选择性地改变合成织物材料的变形特性的制作方法

选择性地改变合成织物材料的变形特性
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求依据35u.s.c.
§
119(e)于2019年9月27日申请的美国临时申请第62/906,757号的优先权，该申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及形成织物材料的方法，并且更具体地涉及选择性地加强织物材料的方法。本发明还涉及被选择性加强的织物材料，并且涉及此类材料用于将患者接口设备耦接到患者头部的头帽的用途。


背景技术：

4.存在需要或期望以无创方式向患者的气道传送呼吸气流的许多情况，即不用对患者插管或通过手术将气管导管插入患者食道中。例如，使用被称为无创通气的技术对患者通气是众所周知的。传送持续气道正压(cpap)或可变气道压力(其随着患者的呼吸周期而变化)来治疗病症也是众所周知的，该病症诸如睡眠呼吸暂停综合症，特别是阻塞性睡眠呼吸暂停(osa)或充血性心力衰竭。
5.无创通气和压力支持疗法涉及通过头帽组件在患者的面部上放置包括通常固定的面罩组件的呼吸患者接口设备。面罩组件可以(但不限于)为掩盖患者的鼻子的鼻罩、具有被容纳在患者的鼻孔内的鼻管的鼻垫、掩盖鼻子和嘴巴的鼻罩/口罩或掩盖患者的面部的全面罩。通过具有一个或多个系带的头帽将此类设备维持在穿戴者的面部上是众所周知的，该头帽适于套在患者的头部上/周围。由于此类呼吸患者接口设备通常会佩戴很长的时间，因此使头帽将面罩组件维持在期望位置同时以对患者而言舒适的方式完成是很重要的。
6.制作适合所有头形和大小而不影响面罩的密封的通用头帽具有难度。部分地，这是由于解决使其舒适的需求与提供稳定性的需求之间的冲突的难度。弹性头帽可能是舒适的但不稳定。相反，硬的头帽能够使面罩稳定安装到位，但可能影响舒适度。这个问题已通过将头帽设计为一些区域为高拉伸性，并且以及其他区域为低拉伸性(通过在这些不同区域中的每个区域中使用不同材料)在一定程度上得到解决。此方法运行良好，但其受涉及用被切割和缝制在一起的不同材料制成头帽的事实所限制。切割和缝制方法不仅通常是昂贵的(由于所需材料和时间的量)，而且限制一个织物件上的材料性质的复杂性。因此，用于将面罩固定到患者头部的头帽以及用于制作此头帽的一种或多种材料还有改进的空间。


技术实现要素：

7.作为本发明的一个方面，提供一种选择性地改变聚合物基织物材料的一个或多个变形特性的方法。方法包括：选择性地将织物的若干部分熔融为预定图案。
8.织物材料可以包括尼龙或聚酯纤维中的至少一者。选择性地将织物的若干部分熔融为预定图案可以包括：使用激光来熔融织物材料的若干部分。选择性地将织物的若干部
分熔融为预定方式可以包括：以化学方式熔融织物材料的若干部分。若干部分中的至少一个部分可以包括织物材料的单个纤维。若干部分中的至少一个部分可以包括织物材料的多个纤维。图案可以包括若干线性部分。图案可以包括若干弧形部分。聚合物基织物材料可以为层压材料的多个层中的一个层。
9.作为本发明的另一方面，一种聚合物基织物材料包括一个或多个部分，该一个或多个部分已被熔融成预定图案，使得一个或多个部分的一个或多个变形特性被选择性地改变。
10.织物可以包括尼龙或聚酯纤维中的至少一者。织物材料还可以包括：被层压到织物材料的第二层，该第二层为另一材料。
11.作为本发明的又一方面，一种用于将患者接口设备固定到患者头部的头帽包括：聚合物基织物材料，其中其一个或多个部分已被熔融成预定图案，使得一个或多个部分的一个或多个变形特性被选择性地改变。
12.织物材料可以包括尼龙或聚酯纤维中的至少一者。头帽还可以包括：被层压到织物材料的第二层，该第二层为另一材料。
13.本发明的这些和其他目标、特征和特性，以及结构的相关元件和组件组合的操作方法和功能，以及制造经济性将参考形成本说明书一部分的附图，在考虑以下描述和随附权利要求时变得更加显而易见，其中相似附图标号在各个图式中表示对应部件。然而，将明确地理解，附图仅出于说明和描述的目的，且不意图作为本发明的限制的定义。
附图说明
14.图1示出了具有根据本发明的实施例所创建的一维加强图案的若干不同示例织物标本的示意性表示；
15.图2为示出了图1的若干不同示例织物标本的伸长率与所施加的轴向载荷的曲线图；
16.图3a为根据本发明的一个示例实施例的选择性加强的织物材料的切面的部分示意图；
17.图3b为根据本发明的另一示例实施例的选择性加强的织物材料的另一切面的部分示意图；
18.图4a为根据本发明的一个示例实施例的在被选择性加强之前的织物头帽布置的侧视图，示出该织物头帽布置被设置在患者的头部上；
19.图4b为根据本发明的一个示例实施例的在被选择性加强之后的图4a的织物头帽的侧视图，示出该织物头帽被设置在患者的头部上；
20.图5a为根据本发明的一个示例实施例的选择性加强的织物材料的部分的部分示意图，示出该织物材料处于松弛定位；
21.图5b为图5a的选择性加强织物材料的部分的部分示意图，示出向该织物材料施加轴向力；
22.图6为根据本发明的一个示例实施例的关于限定在其中的孔口的选择性加强的织物材料的部分的部分示意图；
23.图7a示出了具有形成在其中的圆形孔的未加强织物材料件处于松弛位置，并且根
据所施加的轴向力处于变形位置；
24.图7b示出了根据本发明的一个示例实施例的与图7a的织物件类似且在与图7a类似的条件下(除其部分被选择性加强外)的织物件；以及
25.图8图示根据本发明的示例性实施例的当施加轴向力时改变邻近织物件中形成的圆形孔的加强图案的变形效果。
具体实施方式
26.如本文中所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数参考，除非文中另有明确规定。如本文中所使用，两个或更多个部件或组件被“耦接”的陈述应意指只要链接发生，那么部件直接地或间接地(即经由一个或多个中间部件或组件)一起接合或操作。如本文中所使用，“直接耦接”意指两个元件直接彼此接触(即触摸)。如本文中所使用，“固定耦接”或“固定”意指两个组件耦接以整体移动，同时维持相对于彼此的恒定取向。
27.如本文中所使用，两个或更多个部件或组件彼此“接合”的陈述应意指部件直接地或经由一个或多个中间部件或组件彼此施加力。如本文中所使用，术语“若干”应意指一或大于一(即多个)的整数。
28.本文中所使用的方位短语(诸如例如但不限于左边、右边、上部、下部、前部、后部、在
…
顶部和其衍生词)涉及附图中所示的元件的取向，并且不对权利要求进行限制，除非本文中明确陈述。
29.许多现代织物由热塑性纤维(诸如尼龙和聚酯)织成。通过选择性地熔融此织物的一件内的纤维，或更特别地，选定的纤维的部分，织物的单个件的一部分、多个部分或全部的材料特性(例如刚度)能够针对特定应用被选择性地操纵或调整。当此类纤维或其部分被熔融时，所熔融的部分与通常使其熔融在一起的相邻纤维融合。此类熔融区域在可以各种方式利用的织物件内产生低拉伸区域，在下文中讨论其一些示例。当用诸如经由激光(使用热量熔融纤维)或化学丝网印刷工艺(以化学方式熔融纤维)等精确技术产生时，此类低拉伸区域或基本上无拉伸区域可以是非常小的(例如但不限于1至2mm)并且能够被很好地控制。这些低拉伸区域可以在宏观层面上组合，以产生“拉伸控制图案”，该拉伸控制图案是控制织物的单个件或织物的单个件内的一个或多个选定区域的拉伸或其缺乏(即刚度)的图案。由于可以形成此类区域的方法，此类区域中的多个区域(每个区域赋予织物不同变形性质)可以在织物的单个件内形成。另外，此方法能够应用于多层层压材料，其中层压物的外层的选择性部分能够被选择性地熔融，并且因此熔融到该外层内的其他纤维或熔融到层压物内的其他层的部分。
30.图1中说明根据本发明的示例实施例的多个不同示例织物标本f
a-fi的示意性表示。织物标本f
b-fi的选定部分(由点状区域所示)经由先前描述的熔融被选择性地加强，以形成一维拉伸控制图案p
b-pi。标本fa未被选择性地加强(且因此不包括任何点状区域)。图2示出了由施加到每个标本a-i的张力(诸如由标本a上的箭头t所示)引起的标本f
a-fi中的每个标本的伸长率与载荷的曲线图。如从图2的曲线图中可见，标本f
b-fi的不同拉伸控制图案p
b-pi中的每个拉伸控制图案(由标本的选择性加强部分形成)在张力t所施加的方向上提供不同刚度(即载荷/伸长率)。
31.除了在单个方向上改变/调整织物的刚度外，以不同角度定向的多个一维拉伸控
制图案可以被组合，使得可以控制织物件在多个不同方向上的拉伸性质。例如，图3a图示根据本发明的一个示例实施例的具有另一一维拉伸控制图案pj的另一织物标本fj，该一维拉伸控制图案类似于图1的标本fi的拉伸图案pi。图3b示出了织物标本f
j’，拉伸图案pj已通常在该织物标本中形成三次(因此标记为p
j1
、p
j2
、p
j3
)，每个拉伸图案在不同方向(诸如由双向箭头d1、d2和d3所示)上定向。由于此布置，织物标本f
j’在方向d1、d2和d3上的刚度已被增加。
32.能够容易地采用这样的技术来制作用于将面罩固定到患者头部的头帽，其改进了常规方法，这是因为使用单个织物件(其具有根据本文中所公开的概念产生的多个拉伸性质)相较使用多个织物件(诸如先前在本发明的背景技术部分中所讨论)为更具成本效益的。作为示例，图4a示出了定位在患者头部上的织物头帽布置10。头帽布置10包括由单式织物材料件形成的顶部系带部分12和后部系带部分14，该头帽布置10不包括诸如本文中所描述的任何加强部分。在没有任何加强部分的情况下，头帽布置10往往易于与优选定位(诸如部分地以虚线所示)歪曲，其中顶部系带12通常被设置在患者头部的后部的上部部分中，易于到接近患者头部的顶部/前部的通常不稳定定位。通过产生(即熔融)拉伸控制线16(诸如图4b中所示)，头帽布置10’抵制诸如先前结合图4a所描述的歪曲，且因此保持适当地定位在患者头部上，该拉伸控制线16沿顶部系带部分12’和后部系带部分14’两者延伸。
33.诸如本文中所描述的加强区域还可以用于控制织物的一部分或多个部分在不同张力下弯曲的方式。存在cpap面罩头帽的许多应用，其中期望在不含有材料的向量上施加张力。例如，许多头帽包括加强筋，该加强筋在患者的耳朵或眼睛周围路由头帽。本发明概念的实施例能够用于：使用选择性熔融图案而非塑料加强筋来模仿此类布置。通过熔融一曲线(其凹部与织物系带的期望后张形状相反)，能够产生笔直系带，该笔直系带在张力下放置时变得弯曲。此布置产生与诸如常规使用的加强曲线的效果类似的效果，同时消除对塑料核心的需要。
34.在图5a和图5b中示出展示此概念的根据本发明的一个示例实施例的示例布置。更具体地，图5a示出了处于松弛(即不施加力)位置的示例织物系带20。系带20包括具有面向上的凹部的多个弧形熔融线22。如图5b中所示，当张力t被施加到系带20时，熔融线22倾向于变直，因为其比周围材料更硬。熔融线22的此变直使得通常在熔融线22的凹部方向上拉动系带，引起图5b中所示的弯曲形状。系带20的横向偏转的特性能够通过熔融图案的设计来控制。一般来说，具有更大的长l宽w比的熔融区域往往导致更多弯曲，并且更宽区域产生更大的引起弯曲的“力”。
35.还可以使用邻近织物中的孔的诸如本文中所描述的加强区域。例如，图6示出了织物系带30的一部分，该织物系带具有限定穿过其的圆形孔32。孔32由两个熔融线34包围，该熔融线34产生环绕孔32的硬环，以帮助维持孔32的形状。此能够被完成以使孔加强，从而具备类似塑料套环的某些特征。
36.作为另一示例，加强区域能够用于防止由泊松效应引起的孔处或周围的屈曲。如图7a中所示，由于泊松效应(受张力的材料倾向于在与横向于所述方向的方向上收缩)，因此张力t下的织物件40中的孔42往往塌陷。泊松“力”从侧面挤压孔42，并且由于孔42缺乏材料来抵制此压缩，因此其塌陷。如图7b中所示，通过利用弧形加强部分44(类似于先前关于图5a和图5b中所讨论的在孔42的任一侧上形成的弧形加强部分)，能够减轻泊松效应。通过改变这些弯曲控制特征的长度，可以控制孔42的屈曲轮廓。图8的部分a、b和c总体上图示弯
曲控制特征的长度l如何变得更长、孔42的最终形状如何变得更圆。
37.根据前述示例，因此应了解，本发明的实施例提供修改聚合物基织物材料的一个或多个变形特性的方法。此类更改后的织物材料可以随后准备用于制备项目，诸如用于将患者接口设备固定到患者头部的头帽。诸如本文所描述的选择性加强在现有技术之上的一些益处为：拉伸控制(即单向拉伸控制、双向拉伸控制、孔支撑、弯曲控制)的类型的更多选项；应力控制特征的更精细分辨率(能够在毫米级上产生拉伸控制特征，而不需要针对每个织物件缝上另一大织物件)；以及用单个织物件制作可变拉伸头帽的能力(可以使得节省成本)。
38.在权利要求中，放在括号之间的任何附图标记不应解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中所列的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。在列举若干构件的设备权利要求中，这些构件中的若干构件可以通过硬件的一个且相同项目来实施。元件前的词语“一(a)”或“一个(an)”不排除多个此类元件的存在。在列举若干构件的任何设备权利要求中，这些构件中的若干构件可以通过硬件的一个且相同项目来实施。某些元件在互不相同的从属权利要求中叙述的单纯事实并不指示这些元件不能以组合使用。
39.尽管已出于说明目的基于当前所考虑的最实际且优先的实施例来描述本发明，但应理解，这些细节仅出于该目的且本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明意图涵盖在随附权利要求的精神和范围内的修改和等效布置。例如，应理解，本发明期望任何实施例的一个或多个特征尽可能地能够与任何其他实施例的一个或多个特征组合。