KR20140004190A - 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체(10)에 관한 것으로, 해당 구조는 제1 층(12)과, 제2 층(14)과, 상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이에 제공되고, 수증기 투과성 및 적어도 일시적으로 가스 불투과성의 엔벨로프(20)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 공동(16)과, 비활성화된 배열과 활성화된 배열을 가지고, 상기 공동(16) 내의 온도의 증가에 응답하여 상기 공동(16) 내부의 가스 압력을 증가시키도록 상기 비활성화된 배열로부터 상기 활성화된 배열로 변하도록 된 가스 발생 작용제(18)를 포함하고, 상기 제1 층(12), 상기 제2 층(14) 및 상기 공동(16)은 상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이의 거리(d)가 상기 공동(16) 내의 가스 압력의 증가에 응답하여 증가하도록 배열된 것을 특징으로 한다.

Description

적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체{LAMINAR STRUCTURE PROVIDING ADAPTIVE THERMAL INSULATION}
본 발명은 적응적 단열을 제공하는 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적응적 단열을 제공하는 라미나(laminar) 구조체에 관한 것이다. 이러한 라미나 구조체는 섬유 또는 직물의 설계, 특히 방호복 또는 장갑 등의 다른 기능성 의복과 같은 의복 등의 개인 보호 장비를 위한 적용에 사용될 수 있다.
방호복 또는 기능성 의복은 통상 환경적 영향에 대해 착용자의 보호가 필요하거나 주어진 환경적 조건하에서 원하는 기능적 특성을 제공하는 것이 필요한 소방, 법률 집행, 군사 또는 산업적 작업 등의 용례에 사용된다. 의복은 착용자를 열, 화염, 또는 액체에 의한 충격으로부터 보호하는데 필요할 수 있다. 다른 한편, 의복은 착용자가 자신이 해야할 일을 수행할 수 있을 정도로 착용자에게 충분한 편안함을 제공하는 것이 바람직하다.
방호복 또는 기능성 의복이 사용되는 하나의 용례로서 소방복에 대해 말하자면, 이러한 의복은 한편으로 화염과 열에 대해 상당한 정도의 단열을 제공하는 것이 필요하다. 이것은 의복이 외부로부터 내부까지 의복을 통한 열전달을 효율적으로 억제하는 것을 필요로 한다. 통상, 소방복은 소방수가 의복을 입고 있으면서 자신의 일을 효율적으로 수행할 수 있도록 충분한 유연성과 통기성을 제공하는 것이 필요하다. 이것은 의복이 자체를 통해 내부로부터 외부로 어느 정도 수증기 전달을 허용하는 것(통기성)이 필요하다.
소방복에 의해 제공될 단열은 광범위한 환경적 온도 하에서 효과적인 것이 필요하다: 극한의 경우를 말하자면, 소방복은 환경적 온도가 약 1000℃ 이상일 수 있는 화재에서 화염의 "플래시오버(flashover)"에 노출시 소방수를 보호하기에 충분한 단열을 제공하는 것이 필요하다. 이러한 경우, 의복은 적어도 일시적으로는 의복의 외피에서 약 800-900℃의 온도에 노출될 것이다. 심한 화재라면, 소방수가 화염에 가까이 접근하여야 할 때 의복의 외피는 여전히 약 350℃까지의 온도에 있을 것으로 예상된다. 소방수의 피부의 온도는 약 24℃ 이하로 증가되게 하는 것이 바람직하다.
화재와 무관한 기술적 작업에서, 전통적인 소방복은 통상은 필요하지 않은 열적 성능 수준을 제공하고 두껍고 무거운 의복층에 기인하여 낮은 편의도(예, 의복의 낮은 통기성)가 얻어진다. 의복이 광범위한 단열을 제공하는 것이 필요한 전술한 소방복과 같은 용례에서, 정적인 구조체에 의해, 즉, 언제나 최악의 시나리오에 필요한 단열을 제공하는 구조체에 의해 모든 요건(높은 통기성, 높은 단열 특성)을 만족시키는 것은 통상 곤란하다.
다수의 동적인 개념들이 제안되었다. 이러한 동적인 개념의 배경 사상은 주어진 환경적 조건에 따라 단열 정도를 달리 제공하는 구조체를 형성하는 것이다. 제공되는 단열은 구조체의 외측 및/또는 내측에서 겪는 환경적 온도에 적응할 수 있다.
소방 분야에서, 팽창 시스템의 개념이 개발되어서, 예컨대 방화 도어용 팽창 가스켓 또는 배관용 팽창 코팅의 형태 등의 다양한 용례에 사용되고 있다. 이러한 팽창 시스템은 통상적으로 열에 노출되는 상태에서 발포 처리되어 부피가 증가함으로써 단열성을 증가시키는 고체를 갖는 팽창성 물질을 포함한다. 통상 이러한 발포 과정은 팽창성 물질이 이미 정해진 활성화 온도에 도달하면 시작한다. 발포 과정의 결과, 팽창성 물질은 다공질이 됨으로써, 즉 밀도가 감소하고 부피가 증가하지만 여전히 고체 구조체를 갖는 것을 유지한다. 통상적인 팽창성 물질은 규산 나트륨, 팽창 가능한 그라파이트 또는 탄소 및/또는 상당량의 수화물을 포함하는 물질이다.
소방복 또는 다른 기능성 의복을 제조하기 위해 팽창성 물질을 사용하는 것이 제안된 바 있다. US 2009/0111345 A1은 통기성을 유지하면서 착용자를 열이나 화염으로부터 보호하기 위해 방수성의 수증기 투과 직물/의복에 대해 적응적 단열을 제공하는 구조체를 개시한다. 고분자 수자-팽창성 그라파이트 혼합물을 기초로 한 팽창성 물질은 화염 장벽층과 방수 장벽층 사이에 위치된다. US 2009/0111345 A1은 약 200℃의 활성화 온도와, 300℃에 90초간 노출 후 적어도 200%의 팽창성 물질의 부피 증가를 특정한다. 시험은 소방복의 직물에 적용시 이러한 접근이 한계가 있음을 보여주었다.
팽창성 메커니즘을 통해 열적 보호를 제공하는 난연성 플렉시블 물질을 제조하기 위한 추가의 접근이 WO 2009/025892 A2에 제시된다. 이러한 물질에는 복수의 개별가드 플레이트가 플렉시블 기재 직물의 외부면에 서로에 대해 이격된 관계로 부착된다. 가드 플레이트는 충분한 열에 노출시 크게 팽창하는 팽창성 물질을 포함한다. 따라서, 활성화시 연속적 단열 및 난연성 외부 쉘 필름이 형성된다. 일 실시예에서, 가드 플레이트는 열에 노출시 증발되는 물 또는 수용액을 포함하는 열팽창성 마이크로캡슐을 포함함으로써, 화염원으로부터의 열을 흡수하고, 마이크로캡슐을, 해당 마이크로캡슐이 파열되어 그 내용물을 유리시켜 산소를 몰아내고 화염을 급냉시킬 때까지 팽창시킨다. 함수 마이크로갭슐의 활성화 온도는 약 100-400℃인 것으로 보고되고 있다.
팽창성 시스템의 대안으로서, 형상 기억 합금 또는 바이메탈 재료를 사용하여 소방복에 대해 적응적 단열을 제공하는 것이 제안된 바 있는데, WO 99/05926 A1을 참조할 수 있다. 이러한 접근에 따르면, 동적인 적응적 단열 시스템은 외부 쉘 직물과 내부 라이너 직물 사이에 배열된 스페이서 물질을 기초로 한다. 스페이서 물질은 나선 형상, 트로프(trough) 형상, 또는 코일 형상으로 전개되는 형상기억합금일 수 있거나, 바이메탈 스트립 또는 스냅 디스크일 수 있다. 약 65-75℃(형상기억합금)와 50℃(바이메탈 스트립)의 활성화 온도가 보고되고 있다. 전술한 팽창성 시스템을 기초로 한 제안에 비해, WO 99/05926 A1은 기본적으로 복수의 활성화/정지 사이클을 수행할 수 있는 가역적 시스템을 제공한다.
WO 2008/097637 A1은 외부 쉘 직물, 수분 장벽층 및 열적 라이너를 포함하는 열적 장벽을 갖는 복합 직물 시스템을 개시한다. 열적 라이너는 불활성화된 상태에서 열가소성 결합제에 의해 압축 상태로 유지되는 권축(crimped) 내열 섬유로 된 적어도 하나의 열팽창성 불연 직물을 포함한다. 열적 라이너가 열이나 화염에 노출되면, 라이너는 적어도 3배 정도 두께가 증가하는 것으로 보고된다.
본 발명의 목적은 고온에 대해 적응적 단열을 허용하는 개선된 라미나 구조체를 제공하는 것이다. 특정 용례에서, 본 발명은 보호 및/또는 기능적 의복, 특히 소방복에 사용되고 상기 개선된 라미나 구조체를 갖는 직물을 제공하는 것이다.
본 발명은 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체를 제공하며, 해당 구조체는 제1 층과; 제2 층과; 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 제공되고 반투과성의 엔벨로프에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 공동과; 비활성화된 배열과 활성화된 배열을 가지고, 상기 공동 내의 온도의 증가에 응답하여 상기 공동 내부의 가스 압력을 증가시키도록 상기 비활성화된 배열로부터 상기 활성화된 배열로 변하도록 된 가스 발생 작용제를 포함하고; 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 공동은 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 거리가 상기 공동 내의 가스 압력의 증가에 응답하여 증가하도록 배열된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 온도 증가에 응답하여 단열 성능을 향상시키는 적응적 단열 구조체를 제공한다. 최근 이러한 구조체는 온도가 정상적 또는 동작 온도의 범위로부터 상승된 온도의 범위까지 증가할 때 단열 성능의 확실한 증가를 보여줄 수 있음이 예증된 바 있다. 소정의 실시예에서, 저온에서의 제1의(통상은 낮은) 단열 성능으로부터 고온에서의 제2의(통상은 높은) 단열 성능까지의 분명한 향상이 얻어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 단열 성능의 분명한 향상은 활성화 온도와 관련될 수 있는데, 즉 구조체는 온도가 활성화 온도 또는 그 이상으로 증가시 활성화된다.
여기 사용되는 라미나 구조체는 적어도 해당 구조체가 비활성화된 상태에서 길이 및 폭 방향에 의해 정의되는 바와 같이 기본적으로 측 방향으로 연장되고 박형인 평면형 또는 시트형 구성을 갖는 구조체를 형성한다. 길이와 폭보다 훨씬 작은 길이 및 폭 방향에 직교하는 방향의 두께를 가지면 박형인 구성으로 간주된다. 통상적인 적용에서, 여기에 정의되는 라미나 구조체는 굽힘과 관련하여 신축적인 라미나 구조체이거나 경질의 라미나 구조체가 될 것이다.
제1 및 제2 층은 라미나 구조체의 두께 방향으로 서로 마주하도록 배열된 층일 수 있다. 제1 및 제2 층은 반드시 인접한 층일 필요는 없다. 공동 이외에, 절연 재료와 같은 라미나 구조체의 다른 구조적 요소가 제1 및 제2 층 사이에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 층은 통상은 기본적으로 서로 평행하고 두께 방향에 직교하도록 연장될 것이다. 제1 및 제2 층 사이의 거리는 두께 방향으로 측정될 수 있다. 제1 및/또는 제2 층이 동일 평면 내에 있지 않지만 돌출부 및/또는 오목부를 갖는 구조체를 가지는 경우, 상기 층 사이의 거리는 주어진 기준 평면을 지칭하는 의미이다. 실제 구현예에서, 제1 및 제2 층은 예컨대, 내층과 외층 사이에 공동이 형성되어 있는 내부 직물층 및 외부 직물층과 같은 직물의 층일 수 있다. 본 발명의 라미나 구조체를 의복에 사용되는 섬유에 적용하는 측면에서, "내층"은 해당 층이 착용자의 신체를 향하고 착용자의 피부에 가능한 한 밀착되도록 배열됨을 의미한다. "외층"은 해당 층이 착용자의 신체로부터 외부 환경으로 멀어지게 향하는 것을 의미한다.
온도 증가에 처할 때, 가스 발생 작용제는 공동 내에서 가스의 생성을 시작할 것이므로 공동 내의 가스 압력은 증가할 것이다. 공동 내부의 가스 압력의 증가는 공동의 "팽창"을 야기한다. 팽창의 결과, 공동은 두께가 증가하므로 제1 및 제2 층 사이의 거리가 증가한다. 그 결과 "가스층" 또는 "공기층"이 제1 층 및 제2 층 사이에 형성되어 충분한 단열을 제공하는데, 이는 가스/공기의 낮은 열 전도와 제1 층 및 제2 층 사이의 거리 증가 때문이다.
가스 발생 작용제는 제1 및 제2 층 사이의 거리를 증가시키고 단열 부피를 증가시키기 위해 제1 및 제2 층을 서로 멀리 떨어뜨리는 동작을 위한 "동인"이다. 온도에 따라, 가스 발생 작용제는 비활성화된 배열과 활성화된 배열을 가질 수 있다. 가스 발생 작용제가 비활성화된 배열에서, 적응적 단열 구조체는 자체가 비활성화된 상태에 있다. 적응적 단열 라미나 구조체의 활성화된 상태는 가스 발생 작용제의 배열의 변화에 의해 얻어진다.
비활성화된 배열의 가스 발생 작용제는 공동 내에 포함될 수 있다. 가스 발생 작용제는 액체, 고체, 겔 또는 이들의 조합 중 임의의 것일 수 있다. 가스 발생은 물리적 변환(즉, 액체-가스 상변이 및/또는 고체-가스 상변이 및/또는 흡착 가스의 방출)을 통해, 화학적 변환(즉, 적어도 일종의 가스 생성물을 방출하는 화학 반응)을 통해, 또는 이들의 조합에 의해 일어날 수 있다. 가스 발생 작용제의 바람직한 활성화 한계치, 즉 활성화 온도는 가스 발생 작용제를 적어도 2 성분의 혼합물의 형태로 제공하는 것으로 의해 적절히 잘 조정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 공동과 가스 발생 작용제는 제1 및 제2 층과 함께 열적으로 활성화된 팽창 가능한 복합 구조체, 즉 온도 증가시 부피가 증가되는 구조체를 형성한다. 따라서, 본 발명은 온도 증가에 처할 때 팽창성 물질의 거동과 닮은 효과를 제공하지만, 팽창과는 완전히 다른 공정을 이용한다. 여기 설명되는 라미나 구조체에서 공동과 가스 발생 작용제는 부피 증가가 제1 및 제2 층 간의 거리를 현저하게 증가시키도록 구성된다. 따라서, 기본적으로 가스 및/또는 공기로 충전된 단열 부피가 제1 및 제2 층 사이에 형성된다. 온도 증가에 따라 조밀한 고체 구조체로부터 다공질 고체 구조체로 배열이 변하는 공지된 팽창성 물질과 달리, 본 발명에 따른 "준-팽창성" 복합체 구조체는 저온에서의 팽창되지 않은 상태로부터 고온에서 팽창된 상태로 배열이 변한다. 발포 과정이 활성화 이후에 시작되고, 그 결과 상당수의 개별 공동들이 형성되는 공지된 팽창성 물질에 비해, 본 발명은 이미 활성화되지 않은 상태로 존재하는 미리 정해진 형상의 공동을 제공한다. 활성화 이후, 해당 공동은 부피를 증가시키거나 및/또는 제1 층과 제2 층간의 거리를 증가시키기 위해 자체 형상이 변한다.
본 발명의 발명자들은 "준-팽창성" 복합 라미나 구조체가 임의의 공지된 팽창성 물질보다 활성화 온도 및 활성화 속도(즉, 온도가 활성화 온도에 도달하였을 때 온도 증가에 따른 단열 성능의 향상 속도)의 측면이 훨씬 양호하게 조정 및 제어될 수 있음을 알았다. 더욱이, 원하는 경우 여러 주기를 통해서라도 시스템을 활성화 상태로부터 비활성화 상태로 리셋하도록 허용하는 심지어 가역적인 "준-팽창성" 복합 라미나 구조체가 형성될 수 있음이 밝혀진 바 있다.
라미나 구조체는 공동을 둘러싸는 반투과성 엔벨로프를 포함한다. 여기 사용되는 "반투과성"이란 용어는 엔벨로프를 지칭하며, 엔벨로프 형성 재료는 한편으로는 수증기와 같은 양극성(친수성) 가스 투과성이고, 다른 한편으로 적어도 일시적으로 가스 불투과성이다. 가스 불투과성은 가스 발생 작용제가 비활성화된 배열로부터 활성화된 배열로 변할 때 가스 발생 작용제에 의해 생성되는 적어도 일종의 가스에 대해 최소한 불투과성이라는 것을 의미한다.
적어도 일시적으로 가스 불투과성이라는 것은 엔벨로프가 원하는 시간 동안 그리고 가스 발생 작용제가 활성화된 배열로 배열이 변할 때 가스 발생 작용제에 의해 생성되는 가스 중 적어도 일종의 가스와 관련하여 가스 보유 능력을 가짐을 의미한다. 특정 실시예에서, 엔벨로프는 CO2, N2, O2와 같은 극성을 띠지 않는 가스에 대해 불투과성을 나타낸다.
바람직하게, 엔벨로프는 제뉴인 거얼리 덴소미터 모델 4340 오토매틱 덴소미터로 측정시 500, 바람직하게는 1500의 거얼리 넘버(Gurley number)를 갖는 가스 불투과성 재료로 제조된다. 거얼리 공기 유동 시험은 4.88 인치(124 mm)의 수압에서 1 평방 인치 재료 샘플을 통해 100cc의 공기가 유동하는 동안의 초 단위의 시간을 측정한다.
일 실시예에서, 엔벨로프는 수증기 투과성이고 적어도 일시적으로 가스 불투과성이다.
특히, 엔벨로프는 공동의 부피가 공동 내의 가스 압력의 증가에 응답하여 증가하도록 구성될 수 있다. 수증기 투과성 또는 통기성 엔벨로프에 의해 둘러싸인 공동은 해당 공동에 의해 덮혀진 전체 영역에 걸쳐 라미나 구조체의 통기성을 유지할 수 있게 해준다. 이것은 가스 발생 작용제가 활성화된 배열 상태에 있는 경우의 라미나 구조체의 활성화 상태에서는 물론, 가스 발생 작용제가 비활성화 배열 상태에 있는 경우의 라미나 구조체의 비활성화 상태에 적용된다. 이 방식으로, 라미나 구조체의 전체 영역은 라미나 구조체의 통기성을 크게 해치지 않고 본 발명에 따른 엔벨로프 또는 복수의 엔벨로프에 의해 덮힐 수 있다.
여기서 사용되는 "수증기 투과성" 또는 "통기성"이란 용어는 엔벨로프 또는 라미나 구조체 또는 이러한 라미나 구조체를 포함하는 직물 또는 의복 등의 층 또는 구조체의 특성을 해당 층 또는 구조체의 일면으로부터 타면까지 수증기를 전달할 수 있는 것으로 특정하는 것으로 이해된다. 소정의 실시예에서, 상기 층 또는 구조체는 방수성이면서 수증기 투과성(통기성)인 적어도 하나의 기능성 층을 포함하는 것으로써 방수성을 가질 수 있다.
여기서 사용되는 "수증기 투과성 층" 또는 "통기성 층"이란 용어는 소정의 층 또는 상기 라미나 구조체 또는 층상 복합체를 통해 수증기가 투과되는 것을 보장하는 임의의 층을 포함하도록 의도된 것이다. 상기 층은 여기 설명되는 바와 같이 직물 층 또는 기능성 층일 수 있다. 기능성 층은 30 (m2Pa)/W 미만의 수증기 투과 저항(Ret)으로서 측정된 수증기 투과능을 가질 수 있다.
수증기 투과 저항 또는 저항-증발-투과(Ret)는 일정한 부분압 구배하에서 주어진 영역을 통과하는 잠재적인 증발 열 유동을 판정하는 시트형 구조체 또는 복합체의 특정 재료 특성이다. 본 발명에 따른 라미나 구조체, 직물 복합체, 직물 층 또는 기능성 층은 150 (m2Pa)/W 미만의 수증기 투과 저항(Ret)을 가진다면 수증기 투과성인 것으로 간주된다. 라미나 구조체, 직물 복합체, 직물 층 또는 기능성 층은 30 (m2Pa)/W 미만의 Ret를 가지는 것이 바람직하다. 수증기 투과능은 ISO EN 11092(1993년)에 따라 측정된다.
엔벨로프는 적어도 일시적으로 가스 불투과성이다. 가스 불투과성은 가스 발생 작용제가 그 배열이 활성화된 배열로 변할 때, 즉 온도가 활성화 온도 이상으로 증가할 때, 가스 발생 작용제에 의해 생성되는 적어도 일종의 가스에 대해 최소한 불투과성이라는 것을 의미한다. 적어도 일시적으로 가스 불투과성은 엔벨로프가 화염의 플래시오버(flashover)와 같은 고온 이벤트에 대해 예상된 지속 시간보다 긴 시간 동안 공동 내의 가스 발생 작용제가 활성화되는 것에 의해 발생된 가스 중 적어도 일종의 가스를 유지할 수 있음을 특정하도록 의도된 것이다.
불연성 재료는 DIN EN ISO 14116(2008) 국제 표준에 특정된다. EN ISO 15025(2003)는 재료의 불연성을 평가하기 위한 시험 방법을 특정한다. DIN EN ISO 14116(2008)에 따르면, 불연성의 다른 레벨들이 특정된다. 예를 들면, 소방복에 사용되는 불연성 재료는 DIN EN ISO 14116(2008)의 레벨 3에 대해 특정된 시험 절차를 통과하는 것이 필요하다. 다른 용례의 경우 레벨 1과 2에 대해 특정된 바와 같이 덜 엄격한 기준이면 충분할 수 있다.
엔벨로프는 기능성 층을 포함할 수 있다. 여기에 사용되는 "기능성 층"이란 용어는 공기 침투 및/또는 가스 화학적 침투과 같은 소정 범위의 다른 가스의 침투에 대해 장벽을 제공하는 필름, 막 또는 코팅을 정의한다. 따라서, 기능성 층은 공기 불투과성 및/또는 가스 불투과성이다. 이것은 특히 활성화된 배열로 변환시 가스 발생 작용제에 의해 발생되는 가스와 관련하여 유지된다. 공기 불투과성 및/또는 가스 불투과성은 기능성 층이 제뉴인 거얼리 덴소미터 모델 4340 오토매틱 덴소미터에서 측정시 500 이상, 바람직하게는 1500 이상의 거얼리 넘버를 가짐을 의미한다. 거얼리 공기 유동 시험은 4.88 인치(124 mm)의 수압에서 1 평방 인치 샘플을 통해 100cc의 공기가 유동하는 동안의 초 단위의 시간을 측정한다. 기능성 층은 본 특정 실시예에서 공기 불투과성이지만 다른 실시예에서 공기 투과성일 수 있다.
추가의 실시예에서, 기능성 층은 액체 물 침투에 대해, 그리고 이상적으로 소정 범위의 액체 화학적 침투에 대해 장벽을 제공한다. 기능성 층은 적어도 0.13 bar의 압력에서 액체 물 침투를 방지한다면 액체 불투과성으로 간주된다. 물 침투 압력은 ISO 811(1981)과 관련하여 설명된 동일한 조건을 기초로 기능성 층의 샘플에 대해 측정된다.
기능성 층은 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 제조된 미세 다공질 막과 같은 적절한 막을 사용하여 실현될 수 있다.
기능성 층은 일 실시예에서 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 여기서 기능성 층은 수증기 투과성이면서 공기 불투과성이어서 공기 불투과성이지만 수증기 투과성(통기성) 특성을 제공한다. 바람직하게, 막은 적어도 물 불투과성인 액체 불투과성이다.
여기에 사용되는 적절한 물 불투과성 및 수증기 투과성의 신축성 막은 다공질 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE) 재료를 개시하는 미국 특허 제3,953,566호에 개시된다. 다공질 발포 PTFE 재료는 피브릴(fibril)로 상호 연결된 노드를 특징으로 하는 미세 구조체를 갖는다. 원하는 경우, 물 불투과성은 US 6 262 678에 설명된 바와 같은 소수성 및/또는 친유성 코팅 재료로 빌포 PTFE를 코팅하는 것에 의해 향상될 수 있다.
물 불투과성 및 수증기 투과성 막은 고분자량 미세-다공질 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 미세-다공질 폴리우레탄 또는 폴리에스터와 같은 미세-다공질 재료 또는 폴리에스터 폴리우레탄 또는 폴리에테르 폴리에스터 등의 폴리우레탄 또는 폴리에스터와 같은 친수성 모놀리식 폴리머일 수도 있다.
기능성 층은 예컨대, US 4 194 041에 설명된 라미네이트 재료로 구성될 수 있다.
추가의 실시예에서, 제1 및/또는 제2 층은 기능성 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 기능성 층은 라미나 구조체의 추가적 층을 형성할 수 있다.
통상적으로, 가스 발생 작용제는 비활성화된 배열 상태에 있을 때 공동 내에 포함될 것이다. 가스 발생 작용제는 제1 층과 제2 층 간의 거리가 가스 발생 작용제의 비활성화 배열 상태의 제1 거리로부터 가스 발생 작용제의 활성화 배열 상태의 제2 거리까지 증가하도록, 미리 정해진 활성화 온도를 초과하는 공동 내의 온도에 응답하여 공동 내에 가스를 생성하도록 적합화될 수 있다.
활성화 온도는 가스 발생 작용제가 상당량의 가스를 공동 내에 생성하기 시작하고, 공동 내의 가스 압력이 증가하기 시작하고, 공동 내의 가스 압력 증가가 공동의 부피 증가(팽창)를 유도하는 온도인 것으로 의도된다.
가스 발생 작용제가 활성화 배열인 상태에서의 제1 층과 제2 층간의 제2 거리는 가스 발생 작용제가 비활성화 배열인 상태에서의 제1 층과 제2 층간의 제1 거리보다 1 mm 이상만큼 더 클 수 있다. 특정 실시예에서 제2 거리는 제1 거리보다 3 mm 이상만큼 더 크거나 심지어 6 mm 이상만큼 더 클 수 있다.
추가의 실시예에서, 엔벨로프는 물 흡수 재료를 포함할 수 있다. 특히, 엔벨로프는 물 흡수성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 물 흡수 재료는 물 분자를 자체 구조 내로 합체시키는 능력을 가진다. 물 분자(수증기)는 재료를 통한 수증기의 부분압 차이가 있는 경우 해당 재료를 투과할 수 있다. 그러므로, 이러한 재료는 통상 통기성을 가진다. 그러나, 수증기 투과성이라는 것에도 불구하고, 이러한 물 흡수 재료는 특히 극성을 띠지 않는 가스와 같은 다른 가스에 대해 불투과성을 나타낼 것이고, 이 경우 이러한 재료는 물 분자가 아닌 다른 (가스) 분자를 자체 구조 내로 합체시킬 수 없다. 가스 불투과성은 물 분자 이외의 광범위한 가스에 대해 주어질 수 있거나, 다수의 분자에만 선택적으로 주어질 수 있다.
일 실시예에서, 엔벨로프 재료는 친수성 (양극성) 가스(예, 수증기)에 대해 투과성을 나타내고, CO2, N2, O2 등의 극성을 띠지 않는 가스에 대해 실질적으로 불투과성을 나타낼 수 있다.
엔벨로프에 대해 물 흡수 재료를 사용하는 것은 수증기 투과성을 유지할 수 있게 하지만, 가스 발생 작용제의 활성화 이후에 생성된 가스와 관련하여 가스 불투과성을 제공한다.
수증기 투과성의 물 흡수 물질의 다른 예로는 폐실(closed cell) 미세 다공질 재료가 있다.
상기 특정된 물 흡수 재료의 일례는 폴리우레탄(PU)이다.
추가의 실시예에서, 엔벨로프는 신축 가능한 재료 또는 탄성 재료를 포함할 수 있다. 엔벨로프는 신축 가능한 재료 또는 탄성 재료로 구성될 수 있다. 엔벨로프가 활성화 이후 증가된 가스 압력 하에 놓일 때 적어도 일 방향으로 신장될 수 있으면 해당 재료는 신축 가능한 것으로 간주된다. 특히, 엔벨로프 층 또는 엔벨로프 부분 등의 해당 재료의 층 또는 구조체가 200 mm/min의 변형률로 측정시 EN ISO 527-1,2,3(1996)에서 시작된 사양에 따라 적어도 50% 이상의 파단시 변형을 달성할 수 있으면 해당 재료는 신축 가능한 것으로 간주된다.
본 발명에 따른 엔벨로프는 적어도 일부가 신축 가능한 재료로 구성될 수 있다.
활성화 후 신장에 의해, 제1 층 및 제2 층은 훨씬 더 많이 이격될 수 있다.
신축 가능한 재료로 이루어진 엔벨로프의 일부의 신장 이외에도, 엔벨로프는 "평탄한 형상"으로부터 "돌출 형상"으로 형태가 변화되어 제1 층과 제2 층간의 거리를 증가시킬 수 있다. 이러한 형태 변화는 점점더 많은 가스 발생 작용제가 비활성화 배열로부터 활성화 배열 상태로 변화함에 따라 생성된 가스 압력하에서 엔벨로프의 주어진 표면적에 대해 공동의 부피가 증가하는 경향에 기인한다. 이러한 과정은 공동의 중간 "두께" 또는 "높이"의 증가를 가져와서 제1 및 제2 층 간의 거리를 증가시키게 된다. 엔벨로프는 패드 또는 칩의 형태를 가질 수 있는데, 이러한 패드와 칩은 비활성화 상태에서 평탄하고 활성화 상태에서는 팽창된 베개의 형태로 형태가 변한다.
기본적으로, 엔벨로프는 단일 층 또는 단일 편으로 구성될 수 있지만, 대부분의 경우 함께 접착된 여러 층 또는 편으로 이루어질 것이다.
일 실시예에서, 엔벨로프는 서로에 부착된 복수의 층의 복합 구조체를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 층들은 개별 영역 내에 접합되거나 전체 영역에 걸쳐 접합된 라미네이트에 의해 함께 접합될 수 있다. 2개 이상의 층이 서로에 라미네이트될 수 있다. 이러한 복합 구조체는 여기 정의되는 바와 같이 반투과성이다. 이러한 복합 구조체를 갖는 엔벨로프에서, 상기 층상화된 구조체의 각 층은 수증기 투과성을 제공한다. 통상적으로 상기 층들 중 적어도 하나가 여기 정의되는 바와 같이 가스 불투과성을 제공한다면 충분하다.
여러 실시예에서, 엔벨로프는 적어도 2개의 엔벨로프 피스로 구성될 수 있다. 적어도 2개의 엔벨로프 피스는 공동을 사이에 둘러싸도록 하기 위해 함께 접합될 수 있다. 각각의 엔벨로프 피스는 전술한 바와 같이 복수의 층의 복합 구조체를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 바람직하게 엔벨로프 피스 각각은 수증기 투과성 및 가스 불투과성을 제공한다.
일 실시예에서, 엔벨로프는 적어도 제1 반투과성 엔벨로프 층과 적어도 제2 반투과성 엔벨로프 층으로 이루어질 수 있으며, 시트형 재료 각각은 원하는 경우, 수증기 투과성이면서 적어도 일시적으로 가스 불투과성이다. 이들 2개의 엔벨로프 층은 해당 층에 의해 공동이 둘러싸이도록 밀봉 구조를 따라 함께 접합되어 폐쇄 루프를 형성할 수 있다. 엔벨로프 층 각각은 단층 구조를 가질 수 있지만, 전술한 바와 같이 서로에 대해 라미네이트된 복수의 층으로부터 구성된 복합 라미네이트 구조를 가질 수 있으며, 그렇지 않으면, 제1 엔벨로프 층은 단층 구조를 가지고 제2 엔벨로프 층은 복합 라미네이트 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 엔벨로프 층은 유체 밀봉 단일층(단층)으로 구성될 수 있다. 상기 층은 용접 또는 접착에 의해 엔벨로프에 형성될 수 있다.
제1 및 제2 엔벨로프 층은 다른 재료로 이루어질 수 있어서 엔벨로프에 있어서 다른 섹션에 다른 특성을 제공할 수 있다. 일례에서, 엔벨로프는 본질적으로 비-신축성인 재료의 제1 엔벨로프 층과 신축 가능한 재료의 제2 엔벨로프 층을 포함하는 다른 재료의 2개 엔벨로프 층으로 이루어질 수 있다. 가스 발생 작용제의 활성화 배열 상태에서, 공동 내 생성된 압력하에서 주로 제2 엔벨로프 층이 적어도 일 방향으로 신장, 즉 연신될 것인 반면, 제1 엔벨로프 층은 어떤 방향으로도 그다지 연신되지 않을 것이다. 이러한 배열에서, 제1 엔벨로프 층은 라미나 구조체의 제1 층과 제2 층 사이의 거리의 증가를 가져와서 한편으로 두꺼운 단열 부피를 제공한다. 다른 한편으로 제1 엔벨로프 층은 치수 안정성을 제공하므로, 여기 설명되는 바와 같은 라미나 구조체를 포함하는 직물은 소정의 비상 상황(예, 화재 플래시오버)에서 일어나는 매우 높은 온도에 놓여질 때에도 그 형태와 크기를 유지할 것이다.
예를 들면, DIN EN 469(2007)는 방호용 소방복의 경우 화재 보호 직물이 오븐 내에서 180℃에 노출될 때 3%를 넘게 수축되지 않는 것을 필요로 한다. 이러한 요건은 엔벨로프가 전술한 바와 같이 비신축성 재료로 된 적어도 하나의 층을 포함하는 경우 만족될 수 있다. 일 실시예에서, "내부" 엔벨로프 층, 즉 착용자의 신체에 가까운 층은 신축 가능한 재료로 구성될 수 있는 반면, 외부 엔벨로프 층은 비-신축성 재료로 구성될 수 있다.
특정 실시예에서, 엔벨로프는 가스 발생 작용제의 활성화 배열 상태에서 공동 내의 소정의 온도 범위와 관련하여 온도 저항성 재료로 구성될 수 있다.
"온도 저항성"이란 용어는 재료가 예컨대, 미리 정해진 시간 동안 10℃의 증가와 같이 미리 정해진 온도 증가만큼 활성화 온도보다 높은 로딩 온도에 견딜 수 있음을 특정하는 것으로 이해된다. 통상, 해당 온도는 활성화 온도 위로 10℃이고, 시간은 1분 이상이다. 요구되는 온도 저항 특성은 라미나 구조체의 적용, 예컨대 의복 내 다른 층과 관련하여 의복 내 라미나 구조체의 위치에 의존한다. 라미나 구조체가 열원 측으로 가깝게 위치될수록 온도 저항에 대한 요건은 높아질 것이다. 일 실시예에서, 해당 온도는 1분간 활성화 온도 위 적어도 10℃이다. 다른 실시예에서, 상기 온도는 2분간 활성화 온도 위 50℃이다. 소방수 적용의 경우의 바람직한 실시예에서, 해당 온도는 2분간 활성화 온도 위 약 150℃이다.
반투과성 엔벨로프 층의 형성에 다수의 재료가 사용될 수 있다.
소정의 예에서, 라미나 구조체의 구성 재료는:
1. 각각 폴리우레탄 또는 유사 재료의 모놀리식 층으로 이루어진 제1 및 제2 층. 엔벨로프는 폐쇄 루프를 형성하는 접합부를 따라 제1 및 제2 층을 함께 접합하는 것에 의해 형성된다.
2. 발포 다공질 PTFE의 층에 부착된 폴리우레탄 또는 유사 재료의 모놀리식 층을 갖는 라미네이트 구조로 각각 이루어진 제1 및 제2 층. 엔벨로프는 폐쇄 루프를 형성하는 접합부를 따라 제1 및 제2 층을 함께 접합하는 것에 의해 형성된다.
3. 발포 다공질 PTFE의 2개 층 사이에 개재된 폴리우레탄 또는 유사 재료의 모놀리식 층을 갖는 라미네이트 구조로 각각 이루어진 제1 및 제2 층. 엔벨로프는 폐쇄 루프를 형성하는 접합부를 따라 제1 및 제2 층을 함께 접합하는 것에 의해 형성된다.
4. 다른 재료로 된 제1 및 제2 층:
a) ePTFE 막을 포함하는 막과 직물층을 포함하는 장벽 라미네이트를 포함하는 제1 층. 직물층은 부직포로 이루어질 수 있다. 막은 US 4 194 041에 기술된 바와 같이 제조될 수 있다.
b) ePTFE 막을 포함하는 장벽 막의 형태의 제2 층. 장벽 막은 US 4 194 041에 따라 제조된다.
엔벨로프는 폐쇄 루프를 형성하는 접합부를 따라 제1 및 제2 층을 함께 접합하는 것에 의해 형성된다. PU로 구성된 층은 PU 재료의 용융에 의해 접합층으로서 사용될 수 있다. 상기 층 중 임의의 층이 다른 층과 접합되는 경우, 예컨대 실리콘 접착제와 같은 적절한 접착제의 사용에 의해 접합이 이루어질 수 있다.
추가의 밀봉층이 예컨대, 캘린더링에 의해 엔벨로프 층의 적어도 일측면상에 부착될 수 있다. 밀봉층은 열가소성 폴리머(예, 폴리우레탄(PU); 폴리프로필렌(PP); 폴리에틸렌(PE); 폴리에스터(PES))를 포함할 수 있다. 밀봉층은 엔벨로프의 기밀성을 향상시킬 수 있고, 2개의 엔벨로프 층을 함께 용접하여 엔벨로프의 생성을 허용할 수 있다. 엔벨로프 층의 접착 특성을 향상시키기 위해 예컨대, 코로나 방전, 플라즈마 방전에 의해 층 표면의 예비 처리가 이용될 수 있다. 가능한 용접 방법은 열밀봉, 초음파 용접, 레이저 용접 및 마이크로파 용접을 포함한다.
추가의 가능한 실시예에서, 예컨대 열가소성 접착제, 실리콘, 접촉 접착제, 반응성 접착 시스템으로 제조된 하나 또는 복수의 접착 비드가 접착될 엔벨로프 층의 표면 중 적어도 하나에 도포된 후 해당 접착 비드에 나머지 표면이 부착된다.
여러 실시예에서, 가스 발생 작용제로서 고체 또는 겔이 사용될 수 있다. 상기 고체는 분말 형태인 것이 바람직하다. 겔은 화학적 및/또는 물리적 접합 메커니즘에 따라 내부에 매립된 작용기(functional groups)를 갖는 화합물이다. 겔 형태의 가스 발생 작용제는 주입 공정(dosing process)시 취급이 용이하며, 분말에 비해 낮은 마모도를 갖는다. 겔의 예로는 히드로겔이 있다. 겔은 한정된 비율의 고체를 가질 수 있다. 통상, 가스는 아래에 참조되는 화학 반응에 의해 방출된다. 비활성화 배열 상태의 분말 형태의 고체 가스 발생 작용제가 사용되는 경우 양호한 취급이 제공된다.
가스 발생 작용제의 활성화는 물리적 변환, 즉 가스 상으로의 상변태를 포함할 수 있다.
온도 증가를 늦추기 위해 열에너지를 잠열로 변환하는 것은 바람직하지 않다. 구체적으로, 모든 열 에너지를 제1 층과 제2 층 간의 거리의 증가로 변환하는 것이 의도된다. 잠열에 대비하기 위해 상변태가 필요하지 않은 경우, 공동 내의 가스 생성이 빨라져서 활성화 온도에서 제1 층과 제2 층간의 거리가 신속하게 증가될 수 있다. 이것은 낮은 활성화 온도에서 특히 유리한데, 이는 빠른 활성화 속도는 약 50℃의 매우 낮은 활성화 온도까지 이르도록 얻어질 수 있음이 밝혀졌기 때문이다. 따라서, 의복에서 본 발명의 라미나 구조체는 예컨대 화염 내에서 최고 온도에 통상 노출되는 외측에 가까이 위치될 필요가 없다. 구체적으로, 라미나 구조체는 내측, 즉 착용자의 피부 측으로 더 가까이 배치하는 것이 가능하다. 이러한 구성은 사용되는 재료의 열적 저항에 대한 요건을 감소시킨다.
다른 실시예에서, 가스 발생 작용제는 물리적 탈리(desorption) 또는 화학적 반응의 경우 낮은 활성화 에너지를 가질 수 있다.
가스 발생 작용제는 비활성화 배열 상태의 고체이고 대기보다 높은 온도에서 가스를 발생시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 고체 상태의 가스 발생 작용제는 분말 또는 과립형 물질의 형태로 제공되는 것이 바람직하다. 분말은 입자 크기의 입자들로 이루어진다. 활성화 이후, 적어도 일종의 가스 생성물이 분말 또는 과립형 물질로부터 생성된다. 가스 생성물은 수용성이 아닌 것이 바람직하다. 분말 또는 과립 형상의 가스 발생 작용제의 사용은 비교적 문제가 없는 취급의 장점을 가진다.
가스 발생 작용제가 고체 또는 겔인 경우, 활성화는 가스상으로 방출되는 화합물을 생성하는 화학적 공정에 의해 보다 쉽게 달성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 적응적 단열 라미나 구조체의 활성화 온도는 가스 발생 작용제로부터 적어도 일종의 가스 화합물의 방출을 유도하는 화학 반응의 활성화 에너지에 대응하는 온도가 될 것이다. 가스 반응 생성물을 생성하는 다수의 화학 반응이 알려져 있다. 예로는: 겔 내에 매립된 가스 화합물의 방출; 소다-반응; 염화암모늄으로부터 암모니아 및 염산의 방출이 있다.
고체 가스 발생 작용제의 예는 이탄산나트륨(NaHCO3, CAS-N0 144-55-8의 "베이킹 소다"로도 알려짐) 분말이 있다. 55℃에서 시작하여, 이탄산나트륨은 점차 탄산나트륨(Na2CO3), 물(H2O) 및 이산화탄소(CO2)로 점차 분해된다. 변환 속도는 온도 증가에 따라 증가한다:
Figure pct00001
이탄산나트륨을 포함하는 물질의 혼합물은 물론 이탄산나트륨이 가능하다.
분해 반응을 보여주는 가스 발생 작용제 시스템의 추가의 예는 열에 노출된 상태에서 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 분해되는 탄산암모늄((NH4)2CO3)과 HCN과 H2O로 분해되는 포름산 암모늄의 분해를 포함하는 가스 발생 작용제이다.
다른 예는 암모니아(NH3)와 염화수소(HCl)로 분해되는 염화암모늄((NH4Cl)을 포함하는 가스 발생 작용제이다. 이 반응은 기본적으로 가역적이며, 복수의 활성화/비활성화 사이클을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 엔벨로프는 공동을 제1 보조 공동과 제2 보조 공동으로 분리하는 중간층을 포함할 수 있다. 이러한 중간층은 가스 불투과성 재료로 구성될 수 있고, 엔벨로프의 재료와 함께 용접시 가스 밀폐 밀봉부의 형성을 지원하도록 구성될 수 있다. 가스 발생 작용제는 중간층의 일측면 또는 양측면에 적용될 수 있다.
추가의 실시예에서, 함께 접합된 적어도 2개의 엔벨로프에 의해 형성되는 엔벨로프 구조가 제공될 수 있다. 이러한 엔벨로프 구조는 가스 발생 작용제가 활성화될 때 제1 층과 제2 층간의 거리가 매우 크게 증가되도록 할 수 있다. 라미나 구조체의 단열 능력은 이러한 엔벨로프 구조의 제공에 의해 매우 효율적으로 향상될 수 있다. 가능한 하나의 구성에서, 엔벨로프는 측면 단부에서 함께 접합된다.
엔벨로프는 활성화 이루에 의도적으로 파괴되어 가스 발생 작용제를 방출하도록 설계될 수도 있다. 이에 따라, 가스 발생 작용제는 화염을 억제하는데 사용될 수 있다. 이것은 가스 발생 작용제가 엔벨로프의 파괴 후에 공동으로부터 서서히 방출될 것이므로 단열성의 향상이 단지 일시적임을 의미한다. 그러나, 여기 설명되는 바와 같이 엔벨로프의 일회용 설계는 엔벨로프가 최대의 가능한 정도로 신장되므로 엔벨로프가 최대의 가능한 정도로 부피가 증가되도록 함을 의미한다. 이것은 라미나 구조체의 단열 능력을 빠르고 효율적으로 증가시키는 방법이다. 화염의 플래시오버와 같은 중대한 상황의 경우, 이것은 생존을 위한 유일한 방법을 제공할 수 있다. 이러한 일회용 설계의 경우, 가스 발생 작용제의 화학적 변환이 비가역적 화학 반응이라면 허용 가능하다. 일단 온도가 활성화 한계를 초과하면 다량의 가스가 단시간 내에 생성되는 것이 보다 중요하다.
추가의 실시예에서, 라미나 구조체는 복수의 엔벨로프를 포함할 수 있다. 엔벨로프는 서로 인접 배열될 수 있다. 이러한 엔벨로프의 인접 배열에서, 적어도 2개의 엔벨로프가 간극없이 서로 후속한다. 통상적으로, 이러란 인접한 엔벨로프는 공통의 접합 영역 또는 밀봉 영역을 공유하다. 대안적으로, 엔벨로프들 중 일부 또는 전부는 예컨대, 루트 타일(root tiles)과 유사한 구조로 서로 적어도 부분적으로 겹쳐지도록 배열될 수 있다. 이러한 구성에서, 라미나 구조체는 전체적으로 실질적으로 제1 층과 제2 층 사이에 임의의 개방 공간이 없이 배열된 엔벨로프에 의해 형성될 수 있다. 라미나 구조체는 비활성화 상태나 활성화 상태에서도 엔벨로프 중 임의의 엔벨로프에 의해 피복되지 않은 공간이나 간극이 없이 얻어진다.
전술한 바와 같이, 엔벨로프는 비활성화 상태에서 평탄하고 활성화 상태에서 팽창된 베개의 형상으로 형태가 변하는 패드 또는 칩의 형태를 가질 수 있다. 이러한 구조는 일 실시예에서 반투과성(수증기 투과성 및 적어도 일시적으로 가스 불투과성) 재료의 제1 층과 반투과성(수증기 투과성 및 적어도 일시적으로 가스 불투과성) 재료의 제2 층에 의해 형성될 수 있는데, 이때 제1 층은 제2 층에 인접 배치된다.
실제, 제1 층은 라미나 구조체에서 제2 층의 상부에 배치될 것이다. 제1 및 제2 층은 해당 제1 층 및 제2 층 사이에 공동을 형성하도록 적어도 하나의 접합부를 따라 함께 접합될 수 있다. 접합부는 제1 층 및 제2 층에 의해 둘러싸인 공동을 형성하기 위해 통상 폐쇄 루프의 형태를 가질 것이다. 복수의 공동을 제공하기 위해, 개별 공동의 형성을 위해 폐쇄 루프를 각각 형성하는 복수의 접합부가 제공될 수 있다. 접합부는 제1 방향으로 서로 평행하게 연장되는 제1 서브세트의 접합부와 제2 방향으로 서로 평행하게 연장되는 제2 서브세트의 접합부를 갖는 그리드의 형태를 가질 수 있다.
개별 공동을 둘러싸는 엔벨로프 각각은 제1 층과 제2 층을 함께 접합하는 것에 의해 라미나 구조체의 제1 층 및 제2 층 사이에 형성된 "포켓"의 형태를 가질 수 있다. 따라서, 제1 층 및 제2 층은 각각의 엔벨로프의 제1 및 제2 엔벨로프 층을 형성한다.
다른 실시예는 가스 발생 작용제의 활성화 이후 서로 상호 관련된 복수의 공동으로 형성된 적어도 하나의 공동 구조를 갖는 라미나 구조체를 제공한다. 이러한 공동 구조는 각기 개별 공동을 둘러싸는 복수의 인접 엔벨로프를 포함할 수 있다. 이들 공동 각각은 가스 발생 작용제가 비활성화 배열 상태에 있을 때 각각의 인접하는 엔벨로프 사이에 형성된 각각의 접합부를 통해 인접하는 공동으로부터 분리될 수 있다. 접합부는 기본적으로 공동이 서로 가스 밀폐 분리되도록 하는 것을 제공하는 것이 바람직하다.따라서, 가스 발생 작용제는 활성화 배열 또는 비활성화 배열 상태에 있는지 무관하게 하나의 공동으로부터 다른 공동으로 통과될 수 없다. 그러나, 접합부는 각각 미리 정해진 파열부를 포함할 수 있다. 이러한 파열부는 한계 압력을 초과한 가스 압력하에 놓일 때 파열 또는 파단되도록 적용된다. 그러므로, 오직 공동 구조의 일부 공동 내에 있거나 심지어 각각의 공동 내에 있는 가스 발생 작용제가 활성화된 이후, 가스 발생 작용제가 활성화 배열 상태에서 공동 내에 생성되는 가스 압력의 증가는 공동 구조의 인접 공동 간에 가스 교류를 제공한다. 결국, 공동 구조 내의 모든 공동을 효과적으로 결합하는 것에 의해 "거시적 공동" 또는 "초 공동"이 형성된다. 통상, 일단 해당 공동 내의 압력이 한계 압력 이상으로 증가하면 제1 공동의 파열이 일어날 것이다. 대부분의 경우, 하나의 공동 또는 여러 공동은 다른 것보다 열원에 근접할 것이므로 이들 공동 내의 압력은 우선 한계치를 넘어설 것이다.
추가의 실시예에서, 이러한 공동 구조는 클러스터로 배열된 복수의 공동을 포함할 수 있다. 클러스터의 공동들은 기본적으로 가스 발생 작용제가 적어도 비활성화 배열 상태에 있을 때 한 공동으로부터 다른 공동으로 전달될 수 있는 것을 방지하는 구성으로 서로로부터 분리되어 있다. 그럼에도, 특히 가스 발생 작용제의 활성화 이후와 같이 특정 조건하에서 공동의 배열은 활성화됨으로써 가스상이 된 가스 발생 작용제를 위해 공동 간 유체 전달을 허용한다. 이러한 유체 전달 때문에, 공동을 분리시키는 부분의 파열이 가능할 수 있고, 따라서 클러스터의 공동으로부터 거시적 공동의 형성이 촉진될 수 있다.
일 실시예에서, 클러스터 내 개별의 인접 공동 사이에 연결 채널이 제공될 수 있다. 이러한 연결 채널은 예컨대, 비활성화 배열 상태에서 가스 발생 작용제가 통과되는 것을 방지하지만 활성화 배열 상태에서 가스 발생 작용제의 통과를 허용할 정도로 가늘거나 및/또는 각형의 구조를 갖는 구조를 취할 수 있다.
가스 발생 작용제의 활성화 이후에 단열 능력의 대폭적인 향상에 대응하는 공동의 두께의 효율적인 증가가 달성될 수 있는데, 이는, 해당 압력 초과시, 공동 구조 내의 복수의 인접하는 공동 사이의 접합부가 모든 (초기) 공동이 큰 공통의 "거시적 공동" 또는 "초 공동"으로 결합되도록 파단부에서 파열되는, 한계 압력이 존재할 것이기 때문이다.
전술한 바와 같이 라미나 구조체의 구성은 열에 노출시 활성화될 수 있는 개별적인 거시적 엔벨로프에 의해 둘러싸인 거시적 공동의 제공을 허용한다. 또한, 이러한 "거시적 엔벨로프"는 "베개"의 형태를 가질 수 있다.
단지 예로써, 통상적인 엔벨로프는 가스 발생 작용제가 비활성화 배열 상태에 있을 때 1 mm 이상의 측방 치수를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 엔벨로프는 5 mm 이상, 바람직하게는 15 mm 이상의 측방 치수를 가질 수 있다. 이 문맥에 사용된 측방 치수는 대체로 가스 발생 작용제가 비활성화 배열 상태에 있을 때 엔벨로프의 치수가 단연코 최소 치수인 폭/길이 평면, 즉 두께 방향에 직교하는 평면에서의 엔벨로프의 최소 치수를 말한다. 그러므로, 측방 치수는 기본적으로 엔벨로프가 가스 발생 작용제의 활성화 배열 상태에서 도달할 수 있는 최대 두께 증가를 정의한다. 라미나 구조체의 높은 통기성과 그에 따라 착용자에 대해 높은 수준의 편안함을 허용하는 평탄한 라미나 구조체(전술한 라미나 구조체)를 형성하기 위해 복수의 상기 평탄한 엔벨로프가 사용될 수 있다.
공동은 가스 발생 작용제가 활성화 배열 상태에 있을 때 적어도 2 mm 이상, 바람직하게는 6 mm 이상의 두께까지 두께가 증가될 수 있다.
부피 증가에 대해 표현하자면, 공동은 가스 발생 작용제가 활성화 배열 상태에 있을 때 가스 발생 작용제의 부피와 관련하여 10과 1000 또는 2000 사이의 부피 증가를 가질 수 있다. 바람직하게, 부피 증가는 40을 초과한 비활성화 배열일 수 있다. 특히, "거시적 공동" 또는 "거시적 엔벨로프"가 형성되는 경우, 부피 증가는 최대 2000만큼 클 수 있다.
전술한 라미나 구조체는 직물 복합 구조체 내로 합체될 수 있다. "직물"이란 용어는 실, 섬유 또는 필라멘트를 엮는 것에 의해 생산된 평면형 직물 구조를 말한다. 직물 구조는 직포, 부직포, 플리스(fleece) 또는 이들의 조합일 수 있다. "부직포" 직물층은 섬유 및/또는 필라멘트, 펠트, 니트, 섬유 속섬(fiber batts) 등의 망을 포함한다. "직포" 직물층은 평직(plain weave), 크로우풋 직(crowfoot weave), 바구니 문양 직(basket weave), 수자 직(satin weave), 능직(twill weave) 등과 같은 임의의 직물 직조법을 이용하여 직조된 직물이다. 평직과 능직은 업계에서 가장 보편적으로 사용되는 직조법인 것으로 믿어진다.
이러한 직물 복합 구조는 통상 서로에 대해 배열된 복수의 직물층을 포함할 것이다. 복수의 직물층은 외측과 내측을 갖는 외부 방열 쉘 구조를 포함할 수 있다. 복수의 직물층은 전술한 바와 같은 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체를 포함할 수도 있다.
특정 실시예에서, 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체는 외부 방열 쉘 구조의 내측에 배열될 수 있다.
소정의 실시예로서, 외부 방열 쉘 구조는 1차적으로 방염을 제공하는 제품(예, 의복)의 외층을 지시한다. 외부 방열 쉘 구조는 예컨대, 폴리이미드(메타-아라미드, 파라-아라미드) 또는 이들의 혼합물과 같은 난연 직물을 포함하는 직포, 니트 또는 부직포 직물 등의 난연성 내열 직물을 포함할 수 있다. 난연성 또는 내열성 직물의 특정 예로는 폴리벤지미다졸(PBBI) 섬유; 폴리벤족사졸(PBO) 섬유; 폴리 디이미다조 피리디닐렌 디히드록시 페닐렌(PIPD); 모다크릴릭 섬유; E.I. DuPont de Nemours, Inc에 의해 상표명 Nomex®로 시판되는 폴리(메타페닐렌 이소프탈아미드); E.I. DuPont de Nemours, Inc에 의해 상표명 Kevlar®로 시판되는 폴리(파라페닐렌 테레프탈아미드); 멜라민; 방염(FR) 코튼; FR 라이온; PAN(폴리 아크릴니트릴)을 포함한다. 전술한 섬유 중 하나 이상을 포함하는 직물(예, Normex®/Kevlar®)도 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 직조된 Normex®Delta T로 제조된 외부 쉘 층이 사용된다.
불연성 재료는 국제 표준 DIN EN ISO 14116(2008)에 특정된다. EN ISO 15025(2003)는 재료의 불연성을 평가하기 위한 시험 방법을 특정한다. DIN EN ISO 14116(2008)에 따르면, 불연성의 다른 레벨들이 특정된다. 예를 들면, 소방복에 사용되는 불연성 재료는 DIN EN ISO 14116(2008)의 레벨 3에 대해 특정된 시험 절차를 통과하는 것이 필요하다. 다른 용례의 경우 레벨 1과 2에 대해 특정된 바와 같이 덜 엄격한 기준이면 충분할 수 있다.
직물은 장벽 구조도 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 장벽 구조는 외부 방열 쉘 구조의 내측에 배열될 것이다.
특정 용례에서, 장벽 구조는 적어도 하나의 수증기 투과성 및 방수 막을 포함하는 적어도 하나의 수증기 투과성 및 방수 기능성 층을 포함한다.
장벽 구조는 액체 장벽으로서 기능하지만 수증기가 장벽을 통과하도록 할 수 있는 성분이다. 소방수 출동복과 같은 의복에서, 이러한 장벽 구조는 의복 내로 물이 접근되지 않게 함으로써 소방수가 부담하는 무게를 최소화한다. 추가로, 장벽 구조는 고온 환경에서 작업시 중요한 기능으로서 수증기(땀)가 배출되도록 한다. 통상, 장벽 구조는 부직포 또는 직포와 같은 적어도 하나의 직물층에 라미네이트되는 막을 포함한다. 적어도 하나의 직물층에 라미네이트되도록 사용되는 막 재료(라미네이트 항목에서도 알 수 있음)는 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리우레탄 및 그 조합을 포함한다. 이러한 라미네이트에 대한 상업적으로 구매 가능한 예로는 부직포 또는 직포 금속-아라미드 직물 상에 CROSSTECH®이란 상표명의 수분 장벽 라미네이트 또는 Neoprene® 막으로 입수 가능한 라미네이트를 포함한다.
일 실시예에서, EP 0 689 500 B1에 기술된 바와 같이 제조된 발포 PTFE(ePTFE)의 막을 포함하는 장벽 구조가 사용된다. 장벽 층은 부직포 아라미드 직물로 이루어진 직물층에 부착될 수 있다. 이러한 장벽 구조는 GORE-TEX®Fire-blocker N이란 상표명으로 상업적으로 구매 가능하다. 다른 실시예에서, CROSSTECH®/Nomex®PJ 수분 장벽이란 상표명으로 구매 가능한 장벽 구조가 사용된다. 이러한 수분 장벽 구조는 폴리아미드 직물(Nomex®IIIA)에 부착된 폴리우레탄 층을 갖는 ePTFE 필름을 포함한다. 예컨대 US 4 493 870, US 4 187 390 또는 US 4 194 041에 기술된 바와 같은 다른 장벽이 사용될 수 있다.
예컨대, 가스, 액체 및/또는 에어로졸 형태의 화학적 화합물 또는 가스, 액체 및/또는 에어로졸 형태의 생물학적 물질을 포함하는 물질과 같은 가스 및/또는 액체의 투과를 방지하는 장벽과 같이, 적어도 하나의 수분 장벽이 아닌 장벽을 고려해볼 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 다른 장벽층도 마찬가지로 통기성을 가질 수 있다.
장벽 구조는 외부 방열 쉘 구조와 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체 사이에 위치될 수 있다. 장벽 구조는 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체를 포함할 수 있다.
직물은 예컨대, 착용자를 환경적 영향으로부터 보호하는 것이 필요하거나 주어진 환경적 조건하에서 원하는 기능적 특성을 제공하는 것이 필요한 소방, 법률적 집행, 군사 또는 산업적 작업 등의 용례에 통상적으로 사용되는 방호복 또는 기능복에 사용될 수 있다. 이러한 의복은 착용자를 열, 화염, 또는 액체에 의한 충격으로부터 보호하는 것이 필요할 수 있다. 다른 한편, 이러한 의복은 착용자가 자신이 행하여야 할 작업을 행할 수 있게 착용자에게 충분한 편안함을 제공하는 것이 바람직하다.
특히, 직물은 화재/열 방호복에 사용되도록 적합화되도록 의도된 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 실시예들을 예시하는 첨부 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 일 실시예의 엔벨로프를 형성하는데 사용되는 층에 대한 단순화된 개략적인 단면도를 보여주며;
도 1b는 일 실시예의 엔벨로프를 형성하는데 사용되는 추가의 층에 대한 단순화된 개략적인 단면도를 보여주며;
도 1c는 일 실시예의 엔벨로프를 형성하는데 사용되는 추가의 층에 대한 단순화된 개략적인 단면도를 보여주며;
도 1d는 일 실시예의 엔벨로프를 형성하는데 사용되는 추가의 층에 대한 단순화된 개략적인 단면도를 보여주며;
도 2는 일 실시예에 따라 가스 발생 작용제를 포함하는 공동을 둘러싸는 엔벨로프에 대한 단순화된 개략적인 단면도로서, 해당 엔벨로프는 해당 엔벨로프를 형성하기 위해 서로 접합되는 2개의 엔벨로프 층으로 이루어진 것을 보여주는 도면이고;
도 3a는 시트형 재료로 된 2개의 엔벨로프 층을 함께 접합하는 것에 의해 형성된 복수의 엔벨로프를 포함하는 비활성화된 상태의 라미나 구조체에 대한 단순화된 개략적 단면도를 보여주며;
도 3b는 활성화된 상태의 도 3a의 라미나 구조체의 단순화된 개략적 단면도를 보여주며;
도 4a는 복수의 엔벨로프로 형성된 일 실시예에 따른 비활성화 상태의 라미나 구조체의 단순화된 개략적 단면도를 보여주며;
도 4b는 활성화된 상태의 제1 단계에 있는 도 4a에 도시된 실시예의 라미나 구조체의 단순화된 개략적 단면도를 보여주며;
도 4c는 인접한 엔벨로프를 분리시키는 다수의 접합부가 개별 공동 내의 가스 압력하에서 파단된 상태인 활성화된 상태의 더 진전된 단계에 있는 도 4a 및 도 4b의 실시예의 라미나 구조체의 단순화된 개략적 단면도를 보여주며;
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체를 포함하는 직물에 대한 단순화된 개략적 단면도를 보여주며;
도 5b 및 도 5c는 본 발명의 추가의 실시예에 따라 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체를 포함하는 직물의 다른 가능한 구성을 보여주며;
도 6은 도 5a에 예시된 직물을 포함하는 소방수 자켓을 보여주며;
도 7은 라미나 구조체가 비활성화 상태로부터 활성화 상태로 전환될 때 제1 층과 제2 층 사이의 거리의 증가를 측정하는 장치의 개략적 스케치를 보여주며;
도 8은 라미나 구조체가 비활성화 상태로부터 활성화 상태로 전환될 때 제1 층과 제2 층 사이의 거리의 증가를 측정하기 위한 라미나 구조체 시험편의 개략적 스케치를 보여주며;
도 9는 가역적으로 복수의 활성화/비활성화 사이클을 경험하도록 된 라미나 구조체에 대한 제1 기능성 시험의 결과를 개략적으로 보여주며;
도 10은 활성화 중의 시간의 함수로서 증가된 온도에 노출된 라미나 구조체에 대한 제2 기능성 시험의 결과를 개략적으로 보여준다.
모든 도면에서 동일하거나 대응하는 기능을 갖는 각각의 실시예의 구성 성분들은 각각 동일한 참조 번호로 지시된다. 다음의 설명에서 이러한 구성 성분들은 해당 성분을 포함하는 실시예 중 첫 번째 실시예만을 참조로 하여 설명된다. 동일한 설명은 동일한 구성 성분이 포함되고 동일한 참조 번호로 지시된 각각의 후속하는 실시예에 적용되는 것으로 이해하여야 한다. 무엇이든 반대로 언급되지 않는 한, 통상 각각의 실시예에서 해당 성분은 대응하는 설명을 참조한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 시트형 층(8)을 단순화된 개략적 단면도로 보여준다. 이러한 층(8)은 엔벨로프(20)(도 2 참조)를 제공하기 위한 엔벨로프 층(12, 14)으로서 사용될 수 있다. 상기 층(8)은 적어도 일시적으로 가스 불투과성이지만 수증기 투과성인 친수성 재료의 반투과성 모놀리식 층(8a)으로 이루어진다. 이러한 재료에 대한 예는 일 실시예에서 12 ㎛의 두께를 가질 수 있는 폴리우레탄(PU) 필름이다. 엔벨로프(20)를 제작하기 위해, 도 1a에 예시된 바와 같이 각각 친수성 재료의 모놀리식 층(8a)으로 이루어진 제1 및 제2 엔벨로프 층(12, 14)을 폐쇄 루프를 형성하는 접합부를 따라 함께 접합할 수 있다(도 2 및 도 3a, 도 3b 참조).
엔벨로프(20)를 형성하기 위한 다른 층(8)이 도 1b에 예시된다. 해당 시트형 반투과성 층(8)은 라미네이트 형태이고, 도 1a의 실시예와 유사한 친수성 재료로 된 제1 층(8a)과 예컨대 미세 다공질의 발포 PTFE로서 미세 다공질 재료로 된 제2 층(8b)을 포함한다. 일 실시예에서, 제1 층(8a)은 12 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 제2 층(8b)은 40 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 층(8a)은 예컨대 US 4 194 041에 기술된 바와 같은 임의의 공지된 라미네이션 기술에 의해 제2 층(8b)에 부착될 수 있다.
엔벨로프(20)를 형성하기 위한 또 다른 시트형 반투과성 층(8)이 도 1c에 예시된다. 해당 라미네이트 층(8)은 도 1a 및 도 1b의 실시예와 유사하게, 예컨대 PU의 친수성 재료로 된 제1 층(8a)과 예컨대 미세 다공질의 발포 PTFE로 된 제2 층(8b)을 포함한다. 라미네이트 층(8)은 도 1b의 실시예와 유사하게 예컨대 미세 다공질의 발포 PTFE의 미세 다공질 재료로 된 제3 층(8c)을 더 포함한다. 친수성 재료의 제1 층(8a)은 제2 층(8b)과 제3 층(8c) 사이에 개재된다. 또한 해당 예에서, 제1 층(8a)은 예컨대 US 4 194 041에 기술된 바와 같은 임의의 공지된 라미네이션 기술에 의해 제2 층(8b)과 제3 층(8c) 각각에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 층(8a)은 12 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 층(8b)은 40 ㎛의 두께를 가질 수 있으며, 층(8c)은 40 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
엔벨로프(20)를 형성하기 위한 추가의 다른 시트형 반투과성 층(8)이 도 1d에 예시된다. 해당 예에서, 도 1b의 라미네이트 층(8)은 직물층(8d)에 부착된다. 일 실시예에서, 라미나이트 층(8)은 자체의 ePTFE 측(8b)이 부직포 직물층(8d)에 점착된다.
통상적으로, 적어도 미세 다공질 층은 층(8)에 반투과성(수증기 투과성, 가스 불투과성)의 특성을 제공한다. 미세 다공질 층은 특히 가스 발생 작용제에 의해 생성된 가스들 중 적어도 일종에 대해 가스 불투과성이다. 이러한 미세 다공질 재료는 통상 방수 특성을 가질 수 있다. 이러한 미세 다공질 재료의 예는 US 3 953 566에 기술된 바와 같은 발포 PTFE가 있다. 대부분의 경우, 친수성 층은적어도 가스 발생 작용제에 의해 생성된 가스에 대해, 그리고 통상적으로 액체 물에 대해서도 가스 불투과성을 가질 수 있다. 친수성 층 및 미세 다공질 층(들) 모두는 수증기에 대해 투과적이므로 통기성을 갖는다.
여기 사용되는 바와 같이, 수증기 투과성이지만 전술한 바와 같이 그리고 가스 발생 작용제에 의해 생성된 가스들 중 적어도 일종의 가스에 대해 적어도 일시적으로 가스 불투과성인 친수성 및/또는 미세 다공질 층으로 이루어진 임의의 구조는 기능성 층 또는 기능성 구조로 지칭된다.
전술한 바와 같은 기능성 층 또는 기능성 구조 이외에, 본 발명에 사용되는 층(8)은 예컨대 기능성 층 또는 기능성 구조의 지지 또는 보호를 위해 또는 단열을 위해 통기성의 직물 재료로 된 추가의 층을 포함할 수 있다.
도 2는 공동(16)을 둘러싸는 엔벨로프(전체적으로 20으로 지시됨)의 단순화된 개략적 단면도를 보여준다. 공동(16)은 가스 발생 작용제(전체적으로 18로 지시됨)를 포함한다. 이러한 단일한 엔벨로프(20)는 본 발명에 따른 라미나 구조체(10)의 가장 단순한 형태일 수 있다. 도 3a, 도 4a, 도 5a-5c 각각에서는 물론 도 2에서, 엔벨로프(20)는 가스 발생 작용제(18)가 비활성화된 배열의 상태에 있는 것으로 도시되어 있으므로, 엔벨로프(20)는 팽창되지 않고 기본적으로 평탄한 배열을 가지게 되는데, 이것은 비활성화 상태로도 지칭된다. 엔벨로프(20)의 두께 방향 치수는 도 2에서 d0으로 지정된다. 길이 방향 치수는 도 2에서 A0으로 지정되되는데, A0은 엔벨로프(20)의 단면을 가로지르고 엔벨로프 경계의 주변 접합부(22a, 22b)의 단부 사이의 길이이다. 폭방향 치수는 투영면에 직교하므로 지정되지 않는다. 엔벨로프(20)의 폭 치수의 길이는 이들 예에서 A0와 같다. 다른 실시예에서, 폭방향 치수는 A0로부터 달라질 수 있다. 비활성화 상태에서, 엔벨로프(20)의 길이 및 폭 방향의 치수는 엔벨로프(20)의 두께 방향의 치수(d)보다 훨씬 크다. 길이 방향 및 폭 방향은 두께 방향에 직교하는 엔벨로프(20)의 측방 평면을 형성한다.
엔벨로프(20)는 2개의 엔벨로프 층(12, 14)으로 구성된다. 엔벨로프 층(12, 14)은 각각 도 1a, 도 1b, 도 1c, 또는 도 1d와 관련하여 전술된 바와 같은 구성 또는 모놀리식 또는 복합 시트형 재료를 갖는 유사한 구성을 가질 수 있다. 특히, 분명하게 예시되지는 않았지만 엔벨로프 층(12, 14)은 각각, 예컨대 도 1b, 도 1c, 도 1d에 표현된 바와 같이 서로에 대해 라미네이트된 다중 시트를 갖는 복합 구조로 구성될 수 있다. 상기 복합 구조는 공동(16)의 제1 부분을 둘러싸는 엔벨로프(20)의 제1 부분(도 2에서 상부)과 공동(16)의 제2 부분을 둘러싸는 엔벨로프(20)의 제2 부분(도 2에서 하부)을 각각 형성한다. 공동(16)의 제1 부분을 둘러싸는 엔벨로프 층(12)과 공동(16)의 제2 부분을 둘러싸는 엔벨로프 층(14)은 동일한 구성을 가질 수 있지만, 이것은 필수 요건이 아니다. 소정의 바람직한 실시예에서, 제1 엔벨로프 층(12)은 제2 엔벨로프 층(14)과 다른 구성을 가지는데, 예컨대, 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이 제1 엔벨로프 층(12)은 시트형 구성을 가지고 제2 엔벨로프 층(14)은 반원형 구성을 가질 수 있다.
또한, 제1 엔벨로프 층(12)은 제2 엔벨로프 층(14)의 재료와 다른 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이 제1 엔벨로프 층(12)은 도 1d에 따른 시트형 층으로 형성되고 제2 엔벨로프 층(14)은 도 1b에 따른 시트형 층으로 형성된다.
엔벨로프(20)는 폐쇄 루프를 형성하는 접합부(22a, 22b)를 따라 2개의 엔벨로프 층(12, 14)을 함께 접합하는 것에 의해 형성된다. 이러한 방식으로, 엔벨로프(20)에 의해 둘러싸인 공동(16)이 형성된다. PU로 제조된 엔벨로프 층(12, 14) 또는 각각 다른 엔벨로프 층에 노출된 PU 층을 포함하는 엔벨로프 층(12, 14)은 용접을 위하거나 PU 재료를 용융시켜 접착제를 형성하는 것에 의해 접합층으로서 사용될 수 있다. 다른 엔벨로프 층과 접합되는 임의의 엔벨로프 층이 용접을 위하거나 예컨대 ePTFE로 된 접착제로서 사용되지 않는 다른 재료로 구성된 경우, 접합은 예컨대 실리콘 접착제와 같은 적절한 접착제의 사용으로 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이 재료 자체가 반투과성(수증기 투과성이면서 가스 발생 작용제(18)에 의해 생성된 가스들 중 적어도 일종의 가스에 대해 가스 불투과성)으로 주어진 엔벨로프(20) 형성 대체 재료가 사용될 수 있다. 추가의 요건은 가스 발생 작용제(18)의 활성화 이후에 충분히 긴 시간 동안 가스가 공동(16) 내에 포함되어 유지되는 것을 충분히 보장하도록 가스 밀폐성을 갖도록 엔벨로프 층(12, 14)이 함께 접합될 수 있는 것이다.
엔벨로프(20)는 가스 발생 작용제(18)를 포함하는 공동(16)을 둘러싼다. 가스 발생 작용제(18)는 상온에서 비활성화 배열을 형성하는 분말인 것으로 선택된다. 도 2에 예시된 바와 같이 가스 발생 작용제(18)가 비활성화 배열인 상태에서, 가스 발생 작용제(18)는 18a로 예시적으로 지시된 작은 분말 입자의 형태인 실질적으로 고체 상으로 존재한다. 열에 노출시, 가스 발생 작용제(18)는 상변태 또는 화학 반응을 경험한다. 화학 반응의 생성물 중 적어도 하나는 가스이다. 일 실시예에서, 가스 발생 작용제(18)는 열을 받으면 분해되고 분해 생성물 중 하나가 가스상의 CO2인 이탄산나트륨("베이킹 소다")(NaHCO3)을 포함할 수 있다. 가스 발생 작용제로서 적절한 다른 시스템에 대해 전술한 설명을 참조하라.
복수의 엔벨로프(20)를 포함하는 라미나 구조체(10)가 도 3a에 예시된다. 상기 라미나 구조체(10)는 제1 엔벨로프 층(12)과 제2 엔벨로프 층(14)을 포함한다. 본 실시예에서, 엔벨로프 층은 다음과 같이 다른 재료로 구성된다:
a) 제1 엔벨로프 층(12)은 ePTFE 막과 PU로 된 친수성 층을 포함하는 막 구조를 포함한다. 막 구조는 US 4 194 041에 따라 제조된다. 막 구조는 ePTFE 측이 시트형의 2개의 층 라미네이트(도 1d)를 형성하는 부직포 직물층에 부착된다. 이러한 제1 엔벨로프 층(12)은 기본적으로 비탄성 또는 비신축성을 가진다.
b) 제2 엔벨로프 층(14)은 ePTFE 막과 PU로 된 친수성 층을 포함하는 막 구조이다. 막은 US 4 194 041에 따라 제조된다. 이러한 제2 엔벨로프 층(14)은 기본적으로 탄성 또는 신축성을 가진다.
엔벨로프 층(12, 14)은 PU 층을 통해 함께 접합된다. 단면에서, 라미나 구조체(10)는 도 3a(비활성화 상태)와 도 3b(활성화 상태)에 예시된 바와 같은 구성을 가진다.
도 3a에 예시된 바와 같은 복수의 엔벨로프(20)를 포함하는 라미나 구조체(10)가 생성되었다. 이러한 라미나 구조체(10)는 예시적으로 도 8에 보여지고 있고 라미나 구조체의 기능성을 보여주기 위해 샘플 라미나 구조체로서 사용된 구성을 가진다. 상기 샘플 라미나 구조체(10)는 140 mm 폭(W=140 mm)과 140 mm 길이(L=140 mm)를 가지고, 4각형 배열의 16개의 4각형 엔벨로프(20)(도 8에는 이중 일부만 예시적으로 20으로 지시됨)를 형성하는데, 이때 각각의 엔벨로프(20)는 30 mm 폭과 30 mm의 길이(a=30 mm)를 갖는다.
전술한 샘플 라미나 구조체(10)는 다음과 같이 시험편(60)의 형태로 제작되었다:
제1 밀봉 단계:
각각 140 mm 폭과 140 mm 길이의 2개의 엔벨로프 층(12, 14)을 친수성 층을 서로 마주한 상태로 서로의 상부에 배치한다. 도 8의 예에서, 각각의 엔벨로프 층(12, 14)은 적어도 일측에 배치된 친수성 층(예, PU 층)을 포함하는 라미네이트 형태로 있으므로(도 1b 및 도 1d에 도시된 엔벨로프 층(8) 참조), 해당 층(12, 14)은 PU 재료의 용접에 의해 함께 접합될 수 있다. 다른 구성의 경우, 다른 적절한 접합 기술이 이용될 수 있다. 친수성 층을 접촉되게 하고 친수성 층을 사각형의 측면 중 하나를 따라 함께 용접하기 위해 핫 바(hot bar)(밀봉 폭: 2 mm)를 엔벨로프 층(12, 14)과 접촉시킨다. 따라서, 제1 선형 접합부(22a)가 형성된다.
제2 밀봉 단계
제1 선형 접합부(22a)에 대해 직각으로 연장되는 5개의 선형 접합부(22b, 22c, 22d, 22e, 22f)를 따라 라미네이트를 함께 용접하기 위해 핫바를 엔벨로프 층(12, 14)과 접촉시킨다. 5개의 평행한 접합부(22b, 22c, 22d, 22e, 22f) 각각은 서로에 대해 30 mm의 거리를 갖는다. 선형 접합부(22d)는 140 mm 폭의 라미나 구조체(10)의 중간으로 연장된다. 이 방식으로, 4개의 긴 포켓 또는 공동이 형성된다.
제1 충전 단계
분말(도 8에서 18'로 지시된 분말의 입자) 형태의 가스 발생 작용제(18)를 긴 포켓 내에 충전하기 위해, 개방측이 상부가 되도록 라미나 구조체를 기립 상태로 유지하여 분말(18a)을 긴 포켓의 바닥으로 떨어뜨린다. 공동(16) 중 하나에 대해 필요한 미리 정해진 양의 가스 발생 작용제(18)를 개방측으로부터 4개의 긴 포켓 각각의 내부로 충전한다. 각각의 긴 포켓 내로 충전되는 가스 발생 작용제(18)의 양은 각각의 공동(16)의 최종 크기에 의존한다. 도 8의 샘플 라미나 구조체(10)의 경우, 엔벨로프(20) 각각은 30 mm 폭과 30 mm 길이를 가지며, 이탄산나트륨으로 이루어진 분말을 가스 발생 작용제로서 사용한다. 충전될 가스 발생 작용제(18)의 양은 공동 당 약 0.3g이다.
제3 밀봉 단계:
핫바를 사용하여, 제1 선형 접합부(22a)에 평행하게 제1 선형 접합부(22a)로부터 30 mm의 거리로 연장되는 제7 선형 접합부(22g)를 형성한다. 따라서, 각각 개별 공동(16)(도 8에는 공동 중 하나만 16으로 지시됨)을 둘러싸는 제1 열의 4개의 엔벨로프(20)가 형성된다.
상측이 개방된 4개의 나머지 긴 포켓 각각에 대해 제1 충전 단계를 반복한다. 이후, 제3 밀봉 단계를 반복하여, 제1 및 제7 선형 접합부(22a, 22g)에 평행하게 제7 접합부(22g)로부터 30 mm 거리로 연장되는 제8 선형 접합부(22h)를 형성한다. 따라서, 각각 개별 공동(16)을 둘러싸는 제2 열의 추가의 4개의 엔벨로프(20)가 형성된다.
각각 0.3g의 가스 발생 작용제(18)가 충전된 개별 공동을 둘러싸는 총 16개의 엔벨로프(20) 내에 샘플 라미나 구조체(10)를 완성하도록 2개의 추가의 접합부(22i, 22j)를 형성하기 위해, 제1 충전 단계와 제3 밀봉 단계를 2번 반복한다.
활성화 사이클에서 하나 또는 복수의 엔벨로프(20)를 포함하는 라미나 구조체(10)의 기능성은 도 3a 및 도 3b에 예시된다. 도 3a는 가스 발생 작용제(18)가 고체상(18'로 지시됨)으로 있는 비활성화 상태의 라미나 구조체(10)를 보여준다. 도 3b는 활성화 상태, 즉 가스 발생 작용제(18)가 가스상(18"로 지시됨)으로 증발된 상태의 라미나 구조체를 보여준다. 도 3a 및 도 3b의 비교를 통해 엔벨로프(20)의 형태가 비활성화 상태에서 (제1 엔벨로프 층(12)과 제2 엔벨로프 층(14)의 외부면 간의 거리(d0)에 대응하는) 매우 작은 두께(d0)의 비교적 평탄한 형태로부터 활성화 상태에서 (도 3b에서 거리(d1)에 대응하는) 매우 큰 두께의 오목한 형태로 변하였음을 알 수 있다.
제1 엔벨로프 층(12)이 기본적으로 비탄성 또는 비신축성 재료로 이루어지지만 제2 엔벨로프 층(14)은 기본적으로 탄성 또는 신축성 재료로 이루어지므로, 제2 엔벨로프 층(14)의 재료만이 가스 발생 작용제(18)의 활성화에 응답하여 적어도 일 방향으로 연신된다. 따라서, 가스 발생 작용제(18)의 활성화시 공동(16) 내 압력의 증가에 응답하여, 엔벨로프(20)의 형태는 제1 엔벨로프 층(12)이 기본적으로 변하지 않은 배열로 안정되게 유지되지만 제2 엔벨로프 층(14)의 팽창이 일어나도록 하는 방식으로 변하게 된다. 제1 엔벨로프 층(12)의 안정성은 라미나 구조체(10)로 제작된 임의의 직물이 열에 노출되는 상태에서 형태를 유지하는 것을 보장한다.
도 3a 및 도 3b의 실시예에서, 제1 및 제2 엔벨로프 층(12, 14)은 설명된 바와 같이 복수의 엔벨로프(20)를 형성하기 위해 접합부(22a, 22b, 22c, 22d)를 규칙적인 격자형 패턴으로 접합하는 것에 의해 서로에 접합되는 라미네이트 층이다. 따라서, 각각 2개의 인접하는 엔벨로프는 각각 2개의 인접하는 공동을 분리시키는 적어도 하나의 접합부(22b, 22c)를 공유한다. 그러므로, 인접하는 엔벨로프(20) 사이에 어떤 간극도 남겨지지 않는다. 여전히 라미나 구조체는 통기성을 갖도록 유지되는데, 이는 엔벨로프(20) 각각이 수증기 투과성 재료로 형성되기 때문이다.
도 3a 및 도 3b는 제1 층(12) 및/또는 제2 층(14)이 돌출부와 오목부를 갖는 구조를 취하는 경우, 제1 및 제2 층(12, 14) 각각의 기준 평면에 대한 거리(d0, d1)를 측정하기가 편리할 수 있음을 추가로 보여준다. 도시된 예에서, 거리(d0, d1)는 제1 및 제2 층(12, 14) 각각의 가장 먼 포인트를 터치하는 기준 평면을 사용하여 측정된다.
도 4a-4c는 활성화 상태 중 제1 단계(도 4b)와 제2 단계(도 4c)에서는 물론, 비활성화 상태(도 4a)에 있는 추가의 실시예에 따른 라미나 구조체(10)를 단순화된 개략적 단면도로 보여준다. 도 4a-4c의 실시예는 복수의 엔벨로프(20)(설명의 편의를 위해 엔벨로프는 20a-20e의 기준 부호로 지시됨)를 포함한다. 엔벨로프(20a-20e) 각각은, 각각 2개의 인접하는 엔벨로프(20a-20e)가 적어도 하나의 접합부(22b-22e)를 공유하도록, 설명된 바와 같이 평면도상 격자형 패턴의 접합부(22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f)를 따라 함께 접합된 2개의 엔벨로프 층(12, 14)으로 구성된다. 가스 발생 작용제(18)는 분말 형태(도 4a에서 18a로 지시됨)로 보여지고 있지만, 전술한 물질 또는 화학적 시스템 중 임의의 것일 수 있다.
가스 발생 작용제(도 4b 및 도 4c에서 가스 발생 작용제의 가스상 입자는 18"로 지시됨)의 적어도 유의미한 부분의 증발에 의한 가스 발생 작용제(18)의 활성화시, 공동(16a-16e) 내의 가스 압력이 증가하며, 엔벨로프(20a-20e)는 도 4b에 도시된 바와 같이 팽창된다. 도 4b에서, 팽창은 제1 층(12)과 제2 층(14) 간의 거리(d1)가 비활성화 상태(도 4a)에서의 거리(d0)에 대해 크게 증가하는 단계에 도달하게 된다. 그러나, 엔벨로프(20a-20e)의 수와 대응하는 공동(16a-16e)의 수는 여전히 도 4a의 비활성화 상태에서와 동일하다.
도 4c는 라미나 구조체(10)의 활성화 상태 중 더 진전된 단계를 보여준다. 도 4c의 단계에서, 인접하는 엔벨로프(20b, 20c; 20c, 20d)를 분리시키는 다수의 접합부(22c, 22d)는 개별 공동(16b, 16c, 16d) 내의 가스 압력하에서 적어도 부분적으로 파단된다. 결국, 먼저 분리된 공동(16b, 16c, 16d)은 도 4c에 예시된 단계에서 하나의 "거시적 공동"(26)으로 통합된다.
라미나 구조체(10)의 활성화 중 미리 정해진 단계에서 복수의 분리된 공동(16)의 이러한 통합은 장점을 갖는 것으로 간주되는데, 이는 제1 층(12)과 제2 층(14) 간의 거리를 증가시킴에 있어 작은 부피의 공동(16)보단 큰 부피의 공동(16)이 더 효율적이기 때문이다. 이러한 이유로, 활성화시 단열성을 효율적으로 향상시키는 것과 관련하여, 큰 공동을 제공하는 것이 유리하다. 활성화 이후, 엔벨로프는 가스 압력 하에서 결합함으로써 더 향상된 효율적인 단열 성능을 허용하는 큰 "거시적 공동"을 형성할 수 있다.
인접하는 공동(16a-16e)을 서로로부터 분리시키는 엔벨로프(20a-20e)의 접합부(22a-22f)는 공동(16)내의 압력의 개별적 증가에 응답하여 활성화 중 원하는 단계시에 잘 형성된 파단 포인트를 제공하기 위해 미리 정해진 부분이 다소 더 취약하도록 설계될 수도 있다.
도 4a-4c의 실시예에서, 제1 엔벨로프 층(12)과 제2 엔벨로프 층(14)은 모두 신축성 재료로 이루어지므로 공동 내부의 압력하에서 형태가 변할 수 있다. 그러나, 공동 내 가스 압력이 한계치 너머로 증가할 때 거시적 공동이 형성되는 도 4a-4c에 도시된 바와 같은 구조도 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 특히, 비신축성 재료의 제1 엔벨로프 층(12)과 신축성 재료의 제2 엔벨로프 층을 포함하는 라미나 구조체와 같이, 다른 재료로 된 제1 엔벨로프 층(12)과 제2 엔벨로프 층(14)을 포함하는 라미나 구조체(10)를 사용하여 구현될 수 있다.
도 5a-5c는 본 발명에 따른 라미나 구조체(10)를 포함하는 직물 복합체(50)의 단순화된 개략적 단면도를 보여준다. 직물 복합체(50)는 서로에 대해 배열된 복수의 층을 포함한다.
외측(A)은 도 5a-5c의 모든 실시예에서 주변을 향하는 직물 복합체(50)로 제작된 의복의 해당 측면을 의미한다.
도 5a의 실시예에서, 이러한 직물 복합체(50)로 제작된 의복의 외측(A)으로부터 볼 때 다음의 층들이 서로의 상부에 배열된다:
(1) 외측(35)과 내측(37)을 갖는 외부 방열 쉘 층(36);
(2) 외부 방열 쉘 층(36)의 내측(37) 상이 배열된, 전술한 바와 같이 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체(10);
(3) 직물 구조(50)의 내측상에 위치된 단열 직물층(24).
외부 방열 쉘 층(36)은 Nomex Delta T란 상표명으로 구입 가능한 섬유를 사용하여 200g/m2의 직물 중량의 직조 직물로 제작되며, 해당 직물은 예컨대 독일의 Fritsche사로부터 구매 가능하다.
라미나 구조체(10)는 외측에 배열된, 즉 외부 방열 쉘 층(36) 측을 마주하는 제1 엔벨로프 층(12)과 내측에 배열된, 즉 단열 직물 구조(24) 측을 마주하는 제2 엔벨로프 층(14)을 포함한다. 제1 엔벨로프 층(12)은 예컨대 접착성 도트(44)에 의해 직물층(42)의 내측에 접착 가능하게 부착된다. 라미나 구조체(10)의 제1 및 제2 엔벨로프 층(12, 14) 모두는 필수적으로 필요하지는 않지만 기능성 층을 포함할 수 있다.
제1 엔벨로프 층(12)은 ePTFE 막과 PU로 된 친수성 층을 포함하는 막 구조(40)를 포함한다. 막 구조(40)는 US 4 194 041에 따라 제조된다. 막 구조(40)는 자체의 ePTFE 측이 시트형의 2개의 층 라미네이트(도 1d)를 형성하는 부직포 아라미드 직물층(42)에 (예컨대 접착성 도트(44)에 의해) 접착 가능하게 부착된다. 직물층(42)은 90g/m2의 직물 중량인 15% 파라-아라미드 섬유와 85% 메타-아라미드 섬유로 구성된다. 이러한 제1 엔벨로프 층(12)은 기본적으로 비탄성 또는 비신축성을 가진다.
제2 엔벨로프 층(14)은 ePTFE 막과 PU로 된 친수성 층을 포함하는 막 구조를 포함한다. 막은 US 4 194 041에 따라 제조된다. 이러한 제2 엔벨로프 층(14)은 기본적으로 탄성 또는 신축성을 가진다.
라미나 구조체(10)의 엔벨로프(20)는 도 3a와 관련하여 설명된 바와 같은 여러 밀봉 단계를 수행하는 것에 의해 형성된다.
제1 엔벨로프 층(12)은 실질적으로 비탄성 또는 비신축성 재료로 구성되므로 활성화 상태에서도 직물층(42)에 안정적으로 부착된다.
최내측의 직조 직물층(24)은 135g/m2의 직물 중량을 가지며, Nomex/viscose(독일의 Fritsche사로부터 구매 가능)으로 구성된다. 최내측 직조 직물층(24)은 직물 복합체(50)가 의복의 제작에 사용되는 경우 착용자의 피부를 향한다.
도 5a의 직물에서, 라미나 구조체(10)는 기능성 층을 포함하는 제1 엔벨로프 층(12)과 마찬가지로 기능성 층을 포함하는 제2 엔벨로프 층(14)을 포함한다. 따라서, 라미나 구조체(10) 자체는 장벽 구조(38)의 기능성을 갖는다. 도 5a의 실시예에서, 실질적으로 비신축성 또는 비탄성 재료로 구성된 제1 엔벨로프 층(12)은 외부 방열 쉘 층(36) 측을 향하는 반면, 실질적으로 신축 가능하거나 탄성 재료로 구성된 제2 엔벨로프 층(14)은 단열 직물 구조(24)를 향한다. 그러므로, 가스 발생 작용제(18)의 활성화는 실질적으로 내측, 즉 착용자의 피부 측을 향하여 라미나 구조체(10)의 공동(16)의 팽창을 가져온다.
도 5a의 직물에서, 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체(10)는 외부 쉘(36) 내측과 단열 직물 구조(24) 외측에 위치된다. 외부 쉘(36)은 내화성과 단열성을 가지므로, 열원에 대해 라미나 구조체(10)의 차폐를 제공한다. 따라서, 라미나 구조체(10)는 의복의 외부 쉘(36)에 존재하는 것보다 훨씬 낮은 온도를 경험하는 것이 예상된다. 이것은 라미나 구조체(10)에 사용되는 재료의 온도 저항성이 외부 쉘(36)에 근접 위치된 재료에 대해 필요한 것처럼 높을 필요가 없다는 점에서 장점을 갖는다. 그러나, 적응적 단열 구조는 비교적 적절한 온도 증가에 응답(즉, 활성화됨)할 수 있어야 한다. 가장 중요하게는, 이러한 응답은 한편으로는 단지 적절하게 증가된 온도에서 불필요한 활성화를 방지하고, 활성화 상황의 경우에 예상되는 것보다 단지 약간 강한 온도 증가가 있는 경우에 활성화에 대한 돌발적 실패를 방지하기 위해 이러한 응답은 정밀하게 조정되어야 한다는 것이다. 본 발명에 따라 제1 층(12), 제2 층(14) 및 가스 발생 작용제(18)가 충전된 공동(16)을 포함하는 라미나 구조체(10)를 사용하여 비교적 정확하게 제어 가능한 적응적 단열 메커니즘이 구현될 수 있음이 확인된 바 있다.
라미나 구조체(10)를 적용할 수 있는 다른 예시적인 직물(50)의 구성이 도 5b 및 도 5c에 예시된다:
도 5b의 직물(50)에서, 라미나 구조체(10)는 도 5a에 기술된 바와 동일한 구조를 갖는다. 라미나 구조체(10)는 도 5a에서와는 반대의 방식으로 직물에 배열된다. 제2 엔벨로프 층(14)은 외부 쉘(36)의 내측(37)을 향하고 제1 엔벨로프 층(12)은 최내측 직물층(28, 24)을 향한다.
외부 방열 쉘 층(36)은 Nomex Delta T란 상표명으로 구입 가능한 섬유를 사용하여 200g/m2의 직물 중량의 직조 직물로 제작되며, 해당 직물은 예컨대 독일의 Fritsche사로부터 구매 가능하다.
직물층(28, 24)은 단열 직물 구조(34)를 형성한다. 단열 직물 구조(34)는 135g/m2의 Nomex/viscose 직포(Fritsche사로부터 입수 가능함)로 구성된 최내측 라이너(24)에 함께 누벼진 55g/m2의 스펀 레이스(spun lace)(Freudenberg사로부터 Vilene Fireblocker로서 입수 가능함)의 일층(28)으로 구성된다. 최내측 라이너(24)는 직물 복합체(50)가 의복의 제작에 사용되는 경우 착용자의 피부를 향한다.
라미나 구조체(10)는 외부 방열 쉘 층(36)과 단열 직물층(34) 사이에 위치된다. 도 5b의 실시예에서, 실질적으로 비탄성 또는 비신축성 재료로 구성된 제1 엔벨로프 층(12)은 단열 직물층(34)) 측을 향하는 반면, 실질적으로 탄성 또는 신축 가능한 재료로 구성된 제2 엔벨로프 층(14)은 외부 방열 쉘 층(36) 측을 향한다. 그러므로, 가스 발생 작용제(18)의 활성화는 실질적으로 외측(A)을 향하여 라미나 구조체(10)의 공동(16)의 팽창을 가져온다.
도 5c에서, 라미나 구조체(10)는 제1(외부) 엔벨로프 층(12)과 제2(내부) 엔벨로프 층(14)을 포함한다. 제2 엔벨로프 층(14)은 ePTFE 막과 PU로 된 친수성 층을 포함하는 막 구조(40)이다. 막은 US 4 194 041에 따라 제조된다. 상기 제2 엔벨로프 층(14)은 기본적으로 탄성 또는 신축성을 가진다. 상기 제1 엔벨로프 층(12)은 ePTFE 막과 PU로 된 친수성 층을 포함하는 막 구조(40)를 포함한다. 막 구조(40)는 US 4 194 041에 따라 제조된다. 막 구조(40)는 ePTFE 측이 제1 엔벨로프 층(12)을 형성하는 외부 방열 쉘 층(36)에 (예컨대 접착성 도트(44)에 의해) 접착 가능하게 부착된다.
외부 방열 쉘 층(36)은 Nomex Delta T란 상표명으로 구입 가능한 섬유를 사용하여 200g/m2의 직물 중량의 직조 직물로 제작되며, 해당 직물은 예컨대 독일의 Fritsche사로부터 구매 가능하다.
도 5b의 실시예와 유사한 층(28, 24)을 포함하는 단열 직물 구조(34)가 라미나 구조체(10)의 제2 엔벨로프 층(14)에 제공된다.
본 실시예의 라미나 구조체(10)는 직물의 외층을 형성하고, 엔벨로프(20)는 외부 방열 쉘 층(36)과 단열 직물 구조(34) 사이에 위치된다. 제1 엔벨로프 층(12)은 실질적으로 비탄성 또는 비신축성 재료로 구성된다. 제2 엔벨로프 층(14)은 실질적으로 탄성 또는 신축성 재료로 구성되고, 단열 직물 구조(34) 측을 향한다.
도 6은 도 5a-5c에 도시된 바와 같은 직물 복합체(50)를 포함하는 소방수 자켓(52)을 보여준다. 본 발명에 따른 직물(50)을 포함할 수 있는 다른 의복은 자켓, 코트, 바지, 오버올, 장갑, 양말, 각반 및 헤드기어를 포함한다. 본 발명의 라미나 구조체는 신발, 담요, 텐트 등이나 그 일부에 합체될 수도 있다.
도 7은 라미나 구조체가 비활성화 상태로부터 활성화 상태로 전환될 때 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리(d)의 증가를 측정하는 장치(100)의 개략적 스케치를 보여준다. 이와 관련하여, 라미나 구조체(10)가 비활성화 상태로부터 활성화 상태로 전환될 때 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리(d)의 증가를 측정하기 위해 도 7의 장치에 시험편(60)으로서 사용될 샘플 라미나 구조체(10)의 개략적 스케치를 보여주는 도 8을 참조한다. 시험편(60)은 도 8에서 평면도로 나타낸다. 이것의 단면도는 도 3a 및 도 3b에 도시된 단면에 대응한다. 도 8은 비활성화 상태의 시험편(60)을 보여준다.
이러한 시험편의 두께 변화를 측정하기 위한 방법은 다음과 같다:
측정 장치의 구성
온도 변화에 응답하여 시험편(60)의 두께 변화를 측정하기 위한 장치(100)가 도 7에 예시된다. 장치는 베이스(102), 가열판(104), 상판(106) 및 레이저를 기초로 한 거리 측정 기구(114)를 포함한다.
가열판(104)은 가열 장치(Erichsen사의 닥터 블래이드 코터 509/MC/1로부터의 300 mm × 500 mm 플레이트 + 220V/16A에 연결된 제어기 Jumo dtron 16을 갖춘 가열 제어 Jumo Matec)에 연결된다.
시험편(60)은 가열판 위에 평평하게 배치한다.
상판(106)은 89 mm의 직경의 평 디스크의 형태를 가지며, "Monolux500"(영국 윅스브릿지에 소재한 Cape Boards & Panels 사로부터 구입 가능) 또는 등가의 재료로 구성된다. 상판(106)은 약 115g의 무게를 갖는다. 상판(106)은 시험편(60) 위에 평평하게 배치한다.
레이저를 기초로 한 거리 측정 기구(110)는 프레임(112)과 거리 레이저 소자(114)(레이저 센서: 초당 3회 측정의 판독 속도를 갖는 A/D 변환기 Almemo 2590-9V5에 연결되고, A/D 변환기는 평판 상 0.2 mm의 정확도로 레이저 센서의 0-10V 출력을 0-400 mm 거리 판독으로 번역하는, Leuze ODSL-8N-400-S 12)를 포함한다. 프레임(112)은 베이스(102)에 설치되며, 거리 레이저 소자(114)의 상부 암(arm)에 설치된다. 거리 레이저 소자(114)는 상판(106)의 상부면 측으로 레이저 빔(116)을 출사하고 반사된 빔(118)을 수신한다. 거리 레이저 소자(114)는 거리 레이저 소자(14)와 상판(106)의 상부면 사이의 거리(h)를 감지할 수 있다. 바람직하게, 레이저 빔(116)은 상판(106)의 상부면에 수직하게 출사된다.
가열판(104)의 온도 구배는 측정의 범위 내에서 가열판을 통해 2K보다 낮다.
제1 측정 절차(두께 가역( reversibility ) 방법):
이러한 두께 가역 시험을 위해, 다중의 활성화/비활성화를 경험할 수 있는 시험편(60), 예컨대, 도 8에서 평면도로 그리고 도 3a 및 도 3b에서 단면도로 예시되고 가스 발생 작용제로서 탄산암모늄((NH4)2CO3)을 갖는 구성을 갖는 시험편(60)을 사용하였다.
제1 측정 절차는 상온, 즉 23℃의 조절된 온도와 65%의 상대 습도에서 수행하였다.
전술한 바와 같은 두께 측정 장치의 구성을 사용하였다.
(a) 제로 판독치(h_0)를 얻기 위해 상판(106)을 가열판(104)(시험편 없이)에 직접 배치하였다.
(b) 이후, 시험편(60)을 가열판(104)과 상판(104) 사이에 배치하였다. 가열판(104)은 초기 높이 판독치(h_1)를 얻기 위해 주위 온도 이상이면서 가스 발생 작용제의 예상되는 활성화 온도 아래 5K의 온도로 가열된다. 시험편(60)의 두께(비활성화 상태에서 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리에 대응)는 d0=h_0 - h_1.
(c) 가열 사이클:
가열판(104)의 목표 온도는 엔벨로프(20) 내의 가스 발생 작용제의 활성화 온도 위로 30℃의 온도로 설정하였고, 가열판(104)은 1K/분의 가열 속도로 가열하였다. 두께 증가(제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리(d)의 증가에 대응)는 매 10초마다 거리 레이저 측정 소자(114)로 측정하였다. 가열판(104)이 목표 온도에 도달하면, 해당 온도를 약 10분간 유지하였고, 두께 증가의 판독을 계속하였다. 10분 후, 최종적인 두께 증가를 측정하였다(가스 발생 작용제의 활성화 상태에서 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리에 대응).
(d) 냉각 사이클:
가열판(102)의 목표 온도는 상온으로 설정하였고, 가열판(102)은 1시간 내에 공냉하였다. 두께 감소(제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리(d)의 감소에 대응)는 매 10초마다 거리 레이저 소자(114)로 측정하였다. 가열판(104)이 목표 온도에 도달하면, 해당 온도를 약 10분간 유지하였고, 두께 감소의 판독을 계속하였다. 10분 후, 최종적인 두께 감소를 측정하였다(비활성화 상태에서 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리에 대응).
가열 사이클(c)과 냉각 사이클(d)을 3회 반복하였다. 매번 최고 온도에서의 두께 증가와 최저 온도에서의 두께 감소를 측정하였다.
도 9는 거리(d) 대 온도(T) 다이어그램의 형태로 하나의 가열 사이클과 하나의 냉각 사이클에 대한 구께 가역 시험의 결과를 개략적으로 보여준다. 도 9에서는 히스테리시스 루프가 생성되었음을 알 수 있다. 온도(T0)/거리(d0)로부터 시작하여, 거리(d)는 상한(152)에 도달될 때까지 곡선(150)을 따라 증가하였다. 온도(T)가 다시 감소되면, 거리(d)는 제1 거리(d0)에 다시 도달할 때까지 다른 곡선(154)을 따랐다. 이러한 히스테리시스 루프의 상한(152)으로부터, 활성화 배열 상태에서의 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리(d1)와, 하한으로부터 비활성화 배열 상태에서의 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리(d0)가 추론될 수 있다.
제2 측정 절차(주어진 온도에 대해 시간과 관련된 두께 증가):
도 8에서 평면도로 그리고 도 3a 및 도 3b에서 단면도로 예시된 바와 같은 구성을 갖는 시험편(60)에 대해 제2 측정 절차를 수행하였다. 가스 발생 작용제(18)로서 이탄산나트륨(NaHCO3, "베이킹 소다")로 제조된 분말을 사용하였다. 엔벨로프(20) 내에 충전된 가스 발생 작용제(18)의 양은 엔벨로프 당 약 0.3g이었다.
시험편(60)은 고정 온도의 열원에 노출하였고 시간에 대한 시험편(60)의 두께 변화를 검출하였다.
시험은 상온, 즉 23℃의 조절된 온도와 65%의 상대 습도에서 수행하였다.
www.vwr.com으로부터 획득 가능한 VHP C7-2 타입의 가열판을 포함하는 전술한 바와 같은 두께 측정 장치의 구성을 사용하였다.
(a) 가열판(104)을 상온으로 유지하였다. 상판(106)을 가열판(104)(시험편 없이)에 직접 배치하였고 제오 높이 판독치(h_0)를 얻었다.
(b) 이후, 가열판(104)을 250℃의 온도까지 가열하였고, 시간에 대한 높이 판독치(h)의 검출을 시작하였다. 높이 판독치는 시간에 따른 시험편(60)의 두께 변화를 판정하기 위해 높은 시간 분해능으로 획득하였다. 가열판(104)은 시험 내내 250℃의 온도로 유지하였다.
(c) 시험편(60)의 상부에 위치된 상판(106)과 함께 시험편(60)을 가열판(104)에 배치하였다. 시험편(60)의 두께(d) 변화 대 가열판(104)의 가열 시작 후 결과 시간(t)을 개략적으로 보여주는 도 10의 포인트 A를 참조하여, 시험편(60)의 초기 두께(d0)(비활성화 상태에서 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리에 대응)(d0=h_0 - h_1)(포인트 A 참조)를 얻기 위해 제1 높이 판독치(h_1)을 즉시 획득하였다. 시간(t0)에서, 시험편(60)을 가열판(104)(250℃의 온도에 있음)에 배치한 후 두께(d0)를 판정하였다.
(d) 가열판(104)은 이미 250℃의 온도에 있으므로, 가스 발생 작용제(18)는 그 배열이 가스상으로 신속하게 변화되었고, 따라서 시험편(60)의 두께(d)는 도 10의 포인트 A와 B 사이의 곡선 구간(180)에 의해 나타낸 바와 같이 신속하게 증가하였다. 시간(t1)에서, 두께 대 시간 곡선은 도 10에서 포인트 B에 도달하였다. 포인트 B에서의 높이 판독치(h_B)를 획득하였다. 포인트 B는 엔벨로프(20)가 파괴되지 않고 크게 팽창된 활성화 상태의 제1 단계에 대응한다. 도 10에 예시된 바와 같이, 활성화 상태의 제1 단계는 시간(t1)에 도달되었고, 시험편(60)의 두께는 d1이었다.
활성화 상태의 제1 단계에서 시험편(60)의 두께(활성화 상태의 제1 단계에서 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리에 대응)는 D1 = h_0 - h_B.
시험편(60)의 두께 증가(비활성화 상태와 관련하여 활성화 상태의 제1 단계에서 제1 층(12)과 제2 층(14) 사이의 거리의 증가에 대응)는 d1 - d0 = h_1 - h_B.
시간(t1)에 후속하여, 두께 대 시간 곡선의 가파른 증가는 크게 둔화되었다. 그러므로, 두께 대 시간 곡선의 기울기의 변화는 도 10에서 포인트 B에 대응하는 시간(t1)에서 관찰되었다. 엔벨로프(20)는 비록 곡선 구간(180)에서 급격하게 팽창되었지만 여전히 시간(t1)에서 온전하게 유지됨이 관찰되었다.
(e) 시간(t1) 후에, 시험편(60)의 두께는 시간에 따라 여전히 증가되었지만, 도 10에서 포인트 B와 C 사이의 곡선 구간(182)에서 볼 수 있는 바와 같이 낮은 기울기로 증가되었다. 시험편(60)의 두께 증가의 둔화는 다음의 두 가지 효과 중 적어도 하나이 기인하는 것으로 추정된다: (i) 가스 발생 작용제가 완전하게 활성화 배열 상태로 전환됨으로써 공동 내의 가스의 양은 더 이상 증가되지 않지만 공동 내의 압력은 온도에 따른 가스 팽창에 따라 결국 증가하는 효과; (ii) 공동이 주어진 표면적에 대해 부피를 최적화하기 위해 형태 변경(즉, 구형으로)이 이루어짐으로써 외부 엔벨로프의 재료가 가스 압력하에서 신장되는 만큼 결과적으로 신속하게 추가의 팽창이 가능해지는 효과.
(f) 시간에 따른 시험편(60)의 두께(d) 증가의 추가적인 둔화가 도 10에서 포인트 C와 시간(t2) 이후의 곡선 구간(184)에서 볼 수 있는 바와 같이 시간(t2)에서 관찰되었다. 엔벨로프(20)를 분리시키는 내부 접합부(22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 22i)가 공동(16) 내부의 가스 압력하에서 파열되었음이 관찰되었다(시험편(60)에서 외부 접합부(22a, 27b, 22f, 22j)는 내부 접합부보다 강하게 구성되어 있어서 온정하게 유지되었음). 따라서, 공동(16)을 하나의 거시적 공동으로 결합하는 것에 의해(도 4a-4c와 관련하여 전술한 공정과 유사) 거시적 공동이 형성되었다. 시간(t2)에서 거시적 공동의 형성 후의 곡선 구간(184)에서 시간에 따른 두께(d)의 증가의 둔화는 거시적 공동의 큰 부피에 기인한다. 거시적 공동의 형성은 도 4c와 관련하여 설명된 활성화 상태에서 더 진전된 단계에 도달되었음을 나타낸다. 도 10에서 포인트 C에 대응하는 시간(t2) 이후에, 가열판(104)에 의해 제공된 모든 열 에너지가 거시적 공동 내부와 거시적 공동 외부 간의 압력 차이로 변환될 때까지 곡선 구간(184)에서 보여지는 바와 같이 시험편(60)의 두께 증가가 계속되었다.
전술한 바와 같지만 모든 접합부(22a-22j)가 비슷하게 강하게 구성된 배열을 갖는 다른 시험편에 대해 행해진 추가의 시험의 경우, 전술한 바와 같은 거시적 공동의 형성은 덜 두드러짐이 관찰되었는데, 이는 모든 공동이 시간(t2) 근처의 짧은 시간 내에 하나의 거시적 공동으로 결합된 것은 아니기 때문이다. 구체적으로, 이러한 실시예의 경우, 엔벨로프(20) 사이의 접합부(22a-22j)는 연장된 시간 구간에 걸쳐 차례로 파열됨으로써 최종적으로 모든 접합부가 파열되었다. 이러한 실시예에서, 포인트 C에서의 기울기 감소는 훨씬 덜 두드러진다.
직물 구조의 예:
도 8 및 도 3a에 도시된 바와 같은 라미나 구조체(10)를 포함하는 도 5a에 도시된 바와 같은 직물 샘플 구조(50)는 전술한 바와 같이 16개의 엔벨로프(20)를 갖는 구성으로 구성되어 예 1을 형성한다. 기준 예로서, 가스 발생 작용제(18)가 충전된 엔벨로프(20)가 없이 동일한 구성이 사용되었다.
다음의 시험 결과가 얻어졌다:
예 1 기준 예
EN367-HT124-mean [초] 26.4 20.4
면적 당 중량 [g/m2] 537 553
RET [m2Pa/W] 18 18
"EN367-HT124-mean"은 EN 367(1992)에 정의된 "80 W/m2에서의 열전달 지수"를 말한다. 해당 양은 제1 측면이 80 W/m2의 열원에 노출될 때 도 8에 도시된 바와 같은 샘플 직물의 제2 측면(내측)에서의 온도의 24K의 증가를 획득하기 위해 소요된 시간을 측정한다.
RET는 앞서 정의된 바와 같이 수증기 전달 저항을 말한다.

Claims (24)

  1. 적응적 단열을 제공하는 라미나 구조체(10)로서:
    -제1 층(12)과,
    -제2 층(14)과,
    -상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이에 제공되고, 반투과성의 엔벨로프(20)에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 공동(16)과,
    -비활성화된 배열과 활성화된 배열을 가지고, 상기 공동(16) 내의 온도의 증가에 응답하여 상기 공동(16) 내부의 가스 압력을 증가시키도록 상기 비활성화된 배열로부터 상기 활성화된 배열로 변하도록 된 가스 발생 작용제(18)를 포함하고,
    -상기 제1 층(12), 상기 제2 층(14) 및 상기 공동(16)은 상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이의 거리(d)가 상기 공동(16) 내의 가스 압력의 증가에 응답하여 증가하도록 배열된 것을 특징으로 하는 라미나 구조체(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 발생 작용제(18)는, 상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이의 상기 거리(d)가 상기 가스 발생 작용제(18)의 비활성화 배열 상태에서의 제1 거리(d0)로부터 상기 가스 발생 작용제(18)의 활성화 배열 상태에서의 제2 거리(d1)까지 증가하도록, 미리 정해진 활성화 온도를 초과하는 상기 공동(16) 내의 온도에 응답하여 상기 공동(16) 내에 가스를 발생시키도록 된 라미나 구조체(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 발생 작용제(18)의 활성화 배열 상태에서 상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이의 상기 제2 거리(d1)는 상기 가스 발생 작용제(18)의 비활성화 배열 상태에서 상기 제1 층(12)과 상기 제2 층(14) 사이의 상기 제1 거리(d0)보다 1 mm이상 만큼 더 큰 라미나 구조체(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 반투과성 엔벨로프(20)는 친숙성 재료를 포함하는 라미나 구조체(10).
  5. 제4항에 있어서, 상기 반투과성 엔벨로프(20)는 폴리우레탄 또는 폴리에스터를 포함하는 라미나 구조체(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서, 상기 반투과성 엔벨로프(20)는 적어도 부분적으로 신축성 재료로 구성된 라미나 구조체(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 항에 있어서, 상기 엔벨로프(20)는 수증기 투과성이면서 적어도 일시적으로 가스 불투과성인 재료로 된 적어도 2개의 엔벨로프 층(12, 14)으로 구성되며, 상기 층(12, 14)은 함께 접합된 라미나 구조체(10).
  8. 제7항에 있어서, 상기 엔벨로프(20)는 수증기 투과성이면서 적어도 일시적으로 가스 불투과성이고 비신축성인 재료로 된 제1 엔벨로프 층(12)과 수증기 투과성이면서 적어도 일시적으로 가스 불투과성이고 신축 가능한 재료로 된 제2 엔벨로프 층(14)을 포함하는 라미나 구조체(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 상기 엔벨로프(20)는 상기 가스 발생 작용제(18)의 활성화 배열 상태에서 상기 공동(16) 내의 소정 범위의 온도와 관련된 온도 저항성 재료로 구성된 라미나 구조체(10).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 가스 발생 작용제(18)는 상기 비활성화 배열 상태에서 액체, 겔 또는 고체의 형태로 존재하며, 상기 적응적 단열 라미나 구조체의 활성화 온도는 상기 가스 발생 작용제(18)로부터 적어도 일종의 가스 화합물의 방출을 유도하는 화학 반응의 활성화 에너지에 대응하는 온도인 라미나 구조체(10).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 항에 있어서, 상기 가스 발생 작용제(18)는 분말 또는 과립 물질의 형태로 존재하는 라미나 구조체(10).
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 항에 있어서, 상기 가스 발생 작용제(18)는 히드로겔의 형태로 존재하는 라미나 구조체(10).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 항에 있어서, 서로 인접하게 배열되는 복수의 엔벨로프(20)를 포함하는 라미나 구조체(10).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 층(12)은 반투과성 재료를 포함하고, 상기 제2 층(14)은 반투과성 재료를 포함하고, 상기 제1 층(12)은 상기 제2 층(14)에 인접하게 배치되고, 상기 제1 층과 제2 층(12; 14)은 해당 제1 층 및 제2 층(12, 14)에 의해 상기 공동(16)의 상기 엔벨로프(20)의 형태를 형성하도록 적어도 하나의 접합부(22a, 22b, 22c, 22d, 22j)를 따라 함께 접합된 라미나 구조체(10).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 항에 있어서, 상기 공동(16)은 서로 가스 연통하는 복수의 서브 공동을 포함하는 라미나 구조체(10).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 항에 있어서, 복수의 공동(16a-16e)을 포함하고, 상기 공동(16a-16e) 각각은 상기 가스 발생 작용제(18)의 비활성화 배열 상태에서 각각의 접합부(22a-22j)를 통해 인접 공동으로부터 분리되며, 상기 접합부(22a-22j)는, 상기 활성화 배열 상태에서 복수의 인접하는 공동(16a-16e) 사이에서 가스 전달을 허용하도록, 상기 가스 발생 작용제(18)의 활성화 배열 상태에서 생성된 가스 압력에 놓여질 때 파열되도록 된 미리 정해진 파열부를 각각 포함하는 라미나 구조체(10).
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 항에 있어서, 상기 공동(16)은 상기 가스 발생 작용제(18)의 비활성화 배열 상태에서 1 mm 이상, 바람직하게는 5 mm 이상, 가장 바람직하게는 15 mm 이상의 측방 치수와 2 mm 이하의 두께 치수를 갖는 라미나 구조체.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 항에 있어서, 상기 공동(16)은 상기 가스 발생 작용제(18)의 비활성화 배열 상태에서의 상기 공동(16)의 부피에 대해 상기 가스 발생 작용제(18)의 활성화 배열 상태에서 10-2000의 상대적 부피 증가를 갖는 라미나 구조체.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 항에 따라 적응적 단열(12, 14, 16, 18)을 제공하는 라미나 구조체(10)를 갖는 복합 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물(50).
  20. 제19항에 있어서, 상기 직물은 서로에 대해 라미네이트된 복수의 직물층을 포함하고, 상기 복수의 직물층은 외측(35)과 내측(37)을 갖는 외부 방열 쉘 구조(36)를 포함하고, 상기 라미나 구조체(10)는 적응적 단열(12, 14, 16, 18)을 제공하며, 상기 적응적 단열(12, 14, 16, 18)을 제공하는 상기 라미나 구조체(10)는 상기 외부 방열 쉘 구조(36)의 상기 내측(37) 상에 배열된 직물(50).
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 장벽 구조(38)를 더 포함하는 직물(50).
  22. 제21항에 있어서, 상기 장벽 구조(38)는 적어도 하나의 수증기 투과성 및 방수성 층(12; 14)을 포함하며, 상기 수증기 투과성 및 방수성 층(12)은 수증기 투과성 및 방수성 막을 포함하는 직물(50).
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 항에 있어서, 소방복에 사용되도록 된 직물(50).
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 항에 있어서, 상기 직물은 150 m2Pa/W 미만, 바람직하게는 30 m2Pa/W 미만, 더 바람직하게는 20 m2Pa/W 미만의 수증기 전달 저항(Ret)을 갖는 직물(50).
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