弹性体、制造该弹性体的方法和包括该弹性体的垫子 |
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申请号 | CN01801150.0 | 申请日 | 2001-05-09 | 公开(公告)号 | CN1372527A | 公开(公告)日 | 2002-10-02 |
申请人 | 崔鍊洙; | 发明人 | 崔鍊洙; | ||||
摘要 | 本 发明 披露了一种具有良好的弹性和冲击吸收效率的弹性体、一种制造该弹性体的方法和一种采用该弹性体的垫子。该弹性体是一个包括聚苯乙烯的发泡聚 氨 酯体,并具有多个含有空气的 泡沫 体。该弹性体是通过一种包括下列步骤的方法制备的,即,采用3-5至5-7的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合获得聚醚多元醇,将2-20重量份的聚苯乙烯、微量的催化剂和 水 添加到30-50重量份的所得聚醚多元醇中产生一种多元醇混合物,并在20-80℃在40-80重量份的所得多元醇混合物中添加并搅拌20-60重量份的异氰酸酯化合物,并且将所得的产品注入一个模具从而进行泡沫铸塑。一种利用该弹性体制造的垫子具有良好的弹性并能够吸收压 力 ,从而给用户带来了舒适感。 | ||||||
权利要求 | 1、一种弹性体,所述弹性体由一种包括聚苯乙烯的发泡聚氨酯聚合 物制成,具有多个含有空气的泡沫体,并在其中心具有至少一个凹入部, 所述弹性体是通过包括下列步骤的方法制备的: |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及一种弹性体、一种制造该弹性体的方法以及一种包括该弹 性体的垫子,尤其涉及一种具有合适的弹性并能长期保持不同添加剂的弹 性体、一种制造该弹性体的有利方法以及一种包括该弹性体的垫子,从而 为用户带来合适的弹性和舒适性。 背景技术一般来说,铁螺旋弹簧、由聚氨酯或胶乳制成的高密度海绵块或橡皮 球已被用作床垫的弹性支承装置。 铁螺旋弹簧已是最为广泛的用于床垫的弹性支承装置,因为它们可长 期提供优良的弹性。不过,对于用户来说,铁螺旋弹簧存在一些缺陷。由 于多个弹簧被互相连接,所以施加到垫子的特定区域上的压力或冲击会导 致整个垫子振动,从而给用户带来不稳的感觉。此外,金属噪声使用户受 到干扰,有时弹簧穿过垫子的上部到了使垫子的护套或床单受损的程度。 利用由聚氨酯或胶乳制成的高密度海绵块的床垫并不产生这样的金 属噪声,而是使用户带着柔软的感觉进入舒适的睡眠。不过,海绵块的弹 性不仅随着时间的推移降低,而且因为海绵块在垫子最常用的部分如边缘 处的回弹性能相对降低而变得不均一。 具有单个内部空间的橡皮球或具有多个分离的内部空间的气球是这 样的弹性支承装置,即其可带来不同于上述弹簧或海绵块的感觉的舒适感 觉。该球的弹性在每当随时间推移从球中漏气时降低,并且受气候的影响 变得不均一。给漏气的球充气或用新球更换不仅麻烦而且费用高。而且, 橡胶老化的特有气味破坏了舒适的室内环境。 为了解决在每种弹性支承装置中发现的上述问题,本发明人在于 1996年8月9日申请并于1998年11月9日公开的韩国实用新型0135979 中披露了一种弹性独立体。该弹性独立体是一种可透气的海绵,其具有一 种网状结构,带有气孔和由聚氨酯基及橡胶基的化合物制成的海绵薄膜。 与现有的弹性支承装置相比,该弹性独立体给用户带来了良好的舒适 感,理由在于,不论时间的推移或天气条件的变化,其弹性一直均匀地保 持着;没有老化的气味;提供了合适的弹性和柔软性。在所述的韩国实用 新型中,垫子被这样制造,即,多个独立成形的弹性体被布置成形成垫子 的形状并被支承和包住。该垫子被设计成使由躺在某垫子表面上的人引起 的波动传递降到不影响下一个躺在该垫子上的人的最小程度。 图1A是一可透气海绵弹性体的透视图,而图1B是一示出该可透气海 绵弹性体的内部结构的横截面图。 参见图1A,一个可透气海绵弹性体10具有一个基本上为圆柱体的形 状,其中心部具有一个邻近两个凸起部12、13的凹入部14。两个球形的 凸起部12、13中的每一个分别在上部16和下部17中被截平。弹性体10 具有源自于其材料和结构性能的优良弹性。在其如图1A所示的中心具有 凹入部14的弹性体10可带给用户与弹性和回弹性相协调的舒适感。 由于该弹性体具有产生于泡沫薄膜的弹性,所以对外来冲击的吸收力 弱,而排斥力强。在网状海绵结构中与其相邻的泡沫体接触的每个泡沫体 是可透气的。正因为具有该透气性,所以存在这样的问题,即比如抗细菌 剂和香料的添加剂容易经信道挥发到空气中,这样添加剂所带来的效果经 长期使用就会降低。 参见图1B,弹性体10的内部结构在放大的横截面图中示出。该内部 结构具有多个可透气的泡沫体16,这样空气可在其中流通并通过相邻的 泡沫体。应该注意,尽管仅仅是为了方便而将每个泡沫体以球形示出,但 实际上泡沫体也可形成不同形状以具有预定的空间。 发明的公开 因此,考虑到上述问题,本发明的第一个目的在于提供一种弹性体, 其能长期保持适当的弹性,并能长期保持比如抗细菌剂和香料的添加剂。 本发明的第二个目的在于提供一种制造该弹性体的有利方法。 本发明的第三个目的在于提供一种使用该弹性体制造出的垫子,这样 该垫子具有良好的弹性和改良的冲击吸收力。 为了实现该第一目的,本发明提供了一种弹性体,其由一种包括聚苯 乙烯的发泡聚氨酯聚合物制成,具有多个含有空气的泡沫体,并在其中心 具有至少一个凹入部,该弹性体是通过包括下列步骤的方法制备的:采用 3-5至5-7的重量混合比将一种多元醇化合物和一种聚醚化合物混合;将 2-20重量份的聚苯乙烯和微量催化剂添加到30-50重量份的所得混合物 中;在20-80℃添加并搅拌20-60重量份的异氰酸酯化合物和水;并且 模制该所得的反应物。 本发明的第二个目的是通过一种包括下列步骤的方法实现的,即:通 过采用3-5至5-7的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合获得聚 醚多元醇;通过将2-20重量份的聚苯乙烯、微量的催化剂和水添加到 30-50重量份的所得聚醚多元醇中产生一种多元醇混合物;并且在 20-80℃将40-80重量份的所得多元醇混合物与20-60重量份的异氰酸酯 化合物混合;并且泡沫成型该所得的反应物。 本发明的第三个目的是通过一种垫子实现的,其包括:一个弹性体阵 列,该弹性体阵列是在预定的区域内通过并列布置上述弹性体而获得的; 一个支承体,该支承体被安装成在所述弹性体的凹入部支承所述弹性体; 两块平板,该两块平板被设置在所述弹性体阵列的上下部分处;以及一个 包装装置,该包装装置用来包住所述弹性体阵列、所述支承体和所述平板。 附图的简要说明 图1A是一现有弹性独立体的透视图,而图1B是一示出其内部结构的 横截面图; 图2A是一本发明弹性体的透视图,而图2B是一示出其内部结构的横 截面图; 图3是一本发明垫子的示意横截面图。 实施本发明的最佳模式 通过参照下面详细的说明和附图,本发明的上述目的及其它特征和优 点将变得更加明显,附图中例示了本发明不同实施例的特征。 下文将参照附图对本发明的一个优选实施例进行详细说明。 图2A是一如本发明所述的弹性体的透视图,而图2B是一示出其内部 结构的横截面图。 参见图2A,一个弹性体20具有基本上为柱状的形状,优选为一基本 上为圆柱体的形状。该弹性体20具有至少一个位于其中心的凹入部24 和至少两个邻近该凹入部24的凸起部22、23。凸起部22具有上部26被 截平的球形,而凸起部23具有下部27被截平的球形。 本发明的弹性体是由一种包括聚苯乙烯的聚氨酯聚合物的泡沫体制 成的,并包括多个含有空气的泡沫体。该弹性体在其中心具有凹入部,从 而提供适当的弹性和斥力。如果弹性体具有无凹入部的圆柱体结构,那 么弹性体本身的弹性将显着地减小,并且不会获得令人满意的作用,因为 弹性体被布置成与相邻的弹性体和其侧面相接触,因此没有用于弹性的 空间。 通过适当地调节凸起部的大小和凸起部与凹入部所成的角度,可在弹 性和稳定性方面使用户满意。 通过本发明人的重复试验,结果表明,凹入部的高度a优选占弹性体 高度b的3-50%,更优选占10%左右。当凹入部的高度超过50%这么大时, 弹性体的弹性和稳定性就会急剧降低,使用寿命也缩短。优选地是,凹入 部的直径c占凸起部的直径d的30-98%,更优选占85-90%。在凹入部的 直径小于凸起部的直径30%的情况下,当给弹性体施加压力时,其上下部 发生扭曲,弹性体也就失去了其稳定性。 在凹入部和凸起部所成的角28很小的情况下,弹性降低。另一方面, 在角28很大的情况下,稳定性降低,当将一种支承体连到凹入部上时工 作效率也降低。考虑到这些因素,优选该角28为5和60度之间,更优选 为15度。 图2B示出了弹性体20的内部结构的放大横截面图,该弹性体20的 内部结构包括多个可透气泡沫体26和多个独立泡沫体27。由于可透气泡 沫体26具有可透气性,所以空气可通过相邻的泡沫体。不过,空气不可 能通过独立泡沫体27,因为它们与相邻泡沫体无关,并且不具有这样的 可透气性。 与现有的弹性体不同,本发明的弹性体20在其内包含多个独立泡沫 体27。该独立泡沫体通过减小排斥弹性而增大了冲击的吸收力,并能长 期保持比如抗细菌剂和香料的添加剂带来的效果。 由于可透气泡沫体26可自由地吸收和释放空气,所以它们在受到压 力时释放空气,而在压力去除时通过吸收空气而恢复原状。即便时间在消 逝,也没有必要给弹性体充气。此外,因为弹性可根据温度和气候方面的 外在条件的变化而变化,所以弹性不会因为这样的变化而变得不均一。 不过,因为弹性在具有太多独立泡沫体27时降低,所以有必要将独 立泡沫体27和可透气泡沫体26所成的比例调节到适当的程度。优选地是, 可透气泡沫体26所占的体积为85-93%,而独立泡沫体27所占的体积为 7-15%,优选为10%左右。虽然为了方便将每个泡沫体以球形示出,但只 要它在其内形成一定的空间,就可在实际中改变其形状。。尽管每个可透 气泡沫体的开口对称地分布在横截面图中所示的其四侧,但这样的开口位 置并不是限定性的,只要该位置被适当地定位以具有适当的数就可以。 弹性体的抗张强度优选为0.2-8kg/cm2。当抗张强度小于0.2kg/cm2 时,就会存在这样的问题,即弹性体带给用户易碎的感觉,并且它不可能 充分地执行缓冲功能。当抗张强度大于8kg/cm2时,弹性体变得非常硬。 由于弹性在延伸率小于50%时不够好,所以延伸率优选大于50%,特别优 选延伸率为200和300%之间。 下文将对本发明弹性体的制造方法作出详细的说明。 首先,采用3-5至5-7的混合比将如乙二醇、甘油和山梨醇的多元醇 与聚醚混合并搅拌,从而制备一种聚醚多元醇化合物。此时,将甲醇用作 溶剂。通过混合30-50重量份的所得聚醚多元醇化合物、2-20重量份的 聚苯乙烯、以及微量催化剂和水获得一种多元醇混合物。所获得的多元醇 混合物的优选粘度在40℃时为约1100±300cps。添加聚苯乙烯以增大弹 性体的弹性。当不添加聚苯乙烯将聚醚多元醇化合物用于尿烷发泡反应 时,大约占30%体积的泡沫体被用作独立泡沫体。可以理解,聚苯乙烯打 开独立泡沫体以将其改变为可透气泡沫体。因此,为了获得适当数目的独 立泡沫体,应该控制聚苯乙烯的添加量。 优选地是,将一种氨基化合物尤其是一种氨基酸单体用作催化剂,并 添加大约0.3-3重量份的量。 可添加适当量的添加剂如香料、抗细菌剂、杀虫剂等,并予以搅拌。 可无例外地添加任何具有玫瑰、丁香、兰花或香草的天然香味、对人体无 害并释放一种应力的香料。固体香料优于液体香料,因为前者的气味比后 者的气味保持得更长久。就抗细菌剂而言,优选使用能过滤杆菌和空气的 淡英斑岩,或合成抗细菌剂,这些对健康无害的。就杀虫剂而言,所有杀 虫剂都可使用,无论是天然的还是合成的。可添加不同的添加剂如防霉剂、 除臭剂等。 给所获得的产品添加一种异氰酸酯化合物,从而合成聚氨酯并引发发 泡反应。大多数用于提供聚氨酯合成的化合物都可用作异氰酸酯化合物。 优选异氰酸酯化合物的粘度在25℃时为约50±20cps。聚氨酯合成是这 样进行的,即,在大约20-80℃优选在大约40℃时将40-80重量份的多 元醇混合物与20-60重量份的异氰酸酯化合物混合和搅拌。实际上,聚 醚多元醇化合物和异氰酸酯化合物是被一点点地连续添加并搅拌的。与这 种添加和搅拌一致的是,所获得的产品被注入一个模具以铸塑。 在大约4000-5000rpm的速度下搅拌大约10秒。只要搅拌一完成, 所得的产品就被马上注入一个模具,从而进行泡沫铸塑。当铸塑温度低时, 发泡不够好。当铸塑温度高时,获得的主体粗糙不平。因此,铸塑温度优 选为40±10℃,更优选为40±2℃。将预定量的注入产品注入模具。在通 过输送器传输模具的过程中,在室温下冷却模具。5-10分钟后分离出铸 塑体,从而获得本发明的弹性体。 所得弹性体的薄膜部分具有比其内部更加紧凑的结构。弹性体的内部 是作为这样一种弹性体获得的,即该弹性体具有以包括独立泡沫体和可透 气泡沫体的泡沫体为单元的网状结构。 下面将描述一种利用根据上述方法制得的弹性体制造垫子的方法。 图3示出了一本发明垫子的示意横截面图。 垫子100包括一个弹性体阵列25、一个支承体30、设置于该弹性体 阵列25上下部的平板41、42以及包封该弹性体阵列25、支承体30和平 板41、42的包装套50。弹性体阵列25是通过一个接着一个地布置多个 弹性体20而获得的,该弹性体20由一个包括聚苯乙烯并包含多个含有空 气的泡沫体的聚氨酯聚合物的发泡体制成。支承体30被装在弹性体20 的凹入部,从而支承弹性体20。 当制造垫子时,应该布置多个本发明的弹性体。为了防止弹性体在该 布置过程中倒塌,具有按预定间隔与凹入部对应的孔的支承体30是依照 凹入部安装的。优选将软材料用于支承体30。如果将一种缺乏柔韧性的 硬质板用于支承体30,那么施加到某部分上的冲击就会传递到整个垫子 上,结果垫子上的人就受到干扰。优选地是,可采用一种热固性树脂如乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)泡沫体。当采用EVA泡沫体时,优选包括 一种除臭剂,因为它的气味不好。 由于通过填补弹性体的结构形成的空区域,将平板41、42用于制造 一种具有均匀表面的垫子。一种用于缓冲的靠模加工 (profile-processed)的海绵可用于平板41、42。该海绵是一种软海绵。 包装套50可由一种一般用来保持垫子形状的材料制成,并可包括一 个内包装套和一个外包装套。该外包装套是其内侧缝有人造丝或人造棉的 布。 垫子100可用于各种物体如床、沙发、椅子和软垫上。 下文将对本发明的优选实施例加以详细描述。 示例1 通过采用4-6的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合而制得 一种聚醚多元醇化合物。在室温下将11.2kg的所得聚醚多元醇化合物与 3.3kg的聚苯乙烯混合和搅拌后,添加80g的氨基酸单体和25g的水并与 所得混合物一起搅拌30分钟。添加微量的天然玫瑰香料和淡英斑岩并搅 拌,从而均匀地混合所获得的混合物。 在40℃将100g所得混合物与30g亚甲基二异氰酸酯混合,并在大约 4000-5000rpm的速度下搅拌8秒钟,该混合物被注入一个温度保持在 40℃的发泡模具。该模具在通过一个输送器将其传输时被冷却至室温。 过了8分钟后,将模制的弹性体从模具分开,从而获得本发明的弹性体。 示例2 按照弹性体直径的间隔在与弹性体400个凹入部对应的部分给支承 体穿孔,该支承体由一种通过添加除臭剂制得的热固性EVA海绵制成。这 400个凹入部被插到以板形式布置的支承体中。一种用于缓冲的靠模加工 软海绵被设置在该弹性体阵列的上下部处。所获得的结构被拉链式的包裹 布包住。通过再一次用内侧缝有人造棉的外包装套包住所获得的结构来制 造一种用于按商业分类为大号床的垫子。 工业实用性 本发明的弹性体具有如上所述良好的弹性和吸收冲击的功能,并包括 在其内可长期包含添加剂如抗细菌剂和香料的独立泡沫体。 因此,利用该弹性体制造的垫子给用户带来了一种柔软而舒适的感 觉,并且不会使紧挨着用户的人受到干扰,因为施加到每个弹性体上的冲 击被独立的弹性体吸收。在将弹性体应用到家用床垫上时,它们具有良好 的耐用性,能达到其使用寿命超过15年的程度。 虽然参照附加实施例对本发明作了详细描述,但可采用各种改型、变更的 结构及等价物而不脱离本发明的真正精神和范围。 |