TWI406994B - 溫度調節纖維質纖維及其應用 - Google Patents

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Description

溫度調節纖維質纖維及其應用
本發明係關於具有增強之可逆熱性質的纖維。舉例而言，描述具有增強之可逆熱性質的纖維質纖維及此等纖維質纖維之應用。
許多纖維係由天然產生之聚合物形成。可需要各種加工操作以將此等聚合物轉化為纖維。在某些情形下，所得纖維可被稱作再生纖維。
再生纖維之重要類別包括由纖維素形成之纖維。纖維素為植物體(例如，葉、樹木、樹皮及棉花)之重要成分。以往，溶液紡絲製程用於由纖維素形成纖維。濕式溶液紡絲製程以往用於形成螺縈纖維及溶胞纖維，而乾式溶液紡絲製程以往用於形成乙酸酯纖維。螺縈纖維及溶胞纖維通常包括與天然產生之纖維素具有相同或類似化學結構的纖維素。然而，此等纖維中所包括之纖維素通常具有相對於天然產生之纖維素的較短分子鏈長度。舉例而言，螺縈纖維通常包括取代基已取代纖維素中之羥基之氫至多約15%的纖維素。螺縈纖維之實例包括黏液螺縈纖維及銅胺螺縈纖維。乙酸酯纖維通常包括各羥基由乙醯基取代之化學改質形式的纖維素。
由纖維素形成之纖維具有許多應用。舉例而言，此等纖維可用於形成可併入諸如服裝或鞋襪之產品中的針織物或編織物。由此等纖維素形成之織物歸因於其吸引濕氣之能力及其對體熱之較低保熱性通常被感覺為舒適之織物。此等性質因允許穿著者感覺較涼爽而使織物在溫暖天氣中合乎需要。然而，此等相同性質可使織物在寒冷天氣中不合乎需要。在寒冷且潮濕之天氣中，織物可歸因於在織物變濕時迅速移除體熱而尤其不合乎需要。作為另一實例，由纖維素形成之纖維可用於形成可併入諸如個人衛生產品或醫療產品之產品中的非編織物。由此等纖維形成之非編織物歸因於其吸引濕氣之能力通常被感覺為合乎需要的。然而，因為如上所述之類似原因，非編織物通常不能提供合乎需要之舒適度(尤其在改變環境條件的情況下)。
針對此背景，需要發展本文中所描述之纖維質纖維。
在一新穎態樣中，本發明關於纖維質纖維。在一實施例中，纖維質纖維包括纖維本體，其包括纖維質材料及分散於纖維質材料中之一組微囊。該組微囊含有具有至少40 J/g之潛熱及在0℃至100℃之範圍內之轉變溫度的相變材料，且該相變材料基於在轉變溫度下吸收及釋放潛熱中之至少一者來提供熱調節。
在另一新穎態樣中，本發明關於織物。在一實施例中，織物包括摻合在一起之一組纖維質纖維。該組纖維質纖維包括纖維質纖維，該纖維質纖維具有增強之可逆熱性質且包括具有細長部分之纖維本體。細長部分包括纖維質材料及分散於纖維質材料內之溫度調節材料，且溫度調節材料包括具有在0℃至50℃之範圍內之轉變溫度的相變材料。
亦預期本發明之其他態樣及實施例。舉例而言，本發明之其他態樣關於一種形成纖維質纖維之方法、一種形成織物之方法、一種使用纖維質纖維來提供熱調節之方法及一種使用織物來提供熱調節之方法。前文概述及以下【實施方式】並不意欲將本發明限制於任一特定實施例，而僅意欲描述本發明之某些實施例。
本發明之實施例關於具有增強之可逆熱性質之纖維及此等纖維之應用。特定言之，本發明之各種實施例關於包括相變材料之纖維質纖維。根據本發明之各種實施例之纖維質纖維具有在不同環境條件下吸收並釋放熱能之能力。此外，纖維質纖維可展現改良之可加工性(例如，在纖維質纖維或由其形成之產品的形成期間)、較低成本(例如，在纖維質纖維或由其形成之產品的形成期間)、改良之機械性質、相變材料於纖維質纖維中之改良之容納，及相變材料之較高負載含量。
根據本發明之各種實施例之纖維質纖維在併入諸如服裝、鞋襪、個人衛生產品及醫療產品之產品中時可提供改良之舒適度。特定言之，纖維質纖維可在不同環境條件提供此改良之舒適度。相變材料之使用允許纖維質纖維展現"動態"保熱性而非"靜態"保熱性。保熱性通常指材料保持熱(例如，體熱)之能力。在溫暖天氣中通常需要較低保熱度，而在寒冷天氣中通常需要較高保熱度。不同於由纖維素形成之習知纖維，根據本發明之各種實施例之纖維質纖維可在改變之環境條件下展現不同保熱度。舉例而言，纖維質纖維可在溫暖天氣中展現較低保熱度且在寒冷天氣中展現較高保熱度，因此在改變之天氣條件下維持所要舒適度。
與展現"動態"保熱性一起，根據本發明之各種實施例之纖維質纖維可展現較高吸濕度。吸濕性通常指材料吸收或吸引濕氣之能力。在某些情形下，材料之吸濕性可表達為在特定環境條件(例如，21℃及65%之相對濕度)下由所吸收之濕氣引起之與材料之乾燥重量相對的百分比重量增益。根據本發明之各種實施例之纖維質纖維可展現至少5%之吸濕性，諸如約6%至約15%、約6%至約13%或約11%至約13%。較高吸濕度可用以降低(諸如)歸因於排汗之皮膚濕氣之量。在個人衛生產品之狀況下，此較高吸濕度亦可用以自皮膚吸取濕氣且收集濕氣，藉此降低或防止皮膚刺激或皮疹。此外，由纖維質纖維吸收之濕氣可增強纖維質纖維之熱導率。因此，舉例而言，當併入服裝或鞋襪中時，纖維質纖維可用以降低皮膚濕氣之量並降低皮膚溫度，藉此在溫暖天氣中提供較高舒適度。相變材料在纖維質纖維中之使用藉由吸收或釋放熱能以維持舒適之皮膚溫度而進一步增強舒適度。
此外，根據本發明之各種實施例之纖維質纖維可展現其他合乎需要之性質。舉例而言，當併入非編織物中時，纖維質纖維可具有以下性質中之一或多者：(1)約2秒至約60秒之吸附時間，諸如，約3秒至約20秒或約4秒至約10秒；(2)約13 cN/tex至約40 cN/tex之拉伸強度，諸如，約16 cN/tex至約30 cN/tex或約18 cN/tex至約25 cN/tex；(3)約10%至約40%之斷裂伸長率，諸如，約14%至約30%或約17%至約22%；及(4)約0%至約6%之沸水收縮率，諸如，約0%至約4%或約0%至約3%。
根據本發明之某些實施例之纖維質纖維可包括一組細長部分。如本文中所使用，術語"組"指一或多個物件之集合。在某些情形下，纖維質纖維可包括由該組細長部分形成之纖維本體。纖維本體通常為細長的且可具有大於其直徑若干倍(例如，100倍或更大)之長度。在某些情形下，纖維本體之纖維長度可為約0.3 mm至約100 mm，諸如，約4 mm至約75 mm或約20 mm至約50 mm。纖維本體可具有各種規則或不規則橫截面形狀中之任一者，諸如，圓形、C形、鋸齒形、花瓣形、多枝形或多瓣形、八邊形、橢圓形、五邊形、矩形、環形、細齒形、正方形、星形、梯形、三角形、楔形等等。該組細長部分中之各細長部分可彼此偶合(例如，黏結、組合、接合或聯合)以形成單一纖維本體。
根據本發明之某些實施例，纖維質纖維可由包括溫度調節材料之至少一細長部分形成。通常，溫度調節材料包括一或多種相變材料以提供纖維質纖維增強之可逆熱性質。對於某些應用，纖維質纖維可由可包括相同纖維質材料或不同纖維質材料之各種細長部分形成，且至少一細長部分具有分散於其中之溫度調節材料。預期一或多個細長部分可由各種其他類型之聚合材料形成。通常，溫度調節材料大體上均勻地分散於至少一細長部分內。然而，取決於纖維質纖維所要之特定特徵，溫度調節材料之分散在一或多個細長部分內可變化。各種細長部分可包括同一溫度調節材料或不同溫度調節材料。
取決於特定應用，形成纖維質纖維之一組細長部分可以各種組態中之一者來配置。舉例而言，該組細長部分可包括以芯鞘組態或海島組態配置之各種細長部分。細長部分可以其他組態來配置，諸如，矩陣或棋盤組態、分割圓餅組態、並排組態、條紋組態等等。在某些情形下，細長部分可以細長部分大體上彼此並行之捆束形式來配置。一或多個細長部分可經由纖維本體之長度之至少一部分而延伸，且在某些情形下，細長部分可縱向共同延伸。舉例而言，纖維質纖維可包括內部部分，其大體上經由纖維質纖維之長度而延伸且包括溫度調節材料。內部部分經由纖維質纖維而延伸之程度可取決於(例如)纖維質纖維之所要熱調節性質。此外，其他因素(例如，所要機械性質或形成纖維質纖維之方法)可在確定此程度時起作用。因此，在某些情形下，內部部分經由自纖維質纖維之約一半長度至整個長度而延伸以提供所要熱調節性質。外部部分可圍繞內部部分且形成纖維質纖維之外部。
根據本發明之某些實施例，纖維質纖維可約1至約1,000丹尼爾或約0.1至約100丹尼爾。通常，根據本發明之某些實施例之纖維質纖維為約0.5至約15丹尼爾，諸如，約1至約15丹尼爾或約0.5至約10丹尼爾。如一般熟習此項技術者將理解，丹尼爾通常指纖維之每單位長度之重量的量測值且表示纖維之每9,000公尺之公克數。根據本發明之其他實施例，纖維質纖維可為約0.1分德士至約60分德士，諸如，約1分德士至約5分德士或約1.3分德士至約3.6分德士。如一般熟習此項技術者將理解，分德士通常指纖維之每單位長度之重量的另一量測值且表示纖維之每10,000公尺之公克數。
若需要，根據本發明之某些實施例之纖維質纖維可進一步經加工以形成一或多個較小丹尼爾纖維。舉例而言，形成纖維質纖維之各種細長部分可分裂或纖化以形成兩個或兩個以上較小丹尼爾纖維，且每一較小丹尼爾纖維可包括一或多個細長部分。預期可機械地分離、氣動地分離、溶解、熔融或另外移除形成纖維質纖維之一或多個細長部分(或其一或多個部分)以產生一或多個較小丹尼爾纖維。通常，至少一所得較小丹尼爾纖維包括溫度調節材料以提供所要熱調節性質。
取決於特定應用，纖維質纖維亦可包括一或多種添加劑。添加劑可分散於形成纖維質纖維之一或多個細長部分中。添加劑之實例包括：水、界面活性劑、消泡劑(例如，含聚矽氧之化合物劑含氟之化合物)、抗氧化劑(例如，受阻酚及亞磷酸酯)、熱穩定劑(例如，亞磷酸酯、有機磷化合物、有機羧酸金屬鹽及酚系化合物)、光或UV穩定劑(例如，羥基苯甲酸酯、受阻羥基苯甲酸酯及受阻胺)、微波吸收添加劑(例如，多官能伯醇、丙三醇及碳)、加強纖維(例如，碳纖維、芳族聚醯胺纖維及玻璃纖維)、導電纖維或顆粒(例如，石墨或活化碳纖維或顆粒)、潤滑劑、加工助劑(例如，脂肪酸金屬鹽、脂肪酸酯、脂肪酸醚、脂肪酸醯胺、磺醯胺、聚矽氧烷、有機磷化合物、含矽化合物、含氟化合物及酚系聚醚)、阻燃劑(例如，鹵代化合物、磷化合物、有機磷酸酯、有機溴化物、三水氧化鋁、三聚氰胺衍生物、氫氧化鎂、銻化合物、氧化銻及硼化合物)、防黏添加劑(例如，二氧化矽、滑石、沸石、金屬碳酸鹽及有機聚合物)、防霧添加劑(例如，非離子界面活性劑、甘油酯、聚甘油酯、脫水山梨糖醇酯及其乙氧基化物、壬基苯基乙氧基化物及醇類乙氧基化物)、抗靜電添加劑(例如，非離子劑，諸如，脂肪酸酯、乙氧基化烷基胺、二乙醇醯胺及乙氧基化醇類；陰離子劑，諸如，烷基磺酸酯及烷基磷酸酯；陽離子劑，諸如，氯化物之金屬鹽、甲基硫酸鹽或硝酸鹽及四級銨化合物；及兩性離子劑，諸如，烷基甜菜鹼)、抗菌劑(例如，砷化合物、硫、銅化合物、異噻唑啉鄰苯二甲醯胺、胺基甲酸酯、銀基無機試劑、銀鋅沸石、銀銅沸石、銀沸石、金屬氧化物及矽酸酯)、交聯劑或受控降解劑(例如，過氧化物、偶氮化合物、矽烷、異氰酸酯及環氧樹脂)、著色劑、顏料、染料、消光劑(例如，氧化鈦或TiO2 )、螢光增白劑或光學增亮劑(例如，雙苯幷噁唑、苯基香豆素、雙－(苯乙烯基)聯苯)、填充劑(例如，天然礦物及金屬，諸如，氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽及矽酸鹽；滑石；黏土；矽灰石；石墨；碳黑；碳纖維；玻璃纖維及珠粒；陶瓷纖維及珠粒；金屬纖維及珠粒；殼粉；及天然或合成起源之纖維，諸如，木材、澱粉或纖維素殼粉之纖維)、偶合劑(例如，矽烷、鈦酸鹽、鋯酸鹽、脂肪酸鹽、酸酐、環氧樹脂及不飽和聚合酸)、加強劑、結晶或長晶劑(例如，增加或改良聚合物之結晶(諸如，改良晶體生長之速率或動力學、生長之晶體之數目或生長之晶體之類型)的任何材料)等等。
根據本發明之某些實施例，某些添加劑、處理劑、修整劑、黏合劑或塗層可施加至纖維質纖維(或所得織物)或併入其中以賦予改良之性質，諸如，抗污染性、拒水性、柔軟手感及濕氣管理性質。舉例而言，可藉由施加或併有親水或極性材料來達成改良之吸濕性，諸如包括以下各者之材料：酸、酸鹽、羥基(例如，天然含羥基之材料)、醚、酯、胺、胺鹽、醯胺、亞胺、胺基甲酸酯、碸、硫化物、聚四級化合物、二醇、聚乙二醇、天然醣類、纖維素、糖、蛋白質、聚合物或包括一或多個官能基之高分子量分子，及包括相同或不同之兩個或兩個以上官能基的材料。此等材料可在纖維製造過程期間添加、作為修整劑施加至纖維素纖維或在織物製造或修整過程期間施加。有利地，此等材料中之某些(諸如，二醇、聚乙二醇及醚)可用作相變材料，如下進一步所述。處理劑或塗層之其他實例包括：Epic(可自California之Vista之Nextec Applications Inc.購得)、Intera(可自Tennessee之Chattanooga之Intera Technologies,Inc.購得)、Zonyl織物保護劑(可自Delaware之Wilmington之DuPont Inc.購得)、Scotchgard(可自Minnesota之Maplewood之3M Co.購得)等等。
前文論述提供本發明之實施例之一般概觀。現參看圖1，其說明根據本發明之實施例之纖維質纖維1的三維圖。
如圖1中所說明，纖維質纖維1為包括單個細長部分2之單成分纖維。細長部分2通常為圓柱形的且包括纖維質材料3及分散於纖維質材料3內之溫度調節材料4。在所說明之實施例中，溫度調節材料4可包括含有相變材料之各種微囊，且微囊可遍及細長部分2而大體上均勻地分散。雖然可能需要使微囊均勻分散於細長部分2內，但此組態並非在所有應用中皆為必須的。纖維質纖維1可包括各種重量百分比之纖維質材料3及溫度調節材料4以提供所要熱調節性質、機械性質(例如，延性、拉伸強度及硬度)及吸濕性。
圖2說明根據本發明之實施例之另一纖維質纖維5的三維圖。如關於纖維質纖維1所述，纖維質纖維5為包括單個細長部分6之單成分纖維。細長部分6通常為圓柱形的且包括纖維質材料7及分散於纖維質材料7內之溫度調節材料8。在所說明之實施例中，溫度調節材料8可包括呈原料形式之相變材料(例如，相變材料未囊化，亦即，未微囊化或巨囊化)，且相變材料可遍及細長部分6而大體上均勻地分散。雖然可能需要使相變材料均勻分散於細長部分6內，但此組態並非在所有應用中皆為必須的。如圖2中所說明，相變材料可形成分散於細長部分6內之獨特晶疇。纖維質纖維5可包括各種重量百分比之纖維質材料7及溫度調節材料8以提供所要熱調節性質、機械性質及吸濕性。
圖3說明根據本發明之實施例之各種纖維質纖維90、93、96及99的橫截面圖。如圖3中所說明，每一纖維質纖維(例如，纖維質纖維90)為具有多枝形或多瓣形橫截面之單成分纖維。此多枝形形狀可在所得織物內提供較大"自由"容積，該容積又可提供較高吸濕度。此多枝形形狀亦可提供用於增強且較快吸濕的較大表面積，以及用於自皮膚移開並芯吸濕氣的通道。
如圖3中所說明，纖維質纖維90具有大體上X形之橫截面，且包括纖維質材料91及分散於纖維質材料91內之溫度調節材料92。纖維質纖維93具有大體上Y形之橫截面，且包括纖維質材料94及分散於纖維質材料94內之溫度調節材料95。如圖3中所說明，纖維質纖維96具有大體上T形之橫截面，且包括纖維質材料97及分散於纖維質材料97內之溫度調節材料98。且，纖維質纖維99具有大體上H形之橫截面，且包括纖維質材料100及分散於纖維質材料100內之溫度調節材料101。
若需要，可調整纖維質纖維90、93、96及99中所包括之分枝之長寬比以便在機械性質與吸濕性之間提供所要平衡。舉例而言，在纖維質纖維90之狀況下，每一分枝(例如，分枝102)之L與W之比可為約1至約15，諸如，約2至約10、約2至約7或約3至約5。
接著參看圖4，說明根據本發明之實施例之各種纖維質纖維12、13、14、21、22、23、24、26、27、28、29及34的橫截面圖。如圖4中所說明，每一纖維質纖維(例如，纖維質纖維21)為包括各種不同橫截面區域之多成分纖維。此等橫截面區域對應於形成每一纖維質纖維之各種細長部分(例如，細長部分39及40)。
在所說明之實施例中，每一纖維質纖維包括第一組細長部分(圖4中展示為陰影區域)及第二組細長部分(在圖4中展示為非陰影區域)。此處，第一組細長部分可由具有分散於其中之溫度調節材料之纖維質材料形成。第二組細長部分可由相同材料或具有稍微不同性質之另一纖維質材料形成。通常，第一組細長部分中之各種細長部分可由相同纖維質材料或不同纖維質材料形成。類似地，第二組細長部分中之各種細長部分可由相同纖維質材料或不同纖維質材料形成。預期一或多個細長部分可由各種其他類型之聚合材料形成。
對於某些應用，溫度調節材料可分散於第二組細長部分內。不同溫度調節材料可分散於同一細長部分或不同細長部分內。舉例而言，第一溫度調節材料可分散於第一組細長部分內，且具有稍微不同性質之第二溫度調節材料可分散於第二組細長部分內。預期一或多個細長部分可由並非必須分散於纖維質材料內之溫度調節材料或另一聚合材料形成。舉例而言，溫度調節材料可包括提供增強之可逆熱性質且可用於形成第一組細長部分之聚合相變材料。在此狀況下，可能需要(但並非必須)第二組細長部分充分地圍繞第一組細長部分以減少或防止溫度調節材料之損失或洩漏。各種細長部分可由相同聚合相變材料或不同聚合相變材料形成。
在所說明之實施例中，每一纖維質纖維可包括相對於第二組細長部分的各種重量百分比之第一組細長部分，該第一組細長部分包括溫度調節材料。舉例而言，當纖維質纖維之熱調節性質為控制考慮事項時，較大比例之纖維質纖維可包括第一組細長部分，該第一組細長部分包括溫度調節材料。另一方面，當纖維質纖維之機械性質及吸濕性為控制考慮事項時，較大比例之纖維質纖維可包括第二組細長部分，該第二組細長部分並非必須包括溫度調節材料。或者，當對纖維質纖維之熱調節性質與其他性質進行平衡時，可能需要第二組細長部分包括相同溫度調節材料或不同溫度調節材料。
舉例而言，在所說明之實施例中之纖維質纖維可包括約1%至約99%重量之第一組細長部分。通常，纖維質纖維包括約10%至約90%重量之第一組細長部分。作為實例，纖維質纖維可包括90%重量之第一組細長部分及10%重量之第二組細長部分。對於此實例，第一細長部分可包括60%重量之溫度調節材料，使得纖維質纖維包括54%重量之溫度調節材料。作為另一實例，纖維質纖維可包括高達約50%重量之第一細長部分，該第一細長部分又可包括高達約50%重量之溫度調節材料。此等重量百分比提供具有高達約25%重量之溫度調節材料之纖維質纖維且對該纖維質纖維提供有效熱調節性質、機械性質及吸濕性。預期細長部分相對於纖維質纖維之總重量之重量百分比可藉由(例如)調整細長部分之橫截面積或藉由調整細長部分經由纖維質纖維之長度而延伸之程度來變化。
參看圖4，左側行10說明三個纖維質纖維12、13及14。纖維質纖維12包括以分割圓餅組態配置之各種細長部分。在所說明之實施例中，第一組細長部分15、15'、15"、15'''及15''''及第二組細長部分16、16'、16"、16'''及16''''以交替方式配置且具有楔形之橫截面。通常，細長部分可具有相同或不同之橫截面形狀及面積。雖然纖維質纖維12被說明為具有十個細長部分，但預期通常兩個或兩個以上細長部分可以分割圓餅組態配置，且該等細長部分中之至少一者通常將包括溫度調節材料。
纖維質纖維13包括以海島組態配置之各種細長部分。在所說明之實施例中，第一組細長部分(例如，細長部分35、35'、35''及35''')定位於第二細長部分36內且由第二細長部分36圍繞，藉此在"海"內形成"島"。此組態可用以提供溫度調節材料在纖維質纖維13內之較均勻之分布。在所說明之實施例中，第一組細長部分具有梯形之橫截面。通常，第一組細長部分可具有相同或不同之橫截面形狀及面積。雖然纖維質纖維13被說明為具有定位於第二細長部分36內且由第二細長部分36圍繞之十七個細長部分，但預期通常一或多個細長部分可定位於第二細長部分36內且由第二細長部分36圍繞。
纖維質纖維14包括以條紋組態配置之各種細長部分。在所說明之實施例中，第一組細長部分37、37'、37''、37'''及37''''及第二組細長部分38、38'、38''、38'''及38''''以交替方式配置且成形為纖維質纖維14之縱向切片。通常，細長部分可具有相同或不同之橫截面形狀及面積。纖維質纖維14可為自捲曲或自締鬈纖維且可賦予膨鬆、蓬鬆、絕緣、拉伸或其他類似性質。雖然纖維質纖維14被說明為具有九個細長部分，但預期通常兩個或兩個以上細長部分可以條紋組態配置，且該等細長部分中之至少一者通常將包括溫度調節材料。
對於纖維質纖維12及14，第一組細長部分中之一或多個細長部分(例如，細長部分15)可由一或多個鄰近細長部分(例如，細長部分16及16'''')部分地圍繞。當未完全圍繞包括相變材料之細長部分時，可能需要(但並非必須)使用容納結構(例如，微囊)來容納分散於細長部分內之相變材料。在某些情形下，纖維質纖維12、13及14可進一步加工而形成一或多個較小丹尼爾纖維。因此，舉例而言，可分裂形成纖維質纖維12之細長部分，或可溶解、熔融或另外移除一個多個細長部分(或其一或多個部分)。所得較小丹尼爾纖維可包括(例如)彼此偶合之細長部分15及16。
圖4之中間行20說明四個纖維質纖維21、22、23及24。特定言之，纖維質纖維21、22、23及24各自包括以芯鞘組態配置之各種細長部分。
纖維質纖維21包括定位於第二細長部分40內且由第二細長部分40圍繞之第一細長部分39。更特定言之，第一細長部分39形成為包括溫度調節材料之核芯部分。此核芯部分同心地定位於形成為外鞘部分之第二細長部分40內且由其完全圍繞。在所說明之實施例中，纖維質纖維21可包括約25%重量之核芯部分及約75%重量之外鞘部分。
如關於纖維質纖維21所論述，纖維質纖維22包括定位於第二細長部分42內且由第二細長部分42圍繞之第一細長部分41。第一細長部分41形成為包括溫度調節材料之核芯部分。此核芯部分同心地定位於形成為外鞘部分之第二細長部分42內且由其完全圍繞。在所說明之實施例中，纖維質纖維22可包括約50%重量之核芯部分及約50%重量之外鞘部分。
纖維質纖維23包括定位於第二細長部分44內且由第二細長部分44圍繞之第一細長部分43。此處，第一細長部分41形成為核芯部分，其偏心地定位於形成為外鞘部分之第二細長部分44內。纖維質纖維23可包括各種重量百分比之核芯部分及外鞘部分以提供所要熱調節性質、機械性質及吸濕性。
如圖4中所說明，纖維質纖維24包括定位於第二細長部分46內且由第二細長部分46圍繞之第一細長部分45。在所說明之實施例中，第一細長部分45形成為具有三瓣橫截面形狀之核芯部分。此核芯部分同心地定位於形成為外鞘部分之第二細長部分46內。纖維質纖維24可包括各種重量百分比之核芯部分及外鞘部分以提供所要熱調節性質、機械性質及吸濕性。
預期通常核芯部分可具有各種規則或不規則橫截面形狀中之任一者，諸如，圓形、鋸齒形、花瓣形、多瓣形、八邊形、橢圓形、五邊形、矩形、細齒形、正方形、梯形、三角形、楔形等等。雖然纖維質纖維21、22、23及24各自被說明具有定位於外鞘部分內且由其圍繞之一個核芯部分，但預期兩個或兩個以上核芯部分可定位於外鞘部分內且由其圍繞(以類似於關於纖維質纖維13所說明之方式的方式)。此兩個或兩個以上核芯部分可具有相同或不同的橫截面形狀及面積。亦預期纖維質纖維可包括以芯鞘組態配置之三個或三個以上細長部分，使得細長部分可形成為纖維質纖維之同心或偏心之縱向切片。因此，舉例而言，纖維質纖維可包括定位於外鞘部分內且由其圍繞之核芯部分，該外鞘部分又定位於另一外鞘部分內且由其圍繞。
圖4之右側行30說明五個纖維質纖維26、27、28、29及34。特定言之，纖維質纖維26、27、28、29及34各自包括以並排組態配置之各種細長部分。
纖維質纖維26包括定位成鄰近於第二細長部分48且部分地由第二細長部分48圍繞之第一細長部分47。在所說明之實施例中，細長部分47及48具有半圓形橫截面形狀。此處，纖維質纖維26可包括約50%重量之第一細長部分47及約50%重量之第二細長部分48。細長部分47及48之特徵亦可在於以分割圓餅或條紋組態配置。
如關於纖維質纖維26所論述，纖維質纖維27包括定位成鄰近於第二細長部分50且部分地由第二細長部分50圍繞之第一細長部分49。在所說明之實施例中，纖維質纖維27可包括約20%重量之第一細長部分49及約80%重量之第二細長部分50。細長部分49及50之特徵亦可在於以芯鞘組態配置，使得第一細長部分49相對於第二細長部分50偏心地定位且部分地由第二細長部分50圍繞。
纖維質纖維28及29為混合黏度纖維之實例。纖維質纖維28及29各自包括第一細長部分51或53，第一細長部分51或53具有分散於其中之溫度調節材料並定位成鄰近於第二細長部分52或54且部分地由第二細長部分52或54圍繞。
混合黏度纖維可被視為自捲曲或自締鬈纖維，使得纖維之捲曲或締鬈可賦予膨鬆、蓬鬆、拉伸或其他類似性質。通常，混合黏度纖維包括由不同聚合材料形成之各種細長部分。用於形成混合黏度纖維之不同聚合材料可包括具有不同黏度、化學結構或分子量之聚合物。當牽伸混合黏度纖維時，可在各種細長部分之間產生不均勻之應力，且可捲曲或彎曲混合黏度纖維。在某些情形下，用於形成混合黏度纖維之不同聚合材料可包括具有不同結晶度之聚合物。舉例而言，用於形成第一細長部分之第一聚合材料可具有比用於形成第二細長部分之第二聚合材料低的結晶度。當牽伸混合黏度纖維時，第一及第二聚合材料可遭受不同結晶度以將定向及強度"鎖定"至混合黏度纖維中。可需要充足結晶度以防止或減少混合黏度纖維在後續加工(例如，熱處理)期間之再定向。
舉例而言，對於纖維質纖維28，第一細長部分51可由第一纖維質材料形成，且第二細長部分52可由具有稍微不同性質之第二纖維質材料形成。預期第一細長部分51及第二形成部分52可由同一纖維質材料形成，且溫度調節材料可分散於第一細長部分51內以將自捲曲或自締鬈性質賦予至纖維質纖維28。亦預期第一細長部分51可由聚合相變材料形成，且第二細長部分52可由具有稍微不同性質之纖維質材料形成。纖維質纖維28及29可包括各種重量百分比之第一細長部分51與53及第二細長部分52與54以提供所要熱調節性質、機械性質、吸濕性及自捲曲或自締鬈性質。
纖維質纖維34為ABA纖維之實例。如圖4中所說明，纖維質纖維34包括定位在第二組細長部分56及56'之間且部分地由其圍繞之第一細長部分55。在所說明之實施例中，第一細長部分55由具有分散於其中之溫度調節材料的纖維質材料形成。此處，第二組細長部分56及56'可由同一纖維質材料或具有稍微不同性質之另一纖維質材料形成。通常，細長部分55、56及56'可具有相同或不同之橫截面形狀及面積。細長部分55、56及56'之特徵亦可在於以條紋組態配置。
現參看圖5，其說明根據本發明之實施例之具有芯鞘組態的纖維質纖維59之三維圖。纖維質纖維59包括定位於細長且環形之外鞘部分58內且由其圍繞之細長且大體圓柱形之核芯部分57。在所說明之實施例中，核芯部分57大體上經由纖維質纖維59之長度而延伸且完全由形成纖維質纖維59之外部的外鞘部分58圍繞或封閉。通常，核芯部分57可同心或偏心地定位於外鞘部分58內。
如圖5中所說明，核芯部分57包括分散於其中之溫度調節材料61。在所說明之實施例中，溫度調節材料61可包括含有相變材料之各種微囊，且微囊可大體上遍及核芯部分57而均勻地分散。雖然可能需要使微囊均勻分散於核芯部分57內，但此組態並非在所有應用中皆為必須的。核芯部分57及外鞘部分58可由同一纖維質材料或不同纖維質材料形成。預期核芯部分57及外鞘部分58中之一或兩者可由各種其他類型之聚合材料形成。纖維質纖維59可包括各種重量百分比之核芯部分57及外鞘部分58以提供所要熱調節性質、機械性質及吸濕性。
圖6說明根據本發明之實施例之具有芯鞘組態的另一纖維質纖維60之三維圖。如關於纖維質纖維59所論述，纖維質纖維60包括大體上經由纖維質纖維60之長度而延伸的細長且大體圓柱形之核芯部分63。核芯部分63定位於形成纖維質纖維60之外部的細長且環形之外鞘部分64內且完全由其圍繞或封閉。通常，核芯部分63可同心或偏心地定位於外鞘部分64內。
如圖6中所說明，核芯部分63包括分散於其中之溫度調節材料62。此處，溫度調節材料62可包括呈原料形式之相變材料，且相變材料可大體上遍及核芯部分63而均勻地分散。雖然可能需要使相變材料均勻分散於核芯部分63內，但此組態並非在所有應用中皆為必須的。在所說明之實施例中，相變材料可形成分散於核芯部分63內之獨特晶疇。藉由圍繞核芯部分63，外鞘部分64可用以將相變材料密封於核芯部分63內。因此，外鞘部分64可減少或防止相變材料在纖維形成期間或在最終使用期間的損失或洩漏。核芯部分63及外鞘部分64可由同一纖維質材料或不同纖維質材料形成。預期核芯部分63及外鞘部分64中之一或兩者可由各種其他類型之聚合材料形成。因此，舉例而言，預期核芯部分63可由並非必須分散於纖維質材料中之聚合相變材料形成。纖維質纖維60可包括各種重量百分比之核芯部分63及外鞘部分64以提供所要熱調節性質、機械性質及吸濕性。
參看圖7，說明根據本發明之實施例之具有海島組態的纖維質纖維70之三維圖。纖維質纖維70包括定位於細長海部分71內且由其圍繞之一組細長且大體圓柱形之島部分72、73、74及75。在所說明之實施例中，島部分72、73、74及75大體上經由纖維質纖維70之長度而延伸且完全由形成纖維質纖維70之外部之海部分71圍繞或封閉。雖然說明了四個島部分，但預期取決於纖維質纖維70之特定應用，纖維質纖維70可包括更多或更少之島部分。
一或多個溫度調節材料可分散於島部分72、73、74及75內。如圖7中所說明，纖維質纖維70包括兩種不同溫度調節材料80及81。島部分72及75包括溫度調節材料80，而島部分73及74包括溫度調節材料81。在所說明之實施例中，溫度調節材料80及81可包括呈原料形式之不同相變材料，且相變材料可形成分散於個別島部分內之獨特晶疇。藉由圍繞島部分72、73、74及75，海部分71可用以將相變材料密封於島部分72、73、74及75內。
在所說明之實施例中，海部分71由海纖維質材料82形成，且島部分72、73、74及75分別由島纖維質材料76、77、78及79形成。海纖維質材料82及島纖維質材料76、77、78及79可相同或可以某一方式彼此不同。預期海部分71及島部分72、73、74及75中之一或多者可由各種其他類型之聚合材料形成。因此，舉例而言，預期島部分72、73、74及75中之一或多者可由並非必須分散於纖維質材料中之聚合相變材料形成。纖維質纖維70可包括各種重量百分比之海部分71及島部分72、73、74及75以提供所要熱調節性質、機械性質及吸濕性。
如上所述，根據本發明之某些實施例之纖維質纖維可包括一或多種溫度調節材料。溫度調節材料通常包括一或多種相變材料。通常，相變材料可為具有吸收或釋放熱能以在溫度穩定範圍內調節、減少或消除熱流的能力的任何物質(或物質之任何混合物)。溫度穩定範圍可包括特定轉變溫度或特定轉變溫度範圍。結合本發明之各種實施例而使用的相變材料通常能夠在相變材料吸收或釋放熱時的一段時間期間(通常隨著相變材料遭受兩個狀態(例如，液態與固態、液態與氣態、固態與氣態或兩種固態)之間的轉變)抑制熱能之流動。此動作通常為瞬間的。在某些情形下，相變材料可有效地抑制熱能之流動直至在加熱或冷卻過程期間吸收或釋放相變材料之潛熱為止。可儲存熱能或自相變材料移除熱能，且相變材料通常可由熱源或冷源有效地再補給。藉由選擇適當相變材料，纖維質纖維可經設計而用於各種產品中之任一者。
對於某些應用，相變材料可為固體/固體相變材料。固體/固體相變材料為遭受兩種固態(例如，結晶或中間結晶相轉型)之間的轉變且因此通常在使用期間不變為液體的一類型之相變材料。
相變材料可包括兩種或兩種以上物質之混合物。藉由選擇兩種或兩種以上不同物質並形成混合物，可對於纖維質纖維之任一特定應用在廣泛範圍內調整溫度穩定範圍。在某些情形下，兩種或兩種以上不同物質之混合物在併入纖維質纖維中時可展現兩個或兩個以上不同轉變溫度或單個經修改之轉變溫度。
可結合本發明之各種實施例而使用之相變材料包括各種有機及無機物質。相變材料之實例包括：烴(例如，直鏈烷烴或石蠟烴、支鏈烷烴、不飽和烴、鹵代烴及脂環烴)、水合鹽(例如，六水氯化鈣、六水溴化鈣、六水硝酸鎂、三水硝酸鋰、四水氟化鉀、銨礬、六水氯化鎂、十水碳酸鈉、十二水磷酸氫二鈉、十水硫酸鈉及三水乙酸鈉)、蠟、油、水、脂肪酸、脂肪酸酯、二元酸、二元酯、1－鹵化物、伯醇、仲醇、叔醇、芳族化合物、晶籠、半晶籠、氣體晶籠、酸酐(例如，硬脂酸酐)、碳酸乙二酯、多元醇(例如，2,2－二甲基－1,3－丙二醇、2－羥甲基－2－甲基－1,3－丙二醇、乙二醇、聚乙二醇、異戊四醇、二異戊四醇、戊甘油、四羥甲基乙烷、新戊二醇、四羥甲基丙烷、2－胺基－2－甲基－1,3－丙二醇、單胺異戊四醇、二胺異戊四醇及參(羥甲基)乙酸)、聚合物(例如，聚乙烯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯、聚丙二醇、聚丁二醇、聚丙二酸丙二酯、聚新戊二醇癸二酸酯、聚戊烷戊二酸酯、聚十四酸乙烯酯、聚硬脂酸乙烯酯、聚月桂酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸十六烷酯、聚甲基丙烯酸十八烷酯、由二醇(或其衍生物)與二酸(或其衍生物)之聚縮合產生之聚酯，及共聚物，諸如具有烷烴側鏈或與聚乙二醇側鏈之聚丙烯酸酯或聚(甲基)丙烯酸酯及包括聚乙烯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯、聚丙二醇或聚丁二醇之共聚物)，金屬及其混合物。
相變材料之選擇通常取決於包括相變材料之纖維質纖維之轉變溫度或特定應用。相變材料之轉變溫度通常與可由相變材料維持之所要溫度或所要溫度範圍相關。舉例而言，具有接近室溫或正常體溫之轉變溫度的相變材料對於衣服應用可為合乎需要的。特定言之，包括此相變材料之纖維質纖維可併入服裝或鞋襪中以對使用者維持舒適皮膚溫度。具有接近室溫或正常體溫之轉變溫度的相變材料亦可對於其他應用為合乎需要的，諸如與個人衛生產品或醫療產品相關之應用。在某些情形下，相變材料之轉變溫度係在約－5℃至約125℃之範圍內，諸如約0℃至約100℃、約0℃至約50℃、約15℃至約45℃、約22℃至約40℃或約22℃至約28℃。
相變材料之選擇亦可取決於相變材料之潛熱。相變材料之潛熱通常與其調節熱轉移之能力相關。在某些情形下，相變材料可具有至少約40 J/g之潛熱，諸如，至少約50 J/g、至少約60 J/g、至少約70 J/g、至少約80 J/g、至少約90 J/g或至少約100 J/g。因此，舉例而言，相變材料可具有約40 J/g至約400 J/g之潛熱，諸如，約60 J/g至約400 J/g、約80 J/g至約400 J/g或約100 J/g至約400 J/g。
尤其適用之相變材料包括具有10至44個碳原子之石蠟烴(亦即，C10 至C44 石蠟烴)。表1列出可用作本文中所描述之纖維質纖維中之相變材料的一列C13 至C28 石蠟烴。石蠟烴之碳原子之數目通常與其熔點相關。舉例而言，每一分子包括28個直鏈碳原子之正二十八烷具有約61.4℃之熔點。藉由比較，每一分子包括13個直鏈碳原子之正十三烷具有約－5.5℃之熔點。每一分子包括18個直鏈碳原子且具有約28.2℃之熔點之正十八烷對於衣服應用可尤其合乎需要。
其他適用相變材料包括具有適用於所得纖維質纖維之所要應用之轉變溫度的聚合相變材料。因此，對於衣服及其他應用，聚合相變材料之轉變溫度係在約0℃至約50℃之範圍內，諸如約22℃至約40℃。
聚合相變材料可包括具有各種鏈結構中之任一者且包括一或多個類型之單體單元之聚合物(或聚合物之混合物)。特定言之，聚合相變材料可包括線性聚合物、分枝聚合物(例如，星形分枝聚合物、梳形分枝聚合物或樹枝狀分枝聚合物)或其混合物。對於某些應用，聚合相變材料理想地包括線性聚合物或具有較少量分枝的聚合物以允許較大密度及較大有序分子斂集與結晶度。此較大有序分子斂集與結晶度可引起較大潛熱及較窄之溫度穩定範圍(例如，明確界定之轉變溫度)。聚合相變材料可包括均聚物、共聚物(例如，三聚物、統計共聚物、無規共聚物、交替共聚物、週期共聚物、嵌段共聚物、星形共聚物或接枝共聚物)或其混合物。形成聚合相變材料之一或多個類型之單體單元的性質可影響聚合相變材料之轉變溫度。因此，單體單元之選擇可取決於包括聚合相變材料之纖維質纖維之所要轉變溫度或所要應用。如一般熟習此項技術者將理解，可藉由添加或取代一或多個官能基來改變聚合物之反應性及功能性，諸如，胺、醯胺、羧基、羥基、酯、醚、環氧化物、酸酐、異氰酸酯、矽烷、酮、醛等等。又，聚合相變材料可包括能夠交聯、扭結或氫鍵結以便增加韌性或對熱、濕氣或化學品之抗性之聚合物。
如一般熟習此項技術者將理解，某些聚合物可以具有不同分子量之各種形式來提供，因為可由用於形成聚合物之加工條件來決定聚合物之分子量。因此，聚合相變材料可包括一具有特定分子量或特定分子量範圍之聚合物(或聚合物之混合物)。如本文中所使用，術語"分子量"可指聚合物(或聚合物之混合物)之數目平均分子量或重量平均分子量。
對於某些應用，聚合相變材料可因為相對於非聚合相變材料(諸如，石蠟烴)具有較高分子量、較大分子尺寸及較高黏度而較合乎需要的。因為此等性質，聚合相變材料可在纖維形成期間或在最終使用期間展現較低自纖維質纖維洩漏的趨勢。對於本發明之某些實施例，聚合相變材料可包括具有在約400至約5,000,000之範圍內，諸如，約2,000至約5,000,000、約8,000至約100,000或約8,000至約15,000之數目平均分子量的聚合物。如一般熟習此項技術者將理解，聚合物之較高分子量通常與聚合物之較低酸值相有關聯。當併入具有芯鞘或海島組態之纖維質纖維中時，較高分子量或較高黏度可用以防止聚合相變材料流動穿過形成纖維質纖維外部之外鞘部分或海部分。在併入根據本發明之各種實施例之纖維質纖維中時，除提供熱調節性質外，聚合相變材料可提供改良之機械性質。在某些情形下，具有所要轉變溫度之聚合相變材料可與纖維質材料或其他聚合材料混合以形成細長部分。在其他情形下，聚合相變材料可提供充足機械性質，使得其可在無需纖維質材料或其他聚合材料的情況下用於形成細長部分。此組態可允許較高負載含量之聚合相變材料及改良之熱調節性質。
舉例而言，在本發明之某些實施例中，聚乙二醇可用作相變材料。聚乙二醇之數目平均分子量通常與其熔點相關。舉例而言，具有在約570至約630之範圍內的數目平均分子量之聚乙二醇(例如，可自Michigan之Midland之Dow Chemical Company購得的CarbowaxTM 600)通常具有在約20℃至約25℃之範圍內的熔點，使得其對於衣服應用合乎需要。在其他溫度穩定範圍內可適用之其他聚乙二醇包括：具有約400之數目平均分子量及在約4℃至約8℃之範圍內之熔點的聚乙二醇、具有在約1,000至約1,500之範圍內之數目平均分子量及在約42℃至約48℃之範圍內的熔點的聚乙二醇，及具有約6,000之數目平均分子量及在約56℃至約63℃之範圍內之熔點的聚乙二醇(例如，可自Michigan之Midland之Dow Chemical Company購得的CarbowaxTM 400、1500及6000)。
額外適用之相變材料包括基於以脂肪酸封端之聚乙二醇之聚合相變材料。舉例而言，具有在約22℃至約35℃之範圍內之熔點的聚乙二醇脂肪酸二酯可由以硬脂酸或月桂酸封端的具有在約400至約600之範圍內之數目平均分子量的聚乙二醇形成。其他適用相變材料包括基於丁二醇之聚合相變材料。舉例而言，具有在約1,000至約1,800之範圍內的數目平均分子量之聚丁二醇(例如，可自Delaware之Wilmington之DuPont Inc.購得的Terathane1000及1800)通常具有在約19℃至約36℃之範圍內的熔點。在本發明之某些實施例中，具有在約60℃至約65℃之範圍內之熔點的聚氧化乙烯亦可用作相變材料。
對於某些應用，聚合相變材料可包括可使用習知聚合製程而形成的具有在約0℃至約50℃之範圍內之熔點的均聚物。表2列出可由不同類型之單體單元形成之各種均聚物的熔點。
聚合相變材料可包括可由二醇(或其衍生物)與二酸(或其衍生物)之聚縮合產生的具有在約0℃至約40℃之範圍內之熔點的聚酯。表3列出可由二醇與二酸之不同組合產生的各種聚酯的熔點。
在某些情形下，可藉由使相變材料(例如，上述相變材料)與聚合物(或聚合物之混和物)反應來形成具有所要轉變溫度之聚合相變材料。因此，舉例而言，正十八烷酸(亦即，硬脂酸)可與聚乙烯醇反應或酯化以產生聚硬脂酸乙烯酯，或十二烷酸(亦即，月桂酸)可與聚乙烯醇反應或酯化以產生聚月桂酸乙烯酯。可使相變材料(例如，具有一或多個官能基(諸如，胺、羧基、羥基、環氧基、矽烷、硫酸根等等)之相變材料)與聚合物之各種組合反應以產生具有所要轉變溫度之聚合相變材料。
具有所要轉變溫度之聚合相變材料可由各種類型之單體單元形成。舉例而言，類似於聚甲基丙烯酸十八烷酯，可藉由聚合甲基丙烯酸十八烷酯來形成聚合相變材料，該甲基丙烯酸十八烷酯係藉由使十八烷醇與甲基丙烯酸酯化而形成。又，可藉由使聚合物(或聚合物之混和物)聚合來形成聚合相變材料。舉例而言，可分別藉由聚合聚乙二醇甲基丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、聚丁二醇甲基丙烯酸酯及聚丁乙二醇丙烯酸酯來形成聚－(聚乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚－(聚乙二醇)丙烯酸酯、聚－(聚丁二醇)甲基丙烯酸酯及聚－(聚丁二醇)丙烯酸酯。在此實例中，可藉由使聚乙二醇(或聚丁二醇)與甲基丙烯酸(或丙烯酸)酯化來形成單體單元。預期聚二醇可與烯丙醇酯化或與乙酸乙烯酯轉酯化以形成聚二醇乙烯醚，聚二醇乙烯醚又可聚合而形成聚－(聚二醇)乙烯醚。以類似方式，預期聚合相變材料可由聚二醇之同系物形成，諸如以聚乙二醇及聚丁二醇封端之酯或醚。
在本發明之某些實施例中，溫度調節材料可包括呈原料形式之相變材料。在纖維質纖維之形成期間，呈原料形式之相變材料可作為呈各種形式中之任一者(例如，蓬鬆形式、粉末、丸粒、小粒、薄片等等)之固體或作為呈各種形式中之任一者(例如，熔融形式、溶解於溶劑中等等)之液體來提供。
根據本發明之其他實施例，溫度調節材料可包括囊封、容納、圍繞、吸收相變材料或與其反應之容納結構。容納結構可在纖維質纖維或由其製成之產品之形成期間促進相變材料之處理，同時亦對相變材料提供某一程度之保護(例如，保護免受溶劑、高溫或剪切力)。此外，容納結構可用以減少或降低相變材料在最終使用期間自纖維質纖維之洩漏。根據本發明之某些實施例，當具有分散於其中之相變材料的細長部分未完全由另一細長部分圍繞時，容納結構之使用可為合乎需要的，但並非係必須的。此外，已發現容納結構與相變材料之使用可提供各種其他益處，諸如：(1)提供相對於標準纖維質纖維的相當或優越之性質(例如，在吸濕性方面)；(2)允許較低密度之纖維質纖維以便以較低總重量提供所得產品；及(3)充當可替代標準消光劑(例如，TiO2 )或與其結合而使用之較低廉之消光劑。在不意欲由特定理論限定的情況下，咸信此等益處中之某些起因於相對較低密度之某些容納結構以及空隙在所得纖維質纖維中的形成。
舉例而言，溫度調節材料可包括含有相變材料之各種微囊，且微囊可均勻或非均勻地分散於形成纖維質纖維之一或多個細長部分內。微囊可形成為密封相變材料之外殼，且可包括以各種規則或不規則形狀(例如，球形、類球形、橢圓形等等)及尺寸形成的個別微囊。微囊可具有同一形狀或不同形狀，且可具有同一尺寸或不同尺寸。如本文中所使用，術語"尺寸"指物件之最大尺寸。因此，舉例而言，類球體之尺寸可指類球體之最大軸，而球體之尺寸可指球體之直徑。在某些情形下，微囊可大體上為類球形或球形的且可具有在約0.01至約4,000之範圍內的尺寸，諸如約0.1至約1,000微米、約0.1至約500微米、約0.1至約100微米、約0.1至約20微米、約0.3至約5微米或約0.5至約3微米。對於某些實施例，可能需要較大部分(諸如，至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%或高達約100%)的微囊具有在指定範圍內之尺寸，諸如，小於約12微米、約0.1至約12微米或約0.1至約10微米。亦可能需要微囊相對於其形狀及尺寸中之一者或兩者為單分散的。如本文中所使用，術語"單分散"指關於一組性質大體上係均勻的。因此，舉例而言，單分散之一組微囊可指關於尺寸分布之模式(諸如，尺寸分布之平均值)具有較窄尺寸分布的此等微囊。在某些情形下，單分散之一組微囊可具有關於尺寸之平均值展現小於20%(諸如，小於10%或小於5%)之標準偏差的大小。可在以下文獻中找到用以形成微囊之技術之實例：Tsuei等人之美國專利第5,589,194號，標題為"Method of Encapsulation and Microcapsules Produced Thereby"；Tsuei等人之美國專利第5,433,953號，標題為"Microcapsules and Methods for Making Same"；Hatfield之美國專利第4,708,812號，標題為"Encapsulation of Phase Change Materials"；及Chen等人之美國專利第4,505,953號，標題為"Method for Preparing Encapsulated Phase Change Materials"，其全部揭示內容皆以引用方式併入本文中。
容納結構之其他實例包括二氧化矽顆粒(例如，沈澱二氧化矽顆粒、煙霧狀二氧化矽顆粒及其混合物)、沸石顆粒、碳顆粒(例如，石墨顆粒、活性碳顆粒及其混合物)及吸收性材料(例如，吸收性聚合材料，諸如，某些纖維質材料、超吸收性材料、聚(甲基)丙烯酸酯材料、聚(甲基)丙烯酸材料之金屬鹽及其混合物)。舉例而言，溫度調節材料可包括浸漬了相變材料之二氧化矽顆粒、沸石顆粒、碳顆粒或吸收性材料。
根據本發明之某些實施例，形成纖維質纖維之細長部分可包括高達約100%重量的溫度調節材料。通常，細長部分包括高達約90%重量的溫度調節材料。因此，舉例而言，細長部分可包括高達約50%或高達約25%重量的溫度調節材料。對於本發明之某些實施例，細長部分可包括約1%至約70%重量的溫度調節材料。因此，在一實施例中，細長部分可包括約1%至約60%或約5%至約60%重量的溫度調節材料，且在其他實施例中，細長部分可包括約5%至約40%、約10%至約30%、約10%至約20%或約15%至約25%重量的溫度調節材料。
根據本發明之某些實施例之纖維質纖維可具有至少約1 J/g之潛熱，諸如至少約2 J/g、至少約5 J/g、至少約8 J/g、至少約11 J/g或至少約14 J/g。舉例而言，根據本發明之實施例之纖維質纖維之潛熱係在約1 J/g至約100 J/g之範圍內，諸如，約5 J/g至約60 J/g、約10 J/g至約30 J/g、約2 J/g至約20 J/g、約5 J/g至約20 J/g、約8 J/g至約20 J/g、約11 J/g至約20 J/g或約14 J/g至約20 J/g。
如前所述，根據本發明之某些實施例之纖維質纖維可包括一組細長部分。該組細長部分中之各種細長部分可由同一纖維質材料或不同纖維質材料形成。在某些情形下，該組細長部分可包括由具有分散於其中之溫度調節材料之第一纖維質材料形成的第一組細長部分。此外，該組細長部分可包括由第二纖維質材料形成的第二組細長部分。預期細長部分可由同一纖維質材料形成，在此狀況下第一及第二纖維質材料將係相同的。亦預期溫度調節材料可包括提供充足機械性質之聚合相變材料。在此狀況下，聚合相變材料可用於在不需要第一纖維質材料的情況下形成第一組細長部分。
通常，纖維質材料可包括具有形成為細長部分之能力的任何基於纖維素之聚合物(或基於纖維素之聚合物之任何混合物)。纖維質材料可包括具有各種鏈結構中之任一者且包括一或多個類型之單體單元的基於纖維素之聚合物(或基於纖維素之聚合物之任何混合物)。特定言之，基於纖維素之聚合物可為線性聚合物或分枝聚合物(例如，星形分枝聚合物、梳形分枝聚合物或樹枝狀分枝聚合物)。基於纖維素之聚合物可為均聚物或共聚物(例如，三聚物、統計共聚物、無規共聚物、交替共聚物、週期共聚物、嵌段共聚物、星形共聚物或接枝共聚物)。如一般熟習此項技術者將理解，可藉由添加或取代一官能基來改變基於纖維素之聚合物之反應性及功能性，諸如，胺、醯胺、羧基、羥基、酯、醚、環氧化物、酸酐、異氰酸酯、矽烷、酮及醛。又，基於纖維素之聚合物可能夠交聯、扭結或氫鍵結以便增加其韌性或其對熱、濕氣或化學品之抗性。
可用於形成細長部分之基於纖維素之聚合物的實例包括纖維素及纖維素之各種經改質之形式，諸如，纖維素酯(例如，乙酸纖維素、丙酸纖維素、丁酸纖維素、鄰苯二甲酸纖維素及苯偏三酸纖維素)、硝酸纖維素、磷酸纖維素、纖維素醚(例如，甲基纖維素、乙基纖維素、丙基纖維素及丁基纖維素)、纖維素酯之其他經改質形式(例如，羧甲基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素及氰乙基纖維素)及其鹽或共聚物。纖維素通常對應於D－葡萄糖之線性均聚物，其中連續單體單元藉由β－糖苷鍵自一單體單元之變旋異構碳鏈結至另一單體單元之C－4羥基。其他適用之基於纖維素之聚合物包括(例如)某一百分比之羥基由各種其他類型之官能基取代的纖維素之經改質之形式。乙酸纖維素通常對應於某一百分比之羥基由乙醯基取代的纖維素之經改質之形式。被取代之羥基之百分比可取決於各種加工條件。在某些情形下，乙酸纖維素可使其至少約92%之羥基由乙醯基取代，且在其他情形下，乙酸纖維素可每一單體單元具有平均至少約2個乙醯基。對於某些應用，纖維質材料可包括具有在約300至約15,000個單體單元之範圍內之平均分子鏈長度的基於纖維素之聚合物。因此，在一實施例中，纖維質材料可包括具有在約10,000至約15,000個單體單元之範圍內之平均分子鏈長度的基於纖維素之聚合物。在其他實施例中，纖維質材料可包括具有在約300至約10,000個單體單元之範圍內之平均分子鏈長度的基於纖維素之聚合物，諸如，約300至約450個單體單元、約450至約750個單體單元或約750至約10,000個單體單元。
預期一或多個細長部分可由各種其他類型之聚合材料形成。因此，在本發明之某些實施例中，細長部分可由任何纖維形成聚合物(或纖維形成聚合物之任何混合物)形成。可用於形成細長部分之實例聚合物包括：聚醯胺(例如，耐綸6、耐綸6/6、耐綸12、聚天冬胺酸、聚麩胺酸等等)、多元胺、聚醯亞胺、聚丙烯酸化合物(例如，聚丙烯醯胺、聚丙烯腈、甲基丙烯酸與丙烯酸之酯等等)、聚碳酸酯(例如，聚雙酚A碳酸酯、聚碳酸丙二酯等等)、聚二烯(例如，聚丁二烯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等等)、聚環氧化物、聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚己內酯、聚乙交酯、聚丙交酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯、聚己二酸乙二酯、聚己二酸丁二酯、聚丁二酸丙二酯等等)、聚醚(例如，聚乙二醇(聚氧化乙烯)、聚丁二醇、聚氧化丙烯、聚氧亞甲基(三聚甲醛)、聚四亞甲基醚(聚四氫呋喃)、聚表氯醇等等)、聚氟碳化合物、甲醛聚合物(例如，尿素－甲醛、三聚氰胺－甲醛、酚甲醛等等)、天然聚合物(例如，聚葡萄胺糖、木質素、蠟等等)、聚烯烴(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚異丁烯、聚辛烯等等)、聚苯(例如，聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯醚碸等等)、含矽聚合物(例如，聚二甲基矽氧烷、聚羰甲基矽烷等等)、聚胺基甲酸酯、聚尿素、聚乙烯基(例如，聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇、聚乙烯醇之酯及醚、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯氮環戊烷、聚甲基乙烯醚、聚乙基乙烯醚、聚乙烯甲基酮等等)、聚縮乙醛、聚芳基化合物及共聚物(例如，聚乙烯－共－乙酸乙烯酯、聚乙烯－共－丙烯酸、聚對苯二甲酸丁二酯－共－聚對苯二甲酸乙二酯、聚十二內醯胺－嵌段－聚四氫呋喃等等)。
根據本發明之某些實施例，一或多個細長部分可由載體聚合材料形成。載體聚合材料可充當溫度調節材料之載體，因為纖維質纖維係根據本發明之某些實施例而形成。載體聚合材料可包括促進在一或多個細長部分內分散或併入溫度調節材料之聚合物(或聚合物之混合物)。此外，載體聚合材料可促進在纖維形成期間維持一或多個細長部分之整體性且可對所得纖維質纖維提供增強之機械性質。理想地，載體聚合材料可選擇成與溫度調節材料充分不反應，使得在溫度調節材料分散於載體聚合材料內時維持所要溫度穩定範圍。
在形成一或多個細長部分時可結合或替代纖維質材料而使用載體聚合材料。在某些情形下，載體聚合材料可充當容納結構以在纖維質纖維或由其製成之產品之形成期間促進相變材料之處理，同時亦對相變材料提供某一程度之保護。在纖維質纖維之形成期間，載體聚合材料可作為呈各種形式中之任一者(例如，蓬鬆形式、粉末、丸粒、小粒、薄片等等)之固體來提供且可具有分散於其中之溫度調節材料。因此，舉例而言，由具有分散於其中之溫度調節材料之載體聚合材料形成的粉末或丸粒可與纖維質材料混合以形成摻合物，該摻合物用於形成一或多個細長部分。預期載體聚合材料可作為呈各種形式中之任一者(例如，熔融形式、溶解於溶劑中等等)之液體來提供且可具有分散於其中之溫度調節材料。亦預期纖維質材料可充當載體聚合材料。舉例而言，具有分散於其中之溫度調節材料之纖維質材料可與同一纖維質材料或不同纖維質材料混合以形成摻合物，該摻合物用於形成一或多個細長部分。
對於某些應用，載體聚合材料可包括可與溫度調節材料相容或混溶或對其具有親和力的聚合物(或聚合物之混合物)。此親和力可取決於許多因素，諸如，載體聚合材料與溫度調節材料之可溶性參數、極性、疏水特徵或親水特徵之相似度。對溫度調節材料之親和力可在纖維質纖維之形成期間促進溫度調節材料在中間熔融、液態或溶解形式之載體聚合材料中之分散。基本上，此親和力可促進較均勻或較大量(例如，較高負載含量)之相變材料在纖維質纖維中之併入。
對於溫度調節材料包括諸如微囊之容納結構的本發明之實施例，載體聚合材料可包括結合對相變材料之親和力或作為其替代而具有對容納結構之親和力的聚合物(或聚合物之混合物)。舉例而言，若溫度調節材料包括含有相變材料之各種微囊，則可基於對微囊(例如，對形成微囊的材料)之親和力來選擇聚合物(或聚合物之混合物)。在某些情形下，載體聚合材料可包括與形成微囊之聚合物相同或類似的聚合物。因此，舉例而言，若微囊包括耐綸外殼，則載體聚合材料可經選擇而包括耐綸。此對微囊之親和力可促進含有相變材料之微囊在中間熔融、液態或溶解形式之載體聚合材料中之分散且因此促進較均勻或較大量(例如，較高負載含量)之相變材料在纖維質纖維中之併入。
在某些情形下，載體聚合材料可包括對溫度調節材料具有部分親和力之聚合物(或聚合物之混合物)。舉例而言，載體聚合材料可包括可與溫度調節材料半混溶之聚合物(或聚合物之混合物)。此部分親和力可足以促進溫度調節材料在較高溫度及剪切條件下分散於載體聚合材料中。在較低溫度及剪切條件下，此部分親和力可允許溫度調節材料析出。若使用呈原料形式之相變材料，則此部分親和力可引起在載體聚合材料內及在所得纖維質纖維內相變材料之不溶及增加之相變材料晶疇的形成。晶疇形成可藉由促進相變材料在兩種狀態之間的轉變而引起改良之熱調節性質。此外，晶疇形成可用以減少或防止相變材料在纖維形成期間或在最終使用期間自纖維質纖維之損失或洩漏。
舉例而言，某些相變材料(諸如，石蠟烴)可在較低濃度的相變材料下或當溫度高於臨界溶解溫度時與烯烴或烯烴之共聚物相容。因此，舉例而言，可在較高溫度下達成石蠟烴(或石蠟烴之混合物)與聚乙烯或聚乙烯－共－乙酸乙烯酯之混合以產生大體上均質之摻合物，在纖維形成過程中，可容易控制、抽汲及加工該摻合物。一旦該摻合物已冷卻，石蠟烴便可變得不可溶且可在固體材料內析出成獨特晶疇。此等晶疇可允許石蠟烴針對改良之熱調節性質的純熔融或結晶。此外，此等晶疇可用以減少或防止石蠟烴之損失或洩漏。可加工具有分散於其中之晶疇的固體材料來形成可與纖維質材料混合以形成纖維質纖維的粉末或丸粒。
根據本發明之某些實施例，載體聚合材料可包括具有約5%至約90%重量之乙酸乙烯酯的聚乙烯－共－乙酸乙烯酯，諸如，約5%至約50%重量之乙酸乙烯酯或約18%至約25%重量之乙酸乙烯酯。此含量之乙酸乙烯酯可在混合石蠟烴與聚乙烯－共－乙酸乙烯酯以形成摻合物時允許改良之溫度混溶性控制。特定言之，此乙酸乙烯酯含量可在較高溫度下允許優越之混溶性，因此歸因於摻合物之均質性促進加工穩定性及控制。在較低溫度(例如，室溫或正常商用織物使用溫度)下，聚乙烯－共－乙酸乙烯酯可與石蠟烴半混溶，因此允許石蠟烴之析出及微晶疇形成。
可包括於載體聚合材料中之其他聚合物包括具有在約4至約36 g/10 min之範圍內之熔融指數的高密度聚乙烯(例如，可自Missouri之St.Louis之Sigma－Aldrich Corp.購得的具有熔融指數4、12及36 g/10 min的高密度聚乙烯)、經改質之形式的高密度聚乙烯(例如，可自Delaware之Wilmington之DuPont Inc.購得的FusabondE MB100D)及經改質之形式的乙烯丙烯橡膠(例如，可自Delaware之Wilmington之DuPont Inc.購得的FusabondN MF416D)。如一般熟習此項技術者將理解，熔融指數通常指聚合物(或聚合物之混合物)之流動特徵的量測值且與聚合物(或聚合物之混合物)之分子量反相關。對於極性相變材料(例如，聚乙二醇、聚丁二醇及其同系物)，載體聚合材料可包括極性聚合物(或極性聚合物之混合物)以促進相變材料之分散。因此，舉例而言，載體聚合材料可包括：聚酯之共聚物，諸如，聚對苯二甲酸丁二酯－嵌段－聚丁二醇(例如，可自Delaware之Wilmington之DuPont Inc.購得的Hytrel3078、5544及8238)；及聚醯胺之共聚物，諸如，聚醯胺－嵌段－聚醚(例如，可自Pennsylvania之Philadelphia之ATOFINA Chemicals,Inc.購得的Pebax2533、4033、5533、7033、MX 1205及MH 1657)。
如前所述，纖維質材料在本發明之某些實施例中可充當載體聚合材料。舉例而言，諸如聚乙二醇之某些相變材料可在溶液中與基於纖維質之聚合物相容。特定言之，可達成聚乙二醇(或聚乙二醇之混合物)與纖維素或乙酸纖維素之混合以產生如在下述文件中所述之大體上均質之摻合物：Guo等人之"Solution Miscibility and Phase－Change Behavior of a Polyethylene Gycol－Diacetate Cellulose Composite"，Journal of Applied Polymer Science，第88卷，第652至658頁(2003)，且全部揭示內容以引用方式併入本文中。聚乙二醇可在所得固體材料內形成獨特晶疇且可在此等晶疇內遭受兩個固態之間的轉變。可加工具有分散於其中之晶疇的固體材料來形成可與纖維質材料混合以形成纖維質纖維的粉末或丸粒。
根據本發明之某些實施例，載體聚合材料可包括較低分子量之聚合物(或較低分子量之聚合物之混合物)。如前所述，可以具有不同分子量之各種形式來提供某些聚合物。因此，較低分子量之聚合物可指較低分子量形式的聚合物。舉例而言，具有約20,000(或更小)之數目平均分子量的聚乙烯可在本發明之實施例中用作較低分子量之聚合物。較低分子量之聚合物在經加熱以形成熔融物時可具有較低黏度，該較低黏度可促進溫度調節材料在熔融物中之分散。預期所要分子量或分子量範圍之較低分子量之聚合物可取決於選定之特定聚合物(例如，聚乙烯)或取決於用於在較低分子量聚合物之熔融物中分散溫度調節材料的方法或設備。
根據本發明之另一實施例，載體聚合材料可包括較低分子量之聚合物與較高分子量之聚合物的混合物。較高分子量之聚合物可指較高分子量形式之聚合物。較高分子量之聚合物通常具有增強之機械性質但在經加熱以形成熔融物時具有較高黏度。在某些情形下，可選擇較低分子量之聚合物與較高分子量之聚合物以相互具有親和力。此親和力可促進在纖維形成期間形成較低分子量之聚合物、較高分子量之聚合物及溫度調節材料的摻合物且可促進較均勻或較大量之相變材料在纖維質纖維中之併入。根據本發明之某些實施例，較低分子量之聚合物可充當較高分子量之聚合物與溫度調節材料之間的相容鏈結以促進溫度調節材料在纖維質纖維中之併入。
可使用各種方法來形成根據本發明之各種實施例之纖維質纖維，包括(例如)溶液紡絲製程(濕式或乾式)。在溶液紡絲製程中，可將一或多種纖維質材料及一或多種溫度調節材料傳送至噴絲頭之噴絲孔。如一般熟習此項技術者將理解，噴絲頭通常指纖維形成裝置之傳送熔融、液態或溶解材料穿過噴絲孔以擠至外部環境中的部分。噴絲頭通常在噴絲頭之長度之每一公尺中包括約1至約500,000個噴絲孔。可藉由穿過板而鑽得或蝕刻的孔或藉由能夠流出所要纖維之任一其他結構來實施噴絲頭。
最初可以各種形式中之任一者來提供纖維質材料，諸如，纖維素片、木漿、棉絨及大體上純化之纖維素之其他來源。通常，纖維質材料在通過噴絲頭之噴絲孔之前溶解於溶劑中。在某些情形下，可在將纖維質材料溶解於溶劑中之前加工(例如，機械處理)纖維質材料。舉例而言，可將纖維質材料浸漬於鹼性溶液(例如，苛性鈉)中、擠壓穿過滾筒且接著扯碎以形成碎屑。接著可用二硫化碳處理碎屑以形成黃酸纖維素。作為另一實例，纖維質材料可與冰乙酸、乙酸酐及觸媒之溶液混合且接著老化以形成乙酸纖維素，乙酸纖維素可以薄片之形式自溶液沈澱。
用於溶解纖維質材料之溶劑之組成可取決於所得纖維質纖維之所要應用而變化。舉例而言，如上所述之黃酸纖維素之碎屑可溶解於鹼性溶劑(例如，苛性鈉或2.8%氫氧化鈉溶液)中以形成黏性溶液。作為另一實例，如上所述之乙酸纖維素之沈澱薄片可溶解於丙酮中以形成黏性溶液。可使用各種其他類型之溶劑，諸如，氧化胺之溶液或銅胺溶液。在某些情形下，可過濾所得黏性溶液以移除任何未溶解之纖維質材料。
在纖維質纖維之形成期間，溫度調節材料可與纖維質材料混合以形成摻合物。由於混合，溫度調節材料可分散於纖維質材料內且至少部分由纖維質材料密封。溫度調節材料可在纖維形成之各階段與纖維質材料混合。通常，溫度調節材料可在通過噴絲頭之噴絲孔之前與纖維質材料混合。特定言之，溫度調節材料可在將纖維質材料溶解於溶劑中之前或之後與纖維質材料混合。舉例而言，溫度調節材料可包括含有相變材料之微囊，且微囊可分散於溶解之纖維質材料之黏性溶液中。在某些情形下，溫度調節材料可剛好在通過噴絲頭之噴絲孔之前與黏性溶液混合。
根據本發明之某些實施例，可使用載體聚合材料來形成纖維質纖維。舉例而言，可使用由具有分散於其中之溫度調節材料之載體聚合材料形成的粉末或丸粒來形成纖維質纖維。在某些情形下，粉末或丸粒可由載體聚合材料及溫度調節材料之固化熔融混合物形成。預期最初粉末或丸粒可由載體聚合材料形成且可浸漬有或吸入有溫度調節材料。亦預期粉末或丸粒可由載體聚合材料及溫度調節材料之乾燥溶液形成。在纖維質纖維之形成期間，粉末或丸粒可在纖維製造之各階段與纖維質材料混合以形成摻合物。通常，粉末或丸粒在通過噴絲頭之噴絲孔之前與纖維質材料混合。
對於特定應用，纖維質纖維可以多成分纖維形式而形成。特定言之，第一纖維質材料可與溫度調節材料混合以形成摻合物。該摻合物與第二纖維質材料可組合且被引導穿過呈特定組態之噴絲頭之噴絲孔以形成纖維質纖維之各別細長部分。舉例而言，摻合物可被引導穿過噴絲孔以形成核芯部分或島部分，而第二纖維質材料可被引導穿過噴絲孔以形成外鞘部分或海部分。在通過噴絲孔之前，第一纖維質材料及第二纖維質材料可溶解於同一溶劑或不同溶劑中。溫度調節材料之未由第一纖維材料密封之部分可在自噴絲頭排出時由第二纖維質材料密封以減少或防止溫度調節材料自所得纖維質纖維損失或洩漏。預期某些應用未必需使用第一纖維質材料。舉例而言，溫度調節材料可包括具有所要轉變溫度且在併入纖維質纖維中時提供充足機械性質的聚合相變材料。聚合相變材料及第二纖維質材料可組合且被引導穿過呈特定組態之噴絲頭之噴絲孔以形成纖維質纖維之各別細長部分。舉例而言，聚合相變材料可被引導穿過噴絲孔以形成核芯部分或島部分，而第二纖維質材料可被引導穿過噴絲孔以形成外鞘部分或海部分。
在自噴絲頭排出時，一或多種纖維質材料通常固化以形成纖維質纖維。在濕式溶液紡絲製程中，噴絲頭可浸沒於凝聚浴或紡絲浴(例如，化學浴)中，使得在離開紡絲頭時，一或多種纖維質材料可沈澱且形成固體纖維質纖維。紡絲浴之組合物可取決於所得纖維質纖維之所要應用而變化。舉例而言，紡絲浴可為水、酸性溶液(例如，包括硫酸之弱酸溶液)或氧化胺之溶液。在乾式溶液紡絲製程種，一或多種纖維質材料可在溫暖空氣中自噴絲頭排出且歸因於溶劑(例如，丙酮)在溫暖空氣中蒸發而固化。
在自噴絲頭排出之後，可利用導絲盤或吸氣機來牽伸或拉伸纖維質纖維。舉例而言，自噴絲頭排出之纖維質纖維可在纏繞於筒管上或切割為切段纖維之前形成在可變速度導絲滾筒之間牽伸向下移動之纖維質纖維之垂直定向簾布。自噴絲頭排出之纖維質纖維亦可在紡絲浴內形成水平定向簾布且在可變速度導絲滾筒之間牽伸。作為另一實例，自噴絲頭排出之纖維質纖維可在進入一定位於噴絲頭下方之較長槽形吸氣機之前至少部分地驟冷。吸氣機可引入藉由來自一或多個吸氣噴口之壓縮空氣而產生的快速向下移動之氣流。氣流可對纖維質纖維產生吸力，進而使其在噴絲頭與空氣噴口之間被牽伸且使纖維質纖維變細。在此纖維形成部分期間，形成纖維質纖維之一或多種纖維質材料可固化。預期可在使纖維質纖維乾燥之前或之後發生纖維質纖維之牽伸或拉伸。
一旦形成，便可針對各種纖維應用進一步加工纖維質纖維。特定言之，根據本發明之各種實施例之纖維質纖維可用於或併入各種產品中以提供此等產品熱調節性質。舉例而言，纖維質纖維可用於紡織品(例如，織物)、服裝(例如，戶外衣服、乾式防寒服及防護服)、鞋襪(例如，襪子、靴子及鞋墊)、醫療產品(例如，熱毯、治療墊、失禁墊及熱袋/冷袋)、個人衛生產品(例如，尿布、棉塞及用於身體保養與嬰兒護理之吸收布或墊)、清潔產品(例如，用於家用清潔、用於商用清潔及用於工業清潔之吸收布或墊)、容器及包裝袋(例如，飲料/食物容器、食物保溫器、座墊及電路板疊層)、建築(例如，牆體或天花板中絕緣物、壁紙、窗簾襯裏、管道包覆、地毯及瓦片)、電器(例如，家用電器中之絕緣物)、技術產品(例如，濾紙材料)及其他產品(例如，汽車襯裏材料、陳設品、睡袋及被褥)。
在某些情形下，纖維質纖維可經受(例如)編織、非編織、針織或編織製程以形成各種類型之褶疊、編結、加撚、縮絨、針織、編織或非編織之織物。所得織物可包括由纖維質纖維形成之單層或可包括多層，使得此等層中之至少一者由纖維質纖維形成。舉例而言，纖維質纖維可纏繞於筒管上或紡絲成紡線且接著用於各種習知針織或編織製程中。作為另一實例，纖維質纖維可無規地布層於形成表面(例如，移動輸送機網帶，諸如，長網線)上以形成纖維質纖維之連續非編織之纖維網。在某些情形下，纖維質纖維可在形成纖維網之前切割為較短切段纖維。使用切段纖維之一潛在優勢在於：可形成較具各向同性之非編織纖維網，因為切段纖維與較長或未切割纖維(例如，呈纖維束形式的連續纖維)相比可較無規地在纖維網中定向。接著可使用任何習知黏結製程(例如，紡黏製程)來黏結纖維網以形成用於製造各種紡織品的穩定非編織織物。黏結製程之實例包括自移動輸送機網帶起離纖維網且使纖維網通過兩個加熱之研光輥。該等滾筒中之一或兩者可軋花以使纖維網在許多點黏結。梳理(例如，氣梳)纖維網、針軋纖維網、射流纖維網、空氣布層纖維網、濕式布層纖維網以及紡絲布層纖維網可根據本發明之某些實施例由纖維質纖維形成。
預期織物可由包括兩種或兩種以上不同溫度調節材料之纖維質纖維形成。根據本發明之某些實施例，溫度調節材料之此組合可展現兩個或兩個以上不同轉變溫度。舉例而言，用於手套中之織物可由各自包括相變材料A及B之纖維質纖維形成。相變材料A可具有約5℃之熔點，且相變材料B可具有約75℃之熔點。相變材料在纖維質纖維中之此組合可提供在寒冷環境(例如，在冬季條件下室外使用)以及溫暖環境(例如，在處理諸如烘箱托盤之加熱物件時)中具有改良之熱調節性質的手套。此外，織物可由在某一方面不同之兩個或兩個以上類型之纖維(例如，具有不同組態或橫截面形狀或經形成以便包括不同溫度調節材料的兩個或兩個以上類型之纖維質纖維)形成。舉例而言，織物可由某一百分比之包括相變材料A之纖維質纖維及剩餘百分比之包括相變材料B之纖維質纖維形成。纖維質纖維之此組合可提供在不同環境(例如，寒冷及溫暖環境)中具有改良之熱調節性質的織物。作為另一實例，織物可由某一百分比之包括相變材料之纖維質纖維及剩餘百分比之缺少相變材料之纖維質纖維形成。在此實例中，包括相變材料的纖維質纖維之百分比可在約10%至約99%重量範圍內，諸如約30%至約80%或約40%至約70%。作為又一實例，織物可由某一百分比之包括相變材料之纖維質纖維及剩餘百分比之包括或缺少相變材料的其他纖維(例如，由其他聚合物形成之合成纖維)形成。在此實例中，纖維質纖維之百分比亦可在約10%至約99%重量範圍內，諸如約30%至約80%或約40%至約70%。
根據本發明之某些實施例之所得織物可具有至少約1 J/g之潛熱，諸如，至少約2 J/g、至少約5 J/g、至少約8 J/g、至少約11 J/g或至少約14 J/g。舉例而言，根據本發明之實施例之織物的潛熱係在約1 J/g至約100 J/g之範圍內，諸如，約5 J/g至約60 J/g、約10 J/g至約30 J/g、約2 J/g至約20 J/g、約5 J/g至約20 J/g、約8 J/g至約20 J/g、約11 J/g至約20 J/g或約14 J/g至約20 J/g。
此外，根據本發明之某些實施例之所得織物可展現其他合乎需要之性質。舉例而言，根據本發明之實施例之織物(例如，非編織物)可具有以下性質中之一或多者：(1)至少約10公克/公克之吸濕性，諸如，約12公克/公克至約35公克/公克、約15公克/公克至約30公克/公克或約18公克/公克至約25公克/公克(表達為在特定環境條件下所吸收之濕氣之重量與織物之乾燥重量的比)；(2)約2秒至約60秒之吸附時間，諸如，約3秒至約20秒或約4秒至約10秒；(3)約13 cN/tex至約40 cN/tex之拉伸強度，諸如，約16 cN/tex至約30 cN/tex或約18 cN/tex至約25 cN/tex；(4)約10%至約40%之斷裂伸長率，諸如，約14%至約30%或約17%至約22%；(5)約0%至約6%之沸水收縮率，諸如，約0%至約4%或約0%至約3%；及(6)約10 g/m2 至約500 g/m2 之比重量，諸如約15 g/m2 至約400 g/m2 或約40 g/m2 至約150 g/m2 。
此時，一般熟習此項技術者可瞭解與本發明之各種實施例相關聯之許多優勢。舉例而言，根據本發明之各種實施例之纖維質纖維可提供改良之熱調節性質與較高吸濕性。性質之此組合在纖維質纖維併入諸如服裝、鞋襪、個人衛生產品及醫療產品之產品中時允許改良之舒適度。根據本發明之某些實施例之纖維質纖維可在第一組細長部分內包括較高負載含量之相變材料。在某些情形下，可提供此較高負載含量，因為第二組細長部分可圍繞該第一組細長部分。該第二組細長部分可補償該第一組細長部分之任何缺陷(例如，機械性質或吸濕性缺陷)。此外，第二組細長部分可包括經選擇以改良纖維質纖維之總體機械性質、吸濕性及可加工性的纖維質材料(例如，藉由經由溶液紡絲製程促進其形成)。藉由圍繞第一組細長部分，第二組細長部分可用以將相變材料密封於纖維質纖維內以減少或降低相變材料之損失或洩漏。
實例
以下實例作為對一般熟習此項技術者之指導而提供。此等實例不應被解釋為限制本發明，因為此等實例僅提供適用於理解並實踐本發明之某些實施例的特定方法。
實例1
形成了三組纖維質纖維。第一組纖維質纖維用作對照組。對於第一組纖維質纖維，8.00 gN－甲基嗎啉氧化物溶劑(97% NMMO，可自Wisconsin之Milwaukee之Aldrich Chemical Co.購得)，1.00 g微晶纖維素(可自Wisconsin之Milwaukee之Aldrich Chemical Co.購得)及1.00 g去離子水在20 ml玻璃瓶中組合以產生具有10%重量之纖維素的溶液。將該瓶置放於125℃烘箱中且週期性地混合直至其內含物均質地混合。接著，將內含物傾倒至預加熱之10 ml注射器中且緩慢擠壓至溫暖攪拌之水的凝聚浴中以形成第一組纖維質纖維。
對於第二組纖維質纖維，0.90 g去離子水及0.20 g水濕性含有相變材料之微囊(微囊封之石蠟PCM，120 J/g潛熱，33℃熔點、50%微囊，可自英國Bradford之Ciba Specialty Chemical Co.購得)在20 ml玻璃瓶中組合。接著，添加8.00 g N－甲基嗎啉氧化物溶劑(97% NMMO，可自Wisconsin之Milwaukee之Aldrich Chemical Co.購得)及0.90 g微晶纖維素(可自Wisconsin之Milwaukee之Aldrich Chemical Co.購得)以產生具有10%重量之固體的溶液。固體包括90/10重量比的纖維素/含有相變材料之微囊。將該瓶置放於125℃烘箱中且週期性地混合直至其內含物均質地混合。接著，將內含物傾倒至預加熱之10 ml注射器中且緩慢擠壓至溫暖攪拌之水的凝聚浴中以形成具有增強之可逆熱性質的溶胞型纖維質纖維。
對於第三組纖維質纖維，0.80 g去離子水及0.31 g水濕性含有相變材料之微囊(微囊封之石蠟PCM，154 J/g潛熱，31℃熔點、32%微囊，可自韓國J&C Microchem Inc.購得)在20 ml玻璃瓶中組合。接著，添加8.00 g N－甲基嗎啉氧化物溶劑(97% NMMO，可自Wisconsin之Milwaukee之Aldrich Chemical Co.購得)及0.90 g微晶纖維素(可自Wisconsin之Milwaukee之Aldrich Chemical Co.購得)以產生具有10%重量之固體的溶液。固體包括90/10重量比的纖維素/含有相變材料之微囊。將該瓶置放於125℃烘箱中且週期性地混合直至其內含物均質地混合。接著，將內含物傾倒至預加熱之10 ml注射器中且緩慢擠壓至溫暖攪拌之水的凝聚浴中以形成具有增強之可逆熱性質的溶胞型纖維質纖維。
過濾並乾燥三組纖維質纖維，且使用示差掃描熱析法(DSC)來進行熱學量測。表4列出對於三組纖維質纖維之此等熱學量測的結果。
實例2
藉由將100.0千克水及接著5.2千克50% NaOH/水溶液添加(並攪拌)至l00.0千克含有相變材料之微囊(mPCM，含有十八烷之聚丙烯酸化合物外殼之微囊，175 J/g潛熱，45%微囊，可自英國Bradford之Ciba Specialty Chemical Co.購得)中來形成懸浮液。懸浮液在約12.8之pH值下含有21.95%重量之微囊。將懸浮液計量滴入9.1%纖維素溶液中以產生具有不同mPCM濃度的各種樣本組，且接著紡絲成纖維質纖維，如下文表5中所列。
實例3
形成了兩組人絲型纖維質纖維。第一組纖維質纖維用作對照組且包括TiO2 作為消光劑。第二組纖維質纖維包括含有相變材料之微囊(mPCM)，但缺少TiO2 。表6列出兩組纖維質纖維之性質。如參考表6可瞭解，第二組纖維質纖維展現增強之可逆熱性質以及消光外觀(無需使用TiO2 )。
單獨使用第二組纖維質纖維或與標準人絲型纖維質纖維摻合而形成各種非編織物。使用標準人絲黏液針刺非編織生產線來形成非編織物。生產線在約1.5至2.5公尺/分鐘之速度下運轉。表7列出非編織物之性質。
實例4
形成了兩個射流非編織物樣本。第一織物樣本由100%包括含有相變材料之微囊(mPCM)的人絲型纖維質纖維形成。第二織物樣本由100%標準人絲型纖維質纖維形成且用作對照。使用標準試產線來形成兩個織物樣本，該試產線係在線上以約10公尺/分鐘之速度且以14、50、60、70/60及70巴的壓力運轉。在兩個織物樣本的可製造性方面不具有明顯差別。
兩個織物樣本接著經受根據標準測試方法之各種量測。根據歐洲用可棄和非編織布製造協會("EDANA")測試方法ERT40.3－90來執行重量量測。藉由0.8 kPa(或0.8 g/cm2 )之計示壓力及6.12 cm2 的佔用面積來執行厚度量測。根據EDANA測試方法ERT20.2－89來執行拉伸強度及伸長率量測，且根據STL測試方法及歐洲藥典測試方法來執行吸收及吸附時間量測。表8列出此等量測之結果。在表8中，MD指縱向或機器方向，而TD指橫向。如參考表8可瞭解，第一織物樣本通常展現與第二織物樣本之性質相當或比其優越之性質。
一般熟習此項技術者將不需要開發如本文中所述之纖維質纖維之額外解釋但仍然可藉由研究Kadolph等人之著作"Textiles"，第7章－Manufactured Regenerated Fibers(第8版，Prentice－Hall,Inc.，1998)及以下專利而找到一些有益指導：Frankham等人之標題為"Tampon Production"的美國專利第5,686,034號；Wilkes等人之標題為"Cellulose Fibre Compositions"的美國專利第6,333,108號；Fischer等人之標題為"Manufacture of Viscose and of Articles Therefrom"的美國專利第6,538,130號；Poggi等人之標題為"Method for Viscose Production"的美國專利第6,392,033號；及Hills之標題為"Method of Making Plural Component Fibers"的美國專利第5,l62,074號，此等文獻之全部揭示內容以引用方式併入本文中。一般熟習此項技術者亦可藉由研究以下專利而找到一些有益指導：Hartmann之標題為"Stable Phase Change Materials For Use In Temperature Regulating Synthetic Fibers,Fabrics And Textiles"的美國專利第6,689,466號；及Hartmann等人之標題為"Melt Spinnable Concentrate Pellets Having Enhanced Reversible Thermal Properties"的美國專利第6,793,856號，此等專利之全部揭示內容以引用方式併入本文中。
在本說明書中涉及或引用之專利申請案、專利、公開案及其他公開文獻中之每一者的全部內容以引用方式併入本文中，如同每一個別專利申請案、專利、公開案及其他公開文獻具體且個別地經指示而以引用方式併入一般。
雖然已參考特定實施例來描述本發明，但熟習此項技術者應理解在不偏離隨附申請專利範圍界定之本發明之真實精神與範疇的情況下可進行各種改變且可取代均等物。此外，可進行許多修改以使特定情形、材料、物質組合、方法、製程步驟適用於本發明之目標、精神及範疇。所有此等修改皆意欲在隨附之申請專利範圍之範疇內。特定言之，雖然已參考按特定順序執行之特定操作來描述本文中所揭示之方法，但應理解在不偏離本發明之教示的情況下可組合、細分或重排此等操作以形成均等方法。因此，除非在本文中具體指示，否則操作之順序及分組並非對本發明之限制。
1．．．纖維質纖維
2．．．細長部分
3．．．纖維質材料
4．．．溫度調節材料
5．．．纖維質纖維
6．．．細長部分
7．．．纖維質材料
8．．．溫度調節材料
10．．．左側行
12．．．纖維質纖維
13．．．纖維質纖維
14．．．纖維質纖維
15、15'、15"、15'''、15''''．．．第一組細長部分
16、16'、16"、16'''、16''''．．．第二組細長部分
20．．．中間行
21．．．纖維質纖維
22．．．纖維質纖維
23．．．纖維質纖維
24．．．纖維質纖維
26．．．纖維質纖維
27．．．纖維質纖維
28．．．纖維質纖維
29．．．纖維質纖維
30．．．右側行
34．．．纖維質纖維
35、35'、35"、35'''．．．第一組細長部分
36．．．第二細長部分
37、37'、37"、37'''、37''''．．．第一組細長部分
38、38'、38"、38'''、38''''．．．第二組細長部分
39．．．細長部分
39．．．第一細長部分
40．．．細長部分
40．．．第二細長部分
41．．．第一細長部分
42．．．第二細長部分
43．．．第一細長部分
44．．．第二細長部分
45．．．第一細長部分
46．．．第二細長部分
47．．．第一細長部分
48．．．第二細長部分
49．．．第一細長部分
50．．．第二細長部分
51．．．第一細長部分
52．．．第二細長部分
53．．．第一細長部分
54．．．第二細長部分
55．．．第一細長部分
56、56'．．．第二組細長部分
57．．．核芯部分
58．．．外鞘部分
59．．．纖維質纖維
60．．．纖維質纖維
61．．．溫度調節材料
62．．．溫度調節材料
63．．．核芯部分
64．．．外鞘部分
70．．．纖維質纖維
71．．．海部分
72．．．島部分
73．．．島部分
74．．．島部分
75．．．島部分
76．．．島纖維質材料
77．．．島纖維質材料
78．．．島纖維質材料
79．．．島纖維質材料
80．．．溫度調節材料
81．．．溫度調節材料
82．．．海纖維質材料
90．．．纖維質纖維
91．．．纖維質材料
92．．．溫度調節材料
93．．．纖維質纖維
94．．．纖維質材料
95．．．溫度調節材料
96．．．纖維質纖維
97．．．纖維質材料
98．．．溫度調節材料
99．．．纖維質纖維
100．．．纖維質材料
101．．．溫度調節材料
102．．．分枝
圖1為說明根據本發明之實施例之纖維質纖維的三維圖。
圖2為說明根據本發明之實施例之另一纖維質纖維的三維圖。
圖3為說明根據本發明之實施例之各種纖維質纖維的橫截面圖。
圖4為說明根據本發明之實施例之額外纖維質纖維的橫截面圖。
圖5為說明根據本發明之實施例之具有芯鞘組態的纖維質纖維的三維圖。
圖6為說明根據本發明之實施例之具有芯鞘組態的另一纖維質纖維的三維圖。
圖7為說明根據本發明之實施例之具有海島組態的纖維質纖維的三維圖。
1．．．纖維質纖維
2．．．細長部分
3．．．纖維質材料
4．．．溫度調節材料

Claims (24)

  1. 一種纖維質纖維，其包含：纖維本體，其包括纖維質材料及分散於該纖維質材料中之複數個微囊，該複數個微囊含有相變材料，該相變材料具有至少40J/g之潛熱及在0℃至100℃之範圍內之轉變溫度，該相變材料係基於在該轉變溫度下吸收及釋放該潛熱中之至少一者以提供熱調節，其中該纖維質纖維包括5重量%至40重量%的該複數個含有該相變材料之微囊。
  2. 如請求項1之纖維質纖維，其中該纖維質材料包括纖維素及乙酸纖維素中之一者。
  3. 如請求項1之纖維質纖維，其中該複數個微囊的尺寸係在0.1至20微米之範圍內。
  4. 如請求項1之纖維質纖維，其中該複數個微囊相對於該複數個微囊之尺寸係單分散的。
  5. 如請求項1之纖維質纖維，其中該相變材料之該潛熱係在60J/g至400J/g之範圍內。
  6. 如請求項1之纖維質纖維，其中該相變材料之該轉變溫度係在0℃至50℃之範圍內。
  7. 如請求項1之纖維質纖維，其中該相變材料包括石蠟烴。
  8. 如請求項1之纖維質纖維，其中該相變材料包括多元醇。
  9. 如請求項1之纖維質纖維，其中該相變材料包括聚乙二 醇、聚氧化乙烯、聚丁二醇及聚酯中之一者。
  10. 如請求項1之纖維質纖維，其中該纖維質纖維之吸濕性係在6%至15%之範圍內。
  11. 如請求項1之纖維質纖維，其中該纖維質纖維為0.1分德士(decitex)至60分德士。
  12. 一種織物，其包含：摻合在一起之複數個纖維質纖維，該複數個纖維質纖維包括具有增強之可逆熱性質之纖維質纖維，且包括：纖維本體，其包括細長部分，該細長部分包括纖維質材料及分散於該纖維質材料中之溫度調節材料，該溫度調節材料包括相變材料，該相變材料之轉變溫度係在0℃至50℃之範圍內，其中該纖維質纖維係第一纖維質纖維，該溫度調節材料係第一溫度調節材料，且該複數個纖維質纖維包括具有增強之可逆熱性質之第二纖維質纖維，且包括第二溫度調節材料。
  13. 如請求項12之織物，其中該複數個纖維質纖維係藉由非編織製程摻合在一起。
  14. 如請求項12之織物，其中該織物之潛熱係在5J/g至60J/g之範圍內。
  15. 如請求項12之織物，其中該織物之吸濕性係在12公克/公克至35公克/公克之範圍內。
  16. 如請求項12之織物，其中該織物之吸濕性係在15公克/公克至30公克/公克之範圍內。
  17. 如請求項12之織物，其中該織物之比重量係在15g/m2 至 400g/m2 之範圍內。
  18. 如請求項12之織物，其中該纖維質材料包括纖維素及乙酸纖維素中之一者。
  19. 如請求項12之織物，其中該相變材料之該轉變溫度係在22℃至40℃之範圍內。
  20. 如請求項12之織物，其中該相變材料包括石蠟烴、多元醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丁二醇及聚酯中之一者。
  21. 如請求項12之織物，其中該溫度調節材料進一步包括含有該相變材料之複數個微囊。
  22. 如請求項12之織物，其中該纖維本體係由複數個細長部分所形成，該複數個細長部分包括該細長部分。
  23. 如請求項22之織物，其中該複數個細長部分係以海島組態、分割圓餅組態、芯鞘組態、並排組態及條紋組態中之一者來配置。
  24. 如請求項12之織物，其中該第一溫度調節材料及該第二溫度調節材料係不同的。
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