用于信号发射装置的辐射元件的制作方法

专利名称：用于信号发射装置的辐射元件的制作方法
用于信号发射装置的辐射元件
背景技术：
小型化技术的进步使用于感测多种不同参数的小型电子设备也逐步发展起来。同 样地，在与更加流行的互连计算机系统(例如互联网)相结合的无线通信技术上的进步为 在两个或多个计算机之间低成本地传输大量数据提供了所需要的技术。这种技术的结合提 供了使用小型传感器及处理器用以监测、跟踪及传送的能力。例如射频识别装置(RFID)是可以嵌入或接附到物品、产品等类似物上的低成本 “智能”芯片或“标签”用以经过扫描器传送关于产品的信息。该智能标签通常为具有微芯 片和微型嵌入天线的类似小标记的装置。该标签可以是无源或有源的，有源标签需要内部 电源。读出器或扫描器通过电子“触发”信号询问智能标签。该标签再产生可以由扫描器 读出的包含产品信息的电磁脉冲响应。RFID智能标签可以嵌入或接附到产品包装上、或直 接结合到产品中，并且可以传送常规的“条形码”信息以及其他更详细的信息。智能标签已经在各种商业应用中得到推荐使用，特别是在市场零售及销售领域。 例如，RFID技术可以用以收集关于消费趋势、购买习惯、消费率等信息。还提出RFID技术 在存量控制、制造过程及控制、产品问责、跟踪系统等领域中有良好的应用前景。制造商、运 货商和零售商能够通过他们各自的系统从最初的生产到销售点终端跟踪特定产品。还提出 的其他应用包括用银行账户自动支付的购物卡，接入互联网以自动重新订购快用完的物品 的冰箱，以及链接到这种冰箱的交互电视，该交互电视可以将目标广告及特价信息提供给 消费者。诸如RFID的电子装置通常包括与天线相通信的数据电路。该数据电路例如可以 包括集成电路芯片，该集成电路芯片具有多种电子部件。另一方面，天线已经在之前由导电 墨水或由金属箔形成。然而在将天线结合到消费品、其他产品中或用以将产品置于其中进 行运输和销售的包装物中时，也遇到一些问题。例如在一些产品中不适合使用金属天线。此 外，许多以前推荐使用的天线给产品增加了相当大的成本。鉴于以上情况，需要一种具有改善的天线构造的信号发生装置。特别地，需要一种 由可回收/持久性材料制成的且易于结合到已包装的消费品中的低成本天线。

发明内容
总地来说，本发明涉及用于任何合适的电子设备的改进的辐射元件，例如天线。例 如该电子设备可以构造为以无线方式发射信号，该信号将信息传送到接收设备。根据本发 明制造的天线特别适合于传送这样的信号。此外，该天线制造成本相对低廉，易于结合到各 种产品以及用于产品的包装物中，并且可以由不包含任何金属材料的材料制成。例如，在一个特定实施例中，本发明涉及电子信号发射装置。该装置包括信号发生 设备，该信号发生设备可以包括例如射频识别设备。然而，在其他实施例中，该信号发生设 备可以包括被构造用以感测和/或记录数据并将数据发送到接收设备的任何电子设备。例 如在一个实施例中，信号发生设备可以包括感测患者体内生理条件的医疗设备。根据本发明，信号发生设备与诸如天线的辐射元件相通信。辐射元件例如可以接3收和传送来自信号发生设备的信号。根据本发明，辐射元件包括无纺纤网，该无纺纤网包含 与导电纤维结合的纸浆纤维。此处使用的术语“导电”指的是导电材料。例如，无纺纤网中 可以包含的纸浆纤维的量按重量至少约30%，如按重量约50%。另一方面，导电纤维在无 纺纤网中的量足以使无纺纤网具有期望的导电性能。例如，在一个实施例中，无纺纤网中可以包含的导电纤维的量按重量至少约10%， 如按重量至少约25%。导电纤维例如可以包括金属纤维、导电聚合物纤维或涂布金属的纤 维。在一个实施例中，导电纤维包括碳纤维。无纺纤网中的导电纤维可以使纤网的电导率 为至少1000S/m。信号发生装置可以被构造为以任何合适的频率范围传送信号。例如在一个实施例 中，该装置可以在超高频范围内传送信号。在该实施例中，辐射元件可以包括两条无纺纤网 的带用以限定两个天线部分。辐射元件例如可以实现半波长偶极子天线。
用以形成辐射元件的无纺纤网的尺寸可以根据特定应用而改变。具体地，可以根 据传送来自装置的信号的频率来设计无纺纤网的尺寸。例如在一个实施例中，辐射元件可 以包括两条无纺纤网的带，所述无纺纤网的带的长宽比为约10到约50。例如在一个实施例 中，对于以特定在915MHz频率下工作的每条无纺纤网的带的长度约144mm，宽度约8mm。可以采用任何合适的方法或技术制造无纺纤网，例如在一个实施例中，无纺纤网 包括根据造纸方法制造的湿法纤网。例如在一个实施例中，纤网的松密度至少约2cc/g，并 且其基重从约15gsm到约lOOgsm。在可替代的实施例中，松密度可以低于约2cc/g，例如低 于lcc/g，如低于约0. 5cc/g，例如甚至低于约0. 05cc/g。导电纤维可以在无纺纤网中贯穿 纤网的厚度，或无纺纤网可以包括含有不同导电纤维层的单层纤网。在一个实施例中，导电 纤维可以包含在单层纤网的层中。例如在一个特定实施例中，无纺纤网可以包括三个不同 层。导电纤维可以位于中间层中。本发明的其他特点和方面将在下面做详细讨论。


在说明书以下部分中将通过参照附图对本发明全部及允许的内容做较具体的描 述，包括对于本领域技术普通技术人员的本发明的最佳方案，其中图1是根据本发明制作的电子信号发射装置的一个实施例的俯视图；图2是根据本发明制作的辐射元件的一个实施例的截面图；图3是根据本发明制作的衣服的一个实施例的俯视图。参考标记在说明书及附图中的重复使用旨在表示本发明相同或相似的特征或元 件。
具体实施例方式对于本领域普通技术人员来说可以理解，在此的讨论仅仅是对示意性实施例的描 述，其不是对本发明较广义方面的限制。总地来说，本发明涉及用于电子设备的辐射元件(例如天线)的构造。该辐射元 件可以用以无线接收和/或传送信号。根据本发明，辐射元件由无纺导电纤网制成。例如， 在一个实施例中，无纺纤网可以包含纸浆纤维并可以通过造纸方法制作。例如，无纺纤网可以包括含有纸浆纤维和导电纤维的湿法纤网。无纺导电纤网可以构造成具有适合用作辐射元件的电学性能。其特别的优点在 于，与以前所使用的许多传统天线相比，该导电无纺纤网可以显著降低制造成本。此外，导 电无纺纤网是柔性的，这便于其结合到许多产品和包装物中，如果需要的话其还可以是一 次性的。在一个实施例中，导电无纺纤网可以用作半波偶极子天线以用于低成本数据传送 系统。例如在一个特定应用中，本发明的辐射元件可以用以构造一种独特的低成本的射频 识别装置(RFID)。参考图1，示出了根据本发明制作的电子信号发射装置10的示意图。如图所示，该 装置包括信号发生装置12，其与诸如天线14的辐射元件相通信。信号发生装置12可以包 括需要天线来传送或接收信号的任何电子设备。例如信号发生装置12可以包括具有固定 的电子代码的只读装置。可替代地，该信号发生装置12可以是读写装置，其允许更新以前 的信息或增加新信息。信号发生装置12还可以与传感器相关联用以读取探测信息并响应 于该探测信息传送信号，该探测的信息例如是从生物传感器探测到的值。在一个实施例中，信号发生装置12可以包括RFID标签。如图1所示，当装置包括 RFID标签时，信号发生装置12包括接附于天线14的RF发射应答机。天线14包括与第二 天线部分18相间隔的第一天线部分16。RFID标签具有三种普通类型，包括无源标签、有源标签或半无源标签。无源标签不 需要内部电源并且由向装置供电的读出器激活。另一方面，半无源和有源标签需要电源，一 般为小型电池。通常，导电的或无源的标签包括硅或其他半导体、电容器以及用于在其上固定或 嵌入部件的基体。一般使用保护壳来封装和密封基体。感应的或无源的智能标签已由摩 托罗拉(Motorola)以“BiMatix”为名提出。BiMatix装置的具体描述可以在美国专利 No. 6，259，367B1中找到，为了所有目的，该专利的全部内容通过弓|用包括在本发明当中。另 一个合适的智能标签的商业源是位于加利福尼亚州Morgan Hill的Alien技术公司的名为 FSA(流体自组装)的技术。通过FSA方法，可以将微小的半导体器件组装在柔性的塑料卷 状物中。最终得到的“智能”基体可以接附或嵌入到各种表面内。在麻省理工学院(位于马 萨诸塞州的剑桥市)的Auto-ID中心正在开发的智能标签技术也可以用在本发明范围内。 关于智能标签的更多信息及相关技术披露在于2002年9月17日公告的Grabau等人的名为 "RFID Manufacturing Conc印ts” 的美国专利 No. 6，451，154、于 2002 年 3 月 12 日公告的 Mon 的名为"System and Method for Finding a Specific RFID Tagged Article Located in a Plurality of RFID Tagged Articles，，的美国专利 No. 6，；354，493、于 2002 年 6 月 20 日公开的PCT申请WO 02/48955、于2002年3月洸日公告的Vega的名为‘‘Reader for Use in a Radio Frequency Identification System and Method，，的美国专利 No. 6，362，738, 以及从 http://www. autoidcenter. org/research/CAM-AUT0ID-ffH004. pdf 上得到的英国 剑桥的英国剑桥大学、2002年2月1日D. McFarlane的“关于剑桥大学自动识别制造中心 研究所的白皮书(White Paper for the Auto—ID Centre Institute for Manufacturing, University of Cambridge,Cambridge,United Kingdom)，，中的“Auto-ID Based Control，，; 以及从www. autoidcenter. org/research/CAM-ffH-001. pdf上得到的英国剑桥的英国剑桥 大学、2001年9月Chien Yaw Wong的“关于剑桥大学自动识别制造中心研究所的白皮书(White Paper for the Auto-ID Centre Institute for Manufacturing, University of Cambridge,Cambridge,United Kingdom)，，中的“Integration of Auto-ID Tagging System with Holonic Manufacturing Systems，，。其他RFID技术包括那些由Microchip Technologies (位于亚利桑那州的 Chandler)产生的技术，其可以提供以多频率下的远程读写芯片。还具有潜在价值的是 飞利浦半导体(位于荷兰的埃因霍温)的I*C0DE芯片和读出器，其在一个实施例中据称 包括384比特可配置的读/写存储器，其中64比特用于独特的序列号(例如电子产品代 码)。Sokymat (位于瑞士的洛桑)市售的PICCOLO只读RFID光盘标签通过调幅广播信号 将数据传送到读出站。该标签据称有64比特的数据可以在通过激光熔化多晶硅连接点 (polysilicon links)的制造过程中被编程，从而在每一标签上存储独特代码。德州仪器(位于德克萨斯州的达拉斯)提供了作为德州仪器RFID(TI*RFID. TM.) 系统的一部分的RFID技术，以前公知为TIRIS. C0PYRGT.系统(德州仪器注册和识别系 统)，其用以跟踪和识别采用了诸如Tl Tag ItTM.芯片的装置的各种资产。Gemplus (位于法国的Gemenos)提供了采用RFID技术的智能标签(有时也被称为 “智能标记”)和智能卡，该RFID技术可作为智能标记使用。他们还市售了适合与智能标签 一起使用的接口、扫描器和软件。Nedap (位于荷兰的Groenlo)提供了采用RFID技术的智能卡和13. 56MHz的智能 标签，该RFID技术具有范围是大约在120cm的512比特的读写存储器。其声称通过扫描器 可以在每秒成功读出大约20个这样的标签。Checkpoint Systems公司(位于佛罗里达州的迈阿密)提供了具有WORM技术(单 次写入、多次读取)的智能标签。一个例子是MCRF355芯片，其在http://WWW. idsystems. com/reader/1999. sub. —05/joi-n0599. htm 上有更具体的描述。用于RFID技术的类似PDA的读出系统以及其他便携式读出器由Omron公司(位 于日本东京)市售，例如Model V700或V720系列。在RFID技术中可以使用高频段，例如在300MHz和IOGHz之间的频段。例如SCS 公司(位于加利福尼亚州的Rancho Bernardo)市售的在2. 45GHz的智能标签技术。超宽 频段技术也适合用于RFID系统。在本发明范围内的相关技术是表面声波(SAW)技术。例 如，Inf0Ray (位于马萨诸塞州的剑桥市)市售的无源智能标签据称采用表面声波(SAW)装 置实现了很长的距离(达到30米)。在与天线耦合的芯片上，SAW装置将射频信号转换为 声波，用ID代码调制它，随后将其转变为另一种射频信号，该另一种射频信号通过智能标 签发射并通过扫描器读出。智能标签的ID代码是从射频信号中提取的。据称，扫描器将信 号的频谱内容与特征数据库相比较并用以获取ID代码。该方法使读取范围达到30m(—般 为10-20m)。该系统可以在915MHz频段和2. 45GHz频段内运行。RFSAW公司(位于德克萨 斯州的达拉斯)还提供了微小的表面声波(SAW)RFID装置，其可以在本发明范围内所使用。如图1所示及以上所述，本发明特别涉及将天线14结合到电子信号发射装置10 中，该电子信号发射装置10可以是任何合适的RFID标签或带。天线包括由导电纤维与诸 如纸浆纤维和/或合成纤维的其他纤维组合而制成的无纺纤网。在一个实施例中，例如可 以使用造纸方法来形成该纤网。根据具体应用及所期望得到的结果，按照本发明所使用的导电纤维可以有所变6化。用以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，其中导电聚合 物纤维包括由导电聚合物或聚合物纤维制成的纤维，该导电聚合物或聚合物纤维含有导电 材料、涂布金属的纤维及其混合物。可以使用的金属纤维例如包括铜纤维、铝纤维等等。含 有导电材料的聚合物纤维包括涂布有导电材料的热塑性纤维或浸有或掺有导电材料的热 塑性纤维。例如在一个实施例中，可以使用涂布银的热塑性纤维。添加到无纺材料的导电纤维可以具有任何合适的长度和直径。例如在一个实施例 中，导电纤维可以具有从约100 1到约1000 1的长阔比。含在无纺纤网中的导电纤维的量可以根据许多因素来改变，这些因素例如是添加 到纤网中的导电纤维的类型以及该纤网的最终用途。例如导电纤维可以按重量约10%到 约90%或更大的量添加到无纺纤网中。例如，无纺纤网中的导电纤维的量可以按重量从约 25 %到约60 %，例如按重量从约25 %到约40 %。可以用在本发明中的碳纤维包括全部由碳制成的纤维或含有碳的纤维，其中该碳 的含量足以使纤维为导电的。例如在一个实施例中，可以使用由聚丙烯腈聚合物制成的碳 纤维。特别地，该碳纤维通过加热、氧化和碳化聚丙烯腈聚合物纤维而形成。这样的纤维一 般具有较高纯度并且含有分子量相对高的分子。例如，纤维中的碳含量按重量大于约90%， 例如按重量大于约93 %，例如按重量大于约95 %。为了由聚丙烯腈聚合物纤维形成碳纤维，聚丙烯腈纤维首先在诸如空气 的氧气气氛下被加热。当加热时，聚丙烯腈聚合物中的氰基位点形成了四氢吡啶 (tetrahydropyridine)重复的环单元。随着加热继续，聚合物开始氧化。在氧化过程中，氢 被释放使碳形成芳香环。氧化后，纤维随后在缺氧环境下进一步加热。例如，可以将纤维加热到大于约 1300°C的温度，例如大于1400°C，例如从约1300°C到约1800°C。在加热过程中，纤维经历碳 化。在碳化过程中，邻近的聚合物链连接在一起从而形成接近纯碳的层状基面结构。聚丙烯腈基碳纤维可以通过许多商业来源中获得。例如可以从田纳西州的 Rockwood的iToho Tenax America公司获得这样的碳纤维。其他用以制备碳纤维的原材料为人造纤维和石油浙青。其特别的优点在于，所形成的碳纤维可以被截成任何合适的长度。例如在本发明 的一个实施例中，可以添加到基体纤网中的所截断的碳纤维的长度从约1毫米至约12毫 米，如从约3毫米至约6毫米。这些纤维的平均直径可以从约3微米至约15微米，如从约 5微米至约10微米。例如在一个实施例中，碳纤维的长度约为3毫米，平均直径约7微米。在一个实施例中，添加到无纺基体纤网中的碳纤维具有水溶性浆料。浆料的量为 按重量0. 1_10%。水溶性浆料可以为，但不限于聚酰胺化合物、环氧树脂的酯(印oxy resin ester)和聚(乙烯基吡咯烷酮)。浆料在碳纤维混合到水中时溶解用以在形成无纺纤网之 前让碳纤维良好的分散。在根据本发明形成导电无纺纤网时，将以上导电纤维与其他纤维结合。与导电纤 维相结合的纤维可以包括任何天然纤维或合成纤维，包括但不限于非木质纤维，如棉、蕉 麻、红麻、印度草、亚麻、芦苇草(esparto grass)、稻草、黄麻纤维(jute hemp)、甘蔗渣、马 利筋属绒毛纤维和菠萝叶纤维；以及从落叶和针叶树上得到的木质或纸浆纤维，包括软木 纤维，如北部和南部软木牛皮纸纤维；硬木纤维，如桉木、枫木、桦木和杨木。纸浆纤维可以以高产或低产方式来制备，并且可以通过任何已知的方法来制浆，包括硫酸盐、亚硫酸盐、 高产制浆方法和其他已知的制浆方法。还可以使用由有机溶剂制浆方法制备的纤维，包括 在以下专利中所披露的纤维和方法于1988年12月27日公告的Laamanen等人的美国专 利No. 4，793，898，于1986年6月10日公告的Chang等人的美国专利No. 4，594，130以及美 国专利No. 3，585，104。有用的纤维还可以通过蒽醌制浆法产生，这在于1997年1月21日 公告的Gordon等人的美国专利No. 5，595，628中有示例。全部或部分的纤维可以是合成纤维，例如人造纤维、聚烯烃纤维、聚酯纤维、聚乙 烯醇纤维、双组份壳核纤维、多组分粘合剂纤维等等。示例性的聚乙烯纤维是Pulpex ，其 可从Hercules公司(位于德国的威尔明顿)获得。合成的纤维素纤维的类型包括所有种 类的人造纤维以及从纤维胶或化学改性的纤维素中得到的其他纤维。在一个实施例中，合成纤维可以与纸浆纤维结合。在该实施例中，合成纤维的量按 重量低于约80%，如按重量低于约50%，如按重量从约5%至约30%。在一可替代的实施 例中，在形成无纺纤网时可以将导电纤维仅与合成纤维充分结合。例如，除了导电纤维，包 含在无纺纤网中的其余纤维可以包括按重量大于90 %的合成纤维，如按重量为100 %的合 成纤维。相比于主要由纸浆纤维制成的纤网，主要由合成纤维制成的无纺纤网更可洗涤并 且更耐磨。把热塑性纤维加入到无纺纤网中可以提供其他不同优点和好处。例如，把热塑性 纤维加入到无纺纤网中可以使纤网热结合于相邻的结构。例如，纤网可以热结合到诸如尿 布内衬的其他无纺材料，该尿布内衬例如可以包括纺粘纤网。化学和/或机械处理的天然纤维素纤维也可以使用，例如丝光纸浆、化学硬化或 交联的纤维或磺化纤维。为了在使用造纸纤维时有良好的机械性能，期望该纤维基本是完 好的并且大体上是未加工精制的或仅稍经加工精制而成。可以使用由微生物、人造纤维以 及其他纤维素材料或纤维素衍生物生产的丝光纤维、再生纤维素纤维、纤维素。合适的纤维 还可以包括再生纤维、原生纤维或其混合物。在一些实施例中，纤维可以有至少200的加拿 大标准游离度(Canadian Standard Freeness)，更具体为至少300，再具体为至少400，且最 具体为至少500。可以用在本发明的其他造纸纤维包括废纸或再生纸纤维以及高产纤维。高产的纸 浆纤维是那些通过制浆工艺生产的造纸纤维，该制浆工艺提供了约65%或更高的产量，更 具体的约75%或更高，且再具体约75%到约95%。产量是用初始木材质量百分数表示的经 制造得到的纤维的数量。这种制浆工艺包括漂白化学热磨机械浆(BCTMP)、化学热磨机械 浆(CTMP)、压力/压力热磨机械浆(PTMP)、热机械浆(TMP)、热机械化学浆(TMCP)，高产亚 硫酸盐浆以及高产硫酸盐浆，所有这些都使最终得到的纤维具有高浓度木素。相对于典型 的化学制浆纤维，高产纤维在干、湿状态下的刚度是公知的。通常，能够形成纸质纤网(paper web)的任何方法均可以用于形成导电纤网。例 如，本发明的造纸方法可以采用压花、湿压、空气压、过空气干燥、未起绉的过空气干燥、水 刺(hydroentangling)、气流法以及本领域已知的其他步骤。纸质纤网可以由含有纸浆纤维 的纤维配料(fiber furnish)制成，其中纸浆纤维在纤维材料中的量按重量为至少50%， 例如按重量至少60 %，例如按重量至少70 %。可以将无纺纤网做图案压实或压印，例如在以下美国专利中所披露的纸张于1985年04月30日公告的Johnson等人的No. 4，514，345 ；于1985年7月9日公告的Trokhan 等人的No. 4，528，239 ；于1992年3月M日的No. 5,098，522 ；于1993年11月9日公告的 Smurkoski 等人的 No. 5，260, 171 ；于1994 年 1月 4 日公告的 Trokhan 等人的 No. 5，275，700 ； 于1994年7月12日公告的feisch等人的No. 5，328，565 ；于1994年8月2日公告的 Trokhan 等人的 No. 5，334，289 ；于 1995 年 7 月 11 日授予 Rasch 等人的 No. 5，431，786 ；于 1996年3月5日授予Steltjes等人的No. 5，496，624 ；于1996年3月19日授予Trokhan 等人的 No. 5，500，277 ；于 1996 年 5 月 7 日授予 Trokhan 等人的 No. 5，514，523 ；于 1996 年 9月10日授予iTroWian等人的No. 5，554，467 ；于1996年10月22日授予TroWian等人的 No. 5，566，724 ；于 1997 年 4 月 29 日授予 Trokhan 等人的 No. 5，624，790 ；以及于 1997 年 5 月13日授予Ayers等人的No. 5，628，876，以上专利内容通过引用到与其不矛盾的程度而包 含于此。这种压印的纸张具有由压印结构压印在滚筒干燥机上的网状的压实区域，以及与 压印结构中的转向导槽相对应的相对较少地被压实的区域(例如纸张中的“圆顶”)，其中 通过转向导槽上的空气压差将覆在转向导槽上的纸张偏转用以在纸张中形成低密度的枕 头状区域或圆顶。在没有足够大的内部纤维-纤维粘结强度的情况下也可以形成纸质纤网。在这方 面，用以形成基体纤网的纤维材料可以采用化学脱粘剂进行处理。可以在制浆过程中把脱 粘剂加入到纤维浆液中或直接加入到流浆箱中。可以用在本发明中的合适的脱粘剂包括阳 离子脱粘剂，例如脂肪烷基季胺盐、脂肪酸单烷基叔胺盐、伯胺盐、咪唑啉季铵盐、有机硅季 铵盐和不饱和脂肪酸烷基胺盐。其他合适的脱粘剂披露在tal的美国专利N0. 5，529，665 中，该专利通过在此引用包含在本发明当中。特别地，Kaun公开了使用阳离子有机硅合成 物作为脱粘剂。可以将干、湿增强剂应用或加入到基片中。如此处所用，“湿增强剂”指的是用以固 定在湿状态下的纤维之间的结合的材料。一般地，将纸和纸类产品中的纤维固定在一起的 方法涉及氢键，并且有时涉及氢键和共价键和/或离子键的组合。在本发明中，提供这样一 种材料，该材料可以让纤维以下列方式相结合，即使得能够固定纤维-纤维结合点并使它 们能够抵抗在湿状态下的破坏。出于本发明目的，当添加到纸张或片中的任何材料可以使得到的纸张的平均湿几 何拉伸强度和干几何拉伸强度的比值超过约0. 1时，可以将该材料称为湿强剂。这些材料 通常既可以被称为永久湿强剂也可以被称为“临时”湿强剂。为了区分永久湿强剂和临时湿 强剂，将永久湿强剂限定为当被结合到纸或纸类产品中时，在暴露于水中至少5分钟后，可 以使纸或纸类产品保持50%以上的原有湿强度的那些树脂。临时湿强剂是那些浸在水中5 分钟后显示出约50%或更低的原始湿强度的材料。这两种湿强剂均可以在本发明中使用。 加入到纸浆纤维中的湿强剂的量可以为基于纤维干重量的至少约0. 1重量％，更具体地约 0. 2重量％，且再具体地从约0. 1到约3重量％。永久湿强剂一般给纸张结构提供了或多或少的长久湿弹性。相反，临时湿强剂一 般提供了具有低密度和高弹性的纸张结构，但没有提供对暴露于水或体液的长久弹性的结 构。因此，在一些实施例中，永久湿强剂为优选。临时湿强剂可以是阳离子型、非离子型或阴离子型的。这种化合物包括可以从 Cytec hdustries(位于新泽西州的 West Paterson)得到的 PAREZ 631NC 和 PAREZ 9725临时湿强树脂，该临时湿强树脂为阳离子型乙醛酸化的聚丙烯酰胺(glyoxylated polyacrylamide)。这种及类似的树脂在于1971年1月19日公告的Coscia等人的美国专 利No. 3，556，932和于1971年1月19日公告的Williams等人的美国专利No. 3，556，933中 有所描述。由位于特拉华州Wilmington的Hercules公司制造的Hercobond 1366是另一 种可通过商业获得的阳离子型乙醛酸化的聚丙烯酰胺，其也可以根据本发明使用。临时湿 强剂的其他例子包括双醛淀粉，例如来自National Starch and Chemical公司的Cobond 1000，以及其他含有聚合物的醛，例如在以下专利中描述的那些于2001年5月1日公告的 Schroeder等人的美国专利No. 6，224，714、于2001年8月14日公告的Siannon等人的美国 专利No. 6，274，667、于2001年9月11日公告的khroeder等人的美国专利No. 6，287，418， 以及于2002年4月2日公告的Siannon等人的美国专利6，365，667，以上专利内容通过引 用到与其不矛盾的程度而包含于此。包含阳离子低聚或聚合树脂的永久湿强剂可用在本发明中。诸如由位于特拉华州 Wilmington的Hercules公司销售的KYMENE 557H的聚酰胺-多胺-环氧氯丙烷型树脂是最 广泛使用的永久性湿强剂，并且其适合在本发明中使用。这些材料已被描述在以下美国专 利中于1972年10月M日公布的Keim的No. 3，700，623、于1973年11月13日公布的Keim 的 No. 3，772，076、于 1974 年 12 月 17 日公布的 Petrovich 等人的 No. 3，855，158、于 1975 年 8月12日公布的Petrovich等人的No. 3,899，388、于1978年12月12日公布的Petrovich 等人的No. 4，129，528、于1979年4月3日公布的Petrovich等人的No. 4，147，586以及于 1980年9月16日公布Van Eenam的No. 4，222，921。其他阳离子树脂包括聚乙烯树脂和通 过三聚氰胺或尿素与甲醛反应得到的氨基塑料树脂。在制造纸类产品时使用永久和临时的 湿强树脂是有益的。干强剂是本领域公知的，包括但不限于改性的淀粉和其他多糖，例如阳离子、两性 和阴离子的淀粉以及瓜尔豆和刺槐豆胶、改性的聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、糖、聚乙烯醇、 壳聚糖等等。一般在纸张形成之前将这样的干强剂添加到纤维浆液，或作为起皱包装物的 一部分。根据本发明制造的无纺纤网还可以用各种粘合剂进行处理。例如可以将粘合剂涂 布在纤网的一个或多个表面。可以使用的各种粘合剂包括乳液和各种淀粉基材料。可以使 用的乳胶粘合剂的一个实施例包括从陶氏化学(Dow Chemical)获得的CP620NA。可以涂布 到无纺纤网的淀粉粘合剂的一个例子是从Penford Products得到的PG 2900根据本发明制造的无纺纤网可以包括单一均勻的纤维层或可以包括叠层或分层 构造。例如，无纺纤网可以包括包含在单层(ply)中的两层或三层纤维。每一层可以有不 同的纤维成分。例如，在一个实施例，无纺纤网可以包括两层纤维。第一层可以只包含纸浆 纤维，而第二层可以包含与导电纤维相结合的纸浆纤维。在另一实施例中，无纺纤网可以包含三层纤维，如图2所示。如图所示，无纺纤网 20可以包含位于第一外层22和第二外层沈之间的纤维中间层。包含在每一层中的具体纤 维种类取决于所形成的产品和期望的结果。例如在一个实施例中，中间层M可以包含与导 电纤维相结合的纸浆纤维。另一方面，外层22和沈可以仅仅包含如软木纤维和/或硬木 纤维的纸浆纤维。将导电纤维置于中间层M内可以提供各种优点和好处。将纤维集中在纤网的其中一个层内可以改善材料的导电性而不必增加导电纤维的量。例如在一个实施例中，形成 三层的纤网，其中每一层按纤网的重量占约15%至约40%。外层可以仅仅由纸浆纤维制成 或由纸浆纤维和热塑性纤维的组合制成。另一方面，中间层可以包含与导电纤维相结合的 纸浆纤维。包含在中间层的导电纤维的量按重量从约10%到约90%，例如按重量从约30% 到约70 %，例如按重量从约40 %到约60 %。如上所述，在一个实施例中，无纺纤网可以使用湿法工艺制成。例如，纤维的 水悬浮液可以被涂覆到形成表面上以形成无纺纤网。可以采用各种技术和方法形成和 加工纤网。例如在一个实施例，可以使用不起皱的穿过空气干燥法形成无纺纤网。用 于生产不起皱的透气干燥的织物的方法披露在以下美国专利中:Wendt等人的美国专利 No. 5，672，248、Farrington 等人的美国专利 No. 5，656，132、Lindsay 和 Burazin 等人的 美国专利No. 6，120,642、Hermans等人的美国专利No. 6,096，169、Chen等人的美国专利 No. 6，197，154和Hada等人的美国专利No. 6，143，135，以上专利的全部内容通过在此引用 包含在本发明当中。在一个实施例中，无纺纤网可以是压实的，从而减少松密度。可以使用各种技术压 实无纺纤网。例如在一个实施例中，无纺纤网可以被送入并穿过一对相对的辊压筒的辊隙。 可替代地，无纺纤网可以由湿法造纸工艺来制作，然后在干燥阶段中湿法压制。以此方式制 造的无纺纤网的松密度低于约lcc/g，例如低于0. 5cc/g，例如低于约0. 05cc/g。当如上所 述使纤网致密化时，在一个实施例中，导电纤维可以与纸浆纤维均勻分布。根据纤网的应用和所期望的结果，根据本发明制造的无纺纤网可以有多种不同的 性质和特点。例如，无纺纤网的基重可以从约15gsm到约200gsm或更大。例如，无纺纤网 的基重可以从约15gsm到约lOOgsm，例如从约15gsm到约50gsm。如果需要，无纺纤网可以制成具有相对大的松密度。例如松密度可以从约2cc/g 至约lOcc/g。然而在其他实施例中，可以期望通过辊压或其他合适的平坦化方法形成更密 实的纤网。例如在其他实施例中，松密度可以低于约5cc/g，例如低于约2cc/g，例如低于约 lcc/g。片材的“松密度”的计算公式为以微米表示的干燥纸张的纸张厚度除以以毫克每 平方米表示的干燥基重。所得到的纸张的松密度以立方厘米每克表示。更具体地，通过将一 叠10张有代表性的纸的总厚度除以10而测量上述厚度，其中该叠中的每一张以同侧向上 的方式放置。根据 TAPPI 测试方法T411 om-89"Thickness (caliper) of Paper,Paperboard, and Combined Board(纸张、纸板和组合板的厚度(纸张厚度))”中对于堆叠纸张的注释3 测量得到纸张厚度。用于实施T411 om-89的千分尺是从位于俄勒冈州Newberg的Emveco 公司得到的Emveco 200-A织物厚度测量器。千分尺有2. 00千帕斯卡(每平方英寸132克) 的负载，2500平方毫米的压脚面积，56. 42毫米的压脚直径，3秒的停留时间，以及0. 8毫米 每秒的下降速度。为了实现其既定目的，当无纺导电纤网用于接收或传送信号时，纤网应该具有足 够的电导率。无纺纤网的电导率可以根据添加到纤网中的导电纤维的类型、添加到纤网中 的导电纤维的量以及导电纤网的放置、聚集或取向方式而变化。例如在一个实施例中，无纺 纤网的电导率应该至少约1000S/m，例如至少约104S/m，例如至少约l(fS/m。无纺纤网的表面电阻可以为小于约1500欧姆/方块，例如小于约100欧姆/方块，例如小于约10欧姆/方块。纸张的表面电阻是按照ASTM F1896-98 "Test Method for Determining the Electrical Resistivity of a Printed Conductive Material (用于确定印制导电材料的 电阻率的测试方法)”确定的。用于实施ASTM F1896-98的电阻测量装置(或欧姆表)是 装配有Fluke鳄口夹(alligator clips)(型号AC120)的Fluke万用表(型号189)；这二 者都可以从华盛顿Everett的Fluke公司获得。一旦形成无纺纤网，纤网可以被切成任何形状以用作辐射元件。当作为天线使用 时无纺纤网的形状和大小可以根据多种因素来选择，这些因素包括电子装置所运行的频 率。如图1所示，在一个实施例中，在无纺纤网用以构造辐射元件时其可以采用带的形式。 例如带的长宽比为约10到约50。例如，在一个实施例中，当设计用以传送超高频信号时，带 的长度可以从约125mm到约200mm，例如从约140mm到约160mm，其宽度为约3mm到约30mm， 例如从约5mm到约10mm。然而应该理解在其他实施例中也可以使用其他形状。例如，无纺纤网被普遍认为 可以构造为在许多频率范围内运行。因此根据所需要使用的特定频率，其形状可以具有显 著改变。当把无纺纤网制成天线时，可以使用任何合适的技术或方法对无纺纤网进行切 割。然而在切割纤网时应该注意不要不利地干扰导电纤维从而影响纤网的电导率。例如在 一个实施例中，可以使用超声能量切割纤网。例如利用以超声能量工作的切割工具施加给 纤网足够的能量以切断纤网，而不会不利地影响到纤网的总电导率。一旦形成合适的形状并定好尺寸，可以采用任何合适的方法或技术将图1所示的 天线部分16和18连接到信号发生装置12。例如在一个实施例中，可以采用导电粘结剂将 天线部分16和18电连接到信号发生装置12。为了使图1所示的电子信号发射装置10运行和/或接收来自该装置的信号，可以 将该装置与合适的读出器相结合。例如，可以将读出器集成到或附加到计算机、个人数据助 理设备、笔记本、移动电话或其他电子设备。与该装置一起使用的读出器可以包括任何已知 的种类，包括扫描多种频率或适于读出各种RFID标签或其他识别元件的多协议读出器。数 据机制读出器还可以是调节它们的扫描频率、信号强度和/或信号方向或信号取向用以改 进从正读取的标签获得的信号的合适的读出器。如以上所述，装置和读出器可以在不同频 率下工作，包括高频、甚高频和超高频。根据本发明制造的电子信号发射装置10可以用在许多不同的应用中。例如，该装 置可以用在供应链管理，从而提高存量跟踪及管理的效率。该电子装置还可以用以替代条 形码。以此方式，本发明的信号发射装置实际上可以与所有消费品结合使用。在其他应用上，电子信号发射装置可以用在多种其他产品中，例如护照，并可以用 于公共交通的通行。信号发射装置例如可以指示当在收费道路上行驶时或位于诸如汽车或 火车的公共交通系统上时，个人或车辆已支付使用费或要收取使用费。电子信号发射装置 还可以用于产品跟踪，用于跟踪图书馆中的图书。信号发射装置还可以在学校及医院中使 用用以分别跟踪学生和患者。在一个特殊应用中，电子信号发射装置可以包括生物传感器。生物传感器一般指 的是感测关于生理参数的生物示数的传感器，该生物参数关联于有机体，例如哺乳动物的12身体。在该实施例中，生物传感器可以被构造为感测生物示数并采用信号发射设备把它们 传送到合适的读出器。在一些情况下，未经处理的生物传感器的数据表示生理参数。在其 他情况下，生物传感器的数据被计算设备使用以计算出表示生理参数的数据。所监测的身 体可以是包括人类的任何哺乳动物。可以使用生物传感器感测的示例性身体参数包括以下参数的任意组合1)体温； 2)血压；3)心率；4)血糖水平；5)血氧水平；6)胆固醇水平；7)呼吸速率；8)激素水平； 9)皮电反应；10) EMG ； 11) EEG ； 12) EKG ；13)体脂肪；14)水合水平；15)活动水平；16)体位； 17)紫外线辐射；18)紫外线吸收，等等。本发明的电子装置可以构造为本地感测或处理以 上任何生物传感器数据并将经处理或未处理的传感器数据传输/传送到使用本发明的天 线的任何合适的读出器。其特别的优点在于，可以把本发明的天线结合到任何适合的衣服中用于传送各种 生物传感器的信息。例如参考图3，示出了总的为30的医院服。根据本发明，电子信号发 射装置10已结合到该医院服上。如图所示，装置10包括与天线14相通信的信号发生装置 12。在该实施例中，信号发生装置12可以包括用于感测穿着该衣服的患者的生理特征的任 何合适的生物传感器。把导电无纺纤网用作天线14使天线易于结合到衣服中，这是因为该 天线不仅具有柔性的优点，还具有对于任何身体的舒适性。此外，该天线在制造上相对便且。除了结合到衣服和其他产品上，本发明的天线还易于结合到各种包装材料。例如， 该天线可以结合到膜或其他塑料中。在一个实施例中，天线可以结合到诸如瓦楞纸的纸板。 其特别的优点在于，可以在制作纸板的过程中使用以上所描述的技术将天线结合到任何合 适的纸板材料中。例如当结合到包装物中时，天线和相关的信号发生装置可以被用于供应 链应用。参考以下示例可以对本发明有更好理解。示例 1根据本发明制作导电无纺纤网并作为天线进行测试。特别地，根据本发明制作的 导电无纺纤网构造半波偶极子天线，并对其传送信号的能力进行测试。在该示例中，将根据本发明制作的导电纸材料的两个相同带接附到预先的天线基 材并连接到信号发生器。导电纸材料的带包含碳纤维并形成半波偶极子天线。天线被设计 为以915MHz辐射。天线的有效长度为164mm。对天线的辐射功率进行简单测试。信号发生 器以900MHz从天线传送IOdBm的信号。使用置于距离天线1米处的被连接到光谱分析仪 的900MHz校准天线来测量所接收的信号。用以形成天线的导电无纺纤网包括未起绉的过空气干燥的纤网，该纤网含有碳纤 维。纤网中碳纤维的含量为按重量25%。在该实施例中，单层纤网包含三个分离层，其中导 电纤维在纤网的中间层内。测得在校准天线处接收的功率为-29. 5daii。以上结果证明导电无纺纤网可以有效地用作与信号发生装置相结合的天线。例如 用另一种由刚性铜线制成的天线替换上述天线作为辐射元件，重复以上实验。测得在校准 天线处接收的功率为-26. 8dBm，该结果与以上在根据本发明制作的天线时所得到的结果很 有可比性。
以上结果证明根据本发明制造的导电无纺纤网可以有效用作与信号发生装置相 结合的天线。示例 2将示意1所构造的半波偶极子天线接附到预制RFID带。该RFID带在超高频范围 内运行。通过监测功率来测量由导电纤网制成的天线的灵敏度，该功率是RFID带用来响应 位于1米外的RFID读出器天线所需要的最低功率。估计出的天线的灵敏度为-5. ldBm，其 足够用于有效地读出。在不脱离本发明精神和范围情况下，本领域普通技术人员可以对本发明进行这些 和其他修改及变化，这些精神和范围在附后的权利要求书中更详细地列出。此外应该理解， 可以对各种实施例的方面进行整体或部分地互换。另外，本领域普通技术人员可以理解以 上描述仅仅为举例，其不旨在限定于附后权利要求书中进一步描述的发明。
权利要求
1.电子信号发射装置，包括信号发生设备和用于接收和传送来自该信号发生设备的信号的辐射元件，该元件包括含有纸浆纤维、 合成纤维或其混合物的无纺纤网，该无纺纤网还包含导电纤维，该导电纤维的量按重量至 少约10%。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述无纺纤网的电导率至少为约1000S/m。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述装置在约300MHz至约3000MHz的频率范围内传送信号。
4.如权利要求1、2或3所述的装置，其中所述辐射元件包括两条无纺纤网的带，该辐射 元件包括半波偶极子天线。
5.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其中所述导电纤维包括碳纤维。
6.如权利要求1、2、3或4所述的装置，其中所述导电纤维包括金属纤维、导电聚合物纤 维或涂布金属的纤维。
7.如权利要求4所述的装置，其中所述无纺纤网的带的长宽比为约10到约50。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的装置，其中所述无纺纤网包括湿法纤网。
9.如权利要求5所述的装置，其中所述导电纤维的平均长度从约Imm至约12mm且长阔 比为约100 1至约1000 1。
10.如权利要求1至8或9所述的装置，其中所述装置包括射频识别设备。
11.一种构造用以覆盖人体的一部分的服装，该服装与以上权利要求中任一的电子信 号发射装置结合，该装置被构造用以传送关于穿着者的数据。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述射频识别设备包括无源设备。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述信号发生设备存储和处理数据。
14.如权利要求1至8或9所述的装置，其中所述无纺纤网包括第一表面和第二表面， 并且无纺纤网中的至少一个表面用粘合剂处理。
15.如以上权利要求中任一所述的装置，其中所述无纺纤网除导电纤维外基本上仅包 括纸浆纤维。
16.如以上权利要求中任一所述的装置，其中所述无纺纤网包含均勻分布的单层纤维。
17.如以上权利要求中任一所述的装置，其中所述辐射元件通过导电粘结剂连接到信 号发生设备。
18.一种用于产品的包装物，该包装物由纸板材料构成，包装物接附于如权利要求1至 8或9所述的电子信号发射装置，所述辐射元件与纸板材料相结合。
19.如权利要求18述的包装物，其中所述辐射元件在形成纸板材料过程中被结合到纸 板材料中，从而使辐射元件与纸板材料成一体化。
20.如权利要求18述的包装物，其中所述信号发射装置包括射频识别设备，该射频识 别设备接附于纸板材料并且与结合到纸板材料中的辐射元件电通信。
全文摘要
将由导电无纺纤网制成的辐射元件结合到信号发射装置中。该信号发射装置例如可以包括RFID标签。在一个实施例中，导电无纺纤网包含与纸浆纤维相组合的导电纤维。所述导电纤维包括碳纤维。无纺纤网可以采用常规造纸方法来制作。所得到的导电纤网不仅很适合于用作天线，制造成本还低，并且易于结合到许多产品中。
文档编号H01Q1/12GK102046380SQ200980119109
公开日2011年5月4日 申请日期2009年4月9日 优先权日2008年5月29日
发明者A·M·朗, D·J·舒克斯基, D-D·H·恩汉, S·J·沙利文, S·兰加纳坦, S·盖克哈尔, T·M·阿莱斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司