绝缘材料

技术领域

本发明涉及一种绝缘材料。

术语“绝缘材料”包括广义上用来把高温区与低温区隔开的所有 材料，比如尤其是羽绒棉被、枕头、睡袋、垫子、被子的充填材料， 用作比如滑雪和冬季服装等衣服的充填材料，用作运动服的层料，或 者用作建筑物或工业应用的热绝缘。

绝缘材料一般包括第一表面和第二表面，所述第一表面在使用时 与具有第一温度和第一绝对湿度的第一区接触，所述第二表面在使用 时与具有第二温度和第二绝对湿度的第二区接触，其中该第二温度小 于第一温度，第二绝对湿度可以不同于所述第一绝对湿度，尤其是希 望用床具材料作为棉被的话。

公知的是，用也被称为“高伸缩性”非织造物的散装非织造材料 制造上述类型的绝缘材料。1989年Holiday，Th.M的“High Nonweavens handbook”INDA就基本描绘了也用于绝缘目的的高伸缩性非织造物的 基本性能。

为了本发明的目的，可把“高伸缩性材料”理解为一种材料具有 一般为5-25千克每立方米的较低的密度。

绝缘材料吸收湿气的性能是非常重要的。尤其是，对于如羽绒棉 被、枕头等床上用品是正确的。在睡觉时，身体汗液及在棉被内侧形 成的湿气应该被以蒸汽形式输送出棉被。在输送过程中，如果由于棉 被内外的温差使温度降到露点以下，湿气就会凝结，这导致棉被有潮 湿的感觉，也是所不希望的。

当然，同样的原理也适用于一般的衣物以及运动服。而且，冷凝 效果会限制建筑物或工业应用的绝缘材料的效率。

因此，吸水性纤维，比如能吸收湿气的纤维素纤维常用在绝缘材 料中来避免在所述材料内侧的湿气凝结的负面效果。

而且，由于各种原因，公知的是把比如聚酯纤维等非吸水性纤维 与比如纤维素纤维等吸水性纤维用作非织造混合物，以作为尤其是床 具的充填物。

例如，WO99/16705公开聚酯纤维和绿色纤维的非织造混合物用作 如棉被和枕头的充填物。DE4445085A1公开用于相同目的的聚酯纤维和 苎麻纤维的非织造混合物。EP1067227公开聚酯纤维和纤维胶纤维的非 织造混合物的使用。

W.Fritsche在Melliand International(2)1997，p.80ff的 “Processing trials with lyocell fibres using the stitch-bonding technicque”也公开包括聚酯和/或绿色纤维的非织 造材料。

本发明目的是提供一种绝缘材料，可以避免或者至少是减低在材 料内侧的冷凝效果引起的潜在问题，而另一方面，材料的呼吸性以及 输送湿气的能力基本相同。

该目的通过一种绝缘材料得以实现，绝缘材料包括第一表面和第 二表面，所述第一表面在使用时与具有第一温度和第一绝对湿度的第 一区接触，所述第二表面在使用时与具有第二温度和第二绝对湿度的 第二区接触，其中该第二温度小于第一温度，第二绝对湿度不同于所 述第一绝对湿度，所述材料包括基本非吸水纤维材料的第一层和基本 吸水纤维材料的第二层，所述第一层与所述第一区相邻，所述第二层 与所述第二区相邻，其特征在于：所述第一层和第二层由密度为5-125 千克每立方米的非织造材料制成。

在优选实施例中，其特征为非织造材料的密度是5-25千克每立 方米，即非织造材料是高伸缩性材料。

而且，非织造材料优选不是经由缝制-粘结工艺制成。

令人意外的发现是，采用至少两层吸水性、非吸水性而不是密切 混合物的非织造纤维层，而不是如WO99/17605建议的，可以显著地 减小材料内侧的冷凝效果。

特别是，本发明的绝缘材料可以具有冷凝区，该冷凝区的温度在 使用时低于露点，所述吸水型纤维的第二层的厚度可以被选择为所述 第二层至少在所述冷凝区之上延伸。

这意味着，纤维层的厚度被选择为吸水性纤维的第二层延伸入湿 气可能发生的区，该湿气的产生是由于在使用中由绝缘材料隔开的两 个区的气候差引起的。

基于使用中由材料隔开的(具有第一温度的)第一区和(具有第 二温度的)第二区之间的温度梯度是线性的，可以基于两区的气候特 性(比如温度、绝对湿度)利用湿度计算器和莫里儿表确定期望冷凝 区，即冷凝可能发生的区。

例如，在羽绒棉被的情况下，与在睡觉时的身体效率的第一区可 以假定为具有约30-35摄氏度的平均温度，绝对湿度在约15克水每 立方米空气。在棉被外侧，可以具有室内环境，温度在15-10摄氏度， 绝对湿度为8克水每立方米空气。

考虑到具有充填物的棉被有一定厚度，比如4厘米，基于上述数 据，利用莫里儿表可以确定，在使用该棉被时可能发生冷凝的区。

根据本发明，第二(吸水性)层厚度与绝缘材料整体厚度的比例 被选择为，在使用时，吸水性层至少在所述冷凝区之上延伸。

在进一步的实施例中，根据使用时由材料隔开的第一区、第二区 之间的期望温度，还可以限定第二(吸水性)层厚度与绝缘材料整体 厚度的优选比例。

因此，根据本发明的优选实施例，所述第二层厚度与材料整体厚 度相关的部分y满足以下公式：

y(％))0以及

y(％)≥207.89-514.84x-0.333，

其中x表示所述第一区的第一温度与所述第二区的第二温度之差， x的范围为5-80摄氏度。

在绝缘材料是从由棉被、枕头、睡袋、垫子、被子以及睡具的充 填材料构成的组选择的绝缘材料的情形下，第二(吸水性)层的这个 范围部分是特别合适的。

这些材料的共同点是，都在睡觉时使用的最多，此时人体的活动 性较低，随之，出汗也少，导致围绕身体区的绝对湿度为约15克水每 立方米。

根据本发明，如果把物品中的吸水层的一部分选择为落在上述公 式内，则吸水性纤维层会在物品内的期望冷凝区之上延伸，从而在使 用时形成于该区的湿气会被吸水性纤维吸收。

在根据本发明的另一优选材料中，所述部分满足以下公式：

y(％)≥140.88-451.25x-0.5。

该第二(吸水性)层的所述的部分范围尤其适合于，绝缘材料是 从由日常衣物的充填材料构成的组中选择的情况。

所谓“日常衣物”，该衣物是指白天穿着的，与运动服不同。日 常衣物的例子是T衫、裤子、宽松的上衣、夹克等。

对于白天穿着的日常衣物领域，与睡觉的活动相比，由于白天活 动量大，因此在围绕身体区内期望有约20克水每立方米的绝对湿度。

如果所述部分y选择为落在上述公式内，则吸水性纤维层会在冷 凝层之上延伸。这在日常使用衣物时是可能的。

最后，在另一优选实施例中，根据本发明的绝缘材料的特征为所 述部分满足以下公式：

y(％)≥100.34-504.27x-1。

该第二(吸水性)层的所述的部分范围尤其适合于，绝缘材料是 从由运动服构成的组中选择的情况。

在进行体育运动时，人体会有较大的活动量，导致在身体周围有 较大的湿度，假定为约30克水每立方米。因此，在如运动服中的第二 (吸水性)层的部分y必须高于睡觉或日常衣物中的。根据在使用时 由绝缘材料隔开的第一区、第二区之间的温差，上述公式再次限定了 部分y的合适范围。

根据本发明的第一(非吸水性)层材料可以优选包括纤维材料， 该纤维材料从选自由聚酯纤维、玻璃纤维、矿石纤维、聚丙烯纤维、 聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚乳酸(polylactic acid)纤维、聚乙烯 纤维及其混合物构成的组。

根据本发明的第二(吸水性)层材料包括纤维材料，该纤维材料 选自由棉花、苎麻、纤维胶纤维、莫代尔(Modal)纤维、绿色(Lyocell) 纤维、亚麻线、大麻、木棉花、兽毛、羽毛、绒毛、杨树仔毛及其混 合物构成的组。

第一层、第二层还可以分别包括吸水性和非吸水性纤维，只要相 应层的吸水性、非吸水性整体保持即可。

而且，本发明的材料可以包括不止两层，比如一个或多个附加纤 维层、或覆盖片，只要把吸水性层的厚度选择为治安材料的冷凝区之 上延伸即可。

本发明材料层可以用该领域公知的方法彼此连接，比如把层布置 在彼此之上，再把它们以公知方式连接在一起或连接于外部纤维层。

基本吸水性纤维材料和基本非吸水性纤维材料都包括改良纤维材 料，比如改良纤维以使其具有防火性能等。

本发明也涉及根据本发明绝缘材料的用途，用作羽绒棉被、枕头、 睡袋、垫子、被子的充填材料，用作衣物比如滑雪和冬季服装的充填 材料；用作运动装具的一层，或者用作建筑物的热绝缘，比如在砖建 筑、屋顶绝缘或者窗户框架中；以及工业应用，比如加热或冷却系统、 空气调节这种、管道设施、输送装置，例如在航空器、轿车和火车中。

根据本发明的绝缘材料的优选实施例选择自从充填材料构成的组 中选择，以用于羽绒棉被、枕头、睡袋、垫子、被子以及睡具，其特 征在于：所述第二层厚度与材料整体厚度相关的部分y是20％或更多， 优选为20％-50％。部分y的该范围会覆盖最多的材料，其中身体的 活动量低，围绕身体的区和材料外侧的区之间的温差为约20-35摄氏 度。

根据本发明的绝缘材料的进一步优选实施例包括从睡袋构成的组 中选择，其特征在于：所述第二层厚度与材料整体厚度相关的部分y 是40％或更多，优选为50％-90％。部分y的该范围尤其覆盖了适合 于非常低的温度的睡袋，其中围绕身体的区和材料外侧的区之间的温 差可以高达35摄氏度-80摄氏度。

根据本发明绝缘材料的进一步优选实施例从滑雪以及冬季服装尤 其是冬季外套、冬季裤子、带兜帽的夹克、冬季夹克以及高纬度爬山 服构成的组中选择，其特征在于：所述第二层厚度与材料整体厚度相 关的部分y是60％或更多，优选为75％-85％。部分y的该范围会覆 盖大部分适合于低温的材料，一些介质适合于身体的大活动量，其中 围绕身体的区和材料外侧的区之间的温差可以高达30摄氏度-70摄氏 度。

最后，根据本发明绝缘材料的进一步优选实施例从运动装构成的 组中选择，其特征在于：所述第二层厚度与材料整体厚度相关的部分y 是70％或更多，优选为80％-95％。部分y的该范围会覆盖大部分运 动服领域，适合于身体的大活动量，其中围绕身体的区和材料外侧的 区之间的温差可以高达20摄氏度-60摄氏度或更多。

下面参照附图和示例描述本发明。

因此，附图1示意地示出棉被的温度梯度。

附图2示出基于应用领域(身体活动量)和第一(围绕身体)区、 第二区之间的温差，根据本发明的吸水性纤维层厚度与材料整体厚度 相关的部分范围的曲线。

根据附图1，100％充填有聚酯纤维的棉被可以有通常的4厘米厚 度。在使用时，棉被分开两个区，如图1所示的“区1”和“区2”。

区1为睡觉区，在该区睡觉的身体与棉被的第一表面接触。在根 据附图1的示例中，该区的温度为30.7摄氏度，绝对湿度为14.5克水 每立方米空气。

区2是棉被外侧的空气。在根据附图1的示例中，该区的气候环 境是室内气候环境，即18摄氏度，7.7克水每立方米空气。

根据区1和区2之间的温度梯度是线性的假设，根据给定的气候 环境特性(比如温度、绝对湿度)，利用湿度计和莫里儿表，可以决 定期望的冷凝区，即可能发生冷凝的区。

因此，如图1所示，在区1和区2给定的气候特性下，在离与睡 觉身体相邻表面约3.5厘米处，温度会低于露点，从而形成可能发生冷 凝的区(阴影区域用“C”表示)。

根据本发明的优选实施例，如果棉被充填物由两层构成，一层由 1005的聚酯纤维制成，与区1相邻，第二层由100％绿色纤维制成， 与区2相邻，如果所述第二层的厚度至少在所述冷凝区C之上延伸， 则吸水性绿色纤维会吸收在所述区中冷凝的水，可以避免在棉被充填 物中形成湿气。

附图2示出根据本发明的基本吸水性纤维材料的第二层厚度的部 分y的优选范围。

附图2的横坐标表示由绝缘材料隔开的第一区、第二区之间的温 差(以℃计的ΔT)，比如在衣物的情况下，绝缘材料为身体和外部环 境之间的皮肤。

纵坐标表示吸水性纤维材料层厚度的部分y(％)。

根据使用绝缘材料时涉及的身体活动量，可以辨别出三个优选实 施例：

如果人体的活动量特别大，比如在进行体育活动，则身体会出汗， 导致绝缘材料与身体相邻一侧绝对湿度为约30克水每立方米。在该情 形下，根据与身体相邻侧(可以约为30-35摄氏度)和外侧温度(可 以为低于0摄氏度)之间的温差，吸水性层的厚度的部分y应该至少 是图2最左边曲线限定的值(-◆-◆-◆-◆-)，可以由公式 y(％)≥100.34-504.27x-1表达。

如果在介质身体活动的位置使用绝缘材料，比如日常衣物中，则 导致绝缘材料与身体相邻一侧介质绝对湿度为约20克水每立方米。已 发现，吸水性层的厚度的部分y应该至少是图2的三个曲线中点曲线 限定的值(-■-■-■-■-)，可以由公式y(％)≥140.88-451.25x-0.5表 达。

最后在活动量小的场合，比如睡觉制品中，绝缘材料的与身体相 邻侧的绝对湿度可以仅为约15克水每立方米。已发现，吸水性层的厚 度的部分y应该至少是图2的最右边曲线限定的值(-▲-▲-▲- ▲-)，可以由公式y(％)≥207.89-514.84x-0.333表达。

限定三个曲线的单个点的每一个均由调查确定，基于给定的湿度 和温度条件，还基于材料内的线性温度梯度，以及基于共同的湿度计 和莫里儿表，由绝缘材料中温度达到比相应露点低的值温度的与身体 相邻表面的距离确定。