CN113368399A - 一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫，所述理疗软垫的叠置结构包括顶面亲水覆盖层、多孔聚乙烯热绝缘透中红外层、电转中红外发射膜层、热绝缘层、及底面覆盖层，每层皆具透气可拉伸性能，软垫顶面覆盖层包括面向穿戴者的第一表面，底面覆盖层包括远离穿戴者的第二表面；理疗软垫还包括电控结构，该结构包括位于软垫顶面覆盖层第一表面的测量中红外光强度的光度计、位于软垫顶面覆盖层第一表面的第一测温装置、以及测量电转中红外发射膜层温度的第二测温装置。本发明的红外理疗产品在穿戴使用场景中颠覆性地提供了动态测量与显示中红外辐射剂量的新疗程监控功能。此外，在穿戴者皮肤接触温度安全范围内，颠覆性地提供了一种以脉冲供电达到在相同电功率下供给穿戴者强红外脉冲的革新中红外辐射理疗方法。

Description

一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫

技术领域

本发明涉及中红外光学工程、热绝缘工程、红外理疗科技、可穿戴贴身物件科技、纳米工程和智能制造技术，具体涉及一种美观安全的可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫。

技术背景

波长范围在3μm-50μm的中红外辐射对人类健康的重要性已经得到了充分的证实和评估[7-10]。总而言之，人体被3μm-50μm波长范围内的红外辐射可提高血液循环和免疫力[11-14]，增强伤口愈合能力[15]，减轻疼痛[16-17]，减轻抑郁压力[18]，改善睡眠质量[19]，并延缓记忆力衰退[20]。将红外辐射的这些知识与个人热管理的新兴领域协同整合[21-22]，出现了新的科学研究领域并制造出新的产品。不过，目前市场里理疗用的红外发射产品都普遍犯如下通病：

(1)早期行业普遍采用电热石英密封的钨丝在炽热高温下产生强红外辐射制造理疗用的红外灯，工作原理与烤箱石英封装钨丝管相同，分别在烤箱红外灯是千瓦级功率、钨丝热源温度＞1000℃和工作环境烤箱温度200-400℃而理疗红外灯是200-400瓦功率、热源温度＜1000℃和工作环境温度25-45℃。这类产品通病是体积大而重几公斤，不便携和操作与存放不便。

(2)新兴电热膜在低于100℃下大面积均匀发热和轻便柔软，已广泛用于制造可穿戴供暖软垫和红外理疗软垫。这类通病是热源封装成红外发射器并无依据红外光物理学确保热源发射的红外辐射能透过封装层而输送到穿戴者皮肤去，毫无例外地所有产品热源发射的红外辐射都被封装层吸收，封装层因固体热传导和因吸收红外辐射而升温，封装层顶面以材料红外发射特性和根据普朗克定律所述的所有暖物体都发出光谱辐射，封装层顶面辐射强度(I)与辐射波长(λ)随温度(T)的函数关系的定量描述如下[6]：

假设电热膜红外发射器的封装层顶面温度在37℃的情况下运作，红外发射光谱峰位于9.3μm和理想辐射强度为524W/m²(见图1)，虽然有不算低的红外辐射供应，但当发射器在穿戴状态下，发射器顶面与穿戴者皮肤构成相对窄小空间和空间氛围容易达热平衡而后全空间温度均匀，而且发射器顶面与穿戴者皮肤的红外发射率都接近100％，在这情况下发射器顶面与穿戴者皮肤的红外辐射强度大致相同，发射器根本不可能有供应额外红外辐射给穿戴者皮肤的功能。

(3)当前红外理疗与其他应用红外辐射的产业在实践中描述与定标实际采用的红外光谱非常随意，这种随意性阻碍了这一新兴行业的发展和市场的可持续接受能力。例如，仅参考文献11-20中的示例性作品就在红外中显示出以下从窄到宽的波长跨度的极大不同的光谱带：“5μm-12μm”[11]，“3μm-14μm”[14]，“3μm-15μm”[18]，“4μm-16μm”[16，17，19]，“5μm-20μm”[20]，“4μm-20μm”[13]和“5.6μm-25μm”[15]。显然，此行业中的光谱带的范围必须得到规范和标准化。

尽管波长跨度为3μm-50μm波长范围内的红外光谱辐射具有如此重要的意义，并促成了不少堪称典范的著作[7-22]，但令人惊讶的是，甚至连波长跨度的命名也被写成相当随意的形式。根据国际光谱标准ISO20473[23]，将3μm-50μm的波长范围明确定义为中红外，其中0.78μm-3μm的波长范围为近红外，50μm-1000μm的波长范围为远红外。但是，许多商业产品[24]和参考文献10-18中的大多数文献都随意使用了“远红外”一词来描述3μm-50μm波长范围内的辐射。其中一些文献错误地引用了国际照明委员会对红外辐射的定义，以证明他们随意使用“远红外”来描述波长在3μm-50μm范围内的辐射是合理的。为明确起见，国际照明委员会网站(WWW.CIE.CO.AT)公开公布的确切定义如下：

红外辐射：波长比可见光更长的光辐射，波长为780nm至1mm。

注1：对于红外辐射，通常分为780nm至1mm的范围：IR-A：780nm至1400nm，或0.78μm至1.4μm；IR-B1.4μm至3.0μm；IR-C：3μm至1mm。

注2：无法定义“可见”和“红外”之间的精确边界，因为波长大于780nm的视觉感受是由于波长较长的非常明亮的光源引起的。

注3：在某些应用中，红外光谱也分为“近”，“中”和“远”红外。但是，边界必然随应用领域不同(例如，气象学，光化学，光学设计，热物理等)而变化。

该澄清说明了一个结论，即国际照明委员会仅承认某些光谱应用将红外分区为“近”，“中”和“远”红外，但未对应如何设置这些分区提出意见。相比之下，ISO20473[23]将0.78μm-1.4μm的IR-A波段和1.4μm-3.0μm的IR-B波段明确组合为0.78μm-3.0μm的“近红外”波段，并将宽范围的IR-C波段明确为3.0μm-1000.0μm，其中“中红外”波段为3.0μm-50.0μm，“远红外”波段为50.0μm-1000.0μm。简而言之，本发明提倡严格执行将3μm-50μm的光谱带标记为中红外，以符合ISO20473的要求。

通过采用ISO20473标准来纠正行业中的错误，并正确地将3μm-50μm波长范围的光谱带称为中红外，本发明还要求所有对中红外产品研究、制造和销售的人员对这些产品的中红外性能进行定量说明。特别地，本发明提倡使用通用的基准黑体来校准热辐射发射器的光谱辐射强度和发射率，该光谱辐射强度和发射率在特定温度下(特别是在人体可瞬时承受的情况下)作为发射器的辐射波长的函数。温度范围为0℃-90℃。如前所述，在这样的温度下，物体的辐射强度的98％是在3μm-50μm波长范围的中红外光谱带中发射的，因此根据ISO20473，所有此类热辐射发射器都可被归类为中红外发射器。以具有100％发射率的黑体为基准，将中红外发射器的波长通过发射率作为特定温度下发射器波长的函数进行校准。在没有明确规定的情况下，发射率是指用黑体校准的特定光谱带中的平均发射率。在实践中，可以使用高端红外光谱仪测量作为辐射波长的函数的辐射强度，该高端红外光谱仪可以覆盖3μm-50μm的中红外波段。另外，也可以用通常覆盖0.78μm-25μm的光谱范围的普通红外光谱仪容易地测量作为辐射波长的函数的辐射强度。因此，通过这种方法可以容易地测量在3μm-50μm的中红外范围内的3-25μm的部分光谱带中的相对发射率。尽管此测量方法仅覆盖3-25μm的光谱带，而不覆盖3μm-50μm的整个中红外范围，但因为黑体的温度范围在0℃-90℃时，整个3μm-50μm的中红外带在3μm-25μm的这个光谱带中发射出其总热辐射的85％，所以所测得的发射率数据已很好地表示了被测对象的发射率特性。因此，本发明采用并提倡这种测量方法来确定所有中红外发射器的辐射光谱特性和发射率特性。这种标准化的做法克服了在设计和应用与人体相关热辐射产品的光谱规格方面的不专业性。

通过这项背景调查，本发明揭示了一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫(简称中红外理疗软垫)的科技创新性，中红外理疗软垫的兼顾美学和功能设计、验证和应用。这种创新的中红外理疗软垫的发明解决了一个关键问题，即当前市场中众中红外理疗产品根本没有提供高于环境辐射的中红外强度的通病。

由于本发明中红外理疗软垫的创新关键在于其定义明确的辐射区间和发射率区间，特别是其顶底相反功能的发射结构，因此有必要对中红外发射率的检测和优化进行阐述。用于检测中红外辐射率的主要工具有两个：(a)通过简单的辐射发射率测量仪测得的非波长色散发射率，以及(b)通过装有黑体的红外光谱仪测得的波长色散发射率。一篇最近出版的文献[25]描述，校准并验证了一种工业用辐射发射率测量仪。该辐射发射率测量仪配备有一个内部黑体发射器，该内部黑体发射器的温度为100℃，可辐照测试样品，并通过类黑体辐射吸收器的温度变化来检测和计量测试样品的发射率。该辐射发射率测量仪覆盖了0.5％-98％的发射率范围，光谱范围为2.5μm-40μm。由于普朗克定律规定，在100℃时，黑体在2.5μm-3μm中仅发射其总辐射的0.14％，因此该发射率测量仪的实际开始测量波长约为3μm-40μm。虽然，这种发射率测量仪设计对于快速测量中红外发射率是有效的，但是，该设计仅提供了整个中红外光谱范围的平均发射率，而没有特定波长发射率的信息。这种缺陷只能通过使用配备有黑体的红外光谱仪来克服。总而言之，本公开的中红外理疗软垫可以用辐射计或红外光谱仪进行测试和验证，两者都可以在市场上容易地获得。

本发明中红外理疗软垫的核心功能是向用户传递中红外辐射。由于用户对中红外理疗软垫还可能有美学要求，因此通常以可见的颜色来装饰中红外理疗软垫。在这种情况下，外行，甚至是具有行业常规技能的科学家/工程师，都可能错误地将可见光发射率等同于中红外发射率，因为人类的眼睛只能看到可见的颜色，而并不能看到中红外光。因此，这样人们可能会觉得，因为用黑色装饰的中红外理疗软垫不会发出可见光，所以也不会发出中红外光。同样，外行人也可能会觉得具有不同可见颜色的中红外理疗软垫在中红外发射方面一定存在很大差异。本发明再次通过坚持对科学严谨的态度和基于证据的规范来纠正这种错误的认识。例如，在本发明的一个实施例中，测试了一种黑色聚酯耐磨布的波长色散发射率，如图2黑色聚酯织物所代表的曲线所示，这种黑色聚酯的光谱曲线与基准黑体的光谱曲线非常接近，在3μm-33μm的测量光谱范围内，总发射率为96％。一个不懂中红外相关知识的外行人可能会认为，将黑色染料换成白色染料会大大降低发射率，然而本发明表明通过选择合适的白色染料可以保留近乎完美的光谱轮廓和高发射率，如图2白色聚酯织物所代表的曲线所示。相比之下，现有技术[26]对黑色和白色聚乙烯薄片的产品性能和光谱特性的研究表明，白色薄片的性能比黑色薄片差，这是因为其在3μm-7μm的谱带发射率下降到83％。从图2的对比中可以看出，通过测量产品的波长色散发射率可以更精确地跟踪产品的中红外性能。

为了设计和验证中红外理疗软垫在将电能转换为热能并将相关的中红外光传递给用户方面的性能，对沿从辐射源到用户的路径中的辐射吸收进行彻底的光谱分析非常重要。业界缺乏此类分析和此类产品性能检测认证。例如，石墨烯地板供暖器被积极地推向市场，声称石墨烯辐射红外线容易被人体吸收。实际上，石墨烯地板供暖器的加热元件中即使包含石墨烯，但实际加热元件都被一层对中红外辐射不透明的木质或陶瓷地板覆盖。因此，加热元件产生的中红外辐射不会透过地板材料。取而代之的是，地板通过吸收来自供暖器的辐射并通过正常的导热率从供暖器吸收热能来加热，再以空气对流与辐射散热。显然，地板仍会发出中红外辐射，但光谱特征取决于地板表面材料的性质，而不是加热元件或地板的主体。类似地，市面上流通的所谓红外理疗产品也以塑料或布料为面料，这些红外理疗产品的中红外辐射由其顶部面材的光学性质决定，而不是由内部的电热加热元件决定。例如，所有以石墨烯为电热元件、以最常见的彩棉面料包裹的穿戴式红外理疗产品和地毡电热供暖器，其辐射都具有彩棉的中红外特征，而不具有石墨烯的中红外特征。由于已知棉料的中红外发射率范围为68％-88％[32-33]，因此未经表面工程处理以提高其中红外发射率的棉料对于生产红外理疗产品而言并不是理想的选择。在另一个例子中，尽管Yue等人[34]发明了一种具顶底相反功能结构的薄膜，该薄膜也可作为电热供暖器或红外理疗产品使用，但其顶底相反功能结构中的加热面包含低发射率的纳米铜，而另一面则具有高发射率。显然，这种顶底相反功能结构设计不利于实现电转中红外供暖器和红外理疗产品的高性能。

相关文献报导在理疗方面[7-20，24]、个人热管理方面[21-24；US7642489；US10457424；US2018/0320067]和军事应用方面[US7313909]介绍了这些应用所需的发射和操作红外辐射的设备，都出现波段范围和辐射率不符合中红外规范的问题，发射器工作时发射表面温度高于46℃会导致人体皮肤可能被灼伤的风险；其中有的现有技术采用传统的红外发射器[US8975604；US9249492]，具有较大的体积与重量等缺点，不符可穿戴式节能供暖与中红外理疗的市场需求。最近一项授权发明专利[ZL202010847951.8]提供了一种用于供暖与理疗的热绝缘封装中红外发射屏及其制备方法，所述中红外发射屏包括依次叠层设置的顶面覆盖层、第一气体热绝缘层、第一透中红外塑料热绝缘层、第二气体热绝缘层、第二透中红外塑料热绝缘层、第三气体热绝缘层、第一电绝缘层、电转中红外发射膜层、第二电绝缘层、及底面覆盖层。虽然这发明专利克服了上述行业中的众多缺陷，但用两层塑料膜中夹气体热绝缘层来做热绝缘中红外发射屏的致命性缺点是这夹层组件的机械性强度不足确保穿戴者不会不慎刺穿/压扁夹层而导致皮肤接触屏内热膜和被灼伤。

本发明全面地解决了行业中的所有这些缺陷，阐明了中红外发射和吸收的科学定义，提出了用机械性强度足以确保穿戴者不会不慎刺穿/压扁的多孔聚乙烯防刺穿层结构制成安全可靠与耐用的透中红外热绝缘夹层，而且又提出这新颖热绝缘中红外发射组件的机械性能更能用于创制可卷起和可铺开的热绝缘中红外理疗软垫，颠覆性开拓可穿戴热绝缘中红外发射组件的新工程与市场应用。

本发明克服市面可穿戴红外理疗产品在穿戴时红外理疗产品顶面与穿戴者皮肤处于热平衡而相互温度和红外辐射基本等同，此外，红外理疗产品里的热源因被吸收红外的材料包裹而无额外红外辐射供给穿戴者皮肤，从而导致这些可穿戴红外理疗产品必然不可能有红外理疗效益(见图3(a))，导致穿戴者浪费金钱之外更严重地耽误有效理疗，本发明提供拨乱反正的可穿戴红外理疗产品设计，除以热绝缘和透中红外的材料包裹热源来保障热源可发射比红外理疗产品顶面强得多的红外辐射和保障热源发射和透出红外理疗产品顶面的红外辐射比红外理疗产品顶面自身发射的红外辐射强得多之外，更在红外理疗产品顶面铺设一个面向穿戴者的超小型红外光度计准确测量穿戴者皮肤的红外辐射和一个背向穿戴者的超小型红外光度计准确测量红外理疗产品向穿戴者皮肤发射的红外辐射，并以内置智慧电控电路向穿戴者汇报实际穿戴者获得的红外辐射剂量和红外理疗疗程的智慧监控(见图3(b))。本发明提供杜绝无效的可穿戴红外理疗产品充斥市场乱状引致的公众健康祸害，为消费者提供有实效与可信赖的可穿戴红外理疗产品。

参考文献：

所有的参考文献可参见中国发明专利ZL202010847951.8，在此全部引入。

发明内容

本发明反对市面可穿戴红外理疗产品的设计与制造，据科学原理指出可穿戴红外理疗产品在使用时其顶面与穿戴者皮肤处于热平衡后其相互温度和自身黑体式红外辐射基本等同，此外，红外理疗产品里的热源因被吸收红外的材料包裹而无额外红外辐射供给穿戴者皮肤，从而导致这些可穿戴红外理疗产品必然不可能有红外理疗效益(见图3(a))，本发明提供颠覆性创新的可穿戴红外理疗产品设计，首先以热绝缘和透中红外的材料包裹热源来保障热源可发射比红外理疗产品顶面强得多的红外辐射和保障热源发射和透出红外理疗产品顶面的红外辐射比红外理疗产品顶面自身发射的红外辐射强得多；其次，本发明提供在红外理疗产品顶面铺设一个面向穿戴者的超小型红外光度计准确测量穿戴者皮肤的红外辐射和一个背向穿戴者的超小型红外光度计准确测量红外理疗产品向穿戴者皮肤发射的红外辐射，在理疗时段中以内置智慧电控电路通过测算理疗软垫到理疗对象的中红外辐射强度减去理疗对象到理疗软垫的中红外辐射强度的差额总和得出实际穿戴者获得的红外辐射剂量；内置智慧电控电路向穿戴者汇报动态红外辐射剂量变化和进行红外理疗疗程的智慧监控(见图3(b))。

跟已公开的知识产权相比，尽管文献中已有使用红外透明封装的报导[US6038065；US9951446；US9989679，US10502879]，但它们未有明确覆盖3μm-50μm的中红外波段，并且所述红外透明封装都与热绝缘和装饰等功能无关。

此外，尽管文献中已有报导不透可见光但透红外或反射红外的材料[US9951446；US9989679；US10502879]，这些报导的概念和方法与本发明中的概念和方法无关或相反。简单地说，US9951446和参考文献21-22披露了在服装中加入染料，以便于人体热量的散失和环境红外线的反射，防止红外线反射回人体；因此，它们是人体降温的方法，而与本发明揭示的人类温暖舒适是截然相反的。US9989679揭示了在制作红外反射薄膜的红外透明材料中加入颜料的方法，目的是制作识别装置。因此，US9989679是一种红外反射方法，其概念与本发明相反。US10502879揭示了具有彩色红外透明层的***，但此发明涉及近红外而非中红外，其中公开的彩色红外透明层用作近红外相机或其他近红外设备的封装材料，与供暖和中红外理疗无关。此外，US10502879揭示了使用等离子颗粒的在透红外基体中着色方法，但此发明的等离子体粒子成本非常高，不能实际作装饰供暖器之用。参考文献30揭示了铅基和铬基颜料用于美化低红外辐射涂料，但铅与铬的相关应用现已被禁，其公开的方法与本发明构思技术路线方向相反。参考文献31描述了彩色，近红外反射，超疏水聚合物薄膜的制备，以保持建筑物对太阳加热的冷却。所述概念和方法是与本发明的概念和方法相反。

与最近一项授权发明专利[ZL202010847951.8]相比，该专利提供了一种用于供暖与理疗的热绝缘封装中红外发射屏及其制备方法，所述中红外发射屏的的叠置结构包括顶面覆盖层、第一气体热绝缘层、第一透中红外塑料热绝缘层、第二气体热绝缘层、第二透中红外塑料热绝缘层、第三气体热绝缘层、第一电绝缘层、电转中红外发射膜层、第二电绝缘层、及底面覆盖层；但所述用两层塑料膜中夹气体热绝缘层来做热绝缘中红外发射屏的致命性缺点是夹层组件的机械性强度不足以确保穿戴者不会因不慎刺穿或压扁夹层而导致皮肤被屏内热膜灼伤。本发明克服了这重大缺点。

总言之，以上发明内容可归纳为本发明提供了一种美观安全和可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫，所述中红外理疗软垫包括以下叠置结构：美观透中外顶面覆盖层、多孔聚乙烯热绝缘透中红外防刺穿层、电转中红外发射膜层、热绝缘层、及底面覆盖层；每层皆具透气可拉伸性能。其中，顶面覆盖层面向穿戴者，底面覆盖层相对于顶面覆盖层远离所述穿戴者；中红外的光谱波长范围为切合人体理疗的3-50μm波段。

可选的是，所述中红外理疗软垫是一种美观安全且兼具中红外理疗功能的可贴皮肤穿戴的产品。

可选的是，所述顶面覆盖层上还设置有美观的图案，或在覆盖层上铺盖客户喜爱的包括丝绸等有网眼或孔隙的布面料，中红外从网眼或孔隙透过。

可选的是，所述美观透中外顶面覆盖层的主要组成材料为聚乙烯，附加材料可包括普通布面料、颜料、阻燃材料、和添加剂的其中一种或多种。

可选的是，所述顶面覆盖层的中红外透射率＞50％，所述底面覆盖层热绝缘且中红外发射率≤10％。

可选的是，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外防刺穿层的主要组成材料为聚乙烯和空气，附加材料可包含其他塑料、颜料、阻燃剂和其他功能添加剂的其中一种或多种。

可选的是，所述热绝缘是指最大实际运作热绝缘温差≥20℃。

可选的是，所述电转中红外发射膜层的材料包括导电纳米碳塑料复合物；所述电转中红外发射膜层的方块电阻≤100Ω/□，膜层厚度≤200μm，中红外发射率≥95％。

可选的是，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外防刺穿层包括以微结构优化抗击穿机械强度的单层或多层热绝缘透中红外膜结构；所述热绝缘透中红外层被普通十岁孩童手指形弹子速度每秒6米冲击时，弹子不会击穿热绝缘透中红外防刺穿层而接触发热膜。

可选的是，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层的微结构应包含1mm-10mm闭封气泡、1mm-10mm开口气泡、1μm-1000μm闭封气泡、1μm-1000μm开口气泡、＜1μm闭封气泡、＜1μm开口气泡、打孔的聚乙烯薄膜的其中一种或多种；聚乙烯的微结构还包括高密度聚乙烯微结构、低密度聚乙烯微结构、定向拉伸过的聚乙烯微结构、无定向拉伸过的聚乙烯微结构、熔喷聚乙烯微结构的其中一种或多种。

可选的是，所述理疗软垫的叠层结构里每一层都包括合适的微透气孔道与可拉伸微结构，保障理疗软垫既具有适合贴身穿戴的透气性能和可拉伸性能，又具有所述理疗软垫的其他性能。

可选的是，所述中红外理疗软垫顶面中红外发射强度可达内置发射源发射强度的60％以上，底面中红外发射强度低于发射源发射强度的10％，以红外从顶面向外发射的能量比以对流散出的能量高两倍以上。

可选的是，所述中红外理疗软垫顶面铺设面向及背向穿戴者的中红外辐射强度的超小型光度计，配套电路电控装置从而测量中红外理疗软垫实际供给穿戴者皮肤的有效中红外辐射强度。

可选的是，所述中红外理疗软垫的顶面与发射源铺设有测温热电偶及配套电路电控装置，目的是测量中红外理疗软垫实际运行时中红外理疗软垫顶面与发射源的温度，并算出相关黑体中红外辐射强度。

可选的是，所述中红外理疗软垫铺设的配套电路电控装置包括供电器、讯号分析器、显示器，该配套电路电控装置把由光度计测量软垫顶面中红外辐射强度和顶面与发射源的热电偶测温作为回路反馈讯号，动态调控供电器和显示器；在理疗时段中，电路电控装置通过测算理疗软垫到理疗对象的中红外辐射强度减去理疗对象到理疗软垫的中红外辐射强度的差额总和得出实际穿戴者获得的红外辐射剂量；电路电控装置内置的智慧电控电路，可向穿戴者汇报红外辐射剂量的动态变化并进行红外理疗疗程的智慧监控。

可选的是，所述中红外理疗软垫电控结构包括可提供包括定电压可调电流供电、可调电压可调电流供电、定功率供电、脉冲供电、变频脉冲供电其中一种或多种功能的供电器；

可选的是，所述中红外理疗软垫还包括密封边缘、外置电控与供电管理装置、蓝牙设备等物联装置，保障所述理疗软垫的理疗功能、美观功能、安全功能、舒适功能、实用功能、智慧功能。

简而言之，本发明所公开的新型中红外理疗软垫填补了现今技术的空缺，按照低成本、高性能的中红外理疗软垫的市场需求，以安全、有效和节能的方式产生安全和实际可靠中红外理疗效益。而且本发明所公开的新型彩色中红外理疗软垫在保证这些功能性的前提下呈现了悦目的美感。此外，基于事实条件下，本发明遵循在设计新颖的中红外理疗软垫的过程中强调科学清晰性。本公开发明进一步革新了新型中红外理疗软垫的理疗使用方法，即弃用目前市面红外理疗产品的供电方法，而以脉冲供电方法确保本发明的新型中红外理疗软垫在理疗过程中穿戴者皮肤温度保持在安全上限之下，中红外理疗软垫仍可提供足够强的中红外脉冲和最高中红外理疗效果。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为不同温度下标准黑体的红外辐射能量功率密度分布图

图2为不同材料的红外辐射能量功率密度分布图

图3为本发明的中红外理疗软垫的中红外发射方法示意图

图4为本发明的中红外理疗软垫的结构示意图

图5为本发明的包括中红外光度计和测温热电偶及配套电路电控装置的中红外理疗软垫的结构示意图

图6为本发明的中红外理疗软垫的第一实施例的结构示意图

图7为本发明的中红外理疗软垫的第一实施例的实物示意图和实物中红外发射效果摄像

图8为本发明的红外理疗软垫的第二实施例的结构示意图

图9为本发明的红外理疗软垫的第三实施例的结构示意图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本章节按发明内容章节的创新内容公开术发明的具体实施明细。

首先，图4显示在本发明的典型实施例中，本发明的美观安全耐用的中红外理疗软垫的基本结构包括从中红外理疗软垫面向用户的顶面开始的以下多层，如图4所示包括：

三层中红外透明层311-312叠合并与热绝缘边封装置构成中红外理疗软垫核心部件；其中，中红外透明层311中和/或之上可具有中红外透明的无铅/铬可见色彩形成美观图画和可具有包括丝绸与棉等透气、可拉伸、亲水布面料以符合市场客户对理疗软垫面相的美观手感要求；此外，中红外透明层311顶面铺设面向与背向穿戴者的中红外辐射强度的超小型光度计3111，及配套电路电控装置测量中红外理疗软垫实际供给穿戴者皮肤的有效中红外辐射强度，又中红外透明层311顶面铺设测温热电偶及配套电路电控装置3112测量中红外理疗软垫实际运行时中红外理疗软垫顶面的温度，并算出相关黑体中红外辐射强度。

(b)电绝缘层32；此外，电绝缘层32顶面铺设测温热电偶及配套电路电控装置321测量中红外理疗软垫实际运行时电转中红外发射膜的温度，并算出相关黑体中红外辐射强度。

(c)以导电纳米碳为填料，中红外发射率接近100％的高导电性电热塑料复合电转中红外发射膜33；

(d)电绝缘层34；

(e)超薄闪亮金属层35，中红外发射率接近0；

(f)热绝缘聚合物泡沫层36。

所述理疗软垫的叠层结构里每一层都包括合适的微透气孔道与可拉伸微结构，保障理疗软垫既具有适合贴身穿戴的透气性能和可拉伸性能，又具有所述理疗软垫的其他性能。

在本发明的一些实施例中，可卷收的热绝缘边封装置用于安装和固定各层311、312、32、33、34、35、和36。在一些具体的实施例中，热绝缘边封装置还用来隐藏、安装和固定温控器、电控器、电极和供电线。

在本发明的一些实施例中，图4中的中红外透明层311和312的每一个的主要结构材料都是透中红外的聚乙烯，所述聚乙烯的微结构包括高密度聚乙烯微结构、低密度聚乙烯微结构、定向拉伸过的聚乙烯微结构、无定向拉伸过的聚乙烯微结构、熔喷聚乙烯微结构的其中一种或多种，性能要求在透中红外度近100％前提下具高机械强度保障耐用与防刺穿和防压扁性能。

在本发明的一些实施例中，图4中的中红外透明层312的性能要求在透中红外度近100％前提下具高热绝缘性，因此中红外透明层312的多主要结构材料是透中红外的多孔聚乙烯，所述多孔聚乙烯的气孔微结构设计包括具1-10毫米闭封气泡、1-10毫米开口气泡、1-1000微米闭封气泡、1-1000微米开口气泡、＜1微米闭封气泡、＜1微米开口气泡、打孔的聚乙烯薄膜的其中一种或多种，气孔微结构组合的协同性效果要符合具体热绝缘性在正常运作中最高温差达摄氏20度以上。

针对授权发明专利[ZL202010847951.8]提供的一种用于供暖与理疗的热绝缘封装中红外发射屏(电热膜以三叠层塑料薄膜锁夹空气构成类似三层玻璃窗达至热绝缘)的刺穿/压扁危险，本发明提供以上所述中红外透明层311与312微观结构设计保障在透中红外度近100％前题下具高机械强度保障耐用与防刺穿性能，并且本发明又提供具体定量检测方法，所述方法采用重量与形状合适的金属弹子模拟普通十岁孩童手指，考虑普通成年人拳击速度每秒5-8米，本发明提出以普用冲击测试仪验证模拟弹子每秒6米速度冲击中红外透明层311与312的组合组件，连续20次无刺穿现象，保证用户不会因不慎刺穿/压扁中红外透明层311与312的组合组件而导致皮肤接触运作中的电热膜33和导致皮肤灼伤。

在本发明的一些实施例中，中红外透明层311面向待理疗供暖对象，而热绝缘泡沫塑料层36相对于中红外透明层311远离所述待理疗对象。

在本发明的一些实施例中，中红外透明层311可作为顶面覆盖层，所述中红外透明层311可由聚乙烯、聚丙烯或其他对中红外透明的聚合物制成。在所述中红外透明层311面对待理疗对象的表面上还可以包括中红外透明的无铅/铬可见颜色，所述无铅/铬可见颜色包括无铅和无铬颜色，其中，所述无铅和无铬颜色包括铝颗粒、涂层铝颗粒、二氧化钛颗粒、涂层二氧化钛颗粒、纳米碳黑、苝红、醌酞黄，铋黄、靛蓝、酞菁蓝、钴蓝、铜酞菁绿、氧化铁橙、氧化铁棕或无铅黄83及其组合。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，中红外透明层311顶面铺设面向与背向穿戴者的中红外辐射强度的超小型光度计3111，及配套电路电控装置测量中红外理疗软垫实际供给穿戴者皮肤的有效中红外辐射强度。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，中红外透明层311顶面铺设测温热电偶及配套电路电控装置3112测量中红外理疗软垫实际运行时中红外理疗软垫顶面的温度，并算出相关黑体中红外辐射强度。

在本发明的一些实施例中，电绝缘层32和34包括热塑性聚氨酯，热塑性聚酯，碳基橡胶，硅酮基橡胶或聚丙烯及其组合。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，电绝缘层32顶面铺设测温热电偶及配套电路电控装置321测量中红外理疗软垫实际运行时电转中红外发射膜33的温度，并算出相关黑体中红外辐射强度。

在本发明的一些实施例中，高导电性聚合物复合电转中红外发射膜33中的聚合物包括热塑性聚氨酯、热塑性聚苯乙烯、热塑性聚酯、碳基橡胶、硅基橡胶、聚丙烯、聚乙烯醇、聚对亚苯基对苯二甲酰胺及其组合。电转中红外发射膜33的方块电阻≤100Ω/□，膜层厚度≤200μm，中红外发射率接近100％。在一个具体的实施例中，电转中红外发射膜33的中红外发射率≥90％，优选≥95％。所述复合材料中的纳米碳包括从煤或焦炭中获得的包括石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维中的其中一种或几种的多形貌导电纳米碳。在一个具体的实施例中，纳米碳由电阻率低于1Ω·cm的煤基纳米碳组成，其生产成本至少比石墨烯低50倍；具体地，其优选生产成本≤1000美元/吨，更优选生产成本≤700美元/吨。WO2020051755中公开的方法适合于生产本发明中的煤基纳米碳。在一些实施例中，炭黑被进一步石墨化至电阻率低于1Ω·cm，并用于制造本发明中的中红外理疗软垫。

在本发明的一些实施例中，具有极低中红外发射率的超薄闪亮金属层35包括铝、铝合金、铜、铜合金、铬、锆合金的富金属氧碳氮化物及其组合。

在本发明的一些实施例中，热绝缘层包括热塑性聚氨酯，热塑性聚酯，碳基橡胶，硅酮基橡胶或聚丙烯及其组合的泡沫片。

图5为本发明的用于供暖与理疗的中红外理疗软垫的结构示意图；图5与图4的中红外理疗软垫的结构示意图不同的是所述中红外理疗软垫还增加了温度传感器37和包括控制电路和电源在内的电力管理组件38。其余部件与图4相同，在此不予赘述。

图6为本发明的用于供暖与理疗的中红外理疗软垫的第一实施例的结构示意图；图6与图5唯一不同的是图6的中红外理疗软垫的既热绝缘又透中红外的311和312层都实际采用红外透射率近100％的聚乙烯。

图7为本发明的用于供暖与理疗的中红外理疗软垫的第一实施例的实物示意图和实物中红外发射效果摄像。

图8为为本发明的红外理疗软垫的第二实施例的结构示意图。

图9为本发明的用于供暖与理疗的中红外理疗软垫的第三实施例的结构示意图。其中，第三实施例的整体结构均与第一实施例相同，唯一不同的仅在于中红外透明层311-312的材料不同。具体的，在第一实施例中，中红外透明层311-312的材料包括聚乙烯；在第三实施例中，中红外透明层311-312的材料包括中红外透明度不及聚乙烯的聚丙烯。

在本发明的一些实施例中，本发明所述的中红外理疗软垫的制备方法包括：

(1)采用纳米碳塑料复合物制备电转中红外发射膜层：将所述复合物中的塑料分散在有机溶剂中形成第一混合液，再将所述复合物中的纳米碳分散在上述第一混合溶液中形成第二混合液；采用标准液浆成膜工艺制备所述电转中红外发射膜层；

(2)在所述电转中红外发射膜层的上下两面分别叠置第一电绝缘层和第二电绝缘层以得到依次为第一电绝缘层、电转中红外发射膜层和第二电绝缘层的层叠结构，其中，所述电转中红外发射膜层被第一电绝缘层和第二电绝缘层包裹；

(3)在所述依次为第一电绝缘层、电转中红外发射膜层和第二电绝缘层的层叠结构的上下两面分别添加叠层，构成包括顶面覆盖层、多孔聚乙烯热绝缘透中红外防刺穿层、第一电绝缘层、电转中红外发射膜层、第二电绝缘层、及底面覆盖层的中红外理疗软垫叠置结构。

(4)而所述中红外理疗软垫叠置结构铺设包括供电器、软垫顶面测量面向与背向理疗对象的两个超小型中红外光度计、置顶面与发射源的测温热电偶、电控器、显示器。

按以上在本发明的一些实施例中描述的可穿戴中红外理疗软垫设计制成的穿戴中红外理疗软垫，在一些具体使用实施例中的功能如下：

1.可穿戴中红外理疗软垫的中红外发射元件是一种包含低成本纳米碳塑料复合物的电转中红外发射膜，该膜具有小于100Ω/□的低方块电阻，适合中红外理疗软垫发挥其优秀功能，保障人体接触中红外理疗软垫也无漏电危险。中红外理疗软垫在安全的电压低于36V供电条件下运作，以大概500W/m²的低功率密度均匀发射中红外，令穿戴者因吸收中红外辐射而产生中红外理疗效益。中红外理疗软垫以顶面0.1mm印花聚乙烯制美观外层配多孔聚乙烯透中外热绝缘层结构(热绝缘效果约等同3mm空气层)，当中红外理疗软垫以500W/m²的功率密度运作时，从电转中红外发射膜到面向用户包围层的窗表面的理论隔热温差从以下公式(500W/m²/0.027W/m·K)*((3mm)*1m/1000mm)确定为56℃，公式中0.027W/m·K是空气导热系数。在此条件下，实验证明当电转中红外发射膜温度为82℃时，中红外理疗软垫面向中红外理疗软垫用户的顶面温度为33℃，即使中红外理疗软垫的热绝缘结构的塑料层的中红外透射率只有70％而导致其吸收中红外升温和热绝缘效果下降，中红外理疗软垫面向中红外理疗软垫用户的顶面温度无论如何都远低于46℃的安全上限。换言之，本发明的中红外理疗软垫对中红外理疗软垫用户来说是绝对安全的。

2.根据普朗克定律[1]，当中红外发射率为99％的中红外发射膜在90℃工作时中红外功率密度约为950W/m²，即使这中红外发射率与中红外理疗软垫窗状热绝缘结构的中红外透射率不理想而使中红外理疗软垫只能发射950W/m²的70％，即665W/m²，这中红外辐射状况折合黑体温度为60℃，而中红外理疗软垫顶与底面的温度却奇异地保持在33℃，由此中红外理疗软垫设计的说明，可见本发明的创新性和节能效果。

3.此外，由于在中红外理疗行业中，大多数已知的理疗方法只使用10-20mW/cm²(即100-200W/m²)的中红外辐射功率密度，因此本发明的中红外理疗软垫提供足够高的中红外辐射强度，向其用户提供已有科学确证的中红外理疗益处。

4.本发明提供的可穿戴中红外理疗软垫，除以热绝缘和透中红外的材料包裹热源来保障热源可发射比红外理疗产品顶面强得多的红外辐射和保障热源发射和透出红外理疗产品顶面的红外辐射比红外理疗产品顶面自身发射的红外辐射强得多之外，在红外理疗产品顶面铺设一个面向穿戴者的超小型红外光度计准确测量穿戴者皮肤的红外辐射和一个背向穿戴者的超小型红外光度计准确测量红外理疗产品向穿戴者皮肤发射的红外辐射，两者差额才是可穿戴红外理疗产品供给穿戴者皮肤的有效额外红外辐射强度(即高于穿戴者皮肤自身发射的红外辐射强度)，这些检量与计算，包括在理疗时段中实际穿戴者获得的红外辐射剂量和红外理疗疗程的智慧监控由内置智慧电控电路完成并以显示器向穿戴者汇报(见图3(b))。

5.本发明提供的可穿戴中红外理疗软垫铺设置顶面与发射源的测温热电偶，及配套电路电控装置测量中红外理疗软垫实际运行时中红外理疗软垫顶面与发射源的温度，并算出相关黑体中红外辐射强度，用于分析可穿戴中红外理疗软垫的工作性能。

6.又本发明公开的中红外理疗软垫可采用[PCT/CN2018/104910]的以煤或焦炭制备的低成本而有石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维和其他导电纳米碳，估算成本低于US$700-1000/吨，而电阻率低于1Ω-cm，以此制成的煤基纳米碳塑料复合物中红外发射膜具有小于100Ω/□的低方块电阻，因热容量极低而能瞬时升降温度和发射红外脉冲，适合用于制备本发明公开的中红外理疗软垫，并在具实际成本效益条件下实施本发明的创新。

7.又本发明公开的中红外理疗软垫的叠层结构里每一层都包括合适的微透气孔道与可拉伸微结构，保障理疗软垫既具有适合贴身穿戴的透气性能和可拉伸性能，又具有所述理疗软垫的其他性能。

8.综合本发明公开的中红外理疗软垫的各种结构创新性，本发明又公开、种本发明所述的可穿戴中红外理疗软垫使用方法，特征在于，中红外理疗软垫穿戴使用时以脉冲供电法达致在较低输入理疗软垫电功率和保障穿戴者皮肤理疗软垫温度不升超安全皮肤触温标准条件下产生最强红外辐射脉冲，构建最安全、最节能、最高效的红外理疗。

总言之，本发明涉及一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫。本发明涉及中红外理疗软垫的创新性设计和测试/验证，其可应用于使用户产生方便且安全的中红外理疗效果。其次，由于人体在该中红外波段中的发射类似基准黑体，因此本发明采用使用基准黑体作为光谱参照标准并且使用覆盖整个中红外带或至少3μm-25μm的普通红外光谱仪来测试和验证本发明中红外理疗软垫的光谱特性。在这种情况下，3μm-25μm波段的测量结果非常接近整个中红外波段的测量结果，因为在中红外理疗软垫典型的工作温度在普通室内温度至中红外理疗软垫工作温度上限的90℃范围内，来自3μm-25μm波段黑体的总辐射已经达到整个中红外波段的85％。为了测试和验证中红外理疗软垫，本发明揭示了使用普通红外光谱仪测量中红外理疗软垫发射的中红外波长色散强度的实用方法，以及用普通中红外发射仪测量中红外理疗软垫发射的中红外积分强度的实用方法，两种方法均以基准黑体作为中红外辐射参考。

实施例

下面详细阐述一些具体的实施例。需要说明的是，以下内容只是在本发明原则的适用情况的例证或说明。在不背离现有原则和范围的前提下，我们可以做很多修改，用其他成分、方法和***进行代替。附加要求包含了这些修改和方案。因此，尽管在上文中已详细描述了本发明，但是下面的示例提供了目前被认为是最可行方案的进一步细节。

第一实施例

以多孔聚乙烯透中红外热绝缘层结构制可穿戴中红外理疗软垫的制备方法与性能测试

在本发明的这个优选实施例中，生产出了高性能的中红外理疗软垫。首先，以导电性高的煤基纳米碳为油墨，采用标准的薄膜浇铸工艺，制备了纳米碳复合物中红外发射膜。所得薄膜的方块电阻为26±2Ω/□且厚度为80±2μm，并制备了尺寸为180cm²的电热薄膜。在4.65V的低外加电压下，中红外理疗软垫的额定功率分别为6W和0.03W/cm²。多孔聚乙烯透中红外热绝缘层结构由热绝缘效果近于3mm空气层的多孔聚乙烯组成。面向用户的顶层由彩色聚乙烯组成，中红外透射率接近100％，中红外发射率接近100％。中红外理疗软垫的结构如图6所示。在实际操作时，如表1-2的实施效果数据表所示，其中，表1为理疗软垫在非穿戴时的运行数据，表2为理疗软垫在实际穿戴应用时的运行数据。表1显示以校准的热电偶在电转中红外发射膜测得的温度为47℃，以校准的热电偶在顶覆盖层表面测得的温度是29℃，以校准的中红外辐射强度检测仪在离顶覆盖层50厘米处正对中红外理疗软垫条件下测定中红外理疗软垫中红外辐射强度的黑体温度当量是44℃。在中红外理疗软垫外接收到的中红外辐射温度当量(44℃)比实际电转中红外发射膜温度(47℃)低的原因是多孔聚乙烯热绝缘层的中红外透射率并非100％，但实际的顶面中红外辐射强度仍为内置发射源的中红外辐射强度的96％，即572W/m²，其中471W/m²是顶面自身材料发射的红外辐射强度。在本实施例中，以校准的中红外辐射强度检测仪在离底覆盖层50厘米处正对中红外理疗软垫条件下测定中红外理疗软垫底覆盖中红外发射率为10％。

表1

表2

当本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用时，校对过的内置电热偶温度计测出软垫顶面温度为39℃，电转中红外发射膜温度50℃，理疗软垫顶面向穿戴者皮肤发射的总中红外辐射强度为572W/m²，穿戴者皮肤发射的总中红外辐射强度为532W/m²，显示本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用时有供给穿戴者皮肤中红外辐射比皮肤自身发射的中红外辐射强40W/m²。

图7显示本实施例中中红外理疗软垫实物照片和中红外摄像，实物中红外发射面积180cm²(长18cm，宽10cm)，在6W供电下中红外摄像仪显示平均黑体温度当量为44℃，表面热电偶温度29℃，显示本实施例的中红外理疗软垫的热源。

第二实施例

以多孔聚乙烯透中红外热绝缘层结构制可穿戴中红外理疗软垫的制备方法与性能优化方案

本发明的这个优选实施例中使用的可穿戴中红外理疗软垫的结构和制造与实施例一完全相同。图8为本发明的红外理疗软垫的第二实施例的结构示意图。在与实施例一同样使用恒电压电流的使用情况下，本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用时，当本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用时，校对过的内置电热偶温度计测出软垫顶面温度为39℃，电转中红外发射膜温度50℃，理疗软垫顶面向穿戴者皮肤发射的总中红外辐射强度为572W/m²，穿戴者皮肤发射的总中红外辐射强度为532W/m²，显示本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用时有供给穿戴者皮肤中红外辐射比皮肤自身发射的中红外辐射强40W/m²，结果与实施例一无异。但当可穿戴中红外理疗软垫以间歇脉冲输入同样6W电功率，内置电热偶温度计仍测出软垫顶面温度39℃，但电转中红外发射膜温度65-40℃随脉冲波动，理疗软垫顶面向穿戴者皮肤发射的总瞬时中红外辐射强度达为697W/m²，穿戴者皮肤发射的中红外辐射强度仍为532W/m²，显示本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用中能瞬时供给穿戴者皮肤中红外辐射比皮肤自身发射的中红外辐射强165W/m²的优化和较强中红外理疗方案。具体测量参数及测量结果如表3-4所示，其中，表3为优化前的数据，表4为优化后的数据：

表3

表4

本实施例展示本发明提供的可穿戴中红外理疗软垫的可控中红外辐射剂量的创新性与优异功效，特别是以间歇脉冲方式输入同样电功率，因理疗软垫构件与人体皮肤的热传导和热平衡改变缓慢，同样电功率以间歇脉冲方式或用恒电压电流输入效果差别不大，但红外辐射可以传送快速，故能调配出瞬时强中红外辐射脉冲，本发明提供所述可穿戴中红外理疗产品软垫的一种颠覆性中红外辐射脉冲理疗方法。

第三实施例

以多孔聚丙烯热绝缘层结构制可穿戴中红外理疗软垫的制备方法与性能测试

在本发明的这个优选实施例中，产生了较低性能的中红外理疗软垫。首先，以导电性高的煤基纳米碳制成油墨，采用标准的薄膜浇铸工艺，制备了纳米碳复合物中红外发射膜。所得薄膜的方块电阻为26±2Ω/□且厚度为80±2μm，并制备了尺寸为180cm²的电热薄膜。在4.65V的低外加电压下，中红外理疗软垫的额定功率分别为6W和0.03W/cm²。本实施例中，实施例一的多孔聚乙烯透中红外热绝缘层结构由同厚度的多孔聚丙烯热绝缘层代替。面向用户的顶层仍由彩色聚乙烯组成，中红外透射率接近100％，中红外发射率接近100％。中红外理疗软垫的结构如图9所示。

在6W下操作时，以校准的热电偶在电转中红外发射膜测得的温度为44℃，以校准的热电偶在顶覆盖层表面测得的温度是33℃，以校准的中红外辐射强度检测仪在离顶覆盖层50厘米处正对中红外理疗软垫条件下测定中红外理疗软垫中红外辐射强度的黑体温度当量是33℃。在本实施例中，多孔聚丙烯透中红外热绝缘层结构的中红外透射率很低，吸收发射源的中红外辐射导致表面温度升高，热绝缘性失效，维持发射源44℃也要耗电功率6W，而且中红外理疗软垫顶面温度33℃跟外置红外仪测得中红外理疗软垫顶面红外黑体温度当量33℃相近，显示测得红外辐射主源于理疗软垫顶面而非来自内置电转中红外发射膜透过多孔聚丙烯层走出理疗软垫顶面。实际的顶面中红外辐射强度为497W/m²，内置发射源的中红外辐射强度为573W/m²，但未能透射出理疗产品顶面。具体测量参数及测量结果如表5-6所示，其中，表5为理疗软垫在非穿戴时的运行数据，表6为理疗软垫在实际穿戴应用时的运行数据：

表5

表6

当本实施例中可穿戴中红外理疗软垫实际在穿戴使用时，校对过的内置中电热偶温度计与红外光度计测出软垫顶面温度约40℃，电转中红外发射膜温度50℃，理疗软垫顶面向穿戴者皮肤发射的总中红外辐射强度与穿戴者皮肤发射的中红外辐射强度都为544/m²，实施例中可穿戴中红外理疗软垫供给穿戴者的中红外辐射无法强于穿戴者自身皮肤发射的中红外辐射。

第四实施例

市面可穿戴中红外理疗软垫的性能比较

本实施例以第一实施例的相同测试方法检测市面可穿戴中红外理疗软垫的性能，证明当市面可穿戴中红外理疗软垫在穿戴使用时，校对过的内置电热偶温度计与红外光度计测出软垫顶面温度约40℃，电转中红外发射膜温度50℃，理疗软垫顶面向穿戴者皮肤发射的总中红外辐射强度与穿戴者皮肤发射的中红外辐射强度都为544/m²，实施例中可穿戴中红外理疗软垫基本无供给穿戴者皮肤强于比皮肤自身发射的中红外辐射。本实施例显示市面可穿戴中红外理疗软垫在穿戴使用时基本无供给穿戴者皮肤强于比皮肤自身发射的中红外辐射，本实施例测出的市面可穿戴中红外理疗软垫的理疗功能无效的现象与科学原因在图3(a)已有描述；简言之，市面可穿戴中红外理疗软垫的加热元件被不透中红外的材料封装包裹，加热元件发射的中红外不能透出理疗软垫，当理疗软垫在穿戴使用时，理疗软垫顶面与穿戴者皮肤接触和处于热平衡，两者温度相同致令两者中红外辐射强度也基本相同，理疗软垫不可能供给穿戴者皮肤强于皮肤自身发射的中红外辐射，理疗不可能有效。图3(b)描述本发明以透中红外的热绝缘材料封装包裹加热元件，当本发明理疗软垫在穿戴使用时，虽然理疗软垫顶面与穿戴者皮肤接触和处于热平衡，两者温度相同致令两者中红外辐射强度也基本相同，但加热元件发射的中红外仍能透出理疗软垫，保障理疗有效。第一实施例和第二实施例都确实显示本发明可穿戴中红外理疗软垫理疗有效。

无需进一步详细说明，相信本领域技术人员可以使用本文描述最大程度地利用本发明。这里所描述的实施例应被解释为说明性的，而不是以任何方式限制本发明的其余部分。虽然已经示出和描述了实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和教导的情况下对其进行许多变化和修改。因此，保护范围不受上述说明的限制，而是仅受专利要求的限制，包括专利要求主题的所有等同物。本文引用的所有专利、专利申请和出版物的发明内容在此引入作为参考，只要它们提供与本文所述内容一致和补充的程序或其他细节。

Claims (18)

1.一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫的叠置结构包括软垫顶面覆盖层、多孔聚乙烯热绝缘透中红外层、电转中红外发射膜层、热绝缘层、及底面覆盖层，该软垫顶面覆盖层包括面向理疗对象的第一表面，底面覆盖层包括远离理疗对象的第二表面；理疗软垫还包括电控结构，电控结构包括位于所述软垫顶面覆盖层第一表面的超小型中红外光度计、位于所述软垫顶面覆盖层第一表面的第一测温装置、以及测量电转中红外发射膜层的温度的第二测温装置；其中，所述超小型中红外光度计可实现从所述理疗软垫到理疗对象的中红外辐射强度以及从所述理疗对象到理疗软垫的中红外辐射强度的测量；所述中红外辐射剂量指的是理疗时段中理疗软垫到理疗对象的中红外辐射强度减去理疗对象到理疗软垫的中红外辐射强度的差额总和；所述顶面覆盖层为亲水覆盖层；

所述中红外的光谱波长范围为切合人体供暖与理疗的3µm-50µm波段；

所述顶面覆盖层的主要组成材料为聚乙烯，所述顶面覆盖层中红外透射率≧50%，所述底面覆盖层热绝缘且中红外发射率≤10%；

所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层的主要组成材料包括聚乙烯基体和分布于基体中的空气气泡；

所述电转中红外发射膜层包括导电纳米碳塑料复合物；所述电转中红外发射膜层的方块电阻≤100Ω/□，膜层厚度≤200µm，中红外发射率≥95%；

所述中红外理疗软垫顶面中红外发射强度高达内置电转中红外发射膜层发射强度的60%以上，底面中红外发射强度低于电转中红外发射膜层发射强度的10%，对于该中红外理疗软垫，红外从顶面向外发射的能量比从顶面通过热空气对流散出的能量高两倍以上。

2.根据权利要求1所述的理疗软垫，其特征在于，所述第一测温装置包括测温热电偶，所述第二测温装置包括测温热电偶。

3. 根据权利要求1所述的理疗软垫，其特征在于，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层的厚度为1µm -1cm。

4.根据权利要求1所述的理疗软垫，其特征在于，所述顶面覆盖层还包括附加材料，该附加材料由透气可拉伸亲水布面料、颜料、阻燃材料、和添加剂的其中一种或多种组成。

5.根据权利要求1所述的理疗软垫，其特征在于，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层还包含附加材料，该附加材料由优化聚乙烯性能的塑料、颜料、阻燃剂和功能添加剂的其中一种或多种组成。

6.根据权利要求1所述的理疗软垫，其特征在于，所述热绝缘是指最大实际运作热绝缘温差≥20℃。

7.根据权利要求1的理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫的叠层结构里每一层都包括微透气孔道与可拉伸微结构，能够使所述理疗软垫既有可穿戴贴身物件的透气性能又有热绝缘层的热绝缘性能。

8. 根据权利要求1-7任一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层的微结构应包含1mm-10mm闭封气泡、1mm-10mm开口气泡、1µm -1000µm闭封气泡、1µm -1000µm开口气泡、<1µm闭封气泡、<1µm开口气泡、打孔的聚乙烯薄膜的其中一种或多种。

9.根据权利要求1-7任一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层的微结构应包括高密度聚乙烯微结构、低密度聚乙烯微结构、定向拉伸过的聚乙烯微结构、无定向拉伸过的聚乙烯微结构、熔喷聚乙烯微结构的其中一种或多种。

10.根据权利要求1-7任一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述电控结构还包括供电器，该供电器应具有定电压可调电流供电、可调电压可调电流供电、定功率供电、脉冲供电、变频脉冲供电的其中一种或多种功能。

11.根据权利要求1-7任一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫还包括密封边框、外置电控与供电管理装置、和蓝牙设备。

12.根据权利要求1-7中任意一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述电转中红外发射膜层中的聚合物包括热塑性聚氨酯、热塑性聚苯乙烯、热塑性聚酯、碳基橡胶、硅基橡胶、聚丙烯、聚乙烯醇、或聚对亚苯基对苯二甲酰胺及其组合。

13.根据权利要求1-7中任意一项所述的理疗软垫，其特征在于，热绝缘层包括热塑性聚氨酯，热塑性聚酯，碳基橡胶，硅酮基橡胶或聚丙烯及其组合的泡沫片。

14.根据权利要求1-7中任意一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫还包括显示器，对于该理疗软垫，可用光度计测量软垫顶面中红外辐射强度，并以上述第一测温装置所测温度作为回路反馈讯号动态调控电控结构的供电器，并将调控资料和中红外辐射剂量于显示器上显示。

15.根据权利要求1-7中任意一项所述的理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫还包括设置于电转中红外发射膜层与多孔聚乙烯热绝缘透中红外层之间的电绝缘层，上述第二测温装置设置于多孔聚乙烯热绝缘透中红外层与电绝缘层之间。

16.一种可控中红外辐射剂量的可穿戴中红外理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫的叠置结构包括软垫顶面覆盖层、多孔聚乙烯热绝缘透中红外层、电转中红外发射膜层、热绝缘层、及底面覆盖层，该软垫顶面覆盖层包括面向理疗对象的第一表面，底面覆盖层包括远离理疗对象的第二表面；理疗软垫还包括电控结构，电控结构包括位于所述软垫顶面覆盖层第一表面的超小型中红外光度计、位于所述软垫顶面覆盖层第一表面的第一测温装置、以及测量电转中红外发射膜层的温度的第二测温装置；其中，所述超小型中红外光度计可实现从所述理疗软垫到理疗对象的中红外辐射强度以及从所述理疗对象到理疗软垫的中红外辐射强度的测量；所述中红外辐射剂量为理疗时段中理疗软垫到理疗对象的中红外辐射强度减去理疗对象到理疗软垫的中红外辐射强度的差额总和；所述顶面覆盖层为亲水覆盖层；

所述中红外的光谱波长范围为切合人体供暖与理疗的3µm-50µm波段；

所述顶面覆盖层的主要组成材料为聚乙烯，所述顶面覆盖层中红外透射率≧50%，所述底面覆盖层热绝缘且中红外发射率≤10%；

所述多孔聚乙烯热绝缘透中红外层的主要组成材料包括聚乙烯基体和分布于基体中的空气气泡；

所述电转中红外发射膜层包括导电纳米碳塑料复合物；所述电转中红外发射膜层的方块电阻≤100Ω/□，膜层厚度≤200µm，中红外发射率≥95%；

所述中红外理疗软垫顶面中红外发射强度高达内置电转中红外发射膜层发射强度的60%以上，底面中红外发射强度低于电转中红外发射膜层发射强度的10%，对于该中红外理疗软垫，红外从顶面向外发射的能量比从顶面通过热空气对流散出的能量高两倍以上；

所述理疗软垫以脉冲供电方式在较低输入电功率并保障理疗对象皮肤接触理疗软垫处温度不升至超过安全皮肤触温标准的条件下产生最强红外辐射脉冲。

17.根据权利要求16的理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫还包括密封边框、外置电控与供电管理装置、以及蓝牙设备。

18.根据权利要求16的理疗软垫，其特征在于，所述理疗软垫还包括显示器，所述理疗软垫以所述光度计测量所述软垫顶面中红外辐射强度和以所述第一测温装置所测温度作为回路反馈讯号动态调控所述电控结构的供电器，并显示调控资料和所述中红外辐射剂量于显示器上。

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