CN104470474B - 推入式耳塞 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了推入式耳塞(100)，所述推入式耳塞(100)包括细长芯(110)和外层(120)。所述外层包括消音部分(121)和杆部分(122)，所述消音部分(121)具有第一平均密度，所述杆部分(122)具有第二平均密度，并且所述第二平均密度大于所述第一平均密度。

Description

推入式耳塞
技术领域
本发明涉及听力保护装置，具体地涉及推入式耳塞，这种推入式耳塞具有由第一材料制成的细长芯和由第二材料制成的外层。
背景技术
使用听力保护和噪音衰减装置为人们所熟知，并且已考虑到各种类型的装置。此类装置包括部分或完全由泡沫或橡胶材料构造的耳塞和半听觉装置，所述耳塞和半听觉装置被插入使用者的耳道中或放置在其上以物理地阻塞声波进入内耳中。
可压缩的或“下卷”型耳塞通常包括可压缩的、有回弹力的主体部分并且可由合适的缓慢恢复泡沫材料制成。耳塞可通过以下步骤插入使用者的耳道中：首先将其碾压在手指之间以压缩主体部分，然后将主体部分推入耳道中，随后允许主体部分膨胀以填充耳道。
推入式耳塞也已经被考虑，并且可包括可压缩的减小部分和从减小部分延伸的刚性部分。为插入推入式耳塞，使用者抓持刚性部分并且以适当水平的力将减小部分推入耳道中。当将耳塞容纳在耳道中时，减小部分缩小。推入式耳塞可允许耳塞迅速地并容易地插入耳道中，并且可通过在插入之前使与耳塞的减小部分的接触最小化而提升卫生程度。
尽管推入式耳塞在各种应用中表现出期望特征，但它们可为昂贵的并且可造成困难的制造问题。
发明内容
术语表
“模具”是指可能或者可能不以中空形式赋予部件形状的中空形式。
“热粘结”是指其中两种材料或表面的分子在处于熔融相时已扩散到另一者的材料或表面内以使得形成粘结的状态。化学粘结在热粘结材料或表面之间不存在或者在它们之间不提供粘结的主要来源。
“热塑性塑料”是指可重复受热和重复变形并且在冷却时将保持其形状的聚合物。
“热固性塑料”是指可被不可逆地固化的聚合物。
“未活化的”在涉及发泡剂时是指发泡剂可被进一步活化以有利于材料中气体或泡的形成。
在本发明的一个实施例中公开了耳塞，该耳塞包括细长芯和外层，所述细长芯包含第一材料并且具有第一端部和第二端部以及外部主表面，所述外层包含第二材料并且覆盖细长芯的外部主表面的至少一部分。外层包括消音部分和杆部分，其中消音部分具有第一平均密度ρ1，杆部分具有第二平均密度ρ2，并且|ρ2>1.2ρ1|。在示例性实施例中，外层被热粘结到细长芯的外部主表面的至少一部分，并且在细长芯的外部主表面与外层之间不存在粘合剂。第一材料包括聚丙烯和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)中的一种或多种，并且第二材料包括热塑性塑料、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)、热固性聚合物和EPDM橡胶中的一种或多种。在另一个实施例中，细长芯的第一端部和第二端部被至少部分地暴露。
在本发明的另一个实施例中公开了耳塞，该耳塞包括细长芯和外层，所述细长芯包含第一材料并且具有第一端部和第二端部以及外部主表面，所述外层包含第二材料并且覆盖细长芯的外部主表面的至少一部分。第二材料包括热塑性球体。
在本发明的另一个实施例中公开了耳塞，该耳塞包括细长芯和外层，所述细长芯包含第一材料并且具有第一端部和第二端部以及外部主表面，所述外层包含第二材料并且被热粘结到细长芯的外部主表面的至少一部分。外层包括消音部分和杆部分，其中消音部分具有第一平均密度ρ1，杆部分具有第二平均密度为ρ2，并且|ρ2>1.2ρ1|。外层为邻接层并且从细长芯的第一端部延伸到细长芯的第二端部，并且外层包含热塑性球体。
提交于2012年7月12日的标题为Method of Making an Earplug(制备耳塞的方法)的美国专利申请序列号13/547,189论及制备个人防护装备诸如推入式耳塞的方法，并且提交于2012年7月12日的标题为FoamableArticle(发泡制品)的美国专利申请序列号13/547,294论及用于形成装置或部件的制品，所述专利申请以引用方式并入本文。
附图说明
图1为根据本发明的推入式耳塞的透视图。
图2为根据本发明的推入式耳塞的剖视图。
图3A–3D为根据本发明的示例性推入式耳塞的剖视图，示出了具有各种示例性形状的消音部分。
图4为处于制备耳塞的示例性方法的中间状态的包括细长芯和外层的预成形体的透视图。
图5为根据本发明的示例性制造工艺的示意图。
图6A和6B为用于本发明的示例性实施例的模具的实例的剖视图。
图7A和7B为用于本发明的示例性实施例的模具的实例的剖视图。
图8为根据本发明的示例性制造工艺的示意图。
具体实施方式
下面的描述提供为使用者提供听力保护的耳塞和制备耳塞的方法。根据本发明的耳塞包括由相对柔性的外层直接或间接覆盖的相对刚性的细长芯。外层包括可插入使用者的耳道中的可压缩的消音部分和可由使用者抓持以处理耳塞的杆部分。该耳塞可容易地插入耳道中，而无需首先压缩或“下卷”消音部分。本发明还提供使困难且昂贵的制造技术最小化的制备耳塞的方法。该方法可包括以下步骤：用包含未活化的发泡剂的外层覆盖基材诸如细长芯，以及活化发泡剂使得外层的至少一部分膨胀至期望的形状。
图1和图2示出了根据本发明的推入式耳塞100。耳塞100包括细长芯110，所述细长芯110由第一材料制成且具有第一端部111和第二端部112以及外部主表面113。耳塞100还包括外层120，所述外层120由第二材料制成并直接或间接地粘合至细长芯110的外部主表面113的至少一部分。例如，外层120包括消音部分121和杆部分122，其中消音部分121用于至少部分地插入使用者的耳道中，杆部分122具有小于消音部分121的直径和大于消音部分121的平均密度。在一些实施例中，通道115完全或部分地延伸穿过位于第一端部111和第二端部112之间的细长芯110。
在插入耳塞100期间，杆部分122和细长芯110用作可由使用者抓持的柄部。耳塞100，并且具体为消音部分121，被送至邻近使用者的耳并插入耳道中。消音部分121在其被定位时压缩，且细长芯110提供有利于插入的足够的刚度。在使用中，消音部分121基本上定位在耳道内以阻塞声音的通道，并且杆部分122从耳道向外延伸以提供用以移除耳塞的柄部。
细长芯110提供了基材，外层120可直接或间接地覆盖到基材上，并且有利于耳塞100插入使用者的耳道中。在示例性实施例中，细长芯110由第一材料制成，其中第一材料表现出大于外层120的刚度或刚度，但其足够柔软，因此对使用者而言是舒适且安全的。细长芯110提供了足够的硬度，使得可通过利用适当的力将消音部分121推入耳道中而将耳塞100定位成至少部分地用于使用者的耳中。即，与适当的外层120结合的足够刚性的细长芯110允许耳塞100在不需要首先压缩或“下卷”消音部分121的情况下定位成至少部分地用于使用者的耳中。例如，在不需要首先压缩或“下卷”消音部分121的情况下，直接插入通过在放置在耳中之前限制与消音部分121的接触而提升卫生程度。细长芯110还表现出适当的柔韧性水平，使得其被定位进行应用时可轻微变形成耳道的轮廓。
细长芯110由一种或多种材料制成，该材料可适当地粘结到外层120或者一个或多个中间层的材料，或者以其它方式与它们相容。在示例性实施例中，细长芯110由聚丙烯和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)的共混物制成，例如购自马萨诸塞州卢嫩堡市的S&E特种聚合物有限公司(S&E Specialty Polymers,LLC.of Lunenburg,Massachusetts)的TUFPRENE&。其它合适的材料包括购自埃克森美孚公司(Exxon Mobile Corporation)的SANTOPRENE 101-90，和以下其它材料，这些材料表现出适当的刚度使得耳塞100的减小部分121可容易地插入使用者的耳道中。
细长芯110可由具有指定硬度的一种或多种材料制成。在各种示例性实施例中，细长芯110的至少一部分的硬度介于50肖氏硬度A和100肖氏硬度A之间或介于70肖氏硬度A和90肖氏硬度A之间，或者为约80肖氏硬度A。期望的硬度可取决于细长芯110的尺寸使得细长芯110表现出期望的刚度。
在示例性实施例中，细长芯110具有圆形横截面，该圆形横截面在第一端部111和第二端部112之间的任何位置处为基本上均一的，使得细长芯110表现出大体圆柱形形状。圆形横截面可使可引起使用者的耳的接触部分不适的边缘最小化。在各种其它示例性实施例中，细长芯可具有三角形、正方形或其它合适的横截面，或者可具有沿耳塞100的长度变化的横截面。外部主表面113可具有滚花状、沟槽状或其它形式的纹理化表面。此类表面可增加接触外层120或中间层的表面区域，使得创建稳健的粘结。在一些示例性实施例中，细长芯110包括多个同心层，例如提供期望的刚度的层以及有利于与外层稳健粘结的层，或者提供其它期望的特征的层。
在一些示例性实施例中，细长芯110为中空的，并且为限定通道115的管的形式。可制造具有中空细长芯110的耳塞100，使得接收器的部件或通信系统的部件可附接到耳塞。另选地或此外，通道115可适应一种或多种滤波器或其它无源听觉元件以提供具有期望的形状的衰减曲线。例如，定位在通道115中的滤波器可引起由爆炸、炮击等产生的高电平脉冲的非线性衰减。通道115还可提供附接绳索的凹陷部，使得第一耳塞和第二耳塞可接合，或者使得头带的端部可附接到半听觉听力保护器中。
耳塞100还包括外层120，所述外层120基本上直接或间接地覆盖细长芯110并且包括消音部分121和杆部分122。在示例性实施例中，外层120基本上围绕细长芯110的外部主表面113并且从细长芯110的第一端部111延伸到第二端部112。在一些实施例中，外层120为邻接层，使得消音部分121的部分接触杆部分122的部分。细长芯110的第一端部111和第二端部112可被至少部分地暴露，并且细长芯110的颜色可与外层120的颜色相似或不同，以隐藏或显示细长芯110的存在。消音部分121被定位在细长芯110的第一端部111附近，并且被成形为容纳在使用者的耳道中。在示例性实施例中，消音部分121具有基本上穹顶形状或半球形状，并且消音部分121在其最宽点处的直径大于杆部分122的直径。在图3A至图3D所示的各种其它实施例中，例如，消音部分125、126、127、128可分别为子弹形、铃形、锥形、蘑菇形，或其它形式成形以提供期望的贴合性或适合特定应用。
外层120由柔性的和柔韧的泡沫、橡胶、聚合物或其它合适的材料制成，该材料可被舒适地定位在使用者的耳道中。在示例性实施例中，外层120由SEBS制成，例如购自罗德岛州波塔基特的特诺尔爱佩斯公司(Teknor Apex of Pawtucket,Rhode Island)的MONPRENE MP1900。其它合适的材料包括增塑聚氯乙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁基橡胶、天然橡胶、其它热塑性塑料、热固性聚合物，以及本领域已知的可被配制成表现出适当的硬度范围的其它合适的材料。在示例性实施例中，选择细长芯110和外层120的材料，使得在细长芯110和外层120之间直接或间接地粘结的主要粘结源为热粘结。粘结细长芯110和外层120不需要另外的粘合剂，并且在示例性实施例中，在细长芯110和外层120之间不存在此类粘合剂。在一些示例性实施例中，外层120包括多个同心层，例如提供期望的特征以用于接触使用者的耳道的层和有利于与细长芯稳健粘结的层，或者提供其它期望的特征的层。
可选择外层120的材料以控制外层120的脆碎度，使得其在使用期间不易破碎或破裂。可通过选择具有适当分子量的材料来部分地控制耳塞的脆碎度，其中较高分子量通常导致较不易碎的耳塞。在示例性实施例中，外层220包括分子量介于100,000道尔顿和200,000道尔顿之间的SEBS，该分子量例如根据ASTM D6474-99通过本领域已知的凝胶渗透色谱分析法来测量。
可在制造过程中控制外层120的密度，以根据需要提供指定的密度来用于特定应用。外层120可表现出随厚度变化的密度，例如，使得外层120具有比外层120的其余的密度大的整体外皮。此类皮可存在于消音部分121和杆部分122中的一者或两者上。另选地，消音部分121或杆部分122可具有基本上均一的密度。在示例性实施例中，不考虑整体外皮的存在或者消音部分121或杆部分122内变化的密度，消音部分121具有第一平均密度ρ1并且杆部分具有第二平均密度ρ2。第一平均密度ρ1和第二平均密度ρ2可通过使在消音部分121或杆部分122的每个位置处的密度平均化来发现。不受理论的约束，据信平均密度提供了消音部分121或杆部分122在经受外力时压缩或以其它方式适形的能力的指示。选择消音部分121的第一平均密度ρ1，使得消音部分可通过适形于使用者的耳道而提供舒适的贴合性，同时提供期望水平的消音。在各种示例性实施例中，例如，包括发泡的SEBS的消音部分121的第一平均密度ρ1介于100kg/m3和180kg/m3之间、或介于110kg/m3和160kg/m3之间、或可为约125kg/m3。杆部分122的第二平均密度ρ2大于第一平均密度ρ1，并且在各种示例性实施例中，介于200kg/m3和300kg/m3之间、介于225kg/m3和275kg/m3之间、或可为约250kg/m3。因此，在各种示例性实施例中，外层120的杆部分122的第二平均密度ρ2比外层120的消音部分121的第一平均密度ρ1大1.2倍、1.5倍、2倍或更多倍。
耳塞100可在多步骤工艺中形成。在示例性实施例中，耳塞100在涉及中间状态的工艺中形成，其中，外层120直接或间接地覆盖在细长芯110周围，以得到预成形的听力保护装置(例如，预成形体130)，但尚不包括消音部分121。在图4所示的中间状态下，预成形体130的外层120包括未活化的发泡剂。在示例性实施例中，未活化的发泡剂包括能够膨胀的球体发泡剂，球体发泡剂包括热塑性球体，热塑性球体例如包括外壳，外壳在暴露于热或其它活化源时膨胀的封装碳氢化合物或其它适当的气体。热塑性外壳的膨胀导致外层120材料的体积增大且密度减小。未活化的发泡剂也可为化学发泡剂，化学发泡剂包括能够膨胀的材料，能够膨胀的材料为自含的或以其它形式未包含在能够膨胀的球体内。此类发泡剂的活化引起能够膨胀的材料膨胀，从而在外层的材料中创建空隙或间隙。在示例性实施例中，预成形体130的外层120包括未活化的能够膨胀的球体发泡剂和未活化的化学发泡剂。可控制存在于外层120中的发泡剂的活化以及外层120的相关膨胀，以提供耳塞100，耳塞100具有表现出期望的形状、密度、硬度和其它期望的特征的消音部分121和杆部分122。能够膨胀的球体发泡剂和化学发泡剂两者的存在可有助于提供足够的结构和膨胀，使得外层可在活化期间适当地形成，同时降低了如果仅使用能够膨胀的球体发泡剂则将以其它形式得到的外层的硬度水平。由化学发泡剂生成的气体中的一些或全部可在活化期间逸出，使得气体中的一些或全部在活化之后不存在于外层中。能够膨胀的球体发泡剂中的一些或全部可保持在最终耳塞的外层中，使得最终耳塞可包括热塑性球体。在示例性实施例中，耳塞100的外层120包括重量百分比介于1重量％和5重量％之间、以及可包括重量百分比为约3重量％的发泡剂或剩余的发泡剂。
在图4所示的中间状态下，可将预成形体130切割成耳塞100的期望的长度，可切割成足以用于多个耳塞的后续形成的长度，或者可保持不切割，使得如下文参考图8所述的外层120的活化可在切割之前发生。具有延伸长度的预成形体130可有利于后续加工和发泡剂的活化的处理。在示例性实施例中，将预成形体130切割成延伸长度，该延伸长度可随后被切割和活化以产生期望量的耳塞100。延伸的预成形体130可被卷曲或以其它方式成形，以易于运输或处理。
本发明提供制备个人防护装备诸如上述耳塞100的方法。示例性方法包括以下步骤：用外层覆盖基材，以及向外层的至少一部分施加加热，使得外层的至少一部分膨胀。外层的膨胀是由于存在于外层的材料中的发泡剂的活化而发生，并且可通过在膨胀之前将外层的一部分定位在模具中来控制。当外层膨胀时，外层的部分可受到模具的形状限制、或与热隔离，以限制发泡剂的活化。
本文所述的方法不仅适用于制造耳塞，而且适用于制造其它类型的听力保护装置和用于其它个人防护装备的部件，以及适用于其它应用的模塑或成形的部件。例如，本方法提供了用于制备用于呼吸保护装置的面罩的密封件的工艺，该密封件可被发泡以提供期望的形状和密度。其它示例性应用包括耳罩、呼吸器、护目镜、其它个人防护装备、此类个人防护装备的部件的应用，以及其它应用。
根据本发明的制备推入式耳塞的示例性方法包括以下步骤：利用包括未活化的发泡剂的外层直接或间接地覆盖细长芯，活化外层的至少一部分的发泡剂以形成消音部分，并且将杆部分直接或间接地粘结到细长芯。
图5示出根据本发明制备耳塞200的示例性方法的示意图。通过使第一模具240挤出第一材料并且将第一材料拉伸到适当的直径来形成延长的细长芯210。如上所述，细长芯可为实心的或者可包括延伸穿过细长芯210的全部或一部分的纵向通道，并且可包括具有不同特征的一个或多个同心层。可冷却第一材料，使得其在制造工艺的后续步骤中保持稳定。温度变化的大小可取决于所使用的材料和最终产品的期望特性。在示例性实施例中，根据需要冷却细长芯210，使得其表现出在由第二模具250覆盖之前的点处的温度，该温度低于外层220的活化或固化温度。在被覆盖之前，细长芯210具有延伸长度并且尚未被切割至用于耳塞的期望长度。
在图5所示的实施例中，通过第二模具250，用包含第二材料的外层220直接或间接地覆盖细长芯210。第二模具250可为本领域已知的共挤出模具或其它合适的模具。在示例性实施例中，第二材料包括热塑性塑料和一种或多种未活化的发泡剂。将外层220施加到细长芯210，同时保持在低于未活化的发泡剂的活化温度的温度下。在示例性实施例中，第二材料包括SEBS和发泡剂，该发泡剂的活化温度介于100℃和205℃之间、介于120℃和190℃之间、或者为约170℃。其它合适的材料包括增塑聚氯乙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁基橡胶、天然橡胶、其它热塑性塑料、热固性聚合物，以及本领域已知的其它合适的材料。在其中外层220包括具有橡胶或热固性聚合物的第二材料的实施例中，外层220可在低于橡胶或热固性聚合物的硬化或固化温度的温度下来应用。在此类实施例中，外层220可包括未活化的发泡剂和未固化的或部分固化的橡胶或热固性聚合物，该橡胶或热固性聚合物可随后分别利用加热或其它合适的活化或固化工艺来活化和固化。
外层220中的发泡剂在初始施加到细长芯210时的重量百分比可基于所用的热塑性塑料或其它材料的类型以及期望的消音部分221的最终形状、密度、硬度或其它特征来选择。在示例性实施例中，外层220具有百分比介于90％和99.5％之间的SEBS以及在10％和0.5％之间的适当未活化的发泡剂的初始组合物，或者具有百分比为约93％SEBS和7％未活化的能够膨胀的球体发泡剂的初始组合物，例如，均购自瑞典松兹瓦尔的依卡化学品公司(Eka Chemicals AB of Sundsvall,Sweden)的EXPANCEL 930DU120、EXPANCEL 920DU 120。在其它示例性实施例中，外层220具有包括未活化的化学发泡剂的初始组合物，例如购自纽约州纽约的比德尔索耶公司(Biddle Sawyer Corp.of New York,New York)的氧代苯甲磺酰肼(OBSH)。化学发泡剂(例如，OBSH发泡剂)的存在可产生这样的消音部分，该消音部分具有低于由外层形成的消音部分的硬度值，该外层包括作为唯一发泡剂的能够膨胀的球体发泡剂，例如EXPANCEL。在示例性实施例中，外层220包括未活化的能够膨胀的球体发泡剂和未活化的化学发泡剂。能够膨胀的球体发泡剂和化学发泡剂两者的存在可有助于提供足够的结构，使得可适当地形成外层并且可不仅仅存在化学发泡剂，同时降低了如果仅使用能够膨胀的球体发泡剂将以其它方式得到的外层的硬度。因此，化学发泡剂和能够膨胀的球体发泡剂的组合可得到具有适用于期望的应用(例如，用于插入耳道中)的硬度水平的外层。在示例性实施例中，在最初应用时，外层220可包括重量百分比介于约0.5重量％和3重量％之间的未活化的化学发泡剂、或约2重量％的未活化的化学发泡剂、和介于约0.5重量％和9.5重量％之间的未活化的能够膨胀的球体发泡剂、或约2重量％的未活化的能够膨胀的球体发泡剂。外层220也可包含其它合适的发泡剂、或EXPANCEL发泡剂、OBSH发泡剂和其它合适的发泡剂的各种组合。外层220还可包含赋予本领域已知的期望的颜色的颜料、抗氧化剂、UV稳定剂、和有助于挤出和模具释放的油或蜡。
在一些示例性实施例中，外层220在覆盖在细长芯210上方时处于熔融状态。因此，据信外层220和细长芯210的分子、或一个或多个中间层的分子扩散到彼此的材料或表面内并且形成热粘结。当材料或表面冷却和硬化时，外层220直接或间接地保持热粘结到细长芯210。在示例性实施例中，显著的化学粘结为不存在的，使得在细长芯210和外层220之间粘结的主要粘结源为热粘结。在其它示例性实施例中，外层220在覆盖在细长芯210上方时接触细长芯210或者一个或多个中间层，但显著的粘结未形成在外层220和细长芯210或一个或多个中间层之间。在活化和/或固化外层220时，可在外层220和细长芯210之间直接或间接地形成热粘结。
在其它示例性实施例中，替代或除了第二模具250之外，可通过本领域已知的层合、模塑、喷涂、浸渍或其它合适的工艺，利用外层220或一个或多个中间层来覆盖细长芯210。此类步骤可在将细长芯210切割成期望的长度之前或之后进行。不考虑所用的工艺，应将外层220的温度保持低于发泡剂的活化温度，使得发泡剂在覆盖工艺期间保持为未活化的。在外层220包括未固化或部分地固化材料(例如EPDM橡胶或热固性聚合物)的情况下，外层220的温度应保持低于该材料的固化温度。
在示例性实施例中，利用切割器260将外层220覆盖的细长芯210切割成期望的耳塞的长度。这样得到具有细长芯210和外层220的预成形体230，其中外层220包括未活化的发泡剂，未活化的发泡剂可随后活化，以创建具有消音部分221和杆部分222的耳塞。
切割器260可将预成形体230切割成耳塞200的期望的长度、或者切割成足以用于多个耳塞的后续形成的延伸长度。在示例性实施例中，将预成形体230切割成这样的延伸长度，该延伸长度可随后被切割和活化、或反之亦然，以产生期望量的耳塞200。延伸的预成形体230可被卷曲或以其它方式成形，以易于处理或运输。
在示例性实施例中，存在于外层220中的未活化的发泡剂包括热塑性球体，热塑性球体封装碳氢化合物或其它能够膨胀的材料。应用适当的热量引起热塑性外壳和碳氢化合物膨胀。在其它示例性实施例中，发泡剂包括以下物质中的仅一种或者它们的组合：能够膨胀的球体发泡剂、能够膨胀的材料，该能够膨胀的材料为自含的或不以其它形式封装的并且当暴露于加热或其他活化源时产生气体。如果无限制的，则发泡剂的活化在外层220中产生泡，最终外层220的体积增加并且其密度降低。外层220的膨胀可受控于以下因素：外层220的厚度和组成，加热、催化剂或其它活化源的选择性应用，和/或当活化发泡剂时将预成形体230的至少一部分放置在模具中，以限制外层220的膨胀。
在图6A和图6B所示的示例性方法中，使用模具270来控制外层220的膨胀。模具270包括第一腔体271，第一腔体271为接收预成形体230的一部分的杆部分的形式。预成形体230在放置于模具270中之前可切割成期望的耳塞200的长度。另选地，预成形体230可具有延伸长度并且可在插入模具270中之后按一定长度切割。在插入模具270中之后切割预成形体230可有利于处理和插入。对预成形体230的暴露部分施加热，以将外层220的温度至少升高到存在于外层220中的发泡剂的活化温度并且引起外层220膨胀，如图6B所示。定位在第一腔体271中的耳塞200的部分可与热有效地隔离，使得发泡剂的活化受到限制。另选地或此外，第一腔体271限制外层220并且基本上限制由发泡剂的活化引起的膨胀，否则发泡剂将导致较大体积和较低密度的外层。随后冷却细长芯210和外层220并且从模具270中顶出。成品耳塞200包括消音部分221和杆部分222，所述消音部分221由可自由膨胀的暴露的外层形成，所述杆部分222在发泡剂的活化期间部分地限制在模具270中。由于模具的限制和/或发泡剂的限制活化，所以杆部分222具有比消音部分221大的平均密度和/或硬度。
在图7A和图7B的示例性实施例中，使用模具370来控制预成形体330的外层320的膨胀。模具370包括第一腔体371，第一腔体371为接收预成形体330的一部分的杆部分的形式。模具370还包括第二腔体372，第二腔体372为消音部分的形式。当将预成形体330初始放置在模具370中时，间隙375存在于预成形体330和第二腔体372的周边之间。在一些实施例中，小的间隙376可存在于预成形体330和第一腔体371的周边之间。在应用加热或其它合适的活化源时，外层320的一部分膨胀以填充间隙375并且基本上适形于第二腔体372的形状。定位在第一腔体371中的耳塞300的部分可与热有效地隔离，使得发泡剂的活化受到限制。另选地或此外，将以其它方式在发泡剂的活化期间发生的外层220的膨胀受到第一腔体371的限制。另外，当热的施加使外层320软化并且发泡剂活化时，外层320可膨胀，以填充第一腔体371，并且初始地位于第一腔体371中的外层320中的一些可流入第二腔体372中，以填充间隙375。在示例性实施例中，模具370包括小通气孔以允许过量的气体逸出，同时防止任何熔融的材料通过。
在示例性实施例中，模具370被取向成使得在活化工艺的部分或全部过程中第一腔体371在第二腔体372上方取向。此类取向可允许材料在活化期间从第一腔体371流入第二腔体372中。另外，其中第一腔体371在第二腔体372上方取向的取向可有利于消音部分321上整体皮的形成，因为在发泡剂的活化期间形成的泡或空隙可往往向上移动并且远离腔体372的下表面。
随后冷却耳塞300并且从模具370顶出。成品耳塞300包括消音部分321和杆部分322，其中消音部分321具有模具370的第二腔体372的形状，杆部分322具有模具370的第一腔体371的形状。由于第一腔体371的限制和/或发泡剂在第一腔体371的区域中的受限的活化，杆部分322可具有比消音部分321大的平均密度和/或硬度。
在图7A和图7B所示的示例性实施例中，耳塞300由预成形体330形成，所述预成形体330的纵向总长度I介于约15mm和40mm之间、或者为约25.5mm。外层320的外径d1介于约2.5mm和6.5mm之间、或者为约4.5mm；细长芯310的外径d3介于约1.5mm和3.5mm之间、或者为约2.5mm；并且通道315的直径d4介于约1.0mm和2.0mm之间、或者为约1.5mm。如图7B所示，在上述的外层320活化之后，最终耳塞300的纵向总长度L介于约15mm和40mm之间、或者为约25.5mm；消音部分321在其最宽点处的外径D1介于约8mm和16mm之间、或者为约12.5mm；杆部分322的直径D2介于约3mm和10mm之间、或者为约6.5mm；细长芯310的外径D3介于约1.5mm和3.5mm之间、或者为约2.5mm；并且通道115的直径D4介于约1.0mm和2.0mm之间、或者为约1.5mm。预成形体330和成品耳塞300的尺寸可基于外层320和细长芯310的材料而变化，并且根据需要来形成具有期望的特征的最终的耳塞300，以用于特定应用。
图8示出根据本发明制备耳塞的另一个示例性方法。该方法包括在将细长芯410和外层420切割成期望的长度之前活化外层420中的发泡剂的步骤。类似于上文参考图5所述的方法，第一材料通过第一模具440挤出并且拉伸成适当的直径。挤出的和未切割的细长芯410被冷却并且利用外层420直接或间接地被覆盖。在示例性实施例中，通过第二模具450利用外层420来覆盖细长芯410。另选地，可通过层合、模塑、喷涂、浸渍或本领域已知的任何其它合适的工艺利用外层420来覆盖细长芯410。
可随后冷却细长芯410和外层420。随后通过例如使模具470的两个半块汇聚在未切割的细长芯410和外层420上方来将未切割的细长芯410和外层420的部分定位在模具470中。在模具相对于未切割的细长芯410和外层420适当定位的情况下，通过加热或其它活化源来活化发泡剂以引起外层420膨胀。在其中外层420包括未固化或部分固化的材料的实施例中，热或其它活化源的应用也引起外层420固化。在示例性实施例中，模具470包括第一腔体471和第二腔体472，其中第一腔体471为杆部分形式，第二腔体472为消音部分形式。在应用加热或其它合适的活化源时，外层420的一部分膨胀以填充第二腔体472并且基本上适形于第二腔体472的形状。定位在第一腔体471中的耳塞400的部分可与热有效地隔离，使得发泡剂的活化受到限制。另选地或此外，将以其它方式在发泡剂的活化期间发生的外层420的膨胀基本上受第一腔体471限制。另外，当热的施加使外层420软化并且发泡剂活化时，初始地位于第一腔体471中的外层420中的一些可流入第二腔体472中。在示例性实施例中，模具470包括小通气孔以允许过量的气体逸出，同时防止任何熔融的材料通过。
细长芯410和活化的外层420随后进行冷却，从模具470移除，并且利用切割器460切割成期望的长度以得到成品耳塞400。成品耳塞400包括消音部分421和杆部分422，其中消音部分421具有第二腔体472的形状。由于第一腔体471的限制和/或发泡剂在第一腔体471的区域中的受限的活化，杆部分422可具有比消音部分421大的平均密度和/或硬度。
在另一个示例性实施例中，未切割的细长芯410和外层420的仅一部分被定位在模具腔体中。模具腔体可为杆的形式，使得外层420的一部分的膨胀基本上被限制以形成杆部分422，同时外层420的其余部分可自由地膨胀以形成消音部分421。另选地，模具腔体可为消音部分的形式，使得外层420的一部分的膨胀被限制和选择性活化以形成消音部分421，同时外层420的其余部分未活化或者仅部分活化并且形成杆部分422。
根据本发明的耳塞也可根据本文所述的方法的变型形式和其它方法制成。例如，示例性耳塞可通过以下方法制成：当发泡剂活化时，利用外层覆盖较刚性的细长芯，或者利用此前已发泡的外层覆盖较刚性的细长芯。发泡的外层随后可被切割、压缩、致密或以其它方式成形，以形成具有杆部分和消音部分的外层。
本文所述的耳塞和制备耳塞的方法提供若干益处。本文所述的耳塞可舒适地定位在使用者的耳道中以提供期望的听力保护水平，并且刚性细长芯的存在通过在插入之前消除下卷消音部分的需要而提升了卫生程度。本文所述的方法允许有效地制造耳塞。如本文所述的具有直接或间接地粘结到细长芯的外层的耳塞消除了以下问题：多个此前的推入型耳塞所需的将刚性部件接合到消音部件的另外步骤的费用和复杂性问题。细长芯和外层可在不需要另外的粘合剂或另外的组装步骤的情况下被热粘结。
至此已参考本发明的若干实施例描述了本发明。给出上述详细说明及实例仅为清楚地理解本发明。这些说明和实例不应被理解成对本发明进行不必要的限制。对于本领域技术人员将显而易见的是，可以对所描述的实施例作出许多改变而不脱离本发明的范围。因此，本发明的范围不应受限于本文所述的具体细节和结构，而应以权利要求书的文字所描述的结构及那些结构的等同物进行限定。相对于上述任何实施例描述的任何特征或特性可被单独地结合或者与任何其它特征或特性组合，并且仅为清楚起见而按照上述顺序和组合来呈现。

Claims (29)

1.一种耳塞，包括：
细长芯，所述细长芯包含第一材料并且具有第一端部和第二端部以及外部主表面；和
外层，所述外层包含第二材料并且覆盖所述细长芯的所述外部主表面的至少一部分；
其中所述第二材料包含能膨胀且包括封装着气体的热塑性外壳的球体；所述外层包括消音部分和杆部分，所述消音部分具有第一平均密度ρ1，所述杆部分具有第二平均密度ρ2，并且|ρ2>1.2ρ1|；并且所述杆部分的所述第二材料包含所述能膨胀且包括封装着气体的热塑性外壳的球体。
2.根据权利要求1所述的耳塞，其中|ρ2>1.5ρ1|。
3.根据权利要求1所述的耳塞，其中ρ1介于100kg/m3和180kg/m3之间。
4.根据权利要求1所述的耳塞，其中ρ2介于200kg/m3和300kg/m3之间。
5.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述外层被热粘结到所述细长芯的所述外部主表面的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的耳塞，其中在所述细长芯的所述外部主表面与所述外层之间不存在粘合剂。
7.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述第二材料包括热塑性塑料。
8.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述第二材料包括苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)。
9.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述第二材料包括至少2重量％的化学发泡剂。
10.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述第二材料还包括热固性聚合物。
11.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述第二材料包括EPDM橡胶。
12.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述第一材料选自由聚丙烯和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)组成的组。
13.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述外层包括邻接层。
14.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述外层从所述细长芯的所述第一端部延伸到所述细长芯的所述第二端部。
15.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述细长芯的所述第一端部和第二端部被至少部分地暴露。
16.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述细长芯具有横截面，所述横截面在所述细长芯的所述第一端部和第二端部之间的任何位置处为均一的。
17.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述细长芯包括通道，所述通道从所述第一端部延伸到所述第二端部。
18.一种耳塞，包括：
细长芯，所述细长芯包含第一材料并且具有第一端部和第二端部以及外部主表面；和
外层，所述外层包含第二材料并且覆盖所述细长芯的所述外部主表面的至少一部分，其中所述外层形成消音部分和杆部分，其中所述杆部分的平均密度大于所述消音部分的平均密度；
其中在所述消音部分和所述杆部分，所述第二材料包含能膨胀的球体，所述球体包括封装着气体的热塑性外壳。
19.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述第二材料包括分子量介于100,000道尔顿和200,000道尔顿之间的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)。
20.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述外层被热粘结到所述细长芯的所述外部主表面的至少一部分。
21.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述第二材料包括热塑性塑料。
22.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述第二材料还包括热固性聚合物。
23.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述第二材料包括EPDM橡胶。
24.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述第一材料选自由聚丙烯和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)组成的组。
25.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述外层包括邻接层。
26.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述外层从所述细长芯的所述第一端部延伸到所述细长芯的所述第二端部。
27.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述细长芯的所述第一端部和第二端部被至少部分地暴露。
28.根据权利要求18所述的耳塞，其中所述细长芯包括通道，所述通道从所述第一端部延伸到所述第二端部。
29.一种耳塞，包括：
细长芯，所述细长芯包含第一材料并且具有第一端部和第二端部以及外部主表面；和
外层，所述外层包含第二材料并且被热粘结至所述细长芯的所述外部主表面的至少一部分；
其中所述第二材料包含封装着气体的热塑性外壳；所述外层包括消音部分和杆部分，所述消音部分具有第一平均密度ρ1，所述杆部分具有第二平均密度ρ2，并且|ρ2>1.2ρ1|，所述外层包括邻接层并且从所述细长芯的所述第一端部延伸到所述细长芯的所述第二端部，并且其中所述第二材料包含能膨胀的球体，所述球体包括所述封装着气体的热塑性外壳并且存在于所述消音部分和所述杆部分。
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