CN114316193A - 一种慢回弹海绵、制作工艺及应用 - Google Patents
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- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
本发明提出一种慢回弹海绵、制作工艺及应用，涉及慢回弹海绵技术领域。该慢回弹海绵包括按重量份数计的以下原料：聚酯50‑60份、发泡剂6‑10份、有机硅油1.5‑2.5份、交联剂4‑6份、固化剂22.5‑27.5份以及乙二醇1.5‑2.5份。该慢回弹海绵主要以聚酯作为主要骨架原料，结合异氰酸酯、物理发泡剂、三丙二醇以及乙二醇作为辅料进行交联、发泡反应，达到降低海绵孔径，增强海绵密度的效果。并以有机硅油作为泡沫稳定剂，使得泡沫细腻，成型效果好，从而使得海绵成品率高，质量上乘。该海绵的制作工艺可是发泡效果以及成型效果较好，当将其用作骨质疏松病人和/或老人使用的跌倒防护材料时，能够有效提升防护作用。
Description
技术领域
本发明涉及慢回弹海绵技术领域，具体而言，涉及一种慢回弹海绵、制作工艺及应用。
背景技术
慢回弹海绵又称作慢回弹棉垫、惰性海绵、零压绵或太空棉等，具有解压性、慢回弹、透气以及感温性等。现有的慢回弹海绵通过分散人体给与的压力达到支撑人体的效果，从而达到保护作用。而现有的防护装备通常采用硬质材料与软质材料相结合的方式达到抗外冲击力的效果，即为，通过硬质材料抗外来冲击力，通过软质材料缓冲外来冲击力，并通过软质材料的压力分解作用将冲击力分散到保护装备的全部，以扩大接触面来降低冲击力，从而达到保护作用。
但是，慢回弹海绵的密度通常在150D以下，由于其结构致使抗冲击性能不佳，因此，该防护装备对关节部位(例如膝关节、肘关节等关节部位)的抗冲击能力较差，保护作用较差。由此可见，现有的慢回弹海绵以及防护装备对人体的易损伤部位的防护效果不佳，使用效果不好。因此，改进现有的具有防护作用的慢回弹海绵尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种慢回弹海绵，该慢回弹海绵的密度在 200D-400D间，可有效吸收冲击能，抗冲击能力较强，缓冲防护效果较好。
本发明的另一目的在于提供一种慢回弹海绵的制作工艺，该制作工艺可使发泡效果较好，从而使得慢回弹海绵的成型效果较好，同时具有制作简单，适合自动化生产。
本发明的另一目的在于提供一种慢回弹海绵的应用，该慢回弹海绵由于具有上述有益效果，可作为防护材料保护骨质疏松病人和/或老人的关节部位，大大提升他们的跌倒防护水平。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
第一方面，本发明提出一种慢回弹海绵，包括按重量份数计的以下原料：聚酯50-60份、发泡剂6-10份、有机硅油1.5-2.5份、交联剂4-6份、固化剂22.5-27.5份以及乙二醇1.5-2.5份。
第二方面，本发明提出一种慢回弹海绵的制作工艺，主要包括如下步骤：将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后进行固化成型，经冷却和干燥后，制得所述慢回弹海绵。
第三方面，本发明提出一种慢回弹海绵的应用，主要将上述制作工艺制作而得的慢回弹海绵用作骨质疏松病人和/或老人使用的跌倒防护材料。
本发明实施例的慢回弹海绵及其制作工艺至少具有以下有益效果：
第一方面，本发明提供一种慢回弹海绵，主要包括按重量份数计的以下原料：聚酯50-60份、发泡剂6-10份、有机硅油1.5-2.5份、交联剂21-24份、固化剂22.5-27.5份以及乙二醇1.5-2.5份。该慢回弹海绵以聚酯作为主要骨架原料，结合异氰酸酯、物理发泡剂、三丙二醇以及乙二醇作为辅助原料进行交联、发泡反应，达到降低海绵孔径，增强海绵密度的效果。而且，还以有机硅油作为泡沫稳定剂，使得所产生的泡沫细腻，且成型效果好，从而使得海绵成品率高，质量上乘。由于海绵的密度较高，因此其发泡后的结构发生了明显的变化，海绵本身的开放式分子结构(OPEN-CELL)高分子聚氨酯发泡后的气泡被压缩到极致，使得海绵结构致密，且气泡存在于海绵结构中(肉眼无法观察出)，此时，这种材料保持了海绵特殊的黏弹特性，即材料在受到压力冲击时，发生了满足胡克定律的弹性形变(蓄能性形变)，也同时发生不可恢复的塑性变形。
第二方面，本发明提出一种慢回弹海绵的制作工艺，主要包括如下步骤：将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后进行固化成型，经冷却和干燥后，制得所述慢回弹海绵。该制作工艺可使发泡效果较好，从而使得慢回弹海绵的成型效果较好，同时具有制作简单，适合自动化生产。
第三方面，本发明提出一种慢回弹海绵的应用，主要将上述制作工艺制作而得的慢回弹海绵用作骨质疏松病人和/或老人使用的跌倒防护材料。当使用者佩戴使用时，即为发生跌倒情况时，该海绵内部的气体(通过肉眼无法观察到的留存于气孔中的气体)由于表面的结构快速收缩的挤扁效应，导致气体无法快速排出，使接触部位瞬时硬结，以此提高了海绵的抗冲击性能，而被压缩的内部气体同时也提高了材料的冲击缓冲作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的产品测试位置标示图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
第一方面，本发明提供一种慢回弹海绵，主要包括按重量份数计的以下原料：聚酯50-60份、发泡剂6-10份、有机硅油1.5-2.5份、交联剂21-24份、固化剂22.5-27.5份以及二乙胺1.5-2.5份。前述原料的具体性能如下：
聚酯：聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物的总称，主要指聚对苯二甲酸乙二酯，其可作为合成水性聚氨酯的主要起始原料，构成水性聚氨酯嵌段共聚物的软段，从而有效改善水性聚氨酯的强度、硬度、粘接力以及抗冲击性，达到预期的合成效果。本发明中，以聚酯作为合成海绵的主要原材料，使得海绵产品具有较好的力学性能、耐高温性能以及拉伸性能，使用价值较高。
发泡剂：发泡剂可是作用对象转变为多孔物质。本发明中，发泡剂可使由聚酯原料合成的产品形成多孔状的蜂窝结构，以此具有良好的柔软性、弹性以及吸水性，从而使得产品具有较好的抗冲击性能。
本发明中，选用物理发泡剂作为发泡原料，其可通过物理变化使得合成材料膨化并形成海绵结构。而且物理发泡剂的优势在于其可在材料海绵化后，挥发或升华，而残留于产品内的发泡剂含量较少，降低其对产品的影响，价值较高。
有机硅油：有机硅油是一种不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷。当将有机硅油作为慢回弹海绵的制作原料之一时，其可使发泡过程稳定，且可使泡沫均匀、细腻，从而使得海绵成品的成品率较高，且品质较好。
交联剂：交联剂由于其本身具有活性较强的羟基或羧基等官能团，可使的链状分子相互交联，以此形成强度高、抗压以及抗拉性能好、弹性好的产品。
本发明中，交联剂选用三丙二醇，其可进一步提升海绵的亲水性、舒适性、耐磨性以及弹性。具体地，鉴于三丙二醇中的多个醇羟基能够进一步加强链状分子间的交联作用，并形成结构复杂、且孔径细密的网状海绵结构，从而使得达到改善耐磨性，提高产品弹性的效果。
固化剂：固化剂又称作硬化剂或变定剂，可增进或控制固化反应，其可有效提升产品的力学性能、耐热性、耐水性以及耐腐蚀性等。
本发明中，固化剂选用异氰酸酯，当其与聚酯混合时，在经过高压雾化后，可迅速凝固成型，达到闭孔发泡的效果，从而使得该海绵产品的防水性能达95％，导热系数降至0。因此，以异氰酸酯作为固化原料时，不仅可使得海绵产品的抗冲击性能较好，还可有效提升其保温效果，使用价值更高。
本发明中，选择二乙胺作为有机合成所需要的固化剂，其可进一步促进缩聚反应的发生，形成结构稳定的分子，达到预期的效果。
乙二醇：乙二醇又称作甘醇，是最简单的二元醇，具有性质活泼的特点，可起酯化、醚化、醇化、氧化、缩醛以及脱水等反应。本发明中，乙二醇作为扩链剂使用，其可使得聚氨酯的分子量增大，将短链分子通过官能团的作用转变成长链分子，从而有效提升本发明中的聚氨酯海绵的力学性能，并可使得增强产品的耐温、耐磨以及抗冲击性能。
综上可知，该慢回弹海绵以聚酯作为主要骨架原料，结合异氰酸酯、物理发泡剂、三丙二醇以及乙二醇作为辅助原料进行交联、发泡反应，达到降低海绵孔径，增强海绵密度的效果。而且，还以有机硅油作为泡沫稳定剂，使得所产生的的泡沫细腻，且成型效果好，从而使得海绵成品率高，质量上乘。由于海绵的密度较高，因此其发泡后的结构发生了明显的变化，海绵本身的开放式分子结构(OPEN-CELL) 高分子聚氨酯发泡后的气泡被压缩到极致，使得海绵结构致密，且气泡存在于海绵结构中(肉眼无法观察出)，此时，这种材料保持了海绵特殊的黏弹特性，即材料在受到压力冲击时，发生了满足胡克定律的弹性形变(蓄能性形变)，也同时发生不可恢复的塑性变形。
本发明中，该慢回弹海绵还包括2.5-3.5重量份的催化剂。
催化剂可有效加速-OH与-NCO间的反应作用，以此使得反应迅速，制作时间较短。本发明中，催化剂选用乙烯二胺。
第二方面，本发明提供一种慢回弹海绵的制作工艺，主要包括以下步骤：将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后进行固化成型，经冷却和干燥后，制得所述慢回弹海绵。
具体地，将原料混合均匀后，加入压力气罐中。当原料在5 kg/cm2-6kg/cm2的压力作用下从气罐中向外喷出后，混合的物料能够通过这一方式形成致密的泡沫，达到雾化效果，从而使得该慢回弹海绵具有肉眼无法观察到的气孔，从而达到预期的制作效果。
而当压力较小时，泡沫的成型效果不佳，从而影响该海绵的弹性以及抗冲击性能。而当压力较大，雾化的冲击力较强，会影响慢回弹海绵的结构，从而影响该海绵的密度，进而影响其抗冲击性能以及保温效果。
本发明中，在上述压力条件下进行雾化后，进行固化成型，且固化成型的时间为60s-80s。由此可见，以此配方进行制作该聚氨酯慢回弹海绵具有制作周期短的优势，节约时间成本，性价比较高。
在此还需注意的是，在上述固化成型过程中，可将雾化原料填充至成型模具中，达到定型制作的效果。具体地，可将气罐内的原料在一定压力的作用下喷至模具中，并逐渐填充模具，达到预期的定型制作效果，制作方便，简单，且效果较好。
本发明中，由于45℃-50℃是物料的最适熔点，因此，可先将模具进行预热，并将温度预热至45℃-50℃后，将原料在约35s左右的时间范围内填充至模具中，便于其后续固化成型。以此使得慢回弹海绵的成型效果较好，且品质较好，避免出现部分缺失的现象，制作效果较好。
本发明中，固化成型后，从模具中取出，经过6h-8h的冷却干燥后，得到表面和内部干透的海绵产品，避免其在运输、保存等过程中出现损坏，损坏率较低。
本发明中，冷却干燥可选用自然冷却和晾干的方式进行，使得海绵达到预期的效果。当然，也可选择低温干燥的方式进行干燥，此时可进一步缩短海绵的制作时间，进而使得海绵的性价比较高，使用价值较高。
第三方面，本发明提出一种慢回弹海绵的应用。即为，可将上述制作工艺制作的慢回弹海绵用作骨质疏松病人和/或老人使用的跌倒防护材料。
正常成年人股骨(密质骨)湿骨的弯曲强度极限可以采用常用的工程材料方法进行骨的应力分析，即为当应变为0.4％时，即受到破坏，湿骨最大应变可以达到1.2％。在一定的应变范围内，骨的弹性响遵循胡克定律，因此，在比例极限下骨单向受力时，其应力与应变的关系为σ＝Eε：其中E为杨式模量，以成人股骨为例，其弯曲强度极限为160MPa(16kg/mm2)，拉伸时的剪切模量为(54.1±0.6)MPa。当然，骨受到冲击时，会受到其他因素的影响，如冲击载荷大小，冲击载荷作用时间以及骨的结构等等。可见，冲击对骨的损害影响不可忽视，尤其对于骨质疏松病人以及老人。
樊向利等人通过计算机进行生物力学测试，骨密度检测、CT、有限元等多种方法联合分析静止、运动状态下，正常或损伤的股骨近端材料属性，测试其力学特性，得出股骨颈与股骨粗隆间主要受力方向的表观弹性模量无统计学差异，基准值为500-600MPa之间。
在力学测试的基础上，将本发明提出的慢回弹海绵用于防护老年人或者骨质疏松病人的防护垫。假设其身高水平在150cm，跌倒时正常跌落，没有平面差，跌倒时的接触面积约为1cm2，跌倒时的力学接触时间设定为40ms-100ms之间。为维持安全的跌倒防护水平，考虑到部分骨质疏松病人的特殊情况(极端病例不考虑)，我们需要将跌倒时的冲击力降低至力学测定的极限强度的5％左右，即可达到良好的防护水平。
具体地，当使用者佩戴使用时，即为发生跌倒情况时，该海绵内部的气体(通过肉眼无法观察到的留存于气孔中的气体)由于表面的结构快速收缩的挤扁效应，导致气体无法快速排出，使接触部位瞬时硬结，以此提高了海绵的抗冲击性能，而被压缩的内部气体同时也提高了材料的冲击缓冲作用。
综上，将上述制作工艺制作的慢回弹海绵用作骨质疏松病人和/ 或老人使用的跌倒防护材料时，由于该中海绵具有较好的抗冲击性能和弹性，且保温效果较好，因此，其作为病人和老人关节防护材料，具有较强的优势。
还可将该慢回弹海绵与其他材料复合制成防护产品，例如，将无纺布作为包裹套，将慢回弹海绵与其他棉质产品共同配合制作成可佩戴的棉垫，达到预期的跌倒防护效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例的目的在于提供一种慢回弹海绵，包括以下原料：聚酯 55g、物理发泡剂8g、有机硅油2g、三丙二醇5g、异氰酸酯23g、二乙胺2g以及乙二醇2g。
该慢回弹海绵的制作工艺如下：
将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后将雾化原料填充至成型模具中，且模具的预热温度为47℃-48℃，填充完成后，再经70s后的固化成型，然后进行冷却和干燥，且冷却和干燥的时间为7h，以此制得慢回弹海绵。
实施例2
本实施例的目的在于提供一种慢回弹海绵，包括以下原料：聚酯 50g、物理发泡剂6g、有机硅油1.5g、三丙二醇4g、异氰酸酯21g、二乙胺1.5g、乙二醇1.5g以及三乙烯二胺2.5g。
该慢回弹海绵的制作工艺如下：
将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后将雾化原料填充至成型模具中，且模具的预热温度为45℃-46℃，填充完成后，再经60s后的固化成型，然后进行冷却和干燥，且冷却和干燥的时间为6h，以此制得慢回弹海绵。
实施例3
本实施例的目的在于提供一种慢回弹海绵，包括以下原料：聚酯 60g、物理发泡剂10g、有机硅油2.5g、三丙二醇6g、异氰酸酯25g、二乙胺2.5g、乙二醇2.5g以及三乙烯二胺3.5g。
该慢回弹海绵的制作工艺如下：
将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后将雾化原料填充至成型模具中，且模具的预热温度为49℃ -50℃，填充完成后，再经80s后的固化成型，然后进行冷却和干燥，且冷却和干燥的时间为8h，以此制得慢回弹海绵。
实施例4
本实施例的目的在于提供一种慢回弹海绵，包括以下原料：聚酯 53g、物理发泡剂7g、有机硅油1.8g、三丙二醇4.5g、异氰酸酯22g、二乙胺1.8g、乙二醇1.8g以及三乙烯二胺2.8g。
该慢回弹海绵的制作工艺如下：
将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后将雾化原料填充至成型模具中，且模具的预热温度为46℃ -47℃，填充完成后，再经65s后的固化成型，然后进行冷却和干燥，且冷却和干燥的时间为6.5h，以此制得慢回弹海绵。
实施例5
本实施例的目的在于提供一种慢回弹海绵，包括以下原料：聚酯 58g、物理发泡剂9g、有机硅油2.3g、三丙二醇5.5g、异氰酸酯24g、二乙胺2.3g、乙二醇2.3g以及三乙烯二胺3.2g。
该慢回弹海绵的制作工艺如下：
将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后将雾化原料填充至成型模具中，且模具的预热温度为48℃ -49℃，填充完成后，再经75s后的固化成型，然后进行冷却和干燥，且冷却和干燥的时间为7.5h，以此制得慢回弹海绵。
实施例6
将实施例1制作的慢回弹海绵制作为用于防护关节的护垫。
效果例
将实施例6制作的产品进行性能测试，测试报告编号为 GZHL2005017150HM，结果见表1。测试方法以及标准以EN/BS EN 1621-1:2012作为依据。另外，产品的测试位置设置如图1所示。
表1产品的性能测试结果
由上表可知，实施例6制备的防护关节的护垫，对冲击力具有较好的缓冲效果，并且达到测试标准。另外，该标准为摩托车车手防护服的测试标准，由此可见，该护垫能够达到摩托车车手防护服的标准，因此其对老人的防护效果较好，使用效果较好。
综上所述，第一方面，本发明提供一种慢回弹海绵，主要包括按重量份数计的以下原料：聚酯50-60份、发泡剂6-10份、有机硅油 1.5-2.5份、交联剂21-24份、固化剂22.5-27.5份以及乙二醇1.5-2.5 份。该慢回弹海绵以聚酯作为主要骨架原料，结合异氰酸酯、物理发泡剂、三丙二醇以及乙二醇作为辅助原料进行交联、发泡反应，达到降低海绵孔径，增强海绵密度的效果。而且，还以有机硅油作为泡沫稳定剂，使得所产生的泡沫细腻，且成型效果好，从而使得海绵成品率高，质量上乘。
第二方面，本发明提出一种慢回弹海绵的制作工艺，主要包括如下步骤：将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后进行固化成型，经冷却和干燥后，制得所述慢回弹海绵。该制作工艺可使发泡效果较好，从而使得慢回弹海绵的成型效果较好，同时具有制作简单，适合自动化生产。
第三方面，本发明提出一种慢回弹海绵的应用，主要将上述制作工艺制作而得的慢回弹海绵用作骨质疏松病人和/或老人使用的跌倒防护材料。当使用者佩戴使用时，即为发生跌倒情况时，该海绵内部的气体(通过肉眼无法观察到的留存于气孔中的气体)由于表面的结构快速收缩的挤扁效应，导致气体无法快速排出，使接触部位瞬时硬结，以此提高了海绵的抗冲击性能，而被压缩的内部气体同时也提高了材料的冲击缓冲作用。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种慢回弹海绵，其特征在于，包括按重量份数计的以下原料：聚酯50-60份、发泡剂6-10份、有机硅油1.5-2.5份、交联剂4-6份、固化剂22.5-27.5份以及乙二醇1.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的慢回弹海绵，其特征在于，所述交联剂为三丙二醇。
3.根据权利要求1或2所述的慢回弹海绵，其特征在于，所述固化剂包括异氰酸酯以及二乙胺，且所述异氰酸酯与二乙胺的质量比为(10-14):1。
4.根据权利要求1所述的慢回弹海绵，其特征在于，还包括2.5-3.5重量份的催化剂。
5.根据权利要求4所述的慢回弹海绵，其特征在于，所述催化剂为三乙烯二胺。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的慢回弹海绵的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将原料混合后，在压力为5kg/cm2-6kg/cm2的条件下进行雾化，然后进行固化成型，经冷却和干燥后，制得所述慢回弹海绵。
7.根据权利要求6所述的制作工艺，其特征在于，在所述固化成型过程中，将雾化原料填充至成型模具中，且所述模具的温度为45℃-50℃。
8.根据权利要求6所述的制作工艺，其特征在于，所述固化成型的时间为60s-80s。
9.根据权利要求6所述的制作工艺，其特征在于，所述冷却和干燥的时间为6h-8h。
10.一种慢回弹海绵的应用，其特征在于，将权利要求6-9任一项制作的慢回弹海绵用作骨质疏松病人和/或老人使用的跌倒防护材料。
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2021
- 2021-11-25 CN CN202111415748.4A patent/CN114316193A/zh active Pending
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