JP4079454B2 - 断熱繊維製品 - Google Patents

Description

本発明は断熱繊維製品に関し、さらに詳細には、周囲温度の変化に応答して自動的に断熱度が変動する断熱繊維製品に関する。
断熱繊維製品を利用して空気の層をとらえる現在利用可能な保護衣服によって提供される熱保護は、とらえる空気の量を変化させることによって変化させることができる。これは、着用者に衣服の層を追加または除去させることによって達成することができる。しかしこれは、着用者がいくつかの衣服を搬送する、または起こりうる最大の周囲温度の変化から保護するようになされた衣服を着用することを必要とする。熱保護衣服はかさばりやすいので、両解決策とも着用者にとって煩わしいものとなる可能性が高い。さらに、例えば火災の可能性や冷気にさらされる危険性がある状況など、起こりうる最大の周囲温度の変化からの保護を提供する衣服を着用すると、こうした状況がないときに着用者に熱的ストレスを与えることがある。
熱保護の向上を達成するために衣服層の数を増加させる方法の別法として、衣服の二つの層の間の空気の隙間を増大させることができる。このようにして空気の隙間を変化させることができる衣服を提供することによって、様々な熱保護を達成することができる。このような空気の隙間を変化させることができる衣服を提供するために利用することができる知られている一つの布がＧＢ２２３４７０５Ａに記載されており、これは平行な二枚の材料層を有する材料を含み、その間に繊維が配置され、これらの層の相対運動を実施することによってその高さを手動で変化させることができる。この解決策では、着用者が例えば襠をファスナで開閉することによってこれらの層の一方または他方を着用し、断熱性を変化させる必要があり、また衣服を調節するために着用者が彼／彼女の動作を停止しなければならず、着用者が急速な環境の変化に迅速に応じてタイミングの良い熱保護を提供することができないという欠点がある。
本発明によれば、温度感受性かさ出し層が挿入された二つの材料層の積層を具備してなり、該温度感受性かさ出し層が、その上に形状記憶組成物が接触するたわみ性基材からなり、形状記憶組成物が、所定温度から所望の方向への繊維製品の温度の変化に応じて、材料層と協働してそれらの間の隙間を自動的に変化させるようになされている繊維製品であって、形状記憶組成物が、組成物の比容積が減少するときに面外突起を与えるようにたわみ性基材上への付着物として形成されていることを特徴とする、繊維製品が提供される。
また、本発明の更なる態様によれば、温度感受性かさ出し層が挿入された二つの材料層の積層を具備してなり、該温度感受性かさ出し層が、それに接触する形状記憶組成物の繊維を有する一つまたは複数のたわみ性基材からなり、形状記憶組成物が、所定温度から所望の方向への繊維製品の温度の変化に応じて、材料層と協働してそれらの間の隙間を自動的に変化させるようになされている、繊維製品であって、形状記憶組成物の繊維が一つまたは複数の布基材の織りに組み込まれていることを特徴とする、繊維製品が提供される。
このようにして、繊維製品の体積が自動的に変化するにつれて繊維製品の断熱特性は変化し、体積が増加してより多くの空気をとらえるにつれて上昇し、体積が減少してとらえる空気が少なくなると低下する。このことには、この繊維製品を使用して製作した衣服が、着用者が着用する衣服数を変化させたり、空気の隙間を手動で変化させたりする必要なく、可変熱保護を着用者に提供することができるという利点がある。
いわゆる「形状記憶」組成物はよく知られており（例えばｐｇｓ２９−３１ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９５；「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ−Ｓｅｒｉｅｓ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｐｏｌｙｍｅｒ」ｐｇｓ１９９８−２００１ ＡＮＴＥＣ｀９４ ａｎｄ「Ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙｓ…」ＡＤ−Ｖｏｌ２４／ＡＭＤ Ｖｏｌ１２３、Ｓｍａｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ａｖｉｏｎｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＡＳＭＥ）１９９１）、これらは二つの固相で存在することができ、特定の温度で主として一方の相または他方の相で存在するという特性を有する。これらの組成物は、例えば布層などのたわみ性基材上に布製外被の内側面にすることができるコーティングを付着させる、またはこのような組成物から作成した繊維を布層の織りに組み込むことによって繊維製品中に組み込むことができ、可逆または不可逆過程のいずれでも利用することができる。
可逆過程では、特定の体積変化と相間変化とが関連しているというこれらの組成物の特性を主として活用するが、不可逆過程では主として、特定温度の一つの相で組み込まれた形状が、所定温度の第二の相で別の形状に変化し、組成物が元の特定温度に戻ったときにのみ回復するというこれらの組成物の「形状記憶」特性を活用する。したがって、この特定温度での形状の体積の方が所定温度での体積よりはるかに大きくなるように選択することにより、このような組成物を組み込む繊維製品は、所定温度から特定温度に逸脱する際に不可逆的に体積を増加させることができる。
可逆的に使用する場合、例えば布、プラスチック、またはゴム層などのたわみ性基材上に付着させて、組成物の比容積が減少するにつれてこの基材中に面外突起が形成されるようにする場合には、形状記憶組成物の比容積の変化をせいぜい数パーセントにすることができる。したがって、この繊維製品の組成物および基材の配列は、この変化を大きくするように作成されることが好ましい。これは、複数の同心円を反復パターンで利用するなど、基材上に付着させた形状記憶組成物が作成するパターンを多重効果を提供するように選択することによって達成することができる。
その対の各基材の突起が互いに反対になるように配列されたこのようなパターン付きたわみ性基材の一つまたは複数の対を有する繊維製品を提供することによって、この多重効果のさらなる改善を達成することができるので有利である。このようなパターンを使用する方法の別法として、例えば蛇腹式またはらせん式に折りたたむことができる折りたたみ基材を提供することもでき、この基材の一部分には形状記憶組成物が付着しており、この部分は、形状記憶組成物の比容積が減少する際に折りたたみ基材を開くことに備えるように選択されている。基材を開く際に繊維製品の断面のサイズが増大し、その断熱効果の増加を生み出す。
組成物を付着させる部分を適当に選択することにより、組成物の体積の増加によって基材の折りたたみを達成することができることは当業者には明らかであろう。この段落で論じたものなどの可逆配列には、通常は２０℃〜４０℃の間の所定温度から所望の方向に温度が変化するにつれてその温度変化に依存した量だけ形状記憶組成物のかさ出しを発生させ、繊維製品の温度が所定温度に戻るにつれて元に戻る可変断熱性を有する繊維製品を提供することができるという利点がある。
別法としてこの繊維製品は断熱性の不可逆変化を受けるようにすることもでき、可逆に作用する繊維製品で利用した基材とほぼ同様の基材、すなわち付着させ、パターンを付け、織り合わせ、または折りたたんだたわみ性基材を利用することもできる。これらの基材は、断熱性の変化が必要な温度、例えば高い温度保護のための約６０℃、またはより高い処理温度で大体積構造に形作り、次いで適当に冷却した後で、例えば元の構造を圧縮する、または折りたたむことによって応力が加えてかさを減少させることにより、繊維製品の断熱性の増加を提供するように作成され、この応力は通常は２０℃〜４０℃の所定温度で凍結される。このような繊維製品には、大きな残留ひずみを解放することができる可逆断熱性変化を受けるように構成された繊維製品に勝る利点がある。これは繊維製品内により顕著な体積変化をもたらし、これによりこのような繊維製品が提供する熱保護の変化が大きくなる。これは、熱保護衣服の製造での使用に特に適しているが、これはこのような衣服が大きくかつ急速な温度変化に自動的に反応することができる必要があるからである。
例示のみを目的として、添付の図面の図に関連して本発明の実施形態について次に記述する。
第１図は、ａ）布基材の上面図、ｂ）２０℃における繊維製品の断面図、およびｃ）０℃における繊維製品の断面図として、布基材上に付着した形状記憶組成物を含むかさ出し層を有する本発明による繊維製品を示す概略図である。
第２図は、ａ）布基材の上面図、ｂ）２０℃における繊維製品の断面図、およびｃ）７０℃における繊維製品の断面図として、布基材の織り中に組み込まれた形状記憶合金を含むかさ出し層を有する本発明による繊維製品を示す概略図である。
第１図を参照すると、繊維製品２のかさ出し層１は、その上にポリウレタンベースの形状記憶ポリマーを反復パターンで付着させた一対の布基材３ａ、ｂを含む。このポリマーは、約０℃で減少した比容積を有する相への可逆相変化を呈するように選択され、これの代用にすることができる適当なポリマーがいくつか存在することは当業者には明らかである。このような布基材３の一つを第１ａ図に示すが、これは中心Ｃで反復するポリマーの同心円４のプリントパターンを備える。これらの円４は約２０℃でプリントされ、例えば約１１０℃のアイロン温度で剥離紙を介して圧迫するなどの適当な平衡化により、その温度で平坦にされる。第１ｂ図および第１ｃ図に示す繊維製品２は、それらの間に挟まれた一対の布基材３ａ、ｂを有する二つの布層１５、１５’を含む。基材３ａ、ｂは、相変化とともに各基材に現れる突起６、６’が互いに反対になるように相互に関係する。この相互関係は、繊維製品２の層３ａ、ｂ、１５、１５’をそれらの縁部で互いに縫い合わせることによって維持することができる。
第１図による繊維製品は形状記憶ポリマーの体積変化を活用してその繊維製品の断熱特性の変化を達成するので、この変化は可逆である。
第１図の繊維製品の変形形態では、例えば約７０℃などのより高い温度で相変化を呈するようにポリウレタン形状記憶ポリマーを選択して、高温での熱保護が可能な繊維製品を提供することになる。
本発明による繊維製品９のさらに別の実施形態を第２図に示す。かさ出し層は、４％の残留ひずみを有するニッケル／チタン形状記憶合金のワイヤ１１が格子パターンで取り付けられる布基材１０を含む。これらのワイヤは、それらの交点に接着剤を塗布することによって布基材１０上に固定される。所望の断熱性の変化を達成することができるように選択されたこうしたいくつかの基材１０ａ…ｎは二つの布層３５、３５’の間に挟まれ、２０℃でほぼ平坦な繊維製品９のかさ出し層を形成する（第２ｂ図）。繊維製品の温度が所定温度からより高い温度に向かって変化するにつれて、このかさ出し層の基材１０ａ…ｎにしわがより、第２ｃ図に概略的に示すように層３５と３５’の間の隙間を増大させる。
上記の例では布製の基材および層を利用したが、この繊維製品から製作する衣服の所望の特徴に依存して、任意の適当なたわみ性の材料で代用することができることは当業者には明らかであろう。

Claims (4)

1. 温度感受性かさ出し層が挿入された二つの材料層の積層を具備してなり、該温度感受性かさ出し層が、その上に形状記憶組成物が接触するたわみ性基材からなり、形状記憶組成物が、所定温度から所望の方向への繊維製品の温度の変化に応じて、材料層と協働してそれらの間の隙間を自動的に変化させるようになされている繊維製品であって、形状記憶組成物が、組成物の比容積が減少するときに面外突起を与えるようにたわみ性基材上への付着物として形成されていることを特徴とする、繊維製品。
2. 形状記憶組成物がたわみ性基材上に付着し、複数の同心に配列された円を反復パターンで規定する請求の範囲第１項に記載の繊維製品。
3. 組成物が付着した一つまたは複数のほぼ同様のたわみ性基材がさらに設けられ、この基材が対になって配列され、ある対の一方の基材の突起がその対のもう一方の基材の突起と反対となるようになっている、請求の範囲第１項または第２項に記載の繊維製品。
4. たわみ性基材および材料の層のいずれかまたは両方が布からなる、請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の繊維製品。

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