本发明涉及床垫复合材料，特别是涉及一种软硬可调床垫应用的高气密复合布料及其制备方法。
背景技术：
随着科技的进步和人民生活水平的提高，人们对生活质量的要求也越来越高，衣食住行等方面都有了前所未有的改善。睡眠占据着人类生命1/3以上的时间，睡眠质量好坏直接影响到人的健康，而床垫的品质与睡眠密切的相关。床垫的用材、软硬度、受压变形量、温湿度等都影响着人们的睡眠质量。金属弹簧床垫和乳胶床垫是生活中常见的两种。弹簧床垫虽具硬度较高的优点，但也存在着易牵扯、弹性不明显等缺点；乳胶床垫则容易引起过敏反应，调查发现有超过30％的人对乳胶过敏。
近些年来，利用气体进行填充的充气床垫应运而生，充气床垫利用空气无孔不入的特点，睡觉时使人体与睡床百分百吻合，人身体各部分均匀受力，从而克服了传统睡床因受力不均带来的血液循环障碍，在国外充气床垫又名健康床。充气床摆脱了传统家具笨重的缺陷，室内室外可以随意放置。此外，充气床垫通过自动或者定时充气和放气，方便调节，收藏携带都很方便。
充气床垫具有独特的结构形式，主要构件是由各种充气腔体组成，并以其表面来承受重量。充气床垫中的充气腔体大多数由橡胶布或者塑料薄膜制成，例如采用pvc、聚氨酯或者橡胶材料作为充气腔体材料。但是pvc、聚氨酯材料的气密性和强度都不太高，使用时存在容易漏气或者易破损的问题，同时无法兼顾材料的气密性、强度和弹性，而橡胶材料作为基材使用寿命有限，容易老化变形。因此，寻找更为合理的充气床垫材料有待进一步研究。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种软硬可调床垫应用的高气密复合布料及其制备方法。本发明提供的高气密复合布料包含多层结构，具有高气密性且不易变形，以该复合布料形成的充气腔体，能有效满足充气床垫的气密性和强度的要求，同时本发明提供的高气密复合布料还具有优良的弹性和形状记忆属性，满足多项性能要求的需要。
为实现本发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种软硬可调床垫应用的高气密复合布料，包括内层、中间层和外层结构，其中内层由第一保护层、布料层和第二保护层通过粘合剂贴合而成；所述布料层为聚酯纤维布，该聚酯纤维布的经、纬纱特数为480dtex/70根，经、纬纱密度为220×200根/10cm；所述中间层为网格布。所述高气密复合布料的拉伸断裂强力大于300n/cm，滞后损失率为85～90％。
优选地，所述聚酯纤维布中的聚酯纤维为聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚对苯二甲酸丁二酯纤维、聚对苯二甲酸丙二酯纤维或聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯纤维。
优选地，所述粘合剂为聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯或环氧树脂。
优选地，按重量份数计，所述第一保护层由以下的原料制备而成：40～60份的lldpe、30～40份的聚酰胺6、10～15份的碳纤维、5～10份的偶联剂和3～5份的增塑剂。
优选地，按重量份数计，所述第二保护层由以下的原料制备而成：40～60份的lldpe、30～40份的聚酰胺6、10～15份的碳纤维、5～10份的偶联剂和3～5份的增塑剂。
优选地，第一保护层和第二保护层中所述的碳纤维直径小于7μm，空隙尺寸小于0.03mm2。
优选地，第一保护层和第二保护层中所述的偶联剂为kh550、kh560、kh570或kh792。
优选地，第一保护层和第二保护层中所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二异壬酯或邻苯二甲酸二异癸酯。
优选地，按重量份数计，所述外层由以下的原料制备而成：50～65份的聚氨酯、20～30份的sebs、8～12份的竹纤维、5～10份的偶联剂、6～10份的相容剂。
优选地，外层中所述的相容剂为马来酸酐接枝聚苯乙烯、丙烯酸接枝聚苯乙烯或二苯基甲烷二异氰酸酯。
本发明还提供一种软硬可调床垫应用的高气密复合布料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)按重量比例将所述第一保护层中的碳纤维和偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后按重量比例将lldpe、聚酰胺6和增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第一保护层；
(2)按重量比例将所述第二保护层中的碳纤维和偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后按重量比例将lldpe、聚酰胺6和增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第二保护层；
(3)将第一保护层和第二保护层通过粘合剂粘接于布料层聚酯纤维布的两侧，形成得到所述的内层；
(4)将中间层的网格布通过粘合剂粘接在内层表面；
(5)按重量比例将所述外层中的竹纤维和偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后按重量比例加入聚氨酯、sebs和相容剂加入混合机中，将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融得到糊状涂料，挤出糊状涂料并多次涂覆于中间层的表面，冷却成型得到软硬可调床垫应用的高气密复合布料。
更进一步地，本发明还提供所述的软硬可调床垫应用的高气密复合布料的应用方法，以所述的高气密复合布料形成充气腔体，并作为充气床垫使用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明所述的高气密复合布料创新地设计了内层、中间层和外层的多层结构，内层充当保护层提供材料的气密性和强度，中间层的网格布提供强度支撑使材料不易撕裂变形，外层充当弹性层使材料具有一定的弹性，所述的高气密复合布料具有高气密性和强度的同时还具有弹性，克服了传统单层充气床垫材料的气密性、强度与弹性无法兼顾的问题。
2.具体地，所述内层由第一保护层、布料层和第二保护层通过粘合剂贴合而成，该内层以布料层中的聚酯纤维布为基材，保证材料的柔韧性和强度，并以第一保护层和第二保护层在聚酯纤维布基材两侧进行包裹密封，其中第一保护层和第二保护层中使用lldpe、聚酰胺6为主要成分并辅以碳纤维材料，lldpe、聚酰胺6构成的材料气密性好，而碳纤维材料是一种具有高强度、高模量纤维、低密度的新型纤维材料，其兼具碳材料的强抗拉力和纤维柔软可加工性，可以改善材料的力学强度。由此得到的所述内层能够充当充气床垫中充气腔体的保护层，具有高气密性的同时保证材料的强度，保护床垫中的充气腔体压力稳定、不易变形并且不易被撕裂或者刺穿。
3.本发明所述的高气密复合布料外层中以聚氨酯、sebs为主要成分并辅以竹纤维材料，其中聚氨酯和sebs材料具有良好的弹性和耐磨性，竹纤维也具有一定的柔韧性和保健作用，由此得到的所述外层能够充当充气床垫中的弹性层，使床垫具有柔软性、弹性以及形体记忆属性，有效提高人体睡眠时的舒适感。
4.本发明采用偶联剂处理碳纤维或竹纤维，能够改善碳纤维或竹纤维的表面性能，有利于在材料中的分散并提高碳纤维和竹纤维的加工性能。
5.本发明所述的复合布料中使用了特定结构的聚酯纤维布(经、纬纱特数为480dtex/70根，经、纬纱密度为220×200根/10cm)和特定结构的碳纤维(直径小于7um，空隙尺寸小于0.03mm2)，有利于支撑材料的气密性并保证所需的力学强度。
附图说明
图1是本发明一种软硬可调床垫应用的高气密复合布料的立体结构示意图；附图中各部件的标记如下：1.第一保护层，2.布料层，3.第二保护层，4.中间层，5.外层，6.内层。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施实例对本发明做进一步阐述，但实施例不构成对本发明保护范围的限制。
以下实施例和对比例中，使用的聚酯纤维布的经、纬纱特数为480dtex/70根，经、纬纱密度为220×200根/10cm；使用的碳纤维直径为5μm，空隙尺寸为0.02mm2。
实施例1
(1)按重量份称取10份的碳纤维和5份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将40份的lldpe、30份的聚酰胺6和3份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第一保护层；
(2)按重量份称取10份的碳纤维和5份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将40份的lldpe、30份的聚酰胺6和3份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第二保护层；
(3)将第一保护层和第二保护层通过粘合剂聚丙烯酸酯粘接于布料层聚对苯二甲酸乙二酯纤维布的两侧，形成得到内层；
(4)将中间层的网格布通过粘合剂聚丙烯酸酯粘接在内层表面；
(5)按重量比例称取外层中的8份的竹纤维和5份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将50份的聚氨酯、20份的sebs和6份的相容剂加入混合机中，将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融得到糊状涂料，挤出糊状涂料并多次涂覆于中间层的表面，冷却成型得到软硬可调床垫应用的高气密复合布料。
实施例2
(1)按重量份称取12份的碳纤维和7份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将50份的lldpe、35份的聚酰胺6和4份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第一保护层；
(2)按重量份称取12份的碳纤维和7份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将50份的lldpe、35份的聚酰胺6和4份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第二保护层；
(3)将第一保护层和第二保护层通过粘合剂环氧树脂粘接于布料层聚对苯二甲酸乙二酯纤维布的两侧，形成得到内层；
(4)将中间层的网格布通过粘合剂环氧树脂粘接在内层表面；
(5)按重量份称取外层中的10份的竹纤维和7份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将60份的聚氨酯、25份的sebs和8份的相容剂加入混合机中，将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融得到糊状涂料，挤出糊状涂料并多次涂覆于中间层的表面，冷却成型得到软硬可调床垫应用的高气密复合布料。
实施例3
(1)按重量份称取15份的碳纤维和10份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将60份的lldpe、40份的聚酰胺6和5份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第一保护层；
(2)按重量份称取15份的碳纤维和10份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将60份的lldpe、40份的聚酰胺6和5份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第二保护层；
(3)将第一保护层和第二保护层通过粘合剂聚醋酸乙烯粘接于布料层聚对苯二甲酸乙二酯纤维布的两侧，形成得到内层；
(4)将中间层的网格布通过粘合剂聚醋酸乙烯粘接在内层表面；
(5)按重量份称取外层中的12份的竹纤维和10份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将65份的聚氨酯、30份的sebs和10份的相容剂加入混合机中，将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融得到糊状涂料，挤出糊状涂料并多次涂覆于中间层的表面，冷却成型得到软硬可调床垫应用的高气密复合布料。
对比例1
(1)将中间层网格布通过粘合剂聚丙烯酸酯粘接在布料层聚对苯二甲酸乙二酯纤维布表面；
(2)按重量比例称取外层中的8份的竹纤维和5份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将50份的聚氨酯、20份的sebs和6份的相容剂加入混合机中，将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融得到糊状涂料，挤出糊状涂料并多次涂覆于中间层的表面，冷却成型得到复合布料。
对比例2
(1)按重量份称取10份的碳纤维和5份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将40份的lldpe、30份的聚酰胺6和3份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第一保护层；
(2)按重量份称取10份的碳纤维和5份的偶联剂在混合机中以500rpm转速预混合搅拌5min，随后将40份的lldpe、30份的聚酰胺6和3份的增塑剂加入混合机中，将转速提升至1000rpm以上混合搅拌5min；将混合好的物料排送至抽真空排气双螺杆挤出机中，物料熔融，并从t形模头中挤出形成铸片，再进行纵向拉伸成型得到第二保护层；
(3)将第一保护层和第二保护层通过粘合剂聚丙烯酸酯粘接于布料层聚对苯二甲酸乙二酯纤维布的两侧，形成得到内层；
(4)将中间层的网格布通过粘合剂聚丙烯酸酯粘接在内层表面，冷却成型得到复合布料。
性能效果测试
气密性能测试
以下实施例和对比例的性能测试中采用在复合布料形成的气垫中充气气压130mmhg，间隔一天、三天、一个星期测量保留气压，计算气压损失率【s气压损失率＝100％-(保留气压/130mmhg)×100％】，以此测定材料的气密性。
实施例1-3和对比例1的气密性能测试结果见表1
表1
根据上述测试结果，气压损失率越小材料的气密性越好，可见实施例1-3所制得的复合布料都具有较高的气密性，本申请实施例1-3中的包含有第一保护层和第二保护层的内层能使复合布料具有高气密性。而没有第一保护层和第二保护层的对比例1所得材料气密性较低，无法有效维持充气腔体中的气压。
力学性能测试
以下实施例和对比例的性能测试中，采用国际标准iso2439:2008(e)测定材料的压陷硬度(ha)，压缩变形系数(sf)和滞后损失率(af)，其中进行实验的电子万能试验机的压头为圆柱形，直径d＝100mm，匀速运动，速率100mm/min。测量指标如下：
(1)压陷硬度指标(ha(40％/30s)，单位n)
试样压缩达到总厚度的(40±1)％，保载(30±1)s后的，测试其压力，即为压陷硬度指标。
(2)压缩变形特征(sf＝f65/f25)
试样先压缩至总厚度的(75±1)％，然后卸载。sf为压缩量分别达到(65±1)％和(25±1)％时，两个即时力之比。
(3)滞后损失率(af＝a1/a2×100％)
滞后损失率af是a1和a2的面积之比，其中a1为加载曲线与卸载曲线之间的面积，a2为加载曲线与x轴之间的面积。
以下实施例和对比例的性能测试中采用参考标准astmd5035-1995(2003)测定材料的拉伸断裂强力。
实施例1-3和对比例1-2的力学性能测试结果见表2
表2
根据上述表2中的结果，拉伸断裂强力越大，代表材料的抗撕裂、防刺穿性能越好；压缩变形特征越大，材料的抗变形能力越好；压陷硬度越小，材料的弹性和柔软性越好；滞后损失率越大，材料的滞后缓冲性能较好。实施例1-3中的拉伸断裂强力和压缩变形特征明显大于对比例1中的，显现出良好的抗撕裂、防刺穿和抗变形能力性能，这主要是由于第一保护层或第二保护层中的lldpe和聚酰胺6材料具有良好的力学性能，同时偶联剂改性后的碳纤维能够有效增强材料的力学强度。实施例1-3中的压陷硬度明显小于对比例2中的，滞后损失率明显大于对比例2中的，体现出良好的弹性、柔韧性和形状记忆能力，这是由于实施例1-3中以聚氨酯、sebs、竹纤维、偶联剂和相容剂为组成成分的外层滞后缓冲性能较好，具有类似于弹性体一样的慢回性质，能够充当充气床垫中的弹性层，使床垫具有柔软性、弹性以及形体记忆属性，承托力感对睡眠者的影响较小，可以有效提高人体睡眠时的舒适感。
需要指出的是，本研究领域的相关技术人员应当意识到在不脱离本发明给出的技术特征和范围的情况下，对技术特征所作的增加、替换，均属于本发明的保护范围。