[发明专利]高表面积纤维及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年9月13日的美国临时专利申请序列No.61/877,727以及 提交于2014年9月12日的美国实用申请序列No.14/484,369的优先权，其通过全文引用并入 本申请。

背景技术

1.技术领域

本发明通常涉及具有高表面积的纤维以及涉及其制造方法。

2.相关技术

传统上，圆形纤维用于纺织领域中。圆形纤维的横截面形状为圆形的。因此，圆形 纤维具有最小化的外表面积，为3.14*纤维直径*纤维长度，增大给定长度的圆形纤维的表 面积的两种方法为增大其直径，因而会导致纤维占据更大的空间且具有增加的重量，或者 在采用相同重量的同时通过采用许多小的圆形纤维增大表面积。这就是纳米纤维或静电纺 丝技术的优势所在。在给定体积的情况下，纤维越小，表面积就越大，这进而又提供了更好 的过滤效果。在许多应用中，空间和重量要严格控制，从而需要使用具有尽可能最高表面积 的纤维。

已知相对于圆形纤维非圆纤维具有增大的表面积。这种纤维具有多个纵向延伸的 腿(leg)，每个腿从纤维的中心轴径向向外延伸，形成纤维表面上的纵向延伸通道。尽管已 知的腿为纤维提供了增大的表面积，改进了过滤、声音和流体吸收以及毛细管作用，根据本 发明的进一步改进显著增大了纤维的表面积，从而显著提升了其过滤、声音和流体吸收特 性。

小直径纤维通常为“海中岛屿(islandsinthesea)”设计。这是许多一种材料制 成的小纤维在另一种牺牲材料(sacrificialmaterial)内挤出的位置，这样，一旦外部的 牺牲材料被冲洗掉，留下的就是许多单个的小直径纤维。这实现了冷却时封装的多个待伸 展纤维但仍然保持其内部形状，但是实现了制造较小直径的单个纤维。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供有一种高表面积纤维。所述高表面积纤维包括沿纵 向中心轴延伸的内部纤维。内部纤维具有多个腿，所述腿以通常相互之间平行的关系以及 与中心轴平行地纵向延伸。所述腿中的每一个都径向延伸远离中心轴至第一峰。第一通道 形成于相邻的腿之间。第一通道以通常相互之间平行的关系以及与中心轴平行地纵向延 伸。所述腿的至少其中一些具有从其横向向外延伸的突出物。所述突出物以通常相互之间 平行的关系以及与中心轴平行地纵向延伸。

根据本发明进一步的方面，每个腿具有相对的第一侧面，其中所述相对的第一侧 面中的每一者都具有多个从其横向向外延伸的突出物。

根据本发明进一步的方面，每个腿的相对的侧面朝向其各自的峰收缩。

根据本发明进一步的方面，每个突出物延伸至第二峰，其中所述突出物的每一个 具有相对的第二侧面，朝向其各自的第二峰收缩。

根据本发明进一步的方面，内部纤维采用第一材料形成，与中心轴重合延伸，外部 护套与内部纤维分开，其采用第二材料形成，封装第一材料，其中第一和第二材料不同。

根据本发明进一步的方面，第二材料在溶剂中可溶解。

根据本发明进一步的方面，第二材料可提供为在水中溶解。

根据本发明进一步的方面，提供有一种制造高表面积纤维的方法。所述方法包括 挤出内部纤维，所述内部纤维具有纵向中心轴和多个腿，所述腿以通常相互之间平行的关 系以及与中心轴平行地纵向延伸，所述腿中的每一个都径向延伸远离中心轴至第一峰。以 在相邻的腿之间形成第一通道，其中第一通道以通常相互之间平行的关系以及与中心轴平 行地纵向延伸。所述方法进一步包括与腿同时挤出突出物，所述突出物从所述腿的至少其 中一些横向向外延伸且以通常相互之间平行的关系以及与中心轴平行地纵向延伸，以形成 相邻的突出物之间的第二通道。所述方法进一步包括围绕内部纤维采用不同于第一材料的 第二材料共同挤出外部护套，这样，外部护套至少部分填充第一和第二通道。

根据本发明进一步的方面，所述方法进一步包括挤出每个具有相对的第一侧面的 腿，以及挤出多个从所述相对的第一侧面中的每一个向外延伸的突出物。

根据本发明进一步的方面，所述方法进一步包括挤出每个腿的相对的侧面，所述 相对的侧面朝向峰收缩。

根据本发明进一步的方面，所述方法进一步包括挤出每个延伸至第二峰的突出 物，以及挤出具有朝向第二峰收缩的相对的第二侧面的突出物中的每一个。