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TWI829660B - 紗與熔接紗 - Google Patents

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TWI829660B
TWI829660B TW107140048A TW107140048A TWI829660B TW I829660 B TWI829660 B TW I829660B TW 107140048 A TW107140048 A TW 107140048A TW 107140048 A TW107140048 A TW 107140048A TW I829660 B TWI829660 B TW I829660B
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TW
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yarn
solvent
welding
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TW107140048A
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TW201925559A (zh
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盧克 邁克爾 哈弗哈爾茲
亞倫 肯尼斯 阿姆斯圖茲
巴爾梅斯 特赫達
瓊植 崔
馬修 尼爾森
Original Assignee
美商天然纖維焊接股份有限公司
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Publication date
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Abstract

一種熔接紗在垂直於其縱軸之一平面上之剖面可能包含兩個以上不同部分，該等部分之熔接度互不相同，而纖維體積比亦可能因此與未加工紗基材不同。

Description

紗與熔接紗
本揭露內容係關於用以製造纖維複合材料之方法、可由該等纖維複合材料製成之產品，以及用以製造有色熔接基材之方法。
諸如聚苯乙烯之合成聚合物一般均以二氯甲烷等溶劑進行熔接。離子液體(例如1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽)可溶解天然纖維生物聚合物(例如纖維素及絲)而不產生衍生物。天然纖維熔接法係將生物聚合物纖維以大致類似傳統塑膠熔接之方式加以融合之方法。
根據8,202,379號美國專利之揭露內容(其全文以引用之方式併入本文)，提供一種可將天然纖維部分溶解以進行結構與化學修飾之製程溶劑係以離子液體為基底之溶劑。該專利揭露以實驗室設備與材料開發而成之基本原理，但並未揭露以商業規模製造複合材料之製程及設備等內容。
將天然纖維生物聚合物溶液模鑄成所需且大致為二維之形狀已有諸多實例。該等實例係將生物聚合物完全溶解，故會破壞生物聚合物之原始結構並使其變性。纖維熔接法與其不同之處在於特意將纖維內部(個別纖維之核心)保持在原本狀態。此一做法之優點在於，由生物聚合物所構 成之最終結構可保有部分之原始材料性質，因此，本發明人可利用生物聚合物(例如絲、纖維素、幾丁質、聚葡萄胺糖、其他多醣類及上列各項之組合)製造出堅固之材料。
因聚合物在溶液中之溶解量有限，生物聚合物溶液之傳統使用方法尚有其不便之處。例如，若溶液中棉花(纖維素)之質量比為10%而離子液體溶劑之質量比為90%，則此溶液之黏性將妨礙操作，即使在高溫下亦是如此。纖維熔接法則容許纖維束在熔接前先被調處成所需形狀。天然纖維之使用與處理往往有助於控制最終產品之結構，但以溶液為基底之技術則無法產生此一效果。
在參閱下文所揭露及描述之本發明方法及裝置前，需知該等方法及裝置並不限於特定方法、特定構件(或步驟、成分)或特定實施方式。此外亦應瞭解，本文所用之術語僅用於描述特定實施例/特定方面，並不具有限制性。
在本說明書及後附之申請專利範圍中，除非上下文另有明確說明，否則單數型之「一」與「該」亦包括對複數事物之指涉。本文中之數值範圍可表示為從「約」一特定數值開始，及/或至「約」另一特定數值為止。當本文出現此種數值範圍時，另一實施例包括從所述第一特定數值開始，及/或至所述第二特定數值為止。同樣，當數值以約略值表示(以「約」字開頭)時，所述特定數值構成另一實施例。此外亦應瞭解，各該範圍之任一端點均有意義，且無論係相對於另一端點而言，或在不考慮另一端點之情況下，皆是如此。
「非必要」或「若有需要」意指後述事件或狀況可存在或不存在，且此一敘述包括所述事件或狀況存在之情形以及所述事件或狀況不存在之情形。
「方面」一詞在指涉方法、裝置及/或其構件(或步驟、成分)時，並非意指被稱為「方面」之限制條件、功能或構件(或步驟、成分)...等為絕對必要，而係指其為特定示範性揭露內容之一部分，且對其方法、裝置及/或構件(或步驟、成分)之範圍不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在下述說明及本說明書之申請專利範圍中，「包含」一詞意指「包括但不限於」，亦即並未排除其他構件、整數或步驟(舉例而言)。「示範性」意指「...之一範例」，但並無較佳或理想實施例之意涵。「例如」一詞並無侷限性，僅用於舉例說明。
下述將揭露可用以執行本發明方法與裝置之構件(或步驟、成分)。本文將揭露該等及其他構件(或步驟、成分)，但應瞭解，當本文揭露上述構件(或步驟、成分)之組合、子集合、交互作用或群組...等時，或即使本文並未明確揭露上述各項之各種個別或集體組合或排列方式，本發明之所有方法及裝置均涵蓋其中任一項。以上說明適用於本申請文件之所有方面，包括但不限於本發明方法之步驟。故應瞭解，若有多道可供執行之額外步驟，可在本發明方法之任一特定實施例或實施例之組合中執行各該額外步驟。
透過下述較佳方面與其範例之詳細說明及附圖之簡單與詳細說明，即可輕易瞭解本發明之方法及裝置。在指涉構型(或設計)之一般 特徵及/或對應之構件(或步驟、成分)、方面、特徵、功能、方法及/或構造之材料...等內容時，對應之術語有可能交替使用。
應瞭解，本揭露內容之應用並不限於下述所說明或附圖所顯示之構造細節及構件配置方式。本揭露內容可具有其他實施例，且可以多種方式實施或執行。此外亦應瞭解，本文中用以指涉裝置或元件方位(例如「前」、「後」、「向上」、「向下」、「頂部」、「底部」...等)之用詞及術語僅係用於簡化相關說明，其本身並未明示或暗示其所指稱之裝置或元件必須具有某特定方位。此外，「第一」、「第二」及「第三」等詞在本文及後附申請專利範圍中係用於描述，而非用於明示或暗示相對之重要性。
1.定義
本揭露內容可能會以諸多術語說明方法及裝置之特定構件(或步驟、成分)及/或可與本揭露內容搭配使用之其他構件(或步驟、成分)。為使文意清晰，其中部分術語定義如下。然而，在以該等術語說明上述構件(或步驟、成分)時，該等術語及其定義並不具有範圍限制性，而係用於闡釋本揭露內容之一或多個方面，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，本文包括某術語及/或其定義並不意味該構件(或步驟、成分)必須出現在本文所揭露之任一特定製程或裝置中，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
A.基材之材料
在本文中，「基材」可包括單純一種生物材料(例如棉紗...等)、複數種生物材料(例如木質纖維素纖維與絲纖維之混合物)或生物材料含量已知之材料。就某方面而言，基材可含有天然材料，其中該天然材料 含有至少一種以氫鍵結合之生物聚合物成分(例如纖維素)。就某方面而言，「基材」一詞可指合成材料，例如聚酯、尼龍...等，但在本文中以「基材」一詞指稱合成材料時大多會特別註明。融合或熔接製程之施行方式可限制基材中至少一種成分之變性程度。例如，為限制木質纖維素纖維之變性程度，可於受控之時間內以及適當之溫度與壓力條件下添加限量之製程溶劑。
「以纖維素為基底之基材」可包括棉、紙漿及/或其他精製纖維素纖維及/或粒子...等。「以木質纖維素為基底之基材」可包括木材、大麻、玉米稈、豆莖、草類...等。「其他以糖為基底之生物聚合物基材」可包括幾丁質、聚葡萄胺糖...等。
「以蛋白質為基底之基材」可包括角蛋白(例如羊毛、蹄、角、指甲)、絲、膠蛋白、彈性蛋白、組織...等。
在本文中，「未加工基材」可包括任何未經熔接製程處理之基材。
B.基材形式之種類
基材之形式可為多種市售或訂製產品中之任何一種。「疏鬆」、一維(1D)、二維(2D)及/或三維(3D)基材均可用於本揭露內容之各種製程。熔接基材或複合材料之成品可分別塑形為1D、2D及/或3D。下列定義同時適用於基材與熔接基材(定義如下)。
「疏鬆」可包括任何以疏鬆及/或相對未糾纏之形式進入熔接製程之天然纖維及/或粒子，或天然纖維及/或粒子之混合物(例如疏鬆棉料與木纖維及/或粒子之混合物)。
「1D」可包括紗與線，包括未起絨之單紗與單線，以及起絨 之紗與線。
「2D」可包括紙替代品(例如各種厚紙板替代物、包裝紙...等)、紙板替代品(例如各種硬紙板替代物、合板、定向粒片版(OSB)、中密度纖維板(MDF)、規格材...等)。
「3D」可包括車輛零件、結構物之構件(例如擠壓成型梁、托梁、牆壁...等)、家具構件、玩具、電子裝置外殼及/或構件...等。
一般而言，製成之熔接基材或複合材料可由顯著分量之天然材料(例如由生物及/或酵素所生成之材料)構成，其中該天然材料可經由該天然材料中生物聚合物之融合或熔接而結合，而非透過膠水、樹脂及/或其他黏著劑而結合。
C.製程溶劑系統
「製程溶劑」可包括能破壞基材分子間作用力(例如氫鍵)之材料，且包括能使基材中至少一種生物聚合物成分產生膨脹、具有可移動性及/或溶解及/或以其他方式破壞生物聚合物成分間之結合力之材料。
「純製程溶劑」可包括無添加物之製程溶劑，且可包括離子液體、3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽、氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)及其他目前已知或日後所開發可破壞基材分子間作用力之類似鹽類。
「深共熔製程溶劑」可包括以混合物之形式摻入一或多種化合物以生成熔點低於該混合物一或多種成分之離子溶劑，且尚可包括純離子液體製程溶劑與其他離子液體及/或分子物種之混合物。
「混合有機製程溶劑」可包括離子液體(例如3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽)與極性質子性(例如甲醇)及/或極性非質子性溶劑(例如乙 腈)之混合物，以及含有4-甲基嗎啉-N-氧化物(又稱N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO))之溶液。
「混合無機製程溶劑」可包括鹽類之水溶液(例如混有尿素或其他分子添加物之氫氧化鋰(LiOH)及/或氫氧化鈉(NaOH)水溶液、胍鹽酸鹽之水溶液、氯化鋰(LiCl)之N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)溶液...等)。
就某方面而言，製程溶劑可含有額外之機能材料，例如一或多種相對少量(例如質量比低於10%)且已完全溶解化之天然聚合物(例如纖維素)，但亦可含有經選定之合成聚合物(例如間位聚芳醯胺)或其他機能材料。
D.機能材料
「機能材料」可包括天然或合成無機材料(例如磁性或導電材料、磁性微粒、觸媒...等)、天然或合成有機材料(例如碳、染料(包括但不限於螢光或磷光染料)、酵素、觸媒、聚合物...等)及/或可為基材提供額外特徵、功能及/或優點之裝置(例如無線射頻識別(RFID)標籤、微機電(MEMS)裝置、積體電路)。此外，機能材料可置於基材及/或製程溶劑中。
E.製程潤濕基材
「製程潤濕基材」可指任一形式及類型組合之基材因施用於其全部或一部分之製程溶劑而潤濕者。因此，製程潤濕基材可含有些許部分溶解且具有可移動性之天然聚合物。
F.復原溶劑系統
「復原溶劑」可包括具有非零蒸氣壓且或許能與製程溶劑系統中之離子形成混合物之液體。就某方面而言，復原溶劑系統之一特徵在於其本身無法溶解天然材料基材。一般而言，復原溶劑可用以分離出並去除基材中之製程溶劑離子。換言之，就某方面而言，復原溶劑可去除製程潤濕基材中之製程溶劑。而在此過程中，製程潤濕基材有可能轉變為下文所定義之復原潤濕基材。
復原溶劑可包括極性質子性溶劑(例如水、醇類...等)及/或極性非質子性溶劑(例如丙酮、乙腈、乙酸乙酯...等)。復原溶劑可為分子成分之混合物，且可包括離子成分。就某方面而言，復原溶劑可協助控制機能材料在基材內之分布。復原溶劑可設計為在化學上類似於或實質相同於製程溶劑系統中之分子添加物。
就某方面而言，(純)復原溶劑可與離子成分混合以形成製程溶劑。復原溶劑可設計為在化學上類似於或實質相同於製程溶劑系統中之分子添加物。例如，乙腈係一具有非零蒸氣壓之極性非質子性分子液體，且其以純態存在時無法溶解纖維素。乙腈可與足量之3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽混合以形成可破壞氫鍵之溶液，但乙腈亦可用作復原溶劑。因此，含有適當離子且其濃度(離子強度)達一定水準之混合物可作為製程溶劑。在本揭露內容中，凡3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽與乙腈之混合物其離子強度不足以溶解天然基材中之聚合物或使該聚合物具有可移動性者，均視為復原溶劑。
G.復原潤濕基材
「復原潤濕基材」可指任一形式及類型組合之製程潤濕基材 因施用於其全部或一部分之復原溶劑而潤濕者。一般而言，復原潤濕基材不含部分溶解或部分具有可移動性之天然聚合物，而不含上列物質之可能原因係製程溶劑已透過復原溶劑之施用而被去除。
H.乾燥用氣體系統
「乾燥用氣體」可包括在室溫及大氣壓力下為氣體但可變為超臨界流體之材料。就某方面而言，乾燥用氣體或許能與製程潤濕基材及/或復原潤濕基材之非零蒸氣壓成分(例如復原溶劑之全部或一部分)混合並攜載該等成分。乾燥用氣體可為純氣體(例如氮氣、氬氣...等)或氣體混合物(例如空氣)。
I.熔接基材
「熔接基材」一詞可指由至少一種天然基材構成之複合材料成品，其中該天然基材內之一或多條個別纖維及/或一或多個個別粒子已透過作用於該等纖維及/或粒子中之生物聚合物及/或該基材內另一種天然材料中之生物聚合物之製程溶劑而融合或熔接為一體。一般而言，熔接基材可包括「複合材料成品」及/或「纖維基質複合材料」。詳言之，「纖維基質複合材料」可指具有天然基材之熔接基材，其中該天然基材既為該熔接基材中之纖維，又為該熔接基材之基質。
J.熔接
在本文中，「熔接」可指材料透過聚合物分子間之密切締合而相互接合及/或融合。
K.生物聚合物
在本文中，「生物聚合物」係指天然生成之聚合物(經由生 命歷程產生者)，而非以合成方式衍生自天然聚合物之聚合物。
2.一般熔接製程
本揭露內容提供多種用以將含有生物聚合物之纖維性及/或粒子性基材轉化為熔接基材(例如複合材料)之製程及/或裝置。一般而言，用以將含有生物聚合物之纖維性及/或粒子性基材轉化為熔接基材之製程步驟及/或製程步驟之組合在本文中可稱為「熔接製程」而無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。就一製程之某方面而言，製程溶劑可施用於一或多個含有天然材料之基材。就某方面而言，該製程溶劑有可能破壞該(該等)含有天然材料之基材中至少一種成分之分子間作用力(此分子間作用力可包括但不限於氫鍵)。
一旦去除該製程溶劑之一部分(可透過復原溶劑達成此目的，詳見下文之說明)，該(該等)基材內之纖維及/或粒子便有可能融合或熔接為一體，進而生成熔接基材。經測試發現，此熔接基材之物理性質(例如抗拉強度)可能優於原始基材(亦即尚未加工之基材)。此熔接基材之化學性質(例如疏水性)或其他特徵/功能亦可能有所增進，其原因在於熔接製程之選定參數或在熔接製程進行前或進行時加入該(該等)基材中之機能材料可將該(該等)基材轉化為熔接基材。
本文所揭露之多種製程及/或裝置可經一般化，以使該等製程及/或裝置可搭配任一數量之製程溶劑及/或基材(包括學術或專利文獻中已知能完全溶解天然材料中之生物聚合物之製程溶劑及/或基材，以及日後所開發之製程溶劑及/或基材)使用。就本揭露內容之某方面而言，上述熔接製程可經過設計，以使該(該等)含有生物聚合物之基材不會在加 工過程中完全溶解。就另一方面而言，不需使用膠水及/或樹脂便有可能製造出具有不同組成與形狀之堅固複合材料(即使所用製程係設計為不會完全溶解含有生物聚合物之基材)。
一般而言，上述熔接製程及/或裝置可經過設計，以利本發明人仔細且特意控制製程溶劑之用量、溫度、壓力、製程溶劑接觸天然材料之時間長短及/或其他參數，且控制項目不限於此，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，為達商業化之目的，將製程溶劑、復原溶劑及/或乾燥用氣體以有效率之方式回收再利用之手段亦可最佳化。因此，本文所揭露者係一組無法從先前技術中輕易得知之創新概念及特徵。因天然材料一般均具有供應量充足、價格低廉以及可永續生產之特性，本文所揭露之製程及裝置可作為一種材料年產值達數兆美元之永續性轉化手段之原型。此項技術可使人類發展不受石油及含石油材料等有限資源之限制。就某方面而言，本揭露內容可透過可與基材、製程溶劑及/或復原技術搭配使用、且為先前技術所未揭露之新穎且非顯而易見之製程及/或裝置產生上述效果，從而製造出多種新穎且非顯而易見之最終產品。
A.基材進料區
請參閱附圖(附圖中所有相同參考標號均代表完全相同或對應之元件)，其中第1圖係以示意方式呈現一種經設計後可用以製造熔接基材之熔接製程的多個方面。此通用熔接製程至少可根據特定基材、特定製程溶劑系統、欲製造之特定熔接基材、所用之機能材料及/或上列各項之組合而加以修改及/或最佳化。第1圖所示之熔接製程不具有限制性，僅供示範說明之用，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。下文將詳細說 明一用以製造熔接基材之熔接製程的某些方面(例如特定設備、加工參數、製程溶劑系統...等)，而緊接其後之熔接製程範例則提供一套可凸顯本揭露內容某些方面之完整架構，其中該等方面適用於多種基材、製程溶劑系統、復原溶劑系統、熔接基材、機能材料、基材形式、熔接基材形式及/或上列各項之組合。
一般而言，一熔接製程可經過設計，使基材進料區1包含該熔接製程之一部分，以利本發明人將一或多種形式之基材以受控方式進給至(使其進入)該熔接製程及/或相關裝置。基材進料區1可包括能以特定基材材料或基材材料之組合製造出一或多種特定形式之基材的設備。或者，基材之進料方式係設計為提供所需形式之成卷預製基材。基材可以推動或拉動之方式通過基材進料區1。基材可由具有動力之輸送系統加以輸送。基材可在擠製螺桿之作用下通過基材進料區1。因此，本揭露內容之範圍不受限於基材是否及/或如何在基材進料區1中移動，及/或基材是否保持固定以及設備及/或熔接製程所用其他構件(或成分)是否相對於基材而移動，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
基材可含有額外之機能材料，而此機能材料可於基材進料區1內加入基材中。可利用設備與儀器監控至少下列項目：基材進料區1內材料之溫度、壓力、組成及/或進料速率。一般而言，一或多種基材可從基材進料區1移動至製程溶劑施用區2。
就一符合本揭露內容且可搭配特定1D基材(例如紗及/或類似基材)使用之熔接製程的某方面而言，一可能之有利做法係包括可在基材進入熔接製程前先行對基材施加應力之設備。對尚未進入纖維熔接製程 之基材施加預定應力可破壞並曝露出基材中強度較弱之部位。所用裝置亦可設置打結機構以重建連續基材。採用上述設計之熔接製程可找出並修復基材中強度較弱之部位，從而縮短停機時間。
上述裝置可為獨立機台，俾便在執行熔接製程前及早針對某些基材進行改良。或者，該裝置可直接與基材進料區1整合。
B.製程溶劑之施用
在製程溶劑施用區2中，可利用浸沒法、毛細管滲透法、塗刷法、噴墨法、噴塗法...等或上列各項之任一組合，對通過製程溶劑施用區2之一或多種基材施用一或多種製程溶劑。製程溶劑可包括機能材料及/或分子添加物，以上兩者在下文中均有進一步說明。
就某方面而言，製程溶劑施用區2可設置額外之設備，藉以將一或多種機能材料單獨(亦即以獨立於製程溶劑以外之方式)加入基材中。在施用製程溶劑之過程中，可利用設備與儀器監控至少下列項目：製程溶劑、基材及/或大氣之溫度及/或壓力。亦可以設備與儀器監控所施用之製程溶劑之組成、用量及/或施用速率。製程溶劑可施用於特定部位或整個基材，端視施用製程溶劑之方法而定。
就一利用擠製法製造熔接基材之熔接製程的某些方面而言，製程溶劑施用區2之末端可為一模具。採用此設計之熔接製程亦可包括能在已施用製程溶劑之疏鬆基材通過製程溶劑施用區2時將其塑形為1D、2D或3D形狀之設備。一般而言，溶劑施用區2之較佳設計可能至少取決於基材之形式、所選用之製程溶劑及/或製程溶劑系統，以及用以施用製程溶劑之裝置。上述參數可經過設計以產生所需之黏滯曳力。在本文中，「黏滯曳力」 係指製程溶劑及/或製程溶劑系統之黏性與用以將該製程溶劑及/或製程溶劑系統施用於基材內之機械力(例如壓力、摩擦力、剪力...等)之間的平衡。在某些情況下，最佳黏滯曳力係設計為可製造出通體性質一致之熔接基材，而在其他形況下，最佳黏滯曳力係設計為可製造出如下文所述之調制熔接基材。
就一符合本揭露內容且可搭配某些1D基材(例如紗及/或類似基材)使用之熔接製程的某方面而言，一可能之有利做法係使用具有適當尺寸之針形孔口，且該開孔口可經過設計以便將製程溶劑以適當方式施用於基材(並藉此影響黏滯曳力)，從而製造出具有所需性質之熔接基材。製程溶劑可在基材通過該孔口之同時，以受控方式計量並導入裝置中。為使熔接基材成品具有所需性質，可監視及/或控制至少下列項目：製程溶劑之溫度、流量與流動特徵及/或基材之進料速率。該孔口之尺寸、形狀與構型(例如直徑、長度、斜率...等)可經過設計，藉以在製程溶劑施用於基材之過程中，限制或增加基材所受之應力，下文將配合第6A-6C圖提供進一步說明。對於細紗或未以精梳方式去除短纖維之紗而言，上述設計考量或有其重要性。
製程溶劑施用區2之特定設計可能至少取決於製程溶劑及/或製程溶劑系統所用之特定化學。例如，某些製程溶劑及/或製程溶劑系統可在相對偏低之溫度下使生物聚合物膨脹或具有可移動性(亦即LiOH-尿素可在約-5℃或更低之溫度下產生上述效果)，其他製程溶劑及/或製程溶劑系統(亦即離子液體、NMMO...等)則可在相對偏高之溫度下發揮作用。某些離子液體在溫度高於50℃時轉而具有產生上述效果之能力；NMMO可 能需待溫度高於90℃時才能發揮作用。此外，許多製程溶劑及/或製程溶劑系統之黏性可能為溫度之函數，在此情況下，製程溶劑施用區2多個方面之最佳設計(或熔接製程其他方面之最佳設計)可能取決於製程溶劑施用區2、製程溶劑本身及/或製程溶劑系統之溫度。換言之，當特定製程溶劑及/或製程溶劑系統可於低溫時發揮作用且在低溫下相對具有黏性時，用以將製程溶劑及/或製程溶劑系統施用於基材之設備必須設計為可適應該等溫度與黏性。在特定製程溶劑/或製程溶劑系統可發揮作用之溫度範圍內，可進一步調整該範圍內之溫度、該製程溶劑及/或製程溶劑系統之化學(例如添加共溶劑及/或調整其比率...等)、製程溶劑施用區2相關裝置之設計...等，俾產生適當之黏滯曳力，藉此將製程溶劑以適當方式施用於基材，期使所得之潤濕基材具有熔接製程後序步驟中所需之性質。然而，製程溶劑施用區2之特定操作溫度對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
C.製程溫度/壓力區
在將製程溶劑施用於基材時，潤濕基材可能會進入至少溫度、壓力及/或大氣(組成)受控之一熔接製程區，並於受控時間內通過該作業區。可利用設備與儀器監視、調制及/或控制至少下列項目：基材進料區1內製程潤濕基材之溫度、壓力、組成及/或進料速率。詳言之，可利用冷卻器、對流式烤箱、微波、紅外線或任一數量之其他適當方法或裝置控制及/或調制溫度。
就某方面而言，製程溶劑施用區2與製程溫度/壓力區3可相互分離。但就本揭露內容之另一方面而言，可將熔接製程設計為將此二區2、 3設於相鄰區域。例如，若熔接製程之設計係於一段特定時間內及受控之溫度與壓力條件下將基材浸沒於製程溶劑浴槽中並使基材在浴槽內移動，則可將製程溶劑施用區2與製程溫度/壓力區3結合。一般而言，可將製程溶劑施用區2及製程溫度/壓力區3合併視為一熔接區。
就一符合本揭露內容且使用擠製法之熔接製程的某些方面而言，製程溫度/壓力區3內或其末端可設置一模具。就符合本揭露內容之熔接製程的其他方面而言，可另包括能在已施用製程溶劑之疏鬆基材通過製程溫度/壓力區3時將其塑形為1D、2D或3D形狀之設備。
D.製程溶劑回收區
製程溶劑可在製程溶劑回收區4內自基材分離而出。就某方面而言，製程溶劑可含有蒸氣壓甚低或蒸氣壓為零之鹽類。可導入復原溶劑以去除基材中之製程溶劑(該製程溶劑之至少一部分可包括離子)。將復原溶劑施用於製程潤濕基材時，製程溶劑有可能從基材中移出，並進入復原溶劑中。就某些方面而言，為能以最少之時間、空間與能源(若適用的話)及最少量之復原溶劑回收製程溶劑，可令復原溶劑之流向與基材之移動方向相反，但此並非必要。
就根據本揭露內容而設計之一熔接製程的某方面而言，製程溶劑回收區4亦可為一浴槽、一系列浴槽或一系列可供復原溶劑朝製程潤濕基材流動或從製程潤濕基材之一端流至另一端之區段。可利用設備與儀器監控至少下列項目：製程溶劑回收區4內復原溶劑之溫度、壓力、組成及/或流量。基材離開製程溶劑回收區4時，可能因復原溶劑而潤濕。
就某方面而言，一可能之最佳設計係令製程溶劑系統包括離 子液體製程溶劑與分子添加物，並將復原溶劑設計為在化學上類似於或相同於該分子添加物。就包含離子液體之製程溶劑而言，一可能之有利做法係選用沸點相對偏低但蒸氣壓相對偏高之分子添加物。此外，一可能之有利做法係令該分子添加物大致為極性非質子性(此因極性質子性溶劑通常較難從離子液體中分離而出，且往往因此降低含有該離子液體之溶劑系統之效力)，例如但不限於乙腈、丙酮及乙酸乙酯，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。就包含氫氧化物(例如LiOH)水溶液之製程溶劑而言，一可能之有利做法係選用包含水(其為極性質子性)之復原溶劑。在熔接製程中使用在化學上類似於或相同於復原溶劑之分子添加物可能有助於降低熔接製程之成本，因為該分子添加物可望簡化或減少至少製程溶劑回收區4、溶劑收集區7及溶劑之循環使用8所需之設備及/或能源及/或時間。此外，當本發明人提高復原溶劑及/或製程溶劑回收區4之溫度時，復原所需之時間亦可能大幅縮短，從而縮短整個熔接製程與相關裝置之長度，進而減少基材拉力之複雜度及/或變化與本發明人對體積壓實效果(詳見下文之說明)之控制能力的複雜度及/或變化。
或者，可在熔接製程中使用能製造出具有特定屬性之熔接基材的復原溶劑組成與溫度。例如，一熔接製程可使用包含1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(EMIm OAc)之製程溶劑及包含水之復原溶劑，其中該水之溫度可能影響熔接紗基材之屬性，詳見下文之說明。
E.乾燥區
復原溶劑可在乾燥區5內自基材分離而出。換言之，復原潤濕基材可在乾燥區5內轉化為(乾燥)熔接基材成品。就某方面而言，為能 以最少之時間、空間及/或能源(若適用的話)及最少量之乾燥用氣體去除復原溶劑，藉以使復原潤濕基材乾燥，可令乾燥用氣體之流向與復原潤濕基材之移動方向相反，但此並非必要。可利用設備與儀器監控至少下列項目：乾燥區5內氣體之溫度、壓力、組成及/或流量。
乾燥區5可經過設計，俾使基材、製程潤濕基材、復原基材及/或熔接基材在乾燥過程中出現「體積以受控方式壓實」之現象。在本文中，「體積以受控方式壓實」係指熔接基材成品在乾燥及/或復原過程中以特定方式出現體積縮小及/或符合特定形態因子之現象。例如，就諸如紗之一維基材而言，體積以受控方式壓實可能為紗之直徑及/或長度被縮短。
體積以受控方式壓實之現象可侷限在一或多個方向/維度，而欲達此目的，可於乾燥過程中至少針對復原潤濕基材進行適當約束。再者，所用製程及/或復原溶劑之種類與用量，以及製程及/或復原溶劑之施用方法(包括黏滯曳力之類型及大小...等)均有可能影響復原潤濕基材在乾燥過程中試圖縮小之程度。例如，就1D基材(例如紗、線)而言，可將乾燥區5設計為使基材在熔接製程之一或多個步驟中(尤其是在製程溶劑回收區4、乾燥區5及/或熔接基材收集區6內)承受適當拉力，藉以將體積以受控方式壓實之現象侷限於直徑之縮短。同樣，以二維、片狀基材為例，在熔接製程之一或多個步驟中(尤其是在製程溶劑回收區4、乾燥區5及/或熔接基材收集區6內)對基材施以適當拉力及針扎可將體積以受控方式壓實之現象侷限於基材之厚度而不影響基材面積(長度及/或寬度)。或者，可容許片狀基材在一或多個維度中出現體積以受控方式壓實之現象。
若欲促進及/或限制體積以受控方式壓實之現象，可在乾燥 區5內使用可在復原潤濕基材逐漸乾燥之過程中固持復原潤濕基材以便控制該基材之縮小方向或迫使熔接基材成品實體符合特定形狀之專用設備。例如，一系列滾筒可防止厚紙板基材類產品沿該等滾筒之長度或寬度方向縮小，但容許材料之厚度變薄。再舉一例，可將復原潤濕基材壓合於一模具上，俾使復原潤濕基材乾燥後具有並維持特定之3D形狀。
就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，乾燥區5可經過設計，俾使復原潤濕基材有可能承受小於環境壓力之壓力，且有可能曝露在相對少量之乾燥用氣體中。在此設計中，或可將復原潤濕基材冷凍乾燥。此種乾燥方式可能有助於防止因復原溶劑昇華而縮小，或可減少其縮小之幅度。
就一符合本揭露內容且使用良性復原溶劑(例如水)之熔接製程的某方面而言，或可省略乾燥區5，而在此情況下，或可將復原潤濕基材直接送往收集區。例如，構型為紗之復原潤濕基材可於收集完成後及/或收集過程中捲收在收集捲軸上風乾。
F.熔接基材收集區
熔接基材收集區6可為熔接製程中用以收集熔接基材(例如複合材料成品)之部分。就本揭露內容之某些方面而言，熔接基材收集區6可設計為成卷之材料(例如一卷紗、厚紙板替代品...等)。熔接基材收集區6可利用鋸子或衝壓器將構型為擠製複合材料之熔接基材(舉例而言)切成片狀及/或特定形狀。就某方面而言，可利用自動化堆疊設備包裝成束之複合材料成品。此外，若為需捲繞及包裝之1D熔接基材，則其捲繞及包裝之方法可經過設計，藉以影響熔接製程中黏滯曳力之一或多個變數。
就一符合本揭露內容且可與某些1D基材(例如紗及/或類似基材)搭配使用之熔接製程的某方面而言，一可能之有利做法係使用可在熔接基材離開製程溶劑施用區2或製程溫度/壓力區後立即將其捲繞於圓柱形或管狀結構上之裝置。可利用此裝置，將尚未進入製程溶劑回收區4之一維基材製成管狀之三維結構。而在此過程中，該基材有可能符合此一新的管狀構型。本發明人可以得知，特別適用此種裝置之熔接製程係至少其部分功能為以含有機能材料(例如嵌入紗中之觸媒，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)之紗基材製造機能複合材料者。
就一符合本揭露內容且可與某些1D基材(例如紗及/或類似基材)搭配使用之熔接製程的另一方面而言，一可能之有利做法係使用可在基材離開製程溶劑施用區2或製程溫度/壓力區3後立即加以針織或編織之裝置。此裝置可經過設計，俾將尚未進入製程溶劑回收區4之基材製成織物結構。此裝置可經過設計，使熔接製程得以製造出具有其他生產手段所無法產生之獨特性質之2D織物。
就一符合本揭露內容且可與某些1D基材(例如紗及/或類似基材)搭配使用之熔接製程的又一方面而言，一可能之有利做法係使用可製造出捲裝紗之裝置(例如橫動凸輪)。此種裝置可經過設計，以便將熔接基材捲成日後可退繞而不糾纏之捲裝成品。
G.溶劑收集區
如前文所述，製程溶劑可在製程溶劑回收區4內利用復原溶劑從製程潤濕基材中洗出。因此，就某方面而言，復原溶劑或可與製程溶劑之多個部分(例如離子及/或任何分子成分...等)混合。此混合物(或相對 純粹之製程溶劑或復原溶劑)可在溶劑收集區7內之適當位置加以收集。就某方面而言，該收集位置可靠近製程潤濕基材之進入點。此種位置可能特別適用於復原溶劑係相對於製程潤濕基材而形成逆流之設計，其原因在於，製程溶劑之成分在製程潤濕基材內濃度最低處即為其於復原溶劑內濃度最低處。此設計可能有助於減少復原溶劑之用量，並使製程及復原溶劑易於分離及循環使用。
在溶劑收集區7內，可利用多種設備與儀器監控至少下列項目：復原溶劑、製程潤濕基材及/或復原潤濕基材之溫度、壓力、組成及流量。
H.溶劑之循環使用
就某方面而言，一符合本揭露內容之熔接製程可設計為可收集混合溶劑(例如復原溶劑與製程溶劑之混合物)、相對純粹之製程溶劑及/或相對純粹之復原溶劑。可用以分離、純化及/或循環使用復原溶劑與製程溶劑之設備及/或方法甚多。可以任何已知或日後所開發之方法及/或裝置分離復原溶劑與製程溶劑，最佳之分離設備至少取決於該兩溶劑之化學組成。因此，本揭露內容之範圍絕不受限於用以分離復原溶劑與製程溶劑之特定裝置及/或方法，該等裝置及/或方法包括但不限於共溶劑及/或離子液體之簡易蒸餾(如8,382,926號美國專利所揭露之方法)、分餾法、薄膜分離法(例如滲透蒸發法及電化學交叉流分離法)及使用超臨界二氧化碳相。復原溶劑與製程溶劑經充分分離後，可於製程中之適當區域再次使用。
I.混合氣體之收集
如前文所述，與復原潤濕基材接合之復原溶劑可於乾燥區5 內自復原潤濕基材分離而出。就某方面而言，可從乾燥區5收集者係包含載體乾燥用氣體(內含部分復原溶劑)之混合氣體或復原溶劑氣體。可利用設備及/或儀器監控至少下列項目：所收集之氣體之溫度、壓力、組成及流量。
J.混合氣體之循環使用
所收集之一或多種氣體可送至能將載體乾燥用氣體與復原溶劑中之一或兩者加以分離及循環使用之設備。就某方面而言，此設備可使用單級或多級冷凝器技術。分離與循環使用亦可包括透氣薄膜及其他技術，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。所收集之氣體可排入大氣中或送回乾燥區5，端視所選用之載體氣體而定。所收集之氣體可廢棄不用或送回製程溶劑回收區4再次利用，端視所選用之復原溶劑而定。
一般而言，根據前述各方面所設計之熔接製程可經過設計，俾在一使用基材進料區1、製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3、製程溶劑回收區4、乾燥區5及熔接基材收集區6之連續及/或批次熔接製程中，將含有天然纖維及/或粒子之基材轉化為熔接基材成品。就某些方面而言，或有必要監控製程溶劑相對於基材之量、組成、時間、溫度與壓力。
1:基材進料區
2:製程溶劑施用區
3:製程溫度/壓力區
4:製程溶劑回收區
5:乾燥區
6:熔接基材收集區
7:溶劑收集區
8:溶劑之循環使用
9:混合氣體之收集
10、13:天然纖維基材
14:混合氣體之循環使用
11、112、113:膨脹之天然纖維基材
12:熔接基材
20、223、233:機能材料
21:鍵結之機能材料
22、23、234:被包埋之機能材料
30:以離子液體為基底之製程溶劑
32:製程溶劑/機能材料混合物
40、42、313:熔接纖維
53:聚合物
60:注射器
61:基材輸入端
62:製程溶劑輸入端
63:施用界面
64:基材出口
70:托盤
72:基材凹槽
82、84:板體
90:未染色紗基材
92:未染色纖維基材
90’:染色紗基材
92’:染色纖維基材
100:熔接紗基材
102:原本之基材纖維
103:輕度熔接之基材纖維
104:中度熔接之基材纖維
105:高度熔接之基材纖維
106:黏合劑
108:黏合劑表層
109:顏料粒子
圖式已併入本說明書且構成本說明書之一部分，俾為實施例提供圖式，並與下文一同闡釋本發明方法與系統之原理。
第1圖係以示意方式呈現一用以製造熔接基材之製程的多個方面。
第2圖係以示意方式呈現另一用以製造熔接基材之製程的多個方面。
第2A圖係一可用於熔接製程之製程溶劑回收區之示意圖。
第3圖繪示一添加流程及固體材料被實體包埋在纖維基質複合材料中之情形，第3圖中之步驟或小圖分別標示為第3A-3E圖，其中機能材料在熔接前已預先分散在纖維基質中。
第4圖繪示一添加流程及固體材料被實體包埋在纖維基質複合材料中之情形，第4圖中之步驟或小圖分別標示為第4A-4D圖，其中所用之材料係(預先)分散在一離子液體溶劑中。
第5圖繪示一添加流程及固體材料被實體包埋在纖維基質複合材料中之情形，第5圖中之步驟或小圖分別標示為第5A-5D圖，其中所用之材料係(預先)分散在一添加有已溶解化之聚合物的離子液體溶劑中。
第6A圖為製程溶劑施用區之一設計之側視剖視圖。
第6B圖為製程溶劑施用區另一設計之立體圖。
第6C圖為製程溶劑施用區又一設計之立體圖。
第6D圖係一可搭配多種熔接製程使用之裝置之側視圖。
第6E圖為第6D圖所示裝置之側視圖，但其中板體之相對位置與第6D圖不同。
第6F圖係一可搭配多種熔接製程使用之裝置之側視圖，其中該裝置可經過設計，俾與複數個彼此相鄰之1D基材搭配使用。
第7A圖係一可用以製造第7C圖所示熔接基材之熔接製程之示意圖。
第7B圖係包含30/1環錠式精紡棉紗之未加工1D基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第7C圖係第7B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑 之另一熔接製程加工而成之熔接基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第7D圖係一代表性未加工紗基材樣本與一來自第7C圖之代表性熔接紗基材樣本之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
第8A圖係一可用以製造第8C圖所示熔接基材之熔接製程之示意圖。
第8B圖係包含30/1環錠式精紡棉紗之未加工1D基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第8C圖係第8B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之另一熔接製程加工而成之熔接基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第8D圖係一代表性未加工紗基材樣本與一來自第8C圖之代表性熔接紗基材樣本之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
第9A圖係一可用以製造第9C-9E圖所示熔接基材之熔接製程之立體圖。
第9B圖係包含30/1環錠式精紡棉紗之未加工1D基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第9C圖係第9B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係輕度熔接。
第9D圖係第9B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係中度熔接。
第9E圖係第9B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係高度熔接。
第9F圖係以第9D圖所示熔接基材製成之織物之影像。
第9G圖係一代表性未加工紗基材樣本與一來自第9C及9K圖之代表性熔接紗基材樣本之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
第9H圖左側係以第9B圖所示未加工基材製成之織物之影像，右側則係以第9D圖所示熔接基材製成之織物之影像。
第9I及9J圖係可視為表層熔接基材之熔接基材之影像。
第9K圖係第9B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係輕度熔接。
第9L圖係第9B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係中度熔接。
第9M圖係第9B圖所示之未加工基材以使用包含離子液體之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係高度熔接。
第10A圖係一可用以製造第10C-10F圖所示熔接基材之熔接製程之立體圖。
第10B圖係複數個包含30/1環錠式精紡棉紗之未加工1D基材之掃描 式電子顯微鏡影像。
第10C圖係第10B圖所示之未加工基材以使用包含氫氧化物之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係輕度熔接。
第10D圖係第10B圖所示之未加工基材以使用包含氫氧化物之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係中度熔接。
第10E圖係第10B圖所示之未加工基材以使用包含氫氧化物之製程溶劑之熔接製程加工後之掃描式電子顯微鏡影像，其中該熔接基材係高度熔接。
第10F圖係第10E圖中央熔接基材之局部放大影像。
第10G圖係一代表性未加工紗基材樣本與一來自第10C圖之代表性熔接紗基材樣本之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
第11A圖係以示意方式呈現一調制後之纖維熔接製程的多個方面。
第11B圖係以示意方式呈現一調制後之纖維熔接製程的其他方面。
第11C圖係以示意方式呈現一調制後之纖維熔接製程的其他方面。
第11D圖係以示意方式呈現一調制後之纖維熔接製程的其他方面。
第11E圖係以一調制後之熔接製程製造而成之熔接基材之影像，圖中左側部分係輕度熔接，右側部分則為高度熔接。
第11F圖係以一調制後之熔接基材製成之織物之影像，其中該織物呈現混色效果。
第12A圖係一包含牛仔布之未加工2D基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第12B圖係以第12A圖所示之未加工基材加工而成之高度熔接基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第12C圖係一包含針織物之未加工2D基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第12D圖係以第12C圖所示之未加工基材加工而成之中度熔接基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第12E圖係一包含平針棉織物之未加工2D基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第12F圖係以第12E圖所示之未加工基材加工而成之輕度熔接基材之掃描式電子顯微鏡影像。
第12G圖係一包含平針棉織物之未加工2D基材之掃描式電子顯微鏡放大影像。
第12H圖係以第12E圖所示之未加工基材加工而成之輕度熔接基材之掃描式電子顯微鏡放大影像。
第13圖係一熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中用以製造該基材之熔接製程係使用約20℃之復原溶劑。
第14A圖係另一熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中用以製造該基材之熔接製程係使用約22℃之復原溶劑。
第14B圖係又一熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中用以製造該基材之熔接製程係使用約40℃之復原溶劑。
第15A圖顯示X光繞射資料，圖中曲線A對應於未加工之棉紗，曲線B則對應於未加工之棉紗完全溶解於離子液體後復原而成之棉紗。
第15B圖係以第15A圖曲線A所對應之未加工棉紗製成之三種不同熔接紗基材之X光繞射資料。
第16A圖係一未加工棉紗基材之剖面示意圖，圖中可見多條獨立棉纖維。
第16B圖係一未加工棉紗基材以習知技術環染後之剖面示意圖。
第17A圖係一可以染色與熔接製程製成之熔接紗基材之剖面示意圖。
第17B圖係第17A圖所示熔接紗基材中單一熔接纖維之剖面示意圖。
第18A圖係一可以另一染色與熔接製程製成之熔接紗基材之剖面示意圖。
第18B圖係第18A圖所示熔接紗基材中單一熔接纖維之剖面示意圖。
第19A圖係一可以熔接製程製成之熔接紗基材之剖面示意圖。
第19B圖係一可以另一熔接製程製成之熔接紗基材之剖面示意圖。
第19C圖係一可以又一熔接製程製成之熔接紗基材之剖面示意圖。
第20圖係一未加工紗基材之剖面示意圖。
第21圖係多種未加工基材其被關注區域之剖面示意圖，圖中可見特定被關注區域之熔接度各不相同。
第22A圖係一均勻熔接紗之剖面示意圖。
第22B圖係一表層熔接紗之剖面示意圖。
第22C圖係一核心熔接紗之剖面示意圖。
第22D圖係一具有包覆層之均勻熔接紗之剖面示意圖。
第22E圖係一具有包覆層之表層熔接紗之剖面示意圖。
第23圖繪示一可以調制後之熔接製程製成之熔接紗，以及該熔接紗在長度方向上兩不同位置點之剖面特徵。
第24圖繪示另一可以調制後之熔接製程製成之熔接紗，以及該熔接紗在長度方向上兩不同位置點之剖面特徵。
第25圖繪示如何根據熔接製程之特定設計操控三個不同獨立變數。
第26圖繪示如何根據熔接製程之特定設計操控四個不同獨立變數。
第27A圖係一表層熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中該紗之表層為硬性熔接，該紗之核心為中度熔接，且該熔接紗基材係設計為具有大致呈橢圓形之剖面形狀。
第27B圖係另一表層熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中該紗之表層為硬性熔接，該紗之核心為中度熔接，且該熔接紗基材係設計為具有大致呈圓形之剖面形狀。
第27C圖係又一表層熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中該紗之表層為軟性熔接，該紗之核心並未熔接。
第27D圖係再一表層熔接紗基材之掃描式電子顯微鏡影像，其中該紗之表層為中度熔接，該紗之核心為軟性熔接。
第28圖繪示熔接紗之不同型態，其中顏色較深之區域大致代表該區域內個別纖維間之熔接度相對偏高。
第29A圖係一未加工紗基材之側視圖。
第29B圖係第29A圖所示未加工紗基材沿垂直於該未加工紗基材縱軸之一平面切斷後之端視圖，圖中之圓圈約為該未加工紗基材之剖面範圍。
第29C圖係一熔接度相對偏低之表層熔接紗基材之側視圖。
第29D圖係第29C圖所示熔接紗基材沿垂直於該熔接紗基材縱軸之一平面切斷後之端視圖，圖中之圓圈約為該熔接紗基材之剖面範圍。
第30A圖係第29A及29B圖所示未加工紗基材沿垂直於該未加工紗基材縱軸之一平面切斷後之端視圖。
第30B圖係三種表層熔接紗基材沿垂直於各該熔接紗基材縱軸之一平面切斷後之剖面圖，其中熔接度由左至右遞增。
第31A圖係一相對中度熔接之表層熔接紗基材之剖面圖。
第31B圖係第31A圖所示剖面圖之詳圖，其中疊加於剖面上之同心圓代表剖面的兩個不同部分。
第32圖係第31A及31B圖所示剖面圖經由多道影像分析步驟處理後所生成之另三幀詳圖，以及從而繪出之折線圖，該折線圖顯示該剖面特定部分之纖維體積比係該部分距該剖面幾何中心之距離之函數。
第33圖繪示第32圖中纖維體積比之計算值與熔接度(從0(未加工紗基材)至3(高度熔接紗基材))之關係。
第34A圖係將多個同心圓疊加於第31A、31B及32圖所示之剖面圖上。
第34B圖之平滑曲線顯示第34A圖中該剖面多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第35A圖係第29A及29B圖中之未加工紗基材沿垂直於該未加工紗基材縱軸之一平面切斷後之另一端視圖。
第35B圖係兩核心熔接紗基材分別沿垂直於各該熔接紗基材縱軸之一 平面切斷後之剖面圖，其中相對熔接度由左至右遞增。
第36A圖係將多個同心圓疊加於第35B圖左側熔接紗基材之剖面圖上。
第36B圖之平滑曲線顯示第36A圖中該剖面多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第37A圖之平滑曲線顯示一熔接度相對偏高(例如屬於相對硬性熔接)之均勻熔接紗基材之一剖面中多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第37B圖之平滑曲線顯示一熔接度相對偏低(例如屬於相對軟性熔接)之均勻熔接紗基材之一剖面中多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第38A圖之平滑曲線顯示一熔接度相對偏高(例如屬於相對硬性熔接)之表層熔接紗基材之一剖面中多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第38B圖之平滑曲線顯示一熔接度相對偏低(例如屬於相對軟性熔接)之表層熔接紗基材之一剖面中多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第39A圖之平滑曲線顯示一熔接度相對偏高(例如屬於相對硬性熔接)之核心熔接紗基材之一剖面中多個部分之熔接度及纖維體積比與各該部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
第39B圖之平滑曲線顯示一熔接度相對偏低(例如屬於相對軟性熔接)之核心熔接紗基材之一剖面中多個部分之熔接度及纖維體積比與各該 部分距該剖面幾何中心之距離之函數關係。
1.熔接製程範例(第1與2圖)
請參閱第1圖，可利用任一適當之方法及/或裝置(例如推動、拉動、輸送系統、螺桿擠出成形系統...等)使基材以受控之速率移動。就某方面而言，基材可連續通過基材進料區1、製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3、製程溶劑回收區4、乾燥區5及/或熔接基材收集區6。然而，基材從某一區1、2、3、4、5或6移至另一區之特定順序可能隨熔接製程而有所不同；就一符合本揭露內容之熔接製程的某些方面而言，基材可先通過熔接基材收集區6再進入乾燥區5，一如前述。此外，就某些方面而言，基材可在溶劑及/或熔接製程所用其他構件(或成分)及/或裝置移動時保持相對固定。在根據本揭露內容而設計之熔接製程之任一時間點，均可透過自動化裝置、儀器及/或設備，針對熔接製程及/或其設備之各個構件(或成分)進行監視、控制、回報、操控及/或以其他方式與之互動。除非在後附申請專利範圍中另有說明，否則上述自動化裝置、儀器及/或設備包括但不限於可用以監控基材、製程潤濕基材、復原基材及/或熔接基材成品所受之力(例如拉力)者。一般而言，熔接製程中所用之諸多製程參數與裝置均可經過設計，俾便控制黏滯曳力之大小，進而以所需方式施用製程溶劑。熔接製程中所用之諸多製程參數與裝置均可經過設計，俾便執行將體積以受控方式壓實之作業，進而製造出具有所需屬性、形態因子...等之熔接基材。
復請參閱第1圖，就圖示熔接製程之某方面而言，一製程溶 劑迴圈可定義為製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3、製程溶劑回收區4、溶劑收集區7及溶劑之循環使用8，且製程溶劑或可在溶劑之循環使用8後返回製程溶劑施用區2。
就第1圖所示熔接製程之另一方面而言，一復原溶劑迴圈可定義為兩不同迴圈，亦即液態復原溶劑之迴圈與氣態復原溶劑之迴圈。該液態復原溶劑迴圈可由回收區4、溶劑收集區7及溶劑之循環使用8構成，且復原溶劑或可在溶劑之循環使用8後返回製程溶劑回收區4。該氣態復原溶劑迴圈可由製程溶劑回收區4、乾燥區5、混合氣體之收集9及混合氣體之循環使用14構成，且復原溶劑或可在混合氣體之循環使用14後返回製程溶劑回收區4。就一氣態復原溶劑迴圈之某方面而言，復原潤濕基材有可能將部分之復原溶劑帶入乾燥區5。
在一符合本揭露內容且使用載體氣體之熔接製程中，載體氣體或可在乾燥區5、混合氣體之收集9及混合氣體之循環使用14所構成之迴圈中循環，且乾燥用氣體或可在混合氣體之循環使用14後返回乾燥區5。
就商業化而言，製程溶劑、復原溶劑、載體氣體及/或熔接製程所用其他物質之循環使用可能至為關鍵。此外，製程溶劑、復原溶劑、載體氣體及/或熔接製程所用其他物質之任一迴圈可包括緩衝槽、儲存容器及/或其類似物，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。基材、製程溶劑、復原溶劑、乾燥用氣體及/或所需熔接基材成品之特定選擇可能至少對熔接製程之最佳步驟與順序、熔接製程之參數及/或所用之設備產生重大影響，下文將有進一步說明。
由上述說明可知，一符合本揭露內容之熔接製程顯然可分為 多道獨立加工步驟。例如，一熔接製程之順序可設計如下：先依序執行基材進料區1、製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3及熔接基材收集區6之功能，繼而將製程潤濕基材儲存若干時間以使其老化，之後再執行製程溶劑回收區4及/或乾燥區5之功能。此外，就某些方面而言，可省略其中一或多道加工步驟(例如，以水作為復原溶劑時可省略乾燥區5)。再者，就一符合本揭露內容之熔接製程的某些方面而言，某些加工步驟可同時進行，或者，某加工步驟之終點可自動銜接下一加工步驟之起點，下文將有進一步說明。
現請參閱第2圖，其係以示意方式呈現另一種經設計後可用以製造熔接基材之熔接製程的多個方面，圖中之熔接製程與第1圖所示者類似，但在第2圖中，製程溫度/壓力區3及製程溶劑回收區4可合併為一連續執行之熔接製程步驟，而非相互獨立之熔接製程步驟。此外，第2圖所示之熔接製程可使用兩個混合氣體收集區9，且溶劑收集區7可以收集製程溶劑為主，使溶劑之循環使用主要適用於製程溶劑(而非製程溶劑與復原溶劑之混合物)。本發明人可以得知，上述設計有利於設備之簡化及/或整合。在多種符合本揭露內容之熔接製程中，製程溶劑回收區4可設計為使復原溶劑與製程潤濕基材沿相反方向移動，如第2A圖所示。
就第2圖所示熔接製程之某方面而言，該熔接製程適用於復原溶劑為製程溶劑之一成分的情況(例如製程溶劑包含3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽與乙腈之混合物，而復原溶劑為乙腈)。在此設計中(其優點容後述)，可以任一適當之方法及/或裝置(包括但不限於受控之低壓環境、載體氣體及/或上列各項之組合，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)，在熔接製程任一個會出現製程溶劑之時間點捕集部分之 揮發性乙腈並將其從製程溶劑中分離而出。一般而言，3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽若濃度夠高便可能破壞某些基材之分子間作用力(例如纖維素中之氫鍵)。因此，合併後之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4可在其間任一位置形成一般熔接製程區，亦即3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽與乙腈之莫耳比適可破壞基材分子間作用力之區域。若能妥善設計及/或控制流量、溫度、壓力、其他熔接製程參數...等，則此一般熔接製程區亦可構成一復原與循環使用區之全部或一部分。
復請參閱第2圖，在此同樣可利用任一適當之方法及/或裝置(例如推動、拉動、輸送系統、螺桿擠出成形系統...等，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)使基材以受控之速率在熔接製程中移動。就某方面而言，基材可連續通過基材進料區1、製程溶劑施用區2、合併之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4、乾燥區5及/或熔接基材收集區6。然而，基材從某一區1、2、3、4、5或6移至另一區之特定順序可能隨熔接製程而有所不同；就一符合本揭露內容之熔接製程的某些方面而言，基材可先通過熔接基材收集區6再進入乾燥區5，一如前述。此外，就某些方面而言，基材可在溶劑及/或其他熔接製程所用構件(或成分)及/或裝置移動時保持相對固定。在根據本揭露內容而設計之熔接製程之任一時間點，均可透過自動化裝置、儀器及/或設備，針對熔接製程及/或其設備之一或多個構件(或成分)進行監視、控制、回報、操控及/或以其他方式與之互動。除非在後附申請專利範圍中另有說明，否則上述自動化裝置、儀器及/或設備包括但不限於可用以監控基材、製程潤濕基材、復原基材及/或熔接基材成品所受之力(例如拉力)者。
復請參閱第2圖，就圖示熔接製程之某方面而言，一製程溶劑迴圈可定義為製程溶劑施用區2、合併之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4，以及(製程)溶劑收集區7，且製程溶劑或可在溶劑收集區7後返回製程溶劑施用區2。
就第2圖所示熔接製程之另一方面而言，一復原溶劑迴圈可定義為兩不同迴圈，亦即液態復原溶劑之迴圈與氣態復原溶劑之迴圈。該液態復原溶劑迴圈可由合併之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4以及一或多個混合氣體收集區構成，且復原溶劑或可在該(該等)混合氣體收集區後返回合併之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4。該氣態復原溶劑迴圈可由乾燥區5、至少一個混合氣體收集區9及混合氣體之循環使用14構成，且復原溶劑或可在混合氣體之循環使用14後返回合併之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4。就一氣態復原溶劑迴圈之某方面而言，復原潤濕基材有可能將部分之復原溶劑帶入乾燥區5。
在一符合本揭露內容且使用載體氣體之熔接製程中，載體氣體可在乾燥區5、至少一個混合氣體收集區9及混合氣體之循環使用14所構成之迴圈中循環，且乾燥用氣體或可在混合氣體之循環使用14後返回乾燥區5。
就第2圖所示熔接製程之某方面而言，該熔接製程亦可包括一揮發性載體捕集迴圈，該迴圈可包含合併之製程溫度/壓力區3與製程溶劑回收區4、至少一個混合氣體收集區9及混合氣體之循環使用14。就一符合本揭露內容且復原溶劑有可能出現在製程溶劑中之熔接製程的某方面而言，該熔接製程可包括多於一個載體氣體迴圈。例如，若製程溶劑係設計為 3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽與乙腈之混合物，則乙腈可作為復原溶劑。
本發明人可以得知，就某些熔接製程而言，一可能之有利做法係包括一或複數個電子控制閥、主動輪及/或基材導件(例如可提供新的鬆紗頭或斷紗頭且幾乎不需人為介入即可(重新)穿入熔接製程裝置之導紗器)。本發明人可以得知，相較於未採用上述設計之熔接製程，依上述方式設計之熔接製程有可能縮短熔接製程之停機時間，並減少熔接製程所需之人工接觸。
就某方面而言，製程溶劑回收區4可經過設計，使製程潤濕基材得以在本發明人將復原溶劑導入其中時被收集。例如，在一使用紗及/或線作為基材之基材熔接製程中，可將一捲繞機構設於製程溫度/壓力區3之末端。就某方面而言，該捲繞機構可為封閉式，以便在復原溶劑被導入製程潤濕基材(例如使用噴塗法)時能連續沖洗製程潤濕基材，使製程潤濕基材成為復原潤濕基材。此設計可大幅簡化整個熔接製程，其原因在於基材不需從製程溶劑回收區4一路延伸至乾燥區5。復原作業可改為批次操作，藉以製造或復原基材之特定部分(例如將滾筒上或紗球中之紗捲成連續未糾纏之個體)。復原潤濕筒紗可於某時間點進入二次復原製程及/或被送至乾燥區以去除復原溶劑。
就另一方面而言，可將一熔接製程設計為連續製程，俾將基材從製程溫度/壓力區3移至製程溶劑回收區4再移至乾燥區5。在此設計中，基材所受之拉力有可能累加，在某些情況下甚至可能導致基材斷裂，嚴重影響熔接製程之效率。因此，可在一熔接製程中設置滾筒、滑輪及/或其他可協助基材在熔接製程中移動之適當方法及/或裝置，以降低及/或消 除基材斷裂之可能。
一可另外採行及/或取而代之之做法係將一熔接製程設計為可降低基材在整個或部分熔接製程中所受之拉力。在此設計中，可令基材通過一特定空間，並於此空間內將復原溶劑施用於製程潤濕基材(例如透過下文所述之施用器)，而非使基材通過個別管體(其不僅成本較高，亦提高重新穿線之困難度)。上述設計可搭配任一形式之基材使用，且本發明人可以得知，此設計可能特別有利於1D基材(例如紗及/或線，且無論其為單獨出現，或為包含多個彼此相鄰之個別基材之片狀構型，皆是如此)及/或2D基材(例如織物及/或紡織品)。採用此設計之製程溶劑回收區4有可能減少及/或消除基材上之摩擦力及/或非必要拉力之累積，從而提高基材在熔接製程中之單位時間處理量。
4.溶劑施用區：裝置/方法
第6A圖係一可用於製程溶劑施用區2之裝置之剖示圖，藉此說明黏滯曳力之概念的多個方面，其中黏滯曳力與製程溶劑之施用有關。請注意，就天然纖維基材而言，單位截面積及/或面積之纖維密度可能各不相同。對基材施用製程溶劑之作業可經過調制，以便妥善控制基材每單位質量之製程溶劑施用量(同樣以質量計)。欲達此目的，可以適當之感測器主動監視基材之差異，並依此資料控制製程溶劑泵之速度及/或基材通過製程溶劑施用區之速度及/或製程溶劑之組成。或者，可針對黏滯曳力之作用點進行設計，俾對製程潤濕基材施以適當之擠壓力及/或剪力，從而控制製程溶劑之施用。對黏滯曳力之設計可包括使用少量製程溶劑以利製程溶劑適當蓄積。此設計使製程溶劑施用作業中製程溶劑與基材之質量比得以維持 在一穩定數值，或在所需之容許誤差範圍內進行調制。(調制後之纖維熔接製程詳見下文之說明。)
就一熔接製程(無論為調制後或未經調制之熔接製程皆可，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)之某方面而言，該熔接製程可設計為透過注射器施用製程溶劑。根據注射器之一設計，注射器可包含一具有兩入口及一出口之窄管。包含紗(或其他1D基材)之基材或可進入其中一入口，而製程溶劑則流入另一入口。製程潤濕基材(已有製程溶劑施用其上之紗)或可由該出口離開。注射器可包含其他入口以便添加機能材料、額外之製程溶劑及/或其他成分。如前文所述，製程潤濕基材(例如已有製程溶劑施用其上紗、線、織物及/或紡織品)可先通過製程溶劑施用區2再進入製程溫度/壓力區3。
如第6A圖所示，注射器60可設計為搭配1D基材(例如紗)或2D基材(例如織物)使用。注射器可包括基材輸入端61及位於相反端之基材出口64。注射器60可經過設計，以便控制施用於一或多個基材(所述基材可包含織物、紡織品、紗、線...等)之製程溶劑之量，且通常可進一步加以設計，俾將製程溶劑以適當方式分布於基材周圍及其內部。例如，在一未經調制之熔接製程中，或有需要將製程溶劑均勻分布於特定基材中，而在一調制後之熔接製程中，或有需要改變製程溶劑在特定基材內之分布狀況。
一採用上述設計之注射器60可包含具有T形剖面之外殼，其中1D或2D基材或可經由相對筆直之路徑進、出該注射器。製程溶劑可以泵打方式進入次要輸入端，該次要輸入端之路徑大致垂直於基材之路徑。第6A圖所示即為採用上述設計之注射器60。
如第6A圖所示，注射器60可包括用於進給未加工基材(例如紗、線、織物、紡織品...等)之基材輸入端61。注射器60可另包括與基材輸入端61之某部分形成流體連通之製程溶劑輸入端62。因此，製程溶劑或可由製程溶劑輸入端62流入注射器60，並於鄰近施用界面63處接觸基材。注射器60之此一部分或可構成前述之製程溶劑施用區2。
若係搭配1D基材使用，則注射器60從基材輸入端61至基材出口64之部分可設計為管狀。若係搭配2D基材使用，則注射器60之該部分可設計為相互分離之兩板體(類似第6C圖所示之裝置，下文將就此裝置進一步說明)。基材及/或製程潤濕基材可置於兩板體82、84之間，且至少其中一個板體82、84可設有至少一個製程溶劑輸入端62。
基材出口64可與注射器60其大致位於基材輸入端61相反端之部分接合。根據注射器60之一設計，基材出口64可為非線性，如第6A圖所示。此非線性基材出口64可經過設計，俾實體接觸製程潤濕基材之外部，從而將製程溶劑引導至該基材之所需部分，其中該實體接觸可發生於至少一或多個反曲點，藉以對該基材施加剪力及/或壓縮力。此外，非線性基材出口64可經過設計，俾實體接觸製程潤濕基材之外部，且該實體接觸可為產生特定熔接製程所需黏滯曳力的某一方面。所述實體接觸可經過設計，以便使製程潤濕基材之外部更為平滑，並藉此消除及/或減少因而製成之熔接基材上之短毛/纖維。與製程潤濕基材進行實體接觸亦有可能改善熱能從製程溶劑傳遞至基材及/或製程潤濕基材之效果，而此熱傳遞效果有可能縮短所需之加工時間(例如熔接時間)，從而減少熔接室之長度並縮小特定熔接製程相關設備所需之空間。與基材及/或製程潤濕基材進行實體接觸 可透過諸多(用以在一、二及/或三個維度中形成反曲點之)設計考量而實現，包括但不限於改變基材輸入端61、施用界面63及/或基材出口64之尺寸(例如直徑、寬度...等)及/或曲率及/或上列各項之組合、將另一結構(例如刮刷器、擋板、滾筒、撓性孔口...等)置於鄰近基材及/或製程潤濕基材處，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
或者，可將注射器設計為Y字形，及/或使一或多個注射器具有多個作業階段，以便在熔接製程之一或多個時間點，於特定位置及特定壓力條件下添加製程溶劑、機能材料及/或其他物質。
就某方面而言，注射器可與紗接收件聯合使用，其中注射器與紗接收件均可經過設計，以便在一軌道系統上及/或透過其他適當之方法及/或裝置滑動，並依本發明人之選擇到達一維方向上之定位。可容許本發明人在至少一個維度中選擇性操控一或多個注射器及/或一或多個紗接收件(例如使其沿軌道系統之長度方向滑動)之熔接製程有可能減少在熔接製程任一時間點(尤其是通過製程溫度/壓力區3時)為紗及/或線重新穿線所需之時間及/或資源(相較於不容許上述選擇性操控之熔接製程)，並在一相對狹小之空間內實現(較)高密度熔接製程之多工處理。
例如，在一可同時處理「n」條紗之熔接製程中，僅外側紗較方便本發明人取扱。一旦某條紗斷裂，重新穿線便有困難。若在基材進料區1、製程溶劑施用區2及/或製程溫度/壓力區3之起點設置可移除且係安裝在軌道上之注射器，本發明人(人員或自動化裝置)即可輕易移除注射器，並將其移至熔接製程中一組基材之末端，然後重新穿線。本發明人可以得知，在某些應用中，一可能之有利做法係將注射器設計為蛤殼形或複數管體 之總成，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。換言之，可將注射器設計為「蛤殼形」，使一條或一組紗由至少兩塊材料包圍。此設計不僅使本發明人更容易在初始階段將紗裝入熔接製程之機器中，更可配合能同時為多個紗頭提供適當黏滯曳力之設計系統。在移除任一特定注射器後，其他注射器可依序滑動一個位置，因而將空洞補上，並於熔接製程所用一或多個裝置之一側形成一個新的空洞。一系列位於或靠近任一特定製程末端且與注射器協同運作之接收單元亦可相應移動，藉以將個別紗線分別移至對應之新位置。
接收單元之最佳設計可能隨熔接製程之各方面而改變，且可能至少取決於基材之尺寸、所用之製程溶劑及/或所用基材之種類。就某方面而言，一接收單元可包含能將紗導引至製程溶劑回收區4及/或乾燥區5之單滑輪或導紗器。就另一方面而言，接收單元可遠遠複雜於此(亦即設計為捲繞機構)，端視熔接製程之設計(例如製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3、製程溶劑回收區4及/或乾燥區5之設計)而定。
第6B圖繪示用以說明黏滯曳力概念之另一裝置，其中黏滯曳力與製程溶劑之施用有關。第6B圖所示裝置可設計為托盤70，且兼可搭配1D與2D基材使用。如圖所示，托盤70可設置一或多個形成於托盤70表面之基材凹槽72。托盤70可具有複數個凹槽72，使製程溶劑得以同時施用於多個基材(第6B圖所示為1D基材)。
雖然第6B圖所示凹槽72為線性，但就托盤70之其他方面而言，該等凹槽亦可為與第6A圖所示注射器60相關或與第6C圖所示板體相關之非線性形狀。換言之，托盤70及其凹槽72可經過設計，使托盤70及/或其 凹槽之一部分實體接觸基材之一部分(此實體接觸可為黏滯曳力最佳化之考量點)。此實體接觸可透過諸多(用以在一、二及/或三個維度中形成反曲點、剪力、壓縮...等之)設計考量而實現，包括但不限於改變凹槽72之深度、凹槽72之剖面形狀、凹槽72之寬度、凹槽72之曲率及/或上列各項之組合，及/或將另一結構(例如刮刷器、擋板、滾筒、撓性孔口...等)置於鄰近基材及/或製程潤濕基材處，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在某一設計中，可縮小複數個1D基材之間距，使該等基材可實質上一起在同一二維平面中(或以同一「片體」之方式)移動，詳如第6C圖所示。在另一設計中，凹槽72之寬度可經過選擇，以使一大致為二維片體之織物及/或紡織品可透過凹槽72並相對於托盤70而移動。
一般而言，製程溶劑可連續供給至各凹槽72及/或其一部分，以便在基材沿凹槽72移動時將製程溶劑施用於基材以形成製程潤濕基材。可令製程溶劑淹滿凹槽72(在此設計中，凹槽72具有類似製程溶劑浴槽之功能)，及/或可將製程溶劑施用於基材鄰近凹槽72前緣處，然後在基材朝凹槽尾端移動之過程中，將製程溶劑以適當方式刮刷於基材外部。在熔接製程之某一設計中，托盤70可相對於水平面而傾斜，使製程溶劑受重力之作用，其中最佳傾斜角度可能至少取決於基材相對於托盤70而移動之速度與方向。
各凹槽72之最佳設計將隨熔接製程之應用而異，故對本揭露內容之範圍絕無限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。若係搭配複數條1D基材使用，且該等1D基材之側向間距等於或大於基材之 平均直徑，則本發明人可以得知，凹槽72之寬度可約略等於其深度，且凹槽之各尺寸可大於基材平均直徑約10%。
各凹槽72之最佳剖面形狀亦有可能隨熔接製程而變化。例如，在某些應用中，一可能之最佳做法係令凹槽72B(或至少其底部)之剖面形狀接近及/或匹配基材(或至少其一部分)之剖面形狀。例如，若係搭配包含1D紗或線之基材使用，則凹槽72可具有U字形剖面。若係搭配包含2D織物或紡織品之基材使用，則凹槽72之寬度可遠大於其深度(例如寬度為深度之10倍、20倍...等)。然而，凹槽72之特定剖面形狀、深度、寬度、構型...等對本揭露內容之範圍絕無限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第6C圖繪示一種可與近似2D片體之複數條1D基材(其可包含線及/或紗)搭配使用之製程溶劑施用區2。該製程溶劑施用區2可使用第一板體82及第二板體84，其中該等板體具有對應之曲率，從而在至少一個維度中形成至少三個實體接觸點(亦即反曲點)。在其他設計中，板體82及84可以其他方式設計，以便在一或多個維度中形成更多或更少之反曲點，其中該等反曲點可對基材及/或製程潤濕基材施加更大或更小之阻力。上述實體接觸可透過諸多(用以在一、二及/或三個維度中形成反曲點之)設計考量而實現，包括但不限於改變板體82與84之間距、板體82與84中任一者之曲率、其中一板體82或84上某彎曲處之內凹程度是否對應於另一板體84或82上某彎曲處之外凸程度，及/或上列各項之組合，及/或將另一結構(例如刮刷器、擋板、滾筒、撓性孔口...等)置於鄰近基材及/或製程潤濕基材處，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在另一設計中，黏滯曳力至少可隨一或多個結構構件之相對位置而變化。例如，板體可經過設計，俾使其內側邊緣以可調整之幅度相互重疊，詳見第6D、6E及6F圖。當該等內側邊緣相互重疊之幅度較大時(如第6E圖所示)，位於對應板體間之基材在相對於該等板體而移動時可能承受較大之實體阻力。當該等內側邊緣相互重疊之幅度較小時(如第6D圖所示)，位於對應板體間之基材在相對於該等板體而移動時可能承受較小之實體阻力。如第6D至6F圖所示，在一可與複數條彼此相鄰之1D基材搭配使用之熔接製程中，內緣係以可調整之幅度相互重疊。使板體之相對位置具有可調整性，可能有助於在一特定裝置中使用多種製程溶劑，及/或將一特定裝置應用於多種可分別製造出屬性互異之熔接基材的熔接製程。
本發明人可從前文有關黏滯曳力之概念及第6A與6B圖之說明中得知，第6C、6D及6E圖中之板體82及84可經過設計以控制製程溶劑之施用。第6A-6E圖所示之設計絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。為使熔接基材具有所需屬性，可利用任一適當之結構及/或方法將製程溶劑妥善施用於基材，及/或使製程溶劑與基材及/或製程潤濕基材產生適當之交互作用。換言之，可透過任一數量之結構(該等結構或可在預定之容許誤差範圍內移動以達所需之製程溶劑施用效果)或方法產生適當大小之黏滯曳力，包括但不限於使用滾筒、具有特定形狀之邊緣、平滑表面、反曲點之數量及/或方位、相對移動之阻力、溫度變化...等，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在熔接製程(無論為調制後或未經調制之熔接製程皆可，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)之另一設計中，熔接製程可 設計為透過施用器施用製程溶劑。根據施用器之一設計，施用作業可與噴墨印表機、網版印刷法、噴槍、噴嘴、浸漬槽或傾斜托盤及/或上列各項之組合中所使用之施用器相關(其中若干施用器至少已在第6A-6F圖中顯示及在前文中詳細說明)，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。本發明人可以得知，熔接製程可經過設計，使施用器得以在基材(例如紗、線、織物及/或紡織品)已相對於施用器而妥善定位時，將製程溶劑引導至基材以形成製程潤濕基材。此種熔接製程可經過設計，俾使製程溶劑及/或機能材料能以多維圖案之方式施用，此設計可能有助於將圖案透過熔接製程壓製於紡織品及/或織物中。所述圖案可為調制後之熔接製程(容後述)之一部分，其中調制所產生之效果至少源於本發明人對基材施用製程溶劑。如前文所述，製程潤濕基材(例如已有製程溶劑施用其上之紗、線、織物及/或紡織品)可先通過製程溶劑施用區2再進入製程溫度/壓力區3。
參閱第11A-11D圖，一經過調制且使用注射器或施用器之熔接製程係設計為可容許本發明人即時改變製程溶劑之組成，而改變之方法係至少控制製程溶劑個別成分之泵流量率。一調制後之熔接製程或可容許本發明人至少透過控制製程溶劑個別成分之泵流量率及/或變動基材通過至少製程溶劑施用區2之速率而改變製程溶劑對基材之比率(體積比或質量比)。第11B圖係一經過調制且可搭配2D基材使用之熔接製程之示意圖，第11D圖則為一經過調制且可搭配1D基材使用之熔接製程之示意圖，該等熔接製程將於下文中詳加說明。
參閱第11A圖(2D基材)及第11C圖(1D基材)，一調制後之 熔接製程或可容許本發明人以任一適當之方法及/或裝置調制溫度，該方法及/或裝置包括但不限於微波加熱、對流、傳導、輻射及/或上列各項之組合，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。一調制後之熔接製程或可容許本發明人調制基材及/或製程潤濕基材所受之壓力、拉力、黏滯曳力...等。針對調制後之熔接製程的多項參數(包括但不限於上述製程條件)進行調制之綜合成效係可製造出獨特之熔接基材，亦即熔接基材所包含之熔接紗可展現獨特之染色及/或著色圖案與獨特之觸感及/或表面處理效果。
反之，如前文所述，一熔接製程亦可經過設計，俾製造出通體特徵一致(例如著色、尺寸、形狀、觸感、表面處理效果...等均通體一致)之熔接基材，其做法係保持熔接製程之一致性而不調制各項製程參數(例如製程溶劑之組成、製程溶劑對基材之質量比、溫度、壓力、拉力...等)。
就可以複數條彼此相鄰之1D基材(例如一包含多條彼此相鄰之紗的片體狀結構)製造熔接基材且可依比例縮放產量之一熔接製程的某方面而言，紗的複數個紗頭可以成片方式移動，以便依比例調整熔接製程之產量。在此所揭露有關2D基材(例如織物、紙基材、紡織品及/或複合墊材基材)之熔接製程概念與原理同樣適用於多條彼此相鄰之1D基材。
同理，用以將複數條1D基材熔接為片體狀構型之熔接製程可能類似於用以熔接2D基材(例如織物及/或紡織品)之熔接製程，但本發明人可以得知，1D基材之熔接製程可能有若干不同之處。此等不同之處可包括但不限於用以降低及/或消彌某基材與其自身及/或另一基材(例如個別紗線)相互糾纏之可能性的相關措施(例如導紗器)，以及施用製程 溶劑時有可能將注射器應用於個別紗線或成組紗線。或者，一熔接製程可經過設計，以便在本發明人將製程溶劑以噴塗法、滴液法、毛細管滲透法、浸泡法及/或其他可將製程溶劑以受控之速率導入片體狀1D基材之方法直接施用於該片體時，省略注射器。因此，根據本揭露內容，多種裝置及/或方法均可用於實現一高度多工且可大量生產之熔接製程。
A.低含水量基材
本發明人已知纖維素纖維(亦即棉、麻、再生纖維素...等)及木質纖維素纖維(亦即工業用大麻、龍舌蘭...等)之含水量極高(質量比可達5%至10%)。以棉為例，其含水量可在約6%至9%之範圍內變化，端視環境溫度與相對濕度而定。此外，諸如1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(EMIm OAc)、氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)(BMIm C1)及1,5-二氮雜二環[4.3.0]壬-5-烯醋酸鹽(DBNH OAc)等離子液體溶劑通常會在合成過程中被水污染及/或因吸收環境中之濕氣而被水污染。再者，製程溶劑之分子成分添加物(例如乙腈(ACN))亦具有吸濕性。一般而言，水的存在會降低具有分子成分添加物之純離子液體及離子液體溶劑溶解生物聚合物基材之效力。然而，若欲去除該等溶液中最後數個百分點(以質量計)之水分可能十分困難及/或需耗費甚多資源。離子液體及離子液體溶劑之成本可能與其純度(尤其是含水量)直接相關。因此，可將一熔接製程設計為使用低含水量之基材，藉此提高熔接基材之效能並改善熔接製程之整體資源使用效率。
低含水量之基材材料除了有利於使用離子液體及以離子液體為基底之製程溶劑的熔接製程外，亦有利於以N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)作為製程溶劑之纖維熔接製程。一般而言，含水量為4%至17%(以 質量計)之NMMO溶液可溶解纖維素，且可用於纖維素纖維類之製程。若基材材料所含生物聚合物之含水量夠低，則熔接製程或可使用含水量達上限(以質量計約17%)之製程溶劑，但仍能以經濟且有效率之方式製造出所需熔接基材。在一熔接製程中，若所用之製程溶劑含有對水分敏感之離子液體(例如氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)(BMIm Cl)、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(EMIm OAc)、1,5-二氮雜二環[4.3.0]壬-5-烯醋酸鹽(DBNH OAc)...等)，則基材含水量可能影響熔接速率，因而影響相關之製程參數及裝置設計。但若熔接製程所用之製程溶劑(例如NMMO、LiOH-尿素...等)對水分之敏感度低於以上所揭露之若干離子液體，則使用相對偏乾之基材之優點將減弱及/或消失。
承上，本發明人經實驗發現，若熔接製程所用之生物聚合物基材在熔接前先以人工方式乾燥至低含水量(以質量計<5%)之狀態，可產生無法預期之功效：低含水量基材有可能加快熔接製程，同時提升熔接基材之品質(亦即提高強度、減少雜散纖維...等)。更令人意外之發現在於，低含水量生物聚合物基材可利用其強大之乾燥特性去除離子液體及以離子液體為基底之製程溶劑中之水分。就某方面而言，水分或可從以非水性媒介(例如ACN)復原之離子液體及以離子液體為基底之製程溶劑中去除。其實，當製程溶劑與復原溶劑在纖維熔接製程中不斷循環使用時，低含水量基材兼可去除該兩者中之水分。
若欲取得低含水量之基材材料，可對材料進行預處理，詳言之則係將其置於足夠乾燥(有時尚需溫暖，例如約40至80℃)之環境中並維持一段受控之時間，然後才將其導入熔接製程中，例如所用製程溶劑包含對 水分敏感之離子液體者。或許有必要在熔接製程開始前及進行過程中，將含有生物聚合物之基材維持在受控之氣候條件下。此外，特意將水分導入生物聚合物基材內之特定空間區域有可能減緩該部位之熔接作用，以便以其他方法進行熔接製程之調制；下文將詳述若干適用之方法。
實驗結果顯示，若在一熔接製程中使用人工乾燥之基材(例如在導入基材進料區1前即已完成乾燥之基材及/或在通過基材進料區1之全區或一部分時完成乾燥之基材)，往往可產生無法預期之新穎綜效，從而改善該熔接製程之資源使用效率及/或該製程所製成之熔接基材。例如，將棉質基材乾燥至含水量低於5%(以質量計)，可大幅改善使用BMIm Cl+ACN溶液(或其他對水分敏感之製程溶劑系統)時之熔接一致性及/或對熔接之控制。此外，實驗結果顯示，在連續使用乾燥棉質基材以及將製程溶劑循環使用多次後，製程溶劑(例如BMIm Cl+ACN)及復原溶劑(例如ACN)之含水量均有可能降低，其限制條件為所用設備須妥善密封以防水分(例如大氣中之水分)從外部侵入。乾燥棉質基材之乾燥性質隨含水量降低而增強。換言之，含水量為3%(以質量計)之棉比含水量為4%(以質量計)之棉更具有乾燥力。
5.以商業規模製造之熔接基材之屬性
前文揭露多種可以符合本揭露內容之熔接製程製造之新穎材料(通稱為1D熔接基材及2D熔接基材)之屬性。下述所說明之屬性唯有在大量製造(例如以商業規模製造)後述材料時才會在該等材料中出現，故相對於先前技術而言，兼具新穎性及非顯而易見性。該等材料屬性可能有助於降低紡織品之製造成本，並為含有天然基材(例如棉)之紡織品創造新用 途。
習知以石油為基礎之材料(例如聚酯...等)可用於製造絲狀紗及短纖維紗。在本文中，「短纖維紗」一詞係指由相對偏短且分散之纖維(短纖維)紡成之紗。在本文所揭露之製程與裝置出現前，儘管絲狀紗可由天然短纖維衍生而成，但其中之天然短纖維(及其所衍生之絲狀紗)並無法在某種程度上保有短纖維之原始屬性、結構...等。本文所揭露之製程及裝置可能不同於先前技術中所有與Rayon、Modal、Tencel®...等有關、且其中人造短纖維係以完全溶解及/或纖維素衍生化之方式製成然後再加以擠製(其中完全溶解可透過使用NMMO、以離子液體為基礎之系統...等而達成)之教示。就Rayon、Modal、Tencel®...等而言，纖維素前驅物經完全溶解及變性後，本發明人便幾乎無法判別短纖維之纖維素來源(例如山毛櫸樹漿、竹漿、棉纖維...等)。相較之下，依本揭露內容而製成之熔接基材仍保有基材中短纖維之某些屬性、特徵...等，下文將有進一步說明。本發明之方法及裝置用於每單位熔接基材之製程溶劑量少於先前技術中之用量，但卻能保留上述之原本屬性、特徵...等，甚至創造出傳統上與合成及/或以石油為基礎之絲狀紗相關之新功能(例如低保水性、高強度...等)。該等新穎熔接基材及其功能則創造出先前技術無法實現之全新織物應用。熔接基材表現出及/或呈現上述功能之程度可能至少取決於用以製造該熔接基材之熔接製程之設計。
可以符合本揭露內容之熔接製程製造之1D熔接基材包括未起絨之「單紗」、起絨之紗與線，以及「熔接紗基材」。雖然上述屬性及範例可能源於熔接紗基材，但本揭露內容之範圍並不受此限制，「1D熔接基材」 一詞亦不受此限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
一般而言，熔接紗基材與習知未加工紗基材對應物不同之處至少有下列數端：(1)紗中個別纖維間之空隙大小；詳言之，熔接紗基材之緊密度遠高於習知未加工基材對應物；若與具有相同單位長度生物聚合物基材重量之習知紗相比，則平均直徑之縮減幅度為約20%至200%；及(2)熔接紗基材之表面通常甚少出現鬆脫之纖維或全無鬆脫纖維，因此並無纖維脫落之虞(其表面上鬆脫纖維之量與特徵可於熔接製程中進行操控)。下文將詳細說明熔接基材及其對應天然纖維基材之特定實驗數據。
一般而言，當一熔接紗基材之表面出現鬆脫纖維時，該鬆脫纖維之至少一部分仍係熔接於該熔接紗基材。換言之，該纖維並未達到可與該熔接紗基材分離之鬆脫程度，而係固著於該熔接紗基材內由複數條熔接纖維所構成之核心。若製程溶劑有可能在熔接製程中移至基材之中心，便可能產生此一現象。然而，一熔接製程可經過設計，以便透過至少改變製程溶劑之組成及/或於不同時間點添加多種製程溶劑組合物之方式，限制或促進紗基材核心內或外側部分之熔接作用。
基於若干原因，以上兩種屬性中之一及/或兩者可能為本發明人所樂見/有其優點。例如，無纖維脫落之虞之棉紗因少有及/或沒有鬆脫之纖維(棉絨)，故可與Spandex(又稱Lycra或彈性纖維)或其他合成纖維以更有效率之方式一同針織而不會對針織機之運作造成負面影響。棉絨及纖維脫落係紡織業之已知問題，不僅使紡織品出現瑕疵，更可能因棉絨聚積而導致設備必須停機進行清理及/或維修。靜電吸附則使鬆脫之纖維自動黏附在合成纖維上，因而產生問題。熔接紗基材因不會出現及/或較少出 現纖維脫落之現象，故可大幅減少上述問題。以熔接紗基材及Spandex(或Lycra...等)製成之織物及/或紡織品可作為活動服(例如襯衫、長褲、短褲...等)及/或內衣(例如貼身衣物、胸罩...等)，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
熔接紗基材製成後之強度可能高於其習知(具有類似單位長度重量或單位直徑重量之)未加工基材對應物。熔接紗基材可免除編織材料(例如牛仔布)製程中之「漿紗」(或「上漿」)作業。漿紗作業係將漿料(例如澱粉)施用於紗之程序(大多在編織前進行)，其目的係使紗具有足以承受後續編織作業之強度。紡織品製造完成後，必須將漿料洗去。漿紗作業不僅產生額外費用，亦耗費大量資源(例如水)。漿紗作業亦非永久有效，因為一旦將漿料去除，紗即恢復其原始(較低)強度。相較之下，熔接製程可經過設計，藉以強化其所製成之熔接紗基材，使其強度高於習知紗，故不需再上漿，從而節省費用與資源，同時提供較長效之強度改良。
「歪斜」係指織物中筆直之經紗與緯紗未以直角相交，其成因為習知紗在其製造過程中加捻後便具有解捻(舒解)之傾向。以熔接紗基材製成之織物，其歪斜程度可能遠低於以習知未加工基材對應物製成者，其原因在於，熔接紗基材中之個別纖維有可能相互融合/熔接，因而無法在熔接製程後解捻(舒解)。
熔接紗基材或可將低捻度紗、纖維長度較短之紗及/或以低品質纖維(例如不同丹尼之纖維)製成之紗轉化為價值與強度較高之熔接紗基材。例如，就習知紗而言，捻度與強度息息相關。單位長度之捻度越高，其成本亦越高。以低捻度紗作為符合本揭露內容之熔接製程所使用之基材， 有可能製造出強度遠高於習知紗基材之熔接紗基材，因為熔接製程可經過設計，使個別纖維相互融合。
熔接紗基材可將未精梳之紗轉化為價值與強度較高之熔接紗基材。就習知紗而言，精梳作業可去除綿條中之短纖維，以便透過後續製程製造出強度較高之紗。精梳作業需使用大量機器與能源，因而提高紗的製造成本。熔接紗基材若以包含未精梳綿條之基材製成，其強度可能遠高於習知紗基材，其原因在於一熔接製程可設計為使長、短纖維相互融合以提高強度。一熔接製程可經過設計，俾便一方面製造出強度較高之紗，一方面大幅降低成本。
以熔接紗基材製成之紡織品可能具有可保持其形狀之屬性，且縮水幅度小於以習知紗製成之織物。因一熔接製程或可用於製造表面幾無鬆脫纖維之熔接紗基材(與習知紗相比)，因此，以熔接紗基材製造之紡織品之填充係數可能遠小於以習知紗製造者，且前者之製造方式可能類似以單絲合成紗(例如聚酯)製造之方式。
參閱第12A及12B圖，其分別為一未加工之牛仔布2D基材及以其製成(亦即以第12A圖中之未加工基材為原料製成)之熔接2D基材之掃描式電子顯微鏡影像，圖中清楚可見熔接基材內相鄰纖維間之接合度高於未加工基材內相鄰纖維間之接合度。相鄰纖維間較高之接合度有可能為熔接基材提供未加工基材所缺乏之多種屬性，包括但不限於較高之硬挺度、較低之吸水性及/或較高之乾燥速率。
參閱第12C及12D圖，其分別為一未加工之針織2D基材及以其製成(亦即以第12C圖中之未加工基材為原料製成)之熔接2D基材之掃 描式電子顯微鏡影像，圖中清楚可見熔接基材內相鄰纖維間之接合度高於未加工基材內相鄰纖維間之接合度。相鄰纖維間較高之接合度有可能為熔接基材提供未加工基材所缺乏之多種屬性，包括但不限於較高之硬挺度、較低之吸水性及/或較高之乾燥速率。
在一可作用於2D基材之熔接製程(例如用以製造類似第12B或12D圖所示熔接基材之熔接製程)中，於製程溫度/壓力區3內添加已溶解化之聚合物(至基材及/或製程溶劑中)及/或提高製程潤濕基材所受之壓力可能有助於在製造多層及/或積層複合材料時強化層間之黏著力。一般而言，基材之熔接度(例如高、中、低)可能影響以其製成之熔接基材之可撓性。
除了爆裂強度較高外，如第12B及12D圖所示之織物在馬丁代爾耐磨試驗(Martindale Pill Test)中亦有可能獲得極高之分數。例如，一包含未加工紗基材之織物可能在此試驗中僅獲得1.5或2分，但若令該織物接受熔接製程(甚至僅需對其基材施行中度之適當熔接)，則試驗分數可提高至5分。
相較於習知紗，尤其是習知棉紗，熔接紗基材可能具有更優異之毛細管滲透及吸濕性。因此，熔接紗基材之乾燥速度可能高於習知紗，從而有助於節省相關成本及資源。若再搭配其不易縮水之特性，則以熔接紗基材製成之織物或許更適用於活動服(例如運動服)、貼身衣物(例如女性內衣)...等需兼顧水分管理與不縮水特性之應用。
以熔接紗基材製成之紡織品可經過設計，使其強度遠高於以習知紗製成之同重量紡織品。因在一特定重量之紗線中所用熔接紗基材之 平均直徑可能小於習知紗之平均直徑，經本發明人觀察發現，以熔接紗基材製成之紡織品之爆裂強度明顯較高。
此外，以熔接紗基材製成之紡織品可經過設計，使紡織品具有多種可由本發明人加以控制之「手感」(例如觸感、質地...等)及表面處理效果，之所以如此，係因一熔接製程或可用於為基材添加塗料及/或調整製程溶劑深入基材之深度。例如，就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾將已溶解化之纖維素塗布於紗基材表面以形成薄膜，從而使後續製成之熔接紗基材具有明顯不同於習知未加工基材對應物之外表光滑度。
可以符合本揭露內容之熔接製程製造之2D熔接基材包括熔接基材厚紙板、熔接基材紙類及/或熔接基材紙替代品材料。雖然上述屬性及範例可能源於熔接基材紙替代品材料，但本揭露內容之範圍並不受此限制，「2D熔接基材」一詞亦不受此限制，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。一般而言，2D熔接基材之材料及/或其屬性可能有助於降低紙類及建築材料之製造成本，並為該等材料創造習知材料所無之新用途。
一般而言，熔接基材紙替代品材料與習知未加工基材對應物至少具有下列差異：熔接基材紙替代品材料可能含有大量(例如以質量或體積計大於10%)之木質纖維素材料。反之，習知厚紙板及其他紙材料則含有精製纖維素紙漿，但幾乎不含木質纖維素材料。符合本揭露內容之熔接製程可用以製造含有大量木質纖維素材料之熔接基材紙替代品材料。木質纖維素材料可用作低成本填充物及/或強化(加強)劑。熔接基材紙替代品材料有可能在紙及厚紙板產業中實現前所未見之產品差異化，例如製成低成本 之咖啡杯隔熱套、披薩及其他食物之外送/包裝盒、貨物運送盒、衣架...等。熔接基材紙替代品材料可能具有轉化性，故可節省製漿(例如硫酸鹽製漿法)之成本。二維及/或三維熔接基材有可能提供更堅固及/或更輕盈之材料(例如尿布、厚紙板替代品、紙替代品...等，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)，故適用於需使用紙及/或厚紙板之應用中。
熔接基材之優異屬性已根據紡織品/織物試驗標準加以驗證及量化，並與未加工基材對應物之屬性相比較，所用之試驗標準包括但不限於：(1)AATCC(美國紡織化學及色料師協會標準)135(織物洗滌試驗)；(2)AATCC 150(衣物洗滌試驗)；(3)ASTM(美國材料試驗協會標準)D2256(單紗試驗)；(4)ASTM D3512(隨機翻滾起絨試驗)；及(5)ASTM D4970(馬丁代爾耐磨試驗)。以上清單並未窮舉所有試驗方法，本文可能提及其他試驗。因此，本揭露內容之範圍並不受限於特定未加工基材或熔接基材之特定試驗及/或量化資料，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
6.多種熔接製程之特定方面及該等製程所製成之熔接基材之性質
下述為利用多種符合本揭露內容之方法與裝置製成之熔接基材之資料。然而，下列特定範例之所有內容(例如用以製造該等熔接基材之製程參數，以及該等熔接基材之屬性、尺寸、構型...等)僅供示範說明之用，並非用於限制本揭露內容之範圍，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
一種用以製造熔接基材之製程可設計為使用包含EMIm OAc與ACN之製程溶劑，以便應用於包含未加工30/1環錠式精紡棉紗(「30支」、單位長度重量為19.69德士之紗)之基材。此種基材之掃描式電子顯微鏡(SEM)影像如第7B圖所示，以其加工而成之熔接基材之SEM影像如第7C圖所示。第1.1表顯示若干用以製造第7C圖所示熔接基材之重要加工參數。根據此一設計，施用製程溶劑之方式係拉動基材使其穿過一33吋長之管體，其中該管體內裝有製程溶劑。因此，此設計無需另行設置製程溶劑施用區2。在該管體末端設有一撓性孔口(例如刮漿板)，其可與製程潤濕基材實體接觸以去除製程潤濕基材外表面上之部分製程溶劑，並使製程溶劑以適當方式相對於基材而分布。
第7A圖為一熔接製程之示意圖，該熔接製程可用於製造第7C圖所示之熔接基材。第7A圖所示之熔接製程可根據前文搭配第1、2及6A-6E圖所說明有關黏滯曳力、製程溶劑之施用、與製程潤濕基材實體接觸...等之各種原理及概念而設計。為求簡潔，該熔接製程中與製程溶劑回收區4、溶劑收集區7、溶劑之循環使用8、混合氣體之收集9及混合氣體循環使用區10相關之各方面不再贅述。請注意，黏滯曳力係透過製程溶劑之組成、溫度、刮漿板孔口之可撓性與尺寸...等項目之協同最佳化而產生。熔接基材之體積以受控方式壓實僅限紗直徑之縮減，而達成此一目的之方式係於製程熔接基材及/或復原潤濕基材在乾燥區內乾燥之過程中控制製程熔接基材及/或復原潤濕基材所受之線性拉力，並於受控之拉力條件下，以捲收方式收集熔接基材。然而，就2D或3D基材而言，熔接基材之體積以受控方式壓實之現象或可用於限制製程潤濕基材、復原潤濕基材...等在其他維度所受之 拉力，而欲達此目的，可能必須至少控制一第一線性拉力、一第二線性拉力及/或一第三線性拉力。
Figure 107140048-A0305-02-0060-1
第1.1表顯示以第7A圖所示之熔接製程製造第7C圖所示熔接基材時所用之若干重要加工參數。請注意，在第1.1表中，「熔接區時間」係指基材位於製程溶劑施用區2及製程溫度/壓力區3內之時間長度。本發明人可由此時間之數值得知，熔接時間較先前技術減少約一個數量級。當然，先前技術已揭露許多可在數分鐘至數小時內完成樣本處理之製程。然而，先前技術並未揭露可在如此短時間內以部分溶解化之方式產生所需效果之製程。熔接時間之所以能大幅縮短，端賴製程溶劑之化學與為產生所需效果而設計之硬體及控制系統之協同最佳化。換言之，透過化學與硬體之結合，一方面可產生適當之黏滯曳力，一方面可以受控方式完成體積之壓實，進而使熔接紗基材之成品具有無法預期之新穎效果。第7D圖為一代表性未加工紗基材樣本與一代表性熔接紗基材之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
復請參閱第1.1表，「拉動速率」係指基材通過熔接製程之線性速率(此速率會影響黏滯曳力)，「溶劑比」係指製程溶劑對基材之質量 比。
第1.2表顯示第7C圖所示熔接基材之多種屬性(其為約20個熔接紗基材獨特試樣之試驗結果)，該等屬性係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。在第1.2表中，斷裂強度係指熔接基材斷裂時以克計之平均絕對力。標準化斷裂強度係將克數轉換為百分之一牛頓再以未加工紗基材之重量(在此範例中為19.69德士)標準化。伸長率(伸長百分比)係以斷裂時之位移量除以量規長度再乘以100。
Figure 107140048-A0305-02-0061-2
另一種用以製造熔接基材之製程可設計為使用包含EMIm OAc與ACN之製程溶劑，以便應用於包含未加工30/1環錠式精紡棉紗之基材。第8A圖為此種熔接製程之示意圖。第8A圖所示之熔接製程可根據前文搭配第1、2及6A-6E圖所說明有關黏滯曳力、製程溶劑之施用、與製程潤濕基材實體接觸...等之各種原理及概念而設計。為求簡潔，該熔接製程中與製程溶劑回收區4、溶劑收集區7、溶劑之循環使用8、混合氣體之收集9及混合氣體循環使用區10相關之各方面不再贅述。在此範例中，搭配該熔接製程使用之裝置的多個方面係經特別設計，俾提高包含紗之基材通過此製程之速率。詳言之，製程溶劑施用區2與製程溫度/壓力區3係以類似第6A圖所示之注射器60隔開。
第2.1表顯示以第8A圖所示之熔接製程製造第8C圖所示熔接基材時所用之若干重要加工參數。第2.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。在此熔接製程中，製程溶劑施用區2與製程溫度/壓力區3之溫度係維持在不同數值，藉以將所需黏滯曳力之大小及製程溶劑之效力一同最佳化。此外，以計量泵施用製程溶劑並於製程溶劑施用區2內之關鍵位置施加黏滯曳力，即可限制紗基材所受之摩擦力(例如剪力)，從而實現較佳之拉力控制。上述設計亦有助於以受控方式縮小紗基材之直徑。本範例之整體設計使單位時間之總處理量大於上一範例，比較第1.1表與第2.1表即可清楚得知。
第8B圖係包含未加工30/1環錠式精紡棉紗且可用於第8A圖所示熔接製程之基材之掃描式電子顯微鏡(SEM)影像。第8C圖則為由該基材加工而成之熔接基材之SEM影像。第2.1表顯示製造第8C圖所示熔接基材時之若干重要加工參數。
Figure 107140048-A0305-02-0062-3
第2.2表顯示第8C圖中以第2.1表所示參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測 得。第2.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。第8D圖為一代表性未加工紗基材樣本與一代表性熔接紗基材樣本之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
Figure 107140048-A0305-02-0063-4
另一種用以製造熔接基材之製程可設計為使用包含EMIm OAc與ACN之製程溶劑，以便應用於包含未加工30/1環錠式精紡棉紗或10/1自由端機紡棉紗之基材。此種製程可能與第8A圖所示者類似。第3.1表顯示以包含10/1自由端機紡棉紗之基材製造熔接基材時之若干重要加工參數，第3.2表則顯示使用熔接製程及第3.1表所示參數之熔接基材與未加工基材之多種屬性。當然，以上數據僅用於說明可以熔接製程製成之熔接基材之屬性，而非用於限制可供熔接之紗基材種類及/或熔接基材之屬性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
另一種用以製造熔接基材之製程可設計為使用包含EMIm OAc與ACN之製程溶劑，以便應用於包含未加工紗之基材。第9A圖係多種可用以執行此熔接製程之裝置之立體圖。第9A圖所示之熔接製程及裝置可根據前文搭配第1、2及6A-6E圖所說明有關黏滯曳力、製程溶劑之施用、與製程潤濕基材實體接觸...等之各種原理及概念而設計。為求簡潔，該熔接製 程中與製程溶劑回收區4、溶劑收集區7、溶劑之循環使用8、混合氣體之收集9及混合氣體循環使用區10相關之各方面不再贅述。
第9B圖係可用於第9A圖所示熔接製程與裝置之基材之掃描式電子顯微鏡(SEM)影像，第9C圖則為由該基材加工而成之熔接基材之SEM影像。第3.1表顯示以第9A圖所示之熔接製程與裝置製造第9K圖所示熔接基材(其與第9C圖所示熔接基材類似之處在於兩者皆為輕度熔接)時所用之若干重要加工參數。第3.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。
值得注意為此熔接製程可經過設計，俾同時移動紗基材之多個紗頭，且幾乎所有重要製程參數(例如製程溶劑之流量、溫度、基材之進料速率、基材所受拉力...等)均可調整。尤其此熔接製程及其裝置或可為針對特定產品而設計之特定熔接基材實現「黏滯曳力」與「體積以受控方式壓實」之協同最佳化。第9C-9E圖及第9I-9M圖顯示一選定數量之熔接紗基材。
Figure 107140048-A0305-02-0064-5
第3.2表顯示第9K圖中以第3.1表所示參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用 Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第3.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。第9G圖為一代表性未加工紗基材樣本與一代表性熔接紗基材樣本(例如第9C及9K圖所示經輕度熔接之熔接基材)之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
Figure 107140048-A0305-02-0065-6
第4.1表顯示以第9A圖所示之熔接製程與裝置製造第9L圖所示熔接基材(其與第9D圖所示熔接基材類似之處在於兩者皆為中度熔接)時所用之若干重要加工參數。第4.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。
值得注意為此熔接製程可經過設計，俾同時移動紗基材之多個紗頭，且幾乎所有重要製程參數(例如製程溶劑之流量、溫度、基材之進料速率、基材所受拉力...等)均可調整。尤其此熔接製程及其裝置或可為針對特定產品而設計之特定熔接基材實現「黏滯曳力」與「體積以受控方式壓實」之協同最佳化。
Figure 107140048-A0305-02-0065-7
Figure 107140048-A0305-02-0066-8
第4.2表顯示第9L圖中以第4.1表所示參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第4.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0066-9
第5.1表顯示以第9A圖所示之熔接製程與裝置製造第9M圖所示熔接基材(其與第9E圖所示熔接基材類似之處在於兩者皆為高度熔接)時所用之若干重要加工參數。第5.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。
值得注意為此熔接製程可經過設計，俾同時移動紗基材之多個紗頭，且幾乎所有重要製程參數(例如製程溶劑之流量、溫度、基材之進料速率、基材所受拉力...等)均可調整。尤其此熔接製程及其裝置或可為針對特定產品而設計之特定熔接基材實現「黏滯曳力」與「體積以受控方式壓實」之協同最佳化。
Figure 107140048-A0305-02-0067-10
第5.2表顯示第9M圖中以第5.1表所示參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第5.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0067-11
第9C-9E圖顯示一系列遞增之基材熔接度，其中所有熔接基材均可透過改變製程參數之方式，以第9A圖所示之製程與裝置製成。詳言之，圖中之SEM資料一方面顯示棉紗上之鬆脫纖維逐漸減少，一方面顯示第9C圖中之輕度熔接基材、第9D圖中之中度熔接基材以及第9E圖中之高度熔接基材其體積以受控方式壓實之不同程度。上述所有熔接基材均由包含未加工30/1棉紗之基材製成。「輕度」、「中度」與「高度」等詞不具有任何限 制性，僅為相對之定性描述，但若在本文或後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第9F圖顯示以輕度熔接基材(此熔接基材可與第9C或9K圖所示者類似)製成之一試驗織物。以熔接基材針織或編織而成之織物，其絕對屬性可能有所不同，且至少可透過製程參數及各織物所含熔接基材之熔接度而加以操控。第6.1表顯示以第9A圖所示之熔接製程與裝置製造第9F圖中織物所含熔接基材時所用之若干重要加工參數。第6.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0068-12
第6.2表顯示分別包含三種如第9C及9K圖所示(使用未加工30/1環錠式精紡紗基材)之不同輕度熔接基材樣本之織物之多種屬性，以及由未加工紗基材製成之對應織物之多種屬性。爆裂強度係依ASTM D3786判定。欄標題「爆裂強度」係指絕對爆裂強度，其單位為磅/平方吋，至於欄標題「爆裂強度改善率」則指包含熔接紗基材之織物相較於包含未加工紗基材之織物(亦即對照組)之改善百分比。
Figure 107140048-A0305-02-0069-13
除了爆裂強度較高外，如第9F圖所示之織物在馬丁代爾耐磨試驗(ASTM D4970)中之得分亦可能大幅提升。例如，一包含未加工紗基材之織物可能在此試驗中僅獲得1.5或2分，但若令該未加工紗基材接受熔接製程(甚至僅需使其中度熔接)，則試驗分數可提高至5分。
第9K-9M圖顯示另一系列遞增之基材熔接度，其中所有熔接基材均可透過改變製程參數之方式(可參見上列各熔接基材製程參數表之相關說明)，以第9A圖所示之製程與裝置製成。詳言之，圖中之SEM資料一方面顯示棉紗上之鬆脫纖維逐漸減少，一方面顯示第9K圖中之輕度熔接基材、第9L圖中之中度熔接基材以及第9M圖中之高度熔接基材其體積以受控方式壓實之不同程度。上述所有熔接基材均由包含未加工30/1棉紗之基材製成。第7.1表顯示第9K-9M圖及第9I與9J圖所示紗之部分力學性質，同時亦顯示未加工紗基材之相同力學性質以供比較。在第7.1表中，「韌度」係依重量而標準化之強度度量值，此為紗與纖維業界之一常用度量值。
Figure 107140048-A0305-02-0070-14
經本發明人觀察發現，熔接基材之強度大多高於其未加工基材對應物之強度。如前文所述，第9F圖所示織物之爆裂強度較以未加工紗基材針織而成之對照組類似織物高出約30%。本發明人亦觀察到其他改善項目，例如乾燥所需之時間較短(洗滌後)、耐磨性增加，以及染色效果更加艷麗，以上均係與未加工基材對應物相比較，下文將有進一步說明。本發明人可觀察到上述屬性之絕對程度至少可透過製程參數(例如熔接製程之程度與品質)加以控制。熔接製程之程度與品質或許至少為下列各項協同最佳化之函數：製程溶劑之施用、黏滯曳力，以及纖維體積在熔接製程不同步驟中以受控方式壓實之效果。
復請參閱第9G圖，該圖係比較未加工基材與熔接基材之伸長百分比(此百分比為線性拉力(以克計)之函數)，圖中可見熔接基材展現較佳力學性質。第9C圖所示之熔接基材或可視為「核心熔接」基材，其中「核心熔接」一詞係指製程溶劑之施用及熔接作用均以相對均勻之方式擴 及熔接基材的整個直徑。
第9I及9J圖所示之熔接基材或可視為「表層熔接」基材，其中「表層熔接」一詞係指熔接基材之外表面已優先完成熔接(亦即形成熔接表層)。本發明人可由第9J圖中央熔接基材之中心部分清楚看出，熔接表層不同於極低度熔接/未熔接之核心。
此表層熔接基材可利用第9A圖所示之熔接製程與裝置，以包含未加工30/1環錠式精紡棉紗之基材製成。第8.1表顯示以第9A圖所示之熔接製程與裝置製造第9I及9J圖所示表層熔接基材時所用之若干重要加工參數。第8.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。
請注意，此熔接製程可經過設計，俾同時移動紗基材之多個紗頭，且幾乎所有重要製程參數(例如製程溶劑之流量、溫度、基材之進料速率、基材所受拉力...等)均可調整。尤其是，此熔接製程及其裝置或可為針對特定產品而設計之特定熔接基材實現「黏滯曳力」與「體積以受控方式壓實」之協同最佳化。
Figure 107140048-A0305-02-0071-15
第8.2表顯示第9I及9J圖中以第8.1表所示參數製成之熔接基 材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第8.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0072-16
藉由將各種製程參數(例如製程溶劑對基材之比率、溫度、壓力...等，以及製程溶劑之效力)與黏滯曳力最佳化，本發明人便有可能控制基材在由外而內之維度中之熔接深度。換言之，熔接製程可經過設計，以便優先熔接基材之外側部分，使基材核心之熔接度與基材外側部分不同。如此一來即可在提高強度(與未加工基材相比)之同時，保留未加工基材之伸長特性，從而增加韌性(提高斷裂所需之能量)。值得注意為核心熔接基材與表層熔接基材均可展現優於其未加工基材對應物之屬性，例如乾燥速度較快、耐磨性較高、較不易起毬、顏色更艷麗...等。
第9H圖為一織物之照片，該織物係以約50%之未加工棉紗基材及50%之中度熔接紗基材製成；圖左側顯示未加工棉紗，圖右側則顯示熔接棉質基材。此分為兩區之織物經鍋染後，由熔接紗基材針織而成之織物區呈現較清楚、較深且較艷麗之濃郁色彩。熔接紗基材及其所製成之織物具有較少之鬆脫纖維，此現象至少可歸因於製程溶劑施用方法、黏滯曳力及溶劑效力之協同最佳化。此外，與熔接製程之熔接、復原及乾燥步驟相關之「體 積以受控方式縮小」現象或可用於減少熔接紗基材之表面積與內部空隙，從而減少可能導致光線散射之界面。上述效果之綜合功效為：本發明人可更清楚看見一或多種染劑在熔接基材內所呈現之顏色，亦即熔接基材之透明度高於未加工基材。
請注意，因纖維熔接基材較無鬆脫纖維且內部空隙較少，乾燥纖維熔接基材所需之時間亦大幅縮短，且縮短之幅度無法預期。此外，基材表面無鬆脫纖維以及熔接基材內部因體積以受控方式壓實而空隙較少之現象亦可用於限制整體水物與熔接基材結合之程度。此即熔接基材之乾燥速度通常為未加工基材兩倍以上(且所需能源僅為未加工基材一半)之原因。最後，根據本發明人之觀察，可協助降低未加工棉料保水性之塗料與表面改質化學若用於纖維熔接棉質基材則效果更佳。絲、麻及其他天然基材亦有類似之觀察結果。
另一種用以製造熔接基材之製程可設計為使用包含氫氧化鋰與尿素之製程溶劑，以便應用於包含未加工30/1環錠式精紡棉紗之基材。第10A圖係多種可用以執行此熔接製程之裝置之立體圖。第10A圖所示之熔接製程及裝置可根據前文搭配第1、2及6A-6E圖所說明有關黏滯曳力、製程溶劑之施用、與製程潤濕基材實體接觸...等之各種原理及概念而設計。在此設計中，基材(例如第10A圖所示特定設計中之紗)係以拉動之方式多次通過一具有凹槽之托盤(如第6B圖所示者)。基材每次通過該托盤，便有更多製程溶劑施用於基材上。基材之熔接路徑可全程維持在一溫度受控之環境中(在某一設計中，操作溫度係介於-17℃與-12℃之間)。一般而言，熔接紗基材有可能在低溫熔接14分鐘後達最佳強度。在上述熔接時間後，可將製 程潤濕基材移至復原區。為求簡潔，此熔接製程中與製程溶劑回收區4、溶劑收集區7、溶劑之循環使用8、混合氣體之收集9及混合氣體循環使用區10相關之各方面不再贅述。
第10B圖係可用於第10A圖所示熔接製程與裝置之基材之掃描式電子顯微鏡(SEM)影像，第10E圖則為由該基材加工而成之熔接基材之SEM影像。第9.1表顯示以第10A圖所示之熔接製程與裝置製造第10E圖所示熔接基材時所用之若干重要加工參數。第9.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。此熔接製程可經過設計，俾同時移動紗基材之多個紗頭，且幾乎所有重要製程參數(例如製程溶劑之流量、溫度、基材之進料速率、基材所受拉力...等)均可調整。尤其此熔接製程及其裝置或可為針對特定產品而設計之特定熔接基材實現「黏滯曳力」與「體積以受控方式壓實」之協同最佳化。第10B-10F圖顯示一選定數量之熔接紗基材。
在其他可使用包含LiOH與尿素之製程溶劑的熔接製程中，製程溶劑對基材之質量比可低於第9.1表所示者。例如，在一熔接製程中，該比率可為0.5：1；在另一熔接製程中，該比率可為1：1；在另一熔接製程中，該比率可為2：1；在又一熔接製程中，該比率可為3：1(此熔接製程及其所製成之熔接基材將在下文中至少搭配第10.1表詳加說明)；在另一熔接製程中，該比率可為4：1；在又一熔接製程中，該比率可為5：1。此外，該比率可為非整數，例如4.5：1。因此，本揭露內容之範圍並不受限於該比率之特定數值，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
Figure 107140048-A0305-02-0075-17
第9.2表顯示以第10A圖所示之熔接製程與裝置、第10B圖所示之未加工基材及第9.1表所示之參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第9.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。第10G圖為一代表性未加工紗基材樣本與一代表性熔接紗基材之應力(以克為單位)與伸長百分比之關係圖，圖中上方曲線為熔接紗基材，下方跡線為未加工紗基材。
Figure 107140048-A0305-02-0075-18
第10C-10E圖顯示一系列遞增之基材熔接度，其中所有熔接基材均可透過改變製程參數之方式，以第10A圖所示之製程與裝置製成。第10A圖所示製程與裝置所使用之製程溶劑可在化學上實質不同於第9A圖所 示製程與裝置所使用之製程溶劑，且前者之化學可能涉及多種工程考量因素。儘管如此，該熔接製程之整體操作原理及設計概念仍與第7A、8A及9A圖所示之熔接製程及相關裝置類似。
前文搭配第1及2圖所說明之原理及概念當可協助讀者瞭解整個製程設計。第10A圖所示之熔接製程及相關裝置可經過設計，使熔接度可以類似前文搭配第9C-9E圖所說明之方式接受本發明人控制。第10C-10E圖顯示使用不同熔接參數之棉紗基材，該等基材之鬆脫纖維逐漸減少，體積亦在本發明人之控制下逐漸壓實。上述所有熔接基材均由包含未加工30/1棉紗之基材製成。圖中之SEM資料一方面顯示棉紗上之鬆脫纖維逐漸減少，一方面顯示第10C圖中之輕度熔接基材、第10D圖中之中度熔接基材以及第10E圖中之高度熔接基材其體積以受控方式壓實之不同程度。此外，以熔接基材針織或編織而成之織物，其絕對屬性可能有所不同，且至少可透過製程參數而加以操控。
顯然，若能以適當方式實現多種製程參數之協同最佳化(例如，調整製程溶劑之組成以產生所需之效力與黏性，設計適當之黏滯曳力、溫度、通過熔接製程區之時間、通過乾燥區之速率...等)，即可使熔接製程產生類似第9C-9E圖所示之效果。以上數據顯示基於「黏滯曳力」與「體積以受控方式壓實」之概念進行製程之協同最佳化所可能產生之若干無法預期之效果。換言之，該等數據顯示經協同最佳化之硬體、軟體與化學可產生本發明人所需之結果，此為本發明之重大、新穎教示。
第12E圖顯示一包含平針織棉之未加工2D基材之SEM影像，第12G圖則為第12E圖之一放大影像。第12F圖顯示該織物經輕度熔接後之 SEM影像，第12H圖則為第12F圖之一放大影像。第10.1表顯示製造第12F及12H圖所示熔接2D基材時所用之若干重要加工參數。此熔接製程可經過設計，使幾乎所有重要製程參數(例如製程溶劑之流量、溫度、基材之進料速率、基材所受拉力...等)均可調整。在一特定範例中，該熔接製程係一分批操作之製程，其中製程溶劑係均勻施用於未加工基材，且製程溶劑作用於基材之時間為7分鐘。將熔接區時間延長或縮短之特定範例具有類似結果，其中較長之熔接區時間大致對應於較高熔接度，較短之熔接區時間大致對應於較低熔接度。所用之復原溶劑為水。基材通過製程溶劑施用區2、製程壓力/溫度區3、製程溶劑回收區4及乾燥區5時均受到約束，俾將基材體積以受控方式壓實，同時避免個別紗線彼此嚴重黏著。因此，相較於未加工基材，熔接2D基材一方面保有相對柔軟之手感及未加工基材之可撓性，一方面則具有較高之爆裂強度(高出約20%)，其馬丁代爾耐磨試驗之得分亦較高(從1.5或2分提高為至少4分)。
Figure 107140048-A0305-02-0077-19
請特別注意，若能掌握多種製程溶劑之化學，即可以較靈活之方式在熔接基材中添加機能材料與添加物，並以較靈活之方式設計特定 熔接製程以製造出具有所需屬性之熔接基材。舉例而言，以離子液體為基底之溶劑(如第9A圖所示熔接製程與裝置所使用者)往往呈弱酸性，當所用之陽離子為咪唑離子時更是如此。至於鹼金屬尿素型製程溶劑(如第10A圖所示熔接製程與裝置所使用者)則呈鹼性。製程溶劑之選擇通常取決於具有特定添加物之製程溶劑是否適用，且為本發明中與纖維熔接製程如何包埋機能材料有關之重要、新穎教示，詳見下文之說明。
7.機能材料
如前文所述，就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，基材可曝露在製程溶劑中以利本發明人於後續製程中以物理或化學方式操控基材及/或其性質。製程溶劑可至少局部打斷基材分子間之連結，藉以將基材打開，使其具有可移動性(亦即將其溶解)，以便加以修飾。雖然以上圖式及文字說明係關於透過熔接製程結合機能材料，且熔接製程中使用包含天然纖維之基材，但本揭露內容之範圍並不受此限制，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
如前文所述，無論是1D、2D、3D基材及/或熔接基材，本發明人均可令一或多種機能材料、化學品及/或成分與之結合。本發明人可以得知，與機能材料結合，往往能在不使生物聚合物完全變性之情況下產生新功能(例如磁性、傳導性)；倘若完全變性則將不利於基材之效能特徵(物理及化學性質)。
本發明人可以得知，若欲使一或多種機能材料以最佳方式與熔接基材結合，大多需將黏滯曳力最佳化(其可能主要與製程溶劑施用區2及/或製程溫度/壓力區3有關)及/或調整體積以受控方式壓實之程度， 以上兩概念已在前文中詳述。例如，若欲使機能材料在熔接基材之一表面區域內完整均勻分布，可將黏滯曳力加以設計，使包含機能材料之製程溶劑得以在基材上均勻分布。若欲使機能材料集中在熔接基材上之特定部位，亦可將黏滯曳力加以設計，使包含機能材料之製程溶劑以不均勻之方式分布。因此，一可使機能材料與熔接基材結合之熔接製程可根據前述及/或後述之概念、範例、方法及/或裝置而最佳化。
就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，基材(其可包含但不限於纖維素、幾丁質、聚葡萄胺糖、膠蛋白、半纖維素、木質素、絲、其他以氫鍵聚合之生物聚合物成分及/或上列各項之組合)有可能在可破壞基材分子間作用力之適當製程溶劑之作用下膨脹，而機能材料(其可包含但不限於碳粉、磁性微粒及包括染料在內之化學品，或上列各項之組合)則可在一或多種製程溶劑之施用作業前導入，或隨製程溶劑一同導入，或於製程溶劑之施用作業後導入。就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，或可令纖維性生物聚合物基材、機能材料與製程溶劑(其可為以離子為基底之液體或「有機電解質」，且不限於此，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)在受控之溫度下(其可包括以雷射或其他定向能量加熱)及特定之大氣及壓力條件下產生交互作用。可在預定時間後去除製程溶劑。機能材料有可能在乾燥過程中與基材結合，從而為熔接基材提供原始基材材料所無之功能性質。
一符合本揭露內容之熔接製程有可能促成機能材料與纖維材料之永久結合。機能材料可與製程溶劑一同導入及/或在熔接前才與基材結合。
就一熔接製程之某方面而言，通常可將天然纖維視為包裹層，而機能材料則位於此包裹層中；一旦天然纖維之空隙在熔接製程中被全部或部分去除，機能材料便可能無法脫離。例如，就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾將諸如RFID微晶片之裝置嵌入紗中。在另一製程中，機能材料則位於一作為基材黏合劑使用之材料中。例如，一熔接製程可經過設計，俾於該熔接製程中將溶化之基材黏合劑塗布在基材纖維上。
就一熔接製程之某方面而言，製程溶劑或許一方面可對天然基材中之生物聚合物產生作用，一方面則與機能材料相容。就某方面而言，機能材料或可包括另一種可與基材材料結合之生物材料，例如以溶化之幾丁質作為纖維素中之抗菌材料，或作為創傷敷料中之血液凝結劑。由此可知，本揭露內容之範圍顯然不受限於特定基材、製程溶劑、機能材料在熔接製程中之導入時機、用以導入機能材料之方法及/或載體、熔接基材保有機能材料之方式，及/或機能材料之種類，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
溶劑及/或機能材料深入基材之深度以及基材纖維相互熔接之程度至少可透過下列項目加以控制：溶劑用量、溫度、壓力、纖維間距、機能材料之形式及/或粒子大小(例如分子、聚合物、RFID晶片...等)、停留時間、熔接製程之其他步驟、基材性質(例如含水量及/或水分梯度)、復原方法及/或上列各項之組合。如前文所述，可在一段時間後去除製程溶劑(例如以水、復原溶劑...等加以去除)，從而製造出結合有(包埋有)機能材料之熔接基材，其中熔接基材或可透過共價鍵保留機能材料。在此過程 中，除了使聚合物產生移動，亦可採用化學衍生法。
就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，該熔接製程可經過設計，期能提高材料密度(例如可去除纖維間之所有或部分空隙，使材料密度高於基材之材料密度)，並縮小包含纖維束之熔接基材成品之表面積(使其小於基材之表面積)，同時將機能材料包埋在熔接基材內。一般而言，熔接製程對特定基材內空隙量之影響程度至少可透過上述與溶劑及/或機能材料深入基材之深度有關之相同變數加以操控，該等變數包括但不限於溶劑用量、溫度、壓力、纖維間距、機能材料之形式及/或粒子大小(例如分子、聚合物、RFID晶片...等)、停留時間、熔接製程之其他步驟、基材性質(例如含水量及/或水分梯度)、復原方法及/或上列各項之組合。就另一方面而言，一熔接製程可經過設計，以便控制特定基材上待去除空隙之特定區域，下文將有進一步說明。此外，機能材料可(於熔接前)直接加入基材中、與製程溶劑一同加入基材中，及/或在製程溶劑被去除前之任一時間點加入基材中。
就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，該熔接製程可經過設計，以便利用類似多維印刷之概念，控制基材上物理與化學性質被改變之位置。例如，可利用類似噴墨印表機之裝置，將製程溶液加入基材中，或以定向能源束(例如來自紅外線雷射之定向能源束或透過本項技藝中任何其他已知手段所產生者)加熱基材之選定部位，從而啟動該選定部位之熔接作業。此種熔接製程將在下文中搭配第11A-11E圖(關於調制後之熔接製程)詳加說明。
就一熔接製程之某方面而言，製程溶劑相對於基材之用量可 保持在一相對偏低之比率，藉以限制基材在該熔接製程中被修飾之程度。如前文所述，製程溶劑之去除可透過一第二溶劑系統(例如復原溶劑)、蒸發(若製程溶劑之揮發性夠高的話)或任何其他適當之方法及/或裝置實現，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。一熔接製程可經過設計，以便將製程潤濕基材置於真空中及/或對製程潤濕基材加熱，從而提高製程溶劑之蒸發速率。
一熔接製程可經過設計，俾製造出可構成「天然纖維機能複合材料」或「纖維基質複合材料」之熔接基材，其中該複合材料具有個別基材(及/或熔接基材之成分)在接受熔接製程前單獨觀察時所無之功能性(例如物理及/或化學特性)。
一熔接製程所使用之製程溶劑可含有以離子液體為基底之溶劑(「離子液體溶劑」)，俾製造出包含纖維基質複合材料之熔接基材，並使該纖維基質複合材料含有機能材料，詳見下文之進一步說明。製程溶劑中之一或多種分子添加物有可能提高製程溶劑之膨脹與可移動化效力，及/或增進製程溶劑與一或多種機能材料之交互作用，及/或提高天然纖維基材對製程溶劑及/或機能材料之吸收力。熔接基材(其有可能構成纖維基質複合材料)中以離子液體為基底之製程溶劑大多以復原溶劑去除，此去除作業通常涉及以復原溶劑淋洗/清洗製程潤濕基材，其中該復原溶劑可包含一或多種過量之分子溶劑。而在乾燥過程中(此過程可透過昇華、蒸發、煮沸、其他可去除復原溶劑之方式，或任何其他適當之方法及/或裝置進行，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)，熔接基材有可能構成纖維基質複合材料之成品，其中該纖維基質複合材料包括 具有相關新穎物理及化學特性之機能材料。
基材可包含天然纖維，而天然纖維則可包含纖維素、木質纖維素、蛋白及/或上列各項之組合。纖維素可包含棉、精製纖維素(例如牛皮紙漿)、微晶型纖維素及其類似物。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程及其相關裝置可經過設計，以便與包含纖維素(可為棉或上列各項之組合)之基材搭配使用。包含木質纖維素之基材可包括亞麻之韌皮纖維、工業用大麻之韌皮纖維及上列各項之組合。包含蛋白質之基材可包括絲、角蛋白及其類似物。一般而言，「天然纖維」一詞若與本文中之基材相關時係包括由活機體及/或酵素所生成之任何含有纖維且具有高縱橫比之天然材料。一般而言，使用「纖維」一詞即代表所述材料係從巨觀(大尺度)之觀點加以描述。天然纖維之其他範例包括但不限於亞麻、絲、羊毛及其類似物。就一可根據本揭露內容而製造之熔接基材的某方面而言，天然纖維通常係纖維基質複合材料中具有強化功能之纖維成分。此外，天然纖維亦可用於非織物墊、紗及/或紡織品等形式之基材。
雖然天然纖維大多以生物聚合物為其主要成分，但某些含有生物聚合物之材料通常不被視為天然纖維。例如，雖然蟹殼之主要成分為幾丁質，而幾丁質係以N-乙醯葡萄胺糖單體(其為葡萄糖衍生物)構成之生物聚合物，但本發明人鮮少將蟹殼視為纖維。同樣，膠蛋白與彈性蛋白同為蛋白生物聚合物之範例，並為許多組織提供結構支撐，但本發明人鮮少將該等組織視為纖維。
植物所生成之天然纖維大多為不同生物聚合物(例如纖維素、半纖維素及/或木質素)之混合物。纖維素與半纖維素具有由糖構成之 單體單元。木質素具有以酚為基底且相互交聯之單體。此交聯現象導致木質素大多無法以離子液體溶劑溶解化(例如無法使其膨脹或具有可移動性)。然而，含有大量木質素之天然纖維可作為複合材料中之結構支撐纖維。此外，若欲使含有大量木質素之天然纖維基材膨脹或具有可移動性，或可借助非以離子液體為基底之製程溶劑。
動物所生成之天然纖維通常係由蛋白質生物聚合物構成。蛋白質中之單體單元為胺基酸。例如，絲係由許多獨特之絲蛋白組成。羊毛、角及羽毛主要係由角蛋白(其為結構蛋白質之一種)構成。天然纖維可包括纖維素、木質纖維素、蛋白及/或上列各項之組合。一般而言，「天然纖維」可包括但不限於纖維素、幾丁質、聚葡萄胺糖、膠蛋白、半纖維素、木質素、絲及/或上列各項之組合，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就一符合本揭露內容之熔接製程的某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾將一包含天然纖維與機能材料之基材轉化為熔接基材，其中該熔接基材為相連之纖維基質複合材料。此熔接製程之一可能目的係將包含天然纖維與機能材料之基材結合於並轉化為一可構成天然纖維機能複合材料之熔接基材，其中該複合材料在本文中又稱為「相連之纖維基質複合材料」或簡稱「纖維基質複合材料」。機能材料大多包埋在纖維基質複合材料之基質蛋白質中。一熔接製程可經過設計，使天然纖維構成熔接基材纖維基質複合材料中纖維部分之主體，並作為主要之強化介質。
A.使用以離子液體為基底之製程溶劑的熔接製程
如前文所述，一熔接製程可設計為使用包含離子液體之製程 溶劑。在本文中，「離子液體」一詞可指相對純粹之離子液體(如前文所定義之「純製程溶劑」)，而「以離子液體為基底之溶劑」(「離子液體溶劑」)一般可指兼含陽離子與陰離子之液體，該液體可能包括分子物種(例如水、醇類、乙腈...等)，且(該溶劑混合物)或許能將聚合物基材溶解化、使該基材具有可移動性、使該基材膨脹及/或使該基材進入安定狀態。離子液體無揮發性，不可燃，具有高度之熱安定性，製造成本相對偏低，對環境無害，可提高整個加工方法之受控程度與靈活度，實為極具吸引力之溶劑。
7,671,178號美國專利包含多種適用於符合本揭露內容之熔接製程的離子液體溶劑範例。一熔接製程或可使用熔點低於約200℃、150℃或100℃之離子液體溶劑。一熔接製程所使用之離子液體溶劑或可包含以咪唑離子為基底之陽離子，以及來自醋酸鹽及/或氯化物之陰離子。就一熔接製程之某方面而言，陰離子可包括離散型(chaotropic)陰離子，其包括單獨存在之醋酸鹽、甲酸鹽、氯化物、溴化物及其類似物，或上列各項之組合。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程所使用之離子液體溶劑可包括作為分子添加物之極性非質子性溶劑，例如乙腈、四氫呋喃(THF)、乙酸乙酯(EtOAc)、丙酮、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲亞碸(DMSO)及其類似物。更廣泛言之，以離子液體為基底之製程溶劑系統可使用沸點相對偏低(例如在大氣壓力下低於80℃)且蒸氣壓相對偏高之極性非質子性溶劑作為分子添加物。就某方面而言，每1莫耳離子液體溶劑可添加約0.25莫耳至約4莫耳之極性非質子性溶劑。就另一方面而言，極性非質子性溶劑可以每1莫耳離子液體添加約0.25莫耳至約2莫耳極性非質子性溶劑之比率添加至離子液體溶劑中。極性質子性溶劑(例如水、甲醇、乙醇、異丙醇)大 多以每1莫耳離子液體溶劑搭配少於1莫耳總極性質子性溶劑之比率存在。就另一方面而言，每1莫耳離子液體溶劑可添加約0.25至約2莫耳之極性非質子性溶劑。
就一使用離子液體溶劑作為製程溶劑之熔接製程的某方面而言，以離子液體為基底之製程溶劑之添加比率可為1份基材(以質量計)添加約0.25份至約4份之製程溶劑(以質量計)。
就某方面而言，一熔接製程可設計為使用包含一或多種極性質子性溶劑之離子液體溶劑，其中該極性質子性溶劑包括但不限於水、甲醇、乙醇、異丙醇及/或上列各項之組合。就某方面而言，少於約1莫耳之極性質子性溶劑最多可與約1莫耳之離子液體混合。一熔接製程可設計為使用包含一或多種極性非質子性溶劑(其可構成該製程溶劑系統之分子添加物)之離子液體溶劑，其中該極性非質子性溶劑包括但不限於乙腈、丙酮及乙酸乙酯。在以離子液體為基底之製程溶劑中加入分子添加物之原因包括：調整製程溶劑之膨脹與可移動化效力，及/或增進製程溶劑與一或多種機能材料之交互作用，及/或促使製程溶劑與機能材料進入基材中。此種分子添加物可包括但不限於兼可調整離子液體溶劑之效力與流變特性之低沸點溶劑。換言之，分子添加物及其相對用量可經適當選擇，以便至少能產生所需之黏滯曳力並將基材體積以受控方式壓實至所需程度。
就本發明人所關注之大部分生物聚合物材料而言，分子成分本身為非溶劑。就一熔接製程之某方面而言，生物聚合物或合成聚合物材料出現部分溶解之現象可能僅限離子液體具有適當分子成分濃度(約1莫耳離子液體(離子)中含有最多約4莫耳分子成分)之情形。分子成分有可能削 弱離子液體中之離子將基材中之聚合物溶解化、使該聚合物具有可移動性及/或使該聚合物膨脹之綜合能力，或者有可能提高以離子液體為基底之製程溶劑之整體效力，其取決因素至少包括分子成分給予及接受氫鍵之能力。
就分子層面而言，生物聚合物基材中之聚合物及許多合成聚合物基材中之聚合物大多由分子間及分子內之氫鍵加以聚合及組織。若某分子成分可削弱以離子液體為基底之製程溶劑之效力，則該分子成分可用於降低熔接製程之速率及/或使本發明人得以在空間及時間上以使用純離子液體時所無法實現之特殊方式進行控制。就一熔接製程之某方面而言，若某分子成分可提升以離子液體為基底之製程溶劑之效力，則該分子成分可用於提高熔接製程之速率及/或使本發明人得以在空間及時間上以使用純離子液體時所無法實現之特殊方式進行控制。此外，就另一方面而言，分子成分可大幅降低熔接製程之總成本，尤其是製程溶劑之相關成本。例如，乙腈之成本低於3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽。因此，乙腈除了使本發明人得以操控特定基材之熔接製程外，亦有可能降低所用製程溶劑單位體積(或單位質量)之成本。
若將相對大量且以離子液體為基底之製程溶劑導入以天然纖維為主要成分之基材中(「大」字在此係指每1份基材(以質量計)使用約大於10份之製程溶劑(以質量計))並提供充足之時間與適當溫度，則基材內之生物聚合物將可完全溶解。在本文中，完全溶解係指將保存基材天然結構、特性及/或特徵所需之分子間作用力(例如氫鍵)及/或分子內作用力加以破壞(例如以溶劑破壞氫鍵)。本發明人可以得知，就許多符合本揭露 內容之熔接製程而言，一普遍有利之做法係將熔接製程設計為無需完全溶解大部分之生物聚合物。詳言之，完全溶解往往導致天然生物聚合物結構以不可逆之方式變性，因而減弱天然之纖維加固效果。然而，就一熔接製程之某些方面而言(例如以生物聚合物作為機能材料時)，一可能之有利做法係將生物聚合物材料完全溶解。在一採用此設計之熔接製程中，所用聚合物(機能材料)之完全溶解量往往少於所用以離子液體為基底之製程溶劑的1%(以質量計)。因天然纖維中僅添加相對少量以離子液體為基底之製程溶劑，任何完全溶解之生物聚合物材料可能僅佔後續製成之熔接基材的一小部分。
天然材料一旦失去其原本結構，其原本之物理與化學性質便可能不復存在。因此，可在一熔接製程中限制以離子液體為基底之製程溶劑相對於包含天然纖維之基材的添加量。限制製程溶劑導入基材中之量，便有可能限制生物聚合物相對於其天然結構之變性程度，從而保留基材之天然功能及/或特性(例如強度)。
令人意外的是，符合本揭露內容之熔接製程可能有助於製造出包含功能結構之熔接基材，例如可透過添加機能材料之方式控制纖維線材、織物材料、纖維墊及/或上列各項之組合的融合/熔接效果，藉以製造出上述熔接基材。熔接基材之物理與化學性質或許能以可再現之方式操控，其做法係嚴格控制至少下列項目：以離子液體為基底之製程溶劑之施用量、曝露於以離子液體為基底之製程溶劑之時間、溫度、處理過程中所施加之溫度與壓力，及/或上列各項之組合。可將一或多種基材及/或機能材料加以熔接，並透過妥善控制製程變數之方式製造出積層結構。可優先修飾此等基 材及/或機能材料之表面，並將該等基材及/或機能材料之一部分保持在原本狀態。表面修飾可包括但不限於直接操控材料表面之化學，或以添加機能材料之方式賦予所需之物理或化學性質，因而間接操控材料表面之化學。所述機能材料可包括但不限於藥物及染料分子、奈米材料、磁性微粒，以及可與一或多種基材相容之類似物。
機能材料可懸浮及/或溶解在離子液體溶劑中。機能材料可包括但不限於導電碳、活性碳及其類似物，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。活性碳可包括但不限於木炭、石墨烯、奈米管及其類似物，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。就某方面而言，熔接製程所使用之機能材料可包括磁性材料，例如釹鐵硼(NdFeB)、釤鈷(SmCo)、氧化鐵及其類似物，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就本文所揭露之一熔接製程的某方面而言，該熔接製程所使用之機能材料可包含量子點及/或其他奈米材料。在該熔接製程之另一設計中，機能材料可包含礦物沉澱物，例如但不限於黏土。在該熔接製程之又一設計中，機能材料可包括染料，所述染料包括但不限於可吸收紫外線-可見光之染料、螢光染料、磷光染料及其類似物，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。在一符合本揭露內容之熔接製程的另一設計中，該熔接製程所使用之機能材料包含藥品、選定之合成聚合物(例如間位聚芳醯胺，又稱為Nomex®)、量子點、碳的多種同素異性體(例如奈米管、活性碳、石墨烯及類似石墨烯之材料)，且尚可包括天然材料(例如蟹殼、角...等)與天然材料之衍生物(例如聚葡萄胺糖、微晶型纖維素、 橡膠)及/或上列各項之組合，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就某方面而言，一熔接製程所使用之機能材料可包含聚合物。在此種設計中，本發明人可以得知一可能有利之做法係選用非交聯聚合物以產生所需之功能特性。然而，本揭露內容之範圍並不受此限制，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。在熔接製程之此種設計中，聚合物可包含天然聚合物或蛋白，例如纖維素、澱粉、絲、角蛋白及其類似物。就一熔接製程之某方面而言，構成機能材料之一或多種聚合物可少於以離子液體為基底之製程溶劑的約1%(以質量計)。此外，許多天然材料均可作為機能材料使用。
如前文所述，一熔接製程可經過設計，使一或多種機能材料預先分散在基材之天然纖維中，其中該基材之形式可為非織物墊與紙、紗、紡織品...等，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。或者，機能材料可先溶解及/或懸浮在以離子液體為基底之製程溶劑中，然後才將該以離子液體為基底之製程溶劑施用於天然纖維基材。在使天然纖維基材中之生物聚合物膨脹及具有可移動性之過程中，機能材料有可能被包埋在後續製成之熔接基材的基質內，而該熔接基材則可用於構成纖維基質複合材料。
各製程參數之最佳數值將隨熔接製程而變化，且至少取決於熔接基材之所需特徵、所選用之基材、製程溶劑、機能材料、基材在製程溶劑施用區2及/或製程溫度/壓力區3內之時間，及/或上列各項之組合。本發明人可以得知，熔接製程中製程溶劑之最佳溫度(連同製程溫度/壓力區 3之溫度)可為約0℃至約100℃。
一熔接製程可設計為包含下列步驟：將以離子液體為基底之製程溶劑與基材混合約1秒至約1小時，或直到以離子液體為基底之製程溶劑使基材達到至少1.5%飽和、2%至5%飽和或至少10%飽和為止。此種熔接製程可經過設計，使機能材料在以離子液體為基底之製程溶劑與基材混合之同時與基材混合，或在以離子液體為基底之製程溶劑與基材混合後才與基材混合。
在基材充分曝露於以離子液體為基底之製程溶劑及機能材料後，便可去除製程潤濕基材中以離子液體為基底之製程溶劑的一部分。就某方面而言，一熔接製程可經過設計，俾便以水、甲醇、乙醇、異丙醇、乙腈、四氫呋喃(THF)、乙酸乙酯(EtOAc)、丙酮或二甲基甲醯胺(DMF)進行淋洗或以任何其他適用於該熔接製程之方法及/或裝置去除以離子液體為基底之製程溶劑的一部分，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就某方面而言，一熔接製程可經過設計，俾使生物聚合物或合成聚合物在以離子液體為基底之製程溶劑之作用下部分溶解，從而將機能材料包埋在天然纖維基材中。在一熔接製程之某種設計中，該熔接製程可使用以離子液體為基底、含有陽離子與陰離子且熔點低於150℃之製程溶劑，且如前文所述，該以離子液體為基底之製程溶劑可包括分子成分。然而，本揭露內容之範圍並不受限於此，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。該熔接製程可經過設計，期能在基材之天然纖維與機能材料之間形成離子鍵。
就一根據本揭露內容而設計之熔接製程的某方面而言，可先令一或多種機能材料與纖維基材結合，再導入以離子液體為基底之製程溶劑以將該纖維基材部分溶解。就另一方面而言，可將機能材料分散在離子液體溶劑中，藉以將基材部分溶解。就另一方面而言，可將一或多種機能材料分散在離子液體溶劑中。就一熔接製程之另一方面而言，該熔接製程或可利用熱能啟動天然纖維基材及/或機能材料之部分溶解作業。就一熔接製程之某方面而言，部分溶解之機能材料可為生物聚合物及/或合成聚合物。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾便以天然纖維基材、離子液體溶劑及機能材料製造出天然纖維機能複合材料。首先，可將以離子液體為基底之製程溶劑與天然纖維基材混合，此混合作業可持續進行至天然纖維適當膨脹為止。其次，可將機能材料加入膨脹之天然纖維基材與以離子液體為基底之製程溶劑的混合物中。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可設計為在一段時間內持續對該混合物施加壓力與溫度。之後，至少透過該壓力並藉由去除該以離子液體為基底之製程溶劑的至少一部分，便有可能製造出熔接基材之成品，其中該成品可為一維、二維或三維天然纖維機能複合材料。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，使每1份基材(以質量計)僅需搭配使用少於4份之製程溶劑(以質量計)，但此質量比可能僅足以破壞基材天然纖維外鞘中之氫鍵。氫鍵之破壞程度以及天然結構之變性程度可能至少取決於製程溶劑之組成，以及天然纖維基材曝露在以離子液體為基底之製程溶劑中之時間及其間之溫度與壓力條件。
生物聚合物膨脹與可移動化之程度至少可透過X光繞射法、 紅外線光譜法、共焦螢光顯微鏡檢查術、掃描電子顯微術及其他解析法進行定性分析，在某些情況下則可進行定量分析。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程或可控制特定變數以限制纖維素I轉化為纖維素II之量，所述轉化將在下文中至少搭配第15A與15B圖詳加說明。所述轉化之重要性可能在於其可證明熔接基材已形成纖維基質複合材料，其中天然纖維或可保有其原本結構之一部分，因而保有其原本化學與物理性質之對應部分。據觀察，基材纖維大多沿寬度方向膨脹而非沿長度方向膨脹，而就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程或可加大天然纖維之直徑，且加大之幅度大於約5%、10%或甚至25%。
將包含天然纖維之基材之最外層生物聚合物可移動化(亦即使該生物聚合物具有可移動性)可大致視為符合本揭露內容之熔接製程之一特徵。被賦予可移動性之聚合物有可能膨脹，因而將機能材料嵌入並包埋在熔接基材所形成之纖維基質複合材料基質內。因以離子液體為基底之製程溶劑之主要作用方式可能係破壞生物聚合物之氫鍵，從而使生物聚合物膨脹及具有可移動性，含有相對大量木質素之天然纖維基材(木質素含量約略大於10%者)往往不適合透過以離子液體為基底之製程溶劑使其膨脹或具有可移動性。此種木質纖維素天然纖維(例如木纖維)經加入後可作為相對不活潑之纖維加強材，但木質素含量約略大於10%之木質纖維素纖維之作用方式與纖維素或半纖維素基質不盡相同。其部分原因在於，可在以離子液體為基底之製程溶劑的作用下膨脹及具有可移動性之纖維素或半纖維素生物聚合物實質上係鎖固在交聯之木質素生物聚合物中。在本文中，「可移動化」(或「使具有可移動性」)一詞包括使機能材料從基材纖維之外表面移至相 鄰之基材纖維並與之融合，而在此同時，基材纖維核心內之材料則維持原本狀態。在使生物聚合物膨脹、具有可移動性及包埋機能材料之過程中，通常會將以離子液體為基底之製程溶劑從即將形成纖維基質複合材料之熔接基材中去除，以便循環使用。
在本文中，「復原」一詞係指將一或多種製程溶劑從製程潤濕基材中淋洗/清洗而出之過程，其實施方式大多係令超量之分子溶劑(例如水、乙腈、甲醇)流經製程潤濕基材之周圍及內部，或將製程潤濕基材浸泡在一或多個分子溶劑浴槽中。復原溶劑之選擇取決於基材所含生物聚合物之種類、製程溶劑之組成、為重複使用製程溶劑而將其回收與純化之難易度等因素。
復原溶劑通常在製程溶劑去除後才加以去除，而去除復原溶劑之方式大多係藉由昇華、蒸發及煮沸之任一組合。基材之尺寸可能產生明顯變化，端視天然纖維基材、所選用之機能材料，以及該基材在熔接製程中係全程或僅於某階段受到實體拘束而定。例如，紗直徑可能最多縮小一半，而縮小之原因在於個別天然纖維間之空隙在熔接基材形成連續纖維基質複合材料之過程中被壓實。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾使包含天然纖維之基材中的部分天然纖維膨脹約2%至約6%。詳言之，就一熔接製程之某方面而言，該等天然纖維中某部分之膨脹幅度可能超過直徑之約3%。
就一熔接製程之某方面而言，上述混合物可能包含約90%之天然纖維基材與機能材料(以質量計)，至於以離子液體為基底之製程溶劑 則佔約10%(以質量計)。或者，以離子液體為基底之製程溶劑添加至基材及/或基材與機能材料混合物之比率可為每1份天然纖維(以質量計)添加約0.25份至約4份製程溶劑(以質量計)。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，以使製程溫度/壓力區3內之壓力約為真空。或者，該熔接製程可經過設計，以使製程溫度/壓力區3內之壓力為約1個大氣壓。在另一設計中，製程溫度/壓力區3內之壓力可介於約1個大氣壓與約10個大氣壓之間。如前文所述，亦可控制基材曝露於製程溶劑時之溫度及/或曝露時間。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可包括下列步驟：提供一包含複數條天然纖維之基材、提供一以離子液體為基底之製程溶劑，以及提供至少一種機能材料。採用此設計之熔接製程尚可包括下列步驟：依照一預定順序混合該基材、該以離子液體為基底之製程溶劑及該機能材料；以及促成一化學反應以製造出一可構成天然纖維機能複合材料之熔接基材，其中該機能材料將穿透該天然纖維，且複數條所述天然纖維與該機能材料有可能共價結合。就一熔接製程之某方面而言，或許至少該化學反應之溫度、壓力與時間可由本發明人控制。一熔接製程可設計為可去除該製程溶劑之一部分；在某些應用中，本發明人可以得知一可能之有利做法係去除該製程溶劑之一大部分或絕大部分。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程之預定製程順序可設計如下：先將該天然纖維基材與該製程溶劑混合並使該天然纖維基材進入膨脹狀態，然後才導入該機能材料。就此種熔接製程之某方面而言，該以離子液體為基底之製程溶劑可以一分子溶劑成分加以稀釋，且其中生物聚 合物或合成聚合物材料之部分溶解係發生於該分子溶劑成分被去除後(此去除作業可透過任一適當之方法及/或裝置實施，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明，包括但不限於蒸發或蒸餾)。
在一熔接製程中，可利用一碳-棉-製程溶劑混合物製造一具有碳-棉薄結合層之熔接基材，該結合層一旦接觸溶解於該製程溶劑之棉織物，即可將碳結合於該棉織物。
就一熔接製程之某方面而言，製程溶劑與天然纖維基材混合後有可能產生某種表面張力特徵，使機能材料(例如導電碳)得以移至天然纖維基材內及/或在天然纖維基材(例如棉)上形成一碳機能材料薄層。下述範例說明已被賦予功能之熔接基材及/或可用以賦予功能之熔接製程。不應將下述範例視為具有限制性，該等範例係用於說明本文所揭露之熔接製程及更廣泛之概念。
B.機能材料之包埋
下述範例將詳細說明一種可將一或多種機能材料包埋在包含天然纖維材料之基材中並於該(等)機能材料與該基材結合後導入以離子液體為基底之製程溶劑的熔接製程。下述範例對本揭露內容之範圍絕無限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。在本發明之一實施例中，包埋作業包括在導入以離子液體為基底之溶劑前先行將機能材料混入纖維基材中。
第3圖繪示一添加流程及固體材料被實體包埋在纖維基質複合材料中之情形，第3圖中之步驟或小圖分別標示為第3A-3E圖。如第3A圖所示，天然纖維基材10可能包括若干空隙。如第3B圖所示，本發明人可將 分散之機能材料20混入天然纖維基材10中。如第3C圖所示，以離子液體為基底之製程溶劑30已導入天然纖維基材10與機能材料20中一段時間(以形成製程潤濕基材)。然後便可透過受控之壓力、溫度與時間，形成膨脹之天然纖維基材11(如第3D圖所示)及分散與鍵結之機能材料21。
就一熔接製程之某方面而言，可隨後從鍵結之機能材料21與膨脹之天然纖維基材11中去除以離子液體為基底之製程溶劑30之全部或一部分，以形成熔接纖維40與被包埋之機能材料22，同時保留天然纖維基材10之諸多功能特徵及機能材料20之諸多功能特徵。除非另有說明，否則熔接纖維40、42之任一所述屬性、特性及/或特徵亦可延伸適用於一包含熔接纖維40、42之織物、紡織品及/或其他物件。
就一熔接製程之某方面而言，熔接纖維40可為共價鍵結之機能材料21與膨脹之天然纖維基材11之組合。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾使其所製成之熔接基材包含棉布，並以包埋之磁性(NdFeB)微粒(可透過掃描電子顯微鏡資料加以觀察)為該棉布賦予功能。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程所使用之機能材料20可包含退磁微粒，且該等退磁微粒可混入包含布基質之天然纖維基材10中作為乾粉。無法預期的是，該熔接製程有可能將磁性粒子包埋在天然纖維基材10之生物聚合物中，致使該等磁性粒子被牢牢固定在熔接纖維40內(可透過觀察得知)，即使強力洗滌亦無法將其去除。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾以類似前述之程序提供類似優點及/或製造出紗及非織物纖維墊天然纖維基材10，包括棉與絲質紗基質。
如前文所述，本節上開範例中之熔接製程可設計如下：先將 奈米機能材料20之懸浮液加入生物聚合物天然纖維基材10中，再使該機能材料或天然纖維基材10曝露於以離子液體為基底之製程溶劑中。不同之分子溶液(例如水溶液或有機溶液(例如甲苯))可單獨使用或與以離子液體為基底之製程溶劑30搭配使用，其取決因素至少包括機能材料20(其有可能包含量子點)之表面化學。奈米機能材料20之表面化學(亦即疏水性/親水性)與天然纖維基材10可能對奈米機能材料20在熔接纖維40內之最終位置與分散狀況影響甚鉅。
表面化學可作為本發明人使天然纖維基材10與機能材料20透過以離子液體為基底之製程溶劑而自組裝之策略，俾以微加工之方式將所需功能賦予最終製成之複合材料。例如，就一熔接製程之某方面而言，量子點可能包含性質隨粒徑而異之半導體材料。可使其表面與醫藥、感測及資訊儲存應用中之不同化學環境相容；在此不對上述應用作任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
C.包埋製程溶劑/機能材料混合物中之機能材料
第4圖繪示一添加流程及固體材料被實體包埋在纖維基質複合材料中之情形，第4圖中之步驟或小圖分別標示為第4A-4D圖，其中所用之材料係(預先)分散在一離子液體溶劑中。第4A圖繪示初始之天然纖維基材10及製程溶劑/機能材料混合物32，其中該混合物之製備方式係令機能材料20分散在以離子液體為基底之製程溶劑30中。可將機能材料20預先加入以離子液體為基底之製程溶劑30中，以便先形成製程溶劑/機能材料混合物32，然後才導入天然纖維12，如第4A圖所示。
之後便可將天然纖維基材10與製程溶劑/機能材料混合物 32加以混合，如第4B圖所示(以形成製程潤濕基材)。至少可透過受控之壓力、溫度及/或時間，在製程溶劑/機能材料混合物32中形成膨脹之天然纖維基材112，如第4C圖所示。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，以便隨後從膨脹之天然纖維基材112中去除以離子液體為基底之製程溶劑30之全部或一部分，因而形成熔接纖維42與被包埋之機能材料23，同時保留天然纖維基材10之諸多功能特徵及機能材料20之諸多功能特徵，如第4D圖所示。就一熔接製程之某方面而言，熔接纖維42可為共價鍵結之機能材料21與膨脹之天然纖維基材112之組合。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾使其所製成之熔接基材包含機能材料20，而該基能材料則包含分子染料，其中該分子染料係包埋在包含棉紙(纖維墊)之天然纖維基材10中，且其中機能材料20係於天然纖維基材10之施用作業前先行分散在以離子液體為基底之製程溶劑30中(以形成製程溶劑/機能材料混合物32)。在一熔接製程中，生物聚合物(包括諸如包含棉紙之天然纖維基材10中之纖維素)經膨脹後，可使包含染料之機能材料20在該聚合物基質中實體擴散，並經由共價鍵而包埋在該聚合物基質中。且該熔接製程完成後，本發明人或許仍可看見包埋在該聚合物基質中之染料。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾將某些資訊及/或化學功能以受控之方式融入熔接纖維40、42之天然纖維基材10中。此種熔接纖維40、42至少可用於紙幣防偽、衣物染色(提高染色堅牢度)、藥物遞輸裝置及其他相關技術。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程所使用之機能材料20可包括可分散在以離子液體為基底之製程溶劑30中以便與天然纖維基材10結合之分子或離子物種。
一般而言，添加機能材料20之目的需視用途而定。例如，具有鍵結化學且可與纖維素形成共價鍵之染料可能相對昂貴。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可經過設計，俾便包埋成本較低且不會與熔接纖維40、42形成特殊化學鍵之替選染料。包含一或多種染料之機能材料20若曾於製程中包埋在膨脹且經可移動化之生物聚合物(例如膨脹之天然纖維基材11、112)中則不易被洗除，故至少適用於紡織品及/或條碼製作/資訊儲存。就其他方面而言，可將導電機能材料20包埋在熔接纖維40、42中以便儲存能量。包埋包含磁性材料之機能材料20可能與以紡織品為基底之致動器有關。包埋包含藥物及/或量子點之機能材料20可能與醫學應用有關。包埋包含黏土之機能材料20則與強化滯燒性有關。本發明人已知生物聚合物幾丁質具有抗菌性，故添加此種物質作為機能材料20或許亦有其用處。簡言之，可能之應用範圍甚廣。機能材料20包括但不限於黏土、碳的各種同素異性體、NdFeB、二氧化鈦(TiO2)、上列各項之組合及其類似物(凡可影響電子傳導特性、光譜傳導特性、導熱性、磁性、有機及/或無機材料之抗菌及/或抗微生物性者皆可，例如幾丁質、聚葡萄胺糖、銀奈米粒子...等)及/或上列各項之組合。因此，本揭露內容之範圍絕不受限於特定機能材料20及/或最終製成之熔接基材及/或熔接纖維40、42之特定應用，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程可設計為不需特別化學共價鍵即可穩固包埋所需之機能材料20；該機能材料20可以物理方式包埋在熔接纖維40、42中。
就一熔接製程之某方面而言，本發明人或可在機能材料20之 混合過程中嚴格控制機能材料之空間分布方式，藉以進行資訊編碼或提高染料之染色堅牢度，或更廣而言之，將裝置之功能性加以整合。透過多維印刷及製造技術，本發明人可使單一材料或物件內之不同層體分別具有多種功能。
D.包埋製程溶劑/機能材料/聚合物混合物中之機能材料
如第5圖所示(其中多個步驟或小圖分別標示為第5A-5D圖)，一熔接製程將機能材料233混入天然纖維基材13之方式可設計為先將機能材料223導入一同時含有以離子液體為基底之製程溶劑與額外添加且已溶解化之聚合物的混合物中。
如第5A圖所示，此製程之第一步驟可包括：提供天然纖維基材13，並將以離子液體為基底之製程溶劑30與機能材料233混合，使機能材料233分散在以離子液體為基底之製程溶劑30中，形成製程溶劑/機能材料混合物32。製程溶劑/機能材料混合物32可包括聚合物53，其中聚合物53係溶解及/或懸浮在製程溶劑/機能材料混合物32中。第5圖繪示一添加流程及固體材料被實體包埋在纖維基質複合材料中之情形，第5圖中之步驟或小圖分別標示為第5A-5D圖。如第5A圖所示，製程溶劑/機能材料混合物32在施用於天然纖維基材13前先與聚合物53混合。然後便可將具有聚合物53之製程溶劑/機能材料混合物32導入天然纖維基材13中以形成製程潤濕基材，如第5B圖所示。此熔接製程可經過設計，以便透過受控之壓力、溫度與時間，在製程溶劑/機能材料混合物32、聚合物53與天然纖維基材13三者之混合物中形成膨脹之天然纖維基材113，如第5C圖所示。
就一熔接製程之某方面而言，可隨後從製程潤濕基材(其有 可能包含鍵結之機能材料21與膨脹之天然纖維基材113)中去除以離子液體為基底之製程溶劑30之全部或一部分，以形成熔接纖維313及被包埋之機能材料234與聚合物53，如第5D圖所示，同時保留天然纖維基材13之諸多功能特徵及機能材料233之諸多功能特徵。
就一熔接製程之某方面而言，熔接纖維313可為共價鍵結之機能材料21、聚合物53與膨脹之天然纖維基材113之組合。該(一或多種)聚合物可包含生物聚合物及/或合成聚合物。在一可搭配特定聚合物53使用之熔接製程中，可添加額外聚合物作為黏合劑(例如膠水)及用以改變溶液黏性之流變性質修飾劑。此外，該種熔接製程可能有助於本發明人控制機能材料20在熔接基材內之最終位置。就一熔接製程之某方面而言，該熔接製程所使用之機能材料20可包含碳材料，而天然纖維基材10則可包含棉紗；以此製成之熔接纖維40、42經測試證實可作為織物中高能量密度超級電容器之電極。此種電極或可用以提供具有可撓性且可穿戴之能量儲存裝置。
一熔接製程可經過設計，使其所製造之熔接纖維40、42具有包含一或多種導電添加物之機能材料20，其中該(等)導電添加物包括碳奈米管、石墨烯...等有機材料，以及銀奈米粒子、不鏽鋼、鎳(包括以金屬及金屬氧化物包覆之纖維)...等無機材料。此種熔接纖維40、42可能呈現較佳之導電特徵，且此種熔接纖維40、42(及/或以其製成之織物及/或紡織品)與適當之電解質(例如凝膠、聚合物電解質...等)混合時，有可能產生電化學反應及/或以電容方式儲存能量。
一熔接製程可經過設計，使其所製造之熔接纖維40、42具有包含電容性添加物(例如二氧化錳(MnO2)...等)之機能材料20。此種熔接 纖維40、42與適當之電解質(包括凝膠或聚合物電解質)混合時，有可能呈現較佳之能量儲存特徵。
一熔接製程可經過設計，使其所製造之熔接纖維40、42具有包含光敏感添加物(例如TiO2...等)之機能材料20。此種熔接纖維40、42有可能呈現較佳之自潔特徵(例如在使用TiO2...等寬能隙半導體之情況下)及/或抗紫外線特徵。
由符合本揭露內容之熔接製程所製成之熔接纖維40、42之其他應用可包括但不限於從防偽至藥物遞輸等各種技術。此外，上列機能材料並未窮舉所有可能實例及/或並不具有限制性。可使用其他機能材料，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
8.調制後之熔接製程
如前文所述，一熔接製程可經過設計，俾以習知基材(亦即纖維未經熔接者)製造出多種熔接基材成品(例如紗成品)，該等習知基材在熔接製程之某些設計中可能包含紗及/或紡織品基材。例如，可將一熔接製程下述列方式調制為調制後之熔接製程：以受控、可變及/或經調制之流量泵打製程溶劑，及/或使基材(例如紗、線、織物及/或紡織品)以可變之速率通過熔接製程，及/或改變製程溶劑之組成，及/或改變製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3、製程溶劑回收區4之溫度及/或壓力，改變拉力(例如對基材、製程潤濕基材...等之拉力)，及/或上列各項之組合。
就某方面而言，一熔接製程可經過設計，使本發明人得以特定、精準之方式控制製程溶劑相對於包含纖維之基材之比率，從而透過該熔接製程將該基材內可控量之纖維轉化為熔接狀態。製程溶劑相對於基材之 比率至少可根據所用製程溶劑與基材之特徵而最佳化。例如，在一可使用製程溶劑混合物(例如離子液體(例如3-乙基-1-甲基咪唑醋酸鹽、氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)...等)與極性非質子性添加物(例如乙腈)之混合物)之熔接製程中，其製程溶劑之比率可介於1份基材(以質量計)添加1份製程溶劑(以質量計)與1份基材(以質量計)添加4份製程溶劑(以質量計)之間。另一熔接製程所使用之製程溶劑可包含鹼性物質(氫氧化鈉及/或氫氧化鋰)與尿素之低溫溶液，其製程溶劑之比率介於1份基材(以質量計)添加2份製程溶劑(以質量計)與1份基材(以質量計)添加超過10份製程溶劑(以質量計)之間。本發明人已利用不同熔接系統(其分別使用包含離子液體之製程溶劑與包含氫氧化物水溶液之製程溶劑)及第11.1表所示之製程參數範例，成功製造出熔接紗。第11.1表中之參數對本揭露內容之範圍不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在一製程溶劑包含氫氧化物與尿素之水溶液的熔接製程中，該氫氧化物可包含NaOH及/或LiOH。在一熔接製程中，該氫氧化物可包含LiOH，且重量百分比介於4%與15%之間，而尿素之重量百分比則介於8%與30%之間。在某些應用中，一可能之有利做法係令製程溶劑包含6%至12%之LiOH(以重量計)及10%至25%之尿素(以重量計)。在另一應用中，一可能之有利做法係令製程溶劑包含8%至10%之LiOH(以重量計)及12%至16%之尿素(以重量計)。
Figure 107140048-A0305-02-0105-20
本發明人可在第11.1表所示之溫度範圍內，根據製程溶劑系 統之特定組成而將溫度最佳化。再者，至少可利用溶劑施用區2之硬體及/或製程控制軟體及/或裝置實現製程溶劑系統溫度與組成之協同最佳化，俾依本發明人所需之量與部位完成基材之熔接，亦即透過纖維之熔接，使熔接基材具有一致之屬性或調制後之屬性。欲達此目的，亦可在施用溶劑之過程中與製程溫度/壓力區3內之適當位置施加黏滯曳力。
如第11.1表所示及前文所述，製程溶劑系統可設計為離子液體與分子添加物之混合物。離子液體對分子添加物之莫耳比可隨熔接製程而改變，且有可能影響製程溶劑系統被施用於基材時之最佳溫度。例如，若一熔接製程所使用之製程溶劑系統包含BMIm Cl與ACN，且兩者之莫耳比為1：1，則ACN之蒸氣壓有可能在溫度升高至120℃以上時(此為有可達到最佳熔接速率之溫度)形成難以控制之加工條件(此與健康及安全有關)。在此限制下，須設定一較低之熔接溫度(例如105℃)，但維持在此溫度之時間亦須較長(>30秒)。相較之下，若一熔接製程所使用之製程溶劑系統包含EMIm OAc(其有效性高於BMIm Cl)，則最佳溫度有可能介於80℃與100℃之間，且以EMIm OAc進行熔接之時間可為5至15秒。因此，至少製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3與熔接製程中其他步驟之最佳溫度有可能隨應用而有所不同，該最佳溫度亦因而對本揭露內容之範圍不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
參閱第9.1、10.1及11.1表(以上三表均顯示一使用包含氫氧化物水溶液之製程溶劑的熔接製程所使用之重要製程參數)，製程溶劑對基材之最佳比率(以質量或重量計)可能至少隨基材形式之種類而改變。例如，就使用2D基材之熔接製程而言，該比率可能為0.5至7，而某些熔接製程之最 佳設計係令該比率為約3.7。就使用1D基材之熔接製程而言，該比率可能為4至17，而某些熔接製程之最佳設計係令該比率為約10。據本發明人觀察發現，約10以上之比率(尤其是17)可令製程潤濕基材相對於製程溶劑達到超飽和，亦即製程潤濕基材之外表將出現無法被基材及/或製程潤濕基材吸收之多餘溶劑。然而，本揭露內容之範圍絕不受限於一使用以離子液體或氫氧化物水溶液為基底之製程溶劑的熔接製程所使用的特定比率，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
Figure 107140048-A0305-02-0107-21
就第11.2表所示之數值與製程溶劑組成而言，添加機能材料添加物使本發明人得以針對熔接作業進行空間調制，並在本發明人之控制 下產生獨特之體積壓實效果。在熔接製程中以適當之硬體及控制器添加機能材料(例如已溶解之纖維素)有可能使表層熔接紗產生無法預期之效果，詳見前文至少搭配第9I及9J圖所作之說明。換言之，本發明人或可控制基材剖面(亦即第9I及9J圖所示特定範例中之紗直徑)內之熔接量，從而製造出韌性與伸長率均優於未加工基材控制組樣本之熔接基材(亦即該特定範例中之熔接紗基材)。
此外，復原溶劑之種類與溫度若搭配第11.1表中之不同數值亦可在復原潤濕基材之乾燥過程中對「體積以受控方式壓實」之現象產生無法預期之效果。第13圖係一包含18/1環錠式精紡棉紗之未加工1D基材之SEM影像。第14A圖與第14B圖所示之熔接基材均係利用第9A圖所示之熔接製程與裝置而以第13圖所示之未加工基材製成。
Figure 107140048-A0305-02-0108-22
第12.1表顯示第13圖所示未加工基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第12.1表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。
第13.1表顯示製造第14A圖與第14B圖所示熔接基材時所用之若干重要加工參數。第13.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題 相同。
Figure 107140048-A0305-02-0109-23
第13.2表顯示第14A圖中以第13.1表所示參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第13.2表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0109-24
第13.3表顯示第14B圖中以第13.1表所示參數製成之熔接基材之多種屬性。該等屬性係約20個熔接紗基材獨特試樣之平均結果，且係利用Instron牌力學性質試驗儀於抗拉試驗模式下以類似ASTM D2256之方法測得。第13.3表各欄標題中之力學性質與第1.2表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0110-25
比較第14A圖與第14B圖即可清楚得知，藉由操控「體積以受控方式壓實」之現象，便有可能使熔接紗基材具有特定屬性。詳言之，第14A與14B圖之比較結果顯示：所用之方法、復原溶劑之組成及/或製程溶劑回收區4(及/或熔接製程之其他步驟)之設計均有可能影響熔接紗基材之體積以受控方式壓實之效果，進而影響熔接基材之力學性質及/或其他重要屬性。其中一屬性為紗及以其製成之織物之「手感」(亦即觸感)。
詳言之，用以製造第14A圖與第14B圖所示熔接紗基材之熔接製程均使用包含水之復原溶劑。然而，就第14A圖所示之熔接紗基材而言，該水之溫度為22℃；就第14B圖所示之熔接紗基材而言，該水之溫度則為40℃。比對第14A圖與第14B圖即可清楚得知，相較於第14B圖所示之熔接基材(其使用較高溫之復原溶劑)，用以製造第14A圖所示熔接基材之熔接製程(其使用較低溫之復原溶劑)可製造出手感明顯較軟之熔接基材。若用以製造某織物之熔接紗基材係由復原溶劑溫度高於40℃之熔接製程製成，而用以製造另一織物之熔接紗基材係由使用室溫復原溶劑之熔接製程製成，則兩織物之手感特徵可能截然不同。因此，製程溶劑回收區4(例如復原方法)之設計與條件為另一重要參數。
復請參閱第14A與14B圖(兩圖中之熔接紗基材係以幾乎完 全相同之熔接製程製成，僅復原溶劑之溫度不同)，復原作業之溫度對「熔接紗基材之體積以受控方式壓實」之效果顯然有重大影響。此外，第14A與14B圖中熔接紗基材之某些力學性質已分別在第13.2與13.3表中呈現。雖然兩種熔接紗基材之力學性質均明顯優於未加工紗基材(例如較未加工紗基材提升15%至23%)，但第14B圖中使用高溫復原溶劑之熔接紗基材(參見第13.3表)不僅直徑略大，其表面之鬆脫纖維亦較多。雖然第14B圖中熔接紗基材之鬆脫纖維略多於第14A圖之熔接紗基材，但第14B圖中之鬆脫纖維量仍少於第13圖中對應之未加工紗基材。此外，第14B圖所示熔接紗基材上之鬆脫纖維係固定在該等熔接紗基材上而不致於以棉絨之形式脫離該等熔接紗基材。就以熔接紗基材針織或編織而成之織物而言，在熔接紗基材表面上或表面附近被熔接製程修飾之纖維結構或許是影響其手感之一重要屬性。
一般而言，本發明人可利用包含紗之基材以及前述溶劑比率範圍中之特定數值，製造出極為一致之熔接紗，唯所用比率須固定不變，且其他關鍵變數(例如溫度)亦須在熔接製程中保持固定。如此一來便可透過熔接製程製造出具有固定熔接量之熔接基材，並使熔接紗在其長度方向上具有定量之熔接纖維。
若能針對製程溶劑之比率(在此定義為製程溶劑之質量相對於基材質量之比率)、製程溶劑之組成、施用製程溶劑時所使用之壓力與方法進行適當之動態控制，將可產生新穎之效果。例如，可在熔接製程中執行適當之動態控制，藉以製造出具有混色及/或段染(space dye)外觀(多色效果)之熔接基材，其中，包含紗或紡織品之熔接基材可因熔接製程之動態控制而以不同程度上色。上述混色及/或段染效果唯有在熔接製程早於染 色與表面處理作業之情況下才會在染色與表面處理步驟中顯現。
然而，調制後之熔接製程不僅限於製造混色或段染效果，亦可用於製造具有可變直徑之「壓花」紗(亦即使紗重產生變化，但基材不需具有可變之長度及/或直徑)及任一數量無法以現有紡織術語形容之其他獨特效果。本發明人可觀察到上述效果之程度亦有可能為被加工之紗或紡織品基材之函數。例如，可用以製造包含紗之基材之紡紗法甚多(例如環錠式精紡、開端式紡紗、渦流式紡紗...等)，其所需之熔接條件(例如不同之製程溶劑比率及/或施用方法)可能各不相同。
A.調制後與未經調制之熔接製程之比較
下述將說明一調制後之熔接製程之範例，並將此範例與一未經調制之熔接製程(如前文所說明者)進行比較。然而，前文之說明絕不具有限制性，故其特定參數對本揭露內容之範圍亦不具有限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
一未經調制之熔接製程可設計為適用於包含30/1環錠式精紡紗之基材，且若使該熔接製程之操作方式保持一致，便有可能將該基材轉化為極為一致(上色一致、織口一致、表面處理之效果一致、外表可見之鬆脫纖維織量亦一致)之熔接基材。例如，在該熔接製程中，可使製程溶劑對基材之質量比保持穩定，使紗通過熔接製程區之速率保持穩定，並使溫度與壓力...等保持一致。此熔接基材亦有可能具有前述熔接基材屬性中之所有屬性或部分屬性。
或者，若有需要，一調制後之熔接製程亦可設計為適用於包含30/1環錠式精紡紗之基材，並容許本發明人以動態方式改變該調制後之熔 接製程之某些參數，俾使該基材所轉化而成之熔接基材包含具有混色或段染外觀之紗。此一結果無法預期且十分有用，因為本發明人可令該熔接製程以自動化之方式，將包含30/1環錠式精紡紗(其為大量製造且規格大致一致之一般化商品)之基材轉化為包含熔接紗且該熔接紗具有獨特外觀、觸感及/或表面處理效果之熔接基材，以因應多種最終用途及應用之需要。對應之調制後之熔接製程可經過設計，使其所用之基材不僅可包含更重(包括但不限於18英支紗)與更輕(包括但不限於40英支紗)之一般紗，亦可包含特殊專用紗，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
再者，調制後之熔接製程不限於僅以包含紗之基材製造出特殊效果或特殊表面處理效果。例如，製程溶劑(包括但不限於混合無機溶劑，例如氫氧化鋰及/或氫氧化納與尿素之水溶液)不僅可施用於包含紗之基材，甚至亦可施用於包含完整紡織品之基材，其中該紡織品本身可由習知材料(例如未接受熔接製程之紗)或熔接基材(例如熔接紗)製成。
一熔接製程可用於處理織物或衣物之一或多個部位。例如，可利用噴墨及/或網版印刷法施用製程溶劑，以便對2D及/或3D基材之特定區域實施熔接製程。或者，一熔接製程可經過設計，使其所製成之2D及/或3D熔接基材(無論為材料或衣物)具有通體相對均勻之特徵。
若一熔接製程之設計及操作方式容許本發明人適當控制其多種參數(例如限制其熔接時間、使用相對偏低之製程溶劑比率...等)，則該熔接製程所製成之熔接基材(無論為編織或針織之紡織品)便可能具有優於其習知未加工基材對應物之強度與起毬特徵，且該紡織品內之紗接頭亦 無過度熔接之現象。或者，一採用不同設計(例如熔接時間較長、製程溶劑之比率較高...等)之熔接製程可製造出包含編織或針織材料之熔接基材，其中該編織或針織材料具有完全熔接及/或部分熔接之紗接頭以提供較高之硬挺度及/或堅固性。相較於1D基材(例如紗、線)，對2D及/或3D基材(例如織物、紡織品)施作熔接製程之優點在於可同時處理大量材料。然而，如前文所述，先將包含紗及/或線之基材加以熔接再行編織及/或針織，有可能產生若干與製造及效能有關之綜效。何時及如何對特定基材施行特定熔接製程大多取決於所欲取得之結果/熔接基材之最終用途，因此對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
除上述之可能設計外，亦可將一熔接製程設計為可形成具有非圓形剖面之1D(例如紗及/或線)、2D及/或3D基材(例如織物及/或紡織品，凡屬於2D及/或3D基材者皆可)及/或基材成分(例如2D及/或3D基材中之單一紗或線)，或具有非圓形剖面之熔接基材。可能之形狀包括但不限於扁橢圓形或緞帶形。欲達此目的，可在一熔接製程之製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3、製程溶劑回收區4、乾燥區5及/或上列各項之組合中使用適當形狀之模具及/或滾筒。
以習知紗為基材所製成之熔接基材，其剖面形狀在熔接製程完成後通常接近圓形。一般而言，其可能之原因如下：製程溶劑在纖維熔接/融合之過程中係由毛細管力帶往紗核心，但位能有可能在此過程中遞減。一熔接製程可經過設計，使本發明人得以在潤濕基材及/或復原潤濕基材之乾燥過程中，至少以特定之成形方法及/或裝置操控製程潤濕基材及/ 或使復原潤濕基材成形，從而製造出具有非圓形剖面之熔接紗基材。
B.以空間受控之方式加熱及/或以空間受控之方式施用製程溶劑之調制後與未經調制之熔接製程。
諸如6,048,388號美國專利之先前技術已揭露可將化學品以空間受控之方式施用於基材(例如以噴墨印刷之方式施用離子液體)。若欲在熔接製程中直接進行空間上之控制，至少可以加熱方式啟動基材內選定區域之熔接製程(俾以前述方式操控後續製成之熔接基材之任一特徵及/或屬性)，例如，一熔接製程可設計為調制後之熔接製程並採用空間受控之加熱方式。離子液體溶劑大多無法在室溫(約20℃)下及數分鐘內對天然纖維基材10產生明顯之熔接(修飾)效果。一般而言，一可能之有利做法係以加熱方式啟動及/或加速熔接製程。此做法可能涉及將整個基材加熱至高於約40℃並維持此溫度至少數秒鐘。
第11A圖所示之熔接製程可設計為調制後之熔接製程並使用2D基材。第11A圖中調制後之熔接製程可經過設計，俾以紅外線(雷射)光束加熱已施用製程溶劑之基材的特定部位。來自定向能量束之熱能有可能啟動基材特定部位之熔接製程，而其效果已由一熔接製程設計之下列結果獲得證明：纖維素I(天然棉質基材)被轉化為纖維素II(熔接後之棉質基材)，且其體積係以受控方式壓實(亦即基材之厚度可能變薄，但面積不受影響)。
比對第10B與11E圖即可得知基材表面出現肉眼可見之變化，而此變化係曝露於定向能源之結果。此外，藉由控制該能源之功率(維持夠低之功率)，基材(在此範例中為纖維素)亦未受損。一熔接製程可設 計為使用任一適當波長之電磁能量(在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)，包括但不限於以可見光、微波、紫外線及/或上列各項之組合達成以空間受控之方式加熱之目的。
參閱第11A與11B圖，該二圖均顯示本發明人將調制後之熔接製程應用於2D基材之情形，其中第11A圖所示係以空間受控之方式加熱，第11B圖所示則係以空間受控之方式施用製程溶劑。一如前述，第11A圖繪示如何以定向能量束加熱基材、製程潤濕基材及/或製程溶劑。製程溶劑之用量及/或組成可針對特定部位進行調制，或一體適用於整個基材。如第11B圖所示，可先針對特定部位調制製程溶劑之用量及/或組成，然後再以寬幅能量束加熱製程潤濕基材之廣大區域。兩種調制後之熔接製程均有可能在復原與乾燥作業完成後，達成以受控方式壓實基材體積之效果。
參閱第11C與11D圖，該二圖均顯示本發明人將調制後之熔接製程應用於1D基材之情形，其中第11C圖所示係以空間受控之方式加熱，第11D圖所示則係以空間受控之方式施用製程溶劑。如第11C圖所示，可以脈衝能源加熱基材、製程潤濕基材及/或製程溶劑。製程溶劑之用量及/或組成可針對特定部位進行調制，或一體適用於整個基材。如第11D圖所示，可先針對特定部位調制製程溶劑之用量及/或組成，然後再以寬幅能量束及/或脈衝能源加熱製程潤濕基材之廣大區域。兩種熔接製程均可經過設計，以利本發明人精心控制製程溶劑之效力與流變特性及相關之黏滯曳力，從而達成所需效果。
第11E圖所示之調制熔接紗基材係以一調制後之熔接製程製成，其中該熔接製程之製程溶劑流量係經過調制(例如以類似第11D圖所 示之方式產生脈衝)。因該調制後之熔接製程可產生所需之黏滯曳力(在此範例中係透過與製程潤濕基材實體接觸，以便從初始接觸點開始塗布製程溶劑)，沿熔接基材之長度方向上便交替形成輕度熔接與高度熔接之部分。第11E圖左側為輕度熔接之部分，右側則為高度熔接之部分。
第11F圖所示之織物係以一調制後之熔接製程加工而成之熔接基材製成。用以製造第11F圖所示織物之熔接基材可由第9A圖所示及前文所述之熔接製程與裝置製造。在該調制後之熔接製程中，製程溶劑之泵打速率及黏滯曳力均經過調制。藉由妥善控制該熔接製程，本發明人可調整體積以受控方式壓實之程度並實現特定之熔接度。最終結果係完成鬆脫纖維量之調制以及熔接紗基材中空隙之調制。
將此調制熔接紗基材以針織方式製成織物並加以染色後，本發明人發現其顏色濃度係隨熔接度而變化。如此一來便產生如第11F圖所示無法預期之「段染」或「混色」效果。一般而言，若欲在時尚產業中達成此一效果，必須將多種紗針織為單一織物。調制後之纖維熔接作業不僅可提供前文所述之優點(乾燥所需之時間較短，且對水分之管理較佳)，在此範例中更提供一種獨特且可控制之顏色調制方式，其於多種時尚應用中均有可能發揮作用。若將調制熔接之效果與預定之針織線圈長度及/或編織被覆係數加以結合，甚至可進一步改良織物之顏色與質地。此一新穎結果可能適用於任一數量之習知與機能產品。
前文曾經提及，一熔接製程可經過設計，俾便控制纖維素I晶體被轉化為纖維素II晶體之量。現請參閱第15A圖之X光繞射法(XRD)資料，圖中之曲線A係對應於一未加工之棉紗基材，曲線B則對應於一先以超 量離子液體製程溶劑完全溶解再加以復原之棉紗。在本文中，除非後附申請專利範圍另有說明，否則曲線B並不代表「熔接基材」或「熔接紗基材」或任何其他根據本揭露內容而製造之基材，其原因在於，不僅其所對應之整個未加工紗基材已經變性，其原本之生物聚合物結構亦已徹底改變。曲線A清楚顯示原本之棉纖維素聚合物處於纖維素I之狀態。曲線B中纖維素II之晶體特徵則明顯較弱；纖維素II存在於曾完全溶解且其原本結構曾遭徹底破壞之棉料中。
第14.1表顯示若干用以製造三種不同熔接基材之重要加工參數，其中前兩列加工參數可搭配第9A圖所示之熔接製程與裝置使用，第三列加工參數可搭配第10A圖所示之熔接製程與裝置使用。第14.1表各欄標題中之製程參數與第1.1表各欄標題相同。
Figure 107140048-A0305-02-0118-26
Figure 107140048-A0305-02-0119-27
參閱第15B圖，圖中呈現以第14.1表所示製程參數製成之三種熔接紗基材之XRD資料，其中曲線A對應於第14.1表之第一列，曲線B對應於第二列，曲線C則對應於第14.1表之最後一列。比較第15A與15B圖即可清楚得知，分別以第9A與10A圖所示之熔接製程與裝置搭配第14.1表所示加工參數而製成之熔接紗基材均保有棉原有之纖維素I結構，且均係以受控之方式修飾，因而具有較佳之性質及/或屬性。前述之多種製程溶劑系統及多種裝置均可用於保留原本之纖維素I結構。
9.染色用之熔接製程及其產品
A.靛染之先前技術
靛青染料已廣泛應用於棉紡織品之加工處理。靛青分子(2,2'-双(2,3-二氫-3-氧代吲哚亞基))通常不溶於水，因此並不直接用於為紡織品染色。還原形態之靛青分子(又名靛白)則溶於水，且在已在先前技術中用於紡織品之染色，其於染色完成後與氧氣接觸便轉為氧化狀態並呈現特有之藍色。習知靛染作業極為耗水，且需使用大量輔助加工化學品，例如二硫亞磺酸鈉(亞硫酸氫鈉)、氫氧化鈉及清潔劑(潤濕及清洗劑)。在習知靛染技術中，染料進入紗之深度偏淺，故需多次通過(浸入)染色槽以累 積所需之顏色濃度。
業界曾提出改良染色作業之技術，但該等技術均無法大幅減少所需用水量與酸性及/或鹼性溶液之所需用量。Bianchini等人(ACS Sustainable Chem.Eng.2015,3,2303-2308)提出可以2克/公升之比率在染料溶液中添加離子液體，藉以改善織物對分散染料之吸收狀況。該技術經證實對水溶性達某種程度之染料有效，但不適用於不溶於水之染料(例如靛青)。
7731762號美國專利揭露以離子液體作為染料之載體。該專利所揭露之離子液體能否與纖維素產生強烈反應尚未可知，且非屬離散型。再者，該專利並未揭露任何專為靛染纖維素產品而選擇之離子液體。
20060090271號美國專利申請公開案揭露以離子液體使纖維素纖維之外層部分溶解，並在施用離子液體之同時(或之後)施用一有益劑，其中該有益劑可包含染料或染料固定劑。但該揭露內容並未提出特別適合靛染作業之離子液體與染料之組合的特定實施例。
在本文所定義之傳統染色作業中，諸如分子染料之色料係於分子層面溶解/分散在溶液中。基材(例如紗、織物...等)一旦接觸此種溶液便開始吸收染料並呈現出染料之顏色。染料可具有反應性，並透過特殊之鍵結化學形成染料與基材間之共價鍵。或者，染料可不具有反應性，僅透過分子間之締合(例如分散、偶極-偶極間之交互作用、氫鍵、離子-偶極間之交互作用、離子-離子間之交互作用及/或其他吸引力之任一組合)而被基材吸收或與基材締合。
第16A圖繪示一典型環錠式精紡未染色紗基材90之剖面，圖 中可見多條獨立之未染色纖維基材92，且圖中之未染色紗基材90並未上色(致使其於環境條件下呈現白色)。第16B圖繪示同一未染色紗基材90以習知靛染作業處理後之剖面，圖中可見染色紗基材90’中多條獨立之染色纖維基材92’。如第16B圖所示，從染色紗基材90’之外層至其內部大致沿徑向形成一顏色梯度，其中越靠近染色紗基材90’之外層，則染色纖維基材92’之上色程度越高，而越靠近染色紗基材90’之內部，則染色纖維基材92’之上色程度越低。
在本文所定義之傳統顏料壓吸過程中，色料(包括但不限於色料(例如靛青)中微米或奈米大小之顏料粒子)係分散於一同時含有黏合劑之溶液中，其中該黏合劑通常為聚合物黏合劑材料。黏合劑與顏料粒子一旦曝露於此種溶液中便開始沉積在基材纖維上，且黏合劑可將顏料粒子固定在基材上及基材內。黏合劑可對基材具有反應性(亦即可形成新化學鍵)或不具有反應性(亦即僅透過分子間之交互作用(包括但不限於前文所列出者)而締合)。
B.染色與熔接製程概述
符合本揭露內容之染色與熔接製程為靛青提供無法預期之新穎顏料壓吸技術。詳言之，可將一染色與熔接製程設計為一種可將靛青顏料粒子加入纖維素基材(例如棉質基材)之顏料壓吸製程。例如，本文所揭露之一染色與熔接製程可設計為搭配水性製程溶劑使用，其中該水性製程溶劑可包含鹼金屬氫氧化物、尿素、已溶解之纖維素及靛青顏料粒子，俾利用該等靛青顏料粒子將靛青加入棉紗中。該染色與熔接製程可用以實現顏料壓吸技術之多個重要方面，但不需使用目前商業靛染作業中所使用之刺 激性化學品(該等化學品係用於將靛青還原為離子形態)。此一變化對製程成本(尤其是靛染所需之用水量)有重大影響。因一熔接製程可兼具調整天然纖維基材物理特徵之功能，本文所述之染色與熔接製程亦使本發明人得以透過傳統染色及/或顏料壓吸技術所無法提供之方式對紡織品(亦即織物)進行額外調整。
此外，若使用兼可溶解生物聚合物材料(亦即纖維素、絲...等)及部分顏料(分子及/或離子)之製程溶劑，有可能產生一種新的「混合式」染色技術，其不僅可透過黏合劑將顏料粒子加入纖維基材，更可將分子及/或離子染料物種導至纖維基材並導入其中。此種混合式技術可結合傳統染色及顏料壓吸技術之步驟。在一染色與熔接製程中，可令靛青染料粒子分散在既含有溶解化聚合物(例如纖維素黏合劑)又可溶解靛青染料分子之製程溶劑中。詳言之，本發明人可為此種混合式技術調整以離子液體為基底且含有特定分子共溶劑添加物之溶劑。利用前文所述之熔接製程，本發明人可以新穎獨特之方式，並透過適當之黏滯曳力，將製程溶劑施用於紗，其中該製程溶劑可包含溶解或懸浮於其中之材料，例如纖維素黏合劑及靛青染料(無論是顏料粒子或靛青之分子物種皆可)。
在一可搭配包含離子液體之製程溶劑使用之染色與熔接製程中，若有需要可以分子共溶劑(例如乙腈(ACN)、二甲亞碸(DMSO)、二甲基甲醯胺(DMF)...等)調整該溶劑對纖維素黏合劑與分子靛青染料/靛青顏料粒子(舉例而言)之效力。假設在整個染色與熔接製程中(例如至少在製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3及/或製程溶劑回收區4中)均使用適當之黏滯曳力，則整套染色與熔接製程便有可能製造出具有所需顏 色(視需要可為一致之顏色、具有可控色調之顏色及/或調制後之顏色)之熔接基材。此外，藉由另行添加含有額外黏合劑之製程溶劑(例如在以離子液體為基底之製程溶劑中添加已溶解之纖維素)，可產生類似前文所述之「表層熔接」效果(前文至少曾搭配第9I及9J圖加以說明)，一方面調整染料在後續製成之熔接基材內之包埋度，一方面同時調整該熔接基材之物理性質(例如體積以受控方式壓實之程度、基材表面之鬆脫纖維量、強度及其他力學性質...等)。換言之，一染色與熔接製程可經過設計，俾同時賦予及調整熔接基材(例如熔接紗基材)之顏色，且一併調整熔接基材之物理特徵。
下述說明大致係關於一種用以製造熔接基材之方法，該熔接製程可經過設計，使其所製成之熔接基材在熔接過程中一併完成上色及/或染色(此方法在本文中通稱為「染色與熔接製程」)。雖然下述說明主要係針對施用於纖維素基材之靛青染料，但本揭露內容之範圍不限於此，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。下文所揭露之一般概念亦適用於其他著色及/或染色劑及/或其他基材。
就一染色與熔接製程之某方面而言，一包含離散型離子液體(亦即可將纖維素至少部分溶解之離子液體)與非質子性溶劑之溶液的製程溶劑系統可將靛青染料帶入纖維素基材中以達成有效染色之目的。在本文中，「纖維」、「纖維素纖維」、「纖維素」、「紗」與「線」均可交替使用，且本揭露內容之範圍涵蓋以纖維素為基底之材料之所有形式，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。就一可搭配著色及/或染色劑使用之熔接製程的另一方面而言，基材可為2D基材或3D基材，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
無法預期的是，在製程潤濕基材之復原過程中(例如在製程溶劑回收區4，亦即將離子液體與非質子性溶劑從纖維中去除之階段)，本發明人有可能在去除製程溶劑或其一部分之同時，並未去除任何靛青染料分子或僅去除極少量靛青染料分子。換言之，靛青染料分子一旦被帶入纖維素纖維內，便有可能與纖維素纖維穩固結合，致使去除(洗除)製程溶劑(在此範例中則為離子液體與非質子性溶劑)所需之力不足以去除已經與纖維素纖維結合之靛青染料。
染色與熔接製程之另一優點在於可在執行染色步驟時修飾纖維，此與先前技術不同。此纖維修飾作業可透過一熔接製程提高紗之平滑度及/或強度，一如8,202,379號美國專利(其全文以引用之方式併入本文)或前述任一同在審查中之申請案所揭露者。在一可透過熔接製程為纖維染色並修飾纖維之熔接製程中，離子液體或許兼可將靛青染料帶入紗中以及將纖維之外層部分溶解，藉以改良纖維之強度及/或平滑度，及/或透過熔接製程將其他機能材料加入纖維中。
前文曾詳細說明機能材料如何透過熔接製程完成包埋(至少曾搭配第4A-4D圖及第5A-5D圖加以說明)，而一染色與熔接製程則可採用類似之設計，藉以將著色劑(例如靛青染料)包埋在生物聚合物基質中。此種染色與熔接製程有可能製造出上色效果類似於顏料壓吸之熔接基材，其中生物聚合物之作用如同黏合劑。
此外，一染色與熔接製程可經過設計，俾在符合多種相容性限制條件(例如化學相容性、屬性相容性...等，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)之情況下，將前述任一熔接基材屬 性賦予該染色與熔接製程所製成之熔接基材。
C.染色與熔接製程之範例
下文將詳細說明多種用以靛染纖維素纖維之染色與熔接製程範例。然而，前文之說明絕不具有限制性，故其特定參數、溫度、壓力、比率...等對本揭露內容之範圍亦不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就一染色與熔接製程之某方面而言，靛青染料粉末可懸浮於或部分溶解化於一包含離散型離子液體溶劑之製程溶劑中。此種溶劑包括但不限於1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(EMIm OAc)、氯化(1-丁基-3-甲基咪唑)(BMIm Cl)、1-丙基-3-甲基咪唑醋酸鹽(PMIm OAc)及其他已知離散型離子液體溶劑(亦即可溶解天然纖維者)，一如7,671,178號美國專利(其全文以引用之方式併入本文)所揭露者。然而，本揭露內容之範圍並不受限於所用之特定離子液體，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，用以攜載靛青染料及/或其他材料之製程溶劑鮮少為純溶劑。其實，製程溶劑通常係離子物種與分子物種之混合物(例如EMIm Ac+DMSO+ACN，或LiOH+尿素+水)，甚或為完全由分子物種所構成之製程溶劑。一般而言，靛青粉末之粒徑越小，其透過染色與熔接製程上色之效力越高。在一染色與著色製程中，一可能之有利做法係使用粒徑介於0.01與10微米之間的靛青粉末。在其他製程中，一可能之有利做法係使用粒徑介於0.1與1.0微米之間的靛青粉末。因此，染色與熔接製程中所用靛青之特定粒徑、物理特徵及/或其他特性對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
為能順利加工，一特別有利之做法係以非質子性極性溶劑(例如DMSO、DMF...等)作為離子液體之共溶劑(以形成一製程溶劑系統)，因為此配方有可能降低製程溶劑之黏性。然而，離子液體亦可與其他添加物搭配使用，在此無任何限制，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。一般而言，離子液體連同其任何添加物在本文中統稱「製程溶劑」，但亦有可能稱為「製程溶劑系統」。靛青染料在DMSO與DMF中僅有些許溶解度。因此，在某些染色與熔接製程中，以離子液體與DMSO或DMF之混合物直接進行染色之優點主要並非源於靛青染料在製程溶劑中之溶解度較高。但在其他染色與熔接製程中，包含DMSO或DMF之製程溶劑有可能使熔接基材之上色程度因染色(而非顏料壓吸)而相對提高。
本發明人發現，靛青染料會在EMIm OAc中緩慢還原，導致其特有之藍色逐漸轉為綠色。因此，在許多應用中，本發明人可以得知一可能之有利做法係於靛青染料懸浮液製備完成後48小時內即加以使用。
在實驗中，靛青染料已透過下列製程步驟成功施用於紗材。將靛青染料粉末(0.5%-3%，以重量計)懸浮於EMIm OAc與DMSO重量比為50：50之溶液中。攪拌此混合物以形成包含細微粒子且具有流動性之懸浮液。然後以孔徑>50號之篩網過濾此懸浮液，藉以去除未懸浮之染料粒子(此種粒子有可能影響施用之一致性或導致加工設備堵塞)。將此製程溶劑導入注射器中，以便施用於紗材。使用EMIm OAc與DMSO混合而成之製程溶劑時，製程溶劑對纖維之一較佳比率如下：製程溶劑約為待處理紗材之1至6倍(以質量計)。當製程溫度為70℃-100℃時，熔接(同時染色)之時間為5至15秒。然後便可對熔接與染色完成之紗材執行淋洗及復原步驟，從而終止熔 接製程。本發明人發現，去除紗材中之製程溶劑時，靛青染料不會被去除。之後便可將熔接與染色完成之紗材以類似業界目前所用之方式加以乾燥及包裝。
一般而言，包含棉紗之未加工1D基材可能在熔接製程(尤其是採用類似第9A圖所示設計者)中部分溶解，一如前述，其中靛青染料為製程溶劑之一部分。製程溶劑可包含離子液體(例如EMIm OAc)、共溶劑及靛青粉末，在某些情況下尚可包含已溶解之纖維素。本發明人在上述實驗中發現，若為防止靛青染料產生化學變化而使熔接製程中製程溫度/壓力區3之停留時間較短，則特別適合使用諸如乙腈(ACN)、DMSO、DMF...等共溶劑。該種共溶劑有可能因靛青粉末長期曝露其中而使靛青粉末還原。在其他染色與熔接製程中，二甲亞碸(DMSO)或為一適合搭配EMIm OAc使用之共溶劑，因為靛青染料不致於快速還原，且DMSO(或DMF)可將靛青染料至少部分溶解化。此外，在某些染色與熔接製程中，一可能之有利做法係令製程溶劑包括些許已溶解之纖維素。
染色紗抵抗摩擦脫色(染料因摩擦而脫落)之能力係根據AATCC 8而以摩擦脫色評估儀加以量測，其量測程序如下：將紗捲繞於一剛性板體上，並沿與機械手臂移動方向平行之方向安裝，接著以乾淨之白色試驗織物摩擦紗材共20下(10個來回)，然後將此試驗織物之顏色與一灰階控制組進行比對。未出現顏色轉移現象之染色樣本得5分(表現最佳)，導致試驗織物嚴重染色之樣本則得1分(表現最差)。紗樣本係依下述實驗相關敘述中之各種製程條件加以製作，然後依AATCC 8進行測試。
第一染色與熔接製程範例
在此染色與熔接製程中，包含10/1環錠式精紡棉紗之未加工基材係以包含EMIm OAc與ACN(兩者之重量比為67：33(1M：2M))且添加有3%(以重量計)靛青粉末之製程溶劑加以熔接。為充分混合該製程溶劑，本發明人係以FlackTek混合器對此混合物實施雙不對稱離心混合作業。此製程溶劑係透過一熔接製程施用於紗基材，而在此熔接製程中，紗並非完全溶解而係部分溶解，從而使紗纖維相互融合並藉此改良紗之性質。在此，製程溶劑施用區2設有維持在75℃之注射器60(製程溶劑即於此處射向紗)，而基材出口64(其可構成製程溫度/壓力區3之全部或一部分)則維持在100℃。製程溶劑對紗之施用量為紗重之3倍(換言之，每10克通過注射器之紗需使用30克泵打至注射器60之製程溶劑)。紗經由拉動而通過熔接柱(亦即製程溫度/壓力區3)之速率係經控制，致使總熔接時間為約10秒。然後使紗在70℃之ACN逆流柱中復原。逆流之流量大於製程溶劑施用流量之10倍。將熔接紗基材捲繞於線軸後，以水淋洗線軸，然後使其乾燥。接著將熔接紗基材捲繞在一剛性固持裝置上，並依AATCC 8進行測試。測試結果顯示受測樣本之抗摩擦脫色性極差，評分僅1.5分。
第二染色與熔接製程範例
在一極為類似上述第一染色與熔接製程範例之第二染色與熔接製程範例中，未加工紗基材係以包括已分散之靛青粉末(重量比為3%)及已溶解之纖維素(重量比為0.3%)的製程溶劑加以處理。此紗基材係以類似前述第一染色與熔接製程範例之方式，依序加以熔接、復原、淋洗及乾燥。製成之熔接紗基材依AATCC 8進行測試。測試結果顯示受測樣本之抗摩擦脫色性極差，評分僅1.5分。
第三染色與熔接製程範例
本發明人對第一染色與熔接製程範例所製成之熔接紗基材施行一第二熔接製程，以期將染料更妥善固定在紗上，並藉此降低摩擦脫色之程度。該第二熔接製程所使用之製程溶劑並未包括靛青粉末，而係包括重量比為0.5%且已溶解之纖維素。第二次熔接所使用之製程溶劑施用區2及製程溫度/壓力區3係採用與前述第一染色與熔接製程範例中相同之設計。經二次熔接之紗同樣以70℃之逆流ACN復原，然後以水淋洗並加以乾燥，再依AATCC 8進行摩擦脫色試驗。此二次熔接紗之抗摩擦脫色性已提高至2.5分，但試驗織物仍呈現綠色而非靛青之藍色。
第四染色與熔接製程範例
本發明人對第二染色與熔接製程範例所製成之熔接紗基材施行一第二熔接製程，以期將染料更妥善固定在紗上，並藉此降低摩擦脫色之程度。此第二熔接製程所使用之製程溶劑包括重量比為0.5%且已溶解之纖維素。第二次熔接所使用之製程溶劑施用區2及製程溫度/壓力區3係採用與前述第一染色與熔接製程範例中相同之設計。經二次熔接之紗同樣以70℃之逆流ACN復原，然後以水淋洗並加以乾燥，再依AATCC 8進行摩擦脫色試驗。此二次熔接紗之抗摩擦脫色性已提高至2分，但試驗織物仍呈現綠色而非靛青應有之藍色。
第五染色與熔接製程範例
在此範例中，熔接紗基材之處理方式與前述第四染色與熔接製程範例幾乎相同，不同之處在於所用之復原溶劑為70℃之水而非高溫ACN。此二次熔接紗之抗摩擦脫色性稍微提高至2.5分，但試驗織物仍非靛 青應有之藍色，惟若與第三染色與熔接製程範例中用以測試該二次熔接紗之試驗織物相比，綠色較不明顯。
第六染色與熔接製程範例
本發明人對第四染色與熔接製程範例所製成之二次熔接紗施行一第三熔接製程，以期將染料更妥善固定在紗上，並藉此降低摩擦脫色之程度。該第三熔接製程所使用之製程溶劑包括重量比為0.5%且已溶解之纖維素。經三次熔接之紗係以70℃之逆流水復原，然後以水淋洗並加以乾燥，再依AATCC 8進行摩擦脫色試驗。此三次熔接紗之抗摩擦脫色性提升至3.5分，但試驗織物仍非靛青應有之藍色，惟若與第三染色與熔接製程範例中用以測試該二次熔接紗之試驗織物相比，綠色較不明顯。
第七染色與熔接製程範例
在此染色與熔接製程中，包含10/1環錠式精紡棉紗之未加工基材係以包含EMIm OAc與DMSO(兩者之重量比為50：50)且添加有2.5%(以重量計)靛青粉末及0.25%(以重量計)纖維素之製程溶劑加以熔接。為充分混合該製程溶劑，本發明人係以FlackTek混合器對此混合物實施雙不對稱離心混合作業。此製程溶劑係透過一天然纖維熔接製程施用於紗，而在此天然纖維熔接製程中，紗並非完全溶解而係部分溶解，從而使紗纖維相互融合並藉此改良紗之性質。在此，製程溶劑施用區2設有維持在75℃之注射器60(製程溶劑即於此處射向紗)，而基材出口64(其可構成製程溫度/壓力區3之全部或一部分)則維持在100℃。製程溶劑對紗之施用量為紗重之4倍(換言之，每10克通過注射器之紗需使用40克泵打至注射器60之製程溶劑)。紗經由拉動而通過熔接柱(亦即製程溫度/壓力區3)之速率係經控 制，致使總熔接時間為約10秒。然後使紗在70℃之逆流水通道中復原。逆流之流量大於製程溶劑施用流量之10倍。將熔接紗基材捲繞於線軸後，以水淋洗線軸，然後使其乾燥。接著將熔接紗基材捲繞在一剛性固持裝置上，並依AATCC 8進行測試。測試結果顯示受測樣本之抗摩擦脫色性極差，評分僅1分。
第八染色與熔接製程範例
本發明人對第七染色與熔接製程範例所製成之熔接紗基材施行一第二熔接製程，以期將染料更妥善固定在紗上，並藉此降低摩擦脫色之程度。該第二熔接製程所使用之製程溶劑包括EMIm OAc與DMSO(兩者之重量比為50：50)，不包括靛青粉末，但包括重量比為0.5%且已溶解之纖維素。經二次熔接之紗同樣以70℃之逆流水復原，然後以水淋洗並加以乾燥，再依AATCC 8進行摩擦脫色試驗。此二次熔接紗之抗摩擦脫色性提高至3分，且試驗織物呈現靛青特有之藍色。
第九染色與熔接製程範例
本發明人將第二染色與熔接製程範例(其所用製程溶劑包含已分散之靛青粉末(重量比為3%)、已溶解之棉(重量比為0.3%)，以及EMIm OAc與CAN(兩者之重量比為67：33))應用於Kelvar®紗基，以瞭解呈現靛青特有藍色之復原棉是否會黏附在黃色的Kevlar®紗基材上。本範例所製成之熔接紗基材並未轉為藍色，且熔接紗基材上之任何藍色均可輕易以淋洗方式去除。
第十染色與熔接製程範例
此一染色與熔接製程可設計為使用多於一個製程溶劑施用 區2、多於一種製程溶劑、多於一個製程溫度/壓力區3及/或多於一個製程溶劑回收區4(又可稱為復原區)。因此，此種染色與熔接製程或可用於製造類似前述之二次及/或三次熔接紗基材，但其效率則與使用單一基材進料區1、單一製程溶劑回收區4、單一乾燥區5及/或單一熔接基材收集區6時相同。一般而言，一染色與熔接製程之多個作業區(或步驟)可相互獨立，又或其中一或多個作業區可彼此相鄰，致使兩相鄰作業區其中之一係以漸進方式過渡至另一作業區，且本發明人無法判定其中一作業區之特定終點與另一作業區之起點。
一染色與熔接製程可設計為使用兩個製程溶劑施用區2及兩個製程溫度/壓力區3，以便將兩種不同製程溶劑依序施用於基材。然而，此種染色與熔接製程可能僅需使用一個製程溶劑回收區4即可完全去除該兩種製程溶劑或去除其一部分。或者，一染色與熔接製程可設計為使用兩種不同製程溶劑、一個製程溶劑施用區2及一個製程溫度/壓力區3。
另一染色與熔接製程或可使用兩個製程溶劑施用區2、兩個製程溫度/壓力區3及兩個製程溶劑回收區4，以便將兩種不同製程溶劑依序施用於基材。其中第一製程溶劑回收區4可與第一製程溶劑有關(因而與第一製程溶劑施用區2及第一製程溫度/壓力區3有關)，而第二製程溶劑回收區4則與第二製程溶劑有關(因而與第二製程溶劑施用區2及第二製程溫度/壓力區3有關)。該等製程溶劑回收區4中之材料組成、溫度、流動特徵...等可隨各製程溶劑及/或染色與熔接製程而改變，其取決因素至少包括最終製成之熔接基材之所需屬性。因此，上述參數對本揭露內容之範圍不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。就本揭露內容而 言，具有本領域一般技藝之人士當知本揭露內容之範圍不限於兩種製程溶劑、兩個製程溶劑施用區2與兩個製程溫度/壓力區3及/或兩個製程溶劑回收區4，而係涵蓋任一數量之上述物質與作業區，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第十一染色與熔接製程範例
在另一染色與熔接製程中，製程溶劑可包含氫氧化物鹽類之水溶液。此種染色與熔接製程可設計為使用第10A圖所示之機器及/或裝置。例如，一包含8%氫氧化鋰、15%尿素及2.5%靛青粉末(均以重量計)之製程溶劑可施用於包含30/1環錠式精紡棉紗之基材，並使該靛青粉末不致還原(亦即該製程溶劑僅使該靛青粉末呈懸浮狀態，而不會將其溶解或以化學方式改變其性質)。製程溶劑施用區2及製程溫度/壓力區3可經過設計，使製程溶劑對基材之質量比為7：1。製程溶劑施用區2與製程溫度/壓力區之溫度可維持在-12℃，製程溶劑與基材相互作用之時間可為3至4分鐘，然後便可將水施用於基材以回收製程溶劑，從而製造出已被靛青染色之熔接基材。接著以水淋洗此熔接紗並加以乾燥，再依AATCC 8進行摩擦脫色試驗。該熔接紗之抗摩擦脫色性經評定為1分，且試驗織物呈現靛青特有之藍色。
第17A圖繪示一可以單一製程溶劑製成之熔接紗基材100，第17B圖則繪示該熔接紗基材100中一高度熔接之基材纖維105。本發明人可以得知，所用之染色與熔接製程可經過設計，使熔接紗基材100之熔接度從熔接紗基材100之外層至其內部沿徑向遞減。因此，在熔接紗基材100之外層與內部之間可能有一或多層高度熔接之基材纖維105、中度熔接之基材纖維104、輕度熔接之基材纖維103，以及基材纖維102(其大致靠近熔接紗基材 100之中心)。熔接紗基材100之熔接度可透過調整前述多種製程參數而加以操控。
染料及/或著色劑可透過黏合劑106包埋在個別熔接基材纖維103、104、105內及/或熔接基材纖維103、104、105間之區域中。黏合劑106之最佳化學組成可能隨染色與熔接製程而改變，且可能至少取決於基材之化學組成。在所用基材包含棉紗之一染色與熔接製程中，本發明人發現一有利之做法係令黏合劑包含生物聚合物，而一特別有利之做法係令該生物聚合物包含纖維素。可將黏合劑106溶解於適當溶劑中，再將此溶劑施用於基材或熔接紗基材100。在一染色與熔接製程中，該溶劑可為一包含已溶解之纖維素之製程溶劑，以利黏合劑106在製程溶劑回收區4(例如復原區)內沉積於熔接基材上及/或熔接基材之內部。
參閱第17B圖，圖中可見個別熔接基材纖維103、104、105外層上之個別顏料粒子109以及包埋在黏合劑106中之顏料粒子109。一如個別熔接基材纖維103、104、105之間有可能出現從熔接紗基材100之外層至其內部沿徑向變化之顏色梯度，個別熔接基材纖維103、104、105之內部亦可能出現從個別熔接基材纖維103、104、105之外層至其內部沿徑向變化之顏色梯度。與個別熔接基材纖維103、104、105結合之顏料粒子109，其濃度可能在鄰近纖維外表面處最高，如第17B圖所示。一般而言，可能有部分顏料粒子109係包埋在熔接基材纖維103、104、105內，部分顏料粒子109係包埋在熔接基材纖維103、104、105之間，部分顏料粒子109則包埋在黏合劑106中。
本發明人可以得知，就位於熔接紗基材100徑向最外側之單一基材纖維103、104、105而言，其徑向最外側之顏料粒子109之染色堅牢度 可能低於其他顏料粒子109。
第18A圖繪示一可由多種製程溶劑製成之熔接紗基材100，第18B圖則繪示該熔接紗基材100中一高度熔接之基材纖維105。本發明人可以得知，所用之染色與熔接製程可經過設計，以使熔接紗基材100之熔接度從熔接紗基材100之外層至其內部沿徑向遞減。因此，在熔接紗基材100之外層與內部之間可能有一或多層高度熔接之基材纖維105、中度熔接之基材纖維104、輕度熔接之基材纖維103，以及基材纖維102(其大致靠近熔接紗基材100之中心)。熔接紗基材100之熔接度可透過調整前述多種製程參數而加以操控。
一如第17A圖中之熔接紗基材100，第18A圖中之染料及/或著色劑可透過黏合劑106包埋在個別熔接基材纖維103、104、105內及/或熔接基材纖維103、104、105間之區域中。黏合劑106之最佳化學組成可能隨染色與熔接製程而改變，且可能至少取決於基材之化學組成。在所用基材包含棉紗之一染色與熔接製程中，本發明人發現一有利之做法係令黏合劑包含生物聚合物，而一特別有利之做法係令該生物聚合物包含纖維素。可將黏合劑106溶解於適當溶劑中，再將此溶劑施用於基材或熔接基材。將黏合劑106施用於基材之步驟與將染料及/或著色劑施用於基材之步驟可為同一步驟(例如將靛青粉末混入製程溶劑中)。在一染色與熔接製程中，該溶劑可為一包含已溶解之纖維素之製程溶劑，以利黏合劑106在製程溶劑回收區4(例如復原區)內沉積於熔接基材上及/或熔接基材之內部。
第18A圖所示之熔接紗基材100亦可包含一位於其徑向外側部分之黏合劑表層108。可將黏合劑表層108施用於已有染料及/或著色劑 及/或黏合劑106施用其上之熔接紗基材100，其中施用該染料及/或著色劑及/或黏合劑106之方式包括將一或多種製程溶劑施用於該基材。在一染色與熔接製程中，可將黏合劑106溶解於適當溶劑中，再將此溶劑施用於基材或熔接紗基材100，從而形成黏合劑表層108。本發明人發現，就某些染色與熔接製程而言，一可能有利於熔接紗基材100染色堅牢度之做法係在施用黏合劑表層108時使用不含任何染料及/或著色劑之製程溶劑。
現請參閱第18B圖，圖中可見個別熔接基材纖維103、104、105外層上之個別顏料粒子109以及包埋在黏合劑106中之顏料粒子109。一未有任何顏料粒子109包埋其中之黏合劑表層108可包圍熔接紗基材100之外層。本發明人可以得知，此種黏合劑表層108有可能使熔接紗基材100具有優於先前技術之染色堅牢度。一如個別熔接基材纖維103、104、105之間有可能出現從熔接紗基材之外層至其內部沿徑向變化之顏色梯度，個別熔接基材纖維103、104、105之內部亦可能出現從個別熔接基材纖維103、104、105之外層至其內部沿徑向變化之顏色梯度。與個別熔接基材纖維103、104、105結合之顏料粒子109，其濃度可能在鄰近纖維外表面處最高，如第18B圖所示。
在某些染色與熔接製程中，黏合劑106與黏合劑表層108可能具有類似或相同之化學組成(例如均為纖維素聚合物)。然而，在某些染色與熔接製程中，黏合劑106與黏合劑表層108之化學組成可能不同，該等化學組成可能至少取決於顏料粒子、基材...等因素。
本發明人可以得知，若第17A圖中之熔接紗基材100係以一透過注射器60施用製程溶劑之染色與熔接製程製造，則注射器60之設計可 與第6A圖所示者類似。同樣，如第18A圖所示之熔接紗基材100或許亦可由一透過注射器60施用製程溶劑之染色與熔接製程加以製造。但本發明人可以得知，此種注射器60可能設有多於一個製程溶劑輸入端62與施用界面63，因為用以製造第18A圖所示熔接紗基材100之染色與熔接製程有可能使用兩種不同製程溶劑(例如，首先施用之製程溶劑包含染料及/或著色劑，後續施用之製程溶劑則不含染料及/或著色劑以形成黏合劑表層108)。然而，亦可使用其他可供施用一或多種製程溶劑之結構及/或方法而不脫離本申請案之精神或範圍，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第19A-19C圖繪示若干可透過熔接製程或染色與熔接製程加以製造之熔接紗基材之剖面。為求簡潔，「熔接製程」一詞與第19A-19C圖搭配使用時，包括但不限於前述之熔接製程及染色與熔接製程。第19A圖繪示一均勻熔接紗基材。在本文中，「均勻熔接」一詞係指體積以受控方式壓實之現象在一熔接紗基材的整個剖面中具有空間一致性。
第19B圖繪示一表層熔接紗基材。不同於均勻熔接紗基材，表層熔接紗基材之一可能製造方式係令熔接製程中之聚合物膨脹且具有可移動性，從而導致特定基材之最外層纖維於分子層面相互密切熔接。因此，在一纖維熔接基材中，有可能出現一有別於基材核心纖維之環狀梯度，且大部分之核心纖維可能均未受熔接製程擾動。
第19C圖繪示一核心熔接紗基材。在一核心熔接基材(其同樣可由本文所揭露之熔接製程加以製造)中，最內側纖維之生物聚合物可能已膨脹且具有可移動性，致使該熔接基材之核心於分子層面出現相互密切熔接之梯度，但大部分之外圈纖維仍維持其原本狀態。在第19A-19C圖中， 灰色越深，則纖維間分子層面之交互作用相對越強。
值得注意為，一熔接基材均勻熔接之程度、或表層熔接之程度、或核心熔接之程度，對該熔接基材之物理屬性影響甚鉅。例如，均勻熔接之紗基材可能鬆脫纖維顯著較少，且模數(其可能之計算方式係將強度/韌度除以伸長率，其中強度與伸長率至少如第2.2表、第3.2表...等所示)較高。例如，以染色與熔接製程製成之熔接基材，其模數可能較其未加工紗基材對應物之模數高出100%，鬆脫纖維量則較其未加工紗基材對應物減少約30%至99%(例如以烏氏鬆脫纖維指數(Uster Hairiness Index)為量測值)。相較之下，表層熔接紗基材可能鬆脫纖維顯著較少，但其模數之增幅可能不如均勻熔接基材，其原因在於表層熔接紗基材之核心纖維並未熔接且有可能相對於其他紗及/或熔接紗基材而滑動。反之，核心熔接紗基材可能模數較高，但仍保有所需之鬆脫纖維量。選用甚或調制均勻、表層或核心熔接基材屬性之能力乃為織物製造具有最佳性質之熔接基材之一大關鍵。本發明人可以空間受控之方式壓實熔接紗基材之體積並藉此將熔接紗基材最佳化，俾便以含有天然纖維之紗製造出無法預期之新穎織物。
一熔接製程可經過設計，使本發明人得以透過製程溶劑之施用方法妥善控制製程溶劑之效力與流變特性(包括控制有可能在基材通過製程溶劑施用區2、製程溫度/壓力區3及製程溶劑回收區4之適當時間點產生黏滯曳力之溶劑的用量)，進而製造出均勻熔接紗基材。本發明人達成熔接一致性之程度亦有可能為製程條件之函數，其中製程條件包括但不限於溫度、施加溫度之方法(亦即輻射式或非輻射式熱傳遞或兩者之組合)、大氣壓力、大氣組成、製程溶劑回收區4中製程溶劑回收作業之類型與方法(例 如所選用之復原溶劑種類、溫度、流動特徵...等)，以及用以去除基材中之復原溶劑之乾燥作業的類型與方法。
復請參閱第19B與19C圖(其分別繪示表層熔接紗基材與核心熔接紗基材)，一熔接製程可經過設計，使本發明人可藉由仔細操控熔接製程參數而製造出圖示之替選熔接基材。此外，前文所述之調制後之纖維熔接製程容許本發明人即時調制重要之製程變數，以便將基材至少調制為均勻、表層及/或核心熔接基材。
一般而言，若欲實施表層熔接，可針對熔接條件進行空間限制，亦即透過製程溶劑之組成(其將影響溶劑之效力、流變特性或其兩者)、製程溶劑之施用溫度與壓力、製程溫度/壓力區3之停留時間、控制溫度之方法(包括熱傳遞之方法)、製程溶劑回收區4之設計(包括但不限於復原溶劑之組成、流動特徵、溫度...等)及/或用以去除復原溶劑之方法...等之任一組合(但不限於此)，使熔接條件僅作用於紗基材之外層。
例如，實施表層熔接時可提高溶劑之黏性，使製程溶劑主要沉積於紗基材之外層，且製程溶劑施用區2及/或製程溫度/壓力區3之作業時間與溫度可加以調整，藉以限制製程溶劑經由毛細管滲入基材之程度以及使纖維基材中之生物聚合物膨脹並具有可移動性之有效性。詳言之，可將相對少量(質量比為0.02%至1%)且已溶解化之生物聚合物加入製程溶劑中以產生多種表層熔接效果(表層熔接之程度及/或厚度)。
若欲實施核心熔接，可改變上述所有條件及/或製程參數，包括但不限於改變黏滯曳力之條件。例如，可利用適當之製程溶劑輸送系統及製程條件調整製程溶劑之施用作業，其中該製程溶劑輸送系統可限制製 程溶劑之施用量，而該製程條件則(舉例而言)容許製程溶劑在熔接開始前有充裕之時間經由毛細管滲入基材核心。在此例中，一可能之有利做法係針對製程溶劑之組成進行調整並分別控制製程溶劑施用區2及/或製程溫度/壓力區3之溫度，使熔接條件唯有在溫度到達適當範圍後才完全成立。
在另一範例中，可對製程潤濕基材施用熔接阻滯劑(例如水、水蒸氣...等)(施用地點可在製程溶劑施用區2之終點及/或在製程溫度/壓力區3內)，藉以(透過擴散)改變製程潤濕基材外層製程溶劑之組成，進而影響基材剖面各部位之熔接度。換言之，熔接阻滯劑一旦透過擴散進入鄰近製程潤濕基材外層之製程溶劑後，便有可能延緩及/或中止該部位之熔接，但在此同時，製程潤濕基材內部之熔接作業可能仍在進行中。
雖然第17A-19C圖所示熔接紗基材100之個別熔接基材纖維103、104、105在圖中均具有相互獨立之邊界，但本發明人可以得知，一用以製造熔接紗基材100之熔接製程或染色與熔接製程有可能使相鄰熔接基材纖維103、104、105之邊界相互融合。換言之，個別熔接基材纖維103、104、105之個別邊界有可能在纖維中之生物聚合物膨脹及可移動化後即不復存在。因此，熔接紗基材100中相鄰之熔接基材纖維103、104、105有可能相互融合，一如前述。
前文曾經提及，一用以將基材至少部分染色並使一或多種顏料粒子109透過黏合劑106而與基材至少部分結合之染色與熔接製程可稱為混合式染色與熔接製程。本發明人可以得知，此種染色與熔接製程所用之製程溶劑可包含DMSO或DMF，且或許一方面能使生物聚合物膨脹及具有可移動性，一方面又能溶解所需之染料及/或著色劑。包含DMSO或DMF之製 程溶劑或可為製程溶劑中之靛青染料提供所需溶解度，使部分基材得以傳統染色方式染色。本發明人亦可以得知，在此種染色與熔接製程中，染料及/或著色劑在製程溶劑中之用量有可能使製程溶劑超過該染料及/或著色劑之飽和點。換言之，該染料及/或著色劑有可能使該製程溶劑完全飽和，致使部分染料及/或著色劑懸浮在完全飽和之製程溶劑中。
在另一染色與熔接製程中，靛青染料有可能在製程溶劑中完全溶解化。由此種染色與熔接製程所製成之熔接基材可能看不出有顏料粒子109包埋在黏合劑106中。換言之，該熔接基材可能僅呈現出染色效果，亦即個別熔接基材纖維103、104、105與各熔接紗基材100之外表皆均勻上色。在採用此設計之染色與熔接製程中，製程溶劑回收區4所用之復原溶劑可保存已在製程溶劑中溶解化之靛青染料，但其保存量可能少於已溶解化之靛青染料之10%。詳言之，該復原溶劑所保存之靛青染料量可能少於已在製程溶劑中溶解化之靛青染料之5%。此外，該染色與熔接製程可經過設計，俾將前述任一屬性賦予熔接基材12。本發明人可以得知，以此種製程製成之熔接基材12可能具有較高之抗摩擦脫色性。
染色與熔接製程總結
靛青粉末或可透過一染色與熔接製程而附著於棉紗基材。此靛青粉末或可透過一染色與熔接製程而與該棉紗基材結合，且該基材相對於製程溶劑之溶解度可能係後續製成之熔接基材能否保有該顏料之關鍵。以染色與熔接製程為Kevlar®紗染色之效果不佳，證明顏料並非僅黏附於紗基材之表面。靛青粉末可從熔接紗基材之表面經由摩擦(以機械方式)去除，且無論染色與熔接製程所用之製程溶劑是否包含已溶解之纖維素皆是如 此。若後續施用無色但含有已溶解之纖維素之製程溶劑(例如使熔接紗基材進入另一熔接製程)，或可有效鎖固靛青粉末顏料並減少摩擦脫色之情形(請參見第15.1表)。在某些染色與熔接製程中，DMSO或為一較佳之熔接用共溶劑，其原因在於DMSO不會使靛青產生化學還原，因而不會使紗呈現綠色，即便使靛青長期曝露在該共溶劑中亦是如此。
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一般而言，在一染色與熔接製程所使用之特定製程溶劑中，靛青粉末之最佳重量百分比有可能隨應用而改變，製程溶劑中已溶解之纖維素(或其他黏合劑，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)之最佳重量百分比亦同。在某些染色與熔接製程中，靛青粉末在製程溶劑中之最佳重量百分比可能介於0.25%與8.5%之間，而已溶解之纖維素在製程溶劑中之最佳重量百分比可能介於0.01%與1.5%之間。在其他 染色與熔接製程中，靛青粉末在製程溶劑中之最佳重量百分比可能介於1.0%與4.0%之間，而已溶解之纖維素在製程溶劑中之最佳重量百分比可能介於0.1%與1.0之間。因此，本揭露內容之範圍絕不受限於靛青粉末在製程溶劑中之重量百分比或已溶解之纖維素在製程溶劑中之重量百分比，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
D.復原溶劑之相關考量因素
如前文所述，在某些染色與熔接製程中，ACN有可能在靛青長期曝露其中之情況下使靛青產生化學變化，進而導致熔接紗基材呈現綠色，因此並非理想之復原溶劑。一般而言，以水作為復原溶劑時不會產生上述顏色變化，但水有可能產生其他非本發明人所樂見之效果，例如相對偏高之拖曳力。
使紗以拉動方式通過製程溶劑回收區4(又稱復原區)有可能使施加於紗之拖曳力大於紗之斷裂強度。在一以水作為復原溶劑之染色與熔接製程中，7呎長之復原區使紗承受最高80克-力(gf)之拖曳力(以拖曳方式通過1/4吋之全氟烷氧基樹脂(PFA)管)。在對比實驗中，於水中添加肥皂(莫氏油皂(Murphy Oil Soap)，重量比為0.5%)可將拖曳力降至約55gf。以純ACN作為復原溶劑可將拖曳力降至約45gf，而以乙酸乙酯作為復原溶劑則可將拖曳力降至約35gf。然而，在某些染色與熔接製程中，以純乙酸乙酯去除紗中離子液體之有效性可能相對偏低。因此，就某些染色與熔接製程而言，包含水與約5%乙酸乙酯(以重量計)之復原溶劑或為理想之復原溶劑，因為此種復原溶劑降低拖曳力之效果接近純乙酸乙酯，但又保有水之復原性質。
E.優點與應用
以符合本揭露內容之方法染色之紗可能在許多方面均優於以傳統方法製造者。以符合本揭露內容之方法熔接於紗內之靛青染料較不易「因摩擦而脫色」(亦即在後續清洗作業中及/或因摩擦或其他實體接觸而遭去除)。依本揭露內容而製造之紗可經過設計，俾展現與其熔接外層有關之有利物理屬性，包括但不限於：較佳強度、較佳平滑度(較少鬆脫纖維)、較短之染色時間與較佳之針織特性。
較佳保色性與紗之較佳物理屬性有助於製造出較佳織物，而此種織物至少可廣泛應用於牛仔布產業。
就商用染色法而言，每公斤染色纖維之耗水量為約125公升。符合本揭露內容之製程有可能大幅減少染色作業所需之用水量。此外，該製程之淋洗與復原步驟可經過設計，期能回收多於98%之離子液體，從而降低此熔接兼染色製程之成本與環境衝擊。
對紗同時進行熔接與染色作業之另一優點在於，染料之存在可用於驗證紗之熔接一致性。熔接時不添加染料雖為習知做法，且具有力學上之優點，但熔接製程有可能在無法輕易偵測其一致性之情況下出現不一致之情形。
若令製程溶劑包括染料，則熔接製程中任何不一致處均可透過紗色差異而輕易得知。
10.纖維熔接之空間控制
下述將提供若干定義。該等定義對前述內容之範圍絕不具有限制性，且僅適用於前述內容。若本揭露內容中有任何定義涵蓋相同標的， 則特定章節之解讀應以專為該章節提供之定義為準。因此，本(第10)節之解讀應以本節所提供之定義為依據。
一般而言，一未加工之紗或線基材(下述統稱「未加工紗基材」)或可視為具有圓形剖面(假設此未加工紗基材為單紗形式之未起絨、未加工紗基材)，如第20圖所示。此種紗或可大致區分為兩獨立部分。「紗核心」可定義為一半徑約為全紗半徑一半之圓形區域，其中紗核心可與全紗同心。「紗表層」可定義為全紗之其餘部分(大致為環形)，其環繞紗核心且大致與其同心。依此定義，紗表層之徑向尺寸可能大約等於紗核心之徑向尺寸，但本揭露內容之範圍不限於此，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，在某些應用中，紗核心與紗表層間之邊界可能模糊不清及/或難以精確定位。紗核心之半徑在不同應用中之定義可能不同，且或可隨意定義。例如，在某一應用中，「紗核心」可定義為半徑約等於全紗半徑之三分之一。
參閱第21圖，任一特定被關注區域之熔接度(亦即個別纖維因被修飾而不同於其原本狀態之程度及/或相鄰纖維相互融合之程度)可大致加以估計。在第21圖中，各種情況之被關注區域均顯示為一虛線框線所包圍之區域，詳言之則為各個被關注區域之剖面。此外，熔接度係以明暗度呈現：顏色越深，則被關注區域內纖維間之熔接度相對越高。
第21圖最左側之情況0代表未熔接，亦即原本之纖維未以任何方式修飾或融合。情況1(位於情況0右側且與之相鄰)代表軟性熔接，亦即個別纖維可能已與相鄰纖維輕度融合，因而出現些許體積壓實之現象，但該等纖維之融合並不具有永久性。就一軟性熔接基材而言，機械磨耗或其他 機械力(例如攪拌力、剪力...等)可能導致被關注區域內之纖維彼此分離，致使該被關注區域成為一較接近未加工基材(亦即情況0)之被關注區域。
情況2(位於情況1右側且與之相鄰)代表被關注區域屬於中度熔接，亦即個別纖維係以更具永久性之方式相互融合，且該融合狀態大致難以逆轉。此外，情況2中體積壓實之程度高於情況1。
情況3(位於情況2右側且與之相鄰)代表被關注區域屬於硬性熔接，亦即個別纖維融合後出現最大程度之體積壓實現象，但未完全溶解。情況3所示之硬性熔接狀態極難逆轉，即使施以強大之機械力(例如摩擦力、攪拌力、剪力...等)亦是如此。
情況4(位於情況3右側且與之相鄰，亦即位於第21圖最右側)代表包覆層熔接。就包覆層熔接而言，已溶解化之聚合物有可能溶解於熔接製程所用之製程溶劑中。此外，就包覆層熔接而言，已溶解化之聚合物往往因製程溶劑之黏性而主要沉積於基材之外側部分。因此，就未加工紗基材而言，已溶解化之聚合物可能大部分均沉積於紗表層。然而，藉由操控製程溶劑之流變性質與製程溶劑施用區之黏滯曳力，本發明人可在一熔接方法中使已溶解化之聚合物進入基材較內側之部分。
第22A-22E圖繪示多種熔接紗基材之剖面圖，並以前文所定義之紗核心及紗表層作為被關注區域，其中該等熔接紗基材之被關注區域分別具有多種特定熔接度。第22A圖繪示一均勻熔接紗，其紗核心之熔接度與紗表層之熔接度相同。若使用前文搭配第21圖所說明之熔接度術語，則一軟性熔接之均勻熔接紗可稱為1,1-熔接紗，其中第一個數字代表紗核心之熔接度，第二個數字代表紗表層之熔接度。依此類推，一中度熔接之均勻熔接 紗或可稱為2,2-熔接紗，一硬性熔接之均勻熔接紗或可稱為3,3-熔接紗。
第22B圖繪示一表層熔接紗，其紗表層之熔接度高於紗核心之熔接度。因此，可將0,2-熔接紗視為表層熔接紗，至於1,3-熔接紗、2,3-熔接紗、0,3-熔接紗、1,2-熔接紗...等，同樣可視為表層熔接紗。一般而言，任一紗表層熔接度高於紗核心熔接度之熔接紗均可視為表層熔接紗。
第22C圖繪示一核心熔接紗，其紗核心之熔接度高於紗表層之熔接度。因此，可將2,0-熔接紗視為核心熔接紗，至於3,1-熔接紗、2,1-熔接紗、1,0-熔接紗、3,2-熔接紗...等，同樣可視為核心熔接紗。一般而言，任一紗核心熔接度高於紗表層熔接度之熔接紗均可視為核心熔接紗。
第22D圖繪示一具有包覆層之均勻熔接紗，並藉此呈現熔接類型/熔接度之另一方面。一般而言，包覆層可環繞紗表層之全部外表面或一部分外表面。具有包覆層之熔接紗可在表示紗表層熔接度之數字(亦即命名規則中的第二個數字)後增加數字「4」以供識別。例如，一屬於軟性熔接且具有包覆層之均勻熔接紗可稱為1,1,4-熔接紗。一屬於硬性熔接且具有包覆層之均勻熔接紗可稱為3,3,4-熔接紗，依此類推。
第22E繪示一具有包覆層之表層熔接紗，其紗表層之熔接度高於紗核心之熔接度，且該包覆層有可能環繞紗表層之外表面。因此，可將0,2,4-熔接紗視為具有包覆層之表層熔接紗。同樣，1,3,4-熔接紗、0,1,4-熔接紗、2,3,4-熔接紗...等，亦可視為具有包覆層之表層熔接紗。
如前文及第11A-11D圖之相關說明所述，本發明人可將一熔接製程設計為調制後之熔接製程。調制之類型可能因熔接製程而異。舉例而言，第23圖繪示一以調制後之熔接製程製成之熔接紗基材。在此，該熔接紗 基材包含屬於2,1-熔接(亦即核心熔接)之第一部分及屬於1,3-熔接(亦即表層熔接)之第二部分，該第一與第二部分之間形成大致漸進之過渡區。在其他構型中，該兩部分間之轉變可能較第23圖所示者急劇及/或明顯。此外，一熔接紗基材在其長度方向上可具有多於兩個部分，且該等部分之出現模式/順序可能不同，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。換言之，調制結果未必為一簡單之二元重複圖案，有可能更加複雜，例如各部分之長度互異，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
調制之效果可透過調制製程溶劑、黏滯曳力、溫度...等之施用方式及/或用量(或大小、高低)而實現，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，可供調制之熔接基材屬性可為本文所揭露之任一屬性，包括但不限於直徑、鬆脫纖維之多寡、摩擦阻力、顏色、撓曲模數、熔接度、包覆層之存在與否、機能材料之存在與否、形狀，或上列各項之組合，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
再舉一例，第24圖繪示以另一調制後之熔接製程製成之熔接紗基材。在此範例中，該熔接紗基材之剖面形狀及/或質地與熔接類型均可沿該基材之長度方向進行調制。在某些構型中，若沿熔接紗基材之長度方向調制其剖面形狀，自然會對其質地產生調制效果。在其他構型中，熔接紗基材之其他屬性(例如鬆脫纖維之多寡)亦可隨剖面形狀一同調制，而熔接紗基材之質地亦一併獲得調制。
如第24圖所示，該熔接紗基材可包含屬於2,0-熔接(核心熔 接)且剖面形狀大致為圓形之第一部分，以及屬於3,3-熔接(均勻熔接)且剖面形狀大致為橢圓形之第二部分，該兩部分之間形成大致漸進之過渡區。如前文所述，一熔接紗基材各部分之數量及/或變化類型不限於第24圖所示者，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。誠然，若考量上列變數之數量，則一特定長度之熔接紗基材的多個部分幾乎可有無限多種排列方式。
第25圖中繪有三個變數軸(亦即三種變數)，其中之變數均可就特定熔接製程進行操控，期能製造出具有特定屬性之熔接紗基材。圖中三種變數乃相互獨立，因此，一熔接製程可經過設計，俾使其所製成之熔接紗基材透過調制或未經調制之方式而在其長度方向上具有該三種變數之任一組合。
第26圖係於第25圖中新增一條代表另一獨立變數(機能材料)之軸線。熟悉該項技術者當可由本揭露內容得知，一採用特定設計之熔接製程有可能製造出極多種不同熔接基材之組合。本發明人可以得知，多種熔接基材屬性或可經由調制後或未經調制之熔接製程而實現，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。本發明人亦可以得知，(透過調制後或未經調制之方式而)具有一或多種上述屬性之熔接基材或可由第9A圖或第10A圖所示之裝置加以製造。然而，亦可利用其他裝置製造符合本揭露內容之熔接紗基材，在此無任何限制，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第27A-27D圖為多條熔接紗基材以剪刀剪斷後之掃描式電子顯微鏡影像。一般而言，該等熔接紗基材可由第9A圖或第10A圖所示之裝 置加以製造。然而，亦可利用其他裝置製造符合本揭露內容之熔接紗基材，在此無任何限制，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。例如，第27A-27D圖所示之熔接紗基材或可由類似第9A圖所示之裝置加以製造，其中該等基材可以拉動之方式通過一設計為小直徑管之熔接柱，致使該等基材之外表面與熔接柱之內壁產生某種程度之實體接觸(例如摩擦，其有可能為黏滯曳力之成因之一，詳見前文之定義)，從而製造出具有所需屬性(例如鬆脫纖維量較少、表面平滑度較高...等)之熔接紗基材。
第27A圖顯示一2,3-熔接紗(其構成一表層熔接紗)。此熔接紗可以包含10/1環錠式精紡紗之未加工紗基材為原料，搭配包含EMIm與DMSO(兩者之重量比為70：30)之製程溶劑而製成。製程溶劑與熔接柱之溫度可設定為90℃，紗基材在熔接柱中之停留時間可設為約11秒(例如以13m/min之拉動速率通過約2.4公尺長之熔接柱)。製程溶劑在熔接柱中之質量流率可為紗基材質量流率之約3.5倍。
第27B圖同樣顯示一2,3-熔接紗(其構成一表層熔接紗)。此熔接紗可以包含10/1環錠式精紡紗之未加工紗基材為原料，搭配包含EMIm與ACN(兩者之重量比為64：36)之製程溶劑而製成。製程溶劑與熔接柱之溫度可設定為90℃，紗基材在熔接柱中之停留時間可設為約11秒(例如以13m/min之拉動速率通過約2.4公尺長之熔接柱)。製程溶劑在熔接柱中之質量流率可為紗基材質量流率之約6.0倍。
第27C圖顯示一0,1-熔接紗(其構成一表層熔接紗)。此熔接紗可以包含10/1環錠式精紡紗之未加工紗基材為原料，搭配包含四丁基氫氧化銨(TBAH)(重量百分比為55)水溶液與ACN(兩者之重量比為70：30) 之製程溶劑而製成。製程溶劑與熔接柱之溫度可設定為65℃，紗基材在熔接柱中之停留時間可設為約10秒。
第27D圖顯示一1,2-熔接紗(其構成一表層熔接紗)。此熔接紗可以包含10/1環錠式精紡紗之未加工紗基材為原料，搭配包含四丁基氫氧化銨(TBAH)(重量百分比為55)水溶液與ACN(兩者之重量比為70：30)之製程溶劑而製成。製程溶劑與熔接柱之溫度可設定為70℃，紗基材在熔接柱中之停留時間可設為約14秒。
空間調制之其他考量因素
如第28圖所示(其中顏色越深，則熔接度相對越高)，均勻熔接紗、表層熔接紗與核心熔接紗之剖面內均有可能出現多個熔接度互異之部分(如前文所述)。在第28圖中，熔接度大致朝圖面中心遞增，其中垂直排列之圓形代表均勻熔接之形態，亦即整個剖面中之熔接度大致一致或均勻。排列於右下方之圓形代表核心熔接之形態，亦即紗周緣部分之熔接度低於紗其他部分之熔接度。排列於左下方之圓形則代表表層熔接之形態，亦即紗周緣部分之熔接度高於紗其他部分之熔接度。在所有圓形中，顏色越深均代表熔接度越高，如第28圖中之箭頭所示。
參閱第29A及29B圖，其中第29A圖係一未經處理之未加工紗之側視圖，第29B圖則為該未加工紗沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之端視圖。第29A與29B圖係依相同比例呈現，其中該未加工紗之直徑在切斷前為約240微米，切斷後為約515微米。因此，根據本發明人之觀察，該未加工紗沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之直徑增幅大於100%。第29A及29B圖所示未加工紗之直徑增幅為約115%。
相較之下，一熔接紗沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之直徑增幅明顯較小。參閱第29C及29D圖，其中第29C圖為一熔接紗之側視圖，第29D圖則為該熔接紗沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之端視圖(亦即該二圖呈現該熔接紗之方式類似於第29A及29B圖呈現未加工紗之方式)。根據本發明人之觀察，該熔接紗之直徑增幅遠小於該未加工紗之直徑增幅。第29C及29D圖所示之熔接紗屬於熔接度相對偏低之表層熔接。第29C及29D圖係依相同比例呈現，其中該熔接紗之直徑在切斷前為約192微米，切斷後為約363微米，直徑增幅為約89%。此外，第29C及29D圖所示熔接度相對偏低之熔接紗係代表熔接紗之直徑增幅達上限或接近上限之情形。在反覆實驗及分析以上述方式切斷之未加工紗與熔接紗後，本發明人發現熔接紗之直徑增幅觀測值小於100%，未加工紗之直徑增幅觀測值大於100%。然而，熔接紗之直徑增幅小於100%之特定幅度及未加工紗之直徑增幅大於100%之特定幅度對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第30B圖為三種表層熔接紗之端視圖，其中熔接度係由圖左側往右側遞增，如箭頭所示。第30A圖則以類似方式呈現一未加工紗，以便直接與第30B圖進行比較。比較第30A圖與第30B圖並將第30B圖中之個別紗線相互比較即可清楚得知，紗線沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之直徑增幅觀測值隨熔接度升高而降低。此外，比較第30A圖與第30B圖並將第30B圖中之個別紗線相互比較即可清楚得知，紗剖面中之空隙量隨熔接度升高而減少，而纖維體積比亦因此隨熔接度升高而增大，下文將有進一步說明。
在本文中，除非針對特定上下文另有說明，否則「纖維體積 比」係指纖維在整個被關注空間內所佔空間之百分比(就本文中之範例而言，該被關注空間基本上係紗之剖面，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)，且「纖維體積比」可能與其他參考文獻中之「紗充填密度」同義，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。本發明人可以得知，一未加工紗之任一剖面圖均可以相對準確之方式代表該未加工紗沿長度方向上各部分之結構，一未經調制之熔接紗之任一剖面圖亦可以相對準確之方式代表該熔接紗沿長度方向上各部分之結構。本發明人亦可以得知，一調制後之熔接紗之任一剖面圖均可以相對準確之方式代表該調制後之熔接紗沿長度方向上各對應部分之結構。
參閱第31A及31B圖，其中第31A圖係一熔接紗沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之端視(剖面)圖，第31B圖則為第31A圖之詳圖且包含兩個疊加於剖面上之同心圓。如第31B圖所示，該熔接紗之剖面可分為至少兩部分，其中第31B圖顯示一沿著該熔接紗周緣而延伸之外側部分(可視為表層)及一內側部分(可視為核心)。此外，比較該兩部分即可清楚得知，該外側部分個別纖維間之空隙量少於該內側部分之空隙量(所述空隙為顏色較深之區域)，故該外側部分之熔接度高於該內側部分之熔接度。再者，本發明人可由此看出熔接度係與纖維體積比成正比，詳見下文之說明。
參閱第32圖，其為第31A與31B圖所示熔接紗剖面圖之一系列影像，本發明人可據此計算出該剖面特定部分之纖維體積比。左上影像係將該熔接紗剖面圖轉為灰階。右上影像則於同一剖面圖中繪出紗之外部輪廓(亦即周緣)。右下圖之對比度已經過調整，且(根據剖面之外周緣)繪有多個同心環。該等同心環之形狀及/或構型可隨紗長度方向上特定部位 之剖面形狀而變化，因此對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。在本範例中，同心圓僅供示範說明之用，並使圖面清晰。
此時便可計算各環形區域之面積，並將一二元閾值應用於各環形區域，亦即將各像素標示為空隙或纖維，其中顏色較深之像素可標示為空隙，顏色較淺之像素則可標示為纖維。用以判定一像素為空隙或纖維之顏色深淺度閾值可能隨特定應用而不同，因此對本揭露內容之範圍絕不具有限制性。
然後便可將各環形區域之纖維像素數除以各該環形區域之總像素數，從而計算出各該環形區域之纖維體積比。此範例中樣本之計算結果如第32圖之左下影像所示。就第32圖所示之紗而言，紗中心之纖維體積比計算值為79%，而最外側環形區域之纖維體積比計算值為95%。換言之，外側部分之纖維體積比計算值較內側部分之纖維體積比計算值高出約20%。但就其他(具有表層或核心熔接形態之)熔接紗而言，兩相鄰部分之纖維體積比之差距可能小於或大於上列數值，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。例如，在某應用中，纖維體積比之差距可能不超過5%，在另一應用中可能不超過10%，在另一應用中可能不超過15%，在另一應用中可能不超過25%，在另一應用中可能不超過30%，在另一應用中可能不超過35%，在另一應用中可能不超過40%，在另一應用中可能不超過45%，在另一應用中可能不超過50%，在另一應用中可能不超過55%，在另一應用中可能不超過60%，在另一應用中可能不超過65%，在另一應用中可能不超過70%，在另一應用中可能不超過75%，在另一應用中可能不超過 80%，在另一應用中可能不超過85%，在另一應用中可能不超過90%，在另一應用中可能不超過95%，在另一應用中可能不超過100%，且上列限值間之任一數值均有可能，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
如前文所述，纖維體積比與熔接度成正比，亦即相對偏高之熔接度對應於相對偏高之纖維體積比。因此，若將一熔接製程設計為可使熔接紗外側部分之熔接度相對偏高(亦即實施表層熔接)，則該外側部分之纖維體積比亦將較高，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。同樣，若將一熔接製程設計為可使熔接紗內側部分之熔接度相對偏高(亦即實施核心熔接)，則該內側部分之纖維體積比亦將較高，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。然而，在許多應用中，若紗剖面中鄰近剖面幾何中心之一特定部分之纖維體積比高於75%(在某些應用中則為至少79%或更高)，即代表該部分已出現至少些許熔接之現象(下文將搭配與核心熔接形態有關之第36A及36B圖詳加說明)，若一特定部分之纖維體積比達85%以上則代表該部分具有更高之熔接度，若一特定部分之纖維體積比達90%以上則代表該部分之熔接度又更高，若一特定部分之纖維體積比達95%以上則代表該部分之熔接度又更高，依此類推，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在其他應用中，若紗剖面一特定外側部分(例如自該剖面周緣向內延伸之距離使其構成該剖面面積(亦即截面積)之至多80%者)之纖維體積比高於50%，即代表該部分已出現至少些許熔接之現象(下文將搭配第34A及34B圖詳加說明)，若一特定部分之纖維體積比達55%以上則代表該 部分具有更高之熔接度，若該特定部分之纖維體積比達60%以上、或達65%以上、或達70%以上、或達75%以上、或達80%以上、或達85%以上、或達90%以上、或達95%以上，則分別代表該部分具有更高之熔接度，依此類推，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。一熔接紗特定部分介於30%與100%之間的纖維體積比特定數值對本揭露內容之範圍絕不具有限制性(其中纖維體積比為100%可能代表纖維已完全壓實，亦即個別纖維之間無任何空隙)，且本發明人可以得知，若紗剖面特定外層部分之纖維體積比高於30%，且若該剖面中鄰近紗幾何中心之特定相鄰部分之纖維體積比高於75%(在某些應用中則為79%以上)，即可證明已出現至少些許熔接之現象，其中較高之纖維體積比代表相對偏高之熔接度。
第33圖為熔接度與纖維體積比之關係圖，其中第33圖右側係根據第32圖所示剖面所算出之資料點，第33圖左側則提供一熔接度標尺。在該標尺中，「0」代表未熔接(亦即未加工紗)，「3」代表一相對偏高之熔接度，「1」與「2」則代表介於該兩者間之熔接度(其中「1」可能代表低度或軟性熔接，「2」可能代表中度熔接)。然而，此由「0」至「3」之標尺對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。可以更多或更少之刻度表示相對熔接度(例如使用由「0」至「5」之標尺)，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
復請參閱第33圖，其中虛線顯示一未加工紗之纖維體積比係與紗剖面幾何中心之距離之函數。根據第33圖及未加工紗所可能達到之最大纖維體積比，本發明人或可求出一用以判別紗線中「可視為已有些許證據 證明已出現熔接現象之部分」與「可視為未加工(亦即無證據可證明已出現熔接現象)之部分」之閾值。換言之，該閾值下述之區域或可代表未加工、未經處理之紗，該閾值以上之區域或可代表具有至少些許熔接度，其中在該閾值上方越遠處之熔接度越高。此外，距紗幾何中心越遠，則該閾值越低。纖維體積比(在第33圖中係以分數而非百分比表示)有可能沿著從該閾值向上延伸之方向增加，其中「0」代表該特定區域無纖維(亦即全為空隙而無任何纖維)，「1」代表纖維體積比為100%(亦即全無空隙)。因第33圖係一表層熔接紗之資料，熔接度(連同纖維體積比)係沿著從紗剖面中心至紗剖面周緣之方向遞增，此現象與虛線所示未加工紗之觀測結果相反。
為進行上述分析，本發明人係將紗剖面分為五個部分(在此範例中為五個環形區域，其外側邊界之半徑分別為該剖面半徑之20%、40%、60%、80%及100%)，但亦可使用較低或較高之詳細度(例如劃分為更少或更多環形區域)，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。因此，一熔接紗剖面中第一部分與第二部分(例如核心及/或表層)所佔之百分比或第一、第二與第三部分(例如核心、中間部分及/或表層)所佔之百分比有可能隨該熔接紗之應用而改變，故而對本揭露內容不具有限制性。在某應用中，鄰近剖面周緣之第一部分可佔截面積之至多0.2%，在另一應用中可佔截面積之至多0.4%，在另一應用中可佔截面積之至多0.6%，在另一應用中可佔截面積之至多0.8%，在另一應用中可佔截面積之至多1.0%，在另一應用中可佔截面積之至多1.5%，在另一應用中可佔截面積之至多2.0%，在另一應用中可佔截面積之至多2.5%，在另一應用中可佔截面積之至多5%，在另一應用中可佔截面積之至多10%，在另一應用中可 佔截面積之至多15%，在另一應用中可佔截面積之至多20%，在另一應用中可佔截面積之至多25%，在另一應用中可佔截面積之至多30%，在另一應用中可佔截面積之至多35%，在另一應用中可佔截面積之至多40%，在另一應用中可佔截面積之至多45%，在另一應用中可佔截面積之至多50%，在另一應用中可佔截面積之至多55%，在另一應用中可佔截面積之至多60%，在另一應用中可佔截面積之至多65%，在另一應用中可佔截面積之至多70%，在另一應用中可佔截面積之至多75%，在另一應用中可佔截面積之至多80%，在另一應用中可佔截面積之至多85%，且上列限值間之任一數值均有可能，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
此外，雖然在本文所揭露及探討之範例中，有許多範例均使用剖面大致為圓形之紗，但本揭露內容之範圍並不受此限制，而係涵蓋具有任一種剖面形狀之熔接紗，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明(例如橢圓形、不規則形...等)則依其說明。上述分析或可應用於紗剖面中任一被關注區域。例如，在一所用紗之剖面為不規則形之應用中(其實，大部分紗均具有不規則之剖面形狀，但大致可以其他幾何形狀加以模擬)，第一部分可定義為從紗之外周緣向內延伸一段距離(表層)，第二部分可定義為從紗之幾何中心向外延伸至與該第一部分相接為止(核心)，其中第一部分構成紗之總截面積之一特定百分比，第二部分則構成剩餘之百分比。在另一範例中，第三部分可位於該第一與第二部分之間，若尚有其他部分亦可依此方式排列，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，第一部分從紗之周緣向內延伸之距離可沿該周緣而具有一致性，或者，該距離可不具有一致性，從而導致一相鄰部分之邊界間之 距離隨該部分中之特定位置點而改變，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
參閱第34A及34B圖，第34A圖係將前述同心環疊加於第32圖所示之紗剖面上，第34B圖則繪示熔接度(連同纖維體積比)之標準化平滑函數，其對應於上述及第32與33圖所示之實驗數據。第34B圖中之虛線顯示一未加工紗之纖維體積比係與紗剖面幾何中心之距離之函數。此外，在一表層熔接之形態中，紗剖面內之熔接度(及纖維體積比)有可能沿徑向向外遞增。若紗剖面之幾何中心並未熔接(亦即為未經處理、未加工之纖維)，則用以代表熔接度之曲線(其為與紗幾何中心之距離之函數)有可能從熔接度標尺之「0」處開始(如第38A及38B圖所示，詳見下文之說明)。然而，若紗剖面之幾何中心或鄰近幾何中心處具有至少些許熔接度，則本發明人可以得知，該曲線之起點有可能位於熔接度標尺之「0」之上方。
可顯示一紗剖面之某部分具有至少些許熔接度之纖維體積比數值有可能改變，端視該部分與該紗剖面幾何中心之距離而定。因未加工紗呈現出如第34B圖虛線所示之纖維體積比梯度，第34A圖中紗外側部分(亦即有可能構成表層之部分)之熔接與否，可由相對偏低之纖維體積比得知。例如，若第34A圖所示剖面其最外圈環形區域(其為一用以代表該紗剖面之圓形之半徑0.8倍與1.0倍之間的區域)之纖維體積比大於30%，可能代表該部分(亦即表層)具有至少些許熔接度。若第34A圖中位於該最外圈環形區域內側之下一個環形區域(其為用以代表該紗剖面之圓形之半徑0.6倍與0.8倍之間的區域)之纖維體積比大於40%，可能代表該部分具有至少些許熔接度。其他環形區域之熔接與否亦可以類似方式判定，在此無任何限制，但若 在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
參閱第35B圖，其為兩核心熔接紗之端視圖，其中熔接度係由圖左側往右側遞增，如箭頭所示。第35A圖則以類似方式呈現一未加工紗，以便直接與第35B圖進行比較。比較第35A圖與第35B圖並將第35B圖中之個別紗線相互比較即可清楚得知，紗線沿垂直於其縱軸之一平面切斷後之直徑增幅觀測值隨熔接度升高而降低，此一現象與前文搭配第30A及30B圖所描述者類似。此外，比較第35A圖與第35B圖並將第35B圖中之個別紗線相互比較即可清楚得知，紗剖面中之空隙量隨熔接度升高而減少，而纖維體積比亦因此隨熔接度升高而增大，一如前述。然而，就類似第35B圖所示之核心熔接紗而言，鄰近熔接紗剖面幾何中心處之熔接度(及纖維體積比)係大於剖面中鄰近熔接紗周緣處之熔接度(及纖維體積比)。
參閱第36A及36B圖，第36A圖係將前述同心環疊加於第35B圖所示之紗剖面上，第36B圖則繪示熔接度(連同纖維體積比)之標準化平滑函數，其對應於可利用前文搭配第32與33圖所說明之影像分析法取得之實驗數據。第36B圖中之虛線顯示一未加工紗之纖維體積比係與紗剖面幾何中心之距離之函數。此外，在一核心熔接之形態中，紗剖面內之熔接度(及纖維體積比)有可能沿徑向向外遞減。若紗剖面中鄰近紗周緣之部分並未熔接(亦即為未經處理、未加工之纖維)，則用以代表熔接度之曲線(其為與紗幾何中心之距離之函數)有可能於熔接度標尺之「0」處終止，如第36B圖(及第39A與39B圖，詳見下文之說明)所示，且剖面周緣處之纖維體積比有可能與未加工紗類似。然而，若紗剖面之周緣或鄰近周緣處具有至少些許熔接度，則本發明人可以得知，該曲線之終點有可能位於熔接度標尺之「0」 之上方。
如前文所述，可顯示一紗剖面之某部分具有至少些許熔接度之纖維體積比數值有可能改變，端視該部分與該紗剖面幾何中心之距離而定。因未加工紗呈現出如第36B圖虛線所示之纖維體積比梯度，第36A圖中之紗於鄰近幾何中心處(亦即有可能構成核心之部分)是否已熔接，可由相對偏高(高於前述鄰近剖面周緣處)之纖維體積比得知。例如，若第36A圖所示剖面其最內圈區域(其為一用以代表該紗剖面之圓形之幾何中心與半徑0.2倍之間的區域)之纖維體積比為75%以上(在某些應用中則為79%以上)，可能代表該部分(亦即核心)具有至少些許熔接度。若第36A圖中位於該最內圈區域外側之下一個環形區域(其為用以代表該紗剖面之圓形之半徑0.2倍與0.4倍之間的區域)之纖維體積比大於70%，可能代表該部分具有至少些許熔接度。若第36A圖中再下一個環形區域(其為用以代表該紗剖面之圓形之半徑0.4倍與0.6倍之間的區域)之纖維體積比大於55%，可能代表該部分具有至少些許熔接度。其他環形區域之熔接與否亦可以類似方式判定，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第37A-39B圖係針對熔接紗之三種不同形態及各形態之兩種熔接度所繪製之曲線，顯示熔接度/纖維體積比係與紗幾何中心之距離之函數。然而，此三組曲線僅供示範說明之用，並不代表所有可能情況，因此對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第37A及37B圖中之兩條曲線代表均勻熔接紗，其中第37A圖代表一熔接度相對偏高之均勻熔接紗，第37B圖則代表一熔接度相對偏低 之均勻熔接紗。如圖所示，一均勻熔接紗整個剖面內之纖維體積比(及熔接度)可能實質相同，此一現象由圖中之直線表示。此外，用以代表纖維體積比相對偏高(且熔接度相對偏高)之均勻熔接紗之直線，其y軸位置高於用以代表纖維體積比相對偏低(且熔接度相對偏低)之均勻熔接紗之直線。換言之，第37A圖所代表之熔接紗之熔接度與纖維體積比均大於第37B圖所代表之熔接紗。
第38A及38B圖中之三條曲線代表表層熔接紗，其中第38A圖所代表之表層熔接紗於鄰近紗剖面周緣處之纖維體積比(及熔接度)高於紗剖面更內側之部分。第38B圖中標示為「B2」之曲線所代表之表層熔接紗於鄰近紗剖面周緣處(亦即表層)之纖維體積比(及熔接度)則低於第38A圖所代表之表層熔接紗之剖面對應部分(亦即表層)。換言之，第38A圖所代表之紗之表層部分之熔接度高於第38B圖曲線B2所代表之紗之表層部分，亦因此，第38A圖所代表之紗之表層部分之纖維體積比大於第38B圖曲線B2所代表之紗之表層部分。然而，第38A圖所代表之紗之表層相對面積約略等於第38B圖曲線B2所代表之紗之表層相對面積。
第38B圖中標示為「B1」之曲線所代表之表層熔接紗於鄰近紗剖面周緣處(亦即表層)之纖維體積比(及熔接度)高於第38B圖曲線B2所代表之表層熔接紗之剖面對應部分(亦即表層)。換言之，第38B圖曲線B1所代表之紗之表層部分之熔接度高於第38B圖曲線B2所代表之紗之表層部分，亦因此，第38B圖曲線B1所代表之紗之表層部分之纖維體積比大於第38B圖曲線B2所代表之紗之表層部分。然而，第38B圖曲線B1所代表之紗之表層相對面積小於第38B圖曲線B2所代表之紗之表層相對面積(亦即第38B 圖曲線B1所對應之紗表層係侷限於一更貼近紗剖面周緣之部分)。
因第38A及38B圖所示曲線所代表之三種紗均可視為表層熔接，各紗鄰近剖面周緣處之纖維體積比(及熔接度)均高於其剖面更內側之部分。
因此，如第38A及38B圖所示，表層熔接形態中之纖維體積比(及熔接度)有可能沿著從紗剖面幾何中心至剖面周緣之方向遞增。此外，用以代表熔接度相對偏高之表層熔接紗之曲線，其右端(亦即對應於紗剖面周緣之一端)之y軸位置係高於用以代表熔接度相對偏低之表層熔接紗之曲線之右端，由此可知，第38A圖所代表之熔接紗之熔接度與纖維體積比均大於第38B圖曲線B2所代表之熔接紗。然而，就第38A圖所示曲線所代表之表層熔接紗及第38B圖所示曲線所代表之表層熔接紗而言，其內側部分可能均未經加工，故無剖面幾何中心已熔接之證據，或者，其中任一表層熔接紗之剖面幾何中心可能具有些許熔接度(儘管低於鄰近剖面周緣處之熔接度)，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
因未加工紗之纖維體積比係從紗之幾何中心向外遞減，具有表層熔接形態之紗可能特別令人感興趣之原因在於，就該種形態而言，鄰近紗剖面周緣處之纖維體積比可能大於剖面更內側部分之纖維體積比，而此現象與習知技術中之纖維體積比梯度相反。例如，一熔接製程可經過設計，俾製造具有表層熔接形態之紗，並使紗剖面第一部分(亦即表層)之纖維體積比達40%以上，其中第一部分係定義為從紗剖面周緣向內延伸並因而構成整個截面積之至多2.5%，在另一應用中則至多5.0%、或至多10%、或至多15%、或至多20%、或至多25%、或至多30%、或至多35%、或至多40%、或 至多45%、或至多50%、或至多55%、或至多60%、或至多65%、或至多70%、或至多75%、或至多80%、或至多85%，且上列限值間之任一數值均有可能，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，本發明人或可調整第一部分之熔接度，以使該可佔截面積任一百分比之部分具有55%以上、或60%以上、或65%以上、或70%以上、或75%以上、或80%以上、或85%以上、或90%以上、或95%以上之纖維體積比，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就表層熔接之形態而言，可顯示表層具有至少些許熔接度之纖維體積比可能大致隨表層在紗之截面積中所佔百分比之增加而增加。例如，當表層構成紗之截面積之至少36%時，纖維體積比大於30%(在某些情況下則為25%以上)可能代表表層具有至少些許熔接度。當表層構成紗之截面積之至少64%時，纖維體積比大於40%可能代表表層具有至少些許熔接度。當表層構成紗之截面積之至少84%時，纖維體積比大於55%可能代表表層具有至少些許熔接度。然而，上列數值僅供示範說明之用，絕無限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
第39A及39B圖中之三條曲線代表核心熔接紗，其中第39A圖所代表之核心熔接紗於鄰近紗剖面幾何中心處之纖維體積比(及熔接度)高於紗剖面中更靠近周緣之部分。第39B圖中標示為「B2」之曲線所代表之核心熔接紗於鄰近紗剖面幾何中心處之纖維體積比(及熔接度)則低於第39A圖所代表之核心熔接紗之剖面對應部分。換言之，第39A圖所代表之紗之核心部分之熔接度高於第39B圖曲線B2所代表之紗之核心部分，亦因此，第39A圖所代表之紗之核心部分之纖維體積比大於第39B圖曲線B2所代表 之紗之核心部分。
第39B圖中標示為「B1」之曲線所代表之核心熔接紗於鄰近紗剖面幾何中心處(亦即核心)之纖維體積比(及熔接度)高於第39B圖曲線B2所代表之核心熔接紗之剖面對應部分(亦即核心)。換言之，第39B圖曲線B1所代表之紗之核心部分之熔接度高於第39B圖曲線B2所代表之紗之核心部分，亦因此，第39B圖曲線B1所代表之紗之核心部分之纖維體積比大於第39B圖曲線B2所代表之紗之核心部分。然而，第39B圖曲線B1所代表之紗之核心相對面積小於第39B圖曲線B2所代表之紗之核心相對面積(亦即第39B圖曲線B1所對應之紗核心係侷限於一位於紗剖面更內側之部分)。
因第39A及39B圖所示曲線所代表之三種紗均可視為核心熔接，各紗鄰近剖面幾何中心處之纖維體積比(及熔接度)均高於其剖面中更靠近周緣之部分。
因此，如第39A及39B圖所示，核心熔接形態中之纖維體積比(及熔接度)有可能沿著從紗剖面幾何中心至剖面周緣之方向遞減。此外，用以代表熔接度相對偏高之核心熔接紗之曲線，其左端(亦即對應於紗剖面幾何中心之一端)之y軸位置係高於用以代表熔接度相對偏低之核心熔接紗之曲線之左端，由此可知，第39A圖所代表之熔接紗之熔接度與纖維體積比均大於第39B圖曲線B2所代表之熔接紗。然而，就第39A圖所示曲線所代表之核心熔接紗及第39B圖所示曲線所代表之核心熔接紗而言，其周緣部分可能均未經加工，故無鄰近剖面周緣處已熔接之證據，或者，其中任一核心熔接紗可能於鄰近剖面周緣處具有些許熔接度(儘管低於鄰近剖面幾何中心處之熔接度)，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依 其說明。
如前文所述，未加工紗之纖維體積比係從紗之幾何中心向外遞減。未加工紗之纖維體積比往往在與紗剖面幾何中心之距離為剖面半徑約0.5倍處朝外側陡降(就一圓形紗剖面之簡單幾何關係而言，半徑0.5倍即涵蓋總截面積之約25%)。因此，具有核心熔接形態之紗可能特別令人感興趣之原因在於，就該種形態而言，纖維體積比相對偏高之部分可能佔紗剖面之一大部分。例如，一熔接製程可經過設計，俾製造具有核心熔接形態之紗，並使紗剖面第二部分(亦即核心)之纖維體積比至少為75%，其中第二部分係定義為從紗之幾何中心向外延伸並因而構成總截面積之至多2.5%，在另一應用中則至多5.0%、或至多10%、或至多15%、或至多20%、或至多25%、或至多30%、或至多35%、或至多40%、或至多45%、或至多50%、或至多55%、或至多60%、或至多65%、或至多70%、或至多75%、或至多80%、或至多85%、或至多90%、或至多95%、或至多97.5%、或至多99%，且上列限值間之任一數值均有可能，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。此外，本發明人或可調整第二部分之熔接度，以使該可佔截面積任一百分比之部分具有55%以上、或60%以上、或65%以上、或70%以上、或75%以上、或80%以上、或85%以上、或90%以上、或95%以上之纖維體積比，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
就核心熔接之形態而言，可顯示核心具有至少些許熔接度之纖維體積比可能大致隨核心在紗之截面積中所佔百分比之增加而降低。例如，當核心構成紗之截面積之至少4%時，纖維體積比大於75%(在某些情 況下則為79%以上)可能代表核心具有至少些許熔接度。當核心構成紗之截面積之至少16%時，纖維體積比大於75%可能代表核心具有至少些許熔接度。當核心構成紗之截面積之至少36%時，纖維體積比大於55%可能代表核心具有至少些許熔接度。當核心構成紗之截面積之至少64%時，纖維體積比大於40%可能代表核心具有至少些許熔接度。然而，上列數值僅供示範說明之用，絕無限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
一般而言，以本文所揭露之熔接製程製造之紗可經過設計，以使熔接紗之化學組成與對應之未加工基材實質相同。在許多應用中，該化學組成可為生物聚合物，尤其是纖維素。此種化學組成之一致性可能與相對偏高之纖維體積比同時出現，因為就熔接紗而言，特定生物聚合物(例如纖維素、絲或上述其他生物聚合物)中之分子間締合網路有可能重組，並延伸至個別纖維之間(因而有效去除空隙，並提高單位面積之纖維密度)，使原本之材料發揮黏合材料之功能。例如，在以未加工棉紗基材製成之熔接紗中，纖維素纖維有可能透過分子間之作用力而實質上相互黏附，詳見前文針對不需使用額外黏合材料、膠水...等之熔接製程所作之說明。
用以代表「熔接度/纖維體積比」及「與紗剖面幾何中心之距離」之函數關係之曲線，其特定形狀、斜率、切線、反曲點、相對極限值、構型...等(或該曲線之任一部分及/或任一點)有可能隨熔接紗而有所不同，因此對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。例如，代表核心熔接紗之曲線可能與代表表層熔接紗之曲線全然不同。
前文探討調制熔接法時曾經述及，一熔接方法可經過設計， 俾使其所製成之紗之一或多種特徵沿紗之長度而變化。例如，一相連熔接紗之第一段可為核心熔接紗，第二段可為表層熔接紗，第三段可為未加工紗。此外，各種熔接形態中之熔接度亦有可能沿長度而變化。因此，熔接形態之調制方式、熔接之模式、一特定熔接形態中之熔接度、紗線具有特定熔接形態或熔接度之長度，及/或上列各項之組合...等，對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
雖然本文所描述與揭露之熔接製程(及染色與熔接製程，但不限於此，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明)有可能係設計為使用包含天然纖維之基材，但本揭露內容之範圍、任一獨立製程步驟及/或其參數，及/或搭配使用之任一裝置並不受此限制，而係涵蓋其所有有益及/或有利之使用方式，在此無任何限制，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
一特定製程所用裝置及/或其構件之建構材料有可能隨該製程之應用而有所不同，但本發明人可以得知，聚合物、合成材料、金屬、金屬合金、天然材料及/或上列各項之組合可能特別適用於某些應用。因此，前述元件可以熟悉該項技術者所知或日後所開發之任何適用於本揭露內容特定應用之材料製造而不脫離本揭露內容之精神與範圍，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
在瞭解各種製程與裝置之較佳方面後，熟悉該項技術者當可得知本揭露內容之其他特徵，以及本文所述實施例及/或方面之各種修改與變化方式，所有該等修改與變化均可在不脫離本揭露內容之精神與範圍之情況下完成。因此，在此所說明及繪示之方法與實施例僅供示範說明之 用，本揭露內容之範圍涵蓋所有可提供本揭露內容各種優點及/或特徵之製程、裝置及/或結構，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
雖然前述符合本揭露內容之熔接製程、染色與熔接製程、製程步驟、材料成分、所用裝置及熔接基材均係透過較佳方面及特定範例而加以說明，但本揭露內容之範圍並不限於上述特定實施例及/或方面，因為所述實施例及/或方面之各個層面均係用於示範說明而不具有侷限性。
因此，在此所繪示及說明之製程與實施例對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。
雖然若干圖式係依實際比例繪製，但本文所提供之所有尺寸僅供示範說明之用，對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，惟若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說明。請注意，符合本揭露內容之熔接製程、裝置及/或所用設備，及/或從而製成之熔接基材並不限於在此所繪示及說明之特定實施例，符合本揭露內容之創新特徵之範圍係由後附申請專利範圍加以界定。熟悉該項技術者可在不脫離本揭露內容之精神與範圍之情況下，修改所述實施例並加以變化。
一熔接製程、染色與熔接製程、製程步驟、基材及/或熔接基材之所有特徵、成分、功能、優點、方面、設計或構型、製程步驟、製程參數...等，或可單獨使用，或可相互搭配使用，端視該等特徵、成分、功能、優點、方面、設計或構型、製程步驟、製程參數...等是否相容而定。因此，本揭露內容可有幾乎無限多種變化。所述特徵、成分、功能、方面、設計或構型、製程步驟、製程參數...等之各種修改及/或相互替代方式對本揭露內容之範圍絕不具有限制性，但若在後附申請專利範圍中另有說明則依其說 明。
當然，本揭露內容涵蓋一或多種所述個別特徵之所有替選組合，包含可從本文及/或附圖中得知者，及/或屬於先前技術之固有揭露內容者。上述所有不同組合均構成本揭露內容及/或其細節之各種替選方面。本文所提供之實施例係用於說明在此所揭露之裝置、方法及/或構件(或步驟)之已知最佳實施方式，以利熟悉該項技術者加以利用。申請專利範圍應解讀為包括現有技術所允許之所有替選實施例。
除非在申請專利範圍中有明確說明，否則上述所有製程與方法絕不應解讀為必須依特定順序執行其步驟。因此，當申請專利範圍中之方法項並未指出步驟之順序時，或當申請專利範圍與說明書均未具體說明並限定步驟之特定順序時，絕不應推斷其順序。此原則適用於本文所可能出現之任何未明示之解讀基礎，包括但不限於：與步驟或操作流程之安排方式有關之邏輯事項、衍生自文法結構或標點符號之顯然意義、本說明書所述實施例之種類及數量。

Claims (31)

  1. 一種熔接紗，其特徵係，其包含：a.第一部分，其位於所述熔接紗之一般徑向剖面中；其中，所述熔接紗包含複數個纖維，所述複數個纖維由自然存在的結構多醣所組成，所述自然存在的結構多醣選自纖維素、半纖維素、幾丁質、聚葡萄胺糖所組成的群組；及b.第二部分，其位於所述熔接紗之所述一般徑向剖面中，其中，所述第二部分相對於所述第一部分位於內部，所述第一部分為所述一般徑向剖面之所述熔接紗的半徑的至少10%，其中所述第一部分之纖維體積比至少為55%，其中所述第一部分之所述纖維體積比高於所述第二部分之纖維體積比，及其中所述第一部分之熔接度不同於所述第二部分之熔接度。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述熔接紗係進一步定義為大致呈圓柱形。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載之熔接紗，其中，所述第一與第二部分係進一步定義為在所述紗之一徑向剖面中大致呈圓形。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分之纖維體積比大於75%，且其中所述第二部分之纖維體積比不大於95%。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分之纖維體積比為至少79%。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述熔接紗尚包含第三 部分，其中所述第三部分係位於所述第一與第二部分之間，且其中所述第三部分之熔接度不同於所述第二部分之所述熔接度及所述第一部分之所述熔接度。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分係進一步定義為包含所述熔接紗之所述一般徑向剖面之表面積之至多35%。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分係進一步定義為包含所述熔接紗之所述一般徑向剖面之表面積之至多40%。
  9. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述熔接紗之所述一般徑向剖面係進一步定義為大致呈橢圓形。
  10. 如申請專利範圍第1項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分並未熔接。
  11. 一種紗，其特徵係，其包含：a.第一部分，其係從所述紗之外周緣向內延伸，其中，所述紗包含複數個纖維，所述複數個纖維由自然存在的結構多醣所組成，所述自然存在的結構多醣選自纖維素、半纖維素、幾丁質、聚葡萄胺糖所組成的群組；b.第二部分，其係從所述紗之幾何中心向外延伸，其中所述第二部分終止於所述第一部分之內側邊界，其中所述第二部分中所述複數個纖維之第一纖維及所述複數個纖維之第二纖維藉由所述第一纖維及所述第二纖維之自然存在的生物聚合物彼此間相熔接。
  12. 如申請專利範圍第11項所記載之紗，其中，所述第一部分從所述外周緣向內延伸之距離係沿所述外周緣而實質一致。
  13. 如申請專利範圍第11項所記載之紗，其中，所述第一部分之所述纖維體 積比係以至少10%之幅度大於所述第二部分之所述纖維體積比。
  14. 如申請專利範圍第11項所記載之紗，其中，所述第一部分係進一步定義為已熔接。
  15. 一種熔接紗，其特徵係，其包含：a.第一部分，其係從所述熔接紗之外周緣向內延伸，其中，所述熔接紗包含複數個纖維，所述複數個纖維由自然存在的結構多醣所組成，所述自然存在的結構多醣選自纖維素、半纖維素、幾丁質、聚葡萄胺糖所組成的群組，及所述第一部分中所述複數個纖維之第一纖維及所述複數個纖維之第二纖維藉由所述自然存在的結構多醣彼此間相熔接；b.第二部分，其係從所述熔接紗之幾何中心向外延伸，其中所述第二部分終止於所述第一部分之內側邊界，致使所述第一部分位於所述第二部分之外側，其中所述第一部分之熔接度不同於所述第二部分之熔接度。
  16. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少10%，且其中所述第一部分之纖維體積比為25%以上。
  17. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少25%，且其中所述第一部分之纖維體積比為25%以上。
  18. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少60%，且其中所述第一部分之纖維體積比為40%以上。
  19. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層， 其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少50%，且其中所述第一部分之纖維體積比為40%以上。
  20. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少40%，且其中所述第一部分之纖維體積比為40%以上。
  21. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少80%，且其中所述第一部分之纖維體積比為55%以上。
  22. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少75%，且其中所述第一部分之纖維體積比為55%以上。
  23. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第一部分構成表層，其中所述第一部分構成所述熔接紗之一截面積之至少65%，且其中所述第一部分之纖維體積比為55%以上。
  24. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少8%，且其中所述第二部分之纖維體積比為75%以上。
  25. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少16%，且其中所述第二部分之纖維體積比為75%以上。
  26. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少25%，且其中所述 第二部分之纖維體積比為70%以上。
  27. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少30%，且其中所述第二部分之纖維體積比為65%以上。
  28. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少40%，且其中所述第二部分之纖維體積比為55%以上。
  29. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少50%，且其中所述第二部分之纖維體積比為50%以上。
  30. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少60%，且其中所述第二部分之纖維體積比為45%以上。
  31. 如申請專利範圍第15項所記載之熔接紗，其中，所述第二部分構成核心，其中所述第二部分構成所述熔接紗之一截面積之至少65%，且其中所述第二部分之纖維體積比為40%以上。
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