本公开一般涉及床上用品及制造方法，更具体地，涉及包括预调节的三维聚合物纤维基质层的床上用品。
背景技术：
与全泡沫床垫组装体以及混合泡沫床垫(例如，包括除一个或多个泡沫层之外的弹簧线圈、包括流体的囊状物及其各种组合的泡沫床垫)相关联的一个持续存在的问题是用户舒适度。为了处理用户舒适度，床垫通常用具有不同特性如密度和硬度等的多个层制造，以满足预期用户的需要。用户舒适度关注的一个具体领域是一段时间后用户所经历的热量积累水平。另外，一些床垫可保持高水平的水分，进一步导致用户不舒适并潜在地导致差的卫生。
不幸地，在当前床垫组装体中使用的高密度泡沫，特别是采用通常具有精细孔结构和低气流的传统记忆泡沫层的那些，通常阻止适当的通风。结果，泡沫材料在一段时间后会表现出用户不舒适的热量水平。
此外，从选择床垫的时间点到最终更换床垫，用于床垫的泡沫层的性质会在拥有床垫的整个使用期中变化。特别地，消费者已经注意到，当在陈列室地板上测试床垫时，他们选择的床垫可能具有与在他们购买床垫之后最终被运送到他们家中的床垫的坚固度至少稍微不同的坚固度。通常，消费者发现送到他们家中的床垫比他们在陈列室地板上测试的床垫更坚固。另外，随着时间的推移，床垫的坚固度可能改变。当消费者使用床垫时，床垫可能产生其中床垫不如其它区域坚固的区域。因此，随着时间的推移，床垫的睡眠表面可能具有不一致的触感，在这一种情况下床垫的坚固度改变或者被感知为改变。
床垫制造商通过教导消费者关于泡沫的性质并告知他们应该预期他们新购买的床垫的坚固度随时间而改变，来规避这个问题。然而，这种方法不能解决所述现象的根本原因，并且不能为消费者提供关于他们的新床垫的坚固度可能改变多少的可靠估计。
技术实现要素：
本文公开的是包括预调节的三维聚合物纤维基质的床上用品。在一个或多个实施方案中，用于床垫结构的预调节的三维聚合物纤维基质层包括具有恒定长度、宽度和高度尺寸的挤出的三维聚合物纤维层，所述挤出的三维聚合物纤维层包含无规取向的聚合物纤维，所述无规取向的聚合物纤维在相邻纤维之间的连接点处粘结且具有每单位层面积自由体积，其中一部分连接点和无规取向的聚合物纤维断裂以相对于未预调节的三维聚合物纤维基质层改变预调节的三维聚合物纤维基质层的机械性质。
在一个或多个实施方案中，床垫包括至少一个预调节的三维聚合物纤维基质层，其包含具有恒定长度、宽度和高度尺寸的三维聚合物纤维层，挤出的三维聚合物纤维层包含无规取向的聚合物纤维，所述无规取向的聚合物纤维在相邻纤维之间的连接点处粘结且具有每单位层面积自由体积，其中一部分连接点和无规取向的聚合物纤维断裂以相对于未预调节的三维聚合物纤维基质层改变预调节的三维聚合物纤维基质层的机械性质。
通过参考以下对本公开的各种特征的详细描述和其中包括的实施例，可以更容易地理解本公开。
附图说明
图1示意性地示出了三维聚合物纤维基质层的局部横截面图；
图2示意性地示出了用于预调节三维聚合物纤维基质层的示例性系统；
图3示意性地示出了用于预调节三维聚合物纤维基质层的示例性系统；
图4描绘了用于预调节三维聚合物纤维基质层的替代系统；
图5示意性地示出了包括预调节的三维聚合物纤维基质层的示例性床垫。
图6示意性地示出了包括预调节的三维聚合物纤维基质层的示例性床垫。
图4和图5分别描绘了根据本发明实施方案的床垫200的俯视图(顶部)和侧视图(底部)。床垫200包括床垫芯202和设置于床垫芯202上以提供睡眠表面的至少一个三维pla纤维基质层204。三维pla基质层204的部分206和208可进行不同的处理。例如，三维pla基质层204的部分208可以进行预调节，而部分206不进行预调节。这导致床垫的某些部分可以更坚固或更柔软，并且可以被定制以匹配用户的睡姿。在其他实施方案中，三维pla基质层204的不同部分可被预调节到不同程度。例如，(或拉伸)一定量以提供特定的坚固度，而三维聚合物基质层204的另一部分可被压缩或拉伸不同的量以提供坚固度。任选地，三维pla基质层204可在多于两个部分中被预调节，并且每个部分可被预调节以提供不同的坚固度。
图6示意性地示出了床垫300，其包括下基底层302、三维聚合物纤维基质层304和至少一个上泡沫层306，其中三维pla纤维基质层304位于基底层302和上泡沫层304的中间。
具体实施方式
本公开通过提供具有一个或多个预调节的三维聚合物基质纤维层的床垫克服了现有技术中提到的问题。所述一个或多个预调节的三维聚合物基质纤维层的位置不旨在受到限制。在一个或多个实施方案中，预调节的三维聚合物基质纤维层可设置为邻近表面。
在一个或多个其他实施方案中，预调节的三维聚合物基质纤维层用作全泡沫床垫结构中的在基底泡沫层和一个或多个泡沫层例如聚氨酯泡沫层、乳胶泡沫层、粘弹性泡沫层等之间的过渡层，或用作混合床垫结构中在内芯和一个或多个泡沫层之间的过渡层，所述混合床垫结构可进一步包括作为基底层的囊状物、螺旋弹簧等。
三维聚合物纤维基质层通常通过挤出加工形成，所述挤出加工导致三维无规聚合物取向，其中纤维之间的变化接触点充当粘结点以提供三维层的刚性和结构。三维聚合物纤维基质层本身在剪切方向上经受疲劳，如当用户在包括三维聚合物层的床垫上从一侧到另一侧翻滚时可能发生的。结果，三维聚合物层的压实可以作为使用的函数发生，其自身随时间表现为坚固度的变化和高度损失。为了使三维聚合物基质层随使用的性质变化最小化，对三维聚合物基质层进行预调节过程，所述预调节过程破坏三维聚合物基质层内的较弱的粘结和/或结构上较弱的纤维。
现在转向图1，描绘了通常用标记数字10表示的预调节之前的三维聚合物基质层。三维聚合物基质层10包括无规取向的纤维12，所述无规取向的纤维12限定显著数量的空隙14，即每单位面积相对大量的自由空间，其中自由空间被定义为未被聚合物丝股占据的区域并且在本文中也称为空隙。三维聚合物基质层10包括在无规取向的纤维之间的交叉点处的多个粘结点16。
通常，三维聚合物基质层10通过首先挤出所需的三维聚合物纤维层而形成。将所需聚合物的颗粒、小球、碎片等在通常高于聚合物熔融温度的高温高压下进料到挤出装置，即挤出机中。然后将熔融形式的聚合物挤出通过模头，所述模头通常为包括许多具有限定直径的间隔开的孔的板，其中孔的位置、密度和直径在整个板上可以相同或不同。当不同时，可使三维聚合物纤维层具有不同的密度区带，例如，截面面积可具有不同的每单位面积自由体积量。例如，三维聚合物纤维层可包括框状结构，其中外周边部分具有比内部部分更高的密度；或其中三维聚合物纤维层具有棋盘形图案，其中棋盘中的每个正方形具有与相邻正方形不同的密度；或其中三维聚合物纤维层具有对应于其用户的不同预期重量负荷的不同密度部分。三维聚合物纤维层的各种结构不旨在受到限制，并且可为任何所需应用定制。这样，三维聚合物纤维层的坚固度，即压痕力偏移，和/或密度可为均匀的或根据模头配置和传送机速度而变化。
将聚合物挤出到冷却浴中，所述冷却浴导致聚合物纤维缠结并通过缠结粘结。同时，将连续挤出的冷却的聚合物基质拉到传送机上。传送速率和冷却浴温度可单独变化以进一步改变三维聚合物纤维层的厚度和密度。通常，三维聚合物纤维基质层的厚度本身可被挤出为厚度在约1至约6英寸范围内的全宽床垫材料并可被生产成套面(topper)尺寸或成卷的形式。然而，如果需要，也可以使用更薄或更厚的厚度以及更宽的宽度。预调节的三维聚合物纤维层可以具有0.5至5.9英寸范围内的厚度。
合适的挤出机包括但不限于连续加工高剪切混合器，如：工业熔融塑炼挤出机，可从多个制造商获得，包括例如cincinnati-millicron，kruppwerner&pfleiderer公司,ramsey,n.j.07446,americanleistritzextruder公司；somerville,n.j.08876；berstorff公司，charlotte,n.c.；和davis-standarddiv.crompton&knowles公司,paweatuck,conn.06379。捏合机可从bussamerica公司；bloomington,ill.获得；可从德国的draiswerkeg.m.b.h.,mamnheim-waldhof获得的或者称为gelimattm的高剪切混合器；和可从farrel公司,ansonia,conn获得的farrel连续混合器。用于混合、加热、压缩和捏合操作的螺杆组件显示和描述于rauwendaal，polymerextruding，hanserpublishers，newyork(1986)第8章和第458-476页；meijer等人“themodelingofcontinuousmixers.part1：thecorotatingtwin-screwextruder”,polymerengineeringandscience,第28卷,no.5,第282-284页(1988年3月)；和gibbons等人,“extrusion”,modernplasticsencyclopedia(1986-1987)中。选择挤出机机筒元件和组装挤出机螺杆所必需的知识可容易地从各种挤出机供应商处获得，并且是熔融聚合物塑炼领域的普通技术人员所熟知的。
挤出的聚合物纤维结构可由聚酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、弹性体、共聚物及其衍生物形成，包括具有不同熔点的单丝或双组分丝。在一个实施例中，聚合物纤维结构是工程聚酯纤维材料。根据本公开的示例性聚合物纤维结构是在聚酯弹性体粘合剂外皮中的芯聚酯纤维。
工程纤维可以是实心或中空的，并且具有圆形或三角形或其它横截面几何形状例如三叶、有通道的等的横截面。另一种类型的聚酯纤维具有缠结的弹簧状结构。在制造期间，通过挤出加热聚合物纤维结构以使纤维彼此互连，以提供更有弹性的结构。纤维可以是随机取向的或定向取向的，这取决于所需的特性。美国专利号8,813,286中讨论了这样的方法，所述专利题为可调弹簧床垫及其制造方法，其整体通过引用并入本文。
选择纤维及其特征以提供所需的调谐特性。垫的“触感”的一种量度是压痕力偏移，或ifd。压痕力偏移是在柔性泡沫制造工业中使用的度量，用于评价泡沫如记忆泡沫的样品的“坚固度”。为了进行ifd测试，将表面面积为323平方厘米(50平方英寸-直径为8″)的圆形平压头压在通常100mm厚且面积为500mm×500mm(astm标准d3574)样品上。首先将样品放置在穿孔以允许空气通过的平台上。然后通过压缩两次至75％“应变”使其孔打开，然后使其恢复六分钟。在用压头达到25％压痕后60秒测量力。较低的分值对应于较低的坚固度；较高的分值对应于较大的坚固度。以此方式测试并配置用于床垫的三维聚合物纤维基质层的ifd具有5至25磅力的范围内的ifd。预调节之前的三维聚合物纤维基质层的密度在1.5至6lb/ft3的范围内。在预调节之后，三维聚合物纤维基质层可具有1.6至7lb/ft3的密度和4至24.9磅力的ifd。
图2描绘了能够加工三维聚合物纤维基质层52以在三维聚合物纤维基质层52的表面54上提供更一致和均匀的坚固度或硬度并用于其作为床垫中的层的使用寿命的系统50的一个实施方案。特别地，图2显示了被制成具有安装在床垫芯54顶部的三维聚合物纤维基质层52的床垫。床垫芯54位于移动台板62上方的台60上。台板62能够如箭头65所示从床垫的足部到床垫的头部来回移动，并且同时，机械臂64如箭头66所示上下移动。机械臂64能够循环加工三维聚合物纤维基质层52以施加机械力。选择施加的机械力的量以调节三维聚合物纤维基质层52的机械特性如ifd。承载于机械臂64上的台板62可以在床垫的整个表面上移动，从而基本上在床垫的整个长度和宽度上加工床垫。这在床垫的整个长度和宽度上提供更一致的坚固度。在其它实施方案中，可以首先将三维聚合物纤维基质层52单独加工，而没有床垫芯54，然后设置在床垫芯上以提供调节后的床垫组装体。
在一个或多个实施方案中，台板64的尺寸可基本上类似于床垫的睡眠区域和/或三维聚合物纤维基质层52。在这样的实施方案中，系统50可用于预调节床垫的相当大的部分。此外，在这样的实施方案中，系统50可用于同时预调节床垫表面的头部、主体和足部部分。在另外的其它实施方案中，系统50可根据预调节的性质按需配置。例如，台板62的尺寸和形状可被设计成选择性地预调节床垫、泡沫垫和/或聚合物基质的中间部分或边缘部分或两者。在另一个实施例中，系统50可被配置有用于通过施加类似或不同的载荷来预调节床垫的不同部分的多个台板63。在某些实施方案中，台板62可以沿床垫的长度或宽度可移动并装备有圆柱辊，以使得台板62可沿床垫表面滚动，以逐渐压缩床垫和/或三维聚合物纤维基质层52。通常，在其它实施方案和实践中，图2所示的设备可仅加工三维聚合物纤维基质层52的选定部分和区域。在某些实施方案中，床垫可被摆放(posturized)为使得床垫可被配置成具有多个不同坚固度的区带。在这样的实施方案中，床垫可被摆放为具有与其它区带不同的坚固度的选定区带，以通过在下背部和膝盖下增加额外的支撑来促进你的脊柱的s曲线的自然对齐，或者为睡在同一床垫上但需要不同坚固度的伴侣提供不同坚固度的区带。对本领域技术人员显而易见的是，在三维聚合物纤维基质层52上加工的区域将取决于应用并可根据需要变化。在某些实施方案中，可在床垫上进一步设置更多个三维聚合物纤维基质层(未示出)以提供多个泡沫层。任选地，这些附加的三维聚合物纤维基质层52中的一个或多个也可通过如本申请所述的应力、压缩和/或拉伸来预调节，以提供具有多层预调节泡沫或聚合物基质的床垫。此外，应显而易见的是，床垫可包括附加的泡沫层、螺旋弹簧等。
图3描述了用于加工三维聚合物纤维基质层52的可供选择的系统100。在所描述的实施方案中，一对反向旋转的辊102、104在三维聚合物纤维基质层52的整个长度和宽度上施加力。可任选将辊置于挤出生产线、切割生产线、床垫组装线或运输组装线中，以使新制造的三维聚合物纤维基质层52在工厂中制备时被加工。本公开的这些和其它用于预调节三维聚合物基质层的合适系统进一步公开于美国专利号7,690,096中，其通过整体引用并入本文。
图4描绘了根据本发明的实施方案的床垫200的俯视图(顶部)和侧视图(底部)。床垫200包括床垫芯202和设置于床垫芯202上以提供睡眠表面的三维聚合物纤维基质层204。三维聚合物基质层204的部分206和208可进行不同的处理。例如，三维聚合物基质层204的部分208可以进行预调节，而部分206不进行预调节。这导致床垫的某些部分可以更坚固或更柔软，并且可以被定制以匹配用户的睡姿。在其他实施方案中，三维聚合物基质层204的不同部分可被预加应力到不同程度。例如，三维聚合物基质层204的一个部分可被压缩(或拉伸)一定量以提供特定的坚固度，而三维聚合物基质层204的另一部分可被压缩或拉伸不同的量以提供不同的坚固度。任选地，三维聚合物基质层204可在多于两个部分中被预调节，并且每个部分可被预调节以提供不同的坚固度。
图5示意性地示出了床垫300，其包括下基底层302、三维聚合物纤维基质层304和至少一个上泡沫层306，其中三维聚合物纤维基质层304位于基底层302和上泡沫层306的中间。
通常，下基底层302的厚度在4英寸至10英寸的范围内，在其他实施方案中在约6英寸至8英寸的范围内，在另外的其他实施方案中在约6英寸至6.5英寸的范围内。下基底层可由开孔或闭孔泡沫形成，包括但不限于粘弹性泡沫、乳胶泡沫、常规聚氨酯泡沫等。
下基底层302可以具有1磅/立方英尺(lb/ft3)至6lb/ft3的密度。在其他实施方案中，所述密度是1lb/ft3至5lb/ft3，并且在另外的其他实施方案中为1.5lb/ft3至4lb/ft3。通过实施例的方式，所述密度可以是约1.5lb/ft3。压痕力偏移(ifd)在20至40磅力的范围内，其中硬度根据astmd-3574测量。
或者，下基底层302可以是设置在由桶组装体(bucketassembly)限定的空腔内的螺旋弹簧内芯，其中桶组装体包括平面基底层和围绕平面基底层的周边设置的侧轨(siderails)。
所述至少一个上泡沫层306限定覆盖三维聚合物基质纤维层304的覆盖面板。根据预期应用，覆盖面板可以由一个或多个粘弹性泡沫和/或非粘弹性泡沫层形成。泡沫本身可以是任何开孔或闭孔泡沫材料，包括但不限于乳胶泡沫、天然乳胶泡沫、聚氨酯泡沫、其组合等。覆盖面板具有平坦的顶表面和底表面。覆盖面板的厚度通常在一些实施方案中在约0.5至2英寸的范围内，并且在其他实施方案中小于1”以提供运动分离和来自下面的泡沫层104的增加的气流的益处。所述至少一个上泡沫层306的密度在一些实施方案中在1至5lb/ft3的范围内，并且在其他实施方案中在2至4lb/ft3的范围内。所述硬度在一些实施方案中在约10至20磅力的范围内，并且在其他实施方案中小于15磅力。在一个实施方案中，所述覆盖面板厚度为0.5”，密度为3.4lb/ft3并且硬度为14磅力。
各种多个堆叠床垫层302、304和306可以根据不同应用的需要可以使用粘合剂彼此邻接，或可以彼此热粘结，或者彼此机械地紧固。
本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳方式，并且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实施例。如果这样的其它实施例具有与权利要求的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其它实施例旨在处于权利要求的范围内。
1.一种床垫，其包含：
至少一个预调节的三维聚合物纤维基质层，其包含具有恒定长度、宽度和高度尺寸的三维聚合物纤维层，所挤出的三维聚合物纤维层包含无规取向的聚合物纤维，所述无规取向的聚合物纤维在相邻纤维之间的连接点处粘结且具有每单位层面积自由体积，其中一部分连接点分离并且无规取向的聚合物纤维断裂变成片段以相对于未预调节的三维聚合物纤维基质层改变预调节的三维聚合物纤维基质层的机械性质。
2.如权利要求1所述的床垫，其中所述至少一个预调节的三维聚合物纤维基质层位于至少一个上泡沫层和下基底层的中间。
3.如权利要求2所述的床垫，其中所述至少一个上泡沫层包含粘弹性泡沫。
4.如权利要求2所述的床垫，其中所述下基底层包含聚氨酯泡沫或乳胶泡沫。
5.如权利要求2所述的床垫，其中所述下基底层包含设置在泡沫桶组装体内的螺旋弹簧内芯。
6.如权利要求1所述的床垫，其中所述预调节的三维聚合物纤维层选自由聚酯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、弹性体、共聚物及其衍生物组成的组，包括具有不同熔点的单丝或双组分丝。
7.如权利要求1所述的床垫，其中所述挤出的三维聚合物纤维层包含具有不同密度和/或压痕力偏移值的多个聚合物纤维区带。
8.如权利要求1所述的床垫，其中所述预调节的三维聚合物纤维基质层具有0.5至5.9英寸的厚度尺寸。
9.如权利要求1所述的床垫，其中所述机械性质是预调节的三维聚合物纤维基质层相对于未预调节的三维聚合物纤维基质层厚度减小。
10.如权利要求1所述的床垫，其中所述预调节的三维聚合物纤维基质层具有相对于未预调节的三维聚合物纤维基质层增加的密度。
11.如权利要求1所述的床垫，其中所述预调节的三维聚合物纤维基质层具有在4至24.9磅力的范围内的压痕力偏移。
12.如权利要求1所述的床垫，其中所述机械性质是预调节的三维聚合物纤维基质层相对于未预调节的三维聚合物纤维基质层压痕力偏移减小。
13.如权利要求1所述的床垫，其中基底层包含聚氨酯泡沫、乳胶泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫或聚醚-聚氨酯泡沫。
技术总结