[发明专利]用于提供适应性隔热的层状结构的包封件和热保护罩的组合

说明书

本发明涉及提供适应性隔热的结构，并且具体地涉及用于提供适应性隔热的层状结构的包封件和热保护罩的组合。此类组合可以用于纤维织物或纺织物的设计，具体地用于个人防护装备的应用，所述个人防护装备例如是服装，像防护服或其它功能性服装(如手套)。

防护服装或功能性服装通常用于如消防、执法、军事或工业性作业等应用，其中，需要保护穿用者不受环境影响，或者需要在给定环境条件下提供所需的功能特性。可能需要服装保护穿用者防热、防火或防液体冲击。通常需要服装为穿用者提供足够的舒适度，使得他能够做他要做的工作。

提到消防服，作为使用防护服装和功能性服装的一个应用，需要此类服装一方面提供对火焰和高温的高度隔热。此需要该服装有效地抑制热量从外部经由服装转移到达内部。另一方面，需要消防服提供足够的柔性和透气性，以允许消防员在穿着消防服时能够高效地工作。此需要消防服能在一定程度上允许水蒸气从内部经由服装转移到外部(透气性)。

由消防服装提供的隔热性需要在较大范围的环境温度下是有效的。提到极端情况，需要消防服提供足够的隔热性以当火灾中消防员暴露于火焰的“轰燃”时保护消防员，“轰燃”时环境温度可能是大约1000℃以及更高。在此类情形下，服装会在其外壳处至少暂时地暴露于大约800℃至900℃的温度。在严重火灾时，当消防员必须非常靠近火焰时，预期消防服的外壳仍会暴露于高达大约350℃的温度。在消防员的皮肤处的温度应当减小到不增加超过大约24℃。

在技术上非消防相关的任务中，传统的消防服提供一定水平的热性能，此热性能一般是不需要的，并且会由于厚的和中的服装层而导致较低舒适度(如服装的低透气性)。在如上述消防服的应用中，其中需要消防服提供较大范围的隔热性，通常很难总是由静态结构(即，提供隔热性的结构)满足最坏情形下的所有要求。

已提出了多种动态概念。此类动态概念背后的思想是产生这样的结构，即，该结构能够根据给定的环境条件提供不同程度的隔热性。所提供的隔热性可以适应此结构在其外侧和/或在其内侧所经受的环境温度。

在防火领域，泡沸(intumescent，膨胀)系统的概念已开发出并且用于多种应用中，例如用于防火门的泡沸垫片或者用于管道的泡沸型涂料。此类泡沸系统通常设计具有固体的泡沸物质，该物质在暴露于高温时会经历发泡的过程，从而增加体积并因此增加隔热性能。一般，当泡沸物质经历预定的活化温度时开始此类发泡过程。发泡过程的结果是，泡沸物质变成多孔的，即减小了它的密度并增加了它的体积，但是仍旧保持具有固体结构。典型的泡沸物质是硅酸钠、可膨胀石墨或包含碳和大量水合物的材料。

已提出使用泡沸材料来制造消防服或其它功能性服装。US 2009/0111345A1公开了一种结构，该结构为防水可透气织物/服装提供适应性隔热以保护穿用者免受热量或火焰影响，同时维持透气性。基于聚合树脂－可膨胀石墨混合物的泡沸物质位于防火屏障和防液屏障之间。US 2009/0111345A1指出了大约200℃的活化温度以及该泡沸物质在暴露于300℃中90秒钟后体积增加至少200％。试验显示，当应用与消防服的织物时，该方法具有局限性。

在WO 2009/025892 A2中示出了用于生产阻燃柔性材料的另一方法，该材料藉由泡沸机构提供了热保护。在该材料中，多个分离护板以彼此间隔的关系固定到柔性基底织物的外表面。护板包括在暴露于足够高温时大幅膨胀的泡沸材料。因此，在活化时形成连续的隔热和阻燃外壳薄膜。在一实施例中，护板包括热可膨胀微囊，其包括水或水基溶液，水或水基溶液在暴露于高温时会蒸发，因此从热源中吸收热量并膨胀微囊，直到微囊破裂并将它们的内含物释放以驱离氧气并熄灭火焰。含水微囊的活化温度报告为大约100℃至400℃。

参见WO 99/05926 A1，作为对泡沸系统的替代，已提出通过使用形状记忆合金材料或双金属材料来为消防服提供适应性隔热。根据该方法，动态热适应的隔离系统是基于间隔材料的，该间隔材料布置在外壳织物和内衬织物之间。该间隔材料可以是被训练成螺旋形、溜槽形或圈形的形状记忆材料，或者可以是双金属条或卡盘。报告活化温度为大约65℃-75℃(形状记忆材料)和50℃(双金属条)。与基于泡沸系统的上述建议不同，WO 99/05926 A1原则上提供了可逆系统，该可逆系统能够在多次活化/去活化循环中工作。