热调节性三维绝热结构和包含该结构的制品制造技术

公开了绝热和填充材料，其包含多个纤维的共混物的多个集合体。该纤维的共混物包含20‑80wt％的包括相变材料的纤维素纤维，和20‑80wt％的合成聚合物纤维，该纤维素纤维的纤维尺寸小于6旦尼尔和在15‑45℃温度范围内的比潜热大于20J/g，该合成聚合物纤维的纤维尺寸小于6旦尼尔。该集合体形成具有内部空气空间的三维结构。该集合体可以是纤维球或离散的纵向伸长的絮状物，其具有相对开松的扩大的中间部分和从该中间部分的相对端延伸的相对密实的扭曲尾部。该绝热或填充材料具有至少0.8clo/oz/sqyd。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热调节性三维绝热结构和包含该结构的制品交叉参考的相关申请本申请完善并要求2018年10月15日提交的，名称为“热调节性三维绝热结构和包含该结构的制品”的美国临时专利申请号62/745,774的优先权权益，其全部内容通过参考引入本文。
本专利技术总体上涉及热调节性绝热和/或填充材料，其包含多个纤维共混物的多个集合体，该纤维包括相变纤维，该集合体形成具有内部空气空间的三维结构。本专利技术还涉及包含该绝热或填充材料的制品，和制造该绝热和/或填充材料的方法。
技术介绍
基本科学原理如今越来越多地用于制造新型织物产品。一种这样的原理是相变，其是从一种物理状态变成另一种物理状态的过程，例如从固体到液体，或者相反。具有自动适应环境性能的纤维和织物近来吸引了越来越多的关注，其可以使用相变材料(PCM)来实现。热能储存(TES)是用于后续使用的高温或低温能量的临时储存。它连通了能量需求和能量使用之间的时间差。在不同的热储存技术中，潜热储存特别吸引人，因为它具有在接近等温条件时提供高储存密度的能力。PCM利用可以在窄的温度范围内用该材料储存或释放的潜热。PCM具有在一定温度范围内改变其状态的能力。这些材料在加热过程中随着相变的发生而吸收能量，并在相反的冷却过程和相变过程中将能量释放到环境。吸收或释放的焓就是潜热。通常，PCM可以由此用作热的阻隔，因为必须让PCM吸收一定量的潜热，然后它的温度才能上升。类似地，PCM可以用作冷的阻隔，因为必须从PCM除去一定量的潜热，然后它的温度才能开始降低。可以从固态转化成液态或从液态转化成固态的PCM是最常用的潜热储存材料，并且适于制造热储存和经热调节的织物和服装。如图1所示，这些PCM，在加热或熔融过程中，随着发生固态到液态的相变，在基本上恒定的相变或转变温度吸收能量，并且在冷却或冻结/结晶/凝固过程中，随着发生液态到固态的相变，在基本上恒定的转变温度释放能量。图2显示了一种典型的固-液相转变PCM。从处于固态温度的初始固态，PCM起初吸收显热形式的能量。与潜热相反，显热能量是由物体或热力学系统在使系统温度变化的过程中释放或吸收的热。如图2所示，当PCM吸收了足够的能量，以使得该PCM的周围环境达到该PCM的转变温度时，它熔融并吸收大量能量，同时保持在几乎恒定的温度(即转变温度)——即潜热/能量储存。PCM持续吸收能量，同时保持在转变温度，直到全部PCM转变成液相，PCM从中吸收显热形式的能量，如图2所示。以这种方式，将热从PCM周围的环境中除去并储存，同时在固态到液态相变过程中温度保持在“最佳”水平。在相反的过程中，当液态PCM周围的环境温度/能量降低到转变温度时，它再次凝固，将它储存的潜热能量释放/散发到环境，同时保持在转变温度，直到全部PCM转变成固相。因此，操控的温度同样保持一致。因此，在完整的熔融过程中，典型的固-液相转变PCM以及它周围区域的温度保持几乎恒定。对于凝固(例如结晶)过程同样如此；在整个凝固过程中，PCM的温度没有明显变化。在熔融过程以及凝固过程过程中，传热大却无明显的温度变化，这使得这些PCM成为实际织物应用中令人关注的热储存材料的来源。但是，PCM达到的绝热效果取决于温度和时间；它仅在相变过程中发生，由此仅在相变温度范围中发生，并且当全部PCM中的相变完成时终止。因为这种类型的绝热是临时的；所以它可以被称作动态绝热。同样，传热模式主要取决于传热方法中涉及材料的相。对于固体材料，传导是主要的传热模式。而对于液体材料，以对流传热为主。遗憾的是，典型的PCM具有相对低的热导率，其无法在PCM与周围环境(例如使用者)之间提供所需的或期望的热交换速率。所以，需要具有改进的储热和传热性能的PCM织物绝热和/或填充材料。虽然已经讨论了常规技术的某些方面以便于公开本专利技术，但是申请人绝非放弃这些技术方面，并且可以预期本专利技术可以囊括本文讨论的常规技术方面的一个或多个方面。在本说明书中，当提及或讨论文献、法案或知识点时，这种提及或讨论并非承认该文献、法案或知识点或者其任意组合在优先权日是公众可获得的，公众已知的，公知常识的一部分，或者以其他方式在适用的法令条文下构成现有技术；或者已知与尝试解决本说明书所关注的任何技术问题相关。
技术实现思路
简言之，本专利技术满足对于具有相变材料(PCM)的改进的绝热材料和/或填充材料的需要。本专利技术可以解决上述本领域的问题和缺陷中的一个或多个。但是，可以预期本专利技术可以证明可用于解决许多
中的其他问题和缺陷。所以，本专利技术不应当必然解释为局限于解决本文所述的任何特定问题或缺陷。目前公开的绝热和/或填充材料，包含该材料的制品，和用于形成该材料的方法的某些实施方案具有几个特征，这些中的单独一个不会独自带来它们的令人期望的属性。不限制所附权利要求书所限定的绝热和/或填充材料、制品和方法的范围，现在将简要地讨论它们的更突出的特征。在考虑了本讨论之后，特别是在阅读了本说明书的标题为“具体实施方式”一节之后，将理解本文公开的各个实施方案的特征如何提供相对于现有技术的诸多优点。在第一方面中，本专利技术提供绝热或填充材料，其包含多个纤维共混物的多个离散的集合体。纤维共混物包含20-80wt％的纤维素纤维，其包括相变材料且纤维尺寸小于或等于6旦尼尔，和20-80wt％的合成聚合物纤维，其纤维尺寸小于或等于6旦尼尔。纤维素纤维在15-45℃温度范围的比潜热大于20J/g。集合体形成具有内部空气空间的三维结构。该材料具有至少0.8clo/oz/sqyd。在一些实施方案中，纤维素相变纤维包含纤维素基质，在该纤维素基质内的包含物，和分散在该纤维素基质中的纳米级层状颗粒的阻隔材料，该包含物包含用至少一种疏水性增稠剂稳定化的一种或多种非极性有机化合物。在一些这样的实施方案中，在包含物周围延伸的区域中的阻隔材料的密度大于在纤维素基质中的阻隔材料的平均密度。在一些实施方案中，一种或多种非极性有机化合物的熔点小于100℃，并且选自烃，蜡，蜂蜡，油，脂肪酸，脂肪酸酯，硬脂酸酐和长链醇。在一些实施方案中，一种或多种非极性有机化合物包含熔点在28℃-32℃范围内的稳定化的链烷烃，和阻隔材料包含纳米级层状硅酸盐。在一些实施方案中，纤维素相变纤维的比潜热大于或等于50J/g。在一些实施方案中，纤维素相变纤维的纤维尺寸在2-3旦尼尔范围内。在一些实施方案中，合成聚合物纤维包含纤维尺寸小于2旦尼尔的第一合成聚合物纤维。在一些这样的实施方案中，第一合成聚合物纤维包含硅化纤维和聚酯纤维中的至少一种。在一些这样的实施方案中，纤维共混物包含10-70wt％的第一合成聚合物纤维。在一些实施方案中，合成聚合物纤维包含第二合成聚合物组合纤维。在一些这样的实施方案中，第二合成聚合物纤维包含硅化纤维和聚酯纤维中的至少一种。在一些这样的实施方案中，第二合成聚合物纤维是组合卷曲纤维。在一些这样的实施方案中，纤维共混物包含10-70wt％的第二合成聚合物纤维。在一些实施方案中，合成聚合物纤维和纤维素相变纤维中的至少一种的短纤维长度是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.绝热或填充材料，其包含：/n多个纤维的共混物的多个离散的集合体，/n其中该纤维的共混物包含：/n20-80wt％的包括相变材料的纤维素纤维，其纤维尺寸小于或等于6旦尼尔和在15-45℃温度范围内的比潜热大于20J/g；和/n20-80wt％的合成聚合物纤维，其纤维尺寸小于或等于6旦尼尔，/n其中该集合体形成具有内部空气空间的三维结构，和/n其中该绝热或填充材料具有至少0.8clo/oz/sqyd。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181015 US 62/745,7741.绝热或填充材料，其包含：
多个纤维的共混物的多个离散的集合体，
其中该纤维的共混物包含：
20-80wt％的包括相变材料的纤维素纤维，其纤维尺寸小于或等于6旦尼尔和在15-45℃温度范围内的比潜热大于20J/g；和
20-80wt％的合成聚合物纤维，其纤维尺寸小于或等于6旦尼尔，
其中该集合体形成具有内部空气空间的三维结构，和
其中该绝热或填充材料具有至少0.8clo/oz/sqyd。


2.根据权利要求1所述的材料，该纤维素相变纤维包含：
纤维素基质；
在该纤维素基质内的包含物，其包含用至少一种疏水性增稠剂稳定化的一种或多种非极性有机化合物；和
分散在该纤维素基质中的纳米级层状颗粒的阻隔材料。


3.根据权利要求2所述的材料，其中在该包含物周围延伸的区域中的该阻隔材料的密度大于该纤维素基质中的该阻隔材料的平均密度。


4.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该一种或多种非极性有机化合物的熔点小于100℃，并且选自烃、蜡、蜂蜡、油、脂肪酸、脂肪酸酯、硬脂酸酐和长链醇。


5.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该一种或多种非极性有机化合物包含稳定化的链烷烃，其熔点在28℃-32℃范围内，和其中该阻隔材料包含纳米级层状硅酸盐。


6.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该纤维素相变纤维的比潜热大于或等于50J/g。


7.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该纤维素相变纤维的纤维尺寸在2旦尼尔-3旦尼尔范围内。


8.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该合成聚合物纤维包含纤维尺寸小于2旦尼尔的第一合成聚合物纤维。


9.根据权利要求8所述的材料，其中第一合成聚合物纤维包含硅化纤维和聚酯纤维中的至少一种。


10.根据权利要求8或9所述的材料，其中该纤维的共混物包含10-70wt％的第一合成聚合物纤维。


11.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该合成聚合物纤维包含第二合成聚合物组合纤维。


12.根据权利要求11所述的材料，其中第二合成聚合物纤维包含硅化纤维和聚酯纤维中的至少一种。


13.根据权利要求11或12所述的材料，其中第二合成聚合物纤维是组合卷曲纤维。


14.根据权利要求11-13中任一项所述的材料，其中该纤维的共混物包含10-70wt％的第二合成聚合物纤维。


15.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中该合成聚合物纤维和该...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿什科姆，V·玛森，
申请(专利权)人：普莱玛有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US