具有复合纤维结构的合成填充材料制造技术

本申请涉及具有复合纤维结构的合成填充材料。在一些实施方案中，本发明专利技术主题涉及纤维构造体，其适合于用作隔热或垫充的填充材料，该纤维构造体包括：包含预定长度的纤维的主纤维结构；二级纤维结构，二级纤维结构包括沿着主纤维的长度间隔开的多个相对短的环。在一些实施方案中，本发明专利技术主题涉及模拟天然羽绒的结构和尺度并从而提供类似性质的隔热纤维结构。

【技术实现步骤摘要】
具有复合纤维结构的合成填充材料本申请是申请日为2015年3月30日，申请号为201580021614.0，专利技术名称为“具有复合纤维结构的合成填充材料”的申请的分案申请。相关申请本申请要求2014年4月1日提交的美国临时申请序列号61/973,527和2014年5月9日提交的美国临时申请序列号61/991,309的权益和优先权，出于所有目的，它们的内容据此通过引用如同陈述全部并入本文。背景本文公开的专利技术主题总体上涉及适合作为服装物品、睡袋、床上用品、枕头、垫衬物、衬垫和其它这样的物品和用途中的填充材料的小尺度纤维单元。在一些实施方案中，本专利技术主题涉及适合于用作隔热或垫充的填充材料的纤维构造体(fiberconstruction)，其包括：包含预定长度的纤维的主纤维结构；二级纤维结构，该二级纤维结构包括沿着主纤维的长度间间隔开的多个短环。在一些实施方案中，本专利技术主题涉及模拟天然羽绒的结构和尺度并因此提供类似的性质的隔热纤维结构。各种天然填充材料或合成填充材料是已知的。天然羽绒，例如，来自水禽的天然羽绒，是一种具有许多出色性能的优良的填充材料。羽绒是形成水禽(例如鹅，鸭或天鹅)底覆盖层的羽毛。它包括从一个羽毛点生长的轻质的蓬松的丝，但没有任何羽毛轴。羽绒的重要物理性质是其蓬松度(loft)，也称为疏松度。蓬松度或疏松是给定材料质量单位所占据的体积。疏松度是用于区分消费产品中使用的不同等级的鹅绒的最常用参数。具有更高疏松度的材料能够以更小的质量占据更大的体积，并且进而提供更大的隔热能力。由于疏松度对产品价值有很大的影响，因而存在严格的指南和测试程序，以确保产品标签和性能一致。国际羽绒羽毛实验室(IDFL)在美国对从世界各地进口的用于销售的原羽绒材料进行了大量测试和归类。活塞-缸系统来用于确定疏松度。该测试的具体说明和程序可在IDFL网站(IDFL2004)上获得。世界各地有不同的测试标准；然而，解释原则和测试原则保持不变。为了本专利说明书的目的，国际羽绒和羽毛局(IDFB)为国际社会建立了测试方法和其它标准，除非本文另有说明，自2014年1月1日起的所有IDFB标准和定义适用于本说明书。(标准和定义可在IDFB网站，http://www.idfl.com/公开访问)作为隔热体的使其如此受欢迎的羽绒的属性是其轻重量、柔软性、可压缩性、恢复力、弹性和透气性。然而，天然羽毛或羽绒具有数个缺点。例如，由于其很容易受到昆虫和微生物的损害，需要许多步骤来处理天然羽毛或羽绒。由于仅以有限的数量是可获得的，天然羽毛和羽绒也是昂贵的。生产动物的处理和护理也可能引起动物福利关注。此外，羽绒或羽毛可能在一些使用者中引起过敏反应。在湿的条件下，羽绒可能变得充满水。当这种情况发生，羽绒失去其蓬松度，压缩，并因此失去主要的隔热性能，因为羽绒不再能够捕获用于保暖的空气空间。因为这样，合成的羽绒替代物被不断地寻找。该问题和其它问题已经促使对新型纤维材料的研究以开发用于天然羽毛或羽绒的替代物。制造羽绒替代物的一些现有技术方法包括捆扎和粘结短纤维的各种方式；将纤维形成为球形；以及通过电沉积使纤维聚集。在美国专利7261936中公开的另一种方法中，以杉树或树枝状结构形式的羽绒替代物由这样的多丝纤维制成，即，该多丝纤维通过熔化切割成短段，使得在单元丝的一端部熔合在一起，而在另一端部处，它们是自由的。在EP0620185中公开的又一种方法中，羽绒的替代物具有细长的支撑结构，该支撑结构具有大致分散的阵列的离散细纤维，细纤维的一端附接到支撑结构并且纤维的另一端是自由的。然而，没有这样的现有技术材料在物理性能上足以与天然羽绒材料相比。由于羽绒的复杂的结构和物理性质，天然羽绒性质的复制一直特别具有挑战性。图1A和图1B示意性地示出了天然羽绒簇1(图1A)的一般结构。羽绒簇在直径上可以在约5mm至约70mm的范围内。它们具有中心节点或根部，其具有在所有方向上向外延伸的许多线2。单独的线可以被称为“主”结构或纤维3。主结构3具有沿其长度向外延伸的许多细结构，其可以被称为“二级”结构或纤维4。主结构3具有3mm-33mm的长度，典型长度为约14mm-20mm。天然羽绒的主结构通常具有沿着其长度径向布置的大约50-1500个二级纤维4(图1B)。在长度为33mm，且间距为60μm的情况下，产生550个二级纤维，或如果分别计数每侧，则为1100个二级纤维。在长度为3mm，且间隔为60μm的情况下，则产生50个二级纤维，或如果分别计数每一侧，则为100个二级纤维。天然羽绒也可以具有一个或两个相对短的三级纤维(未示出)，其沿着每个二级纤维4的长度间隔开并且从每个二级纤维4按每大约100微米延伸。天然羽绒的二级结构长度，在图中总体上用“D”表示，可以在0.35mm-1.4mm范围之间，典型的长度为0.55mm-0.75mm。二级纤维是高弹性的并且耐永久变形，并且它们能够储存弹性能量。图1A和图1B示出了纤维的代表性尺寸，其实质上可以变化。除了在复制羽绒物理结构方面上的固有挑战之外，羽绒替代物被认为难以以低成本连续地制造。考虑到上述需求和缺点，非常需要改进的填充材料，特别是更接近地复制天然羽绒的性质并且在商业上制造起来可行的隔热材料。概述本文公开的专利技术主题克服了现有技术中的上述缺点和其它缺点。本专利技术主题相对于天然羽绒或所尝试的合成羽绒的优点可包括但不限于以下中的任何一个或多个：较低的生产成本、耐水性、避免动物福利关注、改进的热保持性质、改进的蓬松或再蓬松、更好地模拟天然羽绒的感觉的改善的触感。在一些实施方案中，本专利技术主题涉及适合于用作隔热或垫充的填充材料的纤维构造体，其包括：包含预定长度的纤维的主纤维结构；二级纤维结构，二级纤维结构包括沿着主纤维的长度间隔开的多个相对短的环。在一些实施方案中，本专利技术主题涉及模拟天然羽绒的结构和尺度并从而提供类似性质的隔热纤维结构。隔热材料可以在需要隔热和/或填充的各种应用中使用，包括服装和衣服、睡袋、毯子、垫衬物等。本专利技术主题还涉及用于制造本专利技术纤维构造体的相关方法、系统和装置。本专利技术提供以下项目：1.一种适合用作填充材料的纤维构造体，包括：主纤维结构，其包括预定长度的纤维；和二级纤维结构，所述二级纤维结构包括沿着所述主纤维的长度间隔开的多个环。2.根据项目1所述的纤维构造体，其中所述主纤维具有大约0.1mm-5cm的长度。3.根据项目2所述的纤维构造体，其中所述主纤维的长度在大约5mm-70mm之间。4.根据项目2所述的纤维构造体，其中所述主纤维具有20个以上的环。5.根据项目4所述的纤维构造体，其中所述二级纤维的与所述主纤维的交叉点相隔大约10μm-150μm。6.根据项目1所述的纤维构造体，其中所述二级纤维的环具有5mm或更小的极端点。7.根据项目4所述的纤维构造体，其中所述二级纤维的环具有在大约100μm-1mm之间的极端点。8.根据项目4所述的纤维构造体，其中所述二级纤维的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造纤维构造体的系统，包括：/n第一喷射器，其联接到用于容纳用于主纤维或二级纤维的可流动的成纤材料的供应源；/n所述第一喷射器是相对于用于主纤维或二级纤维中的另一个的第二喷射器以预定模式可移动的，以便能够产生所述主纤维和二级纤维的复合纤维结构，并且其中在所述预定模式，所述二级纤维以多个环布置在所述主纤维上；以及/n分割装置，其能够将所述复合纤维分割成较小的纤维构造体单元，其中分割的主纤维的平均长度在0.1mm-5cm之间。/n

【技术特征摘要】
20140401 US 61/973,527;20140509 US 61/991,3091.一种用于制造纤维构造体的系统，包括：
第一喷射器，其联接到用于容纳用于主纤维或二级纤维的可流动的成纤材料的供应源；
所述第一喷射器是相对于用于主纤维或二级纤维中的另一个的第二喷射器以预定模式可移动的，以便能够产生所述主纤维和二级纤维的复合纤维结构，并且其中在所述预定模式，所述二级纤维以多个环布置在所述主纤维上；以及
分割装置，其能够将所述复合纤维分割成较小的纤维构造体单元，其中分割的主纤维的平均长度在0.1mm-5cm之间。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述分割的主纤维的平均长度在5mm-70mm之间。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个环中的每个环由单个单丝纤维组成并且具有与所述主纤维交叉的一对间隔开的交叉点，其中所述主纤维和所述单个单丝纤维的交叉点中的每个沿着所述主纤维的长度与所述主纤维和所述单个单丝纤维的其它交叉点间隔开。


4.根据权利要求3所述的系统，还包括辊，所述辊配置成通过压缩或熔合结合中的至少一种在所述交叉点处将所述主纤维和所述二级纤维联接在一起。


5.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一喷射器配置成将所述二级纤维与所述主纤维的交叉点定位成相隔10μm-150μm。


6.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一喷射器配置成相对于所述第二喷射器移动，以将所述环布置成具有100μm-1mm之间的极端点。


7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一喷射器配置成相对于所述第二喷射器移动，以将所述环布置成具有300μm-1000μm之间的极端点。


8.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个喷射器包括具有用于流出可流动纤维材料的出口端口的模头，并且邻近所述端口的是用于使气体会聚到纤维材料的流上的一个或多个出口端口。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个喷射器配置成喷射中空纤维。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述喷射器布置成使它们各自的纤维材料以大致相同的方向流动，即从平行到至多90度的交叉角度，使得一个流能够以来回方式或者部分地或完全地环绕的方式会聚在另一个流上。


11.根据权利要求10所述的系统，还包括空气或气体流动机构，使得所述会聚至少部分地通过抵着一个或两个流的定向气流被促进。


12.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·米尔顿，罗伯特·莫伊尔，迈克尔·墨菲，克里斯特尔·穆迪，贾斯汀·李·格拉迪什，
申请(专利权)人：北面服饰公司，
类型：发明
国别省市：美国;US