專利名稱：安全鞋用輕型鞋頭襯材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝入安全鞋腳尖部分的鞋頭襯材。
安全鞋的鞋頭襯材是保護穿鞋人的腳尖部分免受因重物落下等的壓迫及沖擊等的外部負(fù)荷。因此，要求該鞋頭襯材的性能，如強度與剛性是極其重要的。
所述鞋頭襯材，已由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS T8101)作了如下規(guī)定，即作為重作業(yè)用(H種)及普通作業(yè)用(S種)革制安全鞋，應(yīng)使用鋼(SK7)或與鋼具有同等以上強度的金屬材料。還有，作為輕作業(yè)用(L種)革制安全鞋，使用金屬材料或塑性材料，一般說來，使用鋼的，最多。
然而，使用這些材料，存在下列問題，即鋼制的鞋頭襯材重量重，從而使整個安全鞋變重，長時間穿著，使穿鞋人感到疲倦，不利于作業(yè)等。
還有，最近，要求這種鞋也要有新的設(shè)計性，提供運動鞋型的安全鞋。然而，盡管對于鞋底和鞋面材料的輕量化下了工夫，但由于鞋頭襯材仍然直接使用鋼制的，所以腳尖的重量重，鞋的重量失衡，因而存在著難于行走，且易于疲勞的問題。
現(xiàn)在的實際情況是，為了解決上述問題，迄今已提出過用各種樹脂制或用纖維增強樹脂復(fù)合材料制鞋頭襯材的方案，但仍未得到滿意的材料。
據(jù)文獻報導(dǎo)，作為纖維增強樹脂復(fù)合材料制的安全鞋頭襯材，有使用由玻璃纖維等增強纖維制成的織物、編織物和氈網(wǎng)狀物等與熱固性樹脂或熱塑性樹脂經(jīng)復(fù)合而制成的纖維增強復(fù)合材料，通過加壓成形等制成安全鞋頭襯材。
例如，在(1)實開昭54-171947號公報中，報導(dǎo)了利用以碳纖維和玻璃纖維或有高彈性的有機纖維作為增強材料的合成樹脂復(fù)合材料作為保護腳尖部分的安全鞋。
還有，在(2)實公昭61-42402號公報中，報導(dǎo)了將以熱塑性樹脂母體復(fù)合玻璃長纖維而制成的基材經(jīng)過加熱加壓制成安全鞋的鞋頭襯材，該種襯材是一種在鞋頭襯材的腳面前端形成向外凸出的薄部分的復(fù)合增強樹脂制的安全鞋頭襯材。
還有，在(3)實開昭62-64304號公報中，報導(dǎo)了鞋頭襯材部分是由長纖維增強樹脂制成的安全鞋。
還有，在(4)特開平5-147146號公報中，報導(dǎo)了將以增強纖維制成的織物或編織物增強的纖維增強熱塑性樹脂層與無規(guī)纖維氈網(wǎng)狀物增強的纖維增強熱塑性樹脂層制成夾層狀結(jié)構(gòu)的成形用板材，經(jīng)加熱加壓成形而制成安全鞋鞋頭襯材。
還有，在(5)特開平5-269002號及特開平6-141908號公報中，報導(dǎo)了利用含有在一個方向上相一致的長纖維的樹脂薄板，并將該樹脂薄板沿多方向重疊，從而以整體構(gòu)成由多層結(jié)構(gòu)、多方向增強的樹脂板制成纖維增強樹脂鞋頭襯材。
還有，在(6)6-245804號公報中，報導(dǎo)了制造在由增強纖維與熱塑性樹脂組成的復(fù)合材料的中心部分或兩面具有7-200篩孔的金屬網(wǎng)的基材，并以該基材制成安全鞋頭襯材。
然而，在所有上述已有的纖維增強樹脂復(fù)合材料制的安全鞋頭襯材中，留有如下課題。在上述(1)、(2)、(3)的實用新型中，雖然報導(dǎo)了利用長纖維增強的樹脂復(fù)合材料而制得的鞋頭襯材，但是只不過都是使用長纖維增強的樹脂復(fù)合材料。利用這種材料所制成的安全鞋頭襯材無法充分滿足日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的革制安全鞋(JIS T8101)的普通作業(yè)用S種規(guī)格所規(guī)定的性能，尤其強度與剛性。
也即是說，在所述的(1)、(2)、(3)的說明書中，均未明確地指出纖維增強樹脂復(fù)合材料的制法。因此，可認(rèn)為所述各種纖維增強樹脂復(fù)合材料，在其申請時，是采用已知的常規(guī)方法制作的。
上述的所謂常規(guī)方法，系指如該專業(yè)人員所了解的那樣，用樹脂浸漬由增強纖維所制成的織物、編織物或無規(guī)纖維氈網(wǎng)狀物(短玻璃纖維氈網(wǎng)、旋渦氈網(wǎng)等)，制得板狀纖維增強樹脂復(fù)合材料的方法。
在作為所述樹脂使用熱固性樹脂時，由于該熱固性樹脂可在廣泛范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其粘度，所以利用所述的常規(guī)方法可比較簡單地得到板狀纖維增強樹脂復(fù)合材料。
然而，熱固性復(fù)材料與熱塑性復(fù)合材料相比，性脆，且沖擊強度差，因此，不適于用作安全鞋用的鞋頭襯材。還有，從縮短成型周期，再循環(huán)容易以及作業(yè)環(huán)境的凈化等觀點來看，熱塑性樹脂的復(fù)合材料比熱固性樹脂的復(fù)合材料更有希望。
另一方面，在作為纖維增強樹脂復(fù)合材料的樹脂使用熱塑性樹脂時，用常規(guī)方法使該熱塑性樹充分浸漬在由增強纖維制的織物、編織物或無纖維氈綱狀物中，是極端困難的。這是因為該熱塑性樹脂熔融時的粘度高的原因所致。
例如，若使用稱之為薄膜積層方法的常規(guī)方法，使熱塑性樹脂充分浸漬增強纖維，則需要極高的成形壓力和較長的成形時間，成本變得非常高。還有，使用這種方法難于使增強纖維的含有率變高。也就是說，使用這種方法不能夠同時滿足降低成本及提高浸漬性的雙方。因此，欲使成本方面優(yōu)先，則只能得到熱塑性樹脂的浸漬狀態(tài)不充分的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料，從而也不能滿足形成該復(fù)合材料的安全鞋用鞋頭襯材的機械特性。
還有，作為使熱塑性樹脂浸漬增強纖維的另一種常規(guī)方法，即讓增強纖維間載有樹脂粉末，并在這種狀態(tài)下使該樹脂熔融的浸漬方法。然而，該方法為使樹脂作成粉末而導(dǎo)致成本上升。還有，使由增強纖維制的織物、編織物以及無規(guī)纖維氈網(wǎng)狀物均勻地持有粉末樹脂，是非常因難的。因而，尤其是增強纖維的縱向間容易產(chǎn)生樹脂附著量的差異，用這種復(fù)材料制成的安全鞋用鞋頭襯材不能滿足對其機械特性的要求。
再有，在所述(2)實公昭61-42402號的實施例中，報導(dǎo)了在平均厚度2.5mm的腳面的前端設(shè)置的薄部分的鞋頭襯材具有600kg的壓迫破壞強度，可與鋼制的鞋頭襯材強度相媲美。
然而，JIS T8101所要求的鞋頭襯材性能，不是破壞強度，而是在負(fù)載給定負(fù)荷的狀態(tài)下保護腳尖所需的鞋頭襯材的低面與弓形后端部分變位最大部位的間隙(以下將其稱為殘留高度)。即是說，在JIS T8101中，用于普通作業(yè)用的S種的鞋頭襯材在負(fù)載1100kgf的載重的情況下，需要所述殘留高度為22mm以上，用于輕作業(yè)用的L種的鞋頭襯材在負(fù)載450kg的負(fù)荷的情況下，需要所述殘留高度為22mm以上。因而，破壞負(fù)荷已超出這些數(shù)值，所以殘留高度不限于確保22mm以上。
這樣，已有的發(fā)明與設(shè)計方案所涉及的，僅以破壞強度為對象。還有，若所述的(1)、(2)及(3)實用新型中所述的鞋頭襯材考慮申請時的常規(guī)方法，則其物性是不充分的。因而，很顯然，所述已有的鞋頭襯材均難以滿足JIS T8101所規(guī)定的普通作業(yè)的S種和輕作業(yè)用的L種的規(guī)格。
為了解決這些物性問題，所述(4)的特開平5-147146號公報提出，將由增強纖維制成的織物或編織物增強的纖維增強熱塑性樹脂層，和由無規(guī)纖維氈網(wǎng)狀物增強的纖維增強熱塑性樹脂層，作成夾層結(jié)構(gòu)而進行成形用的板材，再經(jīng)過加熱、加壓而制成安全鞋的鞋頭襯材。根據(jù)該公報報導(dǎo)，利用已有的氈網(wǎng)或無紡布增強的成形用板狀材制成的成形品強度低，不適于作安全鞋鞋頭襯材所要求的高強度的用途。因此，提出將由增強纖維制的織物或編織物增強的纖維增強熱塑性樹脂層，與由無規(guī)纖維氈網(wǎng)狀物增強的纖維增強熱塑性樹脂層作成夾層結(jié)構(gòu)的材料。
然而，在制成這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)時，不僅需要花費制夾層(復(fù)合)的工夫，而且還由于使用織物等而成本變高。還有，在成形時，為了使織物增強材料不發(fā)生折痕或摺皺，需要復(fù)雜形狀的進料材料。因此，在將板材切成這樣的材料時，材料損失多，從而便發(fā)生導(dǎo)致增加鞋頭襯材成本的問題。還有，該公報報導(dǎo)的鞋頭襯材是為滿足L種規(guī)格的。因而，具有這種復(fù)雜夾層結(jié)構(gòu)的材料只可滿足L種規(guī)格，距滿足S種規(guī)格的性能要求，相差甚遠(yuǎn)。
在(5)的特開平5-269002號及特開平6-141908號公報中，報導(dǎo)了將含有與一個方向相一致的長纖維的樹脂薄板沿多方向復(fù)合，制成由整體形成的具有多層結(jié)構(gòu)、多方向性的增強樹脂板構(gòu)成的纖維增強樹脂的鞋頭襯材。在該公報中記載如下，即只由長纖維增強的樹脂鞋頭襯材在強度上對JIS T8101所規(guī)定的L種或S種來說，都是不充分的。就這一點而言，該公報所記載的鞋頭襯材，在將單向增強型的樹脂板材經(jīng)多向復(fù)合之后，在進行鞋頭襯材成形時，在其側(cè)壁面上傾斜的長纖維面向垂直方向。因此，可使強度增大。
然而，在進行鞋頭襯材成形時，由于將增強樹脂板材加熱到樹脂熔融點以上，便產(chǎn)生如下問題。即，在進行鞋頭襯材成形時，樹脂對增強纖維無約束力，成形時，通過樹脂的流動，增強纖維的排列發(fā)生混亂。這意味著，在板材的狀態(tài)下，增強纖維是按一定方向排列的，而在成形品鞋頭襯材的階段下，增強纖維的排列則無法控制。因而，該公報所述的鞋頭襯材，性能不穩(wěn)定，也影響成品率，其結(jié)果導(dǎo)致成本高的問題。還有，該公報所述的鞋頭襯材也提出以滿足L種規(guī)格為目的。因而，即使可滿足如L種的規(guī)格，但距滿足S種的規(guī)格，仍相差甚遠(yuǎn)。
還有，在(6)的特開平6-245804號公報中，提出在由增強纖維與熱塑性樹脂組成的復(fù)合材料的中心部分或兩面形成具有7-200篩孔金屬網(wǎng)層的基材，將該基材加熱、加壓制成安全鞋的鞋頭襯材。該公報所述的鞋頭襯材是以滿足S種規(guī)格為目的。該公報指出，只以纖維增強熱塑性樹脂，不可能得到滿足S種規(guī)格的高強度的鞋頭襯材，因此需用給定篩孔的金屬網(wǎng)來對其增強。
然而，由于放入金屬網(wǎng)，使纖維增強熱塑樹脂的制造工藝復(fù)雜，并且由于金屬網(wǎng)價格貴，所以成本提高了。還有，如上所述，在進行鞋頭襯材成形時，樹脂處于熔融狀態(tài)，因此，纖維增強熱塑性樹脂流動。另一方面，由于所述金屬網(wǎng)不流動。因此，金屬網(wǎng)不能遍及到成形品的各個角落，從而成形品的特性不穩(wěn)定。
再有，金屬網(wǎng)突破熔融態(tài)的纖維增強熱塑性樹脂，并在成形品表面上露出，而有傷損模具的問題。另外，還有金屬網(wǎng)變形而無法效仿鞋頭襯材的深拉的形狀，從而成形變得非常困難。還有，該公報中只有記載壓迫強度超過1100kgf，沒有談及殘留高度能否達到22mm。從而，該公報所述的鞋頭襯材末必滿足S種的規(guī)格。
如上所述，由已有技術(shù)制的鞋頭襯材，只是根據(jù)強迫強度來檢查強度。若根據(jù)所述各公報的記載，則不能認(rèn)為這些鞋頭襯材可滿足JIST8101所規(guī)定的普通作業(yè)用S種規(guī)格的性能。
為了滿足所述S種的規(guī)格，負(fù)載1100kgf的負(fù)荷時的殘留高度應(yīng)為22mm以上，而且要求不能引起致命的破壞。這里所謂的致命破壞，系指發(fā)生在鞋頭襯材上的這樣的破壞，即再繼續(xù)加超過上述的負(fù)荷，負(fù)荷值也不上升。于是，導(dǎo)致該致命破壞的負(fù)荷，是以前所說的壓迫強度。因而，作為滿足所述S種的規(guī)定所需的鞋頭襯材壓迫強度，必然要比1100kgf具有相當(dāng)高的強度。
本發(fā)明的目的在于，提供一種解決上述已有的問題，滿足安全鞋鞋頭襯材的JIS T8101的普通作業(yè)用S種規(guī)格所規(guī)定的性能，同時與已有的鋼制鞋頭襯材相比可達到大幅度輕量化的安全鞋用的輕型鞋頭襯材。
本發(fā)明人鑒于上述情況，進行銳意研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)了一種可供制造大幅度減輕重量、且作業(yè)性能優(yōu)良的安全鞋用鞋頭襯材的材料。
本發(fā)明具有如下構(gòu)成。
1)一種安全鞋用輕型鞋頭襯材，裝在安全鞋內(nèi)，以保護穿鞋人免受外部的負(fù)荷，其特征在于，由纖維增強熱塑性復(fù)合材料所構(gòu)成，滿足JIS T8101的革制安全鞋普通作業(yè)用S種規(guī)格所規(guī)定的性能，且其每一個重量為45克以下。
2)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，按照J(rèn)IS T8101鞋頭襯材單體的壓迫試驗，在負(fù)載1100kgf時的鞋頭襯材的底面與弓形后端最大的變位處的間隙為25mm以上。
3)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，在鞋頭襯材的厚度分布中，與鞋頭上升部分的厚度相比，由上升部分向頂部過渡的肩部的厚度變厚。
4)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，所使用的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料是單層的，而且該復(fù)合材料中的增強纖維為非定向分布。
5)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，所使用的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的增強纖維的平均纖維長度為10mm-50mm。
6)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，所使用的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的增強纖維體積含有率為40％-60％。
7)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，所使用的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的增強纖維為玻璃纖維。
8)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，所使用的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的熱塑性樹脂為尼龍6、聚丙烯或聚丙烯共聚物、或含異構(gòu)體的聚烯烴類的樹脂。
9)本安全鞋用輕型鞋頭襯材，所使用的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料是將帶狀的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料切成長度10mm-50mm，使其非定向地分散開并堆積，并將其加熱及加壓成形而制成板狀，然后，通過壓模成形將板狀的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料制成鞋頭襯材。
以下對附圖作簡單說明。


圖1為本發(fā)明一實施例中的安全鞋用鞋頭襯材剖面的略圖。
圖2為已有的復(fù)合材料制安全鞋用輕型鞋頭襯材剖面略圖。
以下對附圖中符號說明。
1-頂部；2-上升部分；3-肩部；4-弓形后端；5-底面。
本發(fā)明的實施方式如下。
鞋頭襯材的性能由其構(gòu)成的材料強度、彈性模量以及耐沖擊性能等的性能與鞋頭襯材形狀所左右。即使使用材料物性低的材料，也可得到滿足JIS所規(guī)定的S種規(guī)格的鞋頭襯材，但是厚度非常厚，達不到使用樹脂的最大目的—輕量化，而且從設(shè)計上來說，亦不適用。
為了改善安全鞋的前后重量平衡，提供一種容易行走，且不易疲倦的安全鞋，對于現(xiàn)在所使用的鋼制的鞋頭襯材，至少使其重量減輕25％，需要規(guī)定其每一個的重量為45克以下。若超過這個重量以上，則會使腳尖感到重，難于行走，易于疲倦。為了獲得行走輕松的感覺，其重量最好在40克以下，25克-40克更好。
為了使鞋頭襯材重量變輕，最好是把鞋頭襯材的厚度作薄，但是，若做薄，則易變形，因而無法滿足所述JIS中對S種規(guī)定所規(guī)格的性能。所謂該S種規(guī)格所規(guī)定的性能，在鞋頭襯材單體的壓迫性能方面，負(fù)載1100kgf時的鞋頭襯材的底面與弓形后端變位最大處的間隙為22mm以上。但是，與此同時，作為實際問題，在鞋中裝入鞋頭襯材的安全鞋狀態(tài)的性能，是重要的。按照要求安全鞋狀態(tài)的性能為負(fù)載1100kgf時安全鞋的殘留高度(中底上面與鞋頭襯材頂部下面的間隙)為15mm以上。
本發(fā)明人經(jīng)過銳意研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)安全鞋狀態(tài)的殘留高度對于鞋的結(jié)構(gòu)，尤其對鞋底結(jié)構(gòu)有極大影響。在鞋底的厚度薄時，負(fù)載1100kgf時的鞋頭襯材的嵌入小，所以容易確保鞋狀態(tài)的殘留高度，但穿著的感覺變壞。另一方面，若使鞋底的厚度變厚，則穿著的感覺變好。反之，由于負(fù)載1100kgf時鞋頭襯材的嵌入變大，則難于確保鞋狀態(tài)的殘留高度。特別是最近，為了改善安全鞋的穿著感覺，鞋底的材料變?nèi)彳?，就更難于確保鞋狀態(tài)的殘留高度。
考慮到上述這些情況，則可推薦在鞋頭襯材的壓迫性能方面，負(fù)載1100kgf時的殘留高度為25mm以上。28mm以上是理想的，28mm到35mm更好，可在鞋底設(shè)計上有變化，可提供一種穿著感覺良好的安全鞋。
可認(rèn)為，作為確保鞋狀態(tài)的殘留高度的簡易方法，是提高鞋頭襯材自身的高度，若過度地提高其高度，不僅會損壞設(shè)計性(美感)，也會使鞋頭襯材的重量變重。因而，重要的是，不使鞋頭襯材的高度變高，并使其重量保持在45克以下，同時尤其在鞋頭襯材單體的壓迫性能方面，使負(fù)載1100kgf時的殘留高度確保為25mm以上。
為了達到這一目的，如上所述，用于鞋頭襯材的材料性能和鞋頭襯材的形狀及其厚度分布即成為重要的因素。在負(fù)載負(fù)荷時，能合理分散鞋頭襯材上所發(fā)生的應(yīng)力，將發(fā)生最高應(yīng)力的部分的厚度作厚，而在沒有發(fā)生這樣大應(yīng)力的部分的厚度作薄，通過采用此種厚度偏差結(jié)構(gòu)，可最小限度地控制鞋頭襯材重量的增加，并使負(fù)載負(fù)荷時的變形小，可提供一種設(shè)計性能優(yōu)良的鞋頭襯材。具體地說，如圖1所示，將發(fā)生應(yīng)力最高的部分鞋頭襯材肩部3的厚度作得最厚，而且由于該鞋頭襯材肩部3的變形而變位量變得最大，而將自身無太大變形的頂部1的厚度作得薄，這種制法是理想的。
在這一點上，已有的鞋頭襯材，如前所述，只是把提高壓迫破壞強度作為重點，因此，如圖2所示，一般是鞋頭襯材的上升部分2的厚度為最厚，而由肩部3至頂部1的厚度是逐漸減少。
然而，重要的是，將鞋頭襯材重量的增加控制到最小限度，同時可使變位量變小。即是說，如圖2所示的已有鞋頭襯材那樣，支撐負(fù)荷的鞋頭襯材升起部分的厚度，尤其腳尖的升起部分2的厚度作得厚，可提高鞋頭襯材的壓迫強度，但是這不能控制頂部1的變位量變小。為了使頂部1的變位量變小，如圖1所示，與其讓升起部2的厚度變厚，莫如讓肩部3的厚度變厚更為有效。
為了采用上述的厚度偏差結(jié)構(gòu)，在進行鞋頭襯材成形時，需要材料有良好的流動性。為此，在本發(fā)明中采用纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料。本發(fā)明人推薦本發(fā)明安全鞋用輕型鞋頭襯材為單層，并推薦其增強纖維為非定向分散的、所謂無規(guī)增強型的。如前面已有技術(shù)部分所述那樣，作為解決物性問題的簡易方法，也可使用連續(xù)增強纖維，但是，據(jù)此可考慮產(chǎn)生板狀材料的制造成本或鞋頭襯材成形問題等其他的問題。
也即是說，例如通過織物與無規(guī)纖維氈網(wǎng)狀物的復(fù)合，提高材料的物性。反之，在板狀材料的制造工藝過程中，由于復(fù)合不同增強形態(tài)的材料而導(dǎo)致制造成本的上升。還有，在進行鞋頭襯材成形時，材料向模具中送料是困難的，且容易發(fā)生使織物起皺等成形上的問題。與此相反，如前所述，作為板狀材料，若使用無規(guī)增強型單層，由于其成形流動性良好，容易將鞋頭襯材形狀制成厚度偏差的結(jié)構(gòu)，因此，鞋頭襯材的合理設(shè)計成為可能，從而可制得重量輕、性能好的鞋頭襯材。
還有，該增強纖維最好是無捻的，這是因為熱塑性樹脂容易向該增強纖維上浸漬。
還有，為了達到本發(fā)明的目的，需要使用具有高物性的材料。具體說來，推薦本發(fā)明人曾申請的特開平7-164439號公報所示的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料。這種板狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料是一種將帶狀的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料切成長度10mm-50mm，使其非定向分散而堆積，并將其加熱、加壓所得到的無規(guī)增強型板狀材料。所述的帶狀材料有各種尺寸，例如，可使用寬度為5mm-30mm，最好是5mm-20mm，而且厚度為0.1mm-0.5mm，最好是0.1mm-0.2mm的材料。
這樣，就可以通過采用預(yù)見制成帶狀的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料，制成用已有的方法(即將增強纖維織物、編織物或無規(guī)纖維氈狀物浸漬熱塑性樹脂的方法)無法制作的、高纖維含有率的板狀材料，而且可得到浸漬狀態(tài)良好的材料。因而，將這樣的板狀材料成形而得到安全鞋用鞋頭襯材，并提高使得其性能。
上述的無規(guī)增強型板狀材料，從其制造方法可知，是單層的。這里所謂的單層系指無增強形不同纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料復(fù)合的明顯層或不同種材料的混入。例如，織物增強與無規(guī)增強型復(fù)合的，或者將一方向增強進行多方向復(fù)合的，等等，由于具有復(fù)合的明顯層而不是單層。還有，在纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中，設(shè)有以增強為目的金屬網(wǎng)等不同種材料的，也不是單層。本發(fā)明的將上述單層板狀材料加熱及加壓成形而制得的安全鞋用輕型鞋頭襯材，無疑是單層的。
上述板狀材料及其經(jīng)加熱和加壓成形而制得的本發(fā)明的安全鞋用輕型鞋頭襯材中的增強纖維的平均長度，最好是10mm-50mm。若纖維長度低于10mm，則其增強效果小，因此得不到性能優(yōu)良的鞋頭襯材。反之，若為提高其性能，而使其厚度變厚，則達不到大幅度輕量化的目的。另一方面，若纖維長度超過50mm而制造板狀材料時，在將切成帶狀的材料進行非定向分散和堆積的工藝過程中，難于非定向均勻地進行分散。因此，如像安全鞋用鞋頭襯材那樣，在進行制造較小尺寸的成形品時，則成形品中增強纖維的排列狀態(tài)發(fā)生偏差，從而不可能得到性能穩(wěn)定的鞋頭襯材。
上述板狀材料及其經(jīng)加熱和加壓成形而制得的安全鞋用鞋頭襯材中的增強纖維占有率，按體積計算，最好是40％-60％。若纖維含有率低于40％，則其增強效果小，因此得不到性能優(yōu)良的鞋頭襯材。反之，若為提高其性能而使其厚度變厚，則達不到大幅度輕量化的目的。另一方面，若纖維含有率超過60％，在用板狀材料制造安全鞋用鞋頭襯材時，材料的流動性極差，便產(chǎn)生了所謂的貼邊部分強度低的成形品，在最壞的時候，由于短射還會造成不能形成正規(guī)成形品的形狀。因而，在考慮鞋頭襯材性能與成形流動性的平衡時，上述纖維含有率45％-55％為更好。
上述板狀材料及其經(jīng)加工和加壓成形而制得的安全鞋用鞋頭襯材所使用的增強纖維，例如有玻璃纖維、碳纖維或以芳族酰胺纖維為代表的具有高彈性的有機纖維等，但是，這里并不受上述纖維的限制。在上述的纖維中，主要是使用玻璃纖維，在玻璃纖維中并用碳纖維或芳族酰胺纖維也很好。尤其應(yīng)指出，在重視成本的情況下，只使用玻璃纖維會更好。為了使熱塑性樹脂容易向該增強纖維上浸漬，最好使增強纖維盡可能地不要捻。還有，為了使增強纖維與熱塑性樹脂容易粘接，最好進行表面處理。
雖然上述增強纖維中所浸漬的熱塑性樹脂沒有特別的限制，但從其物性、成形性能及成本等觀點來看，可列舉聚丙烯及其共聚物以及含其異構(gòu)體等的聚烯烴類樹脂，尼龍6、尼龍66或尼龍12等聚酰胺類樹脂，聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酸以及含有其共聚物等的聚酯類樹脂，聚碳酸酯、聚苯硫化物，或?qū)⑸鲜鰺崴苄詷渲瑑煞N以上并用的聚合物合金等，作為最佳實施例。在上述樹脂中，從成形性、成本及重量輕的觀點來看，可推薦尼龍6、聚丙烯及聚丙烯共聚物或含異構(gòu)體等的聚烯烴類樹脂。還有，在上述熱塑性樹脂中，根據(jù)使用目的，可添加抗氧劑、防水解劑等各種添加劑、各種填料及顏料等。
作為由上述板狀材料制成本發(fā)明的安全鞋用輕型鞋頭襯材的方法，可列舉通常的壓制成形和壓模成形等方法。壓模成形是一種成形周期極短的成形方法，可最好使用。所謂該壓模成形方法，就是將所使用的材料切成由所述板狀材料制成安全鞋用鞋頭襯材所需的形狀(進料形)，然后用紅外加熱器等加熱方法加熱到構(gòu)成板狀材料的熱塑性樹脂軟化點或熔點以上的溫度，并迅速地將其送入模具，利用合模而制得安全鞋用鞋頭襯材。所述模具溫度保持在所述熱塑性樹脂軟化點或熔點以下的溫度，在模具內(nèi)成型品被冷卻和固化。還有，模具溫度因所使用的熱塑性樹脂不同而不同，可選擇適于各種樹脂的溫度。
實施例以下列舉實施例，具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于這些實施例。還有，對實施例評價如下。
安全鞋及安全鞋用鞋頭襯材的壓迫試驗，是根據(jù)JIST8101普通作業(yè)用S種規(guī)格，利用萬能精密型拉伸試驗機負(fù)載壓迫負(fù)荷，通過膠泥測定了1100kgf負(fù)載時的殘留高度。
實施例1通過模具得到使連續(xù)的玻璃纖維束浸漬熔融聚丙烯、寬度20mm、厚度0.13mm、纖維體積含有率50％的帶狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料。利用閘刀式剪切機對其進行剪切，切成長度20mm，并使其非定向分散而堆積在模具之中，用加熱冷卻壓，在成形溫度220℃、成形壓力10kgf/cm2、成形時間5分鐘的條件下，進行加熱熔融。此后，冷卻到100℃，得到厚度3.5mm的無規(guī)增強型板狀材料。
將所述板狀材料切成給定形狀，通過紅外線加熱器將聚丙烯加熱到完全熔融的220℃，將其迅速地送到模具中，在模具溫度100℃、成形壓力70kgf/cm2、成形時間30秒的條件下，進行壓模成形，得到安全鞋用鞋頭襯材。厚度分布如圖1所示，成為厚度偏差的結(jié)構(gòu)，其重量為37g/個，在負(fù)載1100kgf條件下鞋頭襯材單體的殘留高度為29.2mm。
將所得到的輕型鞋頭襯材裝入安全鞋內(nèi)，通過注射法制得安全鞋。在裝入鞋內(nèi)狀態(tài)下的殘留高度為17.5mm，充分滿足了JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能。尤其，對該規(guī)定的性能尚有余地，從而可以說，這是一種可進一步改善穿著感覺的優(yōu)良鞋頭襯材。
實施例2通過模具得到使連續(xù)的玻璃纖維束浸漬熔融尼龍6、寬度20mm、厚度0.13mm、纖維體積含有率50％的帶狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料。與實施例1相同，將該材料切成長度20mm，并使其非定向分布而堆積在模具之中，用加熱冷卻壓，在成形溫度250℃、成形壓力10kgf/cm2、成形時間5分鐘的條件下，加熱熔融。此后，冷卻到150℃，得到厚度3.5mm無規(guī)增強型板狀材料。
將所述板狀材料切成給定形狀，通過紅外加熱器將尼龍6加熱到完全熔融的250℃，將其迅速地送入模具中，在模具溫度150℃、成形壓力70kgf/cm2、成形時間30秒的條件下，進行壓模成形，得到安全鞋用鞋頭襯材。厚度與實施例1相同，其重量為39克/個。在1100kgf絕對干狀態(tài)下的鞋頭襯材單體的殘留高度為29.7mm。如所周知，尼龍6是容易吸濕的樹脂，一吸濕，物性就降低。其吸濕量以公定含水率為標(biāo)準(zhǔn)，在尼龍6的情況下，為4.5％。因此，在對鞋頭襯材的樹脂部分吸溫4.5％，對吸濕后的殘留高度進行評價時，為28.6mm。
分別在絕對干的狀態(tài)和吸濕4.5％吸濕狀態(tài)下，將所得到的輕型鞋頭襯材裝入安全鞋內(nèi)，通過注射法制成作安全鞋，在裝入鞋內(nèi)狀態(tài)下的殘留高度，絕對干的狀態(tài)為18.7mm，4.5％吸濕率的狀態(tài)為16.7mm。無論絕對干狀態(tài)或者是吸濕狀態(tài)均充分地滿足所述JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，尤其，對該規(guī)定的性能還有余地，從而可以說，這是一種可進一步改善穿著感覺的鞋頭襯材。
對比例1作為已有的無規(guī)增強型成形材料，準(zhǔn)備了在玻璃纖維氈網(wǎng)上浸漬聚丙烯的所謂沖壓板。玻璃纖維的含有率按重量計算為40％，按體積計算為19％。還有，該板的厚度為3.8mm。利用該板，進行與實施例1相同的壓模成形，得到安全鞋用鞋頭襯材。在與實施例1相同的厚度方面，由于不能滿足JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，所以緩緩地增加進料量，直至使厚度增加到可滿足該規(guī)定的性能為止。
將所得到的鞋頭襯材裝入鞋內(nèi)，通過注射法制成安全鞋。測定了鞋頭襯材單體及裝入鞋內(nèi)狀態(tài)下的殘留高度，分別為26.3mm、15.5mm，雖然滿足了所述JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，但其另方面，鞋頭襯材重量為50g/個，沒有達到輕量化的目的。
對比例2將實施例1所使用的帶狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料切成長度5mm，在與實施例1相同的條件下，得到厚度3.5mm無規(guī)增強型板狀材料。使用該材料，進行與實施例1相同的壓模成形，得到安全鞋用鞋頭襯材。在與實施例1相同的厚度方面，由于不能滿足JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，所以緩緩地增加進料量，直至使厚度增加到可滿足該規(guī)定的性能為止。
將所得到的鞋頭襯材裝入鞋內(nèi)，通過注射法制成安全鞋。測定了鞋頭襯材單體及裝入鞋內(nèi)狀態(tài)下的殘留高度，分別為27.5mm及16.0mm，雖然滿足了JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，但其另一方面，鞋頭襯材重量為47g/個，沒達到輕量化化的目的。
對比例3使實施例1所使用的帶狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料體積含有率為30％，除此之外，與實施例1相同，得到了厚度為3.5mm的無規(guī)增強型板狀材料。利用該材料，進行與實施例1相同的壓模成形，得到安全鞋用鞋頭襯材。在與實施例相同的厚度方面，由于不能滿足JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，所以緩緩增加進料量，直至使厚度增加到可滿足該規(guī)定的性能為止。
將所得到的鞋頭襯材裝入安全鞋內(nèi)，通過注射方法制成安全鞋。測定了鞋頭襯材單體及裝入鞋內(nèi)狀態(tài)下的殘留高度，分別為27.8mm及16.5mm，雖然滿足了JIS中S種規(guī)格所規(guī)定的性能，但另一方面，鞋頭襯材重量為48g/個，沒有達到輕量化的目的。
對比例4使實施例1所使用的帶狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料的纖維體積含有率為65％，除此之外，在與實施例1相同的條件下，得到了厚度為3.5mm的無規(guī)增強型板狀材料。使用該材料，進行與實施例1相同的壓模成形時，由于短射而不能得到安全鞋用鞋頭襯材。
本發(fā)明的效果如下。
根據(jù)本發(fā)明，利用纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料制成安全鞋用鞋頭襯材，能夠滿足過去無法得到的，即按JIS T8101革制安全鞋普通作業(yè)用S種安全鞋規(guī)格所規(guī)定的性能，而且可獲得每個重量為45g以下的鞋頭襯材，這與已有的鋼制的鞋頭襯材相比，可達到大幅度輕量化的目的。其結(jié)果，所提供的安全鞋不僅有助于整個鞋的輕量化，也改善了安全鞋前后重量的平衡，便于行走，即使長時間穿著亦不感疲倦。
還有，按JIS T8101的鞋頭襯材的壓迫試驗，負(fù)載1100kgf時鞋頭襯材的底面與弓形后端的變拉最大部位的間隙為25mm以上，該材料適用于柔軟鞋底的安全鞋，也可滿足所述JIS的規(guī)格，并可進一步提高設(shè)計上的自由度。
還有，與鞋頭襯材上升部分的厚度相比，若使由該上升部分向頂部分過渡的肩部厚度變厚，則可最小限度地控制鞋頭襯材重量的增加，同時還可控制負(fù)載負(fù)荷時的變位量。因而，也可提高設(shè)計的自由度。
還有，若將所述纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料作成增強纖維非定向分散的無規(guī)增強型單層，則該復(fù)合材料制造工藝簡單，因此，可謀求材料制造成本低廉。還有，該復(fù)合材料由于在制造鞋頭襯材時的流動性良好，可容易得到厚度不同的結(jié)構(gòu)，因此重量輕而且可提高高性能鞋頭襯材的設(shè)計自由度。
還有，若將所述的增強纖維的平均纖維長度制成10mm-50mm，則可得到大的增強效果，同時可使得增強纖維非定向地均勻分散，從而可提高產(chǎn)品的成品率。
還有，若將所述的增強纖維的體積含有率定為40％-60％，則可得到大的增強效果，并保持由板狀材料制造安全鞋用鞋頭襯材時材料的流動性，能高效率地制造鞋頭襯材。
還有，所述的增強纖維，使用玻璃纖維，則可謀求低廉的制造成本。
還有，若所述的熱塑性樹脂，使用尼龍6、聚丙烯或聚丙烯共聚物或含異構(gòu)體的聚烯輕類樹脂，則可提高成形性能，降低成本并可減輕重量。
還有，所述纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料，是將帶狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料切成長度10mm-50mm，使其非定向地分散并堆積，并將其加熱及加壓制成板狀，通過壓模成形將該板狀纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料制成鞋頭襯材，則可提高所述復(fù)合材料中的纖維含有率，并且也可使浸漬狀態(tài)良好，從而提高了由這樣的板狀材料所制得的安全鞋用鞋頭襯材的性能。
權(quán)利要求
1.一種安全鞋用輕型鞋頭襯材，裝在安全鞋內(nèi)，以保護穿鞋人免受外部負(fù)荷，其特征在于，由纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料所構(gòu)成，滿足JIS T8101的革制安全鞋普通作業(yè)用S種規(guī)格所規(guī)定的性能，且其每一個重量為45克以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，按照J(rèn)IS T8101鞋頭襯材單體的壓迫試驗，在負(fù)載1100kgf時鞋頭襯材的底面與弓形后端最大的變位處的間隙為25mm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，在鞋頭襯材的厚度分布中，與鞋頭襯材上升部分的厚度相比，由上升部分向頂部過渡的肩部的厚度變厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，所述的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料為單層，而且該復(fù)合材料中的增強纖維為非定向分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，所述的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的增強纖維的平均纖維長度為10mm-50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，所述纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的增強纖維體積含有率為40％-60％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，所述纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的增強纖維為玻璃纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，所述纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料中的熱塑性樹脂為尼龍6、聚丙烯或聚丙烯共聚物、或含異構(gòu)體的聚烯烴類的樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的安全鞋用輕型鞋頭襯材，其特征在于，所述纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料是將帶狀的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料切成長度10mm-50mm，使其非定向地分散并堆積，并將其加熱及加壓成形而制成板狀，然后通過壓制成形將板狀的纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料制成鞋頭襯材。
全文摘要
本發(fā)明提供一種安全鞋用輕型鞋頭襯材,易于行走,且長期穿著而無疲倦之感。該輕型鞋頭襯材系由纖維增強熱塑性樹脂復(fù)合材料所構(gòu)成,滿足JIS T8101的革制安全鞋普通作業(yè)用S種規(guī)格所規(guī)定的性能,且其每一個重量為45克以下。
文檔編號A43B17/00GK1201631SQ9810237
公開日1998年12月16日 申請日期1998年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月11日
發(fā)明者山根正睦, 小野修, 名合聰, 櫻井祥雅 申請人:東洋紡織株式會社, 綠安全株式會社