由彈性複合材料製成的頭帶的製作方法
2023-07-08 14:39:16 1
專利名稱：由彈性複合材料製成的頭帶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由彈性複合材料製成的頭帶以及繫結該頭帶的方法。本發明還涉及可根據本發明方法製備的面罩。
過濾呼吸器或者面罩用於各種各樣的要求保護人的呼吸系統免受懸浮於空氣中的微粒或者討厭或有害氣體侵入的應用場合。醫療工作者也常常帶著它們以防止有害的微生物傳給使用者或者從使用者傳布出。
可將呼吸器分成用後拋棄的一次性使用的呼吸器、可更換過濾器而需要較少保養的呼吸器和可更換某些或全部零件後再使用的呼吸器這樣三類。一次性面罩通常具有下面兩種型式之一注塑的杯形形式或者平摺疊形式。平摺疊形式具有這樣優點這種形式的呼吸器可在需要使用前放在戴用者的口袋裡和重新折平以在兩次使用之間保存內部清潔。
平摺疊的呼吸器面罩通常是由一種或者一種以上織物料排列構成一面罩坯而製成。為將織物料固定成面罩所需的形狀添加了一些摺疊。這些結構可以具有一個使面罩與戴用者面部脫離接觸的加強部分。還通過在面罩的橫向寬度上將一摺疊熔融成層壓結構或者提供一接縫來提供加強。
一些平摺疊面罩包括有在水平方向的中央摺疊以構成上下相對的表面。面罩具有至少一個基本處於所述相對表面中央以在垂向尺寸上按透視法縮小過濾媒質的水平摺疊和在各相對表面上的至少一個附加水平摺疊。中央摺疊在水平尺寸上比相對表面上的摺疊短，而相對表面上的摺疊在水平尺寸上比過濾媒質的最大水平尺寸短。該中央摺疊與相對表面上的摺疊一起構成一個自支承袋。
平摺疊面罩的另一個實施例包括一個具有柔性的過濾片材料的通常呈錐形的袋子，在袋的大端和小端上分別帶有一開口邊和閉合端。由摺疊線形成的袋的閉合端限定了一四邊形表面，並包含兩個向袋的內部延伸摺疊成的三角形表面。這兩個三角形表面相互面對並在使用時彼此相對傾斜。
平摺疊的面罩的又一實施例具有一上部和一下部，它們之間具有一基本中央的部分。體部的中央部分繞著一基本將它分成兩半的垂向摺痕或者摺疊線朝背面摺疊。這根摺疊或摺痕線在戴上面罩時大約與通過前額中央、鼻和嘴中央的假象垂線對準。體部的上部從中央部分的上邊緣以一個角度向上延伸，以使其上邊緣接觸鼻梁和面部的頰骨區域。體部的下部從中央部分的下邊緣在喉嚨方向向下延伸以提供在戴用者的下巴之下的覆蓋。面罩覆蓋戴用者的嘴唇和嘴，但並不直接與它們接觸。
注塑的杯形面罩是由具有相對側壁的過濾片材料的一袋製成，通常呈錐形形狀，其大端和小端分別為開口端和閉合端。袋在閉合端上的邊緣向外彎曲，例如由相交的直線和/或曲線形成，並且閉合端設置摺疊線，這些摺疊線構成向袋的閉合端內部摺疊的一個表面以形成基本呈錐形的向內延伸的凹槽，用於固定此袋以免在吸氣時塌陷到戴用者的面部上。
一次性的面罩常常依靠固定彈性帶將面罩固定於使用者的頭上。用於注塑的杯形或平摺疊的面罩的頭帶必須設計成提供將面罩牢靠保持在適當位置上的足夠大的力，而對具有各種各樣頭部和面部尺寸的使用者都能在其「舒適區域」內產生壓力。作用力不夠大就可能繞著面罩周邊產生洩漏。面罩的形狀和剛度以及使用者面部的尺寸和形狀的不同使確定通用的帶作用力值發生困難。對於重量輕的一次性面罩，在20％至300％的延伸率範圍內帶的作用力值為100-150克顯得較合適。
為了提供一種可在最大尺寸的使用者面部的「舒適區域」內產生面罩與面部間合適密封的足夠大的帶作用力的頭帶，製造者通常選擇由彈性模量小的材料製成的長頭帶部分。例如，頭帶通常為15.2-35.6毫米(6-14英寸)長。普通的頭帶材料包括天然橡膠、聚異戊二烯、聚氨酯以及天然和合成的編織物或針織物。無論是沿著穿過頭帶繫結部位的軸線還是沿著面罩坯表面測量，頭帶通常都要比頭帶繫結部位的間距長。由於多種原因，其長度比面罩坯的繫結部位之間整件長度長的頭帶難於在高速的製造設備上進行組裝。例如，鬆弛的或者過量的材料都可能干涉面罩坯沿著生產線的運動。順從的彈性材料難於在高速的製造設備上加工。製造設備的速度越高，則使頭帶與正確的繫結位置對準的困難程度就越大。
一些用於頭帶的彈性材料，例如天然橡膠的粘性很大。為了有利於加工和增加使用者的舒適，這些材料常常用滑石粉或者其它粉末予以處理過。然而，滑石粉能積聚在製造設備內。滑石粉的不一致和不均勻的施用對加工頭帶材料可能產生困難。最後，由於要將多根頭帶，例如一根頭部帶和一根頸部帶繫結到單個面罩坯上，這樣可能使採用高速製造設備的製造方法進一步複雜化。
發明概述本發明涉及一種由彈性複合材料製成的頭帶以及繫結該頭帶的方法。本發明還涉及一種可採用本發明的頭帶繫結方法製備的面罩。
可繫結到一面罩上的複合頭帶具有至少一個不連續的彈性芯子和至少一個固定於彈性芯子上的連續熱塑表層。複合頭帶具有在未活化狀態下的第一彈性模量和在活化狀態下較小的第二彈性模量。熱塑表層在複合頭帶處於活化狀態時形成一微觀結構的永久變形表層。
在一個實施例中，所述彈性芯子和至少一熱塑表層在活化狀態下是連續接觸的。在另一個實施例中，彈性芯子可以是平面的或者是多個不連續芯子。在未活化狀態下的頭帶從視覺和觸覺上都區別於活化狀態。複合頭帶可以在活化狀態或未活化狀態下繫結。
在一個實施例中，複合頭帶包括至少一條刻痕線以構成多件式複合頭帶。繫結裝置可靠近複合頭帶的至少一個端部。在一個實施例中，繫結裝置包括一成形切口。繫結裝置可以從熱粘、超聲波熔結、粘結、壓敏粘結、膠合、釘接和緊固件中選擇。
複合頭帶可繫結到具有左、右頭帶繫結部位的面罩坯上。在一個實施例中，複合頭帶具有沿一在左、右頭帶繫結部位之間的頭帶通路延伸的整件長度。頭帶通路可以是與左、右頭帶繫結部位相交的一軸線，或者是大致與面罩坯一個表面輪廓相符合的路徑。該表面可以是面罩坯的一前表面。
面罩坯可以是一注塑的杯形面罩坯或平摺疊的呼吸器面罩坯、外科手術用的面罩、清潔室內用面罩和各種各樣的其它面罩。
本發明還涉及將一複合頭帶繫結到一面罩上。製備一具有左、右頭帶繫結部位的面罩坯。面罩坯具有一在左、右頭帶繫結部位之間延伸的頭帶通路。一複合頭帶通過將至少一個不連續彈性芯子固定到至少一連續的熱塑表層而製備成。複合頭帶具有在一未活化狀態下的第一彈性模量和在一活化狀態下較小的第二彈性模量。熱塑表層在複合頭帶處於活化狀態時形成一微觀結構的永久變形表層。複合頭帶定位於頭帶通路上。複合頭帶繫結左、右頭帶繫結部位之一上。製備複合頭帶的步驟最好可包括將彈性芯子和至少一熱塑表層在活化狀態下保持連續接觸。
在繫結步驟之前或緊接著繫結步驟之後，在沿頭帶通路延伸的複合頭帶上形成有至少一條縱向刻痕線，從而至少這條縱向刻痕線可形成至少一兩件式頭帶。複合頭帶可沿著至少這條縱向刻痕線分離而形成兩件式頭帶。
複合頭帶在繫結步驟之前或緊接其後可被伸展活化。複合材料的伸展可以是單向的、順序雙軸的或同時雙軸的。已經發現，伸展方法和程度可顯著地控制形成的微觀結構表面。
頭帶通路可包括與左、右頭帶繫結部位相交的一條軸線。在另一個實施例中，頭帶通路大致符合面罩坯一個表面的輪廓。繫結方法可從熱粘、超聲波熔結、粘結、壓敏粘結、膠合和緊固件中選擇。
在本申請中所採用的一些定義如下「面罩」在此用於說明呼吸器、外科手術用面罩、室內清潔面罩、面部護罩、防塵罩和各種各樣的其它面部覆蓋物。
「頭帶通路」在此用於說明基本沿著面罩坯表面或者沿著穿過左右繫結部位的軸線測量的左右繫結部位之間的一條通路。
「伸展活化的彈性體」在此用於說明這樣的一種材料具有在伸展活化前的第一彈性模量和在通過伸展被活化後的較小的第二彈性模量。一些伸展活化的彈性材料的長度在伸展活化後也增加。所述的彈性模量是在伸展活化的之前或之後在應力/應變曲線的初始斜率上測量到。
「熱粘」在此用於說明採用熱棒條、超聲波焊或脈衝焊、或者其它的熱處理密封劑的具有一熱塑性組分的粘結材料。
「熱塑性材料」是指具有熱塑性組分的聚合材料，它包括聚烯烴、聚酯、聚醚酯和聚醯胺。合適的熱塑性聚合物的例子包括(僅作為舉例說明)聚烯烴，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁-1-烯、聚丁-2-烯、聚戊-1-烯、聚戊-2-烯、聚(3-甲基-戊-1-烯)、聚(4-甲基-戊-1-烯)、1,2-聚1,3-丁二烯、1,4-聚1,3-丁二烯、聚異戊二烯、聚氯丁烯、聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯等；聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸-1,4-環己二亞甲酯或聚氧亞甲基-1,4-亞環己基亞甲基氧基對苯二醯等；聚醚酯，如聚氧化乙烯-聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚氧化丙烯-聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚氧化丁烯-聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚氧化丁烯-聚對苯二甲酸乙二醇酯等；和聚醯胺，如聚6-氨基己酸或聚己內醯胺、聚己二醯己二胺、聚癸二醯己二胺、聚11-氨基十一烷酸等。
「整件長度」在此用於說明基本沿著面罩坯的表面或者沿著穿過左右繫結部位的軸線測量的左右繫結部位之間的距離。
圖1是一個用於頭帶材料的例舉的力-延伸率曲線；圖2是一種彈性複合材料的橫截面段；圖3是具有由單軸向伸展產生的微觀結構的圖2所示複合材料的一個橫截面段；圖4A是例舉的一種將多件式頭帶繫結到平摺疊的呼吸器上的加工過程的示意說明圖；圖4B-4D示出了圖4A所例舉的加工過程的中間織物結構；圖5A示出一條帶有兩件式的整件長度的頭帶的三個面罩；圖5B是含有多個例舉的帶有兩件式整件長度的頭帶的面罩的織物俯視圖；圖6A-6J示出另一些例舉的頭帶結構；圖7是以打開結構示出的例舉的平摺疊呼吸器的立體圖；圖8是以摺疊結構示出的例舉的平摺疊呼吸器的立體圖；圖9是例舉的帶有沿著其前表面繫結的兩件式頭帶的平摺疊呼吸器的立體圖；圖10是例舉的帶有沿著後表面繫結的單件式頭帶的平摺疊呼吸器的立體圖；圖11是例舉的平摺疊呼吸器的立體圖，這種呼吸器帶有一條沿著其前表面繫結的單件式頭帶；圖12示出一條沿著橫向通過呼吸閥和杯形面罩前表面的頭帶通路延伸的兩件式頭帶；圖13示出一條沿著橫向通過杯形面罩後部的頭帶通路延伸的兩件式頭帶；圖14示出一條沿著橫向通過呼吸閥和杯形面罩前表面的頭帶通路延伸的單件式頭帶；圖15示出一條沿著橫向通過杯形面罩後部的頭帶通路延伸的單件式頭帶；圖16示出一條沿著橫向通過杯形面罩前表面的頭帶通路延伸的兩件式頭帶；圖17示出一條沿著橫向通過杯形面罩後部的頭帶通路延伸的兩件式頭帶；圖18示出一條沿著橫向通過杯形面罩前表面的頭帶通路延伸的單件式頭帶；圖19示出一條沿著橫向通過杯形面罩後部的頭帶通路延伸的單件式頭帶；圖20示出一條沿著橫向通過呼吸閥和平摺疊的面罩前表面的頭帶通路延伸的兩件式頭帶；圖21示出一條沿著橫向通過呼吸閥和平摺疊的面罩前表面的頭帶通路延伸的單件式頭帶；圖22示出在一例舉的面罩上的兩件式頭帶的應用情況；圖23示出一條被繫結到一例舉的面罩上的單件式頭帶；以及圖24示出一條被面罩坯夾住的連續環形頭帶。
較佳實施例的詳細說明頭帶必須以足夠的力將呼吸器保持於戴用者的面部上以防止洩漏，然而也不應施加戴用者對呼吸器感到不舒服的這樣大的力。還要求提供一種具有尺寸單一的頭帶的、不管頭部尺寸的差別而可由所有戴用者面戴的呼吸器。採用本發明的彈性帶可以滿足這些要求。理想情況是，頭帶的小的伸展應提供比較大的力，以適應具有較小頭部尺寸的戴用者的最小作用力要求，而進一步伸展應提供幾乎恆定的作用力或者至少較小的作用力增量，以適合具有較大頭部尺寸的戴用者。
已發現許多重量輕的一次性呼吸器要求約30克的最小作用力以提供足夠的氣密配合，而至少大約50克的作用力較理想。一般，呼吸器被戴用一個延長期時，該作用力越大，則將越感到不舒適。然而，已發現約為300克的最大作用力通常是滿意的，而大約200克的最大作用力較為理想。對於較理想的頭帶材料來說這些作用力所對應的頭帶延伸率約為15％至120％。還要求能夠在不需要過分的力的情況下將頭帶伸展到大約300％或以上而容易地將頭帶置放到頭或頭罩上。
由於不可調節的頭帶的長度對於某一呼吸器來說是固定的，呼吸器的設計者不得不考慮一些改變因素，包括彈性材料的選擇、其寬度和厚度。如果延伸率給定，則作用力將與彈性材料的寬度和厚度兩者成正比。頭帶寬度通常是在6毫米至10毫米的範圍內。一給定的頭帶材料和厚度是否合適可以由下面步驟確定。從作用力-延伸率曲線(或者應力-應變曲線)上看，將對配合最小頭部尺寸給定的延伸率，例如30％，所必需的作用力與在上述通常寬度範圍內的一個恆定寬度時的彈性材料的厚度相比較。提供30克或者更大的作用力的厚度適合滿足最小作用力的要求，而提供50克或更大的作用力的厚度是較為理想的。類似地，從作用力-延伸率曲線上看，將對配合最大頭部尺寸給定的延伸率，例如160％所必需的作用力與彈性材料的厚度相比較。提供300克或更小的作用力的厚度適合滿足最大作用力的要求，而提供200克或更小作用力的厚度是較為理想的。滿足上述兩個要求的厚度適合用於本發明。
在一個實施例中，頭帶材料是一種伸展活化的彈性複合材料，該複合材料具有在未活化狀態時的第一彈性模量和在活化狀態時的較低的第二彈性模量。這種彈性複合材料在伸展活化過程中一般伸長200-600％並可恢復原狀。伸展活化的彈性複合材料在伸展活化後將永久伸長大約25-75％。此外，伸展活化使分子定位在頭帶材料的表層上以產生一憑視覺和觸覺可區別於未活化狀態時的頭帶材料的微觀結構表面。彈性複合材料在未活化或者部分活化的狀態時的初始的較大彈性模量在製造中對材料加工提供幫助。正常的彈性要比由在供給和繫結設備上的張力變化所產生的有效長度變化敏感得多。
適用於本發明的伸展活化的彈性複合材料可以由一種被無彈性的基質圍繞的彈性芯子構成它可伸展並可恢復原狀以產生一種彈性複合材料，例如在1995年7月4日批准給克魯格等人的第5,429,856號美國專利以及在1989年11月14日批准給黑茲爾頓等人的第4,880,682號美國專利中所揭示的，這兩個文本一併援引於此供參考。
在被批准給克魯格的第5,501,679號美國專利中揭示了另一種彈性複合材料，該專利也援引於此供參考。該彈性複合材料是一包括至少一彈性芯子和至少一相對無彈性的表層的不粘、多層的彈性疊片。表層被伸展超出其彈性極限並隨芯子一起鬆弛以形成一微觀結構表層。微觀結構是指表面含有峰谷樣凹凸不平或者摺疊，它們足夠大到當不透明度增大而超過形成微觀結構前的複合材料的不透明度時可被人的肉眼覺察到，以及這些凹凸不平小到對人的皮膚變得光滑或者軟化時可被感覺出。需要對凹凸不平放大來看微觀結構的詳細情況。一實施例的彈性複合材料處於活化狀態時的作用力-延伸率曲線與在圖1所示的引出延伸循環和返回循環過程中所測量的作用力平均值相對應。曲線「O」是在引出延伸方向的作用力-延伸率曲線而曲線「R」是在返回方向的作用力-延伸曲線。
彈性體層廣義地可以包括任何能夠形成薄膜層並在環境狀態下呈現彈性特點的材料。彈性是指材料在被伸展後可基本恢復其原始形狀。另外，較理想是彈性體在變形和松馳之後將僅保持小的永久殘餘變形，在適度延伸例如大約400-500％時永久殘餘變形較好是小於20％，更理想是小於10％。一般任何可以被伸展到在相對無彈性表層上產生相對不變的永久變形這樣程度的彈性材料都可以接受。延伸率可以小到50％。然而較理想是彈性材料能夠在室溫下經受300至1200％的延伸，而在室溫時更理想是達到600至800％。彈性體可以是純彈性體和在室溫時仍呈現基本彈性特點的彈性相或彈性內含物的混合物兩種。
表層可以由任何彈性小於芯層並可在彈性複合材料經受的伸展百分比時產生永久變形的半結晶或非結晶的聚合物形成。因此，輕微彈性的混合物，如一些烯族彈性材料，例如乙烯-丙烯彈性材料或乙烯-丙烯-二烯三聚物彈性材料，或者乙烯共聚物，例如乙烯-乙酸乙烯酯，它們可單獨或者以混合物方式用作表層。然而，表層通常是一種聚烯烴，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯，或者一種聚乙烯-聚丙烯共聚物，但也可整個或部分是聚醯胺，如尼龍、聚酯例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯，聚丙烯酸脂如聚甲基丙烯酸酯等，以及它們的混合物。表層材料可以受到所選擇的彈性材料的類型的影響。如果彈性芯子與表層直接接觸，則表層應對彈性芯子層有足夠的粘性以使它不容易剝離。而且當大模量的彈性芯子與較軟的聚合物表層一起使用時，就不能形成微觀結構的表面。
表層與彈性芯子共同使用並且可以是一外層也可是一內層(例如夾設在兩彈性層之間)。用作外層或者內層的表層可以修正彈性複合材料的彈性性能。
在第07/503,716號美國申請中揭示的彈性複合材料的一個優點是根據薄膜形成的條件、彈性芯子的特性、表層的特性、複合材料伸展的方式和彈性層和表層的相對厚度控制複合材料的收縮恢復機理。通過根據07/503,716號申請的教導，控制這些變化因素，就可將彈性複合材料設計成瞬時恢復、隨時間逐漸恢復或者在熱活化時恢復。
在很厚的表層情況下，既使進行加熱也幾乎不存在以任何延伸率所產生的表面微觀結構。彈性複合材料在它再被伸展後仍保持相對不變的寬度。這種不縮頸的特性有助於防止複合材料卡入帶用者的皮膚。一般，表層可通過反作用力阻止芯層的彈力。在複合材料被活化後表層不會隨彈性材料伸展，表層只是展成硬片層。這加強了芯子，從而阻止彈性材料芯子的收縮包括其縮頸趨勢。微觀結構不但可通過彈性複合材料伸展的方式，而且還可通過伸展程度、複合材料總厚度、複合材料層成分以及芯與表層之比得到控制。
圖2以橫截面示出一三層複合材料結構1，其中芯子3是固定於表層2和4的彈性芯子。表層2、4可以是相同的聚合物或者不同的聚合物。這個層結構最好用共同擠壓工藝製成。不管複合材料是通過塗層、層壓、連續擠壓、共同擠壓還是它們的組合製備，所形成的複合材料及其結構層將理想地具有基本均勻的厚度。最好這些結構層在複合材料的寬度和長度兩個方向共同擠壓。採用這種結構，微觀結構在彈性複合材料表面上基本上是均勻的，並沿著複合材料的表面提供基本均勻的摩擦係數。用這種方式製備的複合材料具有基本均勻的彈性性能，而邊緣影響如卷邊、模量變化以及綻裂等最小。
圖3是普通尺寸的示意圖，這些尺寸對於單軸向伸展和恢復後的複合材料來說是可變化的。通常的結構是一系列的規則的重複摺疊。這些變量是總高度A-A』、峰間距離B-B』和峰谷間的距離C-C』。圖3所示的複合材料的另一特點是當材料沿單軸向伸展並恢復時，通常就形成這些規則、周期的摺疊。這對於任何某一橫截面來說，相鄰的峰間或者相鄰的谷間的距離是相對不變的。
圖3圖示一已在長度方向伸展超過外表層2、4的彈性極限的微觀結構表面，它可以恢復形成一微觀結構表面。微觀結構表面無論是沿單軸向還是雙軸向伸展都是由較有規則的凹凸不平組成。這些凹凸不平增加了複合材料的表面層的不透明度，但通常不會在電子掃描顯微鏡觀察檢查結構層時可看到表層的斷裂或開口。微觀結構還影響所形成薄膜的特性。單軸向伸展可使薄膜在伸展方向上活化成彈性的。沿雙軸向伸展可產生極好的表面，同時可產生一種可在多個方向上伸展並保持其柔感的複合材料，從而使如此伸展的複合材料可很好適合頭帶使用。還可發現，微觀結構的摺疊間隔是取決於芯子/表層之比。還可具有一個以上的彈性芯件，它具有合適的諸表層和/或在表層間的聯繫層。這些多層的實施例可以用來改變複合材料的彈性和表面特性。
還可發現，伸展薄膜的方式會引起微觀結構表面的結構的明顯不同。例如，擠壓的多層薄膜可以是沿單軸向、順序地沿雙軸向或者同時沿雙軸向伸展，而各種方法都可獲得一種極好的表面結構和不同的彈性性能。當沿單軸向伸展薄膜時，摺疊在顯微鏡下看是細小的脊，而這些脊是橫對伸展方向取向。當先在一個方向上然後在橫向上伸展複合材料時，在第一次伸展時所形成的摺疊就成捲曲的摺疊，並可呈適當的蚯蚓形狀，散置成十字形摺疊。另外一些結構也可提供基本規則摺疊的摺疊變化或皺摺變化。當同時在兩個方向上伸展薄膜時，結構就呈現隨機的長度方向的摺疊。採用任何上述伸展方法，如前所說，表面結構還取決於所用的材料、層的厚度、層厚度之比和延伸率。
通過合適地選擇材料和工藝過程參數可以改變和控制本發明的連續的微觀結構表面。各層材料特性的不同可能改變所形成的微觀結構表層，但可發現，通過仔細選擇層比、複合材料薄膜總厚度、層數、伸展程度以及伸展方向，就可對複合材料表面的微觀結構進行有效的控制。
還可以根據表層表面積的增加情況來說明按本發明製備的彈性複合材料的微觀結構的程度。當複合材料顯示粗結構時表面積將顯著增大。在延伸率增大時，從未伸展到伸展並恢復原狀的複合材料表面積的百分比也增大。表面積的增大直接影響整個結構以及複合材料表面的觸感。
彈性芯子的彈性模量與表層的變形阻力的抗衡也改變複合材料的應力-應變特性。當將複合材料用於頭帶時，為使戴用者更舒適也可這樣改變應力-應變特性。還可將這樣的相對不變的應力-應變曲線設計成可在預定的伸展百分比，即在被活化時使表層永久變形的該點上，彈性模量呈現急劇增大。未活化或者未伸展的複合材料照這樣就可使高速繫結到面罩上的加工比具有通常彈性的來得容易。
在一個實施例中，當伸展活化的彈性複合材料被用作面罩的頭帶時，它可以一種未活化的、部分活化的或者完全活化的狀態被繫結到面罩上。在未活化狀態時，頭帶材料還不是彈性的並且中等的加工張力例如退繞卷材並不能使它伸展。當處於未活化狀態時，採用高速加工設備可有利地加工彈性複合材料。通過伸展頭帶來活化可以在工廠中於繫結後進行，或者可以由使用者進行。如果是由使用者進行，則未活化的頭帶可通過視覺和觸覺與活化過的頭帶相區別，從而可以提供改動過的指示。
本發明頭帶複合材料結構的熱塑性表層具有對戴用者的皮膚和頭髮的特別潤滑感。這些特點是大多數的彈性材料製成的頭帶所沒有的，大多數彈性材料常常夾和拉頭髮並且對皮膚產生粗糙感。本發明材料的活化可使熱塑表層變成微觀結構，這進一步使這些材料具有對皮膚和頭髮更理想的舒適感。
另一些彈性材料包括彈性聚氨酯、聚異戊二烯、丁烯-苯乙烯共聚物如商標為KRATON的熱塑性彈性材料(可從謝爾化工公司得到)，但也可由彈性橡膠或者一種包復的伸展線如斯潘德克斯彈性纖維(可從杜邦公司得到)製成。另一些帶設計還可包括圍繞戴用者頭部的開環或者閉環結構，例如在第5,237,986號美國專利(塞帕拉等人的)中所揭示的，該專利援引於此供參考。
圖4A-4D是一個用於製造可採用本發明的繫結單件式或多件式頭帶的方法的平摺疊呼吸器的例舉製造過程20。泡沫材料部分22可選擇地設置在內蓋片24和過濾媒質26之間。在另一個實施例中，泡沫材料部分22和/或鼻夾30可設置在內蓋片24或外蓋片32的外表面上。加強材料28可選擇地設置在最靠近過濾媒質上的中央處。鼻夾30在鼻夾施工臺30a沿著過濾媒質最靠近加強材料28的一邊可選擇地設置。外蓋片32覆蓋在過濾媒質26、加強材料28和鼻夾30上以形成如部分剖切所示的條片組件34(如圖4B)。條片組件34可藉助表面作用力、靜電作用力、熱粘結或者粘結劑固定成一體。
呼吸閥36在裝閥臺36a上可選擇地插入條片組件34中。裝閥臺36a最好在最靠近條片組件34中央處形成一個孔。可對孔的邊緣密封以使過多的條片材料減小到最小程度。通過熔結、粘結、壓配、夾緊、按扣組件或者一些其他合適的手段將閥36保持在該孔內。例舉的帶有呼吸閥的面罩在圖12-15、20、和21中圖示出。
如圖4C所示，在面配合臺38上沿著面配熔結和邊整線33、35熔結並整修條片組件34。去除過多的條片材料40並將經修正的條片組件42推進到摺疊臺44．摺疊臺使上下部分46、48分別沿著摺疊線50、52朝著經修正的條片組件42的中央向內摺疊，以形成圖4D中所示的摺疊的面罩坯55。
在修整和頭帶繫結臺54a上沿著邊緣熔結摺疊的面罩55以形成熔結線58、60，以形成面罩坯56，可以使其超出帶線的多餘材料去掉。熔結線60與面配熔結和邊修整線33相鄰。面配熔結和邊修整線35由於是在上部46之下而以虛線表示。製成頭帶100的頭帶材料54是沿著左右頭帶繫結部位62、64之間延伸的頭帶通路「H」設置在摺疊面罩坯55上。頭帶100在左右頭帶繫結部位62，64上繫結於面罩坯55上。由於在製造過程22中面罩坯55基本是平的，頭帶通路「H」是一條基本穿過左右繫結部位62、64的軸線。
可以理解到，在施加到面罩坯55前、過程中或者之後都可使頭帶材料54活化或者部分活化。一種較理想的方法是剛好在施加前通過選擇性地將未活化的頭帶材料夾緊在相鄰夾具之間、使它伸長所要求量而活化頭帶材料54、將經活化的頭帶材料54鋪設到面罩坯55上以及將頭帶材料54的未活化的端部繫結於面罩坯55上。另外，可以將未活化的頭帶材料54鋪設到面罩坯55上，按此所討論的方法繫結其兩端以及然後在包裝前使它活化。最後，頭帶材料54可以保持不活化直到使用者將它活化。
可以在修整和頭帶繫結臺54a上將頭帶材料54繫結到面罩坯之前、過程中或者之後可選擇地形成長度方向的刻痕線「S」，以產生一多件式頭帶。可將與左右頭帶繫結部位62、64相鄰的面罩坯55的邊緣66、68割成分離的面罩或者最好穿孔形成一條面罩(請見圖5A)。在包裝臺69上包裝面罩67。在於1995年9月11日遞交的名稱為平摺疊面罩及其製造方法的第08/507,449號美國專利申請中揭示了另一種平摺疊面罩坯的結構，該專利申請援引於此供參考。
圖5A示出按照圖4A至4D的方法製作的一條平摺疊面罩67。最好對邊緣66、68穿孔以使面罩67可成卷包裝。頭帶100的在邊緣66、68部分通過穿孔加工被去掉。在另一實施例中，頭帶100連續延伸通過邊緣66、68。圖5A示出被繫結到面罩後面的多件式頭帶100，儘管它可以呈本文中所說的任何結構被繫結。可以理解到，以剝離或者切斷的結構可以將單件式或多件式頭帶100繫結於面罩67的任一側，儘管用切斷較為理想。
圖5B示出一種製作多個例舉的具有整件長度的兩件式頭帶72的面罩坯70的方法。通過熱封或者超聲波粘結將上片80和下片82的三側邊74、76、78相互連接以形成具有帶敞開側84的基本橢圓形的面罩坯70。頭帶材料72沿著敞開邊84定位，沿著頭帶通路「H″基本與面罩坯70同一平面，並被粘結在左右繫結部位86、88上。被繫結於面罩坯70上的各段頭帶材料72具有相應於左右繫結部位86、88之間距離的整件長度「L」。因此，在製作過程中在頭帶材料72上不存在任何鬆弛。在各面罩坯70之間的頭帶材料無用部分連同上片和下片80、82的無用部分一起被拋棄掉。在另一實施例中，可以將頭帶材料72定位在上片和下片80、82之間。可以理解到，單件式的頭帶可代替兩件式的頭帶72。
可以採用任何合適的技術來將本文中所揭示的任何實施例的頭帶繫結到面罩上，這些技術包括熱粘、超聲波熔結、膠結、粘結劑、熱熔粘結劑、壓敏粘結劑、釘接、機械緊固件例如扣、按鈕和鉤、配合面緊固件或者開孔，例如在左或右的繫結部位上形成的用於夾住頭帶材料的環或槽。這樣繫結可以在使用者戴好後使頭帶和面罩之間的作用力是一種剝離方式或者剪切方式。可以在面罩結構的各層之間或者在面罩任一外表面上將頭帶繫結於面罩上。
圖6A-6J示出多件式頭帶100a-100j的各種各樣的替代實施例。這些多件式頭帶結構通常要比多個單獨的頭帶更易於採用高速的材料加工製造設備。可以理解到，任何下面的頭帶結構都可以採用彈性複合材料製成。
圖6A示出一個例舉的帶有在一對圓形衝孔104a、106a之間延伸的長度方向刻痕線102a的兩件式頭帶100a。刻痕線102a構成兩件式頭帶100a的頭部帶108a和頸部帶110a。衝孔104a、106a使在使用中頭部帶和頸部帶之間的撕裂減小到最小程度。設置有左右接片112a、114a用於分別在左右繫結部位上繫結到一面罩坯(例如請見圖7-23)上。
圖6B示出通常如圖6A所示的通過在使頭部帶108b和頸部帶110b伸展活化後的一伸展活化彈性帶而製成的兩件式頭帶100b。伸展活化的部分108b和110b變得要比在伸展活化之前如在未活化的左右接片112b和114b(也請見圖6A)所示的窄。部分108b和110b還在伸展活化後伸長，一般伸長範圍為初始長度的125-175％。變窄和伸長的頭部帶108b和頸部帶110b產生一個沿著刻痕線102b形成的間隙116b。該間隙116b有助於帶的分開和將頭帶100b施加到使用者的頭上。
圖6C示出一兩件式頭帶110c的替代實施例，其中長度方向刻痕線102c偏離中央。因此，對於相同的伸長來說，由較窄的頭部帶110c所產生的彈力要小於由較寬的頸部帶108c所產生的彈力。例如，帶108c、110c可以製成對不同伸長量產生相同的作用力。
圖6D示出本發明的兩件式頭帶110d的另一個實施例，其中在長度方向刻痕線102d的相對兩端上形成一對相對的刻痕線118d和120d。使用者沿著刻痕線118d、120d斷開兩件式頭帶100d以形成一對可以繫結到使用者的頭後面的帶122d、124d。使用者可以任選使兩件式頭帶100d的伸展活化的彈性帶活化，以使帶122d、124d產生彈力。由於將條帶122d和124d繫結成一單條帶，如果面罩要求有頭部帶和頸部帶則就需要一第二條條帶100d。此外，由於形成一頭部帶所要求的總長度，彈性複合材料尤其適用於頭帶100d。
圖6E示出兩件式頭帶100e的又一個替代實施例，其上形成有垂直於容納耳部刻痕線126e、128e的中央刻痕線126e。左右容納耳部刻痕線126e、128e是在左右耳部接片130e、132e上形成。設置有衝孔104e、106e以使耳部接片130e、132e的撕裂減小到最小程度。使用者將兩件式頭帶100e分成兩片，並分別使左右耳部接片130e、132e繞著其左右耳延伸。
圖6F示出另一種的兩件式頭帶100f，為了有助於使用者將頭部帶108f與頸部帶110f分開，它具有一對設置在長度方向刻痕線102f的相對側上的供使用者抓握的表面140f、142f。使用者的抓握表面140f、142f還幫助使用者將頭部帶108f和頸部帶110f定位在其頭部上。
圖6G示出一個兩件式頭帶100g的實施例，它帶有與在面罩上的按鈕(未圖示)結合的按鈕孔150g。在一個替代實施例中，設置有多個用於調整頭帶100g的張力的孔150g。設置有長度方向的刻痕線102g以形成上述的兩件式頭帶的頭部帶和頸部帶108g、110g。頭部帶108g可以有選擇地包括產生頭部支託的的刻痕線107。頭部支託也提供了調節頭部帶108g上的張力的方法。頭部支託在頭部帶108g內越張開，則所產生的張力越大。
圖6H示出一個具有活化結構的伸展活化彈性體製成的兩件式頭帶100h。由於伸展活化，頭部帶和頸部帶108h、110h被伸長和變窄。在圖6h所示的實施例中，左右繫結接片112h和114h未被活化。長度方向刻痕線102h在兩件式頭帶100h被活化後形成。
圖6I示出一個帶有沿著兩部分160i、162i部分活化的伸展活化彈性體的兩件式頭帶100i。部分活化可以是兩件式頭帶100i適合具有較小頭部尺寸的使用者。可以理解到，可以有各種各樣的活化型式，而圖6I僅僅為圖示說明而這樣表示的。長度方向刻痕線102i在兩件式頭帶100I活化後形成。
圖6J示出一個單件式頭帶100j，它帶有可允許左右頭帶部分170j、172j通過緊固件174j、176j結合在使用者頭部後面的中央刻痕線126j。可以理解到，頭帶100j可以採用各種各樣的緊固件，例如按鈕、帶扣和鉤以及環緊固件。例如，緊固件174j可以是一個按鈕和176j是一個容納按鈕的孔176j。
圖7和8示出一個橢圓形的平摺疊面罩200，它具有分別處於未摺疊和摺疊結構兩種狀態的整件長度的多件式頭帶202。可以理解到，在本發明的範圍內平摺疊的面罩200的形狀可以變化的。例如，通常的橢圓形可以是矩形的、圓形的、或者各種各樣的其它形狀。
如圖7所示，兩件式頭帶202沿著頭帶通路「H」延伸，與平摺疊的面罩200基本處於共同平面。兩件式頭帶202是以剝離結構繫結於面罩200的左右繫結部位上。頭帶202通過刻痕線244分成一頭部帶和一頸部帶242。可以理解到，面罩200可以採用圖6A-6J中所示的任何頭帶結構。
沿著摺疊212、214可將附加部分204和206可選擇地繫結到呼吸器200的上下部分208、210上。由於附加部分204和206沿著摺疊212、214可樞轉，最好頭帶繫結部位220、222沿著邊緣不要密封附加部分204、206。在附加部分204上可選擇地設置鼻夾224。
面罩200較好地在頭帶繫結部位220、222之間的寬度上延伸大約160至245毫米，更理想約為175至205毫米，最理想約為185至190毫米。面罩200在上邊230和下邊232之間延伸的高度較好約為30至110毫米，更理想約為50至100毫米，而最理想約為75至80毫米。上部204從摺疊212向上部204的周邊延伸的深度較理想約為30至110毫米，更理想為50至70毫米，而最理想約為55至65毫米。下部206從摺疊214向下部206的周邊延伸的深度較理想約為30至110毫米，更理想為55至75毫米，而最理想約為60至70毫米。上部204的深度與下部206的深度可以是相同的或不同的，而它們之和最好不超過中央部分的高度。
圖9是一個面罩200a的另一實施例，它基本相應於圖7和8的面罩200，其中兩件式頭帶202a是繫結到前表面246a上。為了應用面罩200a，使用者將兩件式頭帶202a纏繞於前面(見圖7和8)以使左右繫結部位220a、222a處於剝離結構。在左右繫結部位上可選擇地形成具有三側邊的切口250以將面罩200a從剝離結構轉化成剪切結構。具體說，切口250是與兩件式頭帶202a一起在通路「R」上向著面罩200a的後面纏繞，從而提供剪切結構。在一個替代實施例中，切口250是一個衝孔的切口，它可允許使用者通過使穿孔上的密封不同程度斷開來調節頭帶張力。
圖10示出一個面罩200b,它除了採用單件式頭帶202b之外在各方面都對應於圖8的面罩200。同樣，圖11示出一個面罩200c，它除了採用單件式頭帶202c外在各方面都對應於圖9的面罩200a。
圖12是一個帶有橫越前表面274延伸的兩件式頭帶272和呼吸閥276的注塑杯形的面罩270的前視圖。在圖12所示的實施例中，頭帶通路「H」基本遵循面罩270的前表面273的輪廓，但並不是完全共同擴展，尤其是與呼吸閥276相鄰的部位。兩件式頭帶272較理想是在加工過程中處於緊張狀態以使採用高速製造設備遇到的鬆弛和相應的材料加工的困難減小到最小程度。兩件式頭帶272在左右繫結部位274、276處連接於面罩270。使用者通過將兩件式頭帶272拉向面罩270的後面以使繫結部位274、276處於剝離結構就可使用面罩270。
圖13是一個帶有呼吸器283的注塑杯形的面罩280的後視圖。一整件長度的兩件式頭帶282橫越後開口284延伸。頭帶通路「H」沿著穿過左右繫結部位288、290的軸線延伸。
圖14除了單件式頭帶272a繫結於面罩270a外各方面都對應於圖12的實施例。圖15除了單件式頭帶282a繫結於面罩280a外各方面都對應於圖13所示的實施例。
圖16是一個帶有橫越前表面273b延伸的兩件式頭帶272b的注塑杯形面罩270b的前視圖。由於沒有如圖12所示的呼吸閥，頭帶272b就較緊密地遵循前表面273b的輪廓。頭帶272b較理想是在加工過程中處於緊張狀態使採用高速製造設備遇到的鬆弛和相應的材料加工困難減小到最小程度。如上所述，頭帶272b在左右繫結部位274b、276b處連接於面罩270b。
圖17是一個帶有橫越後開口284b延伸的整件長度的兩件式頭帶282b的注塑杯形面罩280b的後視圖。頭帶通路「H」沿著穿過左右繫結部位288b、290b的軸線286b延伸，已如參照圖13討論過那樣。在本實施例中圖13中的呼吸閥283存在與否並不改變頭帶結構。
圖18除了單件式頭帶272c繫結於面罩270c外各方面都對應於圖16的實施例。圖19除了單件式頭帶282c繫結於面罩280c外各方面都對應於圖17所示的實施例。
圖20是一個帶有沿著頭帶通路「H」繫結於左右繫結部位304、306的兩件式頭帶302的例舉的平摺疊面罩300的前視圖。頭帶302偏離與呼吸閥308相鄰的平摺疊的面罩300的平面。為利用面罩300，使用者相對於兩件式頭帶302將面罩300裡面翻到外面。當頭帶與面罩300的後面相對時，繫結部位304、306是處於剝離結構。圖21除了單件式頭帶302a繫結於面罩300a外各方面都對應於圖20所示的實施例。
圖22示出將例舉的面罩326保持在使用者面部的兩件式頭帶320的使用情況。兩件式頭帶320包括一頭部帶322和一頸部帶324。可以理解到，對一些使用場合可以要求具有三根或更多帶子的頭帶。圖23示出將例舉的面罩326a保持於使用者面部上的單件式頭帶322a。
圖24是一個從前面看到的替代的平摺疊呼吸器面罩350，它採用一連續的環形頭帶352並處於其摺疊保存的結構狀態。頭帶352的兩端362、364用一滑夾360結合。繫結環354與左右繫結部位356、358相連接以夾住環形頭帶352。可以理解到，可以用各種各樣的繫結結構替代繫結環354，例如在面罩坯上的開孔或者槽。
過濾媒質用於本發明的過濾媒質或者材料包括多種的織造或者非織造材料、單層或者多層、帶有或者沒有內或外覆蓋層或稀鬆織物以及具有或者沒有加強結構。在圖4A-4D中所示的實施例中，中央部分設置加強結構。合適的過濾材料的例子包括微纖維網、有原纖維的膜片、織造或者非織造網(氣流鋪放的或者梳理的人造短纖維)、吹溶纖維網或者它們的組合物。用於形成這些網的纖維包括，例如聚烯烴如聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)和它們的混合物，滷代聚烯烴如含一個或多個氯乙烯單元，或者四氟乙烯單元，還可以含有丙烯腈單元的那些有機物、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、樹脂纖維、玻璃、纖維素或者它們的組合物。
過濾層的纖維是根據被過濾的具體類型予以選擇的。纖維選擇合適也可影響戴用者戴呼吸器的舒適感，例如提供柔性或者溼度控制。按例如在工業工程化學雜誌上範A.溫特所著的名稱為「超細熱塑纖維」(1956)的論文在第48卷、1342頁後所述的以及與1954年五月25日公布於第4364號的船舶研究實驗室雜誌上由範A.溫特等人所著名稱為「超細有機纖維的加工」論文中所述的方法可以製備用於本發明的熔吹微纖維網。用於本發明中過濾媒質的熔吹微纖維較理想的有效直徑為3至30微米，更理想約為7至15微米，如按C.N.戴維斯的「氣載塵粒的分離」(機械工程師協會，倫敦，會刊1B,1952年)一文中所述的方法計算那樣。
人造纖維還可選擇地地存在於過濾層中。捲曲膨脹的人造纖維的存在提供了比僅僅由熔吹微纖維組成的網更高級和密度較小的網。較理想是，在媒質中存在的人造纖維的重量百分比不大於90％，更理想是不大於70％。在第4,118,531號美國專利(豪澤的)中揭示了這樣的含有人造纖維的網，該專利援引於此供參考。
還可將兩種成份的人造纖維用於過濾層或者過濾媒質的一層其它更多層中。可以例如通過加熱使兩種成份的纖維的外層與是兩種成份的纖維或者其它人造纖維的鄰近纖維相接觸，而將通常具有熔點比芯部的低的外層的兩種成份的人造纖維用來形成在纖維相交點上粘結一起的彈性組織層。該組織層還可用可熱吹的聚酯的膠黏纖維製備，膠黏纖維中含有人造纖維以及在加熱組織層時膠黏纖維熔化並流人纖維相交點以包圍它們。冷卻時，膠黏在纖維的相交點展開並以所要求的形狀固定纖維片。另外，可以將膠黏材料例如聚丙烯膠乳或者粉末狀的可加熱活化的粘性樹脂敷塗到這些網上以提供纖維的粘結。
下面這些纖維可用於本發明在第4,215,682號美國專利(庫比克等人的)，第4,588,537號美國專利(克拉斯等人的)中所揭示的經受電荷的纖維，在第4,375,718號美國專利(澳茲澳斯等人)或第4,592,815號美國專利(奈考)中所揭示的極化或者充電的纖維，或者在第RE31,285號美國專利(範特恩豪特)中所揭示的經充電的具有原纖維薄膜的纖維。這些美國專利一併援引於此供參考。一般，充電過程包括使材料經受電暈放電或者脈衝高壓電。
在過濾層中還可包括吸附劑細粒材料例如經活化的碳或者鋁。例如在第3,971,373號美國專利(布郎)、第4,100,324號美國專利(安德森)和第4,429,001號美國專利(庫爾平等人)中揭示了這些載有細粒的網，這些美國專利一併援引於此供參考。由載有細粒的過濾層的面罩特別有利於保護免受氣體材料的作用。
至少面罩的一部分包括一種過濾媒質。在圖7和8所示的實施例中，至少上部、中央部分和下部中的兩部分包含過濾媒質，而上部、中央部分和下部所有部分都可以含有媒質。不由過濾媒質構成的部分可以用各種各樣的材料構成。例如，上部可以用一種提供水汽阻擋層的材料構成以防止戴用者眼鏡模糊不清，或用一種透明材料構成，這透明材料可向上延伸以形成一面部擋板。中央部分可用一種透明材料製成以便可以觀察到戴用者的嘴唇運動。
當將中央部分粘結到上部和/或下部上時，粘結可通過超聲波熔結、粘結劑、膠黏、熱熔粘、釘接、縫紉、熱機的、壓力或者其它的合適手段完成，並且可以是斷續和連續的。這些手段中的任何一種都可使被粘結的區域得到一定程度的增強或者固定。
用於本發明的呼吸器上的鼻夾可以用一種由金屬如鋁的易彎的極軟的帶子或者塑料包覆的金屬線製成，並可成形為使面罩舒適地戴在戴用者面部上。尤其較理想的是在戴用者鼻梁上延伸構成的非直線形的鼻夾，它具有沿夾部設置的彎曲部以擔負幫助面罩密配在鼻和頰部區域上的翼板。鼻夾可通過一種粘結劑例如壓敏粘結劑或者一種熱熔的液體粘結劑固定於面罩上。或者，可將鼻夾包裝在面罩的體內或者將它固定在面罩體與用機械和粘結方法與它連接的織物或泡沫之間。在本發明的一個較佳實施例中，鼻夾是設置在上部的外側部分上，而泡沫塑料片與鼻夾對準地設置在呼吸器上部的內側部分上。
呼吸器還可包括一個可選擇地的呼吸閥，通常是一種可允許使用者容易呼吸空氣的薄膜閥。在第5,325,892號美國專利(賈潘奇等人)中揭示了一種用於面罩的在呼吸過程中壓降極低的呼吸閥，該專利援引於此供參考。熟悉本技術的人非常熟悉許多其它設計的呼吸閥。最好通過聲波焊接、粘結劑粘結以及特別是機械夾緊等方法將呼吸閥固定於呼吸器中央部分，最好在中央部分的中間附近。
例子現藉助於下述的非限定性的例子來進一步說明按照本發明的方法製成的頭帶。
在例子1-3中具有微觀結構表層的彈性複合材料是按1990年3月30日遞交的第5,501,679號美國專利中所述那樣制，備並用來製作頭帶。在所有例子中，頭帶寬度在活化之前為10毫米。作用力數據對應於在引出伸長循環和返回循環過程中所測得的作用力的一個平均值。
使用者頭部尺寸的範圍是根據洛斯阿拉馬斯國家實驗室推薦、由S.G.丹尼切、H.E.馬林斯和C.R.羅依(在論文Appl.Occup.Enyiron。Hyg.,7(4),241-245(1992)中)說明的被測定一組人的信息所確定的。這組顯示的面部特點是模擬95％的美國勞動者的面部特點。如上述論文中所述，各個人是就面部長度(頦-鼻根凹陷長度)和面部寬度(兩顴骨寬度)的人體測量參數來表示的。根據在上述論文中說明的面部尺寸的分布來選擇三種個人其面部特點為小的(108毫米長，123毫米寬)，中等的(120毫米長，138毫米寬)，以及大的(136毫米長，148毫米寬)。假定這些小的、中等的和大的面部尺寸也對應於小的、中等的和大的頭部尺寸。
頭帶被切割成220毫米的長度，在平摺疊的呼吸器上鋪平其長度為是220毫米，以及用釘接繫結在兩端上。可伸展的長度為200毫米。然後將面罩置放在各被測定人面部上，在頭部的後面的最大長度上以及在頸部的後面的最小長度上測量頭帶的伸長。測量結果在表1中給出。
表1對於各種頭部尺寸的頭帶伸長百分比
本發明的頭帶材料被切割成220毫米的長度，並通過使初始長度伸展300％-400％並釋放予以活化。對於各種伸展力確定這些材料的伸長、確定作用力和伸長之間關係的曲線圖以及確定對於各選定的代表性的頭部和頸部尺寸的繫結力。
例子1和比較例C1按照1990年3月30日遞交的第07/503716號美國專利申請中所述的方法製備一種彈性複合材料。芯部材料是商標號為Kraton的G1657材料，一種(苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯)組合共聚物(俄亥俄州，博帕雷市的謝爾化工公司生產)。兩個表層(每側上一層)用聚丙烯PP3445(德克塞斯州，休斯頓市的Exxon化工公司生產)製成。芯層與各表層的厚度之比為19比1。複合材料的厚度是6密爾(0.15毫米)。確定了以下繫結力。
以克為單位的繫結作用力Kraton G1657與聚丙烯PP3445
為比較，用下面的結果同樣可評價可購買到的寬度6毫米和長度220毫米的呼吸器(DMR2010型，德克塞斯州，福特澳思市的Technol媒質產品有限公司生產)的聚氨酯彈性頭帶。
比較例C1以克為單位的繫結力聚氨酯頭帶
可以看到，與目前市場可買到的頭帶相比較本發明的頭帶提供了在頭部尺寸的一範圍內的相對恆定的繫結作用力以及對較小頭部尺寸提供了合適的繫結作用力，而對具有大的頭部尺寸的戴用者不會產生不舒適的大的作用力。
例子2在此例中，不同的彈性材料被用於本發明的頭帶上。在一例中彈性材料是商標號為Kraton D1107，一種具有0.5％的作為穩定劑的Irganox1010(紐約州，霍索恩市的希巴蓋極公司生產)的苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯組合共聚物。在另一例中，彈性材料是商標號為Kraton G1657,一種具有5％的作為處理手段添加的商標號為Engage8200(密澤安州，米德蘭市的Dow化工公司生產)的(苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯)組合共聚物。表層是PP 7C50聚丙烯(俄亥俄州，博帕雷市的謝爾化工公司生產)。芯層與一表層的厚度之比為38比1。複合材料的厚度是8密爾(0.20毫米)。結果如下。
以克為單位的繫結力不同的彈件材料
可以看到，Kraton G1657比Kraton D1107硬，它提供了比Kraton D1107大的繫結力，而其它的變量不變。
例子3在此例中，一種用同樣彈性材料製成的不同厚度的彈性複合材料被用於本發明的頭帶中。彈性材料具有作為穩定劑的0.5％ Irganox 1010和0.5％Irganox1076(紐約州，霍索恩市的希巴蓋極公司生產)的Kraton D1107。芯層與一表層的厚度之比為18.5比1。結果如下。
以克為單位的繫結力不同的厚度
可以看到，對於某一彈性材料的繫結力可以通過選擇複合材料的頭帶材料的厚度來改變。
例子4-平摺疊面罩現通過下面所述的非限制性的例子進一步具體說明通常按照圖4A-4D的方法製成的平摺疊的面罩。
將兩張(350毫米×300毫米)的經充電的熔吹聚丙烯微纖維一層放置在另外一層之上以形成單位面積重量為100克/平方米的基本重量、有效纖維直徑為7至8微米以及厚度約為1毫米的層狀片。設置一輕紡粘聚丙烯片(350毫米×300毫米；50克/平方米，105OB1UO0型，可從英國，蘇格蘭，福法市的Don Low非織造公司得到)的外覆蓋層與微纖維層片的一個表面接觸。在離開層狀微纖維片的長邊約108毫米和離開層狀微纖維片的另一長邊約114毫米並在微纖維表面的邊上延伸的保持微纖維的表面上橫向地設置一條聚丙烯支承網(380毫米×78毫米；145克/平方米，5173型，可從西班牙，巴塞隆納市的Intermas公司得到)。在支承網130和保持暴露的微纖維片的上面置放一內覆蓋片(350毫米×300毫米；23克/平方米，商標號為LURTASIL的6123，可從英國，英格蘭，德比市的UK紡織公司得到)。然後將該五層結構超聲波粘結成一矩形的大致層狀結構以提供粘結將層狀結構一起固定在形成上邊、下邊和兩側邊的周邊上。這些層還沿著支承網的長邊粘結在一起。平行於上下邊測量的如此粘結成的結構的長度是188毫米；而平行於側邊測量的寬度是203毫米。支承網條的邊緣置於離開層狀結構的上邊60毫米和離開其下邊65毫米處。去掉超出粘結周邊的多餘材料，在側邊上超出粘結線、靠近支承網的中心線的50毫米長×20毫米寬的剩下部分形成頭帶繫結結構。
在鄰近支承網最近邊在長度方向摺疊層狀結構的上邊以形成一上摺疊，以使內覆蓋層離開上摺疊本身接觸39毫米以形成上部，而層狀結構剩下的21毫米構成一附加的頂部。在鄰近支承網最近邊在長度方向摺疊層狀結構的下邊以形成一下摺疊，以使內覆蓋層本身接觸39毫米以形成下部，而剩下的26毫米構成一附加的下部。然後使內覆蓋層的附加上部和附加下部相互接觸。位於上下摺疊之間以及上下部分之間的中央部分的接觸部的側邊被密封。
約為5毫米寬×140毫米長的可伸展的鼻夾安裝到附加上部的外表面上，約15毫米寬×140毫米長的一條鼻部泡沫塑料條基本與鼻夾對準地設置附加上部的內表面上。將附加的上下部分摺疊以使各外覆蓋層與上下部分的外覆蓋層分別接觸。
剩下的形成頭帶繫結結構的層狀結構的自由端被摺疊到層狀結構的粘結邊和泡沫塑料環上。使頭帶彈性材料穿過環以提供將如此製成的呼吸器固定在戴用者面部上的結構。
例子5除了支承網被省略外第一和第二層片狀結構(350毫米×300毫米)是按例子4的方法製備。沿著各片的邊緣形成曲線的粘結，並去掉超出粘結的凸出部分之外的多餘材料。除了五層中各層基本共同伸展外第三層片狀結構是按例子4所述方法製備。將第一層狀結構置於第三層片狀結構之上，而內覆蓋層相接觸。利用在第一片結構未粘結的長邊附近的曲線粘結將第一和第三片結構粘結在一起，以構成具有寬度為165毫米、深度為32毫米的橢圓形上呼吸器部分。各曲線粘結部分的半徑為145毫米。
將未粘結到第三片上的第一片結構的邊緣朝著已粘結到第三片上的第一片的邊緣向後摺疊。將第二片結構置放在已摺疊的第一片之上並部分地覆蓋第三片。利用曲線粘結將第二和第三片結構粘結在一起以形成一離開第二片的寬165毫米和深32毫米的橢圓形下呼吸器部分和離開第三片結構的寬165毫米和高64毫米的橢圓形的中央呼吸器部分。去掉在橢圓形部分的外面的材料。上下部分折離中央部分。
將可伸展的鋁鼻夾安裝到上部周邊的外表面上，將一條鼻部泡沫塑料與鼻夾基本對準地安裝到內表面上。將頭帶繫結結構安裝在中央部分和與上下部分之間的粘結相遇的位置上，使頭帶彈性材料穿過繫結結構以形成供戴用者使用的呼吸器。
權利要求
1．一種可繫結到一面罩上的複合材料製成的頭帶，所述複合頭帶包括至少一個不連續的彈性芯子；以及至少一個固定到彈性芯子上的連續的熱塑表層，所述複合頭帶具有處於未活化狀態的第一彈性模量和活化狀態下較小的第二彈性模量，所述熱塑表層在複合頭帶處於活化狀態時形成一微觀結構的永久變形表層。
2．如權利要求1所述的頭帶，其特徵在於，所述彈性芯子和至少一熱塑表層在活化狀態下是連續接觸的。
3．如權利要求1所述的頭帶，其特徵在於，至少一個所述彈性芯子包括一大致平面的構造。
4．如權利要求1所述的頭帶，其特徵在於，至少一個所述彈性芯子包括多個細長芯子。
5．一種面罩，包括具有左、右頭帶繫結部位的面罩坯；以及一固定到左、右頭帶繫結部位之一上的複合材料製成的頭帶，所述複合頭帶具有沿著在左、右頭帶繫結部位之間頭帶通路延伸的整件長度，所述複合頭帶包括至少一個不連續的彈性芯子和至少一個固定到彈性芯子上的連續熱塑表層，所述複合頭帶具有在未活化狀態下的第一彈性模量和在活化狀態下較小的第二彈性模量，所述熱塑表層在複合頭帶處於活化狀態時形成微觀結構的永久變形表層。
6．如權利要求5所述的面罩，其特徵在於，所述頭帶通路包括一與左、右頭帶繫結部位相交的軸線。
7．一種將複合材料製成的頭帶繫結到一面罩上的方法，它包括以下步驟製備具有左右頭帶繫結部位的面罩坯，所述面罩坯具有在左右頭帶繫結部位之間延伸的頭帶通路；通過將至少一個不連續的彈性芯子固定到至少一個連續的熱塑表層上製備一種複合材料製成的頭帶，所述複合頭帶具有為未活化狀態時的第一彈性模量和在活化狀態時的較小的第二彈性模量，當複合頭帶處於活化狀態時所述熱塑表層形成一微觀結構的永久變形的表層；沿著所述頭帶通路定位複合頭帶；將所述複合頭帶繫結到至少左右頭帶繫結部位之一上。
8．如權利要求7所述的方法，其特徵在於，至少一個所述彈性芯子包括一大致平面的構造。
9．如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，至少一個所述彈性芯子包括多個細長的芯子。
10．一種權利要求7-9之任一項所述的方法製備的面罩。
全文摘要
一種可繫結於一面罩上的複合材料製成的頭帶以及繫結方法。複合頭帶具有至少一個不連續的彈性芯子和至少一個固定於彈性芯子上的連續熱塑表層。複合頭帶具有在活化狀態下的第一彈性模量和在活化狀態下較小的第二彈性模量。熱塑表層在複合頭帶處於活化狀態時形成一微觀結構的永久變形表層。在一個實施例中,至少一個彈性芯子和至少一熱塑表層在活化狀態下是連續接觸的。複合頭帶定位於頭帶通路上並且繫結到左、右頭帶繫結部位之一上。頭帶通路可以是與左、右頭帶繫結部位相交的一條軸線,或者是大致符合面罩坯一個表面輪廓的一條路徑。
文檔編號A62B18/08GK1213276SQ97192876
公開日1999年4月7日 申請日期1997年1月30日 優先權日1996年3月8日
發明者約翰·W·布賴恩特, 德斯蒙德·T·柯倫, 詹姆斯·F·戴魯德, 克里斯多福·P·亨德森, 丹尼斯·L·德魯格爾, 哈羅德·J·塞帕拉, I·威廉斯·埃爾弗德 申請人:美國3M公司