本发明专利技术提供了一种竹质弹簧的制备方法，包括如下步骤：获得竹丝，并按照弹性模量将竹丝每5GPa分一等级，共分六个等级；将弹性模量等级为3、4、5、6的竹丝初级原材料依次进行化学与浸渍改性：将改性处理后的竹丝进行分丝、卷簧，卷簧的同时进行初步固化处理；初步固化处理后，再进行二次固化处理，而后干燥处理；(4)抛光处理后，将同一规格的竹质弹簧按质量差异由小到大分成若干密度等级，最终获得不同规格、不同质量等级的竹质弹簧本体。本发明专利技术还提供了上述竹质弹簧的应用以及竹质弹簧床垫。本发明专利技术制备的竹质弹簧具有透气散湿、抑菌抗菌、绿色低碳环保的优势，同时，竹质弹簧床垫可满足不同体型和体重人群的定量化支撑需求。同体型和体重人群的定量化支撑需求。同体型和体重人群的定量化支撑需求。
【技术实现步骤摘要】
一种竹质弹簧的制备、应用及床垫
[0001]本专利技术涉及床垫
，尤其涉及一种以竹材为原材料，通过化学改性定量化调控其组织结构，通过定量化浸渍处理改善其物理力学性能，通过缠绕定型等工艺制备竹质弹簧材料的方法，并利用该材料开发的健康环保竹质弹簧床垫，可满足不同体型和体重的人群的定量化支撑和舒适性的要求。
技术介绍
[0002]目前市场上的床垫主要有乳胶床垫、海绵床垫、弹簧床垫、棕榈床垫等。其中，合成乳胶和海绵的原材料都是石油化工产品，是不可再生资源，且乳胶、海绵等填充物的透气性和散湿性差，使用时间一长极易发生霉变或滋生细菌和其它微生物，不利于人体健康；弹簧床垫所用金属弹簧原材料为钢材或合金钢等，虽然其支撑性能好，透气性好，但其原材料是不可再生资源，属于高能耗、高排放的材料，回收成本高；再者，棕榈等植物纤维材料填充床垫，通常是通过破坏植物材料本身的组织结构，提取植物纤维后通过胶黏剂粘合后热压成型，资源浪费严重，而且此类填充材料也存在一系列问题，如已有将竹丝压块成型制作竹丝单元设计制作床垫填充材料，这种处理方法破坏了竹材天然的结构，且需要利用胶粘剂或低熔点聚酯纤维将分散的竹丝粘结起来制作成板材，所制备出的床垫填充材料硬度大、弹性小导致睡眠舒适性差，透气性差等，甚至含有甲醛等有毒物质。因此，探寻不可再生资源的替代品，开发性能良好的绿色低碳环保生物质床垫填充材料将是未来床垫发展的趋势。
[0003]竹材生长周期短、再生能力强、繁殖速度快、可降解、生物相容性好、能耗低、无污染、强度高、韧性好，且结构简单，广泛应用于建筑、家居和纺织等行业。另外，天然竹材具有优异的柔韧性能，比刚度和比强度甚至可媲美钢材，尤其是竹纤维具有精细的层级结构和优异的物理和力学性能，其不仅具有优良的抑菌抗菌、吸湿散湿以及除味吸附功能，其抗拉强度(300～900MPa)甚至优于一般钢材的抗拉强度。因此，若保留竹材整体组织结构，通过化学改性技术和缠绕固化成型工艺，可拓宽其物理和力学性能可调控范围，以获得健康环保的竹质弹簧材料，并进一步地获得相应的竹质弹簧床垫。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种竹质弹簧的制备、应用及床垫，该竹质弹簧透气散湿、抑菌抗菌、绿色低碳环保，该竹质弹簧床垫可满足不同体型和体重人群的定量化支撑需求，实现内部支撑可调整、可替换。
[0005]本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0006]一种竹质弹簧的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)将竹材拉丝获得竹丝，并按照0～30GPa弹性模量将竹丝每5GPa分一等级，共分六个等级；
[0008](2)将弹性模量等级为3、4、5、6的竹丝初级原材料进行以下处理；
[0009]A化学改性：
①
采用氧化剂与羧酸或次氯酸盐按1：1比例联合处理竹丝初级原材
料，温度20～60℃，处理时间2～4h；
②
采用浓度5～20％的强碱溶液处理竹丝，温度40～80℃，处理时间2～4h；
③
将经上述步骤处理的竹丝送入自动淋洗箱，自动淋洗至淋洗液呈中性；
④
对步骤
③
处理后的竹丝进行干燥处理，温度40～60℃，将含水率调至20～30％；
[0010]B浸渍改性：
①
将竹丝浸入粒径10～50nm的纳米无机氧化物溶液，固含量为15～50％，温度20～60℃，通过真空罐实现真空负压环境，浸渍时间2～4h，固化温度100～140℃，固化时间1～3h；
②
将竹丝浸入改性环氧树脂，通过真空罐调控负压环境，每隔10min加压减压一次，压力0.5～5MPa，加压减压速度0.02～1MPa/min，浸渍时间1～4h；而后进行表面固化，固化温度120～140℃，固化时间10～30min；
[0011](3)将步骤(2)处理后的竹丝进行分丝、卷簧处理，卷簧温度130～160℃，卷簧的同时进行初步固化处理；初步固化处理后，进行二次固化处理，二次固化温度100～140℃，固化时间1～3h，定型12～24h，而后干燥处理，将含水率调至7～10％；
[0012](4)将经步骤(3)处理的竹质弹簧进行抛光处理；接着，将同一规格的竹质弹簧按质量差异由小到大分成若干密度等级，最终获得不同规格、不同质量等级的竹质弹簧本体。
[0013]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(1)中，采用红外检测竹丝的竹纤维含量，并根据竹材弹性模量和竹纤维体积分数之间关系模型E＝40.129V
f
+0.2219，将竹丝按0～30GPa弹性模量每5GPa分一等级，共分六个等级；其中，所述关系模型E＝40.129V
f
+0.2219中，E表示竹丝的弹性模量，单位：GPa；V
f
表示竹丝的竹纤维体积分数。
[0014]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(4)中，不同规格的竹质弹簧本体指竹质弹簧本体的线径、口径和自由高度不同，其中，对于线径、口径和自由高度一致的竹质弹簧，再按质量差异由小到大分成四个质量等级，据此获得不同规格、不同密度等级的竹质弹簧本体。
[0015]作为本专利技术的优选方式之一，所述竹质弹簧本体的线径区间分为2～3mm，3～4mm，4～5mm，5～6mm；所述竹质弹簧的口径区间分别为2～3cm，3～4cm，4～5cm，5～6cm；所述竹质弹簧的自由高度为6～28cm；所述竹质弹簧的密度区间为1.2～2.0g/cm3。
[0016]一种采用上述制备方法制得的竹质弹簧的应用，将制得的所述竹质弹簧用作床垫的芯体材料。
[0017]一种竹质弹簧床垫，包括床垫上层和床垫下层；所述床垫上层的芯层由乳胶、泡沫海绵、羊毛、马毛、驼毛、羽绒、丝瓜络丝絮中的一种或几种组合而成；所述床垫下层的芯层由内胆罩以及包覆于所述内胆罩的多个竹质弹簧单元组成；每个所述竹质弹簧单元均为独立袋装结构，分别包括竹质弹簧本体以及包覆所述竹质弹簧本体的无纺布袋；其中，所述竹质弹簧本体采用上述制备方法制得。
[0018]作为本专利技术的优选方式之一，所述床垫上层的芯层为舒适层；所述舒适层的上表面包覆有上层面料复合层，下表面包覆有底衬，四周侧面包覆有上围边；所述上围边底部向舒适层下表面水平向内延伸形成延伸部一，并在延伸部一的三边内沿设有连接件一；所述床垫下层的芯层为支撑调节层；所述支撑调节层的底面及四周由下层面料复合层和下围边包覆，所述下围边的顶部向支撑调节层的上表面水平向内延伸形成延伸部二，并在延伸部二的三边内沿设有与连接件一相匹配的连接件二；所述连接件一和连接件二用于连接、开合所述床垫上层和床垫下层，所述延伸部一和延伸部二不设连接件的一边缝合固定连接。
[0019]作为本专利技术的优选方式之一，所述连接件一和连接件二为拉链、魔术贴或按扣。
[0020]作为本专利技术的优选方式之一，所述舒适层中，所述羊毛、马毛、驼毛为加工好的片材；所述羽绒或丝瓜络丝絮为片状内胆，内胆皮为无纺布或布料，通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种竹质弹簧的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将竹材拉丝获得竹丝，并按照0～30GPa弹性模量将竹丝每5GPa分一等级，共分六个等级；(2)将弹性模量等级为3、4、5、6的竹丝初级原材料进行以下处理；A化学改性：
①
采用氧化剂与羧酸或次氯酸盐按1：1比例联合处理竹丝初级原材料，温度20～60℃，处理时间2～4h；
②
采用浓度5～20％的强碱溶液处理竹丝，温度40～80℃，处理时间2～4h；
③
将经上述步骤处理的竹丝送入自动淋洗箱，自动淋洗至淋洗液呈中性；
④
对步骤
③
处理后的竹丝进行干燥处理，温度40～60℃，将含水率调至20～30％；B浸渍改性：
①
将竹丝浸入粒径10～50nm的纳米无机氧化物溶液，固含量为15～50％，温度20～60℃，通过真空罐实现真空负压环境，浸渍时间2～4h，固化温度100～140℃，固化时间1～3h；
②
将竹丝浸入改性环氧树脂，通过真空罐调控负压环境，每隔10min加压减压一次，压力0.5～5MPa，加压减压速度0.02～1MPa/min，浸渍时间1～4h；而后进行表面固化，固化温度120～140℃，固化时间10～30min；(3)将步骤(2)处理后的竹丝进行分丝、卷簧处理，卷簧温度130～160℃，卷簧的同时进行初步固化处理；初步固化处理后，进行二次固化处理，二次固化温度100～140℃，固化时间1～3h，定型12～24h，而后干燥处理，将含水率调至7～10％；(4)将经步骤(3)处理的竹质弹簧进行抛光处理；接着，将同一规格的竹质弹簧按质量差异由小到大分成若干密度等级，最终获得不同规格、不同质量等级的竹质弹簧本体。2.根据权利要求1所述的竹质弹簧的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用红外检测竹丝的竹纤维含量，并根据竹材弹性模量和竹纤维体积分数之间关系模型E＝40.129V
f
+0.2219，将竹丝按0～30GPa弹性模量每5GPa分一等级，共分六个等级；其中，所述关系模型E＝40.129V
f
+0.2219中，E表示竹丝的弹性模量，单位：GPa；V
f
表示竹丝的竹纤维体积分数。3.根据权利要求1所述的竹质弹簧的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，不同规格的竹质弹簧本体指竹质弹簧本体的线径、口径和自由高度不同，其中，对于线径、口径和自由高度一致的竹质弹簧，再按质量差异由小到大分成四个质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：王福利，陈玉霞，郭勇，许费扬，丁仕成，闫彬，李创业，翁蓓蓓，徐润民，张锦龙，邬珊珊，洪璐，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：
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