耐猛烈冲击和耐裂的聚氨酯安全鞋鞋底

1.一种耐猛烈冲击和耐裂的以聚酯或以聚醚为基础的聚氨酯鞋底，包括嵌 入其中的保护材料，其特征在于这种材料嵌入整个鞋底，并且由至少一层纺织聚 芳酰胺纤维层组成，该层的密度小于或等于0.5千克/平方米，所述的聚芳酰胺 纤维在被纺织成聚芳酰胺层之前用以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯薄薄地涂 覆。
2.根据权利要求1的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料由一个厚的聚芳酰 胺织造层组成，该层的厚度至少为0.07英寸。
3.根据权利要求2的鞋底，其中所述的厚的聚芳酰胺层由70-90％的 沿垂直于足尖至足跟方向的方向、10-30％沿足尖至足跟的方向被织造成四 经破缎纹或纱罗组织的聚芳酰胺束组成。
4.根据权利要求1的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料包括至少3层聚芳 酰胺织造层，每层的厚度为小于0.06英寸，这些层用聚氨酯材料粘结在一起。
5.根据权利要求1的鞋底，其特征在于构成所述的聚芳酰胺层的聚芳酰胺 纤维是与聚酯纤维交织的。
6.根据权利要求1的鞋底，其特征在于构成所述的聚芳酰胺层的聚芳酰胺 纤维是与碳石墨纤维交织的。
7.根据权利要求1的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料包括至少一个碳石 墨纤维层。
8.根据权利要求1的鞋底，其特征在于所述的嵌入材料包括至少一个矿物 纤维层。
9.根据权利要求8的鞋底，其特征在于所述的矿物纤维由陶瓷纤维组成。
10.根据权利要求8的鞋底，其特征在于所述的矿物纤维由硫化玻璃纤维 组成。

本发明所属领域\n本发明涉及一种鞋底的结构，具体地说涉及一种新型的改进的能够防止高能 高速抛射物刺穿的安全鞋鞋底的结构，这种鞋对人脚提供较大的保护并不过分限 制运动。\n对现有技术的描述\n授予给扎克曼(Zachman)的美国专利No.5,237,758，采用半椭 圆截面，这些截面与相邻环的相邻网在环处交叉，这些相邻环又与径直通过交叉 环的韧性棒交叉，由此最大限度地减少相邻网的横向移动。\n授予给阿利文(Aleven)的美国专利No.5,285,583，采用一种由 塑料构成的包括一个柔韧的前部的保护层，在模制所述的保护层的过程中，其柔 韧的前部有一个内底板与其底面相连和一个纤维衬里与其顶面相连。Aleven所 用的塑料是在最后粘结过程中注射进的熔融塑料。\n由ZEPF H转让给SPORTARRIKELFABRIK UHL GMBH KARL的国际专利申请DE4214802公开了一种多层鞋底， 这种鞋底具有一个步行用的表面，一个缓冲的中间底和一个上层内底。底层( bas e)是一个热塑性塑料模制件或用金属、陶瓷或石墨制成的模制件，复丝有 机或无机增强纤维以衬垫的形式被嵌入其中或被纺织、编织进入模制件的结构中。 在底层的下侧通过注塑成型或挤压形成弹性轮廓部分。底层可以只含有单层的织 造纤维，它的总的厚度是大约0.5mm。\nAleven在鞋底中采用塑料板而达到了增强和抗冲击的目的，纤维网的使用是 为了增强塑料而不是提供抗冲击性。ZEPF H通过注射成型或挤压只能制得 厚度不大于0.5mm的单层织造纤维。Aleven没有对金属、陶瓷或石墨材料进行讨 论。迄今为止，由于刚性和粘结性上的问题，在鞋底的厚度结构上采用芳酰胺 (aramid)、陶瓷或石墨纤维来防止高能高速抛射物刺穿鞋底的技术还没有报道 和实用。\n本发明的概述\n当要求鞋底能保持从足尖到足跟的弯曲度以便于跑、跳及穿越诸如绳梯、爬 升索道、小踏板等障碍物，并且对利物、地坑和小石子具有充分或敏感的感觉时， 现有技术中所述的鞋底不能充分地抵抗猛烈冲击和抛射物。为达到此目的，本发 明提供了一种耐猛烈冲击和耐裂的以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯鞋底，这 种鞋底包括嵌入其中的保护材料，这种材料嵌入整个鞋底并且由至少一层密度小 于或等于5.086×10-1千克/平方米(15盎司/平方码)的织造聚芳酰胺(Kevlar) 组成。织造聚芳酰胺层的密度和层数的增加会增强耐猛烈冲击性能和耐裂性能。\n本发明的目的还在于提供一种由多层聚芳酰胺(Kevlar)层和/或石墨纤维 束很好地粘结在一起的鞋底，尽管聚芳酰胺纤维、石墨纤维与聚氨酯的固有粘结 性很差。由于在织造前各种聚芳酰胺(Kevlar)和/或石墨纤维束的极薄的涂层 和/或由于聚芳酰胺(Kevlar)纤维织造得相对松散或粗糙，聚氨酯可以渗入到 纤维之中，使各个层面很好地粘结在一起，由此防止在随后使用时鞋底的脱层。\n根据本发明，聚芳酰胺(Kevlar)和/或石墨纤维可以在被织造成所需衬里 的形状之前用以聚酯或以聚醚为基础的聚氨酯薄薄地涂覆，这将大大增进聚芳酰 胺与聚氨酯材料的粘结性。\n同样，根据本发明，聚酯纤维，优选是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤 维可以与(涂覆或未涂覆的)聚芳酰胺纤维交织或被交织于(涂覆或未涂覆的) 聚芳酰胺(Kevlar)纤维之间来增进聚芳酰胺与聚氨酯材料的粘结性。\n根据本发明，碳石墨纤维可以与聚芳酰胺(Kevlar)交织或被交织进入聚芳 酰胺层之间来进一步使鞋底增强和硬挺。\n根据本发明，一个由矿物纤维，尤其是陶瓷纤维或硫化玻璃纤维织造的层可 以包含在鞋底里，作为一种绝热隔板来抵抗温度在815-1650℃的热气体。\n附图的简要说明\n结合下面的详细说明将对本发明有更好的理解并使上文所述之外的本发明的 目的变得明显。这种说明是参照下文的附图进行的，其中，\n图1是具有根据本发明的第一种具体的鞋底结构的鞋的纵切面图；\n图1-A是图1中鞋底结构的放大图。\n图2是具有根据本发明的第二种具体的鞋底结构的鞋的纵切面图；\n图2-A是图2中鞋底结构的放大图；\n图3是具有根据本发明的第三种具体的鞋底结构的鞋的纵切面图；\n图3-A是图3中鞋底结构的放大图；\n图3-B是图3-A中所示鞋底结构的替换品的放大图；\n图4是具有根据本发明的第四种具体的鞋底结构的鞋的纵切面图；\n图4-A是图4中鞋底结构的放大图；\n图4-B是图4-A中所示鞋底结构的替换品的放大图。\n对最佳实施方案的描述\n一种具有根据本发明的第一种具体的鞋底结构的鞋，在图1和图1-A中通 常被标示为10。\n鞋10具有标准形状的上部11和一个复合鞋底13。复合鞋底13包括一 个具有底面17的外层聚氨酯鞋底14，一个其中嵌入一层聚芳酰胺层18的中 间底15，以及可选择地有一个上底16。\n这种复合的安全鞋底是采用聚氨酯鞋底工业通常使用的传统的多级模具制备 的。\n首先把以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯注射到复合鞋底的模槽中以形成 外(较低)底14，它的密度一般在500-2000千克/米3范围内。\n移去模具上用于制备外(较低)底的顶板，将一个由聚芳酰胺纤维材料织造 的厚层18放置于仍然在模槽中的外(较低)底14上。\n聚芳酰胺(Kevlar)纤维材料可以在织造前用以聚酯和/或以聚醚为基础的 聚氨酯预先涂覆。聚氨酯涂层能促进聚芳酰胺层与被注射入模槽中的聚氨酯的粘 结或促进聚芳酰胺层被注射进模槽的聚氨酯渗透。\n聚芳酰胺层18的每层织造聚芳酰胺材料的密度为至少1.696×10-1千克/ 平方米(5盎司/平方码)，优选为5.086×10-1千克/平方米(15盎司/平方码)。\n这层厚的聚芳酰胺层18优选为由被织成四经破缎纹或纱罗组织的聚芳纤胺 束组成，这些聚芳酰胺束中70-90％沿从X到Y的方向(垂直于从足尖到足 跟的方向)、10-30％沿从足尖到足跟的方向。\n聚芳酰胺层18的厚度为至少1.778×10-3米(0.07英寸)，更典型的为2.794 ×10-3米(0.11英寸)，是采用最新的7100束直径为1.778×10-3米(0.07 英寸)的Kevlar 49纤维制成的。这种聚芳酰胺纤维的拉伸强度为3.025×107 千克/平方米(43,000磅/平方英寸)，模量为1.337×1010千克/平方米(1 9,000,000磅/平方英寸)。\n布置好聚芳酰胺层18后，将以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯注射到含 有鞋底外底14的模槽中以形成中间底15。注射到模具里的聚氨酯的典型密度 是小于1000千克/米3。\n由于聚氨酯渗透进入或经过聚芳酰胺层18，在外(较低)底14与中间底 15之间形成很好的粘结，而聚芳酰胺层18被夹在中间。\n至此，上部11可以直接与聚氨酯复合底13相连，复合底13包括外(较 低)底14和中间底15，还可以在中间底之上加一第三上底16以增加鞋的舒 适感。后一种情况，是在如上所述的外(低)底14和中间底15留在模槽中时， 向其中注射入以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯，并直接注到中间底15上面。\n按上述方法制备的含有优选为5.086×10-1千克/平方米(15盎司/平方 码)的聚芳酰胺层18的鞋底13可以有效地提供抵抗60粒速度为4.115×102 米/秒(1350英尺/秒)的抛射物的猛烈冲击和撞裂的能力。同时这种鞋底 可以很好地保持从足尖到足跟的弯曲度以便于跑、跳及穿越诸如绳梯、爬升索道、 小踏板等障碍物，并防止在随后的使用时鞋底脱层。\n一种具有根据本发明的第二种具体的鞋底结构的鞋，在图2和图2-A中被 标示为20。\n在这一实施方案中，相似的特征采用与上例相同的标号，鞋底13具有更多 的由聚芳酰胺材料构成的层18。\n如图2-A所示，外底可以包括不超过两层的聚芳酰胺层18。中间底15 一般含有2到6层的聚芳酰胺纤维，典型为3层，如图2-A中所示。\n为制备图2和图2-A所示的鞋底，将2层聚芳酰胺织造层18放置于制备 外(较低)底14的模槽中。\n聚芳酰胺层18优选为由直径为2.540×10-4米(0.01英寸)的聚芳酰胺纤 维组成。将这种纤维织造成厚度小于1.524×10-3米(0.06英寸)，更典型的是 大约1.016×10-3米(0.04英寸)的层。\n然后将以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯注射到复合鞋底模槽中以形成外 (较低)底14，由此，外底14的典型密度在500-2000千克/米3范 围内。\n移去用于制备外(较低)底14的模具顶板，将2-6层与嵌入外(较低) 底14中相同的聚芳酰胺(Kevlar)纺织材料层18加到仍处于模槽底部的外(较 低)底14上面。\n此时，向模槽中注射以聚酯和/或聚醚为基础的聚氨酯以形成中间底15， 如此得到的聚氨酯层的典型密度为小于1000千克/米3。\n由于聚氨酯渗入或经过聚芳酰胺层18，在外(较低)底14和中间底15 之间形成了很好的粘结，而聚芳酰胺层18被夹在其中。\n至此，上部11可以直接与聚氨酯复合底13相连，复合底13包括外(较 低)底14和中间底15，或者还可包括一第三聚氨酯上底16以增加鞋的舒适 感，这一效果可通过下述方法达到：把外底和中间底(如上所述制备的)留在模 槽中，向中间底15上面注射以聚酯和/或以聚醚为基础的聚氨酯。\n采用上述方法制备的鞋底与第一个实施方案中的鞋底相比，由于具有多层的 聚芳酰胺层，能更有效地耐猛烈冲击和耐裂。\n本发明的第三个实施方案是，如图1和图2所示鞋底中的聚芳酰胺层18是 聚芳酰胺与聚酯(PET)纤维交织而成的，鞋底的制备方法同上。\n采用聚芳酰胺与聚酯(PET)纤维交织的优点是可以进一步增加聚氨酯对 嵌入层18的粘结性。\n本发明的第四个实施方案是，如上述实施方案中描述的聚芳酰胺层18进一 步与碳石墨纤维交织，这种碳石墨纤维含有12,000根纤维束，拉伸强度为 3.306×108千克/平方米(470,000磅/平方英寸)，模量为2.462×1010千 克/平方米(35,000,000磅/平方英寸)。鞋底的制备方法同上。\n采用碳石墨纤维交织的优点是进一步增加鞋底的强度和硬度，并增进耐磨损 性。\n本发明的下一个实施方案在图3和图3-A中被标示为30，鞋底13是采 用如上所述的同样的方法制备的，只是在中间底15中加入了一层由复合陶瓷纤 维与聚芳酰胺纤维织造而成的层31。\n所述的陶瓷纤维织造层优选为包括直径为1.270×10-3米(0.05英寸)的陶 瓷纤维，这些陶瓷纤维的70-90％延X-Y方向(垂直于从足尖到足跟的方 向)被织成四经破缎纹或纱罗组织，10-30％延足尖到足跟的方向被织造。 这一层被嵌入到聚芳酰胺(Kevlar)层18上面的中间底中(见图3-A)。另 一种情况是，如图3-B所示，将一薄层由陶瓷/聚芳酰胺纤维形成的优选为 由标准的双向织纹组成的复合层32嵌入到上底16中。\n含有这一由陶瓷/聚芳酰胺纤维形成的复合层32的鞋底可以抵抗热气体， 在非常短暂的承受猛烈冲击的过程中可耐1650℃的高温。\n在本发明的进一步的实施方案40中，一个硫化玻璃纤维复合物层可以被加 到中间底或上底15、16中(见图4，4-A，和4-B)。\n一层由直径为1.270×10-3米(0.05英寸)的硫化玻璃纤维形成 的层41被嵌入聚芳酰胺(Kevlar)层18上面的中间底中(图4-A)， 其中70-90％的硫化玻璃纤维沿X-Y方向(垂直于足尖至足跟的 方向)被织造成四径破缎纹或纱罗组织，10-30％的硫化玻璃纤维 沿足尖至足跟的方向被织造。或者，将一个由硫化玻璃纤维形成的较薄 的6.350×10-4米(0.025英寸)，优选为具有标准的双向径缎组织的层4 2嵌入上底16中(图4-B)。\n含有硫化玻璃纤维层41、42的鞋底13可以抵抗热气体，在短暂的承受 猛烈冲击的过程中可耐815℃的高温。\n本发明的使用和操作方法从上述的公开中应该很明显，因此不再对本发明的 使用和操作方法做进一步讨论。\n关于上述的说明，应该认识到，本发明的最佳尺寸关系和原料，包括各种尺 寸、原料、形状、形式、功能及操作、装配和使用方法，对于本领域的技术人员 来说是很明显、清楚的，并且所有与附图及说明书中描述的相同的关系都包括在 本发明中。\n因此，上文被认为只是对本发明的原理的说明。由于对本领域的技术人员来 说，可以有许多的改进和变化，因此本发明不可被局限在图示或描述出来的具体 结构和操作上，所有适合的改进和相同的作法都将落入本发明的范围中。