻土粒子之特徵的硬二氧化矽材料。另外，矽藻土粒子為高度多孔的且自然地出現不規則形狀。另外，其可耐受熱處理，可易於製成疏水性，且可研磨為精細晶粒大小以及粗糙大小。

牽引量視塗佈法、所塗覆之粒子級別、粒子密度且在鞋類之情況下使用的預定表面以及環境條件(例如，溫度、雪、冰、水)而定。使用的預定表面可為例如岩石、冰、路面、砂岩、船、衝浪板、立式漿板等。

外底之覆蓋率設想為對於光牽引之矽藻土粒子之10%表面覆蓋率且在高牽引、濕潤及結冰情況下高達100%。對於不同應用以及如下文所論述之手套中之用途設想不同百分比之漸變，其中高粒子密度可能不為所需的，因為可撓性可降低。粒子晶粒大小可為矽藻與砂或砂狀材料之摻合物。摻合粒子可選自精細級(約300微米及更低)、中級(約300-600微米)及粗糙級(約600微米)及更高級粒子。對於濕潤條件或溫暖冰條件(>20華氏度(degree Fahrenheit))，將使用精細級矽藻。

本發明主題亦關於新穎構築體，其中產生矽藻土粒子之聚結物以增加矽藻土粒子之有效大小超過其天然大小範圍。一個或多個粒子之離散聚結物可藉由將大於5重量%矽藻土之分散體創造為基礎材料(諸如上文所論述之熱 塑性材料)來獲得。聚結粒子之大小將隨著矽藻土之重量%增加而增加。已知分散劑可用於管理粒子聚結之水準。

類似於機場跑道，用於寒冰之外底、用於高山及冰川海拔之鞋子，或溫度低於15華氏度之任何地方將使用粗糙級粒子。對於岩石及冰上之牽引，可使用較粗糙級，其可包括2300微米或更高之粒子。

摻合物對於多用途牽引橡膠外底而言為理想的。另外，橡膠外底可具有覆蓋率變化，其中矽藻置放於一個區域之大部分中；前腳至腳趾或腳跟或部位之任何組合周圍使用不同的晶粒大小摻合物、表面積覆蓋率百分比及/或矽藻土化層(10微米-2mm)密度。

矽藻土之應用可簡單為用矽藻土(純的或如上文所論述摻合的)塗佈外底或其他構築體之壓縮模具之底部。此處，隨後注入橡膠或其他成型材料，且矽藻土融合至表面，其可為外底之面向地面的表面。

在另一方法中，矽藻土可併入橡膠或其他成型材料之母料摻合物中。在另一方法中，矽藻土可在形成外底或其他構築體之後經由滾軋、刷塗、噴塗、空中撒播或其他塗佈法塗覆至外底或其他構築體。

除牽引之外，矽藻土還可用於提供構築體表面之耐磨性。舉例而言，行李、齒輪袋或其他袋或載體之底部可塗佈有矽藻土以提供耐磨性。在服裝中，服裝之高磨損區域，例如肩部、肘部、膝部或臀部區域可塗佈有矽藻土粒子。在該等情況下，載體(諸如聚胺基甲酸酯)或印刷方法可用於單獨或以精細級、中級或粗級之任何組合形式塗覆薄(例如，10微米-2mm)矽藻土塗層。印刷技術亦可用於將矽藻土粒子沈積於構築體上以提供耐磨性或其他特性。在服裝及齒輪袋、行李等之印刷塗覆之情況下，10%-100%表面覆蓋率一般將為適合的。類似於跑道表面之要求，粒子可用來吸水與排水以便更佳牽引。若需要，對於任何應用，矽藻土粒子可改質或處理為疏水性以抵抗水分吸收且保持高牽 引。

作為非均質分佈之一實例，矽藻土化部分可具有對應於高至低磨損或牽引區域之梯度分佈。

外底可為鞋底單元組件之組合件中之獨立組件或其可為單片鞋底單元之一部分。舉例而言，EVA之模製鞋底單元可提供外底與中底功能。該單片鞋底可具有多個硬度之部分。舉例而言，面向地面的矽藻土化部分可具有更高、更耐磨硬度之基礎材料且面向腳的部分可具有更柔軟、更低硬度。

一般而言，用作外底之鞋底單元(組裝或單片)部分對於使用阿斯卡硬度計(Asker Durometer)之橡膠將具有70至85或大約值之間的硬度。相比之下，中底部分(若存在)對於使用阿斯卡硬度計之EVA可具有相同硬度或50至60或大約值之相對更低硬度。

鞋底單元之矽藻土化部分之部分不必完全跨越其寬度與長度矽藻土化。矽藻土化區域可僅為前腳部分314及後腳部分316，如圖21中可見。舉例而言，該部分可藉由一般限定一部分外底之圖案之一部分的矽藻土化粒子D之群限定。舉例而言，如圖20中所指示，矽藻土化部分可由任何一種或大於一種形狀，諸如帶、圓形、三角形、曲線或形狀之任何組合組成。

矽藻土化鞋底單元可用於任何種類之鞋子，其中增強的牽引或耐滑性可為所需的。非限制性實例包括用於冰、攀爬、田徑、垂釣與跋涉之鞋類、工業鞋類(例如，屋頂工用鞋類)。

手套

類似於鞋類之摩擦力增強應用，本發明主題可藉由手套之抓握側的矽藻土化來提供手套之增強的握力。此可藉由在抓握區域(例如，一個或多個手指及/或手掌區域)中使用矽藻土化織物或橡膠狀材料來進行。織物可如本文先前所揭示進行矽藻土化。或抓握區域可塗佈有或由具有矽藻粒子之橡膠狀 或塑膠物質製成。圖22展示具有含嵌入矽藻土粒子D之抓握區域410之一實例手套400。

類似於服裝應用，除抓握區域之矽藻土化之外或替代抓握區域之矽藻土化，手套還可包括提供手套中之水分控制、汲取水分使遠離使用者手部之矽藻土化層。該層可為類似於服裝中2L、2.5L或3L組合件之整個防水/可透氣手套組合件之一部分。

如在其他應用中，可使用在面料上之網板印刷。舉例而言，矽藻土化PU，較佳水基聚合物可用矽藻網版印刷至面料之設計或特定部位上。

矽藻土化表面之拒水性與拒污垢性

當水在表面上遇到微陣列之結構時發生蓮花效應(Lotus Effect)。其為有據可查的。參見例如http：//www.mecheng.osu.edu/nlbb/files/nlbb/Lotus_Effect.pdf。

在圖23中，在嵌入或以其他方式塗覆至基材表面之疏水性矽藻土粒子之表面上冒出水珠。

由於其高表面張力，水滴往往會藉由嘗試實現球形形狀來最小化其表面。在與表面接觸時，黏著力導致表面之濕潤。完全或不完全濕潤可視表面結構及液滴之流體張力而發生。自清潔特性之原因為表面之疏水性拒水雙重結構。此使得表面與液滴之間的接觸面積與黏著力能夠顯著降低，導致拒水性及自清潔過程。在特徵表皮層(其最外層稱為角質層)及覆蓋蠟之外形成出此分層雙重結構。蓮花植物之表皮層擁有高度為10μm至20μm且寬度為10μm至15μm之乳突，在其上施加所謂的表皮蠟。此等疊加蠟為疏水性的且形成雙重結構之第二層。

表面之疏水性可由其接觸角量測。接觸角愈高，表面之疏水性愈高。接觸角<90°之表面稱為親水性，且角度>90°之表面稱為疏水性。一些植物 展示高達160°之接觸角且稱為超疏水性。此意謂僅2-3%之水滴表面發生接觸。具有雙重結構化表面之植物(如蓮花)可達到170°接觸角，導致液滴之實際接觸面積僅為0.6%。所有此導致較高斥水性及自清潔效應。污垢粒子經基材表面上之水滴獲取。若水滴滾落或抖落，則此類被污染的表面之污垢粒子由於其與水滴之黏著力高於其與基材表面之黏著力而被移除。(先前技術資訊來源於http：//en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect)。

矽藻土粒子可排列於基材表面上以模擬蓮葉之結構及接觸角以及此項技術中已知之其他超疏水性表面。舉例而言，蓮花效應表面模式之參數揭示於US 3354022、6660363及US 8486319中，以上所有者對於其蓮葉效應表面拓撲之教示均以其全文引用的方式併入本文中。然而，前述專利中無一者揭示或表明矽藻土粒子用於表面拓撲之用途。本發明主題係關於已知提供蓮花效應之表面拓撲之創新適應。

US 3354022描述藉由創造疏水性材料具有隆起與凹陷之微粗糙結構而具有大於90°之固有前進水接觸角及至少75°之固有後退水接觸角之拒水表面。高部分與低部分之平均距離不超過1,000微米，高部分之平均高度為其之間的平均距離之至少0.5倍。空氣含量為至少60%，且特定言之，含氟聚合物揭示為疏水性材料。US 6660363描述由疏水性聚合物或具有隆起與凹陷之人造表面結構的永久疏水性材料製成之物件之自清潔表面。隆起之間的距離在5μm至200μm範圍內，且隆起之高度在5μm至100μm範圍內。至少隆起由疏水性聚合物或永久疏水性材料組成。隆起無法藉由使PTFE粒子(直徑為7微米)附著至含有聚合物黏著膜之表面且使結構固化或藉由使用細網篩藉由熱壓來壓印聚合物表面而經水或含水清潔劑潤濕。作為一個可能選項，矽藻土粒子可以類似方式壓印於基材表面上。為賦予矽藻疏水性而不堵塞孔隙，典型浴應用可與氣相/電漿沈積一樣使用。氣相/電漿沈積可使表面塗佈有氟化與非氟化拒水修整面層。

矽藻粉末可按原樣處理，或矽藻聚結物可以粉末形式處理且隨後用於表面塗覆用以磨損及牽引控制表面。

基於具有主要結構與次要結構之隆起之蓮花效應表面模式揭示於US 8486319中。該專利揭示在基材之隨機及/或均勻分佈之至少部分外表面中創造許多凹點及裂縫或突起，形成蓮花效應表面圖案之主要結構。該專利揭示諸如凹部、凹點、裂縫、凹陷之位點之形狀、大小及數總體，如矽藻土粒子之拓撲及相關基材表面所定義，咸信能夠截留空氣，因此提供蓮花效應。微型大小表面結構，亦即，表面暴露之矽藻土粒子，其密度可為每平方毫米面積25至10,000個位點，或每平方毫米面積100至5,000個位點，或每毫米5至100個位點之範圍，或大約值。表面位點之範圍可為5-100微米深度或10-50微米深度；或5-100微米直徑或10-50微米直徑，或大約值。位點可相隔5-100微米或相隔10微米至50微米或大約值隔開。可形成本文所涵蓋之任何構築體以藉由蓮花效應拓撲中之構築體表面之矽藻土化來提供蓮花效應。

定義(如文獻中一般針對戶外與織物行業之描述)：

防水/可透氣(複合面料)：如由不同標準所定義耐受一定壓力之水滲透之織物(針織或編織)複合材料，但其亦可透氣，如藉由不同標準所量測允許水分穿過複合材料。該複合材料可含有1個織物層及防水可透氣隔膜(定義為2層防水可透氣複合材料)，或防水可透氣隔膜可包夾在2個織物層之間(定義為3層防水可透氣複合材料)。在2.5層防水可透氣複合材料之情況下，隔膜典型地具有塗覆於與外織物側相對之隔膜表面上之印記。此印記可為顏色、設計及/或包括呈任何圖案之功能性粒子。織物層可為任何纖維類型(天然、合成、生物類、可生物降解的)之編織或針織結構或任何纖維類型之摻合物。使用接縫帶密封所有接縫以確保防水性。

防水/可透氣隔膜：根據所選標準為(1)防水及(2)可吸入水分之可撓性 材料。隔膜可為親水性、疏水性、單片或微孔的。雙組分隔膜組合兩個層，例如GORE-TEX ePTFE隔膜及另一材料層。

空氣滲透性：織物、隔膜或複合材料允許空氣滲透材料之能力；以每分鐘立方呎CFM量測。

水蒸氣透氣能力/蒸氣滲透性：稱為織物、防水/可透氣隔膜或複合材料允許水分(液體或水蒸氣)穿過材料之能力。

硬殼(2L、2.5L、3L)：由實現較高程度之防風性的多個層2、2.5或3L組成之防水可透氣複合材料。外層典型地為更耐用材料，諸如聚酯或耐綸面料。典型面料收縮為防破裂的。

軟殼：具有高抗水性、然而專注於風阻塞之織物複合材料。風阻塞可使用防水可透氣隔膜(包夾在兩個織物層之間)或使用黏合劑或膠將兩個織物或基材貼附在一起來達到。膠不為空氣可滲透的，且因此計量複合材料之空氣滲透。織物面料典型地為較軟編織與針織面料，因此稱為軟殼。藉由操縱各織物複合材料之設計特徵，空氣滲透性可在0至100%風阻塞之範圍內。

奈米纖維：定義為直徑在100奈米與1000奈米之間之纖維。奈米纖維提供奈米級水準下之高表面積及獨特特性。

非編織：由藉由除編織法以外的某方法，諸如化學、加熱、機械或溶劑方法黏合在一起的纖維製成之面料類材料。將纖維纏結，創造網狀結構。纏結使纖維之間產生孔隙，提供一定程度之空氣滲透性。

熟習此項技術者將認識到，在為解釋本發明主題之性質而已描述且說明之部分及動作之細節、材料及配置中許多修改及變化為可能的，且該等修改及變化不脫離教示及其中含有之申請專利範圍的精神及範疇。

出於所有目的，本文中所引用之所有專利與非專利文獻在此以全文引用的方式併入。

如本文所用，「及/或」意謂「及」或「或」，以及「及」與「或」。此外，出於所有目的，本文中所引用之任何及所有專利與非專利文獻在此以全文引用的方式併入。

上文結合任何特定實施例所描述之原理可與結合其他實施例中之任一者或多者所描述之原理組合。因此，此實施方式不應解釋為限制意義，且回顧本發明之後，一般技術者應瞭解可使用本文所描述之各種概念設計之廣泛多種系統。此外，一般技術者應瞭解，本文所揭示之例示性具體實例可適合於各種組態而不脫離本發明原理。

提供本發明具體實例之先前描述以使得任何熟習此項技術者能夠製造或使用本發明之創新。熟習此項技術者將易於顯而易知彼等具體實例之各種修改，且本文所定義之通用原理可在不脫離本發明之精神或範疇之情況下應用於其他具體實例。因此，所主張的發明不意欲限於本文所展示之具體實例，但應符合與申請專利範圍之語言一致的全面範疇，其中以單數形式提及元件(諸如使用冠詞「一(a/an)」)不欲意謂「一個及僅一個」，除非特定如此陳述，否則確切而言為「一個或多個」。

一般技術者已知或稍後將已知之在本發明通篇中描述之各種具體實例之元件之所有結構及功能等效物意欲由本文所描述且所主張之特徵涵蓋。此外，本文所揭示之任何內容均不意欲專用於公眾，無論申請專利範圍中是否明確敍述該揭示內容。在美國專利法下，任何申請專利範圍要素不解釋為「方法加功能」申請專利範圍，除非該要素明確使用片語「用於......之方法」或「用於......之步驟」敍述。

Claims (15)

1. 一種形成矽藻土化纖維之方法，其包含：將矽藻土粒子分散至固體或熔融熱塑性原料中；及噴射擠壓矽藻土粒子及原料之混合物成矽藻土化纖維，其中各個矽藻土化纖維嵌入有複數個矽藻土粒子，其中該等矽藻土粒子覆蓋該矽藻土化纖維表面區域之所選擇的部分，且其中該等矽藻土粒子部分置於該矽藻土化纖維表面下方。
2. 如請求項1所述之方法，其中該熱塑性原料包含以下中之一或多者：熱塑性聚胺基甲酸酯、聚醯胺、聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚胺基甲酸酯、聚乳酸、耐綸、鉍、β-內醯胺纖維、及聚烯烴。
3. 如請求項1所述之方法，其進一步包含以連續長度纖維形式收集該等矽藻土化纖維。
4. 如請求項3所述之方法，其進一步包含將該等連續長度纖維製成切斷纖維。
5. 如請求項1或4所述之方法，其進一步包含將該等所收集之矽藻土化纖維形成為紗或其他複絲結構。
6. 如請求項1所述之方法，其進一步包含以墊、膜或隔膜形式收集該等矽藻土化纖維。
7. 如請求項1、3、4或5所述之方法，其進一步包含：形成具有包含該等矽藻土化纖維之呈離散之格子結構之第一側；及將該第一側與包含可熔性材料之層之第二側熔合成單一結構，該第一側與該第二側相鄰且共同延伸。
8. 如請求項7所述之方法，其進一步包含自複數個該等矽藻土化纖維編織該呈離散之格子結構。
9. 如請求項7所述之方法，其進一步包含自複數個該等矽藻土化纖維針織該呈離散之格子結構。
10. 如請求項7所述之方法，其中將該第一側與該第二側熔合係在該第二側上形成融合膜，且在該第一側上維持該呈離散之格子結構。
11. 如請求項10所述之方法，其中該融合膜為以下中之至少一者：防水、抗水、或可透氣。
12. 如請求項7所述之方法，其進一步包含：將複數個該等矽藻土化纖維與可熔性纖維編辮成紗；針織該紗以形成該呈離散之格子結構；及藉由軟化或熔融該可熔性纖維使得該等矽藻土化纖維至少部分與該可熔性纖維融合而形成該第二層之材料。
13. 如請求項7所述之方法，其中融合包以下中之至少一者：軟化該可熔性材料、熔融該可熔性材料、將該可熔性材料暴露於聚合劑、或將該第一及第二層機械壓製在一起。
14. 如請求項1所述之方法，其進一步包含：將複數個該等矽藻土粒子化學改質或處理以提供該等粒子中不固有之功能。
15. 一種矽藻土化構築體，其包含具有於該構築體表面區域之所選擇的部分上大體上均一嵌入該構築體表面之複數個矽藻土粒子之纖維、長絲或紗，其中該等矽藻土粒子部分置於該構築體表面下方。