Охлаждающая ткань
Владельцы патента RU 2740697:
ТЕЙДЗИН ЛИМИТЕД (JP)
Охлаждающая ткань, содержащая влагопроницаемый внутренний поверхностный слой, прокладочную ткань и наружный поверхностный слой, где наружный поверхностный слой имеет воздухопроницаемость самое большее 250 л/дм2/мин при 500 Па, измеренную согласно ISO 9237, и где прокладочная ткань содержит монофиламенты, простирающиеся по прокладочной ткани, причем монофиламенты имеют линейную плотность по меньшей мере 250 дтекс и монофиламенты присутствуют при плотности самое большее 800 монофиламентов на квадратный дюйм (124 шт./кв.см). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Настоящее изобретение относится к охлаждающей ткани и к изделиям, содержащим указанную охлаждающую ткань, предпочтительно - к предметам одежды.
Охлаждающая ткань обладает способностью охлаждать тело человека или животного, носящего эту ткань.
В различных ситуациях, условия окружающей среды или необходимая защитная одежда может вызывать аккумуляцию тепла в одежде человека. Аккумуляция тепла может приводить к перегреву, который может вызывать дискомфорт или даже быть опасным для здоровья индивидуума.
Например, пожарные, автогонщики или другие люди, носящие теплостойкую или защитную одежду, могут испытывать аккумуляцию тепла. Охлаждающие ткани могут носиться (например, под защитной одеждой) для переноса тепла тела и влажности от тела человека, носящего их, и для предотвращения аккумуляции тепла.
Охлаждающие ткани известны.
EP1367913 и US6955999 описывают ткани, содержащие внутренний влагопроницаемый поверхностный слой, трехмерный пористый слой и наружный слой. US2016/0213078 описывает изолирующий костюм, содержащий такие слои. Однако имеется место для усовершенствований относительно охлаждающей способности и комфорта таких тканей. Обнаружено, что возможны дальнейшие улучшения охлаждающей способности охлаждающих тканей посредством выбора и объединения конкретных материалов для слоев охлаждающей ткани, и, в частности, посредством тщательного выбора свойств прокладочной ткани.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенной охлаждающей ткани. Это задача решается с помощью охлаждающей ткани, содержащей влагопроницаемый внутренний поверхностный слой, прокладочную ткань и наружный поверхностный слой, где наружный поверхностный слой имеет воздухопроницаемость самое большее 250 л/дм2/мин при 500 Па, измеренную согласно ISO 9237, и где прокладочная ткань содержит монофиламенты, простирающиеся по прокладочной ткани, причем монофиламенты имеют линейную плотность по меньшей мере 250 дтекс, и монофиламенты присутствуют при плотности самое большее 800 монофиламентов на квадратный дюйм (124 шт./кв. см).
Влагопроницаемый внутренний поверхностный слой охлаждающей ткани ориентирован в направлении тела индивидуума, носящего ткань, наружный поверхностный слой направлен от тела. Предпочтительно, внутренний поверхностный слой охлаждающей ткани находится в прямом контакте с кожей индивидуума.
Охлаждающая ткань по настоящему изобретению содержит прокладочную ткань, расположенную между влагопроницаемым внутренним поверхностным слоем и наружным поверхностным слоем. Прокладочная ткань содержит трехмерную прокладочную ткань или формируется как трехмерная прокладочная ткань. Такая прокладочная ткань содержит две отдельных ткани, которые соединены между собой с помощью прокладочных волокон.
Отдельные ткани прокладочной ткани могут формировать влагопроницаемый внутренний поверхностный слой и/или наружный поверхностный слой охлаждающей ткани, соответственно. Альтернативно, влагопроницаемый внутренний поверхностный слой и/или наружный поверхностный слой могут представлять собой отдельные слои, расположенные рядом с соответствующими верхней и нижней отдельными тканями прокладочной ткани.
Таким образом, охлаждающая ткань по настоящему изобретению охватывает варианты осуществления, где влагопроницаемый внутренний поверхностный слой и прокладочная ткань или прокладочная ткань и наружный поверхностный слой, или влагопроницаемый внутренний поверхностный слой, прокладочная ткань и наружный поверхностный слой объединены друг с другом в ходе процесса получения прокладочной ткани, или влагопроницаемый внутренний поверхностный и наружный поверхностный слои могут присутствовать как отдельные слои рядом с прокладочной тканью, все эти слои располагаются один поверх другого.
Прокладочная ткань охлаждающей ткани предпочтительно делает возможной скорость воздуха по меньшей мере 0,5 м/секунд, предпочтительно - по меньшей мере 1,0 м/секунд в направлении перпендикулярном направлению по толщине прокладочной ткани при неограниченном потоке воздуха 65 м3/час. Соответствующий поток воздуха представляет собой поток воздуха вдоль того направления, в котором простирается прокладочная ткань. Скорость воздуха прокладочной ткани определяется в соответствии со следующим способом.
Кусок материал прокладочной ткани размерами DIN A4 помещают поверх ткани или пены, пропитанной водой, на твердой воздухонепроницаемой подложке, например, в пластиковой коробке. Материал прокладочной ткани окружен воздухонепроницаемым материалом со всех сторон, за исключением стороны, которая определяется шириной и толщиной материала (сторона B на Фиг.1), где он находится в контакте с тканью или пеной, пропитанной водой.
Это можно реализовать, например, с помощью пластиковой рамки, имеющей ширину DIN A4, глубину, которая по меньшей мере такая же как глубина материала прокладочной ткани, и длину чуть больше DIN A4, и с помощью плотной крышки или с использованием воздухонепроницаемой ленты.
В крышке, покрывающей верхнюю часть материала прокладочной ткани, вырезают круглое отверстие диаметром 80 мм, с центром выреза, расположенным на расстоянии 50 мм от края материала и в центре (сторона A, Фиг.1). В это отверстие помещают вентилятор прямоточного типа, имеющий диаметр 80 мм, на скользящей осевой опоре (например, вентилятор Sunon KD1208PTS1.13 GN). Вентилятор устанавливают для генерирования неограниченного потока воздуха 65 м3/час (то есть, потока воздуха генератора в воздухе окружающей среды, без сопротивления от вещества иного, чем воздух окружающей среды, и таким образом, без сопротивления ткани в ходе исследования). Воздух протекает в прокладочную ткань и нагнетается в направлении, в котором простирается материал, поскольку все другие стороны герметизированы воздухонепроницаемо. На краю материала прокладочной ткани противоположном вентилятору (сторона B, Фиг.1), крышка содержит 3 дополнительных отверстия, расположенных в ряд и параллельных краю материал прокладочной ткани. Отверстия являются настолько большими, чтобы сделать возможной вставку термодатчика. Термодатчик термического анемометра (например, Testo 425) вставляют в каждом из трех положений и определяют поток воздуха. Средняя величина этих трех значений вычисляется и определяется как скорость воздуха (в метр/секунда [м/сек]) в прокладочной ткани охлаждающей ткани по настоящему изобретению.
Схема установки для определения скорости подачи воздуха показана на Фиг.1. Ссылочные номера обозначают: 1 - твердая подложка с влажной тканью или пеной, 2 - прокладочная ткань, 3 - коробка, 4 - вырез для вентилятора и вентилятор, 5 - термодатчик анемометра; стрелки обозначают направление потока воздуха.
Наружный поверхностный слой охлаждающей ткани имеет воздухопроницаемость самое большее 250 л/дм2/мин при 500 Па, измеренную согласно ISO9237, где воздухопроницаемость определяется в направлении по толщине наружного поверхностного слоя. Предпочтительно, наружный поверхностный слой имеет воздухопроницаемость самое большее 150 л/дм2/мин, более предпочтительно, самое большее 50 л/дм2/мин. В одном из вариантов осуществления наружный поверхностный слой является непроницаемым для воздуха.
Предпочтительно, наружный поверхностный слой является, по меньшей мере, до некоторой степени проницаемым для влажности, то есть для паров (например, паров воды), газов (например, воздуха) и жидкости (например, воды). Наружный поверхностный слой может формироваться как фольга, которая присоединяется к поверхностному слою прокладочной ткани, направленному от тела. Наружный поверхностный слой может также формироваться как плотная ткань, либо отдельно от прокладочной ткани, либо образуя ее часть.
Таким образом, охлаждающая ткань по настоящему изобретению может содержать наружный поверхностный слой, содержащий термопластичную смолу или полимерное волокно, предпочтительно, в форме фольги или ткани, предпочтительно, выбранное из полиуретана, полиэтилена, полипропилена, полиамида, сложного полиэфира, поликарбоната, полиацеталя, полисульфона, мета-арамида, пара-арамида или, в целом, из термопластичных материалов, которые могут вытягиваться в виде пленки, или из их сочетаний.
Когда наружный поверхностный слой формируется с помощью фольги, эта фольга может ламинироваться на прокладочной ткани.
Предпочтительно, прокладочная ткань имеет низкое сопротивление для воздуха. Сопротивление для воздуха может определяться посредством определения перепада давления потока воздуха на образце прокладочной ткани, имеющий размер A4 (210 мм × 297 мм). Этот образец помещают на воздухонепроницаемую твердую поверхность и одну сторону полностью соединяют со входом воздуха высокого давления (так что воздух высокого давления поступает в прокладочную ткань сбоку, то есть в направлении по толщине прокладочной ткани и протекает к противоположной стороне ткани). Для покрытия образца используют воздухонепроницаемую пластину крышки. Давление воздуха прокладочной ткани определяют с помощью U-образного манометра. Одну трубку манометра помещают в воздухе окружающей среды с целью определения давления воздуха для окружающего воздуха, а другую трубку манометра помещают между выходом входа для воздуха высокого давления и входом воздуха высокого давления в прокладочную ткань. Следовательно, последняя трубка определяет давление воздуха, которое вызывается сопротивлением прокладки для воздуха высокого давления. U-образный манометр дает разницы давления ΔP как мм водяного столба. Эта ΔP (в мм H2O) показывает сопротивление для воздуха прокладочной ткани. Малая разница (ΔP в мм H2O) показывает низкое сопротивление для воздуха.
Измерения осуществляют при условиях окружающей среды (примерно 20°C и относительная влажность 50-60%).
Поток воздуха для воздуха высокого давления можно регулировать при различных значениях с использованием измерителя потока, для определения сопротивления для воздуха у образцов при мгновенном приложении, поток воздуха 12 м3/час используют для получения воздуха высокого давления. В таком потоке воздуха, прокладочная ткань предпочтительно имеет сопротивление для воздуха меньше 20 (ΔP, в мм H2O), более предпочтительно, меньше 15 ΔP мм H2O, а еще более предпочтительно, меньше 12,5 ΔP мм H2O.
Прокладочная ткань может иметь толщину в пределах 2-20 мм, предпочтительно, 3-15 мм, более предпочтительно, 4-12 мм, еще более предпочтительно, 3-10 мм. В одном из вариантов осуществления прокладочная ткань имеет толщину 4-6 мм.
Охлаждающая ткань по настоящему изобретению содержит прокладочную ткань, содержащую волокна, простирающиеся по прокладочной ткани, то есть волокна, простирающиеся по толщине прокладочной ткани. Эти волокна, простирающиеся по прокладочной ткани, представляют собой монофиламенты. Они могут располагаться перпендикулярно направлению, в котором протирается прокладочная ткань, или под углом. Волокна могут располагаться в виде различных структур. Предпочтительно, плотность волокон, простирающихся в слое, является низкой, например, самое большее 800 монофиламентов на квадратный дюйм (124 шт./кв. см), предпочтительно - самое большее 700 монофиламентов на квадратный дюйм (109 шт./кв. см), более предпочтительно - самое большее 600 монофиламентов на квадратный дюйм (93 шт./кв. см), а еще более предпочтительно - самое большее 500 монофиламентов на квадратный дюйм (78 шт./кв. см), еще более предпочтительно - самое большее 300 монофиламентов на квадратный дюйм (47 шт./кв. см) или самое большее 200 монофиламентов на квадратный дюйм (31 шт./кв. см). Количество монофиламентов на квадратный дюйм относится к количеству соединений монофиламентов между отдельной верхней и нижней тканями прокладочной ткани. Это количество можно определить с помощью микроскопии, например, с использованием микроскопа Keyence VHX-5000 и счета соединений монофиламентов в репрезентативной области (например, в области увеличенного изображения, соответствующей 1 квадратному дюйму). Для более удобного определения, монофиламенты прокладочной ткани могут разрезаться (например, в середине) для разделения верхнего и нижнего слоев области счета. Затем можно сосчитать количество монофиламентов в области прокладочной ткани.
Волокна, простирающиеся по прокладочной ткани и между отдельными верхним и нижним слоями прокладочной ткани, представляют собой монофиламенты, имеющие линейную плотность филаментов по меньшей мере 250 дтекс. Более предпочтительно, волокна представляют собой монофиламенты, которые имеет линейную плотность филаментов по меньшей мере 300 дтекс, предпочтительно - по меньшей мере 400, и более предпочтительно - по меньшей мере 450 дтекс на филамент. Как правило, монофиламенты могут иметь максимальную линейную плотность 5000 дтекс.
Монофиламенты с высокой линейной плотностью являются предпочтительными, поскольку они дают в результате более высокую стойкость при сжатии прокладочной ткани. Также, высокая линейная плотность филаментов делает возможным уменьшение количества монофиламентов.
Монофиламенты или мультифиламентные волокна, простирающиеся по прокладочной ткани, могут изготавливаться (но, не ограничиваясь этим) из полиэстра, полиуретана, полиэтилена, полипропилена, полиамида, полиэстра, поликарбоната, полиацеталя, полисульфона, мета-арамида, пара-арамида или их сочетаний.
Верхняя и нижняя отдельные ткани прокладочной ткани предпочтительно содержат мультифиламентные волокна. Мультифиламентные волокна верхней и нижней ткани прокладочной ткани могут выбираться из такого же полимера, как и волокна, простирающиеся по слою (как упоминалось ранее для монофиламентов, простирающихся по прокладочной ткани).
Прокладочная ткань предпочтительно представляет собой вязаную или тканую прокладочную ткань, более предпочтительно, вязаную.
Конструкция ткани для прокладочной ткани влияет на скорость воздуха, которая может реализоваться в ткани. Неожиданно, сочетание высокой линейной плотности волокон, пересекающих прокладочную ткань, и низкая плотность указанных волокон на единицу площади дает в результат высокую скорость воздуха в прокладочной ткани и, в конечном счете, улучшенную охлаждающую способность ткани.
Прокладочная ткань охлаждающей ткани по настоящему изобретению предпочтительно делает возможной скорость воздуха по меньшей мере 0,75 м/сек, более предпочтительно - по меньшей мере 1 м/сек, а еще более предпочтительно - по меньшей мере 1,25 м/сек.
В одном из вариантов осуществления охлаждающая ткань по настоящему изобретению содержит влагопроницаемый внутренний поверхностный слой, содержащий нановолокна, имеющие диаметр филаментов самое большее 5 мкм, предпочтительно - самое большее 1 мкм, более предпочтительно - самое большее 750 нм. Нановолокна предпочтительно присутствуют в форме вязаного или тканого материала. В предпочтительном варианте осуществления влагопроницаемый внутренний поверхностный слой представляет собой ткань типа двойного рашелевого трикотажа и использует три типа волокон, включая нановолокно. Петельный ряд (c, общее количество горизонтальных рядов или петель) и петельный столбик (w, общее количество вертикальных рядов или петель) в ворсе вязаного материала может находится в пределах 5-10 петельных рядов/см и 4-10 петельных столбиков/см.
В одном из вариантов осуществления верхняя и/или нижняя отдельная ткань прокладочной ткани имеют открытую структуру. Это означает, что либо в одной, либо в обеих отдельных тканях пряжу вяжут или ткут с формирование пор, то есть открытых пространств, где нет волокон верхней или нижней тканей. Предпочтительно, отношение площади пор к общей площади поверхности отдельной ткани больше 40%, более предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 50%.
Общую площадь поверхности и площадь пор можно определить с помощью микроскопии, например, с использованием Keyence VHX-5000 и встроенного программного обеспечения для измерения площадей на 2D микроскопных изображениях. Низкая плотность монофиламентов, возможно, в сочетании с большим отношением площади пор, дает в результате открытую структуру, которая, вероятно, в свою очередь, улучшает охлаждающие свойства охлаждающей ткани.
Как объясняется выше, волокна влагопроницаемого внутреннего поверхностного слоя охлаждающей ткани могут формировать нижнюю отдельную ткань прокладочной ткани. Таким образом, прокладочная ткань может содержать нановолокна. Альтернативно, нановолоконная ткань располагается в тесной близости или в соединении с нижним поверхностным слоем прокладочной ткани.
Нановолокна могут включать полиэстр, полиуретан, полиэтилен, полипропилен, полиамид, полиэстр, поликарбонат, полиацеталь, полисульфон, мета-арамид или пара-арамид.
Неожиданно, сочетание прокладочной ткани, имеющей описанные выше свойства, и нановолоконного влагопроницаемого внутреннего поверхностного слоя дает в результате значительное улучшение охлаждающего воздействия охлаждающей ткани.
Влагопроницаемый внутренний поверхностный слой является проницаемым для газов (например, воздуха), паров (например, паров воды) и жидкостей (например, воды).
В предпочтительном варианте осуществления, охлаждающая ткань содержит прокладочную ткань, содержащую монофиламенты, имеющие линейную плотность по меньшей мере 250 дтекс, предпочтительно - по меньшей мере 300 дтекс, более предпочтительно - по меньшей мере 400 дтекс, расположенные при плотности монофиламентов самое большее 800 (124 шт./кв. см), предпочтительно - самое большее 700 (109 шт./кв. см), более предпочтительно - самое большее 600 монофиламентов на квадратный дюйм (93 шт./кв. см), еще более предпочтительно - самое большее 500 монофиламентов на квадратный дюйм (78 шт./кв. см) или даже самое большее 300 (47 шт./кв. см) или самое большее 200 монофиламентов на квадратный дюйм (31 шт./кв. см). В более предпочтительном варианте осуществления, такая прокладочная ткань объединяется с нановолоконным влагопроницаемым внутренним поверхностным слоем, где нановолокна имеют диаметр самое большее 1 мкм.
В таком варианте осуществления или в других вариантах осуществления настоящего изобретения, охлаждающая ткань может содержать теплопроводящие волокна. Теплопроводящие волокна представляют собой волокна, имеющие продольную теплопроводность по меньшей мере 10 Вт/(м⋅K), предпочтительно - по меньшей мере 50 Вт/(м⋅K), более предпочтительно - по меньшей мере 100 Вт/(м⋅K) определенную согласно ASTM E 1225-13; Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids Using the Guarded-Comparative-Longitudinal Heat Flow Technique.
Теплопроводящие волокна могут выбираться из группы из металлических волокон, волокон с металлическим покрытием, керамических волокон, углеродных волокон и волокон, снабженных покрытием из вещества, имеющего теплопроводность по меньшей мере 150 Вт/(м⋅K), определенную с использованием метода с предварительным сенсором горячего потока согласно ASTM E 1225-13; Standard Test Method for Thermal conductivity of Solids Using the Guarded-Comparative-Longitudinal Heat Flow Technique.
Соответствующие металлы для использования в качестве металлических волокон или для покрытия представляют собой, например, медь, алюминий, никель или цинк. Пригодные для использования керамические волокна включают волокна карбида кремния. Теплопроводящие вещества для покрытия волокон могут выбираться из нитрида алюминия, нитрида бора и оксида бериллия.
Теплопроводящие волокна или ткань, изготовленная из них, может включаться во внутренний влагопроницаемый поверхностный слой и/или в прокладочную ткань посредством вплетения волокон и/или ткани, изготовленной из них, в конструкцию ткани, или альтернативно, посредством включения волокон и/или ткани посредством вышивки, простегивания или ламинирования.
Настоящее изобретение также направлено на изделие, содержащее охлаждающую ткань, как описано выше в различных вариантах осуществления. Это изделие предпочтительно представляет собой предмет одежды для ношения человеком или животным.
Охлаждающая ткань может в основном преимущественно использоваться для предметов одежды для пожарных, промышленных рабочих, офицеров полиции, солдат.
Охлаждающая ткань или предмет одежды по настоящему изобретению может объединяться с защитной одеждой, например, с огнестойкой или стойкой к высоким температурам защитной одеждой или шлемами. Предпочтительно, охлаждающая ткань как часть предмета одежды или шлема носится в прямом контакте с кожей и другие предметы одежды располагаются поверх него (таким образом дальше от тела).
Предмет одежды может изготавливаться из охлаждающей ткани или он может содержать охлаждающую ткань и по меньшей мере еще одну ткань. В последнем варианте осуществления, охлаждающая ткань располагается в предмете одежды таким образом, что она размещается в зонах тела, которые производят много тепла и влажности, например, в верхних областях торса человека (например, на груди, на лопатках), на шее или голове.
Например, охлаждающая ткань может объединяться с мета-арамидной тканью, которая помещается снаружи охлаждающей ткани (то есть, в направлении окружающей среды). В этом варианте осуществления предлагается предмет одежды, которое имеет охлаждающие свойства и тепло- или огнестойкие свойства.
В предпочтительном варианте осуществления, изделие, содержащее охлаждающую ткань, содержит также средства для воздушной вентиляции, например, по меньшей мере, один вентилятор или воздушный насос. Этот вариант осуществления делает возможным активное охлаждение индивидуума, носящего предмет одежды.
Предпочтительно включается также источник питания для средств воздушной вентиляции, такой, например, как батарейка.
Средства воздушной вентиляции прикрепляются к предмету одежды или встраиваются в него, например, посредством вставки в держатели (например, полученные с помощью 3D печати), посредством пришивания, с помощью клейкой ленты, приклеивания или введения в ходе процесса обшивки ткани тесьмой или галуном, так что они принудительно нагнетают воздух в прокладочную ткань, тем самым улучшая циркуляцию воздуха и таким образом теплоперенос в прокладочной ткани.
Предпочтительно, прокладочная ткан содержит структуру каналов с входным отверстием, где средства воздушной вентиляции присоединяются или встраиваются в предмет одежды.
Предпочтительно, средства воздушной вентиляции и/или источник питания съемно присоединяются или встраиваются в предмет одежды.
Преимущественно, охлаждающая ткань и изделие по настоящему изобретению имеют значительно улучшенную охлаждающую способность, в особенности, в более изолированных окружающих средах, вроде защитного обмундирования пожарных или промышленных рабочих, они комфортабельны при ношении и обеспечивают защиту против тепла окружающей среды.
Изделие по настоящему изобретению улучшает ощущения от температуры у человека, носящего его. Например, когда охлаждающая куртка, содержащая охлаждающую ткань по настоящему изобретению, носится пожарным с полной болевой выкладкой, пожарный имеет комфортабельные ощущения даже при физическом стрессе (например, при подъеме) и при повышенной температуре снаружи.
Неограничивающие примеры охлаждающих тканей по настоящему изобретению и их свойства описываются ниже.
Пример 1
Исследуют несколько охлаждающих костюмов, изготовленных по размеру верхней части тела человека. Охлаждающая ткань конструируется в виде охлаждающего костюма, как показано на Фиг.2a, таким образом, что передняя часть и задняя часть (темно-серые части) туловища покрыты охлаждающей тканью. На Фиг.2a левая панель представляет собой переднюю часть костюма, а правая панель представляет собой заднюю сторону костюма. Бока и рукава костюмы (светло-серые части) изготавливают из ткани Lycra®, чтобы обеспечить превосходное прилегание костюма к туловищу.
Охлаждающая ткань снабжается несколькими вентиляторами для получения потока воздуха внутри костюма. Вентиляторы располагаются спереди (2x) и сзади (4x) таким способом, как изображено на Фиг.2b. На Фиг.2b левая панель представляет заднюю часть костюма, а правая панель представляет переднюю часть костюма. Вентиляторы питаются посредством батареи и осуществляют прямой наддув в прокладочную ткань при максимальном потоке воздуха 65 м3/час на один вентилятор.
Различные охлаждающие костюмы исследуют на потеющем тепловом манекене, который моделирует потери тепла из тела человека. Исследование охлаждающего костюма осуществляют согласно ASTM F2371-5. Используемые условия исследования теплового манекена представляют собой:
1. Температура поверхности (35°C)
2. Температура окружающей среды/относительная влажность (%) (25°C/40%)
3. Скорость выделения пота верхней части тела (0,48 л/час)
Кумулятивный тепловой поток (или охлаждающая способность) измеряется в течение 1-часового исследования. Туловище манекена одевают в один из охлаждающих костюмов, описанных ниже (Образцы 1-9). Поверх охлаждающего костюма помещают стандартную одежду пожарного, которая покрывает весь манекен, включая нижнюю часть тела, голову и руки. Кумулятивный тепловой поток определяют для части тела, туловища.
Шесть из исследуемых охлаждающих костюмов состоят из влагопроницаемого внутреннего поверхностного слоя, прокладочной ткани и наружного поверхностного слоя.
Для этих охлаждающих костюмов объединяют различные прокладочные ткани и влагопроницаемые внутренние поверхностные слои. Наружный поверхностный слой для Образцов 1-6 представляет собой термопластичную полиуретановую пленку.
Образцы 1, 3 и 5 содержат прокладочную ткань (1) по настоящему изобретению. Этот тип прокладочной ткани делает возможным скорость воздуха 1,3 м/сек.
Прокладочная ткань типа 1 имеет следующие свойства:
Материал: 100% полиэтилентерефталат
Плотность монофиламентов: 155 отсчеты/дюйм2 (24 отсчета/см2)
Линейная плотность монофиламентов: 656 дтекс/филамент
Конструкция: основовязанная трикотажная ткань, 6,5 петельных рядов на см, 2 петельных столбика на см
Толщина: 10 мм
Размер поверхностных пор: 7 мм
Масса на единицу площади: 530 г/м2
В противоположность этому, прокладочная ткань типа A (сравнительная) делает возможной скорость воздуха ниже 0,5 м/сек и имеет следующие свойства:
Материал: 100% полиэтилентерефталат
Плотность монофиламентов: примерно 3870 отсчетов/дюйм2 (150 отсчетов/см2)
Линейная плотность монофиламентов: 33 дтекс/филамент
Конструкция: основовязанная трикотажная ткань, 17 петельных рядов на см, 10 петельных столбиков на см
Толщина: 5 мм
Размер поверхностных пор: 2 мм
Масса на единицу площади: 432 г/м2
Оба типа прокладочной ткани объединяют с различными влагопроницаемыми внутренними поверхностными слоями: хлопковая ткань (стандартный хлопок 10 A, WFK Testgewebe GmbH), полиэстровая ткань или ткань из нановолокон полиэстра.
Полиэстровая ткань имеет следующие свойства:
Диаметр волокон: 2 мкм
Конструкция: основовязанная трикотажная ткань
Ткань из нановолокон полиэстра имеет следующие свойства:
Диаметр волокна: 700 нм
Конструкция: основовязанная трикотажная ткань
Кроме того, три коммерчески доступных охлаждающих костюма также исследуют в исследовании с тепловым манекеном (Образцы 7-9).
Коммерчески доступные охлаждающие костюмы представляют собой E-Cooline (Образец 7), Glacier Tek Cool vest (Образец 8), Rakuten U500B Cool Vest (Образец 9).
Образец 7 представляет собой охлаждающий костюм, который требует добавления воды в куртку, Образец 8 представляет собой пример костюма типа охлаждения с фазовым переходом и Образец 9 представляет собой коммерчески доступный пример воздушного охлаждения.
Таблица 1 показывает охлаждающую способность различных охлаждающих костюмов:
Таблица 1: Исследование с тепловым манекеном для определения теплового потока
| Образец | MP внутреннего слоя | Тип прокладочной ткани | Скорость воздуха в прокладке (м/сек) | Тепловой поток (кВт/м2) |
| Образец 1 - inv. | Нановолокно полиэстра | 1 | 1,3 | 306 |
| Образец 2 - comp. | Нановолокно полиэстра | A | <0,5 | 84 |
| Образец 3 - inv. | Хлопковое волокно | 1 | 1,3 | 172 |
| Образец 4 - comp. | Хлопковое волокно | A | <0,5 | 66 |
| Образец 5 - inv. | Полиэстровое волокно | 1 | 1,3 | 275 |
| Образец 6 - comp. | Полиэстровое волокно | A | <0,5 | 95 |
| Образец 7 - comp. | неизвестно | неизвестно | неизвестно | 97 |
| Образец 8 - comp. | неизвестно | неизвестно | неизвестно | 45 |
| Образец 9 - comp. | неизвестно | неизвестно | неизвестно | 52 |
MP - влагопроницаемость, inv. - по настоящему изобретению, comp. - сравнительный
Как можно видеть из данных Таблицы 2, охлаждающие костюмы по настоящему изобретению (Образцы 1, 3 и 5) явно превосходят коммерчески доступные охлаждающие костюмы (Образцы 7-9), но также и охлаждающие костюмы, где прокладочная ткань имеет скорость воздуха ниже 0,5 м/сек.
Пример 2
Сравнивают охлаждающую способность нескольких прокладочных тканей.
Для этой цели определяют сопротивление для воздуха и свойства при испарении шести различных прокладочных тканей.
Прокладку 1 (по настоящему изобретению) и прокладку A (сравнительную) также используют в Примере 1. Кроме того, также исследуют прокладки 2-4 (по настоящему изобретению) и прокладку B (сравнительную). Все прокладки изготавливают из 100% полиэтилентерефталата.
Сопротивление для воздуха у прокладок определяют, как описано выше.
Плотность монофиламентов и относительную площадь пор определяют с помощью микроскопии (как показано выше).
Свойства при испарении определяют с помощью следующего метода:
Экспериментальную установку создают с намерением моделировать потеющую кожу, покрытую вентилируемой прокладочной тканью. Потеющую кожу моделируют с помощью водяной бани, поддерживаемой при 35°C. Слой пены помещают на подложку в водяной бане таким образом, что пена частично погружена в воду, но пена насыщена водой по всей своей толщине. Например, полиэфирная пена толщиной 10 мм может погружаться на 7 мм. Слой пены обеспечивает стационарный перенос воды к поверхности. Прокладочная ткань для исследования помещается на пену и служит как проход для воздуха окружающей среды, который продувают через нее. Используя вентилятор (например, вентилятор Sunon KD 1208 PTSI 1,8 W), воздух наддувают в прокладку таким же образом, как для определения скорости воздуха (описано выше и на Фиг.1), но давая возможность для испарения.
Всю установку (включая водяную баню, пену, прокладку и вентилятор) помещают на прецизионные весы (например, Kern DS 20K0.1 0.1), что делает возможным цифровой анализ уменьшения массы в определенных временных рамках, как меру скорости испарения. Температуру водяной бани, прокладочной ткани и окружающего воздуха измеряют с помощью термопары и помещают в файл. В это же время определяют массу (раз в секунду) и также помещают в файл. Всю установку помещают в климатическую камеру WEISS WK3-180/40 4.1 kW для проверки теоретических ожиданий для установленной температуры 25°C и относительной влажности (Rh) 40%. В ходе исследований, напряжение всегда установлено на максимум для вентилятора 12 В (и таким образом 0,15 A).
На основе массы воды, выпаренной в единицу времени (грамм/секунд), области испарения прокладочной ткани (размер A4) и теплоты испарения воды (Дж/г), определяют охлаждающую способность (Вт/м2).
Охлаждающую способность каждой прокладочной ткани определяют три раза при 25°C и 40% Rh в течение 10 минут и вычисляют с помощью следующей формулы: охлаждающая способность (Вт/м2)=[потеря массы/время (грамм/секунд)] ⋅ K/[площадь (м2)].
Константа K представляет собой теплоту испарения воды при используемой температуре и относительной влажности (2400 Дж/г).
Затем вычисляют среднее значение для трех измерений (в Вт/м2).
Таблица 2 показывает свойства различных прокладочных тканей
| Образец | Толщина (мм) |
Масс/площадь (г/м2) |
Монофиламент, филамент LD (дтекс) |
Плотность монофиламентов (количество/дюйм2) | Относительная площадь пор (%) |
Сопротивление для воздуха (ΔP мм H2O) |
Охлаждающая способность (Вт/м2) |
| 1 | 10 | 477 | 676 | 155 | 62 | 4,5 | 612 |
| 2 | 10 | 445 | 798 | 77 | 62 | 2,0 | 742 |
| 3 | 10 | 581 | 800 | 77 | 54 | 2,5 | 723 |
| 4 | 6 | 441 | 465 | 142 | 56 | 10 | 755 |
| A | 5 | 429 | 33 | примерно 3870 | 20 | 56 | 469 |
| B | 8,5 | 683 | 233 | 970 | 20 | 22,5 | 591 |
n.d.=не определено, согласно оценкам >1000/дюйм2
Данные показывают, что прокладки, используемые по настоящему изобретению, дают в результате понижение сопротивления для воздуха и повышение охлаждающей способности. Это, как ожидается, даст в результате улучшение охлаждающего воздействия охлаждающих тканей, содержащих прокладочные ткани.
1. Охлаждающая ткань, содержащая влагопроницаемый внутренний поверхностный слой, прокладочную ткань и наружный поверхностный слой, где наружный поверхностный слой имеет воздухопроницаемость самое большее 250 л/дм2/мин при 500 Па, измеренную согласно ISO 9237, и где прокладочная ткань содержит монофиламенты, простирающиеся по прокладочной ткани, причем монофиламенты имеют линейную плотность по меньшей мере 250 дтекс и монофиламенты присутствуют при плотности самое большее 800 монофиламентов на квадратный дюйм (124 шт./кв.см).
2. Охлаждающая ткань по п.1, в которой монофиламенты имеют линейную плотность по меньшей мере 300 дтекс, предпочтительно по меньшей мере 400 дтекс, более предпочтительно по меньшей мере 450 дтекс.
3. Охлаждающая ткань по п.1 или 2, в которой монофиламенты присутствуют при плотности самое большее 700 монофиламентов на квадратный дюйм (109 шт./кв.см), предпочтительно самое большее 600 монофиламентов на квадратный дюйм (93 шт./кв.см), более предпочтительно самое большее 500 монофиламентов на квадратный дюйм (78 шт./кв.см), еще более предпочтительно самое большее 300 монофиламентов на квадратный дюйм (47 шт./кв.см) или самое большее 200 монофиламентов на квадратный дюйм (31 шт./кв.см).
4. Охлаждающая ткань по любому из пп.1-3, в которой влагопроницаемый внутренний поверхностный слой содержит нановолокна, имеющие диаметр филамента самое большее 5 мкм, предпочтительно самое большее 1 мкм, более предпочтительно самое большее 750 нм.
5. Охлаждающая ткань по любому из пп.1-4, содержащая теплопроводящие волокна.
6. Охлаждающая ткань по п.5, в которой теплопроводящие волокна выбирают из группы из металлических волокон, волокон с металлическим покрытием, керамических волокон, углеродных волокон и волокон, снабженных покрытием из вещества, имеющего теплопроводность по меньшей мере 150 Вт/(м⋅K).
7. Охлаждающая ткань по любому из пп.1-6, в которой прокладочная ткань имеет толщину по меньшей мере 2 мм, предпочтительно по меньшей мере 3 мм.
8. Охлаждающая ткань по любому из пп.1-7, в которой наружный поверхностный слой содержит термопластичную смолу или волокно, предпочтительно выбранное из полиуретана, полиэтилена, полипропилена, полиамида, полиэстра, поликарбоната, полиацеталя и полисульфона, мета-арамида, пара-арамида.
9. Изделие, содержащее охлаждающую ткань по любому из пп.1-8, предпочтительно предмет одежды.
10. Изделие по п.9, содержащее по меньшей мере одно средство вентиляции воздуха и по меньшей мере один источник питания.
