DE112018004180T5

DE112018004180T5 - Dreidimensionale polylactidfasermatrixschicht für bettwarenprodukte

Info

Publication number: DE112018004180T5
Application number: DE112018004180.8T
Authority: DE
Inventors: Kevin Chirackal; Mackenzie Prestera; Sheri McGuire
Original assignee: Serta Simmons Bedding LLC
Current assignee: Serta Simmons Bedding LLC
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-05-07
Also published as: US20190053630A1; CA3073201A1; WO2019036557A1; CN111278330A; JP7170044B2; JP2020531221A

Abstract

Offenbart wird eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht zur Verwendung für ein Bettwarenprodukt wie beispielsweise eine Matratze. Die dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht umfasst im Allgemeinen mehrere zufällig orientierte Polylactid-(PLA-)fasern, die an Kopplungspunkten zwischen benachbarten PLA-Fasern gebunden sind und ein freies Volumen pro Flächeneinheit der Schicht aufweisen.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Bettwarenprodukte und Herstellungsverfahren und insbesondere Bettwarenprodukte, die eine dreidimensionale Polylactid-(PLA-)fasermatrixschicht umfassen.
Eines der anhaltenden Probleme, die mit Vollschaum-Matratzenanordnungen sowie Hybridschaummatratzen verbunden sind (z.B. Schaumstoffmatratzen, die zusätzlich zu einer oder mehreren Schaumstoffschichten Druckfederspiralen, Blasen einschließlich eines Fluids und verschiedene Kombinationen davon umfassen), ist der Benutzerkomfort. Dem Benutzerkomfort gewidmet, werden Matratzen häufig aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Dichte und Härte hergestellt, um unter anderem den Bedürfnissen des intendierten Benutzers zu entsprechen. Ein besonderer Problembereich im Hinblick auf den Benutzerkomfort ist der Grad des beim Benutzer nach einer gewissen Zeit auftretenden Wärmestaus. Außerdem können einige Matratzen Feuchtigkeit in hoher Menge speichern, was weiteres Unbehagen beim Benutzer hervorrufen kann und möglicherweise zu schlechter Hygiene führt.
Leider verhindert die hohe Dichte der Schaumstoffe, die in gegenwärtigen Matratzenanordnungen verwendet werden, insbesondere in jenen, die Schichten mit herkömmlichen Formgedächtnisschaumstoffen von typischerweise feinzelliger Struktur und mit geringer Luftströmung verwenden, im Allgemeinen eine ordnungsgemäße Belüftung. Folglich kann das Schaummaterial nach einer gewissen Zeit ein für den Benutzer unangenehmes Wärmeniveau entfalten.
Es werden hier Bettwarenprodukte, die eine dreidimensionale Polylactid (PLA)-Polymerfasermatrix umfassen, offenbart.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht für eine Matratzenkonstruktion mehrere zufällig orientierte Polylactid-(PLA-)fasern, die an Kopplungspunkten zwischen benachbarten PLA-Fasern gebunden sind und ein freies Volumen pro Flächeneinheit der Schicht aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst eine Matratze mindestens eine dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht, die zufällig orientierte PLA-Fasern umfasst, die an Kopplungspunkten zwischen benachbarten Fasern gebunden sind und ein freies Volumen pro Flächeneinheit der Schicht aufweisen.
Die Offenbarung kann unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenbarung und der darin enthaltenen Beispiele leichter verstanden werden.

1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsteilansicht einer Schaumstoff-Faserverbundschicht, die eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht umfasst;
2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes System zur Vorkonditionierung einer dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht;
3 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes System zur Vorkonditionierung einer dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht;
4 zeigt eine Ober- und Querschnittsansicht einer Matratze, die eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht umfasst;
5 zeigt auch eine Ober- und Querschnittsansicht einer Matratze, die eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht umfasst;
6 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Matratze, die eine vorkonditionierte dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht umfasst.

4 und 5 zeigen eine Draufsicht (oben) bzw. Seitenansicht (unten) einer Matratze 200 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Matratze 200 umfasst einen Matratzenkern 202 und mindestens eine dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 204, die auf dem Matratzenkern 202 angeordnet ist, um eine Schlaffläche bereitzustellen. Die Abschnitte 206 und 208 der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 können unterschiedlich verarbeitet sein. Beispielsweise kann Abschnitt 208 der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 vorkonditioniert sein, während Abschnitt 206 nicht vorkonditioniert ist. Dadurch entsteht eine Matratze, bei der bestimmte Abschnitte der Matratze fester oder weicher sein können und auf die Schlafhaltung des Benutzers zugeschnitten werden können. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Abschnitte der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 in unterschiedlichem Ausmaß vorkonditioniert werden. Zum Beispiel kann ein Abschnitt der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 um einen bestimmten Betrag komprimiert (oder gedehnt) werden, um eine bestimmte Festigkeit zu erreichen, und ein anderer Abschnitt der dreidimensionalen Polymermatrixschicht 204 kann um einen unterschiedlichen Betrag komprimiert oder gedehnt werden, um eine unterschiedliche Festigkeit zu erreichen. Optional kann eine dreidimensionale PLA-Matrixschicht 204 in mehr als zwei Abschnitten vorkonditioniert werden, wobei jeder Abschnitt entsprechend vorkonditioniert werden kann, um eine unterschiedliche Festigkeit zu erreichen.
6 veranschaulicht schematisch eine Matratze 300, die eine untere Basisschicht 302, eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht 304 und mindestens eine obere Schaumstoffschicht 306 umfasst, wobei sich die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 304 zwischen der Basisschicht 302 und der oberen Schaumstoffschicht 306 befindet.
Die vorliegende Offenbarung überwindet die im Stand der Technik festgestellten Probleme durch die Bereitstellung einer Matratze mit einer oder mehreren dreidimensionalen Polylactidfasermatrixschichten. Das Polylactidpolymer (PLA), das die dreidimensionale Fasermatrix definiert, wird auch als Polymilchsäure bezeichnet. Es handelt sich beim PLA um einen biologisch abbaubaren thermoplastischen aliphatischen Polyester, der aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird, im Gegensatz zu traditionellen Kunststoffen, die typischerweise aus nicht erneuerbaren Erdölquellen gewonnen werden. Die verschiedenen Arten von geeigneten Polylactidpolymeren umfassen racemische PLLA (Poly-L-Milchsäure), reguläre PLLA (Poly-L-Milchsäure), PDLA (Poly-D-Milchsäure), PDLLA (Poly-DL-Milchsäure), PLGA (Polymilch-Co-Glycolsäure), PCL (Polycaprolacton) und Kombinationen davon.
Die Lage der ein oder mehreren dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschichten innerhalb einer Matratze soll nicht beschränkt sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht oder -schichten in der Nähe der Oberfläche oder des Bodens der Matratze angeordnet sein. In einer oder mehreren anderen Ausführungsformen werden die dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschichten als Übergangsschicht zwischen der Basisschaumstoffschicht und einer oder mehreren Schaumstoffschichten, z.B. Polyurethanschaumstoffschichten, Latexschaumstoffschichten, viskoelastischen Schaumstoffschichten oder dergleichen, in einer Vollschaum-Matratzenkonstruktion oder zwischen dem Innenkern und einer oder mehreren Schaumstoffschichten in einer Hybrid-Matratzenkonstruktion, die zusätzlich eine Blase, Spiralfedern oder dergleichen als Basisschicht umfassen kann, eingesetzt.
Die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht kann im Allgemeinen im Extrusionsverfahren geformt werden, woraus eine dreidimensionale zufällige Faserorientierung mit unterschiedlichen Kontaktpunkten zwischen den Fasern entsteht, die als Bindungspunkte dienen, um der dreidimensionalen Schicht Steifigkeit zu verleihen.
Die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht selbst unterliegt einer Ermüdung in Scherrichtung, wie sie beim Rollen eines Benutzers von einer Seite zur anderen auf der Matratze, die die dreidimensionale Polymerschicht umfasst, auftreten kann. Dies kann eine Verdichtung der dreidimensionalen Polymerfaserschicht in Abhängigkeit von der Nutzung ergeben, die sich im Laufe der Zeit als Festigkeitsänderung und Höhenverlust manifestiert. Um die Eigenschaftsänderungen der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht in Abhängigkeit von der Nutzung zu minimieren, kann die dreidimensionale Polymermatrixschicht einem Vorkonditionierungsprozess unterzogen werden, der die schwächeren Bindungen und/oder strukturell schwächeren Fasern innerhalb der dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht aufbricht.
Nun zu 1, die eine dreidimensionale Polymermatrixschicht darstellt, allgemein bezeichnet mit der Zahl 10. Die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 10 umfasst zufällig orientierte PLA-Fasern 12, die eine signifikante Anzahl von Hohlräumen 14 definieren, d.h. eine relativ große Menge an freiem Volumen pro Flächeneinheit, wobei das freie Volumen definiert ist als ein Bereich, der nicht von einem Polymerstrang besetzt ist, und hier auch als Hohlräume bezeichnet wird. Die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 10 umfasst mehrere Bindungspunkte 16 an Schnittpunkten zwischen den zufällig orientierten PLA-Fasern.
Im Allgemeinen wird die dreidimensionale PLA-Matrixschicht 10 zunächst durch Extrusion von PLA zur Bildung mehrerer Fasern geformt. Getrocknetes Granulat, Pellets, Späne oder dergleichen des PLA (Feuchtigkeitsgehalt unter 250 ppm) werden in einen Extrusionsapparat, d.h. einen Extruder, bei einer erhöhten Temperatur, wobei die Temperatur höher als die Schmelztemperatur des PLA ist, d.h. von etwa 150 °C bis etwa 170 °C, sowie einem erhöhten Druck eingeführt. Das PLA in Schmelzform wird dann durch eine Düse extrudiert, die im Allgemeinen eine Platte mit zahlreichen im Abstand voneinander verteilten Öffnungen mit einem definierten Durchmesser ist, wobei die Anordnung, die Dichte und der Durchmesser der Öffnungen gleich oder unterschiedlich über der gesamten Platte sein können. Sind sie unterschiedlich, kann die dreidimensionale PLA-Faserschicht so hergestellt werden, dass sie Zonen unterschiedlicher Dichte aufweist, z.B. können die Schnittflächen unterschiedliche Mengen an freiem Volumen pro Flächeneinheit aufweisen. Beispielsweise kann die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht eine rahmenartige Struktur umfassen, wobei der äußere periphere Abschnitt eine höhere Dichte als der innere Abschnitt aufweist; oder wobei die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht ein schachbrettartiges Muster aufweisen kann, wobei jedes Quadrat in dem Schachbrett eine andere Dichte als ein angrenzendes Quadrat aufweist; oder wobei die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht Abschnitte unterschiedlicher Dichte aufweisen kann, die den unterschiedlichen zu erwartenden Gewichtsbelastungen eines Benutzers davon entsprechen. Die verschiedenen Strukturen der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht sollen nicht beschränkt sein und können für jede gewünschte Anwendung angepasst werden. Auf diese Weise kann die Festigkeit, d.h. die Eindrückhärte, und/oder die Dichte der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht in Abhängigkeit von der Düsenkonfiguration und Fördergeschwindigkeit gleichmäßig oder variiert sein.
Das PLA-Rohmaterial wird in ein Kühlbad extrudiert, was ein Verschränken und Binden der Polymerfasern durch Verschränkung zur Folge hat. Gleichzeitig wird die kontinuierlich extrudierte, gekühlte Polymermatrix auf ein Förderband gezogen. Die Fördergeschwindigkeit und die Kühlbadtemperatur können individuell variiert werden, um die Dicke und Dichte der dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht weiter zu variieren. Im Allgemeinen kann die Dicke der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht selbst als ein Matratzenmaterial in Gesamtbreite mit Dicken im Bereich von etwa 1 bis etwa 6 Zoll extrudiert werden und kann entsprechend den Toppergrößen oder in Rollenform hergestellt werden. Es können jedoch auch dünnere oder stärkere Dicken verwendet werden sowie, falls gewünscht, breitere Breiten. Die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht kann eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 5,9 Zoll aufweisen.
Geeignete Extruder umfassen unter anderem Mischer für kontinuierliche Prozesse mit hoher Scherkraft wie zum Beispiel: industrielle Schmelzknetextruder, die von einer Vielzahl von Herstellern erhältlich sind, zum Beispiel: Cincinnati-Millicron, Krupp Werner & Pfleiderer Corp., Ramsey, N.J. 07446, American Leistritz Extruder Corp.; Somerville, N.J. 08876; Berstorff Corp., Charlotte, N.C.; und Davis-Standard Div. Crompton & Knowles Corp., Paweatuck, Conn. 06379. Die Kneter sind von Buss America, Inc., Bloomington, I11. erhältlich; und Mischer mit hoher Scherkraft, alternativ bekannt als Gelimat™, sind von Draiswerke GmbH., Mannheim-Waldhof, Deutschland erhältlich; und Farrel Continuous Mixer sind von Farrel Corp., Ansonia, Conn. erhältlich. Die Schneckenkomponenten für das Mischen, Erhitzen, Verdichten und Kneten sind in Kapitel 8 und auf den Seiten 458-476 von Rauwendaal, Polymer Extrusion, Hanser Publishers, New York (1986); Meijer et al., „The Modeling of Continuous Mixers. Part 1: The Corotating Twin-Screw Extruder", Polymer Engineering and Science, Vol. 28, Nr. 5, S. 282-284 (März 1988); und Gibbons et al., „Extrusion", Modern Plastics Encyclopedia (1986-1987), dargestellt und beschrieben. Das Wissen, das erforderlich ist, um Elemente der Extruderzylinder auszuwählen und Extruderschnecken zusammenzubauen, ist von verschiedenen Extruderlieferanten leicht erhältlich und dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Plastifizierung von Fluxpolymeren bekannt.
Die PLA-Fasern können massiv oder hohl sein und Querschnitte aufweisen, die kreisförmig oder dreieckig sind oder andere Querschnittsgeometrien aufweisen, z.B. dreilappig, kanalisiert und dergleichen. Eine andere Art von PLA-Faser weist eine verschränkte, druckfederartige Struktur auf. Während der Herstellung wird die PLA-Faserstruktur durch Extrusion erwärmt, um die Fasern miteinander zu verbinden und eine belastbarere Struktur bereitzustellen. Die Fasern können je nach den erwünschten Merkmalen zufällig oder richtungsorientiert sein. Derartige Verfahren sind in der US-Patentschrift Nr. 8,813,286 mit dem Titel, Tunable Spring Mattress and Method for Making the Same, erörtert, auf deren Gesamtheit hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Die PLA-Fasern und ihre Merkmale sind für das Bereitstellen erwünschter Abstimmungsmerkmale ausgewählt. Ein Maß für die „Haptik“ eines Kissens ist die Eindrückhärte oder IFD. Die Eindrückhärte ist eine Metrik, die in der Weichschaumindustrie verwendet wird, um die „Festigkeit“ einer Schaumstoffprobe, wie zum Beispiel von einem Formgedächtnisschaumstoff, zu bewerten. Um einen IFD-Test durchzuführen, wird ein kreisförmiger, flacher Eindrückkörper mit einer Oberfläche von 323 Quadratzentimetern (50 Quadratzoll - 8 Zoll Durchmesser) gegen eine Schaumstoffprobe von üblicherweise 100 mm Dicke und mit einer Fläche von 500 mm mal 500 mm gedrückt (ASTM-Standard D3574). Die Schaumstoffprobe wird zuerst auf einen flachen Tisch gelegt, der mit Löchern versehen ist, um den Durchtritt von Luft zu ermöglichen. Anschließend werden deren Zellen zweimalig bei 75% „Belastung“ komprimiert und sechs Minuten lang ruhen gelassen. Die Kraft wird 60 Sekunden nach Erreichen einer Eindrückung von 25% mit dem Eindrückkörper gemessen. Niedrigere Punktzahlen entsprechen einer geringeren Festigkeit; höhere Punktzahlen einer größeren Festigkeit. Die IFD der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht, die auf diese Weise getestet und für die Verwendung in einer Matratze konfiguriert ist, weist eine IFD im Bereich von 5 bis 25 Kraftpfund auf. Die Dichte der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht liegt im Bereich von 1,5 bis 6 lb/ft³. Nach der Vorkonditionierung, falls zutreffend, kann die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht eine Dichte von 1,6 bis 7 lb/ft³ und eine IFD von 4 bis 24,9 Kraftpfund aufweisen.
Wie oben erwähnt, kann in einigen Ausführungsformen die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht vorkonditioniert sein. 2 stellt eine Ausführungsform eines Systems 50 dar, das die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 52 entsprechend vorkonditionieren kann, um eine konsistentere und einheitlichere Festigkeit oder Härte über die Oberfläche 54 der dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht 52 bereitzustellen und deren Gebrauchsdauer als Schicht in einer Matratze zu gewährleisten. Insbesondere zeigt 2 eine Matratze hergestellt mit einer dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht 52, die angepasst ist auf einen Matratzenkern 54. Der Matratzenkern 54 ist auf einen Tisch 60 über einer beweglichen Platte 62 aufgesetzt. Die Platte 62 kann vom Fußende bis zum Kopfende der Matratze hin und her bewegt werden, wie durch Pfeil 65 angezeigt, und gleichzeitig bewegt sich ein mechanischer Arm 64 auf und ab, wie durch Pfeil 66 angezeigt. Der mechanische Arm 64 kann die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 52 zyklisch bearbeiten, um eine mechanische Kraft aufzubringen. Die Stärke der aufgebrachten mechanischen Kraft wird entsprechend gewählt, um ein mechanisches Merkmal anzupassen, wie zum Beispiel die IFD der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht 52. Die von dem mechanischen Arm 64 getragene Platte 62 kann sich über die gesamte Oberfläche der Matratze bewegen, wodurch die Matratze im Wesentlichen über ihre gesamte Länge und Breite bearbeitet werden kann. Dies sorgt für eine gleichmäßigere Festigkeit über die gesamte Länge und Breite der Matratze. In anderen Ausführungsformen kann die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 52 zunächst einzeln, ohne den Matratzenkern 54, bearbeitet und dann auf dem Matratzenkern angeordnet werden, um eine konditionierte Matratzenanordnung bereitzustellen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Platte 64 so bemessen sein, dass sie dem Schlafbereich der Matratze und/oder der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht 52 im Wesentlichen entspricht. In derartigen Ausführungsformen kann das System 50 zur Vorkonditionierung eines wesentlichen Teils der Matratze verwendet werden. Darüber hinaus kann das System 50 in derartigen Ausführungsformen zur gleichzeitigen Vorkonditionierung der Matratzenoberfläche im Kopf-, Körper- und Fußbereich verwendet werden. In noch anderen Ausführungsformen kann das System 50 abhängig von der Art der Vorkonditionierung wie erwünscht konfiguriert werden. Zum Beispiel kann die Platte 62 entsprechend bemessen und geformt sein, um selektiv entweder einen mittleren Abschnitt oder einen Randabschnitt oder beide Abschnitte der Matratze und/oder die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 52 vorzukonditionieren. In einem anderen Beispiel kann das System 50 mit mehreren Platten 63 zur Vorkonditionierung verschiedener Abschnitte der Matratze durch Aufbringen ähnlicher oder unterschiedlicher Lasten konfiguriert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Platte 62 über die Länge oder Breite der Matratze beweglich sein und mit einer zylindrischen Walze ausgestattet sein, so dass die Platte 62 entlang der Oberfläche der Matratze rollen kann, um die Matratze und/oder die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 52 fortschreitend zu komprimieren. Im Allgemeinen könnte es in anderen Ausführungsformen und Ausübungen so sein, dass die in 2 gezeigte Vorrichtung lediglich ausgewählte Abschnitte und Bereiche der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht 52 bearbeitet. In bestimmten Ausführungsformen kann die Matratze so arrangiert sein, dass die Matratze mit mehreren Zonen unterschiedlicher Festigkeit konfiguriert werden kann. In derartigen Ausführungsformen kann die Matratze mit ausgewählten Zonen, die unterschiedliche Festigkeiten als andere Zonen aufweisen, entsprechend arrangiert sein, um eine natürliche Angleichung der S-Kurve der Wirbelsäule durch Hinzufügen einer zusätzlichen Stütze im unteren Rücken und unter den Knien zu fördern oder um unterschiedliche Festigkeitszonen für Partner zu schaffen, die auf derselben Matratze schlafen, aber eine andere Festigkeit wünschen. Für den Fachmann wird es offensichtlich sein, dass die Bereiche, die auf der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht 52 bearbeitet werden, von der Anwendung abhängig sind und wie erwünscht variieren können. In bestimmten Ausführungsformen können ferner zusätzliche dreidimensionale PLA-Fasermatrixschichten (nicht abgebildet) auf der Matratze angeordnet werden, um mehrfache Schichten zu erhalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede einzelne Schicht der Matratze aus den dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschichten gebildet werden. Optional können eine oder mehrere dieser zusätzlichen dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschichten 52 auch durch Belastung, Kompression und/oder Dehnung, wie in dieser Anwendung beschrieben, vorkonditioniert werden, um eine Matratze mit mehreren Schichten vorkonditionierten Schaumstoffs zu erhalten. Darüber hinaus sollte es offensichtlich sein, dass die Matratze zusätzliche Schichten aus Schaumstoff, Spiralfedern oder dergleichen umfassen kann.
3 zeigt ein alternatives System 100 zur Verarbeitung einer dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht 52. In der abgebildeten Ausführungsform übt ein Paar gegenläufiger Walzen 102, 104 eine Kraft über die gesamte Länge und Breite der dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht 52 aus. Die Walzen können wahlweise in die Extrusionslinie, die Schneidlinie, die Matratzenmontagelinie oder die Versandmontagelinie eingesetzt werden, so dass die neu hergestellte dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 52 während der Herstellung im Werk verarbeitet wird. Diese und andere geeignete Systeme zur Vorkonditionierung der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht der vorliegenden Offenbarung sind in der US-Patentschrift Nr. 7,690,096 weiter offenbart, die hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
4 zeigt eine Draufsicht (oben) und eine Seitenansicht (unten) einer Matratze 200 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die Matratze 200 umfasst einen Matratzenkern 202 und mindestens eine dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 204, die auf dem Matratzenkern 202 angeordnet ist, um eine Schlaffläche bereitzustellen. Die Abschnitte 206 und 208 der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 können unterschiedlich verarbeitet sein. Beispielsweise kann Abschnitt 208 der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 vorkonditioniert sein, während Abschnitt 206 nicht vorkonditioniert ist. Dadurch entsteht eine Matratze, bei der bestimmte Abschnitte der Matratze fester oder weicher sein können und auf die Schlafhaltung des Benutzers zugeschnitten werden können. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Abschnitte der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 in unterschiedlichem Ausmaß vorkonditioniert werden. Zum Beispiel kann ein Abschnitt der dreidimensionalen PLA-Matrixschicht 204 um einen bestimmten Betrag komprimiert (oder gedehnt) werden, um eine bestimmte Festigkeit zu erreichen, und ein anderer Abschnitt der dreidimensionalen Polymermatrixschicht 204 kann um einen unterschiedlichen Betrag komprimiert oder gedehnt werden, um eine unterschiedliche Festigkeit zu erreichen. Optional kann eine dreidimensionale PLA-Matrixschicht 204 in mehr als zwei Abschnitten vorkonditioniert werden, wobei jeder Abschnitt entsprechend vorkonditioniert werden kann, um eine unterschiedliche Festigkeit zu erreichen.
5 veranschaulicht schematisch eine Matratze 300, die eine untere Basisschicht 302, eine dreidimensionale Polymerfasermatrixschicht 304 und mindestens eine obere Schaumstoffschicht 306 umfasst, wobei sich die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht 304 zwischen der Basisschicht 302 und der oberen Schaumstoffschicht 306 befindet.
Im Allgemeinen liegt die Dicke der unteren Basisschicht 302 in einem Bereich von 4 bis 10 Zoll, bei anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 6 bis 8 Zoll und bei noch anderen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 6 bis 6,5 Zoll. Die untere Basisschicht kann aus offen- oder geschlossenzelligen Schaumstoffen, einschließlich unter anderem viskoelastischen Schaumstoffen, nicht viskoelastischen Schaumstoffen, Latexschaumstoffen, Polyurethanschaumstoffen und dergleichen, gebildet sein.
Die untere Basisschicht 302 kann eine Dichte von 1 Pfund pro Kubikfuß (lb/ft³) bis 6 lb/ft³ aufweisen. In anderen Ausführungsformen beträgt die Dichte 1 lb/ft³ bis 5 lb/ft³ und in noch anderen Ausführungsformen von 1,5 lb/ft³ bis 4 lb/ft³. Beispielshalber kann die Dichte etwa 1,5 lb/ft³ betragen. Die Eindrückhärte (IFD) liegt in einem Bereich von 20 bis 40 Kraftpfund, wobei die Härte gemäß ASTM D-3574 gemessen wird.
Alternativ kann die untere Basisschicht 302 ein Spiralfederinnenkern sein, der innerhalb eines Hohlraums, definiert durch eine Becheranordnung, angeordnet ist, wobei die Becheranordnung eine ebene Basisschicht und Seitenleisten umfasst, die um einen Umfang der ebenen Basisschicht herum angeordnet sind.
Die mindestens eine obere Schaumstoffschicht 306 definiert eine Deckplatte, die über der dreidimensionalen PLA-Matrixfaserschicht 304 liegt. Die Deckplatte kann je nach vorgesehenem Verwendungszweck aus einer oder mehreren viskoelastischen Schaumstoff- und/oder nicht viskoelastischen Schaumstoffschichten gebildet sein. Der Schaumstoff selbst kann ein beliebiges offenzelliges oder geschlossenzelliges Schaumstoffmaterial sein, einschließlich unter anderem Latexschaumstoffe, Naturlatexschaumstoffe, Polyurethanschaumstoffe, Kombinationen davon und dergleichen. Die Deckplatte hat eine ebene Ober- und Unterseite. Die Dicke der Deckplatte liegt im Allgemeinen bei einigen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 0,5 bis 2 Zoll, bei anderen Ausführungsformen bei weniger als 1 Zoll, so dass die Vorteile der Bewegungstrennung und des erhöhten Luftdurchsatzes von der darunter liegenden Schaumstoffschicht 104 bereitgestellt werden. Die Dichte von der mindestens einen oberen Schaumstoffschicht 306 liegt bei einigen Ausführungsformen in einem Bereich von 1 bis 5 lb/ft³, in anderen Ausführungsformen in einem Bereich von 2 bis 4 lb/ft³. Die Härte liegt bei einigen Ausführungsformen in einem Bereich von etwa 10 bis 20 Kraftpfund, bei anderen Ausführungen bei weniger als 15 Kraftpfund. In einer Ausführungsform weist die Deckplatte eine Dicke von 0,5 Zoll, eine Dichte von 3,4 lb/ft³ und eine Härte von 14 Kraftpfund auf.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede der verschiedenen mehrfach gestapelten Matratzenschichten 302, 304 und 306 aus der dreidimensionalen PLA-Fasermatrix gebildet sein.
Die verschiedenen mehrfach gestapelten Matratzenschichten 302, 304 und 306 können mit Hilfe eines Klebstoffs aneinandergefügt, thermisch miteinander verbunden oder mechanisch aneinander befestigt sein, wie es für verschiedene Anwendungen gewünscht sein kann.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsart, und auch um es jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung zu realisieren und zu benutzen. Der patentierbare Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die den Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige anderen Beispiele sollen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von dem genauen Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem genauen Wortlaut der Ansprüche enthalten, in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8813286 [0018]
US 7690096 [0022]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Meijer et al., „The Modeling of Continuous Mixers. Part 1: The Corotating Twin-Screw Extruder“, Polymer Engineering and Science, Vol. 28, Nr. 5, S. 282-284 (März 1988) [0017]
Gibbons et al., „Extrusion“, Modern Plastics Encyclopedia (1986-1987) [0017]

Claims

Was beansprucht wird:
Matratze umfassend: mindestens eine dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht, die zufällig orientierte PLA-Fasern umfasst, die an Kopplungspunkten zwischen benachbarten Fasern gebunden sind und ein freies Volumen pro Flächeneinheit der Schicht aufweisen, wobei die mindestens eine dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht derartig vorkonditioniert ist, dass ein Anteil der Kopplungspunkte gelöst ist und ein Anteil der zufällig orientierten Polymerfasern zu Fragmenten wird, um eine mechanische Eigenschaft der vorkonditionierten dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht relativ zu der dreidimensionalen PolymerFasermatrixschicht ohne Vorkonditionierung zu ändern.
Matratze nach Anspruch 1, wobei sich die mindestens eine dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht zwischen mindestens einer oberen Schaumstoffschicht und einer unteren Basisschicht befindet.
Matratze nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine obere Schaumstoffschicht, einen viskoelastischen Schaumstoff umfasst.
Matratze nach Anspruch 2, wobei die untere Basisschicht einen Polyurethanschaumstoff oder Latexschaumstoff umfasst.
Matratze nach Anspruch 2, wobei die untere Basisschicht einen Spiralfederinnenkern umfasst, der in einer Schaumstoffbecheranordnung angeordnet ist.
Matratze nach Anspruch 2, wobei die untere Basisschicht und die mindestens eine obere Schaumstoffschicht aus der dreidimensionalen PLA-Fasermatrixschicht gebildet ist.
Matratze nach Anspruch 1, wobei die extrudierte dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht mehrere Zonen von den PLA-Fasern umfasst, die unterschiedliche Dichten und/oder Eindrückhärtewerte aufweisen.
Matratze nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht eine Höhenabmessung von 1 bis 6 Zoll aufweist.
Matratze nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionale PLA-Fasermatrixschicht eine Eindrückhärte von 5 bis 25 Kraftpfund aufweist.
Matratze nach Anspruch 1, wobei das PLA aus der Gruppe bestehend aus racemischer PLLA (Poly-L-Milchsäure), regulärer PLLA (Poly-L-Milchsäure), PDLA (Poly-D-Milchsäure), PDLLA (Poly-DL-Milchsäure), PLGA (Poly-Milch-co-Glycolsäure), PCL (Polycaprolacton) und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Matratze nach Anspruch 1, wobei die Änderung bei der mechanischen Eigenschaft eine Verringerung der Dicke der vorkonditionierten dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht relativ zur dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht ohne Vorkonditionierung ist.
Matratze nach Anspruch 1, wobei die Änderung der mechanischen Eigenschaft eine Verringerung der Eindrückhärte der vorkonditionierten dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht relativ zur dreidimensionalen Polymerfasermatrixschicht ohne Vorkonditionierung ist.