阅读说明：本技术 缓冲膜 (Buffer film ) 是由 D·E·艾布拉姆 F·格尔纳拉吉 G·G·王 于 2018-03-06 设计创作，主要内容包括：总体所述,所公开主题的方面针对缓冲膜。根据本发明的方面,缓冲膜通常包含层状芯体,该层状芯体具有第一薄层和第二薄层,该第二薄层联接到第一薄层并被构造成相对于第一薄层移动以使由倾斜冲击力产生的动能消散。层状芯体可以包含薄层之间的润滑层或自润滑层以减小摩擦。一般来说,层状芯体由邻近每个薄层定位的第一包封层和第二包封层包围。联接到第一包封层和第二包封层中的一个或多个并与层状芯体相关联的锚定附接件约束层状芯体与第一包封层和第二包封层之间的相对侧向运动。(In general, aspects of the disclosed subject matter are directed to buffer films. In accordance with aspects of the present invention, a cushioning membrane generally includes a layered core having a first lamina and a second lamina coupled to the first lamina and configured to move relative to the first lamina to dissipate kinetic energy generated by an oblique impact force. The layered core may contain a lubricating or self-lubricating layer between thin layers to reduce friction. Generally, the laminated core is surrounded by a first encapsulant layer and a second encapsulant layer positioned adjacent to each of the thin layers. An anchor attachment coupled to one or more of the first and second encapsulant layers and associated with the layered core constrains relative lateral movement between the layered core and the first and second encapsulant layers.)

缓冲膜

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2017年3月6日的美国临时申请号62/467,404的权益，其公开内容的全文被援引纳入本文。

背景技术

对物体的冲击通常是斜向撞击，从而导致受冲击的物体经历线性加速度和旋转加速度的组合。由斜向撞击造成的加速度对受冲击物体可以是破坏性的。为了提高使用防护装备时的防护效果，应该考虑同时减轻线性加速度和旋转加速度。

目前，标准防护装备主要基于仅产生线性加速度的定向法向冲击进行设计、测试和认证。因此，装备会缺乏系统减轻旋转加速度的能力，从而受冲击物体易受进一步损坏。在一种使用中，防护装备可以穿戴在人体的不同区域，从而例如为头部、颈部、肩部、上臂、肘部、前臂、手腕、手部、胸部、背部、脊椎、臀部、大腿、膝盖、小腿、脚踝和足部提供防护。

以人体头部为例，创伤性脑损伤在接触类运动和许多其它高风险活动中是最普遍和致命的损伤之一，其中线性加速度和旋转加速度的组合是常见的。旋转加速度通常是一个被忽视的分量，其在接触类运动和活动(例如橄榄球、足球、骑行、冰球、单板滑雪、滑雪、建筑和工业以及军事活动)中导致头部损伤和脑震荡。

创伤性脑损伤领域的最新研究表明，由旋转加速度对大脑的剪切力明显比定向法向力对脑细胞的伤害更大。一些研究表明，人脑组织对冲击期间施加的剪切力的敏感度大约是压缩力的一百万倍。

因此，存在对改进的防护装备的需求，该防护装备能有效地减小物体在斜向撞击期间经历的旋转加速度和线性加速度。本发明的实施例旨在满足这些和其它需求。

具体实施方式

下面结合附图(其中相同的附图标记表示相同的元件)进行的详细描述旨在描述本发明的各实施例，而不是旨在代表唯一的实施例。本发明中描述的每个实施例仅作为示例或说明提供，不应被解释为排除其它实施例。本文所提供的说明性示例并不旨在是穷举的或将本发明限制为所公开的精确形式。

在以下描述中，阐述了具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，本文公开的实施例可以在不体现所有具体细节的情况下实施。在一些情况下，没有详细描述众所周知的工艺步骤，以免不必要地模糊本发明的各个方面。此外，应当理解，本发明的实施例可以采用本文所描述的特征的任何组合。

本申请可以包含参考方向，比如“向前”、“向后”、“前”、“后”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”、“右手”、“左手”、“横向”、“中间”、“内”、“外”、“延伸”等。这些参考以及本申请中的其它类似参考仅旨在帮助描述和理解特定实施例，并且不是旨在将本发明限制于这些方向或位置。

本申请也可以参考数量和数字。除非特别说明，否则这些数量和数字不应被认为是限制性的，而是与本申请相关联的可能数量或数字的示例。同样在这方面，本申请可以使用术语“多个”来表示数量或数字。

以下描述提供了涉及模块化缓冲膜的几个示例，该模块化缓冲膜减轻了对物体的倾斜冲击力。在一些实施例中，本文所描述的物体是活体或活体、人或动物的任何部分，或者设计成防护活体部分的任何防护装备。在其它实施例中，物体是非活体，比如敏感设备、机械或其任何零部件。

当倾斜冲击力被施加到覆盖物体表面的缓冲膜时，缓冲膜的层间相对运动有利地允许减轻与物体表面相切的动能传递。在一些实施例中，缓冲膜耗散倾斜冲击力的切向分量的一部分，该切向分量将趋向于导致旋转加速度传递到物体。在物体是人或动物的头部的示例中，过度的旋转加速度传递可导致创伤性脑损伤。在其它实施例中，缓冲膜耗散倾斜冲击力的法向分量的一部分，该法向分量将导致线性加速度传递到物体。在另一实施例中，缓冲膜同时耗散倾斜冲击力的法向分量的一部分和切向分量的一部分，该法向分量和切向分量将导致传递到物体的线性加速度和旋转加速度。

在本文所公开的实施例中，本发明的缓冲膜能够将倾斜冲击力的法向分量分摊到更大的区域，降低传递到物体的冲击力的集中性。在这方面，本发明的一些实施例能够结合能量吸收材料(例如泡沫、非牛顿流体、可压缩材料、刚性材料及其组合以及其它合适材料)使用，以进一步降低倾斜冲击力对物体的影响。

转向图1，示出了覆盖物体14表面的缓冲膜10的一个代表性实施例的一部分。缓冲膜10通常包含邻近第一包封层11和第二包封层12的层状芯体13。

现在将更详细地描述层状芯体13。如图3所示，层状芯体13通常包含第一薄层16、中间润滑层17和第二薄层18。在对缓冲膜10进行倾斜冲击期间，第一薄层16相对于第二薄层18侧向移动，使得减少作用至物体14表面的沿切线方向传递的动能。通过在第一薄层16和第二薄层18之间包含中间润滑层17，可以增强第一薄层16和第二薄层18在倾斜冲击期间移动的趋势。在一些实施例中，层状芯体13的第一薄层16和第二薄层18由自润滑材料制成，该自润滑材料可以有效减小倾斜冲击力的切向分量，而不需要附加的中间润滑层17。在另一实施例中，中间润滑层17由至少一层气体、液体、固体、胶体、铁磁流体或其任何组合制成。在更进一步的实施例中，中间润滑层17由牛顿流体和非牛顿流体的组合制成。现在将更详细地描述缓冲膜10的各层的合适材料。

在一些实施例中，第一包封层11和第二包封层12由一层或多层舒适穿戴、透气、防风雨、防风或防水材料或合适材料的任何组合构成。在其它实施例中，第一包封层11和第二包封层12中的一个或两个适当地制造为具有冲击增强件，比如通过在制造过程中使用柔性或刚性冲击耗散材料。作为另一考虑，在一些实施例中，通过第一包封层11和第二包封层12中的至少一个以任何合适图案实现透气，以促进经过缓冲膜10的空气循环。

在一些实施例中，第一包封层11、第二包封层12以及层状芯体13的第一薄层16和第二薄层18适当地由一层或多层织物(例如，棉、合成纤维织物、聚酯纤维、丝、亚麻、羊毛、尼龙(比如)、弹性纤维和其它纺织材料)、热固性塑料、聚碳酸酯、塑料聚合物、热塑性塑料(比如)、碳纤维复合材料、对位芳纶合成纤维(比如)、复合材料、热固性弹性体、聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、发泡聚苯乙烯(EPS)、高密度聚乙烯(HDPE)、玻璃增强塑料或任何其它能量吸收或力扩散材料，包含但不限于硅橡胶、乙烯基、聚氯乙烯(PVC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氨酯(PU)制成。在其它实施例中，第一薄层16和第二薄层18由弹性的、柔性的、可伸展的或刚性材料的任何组合制成，当冲击力超过阈值时，这些材料能够延伸至断裂点。在一个实施例中，垫层材料被集成到缓冲膜10的第一包封层11和第二包封层12中的一个或多个内。

在一个实施例中，如图2和3所示，层状芯体13的第一薄层16和第二薄层18至少在边缘处借助于紧固件19被联接。紧固件19是任何合适的机械或化学紧固件。由于增设了紧固件19，第一薄层16和第二薄层18的边缘在安装、运输、移动、穿戴、调节以及对层状芯体13的某些冲击期间保持基本对齐。在图3所示的实施例中，层状芯体13的外边缘使用比如为机械紧固件或化学紧固件的紧固件19联接，该机械紧固件包含使用缝合技术用缝线、纽扣、铆钉、钩圈、金属联接件、共同模制、共熔、热封、熔接、超声焊接、射频(RF)密封等，该化学紧固件包含粘合剂等。如图3所描绘的，紧固件19在层状芯体13的外边缘处形成层状芯体13的袋状构造。在一些实施例中，紧固件19在隔开的多个部位处或以分段方式联接第一薄层16和第二薄层18以形成点状连接，或以连续方式形成线状连接，或其组合。紧固件19的前述紧固构造可以形成为不同的形状或密度。

在图2所示的实施例中，紧固件19位于穿过层状芯体13的开孔36的边缘。层状芯体13中的开孔36的尺寸和构造被适当设计成允许比如为锚定附接件20的贯穿紧固部件从第一包封层11穿过开孔36直至第二包封层12(也参见图7A)。锚定附接件20相对于开孔36的构造使得层状芯体13在使用过程中不会相对于第一包封层11或第二包封层12明显侧向移位。放置锚定附接件20或开孔36使层状芯体13在第一包封层11和第二包封层12内侧产生受限浮动，而不允许在第一包封层11和第二包封层12内侧明显侧向移位、折叠或以其它方式变形。层状芯体13的受限浮动允许第一包封层11和第二包封层12独立于层状芯体13伸展，这改进了用于服饰和可穿戴应用的缓冲膜的舒适性、透气性和伸展性。在一些实施例中，如图6所示，在层状芯体13中放置有多个开孔36来供多个锚定附接件20布置以用于限制层状芯体13的浮动。

在一些实施例中，锚定附接件20适当地为区域或点的任何尺寸，使得层状芯体13在使用期间不会相对于第一包封层11或第二包封层12明显侧向移动。在这方面，与较大的开孔36结合使用的较小的锚定附接件20将允许更大的侧向移动，而与较小的开孔36结合使用的较大的锚定附接件20将减小侧向移动。

现在将更详细描述层状芯体13的受限浮动的几个示例。如上所述以及在图7A中更清楚地示出，在一个实施例中，锚定附接件20为第一包封层11和第二包封层12提供穿过开孔36的联接，以实现层状芯体13的侧向限制。在一些实施例中，锚定附接件20使用任何合适的缝合技术用缝线缝合。在其它实施例中，锚定附接件20是机械紧固件、化学紧固件、松紧带、铆钉、粘合剂、纽扣、熔接、钩圈、射频密封、超声焊接、热脉冲密封及其任何组合。

在图7B和7C所示的其它实施例中，锚定附接件20从第一包封层11经过系绳22地延伸到第二包封层12。在图7B的说明实施例中，系绳22穿过开孔36成环，以为层状芯体13提供侧向限制。在图7C的说明实施例中，系绳22在一端处使用联接件24联接到层状芯体13。在这些实施例中，联接件24可以适当地包括本文公开的任何机械紧固件或化学紧固件。系绳22由任何合适的弹性或非弹性材料制成，比如使用缝合技术的缝线、橡胶、织物、塑料、金属或本文公开用于缓冲膜10的层的任何材料。类似地，图7B和7C的锚定附接件20可以包括任何前述附接件部件，比如使用缝合技术用缝线和松紧带。在一个实施例中，锚定附接件20是可移除的以使得层状芯体13是可替换的。

在本文的实施例中，缓冲膜10被构造为模块化，使得缓冲膜10适用于多种防护应用。在这方面，每一层的外形尺寸被适当地调整以适配于各种应用。在图4所示的一个说明示例中，缓冲膜10覆盖受防护物体14的外表面。

在一些实施例中，缓冲膜10被示出结合入服饰内，比如图5D和5E中的头饰，以覆盖示出为物体14的头部的至少一部分。在另一实施例中，缓冲膜10被示出结合入其它服饰内，比如图5A中具有系带32的肘垫31、图5B中的膝垫28a或足垫28b以及图5C中的下颌防护件9或肩垫30。

如上所述，在一些实施例中，第一包封层11和第二包封层12的一部分使用锚定附接件20被适当地附接，以限制层状芯体13的浮动。在另一实施例中，第一包封层11和第二包封层12的附接件与锚定附接件20结合或独立地适当地位于层状芯体13的周缘的周围。在这些实施例中，附接件可以可选地在层状芯体13中引入一个或多个开孔36。在一些实施例中，锚定附接件20被构造成当开孔36的直径大于锚定附接件20时提供受限的浮动。如图7B和7C所示，当锚定附接件20与系绳22一起使用时，也可以提供受限的浮动。

在一些实施例中，使用合适的化学紧固件或机械紧固件15或两者的组合，层状芯体13适当地连接或集成到第二包封层12(如图8所示)、第一包封层11(如图9所示)或两者(如图10所示)。紧固结构适当包含但不限于粘合剂、钮扣、松紧带、铆钉、熔接、使用任何缝合技术的缝线、钩圈、射频焊接、超声焊接和脉冲密封。

如上所述，第一薄层16和第二薄层18的至少一部分被附接以形成层状芯体13的隔间，该隔间选择性地包含中间润滑层17和紧固件19。图11A和11B示出了缓冲膜10的代表性实施例的俯视图，其中层状芯体13以规则或不规则的间隔图案放置在包封层26上。在说明实施例中，包封层26是第一包封层11。为了清楚起见，未示出第二包封层12，使得可以看到层状芯体13的代表性实施例的放置和定位。在这方面，缓冲膜10将包含第一包封层11、第二包封层12和多个层状芯体13，如图所示。图11A和11B中所示的构造适于改进缓冲膜适形于不同物体14的表面的能力，以及提高通过缓冲膜10的空气循环的能力。

在另一实施例中，缓冲膜10被构造成适形于待穿戴的防护装备34的外侧或内侧的形状，比如在防护装备34的内侧(图5E)、在防护装备的外侧(图5F)，或者作为其间的层，以防护物体14。

在另一实施例中，缓冲膜10适当地用作防护装备的内置部件，该内置部件可以嵌入装备的外表面、装备的内表面或其间的任何表面。在这方面，这些材料可以适当地防风雨和防水。在一个实施例中，缓冲膜10适当地联接到防护装备的装配衬垫上，或者替代防护装备的装配衬垫。

在另一实施例中，缓冲膜10可用于任何动力或非动力车辆的外部或内部，包含但不限于汽车、摩托车、飞机、公共汽车、卡车、船舶和轮椅。

根据本发明的一个实施例，提供了一种缓冲膜。缓冲膜通常包含允许缓冲膜类似于织物起作用的两个限制层，其具有由面向冲击物体的一层或多层组成的第一包封层和包括面向受防护物体的一层或多层的第二包封层；以及具有多个部件的层状芯体，这些部件通过允许第一包封层相对于第二包封层滑动而使冲击物体与受防护物体脱开，其中缓冲膜被构造成借助于使第一包封层自第二包封层脱开来减小由倾斜冲击造成的旋转加速度；并且其中缓冲膜被构造成通过允许冲击力分摊在受冲击表面的更大区域上来减小由于冲击所造成的线性加速度。

根据本文所述的任何实施例，层状芯体还可以包括至少三层：第一薄层、第二薄层和润滑层，其中第一薄层和第二薄层可以借助于其间的润滑层相对于彼此运动，其中润滑层可以是气体、液体、固体、胶体、铁磁流体或其任何组合的任何状态，其中润滑层可以是牛顿流体和非牛顿流体的任何一种或其组合，其中第一薄层和第二薄层由弹性的或适形的或可伸展的或刚性材料制成，当冲击力超过阈值时，该材料可以伸长或断裂。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜可以限制层状芯体，其中第二包封层和第一包封层通过机械方式或化学方式附接，包含但不限于粘合剂、纽扣、松紧带、铆钉、熔接、缝合技术、钩圈、射频焊接、超声焊接、热脉冲密封及其任何组合。

根据本文所述的任何实施例，层状芯体可以包括开孔、开口或孔洞，通过这些开孔、开口或孔洞，第一包封层和第二包封层被紧固在一起，以便经由化学方式或机械方式来限制层状芯体，所述化学方式或机械方式包含但不限于粘合剂、钮扣、熔接、缝合技术、钩圈、射频焊接、超声焊接、热脉冲密封及其任何组合。

根据本文所述的任何实施例，可以通过机械方式或化学方式通过第一包封层和第二包封层之间的紧固在层状芯体周缘周围限制层状芯体，所述化学方式或机械方式包含但不限于粘合剂、钮扣、松紧带、铆钉、熔接、缝合技术、钩圈、射频焊接、超声焊接、热脉冲密封以及其任何组合。

根据本文所述的任何实施例，层状芯体的第一薄层和第二薄层可以借助于机械紧固件或化学紧固件附接在一个或多个位置，包含但不限于粘合剂、纽扣、松紧带、铆钉、熔接、缝合技术、钩圈、射频焊接、热脉冲密封及其任何组合。

根据本文所述的任何实施例，层状芯体可以由相同或不同的层压(堆叠)薄层组制成。

根据本文所述的任何实施例，层状芯体可以被分成多个模块，这些模块可以通过第一包封层和第二包封层连接。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层和第二包封层可以通过结合吸能材料、气垫或非牛顿材料的层来将倾斜冲击力分散在更大的区域上。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层和第二包封层被构造为在层状芯体中的周缘和开口的周围通风。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层可以通过机械紧固件或化学紧固件附接到层状芯体，该机械紧固件或化学紧固件包含但不限于粘合剂、钮扣、松紧带、铆钉、熔接、缝合技术、钩圈、射频焊接、超声焊接、热脉冲密封及其任何组合，或者通过可以用于在一个或多个位置处将层连接在一起的任何其它方式。

根据本文所述的任一实施例，第二包封层可以通过机械或化学紧固件附着到层状芯体，包括但不限于粘合剂、钮扣、松紧带、铆钉、熔接、缝合技术、钩圈、射频焊接、热脉冲密封，或者通过可以用于在一个或多个位置处将层连接在一起的任何其它方式。

根据本文所述的任何实施例，第二包封层可以与层状芯体的第二薄层集成在一起。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层可以与层状芯体的第一薄层集成在一起。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层被构造成包含标识、商标、反射或发光材料或说明标签。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜与身体护具结合使用，比如盔帽、膝盖护具、足部护具、肩部护具、脚踝护具、可穿戴服饰、颈部护具、下颌护具、肘部护具、小腿护具、前臂护具、手腕护具、胸部护具、臀部护具、身体护甲或任何其它防护装备。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜集成在身体护具内，比如盔帽、膝盖护具、鞋袜护具、肩部护具、脚踝护具、可穿戴服饰、颈部护具、下颌护具、肘部护具、小腿护具、前臂护具、手腕护具、胸部护具、臀部护具、身体护甲或任何其它防护装备。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜可以用指定的附接方法集成，以便将其与防护装备联接。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜没有与防护装备相关联的指定附接件。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜作为配件穿戴在防护装备底层；其中缓冲膜覆盖待防护物体的至少一部分。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜是覆盖用户头部至少一部分的独立头盔或盔帽。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜被穿戴在防护装备上。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜可以借助于机械紧固件或化学紧固件临时或永久地附接到防护装备的内表面或外表面，或者防护装备的内表面和外表面之间的任何其它层，该机械紧固件或化学紧固件包含但不限于粘合剂、纽扣、松紧带、铆钉、熔接、缝合技术、钩圈、射频密封、超声焊接、热脉冲密封及其任何组合。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜可用在用于运输货物和人的任何动力或非动力装置的外部或内部，该动力或非动力装置包含但不限于车辆、飞机和船舶。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层和第二包封层可以包括任何可伸展的、刚性的、部分可伸展的材料，或者其任何组合。

根据本文所述的任何实施例，第一包封层、第二包封层和层状芯体中的每一个都可以由任何透气、防风雨或防水材料制成。

根据本文所述的任何实施例，在每层中所使用的材料可以是任何一种或多种织物(比如包含棉、合成纤维织物、聚酯纤维、丝、亚麻、羊毛、尼龙、弹性纤维和其它纺织材料)、热固性塑料、聚碳酸酯、塑料聚合物、热塑性塑料、碳纤维复合材料、复合材料、热固性弹性体、聚丙烯、ABS、EPS、高密度聚乙烯、玻璃增强塑料、或任何其它能量吸收或力扩散材料，其包括但不限于硅橡胶、乙烯基、聚氯乙烯(PVC)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氨酯(PU)。

根据本文所述的任何实施例，还包括集成到第二包封层或第一包封层的舒适层。

根据本文所述的任何实施例，缓冲膜可以包含通信装置、嵌入式系统、惯性传感器、惯性导航系统、生命体征监测系统、冲击指示器或任何其它动作监测系统。

前述说明书已经描述了本发明的原理、代表性实施例和操作模式。然而，旨在受到保护的本发明的各方面不应被解释为限于所公开的特定实施例。此外，本发明所述的实施例应被视为说明性的而不是限制性的。应当理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以由其他人进行变型和改变和采用等同物。因此，明确的意图是所有这些变型、改变和等同物都落在本发明所要求保护的精神和范围内。