CN107454827A - 包括导热泡沫层的垫组合件 - Google Patents

Abstract

提供使用者舒适的垫组合件(10)和方法，包括至少一个导热泡沫层(12)，其基本上由聚合物弹性体泡沫基体(20)和布置在其中的多个导热颗粒(24)组成，其中所述多个导热颗粒(24)选自碳、石墨烯、石墨、铂、铝、金、银、硅、铜、铁、镍、拉伸聚乙烯纳米纤维、及其混合物；以及基础芯层(14)，其中至少一个导热泡沫层(12)覆于基础芯层(14)上。

Description

包括导热泡沫层的垫组合件

背景技术

本公开内容一般地涉及包括至少一个导热聚合物弹性体泡沫层的垫组合件，所述至少一个导热聚合物弹性体泡沫层布置在单面垫的上层或最上层，或者在双面垫的情况下布置在上层和/或最上层和/或底层和/或最底层二者中。更具体地，本公开内容涉及包括多个导热颗粒(其形式不旨在被限制)的聚合物弹性体泡沫层。

泡沫垫，例如由聚氨酯泡沫、胶乳泡沫等形成的那些，在本领域中通常是已知的。与泡沫垫组合件相关的持续存在的问题之一是使用者舒适度。为了解决使用者舒适度，这些垫通常用具有不同特性(例如密度和硬度等)的多个泡沫层制造，以满足预期使用者的需要。最近，制造商采用所谓的记忆泡沫(通常也称为粘弹性泡沫)，其通常是聚氨酯与增加泡沫密度和粘度的一种或更多种添加剂的组合，从而增加其粘弹性。这些泡沫通常是具有闭孔和开孔二者的开孔泡沫结构，但是在一些情况下可为网状泡沫结构。术语“网状”通常是指蜂窝泡沫结构，其中去除基本上所有的膜窗而留下骨架结构。相比之下，开孔结构包括开孔(相互连接的孔)和闭孔二者。

当在垫中使用时，在使用者向泡沫上施加压力时，记忆泡沫顺应使用者的形状，从而使来自使用者身体的压力点最小化。然后当使用者和相关压力被移除时，记忆泡沫返回到其原始形状。不幸的是，目前的垫组合件，特别是采用记忆泡沫层的那些中使用的泡沫的高密度通常阻止适当的通风。因此，泡沫材料在一段时间之后可能表现出对使用者不舒适的热量水平。热量的累积降低了使用者与产品之间的热梯度，导致温暖或者甚至热感。此外，这些泡沫可以保持高水平的水分，进一步导致使用者的不舒适，并可能导致恶臭气味。

在最终使用者相对静止的垫或家具产品中，已证明被动对流具有对冷却有限的效果。已经实施主动冷却，但其相对昂贵且通常需要泵或电系统。已经通过使用发射涂层尝试了辐射冷却，但其也只取得有限的接受，因为这些材料相当昂贵并且仅部分有效。

因此，期望提供垫组合件，特别是包括一层或更多层具有改善的使用者热量消散的粘弹性记忆泡沫的垫。

发明内容

本文公开了垫组合件，其包括至少一个导热泡沫层，所述至少一个导热泡沫层基本上由聚合物弹性体泡沫基体和布置在其中的多个导热颗粒组成，其中所述多个导热颗粒选自碳、石墨烯、石墨、金刚石、铂、铝、金、银、硅、铜、铁、镍、拉伸聚乙烯、及其混合物；以及基础芯层，其中至少一个导热泡沫层覆于基础芯层上。

用于在垫中消散使用者热量的方法包括使垫配置为至少一个导热泡沫层覆于基础芯层上，所述至少一个导热泡沫层基本上由聚合物弹性体泡沫基体和布置在其中的多个导热颗粒组成，其中所述至少一个导热泡沫层是上层或最上泡沫层；吸收来自使用者身体的使用者热量；以及将所吸收的热量传递到较少热量的区域以保持热梯度。

通过结合本公开内容和包括在其中的实例的多种特征的以下详细描述，可以更容易地理解本公开内容。

附图说明

现在参考附图，其中相同元件编号相同：

图1示出根据本公开内容的一个实施方案的包括至少一个导热泡沫层的示例性单面垫组合件的截面视图；

图2示出根据本公开内容的一个实施方案的包括至少一个导热泡沫层的示例性双面垫组合件的俯视图；以及

图3示出根据本公开内容的一个实施方案的沿图1的线1-1得到的垫组合件的截面视图。

具体实施方式

本文公开了在使用期间提供改善的热量消散的垫组合件。垫组合件通常包括至少一个导热聚合物弹性体泡沫的层。如以下将更详细地描述的，导热聚合物弹性体泡沫层通常包括聚合物弹性体泡沫和布置在其中的多个导热颗粒。有利地，当至少一个导热聚合物弹性体泡沫的层放置在接近或处于睡眠表面的垫组合件中时，导热聚合物弹性体泡沫层充当散热器；吸收来自使用者身体的热量并将吸收的热量通过其结构传递到较少热量的区域以保持热梯度。

如本文所述，垫组合件可以是任何尺寸的垫，包括标准尺寸(例如双人(twin)、大号(queen)、加大号(oversized queen)、特大号(king)或加州特大号(California king)尺寸垫)以及构造成适应特定使用者或特定房间的定制或非标准尺寸。此外，垫组合件可以配置为单面或双面垫，前提条件是至少一个导热聚合物弹性体泡沫放置成接近或处于睡眠表面。

可以使用垫制造领域中已知的技术以及变型来制造垫组合件及其任何变型以实现上述垫。同样地，上述垫组合件中的多种垫层可使用粘合剂彼此邻接或可彼此热粘结或可使用拱曲环(hog ring)、卡钉(staple)和/或本领域已知的其他技术彼此机械固定。

现在参考图1，其描绘示例性单面垫组合件(通常用附图标记10表示)的截面视图。示例性垫组合件通常包括最上泡沫层12和基础芯层14。垫组合件还可包括围绕垫层12、14的边缘的至少一部分的侧板(side rail)组合件16和围绕至少如图所示的侧板组合件(例如垫边界)的任选的织物覆盖物(未示出)。在一些实施方案中，任选的织物覆盖物可以覆盖最上泡沫层12并围绕边缘延伸。在本文中，最上泡沫层12通常被称为覆盖层，具有适于基本上面向在垫组合件上休息的使用者的平面顶表面，并具有足以支承使用者的斜倚身体的长度和宽度尺寸。

在一些实施方案中，可以有夹在基础芯层14与最上泡沫层12之间的一个或更多个中间层18。在本公开内容中，导热聚合物弹性体泡沫层可以是最上泡沫层12和中间层18(如果存在)中的任一个或更多个。对于单面垫，导热聚合物弹性体泡沫层覆于基础芯层14上。

现在参考图2，其描绘示例性双面垫组合件(通常用附图标记50表示)的截面视图。相对于地平面，示例性垫组合件通常包括基础芯层54、覆于基础芯层54上的最上泡沫层52和布置在基础芯层54下方的最下层60。垫组合件还可以包括围绕垫层的边缘的至少一部分的侧板组合件56和围绕至少如图所示的侧板组合件(例如垫边界)的任选的织物覆盖物(未示出)。在一些实施方案中，任选的织物覆盖物可以覆盖最上泡沫层52并围绕包括最下层60的边缘的边缘延伸。最上泡沫层52和最下层60根据垫组合件的取向适于基本上面向在垫组合件上休息的使用者，并具有足以支承使用者的斜倚身体的长度和宽度尺寸。类似于上述单面垫组合件10，在一些实施方案中，可以有夹在基础芯层54与最上泡沫层12或最底层60之间的一个或更多个中间层58、68。在本公开内容中，导热聚合物弹性体泡沫层可以是最上泡沫层52、中间层58(如果存在)、最下泡沫层60和中间层68中的任一个或更多个。也就是说，在基础芯层54的每侧上存在至少一个导热泡沫层。

尽管将继续讨论关于导热聚合物弹性体层及其在垫组合件中的使用，但应当理解，上述垫组合件的基础芯层14、54可以是本领域技术人员已知的任何合适的基底。基础芯层14、54可以是标准弹簧支承单元(例如，袋装螺旋基底(pocketed coil base)或内装弹簧组合件)，或可替选地，所述层可以由泡沫形成，例如聚氨酯泡沫，然而可以使用其他泡沫，包括但不限于粘弹性泡沫或其混合物。在一个实施方案中，基础芯层是开孔聚氨酯泡沫。在另一些实施方案中，基础芯层是闭孔聚氨酯泡沫。

螺旋弹簧不旨在限于任何特定的类型或形状。螺旋弹簧可以是单股或多股、袋装或非袋装、不对称或对称等。应理解，袋装弹簧可以制造成单个袋装螺旋或一串袋装螺旋，其任一个可适用于本文所述的垫。螺旋弹簧之间的附件可以是任何合适的附件，例如，螺旋弹簧可以任选地被封装，即，袋装在封套或开放的螺旋中并排列成行。例如，在构造期间通常使用施加至邻接表面的热熔粘合剂使袋装螺旋彼此附接。

螺旋弹簧层的构造可以是螺旋对准成列的多行平行螺旋，使得螺旋沿纵向和侧向方向二者排列或它们可以嵌套在蜂窝配置中(其中一行中的螺旋偏离相邻行中的螺旋，如本领域通常已知的)。相邻的弹簧螺旋可以用粘合剂连接。可替选地，相邻的弹簧螺旋可以用拱曲环或其他金属紧固件连接。

如本领域通常已知的，如对于不同的预期应用可能期望的，螺旋可以是任何直径的、对称或不对称的、被设计为线性和/或非线性行为等。在一个实施方案中，螺旋弹簧的长度范围为1英寸至10英寸；在另一些实施方案中为2英寸至6英寸。

如图3的放大截面视图所示，导热聚合物弹性体泡沫层例如层12包括包含多个空隙22的聚合物弹性体泡沫基体20和多个导热填料24(被描绘为布置在基体内的纤维)。

基体可以是在变形之后保持其形状并且在整个基体中包含空隙(即，孔)的任何聚合物弹性体。示例性聚合物弹性体包括但不限于聚氨酯泡沫、胶乳泡沫(包括天然的、共混的和合成的胶乳泡沫)、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚醚-聚氨酯泡沫等。同样地，泡沫可以选择为粘弹性或非粘弹性泡沫。一些粘弹性泡沫材料也是温度敏感的，从而使泡沫层能够部分地根据被支承部分(例如人)的温度来改变硬度/坚固度。除非另外说明，否则任何这些泡沫可以是开孔或闭孔或开孔和闭孔的混杂结构。同样地，泡沫可以是网状、部分网状或非网状泡沫。术语网状通常指去除孔膜以产生对空气和水分流动开放的开孔结构。此外，在一些实施方案中，除并入导热纤维之外，泡沫可以是凝胶灌注的。不同层可以由配置有不同特性的相同材料或不同材料形成。这些相同材料可以用于不包括并入其中的导热纤维的任何泡沫层，例如在泡沫基础芯层的情况下，所述层可由聚氨酯泡沫构成。

适用于导热聚合物弹性体泡沫层中的各种泡沫可以根据本领域普通技术人员已知的方法生产。例如，聚氨酯泡沫通常通过在催化剂、发泡剂、一种或更多种泡沫稳定剂或表面活性剂和其他发泡助剂的存在下使多元醇与聚异氰酸酯反应来制备。在聚合期间产生的气体导致反应混合物的发泡而形成蜂窝或泡沫结构。胶乳泡沫通常通过公知的Dunlap或Talalay方法制造。导热纤维可以在聚合期间、在固化之前、在形成空隙之前等添加。不同泡沫的制造为本领域技术人员所理解。对泡沫制造领域的技术人员明显的是，导热纤维的分布可以是不均匀的、均匀的、分层的等。作为示例，均匀分布将保持穿过层的厚度的热梯度，为最接近睡眠表面的表面向内部(即朝向基础芯层)的热量传递提供途径。不均匀结构的实例(例如分层的)可包括在聚合物材料的表面上较重地负载导热填料或稳定剂。该实施方式将提供跨越聚合物层表面的改善的热传递。

对于每个层，限定泡沫的不同特性可包括但不限于密度、硬度、厚度、支承因子、挠曲疲劳、空气流动、其多种组合等。密度是每单位体积质量的量度，通常以磅/立方英尺表示。作为示例，每个泡沫层的密度可以变化。在一些实施方案中，密度从最下单独层到最上层减小。在另一些实施方案中，密度增加。在又一些实施方案中，一个或更多个泡沫层可以具有卷曲的表面。卷曲可以由具有泡沫层的一个或更多个单独层形成，其中密度从一层到下一层变化。泡沫的硬度特性也被称为压痕载荷挠度(indention load deflection，ILD)或压痕力挠度(IFD，indention force deflection)并根据ASTM D-3574测量。类似密度特性，硬度特性可以以相似的方式变化。此外，对于每个单独层，特性的组合可以变化。如提供不同触觉响应可能期望的，单独层也可以具有相同厚度或者可以具有不同厚度。

对于粘弹性泡沫，层的硬度通常具有7磅力至16磅力的压痕载荷挠度(ILD)；而对于非粘弹性泡沫，具有7磅力至45磅力的ILD。ILD可以根据ASTM D 3575测量。对于非粘弹性泡沫，层的密度通常可以为约1磅/立方英尺至2.5磅/立方英尺；而对于粘弹性泡沫，层的密度为1.5磅/立方英尺至6磅/立方英尺。

合适的导热填料包括分散在泡沫基体内的多种纤维、粉末、薄片、针状物等。在一个实施方案中，导热填料是具有测量为1000纳米或更小的至少一个尺寸的纳米颗粒，例如纳米线和纳米束(nanostrand)。

导热填料可以由金属、金属氧化物、聚合物、无机化合物等形成。作为示例，合适的材料可由碳、石墨烯、石墨、铂、铝、金刚石、金、银、硅、铜、铁、镍等；聚合物，例如拉伸聚乙烯纳米纤维；等，及其混合物制成。在大多数实施方案中，所选择的材料的热导率大于10瓦每米开尔文(W/m*K)。作为示例，铝的热导率为约235W/m*K；拉伸聚乙烯纤维估计为约180W/m*K，石墨烯的理论热导率为约5000W/m*K。

在一些实施方式中，用作泡沫基体的聚合物弹性体可在固化之前能够与导热颗粒混合。例如，一些弹性体聚合物可以是热固性的，或者通过加热、化学反应或辐射不可逆地固化。在固化之前，导热颗粒可以与未固化的聚合物弹性体组合。例如，通过化学反应固化的聚合物弹性体(例如泡沫)可以包括两部分，在两部分混合或组合时形成聚合物弹性体。一旦组合，两部分就化学反应，产生泡沫的气泡或空隙特征并硬化。导热颗粒可以在组合之前与一个或两个部分混合。一些聚合物弹性体可以在固化之前与发泡剂混合。在与发泡剂混合之前，这样的聚合物弹性体可以与导热颗粒组合。可以通过气体注入、通过搅打等在聚合物弹性体中形成空隙。一些聚合物弹性体可以通过加热固化。热固性聚合物弹性体可以在混合之后并在其固化之前进行浇铸、模塑、喷涂或挤出。

导热填料负载量通常将取决于泡沫基体、填料形式和并入泡沫基体中的填充材料的固有热导率。所选择的量可以从大于0重量％至小于约75重量％，其中填料重量％基于泡沫的净重。在一些实施方案中，提供了泡沫基体内的导热填充材料的梯度。梯度可以从泡沫层的顶部到泡沫层的底部(其中顶部和底部指泡沫层相对于垫的睡眠表面的取向)增加，使得顶部表面适于基本上面向在床垫上休息的使用者。在另一些实施方案中，梯度可从泡沫层的顶部到泡沫层的底部减小。

有利地，泡沫层的改善的热导率将提供来自使用者表面的增加的热通量，其有助于热传递和减少在使用者表面处的热量累积。当在垫或座椅产品中使用时，具有导热颗粒的泡沫将使热量从使用者表面传递到产品的内部。热量最终将通过产品的透气层排出，保持足够高的热通量以阻止热量累积。

本书面描述使用包括最佳实施方式的实例来公开本发明，还使本领域任何技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可获专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的另一些实例。如果这样的另一些实例具有与权利要求书的文字语言没有差异的结构要素，或者如果其包括与权利要求书的文字语言无实质差异的等同结构要素，则这样的另一些实例旨在在权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种垫组合件，包括：

至少一个导热泡沫层，其基本上由聚合物弹性体泡沫基体和布置在其中的多个导热颗粒组成，其中所述多个导热颗粒选自碳、石墨烯、石墨、金刚石、铂、铝、金、银、硅、铜、铁、镍、拉伸聚乙烯、及其混合物；以及

基础芯层，其中所述至少一个导热泡沫层覆于所述基础芯层上。

2.根据权利要求1所述的垫组合件，还包括位于所述基础芯层下的至少一个导热泡沫层。

3.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述基础芯层包括内装弹簧组合件。

4.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述基础芯层包括一个或更多个泡沫层。

5.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述聚合物弹性体泡沫基体是粘弹性泡沫。

6.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述聚合物弹性体泡沫基体是凝胶灌注的。

7.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述多个导热颗粒是纳米纤维。

8.根据权利要求1所述的垫组合件，其中覆于所述基础芯层上的所述至少一个导热泡沫层是适于基本上面向在床垫上休息的使用者的最上层。

9.根据权利要求1所述的垫组合件，其中覆于所述基础芯层上的所述至少一个导热泡沫层是最上泡沫层和/或是位于所述最上层与所述基础芯层之间的泡沫层。

10.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述垫是单面的，并且覆于所述基础芯层上的所述至少一个导热泡沫层是最上泡沫层和/或是位于所述最上层与所述基础芯层之间的泡沫层。

11.根据权利要求1所述的垫组合件，其中垫是双面的，包括覆于所述基础芯层上的至少一个导热泡沫层和位于所述基础芯层下的至少一个导热泡沫层。

12.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述导热颗粒包括粉末或纤维或薄片、或针状物或其组合。

13.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述聚合物弹性体泡沫基体中的所述多个导热颗粒限定具有从所述导热泡沫层的顶表面到底表面增大的导热颗粒浓度的梯度。

14.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述聚合物弹性体泡沫基体中的所述多个导热颗粒限定具有从所述导热泡沫层的顶表面到底表面减小的导热颗粒浓度的梯度。

15.根据权利要求1所述的垫组合件，其中所述多个导热颗粒是碳纳米管。

16.一种用于在垫中消散使用者热量的方法，所述方法包括：

使所述垫配置为至少一个导热泡沫层覆于基础芯层上，所述至少一个导热泡沫层基本上由聚合物弹性体泡沫基体和布置在其中的多个导热颗粒组成，其中所述至少一个导热泡沫层是上层或最上泡沫层；

吸收来自使用者身体的使用者热量；以及

将所吸收的热量传递到较少热量的区域以保持热梯度。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述垫是单面的，并且覆于所述基础芯层上的所述至少一个导热泡沫层是最上泡沫层和/或是位于所述最上层与所述基础芯层之间的泡沫层。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述垫是双面的，包括覆于所述基础芯层上的至少一个导热泡沫层和位于所述基础芯层下的至少一个导热泡沫层。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述基础芯层包括内装弹簧组合件。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述基础芯层包括一个或更多个泡沫层。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述聚合物弹性体泡沫基体中的所述多个导热颗粒限定具有从所述导热泡沫层的顶表面到底表面增大的导热颗粒浓度的梯度。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个导热颗粒选自碳、石墨烯、石墨、金刚石、铂、铝、金、银、硅、铜、铁、镍、拉伸聚乙烯、及其混合物。