CN105348569B - 一种复合高分子材料及其制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了复合高分子材料及其制备方法、应用，主要由以下原料制得：以质量份数计，3D摩丝材料40‑70份，棉纤维50‑80份，阻燃剂2‑6份，加工助剂3‑10份。制备方法包括：将3D摩丝材料、棉纤维两种原料贴附后，并通过预加热、挤压复合的步骤；挤压复合的过程中，添加阻燃剂以及加工助剂后挤出冷却定型，即得产品。本发明实施例的复合高分子材料可作为坐垫、床垫以及枕头内填充物的外套进行使用，具有透气性好、保气性能好、软硬适中，亲和度柔软性能佳，而且长期使用不易变形的效果。

Description

一种复合高分子材料及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及高分子材料加工领域，具体而言，涉及一种复合高分子材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着时代的进步，人们对各种生活用品都有了更高的追求。而且现在生活节奏普遍比较快，因此睡眠时都希望能得到足够的放松，而市面上针对有此类需求的人群也相继推出种类繁多的产品，比如具有护理作用的床垫、枕头以及坐垫等，还宣传具有一定的医疗、助睡眠功效，因此消费者在进行选取的时候，只是着眼于具体功效，对其真正所使用的材料并没有认真探究。

现有技术中，市面上售卖的床垫、枕头以及坐垫这些产品的外套的材质多为棉布、棉涤和人造纤维，这些材质相对来说最为舒服的材料还是纯棉布，透气性和吸湿性能比较好，但是棉布使用一段时间后容易变形，很影响消费者的感受度，不能持久使用，另外棉布本身弹性比较小，并不具有任何保健回弹、保护人体各个身体关节不受压迫的功能，尤其经过多次水洗后，棉布变形更为严重，影响实际使用效果。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种复合高分子材料，所述的复合高分子材料将棉纤维与3D摩丝复合进行应用，解决了以上出现的技术问题，具有透气性好、保气性能好、软硬适中，亲和度柔软性能佳，而且长期使用不易变形等优点。

本发明的第二目的在于提供一种所述的复合高分子材料的制备方法，该方法具有制备方法简单、操作方便，前后步骤衔接紧密，设计合理，能够完整的保留每个原材料的有效成分等优点。

本发明的第三目的在于提供一种所述的复合高分子材料的应用方法，具有用途广泛，适用人群广以及适于大规模推广形成批量生产等优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明实施例提供了一中复合高分子材料，主要由以下原料制得：以质量份数计，3D摩丝材料40-70份，棉纤维50-80份，阻燃剂2-6份，加工助剂3-10份。

优选地，为了达到协同增效的效果，所述原料包括：以质量份数计，3D摩丝材料50-60份，棉纤维60-70份，阻燃剂3-5份，加工助剂5-8份。

进一步的，各原料的更优用量为，3D摩丝材料54份，棉纤维62份，阻燃剂4份，加工助剂7份。

现今社会人们越来越追求高质量的生活，因此对于家居用品也有更高的要求，尤其生活节奏本身比较快的原因，为了充分放松身心，消费者在选择床垫、坐垫、枕头时不是只停留在外观，更注重内在填充物以及外包装的材质是否环保、以及其耐用性、舒适度等一切评判标准。

现有技术中，市面上的产品品种繁多，床垫、坐垫、枕头这些外套的材质多为棉布、棉涤和人造纤维，但是要知道这些家具用品的外套是需要和人的皮肤直接接触的，因此要求其具有较好的透气性、柔软性以及不能对皮肤产生任何刺激。而现有技术中这些家居用品的外套的材质论舒适度以及透气性棉布最优，但是棉布也存在诸多缺陷，比如使用一段时间后容易变形，很影响消费者的感受度，不能持久使用，另外棉布本身弹性比较小，并不具有任何保健回弹的功能，尤其经过多次水洗后，棉布变形更为严重，影响实际使用效果。因此寻找一种性能全面的家居用品外套产品是亟待解决的技术问题，最好能兼顾保健性能、透气性能、环保性能、力学性能等多方面性能。

本发明为了解决以上出现的各种技术问题，发明了一种采用棉纤维与3D摩丝复合得到的高分子材料，这种材料的优异性能非常适用于作为坐垫、床垫以及枕头内填充物的外套，其主料为棉纤维与3D摩丝，而且这两种主料的用量配比也有特定的要求，通过这两种材料的混配，得到的产品具有良好的力学性能、加工性能以及环保性能，既有棉质材料的柔软度又具有3D摩丝材料一定的韧性，此外舒适柔软度高、低温韧性好、稳定性佳、透气性可以与乳胶材质相媲美，成本低但是功能很全面强大，适于扩大范围推广应用。

可见，3D摩丝材料的应用恰恰弥补了棉纤维材料本身的缺点，经过复合后其材料兼顾透气、坚韧、静音、环保、耐用、可水洗等六大特点，好洗快干，水流一秒即过，带走所有污垢，细菌螨虫难以滋生，由于3D摩丝本身韧性比较大回弹好而且回弹时具有一个弹力的缓冲空间，完全没有任何噪音，充分保证了使用者的睡眠。还有值得说明的是3D摩丝的材质是任何一种材料所不能比拟的，本发明正是将这种材质的强有力的韧性应用到家居用品的外套上，使其承托力较优，与棉纤维搭配复合后软硬适中，有效的释放了身体每个关节的压力，防止睡眠过程中身体受到压迫，出现血液循环不通畅的现象，提高睡眠质量，呵护使用者的身体健康。虽然这两种材料均可在市面上购买得到，属于现有技术中常见的材料，但是还没有任何人利用两种材料的优点将两种材料复合使用，本发明的方案尚属首创，这种复合材料的优异性能是现有技术中任何一种材质所不能媲美的，发明人也是通过大量的实践才发现了这两种材料复合后所拥有的优异性能，并根据其实际特点加以利用，弥补了现有技术中家居用品外套的一切缺点，这种组合方式是具有开拓性意义的。

另外，除了主料外原料中还含有阻燃剂以及加工助剂，其中，阻燃剂最好选择多羟基反应型阻燃剂、甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂中的一种或几种，这几种阻燃剂均属于环保型阻燃剂，充分保证了复合高分子材料的绿色环保性能，可通过添加阻燃剂来增强材料的阻燃性能，提高稳定性并一定程度上提高了操作安全系数。

在本发明中，加工助剂主要由以下组分组成：以质量份数计，增塑剂1-2份，润滑剂0.5-0.8份，抗氧剂1-2份，其余为PH调节剂。增塑剂可以选择邻苯二甲酸二辛酯以及邻苯二甲酸二辛异酯中的一种或两种，以削弱原料之间分子作用力，增强产品的可塑性，还能降低加工过程中的温度。润滑剂为石蜡、纳米级滑石粉中的一种或两种，以降低原料之间的互相摩擦作用，减少磨损。抗氧剂为二苯胺、对苯二胺以及二氢喹啉中的一种或几种，以阻止产品的老化延长其使用寿命。PH调节剂可调节复合高分子材料的酸碱度，因为复合高分子材料过酸过碱均会影响到本身的稳定性，PH调节剂最好选用2-甲基-2-羟基-1-丙醇，这种PH调节剂对环境友好、且可实现温和的调节的效果。

需要说明的在于，本发明的原料配比均是发明人通过大量的创造性实验优化出的较优用量，只有在添加这些原料以及该原料配比前提下才能保证制备出的复合高分子材料拥有优异性能，尤其是两个主料的添加量需要相互平衡才能保证制备出的材料具有本发明的优异性能，才能保证本发明的方案顺利实施，如果3D摩丝材料的添加量在40-70份左右，那么棉纤维的添加量需要严格控制在50-80份，基本与3D摩丝材料的用量保证在同一个数量级上，如果其中任何一种主料用量过大，可能会导致产品的韧性过大不够柔软，影响使用者的感受度，或者产品太过柔软没有塑形性能，因此可见合适的配比添加量是多么重要。

本发明对原料的种类也做了严格的筛选包括辅料阻燃剂以及加工助剂的具体种类，每个原料的加量相对多与少均是有一定考究的，最终实践出最优添加量使其更加合理，为后续制作该复合高分子材料提供了可参照的配方以及具体用量，具有一定的参考价值。

本发明除提供了复合高分子材料的配方，还提供了复合高分子材料的制备方法，包括如下步骤：

(A)将3D摩丝材料、棉纤维两种原料贴附后，并通过预加热、挤压复合的步骤；

(B)挤压复合的过程中，添加阻燃剂以及加工助剂后挤出冷却定型，即得产品。

本发明提供的复合高分子材料的制备方法简单，操作方便，能够很好的保留每个原料的有效成分，比较关键的操作步骤在于先将主料混合均匀进行挤出操作时，再添加阻燃剂以及加工助剂，原料的加入时机是有要求的，因为在挤出过程中，复合高分子材料的性质最容易不稳定，因此有针对性的在挤出步骤进行时添加助剂等辅料，使得制备出的产品性能更佳。

其中，所述步骤(A)中，预加热的温度控制在100-110℃，先将原料混合后预加热，可以使得后续操作更方便进行，温度的高低要掌控好，如果温度过高会对材料的本身品质有影响。

在本发明中，所述步骤(A)中，通过挤出机挤出的步骤中，挤出机最好选用双螺杆挤出机，挤出温度控制在150-160℃，主机频率20-30Hz，螺杆直径控制在50-60mm之间。在添加阻燃剂以及加工助剂的过程中，挤出机的温度则控制在130-140℃，主机频率25-28Hz，螺杆直径控制在55-60mm之间，为了使得产品性能更有保证最好使用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机由于机筒采取可剖分式，螺杆和机筒内衬套可随意组合，操作方便，损坏之后易维修，降低了成产成本提高了劳动效率。

另外，挤出机的参数控制分为两个阶梯段，在开始没加入其他辅料的阶段挤压机的温度比较高，这样可以更有利于原料之间混合并且挤出成型，但是当添加辅料时温度则要调的稍微低一些，因为此时需避免温度过高将有效成分烧结破坏掉，起不到辅料应有的效果，因此挤出机的参数最好分梯度控制。

最后，冷却的最终温度控制在25-30℃之间，使其充分冷却，有利于后续步骤的顺利进行，以及提高产品的应用性能。冷却后还包括切割的步骤，优选切割采用激光切割机，加工速率控制在500-700mm/min。每分钟切割的速度也是有一定的要求的，如果切割的速率过快会影响准确性，得到的复合高分子材料达不到标准的要求，速率过慢又会影响操作周期，延误操作时间。

本发明实施例制备得到的复合高分子材料可以用于坐垫、床垫以及枕头内填充物的外套，使用范围广，而且适用于不同人群的需求，所用的原料均为对环境友好的物质，整个制备的工艺流程也更加合理且实现了标准化，容易操控，得到的产品性能较佳。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明实施例提供了一种复合高分子材料，这种复合高分子材料将纤维与3D摩丝完美的复合，得到的产品具有良好的力学性能、加工性能以及环保性能，既有棉质材料的柔软度又具有3D摩丝材料一定的韧性，此外舒适柔软度高、低温韧性好、稳定性佳、透气性可以与乳胶材质相媲美，成本低但是功能很全面强大，适于扩大范围推广应用；

(2)本发明实施例通过特定的原料、配比以及较优的工艺路线，方法简单、操作方便，能够完整的保留每个原料中的有效成分，通过原料本身性质不同实践出了较优的原料添加顺序，还有每个步骤中较优的工艺参数，整个工艺流程更加合理且实现了标准化，容易操控，得到的产品性能较佳；

(3)本发明实施例的复合高分子材料应用非常广泛，主要用于坐垫、床垫以及枕头内填充物的外套，以取代现有技术常用的棉布、棉涤和人造纤维，解决了现有技术出现的各种技术问题，能够给予消费者良好的感受度，有效的释放了身体每个关节的压力，防止睡眠过程中身体受到压迫，出现血液循环不通畅的现象，提高睡眠质量，呵护使用者的身体健康。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

复合高分子材料的原料如下：

复合高分子材料的制备方法如下：

1)将3D摩丝材料、棉纤维贴附后并在温度为100-110℃的条件下预加热后，通过单螺杆挤出机进行挤压；

2)挤压过程中，添加多羟基反应型阻燃剂以及增塑剂、抗氧剂后挤出，放置于室温环境下冷却定型即得，按照尺寸切割成要求形状作为枕套使用。

实施例2

复合高分子材料的原料如下：

复合高分子材料的制备方法如下：

1)将3D摩丝材料、棉纤维贴附后并在温度为100-110℃的条件下预加热后，通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在150℃，主机频率30Hz，螺杆直径控制在50mm；

2)挤压过程中，添加甲基磷酸二甲酯以及增塑剂、抗氧剂、润滑剂、PH调节剂，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在140℃，主机频率25Hz，螺杆直径控制在55mm，挤出后放置于室温环境下冷却到25℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在700mm/min，切割完成后作为坐套使用。

实施例3

复合高分子材料的原料如下：

复合高分子材料的制备方法如下：

1)将3D摩丝材料、棉纤维贴附后并在温度为100-110℃的条件下预加热后，通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在160℃，主机频率20Hz，螺杆直径控制在60mm；

2)挤压过程中，添加甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂以及增塑剂、抗氧剂、润滑剂，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在130℃，主机频率28Hz，螺杆直径控制在60mm，然后放置于室温环境下冷却到30℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在500mm/min，切割完成后作为枕套使用。

实施例4

复合高分子材料的原料如下：

复合高分子材料的制备方法如下：

1)将3D摩丝材料、棉纤维贴附后并在温度为100-110℃的条件下预加热后，通过双螺杆挤出机进行挤压，通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在155℃，主机频率25Hz，螺杆直径控制在55mm；

2)挤压过程中，添加甲基磷酸二甲酯、增塑剂、抗氧剂、润滑剂、2-甲基-2-羟基-1-丙醇，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在135℃，主机频率26Hz，螺杆直径控制在58mm，挤出后放置于室温环境下冷却到28℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在600mm/min，切割完成后直接作为床套使用。

实施例5

复合高分子材料的原料如下：

复合高分子材料的制备方法如下：

1)将3D摩丝材料、棉纤维贴附后并在温度为100-110℃的条件下预加热后，通过双螺杆挤出机进行挤压，通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在155℃，主机频率25Hz，螺杆直径控制在55mm；

2)挤压过程中，添加无卤阻燃剂、增塑剂、抗氧剂、润滑剂、PH调节剂，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在135℃，主机频率26Hz，螺杆直径控制在58mm，挤出后放置于室温环境下冷却到28℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在600mm/min，切割完成后直接作为床套使用。

实验例1

将本发明实施例1-4制备出的复合高分子材料与市面上作为床垫、坐垫的外套的纯棉材质的材料(比较例1)的品质进行对比，具体结果如下表1所示：

表1性能参数对照表

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	比较例1
						冲击弹性/％	37	35	30	32	15
硬度(邵A)	88	88	90	90	60
						扯断伸长率/％	360	380	359	387	100
拉伸强度/MPa	45	47	45.68	56.23	16.12
						扯断永久变形/％	8	8	2	7	30
磨耗(阿克隆)mg	17	19	25	32	65

从表1中可以看出，本发明实施例的复合高分子材料的硬度高、不易变形、弹性好、耐磨而且抗拉伸性能好，各方面的物理性能均较优，而且其本身更注重消费者的感受度、柔软耐用，耐老化性能好，属于该领域中非常有前景的一种复合高分子材料，广泛应用于坐垫、枕头以及床垫内填充物的外套的应用。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (12)

1.一种复合高分子材料，其特征在于，由以下原料制得：以质量份数计，3D摩丝材料40-70份，棉纤维50-80份，阻燃剂2-6份，加工助剂3-10份。

2.根据权利要求1所述的复合高分子材料，其特征在于，以质量份数计，3D摩丝材料50-60份，棉纤维60-70份，阻燃剂3-5份，加工助剂5-8份。

3.根据权利要求1-2任一项所述的复合高分子材料，其特征在于，3D摩丝材料54份，棉纤维62份，阻燃剂4份，加工助剂7份。

4.根据权利要求1-2任一项所述的复合高分子材料，其特征在于，所述加工助剂由以下组分组成：以质量份数计，增塑剂1-2份，润滑剂0.5-0.8份，抗氧剂1-2份，其余为PH调节剂。

5.根据权利要求1-2任一项所述的复合高分子材料，其特征在于，所述阻燃剂为多羟基反应型阻燃剂、甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂中的一种或几种。

6.权利要求1-5任一项所述的一种复合高分子材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(A)将3D摩丝材料、棉纤维两种原料贴附后，并通过预加热、挤压复合的步骤；

(B)挤压复合的过程中，添加阻燃剂以及加工助剂后挤出冷却定型，即得产品。

7.根据权利要求6所述的一种复合高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，预加热的温度控制在100-110℃。

8.根据权利要求6所述的一种复合高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，挤压复合的步骤采用挤压机进行，挤压机为双螺杆挤出机，挤出温度控制在150-160℃，主机频率20-30Hz，螺杆直径控制在50-60mm之间。

9.根据权利要求8所述的一种复合高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，在添加阻燃剂以及加工助剂的过程中，所述双螺杆挤出机的温度控制在130-140℃，主机频率25-28Hz，螺杆直径控制在55-60mm之间。

10.根据权利要求9所述的一种复合高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，冷却到温度为25-30℃之间。

11.根据权利要求9所述的一种复合高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，冷却定型后还包括切割的步骤，切割采用激光切割机，加工速率控制在500-700mm/min。

12.权利要求1-11任一项所述的复合高分子材料作为坐垫、床垫以及枕头内填充物的外套的应用。