本發(fā)明屬于3d打印聚合物制件的功能化后處理，具體涉及一種減震隔熱吸聲tpu汽車座椅墊及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、物流作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，是一個(gè)融合運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、貨代、信息等產(chǎn)業(yè)的復(fù)合型服務(wù)業(yè)，是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。大型集裝箱卡車在物流中扮演著至關(guān)重要的角色，是現(xiàn)代物流體系的關(guān)鍵組成部分。

2、集裝箱卡車噸位大，安裝有大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，集裝箱卡車運(yùn)行中，大功率發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)和噪音。集裝箱卡車的大噸位，還會(huì)使卡車輪胎與路面摩擦產(chǎn)生較大的震動(dòng)和噪音。而集裝箱卡車的大功率發(fā)動(dòng)機(jī)及其主要傳動(dòng)部件往往安裝在駕駛室座椅下方，卡車運(yùn)行中，大功率發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的震動(dòng)和噪音，輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的震動(dòng)和噪音，都會(huì)通過駕駛室地板和座椅傳遞到駕駛室內(nèi)的駕乘人員。長(zhǎng)期的震動(dòng)和噪音，不僅影響集裝箱卡車行駛安全，還會(huì)對(duì)駕乘人員的身體健康造成損害，降低駕乘人員的舒適度。另外，大功率發(fā)動(dòng)機(jī)還會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，卡車運(yùn)行中會(huì)通過駕駛室地板和座椅，自接傳遞到坐在座椅上的駕乘人員。在寒冷的冬季，座椅溫度低，給剛進(jìn)入駕駛室的駕駛員帶來不適。

3、集裝箱卡車司機(jī)的工作強(qiáng)度很大，需要一個(gè)保證安全工作的駕駛環(huán)境。如果在集裝箱駕駛椅上鋪上一塊具有良好防震、吸聲、隔熱功能的座椅墊，就能在不改變現(xiàn)有集裝箱卡車設(shè)計(jì)參數(shù)和整車配置情況下，一定程度解決上述震動(dòng)、噪音和冷熱溫差給集裝箱卡車司機(jī)工作環(huán)境帶來的問題，提高集裝箱卡車司機(jī)工作舒適度，有助于集裝箱卡車司機(jī)的安全行駛和身體健康。

4、現(xiàn)有汽車座椅墊品種繁多。夏季使用的座椅墊通常由亞麻、竹材或皮革制成，雖可提供一定的清涼感，但在減震、隔音和保溫方面的表現(xiàn)欠佳。冬季使用的座椅墊多采用絨布、羊毛或羽絨等材質(zhì)，雖然柔軟保暖，但在透氣、減震、隔音方面存在明顯欠缺。還有使用橡膠、海綿或泡沫塑料等聚合物材料的座椅墊，在減震、隔音方面雖有所改善，但仍不足以滿足需求。而且，聚合物材料的座椅墊透氣性不佳的問題較為突出，長(zhǎng)時(shí)間乘坐會(huì)讓人感到不適。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有汽車座椅墊減震、吸聲、隔熱效果差和不透氣、不舒服等缺陷，本發(fā)明提供一種新的汽車座椅墊及其制備方法，兼具優(yōu)良的減震、隔熱、吸聲性能。

2、本發(fā)明提供一種減震隔熱吸聲tpu汽車座椅墊的制備方法，對(duì)通過選擇性激光燒結(jié)(sls)技術(shù)成型的具有鏤空結(jié)構(gòu)的tpu汽車座椅墊的鏤空晶格支撐體表面涂覆具有隔熱吸聲功能的環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料，經(jīng)固化后形成錨固在鏤空晶格支撐體表面的的環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂層；所述環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料中分散有表面沉積了二氧化硅納米粒子的玻璃空心微珠。

3、本發(fā)明提供的減震隔熱吸聲tpu汽車座椅墊的制備方法包括以下步驟：

4、步驟1.1：對(duì)玻璃空心微珠表面進(jìn)行堿刻蝕預(yù)處理；

5、步驟1.2：對(duì)經(jīng)刻蝕的玻璃空心微珠進(jìn)行多巴胺有機(jī)化預(yù)處理，使表面形成聚多巴胺層；

6、步驟1.3：在經(jīng)多巴胺有機(jī)化預(yù)處理的玻璃空心微珠表面沉積二氧化硅納米粒子；

7、步驟1.4：制備含環(huán)氧樹脂和聚氨酯的混合物；

8、步驟1.5：將經(jīng)納米二氧化硅沉積的玻璃空心微珠、含環(huán)氧樹脂和聚氨酯的混合物、固化劑、固化促進(jìn)劑、納米二氧化硅混合得到具有隔熱吸聲功能的環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料；

9、步驟2.1：準(zhǔn)備干燥潔凈的選擇性激光燒結(jié)成型的具有鏤空結(jié)構(gòu)的tpu汽車座椅墊制件；

10、步驟2.2：將tpu汽車座椅墊制件和環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料置于真空浸涂設(shè)備中；

11、步驟2.3：在抽真空條件下進(jìn)行浸涂處理；

12、步驟2.4：去除多余涂料并對(duì)tpu汽車座椅墊制件進(jìn)行自然干燥；

13、步驟3.1：加熱固化涂覆有微發(fā)泡涂料的tpu汽車座椅墊制件；

14、步驟3.2：冷卻后得到減震隔熱吸聲tpu汽車座椅墊。

15、本發(fā)明采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)成型tpu鏤空結(jié)構(gòu)座椅墊制件，利用tpu所具有的柔性大、延展性好、三維晶格支撐體隨外應(yīng)力變化的變形大、回彈性好等優(yōu)勢(shì)，有效提高汽車座椅墊的減震效果。tpu是一種柔性聚合物，具有延展性高、質(zhì)地柔軟、力學(xué)性能好、回彈性高等優(yōu)點(diǎn)，且導(dǎo)熱系數(shù)低，具有良好的隔熱性能。鏤空結(jié)構(gòu)制件是由節(jié)點(diǎn)和梁或支柱組合的晶格網(wǎng)絡(luò)三維體系結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定的力學(xué)特性、良好的通透性和明顯的減重效果，可以增加空氣流通，增強(qiáng)基材透氣性，還具有突出的隨外應(yīng)力變化的變形和回彈性能優(yōu)勢(shì)，能夠吸收能量，分散沖擊力，提高減震效果。選擇性激光燒結(jié)是增材制造技術(shù)之一，它是通過計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，將3d對(duì)象切片成計(jì)算機(jī)建模的層，然后逐層沉積，將每層材料沉積在一起，最終得到零件的技術(shù)，是制備鏤空結(jié)構(gòu)制件的理想技術(shù)。用通過選擇性激光燒結(jié)制備的具有tpu鏤空結(jié)構(gòu)制件作為集裝箱卡車汽車座椅墊，不僅滿足透氣性和人體工程學(xué)要求，還能滿足大形變、高回彈的減震要求。

16、在tpu鏤空結(jié)構(gòu)座椅墊的各個(gè)晶格支撐體表面通過后處理技術(shù)再構(gòu)建一層牢固附著于晶格支撐體的微發(fā)泡涂層，能夠起到提高吸聲、隔熱的效果。要達(dá)到這一效果，這一微發(fā)泡涂層必須滿足以下要求，一是微發(fā)泡涂層中布滿微孔，傳遞聲音的聲波和傳遞熱量的聲子通過鏤空結(jié)構(gòu)內(nèi)部并沿著鏤空結(jié)構(gòu)晶格支撐體表面?zhèn)鬟f時(shí)，通過微發(fā)泡涂層內(nèi)部微孔對(duì)聲波和聲子的阻礙作用，提高吸聲和隔熱效果。二是微發(fā)泡涂層不能堵塞制件原有的鏤空空腔，繼續(xù)保持座椅墊的通透性和透氣性。三是微發(fā)泡涂層自身應(yīng)具有一定的形變能力，能隨座椅墊在汽車運(yùn)行中鏤空晶格支撐體的壓縮和回彈過程發(fā)生相應(yīng)的變形。四是微發(fā)泡涂層須有足夠的強(qiáng)度和對(duì)tpu鏤空晶格支撐體表面牢固的附著力，能適應(yīng)座椅墊壓縮和回彈對(duì)微發(fā)泡涂層的強(qiáng)度和牢度的要求。本發(fā)明的微發(fā)泡涂料中，除環(huán)氧樹脂外，還包含空心玻璃微珠、聚氨酯粉、納米二氧化硅等。其中，空心玻璃微珠作為物理發(fā)泡微孔源，在涂層中形成微發(fā)泡結(jié)構(gòu)；聚氨酯粉作為環(huán)氧樹脂的增韌組分，對(duì)固化后的環(huán)氧樹脂基體起增韌作用，以保證環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂層在座椅墊發(fā)生大形變和高回彈中不發(fā)生明顯的脆斷，提高涂層使用壽命；納米二氧化硅能提高環(huán)氧樹脂涂層的硬度、剛性和耐磨性，其在涂層中的主要作用是平衡聚氨酯增韌組分對(duì)涂層強(qiáng)度和剛度的部分損失。

17、采用真空浸漬工藝排除汽車座椅墊制件表面殘留tpu原料粉體和灰塵，同時(shí)排除制件表層微空隙中殘留的空氣，對(duì)汽車座椅墊制件進(jìn)行浸涂，使涂料不僅涂覆在汽車座椅墊制件的表面，還涂覆到制件鏤空結(jié)構(gòu)內(nèi)部所有晶格支撐體表面。同時(shí)，液體涂料還通過表面滲透作用，滲入選擇性激光燒結(jié)制件表層所特有的微孔隙。表面涂覆涂料后的汽車座椅墊制件，再進(jìn)行固化處理，在tpu鏤空結(jié)構(gòu)座椅墊制件的晶格支撐體表面形成微發(fā)泡涂層。在固化后的微發(fā)泡涂層中，均勻分布于涂料的空心玻璃微珠充當(dāng)泡孔體，成為阻斷聲波和聲子傳導(dǎo)的空腔結(jié)構(gòu)，使汽車座椅墊具有吸聲和隔熱效果；而滲入tpu汽車座椅墊鏤空結(jié)構(gòu)晶格支撐體表層微孔隙的涂料，固化后成為一顆顆微釘子，將微發(fā)泡涂層牢牢錨固于晶格支撐體表面，能有效提高微發(fā)泡涂層的使用壽命。

18、進(jìn)一步地，在步驟1.1中：將5～20質(zhì)量份的玻璃空心微珠放入100～110質(zhì)量份去離子水中，常溫下攪拌1～2h；然后常溫下靜置20～24h，取出其中懸浮的玻璃空心微珠，干燥至玻璃空心微珠質(zhì)量保持不變；然后向玻璃空心微珠中加入25～30質(zhì)量份濃度為1mol/l的氫氧化鈉溶液，100℃下刻蝕4～6h，刻蝕過程中進(jìn)行攪拌，然后離心分離出玻璃空心微珠，并用純水洗滌至ph值為7后，將玻璃空心微珠干燥至質(zhì)量保持不變，得到經(jīng)堿刻蝕的玻璃空心微珠。

19、進(jìn)一步地，在步驟1.2中：將經(jīng)刻蝕的玻璃空心微珠放入ph值為8～9的多巴胺tris緩沖液，常溫下機(jī)械攪拌，反應(yīng)24h，制得經(jīng)多巴胺有機(jī)化預(yù)處理的玻璃空心微珠。

20、進(jìn)一步地，在步驟1.3中：配制含2質(zhì)量份多巴胺和1000質(zhì)量份去離子水的多巴胺水溶液，用三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(tris-hcl)溶液調(diào)節(jié)ph為8.5；加入0.5～2質(zhì)量份的納米二氧化硅、5～15質(zhì)量份經(jīng)有機(jī)化預(yù)處理的玻璃空心微珠，攪拌1h～2h，使玻璃空心微珠表面的聚多巴胺與納米二氧化硅充分吸附，然后經(jīng)離心分離、清洗，得到表面沉積二氧化硅納米粒子的玻璃空心微珠。

21、進(jìn)一步地，在步驟1.4中：在20～30質(zhì)量份有機(jī)溶劑中加入8～20質(zhì)量份聚氨酯粉，于常溫下機(jī)械攪拌10～12h，得到聚氨酯溶液；在上述聚氨酯溶液中加入50～70質(zhì)量份環(huán)氧樹脂，于常溫下機(jī)械攪拌20～24h；之后在持續(xù)攪拌下將上述環(huán)氧樹脂與聚氨酯的混合物進(jìn)行加熱以蒸發(fā)其中的有機(jī)溶劑，直至混合物質(zhì)量無變化，得到環(huán)氧樹脂與聚氨酯的混合物。

22、進(jìn)一步地，在步驟1.5中：將5～10質(zhì)量份經(jīng)納米二氧化硅沉積玻璃空心微珠、55～90質(zhì)量份環(huán)氧樹脂與聚氨酯的混合物、33～49質(zhì)量份固化劑、1～5質(zhì)量份固化促進(jìn)劑、1～5質(zhì)量份納米二氧化硅放入攪拌罐，攪拌0.5～1h，得到具有隔熱吸聲功能的環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料。

23、進(jìn)一步地，在步驟2.1中：用濃度為20％～30％的乙醇溶液，洗滌經(jīng)sls技術(shù)成型的具有鏤空結(jié)構(gòu)的tpu汽車座椅墊制件的表層和鏤空內(nèi)部雜質(zhì)，然后干燥至質(zhì)量不變。

24、進(jìn)一步地，在步驟2.2中：將上述經(jīng)洗滌干燥的具有鏤空結(jié)構(gòu)的tpu汽車座椅墊制件放置于真空浸涂設(shè)備的浸涂槽，將具有隔熱吸聲功能的環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料注入浸涂槽，直至浸沒tpu汽車座椅墊，并封閉浸涂槽。

25、進(jìn)一步地，在步驟2.3中：于常溫下對(duì)真空浸涂設(shè)備抽真空，直至真空度小于-0.09mpa；之后通過真空浸涂設(shè)備使浸涂槽緩慢旋轉(zhuǎn)、輕微震動(dòng)30～120min。

26、進(jìn)一步地，在步驟2.4中：真空浸涂完成后，解除真空浸涂設(shè)備的真空度，打開浸涂槽，取出汽車座椅墊制件，直至無明顯涂料滴落；再在常溫下自然干燥10～12h，得到經(jīng)涂覆具有隔熱吸聲功能的環(huán)氧樹脂基微發(fā)泡涂料的具有鏤空結(jié)構(gòu)的tpu汽車座椅墊制件。

27、進(jìn)一步地，在步驟3.1中：將tpu汽車座椅墊制件懸掛鼓風(fēng)烘箱中，按如下固化機(jī)制進(jìn)行固化：55～70℃/10～40min；70～105℃/10～120min。

28、進(jìn)一步地，在步驟3.2中：將完成固化的tpu汽車座椅墊制件懸掛在空氣中自然冷卻到室溫，得到具有隔熱吸聲功能微發(fā)泡涂層的tpu汽車座椅墊。

29、較佳地，有機(jī)溶劑為n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺中的一種；固化劑為乙二胺、二乙烯三胺和甲基四氫鄰苯二甲酸酐中的一種；固化促進(jìn)劑為冰乙酸和2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚中的一種；聚氨酯為聚酯型聚氨酯；玻璃空心微珠粒徑為5～30μm。

30、通過上述減震隔熱吸聲tpu汽車座椅墊的制備方法，可以制得兼具優(yōu)良的減震、隔熱、吸聲性能的車座椅墊。

31、有益效果

32、本發(fā)明方案中使用tpu材料經(jīng)選擇性激光燒結(jié)打印的整體式具有鏤空結(jié)構(gòu)的汽車座椅墊，具有形變大、回彈性高、透氣性好的特性，更符合汽車運(yùn)行中座椅墊對(duì)駕乘人員的人體工程學(xué)要求，表現(xiàn)為良好的減震效果和乘坐舒適性。

33、本發(fā)明方案中環(huán)氧樹脂基隔熱吸聲涂料采用玻璃空心微珠作為物理發(fā)泡微孔源，具有發(fā)泡層(涂層)薄、微孔細(xì)密均勻的特點(diǎn)，微發(fā)泡體僅附著于晶格支撐體表面，但不堵塞鏤空腔體；在有效提高對(duì)汽車運(yùn)行中對(duì)隔熱吸聲的效果，又繼續(xù)保持透氣、大形變、高回彈的特性。

34、本發(fā)明方案在環(huán)氧樹脂基隔熱吸聲微發(fā)泡涂料中，聚氨酯粉末增強(qiáng)涂層的韌性，納米二氧化硅能增強(qiáng)座椅墊鏤空結(jié)構(gòu)晶格支撐體在壓縮-回彈過程種微發(fā)泡涂層的耐磨性；涂覆過程中滲入選擇性激光燒結(jié)tpu制件表層微空隙的涂料，固化后形成錨固結(jié)構(gòu)，提高涂層對(duì)tpu基體的附著力，提高汽車座椅墊的使用壽命。

35、本發(fā)明方案采用后處理涂層工藝，不改變tpu純?cè)戏垠w的選擇性激光燒結(jié)工藝特性，涂覆和固化工藝簡(jiǎn)單、高效，成本低廉，方便工業(yè)化生產(chǎn)。