Соединитель для защитного устройства индивидуального пользования, в частности для устройства защиты органов слуха
CONNECTOR FOR PROTECTIVE DEVICE FOR INDIVIDUAL USE, IN PARTICULAR FOR DEVICE FOR PROTECTION OF HEARING ORGANS

Область техники
Настоящее изобретение относится к защитным устройствам индивидуального пользования. В частности, оно относится к соединителю для защитного устройства индивидуального пользования, а именно, к соединителю, прикрепленному к двум ушным заглушкам и удерживающему их друг с другом.
Уровень техники
В различных защитных устройствах индивидуального пользования используется или имеется в конструкции соединитель или гибкий шнур. Так, например, очки, защитные шлемы, респираторы, средства связи и прочие устройства часто включают соединитель, который облегчает ношение и/или хранение устройства пользователем. Устройства для защиты органов слуха и шумоподавления также часто включают соединитель. Устройства для защиты органов слуха и шумоподавления хорошо известны, и в продаже имеется множество типов таких устройств, включая, но не ограничиваясь ими, ушные заглушки и наушники. Ушные заглушки являются наиболее предпочтительным типом устройств для защиты органов слуха, так как они эффективно ослабляют звук и комфортны в ношении.
Ушная заглушка в целом содержит шумопонижающий элемент, помещаемый пользователем в ушной канал и обеспечивающий требуемое ослабление шума. Шумопонижающий элемент обычно изготовлен из упругого вспененного материала или из гибкого материала типа резины.
Известно несколько типов ушных заглушек. «Скатываемая» ушная заглушка представляет собой тело из вспененного материала, которое пользователь скатывает, чтобы уменьшить его диаметр. Затем часть скатанной ушной заглушки пользователь вставляет в ушной канал, в котором она расширяется, заполняя канал и обеспечивая требуемую степень шумоподавления. Остальная часть ушной заглушки является протяженной (выступает) из ушного канала, обеспечивая ручку для извлечения ушной заглушки. Альтернативным типом является вставляемая нажатием ушная заглушка, включающая упругое тело, имеющее встроенную в него жесткую или полужесткую ножку, как правило, выступающую из тела. Ножка обеспечивает определенную степень жесткости ушной заглушки, что облегчает введение тела заглушки в ушной канал. Ножка вставляемой нажатием ушной заглушки, введенной в ушной канал, является протяженной или выступает из ушного канала, обеспечивая ручку для извлечения ушной заглушки.
Ушные заглушки часто включают соединитель или шнур, прикрепленный к каждой заглушке из пары и протяженный между ними. Соединитель позволяет пользователю повесить заглушки на шею или иным образом, когда он их не использует. Кроме того, соединитель неразъемно соединяет заглушки друг с другом и предотвращает потерю одной из них. По отношению к обычным соединителям, используемым в защитных устройствах индивидуального пользования, предлагаемый в настоящем изобретении соединитель в целом выполняет те же функции.
Обычные соединители, как правило, неразъемно прикреплены к заглушкам, и, если быть более точным, каждый из концов соединителя неразъемно прикреплен к концу одной из ушных заглушек. В случае ушных заглушек скатываемого типа соединитель прикреплен к одному из концов упругого тела заглушки. В случае вставляемых нажатием ушных заглушек соединитель, как правило, прикреплен к открытому участку ножки. Соединители могут быть прикреплены к заглушкам различных типов и различными способами, например, ультразвуковой сваркой или адгезивным скреплением.
Независимо от того, каким способом присоединен соединитель, соединенная им пара ушных заглушек (или иных средств индивидуальной защиты) часто продается в индивидуальной упаковке. Так, например, одна пара ушных заглушек, соединенных друг с другом посредством соединителя, может поставляться упакованной в небольшой запечатанный пакет из полимерной пленки. Пользователь приобретает данный пакет и вскрывает его, чтобы получить доступ к паре соединенных друг с другом ушных заглушек. Таким образом обеспечивается удобная поставка отдельной пары ушных заглушек пользователю, и обеспечивается гигиеничность ушных заглушек за счет их хранения в запечатанной упаковке.
В соответствии с принципами массового производства, производители ушных заглушек (или иных защитных устройств индивидуального пользования), связанных соединителем, как правило, выбирают стандартный размер (стандартную длину) соединителя, наилучшим образом отвечающую потребностям большинства пользователей. Наиболее распространенная длина соединителя ушных заглушек равна 24 дюймам (61 см), и считается, что такая длина более, чем достаточна для большинства пользователей (то есть, ее будет достаточно для расстояния между ушами даже при «большом» размере головы, с учетом прически, ношения головной гарнитуры и прочих факторов.). Выпуск ушных заглушек, связанных друг с другом соединителем большего размера, чем необходимо, требует увеличения размера упаковки и влечет усложнение технологических процессов. С другой стороны, размер соединителя, выбранный производителем, как стандартный, может быть слишком коротким для некоторых пользователей.
Предприняты попытки предложить пользователю продукт в виде ушных заглушек, связанных растягивающимся соединителем. Так, например, в патенте США 5,668,354 (Falco) описана лента, связывающая две ушные заглушки, которая может быть растянута один раз. В патентной заявке США 2005/0230181 (Woo) описан шнур, связывающий две ушные заглушки друг с другом, который может быть растянут пользователем, для чего пользователю необходимо приложить усилие порядка 15 фунтов.
В свете сказанного выше можно ожидать, что потребителем будут охотно приняты любые усовершенствования регулируемых по длине соединителей для защитных устройств индивидуального пользования, в частности, для ушных заглушек.
Сущность изобретения
Воплощения изобретения, принципы которого описаны в настоящей заявке, относятся к соединителю для защитного устройства индивидуального пользования. Соединитель включает удлиненный соединитель, содержащий полимер, и возможно, смесь полимеров. Соединитель имеет противоположные концы: первый и второй, а также длину, на которую разнесены друг от друга противоположные концы. Соединитель имеет исходное состояние, в котором его длина равна исходной длине (L1). Кроме того, соединитель самостоятельно сохраняет растянутое состояние, будучи растянут из исходного состояния при первой температуре (Т1). В растянутом состоянии он имеет длину (L2), превышающую исходную длину (L1). Кроме того, соединитель выполнен с возможностью самостоятельного перехода из растянутого состояния в восстановленное состояние, будучи нагрет до второй температуры (Т2). Вторая температура (Т2) выше, чем первая температура (Т1). В восстановленном состоянии удлинитель имеет длину (L3), меньшую, чем его длина L2 в растянутом состоянии. Обладающий такими свойствами соединитель может быть растянут пользователем до растянутого состояния, при котором его длина (L2) будет близкой к длине, предпочитаемой пользователем; а после использования устройства соединитель может быть сокращен до длины (L3) в восстановленном состоянии для хранения. Или же, если длина (L2) соединителя в растянутом состоянии больше, чем длина, предпочитаемая пользователем, то соединитель может быть сокращен до требуемой длины (L3) в восстановленном состоянии, после чего пользователь может носить изделие. В некоторых воплощениях соединитель может быть растянут до длины в растянутом состоянии, примерно в 5 раз превышающей исходную длину, под действием растягивающего усилия, приложенного пользователем, составляющего не более, чем 5 фунтов (22Н). В некоторых воплощениях соединитель может быть переведен в восстановленное состояние, будучи нагрет от комнатной температуры до второй температуры (Т2), составляющей примерно 60°С-70°С (например, будучи помещен под струю горячей воды). В некоторых воплощениях смесь полимеров включает по меньшей мере два термопластических эластомерных полимера, например, этиленвинилацетат и термопластический полиуретан.
Еще одна группа воплощений настоящего изобретения относится к защитному устройству индивидуального пользования с соединителем, включающему соединитель и средство индивидуальной защиты. Соединитель включает полимер, возможно, смесь полимеров, и имеет противоположные концы: первый и второй, разнесенные друг от друга на некоторую длину, как было описано выше. Средство индивидуальной защиты прикреплено к первому и второму концам соединителя. В некоторых воплощениях средство индивидуальной защиты включает первую и вторую ушные заглушки, при этом первая ушная заглушка прикреплена к первому концу соединителя, а вторая ушная заглушка прикреплена ко второму концу соединителя.
Еще одна группа воплощений настоящего изобретения относится к способу использования защитного устройства индивидуального пользования. Способ включает этап получения защитного устройства индивидуального пользования, включающего удлиненный соединитель. Соединитель включает полимер, возможно, смесь полимеров, и имеет противоположные концы: первый и второй, и длину, на которую разнесены друг от друга первый и второй концы. Пользователь получает средство индивидуальной защиты с соединителем, находящимся в исходном состоянии, при котором его длина равна исходной длине (L1). Пользователь прилагает к соединителю растягивающее усилие при первой температуре (Т1), чтобы соединитель перешел в растянутое состояние. В растянутом состоянии соединитель имеет длину (L2), превышающую исходную длину (L1). Соединитель самостоятельно сохраняет растянутое состояние. Пользователь может носить защитное устройство индивидуального пользования с соединителем в растянутом состоянии. Соединитель нагревают до второй температуры (Т2), превышающей первую температуру (Т1), в результате чего соединитель самостоятельно переходит из растянутого состояния в восстановленное состояние. В восстановленном состоянии соединитель имеет длину (L3), меньшую, чем длина (L2) в растянутом состоянии. Пользователь может носить или хранить защитное устройство индивидуального пользования с соединителем, находящимся в восстановленном состоянии. В некоторых воплощениях соединитель может быть многократно растянут до различных растянутых состояний (отличающихся различной длиной), и может быть многократно вызван его самостоятельный переход в восстановленные состояния, в которых он сокращен в различной степени(соответственно, имеет различную длину в восстановленном состоянии).
Еще одна группа воплощений настоящего изобретения относится к упакованному изделию для индивидуальной защиты органов слуха. Упакованное изделие включает защитное устройство для органов слуха индивидуального пользования и запечатанный пакет. Защитное устройство для органов слуха индивидуального пользования включает удлиненный соединитель, первую ушную заглушку и вторую ушную заглушку. Соединитель включает полимер, возможно, смесь полимеров, и имеет противоположные концы: первый и второй, и длину, на которую разнесены первый и второй концы. Соединитель имеет исходное состояние, в котором его длина равна исходной длине (L1). Кроме того, соединитель самостоятельно сохраняет растянутое состояние, будучи растянут из исходного состояния при первой температуре (Т1). В растянутом состоянии соединитель имеет длину (L2), превышающую исходную длину (L1). Кроме того, соединитель выполнен с возможностью самостоятельного перехода из растянутого состояния в восстановленное состояние, будучи нагрет до второй температуры (Т2). Вторая температура (Т2) выше, чем первая температура (Т1). Длина (L3) в восстановленном состоянии меньше, чем длина (L2) в растянутом состоянии. Первая ушная заглушка прикреплена к первому концу соединителя, а вторая ушная заглушка прикреплена ко второму концу соединителя. Защитное устройство для органов слуха индивидуального пользования содержится в запечатанном пакете.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Аксонометрическое изображение защитного устройства индивидуального пользования, включающего соединитель в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2. Увеличенный вид сбоку фрагмента соединителя, изображенного на фиг. 1, в исходном состоянии.
Фиг. 3. Увеличенный вид сбоку фрагмента соединителя, изображенного на фиг. 1, в растянутом состоянии.
Фиг. 4. Увеличенный вид сбоку фрагмента соединителя, изображенного на фиг. 1, в восстановленном состоянии.
Фиг. 5. Аксонометрическое изображение изделия для индивидуальной защиты, имеющего соединитель, и его упаковки, в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предлагается соединитель для защитного устройства индивидуального пользования, например, для устройства индивидуальной защиты органов слуха, в частности, для пары ушных заглушек. Соединитель представляет собой удлиненное тело, имеющее противоположные концы и длину, на которую разнесены данные концы. В некоторых воплощениях соединитель содержит смесь полимеров. В одном из воплощений соединитель может быть растянут от исходной длины до длины в растянутом состоянии, и самостоятельно сохраняет свою длину в растянутом состоянии. Кроме того, будучи нагрет, соединитель самостоятельно переходит (самостоятельно сокращается) из растянутого состояния в восстановленное состояние, и его длина уменьшается от длины в растянутом состоянии до длины в восстановленном состоянии. Соединитель в соответствии с настоящим изобретением позволяет пользователю посредством ряда операций растяжения и/или восстановления настроить его длину в соответствии с потребностью, например, для ношения или хранения защитного устройства индивидуального пользования, или для прочих целей.
Одно из воплощений защитного устройства 10 индивидуального пользования с соединителем в соответствии с настоящим изобретением показано на фиг. 1. Защитное устройство 10 индивидуального пользования включает соединитель 12 и средство 14 индивидуальной защиты. Более подробное описание различных компонентов устройства приводится ниже. В общем случае средство 14 индивидуальной защиты может быть средством индивидуальной защиты любого типа, и в некоторых воплощениях оно является средством индивидуальной защиты органов слуха, включающим первый и второй элементы 16а, 16b для защиты органов слуха. Элементами 16а, 16b для защиты органов слуха могут быть ушные заглушки. Прочие типы средств индивидуальной защиты могут включать или не включать два отдельных компонента (например, средствами индивидуальной защиты могут быть прочие средства индивидуальной защиты органов слуха, очки, защитная каска, респиратор, устройства связи и прочие). Независимо от конкретного типа средства индивидуальной защиты, соединитель 12 прикреплен к средству индивидуальной защиты и может быть растянут пользователем от исходного состояния до растянутого состояния, в котором соединитель 12 приобретает увеличенную длину, и может быть сокращенна растянутого состояния в восстановленное состояние, в котором длина соединителя меньше, чем его длина в растянутом состоянии.
Как упоминалось выше, соединитель 12 имеет длину, и может принимать и/или сохранять различные состояния. На фиг. 1 показан соединитель 12 в исходном состоянии, где под «исходным состоянием» подразумевается состояние соединителя 12 (или защитного устройства 10 индивидуального пользования в целом), в котором он изначально поставляется пользователю. Соединитель 12 представляет собой гибкое тело, имеющее противоположные концы: первый конец 20а и второй конец 20b. Первый и второй концы 20а, 20b разнесены друг от друга на длину соединителя 12. Под «длиной» соединителя 12 подразумевается длина отрезка материала, из которого изготовлен соединитель 12, измеренная от его первого конца 20а до его второго конца 20b, не зависящая от формы, которую имеет соединитель 12 в данный момент, например, в результате того, что он согнут или смотан в спираль. Для примера на фиг. 1 показан соединитель 12, частично смотанный в спираль. То есть, «длина» соединителя 12 означает длину сплошного куска материала, из которого сформирован соединитель 12, и которая не обязательно равна расстоянию по прямой между его противоположными концами 20а, 20b (так, например, в состоянии, показанном на фиг. 1, при котором соединитель частично смотан в спираль, расстояние по прямой между противоположными концами 20а, 20b меньше, чем длина соединителя 12). «Длина» соединителя 12 может быть определена путем выпрямления соединителя 12 (до состояния, при котором соединитель 12 натянут) и измерения расстояния между противоположными концами 20а, 20b, как показано схематически на фиг. 2. А именно, на фиг. 2 показан соединитель 12 в исходном состоянии, при котором он имеет исходную длину L1. Исходная длина L1 может зависеть от конкретного типа средства 14 индивидуальной защиты (фиг. 1), а также от того, какая длина представляется наиболее целесообразной с точки зрения конечного потребителя. Так, например, в не ограничивающих воплощениях, в которых средство 14 индивидуальной защиты представляет собой пару ушных заглушек 16а, 16b, исходная длина L1 соединителя может составлять 12-36 дюймов (30-91 см), или 18-30 дюймов (46-99 см), или примерно 24 дюйма (61 см). Возможны и другие значения исходной длины L1 соединителя 12, используемого с парой ушных заглушек 16а, 16b. В воплощениях, в которых соединитель 12 используется со средствами индивидуальной защиты других типов, исходная длина L1 может быть в диапазонах, указанных выше, или она может быть большей, или она может быть меньшей.
Соединитель 12 может быть растянут (в том числе многократно) пользователем от исходного состояния до растянутого состояния, как это показано схематически на фиг. 3. В соответствии с настоящим изобретением, соединитель 12 выполнен с возможностью принимать множество различных растянутых состояний, причем конкретное растянутое состояние выбирает пользователь, как это будет описано ниже, и при этом соединитель 12 характеризуется тем, что он будет самостоятельно сохранять свое растянутое состояние, не претерпевая разрыва или иного повреждения (то есть, соединитель 12 будет сохранять структурную целостность). Независимо от точного значения длины в растянутом состоянии, соединитель 12 имеет длину L2 в растянутом состоянии, превышающую исходную длину L1 (фиг. 2). Так, например, длина L2 в растянутом состоянии может быть по меньшей мере в 1,5 раз большей, или по меньшей мере в 2 раза большей, или по меньшей мере в 4 раза большей, или по меньшей мере в 5 раз большей, или по меньшей мере в 8 раз большей, чем исходная длина L1. Так, например, если исходная длина L1 равна 24 дюймам (61 см), то соединитель 12 может быть растянут, не претерпевая разрыва, до длины в растянутом состоянии, составляющей по меньшей мере 96 дюймов (244 см) или более.
Соединитель 12 может быть растянут из исходного состояния до растянутого состояния под действием растягивающего усилия, приложенного пользователем (обозначенного стрелками «F» на фиг. 3) на противоположных концах 20а, 20b или в непосредственной близости к ним. В некоторых воплощениях растянутые состояния, описанные выше (то есть, при которых длина L2 в растянутом состоянии по меньшей мере в 1,5 раз больше, или по меньшей мере в 2 раза больше, или по меньшей мере в 4 раза больше, или по меньшей мере в 5 раз больше, или по меньшей мере в 8 раз больше, чем исходная длина L1), достигаются под действием растягивающей силы F, приложенной пользователем и составляющей не более, чем 5 фунтов, или не более, чем 4 фунта при температуре, не превышающей 50°С, или не превышающей 40°С. Так, например, в некоторых воплощениях соединитель 12 под действием растягивающего усилия, приложенного пользователем и составляющего примерно 5 фунтов, при комнатной температуре, может быть растянут до длины L2 в растянутом состоянии, по меньшей мере в 5 раз превышающей исходную длину.
ƒ
ƒ
Как будет более подробно описано ниже, в некоторых воплощениях соединитель 12 изготовлен из смеси полимеров, содержащей термопластические эластомерные полимеры, некоторые из которых имеют внутренне присущее им свойство немного восстанавливаться (сокращаться) при снятии с них растягивающего усилия F. Выражение «растянутое состояние» в контексте настоящего описания означает состояние соединителя 12 по окончании операции его растяжения, инициированной пользователем и включающей этап снятия растягивающего усилия (то есть, при данной операции пользователь берется за соединитель 12 своими руками на противоположных концах 20а, 20b или в непосредственной близости к ним, вручную тянет за концы 20а, 20b, отдаляя их друг от друга, в результате чего соединитель 12 растягивается, и затем пользователь отпускает соединитель 12). Воплощения соединителя 12 в соответствии с настоящим изобретением самостоятельно сохраняют свое растянутое состояние и совершают небольшое сокращение (восстановление), или вовсе его не совершают, при снятии растягивающего усилия F. Таким образом, длина L2 в растянутом состоянии (то есть, длина соединителя 12 после снятия растягивающей силы F), которую самостоятельно сохраняет соединитель 12, близка к длине, которую он приобрел под действием силы, приложенной пользователем непосредственно перед снятием с него растягивающей силы F). Способность соединителя 12 самостоятельно сохранять длину L2 в растянутом состоянии, которая практически равна длине при еще действующей растягивающей силе, характеризуется «коэффициентом постоянства» (R), который определяется путем измерения длины соединителя 12 непосредственно перед снятием с него растягивающего усилия и длины соединителя 12 спустя короткое время выдержки (например, 3 минуты) после снятия растягивающего усилия. Таким образом, коэффициент R постоянства отображает результат сравнения установившейся относительной деформации и максимальной относительной деформации, и может быть рассчитан и выражен в процентах следующим образом:
где:
ƒ
ε=(L2-L1)/L1 - установившаяся относительная деформация,
m
ε = (длина при еще приложенной растягивающей силе - L1)/L1 - максимальная относительная деформация.
L1 - исходная длина,
L2 - длина в растянутом состоянии (после снятия растягивающего усилия).
ƒ
В некоторых воплощениях соединитель 12 может быть растянут в значительной степени без наступления его разрыва, и самостоятельно сохраняет свою длину в растянутом состоянии, совершая при этом лишь небольшое самостоятельное сокращение (самостоятельное восстановление), или совсем его не совершая, после снятия растягивающего усилия при нормальной (например, комнатной) температуре. Так, например, в некоторых воплощениях соединитель 12 характеризуется показателем постоянства R, составляющим не менее, чем 50%, или не менее, чем 60%, или не менее, чем 70%, или не менее, чем 80%, при длине L2 в растянутом состоянии, не менее, чем в 4 раза превышающей исходную длину L1.
Кроме того, соединитель 12 выполнен с возможностью самостоятельного перехода из растянутого состояния в восстановленное состояние при нагревании. Как это показано схематически на фиг. 4, соединитель 12 имеет длину L3 в восстановленном состоянии, меньшую, чем длина L2 в растянутом состоянии. Соединитель 12 может иметь множество различных восстановленных состояний (и соответственно длин L3 в восстановленном состоянии), которые зависят от длины L2 в растянутом состоянии, из которого производится сокращение, от температуры, до которой нагревают удлинитель, и длительности его выдержки при повышенной температуре. В некоторых воплощениях соединитель 12 выполнен с возможностью самостоятельного перехода в восстановленное состояние под воздействием повышенной температуры, составляющей по меньшей мере 40°С, или по меньшей мере 50°С, или по меньшей мере 60°С, или по меньшей мере 70°С, или 50°С-70°С. Так, например, в некоторых воплощениях соединитель 12 выполнен с возможностью самостоятельно сохранять растянутое состояние (и соответственно длину L2 в растянутом состоянии) при комнатной температуре или при температуре, близкой к комнатной (например, 19°С-26°С), и самостоятельно переходить в восстановленное состояние при помещении его в горячую воду или другую среду с температурой по меньшей мере примерно 40°С.
R
R
Как будет более подробно описано ниже, в некоторых воплощениях соединитель 12 содержит полимер или смесь термопластических эластомерных полимеров, которые обладают способностью сокращаться или давать усадку из растянутого состояния при нагревании, а также обладают свойством памяти формы, то есть, способностью самостоятельно сохранять свою сокращенную форму после снятия с них теплового воздействия. Выражение «восстановленное состояние» в контексте настоящего описания означает состояние соединителя 12 по окончании операции или цикла тепловой обработки, что включает в себя вывод соединителя 12 из условий повышенной температуры (например, пользователь может поместить соединитель 12 в среду с повышенной температурой на относительно короткое время и затем вернуть соединитель 12 в нормальные условия, то есть, с температурой, примерно соответствующей комнатной). Соединители 12 в соответствии с настоящим изобретением самостоятельно переходят в восстановленное состояние и самостоятельно его сохраняют. Способность соединителя 12 самостоятельно переходить под действием тепла в восстановленное состояние с длиной L3 и сохранять данную длину L3 после прекращения теплового воздействия на него может быть охарактеризована «коэффициентом восстановления» (R), и может быть определена путем измерения длины соединителя 12 непосредственно до начала теплового воздействия, и измерения длины соединителя 12 спустя короткое время выдержки (например, 5 минут) при комнатной температуре (например, 22°С) после извлечения соединителя 12 из среды с повышенной температурой. Коэффициент R восстановления представляет собой относительную величину деформации, которую испытывает соединитель 12 при восстановлении (сокращении) от длины L2 в растянутом состоянии до длины L3 в восстановленном состоянии, по отношению к длине L2 в растянутом состоянии, и может быть рассчитан и выражен в процентах следующим образом:
где:
L2 - длина в растянутом состоянии (после снятия растягивающего усилия),
L3 - длина в восстановленном состоянии (после теплового воздействия и выдержки).
R
R
R
R
R
R
В некоторых воплощениях соединитель 12 испытывает значительную степень восстановления (сокращения) при нагревании. При этом подразумевается, что рассчитанный таким образом коэффициент R восстановления для соединителя 12 может зависеть, по меньшей мере в некоторой степени, от начальной длины L2 в растянутом состоянии, которая в некоторых воплощениях может быть довольно значительной без наступления разрыва соединителя 12. Так, например, в одном из воплощений соединитель 12 может иметь исходную длину L1, равную 24 дюймам (61 см), и может быть растянут, без наступления какого-либо его повреждения, до длины L2, которая может составлять 50-100 дюймов (127-254 см). Коэффициент R восстановления для одного и того же соединителя 12 при его начальной длине в растянутом состоянии, равной 50 дюймам (127 см), может отличаться коэффициента восстановления при начальной длине в растянутом состоянии, равной 100 дюймам (254 см) (так, например, соединитель 12, растянутый до длины 50 дюймов (127 см), может иметь длину в восстановленном состоянии, составляющую 30 дюймов (76 см), и коэффициент R восстановления соответственно будет равен 40%, в то время как тот же соединитель 12, растянутый до длины 100 дюймов (254 см), в тех же самых условиях сокращения может восстановиться до длины 31 дюйм (79 см), и коэффициент R восстановления в данном случае будет равен 69%. Для лучшего охарактеризования свойств восстановления соединителя 12 в некоторых воплощениях коэффициент R восстановления целесообразно определять, когда соединитель 12 сначала растянут до длины L2 в растянутом состоянии, по меньшей мере в 4 раза превышающей исходную длину L1. При указанных условиях в некоторых воплощениях соединитель 12 имеет коэффициент R восстановления, составляющий по меньшей мере 50%, или по меньшей мере 60%, или по меньшей мере 70%, или по меньшей мере 80%, после помещения его в среду с температурой не менее, чем 50°С на время, составляющее не более, чем одну минуту.
S
S
Еще одним показателем, характеризующим способность соединителя 12 самостоятельно сокращаться (восстанавливаться) при нагревании, является коэффициент R памяти формы, отражающий соотношение между длиной L3 в восстановленном состоянии и исходной длиной L1. А именно, коэффициент R памяти формы сравнивает относительную величину деформации в установившемся растянутом состоянии с относительной величиной деформации после восстановления, и может быть рассчитан и выражен в процентах следующим образом:
где:
ƒ
ε - установившаяся относительная деформация (формула 1),
- относительная деформация после восстановления,
L1 - исходная длина (до растяжения),
L3 - длина в восстановленном состоянии (после теплового воздействия и выдержки).
S
В некоторых воплощениях соединитель 12 имеет коэффициент R памяти формы, составляющий по меньшей мере 60%, или по меньшей мере 65%, или по меньшей мере 70%.
Некоторые воплощения соединителей 12 в соответствии с настоящим изобретением, общий вид которых показан на фиг. 1, удовлетворяют описанным выше критериям эффективной работы (в частности, имеют соответствующие свойства растяжения и восстановления) за счет того, соединитель 12 выполнен из смеси или сплава полимеров. В некоторых воплощениях смесь или сплав полимеров включают по меньшей мере два различных термопластических эластомера, таких, как, например, этиленвинилацетат, термопластический полиуретан, термопластические олефины и сополимеры стирола и бутадиена, и которые после соединения их друг с другом образуют физические перекрестные связи, благодаря которым полученный полимерный сплав допускает значительное растяжение при комнатной температуре и совершает значительное самостоятельное восстановление (сокращение) при повышенной температуре. И хотя это может показаться удивительным, изобретатели обнаружили, что формирование соединителя 12 из смеси этиленвинилацетата и термопластического полиуретана позволяет получить соединитель 12, который может быть подвергнут значительному растяжению из исходного состояния в растянутое состояние при комнатной температуре с приложением минимального растягивающего усилия, совершая при этом минимальное сокращение при снятии растягивающего усилия (например, он может быть растянут от исходной длины L1, равной 24 дюймам, до длины L2 в растянутом состоянии, равной 100 дюймам (254 см), под действием растягивающего усилия 4-5 фунтов (18-22 Н)), и может совершать значительное самостоятельное сокращение из растянутого состояния в восстановленное состояние, будучи помещен в среду с повышенной температурой, составляющей примерно 60°С-70°С, на время, меньшее 1 минуты (например, может восстановиться от длины L2 в растянутом состоянии, равной 100 дюймам (254 см), до длины L3 в восстановленном состоянии, равной 30 дюймам (76 см), будучи помещен в среду с повышенной температурой на время, меньшее 1 минуты, и в некоторых воплощениях - на время, не большее, чем 30 секунд). В соответствующих воплощениях использование смеси полимеров дополнительно обеспечивает возможность крепления изготовленного из нее соединителя 12 к средству 14 индивидуальной защиты.
Пропорция термопластических эластомерных компонентов в смеси полимеров, на основе которой изготовлен 12, может быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить оптимальные свойства растяжения и/или восстановления соединителя. Так, например, авторами было обнаружено, что смесь или сплав полимеров, из которых может быть изготовлен соединитель 12 в соответствии с настоящим изобретением, может включать от 50 весовых % до 95 весовых % этиленвинилацетата и от 5 весовых % до 50 весовых % термопластического полиуретана; или такая смесь может включать от 60 весовых % до 80 весовых % этиленвинилацетата и от 10 весовых % до 30 весовых % термопластического полиуретана. Еще в некоторых воплощениях смесь полимеров, из которой изготавливается соединитель, включает от 66 весовых % до 72 весовых % этиленвинилацетата и от 18 весовых % до 22 весовых % термопластического полиуретана. Авторы обнаружили, что из смеси полимеров, содержащей 68 весовых % этиленвинилацетата и 20 весовых % термопластического полиуретана, также могут быть изготовлены эффективно работающие соединители 12 в соответствии с настоящим изобретением. И хотя это может показаться удивительным, изобретатели обнаружили, что в не ограничивающем воплощении, в котором средство 14 индивидуальной защиты включает пару ушных заглушек 16а, 16b, выполненных из вспененного материала, описанные выше полимерные смеси из этиленвинилацетата и термопластического полиуретана обеспечивают хорошее крепление соединителя 12 к изготовленным из вспененного материала ушным заглушкам 16а, 16b с помощью адгезива (в отличие от соединителя, изготовленного только из этиленвинилацетата, к которому не имеют хорошей адгезии клеи, традиционно используемые при изготовлении ушных заглушек). В связи с этим можно ожидать, что для достижения требуемых характеристик соединителя в соответствии с настоящим изобретением важно также правильно подобрать тип и состав этиленвинилацетата. В некоторых воплощениях полимеры и смеси полимеров, используемые для изготовления соединителей 12 в соответствии с настоящим изобретением, включают этиленвинилацетатный компонент, содержащий винилацетат в количестве 10-50%. Предвидится также возможность использования других термопластических эластомерных полимерных компонентов в составе смеси полимеров и/или их пропорций. Еще в некоторых воплощениях соединители в соответствии с настоящим изобретением могут быть выполнены из одного полимера (который может быть смешан с другими, не полимерными материалами).
Как упоминалось выше, смесь полимеров для изготовления соединителей в соответствии с настоящим изобретением может включать прочие материалы или ингредиенты в дополнение к двум (или более) термопластическим эластомерам. Так, например, в некоторых воплощениях в смесь полимеров могут быть включены такие традиционно используемые добавки, как смазывающие вещества, наполнители, пигменты и прочие, в суммарном количестве менее, чем 15 весовых %.
Соединители 12 в соответствии с настоящим изобретением могут иметь самые разнообразные формы, удовлетворяя при этом описанным выше критериям эффективности работы (в частности, имея требуемые свойства растяжения и восстановления). Так, например, соединитель 12 может быть полнотелым или трубчатым. Соединитель 12 может иметь различные формы поперечного сечения, и в некоторых воплощениях он может иметь круглое поперечное сечение (по меньшей мере в исходном состоянии). В некоторых воплощениях соединитель 12 может иметь другую форму поперечного сечения (по меньшей мере в исходном состоянии), например, овальную форму, треугольную форму, прямоугольную форму (включая квадратную), форму, которая является сочетанием таких форм, и прочие формы. Размеры и площадь поперечного сечения соединителей 12 в соответствии с настоящим изобретением также могут принимать различные значения, и в частности, могут зависеть от конкретного типа средства 14 индивидуальной защиты, с которым используется данные соединитель. Так, например, в воплощениях, в которых средство 14 индивидуальной защиты включает пару ушных заглушек 16а, 16b, соединитель 12 может иметь диаметр или другой наибольший размер поперечного сечения, меньший или равный размеру ушных заглушек 16а, 16b, например, порядка 0,01-1 дюйма (0,25-25 мм). Предвидятся и допускаются также и другие размеры сечения соединителя в соответствии с настоящим изобретением.
В некоторых воплощениях соединитель 12 может быть изготовлен традиционным способом экструзии полимеров. Так, например, он может быть изготовлен в одношнековых экструдерах, двухшнековых экструдерах, в экструдерах периодического действия и экструдерах прочих типов. В общем случае, в воплощениях, в которых соединитель 12 изготавливается из смеси полимеров, термопластические эластомерные полимерные компоненты такой смеси могут подаваться в форме гранул и могут быть на сухую смешаны с прочими (дополнительно возможными) ингредиентами, подаваемыми в форме порошков. Смесь подается в плавильный миксер (непрерывного или периодического действия), настроенный на требуемую рабочую температуру. Компоненты смеси расплавляются и смешиваются при заданной температуре до достижения требуемой степени перемешивания. Полученная смесь выдавливается из миксера, и из нее формируются гранулы требуемого размера. Гранулы высушивают в обычной сушилке. Из полученной смеси полимеров в форме сухих гранул экструдируют соединитель 12, например, с помощью одношнекового экструдера с мундштуком для получения нитей. В равной мере подходящими являются также и другие способы изготовления соединителя (например, формование), известные сведущим в данной области техники.
В некоторых воплощениях соединитель 12 изготавливают отдельно от средства 14 индивидуальной защиты, и он может дополнительно включать один или более элементов (например, петлю) на одном или обоих противоположных его концах 20а, 20b, облегчающих его крепление к средству 14 индивидуальной защиты. В других воплощениях противоположные концы 20а, 20b не имеют каких-либо элементов или форм, отличающихся от остальной части соединителя 12. Защитное устройство 10 индивидуального пользования, содержащее соединитель, может поставляться конечному потребителю в готовом, то есть, полностью собранном виде (например, с концами 20а, 20b, прикрепленными к средству 14 индивидуальной защиты). В качестве альтернативы, защитное средство 10 индивидуального пользования может поставляться в виде, предусматривающем скрепление соединителя 12 со средством 14 индивидуальной защиты, выполняемое самим потребителем (то есть, соединитель 12 может поставляться конечному потребителю отдельно от средства 14 индивидуальной защиты). Еще в некоторых воплощениях соединитель 12 может быть выполнен за единое целое с средством 14 индивидуальной защиты (так, например, в воплощениях, в которых средство 14 индивидуальной защиты включает ушные заглушки 16а, 16b, соединитель 12 может быть выполнен за единое целое с ушными заглушками 16а, 16b в виде единого и однородного тела).
Как упоминалось выше, настоящее изобретение не ограничено определенными типами или формами средства 14 индивидуальной защиты. В одном из воплощений, в котором средство 14 индивидуальной защиты является ушными заглушками или включает первую и вторую ушные заглушки 16а, 16b, данные ушные заглушки 16а, 16b могут быть идентичными и могут иметь самые различные формы. Так, например, в воплощении, показанном на фиг. 1, каждая из ушных заглушек 16а, 16b является скатываемой ушной заглушкой, выполненной из упругого вспененного материала. В равной мере допускаются и другие типы заглушек, например, ушные заглушки с ножками, вставляемые нажатием, формованные полимерные ушные заглушки фланцевого типа, а также ушные заглушки любого другого требуемого типа. Первый и второй концы 20а, 20b могут быть прикреплены к первой и второй ушным заглушкам 16а, 16b соответственно, например, ультразвуковой сваркой, адгезивным скреплением, механическим скреплением, механическим соединением и другими способами. В воплощениях, в которых ушные заглушки 16а, 16b являются вставляемыми нажатием ушными заглушками с ножками, первый и второй концы 20а, 20b могут образовывать петли, или могут быть преобразованы в петли для крепления к ним соответствующих ушных заглушек 16а, 16b. Аналогичные способы крепления могут применяться в отношении соединителя 12, используемого со средствами 14 индивидуальной защиты других типов (например, первый и второй концы 20а, 20b могут быть прикреплены к противоположным дужкам очков, различным элементам конструкции каски и к прочим деталям средств индивидуальной защиты).
Независимо от конкретного типа средства 14 индивидуальной защиты и способа крепления соединителя 12 к нему, дополнительно возможные способы использования защитного устройства 10 индивидуального пользования с соединителем в соответствии с настоящим изобретением включают получение пользователем защитного устройства 10 индивидуального пользования с соединителем 12, находящимся в исходном состоянии (и соответственно имеющим исходную длину L1). В некоторых случаях исходная длина L1 может оказаться подходящей для конечного потребителя, и тогда он может просто носить защитное средство 10 индивидуального пользования с соединителем в соответствии с обычной практикой использования данного устройства (например, он вставляет ушные заглушки 16а, 16b в ушные каналы и вешает соединитель 12 на шею). В других случаях пользователь может найти, что исходная длина L1 слишком коротка. В данном случае пользователь может взять соединитель 12 одной рукой за первый конец 20а или в непосредственной близости к нему, и второй рукой - за второй конец 20b или в непосредственной близости к нему, при условиях окружающей среды, соответствующих обычным условиям выполнения работ (например, при комнатной температуре или при температуре, близкой к комнатной). После этого пользователь прилагает растягивающее усилие к соединителю 12 и тянет за концы 20а, 20b в разные стороны, в результате чего соединитель 12 переходит в растянутое состояние, при этом усилие пользователя составляет примерно 4-5 фунтов (18-22 Н). Процесс растяжения может длится до тех пор, пока соединитель 12 не будет растянут до длины, предпочитаемой или выбранной пользователем. В некоторых случаях пользователь будет удовлетворен полученной длиной L2 в растянутом состоянии, и будет носить защитное устройство 10 индивидуального пользования с соединителем такой длины (и при этом соединитель 12 будет самостоятельно сохранять свою длину L2 в растянутом состоянии). В других случаях пользователь может найти, что полученная длина L2 в растянутом состоянии слишком велика. В таких случаях пользователь может поместить соединитель 12 в среду с повышенной температурой, например, с температурой, составляющей по меньшей мере 50°С (например, может поместить соединитель 12 в ванну с горячей водой или под струю горячей воды). В результате этого соединитель 12 самостоятельно переходит из растянутого состояния в восстановленное состояние, то есть, уменьшается в длине. Пользователь может выдержать соединитель 12 при повышенной температуре в течение относительно короткого периода времени (например, 30 секунд), чтобы не допустить слишком большой степени сокращения соединителя по длине. В некоторых случаях пользователь будет удовлетворен полученной таким образом длиной L3 в восстановленном состоянии, и будет носить защитное средство 10 индивидуального пользования в соответствии с его назначением (при этом соединитель 12 самостоятельно сохраняет свою длину L3 в восстановленном состоянии). В других случаях пользователь может захотеть изменить длину соединителя, и может снова подвергнуть соединитель 12 одной или более операций растяжения и/или восстановления, как описано выше, до тех пор, пока он не будет полностью удовлетворен полученной длиной. После использования защитного устройства 10 индивидуального пользования пользователь может поместить соединитель 12 в среду с повышенной температурой, как описано выше, что вызовет самостоятельный переход соединителя 12 в восстановленное состояние с длиной L3, близкой к исходной длине L1, в точности равной исходной длине L1, или даже меньшей исходной длины L1. В таком состоянии защитное устройство 10 индивидуального пользования с соединителем удобно хранить для последующего использования (поскольку соединитель 12 занимает минимально возможное место). Подобным образом, позднее, при подготовке к повторному использованию, соединитель 12 может быть снова и многократно подвергнут операциям растяжения и/или восстановления, описанным выше.
В некоторых воплощениях защитное устройство 10 индивидуального пользования с соединителем в соответствии с настоящим изобретением может поставляться потребителю в упакованном виде. Так, например, на фиг. 5 показано одно из воплощений упакованного защитного изделия 100 индивидуального пользования в соответствии с настоящим изобретением, которое включает защитное устройство 10 индивидуального пользования с соединителем, описанное выше, и запечатанный пакет 102. Для ясности дальнейшего описания на фиг. 5 защитное устройство 10 индивидуального пользования изображено вне пакета 102, но при этом подразумевается, что при получении его потребителем защитное устройство 10 индивидуального пользования с соединителем запечатано внутри пакета 102. В воплощениях, в которых защитное устройство 10 индивидуального пользования представляет собой ушные заглушки с соединителем, размер пакета 102 может быть меньше, чем размер упаковки для ушных заглушек с обычным соединителем. Так, например, некоторые из обычных защитных изделий индивидуального пользования имеют соединитель длиной 24 дюйма, и соответственно, они должны иметь достаточно большую упаковку, в которой можно разместить соединитель такой длины. В соответствии с настоящим изобретением, устройство в виде ушных заглушек может поставляться с соединителем 12, имеющим исходную длину L1, равную, например, 12 дюймам (30 см) и растяжимым до длины L2, составляющей 24 дюйма (61 см). За счет этого устройство в виде ушных заглушек с соединителем 12 в соответствии с настоящим изобретением может подойти тем же пользователям, что и обычное устройство в виде ушных заглушек с соединителем, но при этом оно будет занимать значительно меньше места в исходном состоянии; соответственно, пакет 102 может быть значительно меньше, а производственные операции по укладке устройства в виде ушных заглушек с соединителем в пакет - менее сложными по сравнению с операциями упаковки ушных заглушек с обычным соединителем.
Пример и сравнительные примеры
Ниже приводится дополнительное изложение свойств и преимуществ изделий в соответствии с настоящим изобретением, а также принципов их работы, в виде подробного описания не ограничивающих примеров воплощений настоящего изобретения и сравнительных примеров. Данные примеры, а также сравнительные примеры приводятся, чтобы дополнительно проиллюстрировать различные воплощения настоящего изобретения, а также принципы их использования. При этом, однако, подразумевается, что настоящее изобретение допускает множество вариаций и модификаций без выхода за пределы его объема.
Способы испытаний
Показатели растяжимости (легкость растяжения), а также коэффициенты постоянства и восстановления определяли, последовательно выполняя описанные ниже этапы процедуры измерения с помощью универсального испытательного прибора Instron 5967.
O
Сначала готовили образцы соединителя, как описано ниже, и обрезали их до требуемой исходной длины. Измеряли и записывали исходную длину и исходный диаметр образца соединителя. Испытуемый образец соединителя помещали в испытательный прибор Instron и закрепляли его двумя зажимами прибора. Зажимы прибора были разнесены друг от друга на расстояние, равное 50,8 мм, и положения зажимов отмечали на образце соединителя. Начальное расстояние между зажимами, равное 50,8 мм, считалось исходной длиной L для всех испытуемых образцов. Все последующие измерения длины проводили путем измерения расстояния между отметками начального положения зажимов на испытуемом образце соединителя.
MAX
Измерительный прибор настраивали на растяжение исследуемого образца соединителя под действием растягивающего усилия с постоянной скоростью (например, 300% длины в минуту) при комнатной температуре (22,7°С) и относительной влажности воздуха 50%. Образец соединителя растягивали с постоянной скоростью до заданной длины. Заданную длину для каждого образца соединителя выбирали, исходя из ожидаемого предела растяжения до наступления разрыва, который в свою очередь зависел от материала исследуемого образца соединителя. Образец соединителя, растянутый до заданной длины, выдерживали в измерительном приборе в течение 3 минут, и записывали заданную длину (L). После 3-минутного периода выдержки на приборе включали возврат зажимов в исходное положение. Записывали определяемое измерительным прибором Instron значение максимальной силы ("MaxLoad"), прилагаемой прибором к образцу соединителя во время операции растяжения и выдержки, а также определяемый прибором модуль упругости при удлинении на 100%.
S
Спустя 3 минуты выдержки/восстановления при комнатной температуре измеряли и записывали расстояние L между отметками зажимов на образце соединителя, как длину образца в растянутом состоянии.
HC
Затем растянутый образец соединителя помещали в печь, нагретую до 70°С (при относительной влажности воздуха 50%), на 1 минуту. Образец доставали из печи и выдерживали его в течение 5 минут при комнатной температуре (22,7°С) и относительной влажности воздуха 50%, давая ему возможность восстановиться. Спустя 5 минут выдержки измеряли и записывали расстояние между отметками зажимов на образце соединителя, как расстояние (L) после тепловой обработки.
Пример 1
3
Соединитель в соответствии с настоящим изобретением изготавливали из смеси полимеров, содержавшей этиленвинилацетат и термопластического полиуретана. В данном примере 1 смесь полимеров включала этиленвинилацетат от ATPlastics, предлагаемый под торговым наименованием Ateva 2810A (содержит 28% винилацетата) и термопластический полиуретан от BASF, предлагаемый под торговым наименованием Elastollan 1180А, а также облегчающие обработку добавки: СаСО от Omya, предлагаемую под торговым наименованием Omyacarb 3, стеарат кальция от SpectramChemical и краситель для этиленвинилацетата от EMCPlastics, в пропорциях (в процентах по весу), приведенных в Таблице 1 ниже. Смесь перерабатывали в сухие гранулы, из которых затем экструдировали соединитель с помощью одношнекового экструдера с мундштуком для получения нитей.
Сравнительные примеры С1-С3
В первом сравнительном примере С1 изготавливали образец соединителя путем экструдирования отрезка нити из поливинилхлорида. Во втором сравнительном примере С2 изготавливали образец соединителя путем экструдирования отрезка нити из термопластического полиуретана от BASF, предлагаемого под торговым наименованием Elastollan 1180А. В третьем сравнительном примере С3 изготавливали образец соединителя путем экструдирования отрезка нити из этиленвинилацетата от ATPlastics, предлагаемого под торговым наименованием Ateva 2810A (содержит 28% винилацетата).
Результаты
Каждый из образцов, изготовленных в примере 1 и сравнительных примерах С1-С3, испытывали в соответствии с процедурой, описанной выше, и полученные результаты испытаний приведены в Таблице 2.
ƒ
R
S
Коэффициент постоянства (R), коэффициент восстановления (R) и коэффициент памяти формы (R), а также соответствующие абсолютные и относительные величины деформации рассчитывали по формулам 1-3, приведенным выше. Результаты расчетов данных величин приведены в таблице 3 ниже.
Результаты испытаний показывают, что эффективность работы соединителя в примере 1 соответствует идеям настоящего изобретения. Изготовленный в примере 1 соединитель легко растягивался и хорошо сохранял свою длину в растянутом состоянии после снятия растягивающего усилия, а в результате непродолжительного теплового воздействия самостоятельно переходил в восстановленное состояние, то есть, уменьшался в длине. Модуль упругости при растяжении на 100% является величиной, показывающей, насколько легко образец соединителя поддается растяжению, и результат его измерения для образца в примере 1 показывает, что изготовленный таким образом соединитель может быть легко растянут пользователем. Более того, было определено, что соединитель в примере 1 хорошо крепился к изготовленным из вспененного материала ушным заглушкам с помощью адгезива. В то же время можно ожидать, что соединитель в сравнительном примере С3 (изготовленный только из этиленвинилацетата) не будет надежно крепиться (или вообще не будет крепиться) к изготовленным из вспененного материала ушным заглушкам с помощью адгезивов, традиционно используемых для данной цели.
Соединители, защитные устройства индивидуального пользования с соединителями, упакованные изделия в виде средств индивидуальной защиты с соединителями и способы их использования, предлагаемые в настоящем изобретении, обеспечивают явные преимущества по сравнению с аналогичными изделиями в соответствии с существующим уровнем техники. Предлагаемые изделия дают пользователю возможность, проводя несложные ручные манипуляции, настроить соединитель практически на любую длину, проводя его растяжение и/или сокращение. После его использования соединитель может быть сокращен до компактного размера, что обеспечивает удобство его хранения и повторного использования. Упакованные соединители в соответствии с настоящим изобретением могут быть короче, чем обычные соединители упакованных средств индивидуальной защиты, что позволяет использовать упаковку меньших размеров и снизить производственные издержки, связанные с операциями помещения изделий в упаковку.
Приведенное выше описание изобретения и примеров его воплощений дано только для ясности понимания. Из него не следует делать необоснованных выводов о каких-либо ограничениях. Сведущим в данной области техники будет очевидно, что в описанные выше воплощения могут быть внесены многочисленные изменения без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Любые отличительные особенности или характеристики из описанных выше на примере любого из приведенных воплощений, могут использоваться сами по себе или в комбинациях с другими отличительными особенностями или характеристиками, в любых других воплощениях, и порядок и комбинации, в которых они представлены, выбраны только для ясности понимания. Поэтому следует считать, что объем настоящего изобретения ограничен не конструкциями и точными их особенностями, приведенными в настоящем описании, а скорее конструкциями, изложенными в формуле изобретения, и эквивалентами таких конструкций.