CN105377545B - 纺织品光学器件——针对鲁棒柔性光处置垫的解决方案 - Google Patents

Abstract

提供了一种将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件的方法。该方法包括使得用户能够使用含纤维材料将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件以强化键合的步骤。还提供了根据方法所构造的组件。该组件特别地适于抵靠皮肤被设置，这是由于硅树脂（特别地PDMS）的高生物相容性的缘故。

Description

纺织品光学器件——针对鲁棒柔性光处置垫的解决方案

技术领域

本公开内容涉及将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件的方法。另外的方面是基于这样的方法的组件。

背景技术

基于硅树脂的元件的使用在众多领域中是常见的；硅树脂具有吸引人的性质，其具有高光学透明度并且还是生物相容的。生物相容性被定义为“在生物系统上不具有毒性或有害效应的品质”。这允许它们抵靠身体被放置，诸如抵靠人类身体，而不会引起任何刺激。一种这样的硅树脂是聚二甲基硅氧烷（PDMS）。当要利用的物品与人类身体相接触时，尤其是与皮肤相接触时，PDMS被广泛地选择为优选的材料。这是因为PDMS展现出无刺激且无敏化的特性。在与人类皮肤相接触地使用PDMS时的另一重要考虑是其对于杀菌、蒸汽和环氧乙烷（ETO）的适用性。

目前来看，纺织品是用于在身体（诸如人类身体）上或附近穿戴的最具柔性、舒适且皮肤相容的材料。

在将硅树脂和纺织品组合到可穿戴或皮肤相容的设备或衣服中时存在缺点，并且在于它们难以以可靠或成本有效的方式键合到彼此。

因此，存在对于硅树脂与纺织品元件之间的改进的键合方法的需求。

发明内容

在第一方面中，根据权利要求1，提供一种诸如基于PDMS的元件之类的基于硅树脂的元件与基于纺织品的元件之间的改进的键合方法。该方法增加了键合强度并且因此增加了基于硅树脂的元件与基于纺织品的元件之间的键合可靠性。

在一个实施例中，可以通过诸如铸造或注射成型之类的多种技术实现的基于硅树脂的元件被提供有纤维。这些纤维可以提供为含纤维的片，其被布置成至少部分地接触基于硅树脂的元件使得基于硅树脂的元件透入并且缠绕含纤维的片的至少一部分。透入和缠绕优选地在硅树脂处于未固化状态中时创建并且通过固化硅树脂而定型。将含纤维材料的至少一部分与硅树脂缠在一起提供以下优点：增加含纤维材料与硅树脂之间的键合强度而同时使含纤维材料的另一部分自由地与另外的物质缠绕，该另外的物质优选地为用于将硅树脂/含纤维材料组件键合到另外的元件的适当的键合剂。

在优选实施例中，方法包括将基于硅树脂的元件的含纤维表面定位在基于纺织品的元件的键合表面上的附加步骤，其中至少基于硅树脂的元件的含纤维表面的区包括含纤维材料的部分。

在方法的另外的实施例中，基于硅树脂的元件的含纤维表面可以在将含纤维表面定位和放置于基于纺织品的元件的键合表面上之前涂覆/预先注入有键合剂。适当的键合剂的示例是聚亚安酯（PU）。预先注入可以包括在使其与硅树脂缠绕之前预先注入含纤维材料，或者其可以包括将预先注入材料和纤维的混合物均匀地涂覆或分发到硅树脂上。因此这消除了操作者遵循任何附加步骤以在将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件之前制备基于硅树脂的元件（尤其是其含纤维表面）的需要。这增加了效率并且消除了存储键合剂的要求。

在方法的另一实施例中，纤维可以是未经涂覆的，并且另外的方法步骤可以是在硅树脂已经固化之后将适当的键合剂应用到含纤维材料。这允许操作者针对键合两个元件的具体要求而精确地定制键合剂的应用；这是由于几何约束或期望的操作要求。

方法的又一实施例可以包括操作者在键合剂已固化之前将基于硅树脂的元件的含纤维表面放置在基于纺织品的元件的键合表面上的步骤。这提供在没有利用另外的附加步骤的情况下完成两个元件之间的键合的优点。

方法的再一实施例可以包括使用双固化粘合剂，这可以允许在键合剂已经初步固化之后将基于纺织品的元件的键合表面放置在基于硅树脂的元件的含纤维表面上的附加步骤。该步骤提供以下优点：允许单独地制造基于硅树脂的元件和基于纺织品的元件并且单独地存储它们，而仍旧完成所有的制造步骤，即，将键合剂应用于含纤维材料并且在存储基于硅树脂的元件之前允许其初步固化。一旦使基于硅树脂的元件和基于纺织品的元件相接触，则可以实现第二阶段的固化。

在一个实施例中，方法可以包括将热量应用于基于硅树脂的元件和基于纺织品的元件以热激活键合剂的附加优选步骤。当与之前的方法实施例组合时，这给出以下优点：允许在不同地点完成不同方法步骤的可能性。例如，基于硅树脂的元件可以由一个供应商制造，键合剂可以被应用（如果含纤维材料没有预先注入的话）并且然后基于硅树脂的元件可以存储在第一地点处。同时地，另一供应商可以在第二地点处制造并存储基于纺织品的元件，并且可以在第三地点处接收、根据所描述的方法组装、和通过激活键合剂而键合这两个元件。

在本发明的另一方面中，公开了基于硅树脂的元件和基于纺织品的元件的组件。

在其实施例中，基于硅树脂的元件可以包括含纤维表面，所述含纤维表面还包括部分地缠绕在硅树脂中并且部分地从硅树脂突出的纤维。纤维可以是部分地缠绕在硅树脂中的含纤维材料的部分。基于纺织品的元件可以包括柔性传导元件。传导元件可以优选地是电活性纺织品织物或者使用另一印刷电路技术。此外，可存在至少一个电活性部件布置在电活性纺织品织物的第一表面上，例如发光二极管（LED）。

在组件的又一优选实施例中，基于硅树脂的元件可以成形为具有（多个）压痕，其被布置成对应于布置在电活性纺织品织物上的（多个）电活性部件的（多个）位置。这些压痕可以成形为透明或半透明的帽、透镜或鼓起，并且进一步地可以具有圆形构造、方形构造或者其任何组合，包括几何和随机的形状。

基于硅树脂的元件的至少一部分可以通过成型（要么是注射成型要么是铸造）或者通过借由局部地添加、移除或再成形（例如雕塑）来自基于硅树脂的元件的硅树脂材料来图案化基于硅树脂的元件而被形成为期望的形状。

在组件的优选实施例中，含纤维材料可以提供为片，该片可以提供有与电活性部件的布置对应的孔，这些电活性部件优选地是LED，并且含纤维片中的孔允许光通过基于硅树脂的元件的最佳透射。提供在片中的孔还可以提供抵消电活性部件与含纤维材料的任何非对准的构件；这可以通过在X-Y平面中拉伸和/或变形含纤维材料而实现。

在另外的优选实施例中，组件可以以以上方式被构造，并且孔可以通过组件以对准的取向而形成。这些孔可以位于电活性部件之间，并且它们增加组件的透气性而不允许气体或液体接触组件内的电活性部件。这些孔可以在制造时形成于每一个元件中，从而考虑到每一个元件的孔在键合发生时将与下一个对准，或者更为优选地，一旦已经完成键合，孔就可以通过组件被形成，由此确保孔的对准。

电活性部件优选地包括一个或多个LED，将LED用作光源提供了许多益处；例如它们是紧凑的，这促进了其在可以穿戴的非笨重且柔性的组件中的使用，它们生成有限的热量，它们与其它光源相比时是能量高效的，并且多个LED可以根据众多顺序被切换以提供按摩效果。

根据一个实施例，电活性部件可以发射大概450-495nm的蓝光范围的LED；可以使用其它波长范围；这些是紫色（380-450nm）、绿色（495-570nm）、黄色（570-590nm）、橙色（590-620nm）和红色（620-750nm）。可以使用所公开的一个或多个范围的任何组合。

在至少一个实施例中，基于硅树脂的元件可以通过对硅树脂材料成型而形成，其可以是铸造或者注射成型。硅树脂材料被分发到模具中；该模具可以具有单个腔室或者其可以具有多个腔室。如果模具具有布置在其内的多个腔室，则优选地存在使腔室连结的区；该区可以凹入到模具的第一表面中。当以这种方式成型时，创建了具有形成在第一表面上的多个压痕的硅树脂材料的片。这些压痕可以对应于光源的位置。一旦已经将硅树脂材料分发到模具中，含纤维材料就被应用，从而确保硅树脂材料部分地浇灌含纤维材料。

压痕可以具有任何几何或随机形状或者其组合。这允许适于组件中所使用的电活性部件的布置和个体要求的最佳形状或形状范围。

注射成型是使用机器来在压力之下将材料注射到模具腔室中的已知技术并且因此将简要地讨论。注射成型机器通常配置成使用包括2个主要组件的成型工具来制造产品。这些被称为模具的阳型半部和阴型半部。模具的阴型半部具有凹入到其表面中的压痕，而阳型模具具有在其表面上抬起的压痕。当模具的两个半部被带到一起时，材料将流入到其中并且因而将形成产品的区被称为腔室。两个半部的线性对准通过使用模具的一个半部（通常为阳型半部）上的杆与阴型半部上的对应孔而被确保。杆通常位于阳型半部上，这是由于期望保护其表面上的抬起的成型压痕的缘故。

注射成型机器配备有压板，这些是成型工具的两个半部将位于其上的底板，它们通常在水平类型的注射成型机器中是竖直的并且在竖直类型的注射成型机器中是水平的。压板之一位于一系列轨道上，从而允许其以线性方式走动，并且另一压板固定就位，这些分别被称为行进压板和固定压板。

成型工具固定到压板，模具的一个半部固定到每一个压板；并且机器操作成使得工具半部对准并且分离面触碰。受压材料然后被馈送到腔室中并且将模具保持按压在一起直到材料充分地冷却以维持尺寸稳定性。

行进压板及其相应的附连的模具半部移动远离固定压板及其相应的附连的模具半部，并且经成型的物品可以从腔室移除。从将模具按压在一起、注射材料、充分地冷却材料以确保尺寸稳定性发生、分离模具以及从腔室移除经成型物品时的整个时间被称为循环时间。

当生产要求增加并且因此期望较短的循环时间时，可以采用附加技术。例如，模具半部可以被冷却；这通常是通过水冷却实现的。冷冻液体通过连接到外部冷冻器的一系列内部钻孔而在模具半部周围流通。

模具的阴型半部可以配备有推钉。一旦模具半部打开，这些钉就从阴型腔室移除经成型的部分，这允许机器是完全自动化的，即成型机器填充有所要求的材料并且然后众多循环可以顺序地运行，因为经成型的部分在每一个循环的结尾处从模具自动地推出。

如果在经成型的部分中要求附加物品，则可以使用被称为插入件加载的技术并且可以以这种方式并入众多材料和装备。模具配置成将插入件定位在期望的位置中；这可以像钻孔以接受螺栓那么简单，或者可以使用磁体来定位含铁插入件。插入件在对该部分进行成型开始之前加载到模具中。

PDMS是硅树脂材料的示例并且是两部分弹性体，一个部分是基底并且第二部分是固化剂。这些可以以上面的方式注射成型，但是必须注意以确保在注射成型机器的桶中不发生交联，因为移除经固化材料将是极其困难的，并且对机器的损害将是非常有可能的结果。固化剂通常正好在注射喷嘴之前添加到基底部分，由此最小化经混合的2部分弹性体必须通过机器行进的距离。

另一种广泛使用的成型方法是铸造。该方法较易用于成型在固化之前为液体的材料，诸如2部分聚合物，其中一个部分为基底并且另一个为固化剂；以及在材料熔化时。铸造成型是其中将材料倾倒或分发到具有期望形状的腔室的模具中的技术。这些模具通常被称为铸造模具以将它们与上文讨论的注射模具区分。存在具有不同复杂性水平的众多类型的铸造模具。最简单的可以是具有形成到其倾倒表面（也就是说，通常最上面的表面）中的单个压痕的单个板；这种类型的模具通常被称为托板模具。托板模具容易地可适配成具有形成在其倾倒表面中的多压痕阵列。这些多压痕模具允许铸造更复杂的部分或者简单地增加生产。

更复杂的铸造模具可以具有形成经成型的部分的内部轮廓的核；其在作用上类似于注射模具的阳型部分。当经成型的部分在倾倒之后已经充分地冷却时，移除该核，移除经成型的部分，并且然后更换该核以准备下一倾倒。插入件也可以使用在铸造模具中。

在组件的一个实施例中，可以使用铸造模具来形成基于硅树脂的元件。模具可以具有阵列中的多个腔室；多个腔室可以具有使它们连结的区，该连结区在模具的倾倒线以下。模具填充有到倾倒线的硅树脂材料，并且硅树脂材料的层与腔室连结。含纤维材料可以提供为具有对应于腔室的位置的孔的含纤维片，并且此外可以对应于电活性部件的位置。

含纤维材料可以放置到模具中并且毛细动作使得硅树脂材料流入到含纤维材料的部分并且至少部分地使其湿润。因为没有另外的硅树脂材料被分发到模具中，所以毛细动作使得压痕形成在腔室中的硅树脂材料的表面中心，由此创建电活性部件可以位于其中的压痕。含纤维材料可以在硅树脂已经固化之前应用，由此确保尽可能良好地发展出含纤维材料与硅树脂材料之间的缠绕。

在组件的另外实施例中，可以使用具有可移除核的铸造模具。当铸造时，方法类似于以上所公开的方法；即，硅树脂材料可以被分发到模具中直到硅树脂材料的顶部的水平面刚好覆盖连结区。含纤维材料可以提供为片，其优选地可以具有对应于腔室的位置并且此外可以优选地对应于电活性部件的位置的孔。该含纤维材料可以应用于硅树脂材料的表面，并且然后是核，其可以被认为可被插入的模具的阴型部分。模具核具有对应于基于硅树脂的元件的所要求的内部轮廓的抬起压痕。含纤维材料可以在将模具核插入模具中之前应用于模具核。当插入时，模具核将确保最佳量的硅树脂材料将与含纤维材料的至少一部分缠绕而任何过量的硅树脂材料将从工具推出。

附图说明

图1是根据方法所构造的组件的实施例的分解截面视图；

图2是根据方法所构造的组件的实施例的截面视图；

图3是示出通孔的根据方法所构造的组件的另外实施例的截面视图；

图4是根据方法所构造的组件的另外实施例的截面视图；

图5是根据方法的组件的构造中可以利用的铸造模具的实施例的截面视图；

图6是在毛细动作发生之前根据方法所构造的组件的实施例的截面视图；

图7是在毛细动作已经发生之后根据方法所构造的组件的实施例的截面视图。

具体实施方式

图1是根据方法所构造的示例性组件的分解截面视图。基于硅树脂的元件1与至少部分的含纤维材料2和键合剂3缠绕。基于纺织品的元件4可以包括电活性纺织品织物5和电活性部件，优选地LED 6，其放置在电活性纺织品织物的连接表面上。含纤维材料2和键合剂3确保基于硅树脂的元件1与电活性纺织品织物5之间的强键合。

图2是根据方法所构造的组件的实施例的截面视图；电活性部件206可以布置在电活性纺织品织物205的连接表面上。在该实施例中，电活性部件可以是LED；这些LED通过基于硅树脂的元件201发射光。含纤维材料202可以被应用为片，其具有对应于LED的位置所提供的孔。这允许由LED发射的光在不必穿过含纤维材料202的情况下离开组件。含纤维材料202和键合剂203提供基于硅树脂的元件201与电活性纺织品织物205之间的键合。

图3是根据方法所构造的组件的又一实施例的截面视图。电活性部件306可以布置在电活性纺织品织物305的第一表面上。在该实施例中，电活性部件可以是LED，其通过基于硅树脂的元件301发射光。含纤维材料302可以被应用为片，其具有对应于LED的位置所提供的孔。存在穿过整个组件的通孔307，这些可以以各种已知方式形成，即，孔可以在物品被制造时形成于每一个物品中并且然后在组件的构造期间仔细地对准，或者更为优选地，组件可以根据方法来构造并且一旦完成就可以通过组件形成孔307。这些通孔允许液体和气体穿过组件而确保气体或液体不能接触组件内的电活性部件306。该特征可以特别地适于增加组件的透气性使得如果靠近皮肤穿戴组件则改进舒适性。

图4是可以根据方法构造的组件的又一实施例的截面视图。组件放置在外壳408内。含纤维材料402可以位于键合剂403与基于硅树脂的元件401之间。键合剂403可以布置成直接键合到外壳408。键合剂403确保可以布置在组件内的电活性纺织品织物405的连接表面上的电活性部件406不会受到气体或液体的影响，由此使得组件特别地适于在其中靠近皮肤穿戴组件的情况下使用。

图5是根据方法的组件的构造中可以利用的铸造模具的实施例的截面视图。从例如PDMS之类的硅树脂材料所制造的基于硅树脂的元件501可以分发到形成于模具510的表面中的腔室509中。为了增加生产率并且为了允许制造更为复杂的基于硅树脂的元件510，具有形成到表面中的多个腔室509的模具可以是优选的。还可以存在形成到与腔室509相同的模具面中的区511，该区511连结腔室509。

图6是可以根据方法构造的基于硅树脂的元件601的实施例的截面视图。从例如PDMS之类的硅树脂材料所制造的基于硅树脂的元件601可以根据图5而分发到模具610中。用于制造基于硅树脂的元件601的硅树脂材料可以填充到覆盖区611的基底的水平。在硅树脂材料固化之前，可以将含纤维材料602放置在硅树脂材料的表面上，必须注意以确保含纤维材料602不会在已经填充腔室609的硅树脂材料之上延伸。这可以通过将含纤维材料602提供为可以具有与腔室的位置对应的适当孔的含纤维片而容易地实现。然后可以应用键合剂603。

图7是可以根据方法构造的基于硅树脂的元件的实施例的截面视图。从例如PDMS之类的硅树脂材料所制造的基于硅树脂的元件701可以填充到覆盖模具710内的区711的基底的水平。在硅树脂材料固化之前，可以将含纤维材料702放置在硅树脂材料的表面上，必须注意以确保含纤维材料702不会在已经填充腔室709的硅树脂材料之上延伸。这可以通过将含纤维材料702提供为具有与腔室的位置对应的适当孔的含纤维片而容易地实现。然后可以应用键合剂703。毛细动作使得硅树脂材料流入到含纤维材料702的至少一部分中，由此使含纤维材料部分地湿润；因为没有另外的硅树脂材料被分发到模具710中，所以毛细动作可以使得在腔室709中的硅树脂材料的表面中心形成压痕，由此创建电活性部件可以位于其中的压痕。

Claims (13)

1.一种用于将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件的方法，包括以下步骤：

- 提供硅树脂材料；

- 提供含纤维材料；

- 使含纤维材料的第一表面与硅树脂材料接合以便部分地浇灌硅树脂材料中的含纤维材料；

- 至少部分地固化硅树脂材料使得含纤维材料部分地嵌入在硅树脂材料中；

- 提供纺织品元件；以及

- 借助于键合剂将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件，含纤维材料中的所述纤维强化基于硅树脂的元件与基于纺织品的元件之间的键合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中键合剂被应用于含纤维材料或基于纺织品的元件中的至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中含纤维材料包括含纤维片或单独的纤维。

4.根据权利要求3所述的方法，其中提供含纤维材料的步骤包括利用键合剂预先涂覆含纤维材料的步骤。

5.根据权利要求3所述的方法，其中将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件的步骤还包括在固化硅树脂材料之后，将键合剂应用于与含纤维材料的第一表面相对的含纤维材料的第二表面。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件的步骤包括在含纤维材料的第二表面面向基于纺织品的元件的情况下将基于硅树脂的元件定位到基于纺织品的元件、并固化键合剂的步骤。

7.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，还包括通过以下中的至少一项图案化基于硅树脂的元件的步骤：

- 将硅树脂材料倾倒于模具中；

- 通过分别局部地添加或移除来自硅树脂材料的层的硅树脂材料而图案化硅树脂材料的层；

- 图案化含纤维材料和键合剂以便定义用于将基于硅树脂的元件键合到基于纺织品的元件的键合区。

8.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的方法，其中将基于硅树脂的元件键合到纺织品元件的步骤包括热激活键合剂，所述键合剂是聚亚安酯。

9.一种组件，包括：

- 基于硅树脂的元件，其中基于硅树脂的元件的至少一部分还包括含纤维材料和键合剂；

- 基于纺织品的元件；

- 其中基于硅树脂的元件布置成可键合到基于纺织品的元件。

10.根据权利要求9所述的组件，

- 基于纺织品的元件还包括电活性纺织品织物，其包括附连到电活性纺织品织物的表面的至少一个电活性部件LED；

- 基于硅树脂的元件还包括至少一个透明或半透明的帽、透镜或鼓起；并且

- 其中基于硅树脂的元件和基于纺织品的元件布置成相对于彼此定位使得至少一个透明或半透明的帽、透镜或鼓起与至少一个电活性部件对准。

11.根据权利要求10所述的组件，包括：

- 基于硅树脂的元件，还包括含纤维材料和键合剂；以及

- 基于纺织品的元件；

- 其中以对准的取向通过所述基于硅树脂的元件和所述基于纺织品的元件形成孔以增加所述组件的透气性。

12.根据权利要求11所述的组件，其中：

- 电活性纺织品织物还包括附连到电活性纺织品织物的表面的多个电活性部件LED；

- 孔形成在多个电活性部件之间的位置中，所述孔防止液体或气体与所述电活性部件接触。

13.一种包括根据权利要求9-12中任一项所述的组件的身体光照设备，其中该设备配置成光照人类身体的至少部分。