TWI568900B - 成型板及其應用之纖維製作機台 - Google Patents

Description

成型板及其應用之纖維製作機台

本發明是關於一種製作纖維之成型板及其應用之纖維製作機台，尤指一種於製作高異型面纖維的成型板及其應用之纖維製作機台。

一般纖維的截面大多為圓形，近年來漸漸發展出了一種截面不為圓形的纖維，即具有高異型截面的纖維，簡稱異型纖維。異型纖維相較於一般纖維具有許多優點，例如具有優良的彈性、透氣性、反射性以及耐污抗油能力，並改善一般纖維容易透光以及起毛球的問題。然而，異型纖維並不容易製作，此乃因熔融且尚未定型的纖維材料容易受到表面張力的影響而傾向以圓形的方式成型。

本發明之一實施例提供一種成型板及纖維製作機台，利用特殊的成型板結構，使熔融狀態的纖維材料經過成型板後，纖維中心與兩側之冷卻狀況不同，並降低纖維 所受到表面張力的影響之流動，藉以形成高異型面的纖維。

本發明之一態樣提供了一種成型板，成型板包含複數個成型單元，其中每一成型單元包含開孔、側壁、以及至少一延伸壁。開孔包含窄區和二個寬區，寬區分別連接窄區之兩端，且寬區互不連接。側壁環繞開孔且朝一方向延伸。延伸壁連接環繞寬區之側壁，且同樣朝相同方向延伸。

於本發明之一或多個實施例中，成型板更包含中心面，中心面垂直於寬區之中心連線，其中寬區於中心面上的投影之長度大於窄區於中心面上的投影之長度。

於本發明之一或多個實施例中，寬區於中心面上的投影之長度比上窄區於中心面上的投影之長度之比值範圍大約為1.3至2.5。

於本發明之一或多個實施例中，側壁的高度一致。

於本發明之一或多個實施例中，側壁包含第一側壁與第二側壁。第一側壁環繞窄區。第二側壁連接第一側壁並環繞寬區，其中延伸壁連接第二側壁，窄區與寬區皆設置於基礎平面上，且延伸壁與第二側壁於基礎平面上之投影完全重疊。

於本發明之一或多個實施例中，側壁包含第一側壁與第二側壁。第一側壁環繞窄區。第二側壁連接第一側壁並環繞寬區，其中延伸壁連接第二側壁，窄區與寬區皆設置於基礎平面上，且延伸壁與第二側壁於基礎平面上之投影部份重疊。

於本發明之一或多個實施例中，其中窄區與寬區皆設置於基礎平面上，其中窄區於基礎平面上的投影之長度比上寬區於基礎平面上的投影之長度與之比值大約為1.5~3。

於本發明之一或多個實施例中，其中寬區為複數個圓柱形狀空間，窄區為一長方體狀空間。

於本發明之一或多個實施例中，其中延伸壁與側壁由不同材料製成。

本發明之一態樣提供了一種纖維製作機台，包含前述之成型板、集束裝置、以及冷卻柵。集束裝置用以收集經過成型板之複數個纖維，而冷卻柵位於成型板與集束裝置之間。

於本發明之一或多個實施例中，纖維製作機台更包含空氣輸出閥，位於成型板與冷卻柵之間，以在成型板與冷卻柵之間輸送空氣。

於本發明之一或多個實施例中，空氣輸出閥以每平方毫米截面積0.01至0.04公斤重的氣體壓力以及攝氏溫度18度至攝氏溫度25度的氣體溫度輸送空氣。

於本發明之一或多個實施例中，集束裝置以每分鐘1800至2200公尺的速率捲取纖維，成型單元的長度大約為2毫米，以產生異型比大於70%的纖維。

100‧‧‧成型板

200‧‧‧成型單元

210‧‧‧開孔

212‧‧‧窄區

214‧‧‧寬區

220‧‧‧側壁

222‧‧‧第一側壁

224‧‧‧第二側壁

230‧‧‧延伸壁

232‧‧‧子延伸壁

234‧‧‧空間

300‧‧‧纖維製作機台

400‧‧‧集束裝置

500‧‧‧冷卻柵

600‧‧‧空氣輸出閥

700‧‧‧纖維

800‧‧‧熔融纖維

D1‧‧‧方向

P1‧‧‧中心面

P2‧‧‧基礎平面

L1‧‧‧窄區長度

L2‧‧‧寬區長度

W1‧‧‧窄區寬度

W2‧‧‧寬區寬度

W3‧‧‧延伸寬度

H1‧‧‧側壁高度

H2‧‧‧延伸高度

第1圖為本發明之一實施例中的成型板之上視圖。

第2圖為第1圖之成型板之成型單元之立體圖。

第3圖為第2圖之實施例之成型單元之上視圖。

第4圖為第2圖之實施例之成型單元之側視圖。

第5圖為本發明之另一實施例中的成型單元之立體圖。

第6圖為本發明之再一實施例中的成型單元之立體圖。

第7圖為本發明之又一實施例中的成型單元之立體圖。

第8圖為本發明之一實施例中的纖維製作機台之示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式為之。

關於本文中所使用之「約」、「大約」或「大致」，一般是指數值之誤差或範圍於百分之二十以內，較好地是於百分之十以內，更佳地是於百分之五以內。文中若無明確說明，所提及的數值皆視為近似值，即具有如「約」、「大 約」或「大致」所表示的誤差或範圍。

參照第1圖與第2圖，第1圖為本發明之一實施例中的成型板100之上視圖，第2圖為本發明之一實施例中的成型單元200之立體圖。於本發明之一態樣中，成型板100包含多個成型單元200，成型單元200可以以陣列的方式排列。每一成型單元200包含開孔210、側壁220、以及至少一延伸壁230。開孔210包含窄區212和二個寬區214，於此，寬區214可為圓柱形狀空間，窄區212可為長方體狀空間，寬區214分別連接窄區212之兩端，且寬區214互不連接。側壁220環繞開孔210且朝一方向D1延伸。延伸壁230連接於環繞寬區214之側壁220，且朝同樣方向D1延伸。

於本發明之一或多個實施例中，側壁220的高度一致，側壁220包含第一側壁222與第二側壁224。第一側壁222環繞窄區212。第二側壁224連接第一側壁222並環繞寬區214，其中延伸壁230連接第二側壁224。

參照第3圖，第3圖為第2圖之實施例之成型單元200之上視圖。為方便說明起見，在此設定每一成型單元200包含中心面P1，且中心面P1為一平面垂直於二個寬區214之中心連線，且中心面P1至兩寬區214之中心的垂直距離大致相等。寬區214與窄區212可分別於中心面P1上產生投影，其中寬區214於中心面P1上的投影之長度即為寬區寬度W2，窄區212於中心面P1上的投影之長度即為窄區寬度W1。

於本發明之一或多個實施例中，寬區寬度W2大於窄區寬度W1。亦即，開孔210為一中間細兩側粗的開口。理想上，寬區214於中心面P1上的投影之長度(即寬區寬度W2)比上窄區212於中心面P1上的投影之長度(即窄區寬度W1)之比值範圍大約為1.3至2.5，即寬區寬度W2大約為窄區寬度W1的1.3至2.5倍。於此，雖然二寬區214繪示為相同形狀且寬區寬度W2為一樣大小，但本發明不以此為限，二寬區214可以是不同的形狀，二個寬區寬度W2可以是不同的大小。

同時參考第2圖與第3圖，於本發明之一或多個實施例中，延伸壁230於中心面P1之投影長度即為延伸寬度W3，其中延伸寬度W3與寬區寬度W2相等，亦即，延伸壁230連接最寬之第二側壁224。

同時參照第2圖與第4圖，第4圖為第2圖之實施例之成型單元200之側視圖。為方便說明起見，在此設定成型單元200包含基礎平面P2，基礎平面P2垂直於中心面P1，且窄區212與寬區214皆設置於基礎平面P2上，亦即，第一側壁222與第二側壁224皆設置於基礎平面P2上，延伸壁230以及側壁220分別位於基礎平面P2的兩側。

於本發明之一或多個實施例中，延伸壁230與第二側壁224於基礎平面P2上之投影部份重疊，換句話說，延伸壁230連接部份第二側壁224，且延伸壁230朝向與第二側壁224延伸的相同方向D1延伸。第二側壁224於基礎平面P2上的投影形狀為近似圓形之弧，延伸壁230的投影形 狀則為接近半圓之弧。

於本發明之一或多個實施例中，其中第一側壁222與第二側壁224皆設置於基礎平面P2上。在此將側壁220之厚度忽略不計。為方便說明起見，在此定義第一側壁222於基礎平面P2上的投影之長度為窄區長度L1，第二側壁224於基礎平面P2上的投影之長度為寬區長度L2。於本發明之一或多個實施例中，窄區長度L1比上寬區長度L2之比值大約為大約為1.5~3，即窄區長度L1大約為寬區長度L2的1.5~3倍，使得窄區長度L1與兩倍之寬區長度L2之和比上寬區寬度W2之比值大約為3.5~5，即整個成型單元200之長寬比值大約為3.5~5。

此外，於本發明之一或多個實施例中，側壁220具有側壁高度H1，延伸壁230具有延伸高度H2，其中側壁高度H1與延伸高度H2相同，但這不應用以限制本發明範圍，延伸高度H2可以是側壁高度H1的0.5至0.8、0.9至1.2、或1.2至1.5倍。

此外，於本發明之一或多個實施例中，延伸壁230與側壁220可由相同材料製成，其材料可為耐高溫的金屬材料，例如金鉑合金、鉭以及不銹鋼等。於本發明之一或多個實施例中，延伸壁230與側壁220亦可由不同材料製成，舉例而言，延伸壁230可由一定比例的金鉑合金形成，而側壁220可由另一定比例的金鉑合金形成。

於本發明之一或多個實施例中，成型板100用以形成異型纖維。使用時，成型板100承載熔融纖維材料，熔 融纖維材料受到重力與已成形纖維拉扯的影響，將由成型單元200之開口穿過而脫離成型板100，接著接觸到低溫空氣而快速降溫，進而冷卻成固體狀態。快速降溫的期間，熔融纖維材料受到環境溫度、重力、其本身表面張力、已成形纖維表面特性、側壁220與延伸壁230附著力的影響，而改變其自身形狀，而影響到最終成型的形狀。在此熔融纖維材料指呈現液態且尚未定型的纖維材料，成型板100提供熔融纖維材料大約攝氏溫度900至1500度的溫度範圍。

熔融纖維材料由成型板100之成型單元200之開孔210穿過的過程中，熔融纖維材料首先填充於窄區212與寬區214，由於寬區寬度W2大於窄區寬度W1的設置，將導致熔融纖維材料易集中在成型單元200兩側(寬區214)，中央(窄區212)的熔融纖維材料較少。當熔融纖維材料受到重力和已成形纖維拉扯影響下滑而離開側壁220時，中央的熔融纖維材料脫離成型單元200的第一側壁222，而接觸到低溫空氣，兩側之熔融纖維材料雖脫離第二側壁224但仍受到延伸壁230的附著力影響而較晚脫離成型單元200，而較晚接觸到低溫空氣。

在此，延伸壁230對於熔融纖維材料提供保溫之作用，使得熔融纖維材料離開具有較高溫度的側壁220後，受到延伸壁230的保溫作用，其溫度不會因直接接觸到低溫空氣而快速降溫而具有較低的黏度。

換言之，由於中央的熔融纖維材料較少而較易受環 境溫度影響，且兩側之熔融纖維材料受到延伸壁230的保溫作用，使得中央的熔融纖維材料的溫度較低，而傾向較快冷卻定型，兩側之熔融纖維材料的溫度較高，而傾向較慢冷卻定型。

中央的熔融纖維材料溫度較低，流動速率較差，兩側之熔融纖維材料溫度較高，流動速率較佳。可適當控制窄區寬度W1與窄區長度L1，即控制流動速率較差的熔融纖維材料範圍，可以較佳的防止兩側之熔融纖維材料受到表面張力的影響而向中心聚集恢復成圓形斷面的現象發生，因此可以提供非圓形斷面的異型纖維。

舉例而言，縮減窄區寬度W1可以使中央的熔融纖維材料溫度更容易受環境影響而降溫，而提早定型，亦可延長窄區長度L1，以緩衝兩側之熔融纖維材料受到表面張力而向中央流動的改變幅度，並且在流動改變幅度不大時定型。窄區寬度W1與窄區長度L1應視相對的寬區寬度W2與寬區長度L2進行調整，如同前述已揭露相關數值範圍，但由於此操作過程變因繁多，不應以該數值範圍限制本發明之範圍。

於本發明之一或多個實施例中，依照環境條件不同，可以改變延伸壁230的包覆程度。例如延伸壁230不僅可以部份連接第二側壁224，亦可完全連接第二側壁224。

參照第5圖，第5圖為本發明之另一實施例中的成型單元200之立體圖。本實施例與第1圖為相似之實施例，差別在於本實施例中，延伸壁230與第二側壁224於基礎 平面P2(參見第4圖)上之投影完全重疊，換句話說，延伸壁230完全連接第二側壁224，且延伸壁230與第二側壁224朝同樣方向D1延伸，而具有完全相同的投影形狀。此種設置可以增加兩側之熔融纖維材料占整體纖維之比例，並提升兩側之熔融纖維材料溫度，可以改變熔融纖維材料之相對流動速率。

參照第6圖，第6圖為本發明之再一實施例中的成型單元200之立體圖。本實施例與第1圖為相似之實施例，差別在於本實施例中，延伸壁230切割成多個子延伸壁232，子延伸壁232之間存在有空間234，使得子延伸壁232互不相連，換句話說，多個子延伸壁232連接第二側壁224，其間存在有空間234。空間234的存在可改變兩側之熔融纖維材料之溫度，進而調整兩側之熔融纖維材料之冷卻速度、溫度、流動速率等等，並及早定型中央與部份兩側之熔融纖維材料。

於本發明之一或多個實施例中，寬區214為圓柱形狀空間，窄區212為長方體狀空間，但此結構僅用以舉例，本發明不以此為限，成型單元200之窄區212與寬區214並非僅如以上所揭露之結構，寬區214亦可以是長方體狀空間，窄區212亦可以是扁平橢圓狀空間或其他長方體狀空間，成型單元200之窄區212與寬區214可以是符合窄區寬度W1小於寬區寬度W2的任何結構。

參照第7圖，第7圖為本發明之又一實施例中的成型單元200之立體圖。本實施例與第1圖為相似之實施例， 差別在於本實施例中，寬區214並非為圓柱形狀空間，而是梯形柱狀空間。此外，前述寬區寬度W2與窄區寬度W1的較佳比例、前述窄區長度L1與寬區長度L2的較佳比例在此實施例中可根據實際的設計需求調整。

本實施例中，延伸壁230為兩個互相平行的平面。相同的是，寬區214之寬區寬度W2大於窄區212的窄區寬度W1，且延伸壁230連接最寬之第二側壁224。相較於第1圖之實施例，本實施例之延伸壁230與熔融纖維材料之接觸面積更小，而窄區長度L1小於寬區長度L2。

參照第8圖，第8圖為本發明之一實施例中的纖維製作機台300之示意圖。本發明之一態樣提供了一種纖維製作機台300，包含前述之成型板100、集束裝置400、以及冷卻柵500。成型板100包含多個成型單元200，集束裝置400用以收集多個已定型之纖維700，而冷卻柵500位於成型板100與集束裝置400之間，用以冷卻未成型的熔融纖維800。

於本發明之一或多個實施例中，集束裝置400以每分鐘700至800公尺、1800至2100公尺、或1900至2200公尺的速率捲取纖維700。冷卻柵500可使用常溫冷卻水進行冷卻，其水溫範圍約為23℃至26℃。

於本發明之一或多個實施例中，纖維製作機台300更包含空氣輸出閥600，位於成型板100與冷卻柵500之間，以在成型板100與冷卻柵500之間輸送空氣，空氣輸出閥600可以採用對向流動的方法輸送空氣，空氣輸出閥 600可以以每平方毫米截面積0.01至0.04公斤重的氣體壓力輸送空氣的氣體壓力，其溫度範圍大約為攝氏溫度19度至攝氏溫度29度之間，其中空氣輸出閥600的氣體壓力被調整為不會破壞未成型的的熔融纖維800。舉例而言，空氣輸出閥600可以以每平方毫米截面積0.01至0.02、0.02至0.03或0.03至0.04公斤重的氣體壓力輸送空氣，其中氣體溫度可以是攝氏溫度18度至29度，其中較佳為攝氏溫度18度至25度。

操作纖維製作機台300時，成型板100承載熔融纖維800，熔融纖維800受到重力與已成形纖維700拉扯的影響，將穿過成型單元200而脫離前述之成型板100而產生絲狀之熔融纖維800。

熔融纖維800起先具有較佳之異型比，其後因熔融纖維800之表面張力之作用，脫離成型板100的熔融纖維800會隨時間流動變形而逐漸降低其異型比，於此同時，熔融纖維800受到空氣輸出閥600與冷卻柵500所輸送的低溫空氣影響而快速降溫，進而使熔融纖維800的變形速度降低，而可於熔融纖維800尚具有較高異型比時即冷卻定型成纖維700。在此，異型比等於(1-異型纖維截面內接圓半徑除上異型纖維截面外接圓半徑)×100%，異型比愈高表示其截面圖案愈複雜。

本發明之一或多個實施例中，可以調控熔融纖維材料之溫度、成型單元200之窄區長度L1(參見第4圖)比上寬區長度L2(參見第4圖)之比值、集束裝置400之捲取纖 維速度、空氣輸出閥600所輸送空氣之溫度與壓力等等，以得到具有較高異型比之纖維。以下為多組實驗結果之其中之一。

將熔融纖維800之溫度設置為攝氏溫度1100~1140度，成型單元200之窄區長度L1比上寬區長度L2之比值大約為2至2.5，寬區寬度W2比上窄區寬度W1之比值大約為1.5，並設置集束裝置400以每分鐘1800至2200公尺的速率捲取纖維700，空氣輸出閥600所輸送空氣之溫度設置為攝氏溫度19度至23度，並以每平方毫米截面積0.01至0.04公斤重之壓力輸送空氣，成型單元的長度大約為2毫米，成型單元以每小時20至30公斤的速率製作熔融纖維800。如此可得到長徑比上短徑之比值大約為3至4的纖維700，其異型比大於70%，較佳為85~95%。

相較之下，若將空氣輸出閥600移除，並以相同設置產生纖維700，則得到長徑比上短徑之比值大約為2至3的纖維700，其異型比大約在40%~60%之間，由此可知，空氣輸出閥600可幫助熔融纖維800冷卻定型，進而提高纖維700的異型比。

本發明之一實施例提供一種成型板及纖維製作機台，利用特殊的成型板結構，使熔融狀態的纖維材料經過成型板後，使纖維中心與兩側之冷卻狀況不同，來達到高異型面的效果，並藉由空氣輸出閥快速降溫以定型熔融狀態的纖維，以形成高異型面的纖維。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200‧‧‧成型單元

210‧‧‧開孔

212‧‧‧窄區

214‧‧‧寬區

220‧‧‧側壁

222‧‧‧第一側壁

224‧‧‧第二側壁

230‧‧‧延伸壁

D1‧‧‧方向

W3‧‧‧延伸寬度

Claims (12)

1. 一種成型板，用於製作高異型面的纖維，該成型板包含複數個成型單元，其中每一該些成型單元包含：一開孔，包含：一窄區；以及二寬區，分別連接該窄區之兩端，且該些寬區互不連接，其中該些寬區於一中心面上的投影之長度大於該窄區於該中心面上的投影之長度，該中心面垂直於該些寬區之中心連線；一側壁，環繞該開孔且朝一方向延伸；以及至少一延伸壁，連接環繞該些寬區之該側壁，且同樣朝該方向延伸。
2. 如請求項1所述之成型板，其中該些寬區於該中心面上的投影之長度比上該窄區於該中心面上的投影之長度之比值範圍大約為1.3至2.5。
3. 如請求項1所述之成型板，其中該側壁的高度一致。
4. 如請求項1所述之成型板，其中該側壁包含：至少一第一側壁，環繞該窄區；以及至少一第二側壁，連接該第一側壁並環繞該些寬區，其中該延伸壁連接該第二側壁，該窄區與該些寬區皆設置於一基礎平面上，且該延伸壁與該第二側壁於該基礎平面 上之投影完全重疊。
5. 如請求項1所述之成型板，其中該側壁包含：至少一第一側壁，環繞該窄區；以及至少一第二側壁，連接該第一側壁並環繞該些寬區，其中該延伸壁連接該第二側壁，該窄區與該些寬區皆設置於一基礎平面上，且該延伸壁與該第二側壁於該基礎平面上之投影部份重疊。
6. 如請求項1所述之成型板，其中該窄區與該些寬區皆設置於一基礎平面上，其中該窄區於該基礎平面上的投影之長度比上該些寬區於該基礎平面上的投影之長度之比值大約為1.5~3。
7. 如請求項1所述之成型板，其中該些寬區為複數個圓柱形狀空間，該窄區為一長方體狀空間。
8. 如請求項1所述之成型板，其中該延伸壁與該側壁由不同材料製成。
9. 一種纖維製作機台，包含：如請求項1至8任一項所述之成型板；一集束裝置，用以收集經過該成型板之複數個纖維；以及 一冷卻柵，位於該成型板與該集束裝置之間。
10. 如請求項9所述之纖維製作機台，更包含一空氣輸出閥，位於該成型板與該冷卻柵之間，以在該成型板與該冷卻柵之間輸送空氣。
11. 如請求項10所述之纖維製作機台，其中該空氣輸出閥以每平方毫米截面積0.01至0.04公斤重的氣體壓力以及攝氏溫度18度至攝氏溫度25度的氣體溫度輸送空氣。
12. 如請求項11所述之纖維製作機台，其中該纖維製作機台用以產生異型比大於70%之該些纖維。