有整体成形连接配件的复合材料弹性模件制造技术

本发明专利技术描述了一种复合材料弹性模件（１６）及其制造方法，该弹性模件具有一个纤维增强复合材料弹性体（３２）和与弹性体（３２）整体成形的连接配件（３４、３６）。该连接配件（３４、３６）由柔性材料模制而成，弹性体（３２）的形状根据弯曲变形而动态变化。整体成形的连接配件（３４、３６）和弹性体（３２）成为统一的易于与任何所需要的弹性支承结构连接的单块模件。复合材料弹性模件（１６）通过与高和低断面支架（１２）以及基础栅格（１４）连接而形成一个垫子基底（１０）。本发明专利技术还描述了带有整体成形连接配件（３４、３６）的复合材料弹性模件的制造方法，以及挠性重量支承结构如使用复合材料弹性模件（１６）的垫子基底（１０）的装配方法。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
所属领域本申请是1995.6.7申请的序列号为08/487,022的后序申请。本专利技术是作为重量支承结构内的柔性元件而使用的，特别是，用于如床垫、坐垫和家具等挠性人体重量支承结构的塑性复合材料弹性件。
技术介绍
用作如坐垫、床垫和家具等支承结构中的挠性支承件的弹性件通常由弹簧钢和金属丝制成。详见US188636、US488378、US1887058、US4535978、US4339834和US5558315。也尝试过用塑性材料制造弹性支承件，详见US4530490、US4736932、US5165125和US5265291。尽管纤维增强塑料弹性件发展得相当快，它在如坐垫、家具和床垫等挠性支承结构中的应用表现出它难于为弹性件与支架结构以及与基础支承面的连接提供适当的装置。如US4411159所披露的，塑料弹性件可简单地机械连接到车辆中纤维增强塑料片弹簧上的支承结构上。纤维增强塑料的过硬和刚度过都会使任何形式的机械连接变得复杂。毕竟总是需要在弹性件中钻出机械紧固件所需要的连接孔(如US4736932所披露的)，这是需要增加额外的加工和装配步骤。而且，在纤维增强结构中钻孔破坏了确定最佳弹性特性的最佳长纱/粗纱纤维。相关的申请披露了将垫子基底弹性件连接到支架和基础栅格上所用的夹子。尽管是完全实用和新颖的，但该方法需要附加部件和增加安装任务，且不能完全克服弹性件和夹子之间可能的滑移以及由这种滑移所产生的噪音所带来的负面影响。传统的基底系统通常包括一个由基底或“箱形弹性件”支承的垫子。设置基底是为了对垫子和弹性件进行支承和加固，以便在受到过度载荷或冲击载荷的情况下弯曲变形。基底通常包括矩形木制支架和通过一排钢丝弹簧支承在木制支架上部的钢丝栅格，这种钢丝弹簧如压簧是固定在木制支架上的。为了进行适当的支承和保持垫子的稳固度，基底中需要大量的压簧，导致了产品价格较高。这就是在垫子基底中使用压簧所带来的最大缺陷。而且，使用压簧的基底通常具有连接在弹簧顶端的低碳钢丝栅格或矩阵架。矩阵架的金属丝和焊接处在误用的情况下会弯折或破坏。在这种钢/金属制的系统中，需要紧固件来将弹簧固定到栅格和支架上。这导致金属与金属之间的接触，且在动载荷的情况下容易产生嘎嘎的噪声。为了避免基底中使用压簧所带来的高费用，所用的另一种形式的弹簧是由大直径钢弹簧丝弯成多个连续部分段而制成的扭力钢弹簧，在受压时，由于扭力作用而产生弯曲。详见US4932535、US5346190和US5558315。由于扭力弹簧比压簧尺寸大且刚硬，基底中只需很少的扭力弹簧。但是，在由钢丝制成扭力弹簧的过程中，需要非常昂贵的工具和弯折设备。制造包括四个或更多个邻接段的复杂形状扭力弹簧模件需要精巧改进的弯模。在没有新的工具、工具再修改和/或机械装配变化和工艺过程破坏等情况下，这种制造工艺不适合于经济地制造出不同形状的弹簧。因此，不能容易地或廉价地改变这种弹簧的形状和获得的弹性系数来制造不同支承特性的基底。另外，这种弹簧中有很多的弯曲段，这导致很难控制其尺寸规格和弹性系数允差。而且，钢材性能的变化、防腐的需求以及热处理增加了制造费用和提高了制造钢丝弹性模件的难度。另外，相对较大的扭力弹簧别扭形状使得将弹簧装入到基底非常困难。在基底中使用钢丝弹簧的另一个缺点以及扭力弹簧特别的缺点是存在“弹性硬化而形成永久变形”(“spring set”)的现象，即弹簧在过度承载后不能完全恢复到其不压缩时的高度状态。只要弹簧在其弹性系数公差范围内变形，弹簧就可以反复承载一定长的时间，而工作特性却没有显著的变化。但是，如果变形超过最大变形范围，弹簧就会产生永久变形或“硬化而形成永久变形”(“set”)，并导致工作特性的永久改变例如缺少反支承，以及形状的永久改变或者灾难性的破坏断裂。钢丝弹簧的这种弹性硬化而形成永久变形也可发生在下述简单长时间的正常使用过程中，也就是连续承受重载。这种现象也通常被称为疲劳，并可导致灾难性的破坏。增大厚度尺寸的垫子例如“枕形顶部”的垫子，当被放置到6-8英寸高的普通基底顶部时，与基座的顶板和底板相比则太高了，形成不适当的外形和睡卧面过高。这种较大的垫子和基底使放置和存储费用增加。在美国垫子基底厚度一般为5-8英寸，平均厚度(或高度)为6.5-7.5英寸。在通常的基底中，最大尺寸由钢丝弹簧模件的高度确定。通常，扭力钢丝弹簧模件的弯曲变形被限制在总高度尺寸的大约20％。压缩变形超过20％范围会引起弹性硬化而形成永久变形或破坏。减小扭力弹簧模件的整体高度会导致弹簧过硬，并降低了所需要的偏转变形特性和缓冲重载及复原的能力。而且，在寿命试验过程中，通常很难用缩短高度的钢丝弹簧模件来预测破坏周期时间值，且通常比高度较高的钢丝弹簧模件的破坏周期时间值短。尽管如此，还是希望有一种可保持所需要的支承和弯曲变形特性的低高度的基底。
技术实现思路
本专利技术提供在坐垫、床垫等支承结构中作为挠性支承件使用的复合材料弹性模件。该复合材料弹性模件包括一个弹性体以及整体成形、模制或粘结在该弹性体上的连接配件，所述弹性体由塑料包封和处理过的增强纤维组成，所述连接配件由第二塑性或聚合材料制成。为固定垫子基底的弹性模件，所选取的连接配件可与基底支架结构件以及栅格或支架结构上部的支承结构机械连接。在将弹性件固定到如支架和栅格等周边组件上时，弹性体的整体成形塑料连接配件不需要单独的紧固件。连接配件的材料可与弹性体塑性材料相同或不同。本专利技术还可制造出新颖的低断面/低高度并可耐滥用和长寿命的垫子基底，该基底中装有带有整体成形连接配件的复合材料弹性模件。该复合材料弹性模件作为反支承部件的组成部件来代替传统的金属丝弹簧。在其中一个实施例中，低高度复合材料垫子基底的总高度大约为传统基底高度的50-60％，并还具有超过传统基底的弯曲变形/弹性特性。本专利技术还提供一种高断面或通常高度的垫子基底，该垫子基底使用安装在一种新颖的高断面支架上部的复合材料弹性模件。本专利技术还包括一种用例如环氧树脂/聚酯和玻璃纤维组合的复合材料来制造基底弹性模件的新方法，通过模制的方法将这些材料模制成特别适合于作为垫子基底支承件使用的各种形状的弹性件。这里所使用的术语“复合”是指在一个固体模中将至少两种材料混合在一起所形成的混合物，例如任何可模制、压制或拉制(pultrude)的塑性材料以及一种可通过粘结、嵌入或其它方法连接到塑性材料上的纤维材料。术语“复合”也指由模制材料制成且在具有封装纤维的弹性体上整体成形的连接配件。本专利技术还包括一种使用复合材料弹性模件的垫子基底选择组装新方法，其中，弹性模件有选择地设置并固定到支架结构和基础栅格上。在弹性模件的最佳实施例中，复合材料拉制(pultrude)成一种通常平面伸长的弹性模件，以获取其低深度/高度尺寸、有效的受力和载荷分布。模制/拉制(pultrude)复合材料弹性模件的使用，特别是复合材料弹性模件的沿平面伸长的形状，相对于现有技术的金属丝弹簧，在制造和装配方面具有很多优点，即简化了基底结构、模件的加工和处理，并且无论对基底组件的分装配件还是对其最终装配组件，适合于进行自动加工和装配。另外，将复合材料制造为基底弹性模件的新方法适合于制造多形式的弹性模件，即具有不同形状以及随弹性系数变化而变化的支承和弯曲变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料弹性模件包括：由复合材料制成的弹性体，复合材料包括塑料和纤维，以及在弹性体上整体模制的连接配件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马克J昆泰尔，尤金康斯坦丁内斯库，罗伯特F瓦格纳，
申请(专利权)人：俄亥俄床垫公司许可及构件集团，
类型：发明
国别省市：US[美国]