CN116234479A - 可充气垫子 - Google Patents

Abstract

本文件涉及可充气垫子，特别是不耐用的、可充气垫子。可充气垫子可以简单地由内部接合形成可充气腔室的柔性片材材料构成。

Description

可充气垫子

技术领域

本发明总体上涉及可充气垫子，特别是不耐用的、优选易处置的可充气垫子，特别是一次性使用的可充气垫子。

本发明的另外的方面可以涉及一种制造可充气垫子的方法；以及一种处置、优选回收可充气垫子的方法。

背景技术

各种尺寸和形状的可充气垫子是众所周知的，用于需要临时垫褥的各种情况。用途可包括娱乐野营，例如在假期期间或在室外节日期间；和/或在人员流离失所的情况下(例如在难民营中)提供紧急垫褥。

常见的可充气垫子通常以长期可重复使用的目的制成。这种传统的可充气垫子充气时可能会耗时且复杂；无论是用户还是卖家，运输起来沉重且不方便；并且生产和处置起来昂贵且困难，使得它们不适合短期使用或一次性使用的应用。

例如，已知相对便宜形式的可充气垫子经常特殊地使用，例如在节日期间。然而，这些传统的便宜的露营垫子没有明确地设计为用于一次性使用的目的，只是低质量形式。这些低质量的垫子可能容易断裂并且变得不可用，它们也具有相对较低的成本，因此用户倾向于将它们丢弃在节日营地。这些丢弃的垫子可能会形成大的浪费问题，因为虽然便宜且质量低，但它们含有混合类型的耐用塑料。此外，尽管它们是廉价的低质量形式的传统垫子，但是这种传统构造的复杂性以及材料的生产方法仍然可能会导致费力且过于昂贵的制造、分销和比期望高的环境影响。

可充气垫子的实例在现有专利出版物中是已知的。这种垫子通常可以包括通过单个阀进行充气和放气的单个充气腔室。例如，EP3245905A1描述了一种可充气垫子，其包括连接形成可充气腔室的层，可充气腔室具有用于充气和放气的阀，从而允许重复使用。所使用的材料是相当大量的，保证了重复使用并且因此制造是复杂的、运输是繁重的并且不容易处置或回收。

这种传统的可充气垫子的另一个问题是，如果发生穿孔，整个垫子将放气。提供彼此密封的单独充气腔室是不常见的，因为这使用户充气和放气复杂化并且需要多个双向阀，从而增加了费用和重量。

US5,303,435讨论了自充气垫子。这种垫子具有自充气部分，该自充气部分在自膨胀的、内部包含的开孔聚氨酯泡沫的影响下单独充气。该垫子基本上由背包客重复使用。该垫子的材料和构造可能对其可处置性和/或可回收性具有不利影响。

可在医疗应用中找到具有独立操作的多个可充气腔室的其他垫子。US2011/0094040A1讨论了一种垫子，其中可充气腔室被选择性地且独立地充气和放气以改变乘员上的压力。该系统显然高度复杂、昂贵，并且需要先进的控制系统。

在专利公开WO2015/010153中讨论了可充气垫子的另一个实例。该垫子具有上部材料片材、下部材料片材和上部片材和下部片材内部的隔离材料层。同样，这种可充气垫子的材料和构造可能对其可处置性和/或可回收性具有不利影响。

可充气垫子也在WO2018/162715中进行了讨论，该可充气垫子提供了许多优点，但是对于可回收性、舒适性、易用性和经济性仍可有待改善。

然而，市场上可商购的可充气的易处置的垫子也是可获得的，称为‘psssh充气床’，但是，需要改进可回收性、舒适性、易用性和经济性。

其他类型的露营垫子也是已知的。常见的类型是闭孔泡沫可卷起垫子，例如发泡聚氨酯泡沫。这种垫子没有穿孔的问题，但是在使用后难以处置并继续占据大量的体积。

仍然需要一种改进的可充气垫子，其优选地是以下中的一种或多种：易于充气；易于放气；易于处置，例如通过回收或破坏；轻质；安全；在预充气状态下紧凑；对于用户而言舒适；材料内容物和可制造性的成本低；易于大规模制造；以及与至少一些现有技术的可充气垫子相比环境影响低。

发明内容

总体而言，本发明涉及一种可充气垫子。

在本发明的第一方面，提供了一种可充气垫子，其包括：

材料的柔性片材，该柔性片材包围可充气内部容积体，该柔性片材具有上部外表面、上部内表面、下部内表面和下部外表面；其中

上部内表面以形成多个可充气腔室的接合线的模式接合到下部内表面，每个腔室具有充气端口，其中所述充气端口被设置为充气后被永久地密封。

由具有充气腔室的柔性片材材料制造可充气垫子允许使用最少的材料和高效的制造。此外，柔性的、一次性使用的片材材料的通过回收或破坏进行的处置可能会比更耐久的、多次使用的材料(即，旨在用于多次放气和再充气用途)的回收或处置复杂性低，更有效和更高效。

可充气垫子可以在未充气状态下提供给用户。然后可以使用例如手动或电动的泵或来自压缩气瓶的充气流体(例如，气体(例如，空气或N₂))使垫子充气。

未充气的垫子可以例如作为卷起或折叠的离散包装被提供。替代地，可以提供包括多个重叠或接合的未充气的垫子的卷筒或其他集合，并将其从该卷筒分配给一组用户。单独的垫子可以沿着其端部处的脆弱接合部或沿着其边缘附接，使得它们可以彼此撕开或分离。可充气垫子的卷筒或集合可包括20个或更多个、优选30个或更多个、优选至多100个可充气垫子。虽然每个卷筒可以提供更大数量的垫子，但是这可能变得过于沉重而不能方便地手动处理。对于手动处理，垫子的卷筒可具有15kg或更小、更优选10kg或更小的重量。如果使用机械提升，卷筒可以包括更多数量的垫子，例如300个或更多个。

垫子主要用于例如在睡觉期间为用户提供物理支撑和隔热。

在一个替代方案中，所述可充气腔室设置有用于所述可充气腔室充气的单向(气体)阀。单向阀优选地防止非破坏性放气。

垫子尺寸

在平面图中，可充气垫子优选为大致矩形。

可充气垫子具有长度。垫子的长度优选为从大约100cm到大约500cm，更优选为从大约150cm到大约300cm，还更优选为从大约180cm到大约250cm，最优选为从大约190cm到大约220cm。

可充气垫子具有宽度，该宽度是与长度成直角的横向距离。在垫子的宽度沿着其长度变化的情况下，可充气垫子宽度是指平均宽度。可充气垫子具有中点宽度，该中点宽度是在长度的中点处测得的宽度。宽度和/或中点宽度和/或端部宽度优选为从大约50cm到大约250cm，更优选为从大约70cm到大约220cm，还更优选为从大约80cm到大约210cm，最优选为从大约90cm到大约200cm。

优选地，可充气垫子的尺寸被设置为以下中的一种：单人垫子(例如，90cm×200-210cm)或双人垫子、四分之三尺寸垫子(例如，140cm×200-210cm)或双尺寸垫子(例如，160cm×200-210cm；180cm×200-210cm；或200cm×200-210cm)。

对于单人垫子，宽度和/或中点宽度优选为从大约50cm到大约100cm，更优选为从大约60cm到大约90cm。

对于双人垫子，宽度和/或中点宽度优选为从大约100cm到大约220cm，优选为从约120cm到大约200cm，更优选为从160cm到200cm。

垫子的充气密封腔室的高度优选为从2到20cm，更优选为5到15cm。

可充气腔室

可充气垫子设置有可充气腔室。腔室是通过将柔性片材的内部上表面和内部下表面在围绕之后封闭的腔室的周边处接合在一起而形成的。术语“封闭的腔室”是指围绕可充气容积体的物理屏障，例如，诸如可充气小室，其中充气材料可以保持在容积体内以在内部对物理屏障加压，即，使腔室充气。以这种方式，腔室是可充气小室。优选地，腔室包括由柔性片材、上部内表面和下部内表面的一个或多个周边接合部包围而成的可充气容积体。

优选地，腔室围绕其整个周边被永久地密封。密封优选地通过热密封、导电密封、脉冲密封、超声波密封、焊接、压接、粘接、粘合及其中的任何的组合来完成。热密封是优选的。可选地，也可以提供一个或多个单向阀，但是这可能不太优选，因为如果单向阀没有密封，则泄漏的风险较高。

柔性片材可以包括自身密封以形成所述腔室的柔性材料管。柔性片材可替代地包括自身折叠以形成上表面和下表面的柔性材料的二维片材，然后将其内表面(上部内表面和下部内表面)接合以形成腔室。替代地，柔性片材可以包括不同的第一柔性片材和第二柔性片材，第一柔性片材和第二柔性片材彼此相对地对齐并接合在一起以形成腔室。

术语“封闭”包含包括单向阀或双向阀，该单向阀或双向阀被配置为阻碍、限制或基本上防止充气材料在可充气垫子的使用期间的损失，使得封闭的腔室在使用期间保持充气以为用户的重量提供支撑。

术语“密封”是指永久的、液密的、优选气密的密封。它不包含单向阀和双向阀，除非该阀被永久地密封使得其是液密的。优选的是，腔室被封闭密封，因为这提供了坚固的防漏的充气垫子。充气后，每个腔室优选地围绕其整个周边被密封。

腔室优选是细长的，即它们具有长度。

腔室可以在垫子的横向上或纵向上设置。优选地，腔室是横向的。这可以在腔室穿孔的情况下提供最大的舒适性，并且还可以允许通过折叠或卷起垫子的端部而容易地形成头枕或枕头。

腔室可以平行地并排设置，其中在各种实施方式中，腔室中的一部分或多部分或大约全部或大致全部或基本上全部或几乎全部或一些全部或全部可以部分地或完全地彼此接触，部分地或完全地彼此直接连接，和/或沿着侧接合部部分地或完全地彼此接合。

腔室的周边优选是直的，但诸如正弦形或波浪形等其他形式也是可能的。

相邻的腔室可以至少充气后彼此密封，以基本上防止充气材料在它们之间的流动。这可以有助于在一个腔室穿孔的情况下保持舒适性，并且还有助于确保用户身体在垫子上大致均匀的支撑展开。

相邻的腔室对于在它们之间通过的充气材料可以处于受限的流体连通。在这方面，任何开口或端口优选充气后被密封。替代地，可以在相邻的结构支撑腔室之间提供单向阀和/或双向阀。如果提供双向阀，这些双向阀优选在充气之后被密封。如果提供单向阀，这些单向阀对于充气是单向的，基本上防止(非破坏性的)放气。

相邻的可充气腔室之间的密封可有助于在一个或多个单独腔室的意外穿孔的情况下防止垫子的结构完整性的丧失。

在未充气状态(例如，预充气或放气)下，结构支撑腔室未填充或未膨胀，使得包封的柔性片材不通过内部压力保持处于张紧状态。处于这种状态的腔室以及因此垫子是柔性的，并且占据最小的空间。这允许在未充气状态下简单地包装和运输垫子。

为了使垫子充气，腔室可以用充气材料充气。用充气材料基本上填充腔室在柔性片材中产生张力，从而向其赋予刚性。在充气腔室中出现的刚性形成用户可以躺卧在其上的支撑结构。

在优选的例子中，每个腔室设置有位于每个腔室的基端处的至少一个充气端口。充气端口优选比相关联的可充气腔室的主体更窄，例如具有更小的开口横截面积。该端口可以被提供为腔室宽度的至少一个变化，优选地在未充气腔室的开口端部处。开口横截面积的变化可以通过使腔室的一个或多个外壁朝向彼此以使宽度缩窄来实现，或者通过包括在腔室的开口端部中形成岛的腔室间接合部来实现。

充气材料包括流体，例如液体和气体，最优选包括气体(例如，空气、N₂、惰性气体或其混合物)。腔室优选是气体充气的。气体充气在封闭腔室中产生内部压力。可使用的替代充气材料包括泡沫、凝胶或液体，然而，出于成本和重量的目的，这些替代方案不太优选。优选地，腔室不通过泡沫胀大和/或不包含泡沫，特别是自胀大泡沫或开孔泡沫。

充气时的腔室内部压力大于环境压力。优选地，内部压力大于大气压力，优选大于1巴、优选从1.1巴到4巴、更优选从1.3巴到3巴、更优选从1.5巴到2巴的绝对压力。

压力可以优选为从0.1到3巴、优选0.4到2巴、优选2巴或小于2巴、可能0.5巴或更小的表压。

腔室优选包括在柔性片材的上部内表面和下部内表面之间的限定腔室的纵向外端部的相对端接合部。封闭腔室优选包括在柔性片材的上部内表面和下部内表面之间的相对侧接合部，相对侧接合部在端接合部之间延伸以封闭可充气容积体。

在一些实施方式中，一个或多个腔室可以串联设置，所述一系列的腔室在垫子的宽度上延伸。串联的各个腔室优选通过端壁接合部而彼此分离。

优选地，垫子具有在其整个宽度上的腔室。

最优选地，垫子中相邻的腔室共用一条或多条接合线。

在优选的实施方式中，垫子在其长度上包括从5到50个相邻腔室，更优选从10到40个、更优选从15到30个、最优选从20到30个相邻腔室。据信，通常增加相邻腔室的数量可改善舒适性，但更少的腔室利用更少的材料。舒适性可以通过在小腔室横截面和大腔室横截面之间提供平衡来优化，所述小腔室横截面可能导致用户接触地面，除非腔室被充气到非常硬，所述大腔室横截面使得表面不再是供用户躺卧的舒适的平面。

在一些实施方式中，平行的腔室之间设置有非充气的柔性部分。非充气的柔性部分可以是第一柔性片材和第二柔性片材之间的非充气的容积体，但优选是平行腔室之间的共用端接合部。柔性部分可以充当(半)刚性充气腔室之间的弯曲线，例如(活动)铰链。包括一条或多条弯曲线可以允许多个充气腔室在垫子主体上回卷以形成头枕或枕头。

在一些实施方式中，相邻腔室在它们之间在形状上沿着其细长边界互补。例如，第一腔室的直边缘或曲折或波形可以与直接相邻的腔室的曲折或波形互补。邻边的线可以以这种方式彼此嵌套、啮合和/或一致。

在所讨论的任何实施方式中，结构腔室可以在充气时大体是圆柱形的，具有为大体椭圆形、卵形或基本上圆形的横向截面。这样的横向截面可以由腔室由柔性片材的直接接合的内表面构成而产生；这与封闭腔室不同，封闭腔室可以由三个、四个或更多个面板形成，例如具有通过中间侧壁间接附接的上面板和下面板，所述中间侧壁在充气时采取具有拐角的大体多边的截面(例如，正方形的)。

优选地，封闭腔室充气后被密封，使得只有通过破坏性措施才能放气。密封优选地通过热密封、导电密封、脉冲密封、超声波密封、焊接、压接、粘接、粘合及其中的任何的组合来完成。热密封是优选的。替代地，腔室的封闭可通过使用允许充气但不允许放气的一个或多个单向阀来实现，这样的阀可以在充气之后被密封以减少或防止泄漏。

空气腔室优选地不含泡沫，例如在自充气的现有技术垫子中发现的开孔泡沫和/或自膨胀泡沫。这种泡沫即使在压缩时也是大体积的，增加了成本，在制造期间可能有不希望的环境影响，并且对可回收性有害。

柔性材料

柔性材料可以包括自身接合或密封以形成可充气腔室的柔性材料管。柔性片材可替代地包括自身折叠以形成上表面和下表面的柔性材料的二维片材，然后将其内表面(上部内表面和下部内表面)接合以形成腔室。替代地，柔性片材可以包括不同的第一柔性片材和第二柔性片材，第一柔性片材和第二柔性片材彼此相对地对齐并接合在一起以形成腔室。所述片材也可以由在平面中接合在一起的片材材料的条带、贴片或其他单元构成。

在本申请中，关于片材的内表面的连接的术语“密封”、“接合”和“接合部”是指彼此直接接合的表面。这是指表面彼此附接而之间没有中间元件的构造，只是附接手段是可选的，例如粘合剂或热焊接。例如，在没有任何尺寸显著的部件(例如，中间侧壁)的情况下完成表面的接合。表面彼此直接接合，而不是间接连接。

内表面彼此的接合可以使用任何类型的接合技术来完成，优选的实例包括密封(例如，热密封、导电密封、脉冲密封、超声波密封等)、焊接、压接、粘接、粘合及其中的任何的组合。热密封是优选的。

如本文所用，术语“间接连接”是指元件彼此附接而之间存在一个或多个中间元件的构造。

垫子的柔性材料是容易变形的片状材料，柔性系数在1,000-2,500,000N/m、优选从1,000到1,500,000N/m、更优选从1,500到1,000,000N/m、还更优选从2,500到800,000N/m、还更优选从5,000到70,000N/m、还更优选从10,000到600,000N/m、还更优选从15,000到500,000N/m、还更优选从20,000到400,000N/m、还更优选从25,000到300,000N/m、还更优选从30,000到200,000N/m、还更优选从35,000到100,000N/m、还更优选从40,000到90,000N/m、最优选从45,000到85,000N/m的范围内。

柔性系数是指薄的容易变形的片状材料的材料参数，其中该参数以牛顿/米为单位测量，并且柔性系数等于材料的杨氏模量值(以帕斯卡为单位测量)和材料的厚度的值(以米为单位测量)的乘积。

柔性片材可包括以下任何材料的一种或多种：膜(例如，塑料膜)、弹性体、发泡片材、箔、织物(包括织造物和非织造物)、生物来源的材料以及纸，它们呈任何构造，作为单独的(一种或多种)材料或作为叠层体的(一个或多个)层或作为复合材料的(一个或多个)部分。在各种实施方式中，柔性材料的一部分、多部分或全部可以被涂覆或未涂覆、被处理或未被处理、被加工或未被加工以给出期望的特性，例如气体不可渗透性、耐水/防水等。在各种实施方式中，柔性材料的一部分、多部分或全部可以由可持续的、生物来源的、回收的、可回收的和/或可生物降解的材料制成。

柔性片材可以由多种材料制成，这些材料可以限制用于使垫子的充气结构腔室充气的材料，例如气体，特别是空气或N₂。

示例性材料包括但不限于聚乙烯(均聚物，例如低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)；以及共聚物，例如离聚物、EVA、EMA、乙烯/α-烯烃共聚物)、聚丙烯(均聚物和共聚物，例如丙烯/乙烯共聚物)、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚酯、尼龙、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯等。LDPE是一种优选的构造材料。乙烯乙烯醇(EVOH)和聚酰胺(特别是尼龙)是优选的气体阻隔材料。

不希望受到理论的束缚，据信LDPE作为柔性材料单独、以共混物或叠层体的使用为用户提供了改善的舒适性。例如，据信LDPE在来自用户运动的物理接触时具有低水平的噪音产生(爆裂)，尤其是当与HDPE相比时。这在提供良好休息的情况下可能是重要的。

柔性材料可以通过任何已知的挤出方法通过使(一种或多种)组分聚合物熔融并通过一个或多个平坦或环形的压模挤出、共挤出或挤出涂覆它们来制造，特别是管状薄膜可以通过薄膜吹塑(挤出吹塑薄膜)来获得。

对于易于制造和构造而言，易于进行热密封技术的聚合物片材是优选的。例如，柔性材料的连续腹板可通过各种模式彼此热密封以形成上述的封闭腔室。聚乙烯易于进行热密封。

另外的示例性材料可以是可持续的、生物来源的、回收的、可回收的和/或可生物降解的材料。例如，低密度聚乙烯(LDPE)可以被回收成LDPE树脂粒料，然后用于形成新产品，从而节省能源和矿物油资源。

如本文所用，前缀“生物”用于指定源自可再生资源的材料。可再生资源的非限制性实例包括植物(例如，甘蔗、甜菜、玉米、土豆、柑橘类水果、木本植物、木质纤维素、半纤维素和纤维素废物)、动物、鱼类、细菌、真菌和林业产品。诸如原油、煤炭、天然气和泥炭的自然资源不是可再生资源。

可再生聚合物的非限制性实例包括直接由有机体产生的聚合物，例如聚羟基链烷酸酯和细菌纤维素；从植物和生物质提取的聚合物，例如多糖及其衍生物(例如，树胶、纤维素、纤维素酯、几丁质、壳聚糖、淀粉、化学改性的淀粉)、蛋白质(例如，玉米蛋白、乳清、谷蛋白、胶原)、脂质、木质素和天然橡胶；以及源自天然来源的单体和衍生物的当前聚合物，例如生物聚乙烯、生物聚丙烯、聚对苯二甲酸亚丙基酯、聚乳酸、NYLON 11、醇酸树脂、琥珀酸基聚酯和生物聚对苯二甲酸乙二醇酯。

垫子的柔性材料可包括不同聚合物的混合物，包括来自可再生资源和不可再生资源两者的聚合物的混合物。

柔性材料的基重优选为从10到2,000gsm，优选从15到1200gsm，更优选20到800gsm，还更优选25到600gsm，最优选30到400gsm。术语“基重”是指单位面积的质量的度量，单位为g/m²(gsm)。

柔性材料的厚度可以使得它对于包装、处理、充气、破坏、运输和处置具有柔顺性(compliant)并且易于变形。在一些实施方式中，垫子的上侧和垫子的下侧的厚度大致相同。在其他实施方式中，形成垫子的下侧的柔性材料的厚度可以大于或小于形成垫子的上侧的柔性材料的厚度。下侧柔性材料可以更厚以增加耐穿刺性。

柔性材料的厚度优选为从10到1000微米，更优选从15到800微米，更优选从20到600微米，更优选从25到400微米，更优选从30到200微米，更优选从30到250微米，更优选从30到200微米，最优选从30到100微米。

优选的是，柔性材料的气体阻隔特性适当地高以容纳加压充气气体(通常是空气)以进行垫子的预见使用。

优选的是，在25℃和大气压下，用氮气充气到1.3巴(优选2巴或更优选3巴)的绝对压力的垫子在保持在这些条件下时将其初始压力的至少95％保持持续至少24小时，优选2天，更优选5天，最优选7天。应当理解，在聚合物材料的最小使用(例如，低的基重和厚度)与令人满意的气体阻隔特性之间取得平衡。

柔性材料的增厚可以增加气体阻隔。

良好的气体阻隔特性也可以或替代地通过将尼龙(聚酰胺)和/或乙烯乙烯醇(EVOH)掺杂在柔性材料中作为共混组分或作为叠层材料内的阻隔层来实现。

涂层

柔性材料可以用其他材料涂覆或分层。柔性材料可以是多层相似或不相似的膜的叠层构造，使得柔性材料是复合构造。

涂层的实例包括但不限于聚合物涂层、金属化涂层和/或陶瓷涂层。涂层材料和/或叠层结构可降低储存在充气腔室中的充气材料的渗透性、增加隔热、降低对凝聚积聚的敏感性等。替代地，涂层材料可提供装饰性或信息性目的。

还可以通过向柔性材料中掺杂香料或芳香添加剂来改善用户舒适性，这可以掩盖塑料气味、与事件相关联和/或影响交感神经活动，例如一些人认为薰衣草可以让人放松。

可改善柔性材料的皮肤感觉。在这方面，作为添加剂，柔性材料可以包括增强粉末、与增强粉末共混和/或用增强粉末涂覆。优选的实例包括钙粉、淀粉粉末和/或炭黑。此类添加剂包括在垫子的外层中，优选是用户可躺卧在其上的上部外层。

炭黑是特别优选的。它可以混入诸如聚乙烯、特别是LDPE的聚合物中作为填料，或可以涂覆到柔性材料上。炭黑是特别有利的，因为它可以向垫子表面赋予导电性，减少了对用户来说可能不愉快的静电的积聚。平均粒径为从15到40nm的炭黑可能是合适的。炭黑可作为填料以炭黑和聚合物总量的3-15wt％包括在柔性材料中或柔性材料的表面区域中。

叠层体

在一些实施方式中，柔性片材可以是包括多层相同或不同类型的材料的膜叠层体，以提供期望的特性，例如强度、柔性、待接合的能力、充气材料(例如，气体)的不透水性以及接受印刷的能力。

膜叠层体的优选实例包括包含LDPE/粘结层/聚酰胺/粘结层/LDPE的叠层体。优选的总厚度为30-100，优选大约60微米。

膜叠层体的优选实例包括包含LDPE/粘结层/EVOH/粘结层/LDPE的叠层体。优选的总厚度为30-100，优选大约60微米。

叠层体的厚度是在适当厚度以确保不透气体(空气)的阻隔性和抵抗应力变形之间的平衡；以及避免过多的材料和噪音的产生(爆裂)。

垫子材料构成

垫子优选地由易于处置、回收或破坏的材料类型构成。垫子可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚酯、尼龙或聚氯乙烯。优选地，垫子由聚乙烯制成。

优选地，垫子包括基于垫子组分的总重量的至少60wt％、更优选至少70wt％、还更优选至少85wt％、还更优选至少95wt％、最优选至少98wt％的热塑性聚合物。

优选地，垫子包括基于垫子组分的总重量的至少60wt％的单一聚合物类型，该单一聚合物类型选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺(例如，尼龙)或聚氯乙烯的类型。更优选地，该重量百分比为70wt％，还更优选为85wt％，还更优选为95wt％，最优选为至少98wt％。更优选地，垫子的至少50wt％、更优选至少60wt％、更优选至少70wt％、还更优选85wt％、还更优选95wt％是单一聚合物类型。优选地，聚合物类型是聚乙烯。

优选的是，垫子不包括由不同于片材材料的塑料类型构造的阀。单独的阀对于制造并结合起来是昂贵的，增加了垫子的重量，并且可能难以处置，例如通过回收或破坏，导致环境影响高。优选地，垫子没有阀。

优选的是，垫子含有最少量的热固性聚合物材料。优选地，垫子包括基于垫子组分的总重量少于10wt％、优选少于5wt％、更优选少于2wt％的热固性聚合物材料，最优选地，垫子基本上不含热固性聚合物材料。

垫子生产方法

垫子由柔性聚合物材料制成，其可允许简单且成本高效地制造。

例如，垫子可以由柔性材料的连续腹板制成。材料腹板可由材料的卷筒提供，或者通过挤出吹塑为管而提供，或者由任何其他来源提供。

这允许垫子以连续的、完全自动化的方法制造，在该方法中材料腹板在一系列的步骤上改变，从而产生大量相同的产品。

用于接合柔性片材的各种设备和方法在片材处理领域中是已知的。传统的片材处理设备和方法可用于形成具有结构支撑腔室的垫子。

用于制造上述垫子的示例性方法可包括：

提供柔性材料的一个或多个腹板，例如由卷筒提供或由挤出吹塑提供；

沿着路径输送柔性材料的一个或多个腹板；以及

用接合装置(优选密封装置)沿着预定的接合线将柔性材料的并置表面彼此接合。

在一些实施方式中，并置表面可以是柔性材料管的相对的内表面；自身折叠的柔性片材的相对表面；或两个单独且并置的柔性片材的相对表面。

在优选的实施方式中，当柔性材料沿着纵向行进路径输送时，在并置表面之间形成接合部。纵向路径可以是直线的、非直线的、曲折的或波形的形式。接合装置(例如焊接头)可以在机器方向上和/或横向于机器方向移动，以产生直线的、非直线的、曲折的或波形的接合部。

优选的生产方法包括挤出吹塑聚合物膜管；

可选地，将所述管缠绕到主卷筒上；

优选通过加热密封或焊接、更优选通过热焊接，将管的并置内表面接合以提供密封材料；

可选地将密封材料转移到分配卷筒。

垫子的充气可以通过将加压气体提供到垫子的可充气腔室中并密封、优选永久地密封充气腔室的周边来实现。

本发明还涉及一种制造本文所述的垫子的方法，该方法包括以下步骤：

提供材料的柔性片材，该柔性片材具有上部外表面、上部内表面、下部内表面和下部外表面；

以形成多个可充气腔室的模式将上部内表面接合到下部内表面。

可充气垫子的充气

可充气垫子可以被提供为具有可充气腔室的模式的可充气腹板，所述可充气腔室可以充气以提供气体充气的腔室。

可充气(未充气)腹板可以在卷筒上从制造商运输或供应到最终用户或经销商。这种卷筒上可具有大量可充气垫子(例如，30个或更多个，(参见上文的解释))，但仍具有相对低的运输体积。经销商或最终用户可以根据需要对来自卷筒的未充气的垫子进行充气分配并使它们充气。这可以在预定使用区域本地完成或现场完成。

本文所述的可充气垫子可以在工厂环境外可靠且一致地充气，例如在营地等现场，以快速而方便地提供垫褥，同时还具有相对较低的环境和经济影响。

还描述了用于可充气垫子的简单和高效充气的设备和方法。该设备和方法可以使垫子腹板充气以提供气体充气的腔室。

如所讨论的，可充气垫子的材料的柔性片材的内表面以可充气腔室的模式接合、优选密封在一起。

在优选的例子中，每个腔室设置有位于每个腔室的基端处的至少一个充气端口。

腹板还可以设置有延伸超过充气端口和接合线的一个或多个纵向凸缘。纵向凸缘可优选地形成与至少两个或更多个可充气腔室的充气端口、优选与每个充气端口流体连通的歧管。这方便地允许通过插入歧管中的单个流体注入喷嘴使多个或优选所有可充气腔室充气。这减少了或消除了单独地使垫子中的腔室充气的需要。

还提供了一种使可充气垫子充气的方法。优选的方法包括以下步骤：

a)提供具有多个可密封腔室的可充气垫子，每个可密封腔室具有至少一个充气端口以及纵向凸缘(优选与所述充气端口流体连通的歧管)；

b)将流体注入喷嘴放置到纵向凸缘(优选歧管)中，所述喷嘴包括用于将流体(优选气体)注入到可充气腔室中的流体出口端口；

c)通过将流体从流体注入喷嘴注入到纵向凸缘(优选歧管)中来使可密封腔室充气；以及

d)密封每个充气腔室的充气端口。

在优选的实施方式中，可充气垫子和流体注入喷嘴相对于彼此移动，以便将流体注入喷嘴纵向推进到歧管中。

优选地，提供优选与流体注入喷嘴成基本上固定的关系的密封元件，该密封元件在通过流体注入喷嘴充气之后密封每个可密封腔室的所述至少一个充气端口。

优选地，密封元件与流体注入喷嘴成基本上固定的关系。密封元件优选相对于可充气垫子和流体注入喷嘴的相对移动而定位在流体注入喷嘴的出口的后部。

密封优选地通过热密封、导电密封、脉冲密封、超声波密封、焊接、压接、粘接、粘合及它们的任何的组合来完成。热密封是优选的。

优选地，提供切割元件，该切割元件被定位成纵向地切割或切开所述歧管，从而允许流体注入喷嘴相对纵向地推进到歧管中。

优选地，切割元件与流体注入喷嘴成基本上固定的关系。切割元件优选相对于可充气垫子和流体注入喷嘴的相对移动而定位在流体注入喷嘴的出口的后部。

用于使可充气垫子充气的合适设备可以包括：

a)用于沿着行进路径输送可充气垫子的机构；

b)在行进路径内的流体注入喷嘴，该流体注入喷嘴被定位成用于插入所述歧管中，该流体注入喷嘴包括用于将流体注入到歧管和可充气腔室中的流体出口端口，并且适于将流体出口端口定位成邻近充气端口，使得当输送机构沿着行进路径输送可充气垫子时，充气喷嘴在歧管内纵向地移动以通过将流体引入到其相应的充气端口中而顺序地使腔室充气；

c)用于密封充气端口的密封元件；以及

d)优选地，用于在可充气垫子沿着行进路径输送时纵向地切割歧管的切割元件。

合适的充气装置和技术从例如专利公开US2007/0251190、EP1616693和US2007/0011989中已知。

装饰物

垫子可以容易用装饰物修饰。这至少部分是因为这些部件包括柔性片材材料，在它们形成垫子部件之前，这些柔性片材材料可以容易地在视觉上装饰，例如通过印刷、作为适应性腹板。

视觉装饰物可包括标记、图形元件、装饰性蚀刻、印刷、漆、光学涂层、装饰性涂层、装饰纹理、凸起、凹陷(debossment)、油墨以及这些元素的组合。视觉装饰物是指旨在提供装饰或传达信息的视觉元素。图形的实例包括以下任何的一种或多种：颜色、图案、设计、图像等。

可以向垫子的任何表面提供视觉装饰物。将视觉装饰物施加于垫子的上部外表面可能是优选的，因为该表面是最容易从外部可见的。

视觉装饰物可以具有过多用途中的任何一种，例如，它们可以帮助识别多个许多类似垫子中的特定垫子，帮助卫生用途，例如，可以施加个人的定制或独特印记；可以指示垫子的特性；可以表示垫子供应商的品牌名称、垫子所有者或使用垫子的事件(例如，户外音乐节)。

功能性装饰物可以包括功能性印刷纹理、印刷电子器件(例如，近场通信或射频ID技术)、香味涂层、响应性涂层和智能涂层，包括热铬、温度敏感涂层和环境响应性涂层。

一次性使用/不耐用

本发明的可充气垫子优选为不耐用垫子。术语“不耐用”是指一次性使用的垫子。这与术语“耐用”相反，“耐用”是指可重复使用的垫子。

如本文所用，在提及可充气垫子时，术语“一次性使用”是指被配置为由最终用户仅充一次气的可充气垫子。一次性使用的可充气垫子不被配置为用于放气后的(一次或多次)再充气。一次性使用的可充气垫子可以被配置为在其首次使用后被处置(即，作为废物、堆肥和/或可回收的材料)。一次性使用的可充气垫子在一些实施方式中可以被配置为只有通过永久损坏动作才能放气，例如柔性片材的穿孔或切开。

在一些一次性使用的实施方式中，垫子的充气腔室围绕其整个周边永久地密封并且没有放气开口或放气阀。

在一些一次性使用的实施方式中，垫子可以通过一个或多个单向充气开口或充气阀充气，并且没有放气开口或放气阀。

如本文所用，术语“易处置”是指被配置为被处置(即，作为废物、堆肥和/或可回收的材料)的可充气垫子。本文公开的可充气垫子的任何实施方式的一部分、多部分或全部可以被配置为易处置。

如本文所用，术语“可回收”是指包括可重复使用的部件和/或材料的可充气垫子。优选地，可充气垫子的按重量计的至少70％是可回收的，优选至少80％、优选至少85％、更优选至少90％、还更优选至少95％、最优选基本上整个垫子(例如，大于垫子的按重量计的97％)是可回收的。可回收的可充气垫子的重量百分比是基于进入回收过程的材料而计算的，而不是基于这种回收过程的产量而计算的。

在一些实施方式中，垫子的充气腔室充气后可以被密封，使得只有通过破坏性措施才能放气。密封可通过使用允许充气但不允许放气的单向阀来实现。这可以帮助确保不是被构造为用于延长使用的垫子的安全使用。

在使用之后，可以收集垫子并通过破坏性手段对垫子放气。然后可以处理和回收剩余产品。回收的材料可以用作新垫子的基础材料，可以化学地回收成单体材料。

放气优选地通过切开或切割充气垫子的每个密封腔室的壁、通过(局部化)加热或其组合来实现。

组合套件(kit of parts)

在本发明的另一方面，提供了一种组合套件，其包括在本文的多个实施方式中的任何一个实施方式中讨论的可充气垫子，以及用于垫子充气的泵和/或(一个或多个)压缩气瓶。

气垫罩(cushion cover)

可充气垫子可以与柔性材料的套筒组合，该套筒的尺寸被设计为以枕头形式保持可充气垫子的头端。例如，可以通过在横向的充气腔室之间的一个或多个柔性接合线处卷起或折叠垫子的头端来构造枕头。可在折叠部或卷筒上套上柔性材料的套筒以将枕头保持在适当位置。

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得更加清楚。

附图说明

参照以下仅通过示例给出的附图将理解本发明的特征和优点，在附图中：

图1以立体图示出了可充气垫子；

图2A至图2C以头枕的立体图示出了可充气垫子；

图3是图2A的充气垫子的侧视图；

图4A是图1的充气垫子的俯视平面图；

图4B是图4A的局部放大图；

图5A是图1的未充气垫子的平面图；

图5B是图5A的局部放大图；

图6示出了图4的未充气垫子的充气步骤；

图7示出了穿过垫子的多个充气腔室的纵截面；以及

图8示出了生产装置和产品步骤的示意图。

具体实施方式

以下是仅通过示例并参照附图给出的本发明的特定实施方式的描述。

参照图1至图4，示出了处于其充气状态的可充气垫子2。所示的垫子2包括柔性材料管4。

在平面图中，垫子2基本上是矩形，但是也可以使用其他形式，例如(细长的)六边形、其他多边形或弯曲的边。

图1至图4的垫子2具有单人垫子的一般尺寸。也可以设想更大或更小尺寸的垫子。

柔性片材材料4包括用户可躺在其上的上部外表面18以及下部外表面24，下部外表面24在使用期间接触垫子2下方的支撑表面。

在图1中，可充气垫子2具有横向细长的可充气腔室6。所示的细长的可充气腔室6彼此直接相邻并且设置在垫子的整个长度上。也可以使用在垫子2的长度上细长的可充气腔室6，但其不太优选。也可以使用垫子2的其他腔室6模式。

在图2A中，可充气垫子2在头端处折叠或卷起以提供枕头8。设置在相邻的可充气腔室6之间的柔性接合线有助于头端的卷起或折叠。在图2B和图2C中，提供了围绕枕头8包裹的套筒10，其将枕头8保持在适当位置，并且还可以提供附加的触觉舒适性。在一些实施方式中，套筒10的尺寸可以被设计为在卷起时用作可充气垫子2的包裹物以便于用户运输。

图3是图2A的充气垫子的侧视图，示出了折叠在上部外表面18上的枕头8。充气腔室6的横向截面大体为椭圆形，然而，可实施其它截面，例如圆形或卵形。

图4A是图1的可充气垫子2的俯视平面图，示出了充气的细长腔室6。每个充气的细长腔室6具有定位在垫子2的长边缘上的密封的充气端口12。还设置有打开的充气歧管16，这将在下面更详细地讨论。打开的歧管16已经通过在垫子2的长度方向上切割或切开而被打开，由此在垫子2的长边上保留一个或多个凸缘。

图4A的充气垫子2中的充气端口12被沿着充气垫子2的长边缘延伸的密封线26永久地密封。密封线26可以是热密封、导电密封、脉冲密封、超声波密封、焊接、压接、粘接、粘合剂粘接及它们的任何的组合。热密封是优选的。

图4B是图4A的垫子2的密封长边缘的一部分的放大图。充气端口12设置在腔室6的充气端部处。充气端口12形成为腔室6的缩窄部分，并且被设置为接受充气流体，例如空气。缩窄是通过使侵占了腔室6的宽度的侧壁28缩窄来实现的，并且还可选地通过提供位于缩窄的侧壁28之间的岛状接合部38来实现。

向腔室6中吹入充气流体，在充气后，施加永久密封线26以永久地封闭密封充气端口12和腔室6。此后，只有通过破坏才能放气。

已经通过在垫子2的长度方向上切割或切开而打开的打开歧管16最初形成与每个充气端口12流体连通的歧管16。随着流体注入喷嘴进入歧管16中，歧管被切开或切割以允许垫子2和流体注入喷嘴的相对运动。在切割之后，一个或多个凸缘可以保留在垫子2的长边缘上。

图5A示出了未充气垫子2的俯视平面图。

接合线14(例如，热密封线)的模式设置在垫子的柔性材料4的内表面之间，形成具有可充气端口12和充气歧管16的多个可充气腔室6。

未充气垫子2可包括自身塌缩使得内部上表面和内部下表面通过接合线14接合的柔性材料管4。替代地，未充气垫子2可以包括自身折叠使得内部上表面和内部下表面通过接合线14接合的柔性材料4的片材，或彼此相对并接合的两个或更多个单独的柔性材料4的片材。

接合线14的模式为每个可充气腔室6提供充气端口12。为了使垫子2充气，向腔室6中吹入充气流体，此后，在仍然充气到如前所述的期望压力时，在充气端口12上施加永久密封线26以永久地封闭密封充气端口12和腔室6。此后，只有通过破坏才能放气。

图5A中的歧管16形成为与每个充气端口12流体连通的管状元件。流体注入喷嘴可以例如在管的开口端部中深入歧管16中，并且注入在压力下的充气流体。为了沿着歧管16相对地移动流体注入喷嘴，在相邻腔室6的密封期间或密封之后切割或切开歧管16的管。

柔性片材的材料4可以是上面讨论的任何材料。

图6示出了充气期间的垫子2。连接到诸如空气的加压流体源的流体注入喷嘴40被插入到歧管16中并且用加压流体填充歧管。加压流体进入邻近喷嘴40的腔室6并对它们充气。

用于充气的合适气体包括空气或N₂，以在柔性材料4中产生张力，从而提供用作用于躺卧个人的支撑元件的刚性小室的加强的半刚性。

通过相对于喷嘴40向后驱动垫子2，使喷嘴40相对于垫子2移动。在垫子2和喷嘴40相对于彼此移动时，刀片44切开歧管16的一侧，从而允许喷嘴40前进以使后续腔室6充气。

在每个腔室6充气之后，通过密封头42将永久密封件26施加到入口端口12，密封头42优选地用热量进行密封。

图7示出了穿过图2的垫子2的三个充气腔室6的局部纵向垂直截面。柔性片材材料4包括上部内表面20和下部内表面22。

上部内表面20和下部内表面22以形成一个或多个可充气腔室6的模式彼此接合。上部内表面20和与上部内表面18相对的下部内表面22沿着接合部14彼此接合以形成一个或多个结构支撑腔室6。在充气时，腔室6优选地气体填充到大于0.3巴，更优选从0.3到1巴的表压。

图8示出了用于制造可充气垫子2的设备和方法。柔性材料4的两个片材由任何合适的来源供应，可以通过现场生产来供应，这两个片材在这里被示为片材材料4的两个卷筒50。

柔性材料4的片材沿着行进路径输送并对齐以形成相对的上部内表面20和下部内表面22。输送机构可以根据需要包括各种传统的片材引导装置和片材驱动装置，例如引导辊和轧辊。

配备有给定模具或压模的直接接触式热密封器的形式的接合装置52沿着预定的接合线14选择性地将并置的上部内表面20和下部内表面22彼此接合。接合装置52可以产生将片材粘合在一起的任何类型的密封，例如热密封、粘合剂密封、结合密封等，其中热密封是优选的。当上部内表面20和下部内表面22彼此接触并且为(一个或多个)基材施加足够的热量以变为熔融的并混合时，可以形成热密封或热焊接。因此，接合装置52可以具有受热表面以提供柔性材料4的选择性加热。优选地施加热量和压力两者。

示例性接合机构可包括一对密封构件，该对密封构件在行进路径内会聚以形成密封区域。例如，密封构件可包括一对反向旋转的带或轮。

可以在柔性材料4的片材的宽度上设置多个接合装置或接合头，以同时施加多条接合线14。

以上述方式，在它们沿着纵向行进路径输送时，在并置表面20、22之间可形成接合部14。接合装置52可以相对于行进路径横向地移动接合头，例如加热元件和压力元件，以产生非直线的、曲折的或波形的接合部。

在所示的实施方式中，示出了柔性材料的片材，然而，也可以使用柔性材料的吹塑管或沿着侧边缘自身折叠的单个片材。

包括腔室6的模式的热密封的柔性材料4可以卷成卷筒54以方便运输和分配。

可在垫子长度上提供脆弱线。因此，可充气垫子的卷筒可提供一系列容易分离的未充气垫子2。

因此，通过参考上述特定实施方式描述了本发明。将认识到，这些实施方式可以有本领域技术人员公知的各种修改和替代形式。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本文描述的结构和技术进行除上述之外的其他修改。因此，尽管已经描述了具体实施方式，但是这些实施方式仅仅是示例，并且不限制本发明的范围。

Claims (15)

1.一种可充气垫子，其包括：

材料的柔性片材，所述柔性片材包围可充气内部容积体，所述柔性片材具有上部外表面、上部内表面、下部内表面和下部外表面；其中

所述上部内表面以形成多个可充气腔室的接合线的模式接合到所述下部内表面，每个腔室具有充气端口，其中所述充气端口被设置为充气后被永久地密封。

2.根据权利要求1所述的可充气垫子，其中所述可充气腔室是细长的并且在所述垫子的整个宽度上横向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的可充气垫子，其中所述充气端口沿着所述可充气垫子的长边对齐，优选地使得所述充气端口能够通过使所述长边越过、经过或通过密封元件而被顺序地密封，优选地，其中所述密封是横跨多个所述充气端口的密封线。

4.根据前述任一项权利要求所述的可充气垫子，其中所述可充气腔室由中间柔性部分邻接，优选其中所述柔性部分是未充气的。

5.根据前述任一项权利要求所述的可充气垫子，其中所述多个可充气腔室是一系列的至少十个相邻的可充气腔室，其中每个所述腔室横跨所述可充气垫子的宽度延伸，每个腔室具有充气端口，并且其中所述充气端口沿着所述可充气垫子的长边缘对齐。

6.根据前述任一项权利要求所述的可充气垫子，其中所述模式在所述可充气垫子的长边上提供纵向的歧管，所述歧管流体接合所述可充气腔室的所述充气端口。

7.根据前述任一项权利要求的可充气垫子，其包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚呋喃二甲酸乙二醇酯、聚酯、尼龙或聚氯乙烯，优选聚乙烯，最优选低密度聚乙烯(LDPE)。

8.根据前述任一项权利要求所述的可充气垫子，其包含基于垫子的组分的总重量的至少60wt％、更优选至少70wt％、还更优选至少85wt％、还更优选至少95wt％、最优选至少98wt％的热塑性聚合物。

9.根据前述任一项权利要求所述的可充气垫子，其中所述可充气垫子是不耐用的，优选是暂时可重复使用的、易处置的或一次性使用的。

10.根据前述任一项权利要求所述的可充气垫子，其还包括柔性材料的套筒，所述套筒的尺寸被设计为以枕头形式保持所述充气垫子的头端。

11.一种包装，在其上可移除地卷绕至少10个、优选至少20个、更优选至少30个根据权利要求1至10中任一项所述的可充气垫子。

12.根据权利要求11所述的包装，其中两个或更多个所述可充气垫子通过例如可撕开线的脆弱线接合。

13.一种充气垫子，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的可充气垫子，其中所述垫子的可充气腔室被充气到大于0.2巴到1巴、优选到0.5巴的表压，并且永久地密封。

14.一种组合套件，其包括根据权利要求1至10中任一项所述的可充气垫子或根据权利要求11至12中任一项所述的包装，以及充气装置，优选泵或压缩气体源。

15.一种制造根据权利要求1至10中任一项所述的可充气垫子的方法，其包括以下步骤：

提供具有上部外表面、上部内表面、下部内表面和下部外表面的材料的柔性片材；

将所述上部内表面接合到所述下部内表面以形成多个可充气腔室。

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