TWI685307B - 限制傳導之熱反射材料及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示複數種絕緣材料，特別是複數種提供經改良的絕緣性質而不損害透氣性的材料。該等絕緣材料可包括一具有濕氣蒸發傳輸率(MVTR)為至少2000g/m2/24h(JIS 1099 A1)的基底材料；多個耦合至該基底材料之一第一側的熱反射元件，每個熱反射元件具有一熱反射表面且被放置成向一下表面反射熱；以及多個耦合至該基底材料之第一側的間隔元件，每個間隔元件的尺寸和形狀設計成減少該熱反射元件與該下表面的接觸。

Description

限制傳導之熱反射材料及其製造方法 相關申請案之相互參照
此申請案主張在2017年10月16日申請之美國臨時申請案第62/573,154號之較早申請日的優先權利益，其整體在此併入本文中以供參考。
發明領域
本發明係有關於熱反射材料，特別是有關於提供經改良的熱反射性質且限制熱傳導而不損害透氣性的材料。
發明背景
藉由將體熱反射至穿用者的身體表面來提供經改良的絕緣性之材料通常會損失濕氣蒸發穿透率(moisture vapor transmission)而導致低透氣性。這種濕氣蒸發穿透率的降低可能導致織物變潮濕，從而引起不適及經由熱傳導加速熱損失。此外，熱反射材料和皮膚之間的接觸會非所欲地使熱反射材料將體熱從皮膚傳導離開，從而不慎地加速熱損失。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種絕緣材料，其包含：一具有濕氣蒸發傳輸率(MVTR)為至少2000 g/m2 /24h的基底材料(JIS 1099 A1)；多個耦合至該基底材料之一第一側的熱反射元件，每個熱反射元件具有一熱反射表面且被放置成向一下表面反射熱；以及多個耦合至該基底材料之第一側的間隔元件，每個間隔元件的尺寸和形狀設計成減少該等熱反射元件與該下表面的接觸。
較佳實施例之詳細說明
在以下詳細的描述中，參考構成本案之一部分的所附圖式，且所附圖式是以闡明可被實施的具體例的方式顯示。應當瞭解的是，在不脫離範圍的情況下，可使用其他具體例，且可進行結構或邏輯上的改變。因此，以下詳細的描述不應被視為具有限制意思，並且具體例的範圍是由隨附之請求項及其相等物(equivalents)所界定。
可以用有助於理解具體式的方式，將各種操作描述成多個離散操作(discrete operations)；然而，描述的順序不應被解釋成暗示這些操作是順序相關的(order dependent)。
描述可使用以透視法為主的描述(perspective-based descriptions)，例如上/下(up/down)，後/前(back/front)和頂/底(top/bottom)。如此的描述僅為了方便討論，並不意欲限制所揭示之具體例的應用。
術語「耦合(coupled)」和「連接(connected)」及其等之派生詞亦會被使用。應當理解的是，這些術語不意欲被作為彼此的同義詞。更確切地說，在特定具體例中，「連接」可用於表示二或多個元件係直接物理接觸彼此。「耦合」可表示二或多個元件係直接物理接觸。然而，「耦合」亦可表示二或多個元件未有直接接觸彼此，但仍然彼此協作或是相互作用。
為了描述的目的，形式為「A / B」或形式為「A和/或B」的措辭表示(A)、(B)或(A和B)。為了描述的目的，形式為「A、B和C中的至少一個」的措辭表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、( B和C)、或(A、B和C)。為了描述的目的，「形式為(A)B」的措辭表示(B)或(AB)，即A是任擇的元件。
描述可使用的術語「具體例」或「複數個具體例」，其各自可指相同或不同具體例中的一或多個。此外，如在具體例方面所使用的術語「包含」、「包括」、「具有」等是同義的。
本文的複數個具體例提供例如用於貼身裝備(body gear)和戶外裝備複數個絕緣材料，其提供經改良的熱反射以及較低的熱傳導，同時仍提供優異的濕氣蒸發穿透率。
在各種具體例中，該等絕緣材料可包括一基底材料(諸如織物)，其具有至少2000 g/m2 /24h(JIS 1099 A1)的濕氣蒸發穿透率(MVTR)，諸如至少4000 g/m2 /24h(JIS 1099 A1) 、至少6000 g/m2 /24h、或至少8000 g/m2 /24h。在各種具體例中，該基底材料可以是一網狀織物(mesh) 、發泡體(foam)或是皮革。如本文所用，術語「濕氣蒸發穿透率(MVTR) 」指水蒸氣通過材料(諸如織物)的測量。術語「可透氣」在本文中係用於指一織物具有等於或高於2000 g/m2 /24h(JIS 1099 A1)的MVTR。在一些具體例中，一可透氣材料允許水蒸氣的通過，但不允許液態水的通過。雖然該術語「可透氣」常常被認為亦包含氣體可透性，但「可透氣」織物不一定具有高的氣體可透性。該基底織物之額外的所欲特性可包括抗水性、防水性、伸展性、懸垂性和柔軟性。在具體例中，一基底材料可以是一梭織物或非織物、一針織物、一發泡體、一網狀織物(mesh)、一皮革或用於製成貼身裝備和/或戶外裝備的物品之其他材料。
在各種實體例中，多個熱反射元件可耦合至該基底材料之一第一側(例如，當該基底織物或其他材料加入貼身裝備裡時，該材料面向使用者的身體的那側)，並每個熱反射元件可具有一熱反射表面，且可被放置成向一熱源處(諸如使用者的身體)反射熱。此外，多個間隔元件可耦合至該基底材料之該第一側。在各種具體例中，每個間隔元件可與該基底材料的該第一側之間保持一空間(諸如空氣空間)且可防止或減少複數個熱反射元件與一下表面(underlying surface)(諸如衣服的基層、中間層和/或使用者的皮膚)之間的接觸，從而減少穿透該基底材料的熱傳導。
在各種具體例中，每個間隔元件可從該基底材料之第一側突出至少0.2-5.0mm，諸如約0.2-2.0mm。在各種具體例中，該間隔元件可採用多種形式中的任何一種，且有些實施例可以是由梭織或非梭織莢(pods)、針織材料、發泡體元件或是經垂直取向的纖維(VOF)製成。在一些具體例中，由經垂直取向的纖維(例如，一VOF元件)製成的一間隔元件可包括多個纖維，該等纖維是定向(oriented)成實質上垂直於該基底材料的表面。在各種具體例中，該多個間隔元件的至少一部分可至少部分疊合和/或重疊該多個熱反射元件的至少一部分。在一些具體例中，該等間隔元件可完全重疊或部分重疊該等熱反射元件。在特定的非限制性實施例中，該等間隔元件可覆蓋、疊合或重疊複該等熱反射元件約2-40 ％的表面積，諸如約5-25 ％。在各種具體例中，每個間隔元件可具有約1-6mm的最大尺寸，諸如約2-3mm，且該等間隔元件的中心對中心之間距可為約3-5mm。
在各種具體例中，熱反射元件和間隔元件二者的間隔和配置可使該基底材料的複數個部分在複數個相鄰元件之間未被覆蓋，並且這些未被覆蓋的該基底材料之部分可提供水蒸氣穿透，從而產生一可透氣的材料，諸如一可透氣的織物。在一些具體例中，至少15％的該基底材料可保持未被熱反射元件和間隔元件二者覆蓋，諸如約20％、約30％、約35％或約50％。在各種具體例中，該等熱反射元件可覆蓋足夠的該基底材料之表面積，以將一所欲的熱量(amount of heat)(諸如體熱)反射至使用者的身體，諸如至少30％的該基底材料。
在各種具體例中，與單獨的基底材料相比，該等間隔元件可提供增強的絕緣性。在各種具體例中，該等間隔元件可防止或減少該等熱反射元件與一下表面(諸如一基層、或中間織物或材料層的表面)之間的接觸，從而可減少該等熱反射元件的熱傳導。此外，在各種具體例中，該等間隔元件可防止或減少該等熱反射元件與使用者的皮膚之間的接觸，從而可減少該等熱反射元件的熱傳導。在各種具體例中，該等間隔元件亦可保持該基底材料與一下表面(諸如一基層、或中間織物或材料層的表面)之間的空間，其可促進空氣流動和/或通風並增強透氣性的感覺。在各種具體例中，該等間隔元件亦可保持使用者的皮膚和該基底材料之間的空間，其可促進空氣流動和/或通風並增強透氣性的感覺。再者，該等間隔元件和該等熱反射元件的重疊放置出乎意料地不會減少該等熱反射元件所反射的熱量，或減少如預期多的反射熱(the heat reflected as much as expected)。在一些具體例中，任何熱反射損失可能大大地被相對應的熱傳導之減少抵消。在具體例中，一所揭示之絕緣材料的絕緣值比構成其之基底材料的絕緣值增加至少50％、例如至少75％、至少100％、至少125％、至少150％、至少175％、至少200％、至少225％或甚至至少250％高於構成其之基底材料的絕緣值，諸如比構成其之基底材料的絕緣值高約50％至約230％，例如不包括如本文所述的複數個熱反射元件或複數個間隔元件的一種材料。
所揭示的材料之最顯著的優點之一係：含有複數個熱反射元件和複數個間隔元件(諸如經垂直取向的纖維元件)的基底材料(諸如基底織物)，以出乎意料且無法預期的數值，提供一個比單獨的基底材料更大的絕緣性。藉由將該等間隔元件和該等熱反射元件添加到該基底材料，熱被該絕緣材料以協同作用的方式補集(trap)和/或留住(retain)。如以下的實施例中所證明，且特別如表2中所示，將間隔元件和熱反射元件二者包含在一基底織物中，比由僅有該等隔離元件和僅有該等熱反射元件的效果之簡單線性相加所預期的幾乎增加二倍。此協同效應提供一種遠遠超出預期的絕緣材料。
根據各種具體例，圖1、2和3闡明了一絕緣材料之一實施例的俯視圖(圖1) 、側視圖(圖2)和一透視圖(圖3)。參考圖1、2和3，該絕緣材料100可包括一基底材料102，諸如一具有至少2000 g/m2 /24h的MVTR的基底織物，其可允許水蒸氣離開使用者的身體和通過該基底材料，以防止水份積聚於貼身裝備內。此外，該基底材料102可具有適合於其預期用途的一或多個額外的功能特性。該基底材料102可由任一材料或任何複數種材料製成，該材料提供所欲的功能特性，手感、重量、厚度、梭織、紋理和/或其他所欲的性質，且可包括尼龍、聚酯、人造絲、棉、氨綸 、羊毛、絲綢或其混合物。在特定的非限制性實施例中，該基底材料可以是一「性能」材料，諸如具有高MVTR(例如，至少2000 g/m2 /24h，JIS1099 A1)以及可透性在弗雷澤裝置(Frazier device)上高於10-30 CFM之一性能合成針織或梭織材料。在一些具體例中，該基底材料之第一側可以是平坦的，以便於該等熱反射元件和/或該等間隔元件的應用。
繼續參考圖1、2和3，該絕緣材料100亦可包括耦合至該基底材料102的一第一側之多個熱反射元件104。如本文所用，該術語「第一側」係指該基底材料102的側面，當基底材料102被併入貼身裝備中時，該側面意欲面向使用者的身體，無論該側面是有接觸使用者的身體(諸如當該絕緣材料100係用作為貼身裝備物品中的最內層或唯一層時)，或是沒接觸使用者的身體(諸如當該絕緣材料100作為中間層或最外層被併入貼身裝備中時)。在各種具體例中，每個熱反射元件104可具有一熱反射表面且可被放置成向使用者的身體反射熱。
如本文所用，該術語「熱反射元件」係指具有反射電磁輻射的一表面之一單一元件，所述電磁輻射具有比可見光的波長更長的波長(例如，紅外線範圍，為了本揭示內容的目的，其從在700納米(頻率430THz)的可見光譜之標稱紅邊(nominal red edge)延伸到1毫米(300GHz))。該範圍包括接近室溫的物體所發射的大部分熱輻射。在各種具體例中，該等熱反射元件亦可以反射該光譜(諸如可見光譜)之其他部分中的電磁輻射。在各種具體例中，該等熱反射元件係由一金屬塑料(metallic plastic)或一箔(foil)( 諸如一用鋁真空金屬化的薄膜)所形成。各種具體例可包括一用鋁真空金屬化的薄膜，其塗覆有一薄漆。在各種具體例中，該薄漆外塗層(overcoat)可含有顏料或染料以改變可見光範圍內的電磁輻射的反射，從而改變該反射箔(reflective foil)的顏色，同時不會顯著降低在熱紅外線範圍內(5至35微米)的電磁輻射之反射率。例如，著色的箔(pigmented foil)之熱紅外反射率比未著色的箔低不到1％、比未著色的箔之熱紅外反射率低不到2％、或比未著色的箔之熱紅外反射率低不到5％。通常，該等熱反射元件可包括鋁、銀或任何其他熱反射金屬，或是更一般地，低放射率(emissivity)熱反射材料。在特定具體例中，該等熱反射元件可具有不高於0.1(諸如不高於0.08、不高於0.06、或不高於0.04)的放射率。
在各種具體例中，該等熱反射元件可覆蓋該基底材料的30-70％(例如，複數個熱反射元件對基底材料的表面積比可為從7：3至3：7)，諸如40- 60％(例如，表面積覆蓋比例為從4：6至6：4)。在各種具體例中，該等熱反射元件可以用黏合劑耦合至該基底材料。在各種具體例中，該等熱反射元件和/或間隔元件可以用一膠或一黏合劑(諸如一以氨基甲酸乙酯或丙烯酸酯基為主的黏合劑)耦合至該基底材料。在一些具體例中，該膠或黏合劑可以是吸附劑或吸收劑，例如幫助從身體內往外移水分。
在各種具體例中，該等熱反射元件可以以一圖案或一連續或不連續的陳列(array)施用，諸如複數個分離的、離散的元件(例如，複數個點、複數個環、複數個線、複數個條紋、複數個波紋、複數個三角形、複數個正方形、複數個星形、複數個橢圓形或複數個其他幾何圖案或形狀，或是複數個標誌、複數個文字等)之一重複或不重複的圖案，或是複數個互連元件(interconnected element)(諸如格子)之一重複或不重複的圖案。在各種具體例中，複數個熱反射元件的一圖案可以是對稱的、規律的、隨機的和/或不對稱的。此外，該等熱反射元件的圖案、尺寸、形狀或間隔在貼身裝備內的複數個關鍵位置可有所不同，其取決於貼身裝備物品的預期用途。
在各種具體例中，該等熱反射元件的尺寸在主體的核心區域中可以是最大的(或者該等之間的間隔可以是最小的)，以增強那些區域中的熱反射；以及該等熱反射元件的尺寸在主體的周邊區域中可以是最小的(或者該等之間的間距可以是最大的)。在其他具體例中，該等熱反射元件的尺寸在主體的核心區域中可以是最小的(或者該等之間的間隔可以是最大的)，以及該等熱反射元件的尺寸在主體的周邊區域中可以是最大的(或者該等之間的間距可以是最小的)，以增強那些區域中的熱反射。在一些具體例中，該等熱反射元件的覆蓋程度可根據區域性熱管理之需要在整個服裝上以逐漸的方式變化。在一些具體例中，減小個別元件的面積，但增加其密度，可提供更好的在熱反射和基底材料功能之間的平衡。在一些具體例中，個別熱反射元件的表面積可小於1cm2 。在各種具體例中，每個熱反射元件可具有小於或等於約1cm(諸如4mm或1mm)的最大尺寸(直徑，斜邊，長度，寬度等)。
繼續參考圖1、2和3，在某些特定的非限制性實施例中，該絕緣材料還可包括耦合至該基底材料102之第一側的多個經垂直取向的纖維(VOF)元件106，且每個VOF元件106可包括多個纖維，該等纖維是定向成實質上垂直於該基底材料的表面。如本文所用，該術語「VOF元件」係指具有多個實質上垂直的纖維之單一元件。在各種具體例中，該VOF元件可以是包含高密度經垂直取向纖維的離散莢，諸如至少200VOF纖維，其供用於一高丹尼、相當粗糙的纖維。在各種具體例中，該等纖維可包含尼龍、聚丙烯或聚酯。在各種具體例中，該等纖維可包括尼龍、人造絲、聚酯和/或複數個棉纖維。在一些具體例中，該等纖維可以是複數個芯吸性纖維(wicking fiber)。如本文所定義的，該術語「芯吸性(wicking)」係指允許沿其長度傳輸流體的一纖維，對VOF纖維而言意指其通常垂直於該基底材料的平面。在各種具體例中，該等VOF元件和/或個別纖維可用黏合劑耦合至該基底材料。在其他具體例中，該等VOF纖維可藉由刺繡、梭織或針織而結合到材料中。
在各種具體例中，該經垂直取向的纖維可具有0.2-2.0 mm的平均長度，諸如約0.6mm，以及0.9-22 dtex的平均線密度，諸如1.7dtex。在各種具體例中，可以選擇和排列該等纖維以最大化該等纖維之間的毛細力。
該等VOF元件可以以一圖案或一連續或不連續的陳列施用，諸如複數個分離、離散的元件(例如，複數個點、複數個環、複數個線、複數個條紋、複數個波紋、複數個三角形、複數個正方形、複數個星形、複數個橢圓形或複數個其他幾何圖案或形狀、或是複數個標誌、複數個文字等)之一重複或不重複的圖案，或是複數個互連元件(諸如格子)之一重複或不重複的圖案。在各種具體例中，複數個VOF元件的圖案可以是對稱的、規律的、隨機的和/或不對稱的。此外，該等VOF元件的圖案、尺寸、形狀或間隔在物品(諸如貼身裝備)內的複數個關鍵位置可有所不同，其取決於物品的預期用途。
在各種具體例中，該基底材料的至少一部分在相鄰的複數個熱反射元件之間以及在相鄰的複數個VOF元件之間保持未被覆蓋。此外，該基底材料的至少一部分可在二種類型的元件之間保持未被覆蓋，諸如至少10-25％。
在各種具體例中，該等VOF元件可以防止或減少該等熱反射元件與該下表面(諸如基層或身體表面)之間的接觸。在各種具體例中，該絕緣材料(包括該基底材料，複數個熱反射元件和複數個VOF元件)可具有至少2000 g/m2 /24h（JIS 1099 A1）的MVTR。該絕緣材料可形成任何物品的全部或一部分，諸如用作為貼身或戶外裝備，例如外套、夾克、襯衫、鞋、靴子、拖鞋、基層、手套、合指手套、帽子、圍巾、褲子、襪子、帳篷、背包或睡袋。在某些具體例中，該等熱反射元件和該間隔元件是被放置在一物品的最內層表面(innermost surface)上，例如在一基層的最內層表面上，諸如面向個體皮膚之一基層的最內層表面。
根據各種具體例，圖4闡明一絕緣材料400的第二實施例之透視圖，該絕緣材料400包括一基底材料402，多個熱反射元件404和多個VOF元件406。如圖所示，在一些具體例中，該等VOF元件406的至少一部分可與該等熱反射元件404的至少一部分重疊(overlap)和/或疊合(overlay)。
根據各種具體例，圖5是一絕緣材料500的第三實施例之數位影像，該絕緣材料500包括一基底材料502、多個熱反射元件504和多個VOF元件506；以及圖6是一絕緣材料600的第四實施例之數位影像，該絕緣材料600包括一基底材料602、多個熱反射元件604和多個VOF元件606。在一些具體例中，該等VOF元件606可包括經染色或經著色的纖維。
根據各種具體例，圖7A、7B、7C和7D係對下列使用IR熱影像儀所測量到的熱逸散圖：具有複數個VOF元件的基底材料(圖7A) 、單獨的基底材料(圖7B) 、具有複數個熱反射元件的基底材料(圖7C) 和具有複數個熱反射元件和複數個VOF元件的基底材料(圖7D)。該等影像是使用FLIR SC83000 HD系列高速MWIR百萬像素紅外線攝影機(infrared camera)在以面朝下放置在一絕緣熱板組件上的複數個圓形材料樣品(直徑約6.9公分)上測量。該絕緣熱板組件係由一0.125英吋厚的6061鋁合金板所構成，以作為測試表面，其被放在一矽氧樹脂電阻加熱墊(McMaster -Carr p/n35765K708)的頂端(top)上，該矽氧樹脂電阻加熱墊是在2英吋厚的軟木絕緣之頂端上。該測試表面板具有複數個被切成矩形的槽，以在該測試表面上產生均勻的溫度。該測試表面亦塗有霧面黑(matte black)，以接近皮膚的放射率(εskin =0.95≈εblackpaint （ Parsons ） = 0.98)。一可調變壓器經調節以提供一穩定狀態的表面溫度。(參見，例如，Incropera, F., DeWitt, D., Bergman, T., and Lavine, A.,Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th Edition, John Wiley & Sons, 2007。)
在各種具體例中亦揭示了複數個製造一絕緣材料的方法，該等方法通常包括將多個熱反射元件耦合至至一基底材料之一第一側，該基底材料具有至少2000 g/m2 /24h(JIS1099A1)的濕氣蒸發傳輸率(moisture vapor transfer rate ，MVTR)，該等熱反射元件的每一者具有一熱反射表面；以及將多個經垂直取向的纖維(VOF)元件耦合至該基底材料之第一側，使得該多個VOF元件的至少一部分至少部分疊合該多個熱反射元件的至少一部分。每個VOF元件包括定向成實質上垂直於該基底材料之一表面的多個纖維。
在各種具體例中，該等熱反射元件是在該等VOF元件耦合到該基底材料之前耦合至該基底材料。該等熱反射元件可以以各種方式永久性地耦合至該基底材料，包括但不限於貼合(laminating)、膠合(gluing)、熱壓、印刷(printing)或熔接(welding)，諸如藉由熱風式(hot air) 熔接、射頻(radiofrequency) 熔接或超聲波熔接。
在各種具體例中，藉由網板印刷(screen printing)一黏合劑再靜電沉積複數個短纖維，可以將該多個VOF元件接著耦合至該基底材料之第一側。添加複數個VOF元件的其他方法包括刺繡、梭織和針織。例如，在一些具體例中，一黏合劑(諸如單一部分或二部分經催化的黏合劑)可用於將該等VOF元件耦合至該基底材料上。該黏合劑可使用一印刷法(printing process)以一所欲之圖案施用到該基底材料上，且該等纖維可接著被靜電沉積在該基底材料上。未被黏附的纖維可接著藉由真空從該基底材料移除。
在一特定的、非限制性實施例中，該等纖維可從一供給箱(hopper)經過一正極柵極(positive electrode grid)分發(dispensed)，該正極柵極可定向該等纖維並加速其等朝向該基底材料表面。一接地電極可被放置在該材料表面下方，並且該等纖維可在其施用至該基底材料的區域中垂直嵌入於該黏合劑中，從而產生多個VOF元件。
在另一個特定的、非限制性具體例中，該黏合劑可替代地(instead)被施用至一轉移膜，並且該等纖維可被靜電嵌入於在該轉移膜上的黏合劑中，從而產生多個VOF元件。該轉移膜可接著被用於將該等VOF元件施用至該基底材料。 實施例
在各種具體例中，與其他絕緣材料(包括，含有複數個熱反射材料而無VOF元件的材料)相比，本文所述的該絕緣材料可具有優異的絕緣特性。如以下面表1所示，使用標準熱板的測試來測試四種不同的基底材料。該四種不同的基底材料之樣品是以三種不同的構型(configuration)進行測試：無熱反射或VOF元件(「織物」)，僅有複數個熱反射元件(「織物+熱反射元件」)，以及同時具有複數個熱反射和VOF元件(「織物+熱反射元件+經垂直取向的纖維」)。測量每個的熱通量(heat flux)(W)和乾熱傳導速率(dry heat transfer rate)(W/m2 ℃)，並計算平均絕緣值(clo = 0.155K•m2 •W-1 )。如本文所用，該術語「熱」係指因一溫度梯度(J或Cal)所傳輸的熱能。如本文所用，該術語「熱率」係指每單位時間所傳輸的熱能(J/s = W）。如本文所用，該術語「熱通量」係指每單位面積的熱率。如本文所用，該術語「熱傳送係數(thermal transmittance)」係指每單位溫度梯度的熱通量(W/m2 K)。如本文所用，該術語「熱阻」係指熱傳送係數的倒數(m2 •K/ W)，而clo(其為0.155m2 •K/W)是絕緣值的測量單位。複數個有限傳導熱反射材料的特定實施例之測試結果如下面表1所示。表 1 ： 標準熱板測試所測量的熱阻數據
Figure 107136403-A0304-0001
 1 裸板(Bare plate)熱阻，Rcbp (clo) = 0.353 ± 0.0022 裸板熱阻，Rcbp (clo) = 0.514 (未提供標準偏差)
通常根據ASTM F1868之A部分-熱阻測量乾熱傳輸數據。測試是在下列上進行：四種不同的基底織物、相同的該等織物與複數個熱反射元件、以及相同的該等織物與複數個熱反射元件及經垂直取向的纖維。在表1中所顯示的結果為總熱阻Rct 和單獨織物的熱阻Rcf 。該等數值係以clo單位提供，亦稱為絕緣值。在所有情況下，與相同的基底織物相比，織物+熱反射元件的絕緣值較低。然而，當添加複數個間隔元件(在此情況下為複數個經垂直取向的纖維元件)時，絕緣值比基底織物的絕緣值和織物+熱反射元件的絕緣值大很多。取決於特定的基底材料，所揭示的複數個絕緣材料之絕緣值典型地表現出比構成其等之複數個基底材料大從50％至230％的絕緣值。表 2 ：熱逸散圖的面積平均溫度
Figure 107136403-A0304-0002
根據各種具體例，圖7A、7B、7C和7D顯示對下列使用紅外線(IR)熱影像儀測量的熱逸散圖：具有複數個VOF元件的基底織物(圖7A)、單獨的基底織物(圖7B)、具有複數個熱反射元件的基底織物(圖7C)和具有複數個熱反射元件及複數個VOF元件的基底織物(圖7D)。將複數個圓形樣品以面朝下放置在設定於約37℃的一絕緣熱板組件上。該等熱影像係從每個織物樣品的背面拍攝。因此，對於含有VOF、熱反射元件或二者的該等織物樣品，此等特徵面向該熱板，因此不會影響樣品朝向該紅外儀(infrared camera)的放射率。結果，所測量到的訊號(signal)是每個織物之背面溫度的精確測量，並且代表通過該織物所逸散出的熱量。
來自圖7之熱逸散圖的面積平均溫度顯示於表2中。最高平均溫度係該基底織物的33.4°C，且該溫度最接近於該熱板的溫度；因此，大部分的熱經由該基底織物逸散，該基底織物是所測量的四種織物中最不絕緣的。次高的平均溫度係該基底織物+複數個經垂直取向纖維(「僅有VOF」)的32.5°C，接著是該基底織物+複數個熱反射元件(「僅有OHR」）的32.3°C。最低平均溫度係該基底織物+複數個熱反射元件+複數個經垂直取向的纖維(「OH3D」)的29.7°C；因此，最少量的熱經由此織物逸散，此織物是所測量的四種織物中最絕緣的。
最重要的是，該含有複數個熱反射元件+複數個經垂直取向的纖維之基底織物比該基底織物具有更令人驚訝和意想不到的絕緣性。藉由添加複數個經垂直取向的纖維至該基底織物，可補集足夠的熱，使背面平均溫度降低0.9 °C(見表2)。藉由添加複數個熱反射元件至該基底織物，可補集足夠的熱，使背面平均溫度降低1.1 °C(見表2)。藉由添加該二種元件至該基底織物，可預期該組合效果(combined effect)將導致溫度降低約2°C(0.9°C + 1.1°C)，或是因為該等元件重疊而甚至更低。然而，該組合效果幾乎係此量的二倍。VOF和熱反射元件的組合效果可補集足夠的熱，使背面平均溫度降低3.7°C。
儘管本文已闡明和描述了某些具體例，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，在不脫離範圍的情況之下，經計算以實現相同目的的各種供選擇的(alternate)和/或相等的具體例或實施(implementations)可替代所顯示和描述的具體例。所屬技術領域中具有通常知識者將容易理解，具體例可以以各種各樣的方式實施。本申請案旨在涵蓋本文所討論的具體例之任何改編(adaptation)或變化。因此，顯而易見的是，具體例是僅由請求項及其相等物(equivalent)所限制。
100、400、500、600‧‧‧絕緣材料 102、402、502、602‧‧‧基底材料 104、404、504、604‧‧‧熱反射元件 106、406、506、606‧‧‧經垂直取向的纖維(VOF)元件、VOF元件
透過以下詳細的描述，結合所附圖式，將可理解具體例。在所附圖式中，具體例是以舉例的方式而非限制的方式闡明。
根據各種具體例，圖1闡明一種絕緣材料之一實施例的俯視圖。
根據各種具體例，圖2闡明圖1之絕緣材料的側視圖。
根據各種具體例，圖3闡明圖1之絕緣材料的透視圖。
根據各種具體例，圖4闡明一種絕緣材料之第二實施例的透視圖。
根據各種具體例，圖5闡明一種絕緣材料之第三實施例的數位影像。
根據各種具體例，圖6闡明一種絕緣材料之第四實施例的數位影像。
根據各種具體例，圖7A、7B、7C和7D係對下列使用紅外線(IR)熱影像儀(thermal imaging camera)測量的熱逸散圖(heat escape maps)：具有複數個經垂直取向的纖維(vertically oriented fiber，VOF)元件之基底織物(base fabric)(圖7A)、單獨的基底織物(圖7B)、具有複數個熱反射元件之基底織物(圖7C)和具有複數個熱反射元件和複數個VOF元件之基底織物(圖7D)。
100‧‧‧絕緣材料、絕緣織物
102‧‧‧基底材料
104‧‧‧熱反射元件
106‧‧‧經垂直取向的纖維(VOF)元件、VOF元件

Claims (25)

  1. 一種絕緣材料，其包含：一具有濕氣蒸發傳輸率(MVTR)為至少2000g/m2/24h的基底材料(JIS 1099 A1)；多個耦合至該基底材料之一第一側的熱反射元件，每個熱反射元件具有一熱反射表面且被放置成向一下表面反射熱；以及多個耦合至該基底材料之第一側的間隔元件，每個間隔元件的尺寸和形狀設計成減少該等熱反射元件與該下表面的接觸，且其中，該多個間隔元件的至少一部分至少部分疊合該多個熱反射元件的至少一部分。
  2. 如請求項1之絕緣材料，其中該等間隔元件包含複數個發泡體莢或包含複數個梭織、非梭織或針織材料的複數個莢。
  3. 如請求項1之絕緣材料，其中該等間隔元件從該基底材料之第一側突出約0.2-2.0mm。
  4. 如請求項1之絕緣材料，其中該等間隔元件包含複數個經垂直取向的纖維(VOF)元件。
  5. 如請求項4之絕緣材料，其中每個VOF元件包含多個定向成實質上垂直於該基底材料之一表面的纖維，並且其中該多個VOF元件的至少一部分至少部分疊合該多個熱反射元件的至少一部分。
  6. 如請求項5之絕緣材料，其中該等纖維包含複數個尼龍或聚酯纖維。
  7. 如請求項5之絕緣材料，其中該等纖維包含複數個芯吸性纖維(wicking fiber)。
  8. 如請求項5之絕緣材料，其中該等纖維具有0.9-22dtex的一平均線密度。
  9. 如請求項1之絕緣材料，其中該等熱反射元件包含金屬，金屬塑料或金屬箔。
  10. 如請求項1之絕緣材料，其中複數個熱反射元件對基底材料的表面積比係從7：3至3：7。
  11. 如請求項1之絕緣材料，其中複數個熱反射元件對基底材料的表面積比係從6：4至4：6。
  12. 如請求項1之絕緣材料，其中該基底材料的至少一部分在相鄰的複數個熱反射元件之間保持未被覆蓋。
  13. 如請求項1之絕緣材料，其中該基底材料的至少一部分在相鄰的複數個間隔元件之間保持未被覆蓋。
  14. 如請求項1之絕緣材料，其中該基底材料的至少一部分在相鄰的複數個熱反射元件之間以及在相鄰的複數個間隔元件之間保持未被覆蓋。
  15. 如請求項1之絕緣材料，其中該等間隔元件防止在該等熱反射元件與該下表面之間的接觸。
  16. 如請求項1之絕緣材料，其中該絕緣材料係外套、夾克、鞋、靴子、拖鞋、手套、合指手套、帽子、圍巾、褲子、襪子、帳篷、背包或睡袋、襯衫、套衫或基 層的一部分。
  17. 如請求項1之絕緣材料，其中該等熱反射元件具有約0.04或更低的放射率。
  18. 如請求項1之絕緣材料，其中該等熱反射元件具有0.1或更低的放射率。
  19. 如請求項1之絕緣材料，其中該基底材料之第一側係該基底材料的一最內層表面。
  20. 一種絕緣材料，其包含：一具有濕氣蒸發傳輸率(MVTR)為至少2000g/m2/24h的基底材料(JIS 1099 A1)；多個耦合至該基底材料之一第一側的熱反射元件，每個熱反射元件具有一熱反射表面且被放置成向一下表面反射熱；以及多個耦合至該基底材料之第一側的經垂直取向的纖維(VOF)元件，每個VOF元件包含多個定向成實質上垂直於該基底材料之一表面的纖維；其中該多個VOF元件的至少一部分至少部分疊合該多個熱反射元件的至少一部分；其中該等纖維包含複數個具有平均長度為0.3-1.0mm且平均值徑為5-10dtex的聚酯纖維；其中該等熱反射元件包含金屬塑料或金屬箔；以及其中該基底材料的至少一部分該基底材料在相鄰的複數個熱反射元件之間以及在相鄰的複數個VOF元件之間保持未被覆蓋。
  21. 一種製造一絕緣材料的方法，其包含：將多個熱反射元件耦合至一基底材料之一第一側，該基底材料具有至少2000g/m2/24h(JIS1099A1)的濕氣蒸發傳輸率(MVTR)，該等熱反射元件的每一者具有一熱反射表面；以及將多個經垂直取向的纖維(VOF)元件耦合至該基底材料之第一側，使得該多個VOF元件的至少一部分至少部分疊合該多個熱反射元件的至少一部分，每個VOF元件包含多個定向成實質上垂直於該基底材料的一表面之纖維。
  22. 如請求項21之方法，其中該等熱反射元件是在該等VOF元件耦合至該基底材料之前耦合至該基底材料。
  23. 如請求項21之方法，其中將該多個VOF元件耦合至該基底材料之第一側，包含將該等纖維靜電沉積在該基底材料上。
  24. 如請求項21之方法，其中將該多個VOF元件耦合至該基底材料之第一側，包含：將一黏合劑以一所欲之圖案施用到該基底材料；將該等纖維靜電沉積在該基底材料上；以及將複數個未黏附的纖維從該基底材料上移除。
  25. 如請求項21之方法，其中將該多個VOF元件耦合至該基底材料之第一側，包含：將該等纖維靜電耦合至多個轉移元件；以及將該多個轉移元件耦合至該基底材料。
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