凝胶成型枕头及其制造方法与流程

本发明涉及一种凝胶成型枕头及其制造方法。特别地，本发明涉及一种包括成型到枕头的每一侧中的凝胶插入件的枕头及其制造方法。

背景技术：

总体上与支撑垫(特别是由柔性泡沫或其它身体适形材料构成的支撑垫)一样，支撑垫在为用户的身体提供支撑方面的有效性部分地是柔性泡沫如何良好地响应靠在支撑垫上的特定用户的轮廓的函数。在这点上，由热敏粘弹性泡沫制成的支撑垫通常是特别希望的，这是因为这种支撑垫能够至少部分地基于所支撑的身体部分的温度改变形状。然而，支撑垫与用户身体的一致性通常导致用户身体的更多部分与身体支撑垫接触，并且因此，用户身体的较少部分暴露于支撑垫周围的环境空气。暴露于环境空气的用户身体的量的减少进而使许多用户发现由粘弹性泡沫构成的支撑垫导致“睡眠热”，并且偶尔，尽管存在与粘弹性泡沫及类似类型的身体适形材料相关的支撑益处，但这样的用户也将选择其它类型的支撑垫。

在为了补救用户由于其支撑垫的身体适应性质而引起“睡眠热”的担忧进行的努力中，许多支撑垫制造商已将所谓的“冷却”技术结合到其产品中。例如，许多身体适形支撑垫现在结合了潜热储存单元，诸如相变材料或冷却凝胶插入件，其在与用户的身体接触时吸收热量并提供冷却效果。然而，迄今为止，包括那些潜热存储单元的支撑垫通常仅将潜热存储单元结合到支撑垫的单侧中，并且因此，支撑垫可以为用户提供冷却效果的定向的数量受到限制。

技术实现要素：

本发明是一种凝胶成型枕头及其制造方法。特别地，本发明是一种包括成型到枕头的每一侧中的凝胶插入件的枕头及其制造方法。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了枕头形式的支撑垫，其包括具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的泡沫芯。枕头还包括成型到泡沫芯的第一侧中的第一凝胶插入件和成型到泡沫芯的第二侧中的第二凝胶插入件。在这点上，第一凝胶插入件连同泡沫芯的第一侧的包围该第一凝胶插入件的部分一起形成枕头的第一支撑表面，而第二凝胶插入件连同泡沫芯的第二侧的包围该第二凝胶插入件的部分一起形成枕头的第二支撑表面。

示例性枕头的泡沫芯通常由能够将来自用户身体的压力或其一部分适当地分布在枕头上的柔性泡沫构成。另一方面，每个凝胶插入件总体上由能够通过用作断热器或散热器而提供冷却效果的基本均匀的弹性凝胶状材料层构成，所述断热器或散热器能够消散来自位于枕头上的用户身体或其一部分的热量。为了提供这样的冷却效果，第一凝胶插入件和第二凝胶插入件通常具有足够的厚度，但是仍然总体上具有显著小于整个枕头的厚度的厚度，使得泡沫芯的一部分在第一凝胶插入件与第二凝胶插入件之间延伸。

本文所述的每个示例性支撑垫均通常通过利用泡沫成型系统制造，真空能够施加到该泡沫成型系统上，以在支撑垫的形成期间将凝胶插入件保持在位。在根据本发明的用于制造支撑垫的方法的一个示例性实施方式中，首先提供用于制造枕头的泡沫成型系统，其包括顶部模具和底部模具，其中顶部模具限定一凹入部分，并且底部模具类似地限定另一凹入部分。在这点上，当顶部模具固定到底部模具时，顶部模具的凹入部分与底部模具的凹入部分彼此对准以形成单个内腔，该内腔进而是由泡沫成型系统制造的枕头的阴模。

进一步关于泡沫成型系统，泡沫成型系统还具有在顶部模具的凹入部分中的第一接触表面，其限定延伸穿过第一接触表面的多个空气端口。同样，在底部模具的凹入部分中包括有第二接触表面，并且该第二接触表面限定延伸穿过第二接触表面的多个空气端口。泡沫成型系统另外包括真空泵，真空泵以可操作方式连接到由顶部模具中的第一接触表面限定的所述多个空气端口以及由底部模具中的第二接触表面限定的所述多个空气端口。真空泵还以可操作方式连接到空气控制单元，并且与该空气控制单元一起被构造成独立地对由顶部模具中的第一接触表面限定的空气端口和由底部模具中的第二接触表面限定的空气端口施加真空。

在提供泡沫成型系统后，为了制造枕头形式的示例性支撑垫，随后致动泡沫成型系统的空气控制单元并使真空泵对由顶部模具的第一接触表面限定的所述多个空气端口以及由底部模具的第二接触表面限定的所述多个空气端口施加真空。一旦空气控制单元和真空泵被致动并且真空被施加到所述多个空气端口，就将第一凝胶插入件定位在泡沫成型系统的顶部模具中，并将第二凝胶插入件定位在泡沫成型系统的底部模具中，其中，凝胶插入件中的每个均通过所施加的真空保持在位。然后，在将凝胶插入件定位在相应的模具中之后，将泡沫前体在第二凝胶插入件顶上分配在底部模具中，并且在泡沫前体膨胀到将会阻止顶部模具适当地固定到底部模具的程度之前将顶部模具固定至底部模具。

在泡沫前体膨胀之后，然后使泡沫前体凝固，从而其被结合到第一凝胶插件和第二凝胶插件并产生枕头，其中，第一凝胶插入件成型到泡沫芯的第一侧，并且第二凝胶插入件成型到泡沫芯的与第一侧相对的第二侧。一旦泡沫前体凝固，枕头然后就能够从泡沫成型系统中移除，并允许其完全固化以产生最终制成的枕头。

在研究了本文中的说明书、附图和非限制性实例之后，本发明的其它特征和优势对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明制造的示例性枕头的透视图，其中移除了枕头的一部分以示出成型到枕头的每一侧中的凝胶插入件；

图2是用于制造图1的枕头的示例性泡沫成型系统的示意图；并且

图3是示出了制造图1的模具的方法的示例性实施方式的流程图。

具体实施方式

本发明是一种凝胶成型枕头其制造方法。特别地，本发明是一种包括成型到枕头的每一侧中的凝胶插入件的枕头及其制造方法。

首先参考图1，在本发明的一个示例性实施例中，提供了枕头10形式的支撑垫，其包括具有第一侧22和与第一侧22相对的第二侧24的泡沫芯20。枕头10还包括成型到泡沫芯20的第一侧22的第一凝胶插入件30和成型到泡沫芯20的第二侧24的第二凝胶插入件40。特别地，在枕头10中，第一凝胶插入件30和第二凝胶插入件40两者基本上彼此相同，并且是大致矩形形状的且分别覆盖泡沫芯20的第一侧22和第二侧24的大部分。在这点上，第一凝胶插入件30连同包围第一凝胶插入件30的泡沫芯20的第一侧22的部分一起形成枕头10的第一支撑表面12，而第二凝胶插入件40连同包围第二凝胶插入件40的泡沫芯20的第二侧24的部分一起形成枕头的第二支撑表面14。

进一步关于枕头10的泡沫芯20，泡沫芯20总体上由柔性泡沫构成，所述柔性泡沫能够将来自用户身体的压力或其一部分适当地分布在枕头10上。这种柔性泡沫包括但不限于胶乳泡沫、网状或非网状的粘弹性泡沫(有时被称为记忆泡沫或低回弹性泡沫)、网状或非网状的非粘弹性泡沫、聚氨酯高回弹性泡沫、膨胀聚合物泡沫(例如，膨胀乙烯乙酸乙烯酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚乙烯)等。在图1所示的实施例中，泡沫芯20由粘弹性泡沫构成，该粘弹性泡沫具有低回弹性以及足够的密度和硬度，这允许压力被均匀地吸收并被均匀地分布在枕头10的泡沫芯20上。总体上，这样的粘弹性泡沫具有至少约10N至不大于约80N的硬度，如在近似室温(即，21℃至23℃)下通过将板在材料样品上施加压力至材料的原始厚度的至少40％的压缩而测得，其中该40％压缩被保持一设定时间段，如由国际标准化组织(ISO)2439硬度测量标准确定的。在一些实施例中，构成泡沫芯20的粘弹性泡沫具有约10N、约20N、约30N、约40N、约50N、约60N、约70N或约80N的硬度以提供期望程度的舒适性和身体适形性。

本文所述的在枕头10的泡沫芯20中使用的粘弹性泡沫还能够具有有助于提供期望程度的舒适性和身体适形性以及增加程度的材料耐久性的密度。在一些实施例中，在泡沫芯20中使用的粘弹性泡沫的密度具有不小于约30kg/m³至不大于约150kg/m³的密度。在一些实施例中，在枕头10的泡沫芯20中使用的粘弹性泡沫的密度是约30kg/m³、约40kg/m³、约50kg/m³、约60kg/m³、约70kg/m³、约80kg/m³、约90kg/m³、约100kg/m³、约110kg/m³、约120kg/m³、约130kg/m³、约140kg/m³或约150kg/m³。当然，具有特定密度的粘弹性泡沫的选择将影响泡沫的其它特性，包括其硬度、泡沫响应于压力的方式以及泡沫的整体感觉，但应当理解的是，能够根据需要为特定的应用而容易地选择具有期望密度和硬度的粘弹性泡沫，

现在转到包括在枕头10中的凝胶插入件30、40，每个凝胶插入件30、40总体上由基本均匀的弹性凝胶状材料层构成，所述弹性凝胶状材料层能够通过用作断热器或散热器而提供冷却效果，来自位于枕头10上的用户身体或其一部分的热量能够消散到所述断热器或散热器中。例如，在图1所示的实施例中，凝胶插入件30、40由聚氨酯基凝胶构成，该聚氨酯基凝胶通过组合LU 1406多元醇、LP 5613异氰酸酯和热塑性聚氨酯膜而制成，LU l406多元醇、LP 5613异氰酸酯和热塑性聚氨酯膜每一个均由陶氏化学公司集团(Dow Chemical Company Corp.(Midland，MI))制造和销售，并且能够组合以制造具有0.1776W/m*K的热导率、0.1184mm²/s的热扩散率和由国际标准化组织(ISO)22007-2体积比热测量标准确定的1.503MJ/(m³K)的体积比热的凝胶插入件。然而，还可以预期到，根据本发明可以使用能够吸收一定量的热量并提供冷却效果的许多其它类型的凝胶，并且在不背离本文描述的主题的精神和范围的前提下所述凝胶可以被制造成具有期望的热导率、热扩散率和体积比热。

仍然参考图1，枕头10的第一凝胶插入件30和第二凝胶插入件40通常具有显著小于枕头10的厚度的厚度，使得泡沫芯20的一部分在第一凝胶插入件30与第二凝胶插入件40之间延伸。在一个优选实施例中，第一凝胶插入件30和第二凝胶插入件40每个具有约2mm到约10mm(例如，4mm)的厚度，以允许第一凝胶插入件30和第二凝胶插入件40向用户提供足够的散热并因此向用户提供冷却效果，而不干扰枕头10允许压力被均匀地吸收并均匀地分布在枕头10的泡沫芯20上的能力。当然，具有各种其它厚度的凝胶插入件也能够容易地结合到本发明的示例性支撑垫中，并且用于提供期望量的吸热性质。此外，应当理解，根据本发明的支撑垫使用的凝胶插入件能够形成为多种其它形状中的任一种(例如，除了图1所示的矩形凝胶插入件30、40以外的形状)，并且在不偏离本文所述主题的精神和范围的前提下，本发明的支撑垫还能够包括以任意数量的期望构造成型到示例性支撑垫的每一侧的多于一个凝胶插入件。

作为本发明的枕头30的进一步改进，并且尽管在图1中未示出，还能够包括各种覆盖件，并且各种覆盖件可以用于覆盖枕头10的各个部分。例如，可以设想到枕头10能够进一步包括围绕泡沫芯体20、第一凝胶插入件30和第二凝胶插入件40的覆盖件。该覆盖件能够以围绕各个层的防火袜为形式，并且由阻燃材料构成。在一些实施例中，本发明的示例性覆盖件还能够由另一种织物(诸如，棉)构成，其提供具有统一外观的示例性枕头，但其还为用户提供靠在其上的足够柔软的表面，而不干扰由下面的凝胶插入件提供的冷却效果。

作为本发明的另一改进，虽然图1中所示的支撑垫以枕头10为形式，并且其尺寸被设定为适于支撑用户的头部，但可以想到，本文描述的特征同样适用于床垫、座垫、座椅靠背、颈枕、腿垫枕头、床垫罩、顶部覆盖物等。因此，短语“支撑垫”在本文中用于表示具有任意尺寸和形状且能够或总体上用于支撑用户的身体或其一部分的任意和所有这样的物体。

不管本发明考虑的支撑垫的具体类型如何，本文描述的每个示例性支撑垫通常均通常利用泡沫成型系统来制造，能够在该泡沫成型系统上施加真空以在支撑垫的形成期间将凝胶插入件保持在位。在用于制造枕头(诸如，上文描述的枕头10)的方法的一个示例性实施方式中，并且现在参考图2和图3，首先提供泡沫成型系统100，如由步骤200表示。泡沫成型系统100包括顶部模具150和底部模具160，其中，顶部模具150限定一凹入部分152，并且底部模具160类似地限定一凹入部分162。在这点上，当顶部模具150固定到底部模具160时，顶部模具150的凹入部分152与底部模具的凹入部分162彼此对准以形成单个内腔，该内腔进而是由该泡沫成型系统100制造的枕头(例如，上面参照图1描述的枕头10)的阴模。

进一步关于泡沫成型系统100，泡沫成型系统100还具有在顶部模具150的凹入部分152中的第一接触表面154，其限定了延伸穿过第一接触表面154的多个空气端口156。同样，泡沫成型系统100具有在底部模具160的凹入部分162中的第二接触表面164，其限定延伸穿过第二接触表面164的多个空气端口166。泡沫成型系统100还包括真空泵180，该真空泵以可操作方式连接至由顶部模具150中的第一接触表面154限定的多个空气端口156以及由底部模具160中的第二接触表面164限定的多个空气端口156。真空泵180以可操作方式连接至空气控制单元170并且与空气控制单元170一起被构造成将真空独立地施加到由顶部模具150中的第一接触表面154限定的空气端口156以及由底部模具160中的第二接触表面164限定的空气端口166限定的空气端口166，其重要性在下面进一步详细讨论。

仍然参考图2和图3，在提供泡沫成型系统100后，泡沫成型系统100的空气控制单元170随后被致动，并向真空泵180发送输出信号，以使真空泵向由顶部模具150中的第一接触表面154限定的多个空气端口156和由底部模具160中的第二接触表面164限定的多个空气端口166施加真空，如步骤210表示。为此，在该示例性实施例中，空气控制单元170由此指导真空泵以从顶部模具150中的第一接触表面154附近以及从底部模具中的第二接触表面164附近且然后通过顶部模具150和底部模具160中的多个空气端口156、166连续地抽取一定体积的空气，从而对顶部模具150和底部模具160中的多个空气端口156，166产生或或者是施加真空。在这一点上，在本发明的方法的一些实施方式中，并且尽管未在图2和图3所示，所述多个空气端口156、166中的一个或两者能够被定位成与下面的管道中的对应收缩部对齐，使得当真空发生器180被致动时，真空发生器180使一定量的空气移动通过该管道，并且进而在收缩部处使空气速度增大并使空气压力降低(即，文丘里效应)，其允许较低量的真空被施加至顶部模具150或底部模具160中的所述多个空气端口156、166。通常，文丘里真空系统对于较低的真空要求(即，<50cfm)是优选的，并且真空泵对于较高的要求是优选的。然而，能够利用任一种系统，较重的凝胶片需要较高的真空要求。模具固化角度和凝胶片重量指定在图3的步骤220中使用真空泵并且在步骤230中使用文丘里系统。

进一步关于空气控制单元170，在一些实施方式中，空气控制单元170被构造成自动控制施加到由顶部模具150中的第一接触表面154限定的所述多个空气端口156和施加到由底部模具160中的第二接触表面164限定的所述多个空气端口166的真空的强度。例如，在一些实施方式中，空气控制单元170被构造成施加这样的真空，该真空使大约300cfm或更多空气(例如，约320cfm)移动通过由顶部模具150限定的多个空气端口156并且使约30cfm或更少空气移动通过由底部模具限定的所述多个空气端口166。

仍然参考图2至图3，一旦空气控制单元170和真空泵180被致动并且真空被施加到所述多个空气端口156、166中的每个端口，就将第一凝胶插入件定位在泡沫成型系统100的顶部模具150中，如步骤220表示，并且将第二凝胶插入件定位在泡沫成型系统100的底部模具160中，如步骤230表示。更具体地，在泡沫成型系统100中，第一凝胶插入件通常在第一接触表面154处于基本竖直位置(即，当顶部模具150处于如图2所示的打开位置)时抵靠由顶部模具150的第一接触表面154限定的多个空气端口156定位。由于向顶部模具150中的所述多个空气端口156施加的真空，当顶部模具150向下旋转并固定到底部模具160时，第一凝胶插入件维持其抵靠第一接触表面154的位置，如下所述，使得第一凝胶插入件然后被牢固地保持在第一接触表面154下方并抵靠该第一接触表面154。在这点上，施加到由顶部模具150的第一接触表面154限定的所述多个空气端口156的真空的强度通常具有足够的强度以防止当顶部模具150处于打开和关闭位置时第一凝胶插入件30从第一接触表面154落下。

通过比较，第二凝胶插入件定位在由底部模具160中的第二接触表面164限定的所述多个空气端口166的顶部上，并且保持在水平位置。因此，如上所述，施加到由底部模具160中的第二接触表面164限定的所述多个空气端口166的真空的强度通常不如施加到顶部模具150的所述多个空气端口156的真空那么强。

在将第一凝胶插入件和第二凝胶插入件都定位在相应的模具150、160中后，然后将泡沫前体在第二凝胶插入件顶上分配到底部模具160中，如步骤240表示。如本领域技术人员将认识到的，这种泡沫前体通常是包括一个或多个聚合物前体并在固化时形成固态泡沫产品(例如，枕头)的液态组合物。例如，在一个示例性实施方式中，分配到泡沫成型系统100的底部模具160中的泡沫前体是粘弹性泡沫前体，该粘弹性泡沫前体由异氰酸酯、多元醇和本领域已知的其它添加剂构成，并且在固化后，其能够形成在上面参考图1描述的枕头10中的泡沫芯20的柔性的粘弹性泡沫。

不管所使用的泡沫的具体类型如何，一旦泡沫前体的组分中的每个被组合并分配到底部模具160中，泡沫前体就在其固化时体积增加，使得需要相对少量的液体泡沫前体来形成示例性枕头的泡沫芯。例如，在图2至图3所示的示例性实施例中，液态泡沫前体的体积显著地小于由底部模具160限定的凹入部分162的体积，使得分配泡沫前体的步骤包括将泡沫前体注入或倒入到敞开的底部模具160的直接位于第二凝胶插入件上方的凹入部分162中。

仍然参考图2和图3，在将泡沫前体分配到底部模具160中之后，然后将顶部模具150固定到底部模具160，如步骤250表示。如图2所示，在示例性的泡沫成型系统100中，顶部模具150铰接地连接至底部模具160，使得顶部模具150向下旋转以接合底部模具160(类似于蛤壳)，以便允许顶部模具150在泡沫前体膨胀到将妨碍或阻碍顶部模具150固定到底部模具160的体积之前快速固定至底部模具160。在将顶部模具150固定到底部模具160后，然后允许泡沫前体膨胀并且完全填充由顶部模具150的凹入部分152和底部模具160的凹入部分162形成的内腔。

在泡沫前体膨胀之后，然后使泡沫前体在泡沫成型系统100中凝固，使得所得的膨胀泡沫结合到第一凝胶插件和第二凝胶插件，如步骤260表示。在一些实施例中，泡沫前体的完全膨胀和凝固所需的时间为约10分钟至约15分钟，并且在一个优选实施例中，该时间为约12分钟。然而，应当理解，泡沫前体的凝固所需的时间将取决于泡沫前体的特定组分，并且具有特定凝固时间的泡沫前体能够容易地由本领域技术人员确定和选择。

在泡沫前体已经反应一合适量的时间并且泡沫前体已凝固之后，由此形成了枕头，并且然后可以从泡沫成型系统100移除枕头，如步骤270表示。具体地，为了从泡沫成型系统100移除枕头，从底部模具160移除顶部模具150以允许所得的枕头容易地从底部模具160升起并在泡沫成型系统100的外部完全固化。在一些实施方式中，由本发明生产的示例性枕头的固化能够花费约2小时至约4小时，其中额外的时间量允许泡沫前体的放热反应完成并允许所得的枕头完全冷却。当然，枕头也可以在泡沫成型系统100本身内固化；然而，由于延长的固化时间，在一些实施方式中，移除枕头并允许泡沫前体与泡沫成型系统100分开地固化是更经济的，从而步骤200-260可以在其它的枕头或支撑垫的制造中重复。

本领域普通技术人员将认识到，在不背离本发明的教导或所附权利要求的范围的前提下，另外的实施例也是可能的。该详细描述(且特别是本文所公开的示例性实施例的具体细节)主要是为了清楚理解而给出的，并且由于修改对于阅读本公开的本领域技术人员将变得显而易见并且可以在不背离所要求保护的本发明的精神或范围的前提下做出，所以不应从中理解不必要的限制。