Багатошаровий матрац

1. Багатошаровий матрац, який складається з двох однакових зовнішніх шарів і розташованого між ними внутрішнього шару, з'єднаних між собою, який в і др і з н я є т ь с я тим, що зовнішні шари виконані з нетканого голкопробивного льня ного волокна і/або льняних відходів з поверхневого щільністю 1000-1200 г/м2 і товщиною 4 -6 мм і з'єднані стібками з облицювальною тканиною, а внутрішній шар виконаний з голкопробивної суміші вовняного волокна і/або його ВІДХОДІВ З поверхневою щільністю 600-800 г/м21 товщиною 20-40 мм. 2. Багатошаровий матрац за п. 1, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що шари з'єдмані по периметру і вистрочені декоративною стрічкою. Корисна модель належить до товарів широкого вжитку й може використовуватися у виробництві дорожніх та походних матраців, м'яких елементів меблів, транспортних засобів. Відомо про ватний матрац, який складається з чохла, наповненого бавовняною вагою та прошитого окремими стібками. Вистьобування виконується двома проколами голки, стібки розташовані на відстані 8-10 мм один біля одного [РСТ УССР 1103-88. Матрацы ватные. Технические условия]. Недоліками даного матраца є: нерівномірне розподілення наповнювача під час виготовлення матраца, можливість збивання наповнювача в процесі експлуатаци матраца, дефіцитність та висока вартість бавовняної вати, сировина для якої в Україні не виробляється, низьке еластичне відновлення після прогинання, тобто висока залишкова деформація, відсутність розпо ділу тиску від прикладеного навантаження з метою його зменшення. Відомо про матрац, виготовлений з використанням наповнювача з волокна кенафа, просоченого латексом. Співвідношення волокна кенафа та латексу складає, мас.%: волокна кенафа 40-55; латекс 45-60. [Патент Росії № 2062596]. Матрац, виготовлений з використанням такого наповнювача, має такі недоліки: можливість перерозподілу наповнювача під час експлуатації виробу, тобто утворення грудок, наявність хімічного елементу(латексу) у великій кількості негативно впливає на людину і може викликати алергійні реакції. Відсутність розподілу тиску аід прикладеного навантаження. Крім того, латекси на підприємствах України не виробляються, а утилізація матеріалів, які їх утримують, визиває забруднення навколишнього середовища. І ' (72) Яковенко Володимир Семенович 457 Найбільш близьким до технічної сутності винаходу, що заявпяється, є матрац, який складається із трьох шарів пінополіуретану різної густини, розташованих один поверх другого так, що нижня частина першого шару прикріплена до верхньої частини другого шару, а нижня сторона другого шару прикріплена до верхньої сторони третього шару. Густина пінополіуретану першого і третього шарів відповідає 36-43 кГ/м3, а другого шару - 28-32 кГ/м3. Перевагою даного матраца є те, що ірогинання під навантаженням першого -а третього шарів менше прогинання під завантаженням другого шару, що забезіечує зменшення тиску під час викорис'Вння матраца за рахунок його перерозюділу [Європейський патент ЕПВ/заявка J 0464692]. o Недоліками описаного матраца є: низьі гігієнічні властивості, наявність хімічної провини, низкі теплозахисні властивості, исока вартість, екологічне забруднення авколишнього середовища під час вигоэвлення та утилізації пінополіуретану. Крім эго, у відповідності до вимог, прийнятих Україні, на поверхні пінополіуретану поинен бути додатково розташований шар атеріалу, типу ватину із бавовняного воэкна, що ускладнює та збільшує вартість іготовлення матраца. В основу винаходу покладене.завЇННЯ створити такий багатошаровий матам, в якому за рахунок зміни матеріалу арів і структури матраца в цілому за•зпечують нерухомість повітря у виробі, бто наявність постійно замкненого в ому інертного шару повітря, що в значі мірі підвищує його теплозахисні власвості. Крім того матрац має підвищену вговічність, гігроскопічність, комфорт:ть. Поставлене завдання досягається завки тому, що запропоновано багатошавий матрац, який складається з двох пакових зовнішніх шарів і розташованоміж ними внутрішнього шару, з'єднаних < собою, в якому, згідно з винаходом, ЇНІШНІ шари виконані з нетканого голіробивного льняного волокна (/або ль(их відходів з поверхневою щільністю Ї0-1200 г/м2 і товщиною 4-6 мм і з'єдіі стібками з облицювальною тканиною, нутрішній шар виконаний з гопкопроіної суміші вовняного волокна і/або йозідходів з поверхневою щільністю 600» г/м2 і товщиною 20-40 мм. Крім того, шари у матраці можуть бути *нані по периметру і вистрочені декоИЕНОЮ СТрІЧКОЮ. 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 • 45 50 55 Використання у заявлюваному багатошаровому матраці нетканих г о л к о п р о б и в них матеріалів з фіксованою с т р у к т у р о ю забезпечує рівномірність поверхневої щільності матраца під час й о г о в и г о т о в л е н н я та експлуатації, щ о з а б е з п е ч у є з б і л ь ш е н ня часу використання виробу, (Відповідно до ТУ 0 0 3 1 1 4 4 4 . 0 0 2 - 9 7 "Полотно г о л к о п робивне із льняних в о л о к о н , " н е р і в н о м і р ність по масі г о л к о п р о б и в н и х полотен із льняних волокон не п е р е в и щ у є 8%. Нерівномірність по масі ватних матраців відповідає 16%). Стійкість д о тертя на площині о б л и ц ю вальних матрацних тканин, які в и к о р и с т о вуються у заявлюваному матраці, відповідно д о ГОСТу 2 4 2 2 0 - 8 0 складає не м е н ш е 800 циклів. Ф а к т и ч н а стійкість д о тертя випробовуваємої тканини склала 1650 циклів д о руйнації с т р у к т у р и т к а н и н и . Стійкість д о тертя на площині н е т к а н о г о г о л к о п р о б и в н о г о матеріалу із льняних в о л о к о н масою 1000 Г/м 3 склала 4 2 1 0 циклів, що значно більше стійкості д о тертя т к а н и н и . Таким ч и н о м , в и к о р и с т а н н я г о л к о п р о б и в н о г о полотна з б е р е ж е с т р у к т у р у та рівномірність в и р о б у д о моменту руйнації облицювальної т к а н и н и , тобто під час в с ь о г о часу експлуатації. Скріплення облицювальної тканини разом із голкопробивним матеріалом виключає можливість їх взаємного тертя, що збільшує термін служби виробу. Використання у першому і третьому (зовнішніх) шарах однакових за властивостями та зовнішнім виглядом матеріалів дозволяє використовувати матрац з обох боків, що також збільшує термін його використання. Теплозахисні властивості матраца забезпечуються складом сировини, властивостями другого (внутрішнього) шару, а також конструкцією матраца в цілому. Високі теплозахисні властивості забезпечуються за рахунок вовняного волокна у внутрішньому шарі. Низька об'ємна густина середнього шару зумовлена його значною товщиною 20-40 мм, пружні властивості вовняних та хімічних волокон сприяють утворенню повітряного прошарку між більш щільними зовнішніми шарами. Збільшена об'ємна густина зовнішніх шарів (на рівні 200 кГ/м3) та їх фіксація по периметру матраца сприяє утриманню повітря усередині матраца. Відомо, що теплозахисні властивості виробу залежать від товщини замкненого в ньому інертного шару повітря, Якщо структура виробу і вимоги його експлуатації забезпечують неру 457 хомість повітря у виробі, то його теплозахисні властивості знаходяться на високому рівні. Основним показником, який характерезує теплозахисні властивості виробу, є тепловий опір. Тепловий опір (R) - це падіння температури в градусах при проходженні через 1 м 2 виробу даної товщини теплового потоку потужністю 1 Вт. Чим більший тепловий опір, тим кращі теплозахисні властивості виробу. Результати впливу вмісту вовни на тепловий опір внутрішнього шару (нетканого голкопробивного матеріалу поверхневої щільності 600 Г/м2, товщини 20 мм) представлені в табл. 1. Тепловий опір ватного матраца відповідає 0,237 м 2 • град./Вт. Тепловий опір матраца з наповнювачем із пінополіуретану - 0,195 м 2 • град./Вт. Тому мінімальним було прийнято вміст вовняного волокна або вовняних відходів 50%, що забезпечує теплозахисні властивості середнього шару на рівні ватного матраца. Використання тришарового наповнювача, а також особливої конструкції матраца дозволяють додатково поліпшити цей показник у готовому виробі. Відомо, що об'ємна густина матеріалу впливає на його теплозахисні властивості, оскільки сприяє утворенню повітряного прошарку. Об'ємна густина характеризується масою матеріалу та його товщиною. За рахунок зміни товщини та глибини голкопроколювання при виготовлені голкопробивного матеріалу змінювалась його товщина. Результати випробовувань залежності теплозахисних властивостей нетканого голкопробивного матеріалу поверхневої щільності 600 Г/м2, з вмістом 50% вовняного волокна і 50% хімічних волокон від його товщини наведені в табл. 2. 5 10 15 20 25 30 35 40 Порівняння одержаних результатів з результатами випробувань теплозахисних властивостей ватного матраца показали, що товщина внутрішнього шару 45 не повинна бути меншою за 20 мм. Однак при виготовленні матеріалу товщиною 50 мм спостерігається недостатня міцність скріплення волокнистого полотна пучками волокон, а також порушення 50 стабільності технологічного процесу голкопробивання за рахунок нерівномірності матеріалу, обриву полотна, порушення процесів відтяжки та намотування Готового матеріалу на голкопробивній ма- 55 шині. Отже, оптимальний інтервал товщин середнього шару знаходиться в межах 20-40 мм. Зменшення маси нетканого голкопробивного матеріалу для середнього шару менше ніж 600 Г/мг приводить до втрат теплозахисних властивостей за рахунок зменшення товщини матеріалу. Збереження товщини в необхідному інтервалі стає неможливим тому, що при цьому виникає порушення структури матеріалу (його руйнування) і технологи його виготовлення. Надмірне збільшення маси середнього шару призводить до його ущільнення, тобто до збільшення об'ємної густини і, отже, до зменшення теплозахисних властивостей. Проведені дослідження дозволили встановити, що оптимальним інвервалом поверхневої густини нетканого голкопробивного матеріалу для середнього (внутрішнього) шару є 600-800 Г/м г . При цьому тепловий опір внутрішнього шару знаходиться на рівні аналогічного показника для ватного матрацу і вище ніж у матраца з наповнювачем із пінополіуретану. Тепловий опір пінополіуретану товщиною від 20 мм до 40 мм знаходиться в межах 0,125-0,150 м г • град./Вт. Дослідження показали, що використання у зовнішніх шарах заявлюваного матраца голкопробивного матеріалу із льняного волокна або його відходів поверхневої щільності менше 1000 Г/м2 не забезпечує формостійкості виробу, а при збільшенні маси матеріалу більше 1200 Г/мг спостерігається порушення технологічного процесу прошивання (скріплення) за рахунок підвищеної обривності ниток, пропуску стібків. Крім того, матрац стає зайве жорстким і важким. Отже оптимальний інтервал поверхневої щільності для нетканого голкопробивного матеріалу із льняних волокон, використовуємо™ у зовнішніх шарах, складає 1000-1200 Г/м2. Товщина нетканого матеріалу, що відповідає даному інтервалу щільностей, дорівнює 4 6 мм. Покращення гігроскопічних властивостей (гігієнічних) матраца досягається за рахунок використання у зовнішніх шарах льняного волокна або льняних відходів. Кондиційна вологість льняного волокна складає 12%, бавовняного - 8,5%, пінополіуретану - 1%, Таким чином, в порівнянні з бавовняним наповнювачем гігроскопічні властивості льняного наповнювача у 1,4 рази вищі, а в порівнянні з пінополіуретаном вищі у 12 разів. Крім того, використання у зовнішніх шарах льняного волокна або льняних ВІДХОДІВ забезпечує у літній період охолоджуючий ефект. Завдяки тому, ще шар!* з'єднані один з одним тільки по периметру згявлюваного багатошарового матраца, а також зав 7 дяки пухкості внутрішнього шару можливе деяке зміщення шарів матраца відносно один одного під час його використання, яке усувається після зняття навантаження за рахунок пружності зовнішніх шарів. Це явище зменшує можливість зсуву матраца з ліжка або залізничної полки, а отже підвищує комфортність виробу. Завдяки більш високій об'ємній густині першого та третього шарів (200 кГ/м3) в порівнянні з другим шаром (20-30 кГ/м3) вони мають менший прогин під навантаженням, ніж другий шар. В результаті цього відбувається зменшення тиску під час використання матраца за рахунок його перерозподілу. За рахунок пружних властивостей середнього шару здійснюється еластичне відновлення матраца після зняття навантаження. Ці властивості забезпечують підвищену комфортність при використанні заявлюваноґо матраца порівняно з прототипом. П р и к л а д 1. Неткане голкопробивне полотно із льняних волокон, виготовлене на голкопробивному агрегаті АГН1800, поверхневою щільністю 1000 Г/м2, товщиною 4 мм з'єднують з облицювальною матрацною тканиною і прошивають на спеціальних прошивних машинах декоративним малюнком. В якості облицювальних матрацних тканин використовувались тканини, фізико-механічні характеристики яких відповідають ГОСТу 24220-80 "Тканини меблеві. Загальні технічні вимоги". Неткане голкопробивне полотно із суміші вовняних та хімічних волокон при їх масовому вмісті 50%:50% виготовляють на голкопробивному агрегаті АГН-1800. Поверхнева щільність матеріалу відповідає 600 Г/м2, товщина - 20 мм. Із з'єднаного з облицювальною тканиною голкопробивного нетканого матеріалу із льняного волокна та нетканого голкопробивного матеріалу із суміші вовняних і хімічних волокон вирізають заготовки для матраца. На облицьовану матрацною тканиною заготовку з боку голкопробивного матеріалу накладають заготовку з нетканого голкопробивного матеріалу для внутрішнього шару із суміші вовняних і хімічних волокон та накривають її другою, з'єднаною з матрацною тканиною заготовкою. Потім матрац по периметру обшивають декоративною стрічкою. 457 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 Результати випробувань матраців, описаних у прикладах конкретного виконання, наведені у табл. 3. П р и к л а д 2. Матрац виготовляли як у прикладі 1, за винятком поверхневої щільності зовнішніх шарів тотожній 1100 Г/м2, товщин зовнішніх шарів - 5 мм, складу внутрішнього шару: вовняного волокна 70%, хімічного волокна 30%, поверхневої щільності середнього шару 700 Г/м2, товщини середнього шару ЗО мм. П р и к л а д 3. Матрац виготовляли як у прикладі 1, за винятком поверхневої щільності зовнішніх шарів, яка дорівнює 1200 Г/м2 і товщині 6 мм. П р и к л а д 4. Матрац виготовляли як у прикладі 1, за винятком того, що для виготовлення* зовнішніх шарів (нетканого голкопробивного матеріалу) використовувались льняні відходи. П р и к л а д 5. Матрац виготовляли як у прикладі 1, за винятком того, що середній шар - неткане голкопробивне полотно - виготовлялося із відходів вовняних та хімічних волокон. П р и к л а д 6 (прототип). Товщина трьох шарів пінополіуретану дорівнює 50 мм. Результати досліджень, наведені в табл. З, дозволяють встановити, що заявлюваний багатошаровий матрац з показників залишкової деформаії і піддатливості відповідають ГОСТ 19917-33 "Меблі для сидіння і лежання. Загальні технічні вимоги", з гігроскопічності у 10,5 разів вище прототипу, з теплового опору краще прототипу у 3 рази, з стійкості до тертя краще прототипу приблизно у 2,5 рази. Доречі, кількість циклів у випробуванні зумовлена в основному облицювальною тканиною. Економічний ефект при використанні заявлюваноґо винаходу досягається шляхом використання льняного волокна або його відходів, яке в Україні виробляється в достатній кількості. Вартість короткого льняного волокна № 2, № 3 складає 0,74 грн./кГ, бавовняного волокна У1 сорту - 2,9 грн./кГ. Вартість пінополіуретану - більше 20 грн./кГ. В процесі виготовлення матраца можуть бути використані відходи волокон, що додатково зменшить його вартість. Пінополіуретан, який використовується у прототипі, виробляється із імпортних компонентів. Його виробництво та утилізація - екологічно шкідливі. 57 10 Таблиця % вовняного волокна або вовняних відходів у нетканому голкопробивному матеріалі Тепловий опір, м2 град./Вт 10 20 ЗО 40 50 60 70 80 90 100 1 0,149 0,163 0,195 0,210 0,243 0,251 0,267 0,282 0,294 0,307 Таблиця Товщина матеріалу, мм Тепловий опір, м г град./Вт 10 20 ЗО 40 50 2 0,189 0,235 0.243 0,265 0,291 Таблиця Приклад Залишкова деформація, % Піддатливість, мм/даН Гігроскопічність, % 7 6,5 6,4 1,90 1,95 1,97 1,87 1.75 10,5 10,5 10,5 10,2 10.2 2,1 1,0 1 2. .3 4 5 6 6,9 7,5 5,5 Тепловий опір, Z M град./Вт 0,573 0,612 0,648 0,550 0,485 0,165 З Стійкість до тертя на площині, число циклів 4210 4530 4710 3780 4105 1700 (за рахунок стійкості до тертя облицювальної тканини) Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О. Обручар Замовлення 542 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101