KR20070013307A - Filament or fiber - Google Patents
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Abstract
액정 엘라스토머 및 필라멘트 또는 섬유의 작용을 할 수 있는 액츄에이터를 포함하는 필라멘트 또는 섬유는 상기 필라멘트 또는 섬유의 크기 변화를 초래한다.Filaments or fibers, including liquid crystal elastomers and actuators capable of acting as filaments or fibers, result in a change in the size of the filaments or fibers.
Description
본 발명은 필라멘트 또는 섬유, 특히 의류 또는 직물의 한 가지 이상의 특성을 변화시킬 목적으로, 직물 또는 의류에 포함시키기에 적합한 필라멘트 또는 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a filament or fiber suitable for inclusion in a fabric or garment, in particular for the purpose of changing one or more properties of the garment or fabric.
섬유 또는 필라멘트의 특징을 변경해서 생산하는 다양한 방법이 알려져 있다. 본래의 특징 일부분으로서 나타나는 섬유 특징의 변경은 변형으로 알려져 있다. 섬유 내에서 크기를 변화시키기 위해 액츄에이터를 사용하는 것이 알려져 있다. 그러나 대부분의 공지된 물질은 단지 매우 제한적인 변형, 즉 자극에 대한 반응으로 매우 제한적인 위치 또는 형태의 변경을 나타낸다. 예를 들어 고압 물질은 1% 미만의 변형을 나타내고, 형체 기억 합금은 8% 미만의 변형을 나타내고, 철 전기 중합체는 5% 미만의 변형을 나타낸다.Various methods are known for producing a modified feature of a fiber or filament. Changes in fiber characteristics that appear as part of the original feature are known as variations. It is known to use actuators to change size in a fiber. Most known materials, however, exhibit only very limited modifications, namely very limited position or shape changes in response to stimuli. For example, high pressure materials exhibit less than 1% strain, shape memory alloys exhibit less than 8% strain, and iron electropolymers exhibit less than 5% strain.
이온 중합체 겔 및 유전 엘라스토머와 같이 상당히 큰 얼룩을 가진 물질이 알려져 있다. 그러나 이런 물질은 일반적으로 액상일 경우 이온 전도체를 필요로 하는 단점을 갖거나 약 102V/micron의 매우 높은 전기장을 필요로 한다. 큰 선형 변형을 가진 물질은 드물다. Materials with fairly large stains are known, such as ionic polymer gels and dielectric elastomers. However, these materials generally have the disadvantage of requiring ion conductors in the liquid phase or require very high electric fields of about 10 2 V / micron. Materials with large linear strains are rare.
본 발명의 목적은 크기가 액츄에이터에 따라 가역 조절로 변경될 수 있는 필라멘트 또는 섬유를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a filament or fiber whose size can be changed in reversible control depending on the actuator.
본 발명의 추가 목적은 비교적 큰 변형이 생길 수 있는 필라멘트 또는 섬유를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide filaments or fibers in which relatively large deformations can occur.
본 발명에 따르면 액정 엘라스토머를 포함하는 필라멘트 또는 섬유, 및 필라멘트 또는 섬유의 작동을 가능케 하여 필라멘트 또는 섬유의 크기 변화를 야기하는 액츄에이터를 제공한다.According to the present invention there is provided an filament or fiber comprising a liquid crystal elastomer, and an actuator which enables the operation of the filament or fiber to cause a change in the size of the filament or fiber.
바람직하게 필라멘트 또는 섬유의 액츄에이터는 축의 변화, 또는 필라멘트 또는 섬유의 선형 특징의 변화를 초래한다. 본래의 선형 특징의 비율로 표현될 때 그런 선형 특징의 변화는 선형 변형으로서 알려져 있다.Preferably the actuator of the filament or fiber results in a change in the axis, or a change in the linear characteristics of the filament or fiber. Changes in such linear features, when expressed as proportions of the original linear features, are known as linear deformations.
액정 엘라스토머는 기능성의 긴 사슬 엘라스토머, 복수의 메소제닉 측쇄 및 가교제를 포함한다.Liquid crystal elastomers include functional long chain elastomers, a plurality of mesogenic side chains and crosslinkers.
상기 메소제닉 측쇄를 형성하는 메소젠은 액정 활성 그룹이다.The mesogen forming the mesogenic side chain is a liquid crystal active group.
상기 가교제는 또 다른 장쇄 엘라스토머와 서로 교차결합하고, 액정 활성일 수 있다.The crosslinker crosslinks with another long chain elastomer and can be liquid crystalline active.
액정은 액정상과 등방성 상을 분리하는 등방성 경계를 갖는 것이 알려져 있다.It is known that a liquid crystal has an isotropic boundary separating the liquid crystal phase and the isotropic phase.
액정 엘라스토머의 특징 때문에, 특히 액정 물품 및 장쇄 엘라스토머의 형태의 결합 때문에, 액정이 액상에서 등방성 상 경계를 지날 때 엘라스토머의 길이가 감소한다.Due to the characteristics of the liquid crystal elastomer, in particular due to the combination of the form of the liquid crystal article and the long chain elastomer, the length of the elastomer decreases when the liquid crystal crosses the isotropic phase boundary in the liquid phase.
상기 방법은 등방성 상으로부터 액정 상으로 가역적이어서, 물질은 다시 팽창할 것이다.The method is reversible from the isotropic phase to the liquid crystal phase so that the material will expand again.
등방성 상에서 액정 상으로 이동할 때 액정이 300%까지 팽창하는 것으로 알려져 있다. It is known that the liquid crystal expands by 300% when moving from the isotropic phase to the liquid crystal phase.
유리하게도 메소제닉 측쇄의 적어도 일부가 배열된다. 큰 단일축의 수축 및 팽창을 위해 실질적으로 모두 메소젠 그룹에 속하는 것이 요구된다. 이런 방식으로 상변화에 의해 유도된 변화는 국소 변형이 전체의 큰 변형의 생성을 돕기 위해서 엘라스토머를 통해 단일 방향으로 향한다. 배열된 액정 엘라스토머는 액체 단일 결정 엘라스토머(LSCE)라고 부른다.Advantageously at least part of the mesogenic side chains are arranged. Substantially all belong to the mesogen group for the contraction and expansion of the large single axis. In this way, the change induced by the phase change is directed in a single direction through the elastomer to help the local strain to produce a large overall strain. The arranged liquid crystal elastomer is called liquid single crystal elastomer (LSCE).
액정 등방성 상의 이동은 일반적으로 메소제닉 측쇄의 타입 및 가교제 타입에 따라 조정될 수 있는 온도에 의해 유도될 뿐만 아니라 이런 두 가지 화합물의 농도 비율에 의해서도 유도된다. 이러한 것은 실온 이하에서 100℃이상의 온도까지의 전이 온도의 큰 범위를 허용한다.The movement of the liquid crystal isotropic phase is generally induced not only by the temperature which can be adjusted depending on the type of mesogenic side chain and the crosslinking agent type but also by the concentration ratio of these two compounds. This allows a large range of transition temperatures from below room temperature to temperatures above 100 ° C.
예를 들어, 4'-메톡시페닐-4-(1-부텐옥시)베조에이트가 메소제닉 측쇄로서 사용될 때, 등방성 상 전이 온도로 네마틱(또는 스멕틱)은 부텐옥시기를 에텐옥시기로 변경하여 25℃ 이상으로 낮춰질 수 있다. 유사하게 부텐옥시기를 헥센옥시기로 변경하여 약 25℃만큼 증가시킬 수 있다. 추가로 예를 들어 주쇄 길이 유닛 당 메소제닉 측쇄의 수의 증가는 일반적으로 네마틱(또는 스멕틱)등방성 상 전이 온도로 증가할 것이다.For example, when 4'-methoxyphenyl-4- (1-buteneoxy) bezoate is used as the mesogenic side chain, the isotropic phase transition temperature nematic (or smectic) converts the buteneoxy group to the etheneoxy group It can be lowered above 25 ° C. Similarly, the buteneoxy group can be changed to a hexeneoxy group to increase by about 25 ° C. In addition, for example, an increase in the number of mesogenic side chains per main chain length unit will generally increase to a nematic (or smectic) isotropic phase transition temperature.
유리하게도 액츄에이터는 섬유 또는 필라멘트를 따라 축으로 신장하는 전극을 포함한다.Advantageously the actuator comprises an electrode extending axially along the fiber or filament.
바람직하게는, 상기 전극은 탄성적이다. 이것은 작용시 상기 전극이 섬유가 확장 및 수축함에 따라 확장하고 수축하도록 허용한다.Preferably, the electrode is elastic. This allows the electrode to expand and contract in action as the fiber expands and contracts.
예를 들어 상기 탄성 전극은 주름이 잡힐 수 있다.For example, the elastic electrode can be crimped.
유리하게는, 상기 전극은 크로뮴금을 포함한다.Advantageously, the electrode comprises chromium gold.
5 내지 100 ㎚의 두께를 가지는 크로뮴금 필름은 유연 전극을 형성하기 위해 전자빔 증발에 의해 상기 섬유 또는 필라멘트 상에 증착될 수 있다. 그런 전극은 20%가 넘는 극까지 전도성을 보존할 수 있다. 그런 필름은 상기 필라멘트 또는 섬유에 균일하게 도포될 수 있다.Chromium gold films having a thickness of 5 to 100 nm can be deposited on the fibers or filaments by electron beam evaporation to form flexible electrodes. Such electrodes can preserve conductivity up to over 20% of their poles. Such films may be applied uniformly to the filaments or fibers.
바람직하게는, 상기 전극은 상기 섬유 또는 필라멘트의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장하는 나선형 와이어를 포함한다.Preferably, the electrode comprises a helical wire extending at least partially along the length of the fiber or filament.
상기 전극은 대체로 상기 필라멘트 또는 섬유의 외부 표면을 따라 연장할 수 있다. 대안적으로, 상기 전극은 상기 섬유 또는 필라멘트 내에서 연장할 수 있다. 상기 전극이 상기 섬유 또는 필라멘트 내에서 연장하는 경우, 상기 전극은 대체로 상기 섬유 또는 필라멘트의 축을 따라 공축 방향으로(coaxially) 연장할 수 있다.The electrode may extend along the outer surface of the filament or fiber generally. Alternatively, the electrode can extend within the fiber or filament. When the electrode extends within the fiber or filament, the electrode can extend generally coaxially along the axis of the fiber or filament.
편리하게는, 상기 액츄에이터는 전도성 종을 포함한다. 상기 전도성 종은 예를 들어 탄소 섬유 또는 전도성 중합체일 수 있다.Conveniently, the actuator comprises a conductive species. The conductive species can be, for example, carbon fiber or conductive polymer.
본 명세서 기재된 타입의 액츄에이터는 섬유 또는 필라멘트에서 옴의(ohmic) 열을 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 그런 필라멘트 또는 섬유에서, 상기 액정 엘라스토머는 등방성 상 변화가 온도에 의해 유도되는 것이다.Actuators of the type described herein can be used to generate ohmic heat in fibers or filaments. In such filaments or fibers, the liquid crystalline elastomer is one in which isotropic phase change is induced by temperature.
상기 액정 엘라스토머는 폴리(메틸하이드로젠실록산)을 포함하는 엘라스토머 백본(backbone), 4-부트-3-에닐옥시벤조산 4-메톡시페닐 에스테르를 포함하는 메소제닉 측쇄, 및 예를 들어 네마틱 특성을 갖는 1-(4-하이드록시-4'-비페닐)-2-[4-(10-언디세닐옥시)페닐]부탄을 주성분으로 하는 폴리에테르를 포함하는 가교제를 포함할 수 있다.The liquid crystalline elastomer has an elastomeric backbone comprising poly (methylhydrogensiloxane), a mesogenic side chain comprising 4-but-3-enyloxybenzoic acid 4-methoxyphenyl ester, and for example nematic properties. The crosslinking agent containing the polyether which has as a main component the 1- (4-hydroxy-4'-biphenyl) -2- [4- (10-undisenyloxy) phenyl] butane which has a compound can be included.
유리하게는, 상기 액츄에이터는 서로 분리되어 있는 제 1 및 제 2의 전극을 포함한다. 그런 전극 배열은 섬유를 가로지르는 전기장을 인가는데 사용될 수 있어서, 상기 섬유가 전기적으로 전달될 수 있도록 해준다. 그런 필라멘트 또는 섬유에서, 상기 액정 엘라스토머는 상기 액정 상의 상태(예를 들어, 스멕틱)가 전기장의 인가에 의해 변하게 되는 것이다. 이 메소젠은 키랄 원자가 필요로 되기 때문이다. 예를 들어, (2S)-2-메틸부틸 4-(4'-하이드록시벤조일옥시)벤조에이트가 있다.Advantageously, the actuator comprises first and second electrodes separated from one another. Such an electrode arrangement can be used to apply an electric field across the fiber, allowing the fiber to be delivered electrically. In such filaments or fibers, the liquid crystal elastomer is such that the state of the liquid crystal phase (eg smectic) is changed by the application of an electric field. This mesogen needs a chiral atom. For example, (2S) -2-methylbutyl 4- (4'-hydroxybenzoyloxy) benzoate.
편리하게는, 제 1 및 제 2의 전극은 대체로 각각 필라멘트 또는 섬유의 외부 표면을 따라 연장한다. Conveniently, the first and second electrodes generally extend along the outer surface of the filament or fiber, respectively.
대안적으로, 제 1의 전극은 대체로 필라멘트 또는 섬유의 외부 표면을 따라 연장하고, 제 2의 전극은 필라메트 또는 섬유의 내에서 연장한다. 또 다른 실시예에서, 제 1 및 제 2의 전극은 상기 필라멘트 또는 섬유 내에서 연장할 수 있다.Alternatively, the first electrode extends generally along the outer surface of the filament or fiber, and the second electrode extends within the filament or fiber. In another embodiment, the first and second electrodes can extend in the filament or fiber.
대안적으로, 제 1 및 제 2의 전극은 각각 핑거(finger) 전극을 포함한다. 그런 배열은 상기 섬유의 길이 방향을 따라 전기장을 유도하기 위해 사용될 수 있다.Alternatively, the first and second electrodes each comprise a finger electrode. Such an arrangement can be used to induce an electric field along the length of the fiber.
바람직하게, 제 1 및 제 2 전극은 각각 탄성적이다. 유리하게는, 제 1 및 제 2 전극 중 적어도 하나는 주름이 접힌다. 편리하게는, 제 1 및 제 2의 전극 중 적어도 하나는 크로뮴금을 포함한다. 제 1 및 제 2 전극의 하나 또는 두 개는 5 내지 100 ㎚의 두께를 가지는 크로뮴금 필름으로 형성될 수 있다. 그런 전극은 20%가 넘는 극에 대해 전도성을 보존할 수 있다. 그런 필름은 상기 필라멘트 또는 섬유에 균일하게 도포될 수 있다. Preferably, the first and second electrodes are each elastic. Advantageously, at least one of the first and second electrodes is folded. Conveniently, at least one of the first and second electrodes comprises chromium gold. One or two of the first and second electrodes may be formed of a chromium gold film having a thickness of 5 to 100 nm. Such electrodes can preserve conductivity for more than 20% of the poles. Such films may be applied uniformly to the filaments or fibers.
바람직하게는, 상기 액정 엘라스토머는 강유전성 액정 엘라스토머, 바람직하게는 액체 단일결정 엘라스토머를 포함한다.Preferably, said liquid crystalline elastomer comprises a ferroelectric liquid crystalline elastomer, preferably a liquid monocrystalline elastomer.
그런 물질에서, 상기 상 변형 및 그로 인한 상기 물질의 작용은 전기장의 인가에 의해 유도된다.In such materials, the phase deformation and thus the action of the materials are induced by the application of an electric field.
매우 큰 측면 전기수축(electostriction)은 강유전성 액정 엘라스토머, 바람직하게는 강유전성 액체 단일결정 엘라스토머를 사용하여 달성될 수 있다.Very large lateral electrostriction can be achieved using ferroelectric liquid crystal elastomers, preferably ferroelectric liquid single crystal elastomers.
그런 액정 엘라스토머의 상 변형은 1V/마이크론 정도의 전기장의 인가에 의해 유도될 수 있다.The phase transformation of such liquid crystal elastomers can be induced by the application of an electric field on the order of 1 V / micron.
편리하게는, 상기 액츄에이터는 메소제닉 측쇄와 결합된 아조기를 포함한다.Conveniently, the actuator comprises an azo group associated with a mesogenic side chain.
메소제닉 측쇄에 아조기의 결합은 시스 이성질체가 꼬인 비메소젠 형태를 가지는 트랜스-투-시스-광이성질체화 반응(trans-to-챤-photoisomerisation)을 유도하기 위해 사용되는 복사선일 수 있다. 이것은 상기 필라멘트 또는 섬유의 복사선이 상기 필라멘트 또는 섬유의 팽창을 가져오는 것을 의미한다. 또 다른 파장의 광을 가진 방사선의 경우, 상기 필라멘트 또는 섬유의 이완 또는 수축이 발생한다.The binding of the azo group to the mesogenic side chain can be radiation used to induce a trans-to-cis-photoisomerisation with the non-mesogen form of the cis isomer twisted. This means that the radiation of the filament or fiber results in the expansion of the filament or fiber. In the case of radiation with light of another wavelength, relaxation or contraction of the filament or fiber occurs.
그런 섬유는 액정 엘라스토머로 형성되는데, 여기서 상기 등방성 상 변화는 예를 들어 [4-(4-부텐옥시)-4'-메틸옥시]아조벤젠과 같은 광에 민감한 메소젠 사이드기 및/또는 디-[4-(11-언데센옥시)]아조벤젠과 같은 광에 민감성 메소제닉 가교제와 결합하여, 복사선에 의해 유도될 수 있다. Such fibers are formed of liquid crystalline elastomers wherein the isotropic phase change is a light sensitive mesogen side group and / or di- [, for example, [4- (4-buteneoxy) -4'-methyloxy] azobenzene. In combination with light-sensitive mesogenic crosslinkers such as 4- (11-undeceneoxy)] azobenzene, it can be induced by radiation.
본 발명은 다음의 도면을 참조하여 단지 실시예의 방법으로 기술될 것이다.The invention will be described by way of example only with reference to the following figures.
도 1은 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유의 일부를 형성하는 액정 엘라스토머의 기본 구조를 도시한 도면.1 shows the basic structure of a liquid crystal elastomer forming part of a filament or fiber according to the invention.
도 2는 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유의 변형을 규정화된 온도 T/TN-1의(여기서 TN-1는 등방성 전이 온도에 대한 액정 네마틱) 함수에 따라 도시한 그래프.FIG. 2 is a graph showing the deformation of a filament or fiber according to the invention as a function of a defined temperature T / T N-1 , where T N-1 is liquid crystal nematic versus isotropic transition temperature.
도 3a 내지 3h는 온도에 의해 등방성 상 변화가 유도되는 액정 엘라스토머로 형성된 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유를 나타낸 개략 도면.3a to 3h are schematic views showing filaments or fibers according to the invention formed of liquid crystal elastomers in which isotropic phase changes are induced by temperature;
도 4a, 4b 및 4c는 전기장의 인가에 의해 등방성 상 변화가 유도되는 액정 엘라스토머로 형성된 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유의 제 2의 실시예를 나타낸 개략 도면.4A, 4B and 4C are schematic views showing a second embodiment of a filament or fiber according to the present invention formed of a liquid crystal elastomer in which isotropic phase changes are induced by application of an electric field;
도 5는 복사선에 의해 변형이 유도되는, 아조기를 포함한 액정 엘라스토머로 형성된 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유의 제 3의 실시예를 나타낸 개략 도면.5 is a schematic representation of a third embodiment of a filament or fiber according to the invention formed of a liquid crystalline elastomer comprising an azo group, in which deformation is induced by radiation;
도 6은 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유로 형성된 다양한 전도성 직물을 나타낸 개략 도면.6 is a schematic representation of various conductive fabrics formed from filaments or fibers in accordance with the present invention.
도 7은 슬리브(sleeve)에서 가압대(cuff)와 결합한 도 6의 직물로 형성된 의 류를 나타낸 개략 도면.FIG. 7 is a schematic representation of a garment formed of the fabric of FIG. 6 engaged with a cuff in a sleeve; FIG.
도 8은 상기 의류를 형성하는 직물에서 유도된 변형의 함수로서, 도 7의 가압대 저항을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the pressure zone resistance of FIG. 7 as a function of deformation induced in the fabric forming the garment.
도 9는 도 7에 도시된 가압대에 의해 착용자에게 가해지는 힘과 관련된 보정 곡선을 나타낸 그래프.FIG. 9 is a graph showing a calibration curve related to the force exerted on the wearer by the pressure zone shown in FIG.
도 10a 내지 10d는 다른 변형(즉, 다른 가압대 저항)에서 측정된 저항에 대한 시간을 나타내는 그래프. 10A-10D are graphs showing time versus resistance measured at different strains (ie, different pressure zone resistances).
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유를 형성하기에 적합한 액정 엘라스토머(LCE)의 기본 구조는 일반적으로 참조 번호 (2) 에 의해 설계된다. 상기 LCE는 예를 들어 PDMS, 메소젠 측쇄(6) 및 가교제(8)와 같은 기능성 장쇄 엘라스토머(4)를 포함한다. 메소젠은 액정 활성기이고, 상기 가교제는 제 1의 장쇄 엘라스토머(4)와 제 2의 장쇄 엘라스토머(4)를 교차 결합시킨다.1, the basic structure of a liquid crystal elastomer (LCE) suitable for forming a filament or fiber according to the present invention is generally designed by reference numeral (2). The LCE comprises, for example, functional
도 2를 참조하면, 규정화된 온도 T/TN-1의(여기서 TN-1는 등방성 전이 온도에 대한 액정 네마틱) 함수에 따라 저온에서의 섬유 길이로 규정화된 섬유의 길이로 표시되는 변형이 도시된다.Referring to Figure 2, expressed as the length of the fiber specified by the fiber length at low temperature as a function of the specified temperature T / T N-1 (where T N-1 is the liquid crystal nematic for the isotropic transition temperature) The resulting variant is shown.
상기 액정 상은 액정 물질에 따라 네마틱, 스멕틱 또는 콜레스테릭일 수 있다.The liquid crystal phase may be nematic, smectic or cholesteric, depending on the liquid crystal material.
도 2에 도시된 바와 같이, 온도 증가는 변형을 유발한다.As shown in FIG. 2, the temperature increase causes deformation.
TN-1보다 낮은 온도에서는 길이 변화가 발생하는데, T/TN-1=1인 온도에서 상당한 변화가 발생한다.In a temperature lower than T N-1 to the change in length occurs, a significant change occurs in the T / T N-1 = 1 temperature.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 섬유 또는 필라멘트의 실시예가 도시된다. 도 3a 내지 3h에 도시된 섬유 또는 필라멘트 각각은 상기 섬유(10)의 가열을 초래하도록 구성된다. 상기 섬유(10)는 상기 섬유의 크기 변화의 원인이 되는 액정 엘라스토머(12)와 액츄에이터를 포함한다.3, an embodiment of a fiber or filament according to the present invention is shown. Each of the fibers or filaments shown in FIGS. 3A-3H are configured to result in heating of the
도 3a에서, 상기 액츄에이터는 주름이 잡힌 전극(14) 형태이다. 상기 전극은 주름잡혀 있기 때문에, 상기 섬유(10)의 길이가 가열시 증가함에 따라 축 방향으로 연장할 수 있다. 상기 전극은 상기 섬유(10)의 길이를 따라 부분 또는 완전히 연장할 수 있다.In FIG. 3A, the actuator is in the form of a
도 3b에서, 상기 액츄에이터는 상기 전극이 상기 섬유(10)가 연장함에 따라 연장할 수 있도록, 유연 또는 탄성 물질로 형성된 전극(16)의 형태이다.In FIG. 3B, the actuator is in the form of an
도 3c에서, 상기 액츄에이터는 유연 또는 탄성 물질로 만들어지고 상기 섬유(10) 내에서 연장하는 전극(18) 형태이다.In FIG. 3C, the actuator is in the form of an
상기 전극(14, 16, 18)은 예를 들어 크로뮴금 합금과 같은 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다.The
도 3d를 참조하면, 예를 들어 탄소 섬유 또는 전도성 중합체와 같은 형태인 전도성 종(20)과 결합하는 섬유(10)가 도시된다.Referring to FIG. 3D, a
도 3e에서, 상기 액츄에이터는 상기 섬유(10)의 길이를 따라 부분 또는 전체 적으로 연장될 수 있는 나선형의 와이어 형태이다.In FIG. 3E, the actuator is in the form of a spiral wire that may extend partially or entirely along the length of the
도 3f 및 3g는 하나 이상의 전도성 와이어(24)로 짜여진 본 발명에 따른 섬유를 도시한다. 상기 전도성 와이어(24)는 금속성, 전도성 유기체 등일 수 있다. 상기 섬유의 가열 효과는 상기 전도성 와이어(24)에 의해 생성될 수 있다.3F and 3G show the fibers according to the invention woven into one or more
도 3h에서는, 상기 섬유(10) 내에서 연장하는 나선형의 전도성 전극(26)을 가진 섬유(10)가 도시된다.In FIG. 3H, a
도 3a 내지 3h에 도시된 배열은 각각 상기 섬유의 옴(ohmic) 가열이 설명된 다양한 전극의 형태로 액츄에이터를 통해 발생할 수 있게 한다.The arrangement shown in FIGS. 3A-3H allows ohmic heating of the fiber, respectively, to occur through the actuator in the form of various electrodes described.
도 4a 및 4b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 섬유(28)가 도시된다.4A and 4B, a
도 4a에서, 상기 섬유(28)은 분리된 상부 및 하부 유연 전극(30)을 포함한다.In FIG. 4A, the
도 4b에서, 상기 섬유(28)는 두 세트의 핑거 전극(32, 34)을 포함한다.In FIG. 4B, the
도 4a에 도시된 실시예는 또한 도 3a, 3b 또는 3c에 도시된 실시예와 결합될 수 있다.The embodiment shown in FIG. 4A can also be combined with the embodiment shown in FIG. 3A, 3B or 3C.
도 4a에 도시된 실시예는 상기 섬유의 길이에 수직인 전기장을 생성할 것이다. 이것은 상기 섬유가 전기장의 인가시 확장될 것이고, 이는 전기장 인가시 상기 섬유의 길이의 감소를 초래한다는 것을 의미한다.The embodiment shown in FIG. 4A will create an electric field perpendicular to the length of the fiber. This means that the fiber will expand upon application of the electric field, which results in a reduction in the length of the fiber upon application of the electric field.
도 4b에 도시된 배열에서, 전극(32, 34)으로 한정되는 전극 설계는 상기 섬유의 길이 방향으로 전기장을 유도하는데 사용된다. 상기 전기장 방향은 화살표 (36)로 표시된 것처럼 변경한다. 이것은 상기 섬유(28)가, 상기 섬유의 해당 너비의 감소를 초래하면서, 전기장의 인가시 연장하는 것을 의미한다. In the arrangement shown in FIG. 4B, an electrode design defined by
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 추가 실시예는 일반적으로 참조 번호(38)에 의해 설계된다. 상기 섬유(38)는 상기 액정 엘라스토머 내에서 아조기를 포함한다. 그런 섬유는 상기 섬유에서 변형을 초래하는 복사선(40)에 노출될 수 있다.With reference to FIG. 5, a further embodiment according to the invention is generally designed by
시스트랜스(cisatrans) 형태 변화에 대한 일반적인 파장은 365 ㎚인 반면에, 상기 공정은 일반적으로 465 ㎚의 UV 복사선 조사에 의해 바뀔 수 있다. 상기 광이성질체화 반응을 완성하기 위해, 조사 시간은 사용된 정확한 물질에 따라 몇 초부터 몇 분까지 다양할 수 있다.While the typical wavelength for cisatrans morphology change is 365 nm, the process can generally be changed by UV radiation irradiation of 465 nm. To complete the photoisomerization reaction, the irradiation time can vary from a few seconds to several minutes depending on the exact material used.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 복수의 필라멘트 또는 섬유로 형성된 다양한 전도성 직물은 일반적으로 참조 번호(42)에 의해 설계된다. 상기 직물(42)은 탄성 물질(44)로 형성된 종래의 직물 실의 적어도 일부 및 전도성 섬유(46)로 형성된다.Referring to FIG. 6, various conductive fabrics formed from a plurality of filaments or fibers according to the present invention are generally designed by
탄성 물질로 형성된 상기 섬유는 본 발명에 따른 섬유를 적어도 부분적으로 포함한다. 그런 섬유는 온도, 전기장, 복사선, 전류와 같이 본 명세서에 언급된 자극 중 하나에 따라 늘어나거나 줄어들 것이다. 이것은 상기 섬유의 전기 전도도의 변화를 초래한다.The fibers formed of elastic material at least partially comprise the fibers according to the invention. Such fibers will stretch or shrink depending on one of the stimuli mentioned herein, such as temperature, electric field, radiation, current. This results in a change in the electrical conductivity of the fiber.
직물의 단열 특성은 다양한 특성에 의존하는데, 이 중 하나는 상기 직물 구조 내에서 포획한 공기의 양이다. 직물은 스택층 및 상호연결된 층으로 구성될 수 있다. 게다가 직물은 날실 양면짜기 개방 경로 구조(warp interlockor open course structures)로 형성될 수 있다. 게다가 직물은 3차원의 직각으로 짜여진 구조를 가질 수 있다.The insulation properties of the fabric depend on various properties, one of which is the amount of air trapped within the fabric structure. The fabric may consist of a stack layer and interconnected layers. In addition, the fabric may be formed of warp interlockor open course structures. In addition, the fabric may have a three-dimensional, woven structure.
3차원의 직각으로 짜여진 구조는 일반적으로 모든 섬유가 서로 직각인 제 1, 제 2 및 제 3의 섬유를 포함한다. 날실(warp) 및 씨실(weft) 상에 수직인 섬유는 본 발명에 따른 액정 엘라스토머로 형성된다. 제 3의 섬유를 형성하는 액정 엘라스토머는 온도에 따라 결정되는 길이를 가진다. 고온은 제 3의 섬유의 수축을 초래할 것이다. 이것은 서로 밀어내는 방향으로 짜여진 구조에서 상기 층을 초래한다. 이것은 차례로 직물 내에서 더 적은 공기의 포획을 초래하며, 이는 상기 직물의 단열이 감소할 것을 의미한다. 온도가 낮아지는 경우에는, 제 3의 섬유의 길이는 증가할 것이고, 이는 상기 스택층이 팽창하도록 허용할 것이다. 이것은 차례로 단열에 있어서 증가를 초래하는 상기 짜여진 구조 내에서 더 많은 공기의 포획을 초래할 것이다.Three-dimensional right angle knit structures generally include first, second and third fibers in which all the fibers are perpendicular to each other. The fibers perpendicular to the warp and weft are formed from the liquid crystal elastomer according to the invention. The liquid crystal elastomer that forms the third fiber has a length that depends on the temperature. High temperatures will cause the third fiber to shrink. This results in the layers in a structure woven in a direction pushing against each other. This in turn results in less air trapping in the fabric, which means that the insulation of the fabric will be reduced. If the temperature is lowered, the length of the third fiber will increase, which will allow the stack layer to expand. This will in turn result in more air capture within the interwoven structure leading to an increase in insulation.
제 3의 섬유를 형성하기 위한 다른 액정 엘라스토머의 사용은 다른 자극을 적용하여 만들어질 수 있는 직물을 초래할 수 있다.The use of other liquid crystalline elastomers to form third fibers can result in fabrics that can be made by applying different stimuli.
이런 타입의 직물은 여러 가지의 다른 방법으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 직물은 브래지어를 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 브래지어에 제공되는 지지도의 정도가 다양하다. 예를 들어, 강한 육체적 활동을 하는 동안, 브래지어는 최대의 지지를 주는 것이 바람직하다. 이것은 브래지어를 형성하는데 사용된 직물에 본 발명에 따른 섬유를 결합하여 달성될 수 있다. 상기 섬유의 팽창은 브래지어가 꼭 맞지 않게 초래하여, 가슴 지지도가 감소되게 할 것이다. 다른 한편, 상기 섬유의 팽창은 향상된 가슴 지지도를 초래할 것이다.This type of fabric can be used in many different ways. For example, the fabric can be used to form a bra and vary in the degree of support provided to the bra. For example, during strong physical activity, the bra is desirable to give maximum support. This can be achieved by bonding the fibers according to the invention to the fabric used to form the bra. Swelling of the fibers will cause the bra to not fit snugly, resulting in reduced chest support. On the other hand, expansion of the fibers will result in improved chest support.
의류의 드레이프(drape)는 의류의 특징적인 외형을 결정하는데 중요하다. 의류의 드레이프는 의류를 만드는데 사용되는 섬유 및 실의 기계적 및 물리적 특성에 관련된 많은 다양한 매개변수의 영향을 받는다. 게다가, 상기 드레이프는 상기 실의 배열 즉, 뜨고/뜨거나(knit) 짜고/짜거나(weave) 땋는(braid) 등의 배열 및 의류를 입는 사람의 신체와 상기 의류의 상호작용에 영향을 받는다. The drape of the garment is important in determining the characteristic appearance of the garment. The drape of the garment is affected by many different parameters related to the mechanical and physical properties of the fibers and yarns used to make the garment. In addition, the drape is influenced by the arrangement of the threads, i.e., knit / weave, braid, and the like, and the interaction of the garment with the body of the wearer.
본 발명에 따른 섬유 또는 필라멘트로부터 부분 또는 전체적으로 의류를 형성하여, 상기 의류를 형성하는 섬유의 가역적 팽창 및 수축은 미적인 이유에 바람직할 수 있는 드레이프(drape)상의 변화를 유도할 것이다.By forming the garment partly or entirely from the fibers or filaments according to the invention, the reversible expansion and contraction of the fibers forming the garment will induce a change in drape which may be desirable for aesthetic reasons.
본 발명에 따른 섬유 또는 필라멘트로부터 부분적으로 또는 전체적으로 형성된 의류는 또한 혈압 측정 디바이스를 형성하는데 사용될 수 있다.Clothing partially or wholly formed from the fibers or filaments according to the invention can also be used to form a blood pressure measuring device.
사람의 팔에 가압대(cuff)를 펌핑하여 사람의 혈압이 혈관에 가까운 곳에서 측정되는 혈압을 측정하는 방법이 알려져 있다.It is known to measure a blood pressure in which a blood pressure of a human is measured near a blood vessel by pumping a cuff to a human arm.
혈압을 측정하는 동안, 사람의 심장 박동이 측정된다. 완전한 심장 박동을 형성하는 두 준박동(sub-beats)이 탐지될 만한 압력은 최고 혈압에 해당한다. 단지 하나의 준박동이 탐지되는 압력은 최소 혈압에 해당한다.While measuring blood pressure, a person's heart rate is measured. The pressure at which two sub-beats forming a complete heart beat can be detected is the highest blood pressure. The pressure at which only one beat is detected corresponds to the minimum blood pressure.
측정방법이 자동화될 수 있어서, 의사를 필요로 하지 않고 사람들은 자신의 혈압을 자신의 집에서 측정할 수 있게 한다. 그러나 종래의 디바이스는 비교적 크고, 가압대는 팔에 정확하게 부착되어야 한다.Measurement methods can be automated, allowing people to measure their blood pressure at home without the need for a doctor. However, the conventional device is relatively large, and the pressure bar must be correctly attached to the arm.
본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유로 형성된 의류의 사용을 통해, 직물 혈 압 측정 디바이스가 혈압을 측정하는데 사용될 수 있다.Through the use of garments formed from filaments or fibers according to the invention, a fabric blood pressure measuring device can be used to measure blood pressure.
도 7 내지 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 의류는 일반적으로 참조 번호(60)에 의해 설계된다. 상기 의류는 셔츠 또는 재킷 등의 형태이고, 본 발명에 따른 필라멘트 또는 섬유로 형성된 직물 가압대(62)를 포함해서 다양한 전기 절연 특성을 가진다. 이것은 가압대(62)의 저항성이 상기 가압대상의 변형을 다양하게 할 것을 의미한다.7 to 10, a garment according to an embodiment of the present invention is generally designed by
도 8은 두 개의 다른 액정 엘라스토머에 대한 가압대(62)의 저항성과 상기 가압대의 변형 사이의 관계를 그래프로 도시한다. 점선(Ⅰ)은 저항이 변형이 증가할수록 감소하는 경우에, 저항과 변형 사이의 관계를 도시한다. 직선(Ⅱ)은 저항이 변형이 증가할수록 증가하는 경우에, 저항과 변형 사이의 관계를 도시한다.FIG. 8 graphically illustrates the relationship between the resistance of the
가압대(62)를 형성하는 물질의 변형은 본 명세서에 기재된 것처럼 외부 자극에 의해 유도되고 대부분은 바람직하게 전기 전류 또는 전기장의 인가를 통해 유도된다.The deformation of the material forming the
가압대(62)를 형성하는 섬유를 형성하는 액정 엘라스토머가 선택되면, 가압대(62)에서 유도된 변형이 상기 가압대의 수축을 초래한다. 상기 가압대의 수축은 차례대로 일정한 압력(P)에 해당하는 수축력(F)에 상호 관련될 수 있다. P는 가압대 표면(A)에 의해 나눠진 상기 수축력(F)과 동등하다. 이것은 P=F/A를 의미한다.If a liquid crystal elastomer is formed that forms the fibers forming the
상기 가압대는 저항에서 어떠한 변동도 측정되지 않을 정도로 가장 먼저 수축된다. 이런 단계에서, 가압대 압력은 최대 혈압보다 크고 도 10a에 도시된다. 상기 가압대의 연속적인 이완 과정 동안의 몇몇 단계에서, 변형은 얼마간 일정하게 유지되고 가압대의 저항은 시간의 함수에 따라 측정된다. 가압대 압력이 최대 혈압보다 작아지는 경우, 심장의 박동은 도 8에 도시된 바와 같이 변형-저항 함수에 따라, 저항에 따라 감소하거나 증가하도록 초래하여, 상기 가압대를 주기적으로 확장하고 수축하게 만들 것이다. The pressure zone shrinks first so that no fluctuation in resistance is measured. At this stage, the pressure zone pressure is greater than the maximum blood pressure and is shown in FIG. 10A. In some stages during the continuous relaxation of the pressure zone, the deformation remains somewhat constant and the resistance of the pressure zone is measured as a function of time. If the pressure zone pressure is less than the maximum blood pressure, the heartbeat will cause it to decrease or increase with resistance, depending on the strain-resistance function as shown in FIG. 8, causing the pressure zone to periodically expand and contract. .
도 8에서 선(Ⅱ)에 의해 설명된 증가하는 함수를 가정하면, 심장 박동에 의해 초래된 가압대의 일시적 확장은, 상기 가압대의 확장이 감소된 변형을 의미하기 때문에, 저항에 따라 감소할 것이다.Assuming the increasing function described by line II in FIG. 8, the temporary expansion of the pressure zone caused by the heartbeat will decrease with resistance, since the expansion of the pressure zone means reduced deformation.
도 8에 도시된 바와 같이 저항(R2) 및 변형(S2)에서, 제 1의 저항 변동은 도 10b에 도시된 바와 같이 측정된다. 이러한 점에서 가압대 압력은 최대 혈압(Ps)과 동일하다. 반복 시간(Δt)은 심장 박동 빈도 f=60*Δt-1를 만든다. 보정 곡선에 따른 해당 힘은 F2이고, 그 결과 R2에서 가압대 압력은 F2/A=Ps이다.In resistor R 2 and strain S 2 as shown in FIG. 8, the first resistance variation is measured as shown in FIG. 10B. In this regard, the pressure zone pressure is equal to the maximum blood pressure Ps. The repetition time Δt makes the heart rate f = 60 * Δt −1 . The corresponding force according to the calibration curve is F 2 , with the result that the pressure zone pressure at R 2 is F 2 / A = Ps.
저항(R1) 및 변형(S1)에서 상기 변형이 더 감소하고 상기 가압대가 더 이완되는 경우에, 측정된 저항 신호는 도10c에 도시된 바와 같이 최대이다. 해당 압력(F1/A)은 평균 혈압에 따라 참조된다.In the case where the deformation is further reduced in the resistance R 1 and the deformation S 1 and the pressure band is more relaxed, the measured resistance signal is maximum as shown in FIG. 10C. The pressure F1 / A is referenced according to the average blood pressure.
저항(R0)에서, 상기 변형이 더 감소하는 경우에는, 신호는 도 10d에 도시된 바와 같이 사라진다. 이것은 그 순간 가압대 압력(F0/A)이 최소 혈압(Pd)과 동일하다는 것을 의미한다.In the resistor R 0 , if the strain is further reduced, the signal disappears as shown in FIG. 10D. This means that the instantaneous pressure band pressure F 0 / A is equal to the minimum blood pressure Pd.
의류(60)는 추가로 전자 제어 유닛(도시되지 않음)을 포함하는데, 그것은 가 압대(62)를 형성하는 액정 엘라스토머를 전달할 수 있고, 가압대 저항에 따른 시간을 측정할 수 있다. 게다가 전자 제어 유닛은 예측된 보정 곡선을 적용함으로써 저항에 따라 측정된 시간으로부터 압력을 계산할 것이다. 결과적으로 전자 제어 유닛은 박동 빈도가 계산되는 시간의 길이를 측정할 것이다.The
상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 필라멘트 또는 섬유, 특히 의류 또는 직물의 한 가지 이상의 특성을 변화시킬 목적으로 직물 또는 의류에 포함시키기 적합한 필라멘트 또는 섬유에 사용된다.As described in detail, the present invention is used in filaments or fibers, especially filaments or fibers suitable for inclusion in a fabric or garment for the purpose of changing one or more properties of the garment or fabric.
Claims (24)
Applications Claiming Priority (2)
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| PA0105 | International application |
Patent event date: 20061117 Patent event code: PA01051R01D Comment text: International Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |