自发膨胀板模塑制造技术

三维组件是在简化的模塑操作中生产的。称为坯料的可膨胀基材如下产生：在将粘合剂材料加热到高于其熔化温度后，压缩热粘合非织造布，然后冷却压缩的非织造布，从而使粘合剂材料硬化并将非织造布的纤维以具有储存动能的压缩构型保持在一起。板可以通过将两个以上坯料层压在一起和/或通过将坯料与其他材料(包括非膨胀材料)层压而形成。用于待制造的部件的模具可以部分地填充有堆叠的、垂直的、相邻的或甚至随机取向的多个板(或坯料)。此外，可以切割板或坯料以产生可放置在模具中的部件的所需形状。的所需形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自发膨胀板模塑
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月12日提交的美国临时申请62/975,326；2020年2月4日提交的美国临时申请62/970,060；2019年7月26日提交的美国临时申请62/879,029；2019年4月23日提交的美国临时申请62/837,235；以及2019年3月19日提交的美国临时申请62/820,294的优先权。每份申请的完整内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术大体上涉及模制三维物体或其部分，特别涉及利用压缩的非织造材料作为模具内的可膨胀基材的方法，以及在流线型生产过程中使用这些可膨胀基材生产各种组件，包括座椅(汽车座椅、飞机座椅、船上座椅、办公座椅和其他家具)、床垫等。此外，本专利技术的方面包括通过将可膨胀基材与其他具有不同成分的可膨胀基材一起模塑，将可膨胀基材与其他部件(毡、金属、木材、稻草、橡胶、泡沫)一起模塑，或将可膨胀基材与其他可膨胀基材以不同的配置(例如，交叉、偏移等)或与不同尺寸和形状的可膨胀基材一起模塑，或根据不同配方将可膨胀基材模塑在一起，来提供具有定制特性的组件。

技术介绍

[0004]聚氨酯(PU)是一种热固性塑料，是异氰酸酯和多元醇反应的最简单形式的产物。其他组分出于各种原因加入反应。例如可用于根据客户的需求，加入催化剂、发泡剂、扩链剂、交联剂、颜料和填料等来定制最终产品。混合的组分被倒入一个完全或部分封闭的空腔中，这会形成最终聚氨酯产品的形状。
[0005]聚氨酯(PU)泡沫已被用作汽车座椅、床垫、家具等中的缓冲材料多年。这些材料具有成本、制造和其他方面的优势。然而，已经有人尝试用纺织非织造材料来代替聚氨酯泡沫。纺织非织造材料(简称“非织造布”)在重量、成本和性能方面具有优势。通过性能，例如，使非织造布靠近人，即在汽车座椅中靠近他或她的背部或臀部，在床垫中靠近人的身体等，为人提供更舒适的感觉，例如，它往往更“凉爽”，因为空气可以通过非织造布，这样人就不会出汗太多。此外，非织造布可以提供“硬度”和更好的支撑因素方面的优势，使非织造材料相对于PU泡沫来讲，坐或躺在上面更舒适。
[0006]聚氨酯的生产通常对健康、安全和环境产生不可忽视的影响。美国卫生与公共服务部的国家毒理学计划将甲苯二异氰酸酯(TDI，CAS编号26471
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5)列为“合理预期为人类致癌物”1
。甲苯二异氰酸酯“主要用于制造用于家具、床上用品、汽车座椅和飞机座椅的柔性聚氨酯泡沫塑料”1
。聚氨酯的生产也有各种需要处理的有害空气污染物排放点2。因此，聚氨酯的加工在这个具有环保意识的时代由于一些环境和安全合规要求可能会关闭。此外，聚氨酯泡沫不易回收利用，在大多数情况下，它们在使用寿命结束时注定要留在垃圾填埋场。相比之下，提出的非织造材料是完全可回收的，满足当今具有环保意识消费者的当前期望。

技术实现思路

[0007]目前对柔性三维聚氨酯模制件的需求不断增长。例如，从汽车、航空航天、船舶和家具的座椅，到床上用品和前面提到的工业领域的特定组件，这些都各不相同。它们的使用仅受设计师想象力的限制，因为聚氨酯可以很容易地根据最终用户的规格进行定制。例如，在室内装潢和床垫行业，泡沫密度和压痕载荷挠度(ILD)是最终用户必须意识到的重要特性。这同样适用于汽车、船舶和航空航天座椅领域，但由于燃料消耗而增加了减轻重量的限制。
[0008]本专利技术的一个实施方式是提供一种用于制造模制部件的新方法，模制部件包括但不限于床上用品、家具、汽车座椅、飞机座椅、船座椅等。
[0009]本专利技术的另一个实施方式是利用非织造材料制造模制三维物体，例如床上用品、家具、汽车座椅、飞机座椅、船座椅等。
[0010]本专利技术的又一个实施方式是提供蒸汽模塑(steam molding)方法的改进。
[0011]虽然非织造材料已广泛用于床上用品、家具和汽车行业，但专利技术人开发了一种制造/模塑方法，该方法使用由非织造布制成的压缩坯料或板或切割部件，可以高效且低成本地制造三维物体，例如可用于床上用品、家具、汽车和其他行业的物体。压缩的坯料或板或切割部件是可膨胀的基材。它们可以堆叠、垂直放置、以预定模式放置(例如，部件在另一个之上或偏移等)或随机分布在模具中。它们也可以层压到非膨胀基材上，然后将复合部件分布在模具中。可膨胀基材可以具有相同的尺寸和形状或具有不同的尺寸和形状。此外，不同构成的可膨胀基材(例如，不同的纤维类型、不同的密度、不同的垂直重叠纤维层数、在存在或不存在非膨胀层方面具有不同等)可用于相同的模具根据配方设计以达到制造商的目标。在加热到高于可膨胀基材中粘合剂材料的熔化温度的温度时，可膨胀基材会发生膨胀以填充模具的全部或部分。加热后，三维物体在模具内冷却，从而使粘合剂材料硬化。因此，该方法产生至少一个具有至少部分地呈现由模具限定的构型形状的物体。
[0012]在一些实施方式中，钢、聚合物或木框架可以与可膨胀基材一起放置在模具中。在三维物体形成时，三维物体将粘附或以其他方式连接到钢、聚合物或木框架上。例如，这种方法可用于生产汽车座椅(靠背或底座)或火车、飞机和轮船的座椅。类似地，例如，这种方法可用于生产床上用品(例如床垫、床垫罩、枕头等)，其具有模塑的类似垫子的非织造布部分和嵌入其中的框架，该非织造布部分被放置在供人躺着的位置。
[0013]该方法允许以任何所需的方式定制要生产的3D对象的属性。例如，根据由模具中使用的可膨胀基材的成分确定的“配方”，可以生产不同的床上用品或座椅硬度或柔软度。例如，可以将具有更易膨胀的非织造材料层的层压板放置在模具的顶部，以生产人们接触的座椅或床的表面层，由于空气能够流过膨胀的非织造材料，因此接触到人的表面层会更柔软和“凉爽”。
[0014]该方法可用于制造几乎任何尺寸和形状的三维物体。唯一的限制似乎是模具本身的形状。
[0015]在示例性实施方式中，三维物体通过以下过程形成。在粘合剂材料熔化后，通过在压力下压缩非织造布，将非织造材料制成坯料。在压缩过程中可以使用热空气、烤箱、感应线圈、红外线或其他施加热能的方式来完成施加热量的步骤。在压缩状态下，非织造布被冷却，以便粘合剂材料重新硬化(固化)。这可以简单地通过移除热量和/或通过将冷空气吹过
坯料来实现。如此形成的坯料的高度尺寸通常明显小于非织造原材料的高度尺寸(例如，是预压缩组件厚的10％至50％；然而，可以使用不同的厚度，主要要求是压缩尺寸至少小于非织造布的原始尺寸(高度、宽度或长度)，并且优选地小50％、小60％、小70％、小80％、小90％等)。
[0016]如果需要，可以将坯料层压在一起形成板。或者坯料可以与非膨胀材料例如泡沫、织物(例如针织材料)、橡胶、金属、金属合金、聚合物、陶瓷和纸材料层压在一起。如果需要，可以使用CNC机器、铣床、剪刀或其他合适的设备切割这些板以形成具有特定尺寸和形状的部件。
[0017]坯料、板或部件都是“可膨胀基材”。在一些应用中，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制造一个以上三维物体的方法，包括以下步骤：压缩由非织造三维物质中的纤维组成的纤维非织造材料，所述非织造三维物质通过三维物质中至少一些相邻纤维之间的粘合剂材料连接在一起，所述非织造三维物质具有高度、长度和宽度尺寸，所述粘合剂材料的熔化温度低于所述纤维的熔化温度或分解温度，所述压缩步骤包括：将所述粘合剂材料加热到高于所述熔化温度，并向所述非织造材料施加压力，使得所述非织造材料在至少一个尺寸上被压缩到小于所述非织造材料的原始尺寸，和所述压缩步骤包括：将所述粘合剂材料冷却至低于所述熔化温度，同时压缩所述非织造材料，使得所述纤维通过所述粘合剂材料的硬化而连接在一起，所述压缩步骤由所述纤维非织造材料产生一个以上可膨胀基材，所述可膨胀基材的厚度小于所述原始尺寸，所述纤维非织造材料在通过熔化压缩和随后的粘合剂材料硬化之后，在模具外部加热时，将在任何方向上膨胀至少5％；将一个以上可膨胀基材放置于模具中；将模具中的一个以上可膨胀基材加热到高于所述粘合剂材料熔化温度的温度，所述一个以上可膨胀基材至少在一个维度上膨胀以至少部分地填充模具并形成至少一个物体，所述物体包括一个以上可膨胀基材；将所述至少一个物体冷却到低于粘合剂材料的熔化温度，使粘合剂材料固化，从而提供形状至少部分为模具限定的构造的至少一个物体；和打开模具并取出所述至少一个物体。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述放置步骤包括将超过一个的可膨胀基材放置于模具中。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述超过一个的可膨胀基材在模具内彼此叠置。4.如权利要求2所述的方法，其中，所述超过一个的可膨胀基材在模具内彼此相邻放置。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述放置步骤包括将不同于一个以上可膨胀基材的一种以上材料放置于模具中的步骤。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述一种以上材料选自泡沫、织物、橡胶、金属、金属合金、聚合物、陶瓷和纸材料。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括将一个以上可膨胀基材层压在一起以形成一个以上层压板的步骤，所述放置步骤通过将所述一个以上层压板放置于所述模具中来完成。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述一个以上可膨胀基材具有相同的尺寸和形状，并且由相同的纤维非织造材料形成。9.如权利要求7所述的方法，其中，所述一个以上可膨胀基材在尺寸或形状方面彼此不同，或者由相同的纤维非织造材料形成。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括将一个以上可膨胀基材和一个以上非膨胀基材层压在一起以形成一个以上层压板的步骤，所述放置步骤通过将所述一个以上层压板放置于所述模具中来完成。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述一个以上可膨胀基材具有相同的尺寸和形状，并且由相同的纤维非织造材料形成。12.如权利要求10所述的方法，其中，所述一个以上可膨胀基材在尺寸或形状方面彼此不同，或者由相同的纤维非织造材料形成。13.如权利要求10所述的方法，其中，所述一个以上非膨胀基材与所述一个以上可膨胀基材中的至少一个具有相同的尺寸和形状。14.如权利要求10所述的方法，其中，所述一个以上非膨胀基材与所述一个以上可膨胀基材中的至少一个具有不同的尺寸或形状。15.如权利要求10所述的方法，其中，所述一个以上非膨胀基材选自泡沫、织物、橡胶、金属、金属合金、聚合物、陶瓷和纸材料。16.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：通过将一个以上可膨胀基材层压在一起或将至少一个可膨胀基材与至少一个非膨胀基材层压在一起，形成一个以上层压板；和将所述一个以上层压板切割成具有指定尺寸的一个以上部件，所述放置步骤通过将所述一个以上部件放置在所述模具中来完成。17.如权利要求16所述的方法，其中，所述一个以上部件包括至少两个在垂直、横向或宽度维度中的至少一个上具有相同尺寸的部件。18.如权利要求16所述的方法，其中，所述一个以上部件包括至少两个在垂直、横向或宽度维度中的至少一个上至少具有不同尺寸的部件。19.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括将装置或材料定位在模具内的步骤，在至少一个物体从模具中取出后，所述至少一个物体粘附到或以其他方式附着到装置或材料上。20.如权利要求19所述的方法，其中，所述装置或材料是框架。21.如权利要求20所述的方法，其中，所述框架由木材、聚合物、陶瓷或金属制成。22.如权利要求20所述的方法，其中，所述一个以上可膨胀基材包括至少两个可膨胀基材，所述放置步骤将至少一个可膨胀基材放置在模具内的装置或材料的相对侧上。23.如权利要求1所述的方法，其中，所述加热步骤包括以下步骤：用气体对模具加压；然后在从模具中释放一些气体的期间或之后将蒸汽导入模具。24.如权利要求23所述的方法，其中，所述气体是空气。25.如权利要求23所述的方法，其中，所述加压按如下进行：将模具中的压力升高到所选设定点，将压力保持在所选设定点一段选定的时间，减压至所选设定点压力的20％至80％，然后将模具再加压至所选设定点。26.如权利要求25所述的方法，其中，加压、保持、减压和再加压的步骤重复多次。27.如权利要求26所述的方法，其中，所述多次是2至6次。28.如权利要求23所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在所述加热步骤之后和所述打开步骤之前，在所述模具内抽吸真空压力；和在所述冷却步骤之前、期间或之后释放真空压力。29.如权利要求28所述的方法，其中，所述方法还包括在打开步骤之前多次重复抽吸和
释放步骤。30.如权利要求29所述的方法，其中，重复抽吸和释放步骤的次数为2至6次。31.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在所述加热步骤之后和所述打开步骤之前，在所述模具内抽吸真空压力；和在所述冷却步骤之前、期间或之后释放真空压力。32.如权利要求31所述的方法，其中，所述方法还包括在打开步骤之前多次重复抽吸和释放步骤。33.如权利要求32所述的方法，其中，重复抽吸和释放步骤的次数为2至6次。34.制造三维物体的方法，包括以下步骤：将一个以上可膨胀基材放入模具中，所述一个以上可膨胀基材中的每一个通过如下制备：压缩由非织造三维物质中的纤维组成的纤维非织造材料，所述非织造三维物质通过三维物质中至少一些相邻纤维之间的粘合剂材料连接在一起，所述非织造三维物质具有高度、长度和宽度尺寸，所述粘合剂材料的熔化温度低于所述纤维的熔化温度或分解温度，将所述粘合剂材料加热到高于所述熔化温度，并向所述非织造材料施加压力，使得所述非织造材料在至少一个尺寸上被压缩到小于所述非织造材料的原始尺寸，将所述粘合剂材料冷却至低于所述熔化温度，同时压缩所述非织造材料，使得所述纤维通过所述粘合剂材料的硬化而连接在一起，所述压缩由纤维非织造材料产生可膨胀基材，所述可膨胀基材的厚度小于所述原始尺寸，所述纤维非织造材料在通过熔化压缩和随后的粘合剂材料硬化之后，在模具外部加热时，将在任何方向上膨胀至少5％；将模具中的一个以上可膨胀基材加热到高于所述粘合剂材料熔化温度的温度，所述一个以上可膨胀基材至少在一个维度上...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：皮亚纳非织布有限公司，
类型：发明
国别省市：