用于流体管理的集成流体流动网络制造技术

展示了一种用于管理流体流动的装置(100)和方法，利用不同相邻润湿性区域(102，104)在基体(106)上形成流体网络结构。所述流体网络结构可以包括多个液体吸收性流体通道(118)，流体可以在这些通道(118)中流动并从所述基体(106)移除。流体可以在重力、压力、毛细管力以及表面张力的作用下移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求申请号为61/969,040、申请日为2014年3月21日的美国临时申请的优先权，其全部内容以引用方式结合于此。关于联邦政府资助的研究或开发的声明不适用。计算机程序附录的引用并入不适用。从属于著作权保护事项的通知不适用。
本公开的技术主要涉及流体管理，更具体地，涉及利用不同相邻润湿性区域在基体上形成流体网络结构的流体流动管理。
技术介绍
出汗是人体体温调节的主要手段，出汗过程中，汗液(主要由水组成)被分泌至皮肤并由流体的蒸发将热量从表皮以下带走。如果在剧烈活动中没有充分排汗，聚集的汗液能急剧增加皮肤周围的湿度水平，导致非常不舒适的感觉。使用高芯吸性(wicking)织物的运动服业已成为目前从人体排汗的标准解决方案。这些基于芯吸的织物利用纤维的毛细作用来吸湿。依靠蒸发来除湿并干燥织物。然而，这种芯吸-蒸发除湿方式存在严重问题。比如，被完全水合后，饱和织物的重量将会增加并且芯吸过程将会停止。这种饱和织物会在皮肤上导致不舒适的感觉。由于水分堵塞了织物的纤维之间的空气通道，织物的透气性也会降低。目前的运动服的整件衣服都由液体吸收性织物构成，并带有用于吸汗的互联的亲水区。一旦衣服的一部分接触汗液，将迅速吸收水分并在衣服上大面积扩散。根据毛细-芯吸原理，水分将会从湿区被传输至衬衫的干区直至整件衣服饱和。小量出汗情况下该机理效果令人满意，但是当穿着者大量出汗时效果不佳。当穿着者迅速排汗时，整件衣服都会变得同等的湿、重、黏以及不舒服，甚至身体上衣服极少与皮肤相接触的区域也是这样。这种饱和织物随后堵塞从皮肤到外界的气体输送路径并抑制人体皮肤上的蒸发性冷却。而且，由于与皮肤接触的饱和衬衫上的水分蒸发，极少与织物接触的身体区域会体验到令人不悦的寒冷。上述问题的一个原因在于，当设计这些特殊衣服结构时，人体不同区域具有不同的出汗率这一事实被忽略了。为了从大量排汗区域(如，头、颈和上背)吸收汗液，位于人体排汗较慢或者不常接触衣服的区域(如，胸部、腹部和下背)上的织物的干燥度被牺牲掉了。例如，衬衫的前面经常很快被从头部和颈部区域流下来的汗水所饱和，而不是织物主要覆盖的胸部和腹部区域。同理，衬衫背面的下部区域，虽然不常与皮肤相接触，却经常被从头部/颈部以及上背区域流下来的汗水所饱和，这些区域汗液产生更快并且皮肤受到衣服的压迫更密切。这些织物不能以一种舒适于人体的方式来管理水分。新开发的高科技织物，包括和芯吸窗(wicking window)，尝试通过对织物内表层改性来解决该问题。例如，所述专利技术将织物的内表层(与水分产生表面或者皮肤相接触的表面)改性，使其比外部更加的亲水。因此，水分将倾向于被转移到织物的外表层而蒸发。芯吸窗织物利用了相似的构思。织物内表层被改性形成一种非连续的疏水图案。结果，织物内表层的湿区减少并且更多的水分被转移至织物的外部而被吸收。但是，这些织物中仍然存在严重问题。当织物吸收液体时，气体渗透性降低并且重量剧增。另一种示例织物使用3D编织结构形成织物的弯曲结构来减少织物的接触面积以及改善气体的流动。然而，织物的整体面积由于这种弯曲而增加了。相比于常规织物，当这种织物变湿时，增加的面积导致重量的额外增加。另一个示例是织物，利用亲水纤维和疏水纤维的混合来解决自然织物的常规问题。然而，最终结果仍然是亲水性纤维，当被制成织物时不能输送或移除流体。
技术实现思路
描述了一种装置及方法，其利用不同润湿性区域来形成用于流体管理的流体网络结构。根据所描述技术的一个实施例，所述流体网络结构包括由基体中不同润湿性区域形成的多个流体通道。这些流体通道网络可以被设计成像一个在所述基体中的虹吸系统并能够主要利用重力而不是毛细吸收作用来输送和去除水分。在某些情况下，织物施加在水分上的表面张力或压力会促进流体的输送。目前所描述技术的一个方面，所述基体包括为液体吸收性并形成润湿性梯度的多个不同的润湿性区域。当流体接触所述基体时，流体就沿着所述梯度从液体吸收性较低的区域向液体吸收性较高的区域移动。本技术的另一方面，所述基体包括由相邻的液体吸收性区域和液体排斥性区域形成的多个流体通道。进入所述液体吸收性流体通道的液体的移动能够被由所述液体排斥性区域产生的压力所促进。在此所描述技术的进一步的方面将会在本说明书的以下部分中引出，其中的详细说明是为了在不对本技术进行限制的情况下充分揭示本技术的优选实施例。附图说明通过参考以下仅用于示例性目的的附图，在此描述的本技术将会被更加完全地理解。图1A为根据本说明书的一个实施例在基体的液体排斥性区域内形成通道的液体吸收性区域的前视示意图。图1B为图1A中与皮肤接触的材料的侧截面示意图。图2A为形成不同形状的通道的液体吸收性区域的实例的前视图。图2B为延伸基体的整个长度的液体吸收性区域的前视图。图2C为在大部分区域仍是液体吸收性的基体上的两个流体通道的前视图。图2D至图2F为流体通道网络的实例的前视示意图。图3A为用于从宽的区域收集水分并将其携带至中心滴落点的流体网络的前视图。图3B为用于从宽的区域收集水分并将其携带至侧部滴落点的流体网络的前视图。图4A和图4B为根据本说明书的一个实施例说明流体通道如何能够形成为各形状，具体形成为心形的实例的示意图。图5A至图5C为根据本说明书的实施例的不同滴落点形状的示意图。图6A为通道的底部被液体排斥性层所覆盖的液体吸收性通道的前视图。图6B为图6A中材料的侧截面图。图6C为通道的底部被暴露的液体吸收性通道的前视图，因为液体吸收性通道将会在基体的外表层上。图6D为图6C中与显示流体流动路径的皮肤相接触的材料的侧截面图。图7A至图7C为示例了一个实施例的示意图，其中材料(图7A)的内表层(与水分产生表面相接触的层)比材料(图7C)的外层具有更多的液体排斥性区域面积覆盖。图7B为图7A的流体通道设计的横截面图。图8A为具有穿透基体并连接至材料的外层流体通道网络的液体吸收性圆圈的材料的内表层的前视图。图8B为图8A的流体通道设计的横截面示意图。图8C为在图8A和图8B中所示的材料的外层流体通道网络的前视图。图9A为具有穿透基体并连接至材料的外层流体通道网络的液体吸收性圆圈的材料的内表层的前视图。在本实施例中，通道的形状是抽象的，而非矩形的。图9B为图9A的流体通道设计的横截面示意图。图9C为在图9A和图9B中所示的材料的外层流体通道网络的前视图。图10A为具有穿透基体并连接至材料的外层流体通道网络的液体吸收性圆圈的材料的内表层的前视图。图10B为图10A的流体通道设计的横截面图。图10C为在图10A和图10B中所示的材料的外表层的流体通道网络的示意图，其中，在基体的外表层上的液体吸收性通道具有比连接至内表层的液体吸收性区域窄的区域。图11A至图11C为根据本说明书的一个实施例的示意图，其中流体通道网络图案的外表层被液体排斥涂层完全覆盖。图11A示出了内表层，图11B为图11A的流体通道设计的横截面图并且图11C示出了外表层。图12为用于管理由冷凝过程产生的水分的流体网络结构的一个实施例的正截面图。图13为夹在内部液体排斥性层和外部液体排斥性层之间的液体吸收性流体通道的一个实施例的立体图。图14为示出了流体通道的不同构造的前视图。图15A至图15C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管理流体的装置，所述装置包括：具有第一润湿性的第一区域以及第二润湿性的第二区域的基体；其中所述第二区域邻近所述第一区域；其中所述第二润湿性大于所述第一润湿性；其中所述第二区域形成具有流体流动方向的流体通道；并且其中所述流体通道被构造成使得流体在施加于与接触所述流体通道的流体相对应的方向上的力的作用下沿所述流体通道移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 US 61/969,0401.一种用于管理流体的装置，所述装置包括：具有第一润湿性的第一区域以及第二润湿性的第二区域的基体；其中所述第二区域邻近所述第一区域；其中所述第二润湿性大于所述第一润湿性；其中所述第二区域形成具有流体流动方向的流体通道；并且其中所述流体通道被构造成使得流体在施加于与接触所述流体通道的流体相对应的方向上的力的作用下沿所述流体通道移动。2.权利要求1的所述装置，其中施加的力为重力、压力、毛细作用力或表面张力中的一种或多种。3.权利要求1的所述装置，进一步包括：与所述流体通道相配合的滴落点；其中所述滴落点位于靠近所述流体通道的最低重力点；其中所述基体被构造成使得流体集聚在所述滴落点并从所述基体滴落；并且其中所述滴落点被构造成用于减慢或加快所述流体从所述基体滴落的速率。4.权利要求1的所述装置，其中所述流体通道被构造成用于单向流体流的液体排斥性间隙所中断。5.权利要求1的所述装置：其中所述第一润湿性为液体排斥性，形成液体排斥性区域；并且其中所示第二润湿性为液体吸收性，形成液体吸收性区域。6.权利要求5的所述装置，其中接触所述流体通道的所述流体被与液体产生表面紧密接触的所述液体排斥性区域所产生的压力所驱动。7.权利要求5的所述装置，所述基体包括在所述液体吸收性区域内的多个接触角，形成润湿性梯度。8.权利要求5的所述装置，所述基体包括在所述液体排斥性区域内的多个接触角，形成润湿性梯度。9.权利要求5的所述装置，其中多个流体通道用于管理冷凝。10.权利要求1的所述装置，进一步包括：位于所述基体中具有第三润湿性的第三区域；其中所示第三润湿性为液体吸收性的；其中所述第三区域位于靠近所述流体通道的最低重力点；并且其中所述第三区域用于收集流体并阻止其从所述基体滴落。11.权利要求10的所述装置，其中所述第三区域被构造成为可移动的。12.权利要求1的所述装置，其中所述基体进一步包括：第一表层和第二表层；其中所述第一表层包括一个或多个流体通道；以及在所述第一表层和第二表层之间的所述基体的厚度；其中所述流体通道在所述第二表层上的一个或多个位置处穿透所述基体的所述厚度；并且其中所述流体通道被构造成使得流体沿着所述流体通道从所述第二表层向所述第一表层移动。13.权利要求12的所述装置，进一步包括：与所述流体通道相配合的滴落点；其中所述滴落点位于靠近所述流体通道的最低重力点；其中所述基体被构造成使得流体集聚在所述滴落点并从所述基体滴落；并且其中所述滴落点被构造成使得所述滴落点只位于所述第二表层上，阻止流体从所述基体滴落时与所述第一表层相接触。14.权利要求12的所述装置，其中穿透所述基体的所述厚度的所述通道的一部分在所述第二表层处较小并且在到达所述第一表层时变得较大。15.权利要求12的所述装置，其中液体排斥性材料层位于所述第一表层的顶部从而使得所述流体通道在干的或湿的时候均可见。16.权利要求12的所述装置，其中所述流体通道延伸经过所述第二表层以形成支撑结构。17.权利要求1的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘挺睿，邢思远，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US