CN103380245A - 凉爽面料 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案总体上涉及凉爽面料，其具有联合在基底面料上的凉爽要素的排列，具体而言，涉及使用联合在基底材料上的凉爽要素来吸收热量同时还保留基底材料的所需性质的方法和面料。在一些实施方案中，凉爽要素包括凉爽凝胶或聚合物或相变材料，且凉爽要素可在暴露于湿分时经历化学或物理变化而吸收热量。

Description

凉爽面料
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年11月29日提交的名称为“凉爽面料(COOLING FABRICS)”的美国临时专利申请No.61/564,726的优先权，其整个说明书为所有目的全体通过引证的方式纳入本说明书，但与本说明书不一致的那些部分除外(如果有的话)。
技术领域
本公开的实施方案总体上涉及用于服装和具有设计的性能特性的其它物品的面料，具体而言，涉及使用联合在基底面料上的凉爽要素(cooling elements)的图案来增强凉爽和/或吸汗的面料。
背景技术
面料性能特性材料，如吸汗材料等，通常采取织入或以其他方式引入衣服内部的均匀层的形式。这些材料的目的可为增强吸汗，从而使身体感觉凉爽。但是，许多标明为具有“凉爽”特性的面料起不到凉爽的作用，而仅能提高透气性。确实引入了一层凉爽材料，如凉爽凝胶和相变材料，的凉爽面料也具有缺点，尤其是当作为连续层引入时。例如，均匀的一层凉爽材料不能传递潮湿蒸气或允许空气通过。此外，这种凉爽面料可能不具有基底面料的所需特性，例如垂感、伸展性等。因此，使用一层凉爽材料可妨碍下层基底面料的透气性(或其它功能)。
附图说明
通过以下详细描述并结合附图可以容易地理解本公开的实施方案。
实施方案在附图的图中以示例方式而非限制方式进行说明。
图1A为根据多个实施方案，用具有基底面料和布置于其上的凉爽要素的凉爽面料制造的衣服的一部分的实例的透视图；
图1B为根据多个实施方案，当凉爽要素为干燥状态时图1A所示凉爽面料的下侧的透视图；
图1C为根据多个实施方案，当凉爽要素为干燥状态时图1A所示凉爽面料的剖面图；
图1D为根据多个实施方案，当凉爽要素为潮湿状态时图1A所示凉爽面料的下侧的透视图；
图1E为根据多个实施方案，当凉爽要素为潮湿状态时图1A所示凉爽面料的剖面图；
图2为根据多个实施方案，基底面料上的凉爽要素的图案的实例的热图像；
图3A-3F为根据多个实施方案使用的各凉爽要素的图案的多种具体的非限制性实例；和
图4A-4F为根据多个实施方案使用的相互连接的凉爽要素的图案的多种具体的非限制性实例。
具体实施方式
以下详细描述参考附图，附图作为本公开的一部分，用来示意性地示出实施本公开的实施方案。应理解，还可以使用其它实施方案，在不脱离本公开范围的前提下可以进行结构上或逻辑上的变化。因此，下文的详细描述不应理解为限制意义，实施方案的范围根据本公开由所附权利要求及其等同方案限定。
各种操作可作为多个分离的操作，以有助于理解本发明实施方案的方式依次进行描述；但是，描述的顺序不应解释为暗示这些操作是顺序依赖性的。
说明书可使用基于透视图的描述，如上/下、后/前和顶部/底部。使用这种描述只是为了有助于论述，而非意在限制本发明实施方案的应用。
可以使用术语“联合(coupled)”和“连接(connected)”及其衍生词。应理解，这些术语并非意在作为彼此的同义词。而是在具体实施方案中，“连接”用于指两个或多个要素彼此处于直接物理接触或电接触。“联合”可表示两个或多个要素处于直接物理接触或电接触。然而，“联合”也可表示两个或多个要素彼此不直接接触，但仍彼此配合或相互作用。
为描述目的，“A/B”形式或“A和/或B”形式的短语是指(A)、(B)或(A和B)。为描述目的，“A、B和C中的至少一个”形式的短语是指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)。为描述目的，“(A)B”形式的短语是指(B)或(AB)，即A为任选要素。
说明书可使用短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，其分别可指一个或多个相同或不同的实施方案。此外，本公开实施方案中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等为同义词。
在多个实施方案中，公开的用于服装和其它衣物的面料可使用一种凉爽要素联合或整合在基底面料上的图案，从而在暴露于湿分(moisture)时，通过吸收热量和增强吸汗而控制湿分和体热，同时仍保留基底面料的所需性能。在多个实施方案中，凉爽要素可以包括凉爽凝胶或聚合物和/或相变材料。在一些实施方案中，凉爽要素在暴露于湿分时可以经历化学和/或物理变化，和/或可吸收能量，从而使穿着者的皮肤凉爽。在一些实施方案中，化学和/或物理变化也可引起构象变化，其可伸展部分基底面料，从而扩大面料孔并增加透气性和/或吸汗性。
图1A为根据多个实施方案的，用具有基底面料和布置于其上的凉爽要素的凉爽面料制造的衣服的一部分的实例的透视图。如图1A所示，在多个实施方案中，多个单独的凉爽要素100可以以通常非连续排列的方式布置在基底面料102上，借此一部分基底面料102可以暴露在相邻的凉爽要素之间。在多个实施方案中，如在图1A所示的实施方案中，凉爽要素可以以分离要素的排列的方式排布，而在其它下文将更长篇幅讨论的实施方案中，凉爽要素可以以相互连接的图案的方式排布。在一些实施方案中，如在图1A所示的实施方案中，每个单独的凉爽要素可以采取闭合回路元件的形式，如闭合的圆形、正方形、六边形或其它闭合形状，其可以包括其中暴露有基底材料的中央部分106。
如下文进一步详细描述的，凉爽要素100可以包括一种或多种凉爽材料，如凉爽凝胶或相变材料。在多个实施方案中，凉爽要素100可以覆盖基底面料102足够的表面积以实现所需的凉爽程度，例如，在多个实施方案中，凉爽要素100的表面覆盖面积为约15％至80％、约25％至70％、约30％至65％、或约40％至60％。在多个实施方案中，该覆盖范围使基底面料102留有约20％至85％、约30％至75％、约35％至65％、或约40％至60％未覆盖。一般而言，基底面料102应暴露足够表面，以提供所需的基底面料功能(如伸展性、垂感、透气性、潮湿蒸气传递性、空气渗透性和/或吸汗性)。例如，如果基底面料暴露太少，则性质如潮湿蒸气传递性和/或渗透性可大大受损，甚至与覆盖的百分比不成比例。
根据多种的实施方案，基底面料102可以是任何形式的服装或衣物的一部分，本文使用的术语服装或衣物包括一切穿着于人体的材料，包括但不限于运动服饰，如束身衣(compression garments)、T恤衫、短裤、紧身衣(tights)、袖子、头巾等；外衣，如夹克、牛仔裤、围巾、衬衫、帽子、手套、连指手套等；鞋(footwear)，如鞋子(shoes)、靴子、拖鞋等；睡衣类，如宽大睡衣、睡衣和睡袍；以及内衣物，如内衣、保暖内衣、背心、胸罩、短袜、针织袜等。
在多个实施方案中，凉爽要素100的排列可以布置在具有一种或多种所需性能的基底面料102上。例如，下层基底面料102可以具有性质如空气渗透性、潮湿蒸气传递性和/或吸汗性，这对于室内和室外应用中使用的衣物而言是共同需要的。在一些实施方案中，下层基底面料102可具有其它想要的属性，如耐磨损性、抗静电性、抗微生物活性、防水性、防火性、亲水性、疏水性、抗风性、防紫外线、弹性、耐污性、抗皱性等。在一些实施方案中，凉爽要素100之间和/或内部未被覆盖的基底面料102的面积可有助于赋予基底面料102想要的垂感、外观、伸展性和/或质感。合适的基底材料102的具体实例可以包括尼龙、聚酯、人造丝、棉、氨纶、羊毛、丝绸或它们的共混物，或者包括任何其他具有想要的外观、手感、重量、厚度、织法、质感或其它想要性能的材料。
在多个实施方案中，对凉爽面料进行配置，使指定百分比的基底面料102未被凉爽要素100覆盖，可以使这部分未被覆盖的基底面料102表现出想要的功能，同时还能余出足够的凉爽要素100的表面积以使人体冷却到想要的程度。在多个实施方案中，可以使用单层衣物，其可以包括单层基底面料102，而其它实施方案可以使用多层面料，包括例如一层或多层其它基底面料或另一种面料。例如，基底面料102可用作衣物的面料衬里。
现回到图1B-1E，在多个实施方案中，凉爽要素100可以以这种方式布置，并且可由传导性的用于吸收身体产生的热量的材料制成。在一些实施方案中，凉爽要素100在暴露于湿分(如水或汗)时可经历物理或化学变化，该物理或化学变化可使得吸收热量，从而使穿着者的身体凉爽。图1B示出根据多个实施方案，当凉爽要素为干燥状态时，图1A所示的凉爽面料下侧的透视图，图1C示出根据多个实施方案中，当凉爽要素为干燥状态时，图1A所示的凉爽面料的剖面图。在图1B和1C所示的实施方案中，凉爽要素100布置在基底面料102的下表面(例如，衣物的内侧，朝向皮肤)，凉爽要素100放置在合适的位置以吸收来自使用者皮肤的热量和汗。尽管图1B和图1C示出了凉爽要素100联合在基底面料102的下表面或内侧表面上的凉爽面料，但本领域的技术人员应理解，根据所需的凉爽面料的性质，凉爽要素100也可在其它实施方案中改为联合在基底面料102的上表面或外侧表面上。在这些实施方案中，基底面料的吸汗或潮湿蒸气传递性可允许身体的湿分(如水、水蒸气或汗)随着该湿分通过基底面料而到达凉爽要素100。在其它又一些实施方案中，凉爽要素100可至少部分地整合至或可至少部分地渗入基底面料102。
在一个具体的非限制性实施方案中，凉爽要素100可以以这样一种方式应用于基底面料102的下表面或内侧表面，即使得凉爽要素100相对于皮肤表面104采取凸形，并且可通常使凉爽要素100在干燥状态下远离身体弯曲(例如，见图1B和图1C)。在示出的实施方案中，当干燥状态的凉爽要素100(例如图1B和图1C)暴露于湿分，如水、水蒸气或汗时，它们可吸收湿分并经历化学和/或物理变化，该化学和/或物理变化可吸收穿着者身体的热并且还引起构象变化，使凉爽要素100采取凹型(例如，见图1D和图1E)。经历了这种构象变化的凉爽要素100可称为处于“潮湿状态”，但本领域的技术人员应理解，凉爽要素不会使使用者感到潮湿。在多个实施方案中，潮湿状态的凉爽要素可随着水从凉爽要素上蒸发而经历另一种构象变化，从而恢复其“干燥状态”构象。在多个实施方案中，这一过程可在面料的整个使用寿命中重复多次，如100次、1,000次、10,000次或甚至更多次。
如上所述，在多个实施方案中，这种化学/和或物理变化可以包括能量转换，从而可使凉爽要素100吸收热量，例如使使用者的皮肤凉爽。同时，构象变化可使部分基底面料102(例如每个凉爽要素100的中央部分106中的部分基底面料)伸展，这可扩大基底面料102的编织孔，从而增强这些区域中的基底面料102的透气性和吸汗性。
图2为根据多个实施方案的，基底面料上的凉爽要素的图案的实例的热成像。如图2所示，凉爽要素100可在热谱图上记录为比基底面料102更低的温度，例如当暴露于湿分时。在多个实施方案中，凉爽要素100可以包括凉爽凝胶和/或聚合物，其可在暴露于湿分时吸收热量。在多个实施方案中，凉爽凝胶和/或聚合物可以包括，例如，任何合适的天然或合成高分子材料，该高分子材料在干燥形式下能够吸收和储存其本身重量许多倍的水。可用作凉爽聚合物的天然树胶的具体的非限制性实例包括黄原胶、琼脂、果胶、刺槐豆胶、羟丙基瓜耳豆胶、聚葡甘露糖胶(polyglucomannan gum)、阳离子瓜耳豆胶、阴离子瓜耳豆胶、藻酸盐、爱尔兰藓和阿拉伯树胶。可用作凉爽聚合物的纤维素类物质的具体非限制性实例包括甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素和羟丙基纤维素。
可用作凉爽聚合物的合成水凝胶聚合物的具体非限制性实例包括合适的交联的水溶胀性丙烯酸类共聚物。在具体的实施方案中，合成水凝胶聚合物可包括，但不限于，包括选自以下的一种或多种单体的重复单元和选自以下的一种或多种交联剂的共聚物：所述单体选自(甲基)丙烯酸、顺丁烯二酸、2-(甲基)丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸、苯乙烯磺酸酯、乙烯基磺酸，及其相应的氨、胺和碱金属盐，(甲基)丙烯酰胺、乙烯基醇、乙酸乙烯酯、顺丁烯二酸酐、烷基乙烯基醚、乙烯基吗啉酮、乙烯基吡啶、乙烯基吡咯烷酮和丙烯腈；所述交联剂选自N，N′-亚甲基二(甲基)丙烯酰胺、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、(聚)丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇三(甲基)丙烯酸酯、丙三醇丙烯酸酯甲基丙烯酸酯、环氧乙烷改性的三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基磷酸酯、三烯丙基胺、聚(甲基)烯丙氧基烷烃、(聚)乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、乙二胺、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、聚乙烯亚胺、缩水甘油基(甲基)丙烯酸酯、二烯丙基蔗糖、三烯丙基蔗糖三烯丙基胺，和三烯丙基甲基氯化铵。凉爽聚合物的其它具体实例可包括链烷烃(CnH2n 2+)、脂肪酸(CH3(CH2)2nCOOH)、盐水合物(MnH2O)、吸湿材料、三羟甲基乙烷和十二烷酸。在具体的实施方案中，凉爽凝胶可包括与不溶性化合物(如聚氨酯)混合或交联的聚丙烯酸酯和/或聚丙烯酸钠。
其它具体的非限制性实例包括苯乙烯嵌段共聚物，其为可包括至少三个嵌段的热塑性弹性体，所述至少三个嵌段例如两个硬质聚苯乙烯末端嵌段和一个软质弹性(如聚丁二烯、聚异戊二烯或它们的氢化等同物)中间嵌段。在多个实施方案中，硬质和软质嵌段可不混溶，以致于从微观角度上看，聚苯乙烯嵌段在橡胶基质中形成分离的区域，从而使与橡胶物理交联。
其它凉爽聚合物和这类聚合物的制备方法记载在，但不限于，美国专利6,469,080、6,399,668、6,127,454、6,087,002、5,244,735、4,925,603和4,734,478中。其它可用于性能特性要素的凉爽聚合物的非限制性实例包括市售的商品名如下的那些：Ciba Specialty Chemicals，Chatanooga，Tenn.的
Figure BDA00003612883900071
Dow Chemical Company，Midland，Mich.的
Figure BDA00003612883900072
Atofina，Paris，France的
Figure BDA00003612883900073
和
Figure BDA00003612883900074
HYDROSORB Inc.，Orange，Calif.的HYDROSORBTM和Nippon，Shokubai Co.，Ltd.，Osaka，Japan的AQUALIC CA。
在其它实施方案中，凉爽要素可以包括相变材料。一般而言，相变材料可在该具体相变材料的温度稳定范围内，具有吸收或释放热能从而减少或消除热传递的能力。在多个实施方案中，相变材料可在该相变材料吸收或释放热量的时间过程中，通常是在该材料的相转变过程中，抑制或中断热能的流动。在多个实施方案中，这种作用可以是暂时的，例如，其可有效地作为热能的屏障直至温度稳定材料的总潜热在加热或冷却过程中被吸收或释放。在多个实施方案中，热能可储存或从相变材料中移除，并可通过热源或冷源有效地补给。在多个实施方案中，通过选择合适的相变材料，可以产生用于需要温度稳定的特定应用的性能特性要素。在多个实施方案中，可以使用两种或更多种不同的相变材料来应对特定的温度范围，并且这些材料可以混合。
在多个实施方案中，可如本文描述所使用的相变材料通常包括具有13至28个碳原子的链烷烃。在多个实施方案中，链烷烃同系物的熔点可与碳原子数直接相关，如下表所示：
Figure BDA00003612883900091
在多个实施方案中，凉爽要素100可以多种方式永久地联合在基底面料102上，所述方式包括，但不限于：胶粘、热压、压印或缝合。在一些实施方案中，凉爽要素可以通过高频焊接(如通过射频或超声焊接)联合在基底面料上。在一些实施方案中，凉爽要素可以使用凹版涂布联合在基底面料上。在一些具体的非限制性实例中，凹版涂布法可以使用在涂布槽中运行的压花辊，用涂布材料(例如凝胶构成凉爽要素)填充辊的压花点或线。辊上多余的涂料可用刮刀除去，然后可使涂料随着其在压花辊和压力辊之间通过而沉积在衬底(例如基底面料)上。在多个实施方案中，凹版涂布法可包括直接凹印、反向凹印或差分胶版凹印(differential offset gravure)，且在多个实施方案中，涂布重量可通过固体的百分比、凹印体积、图案深度和/或凹版滚筒的速度来控制。
在多个实施方案中，热控材料要素(heat management materialelements)可以以图案或连续或非连续排列的方式应用。例如，如图3A-3F所示，凉爽要素可采用闭合回路元件(例如环)的排列的形式，所述闭合回路元件以所需的图案粘合或固定在基底面料上。发现这种构造能让使用者感到凉爽，同时还能使基底面料发挥所需特质(如透气并允许潮湿蒸气通过面料逃逸以减少积累的湿分水平)。在多个实施方案中，这种非连续、离散、分离的凉爽要素可采用圆形、三角形、正方形、五边形、六边形、八边形、星形、十字形、月牙形、椭圆形或任何其它的基本闭合的回路元件——包括闭合回路元件内侧的中央部分，其中基底面料保持暴露——的形式。
虽然图3A-3F所示的实施方案示出了作为分离、离散要素的凉爽要素，但在一些替代实施方案中，一些或全部凉爽要素可以排布为使得它们彼此连接，如栅格图案或任何其它能够部分覆盖基底面料的图案。例如，如图4A-4F所示，凉爽要素布置在基底面料上的配置可以是各种排列的部分或全部，且图案可以同时结合非连续要素(如图3A-3F所示的那些)和相互连接的几何图案(如图4A-4F所示的那些)。在多个实施方案中，凉爽要素的图案可以是对称的、有序的、无规的和/或不对称的。此外，如下文所讨论的，凉爽要素的图案可以布置在基底面料上的关键位置处以改善衣物的性能。在多个实施方案中，凉爽要素的尺寸和/或间隔还可在衣物的不同区域而变化，以平衡对增加凉爽性和保留基底面料功能的需求。
在一些实施方案中，被凉爽要素覆盖的基底面料的表面积与未被凉爽要素覆盖的基底面料的表面积的百分比为约25％至约67％。已证实该范围能提供凉爽性和基底面料所需性质(如透气性或吸汗性)的良好平衡。在具体实施方案中，被覆盖的表面积的百分比为约30％至约65％，或约40％至约60％。
在多个实施方案中，凉爽要素的布局、图案和/或覆盖率可变化。例如，凉爽面料可以集中某些凉爽可能更加关键的区域(如身体的核心)，而在基底面料性质更为关键的其他区域则不存在或极其有限。在多个实施方案中，衣物的不同区域可具有不同的覆盖率，如胸部为67％，四肢部位为30％，从而帮助优化如对凉爽性和透气性的需求。
在多个实施方案中，身体的核心区域中的凉爽要素的尺寸可最大(或凉爽要素之间的间隔可最小)，以增强那些区域的凉爽，且身体外围区域的凉爽要素的尺寸可最小(或凉爽要素直接的间隔可最大)。在一些实施方案中，凉爽要素在整个衣物上的覆盖程度可根据对区域凉爽程度的需求而渐进地变化。
虽然本文说明并描述了某些实施方案，但本领域的普通技术人员应理解，在不脱离本公开范围的情况下，能够实现相同目的的宽范围的各种替代和/或等同实施方案或实施方式可以替代已说明和描述的实施方案。本领域的技术人员应理解，本公开的实施方案可以通过非常多的方式实施。本申请意在涵盖本文所述的实施方案的任何修改方案或变化方案。因此，很显然，本公开的实施方案仅由权利要求及其等同方案限定。

Claims (21)

1.一种适合衣物使用的凉爽面料，包括：
基底材料，其具有适合允许天然要素通过基底材料的传递性；和
联合在基底材料的第一侧上的凉爽要素的排列，所述凉爽要素适合在暴露于湿分时吸收热量，其中凉爽要素的布局和间隔能使基底材料保留传递性的部分性能。
2.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素包括凉爽聚合物、相变材料或其结合。
3.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素配置为在暴露于湿分时经历构象变化。
4.权利要求3的凉爽面料，其中构象变化增强穿过凉爽面料的潮湿蒸气传递。
5.权利要求3的凉爽面料，其中构象变化包括由凸型面至凹型面的变化。
6.权利要求3的凉爽面料，其中构象变化使基底材料的一个区域伸展。
7.权利要求6的凉爽面料，其中基底材料包含孔，伸展的基底材料包含扩大的孔。
8.权利要求7的凉爽面料，其中扩大的孔配置为促进天然要素的传递。
9.权利要求1的凉爽面料，其中天然要素为空气、湿分、水蒸气或热量。
10.权利要求1的凉爽面料，其中基底材料包括吸湿面料。
11.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素的表面积覆盖的百分比为约25％至约67％。
12.权利要求11的凉爽面料，其中凉爽要素的表面积覆盖的百分比为约40％至约60％。
13.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素的最大间隔小于约1厘米。
14.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素的最小间隔大于约1毫米。
15.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素包括闭合回路元件。
16.权利要求1的凉爽面料，其中凉爽要素相互连接。
17.权利要求1的凉爽面料，其中基底材料的第一侧朝向使用者的身体。
18.一种制备凉爽面料的方法，包括：
选择基底材料，所述基底材料具有适合允许天然要素通过基底材料的传递功能；和
使凉爽要素的排列联合在基底材料上，所述凉爽要素适合在暴露于湿分时吸收热量，其中凉爽要素的布局和间隔能使基底材料保留传递性的部分性能。
19.权利要求18的方法，其中凉爽要素包括凉爽聚合物、相变材料或其结合。
20.权利要求18的方法，其中凉爽要素配置为在暴露于湿分时经历构象变化。
21.权利要求20的方法，其中构象变化使基底材料的一个区域伸展。
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