CN114732247B - 一种高回弹海绵坐垫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海绵制备技术领域，公开了一种高回弹海绵坐垫，包括弹性体、外套层、励磁线圈和线圈固定层，所述励磁线圈位于线圈固定层的内部，所述线圈固定层位于弹性体的外侧，所述外套层包裹着整个弹性体和线圈固定层；所述弹性体由聚氨酯海绵基材、粗化液、敏化液、活化液、乙醇混合液、Fe₃O₄颗粒、十二硫醇、盐酸多巴胺制备而成。本发明具有较大的拉伸强度和撕裂强度，受到外力的拉扯下，不易损坏，使用寿命长，且还具有储能模量大，损耗因子小，阻尼小，具有高回弹性，且耐热性能好的特点，通过调节励磁线圈电流大小，可以改变弹性体的强度和刚度，从而改变其回弹量，提高了舒适度。

Description

一种高回弹海绵坐垫及其制备方法

技术领域

本发明涉及海绵制备技术领域，具体是一种高回弹海绵坐垫及其制备方法。

背景技术

海绵坐垫具有较高的回弹性，蓬松感强，回弹性较好，可以完美贴合人体曲线，适应人体重量的变化，长时间坐立时，不会发生腰部和臀部疼痛，而广泛使用在靠背、床垫垫层以及座椅垫层等领域。

中国专利公开了一种聚氨酯海绵的制备方法(公告号CN109880059A)，该专利技术制备的聚氨酯海绵的回弹率达到42％，既具有一定的硬度，又具有清凉凉爽的舒适性，并且成本较低，但是其拉伸强度和撕裂强度不高，寿命不长，且不能自由地调节其弹性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高回弹海绵坐垫及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高回弹海绵坐垫，包括弹性体、外套层、励磁线圈和线圈固定层，所述励磁线圈位于线圈固定层的内部，所述线圈固定层位于弹性体的外侧，所述外套层包裹着整个弹性体和线圈固定层；所述外套层由经纱和纬纱编织而成；所述励磁线圈构成一个闭合磁路，并与外部的电源相连通；

所述弹性体由聚氨酯海绵基材、粗化液、敏化液、活化液、乙醇混合液、Fe₃O₄颗粒、十二硫醇、盐酸多巴胺制备而成，按重量份组成如下：10～12份聚氨酯海绵基材、15～20份粗化液、15～20份敏化液、15～20份活化液、18～20份乙醇混合液、2～3份Fe₃O₄颗粒、2～3份十二硫醇、10～12份盐酸多巴胺。

一种高回弹海绵坐垫的制备方法，所述弹性体的制备方法包括以下步骤：

S1、将10～12份聚氨酯海绵基材置于适量的丙酮中超声清洗后烘干，将烘干后的聚氨酯海绵基材置于5～20份粗化液中粗化1～2min，清洗干净后，再分别放入到15～20份敏化液中敏化20～30min，以及15～20份活化液中活化10～15min；

S2、使用三羟甲基氨基甲烷和NaOH对乙醇溶液的PH值进行调节，配制PH为7的18～20份乙醇混液，将2～3份Fe₃O₄颗粒与2～3份十二硫醇加入到乙醇混合液中，并均匀搅拌，再加入10～12份的盐酸多巴胺于乙醇混合液中溶解，得到分散液；

S3、将S1步骤中活化后的聚氨酯海绵基材置于S2步骤制备的分散液中，使用机械搅拌器搅拌混合溶液12h，再将聚氨酯海绵基材取出后冲洗干净，再置于80℃烘箱中干燥5h即可。

作为本发明再进一步的方案：所述聚氨酯海绵基材由聚己内酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯和二甲硫基甲苯二胺制备而成，按重量份组成如下：6～8份聚己内酯二醇、8～10份聚己二酸乙二醇酯二醇、2～3份2,4-甲苯二异氰酸酯和2～3份二甲硫基甲苯二胺。

作为本发明再进一步的方案：所述聚氨酯海绵基材的制备方法包括以下步骤：

S21、称取一定量的8～10份聚己二酸乙二醇酯二醇，加入6～8份聚己内酯二醇，加入反应釜中均匀混合；

S22、将反应釜设置为温度120±5℃，真空度为-0.09±0.01MPa，进行脱水2h，去除真空后，降温至50℃时，加入2～3份的2,4-甲苯二异氰酸酯，并持续搅拌，缓慢升温至80℃，恒温反应2h，反应完全后，真空脱泡，再加入2～3份二甲硫基甲苯二胺，迅速搅拌1～2min，再进行真空脱泡；

S23、将真空脱泡的液体注入到模具中注塑成型，脱模后硫化24h即可。

作为本发明再进一步的方案：所述粗化液由浓度为100g/L的CrO₃和100g/L的H₂SO₄按照1:1的重量比组成；所述敏化液由浓度为40g/L的SnCl₂和100g/L的HCl按照1:1的重量比组成；所述活化液由浓度8g/L的AgNO₃，10mL/L的NH₃·H₂O按照1:1的重量比组成。

作为本发明再进一步的方案：所述Fe₃O₄颗粒由FeCl₃·6H₂O、乙二醇和3～4份乙酸钠制备而成，按重量份组成如下：2～3份FeCl₃·6H₂O、35～40份乙二醇和3～4份乙酸钠。

作为本发明再进一步的方案：所述Fe₃O₄颗粒制备方法包括以下步骤：

S31、将重量份为2～3份FeCl₃·6H₂O加入到35～40份乙二醇中，通过搅拌使得溶液溶解后，再加入3～4份乙酸钠，继续搅拌30～60min形成均匀地混合溶液；

S33、将混合溶液放入到200℃烘箱中热反应15～18h，自然降温后得到黑色沉淀，利用磁铁对沉淀进行磁分离，清洗、烘干、研磨后，得到磁性Fe₃O₄颗粒。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明由弹性体、外套层、励磁线圈和线圈固定层组成，其中弹性体由聚氨酯海绵基材、粗化液、敏化液、活化液、乙醇混合液、Fe₃O₄颗粒、十二硫醇、盐酸多巴胺制备而成，其具有较大的拉伸强度和撕裂强度，受到外力的拉扯下，不易损坏，使用寿命长，且还具有储能模量大，损耗因子小，阻尼小，具有高回弹性，且耐热性能好的特点，通过调节励磁线圈电流大小，可以改变弹性体的强度和刚度，从而改变其回弹量，提高了舒适度。

附图说明

图1为一种高回弹海绵坐垫及其制备方法的结构示意图。

图中：1、弹性体；2、外套层；3、励磁线圈；4、线圈固定层。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种高回弹海绵坐垫，包括弹性体1、外套层2、励磁线圈3和线圈固定层4，励磁线圈3位于线圈固定层4的内部，线圈固定层4位于弹性体1的外侧，外套层2包裹着整个弹性体1和线圈固定层4；外套层2由经纱和纬纱编织而成；励磁线圈3构成一个闭合磁路，并与外部的电源相连通，通过改变电流来调节磁场的大小；

在零磁场作用下，弹性体的初始弹性模量E₀：

E₀＝E(1+2.5φ+14.1φ²) (1)

上式(1)中，E为聚氨酯海绵基材的弹性模量，φ为Fe₃O₄颗粒的体积含量；

弹性体的初始刚度公式：

上式(2)中，E₀为初始弹性模量，A为弹性体截面积，L为弹性体高度；

对励磁线圈3通电后产生电磁，电磁作用在弹性体1上，改变其初始弹性模量和刚度；改变电流大小后，其强度和刚度也发生变化，从而改变其回弹量，切断励磁电流后，弹性体快速退磁，使得弹性模量和刚度回到初始状态，以满足使用者的舒适度；

弹性体由聚氨酯海绵基材、粗化液、敏化液、活化液、乙醇混合液、Fe₃O₄颗粒、十二硫醇、盐酸多巴胺制备而成，按重量份组成如下：10～12份聚氨酯海绵基材、15～20份粗化液、15～20份敏化液、15～20份活化液、18～20份乙醇混合液、2～3份Fe₃O₄颗粒、2～3份十二硫醇、10～12份盐酸多巴胺。

一种高回弹海绵坐垫的制备方法，弹性体的制备方法包括以下步骤：

S1、将10～12份聚氨酯海绵基材置于适量的丙酮中超声清洗后烘干，将烘干后的聚氨酯海绵基材置于5～20份粗化液中粗化1～2min，清洗干净后，再分别放入到15～20份敏化液中敏化20～30min，以及15～20份活化液中活化10～15min；

S2、使用三羟甲基氨基甲烷和NaOH对乙醇溶液的PH值进行调节，配制PH为7的18～20份乙醇混液，将2～3份Fe₃O₄颗粒与2～3份十二硫醇加入到乙醇混合液中，并均匀搅拌，再加入10～12份的盐酸多巴胺于乙醇混合液中溶解，得到分散液；

S3、将S1步骤中活化后的聚氨酯海绵基材置于S2步骤制备的分散液中，使用机械搅拌器搅拌混合溶液12h，再将聚氨酯海绵基材取出后冲洗干净，再置于80℃烘箱中干燥5h即可；经过观察可以看出制备的弹性体大孔结构清晰可见，弹性体空隙并未堵塞，在显微镜下可以看出：海绵骨架从外到内形成均已的表面形貌，颗粒致密地固定在海绵骨架表面，使得骨架表面具有一定的粗糙度，具有透气疏水的特点。

优选的，聚氨酯海绵基材由聚己内酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯和二甲硫基甲苯二胺制备而成，按重量份组成如下：6～8份聚己内酯二醇、8～10份聚己二酸乙二醇酯二醇、2～3份2,4-甲苯二异氰酸酯和2～3份二甲硫基甲苯二胺。

优选的，聚氨酯海绵基材的制备方法包括以下步骤：

S21、称取一定量的8～10份聚己二酸乙二醇酯二醇，加入6～8份聚己内酯二醇，加入反应釜中均匀混合；

S22、将反应釜设置为温度120±5℃，真空度为-0.09±0.01MPa，进行脱水2h，去除真空后，降温至50℃时，加入2～3份的2,4-甲苯二异氰酸酯，并持续搅拌，缓慢升温至80℃，恒温反应2h，反应完全后，真空脱泡，再加入2～3份二甲硫基甲苯二胺，迅速搅拌1～2min，再进行真空脱泡；

S23、将真空脱泡的液体注入到模具中注塑成型，脱模后硫化24h即可。

优选的，粗化液由浓度为100g/L的CrO₃和100g/L的H₂SO₄按照1:1的重量比组成；敏化液由浓度为40g/L的SnCl₂和100g/L的HCl按照1:1的重量比组成；活化液由浓度8g/L的AgNO₃，10mL/L的NH₃·H₂O按照1:1的重量比组成。

优选的，Fe₃O₄颗粒由FeCl₃·6H₂O、乙二醇和3～4份乙酸钠制备而成，按重量份组成如下：2～3份FeCl₃·6H₂O、35～40份乙二醇和3～4份乙酸钠。

优选的，Fe₃O₄颗粒制备方法包括以下步骤：

S31、将重量份为2～3份FeCl₃·6H₂O加入到35～40份乙二醇中，通过搅拌使得溶液溶解后，再加入3～4份乙酸钠，继续搅拌30～60min形成均匀地混合溶液；

S33、将混合溶液放入到200℃烘箱中热反应15～18h，自然降温后得到黑色沉淀，利用磁铁对沉淀进行磁分离，清洗、烘干、研磨后，得到磁性Fe₃O₄颗粒。

为了更好地说明本发明的技术效果，通过下述实施例进行阐述：

采用本发明制备的弹性体作为实施例；采用专利网公开的一种仿乳胶聚氨酯海绵的制备方法(公开日：2021-11-02，公开号：CN113583209A)作为对比例一；采用专利网公开的一种聚氨酯海绵的制备方法(公开日：2019-06-14，公开号：CN109880059A)作为对比例二；将实施例和对比例一、对比例二的海绵裁剪成相同的大小，本试验海绵的规格中采用3×8×80mm。

一、在相同的环境下，对实施例和对比例一、对比例二的海绵的拉伸强度(单位：MPa)和撕裂强度(单位：kN/m)进行测试，并记录在下表1中。

表1实施例、对比例一和对比例二的拉伸强度和撕裂强度分析表

从表1可以分析得出：实施例中海绵的拉伸强度和撕裂强度显著高于对比例一和对比例中海绵的拉伸强度和撕裂强度，进而可以得出：本发明制备的弹性体具有较大的拉伸强度和撕裂强度，受到外力的拉扯下，不易损坏。

二、在相同的环境下，对实施例和对比例一、对比例二的海绵进行储能模量(单位：MPa)和耗能模量(单位：MPa)的测试，并通过储能模量和耗能模量计算损耗因子，其中损耗因子＝耗能模量/储能模量,储能模量为表面海绵变形后回弹的能力，并将测试结果记录到下表2中。

表2实施例、对比例一和对比例二的储能模量和耗能模量分析表

从表1可以分析得出：实施例中海绵的储能模量显著大于对比例一、对比例二中海绵的储能模量，而施例中海绵的损耗因子则小于对比例一、对比例二的海绵的损耗因子；进而可以得出：本发明制备的弹性体具有储能模量大，损耗因子小，阻尼小，具有高回弹性，且耐热性能好。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高回弹海绵坐垫，包括弹性体、外套层、励磁线圈和线圈固定层，其特征在于，所述励磁线圈位于线圈固定层的内部，所述线圈固定层位于弹性体的外侧，所述外套层包裹着整个弹性体和线圈固定层；所述外套层由经纱和纬纱编织而成；所述励磁线圈构成一个闭合磁路，并与外部的电源相连通；

所述弹性体由聚氨酯海绵基材、粗化液、敏化液、活化液、乙醇混合液、Fe₃O₄颗粒、十二硫醇、盐酸多巴胺制备而成，按重量份组成如下：10～12份聚氨酯海绵基材、15～20份粗化液、15～20份敏化液、15～20份活化液、18～20份乙醇混合液、2～3份Fe₃O₄颗粒、2～3份十二硫醇、10～12份盐酸多巴胺；

所述弹性体的制备方法包括以下步骤：

S1、将10～12份聚氨酯海绵基材置于适量的丙酮中超声清洗后烘干，将烘干后的聚氨酯海绵基材置于5～20份粗化液中粗化1～2min，清洗干净后，再分别放入到15～20份敏化液中敏化20～30min，以及15～20份活化液中活化10～15min；

S2、使用三羟甲基氨基甲烷和NaOH对乙醇溶液的PH值进行调节，配制PH为7的18～20份乙醇混液，将2～3份Fe₃O₄颗粒与2～3份十二硫醇加入到乙醇混合液中，并均匀搅拌，再加入10～12份的盐酸多巴胺于乙醇混合液中溶解，得到分散液；

S3、将S1步骤中活化后的聚氨酯海绵基材置于S2步骤制备的分散液中，使用机械搅拌器搅拌混合溶液12h，再将聚氨酯海绵基材取出后冲洗干净，再置于80℃烘箱中干燥5h即可；

所述聚氨酯海绵基材由聚己内酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、2,4-甲苯二异氰酸酯和二甲硫基甲苯二胺制备而成，按重量份组成如下：6～8份聚己内酯二醇、8～10份聚己二酸乙二醇酯二醇、2～3份2,4-甲苯二异氰酸酯和2～3份二甲硫基甲苯二胺；

所述聚氨酯海绵基材的制备方法包括以下步骤：

S21、称取一定量的8～10份聚己二酸乙二醇酯二醇，加入6～8份聚己内酯二醇，加入反应釜中均匀混合；

S22、将反应釜设置为温度120±5℃，真空度为-0.09±0.01MPa，进行脱水2h，去除真空后，降温至50℃时，加入2～3份的2,4-甲苯二异氰酸酯，并持续搅拌，缓慢升温至80℃，恒温反应2h，反应完全后，真空脱泡，再加入2～3份二甲硫基甲苯二胺，迅速搅拌1～2min，再进行真空脱泡；

S23、将真空脱泡的液体注入到模具中注塑成型，脱模后硫化24h即可。

2.根据权利要求1所述的一种高回弹海绵坐垫，其特征在于，所述粗化液由浓度为100g/L的CrO₃和100g/L的H₂SO₄按照1:1的重量比组成；所述敏化液由浓度为40g/L的SnCl₂和100g/L的HCl按照1:1的重量比组成；所述活化液由浓度8g/L的AgNO₃，10mL/L的NH₃·H₂O按照1:1的重量比组成。

3.根据权利要求1所述的一种高回弹海绵坐垫，其特征在于，所述Fe₃O₄颗粒由FeCl₃·6H₂O、乙二醇和3～4份乙酸钠制备而成，按重量份组成如下：2～3份FeCl₃·6H₂O、35～40份乙二醇和3～4份乙酸钠。

4.根据权利要求3所述的一种高回弹海绵坐垫，其特征在于，所述Fe₃O₄颗粒制备方法包括以下步骤：

S31、将重量份为2～3份FeCl₃·6H₂O加入到35～40份乙二醇中，通过搅拌使得溶液溶解后，再加入3～4份乙酸钠，继续搅拌30～60min形成均匀地混合溶液；

S33、将混合溶液放入到200℃烘箱中热反应15～18h，自然降温后得到黑色沉淀，利用磁铁对沉淀进行磁分离，清洗、烘干、研磨后，得到磁性Fe₃O₄颗粒。