專利名稱：模制聚氨酯泡沫制品的后固化的制作方法
模制聚氨酯泡沬制品的后固化相關(guān)申請(qǐng)的相互參引本申請(qǐng)要求享有McEvoy等人于2008年9月22日提交的題為“POST-CURE OF MOLDED POLYURETHANE FOAM PRODUCTS”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/099，142的利益和優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用方式納入本文。
背景技術(shù)：
本公開內(nèi)容涉及模制聚氨酯泡沫制品的制造，更具體而言，涉及一種包括后固化步驟的制造方法，根據(jù)該后固化步驟，以一種高效節(jié)能的方式使這樣的聚氨酯制品變得更加堅(jiān)固且更適宜運(yùn)輸。為了使座椅使用者舒適而提供模制聚氨酯泡沫墊子是眾所周知的，無(wú)論該座椅是用于家具，用于設(shè)備，還是用于車輛，諸如汽車。模制聚氨酯泡沫(軟品種和硬品種)可通過(guò)所謂的“一步”法制成，即，將兩種流體一第一(或異氰酸酯)流體和第二(或多元醇)流體——相混合，這兩種流體基本包括如下組分基多元醇樹脂材料；共聚物多元醇樹脂材料；水；催化劑(或催化劑包)，典型地是異氰酸酯，諸如，例如TDI、MDI或其混合物(一般，這類混合物含有不少于5%的TDI或者M(jìn)DI ；例如，TM20，其是一種包括80% TDI和20% MDI的混合物)；以及表面活性劑。如所知的，可使用各種添加劑來(lái)提供不同特性。通常理解的是通過(guò)將兩種材料流倒進(jìn)一個(gè)模具中、閉合該模具以及允許多組分發(fā)生反應(yīng)來(lái)使上述組分混合。該反應(yīng)是放熱的，盡管一般要施加輔助熱(大約150下-170 T, 使用異氰酸酯催化劑)至模具以幫助縮短使泡沫固化的時(shí)間量，從而更快速地生產(chǎn)泡沫制品?？蛇x地，使用時(shí)間壓力釋放方法CffR方法)將生成的泡沫制品在模具中擠壓。IPR 方法包括減小模具的密封壓力，以允許氣體在固化過(guò)程中和/或在從模具中除去(即，“脫模”)之前逸出泡沫和模具。或者可選地(且優(yōu)選地)，也可使用擠壓裝置諸如真空裝置、硬軋輥(hard roller)或刷子擠壓器(brush crusher)等將脫模后的泡沫制品機(jī)械擠壓(并且可被反復(fù)擠壓)。通常，這盡快在脫模之后2分鐘進(jìn)行。機(jī)械擠壓裝置在脫模之后的某一具體時(shí)間(例如，從15秒到8分鐘，更優(yōu)選從90秒到2分鐘)施加預(yù)定力并且持續(xù)指定的擠壓時(shí)間段，以獲得泡沫制品厚度的預(yù)定縮小量。通常，機(jī)械擠壓順序執(zhí)行第一階段執(zhí)行 50%壓縮(即，壓縮至泡沫的初始厚度的50% )，然后第二階段執(zhí)行90%壓縮，第三階段也執(zhí)行90%壓縮。脫模后的擠壓操作在以下方面是有利的即通過(guò)泡沫制品提供更好的減振 (例如，在汽車座椅的情況下，減緩道路振動(dòng))，以及當(dāng)用作座椅時(shí)，使產(chǎn)品感覺(jué)起來(lái)更加舒適。擠壓尤其在制造模制聚氨酯座椅時(shí)是該方法的一個(gè)重要部分。在沒(méi)有正確擠壓的情況下，泡沫制品將呈現(xiàn)假硬度，并且在隨后使用中，將在壓縮時(shí)出現(xiàn)高度縮減。具體地，在汽車工業(yè)中，駕駛員具有足夠視界的高度(H點(diǎn))是一個(gè)在聚氨酯座椅的制造中必須予以考慮的關(guān)鍵的設(shè)計(jì)規(guī)格。沒(méi)有正確擠壓的泡沫座椅會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不希望的H點(diǎn)變化。另外，沒(méi)有正確擠壓的座椅以后在受壓時(shí)會(huì)縮減高度，這會(huì)導(dǎo)致座椅的裝飾性外表出現(xiàn)不希望的改變，因?yàn)樽握挚赡軙?huì)變松。在用于制造聚氨酯泡沫制品諸如座椅的大批量生產(chǎn)環(huán)境中，經(jīng)過(guò)擠壓的泡沫制品可被置于單軌或其他傳送器上固化一段時(shí)間(例如，30-120分鐘)。之后，泡沫制品可被裝袋或者以其他方式整體包裝以便運(yùn)輸至另一地方進(jìn)行進(jìn)一步操作(舉例來(lái)說(shuō)，例如座椅組裝)。因?yàn)榕菽破芬话阍诿撃r(shí)未完全固化，如果允許泡沫制品在單軌或其他傳送器上固化的時(shí)間太短的話，泡沫制品可能仍然足夠熱，使得一旦裝袋或包裝，它們會(huì)緊密接觸相鄰的泡沫制品并且在相鄰的泡沫制品上形成半永久性或甚至永久性的凹痕或壓縮。這被認(rèn)為是變形損害(set damage) 0這樣受損的泡沫制品一般被作為廢物或廢料丟棄。模制聚氨酯泡沫制品的運(yùn)輸成本相對(duì)非常高，因?yàn)檫@些制品基本上是空氣，因而以相對(duì)低的質(zhì)量占據(jù)了相當(dāng)大的體積。隨著燃油成本增加，這些運(yùn)輸成本也同樣增加。聚氨酯泡沫制品可被壓縮的程度越大，這些制品可被運(yùn)輸?shù)臄?shù)目就越多，從而，運(yùn)輸也會(huì)變得越經(jīng)濟(jì)。以前，后固化步驟已用在模制聚氨酯泡沫制品的生產(chǎn)中以減少變形損害。如圖1 所示，這樣的后固化步驟是在脫模以及接下來(lái)的(一般，在大約2分鐘之后)機(jī)械擠壓之后進(jìn)行的。后固化步驟發(fā)生在燃?xì)夂鏍t或鼓風(fēng)干燥爐中，在此經(jīng)過(guò)擠壓的泡沫制品在大約 300 °F被再加熱大約1個(gè)小時(shí)，回到模制過(guò)程中所達(dá)到的溫度附近的中心溫度(一般從大約180 °F升高至大約210 T )，所述制品在該中心溫度保持大約1個(gè)小時(shí)以使進(jìn)一步固化生效，以及通過(guò)對(duì)泡沫制品表面處的開放孔(open cells)進(jìn)行非接觸的表面熔融來(lái)形成較致密的表層(圖2)。盡管在制造具有較致密的表層以在運(yùn)輸中免受變形損害的模制泡沫制品方面是有利的，但現(xiàn)有技術(shù)的后固化操作很耗時(shí)。因此，用于常規(guī)制造模制聚氨酯泡沫制品的更普遍方法省略了上述后固化步驟，如圖3所示。與圖1的方法相同，該方法也使用在脫模之后大約2分鐘內(nèi)進(jìn)行的機(jī)械擠壓步驟。

發(fā)明內(nèi)容
一種制造泡沫制品的方法，該方法包括通過(guò)將液態(tài)材料噴射進(jìn)模腔來(lái)模制泡沫制品；通過(guò)從模腔中除去泡沫制品來(lái)使泡沫制品脫模；在脫模之后以及在擠壓該泡沫制品之前，將泡沫制品后固化，以減少變形損害，并且通過(guò)施加輔助熱在泡沫制品上形成表層； 以及擠壓泡沫制品以通過(guò)機(jī)械壓縮該泡沫制品來(lái)獲得在泡沫制品的厚度方面的預(yù)定減小。 該方法還包括在后固化之后以及在擠壓泡沫制品之前，通過(guò)除去施加至泡沫制品的輔助熱將泡沫制品冷卻。


圖1是一個(gè)流程圖，其描述了用于制造模制聚氨酯制品的現(xiàn)有技術(shù)方法，該方法在擠壓步驟之后包括后固化操作。圖2圖解示出了通過(guò)將泡沫制品表面處的開放孔進(jìn)行表面熔融從而在泡沫制品上形成較致密的表層的步驟。圖3是一個(gè)流程圖，其描述了用于制造模制聚氨酯制品的現(xiàn)有技術(shù)方法，該方法不包括后固化操作。圖4是一個(gè)流程圖，其描述了本公開方法的步驟。圖5是一個(gè)曲線圖，其示出在貫穿圖1的聚氨酯制造方法的各個(gè)步驟中的時(shí)間和溫度之間的關(guān)系。圖6是一個(gè)曲線圖，其描述了在貫穿本公開內(nèi)容的第一實(shí)施方案的各個(gè)步驟中的時(shí)間和溫度之間的關(guān)系。圖7是一個(gè)曲線圖，其描述了在貫穿本公開內(nèi)容的第二實(shí)施方案的各個(gè)步驟中的時(shí)間和溫度之間的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式總體參考這些附圖，尤其參考圖4，本公開內(nèi)容的用于制造模制聚氨酯泡沫制品的方法包括在脫模11之后且在擠壓40之前進(jìn)行后固化步驟20。此外，在擠壓40之前，將泡沫制品冷卻30。除非另有說(shuō)明，公開的方法可按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行，并且包括公知的材料和方法。如本文使用的，“泡沫制品”是一個(gè)寬泛的術(shù)語(yǔ)，可包括——但不限于——塊狀泡沫、車用泡沫(諸如，例如，坐墊、頭枕、靠墊、扶手等)、家具座椅制品，以及工業(yè)泡沫(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)架、壓縮機(jī)等)。后固化步驟20在脫模11之后盡快進(jìn)行，使得聚氨酯制品的中心溫度保持高溫，以減少/縮短執(zhí)行后固化操作所需要的時(shí)間和能量。優(yōu)選地，后固化步驟20在脫模后數(shù)分鐘內(nèi)進(jìn)行。如公知的，通常，模制步驟10是在施加足以加速固化的溫度(一般，約為 130 T -170 T )的輔助熱的情況下進(jìn)行的。在該步驟(其是放熱反應(yīng))中，聚氨酯制品的中心溫度升高至大約180 T -200 溫度，該溫度取決于質(zhì)量。在脫模11之后，模制泡沫制品在后固化步驟20中被加熱。進(jìn)行后固化步驟20時(shí)的溫度足以使得將泡沫制品外表面處的泡沫熔融，如圖2中圖解描述的，從而形成較致密的表層，該表層使得形成的泡沫制品更難以受到變形損害。在該后固化步驟中，泡沫制品的中心溫度將達(dá)到與在模制10中所達(dá)到的溫度相近的溫度(在示例中，大約為180下)。重要的是，產(chǎn)品不被加熱至大約221下以上的溫度，因?yàn)橐炎C實(shí)模制聚氨酯泡沫在被加熱超過(guò)該閾值時(shí)，會(huì)失去其彈性記憶。擠壓步驟40迫使在模制過(guò)程中形成于泡沫制品內(nèi)的氣體與周圍空氣進(jìn)行交換， 從而迅速降低泡沫的中心溫度?？紤]到經(jīng)過(guò)擠壓的聚氨酯制品的相對(duì)低的中心溫度(大約 70 T )，表明執(zhí)行現(xiàn)有技術(shù)的在擠壓之后進(jìn)行后固化操作是低效能的(圖5)，相應(yīng)地，必然需要更長(zhǎng)時(shí)間的后固化步驟以使泡沫制品的中心溫度回到足以使后固化操作生效的高溫。 因此，本公開內(nèi)容的擠壓步驟是直到后固化步驟20之后才進(jìn)行的。通過(guò)這樣的安排，后固化步驟20可更加快速地進(jìn)行，并且更加高效，因?yàn)榕菽破返闹行臏囟戎辽傧鄬?duì)接近于在模制操作10中所達(dá)到的溫度。盡管可以使用適宜進(jìn)一步固化泡沫制品并在其上形成較致密表層的任意設(shè)備和/ 或裝置來(lái)進(jìn)行后固化步驟20，但是示例設(shè)備包括熱固化設(shè)備中的任意一種或多種，諸如在傳統(tǒng)工業(yè)烘爐中、感應(yīng)加熱、介質(zhì)加熱(諸如使用微波)、燃?xì)饧t外輻射加熱、UV加熱、等離子體加熱，或電子束處理(其使用高能電子代替熱來(lái)激發(fā)聚合物中的交聯(lián)反應(yīng))。使用UV 加熱、等離子體加熱，以及電子束處理，應(yīng)理解的是，頻率和波長(zhǎng)將對(duì)其成功利用很重要。
圖6是一個(gè)曲線，其描繪了貫穿本公開內(nèi)容的第一示例實(shí)施方案的各個(gè)步驟(模制10、脫模11、后固化20以及擠壓40)中的時(shí)間和溫度之間的關(guān)系，其中后固化步驟20在傳統(tǒng)的工業(yè)烘爐中在大約300 °F的溫度下進(jìn)行大約15分鐘。如所描繪的，允許聚氨酯制品的中心溫度在再次升高至大約180 °F之前稍微有所下降(降至大約140 T )。在完成后固化操作之后，該制品被冷卻、擠壓，并且允許該制品的中心溫度下降。圖7是一個(gè)曲線，其描繪了貫穿本公開內(nèi)容的第二示例實(shí)施方案的各個(gè)步驟(模制10'、脫模11'、后固化20'以及擠壓40')中的時(shí)間和溫度之間的關(guān)系，其中后固化步驟20'是通過(guò)介質(zhì)加熱或感應(yīng)加熱進(jìn)行的。與圖5的實(shí)施方案相同，允許聚氨酯制品的中心溫度在再次升高至大約180 °F之前稍微有所下降(降至大約140 T )。在完成后固化操作之后，該制品被冷卻、擠壓，并且允許該制品的中心溫度下降。為使得擠壓之前在對(duì)泡沫制品的冷卻30過(guò)程中的熱傳遞排放加速，可利用輔助冷卻設(shè)備和/或冷卻裝置，諸如，舉例而言，高速風(fēng)扇、冷卻塔等。盡管圖6的實(shí)施方案中的后固化步驟的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15分鐘，但是想到使用特定加熱裝置，包括一僅以示例方式一使用諸如UV加熱、等離子體加熱以及電子束處理的裝置， 可將該時(shí)間減少至大約3分鐘。時(shí)間刻度(time scale)在圖5_圖7中并非一致地示出。在后固化步驟20'中利用感應(yīng)加熱將取決于聚氨酯泡沫材料中是否存在電感材料(其也被稱為感受器)。想到，感受器可包括一個(gè)結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)架，泡沫制品被模制在該結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)架周圍。在模制聚氨酯制品包括結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)架的情況下，如果導(dǎo)致過(guò)早硫化，則上述列出的加熱裝置中的一種或多種——取決于金屬類型——可能不適合于后固化步驟20。在這樣的情況下，優(yōu)選那些避免過(guò)早硫化的加熱裝置用于后固化步驟20。優(yōu)選地，但是非必須地，當(dāng)在大批量生產(chǎn)環(huán)境中執(zhí)行此處公開的方法時(shí)，加熱裝置適應(yīng)后固化步驟20的成列執(zhí)行(in-line performance)，以進(jìn)一步提高本方法的效率。通過(guò)在將泡沫制品脫模之后立即(在脫模之后零時(shí)間)或盡快將泡沫制品后固化，并繼續(xù)對(duì)泡沫制品加熱，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的相當(dāng)大的產(chǎn)量/制造優(yōu)勢(shì)(例如，成本等)。因此，盡快開始后固化步驟能夠使泡沫制品在繼續(xù)制造泡沫制品的過(guò)程中需要最少熱量。例如，從脫模到熱源大約10秒鐘將需要加熱大約3分鐘；從脫模到熱源大約30秒鐘將需要加熱大約9分鐘；以及從脫模到熱源大約3分鐘將需要以較高加熱速度加熱大約15 分鐘。正如從上述說(shuō)明中可理解的，通過(guò)在脫模之后以及在擠壓之前盡快執(zhí)行后固化步驟，聚氨酯制品的中心溫度保持得相對(duì)較高，并且，以更加節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)有益的進(jìn)一步固化模制泡沫制品并在聚氨酯制品上形成較致密的表層。該表層不僅防止當(dāng)泡沫制品在擠壓之后被裝袋或者以其他方式包裝好進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)受到變形損害，它還便于使用粘合劑在制品上應(yīng)用墊子或其他部件。進(jìn)一步固化允許在擠壓操作中更大程度壓縮泡沫制品，從而產(chǎn)生相對(duì)較小體積/較高密度的泡沫制品。因而，這樣的泡沫制品使得其自身適于運(yùn)輸更多數(shù)量，由此改善了運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性。再者，取決于在后固化步驟中使用的加熱裝置，后固化步驟可變得相對(duì)較短，并且相比于現(xiàn)有技術(shù)的方法，甚至進(jìn)一步增加了其能效。上述關(guān)于本公開內(nèi)容的實(shí)施方案的描述是為了示例和說(shuō)明目的給出的。其不意在是窮舉的或者將本公開內(nèi)容限制為所公開的具體形式，按照上述教導(dǎo)可能進(jìn)行各種修改和變化或者從本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程可以獲得各種修改和變化。所述實(shí)施方案被示出和描述以便解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)踐應(yīng)用，以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠以各種實(shí)施方案以及在進(jìn)行各種修改的情況下利用本發(fā)明，所述修改適合于想到的具體應(yīng)用。
盡管本公開內(nèi)容中僅詳細(xì)描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀本公開文本后將容易明白，在不實(shí)質(zhì)偏離所述主題的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)的情況下， 許多修改都是可能的。相應(yīng)地，所有這些修改都意在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不偏離本發(fā)明的主旨的情況下，對(duì)示例實(shí)施方案的設(shè)計(jì)、操作條件和安排方面都可做出其他的替代、 修改、變化和省略。
權(quán)利要求
1.一種制造泡沫制品的方法，該方法包括以下步驟通過(guò)將液態(tài)泡沫材料置于模腔中并使所述液態(tài)泡沫材料在模腔中發(fā)生反應(yīng)以形成泡沫制品來(lái)模制泡沫制品；通過(guò)從模腔除去泡沫制品來(lái)使泡沫制品脫模；在將泡沫制品從模腔脫模之后以及在擠壓該泡沫制品之前，將泡沫制品后固化，由此保持泡沫制品的中心溫度并將泡沫制品的外表面熔融以在其上形成較高的密度梯度；加熱泡沫制品大約2至15分鐘以在其上形成較高的表面致密化，由此減少泡沫產(chǎn)品的變形損害；快速冷卻泡沫制品，以使泡沫制品能夠被壓縮其厚度的大約25%到大約95%，從而最大化泡沫制品的耐用性；以及當(dāng)將被包裝進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，將完全固化的泡沫制品壓縮其尺寸的大約15%和50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造泡沫制品的方法，其中加熱泡沫制品的步驟持續(xù)大約3 至5分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造泡沫制品的方法，其中加熱泡沫制品的步驟持續(xù)大約2 分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造泡沫制品的方法，其中所述方法還包括在后固化之后以及在機(jī)械壓縮泡沫制品之前將泡沫制品冷卻的步驟，其通過(guò)停止向泡沫制品施加熱的加熱步驟而進(jìn)行，由此使完全固化的產(chǎn)品能夠被壓縮其尺寸的大約15%到50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造泡沫制品的方法，其中后固化步驟在將泡沫制品脫模之后的10秒到30秒之內(nèi)發(fā)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造泡沫制品的方法，其中后固化步驟是在當(dāng)泡沫制品處于足以使得泡沫制品的外表面熔融的溫度下進(jìn)行的，從而將泡沫制品的較高密度梯度以1到 5倍的系數(shù)增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造泡沫制品的方法，其中所述后固化步驟是使用后固化設(shè)備進(jìn)行的，所述后固化設(shè)備包括以下至少一種熱固化設(shè)備、感應(yīng)加熱設(shè)備、介質(zhì)設(shè)備、燃?xì)饧t外輻射加熱設(shè)備、UV加熱設(shè)備、等離子體加熱設(shè)備，以及電子束處理設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造泡沫制品的方法，其中所述后固化設(shè)備是熱固化設(shè)備， 后固化步驟在大約等于脫模步驟時(shí)的泡沫制品的中心溫度的溫度下進(jìn)行至少大約15分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造泡沫制品的方法，其中所述后固化設(shè)備是以下至少一種UV加熱設(shè)備、等離子體加熱設(shè)備，以及電子束處理設(shè)備；并且其中后固化步驟在大約等于脫模步驟時(shí)的泡沫制品的中心溫度的溫度下進(jìn)行至少大約2分鐘。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造泡沫制品的方法，其中在大批量生產(chǎn)環(huán)境中，所述后固化設(shè)備適應(yīng)于所述后固化步驟的成列執(zhí)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造泡沫制品的方法，其中所述冷卻步驟是使用輔助冷卻設(shè)備諸如高速風(fēng)扇和冷卻塔執(zhí)行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造泡沫制品的方法，其中所述泡沫制品包括模制聚氨酯構(gòu)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造泡沫制品的方法，其中所述泡沫制品包括結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)件，所述泡沫制品被模制在該結(jié)構(gòu)金屬構(gòu)件周圍。
14.一種制造泡沫制品的方法，其包括以下步驟在脫模之后以及在將泡沫制品擠壓之前，作為制造過(guò)程的一部分，將泡沫制品后固化， 以通過(guò)向泡沫制品施加輔助熱在泡沫制品上形成表層；以及等待泡沫制品完全固化以提供附加壓縮，從而減少泡沫制品的變形損害。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造泡沫制品的方法，還包括在后固化之后以及在將泡沫制品擠壓之前，通過(guò)除去施加至泡沫制品的輔助熱將泡沫制品冷卻的步驟。
全文摘要
一種制造泡沫制品的方法，該方法包括通過(guò)將液態(tài)材料噴射進(jìn)模腔來(lái)模制(10)泡沫制品；通過(guò)從模腔除去泡沫制品將泡沫制品脫模(11)；在脫模(11)之后以及在擠壓(40)該泡沫制品之前，將泡沫制品后固化(20)，以減少變形損害并且通過(guò)施加輔助熱在泡沫制品上形成表層；以及擠壓(40)泡沫制品以通過(guò)機(jī)械壓縮該泡沫制品獲得在泡沫制品的厚度方面的預(yù)定減小。該方法還包括在后固化(20)之后以及在擠壓(40)泡沫制品之前，通過(guò)除去施加至泡沫制品的輔助熱將泡沫制品冷卻(30)。
文檔編號(hào)B29C67/00GK102159379SQ200980137076
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者A·A·凱梅德, J·T·麥克沃伊, P·麥克拉倫, S·詹蒂爾, 山崎陵子 申請(qǐng)人:江森自控科技公司