专利名称：一种调温服装的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功能性服装，具体为一种与环境温度变化不敏感或具有反向调节功能的服装，国际专利主分类号拟为Int.Cl7.A41D 13/00。
背景技术：
热负荷是许多在高温环境中工作的人员，如部队指战员、消防队员、排爆人员、紧急营救人员、警察、某些卡通演员和特殊病人等面临的主要问题。高温环境，特别是高温环境下工作，很易使人疲劳，体力衰竭，警惕性下降和引起精神疾病，甚至危及生命。在极端高温环境中工作的许多产业工人，热带或沙漠地区作训的防化兵、坦克兵、潜艇内、沙漠作战士兵等，都不得不着用厚重的热防护服和面具。热防护服和面具，特别是具有温度调节功能的服装，将在一定时间内可显著降低高温环境中的指战人员或工作人员的热负荷，保护他们的身心健康。
相反，冷负荷是许多在低温环境中工作的人员，如冷库作业人员、渔民和冬季作业潜水员等，以及低温高寒冷地区的居民或戍边将士经常面临的问题。在这种冷环境下生活或工作，如果不能很好地保持体温，则很容易引发劳动效率下降、肢体冻伤、机体功能紊乱，甚至生命危险。对付冷负荷，目前一般通过多穿服装或/和加大服装保温层厚度来解决保暖问题，但这会引起肢体灵活性下降，工作效率下降问题，以及高强度运动或工作后，身体服内出汗外排不畅，反造成服装保温性和舒适性下降，也不利于他们的身心健康。
为了降低所述特殊环境下的热负荷给人体带来的种种危害，世界上很多国家都着眼于降温服装的研发。这些降温服装可分为主动式和被动式两类所谓主动式冷却服，是指借助消耗外加的能量使服装冷却的服装，如水循环冷却服、空气循环冷却服等。例如，中国专利CN2042292公布的一种降温服即属于此类服装。它以制冷机与降温服配套的方法实施服装的主动冷却。这种降温服可分为冷液式降温服和冷风式降温服。降温服由保温层、波纹软管和均热层组成，外配制冷机与连接部件。再例如，中国专利CN2036255公布的一种电致冷降温装置，特别是能降低人体表面温度的降温装置，也属于这类服装。它是利用高电压激发空气产生空气负离子冷风，在鼓风机的作用下形成冷风流，并在服装上的导气通道中定向移动，从而可带走人体表面的热空气。该类服装需要电池、泵、循环液体和复杂的控制系统。它虽可提供较长的冷却时间，但服装价格高，重量大，使用复杂，难于大面积实际应用。所谓的被动式冷却服装，是指不消耗能量而使服装降温的服装，如使用液体(水)的自然蒸发使服装冷却的方法等。例如，中国专利CN2093532公布的一种利用水蒸发散热的原理制成的避暑降温服装或被服，即属于此类。该装置价格虽低，但在潮湿环境中只能提供很短的冷却时间。水/淀粉凝胶冷却服，可以提供相对长的冷却时间，如中国专利CN2245864公布的一种降温服，即采用这种技术。这种方法有内层衣料，其上固定有冰袋，冰袋内装有吸足蓄冷液的超强吸水剂，在冰袋的另一面还可以设有外层衣料，内外层衣料之间由纵横相间的线沟将各冰袋隔开。使用时，需要将降温服放入冰箱、冷柜等制冷设备内，待冰袋冰冻后才可取出使用。这种服装明显使用不方便，也受到客观条件的限制，同时也间接依赖于外加的能源消耗。再有，这种服装低达5℃的初始温度，使服装接触皮肤或身体时，明显会产生不适感。另外，凝胶硬块会造成了服装的透气性下降，也不利于长时间穿用。又例如，中国专利CN2259063公布了一种吸热降温服的结构。该吸热降温服在其前、后胸的部位缝制有数个衣袋，袋内装有贮冷盒，可利用贮冷剂相变吸热的原理达到降低人体温度的目的。再例如，中国专利CN2229148公布了一种适宜夏季室外工作人员穿着的夏季降温服。其特征是在双层的衣服中缝入了一袋一袋的六水氯化钙水溶液。穿着前，对该服装进行冷冻。还例如，中国专利CN2631248公布的一种相变材料蓄热保暖服，该保暖服的前身与后身设有多个衣袋，在每个衣袋中装有被封装好的相变温度在39～44℃之间、相变潜热大于100kJ/kg的相变材料袋。由于相变材料呈袋状附着在织物上，不但不利于相变材料吸收或释放热量，而且使服装的舒适性下降。综上所述，现有技术的降温服有一个共同的缺点都需要缝制若干盛放冷源的衣袋。这些衣袋仅分布在服装的局部，并且衣袋内的冷源都还需要外包装。这种结构设计，使服装的冷却在整体上分布不匀，降温效果不良，穿用感觉不好；而冷源的外包装为塑料制品，也使服装的透气性和舒适性大为下降。
发明内容
本实用新型拟解决的技术问题是提供一种调温服装。它具有蓄热和降温双向调节作用，并且在服装整体上都具有均匀的调温作用，同时不影响服装的透气性和舒适性；还具有结构简单，制造容易，不依赖使其再生的能源，使用方便等特点。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是设计一种调温服装，包括至少一层面料和里料，其特征在于把该服装面料和里料按相邻两条缝纫线为2～20mm的间距以规则形状结构缝合在一起，并且在该面料和里料之间未缝合的空间内充填含有相变材料的大胶囊；所述的大胶囊可以是现有任意一种方法制成的具有一个或多个囊芯、直径在1～10mm的大胶囊，囊芯为可在温度0～60℃发生固-液、液-固或固-固相转变、相变潜热为50～350J/g的相变材料，囊壁可以是天然高分子、合成高分子或无机材料中的任意一种，囊壁材料与囊芯相变材料的重量比为1∶1～1∶5。
本实用新型服装由于是在整体上以相邻两条缝纫线为2～20mm的间距缝合在一起构成的，并且在该面料和里料之间未缝合的空间内充填含有相变材料的大胶囊，因此服装的整体或各个部位都均匀具有相变材料大胶囊带来的温度双向调节作用；由于所充填的大胶囊以个粒的形态装填，不需要任何包装，其间以及大胶囊与面、里料之间存储着大量的空气，因此可以保持服装的透气性和舒适性；由于本实用新型仅需要所述的面料和里料之间的缝合以及大胶囊的充填，因此结构简单，制造容易，成本低廉；由于相变材料大胶囊本身具有双向调温功能，因此不需要借助或依赖任何使服装功能再生的能源，因此使用方便，成本低，适应性广，具有很好的应用前景。
图1是本实用新型服装一种实施例的整体结构形状示意图；图2是本实用新型服装一种实施例的缝合结构纵侧面示意图；图3是本实用新型服装另一种实施例的整体结构形状示意图；图4是本实用新型服装又一种实施例的整体结构形状示意图；图5是本实用新型服装内充填的单芯大胶囊形状结构示意图；图6是本实用新型服装内充填的多芯大胶囊形状结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型本实用新型设计的一种调温服装(参见图1、2、3、4)，包括至少一层面料2和里料4，其特征在于把该服装面料2和里料4按相邻两条缝纫线3为2～20mm的间距以规则形状结构缝合在一起，并且在该面料2和里料4之间未缝合的空间内充填含有相变材料的大胶囊1；所述的大胶囊1可以是现有任意一种方法制成的具有一个或多个囊芯7、直径在1～10mm的大胶囊1，囊芯7为可在温度0～60℃发生固-液、液-固或固-固发生相转变、相变潜热为50～350J/g的相变材料，囊壁6可以是天然高分子、合成高分子或无机材料中的任意一种，囊壁6的材料与囊芯7的相变材料的重量比为1∶1～1∶5。
所述的以规则形状结构缝合是指相邻两条缝纫线3之间以2～20mm的间距横向缝合服装面料2和里料4，使相邻两条缝纫线3之间的面料2和里料4形成长条形状的空间；或者横向和纵向双向缝合服装面料2和里料4，使相邻两条缝纫线3之间的面料2和里料4形成方格形状的空间。这种规则形状结构缝合所形成的每个空间里，可以使其充填的大胶囊1数量相等，分布均匀，从而可保证服装调温功能的整体均匀性。所述的缝合可以是直线形状，也可以是曲线形状，还可以是直线与曲线的组合形状。无论哪种形状的缝合，都要求相邻两条缝纫线3之间的面料2和里料4形成的空间方便充填所述的大胶囊1。
本实用新型所述的面料2可以采用现有技术加工成的任何一种机织物或针织物；所述的里料4也可以采用现有技术加工成的任何一种织物，包括机织物、针织物或非织造物。为了保持较快的热交换速度，里料4最好是网眼织物或者低密度织物。网眼织物的网眼尺寸或者低密度织物的经纬纱间隙要小于所述大胶囊1的直径，目的是避免大胶囊1从里料4织物中漏出。所述的至少一层面料2和里料4是指本实用新型服装可以设计为两层或两层以上的面料2和/或里料4，以满足不同服装功能、用途或美观的需要。
所述的缝纫线3可以是现有的任何一种缝纫线，但要求具有一定的强度。本实用新型实施例采用的是具有较高强度的涤纶缝纫线。一般地，缝纫线3的强度在5cN/dtex以上较为理想。
本实用新型的特点还在于在相邻两条缝纫线3缝合里料4和面料2之间所形成的空间里填充含有相变材料的大胶囊1，而不是现有技术的袋子、块或板等做为能量吸收储存和释放介质。本实用新型服装在使用过程中夹在服装里外料中间的相变材料大胶囊1既具有较高的强度，又可以方便地滚动或移动，因而不会妨碍人体的运动，使服装的舒适性大为提高。
本实用新型所述的进一步特征是指在相邻两条缝纫线3缝合里料4和面料2之间所形成的空间里要把大胶囊1充填满。这并不是说部分充填大胶囊1或不完全充填大胶囊1不可以，而只是说在服装里料4和面料2之间所形成的空间里充填满含相变材料的大胶囊1可以获得比较理想的调温效果。
本实用新型的又一个特点在于服装可以更容易地实现功能再生。功能物质大胶囊1与现有技术含有相变材料的板或袋子相比，尺寸很小，热交换速度快，可以高效地实现功能再生。所谓功能再生是指当服装在高温环境使用完毕后，可以在低于相变材料相变温度的环境中放置一定时间实现功能再生，或当服装在低温环境使用完毕后，可以在高于相变材料相变温度的环境中放置一定时间实现功能再生，从而实现服装的双向调温功能。
为了保持较长的吸热和放热时间，充填的大胶囊1应当有一定的数量和质量，比如在垂直于面料2和里料4的方向上水平或平行排列应有2个以上的大胶囊1(参见图2，该实施例水平方向上排列为4个大胶囊1)。平行排列的大胶囊1的数目太少，服装的调温效果不明显或不理想，而平行排列的大胶囊1数目太多，又会造成服装笨重，穿着不适。一般设计平行排列大胶囊1的数目不应超过10个，较好的是3～8个。
本实用新型所述的相变材料大胶囊1可以采用现有任意一种方法制成或多种方法制成，包括界面聚合法、原位聚合法、锐孔—凝固浴法、化学镀法、水相分离法(凝聚法)、油相分离法、干燥浴法(复相乳液法)、溶化分散冷凝法、粉末床法、空气悬浮成膜法、喷雾干燥法、真空蒸发沉积法或静电结合法等中的一种方法制成或多种方法。因为制造方法的不同，所述的大胶囊1可以只含有一个囊芯7(参见图5)，也可以含有多个囊芯7(参见图6)，大胶囊1中囊芯7的个数对实现本实用新型的目的没有显著影响。
本实用新型所述的相变材料大胶囊1可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形或其他规则、不规则的形状。本实用新型实施例所述相变材料大胶囊1的外形采用的是圆形或椭圆形。这种设计可保证大胶囊1在里外料之间的充填密度，也有利于服装使用中大胶囊1的滚动或移动，较好地满足舒适性的要求。
本实用新型所述的相变材料是指在温度0～60℃之间具有固-液，液-固或固-固相转变的材料，但相变温度较好的范围是在10～40℃之间。这些材料在相变过程中，可以吸收或释放出50～350J/g的相变潜热。具有这种特性的材料包括脂肪族聚醚，如聚乙二醇、聚丙二醇和聚丁二醇等；脂肪族聚酯，如聚己二酸1，4-丁二酯，聚戊二酸1，4-丁二酯，聚己二酸1，6-己二酯，聚ε-己内酯等；水合无机盐，如六水氯化钙，三水醋酸钠，十水硫酸钠等；直链烷烃，如正十六烷，正十九烷和正二十一烷等；脂肪酸，如1-正十八酸，1-正十六酸等；脂肪醇，如1-十四醇，1-十八醇等和新戊二醇等；以及纤维素衍生物与聚醚的复合物，蒙脱土与石蜡烃的复合物等。
本实用新型所述的大胶囊1中囊壁6材料与囊芯7相变材料的重量比设计在1∶1～1∶5之间，较好的设计是在1∶2～1∶4之间。囊壁7材料的比例过低，大胶囊1的囊壁7较薄，容易造成相变材料的泄漏，而囊壁7材料的比例过高，则会使大胶囊1的吸放热量较小，服装的温度调节效率下降。
本实用新型所述大胶囊1的直径设计在1～10mm之间，较好的是2～6mm。直径太小，容易造成大胶囊1从缝纫线3针脚之间或里料4的网眼中漏出，造成使用环境污染和功能损失；而直径太大，则会降低热交换的速度和降低服装的舒适性。尽管所述的大胶囊1于面料2和里料4之间的夹层中已经填充满，但圆形的结构，使它们之间以及它们与面料2和里料4之间仍存在着很多空隙，这些空隙不但使相变材料的吸热、放热速度大幅度加快，而且使服装具有良好的透湿、透气性和舒适性。
本实用新型所述的大胶囊1的囊壁7材料可以是天然或合成高聚物，也可以是无机材料等，常用的壁材归结在表1。
本实用新型调温服装的工作原理在于利用均匀分布在服装各处的大胶囊1内的相变材料在发生相变时吸收或放出潜热的特性，在环境温度高于相变温度时发生固-液相转变，吸收热量，减缓服装内部温度升高速度，而在环境温度低于相变温度时，发生液-固相转变，放出热量，减缓服装内部温度下降速度，制成双向温度调节服装。
本实用新型调温服装，重量较轻，穿着舒适，功能较强，可以广泛用于各种高热负荷或者各种冷负荷环境中的人员防护，应用领域十分广泛，应具有良好的经济效益和社会效益。
表1 大胶囊1制备过程中使用的囊壁7材料表
下面给出本实用新型的具体实施例实施例1以10000g正十六烷为相变材料，以总重量3000g的尿素-甲醛(摩尔比1∶3)为囊壁，采用原位聚合法制成直径1～3mm的大胶囊，干燥后充填在采用50/50(重量)涤棉机织布面料和孔径0.5mm的尼龙6网眼织物加工成的服装窄缝中。服装的缝制方法为由服装的下摆开始每6mm用缝纫线缝合面料和里料，充填大胶囊，使垂直于服装的面料和里料方向上最多有4个大胶囊平行排列，制成总重量2.8kg的温度调节服装。该服装在25℃下平衡4小时后，用于冷库工作人员服装，可以在3小时内保持服装内部温度在2 3～28℃的范围内。本实用新型的服装内部温度采用热点偶(TDJ-1天津市交通科学研究所制造)测定。测试表明，当服装内部温度在23～32℃之间时，人体处于舒适状态。
实施例2以10000g正二十烷为相变材料，以总重量3800g的偏硅酸钠为囊壁，采用界面聚合法制成直径2～3mm的大胶囊，干燥后充填在采用纯棉机织布面料和涤纶网眼织物(网孔直径1.0mm)加工成的服装窄缝中，服装的缝制方法为由服装的下摆开始每10mm用缝纫线缝合面料和里料，充填大胶囊，使垂直于服装的面料和里料方向上最多有8个大胶囊平行排列，制成总重量4.5kg的温度调节服装。该服装在25℃下平衡4小时后，用于夏季室外工作人员服装，当气温35℃时可以在3小时内保持服装内部温度在25～31℃范围内，用毕的服装在25℃下平衡6小时后，可以再次使用。
实施例3以15000g二醋酸纤维素与数均分子量8000的聚乙二醇(重量比1∶2)复合物为相变材料，采用溶化分散冷凝法制成直径3～8mm的大胶囊，干燥后充填在采用纯锦纶66机织布面料和涤纶网眼织物(网孔直径1.2mm)加工成的服装窄缝中。服装的缝制方法为由服装的下摆开始每20mm用缝纫线缝合面料和里料，充填大胶囊，使垂直于服装的面料和里料方向上最多有6个大胶囊平行排列，制成总重量3.5kg的温度调节服装。该服装在30℃下平衡4小时后，用于冬季室外工作人员服装，当气温5℃时可以在2.4小时内保持服装内部温度在28～31℃范围内，用毕的服装在30℃下平衡6小时后，可以再次使用。
实施例4；以15000g聚己二酸1，6-己二酯为相变材料，采用溶化分散冷凝法制成直径2～7mm的大胶囊，表面涂覆乙基纤维素(5％，重量)-乙醇溶液，使之形成0.5mm的薄膜，干燥后充填在采用纯锦纶机织布面料和涤纶网眼织物(网孔直径1.8mm)加工成的服装窄缝中。服装的缝制方法为由服装的下摆开始每18mm用缝纫线缝合面料和里料，充填大胶囊，使垂直于服装的面料和里料方向上最多有6个大胶囊平行排列，制成总重量3.4kg的温度调节服装。该服装在30℃下平衡4小时后，用于冬季室外工作人员服装，当气温5℃时可以在2.2小时内保持服装内部温度在28～31℃范围内，用毕的服装在30℃下平衡6小时后，可以再次使用，如放置在冷冻箱内，则平衡时间可缩短为2小时。
实施例5以1200g的1-十四醇为相变材料，以300g海藻酸钠为囊壁，采用锐孔-凝固浴法制成直径2～5mm的大胶囊，干燥后充填在采用纯锦纶机织布面料和涤纶网眼织物(网孔直径为1.5mm)加工成的服装夹层中。服装的缝制方法为由服装的下摆开始每15mm用缝纫线缝合面料和里料，充填大胶囊，使垂直于服装的面料和里料方向上最多有5个大胶囊平行排列，制成总重量3.3kg的温度调节服装。该服装在25℃下平衡4小时后，用于夏季室外工作人员服装，当气温35℃时可以在2.4小时内保持服装内部温度在26～31℃范围内，用毕的服装在25℃下平衡6小时后，可以再次使用。
权利要求1.一种调温服装，包括至少一层面料(2)和里料(4)，其特征在于把该服装面料(2)和里料(4)按相邻两条缝纫线(3)为2～20mm的间距以规则形状结构缝合在一起，并且在该面料(2)和里料(4)之间未缝合的空间内充填有含相变材料的大胶囊(1)；所述的大胶囊(1)可以是现有任意一种方法制成的具有一个或多个囊芯(7)、直径为1～10mm的大胶囊(1)，囊芯(7)为可在温度0～60℃发生固-液、液-固或固-固相转变、相变潜热为50～350J/g的相变材料，囊壁(6)可以是天然高分子、合成高分子或无机材料中的任意一种，囊壁(6)材料与囊芯(7)相变材料的重量比为1∶1～1∶5。
2.根据权利要求1所述的调温服装，其特征在于在所述的面料(2)和里料(4)之间未缝合的空间内充填满含相变材料的大胶囊(1)；所述的大胶囊(1)的直径为2～6mm，所述的囊芯.(7)为相变温度为10～40oC的相变材料，所述的囊壁(6)材料与囊芯(7)相变材料的重量比为1∶2～1∶4，所述的大胶囊(1)的外形为圆形或椭圆形。
3.根据权利要求2所述的调温服装，其特征在于所述里料(4)选用网眼尺寸小于所述大胶囊(1)直径的网眼织物。
4.权利要求1、2或3所述的调温服装，其特征在于所述的大胶囊(1)在垂直于所述的面料(2)和里料(4)的方向上平行排列3～6个。
专利摘要本实用新型涉及一种调温服装，包括至少一层面料和里料，其特征在于把该服装面料和里料按相邻两条缝纫线为2～20mm的间距以规则形状结构缝合在一起，并且在该面料和里料之间未缝合的空间内充填含有相变材料的大胶囊；所述的大胶囊可以是现有任意一种方法制成的具有一个或多个囊芯、直径在1～10mm的大胶囊，囊芯为可在温度0～60℃发生固—液、液—固或固—固相转变、相变潜热为50～350J/g的相变材料，囊壁可以是天然高分子、合成高分子或无机材料中任意一种，囊壁材料与囊芯相变材料的重量比为1∶1～1∶5。本实用新型服装在整体上具有均匀蓄热和降温双向调节作用，同时具有良好的透气性和舒适性，结构简单，制造容易，使用方便等特点。
文档编号A41D13/00GK2726340SQ2004200298
公开日2005年9月21日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者王学晨, 张兴祥, 牛建津 申请人:天津工业大学