Слоистая структура, обеспечивающая регулируемую теплоизоляцию

Слоистая структура, обеспечивающая регулируемую теплоизоляцию

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к структурам, обеспечивающим регулируемую теплоизоляцию, и, в частности, относится к слоистой структуре, обеспечивающей регулируемую теплоизоляцию. Такую слоистую структуру можно использовать при проектировании тканей или текстильных материалов, в частности в изделиях и оборудовании для личной защиты, например в одежде, такой как защитная одежда, или в других функциональных предметах одежды, таких как перчатки.

Защитную одежду или функциональную одежду, как правило, используют в таких ситуациях, как тушение пожара, правоприменение, военные действия или промышленное производство, где требуется защита пользователя от воздействия окружающей среды или где требуется обеспечение желательных функциональных характеристик при данных условиях окружающей среды. Такая одежда может потребоваться для защиты пользователя от тепла, пламени или воздействия жидкостей. С другой стороны, желательно, чтобы одежда обеспечивала достаточное удобство для пользователя и позволяла ему выполнить заданную работу.

Что касается одежды пожарных как одной из областей, в которых используется защитная одежда или функциональная одежда, такая одежда требуется для обеспечения, с одной стороны, значительной степени теплоизоляции от пламени и тепла. Для этого требуется, чтобы одежда эффективно подавляла теплоперенос через одежду снаружи внутрь. Как правило, требуется, чтобы одежда пожарных обеспечивала достаточную гибкость и воздухопроницаемость и позволяла пожарному эффективно выполнять свою работу во время ношения данной одежды. Для этого требуется, чтобы одежда обеспечивала в некоторой степени перенос водяного пара (воздухопроницаемость) через одежду изнутри наружу.

Теплоизоляция, которую обеспечивает одежда пожарных, должна оставаться эффективной в широком интервале температур окружающей среды. Что касается предельного случая, требуется, чтобы одежда пожарных обеспечивала достаточную теплоизоляцию для защиты пожарных при воздействии пламени при полном развитии пожара, когда температура окружающей среды может составлять приблизительно 1000°C и выше. В таком случае на одежду будет, по меньшей мере, временно, воздействовать температура, которая на внешней оболочке одежды составляет приблизительно от 800 до 900°C. В случае сильных пожаров все же предполагается, что на внешнюю оболочку одежды будет воздействовать температура, составляющая вплоть до приблизительно 350°C, когда пожарный должен близко подходить к пламени. Температура на коже пожарного предпочтительно должна снижаться и не увеличиваться более чем приблизительно на 24°C.

В технических задачах, не связанных с пожаром, традиционная пожарная одежда обеспечивает уровень теплоизоляции, который, как правило, не требуется, и приводит к снижению удобства (учитывая низкую воздухопроницаемость этой одежды) вследствие большой толщины и плотности материала этой одежды. В вышеупомянутых приложениях, таких как одежда пожарных, где одежда должна обеспечивать теплоизоляцию в широком интервале температур, как правило, оказывается затруднительным выполнение всех требований (высокая воздухопроницаемость, превосходные теплоизоляционные свойства) статическими структурами, т.е. структурами, обеспечивающими во всех случаях теплоизоляцию, которая требуется в случае наихудшего развития событий.

Предложен ряд динамических концепций. Такие динамические концепции основаны на идее создания структуры, которая обеспечивает различные степени теплоизоляции в зависимости от данных условий окружающей среды. Создаваемую теплоизоляцию можно приспосабливать к температуре окружающей среды, которая воздействует на структуру, в том числе на ее внешней стороне и/или на ее внутренней стороне.

В области пожарной охраны разработана концепция вспенивающихся огнезащитных систем, которые используют в разнообразных приложениях, включая, например, вспенивающиеся огнезащитные уплотнения для противопожарных дверей, или в форме вспенивающихся огнезащитных покрытий для труб. Такие вспенивающееся огнезащитные системы, как правило, включают вспенивающееся огнезащитное вещество, имеющее твердую основу, которая подвергается процессу пенообразования при воздействии тепла, в результате чего увеличивается объем, и, таким образом, усиливаются изоляционные свойства. Как правило, такой процесс пенообразования начинается, когда на вспенивающееся огнезащитное вещество воздействует заданная температура активации. В результате процесса пенообразования вспенивающееся огнезащитное вещество становится пористым, т.е. уменьшается его плотность и увеличивается его объем, но оно все же сохраняет свою твердую структуру. Типичные вспенивающиеся огнезащитные вещества представляют собой силикат натрия, вспениваемый графит или материалы, содержащие углерод и/или значительные количества гидратов.

Предложено использование вспенивающихся огнезащитных материалов для изготовления одежды пожарных или другой функциональной одежды. Патентная заявка США № 2009/0111345 A1 описывает структуру, обеспечивающую регулируемую изоляция для водонепроницаемых, но проницаемых для водяного пара материалов/предметов одежды, которые защищают пользователя от тепла или пламени, сохраняя при этом воздухопроницаемость. Вспенивающееся огнезащитное вещество на основе смеси полимерной смолы и вспенивающегося графита находится между огнезащитным и непроницаемым для жидкостей слоями. Патентная заявка США № 2009/0111345 A1 описывает температуру активации, составляющую приблизительно 200°C, и увеличение объема вспенивающегося огнезащитного вещества, составляющее, по меньшей мере, 200% после воздействия 300°C в течение 90 секунд. Испытания показали, что данный подход имеет ограничения при применении к материалам для одежды пожарных.

Следующий подход к изготовлению огнестойкого гибкого материала, который обеспечивает тепловую защиту посредством механизма вспенивания, представлен в международной патентной заявке WO 2009/025892 A2. В данном материале к внешней поверхности материала гибкой подложки прикреплено множество отдельных защитных пластин, находящихся на расстоянии друг от друга. Эти защитные пластины содержат вспенивающийся огнезащитный материал, который расширяется в значительной степени при воздействии достаточного нагревания. В результате этого при активации образуется внешняя пленочная оболочка, обеспечивающая постоянную теплоизоляцию и огнестойкость. В варианте осуществления защитные пластины включают расширяющиеся при нагревании микрокапсулы, которые содержат воду или раствор на водной основе, и эта вода испаряется при воздействии тепла, в результате чего поглощается тепло из источника пламени, и микрокапсулы расширяются до тех пор, пока они не разрушаются и не высвобождают свое содержимое, которое вытесняет кислород и гасит пламя. Согласно данному сообщению, температура активации инкапсулирующих воду микрокапсул составляет приблизительно от 100°C до 400°C.

В качестве альтернативы вспенивающимся огнезащитным системам предложено обеспечение регулируемой теплоизоляции для предметов одежды пожарных за счет использования обладающего памятью формы материала сплава или биметаллического материала, как описано в международной патентной заявке WO 99/05926 A1. Согласно данному подходу, динамическая регулируемая теплоизоляционная система основана на прокладочном материале, расположенном между материалом внешней оболочки и материалом внутреннего вкладыша. Прокладочный материал может представлять собой обладающий памятью формы сплав, подготовленный в форме спирали, форме лотка или форме катушки, или это могут быть биметаллические полоски или фиксирующие диски. Согласно данному сообщению, температура активации составляет приблизительно от 65°C до 75°C (сплав с памятью формы) и 50°C (биметаллические полоски). В отличие от предложения на основе обсуждаемых выше вспенивающихся огнезащитных систем, международная патентная заявка WO 99/05926 A1, по существу, предлагает обратимую систему, которая может выдерживать множество циклов активации/дезактивации.

Международная патентная заявка WO 2008/097637 A1 описывает систему композитных материалов, обеспечивающую теплоизоляцию и включающую материал внешней оболочки, влагонепроницаемый материал и теплоизоляционный вкладыш. Теплоизоляционный вкладыш включает, по меньшей мере, один расширяющийся при нагревании огнестойкий материал, изготовленный из гофрированных термостойких волокон, находящихся в состоянии сжатия за счет термопластического связующего материала в неактивированном состоянии. Когда на теплоизоляционный вкладыш воздействует тепло или пламя, согласно данному сообщению, толщина вкладыша увеличивается, по меньшей мере, в три раза.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованную слоистую структуру, которая обеспечивает регулируемую теплоизоляцию по отношению к высоким температурам. В конкретном приложении задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить материал для использования в защитной и/или функциональной одежде, в частности для использования в одежде пожарных, причем указанный материал должен включать такую усовершенствованную слоистую структуру.

Настоящее изобретение предлагает слоистую структуру, обеспечивающую регулируемую теплоизоляцию и включающую первый слой; второй слой; по меньшей мере, одну полость, образованную между первым слоем и вторым слоем, причем данную полость окружает полупроницаемая оболочка; и газообразующее вещество, имеющее неактивированную конфигурацию и активированную конфигурацию, причем газообразующее вещество приспособлено к переходу из неактивированной конфигурации в активированную конфигурации, например к увеличению давления газа внутри полости, в ответ на увеличение температуры в полости; причем первый слой, второй слой и полость расположены таким образом, что расстояние между первым слоем и вторым слоем увеличивается в ответ на увеличение давления газа внутри полости.

Настоящее изобретение предлагает регулируемую теплоизоляционную структуру, у которой увеличивается теплоизоляционная способность в ответ на увеличение температуры. Недавно было показано, что такая структура может обеспечивать существенное увеличение теплоизоляционной способности, когда температура увеличивается, переходя из интервала нормальных или рабочих температур в интервал повышенный температур. В некоторых вариантах осуществления можно обеспечивать определенное увеличение от первой (как правило, меньшей) теплоизоляционной способности при пониженных температурах до второй (как правило, большей) теплоизоляционной способности при повышенных температурах. В предпочтительных вариантах осуществления определенное увеличение теплоизоляционной способности может быть связано с температурой активации, т.е. структура активируется, когда температура увеличивается до температуры активации или выше.

Термин «слоистая структура» при использовании в настоящем документе означает структуру, имеющую, по меньшей мере, в неактивированном состоянии структуры, плоскую или листовидную конфигурацию, которая распространяется, главным образом, в поперечных направлениях, которые определяют направления длины и ширины, и является тонкой. Конфигурация считается тонкой, если она имеет толщину в направлении, перпендикулярном направлениям длины и ширины, которая значительно меньше, чем длина и ширина. В типичных приложениях слоистая структура, которая определена в настоящем документе, представляет собой гибкую слоистую структуру по отношению к изогнутой или жесткой слоистой структуре.

Первый и второй слои могут представлять собой слои, расположенные таким образом, что они обращены друг к другу в направлении толщины слоистой структуры. Первый и второй слои не обязательно должны представлять собой соседние слои. Помимо полости, другие структурные элементы слоистой структуры, например изоляционный материал, можно вводить между первым и вторым слоями. Первый и второй слои, как правило, расположены, главным образом, параллельно друг другу и перпендикулярно направлению толщины. Расстояние между первым и вторым слоями можно измерять в направлении толщины. В том случае, когда первый и/или второй слои не находятся в одной плоскости, но имеют структуру с выступами и/или углублениями, расстояние между слоями определяют по отношению к данной условной плоскости. В вариантах практического осуществления первый и второй слои могут, например, представлять собой слои материала, например внутренний слой материала и внешний слой материала, причем между внутренним слоем и внешним слоем находится полость. Учитывая применение слоистой структуры согласно настоящему изобретению для материалов, используемых в одежде, термин «внутренний слой» означает слой, который обращен к телу пользователя и расположен на минимально возможном расстоянии от кожи пользователя. Термин «внешний слой» означает слой, обращенный в противоположном направлении от тела пользователя к окружающей среде.

Когда воздействует повышенная температура, газообразующее вещество начинает производить газ в полости, и таким образом давление газа в полости будет увеличиваться. Это увеличение давления газа внутри полости вызывает «раздувание» полости. В результате раздувания увеличивается толщина полости, и это приводит к увеличению расстояния между первым слоем и вторым слоем. Результат заключается в том, что между первым слоем и вторым слоем образуется «газовый слой» или «воздушный слой», который обеспечивает эффективную теплоизоляцию вследствие низкой теплопроводности газа/воздуха, а также вследствие увеличения расстояние между первым и вторым слоями.

Газообразующее вещество представляет собой «движущую силу» для удаления первого и второго слоев друг от друга, чтобы увеличивалось расстояние между первым и вторым слоями и увеличивался изоляционный объем. В зависимости от температуры газообразующее вещество может иметь неактивированную конфигурацию и активированную конфигурацию. В неактивированной конфигурации газообразующего вещества регулируемая теплоизоляционная структура находится в своем неактивированном состоянии. Активированное состояние регулируемой теплоизоляционной слоистой структуры получается путем изменения конфигурации газообразующего вещества.

Газообразующее вещество в неактивированной конфигурации может содержаться в полости. Газообразующее вещество может представлять собой любое вещество из жидкости, твердого вещества, геля или их сочетаний. Газообразование может происходить посредством физического превращения (т.е. посредством фазового перехода из жидкости в газ, и/или из твердого вещества в газ, и/или высвобождения адсорбированных газов), или посредством химического превращения (т.е. посредством химической реакции, в которой высвобождается, по меньшей мере, один газообразный продукт), или посредством их сочетаний. Было обнаружено, что желательный порог активации газообразующего вещества, например температуру активации, можно регулировать надлежащим образом, используя газообразующее вещество в форме смеси, по меньшей мере, двух соединений.

Согласно настоящему изобретению, полость и газообразующее вещество совместно с первым и вторым слоями образуют термически активированную раздуваемую композитную структуру, которая при воздействии на нее повышенной температуры увеличивается в объеме. Таким образом, настоящее изобретение предусматривает эффект, напоминающий поведение вспенивающихся огнезащитных веществ при воздействии повышенной температуры, но использует процесс, совершенно отличный от вспенивания. В слоистой структуре, описанной в настоящем документе, полость и газообразующее вещество имеют такую конфигурацию, что увеличение объема приводит к выраженному увеличению расстояния между первым и вторым слоями. В результате этого изоляционный объем, который заполняет, главным образом, газ и/или воздух, создается между первым и вторым слоями. В отличие от известных вспенивающихся огнезащитных веществ, которые изменяют свою конфигурацию, переходя из компактной твердой структуры в пористую твердую структуру при увеличении температуры, «квазивспенивающаяся огнезащитная» композитная структура согласно настоящему изобретению изменяет свою конфигурацию, переходя из нераздутого состояния при пониженных температурах в раздутое состояние при повышенных температурах. В противоположность известным вспенивающимся огнезащитным веществам, в которых процесс пенообразования начинается после активации и приводит к тому, что образуется огромное множество отдельных полостей, настоящее изобретение предусматривает полость заданной геометрии, которая уже присутствует в неактивированном состоянии. После активации эта полость изменяет свою форму, например увеличивается ее объем и/или увеличивается расстояние между первым слоем и вторым слоем.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что такая «квазивспенивающаяся огнезащитная» композитная слоистая структура может быть значительно лучше исправлена и отрегулирована в отношении ее температуры активации и скорости активации (т.е. скорости увеличения теплоизоляционной способности при увеличении температуры, когда температура становится равной температуре активации), чем любые известные вспенивающиеся огнезащитные вещества. Кроме того, было продемонстрировано, что можно изготавливать даже обратимые «квазивспенивающиеся огнезащитные» композитные слоистые структуры, которые позволяют переводить систему из активированного состояния в неактивированное состояние, даже осуществляя множество циклов, если это желательно.

Слоистая структура включает полупроницаемую оболочку, которая заключает в себе полость. Термин «полупроницаемый» при использовании в настоящем документе означает оболочку и материал, из которого изготовлена оболочка, и который, с одной стороны, является проницаемым для полярных (гидрофильных) газов, таких как водяной пар, и, с другой стороны, является, по меньшей мере, временно газонепроницаемым. Термин «газонепроницаемый» означает, по меньшей мере, непроницаемость, по меньшей мере, в отношении одного газа, который производится газообразующим веществом, когда оно изменяет свою конфигурацию, переходя из неактивированной конфигурации в активированную конфигурацию.

Состояние, по меньшей мере, временной газонепроницаемости означает, что оболочка обладает способностью удерживания газа в течение желательного времени по отношению, по меньшей мере, к одному из газов, которые производит газообразующее вещество при изменении его конфигурации и переходе в активированную конфигурацию. В конкретных вариантах осуществления оболочка является непроницаемой для неполярных газов, таких как CO₂, N₂, O₂.

Предпочтительно оболочка изготовлена из газонепроницаемого материала, у которого число Герли (Gurley) составляет 500 секунд и более, предпочтительно 1500 секунд и более, и которое измеряют, используя автоматический денсиметр Genuine Gurley модели 4340. При исследовании методом Герли с использованием потока воздуха измеряют время в секундах, за которое 100 см³ воздуха проходит через один квадратный дюйм образца материала при давлении, составляющем 4,88 дюйма (124 мм) водяного столба (1216 Па).

В одном варианте осуществления оболочка является проницаемой для водяного пара и, по меньшей мере, временно газонепроницаемой.

В частности, оболочка может иметь такую конфигурацию, что объем полости увеличивается в ответ на увеличение давления газа внутри полости. Полость, которую окружает проницаемая для водяного пара или воздухопроницаемая оболочка, позволяет поддерживать воздухопроницаемость слоистой структуры во всей области, покрытой полостью. Это применимо в неактивированном состоянии слоистой структуры, когда газообразующее вещество находится в своей неактивированной конфигурации, а также в активированном состоянии слоистой структуры, когда газообразующее вещество находится в своей активированной конфигурации. Таким образом, всю область слоистой структуры может покрывать оболочка или множество оболочек согласно настоящему изобретению без значительно потери воздухопроницаемости слоистой структуры.

Термин «проницаемый для водяного пара» или «воздухопроницаемый» при использовании в настоящем документе следует понимать, как означающий характеристику слоя или структуры, например оболочки, или слоистой структуры, или материала, или одежды, включающей такую слоистую структуру, которая представляет собой способность переносить водяной пар с одной стороны слоя или структуры на другую сторону. В вариантах осуществления слой или структура может также обладать водонепроницаемостью, включая, по меньшей мере, один функциональный слой, который является водонепроницаемым и проницаемым для водяного пара (воздухопроницаемым).

Термин «проницаемый для водяного пара слой» или «воздухопроницаемый слой» при использовании в настоящем документе предназначен для включения любого слоя, который обеспечивает перенос водяного пара через слой или указанную слоистую структуру или слоистый композитный материал. Слой может представлять собой текстильный слой или функциональный слой согласно описанию в настоящем документе. Функциональный слой может иметь проницаемость водяного пара, измеряемую как сопротивление проникновению водяного пара (Ret) и составляющую менее чем 30 (м²•Па)/Вт.

Сопротивление проникновению водяного пара или сопротивление переносу пара (Ret) является специфическим свойством материалов, которые представляют собой листовидные структуры или композитные материалы, определяющие поток скрытой теплоты испарения через данную площадь при постоянном градиенте парциального давления. Слоистая структура, композитный материал, текстильный слой или функциональный слой согласно настоящему изобретению считается проницаемым для водяного пара, если его сопротивление проникновению водяного пара Ret составляет ниже 150 (м²•Па)/Вт. Слоистая структура, композитный материал, текстильный слой или функциональный слой предпочтительно имеет значение Ret, составляющее менее чем 30 (м²•Па)/Вт. Проницаемость водяного пара измеряют согласно стандарту ISO EN 11092 (1993).

Оболочка является, по меньшей мере, временно газонепроницаемой. Газонепроницаемость означает, по меньшей мере, непроницаемость в отношении, по меньшей мере, одного из газов, которые производит газообразующее вещество при изменении своей конфигурации и переходе в активированную конфигурацию, т.е. при увеличении температуры до температуры активации или выше. Термин «по меньшей мере, временно газонепроницаемый» предназначен для определения того, что оболочка способна удерживать, по меньшей мере, один из газов, образующихся при активации газообразующего вещества внутри полости в течение периода времени, более продолжительного, чем ожидаемая продолжительность высокотемпературного события, такого как полное развитие пожара.

Огнестойкие материалы определены в международном стандарте DIN EN ISO 14116 (2008 г.). Стандарт EN ISO 15025 (2003 г.) определяет методы исследования для оценки огнестойкости материалов. Согласно стандарту DIN EN ISO 14116 (2008 г.), определены различные уровни огнестойкости. В качестве примера, огнестойкие материалы, которые используют для предметов одежды пожарных, должны проходить испытательные процедуры, которые определены для уровня 3 согласно стандарту DIN EN ISO 14116 (2008 г.). Для других приложений могут оказаться достаточными менее строгие критерии, которые определены для уровней 1 и 2.

Оболочка может включать функциональный слой. Термин «функциональный слой» при использовании в настоящем документе определяет пленку, мембрану или поверхностную обработку, которая создает препятствие для проникновения воздуха и/или для проникновения ряда других газов, например опасных газообразных химических веществ. Таким образом, функциональный слой является воздухонепроницаемым и/или газонепроницаемым. Это применяется, в частности, по отношению к газу, который производит газообразующее вещество при переходе в свою активированную конфигурацию. Термин «воздухонепроницаемый» и/или «газонепроницаемый» означает, что функциональный слой имеет число Герли (Gurley), которое составляет 500 секунд и более, предпочтительно 1500 секунд и более, и которое измеряют, используя автоматический денсиметр Genuine Gurley модели 4340. При исследовании методом Герли с использованием потока воздуха измеряют время в секундах, за которое 100 см³ воздуха проходит через один квадратный дюйм образца материала при давлении, составляющем 4,88 дюйма (124 мм) водяного столба (1216 Па). Функциональный слой в данном конкретном варианте осуществления является воздухонепроницаемый, но он может быть воздухопроницаемым в других вариантах осуществления.

В следующих вариантах осуществления функциональный слой также обеспечивает препятствие для проникновения жидкой воды и, в идеальном случае, для ряда опасных жидких химических веществ. Слой считается непроницаемым для жидкостей, если он препятствует проникновению жидкой воды при давлении, составляющем, по меньшей мере, 0,13 бар (130 кПа). Давление проникновения воды измеряют, используя образец функционального слоя и такие же условия, которые описаны по отношению к стандарту ISO 811 (1981 г.).

Функциональный слой можно изготавливать, используя подходящие мембраны, например микропористые мембраны, изготовленные из расширенного политетрафторэтилена (PTFE).

Функциональный слой может включать в одном варианте осуществления один или более слоев, где функциональный слой является проницаемым для водяного пара, и воздухонепроницаемую мембрану для обеспечения характеристик воздухонепроницаемости и одновременной проницаемости для водяного пара. Предпочтительно мембрана является также непроницаемой для жидкостей, по меньшей мере, водонепроницаемой.

Подходящая водонепроницаемая и проницаемая для водяного пара гибкая мембрана для использования в настоящем изобретении описана в патенте США № 3 953 566, который представляет пористый материал из расширенного политетрафторэтилена (ePTFE). Пористый расширенный материал PTFE имеет микроструктуру, которую отличают узлы, соединенные друг с другом посредством фибрилл. Если это желательно, водонепроницаемые свойства можно усиливать, нанося на расширенный PTFE гидрофобный и/или олеофобный покровный материал, как описано в патенте США № 6 261 678.

Водонепроницаемая и проницаемая для водяного пара мембрана может также представлять собой микропористый материал, такой как высокомолекулярный микропористый полиэтилен или полипропилен, микропористый полиуретан или сложный полиэфир, или гидрофильный монолитный полимер, такой как полиуретаны или сложные полиэфиры, например полиэфирполиуретаны или полэфирэфиры.

Функциональный слой может быть изготовлен из многослойного материала, например, как описано в патенте США № 4 194 041.

В следующих вариантах осуществления первый слой и/или второй слой включает функциональный слой. В другие варианты осуществления функциональный слой может образовывать дополнительный слой слоистой структуры.

Как правило, газообразующее вещество, когда оно находится в своей неактивированной конфигурации, будет содержаться в полости. Газообразующее вещество можно приспособить для производства газа в полости в ответ на превышение температурой в полости заданной температуры активации, таким образом, что расстояние между первым слоем и вторым слоем увеличивается от первого расстояния в неактивированной конфигурации газообразующего вещества до второго расстояния в активированной конфигурации газообразующего вещества.

Температура активации представляет собой температуру, при которой газообразующее вещество начинает производить значительное количество газа в полости, давление газа в полости начинает увеличиваться, и это увеличение давление газа внутри полости приводит к объемному увеличению (раздуванию) полости.

Второе расстояние между первым слоем и вторым слоем в активированной конфигурации газообразующего вещества может быть больше на 1 мм или более, чем первое расстояние между первым слоем и вторым слоем в неактивированной конфигурации газообразующего вещества. В конкретных вариантах осуществления второе расстояние может быть больше на 3 мм или более или может даже быть больше на 6 мм или более, чем первое расстояние.

В следующем варианте осуществления оболочка может включать абсорбирующий воду материал. В частности, оболочка может быть изготовлена из материала, который обладает характеристиками абсорбции воды. Абсорбирующий воду материал обладает способностью встраивать молекулы воды в свою структуру. Молекулы воды (в виде водяного пара) могут проникать через такой материал в случае различий парциального давления водяного пара в объеме материала. Таким образом, этот материал, как правило, является воздухопроницаемым. Однако, несмотря на проницаемость для водяного пара, такой абсорбирующий воду материал будет непроницаемым для других газов, особенно для неполярных газов, в том случае, когда такой материал оказывается неспособным встраивать в свою структуру молекулы других (газообразных) веществ, отличных от воды. Газонепроницаемость может относиться к широкому кругу молекул, отличных от молекул воды, или может существовать селективность в отношении ограниченного числа молекул.

В одном варианте осуществления материал оболочки может быть проницаемым для гидрофильных (полярных) газов (например, водяного пара) и практически непроницаемым для неполярных газов, таки как CO₂, N₂/O₂ и т.д.

Использование абсорбирующего воду материала в качестве оболочки позволяет поддерживать проницаемость водяного пара, но обеспечивает газонепроницаемость по отношению к газу, который образуется после активации газообразующего вещества.

Еще один пример проницаемого для водяного пара и абсорбирующего воду материала представляет собой микропористый материал с закрытыми ячейками.

Один пример абсорбирующего воду материала, который указан выше, представляет собой полиуретан (PU).

В следующих вариантах осуществления оболочка может включать растяжимый материал или упругий материал. Оболочка может даже быть изготовлена из растяжимого материала или упругого материала. Материал считается растяжимым, если он способен удлиняться, по меньшей мере, в одном направлении, когда на оболочку действует повышенное давление газа после активации. В частности, материал можно считать растяжимым, если слой или структура из такого материала, например оболочечный слой или часть оболочки, достигает деформации при разрыве, составляющей, по меньшей мере, 50% или более, согласно техническим условиям, определенным в стандарте EN ISO 527-1, 2, 3 (1996 г.), когда измерения осуществляют при скорости деформации, составляющей 200 мм/мин.

По меньшей мере, части оболочки согласно настоящему изобретению могут быть изготовлены из растяжимого материала.

За счет растяжения после активации можно обеспечить еще большее разделение первого слоя и второго слоя.

Помимо растяжения частей оболочки, изготовленных из растяжимого материала, оболочка может изменять свою форму, переходя из «плоской формы» к «выпуклой форме» после активации, например, путем увеличения расстояние между первым и вторым слоями. Такое изменение формы обусловлено стремлением полости к увеличению своего объема для данной площади поверхности оболочки под давлением газа, который образуется в возрастающем количестве по мере того, как газообразующее вещество переходит из неактивированной конфигурации в активированную конфигурацию. Этот процесс приводит к тому, что увеличивается средняя «толщина» или «высота» полости, и в результате этого увеличивается расстояние между первым и вторым слоями. Оболочка может принимать форму прокладки или пластинки, причем эта прокладка или пластинка является плоской в неактивированном состоянии и изменяет свою форму на форму раздутой подушки в активированном состоянии.

В принципе, оболочка может быть изготовлена из одного слоя или элемента, но в большинстве случаев ее изготавливают из нескольких слоев или элементов, которые соединяют друг с другом.

В варианте осуществления оболочка может иметь композитную структуру, состоящую из множества слоев, соединенных друг с другом. В одном варианте осуществления слои можно соединять друг с другом путем ламинирования, причем их соединяют в отдельных областях или на полной площади. Два или более слоев можно ламинировать друг на друга. Такая композитная структура является полупроницаемой, согласно определению в настоящем документе. В оболочке, имеющей такую композитную структуру, каждый слой из указанной слоистой структуры обеспечивает проницаемость водяного пара. Как правило, считается достаточным, если, по меньшей мере, один слоев обеспечивает газонепроницаемость согласно определению в настоящем документе.

В некоторых вариантах осуществления оболочка может быть изготовлена, по меньшей мере, из двух элементов оболочки. По меньшей мере, два элемента оболочки можно соединять друг с другом таким образом, чтобы образовывать полость между ними. Каждый элемент оболочки может включать композитную структуру из множества слоев, как описано выше. В такой конфигурации каждый из элементов оболочки предпочтительно обеспечивает проницаемость водяного пара и газонепроницаемость.

В варианте осуществления оболочку могут составлять, по меньшей мере, первый полупроницаемый оболочечный слой и, по меньшей мере, второй полупроницаемый оболочечный слой, причем каждый из листовидных материалов является проницаемым для водяного пара и, по меньшей мере, временно газонепроницаемым, насколько это желательно. Эти два оболочечных слоя можно соединять друг с другом вдоль герметичной структуры, образуя замкнутый контур, таким образом, что полость окружена слоями. Каждый из оболочечных слоев может иметь однослойную структуру, но можно также иметь композитную многослойную структуру, изготовленную из множества слоев, ламинированных друг на друга, как описано выше, или первый оболочечный слой можно иметь однослойную структуру, и второй оболочечный слой может иметь композитную многослойную структуру. В еще одном варианте осуществления оболочечные слои могут быть изготовлены одного слоя (монослоя), непроницаемого для текучих сред. Указанный слой может быть превращен в оболочку посредством сварки или склеивания.

Первый и второй оболочечные слои могут быть изготовлены из различных материалов, придающих оболочке различные характеристики в различных ее частях. В качестве примера, оболочка может быть изготовлена из двух оболочечных слоев различных материалов, причем первый оболочечный слой состоит из практически нерастяжимого материала и второй оболочечный слой состоит из растяжимого материала. В активированной конфигурации газообразующего вещества под давлением, образующимся в полости, преимущественно второй оболочечный слой растягивается, т.е. удлиняется, по меньшей мере, в одном направлении, в то время как первый оболочечный слой не растягивается в значительной степени ни в одном направлении. В такой конфигурации, с одной стороны, второй оболочечный слой будет обеспечивать увеличение расстояния между первым слоем и вторым слоем слоистой структуры, и в результате этого образуется изоляционный объем большой толщины. С другой стороны, первый оболочечный слой будет обеспечивать устойчивость размеров, и, таким образом, материал, включающий слоистую структуру, как описано в настоящем документе, будет сохранять свою форму и размер даже при воздействии на него очень высоких температур, которые возникают в определенных чрезвычайных обстоятельствах (например, при полном развитии пожара). Кроме того, направление раздувания оболочек можно регулировать достаточно точно.

В качестве примера, стандарт DIN EN 469 (2007)