一种舒适型仿生降温背心

技术领域

本申请涉及纺织技术领域，尤其是涉及一种舒适型仿生降温背心。

背景技术

背心是仅有前后衣身的无袖上衣，背心一般按其制作材料命名，如皮背心、毛线背心等。它可做成单的、夹的，也可在夹背心中填入絮料，按絮料材质分别称棉背心、羊绒背心、羽绒背心等等。背心的常用方法是穿在内衣和外衣之间，以起到保暖、隔热等作用。

随着工作环境的变化，对服饰的要求也越来越高，一种服饰需要具备多种功能。例如冶金工业、塑料制造业、水泥制造业等高温工作环境，长时间处于高温状态会直接对作业人员的生产效率造成负面影响。不仅如此，人的生理功能尤其是体温调节、水盐代谢、血液循环等功能都容易出现问题，例如大量出汗，会增加让心血管的负担加重。当高温环境超过了人体的耐受程度，轻则降低工作效率，影响工作时的判断力，重则引起中暑或更严重的健康问题，因此降温背心应运而生。

传统的降温背心一般是在背心内侧或外侧安装降温袋或者冰袋，或者在背心上安装散热扇，通电散热等，以实现降温。但是上述方法中存在一些缺陷，例如冰袋或降温袋重复使用的次数少，仅能实现局部降温，而且还容易冻伤人体皮肤，增加降温袋和冰袋后背心重量变大，舒适感降低；而通电散热存在安全隐患，还会受到电能的限制，因此现有降温背心的降温方式及效果并不理想。

发明内容

为解决降温背心降温方式和效果不理想的问题，本申请提供一种舒适型仿生降温背心，能够吸汗和蒸发，通过热量交换的方式，实现降温。而且背心的降温功能能够循环进行，不受次数、能源(电能)的限制，降温方式更环保、简单，安全性更高。

第一方面，一种舒适型仿生降温背心，背心由降温蒸发面料和防水透气网眼面料拼接组成；

降温蒸发面料为多层复合结构，降温蒸发面料由内到外依次包括防水透气层、凉感增强层、吸水锁水层和吸湿快干层；

凉感增强层由以下重量份的原料经过熔融共混制得：5～10份涤纶、1～3份冰凉母粒、0.1～0.8份抗静电剂以及0.1～0.8份偶联剂；

冰凉母粒为生物相容性烷基醇。

通过采用上述技术方案，将透气层、凉感增强层、吸水锁水层、吸湿快干层组合，使背心同时具备吸水和蒸发的功能，通过热量交换实现降温。且降温过程不产生废料，对环境的污染降低，具备一定的环保性。背心的重量约为450g，厚度低于0.5cm，仍能够实现8℃～15℃降温效果，解决了现有降温服重量大，刺激皮肤，需要外接电源等缺点，降温方式更理想。同时吸水、蒸发的功能是背心自身的功能，背心可重复吸水、再蒸发，使背心使用时的限制条件更少，适用性更强。此外，背心的降温功能是通过组合面料实现的，与面料接触的皮肤处均能实现降温，有效扩大降温面积，增强降温效果，综上，该背心的降温方式及效果均更理想。

进一步地，上述凉感增强层的制备步骤还包括：凉感增强层的制备步骤还包括：制得的凉感增强层经过冷感整理剂浸泡处理，浸泡时间为30～60min；

冷感整理剂为胶原蛋白或木糖醇。

优选的，冷感整理剂为木糖醇。木糖醇是一种天然的糖醇，对人体无毒无害，使用木糖醇浸泡凉感增强层能够实现无污染、无刺激，符合环保健康的要求。木糖醇也具有良好的吸热性能，能够吸收皮肤表层的热量，从而使背心表面的温度降低，达到凉爽的效果。

进一步地，上述凉感增强层的接触凉感Q-MAX＞0.35。

进一步地，上述凉感增强层的厚度为0.01～1cm。

进一步地，上述透气层由以下重量份的原料经过混纺制得：

0.13～0.3份旦尼尔锦纶和0.2～0.7份膨体聚四氟乙烯。

进一步地，上述膨体聚四氟乙烯的厚度为30～60um，透湿率＞9000g/m2·d，静水压＞50kPa。

进一步地，上述旦尼尔锦纶的纱支范围为45D(48f)～70D(96f)，旦尼尔锦纶的织物组织为平纹或斜纹。

进一步地，上述吸湿快干层为异性十字纤维或中空异性纤维。

第二方面，吸水锁水层由以下重量份的原料混纺制得：

2～5份海藻纤维、3～7份竹纤维和0.3～3份溶解剂；

溶解剂为N，N-二甲基乙酰胺或冰乙酸。

进一步地，上述吸水锁水层的制备步骤包括：

用溶解剂溶解海藻纤维和竹纤维，制得胶质混合物，过滤后进行挤压处理；

将胶质混合物挤出后水冷，经过牵伸、卷绕后得到吸水锁水层。

综上，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请将透气层、凉感增强层、吸水锁水层、吸湿快干层组合制成背心，其背心的重量约为450g，厚度低于0.5cm，能够实现8℃～15℃降温效果，解决了现有降温服重量大，刺激皮肤，需要外接电源的缺点，提供理想的降温方式；

2.本申请提供的背心的降温功能仅是通过组合面料实现的，因此与背心面料相接触的皮肤均能够实现降温，扩大背心降温面积，增强降温效果；

3.本申请制备的背心为自发进行吸水和蒸发降温，在降温过程中既不消耗能源，也不产生废料，且能够循环使用，减少背心使用过程中的限制条件，提高适用性，另外背心降温的原理为热量交换，且凉感增强层的凉感强度在人体能承受的范围内，减少对人体皮肤的伤害，提高安全性能。

附图说明

图1是本申请实施例背心的整体结构图。

图2是本申请实施例降温蒸发面料多层结构的结构示意图。

附图标记说明：1、防水透气层；2、凉感增强层；3、吸水锁水层；4、吸湿快干层。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。予以特别说明的是：以下实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

以下结合附图1-2对本申请中背心的具体结构作进一步详细说明：

参照图1和图2，背心由降温蒸发面料和防水透气网眼面料拼接组成，拼接方式可为缝合、黏合、拉链连接等。其中降温蒸发面料为图1中呈白色的部分，防水透气网眼面料为图1中呈黑色的部分。

降温蒸发面料为多层复合结构，降温蒸发面料由内到外依次包括防水透气层1、凉感增强层2、吸水锁水层3和吸湿快干层4，其中，防水透气层1的厚度为0.01-0.3cm、凉感增强的厚度为0.1-0.3cm、吸水锁水层3的厚度为0.1-0.5cm、吸湿快干层4的厚度为0.1-1cm，降温蒸发面料整体厚度约为0.2-0.8cm。优选的，防水透气层1的厚度为0.05cm、凉感增强的厚度为0.1cm、吸水锁水层3的厚度为0.2cm、吸湿快干层4的厚度为0.1cm，降温蒸发面料整体厚度约为0.45cm。防水透气网眼面料的厚度为0.05cm，腋下和下摆的网眼布可以增加空气流动，保持降温背心内部的干爽。

上述降温蒸发面料中的防水透气层1设置于最内层，与皮肤相贴，避免凉感增强层2和吸水锁水层3吸收的水份沾湿人体，同时水份的蒸发不断带走人体热量，以初步降低皮肤表层的温度。防水透气层1是由0.13～0.3份旦尼尔锦纶和0.2～0.7份膨体聚四氟乙烯混纺制得，优选的，防水透气层1是由0.2～0.3份旦尼尔锦纶和0.5～0.7份膨体聚四氟乙烯混纺制得，进一步优选的防水透气层1是由0.25份旦尼尔锦纶和0.65份膨体聚四氟乙烯混纺制得。

旦尼尔锦纶为一种细束蚕丝，旦尼尔锦纶的纱支范围为45D(48f)～70D(96f)，具体的旦尼尔锦纶的纱支可为45D(48f)、50D(54f)、55D(60f)、60D(68f)、65D(80f)、70D(96f)。旦尼尔锦纶织物组织为平纹或斜纹，优选的，旦尼尔锦纶织物为斜纹。本申请旦尼尔锦纶的纤维强度为5-10g/dtex，尼尔锦纶的纤维强度可为5g/dtex、6g/dtex、7g/dtex、8g/dtex、9g/dtex、10g/dtex，优选的，旦尼尔锦纶的纤维强度为7g/dtex，该纤维强度的旦尼尔锦纶的耐磨性更佳，其作为背心的组成部分，使背心的耐磨性也更佳，延长背心的使用时间。本申请旦尼尔锦纶的纤维弹性为20-35％，旦尼尔锦纶的纤维弹性可为20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％，优选的旦尼尔锦纶的纤维弹性为30％，使旦尼尔锦纶具备更优的弹性和抗拉性，使背心的舒适感更强。采用上述旦尼尔锦纶和膨体聚四氟乙烯混纺制得的防水透气层1其延展性、耐磨性、柔然度更佳。旦尼尔锦纶的重量为80g～160g，优选的，旦尼尔锦纶的重量为100～120g最佳。

膨体聚四氟乙烯是一种聚四氟乙烯树脂经拉伸等特殊加工方法制成的高分子材料，颜色为白色，富有较好的弹性和柔韧性，具有微细纤维连接而形成的网状结构，这些微细纤维形成无数细孔，使膨体PTFE可任意弯曲(过360°)。其制备方法可以为：

1、采用膨体聚合法：将四氟乙烯与膨化剂、引发剂、链转移剂混合后，在高温高压下进行聚合反应，得到膨体聚四氟乙烯。该方法可以控制微孔结构的大小和形态，制备出具有不同孔径和孔隙度的膨体聚四氟乙烯。

2、采用溶液浸渍法：将聚四氟乙烯颗粒浸泡在含有溶剂和膨化剂的溶液中，使其吸收溶液中的膨化剂，然后在高温高压下脱除溶剂和膨化剂，得到膨体聚四氟乙烯。该方法可以制备出具有不同孔径和孔隙度的膨体聚四氟乙烯，并且可以控制孔径和孔隙度的分布。

3、采用熔融膨胀法：将聚四氟乙烯颗粒加热到熔点以上，然后在高压下迅速降温，使其迅速凝固，形成微孔结构，得到膨体聚四氟乙烯。该方法可以制备出具有较小孔径和较高孔隙度的膨体聚四氟乙烯。

本申请采用的膨体聚四氟乙烯的厚度为30～60um，膨体聚四氟乙烯的厚度可为31um、32um、33um、34um、35um、36um、37um、38um、39um、40um、41um、42um、43um、44um、45um、46um、47um、48um、49um、50um、51um、52um、52um、53um、54um、55um、56um、57um、58um、59um、60um，优选的，膨体四氟乙烯的厚度为50um。膨体聚四氟乙烯的透湿率＞9000g/m2·d，膨体聚四氟乙烯的静水压＞50kPa，透湿率会影响其制备出的防水透气层1的透气效果，当膨体聚四氟乙烯透湿率为9000g/m2·d以上时，其透气效果更佳，且透气速度较快，能够实现快速降温。

上述凉感增强层2的导热性良好，与薄薄的防水透气层1接触，可以加速人体热量的散失。凉感增强层2能够自发产生冰凉感，其冰凉感透会通过防水透气层1到达皮肤表面，以进一步降低皮肤表层温度，其凉感增强层2的接触凉感Q-MAX＞0.35。

上述接触凉感是皮肤接触比自身温度低的织物的时候，织物吸收皮肤表面热量引起一个短暂的热量快速流失，温度瞬间下降的过程，人体会产生凉爽的感觉。这个时间比较短暂，可能仅仅穿上的几秒或者几分钟就会产生。接触凉感的数值用来表征织物能产生这种瞬间凉感能力的大小，系数越大，接触皮肤瞬间吸收的热量越多，人体的瞬间凉感就会越强烈。普通的凉感面料的接触凉感仅能达到0.21～0.36，而本申请的凉感增强层2能够达到0.35以上，本申请根据试验得出，接触凉感最高能达到0.45。

凉感增强层2由以下重量份的原料经过熔融共混制得：

5～10份涤纶、1～3份冰凉母粒、0.1～0.8份抗静电剂以及0.1～0.8份偶联剂，所述冰凉母粒为生物相容性烷基醇，冰凉母粒具体可为辛醇、癸醇、十六醇、十八醇和二十二醇，但辛醇和癸醇具有芳香味和刺激性气味，用于生产背心，会使背心也具有类似的气味，会降低背心的适用性，因此冰凉母粒优选为十六醇、十八醇和二十二醇，进一步优选的，冰凉母粒为十六醇，十六醇为白色固体且无味，性能温和，使生产过程更可控。抗静电剂可为阴离子表面活性剂，具体有十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠；阳离子表面活性剂，具体有十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵；聚合物，具体有聚乙烯醇、聚乙烯醇-丙烯酸酯共聚物；硅油类物质，具体有二甲基硅油、三甲基硅油。优选的，抗静电剂为硅油类物质，具体为二甲基硅油，其吸水性和渗透性更好，有助于渗出的汗珠透过凉感增强层2达到吸水锁水层3。此外，硅油类物质还具有一定的抗菌性能，可增加背心的功能。偶联剂可选择氨基硅油偶联剂；烷基硅油偶联剂；烷基磺酸盐偶联剂；烷基酚聚氧乙烯醚偶联剂；烷基酸偶联剂；优选的，偶联剂为氨基硅油偶联剂。

上述凉感增强层2还经过冷感增强层的浸泡处理，浸泡时间为30-60min，优选的浸泡时间为40-50min最佳。经过浸泡后的凉感增强层2厚度略有增加，其产生的凉感也有增加，有效提高其凉感效果。冷感整理剂为胶原蛋白或木糖醇，优选的，冷感整理剂为木糖醇。

凉感增强层2设置的位置紧贴防水透气层1，通过防水透气层1的阻碍，降温形成的水珠不会渗入至皮肤表层，同时也能避免冰凉感直接接触皮肤，冻伤皮肤的情况。防水透气层1和凉感增强层2上的汗珠等水份由吸水锁水层3吸收。

上述吸水锁水层3由以下重量份的原料混纺制得：2～5份海藻纤维、3～7份竹纤维和0.3～3份溶解剂；所述溶解剂为N，N-二甲基乙酰胺或冰乙酸。优选的溶解剂为N，N-二甲基乙酰胺。

通过混纺制得的吸水锁水层3其吸水量W超过自身重量的G的150倍，足够将内部渗出的水吸收，吸水锁水层3吸收的水在通过吸湿快干层4蒸发至外部环境，实现热量循环，进一步降低皮肤表层温度，同时将水份蒸发后，使吸水锁水层3的吸水量得到释放，吸水锁水层3能够重复吸水，实现吸水、蒸发、再吸水、再蒸发的良性循环，减少背心降温时的限制条件，增强其实用性。

上述吸湿快干层4为异性十字纤维或中空异性纤维，优选的吸湿快干层4为异性十字纤维，该纤维表面有微孔或沟槽，能够快速扩散传递水分。

参照图1，防水透气网眼面料是集防水、透湿和透气为一体的面料，也是一种绝缘和防风的面料。防水透气网眼面料可为纤维防水透气面料或透膜型防水透气面料，防水网眼面料中网眼的直径可为0.5-1mm。该防水透气网眼面料也属于快干面料，它透水的速度很快，有助于皮肤表层的水份散出，加快热量交换的速率，缩短实现降温需要的时间。

防水透气网眼面料最下端的边缘处可以位于腹部(以肚脐为分界线)以上，由于其具备较好的降温效果，因此背心的长度不易贴在腹部，避免腹部着凉。但若是高危工作环境对腹部可能造成伤害的，也可以将背心制备成能够遮盖腹部的长度，因为防水透气网孔面料本身不具备产生凉感的功能，能产生的凉感的是上面的降温蒸发面料，因此在实现降温的时，可将背心适当掀起，阻断防水透气网眼面料进行透水和速干的过程，缓解腹部的凉感，不至于使肚皮着凉。

制备例

制备例1

制备凉感增强层的方法为：

1、取8kg涤纶、2kg冰凉母粒(十六醇)、0.5kg抗静电剂(二甲基硅油)、0.5kg偶联剂(氨基硅油偶联剂)熔融共混，熔融的温度为200～280℃，共混得到熔体混料；

2、将熔体混料通过螺杆挤出机挤出，得到挤出物，将挤出物冷却至室温；

3、挤出物通过喷丝板进行气流牵伸，冷却后卷绕成型，制得凉感面料；

4、将凉感面料置于10kg冷感整理剂(木糖醇)中浸泡50min，取出晾干后制得凉感增强层。

制备例2

制备例2与制备例1的区别，在于采用的冷感整理剂不同，具体可参考表1：

表1.冷感整理剂种类

不同冷感整理剂浸泡得到的凉感增强层的接触凉感不同，根据标准GB/T35263-2017《纺织品接触瞬间凉感性能的检测和评价》，来考察制备例1-2中制备的凉感面料增强层的接触凉感，可参考表2：

表2.接触凉感检测

根据表4可看到，制备例2采用胶原蛋白，其冷感效果仅能达到一般水平，冷感效果不理想，而且胶原蛋白的价格更高，综合考虑，选择木糖醇更合适。

制备例3

制备吸水锁水层的方法为：

1、取4kg海藻纤维、5kg竹纤维和2kg溶解剂(N，N-二甲基乙酰胺)，将海藻纤维和竹纤维放入溶解剂中溶解，静止30min后，得到胶质混合物；

2、过滤胶质混合物，将过滤后的胶质混合物输送至纺丝计量泵中，再通过喷丝板进行挤压处理，得到挤出混合料；

3、将挤出混合料置于冷水中冷却30min，冷水的温度为-3℃，将冷却后的挤出混合料依次进行牵伸、卷绕后，制得吸水锁水层。

实施例

实施例1

背心的结构包括：0.1cm的防水透气层、0.1cm的凉感增强、0.3cm的吸水锁水层、0.1cm的吸湿快干层的厚度为。

背心由降温蒸发面料和防水透气网孔面料拼接组成，降温蒸发面料由内到外依次包括：最里层是厚度为0.1cm的防水透气层、紧贴防水透气层的是厚度为0.1cm的制备例1制备的凉感增强层、紧贴凉感增强层的为0.3cm的制备例3制备的吸水锁水层、紧贴吸水锁水层的为0.1cm的吸湿快干层(异形十字纤维)。

实施例2

实施例2与实施例1的区别仅在于所用的凉感增强面料不同，可参考表3：

表3.凉感增强面料的种类

实施例3-4

实施例3-4与实施例1的区别仅在于，凉感增强层的厚度不同，可参考表4：

表4.凉感增强层厚度(cm)

根据表4，凉感增强层的厚度会影响其产生凉感的效果，厚度越厚，产生凉感越大，但是重量也会越重，因此凉感增强层的厚度选为0.1cm更佳。

对比例

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于，对比例1为普通棉麻材质的背心。

对比例2

对比例2与实施例1的区别仅在于，对比例2的背心为棉麻材质，且背心上安装有降温袋或冰袋，安装数量为4个。

对比例3

对比例3与实施例1的区别仅在于，对比例3的降温蒸发面料中采用未添加冰凉母粒且未经过冷感整理剂浸泡过的凉感面料替代凉感增强层。

对比例4

对比例4与实施例1的区别仅在于，对比例4不采用凉感增强层。

检测方法及数据

分别检测实施例1、对比例1-4制备的背心在降温时下降的温度，测试条件为：

相对温度：35±2％，相对湿度:50±5％

测量间隔：1min，测试时间：2h。

测试步骤为：

1.从实施例1制备的降温背心上裁剪15×15cm的样品，将其在20℃的水中浸泡5min；

2.浸泡后，将降温背心从水中取出，用干燥滤纸按压，除去多余水分；

3.将降温背心内部与热电偶温度计接触，记录温度-时间关系曲线；

4.在降温背心上选取2个不同的位置测量，并计算2个位置的平均值，报告结果为平均值；

5.对比例1-4制备的背心的检测方法与步骤1-4的方法相同。

检测数据可参考表5：

表5.降温温度(℃)

根据表5能够得到，实施例1制备的背心相比于普通材质的背心，能够实现8℃～15℃的降温，这个温度人体会产生明显的冰凉感，降温效果显著。对比例1制备的背心几乎不具有降温的效果；对比例2中的背心上设置有若干降温袋或者冰袋，其具有一定的降温效果，但仅限于局部，也就是设置降温袋或冰袋的位置处会有冰凉感产生，降温效果不理想；对比例3中仅使用普通的凉感面料，普通凉感面料结合实施例1采用的防水透气层、吸水锁水层和吸湿快干层，也能产生一定的降温效果，但降温效果仅略高于对比例2中的背心；对比例4并没有采用凉感增强层，将对比例4与对比例3进行对比，温度降低的效果明显下降。

综上所述，采用实施例1中制成的降温背心其降温效果最佳，且降温方式具有整体性，降温方式也更理想、更环保。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。