TWI771951B - 填充材料結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種填充材料結構，包括填充材料基材以及碳層。碳層直接附著於填充材料基材的表面上。碳層呈現不規則形狀，且碳層被配置以輻射紅外線。另提供一種填充材料結構的製造方法。

Description

填充材料結構及其製造方法
本發明是有關於一種結構及其製造方法，且特別是有關於一種填充材料結構及其製造方法。
一般而言，產品中常會使用填充材料進行填充，且會對應產品所需的功能去選擇相應的填充材料，如在寢具產品或衣物產品等常會使用羽毛進行填充，以達到保暖的用途，甚至會進一步對填充材料進行改良，以提升產品的經濟價值。有鑑於此，填充材料的改良與開發，為目前相關產業共同努力的目標。
本發明提供一種填充材料結構及其製造方法，其可以提升其加工而成的產品的經濟價值。
本發明的一種填充材料結構，包括填充材料基材以及碳層。碳層直接附著於填充材料基材的表面上。碳層呈現不規則形狀，且碳層被配置以輻射紅外線。
在本發明的一實施例中，上述的填充材料基材包括鳥禽類羽毛、短纖或天然棉花，而碳層包括石墨烯、奈米碳管、竹炭或石墨。
在本發明的一實施例中，上述的填充材料基材為羽毛，且碳層為石墨烯。
在本發明的一實施例中，上述的碳層與填充材料基材的重量比至少大於等於0.1%且小於等於100%。
在本發明的一實施例中，上述的填充材料結構不具有樹脂材料層。
在本發明的一實施例中，上述的碳層包括至少二個部分，至少二個部分具有不同尺寸。
在本發明的一實施例中，上述的至少二個部分具有不同的不規則形狀。
在本發明的一實施例中，上述的碳層包括多個部分，多個部分不規則分散於表面上。
在本發明的一實施例中，上述的多個部分至少包括第一部分、第二部分與第三部分，第一部分與第二部分之間的距離不同於第二部分與第三部分之間的距離。
一種填充材料結構的製造方法，至少包括以下步驟。提供包括碳材料的第一溶液。加入填充材料與水於第一溶液中，以形成第二溶液。攪拌第二溶液。對第二溶液中的填充材料進行乾燥。
基於上述，本發明的填充材料結構藉由將可以輻射紅外線的碳層配置於填充材料基材的表面上的設計，可以使填充材料結構具有加強升溫蓄熱的功能，進而可以提升此填充材料結構加工而成的產品的經濟價值。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下文將會附加標號以對本發明較佳實施例進行詳細描述，並以圖式說明。在可能的情況下，圖示為清楚表達會省略不必要的構件。
本文所使用之方向用語（例如，上、下、右、左、前、後、頂部、底部）僅作為參看所繪圖式使用且不意欲暗示絕對定向。
圖1A是依據本發明一實施例的填充材料結構的部分剖面示意圖。圖1B與圖1C是依據本發明一實施例的填充材料結構的掃描式電子顯微鏡(SEM)的照片。圖1D是依據本發明的一實施例的填充材料結構與不具有碳層的填充材料結構的升溫蓄熱測試關係圖。
請參考圖1A至圖1D，本實施例的填充材料結構100包括填充材料基材110以及碳層120，其中碳層120直接附著於填充材料基材110的表面110a上。進一步而言，碳層120呈現不規則形狀，且碳層120被配置以輻射紅外線，據此，本實施例的填充材料結構100藉由將可輻射紅外線的碳層120配置於填充材料基材110的表面110a上的設計，可以使填充材料結構100具有可提升蓄熱能力的功能，進而可以提升此填充材料結構100加工而成的產品的經濟價值。在此，不規則形狀例如是不為圓形或多邊形等規則形狀，但本發明不限於此。
在一些實施例中，填充材料基材110可以包括鳥禽類羽毛(例如包括羽絨與羽毛)、人造纖維(短纖)或天然棉花，而碳層120可以包括石墨烯、奈米碳管、竹炭或石墨，舉例而言，在寢具產品或衣物產品，填充材料基材110例如是羽毛，且碳層120例如是石墨烯時，藉由石墨烯輻射遠紅外線能力與具有抗菌效果等材料特性，可以使包括上述材料(石墨烯)的填充材料結構100具有加強蓄熱能力(如上述材料(石墨烯)的填充材料結構100在國立台灣工藝研究發展中心的檢測條件為數量0.1克至0.15克的條件下遠紅外線放射率可達0.83，但本發明不限於此)與具有抗菌的功能，進而可以進一步提升此填充材料結構100加工而成的產品的經濟價值。
進一步而言，如圖1D所示，將本實施例的填充材料結構及不具有碳層的填充材料結構在環境溫度為17℃、樣品重量為0.3克、燈源照射距離為30公分、燈源瓦數為400瓦以及熱顯像儀與樣品的距離為30公分的條件下進行升溫蓄熱測試。相較於不具有碳層的填充材料結構而言，具有包括上述材料(羽毛與石墨烯)的填充材料結構100可以顯著的具有提升蓄熱能力的效果，如在10分鐘內可以至少提升5℃，但本發明不限於此。應說明的是，本發明不限制填充材料基材110的材料與碳層120的材料，填充材料基材110的材料與碳層120的材料可以視實際產品設計上的需求而定，只要碳層120的材料可以輻射紅外線，以使填充材料結構具有提升蓄熱能力的功能，皆屬於本發明的保護範圍。
在一些實施例中，碳層120與填充材料基材110之間可以具有一定的重量比，舉例而言，碳層120與填充材料基材110的重量比可以是至少大於等於0.1%且小於等於100%，進一步而言，碳層120與填充材料基材110的重量比例如是大於等於0.5%且小於等於10%，但本發明不限於此，碳層120與填充材料基材110的重量比可以視實際設計上的需求進行調整。
在一些實施例中，碳層120可以包括至少二個部分，至少二個部分具有不同尺寸。舉例而言，圖1A中示意地繪示出碳層120可以至少包括第一部分121、第二部分122與第三部分123，第一部分121、第二部分122與第三部分123分別具有不同尺寸，但本發明不限於此，第一部分121、第二部分122與第三部分123中可以有其中兩個部分的尺寸相同而與另一部分的尺寸不同(未繪示)。
在一些實施例中，碳層120的至少二個部分具有不同的不規則形狀。舉例而言，如圖1A所示，第一部分121、第二部分122與第三部分123皆為不規則形狀，且第一部分121、第二部分122與第三部分123具有不同的不規則形狀，但本發明不限於此，第一部分121、第二部分122與第三部分123中可以有其中兩個部分的形狀相同而與另一部分的形狀不同(未繪示)。
在一些實施例中，碳層120的多個部分可以不規則分散於填充材料基材110的表面110a上。舉例而言，如圖1A所示，第一部分121、第二部分122與第三部分123可以不規則分散於填充材料基材110的表面110a上。不規則分散例如是第一部分121與第二部分122之間的距離d1可以不同於第二部分122與第三部分123之間的距離d2，但本發明不限於此，碳層120的多個部分可以依實際設計上的需求具有其他不規則的分散方式。
應說明的是，本發明不限制上述態樣，只要至少二個部分具有不同尺寸、不同形狀或具有不規則的分散方式皆屬於本發明的保護範圍。
以下藉由圖式說明本發明一實施例的填充材料結構的主要流程。圖2A至圖2C是依據本發明一實施例的填充材料結構的部分製造方法的示意圖。圖3是依據本發明一實施例的填充材料結構的流程圖。
請先同時參考圖2A及圖3，提供包括碳材料C的第一溶液S1(步驟S100)，其中碳材料C可以是石墨烯、奈米碳管、竹炭或石墨。進一步而言，碳材料C可以先經由機械攪拌形成多個不規則部分後再加入水中分散形成第一溶液S1。在一些實施例中，碳材料C可以是原材料，換句話說，碳材料C可以沒有經過改質，但本發明不限於此。
在一實施例中，可選地，當後續使用的填充材料F為羽毛時，第一溶液S1中可以進一步與羽毛蓬鬆劑溶液(羽毛蓬鬆劑與水)進行混合，以提升填充材料F的使用性，其中羽毛蓬鬆劑可以是本領域技術人員所習知的添加劑，但本發明不限於此，第一溶液S1也可以不與羽毛蓬鬆劑溶液進行混合。
在一實施例中，第一溶液S1與羽毛蓬鬆劑溶液可以藉由體積比一比四的比例進行混合，但本發明不限於此，第一溶液S1與羽毛蓬鬆劑溶液的混合比例可以依照實際設計上的需求進行調整。
應說明的是，碳材料C的添加量可以對應後續的填充材料F的添加量進行調整，因此本發明不限制第一溶液S1中碳材料C的添加量。
接著，請同時參考圖2B及圖3，加入填充材料F與水於第一溶液S1中，以形成第二溶液S2(步驟S200)，且攪拌第二溶液S2(步驟S300)，其中填充材料F可以是鳥禽類羽毛(例如包括羽絨與羽毛)、人造纖維(短纖)或天然棉花。進一步而言，第二溶液S2的攪拌溫度範圍例如是介於25℃至100℃之間。舉例而言，第二溶液S2可以是在室溫(如25℃)下進行攪拌，因此不需額外使用加熱設備，以降低製造成本，但本發明不限於此，第二溶液S2可以是在較高的溫度(如80℃)下進行攪拌，以提升碳材料C的附著效果。然而，本發明不限制攪拌溫度，攪拌溫度可以視實際設計上的需求進行調整。
此外，在第一溶液S1也僅使用水作為溶劑的情況下，相較於其他使用多種有機溶劑(如乙醇等)進行加工的填充材料結構而言，本實施例的填充材料結構可以同時兼顧環保的議題，但本發明不限於此。
在一實施例中，第二溶液S2的攪拌時間介於15分鐘至8小時之間，但本發明不限於此，第二溶液S2的攪拌時間可以視實際設計上的需求而調整。
然後，請同時參考圖2C及圖3，對第二溶液S2中的填充材料F進行乾燥(步驟S400)，據此，可以形成如圖1A的填充材料結構100。進一步而言，在本實施例的製造過程中完全沒有使用加壓噴塗等製程，因此填充材料結構100不具有樹脂材料層，換句話說，填充材料結構100可以減少材料的使用，進而可以降低其製造成本。
在一實施例中，填充材料F的乾燥溫度介於80℃至120℃之間，但本發明不限於此。
綜上所述，本發明的填充材料結構藉由將可以輻射紅外線的碳層配置於填充材料基材的表面上的設計，可以使填充材料結構具有提升蓄熱能力的功能，進而可以提升此填充材料結構加工而成的產品的經濟價值。舉例而言，在寢具產品或衣物產品，填充材料基材例如是羽毛，且碳層例如是石墨烯時，藉由石墨烯輻射遠紅外線能力與具有抗菌效果等材料特性，可以使包括上述材料(石墨烯)的填充材料結構具有提升蓄熱能力與抗菌的功能，進而可以進一步提升此填充材料結構加工而成的產品的經濟價值。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:填充材料結構 110:填充材料基材 110a:表面 120:碳層 121、122、123:部分 C:碳材料 d1、d2:距離 F:填充材料 S1、S2:溶液 S100、S200、S300、S400:步驟
圖1A是依據本發明一實施例的填充材料結構的部分剖面示意圖。 圖1B與圖1C是依據本發明一實施例的填充材料結構的掃描式電子顯微鏡(SEM)的照片。 圖1D是依據本發明的一實施例的填充材料結構與不具有碳層的填充材料結構的升溫蓄熱測試關係圖。 圖2A至圖2C是依據本發明一實施例的填充材料結構的部分製造方法的示意圖。 圖3是依據本發明一實施例的填充材料結構的流程圖。 應說明的是，為清楚表示，圖1A、圖2A至圖2C中的構件並未依照實際大小比例繪示。此外，圖中所繪示的內容也非實際產品型態，僅為示意繪示。
100:填充材料結構
110:填充材料基材
110a:表面
120:碳層

Claims (10)

  1. 一種填充材料結構，包括：填充材料基材，具有表面；以及碳層，其材質為沒有經過改質的碳材料而直接附著於所述表面上，且所述碳層呈現不規則形狀，其中所述碳層被配置以輻射紅外線。
  2. 如請求項1所述的填充材料結構，其中所述填充材料基材包括鳥禽類羽毛、人造纖維或天然棉花，而碳層包括石墨烯、奈米碳管、竹炭或石墨。
  3. 如請求項2所述的填充材料結構，其中所述填充材料基材為所述鳥禽類羽毛，且所述碳層為所述石墨烯。
  4. 如請求項1所述的填充材料結構，其中所述碳層與所述填充材料基材的重量比至少大於等於0.1%且小於等於100%。
  5. 如請求項4所述的填充材料結構，其中所述填充材料結構不具有樹脂材料層。
  6. 如請求項1所述的填充材料結構，其中所述碳層包括至少二個部分，所述至少二個部分具有不同尺寸。
  7. 如請求項6所述的填充材料結構，其中所述至少二個部分具有不同的不規則形狀。
  8. 如請求項1所述的填充材料結構，其中所述碳層包括多個部分，所述多個部分不規則分散於所述表面上。
  9. 如請求項8所述的填充材料結構，其中所述多個部分至少包括第一部分、第二部分與第三部分，所述第一部分與所述第二部分之間的距離不同於所述第二部分與所述第三部分之間的距離。
  10. 一種填充材料結構的製造方法，包括：提供包括碳材料的第一溶液，其中所述第一溶液僅使用水作為溶劑；加入填充材料與水於所述第一溶液中，以形成第二溶液；攪拌所述第二溶液；以及對所述第二溶液中的所述填充材料進行乾燥。
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