特别用于可充气主体的具有对流屏障的弹性芯及其制造方法

专利名称：特别用于可充气主体的具有对流屏障的弹性芯及其制造方法
特别用于可充气主体的具有对流屏障的弹性芯及其制造方
法
背景技术：
自从在1971年引入了最初的“Therm-A-Rest ”自充气床垫(self-inflating mattress pad)，已经公知了关于制造和所得到的产品的许多改进。这些改进包括对生产方 法、产品耐久性、产品柔性以及热性能的改型。具体而言，一个目标是减轻垫子重量而不损 失热绝缘性能。在1994 年，Cascade Designs, Inc.(在下文中称为 “Cascade” )开发了一种可提 供期望蓬松度(level of loft)的带芯的床垫，但包括一种具有多个横向延伸的中空圆柱 体的由泡沫材料制成的开放式(open cell)芯。这些横向的圆柱体并不影响芯与包壳片材 (enveloping sheet)的粘合表面，但是在其他方面减小了泡沫芯的整体密度，因此减小了 所得到的床垫的重量。然而，制造和性能问题以及对于相对厚的原始芯的需求，限制了这一 技术的应用范围。在1995年，Cascade引入了 “UltraLite”系列床垫。这些垫子首次利用竖直定向 的空隙(voids) (S卩，与芯的主表面垂直)，尽管这些空隙不是材料去除处理的结果。关于这 一技术的额外信息，请参见以引用方式被纳入本文的US 5705252。关于在UltraLite系列床垫中使用的技术的一个显著益处是其能够不受芯厚度 的影响建立宏观空隙(macro void)(与组成微观空隙的膨胀的泡沫材料的开室结构相对 反)。通过使所述空隙的纵向轴线定向在竖直方向，可以在相对薄的截面厚度的板中获得密 度显著减小的弹性芯/板；通过选择地建立空隙的几何形状、空隙的出现率以及它们的整 体样式(overall pattern)，可以使垫子的原本不期望的性能特性最小化。虽然UltraLite芯在轻量化芯技术中表现了很大的进步，但其确实导致芯具有一 定的制造劣势(例如，因为所述空隙由移位的狭缝形成，并且这种狭缝通常相似地定向，所 以在与位移偏压垂直的方向上会降低芯的稳定性)。另外，已意识到竖直定向的空隙提供了 一个方便的对流和辐射热传递的路径，由此降低了床垫的热性能。由于这一意识到的热缺 陷的问题，UltraLite芯预期的竖直空隙在压缩负载下可能会弯折(buckle)或坍缩。然而， 生成这种易于受到压缩弯折的空隙还降低了垫子的其他性能特征，诸如芯-织物的粘合特 性和竖直支撑特性。因此，很明显，从弹性芯的底部到顶部延伸的空隙通过宏观密度变化可在芯重量 方面提供期望的减小，而不需要截面较厚的芯。此外，虽然会浪费材料，但可以使用常规的 成芯技术——例如模切，由此允许使用各种几何形式来减小板的不稳定性，该不稳定性原 本会由密度减小操作而引起。然而，需要热传递减弱装置，以保持包含这种芯的垫子的期望 性能。

发明内容
本发明涉及优选地用于可充气主体的弹性芯，该弹性芯包括限定多个大体柱状的 孔的弹性板或大体柱状实心体(solid)的弹性阵列，涉及用于制造这种板和阵列的方法，
3以及涉及包含这种板和阵列的物品，其中该芯还包括热传递减弱装置，用于超越芯的固有 绝缘性质而改进该芯对热传递的抗性。在板状芯(slabcore)实施方案中这种热传递减弱 装置的非排他性和非穷尽性的实例包括考虑孔(hole)或内孔(bore)的几何横截面、出现 率(frequency)、样式和方向，在至少一些孔或内孔处或在至少一些孔或内孔内引入热障 (thermal barrier)，和/或选择/处理板的材料。在阵列芯实施方案中这种热传递减弱装 置的非排他性和非穷尽性的实例包括考虑该实心体的几何横截面、出现率(密度)、样式和 方向，在实心体内部空间内引入热障，和/或选择/处理实心体的材料。如本文所使用的，“板(slab) ”相对于芯(core)而言，其复数形式和等同物包括 一个不论是从单一元件获得还是从多个元件获得的机械方面整体式的结构(mechanically unitary structure)，并且具有与第二主表面大体成相对关系的第一主表面，其中共同的 周缘表面将这两个主表面连接；“阵列(array)”相对于芯而言，其复数形式和等同物包括 一个具有多个大体柱状实心体的集合体结构(aggregate structure) 0 “热传递减弱装置” 包括固有(intrinsic)材料(由该板或阵列实心体获得的材料成分，或者由基本与该板或 阵列实心体材料相同的材料获得的材料成分)或外在(extrinsic)材料(一种与该板或阵 列实心体材料基本不同的材料成分)，该热传递减弱装置被集成在或集成到该板或阵列实 心体中，或者构成一种对该板或阵列实心体的处理，其中当该芯承受沿垂直于第一和第二 主表面方向的相对的压缩力时，通过承受这种压缩的至少一部分板或阵列导致了热传递率 的降低。除了以上所述，由板状芯限定的孔或内孔或阵列的实心体的几何横截面、方向、出 现率或样式可以是均一的或非均一的。本发明的板状芯实施方案可以包括一个弹性材料——诸如膨胀泡沫(优选为聚氨 酯)——的板或多个机械地彼此联接的子板制成的板，如在下文中将会更详细地描述。除 非以其它方式通过材料处理的方式修改，单一板状芯实施方案通常是均质的，而多个子板 芯实施方案可以是均质的或非均质的。同样的情况适应于本发明的阵列芯实施方案一个、 一些或所有实心体可包括弹性材料的单一元件或多种机械地彼此联接的材料。此外，子板 (或阵列材料元件)之间的界面可以是平面的或不规则的，且可以被定向在任意期望的方 向，例如，与用于平面界面的板状芯实施方案的至少一个主表面相垂直、倾斜或平行。如前所述，本发明的板的实施方案可包括一个均质的板或一个非均质的板。一个 均质的板包括由在其整个体积具有大体一致的平均压陷力变形(“IFD”)值的单一材料形 成的板，而无关于构成该板的部分、元件、方向或区段的数量，也即，该板的组成并不是其特 征的决定性因素。一个非均质的板包括具有多个区段的板，每个区段都具有一不同于相邻 区段的IFD值，而无关于构成该板的部分、元件或区段的数量。一个非均质的单一板可包括 多个IFD区段，和/或多个子板可包括相应数量的IFD区段。在均质的或非均质的板的实施 方案中，多个子板和/或元件彼此相关联(例如，粘结、熔接)以在其间形成机械联接。这 种关联(例如，堆叠、邻接、配合、拼接等)的方向在大多情况下并不是这些限定的实质性约 束ο在均质的板的实施方案中，该板的特征在于在物理操作一诸如在其内形成孔或 轮廓——之前，具有一个大体一致的平均IDF值。因此，在这种实施方案中，该板的原本均勻 的IFD值可以受物理操作——诸如孔的出现率、布置和/或几何构造——的影响，以及受到 通过诸如成形加工而对孔的截面厚度的改变的影响。然而，该板的基本构造保持不变。包同的IFD值的子板的板被包括在此类实施方案中，即使最 后的关联在其某些部分修改了所得到的芯的IFD值。然而，在此类实施方案中不包括这样 的板，其中多个这种子板相关联且特意地利用这种关联关系以为了具体原因而修改该板的 IFD值，例如，一种粘合剂被用于使两个子板相关联，且该粘合剂固化为刚性的界面，该界面 的性能旨在为了期望的目的而影响该板的IFD值。在非均质板的实施方案中，存在一些不同于可应用于均质板的因素来修改该非均 质板的IFD值。这些因素包括但并不局限于使具有固有的不同IFD值的至少一对子板相 关联(或者参考以上所述，使相似的IFD子板相关联，其中用于关联的模式或方式本质上 和特意地改变了所得到的板的IFD值)；由于孔的出现率、布置和/或几何构型，或者由于 诸如通过成形加工对该孔的截面厚度进行修改，而使具有特定IFD值的至少一对子板相关 联；和/或使用诸如通过在该板内引入不同材料(包括流体填充的储存室)而具有固有可 变的IFD值的单一板。如前所述，本发明的阵列实施方案包括多个大致柱状的实心体。该大致柱状的 实心体可以规则和/或非规则样式布置，或随机布置，其包括第一部分以及一个大体相对 的第二部分，该第一部分和第二部分中的每一部分可以是分离的表面或相同表面的不同部 分。它们被布置为使得集合体的第一表面通常接近第一平面，且第二表面通常接近第二平 面。在概念上，该第一平面相应于板实施方案的第一主表面，该第二平面相应于其第二主表 面。在一系列的实施方案中，所述柱状物中的至少一些的主轴线通常垂直于该虚拟的第一 和/或第二平面。在此，这些类型的柱状物被称为“垂直的柱状物(normal columns)”。在 另一系列的实施方案中，至少一些柱状物的主轴线通常并不垂直于该虚拟的第一和/或第 二平面。在此，这些柱状物在本文中被称为“倾斜的柱状物”。对于本发明的板状芯实施方案以及如上述所公开的内容，多个孔或内孔由该板限 定(除非另外指出或从用法的上下文中明显可知，术语“板(slab)”在下文中是指单个或 多个子板，不管是均质的还是非均质的)。孔的轴线垂直于该板的第一主表面、垂直于该板 的第二主表面或垂直于该两个主表面，被称为“垂直的孔/内孔”。该孔/内孔的轴线还可 以与该第一和/或第二主表面成锐角。换句话说，孔轴线与第一主表面相交的点和孔轴线 与第二主表面相交的点并不是直接相对的。通常，这种孔或内孔被称为“倾斜的孔/内孔”。 除了轴线方向，由板状芯限定的孔/内孔包括几何横截面、出现率和样式。如在下文中将详 细描述的，该几何横截面可以被用作热传递减弱装置的形式。关于出现率和样式还有芯密 度、性能、绝缘值分布以及其他因素的参数也将在下文中详细描述。对于本发明的倾斜的孔/内孔的实施方案，这种孔/内孔为讨论目的被分成两类 “开放的(open)”和“遮蔽的(occluded)”。开放的孔/内孔是在与第一或第二主表面(其 经常在重力方向上更接近地面)垂直的方向上对于从一个孔/内孔孔口至另一个孔口的物 质传输不具有物理障碍的那些孔；遮蔽的孔/内孔是在与第一或第二主表面垂直的方向上 对于物质传输具有物理障碍的那些孔(在具有从一个孔口贯穿至另一个孔口的通道的意 义上来说，这两种孔都是开放的，但是当从截面以及沿一个与在重力方向上更低主表面垂 直的方向上来观察时，开放的实施方案将具有一个非遮蔽的通道，而遮蔽的实施方案具有 一种使得垂直的物质传输在离开相对的孔口之前将必然地撞击孔/内孔壁的方向/几何结 构)。
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热传递减弱通常包括改变减弱传导、对流和/或辐射热传递效率的装置。因为由 于存在芯的分离的相对主表面，传导热传递并不是本发明的实施方案中热传递的主要模 式，所以用于热传递减弱的装置的重点集中于对流和辐射。如所公知的，用于产生对流热障的主要装置是在一容积内阻断流体/气体运动或 流动。本发明的芯的实施方案包括位于板状芯中的孔/内孔和/或位于阵列芯中的实心体 之间的空间(inter-solid space)。因此，除了涉及该芯的透热性的因素，所述孔/内孔和 空间提供用于从该芯的一个“表面”至相对表面的热传递的特别重要的管道。类似地，位于 芯内的所述孔/内孔和空间可以成为用于辐射热传递的主要管道。因此，在所述孔/内孔 和/或空间内、或在孔/内孔的一个或两个孔口处布置适合的热传递减弱装置提供了用于 实现该热传递减弱装置的所述目标的有效模式。接着首先说明本发明的垂直的或正交的孔/内孔板状芯的实施方案，期望在至少 一些所述孔/内孔的孔口处和/或其内设有某种热减弱装置的形式，以至少减少穿过其中 的对流热传递，以及优选地也减少辐射热传递。因此，这些实施方案将优选地包括布置在至 少一些所述孔/内孔中的离散的塞子(plug)构件，和/或将优选地在一个或两个主表面处 具有热障——诸如片材(sheet)材料——以遮蔽至少一些所述开放的孔/内孔。其中至少 两个子板构成该板，该热传递减弱装置还可被布置在子板之间的界面处，且优选是一种片 材材料。在本发明板状芯的实施方案中的开放的倾斜的孔/内孔类似地受益于可应用于 开放的垂直的孔/内孔的热传递减弱装置。然而，通过提供用于垂直的或开放的倾斜的孔/ 内孔的分立的热传递减弱装置而获得的益处并不如当采用倾斜的遮蔽的孔/内孔时显著。 因为对流热传递通常发生在与重力加速度方向重合的、但相反的方向上，因此该板状芯的 至少一部分起减弱热传递的作用(由于主体支撑垫支撑表面通常(或至少优选地)与该方 向成垂直，使得在这一方向原本被遮蔽的孔/内孔本来就提供一种对流减弱装置，尽管可 以期望额外的绝缘)。因此，板状芯限定至少一个倾斜的遮蔽的孔/内孔的处理本身构成了 热传递减弱装置的形式，从而超越芯固有的绝缘性质而改进芯对热传递的抗性。由引入倾斜的孔/内孔(不论是开放的还是遮蔽的)所实现的一个益处是这些孔 比被认为与至少一个主表面相“垂直”的具有类似几何横截面的孔/内孔更易于受垂直方 向的压缩变形的影响(由于在与至少一个主表面垂直的方向上的压缩力的施加而弯折/塌 缩)。在倾斜的孔/内孔的压缩弯折/塌缩期间，该倾斜的孔/内孔必然变得被遮蔽或更 为遮蔽。因此，这种板状芯的绝缘属性通过其使用被增加通过使用穿孔的芯(具有多个孔 /内孔的芯)可得到的所有优势借助于该倾斜的柱状体的实施方案实现，甚至主要的热缺 陷，即通过所述孔/内孔的对流热传递，在承受压缩负载的所得到结构的至少一部分中极 大地被减弱。在具有塞子构件的实施方案中，该塞子构件不需要占据每个孔/内孔，但在一些 实施方案是需要占据每个孔/内孔的。由于限定该孔/内孔的边界的两个孔口之间的遮蔽 是一个目标，塞子构件可被定位在孔/内孔内的任意位置。然而，为了制造的目的，可以期 望使得这些塞子构件接近板/芯的主表面中的一个或两者定位。优选地，该塞子构件由该 板/芯为形成孔/内孔而去除的材料形成，但还可以是来自其他操作——诸如棉絮零料和 类似物——的废弃材料。另外，为了保留芯重量的益处——其是制造孔/内孔的主要原因，
6该塞子构件优选地比板状芯材料的密度低和/或占据比其所驻留在孔/内孔的体积更小的 体积。在其他板状芯的实施方案中，热对流热传递通过在一个或两个主表面上定位一片 材材料——诸如膜、薄泡沫材料或优选由聚酯构造的棉絮——而被减弱。如果期望在一个 最终结构——诸如自充气垫——在其内具有抗拉元件，那么可以期望选择性地应用或使用 一种粘合剂或低熔点塑料至这种片材材料。通过这种方式，该片材材料可以被粘合或附着 至该板/芯，以及任何包壳结构。在许多实施方案中，除了或替代对流传递减弱装置，解决了上述提到的热传递的 其他形式。为了解决辐射热传递模式，该芯可进行辐射反射材料(例如，蒸镀铝)的表面处 理，或者一个辐射屏障膜可以与该主表面中的一个或两者相关联。同样地，根据应用，在这 些性能并非是已固有的条件下，可以期望将一种粘合剂或低熔点塑料选择性地应用或使用 到这种膜材料。在行业中公知的这种膜包括镀铝的迈拉膜(MAYLAR)或在其一侧或两侧上 具有高热反射性涂层的其他形式的聚合膜材料。如果这种膜被定位在板状芯的两侧上，那 么板状芯若并非是充分可透过流体/气体的，则可以设置从所述柱状物泄放气体/流体。在 板/芯的周缘被暴露在周围环境的条件下(例如，其并没有粘合至任何非渗透性材料)且 在板状芯具有内在气体/流体迁移性能(例如，开放式泡沫)的条件下，虽然可能是可期望 的，但并没有必要将至少一个膜穿孔以使得适合的气体/流体能够逸出和进入。除了与一个或两个主板状芯表面相关联，两个对流和/或辐射传递减弱装置可被 布置在构成一个板状芯的两个或更多个子板之间。同样地，因为减弱装置的目的是中断从 板/芯的一侧至另一侧的热传递，所以其精确的位置或定位对于芯的期望性能来说并不是 关键的。此外，这种形式的热传递减弱装置不仅对于垂直的孔/内孔具有实用性，而且对于 倾斜的开放的或遮蔽的孔/内孔也具有实用性。具体而言，基于膜的辐射屏障改进了任何 板状芯构型的整体性能。具有构成一板状芯的至少两个竖直相关联的(堆叠的)板的本发明的板状芯实 施方案还可以采用孔/内孔偏离布置，以作为用于改进芯对热传递——尤其是对于对流传 递——的抗性的可行的热传递减弱装置。在这些实施方案中，第一子板中的孔/内孔与第 二子板中的孔/内孔是偏离的，使得从一个孔/内孔孔口至另一个孔口的路径被遮蔽。换 句话说，这些孔/内孔至少是部分不连续地穿过该板状芯的截面，且因此保留了穿孔的板/ 芯的益处，但仍然减弱了通过其中的热对流。对于其他实施方案，可以在本发明的垂直的孔 /内孔的实施方案以及倾斜的开放或遮蔽形式的孔/内孔的实施方案中利用这一特征。上述讨论涉及了板和阵列芯的构造。然而，有利的热减弱还可以通过选择用于可 充气主体的包壳的材料来实现，这构成对本发明的芯的优选利用。如前所述，用于使用任何 本发明的芯的实施方案的可充气主体的包壳可以整体地、基本地、局部地或选择性地被直 接地或间接地粘合至该芯，或者可以根本不与之粘合。如此，提高的热性能(即，降低的从 该芯的一侧至另一侧的热传递)可以通过将绝缘材料集成至包壳材料或处理该包壳材料 来实现，尤其是当该包壳至少局部地或选择性地粘合至该芯时。这些实例包括与包壳材料 相关联(外部地被暴露在周围环境中或内部地被暴露至该芯，或者作为位于暴露至周围环 境的层和呈现至该芯的层之间的中间层)的对流和/或辐射屏障。在该材料本身包括该包 壳的条件下，优选实施方案将包括一个具有辐射屏障的包壳。
尽管大多的上述发明实施方案可以通过具有本领域普通技术的专业人员来实施， 而无需过度的实验，但不易获得用于具有倾斜的柱状物的板的成本有利的构建技术。一个 解决方案是在具有比所期望大得多的截面厚度的板中形成垂直的孔/内孔，接着从中去除 具有平行相对的主表面和倾斜的柱状物的部分。然而，这一解决方案产生了很大的浪费且 引入了其他技术问题。另一解决方案是使用倾斜的切削工具。然而，同样地，这需要专门的 设备且这种技术并不能实现批量生产。在具有这种板状芯的本发明的实施方案的构建中利用的解决方案使用旨在用于 形成垂直的孔/内孔的工具。然而，并非是简单地将所述工具应用至板或垂直地压缩该板 的主表面，而是一个被垂直压缩的板受到了剪切力。换句话说，例如，当两个压缩压板之间 的这种摩擦已建立时，所述压板被有差异地移动，以便在板中产生剪切力。此时，为了实现 期望的柱状物出现率和样式，该板可以在垂直于压板的方向上被穿孔。一旦该压板被释放， 所述板就恢复其闲置时的几何形状，但此时限定了多个倾斜的柱状物。差异移动的程度将 决定相对的孔/内孔的方向，包括形成倾斜的遮蔽的孔/内孔。对于本专利来说，如在本文可以使用的和通过示例的方式，术语“区域(area)”、 “边界(boundary) ”、“部件”、“部分”、“表面”、“区段(zone) ”以及它们的同义词、等同字和 复数形式都旨在提供关于所述的物品和/或方法的描述性参考或标志。这些以及类似或等 价的术语并不旨在、也不应被认为在本质上界定或限定所提到的物品和/或方法的要素， 除非像那样明确阐明，或从一些附图和/或使用所述术语的上下文表面地清楚可见。


图1是常规板状芯的立体图，其中从一个主表面延伸至相对的主表面的多个开放 的垂直的孔/内孔由一弹性材料的板限定；图2是图1中的板状芯的详细局部截面图，其图解了由垂直的孔/内孔提供的不 受限制的辐射和对流热传递路径；图3显示了根据本发明的一个实施方案的、在引入热传递减弱装置后的图1和2 中的板状芯，该热传递减弱装置为布置在至少一些垂直的孔/内孔中的离散的塞子构件的 形式；图4图解了根据本发明的一个实施方案的、图1和2中的板状芯的一个变型，其中 该板包括两个子板，以及其中热障形式的热传递减弱装置被布置在它们之间；图5是本发明的阵列芯的实施方案的立体图，其中多个柱状的实心体被示为在对 齐的相对位置(opposition)，且热障形式的热传递减弱装置被布置在它们之间；图6是本发明的板状芯的实施方案的立体图，其中多个遮蔽的倾斜的孔/内孔从 弹性材料的板的一个主表面延伸至相对的主表面，以构成热传递减弱装置；图7是图6中的板状芯的详细局部截面图，图解了倾斜的孔/内孔的遮蔽性质，由 此构成了辐射热传递减弱装置；图8显示了在板状芯受到垂直的压缩负载后图7中的板状芯的截面图，由此使至 少一些遮蔽的倾斜的孔/内孔塌缩并构成了对流热传递减弱装置；图9是本发明的板状芯实施方案的立体图，其中多个开放的垂直孔/内孔形式的 热传递减弱装置从弹性材料的板的一个主表面延伸至相对的主表面且具有特意选定的几
8何横截面来减小实现所述孔/内孔坍塌缩所需的力；图10是基本沿图9中的线10-10所取的横截面图，显示了在压缩负载之前的多个 孔/内孔；图11显示了在承受与板状芯的主表面成垂直方向的压缩负载、由此多个孔/内孔 构成了 一个对流热传递减弱装置之后的图10的横截面；图12是布置在上压板和下压板之间的板状芯的分解立体示意图；图13显示了在板状芯的压板压缩后图12的布置；图14是图13中示出的布置的示意性侧视图；图15是图14中示出的布置的详细局部横截面图；图16显示了与板状芯压缩接触以在其内产生剪切力的上压板的横向运动，以及 使用模切元件(die element)以在其内产生孔/内孔；图17显示了图16中的模切元件完全延伸进入板状芯；图18显示了在去除模切元件后的图17中的布置；以及图19显示了在与压板脱离且恢复板状芯的初始形式后的图18的布置，该板状芯 现在具有遮蔽的倾斜的孔/内孔。
具体实施例方式前言在多个附图中的任意数字引线的末端，当与任何结构或方法相关时，在这区 域描述的参考符号或标志，旨在于典型地表示出和相关于这些结构或过程、与这些对象或 过程的书面描述相关的参考或标志。并不旨在，也不应被认为从本质上界定或限定所提到 的对象或过程的边界，除非像这样明确阐明，或从附图中和使用术语的上下文表面地清楚 可见。除非同样地明确阐明，或从一些附图和使用术语的上下文表面地清楚可见，所有文字 和视觉辅助资料应该具有与此处公开文本一致的普通的商业和/或科学意义。提出了以下论述，使得本领域内技术人员能够制造并使用本发明。对优选实施方 案的各种变型对于本领域内技术人员是容易明了的，且在不偏离在所附权利要求书限定的 本发明的主旨和范围的情况下，在此描述的基本原理可被应用至其他实施方案和应用。因 此，本发明并不旨在局限于所示出的实施方案，而应被给予与在此公开的原理和特征一致 的最宽的范围。然后，参见多个附图——其中相同的标号表示相同的部件，更具体地参见图1和 2，显示了一个常规的板状芯作为参考。板状芯20优选地由弹性材料形成，该弹性材料通常 是一种开室泡沫材料且尤其是一种开室聚氨酯(urethane)泡沫。板状芯20不仅具有周缘 表面26，还具有主表面22和24 (对于惯例而言，主表面22在此还可以被描述为“下主表面 22”，主表面24在此还可被描述为“上主表面24” ；主表面24并没有在立体图中示出，但为 了完整起见有必要描述和标出)。板状芯20还限定了多个孔/内孔30，这些孔/内孔通常 以孔口(orifice)32和34(由于孔口 34位于主表面24上，故未显示)以及壁36为边界。 每个孔/内孔30都有一个几何横截面。如在图2中具体地示出，孔/内孔30具有一个主轴线，该主轴线大致垂直于两个 主表面22和24，且因此被称为“垂直的孔/内孔”。也如图2中具体示出的是，没有任何热 传递减弱装置来影响主表面22和24之间的辐射或对流的热传递率。因此，虽然生成一个
9低密度的板状芯，但引入垂直的孔/内孔30降低了板状芯的固有绝缘性能。在图3中示出了对于这种板状芯的绝缘性能的不期望损失的图解的第一解决方 案，其中多个塞子元件40被引入至少一些孔/内孔30中，或者在至少一些孔/内孔30的 成形期间被保留。不管是从固有材料还是外在材料获得，不管被联接至共同的基底还是在 本质上是离散的，塞子元件40都被布置在相对的主表面22和24之间，以限制它们之间的 对流和/或辐射热传递。有经验的专业人员将理解，对于塞子元件40的材料选择除了影响 重量以外还将影响板的绝缘性能。因此，这两个因素之间的平衡将至少部分地推动材料选 择程序。在图4中示出了对于这种板状芯的绝缘性能的不期望损失的图解的第二解决方 案，其中热障50被布置在两个子板20’ a和20’ b之间，该子板20’ a和20’ b组合形成板 状芯20’。同样地，热障50可包括旨在用于其目的的任何材料。因此，这一解决方案范围内 的许多实施方案将使用辐射反射性棉絮(radiantly reflective batting)，诸如镀铝迈拉 膜(aluminized MYLAR)( 一种薄膜材料)或聚酯棉絮(polyester batting)(通常是一种 短纤材料)，使得将有利地影响辐射和对流热传递模式。替代地或附加地，热障50可以被布 置在任一主表面22和24上或被同时布置在两个主表面22和24上，同样考虑降低板状芯 重量和改进热性能的竞争性目的。除了在孔/内孔内集成热障50以外，还可以通过使孔/ 内孔30偏置来提高在多个子板的实施方案中的热性能。热障50还被用作一个用于柱状实心体160的基底，以产生阵列芯120，如图5最佳 所示。在此，热障50的两侧具有与之相关联的实心体160，该实心体160优选地——诸如通 过粘合剂或类似方式——被机械地联接至热障50。除了向板状芯20/20’添加材料来作为热传递减弱装置的形式外，还可以对板状芯 20进行处理。处理可包括施用化学制品或其他物质，或者可包括改变所述孔/内孔的参数。 如图6至8最佳所示，倾斜的遮蔽的孔/内孔230可以在板状芯220中形成。这种孔/内 孔在本质上减弱辐射热传递，该辐射热传递是线性的且几乎总是与主表面224和224的其 中之一或二者垂直进入到孔口 232、234的辐射将必然地撞击到孔/内孔的壁236上。然 而，在孔口 232和234之间仍然存在有效的流体路径，该流体路径有利于对流热传递。不论是开放的还是遮蔽的，许多倾斜的孔/内孔的特征是它们在偏离轴线的压缩 期间趋于塌缩，如图8最佳所示。当处于塌缩状态时，之前由壁236限定的开放的流体通道 现在被阻塞，由此显著地降低了经由对流的热传递，极大地改进了板状芯的热性能，而不需 要添加任何固有或外在材料。由于在许多应用——诸如充气垫——中，热性能仅是当这种 物品在经受压缩时的问题，这种对流通道的选择性闭合并非不利的。尽管倾斜的孔/内孔被认为是所希望的，垂直的孔/内孔也可被产生用于包括类 似的功能，虽然可能会降低性能。图9至11显示了一种类似的孔/内孔塌缩策略，其中垂 直的孔/内孔330在板状芯320中形成，且经受压缩性的塌缩，由此阻塞了之前由壁336限 定的开放的流体通道。有经验的专业人员将理解，合理选择任意给定孔/内孔的几何横截 面和认识到板状芯内的孔/内孔密度将不仅影响达到塌缩所需的力，也影响板状芯重量的 减少。接下来参见图12至19，示出了一种用于制造板状芯230的方法。一个实心板230’ 被定位在两个多孔的压板270a和270b (图12)之间且由此以足够的力被压缩(图13至15)，从而产生一个足以使得板230’受到剪切力的摩擦系数，如图16最佳所示。在此时， 模切元件280进入穿过压板270a中的孔272a，将板230，穿孔，且部分地穿出压板270b中 的孔272b，如图17所示。一旦拔出模切元件280 (图18)且使压板270a和270b解除压力 (图19)，则剪切力就从板230中去除，从而恢复至其初始构造。所得到的板230现在具有 倾斜的孔/内孔230，该倾斜的孔/内孔230通过非倾斜对准的工具产生。
权利要求
一种由材料制成的弹性芯，包括一个机械方面整体式的板，其具有与第二主表面成大体相对关系的第一主表面，其中共同的周缘表面将这两个主表面连接；由该板限定的多个孔或内孔，其中每一孔或内孔都具有一个由轴线限定的相对于至少一个主表面的方向以及一个几何横截面，该多个孔或内孔限定一个关于这些孔或内孔的布置并具有一密度；以及热传递减弱装置，其用于相对该芯的固有绝缘性能而改进该芯对于热传递的抗性。
2.如权利要求1所述的弹性芯，其中该热传递减弱装置包括对该板的处理。
3.如权利要求2所述的弹性芯，其中对该板的处理包括将至少一些所述孔或内孔的轴 线定方向，以形成倾斜开放的或倾斜遮蔽的孔或内孔。
4.如权利要求1所述的弹性芯，其中该热传递减弱装置包括对该板的添加物。
5.如权利要求4所述的弹性芯，其中该添加物包括引入的屏障。
6.如权利要求4所述的弹性芯，其中该添加物包括引入的至少一些塞子元件。
全文摘要
一种由材料制成的弹性芯，包括一个机械方面整体式的板；多个由该板限定的孔或内孔；用于改进该芯对于热传递的抗性的热传递减弱装置。
文档编号A47C27/00GK101969820SQ200980108204
公开日2011年2月9日 申请日期2009年1月12日 优先权日2008年1月10日
发明者B·W·鲍尔斯, D·S·贾科特, J·E·马尔森, J·S·林肯, J·顾特卡 申请人:凯斯凯德设计有限公司