CN102802454A - 功能性室外衣服 - Google Patents

Abstract

一种具有多层结构的功能性室外衣服包括织物，所述织物具有至少三个限定的功能区域，即用于保护胸部和上背的上躯干部（2，3）、用于保护胃部区域和下背的下躯干部（4）以及肩部区域（5），所述肩部区域（5）至少分配到穿着者身体的肩部，其中，所述功能区域包括不同的绝缘等级，并且其中，所述上躯干部具有最高的绝缘等级。

Description

功能性室外衣服

技术领域

为了满足消费者对于生理穿着舒适性和功能性能的需求，现代化的室外衣服中采用了越来越多的创新科技来抵抗多变的环境条件和各种锻炼活动。本发明涉及具有精密液体水分管理和缓冲行为的功能性室外衣服设计和制造。

背景技术

衣物系统的基本功能是作为屏障来保护人体抵抗外部环境并且调整身体及其环境之间的热交换和水分交换。同时，其还产生一定的可能是愉悦的的舒适感觉，或者由于皮肤和织物之间的接近且连续的相互作用而是不愉悦的。衣物中的温度和水分分布及其传输行为、机械相互作用（例如皮肤和衣物之间的相对运动、摩擦和变形）已经被广泛地认识到是影响舒适感觉、甚至穿着者在各种穿着条件下的生存的重要因素。

功能性能和舒适行为对于室外衣服而言是极其重要的，室外衣服可用作可能经受多变环境条件和各种锻炼活动的人员的保护装置。长久以来，已经认识到衣物的热和水分传递行为对于人类生存是极其重要的。影响衣物的热行为的因素将会包括干热绝缘、水分和蒸气透过衣物的传递、与衣物的热交换（传导、对流、辐射、蒸发和冷凝）、压缩、泵运效果、空气穿透、主体姿态（subject posture），等等。例如，在山间徒步旅行可能是，当徒步旅行者早晨处于山脚时，外面是晴朗且炎热的，但是山顶处却正在下雪。活动水平也可能从徒步旅行期间的强水平变化到休息和比较期间的低水平。另一个可常常观察到的现象是滑雪之后在滑雪服的内表面处聚集了液滴，并且使得穿着者感觉非常不舒服。这两个例子揭示了热和水分传递行为在室外衣服设计中扮演着重要的角色。

基于功能性织物和衣服方面的文献回顾，已经在该领域广泛研究了许多现有的创新技术。例如，US2009093179、CN101333282(A)公开了一种方法，其用于用具有多层膜结构的防水且水分可透过纺织原料来制备织物。CN201139120(Y)公开了一种制备纳米远红外阴离子多功能运动鞋的方法，该运动鞋是抗菌的、防水的、水分可透过的、抗磨损的以及防滑的。这种类型的已出版专利涉及织物的功能增强。在室外衣服设计方面，CN201097636(Y)教导了一种使用水冷却来设计衣服的方法；US2008196140(A1)公开了一种具有体温调节性能的衣服，其包括前袋、位于前袋后面的前囊以及两个侧通风开口，前袋具有侧进入开口以便在不活动期间将手放在其内或取暖。US2007210051(A1)报导了一种制备透气的加热器元件的方法，该加热器元件用于衣服或用于衣服的衬里，例如室外夹克；DE102004007811(A1)教导了一种摩托车夹克设计，其具有两层结构和可调节的通风结构；FR2857830(A1)公开了一种在后背和肩部处具有特殊设计的衣服结构，以增加抗磨损性。WO2006098641(A2)提供了一种方法来增大热绝缘；WO2006085947(A2)进一步教导了军事战斗制服，其使用无纺复合织物以提供防火性质。

另一方面，从生理角度看，人－衣物－环境是物理、感觉、心理和信息意义上的动态的相互作用系统。成年人在舒适环境条件下口测的正常体温的范围在36.3℃和37.1℃之间。通过多个温度调节机制将芯温度维持成接近于37.0℃。通过用身体和环境之间交换的热来平衡由身体产生的热，从而维持该温度。身体所产生的热是新陈代谢化学反应的副产物，并且由新陈代谢释放的能量的约43%被用于完成生物工作。剩余的能量作为热损失掉。体温高于和低于“正常”水平的变化可损害锻炼行动。生理温度调节独立于清醒的自主行为，而行为性温度调节通过清醒行为来运转，并且清醒行为包括诸如改变活动水平、更换衣服之类的动作。

生理学者的现有研究成果公开了体温是通过对于热损失平衡产热来控制的。存在三种独立的产热机制，包括基础产热、颤抖和自主锻炼，对于普通成年人而言，这将会分别产生大约70-100 Kcal/hr、500 Kcal/hr以及300-1100 Kcal/hr的能量。并且，热调节控制系统已经被皮肤血流、出汗和颤抖影响。皮肤血流被调节以改变皮肤温度，以便减小或增大热损失，其被假定为受来自皮肤和中央芯的温度信号控制。

出汗是一种从身体释放过多热量的有效机制，出汗由汗腺决定，汗腺产生调整的出汗。汗腺受平均体温信号和皮肤体温信号控制。Guyton和Hall在2000年发现对于不适应环境的人几乎不会达到1 L/hr，而对于良好适应环境的人可出汗多至2-3 L/hr，当汗蒸发时，带走约十倍的基础身体产热。此外，Randall在1946年报导了身体上的汗腺分布不是均匀的，最密集的地方在手背，随后是伸肌表面、鱼际隆起和胸部。该成果还表明身体各部分的出汗量也是不同的，并且对于衣服设计而言，水分传递行为的要求是不同的。

有两种类型的出汗，即不可感知的流汗和可感知出汗，其中，不可感知流汗是不可控制的并且在其作为皮肤上的水分被感知之前就已经蒸发了。出汗受热调节机制控制并且可作为皮肤上的水分被感知。

通常，皮肤上的温度约为33℃，并且例如在滑雪运动时，环境温度可在-20℃。所想到的是，在衣服厚度的方向上存在从皮肤温度下降到环境温度的温度梯度场。在它们中间，应当考虑两个特殊的温度点。

两个温度点之一是露点，其涉及温度和相对湿度（RH）。温度越低，则RH越低并且越容易出现冷凝。另一个温度点是冰点（0℃），在冰点时，水将会改变其相态到固体冰。

从以上分析可知，在寒冷环境（低于0℃）中，空气中存在的水蒸气含量较低，并且难以传递穿过衣服的外壳层，其断言具有诸如驱水、挡风和透气的性能。

现有技术教导人们在许多特定方面和方式中改善舒适性和/或功能性能，但是现有技术中极少能完整地将穿着者的生理反应、衣物系统和环境考虑为整个系统来设计室外衣服并且满足各种环境条件和活动的要求。

发明内容

本发明的目的是设计一种室外衣服，其具有热绝缘、基于材料功能性质的液体/水蒸气传递行为、心理和生理要求的优化平衡。

通过根据本发明的具有多层结构的功能性室外衣服来实现该目的，所述功能性室外衣服具有织物，该织物具有至少三个限定的功能区域，即用于保护胸部和上背的上躯干部（trunk）、用于保护胃部区域和下背的下躯干部以及肩部区域，该肩部区域至少分配到穿着者身体的肩部，其中，所述功能区域包括不同的绝缘等级，并且其中，所述上躯干部具有最高的绝缘等级。

虽然该室外衣服具有特殊设计，但是在穿着本发明的衣服期间，身体的芯总是具有稳定的温度水平。另一个优点是由于上躯干部的相对高的绝缘等级而避免了穿着者身体的半身或躯干的严重冷却。

根据本发明的进一步发展，尤其有利地设置的是，下躯干部的绝缘等级高于肩部区域的绝缘等级。下躯干部具有比肩部区域更高的表面，并且其接触表面直接暴露于风雨，这使得有必要让胃部区域和下背受到比身体的肩部更好的保护。

具体地，功能区域由具有三层的织物制成，该具有三层的织物具有内皮肤层、外皮肤层和芯层。外皮肤层各自地织物的外壳是防水的，其中，外皮肤层由防水性高于3000 mm H₂O、优选地高于的6000 mm H₂O的材料制成，并且具有高于3000 g/m²日、优选地高于8000 g/m²日的水蒸气渗透率。

不同功能区域的芯层由具有各种厚度等级的绝缘材料制成。芯层具有不同的特定功能（诸如热绝缘或调节）并且满足对于现代水分管理或缓冲材料的预期。回湿性通常高于3%并且小于15%。每个功能区域的芯层在所述功能区域的整个面积上延伸。优选地，绝缘材料由约30%羊毛和约70%合成线制成。

替代地，根据根据本发明的衣服的另一进一步发展设置的是，功能区域的芯层由具有各种绝缘值的不同绝缘材料制成。应用具有各种绝缘值的不同绝缘材料的优点是，衣服的多层结构的厚度可相对恒定。可基于克洛值、材料导热率或热阻以及环境条件来选择热绝缘。ISO 9920、ISO 11079和ISO 11092被引用来确定衣物系统。需要在不同环境温度和活动下的克洛值。

内皮肤层是具有给定回湿性特征和优异透气性的材料。此外，内皮肤层实现了对于现代水分管理性能的预期，其中，OMMC高于0.5，优选地OMMC高于0.8。另外，紧挨着皮肤的内皮肤层必须是温暖、干燥、柔软和平滑的。因此，衣服具有高度的穿着舒适性。

下躯干部的面积度量（square measure）是上躯干部的面积度量的约两倍。两个功能区域相互的表面百分比的构造的优点是避免了身体上部的严重冷却或过热。再一次，肩部区域具有比上躯干部更小的面积度量。

衣服还包括两个另外的功能区域，其中，一个区域形成为衣领，并且另一个区域构造为腋窝区域。衣领特别地保护身体的颈部，并且衣袖以及上和下躯干部中间的两个腋窝区域使得能够通过通风通道进行良好的水分传输。

上躯干部由防水外皮肤层、高回湿性和高热绝缘构成的轻质芯层以及具有水分管理的内皮肤层制成。

根据本发明的进一步发展，所设置的是，下躯干部并且尤其是衣领包括防水外皮肤层、高回湿性和高热绝缘构成的轻质芯层以及驱水内层。

肩部区域包括肘部和衣袖的端部，并且也具有防水外皮肤层、高回湿性和轻质的较薄的且可压缩衬料构成的芯层以及包括水分管理的弹性内皮肤层。

身体的每个腋窝下面的腋窝区域至少包括具有高水分输送的轻质外皮肤层以及具有水分管理特性和通风通道的内皮肤层。

在穿着期间，身体、室外衣服和环境之间的热和水分相互作用是两个交换过程。第一个过程是身体和环境之间的热交换，并且第二个过程是身体和环境之间的水分交换。

在穿着期间，应当维持芯温度一致以控制衣服的热调节行为并且允许汗（液体/蒸气）从身体传递到环境并且防止液体（雨）从外侧穿透到内侧。

从文献中总结而来，人类生理特征和分布的分析建立了本发明的可持续基础。基于环境、锻炼活动行为和生理反应的分析，为这种创造性的室外衣服设计限定了五个特殊的身体区域，其具有不同的材料性能要求。下表示出了每个功能区域的要求的总结。

注意：

●高回湿性表示：根据ASTM 2118，其回湿性大于等于3%，优选的回湿性在8%左右并且小于等于15%；

●高热绝缘/保暖表示：根据ISO11092，织物绝缘大于等于0.1 m²Kw^-1，并且根据ISO9237，空气渗透率大于400 lm²s^-1；

●轻质表示：根据ISO3801，材料单位重量小于等于250 gm^-2；

●根据ISO4920，驱水性大于等于4，优选地等于5；

●根据标准SN/T1689.1-2005，水分管理性能OMMC大于等于2，性能OMMC大于等于4；

●由KES（Kawabata评估系统）系统评估的平滑性和SMD小于10微米，越小越好；

●由KES（Kawabata评估系统）系统评估的柔软性和EMC（可压缩性，百分比，初始厚度测量值比上样品在最大施力时的厚度，较高的值表示较大的可压缩性）大于等于120%；

●弹性表示织物的双向弹性模量（经线+纬线）小于等于5 GPa，越小越好。

附图说明

附图中示出了根据本发明的功能性室外衣服的示例性实施例，从该实施例可得到进一步的创造性的、非限制性的特征：

图1是用于保护身体上部的室外衣服的前视图，并且

图2是图1的衣服的后视图。

具体实施方式

图1和2示出了根据本发明的室外衣服1的实施例的示例，室外衣服特别地是室外夹克，用于保护身体的半身或躯干，更加特别地适合于诸如步行、徒步旅行或攀登之类的运动。

在本例中，保护性衣服1基本上具有五个不同的限定的功能区域，即上躯干部2、3、下躯干部4、肩部区域5、衣领6和腋窝区域7、8。肩部区域包括衣袖的其它区部，尤其在肘部区域9、10以及衣袖11、12端部，其均具有相同的层构造。在衣服的前面插入了拉链13，其中断了下躯干部、上躯干部和衣领。下躯干部4具有大致矩形形状。上躯干部2、3被接近类似地设计并且几乎是下躯干部的一半高。肩部区域具有梯形形状，以便有效地保护肩部。

进一步的细节：

示例1

所有织物材料均直接来源于市场，并且该夹克所用材料的基本物理性质描述如下：

1. 用于最外壳的织物是3层层压织物，其防水性大于等于10000 mmH₂O并且水分渗透率约为6000 g/m²日；克洛值约为0.15；

2. 用于第二层的材料是棉絮，其单位重量为120 g/m²并且克洛值约为0.65且回湿性约为6.5%；

3. 内层是尼龙纺织织物，其单位重量为102 g/m²；

4. 用于衣领的材料是背面羊毛的织物，其厚度约为5 mm且单位重量为460 g/m²；

[功能增强处理]

1. 内层织物的一部分通过亲水处理来处理（对于上躯干部和其它地方，但除了下躯干部和衣领），这将会帮助内层处的液体散布和吸收，这里可以使用许多商品/处理方法；

2. 内层织物的一部分通过疏水处理来处理（仅对于下躯干部和衣领），这使得在内层处具有驱水效果，这里可以使用许多商品/处理方法。

示例2

在示例1上进一步地，

●外壳选择层压有PTFE膜的尼龙织物，防水性大于等于15000 mmH₂O；

●内层和衣领具有与示例1相同的材料；

●中间层使用聚酯：羊毛＝1:1混合棉絮，其中，单位重量为100 g/m2并且热绝缘容量为0.82克洛且回湿性约为6%。

示例3

在示例2上进一步地，在羊毛混合棉絮上进行多功能性处理，该功能性处理的处方如下：

1. 功能性封装的相变材料 2-60%，优选25%；

2. 粘合剂 2-15%，优选8%；

3. 其它 水。

如何制备功能性封装的相变材料的详细信息可参见另一专利“PREPARATION OF COMPOSITE NANO/MICROCAPSULES COMPRISING NANO PARTICLES”（AU 2006203016）。

使用喷涂方法将功能性溶液处理到棉絮表面上并且在100℃下干燥5分钟且在130℃下固化2分钟。

通过这种处理，室外夹克还具有了热绝缘性质。

示例4

在示例2上进一步地，在羊毛混合棉絮上进行抗菌处理；该功能性处理的处方如下：

1. 抗菌剂 1-15%，优选5%；

2. 粘合剂 2-15%，优选8%；

3. 其它 水。

市场上可获得多种抗菌剂且可用于此处，例如但不限于由上海沪正纳米科技有限公司提供的纳米银抗菌剂；并且详细的处理过程可参见另一发明ZL 03142467.8。

示例5

在示例1上进一步地，在中间层羊毛/聚酯混合棉絮上进行红外增强处理。该处理的处方如下：

1. ITO 0.1-15%，优选1.5%；

2. 粘合剂 2-15%，优选8%；

3. 其它 水。

ITO（铟锡氧化物）作为纳米铟锡金属氧化物可用作功能性材料来吸收身体红外辐射并保持衣服－身体微环境中的温暖。该处理过程是：将制备的悬浮液散布到棉絮上，在100℃下干燥且在140℃下固化3分钟。

Claims (13)

1.具有多层结构的功能性室外衣服，包括：

织物，所述织物具有至少三个限定的功能区域，即用于保护胸部和上背的上躯干部（2，3）、用于保护胃部区域和下背的下躯干部（4）以及肩部区域（5），所述肩部区域（5）至少分配到穿着者身体的肩部，其中，所述功能区域包括不同的绝缘等级，并且其中，所述上躯干部（2，3）具有最高的绝缘等级。

2.如权利要求1所述的衣服，其中，所述下躯干部（4）的绝缘等级高于所述肩部区域（5）的绝缘等级。

3.如权利要求1或2所述的衣服，其中，所述功能区域由具有内皮肤层、外皮肤层和芯层的三层织物制成。

4.如权利要求3所述的衣服，其中，不同的功能区域的芯层由具有各种厚度等级的绝缘材料制成。

5.如权利要求3或4所述的衣服，其中，所述功能区域的芯层由具有各种绝缘值的不同绝缘材料制成。

6.如权利要求4或5所述的衣服，其中，所述绝缘材料包括约30%羊毛和约70%合成线。

7.如权利要求3至6中任一项所述的衣服，其中，所述内皮肤层是具有给定回湿性特性的材料。

8.如权利要求1至7中任一项所述的衣服，其中，所述下躯干部（4）的面积度量是所述上躯干部（2，3）的面积度量的约两倍。

9.如权利要求1至8中任一项所述的衣服，还包括两个另外的功能区域，其中，一个区域形成为衣领（6），并且另一个区域构造为至少一个腋窝区域（7，8）。

10.如权利要求1至9中任一项所述的衣服，其中，所述上躯干部（2，3）由防水外皮肤层、高回湿性和高热绝缘构成的轻质芯层以及具有水分管理的内皮肤层制成。

11.如权利要求1至10中任一项所述的衣服，其中，所述下躯干部（4）包括防水外皮肤层、高回湿性和高热绝缘构成的轻质芯层以及驱水内层。

12.如权利要求1至11中任一项所述的衣服，其中，所述肩部区域（5）具有防水外皮肤层、高回湿性和轻质的较薄的且可压缩衬料构成的芯层以及包括水分管理的弹性内皮肤层。

13.如权利要求8至12中任一项所述的衣服，其中，所述腋窝区域（7，8）包括具有高水分输送的轻质外皮肤层以及具有水分管理特性和通风通道的内皮肤层。

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