用於乘客傳感系統的透氣防潮層的製作方法
2023-08-13 17:53:56
專利名稱：用於乘客傳感系統的透氣防潮層的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及透氣防潮織物，更具體地涉及一種適用於乘客傳感系統的封閉有軟電極天線組件的不透水但透氣防潮層。
背景技術：
據美國專利5914610和5936412所公開，確定限定空間中人的位置，方向或存在的能力在從醫療到安全保衛的應用中是很重要的。對那些確定限定空間中人的位置，方向或存在是很重要的應用而言，已經開發出電極傳感器陣列對限定空間進行自動監控。這些傳感器陣列和確定限定空間中是否存在物體的方法已經公開在上述專利中。
雖然用傳感器陣列確定限定空間中是否存在物體或其活動的方法已經為人所知，但是現有技術未涉及將那些傳感器陣列應用於特定環境中的能力。具體地說，用該傳感器陣列監控或檢測人的存在或活動時，會受到另外因素的影響，這些因素會在很大程度上影響傳感器陣列給出精確電場讀數的能力。如美國專利5914610和5936412中所述，這些傳感器陣列和方法的一個預計用途是在汽車坐椅中控制安全氣囊的展開。另外，於2001年2月8日提交的共同所有人的PCT申請號為PCT/US01/04057(其全文在此引入)中公開和說明了一種軟電極天線，在非常接近於人的的應用中，比如在汽車坐椅中，具有足夠的柔性，舒適性和耐用性。但是，這些參考文獻中都沒有充分涉及防止傳感系統吸收液體的問題，吸收液體會嚴重損害該系統確定乘客類別的能力。
因此，需要開發出一種封閉有傳感系統(由電極天線，泡沫基材和其它電氣部件組成)的透氣防潮層，提供基本上不透液體的密封，同時具有足夠高的透氣性，不會影響位於坐椅傳感器墊組件中的溫度/溼度傳感器的讀數。
發明概述本發明提供了一種透氣防潮層，其適用於將軟電極，泡沫基材和其它電氣部件封閉在基本不滲透液體環境中，而不會嚴重損害電傳感器精確測量如汽車車廂等周圍環境中溫度和溼度變化的能力。本發明中包括一種具有足夠高溼氣滲透率(MVTR)的透氣聚合材料，使水蒸氣能透過防潮層並在封閉的坐椅傳感器墊組件中迅速達到平衡，使乘客傳感系統的溫度和溼度補償能正確工作。本發明的透氣防潮層提供了足夠高的MVTR，使傳感器墊中的溫度和溼度迅速平衡，在啟動汽車和開啟空調或暖氣時能更好地跟蹤乘客車廂環境條件中的快速變化。
在一個優選實例中，該透氣防潮層是粘合於聚丙烯非織造的微孔聚丙烯膜。在其它實例中，也可以使用其它透氣聚合物織物或膜，它們具有足夠高的MVTR，適當水平的耐用性和汽車坐椅應用要求的其它特性，包括舒適性，噪音，阻燃性，和熱穩定性。
本申請使用的術語具有以下含義1.術語「透氣「是指一種材料能透過蒸汽，但是不能透過液體和顆粒，比如用於外衣和尿布應用中的膜。
2.術語「微孔」是指一種材料的結構能透過液體，其有效孔徑至少是流動分子平均自由程的若干倍(從幾微米到100埃)。
附圖簡要說明參考以下詳細說明和附圖，能更全面地理解本發明，附圖中用相同編號表示相同部分。其中附
圖1是坐椅傳感器墊組件的透視圖，其包括泡沫墊，軟電極天線和溼度/溫度傳感元件，都被封閉在一個本發明實例所述的透氣防潮層中；附圖2a-c分別是附圖1所示實例的坐椅傳感器墊組件的上視圖，側視圖和下視圖；附圖3a是附圖2b所示實例中坐椅傳感器墊組件一角的構造細部的側視詳圖；附圖3b是附圖2b所示實例中坐椅傳感器墊組件底部的構造細部的側視詳圖；附圖4a是坐椅傳感器墊組件沿剖面線A-A的側視剖面圖；附圖4b是清楚顯示附圖4a所示坐椅傳感器墊組件中的溫度/溼度傳感器位置的側視剖面詳圖；附圖5是說明不同透氣面積對溼度傳感器平衡時間影響的一系列偏移(offest)圖；附圖6是說明使用具有不同水平MVTR的各種市售聚合材料對溼度傳感器平衡時間影響的一系列偏移圖；和附圖7是在25℃和50％相對溼度下理論計算求得的達到平衡需要的時間隨MVTR而變化的對數圖。
優選實施方式的詳細說明雖然本領域技術人員能很容易地認識到有許多獨特結構可以作為乘客傳感系統的透氣防潮層，但是本發明主要描述一種優選結構。特別是，本發明在這裡說明了一種封閉了具有柔軟傳感器電極和與之相連的溼度/溫度傳感器的泡沫墊的透氣聚合織物層壓體，使該器件基本不滲透液體並具有足夠高的MVTR，不會影響傳感器件的工作。認為除本申請所述之外的另外結構也在本發明的範圍和精神之內。
在一個用於汽車坐椅傳感器墊組件的實例中，該組件由一些被粘合於一個開孔軟質聚氨酯泡沫芯的頂面和底面的導電傳感帶組成。每根傳感帶都與一個電子控制單元相連，該單元通過測量每個傳感帶周圍隨乘客尺寸和存在改變的電場阻抗變化，對該乘客傳感系統進行控制。將該坐椅傳感器墊組件設計成能被容納入汽車坐椅底墊的挖空部分中。
因為乘客傳感系統使用電場傳感技術，所以如果坐椅濺上水或其它液體，會損害傳感系統正確工作的能力。由於導電液體會在坐椅傳感器墊組件上的相鄰導電帶之間產生耦合和短路，因此水和其它導電液體會阻礙系統正確傳感乘客的變化。
一種解決這個問題的方法是將整個坐椅傳感器墊組件封閉在一個不透液體的聚合膜中。就象用無孔不透氣的聚合膜包裹或塗覆坐椅傳感器墊組件，不使其碰到水一樣。但是，由於這個方法使坐椅傳感器墊組件內部和汽車乘客車廂周圍環境之間產生了非常不同的環境條件，即溫度和溼度，因此造成了其它問題。導電帶周圍環境中材料和氣體的介電特性取決於溫度和溼度。將整個組件封閉得既不滲透液體又不透氣，會使電場數據的溫度和溼度補償變得更困難。採用這個方法時，最終需要在坐椅傳感器墊組件內部和外部的乘客車廂中同時放置溫度和溼度傳感器。密封材料中的殘存空氣無法逸出，會隨著坐椅的承重而受到擠壓，因此又出現了舒適性的問題。還要注意的是，如果坐椅傳感器墊組件中殘留有溼氣的話，很有可能會在組件中造成發黴和其它不良狀況。如果坐椅面中殘留的汗液與乘客接觸的話，會造成舒適性方面的另一個問題。
因此，在乘客傳感系統中使用透氣防潮層可以提供若干益處。可使用透氣防潮織物來正面密封開孔泡沫體防止其吸水。另外，透氣性能使坐椅傳感器墊組件和乘客車廂之間保持一致的溫度和溼度環境。這種均一的環境條件使僅在坐椅傳感器墊組件中放置一個溫度/溼度傳感器就能對組件本身和乘客車廂的環境進行表徵。而且，由於坐椅傳感器墊組件，坐椅面材料和乘客車廂內材料和氣體的介電特性是一致的，因此能更容易地作出電場數據的溫度和溼度補償。透氣防潮層還應防止坐椅傳感器墊組件，坐椅密封面材料或坐椅泡沫塊中的溼氣凝聚或發黴。雖然當乘客坐下時，透氣膜通常不會使足量空氣離開坐椅傳感器墊組件，但是可以在組件底面上分布排氣孔，用轉移粘合劑將傳感器墊粘合於坐椅泡沫塊上，還可以在排氣孔的邊緣使用該粘合劑，防止溼氣進入組件。
雖然可以獲得多種透氣防潮膜或織物，但是本發明一個優選實例使用一種層壓在聚丙烯無紡織物上的微孔聚丙烯膜，從Minnesota Mining andManufacturing Company(3M)購得，商品名是PROPORE牌織物。這種微孔聚丙烯膜的物理性質和製造方法參見美國專利4539256，4726989，4902553和5238623中的較完整討論。這種特殊膜/非織造織物層壓體具有若干優點，包括溼氣滲透率相對較高(MVTR是約8000克/平方米24小時)，345千帕(50磅/平方英寸)保水(water holdout)，因為存在非織造層而具有耐磨性，使用丙烯酸類轉移粘合劑時結合性能好，與其他基於聚四氟乙烯聚合物的透氣防潮織物，比如從W.L.Gore and Associates獲得的GORETEX相比，由於使用聚丙烯作為基材而具有相對較低的成本。
該膜可以包含助劑，比如抗氧化劑，阻燃劑等，只要這些助劑不會嚴重影響該膜的溼氣滲透率或機械性能即可。可用的抗氧化劑包括酚類化合物，比如季戊四醇四(3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯)，從CIBA SpecialtyChemicals獲得的IRGANOX 1010，和從Great Lakes Chemical購得的ANOX 20。可用的阻燃劑包括滷化的有機化合物，含有機磷化合物，和本身阻燃的組合物。滷化的有機阻燃劑包括聯苯，比如2，2』-二氯聯苯，八溴聯苯，和含有2到10個滷原子的滷化二苯基醚。可用的有機磷添加劑包括磷酸等磷化合物，磷-氮化合物，滷化的有機磷化合物等。這些試劑可以單獨使用或與氯化聯苯或氧化銻混合使用。本身阻燃的聚合物是那些不支持燃燒或自熄性物質。其實例包括聚(氯乙烯)，聚(偏二氯乙烯)，聚醯亞胺，聚醚酮等。關於阻燃劑的進一步討論參見美國專利6171689。助劑可以單獨加入或混合在一起，比如，阻燃劑可以與抗氧化劑混合併被一起加入，簡化製造時的工藝步驟。非織造層中還可以包含抗氧化劑等助劑。
在本發明的一個實例中，透氣防潮膜的組合物中包括八溴二苯醚，從GreatLakes Chemical購得，商品名是DE-79。
參見附圖1，其是本發明一種座椅傳感器組件的構造透視圖。座椅傳感器組件10包括聚氨酯泡沫芯20，一些導電傳感器30和一個位於泡沫塊20中敞開處25的溫度/溼度傳感元件40，用傳感元件40來測量組件內部和汽車內部的溫度和溼度變化。然後將整個組件10包覆在一個基本不滲透液體的透氣織物50中。任選地組件10底部有排氣孔60，當乘客坐在汽車座墊上時，空氣能通過排氣孔離開組件10。透氣防潮層50可以通過未示出的丙烯酸類轉移粘合劑粘合在組件10的泡沫芯20上。
參見附圖2a-2c，它們分別是附圖1所示坐椅傳感器組件的上視圖，側視圖和下視圖。附圖2a-2c進一步說明了坐椅傳感器組件中導電傳感帶30，溫度/溼度傳感器40和排氣孔60的位置。
參見附圖3a-3b，這些詳圖更好地圖示了附圖2b所示側視圖的細部。在附圖3a中，詳細表示了本發明坐椅傳感器組件的一角構造。另外，如附圖1-2c所示，該組件有泡沫芯20和導電傳感器30和通過一層丙烯酸類轉移粘合劑70與之粘合的防滲透材料50。相似的，附圖3b顯示泡沫芯20，導電電極30，防滲透材料50和一層位於防滲透材料正面並將其粘合於椅墊(未在圖中示出)的轉移粘合劑75。
參見附圖4a，表示沿剖面線A-A的側視剖面圖。該附圖表示了泡沫芯20，泡沫芯敞開處25，溫度/溼度傳感器40和防滲透材料50的位置。相似的，附圖4b是附圖4a的部分詳圖，更好地圖示了泡沫芯20，泡沫芯敞開處25，溫度/溼度傳感器40，防滲透材料50和轉移粘合劑75底層的位置，該粘合劑還將坐椅傳感器墊組件粘合於椅墊上，但未在附圖中示出。
參見附圖5，表示70％相對溼度和然後在恆定溫度40℃下變化至90％相對溼度時測試元件條件的一系列偏移圖。將開孔聚氨酯泡沫墊切割成10.2釐米×10.2釐米×1.9釐米(4英寸×4英寸×0.75英寸)的塊，中央有貫穿開孔並在其中安裝了一個溫度/溼度傳感器，將其作為該測試元件。對照測試元件沒有任何附加的覆蓋物。防潮測試元件的上表面覆蓋有Hytrel 4056熱塑性彈性體，從DuPont獲得，其MVTR值是約400克/平方米24小時。然後用不透氣聚合膜封閉防潮測試元件的側面和底面。另外，為了更好地研究透氣面積的影響，可以覆蓋測試元件的部分頂面，使透氣面積從10.2釐米×10.2釐米的正方形(4英寸×4英寸)縮小至5.1釐米×5.1釐米(2英寸×2英寸)。
如附圖5所示，未覆蓋的泡沫元件，這裡稱為環境腔室條件，幾乎立刻平衡並在70％和90％相對溼度的設定點周圍形成溼度讀數分布。然後在5.1釐米× 5.1釐米(2英寸×2英寸)和10.2釐米×10.2釐米(4英寸×4英寸)形狀上同時對Hyrel覆蓋的泡沫測試元件進行測試。5.1釐米×5.1釐米(2英寸×2英寸)測試元件在相對溼度設定點初始變化後和長時間平衡至實際環境條件下與環境腔室條件有很大區別。與之成對比，10.2釐米×10.2釐米(4英寸×4英寸)測試元件在改變設定點之後與環境腔室條件的區別要小得多，而且達到平衡的速度比5.1釐米×5.1釐米(2英寸×2英寸)測試元件約快4倍。這證明了透氣面積對溼度傳感器跟蹤環境條件變化能力的影響。
參見附圖6，是另一系列表示MVTR對溼度傳感器平衡時間影響的偏移圖。按照上述Hytrel 4056元件的方法，製備具有表1所示特性的Macromelt 6239，Tegaderm，和Propore KN-2311的5.1釐米×5.1釐米(2英寸×2英寸)透氣表面的測試元件。
表1
注意，在70％相對溼度時，Macromelt覆蓋的樣品看來不會達到平衡，Tegaderm覆蓋的樣品需要約500分鐘才能到達平衡，而Propore織物覆蓋的材料到達平衡只需要幾分鐘，而且能緊隨跟蹤測試腔室本身的數據。當相對溼度在約800分鐘時增至90％時，還反映這些結果。而且，可看出具有最大MVTR的Propore織物能最緊隨地跟蹤環境室條件的變化。
參見附圖7，其表示在40.6釐米×40.6釐米×1.9釐米(16英寸×16英寸×0.75英寸)的坐椅傳感器墊組件從各種初始環境條件達到25℃和50％相對溼度的理論計算的平衡時間隨MVTR變化的圖。對汽車坐椅應用而言，理想平衡時間小於約5分鐘，更優選小於約1分鐘，這樣才能更好地跟蹤啟動汽車和開啟空調或暖氣時乘客車廂環境條件的快速變化。如該附圖所示，80％相對溼度和30℃，40℃和50℃的初始條件下，MVTR值和坐椅傳感器墊組件到達25℃和50％相對溼度的平衡條件所需時間之間有簡單的對數關係。要使目標平衡時間小於5分鐘，最小MVTR值在100和1000克/平方米24小時之間，更優選在約400到600克/平方米24小時之間。顯然，MVTR值高達約8000克/平方米24小時的材料能在遠遠小於5分鐘或如圖所示約0.1分鐘內到達平衡。該理論值基於對使用透氣面積僅是40.6釐米×40.6釐米(16英寸×16英寸)頂面和1.9釐米(0.75英寸)厚度組件的計算而得。但是，增加透氣面積，比如使底面透氣，或增加總體積，比如增加厚度，會對平衡時間產生顯著影響。要注意的是，為了方便比較，還將附圖7所示的數據列在下表2中。
表2
雖然通過實例和上述說明描述了本發明的優選實例，但是本發明並不限於已公開的實例，在不偏離以下權利要求書限定的發明精神的情況下，能夠對部件和元件進行各種重新安排和修改。因此，所附權利要求書的精神和範圍不應被限制在本文所述優選實例的說明範圍內。
權利要求
1.一種坐椅傳感器墊組件，包括絕緣泡沫基材；至少一個粘合於該泡沫基材上的導電傳感元件；位於泡沫基材內的溼度傳感器；和包覆該泡沫基材的至少一部分的基本不滲透液體的透氣材料。
2.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於該基本不滲透液體的透氣材料是一種微孔膜/非織造聚合物層壓體。
3.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述透氣材料具有至少100克/米224小時的溼氣滲透率。
4.如權利要求3所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述透氣材料具有至少500克/米224小時的溼氣滲透率。
5.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述透氣材料具有至少1000克/米224小時的溼氣滲透率。
6.如權利要求2所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於微孔材料是聚烯烴膜。
7.如權利要求6所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述聚烯烴是聚丙烯。
8.如權利要求2所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述粘合於所述聚烯烴膜的非織造織物材料還包括聚烯烴。
9.如權利要求8所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述非織造織物材料是聚丙烯。
10.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述透氣材料覆蓋至少5％的泡沫基材表面。
11.如權利要求10所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述透氣材料覆蓋至少25％的泡沫基材表面。
12.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述透氣材料覆蓋至少5釐米×5釐米的開口。
13.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述不滲透液體的透氣材料還包含阻燃劑。
14.如權利要求13所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述阻燃劑選自有機磷材料，滷化聯苯，和酚類化合物。
15.如權利要求14所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述阻燃劑是八溴二苯醚。
16.如權利要求1所述的坐椅傳感器墊組件，其特徵在於所述不滲透液體的透氣材料還包含抗氧化劑。
17.如權利要求16所述的坐椅傳感器組件，其特徵在於所述抗氧化劑是季戊四醇四(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸酯)。
18.一種具有透氣防潮層的能檢測至少兩種不同條件的傳感系統，包括至少一個與之粘合的導電傳感元件；位於泡沫基材內的溼度傳感器；和覆蓋該泡沫基材的至少一部分的基本不滲透液體的透氣材料，其中所述透氣材料具有至少100克/米224小時的溼氣滲透率。
19.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於該基本不滲透液體的透氣材料是一種微孔膜/非織造的聚合物層壓體。
20.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於所述透氣材料具有至少500克/米224小時的溼氣滲透率。
21.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於所述透氣材料具有至少1000克/米224小時的溼氣滲透過率。
22.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於所述透氣材料覆蓋至少5％的泡沫基材表面。
23.如權利要求22所述的傳感系統，其特徵在於所述透氣材料覆蓋至少25％的泡沫基材表面。
24.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於所述傳感系統用於坐椅中。
25.如權利要求24所述的傳感系統，其特徵在於所述的坐椅是汽車坐椅。
26.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於所述兩種條件是承重和不承重。
27.如權利要求18所述的傳感系統，其特徵在於所述兩種條件中的至少一種選自存在至少一個乘客，乘坐尺寸，乘坐位置，乘客動作，乘客性別，和存在超過一個乘客。
全文摘要
一種透氣防潮層，其適用於將軟電極、泡沫基材和其它電氣部件封閉在基本不滲透液體環境中，而不會嚴重損害電傳感器精確測量如汽車車廂等周圍環境中的溫度和溼度變化的能力。本發明進一步公開了一種具有足夠高的溼氣滲透率(MVTR)的透氣聚合材料，其能允許水蒸氣透過防潮層並迅速在封閉的坐椅傳感器墊組件中達到平衡，使乘客傳感系統的溼度補償能正確工作。本發明的透氣防潮層提供了足夠高的MVTR，使傳感器墊中的溼度迅速平衡，從而在啟動汽車和開啟空調或暖氣時能更好地跟蹤乘客車廂環境條件的快速變化。
文檔編號H01H3/02GK1589209SQ02822852
公開日2005年3月2日 申請日期2002年10月3日 優先權日2001年11月20日
發明者M·A·霍伊辛頓, D·V·馬赫尼 申請人:3M創新有限公司