本發(fā)明涉及熱可塑性聚酯類彈性體技術領域，具體地說，是一種具有高彈性支撐性能且輕量化的聚酯類彈性體立體網狀結構。
背景技術：
立體網狀結構屬于彈性結構的成型品，使用熱可塑性彈性體為原料制成長條纖維，長條纖維再卷曲成空間立體網狀結構，材料可重新加工回收使用。由于結構中包含大量空隙，具有較好的透氣和輕量化性能，作為支撐墊或緩沖墊使用可取代傳統(tǒng)的熱固性聚氨酯發(fā)泡棉，不僅可以減小環(huán)境負擔，更賦予產品更好的舒適性。
當所述的立體網狀結構作為緩沖墊時，產品的承托力及耐久性相當重要，由于該緩沖墊具有可水洗性，在使用產品時輕量化也相當重要，該緩沖墊如應用在移動交通工具時輕量化產品更節(jié)能減碳，故開發(fā)具有輕量化的高彈性能立體網狀結構，在實際應用中更顯的特別重要。
立體網狀結構的承托力及耐久性與使用的材料息息相關，立體網狀結構可使用各種軟質塑料或熱可塑性彈性體，包括聚乙烯，乙烯醋酸乙烯酯共聚物，聚烯烴類彈性體、熱可塑性聚氨酯類彈性體、熱可塑性聚酯類彈性體或熱可塑性聚酰胺類彈性體等?？紤]到材料的舒適性，熱可塑性彈性體優(yōu)于軟質塑料，使用半結晶性的團聯共聚物(Block copolymer)作為立體網狀結構的材料，回彈性高于無規(guī)共聚物(Random copolymer)。同時考慮材料加工性能，故作為緩沖墊優(yōu)選熱可塑性聚酯類彈性體為材料。
熱可塑性聚酯類彈性體為結晶性材料，當使用低硬度的熱可塑性聚酯類彈性體作為立體網狀結構的材料時，立體網狀結構的結晶度低，觸感好，但承托力小，要達到所需的承托力時就要花費更多的材料，導致立體網狀結構成品更重。
當使用高硬度的熱可塑性聚酯類彈性體作為立體網狀結構的材料，雖然可在較低密度下達到所需的承托力，立體網狀結構成品較輕，然使用較硬的聚酯類彈性體為材料其結晶度亦高，造成立體網狀結構的觸感差，發(fā)硬，不利作為緩沖墊使用。
中國專利文獻CN104562731A公開了一種具有高彈性能的立體網狀結構，其密度為30-75kg/m3，由雙組份皮芯纖維制成，所述的雙組份皮芯纖維的皮成分所占質量百分比為40％-80％，剩余為芯成分，所述皮成分為熱可塑性彈性聚合物，所述芯成分為硬質聚合物，所述皮成分的硬度小于所述芯成分的硬度并介于邵氏硬度70-95A。但是關于一種具有高彈性支撐性能且輕量化的聚酯類彈性體立體網狀結構目前還未見報道。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種輕量化高彈性能的立體網狀結構，該立體網狀結構在輕量化下亦具備高的承托力、壓變耐久性、舒適性和消音性。
本發(fā)明的第一方面，提供一種具有輕量化高彈性能的立體網狀結構，由熱可塑性聚酯類彈性體構成，所述的立體網狀結構由聚酯類彈性體纖維彼此纏繞而成，纖維線徑為0.1-1.5mm(優(yōu)選0.4-1.1mm)，纖維外觀呈半透明狀，透光率在1％以上，所述的立體網狀結構密度為20-75kg/m3。
所述的熱可塑性聚酯類彈性體，硬度為90-98A，優(yōu)選為92-96A。硬度高表示該聚酯類彈性體軟段含量低，則該聚酯類彈性體結晶性能佳，較難以水溫控制其結晶型態(tài)，硬度低表示該聚酯類彈性體軟段含量高，所制成的聚酯類彈性體立體網狀結構手感好彈性佳，但支撐力差，需要較高密度的立體網狀結構，才能達到所需的承托力。
所述的熱可塑性聚酯類彈性體軟段含量為20-60wt％。優(yōu)選40-55wt％。熱可塑性聚酯類彈性體中軟段含量越低承托力雖高，但觸感差，回彈性差且結晶速度越快，不易控制結晶速度，軟段含量越高承托力越低，但觸感好，回彈性好，結晶速度易控制，本發(fā)明考慮平衡承托力、觸感、回彈性等，選擇軟段含量為20-60wt％。優(yōu)選40-55wt％。
優(yōu)選的，所述的聚酯類彈性體軟段可以為分子量400-5000的聚乙二醇，聚四亞甲基醚二醇，聚丙烯二醇，聚乙烯丙烯共聚醇等。優(yōu)選分子量為1000的聚四亞甲基醚二醇。
此外熱可塑性聚酯類彈性體材料的選擇上，還可以通過加入第三或第四組成的雙酸或雙醇加以改性，如加入間苯二甲酸或其酯化物，1,3-丁二醇，新戊二醇，1,4-環(huán)己烷醇，雙酚-A聚氧乙烯醇等，改性后的聚酯類彈性體，其熔點及結晶速度都有所降低，搭配調整的冷卻水溫，更便于控制所需的聚酯類彈性體纖維的結晶型態(tài)。
優(yōu)選的，所述的纏繞構成立體網狀結構的聚酯類彈性體纖維為實心纖維或中空纖維。當所述的聚酯類彈性體纖維為中空纖維纏繞時，所述的中空纖維壁厚為0.05-0.6mm，優(yōu)選0.2-0.6mm?？招睦w維比實心纖維承托力更高，纖維的線徑和壁厚都會影響承托力、觸感和回彈性；此外壁厚更影響結晶速度的調控，壁厚越薄結晶速度更易調控。
優(yōu)選的，所述的立體網狀結構的厚度為15-200mm。
本發(fā)明的第二方面，提供上述的具有輕量化高彈性能的立體網狀結構的制備方法，包括以下步驟：使用擠出機將熱可塑性聚酯類彈性體加熱熔融后，經計量泵計量后壓至紡絲板中，擠出后的聚酯類彈性體在紅外線保溫下落絲成纖維，聚酯類彈性體纖維以熔融狀態(tài)彼此卷曲纏繞后冷卻水帶入冷卻水浴中，冷卻水溫10-45℃，急冷后固化，經牽引后形成立體網狀結構。
所述的立體網狀結構亦可通過低溫退火，提高立體網狀結構的耐久性并降低壓縮永久變型率。退火一般是使用材料低于熔點(Tm)20℃以下進行退火，本發(fā)明的立體網狀結構考慮到避免材料受高溫氧化降解，建議使用材料結晶溫度(Tc)下進行低溫退火，退火時間為1-24小時，優(yōu)選1-8小時。
所述的聚酯類彈性體的結晶性能可通過控制材料的冷卻速度來控制，當聚酯類彈性體材料在驟冷下固化，聚酯類彈性體纖維將來不及結晶，因結晶度低或結晶晶粒較小，纖維表觀呈透明或半透明狀。如不通過驟冷下固化，則聚酯類彈性體材料結晶度較高或結晶晶粒較大，纖維表觀呈不透明狀。
使聚酯類彈性體纖維在驟冷下固化，可以通過控制水溫實現，冷卻水溫度控制在10-45℃，更優(yōu)選10-35℃，最優(yōu)選10-30℃。在低水溫下結晶鏈段沒有足夠的能量及時間堆積，則造成聚酯類彈性體纖維結晶度低或結晶晶粒較小，此時該纖維表觀呈透明或半透明狀。透明或半透明狀的聚酯類彈性體纖維由于結晶度低或結晶晶粒較小，纖維觸感較為柔軟，即便使用較高硬的聚酯類彈性體為材料，該纖維卷曲纏繞而成的立體網狀結構亦較為舒適且承托力佳。
本發(fā)明的第三方面，提供上述的具有輕量化高彈性能的立體網狀結構作為緩沖墊或支撐墊的應用。所述的立體網狀結構在輕量化下亦具備高的承托力、壓變耐久性、舒適性和消音性。
本發(fā)明優(yōu)點在于：
本發(fā)明的較高硬度的熱可塑性聚酯類彈性纖維起到提高承托力的作用，并能延長產品使用壽命，所制成的立體網狀結構重量較輕，另外通過結晶行為的控制，得到透明或半透明狀的聚酯類彈性體纖維所制得的立體網狀結構觸感較好且具壓縮消音性。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明提供的具體實施方式作詳細說明。
表1各實施例原料列表
注：上表中DMT/BDO為對苯二甲酸二甲酯/1,4-二丁二醇，PTMEG*為分子量1000的聚四亞甲基醚二醇。DMI為苯二甲酸二甲酯。
實施例1
一種具有高彈性能的立體網狀結構，具體制備方法為：A-1原料送入擠出機，擠出機內被加熱至250℃熔融狀態(tài)，經計量泵輸送到紡絲板，紡絲板到水箱間采用紅外線保溫，避免較細的實心異型纖維在交錯前提早固化，織出的纖維在15℃溫水中經模具壓縮成型后得到立體網狀結構，通過控制牽引速率將立體網狀結構密度控制在48kg/m3，其立體網狀結構40％壓陷硬度為258N，永久變形率為4.1％，纖維透光度為9％，耐疲勞反復壓縮后硬度損失率為24.1％。反復壓縮測試時，手感舒適度評價，分級為良。
實施例2
一種具有高彈性能的立體網狀結構，具體制備方法為：A-2原料送入擠出機，擠出機內被加熱至230℃熔融狀態(tài)，經計量泵輸送到紡絲板，紡絲板到水箱間采用紅外線保溫，避免較細的實心異型纖維在交錯前提早固化，織出的纖維在20℃溫水中經模具壓縮成型后得到立體網狀結構，通過控制牽引速率將立體網狀結構密度控制在66kg/m3，其立體網狀結構40％壓陷硬度為244N，永久變形率為3.8％，纖維透光度為13％，耐疲勞反復壓縮后硬度損失率為25.3％。反復壓縮測試時，手感舒適度評價，分級為優(yōu)。
實施例3
一種具有高彈性能的立體網狀結構，具體制1備方法為：A-3原料送入擠出機，擠出機內被加熱至220℃熔融狀態(tài)，經計量泵輸送到紡絲板，紡絲板到水箱間采用紅外線保溫，避免較細的實心異型纖維在交錯前提早固化，織出的纖維在20℃溫水中經模具壓縮成型后得到立體網狀結構，通過控制牽引速率將立體網狀結構密度控制在55kg/m3，其立體網狀結構40％壓陷硬度為265N，永久變形率為3.7％，纖維透光度為14％，耐疲勞反復壓縮后硬度損失率為24.6％。反復壓縮測試時，手感舒適度評價，分級為優(yōu)。
比較例1
一種具有高彈性能的立體網狀結構，具體制備方法為：A-1原料送入擠出機，擠出機內被加熱至250℃熔融狀態(tài)，經計量泵輸送到紡絲板，紡絲板到水箱間采用紅外線保溫，避免較細的實心異型纖維在交錯前提早固化，織出的纖維在75℃溫水中經模具壓縮成型后得到立體網狀結構，通過控制牽引速率將立體網狀結構密度控制在53kg/m3，其立體網狀結構40％壓陷硬度為264N，永久變形率為6.4％，纖維透光度小于1％，耐疲勞反復壓縮后硬度損失率為29.6％。反復壓縮測試時，手感舒適度評價，分級為劣。
比較例2
一種具有高彈性能的立體網狀結構，具體制備方法為：A-2原料送入擠出機，擠出機內被加熱至230℃熔融狀態(tài)，經計量泵輸送到紡絲板，紡絲板到水箱間采用紅外線保溫，避免較細的實心異型纖維在交錯前提早固化，織出的纖維在65℃溫水中經模具壓縮成型后得到立體網狀結構，通過控制牽引速率將立體網狀結構密度控制在71kg/m3，其立體網狀結構40％壓陷硬度為231N，永久變形率為5.2％，纖維透光度小于1％，耐疲勞反復壓縮后硬度損失率為33.6％。反復壓縮測試時，手感舒適度評價，分級為可。
比較例3
一種具有高彈性能的立體網狀結構，具體制備方法為：B-1原料送入擠出機，擠出機內被加熱至250℃熔融狀態(tài)，經計量泵輸送到紡絲板，紡絲板到水箱間采用紅外線保溫，避免較細的實心異型纖維在交錯前提早固化，織出的纖維在15℃溫水中經模具壓縮成型后得到立體網狀結構，通過控制牽引速率將立體網狀結構密度控制在45kg/m3，其立體網狀結構40％壓陷硬度為271N，永久變形率為7.4％，纖維透光度小于1％，耐疲勞反復壓縮后硬度損失率為34.6％。反復壓縮測試時，手感舒適度評價，分級為劣。
性能測試
對上述實施例1-3和比較例1-3制得的立體網狀結構性能進行測試，具體測試方法如下：
1、線徑：從立體網狀結構中抽出纖維，使用20倍光學顯微鏡搭配比例尺量測直徑，隨機抽取5根纖維取平均值。
2、厚度：使用測厚計測量產品厚度，隨機選取5片樣品取平均值。
3、密度：把產品放入烘箱，烘箱設置為80℃*3hr，確保水分去除后，量測產品的長寬高計算出體積，并以精確到小數點后三位的精密天平稱重，之后計算密度。
4、40％壓陷硬度測試：在23℃恒定溫度下，將產品置于上下兩壓盤之間，在測試速度100mm/min下，壓縮至應變40％，上壓盤向下壓縮產品，上端的荷重元即感受到壓力，并將壓力轉換成電壓訊號輸給顯示器解析，同時把壓力值顯示與屏幕上，測試三次取平均值。
5、壓縮永久變形率：在23℃恒定溫度下，50％壓縮變形量，經22小時后，觀察產品恢復后厚度的變化。壓縮永久變形量＝(產品測試前后厚度差)/產品測試前厚度*100％，測試三次取平均值。
6、耐疲勞反復壓縮硬度損失率：在23℃恒定溫度下，將產品放入到反復壓縮測試儀的下平臺上，以壓縮力750N，每分鐘70次的頻率反復壓縮產品，達8萬次后評定產品的性能。耐疲勞反復壓縮硬度損失率＝(產品測試前后硬度力差)/產品測試前硬度力*100％，測試三次取平均值。
7、舒適性評價:由5位不同測試者對產品柔順度及舒適性進行評價，由好至壞分級為優(yōu)◎，良○，可△，劣×，4等級。
8、透光度：取長方型10mm*10mm*30mm的石英容器，從立體網狀結構中抽出纖維后一根一根塞進石英容器中，直至塞滿石英容器，使用透光度測試儀測試透光度，共測試三次取平均值。
測試結果見表2：
表2實施例1-2和比較例1-3的性能對照
注：手感舒適度：優(yōu)◎，良○，可△，劣×，4等級。
以上已對本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可做出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。