CN111818835A - 地板刷毛刷组件 - Google Patents

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CN111818835A CN201980017862.6A CN201980017862A CN111818835A CN 111818835 A CN111818835 A CN 111818835A CN 201980017862 A CN201980017862 A CN 201980017862A CN 111818835 A CN111818835 A CN 111818835A
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詹姆士·L·埃里克森
萨马德·雅维德
祖丽君
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Abstract

本发明提供了一种刷组件，该刷组件包括缓冲垫和固定到该缓冲垫的多个刷。缓冲垫在6.9kPa(1psi)至2413kPa(350psi)范围内具有25％的压缩率。多个刷中的至少一个刷包括：刷基部和刷毛，刷毛包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。

Description

地板刷毛刷组件
背景技术
混凝土、水磨石和其它硬质表面通常在住宅和商业地板应用两者中使用，因为它们提供稳健且经济的地板解决方案。在一些情况下，根椐所需的光泽度水平，这种地板可保持未修整、部分修整或完全修整。在一些商业环境(诸如其中地板经历大量人流和机器流量的散装零售店或家居装修商店)中，由于持续维护地板涂饰剂或密封剂所需的花费和时间，商店优选不应用这些涂饰剂或密封剂。
当前，非织造研磨地板垫或刚性研磨系统(诸如由密歇根州麦迪逊高地的硬刷有限责任公司(Diamabrush LLC of Madison Heights,Michigan)销售的Diamabrush)用于地板修整或清洁。非织造地板垫可能是昂贵且低效的解决方案，因为它们在裸混凝土表面上使用时不那么耐用。刚性研磨系统可持续更长时间，但具有在地板表面中产生不一致或不平结果的趋势。由于构造的刚性，刚性研磨系统还通常漏掉低点。另外，当刚性研磨系统的特定部件磨损时，部件通常是不可更换的，从而导致过早处置整个系统。
若干专利提到了有效地清洁地板的问题。一个此类专利是授予Johnson等人的美国专利5,679,067“模制研磨刷(Molded Abrasive Brush)”。该专利描述了一种具有与背衬成一体的多个刷毛的研磨刷。这些刷可安装到背衬，该背衬在用于地板清洁机器的情形下进而安装到驱动器。
授予Fioratti的美国专利8,206,201“工作系统使用刷工具(Working SystemUsing Brush Tool)”论述了一种可具有不同尺寸的刷毛并且可安装到工具机器的工具头的刷工具。
存在用于清洁、重换饰面和修整地板的改进系统的机会。
发明内容
本发明提供优于现有刷组件以及用于修整混凝土、水磨石或其它硬质地板表面的现有解决方案的显著进步或改进。本发明提供一种耐用清洁装置，该耐用清洁装置不会像非织造地板垫那样很快地磨损，并且为修整粗糙地板表面提供增加的耐用性。通过单独更换刷，本发明进一步允许减少浪费并且增加经济性。本发明的一些方面还提供一种通过增加单个刷的柔韧性来更好地清洁或精修粗糙或不平地板的方法。由于未修整表面、灌浆线或瓦片之间的间隙，地板可能是不平的。本公开提供了一种更好地清洁地板中的这些低点的方法。由于单个刷和刷毛的适形能力，本公开可提供清洁和修整一致性。本公开还允许容易地移除和更换单一破损或磨损的刷，而无需更换其它刷。甚至进一步，缓冲垫补偿新刷上的刷毛和更旧刷上的刷毛之间潜在的高度差。
在一种情况下，本公开包括一种刷组件，包括缓冲垫和固定到该缓冲垫的多个刷。缓冲垫在6.9kPa(1psi)至2413kPa(350psi)范围内具有25％的压缩率。多个刷中的至少一个刷包括：刷基部和刷毛，该刷毛包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。
在另一种情况下，本公开包括一种刷组件，包括缓冲垫和附接到该缓冲垫的刷。该缓冲垫在6.9kPa(1psi)至2413kPa(350psi)范围内具有25％的压缩率。刷包括：刷基部和刷毛，该刷毛包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。
在一些情况下，其中缓冲垫具有小于50肖氏硬度A的硬度。
在一些情况下，缓冲垫根据松弛测试具有小于25％的松弛模量。
在一些情况下，缓冲垫在6.9kPa(1psi)至69kPa(10psi)范围内具有25％的压缩率。
在一些情况下，缓冲垫是圆的。
在一些情况下，缓冲垫包含泡沫材料。
在一些情况下，缓冲垫包含以下各项中的至少一种：非织造材料、多孔材料、织物材料、可充胀材料和弹性体。
在一些情况下，多个刷中的至少一个刷利用能拆卸的附接机构固定到缓冲垫。
在一些情况下，多个刷固定到缓冲垫的第一主侧面，并且其中缓冲垫的第二主侧面包括附接机构。
在一些情况下，多个刷在3个刷至50个刷的范围内。
在一些情况下，刷组件是地板清洁和抛光组件。
在一些情况下，缓冲垫进一步安装到地板清洁驱动器，并且其中当向驱动器施加压力时，甚至当刷毛的长度变化时，多个刷中的每个刷上的刷毛同时接触地板表面。
在一些情况下，研磨颗粒包括以下各项中的至少一种：金刚石、氧化铝、碳化硅、氧化铈、精确成形的晶粒和凝聚物。
在一些情况下，研磨颗粒具有在1微米至10微米范围内的中值粒度。
在一些情况下，刷组件还包括背衬垫，其中刷组件固定到背衬垫。
在一些情况下，刷组件使用能拆卸的附接机构固定背衬垫。
在一些情况下，多个刷中的至少一个刷的周边是圆形的。
在一些情况下，多个刷中的至少一个刷的周边是楔形的。
在一些情况下，刷毛具有锥形形状，其中刷毛的基部的周长大于刷毛的尖端的周长。
在一些情况下，刷毛的高度在5mm至25mm的范围内。
在一些情况下刷基部被模制成使得刷基部与刷毛成一体。
在一些情况下，刷毛的直径在约0.75mm至3.0mm的范围内。
附图说明
结合附图考虑以下具体实施方式可有助于更全面地理解本发明，其中：
图1示出了具有多个刷的刷组件的附图的剖视图。
图2示出了具有附接到缓冲垫的多个刷的刷组件的附图的剖视图。
图3示出了刷组件的附图的剖视图。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用本文所示和所述这些实施方案并且可以进行结构上的变化。图未必按照比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而，在给定附图中使用数字来表示组件并非意图限制标记有相同数字的另一个附图中的组件。
具体实施方式
图1示出了刷组件100的附图的剖视图。刷组件100包括缓冲垫120和多个刷110。刷组件100可用于多种清洁、抛光或打磨应用，包括地板应用。
当刷组件100用于地板应用时，附接机构124可用于将刷组件100固定到地板清洁机器的驱动器。在这种构型中，刷110面向下并且与地板接触。当地板清洁机器将力施予在驱动器上(并且从而施予在刷组件100上)时，缓冲垫120可提供柔韧性以允许刷110的刷毛111接触地板表面，即使当表面不平时也是如此。另外，在一些情况下，当向驱动器施加压力时，甚至当刷毛111的长度变化时，多个刷中的每个刷上的刷毛111同时接触地板表面。该构型还允许单独更换
缓冲垫120可由根据柔软性选择的材料构成。材料的柔软性可与材料的接触压力和适形能力关联；一般来讲，越软的材料可具有越低的接触压力和越高的适形能力。这种柔软性可由缓冲垫120的材料的多种性质表示和选择。例如，较软的材料可以是具有较低硬度(如使用任何合适的硬度标度，诸如肖氏硬度A或肖氏硬度OO所指示)的材料，具有较低弹性模量的材料，具有较高压缩率(通常经由材料的泊松比进行定量)的材料，或具有修改的结构(诸如含有多个气体包裹体(诸如泡沫)、含有雕刻结构等)的材料。
在一些情况下，缓冲垫120可由根据硬度选择的材料构成。硬度可表示材料响应于力的相对变化的量度。在一些情况下，缓冲垫120包括具有小于约50肖氏硬度A硬度计的硬度(例如，如使用ASTM D2240测量)、或小于约20肖氏硬度A、或小于约10肖氏硬度A的材料。
在一些情况下，缓冲垫120可由根据压缩率选择的材料构成。压缩率可表示材料响应于压力的相对变化的量度，而术语“可压缩的”或“不可压缩的”可以是指具有压缩率的材料性质。例如，术语“基本上不可压缩的”是指具有大于约0.45的泊松比的材料。材料的压缩率可表示为将材料压缩至参考挠度(例如，25％挠曲)所需的特定压力。在一些情况下，当内层为泡沫时，可经由根据ASTM D3574的压缩力挠度测试来测量缓冲层的压缩率；并且当缓冲垫为柔性多孔材料(诸如海绵或可膨胀橡胶)时，可经由根据ASTM D1056的压缩-挠度测试来测量缓冲层的压缩率。
在一些情况下，缓冲垫120可在25％挠度下具有小于1.1MPa(160psi)、小于约45psi、小于约20psi或优选地小于约10psi的压缩率。缓冲垫120也可在25％挠度下具有大于约1psi的压缩率。在一些情况下，缓冲垫120可具有小于约0.5、小于约0.4、小于约0.3或优选小于约0.2的泊松比或负泊松比。
在一些情况下，缓冲垫120可为基本上不可压缩的，但足够柔软以提供所需的变形性。在一些情况下，缓冲垫120可为由基本上不可压缩的材料制成的层，该材料已被图案化、3D印刷、压花或雕刻以提供所需的变形性。
在一些情况下，缓冲垫120可由根据弹性变形选择的材料构成。弹性变形可表示材料在变形之后恢复到其初始状态的能力。缓冲垫120的材料可以是可弹性变形的，例如在变形之后能够基本上100％(例如，99％或更多、99.5％或更多、或99.9％或更多)恢复到其初始状态。在一些情况下，缓冲垫120可为可压缩的以提供所需的变形性。在一些情况下，缓冲垫120可由根据松弛模量选择的材料构成。松弛模量可表示时间依赖性的粘弹性的量度。在本公开中，根据本文所述的松弛测试来测量松弛模量。
在一些示例中，缓冲层具有根据松弛测试测量的小于25％的松弛模量。
在一些情况下，缓冲垫120可被构造用于各种厚度。在一些情况下，缓冲层的厚度可在约0.125mm(0.005英寸)至约20mm(0.79英寸)，或优选地约0.125mm(0.005英寸)至约15mm(0.59英寸)的范围内。
缓冲垫120可具有各种形状和尺寸。在一些情况下，缓冲垫120可为圆的、四边形或可与清洁装置相容的任何其它形状，该清洁装置可与刷组件100一起使用。
缓冲垫120可由具有上文论述的一种或多种性质的多种材料形成。在一些情况下，缓冲层包含多孔材料、可充胀材料、弹性体、织物或非织造材料中的至少一种，或这些材料的任何组合。合适的弹性体可包括热固性弹性体，诸如例如腈、含氟弹性体、氯丁二烯、环氧氯丙烷、硅氧烷、氨基甲酸酯、聚丙烯酸酯、SBR(苯乙烯丁二烯橡胶)、丁基橡胶、尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯等。
在一些情况下，缓冲垫120包括泡沫、雕刻的、结构化的、3D印刷的或压花的弹性体中的一种。合适的泡沫可为开孔的或闭孔的，包括例如合成或天然泡沫、热成形泡沫、聚氨酯、聚酯、聚醚、填充或接枝的聚醚、粘弹性泡沫、三聚氰胺泡沫、聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、硅氧烷、离聚物泡沫等。缓冲层还可包含泡沫弹性体、硫化橡胶(包括例如异戊二烯、氯丁橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、腈橡胶、聚氯乙烯和腈橡胶)、乙烯-丙烯共聚物诸如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)和丁基橡胶(例如，异丁烯-异戊二烯共聚物)。在一些情况下，缓冲垫120可包括各种可压缩结构。例如，缓冲垫120可包括任何合适的可压缩结构，诸如例如弹簧、非织造材料、织物、空气袋等。在一些情况下，缓冲层可被3D印刷以提供所需的泊松比、压缩率和弹性响应。
使用附接机构122和112将多个刷固定到缓冲垫120。附接机构112粘附、固定或以其它方式附接到刷110的背面。附接机构122粘附、固定或以其它方式附接到缓冲垫120的主表面。附接机构112和122可被构造成使得它们彼此配合。附接机构112和122可为能拆卸的附接机构，使得它们可彼此配合，但也可彼此分离。这允许移除和更换缓冲垫120上的单个刷110。特定类型的附接机构的示例包括钩环、由明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Companyof St.Paul,Minnesota)销售的Dual-LockTM可再闭合紧固件、狭槽机构、机械紧固件和如在阅读本公开时对于本领域的那些技术人员而言显而易见的其它附接机构。在一些情况下，刷110附接到缓冲垫120的表面。
附接到缓冲垫120的刷110的数量可改变。如图1所示，附接到缓冲垫120的刷的数量可在三个刷至五十个刷的范围内。
刷110包括刷基部和刷毛，该刷毛包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。研磨颗粒的类型和尺寸可基于所需的研磨或抛光水平来选取。在一些情况下，研磨颗粒包括以下各项中的至少一种：金刚石颗粒、氧化铝、碳化硅、氧化铈、精确成形的晶粒、凝聚物。
研磨颗粒可具有多种尺寸。例如，它们可具有0.1微米至1,000微米范围内的中值粒度。在另一种情况下，它们可具有在1微米至10微米范围内的中值粒度。
可与本公开一致地使用的能模制的聚合物材料的类型包括例如热塑性聚合物或热塑性弹性体。
热塑性聚合物的例子包括聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、聚丁烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、乙缩醛共聚物、聚氨酯、聚酰胺，以及它们的组合。
热塑性弹性体通常为低当量多官能团单体和高当量多官能团单体的反应产物，其中低当量多官能团单体具有至多约2的官能度和至多约300的当量，并且能够聚合形成硬链段(以及与其它硬链段、结晶硬区域或域结合)，并且高当量多官能团单体具有至少约2的官能度和至少约350的当量，并且能够进行聚合以产生连接硬区域或域的柔性软链。热塑性弹性体的示例包括：嵌段聚酯型热塑性弹性体、嵌段聚氨酯型热塑性弹性体、嵌段聚酰胺型热塑性弹性体、热塑性弹性体和热塑性聚合物的共混物，以及离子键热塑性弹性体。合适的能模制的聚合物材料的其它示例可见于授予Johnson等人的美国专利6,126,533。
刷110可具有各种形状和尺寸。在一些情况下，多个刷110中的至少一个刷的周边是圆形的。在一些情况下，多个刷110中的至少一个刷的周边是楔形的。在阅读本公开后，其它已知的形状对于本领域的技术人员将显而易见。
刷的刷毛111可具有锥形形状，其中刷毛的基部的周长大于刷毛的尖端的周长。刷的刷毛的高度也可在范围内。例如，刷毛高度可为约5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm或在介于前述值中的任两个之间的范围内。刷毛111的直径也可在范围内。例如，刷毛111可具有约0.5mm、0.75mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm或在介于前述值中的任两个之间的范围内的直径。
在一些情况下，刷毛111可附接或固定到刷基部。在其它情况下，刷毛111可与刷基部一体模制。
在一些情况下，刷组件100还包括在缓冲垫120的主表面上与刷110相对的附接机构124。附接机构124可用来将缓冲垫120附接到地板清洁机器或另一个清洁装置上的驱动器。可用于附接机构124的材料或装置的类型的示例包括钩环、由明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company of St.Paul,Minnesota)销售的Dual-LockTM可再闭合紧固件、狭槽紧固件以及其它机械紧固件。在阅读本公开后，其它附接机构对于本领域的技术人员将显而易见。
图2示出了具有附接到缓冲垫220的多个刷210的刷组件200的附图的顶视图。如图2所示，刷210具有楔形形状。然而，在其它情况下，刷210可具有圆的、四边形、梯形、三角形或不规则形状。
图3示出了刷组件300的附图的剖视图。刷组件300包括缓冲垫320和附接到缓冲垫320的单一刷310。刷310包括刷基部和刷毛311，该刷毛311包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。在图3所示的情况下，缓冲垫320设置在单一刷310的下方，并且多个刷组件300可附接到地板清洁机器的单一驱动器垫。另选地，具有较大单一刷310的单一缓冲垫320可附接到地板清洁机器的驱动器垫。
图3所示的部件，包括缓冲垫320、刷310、刷毛311、附接机构312、322和324可具有与本文所论述的其它平行部件相同的材料、特性和特征。
松弛测试
使用ASTM D6048测量应力松弛特性。在标准机械测试负载框架中，将缓冲垫的样本材料负载并保持在恒定压缩应变下(例如，作为样本厚度的变化除以其初始未变形厚度)。在每次测试期间，测量并连续地记录由样本施加到测试机器台板的力以及从测试开始起对应的实耗时间。然后针对每个样本将应力计算为施加的对应负载除以放置在测试机器台板上的样本的横截面。针对每个样本将应力除以恒定应变来计算模量。
该过程通过以下步骤进行概述：
步骤1：向样本施加恒定应变。
步骤2：在测试期间连续地记录由样本施加到测试框架的力。
步骤3：根据所记录的力使用下列公式来计算应力(σ)：
σ(t)＝力(t)/样本横截面
步骤4：使用以下公式，通过应力(σ)除以恒定应变(εc)来计算模量(E)：
E(t)＝σ(t)/εc
步骤5：使用以下公式来计算松弛模量(％)：
模量松弛(％)＝[(E0-E2)/E0]*100
其中E0为瞬时模量，并且E2为样本材料在恒定压缩应变下松弛两分钟之后的模量。

Claims (27)

1.一种刷组件，包括：
缓冲垫，所述缓冲垫在6.9kPa(1psi)至2413kPa(350psi)范围内具有25％的压缩率；
多个刷，所述多个刷固定到所述缓冲垫，其中所述多个刷中的至少一个刷包括：刷基部和刷毛，所述刷毛包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述缓冲垫具有小于50肖氏硬度A的硬度。
3.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述缓冲垫根据松弛测试具有小于25％的松弛模量。
4.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述缓冲垫在6.9kPa(1psi)至69kPa(10psi)范围内具有25％的压缩率。
5.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述缓冲垫是圆的。
6.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述缓冲垫包含泡沫材料。
7.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述缓冲垫包含以下各项中的至少一种：非织造材料、多孔材料、织物材料、可充胀材料和弹性体。
8.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述多个刷中的所述至少一个刷利用能拆卸的附接机构固定到所述缓冲垫。
9.根据权利要求1所述的刷组件，其中多个刷固定到所述缓冲垫的第一主侧面，并且其中所述缓冲垫的第二主侧面包括附接机构。
10.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述多个刷在3个刷至50个刷的范围内。
11.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述刷组件为地板清洁和抛光组件。
12.根据权利要求8所述的刷组件，其中所述缓冲垫进一步安装到地板清洁驱动器，并且其中当向所述地板清洁驱动器施加压力时，甚至当所述刷毛的长度变化时，所述多个刷中的每个刷上的所述刷毛同时接触地板表面。
13.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述研磨颗粒包括以下各项中的至少一种：金刚石、氧化铝、碳化硅、氧化铈、精确成形的晶粒和凝聚物。
14.根据权利要求1所述的刷组件，其中所述研磨颗粒具有在1微米至10微米范围内的中值粒度。
15.一种刷组件，包括：
缓冲垫，所述缓冲垫在6.9kPa(1psi)至2413kPa(350psi)范围内具有25％的压缩率；
刷，所述刷附接到所述缓冲垫，其中所述刷包括：刷基部和刷毛，所述刷毛包含研磨颗粒添加剂和能模制的聚合物材料。
16.根据权利要求15所述的刷组件，其中所述缓冲垫具有小于50肖氏硬度A的硬度。
17.根据权利要求15所述的刷组件，其中所述缓冲垫具有小于25％的松弛模量。
18.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述缓冲垫包含泡沫材料。
19.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述缓冲垫包含以下各项中的至少一种：非织造材料、多孔材料、织物材料、可充胀材料和弹性体。
20.根据权利要求14所述的刷组件，还包括背衬垫，其中所述刷组件固定到所述背衬垫。
21.根据权利要求19所述的刷组件，其中所述刷组件使用能拆卸的附接机构固定到所述背衬垫。
22.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述多个刷中的所述至少一个刷的周边是圆形的。
23.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述多个刷中的所述至少一个刷的所述周边是楔形的。
24.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述刷毛具有锥形形状，其中所述刷毛的基部的周长大于所述刷毛的尖端的周长。
25.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述刷毛的高度在5mm至25mm的范围内。
26.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述刷基部被模制成使得所述刷基部与所述刷毛成一体。
27.根据权利要求14所述的刷组件，其中所述刷毛的直径在约0.75mm至3.0mm的范围内。
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