CN111719247B

CN111719247B - 耐疲劳的层状弹性体

Info

Publication number: CN111719247B
Application number: CN202010520528.7A
Authority: CN
Inventors: 陈浩
Original assignee: Wuxi Keyi New Material Co ltd
Current assignee: Wuxi Keyi New Material Co ltd
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: AU2021308016A1; CN111719247A; WO2022012335A1; US20230279592A1

Abstract

本发明公开了一种耐疲劳的层状弹性体，以热可塑性聚酯弹性体为原料挤出长条线条体，卷曲粘结后形成一定厚度的层状物，相邻线条体接触部位彼此熔接，形成连续接合点和点接合点，其中连续接合点的占比在20%以上。连续接合点比率超过20%时，耐疲劳反复压缩硬度损失率低于23%，连续接合点所占比率越多，反复压缩耐久性越好，因而提高层状弹性体的连续接合点比率可以获得具有耐反复压缩性能的产品。

Description

耐疲劳的层状弹性体

技术领域

本发明涉及长条纤维丝卷曲形成的具有一定厚度的层状弹性体，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，尤其是一种耐疲劳的层状弹性体。

背景技术

现有的层状弹性体常使用纺丝方式制作，具体是将熔融状态下的聚酯弹性体利用纺丝板在一定的速度、温度下挤出，挤出后落入水中冷却，连续线条体弯曲成环，接触部位彼此熔接，再使其两面平坦化，最后切断成所需尺寸而获得的三维网状结构。由于现有的层状弹性体常用在坐垫、床垫等相关产品上，因此由其需要考虑其反复压缩耐久性，也即耐疲劳性。

中国专利CN109680412A公开了一种网状结构体，该网状结构体在50%恒定位移反复压缩残余应变为15%以下，在50%恒定位移反复压缩后的50%压缩时硬度保待率为85%以上。该专利的0048段记载为了得到该网状结构体，必须使所得的网状结构体的连续线状体之间的熔合牢固来增强连续线状体之间的接点强度。通过增强构成网状结构体的连续线状体之间的接点强度，来提高网状结构体的反复压缩耐久性。0049段、0051段记载作为获得增强了接点强度的网状结构体的方法包括：在纺出聚酯系热塑性弹性体时，在喷嘴下方设置保温区域、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。该专利是通过产品制造工艺的改进来获得接点强度高的网状结构体，从而使产品的压缩参数符合期望值。

中国专利CN105683434B公开了一种压缩耐久性优异的网状结构体,该网状结构体750N恒定载荷反复压缩残余应变为15%以下，750N恒定载荷反复压缩后的40%压缩时硬度保持率为55%以上，750N恒定载荷反复压缩后的65%压缩时硬度保持率为70%以上。为了获得优异的压缩耐久性，该专利0056段、0057段记载其是通过在表层部和内层部中赋予结构差（通过将表层部的纤维直径设为内层部的纤维直径的1.05倍以上）、以及增强表层部的连续线状体之间的接点强度来实现的，通过赋予表层部和内层部的结构差，与内层部相比通过增大连续线状体的接点面积来提高网状结构体的表层部的接点强度，并进一步抑制反复压缩处理中产生的接点破坏，持续在表层部对反复压缩中承受的载荷 (750N)进行面分散的效果。该产品是通过赋予产品表层的耐压强度来获得优异的压缩耐久性。

上述专利均未提及无规接合点与层状弹性体耐久性之间的关系，CN105683434B专利所得层状弹性体产品750N反覆压缩后硬度损失率只能维持在30~45%之间，而且基于CN109680412A和CN105683434B专利所述方法所获得的层状弹性体产品的耐久性已经无法获得进一步的提升。

发明内容

本申请人针对上述现有生产无法获得耐久性更加优异的层状弹性体等缺点，提供一种耐疲劳的的层状弹性体，通过控制连续接合点的占比，进一步提高层状弹性体的压缩耐久性与使用寿命。

本发明所采用的技术方案及有益效果如下：

一种耐疲劳的层状弹性体，以热可塑性聚酯弹性体为原料挤出长条线条体，卷曲粘结后形成一定厚度的层状物，相邻线条体接触部位彼此熔接，形成连续接合点和点接合点，其中连续接合点的占比在20%以上。连续接合点比率超过20%时，耐疲劳反复压缩硬度损失率低于23%，连续接合点所占比率越多，反复压缩耐久性越好，因而提高层状弹性体的连续接合点比率可以获得具有耐反复压缩性能的产品。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述热可塑性聚酯弹性体原料的熔融指数为15～25g/10min。本发明发现热可塑性聚酯弹性体原料的熔融指数与层状弹性体产品的连续接合点所占比率有重大关系，当热可塑性聚酯弹性体原料的熔融指数为15~25g/10min，可以获得连续接合点比率高、耐疲劳反复压缩硬度损失率低的产品。当熔融指数大于25g/10min时，产品的连续接合点比率下降，压缩耐久性较差。考虑可能是因为熔融指数越大，材料的加工流动性越佳，连续线条体从纺丝板流出的速度越快，在控制牵引速率为恒定时，连续线条体的线径就越细，线径较细时，熔接部位形成连续接合点的概率降低，因此最终产品的连续接合点比率下降。

当熔融指数小于15g/10min时，产品的连续接合点比率下降，压缩耐久性较差。考虑可能是因为熔融指数越小，材料的加工流动性越差，连续线条体从纺丝板流出的速度慢，在控制牵引速率为恒定时，连续线条体的线径就越粗，虽然线径***，但是由于连续线条体的流动速度过慢，在下降过程中较早地降温，因此落入水中后形成的熔接部位减少，熔接部位形成连续接合点的概率也同时降低，因此最终产品的连续接合点比率下降。

所述热可塑性聚酯弹性体原料的熔点为180℃以下。本发明发现热可塑性聚酯弹性体原料的熔点与层状弹性体产品的连续接合点所占比率有重大关系，当热可塑性聚酯弹性体原料的熔融指数为熔点为180℃以下时，可以获得连续接合点比率高、耐疲劳反复压缩硬度损失率低的产品。当聚酯弹性体的熔点大于180℃时，产品的连续接合点比率下降，压缩耐久性较差。考虑可能是因为熔点过高，在225℃熔融状态下挤出后，连续线条体彼此之间不容易黏结，所得产品熔接部位减少，熔接部位形成连续接合点的概率也同时降低，虽然熔点高时可以获得较硬材质的产品，但是连续接合点比率不高，最终导致反复耐压缩性差。

所述连续接合点为长度≥5mm的熔接部位。

所述层状弹性体以压缩力750N反复压缩8万次后，硬度损失率小于25％。目前现有的产品虽然公开可以根据增强接点强度或赋予表层部和内层部的结构差的方式提高产品的耐疲劳性，但是通过现有的方法所做出来的产品的750N反覆压缩后硬度损失率只能维持在30~45%之间，无法获得更低的反覆压缩硬度损失率，本专利通过控制连续接合点比率超过20%，可以获得硬度损失率小于25％的反复压缩耐久性优异的层状弹性体，由其适合于用在坐垫、床垫等有耐疲劳性要求的产品上。

所述层状弹性体的40％压陷硬度为100N～350N。

所述层状弹性体的厚度为20mm～200mm，密度为30～100kg/m3。

所述层状弹性体的丝状纤维为圆形实心丝、异型丝或空心丝。

所述热可塑性聚酯弹性体原料的软段为聚四氢呋喃醚。

所述热可塑性聚酯弹性体原料中聚四氢呋喃醚软段含量为70%，原料熔点为171℃，熔融指数为20g/10min。当热可塑性聚酯弹性体原料中聚四氢呋喃醚软段含量为70%，原料熔点为171℃，熔融指数为20g/10min时，连续接合点比率为31%，耐疲劳反复压缩硬度损失率仅为15%，层状弹性体产品耐疲劳性最佳。

附图说明

图1为层状弹性体产品的结构示意图。

图中：1、连续接合点；2、点接合点；3、层状弹性体。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

作为聚酯系热塑性弹性体，对苯二甲酸二甲酯(DMT)和1,4-丁二醇(1，4-BD)、聚四亚甲基二醇(PTMG)、钛酸四丁酯(TBT)催化剂、安定剂Irganox 1010在230℃进行酯化反应，待副产物甲醇脱出量达理论值98%以上时，一边升温至245℃并减压至真空100Pa使其缩聚，聚合到所需黏度后造粒，最后生成聚醚酯嵌段共聚弹性体，将所得的热塑性弹性树脂原料的配方记载于表1，其中熔融指数通过控制聚合时间等制造条件参数来控制。

表1：

具体测试方法如下：

1、厚度：随机选取3片样品，使用测厚计测量产品厚度，计算平均值。

2、密度：把产品放入烘箱，烘箱设置为80℃*3hr，确保水分去除后，测量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，重量除以体积计算出密度。

3、线径：从立体网状结构中随机抽出5根纤维，使用20倍光学显微镜搭配比例尺测量3处的直径，计算出每根纤维的平均直径，再计算5根纤维的平均值。

4、40%压陷硬度测试：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，压缩至应变40%，上压盘向下压缩产品，上端的荷重元即感受到压力，并将压力转换成电压讯号输给显示器解析，同时把压力值显示于屏幕上，测试三次取平均值。

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，以压缩力750N，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40%压陷硬度-产品测试后40%压陷硬度）/产品测试前40%压陷硬度*100%，测量3片样品取平均值。

6、接合点：取5cm*5cm大小的样品，以精密天平秤重至小数点第一位计算重量，如图1所示，定义层状弹性体3的线条体与线条体之间熔接部位的长度小于5mm的交结部位称为点接合点2，线条体与线条体之间熔接部位的长度大于等于5mm的交结部位称为连续接合点1。计数人员小心地剥离线条体与线条体的交结部位，并仔细观察和计算点接合点2与连续接合点1的数量,所得到的接合点数量分別除以样品重量，得到单位体积的点接合点数与连续接合点数（单位：个/g）。连续接合点比率=连续接合点数/(连续接合点数+点接合点数)。

实施例1

将聚酯弹性体A1原料送入挤出机，在挤出机内加热至225℃熔融状态，经计量泵输送到纺丝板，连续线条体纤维从纺丝板喷出落入水中弯曲成环，线条体之间的接触部位彼此熔接，牵引速率为0.4米/分，纺丝板与下部的水箱之间采用红外线保温，织出的连续线条体纤维在30℃温水中经模具压缩至两面平坦化，最终成型得到三维层状弹性体3，通过上述方法测试层状弹性体3，得到物性参数见表2，层状弹性体3的网状结构密度为60kg/m 3 ，所得层状弹性体3的连续接合点比率为26%，40％压陷硬度为189N，耐疲劳反复压缩后硬度损失率为22％。

实施例2

具体实施方法如同实施例1，但所采用的原料改为聚酯弹性体B1, 所得层状弹性体3的连续接合点比率为31%，40％压陷硬度为133N，耐疲劳反复压缩后硬度损失率为15％。

比较例1

具体实施方法如同实施例1, 但所采用的原料改为聚酯弹性体A2, 其立体网状结构中的连续接合点比率为17%, 40％压陷硬度为171N，耐疲劳反复压缩后硬度损失率为31％。

比较例2

具体实施方法如同实施例1, 但所采用的原料改为聚酯弹性体B2, 其立体网状结构中的连续接合点比率为13%, 40％压陷硬度为123N，耐疲劳反复压缩后硬度损失率为26％。

比较例3

具体实施方法如同实施例1, 但所采用的原料改为聚酯弹性体C1, 其立体网状结构中的连续接合点比率为14%, 40％压陷硬度244N，耐疲劳反复压缩后硬度损失率为33％。

表2：

比较实施例1~3和比较例1~3，可见连续接合点比率低于20%时，耐疲劳反复压缩硬度损失率超过25%，连续接合点1越少，反复压缩耐久性变差，因而提高层状弹性体3的连续接合点比率可以获得具有耐反复压缩性能的产品。当连续接合点比率为31%时，耐疲劳反复压缩硬度损失率仅为15%，产品耐疲劳性最佳。

比较实施例1和比较例1，当熔融指数为35g/10min时，所得层状弹性体3产品的连续接合点比率仅为17%, 此时虽40%压陷硬度可达到171N，但耐疲劳反复压缩后硬度损失率升高至31％，可见当熔融指数大于25g/10min时，产品的连续接合点比率下降，压缩耐久性较差。考虑可能是因为熔融指数越大，材料的加工流动性越佳，连续线条体从纺丝板流出的速度越快，在控制牵引速率为恒定时，连续线条体的线径就越细，线径较细时，熔接部位形成连续接合点1的概率降低，因此最终产品的连续接合点比率下降。

比较实施例2和比较例2，当熔融指数为8g/10min时，所得层状弹性体3产品的连续接合点比率仅为13%, 此时虽40%压陷硬度可达到123N，但耐疲劳反复压缩后硬度损失率升高至26％，可见当熔融指数小于15g/10min时，产品的连续接合点比率下降，压缩耐久性较差。考虑可能是因为熔融指数越小，材料的加工流动性越差，连续线条体从纺丝板流出的速度慢，在控制牵引速率为恒定时，连续线条体的线径就越粗，虽然线径***，但是由于连续线条体的流动速度过慢，在下降过程中较早地降温，因此落入水中后形成的熔接部位减少，熔接部位形成连续接合点1的概率也同时降低，因此最终产品的连续接合点比率下降。

比较实施例1和比较例3，当聚酯弹性体的熔点为207℃时，即使熔融指数相同，比较例3所得层状弹性体3产品的连续接合点比率也仅为14%, 此时虽40%压陷硬度可达到244N，但耐疲劳反复压缩后硬度损失率升高至33％，可见当聚酯弹性体的熔点大于180℃时，产品的连续接合点比率下降，压缩耐久性较差。考虑可能是因为熔点过高，在225℃熔融状态下挤出后，连续线条体彼此之间不容易黏结，所得产品熔接部位减少，熔接部位形成连续接合点1的概率也同时降低，虽然熔点高时可以获得较硬材质的产品，但是连续接合点比率不高，最终导致反复耐压缩性差。

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。比如，上述实施例和比较例的层状弹性体3的丝状纤维为圆形实心丝，在其他实施方式中丝状纤维也可以是异型丝或空心丝。

Claims

1.一种耐疲劳的层状弹性体，以热可塑性聚酯弹性体为原料挤出长条线条体，卷曲粘结后形成一定厚度的层状物，其特征在于：相邻线条体接触部位彼此熔接，形成连续接合点（1）和点接合点（2），其中连续接合点（1）的占比在20%以上；所述热可塑性聚酯弹性体原料的熔融指数为15~25g/10min；所述热可塑性聚酯弹性体原料的熔点为180℃以下；所述连续接合点（1）为长度≥5mm的熔接部位；所述层状弹性体（3）以压缩力750N反复压缩8万次后，硬度损失率小于25％；所述层状弹性体（3）的40％压陷硬度为100N~350N。

2.按照权利要求1所述的耐疲劳的层状弹性体，其特征在于：所述层状弹性体（3）的厚度为20mm~200mm，密度为30~100kg/m³。

3.按照权利要求1所述的耐疲劳的层状弹性体，其特征在于：所述层状弹性体（3）的丝状纤维为圆形实心丝、异型丝或空心丝。

4.按照权利要求1所述的耐疲劳的层状弹性体，其特征在于：所述热可塑性聚酯弹性体原料的软段为聚四氢呋喃醚。

5.按照权利要求1所述的耐疲劳的层状弹性体，其特征在于：所述热可塑性聚酯弹性体原料中聚四氢呋喃醚软段含量为70%，原料熔点为171℃，熔融指数为20g/10min。