專利名稱：耐猛烈沖擊和耐裂的聚氨酯安全鞋鞋底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種鞋底的結(jié)構(gòu)，具體地說涉及一種新型的改進(jìn)的能夠防止高能高速拋射物刺穿的安全鞋鞋底的結(jié)構(gòu)，這種鞋對(duì)人腳提供較大的保護(hù)并不過分限制運(yùn)動(dòng)。
對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的描述授予給扎克曼(Zachman)的美國(guó)專利No.5,237,758，采用半橢圓截面，這些截面與相鄰環(huán)的相鄰網(wǎng)在環(huán)處交叉，這些相鄰環(huán)又與徑直通過交叉環(huán)的韌性棒交叉，由此最大限度地減少相鄰網(wǎng)的橫向移動(dòng)。
授予給阿利文(Aleven)的美國(guó)專利No.5,285,583，采用一種由塑料構(gòu)成的包括一個(gè)柔韌的前部的保護(hù)層，在模制所述的保護(hù)層的過程中，其柔韌的前部有一個(gè)內(nèi)底板與其底面相連和一個(gè)纖維襯里與其頂面相連。A leven所用的塑料是在最后粘結(jié)過程中注射進(jìn)的熔融塑料。
由ZEPF H轉(zhuǎn)讓給SPORTARRIKELFABRIK UHLGMBH KARL的國(guó)際專利申請(qǐng)DE4214802公開了一種多層鞋底，這種鞋底具有一個(gè)步行用的表面，一個(gè)緩沖的中間底和一個(gè)上層內(nèi)底。底層(bas e)是一個(gè)熱塑性塑料模制件或用金屬、陶瓷或石墨制成的模制件，復(fù)絲有機(jī)或無機(jī)增強(qiáng)纖維以襯墊的形式被嵌入其中或被紡織、編織進(jìn)入模制件的結(jié)構(gòu)中。在底層的下側(cè)通過注塑成型或擠壓形成彈性輪廓部分。底層可以只含有單層的織造纖維，它的總的厚度是大約0.5mm。
Aleven在鞋底中采用塑料板而達(dá)到了增強(qiáng)和抗沖擊的目的，纖維網(wǎng)的使用是為了增強(qiáng)塑料而不是提供抗沖擊性。ZEPF H通過注射成型或擠壓只能制得厚度不大于0.5mm的單層織造纖維。A leven沒有對(duì)金屬、陶瓷或石墨材料進(jìn)行討論。迄今為止，由于剛性和粘結(jié)性上的問題，在鞋底的厚度結(jié)構(gòu)上采用芳酰胺(aramid)、陶瓷或石墨纖維來防止高能高速拋射物刺穿鞋底的技術(shù)還沒有報(bào)道和實(shí)用。
本發(fā)明的概述當(dāng)要求鞋底能保持從足尖到足跟的彎曲度以便于跑、跳及穿越諸如繩梯、爬升索道、小踏板等障礙物，并且對(duì)利物、地坑和小石子具有充分或敏感的感覺時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中所述的鞋底不能充分地抵抗猛烈沖擊和拋射物。為達(dá)到此目的，本發(fā)明提供了一種耐猛烈沖擊和耐裂的以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯鞋底，這種鞋底包括嵌入其中的保護(hù)材料，這種材料嵌入整個(gè)鞋底并且由至少一層密度小于或等于15盎司/平方碼的織造聚芳酰胺(Kevlar)組成。織造聚芳酰胺層的密度和層數(shù)的增加會(huì)增強(qiáng)耐猛烈沖擊性能和耐裂性能。
本發(fā)明的目的還在于提供一種由多層聚芳酰胺(Kevlar)層和/或石墨纖維束很好地粘結(jié)在一起的鞋底，盡管聚芳酰胺纖維、石墨纖維與聚氨酯的固有粘結(jié)性很差。由于在織造前各種聚芳酰胺(Kevlar)和/或石墨纖維束的極薄的涂層和/或由于聚芳酰胺(Kevlar)纖維織造得相對(duì)松散或粗糙，聚氨酯可以滲入到纖維之中，使各個(gè)層面很好地粘結(jié)在一起，由此防止在隨后使用時(shí)鞋底的脫層。
根據(jù)本發(fā)明，聚芳酰胺(Kevlar)和/或石墨纖維可以在被織造成所需襯里的形狀之前用以聚酯或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯薄薄地涂覆，這將大大增進(jìn)聚芳酰胺與聚氨酯材料的粘結(jié)性。
同樣，根據(jù)本發(fā)明，聚酯纖維，優(yōu)選是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維可以與(涂覆或未涂覆的)聚芳酰胺纖維交織或被交織于(涂覆或未涂覆的)聚芳酰胺(Kevlar)纖維之間來增進(jìn)聚芳酰胺與聚氨酯材料的粘結(jié)性。
根據(jù)本發(fā)明，碳石墨纖維可以與聚芳酰胺(Kevlar)交織或被交織進(jìn)入聚芳酰胺層之間來進(jìn)一步使鞋底增強(qiáng)和硬挺。
根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)由礦物纖維，尤其是陶瓷纖維或硫化玻璃纖維織造的層可以包含在鞋底里，作為一種絕熱隔板來抵抗溫度在815-1650℃的熱氣體。
附圖的簡(jiǎn)要說明結(jié)合下面的詳細(xì)說明將對(duì)本發(fā)明有更好的理解并使上文所述之外的本發(fā)明的目的變得明顯。這種說明是參照下文的附圖進(jìn)行的，其中，

圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的第一種具體的鞋底結(jié)構(gòu)的鞋的縱切面圖；圖1-A是圖1中鞋底結(jié)構(gòu)的放大圖。
圖2是具有根據(jù)本發(fā)明的第二種具體的鞋底結(jié)構(gòu)的鞋的縱切面圖；圖2-A是圖2中鞋底結(jié)構(gòu)的放大圖；圖3是具有根據(jù)本發(fā)明的第三種具體的鞋底結(jié)構(gòu)的鞋的縱切面圖；圖3-A是圖3中鞋底結(jié)構(gòu)的放大圖；圖3-B是圖3-A中所示鞋底結(jié)構(gòu)的替換品的放大圖；圖4是具有根據(jù)本發(fā)明的第四種具體的鞋底結(jié)構(gòu)的鞋的縱切面圖；圖4-A是圖4中鞋底結(jié)構(gòu)的放大圖；圖4-B是圖4-A中所示鞋底結(jié)構(gòu)的替換品的放大圖。
對(duì)最佳實(shí)施方案的描述一種具有根據(jù)本發(fā)明的第一種具體的鞋底結(jié)構(gòu)的鞋，在圖1和圖1-A中通常被標(biāo)示為10。
鞋10具有標(biāo)準(zhǔn)形狀的上部11和一個(gè)復(fù)合鞋底13。復(fù)合鞋底13包括一個(gè)具有底面17的外層聚氨酯鞋底14，一個(gè)其中嵌入一層聚芳酰胺層18的中間底15，以及可選擇地有一個(gè)上底16。
這種復(fù)合的安全鞋底是采用聚氨酯鞋底工業(yè)通常使用的傳統(tǒng)的多級(jí)模具制備的。
首先把以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯注射到復(fù)合鞋底的模槽中以形成外(較低)底14，它的密度一般在500-2000千克/米3范圍內(nèi)。
移去模具上用于制備外(較低)底的頂板，將一個(gè)由聚芳酰胺纖維材料織造的厚層18放置于仍然在模槽中的外(較低)底14上。
聚芳酰胺(Kevlar)纖維材料可以在織造前用以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯預(yù)先涂覆。聚氨酯涂層能促進(jìn)聚芳酰胺層與被注射入模槽中的聚氨酯的粘結(jié)或促進(jìn)聚芳酰胺層被注射進(jìn)模槽的聚氨酯滲透。
聚芳酰胺層18的每層織造聚芳酰胺材料的密度為至少5盎司/平方碼，優(yōu)選為15盎司/平方碼。
這層厚的聚芳酰胺層18優(yōu)選為由被織成四經(jīng)破緞紋或紗羅組織的聚芳纖胺束組成，這些聚芳酰胺束中70-90％沿從X到Y(jié)的方向(垂直于從足尖到足跟的方向)、10-30％沿從足尖到足跟的方向。
聚芳酰胺層18的厚度為至少0.07英寸，更典型的為0.11英寸，是采用最新的7100束直徑為0.07英寸的Kevlar4 9纖維制成的。這種聚芳酰胺纖維的拉伸強(qiáng)度為43,000磅/平方英寸，模量為19,000,000磅/平方英寸。
布置好聚芳酰胺層18后，將以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯注射到含有鞋底外底14的模槽中以形成中間底15。注射到模具里的聚氨酯的典型密度是小于1000千克/米3。
由于聚氨酯滲透進(jìn)入或經(jīng)過聚芳酰胺層18，在外(較低)底14與中間底15之間形成很好的粘結(jié)，而聚芳酰胺層18被夾在中間。
至此，上部11可以直接與聚氨酯復(fù)合底13相連，復(fù)合底13包括外(較低)底14和中間底15，還可以在中間底之上加一第三上底16以增加鞋的舒適感。后一種情況，是在如上所述的外(低)底14和中間底15留在模槽中時(shí)，向其中注射入以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯，并直接注到中間底15上面。
按上述方法制備的含有優(yōu)選為15盎司/平方碼的聚芳酰胺層18的鞋底13可以有效地提供抵抗60粒速度為1350英尺/秒的拋射物的猛烈沖擊和撞裂的能力。同時(shí)這種鞋底可以很好地保持從足尖到足跟的彎曲度以便于跑、跳及穿越諸如繩梯、爬升索道、小踏板等障礙物，并防止在隨后的使用時(shí)鞋底脫層。
一種具有根據(jù)本發(fā)明的第二種具體的鞋底結(jié)構(gòu)的鞋，在圖2和圖2-A中被標(biāo)示為20。
在這一實(shí)施方案中，相似的特征采用與上例相同的標(biāo)號(hào)，鞋底13具有更多的由聚芳酰胺材料構(gòu)成的層18。
如圖2-A所示，外底可以包括不超過兩層的聚芳酰胺層18。中間底15一般含有2到6層的聚芳酰胺纖維，典型為3層，如圖2-A中所示。
為制備圖2和圖2-A所示的鞋底，將2層聚芳酰胺織造層18放置于制備外(較低)底14的模槽中。
聚芳酰胺層18優(yōu)選為由直徑為0.01英寸的聚芳酰胺纖維組成。將這種纖維織造成厚度小于0.06英寸，更典型的是大約0.04英寸的層。
然后將以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯注射到復(fù)合鞋底模槽中以形成外(較低)底14，由此，外底14的典型密度在500-2000千克/米3范圍內(nèi)。
移去用于制備外(較低)底14的模具頂板，將2-6層與嵌入外(較低)底14中相同的聚芳酰胺(Kevlar)紡織材料層18加到仍處于模槽底部的外(較低)底14上面。
此時(shí)，向模槽中注射以聚酯和/或聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯以形成中間底15，如此得到的聚氨酯層的典型密度為小于1000千克/米3。
由于聚氨酯滲入或經(jīng)過聚芳酰胺層18，在外(較低)底14和中間底15之間形成了很好的粘結(jié)，而聚芳酰胺層18被夾在其中。
至此，上部11可以直接與聚氨酯復(fù)合底13相連，復(fù)合底13包括外(較低)底14和中間底15，或者還可包括一第三聚氨酯上底16以增加鞋的舒適感，這一效果可通過下述方法達(dá)到把外底和中間底(如上所述制備的)留在模槽中，向中間底15上面注射以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯。
采用上述方法制備的鞋底與第一個(gè)實(shí)施方案中的鞋底相比，由于具有多層的聚芳酰胺層，能更有效地耐猛烈沖擊和耐裂。
本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方案是，如圖1和圖2所示鞋底中的聚芳酰胺層18是聚芳酰胺與聚酯(PET)纖維交織而成的，鞋底的制備方法同上。
采用聚芳酰胺與聚酯(PET)纖維交織的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)一步增加聚氨酯對(duì)嵌入層18的粘結(jié)性。
本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施方案是，如上述實(shí)施方案中描述的聚芳酰胺層18進(jìn)一步與碳石墨纖維交織，這種碳石墨纖維含有12,000根纖維束，拉伸強(qiáng)度為470,000磅/平方英寸，模量為35,000,000磅/平方英寸。鞋底的制備方法同上。
采用碳石墨纖維交織的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)一步增加鞋底的強(qiáng)度和硬度，并增進(jìn)耐磨損性。
本發(fā)明的下一個(gè)實(shí)施方案在圖3和圖3-A中被標(biāo)示為30，鞋底13是采用如上所述的同樣的方法制備的，只是在中間底15中加入了一層由復(fù)合陶瓷纖維與聚芳酰胺纖維織造而成的層31。
所述的陶瓷纖維織造層優(yōu)選為包括直徑為0.05英寸的陶瓷纖維，這些陶瓷纖維的70-90％延X-Y方向(垂直于從足尖到足跟的方向)被織成四經(jīng)破緞紋或紗羅組織，10-30％延足尖到足跟的方向被織造。這一層被嵌入到聚芳酰胺(Kevlar)層18上面的中間底中(見圖3-A)。另一種情況是，如圖3-B所示，將一薄層由陶瓷/聚芳酰胺纖維形成的優(yōu)選為由標(biāo)準(zhǔn)的雙向織紋組成的復(fù)合層32嵌入到上底16中。
含有這一由陶瓷/聚芳酰胺纖維形成的復(fù)合層32的鞋底可以抵抗熱氣體，在非常短暫的承受猛烈沖擊的過程中可耐1650℃的高溫。
在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案40中，一個(gè)硫化玻璃纖維復(fù)合物層可以被加到中間底或上底15、16中(見圖4，4-A，和4-B)。
一層由直徑為0.05英寸的硫化玻璃纖維形成的層41被嵌入聚芳酰胺(Kevlar)層18上面的中間底中(圖4-A)，其中70-90％的硫化玻璃纖維沿X-Y方向(垂直于足尖至足跟的方向)被織造成四徑破緞紋或紗羅組織，10-30％的硫化玻璃纖維沿足尖至足跟的方向被織造?；蛘?，將一個(gè)由硫化玻璃纖維形成的較薄的(0.025英寸)，優(yōu)選為具有標(biāo)準(zhǔn)的雙向徑緞組織的層42嵌入上底16中(圖4-B)。
含有硫化玻璃纖維層41、42的鞋底13可以抵抗熱氣體，在短暫的承受猛烈沖擊的過程中可耐815℃的高溫。
本發(fā)明的使用和操作方法從上述的公開中應(yīng)該很明顯，因此不再對(duì)本發(fā)明的使用和操作方法做進(jìn)一步討論。
關(guān)于上述的說明，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的最佳尺寸關(guān)系和原料，包括各種尺寸、原料、形狀、形式、功能及操作、裝配和使用方法，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很明顯、清楚的，并且所有與附圖及說明書中描述的相同的關(guān)系都包括在本發(fā)明中。
因此，上文被認(rèn)為只是對(duì)本發(fā)明的原理的說明。由于對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以有許多的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明不可被局限在圖示或描述出來的具體結(jié)構(gòu)和操作上，所有適合的改進(jìn)和相同的作法都將落入本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種耐猛烈沖擊和耐裂的以聚酯或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯鞋底，包括嵌入其中的保護(hù)材料，其特征在于這種材料嵌入整個(gè)鞋底，并且由至少一層織造聚芳酰胺(Kevlar)層組成，該層的密度小于或等于15盎司/平方碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料由一個(gè)厚的聚芳酰胺(Kevlar)紡織層組成，該層的厚度至少為0.07英寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的鞋底，其中所述的厚的聚芳酰胺層由70-90％沿X-Y方向、10-30％沿足尖至足跟方向被織造成四經(jīng)破緞紋或紗羅組織的聚芳酰胺束組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料包括至少3層聚芳酰胺(Kevlar)織造層，每層的厚度為小于0.06英寸，這些層用聚氨酯材料粘結(jié)在一起。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鞋底，其特征在于構(gòu)成所述的聚芳酰胺層的聚芳酰胺纖維是與聚酯(PET)纖維交織的。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鞋底，其特征在于所述的聚芳酰胺纖維在織造前用以聚酯和/或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯薄薄地涂覆。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鞋底，其特征在于構(gòu)成所述的聚芳酰胺(Kevlar)層的聚芳酰胺纖維是與碳石墨纖維交織的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料包括至少一個(gè)碳石墨纖維層。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料包括至少一個(gè)礦物纖維層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的鞋底，其特征在于所述的礦物纖維由陶瓷纖維組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的鞋底，其特征在于所述的礦物纖維由硫化玻璃纖維組成。
全文摘要
描述了一種耐猛烈沖擊和耐裂的以聚酯或以聚醚為基礎(chǔ)的聚氨酯鞋底(13),它包括嵌入其中的至少由一層聚芳酰胺(Kevlar)織造層(18)組成的保護(hù)材料。一層或多層的石墨纖維、陶瓷纖維、硫化玻璃纖維或礦物纖維可以與聚芳酰胺層交織或被置于聚芳酰胺層之間。
文檔編號(hào)A43B13/42GK1175888SQ9619205
公開日1998年3月11日 申請(qǐng)日期1996年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月1日
發(fā)明者該·安德魯·瓦氏 申請(qǐng)人:該·安德魯·瓦氏