CN115923275A - 一种基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料及其制备方法，该缓冲材料包括经编间隔织物、天然乳胶。本发明采用综合性能优越、成膜性良好、硫化简单、弹性优良、强度高、蠕变小的天然乳胶作为柔性缓冲材料的填充体制得缓冲材料，其缓冲和抗压性能优于传统的缓冲材料。填充率为30％、50％、70％、100％，较于纯织物，天然乳胶柔性缓冲材料受到的冲击载荷分别下降了约2.6％、25.3％、50.4％、56.3％，所承受的最大载荷在压缩率为25％时分别提高3倍、4.5倍、11倍和50倍左右；压缩率为50％时，又增至7.2倍、45倍、161倍和405倍左右。填充率对该柔性缓冲材料冲击性能影响较大。压缩载荷与冲击载荷呈负相关；此外该柔性缓冲材料更柔软，耐冲击性能更好，制作方法更加简洁环保。
Description
技术领域
本发明涉及基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料。
背景技术
目前，作为缓冲材料的海绵、泡沫、橡胶等均具有一定程度上的缺陷。如海绵的使用耐久性差，泡沫的生产过程环保性差，橡胶材料的强度差，受弯曲外力易发生断裂。然而，人类的日常活动中，当冲击外力达到一定的程度时，会对人体造成一定的伤害。因此，人体皮肤层会有一定厚度的脂肪层来帮助人体减轻这种伤害。然而，脂肪对人体的保护有限，因此，相关柔性缓冲材料的研究尤为重要。而柔性缓冲材料的应用场景大多是穿着或佩戴于人体表面，因此质轻且不影响日常活动或体力劳动显得尤为重要。同时，还要尽可能的减少缓冲材料的厚度，以避免对人体运动的灵活性产生影响。最后，还要在满足以上要求的同时，尽可能的降低成本并实现生产过程的环保性以及产品使用的耐久性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有防护材料的使用缺陷，生产制造出一种可供人体穿着佩戴的轻量化、防护性能优、使用耐久性好、环保的基于经编间隔织物天然乳胶填充的新型柔性缓冲材料。
为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明采用的技术方案是：
一种基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于：该柔性缓冲材料由经编间隔织物以及填充在经编间隔织物中间的天然乳胶构成；所述的经编间隔织物由上层、中间层、下层共同构成；所述织物下层为比上层紧密的组织；所述织物中间层分布有间隔丝，间隔丝连接上下两层。织造时，中间梳栉在两个针床上垫纱成圈，便将上层和下层连接起来，同时在中间层形成间隔丝；并可在中间层形成较大空隙。
本发明所述的经编间隔织物厚度为2.5～3.4mm，本发明应用的所述经编间隔织物厚度优选为3.3mm；所述间隔丝直径为67～75μm，优选为75μm；本发明所述的间隔丝排列方式优选为V或X字形。
本发明所述的经编间隔织物上层为网眼组织；下层为比上层更为紧密、网眼更小的紧密组织。
所述间隔丝排列密度为100～185根/cm2，优选为165根/cm2。
所述间隔丝倾斜角度为35～45°，优选为36°，所述倾斜角度为间隔丝与上下层两个平行平面之间的锐角夹角。
所述天然乳胶主要成分为顺-1,4-聚异戊二烯(91％～94％)。
所述天然乳胶的填充率为30％～100％，优选为70％；
本发明所述的填充率为将经编间隔织物视为三维立体结构时，对其体积进行一定比率的填充。根据填充率的不同，所述天然乳胶填充在经编间隔织物纱线间的空隙以及经编间隔织物的间隔层，一般而言，所述经编间隔织物的上层显露在表面而在外观上本发明的天然乳胶填充柔性缓冲材料表现为普通织物，在填充率为100％时，经编间隔织物被埋在天然乳胶内，缓冲材料表面有一层天然乳胶。
本发明所述的填充率下所需的天然乳胶的质量的计算方法为M＝A％×V×ρ，M是所需天然乳胶的质量(g)；A％为填充率；V是经编间隔织物的体积(cm3)；ρ是填料的密度，其中天然乳胶密度为0.93g/cm3。
所述的天然乳胶凝固温度为25℃；在凝固过程中，凝固过程在模具中进行，干燥箱需能够维持恒定温度以及内外气压压差；在负压凝固4小时后释压至常压，继续凝固4小时。所述负压优选为内外气压差-0.1MPa。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了所述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、对经编间隔织物形状进行确定，并除杂；具体操作步骤如下：
(1)裁剪：将经编间隔织物进行合适形状的裁剪；
(2)除杂：裁剪好后的经编间隔织物放在无水乙醇中浸泡，去除织物在织造、放置等过程残留的油脂、灰尘等杂质；
(3)洗涤：将无水乙醇浸泡后的经编间隔织物用去离子水冲洗干净后晾干以备使用；
步骤二、进行天然乳胶的填充；具体操作步骤如下：
(1)计算：根据所裁剪的经编间隔织物尺寸、厚度计算织物的体积，根据填充率以及天然乳胶的密度、织物的体积计算填充所需要的天然乳胶的质量；
(2)称量：在电子天平上称取所需的天然乳胶的质量；
(3)浇筑：将称量好的天然乳胶倒入盛有经编间隔织物的模具中。
步骤三、消除气泡并进行天然乳胶的固化；具体操作步骤如下：
(1)浇筑完成后的织物使用刮刀将天然乳胶刮平，使其分布均匀；
(2)将刮平后的织物连同模具放在干燥箱中，干燥箱保持温度在25℃，保持内外压差，凝固4小时后即可释压至常压，然后继续凝固4小时。
较于纯织物，当填充率分别为为30％、50％、70％、100％时，天然乳胶柔性缓冲材料受到的冲击载荷分则别下降了约2.6％、25.3％、50.4％、56.3％。同时，在压缩率为25％时，四种填充率下的的柔性缓冲材料所承受的最大载荷分别提高3倍、4.5倍、11倍和50倍左右；压缩率为50％时，又显著增加至7.2倍、45倍、161倍和405倍左右。填充率对该柔性缓冲材料冲击性能具有较大影响。
附图说明
图1-1为本发明的负泊松比经编间隔织物实物图。
图1-2为本发明的负泊松比经编间隔织物的结构示意图。
图1-3为本发明制备的30％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图。
图1-4为本发明制备的30％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的填充结构示意图。
图1-5为本发明制备的50％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图。
图1-6为本发明制备的50％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的填充结构示意图。
图1-7为本发明制备的70％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图。
图1-8为本发明制备的70％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的填充结构示意图。
图1-9为本发明制备的100％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图。
图1-10为本发明制备的100％填充率的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的填充结构示意图。
图2是本发明基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料实施例载荷—压缩应变曲线图，其中(a)为25％压缩率时的载荷—压缩应变曲线，(b)为50％压缩率时的载荷—压缩应变曲线。
图3是本发明基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料实施例冲击能量-时间曲线图。
图中，101代表上层，102代表中间层，103代表下层，104代表填充的天然乳胶。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
实施例1
选取由双针床拉舍尔经编机织造的负泊松比涤纶经编间隔织物，其实物及结构示意见图1-1、1-2，经编间隔织物厚度为3.1mm，经编间隔织物的上层为四角网眼结构，网眼结构数为360个/cm2，下层为紧密组织。经编间隔织物间隔丝直径为45dtex，间隔丝排列方式为“V”字形，间隔丝排列密度为176根/cm2，间隔丝倾斜角度为36°。
上述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、对经编间隔织物形状进行确定，并除杂；具体操作步骤如下：
(1)裁剪：将经编间隔织物裁剪为长5cm，宽5cm的正方形；
(2)除杂：裁剪好后的正方形经编间隔织物放在无水乙醇中浸泡30min，去除织物在织造、放置等过程残留的油脂、灰尘等杂质；
(3)洗涤：将无水乙醇浸泡后的经编间隔织物用去离子水冲洗10min后晾干以备使用；
步骤二、进行天然乳胶的填充；具体操作步骤如下：
(1)计算：根据所裁剪的经编间隔织物尺寸计算其表面积为25cm2，然后根据经编间隔织物的厚度3.1mm以及表面积25cm2计算织物的体积为7.75cm3。最后，填充率优选为70％，根据填充率70％以及天然乳胶的密度0.93g/cm3、织物的体积7.75cm3计算填充所需要的天然乳胶的质量为5.05g；
(2)称量：在电子天平上称取5.05g的天然乳胶；
(3)浇筑：将称量好的天然乳胶倒入盛有经编间隔织物的模具中。
步骤三、消除气泡并进行天然乳胶的固化；具体操作步骤如下：
(1)浇筑完成后的织物使用刮刀将天然乳胶刮平，使其分布均匀；
(2)将刮平后的织物连同模具放在干燥箱中，干燥箱保持温度在25℃，保持内外压差为-0.1MPa，凝固4小时后即可释压至常压，继续凝固4小时。
制得的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图及填充结构示意见图1-7、1-8。
实施例2：
本实施例内容与实施例1内容基本相同，相同部分内容不再重复，与实施例1不同的是：对经编间隔织物进行天然乳胶胶填充时，填充率选定为100％，在此填充率下，计算得到所需天然乳胶的质量为7.21g。制得的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图及填充结构示意见图1-9、1-10。
实施例3：
本实施例内容与实施例1内容基本相同，相同部分内容不再重复，与实施例1不同的是：对经编间隔织物进行天然乳胶胶填充时，填充率选定为50％，在此填充率下，计算得到所需天然乳胶的质量为3.60g。制得的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图及填充结构示意见图1-5、1-6。
实施例4：
本实施例内容与实施例1内容基本相同，相同部分内容不再重复，与实施例1不同的是：对经编间隔织物进行天然乳胶胶填充时，填充率选定为30％，在此填充率下，计算得到所需天然乳胶的质量为2.16g。制得的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的实物图及填充结构示意见图1-3、1-4。
此外，需要说明的是，本发明所做的性能测试试验具体方式为压缩性能测试使用INSTRON 3367型双立柱台式电子试验机。将制备的复合材料裁成30mm×30mm的正方形试样，在压缩速度为15mm/min，压缩应变分别设置为压缩率较小的25％和较大的50％条件下测试，并对测试结果使用MATLAB软件对不同填充率的硅橡胶/经编间隔织物柔性复合材料的压缩测试数据进行拟合，通过对比分析指数、多项式、对数等回归情况。由此得到实验结果图2的(a)和(b)。
低速冲击测试采用Instron CEAST 9340落锤冲击试验机，将制备的柔性缓冲材料试样裁剪成50mm×50mm的正方形，由于实验试样为柔性复合材料，因此在试样下垫放一块金属块，避免试样被锤头砸破。冲击速度设置为1m/s，冲击头做自由落体运动冲击试样，安装的传感器可以监测到试样作用于冲击头的力，得到冲击力(N)、能量(J)、冲击速度(m/s)、试样冲击位移(mm)等数据，同时根据公式Etotal＝Ea+Er，式中：Etotal是总冲击能量(J)；Ea是复合材料吸收的能量(J)；Er是复合材料未吸收的能量(反弹能量)(J)进行图3冲击能量-时间曲线图绘制。最终得出结论，本发明中采用天然乳胶作为柔性缓冲材料的填充体制得缓冲材料，其缓冲和抗压性能优于传统的缓冲材料。在压缩率为25％的状态下，填充率为30％、50％、70％、100％的天然乳胶柔性缓冲材料所承受的最大载荷分别是纯织物的3倍、4.5倍、11倍和50倍左右；在压缩率为50％的状态下，填充率为30％、50％、70％和100％的天然乳胶柔性缓冲材料所承受的最大载荷分别是纯织物的7.2倍、45倍、161倍和405倍左右。填充率为30％、50％、70％、100％的天然乳胶柔性缓冲材料受到的冲击载荷比织物受到的冲击载荷分别下降了约2.6％、25.3％、50.4％、56.3％；填充率对该柔性缓冲材料冲击性能影响较大。压缩载荷与冲击载荷呈负相关；此外该柔性缓冲材料更柔软，耐冲击性能更好，制作方法更加的简洁环保。
Claims (9)
1.一种基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于：该柔性缓冲材料由经编间隔织物以及填充在经编间隔织物中间的天然乳胶构成；所述的经编间隔织物由上层、中间层、下层共同构成；所述织物下层为比上层紧密的组织；所述织物中间层分布有间隔丝。
2.根据权利要求1所述的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述的经编间隔织物厚度为2.5～3.4mm，本发明应用的所述经编间隔织物厚度优选为3.3mm；所述间隔丝直径为67～75μm，优选为75μm。
3.根据权利要求1所述的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述织物上层为网眼组织；所述织物下层为比上层紧密的组织；所述间隔丝排列方式为“V或X”字形。
4.根据权利要求1所述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述间隔丝排列密度为100～185根/cm2，优选为165根/cm2。
5.根据权利要求1所述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述间隔丝倾斜角度为35～45°，优选为36°。
6.根据权利要求1所述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述天然乳胶主要成分为顺-1,4-聚异戊二烯(91％～94％)。
7.根据权利要求1所述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述天然乳胶的填充率为30％～100％，优选为70％。
8.根据权利要求1所述基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料，其特征在于，所述的天然乳胶凝固温度为25℃；凝固过程在模具中进行，干燥箱需能够维持恒定温度以及内外气压压差；在负压凝固4小时后释压至常压，继续凝固4小时。
9.根据权利要求1～8任一权利要求所述的基于经编间隔织物的天然乳胶填充柔性缓冲材料的制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、对经编间隔织物形状进行确定，并除杂；具体操作步骤如下：
(1)裁剪：将经编间隔织物进行合适形状的裁剪；
(2)除杂：裁剪好后的经编间隔织物放在无水乙醇中浸泡，去除织物在织造、放置等过程可能残留的油脂、灰尘杂质；
(3)洗涤：将无水乙醇浸泡后的经编间隔织物用去离子水冲洗干净后晾干以备使用；
步骤二、进行天然乳胶的填充；具体操作步骤如下：
(1)计算：根据所裁剪的经编间隔织物尺寸、厚度计算织物的体积，根据填充率以及天然乳胶的密度、织物的体积计算填充所需要的天然乳胶的质量；
(2)称量：在电子天平上称取所需的天然乳胶的质量；
(3)浇筑：将称量好的天然乳胶倒入盛有经编间隔织物的模具中；
步骤三、消除气泡并进行天然乳胶的固化；具体操作步骤如下：
(1)浇筑完成后的织物使用刮刀将天然乳胶刮平，使其分布均匀；
(2)将刮平后的织物连同模具放在干燥箱中，干燥箱保持温度在25℃，保持内外压差，维持负压，织物置于干燥箱中凝固4小时后即可释压至常压，继续凝固4小时。
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