垫体及垫体的制造方法

专利名称：垫体及垫体的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种垫体及其制造方法，尤其涉及一种特别适用于机动车、火车、飞机及类似者的座垫，该座垫具改进的阻燃性能，以及该座垫的制造方法。
背景技术：
常见地，对于例如安装于诸如机动车、火车或飞机等乘客运输设备的座位的垫体，除缓冲性能及耐用性能之外，为了节省燃料消耗还需减轻其质量。此外，需有尽可能高的阻燃性能以抑制事故中火势的蔓延。
第2002-129456号日本特许公开揭露了一种垫体，所述垫体的结构中有碳纤维网，该碳纤维网沿与该垫体的厚度方向垂直的面内方向分层叠置并且沿面内方向压缩，以达到改进阻燃性能及防止永久变形的目的。第2005-102950号日本特许公开揭露了一种垫体，该垫体含有被压成碎片的机织织物废料，该废料用混有可膨胀石墨的树脂微粒进行粘结及固化，以达改进阻燃性能的目的。
使用该碳纤维网或该机织织物废弃料碎片的目的是减少该垫体的永久变形。然而，由于该碳纤维网及该机织织物系由纤维体构成，因此难以充分抑制该垫体长时间使用或频繁使用后的永久变形。特别地，在长时间地有数量不确定的乘客坐在这种垫体-诸如公共汽车、火车、飞机或类似者座垫的垫体-上的情况下，该现有垫体的耐用性能不足。此外，对于安装于机动车(包括公共汽车、火车、飞机及类似者)的座垫，除阻燃性能及耐用性能之外还需具缓冲及轻质性能。然而，现在并无一种能充分满足阻燃、缓冲、耐用及轻质性能需求的垫体。

发明内容
本发明的一个目的为提供一种具有改进的阻燃、缓冲、耐用及轻质性能的垫体。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括芯材及表层材料的垫体。该芯材由三聚氰胺(melamine)树脂泡沫体构成。该表层材料由其中散布有可膨胀石墨的聚氨酯(polyurethane)树脂泡沫体构成。该表层材料覆盖所述芯材的周面。
根据本发明的另一方面，提供了一种垫体的制造方法，所述垫体设置有由树脂泡沫体构成的芯材，以及由其中散布有阻燃添加剂的树脂泡沫体构成且覆盖所述芯材周面的的表层材料。该制造方法包括，将由预先发泡及硬化树脂泡沫体构成的该芯材布置于发泡成型模内，所述发泡成型模具有模表面，且所述芯材以与该模表面留有空隙的状态布置在该发泡成型模内；以及以含有该阻燃添加剂的液态树脂泡沫体原料填充所述发泡成型模，并且对该发泡成型模内的树脂泡沫体原料进行发泡与硬化从而构成该表层材料以覆盖该芯材的周面。
结合附图参见下文之说明，可更清楚地了解本发明的其它方面及优点，这些说明以及附图以示例的方式阐明了本发明的主旨。


结合附图参见下文目前较佳实施例的描述可最佳地理解本发明及其目的与优点。其中图1为显示本发明实施例的垫体的立体图；图2为沿图1中2-2线的剖视图；图3为显示芯材的平面图；图4A为显示发泡成型模的剖视图；图4B为显示该发泡成型模局部的放大图；图5为上模的模表面的仰视图；图6为显示该芯材与该发泡成型模的附接以及原料注入的剖视图；图7A为显示该发泡成型模内该原料被发泡及硬化的状态的剖视图；图7B为显示该发泡成型模内该原料被发泡及硬化的状态的剖视图；图7C为显示该发泡成型模内该原料被发泡及硬化的状态的剖视图；图8为显示该垫体从该模取出的状态的剖视图。
具体实施例方式
下文将参考附图详述本发明的具体实施例。如图1及图2所示，垫体10用作乘客运输设备的座位，例如机动车(包括公共汽车、火车、飞机)。该座位包括坐部及靠背部。垫体10由芯材11及表层材料15构成，且形状与安装该垫体10的该乘客运输设备相对应。
实施例中，该芯材11由已知的三聚氰胺树脂泡沫体构成，且为有预定厚度的大致平坦的形状。该三聚氰胺树脂泡沫体是通过对主要组分为三聚氰胺甲醛(melamine formaldehyde)凝聚材料与发泡剂的树脂组合物进行发泡而得到，且具卓越的轻质性能。对于制造该三聚氰胺树脂泡沫体所使用的组分，可使用各种已知的在制造该三聚氰胺甲醛树脂或其泡沫体时所使用的组分。例如在第55-142628号日本特许公开及第56-152848号日本特许公开中描述的制造该三聚氰胺树脂泡沫体的方法。该三聚氰胺树脂泡沫体例如可为由巴斯夫有限公司(BASF Ltd)制造的Basotect(日本商标名)。
芯材11的形状并不限于有预定厚度的平坦形状，但芯材11应有这样一种形状，即其厚度随垫体10厚度的改变而部分地改变。该芯材11的厚度最好设为垫体10厚度的40％至60％，以增进轻质性能以及与表层材料15一同获得改进的缓冲性能。芯材11位于垫体10的前表面10a与后表面10b之间，且与该前表面10a与后表面10b留有一段距离的空隙。适当设置芯材10与前表面10a之间的距离及芯材10与后表面10b之间的距离。本实施例中，芯材11的前表面的形状大致为矩形，然而，该芯材11的前表面的形状并不限于大致的矩形。例如，芯材11的前表面的形状可与垫体10的前表面10a的形状相似，且该结构可为该芯材11的前表面的宽度作部分地改变，且对该芯材11的前表面的角部进行倒圆处理。
芯材11具有沿垫体10的厚度方向T穿过芯材11的前后两表面的通孔12。表层材料15填充该通孔12，且在通孔12内形成由表层材料15组成的柱形部15a。如图3所示，在本发明的芯材11中，在芯材11的中心形成有一个通孔12。然而，通孔12的形成位置并不限于芯材11的中心。此外，可在芯材11中形成多个通孔12。
通孔12的直径设置为这样一种尺寸，即允许表层材料15的原料进入该通孔12以使得该原料可在表层材料15发泡成型时被发泡及硬化，并且适当确定该直径。较佳地，通孔12的直径在30至150mm之间。在此情况下，表层材料15的柱形部15a进一步增加了芯材11与表层材料15之间的整体成形特性，藉此可以抑制，例如在使用者就坐时，芯材11的表面与表层材料15之间产生的移位。此外，表层材料15的柱形部15a有效地承受了就坐的使用者所产生的一部分压力，且可以有效地抑制芯材11产生永久变形(buckling)。
表层材料15覆盖芯材11且与芯材11连接以达成整体成形。此外，表层材料15的一部分填充芯材11的通孔12。因此，该表层材料15的上部及下部通过芯材11内的通孔12在芯材11的厚度方向的两表面11a及11b之间连接。
表层材料15系由其中散布有可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体构成，而且是通过对添加入该可膨胀石墨的该聚氨酯树脂泡沫体原料进行发泡而构成。对于该可膨胀石墨，可以使用已知的可膨胀石墨，例如，其中的天然石墨浸入诸如硫酸(sulfuric Acid)、硝酸(nitric acid)或类似物等液体混合物，并且加入诸如过氧化氢(hydrogen peroxide)、盐酸(hydrochloric acid)或类似物等氧化剂的可膨胀石墨。该膨胀石墨最好使用膨胀起始温度在150至300℃之间、膨胀容积在150至250ml/g之间及膨胀前平均粒径在100至1000μm之间的可膨胀石墨。添加有该可膨胀石墨的该聚氨酯树脂泡沫体原料指这样一种原料，即添加入该可膨胀石墨的，例如由多元醇(polyol)、聚异氰酸酯(polyi socyanate)、发泡剂及催化剂构成的已知聚氨酯树脂泡沫体原料，且例如根据垫体10所需的硬度对各组分作适当调整。
依照国际标准ISO0845(JIS K 7222，日本工业标准)测量的垫体10的表观密度最好在45至70kg/m3之间。依照ISO2439(JIS K 6400-2)测量的垫体的硬度最好在160至240N/314cm2之间。依照ISO1856(JIS K 6400-4)测量的垫体10的压缩残余应变最好在3％至8％之间。
现描述本发明垫体10的制造方法的实施例。垫体10的制造方法包括芯材附接步骤、原料填充步骤、发泡及硬化步骤及脱模步骤。芯材11的该附接步骤中，将由预先发泡及硬化树脂泡沫体构成的芯材11附接至发泡成型模30，如图4A、4B及6所示。各种树脂泡沫体可用作该预先发泡及硬化树脂泡沫体。特别地，例如聚烯烃(polyolefin)树脂泡沫体、乙烯醋酸乙烯酯(ethylenevinyl acetate)树脂泡沫体、三聚氰胺树脂泡沫体或橡胶海绵(rubber sponge)可用作该树脂泡沫体。下文描述中，芯材11由该三聚氰胺树脂泡沫体构成。通孔12预先形成于芯材11中。
发泡成型模30由上模31及下模37构成。上模31具有与所制造垫体10的外形状相应的上模表面32。下模37具有与所制造垫体10的外形状相应的下模表面38。以突出的方式在上模表面32上设置有向下侧延伸的第一销33及第二销35。各第一销33的远端34变尖或为锥形，且在芯材11附接至发泡成型模30时插入芯材11。各第二销35从上模表面32突出的距离小于各第一销33的该距离。各第二销35的末端表面比各第一销33的末端34更粗，且在芯材11附接至发泡成型模30时难以插入芯材11。如图4A及4B所示，各第二销35的远端表面最好为平的形状或曲面的形状。
当芯材11附接至上模31时，第一销33插入芯材11，且第二销35的末端36与芯材11接触但并不插入芯材11。将各第二销35从上模表面32突出的距离设置为使得在芯材11如前所述地附接至上模31后，上模31置于下模37之上且发泡成型模30闭合的时候，芯材11与模表面32及38留有空隙。
适当设置第一销33及第二销35的数量。最好设置多个第一销33及第二销35以稳定地保持芯材11。将第一销33及第二销35设置在与芯材11的通孔12不相应的位置。为了无论垫体10的外形状如何而水平地保持芯材11，最好将多个第二销35设置为不偏向芯材11附接至上模31的模表面32的位置，并且均匀地分开。可适当改变各第二销35的高度以将芯材11保持在倾斜状态。图5示出的上模表面32的状态中，第一销33及第二销35设置在与芯材11的通孔12相应的位置周围的四个位置处，从而将它们以预定间隔分开。
如图6所示，在该原料填充步骤，添加阻燃添加剂，并且使用预定量的液态树脂泡沫体原料P来填充下模37。多种材料可用作该添加阻燃添加剂的树脂泡沫体原料P。该阻燃添加剂例如可为可膨胀石墨、氢氧化镁(magnesiumhydroxide)、氢氧化铝(aluminum hydroxide)、氢氧化铵(ammoniumhydroxide)、磷阻燃添加剂及硅阻燃添加剂。该磷阻燃添加剂例如为赤磷(redphosphorous)。该硅阻燃添加剂例如为硅粉、有机聚硅氧烷(organopolysi loxane)。该树脂泡沫体原料例如可为酚醛树脂(phenolicresin)泡沫体原料、聚氨酯树脂泡沫体原料、硅树脂泡沫体原料。下文将描述以该聚氨酯树脂泡沫体原料用作该树脂泡沫体原料，及以该可膨胀石墨用作该阻燃添加剂的情况，即以添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料用作添加阻燃添加剂的树脂泡沫体原料P。添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P的填充量应能够在该原料P发泡时填满发泡成型模30，且例如根据目标垫体10的硬度及表观密度来确定。
该发泡及硬化步骤中，上模31置于下模37之上，且夹住发泡成型模30，如图7A所示。此时，芯材11布置为与模表面32与38空隔开的状态。接着，如图7B及7C所示，在发泡成型模30内对该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P进行发泡及硬化。此时，由该其中散布有阻燃添加剂的树脂泡沫体，即该其中散布有可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体，来构成表层材料15，从而覆盖该芯材11的周面。
该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P的液位随该发泡的进行令该原料P的体积增加而升向模31的模表面32。此外，该添加可膨胀石墨的该聚氨酯树脂泡沫体原料P在如图7B所示的该液位上升过程的中间与芯材11的该下表面接触，并且将芯材11向上侧推。此时，第二销35的末端36与芯材11的该上表面接触以防止芯材11升高，并且将芯材11的位置保持在发泡成型模30的厚度方向，即，垂直方向。
当处于保持芯材11位置的状态时，用该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P来填充发泡成型模30。此外，发泡时，该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P的一部分进入芯材11的通孔12以填充该通孔12，且其后到达芯材11的上表面与上模31的模表面32之间的位置。剩下的该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P沿着芯材11的外周面向上流动，且与填充通孔12的上升部分汇合以覆盖芯材11的周面。
此外，已知地，由于该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P在发泡时能产生粘性，而正是由于该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P发泡时的粘合性能，因此用于覆盖芯材11周面的表层材料15与芯材11粘合从而整体成形。
在该脱模步骤，如图8所示，通过使上模31及下模37互相离开以打开发泡成型模30且从第一销33及第二销35中取出其中有整体成形的芯材11与表层材料15的垫体10而完成推出。
通过上述推出步骤而得到的垫体10中，由第一销33与第二销35形成的孔33a与35a留在由上模31的模表面32形成的该垫体的后表面10b上。然而，由于垫体10通常在该前表面材料与其外周面附接的状态下使用，覆盖了由第一销33与第二销35构成的孔33a与35a，并且使用时不会弄脏垫体10的外观。
本发明具如下优点本发明的垫体10中，由于使用了由该三聚氰胺树脂泡沫体构成的芯材11，因此可改进垫体10的轻型性能。此外，由于提供该由其中散布有石墨颗粒的聚氨酯树脂泡沫体构成的表层材料15以覆盖芯材11的周面，因此垫体10因该可膨胀石墨可而达成高阻燃特性、因该聚氨酯树脂泡沫体而达成改进的缓冲特性。此外，由于该聚氨酯树脂泡沫体具较高的弹性回复性能，因此整个表层材料15具较高的弹性回复性能。芯材11的周面是由上述的表层材料15覆盖。因此，即使垫体10因乘客坐下而受压，由于表层材料15的存在而能够抑制芯材11的永久变形，即芯材11的一部分变形且因应力集中而不回复，并且垫体10可达成改进的耐用性能。
芯材12具有沿垫体10的厚度方向延伸的通孔12，且表层材料15填充该通孔12。因此，进一步增加了芯材11与表层材料15间的整体成形性能，并且在例如使用者就坐于垫体10时，芯材11的表面11a及11b与表层材料15两者间难以发生错位。此外，通孔12中，表层材料15填充通孔12，即该其中散布有可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体形成了柱形部15a。因此，通过芯材11的通孔12内的柱形部15a能够有效地在例如使用者就坐时承受垫体10的压力，并且能够更有效地抑制芯材11的永久变形以进一步改进垫体10的耐用性能。
本实施例的制造方法中，将由预先发泡及硬化树脂泡沫体构成的芯材11布置于发泡成型模30内而与模表面32及38留有空隙。此外，在发泡成型模30内对该添加阻燃添加剂的树脂泡沫体原料进行发泡及硬化。因此，可容易地制造芯材11的周面被表层材料15覆盖的垫体10，所述表层材料15由该其中散布有阻燃添加剂的树脂泡沫体构成，所述芯材11由该树脂泡沫体构成。
当根据该添加阻燃添加剂的树脂泡沫体原料的发泡而向芯材11施加向上的压力时，该第二销35的末端36与芯材11的上表面11a接触，藉此能够防止芯材11升高，且能够使发泡成型模30内芯材11的位置保持不变。因此，由于芯材11的放置位置，能够将芯材11定位于垫体10的中心，且能够防止例如垫体10的缓冲及阻燃性能以及芯材11的永久变形特性发生变化。因此，能够容易地制造缓冲、耐用及阻燃性能稳定的垫体10。
现描述利用由如图4至图8所示的发泡成型模30来制造用于机动车、火车、飞机及类似者座位垫的垫体的方法。
发泡成型模30中，上模31的模表面32与下模37的模表面38之间形成的成型空间的最大宽度，即模表面32与模表面38之间的最大距离，为150mm，而该成型空间的最小宽度，即模表面32与模表面38之间的最小距离，为50mm。该成型空间的平面方向的尺寸约为450×500mm，且其容积为19000ml。各第一销33的末端为细尖的针形，且各第一销33从上模表面32突出的长度为70mm，且各第一销33的基部的直径为2mm。各第二销35为柱形，各第二销35的直径为6mm，且各第二销35从上模表面32突出的长度为25mm。各第二销35的末端36的表面为平的。图5示出了第一销33及各第二销35的数量及位置。第二销35之间的间隔为250mm，各第二销35与位于其两侧的第一销33之间的距离为30mm。
芯材11由巴斯夫有限公司制造的三聚氰胺树脂泡沫体(日本商标Basotect)构成，且为尺寸为40×340×340mm的平板。通孔12的直径为80mm且设置于芯材11的中心。
该添加可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体原料P是根据以表1所示各组分的组合物来制备。表1中，多元醇1指聚醚多元醇(polyether polyol，产品名FA703，由三洋化工有限公司(Sanyo Chemical Industries，Ltd.)制造，分子量为5000，官能团数为3且羟基团数为36)。多元醇2指聚合物多元醇(polymerpolyol，产品名FA728，由三洋化工有限公司制造，分子量为5000，官能团数为3且羟基团数为28)。胺催化剂(amine catalyst)1指二乙醇胺(diethanolamine)，胺催化剂2指三甲烯二胺(trimethylenediamine)。发泡剂是指水，泡沫稳定剂指硅泡沫稳定剂(产品名SF2961，由东丽工业公司(Toray Industries，Inc.)制造)。可膨胀石墨指膨胀起始温度为300℃且膨胀前平均粒径为120μm的可膨胀石墨(产品名8099，由住金化学有限公司(Sumikin Chemical Co.，Ltd.)制造)。聚异氰酸酯指甲苯亚基二异氰酸酯(tolylidene diisocyanate)。
表1


测量如上获得的垫体10的总质量、表观密度、硬度、压缩残余应变、重复压缩残余应变及阻燃性能。换言之，依照ISO0845(JIS K 72222)测量垫体10的表观密度。依照ISO2439(JIS K 6400-2)测量垫体的硬度。依照ISO1856(JIS K 6400-4)测量垫体10的压缩残余应变。依照ISO3385(JIS K 6400-4)测量垫体10的重复压缩残余应变。
此外，从垫体10取一块长度为257mm、宽度为182mm且厚度为50或100mm的测试片。然后，使用该测试片依照日本规定的火车材料燃烧测试(A-A标准)进行燃烧测试。换言之，该测试片与水平面呈45度，燃烧台装于该测试片下方。该燃烧台装于与该测试片中心相应的位置，且该燃烧台与该测试片之间的距离为25.4mm。然后，将含有0.5ml纯乙醇(pure alcohol)的容器置于该燃烧台上。接着，点燃该乙醇，直至该乙醇烧尽。该乙醇在温度为15℃至30℃且湿度为60％至75％的环境大气下点燃。此外，观察该测试片在该乙醇燃烧过程中以及燃烧后的状态。
表1示出了各测试项的结果。表1中，“燃烧测试”列中的“不可燃”系指这样一种状态，即在该乙醇燃烧过程中没有发生点燃、该测试片生成的烟最小且该乙醇燃烧后该测试片碳化区域的宽度及该测试片表面变形区域的宽度等于或小于10mm。表观密度的测量结果用于判断垫体10的轻型性能，硬度的测量结果用于判断垫体10的缓冲性能，压缩残余应及重复压缩残余应的测量结果用于判断垫体10的耐用性能，燃烧测试的测量结果用于判断垫体10的阻燃性能。如各测试项的结果所揭示的，本实施例的垫体10具有卓越的轻型、缓冲、耐用及阻燃性能。
权利要求
1.一种垫体，其特征在于，由三聚氰胺树脂泡沫体构成的芯材，以及由其中散布有可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体构成的表层材料，其中所述表层材料覆盖所述芯材的周面。
2.如权利要求1所述的垫体，其特征在于，所述芯材中形成有通孔且所述通孔沿所述垫体的厚度方向延伸，其中所述通孔中填充有所述表层材料。
3.如权利要求2所述的垫体，其特征在于，所述通孔的直径在30至150mm之间。
4.如权利要求1至3任一项所述的垫体，其特征在于，所述垫体的依照国际标准ISO0845测量的表观密度在45至70kg/m3之间。
5.如权利要求1至3任一项所述的垫体，其特征在于，所述垫体的依照国际标准ISO2439测量的硬度在160至240N/314cm2之间。
6.如权利要求1至3任一项所述的垫体，其特征在于，所述垫体的依照国际标准ISO1856测量的压缩残余应变在3％至8％之间。
7.如权利要求1至3任一项所述的垫体，其特征在于，所述可膨胀石墨的膨胀起始温度在150至300℃之间，膨胀容积为150至250ml/g，且膨胀前平均粒径为100至1000μm。
8.一种垫体的制造方法，其特征在于，将由预先发泡及硬化树脂泡沫体构成的该芯材布置于发泡成型模内，所述芯材处于与所述模表面留有空隙的状态；及以含有阻燃添加剂的液态树脂泡沫体原料填充所述发泡成型模，并且对所述发泡成型模内的所述树脂泡沫体原料进行发泡与硬化从而构成所述表层材料以覆盖所述芯材的周面。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述垫体进一步设置有形成于所述芯材内且沿所述垫体的厚度方向延伸的通孔，其中，所述树脂泡沫体原料在进行发泡及硬化时进入所述通孔并在所述通孔内发泡及硬化。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述发泡成型模设置有上模及下模，其中所述上模设置有以突出方式设置于所述上模的所述模表面上的第一销，以及从所述模表面突出的长度短于所述第一模的长度的第二销，其中所述第一销的末端为用于插入所述芯材的尖形或者锥形；其中所述第二销的末端比所述第一销的远端粗，其中所述将所述芯材布置在所述发泡成型模内包括以这样一种方式将所述芯材附接至所述上模，即所述芯材被所述上模的所述第一销插入且与所述第二模的所述末端接触，其中所述对所述表层材料的发泡包括将所述下模内的所述树脂泡沫体原料脱模，以及经过夹住发泡成型模而以相互空隔开的状态将所述芯材布置在所述发泡成型模内。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述上模设置有多个所述第一销及第二销。
12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述第一销及第二销为以突出的方式相互均匀分开地设置于所述上模的所述模表面上。
13.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，各所述第二销的从所述上模的所述模表面突出的长度互相不同。
14.如权利要求8至13任一项所述的制造方法，其特征在于，所述芯材系由三聚氰胺树脂泡沫体构成，所述树脂泡沫体原料由含有可膨胀石墨的聚氨酯树脂泡沫体构成。
全文摘要
一种设置有芯材及表层材料的垫体，所述芯材由三聚氰胺(melamine)树脂泡沫体构成，所述表层材料由其中散布有可膨胀石墨的聚氨酯(polyurethane)树脂泡沫体构成且覆盖该芯材的周面。在该芯材的预定位置形成有沿该垫体的厚度方向延伸的通孔。该表层材料填充该通孔，且该芯材与该表层材料为整体成形。该由三聚氰胺树脂泡沫体构成的芯材垫体增加了该垫体的轻型特性、该可膨胀石墨增加了该垫体的阻燃性能，且该由聚氨酯树脂泡沫体构成的表层材料增加了该垫体的缓冲及耐用性能。
文档编号B68G7/00GK101088435SQ200710087769
公开日2007年12月19日 申请日期2007年3月8日 优先权日2006年6月16日
发明者和田浩孝 申请人:井上株式会社