CN101426679A - 复合材料人体支撑件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种人体支撑件，包括具有顶表面(11)和底表面(10)的复合材料底架(2)；和由第一聚合物材料形成并结合到底架(2)上的盖元件(3)。支撑件还包括固定连接到底架(2)上的至少一层第二热塑性聚合物材料层(8)。第二热塑性材料(8)对第一聚合物材料(3)具有亲合性，使得盖元件固定连接到底架上，从而形成整体式支撑件。聚亚胺酯凝胶(4)布置在底架(2)的凹口中。第一聚合物材料(3)具有0.1到0.3毫米的厚度，第二材料(8)具有0.01到0.025毫米的厚度，两者均为光学上透明的。

Description

复合材料人体支撑件及其制造方法

技术领域

本发明适用于运动休闲附件领域，尤其涉及复合材料人体支撑件及其制造方法。

可以根据本发明形成的支撑件的典型实例包括用于(尤其为老年人和身体有问题的人而设计的)人体功能椅的座椅靠背、头靠、扶手和座椅，鞋垫、矫形和非矫形床垫、用于自行车、摩托车、机车等的车座和车把。

背景技术

已知上述类型的弹性支撑件通常包括复合材料底架，由弹性材料(通常为膨胀的泡沫树脂和/或凝胶)制成的衬垫元件，设计成与乘坐者接触的盖板元件。

典型地，这种支撑件的框架通过对热固性树脂进行内模制热硫化而形成，其中一层或多层纤维材料＂皮＂嵌入所述热固性树脂中，所述纤维材料例如为碳、玻璃纤维、凯夫拉尔(Kevlar)等。纤维材料皮在放入模型中时可以为干燥的或者与热固性树脂一起进行预浸渍，在前一种情况下，热固性树脂直接注射到模型中。

当盖元件出于美观或轻质要求由聚合物材料形成时，在框架的复合材料与盖元件的聚合物材料连接方面产生问题。国际申请PCT/IB2006/000144公开了一种复合材料支撑结构，其包括如权利要求1的前序部分所限定的所有特征。在这种现有技术的结构中，盖元件与复合材料框架共同模制而成，使得盖元件与复合材料的树脂基体直接接触。

实际上，这种解决方案具有框架和盖元件之间粘结不良的缺陷，这影响了最终支撑件的机械性能。框架的树脂基体和盖元件的聚合物材料之间缺少亲合性导致在后者与框架之间的接合面处形成气泡和不连续性。

因此，在提供具有连接到聚合物材料制盖元件上的复合材料的支撑件方面仍然存在问题，所述聚合物材料呈现良好的机械性能。

上述现有技术支撑件的另一公知问题是，当根据专利申请WO2004031025的教导要在底架上形成切口或凹口，例如以形成外周舒适的突出部时，这种工艺步骤必须在支撑件模制工序之前或之后进行。

对于之前加工而言，必须对纤维材料皮进行加工，因此，切削由于这种材料的性质变得粗糙和不精确。另一方面，之后加工必须在整个框架上进行，从而使这种框架被机械弱化。

在任一种情况下，通过在框架上进行高精度加工以形成具有高强度的复合材料支撑件的问题迄今没有解决。

发明内容

本发明的主要目标是通过提供高效、相对低成本的人体支撑件而克服上述缺陷。

特定目标是提供具有连接到由聚合物材料制成的盖元件上的复合材料的支撑件，所述聚合物材料呈现良好的机械性能。

本发明的另一目标是提供用于制造支撑件的切实可行且易于重复的方法。

本发明的另一目标是提供用于制造支撑件的方法，其允许在框架上进行高精度加工，同时确保最终产品的高强度。

如稍后更清楚解释的这些和其他目标通过如权利要求1所限定的人体支撑件实现，该支撑件包括具有顶表面和底表面的复合材料底架，和由第一聚合物材料形成且连接到底架上的盖元件。

根据本发明，支撑件包括至少一层第二热塑性聚合物材料层，其至少在所述顶表面或底表面之一处固定连接到所述底架上。第二热塑性材料具有与第一聚合物材料的亲合性。

这个特定构造允许将盖元件固定连接到底架上，从而获得具有优异机械性能的整体式支撑件。

使用由第二热塑性材料(具有与盖元件的第一聚合物材料的亲合性)制成的薄膜允许盖元件固定连接到底架上，同时防止通常存在于现有技术支撑件中的任何气泡形成和不连续性。

这里使用的术语＂复合材料＂是指嵌入聚合物基体(通常为热固性树脂)中的包括纤维加强元件的材料，例如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉尔纤维等。加强元件可以包括一层或多层＂皮＂，即大体上片状元件。

而且，这里使用的术语＂亲和性材料＂是指彼此具有化学和/或物理亲和性的材料，即在连接关系下提供适于通过接触表面支撑张应力或剪切应力转移的材料。因此，在相同材料之间获得最大亲合性。

在这里使用的术语＂接合(junction)＂是指粘合强度和内聚强度之和，所述粘合强度主要是物理性质并且由接触表面处产生的静电相互作用引起，所述内聚强度主要为化学性质并且由接触表面处产生的化学键引起。

在另一方面，本发明涉及如权利要求13限定的用于制造复合材料人体支撑件的方法，包括步骤：a)模制具有顶表面和底表面的底架；b)将由第一聚合物材料制成的盖元件结合到所述底架上以获得整体式人体支撑件。

根据本发明，在模制步骤a)中，至少一层第二热塑性聚合物材料层至少在所述顶表面或底表面之一处固定连接到所述底架上。第二热塑性材料对第一聚合物材料具有亲合性。

这个步骤顺序形成用于制造具有优异机械性能的人体支撑件的容易且可重复的方法。有利地，本发明的方法可以包括在模制步骤a)之前且连接步骤b)之后执行的步骤，其中，通过去除底架的基底材料和/或至少部分地使其变形而对底架进行加工。

因此，可以在框架上进行高精度加工，同时保持最终支撑件的高强度。

附图说明

借助于附图，本发明的其他特征和优点通过根据本发明方法的一个优选但非专有实施例(称作非限制实例)的详细说明变得更加显而易见，其中：

图1是本发明支撑件的三向投影视图；

图2是图1所示支撑件沿平面II-II剖开的剖视图；

图3是本发明方法的一个步骤的剖视图；

图4是处于中间加工步骤的框架的三向投影视图；

图5是处于中间加工步骤的框架的另一个三向投影视图；

图6是本发明方法的一个步骤的另一剖视图。

具体实施方式

本发明的支撑件(通常由数字1表示)包括由复合材料制成的底架2，其带有由第一聚合物材料制成的盖元件3。

支撑件还可以具有位于底架2和盖元件3之间的衬垫元件4，该衬垫元件可以包括设计成与乘坐者接触的至少一层弹性材料(例如泡沫或聚氨酯凝胶)层。在优选但非专有的实施例中，支撑件1可以具有位于框架2上的装饰元件5(例如，雕刻的浅浮雕标识5)，和/或舒适元件6(例如，根据专利申请WO2004031025的教导的一系列外周翅片)。然而，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，通过去除框架的基底材料或使其至少部分地变形，可以在框架2上进行任何其他加工。

根据本发明，尤其是如图2所示，提供了由第二热塑性聚合物材料制成的薄膜7，其在底架顶表面8的相应位置处牢固连接到底架2上。薄膜7的第二热塑性材料对框架2的第一聚合物材料具有亲合性，使得盖元件3可以牢固连接到框架2上。应当理解，在不脱离所附权利要求限定范围的情况下，薄膜7还可以连接到框架2的底表面9上。

因此，薄膜实际上起到连接框架2和盖元件3的＂固体胶水＂的作用。薄膜7使其底表面10与框架2接触并至少部分地渗入其树脂基体中，而另一表面11为自由的，盖元件3设计成叠置于该表面11上。

有利地是，为了获得最大亲合性，薄膜7的第二热塑性材料和盖元件3的第一聚合物材料可以相同。在优选但非专有的实施例中，第一和第二材料均为光学上透明的热塑性聚亚胺酯，或者可以选自聚脂、酰胺和包括环氧基的聚合物的组。应当理解，在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，可以使用任何其他材料，不管光学上透明与否。

方便地，薄膜7可以较薄并具有0.01毫米到0.05毫米，优选为大约0.025毫米的厚度。

盖元件3可以包括至少一层聚合物材料层，具有0.1毫米到0.3毫米，优选为大约0.2毫米的厚度。

应当理解，在不脱离所附权利要求限定范围的情况下，盖元件3也可以包括一层以上，不管是否为聚合物材料等。然而，在这种情况下，底层(即，与薄膜7接触的层)必须由对第一热塑性材料具有亲合性的第一聚合物材料形成。

在优选但非专有实施例中，如图所示，支撑件1还可以具有位于框架2的底表面9上的附加覆盖层12，其同样可以由光学上透明的热塑性聚亚胺酯形成。

如图1所示，底架2可以具有设计成容纳衬垫元件4的凹座13。

衬垫元件可以有利地由粘弹性材料制成，所述粘弹性材料对盖元件3的第一聚合物材料和/或框架2的第二热塑性材料的至少之一具有亲合性。

为了获得支撑件1、盖元件3的最大亲合性和最佳机械性能，热塑性材料薄膜7和底层12可以由热塑性聚亚胺酯(可以是透明的以使装饰元件5可见)形成，衬垫元件4的粘弹性材料可以选自包括聚亚胺酯凝胶的组。

用于制造支撑件1的方法具有两个连续的步骤。

在第一步骤中，a)模制具有顶表面8和底表面9的底架。在这个步骤期间，薄膜7在受热情况下例如通过在第一模型14内进行共同模制而固定连接到底架2上，所述第一模型可以具有突起15以在框架2上形成接收部13。

应当理解，在不脱离所附权利要求限定范围的情况下，热塑性材料薄膜7可以叠置在顶表面8或底表面9上。

接下来，可以执行步骤b)，其中，盖元件3与底架2(薄膜预先附着到其上)结合，以及可以与衬垫元件4结合。这个步骤可以在第二模型16中执行，所述第二模型可以不同于第一模型14。然而，应当理解，在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，本发明方法的步骤a)和b)可以在一个模型中执行。

根据本发明的一个实施例，框架的加强元件可以在干燥或预浸渍状态下连同薄膜7一起引入第一模型14，如图3所示。加强元件可以包括一层或多层纤维材料＂皮＂，所述纤维材料例如为碳纤维、凯夫拉尔纤维、玻璃纤维等。

因此，形成中间框架17，该中间框架从模型中取出并且有可能通过去除其基底材料和/或使其基底材料的至少部分变形而进行加工步骤，例如形成外周翅片6或装饰元件5。

有利地是，这个加工步骤可以利用CNC机床进行和利用计算机控制的设备进行选自切屑形成、切削、激光切割、水射流切割等的切削方法。

应当理解，这里使用的术语＂中间框架＂是指在步骤a)之后和步骤b)之前处于中间加工步骤的框架2。

在本发明的非专有实施例中，在形成中间框架17之前执行铺设热塑性材料薄膜7的步骤，即，在将加强元件和可能的聚合物基体引入模型之前在干燥或预浸渍状态下将薄膜7直接叠置在加强元件上。

应当理解，在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，这个步骤还可以在时间上与模制步骤a)分开进行，例如，在前一天进行，还可以进行或长或短的延长步骤，其中，加强元件热塑性薄膜组件保持静止。

否则，在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，通过将薄膜7铺在至少部分硫化的中间层17上，可以在形成中间层17之后铺设热塑性薄膜7。

在任一种情况下，第一模型14可以加热到形成框架基体的树脂的初始熔化温度。因此，热塑性材料薄膜7开始软化并渗入树脂，直到它至少部分地嵌入其中为止，从而固定连接于其上。

还应当理解，在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，可以对中间层17执行抛光的步骤，例如，去除超过框架17尺寸的基底材料。

有利地是，在将加强元件铺设在模型14中之前，聚合物基体可以通过浸渍，例如通过在另一个模型中或者以任意方式单独执行浸渍步骤而与加强元件结合。

在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，应当理解，如果支撑件1还具有衬垫元件4，可以使用将框架2连接到衬垫元件上的任何方法。作为非限制实例，衬垫元件4可以单独形成并且粘合或热密封到框架2上，或者通过与框架2共同模制而成。

图2显示了支撑件1沿平面II-II剖开的剖视图。如图所示，框架2由覆盖的热塑性薄膜1覆盖，并且盖元件3粘结于薄膜上。下覆盖层12粘结到底表面9上。

适当地，框架2和盖元件3可以通过将第二模型16加热到预定温度(可能是盖元件3的聚合物材料的初始熔化温度)整体连接到彼此上。在这个步骤期间，在薄膜7和盖元件3之间形成接合。

上述说明清楚显示，本发明的支撑件和方法实现了预定目标，尤其满足提供具有复合材料框架的支撑件的要求，其中，所述框架连接到由呈现优异机械性能的聚合物材料制成的盖元件上。

在所附权利要求公开的发明原理范围内，本发明的支撑件和方法可以有许多改变和变形。在不脱离由所附权利要求限定范围的情况下，本发明的所有细节可以用其他技术等效部件代替，并且材料可以随需要不同而改变。

尽管已经特别参考附图对支撑件和方法进行了描述，但是说明书和权利要求书中所用数字只是出于更易理解本发明的目的，而不用于以任何方式限制本发明要求保护的范围。

Claims (23)

1.一种如权利要求1中限定的人体支撑件，例如鞍座、座椅、车座、扶手等，包括具有顶表面(8)和底表面(9)的复合材料制底架(2)，由第一聚合物材料形成并结合到所述底架(2)上的盖元件(3)，其特征在于，包括至少一层第二热塑性聚合物材料层(7)，其在所述顶表面(8)和底表面(9)至少之一的相应位置处牢固连接到所述底架(2)上，所述第二热塑性材料对所述第一聚合物材料具有亲合性，使得所述盖元件(3)可以牢固连接到所述底架(2)上。

2.如权利要求1所述的支撑件，其特征在于，所述第二热塑性材料和所述第一聚合物材料相同。

3.如权利要求1所述的支撑件，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二热塑性材料选自聚亚胺酯、酰胺和聚脂。

4.如权利要求1所述的支撑件，其特征在于，所述第一聚合物材料和所述第二热塑性材料为光学上透明的。

5.如权利要求1所述的支撑件，其特征在于，所述至少一层第二热塑性材料层(7)较薄。

6.如权利要求5所述的支撑件，其特征在于，所述厚度为0.01毫米到0.05毫米，优选地为大约0.025毫米。

7.如权利要求1所述的支撑件，其特征在于，所述盖元件(3)包括至少一层，其具有0.1毫米到0.3毫米，优选为大约0.2毫米的厚度。

8.如在先权利要求中任一项所述的支撑件，其特征在于，包括位于所述底架(2)和所述盖元件(3)之间由粘弹性材料制成的衬垫元件(4)。

9.如权利要求8所述的支撑件，其特征在于，所述底架(2)具有用于容纳所述衬垫元件(4)的凹座(13)。

10.如权利要求8所述的支撑件，其特征在于，所述粘弹性材料与所述第一聚合物材料和/或第二热塑性材料至少之一具有亲合性。

11.如权利要求10所述的支撑件，其特征在于，所述粘弹性材料选自聚亚胺酯凝胶。

12.如权利要求1所述的支撑件，其特征在于，所述第一聚合材料为热塑性类型。

13.一种用于制造如在先权利要求中任一项所述的复合材料人体支撑件的方法，包括步骤：

a)模制具有顶表面(8)和底表面(9)的底架(2)；

b)将由第一聚合物材料制成的盖元件(3)结合到所述底架(2)上以形成整体式人体支撑件；

其中，所述模制步骤a)包括将至少一层第二热塑性材料薄膜(7)在所述顶表面(8)和底表面(9)至少之一处连接到所述底架(2)上，所述第二热塑性材料对所述第一聚合物材料具有亲和性，以便将所述盖元件(3)连接到所述底架(2)上。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述底架(2)包括至少部分地嵌入树脂基体中的纤维加强元件，其特征在于，所述至少一层第二热塑性材料薄膜(7)至少部分地嵌入所述底架(2)的所述树脂基体中，使得所述至少一层第二热塑性材料薄膜(7)的一个顶表面(11)或底表面(12)固定连接到所述底架(2)的所述顶表面(8)或底表面(9)之一上。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，模制所述底架(2)的所述步骤a)是将所述加强元件连同所述至少一层热塑性材料薄膜(7)一起引入第一模型(14)中。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，通过将所述第一模型(14)加热到第一预定操作温度而将所述至少一层第二热塑性材料薄膜(7)连接到所述底架(2)上。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一预定操作温度是所述第二热塑性材料的初始熔化温度。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一模型(9)具有突起(14)，以在所述底架(2)上形成用于容纳衬垫元件(3)的凹座(13)。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，利用第二模型(16)执行所述连接步骤b)，所述底架(2)放入所述第二模型(16)中并且连同所述盖元件(3)一起固定连接到所述第二热塑性材料薄膜(7)上。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，通过将所述第二模型(16)加热到第二预定操作温度而使所述盖元件(3)与所述底架(2)相结合。

21.如权利要求20所述的方法，其中，所述第一聚合物材料为热塑性类型，其特征在于，所述第二预定操作温度为所述第一聚合物材料开始熔化的温度。

22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述底架(2)机加工为去除其基底材料或至少部分地使其基底材料成形，所述机加工步骤在所述模制步骤a)之后和在所述连接步骤b)之前进行。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述机加工步骤利用CNC机床进行并且利用计算机控制的设备进行选自切屑形成、切削、激光切割、水射流切割等的切削方法。

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