CN117158743A - 一种一体成型的分区双面体感空气纤维床垫及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一体成型的分区双面体感空气纤维床垫,所述床垫包括硬度不同的上层和下层,所述上层和下层包括不同的分区,各分区具有不同的密度和长度,所述上层和下层通过连续化生产一体成型;不同密度和长度通过采用独立的控制系统通过控制上下层对应螺杆挤出速度、输送辊速度、牵引辊速度及在各速度条件下的运行时间而获得。本发明床垫采用空气纤维材质,具有硬度不同的上下层结构,提供两面体感;上层和下层包括不同的分区,改善脊柱的支撑条件,达到体压分散的效果,提高睡眠舒适度;床垫还包括密度较小的过渡区,使得床垫可以折叠。本发明的床垫采用一体成型,保持床垫各分区的结构稳定。
Description
技术领域
本发明涉及床垫领域,具体涉及一种一体成型的分区双面体感空气纤维床垫及制造方法。
背景技术
床垫产品在我国开始流行,乳胶、棕榈、记忆棉、纳米技术、空气床垫等等,材料种类繁多。床垫产品的功能是保证消费者获得健康而又舒适的睡眠,床垫性能好坏主要取决于床垫的材质、是否透气、对人体的力学支撑等。空气纤维床垫指的是使用了4D空气纤维材料作为垫层结构部分的床垫,空气纤维材料采用热塑性树脂(PE、POE)或热塑性聚酯弹性体(TPEE)等原料,通过将其高温熔融直接喷丝成型,整个生产过程不需要化学胶水粘合,无异味,零甲醛。此外,空气纤维床垫除了纤维,90%都是空气,透气性良好。空气纤维床垫的健康性优异,因而目前对空气纤维床垫的性能改进主要集中在力学支撑性。
改进床垫的力学支撑,第一方面,可以通过对空气纤维材料进行改进。例如CN116219641A公开了一种高耐疲劳空气纤维垫及其制备方法,空气纤维的组分包括热塑性弹性体树脂60-90份,聚烯烃树脂10-40份,交联剂1-2份,引发剂0.1-0.4份,催化剂0.1-0.5份,抗氧剂0.3-0.6份,加工助剂0.5-2份。第二方面,可以通过对床垫的结构进行改进,例如CN215456807U采用不同硬度的多层结构,使人体压力分布较好。而人体不同部位的重量不同,在床垫上的压力分布不同,因而床垫更适合分区设置。但是分区设置一般是通过多个垫体组合而成,例如JP2022069693A公开了一种床垫,在长度方向上分成多个垫体。多个垫体拼接得到的床垫会带来新的技术问题,拼接位置两侧的力学性能不同,受压时形变不同,长久会导致拼接位置错位、结构破坏、容易藏污纳垢等。一体成型床垫可以避免组合的技术问题,但一体成型不同分区的空气纤维床垫还未见到文献报道。此外,床垫一般很难折叠,在特殊用途(如病床)或收纳时,也亟需一种可折叠床垫。
鉴于上述技术问题,特提出了本发明。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的第一方面提供了一种一体成型的分区双面体感空气纤维床垫,所述床垫包括硬度不同的上层和下层,所述上层和下层包括不同的分区,各分区具有不同的密度和长度,所述上层和下层通过连续化生产一体成型;所述一体成型为:同时连续制备上层和下层的空气纤维,按照分区设定空气纤维的制备速度和制备时间,以形成不同的上层和下层不同的分区,得到一体成型的床垫。本发明所述的分区是指承重分区、过渡分区或其他适用于床垫的结构分区。
人的脊柱是有正常的生理曲度,过软和过硬的床垫都会使脊柱得不到合适的支撑。床垫对人体的支撑是床垫整体与人体重量之间相互作用的结果,而不同的体型和体重对床垫的硬度和硬度分布有着不同的需求。鉴于人体不同部位的重量分布不同,本发明的床垫采用分区式,使床垫的不同承重分区有不同的硬度特征,以改善脊柱的支撑条件,达到体压分散的效果,提高睡眠舒适度。
在空气纤维相同时,床垫的硬度主要取决于空气纤维密度,密度越大,硬度越高。在一个或多个实施方案中,所述上层和下层分别包括2-6个承重分区。
例如,上层和下层分别包括2个承重区:上部区和下部区。或者,上层和下层分别包括3个承重区,头背区、腰臀区和腿部区。此时,所述上层头背区、腰臀区和腿部区的密度分别为55-70kg/m3、65-80kg/m3和60-70kg/m3,占上层的长度的百分比分别为25-30%、30-35%和30-40%。下层头背区、腰臀区和腿部区的密度分别为40-50kg/m3、45-60kg/m3和40-50kg/m3,占下层的长度的百分比分别为25-30%、30-35%和30-40%。
一个典型的例子如图1所示,床垫的分区包括第一头背区1001、第一腰臀区1002、第一腿部区1003、第二头背区1004、第二腰臀区1005、第二腿部区1006;各分区具有不同的密度和长度。例如,长度2m的床垫,头背区为64cm,腰臀区为60cm,腿部区为76cm。
在一个或多个实施方案中,所述床垫还包括过渡区,所述过渡区位于承重分区之间,所述过渡区的密度远小于承重分区的密度。过渡区可以处于所有的承重分区之间,也可以处于部分承重分区之间。过渡区的密度可以全部相同,也可以不同,例如均为25-30kg/m3或分别为25-28kg/m3、28-30kg/m3。过渡区的长度可以全部相同,也可有所差异,例如均占床垫长度百分比为1%-3%或分别为1%-2%、2-3%。
在一个典型的实施例中,床垫结构及折叠的示意图如图2所示,床垫还包括第一过渡区1007,第二过渡区1008、第三过渡区1009和第四过渡区1010,第三过渡区1009的长度大于第一过渡区1007,第三过渡区1009的密度小于第一过渡区1007,第四过渡区和第二过渡区的关系类似,由于各过渡区的长度和密度设置,床垫的头背区和腿部区很容易向上折叠。
在一个典型的实施例中,床垫结构及折叠的示意图如图3所示,床垫还包括第一过渡区1007,第二过渡区1008、第三过渡区1009和第四过渡区1010,第三过渡区1009的长度大于第一过渡区1007,第三过渡区1009的密度小于第一过渡区1007,第四过渡区和第二过渡区的关系相反。由于各过渡区的长度和密度设置,床垫的头背区容易向上折叠,腿部区容易向下折叠,形成Z形折叠,折叠更容易。
上层和下层具有不同的硬度,可以是上层硬度小、下层硬度大,也可以是上层硬度大,下层硬度小。上下层硬度可以通过空气纤维材质、空芯纤维或实芯纤维、纤维的丝径、纤维的密度等进行调整。在一个典型的例子中,所述上层的硬度小于下层,所述上层的厚度小于下层厚度;所述上层厚度为2-3cm,下层厚度为4-5cm。
在一个或多个实施方案中,所述上层和下层空气纤维的材质选自热塑性聚酯弹性体(TPEE)、乙烯类聚合物(例如聚乙烯PE)、聚烯烃热塑性弹性体(POE)的一种或几种;优选地,所述上层空气纤维的材质选自TPEE或PE,所述下层空气纤维的材质选自PE。
本发明的第二方面还提供了本发明任一实施方案所述的一体成型的分区双面体感空气纤维床垫的制造方法,采用独立的控制系统分别控制上层和下层的空气纤维的制备,按照分区设定形成上层和下层的各分区。
在一个或多个实施方案中,所述制造方法还包括如下步骤:
(1)将上层和下层的原料分别送入各自的熔融通道后进入出丝组件;
(2)通过出丝组件中相邻的喷丝区连续喷出上层纤维丝状物和下层纤维丝状物;
(3)上层纤维丝状物和下层纤维丝状物相邻且垂直进入水中,水中经过输送、冷却、固化形成上层空气纤维和下层空气纤维,经过导向拉出水面,拉出水面时上层空气纤维与下层空气纤维保持相邻且处于上下位置;
(4)经过牵引,空气纤维依次连续按照分区设定形成床垫的上层和下层的各分区,得到一体成型的分区双面体感空气纤维床垫。
在一个或多个实施方案中,所述步骤(1)中,原料送入熔融通道之前还包括原料混合、原料干燥操作。所述上层和下层的原料通过真空方式送入的熔融通道;优选地,所述熔融通道为螺杆挤出通道。所述原料经过熔融通道进入出丝组件前,还经过过滤。
在一个或多个实施方案中,所述步骤(2)中,所述相邻的喷丝区包括上层喷丝区和下层喷丝区,所述上层喷丝区喷出的丝径小于下层喷丝区喷出的丝径;优选地,上层喷丝区和下层喷丝区喷出的均为实芯丝,丝径分别为0.8-1.5mm和1.0-2.5mm。或者上层喷丝区喷出的为实芯丝,丝径为0.8-1.5mm;下层喷丝区喷出的均为空芯丝,外圈丝径为2.8-3.4mm,内圈孔径为2.2-2.8mm。或者上层喷丝区和下层喷丝区喷出的均为空芯丝,外圈丝径为2.8-3.4mm,内圈孔径为2.2-2.8mm。
在一个或多个实施方案中,所述步骤(3)中,所述上层纤维丝状物和下层纤维丝状物相邻的少量丝状物相互缠绕和粘合成圈。
在一个或多个实施方案中,所述步骤(4)中,所述分区设定包括分区中空气纤维的密度和分区制备时间,所述空气纤维的密度对应螺杆挤出速度、输送速度和牵引速度;所述分区制备时间对应特定设定速度的螺杆挤出运行时间、输送运行时间和牵引运行时间;优选地,通过输送辊输送,通过牵引辊牵引。
在一个或多个实施方案中,所述步骤(4)中,所述螺杆挤出速度、输送速度和牵引速度确定方法为:按照预期的上层和下层各分区的空气纤维的密度,设置上层和下层对应螺杆挤出的速度;输送辊速度和牵引辊速度根据床垫密度分布差异进行调整,若需要密度增大,则降低输送辊速度和牵引辊速度,若需要密度减小,则增大输送辊速度和牵引辊速度。
在一个或多个实施方案中,所述分区制备时间为分区长度与输送辊的比值,所述的牵引辊速度为输送辊速度的80-90%。
在一个或多个实施方案中,所述步骤(4)中,所述床垫的长度方向为制品连续生产的长度方向。
本发明的第三方面还提供了本发明任一实施方案所述的一体成型的分区双面体感空气纤维床垫的制造设备,如图4所示,所述设备包括:出丝组件1、淋水板8、水箱9、输送辊10、牵引辊11、导向辊12、干燥器3、输送螺杆4和独立的控制系统(图4中未示出)。
所述干燥器的输出端与所述输送螺杆的输入端连接,所述输送螺杆的输出端与所述出丝组件的输入端连接,所述输送螺杆包含若干个加热区间。
上下层采用的热塑性弹性体原料经由各自的输送螺杆开始均有各自独立的原料运行通道及控制系统,可以根据上下层的密度设置进行单独控制。
所述出丝组件包括:合流阀2、喷丝模具5、分配板6、喷丝板7;合流阀2分别连通输送螺杆和喷丝模具;所述喷丝模具向下与所述分配板紧密贴合,所述分配板向下与所述喷丝板紧密贴合;分配板可以平衡熔融流体的在喷丝板上的挤出压力。
所述喷丝模具设有若干个喷丝通道,所述分配板上有与所述喷丝通道对应数量的分配区;所述分配区上还设有若干分配孔;每个所述分配区上的分配孔孔径与间距均不相同;所述喷丝板分为若干个喷丝区,任意一个所述喷丝区的状态为实心或空心中的一种。
所述水箱用于存放冷却水;所述输送辊设在所述水箱中,且完全没入所述水箱的冷却水中,所述出丝组件位于所述水箱的外部,所述淋水板倾斜设置于所述出丝组件与所述输送辊之间,且所述淋水板的第一端与所述输送辊接近水面的一端接触,所述淋水板的第二端向所述出丝组件延伸,且所述淋水板的淋水斜面朝向所述出丝组件的出丝面。
所述水箱上方还包括远红外辐射器,辐射范围覆盖喷丝板到水面的空间,实现整个落丝空间的温度均匀;远红外辐射器使整个空间的温度保持在120℃-220℃。
淋水板之间床垫宽度方向两侧还包括设置的定型模具,所述定型模具为与淋水板斜面角度一致、能够喷淋循环冷却水的装置;所述定型模具的作用是对床垫宽度方向两侧的自由下落细丝进行向内压缩,避免再次切割问题,节约生产原料、降低劳动强度,同时圆滑的侧边便于床垫装入床垫套中。
所述水箱中设有若干个导向辊,所述水箱外部还设有牵引辊,所述牵引辊用于将冷却后的纤维层经所述输送辊从所述水箱中拉出,所述若干个所述导向辊沿着所述纤维层从所述输送辊远离水面的一端向所述牵引辊移动的方向依次排布;
所述独立的控制系统用于控制螺杆挤出速度、输送辊速度、牵引辊速度和特定速度的运行时间控制床垫分区的形成。
与现有技术相比,本发明的有益效果至少包括:
1、本发明床垫采用空气纤维材质,具有硬度不同的上下层结构,提供两面体感;上层和下层均分为头背区、腰臀区和腿部区,改善脊柱的支撑条件,达到体压分散的效果,提高睡眠舒适度。
2、本发明床垫还包括密度较小的过渡区,使得床垫可以折叠,且通过过渡区密度和长短的调整,方便折叠且对床垫伤害较小。
3、本发明床垫的上层和下层原料均有各自独立的熔融通道、出丝组件和控制系统,因此可以根据上下层的密度设置分别进行单独控制。在连续生产过程,按照该特定的程序循环螺杆挤出速度、输送辊速度、牵引辊速度和各速度条件下的运行时间即可获得包括头背区、过渡区、腰臀区、过渡区、腿部区等分区的一体成型的分区双面体感空气纤维床垫。
4、本发明的床垫采用一体成型,保持床垫各分区的结构稳定;所述一体成型采用连续化生产,效率较高。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本发明实施的实施例,并与说明书一起用于解释本发明实施例的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明实施的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种空气纤维床垫的典型结构示意图;
图2是一种包含过渡区的空气纤维床垫及折叠示意图A;
图3是一种包含过渡区的空气纤维床垫及折叠示意图B;
图4是实施例1制造设备结构示意图;
图5是实施例1制造设备局部结构示意图;
图6是实施例1制造设备的出丝组件1剖面示意图;
图7是实施例1制造设备的喷丝区示意图。
附图标记说明:
1出丝组件,2合流阀,3干燥器,4输送螺杆,5喷丝模具,6分配板,7喷丝板,8淋水板,9水箱,10输送辊,11牵引辊,12导向辊,13水箱水面,21第一分流通道,22第二分流通道,31第一干燥器,32第二干燥器,41第一输送螺杆,42第二输送螺杆,51第一喷丝通道,52第二喷丝通道,61第一分配区,61第二分配区,71第一喷丝区,72第二喷丝区,1001第一头背区,1002第一腰臀区,1003第一腿部区,1004第二头背区,1005第二腰臀区,1006第二腿部区,1007第一过渡区,1008第二过渡区,1009第三过渡区,1010第四过渡区。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出。应理解,在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明,旨在用于解释本发明,而不构成对本发明的限制。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围。
实施例1
一种一体成型的分区双面体感空气纤维床垫,制造设备包括:合流阀2、干燥器3、输送螺杆4、喷丝模具5、分配板6、喷丝板7、淋水板8、水箱9、输送辊10、牵引辊11、导向辊12(其中13为水箱水面),如图4所示。所述干燥器3分为第一和第二干燥器31、32,输送螺杆4分为第一和第二输送螺杆41、42,合流阀2分为第一和第二分流通道21、22,喷丝模具5分为第一和第二喷丝通道51、52,分配板6分为第一和第二分配区61、62,喷丝板7分为第一和第二喷丝区71、72,其中合流阀2、喷丝模具5、分配板6、喷丝板7合称为喷丝组件1,如图5-7所示。
其中所述合流阀2与所述喷丝模具5紧密贴合,所述喷丝模具5下侧与所述分配板6上侧紧密贴合,所述分配板6下侧与所述喷丝板7上侧紧密贴合;所述合流阀2设有2个与上下层采用的热塑性弹性体原料经由的第一和第二输送螺杆41、42分别对应的第一和第二分流通道21、22,所述喷丝模具5由上模、中模、下模组成,将喷丝模具分割为2个独立的第一和第二喷丝通道51、52,第一和第二喷丝通道51、52分别与各自对应的第一和第二分流通道21、22相连通。分配板6上有与所述第一和第二喷丝通道51、52对应的2个第一和第二分配区61、62;所述分配板6上还设有若干分配孔与其下侧喷丝板相连通;所述喷丝板7由2个第一和第二喷丝区71、72组成,任意一个所述喷丝区71、72上有若干喷丝孔,所述喷丝孔的状态为实心或空心中的一种,其中空心的直径明显大于实心的直径。本实施例1中,喷丝区71为实芯孔,喷丝区72为空芯孔。
采用上述设备制造方法如下:分别将上层TPEE原料和下层PE原料分别经过干燥器3干燥,送入螺杆4,熔融后传送到合流阀2,然后通过喷丝模具5,经过分配板6,再通过喷丝板7喷出得到上层TPEE纤维丝状物和下层PE纤维丝状物。
其中,所述分配板6的孔径4mm,与喷丝模具配合形成左右2个独立的原料层分配区,分配板上分配孔的数量:106个/排,相邻两排之间交叉设置;左右分配区域各8排。
上层TPEE纤维丝状物和下层PE纤维丝状物自然下落水中,丝状物速度变慢以致相邻丝状物成圈接触,通过输送辊输送丝圈层进入20℃的冷却水箱进行快速冷却固化,如图6所示,上层TPEE纤维丝状物和下层PE纤维丝状物相邻的少量丝状物相互缠绕和粘合成圈,提高了上层和下层的结合强度。
冷却后的丝圈通过导向辊拉出水面,拉出水面时上层空气纤维与下层空气纤维保持相邻且处于上下位置,经过牵引辊牵引,独立的控制系统按照设定的条件控制螺杆挤出速度、输送辊速度及牵引辊速度,依次连续形成床垫的上层和下层的各分区包括依次形成第一和第二头背区、第一和第二腰臀区、以及第一和第二腿部区。
其中,所述喷丝7中喷丝区71、72的参数分别为:上层喷丝区喷出的为实芯丝,孔径为1mm;下层喷丝区喷出的均为实芯丝,孔径为1.5mm;实施例1得到的床垫结构及参数如下表所示:
实施例2
与实施例1不同之处在于:上层和下层的原料均为PE;所述喷丝7中喷丝区71、72的参数分别为:上层喷丝区喷出的为实芯丝,孔径为0.8mm;下层喷丝区喷出的均为实芯丝,孔径为1mm;实施例2得到床垫结构及参数如下表所示:
实施例3
与实施例1不同之处在于:依次形成第一和第二头背区、第一和第三过渡区、第一和第二腰臀区、第二和第四过渡区、以及第一和第二腿部区。结构示意图如附图2所示,得到床垫结构及参数如下表所示:
实施例4
与实施例2不同之处在于所述喷丝7中喷丝区71、72的参数分别为:上层喷丝区喷出的为实芯丝,孔径为1mm;下层喷丝区喷出的均为空芯丝,外圈孔径为3mm,内圈孔径为2.5mm;实施例4得到床垫结构及参数如下表所示:
最后说明的是,以上的实施例仅用于说明本发明的技术方案,并不构成对本发明内容的限制。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种一体成型的分区双面体感空气纤维床垫,其特征在于,所述床垫包括硬度不同的上层和下层,所述上层和下层包括不同的分区,各分区具有不同的密度和长度,所述上层和下层通过连续化生产一体成型;所述一体成型为:同时连续制备上层和下层的空气纤维,按照分区设定空气纤维的制备速度和制备时间,以形成不同的上层和下层不同的分区,得到一体成型的床垫。
2.如权利要求1所述的分区双面体感空气纤维床垫,其特征在于,所述上层和下层分别包括2-6个承重分区;优选地,所述床垫还包括过渡区,所述过渡区位于部分或全部承重分区之间,所述过渡区的密度远小于承重分区的密度。
3.如权利要求2所述的分区双面体感空气纤维床垫,其特征在于,所述上层的硬度小于下层,所述上层的厚度小于下层厚度;优选地,所述上层和下层空气纤维的材质选自热塑性聚酯弹性体(TPEE)、乙烯类聚合物(例如聚乙烯PE)、聚烯烃热塑性弹性体(POE)的一种或几种。
4.如权利要求1-3任一项所述的分区双面体感空气纤维床垫的制造方法,其特征在于,采用独立的控制系统分别控制上层和下层的空气纤维的制备,按照分区设定形成上层和下层的各分区。
5.如权利要求4所述的制造方法,所述制造方法还包括如下步骤:
(1)将上层和下层的原料分别送入各自的熔融通道后进入出丝组件;
(2)通过出丝组件中相邻的喷丝区连续喷出上层纤维丝状物和下层纤维丝状物;
(3)上层纤维丝状物和下层纤维丝状物相邻且垂直进入水中,水中经过输送、冷却、固化形成上层空气纤维和下层空气纤维,经过导向拉出水面,拉出水面时上层空气纤维与下层空气纤维保持相邻且处于上下位置;
(4)经过牵引,空气纤维依次连续按照分区设定形成床垫的上层和下层的各分区,得到一体成型的分区双面体感空气纤维床垫。
6.如权利要求5所述的制造方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述相邻的喷丝区包括上层喷丝区和下层喷丝区,所述上层喷丝区喷出的丝径小于下层喷丝区喷出的丝径;
优选地,上层喷丝区和下层喷丝区喷出的均为实芯丝,丝径分别为0.8-1.5mm和1.0-2.5mm;
或上层喷丝区喷出的为实芯丝,丝径为0.8-1.5mm,下层喷丝区喷出的均为空芯丝,外圈丝径为2.8-3.4mm,内圈孔径为2.2-2.8mm;
或上层喷丝区和下层喷丝区喷出的均为空芯丝,外圈丝径为2.8-3.4mm,内圈孔径为2.2-2.8mm。
7.如权利要求5所述的制造方法,其特征在于,步骤(1)中,所述熔融通道为螺杆挤出通道;步骤(3)中,所述输送为输送辊输送;步骤(4)中,所述牵引为牵引辊牵引。
8.如权利要求7所述的制造方法,其特征在于,所述步骤(4)中,所述分区设定包括分区中空气纤维的密度和分区制备时间;所述空气纤维的密度对应螺杆挤出速度、输送速度和牵引速度,所述分区制备时间对应特定设定速度的螺杆挤出运行时间、输送运行时间和牵引运行时间。
9.如权利要求8所述的制造方法,其特征在于,所述步骤(4)中,所述螺杆挤出速度、输送速度和牵引速度确定方法为:按照预期的上层和下层各分区的空气纤维的密度,设置上层和下层对应螺杆挤出的速度;输送辊速度和牵引辊速度根据床垫密度分布差异进行调整,若需要密度增大,则降低输送辊速度和牵引辊速度,若需要密度减小,则增大输送辊速度和牵引辊速度。
10.如权利要求8所述的制造方法,其特征在于,所述分区制备时间为分区长度与输送辊的比值,所述的牵引辊速度为输送辊速度的80-90%。
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