ИЗОЛЯЦИОННЫЕ КЛАСТЕРЫ, ВЫПОЛНЕННЫЕ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ ИХ ОБЪЕМА, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ИЗ НАТУРАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
INSULATING CLUSTERS MADE FROM NATURAL MATERIAL WITH POSSIBILITY OF INCREASING VOLUME OF SAID CLUSTERS

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к изоляционным кластерам, обладающим характерными для пуха свойствами, и к способу их получения.
Уровень техники
Предпринималось множество попыток получения изоляционного материала, обладающего характерными для пуха свойствами и предназначенного для применения в изоляционных изделиях, таких как одежда, спальные мешки, одеяла и т.п. Предпринимавшиеся ранее попытки создания подходящего материала чаще всего приводили к получению материалов, которые являлись слишком тяжелыми и плотными, чтобы по своим характеристикам считаться сопоставимыми с пухом.
Исключением является, например, патент США №4558635 Донована (Donovan), в котором предложен превосходный синтетический пух и, в частности, легкие теплоизоляционные системы, которые могут быть выполнены за счет использования тонких волокон в структурах низкой плотности. В указанном патенте также описан ряд смесей волокон, обеспечивающих преимущество при изготовлении из них изоляционного материала, так как полученный материал обладает характерными для пуха свойствами, такими как оптимальное соотношение веса и способности сохранять тепло, мягкость на ощупь и хорошие показатели восстановления формы после сжатия. Этот материал приближается по теплоизоляционным свойствам к натуральному пуху, а в некоторых случаях даже превосходит по своим свойствам натуральный пух. Однако с точки зрения механики использование очень тонких волокон может привести к недостаточной жесткости и прочности, и, таким образом, к затруднениям в их производстве, обработке и применении. Свойства восстановления формы после сжатия такого синтетического изоляционного материала могут быть улучшены за счет увеличения диаметра волокон, однако увеличение количества больших волокон в целом значительно снижает теплоизоляционные свойства. Структуры из тонких волокон во влажном состоянии обладают недостаточной стойкостью к механическим воздействиям, поскольку силы поверхностного натяжения у капиллярной воды значительно больше, чем силы поверхностного натяжения, возникающие благодаря силе тяжести или прочим нагрузкам в условиях нормальной эксплуатации, и оказывают гораздо более отрицательное воздействие на структуру. Однако, в отличие от пуха водоплавающих птиц, описанная смесь волокон обеспечивает превосходные водоотталкивающие свойства.
3
Другим исключением является патент США №4992327 Донована и др. (Donovan et al.), в котором предложено применение связующих волоконных компонентов, увеличивающих прочность изоляционного материала без ухудшения заданных характеристик. В частности, указанное изобретение относится к теплоизоляционному материалу из синтетического волокна, имеющего цельную волокнистую структуру, содержащую (а) от 70 до 95% мас. синтетического полимерного микроволокна диаметром от 3 до 12 мкм, (б) от 5 до 30% мас. синтетического полимерного макроволокна диаметром от 12 до 50 мкм, причем по меньшей мере некоторые из волокон соединены в контактных точках таким образом, что плотность конечной структуры находится в пределах от 3 до 16 кг/м. Полученные соединения имеют практически такие же теплоизоляционные свойства, как и соединения, в которых волокна не связаны между собой. В указанном патенте описаны предпочтительные волокнистые смеси, выполненные в виде кластеров, напоминающих по форме пух. Кроме того, в патенте раскрыты явные преимущества формы кластеров над формой полотна материала.
Однако известные из уровня техники волокнистые смеси в виде кластеров, как правило, изготавливаются вручную, при этом процесс изготовления является поэтапным, длительным и трудоемким. Кроме того, известные из уровня техники материалы не относятся к материалам, способным легко увеличиваться в объеме, и, следовательно, такие материалы не могут обрабатываться на стандартном производственном оборудовании. Поэтому требовался материал, обладающий способностью увеличиваться в объеме, который мог бы использоваться с тем, чтобы частично или полностью заменить собой пух, и мог бы изготавливаться на стандартном производственном оборудовании с обеспечением указанной способности увеличиваться в объеме.
Отчасти в соответствии с указанной потребностью были разработаны изоляционные кластеры, выполненные с возможностью увеличения их объема, описанные в патенте США №6329051. В патенте '651 описаны кластеры, выполненные с возможностью увеличения их объема, изготовленные из измельченного волокнистого материала со связующим или измельченного полотна со связующим. При этом указано, что используемое полотно или волокнистый материал представляет собой материал на основе смеси волокон, описанной в патенте '327 Донована. Как было установлено, кластеры, полученные путем измельчения волокнистого материала или полотна на основе материала согласно патенту '327, обладают характерными для пуха свойствами, в том числе легкостью и изоляционными свойствами, характерными для пуха. Смесь таких кластеров с натуральным материалом описана в патенте США №6329052. Следует отметить, что содержание всех вышеуказанных патентов включено в настоящее описание посредством ссылки.
Однако изоляционные кластеры, выполненные с возможностью увеличения их объема, согласно патентам '051 и '052 содержат только синтетические волокна. Настоящее изобретение, напротив, направлено на получение изоляционных кластеров, выполненных с возможностью увеличения их объема, изготовленных из натуральных или искусственных материалов, или из комбинации натуральных и искусственных материалов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание изоляционного материала, выполненного с возможностью увеличения его объема, предназначенного для частичной или полной замены пуха указанным материалом.
Технический результат данного изобретения заключается в получении изоляционных материалов, выполненных с возможностью увеличения их объема, изготовленных из натуральных материалов, что позволяет добиться большего комфорта при использовании такого материала и уменьшить вред, связанный с использованием искусственных материалов.
Согласно одному из вариантов реализации в настоящем изобретении предложен изоляционный материал, выполненный с возможностью увеличения его объема, содержащий один или более материалов, таких как волокнистый материал, полотно, волокнистый материал со связующим, полотно со связующим, часть волокнистого материала со связующим, часть полотна со связующим, при этом указанный материал подвергнут измельчению один или более раз с образованием кластеров случайной формы, выполненных с возможностью увеличения их объема, причем указанные кластеры получены из смеси натуральных волокон или натуральных материалов или из указанных натуральных волокон или материалов в сочетании с искусственными волокнами или материалами. Согласно другому предпочтительному варианту реализации указанные кластеры дополнительно содержат волокно, и/или сухое волокно, и/или связующее волокно, подвергнутые обработке водоотталкивающим средством или смазкой. Кроме того, предложен способ получения указанных кластеров, выполненных с возможностью увеличения их объема.
Прилагаемая формула изобретения, которая является частью содержания настоящей заявки, содержит ряд признаков, характеризующих настоящее изобретение с точки зрения новизны. В настоящем описании даны пояснения, обеспечивающие более полное понимание настоящего изобретения, преимуществ, которые оно обеспечивает, и конкретных задач, которые могут быть решены с его помощью, а также приведено описание предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения.
Далее приведено подробное описание изобретения, в котором более подробно описаны задачи настоящего изобретения и преимущества, которые оно обеспечивает.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному из вариантов реализации настоящее изобретение включает кластеры, полученные из натуральных волокон или материалов, используемых в чистом виде или в комбинации с искусственными волокнами или материалами. Как указано выше, исходный материал может представлять собой волокнистый материал, полотно и т.п. или находиться в иной форме, подходящей для целей настоящего изобретения, и может подвергаться или не подвергаться термофиксации. Для некоторых применений указанный волокнистый материал или полотно может содержать волокно, и/или сухое волокно, и/или связующее волокно, подвергнутые обработке водоотталкивающим средством или смазкой. Указанный волокнистый материал или полотно далее подвергают механическому измельчению один или более раз с образованием кластеров малого размера, выполненных с возможностью увеличения их объема и обладающих требуемыми свойствами, характерными для пуха. В общем случае предполагается, что для получения кластеров согласно настоящему изобретению можно использовать полотно (как правило, однослойный материал) и волокнистый материал (как правило, многослойный материал) или их части.
Натуральные волокна или материалы в рамках настоящего изобретения включают без ограничения шерсть, хлопок, лен, животный волос, шелк, а также другие натуральные волокна или материалы.
Волокнистые кластеры могут быть изготовлены из легкой чесальной ленты, полученной из подходящего волокнистого материала или смеси материалов. В случае добавления искусственных волокон к натуральным волокнам или материалам и изготовления единой волокнистой структуры на основе указанных волокон указанная смесь искусственных волокон предпочтительно представляет собой смесь, которая описана в патенте США №4992327 Донована и др. Как указано выше, в этом патенте предложен изоляционный материал, в котором макроволокна могут быть соединены друг с другом таким образом, чтобы образовывать опорную структуру для микроволокон. Также возможно соединение макроволокон с некоторыми из микроволокон в различных точках их контактирования. Однако в случае, когда имеет место соединение волокон, указанное соединение предпочтительно представляет собой соединение между макроволокнами искусственных волокон в точках их контактирования, что обеспечивает создание опорной структуры, которая вносит значительный вклад в механические свойства изоляционного материала. При этом волокнистая структура искусственного компонента в составе волокнистого материала в общем случае содержит от 70 до 95% мас. синтетических полимерных микроволокон диаметром от 3 до 12 мкм и от 5 до 30% мас. синтетических полимерных макроволокон диметром от 12 до 50 мкм. Согласно другим предпочтительным вариантам реализации используют смеси волокон, содержащие волокно, и/или сухое волокно, и/или связующее волокно, подвергнутые обработке водоотталкивающим средством или смазкой.
Обычно сначала на выходе из кардочесальной машины получают ленту, которую в случае, когда это необходимо или целесообразно, сразу же пропускают через нагретые трубы, что обеспечивает термическое соединение смеси связующих волокон в случае, если таковые используются. Важно, чтобы в ходе любой из операций соединения не происходило усадки и уплотнения легкой чесальной ленты. Конец каждой ленты проходит под действием силы тяжести через вертикальную трубу, при этом он центрируется посредством направляющих колец, в то время как в трубу снизу вверх подают нагретый воздух, что обеспечивает соединение с образованием легкой линейной волокнистой структуры. После вывода из нагретой трубы ленту подают на вход устройства гильотинного типа для разрезания штапельного волокна. С помощью этого устройства получают чистый срез без уплотнения сплавленных волокон на срезе. Указанный способ обеспечивает получение очень легких волокнистых кластеров.
Предпочтительный вариант реализации способа предусматривает использование волокнистого материала, содержащего полученные кардочесанием дублированные ленты, однако также могут использоваться и другие виды волокнистых материалов. Однако следует отметить, что в случае традиционного кардочесального процесса с применением как натурального, так и искусственного материалов необходимо обращать особое внимание на то, чтобы в ходе указанного процесса не происходило отделения, например, натурального материала, в частности пухового пера, от полотна. Кроме того, плотность волокнистого материала, который предпочтительно получают из указанных полотен или полученных кардочесанием дублированных лент, сопоставима с плотностью, характерной для пуха. Указанные полотна или полученные кардочесанием дублированные ленты также могут быть получены из связующего волокна, и/или сухого волокна (т.е. без смазки/антистатика), и/или волокна с водоотталкивающими свойствами плотностью от 0.5 до 6.0 денье. Согласно предпочтительному варианту реализации способа указанные полотна или полученные кардочесанием дублированные ленты содержат связующее волокно, сухое волокно и волокно, обладающее водоотталкивающими свойствами. Эти волокна могут представлять собой комбинацию натуральных и искусственных волокон и материалов, как описано выше. Указанные выбранные волокна предпочтительно могут подвергаться кардочесанию, если при этом не происходит их нежелательного разделения. Возможно соединение при помощи кардочесальной машины с одним металлическим барабаном и стационарными шляпками. Материал, полученный на выходе из кардочесальной машины, может пропускаться через электрический и/или газовый источник тепла для термофиксации связующего волокна, например, при изготовлении волокнистого материала из натуральных и искусственных волокон. Указанный волокнистый материал нагревают в течение времени, достаточного для обеспечения соединения волокон, при температуре, достаточной для обеспечения соединения волокон, например от 300 до 400°F. После проведения термофиксации или, в случае использования волокнистого материала или полотна, не подвергаемого термофиксации, - после изготовления, указанный волокнистый материал измельчают, предпочтительно дважды, в устройстве для измельчения с образованием кластеров, выполненных с возможностью увеличения их объема.
Для обеспечения требуемого воздействия на указанные кластеры, выполненные с возможностью увеличения их объема, можно варьировать значения ряда других переменных факторов, в том числе:
1. Увеличить штапельную длину до предельного значения, обеспечивающего возможность обработки волокна на кардочесальной машине, с целью повышения целостности и прочности кластеров.
2. Изменить содержание связующего волокна для достижения точно заданных значений таких параметров, как способность материала подвергаться измельчению, способность материала подвергаться резке, способность волокон материала к сцеплению друг с другом, а также эксплуатационных характеристик кластеров.
3. Изменить размер, форму и соотношение геометрических размеров кластеров.
4. Использовать ультразвуковые средства соединения в случае, когда это целесообразно.
5. Осуществлять многократное измельчение кластеров.
6. Подвергать измельчению только часть волокнистого материала или полотна.
Для специалистов в данной области техники очевидно, что другие факторы также могут оказывать влияние на характеристики кластеров, выполненных с возможностью увеличения их объема; такие факторы могут быть оптимизированы в соответствии с поставленными целями, при этом оптимизация указанных факторов также находится в рамках настоящего изобретения.
Было установлено, что кластеры, дважды подвергнутые измельчению, обычно являются более гладкими и легче подвергаются смешению, чем кластеры, подвергнутые измельчению только один раз. Кроме того, возможно получение полос или лент из термофиксированного волокнистого материала и использование указанных частей волокнистого материала в стандартном способе измельчения с образованием кластеров.
Настоящее изобретение также предусматривает использование смесей искусственных волокон или смесей натуральных и искусственных волокон, которые не были упомянуты в настоящем описании. Пропорции указанных смесей выбирают таким образом, чтобы средний диаметр волокна в смеси обеспечивал получение материала с высокими изоляционными характеристиками. В некоторых случаях желательно, чтобы средний диаметр волокна превышал значения диаметра волокна, указанные в патентах, ссылки на которые включены в настоящую заявку. Например, волокна сравнительно большого диаметра можно использовать в случае, если конечный продукт представляет собой подушку или обивочный материал, когда важной характеристикой является жесткость при сжатии.
Кроме того, в зависимости от конкретного применения в некоторых случаях желательно смешивать полученные таким образом кластеры с другими кластерами, изготовленными из различных натуральных и/или искусственных материалов, или с натуральными и/или искусственными волокнами и материалами, в зависимости от желаемого результата.
Таким образом, реализация настоящего изобретения обеспечивает преимущества, указанные в настоящем описании. В настоящем описании раскрыта сущность и приведено подробное описание предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения. Тем не менее, указанные предпочтительные варианты реализации не ограничивают объем настоящего изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.