專利名稱：復(fù)合材料人體支撐件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明適用于運(yùn)動(dòng)休閑附件領(lǐng)域，尤其涉及復(fù)合材料人體支撐件 及其制造方法。
可以根據(jù)本發(fā)明形成的支撐件的典型實(shí)例包括用于(尤其為老年
人和身體有問(wèn)題的人而設(shè)計(jì)的)人體功能椅的座椅靠背、頭靠、扶手 和座椅，鞋墊、矯形和非矯形床墊、用于自行車、摩托車、機(jī)車等的 車座和車把。
背景技術(shù)：
已知上述類型的彈性支撐件通常包括復(fù)合材料底架，由彈性材料 (通常為膨脹的泡沫樹(shù)脂和/或凝膠)制成的襯墊元件，設(shè)計(jì)成與乘坐 者接觸的蓋板元件。
典型地，這種支撐件的框架通過(guò)對(duì)熱固性樹(shù)脂進(jìn)行內(nèi)模制熱硫化 而形成，其中一層或多層纖維材料"皮"嵌入所述熱固性樹(shù)脂中，所述
纖維材料例如為碳、玻璃纖維、凱夫拉爾(Kevlar)等。纖維材料皮 在放入模型中時(shí)可以為干燥的或者與熱固性樹(shù)脂 一起進(jìn)行預(yù)浸漬，在 前一種情況下，熱固性樹(shù)脂直接注射到模型中。
當(dāng)蓋元件出于美觀或輕質(zhì)要求由聚合物材料形成時(shí)，在框架的復(fù) 合材料與蓋元件的聚合物材料連接方面產(chǎn)生問(wèn)題。國(guó)際申請(qǐng) PCT/IB2006/000144公開(kāi)了 一種復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)，其包括如權(quán)利要 求1的前序部分所限定的所有特征。在這種現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，蓋元 件與復(fù)合材料框架共同模制而成，使得蓋元件與復(fù)合材料的樹(shù)脂基體 直接接觸。
實(shí)際上，這種解決方案具有框架和蓋元件之間粘結(jié)不良的缺陷， 這影響了最終支撐件的機(jī)械性能。框架的樹(shù)脂基體和蓋元件的聚合物材料之間缺少親合性導(dǎo)致在后者與框架之間的接合面處形成氣泡和不 連續(xù)性。
因此，在提供具有連接到聚合物材料制蓋元件上的復(fù)合材料的支 撐件方面仍然存在問(wèn)題，所述聚合物材料呈現(xiàn)良好的機(jī)械性能。
上述現(xiàn)有技術(shù)支撐件的另一公知問(wèn)題是，當(dāng)根據(jù)專利申請(qǐng)
WO2004031025的教導(dǎo)要在底架上形成切口或凹口 ，例如以形成外周 舒適的突出部時(shí)，這種工藝步驟必須在支撐件模制工序之前或之后進(jìn) 行。
對(duì)于之前加工而言，必須對(duì)纖維材料皮進(jìn)行加工，因此，切削由 于這種材料的性質(zhì)變得粗糙和不精確。另一方面，之后加工必須在整 個(gè)框架上進(jìn)行，從而使這種框架被機(jī)械弱化。
在任一種情況下，通過(guò)在框架上進(jìn)行高精度加工以形成具有高強(qiáng) 度的復(fù)合材料支撐件的問(wèn)題迄今沒(méi)有解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目標(biāo)是通過(guò)提供高效、相對(duì)低成本的人體支撐件而 克服上述缺陷。
特定目標(biāo)是提供具有連接到由聚合物材料制成的蓋元件上的復(fù)合 材料的支撐件，所述聚合物材料呈現(xiàn)良好的機(jī)械性能。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是提供用于制造支撐件的切實(shí)可行且易于重復(fù) 的方法。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是提供用于制造支撐件的方法，其允許在框架 上進(jìn)行高精度加工，同時(shí)確保最終產(chǎn)品的高強(qiáng)度。
如稍后更清楚解釋的這些和其他目標(biāo)通過(guò)如權(quán)利要求1所限定的 人體支撐件實(shí)現(xiàn)，該支撐件包括具有頂表面和底表面的復(fù)合材料底架，
和由第 一聚合物材料形成且連接到底架上的蓋元件。
根據(jù)本發(fā)明，支撐件包括至少一層第二熱塑性聚合物材料層，其 至少在所述頂表面或底表面之一處固定連接到所述底架上。第二熱塑 性材料具有與第一聚合物材料的親合性。這個(gè)特定構(gòu)造允許將蓋元件固定連接到底架上，從而獲得具有優(yōu) 異機(jī)械性能的整體式支撐件。
使用由第二熱塑性材料(具有與蓋元件的第一聚合物材料的親合 性)制成的薄膜允許蓋元件固定連接到底架上，同時(shí)防止通常存在于 現(xiàn)有技術(shù)支撐件中的任何氣泡形成和不連續(xù)性。
這里使用的術(shù)語(yǔ)"復(fù)合材料"是指嵌入聚合物基體(通常為熱固性 樹(shù)脂)中的包括纖維加強(qiáng)元件的材料，例如碳纖維、玻璃纖維、凱夫 拉爾纖維等。加強(qiáng)元件可以包括一層或多層"皮"，即大體上片狀元件。
而且，這里使用的術(shù)語(yǔ)"親和性材料"是指彼此具有化學(xué)和/或物理 親和性的材料，即在連接關(guān)系下提供適于通過(guò)接觸表面支撐張應(yīng)力或 剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)移的材料。因此，在相同材料之間獲得最大親合性。
在這里使用的術(shù)語(yǔ)"接合(junction)"是指粘合強(qiáng)度和內(nèi)聚強(qiáng)度 之和，所述粘合強(qiáng)度主要是物理性質(zhì)并且由接觸表面處產(chǎn)生的靜電相 互作用引起，所述內(nèi)聚強(qiáng)度主要為化學(xué)性質(zhì)并且由接觸表面處產(chǎn)生的 化學(xué)鍵引起。
在另一方面，本發(fā)明涉及如權(quán)利要求13限定的用于制造復(fù)合材料 人體支撐件的方法，包括步驟a)模制具有頂表面和底表面的底架； b)將由第一聚合物材料制成的蓋元件結(jié)合到所述底架上以獲得整體 式人體支撐件。
根據(jù)本發(fā)明，在模制步驟a)中，至少一層第二熱塑性聚合物材 料層至少在所述頂表面或底表面之一處固定連接到所述底架上。第二 熱塑性材料對(duì)第一聚合物材料具有親合性。
這個(gè)步驟順序形成用于制造具有優(yōu)異機(jī)械性能的人體支撐件的容 易且可重復(fù)的方法。有利地，本發(fā)明的方法可以包括在模制步驟a) 之前且連接步驟b)之后執(zhí)行的步驟，其中，通過(guò)去除底架的基底材 料和/或至少部分地使其變形而對(duì)底架進(jìn)行加工。
因此，可以在框架上進(jìn)行高精度加工，同時(shí)保持最終支撐件的高 強(qiáng)度。


借助于附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明方法的一 個(gè)優(yōu)選但非專有實(shí)施例(稱作非限制實(shí)例)的詳細(xì)說(shuō)明變得更加顯而
易見(jiàn)，其中
圖l是本發(fā)明支撐件的三向投影視圖2是圖1所示支撐件沿平面II-II剖開(kāi)的剖視圖3是本發(fā)明方法的一個(gè)步驟的剖視圖4是處于中間加工步驟的框架的三向投影視圖5是處于中間加工步驟的框架的另一個(gè)三向投影視圖6是本發(fā)明方法的一個(gè)步驟的另一剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的支撐件(通常由數(shù)字l表示)包括由復(fù)合材料制成的底 架2，其帶有由第一聚合物材料制成的蓋元件3。
支撐件還可以具有位于底架2和蓋元件3之間的襯墊元件4，該 村墊元件可以包括設(shè)計(jì)成與乘坐者接觸的至少一層彈性材料(例如泡 沫或聚氨酯凝膠)層。在優(yōu)選但非專有的實(shí)施例中，支撐件l可以具 有位于框架2上的裝飾元件5(例如，雕刻的淺浮雕標(biāo)識(shí)5)，和/或舒適 元件6 (例如，4艮據(jù)專利申請(qǐng)WO2004031025的教導(dǎo)的一系列外周翅 片)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下， 通過(guò)去除框架的基底材料或使其至少部分地變形，可以在框架2上進(jìn) 行任何其他加工。
根據(jù)本發(fā)明，尤其是如圖2所示，提供了由第二熱塑性聚合物材 料制成的薄膜7，其在底架頂表面8的相應(yīng)位置處牢固連接到底架2 上。薄膜7的第二熱塑性材料對(duì)框架2的第一聚合物材料具有親合性， 使得蓋元件3可以牢固連接到框架2上。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán) 利要求限定范圍的情況下，薄膜7還可以連接到框架2的底表面9上。
因此，薄膜實(shí)際上起到連接框架2和蓋元件3的"固體膠水"的作 用。薄膜7使其底表面10與框架2接觸并至少部分地滲入其樹(shù)脂基體中，而另一表面ll為自由的，蓋元件3設(shè)計(jì)成疊置于該表面11上。
有利地是，為了獲得最大親合性，薄膜7的第二熱塑性材料和蓋 元件3的第一聚合物材料可以相同。在優(yōu)選但非專有的實(shí)施例中，第 一和第二材料均為光學(xué)上透明的熱塑性聚亞胺酯，或者可以選自聚脂、
酰胺和包括環(huán)氧基的聚合物的組。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要 求限定范圍的情況下，可以使用任何其他材料，不管光學(xué)上透明與否。
方便地，薄膜7可以較薄并具有0.01毫米到0.05毫米，優(yōu)選為大 約0.025毫米的厚度。
蓋元件3可以包括至少一層聚合物材料層，具有0.1毫米到0.3 毫米，優(yōu)選為大約0.2毫米的厚度。
應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，蓋元件3 也可以包括一層以上，不管是否為聚合物材料等。然而，在這種情況 下，底層(即，與薄膜7接觸的層)必須由對(duì)第一熱塑性材料具有親 合性的第一聚合物材料形成。
在優(yōu)選但非專有實(shí)施例中，如圖所示，支撐件l還可以具有位于 框架2的底表面9上的附加覆蓋層12，其同樣可以由光學(xué)上透明的熱 塑性聚亞胺酯形成。
如圖1所示，底架2可以具有設(shè)計(jì)成容納襯墊元件4的凹座13。
襯墊元件可以有利地由粘彈性材料制成，所述粘彈性材料對(duì)蓋元 件3的第 一聚合物材料和/或框架2的第二熱塑性材料的至少之一具有 親合性。
為了獲得支撐件l、蓋元件3的最大親合性和最佳機(jī)械性能，熱 塑性材料薄膜7和底層12可以由熱塑性聚亞胺酯(可以是透明的以使 裝飾元件5可見(jiàn))形成，襯墊元件4的粘彈性材料可以選自包括聚亞 胺酯凝膠的組。
用于制造支撐件l的方法具有兩個(gè)連續(xù)的步驟。
在第一步驟中，a)模制具有頂表面8和底表面9的底架。在這個(gè) 步驟期間，薄膜7在受熱情況下例如通過(guò)在第一模型14內(nèi)進(jìn)行共同模 制而固定連接到底架2上，所述第一模型可以具有突起15以在框架2上形成接收部13。
應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，熱塑性材 料薄膜7可以疊置在頂表面8或底表面9上。
接下來(lái)，可以執(zhí)行步驟b),其中，蓋元件3與底架2 (薄膜預(yù)先 附著到其上)結(jié)合，以及可以與襯墊元件4結(jié)合。這個(gè)步驟可以在第 二模型16中執(zhí)行，所述第二模型可以不同于第一模型14。然而，應(yīng) 當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，本發(fā)明方法的 步驟a)和b)可以在一個(gè)模型中執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，框架的加強(qiáng)元件可以在干燥或預(yù)浸漬 狀態(tài)下連同薄膜7—起引入第一模型14，如圖3所示。加強(qiáng)元件可以 包括一層或多層纖維材料"皮"，所述纖維材料例如為碳纖維、凱夫拉 爾纖維、玻璃纖維等。
因此，形成中間框架17，該中間框架從模型中取出并且有可能通 過(guò)去除其基底材料和/或使其基底材料的至少部分變形而進(jìn)行加工步 驟，例如形成外周翅片6或裝飾元件5。
有利地是，這個(gè)加工步驟可以利用CNC機(jī)床進(jìn)行和利用計(jì)算機(jī) 控制的設(shè)備進(jìn)行選自切屑形成、切削、激光切割、水射流切割等的切 削方法。
應(yīng)當(dāng)理解，這里使用的術(shù)語(yǔ)"中間框架"是指在步驟a)之后和步 驟b)之前處于中間加工步驟的框架2。
在本發(fā)明的非專有實(shí)施例中，在形成中間框架17之前執(zhí)行鋪設(shè)熱 塑性材料薄膜7的步驟，即，在將加強(qiáng)元件和可能的聚合物基體引入 模型之前在干燥或預(yù)浸漬狀態(tài)下將薄膜7直接疊置在加強(qiáng)元件上。
應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，這個(gè)步 驟還可以在時(shí)間上與模制步驟a)分開(kāi)進(jìn)行，例如，在前一天進(jìn)行， 還可以進(jìn)行或長(zhǎng)或短的延長(zhǎng)步驟，其中，加強(qiáng)元件熱塑性薄膜組件保 持靜止。
否則，在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，通過(guò)將薄膜 7鋪在至少部分硫化的中間層17上，可以在形成中間層17之后鋪設(shè)熱塑性薄膜7。
在任一種情況下，第一模型14可以加熱到形成框架基體的樹(shù)脂的 初始熔化溫度。因此，熱塑性材料薄膜7開(kāi)始軟化并滲入樹(shù)脂，直到 它至少部分地嵌入其中為止，從而固定連接于其上。
還應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，可以 對(duì)中間層17執(zhí)行拋光的步驟，例如，去除超過(guò)框架17尺寸的基底材 料。
有利地是，在將加強(qiáng)元件鋪設(shè)在模型14中之前，聚合物基體可以 通過(guò)浸漬，例如通過(guò)在另 一個(gè)模型中或者以任意方式單獨(dú)執(zhí)行浸漬步 驟而與加強(qiáng)元件結(jié)合。
在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)理解，如果支 撐件1還具有襯墊元件4，可以使用將框架2連接到襯墊元件上的任 何方法。作為非限制實(shí)例，襯墊元件4可以單獨(dú)形成并且粘合或熱密 封到框架2上，或者通過(guò)與框架2共同模制而成。
圖2顯示了支撐件1沿平面II-II剖開(kāi)的剖視圖。如圖所示，框架 2由覆蓋的熱塑性薄膜1覆蓋，并且蓋元件3粘結(jié)于薄膜上。下覆蓋 層12粘結(jié)到底表面9上。
適當(dāng)?shù)?，框?和蓋元件3可以通過(guò)將第二模型16加熱到預(yù)定溫 度(可能是蓋元件3的聚合物材料的初始熔化溫度)整體連接到彼此 上。在這個(gè)步驟期間，在薄膜7和蓋元件3之間形成接合。
上述說(shuō)明清楚顯示，本發(fā)明的支撐件和方法實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)，尤 其滿足提供具有復(fù)合材料框架的支撐件的要求，其中，所述框架連接 到由呈現(xiàn)優(yōu)異機(jī)械性能的聚合物材料制成的蓋元件上。
在所附權(quán)利要求公開(kāi)的發(fā)明原理范圍內(nèi)，本發(fā)明的支撐件和方法 可以有許多改變和變形。在不脫離由所附權(quán)利要求限定范圍的情況下，
本發(fā)明的所有細(xì)節(jié)可以用其他技術(shù)等效部件代替，并且材料可以隨需 要不同而改變。
盡管已經(jīng)特別參考附圖對(duì)支撐件和方法進(jìn)行了描述，但是說(shuō)明書 和權(quán)利要求書中所用數(shù)字只是出于更易理解本發(fā)明的目的，而不用于以任何方式限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種如權(quán)利要求1中限定的人體支撐件，例如鞍座、座椅、車座、扶手等，包括具有頂表面(8)和底表面(9)的復(fù)合材料制底架(2)，由第一聚合物材料形成并結(jié)合到所述底架(2)上的蓋元件(3)，其特征在于，包括至少一層第二熱塑性聚合物材料層(7)，其在所述頂表面(8)和底表面(9)至少之一的相應(yīng)位置處牢固連接到所述底架(2)上，所述第二熱塑性材料對(duì)所述第一聚合物材料具有親合性，使得所述蓋元件(3)可以牢固連接到所述底架(2)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述第二熱塑性材 料和所述第 一聚合物材料相同。
3. 如權(quán)利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述第一聚合物材 料和所述第二熱塑性材料選自聚亞胺酯、酰胺和聚脂。
4. 如權(quán)利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述第一聚合物材 料和所述第二熱塑性材料為光學(xué)上透明的。
5. 如權(quán)利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述至少一層第二 熱塑性材料層(7)較薄。
6. 如權(quán)利要求5所述的支撐件，其特征在于，所述厚度為0.01毫 米到0.05毫米，優(yōu)選地為大約0.025毫米。
7. 如權(quán)利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述蓋元件(3)包 括至少一層，其具有0.1毫米到0.3毫米，優(yōu)選為大約0.2毫米的厚度。
8. 如在先權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的支撐件，其特征在于，包括位 于所述底架(2)和所述蓋元件(3)之間由粘彈性材料制成的襯墊元 件(4)。
9. 如權(quán)利要求8所述的支撐件，其特征在于，所述底架(2)具有 用于容納所述襯墊元件(4)的凹座(13)。
10. 如權(quán)利要求8所述的支撐件，其特征在于，所述粘彈性材料與 所述第一聚合物材料和/或第二熱塑性材料至少之一具有親合性。
11. 如權(quán)利要求10所述的支撐件，其特征在于，所述粘彈性材料選自聚亞胺酯凝膠。
12. 如權(quán)利要求1所述的支撐件，其特征在于，所述第一聚合材料 為熱塑性類型。
13. —種用于制造如在先權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料人體 支撐件的方法，包括步驟a) 模制具有頂表面(8)和底表面(9)的底架(2);b) 將由第一聚合物材料制成的蓋元件(3)結(jié)合到所述底架(2) 上以形成整體式人體支撐件；其中，所述模制步驟a)包括將至少一層第二熱塑性材料薄膜(7) 在所述頂表面(8)和底表面(9)至少之一處連接到所述底架(2)上， 所述第二熱塑性材料對(duì)所述第一聚合物材料具有親和性，以便將所述 蓋元件(3)連接到所述底架(2)上。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述底架(2)包括至少部 分地嵌入樹(shù)脂基體中的纖維加強(qiáng)元件，其特征在于，所述至少一層第 二熱塑性材料薄膜(7)至少部分地嵌入所述底架(2)的所述樹(shù)脂基 體中，使得所述至少一層第二熱塑性材料薄膜(7 )的一個(gè)頂表面(11) 或底表面(12)固定連接到所述底架(2)的所述頂表面(8)或底表 面(9)之一上。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，模制所述底架(2) 的所述步驟a)是將所述加強(qiáng)元件連同所述至少一層熱塑性材料薄膜(7) —起引入第一模型(14)中。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，通過(guò)將所述第一模 型(14)加熱到第一預(yù)定操作溫度而將所述至少一層第二熱塑性材料 薄膜(7)連接到所述底架(2)上。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一預(yù)定操作 溫度是所述第二熱塑性材料的初始熔化溫度。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一模型(9) 具有突起(14),以在所述底架(2)上形成用于容納襯墊元件(3)的 凹座(13)。
19. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，利用第二模型(16) 執(zhí)行所述連接步驟b)，所述底架(2)放入所述第二模型(16)中并 且連同所述蓋元件(3) —起固定連接到所述第二熱塑性材料薄膜(7) 上。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，通過(guò)將所述第二模 型(16 )加熱到第二預(yù)定操作溫度而使所述蓋元件(3 )與所述底架(2 ) 相結(jié)合。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述第一聚合物材料為熱 塑性類型，其特征在于，所述第二預(yù)定操作溫度為所述第一聚合物材 料開(kāi)始熔化的溫度。
22. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述底架(2)機(jī)加 工為去除其基底材料或至少部分地使其基底材料成形，所述機(jī)加工步 驟在所述模制步驟a)之后和在所述連接步驟b)之前進(jìn)行。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述機(jī)加工步驟利 用CNC機(jī)床進(jìn)行并且利用計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備進(jìn)行選自切屑形成、切 削、激光切割、水射流切割等的切削方法。
全文摘要
一種人體支撐件，包括具有頂表面(11)和底表面(10)的復(fù)合材料底架(2)；和由第一聚合物材料形成并結(jié)合到底架(2)上的蓋元件(3)。支撐件還包括固定連接到底架(2)上的至少一層第二熱塑性聚合物材料層(8)。第二熱塑性材料(8)對(duì)第一聚合物材料(3)具有親合性，使得蓋元件固定連接到底架上，從而形成整體式支撐件。聚亞胺酯凝膠(4)布置在底架(2)的凹口中。第一聚合物材料(3)具有0.1到0.3毫米的厚度，第二材料(8)具有0.01到0.025毫米的厚度，兩者均為光學(xué)上透明的。
文檔編號(hào)B62J1/00GK101426679SQ200780014645
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者S·塞加托 申請(qǐng)人:塞萊皇家股份公司