用于形成空心纤维和空心纤维束的方法

专利名称：用于形成空心纤维和空心纤维束的方法
用于形成空心纤维和空心纤维束的方法相关申请的引用该美国发明专利申请要求享有于2009年11月8日提交的美国临时专利申请No. 61/259, 191的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用纳入本文。
背景技术：
不同材料的空心纤维或微管可被用于许多应用，取决于空心纤维材料的性质。如果空心纤维的壁是可渗透的，则所述空心纤维可被用在物质(mass)传输设备中；如果空心纤维的壁是导热性的，则所述空心纤维可被用作热传输设备。由于空心纤维是小的，它们的薄壁对所述空心纤维内外之间的热传输和物质传输几乎没有构成妨碍。通过将多个空心纤维密集地集束成小包装，可实现将用于热传输和物质传输的大表面区域包装在相对小的体积中。用于热传输和物质传输的空心纤维束的实例包括市售的血液充氧机，其包括物质传输部分，其具有气体可渗透的空心纤维；以及热传输部分，其具有导热的中空纤维。 蒙托亚(Montoya)的于2005年7月5日提交的美国再颁专利申请No. 11/175，104(现为RE 41，870，于2010年10月26日颁证)描述了一种用于使用可溶性芯形成空心纤维束的方法。这个申请的全部内容通过弓I用纳入本文，因为其中的一些方法和描述可能在本申请中有用，或者可能与本申请结合起来有用。当空心纤维的直径与纤维束的长度的比值变得非常小时，实践该在先申请中的方法可变得耗时，因为通过小直径和长通道将溶解的支撑材料去除变得愈来愈慢。此外，还有一些应用，其中在得到的空心纤维中不期望有支撑材料或溶剂的潜在痕量残余。为了克服这些限制，提供了包括下述步骤的用于形成空心纤维束的下述方法。

发明内容
本发明提供了改进的用于形成空心纤维的方法。根据一个实施方案，该方法包括如下步骤提供细长的(elongated)柔性的基本连续的支撑纤维，所述支撑纤维具有外表面。用空心纤维材料覆盖所述支撑纤维的外表面。将空心纤维材料覆盖层固化或硬化在所述外表面上，以在所述支撑纤维的外表面上形成基本连续和均匀的覆盖层。所述覆盖层具有与所述支撑纤维的外表面相邻的内表面。在所述支撑纤维的外表面与限定在其上的覆盖层的内表面之间建立间隙。将已覆层的支撑纤维切割成多个纤维段，每个纤维段都具有曝露的端部。将所述支撑纤维段从所述覆盖层去除，以提供多个空心纤维。在一些实施方案中，切割步骤在间隙建立步骤之前执行；而在另一些实施方案中，间隙建立步骤在切割步骤之前执行。所述支撑纤维的外表面具有外部尺寸(dimension)，且所述覆盖层的内表面具有内部尺寸。在一些实施方案中，在所述支撑纤维的外表面与所述覆盖层的内表面之间建立间隙的步骤是用从如下组中选择的至少一个用于建立间隙的方法实现的膨胀已固化的覆盖层，以增大所述内部尺寸；收缩所述支撑纤维，以减小所述外部尺寸；以及使用加压流体在所述支撑纤维的外表面与所述覆盖层的内表面之间进行渗透。
在一些实施方案中，间隙建立步骤包括通过将已固化的覆盖层曝露于能使已固化的覆盖层膨胀的物质(substance)，来使已固化的覆盖层膨胀，从而扩张已固化的覆盖层，由此增大所述覆盖层的内部尺寸。所述物质可包括二甲苯(xylene)或甲苯(toluene)。该方法还可包括蒸发所述能使已固化的覆盖层膨胀的物质的步骤。在一些实施方案中，间隙建立步骤包括收缩所述支撑纤维，使得所述支撑纤维的外部尺寸减小。这个收缩步骤是用收缩方法实现的。一个收缩方法包括提供具有随温度而膨胀的外部尺寸的支撑纤维，所述支撑纤维在被所述空心纤维材料进行覆盖期间处于第一温度，且所述支撑纤维对于建立所述间隙处于较低的第二温度。该方法还包括将所述支撑纤维从所述第一温度冷却到所述第二温度。第二个收缩方法包括提供由热收缩性材料制成的支撑纤维，以及加热所述支撑纤维以减小所述外部尺寸。第三个方法包括相对于所述外覆盖层拉伸(stretch)所述支撑纤维，由此减小所述外部尺寸。在本发明的一些实施方案中，间隙建立步骤包括使用加压流体在所述支撑纤维 的外表面与已固化的覆盖层的内表面之间进行渗透。所述流体包括低表面张力、低粘性的润滑剂。所述流体可以是异丙醇(isopropyl alcohol)。该方法还可包括在间隙建立步骤期间向已固化的覆盖层施加至少局部真空(backing)的步骤。该方法还可包括使用导致所述覆盖层膨胀的流体的步骤。在一些实施方案中，将支撑纤维去除的步骤包括用所述流体将所述支撑纤维推出已固化的覆盖层。在一些实施方案中，该方法还包括如下步骤将已覆层的支撑纤维形成为具有端部的一束；将这一束的所述端部封装在封装材料(potting material)中，以形成已封装的端部；以及切割已封装的端部，以切割这一束已覆层的支撑纤维的端部，由此将已覆层的支撑纤维切割成多个已覆层的支撑纤维段，每个纤维段都具有端部。在一些实施方案中，间隙建立步骤在束形成步骤之前执行；而在另一些实施方案中，间隙建立步骤在切割已封装的端部的步骤之后执行。在一些实施方案中，该方法还包括如下步骤将多个已覆层的支撑纤维段形成为具有端部的一束；将这一束的所述端部封装在封装材料中，以形成已封装的端部；以及切割已封装的端部，以曝露所述纤维段的端部。将已覆层的纤维形成一束的步骤可通过如下手段实现将已覆层的支撑纤维缠绕成一束，或者将多个已覆层的纤维编织成席子(mat)并将所述席子螺旋缠绕成一束，或其他手段。本发明的该实施方案还可包括如下步骤在已封装的端部在所述纤维段的曝露的端部将一块材料附接至所述支撑纤维；以及将这块材料移离已封装的端部，使得所述支撑纤维被拉伸。所述支撑纤维的拉伸导致所述支撑纤维的外部尺寸减小，由此建立所述间隙。在本发明的一些实施方案中，所述支撑纤维的外表面是圆柱形的，具有基本恒定的直径。在本发明的一些实施方案中，所述空心纤维材料是硅酮。在另外的实施方案中，支撑纤维是空心的。在一些实施方案中，覆盖步骤包括提供覆层模(coating die);以及将所述支撑纤维穿过所述覆层模。覆盖步骤可包括用多个覆盖层覆盖所述支撑纤维。所述多个覆盖层可包括至少两个不同的覆盖材料。在本发明的一些实施方案中，该方法还包括将所述多个已覆层的支撑纤维段形成为具有第一端部和第二端部的一束。将这一束的第一端部封装在封装材料中，以形成第一已封装的端部。将这一束的第二端部封装在第一材料中，由此形成第一封装层。所述第一封装层粘结至这一束的第二端部。再将这一束的第二端部封装在第二材料中，在所述第一封装层内侧。这形成 了第二封装层。所述第二封装层粘结至这一束的覆盖层，但不粘结至所述第一封装层。将所述第一封装层移离所述第二封装层，使得在所述第一封装层和所述第二封装层之间的覆盖层分离，且所述支撑纤维被拉伸。所述支撑纤维的拉伸导致所述支撑纤维的外部尺寸减小，由此建立间隙。在一些实施方案中，在形成所述第一封装层之前切割已覆层的支撑纤维，使得纤维段的端部在这一束的第二端部处曝露。根据本发明的又一实施方案，一种形成空心纤维束的方法包括如下步骤提供细长的柔性的基本连续的支撑纤维，所述支撑纤维具有外表面。用空心纤维材料覆盖所述支撑纤维的外表面。将所述空心纤维材料固化或硬化在所述外表面上，以在所述支撑纤维的外表面上形成基本连续和均匀的覆盖层。所述覆盖层具有与所述支撑纤维的外表面相邻的内表面。将已覆层的支撑纤维形成为具有端部的一束，并将所述端部封装在封装材料中，以形成已封装的端部。切割已封装的端部，以切断这一束已覆层的支撑纤维的端部，并建立多个已覆层的支撑纤维段，每个纤维段都具有曝露的端部。在每个支撑纤维段与限定在其外表面上的已固化的层之间建立间隙。将所述支撑纤维从所述已固化的层去除，以提供一束空心纤维。


图I示出了用于本发明的一些实施方案的一个示例性空心支撑纤维；图2示出了一个覆盖有覆盖层的支撑纤维，形成一个已覆层的纤维；图3示出了一个已覆层的纤维，其具有形成在所述支撑纤维与所述覆盖层之间的间隙；图4示出了一个空心纤维阵列螺旋缠绕成一束；图5示出了由单个空心纤维编织成的一个空心纤维席子；图6示出了一个在两个端部都被切割的非封装的空心纤维束；图7示出了一束五个已覆层的纤维，它在两个端部都被封装和切割，曝露出这些支撑纤维；图8示出了一束五个已覆层的纤维，在这些支撑纤维与覆盖层之间形成有间隙；图9示出了从每个已覆层的纤维中抽出的支撑纤维；图10示出了一束五个空心纤维，它在两个端部处都被封装；图IlA示出了一系列三个支撑纤维被拉伸，以减小这些支撑纤维的外部尺寸；图IlB是通过拉伸支撑纤维来从覆盖层中去除支撑纤维的局部虚线化的立体图；图12示出了一束已覆层的支撑纤维，该纤维束的两个端部都用第一材料封装；图13示出了图12的纤维束，其中第二材料被布置在与一个已封装的端部相邻处；图14示出了图12和图13的纤维束，其中第二材料被移离第一材料，以从所述覆盖层中抽出这些支撑纤维；图15A是一束在一个端部被封装的已覆层的纤维的立体图15B是图15A的纤维束沿着线A-A截取的截面图；图16A是图15A和图15B的纤维束的立体图，其中已覆层的纤维束的第二端部用第一材料封装；图16B是图16A的纤维束沿着线B-B截取的截面图；图17A是图15和图16的纤维束的立体图，其中已覆层的纤维束的第二端部还被第二材料封装；图17B是图17A的纤维束沿着线C-C截取的截面图；图18A是图15至图17的纤维束的立体图，其中第一材料移离第二材料，以从覆盖 层中去除这些支撑纤维；且图18B是图18A的纤维束沿着线D-D截取的截面图。
具体实施例方式本发明提供了几种用于形成空心纤维的方法。大体上，这些方法包括如下步骤提供支撑纤维，用形成空心纤维的材料覆盖该支撑纤维，然后从覆盖层中去除该支撑纤维，由此留下空心纤维。为了去除支撑纤维，在覆盖层的内表面与支撑纤维的外表面之间建立间隙。本发明包括建立该间隙的新途径的多个实施方案。本发明也包括去除支撑纤维的新途径的多个实施方案。在一些实施方案中，已覆层的纤维在间隙建立步骤之前被切割成段，而在另一些实施方案中，该纤维在间隙建立步骤之后被切割。在一些实施方案中，已覆层的纤维或已覆层的纤维段可被形成为一束，且这一束的一个或两个端部可被封装在封装材料中。已封装的端部可被切割，由此曝露纤维段的切割端。间隙建立可以发生在封装之前或之后，以及在切割已封装的端部之前或之后。根据本发明的一种方法始自提供细长的基本连续的支撑纤维，诸如图I所示。支撑纤维10在图I中被示为空心的，但可以是实心的。该支撑纤维在此被限定为细长的且基本连续的。为了本发明的目的，这样的细长的基本连续的纤维如此之长，使得它可被视为没有末端。该纤维可被提供为一个含有上百或上千米的大卷(roll)，且可通过将一个卷的末端附接到另一个卷的始端来使后续的卷连续馈入流程。该支撑纤维也是柔性的(flexible)，使得它在覆层之前和之后都可被卷绕或捆扎。该支撑纤维具有外表面12，该外表面的形状基本近似于期望的成品空心纤维的内表面的形状。在图示的实施方案中，该外表面是圆柱形的，但在其他实施方案中可具有其他形状，诸如截面为椭圆形、正方形或长方形。该支撑纤维的外表面可被称为具有外部尺寸。对于图示的形状，该外部尺寸是它的外直径或半径。对于具有正方形截面的纤维，该外部尺寸可以是它的宽度或它的对角量度。用空心纤维材料覆盖该支撑纤维，以在该支撑纤维的外表面上形成基本连续且均匀的覆盖层14。将该层称为基本连续且均匀的，意思是该层沿着该支撑纤维的长度具有基本连续且均匀的厚度及其他特性。本领域技术人员会明了，在一些实施方案中，该层的截面可具有非均匀的厚度。例如，对于椭圆形或正方形的支撑纤维，该层可在某些区域(诸如在正方形支撑纤维的角部)较薄。然后该覆盖层被固化或硬化成基本固态的材料，如图2所示。这个具有覆盖层的支撑纤维被称为已覆层的纤维。覆盖层14的内表面16在流程的此刻可被称为与支撑纤维10的外表面12相邻。如所示，由于该覆盖层被直接施加至该外表面，这两个表面围绕该支撑纤维的外表面的整体是相邻且接触的。该覆盖材料可以基本连续的流程来施加，其中该支撑纤维穿过本领域公知类型的覆层模(coating die),诸如用于覆盖线缆的类型，例如定心十字头模(centeringcrosshead die)。可施加相同覆盖材料的或不同覆盖材料的多个覆盖层，以形成复合空心纤维。可被用于本流程的示例性材料包括但不限于聚氨酯(polyurethane)(对于热传输应用有利的)、氟化聚合物(fluorinated polymer)(对于热传输和物质传输应用中的耐溶剂性有利的)以及PVOH (聚乙烯醇，polyvinyl alcohol)/娃酮(silicone)(提供对于选择性水蒸气渗透有利的复合物)。优选的是，该支撑纤维由如下材料制成当覆盖材料固化或硬化时基本不粘附(stick)至该材料，即，当该覆盖材料固化或硬化时在该覆盖层与该支撑纤维之间基本不形成粘结。根据本发明的实施方案，该支撑纤维和已固化的覆盖层的组合在该支撑纤维与该 发明的目的，间隙指的是位于该支撑纤维的外表面与该覆盖层的内表面之间的允许流体渗透到该支撑纤维与已固化的覆盖层之间的中断部(d i s r u p t i O n )。该间隙可以仅存在于围绕该外表面周界的某些区域，或者可以存在于所有位置。图3示出了支撑纤维10与覆盖层14之间限定有间隙18。该流体可以是气体(诸如空气)或液体(诸如润滑剂)。间隙18将促进支撑纤维10从覆盖层14内的最终抽出。该间隙可在该覆盖层基本固化之后的任何时间形成。例如，它可在该覆盖层固化之后立即形成、在将已覆层的纤维切割成段之前或之后形成、以及在封装该束之前或之后形成，或在其他步骤之间的任何时间形成。已覆层的纤维可以在任何阶段被切割成已覆层的纤维段。可用几种方式将已覆层的纤维或已覆层的纤维段形成束。可使用本领域公知的方法将多个已覆层的纤维或纤维段组装成一个已覆层的纤维束，诸如将已覆层的纤维编织成已覆层的纤维的席子(mat)或阵列，或者将已覆层的纤维的席子螺旋缠绕成如图4所示的束20。该束中的已覆层的纤维或纤维段在该束的两个端部之间延伸了该束的长度。注意，整个束可使用单个已覆层的纤维来形成，要么通过将单个纤维缠绕成一束，好比缠绕一个细长的线球或线管，要么通过捆扎一个由单个已覆层的纤维来回(用回环的(looped)端部)编织成如图5所示的席子22。该束也可通过组装多个预先切割(到束长度)的已覆层的纤维段成为如图6所示的束24而形成。在一些实施方案中，当形成这束已覆层的纤维时，支撑纤维优选地留在已固化的覆盖层内。然而，可实现在该支撑纤维与该覆盖层之间形成间隙之后的任何时候去除该支撑纤维，并且切割已覆层的纤维从而曝露这些支撑纤维以使得能够抽出。在支撑纤维留在覆盖层内用于封装的实施方案中，该束中的已覆层的纤维在该纤维束的至少一个端部被固定且密封。这可通过在该纤维束的一个或两个端部封装这束已覆层的纤维来实现。为了曝露支撑纤维，已覆层的纤维束被切断已封装的端部。图7示出了在两个端部都被封装的一个由五个已覆层的纤维组成的束30，其中支撑纤维在已封装的端部曝露。如果间隙尚未形成，则在支撑纤维与覆盖层之间的界面被中断，从而使得流体能够渗透到间隙32中，如图8所示。如图9和图10所示，间隙32促进支撑纤维34从已覆层的纤维36内的抽出，这可通过任何合适的方法(诸如将支撑纤维吹出、推出或拉出已覆层的纤维)来实现。一旦这些支撑纤维被抽出，就留下了已封装的空心纤维束38。在本发明的一个优选实施方案中，该支撑纤维由当覆盖层固化时直径膨胀的材料制成。该支撑纤维随后收缩，从而中断在该支撑纤维与已固化的覆盖层之间的界面，由此允许该支撑纤维被去除。这可通过几种方法来实现，包括使用当温度上升时膨胀的支撑纤维材料(S卩，具有正热膨胀系数的材料)，以使得当该支撑纤维热膨胀时覆盖层固化(或硬化)，然后冷却以使该支撑纤维收缩，从而中断它与已固化的覆盖层的界面。具有高度线性的热膨胀系数(CTE)的材料(诸如聚烯烃(polyolefins)和聚酯(polyesters))适用于该支撑纤维,优选的是具有高于250X 10-6cm/cm°C的CTE的材料。在一个实施例中，该支撑纤维，诸如具有最小限度的分子取向或没有分子取向的由聚合物挤压棒(polymeric extruded rod)或纤维被穿过覆层模且被加热到第一温度，其中该支撑纤维可被称为是膨胀的。即，它的外部尺寸具有第一值。该纤维的加热可以发生在穿过该模之前、在穿过该模之时、在穿过该模之后，或其组合。然后该覆盖层在该第一温度被固化，建立了具有内表面的覆盖层，该内表面具有匹配该第一值的内部尺寸。然后，已覆层的纤维被冷却到第二温度，其中该支撑纤维收缩，以使得该外表面具有第二值的外部尺寸，该第二值小于该第一值。根据形成该覆盖层的一个或多个覆盖材料，该覆盖层也可收缩。然而，优选的是形成该支撑纤维的材料具有比形成该覆盖层的所述一个或多个材料更高的线性热膨胀系数(CTE)。例如，在一些实施方案中，覆盖层材料的CTE小于或等于250X10_6cm/cm°C，而支撑纤维材料的CTE大于或等于300X 10_6cm/cm°C。在其他实施例中，支撑纤维材料的CTE与覆盖层材料的CTE的比值是至少I. 5比1，并且在更优选的实施方案中，该比值是至少2. 0比I。符合这些限制的材料的一个实例是覆盖层材料是填充硅酮(filled silicone) (CTE为200X 10_6cm/cm°C )，且支撑纤维材料是PEN/PET共聚酯(copolyester) (CTE为400X l(T6cm/cm°C )。在一些实施方案中，该第一温度在120°C至180°C的范围内，且较低的该第二温度在15°C至30°C的范围内。应注意，如果该支撑纤维被挤压，则优选的是它具有最小限度的分子取向或没有分子取向，分子取向可导致在曝露于该第一温度时长度收缩而外部尺寸膨胀。在本发明的又一个优选实施方案中，间隙可通过使用为热缩管(heat shrinktubing)的支撑纤维来形成。该覆盖层在第一温度被施加并被固化在该支撑纤维上，该第一温度低于使得该支撑纤维收缩的温度。然后，已覆层的纤维被加热到一个较高的温度，该较高的温度使得该热缩管收缩，将外部尺寸从较高的值减小到较低的值。这中断了在该支撑纤维与该覆盖层之间的界面，从而产生间隙。在该方法中，热缩支撑纤维优选地是空心的，如图I和图2所示。这种热缩材料和处理在本领域中是公知的，且可被用于该目的。例如，柔性聚烯烃、聚酯(PET)或高温超柔性含氟弹性体(fluoroelastomer)类型的热缩管会是用于该支撑纤维的合适的热缩材料。热缩步骤可以发生在连续处理期间，其中支撑纤维被覆层、覆层被固化，然后该支撑纤维通过曝露于较高的温度而收缩。或者，热缩步骤可以发生在稍后的阶段，包括在将已覆层的纤维切割成段之后。替代地，热可被施加到一束已覆层的纤维，以收缩支撑纤维。在一些实施方案中，覆盖层发生固化的温度在100°C至150°C的范围内，且支撑纤维材料热缩的温度在150°C至190°C的范围内。
如果用热量固化所述覆盖材料，则所述支撑纤维的开始收缩的温度应高于所述覆盖材料的固化温度，或者优选地应在所述覆盖层基本固化(即，自支撑)后到达所述支撑纤维的开始收缩的温度。收缩支撑纤维由此减小其外部尺寸的另一个优选方法是拉伸该支撑纤维，优选地拉伸到颈缩点(point of necking),其中通过在施加足够的拉应力(tensile stress)的情况下对有最小限度取向的或无取向的支撑纤维进行冷拉拔(cold drawing)形成具有较小外部尺寸的颈。如图IlA所示，当屈服拉应力被施加到支撑纤维40时，颈42被形成并蔓延到整个支撑纤维，从而减小该支撑纤维的外部尺寸。支撑纤维40可被称为具有第一截(section) 40a，其中该外部尺寸(在本例中是直径)具有第一值，并具有第二截40b，其中该外部尺寸因支撑纤维的颈缩和拉伸而具有较低的第二值。这个特性在室温常见于半晶质聚合物(semicrystalline polymers),诸如聚乙烯(polyethylene)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate) (PET)、聚丙 烯(polypropylene)和尼龙。根据该方法，该支撑纤维是细长的，且由在拉伸时其外部尺寸会减小的材料制成。图IlB提供了通过拉伸支撑纤维40以减小其外部尺寸来将支撑纤维40从覆盖层44中去除的立体图。在一个途径中，已覆层的纤维被形成为一束，且在两个端部都被封装。然后，通过在一个端部或两个端部切断封装来暴露支撑层。图12示出了一束50已覆层的纤维，其具有已封装的端部52和54。每个已覆层的纤维都包括支撑纤维56和覆盖层58。在图示的实施方案中，支撑纤维56是实心的，但它们在其他实施方案中可以是空心的。如图13所示，由合适材料(诸如环氧树脂或聚合物熔体)形成的块60被模制或铸造为与一个已封装的端部52相邻，以粘结或熔接至曝露的支撑纤维56，但不粘结或熔接至封装材料52或曝露的覆盖层58。一种合适的聚合物熔体可以是与该支撑纤维自身相同的聚合物。一旦所形成的块60被固化或硬化从而熔接或粘结至支撑纤维56，所形成的块60就被拉离已封装的端部52，从而拉伸支撑纤维56以开始颈缩。该流程还在图14中示出，其中覆盖层之一被局部剖开，以示出支撑纤维的颈缩。随着所形成的块60被进一步拉动，具有减小的外部尺寸的颈蔓延到已覆层的纤维中，有效地使支撑纤维与覆盖层之间的间隙从一个已封装的端部蔓延到另一个已封装的端部，如图14所示。图15至图18示出了其他替代方案。已覆层的纤维束可由回环的已覆层的纤维的席子形成，诸如图5所示，或由预先切割的纤维形成，诸如图6所示。图15A和图15B示出了一束70已覆层的纤维72，其中每个已覆层的纤维都包括支撑纤维74和覆盖层76。在图示的实施方案中，支撑纤维74是实心的，但替代地它可以是空心的。束70的一个端部用封装材料进行封装78。该封装材料可以与形成覆盖层76或该覆盖层外部的材料相同，或者可以是粘结到该覆盖层的材料。作为下一个步骤，如图16A和16B所示，所形成的块80作为第一封装层被模制或铸造在束70的第二端部。所形成的块80至少在该束的一个端部封装并粘结至已覆层的纤维的端部。所形成的块80可被称为由第一材料形成。如图16B最佳所示，块80接触并粘结至支撑纤维74和覆盖层76。所形成的块也可被称为第一封装层或第一材料块。然后，第二封装层82被形成为与第一封装层80相邻且在第一封装层80内侦牝如图17A和图17B所示。第二封装层82在第一封装层内侧封装并粘结至已覆层的纤维的覆盖层，但不粘结至第一封装层80。第二封装层82可被称为由第二材料形成，尽管该第一材料和该第二材料在一些实施方案中可以是相同的材料。第二封装层也可被称为第二材料块。如果必要，可在这两个封装层之间形成脱模层(mold release layer)，以防止这两个封装层彼此粘结。在封装层80和82固化或硬化后，第一封装层80嵌埋所述已覆层的纤维的端部的最外部，且第二封装层82在第一封装层80内侧被粘结至外覆盖层76。第一封装层80被拉离第二封装层82，由此拉伸已覆层的纤维，并且在这两个封装层之间的界面处撕裂覆盖层76，如图18A和图18B所示。在进一步拉动的情况下，支撑纤维74形成了具有减小的外部尺寸的颈。该颈蔓延到已覆层的纤维中，从而有效地使在该支撑纤维与该覆盖层之间的间隙从一个已封装的端部蔓延到另一个已封装的端部。在图15至图18中，束70被示为由具有切割端的已覆层的纤维形成。在一个替代途径中，该束具有回环的端部。例如，单个已覆层的纤维被来回缠绕以形成该束。在这个途径中，回环的端部在每一端互连成对的纤维。图15至图18所示的方法可被用于这些回环的端部。在图16B中，一个回环的已覆层的纤维可被嵌入层80。该方法的其余方面以相同的方式运作。该回环的端部增加了层80与已覆层的纤维之间的附接，因为它除了任何粘结以外还被机械地互连。
根据本发明的另一个优选实施方案，通过膨胀支撑纤维上的已固化的覆盖层，在支撑纤维与已固化的覆盖层之间的界面被中断。即，该覆盖层的内表面可被称为具有内部尺寸，诸如内直径(如果该内表面是圆柱形的)。该覆盖层可被膨胀，以使得该内部尺寸从第一值增大到第二值。这可通过几种方法来实现。一个优选的方法包括通过曝露于使覆盖材料膨胀的合适物质来使已固化的覆盖层膨胀。例如，如果覆盖层材料是固化的硅酮，则可通过将已覆层的纤维的外表面曝露于诸如二甲苯或甲苯等溶剂来膨胀该层。该溶剂使硅酮膨胀，并中断在覆盖层与支撑纤维之间的界面。一旦覆盖层被膨胀，支撑纤维就可被抽出，并且该溶剂可被随后被蒸发掉(flashed off)，使覆盖层恢复其原始尺寸。根据本发明的又一个优选实施方案，可通过使用流体压力迫使流体进入支撑纤维与覆盖层之间来中断支撑纤维与覆盖层之间的界面。例如，高压力、低表面张力、低粘度的润滑剂(诸如异丙醇)可渗透在支撑纤维与覆盖层之间的界面，从而中断该界面，建立间隙，并使得支撑层能够被去除。可在一纤维束的已封装的端部用高压力供应该流体，以迫使该流体渗透并中断该界面。一旦流体进入该间隙，在覆盖层的内外之间就会建立压力差，从而覆盖层将“膨胀”以进一步中断该界面，并允许该流体进一步渗透。真空或局部真空也可被施加到覆盖层的外面，以辅助覆盖层的扩张。仅需要少许扩张覆盖层就能中断该界面并允许流体渗透该间隙。真空和正压力可被连续地或间歇地施加，以辅助该中断。一旦该流体已经渗透该间隙，就可通过如下方式从覆盖层中去除支撑材料使用施加至该纤维束的一个端部的流体压力推动，由此驱动支撑纤维离开覆盖层。使用低粘性、低表面张力的液体(诸如异丙醇)来作为润滑剂渗透该间隙，可帮助从覆盖层中驱逐支撑纤维。这样的润滑剂可通过毛细作用容易地渗透该间隙。本发明的其他方法可以利用上述方法的组合。例如，可以在覆盖层膨胀的同时收缩支撑纤维。本领域技术人员会明了，在本发明的实施方案中可使用多种方法。示例性支撑纤维材料，包括有最小限度取向的或无取向的聚丙烯、聚乙烯和PET。示例性覆盖层材料包括两部分填充娃酮(two part filled silicones)、氟化聚合物、聚乙烯醇、热塑性和交联聚氨酯。用于渗透该间隙的示例性流体包括异丙醇和水。用于膨胀已固化的层的示例性流体包括二甲苯、庚烧(heptane )和甲苯。
本发明的实施方案优选地被用来建立非常小的空心管。例如，优选的是所得到的纤维的外部尺寸(通常是直径)在50至500微米的范围内，且覆盖层的厚度通常在5至100微米的范围内。本领域技术人员会明了，在不脱离本发明的范围或教导的前提下，此处描述的本 发明的实施方案可以多种方式被改变。限定本发明范围的是所附权利要求，包括所有等同物。
权利要求
1.ー种形成多个空心纤维的方法，包括如下步骤 提供细长的柔性的基本连续的支撑纤维，所述支撑纤维具有外表面； 用空心纤维材料覆盖所述支撑纤维的外表面； 将所述空心纤维材料固化或硬化在所述外表面上，以在所述支撑纤维的外表面上形成基本连续和均匀的覆盖层，所述覆盖层具有与所述支撑纤维的外表面相邻的内表面； 在所述支撑纤维的外表面与限定在所述外表面上的覆盖层的内表面之间建立间隙； 将已覆层的支撑纤维切割成多个纤维段，每个纤维段都具有曝露的端部；以及 将所述支撑纤维段从所述覆盖层去除，以提供多个空心纤维。
2.根据权利要求I所述的方法，其中切割步骤在间隙建立步骤之前执行。
3.根据权利要求I所述的方法，其中间隙建立步骤在切割步骤之前执行。
4.根据权利要求I所述的方法，其中 所述支撑纤维的外表面具有外部尺寸，且所述覆盖层的内表面具有内部尺寸； 在所述支撑纤维的外表面与所述覆盖层的内表面之间建立间隙的步骤是用从如下组中选择的至少ー个用于建立间隙的程序实现的 膨胀已固化的覆盖层，以增大所述内部尺寸； 收缩所述支撑纤维，以减小所述外部尺寸；以及 使用加压流体在所述支撑纤维的外表面与所述覆盖层的内表面之间进行滲透。
5.根据权利要求I所述的方法，其中间隙建立步骤包括通过将已固化的覆盖层曝露于能使已固化的覆盖层膨胀的物质，以使已固化的覆盖层膨胀，从而扩张已固化的覆盖层，由此增大所述覆盖层的内部尺寸。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述能使已固化的覆盖层膨胀的物质包括ニ甲苯或甲苯。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括蒸发所述能使已固化的覆盖层膨胀的物质的步骤。
8.根据权利要求I所述的方法，其中间隙建立步骤包括收缩所述支撑纤维，使得所述支撑纤维的外部尺寸减小，这个收缩步骤是用从如下组中选择的收缩方法实现的 提供具有随温度而膨胀的外部尺寸的支撑纤维，所述支撑纤维在被所述空心纤维材料进行覆盖期间处于第一温度，且所述支撑纤维对于建立所述间隙处于较低的第二温度，该方法还包括将所述支撑纤维从所述第一温度冷却到所述第二温度； 提供由热收缩性材料制成的支撑纤维，该方法还包括加热所述支撑纤维以减小所述外部尺寸；以及 相对于所述外覆盖层拉伸所述支撑纤维，由此减小所述外部尺寸。
9.根据权利要求I所述的方法，其中间隙建立步骤包括使用加压流体在所述支撑纤维的外表面与已固化的覆盖层的内表面之间进行滲透，所述流体包括低表面张力、低粘性的润滑剤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体是异丙醇。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括在间隙建立步骤期间向已固化的覆盖层施加至少局部真空。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述流体还能导致所述覆盖层膨胀。
13.根据权利要求I所述的方法，其中将支撑纤维去除的步骤包括用流体将所述支撑纤维推出已固化的覆盖层。
14.根据权利要求I所述的方法，还包括 将已覆层的支撑纤维形成为具有端部的一束； 将这一束的所述端部封装在封装材料中，以形成已封装的端部；以及切割已封装的端部，以切割这一束已覆层的支撑纤维的端部，由此将已覆层的支撑纤维切割成多个已覆层的支撑纤维段，每个纤维段都具有端部。
15.根据权利要求14所述的方法，其中间隙建立步骤在束形成步骤之前执行。
16.根据权利要求14所述的方法，其中间隙建立步骤在切割已封装的端部的步骤之后执行。
17.根据权利要求I所述的方法，还包括 将多个已覆层的支撑纤维段形成为具有端部的一束； 将这一束的所述端部封装在封装材料中，以形成已封装的端部；以及 切割已封装的端部，以曝露所述纤维段的端部。
18.根据权利要求I所述的方法，其中所述支撑纤维的外表面是圆柱形的，具有基本恒定的直径。
19.根据权利要求I所述的方法，其中所述空心纤维材料是硅酮。
20.根据权利要求I所述的方法，其中所述支撑纤维是空心的。
21.根据权利要求I所述的方法，其中覆盖步骤包括 提供覆层模；以及 将所述支撑纤维穿过所述覆层模。
22.根据权利要求I所述的方法，其中覆盖步骤包括用多个覆盖层覆盖所述支撑纤维。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述多个覆盖层包括至少两个不同的覆盖材料。
24.根据权利要求17所述的方法，其中将已覆层的纤维形成一束的步骤包括从如下组中选择的形成程序 将已覆层的支撑纤维缠绕成一束；以及 将多个已覆层的纤维编织成席子，并将所述席子螺旋缠绕成一束。
25.根据权利要求17所述的方法，还包括 在已封装的端部在所述纤维段的曝露的端部将ー块材料附接至所述支撑纤维；以及将这块材料移离已封装的端部，使得所述支撑纤维被拉伸，所述支撑纤维的拉伸导致所述支撑纤维的外部尺寸减小，由此建立所述间隙。
26.根据权利要求I所述的方法，还包括 将所述多个已覆层的支撑纤维段形成为具有第一端部和第二端部的一束； 将这一束的第一端部封装在封装材料中，由此形成第一已封装的端部； 将这一束的第二端部封装在第一材料中，由此形成第一封装层，所述第一封装层粘结至这一束的第二端部； 将这一束的第二端部封装在第二材料中，在所述第一封装层内侧，由此形成第二封装层，所述第二封装层粘结至这一束的覆盖层，但不粘结至所述第一封装层；以及将所述第一封装层移离所述第二封装层，使得嵌入所述第一封装层和所述第二封装层的覆盖层在所述第一封装层和所述第二封装层之间分离，所述支撑纤维被拉伸，所述支撑纤维的拉伸导致所述支撑纤维的外部尺寸减小，由此建立所述间隙。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括在形成所述第一封装层之前切割已覆层的支撑纤维的步骤，使得已覆层的纤维段的端部在这一束的第二端部处曝露。
28.ー种形成空心纤维束的方法，包括如下步骤 提供细长的柔性的基本连续的支撑纤维，所述支撑纤维具有外表面； 用空心纤维材料覆盖所述支撑纤维的外表面； 将所述空心纤维材料固化或硬化在所述外表面上，以在所述支撑纤维的外表面上形成基本连续和均匀的覆盖层，所述覆盖层具有与所述支撑纤维的外表面相邻的内表面；将已覆层的支撑纤维形成为具有端部的一束； 将所述端部封装在封装材料中，以形成已封装的端部； 切割已封装的端部，以切断这一束已覆层的支撑纤维的端部，并建立多个已覆层的支撑纤维段，每个纤维段都具有曝露的端部； 在每个支撑纤维段与限定在其外表面上的已固化的层之间建立间隙；以及 将所述支撑纤维从所述已固化的层去除，以提供一束空心纤维。
全文摘要
一种形成多个空心纤维的方法，包括如下步骤提供细长的柔性的基本连续的纤维(56)，以及用空心纤维材料覆盖所述纤维的外表面。将空心纤维材料固化或硬化。在支撑纤维的外表面与限定在其上的覆盖层的内表面之间建立间隙。将已覆层的支撑纤维切割成多个纤维段，每个纤维段都具有曝露的端部。将所述支撑纤维段从所述覆盖层去除，以提供多个空心纤维。
文档编号B01D63/02GK102695554SQ201080060708
公开日2012年9月26日 申请日期2010年10月29日 优先权日2009年11月8日
发明者J·P·蒙托亚 申请人:梅达雷公司