CN110088370A - 保温材料 - Google Patents

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Abstract

一种非织造保温材料，适用于制造衣服、装饰物或类似物，所述材料包括纤维层，该纤维层包括至少部分延伸穿过该材料的多个不连续的孔。

Description

保温材料
技术领域
本发明涉及一种保温材料(insulating material)，且尤其涉及一种用于服装和软装饰的保温材料。某些实施方式也适用于建筑保温或其他形式的保温。
背景技术
可用于服饰、软装饰等的材料(还包括某些材料，这些材料也适用于建筑物的保温以防止热损失，例如作为屋顶毡)，并且在其表面上具有低传热性能众所周知。通常这种材料用于在体积内保持热量，并且通常用于寒冷天气的服装。关于后一种用途，所使用的材料通常包括多层，其中至少外层是防水的，允许穿用者在多阵雨的天气中使用该服装。该外层通常可以与一个或两个另外的层一起使用。
为了在服装内保持热量而设置有保温层。保温层通常依赖于纤维网络以将空气保持在其体积内，从而限制穿用者和外部之间的热传递。通常也可以使用第三层，第三层背衬到保温层上并且实际上将保温层夹在外层和第三层之间。
传统的非织造保温材料的一个问题是，尽管许多被设计成防水的，或者至少是防水的，但是在水确实渗透防水层的情况下，该层下面的保温材料容易吸收水并失去其保温性且由于吸收的水，同时变得明显更重。从而显著降低了服装保护穿用者免受寒冷环境影响的能力。此外，材料的透气性也使得水从服装内部逸出也受到损害。
本发明的一个目的是提供一种材料，当该材料被引入或用于制造诸如服装的物品时解决了上述问题。
发明内容
根据本发明的第一广泛的独立方面，提供了一种非织造的保温的材料，适用于制造服装、装饰物或类似物，所述材料包括纤维的层，纤维的层包括至少部分延伸穿过材料的多个不连续的孔。
这种结构是特别有利的，因为这些孔使空气能够留在孔内，直到后面的空气被加热，然后用于推动空气以及任何水汽穿过孔离开穿用者，防止水汽进入纤维基质(fibrematrix)，因此提供既保温又具有极大改善的透气性的材料，这是由于增强的水蒸汽渗透性。
优选地，孔完全延伸穿过材料。
优选地，孔均匀地分布在整个材料中。
这种结构特别有利，因为它确保了均匀的分布，以允许水和水汽均匀地通过孔，这确保了最大的透气效率。
优选地，孔的横截面是圆形的。
这种结构特别有利，因为它提供了均匀的直径，使水和水汽能够最大程度地移动穿过孔，并防止水在角落内被捕获。
任选地，孔以正方形的阵列布置。进一步任选地，一排或一列中的相邻孔的中心相隔6.0至25.0mm，优选6.0至15.0mm。
优选地，孔的直径为1.0-5.0mm，进一步优选为2.0-4.0mm。进一步优选地，阵列具有不同直径的孔。
优选地，孔是截头圆锥形的，锥形的轴线被引导横跨(directed across)织物的宽度。
这种配置可以通过增加水汽穿过孔的行进速度来增强织物的透气性。
可选择地，孔的横截面是细长的。
这种结构特别有利，因为细长孔增强了材料的弹性和拉伸。当需要增加孔的数量时，这些孔也是优选的。
优选地，材料层的厚度在3mm至250mm之间。
该范围的厚度对于可以使用该材料的物品的范围是有利的，例如，诸如袜子和夹克之类的衣服将需要3mm的较薄层，而对于诸如装饰物、马毯和建筑物保温的物品将需要高达250mm的较大厚度。
优选地，该材料包括堆叠在一起的多个子层，优选地使孔对齐，以获得更大厚度的材料。
这种结构特别有利，因为它提供了一种通过邻接单层改变材料厚度的简单方法，因此在制造过程中只需要制造单层。
优选地，该材料包括不同密度的纤维的混合物。
这种配置是特别有利的，因为它允许材料适用于不同环境，其中需要增强的保温性时使用较高密度的纤维，而需要较少的保温性的地方使用较低密度的纤维，例如温暖天气的夹克。
更优选地，该材料包括含有CloTM纤维的纤维混合物。
这种纤维混合物是特别有利的，因为CloTM纤维的特定特征提供了高标准的保温性和保暖性以及柔软性，这可以为使用者提供额外的舒适性。
更优选地，聚酯纤维用热或胶结合。
这种结构特别有利，因为它增强了基质层的强度和刚性。
优选地，通过热熔化材料来生产孔。
这种结构是特别有利的，因为熔化作用密封了孔的内表面，构成了孔的内径，因此允许任何水和水汽更多地行进通过孔，防止水侧向进入材料的主体。
更优选地，孔由激光产生。
这种结构特别有利，因为激光器具有与热处理相同的效果，因为孔的内表面将被密封。
可选择地，孔通过冲压(stamp)(例如冲头和冲模)产生。
这种配置是特别有利的，因为它是一种简单的机构，通过该机构可以同时产生多个孔。
可选择地，孔由超声波切割装置产生。
这种配置是特别有利的，因为它可以以更高的速度且使用更少的功率产生孔。
可选择地，孔由水射流切割器产生。
这种配置是特别有利的，因为不使用可能损害或改变材料层本身的固有性质的热。
在另一个广泛的独立方面，本发明提供了一种生产材料的方法，所述材料适用于制造服装、装饰物或类似物，所述方法包括选择纤维的层并形成延伸穿过材料的多个不连续的孔。
该方法特别有利，因为孔为材料提供增强的水蒸汽渗透性。
优选地，所述孔通过热熔化形成。
该方法是特别有利的，因为产生孔的热作用密封孔的内表面，构成孔的内径，防止水侧向进入材料的主体，因此允许任何水和水汽更大、更有效地行进穿过孔。
优选地，通过施加激光产生所述热熔化。
该方法特别有利，因为激光可以高速且高精度地提供所需的产品。
可选择地，所述孔通过冲压(例如冲头和冲模)产生。
该方法是特别有利的，因为冲压可以在短时间内且以较低的成本同时产生所需的孔。
可选择地，所述孔由超声波切割装置产生。该方法特别有利，因为需要更少的功率来快速产生孔。
可选择地，所述孔通过水射流切割器产生。
该方法特别有利，因为不使用热量，而该热量有可能损害或改变材料层本身的固有性质，并且需要较少的原材料，并且不产生任何碎屑或潜在的有害气体。
优选地，水射流切割器使用由增压泵产生的30,000-90,000psi(210-620MPa)超高压水的高速流，且可能的磨料颗粒悬浮在流中。
优选地，喷嘴由烧结的硼化物制成。
可选择地，优选地，所述孔由气动冲头产生。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明，附图仅以示例的方式示出了材料的实施方式。在附图中：
图1示出了一部分材料的透视鸟瞰图；
图1a和1b示出了孔阵列，材料中的所述孔具有不同的尺寸；
图2示出了单根纤维的示意图；
图3示出了该材料的实施方式的侧视图；
图4示出了该材料的实施方式的侧视图；以及
图5示出了材料实施例的透视鸟瞰图。
具体实施方式
下文阐释了特别适用在寒冷天气中的服装内的材料，其中所述服装也需要是“透气的”并允许水汽出来，所述服装例如夹克，但是该材料也适用于软装饰、建筑保温和相关技术领域。
该材料特别适用于滑雪衫或徒步套衫、雪地靴和帽子等服装，它们既保温又透气，因为使用者在寒冷的天气中会进行体力消耗以及如下所述的材料的某些特征和特性使其特别适合于这种功能，因为保温性能不会受到来自使用者的任何水汽(例如汗液)的影响。
首先参考图1，图1阐释了了本发明的第一实施方式。标记为10的材料包括纤维材料的第一基质层或网络，纤维材料例如毡、聚酯、聚丙烯、CloTM混合纤维、羊毛、鹅绒、竹子或这些材料或其他合适的非织造纤维或其它合适材料的任何混合物或再循环混合物。基质层本身可以仅由单个子层或多个子层组成。单独的纤维本身用热或胶或其它合适的结合方法结合在一起。纤维是可撕裂的并且可以拉伸。图2显示了单个CloTM纤维的横截面。
材料基质层的厚度优选为3mm至250mm。3至75毫米之间适用于服装保温，而75至250毫米之间适合建筑保温。
该材料包括延伸穿过材料10的孔20。在优选的实施方式中，孔20均匀地分散在整个基质层10中，并且均匀地位于行11和列12中，如图1所示。尽管如此，在可选择的实施方式中，根据材料的所需用途，孔20可以随机散布或者在材料的某些位置更密集或稀疏地聚集。例如，如果材料在滑雪衫的衬里中使用，则孔20可以在整个衫的主体中均匀、一致地分布，例如图1中所示的分布，且更密集的区域位于腋窝区域，由于该区域中使用者的出汗增加，需要增强渗透性。另外，行数可以再次根据材料的所需用途而不同，包括使用中的确切位置。
孔20可以具有彼此相同的尺寸和横截面，但是尺寸可以根据材料的所需用途而不同。在建筑物保温中的使用将需要更大的尺寸和直径的孔，以实现足够的水蒸汽渗透性。
在优选的实施方式中，孔的直径范围为0.5mm至1.5cm，且优选1.0-5.0mm。作为孔的布置的示例，这通常是正方形阵列，且例如圆孔的中心与相同行或相同列中的相邻孔的中心等距。中心之间的距离大于直径的总和，并且选择为6.0-25.0mm，优选6.0-15.0mm。作为示例，4mm直径的孔可以设置成正方形阵列，使得中心与阵列的行或列中的最近的相邻孔间隔10mm或12mm。此外，直径为3.5mm的孔可以设置成正方形阵列，使得中心与阵列的行或列中的最近的相邻孔间隔8mm或10mm。然而，可以使用其他阵列，例如具有行或列的阵列，与相邻的行或列横向偏移。
在图1a所示的实施方式中，正方形阵列包括直径为2mm的孔17，其中心彼此相距6.5mm。交替的行和列中包括直径为3.5mm的孔18。具有这种直径的实例在图1b中示出。直径的大小在整个一片相同的材料中也可以不同。
在优选的实施方式中，由于用于产生孔20的热处理方法，孔20的内周面30被密封，这将在下面进一步详述。内周面30的这种密封用于增加水行进通过孔的效率和运动，并因此增强水蒸汽渗透性，因为防止水蒸汽侧向行进到基质层的主体中，否则将可能是由于基质层的穿孔性质。
在优选的实施方式中，孔20完全延伸穿过材料10。图3示出了可选择的实施方式，其中孔23不是完全延伸穿过材料13，而是仅部分地延伸穿过。在该实施方式中，织物13的透气性仍然增强，原因是水汽进入孔23并保持在孔内而不是被迫使离开织物13的另一侧。
在另一个可选择的实施方式中，孔24是截头圆锥形的，如图4所示。在该实施方式中，开口的直径从窄开口44到较大孔54穿材料是逐渐增加的，如图4所示。在使用中，根据需要，截头圆锥形孔的较窄端44可以被定位成远离使用者或朝向使用者。
尽管在优选的实施方式中，孔20的横截面是圆形的，但在可选择的实施方式中，孔20可具有任何合适的横截面。图5示出了材料的可选择的实施方式，其中孔25是细长的或“狭缝”，其可以通过下面提到的任何装置产生。在该实施方式中，在孔25是狭缝而不是圆形的情况下，材料15已经显示出具有增强的弹性，这对于需要高拉伸程度的某些类型的服装是优选的。狭缝25可具有10mm乘0.5mm的尺寸。
密封的内周面30确保水汽完全从孔中引出，并且最小化或防止水汽进入基质层，基质层中因基质的性质而存在多个小开口。
如上所述，材料基质中使用的特定纤维可以变化，但是CloTM纤维的使用可能是有利的，因为兼具下述特征：极高质量的柔软性和高蓬松度(high loft)(包含更多空气然后纤维，低密度材料，保持高温暖量)。理想的材料重量在35-450gsm的范围内。每种CloTM纤维具有单独的横截面，其形状如图4所示。
可作为基质纤维混合物的组分被包含的其他纤维包括毡，其是更致密的材料之一，因此特别适合需要增加温暖的地方，如户外、寒冷天气服饰或建筑物保温。聚酯纤维密度较小，且将特别适合较轻的服饰。
可以设想，基质层可以包含本文提到的纤维的任何组合的混合物或任何合适的纤维，或者可以仅包含一种单纤维的基质，例如仅有毡，或仅包含CloTM纤维。还设想材料层是低过敏性的，使其适用于各种服饰。
在使用中，该材料可包括诸如夹克的服饰的衬里。由于孔20的存在，诸如来自服饰使用者的汗水等水汽将更有效地渗透穿过材料。最初，空气将在使用前保留在孔中，然而一旦材料和孔后面的空气在人的皮肤侧，例如因服饰下面的使用者身体在身体活动或运动期间的热量而被加热，那么空气连同例如来自使用者的汗液的任何水汽将被推动穿过孔。以这种方式，所有或大部分水汽行进穿过孔20，而不是进入带孔的材料基质中，因此材料具有高透气性。一旦穿过材料，水汽就会释放到大气中。这防止材料基质吸收过多的水汽而降低或丧失其保温性能，并且防止材料基质因吸收的水而变得更重。
在另一个例子中，当材料被用于例如在阁楼衬里内的家用保温中时，房屋的热量将用于推动空气以及空气中的任何水汽穿过孔。通过这种方式，在房屋保温层外面释放水汽，同时在材料充当保温层的下侧上保持房屋内的暖和。
该材料的用途包括但不限于以下列表：外套、套头衫、夹克、夹克背心、裤子、鞋子、靴子、雪地靴、雪衣、工作服、马毯、狗外套、帽子、手套、建筑物保温、软装饰、透气的家具、睡袋、户外地毯、袜子、坎肩、防弹背心、防水长统靴、绑腿、网眼背心和需要高透气性能的运动服。
当使用“BS EN ISO 15496：2004倒置杯”测试进行测试时，与没有孔的相同材料相比，该材料显示出透气性的增加。这种增加可以是至少增加5％。透气性以g/m2/天为单位测量。下面总结了为测试材料特性而进行的各种测试。
使用以下方法测试织物***中的保温性：
ASTM D 1518“Thermal and Evaporative Resistance of Batting SystemsUsing a Hot Plate(使用热板的击打***的耐热性和抗蒸发性)”；
ASTM F 1868“Thermal and Evaporative Resistance of Clothing MaterialsUsing a Sweating Hot Plate Test(使用出汗热板测试的服装材料的耐热性和抗蒸发性)”；
ISO 11092“Textiles-Determination of Physiological Properties-Measurement of Thermal and Water-Vapour Resistance(织物-生理特性的测定-耐热性和水-蒸汽抗性的测量)”；和
BS7209，BS EN ISO 15496：2004倒杯测试
使用ASTM F 1868“使用出汗热板测试的服装材料的耐热性和抗蒸发性”(程序部分B)和ISO 11092“织物-生理特性的测定-耐热性和水-蒸汽抗性的测量”测试织物***中的抗蒸发性。
使用ASTM F 1868“使用出汗热板测试的服装材料的耐热性和抗蒸发性”(程序部分C)测试织物***中的NFPA总热损失。
使用ASTM F 2732“Standard Practice for Determining the TemperatureRatings of Cold Weather Clothing(确定寒冷天气服装的温度等级的标准规范”)测试寒冷天气服装的保温性和温度等级。
使用ASTM F 1291“Standard Test Method for Measuring the ThermalInsulation of Clothing Using a Heated Manikin(使用加热人体模型测量服装的保温性的标准测试方法)”和ISO 15831“Clothing-Physiological Effects-Measurement ofThermal Insulation by Means of a Thermal Manikin(服装-生理效应-通过热人体模型测量保温性)”测试服装***的保温性。
使用ASTM F 2370“Measuring the Evaporative Resistance of ClothingUsing a Sweating Manikin(使用出汗的人体模型测量服装的抗蒸发性)”测试服装***的抗蒸发性。
个人冷却***(冷却效率和持续时间)使用以下方法进行测试：
ASTM F 2371“Standard Test Method for Measuring the Heat Removal Rateof Personal Cooling Systems Using a Sweating Heated Manikin(使用出汗的加热人体模型测量个人冷却***的除热率的标准测试方法)”和EN 13537“Requirements forSleeping Bags"which is being revised as ISO 23537"Part 1:Thermal andDimensional Requirements(睡袋要求”，该标准正在修订为ISO 23537“第1部分：热和尺寸要求)”。
使用ASTM F 1720“Standard Test Method for Measuring the ThermalInsulation of Sleeping Bags Using a Heated Manikin(使用加热的人体模型测量睡袋的保温性的标准测试方法)”测试睡袋***的保温性和温度。这是根据军事规格进行测试。
使用ASTM F 1932“Test Method for Measuring Sleeping Bag Loft(测量睡袋蓬松度的测试方法)”测试睡袋蓬松度。
使用ASTM F 1720“使用加热的人体模型测量睡袋的保温性的标准测试方法”测试床上用品***的保温性和温度等级。
穿着防护服、个人冷却***(PCS)或睡袋的人类受试者的生理和主观反应可以在环境室中的受控条件下测量。
生理反应：
A.平均皮肤温度(3-8皮肤热电偶)
B.体核温度(可吸收的温度传感器以吞咽)
C.心率(PolarTMS180i心率带，数据电子下载到电脑中)
D.出汗率(在实验前后称重受试者和服装)
E.氧气消耗和代谢率(代谢车)
主观反应：
A.热感等级体系(ASHRAE)
B.博格运动感知等级体系(Borg Perceived Exertion Scale)
C.服装舒适度，可接受性
可以使用以下方法：
ASTM F 2300“Standard Test Method for Measuring the Performance ofPersonal Cooling Systems Using Physiological Testing(使用生理测试测量个人冷却***的性能的标准测试方法)”；
ASTM F 2668“Standard Practice for Determining the PhysiologicalResponses of the Wearer to Protective Clothing Ensembles(确定穿用者对防护服套装的生理反应的标准规范)”；
ISO 9886“Ergonomics-Evaluation of Thermal Strain by PhysiologicalMeasurements(人体工程学-通过生理测量评估热应变)”；和
ISO 8996“Ergonomics of the Thermal Environment-Determination ofMetabolic Rate(热环境的人体工程学-代谢率的测定)”。
如上所述，材料中的孔20可以通过热处理产生。热量将用于密封孔30的内周面30，这因此将确保水或水汽完全通过孔来更有效且完全地移动而不是进入材料基质层10自身内的任何开口中。用于热装置的机构可以通过热刀或喷枪来产生孔且孔20可以通过多个单独的热装置同时产生，或者通过初始材料的移动或者热装置的移动来单独产生。
在实施方式中，热处理是激光，其可用于熔化、燃烧、氧化或蒸发材料。在该过程中可以使用保护性衬垫来保护任何表面。然后可以将该保护层剥离。作为示例，激光器可以是CO2激光器，其在材料上移动以在期望的位置产生孔。
在优选的实施方式中，两个激光切割器连接到机械臂上，当材料片被进给通过臂下方时，两个激光切割器同时在材料中产生一系列孔。两个切割器可以彼此间隔开或者可以直接接触。臂上可以有更多数量的切割器，以增加孔产生的速率。材料卷将在传送带上被进给通过两个切割器。传送带的底部有开口，以防止在产生孔的过程中受到损坏。
在可选择的实施方式中，孔通过冲压机(stamp press)产生。例如，可以在材料片的一侧或任一侧使用具有突出部分的模板来产生孔。冲压机将被设计成根据要求产生孔。
在另一个可选择的实施方式中，孔由超声波切割装置产生。
在另一个可选择的实施方式中，孔由水射流切割器产生。在该实施方式中，水射流的能量在材料中产生孔。
在使用中，切割器连接到高压水泵，然后根据孔的要求将水从各种尺寸的喷嘴中喷出。通过用高速水流轰击基质层10来切割材料。该方法是有利的，因为不使用热量，而根据所使用的纤维的不同，该热量有可能损害或改变材料层本身的固有性质。
在另一个可选择的实施方式中，该材料包括基质层10的堆叠在一起的多个子层，其中孔对齐，以获得更大厚度的材料。
在另一个可选择的实施方式中，所述材料可包括多个堆叠的纤维层，其中各层以这样的方式堆叠：每层的孔仅部分地或在某些部分处覆盖，以便形成用于水汽行进通过的特定路径。这些路径的实例可包括倾斜路径或螺旋路径或倾斜的圆柱体。
还可以通过在用以产生孔的特定区域中拉动或破坏纤维来形成孔。
该材料包括孔20，孔20延伸材料基质的深度的横截面。在优选的实施方式中，孔20均匀地分散遍及整个材料，但在可选择的实施方式中，它们可以随机散布。孔20是穿过材料层的整个深度的不连续的开口。“不连续的”意指孔20与基质层10的其余部分不同，基质层10的其余部分由于纤维网络的性质而能够在各个位置处具有间隙和开口。
孔20具有一定的均匀尺寸，尽管均匀的尺寸将根据材料的所需用途而不同。在建筑物保温中的使用将需要具有更大直径的孔以实现足够的水蒸汽渗透性。对于在夹克中使用，较小直径的孔就足够了。

Claims (30)

1.一种非织造的保温的材料(10)，适用于制造服装、装饰物或类似物，所述材料(10)包括纤维的层，所述纤维的层包括至少部分延伸穿过所述纤维的层的多个不连续的孔。
2.根据权利要求1所述的材料，其中所述孔完全延伸穿过所述层。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的材料，其中所述孔均匀地分布在整个层中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述孔的横截面是圆形的。
5.根据权利要求1所述的材料，其中所述孔以正方形的阵列排列。
6.如权利要求5所述的材料，其中一排或一列中的相邻孔的中心相隔6.0mm-25.0mm的距离。
7.根据权利要求4-6所述的材料，其中所述孔的直径为1.0mm-5.0mm。
8.根据权利要求7所述的材料，其中所述孔的直径为2.0mm-4.0mm。
9.根据权利要求4-8所述的材料，其中所述阵列具有不同直径的孔。
10.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述孔是截头圆锥形，锥形的轴线被引导横跨所述织物的宽度。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的材料，其中所述孔的横截面是细长的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述纤维的层的厚度为3mm至250mm。
13.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料包括所述纤维的层的、堆叠在一起的多个子层。
14.根据权利要求13所述的材料，其中每个所述子层都包括多个不连续的孔，每个所述子层中的所述孔和相邻子层的层中的孔对齐。
15.根据前述权利要求中任一项所述的材料，包括不同密度的纤维的混合物。
16.根据前述权利要求中任一项所述的材料，包括含有CloTM纤维的纤维混合物。
17.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述纤维通过热或胶结合在一起。
18.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述孔通过热熔化所述材料产生。
19.根据权利要求18所述的材料，其中所述孔通过激光产生。
20.根据权利要求1-14中任一项所述的材料，其中所述孔通过冲压产生。
21.根据权利要求1-14中任一项所述的材料，其中所述孔通过超声波切割装置产生。
22.根据权利要求1-14中任一项所述的材料，其中所述孔通过水射流切割器产生。
23.一种生产材料的方法，所述材料适用于制造服装、装饰物或类似物，所述方法包括选择纤维的层并形成延伸穿过所述纤维的层的多个不连续的孔。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述孔通过热熔化形成。
25.根据权利要求23或权利要求24的所述方法，其中所述热熔化通过施加激光产生。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述孔通过冲压制成。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述孔通过超声波切割装置产生。
28.如权利要求23所述的方法，其中所述孔通过水射流切割器产生。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述水射流切割器具有喷嘴并使用由增压泵产生的30,000-90,000psi(210-620MPa)超高压水的高速的流，且可能的磨料颗粒悬浮在所述流中。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中所述喷嘴由烧结的硼化物制成。
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