专利名称：保温材料和形成保温材料的相关方法
保温材料和形成保温材料的相关方法
背景技术：
本发明的实施方式总体而言涉及保温材料，更具体地涉及被配置成响应温度变化 而改变形状的保温材料，以及形成该保温材料的相关方法。保温材料在多种不同应用中使用。例如，航天器和其它航空器通常包括用于保护 乘坐者和/或货物免受可能另外经历的相对极端温度的保温。作为另一个实例，衣服如夹 克可以包括一层或多层的保温，以帮助穿着者在寒冷气候中时保持温暖。尽管航天器、衣服 和其它应用所利用的保温一般可以适合于相对变化小的热状况，但是当该热状况变化时， 保温可能变得不合适或者不必要，例如下述情况环境温度变更暖和，保温夹克的穿着者锻 炼或者以其它方式增加他们的代谢率，或者在辐射热负荷改变——在从阴凉进入全日照时 将会发生辐射热负荷改变——时。的确如此，由于保温衣服通常具有固定的热阻，当环境温 度改变、穿着者的代谢率改变或者辐射热负荷变化时，穿着者可能变得太热或太冷。在穿着 者变得太热的情况中，穿着者可以去掉衣服，但是随后要为不得不拿着或用其它方式解决 已经去掉的衣服所累。一些衣服被设计成试图随着条件的改变而改变衣服的热阻。例如，一些滑雪服装 包括可以被打开或被关闭的通风孔。当打开时，通风孔使空气围绕保温层流动而使穿着者 变凉爽。这样，当温度增加时，当滑雪者的代谢率在一次或多次跑动后增加时，或者当辐射 热负荷增加时，滑雪者可以打开他们的衣服中的通风孔。相反地，滑雪者可以关闭通风孔以 限制保温层周围的空气流，以使滑雪者保持比较暖和，例如在温度降低、滑雪者的代谢率下 降或者辐射热负荷减小的情况中。滑雪服也被开发为具有拉绳，其在拉动时转移滑雪服内 的保温材料，并且因此改变滑雪服的保温特性。虽然前述的滑雪服装的确至少提供一些滑雪服装的保温特性的改进，但是该滑雪 服装仍然仅提供在相对小的温度、代谢率和辐射热负荷范围内可接受的保温，并且这样的 话不能够完全地适应温度、代谢率和/或辐射热负荷的更大改变。此外，前述的滑雪服装需 要穿着者的手动介入，这在一些情况中可能不合需要或者这在另外的情况中被穿着者忽略 或者忘记。因此，期望开发被配置成提供可变保温特性的改进的保温材料，从而即使在当热 特性改变时例如温度、代谢率和/或辐射热负荷改变时也可提供合适的保温。发明概述根据本发明的不同方面，提供保温材料和形成该保温材料的方法。该保温材料被 配置成响应温度而改变形状，并且因此，例如，一个实施方式的保温材料可以随着温度降低 变得更保温。因此，由于该保温材料可以较少保温并因此使穿着者在比较暖和的温度保持 比较凉爽，同时其更保温并因此使穿着者在比较冷的温度保持比较暖和，因此保温材料以 及掺入该保温材料的适应性衣服制品可以使穿着者在较宽的温度范围内保持舒适。可选 地，当温度增加时，保温材料可以被调节变得更保温，这对于防护衣服免受高温是期望的， 其例如被消防员使用。根据本发明的一方面，提供适应性保温材料，其由至少第一和第二结构组分形成，所述第一和第二结构组分被连接在一起，并且分别由第一和第二材料组成。所述第一和第 二材料具有不同的热膨胀系数，使得保温材料被配置成响应温度变化而改变形状。一个实 施方式的适应性保温也可以包括非适应性保温材料，其与该保温材料结合。在一个实施方式中，保温材料包括多种纤维，一部分纤维由具有不同热膨胀系数 的至少第一和第二材料组成。结果，每种纤维被配置成响应温度变化而改变形状，例如通过 卷曲或其它方式变形改变现状。在这点上，每种纤维可以被配置成响应温度变化而在至少 一维上膨胀，使得所述多种纤维在纤维之间形成更大和/或更多的空隙，而保温材料相应 地变得更保温。在一个实施方式中，第一和第二材料都沿着各自的纤维纵向延伸。第一和第二材 料中的至少一个可以在沿着各自纤维的纵向方向在相对位置、形状或大小至少之一上发生 变化。在另一个实施方式中，多种纤维中的每一个具有中性温度(neutral temperature), 其中纤维被配置成随着温度不同于中性温度化而改变形状。在这种实施方式中，多种纤维 可以包括第一组或层纤维和第二组或层纤维，其分别具有第一和第二不同中性温度。这样， 该实施方式的保温材料将包括在不同温度范围内改变形状的纤维，以使该保温材料用于甚 至更宽的温度范围。在一个实施方式中，第一结构组分可以包括由第一材料形成的片。在这种实施方 式中，第二结构组分可以包括放置在所述片上并彼此分隔开的多块第二材料。该实施方式 的第一和第二结构组分中的至少一种也可以限定至少一个开口，该开口响应保温材料的形 状改变而在打开和关闭结构之间改变。在另一个实施方式中，其中第一结构组分包括由第 一材料形成的片，第二结构组分可以被连接到所述片的仅一部分，例如以纤维缝的形式，由 此限制所述片膨胀的方式，因为形成第二结构组分的第二材料具有比第一材料低的热膨胀 系数。根据本发明的另一方面，提供形成适应性保温的方法。该方法由至少第一和第二 结构组分形成适应性保温材料。该第一和第二结构组分连接在一起并且分别由第一和第二 材料形成，它们具有不同的热膨胀系数。这样，保温材料被配置成响应温度变化而改变形 状。该方法也可以使适应性保温材料和非适应性保温材料结合。在一个实施方式中，保温材料由多种纤维形成，每种纤维由第一和第二结构组分 形成。多种纤维中的每一个可以具有中性温度，并且纤维可以被配置成随温度不同于中性 温度而改变形状。这样，保温材料可以由第一和第二组纤维形成，它们分别具有第一和第二 不同的中性温度。在另一实施方式中，第一结构组分可以包括由第一材料形成的片和第二结构组分 可以包括多块第二材料。这样，保温材料可以通过连接所述多块第二材料与所述片形成，其 中所述多块被彼此分隔开。至少一个开口可以在第一和第二结构组分中的至少一个中形 成。在这点上，开口(多个开口)可以被配置成响应保温材料形状改变而在打开和关闭结 构之间改变。在另一个实施方式中，其中第一结构组分包括由第一材料形成的片，保温材料 可以通过连接第二结构组分到所述片的仅一部分形成，使得所述片由于两种材料的不同热 膨胀而被迫分开。附图简述已经以通用术语描述本发明，现在将参考附图，附图不必按比例制作，和其中
图1是依照本发明实施方式制作并由穿着者穿着的衣物如夹克的分解透视图；图2a和2b分别是依照本发明一个实施方式的直纤维和卷曲纤维的透视图；图3是依照本发明实施方式的被缠在线轴上的挤压纤维的透视图；图4a和4b分别是依照本发明的另一个实施方式的直纤维和卷曲纤维的透视图；图5a和5b分别是依照本发明的进一步实施方式的直纤维和卷曲纤维的透视图；图6a和6b分别是依照本发明的又一实施方式的直纤维和卷曲纤维的透视图；图7a和7b是依照本发明的另一个实施方式的保温材料的透视图；图8a和8b是依照本发明的又一实施方式的保温材料的透视图；图9a和9b是依照本发明的另一个实施方式的保温材料的侧视图；图10a和10b是依照本发明的又一实施方式的保温材料的侧视图；图11a和lib是依照本发明的进一步实施方式的保温材料的透视图；图12是依照本发明的保温材料的又一实施方式的透视图；图13a和13b分别是依照本发明的一个实施方式在中性温度和远离中性温度的保 温材料的图示；和图14a和14b分别是依照本发明的另一个实施方式在中性温度和远离中性温度的 保温材料的图示。发明详述现在将参照附图在下文中更完整地描述本发明，其中一些、但不是所有的本发明 的实施方式被显示。实际上，这些发明可以以多种不同形式实施，而不应该被解释为限于本 文说明的实施方式；相反，提供这些实施方式，使得本公开将满足适用的法律要求。全文中 相同数字指相同元件。现参照图1，描述依照本发明实施方式制造的衣服制品10。虽然衣服制品被显示 为夹克，但是很多种其它衣服制品可以依照本发明的实施方式制造。另外，虽然本发明实 施方式的保温材料一般将结合衣服制品的制造进行描述，但是所述保温材料可以在很多种 其它应用中使用，包括例如使用保温材料以提供对航天器或其它交通工具或类似物的热保 护。参照图1，例如，依照本发明一个实施方式形成的衣服制品10包括在其间形成袋 如空隙的第一和第二衣服层12。如在图解的实施方式中，第一和第二衣服层可以是衣服制 品的内层和外层。可选地，第一和第二衣服层中的之一或两个可以是布置在夹克或其它衣 服制品内部的内层。图1的夹克也包括布置在第一和第二衣服层之间的适应性保温材料 14，例如位于由第一和第二衣服层之间形成的袋里面。如以下描述，保温材料被配置成响 应温度改变而改变形状，以在不同温度提供不同的保温程度。在一个有利的实施方式中，例 如，保温材料被设计成在比较暖和的温度提供较小的保温，使得穿着者保持比较凉爽，而在 更冷的温度则提供更大的保温，使得穿着者保持比较暖和。如在以下讨论中清楚的是，影响 保温材料形状改变的温度是保温材料自身所暴露的温度，因此一般为环境温度和穿着者体 温的结合。这样，即使在环境温度保持相对冷的情况中，进行锻炼或提高他们代谢率和因此 增加穿着者体温的其它任务的穿着者将往往相应地增加保温材料所暴露的温度，并且使得 保温材料以提供更小保温的方式改变形状，由此使穿着者被相对冷的环境温度变得稍微凉 爽，以避免来自锻炼或其它活动的过热。
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适应性保温材料14可以以如下描述的不同方式被制作。然而，在每种不同的实施 方式中，保温材料由至少第一和第二结构组分形成。第一和第二结构组分连接在一起，并且 又分别由第一和第二材料组成。第一和第二材料具有不同的热膨胀系数，这样，保温材料相 应地响应温度的变化而改变形状，以改变保温材料的热导率。虽然不是必须的，但是本发明 实施方式的热适应性保温材料一般布置在非适应性保温材料内或者与非适应性保温材料 以其它方式结合，使得热适应性保温材料的形状变化也改变非适应性保温材料的热性能。 如本文使用的，非适应性保温材料是那些保温材料如纱线，其可以通过随着温度增加和降 低分别地膨胀和收缩来改变大小，但是不通过例如卷曲或伸直改变形状，如通过第一和第 二结构组分形成适应性保温材料引起的。在一个实施方式中，保温材料14由多种纤维16形成，每种纤维由第一结构组分18 和第二结构组分20形成。换句话说，每种纤维由第一部分和第二部分形成，第一部分即第 一结构组分，其由第一材料组成，第二部分即第二结构组分，其由第二材料组成，如图2a显 示。如上所述，第一和第二材料可以具有不同的热膨胀系数。虽然纤维可以以不同方式形 成，但是纤维可以用被共挤压的第一和第二材料挤出。虽然纤维可以由材料的不同组合形 成，但是一个实施方式的纤维由聚乙烯形成；聚乙烯与另一种聚合物如尼龙共挤压，或者与 已经通过以改变其热膨胀系数的方式交联改性的聚乙烯共挤压。可选地，纤维可以通过共 挤压石英玻璃纤维与一些其它玻璃如硼硅酸盐玻璃以形成复合纤维而形成。当离开挤出机时，纤维通常随着温度降低——例如从进行挤压工艺的高温到室 温——将试图扭成紧缩卷。为了防止纤维的紧缩卷曲，可以将纤维16从挤压头19拉到线 轴18上，并保持在固定半径，同时逐渐冷却到塑料开始定形(take a set)的温度——通常 为玻璃化转变温度——之下。如在图3中显示，这个工艺可以相对连续地进行，其中挤压的 纤维以螺旋形结构绕在线轴周围，周围缠绕最近挤出纤维的线轴的进入部分20被保持在 高温，而纤维从中被收回或拿掉的线轴出口部分22保持在低得多的温度。在线轴的进入和 出口部分之间，线轴的温度可以从进入部分的高温转变为出口部分的比较冷的温度。线轴18的直径至少部分地限定所形成的纤维16的中性温度。例如，如果线轴具 有极大或至少非常大的直径，纤维在设定的温度将是直的或者相对直的，并且如图2b中显 示，纤维响应温度的降低将卷曲。相反地，如果线轴的直径相对地小，纤维在设定温度将在 第一方向上卷曲，并且在比较低的温度如室温将是直的或相对直的。在制作后和响应温度 进一步的降低，纤维将再次卷曲，虽然在与设定温度下纤维卷曲的方向相反的方向进行。参 见图2b。在任一情况中，纤维是直的温度将被认为是纤维的中性温度。这样，保温材料14可以被形成，使得由第一和第二材料形成的纤维16在室温可以 是直的或者相对直的，但是其随后将响应温度的变化如温度的降低而改变形状，例如通过 在至少一维上扩展，以及更具体地，例如通过卷曲。通过卷曲或另外在至少一维上扩展，多 种纤维在纤维之间形成较大的和/或更多的空隙，并且随着温度降低保温材料相应地变得 更保温。在这点上，由较大和/或更多空隙产生的材料的空隙部分的增加使通过材料的传 导路径更迂回，因此增加其保温性能。因此，包括本发明一个实施方式的保温材料的夹克 10——其中纤维在室温下相对直，在较低温度比同一夹克较少保温，这是因为纤维响应较 低温度将已经卷曲并且变得更保温。如上所述，纤维16可以被挤压，并且同样地可以具有多种横截面形状和大小，包
7括圆形和矩形横截面形状。然而，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，保温材料14可 以以多种其它方式形成。例如，单一材料形成的常规纤维通过沿纤维长度施加另一种材料 可以沿着其长度改变，以产生具有不同热膨胀系数的纤维区域。作为实例，硫化剂可以喷射 到绕在线轴18之上的纤维上，或者线轴自身可以包括在缠绕和退火工艺期间吸附到纤维 中的化学品。如先前，处理或涂覆的纤维可以热固定，其中线轴曲率限定所得纤维响应温度 变化的性质。如在图4a中显示，由第一材料18形成的纤维16也可以具有第二材料20，其以不 对称方式被涂敷或另外沉积在纤维上。在图解的实施方式中，第二材料被沉积或者涂敷在 纤维的一侧，纤维的另一侧没有第二材料。由于第一和第二材料具有不同的热膨胀系数，纤 维可以被形成为在中性温度如室温下是相对直的，并且响应温度变化如温度降低而卷曲， 如图4b中显示。纤维16可以多种其它方式形成。如在图5a中显示，第一材料18形成的纤维可以 具有沿着纤维的一个表面或两个相反表面不连续施加的第二材料20。可选地，如在图6a中 显示，第一材料形成的纤维可以包括以沿着纤维的长度具有不同厚度和/或宽度的这种方 式施加的第二材料。通过以不连续方式施加第二材料或者沿着纤维长度施加具有不同厚度 和/或宽度的第二材料，生成的纤维可以被设计为从中性温度如室温下相对直的结构转变 为响应温度变化如温度降低的卷曲或正弦曲线的结构。如图5b和6b中显示，以不连续方 式或者沿着纤维的长度以不同厚度和/或宽度施加第二材料可以生成在较低温度具有卷 曲的纤维，卷曲由片段分开，所述片段不卷曲或者以相反的方向或者不同程度地卷曲。纤维16可以以共挤压之外的方式形成。例如，由不同材料形成的两种纤维，也就 是，具有不同热膨胀系数的材料在热和压力下熔接在一起或者用粘合剂连接在一起。还进 一步地，由两种不同材料形成的纤维可以被形成以具有彼此配合的横截面，并且当压在一 起时可以化学或物理地连结。虽然保温材料14由具有不同热膨胀系数的第一结构组分18和第二结构组分20 形成，但是保温材料不必必须由纤维形成。在图7和8描述的实施方式中，例如，第一结构 组分可以包括由第一材料形成的片24。在这个实施方式中，保温材料的第二结构组分可以 包括由第二材料形成的多个块26，其布置在所述片上并彼此分隔开。在这点上，第二材料 块可以是如图7中显示第二材料的条或者图8中显示的第二材料的突出物，以及根据应用 具有各种其它形状和大小的第二材料块。第一和第二结构组分彼此有利地连接在一起。例 如，第一和第二结构组分可以被熔接、粘合或以其它方式热熔粘合，或者第一和第二材料可 以通过粘合剂或类似物连接。在图7的实施方式中，保温材料14可以被这样形成，使得片24在室温相对扁平或 者平坦，但是随着温度变化如温度降低变为起皱的、波纹的或者以其它方式变形。这些片的 多个层可以被结合以制成厚度和/或热导率随着温度变化而改变的层状材料或固体。在一个实施方式中，狭缝或其它开口 28可以由第一和第二结构组分的至少之一 限定。在图7中图解的实施方式中，例如，开口可以由第一和第二结构组分两者限定。开口 可以被设计为响应温度变化而在打开和关闭结构之间转变。在这点上，当保温材料在中性 温度如室温时，开口可以是关闭的，使得保温材料几乎是不透水的。参见图7a。然而，当温 度从中性温度降低时，保温材料的起皱将使开口打开，以使保温材料更为透气，并且因此允许水蒸气传送，如在在远离穿着者的方向，在穿着者开始出汗的情况中这将是期望的。参见 图7b。可选地，第二结构组分20可以为连接到形成第一结构部件的片24的多个突出物 26的形式。如在图8中显示，开口 28可以被限定在第二结构部件周围并通过第一结构部 件，如图8a中显示，中性温度——此时下面的片中的突出物保持相对平坦——时开口关闭， 但是当突出物响应温度变化如温度降低而偏转(偏斜)时，如图8b中显示，开口至少部分 打开。在其中突出物相对小的情况中，生成的保温材料14将具有随着温度相应改变的粗糙 度。例如，保温材料在室温可以是更平滑的，在室温突出物没有偏转，而在高于或低于室温 的温度下更为粗糙。当突出物打开和关闭时，保温材料14的透气性也可以响应温度变化而 改变。图9图解其中保温材料14由2个片30形成的另一个实施方式，一个片由第一材 料形成而另一片由第二材料形成。每个片通常限定一个或多个突出物32。在这点上，每 个突出物通常通过沿着突出物的数个边缘分开突出物与片的剩余部分来限定，同时确保突 出物沿着至少一个边缘保持连接于片的剩余部分。以矩形的突出物为例，突出物沿着突出 物的三个边缘与片的剩余部分分开，同时沿着突出物第四个边缘(此后称为突出物的“底 座”(base))保持连接于片的剩余部分。材料的片被组装，使得每片的突出物总体上彼此互 相对齐，但是以这方式布置，使得突出物的自由端32a彼此相反地放置，并且突出物的底座 32b也彼此相反地放置。突出物随后沿着一条或多条线或在突出物的表面上连接，如通过缝 合、熔接、粘合或通过粘合剂或类似物。虽然材料的片将保持彼此邻近，在中性温度下其间 具有很小或没有气缝，如在图9a中显示，来自具有不同热膨胀系数的不同材料的片的结构 将以响应温度变化如温度降低分开片并在它们之间产生气缝的方式导致突出物的偏转，如 在图9b中显示。这些片的多个层可以被结合以制成厚度和/或热导率随着温度变化而改 变的层状材料或固体。虽然在图9的实施方式中第一和第二片30可以通过各自的突出物32彼此互相 直接连接，但是第一材料片和第二材料片通过中间部件34可以被彼此分开和连接，如图10 中显示。在这个实施方式中，第一和第二片可以由相同材料形成，其中中间部件由具有不同 热膨胀系数的不同材料形成。如图解，中间部件的相反面和相对端部被连接到第一和第二 片的突出物。这样，图10的实施方式的保温材料可以由如图10a中显示的中性温度下相对 收缩的结构响应温度变化如温度降低膨胀到如图10b中显示的膨胀结构，在材料的片之间 具有相应的气缝增加。通过响应室温变化增加气缝，保温材料的保温性能得以改变。如以 上，这些片的多个层可以被结合以制成厚度和/或热导率随着温度变化而改变的层状材料 或固体。在另一个实施方式中，第一结构组分18如由第一材料形成的片可以包括布置在 该片上并彼此分开的第二材料的多个块38。在这点上，第二材料的多个块可以通过被缝合 进入并通过第一材料的纤维缝限定。通过由热膨胀系数比形成片的第一材料大的第二材料 形成纤维缝，缝合相对于第一材料形成的片的剩余部分进一步地收缩，使得在中性温度以 下的温度变化将使图11a的保温材料以图lib中显示的方式改变形状，在图lib中第一材 料形成的片在热膨胀更大的缝周围三维卷曲或盘旋。该实施方式具有当温度升到中性温度 以上时是热钝态的特殊性能。可选地，纤维缝可以由具有较低热膨胀系数的第二材料制成，这将使该实施方式在中性温度以上热适应的，而在中性温度以下是钝态的。缝合必须至少 被锚定在第一材料片的末端，并且更优选地锚定在沿着片的多个点处。虽然缝可以被如上 描述地缝合，但是缝可选地可由第二材料形成的块形成，所述块以交替方式连接到片的相 反侧。如以上示例，保温材料14可以以各种方式形成。如图12中显示，保温材料可以以 各种形状和大小被形成。在这点上，由具有不同热膨胀系数的第一和第二材料形成的两个 片可以被连接在一起，例如通过粘合剂、溶剂熔接、热熔接等，并且可以被切割成条。通过形 成具有沿着其长度不同宽度或者具有其中第一和第二材料的宽度沿着所得条的长度不同 变化的网样形状的条，生成的保温材料将从图12中描述的中性温度下的形式转变为较低 温度下卷曲或者至少部分卷曲的结构。在这点上，通过改变材料性能——例如包括第一和 第二材料的热膨胀系数，或通过改变切割的形状或者斜线(bias)，或者通过形成的条，使得 单一材料制成的部分交替或者与由两种材料制成的部分平行布置，使得卷曲的部分被放置 在没有卷曲的部分之间或者平行于没有卷曲的部分，可以获得不同类型的卷曲。如以上描述，保温材料14可以具有各种形式和结构。例如，虽然保温材料的上述 实施方式每一种由具有不同热膨胀系数的两种不同材料形成，但是保温材料可以由三种或 更多种材料形成，只要三种或更多种材料包括至少两种具有不同热膨胀系数的材料，以便 于保温材料在不同温度如响应温度的降低而改变形状如卷曲。此外，这些纤维、条、片、或以 上描述的热适应性材料的其它形状可以被布置在标准的、非适应保温材料内，使得热适应 性材料的变形增加或减少响应温度变化的非适应性材料的热性能。例如，散布在非适应材 料的纱线内的适应性纤维的短片段将使纱线随着温度变化膨胀，这增加纱线的热阻。参见 例如图13a和图13b，其中散布在纱线内的适应性纤维的短片段使纱线从图13a中显示的中 性温度下更收缩的形式膨胀为如图13b中显示的远离中性温度的温度下更膨胀的形式。如上所述，当温度下降到中性温度以下的时候，响应温度变化的适应性材料14的 形状变化可以是保温材料中的增稠过程。形状的这种变化又引起保温材料的热导率变化， 例如使保温材料变得甚至更保温。然而，当温度升到中性温度以上时，这种同一适应性材料 也可以变得更稠密。通过在更高温度下保温材料的增稠过程引起的保温性能增加也可以是 有用的，例如在保温材料被掺入消防员的防护衣内的情况中，当消防员暴露于高温时该防 护衣提供更多的保护，但是一旦消防员离开温度升高的区域，防护衣随后变稀疏并使消防 员冷下来。另外，当温度或上或下地偏离中性温度时，可选实施方式的保温材料可以被配置 成变得更薄。这种实施方式的保温材料可以以各种方式形成，包括例如缝合热适应性纤维， 诸如上述类型的热适应性纤维，以与非适应性保温覆层的厚度相接并延伸穿过非适应性保 温覆层的厚度。在这点上，非适应性保温覆层可以具有面对需要保温的物体的内表面和相 反的外表面，外表面一般面对外部环境。在这个实施方式中，热适应性纤维可以被缝合到非 适应性保温覆层并且可以在其内表面和外表面之间或者至少部分在其内表面和外表面之 间延伸。当温度偏离中性温度时，热适应性纤维将卷曲或者另外沿着它们的长度收缩，由此 使非适应性保温覆层平坦并且使它较不保温。如上结合热适应性纤维的形成所述，热适应纤维可以被如此形成，以便其在中性 温度下卷曲或者以其它方式收缩，但是当温度变得较冷并落到中性温度以下时，其松弛和延长，由此在长度上扩展。在这个实施方式中，热适应纤维一般如此形成，使得中性温度被 设定在预期遇到的最冷温度。热适应性纤维可以被编织成纱线并通过粘合或缠结任意地连 接在一起，如图14a中在室温(中性温度之上)显示的，其中热适应性纤维被相当紧地卷 曲。当温度变得更冷时，热适应纤维将松弛并开始舒展，由此如图14b中显示膨胀纱线。如 果期望，保温可以由热适应性纤维整体地形成并且无需必需包括任何非适应性保温材料。还进一步地，需要说明的，到此之前已经描述的热适应性纤维的某些实施方式对 应于纤维卷曲的增加倾向于在长度上减小。然而，另一种实施方式的热适应性纤维可以类 似地卷曲，而没有纤维长度上的任何相应的减小。反而，一个实施方式的纤维的横截面可变 得更细以解决增加的卷曲，而没有纤维总体长度的任何减小。如本文描述，保温材料14由具有不同热膨胀系数的第一结构组分18和第二结构 组分20形成。虽然第一和第二结构组分一般由以上描述的彼此不同的材料形成，但是第一 和第二结构组分可以具有相同的化学成分，这是由于两者组分都可以由单一的材料形成。 该实施方式的保温材料可以具有部分如边缘、缝或其它样式，其通过压碎、熔化、卷曲、化学 反应、聚合、辐射、光照明如紫外线固化、热收缩、激光烧结等等转化。作为收缩的结果，收缩 的部分可以具有不同的热膨胀系数如较低的热膨胀系数，这即使所有的保温材料是由相同 材料形成的。这样，保温材料可以由具有不同热膨胀系数的区域的单一材料形成，如果这样 期望的话。如以上描述，保温材料14可以被形成为在中性温度如室温具有第一保温性能和 其它保温性能，如在其它温度例如减小的温度下增加的保温性能。为了使保温材料提供甚 至更宽温度范围的合适保温，保温材料可以由两层或更多层或两组或更多组的纤维形成， 每组纤维具有不同的中性温度。这样，第一组纤维可以具有第一中性温度，使得在该第一中 性温度以下的温度的降低引起第一组纤维、而不是第二组或其它组纤维(至少不是相同程 度或范围)的形状改变，如通过卷曲改变。此外，第二组纤维可以具有低于第一中性温度的 第二中性温度。这样，一旦温度落在第二中性温度以下，超过第一组纤维开始卷曲的第一温 度的温度的进一步降低将使第二组纤维也开始卷曲。这样，当温度继续降低时，具有不同中 性温度的两组或更多组纤维形成的保温材料可以提供额外程度的保温，由此在甚至更宽的 温度范围内提供合适的保温。虽然已经结合具有两组或更多组纤维的保温材料描述了这种 实施方式，但是保温材料的这种实施方式也可以包括以其它方式形成的保温材料，也就是 说，除了通过纤维之外，如果期望的话。通过上述方式形成保温材料14并随后在第一和第二衣服层12之间限定的袋中布 置保温材料，如上结合图1所述，生成的衣服制品10可以适应不同温度，例如当温度降低或 者当穿着者的体温下降时提供更多保温，而当温度增加或者当穿着者的体温升高时提供更 少保温。此外，保温材料的实施方式也可以提供响应温度变化的增加的透气性，如果期望的 话。还如描述，保温材料也可以影响纤维的质地，其中从上述类型的纤维编织的织物在中性 温度下相对光滑和平坦，并且随后在远离中性温度的温度下变得更卷曲和织地粗糙。这样， 例如，随着温度在整个秋天降低，夏季重量衣服可以自动地变厚。在任何情况中，当温度改 变时，作为保温材料形状改变的结果，保温材料有利地提供更合适的保温以覆盖更宽范围 的温度。虽然以上主要结合衣服进行描述，但是保温材料可以在各种其它应用如航天器、
11航空器或类似物中使用。例如，航天器可以用保温材料覆盖，其中该保温材料的性质取决于 是否暴露于阳光而变化。在这点上，如果期望使航天器升温，暴露于阳光的航天器的一侧上 的保温材料可以提供很小的保温，因为例如包括保温材料的纤维16可以保持直的或相对 直的。可选地，在阴影或直接日照之外的航天器一侧的保温可以提供增加的保温，因为例如 包括该保温材料的纤维可以是卷曲的，以便在纤维之间形成更大和/或更多的空隙并且相 应地增加保温性能。如果期望防止航天器加热，通过改变保温组分的中性温度可以产生相 反的性能，使得暴露于太阳的一侧充分保温，而远离阳光的一侧具有较少的保温以增加到 空间的辐射。 本文所述的本发明的很多修改和其它实施方式是这些发明所属领域技术人员容 易想到的，其具有前面说明书和附图中提出的教导的益处。因此，应该理解，本发明不限制 于公开的特定实施方式，并且修改和其它实施方式意欲包括在所附权利要求的范围内。虽 然本文使用具体的术语，但是它们仅以普通和描述意义使用而不是为了限制的目的。
权利要求
适应性保温，其包括由至少第一结构组分和第二结构组分形成的保温材料，其中所述第一结构组分和所述第二结构组分连接在一起，并且分别由具有不同的热膨胀系数的第一材料和第二材料组成，使得所述保温材料被配置成响应温度的变化而改变形状；和非适应性保温材料，所述非适应性保温材料具有与其结合的至少所述第一结构组分和所述第二结构组分形成的所述保温材料。
2.根据权利要求1所述的适应性保温，其中所述保温材料由多种纤维组成，所述纤维 的一部分由所述第一结构组分和所述第二结构组分形成。
3.根据权利要求2所述的适应性保温，其中每种纤维被配置成响应温度的变化而变形。
4.根据权利要求1所述的适应性保温，其中所述第一材料和所述第二材料都沿着各自 的纤维纵向地延伸。
5.根据权利要求4所述的适应性保温，其中所述第一材料和所述第二材料中的至少一 个沿着所述各自的纤维在纵向方向上发生相对位置、形状或大小中至少一个的变化。
6.根据权利要求1所述的适应性保温，其中所述多种纤维中的每一个具有中性温度， 所述纤维被配置成当温度不同于所述中性温度时而改变形状，和其中所述多种纤维包括分 别具有第一和第二不同中性温度的第一组和第二组的纤维。
7.据权利要求1所述的适应性保温，其中至少所述第一结构组分包括由所述第一材料 形成的片。
8.根据权利要求7所述的适应性保温，其中所述第二结构组分包括布置在所述片上并 彼此分隔开的多块所述第二材料。
9.根据权利要求8所述的适应性保温，其中所述第一结构组分和所述第二结构组分中 的至少一个限定至少一个开口，所述开口响应所述保温材料的形状改变而在打开和关闭结 构之间改变。
10.根据权利要求7所述的适应性保温，其中所述第二结构组分连接到所述片的仅一 部分，和其中形成所述第二结构组分的所述第二材料具有与所述第一材料不同的热膨胀系数。
11.根据权利要求10所述的适应性保温，其中所述第二结构组分包括沿着所述第一材 料的所述片延伸的纤维缝。
12.根据权利要求1所述的适应性保温，其中由至少所述第一结构组分和第二结构组 分形成的所述保温材料结合到所述非适应性保温材料部分。
13.形成适应性保温的方法，其包括由至少第一结构组分和第二结构组分形成保温材料，其中所述第一结构组分和所述第 二结构组分连接在一起，并且分别由具有不同的热膨胀系数的第一材料和第二材料组成， 使得所述保温材料被配置成响应温度的变化而改变形状；和结合由至少所述第一结构组分和所述第二结构组分形成的所述保温材料和非适应性 保温材料。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述保温材料包括从多种纤维形成保温材 料，所述纤维的一部分由所述第一结构组分和所述第二结构组分形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多种纤维的一部分具有中性温度，所述纤 维被配置为随着温度不同于所述中性温度而改变形状，和其中由多种纤维形成所述保温材 料包括由分别具有第一和第二不同中性温度的第一组纤维和第二组纤维形成所述保温材 料。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一结构组分包括由所述第一材料形成的 片，和所述第二结构组分包括多块所述第二材料，和其中形成所述保温材料包括连接所述 多块与所述片，所述多块被彼此分隔开。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述第一结构组分和所述第二结构组分中 的至少一个限定至少一个开口，其中所述至少一个开口被配置成响应所述保温材料的形状 变化而在打开和关闭结构之间改变。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一结构组分包括由所述第一材料形成的 片，其中形成所述保温材料包括连接所述第二结构组分与所述片的仅一部分，和其中形成 所述第二结构组分的所述第二材料具有与所述第一材料不同的热膨胀系数。
19.根据权利要求13所述的方法，其中结合所述适应性保温材料和非适应性保温材料 包括结合由至少所述第一结构组分和第二结构组分形成的所述适应性保温材料与部分的 所述非适应性保温材料。
全文摘要
提供保温材料和形成保温材料的方法。保温材料被配置成响应温度而改变形状，并且因此，例如随温度降低，保温材料可以变得更保温。例如，保温材料可以包括响应温度降低而改变形状的多种纤维，例如通过卷曲改变形状，由此相应地改变保温性能。
文档编号A41D13/005GK101917879SQ200880123954
公开日2010年12月15日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年1月3日
发明者B·J·米切尔, H·V·弗莱彻三世, T·M·拉布 申请人:波音公司