一种层状弹性体、其制造方法及专用喷丝板与流程

本发明涉及长条纤维丝卷曲形成的具有一定厚度弹性体，长条纤维丝由热可塑性聚酯弹性体为原料制成，该弹性体可以适合用于办公椅、沙发、床等领域，尤其涉及一种层状弹性体、其制造方法及专用喷丝板。

背景技术：

现有的坐垫、沙发垫、床垫等常采用发泡聚氨酯、乳胶或弹簧等制作而成，支撑因子(supportfactor)是一种用来评断材料弹性及舒适性的标准，即产品压缩至应变65%时的压力值除以产品压缩至应变25%时的压力值的比值，一般来说支撑因子越高产品舒适性越好，支撑因子高的产品在用户刚坐上去的压缩初期体验感觉较软，用户坐稳后的压缩后期体验感觉较硬，能够起到足够的支撑效果。支撑因子低于2.0时的产品舒适性较差。目前发泡聚氨酯产品的支撑因子通常在3.0以下，其使用过程中用户体验压缩初期感觉硬，且发泡聚氨酯产品还存在缺乏透气性、长期压缩后回弹性差、长期使用容易变黄等缺点。乳胶产品的支撑因子为3.0-4.0，乳胶产品较柔软，支撑度也足够，因此用户体验舒适性较佳，但乳胶产品存在透气性差的缺点，又因其自身硬度较软，无法制成高硬度产品以满足更多用户的需求。弹簧产品的支撑因子为2.0-3.0，虽然弹簧产品的透气性佳，但柔软的弹簧产品支撑度不够，支撑度够的产品欠缺柔软度，弹簧产品长期使用容易损坏，耗损较快。为了取得较好的支撑因子，很多床垫产品采用了多层复合结构，例如表面层为海绵，中部为乳胶，底部为弹簧，但是制作工艺复杂，成本较高，各层之间彼此独立，用户体验感差。

现有技术以热可塑性聚酯弹性体为原料制成长条纤维，再卷曲形成具有一定厚度的立体网状弹性体，现有的立体网状弹性体通常采用单一硬度的聚酯弹性体制作而成。为了获得较大的支撑因子实践中也采用多种方式，例如通过控制喷丝板的孔径大小,制造出厚度方向上下两侧丝状纤维线径不同的产品,但是实际发现这种利用细线径提高柔软性的方法会降低该立体网状弹性体的耐久性，而且，喷丝板内的原料会倾向往大孔径出丝，无法控制出丝均匀度，所以厚度方向的密度无法控制，大孔径一侧出丝多且直径大，小孔径一侧出丝少且直径小，导致产品一侧过于柔软而另一侧又太过坚硬，支撑因子低于3.5。又如专利cn105026632a公开了一种压缩耐久性优异的网状结构体,该专利使用一种聚酯系热塑性弹性体制成，通过在纺出聚酯系热塑性弹性体时在喷嘴下方设置保温区域、利用加热器加热该保温区域、提高牵引输送网的连续线状体的落下位置周边的网表面温度、或提高连续线状体的落下位置周边的冷却槽内的冷却水温度等方法来增强构成网状结构体的连续线状体之间的接点强度，从而提高网状结构体的反复压缩耐久性。但是实际制作过程中，保温区域的设置会造成聚酯系热塑性弹性体在挤出过程中的热降解,成品率低，且成品也存在僵硬的问题，特别是在单独使用高硬度聚酯弹性体制作时，立体网状弹性体成品的僵硬问题尤其明显,僵硬的产品虽然可以达到反复压缩耐久的效果，但其回弹性显著也会下降，支撑因子低于3.5，用户使用舒适性差。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产中采用单一硬度的聚酯弹性体制作而成的产品无法显著提高支撑因子的缺点，提供一种结构合理的层状弹性体以及其制造方法和专用喷丝板，采用两种不同硬度的聚酯弹性体纤维制成正反面硬度不同的层状物，厚度方向的中部为高低硬度纤维丝彼此穿插粘结的交错层，可以显著提高产品的支撑因子、压变耐久性、回弹性，使用寿命长。

本发明所采用的技术方案如下：

一种层状弹性体，以热可塑性聚酯弹性体为原料挤出长条纤维丝，卷曲粘结后形成一定厚度的层状物，层状物的正反面分别为高硬度与低硬度纤维丝层，厚度方向的中部为不同硬度纤维丝彼此穿插粘结的交错层，以低硬度面进行测试的支撑因子大于等于4.0。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述高硬度材料的硬度为92a～97a，低硬度材料的硬度为80a～91a。

所述高硬度材料硬度与低硬度材料硬度的熔点相差15℃以上，优选相差20℃以上。

交错层占整体厚度百分比15～40%。

所述层状弹性体的40%压陷硬度为120n～300n，耐疲劳反复硬度损失低于25%。

低硬度材料占整体重量百分比为20～60wt%。

所述层状弹性体的密度为35～80kg/m³，厚度为30mm～200mm；聚酯弹性体软段为聚四氢呋喃。

其中高硬度聚酯弹性体的软段含量为45～30wt%，低硬度聚酯弹性体软段含量为46～75wt%。

一种制造上述的层状弹性体的方法，将低硬度聚酯弹性体原料、高硬度聚酯弹性体原料送入不同挤出机，经隔板分配分别挤入喷丝板两侧，在丝状纤维下降冷却的过程中隔板两侧相邻的高硬度纤维丝和低硬度纤维丝彼此交错黏合，成型得到层状弹性体。

一种实现上述制造层状弹性体的喷丝板，在喷丝板内部设置隔板，或者在喷丝板上方设置分配板，在分配板内部设置隔板。

本发明的有益效果如下：

本发明使用两种熔点相差15℃以上的高、低不同硬度的热可塑性聚酯弹性体为原料，挤出长条纤维丝后卷曲粘结后形成一定厚度的层状物，层状物的正反面分别为高硬度与低硬度纤维丝层，厚度方向的中部为高低硬度纤维丝彼此穿插粘结的交错层，支撑因子为4.0及以上。与高硬度的聚酯弹性体纤维相比，低硬度聚酯弹性体纤维具有更高的回弹性、柔软性、耐久性,而压陷硬度不足的部分则依靠高硬度的聚酯弹性体作为支撑层来提高整体产品整体硬度，因此在低硬度纤维层朝上的情况下，从上往下依次为低硬度纤维层、交错层和高硬度纤维层，压缩初期低硬度纤维层可以给用户更柔软的接触体验，压缩后期用户坐稳后交错层可以给与客户柔软适中的体验，高硬度纤维层可以给用户较硬、有足够的支撑力的体验，用户体验舒适度佳。本发明采用高、低硬度的聚酯弹性体纤维相互配合，其中高硬度材料硬度为92a~97a,低硬度材料硬度为80a~91a，实现最佳的硬度效果和柔软效果，显著提高支撑因子。

本发明在喷丝板上方设置分配板，分配板内部设置有隔板，高硬度聚酯弹性体和低硬度聚酯弹性体经分配板分配分别进入喷丝板两侧，从喷丝板喷出时形成高硬度纤维丝与低硬度纤维丝，在喷出下降过程中隔板两侧相邻的高硬度纤维丝与低硬度纤维丝彼此交错黏结，由于低硬度聚酯弹性体熔点较低，而模头部受高硬度纤维丝影响温度较高，因而低硬度聚酯弹性体可以充分熔融，其在冷却时可以突出起到胶黏剂的作用，故可以大幅提高高硬度纤维丝与低硬度纤维丝交错区的接合点的黏结力，使得产品厚度方向的中部交错层的压变耐久性提高。

本发明的另一优点为产品两面具有不同的压陷硬度,因此消费者在使用时也可根据自己的喜好，选择自己喜欢的最佳的压陷硬度及触感来确定适合的面作为使用面。本发明还可以通过改变两种材料来改变两面的硬度，从而控制产品的支撑因子、回弹性、舒适性及手感，通过不同高低硬度的搭配、组合生产更多可供选择的产品，消费者选择面广。

本发明与使用单一硬度材料制成的立体网状弹性体产品相比，低硬度聚酯弹性体一面的40%压陷硬度在120n~300n之间，软硬适中；耐疲劳反复硬度损失低于25%，低硬度聚酯弹性体一面的支撑因子可以达到4.0以上，舒适性大幅提高，产品的面回弹率可大幅提高，降低坍陷或形变的可能；压缩消音性评价为可或优良，可以降低压缩时的噪音，触感佳，尤其适合作为床垫使用。

本发明的制造工艺仅需要增加一路挤出机，在喷丝板上略作改进即可实现不同硬度值聚酯弹性体的同时挤出，工艺简便，容易实现质量控制，产品直接可以获得较高的支撑因子，制作简便，具有显著的经济价值。

附图说明

图1为本发明的高、低两种不同硬度聚酯弹性体分布示意图。

图2为本发明的制作工艺。

图3为本发明的分配板示意图。

图4为本发明的喷丝板示意图。

图5为本发明的分配板及喷丝板组合示意图。

图中：1、低硬度层；2、交错层；3、高硬度层；4、分配板；5、喷丝板；6、隔板。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

本发明在喷丝板上方设置分配板，分配板内部设置有隔板，使用热塑性聚酯作为硬段，四氢呋喃作为软段制作高低两种硬度的聚酯弹性体为原料，高低两种硬度的聚酯弹性体原料分别送入不同的挤出机，经分配板的隔板分配分别挤入喷丝板两侧，在喷丝板出丝过程中，位于隔板两侧相邻的高硬度纤维丝与低硬度纤维丝彼此交错黏结，长条纤维在水中卷曲，最后在模具中成型得到层状弹性体，高硬度纤维丝与低硬度纤维丝在产品厚度方向中部彼此层插交错，交错层占整体厚度百分比15~40wt%。如图3所示，竖直隔板可以位于分配板中部，与分配板、喷丝板正交设置，也可以根据实际的不同硬度的聚酯弹性体原料的使用量调整在分配板上的位置。

层状弹性体的丝状纤维可以是空心丝,也可以是其它异型实心丝。

表1

具体测试方法如下：

1、厚度：使用测厚计测量产品厚度，随机选取5片样品取平均值。

2、密度：把产品放入烘箱，烘箱设置为80℃*3h，确保水分去除后，量测产品的长宽高计算出体积，并以精确到小数点后三位的精密天平称重，之后计算密度。

3、40%压陷硬度测试：测试面为低硬度聚酯弹性体面,测试厚度为50mm,在23℃恒定温度下，将产品置于上下两压盘之间，在100mm/min的测试速度下，压缩至应变40%，上压盘向下压缩产品，上端的压力传感器即感受到压力，并将压力转换成电压讯号输给显示器解析，同时压力值显示于屏幕上，测试三次取平均值。

4、支撑因子测试：测试面为低硬度聚酯弹性体面,在23℃恒定温度下，将产品置于上下两压盘之间，在测试速度100mm/min下，分别压缩至应变25%及65%，上压盘向下压缩产品，上端的压力传感器即感受到压力，并将压力转换成电压讯号输给显示器解析，同时压力值显示于屏幕上，测试三次取平均值。将65%压力值除以25%压力值得到支撑因子。

5、耐疲劳反复压缩硬度损失率：在23℃恒定温度下，将产品放入到反复压缩测试仪的下平台上，设置压缩力750n，以每分钟70次的频率反复压缩产品，压缩8万次后评定产品的性能。耐疲劳反复压缩硬度损失率=（产品测试前、后硬度力之差）/产品测试前硬度力*100%，测试三次取平均值。

6、压缩消音性评价:将层状弹性体持续压缩,由三位不同测试者对声音进行消音性评价，分级为优、良、差三个等级。

实施例1

将占总量40%质量百分比的低硬度聚酯弹性体b-1原料送入第一组分挤出机，加热至220℃熔融状态，60%质量百分比的高硬度聚酯弹性体a-2原料，在第二组分挤出机内被加热至230℃熔融状态；计量后分别挤进模头内，经分配板的隔板分配，a-2原料和b-1原料分别位于喷丝板的两侧，牵引速率为0.4米/分，在丝状纤维下降并落入30℃冷水冷却卷曲的过程中隔板两侧相邻的高硬度纤维丝和低硬度纤维丝彼此交错黏合，最后在模具中成型得到层状弹性体，通过上述方法测试层状弹性体，得到物性参数见表2，层状弹性体密度为60kg/cm³,厚度为50mmm，低硬度聚酯弹性体材料面硬度221n，耐疲劳反复压缩硬度损失率为25%。

实施例2

将占总量40%质量百分比的低硬度聚酯弹性体b-2原料送入第一组分挤出机，加热至220℃熔融状态，60%质量百分比的高硬度聚酯弹性体a-1原料，在第二组分挤出机内被加热至240℃熔融状态；计量后分别挤进模头内，经分配板的隔板分配，a-1原料和b-2原料分别位于喷丝板的两侧，牵引速率为0.4米/分，在丝状纤维下降并落入30℃冷水冷却卷曲的过程中隔板两侧相邻的高硬度纤维丝和低硬度纤维丝彼此交错黏合，最后在模具中成型得到层状弹性体，通过上述方法测试层状弹性体，得到物性参数见表2，层状弹性体密度为60kg/cm³,厚度为50mmm，低硬度聚酯弹性体材料面硬度245n，耐疲劳反复压缩硬度损失率为21%。

实施例3

将占总量40%质量百分比的低硬度聚酯弹性体b-2原料送入第一组分挤出机，加热至220℃熔融状态，60%质量百分比的高硬度聚酯弹性体a-2原料，在第二组分挤出机内被加热至230℃熔融状态；计量后分别挤进模头内，经分配板的隔板分配，a-2原料和b-2原料分别位于喷丝板的两侧，牵引速率为0.4米/分，在丝状纤维下降并落入30℃冷水冷却卷曲的过程中隔板两侧相邻的高硬度纤维丝和低硬度纤维丝彼此交错黏合，最后在模具中成型得到层状弹性体，通过上述方法测试层状弹性体，得到物性参数见表2，层状弹性体密度为60kg/cm³,厚度为50mmm，低硬度聚酯弹性体材料面硬度177n，耐疲劳反复压缩硬度损失率为18%。

比较例1

将占总量100%质量百分比的低硬度聚酯弹性体b-2原料，在挤出机内被加热至220℃熔融状态；挤出进模头内，经喷丝板后出丝，牵引速率为0.4米/分，丝状纤维落入30℃冷水，最后在模具中成型得到层状弹性体，层状弹性体的密度为60kg/cm³，厚度为50mmm，该层状弹性体硬度为107n，耐疲劳反复压缩硬度损失率为27%。本实施例的层状弹性体硬度只有107n，用作床垫感觉偏软，支撑硬度明显不足。

比较例2

将占总量100%质量百分比的高硬度聚酯弹性体a-1原料，在挤出机内被加热至240℃熔融状态；挤出进模头内，经喷丝板后出丝，牵引速率为0.4米/分，丝状纤维落入30℃冷水，最后在模具中成型得到层状弹性体，层状弹性体的密度为60kg/cm³，厚度为50mmm，该层状弹性体硬度351n，耐疲劳反复压缩硬度损失率为35%。本实施例的层状弹性体硬度极高，用于做床垫明显过硬且反复压缩耐久不足。

表2

实施例一、二、三与使用单一材料制成的层状弹性体产品相比（比较例一和比较例二），在低硬度纤维层朝上的情况下，如图1所示，从上往下依次为低硬度纤维层、交错层和高硬度纤维层，压缩初期低硬度纤维层可以给用户更柔软的接触体验，压缩后期用户坐稳后交错层可以给与客户柔软适中的体验，高硬度纤维层可以给用户较硬、有足够的支撑力的体验，低硬度聚酯弹性体面的支撑因子可以达到4.0以上，40%压陷硬度在177n~245n之间，耐疲劳反复硬度损失仅为18%~25%，产品的面回弹率可大幅提高，降低坍陷或形变的可能；压缩消音性评价为优或良，可以降低压缩时的燥音，舒适性大幅提高，尤其适合作为床垫使用。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。例如也可以不在喷丝板上方设置分配板，直接在喷丝板内部设置隔板，只要可以实现两种硬度的聚酯弹性体原料分别进入喷丝板两侧即可。