[0155] 可以在關(guān)于層狀復(fù)合物的主題的各個技術(shù)書籍中找到單向纖維增強層的可用的 基本方程式和根據(jù)本公開的各個實施方案的設(shè)計過程中可用的其它物理和數(shù)學(xué)信息。一本 關(guān)于有限元分析的話題的書為Thomas J.R. Hughes的"The Finite Element Method"，關(guān) 于復(fù)合材料的性質(zhì)和分析的書為S. W. Tsai和Τ· H. Hahn的"Introduction to Composite Materials'，。
[0156] 如上所述，柔性復(fù)合材料103的各個實施方案的物理性質(zhì)通常為各向同性的（具 有基本上相同的物理性質(zhì)而無論方向如何）。替代性地，為了提供特定設(shè)計的對力負載（和 其它性能因素）的控制，復(fù)合組合物的物理性質(zhì)可以是各向異性的，具有不均勻的機械性 質(zhì)和或其它物理性質(zhì)，所述機械性質(zhì)和或其它物理性質(zhì)被設(shè)計成針對特定應(yīng)用在結(jié)構(gòu)上優(yōu) 化復(fù)合鞋幫的性能。
[0157] 根據(jù)應(yīng)用需要，上述柔性復(fù)合材料103可以包括透氣和不透氣組合物，或無孔、有 孔或透氣組合物或材料產(chǎn)品形式。此外，各種柔性復(fù)合材料可以為清澈的、不透明的、著色 的、壓印的，或者可以優(yōu)選包括上述視覺布置的任何組合。可以使用多個著色層和剪切花樣 從而制備著色花紋。
[0158] 在各個實施方案中，形成復(fù)合鋪疊物的增強材料和非增強材料可以包裹在聚合物 基質(zhì)105內(nèi)。在各個實施方案中，在熱塑性或非交聯(lián)系統(tǒng)中，例如使用熱和壓力的組合使復(fù) 合鋪疊物固結(jié)、成形和固化或熔化/結(jié)合。
[0159] 圖14顯示的是大體示出制備可用于多種鞋應(yīng)用的模塊化設(shè)計的復(fù)合鞋幫102的 方法的圖。在包括設(shè)計步驟和制造步驟的多步驟方法中制備鞋幫。設(shè)計階段202和制造階 段204可以用計算機輔助。制造階段204可以進行至少一個自動化制造過程。
[0160] 在各個實施方案中，針對復(fù)合鞋幫102的每種獨特構(gòu)造生產(chǎn)至少一個計算機輔助 的設(shè)計。在設(shè)計階段202的過程中，使用性能標準從而實現(xiàn)復(fù)合物設(shè)計。在一些情況下，產(chǎn) 生計算機模型并且分析從而理解鞋幫在各個負載和邊界條件下的性能。所述計算機模型完 美地使用有限元分析，通過計算機模擬來預(yù)測結(jié)構(gòu)在各個現(xiàn)場條件下的行為從而輔助優(yōu)化 新設(shè)計。一旦計算機設(shè)計被優(yōu)化，可以產(chǎn)生一個或更多個原型用于物理測試。同時或隨后 分析復(fù)合鞋幫102的可制造性，包括生產(chǎn)成本分析、材料可用性、儲存穩(wěn)定性分析等。如果 鞋幫為平面構(gòu)造，設(shè)想可成形性、順從性和懸垂性，并且設(shè)想額外的3-D成形步驟。如果設(shè) 想常規(guī)鞋工業(yè)的上鞋楦（lasting)構(gòu)造方法，也可以使用設(shè)計和分析從而提供適用于當前 的工業(yè)制造方法和現(xiàn)有的工具和生產(chǎn)設(shè)備的增強的可成形性。如果原型的性能與性能標準 和制造標準一致，鞋幫組件的設(shè)計移至制造階段204。市面上可用的適合于所述分析和設(shè)計 的分析包包括但不限于NASTRAN、Abaqus、ANSYS和PATRAN。
[0161] 設(shè)計階段202和制造階段204的一者或兩者可以包括開發(fā)計算機輔助的設(shè)計數(shù) 據(jù)，所述設(shè)計數(shù)據(jù)可用于優(yōu)選復(fù)合材料鞋幫的自動化制造。在本公開的如下章節(jié)中描述示 例性制造順序。
[0162] 一旦進行制造，復(fù)合鞋幫102處于待整合至一個或更多個最終應(yīng)用產(chǎn)品250中的 條件下，如圖所示。在各個實施方案中，制成的鞋幫組件可以儲存用于將來使用或者立即到 達隨后的制造步驟或者直接整合至制成的產(chǎn)品中。使用單個鞋幫設(shè)計允許在多個最終產(chǎn)品 之間分享與鞋幫的初始設(shè)計/分析相關(guān)的時間和成本。
[0163] 在閱讀本說明書時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解將鞋幫整合至制成的產(chǎn)品包括額外的 制造步驟，正如在本公開的如下章節(jié)中一般所述。還注意到，根據(jù)最終使用應(yīng)用的特性，隨 后將鞋幫整合至制成的產(chǎn)品還可能包括一個或更多個額外的設(shè)計步驟。
[0164] 圖15顯示的是大體示出制備圖11的復(fù)合鞋幫的方法的實施方案的圖。圖15顯 示了設(shè)計階段202和隨后的制造階段204。制造階段204包括使用至少一個模具或相似成 形工具208進行復(fù)合材料鋪疊206,如圖所示。制造階段204進一步包括至少一個固化步驟 210,如圖所示。固化步驟210可以使用熱和壓力從而通過聚合物鏈的交聯(lián)使聚合物基質(zhì)變 硬。在各個聚合物化學(xué)過程中，可以通過化學(xué)添加劑、紫外線輻射、電子束和其它方法引起 固化。替代性地，熱塑性基質(zhì)材料可以熱成形并且多個層熱熔化或結(jié)合、超聲焊接或激光焊 接?？梢允褂萌軇┖附蛹夹g(shù)、接觸粘合劑或交聯(lián)粘合劑或非交聯(lián)粘合劑或其它合適方法結(jié) 合熱塑性熱熔體、反應(yīng)性聚氨酯粘合劑體系。如果使用交聯(lián)粘合劑，可以使用上文列出的用 于交聯(lián)的固化方法。
[0165] 通常地，固化技術(shù)包括但不限于壓力和溫度；壓力和輻射；以及利用熱的壓力和 輻射固化，或其組合。
[0166] 通常地，加熱方法包括但不限于加熱板；射頻；電子束；感應(yīng)加熱；和爐或其組合。
[0167] 圖16顯示的是大體示出用于制備圖11的復(fù)合鞋幫102的一組示例性初始制造步 驟的圖。按照該順序，以平面片212的形式提供選擇的柔性復(fù)合材料103。平面片212可以 包括任何上述結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)前體材料。平面片212可以由未加工纖維組合物組成或者可以 包括預(yù)浸材料B-階段（或C-階段）前體組合物。
[0168] 在一個或更多個隨后的步驟中，可以例如使用一個或更多個自動化纖維鋪設(shè)方法 214向片中加入額外的增強纖維104?？梢栽O(shè)計額外的纖維設(shè)置從而預(yù)期負載路徑、順從性 要求等。使用"輻射式"纖維設(shè)置避免了在復(fù)合織物內(nèi)扭結(jié)，并且在一些應(yīng)用中提供穩(wěn)定的 預(yù)想負載路徑。在各個應(yīng)用中，單個纖維絲束或多纖維窄帶可以夾在材料層110之間從而 增強負載轉(zhuǎn)移。替代性地，可以手動地施加額外的增強件。任選步驟包括向片中施加額外 材料。所述額外材料可以包括結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)纖維元素、預(yù)成形插入物、墊、圖形嵌花、印刷物 等。
[0169] 之后，所述片到達使用至少一個自動化剪切方法216的剪切步驟。在該步驟中，例 如通過使用至少一個在設(shè)計工藝的過程中開發(fā)的計算機產(chǎn)生的花紋從所述片中剪切最終 將形成鞋幫組件的片的部段。替代性地，可以手動地進行剪切。替代性地，可以在所述順序 中的任何預(yù)先點處進行剪切。
[0170] 各種自動化剪切方法包括但不限于：旋轉(zhuǎn)刀（即機械的）；超聲波；激光；模切；噴 水；及其組合。
[0171] 在一些應(yīng)用中，優(yōu)選在剪切步驟的過程中施加注冊商標從而幫助隨后的制造過 程，如圖所示。還注意到可以替代性地結(jié)合預(yù)成形工具（例如陽鞋楦或陰模）進行上述制 造步驟。
[0172] 圖17顯示了平面圖，所述平面圖圖解地顯示了根據(jù)本公開的一個實施方案的能 夠形成復(fù)合鞋幫112的平面復(fù)合組件218。注意到鞋幫花紋可以包括在圖17的示意圖中未 示出的額外特征。
[0173] 圖18顯示的是大體示出用于制備圖11的復(fù)合鞋幫102的一組隨后制造步驟的 圖。提供合適的三維成形工具208,在此被認定為鞋楦220。在上鞋楦程序222中，例如通 過使用一個或更多個自動化上鞋楦過程使平面復(fù)合組件218成形至鞋楦220的外部輪廓 (confirmation)。替代性地，可以手動地將柔性復(fù)合材料施加至鞋楦220〇
[0174] 在各個實施方案中，可以使用真空輔助粘合將構(gòu)成材料固定至鞋楦。替代性地，可 以使用臨時粘合劑來臨時定位和固定鄰近成形工具的材料。例如，可以用離型材料然后用 一種或多種粘合劑膠料材料涂布鞋楦220從而固定鄰近鞋楦的材料（所述材料配混從而分 解或從復(fù)合材料中洗出）。
[0175] 在完成上鞋楦程序222時，將三維成形的柔性復(fù)合鋪疊物移動至固化步驟210,如 圖所示。在各個程序中，在鞋幫位于鞋楦220上的情況下進行固化步驟210。在一個替代性 實施方案中，在固化之前除去鞋楦220。
[0176] 在上鞋楦程序222的替代性步驟中，在上鞋楦程序222的過程中（并且在固化之 前）將額外的增強纖維104施加至柔性復(fù)合材料103。在上鞋楦程序222的替代性步驟中， 將額外的聚合物粘合劑224施加至柔性復(fù)合材料103。在所述替代性步驟中，未固化的鞋幫 組件可以包括預(yù)浸材料和未加工纖維（使額外的粘合劑聚合物224的施加成為必須）的組 合，因此幫助隨后將構(gòu)成材料固結(jié)成統(tǒng)一的復(fù)合組件。各種有用的粘合劑-聚合物樹脂包 括熱固性塑料和/或熱塑性塑料。
[0177] 可以使用一個或更多個如下非限制性施加技術(shù)將粘合劑施加至纖維：噴射；浸 漬；熱薄膜；熱塑性薄膜；樹脂注射；和干粉涂布；及其組合。
[0178] 在上鞋楦程序222的各個其它實施方案中，在自動化纖維設(shè)置過程中將所有構(gòu)成 材料（纖維、膜等）施加至鞋楦工具（或替代性地，陰模）。在該替代性的上鞋楦過程中，將 單絲束纖維和/或片狀織物施加至鞋楦或模制工具，因此省略了圖16中所示的平面材料制 造步驟。
[0179] 在閱讀本說明書時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解在合適的情況下，考慮到例如設(shè)計偏 好、制造偏好、成本、結(jié)構(gòu)要求、可用材料、技術(shù)進展等的事項，其它堆疊物和上鞋楦布置例 如整合額外的預(yù)成形補丁、隔離物、鞋頭檔泥板、彈性體插入物、布或皮革外表面層和與固 化鞋幫組件之前的鋪疊物相似的特征等可以滿足要求。
[0180] 因此，如上所述，通過一個或更多個如下非限制性技術(shù)列表完成復(fù)合鞋幫的鋪疊： 自動化鋪疊；手動鋪疊結(jié)合自動化鋪疊；對于低體積或定制工作的完全手動鋪疊；平面鋪 疊（正如圖16中一般顯示和描述的）；部分預(yù)成形鋪疊；在陽鞋楦上鋪疊（單絲束設(shè)置和/ 或織物覆蓋）；在陰性工具內(nèi)鋪疊（單絲束纖維設(shè)置和/或織物覆蓋）；和自動化"工具上" 鋪疊（其中在鞋楦或模制工具上進行所有纖維設(shè)置）；及其組合。
[0181] 圖19顯示了示意圖，所述示意圖大體顯示了可用于制備圖11的復(fù)合鞋幫的第一 固結(jié)和固化方法。在該示例中，使用硬質(zhì)陰性工具252從而進行陰模固化過程。在該制造 技術(shù)中，使用內(nèi)部（即向外）壓力用于固結(jié)。
[0182] 在示例性陰模固化過程中，將復(fù)合鋪疊物設(shè)置在陰性工具252的腔體內(nèi)，在陰模 的內(nèi)表面和液壓成形類型的心軸、可充氣隔膜或相似的彈性體囊之間。優(yōu)選使用加壓流體 從而充氣彈性體工具并且朝向陰性工具252的內(nèi)表面擠壓復(fù)合鋪疊物。在多數(shù)情況下，加 熱流體和/或工具從而促進粘合劑聚合物基質(zhì)的固化。一旦完成固化周期，可充氣彈性體 工具放氣并且從陰性工具252中除去經(jīng)固化或B-階段的鞋幫組件。注意到如圖19中示意 性顯示的該示例性技術(shù)（并且在例如圖7a-c所示的其它實施方案中）非常適合于制備需 要復(fù)雜的外部細節(jié)或制成外觀的復(fù)合鞋幫。
[0183] 替代性地，使用可充氣鞋楦220結(jié)合陰性工具252。在該情況下，鞋楦足夠剛性從 而允許在上鞋楦程序222 (例如參見圖18)的過程中進行鋪疊，同時優(yōu)選維持充分塌陷的能 力從而能夠從制成的鞋幫組件中除去。
[0184] 圖20顯示的是大體示意性示出可用于制備圖11的復(fù)合鞋幫的第二固結(jié)和固化方 法的圖。圖20大體顯示了陽模過程，所述陽模過程例如使用基本上剛性的陽性鞋楦220。 在該示例性制造技術(shù)中，使用外部壓力用于復(fù)合材料的固結(jié)。該技術(shù)可用于提供鞋幫組件 內(nèi)的平滑內(nèi)表面。
[0185] 所述陽性工具過程可以包括實現(xiàn)真空袋、彈性體外囊、模制盒（使用壓力或用于 固結(jié)壓力的熱膨脹）等。系統(tǒng)可以與真空高壓釜和/或大氣高壓釜內(nèi)的固化相容。剛性陽 性鞋楦220的各個實施方案包括設(shè)置真空口從而提供真空輔助的鋪疊物（例如在鋪疊和上 鞋楦程序的過程中將構(gòu)成材料固定至鞋楦）。該技術(shù)還適合于使用超塑性成形技術(shù)和其它 相似的壓力或真空成形技術(shù)從而使未固化、B-階段、C-階段或可熱成形的熱塑性基質(zhì)寬幅 織料或設(shè)計的平面預(yù)成形體中的單向?qū)訅杭钠矫嫫纬扇S形狀，用于直接用在鞋上或 者作為三維成形的預(yù)成形體用在鞋成形工具、鞋楦或心軸上。
[0186] 圖27中顯示了超塑性成形類型系統(tǒng)的一個實施方案。在圖27中，鞋幫185包括 塑性成形的多向?qū)挿椓系钠矫嫫?，其中熱塑性基質(zhì)被剪切成花紋嵌板，形成3D形狀，并 且例如在單步驟操作中層壓在一起。圖28和29顯示了在陽性成形工具上逐層鋪疊單帶層 和其它結(jié)構(gòu)元件的實施方案，包括引入整合的環(huán)狀條帶元件，所述環(huán)狀條帶元件將鞋帶負 載（lacing loads)整合至鞋幫的殼體。用于鞋帶的該條帶元件提供強健的環(huán)，所述環(huán)均勾 和可靠地將負載分布從鞋帶引入薄的輕質(zhì)鞋幫，并且允許鞋內(nèi)的負載路徑至通道的最佳設(shè) 計，并且引導(dǎo)負載從而針對各個鞋應(yīng)用和鞋設(shè)計的各個預(yù)期目的優(yōu)化來自