CN112584720A - 可穿戴的人造鳃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人造鳃服(100)，用于在水下环境中向穿戴者提供氧气。人造鳃服包括膜(110)，该膜构造成允许空气渗透通过该膜并防止水渗透通过该膜。膜构造成提供空气储存器。本发明还提供了一种制造人造鳃服的方法。

Description

可穿戴的人造鳃
技术领域
本发明涉及一种人造鳃服、一种制造人造鳃服的方法、一种用于制作透气性防水膜的前体材料组合物以及一种制造透气性防水膜的方法。
背景技术
人类活动引起的环境变化包括海平面上升和部分或全部沿海城市被淹没。在陆地上建造以容纳不断增长的全球人口的空间也在不断减少。一些国家和城市正准备通过在水面或水中发展水生生物环境来应对这种潜在的剧烈变化(并更普遍地利用海洋环境)。
例如，荷兰正在试验在水上建造城市(参考“荷兰建筑师的未来的海上住房(ADutch Architect Offshores the Future of Housing)”，www.nytimes.com)。在度假海滩上建立两栖酒店(“水下酒店房间通向桑给巴尔岛海岸(Underwater hotel room opensoff the cost of Zanzibar)”，www.dezeen.com)。日本清水公司(Shimizu Corp)的目标是在本世纪在东京湾和赤道区建造漂浮城市(“植物类城市的植物未来城市概念(TheBotanical Future City Concept of a Plant-like City)”，www.shimz.co.JP)。
在这种潜在的淹没城市地区，周围的水可以被利用。在水深约10米或更浅的地方，有足够的氧气可被收集以供人类消耗，有足够的光穿透通过水使人类能够看得到，且对于人类重复潜水来说，水压是可承受的。
一些水生昆虫已经进化到在水下环境中呼吸。这可以通过昆虫利用多孔超疏水层或表面来实现。当表面淹没在水中时，昆虫的身体上形成一空气薄层(即气体鳃)，使得超疏水表面充当空气保持器。空气薄层还充当与周围水的气体交换界面。如果空气薄层中的氧气耗尽，溶解在周围水中的氧气可以穿过超疏水层到达空气薄层，以补偿空气薄层和周围的水之间的氧气浓度差。类似地，当昆虫呼出的二氧化碳在空气薄层中积聚过多时，过量的二氧化碳可以穿过超疏水层并溶解在周围的水中，以抵消空气薄层与周围的水之间的二氧化碳浓度差。这种气体交换的机制称为气盾呼吸。
空气薄层中的氮也可以通过超疏水层从空气薄层中扩散出来并溶解在周围的水中。但是，水中几乎没有溶解的氮，因此，由氮气从空气薄层到周围的水中的运动引起的分压差可以通过从周围的水穿过超疏水层进入空气薄层的增加氧气的运动来补偿。这在(“Physical gills in diving insects and spiders:theory and experiment”,R.S.Seymour,P.G.D.Matthews,Journal of Experimental Biology 2013 216:164-170))的图1中有详细的说明。有效边界层示出了停滞的(即，不流动的)水的假想层，其具有必要的厚度L和表面积A使得仅通过扩散实现昆虫所需的气体交换。该液压边界层示出了超疏水层周围的水的流速分布，其随着与空气薄层外表面相距的距离减小而减小。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种人造鳃服，用于在水下环境中向穿戴者提供氧气。人造鳃服包括膜，该膜配置为允许空气渗透通过该膜并防止水渗透通过该膜。膜可配置为提供空气储存器。
膜可配置为直接在该膜与穿戴者之间提供空气储存器，例如是在穿戴者皮肤上的一单层。替代地，膜可配置为在该膜的多个表面之间提供空气储存器。例如，膜可在它的多个层或表面之间提供或附上(enclose)空气储存器。膜可以在使用中有效地提供密闭的空气容器或空气储存器。
通过在人造鳃服内提供空气储存器从而供使用者呼吸，并且该衣服具有配置为允许空气渗透而不允许水渗透的膜，人造鳃服可以使穿戴者在水下呼吸较长时间或无限长的时间。空气渗透通过衣服的膜可以使溶解在周围的水中的氧气渗透通过该膜，从而为穿戴者提供氧气以呼吸。同时，膜可以使呼出的二氧化碳能够通过该膜并溶解到周围的水中。这样，可以在衣服内维持最佳的呼吸环境。
因此，人造鳃服可以使穿戴者在水中的停留时间比自由潜水(即，潜水员没有潜水设备情况下屏住呼吸潜水)通常可达到的潜水时间更长，而无需携带水肺潜水或深海潜水通常所需要的笨重设备。穿戴者也能够以等于浮潜期间通常可达到的深度或在比该深度更深的深度下游泳，而没有水经由呼吸管流入浮潜面罩的风险，同样也不需要用于呼吸氧气的重型附加设备。
膜可包括与空气储存器流体连通并构造为至少装配在穿戴者的面部呼吸特征上的面罩部分。面罩部分可以是或包括中空件或外壳，其形成为装配或密封在穿戴者的脸上。密封件可以类似于已知的通气管/潜水面罩密封件—柔性材料，例如橡胶或硅树脂。膜可以被附接或可附接到面罩部分。膜可进一步配置成位于或至少覆盖穿戴者身体的一部分，例如，穿戴者的躯干的一部分或全部，和/或穿戴者一个或多个肢体的一部分或全部。可以根据穿戴者的呼吸要求来改变衣服的表面积。也可以根据穿戴者对衣服的个人喜好来改变衣服，例如具有长或短的袖子或腿部。
面罩部分可以由塑料或聚合物材料形成或包括塑料或聚合物材料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或聚碳酸酯，或任何其他合适的水下面罩材料。面罩部分可以全部或部分是刚性的、半刚性的或柔性的。面罩部分可以在其边缘周围包括柔性或密封的材料，以在由穿戴者使用时形成流体密封。
膜可以由柔性材料形成或包括柔性材料。柔性材料可以允许穿戴者在水中和陆地上不受约束地自然运动。因此，在穿戴者可能在短时间内进行多次潜水的情况下，可以提高穿戴者的舒适度。
膜可以是或包括多孔疏水或超疏水材料。多孔疏水或超疏水材料可包括多孔热塑性聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚丁二烯、聚酯、氯丁橡胶或其他聚合材料或塑料中的至少一种。按体积计，多孔疏水材料的孔隙率可在20％至80％之间。
聚二甲基硅氧烷可以是用于深潜衣服的有用膜材料，因为它具有很高的抗撕裂性。
按体积计，多孔热塑性聚氨酯的孔隙率可在20％至80％之间。例如，较高的孔隙率得到较高的气体交换速率，从而允许将衣服用于浅水中，因为浅水中的水压低，水通过膜渗透的可能性低。包括具有易于可控制的孔隙率的材料的衣服可以允许生产用于多种水下应用的具有多种不同孔隙率的不同衣服。
疏水材料可以使穿戴者保持干燥，例如在陆地上保持干燥。在实施方案中，由于该衣服包括不透水的膜，因此包围在该衣服内的穿戴者身体的一部分在水中可以保持干燥。当穿戴者在陆地上时，衣服也可以保持干燥，因为衣服表面上的水将被疏水材料隔开。与许多常见的自由潜水衣服或水肺潜水衣服相反，该衣服并不会由于水留在表面而重量增加。因此，在穿戴者可能在短时间内进行多次潜水的情况下，可以提高穿戴者的舒适度(即，与传统的潜水设备和/或诸如潜水服的衣服相比)。
多孔疏水材料可包括疏水涂层。疏水涂层可以包括基于氟烷基聚合物的疏水涂层。基于氟烷基聚合物的疏水涂层可以是或包括全氟聚醚、全氟烷氧基聚合物、全氟化弹性体、聚四氟乙烯、全氟磺酸、多卤代烃聚合物、聚丙烯和/或聚四氟乙烯。
膜或膜的外表面可包括表面图案和/或表面形状或表面构造以增加外表面的表面积。增加衣服的表面积可以使氧气和二氧化碳更有效地渗透通过该膜。因此，可以通过以足够的速率提供足够量的新鲜氧气(并除去足够体积的呼出的二氧化碳)以使穿戴者在水下时适当地呼吸，从而可以更有效地满足穿戴者的呼吸需求。
可以通过外表面中的一个或多个起伏、折痕、袋、折皱、褶皱等来提供增加的表面积。可以选择膜的材料或膜的外表面的材料以承受对应于特定潜水深度的特定水压。
人造鳃服可包括换气器。换气器可配置为从穿戴者呼出到空气储存器的呼吸中提取二氧化碳。换气器可以配置为使得能够在穿戴者呼出的气体中重新呼吸未使用的氧气。如果衣服的表面积不足以提供足够的氧气供穿戴者在没有额外氧气供应的情况下进行呼吸，或者如果空气空间中的氧气已经被用完(例如长时间潜水)，则换气器可用于使衣服满足穿戴者的呼吸需求。
人造鳃服可以包括氧气罐，该氧气罐配置为存储氧气并将氧气供应到空气储存器。如果衣服的表面积不足以在没有额外的氧气供应的情况下为穿戴者提供足够的氧气以供呼吸，则氧气罐可用于使衣服能够满足穿戴者的呼吸需求。取决于人造鳃服的透气性，必要时，人造鳃服可以提供穿戴者呼吸所需的一部分氧气(例如，从10％到100％)，并且氧气罐可以提供剩余的氧气(例如，从90％到0％)。这样，氧气罐的体积可以小于通常用于水肺潜水或深海潜水的氧气罐的体积。
根据本发明的第二方面，提供了制造膜和/或人造鳃服的方法。该制造方法可以用于制造第一方面的膜和/或人造鳃服。该方法可以包括将人造鳃服3D打印成所需的衣服形状，该打印的衣服是透气且不透水的。3D打印可以利用增材制造技术。该方法可以包括将长丝打印成所需的衣服形状的3D打印、基于粉末的3D打印和/或基于液体或膏体的3D打印。可替代地，该衣服可以被浇铸。该方法可以用于制造根据本发明的第一方面的人造鳃服。
衣服的3D打印可以允许设计和生产复杂的形状，而使用其他制造方法可能很难或不可能生产出这些形状。特别地，3D打印可以允许制造具有复杂形状的外表面的衣服，以便增加外表面的表面积。单件式(single-piece)衣服也可以使用3D打印来生产，这可以减少或消除在水下时在多件式(multi-piece)衣服的接合位置处有水进入衣服与穿戴者之间的空间的风险。
该方法可以包括在打印的衣服中形成一个或多个透气且不透水的区域。可以例如通过使用3D打印来产生孔，来形成一个或多个透气且不透水的区域。
长丝可包括疏水材料和亲水材料的复合长丝。疏水材料可以是或包括疏水弹性聚合物。亲水材料可以包括亲水颗粒。疏水弹性聚合物可以包括热塑性聚氨酯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶、聚酯和/或任何其他聚合的塑料或材料中的至少一种。亲水颗粒可以包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种。该方法可以进一步包括在水中洗涤打印的衣服以从打印的衣服中去除亲水材料。
通过将包括疏水材料和亲水材料的复合物的长丝用于3D打印，可以通过改变长丝的组成容易且精细地控制打印的衣服的孔隙率。因此，可以制造适合于不同水下应用的各种衣服。材料的可延展性有利地用于制造防水的“容器”型衣服。
长丝可以是或包括热塑性聚氨酯和聚乙烯醇的复合长丝。复合长丝中的热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比可以在20:80至80:20之间。复合长丝中的热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比可以在30:70至70:30之间，并且可以在40:60至60:40之间。
该方法可以进一步包括用疏水或超疏水涂层涂覆打印的衣服。该方法可以进一步包括用基于氟烷基聚合物的疏水涂层涂覆打印的衣服。基于氟烷基聚合物的疏水涂层可以是或包括全氟聚醚、全氟烷氧基聚合物、全氟化弹性体、聚四氟乙烯或全氟磺酸中的任何一种或多种。
疏水涂层可以使穿戴者保持干燥，例如在陆地上保持干燥。包围在衣服内的穿戴者的身体的一部分在水中可以保持干燥，因为衣服包括不透水的膜。当穿戴者在陆地上时，衣服也可以保持干燥，因为衣服表面上的水将被疏水涂层隔开。与许多常见的自由潜水衣服或水肺潜水衣服相反，该衣服并不会由于水留在衣服上而重量增加。因此，在穿戴者可能在短时间内进行多次潜水的情况下，可以提高穿戴者的舒适度。
根据本发明的第三方面，提供了用于制作透气性防水膜的前体材料组合物，该组合物包括疏水材料和亲水材料的混合物。前体材料组合物可以用于本发明的第一方面的人造衣服中或用于制造本发明的第一方面的人造衣服，并且可以用于本发明的第二方面的方法中。
疏水材料可以是或包括疏水弹性聚合物。亲水材料可以是或包括亲水颗粒。疏水弹性聚合物可以包括热塑性聚氨酯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶、聚酯和/或任何其他聚合的塑料或材料中的至少一种。亲水颗粒可以包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种。混合物可包括热塑性聚氨酯与聚乙烯醇，热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比为20:80至80:20。混合物中的热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比可以在30:70至70:30之间，并且可以在40:60至60:40之间。
根据本发明的第四方面，提供了透气性防水膜，其使用本发明的第三方面的前体材料组合物制成。透气性防水膜可以是第一方面的透气性防水膜。
根据本发明的第五方面，提供了制造透气性防水膜的方法。透气性防水膜可以是第一或第四方面的透气性防水膜。该方法包括产生疏水材料和亲水材料的混合物。该方法还包括由疏水材料和亲水材料的混合物形成膜。该方法还包括通过在水中洗涤膜以从膜中去除亲水材料而在膜中形成孔。该方法可以用于制造本发明的第一方面的人造鳃服。
该方法可以进一步包括处理膜的表面以赋予膜的表面疏水性。
处理膜的表面可以包括在疏水涂层中涂覆膜的表面。疏水涂层可以包括基于氟烷基聚合物的疏水涂层。可替代地，处理膜的表面可包括通过使一种或多种物质与膜的表面上的材料反应来改变膜的表面的表面化学性质。
疏水材料可以是或包括疏水弹性聚合物。亲水材料可以是或包括亲水颗粒。疏水弹性聚合物可以是或包括热塑性聚氨酯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶、聚酯和/或任何其他聚合的塑料或材料中的至少一种。亲水颗粒可以是或包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种。混合物可包括热塑性聚氨酯与聚乙烯醇，热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比在20:80至80:2之间0。混合物中的热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比可以在30:70至70:30之间，并且可以在40:60至60:40之间。
在第六方面，提供了包括透气性防水膜的衣服，该膜由第五方面中任一项的方法生产。
在第七方面，提供了包括透气性防水膜的建筑物或结构，该膜通过第五方面中任一项的方法生产。
在本发明的第一、第二、第四、第五、第六和第七方面的每一方面中，孔尺寸在所有方向上可以小于或等于约250微米，并且可选地，在所有方向上可以小于或等于约100微米。这样的孔径对于平衡气体渗透性和由膜的疏水性或超疏水性提供的防水性是最佳的。膜的孔隙率可以在20％至80％之间，并且可选地在30％至70％之间，并且进一步可选地在40％至60％之间。可以定制膜的孔隙率以适合特定的应用。例如，浅层潜水会面对较低的水压，因此该膜可以具有较高的孔隙率以提供通过该膜的气体渗透性。
在本发明的各个方面和/或实施方案的上下文中描述的特征可以一起使用和/或可以互换。类似地，为简洁起见，在单个实施方案或单个方面中的上下文中描述的特征也可以单独地或以任何合适的子组合来提供。关于该衣服和/或该膜所描述的特征可以具有相对于方法所限定的相应特征，反之亦然，并且特别地这些实施方案是可以被设想到的。
附图说明
现将参考附图通过示例的方式描述本发明，其中：
图1是水下昆虫的气盾呼吸示意图。
图2A、2B和2C分别示出根据实施方案的人造腮服的正视图、侧视图和后视图，图2D、2E和2F分别示出根据另一实施方案的人造腮服的正视图、侧视图和后视图。
图3示出了根据本公开的通过人造鳃服进行氧气交换和二氧化碳气体交换的示意图；
图4示出了根据本公开的人造鳃服的表面构造；
图5A至图5E示出了用于研究根据本公开的多孔超疏水膜的气体交换特性的实验装置的各个组件；
图6示出了使用图5的实验装置进行的实验中，氧气浓度与时间的函数的曲线图；
图7A和7B示出了根据本公开的多孔膜的光学显微照片；以及
图8示出了使用图5的实验装置在图7A和7B所示的多孔膜上进行的实验中，氧气浓度与时间的函数的曲线图。
在本发明的各个方面和实施方案的上下文中描述的特征可以在可能的情况下一起使用和/或互换。类似地，为简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的特征也可以单独地或以任何合适的子组合来提供。关于该人造鳃服所描述的特征可以具有相对于方法所限定的相应特征，反之亦然，并且特别地这些实施方案是可以被设想到的。
具体实施方式
图2A至图2F示出了根据本发明的实施方案的人造鳃服100。该衣服100设计为由穿戴者穿着，并且配置为支持水下呼吸并且在水中和水外都提供舒适的衣服。例如，衣服100可能特别适合于将频繁浅潜作为其日常生活的一部分的个人。每次潜水后，可能无需脱下衣服，并且可以在陆地和水中穿着。
衣服100包括面罩部分105和膜或主体部分110。面罩部分105配置为装配在穿戴者的面部呼吸特征(即，嘴和/或鼻子)上。主体部分110配置为至少装配在穿戴者的躯干上。在一些情况下，主体部分可以配置为装配在穿戴者的躯干和一个或多个肢体(即，胳膊和/或腿)上。在其他情况下，主体部分110可以配置为装配在比穿戴者的躯干和四肢更小的穿戴者的身体部分，例如装配在穿戴者的肩膀和上躯干上。在其他示例中，衣服可以配置为装配在穿戴者的整个头部上，和/或可以不包括身体部分。
在实施方案中，衣服100可以制造成确保在一个或多个潜在的进水点处围绕穿戴者牢固地贴合。例如，衣服100可以制造成确保牢固贴合围绕穿戴者的面部以及可选地根据衣服的任一臂部的长度还确保牢固贴合围绕穿戴者的肩膀、肘部、腕部或手臂上的其他位置。类似地，衣服100可以制造成可以根据衣服的任一腿部的长度来确保牢固贴合围绕穿戴者的腰、大腿、小腿、脚踝或腿上其他位置。衣服100制造成确保牢固贴合围绕穿戴者的脖子和面部，例如通过将面罩装配或密封在穿戴者的脸部或头部或其周围。衣服100可配置为通过制造衣服的相关部分而在潜在的进水点处牢固贴合围绕穿戴者，使得穿戴者在穿上衣服时必须在这些潜在的进水点上将衣服在他或她身上拉伸。在衣服的这些部分处的衣服弹性变形可以使穿戴者能够穿上衣服，但是衣服的随后的弹性响应使得衣服在潜在的进水点处收缩在穿戴者的身体周围，确保衣服在穿戴者周围形成密封。
可替代地，衣服可以包括密封件，该密封件配置为防止水在进水点的潜在位置(形成孔，以使穿戴者能够穿上该衣服)处进入。
在一实施方案中，如图2A至图2C所示，面罩部分105和主体部分110一起配置为在衣服100和穿戴者之间形成空气空间。滞留在衣服100和穿戴者之间的空气在穿戴者和衣服100之间的内部空间内循环，从而使穿戴者能够在水下穿着衣服100的同时呼吸空气。在该实施方案中，衣服100包括单层膜，该单层膜配置为允许空气渗透通过该膜并且防止水渗透通过该膜。
在一不同的实施方案中，如图2D至图2F所示，在层100、110'或主体部分110的表面之间提供空气储存器111。例如，储存器111可以形成在双层膜内或包膜110内部(例如，通过把膜110在其上绕起来或折叠起来形成)。在该实施方案中，在图2D-2F中用虚线110、110'描绘了储存器。
在任一实施方案中，衣服100配置为补充大量的新鲜的氧气供穿戴者在水下穿着衣服100时呼吸。由于穿戴者的呼吸，衣服100与穿戴者之间或衣服的各层之间的空气空间中的氧气浓度的任何消耗都会在空气储存器中的空气与周围水之间形成氧气浓度差。该浓度差充当驱动力，以迫使溶解在周围水中的氧气渗透通过膜并进入衣服100与穿戴者之间或衣服的各层之间的空气储存器。类似地，由于穿戴者的呼吸，空气储存器中二氧化碳浓度的任何积累都会在空气储存器中的空气与周围水之间形成二氧化碳浓度差。该浓度差充当驱动力(根据菲克的第一扩散定律)，以迫使空气储存器中的二氧化碳渗透通过膜并溶解到周围的水中。以这种方式，空气储存器中的空气成分保持在供穿戴者呼吸的最佳成分。此过程如图3所示。
膜110(或110、110′)是或至少部分地包括柔性材料，以允许穿戴者在穿着衣服100的同时在水中和陆地上自然运动。可替代地，该膜110(或110、110′)可包括刚性材料，以适应例如更大水深处增加的水压或保护穿戴者免受恶劣的水下条件或来自海洋生物的攻击。包括刚性材料的衣服还可用于例如军事应用。
膜110(或110、110′)可以包括多孔疏水或超疏水材料。多孔疏水或超疏水材料可以改善膜110(或110、110′)对水的不渗透性，同时允许空气渗透通过膜110(或110、110′)。疏水或超疏水材料还允许穿戴者在陆地上穿着衣服100时保持干燥，因为水将不会保留在材料内或材料表面上。衣服100不保留有水也意味着，在水中使用后，衣服100的重量没有变化，衣服残留有水是常见的潜水设备中出现的问题。衣服100在使用后也可以不需要干燥，因此使穿戴者快速连续多次穿着并感到舒适。
多孔疏水或超疏水材料可包括多孔热塑性聚氨酯(TPU)。按体积计，TPU的孔隙率可以在20％至80％之间。
多孔疏水或超疏水材料可以包括基于氟烷基聚合物的涂层。基于氟烷基聚合物的涂层可以包括全氟聚醚、全氟烷氧基聚合物、全氟化弹性体、聚四氟乙烯和全氟磺酸中的至少一种。基于氟烷基聚合物的涂层可提供疏水或超疏水特性，以防止水渗透通过膜110(或110、110')。
膜110(或110、110’)具有表面或包括具有表面图案和/或表面形状或表面构造的外表面，该表面图案和/或表面形状或表面构造配置为增加表面/外表面的表面积。表面图案或表面形状可以是起伏的表面，其包括在衣服100的外表面上的多个凸起的条带(bands)(例如，半圆柱形的条带)，如图4A和4B所示(仅示出了主体部分110)。其他表面图案，例如凹槽和隆起或凹痕，可用于增加衣服外表面的表面积。该表面图案可以是微观图案(例如，包括尺寸小于1000微米的特征)。微观图案可以通过衣服表面加工形成。衣服100的外表面的表面积越大，氧气和二氧化碳渗透通过膜进入和离开衣服与穿戴者之间的空气空间越有效(即，较高的渗透率)。这使得衣服100能够向穿戴者补充大量的新鲜氧气，以满足穿戴者的呼吸需求(即，通过提供足够量的新鲜氧气以使穿戴者能够正确呼吸)。如图3A和3B所示，表面形状/构造或表面图案还可以起到增加空气储存器的体积的作用。在如图3A和3B所示的半圆柱形的凸起的条带的情况下，每个凸起的条带可以在空气储存器中提供额外的空气袋。
图2A至2F中所示的衣服100包括换气器120。换气器120相对于穿戴者位于衣服100的后侧，尽管换气器可以位于衣服100上的任何位置。换气器120从穿戴者的呼出气体中提取二氧化碳，使穿戴者能够利用在呼出气体中的未被使用的氧气，而无需同时吸入之前呼出的二氧化碳。流动线115指示呼出气体从穿戴者的嘴或鼻子流向换气器120的方向。呼出气体在绕着衣服100的侧面流动并且朝向换气器120穿过后侧之前，可以从衣服100的面罩部分105跨过衣服100的前侧流向衣服100的主体部分110。呼出气体可以流过整个空气储存器。一旦换气器从呼出气体中提取出二氧化碳，可再呼吸的空气就可以通过绕着穿戴者的脖子和肩膀流过主体部分110的后侧而从换气器120流向衣服100的面罩部分105，如图中的流线125所示。一旦可再呼吸空气到达面罩部分105，穿戴者就可以呼吸可再呼吸的空气。换气器120配置为与膜110(或110、110′)一起工作以向空气储存器提供可呼吸的空气。
可替代地，呼出气体和/或可再呼吸的空气可以不遵循空气储存器内任何明确限定的流动模式，并且可以在空气储存器内随机扩散。
可替代地或另外地，衣服100可以包括氧气罐(未示出)。氧气罐可以配置为向空气储存器提供补充氧气以帮助穿戴者呼吸。氧气罐可以配置为响应于空气储存器中的氧气浓度下降到预定阈值以下而提供补充氧气。可以通过位于空气储存器中的氧气传感器来测量空气储存器中的氧气浓度。氧气罐可以配置为与向空气储存器提供氧气的膜110(或110、110')和/或换气器一起工作。
可替代地，衣服100可以不包括换气器或氧气罐。衣服100可包括足够大的表面积，以通过让氧气渗透穿过衣服100的膜110(或110、110')而向空气储存器提供足够的氧气。
可以利用多种制造技术来制造衣服100。例如，可以使用诸如3D打印(3D打印)的增材层制造技术来生产衣服100。使用增材层制造技术生产衣服100能够制造具有较大表面积的复杂形状并在空气储存器内进行有效的空气循环。这两个特征对于进入空气储存器和离开空气储存器的有效气体交换(即氧气和二氧化碳)是理想的，以为穿戴者保持最佳的呼吸条件。借助于3D可打印性，可以使用计算机计算和/或使用参数设计来创造衣服100的期望形状。可替代地，可以使用浇铸技术来生产衣服100。可以将用于浇铸工艺的模具设计成赋予复杂的表面形状或表面图案，从而使衣服100具有较大的表面积并在空气储存器内进行有效的空气循环。
该衣服可以使用基于粉末的3D打印进行3D打印。该衣服可以使用基于液体或膏体的3D打印进行3D打印。该衣服100可以使用熔合沉积成模技术(即，熔丝制造方法)通过3D打印来生产。长丝可包括多孔材料或无孔材料的长丝。长丝可以包括单组分或复合材料。长丝可包括疏水或超疏水材料。
长丝可包括疏水材料和亲水材料的复合长丝。疏水材料可以是或包括疏水弹性聚合物。亲水材料可以是或包括亲水颗粒。疏水弹性聚合物可以包括热塑性聚氨酯、聚丁二烯和聚二甲基硅氧烷中的至少一种，然而可以使用其他疏水弹性聚合物材料。亲水颗粒可以包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种，然而可以使用其他亲水颗粒材料。长丝可以包括热塑性聚氨酯(TPU)和聚乙烯醇(PVOH)的复合长丝。复合长丝中的TPU:PVOH的重量比可在约20:80至80:20之间。可替代地，复合长丝中的TPU:PVOH的重量比可在约30:70至70:30之间，或重量比在约40:60至60:40之间。复合TPU和PVOH的长丝的初始组成决定了衣服100的膜的最终孔隙率(在下面进行讨论)。使用TPU和PVOH的复合长丝生产的孔径由复合长丝中使用的PVOH颗粒的粒径决定。复合长丝中使用的PVOH颗粒的粒径优选在1至100微米之间，这取决于所需的孔径(因为孔径越大，渗透率越高)。复合长丝中使用的TPU颗粒的粒径可以基本上等于复合长丝中使用的PVOH颗粒的粒径。复合长丝中使用的TPU颗粒的粒径可以在1至50微米之间。
然后使用3D打印技术将长丝形成衣服100。3D打印相比浇铸的优势在于，单件式衣服可以更轻松地生产，而无需任何进一步的加工步骤(例如，通过缝合或以其他方式粘附)来连接两个或多个单独的部分以形成完整的衣服(而浇铸可能是这种情况)。如果未正确地结合，则这种对衣服的单独的部件进行的后期处理会降低衣服100防止水进入衣服100与穿戴者之间的空气空间的能力。
如上所述的关于人造鳃服的3D打印的材料组合物也可以用于浇铸人造鳃服。
对于无孔的长丝材料或浇铸材料，可能需要进一步的处理步骤，例如洗涤或蚀刻，以生产具有多孔膜110(或110、110')的衣服100，以使气体渗透通过衣服100的膜110(或110、110')。例如，如果用于衣服100的3D打印的长丝是疏水弹性聚合物和亲水颗粒的复合长丝，则可以在蒸馏水或蒸馏水和乙醇的混合物中洗涤衣服100，以从衣服100上除去亲水颗粒。通过从衣服100上除去亲水颗粒，制成多孔衣服100。在3D打印中使用的复合疏水弹性聚合物:亲水颗粒长丝的组成决定了衣服100的膜的最终孔隙率。例如，按重量计，具有较大的TPU重量比例的复合TPU：PVOH长丝在洗涤后的最终孔隙率要比具有较低的TPU重量比例的复合TPU：PVOH长丝的最终孔隙率要小。由于TPU和PVOH的密度相似，因此所获得的材料的孔隙率按体积计分别在80％至20％之间。所获得的孔径取决于复合长丝中使用的PVOH颗粒的粒径。因此，可以将孔径控制在1至100微米之间。洗涤后，将衣服100在周围环境中干燥。
在一些情况下，可以使用3D打印在生产衣服期间引入(introduced)衣服100的孔隙率。例如，可以通过在3D打印期间在衣服中构造特征，从而在衣服100中引入孔。如上所述，衣服100中的孔径可以小于或近似等于100微米。因此，3D打印机可以通过构造在所有方向上具有大约100微米或更小尺寸的孔(例如，直径大约100微米或更小)来引入衣服100的孔隙率。在一些情况下，可以通过在3D打印期间在衣服100的外表面上制造小规格(即，微米长度规格)的表面图案来赋予衣服疏水性或超疏水性。
衣服100的膜在水中的透气性(即，气体交换率)根据膜的厚度和膜110(或110、110’)的孔隙率而变化。在用于衣服100的3D打印的复合TPU:PVOH长丝的情况下，TPU:PVOH的初始组成决定了衣服100的膜110(或110、110')的孔隙率。透气性与孔隙率成正比，与膜厚度成反比。因此，具有较高孔隙率的较薄的膜110(或110、110')将比具有较低孔隙率的较厚的膜具有更大的透气性。然而，在较高的水压下，具有较低孔隙率的较厚的膜比具有较高孔隙率的较薄的膜具有较低的透气性。
对于非疏水或非超疏水长丝材料或浇铸材料，需要进一步的处理步骤以生产具有疏水性或超疏水性的衣服100。可以通过改变衣服的表面化学来处理衣服100以产生疏水的超疏水表面。衣服100可以涂覆有疏水或超疏水涂层，或者可以暴露于与打印的衣服的材料反应以形成具有疏水性或超疏水性的衣服100的外表面的物质。例如，如果用于衣服100的3D打印的长丝是TPU:PVOH的复合长丝，则衣服100可以涂覆有基于氟烷基聚合物的涂层以向衣服100的外表面提供疏水性或超疏水性。涂层的厚度可以在0.25至2微米之间，并且可选地在0.5至1微米之间。
也可以基于衣服100所需的机械性能来选择在衣服100的3D打印中使用的长丝材料。例如，如果需要衣服100使穿戴者能够不受约束地自然运动，则可以使用包括柔性材料的长丝进行衣服100的3D打印。如果需要衣服100为穿戴者提供保护，使其免受恶劣的水下环境影响、来自海洋生物的攻击或者需要在更大的水深处承受增大的水压，则可以使用包括半刚性或硬质材料的长丝进行衣服100的3D打印。
根据上述方法制造人造鳃服100能够生产具有用作人造鳃服所期望的机械性能(即，柔韧性、刚度、强度、韧性)的防水、透气的衣服。
可以使用与上文针对人造鳃服所述的方法类似的方法来制造透气性防水膜(不一定用于人造鳃服)。例如，可以通过生产疏水弹性聚合物(例如，TPU)和亲水颗粒(例如，PVOH)的混合物来生产用于制作透气性防水膜的前体材料组合物。然后可以由疏水弹性聚合物和亲水颗粒的混合物形成膜。可以例如通过3D打印或通过浇铸或其他合适的制造技术来形成膜。通过在蒸馏水中洗涤膜以从该膜去除亲水颗粒，从而在膜中产生孔。
该膜的表面也可以被处理以赋予膜的表面疏水性或超疏水性。
在某些情况下，可以在洗涤或涂覆步骤之前，将由前体材料组合物制成的部件分配给第三方。以这种方式，不需要在单独的地方或由单个制造商来制造生产透气性防水膜或部件的工艺。
透气性防水膜，例如以上述方式制造的透气性防水膜，可用于水下结构或建筑物中。例如，可以在由透气性防水膜包围的空间内形成包括水下空气空间的建筑物，而不是人造鳃服。一个或多个人能够在透气性防水膜所包围的空气空间内呼吸。透气性防水膜还可用于过滤溶解在水中的有害气体。3D打印可以允许生产具有复杂形状或形式的过滤器，以在使用标准类型和/或形状的过滤器难以接近的环境或位置中使用。其他用途可能包括用于极限运动的具有高透气性的防水衣服。
将如图5所示的实验装置用于测量多孔超疏水材料的气体交换性能。罐200中的第一孔205(显示在下方)被多孔超疏水膜210覆盖，在多孔超疏水膜210和第一孔205的边缘之间形成了流体密封。这在图5A中更详细地示出，多孔超疏水膜210形成了气体交换进出罐200的唯一路径。多孔超疏水膜是厚度为5mm且孔隙率为77％的聚四氟乙烯膜。如图5B所示，多孔超疏水膜210上的水滴说明水不能通过膜210。氧气传感器215也放置在罐200中。用于将二氧化碳气体引入到罐200中的管225通过罐200中的第二孔，在管225和第二孔220的边缘之间形成流体密封。这在图5C中更详细地示出。
如图5D和5E所示，然后将完全密封的罐200完全浸没在含氧水中并在测试期间保持在水下。在浸入含氧水中之后，经由通过第二孔220的管225，将二氧化碳气体引入密封的罐200，以降低罐200中的氧气浓度。
在将二氧化碳气体引入到罐200中之后，将密封的罐200中的氧气浓度降低至9％(按体积计)。浸入含氧水中12小时后，密封的罐200中的氧气浓度(由密封的罐200中的氧气传感器215测量)增加到20.1％。这些结果表明在人造鳃服中使用多孔超疏水材料的可行性。
在海水环境中进行了进一步测试。与基于实验室的测试相比，环境条件的可控性较差(即基于实验室的测试是在具有曝气良好(well-aerated)的水且通风良好的室内进行的)。使用与图5中所示的相同的实验设置，将密封的罐200浸入海水而不是含氧水中。为了确保膜210保持完全浸没在海水中，将罐200固定到附近的岩石或绳索上。
密封的罐200中的氧气浓度降低到14.22％(按体积计)，并且将膜210浸没在海水中大约1小时。在这种情况下，通过经由管225吸入罐中的空气来降低罐200中的氧气浓度。
图6示出了从上述海水环境中的测试获得的结果。密封的罐200中的氧气浓度与时间的函数的曲线如图6所示。该变化趋势表明罐200中的氧气浓度随时间增加而增大，从而证实了从基于实验室的测试获得的结果。显然，多孔超疏水膜210能够在密封的罐200与密封的罐200周围的环境之间交换氧气和二氧化碳气体。
被测试的膜210的表面积为6cm2。在海水测试中的测试时间段内，罐200中的氧气浓度的变化约为每小时0.5％。罐200的体积为565mL，导致通过膜210的氧气补充速率为0.075mL/(hr·cm2)。人的平均氧气消耗速率为14400mL/小时。
根据以上内容，可以计算出支持人类呼吸所需的表面积约为19.2m2。可以通过利用如上所述的表面图案和/或表面形状或表面构造来增加由这种膜制成的衣服的表面积。某些衣服可能没有所需量的表面积。例如，衣服只能覆盖穿戴者的躯干和面部呼吸特征，并且不能利用该衣服可用的的附加表面积(如果该衣服也覆盖使用者的一个或多个肢体)。在这种情况下，衣服可以与换气器和/或氧气罐(如上所述)结合使用，以便为穿戴者提供最佳的呼吸条件。
图7示出了通过对TPU和PVOH的复合长丝进行3D打印而制造的3D打印部件的表面的光学显微镜图像。图7A以比用于图7B所示的光学显微照片的放大率低的放大率示出了该光学显微照片。每个显微照片的右下角显示了一个比例尺。在3D打印的部件已用蒸馏水和乙醇的混合物洗涤后但在部件上涂有疏水涂层之前，捕获图像。图7A中的图像示出了相邻层的良好粘合性，从而实现了3D打印部件的紧密密封。即使在冷却后，在3D打印的衣服中也没有观察到相邻层之间的断裂或剥离，这表明各层之间的粘合良好。以此方式，防止了水渗透通过任何不良粘附的层，从而允许如上所述形成的3D打印的衣服，包围形成了衣服与穿戴者之间的空气空间。
图8显示了密封罐中氧气浓度与时间的函数的曲线图。用于获得图8中所示结果的实验装置与图5和图6所述的实验装置相同，不同之处在于多孔超疏水膜是TPU膜，其孔隙率为50％(由重量比为50:50的初始TPU:PVOH组合物制造)。TPU膜的厚度为400微米。图8示出了包括具有基于氟烷基聚合物的疏水涂层的多孔TPU的透气性防水膜适合用作人造鳃服的材料。
通过阅读本公开，其他改变和修改对本领域技术人员将是显而易见的。这些改变和修改可以包括在透气性防水膜领域中已知的等同特征和其他特征，并且可以代替或附加于本文已经描述的特征来使用。
尽管所附权利要求书涉及特征的特定组合，但是应当理解，本发明的公开范围还包括显式或隐式的或概括性的任何新颖的特征或本文公开的特征的任何新颖的组合，无论它是否与权利要求中要求保护的同一发明有关或是否与本发明一样解决了部分或全部相同的技术问题。
在单独的实施方案的上下文中描述的特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合来提供。申请人在此指出，在本申请或由此得出的任何进一步申请的审查期间，可以对这些特征和/或这些特征的组合提出新的权利要求。
为了完整起见，还指出术语“包括”不排除其他元件或步骤，术语“一(a)”或“一(an)”不排除多个，单个处理器或其他单元可以完成权利要求中所述的几种构件的功能以及权利要求中的任何附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (23)

1.一种用于在水下环境中向穿戴者提供氧气的人造鳃服，所述人造鳃服包括：
膜，所述膜配置为允许空气渗透通过所述膜并防止水渗透通过所述膜；和
其中所述膜配置为提供空气储存器。
2.根据权利要求1所述的人造腮服，其中：
(i)所述膜配置为直接在所述膜与所述穿戴者之间提供空气储存器；或者
(ii)所述膜配置为在所述膜的多个表面之间提供空气储存器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的人造腮服，其中所述膜包括：
面罩部分，所述面罩部分与所述空气储存器流体连通，并且配置为至少装配在穿戴者的面部呼吸特征上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的人造鳃服，其中，所述膜配置为装配在穿戴者的身体的至少一部分上，并且可选地装配在以下项的至少一项上：
穿戴者躯干的一部分或全部；和
穿戴者一个或多个肢体的一部分或全部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的人造腮服，其中所述膜是或包括柔性材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的人造鳃服，其中所述膜是或包括多孔疏水材料或超疏水材料，并且可选地或优选地，其中所述多孔疏水材料包括多孔聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚丁二烯、氯丁橡胶、聚丙烯、多卤代烃聚合物和聚四氟乙烯中的至少一种，以及可选地或优选地，其中所述多孔疏水材料的孔隙率按体积计在20％至80％之间。
7.根据权利要求6所述的人造鳃服，其中所述多孔疏水材料包括疏水涂层，并且，可选地或优选地，其中所述疏水涂层包括基于氟烷基聚合物的疏水涂层，并且可选地，其中所述基于氟烷基聚合物的涂层包括全氟聚醚、全氟烷氧基聚合物、全氟化弹性体、全氟磺酸、多卤代烃聚合物、聚丙烯和/或聚四氟乙烯中的至少一种。
8.根据前述权利要求中任一项所述的人造腮服，其中所述膜或所述膜的外表面包括表面图案和/或表面构造以增加所述外表面的表面积。
9.根据前述权利要求中任一项所述的人造鳃服，其中所述人造鳃服包括换气器，所述换气器配置为从穿戴者呼出到所述空气储存器的呼吸中提取二氧化碳，以使得能够在所述穿戴者的呼出气体中重新呼吸未使用的氧气。
10.根据前述权利要求中任一项所述的人造鳃服，其中所述人造鳃服包括氧气罐，所述氧气罐配置为存储氧气并将氧气供应到所述空气储存器。
11.制造根据前述权利要求中任一项所述的人造鳃服的方法，所述方法包括：
将衣服浇铸或3D打印成所需形状，打印的衣服是透气的且不透水的；以及可选地，其中
3D打印包括将长丝打印成所需的衣服形状的3D打印、基于粉末的3D打印和基于液体或膏体的3D打印中的一种或多种。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述打印的衣服中形成一个或多个透气且不透水的区域，以及可选地在所述打印的衣服中形成孔。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，所述长丝包括疏水材料和亲水材料的复合长丝，并且所述方法还包括在水中洗涤所述打印的衣服以从所述打印的衣服中去除所述亲水材料。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述疏水材料是或包括疏水弹性聚合物，并且可选地或优选地，其中疏水弹性聚合物包括聚氨酯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶、聚丙烯、多卤代烃聚合物和聚四氟乙烯中的至少一种；和
所述亲水材料是或包括亲水颗粒，并且可选地或优选地，其中所述亲水颗粒包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述疏水弹性聚合物包括聚氨酯，并且所述亲水颗粒包括聚乙烯醇，并且其中所述复合长丝中的聚氨酯与聚乙烯醇的重量比在20:80至80:20之间，并且可选地在30:70至70:30之间，并且进一步可选地在40:60至60:40之间。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其进一步包括用疏水或超疏水涂层涂覆所述打印的衣服，并且可选地进一步包括用基于氟烷基聚合物的疏水涂层涂覆所述打印的衣服。
17.根据权利要求1至10中任一项所述的人造鳃服，其中所述透气性防水膜由前体材料组合物形成，所述组合物包括疏水材料和亲水材料的混合物。
18.根据权利要求17所述的人造腮服，其中：
疏水材料是或包括疏水弹性聚合物，并且可选地或优选地，其中所述疏水弹性聚合物包括聚氨酯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶、聚丙烯、多卤代烃聚合物和聚四氟乙烯中的至少一种；以及
所述亲水材料是或包括亲水颗粒，并且可选地或优选地，其中所述亲水颗粒包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种。
19.根据权利要求18所述的人造腮服，其中所述疏水弹性聚合物包括热塑性聚氨酯，并且所述亲水颗粒包括聚乙烯醇，并且其中所述混合物中的热塑性聚氨酯与聚乙烯醇的重量比在20:80至80:80之间，并且可选地在30:70至70:30之间，并且进一步可选地在40:60至60:40之间。
20.根据权利要求11至16中任一项所述的制造人造鳃服的方法，其包括通过以下步骤制造所述透气性防水膜：
生产疏水材料和亲水材料的混合物；
由所述疏水材料和亲水材料的混合物形成膜；
通过在水中洗涤所述膜以从所述膜中去除亲水材料，从而在所述膜中形成孔。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括处理所述膜的表面以赋予疏水性，并且可选地其中处理所述膜的表面包括以下项的任一项：
在膜的表面涂覆疏水涂层，并且可选地，其中处理包括在膜的表面涂覆基于氟烷基聚合物的疏水涂层；或者
通过使一种或多种物质与膜的表面上的物质反应来改变膜的表面的表面化学性质。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中：
所述疏水材料是或包括疏水弹性聚合物，并且可选地或优选地，其中所述疏水弹性聚合物包括聚氨酯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷、氯丁橡胶、聚丙烯、多卤代烃聚合物和聚四氟乙烯中的至少一种；和
所述亲水材料是或包括亲水颗粒，并且可选地或优选地，其中所述亲水颗粒包括聚乙烯醇、结晶盐和聚乙醇酸中的至少一种。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述疏水弹性聚合物包括聚氨酯，并且所述亲水颗粒包括聚乙烯醇，并且其中所述混合物中的聚氨酯与聚乙烯醇的重量比在20:80至80:20之间，并且可选地在30:70至70:30之间，并且进一步可选地在40:60至60:40之间。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020130603A1 (de) 2020-11-19 2022-05-19 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Membran für einen Befeuchter sowie zur Herstellung eines Befeuchters
CN112937802A (zh) * 2021-03-02 2021-06-11 黎奇凡 一种水下净化二氧化碳和补充氧气的方法
CN113538871B (zh) * 2021-07-20 2022-06-28 山西新华防化装备研究院有限公司 一种用于液密型防护服的失效报警装置及方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1116504A (en) * 1965-11-12 1968-06-06 Waldemar Alexander Ayres Improvements in or relating to underwater breathing equipment
JP2000335487A (ja) * 1999-05-26 2000-12-05 Apollo Sports:Kk 潜水用ドライスーツ
CN1835812A (zh) * 2003-06-19 2006-09-20 程达毓 多孔膜和包括该膜的防水和高度透气的织物的制备方法
CN102691175A (zh) * 2012-05-07 2012-09-26 北京航空航天大学 一种具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法
CN103029819A (zh) * 2013-01-07 2013-04-10 朱剑文 水下呼吸装置
US20130108845A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 YitHong Tee Oleophobic membrane structures including a porous polymeric coating
CN203020531U (zh) * 2012-12-04 2013-06-26 陈达平 自动上浮潜水服
CN104207390A (zh) * 2014-08-13 2014-12-17 浙江伟星实业发展股份有限公司 一种防水透湿膜、其制备方法及防水透湿织物、其制备方法
CN104788712A (zh) * 2015-03-25 2015-07-22 嘉兴学院 一种填孔聚氨酯防水透湿膜及其制备方法
CN105984135A (zh) * 2015-01-27 2016-10-05 常州市东科电子科技有限公司 一种制造编织型布面料的3d打印装置及实施方法
CN106672180A (zh) * 2016-12-29 2017-05-17 刘勇 一种游泳者呼吸用的辅助用具
CN108116640A (zh) * 2017-11-28 2018-06-05 山东科技大学 一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4932078A (en) * 1984-03-05 1990-06-12 W. L. Gore & Associates, Inc. Unitized garment system for particulate control
US4613544A (en) * 1984-12-04 1986-09-23 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Waterproof, moisture-vapor permeable sheet material and method of making the same
JPH01149889U (zh) * 1988-04-07 1989-10-17
US5964221A (en) * 1994-11-15 1999-10-12 Gore Enterprise Holdings, Inc. Rebreather adsorbent system
WO1996015027A1 (en) * 1994-11-15 1996-05-23 W.L. Gore & Associates, Inc. Gas adsorbent rebreather canister
US8631788B2 (en) * 2007-06-02 2014-01-21 Arnold J. Landé Artificial gills for deep diving without incurring the bends and for scavenging O2 from and dispelling CO2 into water or thin air
JP5758393B2 (ja) * 2009-10-14 2015-08-05 バランサイアー エーペーエスＢａｌａｎｃａｉｒ Ａｐｓ 顔用呼吸マスク

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1116504A (en) * 1965-11-12 1968-06-06 Waldemar Alexander Ayres Improvements in or relating to underwater breathing equipment
JP2000335487A (ja) * 1999-05-26 2000-12-05 Apollo Sports:Kk 潜水用ドライスーツ
CN1835812A (zh) * 2003-06-19 2006-09-20 程达毓 多孔膜和包括该膜的防水和高度透气的织物的制备方法
US20130108845A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 YitHong Tee Oleophobic membrane structures including a porous polymeric coating
CN102691175A (zh) * 2012-05-07 2012-09-26 北京航空航天大学 一种具有单向透水性能的复合纤维膜及其制备方法
CN203020531U (zh) * 2012-12-04 2013-06-26 陈达平 自动上浮潜水服
CN103029819A (zh) * 2013-01-07 2013-04-10 朱剑文 水下呼吸装置
CN104207390A (zh) * 2014-08-13 2014-12-17 浙江伟星实业发展股份有限公司 一种防水透湿膜、其制备方法及防水透湿织物、其制备方法
CN105984135A (zh) * 2015-01-27 2016-10-05 常州市东科电子科技有限公司 一种制造编织型布面料的3d打印装置及实施方法
CN104788712A (zh) * 2015-03-25 2015-07-22 嘉兴学院 一种填孔聚氨酯防水透湿膜及其制备方法
CN106672180A (zh) * 2016-12-29 2017-05-17 刘勇 一种游泳者呼吸用的辅助用具
CN108116640A (zh) * 2017-11-28 2018-06-05 山东科技大学 一种仿生鱼鳃式水下呼吸设备

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