CN101453925A - 制备包括凝胶层的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备包括凝胶层(50)和第二层(60)如泡沫层的支持装置的方法；特别地，本发明提供了一种制备床垫的方法，所述方法一般包括：制备凝胶层，将所述凝胶层固定到第二层，由此，在某些实施方案中，泡沫层用作所述第二层，所述泡沫层的表面可形成有用于接受所述凝胶层的空穴。

Description

制备包括凝胶层的装置的方法
技术领域
一般地，本发明涉及被设计为用于身体支持的装置的制备方法。特别地，本发明涉及制备包括凝胶层和附加层如发泡层的装置的方法。
背景技术
已知的，现有技术中存在很多用于为使用者提供身体支持的装置。这些装置一般包括一个或多个衬垫层或减震层，为使用者的身体提供功能性支持，以及在提供这种支持的同时，提供一定程度的舒适度。类似地，这种装置也可包括机械支持如螺旋弹簧。
现有技术的改进一般涉及这样的装置：不但在这些装置中提供必要的功能性支持，还提供改进的舒适度或降低提供支持所必需的材料的体积。例如，授予Romano等人的美国专利No.6,701,556公开了床垫或坐垫结构，所述结构被设计成改善压力分布，同时降低所述床垫或坐垫的总厚度。另外，被授予Rose的美国专利No.6,804,848公开了一种空气支持睡眠***，所述***具有上层床垫空气特定姿势组件(upper mattress airposturizing module)和可调整的空气特定姿势睡眠表面(adjustable airposturizing sleep surface)。
尽管通常用于身体支持的装置可提供功能性支持，但是它们仍然不能提供有利于休息或睡眠的一定程度的舒适度，或者当与支持体表面接触时，不能为身体部分提供最大程度的压力释放。通常已知地，凝胶材料提供良好的身体舒适度和压力释放。另外，还已知的是凝胶表现出相对高的热导率。因此，凝胶如聚氨酯凝胶，通常被认为对身体而言具有“凉爽”感觉，因为当与凝胶接触时，可以感觉到身体的热量从身体流走。
由于凝胶材料所提供的令人满意的性质，对含有凝胶的支持装置的需求不断上升也就不令人感到惊讶了。但是，迄今为止，仍没有提供能够以节约成本的、有效的方式制备包括凝胶层的支持装置的方法。
因此，在本领域，仍然存在对用于身体支持的、包括凝胶层的装置的制备方法的需求。本发明提供这样的方法。
发明概述
本发明提供制备支持装置如床垫的多种方法。根据本发明制备的装置一般包括凝胶层。在另外的实施方案中，所述装置包括凝胶层和泡沫层。本发明的方法用于制备多种支持装置，并且发现在床垫的制备中特别有用。
在一个实施方案中，本发明涉及制备支持装置如床垫的方法，所述支持装置包括凝胶层和覆盖层。所述方法一般包括如下步骤：提供模具；将凝胶材料放入模具中以形成凝胶层；将覆盖层固定在凝胶层上。在一个特定的实施方案中，所述模具包括真空辅助模具(vacuum-assist mold)。在另外的实施方案中，所述方法还可包括以下步骤：在将凝胶材料放入模具中的步骤之前，在模具中放置脱模层。
根据另一个实施方案，本发明的制备支持装置的方法包括如下步骤：提供包含泡沫块的第一泡沫层，所述泡沫块的表面上形成有一个或多个空穴；将凝胶材料嵌入所述泡沫块表面上的一个或多个空穴中；以及至少部分固化所述凝胶材料以形成一个或多个凝胶层。特别地，本发明的这种方法的特征在于：支持装置的泡沫层不仅能起到作为所述装置的层的作用，还能起到作为所述凝胶材料的模具的作用。另外，泡沫中的空穴可制成具有一定尺寸、形状和分布，从而能够根据所希望的规范和使用要求制备很多种凝胶/泡沫组合装置。
根据又一个实施方案，本发明的制备支持装置的方法包括如下步骤：提供用于模塑凝胶材料和泡沫材料中之一或二者的模具；在模具中放置脱模层；将凝胶材料放入模具中适于接受凝胶材料的部分中；至少部分固化所述凝胶材料，以形成凝胶层；将泡沫材料放入模具中适于接受泡沫材料的部分中；固化泡沫材料以形成泡沫层。任选地，所述凝胶层的固化步骤可与所述泡沫材料的固化步骤同时进行，由此同时形成凝胶层和泡沫层；以及，还任选地，在所述同时固化步骤中，将所述凝胶层和所述泡沫层化学键接。在另外的实施方案中，所述方法还可包括在将所述凝胶材料放入模具中的步骤之前，将脱模层置于模具中。
在又一个实施方案中，本发明提供制备包括泡沫层和凝胶层的支持装置另一种方法。根据该实施方案，所述方法包括如下步骤：提供包含泡沫块的第一泡沫层，所述泡沫块的表面至少部分是褶皱的(convoluted)；向所述泡沫层的褶皱表面施加凝胶材料，以形成粘附在所述泡沫层上的凝胶层。在另外的实施方案中，所述方法可包括将覆盖层固定在所述装置上的步骤。在一个特定实施方案中，所述覆盖层可含有第二泡沫层。
根据本发明的各种方法，凝胶层中所用的凝胶材料可为在固化形式对潜在使用者无毒的，并且能提供有利且舒适的物理性能的任何凝胶材料。特别地，所述凝胶材料可包括被认为能为使用者提供提高的支持压力和放松(relief)、以及为使用者提供提高的舒适感(即，良好“感觉”)的特定物理性能的凝胶。另外，在根据本发明的方法制备的支持装置中，凝胶层可为所述装置的最外层，这样其与使用者直接接触。根据另外的实施方案，所述装置也可包括覆盖在凝胶层上的覆盖层。优选地，所述覆盖层不具有明显降低或掩盖由所述凝胶层提供的舒适度和支持的结构或厚度。本发明所包括的覆盖层的非限制性例子包括织物层、薄膜层、涂层和泡沫层。
除了上文提到的示例性实施方案中所描述的凝胶层和泡沫层之外，本发明的方法还包括包含一个或多个附加支持层的支持装置的制备。这些附加支持层可包括身体支持装置领域，特别是床垫和座位装置领域公知的任意类型的支持材料。例如，所述一个或多个附加支持层可包括下述的一种或多种：泡沫层、弹簧层、织物层、气体层、木材层、金属层和塑料层。因此，发现根据本发明的方法制备的装置可用于许多种支持场合。例如，根据本发明制备的装置可用于支持整个身体或仅部分身体。同样地，发现所述装置可用于家庭用品，如床或坐具；用于办公用品，如椅座、椅靠背、椅扶手、键盘腕垫(keyboard wrist rests)等；用于交通运输，如车辆座椅或其他内部部件；医疗用品，如床、轮椅；和服装，特别是鞋类；以及其他需使舒适度或压力释放最大化的用品。在一个特定实施方案中，本发明的方法用于制备床垫。根据本发明的方法制备的其他支持装置的非限制性例子包括座位装置、枕头、床垫上层(mattress topper)、鞋垫(或鞋内底)、臂垫和腕垫。
根据另一个实施方案，除了所述凝胶，所述凝胶层中还可包含一种或多种填料。这些填料在改进凝胶层中所用的凝胶的导热性方面特别有用。正如上文所述，凝胶典型地具有“凉爽”感觉的特点，该特点部分是由于凝胶的热导性所导致的，因为凝胶将与其接触的较温暖的物体，如使用者的身体的热量导走。凝胶层中所用的填料优选能够降低所述凝胶的热导率，从而使所述凝胶对使用者表现出不那么“凉爽”的感觉。
本发明的方法中可采用各种类型的填料。一般而言，所述填料应当不与凝胶、或者可能的凝胶的衍生物或前体(如为聚氨酯凝胶时的异氰酸酯和多元醇)发生反应。优选地，所述填料是能够有利地影响所述凝胶的一种或多种物理性能的材料，所述性能包括，但不限于，凝胶的热导率。在本发明的一个特定实施方案中，填料材料选自：软木块、软木粉、木块、木片、泡沫片、织物纤维、织物碎片、石蜡、空心球体、合成微球、矿物颗粒、玻璃微珠、气体、活化剂、纳米颗粒，以及它们的混合物。
附图说明
已经以概括的方式对本发明进行了如上描述，现在将参照附图进行描述，所述附图不一定按照比例绘制，其中：
图1是真空辅助模具的透视图，示出了在所述模具中形成的具有凝胶层和泡沫层的床垫，所述层被部分剖开以揭示其下面的细节；
图2是按照本发明的一个实施方案制备的支持装置的透视图，所述装置包括具有空穴的泡沫层，其中所述空穴用凝胶层填充；
图3是按照本发明的一个实施方案制备的另一种支持装置的透视图，所述装置包括具有空穴的泡沫层、其中所述空穴用凝胶层填充；
图4是根据本发明的一个实施方案制备的支持装置的横截面图，所述装置包括泡沫层，所述泡沫层具有被凝胶层所覆盖的褶皱表面。
发明详述
下文，将采用本发明的优选的实施方案对本发明进行更充分的描述，给出所述优选的实施方案的目的是为了全面、完整地公开本发明，并且使得本领域技术人员能够充分理解本发明的范围。但是，应当理解本发明可体现为许多种不同的形式，不应认为本发明局限于本文所描述的特定的实施方案。尽管在下文的描述中采用了特定的术语，但是这些术语仅仅是为了示意，其目的不是为了限定或限制本发明的范围。相同的附图标记在全文中指代相同的要素。说明书和权利要求书中所用的未使用具体数量词限定的措词包括其复数指代物，除非上下文另有清楚的定义。
本发明提供了用于身体支持，特别是除了为使用者提供功能性的支持、还提供提高的舒适度和压力点释放的装置的制备方法。本发明所述的方法一般包括：提供具有一个或多个适于接受凝胶材料的部分的模具，将凝胶材料放入模具中，固化所述凝胶材料以形成凝胶层。任选地，可将泡沫层加至凝胶层。在特定的实施方案中，所述模具包括泡沫层，所述泡沫层的表面具有一个或多个适于接受所述凝胶材料的空穴。
本发明的方法中所用的凝胶材料可包括稳定的、无毒的、且公知地能在保持一定程度的结构稳定性和支持的同时提供减震效果的任何凝胶材料。特别地，所述凝胶可含有任何具有处于优选范围内的硬度和弹性的凝胶材料，如本文中所更加充分地描述的。
根据本发明，聚氨酯凝胶是特别有用的。另外，能抵御随时间硬化的、具有有限的膨胀性的、和能抵御材料退化(如抵御挥发性试剂如增塑剂的迁移)的其他凝胶也可用作本发明的凝胶材料。优选地，本发明所用的凝胶还是冲击吸收体和抗振体。
聚氨酯通常被认为是多异氰酸酯化合物与多官能醇(即多元醇)的化学反应的产物。制备聚氨酯化合物的一般反应路线的一个例子如下：
Figure A200780019272D00101
其中，R1和R2可为不同的有机基团，包括，但不限于：直链或支链或环状烷基、烯基或炔基，以及各种芳基。当然，上述路线只是作为根据本发明的用于聚氨酯化合物的制备的一个例子而提供的，其目的并不是限制本发明。本发明的方法中可用的聚氨酯凝胶的其他例子公开于美国专利No.6,191,216、美国公开专利申请No.2004/0058163(申请号No.10/618,558)以及美国公开专利申请No.2004/0102573(申请号No.10/656,778)中，其内容通过引用并入本发明。根据本发明的有用的其他类型凝胶的例子公开于美国专利No.4,404,296、美国专利No.4,456,642以及美国公开专利申请No.2005/0186436(申请号No.11/058,339)中，其内容通过引用并入本发明。
凝胶，如聚氨酯凝胶，通常被认为能赋予平衡的压力分配。与标准的衬垫材料不同，所述衬垫材料对施加的压力——如使用者坐在或躺在所述衬垫上——的反应，是通过仅仅沿着施加压力的轴(即垂直于衬垫平面的轴)的变形进行的；凝胶倾向于表现出三维变形的性能。换句话说，凝胶对施加的压力的反应是通过沿着三个轴的变形进行的：凝胶表面所处平面内的X轴和Y轴，以及垂直于凝胶表面所处平面的z轴。这能使施加的压力均匀分配，从而降低使用者在压力点上感觉到的压力。因此，除了提供增加的舒适度，所述凝胶还提供保健优点，如增强血液循环，鼓励正确的姿势，减轻压力集中，从而能缓解恶劣状况，如褥疮或其他类型的溃疡。
本发明的方法中所用的凝胶材料的特征特别地可在于：它们表现出的特定物理性能。例如，在表征所述凝胶材料时，两个特别有用的物理性能是硬度和弹性。对凝胶材料所表现出的这两个性能进行优化，能制备得到具有主观和客观舒适度以及支持的凝胶层(以及最终得到的整个装置)。换句话说，根据本发明的具有特定程度的硬度和特定程度的弹性的凝胶，能提供治疗益处(即客观舒适度)，如上文所述，也能为使用者提供良好的“感觉”(即主观舒适度)。这种提供主观和客观舒适度的能力特别有用，因为被设计用来为使用者提供治疗益处的支持装置可能不总是使使用者感觉良好。相反地，对使用者而言感觉良好的装置可能不总是能为使用者提供治疗益处。但是，本发明的方法中所用的具有处于特定范围的硬度和弹性的凝胶材料，能同时提供主观和客观舒适度。
相关领域技术人员会期望寻找到具有良好的可感觉的舒适度的材料，以用于支持装置的制备中。例如，这些技术人员会期望选择具有能为使用者提供主观舒适度的硬度的材料。但是，仅仅根据本发明，业已发现，只优化材料的单种性质如硬度从而为使用者提供良好感觉，对于为使用者同时提供主观和客观舒适度的支持装置而言，是不够的。
基于现有技术，本领域技术人员可制备具有处于一定值范围内的物理性质的装置。但是，本发明揭示，当与为使用者同时提供主观和客观舒适度所必需的其他值有关，而对下面的材料进行进一步优化时，所述范围可以加以改变。因此，本发明所描述的物理性质的值是通过试验和估计对各种凝胶物理性质的抵消(off-setting)性的平衡而得到的，并且获得不仅为使用者提供良好感觉，而且提供治疗益处的希望的凝胶配方。与那些仅仅改变单个物理性质、可能使支持装置对某使用者而言是舒适的而对另一使用者而言则是不舒适的、并且无法为任一使用者提供治疗效果的技术相比，这是一个明显的优点。但是，本发明中使用的凝胶是严格测试以提供具有为各种使用者提供良好感觉同时还提供治疗益处的硬度和迟滞性(hysteresis)值的凝胶材料的最好材料。如上所述，本发明所提供的值的范围限定了所述凝胶材料具有现有技术所预料不到的性质和效果，并且提供由具有公开的范围之外的硬度和迟滞性值的凝胶材料所无法提供的区别优点。
优选地，所述凝胶材料的特征在于：具有低的硬度，所述硬度可由凝胶材料在特定压缩度(compression)下的力变形(force deflection)值测量。凝胶硬度可根据任何已知的方法测量，本发明所用的凝胶材料可确认为是具有处于特定范围之内的硬度的凝胶材料。根据本发明，用于测量凝胶硬度的一个特别有用的方法是由国际标准化组织(ISO)所制定的ISO 3386-1(1986年版)的测试方法。
根据ISO 3386-1，规定了一种计算各种材料的压缩应力值的方法。压缩应力/应变特性是材料的载荷性能的度量，所述测试方法提供了两个用于计算以千帕(kPa)为单位的压缩力变形的公式，从而提供了材料的测试硬度。
具体地，根据ISO 3386-1标准，可通过压缩载荷变形试验测定本发明的凝胶的硬度。特别地，对5cm×5cm×2.5cm的凝胶试样施加压缩力，最大压缩度为70％，在40％的压缩度下测量施加在凝胶上的应力(kPa)，作为凝胶硬度。典型地，这种测试在凝胶材料固化(即形成凝胶层)后进行。
本发明的方法中所用的凝胶材料具有低的可测量硬度。优选地，所述凝胶的可测量硬度为低于90kPa，更优选为低于80kPa，还更优选为低于70kPa，最优选为低于60kPa。在一个实施方案中，本发明所用的凝胶具有处于约0.5kPa～约50kPa范围内的可测量硬度。根据另外的实施方案，所述凝胶具有处于约1kPa～约40kPa，约1.5kPa～约30kPa，或约2kPa～约25kPa范围内的硬度。
本发明的方法中所用的凝胶材料的特征还在于：具有处于特定范围之内的可测量弹性。在固体力学中，如果材料由于施加的载荷而改变形状，当载荷移除时所述材料恢复原状，该材料就被认为是具有弹性。材料的弹性与其刚性成反比。
评价本发明所用的凝胶的弹性的一种方法是通过测定凝胶表现出的迟滞性。迟滞性是***(通常是物理***)不随着施加在其上的力而立即反应，而是缓慢反应，或者不完全回复至其初始状态的性质。因而，迟滞性，可用材料如凝胶在移除施加在凝胶上的力之后回复至其初始状态的能力来评价。
在测试迟滞性的一种方法中，力被施加在凝胶上，使凝胶压缩。测量70％压缩度时的变形力(deflection of force)，移除外力，使凝胶减压。然后测量在没有压缩的情况下(即移除外力后)的凝胶变形。凝胶的迟滞性(以百分比计)是在给定变形下两种力间的差值。因此，表现出低的迟滞性百分比的凝胶可以预期是高弹性的，换句话说，能快速并明显完全回到其初始形状。表现出高的迟滞性百分比的凝胶可以预期是较低弹性的，换句话说，回复至其初始形状的延时较长，并且回复不那么完全。同样，根据本发明，典型地，这种测试是在凝胶材料固化或熟化充分长的时间后，才在凝胶材料上进行的。
优选地，本发明方法中所用的凝胶材料表现出没有温度依赖性的弹性(或迟滞性百分比)。特别地，优选所述凝胶材料在潜在的使用者能很好忍耐的温度范围(即，在可采用含有所述凝胶的支持装置的气候条件下的温度)，其弹性不具有温度依赖性。甚至更特别地，在住所的通常温度范围内(如约50℉～约110℉)不具有温度依赖性。在一个实施方案中，本发明所用的凝胶具有处于约15％～约80％范围内的可测量迟滞性。根据另外的实施方案，所述凝胶具有处于约20％～约70％，约25％～约60％，或约30％～约50％范围内的迟滞性。
凝胶材料通常被认为具有相对高的热导率。高热导率可能是一个期望的凝胶性质，如在凉爽效果受到欢迎的温暖环境下。但是，在其他条件下，更希望具有较低的热导率，以保留使用者身体附近的热量。有利地，本发明方法中所用的凝胶材料具有可确定的热导率。
热导率(λ)，通常是以瓦每米每开尔文度(W·m-1·°K-1)表示，与材料在固定条件下的热传导能力有关。λ值越低，材料越是好的绝热体。相反，λ值越高，材料越是好的导热体。
作为用于支持装置的典型的缓冲材料，泡沫是已知的具有良好的绝热性的材料。例如，模塑泡沫，如用于座垫的泡沫，典型地具有约为0.04W·m-1·°K-1的λ值；而用于结构和建筑材料的泡沫典型地具有约为0.022W·m-1·°K-1的λ值。当高绝热材料，如泡沫，用于人们使用的支持装置中时，由人体产生的热量，首先与泡沫接触，立即传导至泡沫的接触表面。随着时间的流逝，发现传导的热量在穿过泡沫进行扩散的过程中存在高阻力。由于泡沫不能吸收能量并且不能足够快地将能量从接触区域传导走，由人体连续产生的能量(热量)使温度升高。换句话说，尽管开始时通过与泡沫接触保持的温暖度可能具有一定程度的舒适度，但是最终的热量累积会使使用者感到不舒适。
聚氨酯凝胶，以及本发明所描述的类似凝胶，与泡沫相比，表现出不同的热性能，并且通常可认为是热的良导体。例如，聚氨酯凝胶可具有约0.20W·m-1·°K-1或更高的λ值。聚氨酯凝胶还典型地具有比泡沫更大的密度。例如，聚氨酯凝胶典型地可具有处于约600～约1,100Kg/m3范围的密度，而用于座垫的膨胀的泡沫的密度一般可处于约30～约85Kg/m3的范围。另外，聚氨酯凝胶通常具有高热容量。热量传递通过材料的能力的提高、每单位面积较高的材料质量、以及材料温度升高所需的高能量量的这种组合，使得随着时间的流逝，从使用者到达所述凝胶的热量交换方式明显不同。
因此，本发明方法中所用的凝胶材料的热交换能力还有助于获得使用者期望的良好“感觉”以及在支持装置中受到重视，所述支持装置如床垫、枕头、座位装置等，其可按照本发明的方法制备。因此，凝胶层的存在能提高舒适度，这不仅是由于所述凝胶的压力分配性能，而且还是由于所述凝胶材料的热导率以及相应的从身体导走热量并因而避免与可能导致不舒适的许多支持设备有关的最终热量累积的能力。
有利地，本发明所用的凝胶可具有通过加入一种或多种填料而改变的λ值。根据本发明，填充的凝胶是有用的，因为它们能被用于支持装置中以提供提高的舒适度和改善的压力分布(如前所述)，同时还具有较低的热导率以减少使用者身体热量的流失。所述凝胶的λ值的这种降低减少了凝胶的“凉爽”感。这还能为期望温暖感觉的使用者提供具有主观舒适度的支持设备。
因此，在本发明的一个实施方案中，本发明方法中所用的凝胶材料还含有一种或多种填料。所述填料物质可为任何能与所述凝胶混合并能有效改变所述凝胶的λ值的物质。在一个特定的实施方案中，所述填料物质能有效地将所述凝胶的λ值降至至少具有如下特征的热导率的值：在该值时所述凝胶的凉爽感降低了。在又一个实施方案中，所述填料物质能有效地将所述凝胶的λ值降低，使得从所述凝胶获得温暖的感觉。因此，从固体至液体的多种类型的材料可用作本发明的凝胶层中所用的凝胶的填料。
在本发明的一个实施方案中，所述填料含有固体物质。优选地，所述固体物质含有粒状物质。颗粒的平均尺寸可根据采用所述填充的凝胶的装置而改变，也可根据期望所述填充的凝胶具有的λ值而改变。在一个实施方案中，所述填料可含有粗颗粒。在另一个实施方案中，所述填料可含有细颗粒(即粉末)。在又一个实施方案中，所述填料可含有纳米颗粒。在本发明的一个特定实施方案中，所述填料物质含有平均粒径为约0.05mm～约15mm的颗粒。在另一个实施方案中，所述颗粒的平均粒径为约0.10mm～约10mm、约0.10mm～约5mm、或约0.10mm～约1mm。
在本发明的另一个实施方案中，所述填料物质包括空心物质，如微球。这种空心物质可为自然形成的或合成的，但是一般希望是合成的物质。例如，所述物质可包括合成微球。这种微球优选由聚合物材料形成，所述聚合物材料如聚烯烃，特别是丙烯腈共聚物或聚氯乙烯。除了合成微球之外，在所述填充的凝胶中，还可使用具有各种几何形状的其他类型的空心物质。例如，除了实质上为大体上球状(也可描述为气球状)的空心物质之外，所述空心物质也可为管状、长方体的或其他几何形状。
在本发明的另一个实施方案中，所述填料包括液体，特别是有机液体。所述液体优选对凝胶层中所用的凝胶、以及所述凝胶制备过程中的原料物质、中间体和副产品(例如，在聚氨酯凝胶的情况下为异氰酸酯和多元醇)呈化学惰性。因此，优选地，所述液态填料一般选自例如增塑剂(包括油，树脂和烃衍生物)、烃和燃料、烷基苯和液态酯的物质。更特别地，所述液态物质可包括无定形或半结晶石蜡、环烷油或树脂、重和轻燃料、烷基苯、酯(优选为多元醇与一元羧酸的产物)、烷基多芳香环化合物、和植物油、以及上述液体的组合。
根据本发明的另一个实施方案，所述填料可包括一种或多种气体。例如，所述填料可含有环境空气。在另外的实施方案中，用作填料物质的所述气体可包括基本上纯净的气体如氮气，或其他惰性气体如氩气。所述气体还可包括气态化合物如二氧化碳气体。
在本发明的又一个实施方案中，所述填料可包括一种或多种活化剂。本文所用的活化剂是指能为使用者提供治疗益处的任何添加剂。例如，所述活化剂可包括维生素、矿物质、精油、香料等。
所述填料通常可包括天然或合成物质。例如，所述填料可包括天然物质，如软木、木材、海绵，天然纤维(如棉、羊毛等)，矿物质(如云母、或其他硅酸盐、或其他金属氧化物，如铝酸盐)，浮石和玻璃(包括纤维、微珠等)。本发明中可用作填料的合成物质的例子包括合成纤维，合成微球，和各种其他合成物质。在本发明的一个特定实施方案中，所述填料选自软木块、软木粉、木块、木片、泡沫片、织物纤维、织物碎片、石蜡、空心球体、合成微球、矿物颗粒、玻璃微珠、气体、活化剂、纳米颗粒，以及它们的混合物。
凝胶中存在的填料含量可随着所用的具体方法、所述填充的凝胶所用于的装置以及填充的凝胶的期望λ值而改变。在本发明的一个实施方案中，所述填料占所述填充的凝胶的约5％～约95％，基于体积。在另一个实施方案中，所述填料占所述填充的凝胶的约10％～约90％，基于体积。在又一个实施方案中，所述填料占所述填充的凝胶的约20％～约80％，基于体积。在再一个实施方案中，所述填料占所述填充的凝胶的约25％～约75％，基于体积。
根据所述填充的凝胶中所用的填料的种类、以及所述填充的凝胶中所用的填料的含量，所述填充的凝胶的λ值可不同于没有填料的凝胶的λ值。优选地，填充的凝胶中的填料的存在导致所述填充的凝胶表现出降低的λ值。换句话说，优选所述填充的凝胶的热导率低于不含填料的凝胶的热导率。
在本发明的一个实施方案中，所述填充的凝胶具有低于约0.20W·m-1·°K-1的热导率。在另一个实施方案中，所述填充的凝胶具有低于约0.15W·m-1·°K-1的热导率。在又一个实施方案中，所述填充的凝胶具有低于约0.10W·m-1·°K-1的热导率。在本发明的一个特定实施方案中，所述填充的凝胶具有小于或等于约0.08W·m-1·°K-1的热导率。
除了所述凝胶层(其可含或可不含一种或多种填料)之外，根据本发明方法制备的支持装置还包括一个或多个泡沫层。所述凝胶层和泡沫层可整体地连接在一起，也可为分开的部分。整体地连接是指以在不至少部分破坏一个或多个层的条件下无法将两层分离的方式将所述层彼此连接。例如，所述层可通过诸如胶粘、装订、缝合(stapling)、焊接等方式整体地连接。另外，所述层可通过化学键接整体地连接。例如当凝胶层含有聚氨酯凝胶且泡沫层含有聚氨酯泡沫时，在凝胶或泡沫固化(或熟化)之前，两层都具有自由的异氰酸酯基团。因此，在与另一层相邻的情况下，一层进行固化时，凝胶材料和泡沫材料之间能够发生化学链接。
在与凝胶层合并使用时，泡沫支持层特别有用，这不仅是因为连接容易(如上所述)，而且是因为其提供多种组合。例如，在一个实施方案中，可采用褶皱的泡沫。在另一个实施方案中，所述泡沫可具有一个或多个用于接受所有或部分凝胶层的空穴。当存在这种空穴时，所述空穴可位于泡沫的“顶面”、泡沫的“底面”、或同时位于泡沫的顶面和底面。如上所述，顶面或底面可以特别地定义为与使用者身体接触的表面。
按照本发明的方法制备的支持装置可包括装置如床垫、椅子、沙发、躺椅、轮椅、枕头、家具垫、办公设备、汽车零件、床垫上层(mattress topper)等。此外，本发明的方法可用于制备基本上完整的形式的装置(即，不需要其他必要部件以实现其支持功能)，或者可用于制备装置的组件(即与一个或多个其他组件组合使用以形成基本上完整的支持装置的组件)。例如，床垫组件可为能与已有的床垫组合的床垫上层。
在一个特定的实施方案中，本发明提供一种制备床垫或其组件的方法。在另一个实施方案中，本发明提供一种制备座位装置或其组件的方法。在又一个实施方案中，本发明提供一种制备枕头或其组件的方法。在又一个实施方案中，本发明提供一种制备床垫上层或其组件的方法。
在本发明的一个实施方案中，提供一种用于制备包括凝胶层和第二层的支持装置的方法。在特定的实施方案中，所述第二层包括泡沫层。所述方法一般包括提供凝胶层、提供第二层、和将所述凝胶层固定到所述第二层上。所述方法还可包括与制备所述凝胶层、制备所述第二层、或制备所述凝胶层和所述第二层二者相关的一个或多个步骤。所述方法还可进一步包括将一个或多个其他层施加到所述支持装置，特别是在所述第二层为泡沫层的实施方案中。
特别地，本发明的特征在于：本文所提供的方法能完全适应许多不同的加工方式。例如，本发明的方法可用于连续加工方法或可用于各部件单独制备的不连续的加工方法。这些与本发明的特定实施方案相关的优点将在下文更充分地描述；但是本发明并不局限于所述仅仅与这些特定实施方案相关的步骤。相反，本发明的方法可加以改进，以适应本领域技术人员所能想到的特定的生产策略和方案。
本发明可包括采用一个或多个模具。例如，在一个特定实施方案中，所述方法包括提供模具、将凝胶材料加入所述模具中以形成凝胶层和将覆盖层固定到所述凝胶层上。任选地，在固定所述覆盖层之前，所述凝胶材料可至少部分固化(或熟化)以形成凝胶层。在一个特定实施方案中，所述覆盖层是泡沫层。在另一个特定实施方案中，所述覆盖层是织物层。
本发明所使用的模具可以是被认为在凝胶层和泡沫层中的一个或二者的形成过程中有用的任何类型的常规模具。所述模具的尺寸可根据所制备的支持装置而不同。另外，所述模具的尺寸可仅仅根据所述方法中所制备的凝胶层的尺寸而不同。在一个特定实施方案中，所制备的装置是床垫，所用的模具的尺寸与所制备的床垫的尺寸基本上相同。例如，双人(或完整)(double(or full))尺寸床垫一般具有约54英寸×75英寸的宽度和长度。因此，当制备用于双人床的床垫时，根据本发明所用的模具可具有类似的尺寸。因此，根据本发明制备的支持装置为床垫时，可将所述装置制成为具有床垫的尺寸(即，具有标准床垫的长度、宽度和厚度)。在另外的实施方案中，所述支持装置可至少在一个维度上具有标准床垫的尺寸。例如，所述支持装置可具有床垫的宽度、床垫的长度、或者床垫的宽度和长度二者。
在另一个实施方案中，所述支持装置的尺寸可根据特定的用途而特别地设定。例如，在一个实施方案中，可以将所述支持装置制成为使其具有床垫上层的尺寸。因此，本领域技术人员能认识到这种尺寸明显与标准床垫的宽度和长度相当(如单人(twin)、双人(double)、大号(queen)、或特大号(king))，而厚度为约0.1cm～约10cm。在特定的实施方案中，所述床垫上层的厚度可为约0.2cm～约9cm、约0.3cm～约8cm、约0.4cm～约7cm、约0.5cm～约6cm、约0.1cm～约5cm、约0.25cm～约5cm、或约0.5cm～约5cm。
在另外的实施方案中，可以将所述支持装置制成为使其具有枕头的尺寸。因此，本领域技术人员能认识到这种尺寸明显与标准枕头(如床枕、椅子或沙发枕、颈枕，和治疗枕)的长度、宽度和厚度相当。
在又一个实施方案中，可以将所述支持装置制成为使其具有座垫的尺寸。因此，本领域技术人员能认识到这种尺寸明显与标准座垫(如沙发座垫、办公椅座垫和躺椅座垫)的长度、宽度和厚度相当。
图1提供了这种模具的例子，如图所示，该图示出其上具有上述根据本发明的方法制备的床垫的模具。所述床垫的每个组件都被剖开，以揭示其下面部件的细节。在图1中，模具20是真空辅助模具，包括连接在模具20上并从模具20引出到适当的真空装置(未示出)的真空管23。模具20具有由侧壁27形成的内表面25，并且适于接受用于制备床垫的材料；所述侧壁27具有用于限定空穴的高度，以至少容纳床垫的所希望厚度的凝胶层。当为真空辅助模具时，模具20包括提供到模具20的内表面25的真空抽吸所必需的其他组件。当然，本发明的这种方法不限于采用真空辅助模具，图1所示的模具装置只是作为本发明的一个实施方案提供，不应认为是对本发明的限制。
任选地，上文所述的方法还可包括在加入凝胶材料之前提供脱模层。如图1所示，脱模层40作为模具20的内表面25的内衬。根据本发明，所述脱模层可包括用于使得有利于从模具上除去凝胶层的任何物质。在某些实施方案中，所述脱模层还可起到凝胶层的覆盖层的作用，以避免凝胶层与支持装置的单个或其他部件直接接触，特别是避免凝胶通常所特有的“发粘”感，甚至随后完成凝胶材料的固化或熟化。在某些实施方案中，不需要脱模层。例如，所述模具可包括实质上起着固有脱模层作用的清漆(finish)，例如在至少部分内表面涂覆有
Figure A200780019272D0019131255QIETU
层的模具的情况下。
在一个特定实施方案，所述脱模层包括聚合物膜，如聚氨酯膜。所述聚合物膜的厚度可改变，例如为约0.01mm～约2mm。在一个实施方案中，所述聚合物膜具有约0.025mm～约1mm的厚度。优选地，所述聚合物膜具有能使凝胶层从模具有效剥离以及避免长期使用过程中作为凝胶层的覆盖层破裂所需的最小厚度。在一个实施方案中，所述聚合物膜是聚氨酯膜。
根据另一个实施方案，所述脱模层可包括液体涂层。液体涂层中所用的物质可为通常被认为是用于防止凝胶材料(如聚氨酯凝胶)粘附到表面的任何液体物质，所述表面为诸如可用于模具中的木材、金属、塑料或陶瓷。根据本发明的液体涂层中所用的物质的非限制性例子包括硅氧烷和氟代烃。所述液体涂层可通过任何本领域通常认为是有用的方式施加到模具上，所述方式包括，但不限于，喷涂、刷涂、辊涂、浸涂等。
在另一个实施方案，所述脱模层可包括蜡质层。一般地，根据本发明的蜡质层可包括任何被认为是蜡的物质(例如，在室温下为固体，并且除了不含甘油酯以外，组成通常与脂肪和油类似的低熔点有机混合物或高分子量化合物)。本发明所用的蜡的非限制性例子包括动物蜡(例如，蜂蜡)、植物蜡(例如，巴西棕榈蜡)、矿物蜡(例如，矿物蜡或地蜡如硅基蜡，或石油蜡如石蜡)、乙烯基聚合物和多元醇醚-酯(例如，
Figure A200780019272D0020131312QIETU
)，氯化萘(例如，卤蜡)和烃类蜡。
根据又一个实施方案，所述脱模层可包括粉末。例如，在一个实施方案中，所述脱模层可含有非反应性粉末如水合硅酸镁(即滑石)或类似粉末。
当采用液体涂层或粉末作为脱模层时，所述脱模层的覆盖度一般由模具尺寸限定。但是，当采用聚合物膜时，可以采用尺寸大于所述模具的尺寸的膜，这样能使所述脱模层具有延伸到所述凝胶层边缘外的自由边缘。所述脱模层的自由边缘可在以后修剪、或者用于下文将要更充分地描述的其他任选工艺步骤中。
回到图1，参照上述方法，将任选的脱模层40放入模具20中的情况下，将凝胶材料加入到模具20中的所述脱模层40上。所述凝胶材料可为本文所述的任意凝胶材料。在一个特定的实施方案中，所述凝胶材料是聚氨酯凝胶。所述凝胶材料可通过任何本领域认为有用的方式加入模具中，而且可随着生产环境而变化。例如，在连续的自动化工艺中，所述凝胶可通过计算机控制的流量调节喷嘴(flow-regulated nozzle)加入，其中确定体积的凝胶流入或喷入模具中，从而使模具填充凝胶至确定的厚度。在不连续制造工艺中，所述凝胶可通过人工控制倒入模具中。
在模具中填充有所希望厚度的凝胶材料的情况下，所述凝胶可称作凝胶层50。尽管不是必须要求的，但是在某些实施方案中，在进行后续步骤之前，使凝胶层50至少部分固化。所述固化，是指使凝胶在从原料转变为成品的凝胶状态的过程中，凝胶经历可能发生的化学反应的方式。例如，当为聚氨酯凝胶时，这种化学反应可包括异氰酸酯部分与醇部分形成聚氨酯的反应。固化——也可指熟化，还可包括所述凝胶材料由液态转化为胶凝态的物理变化部分。在某些实施方案中，优选发生至少部分固化或熟化使得所述凝胶材料开始呈现一定程度的内部结构化，从而在不使凝胶层显著变形的情况下(即不妨碍具有基本上光滑或平整的表面，而不是具有峰或谷的凝胶层的形成)，继续进行后续步骤。如上文所述，固化是任选步骤，在某些实施方案中如希望在凝胶层和其他层之间需要化学连接的场合，实际上优选加以省略。
本发明的方法，在所述凝胶层形成之后，还包括将覆盖层固定到所述凝胶层上。所述覆盖层可包括用于为凝胶层提供附加结构或支持的任何物质，或者用于简单地起到凝胶层与其他层或使用者之间的阻挡层作用的任何物质。例如，所述覆盖层可包括织物层、泡沫层、天然物质如皮革、合成物质等。在另外的实施方案中，所述覆盖层还可为其他可用作脱模层的物质，如聚合物膜、织物层、液体涂层、蜡质层、或粉末层。
如图1所示，所述覆盖层包括泡沫层60，其长度和宽度基本上与凝胶层50的长度和宽度相当；但是，泡沫层60可具有不同的厚度。例如，在某些实施方案中，如床垫上层的制备那样，可能希望所述泡沫层具有最小的厚度(例如，小于或等于所述凝胶层的厚度)，以突出所述凝胶层的优点，而不会赋予所述床垫上层不必要的体积。在另外的实施方案中，如床垫的制备那样，可能希望所述泡沫层具有较大的厚度，以使总厚度接近常规床垫的厚度。
本文所用的固定(affixing)是指任何可被认为是能用于将所述凝胶层紧固、连接或贴在所述泡沫层上的方法。所述层的固定可包括所述层的物理连接或所述层的化学连接。固定所述层的物理连接的非限定性例子包括胶粘、缝合(stitching)和焊接。而且，所述层的固定可仅仅通过所述凝胶层的固有“粘性”而促进。所述层的化学连接可通过其中所述凝胶层和所述泡沫层含有能彼此反应的自由反应性基团的任何方法进行。例如，所述凝胶层可包括聚氨酯凝胶材料，所述泡沫层可包括聚氨酯泡沫材料。可以预料，一层中的异氰酸酯基团与另一层中的醇基团之间的反应会使所述层间发生化学连接。所述化学连接还描述于公开的美国专利申请No.2001/0018466中，其全部内容通过引用并入本文。
除了上述步骤，根据一个实施方案，所述方法还可包括：当可行时，将所述脱模层的自由边缘固定到所述凝胶层和/或所述覆盖层。所述固定可通过被认为是有用的任何方式完成，所述方式包括，但不限于，胶粘、缝合和焊接。
根据本发明的另一个实施方案，所述方法还包括将所述覆盖层和所述凝胶层与一个或多个附加层组合。附加支持层可包括本领域通常认为用于为使用者的至少一部分身体提供支持的任何物质。例如，所述附加支持层可包括泡沫层，所述泡沫层可包括通常用于提供缓冲效果或支持效果的任意的各种实例。所述附加支持层还可包括弹簧，所述弹簧被认为能用于提供身体的支持。所述弹簧层可包括本领域所知的用于为使用者提供有效支持以及提供舒适度的任意的实例。例如，所述弹簧层可包括至少部分互相连接的一系列弹性。另外，所述弹簧层可包括以独立的弹簧圈形式存在的一系列弹簧。弹簧层的进一步另外的实施方案也包括在本发明的范围之内，其目的是为了不用上述提供的例子来限制本发明。另外，所述附加层可固定到凝胶层和覆盖层之一或者二者。此外，所述附加层的固定并不是必须要求的，而是其可仅仅以容易分离的方式与所述凝胶层和所述覆盖层相连。例如，所述附加层可包括具有空穴的泡沫，由所述凝胶层和所述覆盖层形成的支持装置可被制成所述泡沫中的空穴的***物的形式。用于与所述凝胶层和所述覆盖层组合的附加层的非限制性的例子包括泡沫层、弹簧层、织物层、气体层、木材层、金属层、塑料层、以及它们的组合。
除了采用常规的模具，本发明的“模具”还可更广义地来描述。例如，在一个实施方案中，本发明涉及一种制备支持装置如床垫的方法，其中所述模具包括表面形成有一个或多个空穴的泡沫块。因此，所述方法可包括将凝胶材料嵌入所述泡沫块的空穴中，这样形成包括凝胶层和泡沫层的支持装置，其中所述泡沫层还起到所述凝胶的模具的作用。取决于所制备的装置的类型，所述方法可包括其他步骤。例如，在一个实施方案中，所述方法可进一步包括将所述凝胶层至少部分固化。在另一个实施方案中，所述方法可进一步包括将第二泡沫层固定到所述凝胶层。所述第二泡沫层可具有适用于覆盖所述凝胶层的尺寸，或者所述第二泡沫层可具有大尺寸，如用于基本上覆盖所述泡沫层包括其中形成的所述凝胶层在内的整个表面。本发明还可进一步包括施加覆盖层(特别是为所述凝胶层施加覆盖层)如聚合物膜、织物层、或液体或粉末涂层。此外，所述方法可包括与一个或多个其他支持层组合，如本文前面所述。
在另外的实施方案中，所述模具还可包括其他物质。在一个特定实施方案中，所述模具包括一个或多个支持材料层，所述层中形成有用于接受所述凝胶材料的一个或多个空穴。例如，所述模具可简单地为上文所述的泡沫块，其中所述泡沫具有确定的平均厚度、其表面形成有一个或多个空穴。在另一个实施方案中，所述模具包括其中形成有一个或多个空穴的织物层。在又一个实施方案中，所述模具包括夹层结构织物，所述夹层结构织物包括在第一织物层和第二织物层之间的泡沫层，其中所述泡沫层中形成有一个或多个空穴。
根据本发明的方法制备的支持装置的一个实施方案如图2所示。从图2可以看出，根据本发明制备的装置包括表面形成有两个空穴(左边和右边)的泡沫层60。左边的空穴65用凝胶层50填充，所述凝胶层50被部分剖开，以露出空穴65。右边的空穴也用凝胶层填充，但所述凝胶层被覆盖层62所覆盖。覆盖层62被部分剖开，以露出下面的凝胶层50。
当实施本发明的这个实施方案的方法时，使所述泡沫层具有充分的厚度以形成所述装置的结构是特别有用的。例如，在一个实施方案中，泡沫层的厚度为至少约5cm。在另外的实施方案中，所述泡沫层的厚度为至少约6cm，至少约7cm，至少约8cm，至少约9cm，和至少约10cm。
如上文所述的实施方案所述的那样，所述覆盖层可包括多种不同的物质。例如，所述覆盖层可包括织物层、薄膜层、泡沫层、粉末层、天然物质如皮革、合成物质等。在一个特定实施方案中，所述覆盖层包括第二泡沫层。
当第二泡沫层用作所述覆盖层时，一般优选所述第二泡沫层具有使所述凝胶层的有利性质不被所述泡沫掩盖的厚度。例如，在一个实施方案中，所述第二泡沫层的厚度为小于约5cm。在另外的实施方案中，所述第二泡沫层的厚度为小于约4cm、小于约3cm、或小于约2cm。在又一个实施方案中，所述第二泡沫层的厚度为约0.25cm～约5cm、约0.5cm～约4cm、或约0.75cm～约3cm。
所述泡沫层的特征还在于其形状、位置和其中形成的空穴的尺寸。例如，所述空穴可以连续的空穴或多个空穴的形式基本上覆盖所述泡沫的顶表面。作为替代方案，所述空穴可形成在所述泡沫层的关键位置，如基本上与使用者的某些身体部位对应或赋予特定的有利效果。此外，所述空穴可为特定的形状，如一般与使用者的特定的身体部位的形状对应或再次赋予有利性能。
在一个实施方案中，所述泡沫层中形成的空穴的深度为所述泡沫层的平均厚度的约10％～约90％。更特别地，所述空穴的深度为所述泡沫层的平均厚度的约20％～约80％、或约30％～约70％。在特定的实施方案中，所述泡沫层中形成的空穴的深度为约0.25cm～约20cm、约0.5cm～约18cm、约1～约18cm、约2cm～约17cm、约3cm～约16cm、和约5cm～约15cm。而且，同一泡沫层中的所述空穴的深度可不同。例如，泡沫层可包括两个或多个空穴，每个空穴的深度都不同。同样，所述泡沫层可包括单个空穴，其中所述空穴内部的深度不同。
所述泡沫层的又一个特征在于，所述泡沫层的表面积被所述空穴占据的百分比。在一个实施方案中，在所述泡沫的表面中形成的所述空穴占据约1％～约95％的所述泡沫层的表面积。在另外的实施方案中，所述空穴占据约5％～约95％、约10％～约95％、约15％～约95％、约20％～约95％、约25％～约95％、约30％～约95％、或者约50％～约95％的所述泡沫层的表面积。在又一个实施方案中，所述空穴占据至少约5％、至少约10％、至少约25％、至少约50％、或至少约75％的所述泡沫层的表面积。
根据本发明的这种方法制备的支持装置的另一个实施方案如图3所示。从图3可以看出，泡沫层60用作模具，并且其中形成有空穴65(通过所述凝胶层剖开部分显露)以接受凝胶层50。正如这个实施方案中所示的那样，所述凝胶层50可占据所述泡沫层60的表面的相当大的百分率。所述泡沫层60可进一步包括在所述泡沫层60的端部附近形成的一系列凸起部分67，其中泡沫材料只是部分被移除(即，仅用一个薄的凝胶层覆盖)或者完全未被移除(如图3的实施方案中所示)。这还表明，在只需改变所述泡沫层中空穴的形成就可以制备具有所述凝胶层和所述泡沫层的各种装置结构的能力方面，本发明具有高度可定制性的本质。
在本发明的另一个实施方案中，所述泡沫层可为褶皱的。根据本发明的一种采用这种褶皱的泡沫的方法制备的支持装置如图4所示，图4提供了所述装置的横截面图。从图4可以看出，泡沫层60的表面是褶皱的，由此提供了许多用于接受所述凝胶材料的凹部。褶皱是指所述泡沫的表面被成型为具有图案，一般为重复图案，其中所述表面的特征为具有凸部75和凹部77，如图4所示。在某些实施方案中，褶皱另外可指所述泡沫被图案化为使得至少部分泡沫折返在其自身之上。
用于本发明中的褶皱的泡沫可用多种方法制备，如本领域技术人员所知道的那些。因此，所述泡沫层的褶皱表面可具有多种构造。例如，在图4中，所示的泡沫的A部具有波峰、或鳍状凸部75，而在凸部75之间具有相对窄的凹部77。作为替代方案，所示的泡沫的B部分更像正弦波状图案，其中凸部75被凹部77更宽地相隔。当然，如前所述，这些实施方案仅仅是对所述泡沫层中可形成的各种褶皱表面的示意。
图4中所示的凝胶层50填充在褶皱的泡沫层60的凸部之间的区域。在另外的实施方案中，所述凝胶材料可以以所述凝胶层50仅仅部分填充所述泡沫层60的凸部75之间的区域的用量，施加到所述泡沫层60上。此外，所述凝胶材料可以以所述凝胶层完全填充所述泡沫层60的凸部75之间的区域以及进一步超过凸部75的用量，施加到泡沫层60上。
在一个实施方案中，所述方法包括提供包括表面至少部分褶皱的泡沫块的泡沫层，和将凝胶材料施加到所述泡沫层的褶皱表面上以在所述褶皱表面上形成凝胶层。所述方法还可包括将覆盖层(如第二泡沫层)固定到所述凝胶层上。任选地，在将所述覆盖层固定到所述凝胶层之前，所述凝胶层可至少部分固化。
如前所述，根据本发明的方法制备的支持装置一般包括凝胶层和第二层如覆盖层。在特定实施方案中，所述覆盖层包括泡沫层。在另外的实施方案中，所述装置包括泡沫层、凝胶层，以及任选的其他层，特别是覆盖层。当所述装置包括泡沫层和凝胶层时，所述覆盖层可施加到所述凝胶层上，或者整个装置上。同样地，当所述装置包括凝胶层和覆盖层时，所述覆盖层可仅仅覆盖所述凝胶层的顶表面，或者完全包覆所述凝胶层。此外，所述装置可包括凝胶层，覆盖层(如泡沫层)和其他覆盖层。
所述覆盖层一般包括通常用于本发明所包括的各种类型的支持装置覆盖物中的任何类型的物质。该覆盖物包括天然和合成物质。另外，该覆盖物也可包括填充物。例如，当支持装置是床垫时，所述覆盖物可为填塞的床垫上层。另外，任何类型的装饰性材料可用作本发明的覆盖层。因此，所述凝胶层的存在不会限制用于覆盖根据本发明的方法制备的支持装置的可用覆盖物的种类。此外，本发明还包括其他类型的覆盖物。例如，所述覆盖物可包括薄膜，如聚氨酯薄膜；涂层，如处于干态或固化状态的、非反应性或非粘性聚合物；或泡沫。此外，所述覆盖层可包括织纹状饰面，从而为所述覆盖层提供三维效果。
如上所述，根据本发明制备的装置可通过控制所述泡沫层的成形或其中的空穴的形成而定制。例如，通过改变凝胶表面面积、空穴形状、空穴排布和空穴深度的组合，可以获得不同程度的支持和舒适度。最一般地，所述泡沫层可含有只占所述泡沫层的很小百分比或几乎全部表面积的单个空穴。所述泡沫层还可包括形成在遍布所述泡沫层的表面的复杂图案空穴。此外，所述空穴可有利地定位、以获得重要的和治疗的效果。例如，在其中本发明的方法包括床垫的制备的一个实施方案中，形成在所述泡沫层中的空穴可设置在所述泡沫层的一个或多个区域，所述区域对应于所述床垫的潜在使用者的特定身体部位。特别地，所述空穴可对应于使用者的躯干区域，以使所述凝胶层与使用者的身体(特别是背部)轮廓有利地相对应。
本发明的这种方法特别适于连续生产工艺。例如，单个泡沫块可沿着生产线运送。可在一站形成合适的空穴，在生产线的下一站，将所述凝胶注入所述空穴中，在另一站，将任选的其他层施加到所述凝胶层上，并在又一站，从连续的泡沫上切下单个的装置。类似的生产方法特别适合含有褶皱的泡沫层的方法。
根据本发明所包括的某些方法，本发明可进一步适于“间歇”(stop-and-go)生产。例如，所述方法可包括采用常规模具，其中将待制备装置的成分置于模具中，使其固化或发泡，然后在适当的时间后从模具中移出。
因此，在一个实施方案中，本发明包括一种方法，所述方法包括提供具有其中形成有两个分隔区域的模具：一个区域用于接受和形成凝胶层，一个区域用于接受和形成泡沫层。如本文前面所述，将脱模层置于模具中以有利于所述支持装置从模具中脱模，以及任选地在所述凝胶层和所述泡沫层之一或二者上形成覆盖层。任选地，所述模具可为真空辅助模具。如前所述，可任选省略所述脱模层，如在所述模具本身具有脱模能力的方法中。
在放置脱模层之后，将所述凝胶材料加入所述模具中。在这一阶段，所述凝胶材料可经过一段时间的固化。但是，在某些实施方案中，所述方法包括立即进行下一步骤，所述步骤包括将泡沫材料加入所述模具中的凝胶层上。优选地，所述模具是闭式压模，在所述泡沫层和所述凝胶层固化的同时，施加所述模具的剩余部分。尽管可在加入所述泡沫材料之前，至少部分固化所述凝胶层，但在某些实施方案中，当加入所述泡沫材料使所述泡沫层和所述凝胶层之间发生化学连接时，使所述凝胶材料保持至少部分未固化是有利的。
如前所述，本发明的方法中，特别是泡沫是原位形成的方法中所用的泡沫物质可包括本领域通常认为是有用的任何类型的泡沫物质。例如，在某些实施方案中，聚氨酯泡沫是特别优选的。但是，也可采用其他泡沫。例如，根据本发明，在原位形成泡沫层的过程中，或将预先制备的泡沫层用于制备支持装置的方法中，也可采用乳胶泡沫。
在另一个实施方案中，本发明一般包括根据含有下述步骤的方法制备支持装置：制备包括第一表面和反面并在其中至少一个表面上固定有脱模层的凝胶层；制备具有适于接受至少部分凝胶层的表面的泡沫层；和将所述凝胶层固定到所述泡沫层上。如前所述，所述固定步骤可包括各种方法，如胶粘、缝合、焊接、以及它们的组合。因此，根据本发明，可以单独制备所述支持装置的各部件，然后将这些单个部件组合形成完整的装置。
本领域技术人员可想到本文所阐述的发明的许多变形和另外的实施方案，这些发明涉及前文所述中教导的优点。因此，应当认为，本发明不限于公开的特定实施方案，其变形和另外的实施方案也包括在所附的权利要求的范围之内。尽管本文采用了特定的术语，但这些术语是以广义的、描述性的含义加以使用，其目的不是用于限定本发明。

Claims (35)

1.一种制备包括凝胶层的支持装置的方法，所述方法包括：
提供模具；
任选在所述模具中放入脱模层；
将凝胶材料放入到所述模具中，从而形成凝胶层；
任选地，至少部分固化所述凝胶层；以及
将覆盖层固定到所述凝胶层上。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述模具中放入所述脱模层，并且所述脱模层包括选自聚合物膜、织物层、液体涂层、蜡质层和粉末层的材料。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述脱模层包括具有自由边缘的材料，其中所述方法还包括将所述材料的自由边缘固定到所述凝胶层上。
4.如权利要求3所述的方法，其中将所述材料的自由边缘固定到所述凝胶层上的所述步骤包括选自胶粘、缝合和焊接的方法。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述凝胶材料包括根据ISO 3386-1的方法测试的硬度为约0.5kPa～约50kPa的凝胶，并且其中所述凝胶材料表现出约15％～约80％的迟滞性。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述凝胶材料包括聚氨酯凝胶。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述凝胶材料包含一种或多种填料。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述一种或多种填料选自软木块、软木粉、木块、木片、泡沫片、织物纤维、织物碎片、石蜡、空心球体、合成微球、矿物颗粒、玻璃微珠、气体、活化剂、纳米颗粒，以及它们的混合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中将所述覆盖层固定到所述凝胶层的所述步骤包括选自胶粘、缝合和焊接的方法。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述覆盖层包括选自泡沫层、聚合物膜、织物层、液体涂层、蜡质层和粉末涂层的材料。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述模具包括真空辅助模具。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述模具包括其中形成有一个或多个用于接受所述凝胶材料的空穴的一个或多个支持材料层。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述模具包括包含泡沫块的泡沫层，所述泡沫块具有确定的平均厚度并且其表面中形成有一个或多个空穴。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个空穴占据所述泡沫块的表面的约1％～约95％。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个空穴位于对应于所述床垫潜在使用者的身体特定区域的区域。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个空穴排列成遍布所述泡沫块的表面的特定模式。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个空穴具有为所述泡沫层的平均厚度的约10％～约90％的深度。
18.如权利要求12所述的方法，其中所述模具包括其中形成有一个或多个空穴的织物层。
19.如权利要求12所述的方法，其中所述模具包括夹层结构织物，所述夹层结构织物包括处于第一织物层和第二织物层之间的泡沫层，所述泡沫层中形成有一个或多个空穴。
20.如权利要求1所述的方法，还包括将至少所述凝胶层和所述覆盖层，与一个或多个附加层组合，所述附加层选自泡沫层、弹簧层、织物层、气体层、木材层、金属层、塑料层、以及它们的组合。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述模具包括具有至少部分褶皱的表面的泡沫块。
22.一种根据权利要求1所述的方法制备的床垫部件。
23.一种根据权利要求1所述的方法制备的支持装置，其中所述支持装置具有床垫的尺寸。
24.一种根据权利要求1所述的方法制备的枕头。
25.一种根据权利要求1所述的方法制备的座位装置。
26.一种制备包括泡沫层和凝胶层的支持装置的方法，所述方法包括：
(a)提供具有一个或多个适于接受凝胶材料的部分，以及适于接受泡沫材料的部分的模具；
(b)任选地在所述模具中放入脱模层；
(c)将凝胶材料放入所述模具的一个或多个适于接受凝胶材料的部分中；
(d)将泡沫材料放入所述模具的适于接受泡沫材料的部分中；
(e)固化所述凝胶材料以形成凝胶层；以及
(f)发泡所述泡沫材料以形成泡沫层。
27.如权利要求26所述的方法，其中(e)在步骤(d)之前进行。
28.如权利要求26所述的方法，其中步骤(e)和(f)同时进行。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述脱模层选自聚合物膜、液体涂层和粉末涂层。
30.如权利要求26所述的方法，其中所述凝胶材料包括根据ISO3386-1的方法测试的硬度为约0.5kPa～约50kPa的凝胶，并且其中所述凝胶材料表现出约15％～约80％的迟滞性。
31.如权利要求26所述的方法，其中所述凝胶材料包括聚氨酯凝胶。
32.如权利要求26所述的方法，其中所述泡沫材料包括聚氨酯泡沫。
33.如权利要求26所述的方法，其中所述泡沫材料包括乳胶泡沫。
34.一种制备包括凝胶层和泡沫层的支持装置的方法，所述方法包括：
制备包括顶表面和底面、并且在所述顶表面和所述底面的至少一个上固定有脱模层的凝胶层；
制备具有适于接受至少部分所述凝胶层的表面的泡沫层；以及
通过选自胶粘、缝合、焊接、以及它们的组合的方法，将所述凝胶层固定到所述泡沫层上。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述凝胶材料包括根据ISO 3386-1的方法测试的硬度为约0.5kPa～约50kPa的凝胶，并且其中所述凝胶材料表现出约15％～约80％的迟滞性。
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