专利名称：使用导电纤网的加热物品的制作方法
使用导电纤网的加热物品相关申请本申请要求2008年5月四日提交到美国专利商标局的序列号为61/130，220、题 目为“使用导电纤网的产品”的临时专利申请的优先权。序列号为61/130，220的临时申请 的全部内容以引用方式并入此处。
背景技术：
出于节省制造成本和避免从一个使用者到另一个使用者的物质传递的原因，需要 能够用于多种产品的加热元件，在这些产品中，该加热元件和/或产品自身能够得益于被 制成全部或部分为一次性的。本公开描述了导电纸(纤维素和碳纤维合成物)在加热/加温应用中的使用。目 前已经进行了大量的工作来研究导电纸作为加热材料的加热性能和效率。导电纸在其他应 用中的商业发展也已经显示出这种材料能够带给加热/加温领域的可能的高效率和低成 本。
发明内容
本公开总体涉及可用于多种加热应用的导电无纺纤网。于此所描述的公开内容解 决了上述问题并提高了多种加热产品的效率。特别的，本公开提供了一种包括加热元件和电源的加热物品，该加热元件包括混 合有导电纤维的无纺纤维的第一层，其中该层被划分成包括导电区域和非导电区域，其中 导电区域在该层的大部分区域中以共同延展且共面的图案延伸，且该导电区域具有第一端 部和第二端部，所述电源可拆卸地耦合到该第一和第二端部。本公开还提供了一种包括加热元件的加热物品，该加热元件包括第一层，该层由 混合有非金属导电纤维的无纺纤维构成，其中该层被划分成包括导电区域和非导电区域， 其中导电区域在该层的大部分区域中以共同延展且共面的图案延伸，且其中该导电区域具 有第一端部和第二端部，第二层与第一层重叠，其中第二层基本上无非金属导电纤维。该加 热物品还包括一个可拆卸地耦合到上述第一端部和第二端部的电源。本公开的其他特征和方面将在下文中更加详细地加以讨论。
通过参考下文的描述、所附权利要求以及所附的附图，本公开的前述及其它的特 征和方面以及获得这些的方法将变得更加清晰明了，且本公开自身也将被更好地理解。其 中图1为本申请加热物品的平面示意图。图2为将与图1所示的加热物品结合使用的电源和控制电路的示意图。在本说明书及附图中重复使用参考标记是为了表示本公开中相同或相类似的特 征或元件。这些附图是代表性的，并不必须按比例绘制。其中某些比例可能是扩大的，而其3他的比例可能是缩到最小的。
具体实施例方式本领域普通技术人员可以理解的是这里讨论的仅仅是对本公开的各示例性方面 的描述，而并非意在对本公开较宽的方面加以限制。本公开总体涉及包括导电元件的加热产品。此处描述的一些产品为一次性的，这 意味着该产品被设计成在有限次使用后被丢弃，而不是被清洗或者以其他形式恢复以再次 利用。在共同未决及共同拥有的序列号为12/130，573和12/341，419的美国专利申请中 详细描述了导电纤网和导电纤网的制造工艺，上述专利公开的内容在与此处描述不相违背 的意义上通过引用方式并入此处。根据本公开可使用的导电纤维可以根据特定应用和所需结果而改变。可用于形成 无纺纤网的导电纤维包括碳纤维、金属纤维、导电聚合物纤维及其混合物，其中导电聚合物 纤维包括由导电聚合物制成的纤维或者含导电材料的聚合物纤维。可使用的金属纤维例如 包括铜纤维、铝纤维等类似物。含导电材料的聚合物纤维包括涂覆有导电材料的热塑性纤 维，或者注入或混合有导电材料的热塑性纤维。例如，在一方面，可使用涂覆有银的热塑性 纤维。可用于本公开的碳纤维包括完全由碳制得的纤维，或者其含碳量足以使该纤维导 电的纤维。一方面，例如，可使用由聚丙烯腈制得的碳纤维。具体地，通过加热、氧化和碳化 聚丙烯腈聚合物纤维来制得碳纤维。一般地，这种纤维具有很高的纯度并含有相对较高分 子量的分子。例如，纤维的含碳量可大于约90%重量百分比，例如大于93%重量百分比，例 如大于约95%重量百分比。基于聚丙烯腈的碳纤维可以从大量商业源得到，例如包括从位 于田纳西州 Rockwood 的 Toho Tenax 美国公司(Toho Tenax America, Inc. Rockwood,)得 到。用于制造碳纤维的其它原材料是人造纤维和石油浙青。在形成根据本公开的导电无纺纤网的过程中，上述导电纤维与其他适合用在织 物制造工艺中的纤维相结合。与导电纤维相结合的纤维可包括任何天然的或合成的纤维 素纤维，其包括但不限于非木质纤维，如棉花、马尼拉麻(abaca)、洋麻(kenaf)、印度草 (sabai grass)、亚麻、细蓬针草(esparto grass)、禾酉草(straw)、黄麻纤维(jute hemp)、 甘蔗· (bagasse)、乳草属绒毛纤维(milkweed floss fibers)、菠萝叶纤维(pineapple leaf fibers)；以及木质纤维或纸浆纤维，例如从落叶树和针叶树得到的纤维，包括软木纤 维(如北方和南方软木牛皮纸纤维)；硬木纤维，如桉树、枫树、桦树和白杨。纸浆纤维可以 由高产量形式或低产量形式制备，且能够以任何已知的方法制浆，这些方法包括硫酸盐法、 亚硫酸盐法、高产量制浆方法和其他已知的制浆方法。还使用由有机溶剂制浆法制得的纤 维，这些纤维和有机溶剂制浆方法包括在于1988年12月27日公布的给Laamanen等人的美 国专利No. 4，793，898，于1986年6月10日公布的给Chang等人的美国专利No. 4，594，130 中、以及在于1971年6月15日公布的给Kleinert的美国专利No. 3，585，104中公开的纤 维和方法。还可通过蒽醌制浆法生产可用的纤维，如于1997年1月21日授予给Gordon等 的美国专利No. 5，595，628所示例。
纤维的一部分(如达到干重的100%或更少)可以是合成纤维，如人造纤维、聚烯 烃纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、皮芯型双组分纤维、多组分粘结剂纤维等类似物。聚乙 烯纤维的一个例子是Pulpex ，其可从Hercules公司得到，该公司位于美国特拉华州的 Wilmington。合成的纤维素纤维包括所有形态的人造纤维以及其他源自纤维胶或化学改性 的纤维素的纤维。总体而言，本公开的产品可用于与任何已知的且不与其预期的使用相违背的材料 和化学制品相结合。这种材料的例子包括但不限于婴幼儿爽身粉、发酵粉、螯合剂、沸石、香 水或其他恶臭掩蔽剂、环糊精化合物、氧化剂等类似物。特别有利的是，当碳纤维用作导电 纤维时，碳纤维同时也可用作气味吸收物。也可以使用超级吸收的粒子、合成纤维或薄膜。 其他的选择包括染料、光学增亮剂、湿润剂、软化剂等类似物。根据本公开制造的无纺纤网可包括单层均质纤维层，也可能包括分层或层状结 构。例如，该无纺纤网板可包括两层或三层纤维层。每层可具有不同的纤维成分。每层纤 维层可包括纤维的稀相含水悬浮物。每层中包含的特定纤维的类型一般取决于所形成产品 和期望的效果。一方面，例如，中间层包括与导电纤维结合的纸浆纤维。另一方面，外层可 仅包括纸浆纤维，例如软木纤维和/或硬木纤维。将导电纤维置于中间层内可提供多种优点和益处。例如将导电纤维置于纤网的中 心可产生其表面依然具有柔软的触感的导电材料。将纤维集中在纤网的某一层中还可以改 进该材料的电导率，而无需加入大量的导电纤维。一方面，例如，形成一个三层纤网，其中每 层的重量占纤网重量的约15%到约40%。外层可仅由纸浆纤维制成，或由纸浆纤维和热塑 性纤维结合而成。另一方面，中间层包括与导电纤维结合的纸浆纤维。导电纤维包含在中 间层内，且导电纤维的量占重量的约30%到约70%，例如重量的约40%到约60%，例如重 量的约45%到约55%。无纺纤网的电导率还可根据结合到纤网的导电纤维的种类，结合到纤网中的导电 纤维的量，以及在纤网中导电纤维定位、汇集或取向的方式而变化。一方面，例如，无纺纤网 可具有小于约1500欧姆每方的电阻，如小于约100欧姆每方，如小于约10欧姆每方。该薄片的电阻测量值(用欧姆表示)除以该薄片长与宽的比率，所计算出的商 作为该薄片的电导率。所得的该薄片的电阻以欧姆每方来表示。更具体地，根据ASTM F1896-98 “用于确定印制导电材料的电阻率的测试方法”进行电阻的测量。实施ASTM F1896-98所使用的电阻测量设备(或欧姆计)为装有Fluke弹簧夹(型号AC120)的Fluke 万用表(型号189)，两者均可从位于美国华盛顿、埃弗雷特(Everett)的Fluke公司得到。本公开的导电纤网的一个例子包括以下内容。通过使短切碳纤维与纤维素或合成 材料共同形成来制造导电纤网。碳纤维的纤维宽度为直径0. 0002-0. 0004英寸(5-10 μ m)， 纤维长度为切断后3mm，且碳纤维主要由纯度为92-95%的碳原子组成，还包括水溶性浆 料。该导电纤网典型地包括10%的碳纤维和90%的纤维素纸浆的混合。还可包括用于纤 网强度和着色的添加剂。分层性能可用于使碳纤维聚集到三层织物薄片的中间层内，这种 三层薄片具有低的基重和强度，但是具有较高的拉伸度。对于导电纸而言，可形成传统上不 褶皱的单层平坦纸张。导电纸具有高的基重和强度，但是易碎。调节纤维素与合成纤维的 比例可以改变材料性质。可替代地，可通过共形成工艺由熔喷纤网和碳纤维来形成导电纤 网。5
按照本公开所得到的导电纤网可作为单层产品而单独使用，或与其他纤网结合形 成多层产品。一方面，该导电无纺纤网可与其他织物纤网相结合形成2层产品或3层产品。 其他织物纤网例如可以完全由纸浆纤维制成且可以按照上述任意工艺制成。在替代方面，按照本公开所制成的导电无纺纤网可用粘合剂或以其它方式层叠到 其他无纺或聚合薄膜材料上。例如，一方面，导电无纺纤网可被层叠到熔喷纤网和/或纺 粘纤网，其中熔喷纤网和/或纺粘纤网由聚合物纤维制成，例如聚丙烯、聚酯或双组分的纤 维。如上所述，一方面，导电无纺纤网可包含合成纤维。在这方面，该无纺纤网可结合到相 对的含合成纤维的纤网，如熔喷纤网或纺粘纤网。将导电无纺纤网结合到多层产品中可提供多种优点和益处。例如，所得的多层产 品可具有更好的强度，可更柔软，和/或具有更好的液体芯吸性能。一方面，导电纤维可被包含在无纺纤网中以形成明显的导电分区。例如，一方面， 可利用流浆箱代替对穿过纤网厚度的纤维的分离，或在该分离的基础上附加该流浆箱。流 浆箱也可被设计成还分离纤网平面中的纤维。以此方式，导电纤维可仅仅被包含在沿纤网 长度方向(机器加工方向)的特定分区中。该导电分区可被非导电分区分离，该非导电分 区仅包含非导电材料，如纸浆纤维。出于示例性目的，如图1和图2所示，按照所公开的技术制成的产品可以是加热物 品10，用作便携式装置，该便携式装置用于治疗加热应用或其他低成本的加热应用。热疗法 可减轻疼痛，尤其是肌肉紧张和或肌肉痉挛的疼痛。并且，患有其他类型疼痛的病人也可受 益。热疗法的作用是(1)促进血液流向皮肤。( 扩张血管，增加局部组织的氧和养分的 输送。( 通过增加肌肉的弹性而缓解关节僵硬。便携加热物品10 —般可包括一次性加热 元件20、电源50 (例如可反复使用的电池-操作控制单元)以及用于将该一次性加热元件 20连接到电源50的机械和/或电气装置。该加热物品10包括结合到第一层M的一次性加热元件20，该第一层M由上述的 混合有非金属导电纤维的无纺纤维形成。第一层M被划分成包括导电区域观和非导电区 域32。根据本公开的一方面，该导电区域观在该第一层M的大部分区域中以共同延展且 共面的图案延伸。导电区域观包括电源50所能连接到的第一 /第二端部或第一 /第二引 线 34，36。图1更加详细地示出了本公开的一个方面。关于加热元件20，可通过如图1所示 的缠绕的卷状导电区域观提供热量。卷状设计的原因是将加热作用集中到且分散到整个 加热元件20上。第一层M中的导电区域观和非导电区域32可通过上述的导电纤维的分区而形 成。根据本公开的一个可替代的方面，第一层M中的导电区域观和非导电区域32可通过 结合而形成。结合线可形成于无纺纤网中，以形成不同的导电分区。关于通过结合和其他 手段形成的电路的进一步信息可在共同未决及共同拥有的序列号为—的美国专利申请 中得到，上述专利公开在与此处不相违背的意义上通过引用方式并入此处。为了从导电纤网中建立电路，关键在于打断、移除或改变一部分碳-碳纤维的结 合，并在导电纤网中建立高电阻区域。这可以通过在制作中对纤网进行超声结合或压力结 合来完成。结合技术在工业上是众所周知的，可以被架构成多种图案，以建立用于定义电路 的具有或大或小电阻的特定路径。例如，超声结合技术将足够的能量施加到纤网上以打断脆弱的导电纤维材料，但保留衬底。电路路径能够以高速、高效加以制造，从而可生产出多 种健康、卫生产品或其他消费产品中的低成本的一次性电路。施加结合时结合的宽度以及 结合的压力或强度可决定电阻增加的程度。没有被结合工艺影响的区域保持在相同的导电 水平。这种类型的工艺能够容易的适应当前的工业使用，以建立高产量的织物电路。建立电路路径的其他方法包括机械方法，如弯曲刀具切割和冲压裁剪导电织物或 导电材料，以切断或移除需要高电阻的区域中的导电织物。这主要是利用标准工艺技术切 割出电路图案。机械切割、压力结合及超声结合工艺均可一起使用，以便最高效地生产电路 图案，这些工艺可以利用旋转或插入式(plunge)机械技术实现。为了定制应用，加热元件20的电阻可以被调整。一方面，增加加热元件20中导电 纤维的百分比会降低加热元件20的电阻，从而提供更少的热量。另一方面，加热元件20可 以是分层的，且其中一层的第一和第二端部34，36电连接到另一层的第一和第二端部，这 类似于并联的电阻器。每一层具有固有电阻。众所周知，将电阻器并联连接时，电阻的倒数 值被有效的加入进来。利用结合、导电引脚或粘结剂，或利用其他任何合适的方法，能够使 端部被电气连接，因此建立层与层之间的导电结合。根据本公开的另一个方面，聚合物纤维构成一部分或所有无纺纤维。另外，可选择 任何合适的纤维(无论是纤维素还是聚合物)和适当的表面处理，使该第一层是吸收性的。 可对导电和非导电材料的选择进行调整来使得该第一层足够便宜以至于可被一次性使用， 且在其所期望的应用中足够耐用。可替代的，加热元件20的导热性可以被定制。聚合物纤维用作热绝缘体，因此聚 合物纤维的变化可调制加热元件20的导热性。分层的聚合物纤维还可以集中加热的方向 性。额外的合成或天然纤维层可被用于提供绝缘以最小化传到环境的热损失。气相沉积的 铝薄膜(下文将详细描述)也可用于向用户身体反射热。加热物品10的尺寸可符合多种需要，包括其可缩放成适于在人体治疗的范围内 产生热量的尺寸。导电区域观的电阻率可通过改变导电纤维的浓度和改变导电区域观的 宽度和厚度而变化。另外，电源50可被缩放，以便产生的热量可在治疗范围内。同时，选择 导电区域观的电阻率和由电源50提供的功率，以避免过多的功率需求。一个关键的治疗 加热温度是约97华氏度，当然如现有中所知的那样，该温度将随个体和应用而变化。另外， 期望的是电源50持续预期的治疗时间。例如，八小时的电池寿命通常足以支持一个治疗加 热时段。另外，需要可充电的电池，尤其是出于可持续的原因。理想的电池为可充电的，这 是因为为加热元件供电需要较高的电流消耗。对功率方程的基本回顾揭示了使加热元件的 功能最优化所需的电流、电压和电阻。例如，治疗加热物品10要达到97华氏度，可通过以 下实现即将含有浓度为12%的导电纤维的39gsm的导电纸沿物品(5cmx6. 8cm)长度方向 连接到6. 7V、205mA的电源上。特别地，利用一次性电池和可充电电池均有利于加热物品10的便携性。如图2所 示的一个潜在的方面，可使用一个3V的锂离子可充电电池M。也可使用其他电池技术，如 锂-聚合物或Zn-空气电池技术。电池M还需要具有足够的尺寸，以提供足够的电流。电 源50中的电池M输出的电压被集成电路提升到可应用的电平。例如，电池M被连接到升 压转换器58，如MAX669控制器，其可从Maxim Integrated Products得到。升压转换器58 将来自电池的3V电压转换到MV。电池M还被用于为微控制器62供电，微控制器62例如是PIC 16F876A微控制器，其可从Microchip Technology公司得到。微控制器62利用温 度传感器66来监控加热元件20的温度，并利用脉冲宽度调制(PWM)信号控制该温度，使其 达到期望温度。由微控制器62产生的PWM信号与升高的电压混合来加热加热元件20。另外，如图2所示的电路可用于控制加热元件20。在普通的化学加热器中，打开包 装会使加热器因与空气接触而被激活，且加热通常可持续几分钟。化学加热器一般可提供 热量直到化学反应被耗尽，加热量在使用过程中慢慢的下降。在具有电子控制的本公开中， 加热元件20可提供恒定的热量输出，加热元件20可周期性地具有加热脉冲，热量可慢慢升 至峰值，然后随时间慢慢下降，或者可使用其他适合的控制方案。另外，根据本公开的加热 元件20可快速加热至对于治疗应用合理的温度，一般在几秒钟之内。本公开的另一方面，电源50可被插入壁装插座或其他电源供给，且电源50可包括 为加热元件20提供合适功率所需的变压器和其他电路。在加热元件的内部，导电区域观可以是缠绕的卷状导电纤网，其在如图1所示的 两个接线端或端部；34，36处接附到电源50。两个端部34，36可以是任何合适的结构，只要 它们适合连接到电源50。本公开的一个方面，电源50通过任何合适的手段可拆卸地耦合到第一和第二端 部34，36。合适的手段包括标准的或定制的连接器、金属夹具、弹簧夹、搭扣、按钮、导电的 钩-环材料，连同其他任何合适的手段一起使用，这些其他合适的手段包括在共同未决且 共同拥有的序列号为11/740,671的美国专利申请中描述的类型，上述专利申请所公开内 容在与此处不相违背的意义上通过引用方式并入此处。电池M的理想应用需要最少限度 地具有小且贵的连接器，该连接器在制作过程中需要较多的操作。本公开的一个方面，可通 过利用可充电电池组而降低成本，该电池组预先包装在导电的钩或环状材料中，其中加热 元件20包括对应的环状材料。导电的钩或环的较大的表面面积确保了电源50到加热元件 20的低连接电阻。本公开的另一方面，通过将导电迹线印刷在各端部邻近，可将第一和第二端部34， 36耦合到电源50。一方面，通过在每个端部处在导电织物上丝网印刷银墨迹线，并利用连 接到电源50的金属夹子，可形成良好的电气连接。已经发现银墨能够深度渗入导电纸的结 构内部。另一方面，任何合适的导电材料和印刷工艺也是可用的。本公开的多个方面，电源50是耐用的且可重复使用。换句话说，电源50可从一次 性加热元件20上拆除，且能够重复用于另一个加热元件20。为了便于电源50与加热元件20的耦合，加热元件20和电源50之一或这两者可 以被标记为70，以使使用者能够在将其耦合时以合适的方式定向这两者。为了能够放置正 确，加热元件20与电源50耦合的区域可被标记出来以便与电源50相匹配。虽然在此应用 中一般不会以错误方式耦合电源50和加热元件20，但是标记出70的这种方式可打消用户 的顾虑。本公开的一个可代替的方面，电源50或加热元件20可包括任何合适类型的电子 温度控制，这种控制可充分地使加热元件的温度维持在期望的范围中。本公开的另一个方面，加热元件20可包括一个或多个附加层，每层具有与第一层 M相似或互补的设计。每个附加层与第一层对重叠，并可包括与非金属导电纤维混合的无 纺纤维，其中每个附加层还被划分成包括导电区域28和非导电区域32。可以由几层导电纸构成加热元件20，以使加热元件20具有较低的总电阻和较高的热质量。每个加热层可以被 另一个合适的电绝缘或热绝缘(或两者)层隔离开。这些层也能够以与下一层直接面对面 取向的方式放置，而无需插入绝缘层。因为每一层都具有固有的无导电纤维的一面，因而这 些层可以被层叠而无需绝缘隔离物。
在本公开的其他方面中，加热元件20还可包括一个或多个由聚合物薄膜(如聚乙 烯薄膜)或其他适合材料制成的液体阻挡层，以保护导电区域观免于因水或其他导电液体 的存在而电短路。另外，加热元件20可包括一个或多个重叠在其他层上具有合适结构的吸 附层。这样的吸附层可以通过液体阻挡层与导电区域观分离开。进一步地，加热元件20 可包括一个或多个由聚合物薄膜或其他适合材料构成的保护层，用于保护导电区域观使 其免受性能极限损伤。另外，加热元件20可包括在加热元件20的体侧上的压敏粘合剂层， 以便于加热元件20以可拆卸方式接附到使用者的身体。粘合剂层可覆盖加热元件20的全 部或仅覆盖一部分，如加热元件20的周边。最后，加热元件20还可以包括一个或多个全部 或局部热反射层，例如气相沉积铝薄膜，以在特定的方向上集中加热元件20产生的热量。对于加热应用，加热物品10能够以一次性方式或者耐用型方式用作治疗加热器 (例如，用于肌肉疼痛、患者保暖)。加热的其他应用包括用于基础设施加热的地垫、铺地基 材以及悬挂式空间加热器。该加热性质也可与热致变色墨水一起使用，用于不昂贵的显示 器，这种显示器以在一块基底上显示不同的图像来对不同的温度作出响应。更特别地，本公 开的加热物品10可被用于治疗康复和缓解肌肉疼痛，并通过加热治疗物质和皮肤来加强 皮肤对治疗物质的吸收。加热元件20的多孔性可保持多种物质，包括各种活性药物，例如 水杨酸甲酯，以促进康复。加热元件20也可被涂上香水或香料，以同时提供香料按摩。进 一步地，本公开的加热元件20可被用作一次性患者保暖装置，以在手术中防止体温下降， 或作为婴儿的保暖毯。加热元件20的一次性特性使其易于清除，不存在患者之间的物质传 递。对于释放香味的应用，加热元件20可以局部或全部涂上有香味的蜡、凝胶、液体 或其他在加热元件20被加热时可释放出来的有香味的温度响应材料。受控的加热可以用 于在特定的时间释放单一的且分离的香味，或者释放各种香味的组合。这种香味释放应用 包括香料按摩、家用芳香、防虫、分层定时释放以及其他合适的应用。例如，加热物品10可 以被设计成加热至115华氏度，以释放在该温度或该温度附近熔化、蒸发或升华的所使用 的香味剂，其中加热物品10使用壁装电源或电池供电的电源。加热物品10可作为加热器， 也作为有香味的材料的承载基底。对于清洁应用，利用加热的基底来承载合适的清洁物质可增强清洁效力。对于去 油脂擦的例子，加热元件20被加热，从而可通过降低油脂或油的粘性并由此使得油脂或油 更容易被加热元件20的吸收层所吸收来有效地去除更多的油脂或油。因为清洁用化学制 品具有增强的效力，因此这样的清洁工具可使用较少的清洁用化学制品。一次性拖把、擦、 海绵、敷抹器等等，可包括加热元件20以提升其清洁效力。其他可能的应用还包括在恶劣或寒冷天气状况下为人或动物提供热量。加热物品 10可被设计成适合手臂、腿、躯干、脖子、毯子，甚至可用于动物，如马、牛、兔、各种爬行动 物、狗和猫。这些加热物品10可以被用于极端环境中，如驾驶员的干燥衣、海上事故的救援 衣或其他极端寒冷条件下的救援衣，如极端寒冷环境中的汽车故障。这些加热物品10还可被用作一次性浴室加热毛巾，用于家居、卫生保健、旅馆。这些加热元件20还可被用作一次 性加热衬里，其可用于外套、滑雪服或其他衣物。另外，这些加热物品10可被用于加热普通 物品，如饮料容器。使用者可将半耐用或可重复使用的电源50耦合至这些方面中的任何一 个，并使用该产品。加热物品10性能价格比高，且可以对其加以调整以适应特定应用的加热需求。成 本是指对于每次使用加热元件的材料是一次性的，但是材料本身却足够耐用，或者如上所 述能够制造得更耐用以允许半耐用或耐用的加热应用。加热元件20的形式因子允许对加 热特性进行非常具体的调整。对加热元件材料的导电纤维容量、基重或尺寸/形状的工艺 更改使得可以实现加热元件设计的灵活性。这种可变性允许导电纸因其电阻加热特性而在 多种应用中的使用。另外，加热元件材料本身是柔软的，且能够以亲密的和/或人体工程学 方式适应使用者的身体。利用这里公开的导电纤网的技术构造加热元件20相对于目前的商业上可得到的 利用放热化学反应的产品可提供许多优点。本公开的便携式加热装置可允许以与化学激活 产品相比更便宜的方式制造一次性的加热元件20。另外，可调整的自动控制允许加热物品 10调整所产生的热量。进一步地，以电池M形式的电源50可以是可充电的或可取代的。 与身体相对的一侧上的反射材料提高了热效率。最后，熔断连接的使用可保护佩戴者，防止 过热。实验1在实验性研究中，制备了 2〃 X4"的导电纸薄片，其包括位于该导电纸薄片上两 相对的端部处的两个印制的银墨条(每个4mm宽，贯穿该薄片的整个宽度)。通过将两个银 墨条连接到从电源引出的分离的引线上，使每个样品被连接到电源。这些样品可5分钟加 热(接通电源)，5分钟冷却(关断电源)。利用红外摄像机能够以每秒4帧获取该纸的温 度。计算每一帧中该纸整个表面面积上的平均温度，建立作为时间函数的温度曲线。根据 温度曲线平坦区的平均温度计算最高温度。表一示出了给定功率/面积输入及给定导电纤 维填充条件下的最高温度。实验 2制备了 8〃 X 12"的约40gsm、含35%重量百分比的碳纤维的导电纸薄片，其包括 两个铝箔条(每个0.5"宽，贯穿该薄片的整个长度)，铝箔条在两个相对的端部处连接到 纸上。通过将两个铝条连接到从电源引出的分离引线可使用电源使样品产生热量。在大约 28V和大约2A，该薄片被加热至超过140摄氏度。没有发现烧焦的迹象。实验 3在2" X3"的导电纸薄片上涂上2克牛油树脂蜡，以制作释放香味的样品。将该 纸连接到电源并使该纸加热到114华氏度后，空气中可觉察到牛油树脂的气味。表 110
权利要求
1.一种加热物品，包括 加热元件，包括混合有导电纤维的无纺纤维的第一层，其中该层被划分成包括导电区域和非导电区 域，其中导电区域在该层的大部分区域中以共同延展且共面的图案延伸，且该导电区域具 有第一端部和第二端部；以及电源，可拆卸地耦合到第一和第二端部。
2.根据权利要求1所述的加热物品，其中非导电区域的至少一部分通过结合而形成。
3.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述第一层是吸收层。
4.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述无纺纤维包括聚合物纤维。
5.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述加热元件是一次性的。
6.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述电源是可充电的。
7.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述电源是耐用的。
8.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述电源被打上标记，使电源能够以正确的 取向耦合到该第一层。
9.根据权利要求1所述的加热物品，其中利用导电钩材料将所述电源耦合到该第一层。
10.根据权利要求1所述的加热物品，加热元件进一步包括与第一层重叠的第二层，其 中第二层包括混合有非金属导电纤维的无纺纤维，其中该第二层被划分为包括导电区域和 非导电区域。
11.根据权利要求10所述的加热物品，其中第一层和第二层被绝缘层分离。
12.根据权利要求11所述的加热物品，其中所述绝缘层电绝缘。
13.根据权利要求11所述的加热物品，其中所述绝缘层热绝缘。
14.根据权利要求1所述的加热物品，所述加热元件进一步包括与第一层重叠的水阻挡层。
15.根据权利要求1所述的加热物品，所述加热元件进一步包括与第一层重叠的吸附层。
16.根据权利要求1所述的加热物品，所述加热元件进一步包括与第一层重叠的保护层。
17.根据权利要求1所述的加热物品，所述加热元件进一步包括与第一层重叠的热反射层。
18.根据权利要求1所述的加热物品，进一步包括适于在加热时释放香味的芳香物质。
19.根据权利要求1所述的加热物品，其中所述导电纤维是非金属的。
20.一种加热物品，包括 加热元件，包括混合有非金属导电纤维的无纺纤维的第一层，其中该层被划分成包括导电区域和非导 电区域，其中导电区域在该层的大部分区域中以共同延展且共面的图案延伸，且该导电区 域具有第一端部和第二端部；第二层，与第一层重叠，其中第二层基本上无非金属导电纤维；以及 电源，可拆卸地耦合到第一和第二端部。
全文摘要
提供了一种包括加热元件和电源的加热物品，该加热元件包括混合有导电纤维的无纺纤维的第一层，其中该层被划分成包括导电区域和非导电区域，其中导电区域在该层的大部分区域中以共同延展且共面的图案延伸，且该导电区域具有第一端部和第二端部，所述电源可拆卸地耦合到第一和第二端部。该第一层可包括混合有非金属导电纤维的无纺纤维。该加热物品还可包括与第一层重叠的第二层，其中该第二层基本上无非金属导电纤维。
文档编号H05B3/14GK102047753SQ200980119108
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者D-D·H·恩汉, S·兰加纳坦, S·盖克哈尔, T·M·阿莱斯三世 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司