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CN102084046B - 一种材料 - Google Patents

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Abstract

一种具有多个可激活单元的材料，每个可激活单元中的一部分相对于材料固定，一部分可相对于材料自由变形。

Description

一种材料
技术领域
本发明涉及一种材料，例如，该材料具有在被激活(activation)时发生变形的可激活单元。
背景技术
EP1801274，标题为“Woven/Knit fabric including crimped fibre and becomingrugged upon humidification，process for producing the same，and textile product(通过润湿显现凹凸的含卷曲纤维的针织/梭织物、及其制造方法和纺织产品)”的专利申请公开了一种可梭织或针织为织物、用水浸湿时粗糙度增加的卷曲纤维产品。该产品在干燥时卷曲减小。该纤维为双组分，这两个组分对环境湿度有不同的反应。潮湿时，纤维的卷曲增加，使织物表面更粗糙。这改变了织物的特性。但是，织物特性的这种物理变化应用范围较为有限。
发明内容
本发明将在下文权利要求书中加以阐述。通过提供具有固定和可变形两部分的可激活单元，所述单元将改变形状或变形(例如，比材料制造时的环境条件潮湿时卷起)，从而对激活(例如，湿度变化)做出反应。当结合到织物中时，该材料根据当地的湿度增加空气/热/水汽穿过该材料的渗透性。所述材料在织物中的特定构造将使织物具有在特定应用情况下所需的有利物理特性，下文将作清晰描述。
附图说明
将结合附图对本发明的实施例进行说明，其中：
图1a示出了本发明的处于潮湿状态的梭织物；
图1b示出了本发明的处于干燥状态的梭织物；
图2a示出了处于干燥状态的一对绳绒纱线；
图2b示出了处于潮湿状态的一对绳绒纱线；
图2c示出了处于干燥和潮湿状态下的绳绒纱线中的可激活薄膜单元；
图2d示出了处于干燥和潮湿状态下的另一种构造的可激活单元；
图2e示出了本发明的第一种包芯纱线构造；
图2f示出了本发明的第二种包芯纱线构造；
图3a示出了第一种构造的可激活纱线；
图3b示出了第二种构造的可激活纱线；
图3c示出了无纺构造的可激活单元；
图3d示出了梭织构造的单丝；
图3e示出了处于潮湿状态的梭织单丝；
图4示出了各种双组分纤维构造；
图5a示出了被可激活单元隔开的双层构造；
图5b示出了处于另一种激活环境的图5a中的双层构造；及
图6示出了一种双层薄膜。
具体实施方式
纺织工业中，很多应用场合都会用到可响应湿度的材料。例如，在现代城市环境中，人们不断地在湿热环境及有空调的建筑之间移动。
这样一种生活方式，使人们很难在所有条件下都保持舒适，因为不同的衣物适宜于不同的环境。众所周知，人们因走路发热和出汗时会感觉特别不舒服。与对温度带来的不适感相比，人们对潮湿衣物的感觉更加不舒服。本发明提供了一种在潮湿时可透气、干燥时可保暖的织物。这与大多数天然纤维的反应相反。天然纤维往往在潮湿时趋于膨胀，从而使体积更大。这使其透气性相对于干燥时较差，因为纤维膨胀到纱线之间的空间内，使空间变小，从而使水汽更难穿过织物。
具体来说，本发明提供了一种具有可激活单元的材料，该可激活单元例如可由薄膜/薄片或纤维构成，该材料可为，例如，纱线的组成材料、纱线本身或织物。所述可激活单元的一部分相对于材料固定，例如通过梭织、缝合、针织或其他方式固定于材料上，所述可激活单元中还有一部分可相对于材料自由变形。在实施例中，小段可激活薄膜的中部以束缚方式固定在两根加捻纱线之间。薄膜单元的自由端能够在被激活时相对于材料/固定部分自由改变形状或变形。具体来说，所述可激活单元的组分设置为：被激活时两个组分的几何尺寸变化之间存在相对差异。
就小段可激活薄膜来说，其可由两层组成，其中一层在被水汽激活时比另一层有较大幅度的膨胀，这样，被激活时，整个单元因尺寸变化的不同而弯曲或卷曲变形。当包含多个这种可激活单元的织物暴露于激活环境，例如，潮湿环境中时，每个可激活单元的投影横截面减小，从而在织物内的单元之间形成较大的空间，因此减小了空气穿过的阻力。这种渗透性的提高又确保了较佳的通风效果，因此保证了潮湿环境中的冷却效果。
如上所述，本发明在此公开的整体原理如图1所示。图1a示出了处于潮湿状态的梭织物10的基本原理，图1b示出了处于干燥状态的相同的梭织物10。所述梭织物包括构成梭织物主体的纱线，经纱12和纬纱14。众所周知，一根纱线一般由一条或多条捻合或以其他方式结合在一起的纤维构成。此外，小段薄膜或纤维可激活单元16附着在纱线上，本身不形成支撑作用。当处于潮湿状态时，可激活单元改变形状并与经纱和纬纱排成直线，以使织物的纱线之间形成较大空间18。这使织物所容置的水汽和热得以逸散。相反，当织物处于干燥状态时，所述单元不与经纱和纬纱排成直线，而是填充在织物的梭织空隙内，因此可以锁住湿气和热并增加空气阻力。这使得织物在湿热和干冷条件下都能保持良好状态。
所述可激活单元可包括短纤维，作为纺织技术中的常识：短纤维包括一定长度的纤维或薄膜，这些纤维或薄膜可捻合在一起形成纱线或支撑于纱线上，并可通过形成双组分薄膜或双组分纤维来制作。
所述双组分短纤维薄膜包括通过粘合或其他方式连接在一起的两个薄膜层60、62，如图6所示。每个薄膜层对湿度的变化有不同的反应。任何具有这种特性的已知材料都可用于制作该薄膜。因为每个组分改变其长度的程度不同，因此所述单元被迫卷曲或变形。双组分薄膜可由任何已知方法制作，例如，通过薄膜旋转或挤压含两种组分的片状薄膜，或将两种可粘合在一起的薄膜组合在一起。
所述短纤维单元可用于形成绳绒纱线。纱线一般由捻合或以其他方式结合在一起的短纤维单元制成。在最简单的情况下，单股纱线只采用一次加捻。更为常见的是，单股纱线随后与其他纱线捻合在一起形成多股纱线。多股纱线比单股纱线更粗，也更为坚固。此外，多股纱线也比单股纱线具有更为复杂的结构，以便制作更复杂的纱线。
绳绒纱线由两根捻合在一起的单股纱线制成，以固定的间隔在两根单股纱线之间加入第三根纱线或短纤维单元或绒头(pile)，虽然并不是必要的，但一般为正交方向。一般最简单的方法是，使用一次能编织多根绳绒纱线的织机，在将前两根纱线捻合在一起时以连续长度插入第三根纱线。然后将第三根纱线在前两根纱线之间切断，形成绒头。这样，第三根纱线由两根单股纱线支撑，且可以控制第三根纱线自由端的长度。
图2a为根据本发明的一方面的由短纤维制成的绳绒纱线20的示意图，图2a中包括两根捻合的干纱线。绳绒纱线的绒头由如上所述的可激活单元16组成，且具有对于纱线的轴线大体上对称布置的相对自由端。所述可激活单元16沿纱线的间隔近似相等。在本实施例中，可激活单元沿纱线被支撑，这样在干燥状态下，所述单元与纱线的主轴大体上正交，可位于页面(图2c)所在的平面或与附图页面所在的平面相垂直的平面。此结构使纱线具有较大横截面。
图2b为两根潮湿纱线，所述可激活单元已对湿度的变化产生反应，外形已发生变化，从支撑点卷起，这样与纱线轴线更贴合地对齐。根据可激活单元的方向，也可从页面平面卷起，当然，一些单元可能会从相反方向卷起。
这减小了纱线的横截面，从而增加了渗透性，从图2c可以看到干燥16a和潮湿16b的构造，并且可以看出，现在两根纱线之间的空间相对较宽。可以看出，短纤维单元也可以是纤维，下文将对此作详细描述。
有很多可选的方法将可激活材料结合到纱线中。图2d显示了结合到纱线中且一端大体上固定于纱线的可激活单元16的另一个方向。
进一步地，短纤维单元可用于，例如，作为包芯纱线的组分，如图2e所示，该包芯纱线与用于莱卡TM(LycraTM)纱线的包芯纱线具有相似的结构。在已知类型的包芯纱线里，纱芯1可由短纤维单元或几种单丝制成。另一种纤维2缠绕在纱芯周围，将短纤维或单丝结合在一起。
在本发明的实施例中，所述可激活单元16可组成纱线的纱芯1(图2e)或结合部分2(图2f)。在可激活单元16构成纱芯1的情况下，短纤维通过捻合或任何其他适当的方式进行结合，例如，将支撑纤维2松散地旋转结合。然后将纱线表面拉绒(brushed)，以抽出可激活单元的松散端16，以使其具有能够对湿度变化产生反应的自由度。可激活单元的反应方向可由纱线内短纤维的方向和拉绒完成处理的方向进行控制。可选地，在可激活单元用于结合纱芯1的情况下，可使用任何合适的纤维构成纱芯。这可以是短纤维或单丝纤维。纱线的结合部分2可完全由可激活单元制成，或者根据成品要求的特性仅由一部分可激活单元制成。但是，重要的一点是使用短纤维，以使纱线制成时具有许多自由端，这样自由部分在被激活时可变形，以减小纱芯、结合部分或两者中纱线的横截面。
本领域技术人员可以理解，可采用多种方法制作使可激活材料得以被支撑并具有自由端的纱线，不限于以上实施例中列出的方法。
一种可选的方法是使用由分割的薄膜形成的短纤维单元。这样形成短纤维单元也是可以的，例如挤压具有所需特性的双组分纤维40a、40b、40c。这些纤维可由与双组分薄膜相似的材料制成。
双组分纤维在本领域内众所周知。图4显示了根据本发明制成的纤维的各种构造，图4中显示了两种不同组分42a和42b。从图4中注意到，各种横截面都是可能的，包括横穿直径的分割面40a、较大圆柱体内的较小圆柱体40b，或分割部之间的弯曲边界40c，但不限于图4中所示的构造。在所有情况下，由于所述组分在激活环境改变时尺寸改变的程度不同，因此所述纤维将会变形。应该理解，精确的横截面并不重要，但横穿纤维的两个组分在至少一个方向上的不对称分布却是有利的。纤维的横截面也有可能沿着纤维的长度而变化。进一步地，一个组分可以覆盖在另一个组分延伸长度的一部分上，例如，从横截面来看，绕圆周的一半。
一旦上述任何一种类型的可激活单元被制成或结合到纱线20，纱线本身可以常规方式针织(图3a)或梭织(图3b)成织物。这可与支撑单元结合，例如，如果提供了经纱或纬纱，所有纱线都可以是可激活纱线。所采用的恰当的织物生产方法取决于织物的最终应用情况以及被激活时纱线横截面变化引起的预期湿度反应。可以理解的是，纱线，例如图2所示的纱线，可与类似纱线梭织并形成如图1所示的织物。
可选地，可激活材料可通过采用加工技术结合到非可激活织物中。例如，可激活材料单元可通过刺绣附着在织物表面。在刺绣过程中，材料可放置在织物上并牢固地缝合到适当的位置。生产商可控制针脚的数量以及针脚的位置，以生产出具有所需特性的成品。刺绣和其他此类技术为本领域人员所了解，并已广泛用于多种应用。这些技术包括附着衬底材料，例如衬布，以使服装的一部分变硬，或在刺绣的装饰件后面附着大块衬底材料。之后可对衬底材料进行裁剪，但在这种情况下，裁剪步骤与成品所需的裁剪将有所不同。
短纤维单元可另外使用，无需与另外的纤维或其他支撑单元结合到纱线中或形成纱线本身。短纤维单元可形成无纺织物(图3c)，并与毛毡的短纤维单元具有类似结构。毛毡由许多个随意排列于一个平面的短纤维单元形成。所述短纤维单元通过天然卷曲结合在一起，从而使所述短纤维单元大量缠在一起，很难分开，以此形成短纤维织物。类似种类的结构可在玻璃纤维(其中随意排列的纤维以结构特性不太好的矩阵形式结合在一起)或非结晶聚合物塑料中看到。
根据本发明的实施例，所述单元30可在织物中通过无纺的方式附着在其本身或其他短纤维单元，以为留有自由端32的纤维提供支撑，该纤维在被激活时可发生变形。为所述单元提供支撑是必要的，以便将所述单元结合在一起，形成织物，但不需要提供如此大的支撑力，以防止织物失去其他特性，例如弹性。这种支撑可通过每隔固定间隔将所述单元34“点焊”在一起来提供。可以理解，这项操作可采用任何适当方法来完成，例如，热、化学处理、胶水、或用刺绣加工技术将所述单元缝合在一起。这可应用于短纤维薄片和纤维。
在进一步的实施例中，可使用单丝可激活单元来生产具有双组分纤维的纱线。这样便无需将可激活单元附着在织物上，而取决于束缚点之间单元的自由部分的变形。例如，在图3d中，薄膜单丝20形态的可激活单元与支撑单元32梭织，可激活单元将沿其边缘卷曲(如图3e中34处所示)，从而通过与上述相似的方式减小了横截面。
根据另一实施例，提供了至少一个在两层之间延伸的可激活单元，这两个外层是惰性的并支撑位于该两个外层之间的可激活单元(图5a)。被激活时，所述可激活单元改变形状、卷曲，并将所述惰性层拉在一起，从而减小了织物的横截面，改变了绝缘特性(图5b)。这种结构与瓦楞纸板在外观上相似。
在上述实施例中，所述材料对相对于材料在制造时的环境湿度的湿度变化有所反应。在相同材料中含有两种具有不同湿度特性的组分时，所述材料会在湿度特性强于将材料固定在其“中立”位置的力时发生变形。鉴于采用天然纤维，这种反应不一定是整体尺寸上的变化，但会产生构造上的变化。这种构造上的变化不会改变纤维的绝缘特性，但是，当纤维在织物中布置时，总体上单根纤维形状上的变化会改变织物的绝缘特性。值得注意的是，作为一种可选方法，所述单元在预先设定的条件下为松弛状态，而在正常环境条件下，它们为不同的形状，只有当条件符合制造时的条件时，这些单元才会变形到松弛状态，从而提供对所述材料特性的进一步控制。
一个生产约3微米厚的薄膜的实施例步骤如下：采用5％乙基纤维素、阿奎纶(Aqualon)r EC N200、及沉淀16％的Ghosenol20(聚乙烯醇)溶液形成第二层。这些层在24℃、45％RH(相对湿度)的大气条件下形成。可选地，可通过将第一组分的薄膜层覆盖或以任何其他方式添加在第二组分的薄膜上。可根据最终用途将所述双组分薄膜切出合适单元。例如，所述薄膜可被分割成宽度一般为0.2-0.8mm的窄条而形成单丝，这些窄条可切成一定长度，比如，0.5-2mm的短纤维薄片单元。
纤维单元可由相似材料挤压而成，以生产可激活单元。当然，根据所需的应用情况，也可采用被激活时具有不同特性的任何其他合适材料。
这些单元可通过任何适当的已知方式与其他纤维捻合形成纱线，或者，正如本领域技术人员所了解的，这些单元可采用针织、梭织、缠捻、喷气加捻、转子加捻或自捻等任何适当的技术制成其他织物结构。
本发明应用广泛，不限于此处所述的实施例。目前纺织品应用于很多不同的产业，使用范围广泛。如上所述，一种用途是用于服装产业，特别是具有特定用途的服装，例如运动服，或者用于整件服装或用于臂下的嵌料。但是，这种织物也可用于时尚品，以便在不同环境之间移动时保持最大程度的舒适度。
在农业纺织品中，本发明材料可通过用幕隔开房间来控制温室生长环境中的湿度条件，或作为土壤内或土壤上的薄膜来控制到达植物的水分。在建筑和土木工程产业，包含本发明材料的薄膜可用于控制建筑内的湿度。所述纺织品可用于道路施工或用作包装材料。其他工业应用可包括用于包装，在湿度非常重要的情况下用于过滤器中；以及用于运输工业，飞机和汽车。进一步地，所述织物可用于室内应用，如室内装潢。最后，本发明材料可用于包括创伤敷料等医疗应用。
本发明不限于湿度激活。应该理解，可通过使用适当材料制作具有适宜物理特性的双组分薄膜或双组分纤维，本发明材料可由不同的触发条件激活。可能的触发条件包括：环境磁场的变化、pH值和化学组成的变化，光的变化和热的变化。甚至可能通过结合两种或多种双组分纤维，制造出一种可由一种以上触发条件激活的织物。

Claims (46)

1.一种具有多个水汽可激活单元的材料，所述可激活单元在湿度发生变化时被激活，被激活时，每个可激活单元中的一部分相对于材料固定，一部分能够相对于材料自由变形；其中，当所述材料处于比所述材料在初始状态时的环境条件湿度更大的环境条件时，所述可激活单元变形以增大所述材料内的空间，从而增加所述材料的透气性；当所述材料所处的环境条件恢复到所述材料在初始状态时的环境条件时，所述可激活单元恢复到在初始状态时的状态。
2.一种具有多个水汽可激活单元的材料，所述可激活单元在湿度发生变化时被激活，被激活时，每个可激活单元中的一部分相对于材料固定，一部分相对于材料自由变形，其中，每个可激活单元具有第一和第二组分，该第一和第二组分设置为两个组分的几何尺寸变化之间存在相对差异；其中，当所述材料处于比所述材料在初始状态时的环境条件湿度更大的环境条件时，所述可激活单元变形以增大所述材料内的空间，从而增加所述材料的透气性；当所述材料所处的环境条件恢复到所述材料在初始状态时的环境条件时，所述可激活单元恢复到在初始状态时的状态。
3.如权利要求2所述的材料，其特征在于，所述材料还包括一个或多个支撑单元，以支撑可激活单元的固定部分。
4.如权利要求2所述的材料，其特征在于，所述材料还包括包含可激活单元的一个或多个支撑单元。
5.如权利要求3所述的材料，其特征在于，所述固定部分通过梭织、针织、缝合或粘合进行固定。
6.如权利要求2所述的材料，其特征在于，该可激活单元包括短纤维单元。
7.如权利要求6所述的材料，其特征在于，该短纤维单元包括短纤维薄片。
8.如权利要求6所述的材料，其特征在于，该短纤维单元包括短纤维。
9.如权利要求8所述的材料，其特征在于，该短纤维具有第一和第二组分，该第一和第二组分设置为被激活时两个组分的几何尺寸变化之间存在相应差异。
10.如权利要求9所述的材料，其特征在于，该短纤维具有沿拉长方向延伸的体积，该体积具有第一部分和第二部分，该第一部分包括第一组分且沿拉长方向延伸，该第二部分包括第二组分且沿拉长方向延伸。
11.如权利要求9所述的材料，其特征在于，该短纤维包括第一组分的延伸体积以及包含第二组分的局部表面覆盖层。
12.如权利要求7所述的材料，其特征在于，所述短纤维薄片具有第一和第二组分，该第一和第二组分设置为被激活时两个组分的几何尺寸变化之间存在相对差异。
13.如权利要求2所述的材料，其特征在于，所述可激活单元两端之间的一部分相对于材料固定，且至少一个端部能够相对于材料自由变形。
14.如权利要求2所述的材料，其特征在于，该可激活单元的一个端部相对于材料固定，另一个相对的端部能够相对于材料自由变形。
15.如权利要求2所述的材料，其特征在于，该可激活单元在间隔的端部相对于材料固定，中心部分能够相对于材料自由变形。
16.如权利要求2所述的材料，其特征在于，每个可激活单元中的一部分相对于材料固定在纤维芯上。
17.如权利要求2所述的材料，其特征在于，该可激活单元形成周围缠绕有纤维的纤维芯。
18.如权利要求3所述的材料，其特征在于，该可激活单元包括单丝单元。
19.如权利要求18所述的材料，其特征在于，该单丝单元包括薄片单元。
20.如权利要求18所述的材料，其特征在于，该单丝单元与支撑单元进行针织、梭织、缝合或粘合。
21.如权利要求18所述的材料，其特征在于，该单丝单元的间隔部分相对于支撑单元固定，介于该间隔部分之间的部分能够相对于材料自由变形。
22.如权利要求19所述的材料，其特征在于，该单丝单元包括薄片和纤维单元中的一个。
23.如权利要求2所述的材料，其特征在于，一个或多个可激活单元在支撑层之间延伸，该可激活单元具有位于每个支撑层的固定部分和能够在支撑层之间自由变形的部分。
24.如权利要求23所述的材料，其特征在于，该可激活单元由第一和第二纤维素材料构成，该第一纤维素材料包括第一组分，第二纤维素材料包括第二组分，该第一和第二组分设置为被激活时两个组分的几何尺寸变化之间存在相对差异。
25.一种包含权利要求1-24中任一项所述的材料的纱线。
26.一种由权利要求1-24中任一项所述的材料或根据权利要求25所述的纱线形成的可激活织物，该可激活织物由所述的材料或纱线经针织、梭织、缝合的单元或无纺单元组成。
27.如权利要求26所述的可激活织物，其特征在于，该可激活织物被设置为增加被激活时的渗透性。
28.如权利要求26所述的可激活织物，其特征在于，一种服装由该织物构成。
29.如权利要求26所述的可激活织物，其特征在于，该织物构成为农用纺织品、建筑用纺织品、土工织物、家用或工业室内用纺织品。
30.如权利要求26所述的可激活织物，其特征在于，该织物构成为工业用纺织品。
31.如权利要求30所述的可激活织物，其特征在于，由该工业用纺织品形成的过滤器。
32.如权利要求26所述的可激活织物，其特征在于，该织物构成为医用纺织品。
33.如权利要求32所述的可激活织物，其特征在于，由该医用纺织品构成的医用敷料。
34.如权利要求26所述的可激活织物，其特征在于，该织物构成为汽车内用或外用纺织品或包装材料。
35.一种制作用于材料的水汽可激活单元的方法，所述可激活单元在湿度发生变化时被激活，所述方法包括：将第一和第二拉长组分结合，被激活时该第一和第二拉长组分的几何尺寸变化之间存在相对差异；
其中，当所述材料处于比所述材料在初始状态时的环境条件湿度更大的环境条件时，所述可激活单元变形以增大所述材料内的空间，从而增加所述材料的透气性；当所述材料所处的环境条件恢复到所述材料在初始状态时的环境条件时，所述可激活单元恢复到在初始状态时的状态。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述可激活单元包括将第二组分覆盖到第一组分上的薄膜。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括将所述薄膜切割成长条。
38.如权利要求35所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将可激活单元与支撑单元进行针织、梭织、缝合或粘合。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，该支撑单元进一步包括可激活单元。
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将每个长条切割成短纤维单元。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，每个短纤维单元的端之间，一端或相对的端固定于支撑单元上，并具有能够相对于支撑单元自由变形的部分。
42.如权利要求40所述的方法，其特征在于，该短纤维单元绕在纤维芯上或形成纤维芯。
43.如权利要求35所述的方法，其特征在于，该可激活单元包括纤维。
44.如权利要求35所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：将可激活单元的间隔部分相对于各第一和第二支撑层固定。
45.一种激活权利要求1-24中任一项所述的材料或激活权利要求25中所述纱线中的所述材料或激活权利要求26-34中任一项所述可激活织物中的所述材料的方法，包括：将该材料暴露于激活环境中，以使可激活单元产生变形。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，该激活环境包括潮湿环境。
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