TW200404928A - Lofty, stretchable thermal insulator - Google Patents

Description

玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 發明領域 本I月係著重於-絕緣材料，特別是不僅具有絕緣特 性亦為可拉伸的材料。 H 月!J -ϋ. 】 發明背景 已旨々Μ夕的努力來產生一合成的絕緣材料，其為 -天然材料的取代物。舉例而言，羽絨（d〇wn)長久已來 已為珍貴的天然絕緣材料。其替代物無數。已作為羽絨 (down)之替代物的特別有效的材料係描述於美國專利第 4,992,327號中，發明名稱“合成羽絨（办11化^(：1)(^11),，， 其揭露内容係全文併入本說明書中以供參考。在此專利文 獻中，已揭露棉絮形式的合成纖維隔熱材料。此粘結纖維 結構包含不同尺寸及不同重量百分比之微纖維及巨纖維的 混合物。所得的材料具有優異的隔熱特性，以及已達到廣 佈的商業上成功。目如銷售的為Albany Intemational Corp. 以商標Primaloft⑰販售的產品。 此等隔熱材料具有供特殊應用之額外特性是所欲的。 舉例而言，此類材料為可拉伸的，以供使用於例如可拉伸 之運動服裝及手套是理想的。 可拉伸纖維已為人所熟知且包括Dupont公司以商標 Lycra ®販售的彈性纖維（spandex fiber )。彈性纖維 (Spandex fibers) —般在大部分拉伸長上衣中提供彈性。 因此，具有一種具有描述於上述專利文獻中的特性之 隔熱材料是所欲的，此類材料不僅為可拉伸的，同時亦具 有膨鬆本質亦是所欲的。 【發明内容3 發明概要 因此，本發明之一主要目的為提供一種隔熱材料，其 為可拉伸之棉絮或織物形式。 本發明之另一目的為提供一種黏結絕緣材料，其可利 用現有的纖維化學來提供拉伸性。 本發明之又一目的為提供此一材料，其具有優異的絕 緣特性，同時可由合成纖維製得。 本發明之另一目的為提供此一材料，其沿著纖維含有 所欲量之微纖維及巨纖維，其容許此棉絮或織物具有拉伸 性0 本發明之另一目的為提供^一種黏結絕緣材料’其中膨 鬆程度可藉由微纖維及巨纖維的比例來調整。 本發明可達到此等及其他目的及優點。在此方面，本 發明係著重於具有呈所欲百分比之微纖維及巨纖維的絕緣 材料。此等纖維較佳為合成纖維，但也可為合成纖維與例 如棉或羊毛等天然纖維的混合物。為了提供此材料的拉伸 性，於此混合物中摻合彈性纖維（spandex)型的纖維。彈 性纖維（spandex fibers )包含具有彈性纖維核心（spandex core)及黏合劑外鞘，且可用於取代揭露於前述專利文獻中 之習知黏合用纖維或連同其一起使用。與黏合劑外鞘相 200404928 較，彈性纖維核心具有顯著較高的熔化溫度。黏合劑/彈 性纖維外鞘/核心纖維將使絕緣材料之棉絮或織物具有所 欲的面内（in-plane)彈性拉伸性。 此一纖維將提供棉絮或織物中大部分纖維之間的機械 5 連結。可藉由黏合用纖維本身，使所需之額外結合達到所 需程度以及不減損所欲之拉伸性程度。 此外，所欲為增加膨鬆及維持高度的面内彈性拉伸 性，此所欲特性可藉由調整巨纖維相對於微纖維的量及比 例來達成。 10 圖式簡單說明 藉由本發明可達到的目的及優點，將可藉由本說明書 之說明而領悟瞭解，其應配合後附圖式，其中： 第1圖為具體化本發明之教示之棉絮形式的可拉伸絕 緣材料的側截面圖， 15 第2A-2E圖為具體化本發明之教示之具有可拉伸核心 及由黏合劑材料形成之塗層或外鞘的纖維的側截面圖；以 及 第3圖為具體化本發明之教示之製造複合纖維的流程 圖。 20 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 現在將特別就圖式來說明，第1圖大致顯示本發明之 絕緣材料，其為棉絮或織物10之形式。棉絮10係由微纖 維及巨纖維製成，其在某一程度上，可為描述於前述美國 7 200404928 專利第4,992,327號中的形式。在該專利文獻中，已提及可 提供具有優異絕緣特性之產品的纖維直徑/重量-百分比 的建議及貫施例。 舉例而言’絕緣材料可為70至95重量百分比之直徑 5為3至12微米的短纖加撚及拉伸合絲合物微纖維，與5 至30重量百分比之直徑為12至刈微米的合成巨纖維的混 合。如同本案說明書所討論著，本發明係對此類參數採取 调整或改良。再者，本發明之絕緣材料可為具有如該專利 文獻中所揭露之絕緣材料的混合物，以獲得具有拉伸性， 10同時亦提供隔熱作用的產品。 在此方面，如上述專利文獻所述，使用太高比例之巨 纖、’隹將傾向於降低整體隔熱特性。然而，具有高百分比之 微纖維的問題為棉絮的機械安定性，尤其是濕潤時。因此， 存在有-交換條件，雖_欲為具有較高百分比之微纖維 15以增加絕緣特性，但機械安定性及回復特性減少。較大直 I的纖維增加安定性相復性，但降低絕緣效果。 口此’在本發明中’可理想地增加巨纖維之百分比卩 % 增㈣絮的膨鬆度，同時增加面内（in_plane)彈性拉伸性 的度。其原因在於巨纖維提供材料的拉伸性。巨纖維的 2〇使用量愈多，膨鬆度愈大及拉伸性愈高。此將為材料之的 緣特性的交換條件。然而，此等比例可被調整以達到^

度、絕緣性及拉伸性上的所欲效果。 A 接著說明複合可拉伸點合用纖維之組成物，在此方 面，特定最初註釋說明是適當的。一般 上思、到的 8 200404928 是’雖然' 複合紗為已知（例如參見美國專利第4，159,618 號），本發明之纖維意圖具有彈性纖維核心（spandex 5 10 ⑽）。-般而言，藉㈣性纖維製造商生產的最低丹尼 (denier)為約10丹尼（denier)。利用現存的乾式紡絲技 術，生產低丹尼產品（低於20丹尼）並不具有經濟吸引力。 傳統地，乾式纺絲之彈性纖維係、利用㈣旨或财論纖維 m 覆盍，其係經由機械地將另一纖維環繞一伸長的彈性纖維 捲繞，或藉由環繞此伸長的彈性纖維噴氣交纏（ak entangling)短纖維紗（stapie fibers)。已證實熱塑性聚胺 基甲酸ga ( TPU)可溶融紡絲（melt spun )成一複合纖維， 作為具有耐論外鞘的核心材料。商業上可取得的彈性纖維 為組合的聚胺基甲酸S旨-聚脈’以及商業化的tpus為接近 100%聚胺基甲酸酯組成物。

作為商業上可取得的彈性纖維（spandex)及TPU溶 15 融紡絲（melt spun)彈性纖維，商業上的彈性纖維材料已 顯示為較佳的彈性體。伸長率（elongation)、$刃度 (tenacity)、滯後作用（hysteresis)及織物經緯密度（set) (纖維回覆）之彈性纖維的機械性質係顯著地優於TPU，s。 改良彈性的理由為添加聚脲成分，其容許聚胺基f酸酯分 2〇 子之硬及軟鏈段的較佳相分離，造成較佳的回復及韌度特 性。在熔融紡絲（melt spun)期間，可對TPU進行組成上 的改良，以產生物理性質改良的效果，例如在熔融擠壓時， 添加交聯劑至TPU中。此方法技術顯著地改良TPU的性 質，以供使用於所選擇的織物市場。 9 對於精細丹尼TPU產品的顯著熔融紡絲（meltspun) 汽 么展中。與例如杜邦的萊卡（DUp0nt，s LyCra)之彈 眭纖維的傳統乾式紡絲相較，雖然熔融紡絲 (melt spun ) 技術尚未成熟，但其為理想的，因為與乾式紡絲相較，τρυ 的炫融紡絲產生的投資成本較低。 彈性纖維的商業來源，在較高的丹尼範圍（> 10)中， 係由以聚醚為主的材料組成，而非以聚酯為主的材料。後 者與♦對苯二甲酸乙二醇酯（ρΕΤ)的相容性較高。再者， 商業上的彈性纖維含有局部的聚石夕氧烧塗倚劑，以利於包 衣安疋性及後續的纖維加工。此塗飾劑一般係在纖維建構 後去除。因此，在無精練（sc〇uring)製程或使用黏附促進 劑之下，無法預期有非常好的黏附作用。 非系精細的彈性纖維可利用如上所述之習用彈性纖維 覆盖操作來覆蓋，雖然此方法無法如同摻合至可預見之絕 緣形式所要求般，與短纖維紗（staple fiber)之製造及加工 相容。 然而，達到上述操作之一方法為複合熔融紡絲。此方 法可行之一點為經熔融擠壓的TPU核心符合使用於可拉伸 絕緣產品㈣性要求。然而，目前使祕商#爲融紡絲 、截、、隹之tpu，或經改質以隶適化機械特性的τρυ可使用於 彈性核心。 製造複合纖維之另一方法為纜線包皮（wire coating)。 纜線包皮（Wire coating)為應用於電子工業供製造電導體 的技術，其涉及利用絕緣體（聚乙烯）包覆電導體（銅導 200404928 線）。此加工技術大致如下：（a)將商業來源的彈性纖維拉伸 通過一導線包皮模口板，當彈性纖維離開模口板時，將 低熔點之PET黏合劑施用至彈性纖維表面，以及(c)將所得 的複合纖維在浴中冷卻並捲繞在一筒管上。 5 一類似的方法係記載於頒給Sokads之美國專利第 4，159,618號中，其揭露内容併入本文中以供參考。雖然此 專利文獻涉及可用於製造供高溫應用之梭織（w〇ven)及針 織（knitted)織物的高隔熱性複合紗，此一技術可經改良 及调整以產生用於1¾熱㈣之有㈣發明⑽維/纖維 10 絲。 生產複合纖維之另一方法將於第2A_2E圖中說明。複 合纖維可㈣性纖軸心來製造，娜性麟核心係包埋 至-u形低溶點熱塑性聚_(ΡΕτ)纖維絲中。纽方面， PET纖維絲20係經擠壓叫有_或以上的υ形通道. 15 20

PET纖維絲可具有不同的形狀及尺寸，包括正方形、矩形、

橢圓形或其他適合於所欲目的之形狀。物理地插人u形通 道22岐彈性纖維核心纖維24。若有需要的話，在將複合 纖維26摻合人製成絕緣材料之棉絮之前，複合纖維％可 接著-起鍾定（heatset)至某_程度。此可完成係因彈 I*生纖維核d點為4 45G F以及PET纖維絲22之溶點為約 230〇F。 關於上述之方法係㈣於第3圖中。在此方法，於 32解釋說明擠祕有1多U形通道之低雜聚醋（ΡΕΊ __步^以要的話，下-步驟34為確保纖維《

11 係適當地定位（拉伸) U形通道時，係、接著38心=如，若使^個以上的 或摩擦力叹如轉㈣、=。若沒有充㈣承载力 合纖維可部分地加熱40 = ’接著，若有需要的’複 5結。所形成之纖維現在可收Γ纖維及外鞠之間產生—鍵 後，最後藉及捲曲等43 入棉絮丄〇中，藉此產4心 蚊（hea誠ing)換合 雖妙 a ^、4可妆伸之絕緣產品。 雖然在核心及外鞘之間，

對較薄的外鞘有可能使差上有i失田—相 10破裂以順應核心之較大伸長牛取低，容許外稍上產生 品質達有害的程度。、率。外勒破裂應不影響棉絮的

需注意的是，雖然具有彈性纖維核心及黏合劑 =合纖維可有效地作為贱良之轉且可拉伸的絕緣材料 的纽，可想像到各種不同的變化。舉例而言微纖維、 。彈!·生識維、黏合用纖維’及/或如美國專利第切 唬所述之纖維在適當比例下的混合物，可提供具有理想特 性的產品。再者，在本說明書，雖然通常提到彈性纖維核 心，但可利用TPU核心取代彈性纖維核心，或其他適合此 目的的彈性材料的核心亦可使用。再者，雖然本發明著重 20於具有彈性纖維或_核心的巨纖維，應可想像到其亦可 同樣地應用於微纖維。 因此，藉由本發明之說明，已確知其目的及優點，以 及雖然在本說明書中已揭露及說明較佳具體實施例，但本 發明之範圍及目的不受此等實施例限制，本發明之範圍應 12 200404928 由後附的申請專利範圍來決定。 I：圖式簡單說明3 第1圖為具體化本發明之教示之棉絮形式的可拉伸絕 緣材料的側截面圖； 5 第2A-2E圖為具體化本發明之教示之具有可拉伸核心 及由黏合劑材料形成之塗層或外鞘的纖維的側截面圖；以 及

第3圖為具體化本發明之教示之製造複合纖維的流程 圖。 10 【圖式之主要元件代表符號表】 10 棉絮 20 PET纖維絲 22 U形通道 24 彈性纖維核心纖維 26 複合纖維 32 步驟

34 步驟 36 步驟 38 步驟 40 步驟 42 步驟 43 步驟 44 步驟 13

Claims (1)

1. 200404928 拾、申請專利範圍： 1. 一種纖維絕緣材料，其為一黏結結構物的形式， 該結構物包含下述之組合： 具有第一組成物的纖維； 5 具有第二組成物的纖維； 該組成中至少一者具彈性；以及 將該纖維黏合在一起之裝置，以形成一黏結結構物， 該結構物係作為一隔熱材料且同時具有拉伸性。 2. 如申請專利範圍弟1項之絕緣材料’其中該材料 10 包含微纖維及巨纖維。 3. 如申請專利範圍第2項之絕緣材料，其中該巨纖 維係由彈性纖維或TPU組成。 4. 如申請專利範圍第3項之絕緣材料，其中該巨纖 維為具有核心及外鞘的複合纖維，其中該核心係由彈性纖 15 維或TPU組成，以及該外鞘係由黏合劑組成。 5. 如申請專利範圍第1項之絕緣材料，其中該纖維 中至少一者為巨纖維，其具有一核心及一外鞘，其中該核 心係由彈性纖維或TPU組成，以及該外鞘係由黏合劑組 成，其中利用該彈性纖維或TPU提供拉伸性及利用該黏合 20 劑將該纖維黏合在一起。 6. 如申請專利範圍第4項之絕緣材料，其中該核心 係機械地插入該外鞘中並與該外鞘結合。 7. 如申請專利範圍第5項之絕緣材料，其中該核心 係機械地插入該外鞘中並與該外鞘結合。 14 200404928 8. 一種合成纖維隔熱材料，其為一黏結結構物的形 式，該結構物包含下述之組合： 約70至95重量百分比之短纖加撚及拉伸之合成聚合 物微纖維，其直徑為3至12微米；以及 5 約5至30重量百分比之合成聚合物巨纖維，其直徑為 12至50微米，與下述成分形成一混合物：

   複合纖維，具有一核心及一外鞘，其中該核心係由彈 性纖維或TPU組成，以及該外鞘係由黏合劑組成。 9. 如申請專利範圍第8項之絕緣材料，其中該彈性 10 纖維或TPU提供拉伸性及該黏合劑將該纖維黏合在一起。 10. 如申請專利範圍第9項之絕緣材料，其中該核心 係機械地插入該外鞘中並與該外鞘結合。 11. 一種製造複合纖維之方法，其為具有拉伸性，該 方法包含下述步驟： 15 提供一纜線包皮模口板元件；

   提供一由彈性纖維或TPU製成的材料； 將該彈性纖維或TPU拉伸通過該纜線包皮模口板； 當該彈性纖維或TPU離開該模口板時，於該彈性纖維 或TPU表面施用一 PET黏合劑；以及 20 塗覆所得的複合纖維。 12. 一種製造絕緣材料之方法，該絕緣材料為為一黏 結結構物的形式，該方法包含下述步驟： 將如申請專利範圍第11項所述之複合纖維與其他纖 維組合，以形成一棉絮材料。 15 200404928 13. 如申請專利範圍第12項方法，其包括提供該其他 纖維的步驟，其中該其他纖維包括約70至95重量百分比 之短纖加撚及拉伸之合成聚合物微纖維，其直徑為3至12 微米；以及約5至30重量百分比之合成聚合物巨纖維，其 5 直徑為12至50微米。 14. 一種製造複合纖維之方法，該複合纖維具有拉伸 性，該方法包含下述步驟：

   擠壓低熔點之聚酯纖維絲，形成沿著該纖維絲之長度 通行的nUn形通道； 10 視需要使該經擠壓的纖維絲定位； 將一彈性纖維或TPU核心插入該πυπ形通道以產生一 複合纖維；以及 加熱該複合纖維以使該彈性纖維或TPU核心與該纖維 絲結合。 15 15. —種製造絕緣材料之方法，該絕緣材料為一黏結

   纖維結構物之形式，該方法包含下述步驟： 將如申請專利範圍第14項所述之複合纖維與其他纖 維組合，以形成一棉絮材料。 16. 如申請專利範圍第15項方法，其包括提供該其他 20 纖維的步驟，其中該其他纖維包括約70至95重量百分比 之短纖加撚及拉伸之合成聚合物微纖維，其直徑為3至12 微米；以及約5至30重量百分比之合成聚合物巨纖維，其 直徑為12至50微米。 17. 如申請專利範圍第14項之方法，其包括下述步 16 200404928 驟：藉由熔融紡絲形成該TPU核心。 18. —種製造複合纖維之方法，該複合纖維具有拉伸 性，該方法包含下述步驟： 提供一聚酯材料； 5 提供TPU ;以及 熔融紡絲該聚酯材料及該TPU以形成該該複合纖維。

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