CN108149384A - 热绝缘结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含至少一个隔板的热绝缘结构、包含这样的热绝缘结构的穿戴物品和睡袋，并且涉及用于制造这样的热绝缘结构的方法。在一个实施方案中，该隔板包含多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和多根低熔点纤维，其中所述低熔点纤维已经通过在该隔板内部加热而熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维。

Description

热绝缘结构
技术领域
本发明涉及包含至少一个隔板的热绝缘结构、包含这样的热绝缘结构的穿戴物品和睡袋以及制造这样的热绝缘结构的方法。
现有技术
众所周知，羽绒簇是暖和的、轻量的且可压紧的材料，用于填充到服装(诸如夹克)中或者填充到冬季用的被子中。羽绒的松散结构留住了空气，这有助于隔绝穿戴者的热损失。如果爱护得好，则相比于大部分合成材料，羽绒能保持它们的蓬松度高达三倍的时间。但是，当羽绒潮湿时，它们的热性能几乎被消除。如果曝露于湿气或者潮气，羽绒会形成块，并且如果处于潮湿的状态则将发霉。另外，它们将吸收和保留气味。
作为模拟羽绒热性能的一个应对措施，合成纤维与低熔点纤维的组合是本领域已知的。从AU2003204527A1、EP0279677A2、US2005/0124256A1、EP0600844A1、US2014/0193620A1和从Dahiya等人的公开文献(参考例如http://www.engr.utk.edu/mse/Textiles/Melt％20Blown％20Technology.htm)已知多种制造热绝缘材料的方法。
US2006/0076106A1公开了一种通过如下方式来制造高蓬松度、非织造材料的方法：提供天然和/或合成纤维，提供低熔点粘合纤维，将该低熔点粘合纤维和所述天然和/或合成纤维混合来形成网状物，交叉铺设所述网状物，用牵伸机牵伸所述网状物，将经牵伸的网状物加热到足以熔融所述低熔点粘合纤维的温度，以及冷却该网状物，由此形成结构化非织造材料。
但是，这样的热绝缘材料具有局限性，可能无法提供达到可接受水平的热性能和轻量性能。这对于具有多个隔板(在其中放置了合成纤维和/或羽绒纤维(down fibers))的纺织品尤其如此，例如夹克的纺织品。
因此，本发明的潜在问题是提供一种改进的结构，用于提供改进的热性能和轻量性能，以至少部分地克服上述现有技术的缺点。
发明内容
这个问题至少部分地通过一种热绝缘结构来解决，所述热绝缘结构包括至少一个隔板，其中该隔板包含多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和多根低熔点纤维，其中所述低熔点纤维已经通过在该隔离板内部加热而熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维。
而在上述现有技术中，具有良好热绝缘和具有避免结块能力的材料是通过将低熔点纤维熔融至合成纤维来提供的，本发明向前迈出了重要的一步：根据本发明，低熔点纤维是通过在隔板内部加热而熔融至天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维的。因此，与使用常规隔板相比，这样的热绝缘结构可以提供隔板设计的更大自由度，因为可以使用更大的隔板或不同尺寸和形状的隔板。例如，用于夹克的常规隔板仅仅水平延伸。因此，本发明提供了这样的可能性：用于肩部区域的较小隔板可以用穿戴者的胸部区域中的较大隔板来制造，以便夹克与穿戴者的身体紧密贴合并且可以提供改进的热绝缘性能。替代地，还可以想到的是，可以形成、填充和加热仅仅两个隔板，以便可以明显减少制造夹克的周期时间。此外，现有技术的方法创建了合成绝缘材料的大平板，而本发明创建了作为隔板中的3D结构的热绝缘结构，以获得优化的羽绒簇热性能和轻量性能。
在一些实施方案中，所述低熔点纤维可以适于将所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维固定在该隔板内部。在这种情况中，可以避免所述天然羽绒纤维和/或合成纤维在该隔板内部的不期望的移动，因为所述经熔融的低熔点纤维会凝固且可以充当粘合剂来将所述天然羽绒纤维和/或合成纤维彼此结合。因此，这样的实施方案可以进一步改进热绝缘性能，因为天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维均匀分布在穿戴者的身体表面。
在一些实施方案中，熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维的低熔点纤维可以适于提供与合成羽绒纤维相比更高的单位重量的热绝缘。在这种情况下，经熔融的低熔点纤维可以提供纤维的细小分支，以便它们的结构可以留住更多的单位密度重量的空气分子且可以提供增加的热绝缘。
在一些实施方案中，熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维的低熔点纤维可以适于提供与天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维相比更高的干燥压缩恢复率(drycompression recovery)。因为经熔融的低熔点纤维是疏水性的，所以与其他纤维(例如，天然羽绒纤维)相比，这样的实施方案可以提供从湿态到干态的改进的恢复率性能，并且同时可以仍然提供优异的热绝缘性能。
在一些实施方案中，在该隔板内部加热之前，所述低熔点纤维可以与所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维一起梳理成网状物结构。附加地或者替代地，所述低熔点纤维可以在梳理之前与所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维混合，例如通过机器人装置和/或用手来机械混合，并且可以用压缩空气吹。使用压缩空气可以赋予纤维混合物理想的蓬松度，例如用于获得3D结构。此外，该网状物结构可能已经通过冷却该隔板内部的经熔融的低熔点纤维而从松散结构改变成固定3D结构。全部的这些实施方案遵循了提供改进的热绝缘性能和轻量性能的相同理念，因为纤维的结构可以由于留住空气分子而进一步优化。
在一些实施方案中，所述多根低熔点纤维可以包含低熔点芯鞘型纤维(core-sheath fiber)。这样的纤维是本领域公知的且对于在隔板内部的加热方法来说是易于处置的。它们在所述天然羽绒纤维将被破坏之前和/或合成羽绒纤维将开始熔融之前开始熔融，以便热绝缘结构可以被设置有优异的热性能，该热绝缘结构也是轻量和耐久的。
在一些实施方案中，所述多根低熔点纤维可以被设置为具有0.1-10分特、优选地0.5-7分特和最优选地1-5分特的线质量密度的细丝。本发明的发明人已经发现，这样的低熔点纤维和细丝在改进的热绝缘性能和用于进一步加工(例如用于制造衣服或者被子)的柔韧性之间提供了良好的折衷。
在一些实施方案中，所述多根天然和/或合成羽绒纤维可以包含至少一根中空纤维。
中空纤维具有内部空腔，所述内部空腔可以沿着中空纤维延伸且可以留住更多空气分子。因此，中空纤维可以进一步改进结构的热绝缘性能和轻量性能。
根据另一方面，本发明涉及一种穿戴物品和睡袋，包含根据本发明的绝缘结构。
根据又一方面，本发明涉及一种用于制造热绝缘结构的方法，该方法包含以下步骤：提供至少一个隔板；将多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维填充到该隔板中；将多根低熔点纤维填充到该隔板中以及在填充的隔板内部加热所述纤维。
在一些实施方案中，该方法可以进一步包含在填充步骤之前，将所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和所述多根低熔点纤维混合的步骤。此外，该方法可以进一步包含用压缩空气吹所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和所述多根低熔点纤维和/或将所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和所述多根低熔点纤维梳理成网状物结构的步骤。附加地或者替代地，可以应用任何其他合适的用于吹所述纤维的介质。此外，该方法可以包含分解所述网状物结构的步骤。此外，该方法可以进一步包含冷却经加热的填充隔板的步骤。这些实施方案遵循提供具有改进的热绝缘性能和轻量性能的热绝缘结构的优化制造的相同理念。
在一些实施方案中，至少一个填充步骤可以通过机器人装置来执行。这样的实施方案可以进一步改进整个制造方法的自动化程度，从而可以减少周期时间。
在一些实施方案中，加热可以包含施加热空气。此外，加热可以包含施加电磁辐射。通过气体的热对流或者使用辐射来提供热能会是有利的，因为制造是在非接触的情况下来执行的。这意味着填充的隔板不直接接触热源，并且所述制造还可以被优化。
本领域已知的可以达到这个目的任何方法和/或热源可以用于本发明的方法。实例是使用辐射(下面将介绍关于此的进一步的细节)，或者气体的热对流。有利的是，热空气并不昂贵、相对容易处置和提供用于加热填充的隔板所需的温度。
附图说明
参考以下附图在下面的具体实施方式中进一步描述本发明可能的实施方案，其中：
图1：示出了根据本发明的一个实施方案的示例性的天然羽绒纤维和合成羽绒纤维；以及
图2：示出了根据本发明的一种热绝缘结构，所述热绝缘结构包含至少一个隔板，该隔板包含多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和多根低熔点纤维。
具体实施方式
下面具体参考包含至少一个隔板的热绝缘结构例如纺织品来描述本发明的可能的实施方案和变体。但是，本发明的概念可以同样地或者类似地应用于需要改进的热绝缘性能和轻量性能的任何穿戴物品、覆盖材料(诸如，被子)或者运动装备(诸如，睡袋)。根据本发明的热绝缘结构可以用于多种穿戴物品，包括夹克、具有帽子的衣服，其中该热绝缘结构可以至少部分地布置在该穿戴物品上，可以嵌入穿戴物品中或者可以形成穿戴物品的至少一层。例如，该热绝缘结构可以嵌入夹克的至少一层中或者形成夹克的至少一层。另外，该热绝缘结构可以至少部分地嵌入帐篷中。
此外，为了简明起见，下面仅描述了有限数目的实施方案。但是，本领域技术人员将理解，参考这些实施方案所述的具体特征可以进行不同地修改和组合，并且所述具体实施方案的某些方面也可以被省略。此外，要注意的是，在随后的详细说明中描述的多个方面可以与上面的发明内容部分中所描述的多个方面组合。
图1示出了多根天然羽绒纤维105和多根合成羽绒纤维150的显微镜图的实施例。必须要注意的是，可以使用任何种类的天然纤维，诸如：羊毛、木棉和其他种子纤维、叶子纤维(诸如虎尾兰、菲奎叶纤维、剑麻、香蕉或者龙舌兰)、韧皮部或者表皮纤维(诸如亚麻、黄麻、洋麻、工业大麻、苎麻)、藤条、藤蔓纤维或者水果纤维(诸如椰子)和茎秆纤维(诸如小麦、稻谷、大麦的稻草)和其他作物(包括竹子和草以及树木)和动物纤维(诸如动物毛发、蚕丝纤维和禽类纤维)。此外，可以使用任何种类的合成纤维，诸如：尼龙、变性腈纶、烯烃、丙烯酸、聚酯、人造丝(Rayon artificial silk)、维荣、赛伦、斯潘德克斯弹性纤维、维尼龙、称作诺梅克斯、凯夫拉尔和特瓦隆(Twaron)的芳族聚酰胺纤维(Aramids)、莫代尔(Modal)、Dyneema/Spectra、PBI(聚苯并咪唑纤维)、Sulfar、莱赛尔(Lyocell)、PLA，M-5(PIPD纤维)、奥纶、Zylon(PBO纤维)、由Vectra LCP聚合物制造的Vectran(TLCP纤维)、用于制造地毯的Derclon、丙烯腈橡胶、玻璃纤维、金属纤维、膨胀聚苯乙烯片、脲醛发泡树脂、聚氨酯发泡体、酚醛树脂发泡体。
如实施方案105中可见，天然羽绒纤维105包含从羽毛杆120延伸出来的细分支110。此外，这些细分支110可以留住空气分子且可以提供优异的热绝缘性能，这是因为没有发生由于热传导引起的热损失。此外，此结构可以提供较高的密度从而较厚的绝缘以及较低的空气渗透性，因此进一步增加了热绝缘性能。
如实施方案150中可见，合成羽绒纤维150与天然羽绒纤维105相比被更松散地布置。合成羽绒纤维150可以包含聚酯材料，所述聚酯材料以商标名“3M ThinsulateFeatherless II”为大家所知的。其他合成材料也是可以想到的，诸如3M Featherless I、Primaloft Lux、Primaloft Thermoplume、Molina Microrollo、Shinih HaloBall或者如上所述的任何其他合适的松散填充的合成纤维和/或绝缘材料。
合成羽绒纤维150可以通过不同的技术来生产，例如通过熔喷方法。这样的非织造方法是独特的，因为它几乎专门用于生产微纤维，而非用于生产具有正常结构纤维尺寸的纤维。熔喷方法可以是一步法，其中高速空气将熔融的热塑性树脂从挤出机模头(die tip)吹到传送带或者卷取筛网上，从而形成细纤维和自结合网状物。此外，熔喷方法类似于纺粘方法，纺粘方法在单个整合方法中将树脂转化成非织造布。熔喷网状物通常卷绕到纸板芯上且根据最终用途需要来进一步加工。纤维缠绕和纤维与纤维结合的组合通常产生了足够的网状物内聚力，以便可以容易地使用所述网状物，而无需进一步结合。另外，进一步结合(例如，熔融至低熔点纤维)和修整方法可以进一步应用到这些熔喷网状物，诸如冷却从而凝固成3D结构。还可以想到的是，部分地实施任何其他合适的挤出方法。
总之，熔融至合成羽绒纤维150和凝固成3D结构的低熔点纤维尝试模拟上述天然羽绒纤维105的结构，不仅用于改进的热绝缘性能，而且可以避免在它们潮湿时结块。
图2示出了热绝缘结构200的一个实施方案，该热绝缘结构200包含至少一个隔板205，例如三个隔板205。它们包含多根天然纤维和/或合成纤维210和多根低熔点纤维220。该热绝缘结构200可以被纳入夹克中。图2示出了三个隔离板205在空间表示中的前视图。
三个隔离板200内部的多根低熔点纤维220已经通过在隔板205内部加热而被熔融至天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210。例如，低熔点纤维220和天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210可以被填充到隔板205中，然后可以闭合该隔板205。闭合该隔板205可以通过任何合适的方法来执行，诸如缝纫、焊接、结合、胶合等。
如图2所示，至少一个隔板205(例如，右边的隔板)可以通过施加熔融剂230来加热。熔融剂230可以包含热空气或者电磁辐射。因此，熔融剂230可以渗透该隔板来将隔板内的低熔点纤维220熔融至天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210。如上所述，热空气对于在隔板205内部的加热方法来说是容易处置的。作为另一实例，红外源可以提供不同的波长，例如：近红外、短波长红外、中波长红外、长波长红外和远红外，其中待使用的具体波长可以根据要熔融至天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210的低熔点纤维220的材料来适配。因此，使用红外辐射的一个优点是它易于产生和施加至低熔点纤维220和天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210。热能的量可以例如通过调节源的输出功率、辐射强度、红外热源的大小或者发射的波长、源至材料的距离、隔板的表面的视角系数(view factor)(即，隔板的表面接收到了多少所发射的能量)或者隔板的表面材料的发射率等来控制。此外，使用红外辐射不会将任何特殊要求(诸如，导电率)强加于纤维的材料。因此，它特别适于将低熔点纤维220熔融至天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210。
在图2的实施方案中，隔板210包含隔板盒构型结构。本领域技术人员将理解，本发明的理念还可以用于在其他构型设计内部用低熔点纤维210熔融天然纤维和/或合成纤维210，诸如口袋、小盒子、缝韧穿过隔离盒设计或者缝透隔离盒设计。
在一个实施方案中，低熔点纤维220可以适用于将天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维210固定到隔板205内部。这可以通过将粘合剂加入到低熔点纤维220来增强。
在一个实施方案中，还可以想到的是一个隔板可以包含与另一隔板不同量的低熔点纤维。例如，如果隔板205将用于睡袋，则一些区域可以提供比其他区域更好的热绝缘。还可以想到的是，一些区域会比其他区域更硬，以模拟或者支撑睡垫。这可以通过较高量的低熔点纤维220来实现。
在图2的实施方案中，在隔板内部加热之前，低熔点纤维220已经与天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维一起梳理成网状物结构。此外，该网状物结构可以通过冷却隔离板内部的熔融的低熔点纤维来从松散结构改变成固定3D结构。
在一种实施方案中，所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维可以包含至少一根中空纤维。中空纤维可以通过不同的技术来生产，例如通过湿纺方法。在这样的方法中，纤维是由聚合物溶液例如聚酰胺溶液、通过将该溶液挤出穿过中心流体周围的纺纱喷嘴来制成的。

Claims (20)

1.一种热绝缘结构(200)，优选地热绝缘纺织品，包括至少一个隔板(205)，该隔板包含：
a.多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维(210)；
b.多根低熔点纤维(220)；
c.其中所述低熔点纤维(220)已经通过在该隔板(205)内部加热而熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维(210)。
2.根据前一项权利要求所述的热绝缘结构，其中所述低熔点纤维适于将所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维固定到该隔板内部。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构，其中熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维的低熔点纤维适于提供比合成羽绒纤维更高的单位重量的热绝缘。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构，其中熔融至所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维的低熔点纤维适于提供比合成羽绒纤维更高的干燥压缩恢复率。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构，其中在该隔板内部加热之前，所述低熔点纤维已经与所述天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维一起梳理成网状物结构。
6.根据前一项权利要求所述的热绝缘结构，其中该网状物结构已经通过冷却该隔板内部的经熔融的低熔点纤维而从松散结构改变成固定3D结构。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构，其中所述多根低熔点纤维包含低熔点芯鞘型纤维。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构，其中所述多根低熔点纤维被设置为具有0.1-10分特、优选地0.5-7分特且最优选1-5分特的线质量密度的细丝。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构，其中所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维包含至少一根中空纤维。
10.一种穿戴物品，包含根据前述权利要求中的任一项所述的热绝缘结构。
11.睡袋，包含根据权利要求1-9中的任一项所述的热绝缘结构。
12.一种用于制造热绝缘结构的方法，包含如下步骤：
a.提供至少一个隔板；
b.将多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维填充到该隔板中；
c.将多根低熔点纤维填充到该隔板中；和
d.加热位于经填充的隔板内部的纤维。
13.根据前一项权利要求所述的方法，还包含在填充步骤之前，将所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和所述多根低熔点纤维混合的步骤。
14.根据权利要求12或者13中的一项所述的方法，还包含用压缩空气吹所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和所述多根低熔点纤维的步骤。
15.根据权利要求12-14中的一项所述的方法，还包含将所述多根天然羽绒纤维和/或合成羽绒纤维和所述多根低熔点纤维梳理成网状物结构的步骤。
16.根据前一项权利要求所述的方法，还包含分解该网状物结构的步骤。
17.根据权利要求12-16中的一项所述的方法，还包含冷却经加热的填充的隔板的步骤。
18.根据权利要求12-17中的一项所述的方法，其中至少一个填充步骤是通过机器人装置来执行的。
19.根据权利要求12-18中的一项所述的方法，其中加热包含施加热空气。
20.根据权利要求12-19中的一项所述的方法，其中加热包含施加电磁辐射。
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