CN110037365B - 一种用于保暖服装的柔性充气形变支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，包括前片充气结构和后片充气结构，前片充气结构与后片充气结构通过软管连接；所述前片充气结构和后片充气结构的结构相同，均包括纵向的联通气道，所述联通气道的两侧连接多根横向气道，所述联通气道两侧的横向气道对称设置，各所述横向气道均与所述联通气道贯通连接；所述联通气道和横向气道上均设有充气时能产生形变的工字褶结构。本发明提供的充气支架可以用于替代服装中的保暖夹层，如羽绒、棉花，拓宽了保暖材料的范围。且几乎无重量无厚度，在充气前“隐藏于”服装内部，不会给穿着者带来任何影响。本发明运用镀铝热塑塑料薄膜为材料，价格低廉，极大地降低了保暖服装的物料成本。

Description

一种用于保暖服装的柔性充气形变支架

技术领域

本发明涉及一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，用于替代服装中的保暖夹层，属于服装技术领域。

背景技术

研究人员对于保暖材料的探索从未停止过，从最初的羽绒、羊毛、棉花到最新的气凝胶、石墨烯、碳纤维、形状记忆金属等等。空气作为自然界中隔热效果优良的一种物质，具有绿色环保、无重量、低成本等多重优点。众所周知，在纺织品结构中包含越多的静止空气，其保温性能越好。近年来，开始出现直接利用空气作为保暖材料的保暖服装。在已上市的充气调温服装中，发展较为成熟的是美国NuDown公司的充气保暖服，主要用于极寒气候下的滑雪服。该服装躯干主体部分采用不透气双层面料，压合形成充气气道，当穿着者需要保暖时，用口袋中的充气泵按压充气即可增加面料(隔热层)厚度，从而达到保暖效果。此外，空气甚至可以用氩气等惰性气体代替，氩气的导热率比空气的导热率低32％。第二代产品之一“Lake Tahoe”系列为了增加服装透气性，减少充气面料的面积，仅在服装躯干前片增加充气面料。

充气式的保暖服装调温原理主要通过改变面料中的空气层厚度来改变面料的隔热性能，最终达到调温的目的。已有的充气服装多采用双层不透气材料，充气处理后形成气囊。或者在服装双层面料中增加可脱卸的气囊袋，通过手持气泵充气。

然而，充气服装多为类似充气床垫的片状连续气道结构，各个腔体由热压压痕隔断，大部分充气服装都面临着不透气的问题，过大地服装湿阻会导致穿着舒适度降低。由于充气材料无弹性，所以服装在充气后变硬。这样的设计导致了服装充气后无法良好的贴合人体，降低了穿着舒适性。多数充气保暖服装采用复合膜材料，重量较大且成本较高。因此，开发透气性良好、轻量级、贴合人体、低成本的充气保暖服装具有非常显著的实用价值。

目前已有的解决方式有两种：第一将气囊分割成若干个小型空气室，各空气室间连接通气孔，这样解决了充气服装不易折叠的缺点。但小型气囊仍然作为主要的隔热单元。也就意味着充气部分越多，服装越保暖。第二种方法是在服装上设置通气孔，增加通气量，然而效果并不明显。对于降低成本而言，部分充气服装利用反光塑料膜作为充气材料，质量极轻但是仅能作为极端情况使用，多数为一次性产品。总体而言，充气服装急需解决的问题是增加服装透气性，减轻重量且可以完美贴合人体，且不束缚人体活动，同时需要降低成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何改善传统充气保暖服装的透气性能，解决充气部件不易弯折的设计结构，减轻其重量，简化其制作方式。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，其特征在于：包括前片充气结构和后片充气结构，前片充气结构与后片充气结构通过软管连接；

所述前片充气结构和后片充气结构的结构相同，均包括纵向的联通气道，所述联通气道的两侧连接多根横向气道，所述联通气道两侧的横向气道对称设置，各所述横向气道均与所述联通气道贯通连接；

所述联通气道和横向气道上均设有充气时能产生形变的工字褶结构。

优选地，所述前片充气结构和后片充气结构均由两片热粘合薄膜通过热压形成，热压处形成热合接缝。

优选地，所述联通气道上设有纵向排列双面平行工字褶。

优选地，各所述横向气道末端设置有不同数量和密度的工字褶结构。

更优选地，所述工字褶结构充气后展开，并帮助横向气道产生不同弧度。。

优选地，所述前片充气结构和后片充气结构充气时产生形变，形变结构根据使用需要预先设计，使前片充气结构和后片充气结构充气后贴合人体。

优选地，通过所述褶皱结构的数量、位置、方向、形状或疏密排列的不同，设计出不同的形变结构。

优选地，设前、后片充气结构的横向气道由长度不同、宽度w相同的上下两片热粘合薄膜组成，在非膨胀状态时，上层热粘合薄膜长度为l₁，下层热粘合薄膜长度l₂，工字褶宽度c，工字褶隐藏宽度2h，工字褶下层对应宽度a；工字褶两侧宽度d；膨胀后，被压褶处的隐藏表面积在膨胀张力的带动下展开，导致前、后片充气结构弯曲产生折角θ，将前、后片充气结构形状近似为具有圆截面的圆柱体，可以得到弯曲角度θ和充气结构尺寸之间的关系如下。

l₁＝2d+2h+c

l₂＝2d+a

c＝2h+a

优选地，通过对所述热合接缝的数量和间距的设计，达到不同的形变效果。

优选地，通过在所述两片热粘合薄膜上添加不同数量的接缝，形成充气时向一侧弯曲的形变效果。

本发明提供的充气支架克服了现有技术的不足，可以用于替代服装中的保暖夹层，如羽绒、棉花，拓宽了保暖材料的范围。且几乎无重量无厚度，在充气前“隐藏于”服装内部，不会给穿着者带来任何影响。本发明运用镀铝热塑塑料薄膜为材料，价格低廉，极大地降低了保暖服装的物料成本。

附图说明

图1a为可形变充气结构单片形变前主视示意图；

图1b为可形变充气结构单片形变前右视示意图；

图2a为可形变充气结构单片充气过程主视示意图；

图2b为可形变充气结构单片充气过程右视示意图；

图3a为可形变充气结构单片充气完成后主视示意图；

图3b为可形变充气结构单片充气完成右视示意图；

图4为单一工字褶闭合状态示意图；

图5a为形变结构工字褶小弧度弯曲结构设计示意图；

图5b为小弧度形变工字褶上、下层薄膜侧视图；

图5c为小弧度形变弧度示意；

图6a为形变结构工字褶大弧度弯曲结构设计示意图；

图6b为大弧度形变工字褶上、下层薄膜侧视图；

图6c为大弧度形变弧度示意；

图7a为形变结构工字褶梯形结构设计示意图；

图7b为梯形形变工字褶上、下层薄膜测视图；

图7c为梯形形变曲线示意；

图8a为形变结构工字褶波浪形结构设计示意图；

图8b为波浪形变工字褶上、下层薄膜侧视图；

图8c为波浪形变曲线示意；

图9a为工字褶结构几何关系变形前示意图；

图9b为工字褶结构几何关系变形后示意图；

图10为热压横向褶结构形变过程示意图；

图11为热压横向褶结构形变侧视图；

图12为热压横向褶结构形变几何关系示意图；

附图标记说明：

1—双平行工字褶；2—单一工字褶；3—三道平行工字褶；4—具有纵向排列双面平行工字褶的联通气道；5—热合接缝；6—横向气道；

7—等距单一工字褶；8—充气前小弧度形变单体；9—热压边界；10—充气时小弧度形变单体；11—展开后单一工字褶；12—充气完成后小弧度形变单体；13—小弧度形变工字褶上层薄膜；14—小弧度形变工字褶下层薄膜；

15—等距单一工字褶；16—充气前大弧度形变单体；17—充气时大弧度形变单体；17—充气完成后大弧度形变单体；19—展开后单一工字褶；20—大弧度形变工字褶上层薄膜；21—大弧度形变工字褶下层薄膜；

22—等距三联工字褶；23—充气前梯形单体；24—充气时梯形单体；25—形变完成后梯形单体；26—展开后三联工字褶；27—梯形形变工字褶上层薄膜；28—梯形形变工字褶下层薄膜；

29—等距双侧三联工字褶；30—充气前波浪形单体；31—充气时波浪形单体；32—形变完成后波浪形单体；33—展开后双侧三联工字褶；34—波浪形变工字褶上层薄膜；35—波浪形变工字褶下层薄膜；

36—热压横向褶小弧度单侧形变单体形变前；37—单一热压褶；38—热压横向褶小弧度单侧形变单体形变后；39—热压横向褶单侧大弧度形变单体形变前；40—平行热压褶；41—热压横向褶大弧度单侧形变单体形变后；42—热压横向S形变单体形变前；43—密集平行热压褶；44—热压横向S形变单体形变后；

45—热压横向褶形变单体形变前，46—热压横向褶形变单体形变后；47—热压压褶处。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，由前片充气结构和后片充气结构组成，两片充气结构相同，通过细软管连接。单片充气结构具体如图1a和图1b所示。

为了做到贴个人体的设计，本实施例运用不同形变组合来完成形变预设。充气结构中垂直部分为整个充气结构的具有纵向排列双面平行工字褶的联通气道4，根据人体脊柱弯曲的形态，这部分的充气结构与其他“支线”不同，联通气道4双层材料均具有较为密集的褶皱。这样设计的好处是这个部分可以以任何角度进行弯曲，不会给人体运动带来不便。

联通气道4的两侧连接多根横向气道6，联通气道4两侧的横向气道6对称设置，各横向气道6与联通气道4均贯通连接。

本实施例中，单片充气结构由七条平行的横向气道6与一条纵向的联通气道4连接组成，该形状可以通过激光切割机或手工裁剪所得。充气结构拥有双层膜，将两片薄膜通过热压机热压后，可实现充气功能。

横向气道6末端设置有不同数量和密度的工字褶结构，用于控制结构形变，可以结合小弧度工字褶、大弧度工字褶或者梯形工字褶结构来实现，也可以采用双平行工字褶1、单一工字褶2、三道平行工字褶3等。图4为单一工字褶闭合状态示意图，两片薄膜通过热压机热压后连接处形成热合接缝5。

由于人体上身躯干的不规则性，不同于柔软的织物，充气支架的目标形变形状必须要经过精确的设计和测算才可以良好的贴合人体。以下技术方案借鉴服装制作方法中的“工字褶”压褶工艺对充气结构的折角进行设计。并根据工字褶的数量、位置、方向或疏密排列不同，设计出不同的形变效果。

图1a、图1b、图2a、图2b和图3a、图3b分别为形变前、形变过程中和形变完整后的正视图和俯视图。柔性充气形变支架在形变过程中逐渐向人体躯干弯曲收缩，产生轻微的束缚力，减小服装与躯干之间的移动，增加衣间空气层稳定性，提高服装保暖性能。

纵向形变压褶设计：图5a～图5c、图6a～图6c、图7a～图7c、图8a～图8c展示了不同褶皱组合排列的形变结果。双层膜结构由热压机热压粘合。其顶层具有的工字褶越多，为顶层预留形变面积越大，形变后结构弯曲角度越大。相对工字褶小弧度弯曲结构(图5a～图5c)，工字褶大弧度弯曲结构(图6a～图6c)弯度较大，因为前者褶皱较少，其弯折角度小于后者。工字褶梯形结构(图7a～图7c)设计则是在一定的区域设置致密的褶皱，从而形成近似直角的弯折形变。工字褶波浪形结构(图8a～图8c)的上下膜都具有褶皱，可以实现双侧弯折。这四种变形结构显示了弯曲结构的潜在形状变化，这意味着可变形行为可以通过预编程设计来提前定制。本实施例包括且不限于以上结构，任何具有上下膜结构且具有不同面积的充气膜结构均包含于本实施例设计。具体工字褶结构各部分几何关系如下。

弯曲角度计算：结合图9a和图9b，本发明拟定本结构材料无弹性，充气结构符合以下尺寸比例情况：

d＞＞2h+c (1)

充气形变结构由长度不同、宽度w相同的上下两片热粘合薄膜材料组成，理论上所有柔软的热压复合膜材料，如TPU、热黏牛津布等均可用于本发明。图9a所示充气单体在非膨胀状态时，上层结构长度为l₁，下层长度l₂，工字褶宽度c，工字褶隐藏宽度2h，工字褶下层对应宽度a；工字褶两侧宽度d。膨胀后，物体呈现图9b所示形状。充气时，被压褶处的隐藏表面积在膨胀张力的带动下展开，导致结构弯曲产生折角θ，排除外围膨胀的影响，我们将形变物体形状近似为具有圆截面的圆柱体，通过以上假设，可以得到弯曲角度θ和物体尺寸之间的关系如下。

l₁＝2d+2h+c (2)

l₂＝2d+a (3)

c＝2h+a (4)

横向形变压褶设计：除去垂直方向的“工字褶”弯折形变以外，本发明还可以通过对热合接缝进行设计达到不同的形变结果，如图10所示。由于热封缝能够在充气时“捕捉”部分面积，这意味着部分膜结构在变形过程中会收缩。当热合接缝的数量和距离相等时，充气结构弯曲角度相同。我们利用此收缩性能增加整个充气结构的横向形变量。横向形变量为充气结构提供类似“弹簧”状弹性余量，增加整体结构的灵活性，从而提高穿着者的舒适性。例如，充气结构接缝数量越多，充气后其横向的宽度越小，可拉伸性越强。

另外，如果我们在膜的单侧添加接缝，它会向一侧弯曲并形成二维弧度曲线。且曲线角度随着接缝数量的增加而增加。以上由压褶产生的充气形变均为结构自主性变。通过控制充气结构的形状和压褶路径的数量、位置、角度等参数，可实现不同形态的充气形变。如图11所示，充气结构具有n个等宽平行接缝，n为正整数，充气前长度为W₁，充气过程中，平面结构变为相连的并列类似等腰梯形的结构，形变过程中，结构的宽度不断减小，最终宽度约为W₂，充气后结构厚度为2H，H相对的角度为θ。结合图12，具体几何关系如下：

W₁-W₂＝2h(1-cosθ)·sin^-1θ(n+1) (6)

首先本设计通过充气产生形变，且形变结构可以根据预编程计算弯曲曲线，使其充气后贴合人体。其灵感来自于人体关节，通过模拟手指关节弯曲的结构，我们改变了充气结构上下薄膜的面积比。通常情况下，充气服装膜结构上下层面积相同，虽然充气前是柔软可弯曲的，但是充气后变硬不能变形。但是如果预留薄膜的部分面积，利用上下薄膜面积差，就可以使结构在充气后实现弯曲。这样不仅可以通过设计预留面积的大小来改变弯曲角度，还可以设置预留面积的位置来改变弯曲的形状。该结构模拟人体躯干骨架，结合上述形变方法，可以形成类似于外骨骼的支架型结构将服装撑起，形成固定空气层，提升服装保暖性能。并且，该结构重量几乎为零，充气前厚度几乎为零，不会给服装增加额外的重量和厚度。充气材料价格低廉，可以用PVC或者PET金属镀层薄膜，具有金属镀层的塑料膜材料具有良好的隔热防潮的特点，理论上，任何具有热塑性塑料(thermoplastic)材料均可用于本发明。

本实施例将原有充气部件优化为支撑性的支架结构，代替原有充气结构的保暖功能，充气支架将贴附于穿着者外衣内侧，或置于服装夹层中，当充气时，支架将服装撑起，增加衣间空气层，达到改善隔热效果。同时，充气支架的形变结构被预先进行设计，确保其充气后更好的贴合人体，且不影响结构弯折性能。

值得注意的是，这个结构仅作为服装里料和面料之间的夹层，不推荐直接作为服装使用。作为夹层的支撑结构更容易形成稳定的空气层，减小空气对流，保温效果更好。充气结构在隐藏面积的帮助下，完成贴合人体的形变状态，并给与轻微的束缚力，这样可以减小服装与人体之间的轻微移动，从而更好地保留静止空气层。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，其特征在于：包括前片充气结构和后片充气结构，前片充气结构与后片充气结构通过软管连接；

所述前片充气结构和后片充气结构的结构相同，均包括纵向的联通气道(4)，所述联通气道(4)的两侧连接多根横向气道(6)，所述联通气道(4)两侧的横向气道(6)对称设置，各所述横向气道(6)均与所述联通气道(4)贯通连接；

所述前片充气结构和后片充气结构均由两片热粘合薄膜通过热压形成，热压处形成热合接缝；

通过对所述热合接缝的数量和宽度的设计，达到不同的形变效果；

所述联通气道(4)和横向气道(6)上均设有充气时能产生形变的工字褶结构；

所述工字褶结构为不同弧度的工字褶结构或者梯形工字褶结构；

通过所述工字褶结构的数量、位置、方向、形状或疏密排列的不同，设计出不同的形变结构；

设前、后片充气结构由长度不同、宽度w相同的上下两片热粘合薄膜组成，在非膨胀状态时，上层热粘合薄膜长度为l₁，下层热粘合薄膜长度l₂，工字褶宽度c，工字褶隐藏宽度2h，工字褶下层对应宽度a；工字褶两侧宽度d；膨胀后，被压褶处的隐藏表面积在膨胀张力的带动下展开，导致前、后片充气结构弯曲产生折角θ，将前、后片充气结构形状近似为具有圆截面的圆柱体，可以得到弯曲角度θ和充气结构尺寸之间的关系如下，

l₁＝2d+2h+c

l₂＝2d+a

c＝2h+a

2.如权利要求1所述的一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，其特征在于：所述联通气道(4)上设有纵向排列双面平行工字褶。

3.如权利要求1所述的一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，其特征在于：各所述横向气道(6)末端设置有不同数量和密度的工字褶结构。

4.如权利要求1所述的一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，其特征在于：所述前片充气结构和后片充气结构充气时产生形变，形变结构根据使用需要预先设计，使前片充气结构和后片充气结构充气后贴合人体。

5.如权利要求1所述的一种用于保暖服装的柔性充气形变支架，其特征在于：通过在所述两片热粘合薄膜上添加不同数量的接缝，形成充气时向一侧弯曲的形变效果。

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