CN103596751A - 具有静电纺丝聚合物非织造层的座椅垫体 - Google Patents
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Abstract
根据各个实施例，座椅垫体包括静电纺丝聚合物非织造层。所述座椅垫体可通过下述来制备，即使得聚合物熔融，将聚合物静电纺丝到模具盖上以便形成聚合物非织造层，将泡沫注入到模具中，并关闭模具盖，使得泡沫和聚合物非织造层随着泡沫膨胀而结合。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年4月6日提交的标题为“SEAT CUSHIONHAVING AN ELECTROSPUN NONWOVEN POLYMER LAYER（具有静电纺丝聚合物非织造层的座椅垫体）”的序列号为61/472,482的美国临时申请的优先权和利益，该申请以其全文通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般地涉及具有静电纺丝聚合物非织造层的座椅垫体。
背景技术
车辆座椅通常包括底部椅座和用于支撑驾驶员或乘客的座椅靠背。在某些座椅构造中，底部椅座和座椅靠背均包括刚性底盘、垫体和织物覆盖物。垫体联接到刚性底盘上，以及织物覆盖物包绕组合件设置。底部椅座的刚性底盘用于支撑支持乘客的体重（即垂直载荷），且将座椅联接到车辆地板上。此外，座椅垫体用于给车内乘客提供可就座于其上的舒适表面。
某些座椅垫体通过将液态聚氨酯注入到模具中以便形成具有模腔形状的泡沫垫体来构成。在某些成型（或模制）工艺中，可在注入液态聚氨酯之前将预制的聚合物非织造层放置到模具中。随着聚氨酯膨胀以便充满模腔，泡沫将与非织造层结合以便形成一个整体的结构。非织造层可提高泡沫垫体的耐用性。此外，非织造层可用于显著降低或消除由泡沫垫体和底部椅座底盘之间的接触所导致的不需要的噪声现象。
遗憾的是，形成非织造层的过程以及将其放置于模具中会是耗时的，从而增加了与制造座椅垫体相关联的成本。例如，在注入泡沫之前可将预制的纺丝针刺聚丙烯（SNP）非织造毡层手动放置于座椅垫体模具中。预制的SNP非织造毡通常需要繁杂的制备过程来将层形成为模腔的形状，从而导致制造成本增加。具体地，SNP层会需要用于使得层能够与模腔的轮廓相匹配的独特针刺以及配置成将层保持到模腔内表面上的磁体。因此，由于模腔的几何复杂性增加，与形成SNP层相关联的制备成本也会增加。
发明内容
本发明涉及通过下述工艺来制造的垫体，所述工艺包括使得聚合物熔融以及将聚合物设置于喷丝板内，其中，所述喷丝板朝向发泡模具金属盖的内表面指向。该工艺进一步包括在所述喷丝板和金属盖之间形成电场，其中，所述电场产生作用于聚合物上的静电力，且导致聚合物从所述喷丝板挤出并接触金属盖的内表面以便形成非织造织物。该工艺还包括将泡沫注入到所述发泡模具中并关闭发泡模具的金属盖，使得非织造织物随着泡沫膨胀而结合到泡沫上。
本发明还涉及一种包括模具的系统，所述模具具有配置成接纳泡沫的内腔以及配置成接纳聚合物的模具盖，其中，所述模具盖电联接至电接地(electric ground)。该系统还包括具有挤出机的静电纺丝系统，所述挤出机配置成接纳固体聚合物以及使得固体聚合物熔融以便形成熔融的聚合物。所述静电纺丝系统还包括配置成接纳来自挤出机的熔融聚合物的喷丝板，其中，所述喷丝板朝向模具盖指向；以及高压电源，其配置成将电压施加到熔融聚合物，其中将电压施加到熔融聚合物在熔融聚合物和模具盖之间形成电场。
本发明进一步涉及座椅垫体的制造方法，其包括使得聚合物熔融，将聚合物设置于喷丝板内，其中，所述喷丝板朝向模具金属盖的内表面指向。该方法还包括在所述喷丝板和金属盖之间形成电场，其中，所述电场配置成产生作用于聚合物上的静电力，且导致聚合物从所述喷丝板挤出并接触金属盖的内表面以便形成非织造织物。该方法还包括将泡沫注入到所述模具中并关闭所述模具的金属盖，使得非织造织物随着泡沫膨胀而结合到泡沫上。
附图说明
图1是示例性的车辆座椅的透视图，所述车辆座椅可采用具有静电纺丝聚合物非织造层的座椅垫体；
图2是图1中所示座椅的内部结构的分解透视图，所示座椅的内部结构包括具有静电纺丝聚合物非织造层的座椅垫体；
图3是配置成制造具有静电纺丝聚合物非织造层的座椅垫体的示例性系统的示意图；
图4是用于制造具有聚合物层的座椅垫体的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1是车辆座椅10的透视图。如图所示，座椅10包括底部椅座12和座椅靠背14。在图示的实施例中，底部椅座12包括底部椅座底盘，一个或多个垫体，以及织物覆盖物。座椅垫体用于给车内乘客提供可就座于其上的舒适表面。如将理解到的那样，座椅垫体固定到底部椅座底盘上。如下面详细论述的那样，座椅垫体可由泡沫形成，并可包括配置成给座椅垫体提供增强耐用性的静电纺丝聚合物非织造层。聚合物层还可用于降低与底部椅座底盘和座椅垫体之间的接触相关联的可能会产生的噪声。座椅垫体还可包括织物覆盖物，其围绕垫体设置以便提供所需外观和/或用于保护底部椅座12的内部组件。座椅靠背14可以类似的方式构成，即由固定到刚性底盘且由织物覆盖物包裹的一个或多个垫体构成。
如图所示，底部椅座12固定到座椅导轨16上。座椅导轨16又通过安装支脚18固定到车辆地板上。在某些构造中，座椅10可配置成沿着座椅导轨16平移以便调节驾驶员或乘客的纵向位置。如将理解到的那样，座椅位置的调节可手动或辅助进行。例如，电动马达可配置成由合适的机构（诸如齿条和小齿轮系统）沿着导轨驱动座椅10。此外，座椅靠背14可配置成相对于底部椅座12倾斜。座椅靠背14的调节也可手动进行或例如由电动马达辅助进行。
图2是图1中所示座椅10的内部结构的分解透视图。如前面所论述的那样，所述座椅结构由底部椅座底盘20和座椅靠背底盘22形成。底部椅座底盘20安装到座椅导轨16上以便将座椅10固定到车辆地板上。在所示的构造中，底部椅座底盘20配置成用于沿着导轨16手动调节座椅位置。然而，替代性实施例可包括使得能够安装辅助位置调节机构（诸如电动马达，齿轮等）的若干特征。如所例示的，底部椅座12包括可联接到底部椅座底盘20的座椅垫体24。如图所示，座椅垫体24包括泡沫层26和静电纺丝聚合物非织造层28。正如上面所提到的那样，泡沫层26给车内乘客提供可就座于其上的舒适表面。例如，泡沫层26可由注入到模具中的液态聚氨酯形成。聚合物层28可用于提供座椅垫体24的增强耐用性以及用于降低底部椅座底盘20和座椅垫体24之间的接触可能会产生的噪声。如下面详细论述的那样，聚合物层28可利用静电纺丝工艺形成。底部椅座12还可包括诸如布的织物覆盖物、乙烯树脂或皮革（图中未示出）。
图3是示例性系统30的示意图，系统30可用于制造具有静电纺丝聚合物非织造层28的座椅垫体24。具体地，系统30可配置成利用熔融的静电纺丝工艺以便将聚合物层28施加到泡沫层26上，从而形成座椅垫体24。如图所示，该系统30包括具有盖34的发泡模具32。在某些实施例中，发泡模具32和盖34可由诸如铝的金属构成。该发泡模具32包括内腔36，其形成座椅垫体24的轮廓。具体地，可将诸如液态聚氨酯的泡沫38倒入发泡模具32的内腔36内。如将理解到的那样，泡沫38随着其固化会膨胀，由此形成座椅垫体24的泡沫层26。随着泡沫38在模具32的内腔36内固化，聚合物层28可以下面所述的方式设置于泡沫层26上并结合到泡沫层26上。此外，发泡模具32的盖34可电联接到参考电位40。例如，参考电位可为“接地”或“零伏的电位”。如下面所论述的那样，盖34还可包括诸如液体冷却回路或气流回路的冷却机构41。
如在所示实施例中所示的那样，系统30包括静电纺丝系统42。具体地，静电纺丝系统42包括挤出机44，一个或多个喷丝板46和高压电电源48。如将理解到的那样，静电纺丝系统42可用于从聚合物50产生纳米或微米级的纤维。具体地，由静电纺丝系统42所制备的纤维也可用于形成非织造毡垫，形成座椅垫体24的聚合物层28。
静电纺丝系统42可通过聚合物进料装置52接纳为液体或固体颗粒形式的聚合物50。在某些实施例中，聚合物50可为热塑性塑料或热固性塑料。例如，聚合物50可为聚丙烯或聚乙烯。此外，聚合物50可包括宽范围的分子量。例如，聚合物50可以是分子量为580，000的全同立构聚丙烯，或聚合物50可以是分子量为14，000的无规立构聚丙烯。一旦聚合物50通过聚合物进料装置52进入挤压机44，则聚合物50可在加热腔室中被加热且熔融。在某些实施例中，挤出机44的加热腔室可具有多个加热区域。在一个实施例中，加热腔室可将聚合物50加热到约200℃的温度。挤出机44可由金属构成，并连接到电源（图中未示出），并连接到参考电位，诸如所示的电接地54。
在聚合物50在挤出机的加热腔室中熔融之后，聚合物50可被送到喷丝板46。在使用热固性塑料作为聚合物50的实施例中，聚合物50可在被送到喷丝板46之前指向冲击头。聚合物50可通过一个或多个注射泵被输送到喷丝板。在某些实施例中，静电纺丝系统42可包括鼓风机56。如下面所论述的那样，熔喷静电纺丝工艺可使用鼓风机56。喷丝板46可包括各种不同的直径。例如，喷丝板可具有约1.0毫米，1.25毫米，或1.5毫米的直径。如在所示实施例中示出的那样，喷丝板46指向发泡模具32的盖34。此外，喷丝板46可定位成与盖34相距一定距离58。例如，距离58可为约2厘米，3厘米，4厘米，5厘米或10厘米。一旦熔融聚合物50位于喷丝板内，高压电源48将电压施加到熔融聚合物50。例如，高压电源48可将约20千伏的电压施加到熔融聚合物50。如上所述，盖34可电连接到参考电位40。如将理解到的那样，由高压电源48施加到喷丝板46中聚合物50的电压将在喷丝板46和盖34之间形成电场。此外，电场将导致带电聚合物50从喷丝板46在朝向盖34的方向上挤出。更具体地，随着将电压施加到聚合物50，静电力将导致聚合物50在喷丝板46的顶点60处形成圆锥形状。此后，一旦临界电压施加到聚合物50，则熔融聚合物50的粘弹性性质将由电场所产生的静电力克服。如图所示，静电力将导致聚合物50形成将从喷丝板46行进到盖34的纤维62。在包括鼓风机56的实施例中，由鼓风机56产生的高流速气流还可迫使纤维62从喷丝板46行进到盖34。如图所示，纤维62由盖34收集来形成非织造织物64，从而形成聚合物层28。在某些实施例中，由纤维62形成的非织造织物64可具有约0.05厘米，0.1厘米，0.15厘米，0.2厘米，或0.25厘米的厚度。
如上所述，聚合物层28可设置于泡沫层26上并结合到泡沫层26上。具体地，在纤维62已经收集到盖34上且形成非织造织物64之后，泡沫38可被倒入发泡模具32的内腔36中。一旦倒入泡沫38，喷丝板46和静电纺丝系统42可在方向66上缩回，以及模具32的盖34可如箭头68所示地被关闭。替代性地，在某些实施例中，模具32可放置于邻近静电纺丝系统42的喷丝板46经过的传送带上。一旦纤维62已被收集到盖34上以便形成非织造织物64，则传送带可使得发泡模具32远离静电纺丝系统42的喷丝板46行进。接着，将泡沫38倒入模具32的内腔36中，以及关闭发泡模具32的盖34。随着泡沫38膨胀、固化和硬化，非织造织物64将结合到泡沫38上，从而形成座椅垫体24。如上所述，盖34可包括诸如液体冷却或空气冷却通道的冷却机构41。盖34中的冷却机构41可用于降低非织造织物64的温度，这可有助于冷却非织造织物64以及有助于将织物64从盖34分离。类似地，盖34可通过电开关70从参考电位40脱离联接，导致电场消散。一旦泡沫38已完成固化，则可打开盖34以及可将具有泡沫层26和聚合物层28的所得到的座椅垫体24从模具32中取出。
如将理解到的那样，多种因素可能会影响上面详述的熔融静电纺丝工艺。例如，具有高分子量的聚合物50具有更高的粘度。其结果是，较高的电压可施加到聚合物50以形成其强度足以从喷丝板46内的聚合物50产生纤维62的电场。类似地，对于施加到聚合物50的给定电压而言，与具有较低分子量和粘度的聚合物50相比，具有较高分子量和粘度的聚合物50会产生具有更大直径的纤维62。此外，如上面所提到的那样，喷丝板46和盖34之间的距离58可具体调节以便获得所需的纤维性能。随着距离58变大，施加到喷丝板的电压可增加以便提供增强的电场强度。
图4是用于制造具有泡沫层26和静电纺丝聚合物非织造层28的座椅垫体24的示例性方法72的流程图。首先，使得聚合物50熔融，如由框74所表示的那样。例如，聚合物50可为诸如聚乙烯或聚丙烯的热塑性塑料。在其它实施例中，该聚合物50可以是热固性塑料。此外，聚合物50可在挤出机4的加热腔室内熔融。一旦熔融，则聚合物50就设置于喷丝板46的内部，其中喷丝板46指向发泡模具32的金属盖34的内表面，如由方框76所表示的那样。例如，金属盖34可由铝构成。在某些实施例中，金属盖34也可由液体冷却或空气冷却机构41来冷却。模具32可包括形成座椅垫体24形状的内腔36。此外，某些实施例可包括一个以上的喷丝板46。此后，在喷丝板46和金属盖34之间产生电场，如由框78所表示的那样。更具体地，电场产生作用于聚合物50上的静电力，且导致聚合物50从喷丝板46挤出，并与金属盖34的内表面接触，由此形成非织造织物64。通过使用高压电源48将电压施加到喷丝板46内的聚合物50来产生电场。此外，金属盖34电连接到参考电位40。随着聚合物50以纤维62的形式从喷丝板46挤出以及纤维62收集到金属盖34上，纤维62将形成非织造织物64。除其它因素之外，纤维62的直径可基于诸如聚合物50的分子量、电场强度以及喷丝板46和金属盖34之间的距离58等因素而发生变化。
如由框80所表示的那样，泡沫38可被注入到模具32中。具体地，泡沫38可被注入到模具32的内腔36中。在某些实施例中，泡沫38可为液态聚氨酯。一旦泡沫38被注入到发泡模具32的内腔36中，则关闭金属盖34，从而使得非织造织物64能够结合到膨胀的泡沫38上，如由82所表示的那样。更具体地，一旦盖34被关闭时，非织造织物64可随着泡沫38膨胀、硬化和固化而接触泡沫38并与泡沫38结合。此后，可打开盖34，以及可将具有泡沫层26和静电纺丝聚合物非织造层28的所形成的座椅垫体24取出。
虽然只示出和描述了本发明的某些特征和实施例，但是对于本领域技术人员而言在实质上不脱离权利要求中所述主题的新颖性教导和优势的情况下进行许多变型和修改是可能的（例如各种元件的尺寸、维度、结构、形状和比例上的变化，参数值（例如温度、压力等）的变化，安装布置的变化，使用材料的变化，颜色变化，取向变化等）。根据备选实施例，任何过程或方法步骤的次序或顺序可被改变或进行重新排序。因此，应当理解的是所附的权利要求书意图覆盖落入本发明精神实质内的所有这些变型和修改。此外，在试图提供对示例性实施例的简要说明时，可以不对实际实施方式的所有特征进行描述（即与实施本发明的当前预期的最佳模式无关的那些，或与使所要求保护的本发明可行无关的那些）。但是应当理解的是，在任何这种实际实施方式的改进中，如在任何工程或设计项目中，可以做出许多具体的实施决策。这种改进工作会是复杂和耗时的，但对于受益于本公开的那些普通技术人员而言是无需过多的实验就可设计、制造和制备的常规事务。
Claims (20)
1.通过下述工艺来制备的垫体，所述工艺包括：
使聚合物熔融；
将聚合物设置于喷丝板内，其中，所述喷丝板朝向模具金属盖的内表面指向；
在所述喷丝板和金属盖之间形成电场，其中，所述电场配置成产生作用于聚合物上的静电力且导致聚合物从所述喷丝板挤出并接触所述金属盖的内表面以便形成非织造织物；
将泡沫注入到模具中；以及
关闭所述模具的金属盖，使得非织造织物随着泡沫膨胀而结合到泡沫上。
2.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，所述聚合物包括热塑性塑料。
3.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，所述聚合物包括热固性塑料。
4.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，产生电场包括将电压施加到聚合物且将所述金属盖电联接到参考电位。
5.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，所述工艺包括提供在喷丝板附近且指向金属盖的气流。
6.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，所述金属盖包括铝。
7.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，所述泡沫包括液态聚氨酯。
8.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，使得聚合物熔融包括将聚合物设置于具有加热腔室的挤出机中。
9.根据权利要求8的工艺所制备的垫体，其特征在于，所述加热腔室包括进料区、过渡区和计量区。
10.根据权利要求1的工艺所制备的垫体，其特征在于，将聚合物设置于喷丝板内包括用注射泵控制聚合物的流量。
11.一种系统，其包括：
模具，所述模具包括：
配置成接纳泡沫的内腔；以及
配置成接纳熔融聚合物的模具盖，其中，所述模具盖电联接到参考电位；以及
静电纺丝系统，所述系统包括；
挤出机，所述挤出机配置成使得固体聚合物熔融以便形成熔融的聚合物；
配置成接纳熔融聚合物以及使得所述熔融聚合物指向所述模具盖的喷丝板；以及
高压电源，其配置成将电压施加到熔融聚合物以便在所述熔融聚合物和模具盖之间形成电场。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述聚合物是热塑性塑料。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述聚合物是热固性塑料。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述模具盖通过液体或气体冷却。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统包括配置成引导空气通过喷丝板的鼓风机。
16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述泡沫包括液态聚氨酯。
17.一种方法，其包括：
使聚合物熔融；
将聚合物设置于喷丝板内，其中，所述喷丝板朝向模具金属盖的内表面指向；
在所述喷丝板和金属盖之间形成电场，其中，所述电场配置成产生作用于聚合物上的静电力且导致聚合物从所述喷丝板挤出并接触金属盖的内表面以便形成非织造织物
将泡沫注入到模具中；以及
关闭所述模具的金属盖，使得非织造织物随着泡沫膨胀而结合到泡沫上。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括用液体或气体冷却所述金属盖。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括迫使空气通过所述喷丝板。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述聚合物包括热塑性塑料或热固性塑料。
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