一种纤维板及其制备方法与流程

1.本发明涉及木质板材产品结构的技术领域，具体为一种纤维板，本发明同时还涉及该种纤维板的制备方法。


背景技术：

2.以木质纤维为原材料制得的人造板称为纤维板(或密度板)，广泛应用于家装、建材、运输、印刷电路板的垫板等领域。在一些应用领域中，需要纤维板具有相对较高的导(散)热性能，例如地热地板、印刷电路板的垫板等。但是，纤维板的主要原材料是木质纤维和胶粘剂，木质纤维具有较好的保温性能，胶粘剂则具有一定的隔热性能，所以纤维板的导(散)热性能往往相对较差，影响了其在上述领域的应用或使用效果。
3.为解决这一技术问题、提供一种具有较高的导(散)热性能的纤维板，现有技术中大致记载有两种解决方案。第一种方案是将石墨成分以涂层、结构层的形式与纤维板复合。例如，中国专利数据库中公布号为cn207560369u，名称为“石墨烯发热芯片”的实用新型专利，公开了一种包括从下到上依次叠在一起的：第一纤维板、第二纤维板、石墨烯碳纤维板、铜箔加热层以及第三纤维板。又如，公布号为cn114074369a，名称为“石墨烯纤维板的生产工艺”的中国发明专利申请，公开了一种由上至下依次包括纳米石墨烯层、阻燃纤维层、石墨烯防腐层、纤维板坯的石墨烯纤维板，其中，纳米石墨烯层为单层纳米石墨烯层，石墨烯防腐层是石墨烯复合涂料经由涂刷形成，纤维板坯使用的胶粘剂中添加有石墨烯基添加剂。该方案提供的复合有石墨烯的纤维板具有相对较高的导(散)热性能、防腐、防火阻燃性能。但是它存在着以下问题：第一，纳米石墨烯层、阻燃纤维层、石墨烯防腐层之间分别通过胶粘剂粘合，但是石墨烯与木质纤维无法形成交联使得三个结构层之间的粘结强度单纯依赖于胶粘剂本身的粘结性能，胶粘性能相对较差；第二，石墨烯的价格昂贵使该方案的石墨烯纤维板生产成本十分高昂。
4.第二种方案是将石墨成分以分散的形式添加在胶粘剂中。例如，中国专利数据库中公布号为cn111621253a，名称为“一种基于石墨的高强导热环氧树脂胶粘剂及其制备方法”的中国发明专利申请，公开了在双酚a型环氧树脂胶粘剂中添加改性石墨、复合玻璃纤维等成分以提高胶粘剂导热性能的技术方案。又如，公布号为cn113650127a，名称为“一种含石墨烯纤维板的制备工艺”的中国发明专利申请，公开了木材剥皮
→
削片
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筛选
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水洗
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蒸煮
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纤维分离
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调施胶
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纤维干燥
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铺装成型
→
预压
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热压
→
冷却
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砂光
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检验分等
→
包装入库的制作方法，其中调施胶步骤是将含石墨烯的树脂施加到纤维中。但是，在第一件对比文件中，所谓的改性石墨就是提取得到的石墨烯，提取过程相对繁复、成本相对较高。第二件对比文件则直接添加的石墨烯。经过发明人的对比试验发现，采用添加有改性石墨或石墨烯的胶粘剂(不论何种胶粘剂)，胶粘剂的石墨成分不仅不与木质纤维发生联结，甚至会阻碍木质纤维之间的联结，从而导致以该种胶粘剂制得的纤维板的胶合强度相对较差，并能够预料到纤维板的耐水性、力学强度等理化性能也极大的受到影响。
5.综上所述，现有技术中缺少一种能够提高纤维板导(散)热性能但同时能够保证它
的胶合强度的产品或者制备方法。


技术实现要素：

6.本发明的第一个技术目的在于克服上述的至少一个技术问题，从而提供一种纤维板；本发明的第二个技术目的在于提供该种纤维板的制备方法。
7.为实现上述目的，本发明的一个实施例提供了一种纤维板，包括导热功能层，所述导热功能层包括相互混合并由胶粘剂粘结的木质纤维与石墨成分，其特征在于，所述木质纤维的纤维长度是5mm～10mm，所述石墨成分是粒径0.3mm～5mm的石墨颗粒，或长0.3mm～5mm的小型石墨片材。
8.作为优选，所述石墨成分的添加量占由木质纤维、胶粘剂、石墨成分构成的混合物的总质量的4.5％～40％。
9.作为优选，所述石墨颗粒是片状石墨颗粒，所述石墨颗粒的厚度是0.05mm～0.1mm；所述木质纤维的纤维直径是0.05mm～0.08mm。
10.作为优选，所述导热功能层的厚度是0.2mm～2mm。
11.作为优选，所述导热功能层的表面和/或底面具有纤维层，所述纤维层包括由胶粘剂粘结的短纤维，所述短纤维的纤维长度是0.5mm～3mm。
12.作为优选，所述导热功能层、所述纤维层使用相同种类的胶粘剂。
13.为实现上述目的，本发明的另一个实施例提供了一种上述纤维板的制备方法，通过热压成型的步骤制得，依序通过木质纤维拌胶的步骤、混合石墨成分的步骤、混合物组坯的步骤、预成型的步骤、降温干燥的步骤以制备预固化导热功能层；
14.所述木质纤维拌胶的步骤，拌胶后的所述木质纤维的含水率是30～35％；
15.所述降温干燥的步骤，将所述预成型的步骤中得到的预固化导热功能层的含水率降至16％～20％。
16.作为优选，在所述预成型的步骤中，通过无压力热接触使胶粘剂预固化以得到所述预固化导热功能层，热接触温度是120℃～140℃。
17.作为优选，依序通过短纤维拌胶的步骤、短纤维组坯的步骤制备下纤维坯层，将所述预固化导热功能层置于所述下纤维坯层之上；和/或
18.在所述预固化导热功能层之上依序通过短纤维拌胶的步骤、短纤维组坯的步骤制备上纤维坯层；
19.最后，通过热压成型的步骤制得所述纤维板。
20.作为优选，所述木质纤维拌胶的步骤和所述短纤维拌胶的步骤中所使用的胶粘剂均是以木质素为部分苯酚替代原料改性的树脂胶粘剂。
21.综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、通过产品结构与成分组成的改进，参杂在木质纤维中的石墨成分使导热功能层具备了相对较好的导热效果；纤维长度相对较长的木质纤维的存在，能够提高导热功能层本体结构各处的胶合强度均匀度，提高纤维板成型过程中纤维的交织性和交织度以将石墨成分束缚在网袋状结构编织形成的空间中，从而能够提高石墨成分与木质纤维的结合强度，避免因石墨成分的存在而影响人造(纤维)板的胶合性能；纤维长度相对较短的木质纤维的存在，能够填充石墨成分与网袋状结构编织形成的空间之间的孔隙，提高力学强度，使
材料更细腻而利于机械加工。
23.2、通过产品结构与成分组成的进一步改进，纤维层由短纤维构成，因而具有更好的雕刻、划线、开槽等机械加工性能，便于加工，使本技术技术方案的纤维板能够适应各种建材的加工需求。
24.3、通过产品结构与成分组成的进一步改进，利用木质素替代部分原料改性的酚醛树脂胶粘剂，能够促进长纤维的交联，使形成的网袋状结构更为稳固。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本技术实施例1的导热功能层的结构示意图。
27.图2为本技术实施例1的导热功能层1a,1b,1c,1d,1e,1f的钻削温度对比图。
28.图3为本技术实施例4的纤维板的结构示意图。
29.图4为本技术实施例5的纤维板的结构示意图。
30.图中：1、导热功能层，2、纤维层。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
32.实施例1
33.参照图1所示的一种纤维板，仅由一厚度为0.5mm的导热功能层1构成，该导热功能层1包括相互混合并由胶粘剂粘结的木质纤维与石墨成分。木质纤维是纤维长度5mm～10mm的长纤维，其中，纤维长度在7mm～10mm范围内的木质纤维a的占比应达在70％～75％，剩余25％～30％是纤维长度在5mm～7mm范围内的木质纤维b。石墨成分是粒径0.4～0.5mm的石墨颗粒(类球形颗粒)。
34.通过上述产品结构与成分组成，首先，相互粘结的木质纤维构成了导热功能层1(即本实施例的纤维板)的本体结构，参杂在木质纤维中的石墨成分使导热功能层1具备了相对较好的导热效果。其次，在木质纤维拌胶的步骤中，由于以长纤维为原料，以及纤维长度7mm～10mm的木质纤维a的存在，且占据相对主要的质量比例，使胶粘剂能够在木质纤维表面较为均匀的分散，所以导热功能层1本体结构各处的胶合强度均匀一致；进一步通过木质纤维与石墨成分之间的摩擦，胶粘剂在石墨成分表面均匀的分散，从而能够提高石墨成分与木质纤维的粘结强度，避免因石墨成分的存在而影响纤维板的胶合性能。再次，纤维长度7mm～10mm的木质纤维a的存在，还能够提高纤维板成型过程中纤维的交织性和交织度，即通过氢键、分子间作用力、半纤维素之间的亲和性而形成的纤维之间的交联。纤维长度越
长的木质纤维越能够在热压过程中交织形成坚固的网袋状结构，将石墨成分束缚在网袋状结构编织形成的空间中，从而进一步提高石墨成分与木质纤维的结合强度，避免因石墨成分的存在而影响纤维板的胶合性能。最后，纤维长度5mm～7mm的木质纤维b的存在，能够填充石墨成分与网袋状结构编织形成的空间之间的孔隙，提高纤维板的力学强度，使材料更细腻而利于机械加工。
35.值得一提的是，纤维板的成型必然要经过高温热压处理，由木质纤维a交联形成的网袋状结构给石墨成分在升降温中可能发生的热胀冷缩提供了空间。虽然石墨成分的热膨胀系数非常的小，但却是与木质纤维湿胀干缩相反的尺寸变化趋势。所以相较于现有技术中仅通过胶粘剂粘合木质纤维与石墨成分的方案相比，能够在一定程度上消除因石墨成分在升降温中可能发生的热胀冷缩、木质纤维的湿胀干缩而导致的脱胶的风险。
36.作为一种优选的实施方式，该种纤维板通过以下工艺步骤制备获得：
37.木质纤维拌胶的步骤，在该步骤中，使用管道施胶法或现有技术的其他方法，先对纤维长度7mm～10mm的木质纤维a进行拌胶，使木质纤维a表面较为均匀的粘附胶粘剂；随后依比例加入纤维长度5mm～7mm的木质纤维b，通过继续翻动、相互摩擦将木质纤维a表面的部分胶粘剂传递至木质纤维b的表面，实现木质纤维a、木质纤维b的混合以及木质纤维b的拌胶。胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂。通过控制木质纤维a、木质纤维b的初含水率(例如14％～18％)、施胶量(例如10％～12％)将拌胶后的木质纤维的含水率控制在32
±
2％。例如，木质纤维a、木质纤维b的初含水率是14％～18％，施胶量是10％～12％。需要注意的是，胶粘剂虽然仅直接向木质纤维a投放，但计算胶粘剂的投放量时应当以木质纤维a、木质纤维b、石墨成分的混合物的总质量为计算基准。优选的，木质纤维a的初含水率是17
±
1％，木质纤维b的初含水率是15
±
1％。木质纤维a的相对较高的初含水率能够利于胶粘剂在木质纤维a的表面之间传递，木质纤维b的初含水率较木质纤维a的初含水率低约2％则能够利于胶粘剂从木质纤维a的表面向木质纤维b的表面传递。
38.混合石墨成分的步骤，在该步骤中，使用辊筒搅拌机或现有技术的其他设备将拌胶后的木质纤维与石墨成分混合。通过调整石墨成分的添加量，能够得到不同导(散)热性能的纤维板。在本实施例中，石墨颗粒的添加量在混合物总质量中的占比为5％、15％、25％、30％、35％、40％的工艺能够分别对应制得导热功能层1a、导热功能层1b、导热功能层1c、导热功能层1d、导热功能层1e、导热功能层1f。
39.混合物干燥的步骤，在该步骤中，使用网带式烘干机或现有技术的其他设备将混合物的含水率降至18
±
2％。
40.混合物组坯的步骤，在该步骤中，使用纤维铺料机或现有技术的其他设备向连续输送带上投放由木质纤维、胶粘剂、石墨成分构成的混合物，平铺形成连续的混合物组坯层。
41.热压成型的步骤，在该步骤中，使用平板热压机或热压辊筒，以180
±
2℃的热压温度、2mpa的热压压力，将混合物组坯层压制成型制得导热功能层1a,1b,1c,1d,1e,1f。
42.借由上述工艺方法，通过使石墨成分与拌胶后木质纤维的共同翻动、相互摩擦，在石墨成分表面较为均匀的粘附胶粘剂，相对于现有技术中先混合木质纤维与石墨成分后拌胶的工艺，能够提高石墨成分与木质纤维的粘结强度，避免因石墨成分的存在而影响纤维板的胶合性能。
43.本实施例的工艺方法制得的纤维板用于作为pcb钻孔用垫板，各个导热功能层1a,1b,1c,1d,1e,1f的性能对比表参照表1所示，钻削温度对比图参照图2所示。表1和图2中，对照组1为0.5mm厚高密度纤维板，对照组2为现有技术制得的0.5mm厚纤维板(石墨添加在胶粘剂中，通过拌胶使石墨烯与木纤维混合制得)，对照组3为现有技术制得的0.5mm厚纤维板(将石墨与木质纤维混合后依次拌胶、干燥、组坯、热压制得，石墨烯的质量添加量为25％)。各个导热功能层的密度按gb/t17657-2013中4.2进行检测，翘曲度按sj/t11641-2016中附录c进行检测，内结合强度按gb/t17657-2013中4.11进行检测，钻削温度采用红外测温仪测试钻孔退刀时钻尖出孔瞬间的温度。
44.表1.导热功能层1a,1b,1c,1d,1e,1f的性能对比表
[0045][0046]
通过观察表1数据可知，本实施例中的各个导热功能层1a,1b,1c,1d,1e,1f通过原材料的选择、工艺的改进，克服了石墨成分对胶合强度的影响；对照组2的石墨通过胶粘剂添加，所以添加量相对较小，但仍对胶粘剂的粘合性造成了消极影响；对照组3的石墨添加量与导热功能层1c相同，显然，较大的石墨添加量严重的影响了纤维板的胶合强度。
[0047]
实施例2
[0048]
实施例2与实施例1的区别在于，在混合石墨成分的步骤中，石墨成分的添加量在混合物总质量中的占比为25％，同时在混合石墨成分的步骤之后不经过混合物干燥的步骤而直接实施混合物组坯的步骤，并在混合物组坯的步骤与热压成型的步骤之间设置预成型的步骤和降温干燥的步骤，从而制得导热功能层1c’。
[0049]
在预成型的步骤中，使用平板热压机或热压辊筒，以125
±
2℃的热压温度、无压力热接触10s～12s，使胶粘剂预固化以得到预固化导热功能层。预成型的热压温度的确定应当考虑石墨成分的添加量和导热功能层的厚度的共同影响。例如导热功能层的厚度是3mm的情形，当石墨成分的添加量在混合物总质量中的占比为30％时，优先选择130
±
2℃，而当石墨成分的添加量在混合物总质量中的占比降为5％时，优先选择135
±
2℃。
[0050]
在降温干燥的步骤中，通过将预固化导热功能层经过一段时间的调时处理，在自然降温的过程中使含水率降至16％～20％(即18％，允许
±
2％的内部含水率偏差)。
[0051]
不仅石墨成分与木质纤维的胶合强度差，而且石墨成分的存在还会影响木质纤维
之间发生除胶合以外的交联，从而影响木质纤维的胶合强度，还会使制得的纤维板不耐水泡。这可能是由于石墨成分的可塑性与滑腻性导致的。发明人在实践中创造性的发现，对处于高含水率状态的混合物(主要是其中的木质纤维a、木质纤维b)直接实施预成型，能够利于木质纤维a相互之间形成交联，从而编织形成较为稳固的网袋状结构。原理尚不可知，但发明人经过对比试验发现，当木质纤维的拌胶后含水率处于32
±
2％时，压制而成的纤维板能够获得最优的胶合强度、耐水泡性能。导热功能层1c’的性能对比表参照表2所示。
[0052]
表2.导热功能层1c’的性能对比表
[0053][0054]
通过表2可以得知，配合长纤维交联形成的网袋状结构，高含水率状态的预固化处理能够较为有效的克服石墨成分对木质纤维胶合性能的影响，使制得的纤维板的内结合强度与普通高密度纤维板的内结合强度接近。
[0055]
实施例3
[0056]
实施例3与实施例2的区别在于，石墨成分是小型石墨片材(类鳞片状)，小型石墨片材的长度是1.0mm～1.5mm、厚度是0.07mm～0.09mm，与此同时，木质纤维(木质纤维a、木质纤维b)的纤维直径是0.05mm～0.08mm，从而制得导热功能层1c”。
[0057]
显然，使用规格相对较大的石墨成分能够提高导热效果、降低原材料的制作成本，换言之，相较于规格较小的石墨颗粒，将块状石墨制成规格相对较大的石墨成分所需的成本更低。但是，随着石墨成分的规格的增加，其固有的表面性能对木质纤维的胶合性能、交联性能的影响成倍增加。在本实施例中，通过将木质纤维的纤维直径限定在0.05mm～0.08mm，能够在预固化的过程中，交联形成较为致密、强韧的网袋状结构。进一步的，将石墨成分的形态限定为片状，则能够使网袋状结构更容易的包裹、束缚石墨成分。即使将小型石墨片材的长度增加到3.0mm～3.3mm，所制得的导热功能层1c
”’
的内结合强度也是在可以接受的范围内的。导热功能层1c”,1c
”’
的性能对比表参照表3所示。
[0058]
表3.导热功能层1c”的性能对比表
[0059][0060]
实施例4
[0061]
实施例4与实施例3的区别在于，参照图3所示，纤维板由导热功能层1和纤维层2构成。具体来说，导热功能层1的厚度是1.0mm，在导热功能层1的底面粘结设置有厚度为3.0mm的纤维层2。纤维层2是由胶粘剂粘结的短纤维压制而成的高密度纤维板，其中的短纤维的纤维长度是0.8mm～1.6mm。换言之，纤维层2是现有技术的利用短纤维制作而成的高密度纤
维板。
[0062]
本实施例的纤维板能够用于有导热需求的墙板、家具板、地板等用途，例如地热地板，带有发热结构的办公桌的桌面板，或安装有墙体发热结构的墙板等。
[0063]
借由上述结构，纤维层2由短纤维构成，因而具有更好的雕刻、划线、开槽等机械加工性能，便于加工，使纤维板能够适应各种建材的加工需求。
[0064]
作为一种优选的实施方式，该种纤维板通过以下工艺步骤制备获得：
[0065]
木质纤维拌胶的步骤，得到拌胶、混合的木质纤维a和木质纤维b，胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂。
[0066]
混合石墨成分的步骤，将拌胶、混合的木质纤维a和木质纤维b再与小型石墨片材混合，小型石墨片材的添加量在混合物总质量中的占比为25％。
[0067]
混合物组坯的步骤，将木质纤维a和木质纤维b、胶粘剂、小型石墨片材构成的混合物平铺形成连续的混合物组坯层。
[0068]
预成型的步骤，该步骤的工艺方法同实施例3。
[0069]
降温干燥的步骤，通过将预固化导热功能层经过一段时间的调时处理，在自然降温的过程中使含水率降至16％～20％(即18％，允许
±
2％的内部含水率偏差)。
[0070]
短纤维拌胶的步骤，得到拌胶的短纤维，胶粘剂为酚醛树脂胶粘剂。
[0071]
短纤维组坯的步骤，使用纤维铺料机或现有技术的其他设备向连续输送带上投放拌胶的短纤维以平铺形成连续的下纤维坯层，随后，将预固化导热功能层覆盖在下纤维坯层之上形成复合组坯层。
[0072]
热压成型的步骤，在该步骤中，使用平板热压机或热压辊筒，以180
±
2℃的热压温度、2.5mpa的热压压力，将复合组坯层压制成型制得纤维板，记作实施例4-1。
[0073]
当然的，上述工艺方法还可以做以下调整，以使工艺方法更适合厂房设备布线的需要。在短纤维组坯的步骤中，使用纤维铺料机或现有技术的其他设备向连续输送带上投放拌胶的短纤维以在预固化导热功能层上平铺形成连续的上纤维坯层，得到复合组坯层。再通过热压成型的步骤，压制得到纤维板，记作实施例4-2。这样的方法能够较为有效的缩短生产线的长度，便于设备的布线、布局。
[0074]
在另一个方面，预固化导热功能层在预固化状态下与短纤维组坯层压制复合，所以压制成型后的纤维板的导热功能层1、纤维层2之间能够形成相对较高的胶合强度。
[0075]
实施例5
[0076]
实施例5与实施例4的区别在于，参照图4所示，纤维板由导热功能层1和纤维层2构成。具体来说，导热功能层1的厚度是1.0mm，在导热功能层1的表面和底面粘结分别设置有厚度为1.0mm和2.0mm的纤维层2’,2”。
[0077]
由于结构上略有差异，实施例5的纤维板在制作方法上也与实施例4略有不同。
[0078]
在短纤维组坯的步骤中，使用纤维铺料机或现有技术的其他设备向连续输送带上投放拌胶的短纤维以平铺形成连续的下纤维坯层。随后，将预固化导热功能层覆盖在短纤维组坯层之上。最后，重复短纤维组坯的步骤，使用同一台或另一台纤维铺料机在预固化导热功能层上平铺形成连续的上纤维坯层，形成由上纤维坯层、预固化导热功能层、下纤维坯层构成的复合组坯层。再通过热压成型的步骤，压制得到纤维板。
[0079]
实施例4和实施例5的工艺方法制得的纤维板的产品性能表如表4所示。
[0080]
表4.实施例4和实施例5的工艺方法制得的纤维板的产品性能
[0081][0082]
通过表5的数据可以得知，在实施例4和实施例5的纤维板的导热功能层1的厚度相同、纤维层2的厚度(总厚度)相同的情况下，将导热功能层1置于两个纤维层2中间的结构能够得到相对较高的导热效能，但是增幅不大。
[0083]
实施例6
[0084]
实施例6与实施例1的区别在于，在木质纤维拌胶的步骤中所使用的胶粘剂均是以木质素为部分苯酚替代原料改性的树脂胶粘剂，例如木质素为部分苯酚替代原料改性的酚醛树脂胶粘剂，压制得到导热功能层1g。
[0085]
利用木质素替代部分苯酚原料改性的酚醛树脂胶粘剂，能够促进长纤维(木质纤维a)的交联，使形成的网袋状结构更为稳固。实施例6的导热功能层1的产品性能表如表5所示。
[0086]
表5.实施例6的导热功能层1的产品性能表
[0087]
组别密度(g/m3)内结合强度(mpa)导热功能层1c0.961.9导热功能层1g0.942.1
[0088]
以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。