專利名稱：模制纖維混合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由纖維混合物模制緩沖元件的方法和裝置，該纖維混合物是合成的母體纖維與分散在母體纖維中的粘結(jié)劑纖維(其熔點(diǎn)低于母體纖維的熔點(diǎn))的混合物(此后稱為“纖維混合物”)，其中的纖維混合物被裝入模腔并在那里被加熱。更具體的說，本發(fā)明涉及一種由纖維混合物模制緩沖元件的方法和裝置，該方法包括如下步驟在輸送氣流的作用下將纖維混合物裝入由透氣性模具形成的模腔中，最后將用于加熱和/或冷卻的模制氣流通入充滿的纖維混合物中。
一般來說，低成本的聚氨酯泡沫塑料可廣泛的用于形成汽車或飛機(jī)上具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的座墊緩沖元件?？墒?，聚氨酯泡沫塑料有其缺點(diǎn)，在燃燒過程中會產(chǎn)生有毒的氣體并且回收也很困難，因此，長期以來人們一直在渴望找到一種替代物。
為了解決上述問題，最近人們已注意到使用上述纖維混合物作為聚氨酯泡沫塑料的替代物的緩沖元件。這種緩沖元件是通過將纖維混合物填入模腔中并加熱該纖維混合物以熔融含在纖維混合物中的粘結(jié)劑纖維從而將組成纖維混合物的各纖維彼此連接在一起形成。
此外，例如在日本未審專利公開號為Nos.2-95838和7-324266中還提出過一種用纖維混合物生產(chǎn)緩沖元件的方法，其中纖維混合物伴隨著輸送氣流填入由透氣性材料構(gòu)成的模具中并且使熱空氣和冷空氣流過填充在模腔中的纖維混合物以模制緩沖元件。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)闊峥諝夂屠淇諝饬鬟^纖維混合物，所以使得快速和均勻地的對緩沖元件進(jìn)行熱處理成為可能。
可是，根據(jù)上述模制方法也存在一個問題，如果緩沖元件具有如

圖1所示的復(fù)雜構(gòu)型，例如圖1是一個汽車座的靠背，在其上部具有一個袋形結(jié)構(gòu)F并在對應(yīng)兩側(cè)具有一豎直壁D，那么就不能得到高質(zhì)量的緩沖元件。這是因?yàn)樵谳斔蜌饬髯饔孟聦⒗w維混合物填入模腔的加工過程中，輸送氣流所需要的條件不同于將熱空氣和/或冷空氣通過纖維混合物(在這方面，“熱空氣和/或冷空氣”以及“模制氣流”在本發(fā)明中具有相同的含義)的加工過程中，模制氣流所需要的條件。這將在下面作詳細(xì)地描述。
在將纖維混合物填入模腔的加工過程中，要求在模腔中不產(chǎn)生因缺少纖維混合物而形成的空穴并且纖維混合物以預(yù)定的體積密度進(jìn)行填充。因此就必須修改模具以便用于纖維混合物的輸送氣流更容易進(jìn)入在模腔中易于產(chǎn)生空穴的部分。為實(shí)現(xiàn)這一目的，在模腔中易于產(chǎn)生空穴的那部分模腔的透氣性必須高于模腔其它部分的透氣性。
相反，在將模制氣流通過填充在模腔中的纖維混合物的熱處理過程中，需要將模制氣流均勻地通過填充有纖維混合物的模具以便在所形成的緩沖元件中沒有模制不均勻性發(fā)生。
從上面的描述顯然可以看出，在模腔中氣流的作用在填充過程和熱處理過程之間是很不同的，其中，在填充過程中纖維混合物是逐漸地充入模腔的而在熱處理過程中纖維混合物已充滿了模腔。
此外，在填充過程中的模腔的形狀通常不同于在熱處理過程中模腔的形狀除非成型條件特別的獨(dú)特。這是因?yàn)楫?dāng)纖維混合物在填充時由于其體積密度較低，所以就必須在壓縮方向上移動模具以擠壓纖維混合物從而得到預(yù)定的體積密度，而這自然就會造成在填充過程和熱處理過程之間模腔結(jié)構(gòu)上的不同。
如上所述，在填充過程和熱處理過程中，所需模腔中氣流的作用在其模腔的結(jié)構(gòu)，氣流通過纖維混合物的流動阻力，氣流流動的路徑或其它方面是大不同的。也就是說，需要用于輸送纖維混合物的輸送氣流的作用與需要用于將纖維混合物轉(zhuǎn)變成緩沖元件的模制氣流的作用之間具有不同的性能。因此，要得到高質(zhì)量的緩沖元件而同時又可避免用傳統(tǒng)模制方法所產(chǎn)生的填充不均勻性和/或熱處理的不勻性是非常困難的，在傳統(tǒng)的模制方法中，模具的透氣性在填充過程和熱處理過程中是不變的盡管在兩者之間所要求的性能差距很大。
這種情況會在緩沖元件的大量生產(chǎn)過程中帶來一個嚴(yán)重的問題，因?yàn)樾枰^長的時間(例如30分鐘)來緩慢增加和降低纖維混合物的溫度以避免在熱處理過程中的不勻性，因而導(dǎo)致了模制時間過長從而降低了批量生產(chǎn)的速度，增加了生產(chǎn)成本。
為了解決上述問題，有一種方案是將大量的模制氣流通過纖維混合物以提高從模制氣流到纖維混合物的熱傳遞效率?？墒沁@種方法需要模制氣流具有較大的流動速率而同時就會伴隨有氣壓的升高。因此，經(jīng)加熱的纖維混合物在一定程度上會喪失其彈性，這樣就會使纖維混合物在較大氣壓的影響下容易變形，于是，所得到產(chǎn)品的厚度要比所要求的厚度要薄從而降低了緩沖元件的質(zhì)量。
為了避免這一問題的發(fā)生，加速熱空氣的流動速率直到粘結(jié)劑纖維的溫度達(dá)到軟化點(diǎn)，然后在軟化后減低流動的速度也是人們能想到的。在冷卻過程中，當(dāng)纖維混合物處于熔融或軟化狀態(tài)(這時易發(fā)生變形)時使用低速流動的冷空氣，當(dāng)幾乎不發(fā)生變形時立刻加速冷空氣的流動。盡管這種方法在某種程度上對于縮短加工時間是有效的，但不可能顯著地降低加熱/冷卻的熱處理時間。因此，很難縮短緩沖元件的模制時間，例如縮短到5分鐘或更少；并且也不可能在保持高質(zhì)量的同時降低大量生產(chǎn)的成本。
對于模制復(fù)雜結(jié)構(gòu)的緩沖元件的模具，例如模制圖1所示靠背的模具，用來填充纖維混合物的模腔也必須相應(yīng)地具有復(fù)雜的構(gòu)型。因此，當(dāng)纖維混合物均伴隨著輸送氣流填充入模腔中時，輸送氣流在模腔中的行為很難控制。因而很難在填充纖維混合物時防止空穴產(chǎn)生。因此很難控制要填充到模腔中的纖維，使其處于理想的狀態(tài)。
為了解決在現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種由纖維混合物模制緩沖元件的方法，即使緩沖元件具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，該方法也可避免填充過程中的不均勻性以及熱處理過程中的不勻性并且能減少模制時間，還可得到良好的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的手段，現(xiàn)提供一種模制方法，其中的氣流在填充過程和熱處理過程中是分別控制的，該方法是通過將模腔中填充有纖維混合物的模具接觸面(模具壁)分成多個接觸面并改變通過各接觸面(模具壁)的氣流流動速率和/或壓力而與預(yù)定的條件相一致。此外，還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)上述模制方法的裝置。
該控制是以這樣一種方式實(shí)現(xiàn)的將通過各接觸面(模具壁)的氣流吹入或排出以控制經(jīng)過各接觸面的氣流的流速和/或壓力以符合預(yù)定的條件或控制通過接觸面(該接觸面形成一模腔)的輸送氣流的流速，在纖維混合物難于填充到的地方其氣流的流速要大于經(jīng)過其它接觸面的氣流的流速。
另外，接觸面(模具壁)的部分或全部要適合于在擠壓填充于模腔中的纖維混合物的方向上可單獨(dú)地移動，即向上/向下，向左/向右或向前/向后移動，以便填充在模腔中的纖維混合物的體積密度依據(jù)所需要的性能調(diào)整到所要求的狀態(tài)。因此，雖然各接觸面(模具壁)僅在一維的方向上移動，但是填充在模腔中的纖維混合物可在兩維或三維的方向上受到擠壓。另外這種擠壓不僅可以對填充在模腔中的全部纖維混合物進(jìn)行而且可以對部分纖維混合物進(jìn)行。
在這樣一種方式中，甚至在用于模制例如車座靠背等具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的緩沖元件的模腔中，隨意地控制輸送氣流和/或通過接觸面(模具壁)的模制氣流的流量是可能的。而且，局部地控制填充在模腔中纖維混合物的體積密度達(dá)到所希望的值也是可能的。因此，將纖維混合物填充到模腔中而不產(chǎn)生填充不均勻是可能做到的，而當(dāng)纖維混合物通過熱處理轉(zhuǎn)變成緩沖元件時，熱處理的不勻性也可以得到消除。因此，本發(fā)明所提出的模制方法以及用于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置可減少模制的時間并使最終由纖維混合物制成的緩沖元件具有良好的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
圖1A，1B和1C是緩沖元件20的示意性說明，該緩沖元件20具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并在其上部具有一個袋形結(jié)構(gòu)F，在其相應(yīng)的兩側(cè)具有豎直壁D(例如汽車座的靠墊)，其中圖1A是緩沖元件20的前視圖，圖1B是緩沖元件20的后視圖，圖1C是緩沖元件20的側(cè)面圖。
圖2A，2B和2C分別是根據(jù)本發(fā)明模制纖維混合物的處于吹入型式的裝置的前視圖，其中圖2A是在將纖維混合物吹入模腔之前的一個瞬間狀態(tài)，圖2B是在輸送氣流的作用下將纖維混合物填入的初始階段，圖2C說明的是將纖維混合物轉(zhuǎn)變成緩沖元件的模制氣流的狀態(tài)。
圖3A和3B分別是用于模制具有豎直壁結(jié)構(gòu)的緩沖元件的現(xiàn)有技術(shù)裝置的側(cè)視圖，其中，圖3A說明了纖維混合物吹入模腔完成后的狀態(tài)，圖3B說明了對纖維混合物擠壓完成后的狀態(tài)。
圖4是用如圖3A和3B所示的現(xiàn)有技術(shù)獲得的緩沖元件的立體圖。
圖5A和5B分別是本發(fā)明裝置的側(cè)面圖，該裝置是通過側(cè)向擠壓的方式由纖維混合物模制具有豎直壁結(jié)構(gòu)的緩沖元件。
圖6A，6B和6C分別是裝置的前視圖，該裝置模制諸如車座靠背具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)由纖維混合物組成的緩沖元件，其中，圖6A說明了纖維混合物填入模腔的填充過程，圖6B和6C說明的是熱處理過程，其中吹入模腔的模制氣流的方向在兩幅圖中是相反的。
圖7A和7B分別是現(xiàn)有技術(shù)的擠壓系統(tǒng)在模制具有復(fù)雜構(gòu)型的緩沖元件期間用于控制纖維混合物的體積密度的示意性前視圖，其中圖7A是擠壓前模腔的狀態(tài)，圖7B是擠壓后模腔的狀態(tài)。
圖8A，8B和8C分別是用于控制纖維混合物的體積密度的本發(fā)明的擠壓系統(tǒng)的示意性前視圖，其中圖8A是在模腔中填充纖維混合物的第一步，圖8B是在第一步完成并且進(jìn)行了局部地?cái)D壓之后在模腔中填充纖維混合物的第二步，圖8C是最后一步，在那里所有的填充步驟均已完成，擠壓的纖維混合物基本上具有了想要得到的體積密度。
圖9A，9B和9C分別是在輸送氣流的作用下在模腔中均勻填充纖維混合物的三個系統(tǒng)的示意性前視圖，其中圖9A是具有多個纖維混合物入口的情況，圖9B是另外一種情況，它的纖維混合物的入口在箭頭的方向上是可移動的，圖9C是又一種情況，其中纖維混合物的入口在箭頭的方向上是可改變方向的。
對構(gòu)成本發(fā)明“纖維混合物”的母體纖維的合成纖維材料沒有什么限制，它可以包括諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸己二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己二甲酯，聚特戊內(nèi)酯的短纖維或其共聚物酯，短纖維的混合物或由兩種或多種上述提及的聚合物成分組成的復(fù)合纖維(組合纖維)的短纖維。另外，短纖維的截面形狀可以是圓形的，扁平的，非圓形的或中空的。合成的短纖維優(yōu)選要有卷曲，特別是明顯的卷曲。明顯的卷曲可通過諸如卷曲機(jī)等機(jī)械方法在紡紗過程中進(jìn)行不均勻的冷卻來形成或通過對例如并列型或偏心皮芯復(fù)合纖維的熱處理來形成。
另一方面，可以使用聚氨酯型或聚酯型彈性體纖維作為粘結(jié)劑纖維。特別優(yōu)選使用在復(fù)合纖維表面上暴露有這些彈性體的復(fù)合纖維。在這方面，粘結(jié)劑纖維當(dāng)然要以一定的比例分散和混合在上面提到的母體纖維中而與最終模制產(chǎn)品所要求的性能相一致。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案將結(jié)合其操作并參考附圖在下面作詳細(xì)的描述。
圖2A到2C是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置的前剖視圖，也就是通過吹氣系統(tǒng)由纖維混合物模制緩沖元件的裝置。
在這些圖中，參考數(shù)字1表示的是纖維混合物；2是運(yùn)輸帶；3是開纖工具；4是鼓風(fēng)機(jī)；5是輸送管。通過這樣一種布置就能將纖維混合物1在輸送氣流的作用下吹入纖維混合物1的模腔C中。也就是說，纖維混合物1供給到運(yùn)輸帶2上，在通過開纖3對纖維混合物1進(jìn)行分散后，經(jīng)輸送管5并同時在由鼓風(fēng)機(jī)4所產(chǎn)生的輸送氣流的伴隨下進(jìn)一步供給到模腔C中。
模腔C是由上模6，下模7和側(cè)模8圍成的內(nèi)表面限定成的。在這方面，上模6和下模7是由例如穿孔板，金屬網(wǎng)或燒結(jié)金屬的多孔板等透氣性材料形成的。上模6和下模7可單獨(dú)地移動并同時在由類似于前者的透氣性材料′形成的側(cè)模8的內(nèi)壁面上滑動。參考數(shù)字9或11表示的是排氣機(jī)；10是鼓風(fēng)機(jī)；12是排氣管；14或15是配置在上部或下部的一對可打開的調(diào)節(jié)風(fēng)門；其中，通過各接觸面(模具壁)W1～W5的氣流的情況可通過這些設(shè)備進(jìn)行控制。
上模6和下模7分別在致動裝置16和17的作用下在擠壓填充于模腔C中的纖維混合物的方向(在圖2A～2C所示的實(shí)施方案中為向上和向下)上獨(dú)立地和/或相關(guān)地移動。在這方面，致動裝置16或17優(yōu)選是使用油壓，液壓或氣壓的流體壓力缸，但也可以是傳統(tǒng)的電動直線運(yùn)動裝置。簡言之，致動裝置要具有能在擠壓纖維混合物1的方向上移動上模6和下模7的功能是很重要的。
本發(fā)明的特征在于模具6和7(其中有填充在模腔中的纖維混合物1)的接觸表面分成多個接觸面W1～W5，通過各接觸面的氣流的流速和/或壓力(動態(tài)壓力和靜態(tài)壓力)調(diào)整到預(yù)定的條件，于是，在模腔C中的氣流基本上被控制。為此目的，在圖2中所示的上模6上有三個接觸面W1～W3同時在下模7和側(cè)模8上分別有兩個接觸面W4和W5。
在這方面，各接觸面W1～W5是與纖維混合物1接觸的模具壁。在如圖2所示的實(shí)施方案中，下模7和側(cè)模8中的每一個分別僅有一個接觸面W4或W5。在這種方式中，可以象下模7一樣僅具有一個接觸面W4或象上模6一樣具有三個接觸面W1～W3的多個接觸面。在這點(diǎn)上，形成多個接觸面的情況與僅形成一個接觸面的情況相比較，能更精細(xì)地控制通過接觸面的氣流的性能，以便使模制條件確定得更加準(zhǔn)確。
因此，接觸面W1～W5是這樣分割的，即作為每個模具中的一個組(即如圖2所示的實(shí)施方案中，上模6中為W1～W3，下模7中為W4)要適合于在擠壓纖維混合物1的方向上移動?？墒?，如在后面所描述的實(shí)施方案中，接觸面W1～W5可單獨(dú)地移動。
參照如圖2A和2B所示的裝置，根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置將在下面作更加詳細(xì)地描述，同時將其分成填充過程和熱處理過程。首先，圖2A說明了在纖維混合物吹入模腔之前的一個瞬間狀態(tài)。在此狀態(tài)中，模腔C的內(nèi)部面積要大于如圖2C所示的模制緩沖元件20的狀態(tài)。模腔C的內(nèi)部面積初始增大的原因是當(dāng)纖維混合物1在輸送氣流的作用下通過將其吹入模腔而完全地轉(zhuǎn)變成緩沖元件20時不能得到所需要的體積密度(填充密度)。為了得′到所需要的體積密度，就需要擠壓通過吹氣方式而填充在模腔C中的纖維混合物1。
其次，圖2B說明了通過吹氣方式在將纖維混合物1填充的過程中輸送氣流的促進(jìn)作用，其中輸送氣流受控沿箭頭的方向流動。在該圖中，形成在上部和下部的調(diào)節(jié)風(fēng)門14，15是關(guān)閉的。如果排氣機(jī)9和11在此狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)的話，那么輸送氣流就會沿箭頭方向進(jìn)行受控流動。
在此情況下，分別在模具6～8中的各接觸面W1～W5的透氣性彼此間可以是不同的。參照圖2A，也就是說，相當(dāng)于模腔C部分的接觸面W1和W3的透氣性要大于相當(dāng)于模腔C部分的接觸面W2，W4和W5的透氣性，其中，輸送氣流難于穿過W1和W3而易于穿過W2，W4和W5。因此，在纖維混合物1難于進(jìn)入模腔C的部位中填充纖維混合物1成為可能，于是就避免了空穴的產(chǎn)生。
在這方面，模具的透氣性例如可通過改變開在模具中的孔的數(shù)量和/或大小來自由地確定。
在填充過程中輸送氣流的作用將參照附圖2B在下面作更加詳細(xì)的描述。
纖維混合物1不能充分地填充到具有接觸面W1和W3的模腔C的較深部位處，其中的纖維混合物1與上模6相接觸。因此，為了實(shí)現(xiàn)能充分地將纖維混合物1供給到那些部位的目的，就必須增加通過接觸面W1和W3的流速(排氣速率)以便作用于纖維混合物1的輸送氣流能充分地從接觸面W1和W3排出。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，就必須控制輸送氣流的流速和/或壓力(動態(tài)壓力和靜態(tài)壓力)達(dá)到預(yù)定的條件以便輸送氣流沿圖2B中箭頭的方向流動。這一控制可通過關(guān)閉如圖2B所示的調(diào)節(jié)風(fēng)門14和15并開動在此狀態(tài)下的排氣機(jī)11從上模6向上排出輸送氣流。這時保持上下調(diào)節(jié)風(fēng)門14和15處于關(guān)閉的狀態(tài)以避免輸送氣流過多的從接觸面W5排出是很重要的，其中側(cè)模8與纖維混合物1接觸，因此，在各接觸面壓力(靜態(tài)壓力和動態(tài)壓力)的變化以及輸送氣流流速的增加或降低都是為了使纖維混合物1能充分地填充到由接觸面W1和W3限定形成的模腔的較深部位處。
當(dāng)纖維混合物1已充分地填充在由接觸面W1和W3所限定形成的模腔的較深部位處時，與輸送管5(處于打開狀態(tài))的位置相對的排氣機(jī)9開始運(yùn)轉(zhuǎn)，從而纖維混合物1由由更靠近排氣機(jī)9的部位連續(xù)地填入模腔C中。于是就完成了纖維混合物填充到模腔C中的過程。以這樣一種方式控制輸送氣流達(dá)到一最佳的狀態(tài)以便在模腔C中不產(chǎn)生纖維混合物1填充的不均勻性。
在上面所描述的填充過程中，輸送氣流的流速和/或壓力(動態(tài)壓力和靜態(tài)壓力)不僅可通過調(diào)節(jié)風(fēng)門14和15的關(guān)閉/打開而且可通過排氣機(jī)9和11排氣速率或排氣壓力的調(diào)整以控制到預(yù)定的條件。此外，上模6在接觸面W1～W3中的透氣性，下模7在接觸面W4中的透氣性以及接觸面W5中的側(cè)模8的透氣性優(yōu)選地在改變?nèi)缜懊嫠龅哪＞叩目紫抖鹊耐瑫r要調(diào)整到相應(yīng)的條件下。
如上所述完全填充于模腔C中的纖維混合物1然后通過上模6和下模7以如圖2C所示的方式進(jìn)行擠壓從而得到緩沖元件20所需要的體積密度。在圖2C中，上模6可在擠壓纖維混合物1的方向上單獨(dú)移動，當(dāng)然，通過下模7的移動完成擠壓也是可能的。
最后，纖維混合物1通過熱處理轉(zhuǎn)變成緩沖元件20。圖2C說明了在熱處理過程中通過擠壓的纖維混合物1的模制氣流的促進(jìn)作用。
在這方面，上模6可由多個相當(dāng)于接觸面W1～W3的部件構(gòu)成，當(dāng)擠壓是通過上模6的移動來實(shí)現(xiàn)時，各接觸面W1～W3可單獨(dú)地向下移動。通過使用這種分開式模具，就能通過改變各接觸面的擠壓度使纖維混合物1的不同部位具有不同的體積密度。此外，也必須解決在熱成型過程中的收縮問題，因?yàn)樗玫降木彌_元件20由于在熱處理過程中的收縮不會得到預(yù)定的尺寸。為此目的，纖維混合物1的擠壓不僅可在熱處理過程開始之前而且可在熱處理過程中或之后多個階段中進(jìn)行。這種多階段擠壓熱處理對于得到緩沖元件20使其具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性是非常有效的。
如上所述，纖維混合物1擠壓到預(yù)定的體積密度后進(jìn)行熱處理加工，它包括加熱步驟和冷卻步驟。加熱步驟是將熱空氣通入纖維混合物1中并熔融纖維混合物1中的粘結(jié)劑纖維，通過熔融的粘結(jié)劑纖維(它起著粘合劑的作用)將纖維混合物1的纖維彼此粘結(jié)在一起。冷卻步驟是將冷空氣通入纖維混合物1中并固化熔融的粘結(jié)劑纖維從而將纖維彼此牢固地連接在一起。經(jīng)過這兩步，纖維混合物1轉(zhuǎn)變成緩沖元件20，該緩沖元件20是由具有精確結(jié)構(gòu)的模具成型的。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，在熱處理過程中控制通過纖維混合物1的模制氣流是可能做到的，其中模制氣流所起的作用不同于在這之前所反復(fù)敘述的輸送氣流的作用。當(dāng)然為了實(shí)現(xiàn)這一控制，優(yōu)選用于控制輸送氣流和模制氣流的流動狀態(tài)的自由度要盡可能的大。因此，為了得到充分的自由度，在交叉方向上進(jìn)行控制是很便利的，在填充過程中將纖維混合物1吹入模腔C的輸送氣流的方向一般垂直于在熱處理過程中將模制氣流吹入模腔C的方向。
如圖2C所示，在熱處理過程中，與堆積在模腔C的中心區(qū)域的剩余部分相比沿側(cè)模8的側(cè)壁在側(cè)面區(qū)域內(nèi)即模腔C的側(cè)表面上部分纖維混合物1堆積成有較大的高度和較小的寬度。因此，當(dāng)模制氣流向上/向下流過纖維混合物1時，就會由于在側(cè)面區(qū)域與中心區(qū)域之間具有不同的過流阻力而使其從側(cè)面區(qū)域脫離而趨于中心區(qū)域，因此，與堆積在中心區(qū)域的部分纖維混合物1相比較，模制氣流不能充分地通過堆積在模腔C側(cè)面區(qū)域上的那部分纖維混合物1。特別是由于模制氣流不能通過接觸面W5而使得存在于接觸面W5(在那里，側(cè)模8與纖維混合物1接觸)上的纖維混合物1的熱處理不那么充分。
如果模制氣流不僅能適合流過接觸面W1～W3而且適合于流過接觸面W5(在那里側(cè)模8與纖維混合物1接觸)的話，那么該問題就能得到解決。也就是說，提供用于控制模制氣流流速的裝置以便模制氣流流過整個接觸面W1～W5。根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，如圖2C所示，為實(shí)現(xiàn)此目的，上部的調(diào)節(jié)風(fēng)門14是打開的而下部的調(diào)節(jié)風(fēng)門15是關(guān)閉的。于是，受控的模制氣流沿如圖2C所示的箭頭方向流動。在此情況下，通過熱交換器(未示)控制模制氣流到預(yù)定的溫度，通過鼓風(fēng)機(jī)10將模制氣流從下至上穿過纖維混合物1。在此時，由于上部的調(diào)節(jié)風(fēng)門14是打開的而下部的調(diào)節(jié)風(fēng)門15是關(guān)閉的，所以通過排氣機(jī)11，模制氣流不僅可從接觸面W1～W3(在那里上模6與纖維混合物1接觸)排出而且可從接觸面W5(在那里側(cè)模8與纖維混合物1接觸)排出。
可使用計(jì)算機(jī)作為控制氣流的其它裝置，為了控制流過接觸面W1～W5的模制氣流的流速達(dá)到預(yù)期的值，將起初通過試驗(yàn)得到的流速的最佳條件存儲到計(jì)算機(jī)中?；诖耍谝粌?yōu)選的情況下，鼓風(fēng)機(jī)10和排氣機(jī)11的流速可經(jīng)過一合適的控制裝置例如轉(zhuǎn)換器，通過改變鼓風(fēng)機(jī)10和排氣機(jī)11的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來控制以便控制輸送氣流和模制氣流。氣流控制裝置例如流速控制閥或調(diào)節(jié)風(fēng)門可安置在排氣管12內(nèi)和鼓風(fēng)機(jī)的管道13內(nèi)以控制模制氣流的流速達(dá)到預(yù)期的值。
在上面所提到的實(shí)施方案中，當(dāng)上部調(diào)節(jié)風(fēng)門14打開而下部的調(diào)節(jié)風(fēng)門15關(guān)閉時，上部的調(diào)節(jié)風(fēng)門14可以是關(guān)閉的，而與之相反，下面的調(diào)節(jié)風(fēng)門15可以是打開的(如圖2C中虛線所示)以使模制氣流通過接觸面W5(在那里側(cè)模8與纖維混合物1接觸)?？墒?，在此情況下，模制氣流與前述實(shí)施方案中的模制氣流(其中模制氣流從接觸面W4排出)的方向相反，并且從接觸面W4流到纖維混合物1中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，模具被分割成多個部件，相應(yīng)于各接觸面W1～W5，每個接觸面都形成有一個用于調(diào)整模制氣流(分別與吹氣/排氣管相連)的腔室，以便在腔室中氣流的流速和壓力是可控制的并與各吹氣/排氣管相一致。連接可上/下移動的接觸面W1～W3的輸送管必須是易彎曲的管例如收縮/拉伸的波紋管或伸縮管。
經(jīng)加熱和冷卻步驟以這樣一種方式得到的緩沖元件20通過向下移動致動裝置16和17從側(cè)模8中取出，通過將其向上移動從上模6脫模后，該緩沖元件20就從模腔中抽出。
圖3A和3B分別是模具的側(cè)剖面圖，它大略地說明了現(xiàn)有技術(shù)擠壓纖維混合物1以得到具有如圖4所示具有豎直壁結(jié)構(gòu)D的緩沖元件20的方法。
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，準(zhǔn)確的控制纖維混合物1的體積密度以符合各部分的要求是很困難的。特別是將纖維混合物1均勻地填充在如圖4所示的具有狹長豎直壁部分D的模腔C(該區(qū)域由上模6，下模7和側(cè)模8圍成)中又不會在豎直壁部位D處缺少纖維混合物1是很難的。為了解決這一問題，就需要使用上面所提及的本發(fā)明的方法和裝置。
依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法，其中上模6向下移動在上/下方向上擠壓填滿的纖維混合物1，即使纖維混合物1能填充到豎直壁部分D中又不會缺少纖維混合物，從整體上控制體積密度到所要求的值還是很困難的，因?yàn)樨Q直壁部分D的擠壓相對于其它部分來說是很不充分的。因此，如圖4所示，在熱成型完成之后所得到的緩沖元件20的豎直壁結(jié)構(gòu)D，相當(dāng)于模腔C的部位D(圖中的陰影區(qū)域)，具有預(yù)定的硬度是不可能的。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)方法中的缺陷，就需要使用如圖5A和5B中所示的本發(fā)明的裝置和方法。與圖2A～2C中的方式相同，參考數(shù)字6指的是上模；7是下模；8a～8c分別是側(cè)模8，其中側(cè)模8包括主體8a，左側(cè)元件8b和右側(cè)元件8c。由雙點(diǎn)畫線(虛線)所表示的參考數(shù)字E指的是吹氣入口。在這點(diǎn)上圖5有一個前提即纖維混合物已填充在模腔C中，為使圖面清楚刪除了纖維混合物的輪廓。
側(cè)模8本身還由放置在前面和后面的側(cè)模構(gòu)成(可在垂直于圖5A和5B平面的方向上見到)。模腔C由上模6，下模7和側(cè)模8圍成的區(qū)域限定形成。此外，上模6和/或下模7可上下移動從而能擠壓填充在模腔C中的纖維混合物。左側(cè)元件8b與右側(cè)元件8c分別可左右移動從而能在左右方向上擠壓填充在模腔C中的纖維混合物。W6～W8指的是接觸面，在那里模具就象如圖2中的一樣與纖維混合物接觸。
小團(tuán)的纖維混合物在由鼓風(fēng)機(jī)或或其它裝置(未示)所產(chǎn)生的輸送氣流(該輸送氣流經(jīng)過雙點(diǎn)畫線所表示的吹氣入口E)的伴隨作用下填入模腔中。
在已說明的實(shí)施例中，吹氣入口E形成在側(cè)模主體8a的前面或后面與主體8a相通。模腔C的部位D相應(yīng)于緩沖元件20的豎直結(jié)構(gòu)D分別通過左側(cè)元件8b和右側(cè)元件8c的左右移動加寬到一定程度。
因此，與現(xiàn)有技術(shù)方法中模腔C具有如圖3A和3B所示的具有狹長的豎直壁部位D相反，本發(fā)明的方法和裝置能保證輸送氣流具有較寬的通路。此外，如圖5A和5B所示，提供一個與模腔C的整個寬度一樣寬的吹氣入口E也是可能的，與使用在側(cè)向上不能移動的側(cè)模不同的是該模腔C可通過側(cè)模的側(cè)向移動而變寬。由于這些原因，輸送氣流能充分地引入模腔C的部位D處從而在模腔C的部位D處充分地填充纖維混合物又不會形成空穴。
當(dāng)纖維混合物以這樣一種方式填充到模腔C中的時候，纖維混合物被擠壓成如圖2A～2C所示的形狀，以便在纖維混合物中得到預(yù)定的體積密度。本發(fā)明的方法和裝置的特征在于，在擠壓過程中，填充的纖維混合物不僅可在上/下方向上進(jìn)行擠壓而且可在側(cè)向方向(前/后和/或左/右)上進(jìn)行擠壓。也就是說，填充在模腔C中的纖維混合物1可在兩維或三維方向上進(jìn)行擠壓。根據(jù)上述方法和裝置，在前后方向以及左右方向上首次控制纖維混合物的體積密度到預(yù)定的值是可能的。即，替代現(xiàn)有技術(shù)在一維方向上擠壓填充在模腔C中的纖維混合物1的方法，依據(jù)本發(fā)明的方法將纖維混合物1在兩維或者三維的方向上進(jìn)行擠壓，于是纖維混合物的體積密度真正的控制到所期望的值。因此，甚至在上下方向上具有細(xì)長的部位D的模腔C中，僅通過在上下方向上進(jìn)行擠壓根本實(shí)現(xiàn)不了的體積密度可通過增加側(cè)向擠壓控制而成為可能。
當(dāng)考慮到緩沖元件20的各部位所需要的硬度/軟度，透氣性或其它方面時，在擴(kuò)大狀態(tài)下模腔C的結(jié)構(gòu)是模腔C結(jié)構(gòu)中最佳的結(jié)構(gòu)，這時就得到了最終的緩沖元件20。
最后，本發(fā)明特征之一的細(xì)節(jié)將參照附圖6A～6C；附圖8A和8B以及附圖9A～9C作詳細(xì)地描述，這時適合的袋形結(jié)構(gòu)F形成在圖1A～1C所示的上部。在這些附圖中，除了圖6A～6C中的參考數(shù)字10和11不同于圖2A～2C中的數(shù)字而表示模制氣流的鼓風(fēng)機(jī)/排氣機(jī)外，使用相同的參考數(shù)字來表示與圖2A～2C相同或相似的部分。
在圖6A～6C中，模腔C是由側(cè)模8，上模6和下模7圍成的空間限定形成。也就是說，在圖6A～9C中，模腔C是由用于填充纖維混合物的填充空間C1，C1′，C2和C2組成。在這方面，填充空間C1或C1′，或者C2或C2形成在吹入纖維混合物方向上延伸的填充空間單元。
如圖6A，7A，8A和9A所示，下面所描述的本發(fā)明的特征在于，填充空間單元C1，C1′，C2和/或C2′一般安排在垂直于吹氣方向上并以多層的方式彼此相互平行。通常本發(fā)明適用于如圖1A～1C所示具有上部袋形結(jié)構(gòu)F的緩沖元件20。在此情況下，兩個填充空間由C1或C1′和C2或C2′組成，這一點(diǎn)前面已說明。參照圖5A和5B，所述這兩個填充空間單元和在模腔C的兩邊一對豎直壁部分D彼此結(jié)合在緩沖元件20的上部形成袋形結(jié)構(gòu)F。
如圖6A所說明的那樣，由模具6～8與纖維混合物1接觸限定形成的接觸面W1～W4在垂直于吹氣的方向上單獨(dú)或成組的移動。因此，填充在各填充空間單元的纖維混合物1分別通過自由移動的接觸面W1～W4的作用以所希望的壓縮比進(jìn)行擠壓。
此外，一種優(yōu)選的情況是吹入模腔中的模制氣流與圖6B和6C中箭頭所示的方向相反以便在熱處理過程中消除不勻性。這是因?yàn)榕c模制氣流僅在一個方向流動來消除由于熱處理引起的不勻性的情況相比，填充在模腔C中的纖維混合物1從兩側(cè)被有效地加熱或冷卻。
通過從圖6B所示狀態(tài)轉(zhuǎn)換到圖6C所示的狀態(tài)來切換模制氣流的流動方向，在圖6B所示狀態(tài)下，模制氣流有吹氣機(jī)/排氣機(jī)10產(chǎn)生并從吹氣機(jī)/排氣機(jī)11排出，在圖6C所示狀態(tài)，模制氣流由吹氣機(jī)/排氣機(jī)11產(chǎn)生并從吹氣機(jī)/排氣機(jī)10排出。以這樣一種方式，模制氣流通過模腔C的方向從圖6B箭頭所示向上的方向切換成了圖6C箭頭所示向下的方向。在此，纖維混合物中模制氣流流動路徑上入口和出口基本上相反。
在下面將簡要的解釋為什么本發(fā)明使用如圖6A～6C所示的方法和裝置來模制具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的緩沖元件20。在圖7A和7B所示現(xiàn)有技術(shù)的方法中，當(dāng)填充于圖7A所示的纖維混合物1擠壓到圖7B所示的狀態(tài)時，在上/下方向上擠壓填充空間單元C1成填充空間單元C1便成為可能?？墒?，填充空間單元C2′顯然不能被擠壓。這意味著不可能在填充空間單元C2′中自由地控制纖維混合物1的體積密度。這也意味著如果制品有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如具有袋形結(jié)構(gòu)的緩沖元件，就不能得到高質(zhì)量的模制品，因?yàn)槠潴w積密度是不可調(diào)整的。
為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的第一個實(shí)施方案，纖維混合物1優(yōu)選填充在如圖8A所示的填充空間單元C1中。纖維混合物1的吹氣入口E必須位于能選擇性的將纖維混合物1供給到填充空間單元C1的位置是很重要的。這是因?yàn)樵谳斔蜌饬鞯陌殡S作用下通過吹氣入口E將纖維混合物1填充到各填充空間單元中是可能的。在這方面應(yīng)注意，圖8A中的填充空間單元C2′在此時仍不能供應(yīng)有纖維混合物1。
如上所述，在填充空間單元C1已完全填充有纖維混合物1后，上模6a如圖8B所示向下移動從而在擠壓纖維混合物1的方向上移動接觸面W3或W4。于是，填充空間單元C1被壓縮成如圖8B所示的填充空間單元C1′。在不考慮填充空間單元C2而只考慮填充空間單元C1的情況下，控制裝填在填充空間單元C1內(nèi)的纖維混合物1的體積密度到所期望的值是可能的。當(dāng)然，壓縮比應(yīng)根據(jù)最終制品所希望的性能進(jìn)行合理地選擇。
緊接著，如圖8B所示，隨著上模6a的移動，吹氣入口E自動的位于變寬的填充空間單元C2的中心。于是，在填充空間單元C2中填充混合物1就成為可能。在那時，填充空間單元C1′與吹氣入口E的聯(lián)系就被斷開。結(jié)果，纖維混合物1就不能供應(yīng)到填充空間單元C1′內(nèi)。而填充空間單元C2隨上模6a的移動而出現(xiàn)，該填充空間單元C2有一用于調(diào)節(jié)纖維混合物1的體積密度到所期望值的容積。這時小心不要發(fā)生上模6b的移動是很重要的，否則接觸面W1就要移動。纖維混合物1從吹氣入口E供給到在此狀態(tài)下形成的填充空間單元C2中并填滿該填充空間單元C2。
之后，如圖8C所示，移動上模6b將填充空間單元C2擠壓成C2′以便在空間C2′中的纖維混合物1的體積密度控制到期望的值。在此狀態(tài)下，纖維混合物1熱模制成具有袋形結(jié)構(gòu)的緩沖元件20。
除了上面提到的方法外，通過圖9A～9C所示的方法可實(shí)現(xiàn)將纖維混合物1填充到填充空間單元中，該方法將在下面作詳細(xì)地描述。
在圖9A中，形成的多個吹氣入口E1和E2分別與填充空間單元C1和C2相對應(yīng)，這一點(diǎn)是不同于圖8A～8C所示的系統(tǒng)的。由于在該實(shí)施方案中采用這一結(jié)構(gòu)，其好處在于纖維混合物1能同時供給到多個填充空間單元C1和C2。
在圖9B中，側(cè)模8在垂直于吹入纖維混合物1的方向的箭頭方向上移動以便吹氣入口E能面臨填充空間單元C1和C2中的每一個。因此，通過吹氣入口E連續(xù)地裝填各填充空間單元C1和C2是可能的。
最后在圖9C中，依據(jù)偏轉(zhuǎn)板18在箭頭方向上的換向運(yùn)動，通過改變吹氣入口E的吹氣方向，纖維混合物1就連續(xù)地填入填充空間單元C1和C2。
根據(jù)上面所描述的本發(fā)明，輕松地改變經(jīng)過分割接觸面的氣流作用以分別適合填充過程和熱處理過程是可能的。其中，在填充過程中，纖維混合物通過輸送氣流進(jìn)行輸送，而在熱處理過程中，就需要通過模制氣流快速、均勻地與纖維混合物進(jìn)行熱交換。分割的接觸面在擠壓纖維混合物的方向上移動，因此在具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)例如袋形結(jié)構(gòu)的緩沖元件中沒有填充的不勻性產(chǎn)生并且能縮短模制時間。即使縮短了模制時間也不會發(fā)生熱處理的不均勻性，于是就能通過工業(yè)生產(chǎn)得到緩沖元件，它在成批生產(chǎn)的生產(chǎn)率，節(jié)約成本以及產(chǎn)品質(zhì)量上均是非常出色的。
權(quán)利要求
1.一種通過填充過程和熱處理過程由纖維混合物模制緩沖元件的方法，該填充過程包括將由合成的母體纖維和分散在其中的粘結(jié)劑纖維組成的纖維混合物通過輸送氣流的作用填入透氣性模具的模腔中，該熱處理過程包括將加熱和/或冷卻填在模腔中的纖維混合物的模制氣流通過纖維混合物，其中與纖維混合物接觸的模具表面被分成多個接觸面，通過每個接觸面的氣流的流速和/或壓力調(diào)整到預(yù)定的條件以便模腔中的氣流在填充過程和熱處理過程中得到不同的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，通過接觸面的氣流通過吸氣和排氣來控制以便通過接觸面的氣流的流速和/或壓力符合預(yù)定的條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，輸送氣流在填充過程中進(jìn)行控制以便通過纖維混合物難于填充到的那部分模腔接觸面的氣流流速要選擇性的大于其它接觸面的流速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，模制氣流的流速在熱處理過程中進(jìn)行控制以便模制氣流基本上通過全部接觸面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，在填充過程中用于將纖維混合物供給到模腔中的輸送氣流的方向通常垂直于在熱處理過程中吹入模腔的模制氣流的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，吹入模腔中的模制氣流的方向在熱處理過程中是相反的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，設(shè)置在填于模腔中的纖維混合物側(cè)邊上的接觸面在側(cè)向方向上移動以從側(cè)邊擠壓填充的纖維混合物以便使纖維混合物得到預(yù)定的體積密度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7由纖維混合物模制緩沖元件的方法，其特征在于，多個填充空間單元以多層的方式彼此平行排列形成模腔；填充空間單元可填充纖維混合物并可在供應(yīng)纖維混合物的方向上延展；其中接觸面一般在垂直于將纖維混合物供給到模腔的方向上移動以便填充在各填充空間單元中的纖維混合物的體積密度可單獨(dú)控制。
9.一種由纖維混合物模制緩沖元件的裝置，該纖維混合物是由合成的母體纖維和分散在其中的粘結(jié)劑纖維組成，該裝置包括一個模具，該模具在輸送氣流的輸送作用下充滿纖維混合物，其中模具的接觸面與填充在其中的纖維混合物相接觸；接觸表面分割成多個模具壁，在模具壁內(nèi)設(shè)置一個裝置用于控制通過模具壁的氣流的流速和/或壓力到預(yù)定的條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9由纖維混合物模制緩沖元件的裝置，其特征在于，在填充過程中用于將纖維混合物供給到模腔的輸送氣流的方向一般垂直于在熱處理過程中吹入模腔的模制氣流的方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10由纖維混合物模制緩沖元件的裝置，其特征在于，模具壁在擠壓纖維混合物的方向上可單獨(dú)或成組的移動。
12.根據(jù)權(quán)利要求11由纖維混合物模制緩沖元件的裝置，其特征在于，每一個可移動模具壁可單獨(dú)的在一維方向，上/下方向，前/后方向或左/右方向上移動。
全文摘要
一種通過填充過程和熱處理過程由纖維混合物模制緩沖元件的方法和裝置,該填充過程包括將由合成的母體纖維和分散在其中的粘結(jié)劑纖維組成的纖維混合物通過輸送氣流的作用填入透氣性模具的模腔中,該熱處理過程包括將加熱和/或冷卻填在模腔中的纖維混合物的模制氣流通過纖維混合物,其中與纖維混合物接觸的模具表面被分成多個接觸面,通過每個接觸面的氣流的流速和/或壓力調(diào)整到預(yù)定的條件以便在模腔中的氣流在填充過程和熱處理過程中得到不同的控制。
文檔編號B68G11/02GK1258598SQ9812712
公開日2000年7月5日 申請日期1998年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月28日
發(fā)明者片岡慎憲, 山口正直, 森高康 申請人:帝人株式會社, 亞樂克株式會社