相關(guān)申請(qǐng)

無

本發(fā)明整體上涉及熱源和在其中嵌入熱源的制品。更具體地，本發(fā)明涉及基本上干燥的氧激活熱源和可熱成形的制品，該可熱成形的制品具有在其中嵌入或植入(engrain)的熱源。

發(fā)明背景

當(dāng)向可熱成形的制品施加熱量來源時(shí),它們典型地變成可模塑的或可成形的。在一些已知的制品中，該制品可包括有熱源或類似物或者可與熱源或類似物連接。例如在充電電池公司懸而未決但未公開的申請(qǐng)中，公開了夾板形式的可熱成形的制品，其中該制品包括連接至該制品外部的熱源。雖然將該熱源附著至制品的外部提供了令人滿意的結(jié)果(特別是用于較薄或較小的制品)，但是由表面熱源所得的制品的加熱可能是不均勻的并且可能不會(huì)迅速地、顯著地滲透該制品。這可導(dǎo)致較長(zhǎng)的加熱時(shí)間，沒有用于模塑的均勻加熱的制品，并且還可導(dǎo)致較高的模塑溫度，而這又可引起較長(zhǎng)的固化時(shí)間或?qū)χ破返膿p壞。另外，僅在制品的外表面上設(shè)置熱源意味著僅一部分由熱源產(chǎn)生的熱被傳輸至僅一部分的該制品。對(duì)于較厚的制品而言，熱可能不會(huì)成功地遍及該制品傳遞熱，其引起該制品的至少一部分保持靜態(tài)而其余部分是可模塑的。

用于可熱成形的制品的熱源典型地是氧激活熱源如在充電電池公司懸而未決但未公開的申請(qǐng)中描述的那些。除了使用該氧激活熱源用于可熱成形的物體之外，它們可具有大量其他用途，例如加熱食物和作為手、足或身體取暖器。典型地使用濕法采用包括鋅、碳、任選的粘結(jié)劑和水的材料來制造已知的氧激活熱源。將熱源混合物壓成片材并且在烘箱中干燥。隨著在烘箱中水從該片材蒸發(fā)，在該片材內(nèi)產(chǎn)生空隙。在導(dǎo)致鋅和氧之間的反應(yīng)的熱源后續(xù)激活過程中，該空隙提供對(duì)于以有效方式接觸鋅所需要的孔隙率。

濕法具有至少一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)：因?yàn)闈穹óa(chǎn)出具有充分的結(jié)構(gòu)完整性的熱源片，所以可以以各種方式處理、設(shè)置和利用熱源片。然而，雖然產(chǎn)生令人滿意的熱源，但是濕法在制備和干燥兩方面是耗費(fèi)時(shí)間的，且干燥為制備工藝中的主要瓶頸。額外的時(shí)間使制備生產(chǎn)能力下降并提高成本。

濕法的替代是干法，在干法中不使用或基本上不使用水來制備熱源。然而，不存在用于制造所發(fā)展的熱源的干法，其可與濕法熱源的機(jī)械完整性和性能相似。

因此，如果可使用基本上或完全去除水和一旦構(gòu)造就干燥熱源的任何必要性的干法來制造氧激活或化學(xué)熱源，將會(huì)是有利的。

還將有利的是產(chǎn)生可熱成形的制品，其與熱源以允許熱源和制品之間更有效的熱交換并確保盡可能迅速地均勻加熱整個(gè)制品的方式結(jié)合。

提供本發(fā)明以解決這些和其他問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)熱源和制品，該制品具有嵌入該制品內(nèi)的熱源。該熱源可為使用干法制造的氧激活或化學(xué)熱源，其導(dǎo)致具有的性能與使用濕法制造的熱源的性能相似的熱源。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供能夠被加熱的制品。使用材料形成該制品，該材料包括在其中形成的至少一個(gè)空腔。該制品還包括至少一個(gè)熱源，該至少一個(gè)熱源嵌入在該材料中形成的多個(gè)空腔的至少一個(gè)中。該制品最后具有可操作地與該材料接合的多孔材料片使得該至少一個(gè)空腔被該多孔材料片覆蓋并且在其中容納熱源材料。為了使表面積最大化并且提供必要的空腔，可以以特定的構(gòu)造或方式(例如蜂窩構(gòu)造)來成形該材料。

形成該制品的材料可為非可熱成形的材料或可熱成形的材料(伴隨由使該可熱成形的材料可模塑的熱源產(chǎn)生的任何熱。該材料還可為織造或非織造材料。

該制品包括的熱源還可為形成化學(xué)或氧激活熱源的熱源混合物。該熱源混合物的至少一部分可嵌入一個(gè)、一部分或全部的多個(gè)空腔中。這些空腔在制備和使用過程中起限制該熱源混合物的作用。例如，如果在激活之后切割或修整該制品，則使可用于釋放的熱源混合物的量最小化。該空腔還提供額外的表面區(qū)域用于將熱傳遞至該制品。該熱源混合物還可包括在其中包括的電解質(zhì)以便觸發(fā)激活?？蓪⒅破访芊庠跉饷苋萜鲀?nèi)以便防止氧或一些其他化學(xué)品接觸該熱源，并且當(dāng)使用可熱成形的材料時(shí)，該制品可包括基本上圍繞并隔絕該可熱成形的材料的隔絕體材料。

還可使用一種或多種方法激活熱源或者可替代性地使用一種或多種方法激活熱源。例如，可使用微波或感應(yīng)法激活熱源。

當(dāng)使用干法被構(gòu)造為化學(xué)或氧激活熱源時(shí)，該熱源混合物可包括鋅、碳和粘結(jié)劑，以及小于該熱源總重量的2％的一些量的水。該熱源混合物還可包括電解質(zhì)、粘結(jié)劑和/或填料。該熱源混合物優(yōu)選具有在0.5g/cm³和1.8g/cm³范圍內(nèi)的密度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該制品可為可修整的或可調(diào)節(jié)的(scalable)同時(shí)保持任何熱源的大部分嵌入該制品中。

在閱讀以下附圖說明和本發(fā)明的詳細(xì)說明時(shí)本發(fā)明的其他優(yōu)勢(shì)和方面將變得明顯。

附圖簡(jiǎn)要說明

圖1顯示由本發(fā)明設(shè)想的待加熱的制品的一部分的透視圖；

圖2顯示由本發(fā)明設(shè)想的待加熱的制品的一部分的分解圖；

圖3顯示密封在容器內(nèi)的待加熱的制品的透視圖；和

圖4顯示由本發(fā)明設(shè)想的制品的加熱和冷卻的圖形表示。

優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明

雖然此發(fā)明易于以許多不同形式實(shí)施，但是在這里基于如下理解來詳細(xì)地描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案：本公開內(nèi)容被認(rèn)為是本發(fā)明原理的舉例并且不意圖將本發(fā)明的廣泛方面限制為所說明的實(shí)施方案。

圖1和圖2顯示如由本發(fā)明設(shè)想的能夠被加熱的制品的示例性實(shí)施方案。制品10包括形成該制品的材料12。材料12包括在其中形成的至少一個(gè)空腔14。在圖1和圖2中多個(gè)空腔14顯示為圓形開口的網(wǎng)絡(luò)(見圖1)和蜂窩構(gòu)造(見圖2)兩者。然而應(yīng)理解當(dāng)提供多個(gè)空腔時(shí)，可以以任何形成物、尺寸或構(gòu)造來構(gòu)造該空腔并達(dá)到本發(fā)明的目的。在一種簡(jiǎn)單形式中，可僅存在一個(gè)空腔，其導(dǎo)致容納熱源內(nèi)容物的槽(tray)。另外，空腔的分布不需要是均勻的。例如，在需要給制品的外邊緣提供較多熱時(shí)，空腔可為較大的以允許添加較多的熱源材料。還可將空腔完全或基本上限制在僅一側(cè)待加熱的制品的一側(cè)。

制品10還包括至少一個(gè)熱源16(圖2中顯示為熱源混合物)，該熱源嵌入材料12的至少一個(gè)空腔14內(nèi)。雖然僅以幾個(gè)空腔顯示，但是如對(duì)于特定制品或用途所需要的那樣，至少一個(gè)或一部分熱源可嵌入更少或更多的空腔中。對(duì)于許多應(yīng)用而言，為了確保最快最有效的熱傳遞，至少一個(gè)熱源(或如將在這里討論的一部分熱源混合物)可嵌入每個(gè)空腔中所以整個(gè)制品基本上同時(shí)被均勻地加熱。當(dāng)然嵌入每個(gè)特定空腔或空腔區(qū)域中的熱源的量可變化。例如，嵌入位于周長(zhǎng)部分或邊緣(例如周長(zhǎng)21)中的空腔中的熱源的量可大于嵌入位于中間部分或區(qū)域(例如中部23)中的空腔中的熱源的量。由本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)嵌入的熱源的其他構(gòu)造或量，例如具有在其中嵌入更多或更少的熱源的不同的特定區(qū)域、側(cè)或空腔。

為了保持一個(gè)或多個(gè)熱源16或熱源混合物的任何部分，制品10還可包括至少一個(gè)多孔材料片18，其可基本上覆蓋材料12并設(shè)置在材料12上方，在空腔14的頂部上方?？蓸?gòu)造該多孔材料片以在需要時(shí)允許氧和電解質(zhì)流體中的一者或兩者經(jīng)過該片并到達(dá)制品或熱源。除了允許氧和電解質(zhì)穿過之外，多孔材料片可允許沿著軸n(例如該制品的窄軸)修整該制品，同時(shí)該至少一個(gè)空腔或多個(gè)空腔保持大量的位于該制品待使用部分中的熱源。保持大部分的熱源(例如95％或更多)將允許修整的制品產(chǎn)生用于制品剩余部分的任何必需或所需量的熱?？烧{(diào)節(jié)性將允許在原位或當(dāng)需要時(shí)設(shè)計(jì)制品并且然后調(diào)節(jié)制品的尺寸，而不是必須產(chǎn)生定制尺寸的制品。如將在這里進(jìn)一步討論的當(dāng)與可熱成形的材料配對(duì)時(shí)，可提供單個(gè)制品如夾板，其可被調(diào)節(jié)尺寸并成形以匹配相當(dāng)大量的單體而不是需要購(gòu)買定制尺寸的夾板或攜帶具有不同尺寸的多個(gè)夾板。

還如圖1和圖2中所示，制品10還可包括隔絕體材料20，其圍繞并覆蓋至少一部分的制品10和材料12。該隔絕體材料可粘附至制品10的單側(cè)或部分，例如可接觸使用者皮膚的底部或部分或者充當(dāng)媒介物的一些其他材料?；蛘?，該隔絕體可基本上完全圍繞(除了多孔材料)、或平均地圍繞，或在一些情況下可成形為多孔材料。該隔絕體材料例如可為氈或其他織物材料，其可為至少局部柔性的，同時(shí)提供在該制品與該制品所附著的本體的接觸表面之間的熱阻擋體。

取決于特定制品，在該制品中利用的材料可為織造和/或非織造材料，并且可為可熱成形的或非可熱成形的材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，材料12可為可熱成形的材料，一旦一個(gè)或多個(gè)熱源16在制品10內(nèi)被激活，該可熱成形的材料為響應(yīng)由該一個(gè)或多個(gè)熱源產(chǎn)生的熱可變成可模塑的或有延性的。可熱成形的材料(其可用作形成一部分制品的材料)可包括例如聚乳酸、乙烯醋酸乙烯酯、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、及其任何組合。設(shè)想該可熱成形的材料可任選地含有填料以使成本最小化和/或改進(jìn)機(jī)械性質(zhì)例如模量。還可采用能夠改進(jìn)材料的熱導(dǎo)率的填料。在可熱成形的材料被用于該材料時(shí)，應(yīng)構(gòu)造該可熱成形的材料和一個(gè)或多個(gè)熱源使得在大約90秒內(nèi)由熱源將該可熱成形的材料加熱至可模塑狀態(tài)。一旦加熱，從激活時(shí)間開始的小于10分鐘內(nèi)該制品和熱源的溫度應(yīng)降低至小于模塑該可熱成形的材料所需的溫度。在熱源激活的十分鐘內(nèi)，應(yīng)將由熱源產(chǎn)生的并在該制品中保持的熱下降至該材料不再是可模塑的并且處于基本上靜態(tài)的已模塑情況的點(diǎn)(其中該制品已返回到所需水平或剛度)。

雖然在圖1和圖2中顯示加熱的制品的一部分，但是本發(fā)明設(shè)想可以以任何所需方式構(gòu)造用于形成制品的一部分的材料(不論是可熱成形的還是其他方式的)。例如，材料12可成形為夾板、襯套、短襪、手套、襯衫或襯衫的一部分、背心、褲子、褲子的部分或單個(gè)褲腿、帽子或其他頭飾或者帽子或其他頭飾的部分、個(gè)人穿戴的盔甲或盔甲的一部分、固定器或固定器的部分、假肢或假肢的部分、或外骨骼裝置。

取決于制品的用途和材料及所需性質(zhì)，嵌入的一個(gè)或多個(gè)熱源可具有不同的特性和形式。例如，如果該熱源和制品的主要目的是為本體提供熱，則可構(gòu)造并設(shè)計(jì)嵌入制品內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)空腔中的一個(gè)或多個(gè)熱源來保持激活較長(zhǎng)時(shí)間段。然而，如果在制品中使用的材料是可熱成形的并且意圖將該制品作為可熱成形的制品，或如果該熱源僅意圖提供持續(xù)少量時(shí)間的熱，則該熱源可迅速地提高和降低熱制備。溫度的迅速提高和降低可允許任何可熱成形的材料達(dá)到可模塑溫度并且允許該材料在基本上成形的情況和狀態(tài)下迅速地冷卻。

無論該材料是否為可熱成形的，可將熱源16構(gòu)造為熱源混合物或化學(xué)混合物，當(dāng)引入額外的化學(xué)品或刺激時(shí)其可反應(yīng)以產(chǎn)生熱。例如，可將熱源16構(gòu)造為充當(dāng)氧激活熱源的熱源混合物(使用基本上干法制造)。在制品10中使用氧激活熱源時(shí)，可包括氣密的或不可透過空氣的外部容器或袋狀物22(在圖3中顯示)以便防止不想要的或過早的熱源激活。雖然優(yōu)選氧激活熱源，但是設(shè)想可以以其他方式(例如使用微波或感應(yīng)加熱)來激活熱源16。

為了使用干法制造氧激活熱源或熱源混合物，可混合和組合化學(xué)品或化合物的組合。該熱源混合物例如可為具有以下的混合物：大約70.0％-90.0％并且更特別是大約80.0％的鋅或?qū)ρ鯙榉磻?yīng)性的其他化學(xué)品，大約5.0％-15.0％的碳，大約0.0％-20.0％的充當(dāng)任選的粘結(jié)劑的聚四氟乙烯(“ptfe”)和大約0.0％-5.0％的水(具有不大于5％的水)?？扇芜x地將填料添加至混合物以提高該熱源混合物的密度。鋅或其他氧反應(yīng)性化學(xué)品、碳、任何任選的粘結(jié)劑、任何任選的填料和任何水的組合應(yīng)在0.5-2.0g/cm³的體密度范圍內(nèi)。

雖然由于鋅的一旦被暴露至氧并被激活就迅速地提供大量熱的能力，鋅是熱源內(nèi)的優(yōu)選活性化學(xué)品，但是設(shè)想可利用其它化學(xué)品，包括但不限于鋁、銅或鐵。對(duì)于任選的粘結(jié)劑而言，不是或除了ptfe之外可使用聚乙烯。當(dāng)包括任選的填料以改變熱源混合物的密度時(shí)，該任選的填料可為鋸屑、木漿、紙產(chǎn)物、棉籽絨、磨碎的種子或堅(jiān)果殼或產(chǎn)物、膨脹珍珠巖、蛭石、硅藻土、開孔聚氨酯泡沫、聚丙烯酸、空心珠或球、或其一些組合。

可將每種化學(xué)品或化合物提供至混合器(例如旋轉(zhuǎn)混合器)中并且混合持續(xù)一段時(shí)間以便組合每種組分。因?yàn)槭褂猛耆蚧旧细煞?gòu)造混合物，所以不存在在烘箱中干燥該混合物的需求。

為了一旦引入氧就激活熱源，該熱源混合物可包括電解質(zhì)，一旦組合化學(xué)品和化合物，就可將該電解質(zhì)添加至該混合物。對(duì)于沒有用電解質(zhì)制造的熱源，可在將熱源設(shè)置在例如這里討論的制品的空腔中之后添加電解質(zhì)?？蓪⒃撾娊赓|(zhì)直接添加至一個(gè)或多個(gè)熱源，或在多孔部件裝在該熱源和包括熱源的任何制品上方以后，可經(jīng)過該多孔部件或類似物添加該電解質(zhì)。無論是被包括在熱源混合物中還是隨后被添加，可使用的電解質(zhì)包括但不限于氯化鈉、溴化鈉、氯化鉀、溴化鉀或氫氧化鉀。添加至熱源混合物的電解質(zhì)的優(yōu)選的量在該熱源混合物的15重量％－40重量％范圍內(nèi)。例如，對(duì)于10g熱源混合物，優(yōu)選具有30％裝料，其需要大約3g的電解質(zhì)。與熱源混合物一起使用的電解質(zhì)的濃度應(yīng)在溶液的1重量％－40重量％范圍內(nèi)。

就任何熱源或熱源混合物來說，添加至每個(gè)特定空腔或空腔區(qū)域的電解質(zhì)的量可變化。按照以上實(shí)例，添加至嵌入位于周長(zhǎng)部分或邊緣(例如周長(zhǎng)21)中的空腔中的熱源的電解質(zhì)的量可大于添加至嵌入位于中間部分或區(qū)域(例如中部23)中的空腔中的熱源的電解質(zhì)的量?？苫诿總€(gè)空腔中的熱源的量選擇添加至每個(gè)空腔或空腔區(qū)域的電解質(zhì)的量，或可選擇添加至每個(gè)空腔或空腔區(qū)域的電解質(zhì)的量以引起對(duì)于制品中的特定空腔或區(qū)域的所需結(jié)果或加熱時(shí)間?？筛淖兲砑又寥魏翁囟涨换蚩涨粎^(qū)域的電解質(zhì)的濃度，而不是將較多或較少的電解質(zhì)添加至特定的空腔或區(qū)域?？蓪⒕哂休^高濃度(例如溶液的40重量％)的電解質(zhì)添加至沿著周長(zhǎng)21的空腔，同時(shí)可將具有溶液的20重量％的濃度的電解質(zhì)添加至位于中部23中的空腔。一旦組合熱源混合物和添加任何電解質(zhì)，如果在沒有制品的情況下該熱源混合物將被用作獨(dú)立的熱源，則該熱源可封裝在不可透過空氣或氣密的容器中。該容器可包括內(nèi)部的分隔或間隔以防止熱源混合物的移動(dòng)，并且可由以下構(gòu)造該容器：聚乳酸、乙烯醋酸乙烯酯、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或其組合。裝有獨(dú)立的熱源的任何封裝的至少一部分應(yīng)擁有具有至少10w/mk的熱導(dǎo)率的材料以便一旦激活熱源就供給令人滿意的熱傳遞。該封裝還應(yīng)供給撕裂處(tearaway)或其他接入點(diǎn)以允許熱源混合物暴露至氧以便激活該熱源。該獨(dú)立的熱源封裝還可包括至少一個(gè)將允許該熱源附著至本體或裝置的附著元件。該附著元件可為允許該熱源直接附著至本體或裝置的物理元件如夾子或針，或可為膠黏劑或允許該熱源連接至本體或裝置的其他涂層。該封裝還可為柔性的以便允許控制熱源從而實(shí)現(xiàn)特定的形狀或構(gòu)造。

如果該熱源混合物不是意圖用在如那些在這里討論的制品中，則可按以下構(gòu)造該制品。應(yīng)再一次理解雖然將使用可熱成形的夾板作為實(shí)例，但是可以以相似的方式構(gòu)造非可熱成形的材料和夾板以外的制品。首先可設(shè)計(jì)并構(gòu)造材料，例如成形為具有蜂窩表面的夾板的可熱成形的材料。接下來，可使用熱源混合物來覆蓋并填充該蜂窩表面或構(gòu)造，在每個(gè)空腔中設(shè)置該熱源混合物?？扇コ^量的熱源混合物使得在空腔內(nèi)均勻地形成該熱源混合物。然后可將該多孔材料片設(shè)置在蜂窩表面上方并且與蜂窩表面粘附以便固定熱源混合物并防止其漏出。如果熱源混合物不包括任何電解質(zhì)，則可經(jīng)過該多孔材料片將電解質(zhì)添加至該熱源混合物。然后該制品可具有附著至該制品的任何隔絕，并且然后被封裝在不可透過空氣或氣密的容器中直至可供使用。

操作中，一旦從不可透過空氣或氣密的封裝去除該制品，熱源混合物與電解質(zhì)的組合將使熱源開始加熱。如果形成部分制品的材料不是可熱成形的材料，則將傳輸熱至制品并且經(jīng)過該制品。如果形成部分制品的材料是可熱成形的材料，應(yīng)向該可熱成形的材料提供足夠的熱以使該材料在非常短的時(shí)間段內(nèi)是可模塑的，優(yōu)選180秒或更少，更優(yōu)選90秒或更少。例如，如果該制品是夾板，該夾板將優(yōu)選在約90秒內(nèi)變成可模塑的使得其可迅速成形至本體。由熱源產(chǎn)生的熱應(yīng)迅速地消散并且然后該熱源應(yīng)冷卻下來并使該制品處于如所需的基本上靜態(tài)的成形型材。因?yàn)闊嵩辞度胫破穬?nèi)，所以遍及材料和制品的熱傳遞將是較快、較有效并較一致的，從而允許較好和較快的制品模塑。

圖4顯示由附著至圖1中描述的制品中部的熱電偶產(chǎn)生的加熱曲線。此實(shí)例中的熱源混合物由80.6％的zn、8.6％的碳、9.8％的ptfe和1.0％的h2o組成。該熱源混合物加入有30％熱源重量的量的25％溴化鈉溶液作為電解質(zhì)。在此情況下由非晶聚丙烯酸聚合物(用熱源混合物填充15％圖案空隙體積)制作該制品，該非晶聚丙烯酸聚合物在大于其大約140℉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)軟化。干燥的熱源混合物重量為30g，且該制品重量為45g?？梢娫撝破泛推淝度氲臒嵩吹淖畲鬁囟仍跓嵩醇せ畹膬煞昼妰?nèi)超過該聚合物的軟化溫度，并且大約五分鐘后迅速地冷卻至小于該轉(zhuǎn)變溫度以便使該可熱成形的材料固化。

雖然在前述中已經(jīng)列出本發(fā)明的各種實(shí)施方案，但是應(yīng)理解可以以其他特別的形式實(shí)施本發(fā)明而不脫離其精神或中心特征。因此，將在所有方面認(rèn)為本實(shí)施方案為說明性的而非限制性的，并且本發(fā)明將不限于這里給出的細(xì)節(jié)。雖然已經(jīng)說明并描述了特別的實(shí)施方案，但是在沒有明顯脫離本發(fā)明的特征的情況下可想到許多改變并且僅由所附權(quán)利要求的范圍限制保護(hù)的范圍。