Ткань и изделие для ношения из этой ткани - RU2052356C1
Код документа: RU2052356C1
Чертежи
Описание
Изобретение касается новой ткани.
Известны изолирующие ткани, которые содержат непроницаемый, термически эффективный листовой материал, например неопреновый каучук. Однако такие ткани нельзя долго носить вблизи кожи пользователя в основном из-за препятствия, которое они могут создать естественным биологическим функциям кожи, в частности насыщению кожи кислородом и удалению естественных выделений, например, паров воды, соли, мочи и двуокиси углерода.
Прежние попытки улучшить способность непроницаемых тканей к носке включали в себя образование перфораций в материале и его прослаивание другим материалом, более совместимым с кожей, например тканым хлопком.
Например, известна ткань, способная пропускать воздух, в которой перфорированный эластомерный лист приклеен между растянутыми листами ткани. Диаметр перфораций слегка уменьшается в направлении внешней стороны готового изделия для упрощения его изготовления.
Такие ткани являются достаточно прочными при нормальных внешних условиях и биологических функциях пользователя. Однако, если пользователь потеет или он становится разгоряченным при выполнении гимнастических упражнений либо в условиях нагрузки, либо внешняя температура или влажность увеличивается или уменьшается, ткань пропитана водой или в других ненормальных ситуациях, то способность ткани пропускать воздух быстро ухудшается, и это может сделать предмет одежды очень неудобным или даже опасным для ношения. Такая плохая приспосабливаемость ткани к условиям ограничивала применение "дышащих" эластомерных тканей, например, для изготовления изолирующей /или защитной одежды, для изготовления изделий для медицины или ветеринарии, и/или перевязочных материалов, когда кожа пациента повреждена или может потребоваться продолжительный тесный контакт повязки с кожей, либо для спортивной одежды, когда у пользователя происходят быстрые изменения в выделении пота и в других функциях кожи.
Целью настоящего изобретения является создание ткани, способной пропускать воздух, которая по крайней мере частично устраняет указанные недостатки.
Предлагается ткань, содержащая лист из по существу непроницаемого материала, имеющего образованные в нем перфорации, причем каждая перфорация имеет по меньшей мере одну относительно широкую часть и по меньшей мере одну относительно узкую часть вдоль ее оси для образования полости широкой частью перфорации, открытой в направлении первой (внутренней) стороны листа и достаточно закрытой узкой частью перфорации в направлении другой (внешней) стороны листа, чтобы воздух мог проходить от первой к другой стороне листа для накопления в полости при повышенном давлении до его выхода к другой стороне листа.
По существу непроницаемым листом может быть цельный лист или слоистый материал, предпочтительно эластомерный из каучука, например неопренового каучука. Когда применяют слоистый материал, то можно использовать, если это требуется, различные материалы для различных его слоев для получения в общем ткани с требуемыми свойствами.
Закрытие полости в направлении внешней стороны листа относительно узкой частью перфорации в состоянии покоя листа может быть полное или частичное, причем выбирают такие материалы и/или конфигурацию полости, чтобы при растягивании или изгибании листа либо одного или нескольких конкретных слоев слоистого материала относительно узкая часть открывалась шире, чем когда он находится в состоянии покоя, для обмена воздуха между двумя сторонам листа. Растягивание или изгибание листа, которое заставляет относительно узкую часть перфорации открываться, обычно является результатом создания давления в полости и/или перемещения ткани во время применения.
Такая структура может обеспечить также эффект накачки в полости (в полостях) за счет периодического растягивания и/или изгибания ткани во время ее применения для упрощения обмена воздуха между внутренней и наружной сторонами листа.
Желательно, чтобы даже при самом широком растягивании листа относительно узкая часть перфорации составляла не больше 65% ширины относительно широкой части и меньше (предпочтительно значительно меньше) в состоянии покоя листа, (например, ≈50% а лучше ≈35% например ≈15% ширины относительно широкой части в состоянии покоя листа). Когда в качестве листа применяют слоистый материал, то различные его слои могут иметь различную гибкость, причем соответственно слой, включающий относительно узкую часть перфорации, может иметь большую гибкость, чем слой со сравнительно широкой частью благодаря тому, что этот материал является тонким и/или более эластичным.
Лист может также иметь, например, обычные прямостороние и полностью открытые перфорации или скошенные перфорации. Лист может также иметь неперфорированные участки.
Ткань может дополнительно иметь один или несколько проницаемых слоев, например, из тканого материала, соответственно склеенного с перфорированным листом. Ткань можно намотать в рулон для хранения или транспортировки.
Таким образом, в соответствии с другим отличительным признаком настоящего изобретения предлагается изделие для ношения, например, предмет одежды или перевязочный материал, изготовленный из новой ткани, причем первая сторона листа образована из непроницаемого материала, соответственно направленного к внешней стороне во время ношения изделия.
Каждая новая перфорация образует по меньшей мере одну полость внутри листа на относительно широкой части (частях) перфорации, причем полость (полости) сообщается с обеими сторонами листа, но расположена ближе к телу пользователя ("внутренняя" сторона) для частичного закрытия объема воздуха прямо над кожей пользователя.
Стенки каждой относительно широкой и/или относительно узкой части перфорации могут проходить соответственно параллельно по крайней мере на части длины соответствующего участка. Предпочтительно перфорации являются неразветвленными.
Перфорации и соответствующие полости имеют достаточный размер, и они разнесены так, чтобы естественные биологические функции кожи пользователя могли выполняться по существу беспрепятственно в течение требуемого периода времени и при этом контролируемо сохранить (но не чрезмерно) тепло тела пользователя.
Обнаружено, что ткани в соответствии с изобретением сохраняют тепловые свойства непроницаемого листового материала, при этом позволяя коже осуществлять биологические функции по существу беспрепятственно.
Ткань в соответствии с изобретением позволяет рассеиваться естественным выделением из кожи пользователя, а атмосферному кислороду иметь доступ к коже пользователя, причем неожиданно эффективным образом, поскольку сравнительно теплый и влажный воздух над кожей пользователя собирается в полости (полостях). Такое накопление воздуха в полости (полостях) позволяет воздуху достигать более высокой влажности, температуры и давления, чем когда перфорация более открытая. Таким образом, когда относительно узкая часть перфорации открывается вследствие описанных факторов, то выделение и пополнение свежего воздуха в полости происходит с повышенной скоростью и эффективностью.
Перфорации в соответствии с изобретением могут имитировать до некоторой степени свойства пор (которые в биологических системах вызывают активную или движимую диффузию молекул через преграду со значительной эффективностью для данной открытой площади, чем большие отверстия). Однако свойства диффузии в ткани в соответствии с изобретением улучшены. Соответственно относительно узкая часть перфорации не должна быть слишком открытой, чтобы перфорация не начала действовать как отверстие, а не как пора. Скорость диффузии зависит от диаметра перфорации (что касается биологических пор), а не от площади (что касается отверстий), причем кромочные эффекты, например так называемые "диффузионные оболочки", должны (что касается пор) играть значительную роль в создании сравнительно резкого перепада в концентрации непосредственно снаружи перфорации.
Ткани, в которых в качестве перфорированного эластомерного листа применяют слоистый материал, где слой, включающий относительно узкую часть перфорации, имеет большую гибкость, чем слой, включающий относительно широкую часть и относительно узкую часть перфорации, закрытую или по существу закрытую в состоянии покоя, особенно предпочтительны. Такие ткани обеспечивают значительную защиту пользователя от холода или другой внешней опасности (например, вода, химикалии, бактерии, воздух и т.п.), при этом достигается улучшенная эффективность обмена воздуха, поскольку достигаются высокие уровни активности пользователя, которые заставляют перфорации открываться в результате изгибания ткани и/или более высоких температур и давления внутри полостей ткани. В таких тканях эти перфорации могут чередоваться обычно с меньшим количеством перфораций других типов в соответствии с изобретением и/или другими (например, известными) перфорациями. В одной конкретной форме перфорации в соответствии с изобретением открываются, когда давление пара от влаги в полости (полостях) достигает давления насыщенного пара.
Ткань в соответствии с изобретением предпочтительно расположена так, чтобы регулировать температуру кожи пользователя до нормальной температуры тела (37оС). Это требует, чтобы ткань действовала в качестве изолятора при температуре ниже температуры тела и в качестве охлаждающей среды выше температуры тела. Можно определить объем перфораций для открытия при давлении выше порогового давления в полости и/или при температуре, допускающей повышенные потери на испарение с поверхности кожи, во время потения, когда температура тела превышает 37оС, таким образом температура кожи будет уменьшаться за счет потерь скрытого тепла на испарение от кожи. Ткань действует так, чтобы охлаждать поверхность кожи и поддерживать нормальную ее температуру.
Когда температура тела уменьшается до 37оС, потовыделение прекращается и, следовательно, эффект охлаждения уменьшается. Это видно по непрерывному процессу, результатом которого является поддержание биологических условий сохранять известное постоянство своей температуры при различных температурах окружающей среды. Эффект более заметный, когда концентрация перфораций достаточно высокая для создания условий для значительно повышенного испарения от поверхности кожи. Если ткань необходимо применять для повышения температуры тела (например, для начального лечения жертв гипотермии), то концентрация перфораций должна быть достаточно низкой, чтобы удалялось достаточно паров воды, однако для многих других применений противоположные эффекты нагрева (ниже температуры тела) и охлаждение (выше температуры тела) необходимо поддерживать в правильном равновесии в зависимости от требуемого конечного применения.
Если выбрать конкретные эластомерные материалы, соответствующую толщину слоистого материала, размер относительно широких частей перфораций, конкретные размеры относительно узких частей перфораций, различные концентрации перфорации по всей площади ткани и/или различные расположения типов перфораций на площади ткани, то свойства ткани можно регулировать в соответствии с намеченным применением. Кроме того, посредством тщательного выбора матеpиалов и конфигурации можно изготовить ткань, соответствующую по ее способности пропускать воздух изменениям внешних условий и/или биологических функций пользователя, таким образом такие ткани могут до некоторой степени саморегулировать их способность пропускать воздух и, следовательно, автоматически регулировать окружающую среду вблизи кожи пользователя в пределах заданного температурного интервала.
На фиг. 1 схематически показана первая ткань в разрезе; на фиг. 2 вторая ткань в разрезе; на фиг. 3 третья ткань в разрезе.
Как показано на фиг. 1, ткань представляет собой слоистый материал, имеющий первый термически эффективный слой 1 из непроницаемого листового материала, например неопренового каучука, расположенный между вторым слоем 2 из проницаемого материала, который можно применять вблизи кожи пользователя (например, растянутый в четырех направлениях хлопчатобумажный материал) и третьим наружным слоем 3 также из проницаемого материала, тип которого выбирают в зависимости от применения, для которого он предназначен. Показано, что слои слегка разнесены, клей между смежными слоями не показан.
Можно выбрать такую толщину слоя 1, чтобы она соответствовала требуемому применению ткани. Например, толщина может составлять 0,5-5 мм, лучше 1-3 мм.
Слои 1 и 2 перфорированы перфорацией 4, которая имеет относительно широкую часть 5 на внутренней стороне слоя 1, которая скошена в направлении относительно узкой части 6 на внешней стороне слоя 1, таким образом образуется полость 6, сообщающаяся с обеими сторонами ткани.
Перфорация 4 обычно круглая, если смотреть вдоль ее длины, и соответственно имеет минимальный диаметр Dмин примерно до 10 мм (например, от ≈0, 5 до ≈10 мм) и максимальный диаметр Dмакс, который примерно в 1,5-10 (например, ≈1,5-3) раз превышает диаметр Dмин. Например, когда толщина первого слоя равна 3 мм, то диаметр Dмин может составлять примерно 3 мм, а диаметр Dмакс может быть равен примерно 10 мм. Центры смежных перфораций могут соответственно быть на расстоянии от ≈10 до ≈100 мм, обычно (когда первый слой имеет толщину 3 мм) примерно 300 мм, а перфорации расположены в виде повторяющегося ромбовидного рисунка поперек ткани.
В показанной ткани перфорация 4 имеет примерно 50% до ее длины с максимальным диаметром Dмакс, около 25% ее длины проходящими на конус, и 25% ее длины с диаметром Dмин.
Второй слой 2 проходит несколько выше стенок полости 7 и препятствует раздражению или воспалению кожи пользователя, если ткань должна прижиматься к коже пользователя.
Функцией третьего слоя 3 является обычно закрытие внешнего конца перфорации 4, позволяя при этом воздуху обмениваться между кожей пользователя и внешней атмосферой. Когда ткань предназначена, например, для бытового применения, то третий слой может содержать легкий проницаемый материал, например легкий хлопчатобумажный материал, растягиваемый в четырех направлениях, а когда ткань предназначена для промышленного применения, то можно применять долговечный проницаемый материал, например нейлон.
Все три слоя 1,2,3 скреплены вместе обычным клеем (не показан) для образования слоистого материала. Такие клеи должны быть соответственно биосовместимыми, нетоксичными, нераздражающими и/или стойкими к деградации при контакте с естественными выделениями из тела.
Ткань, показанную на фиг. 1, соответственно изготавливают путем наслаивания сначала второго слоя 2 на одну сторону неперфорированного первого слоя 1, а перфорации штампуют через двуслойный материал для образования требуемого рисунка перфораций и полостей. Подвижная часть штампа имеет такую форму, чтобы соответствовать требуемой внутренней конфигурации перфорации. Перфорации в показанной ткани можно образовать, например, посредством полой цилиндрической головки штампа, имеющей по наружной периферии выступ, который режет через слои 1 и 2 для образования зоны 6 перфорации и сжимает слои 1 и 2 для образования зоны 5. Следует отметить, что может потребоваться достаточно деформировать материал, из которого образованы слои 1 и 2, чтобы можно было осуществлять такую штамповку, но при этом следует синхронизировать штамповку с сушкой (например, горячая сушка), склеиванием и/или схватыванием клея, который склеивает слои 1 и 2 вместе, и/или образовывать перфорации и полости до и после модификации или обработки первого слоя (например, вулканизация, если применяют каучук, например, неопрен), причем перфорации соответствующей формы можно также образовать в эластичных материалах.
Затем на другую сторону первого слоя наслаивают третий слой 3, в результате получают трехслойный материал без отверстий на внешней поверхности.
Наслаивание можно осуществлять путем приложения давления под вакуумом к внутренней и наружной поверхностям ткани обычным способом до и после образования перфораций и полостей.
На фиг. 2а показана вторая ткань, изготовленная подобным образом, как и ткань на фиг. 1, но в которой наружный выступ первого слоя 1 в форме купола 8 окружает наружный конец относительно узкой части 6 перфорации 4.
Обнаружено, что эффективность газообмена между полостью 7 и внутренней и наружной сторонами листа увеличивается во второй ткани, поскольку растягивание и/или изгибание ткани, которое происходит во время применения (см. фиг. 2а), периодически заставляет купол 8 сжиматься вниз, делая полость 7 плоской и создавая эффект накачки большинства газов в полость 7 и из нее.
На фиг. 3а показана третья ткань, изготовленная более простым и дешевым способом, чем ткань, показанная на фиг. 1 и 2.
Как и прежде, второй лист 2 (например, из хлопка) сначала наслаивают на одну сторону неперфорированного первого слоя 1 (например, из неопрена) и затем нарезают перфорации с параллельными сторонами для образования относительно широкой части 5 перфорации, которая будет образовывать полость 7.
Затем на внешнюю поверхность листа наслаивают тонкую мембрану 9 (например, латексный каучук) для образования барабанной кожи поперек наружной поверхности полости 7. После этого мембрану 9 перфорируют, обычно в центре, с небольшим отверстием 10, которое закрывается в состоянии покоя (см. фиг. 3, а).
Когда температура в полости 7 повышается во время ношения ткани, например, когда пользователь выполняет энергичные физические упражнения, влажность в полости 7 и давление воздуха будут повышаться, в результате будет отмечаться расширение, которое будет раздувать мембрану наружу, открывая отверстие 10 (соответственно до максимального диаметра примерно 1 мм) и позволяя удалять воздух и влагу (как показывают стрелки на фиг. 3б) до тех пор, пока не будет достигнута стабильность, и затем мембрана 9 будет возвращаться в ее исходное положение для закрытия (см. фиг. 3, а). Когда температура воздуха внутри камеры повышается, упругость мембраны будет также увеличиваться для упрощения ее раздутия.
Перфорации, показанные на фиг. 3, соответственно чередуются случайно с заданным количеством обычно подобных перфораций, но имеющих большие отверстия (не показаны) в мембране, чтобы позволить осуществлять обмен газа и насыщение кислородом поверхности кожи, когда пользователь находится в состоянии покоя. Такие ткани можно изготовить в соответствии с требуемым применением, например, предварительно выбрав материал, толщину и/или другие параметры латексной мембраны 9, чтобы отверстия 10 не открывались при температуре ниже определенной температуры, давления и/или давления пара от влаги, таким образом ткань можно "запрограммировать" так, чтобы она действовала в пределах конкретных температур или других параметров (обычно при более высоких температурах будут применять сравнительно толстую мембрану 9, а при более низких температурах сравнительно тонкую мембрану 9), чтобы получить эффективный, термостатически управляемый материал и компенсировать различные части тела, которые образуют больше или меньше тепла и/или влаги, в готовом изделии.
Можно образовать соответствующий наружный слой (не показан), аналогичный слою 3, показанному на фиг. 1, когда это требуется, но это не должно вредно влиять на действие раздутия.
С тканями в соответствии с изобретением лучше применять больше мелких перфораций, чем меньшее количество больших перфораций, если это не будет вредно влиять на свойства ткани для максимизации скорости активного переноса воздуха, влаги и т.п. между одной стороной ткани и другой стороной. Однако количество, размер и распределение перфораций и степень, до которой применяют другие типы перфораций в ткани, следует выбирать в соответствии с требуемыми свойствами ткани и ее целевым применением.
Ткань в соответствии с изобретением легкая, является эффективным термоизолятором, удобной и гибкой в течение продолжительного применения, ее можно стирать для повторного использования, дешевая, из нее можно изготовить изделия и ее можно стерилизовать. Посредством соответствующей обычной обработки наружного третьего слоя 3 ей можно придать дополнительные преимущественные свойства, например водостойкость, огнестойкость и стойкость к химическим веществам. Если ткань или по крайней мере один из ее слоев пропитать противобактериальными агентами или другими медикаментами, то ее можно легко приспособить для применения в медицине и ветеринарии.
Применение ткани в медицине: поддерживающие ткани для терапии ушибов и травм; послеоперационные повязки способствующие заживлению за счет улучшенного снабжения сосудов, например после пластической операции или пересадки кожи; подкладочные ткани для гипсовых повязок при переломах кости; ткани для удержания тепла и контроля потерь жидкости из тканей кожи при ожогах; поддерживающие ткани и повязки для лечения заболеваний периферийной сосудистой системы, ревматоидных артритов, остеортритов, язв (особенно при уходе за пожилыми людьми), острой гипотермии и болезней костей (например, боль в спине); изолирующие ткани, например, боль в спине; изолирующие ткани, например, для исключения потерь тепла у недоношенных детей и у травмированных людей.
Ткань может применяться в ветеринарии.
Промышленные применения изделий из ткани:
водостойкая одежда для рыбаков и моряков: огнестойкая
одежда для нефтяников и пожарников и защитная одежда, например, для сельскохозяйственных
рабочих, строителей, спасателей и военных.
Применения ткани для спорта и досуга:
одежда для альпинистов; одежда для исследователей Арктики; одежда для лыжников; теплые
костюмы для спортсменов; потники для упражнений по сбрасыванию веса, костюмы для плавания.
Реферат
Сущность изобретения: описана способная пропускать воздух изолирующая ткань, из которой можно изготовить, например, предметы одежды или медицинские поддерживающие ткани либо перевязочные материалы, в которых эластомерный изолирующий лист имеет перфорации с относительно широкими и узкими частями, расположенными вдоль их длины для образования внутренней полости, открытой в направлении внутренней стороны листа во время ношения и достаточно закрытой в направлении внешней стороны листа. Таким образом воздух может проходить от внутренней к внешней стороне листа для накопления в полости под повышенным давлением до его прохождения к внешней стороне. 2 с. и 11 з. п. ф-лы, 3 ил.
