專利名稱：使用導(dǎo)電纖網(wǎng)的加熱物品的制作方法
使用導(dǎo)電纖網(wǎng)的加熱物品相關(guān)申請本申請要求2008年5月四日提交到美國專利商標(biāo)局的序列號為61/130，220、題 目為“使用導(dǎo)電纖網(wǎng)的產(chǎn)品”的臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)。序列號為61/130，220的臨時(shí)申請 的全部內(nèi)容以引用方式并入此處。
背景技術(shù)：
出于節(jié)省制造成本和避免從一個使用者到另一個使用者的物質(zhì)傳遞的原因，需要 能夠用于多種產(chǎn)品的加熱元件，在這些產(chǎn)品中，該加熱元件和/或產(chǎn)品自身能夠得益于被 制成全部或部分為一次性的。本公開描述了導(dǎo)電紙(纖維素和碳纖維合成物)在加熱/加溫應(yīng)用中的使用。目 前已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作來研究導(dǎo)電紙作為加熱材料的加熱性能和效率。導(dǎo)電紙?jiān)谄渌麘?yīng) 用中的商業(yè)發(fā)展也已經(jīng)顯示出這種材料能夠帶給加熱/加溫領(lǐng)域的可能的高效率和低成 本。

發(fā)明內(nèi)容
本公開總體涉及可用于多種加熱應(yīng)用的導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)。于此所描述的公開內(nèi)容解 決了上述問題并提高了多種加熱產(chǎn)品的效率。特別的，本公開提供了一種包括加熱元件和電源的加熱物品，該加熱元件包括混 合有導(dǎo)電纖維的無紡纖維的第一層，其中該層被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域，其中 導(dǎo)電區(qū)域在該層的大部分區(qū)域中以共同延展且共面的圖案延伸，且該導(dǎo)電區(qū)域具有第一端 部和第二端部，所述電源可拆卸地耦合到該第一和第二端部。本公開還提供了一種包括加熱元件的加熱物品，該加熱元件包括第一層，該層由 混合有非金屬導(dǎo)電纖維的無紡纖維構(gòu)成，其中該層被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域， 其中導(dǎo)電區(qū)域在該層的大部分區(qū)域中以共同延展且共面的圖案延伸，且其中該導(dǎo)電區(qū)域具 有第一端部和第二端部，第二層與第一層重疊，其中第二層基本上無非金屬導(dǎo)電纖維。該加 熱物品還包括一個可拆卸地耦合到上述第一端部和第二端部的電源。本公開的其他特征和方面將在下文中更加詳細(xì)地加以討論。


通過參考下文的描述、所附權(quán)利要求以及所附的附圖，本公開的前述及其它的特 征和方面以及獲得這些的方法將變得更加清晰明了，且本公開自身也將被更好地理解。其 中圖1為本申請加熱物品的平面示意圖。圖2為將與圖1所示的加熱物品結(jié)合使用的電源和控制電路的示意圖。在本說明書及附圖中重復(fù)使用參考標(biāo)記是為了表示本公開中相同或相類似的特 征或元件。這些附圖是代表性的，并不必須按比例繪制。其中某些比例可能是擴(kuò)大的，而其3他的比例可能是縮到最小的。
具體實(shí)施例方式本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是這里討論的僅僅是對本公開的各示例性方面 的描述，而并非意在對本公開較寬的方面加以限制。本公開總體涉及包括導(dǎo)電元件的加熱產(chǎn)品。此處描述的一些產(chǎn)品為一次性的，這 意味著該產(chǎn)品被設(shè)計(jì)成在有限次使用后被丟棄，而不是被清洗或者以其他形式恢復(fù)以再次 利用。在共同未決及共同擁有的序列號為12/130，573和12/341，419的美國專利申請中 詳細(xì)描述了導(dǎo)電纖網(wǎng)和導(dǎo)電纖網(wǎng)的制造工藝，上述專利公開的內(nèi)容在與此處描述不相違背 的意義上通過引用方式并入此處。根據(jù)本公開可使用的導(dǎo)電纖維可以根據(jù)特定應(yīng)用和所需結(jié)果而改變?？捎糜谛纬?無紡纖網(wǎng)的導(dǎo)電纖維包括碳纖維、金屬纖維、導(dǎo)電聚合物纖維及其混合物，其中導(dǎo)電聚合物 纖維包括由導(dǎo)電聚合物制成的纖維或者含導(dǎo)電材料的聚合物纖維?？墒褂玫慕饘倮w維例如 包括銅纖維、鋁纖維等類似物。含導(dǎo)電材料的聚合物纖維包括涂覆有導(dǎo)電材料的熱塑性纖 維，或者注入或混合有導(dǎo)電材料的熱塑性纖維。例如，在一方面，可使用涂覆有銀的熱塑性 纖維?？捎糜诒竟_的碳纖維包括完全由碳制得的纖維，或者其含碳量足以使該纖維導(dǎo) 電的纖維。一方面，例如，可使用由聚丙烯腈制得的碳纖維。具體地，通過加熱、氧化和碳化 聚丙烯腈聚合物纖維來制得碳纖維。一般地，這種纖維具有很高的純度并含有相對較高分 子量的分子。例如，纖維的含碳量可大于約90%重量百分比，例如大于93%重量百分比，例 如大于約95%重量百分比。基于聚丙烯腈的碳纖維可以從大量商業(yè)源得到，例如包括從位 于田納西州 Rockwood 的 Toho Tenax 美國公司(Toho Tenax America, Inc. Rockwood,)得 到。用于制造碳纖維的其它原材料是人造纖維和石油浙青。在形成根據(jù)本公開的導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)的過程中，上述導(dǎo)電纖維與其他適合用在織 物制造工藝中的纖維相結(jié)合。與導(dǎo)電纖維相結(jié)合的纖維可包括任何天然的或合成的纖維 素纖維，其包括但不限于非木質(zhì)纖維，如棉花、馬尼拉麻(abaca)、洋麻(kenaf)、印度草 (sabai grass)、亞麻、細(xì)蓬針草(esparto grass)、禾酉草(straw)、黃麻纖維(jute hemp)、 甘蔗· (bagasse)、乳草屬絨毛纖維(milkweed floss fibers)、菠蘿葉纖維(pineapple leaf fibers)；以及木質(zhì)纖維或紙漿纖維，例如從落葉樹和針葉樹得到的纖維，包括軟木纖 維(如北方和南方軟木牛皮紙纖維)；硬木纖維，如桉樹、楓樹、樺樹和白楊。紙漿纖維可以 由高產(chǎn)量形式或低產(chǎn)量形式制備，且能夠以任何已知的方法制漿，這些方法包括硫酸鹽法、 亞硫酸鹽法、高產(chǎn)量制漿方法和其他已知的制漿方法。還使用由有機(jī)溶劑制漿法制得的纖 維，這些纖維和有機(jī)溶劑制漿方法包括在于1988年12月27日公布的給Laamanen等人的美 國專利No. 4，793，898，于1986年6月10日公布的給Chang等人的美國專利No. 4，594，130 中、以及在于1971年6月15日公布的給Kleinert的美國專利No. 3，585，104中公開的纖 維和方法。還可通過蒽醌制漿法生產(chǎn)可用的纖維，如于1997年1月21日授予給Gordon等 的美國專利No. 5，595，628所示例。
纖維的一部分(如達(dá)到干重的100%或更少)可以是合成纖維，如人造纖維、聚烯 烴纖維、聚酯纖維、聚乙烯醇纖維、皮芯型雙組分纖維、多組分粘結(jié)劑纖維等類似物。聚乙 烯纖維的一個例子是Pulpex ，其可從Hercules公司得到，該公司位于美國特拉華州的 Wilmington。合成的纖維素纖維包括所有形態(tài)的人造纖維以及其他源自纖維膠或化學(xué)改性 的纖維素的纖維?？傮w而言，本公開的產(chǎn)品可用于與任何已知的且不與其預(yù)期的使用相違背的材料 和化學(xué)制品相結(jié)合。這種材料的例子包括但不限于嬰幼兒爽身粉、發(fā)酵粉、螯合劑、沸石、香 水或其他惡臭掩蔽劑、環(huán)糊精化合物、氧化劑等類似物。特別有利的是，當(dāng)碳纖維用作導(dǎo)電 纖維時(shí)，碳纖維同時(shí)也可用作氣味吸收物。也可以使用超級吸收的粒子、合成纖維或薄膜。 其他的選擇包括染料、光學(xué)增亮劑、濕潤劑、軟化劑等類似物。根據(jù)本公開制造的無紡纖網(wǎng)可包括單層均質(zhì)纖維層，也可能包括分層或?qū)訝罱Y(jié) 構(gòu)。例如，該無紡纖網(wǎng)板可包括兩層或三層纖維層。每層可具有不同的纖維成分。每層纖 維層可包括纖維的稀相含水懸浮物。每層中包含的特定纖維的類型一般取決于所形成產(chǎn)品 和期望的效果。一方面，例如，中間層包括與導(dǎo)電纖維結(jié)合的紙漿纖維。另一方面，外層可 僅包括紙漿纖維，例如軟木纖維和/或硬木纖維。將導(dǎo)電纖維置于中間層內(nèi)可提供多種優(yōu)點(diǎn)和益處。例如將導(dǎo)電纖維置于纖網(wǎng)的中 心可產(chǎn)生其表面依然具有柔軟的觸感的導(dǎo)電材料。將纖維集中在纖網(wǎng)的某一層中還可以改 進(jìn)該材料的電導(dǎo)率，而無需加入大量的導(dǎo)電纖維。一方面，例如，形成一個三層纖網(wǎng)，其中每 層的重量占纖網(wǎng)重量的約15%到約40%。外層可僅由紙漿纖維制成，或由紙漿纖維和熱塑 性纖維結(jié)合而成。另一方面，中間層包括與導(dǎo)電纖維結(jié)合的紙漿纖維。導(dǎo)電纖維包含在中 間層內(nèi)，且導(dǎo)電纖維的量占重量的約30%到約70%，例如重量的約40%到約60%，例如重 量的約45%到約55%。無紡纖網(wǎng)的電導(dǎo)率還可根據(jù)結(jié)合到纖網(wǎng)的導(dǎo)電纖維的種類，結(jié)合到纖網(wǎng)中的導(dǎo)電 纖維的量，以及在纖網(wǎng)中導(dǎo)電纖維定位、匯集或取向的方式而變化。一方面，例如，無紡纖網(wǎng) 可具有小于約1500歐姆每方的電阻，如小于約100歐姆每方，如小于約10歐姆每方。該薄片的電阻測量值(用歐姆表示)除以該薄片長與寬的比率，所計(jì)算出的商 作為該薄片的電導(dǎo)率。所得的該薄片的電阻以歐姆每方來表示。更具體地，根據(jù)ASTM F1896-98 “用于確定印制導(dǎo)電材料的電阻率的測試方法”進(jìn)行電阻的測量。實(shí)施ASTM F1896-98所使用的電阻測量設(shè)備(或歐姆計(jì))為裝有Fluke彈簧夾(型號AC120)的Fluke 萬用表(型號189)，兩者均可從位于美國華盛頓、埃弗雷特(Everett)的Fluke公司得到。本公開的導(dǎo)電纖網(wǎng)的一個例子包括以下內(nèi)容。通過使短切碳纖維與纖維素或合成 材料共同形成來制造導(dǎo)電纖網(wǎng)。碳纖維的纖維寬度為直徑0. 0002-0. 0004英寸(5-10 μ m)， 纖維長度為切斷后3mm，且碳纖維主要由純度為92-95%的碳原子組成，還包括水溶性漿 料。該導(dǎo)電纖網(wǎng)典型地包括10%的碳纖維和90%的纖維素紙漿的混合。還可包括用于纖 網(wǎng)強(qiáng)度和著色的添加劑。分層性能可用于使碳纖維聚集到三層織物薄片的中間層內(nèi)，這種 三層薄片具有低的基重和強(qiáng)度，但是具有較高的拉伸度。對于導(dǎo)電紙而言，可形成傳統(tǒng)上不 褶皺的單層平坦紙張。導(dǎo)電紙具有高的基重和強(qiáng)度，但是易碎。調(diào)節(jié)纖維素與合成纖維的 比例可以改變材料性質(zhì)?？商娲?，可通過共形成工藝由熔噴纖網(wǎng)和碳纖維來形成導(dǎo)電纖 網(wǎng)。5
按照本公開所得到的導(dǎo)電纖網(wǎng)可作為單層產(chǎn)品而單獨(dú)使用，或與其他纖網(wǎng)結(jié)合形 成多層產(chǎn)品。一方面，該導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)可與其他織物纖網(wǎng)相結(jié)合形成2層產(chǎn)品或3層產(chǎn)品。 其他織物纖網(wǎng)例如可以完全由紙漿纖維制成且可以按照上述任意工藝制成。在替代方面，按照本公開所制成的導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)可用粘合劑或以其它方式層疊到 其他無紡或聚合薄膜材料上。例如，一方面，導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)可被層疊到熔噴纖網(wǎng)和/或紡 粘纖網(wǎng)，其中熔噴纖網(wǎng)和/或紡粘纖網(wǎng)由聚合物纖維制成，例如聚丙烯、聚酯或雙組分的纖 維。如上所述，一方面，導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)可包含合成纖維。在這方面，該無紡纖網(wǎng)可結(jié)合到相 對的含合成纖維的纖網(wǎng)，如熔噴纖網(wǎng)或紡粘纖網(wǎng)。將導(dǎo)電無紡纖網(wǎng)結(jié)合到多層產(chǎn)品中可提供多種優(yōu)點(diǎn)和益處。例如，所得的多層產(chǎn) 品可具有更好的強(qiáng)度，可更柔軟，和/或具有更好的液體芯吸性能。一方面，導(dǎo)電纖維可被包含在無紡纖網(wǎng)中以形成明顯的導(dǎo)電分區(qū)。例如，一方面， 可利用流漿箱代替對穿過纖網(wǎng)厚度的纖維的分離，或在該分離的基礎(chǔ)上附加該流漿箱。流 漿箱也可被設(shè)計(jì)成還分離纖網(wǎng)平面中的纖維。以此方式，導(dǎo)電纖維可僅僅被包含在沿纖網(wǎng) 長度方向(機(jī)器加工方向)的特定分區(qū)中。該導(dǎo)電分區(qū)可被非導(dǎo)電分區(qū)分離，該非導(dǎo)電分 區(qū)僅包含非導(dǎo)電材料，如紙漿纖維。出于示例性目的，如圖1和圖2所示，按照所公開的技術(shù)制成的產(chǎn)品可以是加熱物 品10，用作便攜式裝置，該便攜式裝置用于治療加熱應(yīng)用或其他低成本的加熱應(yīng)用。熱療法 可減輕疼痛，尤其是肌肉緊張和或肌肉痙攣的疼痛。并且，患有其他類型疼痛的病人也可受 益。熱療法的作用是(1)促進(jìn)血液流向皮膚。( 擴(kuò)張血管，增加局部組織的氧和養(yǎng)分的 輸送。( 通過增加肌肉的彈性而緩解關(guān)節(jié)僵硬。便攜加熱物品10 —般可包括一次性加熱 元件20、電源50 (例如可反復(fù)使用的電池-操作控制單元)以及用于將該一次性加熱元件 20連接到電源50的機(jī)械和/或電氣裝置。該加熱物品10包括結(jié)合到第一層M的一次性加熱元件20，該第一層M由上述的 混合有非金屬導(dǎo)電纖維的無紡纖維形成。第一層M被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域觀和非導(dǎo)電區(qū) 域32。根據(jù)本公開的一方面，該導(dǎo)電區(qū)域觀在該第一層M的大部分區(qū)域中以共同延展且 共面的圖案延伸。導(dǎo)電區(qū)域觀包括電源50所能連接到的第一 /第二端部或第一 /第二引 線 34，36。圖1更加詳細(xì)地示出了本公開的一個方面。關(guān)于加熱元件20，可通過如圖1所示 的纏繞的卷狀導(dǎo)電區(qū)域觀提供熱量。卷狀設(shè)計(jì)的原因是將加熱作用集中到且分散到整個 加熱元件20上。第一層M中的導(dǎo)電區(qū)域觀和非導(dǎo)電區(qū)域32可通過上述的導(dǎo)電纖維的分區(qū)而形 成。根據(jù)本公開的一個可替代的方面，第一層M中的導(dǎo)電區(qū)域觀和非導(dǎo)電區(qū)域32可通過 結(jié)合而形成。結(jié)合線可形成于無紡纖網(wǎng)中，以形成不同的導(dǎo)電分區(qū)。關(guān)于通過結(jié)合和其他 手段形成的電路的進(jìn)一步信息可在共同未決及共同擁有的序列號為—的美國專利申請 中得到，上述專利公開在與此處不相違背的意義上通過引用方式并入此處。為了從導(dǎo)電纖網(wǎng)中建立電路，關(guān)鍵在于打斷、移除或改變一部分碳-碳纖維的結(jié) 合，并在導(dǎo)電纖網(wǎng)中建立高電阻區(qū)域。這可以通過在制作中對纖網(wǎng)進(jìn)行超聲結(jié)合或壓力結(jié) 合來完成。結(jié)合技術(shù)在工業(yè)上是眾所周知的，可以被架構(gòu)成多種圖案，以建立用于定義電路 的具有或大或小電阻的特定路徑。例如，超聲結(jié)合技術(shù)將足夠的能量施加到纖網(wǎng)上以打斷脆弱的導(dǎo)電纖維材料，但保留襯底。電路路徑能夠以高速、高效加以制造，從而可生產(chǎn)出多 種健康、衛(wèi)生產(chǎn)品或其他消費(fèi)產(chǎn)品中的低成本的一次性電路。施加結(jié)合時(shí)結(jié)合的寬度以及 結(jié)合的壓力或強(qiáng)度可決定電阻增加的程度。沒有被結(jié)合工藝影響的區(qū)域保持在相同的導(dǎo)電 水平。這種類型的工藝能夠容易的適應(yīng)當(dāng)前的工業(yè)使用，以建立高產(chǎn)量的織物電路。建立電路路徑的其他方法包括機(jī)械方法，如彎曲刀具切割和沖壓裁剪導(dǎo)電織物或 導(dǎo)電材料，以切斷或移除需要高電阻的區(qū)域中的導(dǎo)電織物。這主要是利用標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)切 割出電路圖案。機(jī)械切割、壓力結(jié)合及超聲結(jié)合工藝均可一起使用，以便最高效地生產(chǎn)電路 圖案，這些工藝可以利用旋轉(zhuǎn)或插入式(plunge)機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)。為了定制應(yīng)用，加熱元件20的電阻可以被調(diào)整。一方面，增加加熱元件20中導(dǎo)電 纖維的百分比會降低加熱元件20的電阻，從而提供更少的熱量。另一方面，加熱元件20可 以是分層的，且其中一層的第一和第二端部34，36電連接到另一層的第一和第二端部，這 類似于并聯(lián)的電阻器。每一層具有固有電阻。眾所周知，將電阻器并聯(lián)連接時(shí)，電阻的倒數(shù) 值被有效的加入進(jìn)來。利用結(jié)合、導(dǎo)電引腳或粘結(jié)劑，或利用其他任何合適的方法，能夠使 端部被電氣連接，因此建立層與層之間的導(dǎo)電結(jié)合。根據(jù)本公開的另一個方面，聚合物纖維構(gòu)成一部分或所有無紡纖維。另外，可選擇 任何合適的纖維(無論是纖維素還是聚合物)和適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，使該第一層是吸收性的?可對導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料的選擇進(jìn)行調(diào)整來使得該第一層足夠便宜以至于可被一次性使用， 且在其所期望的應(yīng)用中足夠耐用。可替代的，加熱元件20的導(dǎo)熱性可以被定制。聚合物纖維用作熱絕緣體，因此聚 合物纖維的變化可調(diào)制加熱元件20的導(dǎo)熱性。分層的聚合物纖維還可以集中加熱的方向 性。額外的合成或天然纖維層可被用于提供絕緣以最小化傳到環(huán)境的熱損失。氣相沉積的 鋁薄膜(下文將詳細(xì)描述)也可用于向用戶身體反射熱。加熱物品10的尺寸可符合多種需要，包括其可縮放成適于在人體治療的范圍內(nèi) 產(chǎn)生熱量的尺寸。導(dǎo)電區(qū)域觀的電阻率可通過改變導(dǎo)電纖維的濃度和改變導(dǎo)電區(qū)域觀的 寬度和厚度而變化。另外，電源50可被縮放，以便產(chǎn)生的熱量可在治療范圍內(nèi)。同時(shí)，選擇 導(dǎo)電區(qū)域觀的電阻率和由電源50提供的功率，以避免過多的功率需求。一個關(guān)鍵的治療 加熱溫度是約97華氏度，當(dāng)然如現(xiàn)有中所知的那樣，該溫度將隨個體和應(yīng)用而變化。另外， 期望的是電源50持續(xù)預(yù)期的治療時(shí)間。例如，八小時(shí)的電池壽命通常足以支持一個治療加 熱時(shí)段。另外，需要可充電的電池，尤其是出于可持續(xù)的原因。理想的電池為可充電的，這 是因?yàn)闉榧訜嵩╇娦枰^高的電流消耗。對功率方程的基本回顧揭示了使加熱元件的 功能最優(yōu)化所需的電流、電壓和電阻。例如，治療加熱物品10要達(dá)到97華氏度，可通過以 下實(shí)現(xiàn)即將含有濃度為12%的導(dǎo)電纖維的39gsm的導(dǎo)電紙沿物品(5cmx6. 8cm)長度方向 連接到6. 7V、205mA的電源上。特別地，利用一次性電池和可充電電池均有利于加熱物品10的便攜性。如圖2所 示的一個潛在的方面，可使用一個3V的鋰離子可充電電池M。也可使用其他電池技術(shù)，如 鋰-聚合物或Zn-空氣電池技術(shù)。電池M還需要具有足夠的尺寸，以提供足夠的電流。電 源50中的電池M輸出的電壓被集成電路提升到可應(yīng)用的電平。例如，電池M被連接到升 壓轉(zhuǎn)換器58，如MAX669控制器，其可從Maxim Integrated Products得到。升壓轉(zhuǎn)換器58 將來自電池的3V電壓轉(zhuǎn)換到MV。電池M還被用于為微控制器62供電，微控制器62例如是PIC 16F876A微控制器，其可從Microchip Technology公司得到。微控制器62利用溫 度傳感器66來監(jiān)控加熱元件20的溫度，并利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號控制該溫度，使其 達(dá)到期望溫度。由微控制器62產(chǎn)生的PWM信號與升高的電壓混合來加熱加熱元件20。另外，如圖2所示的電路可用于控制加熱元件20。在普通的化學(xué)加熱器中，打開包 裝會使加熱器因與空氣接觸而被激活，且加熱通?？沙掷m(xù)幾分鐘?；瘜W(xué)加熱器一般可提供 熱量直到化學(xué)反應(yīng)被耗盡，加熱量在使用過程中慢慢的下降。在具有電子控制的本公開中， 加熱元件20可提供恒定的熱量輸出，加熱元件20可周期性地具有加熱脈沖，熱量可慢慢升 至峰值，然后隨時(shí)間慢慢下降，或者可使用其他適合的控制方案。另外，根據(jù)本公開的加熱 元件20可快速加熱至對于治療應(yīng)用合理的溫度，一般在幾秒鐘之內(nèi)。本公開的另一方面，電源50可被插入壁裝插座或其他電源供給，且電源50可包括 為加熱元件20提供合適功率所需的變壓器和其他電路。在加熱元件的內(nèi)部，導(dǎo)電區(qū)域觀可以是纏繞的卷狀導(dǎo)電纖網(wǎng)，其在如圖1所示的 兩個接線端或端部；34，36處接附到電源50。兩個端部34，36可以是任何合適的結(jié)構(gòu)，只要 它們適合連接到電源50。本公開的一個方面，電源50通過任何合適的手段可拆卸地耦合到第一和第二端 部34，36。合適的手段包括標(biāo)準(zhǔn)的或定制的連接器、金屬夾具、彈簧夾、搭扣、按鈕、導(dǎo)電的 鉤-環(huán)材料，連同其他任何合適的手段一起使用，這些其他合適的手段包括在共同未決且 共同擁有的序列號為11/740,671的美國專利申請中描述的類型，上述專利申請所公開內(nèi) 容在與此處不相違背的意義上通過引用方式并入此處。電池M的理想應(yīng)用需要最少限度 地具有小且貴的連接器，該連接器在制作過程中需要較多的操作。本公開的一個方面，可通 過利用可充電電池組而降低成本，該電池組預(yù)先包裝在導(dǎo)電的鉤或環(huán)狀材料中，其中加熱 元件20包括對應(yīng)的環(huán)狀材料。導(dǎo)電的鉤或環(huán)的較大的表面面積確保了電源50到加熱元件 20的低連接電阻。本公開的另一方面，通過將導(dǎo)電跡線印刷在各端部鄰近，可將第一和第二端部34， 36耦合到電源50。一方面，通過在每個端部處在導(dǎo)電織物上絲網(wǎng)印刷銀墨跡線，并利用連 接到電源50的金屬夾子，可形成良好的電氣連接。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)銀墨能夠深度滲入導(dǎo)電紙的結(jié) 構(gòu)內(nèi)部。另一方面，任何合適的導(dǎo)電材料和印刷工藝也是可用的。本公開的多個方面，電源50是耐用的且可重復(fù)使用。換句話說，電源50可從一次 性加熱元件20上拆除，且能夠重復(fù)用于另一個加熱元件20。為了便于電源50與加熱元件20的耦合，加熱元件20和電源50之一或這兩者可 以被標(biāo)記為70，以使使用者能夠在將其耦合時(shí)以合適的方式定向這兩者。為了能夠放置正 確，加熱元件20與電源50耦合的區(qū)域可被標(biāo)記出來以便與電源50相匹配。雖然在此應(yīng)用 中一般不會以錯誤方式耦合電源50和加熱元件20，但是標(biāo)記出70的這種方式可打消用戶 的顧慮。本公開的一個可代替的方面，電源50或加熱元件20可包括任何合適類型的電子 溫度控制，這種控制可充分地使加熱元件的溫度維持在期望的范圍中。本公開的另一個方面，加熱元件20可包括一個或多個附加層，每層具有與第一層 M相似或互補(bǔ)的設(shè)計(jì)。每個附加層與第一層對重疊，并可包括與非金屬導(dǎo)電纖維混合的無 紡纖維，其中每個附加層還被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域28和非導(dǎo)電區(qū)域32?？梢杂蓭讓訉?dǎo)電紙構(gòu)成加熱元件20，以使加熱元件20具有較低的總電阻和較高的熱質(zhì)量。每個加熱層可以被 另一個合適的電絕緣或熱絕緣(或兩者)層隔離開。這些層也能夠以與下一層直接面對面 取向的方式放置，而無需插入絕緣層。因?yàn)槊恳粚佣季哂泄逃械臒o導(dǎo)電纖維的一面，因而這 些層可以被層疊而無需絕緣隔離物。
在本公開的其他方面中，加熱元件20還可包括一個或多個由聚合物薄膜(如聚乙 烯薄膜)或其他適合材料制成的液體阻擋層，以保護(hù)導(dǎo)電區(qū)域觀免于因水或其他導(dǎo)電液體 的存在而電短路。另外，加熱元件20可包括一個或多個重疊在其他層上具有合適結(jié)構(gòu)的吸 附層。這樣的吸附層可以通過液體阻擋層與導(dǎo)電區(qū)域觀分離開。進(jìn)一步地，加熱元件20 可包括一個或多個由聚合物薄膜或其他適合材料構(gòu)成的保護(hù)層，用于保護(hù)導(dǎo)電區(qū)域觀使 其免受性能極限損傷。另外，加熱元件20可包括在加熱元件20的體側(cè)上的壓敏粘合劑層， 以便于加熱元件20以可拆卸方式接附到使用者的身體。粘合劑層可覆蓋加熱元件20的全 部或僅覆蓋一部分，如加熱元件20的周邊。最后，加熱元件20還可以包括一個或多個全部 或局部熱反射層，例如氣相沉積鋁薄膜，以在特定的方向上集中加熱元件20產(chǎn)生的熱量。對于加熱應(yīng)用，加熱物品10能夠以一次性方式或者耐用型方式用作治療加熱器 (例如，用于肌肉疼痛、患者保暖)。加熱的其他應(yīng)用包括用于基礎(chǔ)設(shè)施加熱的地墊、鋪地基 材以及懸掛式空間加熱器。該加熱性質(zhì)也可與熱致變色墨水一起使用，用于不昂貴的顯示 器，這種顯示器以在一塊基底上顯示不同的圖像來對不同的溫度作出響應(yīng)。更特別地，本公 開的加熱物品10可被用于治療康復(fù)和緩解肌肉疼痛，并通過加熱治療物質(zhì)和皮膚來加強(qiáng) 皮膚對治療物質(zhì)的吸收。加熱元件20的多孔性可保持多種物質(zhì)，包括各種活性藥物，例如 水楊酸甲酯，以促進(jìn)康復(fù)。加熱元件20也可被涂上香水或香料，以同時(shí)提供香料按摩。進(jìn) 一步地，本公開的加熱元件20可被用作一次性患者保暖裝置，以在手術(shù)中防止體溫下降， 或作為嬰兒的保暖毯。加熱元件20的一次性特性使其易于清除，不存在患者之間的物質(zhì)傳 遞。對于釋放香味的應(yīng)用，加熱元件20可以局部或全部涂上有香味的蠟、凝膠、液體 或其他在加熱元件20被加熱時(shí)可釋放出來的有香味的溫度響應(yīng)材料。受控的加熱可以用 于在特定的時(shí)間釋放單一的且分離的香味，或者釋放各種香味的組合。這種香味釋放應(yīng)用 包括香料按摩、家用芳香、防蟲、分層定時(shí)釋放以及其他合適的應(yīng)用。例如，加熱物品10可 以被設(shè)計(jì)成加熱至115華氏度，以釋放在該溫度或該溫度附近熔化、蒸發(fā)或升華的所使用 的香味劑，其中加熱物品10使用壁裝電源或電池供電的電源。加熱物品10可作為加熱器， 也作為有香味的材料的承載基底。對于清潔應(yīng)用，利用加熱的基底來承載合適的清潔物質(zhì)可增強(qiáng)清潔效力。對于去 油脂擦的例子，加熱元件20被加熱，從而可通過降低油脂或油的粘性并由此使得油脂或油 更容易被加熱元件20的吸收層所吸收來有效地去除更多的油脂或油。因?yàn)榍鍧嵱没瘜W(xué)制 品具有增強(qiáng)的效力，因此這樣的清潔工具可使用較少的清潔用化學(xué)制品。一次性拖把、擦、 海綿、敷抹器等等，可包括加熱元件20以提升其清潔效力。其他可能的應(yīng)用還包括在惡劣或寒冷天氣狀況下為人或動物提供熱量。加熱物品 10可被設(shè)計(jì)成適合手臂、腿、軀干、脖子、毯子，甚至可用于動物，如馬、牛、兔、各種爬行動 物、狗和貓。這些加熱物品10可以被用于極端環(huán)境中，如駕駛員的干燥衣、海上事故的救援 衣或其他極端寒冷條件下的救援衣，如極端寒冷環(huán)境中的汽車故障。這些加熱物品10還可被用作一次性浴室加熱毛巾，用于家居、衛(wèi)生保健、旅館。這些加熱元件20還可被用作一次 性加熱襯里，其可用于外套、滑雪服或其他衣物。另外，這些加熱物品10可被用于加熱普通 物品，如飲料容器。使用者可將半耐用或可重復(fù)使用的電源50耦合至這些方面中的任何一 個，并使用該產(chǎn)品。加熱物品10性能價(jià)格比高，且可以對其加以調(diào)整以適應(yīng)特定應(yīng)用的加熱需求。成 本是指對于每次使用加熱元件的材料是一次性的，但是材料本身卻足夠耐用，或者如上所 述能夠制造得更耐用以允許半耐用或耐用的加熱應(yīng)用。加熱元件20的形式因子允許對加 熱特性進(jìn)行非常具體的調(diào)整。對加熱元件材料的導(dǎo)電纖維容量、基重或尺寸/形狀的工藝 更改使得可以實(shí)現(xiàn)加熱元件設(shè)計(jì)的靈活性。這種可變性允許導(dǎo)電紙因其電阻加熱特性而在 多種應(yīng)用中的使用。另外，加熱元件材料本身是柔軟的，且能夠以親密的和/或人體工程學(xué) 方式適應(yīng)使用者的身體。利用這里公開的導(dǎo)電纖網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)造加熱元件20相對于目前的商業(yè)上可得到的 利用放熱化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)品可提供許多優(yōu)點(diǎn)。本公開的便攜式加熱裝置可允許以與化學(xué)激活 產(chǎn)品相比更便宜的方式制造一次性的加熱元件20。另外，可調(diào)整的自動控制允許加熱物品 10調(diào)整所產(chǎn)生的熱量。進(jìn)一步地，以電池M形式的電源50可以是可充電的或可取代的。 與身體相對的一側(cè)上的反射材料提高了熱效率。最后，熔斷連接的使用可保護(hù)佩戴者，防止 過熱。實(shí)驗(yàn)1在實(shí)驗(yàn)性研究中，制備了 2〃 X4"的導(dǎo)電紙薄片，其包括位于該導(dǎo)電紙薄片上兩 相對的端部處的兩個印制的銀墨條(每個4mm寬，貫穿該薄片的整個寬度)。通過將兩個銀 墨條連接到從電源引出的分離的引線上，使每個樣品被連接到電源。這些樣品可5分鐘加 熱(接通電源)，5分鐘冷卻(關(guān)斷電源)。利用紅外攝像機(jī)能夠以每秒4幀獲取該紙的溫 度。計(jì)算每一幀中該紙整個表面面積上的平均溫度，建立作為時(shí)間函數(shù)的溫度曲線。根據(jù) 溫度曲線平坦區(qū)的平均溫度計(jì)算最高溫度。表一示出了給定功率/面積輸入及給定導(dǎo)電纖 維填充條件下的最高溫度。實(shí)驗(yàn) 2制備了 8〃 X 12"的約40gsm、含35%重量百分比的碳纖維的導(dǎo)電紙薄片，其包括 兩個鋁箔條(每個0.5"寬，貫穿該薄片的整個長度)，鋁箔條在兩個相對的端部處連接到 紙上。通過將兩個鋁條連接到從電源引出的分離引線可使用電源使樣品產(chǎn)生熱量。在大約 28V和大約2A，該薄片被加熱至超過140攝氏度。沒有發(fā)現(xiàn)燒焦的跡象。實(shí)驗(yàn) 3在2" X3"的導(dǎo)電紙薄片上涂上2克牛油樹脂蠟，以制作釋放香味的樣品。將該 紙連接到電源并使該紙加熱到114華氏度后，空氣中可覺察到牛油樹脂的氣味。表 110
權(quán)利要求
1.一種加熱物品，包括 加熱元件，包括混合有導(dǎo)電纖維的無紡纖維的第一層，其中該層被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū) 域，其中導(dǎo)電區(qū)域在該層的大部分區(qū)域中以共同延展且共面的圖案延伸，且該導(dǎo)電區(qū)域具 有第一端部和第二端部；以及電源，可拆卸地耦合到第一和第二端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中非導(dǎo)電區(qū)域的至少一部分通過結(jié)合而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述第一層是吸收層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述無紡纖維包括聚合物纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述加熱元件是一次性的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述電源是可充電的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述電源是耐用的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述電源被打上標(biāo)記，使電源能夠以正確的 取向耦合到該第一層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中利用導(dǎo)電鉤材料將所述電源耦合到該第一層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，加熱元件進(jìn)一步包括與第一層重疊的第二層，其 中第二層包括混合有非金屬導(dǎo)電纖維的無紡纖維，其中該第二層被劃分為包括導(dǎo)電區(qū)域和 非導(dǎo)電區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的加熱物品，其中第一層和第二層被絕緣層分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加熱物品，其中所述絕緣層電絕緣。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加熱物品，其中所述絕緣層熱絕緣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，所述加熱元件進(jìn)一步包括與第一層重疊的水阻擋層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，所述加熱元件進(jìn)一步包括與第一層重疊的吸附層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，所述加熱元件進(jìn)一步包括與第一層重疊的保護(hù)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，所述加熱元件進(jìn)一步包括與第一層重疊的熱反射層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，進(jìn)一步包括適于在加熱時(shí)釋放香味的芳香物質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱物品，其中所述導(dǎo)電纖維是非金屬的。
20.一種加熱物品，包括 加熱元件，包括混合有非金屬導(dǎo)電纖維的無紡纖維的第一層，其中該層被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo) 電區(qū)域，其中導(dǎo)電區(qū)域在該層的大部分區(qū)域中以共同延展且共面的圖案延伸，且該導(dǎo)電區(qū) 域具有第一端部和第二端部；第二層，與第一層重疊，其中第二層基本上無非金屬導(dǎo)電纖維；以及 電源，可拆卸地耦合到第一和第二端部。
全文摘要
提供了一種包括加熱元件和電源的加熱物品，該加熱元件包括混合有導(dǎo)電纖維的無紡纖維的第一層，其中該層被劃分成包括導(dǎo)電區(qū)域和非導(dǎo)電區(qū)域，其中導(dǎo)電區(qū)域在該層的大部分區(qū)域中以共同延展且共面的圖案延伸，且該導(dǎo)電區(qū)域具有第一端部和第二端部，所述電源可拆卸地耦合到第一和第二端部。該第一層可包括混合有非金屬導(dǎo)電纖維的無紡纖維。該加熱物品還可包括與第一層重疊的第二層，其中該第二層基本上無非金屬導(dǎo)電纖維。
文檔編號H05B3/14GK102047753SQ200980119108
公開日2011年5月4日 申請日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者D-D·H·恩漢, S·蘭加納坦, S·蓋克哈爾, T·M·阿萊斯三世 申請人:金伯利-克拉克環(huán)球有限公司