ЛАМИНАРНАЯ СТРУКТУРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ АДАПТИВНУЮ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЮ Российский патент 2014 года по МПК A41D31/00 

Настоящее изобретение относится к структурам, обеспечивающим адаптивную теплоизоляцию, и, в частности, относится к ламинарной структуре, обеспечивающей адаптивную теплоизоляцию. Такая ламинарная структура может использоваться при конструировании тканей или текстиля, в особенности в приложениях для средств индивидуальной защиты, например в одежде, такой как защитная одежда или другие функциональные предметы одежды, такие как перчатки.

Защитная одежда или функциональная одежда обычно используются в таких применениях, как тушение пожаров, охрана общественного порядка, военная или промышленная работа, где требуется предохранение владельца от экологического воздействия или где требуется обеспечить желаемые функциональные характеристики в данных условиях окружающей среды. От одежды может требоваться предохранять владельца от тепла, пламени или воздействия жидкостей. С другой стороны, желательно, чтобы одежда обеспечивала достаточный комфорт для владельца, чтобы он был в состоянии выполнять работу, которую он должен делать.

Что касается одежды для пожарных как одного из приложений, в которых используются защитная одежда или функциональная одежда, такая одежда должна обеспечивать, с одной стороны, существенную степень теплоизоляции от пламени и тепла. Это требует от одежды эффективно подавлять теплопередачу через одежду от внешней стороны к внутренней. С другой стороны, одежда пожарного должна обеспечивать достаточную гибкость и способность дышать, чтобы позволить пожарному эффективно выполнять свою работу в этой одежде. Это требует, чтобы одежда до некоторой степени позволяла перенос водяного пара (паропроницаемость) через одежду от внутренней стороны к внешней стороне.

От одежды пожарного требуется, чтобы ее теплоизоляция была эффективной в широком диапазоне температур окружающей среды: как крайний случай, одежда пожарного обязана обеспечивать достаточную теплоизоляцию, чтобы защитить пожарного от выбросов прямого пламени, где температура окружающей среды может быть приблизительно 1000°C и выше. В таком случае одежда будет, по меньшей мере временно, подвергнута воздействию на ее внешнюю оболочку температуры приблизительно 800°C-900°C. В случае серьезных пожаров, тем не менее, внешняя оболочка одежды скорее всего будет находиться при температурах до приблизительно 350°C, когда пожарный должен будет близко подходить к пламени. Температуры на поверхности кожи пожарного предпочтительно должны быть снижены так, чтобы они не повышались более чем на приблизительно 24°C.

В технических задачах, не связанных с огнем, традиционная одежда пожарного предлагает такой уровень тепловых рабочих характеристик, которые обычно не требуются и приводят к пониженному комфорту (как, например, низкая паропроницаемость одежды) благодаря толстым и тяжелым слоям одежды. В таких применениях, как упомянутая выше одежда пожарного, в которых одежда должна обеспечивать широкий диапазон теплоизоляции, обычно трудно удовлетворить всем техническим условиям с помощью статических структур, то есть структур, обеспечивающих теплоизоляцию, как требуется в худшем варианте развития событий, в течение всего времени.

Было предложено несколько динамических концепций. Основная идея таких динамических концепций заключается в том, чтобы создать структуру, которая обеспечивает различные степени теплоизоляции в соответствии с конкретными условиями окружающей среды. Такая теплоизоляция может адаптироваться к температуре внешней среды, воспринимаемой структурой на ее внешней стороне и/или на ее внутренней стороне.

В области противопожарной защиты была разработана концепция разбухающих систем, которая используется во множестве применений, например в разбухающих уплотнениях для пожарных дверей или в форме разбухающих покрытий для труб. Такие разбухающие системы обычно включают в себя разбухающее вещество, имеющее твердое тело, которое вспенивается при нагревании, увеличивая таким образом объем и благодаря этому увеличивая свои защитные свойства. Обычно такой процесс пенообразования начинается, когда температура разбухающего вещества достигает предопределенной температуры активации. В результате процесса пенообразования разбухающее вещество становится пористым, то есть уменьшает свою плотность и увеличивает свой объем, сохраняя свою твердую структуру. Типичными разбухающими веществами являются силикат натрия, расширяющийся графит или материалы, содержащие углерод и существенное количество гидратов.

Было предложено использовать разбухающие материалы для того, чтобы производить одежду для пожарных или другую функциональную одежду. Американский патент №2009/0111345A1 раскрывает структуру, обеспечивающую адаптивную изоляцию для водонепроницаемой и паропроницаемой ткани/одежды, чтобы защитить владельца от тепла или пламени, сохраняя при этом способность ткани дышать. Разбухающее вещество на основе смеси полимерной смолы и расширяющегося графита помещается между огнезащитным барьером и водоотталкивающим барьером. Американский патент №2009/0111345A1 определяет температуру активации приблизительно как 200°C и увеличение объема разбухающего вещества по меньшей мере на 200% после выдержки при температуре 300°C в течение 90 с. Испытания показали, что этот подход имеет ограничения при применении к тканям одежды для пожарных.

Другой подход для производства огнезащитного гибкого материала, который обеспечивает теплозащиту посредством разбухающего механизма, описан в патентной заявке WO 2009/025892A2. В этом материале множество дискретных защитных пластинок прикрепляются к наружной поверхности гибкой тканевой подложки на некотором расстоянии друг от друга. Защитные пластинки включают в себя разбухающий материал, который значительно расширяется при достаточном нагревании. Таким образом, после активации формируется непрерывная теплоизолирующая и огнезащитная пленка внешней оболочки. В одном варианте осуществления защитные пластинки включают в себя расширяющиеся при нагревании микрокапсулы, которые включают в себя воду или водный раствор, который испаряется при нагревании, поглощая таким образом тепло от источника пламени и расширяя микрокапсулы до тех пор, пока они не разорвутся и не освободят свое содержимое для того, чтобы отогнать кислород и остудить пламя. Температуры активации содержащих воду микрокапсул, как сообщается, составляют приблизительно 100°C-400°C.

В качестве альтернативы разбухающим системам было предложено обеспечивать адаптивную теплоизоляцию для одежды пожарного, используя сплав, обладающий эффектом запоминания формы, или биметаллический материал, см. Патентную заявку WO 99/05926A1. В соответствии с этим подходом динамическая, адаптирующаяся к температуре система изоляции основана на прокладочном материале, расположенном между тканью внешней оболочки и тканью внутренней подкладки. Прокладочный материал может быть сплавом, обладающим эффектом запоминания формы, имеющим запомненную спиральную форму, изогнутую форму либо форму витков, или может быть биметаллическими полосками или дисками. Сообщается, что температуры активации составляют приблизительно 65°C-75°C (сплав с эффектом запоминания формы) и 50°C (биметаллические полоски). В отличие от предложений, основанных на разбухающих системах, обсужденных выше, патентная заявка WO 99/05926A1 в принципе обеспечивает обратимую систему, которая может выдерживать множество циклов активации/деактивации.

Патентная заявка WO 2008/097637A1 раскрывает композитную тканевую систему, имеющую тепловой барьер, включающий в себя ткань внешней оболочки, барьер для влаги и тепловую подкладку. Тепловая подкладка включает в себя по меньшей мере одну расширяющуюся при нагревании огнеупорную ткань, изготовленную из гофрированных термостойких волокон, удерживаемых в неактивизированном состоянии в сжатом виде термопластическим связующим веществом. Сообщается, что когда тепловая подкладка подвергается нагреву или воздействию огня, подкладка увеличивает свою толщину по меньшей мере в три раза.

Настоящее изобретение нацелено на обеспечение улучшенной ламинарной структуры, обеспечивающей адаптивную теплоизоляцию от высоких температур. В конкретной заявке настоящее изобретение нацелено на обеспечение ткани для использования в защитной и/или функциональной одежде, особенно для использования в одежде для пожарных, причем упомянутая ткань включает в себя такую улучшенную ламинарную структуру.

Настоящее изобретение предлагает ламинарную структуру, обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию, включающую в себя первый слой, второй слой, по меньшей мере одну внешнюю полость, предусмотренную между первым слоем и вторым слоем, по меньшей мере одну внутреннюю полость, заключенную в оболочку, включенную во внешнюю полость, и агент, вырабатывающий газ, имеющий неактивизированную конфигурацию и активизированную конфигурацию, адаптированный так, чтобы изменяться из неактивизированной конфигурации в активизированную конфигурацию, например увеличивать давление газа по меньшей мере во внутренней полости, в ответ на увеличение температуры во внутренней полости, причем первый слой, второй слой, внешняя полость и внутренняя полость устроены таким образом, что интервал между первым слоем и вторым слоем увеличивается в ответ на увеличение давления газа во внутренней полости.

Настоящее изобретение предлагает адаптивную теплоизоляционную структуру, которая увеличивает свою способность к теплоизоляции в ответ на увеличение температуры. В последнее время было продемонстрировано, что такая структура может показать явное увеличение способности к теплоизоляции, когда температура увеличивается от диапазона нормальных или рабочих температур до диапазона повышенных температур. В некоторых вариантах осуществления может быть получено явное увеличение от первой (обычно более низкой) способности к теплоизоляции при более низких температурах ко второй (обычно более высокой) способности к теплоизоляции при более высоких температурах. В предпочтительных вариантах осуществления явное увеличение способности к теплоизоляции может быть связано с температурой активации, то есть структура активизируется тогда, когда температура увеличивается до температуры активации или выше. Ламинарная структура по настоящему изобретению может, в частности, обеспечить множественное поэтапное увеличение способности к теплоизоляции в соответствии с различными температурами активации.

Используемый в настоящем документе термин «ламинарная структура» определяет структуру, которая имеет, по меньшей мере в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, плоскую или листовую конфигурацию, простирающуюся существенно в боковых направлениях, определяемых направлениями длины и ширины, и являющуюся тонкой. Конфигурация считается тонкой, если она имеет толщину в направлении, ортогональном к направлениям длины и ширины, которая намного меньше, чем длина и ширина. В типичных применениях ламинарная структура, определенная в настоящем документе, будет гибкой ламинарной структурой по отношению к изгибаемой или жесткой ламинарной структуре.

Первый и второй слои могут быть слоями, расположенными так, чтобы они были обращены друг к другу в направлении толщины ламинарной структуры. Первый и второй слои необязательно должны быть смежными слоями. Помимо внешней полости и внутренней полости между первым и вторым слоями могут быть вставлены другие элементы конструкции ламинарной структуры, например изолирующий материал. Первый и второй слои будут обычно проходить существенно параллельно друг другу и ортогонально к направлению толщины. Расстояние между первым и вторым слоями может быть измерено в направлении толщины. В случае, если первый и/или второй слои не находятся в одной и той же плоскости, но имеют структуру с выпуклостями и/или впадинами, расстояние между слоями относится к данной справочной плоскости. В практических реализациях первый и второй слои могут быть, например, слоями ткани, например внутренним тканевым слоем и внешним тканевым слоем, с внешней полостью и внутренней полостью, расположенными между первым слоем и вторым слоем. Первый слой и второй слой могут упоминаться как внутренний слой и наружный слой соответственно. В применениях ламинарной структуры по настоящему изобретению к тканям, используемым в одежде, термин "внутренний слой" означает слой, который направлен к телу владельца и обычно расположен настолько близко к коже владельца, насколько это возможно, тогда как термин "наружный слой" означает слой, который направлен наружу от тела владельца к окружающей среде.

Будучи подвергнутым увеличению температуры, агент, вырабатывающий газ, начнет производить газ во внутренней полости, и, следовательно, давление газа во внутренней полости увеличится. Увеличение давления газа во внутренней полости приводит к "раздуванию" внутренней полости. В результате раздувания внутренняя полость увеличивает свою толщину и таким образом увеличивает расстояние между первым и вторым слоями. Результатом будет то, что между первым слоем и вторым слоем будет сформирован "слой, содержащий газ", который обеспечивает эффективную теплоизоляцию из-за низкой теплопроводности газа, а также из-за увеличенного расстояния между первым и вторым слоем.

Агент, вырабатывающий газ, является "двигателем" для перемещения первого и второго слоев друг от друга, чтобы увеличить расстояние между первым и вторым слоями и увеличить изолирующий объем. В зависимости от температуры агент, вырабатывающий газ, может иметь неактивизированную конфигурацию и активизированную конфигурацию. В неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, адаптивная теплоизоляционная структура находится в своем неактивизированном состоянии. Активизированное состояние адаптивной теплоизолирующей ламинарной структуры получается путем изменения конфигурации агента, вырабатывающего газ. Агент, вырабатывающий газ, может быть любой жидкостью, твердым телом, или гелем, или комбинациями перечисленного. Образование газа может происходить посредством материального превращения (то есть фазового перехода от жидкости к газу и/или от твердого состояния к газу и/или высвобождения адсорбированных газов), или посредством химического превращения (то есть химической реакции, высвобождающей по меньшей мере один газообразный продукт), или посредством комбинаций перечисленного. Было установлено, что желаемый порог активации агента, вырабатывающего газ, например температура активации, может быть легко настроен путем использования агента, вырабатывающего газ, в форме смеси по меньшей мере двух соединений. Например жидкий агент, вырабатывающий газ, имеющий желаемую температуру кипения, может быть обеспечен путем смешивания двух или более жидкостей.

В соответствии с настоящим изобретением внешняя полость, внутренняя полость и агент, вырабатывающий газ, формируют термически активируемую надувную композитную структуру, которая при воздействии на нее повышенной температуры увеличивает свой объем. Настоящее изобретение таким образом предлагает эффект, напоминающий поведение веществ, разбухающих при воздействии на них повышенной температуры, но использует процесс, полностью отличающийся от вспучивания. В ламинарной структуре, описанной в настоящем документе, внешняя полость, внутренняя полость и агент, вырабатывающий газ, конфигурируются таким способом, что увеличение объема приводит к явному увеличению расстояния между первым и вторым слоями. Таким образом, между первым и вторым слоями создается изолирующий объем, заполненный по существу воздухом и/или газом. В отличие от известных разбухающих веществ, которые изменяют конфигурацию с компактной твердой структуры на пористую твердую структуру при увеличении температуры, "квазиразбухающая" композитная структура в соответствии с настоящим изобретением изменяет свою конфигурацию с ненадутого состояния при более низких температурах по меньшей мере на одно раздутое состояние при более высоких температурах. В отличие от известных разбухающих веществ, где процесс пенообразования запускается после активации и в итоге формируется большое множество индивидуальных полостей, настоящее изобретение предусматривает, что полость предопределенной геометрии уже присутствует в неактивизированном состоянии. После активации эта полость изменяет свою форму, например увеличивает свой объем и/или увеличивает расстояние между первым слоем и вторым слоем.

Изобретателями было обнаружено, что такая "квазиразбухающая" композитная ламинарная структура может намного лучше настраиваться и управляться с точки зрения ее температуры активации и коэффициента активации (то есть коэффициента увеличения способности к теплоизоляции с увеличением температуры, когда температура достигла температуры активации), чем любые известные разбухающие вещества. Более того, было показано, что могут быть получены даже обратимые "квазиразбухающие" композитные ламинарные структуры, которые могут возвращать систему из активизированного состояния в неактивизированное состояние, при желании даже многократно.

Агент, вырабатывающий газ, который в неактивизированной конфигурации может быть включен во внутреннюю полость, может быть приспособлен для генерирования газа во внутренней полости в ответ на превышение температурой во внутренней полости предопределенной первой температуры активации, так что расстояние между первым и вторым слоями увеличивается с первого расстояния в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, до второго расстояния в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, достигая таким образом состояния первичной активации, в котором во внутренней полости будет заключен агент, вырабатывающий газ, в его активизированной конфигурации. Агент, вырабатывающий газ, может быть выпущен во внешнюю полость в последующем состоянии вторичной активации.

Температура активации является температурой, при которой агент, вырабатывающий газ, начинает производить существенное количество газа во внутренней полости, давление газа во внутренней полости начинает увеличиваться, и такое увеличивающееся давление газа во внутренней полости приводит к увеличению объема ("раздуванию") внутренней полости. Такое раздувание внутренней полости изменяет форму внутренней оболочки, охватывающей внутреннюю полость, и таким образом увеличивает также объем внешней полости. В результате расстояние между противолежащими стенками, ограждающими внешнюю полость в направлении толщины ламинарной структуры, увеличится и приведет к ламинарной структуре, принимающей состояние ее первичной активации/раздувания. Как правило, в процессе перехода в состояние первичной активации в ламинарной структуре не происходит никаких необратимых структурных превращений. В частности, внутренняя оболочка может изменить свою форму, например может удлиниться по меньшей мере в одном направлении, но не меняет свою материальную структуру в состоянии первичной активации необратимым образом. Следовательно, ламинарная структура после перехода в состояние первичной активации может вернуться обратно в неактивизированное состояние обратимым образом.

Второе расстояние между первым и вторым слоями в состоянии первичной активации может быть на 1 мм или более больше, чем первое расстояние между первым и вторым слоями в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. В конкретных вариантах осуществления второе расстояние может быть на 3 мм или более больше, чем первое расстояние, или может даже быть на 6 мм больше, чем первое расстояние, или даже еще больше.

Ламинарная структура может дополнительно включать в себя внутреннюю оболочку, заключающую в себя внутреннюю полость и высвобождающую газ во внешнюю полость, так что расстояние между первым и вторым слоями увеличивается от второго расстояния в состоянии первичной активации до третьего расстояния в состоянии вторичной активации. Состояние вторичной активации будет обычно достигаться тогда, когда внутренняя оболочка будет подвергнута воздействию повышенной температуры в течение времени, достаточно длительного для того, чтобы вызвать разрыв внутренней оболочки. По мере того как температура во внутренней полости увеличивается, давление газа во внутренней полости увеличивается соответственно. Внутренняя оболочка, следовательно, испытывает увеличенное давление в соответствии с увеличением температуры во внутренней полости. Под воздействием давления в материале, из которого изготовлена внутренняя оболочка, будет создано напряжение, так что в итоге материал внутренней оболочки будет деформироваться от напряжения.

Внутренняя полость может быть выполнена с возможностью высвобождать газ, производимый агентом, вырабатывающим газ, во внешнюю полость в ответ на превышение температурой во внутренней полости предопределенного второго порога активации. Вторичный порог активации определяется температурой во внутренней полости и временем, в течение которого внутренняя оболочка подвергается воздействию температуры во внутренней полости. Для данной температуры во внутренней полости время, в течение которого внутренняя оболочка подвергается воздействию такой температуры, должно превысить предопределенное пороговое время. Пороговое время будет тем меньше, чем выше температура во внутренней полости.

В таком состоянии вторичной активации/увеличения объема давление газа во внешней полости увеличивается с увеличением температуры и вызывает дальнейшее раздувание внешней полости (независимой от внутренней полости) с соответствующим дальнейшим удалением первого и второго слоев друг от друга. Посредством такого процесса расстояние между первым и вторым слоями дополнительно увеличивается, и соответственно увеличивается способность ламинарной структуры к теплоизоляции. Этот процесс обычно будет необратимым.

В одном варианте осуществления третье расстояние между первым и вторым слоями во вторичном активизированном состоянии может быть больше, чем первое расстояние между первым и вторым слоями в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, на 6 мм или более, а в некоторых вариантах осуществления даже на 15 мм или более.

В типичных вариантах осуществления ламинарная структура может дополнительно включать в себя внешнюю оболочку, охватывающую внешнюю полость. Такая внешняя оболочка и внутренняя оболочка, охватывающая внутреннюю полость, таким образом, формируют оболочечную структуру. Оболочечная структура может формироваться таким образом, что как объем внутренней полости, так и объем внешней полости увеличиваются в ответ на увеличение давления газа во внутренней оболочке.

В предпочтительном варианте осуществления внутренняя оболочка выполнена так, чтобы герметично закрывать внутреннюю полость.

Внутренняя оболочка может быть герметичной, чтобы предотвратить в неактивизированном состоянии ламинарной структуры утечку агента, вырабатывающего газ, в форме текучей среды из внутренней полости.

Текучая среда является веществом, которое течет при приложении напряжения сдвига. Текучие среды являются подмножеством фазовых состояний вещества и могут включать в себя жидкие фазы, газовые фазы, плазму и пластмассовые твердые фазы, включая смеси перечисленного. Текучая среда может также быть сверхкритической фазой. Таким образом, внутренняя оболочка должна быть существенно непроницаема для агента, вырабатывающего газ, если он находится в его неактивизированном состоянии.

Герметичность внутренней оболочки в соответствии с первым аспектом релевантна по отношению к значительным промежуткам времени длиной в несколько месяцев или даже лет. Пример, как проверить герметичность в соответствии с первым аспектом, описывается ниже.

Во втором аспекте внутренняя оболочка может быть даже герметичной по отношению к газу, порождаемому агентом, вырабатывающим газ, когда он активизирован. Такая герметичность, обеспечиваемая по меньшей мере временно в течение времени, пока ламинарная структура активизируется, позволяет активизировать ламинарную структуру без значительной потери агента, вырабатывающего газ. Чем лучше герметичность внутренней оболочки в соответствии со вторым аспектом, тем большим будет количество циклов активации/деактивации, которое может быть получено для ламинарной структуры с обратимым агентом, вырабатывающим газ.

Нет абсолютной необходимости, чтобы внутренняя оболочка включала в себя, по меньшей мере частично, поддающийся растягиванию или эластичный материал. Удивительно, но достаточно значительное увеличение объема внутренней оболочки может быть получено даже в том случае, если внутренняя оболочка изготовлена из нерастяжимого материала по отношению давлению газа, производимого во внутренней полости в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Преимущество использования нерастяжимого материала для внутренней оболочки заключается в том, что доступно намного больше прочных материалов, которые позволяют сохранять свойства герметичности даже после многих циклов активации/деактивации. Кроме того, размер оболочки в активизированной конфигурации гораздо лучше управляем в случае использования нерастяжимого материала.

Термин "нерастяжимый" должен пониматься в том смысле, что материал, из которого изготовлена внутренняя оболочка, не удлиняется сколько-нибудь значительно ни в каком направлении, когда он подвергается увеличенному давлению газа во внутренней оболочке после активации. Это применимо по меньшей мере до того момента, как будет достигнут вторичный порог активации, когда агент, вырабатывающий газ, начинает высвобождаться во внешнюю полость. Увеличение расстояния между первым и вторым слоем и/или увеличение объема оболочки могут приводить к изменению формы внутренней оболочки от "плоской формы" к "выпуклой форме". Такое изменение формы происходит благодаря тенденции внутренней полости увеличить свой объем для данной площади поверхности внутренней оболочки под давлением газа, создающимся по мере того, как все больше и больше агента, вырабатывающего газ, переходит из неактивизированной конфигурации в активизированную конфигурацию. Этот процесс приводит к увеличению средней "толщины" или "высоты" внутренней полости и таким образом увеличивает расстояние между первым и вторыми слоями.

В конкретном варианте осуществления внутренняя оболочка может быть изготовлена из жаростойкого материала относительно пределов изменения температуры во внутренней полости в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Опять же, это применимо по меньшей мере до того момента, как будет достигнут вторичный порог активации, когда агент, вырабатывающий газ, начинает высвобождаться во внешнюю полость.

Термин "жаростойкий" означает, что материал в состоянии выдержать под нагрузкой такую температуру, которая является более высокой, чем температура активации при заданном увеличении температуры, например при увеличении температуры на 10°C, в течение предопределенного времени. Обычно температура на 10°C выше температуры активации, и время составляет 1 минуту или более. Требуемые жаростойкие свойства зависят от применения ламинарной структуры, например от положения ламинарной структуры в одежде относительно других слоев одежды. Чем ближе ламинарная структура будет расположена к источнику тепла, тем выше будут требования к температурной устойчивости. В одном варианте осуществления температура имеет значение по меньшей мере на 10°C выше температуры активации в течение 1 минуты. В другом варианте осуществления температура имеет значение на 50°C выше температуры активации в течение 2 минут. В предпочтительном варианте осуществления для пожарного применения температура имеет значение примерно на 150°C выше температуры активации в течение 2 минут.

Внутренняя оболочка может быть изготовлена из единственной части или может быть составлена из нескольких частей, которые связаны вместе.

В одном варианте осуществления у одной или нескольких частей внутренней оболочки может быть композитная структура множества внутренних слоев оболочки, прикрепленных друг к другу. В одном варианте осуществления внутренние оболочки включают в себя композитную структуру, имеющую внутренние слои оболочки, которые могут быть связаны вместе ламинированием путем их скрепления в дискретных областях либо по всей их площади. Один внутренний слой оболочки может включать в себя два или более слоев, ламинированных один на другой. Если внутренняя оболочка имеет такую слоистую структуру, будет достаточно, если по меньшей мере один слой упомянутой слоистой структуры будет обеспечивать герметичность и, следовательно, образует герметичный слой.

В другом варианте осуществления слои оболочки могут быть изготовлены из единственного герметичного слоя (монослой). Упомянутый слой мог бы быть прикреплен к оболочке путем сварки или склеивания.

В некоторых вариантах осуществления оболочка может быть изготовлена по меньшей мере из двух частей внутренней оболочки. По меньшей мере две части внутренней оболочки могут быть связаны вместе, так чтобы содержать между собой внутреннюю полость. В такой конфигурации предпочтительно каждая из частей внутренней оболочки обеспечивает герметичность, как это желательно, и каждые две смежные части внутренней оболочки соединены вместе герметичным образом. Герметичность должна быть обеспечена в неактивизированном состоянии (см. первый аспект герметичности выше), но предпочтительно герметичность должна также быть сохранена и в активизированном состоянии (см. второй аспект герметичности выше). Предпочтительно герметичность оболочки должна быть сохранена даже после множества циклов активации/деактивации.

Для того чтобы образовать герметичный слой, могут использоваться ряд материалов, которые включают в себя, но не ограничиваются этим, такие материалы, как металлы или сплавы (алюминий; золото; железо; мягкая сталь; нержавеющая сталь; сплавы на основе железа; сплавы на основе алюминия; латунь), полимеры (полиолефины, такие как полиэтилен (PE), полипропилен (PP); поливинилхлорид (PVC); полистирол (PS); полиэфир (например, полиэтилентерефталат PET); поликарбонат; полиимид; полиэфир эфира оксикетона (PEEK); политетрафторэтилен (PTFE); полихлортрифторэтилен (PCTFE); хлортрифторэтилен этилена (ECTFE); поливинилиденфторид (PVDF)), стекло, керамика, наноматериалы (органически модифицируемая керамика, например ormocers®), неорганическо-органические нанокомпозиты). Герметичный слой может быть сформирован из множества единственных монослоев любого из материалов, упомянутых выше, или из любой комбинации этих материалов, чтобы получить желаемую герметичность. Вообще герметичный слой будет тонким с толщиной 2 мм или менее, чтобы иметь достаточную гибкость. В предпочтительном варианте осуществления герметичный слой имеет толщину менее чем 1 мм.

Дополнительный слой герметизации может быть нанесен на герметичный слой по меньшей мере с одной его стороны, например, посредством каландрирования. Слой герметизации может включать в себя термопластический полимер (например, полиуретан (PU); полипропилен; полиэтилен; полиэстер). Слой герметизации может улучшить герметичность герметичного слоя и может позволить сварку двух частей оболочки вместе для того, чтобы образовать герметичную оболочку. Чтобы улучшить адгезивные характеристики герметичного слоя, может использоваться предварительная обработка поверхностей слоя, например, коронным разрядом, плазменным разрядом или грунтовкой. Возможные способы сварки включают в себя тепловую сварку, ультразвуковую сварку, лазерную сварку и микроволновую сварку.

В дополнительном возможном варианте осуществления одна или множество капелек клея, например, термопластического клея, кремнийорганических материалов, контактных клеев, реактивных клеевых систем наносятся на по меньшей мере одну из поверхностей скрепляемого герметичного слоя, а затем другая поверхность присоединяется к капелькам клея.

В качестве примера внутренняя оболочка может быть изготовлена из композиционного материала металл/пластмасса.

В одном варианте осуществления композиционный материал алюминий/пластмасса используется для того, чтобы сформировать внутреннюю оболочку. Такой композит может включать в себя полиэтилентерефталатный (PET) слой, алюминиевый (Al) слой и полиэтиленовый (PE) слой. Приемлемый диапазон толщины для алюминиевого слоя составляет от 4 мкм до 25 мкм. В одном варианте осуществления показано, что такой композит достаточно герметичен, если алюминиевый слой имеет толщину по меньшей мере 12 мкм. В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения алюминиевый слой может включать в себя один или более одного алюминиевых листов. В случае более одного алюминиевого листа упомянутые листы прикрепляются друг другу для того, чтобы сформировать один единственный алюминиевый слой. Соединение этих нескольких алюминиевых листов может быть выполнено с использованием непрерывных липких полимерных листов для связывания алюминиевых листов вместе. В другом варианте осуществления алюминиевые листы могут быть сформированы с использованием процесса осаждения паров. Полиэтиленовый слой может использоваться в качестве слоя герметизации, посредством которого смежные слои внутренней оболочки могут быть герметично соединены вместе в определенных областях, чтобы создать внутреннюю оболочку. Толщина полиэтиленового слоя может находиться в диапазоне от 20 мкм до 60 мкм. Предпочтительная толщина составляет приблизительно 40 мкм. Полиэтилентерефталатный слой может использоваться в качестве слоя покрытия для того, чтобы обеспечить желаемые характеристики наружной поверхности внутренней оболочки. В одном примере может использоваться полиэтилентерефталатный слой толщиной 12 мкм. Описанная композитная слоистая структура может быть получена с помощью компании Kobusch-Sengewald GmbH, Германия.

Другие возможные композитные слои для формирования внутренней оболочки включают в себя, не ограничиваясь этим:

слоистую композитную структуру, сформированную из: полиэтилентерефталата/алюминия/полипропилена (герметизирующий слой) (доступна под товарным знаком: Flexalcon® от компании Alcan Packaging GmbH, Германия);

слоистую композитную структуру, сформированную из: полиэтилентерефталата/клеящего вещества/алюминия/клеящего вещества/сополимера/полиэтилена (доступна под товарным знаком: Tubalflex® от компании Alcan Packaging GmbH, Германия).

В варианте осуществления агент, вырабатывающий газ, в его неактивизированной конфигурации может иметь форму жидкости. В этом случае температура активации адаптивной теплоизолирующей ламинарной структуры может соответствовать температуре кипения агента, вырабатывающего газ.

В другом варианте осуществления в качестве агента, вырабатывающего газ, могут использоваться твердое вещество или гель. Такое твердое вещество предпочтительно находится в форме порошка, который обеспечивает большую площадь поверхности. Гель является соединением, имеющим функциональные группы, встроенные в него в соответствии с механизмами химической и/или физической связи (например, с помощью такого химического механизма, как ковалентная связь, или с помощью таких физических механизмов, как силы Ван-дер-Ваальса и эффекты стерического связывания). Примерами гелей являются гидрогели. Гели могут содержать в себе ограниченную часть твердых веществ. С твердыми веществами или гелями легче работать, чем с жидкостями, из-за требований к герметичности оболочки. Как правило, газ высвобождается с помощью химической реакции, см. ниже.

Активация жидкого или твердого агента, вырабатывающего газ, включает в себя физическое превращение, а именно фазовый переход в газовую фазу. Агент, вырабатывающий газ, может иметь форму жидкости, и тогда при активации имеет место испарение агента, вырабатывающего газ. Также возможно использовать твердый агент, вырабатывающий газ, который в состоянии подвергнуться возгонке в газовую фазу.

Нежелательно преобразовывать тепловую энергию в скрытую теплоту для того, чтобы замедлить увеличение температуры. Предпочтительнее преобразовать всю тепловую энергию в увеличение расстояния между первым слоем и вторым слоем. В том случае если фазовый переход не предусматривает скрытую теплоту, производство газа в полости является быстрым, и, следовательно, при температуре активации может быть достигнуто быстрое увеличение расстояния между первым и вторым слоями. Это особенно выгодно при низких температурах активации, так как было найдено, что высокие скорости активации могут быть получены вплоть до довольно низких температур активации, равных приблизительно 50°C. Следовательно, в одежде ламинарная структура по настоящему изобретению не должна быть расположена близко к внешней стороне одежды, которая обычно подвергается самым высоким температурам, например воздействию пламени. Более предпочтительно расположить ламинарную структуру ближе к внутренней стороне одежды, то есть к коже владельца. Такое расположение ослабляет требования к тепловому сопротивлению используемых материалов.

В одном варианте осуществления агент, вырабатывающий газ, может иметь незначительную энтальпию парообразования или энтальпию возгонки. Энтальпия парообразования может иметь значение 150 Дж/г или еще ниже. В другом варианте осуществления агент, вырабатывающий газ, может иметь низкую энергию активации в случае физической десорбции или химической реакции.

В случае жидкого агента, вырабатывающего газ, агент, вырабатывающий газ, может иметь температуру кипения ниже 200°C. В конкретных вариантах осуществления использовалась температура кипения в диапазоне от 30°C до 100°C, предпочтительно в диапазоне от 30°C до 70°C, еще более предпочтительно в диапазоне от 40°C до 60°C и наиболее предпочтительно в диапазоне от 45°C до 55°C. В конкретном варианте осуществления использовалась текучая среда с точкой кипения приблизительно при 49°C. Примером такой текучей среды является текучая среда, включающая в себя 1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4-(трифторметил)-3-пентанон CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂ (доступный как "Противопожарная жидкость 3M NOVEC® 1230").

В некоторых вариантах осуществления может использоваться текучий агент, вырабатывающий газ, с одной или более из следующих характеристик: точка замерзания жидкости находится ниже комнатной температуры; не огнеопасен или температура воспламенения составляет выше 200°C; не вреден; не токсичен или по меньшей мере имеет низкую токсичность; имеет низкий потенциал разрушения озона; имеет низкий потенциал глобального потепления; имеет высокую химическую и/или температурную стабильность. В том случае если происходит тепловое разложение текучей среды, предпочтительно, чтобы такое тепловое разложение было обратимым.

Агент, вырабатывающий газ, может быть выбран из группы, включающей в себя, но не ограниченной этим, следующие составы или их смеси: хлорфторуглеводороды; гидрофторполиэфиры; гидрофторэфиры; фторзамещенные углеводороды; гидрофторкетоны и т.п. Обычно такие жидкости используются для таких применений, как теплообменники, охлаждение, кондиционирование воздуха, пожаротушение и чистящие/охлаждающие жидкости в электронной промышленности.

Примерами подходящих жидкостей являются: Galden® HT55, Galden®SV55, Galden®ZV60, все доступные от компании Solvay Solexis; Противопожарная жидкость Novec® 1230, Искусственная жидкость Novec® 649, Novec® HFE 7100, Novec® HFE 7200, Novec® HFE 7500, все доступные от компании 3M; Vertrel® XF 2,3-дигидродекадфторпентан, доступный от компании DuPont; Asahiklin® AE, Asahiklin® AK, доступные от компании Ashahi Glass Company, Daikin HFC, доступный от компании Daikin.

В дополнительном варианте осуществления агент, вырабатывающий газ, в его неактивизированной конфигурации может иметь форму жидкости, геля или твердого вещества, а температура активации адаптивной теплоизолирующей ламинарной структуры будет температурой, которая соответствует энергии активации химической реакции, приводящей к высвобождению по меньшей мере одного газообразного соединения из агента, вырабатывающего газ.

Когда агент, вырабатывающий газ, является твердым веществом или гелем, активация более легко может быть достигнута при помощи химического процесса, дающего вещество, которое высвобождается в виде газа. Известно много химических реакций, дающих газообразные продукты реакции. Примерами являются: высвобождение газообразных соединений, заключенных в геле; реакция углекислого натрия; высвобождение аммиака и хлористого водорода из хлорида аммония. Предпочтительные химические реакции для высвобождения газообразных соединений имеют кинетику с очень крутым увеличением скорости реакции при температуре активации и высокую скорость реакции.

Агент, вырабатывающий газ, в твердом состоянии предпочтительно имеет форму порошка или гранулированного вещества. Порошок состоит из зернистых частиц. При химической реакции из порошка выделяется по меньшей мере один газообразный продукт. Использование агента, вырабатывающего газ, в порошкообразной форме имеет преимущество относительно беспроблемной обработки. Газообразный продукт предпочтительно нерастворим в воде.

Когда агент, вырабатывающий газ, является твердым веществом или гелем, активация может быть более легко достигнута с помощью химического процесса, производящего вещество, которое высвобождается в виде газа. В таком варианте осуществления температура активации адаптивной теплоизолирующей ламинарной структуры будет температурой, которая соответствует энергии активации химической реакции, приводящей к высвобождению по меньшей мере одного газообразного вещества из агента, вырабатывающего газ. Известно много химических реакций, дающих газообразные продукты реакции. Примерами являются: высвобождение газообразных веществ, заключенных в геле; реакция углекислого натрия; высвобождение аммиака и хлористого водорода из хлорида аммония.

Примером твердого агента, вырабатывающего газ, является порошок двууглекислого натрия (NaHCO₃, также известный как "пищевая сода", CAS-No 144-55-8). Начиная с 55°C, двууглекислый натрий постепенно распадается на углекислый натрий (Na₂CO₃), воду (H₂O) и двуокись углерода (CO₂). Скорость реакции увеличивается с увеличением температуры:

2NaHCO₃ →Na₂CO₃+H₂O+CO₂.

Двууглекислый натрий, а также смеси веществ, включающие двууглекислый натрий, являются подходящими.

Дальнейшими примерами систем агентов, вырабатывающих газ, демонстрирующих реакции разложения, являются агенты, вырабатывающие газ, включающие в себя углекислый аммоний (NH₄)₂CO₃, который распадается под воздействием тепла на аммиак (NH₃), двуокись углерода (CO₂) и воду H₂O; и разложение формиата аммония на HCN и H₂O.

Другим примером является агент, вырабатывающий газ, включающий в себя хлорид аммония (NH₄Cl), который распадается на аммиак (NH₃) и хлористый водород (HCl). Эта реакция является в принципе обратимой и может обеспечить множество циклов активации/деактивации.

Для того чтобы облегчить обработку агента, вырабатывающего газ, в частности облегчить помещение агента, вырабатывающего газ, во внутреннюю полость при производстве внутренней оболочки или оболочечной структуры, включающей в себя внутреннюю оболочку и внешнюю оболочку, может использоваться вспомогательное средство дозирования. В одном варианте осуществления внутренняя оболочка или оболочечная структура могут включать в себя вспомогательное средство дозирования, где вспомогательное средство дозирования находится во внутренней полости и имеет часть, на которую наносится агент, вырабатывающий газ, и упомянутая часть включена во внутреннюю полость. Агент, вырабатывающий газ, во многих случаях может быть веществом, с которым трудно работать, например, из-за его вязкости, летучести, клейкости и/или потому, что это опасно. В таких случаях использование вспомогательного средства дозирования будет полезно, поскольку его намного легче обработать, чем один агент, вырабатывающий газ. Когда агент, вырабатывающий газ, будет активизирован, давление во внутренней полости будет увеличиваться. Если на более поздней стадии агент, вырабатывающий газ, деактивируется, дезактивированный агент, вырабатывающий газ, может быть собран вспомогательным средством дозирования по меньшей мере по частям. Это, однако, не является абсолютно необходимым. Возможно, что агент, вырабатывающий газ, при его преобразовании в инактивированную конфигурацию будет включен во внутреннюю полость отдельно от вспомогательного средства дозирования.

Вспомогательное средство дозирования может быть изготовлено из материала, который в состоянии абсорбировать агент, вырабатывающий газ, в его неактивизированной конфигурации. Альтернативно, вспомогательное средство дозирования может быть изготовлено из материала, который в состоянии адсорбировать агент, вырабатывающий газ, в его неактивизированной конфигурации. Как правило, вспомогательное средство дозирования, которое абсорбирует агент, вырабатывающий газ, позволяет легче обрабатывать агент, вырабатывающий газ, во время производства, поскольку агент, вырабатывающий газ, безопасно включается в структуру вспомогательного средства дозирования. Однако может случиться так, что десорбция агента, вырабатывающего газ, идет медленно или по меньшей мере запаздывает. В таких случаях может быть выгодно использовать такое вспомогательное средство дозирования, к которому агент, вырабатывающий газ, прилипает только на поверхности.

В одном варианте осуществления вспомогательное средство дозирования может быть меньше, чем внутренняя полость в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, так что вспомогательное средство дозирования может быть надежно заключено во внутреннюю оболочку, охватывающую внутреннюю полость.

В другом варианте осуществления вспомогательное средство дозирования сваривается с материалом оболочки. В таком случае вспомогательное средство дозирования может быть изготовлено из материала, который в состоянии поддержать образование герметичного соединения при сварке с материалом внутренней оболочки. Такая конфигурация вспомогательного средства дозирования выгодна, поскольку это позволяет вспомогательному средству дозирования находиться между и быть сваренным со слоями, которые должны быть связаны вместе, чтобы сформировать герметичное соединение. Например, вспомогательное средство дозирования может быть предусмотрено как листовой материал, образующий поддающийся сварке слой вспомогательного средства дозирования.

В одном варианте осуществления внутренняя оболочка может включать в себя промежуточный слой, разделяющий внутреннюю полость на первую внутреннюю подполость и вторую внутреннюю подполость. Такой промежуточный слой может быть изготовлен из герметичного материала и может быть сконфигурирован так, чтобы поддержать формирование герметичного соединения при сварке с материалом внутренней оболочки. Агент, вырабатывающий газ, может быть нанесен на одну или на обе стороны промежуточного слоя.

В дополнительном варианте осуществления может быть обеспечен кластер внутренней оболочки, образованный по меньшей мере двумя внутренними оболочками, связанными вместе. Такой кластер внутренней оболочки позволяет увеличить расстояние между первым и вторым слоями, когда агент, вырабатывающий газ, становится активизированным. Это особенно выигрышно для такой конфигурации, в которой внутренние оболочки связываются вместе на их боковых концах. Увеличение способности ламинарной структуры к теплоизоляции может быть очень эффективно улучшено путем обеспечения такого кластера внутренней оболочки. Альтернативно, для того чтобы достигнуть желаемого увеличения способности к теплоизоляции после активации, могут использоваться такие внутренние оболочки, которые покрывают меньшую площадь поверхности ламинарной структуры. Таким образом, могут быть эффективно увеличены дышащие свойства ламинарной структуры.

Ламинарная структура может включать в себя множество внутренних полостей, и каждая из внутренних полостей может быть окружена соответствующей внутренней оболочкой. Предпочтительно каждая из внутренних оболочек является герметичной. В такой конструкции внутренние оболочки будут расположены по соседству друг с другом и с некоторым расстоянием между ними.

Такое расположение обеспечивает дышащие свойства ламинарной структуры, особенно в том случае, когда сами внутренние оболочки непроницаемы для водяного пара. В этом случае дышащие свойства поддерживаются пространствами между внутренними оболочками. Такие пространства образуются по меньшей мере в неактивизированном состоянии ламинарной структуры.

В активизированном состоянии пространства между внутренними оболочками предпочтительно сокращаются лишь незначительно, так как внутренние оболочки только надуваются и не увеличивают сколько-нибудь существенно площадь своей поверхности. Следовательно, дышащие свойства сохраняются также и в активизированном состоянии ламинарной структуры.

Внутренняя оболочка может иметь форму плоской подушки или тонкой пластинки, являющейся плоской в неактивизированном состоянии и изменяющей форму на форму надутой подушки в активизированном состоянии.

Используемый в настоящем документе термин «дышащие свойства» означает способность слоя или структуры, например оболочки или ламинарной структуры, или ткани или одежды, включающей в себя такую ламинарную структуру, переносить водяной пар с одной стороны слоя или структуры на ее другую сторону. В вариантах осуществления слой или структура могут также быть водонепроницаемыми, если они включают в себя по меньшей мере один водонепроницаемый и паропроницаемый (воздухопроницаемый) функциональный слой. В одном варианте осуществления первый слой и/или второй слой включают в себя упомянутый функциональный слой. В другом варианте осуществления упомянутый функциональный слой образует дополнительный слой ламинарной структуры.

Функциональный слой может быть реализован с использованием подходящих мембран, например микропористых мембран, изготовленных из расширенного политетрафторэтилена (PTFE).

Используемый в настоящем документе термин "паропроницаемый слой" или "воздухопроницаемый слой" подразумевает любой слой, который гарантирует прохождение водяных паров через слой или через упомянутую ламинарную структуру или через слоистый композит. Слой может быть текстильным слоем или функциональным слоем, как описано в настоящем документе. Функциональный слой может иметь паропроницаемость, измеренную как сопротивление переносу водяного пара (Ret), меньше чем 30 (м²Па)/Вт.

Сопротивление переносу водяного пара (resistance-evaporation-transmission, Ret) представляет собой конкретное физическое свойство листовых структур или композитов, которое определяет латентный поток теплоты парообразования через данную площадь при постоянном градиенте парциального давления. Ламинарная структура, тканевый композит, текстильный слой или функциональный слой в соответствии с настоящим изобретением рассматривается как паропроницаемый, если он имеет сопротивление переносу водяного пара Ret менее 150 (м²Па)/Вт. Функциональный слой предпочтительно имеет значение Ret менее 30 (м²Па)/Вт. Паропроницаемость измеряется в соответствии со стандартом ISO EN 11092 (1993).

Используемый в настоящем документе термин "функциональный слой" определяет пленку, мембрану или покрытие, которое обеспечивает барьер для проникновения воздуха и/или для проникновения ряда других газов, например химически опасных газов. Следовательно, функциональный слой является воздухонепроницаемым и/или газонепроницаемым. Функциональный слой в этом конкретном варианте осуществления является непроницаемым для воздуха, но он может быть воздухопроницаемым в других применениях.

В дополнительном варианте осуществления функциональный слой также обеспечивает барьер для проникновения жидкой воды и, в идеале, для проникновения ряда жидких химических веществ. Слой рассматривается как непроницаемый для жидкости, если он предотвращает проникновение жидкой воды при давлении по меньшей мере 0,13 бар. Давление проникновения воды измеряется на образце функционального слоя при условиях, описанных в стандарте ISO 811 (1981).

Функциональный слой в одном варианте осуществления может включать в себя один или более слоев, где функциональный слой является паропроницаемой и воздухонепроницаемой мембраной для того, чтобы обеспечить характеристики воздухонепроницаемости, но при этом паропроницаемости (дышащие свойства). Предпочтительно мембрана также является непроницаемой для жидкости, по меньшей мере водонепроницаемой.

Подходящая для использования в настоящем документе водонепроницаемая и паропроницаемая гибкая мембрана описана в патенте США №3953566, который раскрывает пористый расширенный политетрафторэтиленовый (PTFE) материал. Расширенный пористый политетрафторэтилен имеет микроструктуру, характеризующуюся узлами, которые связаны волокнами. При желании водонепроницаемость может быть увеличена путем покрытия расширенного политетрафторэтилена гидрофобным и/или олеофобным покрывающим материалом по патенту США №6261678.

Водонепроницаемая и паропроницаемая мембрана может также быть микропористым материалом, таким как высокомолекулярный микропористый полиэтилен или полипропилен, микропористый полиуретан или полиэфир или гидрофильный монолитный полимер, такой как полиуретаны или полиэстер, например полиэфирные полиуретаны или полиэфирные полиэстеры.

В конкретном варианте осуществления ламинарная структура и/или внутренняя оболочка могут быть выполнены с возможностью обратимого изменения. В таком варианте осуществления агент, вырабатывающий газ, выполнен с возможностью разлагаться или испаряться и заново рекомбинировать или конденсироваться в ответ на соответствующее изменение температуры. В цикле активации в ответ на увеличение температуры расстояние между первым и вторым слоями увеличится с первого расстояния (в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ) до второго расстояния (в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ). В цикле дезактивации в ответ на уменьшение температуры расстояние между первым и вторым слоями уменьшится со второго расстояния (в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ) до первого расстояния (в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ). Такая последовательность цикла активации и цикла дезактивации может быть повторена многократно.

Внутренняя оболочка не разрывается после активации до тех пор, пока температура остается ниже порога перехода ламинарной структуры в состояние вторичной активации. Таким образом, процесс активации по меньшей мере из неактивизированного состояния до состояния первичной активации является в принципе обратимым и может быть повторен многократно. Для этого необходим такой процесс образования газа, который являлся бы в принципе обратимым, и необходимо также, чтобы высвобожденный газообразный продукт (продукты) оставался в пределах внутренней полости (то есть внутренняя оболочка должна быть, по меньшей мере временно, газонепроницаемой по отношению к высвобожденному газу). Типичными примерами обратимых процессов образования газа являются физический фазовый переход агента, вырабатывающего газ (в форме чистого соединения или в форме смеси), или процесс возгонки, например возгонка йода. Другим примером обратимого процесса образования газа является обратимое разложение, например, хлорида аммония.

Предпочтительно ламинарная структура и/или внутренняя оболочка являются гибкими и имеют "способность к самовосстановлению". Таким образом, в цикле дезактивации внутренняя оболочка автоматически восстанавливает свою первоначальную форму, то есть ту форму, которую она имела до того, как началась активация агента, вырабатывающего газ. Для поддержания этого процесса не требуется никакого дополнительного механического воздействия. "Способность к самовосстановлению" внутренней оболочки в значительной степени поддерживается герметичностью внутренней оболочки: в цикле дезактивации агент, вырабатывающий газ, в целом будет увеличивать свою плотность, подвергаясь превращению из газовой фазы в жидкую фазу. Следовательно, агент, вырабатывающий газ, займет в неактивизированной конфигурации намного меньший объем, чем в активизированной конфигурации. В отсутствие доступа во внутреннюю оболочку воздуха во время цикла дезактивации превращение агента, вырабатывающего газ, вызовет сжатие внутренней оболочки до (плоской) формы, в которой оболочка заключает в себе полость минимального объема. Посредством такого процесса расстояние между первым и вторым слоями также возвратится к первоначальному расстоянию в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ.

Конфигурация ламинарной структуры, как в общих чертах описано выше, позволяет обеспечить макроскопические внутренние полости, заключенные в соответствующих внутренних оболочках, которые могут быть активизированы посредством нагревания. Такие внутренние оболочки могут иметь форму "подушек" или "карманов". Внутренняя оболочка может иметь в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, горизонтальный размер 1 мм или более. В конкретных вариантах осуществления внутренняя оболочка может иметь горизонтальный размер 5 мм или более, предпочтительно 15 мм или более. Как правило, внутренняя оболочка может иметь толщину менее чем 1 мм. Термин «горизонтальный размер», используемый в этом контексте, относится к самому малому размеру внутренней оболочки в плоскости ширины/длины, то есть в плоскости, ортогональной к направлению толщины, которое вообще является самым маленьким размером внутренней оболочки в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Следовательно, горизонтальный размер в основном определяет максимальное увеличение толщины, которого внутренняя оболочка может достигнуть в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Может использоваться множество таких плоских внутренних оболочек для того, чтобы сформировать плоскую ламинарную структуру (как описано выше), которая обеспечивала бы высокие дышащие свойства ламинарной структуры и, следовательно, более высокий уровень комфорта для владельца.

Выражаясь в терминах увеличения объема, внутренняя полость в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, может иметь увеличение объема от 10 до 1000 раз относительно объема в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Предпочтительно увеличение объема может быть выше 40 раз.

В дополнительных вариантах осуществления ламинарная структура может включать в себя внешнюю оболочку, заключающую в себя внешнюю полость, причем внутренняя оболочка располагается в пределах внешней оболочки.

В одном варианте осуществления внешняя полость может быть заключена в полупроницаемую внешнюю оболочку. Внешняя оболочка может включать в себя по меньшей мере один функциональный слой или функциональный ламинат.

Используемый в настоящем документе термин "полупроницаемый" относится к внешней оболочке и к материалу, из которого изготовлена внешняя оболочка, означая, с одной стороны, проницаемость для полярных (гидрофильных) газов, таких как водяной пар, а с другой стороны, по меньшей мере временную газонепроницаемость. Газонепроницаемость означает по меньшей мере непроницаемость для по меньшей мере одного из газов, которые производит агент, вырабатывающий газ, изменяя свою конфигурацию с неактивизированной конфигурации на активизированную конфигурацию.

Термин «быть по меньшей мере временно газонепроницаемым» подразумевает, что у внешней оболочки есть способность к удержанию газа в течение желаемого времени относительно по меньшей мере одного из газов, которые производятся агентом, вырабатывающим газ, при изменении его конфигурации на активизированную конфигурацию. В конкретных вариантах осуществления внешняя оболочка непроницаема для неполярных газов, таких как CO₂, N₂, О₂.

Предпочтительно внешняя оболочка изготавливается из газонепроницаемого материала, имеющего значение числа Герли, измеренное автоматическим денсиметром Genuine Gurley Densometer Model 4340, равное 500 с и более, предпочтительно 1500 с и более. Тест Герли воздушного потока измеряет время в секундах, необходимое для прохода 100 см³ воздуха сквозь один квадратный дюйм образца материала при давлении воды 4,88 дюйма (124 мм).

В одном варианте осуществления внешняя оболочка является паропроницаемой и по меньшей мере временно газонепроницаемой.

В частности, внешняя оболочка может быть сконфигурирована таким образом, что объем внешней полости увеличивается в ответ на увеличение давления газа во внутренней полости и/или во внешней полости. Внешняя полость окружена паропроницаемой или дышащей оболочкой, поддерживающей дышащие свойства ламинарной структуры по всей области, покрытой внешней полостью. Это применимо в неактивизированном состоянии ламинарной структуры, когда агент, вырабатывающий газ, находится в его неактивизированной конфигурации, а также в активизированном состоянии ламинарной структуры, когда агент, вырабатывающий газ, находится в его активизированной конфигурации. Таким образом, вся площадь ламинарной структуры может быть покрыта внешней оболочкой или множеством внешних оболочек без значительной потери дышащих свойств ламинарной структуры. Воздействие на дышащие свойства будет иметь место только в тех областях, где ламинарная структура покрыта внутренней оболочкой, в случае если такая внутренняя оболочка изготовлена из недышащего материала.

Для определения терминов "дышащий"/"паропроницаемый" и "функциональный слой"/"функциональный ламинат" см. подробные замечания выше.

Внешняя оболочка является по меньшей мере временно газонепроницаемой. «Газонепроницаемая» означает по меньшей мере непроницаемая для по меньшей мере одного из газов, которые производятся агентом, вырабатывающим газ, при изменении его конфигурации на активизированную конфигурацию, то есть когда температура увеличивается до температуры активации или выше. «По меньшей мере временно газонепроницаемый» означает, что внешняя оболочка в состоянии удерживать газ, порождаемый активацией агента, вырабатывающего газ, в пределах внутренней и/или внешней полости в течение времени, более длительного, чем ожидаемая продолжительность воздействия высокой температуры, как, например, в случае прямого воздействия пламени.

Огнестойкие материалы определяются в международном стандарте DIN EN ISO 14116 (2008). Стандарт EN ISO 15025 (2003) определяет способы испытаний для того, чтобы оценить огнестойкость материалов. В соответствии со стандартом DIN EN ISO 14116 (2008) определяются различные уровни огнестойкости. В качестве примера огнестойкие материалы, используемые для одежды пожарного, обязательно должны проходить процедуры проверки, определенные для уровня 3 в стандарте DIN EN ISO 14116 (2008). Для других применений могут быть достаточными менее строгие критерии, определенные для уровней 1 и 2.

Подходящая водонепроницаемая и паропроницаемая гибкая мембрана для использования во внешней оболочке описана, например, в патенте США №3953566, который раскрывает пористый расширенный политетрафторэтиленовый (ePTFE) материал. Расширенный пористый политетрафторэтиленовый материал имеет микроструктуру, характеризующуюся узлами, которые связаны волокнами. При желании водонепроницаемость может быть увеличена путем покрытия расширенного политетрафторэтиленового материала гидрофобным и/или олеофобным покрывающим материалом, как это описано в патенте США №6261678.

Водонепроницаемая и паропроницаемая мембрана может также быть микропористым материалом, таким как высокомолекулярный микропористый полиэтилен или полипропилен, микропористый полиуретан или полиэстер или гидрофильный монолитный полимер, такой как полиуретаны или полиэстеры, например полиэфирные полиуретаны или полиэфирные полиэстеры.

В дополнительных вариантах осуществления первый слой и/или второй слой могут включать в себя функциональный слой. В других вариантах осуществления функциональный слой может образовывать дополнительный слой ламинарной структуры.

Функциональный слой может быть изготовлен из ламинатного материала, например, как описано в патенте США №4194041.

В дополнительном варианте осуществления внешняя оболочка может включать в себя материал, абсорбирующий воду. В частности, внешняя оболочка может быть сделана из материала, который имеет свойство абсорбировать воду. Материал, абсорбирующий воду, обладает способностью интегрировать молекулы воды в свою структуру. Молекулы воды (водяного пара) могут проникать через такой материал при наличии разницы в парциальном давлении водяного пара с разных сторон материала. Следовательно, такой материал в целом является дышащим. Однако несмотря на паропроницаемость такой материал, абсорбирующий воду, будет непроницаем для газов в том случае, если такой материал не способен интегрировать в свою структуру (газообразные) молекулы, отличные от молекул воды. Газонепроницаемость может быть обеспечена для широкого диапазона молекул, отличающихся от молекул воды, или может быть обеспечена выборочно только для ряда молекул. В одном варианте осуществления материал является проницаемым для гидрофильных (полярных) газов (например, водяной пар) и менее проницаемым для неполярных газов (CO₂, N₂, О₂ и т.д.).

Использование материала, абсорбирующего воду, для внешней оболочки позволяет поддерживать паропроницаемость, но обеспечивает газонепроницаемость относительно газа, производимого после активации агента, вырабатывающего газ.

Другим примером паропроницаемого и абсорбирующего воду материала является микропористый материал с закрытыми порами.

Одним примером материала, абсорбирующего воду, как определено выше, является полиуретан (PU).

В дополнительных вариантах осуществления внешняя оболочка может включать в себя поддающийся растягиванию материал или эластичный материал. Внешняя оболочка может даже быть изготовлена из поддающегося растягиванию материала или эластичного материала. Термин «поддающийся растягиванию» должен пониматься в том смысле, что внешняя оболочка в состоянии удлиняться по меньшей мере в одном направлении при воздействии увеличенного давления газа после активации. В частности, материал может рассматриваться как поддающийся растягиванию, если слой или структура такого материала, например слой оболочки или часть оболочки, достигают при разрыве степени деформации, равной по меньшей мере 50% или более в соответствии со спецификацией, изложенной в стандарте EN-ISO 527-1,2,3 (1996), при измерении со скоростью деформации 200 мм/мин.

По меньшей мере части внешней оболочки в соответствии с настоящим изобретением могут быть изготовлены из поддающегося растягиванию материала.

Посредством удлинения внешней оболочки после активации по меньшей мере в одном направлении может быть обеспечено еще большее разделение первого слоя и второго слоя после активации.

Помимо удлинения внешняя оболочка может изменять свою форму после активации от "плоской формы" к "выпуклой форме" так, чтобы увеличить расстояние между первым и вторым слоями. Такое изменение формы происходит благодаря тенденции полости увеличивать свой объем для данной площади поверхности внешней оболочки под давлением газа, образующегося по мере того, как все больше и больше агента, вырабатывающего газ, изменяется от неактивизированной конфигурации к активизированной конфигурации. Этот процесс приводит к увеличению средней "толщины" или "высоты" внешней полости и таким образом увеличивает расстояние между первым и вторым слоями. Внешняя оболочка может иметь форму плоской подушки или тонкой пластинки, являющейся плоской в неактивизированном состоянии и изменяющей форму на форму надутой подушки в активизированном состоянии.

В принципе, внешняя оболочка может быть изготовлена как единственная часть, но в большинстве случаев будет составлена из нескольких частей, которые соединены вместе.

В одном варианте осуществления внешняя оболочка может иметь композитную структуру, состоящую из множества слоев внешней оболочки, присоединенных друг к другу. В одном варианте осуществления внешние слои оболочки могут быть связаны вместе ламинированием либо в дискретных областях, либо по всей их площади. Два или более слоев могут быть ламинированы один на другой. Во внешней оболочке, имеющей такую слоистую структуру, каждый слой упомянутой слоистой структуры обеспечивает паропроницаемость. Вообще будет достаточным, если по меньшей мере один из слоев обеспечивает газонепроницаемость, как определено в настоящем документе.

В некоторых вариантах осуществления внешняя оболочка может быть изготовлена по меньшей мере из двух частей внешней оболочки. По меньшей мере две части внешней оболочки могут быть связаны вместе так, чтобы заключать полость между собой. В такой конфигурации предпочтительно каждая из частей внешней оболочки обеспечивает паропроницаемость и газонепроницаемость.

В одном варианте осуществления внешняя оболочка может быть изготовлена из по меньшей мере первого слоя внешней оболочки и второго слоя внешней оболочки, причем каждый слой изготовлен из листового материала, являющегося полупроницаемым, как описано выше. Эти два слоя внешней оболочки могут быть связаны вместе вдоль герметизирующей структуры, образующей замкнутую петлю, такую что внешняя полость полностью заключается в слои внешней оболочки. Каждый из слоев внешней оболочки может иметь однослойную структуру, но также может иметь композитную ламинатную структуру, составленную из множества слоев, ламинированных друг на друга, как описано, или первый слой оболочки может иметь однослойную структуру, а второй слой оболочки может иметь композитную ламинатную структуру.

Первый и второй слои внешней оболочки могут быть изготовлены из различных материалов, обеспечивая внешней оболочке различные характеристики в различных ее сечениях. В одном примере внешняя оболочка может быть изготовлена из двух слоев оболочки из различного материала: первый слой внешней оболочки - из чрезвычайно нерастяжимого материала, а второй слой внешней оболочки - из поддающегося растягиванию материала. В активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, под воздействием давления, образуемого во внутренней/внешней полости, будет расширяться преимущественно второй слой внешней оболочки, то есть он будет расширять площадь своей поверхности путем удлинения по меньшей мере в одном направлении, тогда как первый слой внешней оболочки не будет сколько-нибудь значительно удлиняться ни в каком направлении. В такой конфигурации второй слой внешней оболочки обеспечит увеличение расстояния между первым и вторым слоями ламинарной структуры, обеспечивая таким образом толстый изолирующий объем, с одной стороны. Первый слой внешней оболочки, с другой стороны, обеспечит стабильность размеров, и таким образом ткань, включающая в себя ламинарную структуру, описанную в настоящем документе, сохранит свою форму и размер даже будучи подвергнутой воздействию очень высоких температур, имеющих место в некоторых чрезвычайных ситуациях (например, при непосредственном воздействии пламени). Далее направление раздувания внешних оболочек может быть особенно хорошо настроено.

В качестве примера стандарт DIN EN 469 (2007) требует от защитной одежды пожарного, чтобы огнезащитная ткань не сокращалась в размерах более чем на 3% при нагреве до 180°C в печи. Такое требование может быть удовлетворено в том случае, если внешняя оболочка включает в себя по меньшей мере один слой внешней оболочки, который увеличивает свою поверхность после активации. В одном варианте осуществления одежды слой внешней оболочки, который расположен ближе к телу владельца, может быть изготовлен из поддающегося растяжению материала, тогда как слой внешней оболочки, который расположен дальше от тела владельца, может быть изготовлен из нерастяжимого и слабо сокращающегося материала.

В конкретном варианте осуществления внешняя оболочка может быть изготовлена из жаростойкого материала относительно диапазона изменения температур во внешней полости в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ.

Термин "жаростойкий" в отношении материала внешней оболочки означает, что материал в состоянии выдержать под нагрузкой такую температуру, которая является более высокой, чем вторая температура активации при заданном увеличении температуры, например при увеличении температуры на 10°C, в течение предопределенного времени. Обычно температура на 10°C выше второй температуры активации, и время составляет 1 минуту или более. Требуемые жаростойкие свойства зависят от применения ламинарной структуры, например от положения ламинарной структуры в одежде относительно других слоев одежды. Чем ближе ламинарная структура будет расположена к источнику тепла, тем выше будут требования к температурной устойчивости. В одном варианте осуществления температура имеет значение по меньшей мере на 10°C выше температуры активации в течение 1 минуты. В другом варианте осуществления температура имеет значение на 50°C выше температуры активации в течение 2 минут. В предпочтительном варианте осуществления для пожарного применения температура имеет значение примерно на 150°C выше температуры активации в течение 2 минут.

Для того чтобы сформировать полупроницаемый слой внешней оболочки со свойствами газонепроницаемости, может использоваться ряд материалов. В некоторых примерах ламинарная структура может включать в себя:

1. Первый и второй слои внешней оболочки, каждый изготовленный из монолитного слоя полиуретана или подобного материала. Внешняя оболочка формируется путем связывания вместе первого и второго слоев внешней оболочки вдоль связывающей части, образующей замкнутую петлю.

2. Первый и второй слои внешней оболочки, каждый изготовленный из ламинатной структуры с монолитным слоем полиуретана или подобного материала, к которому прикрепляется слой расширенного пористого политетрафторэтилена. Внешняя оболочка формируется путем связывания вместе первого и второго слоев внешней оболочки вдоль связывающей части, образующей замкнутую петлю.

3. Первый и второй слои внешней оболочки, каждый изготовленный из ламинатной структуры с монолитным слоем полиуретана или подобного материала, который расположен между двумя слоями расширенного пористого политетрафторэтилена. Внешняя оболочка формируется путем связывания вместе первого и второго слоев внешней оболочки вдоль связывающей части, образующей замкнутую петлю.

4. Первый слой внешней оболочки и второй слой внешней оболочки из различного материала:

a) первый слой внешней оболочки, включающий в себя барьерный ламинат, включающий в себя мембрану из расширенного пористого политетрафторэтилена, как это описано в патенте США №4194041. Барьерный ламинат приклеивается своей политетрафторэтиленовой стороной к текстильному слою, и

b) второй слой внешней оболочки в форме барьерного ламината, включающего в себя мембрану из расширенного пористого политетрафторэтилена. Барьерный ламинат изготавливается в соответствии с патентом США №4194041.

Внешняя оболочка формируется путем связывания вместе первого и второго слоев внешней оболочки вдоль связывающей части, образующей замкнутую петлю. Слои, изготовленные из полиуретана (PU), могут использоваться в качестве связывающих слоев посредством расплавления полиуретанового материала. В том случае если любой из слоев, которые будут связаны с другим слоем, изготовлен из расширенного пористого политетрафторэтилена, связывание может быть достигнуто при помощи подходящих клеев, например кремнийорганических клеев.

Дополнительный слой герметизации может быть нанесен на слой внешней оболочки по меньшей мере с одной его стороны, например, посредством каландрирования. Слой герметизации может включать в себя термопластический полимер (например, полиуретан (PU); полипропилен (PP); полиэтилен (PE); полиэстер (PES)). Слой герметизации может улучшить герметичность внешней оболочки и может позволить сварку двух внешних слоев оболочки вместе, чтобы образовать оболочку. Чтобы улучшить адгезивные характеристики внешнего слоя оболочки, может использоваться предварительная обработка поверхностей слоя, например, коронным разрядом, плазменным разрядом или грунтовкой. Возможные способы сварки включают в себя тепловую сварку, ультразвуковую сварку, лазерную сварку и микроволновую сварку.

В дополнительном возможном варианте осуществления одна или множество капелек клея, например, термопластического клея, кремнийорганических материалов, контактных клеев, реактивных клеевых систем наносятся на по меньшей мере одну из поверхностей скрепляемых слоев внешней оболочки, а затем другая поверхность присоединяется к капелькам клея.

Внутренняя оболочка может даже быть спроектирована таким способом, чтобы она преднамеренно разрывалась после активации в состояние вторичной активации. Это подразумевает, что процесс активации является необратимым и что увеличение теплоизоляции является только временным, поскольку агент, вырабатывающий газ, убежит из внутренней полости после того, как внутренняя оболочка разорвется. Однако одноразовая конструкция структуры оболочки, включающей в себя внутреннюю оболочку и внешнюю оболочку, как описано в настоящем документе, подразумевает, что структура оболочки растягивается до максимальной возможной степени и, следовательно, позволяет ламинарной структуре увеличить расстояние между первым и вторым слоями до максимальной возможной степени. Это является эффективным способом быстро и эффективно увеличить способность ламинарной структуры к теплоизоляции. При катастрофическом событии, например при прямом воздействии пламени, это может обеспечить единственный способ выжить. В такой одноразовой конструкции будет приемлемым, если химическое преобразование агента, вырабатывающего газ, будет являться необратимой химической реакцией. Гораздо более важно, чтобы большое количество газа было произведено за короткое время, как только температура превысит порог активации.

До тех пор пока структура оболочки не подверглась разрыву после активации, ламинарная структура и/или оболочка (оболочки) могут быть гибкими и/или эластичными и, следовательно, иметь "способность к самовосстановлению". Таким образом, после активации оболочка (оболочки) может автоматически восстанавливать свою первоначальную форму, то есть ту форму, которую она имела до того, как началась активация агента, вырабатывающего газ, когда температура снова уменьшается. Для поддержания этого процесса не требуется никакого дополнительного механического воздействия. Такая "способность к самовосстановлению" оболочки (оболочек) может поддерживаться, если оболочка (оболочки) является (являются) существенно газонепроницаемой по меньшей мере в течение предопределенного времени, пока температура не уменьшится ниже температуры активации агента, вырабатывающего газ: с уменьшением температуры активизированный и, следовательно, газообразный агент, вырабатывающий газ, в целом увеличит свою плотность. Значительное увеличение плотности происходит тогда, когда агент, вырабатывающий газ, подвергается превращению из газовой фазы в жидкую фазу. В такой ситуации агент, вырабатывающий газ, займет в неактивизированной конфигурации намного меньший объем, чем в активизированной конфигурации. В отсутствие доступа в оболочку (оболочки) воздуха во время уменьшения температуры превращение агента, вырабатывающего газ, вызовет сжатие оболочки (оболочек) до (плоской) формы, в которой оболочка заключает в себе полость минимального объема. Посредством такого процесса расстояние между первым и вторым слоями также возвратится к первоначальному расстоянию в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ.

В дополнительных вариантах осуществления ламинарная структура может включать в себя множество внешних оболочек. Внешние оболочки могут быть расположены рядом друг с другом. В таком смежном расположении внешних оболочек по меньшей мере две смежные внешние оболочки следуют за друг другом без промежутка. Обычно такие смежные внешние оболочки разделяют общую связывающую площадку или область герметизации. Альтернативно, некоторые или все внешние оболочки могут быть расположены так, чтобы перекрывать друг друга по меньшей мере частично, например, в структуре, подобной кровельной черепице. В таком расположении ламинарная структура в целом может быть сформирована внешними оболочками, размещенными существенно без каких бы то ни было открытых пространств между первым слоем и вторым слоем. Таким образом получается ламинарная структура, не имеющая пространств или промежутков, непокрытых какой-либо из внешних оболочек, ни в неактивизированном состоянии, ни в активизированном состоянии.

Как было упомянуто выше, внешняя оболочка может иметь форму плоской подушки или тонкой пластинки, являющейся плоской в неактивизированном состоянии и изменяющей форму на форму надутой подушки в активизированном состоянии. Такая структура может быть сформирована в одном варианте осуществления первым полупроницаемым слоем внешней оболочки из паропроницаемого и по меньшей мере временно газонепроницаемого материала и вторым полупроницаемым слоем внешней оболочки из паропроницаемого и по меньшей мере временно газонепроницаемого материала, причем первый слой внешней оболочки расположен по соседству со вторым слоем внешней оболочки. На практике первый слой внешней оболочки будет расположен сверху второго слоя внешней оболочки в ламинированной структуре. Первый и второй слои внешней оболочки могут быть связаны вместе вдоль по меньшей мере одной связывающей части так, чтобы сформировать внешнюю полость между первым и вторым слоями. Связывающая часть обычно будет иметь форму замкнутой петли, чтобы сформировать внешнюю полость, замкнутую первым и вторым слоями внешней оболочки. Для того чтобы обеспечить множество внешних полостей, может быть предусмотрено множество связывающих частей, каждая из которых образует замкнутую петлю для того, чтобы определить соответствующую внешнюю полость. У связывающих частей может быть форма решетки с первым подмножеством связывающих частей, проходящих параллельно друг другу в первом направлении, и вторым подмножеством связывающих частей, проходящих параллельно друг другу во втором направлении.

Каждая из внешних оболочек, заключающих в себе соответствующую внешнюю полость, может иметь форму "кармана", сформированного между первым и вторым слоями ламинарной структуры путем связывания вместе первого и второго слоев. Первый и второй слои таким образом формируют первый и второй слои внешней оболочки каждой внешней оболочки.

Другие варианты осуществления могут предусматривать ламинарную структуру, имеющую по меньшей мере одну структуру внешней полости, сделанную из множества внешних полостей, вступающих во взаимосвязь друг с другом после активации агента, вырабатывающего газ. Такая структура внешней полости может включать в себя множество смежных внешних оболочек, каждая из которых заключает в себе соответствующую внешнюю полость. Каждая из этих внешних полостей в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, может быть отделена от соседних с ней внешних полостей посредством соответствующих связывающих частей, образованных между соответствующими смежными внешними оболочками. Связывающие части предпочтительно предусматривают существенно герметичное разделение внешних полостей друг от друга. Следовательно, агент, вырабатывающий газ, не может пройти из одной внешней полости в другую, независимо от того, находится ли он в активизированной или в неактивизированной конфигурации. Однако связывающие части могут включать в себя предопределенные разрушающиеся части соответственно. Такие разрушающиеся части адаптируются так, чтобы разорваться или сломаться при воздействии увеличенной температуры газа и соответственно увеличенного давления газа в течение некоторого времени, большего, чем пороговое время. Следовательно, после активации агента, вырабатывающего газ, в некоторой части или даже в каждой из внешних полостей структуры внешней полости увеличивающееся давление газа во внешних полостях в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, обеспечит газовую связь между смежными внешними полостями структуры внешней полости. В результате образуется внешняя "макрополость" или "суперполость", эффективно комбинирующая все внешние полости в структуре внешней полости. Время, в течение которого связывающие части должны подвергаться воздействию увеличенной температуры газа для того, чтобы разорваться и обеспечить гидравлическую связь между смежными внешними полостями, определяется аналогичным тому, как изложено выше относительно времени, необходимого, чтобы вызвать разрыв внутренних оболочек при воздействии на них увеличенной температуры и давления газа и вызвать соответствующее изменение от состояния первичной активации к состоянию вторичной активации.

Будет достаточно, если температура и давление газа в одной внешней полости увеличатся достаточно сильно, чтобы раздвинуть первый и второй слои друг от друга для того, чтобы объединить по меньшей мере две полости друг с другом.

В дополнительных вариантах осуществления такая структура полости может включать в себя множество полостей, организованных в кластер. Полости кластера, в принципе, являются отдельными друг от друга в конфигурации, предотвращающей перенос агента, вырабатывающего газ, из одной полости в другую по меньшей мере в его неактивизированной конфигурации. Тем не менее, при особых условиях, в частности после активации агента, вырабатывающего газ, конфигурация полостей обеспечивает гидравлическую связь между полостями для активизированного и, следовательно, газообразного агента, вырабатывающего газ. Благодаря такой гидравлической связи может быть облегчен разрыв частей, разделяющих полости, и таким образом может быть ускорено формирование макрополости из полостей кластера.

В одном варианте осуществления между соответствующими смежными полостями кластера могут быть предусмотрены соединительные каналы. Такие соединительные каналы могут иметь такую структуру, например, будучи достаточно тонкими и/или имеющими наклонную структуру, чтобы предотвратить прохождение агента, вырабатывающего газ, находящегося в его неактивизированной конфигурации, но позволить прохождение агента, вырабатывающего газ, находящегося в его активизированной конфигурации.

После активации агента, вырабатывающего газ, может быть достигнуто эффективное увеличение толщины внешних полостей, соответствующее значительному увеличению теплоизолирующей способности, поскольку будет существовать некоторое пороговое давление, выше которого связывающие части между множеством смежных внешних полостей в структуре внешней полости разорвутся в их ломающихся частях, так что все (первоначальные) внешние полости объединятся в большую общую внешнюю "макрополость" или "суперполость".

Конфигурация ламинарной структуры, как в общих чертах описано выше, позволяет обеспечить макроскопические внешние полости, замкнутые внутри соответствующих макроскопических внешних оболочек, которые могут быть активизированы при нагревании. Также такие внешние "макрооболочки" могут иметь форму "подушек".

В качестве примера типичная внешняя оболочка может иметь в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, горизонтальный размер 1 мм или более. В конкретных вариантах осуществления внешняя оболочка может иметь горизонтальный размер 5 мм или более, предпочтительно 15 мм или более. Как правило, внешняя оболочка в неактивизированном состоянии может иметь толщину меньше чем 2 мм. Термин «горизонтальный размер», используемый в этом контексте, относится к самому малому размеру внешней оболочки в плоскости ширины/длины, то есть в плоскости, ортогональной к направлению толщины, которое вообще является самым маленьким размером внешней оболочки в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Следовательно, горизонтальный размер в основном определяет максимальное увеличение толщины, которого внешняя оболочка может достигнуть в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Множество таких плоских внешних оболочек может использоваться для того, чтобы сформировать плоскую ламинарную структуру (как описано выше), которая обеспечивала бы высокие дышащие свойства ламинарной структуры и, следовательно, более высокий уровень комфорта для владельца.

Внешняя полость может увеличить свою толщину в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, до толщины по меньшей мере 2 мм или более, предпочтительно 6 мм или более.

Выражаясь в терминах увеличения объема, внешняя полость в активизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, может иметь увеличение объема от 10 до 2000 раз относительно объема в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ. Предпочтительно увеличение объема может быть выше 40 раз.

Кроме ламинарной структуры, как описано выше, принципы настоящего изобретения могут быть использованы в оболочечной структуре, включающей в себя внешнюю оболочку, заключающую в себя внешнюю полость, внутреннюю оболочку, заключающую в себя внутреннюю полость, и агент, вырабатывающий газ, как описано выше. Внутренняя оболочка включается во внешнюю оболочку. Фактически такая оболочечная структура должна рассматриваться как самостоятельный изобретательный вклад и может использоваться для того, чтобы обеспечить адаптивную теплоизоляцию для широкого диапазона ламинарных структур, включая текстильные ламинарные структуры, используемые для производства одежды. Оболочечные структуры описанного типа могут использоваться даже для того, чтобы обеспечить функциональность адаптивной теплоизоляции для существующих ламинарных структур, например, используемых в одежде, или для того, чтобы улучшить функциональность теплоизоляции существующих обычных ламинарных структур, например, используемых в одежде. Следовательно, в другом аспекте изобретение предлагает оболочечную структуру, адаптированную для использования в ламинарной структуре, обеспечивающей адаптивную теплоизоляцию, причем оболочечная структура включает в себя внешнюю оболочку, охватывающую по меньшей мере одну внешнюю полость, и по меньшей мере одну внутреннюю оболочку, охватывающую внутреннюю полость, включаемую во внешнюю полость. Оболочечная структура далее включает в себя агент, вырабатывающий газ, который может иметь неактивизированную конфигурацию и активизированную конфигурацию и выполнен с возможностью изменяться от неактивизированной конфигурации к активизированной конфигурации, например, увеличивать давление газа во внутренней полости в ответ на увеличение температуры во внутренней полости. Оболочечная структура формируется таким образом, что объем внутренней полости и объем внешней полости увеличиваются в ответ на увеличение давления газа во внутренней полости. Оболочечная структура такого типа может иметь любую конфигурацию, как описано выше относительно ламинарной структуры.

Ламинарная структура, описанная в общих чертах выше, может быть включена в тканевую композитную структуру. Термин "ткань" относится к плоской текстильной структуре, производимой путем переплетения пряжи, волокон или нитей. Текстильная структура может быть тканой, нетканой, флисовой или комбинациями перечисленного. "Нетканый" текстильный слой включает в себя сеть из волокон и/или нитей, войлок, вязаные изделия, коврики из волокон и т.п. "Тканый" текстильный слой является тканой тканью, использующей любой тканевый узор, такой как гладкое переплетение, саржевое ломаное переплетение 3/1, переплетение "рогожка", атласное переплетение, саржевое переплетение и т.п. Гладкие и саржевые переплетения являются наиболее распространенными узорами, используемыми в торговле.

Такая тканевая композитная структура обычно будет включать в себя множество тканевых слоев, положенных друг на друга. Множество тканевых слоев может включать в себя структуру внешней теплозащитной оболочки, имеющую внешнюю сторону и внутреннюю сторону. Множество тканевых слоев может также включать в себя ламинарную структуру, обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию, как описано выше.

В конкретном варианте осуществления ламинарная структура, обеспечивающая адаптивную теплоизоляцию, может быть расположена на внутренней стороне структуры внешней теплозащитной оболочки.

Как один вариант осуществления структура внешней теплозащитной оболочки обозначает наружный слой изделия (такого, как одежда), который обеспечивает первичную защиту от пламени. Структура внешней теплозащитной оболочки может включать в себя по меньшей мере один огнестойкий, термически устойчивый текстильный слой, такой как тканый, вязаный или нетканый текстиль, включающий в себя огнестойкие материалы, такие как полиимиды (метаарамид, параарамид) или их смеси. Конкретные примеры огнестойких или термически устойчивых текстилей включают в себя полибензимидазоловое (PBI) волокно; полибензоксазоловое (PBO) волокно; полидиимидазопиридинилендигидроксифенилен (PIPD); модифицированное волокно на основе акрилонитрила; поли(метафениленизофталамид), который продается под торговой маркой Nomex® компанией E.I. DuPont de Nemours, Inc; поли(парафенилентерефталамид), который продается под торговой маркой Kevlar® компанией E.I. DuPont de Nemours, Inc; меламин; антипиреновый (FR) хлопок; антипиреновый искусственный шелк, PAN (полиакрилонитрил). Ткани, содержащие более одного из вышеупомянутых волокон, также могут быть использованы (например, текстиль из волокон Nomex®/Kevlar®). В одном варианте осуществления используется слой внешней оболочки, изготовленный из тканых волокон Nomex® Delta T.

Огнестойкие материалы определяются в международном стандарте DIN EN ISO 14116 (2008). Стандарт EN ISO 15025 (2003) определяет способы испытаний для того, чтобы оценить огнестойкость материалов. В соответствии со стандартом DIN EN ISO 14116 (2008) определяются различные уровни огнестойкости. В качестве примера огнестойкие материалы, используемые для одежды пожарного, обязательно должны проходить процедуры проверки, определенные для уровня 3 в стандарте DIN EN ISO 14116 (2008). Для других применений могут быть достаточными менее строгие критерии, определенные для уровней 1 и 2.

Ткань может также включать в себя барьерную структуру. В одном варианте осуществления барьерная структура будет расположена на внутренней стороне структуры внешней теплозащитной оболочки.

В конкретных применениях барьерная структура включает в себя по меньшей мере один функциональный слой. Упомянутый функциональный слой может быть паропроницаемым и водонепроницаемым и включающим в себя по меньшей мере одну паропроницаемую и водоотталкивающую мембрану.

Барьерная структура является компонентом, который служит барьером для жидкости, но может позволять водяному пару проходить через барьер. В одежде, такой как одежда для пожарных, такие барьерные структуры предохраняют одежду от проникновения в нее воды и таким образом минимизируют вес, переносимый пожарным. В дополнение к этому барьерная структура позволяет водяному пару (поту) улетучиваться - важная функция при работе в горячей окружающей среде. Как правило, барьерная структура включает в себя мембрану, ламинированную на по меньшей мере один текстильный слой, такой как нетканая ткань или тканая ткань. Мембранные материалы, которые используются для ламинирования на по меньшей мере один текстильный слой (также называемый ламинатом), включают в себя расширенный политетрафторэтилен (PTFE), полиуретан и их комбинации. Коммерчески доступные примеры таких ламинатов включают в себя ламинаты, доступные под названием ламинаты барьера влажности CROSSTECH® или мембрана Neoprene® на нетканой или тканой ткани из метаарамида.

В одном варианте осуществления используется барьерная структура, включающая в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена (ePTFE), изготовленную так, как это описано в документе EP 0689500 B1. Барьерный слой может быть приклеен к текстильному слою, изготовленному из нетканого арамидного текстиля. Такая барьерная структура коммерчески доступна под названием GORE-TEX® Fire-blocker N. В другом варианте осуществления используется барьерная структура, доступная под названием Барьер влажности CROSSTECH®/Nomex® PJ. Такой барьер влажности включает в себя пленку из расширенного политетрафторэтилена со слоем полиуретана, прикрепленным к ткани из полиамида (Nomex®IIIA). Могут использоваться и другие барьеры, например, как описано в патенте США №4493870, в патенте США №4187390 или в патенте США №4194041.

Барьеры, отличающиеся от барьеров влажности, также являются пригодными, например барьеры, обеспечивающие по меньшей мере один функциональный слой, который предотвращает проникновение газов и/или жидкостей, таких как химические соединения в форме газов, жидкостей и/или аэрозолей или таких как вещества, включающие в себя биологический материал в форме газов, жидкостей и/или аэрозолей. В конкретных вариантах осуществления такие другие барьерные слои также могут быть дышащими.

Барьерная структура может быть помещена между структурой внешней теплозащитной оболочки и ламинарной структурой, которая обеспечивает адаптивную теплоизоляцию. Барьерная структура может также включать в себя ламинарную структуру, обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию.

Ткань может использоваться в защитной одежде или в функциональной одежде, обычно используемой в таких применениях, как тушение пожаров, охрана общественного порядка, военная или промышленная работа, где требуется предохранение владельца от экологического воздействия или где требуется обеспечить желаемые функциональные характеристики в данных условиях окружающей среды. От одежды может требоваться предохранять владельца от тепла, пламени или воздействия жидкостей. С другой стороны, желательно, чтобы одежда обеспечивала достаточный комфорт для владельца, чтобы он был в состоянии выполнять работу, которую он должен делать.

В частности, имеется в виду, что ткань адаптируется для использования в огнезащитной/теплозащитной одежде.

Примерные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны более подробно ниже со ссылками на сопутствующие чертежи, которые показывают варианты осуществления.

Фиг. 1a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение слоя, используемого для образования внутренней оболочки в одном варианте осуществления;

Фиг. 1b показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение дополнительного слоя, используемого для образования внутренней оболочки в одном варианте осуществления;

Фиг. 1c показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение монолитного слоя, используемого для образования внутренней или внешней оболочки в одном варианте осуществления;

Фиг. 1d показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение слоя, используемого для образования внутренней или внешней оболочки в одном варианте осуществления;

Фиг. 1e показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение дополнительного слоя, используемого для образования внутренней или внешней оболочки в одном варианте осуществления;

Фиг. 1f показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение дополнительного слоя, используемого для образования внутренней или внешней оболочки в одном варианте осуществления;

Фиг. 2a-2d показывают в упрощенной и схематической форме возможность производства внутренних оболочек, заполненных заданным количеством агента, вырабатывающего газ;

Фиг. 3a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение внутренней оболочки, заключающей в себе внутреннюю полость, которая содержит агент, вырабатывающий газ, в соответствии с одним вариантом осуществления, в котором слои внутренней оболочки свариваются друг с другом так, чтобы сформировать внутреннюю оболочку;

Фиг. 3b показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение внутренней оболочки, заключающей в себе полость в соответствии с дополнительным вариантом осуществления, который включает в себя агент, вырабатывающий газ, нанесенный на вспомогательное средство дозирования;

Фиг. 3c показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение внутренней оболочки, заключающей в себе внутреннюю полость в соответствии с дополнительным вариантом осуществления, который включает в себя агент, вырабатывающий газ, нанесенный на поддающийся сварке слой вспомогательного средства дозирования;

Фиг. 3d показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение внутренней оболочки в соответствии с дополнительным вариантом осуществления, которая заключает в себя две внутренние полости, каждая из которых содержит агент, вырабатывающий газ;

Фиг. 4a показывает схематическое расположение двух идентичных внутренних оболочек, размещенных и связанных вместе одна поверх другой для того, чтобы сформировать кластер внутренних оболочек;

Фиг. 4b показывает дополнительное схематическое расположение двух внутренних оболочек различной формы, размещенных и связанных вместе одна поверх другой для того, чтобы сформировать другой кластер внутренних оболочек;

Фиг. 4c показывает дополнительное схематическое расположение двух внутренних оболочек, связанных вместе вдоль одного из их боковых концов для того, чтобы сформировать другой кластер внутренних оболочек;

Фиг. 5 показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение оболочечной структуры, включающей в себя внутреннюю оболочку, заключенную во внешнюю оболочку;

Фиг. 6a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение оболочечной структуры, включающей в себя внутреннюю оболочку, заключенную во внешнюю оболочку, как показано на Фиг. 5, в ее неактивизированном состоянии;

Фиг. 6b показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение оболочечной структуры, изображенной на Фиг. 6a, в состоянии первичной активации;

Фиг. 6c показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение оболочечной структуры, изображенной на Фиг. 6a, в состоянии вторичной активации;

Фиг. 7a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение ламинарной структуры в соответствии с одним вариантом осуществления в неактивизированном состоянии, включающей в себя множество внешних оболочек, сформированных путем связывания вместе двух слоев внешней оболочки из листового материала;

Фиг. 7b показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение оболочечной структуры, изображенной на Фиг. 7a, в состоянии первичной активации;

Фиг. 7c показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение оболочечной структуры, изображенной на Фиг. 7a, в состоянии вторичной активации;

Фиг. 8a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение ламинарной структуры, сформированной со множеством оболочечных структур, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления, в состоянии первичной активации;

Фиг. 8b показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение ламинарной структуры варианта осуществления, показанного на Фиг. 8a, на первой стадии состояния вторичной активации;

Фиг. 8c показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение ламинарной структуры варианта осуществления, показанного на Фиг. 8a и Фиг. 8b, на следующей стадии состояния вторичной активации, с несколькими связывающими частями, отделяющими смежные внешние оболочки, разрушенные давлением газа в соответствующих внешних полостях;

Фиг. 9a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение ткани, включающей в себя ламинарную структуру, обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг. 9b-9d показывают другие возможные конфигурации тканей 50, включающих в себя ламинарную структуру, обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию согласно одному варианту осуществления изобретения;

Фиг. 10 показывает куртку пожарного, включающую в себя ткань, как показано на Фиг. 9a;

Фиг. 11 показывает схематический эскиз устройства для измерения увеличения расстояния между первым и вторым слоями, когда ламинарная структура переходит из неактивизированного состояния в активизированное состояние;

Фиг. 12 показывает схематический эскиз тестового образца ламинарной структуры для измерения увеличения расстояния между первым и вторым слоями, когда ламинарная структура переходит из неактивизированного состояния в активизированное состояние;

Фиг. 13 схематично показывает результат первого и второго функциональных тестов для ламинарной структуры, выполненной с возможностью подвергаться множеству циклов активации/деактивации обратимым образом; и

Фиг. 14 схематично показывает результат третьего функционального теста ламинарной структуры.

На всех чертежах компоненты соответствующих вариантов осуществления, являющиеся идентичными или имеющие одинаковые функции, обозначаются одними и теми же ссылочными цифрами соответственно. В следующем описании такие компоненты описываются только в первом из вариантов осуществления, включающих такие компоненты. Необходимо понимать, что то же самое описание применимо к соответствующим последующим вариантам осуществления, в которых содержится тот же самый компонент, обозначаемый той же самой ссылочной цифрой. Если явно не указано обратное, это вообще относится к соответствующему описанию такого компонента в соответствующем более раннем варианте осуществления.

Фиг. 1a раскрывает в упрощенном и схематическом поперечном представлении слой 6 в соответствии с одним вариантом осуществления. Такой слой 6 может использоваться для того, чтобы приготовить внутреннюю оболочку 20. Слой 6 является ламинатом, включающим в себя покрывающий слой 6a, непроницаемый для текучей среды слой 6b и слой герметизации 6c. В одном примере слой 6 изготавливается из композиционного материала алюминий/пластмасса, включающего в себя полиэтилентерефталатный (ПЭТФ) покрывающий слой 6a, алюминиевый (Al), непроницаемый для текучей среды слой 6b и полиэтиленовый (PE) слой герметизации 6c. Разумный диапазон значений толщины для алюминиевого слоя 6b составляет от 4 мкм до 25 мкм. Для того чтобы обеспечить достаточную герметичность, алюминиевый слой 6b имеет толщину по меньшей мере 12 мкм. Полиэтиленовый слой 6c используется в качестве слоя герметизации, посредством которого смежные слои ламината 6 могут быть герметично связаны вместе для того, чтобы создать внутреннюю оболочку 20. Толщина полиэтиленового слоя 6c может находиться в диапазоне от 20 мкм до 60 мкм. Предпочтительная толщина составляет приблизительно 40 мкм. Полиэтилентерефталатный слой 6a может использоваться в качестве покрывающего слоя для обеспечения желаемых характеристик наружной поверхности внутренней оболочки 20 (не показано). В примере используется полиэтилентерефталатный слой 6a толщиной 12 мкм. Описанная композитная слоистая структура 6 может быть получена с помощью компании Kobusch-Sengewald GmbH, Германия.

Альтернативный слой 6 для образования внутренней оболочки 20 (не показана) показан на Фиг. 1b. Этот слой 6 также является ламинатом, включающим в себя покрывающий слой 6a, изготовленный из полиэтилена с толщиной 40 мкм, алюминиевый слой 6b с толщиной по меньшей мере 12 мкм и полиэтиленовый слой герметизации 6c с толщиной 40 мкм. В этом варианте осуществления покрывающий слой 6a изготавливается из того же самого материала, что и слой герметизации 6c. Покрывающий слой 6a может использоваться в качестве дополнительного слоя герметизации.

Фиг. 1c раскрывает в упрощенном и схематическом поперечном сечении листовой слой 8 в соответствии с одним вариантом осуществления. Такой слой 8 может использоваться в качестве слоя внутренней или внешней оболочки для того, чтобы изготовить внутреннюю оболочку 20 или внешнюю оболочку 24 (обе не показаны). Ламинатный слой 8 изготавливается из полупроницаемого монолитного слоя 8a гидрофильного материала, который является по меньшей мере временно газонепроницаемым, но паропроницаемым. Примером такого материала является пленка из полиуретана (PU), которая может иметь в одном варианте осуществления толщину 12 мкм. Для того чтобы изготовить внутреннюю или внешнюю оболочку 20, 24, первый и второй слои оболочки, каждый из которых изготовлен из монолитного слоя 8a гидрофильного материала, как показано на Фиг. 1c, могут быть связаны вместе вдоль связывающей части, образующей замкнутую петлю (см. Фиг. 5-8).

Альтернативный слой ламината 8 для образования внутренней или внешней оболочки 20, 24 показан на Фиг. 1d. Этот листовой полупроницаемый слой 8 имеет форму ламината и включает в себя первый слой 8a, изготовленный из гидрофильного материала, подобно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 1c, и второй слой 8b, изготовленный из микропористого материала, такого как, например, микропористый расширенный политетрафторэтилен. В одном варианте осуществления первый слой 8a может иметь толщину 12 мкм, а второй слой 8b может иметь толщину 40 мкм. Первый слой 8a может быть присоединен ко второму слою 8b с помощью любого известного способа ламинирования, например, как описано в патенте США №4194041.

Дополнительный альтернативный листовой полупроницаемый слой 8 для формирования внутренней или внешней оболочки 20, 24 показан на Фиг. 1e. Этот слой ламината 8 включает в себя первый слой 8a, изготовленный из гидрофильного материала, например из полиуретана, и второй слой 8b, изготовленный из микропористого материала, такого как, например, микропористый расширенный политетрафторэтилен, подобно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 1c и Фиг. 1d. Слой ламината 8 дополнительно включает в себя третий слой 8c из микропористого материала, такого как, например, микропористый расширенный политетрафторэтилен, подобно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 1d. Первый слой 8a из гидрофильного материала помещается между вторым и третьим слоями 8b, 8c. Также в этом примере первый слой 8a может быть присоединен ко второму слою 8b и третьему слою 8c соответственно с помощью любого известного способа ламинирования, например, как описано в патенте США №4194041. В одном варианте осуществления слой 8a может иметь толщину 12 мкм, слой 8b может иметь толщину 40 мкм и слой 8c может иметь толщину 40 мкм.

Дополнительный альтернативный листовой полупроницаемый слой 8 для формирования внешней оболочки 24 показан на Фиг. 1f. В этой альтернативе слой ламината 8, изображенный на Фиг. 1d, присоединен к текстильному слою 8d. В одном примере слой ламината 8 приклеивается его стороной из расширенного политетрафторэтилена 8b к нетканому текстильному слою 8d.

Как правило, по меньшей мере микропористый слой 8b обеспечивает свойства полупроницаемости (проницаемость для водяного пара и газонепроницаемость) слоя ламината 8. Микропористый слой особенно газонепроницаем для газа, произведенного агентом, вырабатывающим газ. Такой микропористый материал обычно также будет иметь характеристики водонепроницаемости. Примером такого микропористого материала является расширенный политетрафторэтилен, как описано в патенте США №3953566. В большинстве случаев гидрофильный слой 8a, 8c также может иметь характеристики газонепроницаемости по меньшей мере относительно газа, производимого агентом, вырабатывающим газ, и обычно также относительно жидкой воды. Однако газонепроницаемость гидрофильного слоя является требованием только в том случае, если слой 8 включает в себя только гидрофильный материал без какого бы то ни было микропористого материала, как показано на Фиг. 8a.

Как гидрофильный слой, так и микропористый слой (слои) являются проницаемыми для водяного пара и, следовательно, дышащими.

В этом применении любая структура, составленная из гидрофильных и/или микропористых слоев, являющихся проницаемыми для водяного пара, но по меньшей мере временно газонепроницаемыми, как описано, и по меньшей мере по отношению к газу, производимому агентом, вырабатывающим газ, упоминается как функциональный слой или функциональная структура.

В дополнение к описанному функциональному слою или функциональной структуре слои ламината 8, используемого в настоящем изобретении, могут включать в себя дополнительные слои дышащего текстильного материала, например, для целей поддержки или защиты функционального слоя или функциональной структуры или для целей изоляции.

Фиг. 3a показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение внутренней оболочки (в целом обозначенной как 20), заключающей в себе внутреннюю полость 16, которая содержит агент, вырабатывающий газ (в целом обозначенный как 18). На Фиг. 3a, так же как на каждой из Фиг. 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 4c, внутренняя оболочка 20 показана в неактивизированной конфигурации агента 18, вырабатывающего газ, и поэтому внутренняя оболочка 20 имеет ненадутую, существенно плоскую форму, также называемую неактивизированным состоянием. В плоской конфигурации, как показано на Фиг. 3a-3d и Фиг. 4a-4c, оболочка 20 имеет размер в направлении толщины, который является значительно меньшим, чем размеры оболочки 20 в направлениях, ортогональных к направлению толщины, то есть в боковых направлениях. Размер оболочки 20 в направлении толщины обозначен буквой d на Фиг. 3a-4c. Размер оболочки 20 в боковом направлении обозначен как A0 на Фиг. 3a-4c. Здесь A0 обозначает длину от конца одного сварного шва до конца противоположного сварного шва оболочки 20. В вариантах осуществления, в которых оболочка имеет в целом "круглую" или четырехугольную форму, размеры A0 оболочки могут быть существенно равными для всех боковых направлений. В других вариантах осуществления, в которых оболочка имеет в целом вытянутую форму, размер A0 в направлении ширины может быть более малым, чем размер A0 в направлении длины.

В одном варианте осуществления внутренняя оболочка 20 изготовлена из двух слоев внутренней оболочки 12, 14. Слои внутренней оболочки 12, 14 каждый могут иметь такую же конфигурацию, как и слой 6, показанный на Фиг. 1a или на Фиг. 1b. В частности, хотя это явно не показано, слои внутренней оболочки 12, 14 могут быть составлены каждый из трех слоев, как слой 6, изображенный на Фиг. 1a. Слой оболочки 12 является верхней частью внутренней оболочки 20, которая закрывает верхнюю часть внутренней полости 16. Слой оболочки 14 является нижней частью внутренней оболочки 20, которая закрывает нижнюю часть внутренней полости 16. Слой 12, закрывающий верхнюю часть внутренней полости 16, и слой 14, закрывающий нижнюю часть внутренней полости 16, имеют идентичную конфигурацию, например, как у ламината, изображенного на Фиг. 1a. Внутренняя оболочка 20 имеет самый внутренний слой герметизации, промежуточный, непроницаемый для текучей среды слой и внешний покрывающий слой.

Альтернативно, внутренняя оболочка 20 может быть составлена из двух слоев внутренней оболочки, как изображено на Фиг. 1b, или из одного слоя внутренней оболочки, как изображено на Фиг. 1a, и одного слоя внутренней оболочки, как изображено на Фиг. 1b. Альтернативные материалы, в частности монослои или слои ламината более или менее усложненной конфигурации, могут использоваться для изготовления внутренней оболочки 20, как в общих чертах описано выше. В том случае, если используется агент, вырабатывающий газ, который является существенно жидким в его неактивизированной конфигурации, предпочтительно, чтобы ламинаты, используемые для формирования внутренней оболочки, были непроницаемыми для текучей среды и связывались друг с другом герметично таким образом, чтобы получить герметичную внутреннюю оболочку 20.

Внутренняя оболочка 20 заключает в себя внутреннюю полость 16, которая заполнена агентом 18, вырабатывающим газ. Агент 18, вырабатывающий газ, выбирается так, чтобы он был жидкостью, имеющей подходящее равновесное давление пара при комнатной температуре, определяющей неактивизированную конфигурацию агента 18, вырабатывающего газ. В неактивизированной конфигурации агента 18, вырабатывающего газ, показанной на Фиг. 3a, агент 18, вырабатывающий газ, находится существенно в жидкой фазе, обозначенной как 18', с некоторым количеством газовой фазы в соответствии с его равновесным давлением пара. Внутренняя оболочка 20 обеспечивает существенно герметичное ограждение внутренней полости 16, и, следовательно, внутренняя полость 16 содержит достаточное количество агента 18, вырабатывающего газ, а остающийся объем внутренней полости 16 заполнен другим газом, в частности остаточным количеством воздуха или другого газа, попавшего во внутреннюю полость 16 во время ее наполнения агентом 18, вырабатывающим газ. В раскрытом примере агент 18, вырабатывающий газ, является жидкостью, имеющей химическую формулу CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂. Такая жидкость обычно используется для тушения огня и коммерчески доступна под торговой маркой "Противопожарная жидкость NOVEC® 1230" от компании 3M. В качестве агента, вырабатывающего газ, могут использоваться и другие жидкости, как изложено выше. Альтернативно, агент 18, вырабатывающий газ, в неактивизированной конфигурации может быть твердым веществом, например, в форме порошка. В таком случае будет достаточно, чтобы внутренняя оболочка была достаточно плотна, чтобы предохранить агент, вырабатывающий газ, от загрязнения.

Первый способ изготовления внутренней оболочки 20, как показано на Фиг. 3a, заключается в следующем.

1. Внутренняя оболочка, способ 1: первая стадия герметизации

Два слоя внутренней оболочки 12, 14, изготовленные из материала в соответствии с Фиг. 1a или Фиг. 1b, помещаются друг на друга так, что их соответствующие слои герметизации обращены друг к другу. Для формирования четырехугольной внутренней оболочки 20 горячий брусок (ширина герметизации: 2 мм) входит в контакт со слоями внутренней оболочки 12, 14 так, чтобы свести слои герметизации и сварить слои герметизации вместе. Эта процедура выполняется для трех из четырех сторон четырехугольной оболочки 20. Таким образом формируется внутренняя оболочка 20 с одной открытой стороной.

2. Внутренняя оболочка, способ 1: стадия заполнения

Внутренняя оболочка 20 помещается на точные весы, и агент 18, вырабатывающий газ, вводится во внутреннюю оболочку, например, с использованием шприцевой иглы. Количество введенного агента, вырабатывающего газ, контролируется с помощью весов.

Например: агент 18, вырабатывающий газ, в количестве 0,07 г будет введен во внутреннюю оболочку 20 в том случае, если внутренняя оболочка 20 имеет следующую спецификацию: внутренняя оболочка 20 сформирована из двух слоев внутренней оболочки 12, 14, составленных из полиэтилентерефталата/алюминия/полиэтилена, как описано выше, внешний размер внутренней оболочки 20 равен 20 мм в длину и 20 мм в ширину (что соответствует внутреннему размеру полости 16 мм в длину и 16 мм в ширину), и в качестве агента 18, вырабатывающего газ, выбрана жидкость Novec® 1230.

3. Внутренняя оболочка, способ 1: вторая стадия герметизации

После того как стадия заполнения завершена, открытая сторона внутренней оболочки 20 закрывается четвертой линией герметизации шириной 2 мм. После этого внутренняя оболочка 20 обрезается точно вдоль линии герметизации.

Правильность заполнения для внутренних оболочек, изготовленных описанным выше способом, может быть измерена следующим образом.

Предопределенное количество внутренних оболочек 20 (например, 10 внутренних оболочек) изготавливается в соответствии с первой стадией герметизации, каждая из этих внутренних оболочек 20 маркируется и взвешивается индивидуально на 4-разрядных весах (например, Satorius BP121S). Предопределенное количество агента 18, вырабатывающего газ, в форме жидкости вводится через трубу из резервуара гравитационной подачи, включающего в себя клапан с таймером, через шприцевую иглу во внутренность внутренней оболочки. Предопределенное время открытия клапана обеспечивается регулируемым электрическим таймером.

Каждая внутренняя оболочка 20 немедленно закрывается посредством второй стадии герметизации. Каждая из заполненных внутренних оболочек 20 взвешивается, и вес пустой внутренней оболочки 20 (измеренный перед заполнением) вычитается из полученного веса. Достижимым является максимальное отклонение плюс/минус 10% от среднего значения для набора образцов.

Второй способ изготовления внутренней оболочки 20, как показано на Фиг. 2a-2d, заключается в следующем.

Внутренняя оболочка, способ 2: первая стадия (Фиг. 2a)

Используется вытянутый ламинатный лист внутренней оболочки, например лист шириной 65 мм и длиной 1,3 м, изготовленный из ламинатного материала 6 в соответствии с Фиг. 1a. Альтернативно может использоваться лист различного размера и/или изготовленный из другого ламинатного материала, например изготовленный из ламинатного материала 6, показанного на Фиг. 1b. Ламинатный лист внутренней оболочки складывается вдоль его длинной стороны таким образом, что покрывающий слой 6a ламината 6 располагается снаружи, а слой герметизации 6c располагается внутри. Таким образом, верхний слой внутренней оболочки 12 и нижний слой внутренней оболочки 14 располагаются так, что слои герметизации 6c и 6c обращены друг к другу. Таким образом создается предварительная оболочка 101. Предварительная оболочка 101 имеет ширину 32,5 мм и длину 1,3 м. Предварительная оболочка 101 закрыта с ее одной длинной стороны 102 и открыта вдоль ее противоположной длинной стороны 103. Обе короткие стороны 104 и 105 предварительной оболочки 101 открыты.

Внутренняя оболочка, способ 2: вторая стадия (Фиг. 2b)

Вращающееся колесо ультразвуковой сварки (например, шириной 5 мм) контактирует с ламинатом 6 у его открытой длинной стороны 103 так, чтобы плотно сжать два слоя герметизации 6c друг с другом. Слои герметизации 6c непрерывно свариваются вдоль линии герметизации 106, проходящей параллельно открытой длинной стороне 103 предварительной оболочки 101. Таким образом, длинная сторона 103 закрывается, и предварительная оболочка 101 имеет трубчатую форму с двумя открытыми короткими сторонами 104, 105. Горячий герметизирующий брусок (ширина герметизации: 2 мм) прижимается к ламинату 6 предварительной оболочки 101 на одной из более коротких сторон 105, чтобы привести слои герметизации 6c в контакт друг с другом. Слои герметизации 6c свариваются вместе вдоль линии герметизации 107, проходящей параллельно более короткой стороне 105, чтобы закрыть предварительную оболочку 101 с более короткой стороны 105. Предварительная оболочка 101 после этого имеет форму трубки с одним закрытым концом.

Затем, удерживая открытую короткую сторону 104 выше закрытой короткой стороны 105, агент 18, вырабатывающий газ, вводят в открытую трубчатую предварительную оболочку 101 через открытую короткую сторону 104. Например, для описанной предварительной оболочки 101 при формировании внутренней полости с внутренним размером 23 мм в ширину и 1 м в длину предварительная оболочка 101, изготовленная из слоя ламината 6, составленного из полиэтилентерефталата/алюминия/полиэтилена, как описано выше и показано на Фиг. 1a, и для агента 18, вырабатывающего газ, являющегося жидкостью, известной как Novec® 1230, как описано выше, в предварительную оболочку 101 войдет 4 мл агента 18, вырабатывающего газ.

Внутренняя оболочка, способ 2: третья стадия (Фиг. 2c)

Предварительная оболочка 101 удерживается так, что ее открытая короткая сторона 104 смотрит вверх, и удерживается в вертикальном положении так, чтобы агент 18, вырабатывающий газ, заполняя полость, концентрировался у закрытой более короткой стороны 105 предварительной оболочки 101. Начиная от закрытой более короткой стороны 105, предварительная оболочка 101 приводится в плотный контакт со вторым вращающимся колесом ультразвуковой сварки 110. Сваривающее колесо 110 является частью машины ультразвуковой сварки, имеющей пару сваривающих колес 110, 111. Сваривающее колесо 110 имеет круговую поверхность 112, образованную множеством круговых контуров герметизации 114A, 114B,... Каждый из контуров герметизации 114A, 114B,... имеет форму, соответствующую форме линии герметизации оболочек 20A, 20B,..., которые должны быть изготовлены. В этой конфигурации сваривающее колесо 111 имеет плоскую круговую поверхность.

Предварительная оболочка 101 пропускается через пару сваривающих колес 110, 111, начиная от закрытой более короткой стороны 105, см. стрелку B на Фиг. 2c, указывающую направление перемещения предварительной оболочки 101. Таким образом сваривающее колесо 110 вначале контактирует с закрытой короткой стороной 105 предварительной оболочки 101, а в конце контактирует с открытой короткой стороной 104 предварительной оболочки 101.

Когда сваривающее колесо 110 контактирует с предварительной оболочкой 101, агент 18, вырабатывающий газ, выдавливается вращающимися колесами ультразвуковой сварки 110, 111 в тех областях, где один из контуров герметизации 114A, 114B входит в контакт с предварительной оболочкой 101, так как в таких областях слои герметизации плотно соприкасаются друг с другом и свариваются. Таким образом, в предварительной оболочке 101 формируется замкнутый контур герметизации 116A, определяющий герметизирующие части конечной оболочки 20A.

По мере того как предварительная оболочка 101 проходит через промежуток между вращающимися сваривающими колесами 110, 111, в предварительной оболочке 101 формируется множество последовательных контуров герметизации 116A, 116B,... Каждый контур герметизации 116A, 116B,... замыкает соответствующую полость 16A, 16B,..., заполненную предопределенным количеством агента 18, вырабатывающего газ.

Было найдено, что после вышеописанной процедуры каждая полость 16A, 16B,..., сформированная в предварительной оболочке 101, может быть заполнена приблизительно одним и тем же предопределенным количеством агента 18, вырабатывающего газ. Особенно хорошие воспроизводимые результаты могут быть получены при использовании инструмента ультразвуковой сварки, например, в форме пары колес ультразвуковой сварки 110, 111 для того, чтобы создать контуры герметизации 116A, 116B,... в предварительной оболочке 101.

В одном примере, имеющем размеры как описано выше, может быть создано 40 заполненных герметизирующих контуров 116A, 116B, имеющих каждый внешние размеры 23 мм в длину и 20 мм в ширину и размер полости 18 мм в длину и 16 мм в ширину.

Внутренняя оболочка, способ 2: четвертая стадия (Фиг. 2d)

Наконец, конечная предварительная оболочка 101, имеющая сформированные в ней контуры герметизации 116A, 116B,..., разрезается, например, используя ручную или автоматизированную стандартную вырубную машину с пуансоном, имеющим форму внешних размеров контуров герметизации 116A, 116B. Таким образом получаются индивидуальные внутренние оболочки 20A, 20B, как показано на Фиг. 2d.

Правильность заполнения внутренних оболочек, произведенных согласно второму методу, описанному выше, может быть измерена следующим образом.

Предопределенное количество внутренних оболочек 20 (например, 10 оболочек) изготавливается в соответствии с вышеописанными стадиями герметизации/заполнения с первой по четвертую, каждая из этих внутренних оболочек 20 маркируется и взвешивается индивидуально на 4-разрядных весах (например, Satorius BP121S). Каждая из внутренних оболочек 20 помещается на горячую пластину с температурой много больше температуры активации агента 18, вырабатывающего газ, для того, чтобы гарантировать, что каждая из внутренних оболочек 20 разорвется и полностью высвободит газообразный агент 18, вырабатывающий газ. Пустые внутренние оболочки взвешиваются индивидуально на 4-разрядных весах. Вычисляется потеря массы каждой внутренней оболочкой. В случае впитывания влаги материалом внутренней оболочки внутренние оболочки должны быть выдержаны по меньшей мере в течение 1 часа в той же самой окружающей среде, в идеале - при температуре 23°C и 65%-ой относительной влажности воздуха.

Герметичность внутренней оболочки может быть измерена в соответствии с одним из следующих способов.

Способ 1 для измерения герметичности внутренних оболочек

Каждая внутренняя оболочка 20 маркируется индивидуально. Каждая внутренняя оболочка 20 взвешивается на 4-разрядных весах (например, Satorius BP121S). Внутренние оболочки 20 хранятся в заданных условиях окружающей среды (20°C, 65%-я относительная влажность воздуха). Описанная процедура взвешивания повторяется после 1 месяца хранения. Эта процедура продолжается в течение по меньшей мере 6 месяцев. Потеря массы после 6 месяцев должна составлять менее 20%, лучше 10%, идеально - менее 1% заполненной массы. Дополнительно к этому функциональность каждой внутренней оболочки 20 проверяется после 6 месяцев на горячей пластине или в водяной бане. Внутренняя оболочка 20 должна показать увеличение толщины под воздействием температуры выше температуры активации.

Фиг. 3b показывает внутреннюю оболочку 20, заключающую в себе внутреннюю полость 16 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления. Внутренняя оболочка 20, показанная на Фиг. 3b, включает в себя агент 18, вырабатывающий газ, нанесенный на вспомогательное средство дозирования 19. Вспомогательное средство дозирования 19 может быть изготовлено из любого материала, который в состоянии абсорбировать агент 18, вырабатывающий газ, например из абсорбирующего бумажного материала, тканого или нетканого текстильного материала или губчатого материала. На Фиг. 3b фильтровальная бумага используется в качестве вспомогательного средства дозирования 19. Вспомогательное средство дозирования 19 пропитывается заранее заданным количеством агента 18, вырабатывающего газ, и затем вставляется во внутреннюю полость 16. Это может быть сделано способом, подобным первому способу, описанному выше. Как альтернатива процедуре, описанной выше, вспомогательное средство дозирования 19 может быть снабжено агентом 18, вырабатывающим газ, на первой стадии, а затем вспомогательное средство дозирования 19 может быть размещено между первым и вторым слоями внутренней оболочки 12, 14 прежде, чем первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 будут связаны вместе. Агент 18, вырабатывающий газ, при активации будет высвобождаться из вспомогательного средства дозирования 19 и раздувать внутреннюю полость 16.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 3b, вспомогательное средство дозирования 19 имеет меньшие горизонтальные размеры, чем внутренняя полость 16, так что вспомогательное средство дозирования 19 не мешает соединению (например, вдоль линий герметизации) первого и второго слоев внутренней оболочки 12, 14.

Фиг. 3c показывает внутреннюю оболочку 20, заключающую в себя внутреннюю полость 16 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления. В этом варианте осуществления внутренняя оболочка 20 также включает в себя агент 18, вырабатывающий газ, нанесенный на вспомогательное средство дозирования 19. В этом варианте осуществления вспомогательное средство дозирования 19 изготавливается из материала, который не мешает процессу связывания, используемому для связи слоев внутренней оболочки 12, 14 вместе, или даже может быть изготовлено из материала, который поддерживает такой процесс связывания, как слой герметизации. Это позволяет вспомогательному средству дозирования 19 использоваться в слоеной конструкции между первым и вторым слоями внутренней оболочки 12, 14 прежде, чем они будут связаны вместе. Вспомогательное средство дозирования 19 может даже покрывать те области герметизации, в которых первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 должны быть связаны вместе, и, следовательно, вспомогательное средство дозирования 19 может иметь листовую конфигурацию и использоваться в форме слоя вспомогательного средства дозирования 19, вставленного между первым и вторым слоями внутренней оболочки 12, 14 и покрывающего всю область герметизации первого и второго слоев внутренней оболочки 12, 14. Первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 связываются вместе вдоль областей герметизации, например, при помощи сварки, со вставленным между ними вспомогательным средством дозирования 19.

Учитывая то, что агент 18, вырабатывающий газ, не мешает соединению первого и второго слоев внутренней оболочки 12, 14, агент 18, вырабатывающий газ, может быть нанесен на все вспомогательное средство дозирования 19. Для того чтобы ограничить области, где агент, вырабатывающий газ, наносится на вспомогательное средство дозирования в герметизирующей части, агент 18, вырабатывающий газ, может быть нанесен на вспомогательное средство дозирования 19 в форме дискретных полос. В этом случае расстояние между полосами может быть выбрано таким образом, чтобы каждая внутренняя оболочка пересекалась одной полосой агента, вырабатывающего газ. Вообще более выгодно будет наносить агент 18, вырабатывающий газ, только на те части вспомогательного средства дозирования 19, которые будут находиться во внутренней полости 16, то есть которые будут полностью закрыты областями герметизации, в которых первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 связываются вместе. Таким образом более точно может быть настроено желаемое предопределенное количество агента 18, вырабатывающего газ, для подходящей активации и надувания внутренней оболочки 20. Например, агент 18, вырабатывающий газ, может быть нанесен на вспомогательное средство дозирования 19 в виде массива из множества дискретных пятен или областей, каждая из которых полностью находится в соответствующей внутренней полости 16.

В одном варианте осуществления, где первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 связываются вместе посредством сварки при наличии между ними вспомогательного средства дозирования, вспомогательное средство дозирования 19 может быть изготовлено из текстильной структуры, такой как нетканый полипропилен; или может быть изготовлено из пористого материала, такого как расширенный полиэтилен (ePE); или может быть изготовлено из расширенного полипропилена (ePP). Каждый из этих материалов позволяет сваривать первый слой внутренней оболочки 12 со вторым слоем внутренней оболочки 14, когда слой этого материала вставлен между ними.

В дополнительном варианте осуществления первый слой внутренней оболочки 12 и/или второй слой внутренней оболочки 14 могут обеспечивать функцию вспомогательного средства дозирования 19. Это может быть достигнуто путем формирования самых внутренних слоев первого слоя внутренней оболочки 12 и/или второго слоя внутренней оболочки 14, которые входят в контакт при сварке первого слоя внутренней оболочки 12 со вторым слоем внутренней оболочки 14, из подходящего материала, например, из вышеупомянутых материалов.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3c, вспомогательное средство дозирования 19 вставляется в форме дополнительного слоя между первым и вторым слоями внутренней оболочки 12, 14 таким образом, что формируются две внутренние подполости 16a и 16b. Внутренняя подполость 16a ограничивается верхним слоем ламината 12 и слоем вспомогательного средства дозирования 19, а внутренняя подполость 16b ограничивается нижним слоем ламината 14 и слоем вспомогательного средства дозирования 19. Агент 18, вырабатывающий газ, при активации будет высвобождаться из слоя вспомогательного средства дозирования 19 и раздует внутренние подполости 16a и 16b. Поскольку вспомогательное средство дозирования 19 не является непроницаемым для агента 18, вырабатывающего газ, по меньшей мере в то время, когда агент 18, вырабатывающий газ, находится в его активизированной конфигурации (в газообразном виде), остается возможным некоторый обмен агентом 18, вырабатывающим газ, между внутренними подполостями 16a и 16b. Этот вариант осуществления имеет то преимущество, что конвекция агента, вырабатывающего газ, в пределах оболочки ограничена.

Фиг. 3d показывает другую внутреннюю оболочку 20 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления. Оболочка 20, изображенная на Фиг. 3d, имеет первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 и промежуточный слой 21 в соответствии со слоем 6, изображенным на Фиг. 1b. Промежуточный слой 21 расположен между слоем 12 и слоем 14 по принципу сэндвича. Такое расположение предусматривает формирование двух внутренних подполостей 16a и 16b. Агент 18, вырабатывающий газ, обеспечивается отдельно как первый агент 18, вырабатывающий газ, для первой внутренней подполости 16a (обозначенный как а) и второй агент 18, вырабатывающий газ, для второй внутренней подполости 16b (обозначенный как b). В дополнительном варианте осуществления первый агент 18, вырабатывающий газ, (а) может быть обеспечен первым вспомогательным средством дозирования аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3b. Второй агент 18, вырабатывающий газ, (b) может быть обеспечен вторым вспомогательным средством дозирования также аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3b.

Далее, промежуточный слой 21 изготавливается из материала, существенно непроницаемого для агента 18, вырабатывающего газ, в его неактивизированной конфигурации 18a, так же как и для агента, вырабатывающего газ, в его активизированной конфигурации 18b. Промежуточный слой 21 также изготавливается из материала, который обеспечивает герметичное соединение между первым и вторым слоями внутренней оболочки 12, 14, как описано выше. Подходящей комбинацией материалов в варианте осуществления, изображенном на Фиг. 3a, является: первый слой внутренней оболочки 12: полиэтилентерефталат/алюминий/полиэтилен (см. Фиг. 1a); промежуточный слой: полиэтилен/алюминий/полиэтилен (см. Фиг. 1b); второй слой внутренней оболочки 14: полиэтилентерефталат/алюминий/полиэтилен (см. Фиг. 1a).

Также возможно использовать промежуточный слой 21, покрытый первым слоем вспомогательного средства дозирования и вторым слоем вспомогательного средства дозирования на обеих его сторонах, чтобы такие покрывающие слои действовали как вспомогательное средство дозирования для первой и второй внутренних подполостей 16a, 16b соответственно.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 3d, размер/объем внутренних подполостей 16a и 16b и соответственно количество агента, вырабатывающего газ, 18a, 18b для заполнения внутренних подполостей 16a, 16b могут быть настроены по желанию. Также возможно использовать различные агенты, вырабатывающие газ, 18a и 18b во внутренних подполостях 16a и 16b соответственно. Это может быть важно, поскольку одна из внутренних подполостей 16a, 16b всегда будет расположена ближе к источнику тепла, чем другая внутренняя подполость. Таким образом, оболочка 20, изображенная на Фиг. 3d, может быть сконструирована таким образом, чтобы агент, вырабатывающий газ, 18a или 18b во внутренней подполости 16 или 16b, которая располагается ближе к источнику тепла, имел более высокую температуру активации, чем агент в другой внутренней подполости. Далее, обеспечение двух "независимых" внутренних подполостей предусматривает избыточность в том смысле, что адаптивная система изоляции не перестает работать в том случае, если одна из внутренних подполостей разрушается.

Фиг. 3d далее показывает, что толщина d внутренней оболочки 20 будет определена двумя расстояниями da (толщина первой внутренней подполости 16a) и db (толщина второй внутренней подполости 16b). И da, и db увеличатся в том случае, если агенты, вырабатывающие газ, 18a, 18b изменят свое состояние с неактивизированной конфигурации на активизированную конфигурацию соответственно. Увеличение расстояния между первым и вторым слоями ламинарной структуры в соответствии с настоящим изобретением после активации агентов, вырабатывающих газ, 18a и 18b с D0 до D1 (см. Фиг. 6a и Фиг. 6b или Фиг. 7a и Фиг. 7b) будет существенно идентично увеличению толщины d внутренней оболочки 20 и, следовательно, будет происходить благодаря увеличению толщины da первой внутренней подполости 16a и увеличению толщины db второй внутренней подполости 16b.

Помимо облегчения точного дозирования агента 18, вырабатывающего газ, вспомогательное средство дозирования 19, как показано на Фиг. 3c, обеспечивает то преимущество, что оно может быть применено в конфигурации типа сэндвича как промежуточный слой между первым и вторым слоями внутренней оболочки 12 и 14. Это позволяет значительно упростить производство внутренних оболочек 20. Становится возможным изготовить множество внутренних оболочек 20, используя только один лист слоя внутренней оболочки 12, один лист вспомогательного средства дозирования 19 и один лист слоя внутренней оболочки 14. Возможно даже пропустить последний шаг разрезания, то есть не обеспечивать множество одиночных внутренних оболочек 20, но обеспечить ламинатный лист, включающий в себя массив или множество внутренних оболочек. Путем обрезки неиспользуемых частей между смежными внутренними оболочками 20 могут быть произведены либо индивидуальные внутренние оболочки 20, либо решетка внутренних оболочек 20. Для того чтобы произвести решетку внутренних оболочек, не надо делать разрезы вдоль всех линий герметизации внутренних оболочек, в результате смежные внутренние оболочки останутся соединенными друг с другом.

Подобные соображения применимы и к промежуточному слою 21.

Фиг. 4a, 4b и 4c показывают расположение двух внутренних оболочек 20a и 20b, которые связываются вместе посредством связи 23a так, чтобы сформировать внутреннюю структуру оболочки. Такое расположение имеет в использовании свойства, очень похожие на вариант осуществления, показанный на Фиг. 3d. Каждая из внутренних оболочек 20a, 20b ограничивает соответствующую внутреннюю полость 16a, 16b. Первая внутренняя полость 16a включает в себя первое вспомогательное средство дозирования 19a, снабженное первым агентом 18а, вырабатывающим газ, аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3b. Вторая внутренняя полость 16b включает в себя второе вспомогательное средство дозирования 19b, снабженное вторым агентом 18b, вырабатывающим газ, аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3b. Альтернативно использованию вспомогательного средства дозирования 19a, 19b согласно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3b, агенты, вырабатывающие газ, 18a и 18b могут быть обеспечены без использования вспомогательного средства дозирования подобно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3a, или с использованием слоя вспомогательного средства дозирования 19a, 19b подобно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3c. Каждая внутренняя оболочка 20a, 20b является существенно герметичной. Что касается возможностей для активации первого и второго агентов, вырабатывающих газ, 18a, 18b, применимо то же самое, что в общих чертах описано выше относительно варианта осуществления, изображенного на Фиг. 3d.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 4a, обе внутренние оболочки 20a, 20b имеют существенно идентичные размеры. Фиг. 4b показывает дополнительный вариант осуществления, который идентичен варианту осуществления, изображенному на Фиг. 4a, за исключением того, что внутренняя оболочка 20a более мала, чем внутренняя оболочка 20b.

В вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 4a и Фиг. 4b, внутренние оболочки 20a, 20b связываются вместе связью, расположенной в центральной части внутренних оболочек 20a, 20b. Следовательно, подобно варианту осуществления, изображенному на Фиг. 3d, толщина d внутренней оболочечной структуры определяется суммой двух расстояний da (толщина первой внутренней полости 16a) и db (толщина второй внутренней полости 16b). Увеличение расстояния D между первым слоем и вторым слоем после активации агентов, вырабатывающих газ, 18a и 18b будет существенно идентично увеличению толщины d внутренней оболочечной структуры и, следовательно, будет происходить благодаря увеличению толщины da первой внутренней подполости 16a и увеличению толщины db второй внутренней подполости 16b.

Соединение внутренних оболочек 20a и 20b может быть выполнено при помощи подходящих клеев, при помощи сварки или путем сшивания (в случае сшивания должны быть предприняты необходимые меры для того, чтобы сохранить герметичность).

Фиг. 4c показывает другое схематическое расположение двух внутренних оболочек 20a, 20b, связанных вместе для того, чтобы сформировать оболочечную структуру. В этом варианте осуществления внутренние оболочки 20a, 20b связываются вместе связью 23b, расположенной на одном из боковых концов внутренних оболочек 20a, 20b. Как можно видеть из Фиг. 4c, с помощью такого бокового расположения связи 23b формируется угол γ между горизонтальной плоскостью первой внутренней оболочки 20a и горизонтальной плоскостью второй внутренней оболочки 20b, величина которого составляет больше нуля. Горизонтальная плоскость внутренней оболочки 20a, 20b определяется как плоскость, ортогональная к направлению толщины внутренней оболочки соответственно.

При использовании боковой связи 23b, как показано на Фиг. 4c, толщина d внутренней оболочечной структуры не определяется суммой толщины da первой внутренней полости 16a и толщины db второй внутренней полости 16b, где da и db измеряются ортогонально к плоским плоскостям полостей 16a, 16b соответственно (как обозначено для вариантов осуществления, изображенных на Фиг. 4a и Фиг. 4b). Вместо этого, как показано на Фиг. 4c, толщина d внутренней оболочечной структуры определяется суммой толщины db второй внутренней полости 16b и "эффективной толщины" da' первой внутренней полости 16a. "Эффективная толщина" da' первой внутренней полости определяется приблизительно как da'≈Asin γ, где A - горизонтальный размер первой внутренней оболочки 20a.

Угол γ увеличится, когда после активации агентов, вырабатывающих газ, 18a, 18b первая и вторая внутренние оболочки 20a, 20b изменят свое состояние с неактивизированного состояния (обе внутренние оболочки 20a, 20b являются существенно плоскими) на активизированное состояние (обе внутренние оболочки 20a, 20b являются раздутыми и таким образом имеют выпуклую форму). Таким образом, увеличение эффективной толщины da' первой внутренней полости 16a в активизированной конфигурации агентов, вырабатывающих газ, 18a, 18b становится больше, чем увеличение толщины da первой внутренней полости 16a, измеренной ортогонально к плоской плоскости внутренней полости 16a (см. Фиг. 4a и Фиг. 4b). Увеличение расстояния между первым и вторым слоями ламинарной структуры по настоящему изобретению после активации агентов, вырабатывающих газ, 18a и 18b будет в основном идентично увеличению толщины d внутренней оболочечной структуры и, следовательно, будет происходить благодаря увеличению эффективной толщины da первой внутренней полости 16a и увеличению толщины db второй внутренней полости 16b.

Путем увеличения угла γ при изменении от неактивизированного состояния к активизированному состоянию внутренняя оболочечная структура, изображенная на Фиг. 4c, обеспечивает функцию, подобную шарниру. Это является очень эффективным способом увеличить такое расстояние, в частности, в том случае, когда оболочки имеют существенно плоскую конфигурацию в неактивизированном состоянии, так как в такой конфигурации горизонтальный размер А внутренних оболочек является большим, и угол γ после активации увеличится значительно. Таким способом могут быть связаны вместе даже больше чем две внутренние оболочки 20a, 20b для того, чтобы обеспечить выраженное шарнирное поведение наподобие растягивания мехов аккордеона при изменении из неактивизированного состояния в активизированное состояние.

Последствием такого шарнирного поведения является то, что внутренняя оболочечная структура позволяет получить значительно большее увеличение расстояния между первым слоем и вторым слоем в тканевой структуре, имеющей внутри себя оболочечную структуру, изображенную на Фиг. 4c. Альтернативно для того, чтобы достигнуть желаемого увеличения расстояния между первым и вторым слоями, может использоваться внутренняя оболочечная структура, покрывающая намного меньшую область ткани, чем это было бы необходимо, если бы использовались одиночные внутренние оболочки или даже если бы использовались внутренние оболочечные структуры, как показано на Фиг. 4a и Фиг. 4b.

Путем организации множества из двух или даже более внутренних оболочек 20a, 20b,..., расположенных друг на друге, как только что было описано, может быть достигнуто очень значительное увеличение толщины внутренней оболочечной структуры в целом, обеспечивающее таким образом ярко выраженное увеличение расстояния между первым слоем и вторым слоем. Результатом является очень эффективное увеличение теплоизолирующей способности в результате изменения температуры. Это особенно относится к варианту осуществления, изображенному на Фиг. 4c, обеспечивающему шарнирный эффект при изменении из неактивизированного состояния в активизированное состояние.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 4c, соединение внутренних оболочек 20a и 20b также может быть выполнено при помощи подходящих клеев, при помощи сварки или путем сшивания (в случае сшивания должны быть предприняты необходимые меры для того, чтобы сохранить герметичность).

Фиг. 5 показывает упрощенное и схематическое поперечное сечение ламинарной структуры в форме оболочечной структуры (в целом обозначенной как 10), включающей в себя внутреннюю оболочку 20, например, типов, показанных на Фиг. 3a-4c, и внешнюю оболочку 24. Внутренняя оболочка 20 заключает в себя внутреннюю полость 16. Внешняя оболочка 24 заключает в себя внешнюю полость 22. Внутренняя оболочка 20 включается во внешнюю полость 22. Внутренняя оболочка 20 формируется из двух слоев внутренней оболочки 12, 14 из материалов, показанных на Фиг. 1a или Фиг. 1b. Внутренние слои оболочки 12, 14 связываются вместе герметичным образом вдоль секций соединения 13a, 13b внутренней оболочки. Внешняя оболочка 24 формируется из двух слоев внешней оболочки 26, 28 из материалов, показанных на Фиг. 1c, 1d или 1e. Внешние слои оболочки 26, 28 связываются вместе вдоль секций соединения 27a, 27b внешней оболочки. Внутренняя полость 16 содержит агент, вырабатывающий газ, обозначенный как 18. На Фиг. 5 агент 18, вырабатывающий газ, являются жидкостью в своей неактивизированной конфигурации. В альтернативных вариантах осуществления агент 18, вырабатывающий газ, может быть твердым веществом, например порошком, в своей неактивизированной конфигурации. Такая одиночная оболочечная структура 10 может быть самой простой формой ламинарной структуры в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг. 5, так же как на каждой из Фиг. 6a, Фиг. 7a, Фиг. 9a-9d, ламинарная структура 10 показана в неактивизированной конфигурации агента 18, вырабатывающего газ, и, следовательно, внутренняя оболочка 20, так же как и внешняя оболочка 24, имеет ненадутую, существенно плоскую конфигурацию, также называемую неактивизированным состоянием. В неактивизированном состоянии размеры оболочек 20, 24 в направлениях длины и ширины намного больше, чем размер оболочек 20, 24 в направлении толщины, обозначенный на Фиг. 5 как d или D. Размер в направлении длины на Фиг. 5 обозначен как a0 или A0. Размер в направлении ширины является ортогональным к плоскости проекции и поэтому не обозначен. Длина оболочек 20, 24 в направлении ширины в этих примерах равна A0. В других вариантах осуществления размер в направлении ширины может быть даже больше.

Внешняя оболочка 24 изготавливается из двух слоев внешней оболочки 26, 28. Слои внешней оболочки 26, 28 каждый могут иметь конфигурацию, как описано выше и изображено на Фиг. 1c, Фиг. 1d, Фиг. 1e, Фиг. 1f, или аналогичную конфигурацию монолитных или композитных листовых материалов. В частности, хотя это и не показано явно, слои внешней оболочки 26, 28 каждый могут быть изготовлены из композитной структуры со множеством листов, например, как изображено на Фиг. 1b-1f и которые ламинированы друг на друга. Упомянутая композитная структура образует первую часть (на Фиг. 5 - верхнюю часть) внешней оболочки 24, ограничивающую первую часть внешней полости 22, и вторую часть (на Фиг. 5 - нижнюю часть) внешней оболочки 24, ограничивающую вторую часть внешней полости 24 соответственно. Слой внешней оболочки 26, ограничивающий первую часть внешней полости 22, и слой внешней оболочки 28, ограничивающий вторую часть внешней полости 22, могут иметь идентичные конфигурации, но это не является необходимым требованием. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления первый слой внешней оболочки 26 имеет конфигурацию, отличающуюся от конфигурации второго слоя внешней оболочки 28.

Кроме того, первый слой внешней оболочки 26 может быть изготовлен из другого материала оболочки, чем второй слой внешней оболочки 28. В одном варианте осуществления первый слой внешней оболочки 26 формируется из листового слоя в соответствии с Фиг. 1f, а второй слой внешней оболочки 28 формируется из листового слоя в соответствии с Фиг. 1d.

Внешняя оболочка 24 формируется посредством связывания вместе двух слоев внешней оболочки 26, 28 вдоль соединяющей части 27a, 27b, образующей замкнутую петлю. Таким способом формируется внешняя полость 22, которая ограничена внешней оболочкой 24. Слои внешней оболочки 26, 28, изготовленные из полиуретана, или слои внешней оболочки 26, 28, включающие в себя каждый слой из полиуретана, направленный к другому слою внешней оболочки, могут использоваться в качестве связывающих слоев для сварки или расплавления полиуретанового материала для того, чтобы сформировать клей. В том случае если какой-либо из слоев внешней оболочки, подлежащий связыванию с другим слоем оболочки, изготовлен из другого материала, непригодного для сварки или использования в качестве клея, например изготовлен из расширенного политетрафторэтилена, соединение может быть достигнуто при помощи подходящих клеев.

Для изготовления внешней оболочки 24 могут использоваться альтернативные материалы, как в общих чертах описано выше, при условии, что сами материалы являются полупроницаемыми (паропроницаемыми и газонепроницаемыми) относительно по меньшей мере одного неполярного газа, производимого агентом 18, вырабатывающим газ. Дополнительным требованием является то, что слои внешней оболочки 26, 28 могут быть связаны вместе существенно непроницаемо для газа для того, чтобы гарантировать, что газ останется во внешней полости 22 в течение достаточно длительного времени после активации агента 18, вырабатывающего газ.

Внешняя оболочка 24 ограничивает внешнюю полость 22, которая включает в себя внутреннюю оболочку 20. Внутренняя оболочка 20 заполнена агентом 18, вырабатывающим газ. Как изображено на Фиг. 5, агент 18, вырабатывающий газ, выбирается так, чтобы он был жидкостью, имеющей подходящее равновесное давление пара при комнатной температуре, определяющей неактивизированную конфигурацию агента 18, вырабатывающего газ. В неактивизированной конфигурации агента 18, вырабатывающего газ, как показано на Фиг. 5, агент 18, вырабатывающий газ, находится в основном в жидкой фазе с некоторым количеством газовой фазы в соответствии с равновесным давлением пара. Внутренняя оболочка 20 обеспечивает существенную герметизацию внутренней полости 16, и, следовательно, внутренняя полость 16 почти полностью заполнена агентом 18, вырабатывающим газ, и только незначительный объем внутренней полости 16 заполнен другим газом, в частности остаточным воздухом, попавшим во внутреннюю полость 16 во время ее заполнения агентом 18, вырабатывающим газ. В раскрытом примере агент 18, вырабатывающий газ, является жидкостью, имеющей химическую формулу CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂. Такая жидкость обычно используется для тушения огня и коммерчески доступна под торговой маркой "Противопожарная жидкость NOVEC® 1230" от компании 3M. В качестве агента, вырабатывающего газ, могут использоваться и другие жидкости, как изложено выше. Альтернативно, агент 18, вырабатывающий газ, может быть выбран таким образом, чтобы он был порошком при комнатной температуре, определяющей его неактивизированную конфигурацию.

Функциональность ламинарной структуры 10 в форме оболочечной структуры, показанной на Фиг. 5, в процессе активации демонстрируется на Фиг. 6a, Фиг. 6b и Фиг. 6c. Фиг. 6a показывает оболочечную структуру 10, изображенную на Фиг. 5, в неактивизированном состоянии с агентом 18, вырабатывающим газ, в жидкой фазе. Фиг. 6b показывает оболочечную структуру 10 в состоянии первичной активации, то есть после того, как большая часть агента 18, вырабатывающего газ, испарилась и перешла в газовую фазу, но все еще полностью находится в пределах внутренней полости 16. При сравнении Фиг. 6a и Фиг. 6b можно увидеть, что форма внутренней оболочки 16 изменилась с плоской формы с очень малой толщиной d0 (соответствующей расстоянию d0 между наружными поверхностями первого слоя внутренней оболочки 12 и второго слоя внутренней оболочки 14 в неактивизированном состоянии) на выпуклую форму с намного большей толщиной d1 в состоянии первичной активации, изображенном на Фиг. 6b. Соответственно в состоянии первичной активации, как показано на Фиг. 6b, размер внутренней оболочки 20 в боковых направлениях, ортогональных к направлению толщины, которое определено направлением, в котором измеряется расстояние d, слегка сокращается. Что касается варианта осуществления, показанного с агентом 18, вырабатывающим газ, в жидком состоянии, первый и второй слои внутренней оболочки 12, 14 изготовлены из чрезвычайно нерастяжимого или неэластичного материала, который не удлиняется сколько-нибудь значительно ни в каком направлении после ответа на активацию агента 18, вырабатывающего газ. Однако в ответ на увеличивающееся давление во внутренней полости 16 после активации агента 18, вырабатывающего газ, форма внутренней оболочки 20 изменяется таким образом, что достигается максимальный объем внутренней полости 16.

Когда толщина d внутренней оболочки 20 увеличивается от значения d0 до значения d1, в то же самое время толщина оболочечной структуры или толщина D ламинарной структуры 10 увеличивается соответственно, так как внутренняя оболочка 20 граничит с внутренними поверхностями внешней оболочки 24 и, следовательно, раздвигает соответствующие противоположные стенки внешней оболочки 24 далеко друг от друга. Таким образом, расстояние в направлении толщины между слоями внешней оболочки 26 и 28 увеличивается от значения d0 в неактивизированной конфигурации агента 18, вырабатывающего газ, (см. Фиг. 6a) до значения D1 в состоянии первичной активации (см. Фиг. 6b).

При дальнейшем повышении температуры давление газа, создаваемое агентом 18, вырабатывающим газ, во внутренней полости 16, еще больше увеличивается. Когда внутренняя оболочка 20 подвергнется воздействию увеличенной температуры и увеличенного давления газа в течение некоторого времени, материал внутренней оболочки 20 больше будет не в состоянии выдерживать такое давление, и внутренняя оболочка 20 разорвется или станет перфорированной. Пороговое время экспонирования, которое потребуется для внутренней оболочки 20, чтобы разорваться или стать перфорированной, зависит от давления агента 18, вырабатывающего газ, во внутренней полости 16 и от температуры газа во внутренней полости 16. Чем выше давление газа во внутренней полости 16 и чем выше температура во внутренней полости 16, тем меньше будет пороговое время экспонирования. В такой ситуации, которая показана на Фиг. 6c, агент 18, вырабатывающий газ, будет выпущен во внешнюю полость 22 и заполнит внешнюю полость 22. Таким образом, агент 18, вырабатывающий газ, напрямую раздувает внешнюю оболочку 24 до тех пор, пока расстояние между первым слоем внешней оболочки 26 и вторым слоем внешней оболочки 28 не достигнет третьего расстояния D2 в состоянии вторичной активации. Обычно является предпочтительным, чтобы агент 18, вырабатывающий газ, не выпускался полностью в газовой фазе в то время, как внутренняя оболочка 20 разрывается или становится перфорированной так, чтобы изменяться на второе состояние активации. Пороговое время экспонирования может быть настроено путем изготовления внутренней оболочки из подходящего материала и заполнения ее подходящим количеством выбранного агента 18, вырабатывающего газ.

Фиг. 7a, Фиг. 7b, и Фиг. 7c показывают подобный процесс активации для дополнительного варианта осуществления ламинарной структуры 10 в соответствии с настоящим изобретением.

Вариант осуществления, изображенный на Фиг. 7a-7c, включает в себя множество оболочечных структур, как подробно описано относительно Фиг. 6a-6c выше. Такие оболочечные структуры формируются между первым слоем 26 и вторым слоем 28.

В этом варианте осуществления первый слой 26 и второй слой 28 изготовлены из различных материалов, как описано ниже.

a) Первый слой 26 включает в себя мембранную структуру, включающую в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембранная структура изготавливается в соответствии с патентом США №4194041. Мембранная структура приклеивается ее стороной из расширенного политетрафторэтилена к нетканому текстильному слою, образуя листовой двухслойный ламинат (Фиг. 1f). Этот первый слой 26 является существенно неэластичным или нерастяжимым.

b) Второй слой 28 является мембранной структурой, включающей в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембрана изготавливается в соответствии с патентом США №4194041. Этот второй слой 28 является существенно эластичным или поддающимся растягиванию.

Слои 26, 28 связываются вместе посредством полиуретановых слоев. В поперечном разрезе ламинарная структура 10 имеет конфигурацию, показанную на Фиг. 7a (неактивизированное состояние), Фиг. 7b (состояние первичной активации) и Фиг. 7c (состояние вторичной активации).

В возможной конфигурации слои 26, 28 могут быть связаны в связывающих частях 27a, 27b, 27c, 27d таким образом, чтобы формировались карманы, то есть связывающие части 27a, 27b, 27c, 27d образуют замкнутые кривые, если смотреть сверху. Карманы, сформированные таким образом, конфигурируются так, чтобы быть внешними оболочками 24 ламинарной структуры. Например, первый и второй слои 26, 28 могут быть связаны сшиванием в форме простеганного композита и впоследствии герметизированы или могут быть сварены в случае, если желательна более высокая герметичность внешних оболочек 24.

В этом варианте осуществления каждая из внешних оболочек 24, сформированных посредством соединения первого и второго слоев 26, 28, получает соответствующую одну из внутренних оболочек 20. Возможны также другие варианты осуществления, в которых каждая из внешних оболочек 24 получает больше чем одну внутреннюю оболочку 20 или в которых часть карманов не получает ни одной внутренней оболочки 20. Внутренние оболочки 20 таким образом фиксируются их соответствующим карманом/внешней оболочкой 24 относительно перемещения в плоскости длины/ширины, определяемой слоями 26, 28. В одном варианте осуществления внутренние оболочки прикреплены к внутренней поверхности внешних оболочек, например клеевыми точками.

В этом варианте осуществления агент 18, вырабатывающий газ, выбирается так, чтобы он был порошком в его неактивизированной конфигурации, показанной на Фиг. 7a. Такой порошок может включать в себя двууглекислый натрий ("пищевую соду") NaHCO3, который распадается под воздействием тепла с образованием газообразного углекислого газа CO₂, являющегося одним из продуктов распада. Альтернативно может использоваться жидкий агент, вырабатывающий газ, (например, вышеупомянутый CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂), при условии, что внутренние оболочки 20 непроницаемы для такой жидкости.

Функциональность ламинарной структуры 10, включающей в себя одну или множество оболочек 20, в цикле активации показана на Фиг. 7a, Фиг. 7b и Фиг. 7c. Фиг. 7a показывает ламинарную структуру 10 в неактивизированном состоянии с агентом 18, вырабатывающим газ, находящимся в твердой фазе. Фиг. 7b показывает ламинарную структуру 10 в состоянии первичной активации, то есть после того, как агент 18, вырабатывающий газ, был переведен в его газовую фазу, но остался заключенным во внутренней полости 16. Аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 6a-6c, сравнивая Фиг. 7a и Фиг. 7b, можно заметить, что форма внутренних оболочек 20 изменилась с плоской формы с очень малой толщиной d0 в неактивизированном состоянии на выпуклую форму с намного большей толщиной d1 в состоянии первичной активации. При сравнении Фиг. 7a и Фиг. 7b становится очевидно, что активация агента 18, вырабатывающего газ, обеспечивает раздувание внутренних оболочек 20, находящихся внутри внешних оболочек 24. Такое раздувание внутренних оболочек 20 вызывает перемещение первого слоя 26 и второго слоя 28 в направлении друг от друга и увеличивает расстояние D между первым слоем 26 и вторым слоем 28 с первого расстояния D0 до второго расстояния D1.

Первый слой внешней оболочки 26 может быть изготовлен из существенно неэластичного или нерастяжимого материала, а второй слой внешней оболочки 28 изготавливается из существенно эластичного или поддающегося растягиванию материала. Следовательно, только поверхностная область второго слоя внешней оболочки 28 увеличивается в ответ на активацию агента 18, вырабатывающего газ. Таким образом, в ответ на увеличивающееся давление во внутренней полости 16 после активации агента 18, вырабатывающего газ, и соответствующего раздувания внутренних оболочек 20, внешние оболочки 24 изменяют форму таким образом, что первый слой внешней оболочки 26 остается стабильным в существенно неизменяемой конфигурации, но имеет место расширение второго слоя внешней оболочки 28. Первый слой внешней оболочки 26 изготавливается из существенно нерастяжимого материала, который не изменяет форму после активации агента, вырабатывающего газ. Стабильность первого слоя внешней оболочки 26 гарантирует, что любые ткани, произведенные с использованием ламинарной структуры 10, сохранят свою форму при воздействии тепла, например, будут иметь низкую температурную усадку.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 7a и Фиг. 7b, как первый, так и второй слои внешней оболочки 26, 28 являются слоями ламината, которые связываются друг с другом посредством связывающих областей 27a, 27b, 27c, 27d в регулярную решеточную структуру так, чтобы сформировать множество внешних оболочек 24, как описано выше. Таким образом, каждые две смежные внешние оболочки 24 разделяют между собой по меньшей мере одну связывающую часть 27a, 27b, 27c, 27d, которая разделяет соответствующие две смежные внешние полости. Ламинарная структура 10 в целом покрывается по меньшей мере одной из внешних оболочек 24. Тем не менее ламинарная структура 10 остается дышащей, потому что каждая из внешних оболочек 24 изготавливается из паропроницаемого материала.

Фиг. 7a и Фиг. 7b далее показывают, что в том случае, когда первый слой внешних оболочек 26 и/или второй слой внешних оболочек 28 имеет структуру с выпуклостями и впадинами, может быть удобным измерять расстояния D0 и D1 относительно справочных плоскостей первого и второго слоев внешней оболочки 26, 28 соответственно. В показанном примере расстояния D0 и D1 измеряются с использованием справочных плоскостей, касающихся самых удаленных точек первого и второго слоев внешней оболочки 26, 28 соответственно.

Фиг. 7a и Фиг. 7b далее показывают, что внутренние оболочки 20 помещаются в карманах таким образом, что остаются свободные промежутки между каждыми двумя соседними внутренними оболочками 20. Ширина этих промежутков на Фиг. 7a и Фиг. 7b обозначена как X. Можно заметить, что это расстояние X остается почти постоянным или даже немного увеличивается, когда агент 18, вырабатывающий газ, во внутренних оболочках 20 изменяет свою конфигурацию с неактивизированной конфигурации на активизированную конфигурацию.

На Фиг. 7c можно видеть аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 6c, что внутренние оболочки 20 были разрушены под увеличивающимся давлением газа, произведенного агентом 18, вырабатывающим газ, и что агент 18, вырабатывающий газ, выходит во внешнюю полость 22. Давление, производимое агентом 18, вырабатывающим газ, во внешних полостях 22, приводит к дальнейшему расширению поддающегося растягиванию второго слоя внешней оболочки 28. В результате такого расширения внешние полости 22 раздуваются еще больше и, следовательно, расстояние между первым и вторым слоями увеличивается до третьего расстояния D2 в состоянии вторичной активации.

Фиг. 8a-8c показывают в упрощенных и схематических поперечных сечениях ламинарную структуру 10 в соответствии с дополнительным вариантом осуществления. Фиг. 8a показывает ламинарную структуру 10 в состоянии первичной активации. Фиг. 8b показывает ламинарную структуру на первой стадии состояния вторичной активации. Фиг. 8c показывает ламинарную структуру 10 на следующей стадии состояния вторичной активации. Ламинарная структура 10 в соответствии с вариантом осуществления, изображенным на Фиг. 8a-8c, также включает в себя множество оболочечных структур. Каждая оболочечная структура сформирована соответствующей внешней оболочкой 24, заключающей в себя внутреннюю оболочку 20 (для удобства описания на Фиг. 8a-8c внешние оболочки обозначаются как 24a-24e, а внутренние оболочки обозначаются как 20a-20e). Внутренние оболочки 20a-20e могут быть любого типа, как описано выше. Каждая из внешних оболочек 24a-24e изготавливается из двух слоев оболочки 26, 28, которые связываются вместе вдоль связывающих частей 27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f решетчатым образом, как описано, так что каждые две смежные внешние оболочки 24a-24e разделяют между собой по меньшей мере одну общую связывающую часть 27a-27f.

Агент, вырабатывающий газ, обозначен ссылкой 18 для одной из оболочечных структур на Фиг. 8a-8c. После активации агента 18, вырабатывающего газ, с испарением по меньшей мере значительной части агента, вырабатывающего газ, давление газа во внутренних полостях 16a-16e увеличивается. Это приводит к раздуванию внутренних оболочек 20a-20e и к расширению внешних оболочек 24a-24e.

На каждой из Фиг. 8a-8c агент 18, вырабатывающий газ, уже подвергся превращению в газовую фазу. На Фиг. 8a расширение внутренних оболочек 20a-20e и внешних оболочек 24a-24e достигло такой стадии, где расстояние D1 между первым слоем 26 и вторым слоем 28 значительно увеличилось по сравнению с расстоянием D0 в неактивизированном состоянии (см. также описание Фиг. 6a и Фиг. 6b), но ряд внутренних оболочек 20a-20e и внешних оболочек 24a-24e, а также ряд соответствующих внутренних полостей 16a-16e и внешних полостей 22a-22e остались еще такими же, как в неактивизированном состоянии (состоянии первичной активации).

Давление газа, произведенного агентом 18, вырабатывающим газ, во внутренних полостях 16a-16e, сформированных внутренними оболочками 20a-20e, увеличивается далее от состояния первичной активации, изображенного на Фиг. 8a, к состоянию вторичной активации, изображенному на Фиг. 8b и Фиг. 8c. Когда состояние вторичной активации достигнуто, внутренние оболочки 20a-20e разрываются под давлением газа, находящегося внутри них, и агент 18, вырабатывающий газ, выпускается во внешние полости, см. Фиг. 8b. В начальной стадии состояния вторичной активации ряд внешних оболочек 24a-24e и ряд соответствующих внешних полостей 22a-22e все еще сохраняются такими же, как в неактивизированном состоянии и в состоянии первичной активации.

Фиг. 8c показывает следующую стадию состояния вторичной активации ламинарной структуры 10. На стадии, изображенной на Фиг. 8c, ряд связывающих частей 27c, 27d, разделяющих смежные внешние полости 22b и 22c, а также 22c и 22d, разрушены по меньшей мере частично под давлением газа в соответствующих внешних полостях 22b, 22c, 22d. В результате прежде разделенные внешние полости 22b, 22c, 22d стали объединенными в одну "макрополость" 30 на стадии, показанной на Фиг. 8c.

Такое объединение множества отдельных внешних полостей 22 на предопределенной стадии состояния вторичной активации ламинарной структуры 10 рассматривается как преимущество, потому что внешняя полость 22, имеющая больший объем, более эффективна для увеличения расстояния между первым слоем 26 и вторым слоем 28, чем внешняя полость 22 с меньшим объемом. По этой причине с точки зрения достижения эффективного увеличения теплоизоляции после активации выгодно обеспечить большие внешние полости. После активации внешние оболочки могут объединяться под воздействием давления газа для того, чтобы формировать большие "макрополости", которые позволяют дополнительно увеличить эффективность теплоизоляции.

Связывающие части 27c и 27d внешних оболочек 24b-24d, которые отделяют смежные внешние полости 22b-22d друг от друга, могут даже быть сконструированы таким способом, чтобы они были несколько более слабыми в своих заранее заданных частях так, чтобы обеспечить четко определенные точки разрыва на желаемой стадии активации в ответ на соответствующее увеличение давления во внешних полостях 22b-22d.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 8a-8c, первый слой внешней оболочки 26 и второй слой внешней оболочки 28 оба изготовлены из поддающегося растягиванию материала и, следовательно, в состоянии удлиняться по меньшей мере в одном направлении и изменять форму под давлением газа в полости. Однако структура, показанная на Фиг. 8a-8c, с макрополостями, образующимися, когда давление газа внутри полостей превышает некоторый порог, также может быть реализована с использованием ламинарной структуры 10, включающей в себя первый слой внешней оболочки 26 и второй слой внешней оболочки 28, изготовленные из различных материалов, в частности с использованием ламинарной структуры 10, включающей в себя первый слой оболочки 26 из нерастяжимого материала и второй слой внешней оболочки из поддающегося растягиванию материала, как показано на Фиг. 7a-7b.

Фиг. 9a-9c показывают тканевые композиты 50, включающие в себя ламинарную структуру 10 в соответствии с настоящим изобретением. Тканевые композиты 50 включают в себя множество слоев, расположенных друг на друге.

Внешняя сторона А означает для всех вариантов осуществления, изображенных на Фиг. 9a-9c, упомянутую сторону одежды, изготовленной с использованием таких тканевых композитов 50, которая направлена к окружающей среде.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 9a, если смотреть от внешней стороны А одежды, изготовленной с использованием такого тканевого композита 50, как обозначено стрелкой А на Фиг. 9a-9d, следующие слои расположены друг на друге:

(1) внешний слой теплозащитной оболочки 36, имеющий внешнюю сторону 35 и внутреннюю сторону 37;

(2) ламинарная структура 10, обеспечивающая адаптивную теплоизоляцию, как описано выше, расположенная на внутренней стороне 37 структуры внешней теплозащитной оболочки 36;

(3) изолирующая текстильная структура 46, расположенная на внутренней стороне тканевой структуры 50.

Внешний слой теплозащитной оболочки 36 изготавливается из тканой ткани с текстильным весом 200 г/м² с использованием волокон, доступных под названием Nomex Delta T, ткань доступна, например, от компании Fritsche, Германия.

Ламинарная структура 10 включает в себя первый слой внешней оболочки 26, обращенный к внешнему слою теплозащитной оболочки 36, и второй слой внешней оболочки 28, обращенный к изолирующей текстильной структуре 46. Первый слой внешней оболочки 26 присоединен к внутренней стороне внешнего слоя теплозащитной оболочки 36. Как первый слой внешней оболочки 26, так и второй слой внешней оболочки 28 ламинарной структуры 10 могут, но необязательно, включать в себя функциональные слои.

Первый слой внешней оболочки 26 включает в себя мембранную структуру 40, включающую в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембранная структура 40 изготавливается в соответствии с патентом США №4194041. Мембранная структура 40 прикрепляется клеем (например, клеевыми точками 44) своей стороной из расширенного политетрафторэтилена к нетканому арамидному текстильному слою 42, образуя листовой двухслойный ламинат (Фиг. 1f). Текстильный слой 42 изготавливается из 15% параарамидных волокон и 85% метаарамидных волокон с текстильным весом 90 г/м². Этот первый слой внешней оболочки 26 является существенно неэластичным или нерастяжимым.

Второй слой внешней оболочки 28 является мембранной структурой, включающей в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембрана изготавливается в соответствии с патентом США №4194041. Этот второй слой внешней оболочки 28 является существенно эластичным или поддающимся растягиванию.

Внутренние оболочки 20 ламинарной структуры 10 формируются несколькими стадиями герметизации, как описано выше со ссылками на Фиг. 2a-2d. Внутренние оболочки 20 могут иметь другие конфигурации, как описано выше. Оболочечные структуры ламинарной структуры 10, включая внешние оболочки 24, заключающие в себе соответствующие внутренние оболочки 20, имеют конфигурацию, описанную выше со ссылками на Фиг. 7a-7c. Возможны также и другие эквивалентные конфигурации.

Внешние оболочки 24 формируются из слоев внешней оболочки 26, 28, как описано выше. Каждая внешняя оболочка 24 включает в себя одну внутреннюю оболочку 20. Внутренняя оболочка 20 может иметь любой тип, описанный выше.

Самый внутренний тканый текстильный слой 46 имеет, например, текстильный вес 135 г/м² и изготавливается из волокон Nomex/вискозы (доступны от компании Fritsche, Германия). Самый внутренний тканый текстильный слой 46 обращен к коже владельца в том случае, если для производства одежды используется тканевый композит 50.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 9a, первый слой внешней оболочки 26, изготовленный из существенно неэластичного или нерастяжимого материала, обращен к внешнему слою теплозащитной оболочки 36, в то время как второй слой внешней оболочки 28, изготовленный из существенно эластичного или поддающегося растягиванию материала, обращен к изолирующей текстильной структуре 46. Следовательно, активация агента 18, вырабатывающего газ, приведет к раздуванию внутренних полостей 16 и внешних полостей 22 ламинарной структуры 10 существенно по направлению к внутренней стороне, то есть по направлению к коже владельца.

В ткани, изображенной на Фиг. 9a, ламинарная структура 10, обеспечивающая адаптивную теплоизоляцию, помещается внутри наружной оболочки 36 и снаружи от изолирующей текстильной структуры 46. Внешняя оболочка имеет огнеупорные и изолирующие свойства и поэтому обеспечивает защиту ламинарной структуры 10 от источника тепла. Следовательно, можно ожидать, что ламинарная структура 10 будет испытывать намного более низкие температуры, чем температуры, существующие у внешней оболочки 36 одежды, которая будет подвергнута воздействию источника тепла и/или пламени. Это дает преимущество, заключающееся в том, что температурная устойчивость материалов, используемых для ламинарной структуры 10, не должна быть столь же высокой, как это было бы необходимо для материала, расположенного ближе к внешней оболочке 36. Однако адаптивная теплоизолирующая структура 10 должна быть в состоянии реагировать (то есть стать активизированной) при относительно умеренном увеличении температуры. Что наиболее важно, такая реакция должна быть точно настроена, чтобы избежать ненужной активации при всего лишь умеренно увеличенных температурах, с одной стороны, и чтобы избежать катастрофического сбоя активации в случаях лишь немного более сильного увеличения температуры, чем ожидается для события активации. Было показано, что относительно точно управляемый адаптивный механизм теплоизоляции может быть осуществлен с использованием ламинарной структуры 10 с первым слоем 26 и вторым слоем 28 в соответствии с настоящим изобретением.

Другие примерные конфигурации тканей 50, на которые может быть нанесена ламинарная структура 10, показаны на Фиг. 9b-9d.

В ткани 50, изображенной на Фиг. 9a, ламинарная структура 10 включает в себя первый слой оболочки 26, образованный ламинатом, как показано на Фиг. 1f, и второй слой оболочки 28, образованный мембранным ламинатом, как показано на Фиг. 1d. Следовательно, ламинарная структура 10 сама по себе образует барьерную структуру 38.

В ткани 50, изображенной на Фиг. 9b, ламинарная структура 10 имеет ту же самую структуру, которая изображена на Фиг. 9a. Ламинарная структура 10 размещается в ткани способом, противоположным изображенному на Фиг. 9a. Второй слой оболочки 28 обращен к внутренней стороне 37 внешней оболочки 36, а первый слой оболочки 26 направлен к самой внутренней текстильной структуре 48, включающей в себя текстильные слои 47 и 49.

Внешний слой теплозащитной оболочки 36 изготавливается из тканой ткани с текстильным весом 200 г/м² с использованием волокон, доступных под названием Nomex Delta T, ткань доступна, например, от компании Fritsche, Германия.

Текстильные слои 47 и 49 формируют изолирующую текстильную структуру 48. Упомянутая изолирующая текстильная структура 48 изготавливается из одного слоя 47 спанлейса плотностью 55 г/м² (доступен как Vilene Fireblocker от компании Freudenberg), простеганного вместе с самой внутренней подкладкой 49, изготовленной из тканого материала Nomex/вискоза плотностью 135 г/м² (доступен от компании Fritsche). Самая внутренняя подкладка 49 обращена к коже владельца в том случае, если для производства одежды используется тканевый композит 50.

Ламинарная структура 10 размещается между внешним слоем теплозащитной оболочки 36 и изолирующей текстильной структурой 48. В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 9b, первый слой внешней оболочки 26, изготовленный из существенно неэластичного или нерастяжимого материала, обращен к изолирующей текстильной структуре 48, в то время как второй слой внешней оболочки 28, изготовленный из существенно эластичного или поддающегося растягиванию материала, обращен к внешнему слою теплозащитной оболочки 36. Следовательно, активация агента 18, вырабатывающего газ, приведет к раздуванию полостей 16 ламинарной структуры 10 существенно по направлению к внешней стороне А.

В ткани 50, изображенной на Фиг. 9b, ламинарная структура 10 также включает в себя первый слой оболочки 26, образованный функциональным ламинатом, и второй слой оболочки 28, также образованный функциональным ламинатом. Следовательно, ламинарная структура 10 сама по себе формирует барьерную структуру 38.

На Фиг. 9c ламинарная структура 10 включает в себя первый слой внешней оболочки 26 и второй слой внешней оболочки 28. Второй слой внешней оболочки 28 является мембранной структурой 40, включающей в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембрана изготавливается в соответствии с патентом США №4194041. Этот второй слой внешней оболочки 28 является существенно эластичным или поддающимся растягиванию. Первый слой внешней оболочки 26 включает в себя мембранную структуру 40, включающую в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембранная структура 40 изготавливается в соответствии с патентом США №4194041. Мембранная структура 40 с помощью клея присоединяется (например, клеевыми точками 44) своей стороной из расширенного политетрафторэтилена к внешнему слою теплозащитной оболочки 36, образуя первый слой внешней оболочки 26.

Внешний слой теплозащитной оболочки 36 изготавливается из тканой ткани с текстильным весом 200 г/м² с использованием волокон, доступных под названием Nomex Delta T, ткань доступна, например, от компании Fritsche, Германия.

Изолирующая текстильная структура 48, включающая в себя слои 47, 49 аналогично варианту осуществления, изображенному на Фиг. 9b, наносится на второй слой внешней оболочки 28 ламинарной структуры 10.

Ламинарная структура 10 по этому варианту осуществления формирует внешний слой ткани 50, и оболочечные структуры размещаются между внешним слоем теплозащитной оболочки 36 и изолирующей текстильной структурой 46. Первый слой внешней оболочки 26 изготавливается из существенно неэластичного или не поддающегося растягиванию материала. Второй слой внешней оболочки 28 изготавливается из существенно эластичного или поддающегося растягиванию материала и обращен к изолирующей текстильной структуре 46.

В ткани 50, изображенной на Фиг. 9c, ламинарная структура 10 также включает в себя первый слой оболочки 26, образованный функциональным ламинатом, и второй слой оболочки 28, также образованный функциональным ламинатом. Следовательно, ламинарная структура 10 сама по себе формирует барьерную структуру 38.

Ткань, изображенная на Фиг. 9d, идентична ткани, изображенной на Фиг. 9c, за исключением того, что ламинарная структура 10, обеспечивающая адаптивную теплоизоляцию, присоединена к самой внутренней изолирующей текстильной структуре 46 посредством клеевых точек 45. Самая внутренняя изолирующая текстильная структура 46 имеет конфигурацию, идентичную изображенной на Фиг. 9a.

На каждой из Фиг. 9a-9d агент 18, вырабатывающий газ, может быть жидким агентом, вырабатывающим газ, как обозначено ссылкой 18' на Фиг. 9a и Фиг. 9b, либо агент, вырабатывающий газ, может быть твердым агентом, вырабатывающим газ, например, в форме порошка, как обозначено ссылкой 18" на Фиг. 9a и Фиг. 9b.

Фиг. 10 показывает куртку пожарного 52, включающую в себя тканевый композит 50, как показано на Фиг. 9a-9d. Другие предметы одежды, которые могут включать в себя ткани 50 в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя куртки, плащи, брюки, комбинезоны, обувь, перчатки, носки, манжеты, головные уборы и т.п. или их части. Тканевый композит может использоваться также и в других изделиях, например в палатках, покрытиях и т.п.

Фиг. 11 показывает схематический эскиз устройства 300 для измерения увеличения расстояния D между первым слоем 26 и вторым слоем 28, когда ламинарная структура 10 переходит из неактивизированного состояния в состояние первичной активации и/или состояние вторичной активации. В этом контексте Фиг. 12 показывает схематический эскиз ламинарной структуры 10 в форме опытного образца 60 для использования с устройством, изображенным на Фиг. 11, для того, чтобы измерить увеличение расстояния D между первым слоем 26 и вторым слоем 28, когда ламинарная структура 10 опытного образца 60 переходит из неактивизированного состояния в состояние первичной активации и/или состояние вторичной активации. На Фиг. 12 опытный образец 60 показан в виде сверху. Его поперечное сечение соответствует поперечным сечениям, показанным на Фиг. 7a, Фиг. 7b и Фиг. 7b, с внутренней оболочкой 20, как показано на Фиг. 3a.

Опытный образец 60, показанный на Фиг. 12, включает в себя множество внутренних оболочек 20, как показано на Фиг. 3a, и множество внешних оболочек 24, как описано со ссылками на Фиг. 7а-7c. В поперечном сечении образец такой ламинарной структуры 10 показан на Фиг. 7a (неактивизированное состояние), Фиг. 7b (состояние первичной активации) и Фиг. 7c (состояние вторичной активации) за исключением того, что внутренние оболочки 20, наполненные жидким агентом 18, вырабатывающим газ, как показано на Фиг. 3a, включены во внешние оболочки 24.

Опытный образец 60 имеет ширину 140 мм (W=140 мм) и длину 140 мм (L=140 мм) и образует четырехугольный массив из 9 четырехугольных внешних оболочек 24 (на Фиг. 12 ссылкой 24 обозначена только одна внешняя оболочка), причем каждая внешняя оболочка 24 имеет ширину 40 мм и длину 40 мм (а=40 мм). Каждая из внутренних оболочек 20 имеет слегка эллиптическую форму, если смотреть сверху, с большим диаметром эллипса b1=23 мм и малым диаметром эллипса b2=20 мм и заполнена противопожарной жидкостью 3M NOVEC® 1230 (химическая формула: CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂) в качестве агента 18, вырабатывающего газ, в количестве 0,07 г.

В опытном образце 60, изображенном на Фиг. 12, первый слой внешней оболочки 26 и второй слой внешней оболочки 28 изготовлены из различных материалов, как описано ниже.

a) Первый слой внешней оболочки 26 включает в себя барьерный ламинат, включающий в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена, как описано в патенте США №4194041 (общая плотность 30 г/м²), и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Барьерный ламинат своей стороной из расширенного политетрафторэтилена приклеивается к текстильному слою, изготовленному из нетканой ткани (плотность 90 г/м², 15% параарамида, 85% метаарамида).

b) Второй слой внешней оболочки 28 является мембранной структурой, включающей в себя мембрану из расширенного политетрафторэтилена и гидрофильный слой, изготовленный из полиуретана. Мембранная структура изготавливается в соответствии с патентом США №4194041 (общая плотность 30 г/м²).

Слои внешней оболочки 26, 28 связываются вместе посредством полиуретановых слоев.

Для описания конфигурации внутренних оболочек 20 см. описание со ссылками на Фиг. 2a-2d и Фиг. 3a выше.

Опытный образец 60 был изготовлен следующим образом.

Внешняя оболочка: первая стадия герметизации

Два слоя ламината 26, 28, имеющие каждый 140 мм в ширину и 140 мм в длину, кладутся друг на друга своими гидрофильными слоями. В примере, изображенном на Фиг. 12, каждый слой имеет гидрофильный слой (например, полиуретановый слой) по меньшей мере с одной своей стороны (см., например, ламинаты 8, показанные на Фиг. 1c, Фиг. 1d и Фиг. 1e), и таким образом слои 26, 28 могут быть связаны вместе посредством сварки полиуретанового материала. Для других конфигураций могут использоваться другие подходящие способы соединения. Горячий брусок (ширина герметизации: 2 мм) контактирует со слоями 26, 28 так, чтобы сжать гидрофильные слои и сварить гидрофильные слои вместе вдоль одной из сторон четырехугольника. Таким образом формируется первая линейная связывающая часть 27a.

Внешняя оболочка: вторая стадия герметизации

Горячий брусок контактирует с ламинатами 26, 28 так, чтобы сварить ламинаты вместе вдоль четырех линейных связывающих частей 27b, 27c, 27d, 27e, проходящих под прямым углом к первой линейной связывающей части 27a. Четыре параллельные связывающие части 27b, 27c, 27d, 27e отстоят друг от друга на 40 мм. Линейные связывающие части 27b, 27c, с одной стороны, и 27d, 27f, с другой стороны, расположены симметрично относительно середины опытного образца 60 шириной 140 мм. Таким образом формируются три вытянутых кармана или внешние полости.

Внешняя оболочка: первая стадия заполнения

Для того чтобы поместить внутреннюю оболочку 20 в вытянутые карманы, опытный образец 60 удерживается вертикально своей открытой стороной вверх, чтобы внутренние оболочки 20 входили в три вытянутых кармана с открытой стороны и падали на дно вытянутых карманов. Каждая из внутренних оболочек 20 изготавливается, как описано выше со ссылками на Фиг. 2a-2d, и заполняется предопределенным количеством агента 18, вырабатывающего газ, как это требуется для одной из внешних полостей 22. Для опытного образца 60, изображенного на Фиг. 12, каждая из внутренних оболочек имеет немного эллиптическую форму, если смотреть сверху, с большим диаметром эллипса b1=23 мм и малым диаметром эллипса b2=20 мм и заполнена противопожарной жидкостью 3M NOVEC® 1230 (химическая формула: CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂) в качестве агента, вырабатывающего газ, в количестве 0,07 г.

Каждая из внешних оболочек 24 принимает по одной из внутренних оболочек 20.

Альтернативно может использоваться, агент, вырабатывающий газ, в твердой форме. Например, для опытного образца 60, изображенного на Фиг. 12, где каждая из внешних оболочек 24 имеет 40 мм в ширину и 40 мм в длину, в качестве агента 18, вырабатывающего газ, может использоваться порошок, изготовленный из двууглекислого натрия. Количество агента 18, вырабатывающего газ, вводимого в каждую внутреннюю оболочку 20, составляет около 0,3 г.

Внешняя оболочка: третья стадия герметизации

Используя горячий брусок, создается шестая линейная связывающая часть 27f, которая проходит параллельно первой линейной связывающей части 27a на расстоянии 40 мм от нее. Таким образом создаются три внешние оболочки 24 в первом ряду, каждая из которых заключает в себе соответствующую внешнюю полость 22 (на Фиг. 12 ссылкой 22 обозначена только одна из этих внешних полостей). Каждая из этих внешних полостей 22 содержит по одной внутренней оболочке 20.

Первая стадия заполнения повторяется для каждого из трех остающихся вытянутых карманов, открытых сверху. Затем третья стадия герметизации повторяется для того, чтобы создать седьмую линейную связывающую часть 27g, которая проходит параллельно первой и шестой линейным связывающим частям 27a и 27f на расстоянии 40 мм от седьмой линейной связывающей части 27g. Таким образом создаются следующие три внешние оболочки 24 во втором ряду, каждая из которых заключает в себе соответствующую внешнюю полость 22.

Первая стадия заполнения и третья стадия герметизации повторяются, чтобы создать следующую связывающую часть 27h, чтобы завершить ламинарную структуру 10 с девятью внешними оболочками 24, каждая из которых заключает в себе соответствующую внешнюю полость 22, содержащую по одной внутренней оболочке 20, наполненной агентом 18, вырабатывающим газ.

Изменение толщины такого опытного образца 60 под воздействием повышенной температуры измерялось следующим образом.

Установка измерительного устройства

Конструкция 300 для измерения изменения толщины опытного образца 60 в ответ на изменение температуры показана на Фиг. 11. Конструкция включает в себя основание 302, нагревательную пластину 304, верхнюю пластину 306 и лазерное устройство 314 для измерения расстояний.

Нагревательная пластина 304 соединена с нагревательным устройством (пластина размером 300 мм×500 мм из шабер-ножа Erichsen + управление нагревом Jumo Matec с контроллером Jumo dtron16, подсоединенным к питанию 220В/16A).

Опытный образец 60 плоско кладется на нагревательную пластину.

Верхняя пластина 306 имеет форму плоского диска с диаметром 89 мм и изготовлена из материала "Monolux 500" (доступен от компании Cape Boards & Panels, Ltd., Аксбридж, Англия) или эквивалентного материала. Верхняя пластина 306 плоско кладется сверху опытного образца 60.

Устройство 310 на базе лазера для измерения расстояний включает в себя раму 312 и лазерное устройство 314 для измерения расстояний (лазерный чувствительный элемент: Leuze ODSL-8N 4400 12, который соединен с аналого-цифровым преобразователем Almemo 2590-9V5, имеющим скорость считывания 3 измерения в секунду, который преобразует выходное напряжение 0-10 В лазерного чувствительного элемента в отсчеты расстояния в диапазоне 0-400 мм с точностью 0,2 мм на плоской пластине). Рама 312 устанавливается на основании 302, и к верхней ее стреле крепится лазерное устройство 314 для измерения расстояний, таким образом, что лазерное устройство 314 для измерения расстояний испускает лазерный луч 316 по направлению к верхней поверхности верхней пластины 306 и получает отраженный луч 318. Лазерное устройство 314 для измерения расстояний способно определить расстояние h между устройством 314 для измерения расстояний и верхней поверхностью верхней пластины 106. Предпочтительно лазерный луч 316 испускается перпендикулярно к верхней поверхности верхней пластины 306.

Температурный градиент пластины 304 составляет менее 2 K по всей пластине в диапазоне измерений.

Первая процедура измерения

Увеличение толщины по отношению к увеличению температуры

Испытание проводилось при комнатной температуре, то есть в условиях управляемого климата с температурой 23°C и 65%-й относительной влажностью. Использовался опытный образец 60, как в общих чертах было описано выше, у которого каждая внутренняя оболочка 20 заполнена противопожарной жидкостью 3M NOVEC® 1230 в качестве агента, вырабатывающего газ, в количестве 0,07 г.

(a) Верхняя пластина 306 помещалась непосредственно на нагревательную пластину 304 (без опытного образца) для того, чтобы получить нулевой отсчет h_0.

(b) Затем опытный образец 60 помещался между нагревательной пластиной 304 и верхней пластиной 306. Нагревательная пластина 304 нагревалась до температуры выше температуры окружающей среды и на 5 К ниже ожидаемой температуры активации агента, вырабатывающего газ, (до 44°C в случае использования противопожарной жидкости 3M NOVEC® 1230 в качестве агента, вырабатывающего газ) для того, чтобы получить начальный отсчет высоты h_1. Толщина опытного образца 60 (соответствующая расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в неактивизированном состоянии) D0=h_0-h_1.

(c) Температура нагревательной пластины увеличивалась с шагом 5 K, и после установления каждой новой температуры через 1 минуту считывалось значение расстояния h для того, чтобы вычислить изменение толщины h_1-h. Эта процедура повторялась до тех пор, пока первое максимальное расширение опытного образца 60 не показывало, что достигнуто состояние первичной активации. Первое максимальное расширение считалось достигнутым, если изменение толщины h_1-h по меньшей мере в двух последовательных температурных шагах в 5 K было идентичным в пределах 0,4 мм (удвоенная точность инструмента измерения расстояния). Таким образом получалось значение h_max1.

Толщина опытного образца 60 увеличивалась, как схематично показано на Фиг. 13 участком кривой 450 от точки А до точки В. Точка B соответствует состоянию первичной активации. В состоянии первичной активации температура нагревательной пластины составляла T1, а толщина опытного образца 60 составляла D1.

Толщина опытного образца 60 в состоянии первичной активации (соответствующая расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии первичной активации): D1=h_0-h_max1.

Увеличение толщины опытного образца 60 (соответствующее увеличению расстояния D между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии первичной активации по сравнению с неактивизированным состоянием) D1-D0=h_1-h_max1.

(e) Температура нагревательной пластины снова ступенчато увеличивалась с шагом 5 K, и после каждого нового шага через 1 минуту считывалось значение расстояния h, чтобы вычислить изменение толщины h_2-h. Эта процедура повторялась до тех пор, пока внутренние оболочки 20 не разрушались под давлением газа во внутренних полостях 16 и агент 18, вырабатывающий газ, не выпускался во внешние полости 22. При выбранных для испытания условиях и конфигурации используемого опытного образца 10 почти все из 9 внутренних оболочек 20 опытного образца разрушились на одном и том же 5-градусном шаге увеличения температуры. Точка разрушения внутренних оболочек обозначена как B' на Фиг. 13, а толщина опытного образца 60 изменялась в соответствии с отрезком кривой 452 между точками B и B' с очень небольшим увеличением толщины от D1 до D1'. В тех конфигурациях, где не все внутренние оболочки 20 разрушаются на одном и том же шаге увеличения температуры, толщина опытного образца 60 может несколько увеличиться на участке кривой между точками B и B', как показано на Фиг. 13. В тех конфигурациях, где все внутренние оболочки 20 разрушаются на одном и том же шаге увеличения температуры, толщина опытного образца 60 не будет значительно увеличиваться или будет лишь слегка увеличиваться до того шага увеличения температуры, на котором все оболочки 20 разрушатся, что соответствует точке B' на Фиг. 13. Толщина будет явно увеличиваться в следующих шагах увеличения температуры.

(f) После того как разрушение внутренних оболочек 20 произошло, агент 18, вырабатывающий газ, был выпущен во внешние полости 22 всех 9 оболочечных структур, и внешние полости 22 были раздуты. Следовательно, в следующем 5-градусном шаге увеличения температуры толщина опытного образца 60 увеличивалась далее, следуя участку кривой 454 на Фиг. 13 между точками B' и C. Процедура увеличения температуры повторялась далее, и отсчеты высоты h_2 получались для каждого 5-градусного шага увеличения температуры. Отсчеты высоты h_2 преобразовывались в толщину D опытного образца 60 в каждом 5-градусном шаге увеличения температуры в соответствии с формулой D=h_0-h_2. Как схематично обозначено на Фиг. 13, уменьшение наклона кривой зависимости D от T наблюдалось в точке C от крутого наклона на участке кривой 454 к более пологому наклону на участке кривой 456. Точка C на Фиг. 13 означает, что было достигнуто состояние вторичной активации. В состоянии вторичной активации температура нагревательной пластины составила T2, а толщина опытного образца 60 была равна D2. Шаги увеличения температуры были остановлены в точке E на Фиг. 13.

Толщина опытного образца 60 в состоянии вторичной активации (соответствующая расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии вторичной активации): D2=h_0-h_max2 (h_max2, полученная в точке C).

Увеличение толщины опытного образца 60 (соответствующее увеличению расстояния между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии вторичной активации по сравнению с неактивизированным состоянием) D2-D0=h_1-h_max2.

Вторая процедура измерения: способ обратимости толщины

В качестве примера опытного образца 60, способного подвергнуться множеству циклов активации/деактивации, будучи активированным до состояния первичной активации, была выполнена следующая тестовая процедура, чтобы продемонстрировать обратимость.

Испытание проводилось при комнатной температуре, то есть в условиях управляемого климата с температурой 23°C и 65%-й относительной влажностью. Использовался опытный образец 60, как в общих чертах было описано выше, у которого каждая внутренняя оболочка 20 заполнена противопожарной жидкостью 3M NOVEC® 1230 в качестве агента, вырабатывающего газ, в количестве 0,07 г.

Использовались описанные выше установки устройства измерения толщины.

(a) Верхняя пластина 306 помещалась непосредственно на нагревательную пластину 304 (без опытного образца) для того, чтобы получить нулевой отсчет h_0.

(b) Затем опытный образец 60 помещался между нагревательной пластиной 304 и верхней пластиной 306. Нагревательная пластина 304 нагревалась до температуры выше температуры окружающей среды и на 5 К ниже ожидаемой температуры активации агента, вырабатывающего газ, (до 44°C в случае использования противопожарной жидкости 3M NOVEC® 1230 в качестве агента, вырабатывающего газ) для того, чтобы получить начальный отсчет высоты h_1. Толщина опытного образца 60 (соответствующая расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ) D0=h_0-h_1.

(c) Цикл нагрева

Целевая температура нагревательной пластины 304 была установлена на 30°C выше температуры активации, например точки кипения агента, вырабатывающего газ, находящегося во внутренней оболочке 20, и нагревательная пластина 304 нагревалась со скоростью нагревания 1 К/мин. Увеличение толщины (соответствующее увеличению расстояния между первым слоем 26 и вторым слоем 28) измерялось лазерным устройством 314 каждые 10 с. Когда температура нагревательной пластины 304 достигла целевой температуры T1, эта температура поддерживалась постоянной в течение приблизительно 10 минут, и отсчеты увеличения толщины были продолжены. После 10 минут было измерено окончательное увеличение толщины (соответствующее расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии первичной активации).

Результат такой процедуры измерения схематично показан на Фиг. 13, участок кривой 450 от точки А до точки B.

(d) Цикл охлаждения

Целевая температура нагревательной пластины 302 была установлена на комнатную температуру, и нагревательная пластина 302 охлаждалась окружающей средой в течение 1 часа. Уменьшение толщины (соответствующее уменьшению расстояния D между первым слоем 26 и вторым слоем 28) измерялось лазерным устройством 314 каждые 10 с. Когда температура нагревательной пластины 304 достигла целевой температуры, эта температура поддерживалась постоянной в течение приблизительно 10 минут, и отсчеты уменьшения толщины были продолжены. После 10 минут было измерено окончательное уменьшение толщины (соответствующее расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в неактивизированной конфигурации).

Результат такой процедуры измерения схематично показан на Фиг. 13, участок кривой 460 от точки B до точки A.

Цикл нагрева (c) и цикл охлаждения (d) были повторены 3 раза. Каждый раз измерялись увеличение толщины при максимальной температуре и уменьшение толщины при минимальной температуре.

Результат теста обратимости толщины для одного цикла нагрева и одного цикла охлаждения от неактивизированной конфигурации до состояния первичной активации и обратно показан на Фиг. 13 в форме графика зависимости расстояния D от температуры T. Можно заметить, что была получена петля гистерезиса с участками кривой 450 и 460. Из верхнего плато этой петли гистерезиса может быть получено расстояние D1 между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии первичной активации, а из нижнего плато может быть получено расстояние D0 между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в неактивизированной конфигурации агента 18, вырабатывающего газ.

Третья процедура измерения

Увеличение толщины в зависимости от времени для данной температуры

Опытный образец 60 был подвергнут нагреву источником тепла с фиксированной температурой, и измерялось изменение толщины опытного образца 60 во времени.

Испытание проводилось при комнатной температуре, то есть в условиях управляемого климата с температурой 23°C и 65%-й относительной влажностью. Использовался опытный образец 60, как в общих чертах было описано выше, у которого каждая внутренняя оболочка 20 заполнена противопожарной жидкостью 3M NOVEC® 1230 в качестве агента, вырабатывающего газ, в количестве 0,07 г.

Использовались описанные выше установки устройства измерения толщины с нагревательной пластиной типа VHP C7-2, которую можно получить через веб-сайт www.vwr.com.

(a) Нагревательная пластина 304 выдерживалась при комнатной температуре. Верхняя пластина 306 помещалась непосредственно на нагревательную пластину 304 (без опытного образца) для того, чтобы получить нулевой отсчет h_0.

(b) Затем нагревательная пластина 304 нагревалась до температуры 250°C, и начинались отсчеты высоты h во времени. Отсчеты высоты получались с высоким временным разрешением для того, чтобы определить изменение толщины опытного образца 60 во времени. Нагревательная пластина 304 удерживалась при температуре 250°C в течение всего испытания.

(с) Опытный образец 60 вместе с установленной поверх него верхней пластиной 306 был помещен на нагревательную пластину 304. Первый отсчет высоты h_1 была получен немедленно для того, чтобы получить начальную толщину D0 опытного образца 60 (соответствующую расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в неактивизированном состоянии) D0=h_0-h_1, см. точку А на Фиг. 14, на которой схематично изображено изменение толщины D опытного образца 60 в зависимости от времени t, прошедшего после начала нагревания нагревательной пластины 304. В момент времени t0 опытный образец 60 был помещен на нагревательную пластину 304 (имеющую температуру 250°C) и была определена толщина D0.

(d) Так как нагревательная пластина 304 уже находилась при температуре 250°C, агент 18, вырабатывающий газ, (в этом примере противопожарная жидкость 3M NOVEC® 1230 в качестве агента, вырабатывающего газ) быстро изменил свою конфигурацию на газовую фазу, и таким образом толщина D опытного образца 60 быстро увеличилась, как обозначено участком кривой 550 между точками A и B на Фиг. 14. Кривая зависимости толщины от времени достигла первого промежуточного максимума в точке В. Был получен отсчет высоты h_max1 в точке B. Точка B соответствует состоянию первичной активации, где внутренние оболочки 20 были растянуты в максимально возможной степени, но все еще оставались неповрежденными. Как показано на Фиг. 14, состояние первичной активации было достигнуто в момент времени t1, и толщина опытного образца 60 составила D1.

Толщина опытного образца 60 в состоянии первичной активации (соответствующая расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии первичной активации): D1=h_0-h_max1.

Увеличение толщины опытного образца 60 (соответствующее увеличению расстояния между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии первичной активации по сравнению с неактивизированным состоянием) было вычислено по формуле D1-D0=h_1-h_max1.

(e) Достигнув промежуточного максимума расширения в точке B, внутренние оболочки 20 разрушились под давлением газа во внутренних полостях 16, и агент 18, вырабатывающий газ, был выпущен во внешние полости 22. После этого кривая зависимости толщины от времени сначала немного уменьшалась на участке кривой 552 на Фиг. 14, показывая небольшой промежуточный минимум, как обозначено точкой B' на Фиг. 14. Этот провал на графике зависимости толщины от времени объясняется внезапным увеличением объема, который заполняет агент 18, вырабатывающий газ, как только агент 18, вырабатывающий газ, был выпущен из внутренних оболочек 20 во внешние полости 22. Увеличение объема в этом случае не было достаточно быстро компенсировано дальнейшим преобразованием все еще неактивизированного агента 18, вырабатывающего газ, в его активизированную конфигурацию, и, следовательно, давление во внешних полостях 22 немного упало на короткое время. Будет ли наблюдаться промежуточный минимум, как обозначено точкой B', зависит от конкретной конфигурации используемого опытного образца, в особенности от природы и количества используемого агента 18, вырабатывающего газ. Возможны другие конфигурации, в которых при разрушении внутренних оболочек 20 никакого промежуточного минимума не будет наблюдаться вообще.

Как только внешние полости 22 были достаточно заполнены агентом 18, вырабатывающим газ, давление газа во внешних полостях 24 восстановилось и затем стало круто увеличиваться со временем. В соответствии с этим толщина D опытного образца 60 тоже стала круто увеличиваться со временем, как показано участком кривой 554 на Фиг. 14. Быстрое увеличение значительно замедлилось в точке C на Фиг. 14. В точке C был получен соответствующий отсчет высоты h_C. Изменение наклона кривой в точке C указывает на первую ступень состояния вторичной активации опытного образца 60.

Толщина опытного образца 60 в состоянии вторичной активации (соответствующая расстоянию между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии вторичной активации): D2=h_0-h_C.

Увеличение толщины опытного образца 60 (соответствующее увеличению расстояния между первым слоем 26 и вторым слоем 28 в состоянии вторичной активации по сравнению с неактивизированным состоянием): D2-D0=h_1-h_C.

(f) После точки C на Фиг. 14 толщина D опытного образца продолжала увеличиваться со временем, но с меньшим наклоном. Замедление увеличения толщины опытного образца 60, как предполагается, является следствием по меньшей мере одного из следующих двух эффектов: (i) агент, вырабатывающий газ, полностью подвергся преобразованию в свою активизированную конфигурацию, и поэтому количество газа во внешних полостях больше не увеличивается, но давление во внешних полостях увеличивается только благодаря расширению газа при повышении температуры; (ii) внешние полости изменили свою форму, например оптимизировали объем для данной площади поверхности (то есть приняли сферическую форму), и поэтому дальнейшее расширение возможно только с такой скоростью, с которой материал внешних оболочек растягивается под давлением газа.

(g) Дальнейшее замедление увеличения толщины D опытного образца со временем наблюдалось в точке E на Фиг. 14. В точке E было наблюдено, что связывающие части 27c, 27d, 27f, 27g, разделяющие внешние оболочки 24, разрушились под давлением газа во внешних полостях 22 (следует отметить, что связывающие части 27a, 27b, 27d, 27e остались при этом неповрежденными), и таким образом сформировалась внешняя макрополость путем объединения внешних полостей 22 в одну макрополость. Замедление увеличения толщины D со временем после формирования макрополости объясняется большим объемом макрополости. После точки E на Фиг. 14 увеличение толщины опытного образца 60 продолжалось до тех пор, пока вся тепловая энергия, обеспечиваемая нагревательной пластиной 304, не была преобразована в перепад давления между внутренностью макрополости и окружающей макрополость средой.

Пример тканевой структуры

Был изготовлен образец тканевой структуры 50 с конфигурацией, изображенной на Фиг. 9a. Такой образец тканевой структуры 50 включает в себя опытный образец 60 с ламинарной структурой 10, как описано выше со ссылкой на Фиг. 12. Ламинарная структура 10 включает в себя внутренние оболочки 20, изготовленные в соответствии с производственным способом, описанным выше со ссылкой на Фиг. 2a-2d, и внешние оболочки, изготовленные, как описано выше со ссылкой на Фиг. 12. В качестве справочного примера использовалась та же самая конструкция, но без наполнения внутренних оболочек 20 агентом 18, вырабатывающим газ.

Были получены следующие результаты испытаний:   Пример 1 Справочный пример Средний индекс EN367-HTI24 29,1 18,9 Плотность [г/м²] 528 504 RET [м²Па/Вт] 19,3 19,3

"Средний индекс EN367-HTI24" означает "индекс теплопередачи при 80 Вт/м²", как определено в стандарте DIN EN 367 (1992). Это число представляет собой время, которое требуется для достижения повышения температуры на 24 К на второй стороне (внутренней стороне) образца ткани, показанного на Фиг. 11, когда первая сторона (внешняя сторона 35) подвергается воздействию источника тепла удельной мощностью 80 Вт/м² с пламенем.

RET означает сопротивление переносу водяных паров, как определено выше.

Изобретение относится к ламинарной структуре (10), обеспечивающей адаптивную теплоизоляцию, включающей в себя первый слой (26), второй слой (28), по меньшей мере одну внешнюю полость (22), расположенную между первым слоем (26) и вторым слоем (28), по меньшей мере одну внутреннюю полость (16), заключенную во внутреннюю оболочку (20), которая включена во внешнюю полость (22), и агент (18), вырабатывающий газ, имеющий неактивизированную конфигурацию и активизированную конфигурацию, который выполнен с возможностью изменяться из неактивизированной конфигурации в активизированную конфигурацию так, чтобы увеличивать давление газа по меньшей мере во внутренней полости (16) в ответ на увеличение температуры во внутренней полости (16), а первый слой (26), второй слой (28), внешняя полость (22) и внутренняя полость (16) расположены таким образом, что расстояние (D) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) увеличивается в ответ на увеличение давление газа во внутренней полости (16). 3 н. и 55 з.п. ф-лы, 36 ил., 1 табл.

1. Ламинарная структура (10), обеспечивающая адаптивную теплоизоляцию, включающая в себя
- первый слой (26),
- второй слой (28),
- по меньшей мере одну внешнюю полость (22), расположенную между первым слоем (26) и вторым слоем (28),
- по меньшей мере одну внутреннюю полость (16), включенную во внешнюю полость (22), и
- агент (18), вырабатывающий газ, имеющий неактивизированную конфигурацию и активизированную конфигурацию,
- выполненный с возможностью изменяться из неактивизированной конфигурации в активизированную конфигурацию так, чтобы увеличивать давление газа по меньшей мере во внутренней полости (16) в ответ на увеличение температуры во внутренней полости (16),
- первый слой (26), второй слой (28), внешняя полость (22) и внутренняя полость (16) выполнены таким образом, что расстояние (D) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) увеличивается в ответ на увеличение давления газа во внутренней полости (16).

2. Ламинарная структура (10) по п.1, в которой агент (18), вырабатывающий газ, в неактивизированной конфигурации включен во внутреннюю полость (16).

3. Ламинарная структура по п.1 или 2, имеющая в активизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, состояние первичной активации ламинарной структуры и состояние вторичной активации ламинарной структуры, в состоянии первичной активации агент (18), вырабатывающий газ, содержится во внутренней полости (16), а в состоянии вторичной активации агент (18), вырабатывающий газ, выпускается во внешнюю полость (22).

4. Ламинарная структура по п.3, в которой агент (18), вырабатывающий газ, выполнен с возможностью генерировать газ во внутренней полости (16) в ответ на превышение температурой во внутренней полости (16) предопределенной первой температуры активации, так что расстояние (D) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) увеличивается с первого расстояния (D0) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, до второго расстояния (D1) в состоянии первичной активации.

5. Ламинарная структура по п.4, в которой второе расстояние (D1) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) в состоянии первичной активации больше, чем первое расстояние (D0) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, на 1 мм или более, предпочтительно на 3 мм или более.

6. Ламинарная структура по любому одному из пп.4 или 5, дополнительно включающая в себя внутреннюю оболочку (20), заключающую в себя внутреннюю полость (16) и выполненную с возможностью высвобождать газ во внешнюю полость (22) так, что расстояние (D) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) увеличивается со второго расстояния (D1) в состоянии первичной активации до третьего расстояния (D2) в состоянии вторичной активации.

7. Ламинарная структура по п.6, в которой внутренняя оболочка (20) выполнена с возможностью высвобождать газ во внешнюю полость (22) в ответ на превышение давлением газа во внутренней полости (16) предопределенного вторичного порога активации.

8. Ламинарная структура по п.7, в которой вторичный порог активации определяется температурой во внутренней полости (16) и временем, в течение которого внутренняя оболочка (20) подвергается действию температуры во внутренней полости.

9. Ламинарная структура по любому одному из пп.7 или 8, в которой третье расстояние (D2) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) в состоянии вторичной активации больше, чем первое расстояние (D0) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, на 6 мм или более.

10. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7 или 8, в которой внутренняя оболочка (20) является непроницаемой для жидкости.

11. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7 или 8, в которой внутренняя оболочка (20) изготавливается из материала, нерастяжимого при воздействии давления газа, производимого во внутренней полости (16) в состоянии первичной активации.

12. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7 или 8, в которой внутренняя оболочка (20) изготавливается из материала, жаростойкого в пределах изменения температуры в полости (16) в состоянии первичной активации.

13. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7 или 8, в которой внутренняя оболочка (20) изготавливается по меньшей мере из одной части внутренней оболочки (12, 14) из непроницаемого для жидкости материала, предпочтительно изготавливается по меньшей мере из двух частей (12, 14) из непроницаемого для жидкости материала, и части внутренней оболочки (12, 14) герметично связываются вместе.

14. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7 или 8, в которой внутренняя оболочка (20) изготавливается из композиционного материала металл/полимер.

15. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7 или 8, в которой агент (18), вырабатывающий газ, в своей неактивизированной конфигурации находится в форме жидкости (18'), а температура активации ламинарной структуры (10) соответствует температуре кипения агента (18), вырабатывающего газ.

16. Ламинарная структура (10) по п.15, в которой агент (18), вырабатывающий газ, в своей неактивизированной конфигурации находится в твердой форме или в форме геля, а температура активации ламинарной структуры (10) соответствует температуре возгонки или температуре разложения агента (18), вырабатывающего газ.

17. Ламинарная структура (10) по п.16, в которой агент (18), вырабатывающий газ, имеет температуру испарения или разложения ниже 200°C, предпочтительно между 30°C и 100°C, более предпочтительно между 30°C и 70°C, еще более предпочтительно между 40°C и 60°C и наиболее предпочтительно между 45°C и 55°C.

18. Ламинарная структура (10) по п.17, в которой жидкость включает в себя CF₃CF₂C(О)CF(CF₃)₂.

19. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.1, 2, 4, 5, 7 или 8, в которой агент (18), вырабатывающий газ, в своей неактивизированной конфигурации находится в форме жидкости, геля, в твердой форме или в форме смеси перечисленного, а температура активации ламинарной структуры (10) является температурой, которая соответствует энергии активации химической реакции, приводящей к высвобождению по меньшей мере одного газообразного соединения из агента (18), вырабатывающего газ.

20. Ламинарная структура (10) по п.19, в которой агент (18), вырабатывающий газ, находится в форме порошкообразного или гранулированного вещества.

21. Ламинарная структура (10) по п.19, в которой агент (18), вырабатывающий газ, находится в форме гидрогеля.

22. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7, 8, 16, 17, 18, 20 или 21, в которой внутренняя оболочка (20) включает в себя вспомогательное средство дозирования (19), находящееся внутри внутренней полости (16) и имеющее часть, на которую нанесен агент (18), вырабатывающий газ, и упомянутая часть включена во внутреннюю полость (16).

23. Ламинарная структура (10) по п.22, в которой вспомогательное средство дозирования (19) изготавливается из материала, который в состоянии абсорбировать агент (18), вырабатывающий газ, в его неактивизированной конфигурации.

24. Ламинарная структура (10) по п.22, в которой вспомогательное средство дозирования (19) изготавливается из материала, который в состоянии адсорбировать агент (18), вырабатывающий газ, в его неактивизированной конфигурации.

25. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.23 или 24, в которой вспомогательное средство дозирования (19) меньше по размеру, чем внутренняя полость (16) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ.

26. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.23 или 24, в которой вспомогательное средство дозирования (19) изготавливается из материала, который в состоянии поддержать формирование герметичного затвора, будучи сваренным с материалом внутренней оболочки (20).

27. Ламинарная структура (10) по п.26, в которой вспомогательное средство дозирования (19) обеспечивается как листовой материал, образующий пригодный к свариванию слой вспомогательного средства дозирования.

28. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.6, 7, 8, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24 или 27, в которой внутренняя оболочка (20) включает в себя промежуточный слой (21), разделяющий внутреннюю полость (16) на первую внутреннюю подполость (22a) и вторую внутреннюю подполость (22b).

29. Ламинарная структура (10) по п.28, в которой промежуточный слой (21) изготавливается из непроницаемого для жидкости материала и выполнен с возможностью поддержать формирование герметичного затвора, будучи сваренным с материалом внутренней оболочки (20).

30. Ламинарная структура (10) по п.29, в которой агент (18), вырабатывающий газ, наносится на одну или на обе стороны промежуточного слоя (21).

31. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7, 8, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 27, 29 или 30, включающая в себя кластер внутренних оболочек, образованный по меньшей мере двумя внутренними оболочками (20a, 20b), связанными вместе.

32. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.7, 8, 16, 17, 18, 20, 21 23, 24, 27, 29 или 30, включающая в себя множество внутренних полостей (22), каждая из которых является заключенной в соответствующую внутреннюю оболочку (20), и внутренние оболочки (20) расположены рядом друг с другом с интервалом (X) друг от друга.

33. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.1, 2, 4, 5, 7, 8, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 27, 29 или 30, выполненная с возможностью обратимо изменять в ответ на увеличение температуры расстояние (D) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) с первого расстояния (D0) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, на большее расстояние в активизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, и/или в ответ на уменьшение температуры - с большего расстояния в активизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, на первое расстояние (D0) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ.

34. Ламинарная структура (10) по п.33, выполненная с возможностью обратимо изменять в ответ на увеличение температуры расстояние (D) между первым слоем (26) и вторым слоем (28) с первого расстояния (D0) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, на второе расстояние (D1) в состоянии первичной активации ламинарной структуры и/или в ответ на уменьшение температуры - со второго расстояния (D1) в состоянии первичной активации ламинарной структуры на первое расстояние (D0) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ.

35. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.1, 2, 4, 5, 7, 8, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 27, 29, 30 или 34, в которой внутренняя полость (16) в неактивизированной конфигурации агента, вырабатывающего газ, имеет горизонтальный размер (A0) 1 мм или более, предпочтительно 5 мм или более, наиболее предпочтительно 15 мм или более и толщину 2 мм или менее.

36. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.1, 2, 4, 5, 7, 8, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 27, 29, 30 или 34, в которой внутренняя полость (16) в активизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, имеет увеличение объема от 10 до 2000 раз относительно объема внутренней полости (16) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ.

37. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.1, 2, 4, 5, 7, 8, 16, 17, 18, 20, 21, 23, 24, 27, 29, 30 или 34, дополнительно включающая в себя внешнюю оболочку (24), заключающую в себя внешнюю полость (22), в которой объем внутренней полости (16) и объем внешней полости (22) увеличиваются в ответ на увеличение давления газа во внутренней полости (16).

38. Ламинарная структура (10) по п.37, в которой внешняя полость (22) окружена полупроницаемой внешней оболочкой (24).

39. Ламинарная структура (10) по п.38, в которой полупроницаемая внешняя оболочка (24) включает в себя материал, абсорбирующий воду.

40. Ламинарная структура (10) по п.39, в которой полупроницаемая внешняя оболочка (24) включает в себя полиуретан.

41. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39 или 40, в которой полупроницаемая внешняя оболочка (24) изготавливается по меньшей мере частично из поддающегося растягиванию материала.

42. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39 или 40, в которой внешняя оболочка (24) изготавливается по меньшей мере из двух слоев внешней оболочки, связанных вместе.

43. Ламинарная структура (10) по п.42, в которой внешняя оболочка (24) включает в себя первый слой внешней оболочки из нерастяжимого материала и второй слой внешней оболочки из поддающегося растягиванию материала.

44. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, в которой внешняя оболочка (24) изготавливается из материала, жаростойкого в пределах изменения температуры во внешней полости (22) в состоянии вторичной активации.

45. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, включающая в себя множество внешних оболочек (24), в которой внешние оболочки (24) расположены рядом друг с другом.

46. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, в которой первый слой (26) и второй слой (28) прилегают друг к другу и связываются вместе вдоль по меньшей мере одной связывающей части (27a, 27b, 27c, 27d) так, чтобы сформировать внешние оболочки (24), закрывающие внешние полости (22) первым и вторым слоями (26, 28).

47. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, в которой внешняя полость (22) включает в себя множество внешних подполостей, находящихся в газовой связи друг с другом.

48. Ламинарная структура (10) по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, включающая в себя множество внешних полостей (22a-22e), каждая из которых в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, отделена от смежных с ней внешних полостей соответствующими связывающими частями (27a-27e), которые включают в себя предопределенные разрушаемые части, которые настроены так, чтобы разрушиться под воздействием давления газа, производимого в состоянии вторичной активации, так чтобы обеспечить газовую связь между множеством смежных внешних полостей в состоянии вторичной активации.

49. Ламинарная структура по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, в которой внешняя полость (22) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, имеет горизонтальный размер 1 мм или более, предпочтительно 5 мм или более и наиболее предпочтительно 15 мм или более и толщину 2 мм или менее.

50. Ламинарная структура по любому одному из пп.38, 39, 40 или 43, в которой внешняя полость (22) в активизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ, имеет увеличение объема от 10 до 2000 раз относительно объема внешней полости (22) в неактивизированной конфигурации агента (18), вырабатывающего газ.

51. Оболочечная структура для ламинарной структуры (10), обеспечивающей адаптивную теплоизоляцию, включающая в себя внутреннюю оболочку (20), заключающую в себе по меньшей мере одну внутреннюю полость (16), внешнюю оболочку (24), заключающую в себе по меньшей мере одну внешнюю полость (22), причем внутренняя оболочка (20) включена во внешнюю полость (22), а агент (18), вырабатывающий газ, имеет неактивизированную конфигурацию и активизированную конфигурацию, агент (18), вырабатывающий газ, выполнен с возможностью изменяться из неактивизированной конфигурации в активизированную конфигурацию так, чтобы увеличивать давление газа во внутренней полости (16) в ответ на увеличение температуры во внутренней полости (16), оболочечная структура выполнена таким образом, что объем внутренней полости (16) и объем внешней полости (22) увеличиваются в ответ на увеличение давление газа во внутренней полости (16).

52. Оболочечная структура по п.51, включающая в себя по меньшей мере одну из особенностей любого из пп.1-50.

53. Ткань (50) с композитной структурой, включающей в себя ламинарную структуру (10), обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию, или оболочечную структуру по любому из предшествующих пунктов.

54. Ткань (50) по п.53, включающая в себя множество тканевых слоев, расположенных один на другом, включающее в себя структуру внешней теплозащитной оболочки (36), имеющую внешнюю сторону (35) и внутреннюю сторону (37), и ламинарную структуру (10), обеспечивающую адаптивную теплоизоляцию, причем ламинарная структура (10), обеспечивающая адаптивную теплоизоляцию, расположена на внутренней стороне (37) структуры внешней теплозащитной оболочки (36).

55. Ткань (50) по п.53 или 54, дополнительно включающая в себя барьерную структуру (38).

56. Ткань (50) по п.55, в которой барьерная структура (38) включает в себя по меньшей мере один паропроницаемый и водонепроницаемый слой, включающий в себя паропроницаемую и водонепроницаемую мембрану.

57. Ткань (50) по любому одному из пп.53, 54 или 56, которая адаптирована для использования в огнезащитной одежде.

58. Ткань (50) по любому одному из пп.53, 54 или 56, которая имеет значение Ret меньше чем 150 м²Па/Вт, предпочтительно меньше чем 30 м²Па/Вт, более предпочтительно меньше чем 20 м²Па/Вт.