JP7479846B2 - 3dスペーサーファブリック強化pu複合材及びその使用方法 - Google Patents

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Description

本発明は、3Dスペーサーファブリック(spacer fabric)強化PU複合材、その製造方法、履物、特に靴底おけるその使用方法、及びそれを含む履物、特に靴底に関する。
ポリウレタン(PU)フォームは、重要な材料であり、様々な分野に広く使用されている。PUフォームは、優れた特性、例えば良好な断熱特性、軽量、高比強度、及び取り扱い易さなどを有する。さらに、PUフォームは、断熱性、遮音性及び電気絶縁性、耐熱性及び耐溶剤性などの特性を有する。したがって、PUフォームは、例えば、冷蔵庫、並びに、貯蔵容器及びパイプラインなどの工業的設備における断熱材料として、建築材料として、天井などの車両部品に、自動車における内装トリムとして、広く使用されている。
より特に、PUフォームは、軽量及び摩耗の特性が原因で、靴底として履物に使用されている。しかしながら、先行技術から知られているPUフォームは、履物、特に低密度PU靴底におけるそれらの使用を制限している特定の欠点、例えば低い耐摩耗性、低い引裂強度を有する。さらに、先行技術から知られているポリエーテルポリオール系のPU類は、耐摩耗性が低いという欠点を有し、そのため、ポリエーテルポリオール系のPU類を表底として使用することはほとんどない。したがって、靴底として有用なPUフォームをさらに向上する余地が未だにある。
一方、経編(warp-knitted)スペーサーファブリックとしても知られている3Dスペーサーファブリックは、スペーサー糸(spacer yarn)によって一緒に接続されている2つの別個のファブリック外層からなる新規な三次元織物である。最近、3Dスペーサーファブリックは、3D構造複合材の製造に使用されている。3Dスペーサーファブリック製の複合材は、以下の利点を有する:(1)該複合材は、複雑な製造プロセスの代わりに単一工程で製造することができる;(2)2つのファブリック外層はスペーサー糸によって拘束されているので、フェースコア(face-core)層間剥離はほとんど起こらない;(3)中空コアは様々な材料で充填することができる。したがって、一体化された3D構造複合材は、自動車、車両、船舶などに広く使用されている。
Si Chenら,経編スペーサーファブリックをベースとする3D構造複合材(3d-structure composites based on warp-knitted spacer fabrics)の機械的特性,AUTEX Research Journal,第15巻,No.2,2015年6月,DOI: 10.2478/aut-2014-0045,127~137頁には、PUフォームで経編スペーサーファブリックを含浸することによって製造された3D構造複合材が開示されている。この文献は、PUフォームの特定の組成及び得られた3D複合材を履物に使用する方法を開示していない。実際には、この3D複合材は、その低い機械的特性が原因で、靴の用途に使用することができない。
また、Si Chen及びHai-Ru Long,クッション用途のためのPUをベースとする経編スペーサーファブリック複合材の圧縮特性に関する調査,第I部.実験,Industria Textila,2014年,第65巻,No.4,200~205頁にも、PUをベースとする経編スペーサーファブリック複合材が開示されている。この文献も、PUフォームの特定の組成及び得られた3D複合材を履物に使用する方法を開示していない。実際には、得られた組成物は、不適切な機械的特性、特に可撓性、伸度(elongation)及び硬度が原因で、靴の用途に使用することができない。
先行技術には、履物、特に靴底における3Dスペーサーファブリック強化PU複合材の使用が開示されていない。
驚いたことには、発明者らは、純フォームと比較して、3Dスペーサーファブリックと組み合わせた特定のPUフォームを使用することによって、向上した機械的性能及び独特な異方性効果などの独特な特性を示し、したがって履物用途における大きな可能性を有する3Dスペーサーファブリック強化PU複合材が得られることが見出された。発明者らはこの発見に基づいて本発明を完成させた。
Si Chenら,経編スペーサーファブリックをベースとする3D構造複合材の機械的特性,AUTEX Research Journal,第15巻,No.2,2015年6月,DOI: 10.2478/aut-2014-0045,127~137頁 Si Chen及びHai-Ru Long,クッション用途のためのPUをベースとする経編スペーサーファブリック複合材の圧縮特性に関する調査,第I部.実験,Industria Textila,2014年,第65巻,No.4,200~205頁
したがって、本発明は、3Dスペーサーファブリック強化PU複合材を提供することを目的とする。この複合材は、それらを履物、特に靴底における使用に適するものにする向上した機械的性能及び独特な異方性効果などの独特な特性を示す。
本発明の他の目的は、履物、特に靴底に3Dスペーサーファブリック強化PU複合材を使用する方法である。
一つの態様において、本発明は、3Dスペーサーファブリック強化PU複合材に関する。
本発明に使用される3Dスペーサーファブリックは、先行技術において既に知られている。一般的には、3Dスペーサーファブリックは、スペーサー糸によって材料の一般に平行な第2の層又は底層から離れている材料の第1の層又は最上層を含む。
一般的には、3Dスペーサーファブリックは、ダブルニードルバーラッシェル経編機(double needle bar Raschel warp knitting machines)で製造される。ダブルニードルバーラッシェル経編機は基本的に、2つの独立して運転されるニードルバーを備え、ここで、2つの独立して運転されるニードルバーに、対応する複数の糸ガイドバーによって、複数のそれぞれの縦糸ビームから複数の縦糸が供給される。典型的には、3Dスペーサーファブリックは、個々の縦糸ビームに別々に巻かれ、かつ、対応するセットの糸ガイドバーによって2つのニードルバーに供給される5セット以上の縦糸から製造される。ここでは、通常、2つの対応するガイドバーによって供給される少なくとも2セットの縦糸は、ニードルバーのうち1つにのみ供給されてグラウンド層(ground layer)を製造し、他の対応するガイドバーによって供給される他の少なくとも2セットの縦糸は、他のニードルバーにのみ供給されて他のグランド層を製造し、残りの1つ以上の利用可能なガイドバーによって供給される残りのセットの縦糸は、2つのニードルバーに交互に供給され、2つのグラウンド層の間に延びてそれらと編み合わせて、したがって、一体化して空間的に離れた本質的に平行な関係でグラウンド構造を維持する。
最上層及び/又は底層は、様々な表面構造、例えばChain+Inlay、Locknit又はHexagonal Meshを有してもよい。
3Dスペーサーファブリックを構成するために使用される繊維は、所望の特性を提供する任意の材料から製造することができる。原材料を変えることによって、ファブリックの密度及びその特性を特定の用途に適するように調整することができる。本発明において、ファブリックは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ナイロン、ポリアクリロニトリルなど、より好ましくはPET及びPBT、最も好ましくはPETから製造されてもよい。もちろん、3Dスペーサーファブリックは、これらの材料の任意の組合せから製造されてもよく、他の材料をさらに含むことができる。
3Dスペーサーファブリックを構成するために使用されるスペーサー糸の直径は、重要ではないが、好ましくは約0.05~約0.5mm、より好ましくは約0.10~約0.4mm、さらにより好ましくは約0.15~約0.3mm、最も好ましくは約0.15~約0.25mmである。
スペーサー糸の傾斜角度は、得られる3Dスペーサーファブリック強化PU複合材の機械的特性に影響を与えることが見出された。本発明において、「スペーサー糸の傾斜角度」はファブリックの最上層又は底層に対するスペーサー糸の角度として定義される。この角度は異方性効果に影響を与え、この角度がないと異方性効果はない。スペーサー糸の傾斜角度は、約40~約85°、好ましくは約50~約80°、より好ましくは約60~約80°、さらにより好ましくは約65~約80°、最も好ましくは約65~約75°であってもよい。
3Dスペーサーファブリックの厚さは、実際の用途に応じて、特に履物の所望の厚さに応じて最適化することができ、一般に約2~約15mm、好ましくは約3~約12mm、より好ましくは約5~約10mm、最も好ましくは約5.5~約8mmである。
本発明に使用されるPUフォームは、以下の成分、
(a)ジ-又はポリイソシアネート、
(b)ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオール、及び
(c)任意に、発泡剤
を反応させることによって製造される。
使用されるジ-又はポリイソシアネートは、PU類の製造に知られている任意の脂肪族、脂環式又は芳香族イソシアネートであり得る。例として、ジフェニルメタン2,2’-、2,4-及び4,4’-ジイソシアネート、モノマージフェニルメタンジイソシアネートと大量の環を有するジフェニルメタンジイソシアネートホモログ(ポリマーMDI)との混合物、イソホロンジイソシアネート(IPDI)若しくはそのオリゴマー、トリレンジイソシアネート(TDI)、例えばトリレン2,4-若しくは2,6-ジイソシアネートなどのトリレンジイソシアネート異性体、若しくはこれらの混合物、テトラメチレンジイソシアネート若しくはそのオリゴマー、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)若しくはそのオリゴマー、ナフチレンジイソシアネート(NDI)、又はそれらの混合物が挙げられる。
好ましくは、使用されるジ-又はポリイソシアネートは、特にポリマーMDIを含むジフェニルメタンジイソシアネートをベースとするイソシアネートを含む。ジ-又はポリイソシアネートの官能価は、好ましくは2.0~2.9、特に好ましくは2.1~2.8である。DIN 53019-1に従って25℃でのジ-又はポリイソシアネートの粘度は、好ましくは約5~約600mPas、特に好ましくは約10~約300mPasである。
また、ジ-及びポリイソシアネートは、ポリイソシアネートプレポリマーの形態で使用することができる。これらのポリイソシアネートプレポリマーは、プレポリマーを得るために、例えば30~100℃の温度で、好ましくは約80℃で、過剰の上記のポリイソシアネートを少なくとも2つのイソシアネートに対して反応性の基を有する化合物と反応させることによって得ることができる。本発明のポリイソシアネートプレポリマーのNCO含有量は、好ましくはNCOの10~33質量%、特に好ましくはNCOの15~25質量%である。
PUフォームの製造に使用されるポリエーテルポリオールは、公知の方法により、例えば、2~8個、好ましくは2~6個の反応性水素原子を結合した形態で含む少なくとも1つの出発分子の添加によって触媒の存在下でアルキレンオキシドをアニオン重合することにより得られる。触媒として、アルカリ金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウム、又はアルカリ金属アルコキシド、例えばナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド若しくはカリウムイソプロポキシド、又はカチオン重合の場合は、ルイス酸、例えば五塩化アンチモン、三フッ化ホウ素エーテラート若しくは漂白土を触媒として使用することが可能である。さらに、DMC触媒として知られている複金属シアン化物化合物も、触媒として使用することができる。
アルキレンオキシドとして、好ましくは、アルキレンラジカルに2~4個の炭素原子を有する1つ以上の化合物、例えばエチレンオキシド、1,3-プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、1,2-又は2,3-ブチレンオキシドを、いずれの場合にも単独で又は混合物の形態で、好ましくはエチレンオキシド及び/又は1,2-プロピレンオキシドを使用する。
使用可能な出発分子は、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、糖誘導体、例えばスクロース、糖アルコール、例えばソルビトール、メチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、ベンジルアミン、アニリン、トルイジン、トルエンジアミン、ナフチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、4,4’-メチレンジアニリン、1,3-プロパンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、及び他の二価若しくは多価アルコール、又は単官能若しくは多官能アミンである。
通常、ポリエステルポリオールは、2~12個の炭素原子を有する多官能アルコール、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、トリメチロールプロパン、グリセロール又はペンタエリスリトールを、2~12個の炭素原子を有する多官能カルボン酸、例えばコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、デカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸の異性体、又は上記の酸の無水物と縮合することにより製造される。多官能カルボン酸には、他のジカルボン酸源、例えばジメチルテレフタレート(DMT)、ポリエチレングリコール-テレフタレート(PET)なども含まれる。
本発明に使用されるポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールは、約1.7~約2.5、好ましくは約1.8~約2.4、より好ましくは約1.8~約2.3の官能価を有する。さらに、本発明に使用されるポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールは、約50~約270mg KOH/g、好ましくは約55~約200mg KOH/g、より好ましくは約55~約150mg KOH/g、さらにより好ましくは約55~約100mg KOH/g、最も好ましくは約55~約80mg KOH/gのヒドロキシル価を有する。驚いたことには、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの官能価及びヒドロキシル価が上記の範囲内にある場合、高い機械的特性及び独特な異方性効果を有する3Dスペーサーファブリック強化PU複合材が得られることが見出された。これにより、この複合材は履物、特に靴底に使用することに適したものになった。
ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの分子量は、約500~約6000、好ましくは約600~約4000、より好ましくは約1000~約2500である。さらに、ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの多分散指数は、特定の範囲内、例えば約0.8~約1.3、好ましくは約0.9~約1.2、より好ましくは約0.95~約1.1の範囲にある。上記の多分散指数の範囲内で、得られた複合材は硬度と可撓性のバランスが最も良い。
PUフォームの製造に使用される反応混合物は、架橋剤及び/又は鎖延長剤をさらに含んでもよい。
鎖延長剤及び/又は架橋剤として、特に、いずれの場合にも350未満、好ましくは60~300、特に60~250の分子量を有する二官能又は三官能のアミン及びアルコール、特にジオール、トリオール又はそれらの両方を使用する。ここでは、二官能の化合物は鎖延長剤と呼ばれ、三官能又はより多官能の化合物は架橋剤と呼ばれる。例えば、2~14個、好ましくは2~10個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式及び/又は芳香族ジオール、例えばエチレングリコール、1,2-、1,3-プロパンジオール、1,2-、1,3-ペンタンジオール、1,10-デカンジオール、1,2-、1,3-、1,4-ジヒドロキシシクロヘキサン、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコール、ジプロピレングリコール及びトリプロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール及びビス-(2-ヒドロキシエチル)ヒドロキノン、トリオール、例えば1,2,4-、1,3,5-トリヒドロキシシクロヘキサン、グリセロール及びトリメチロールプロパン、並びに、エチレンオキシド及び/又は1,2-プロピレンオキシド及び上記のジオール及び/又はトリオールをベースとする低分子量のヒドロキシル含有ポリアルキレンオキシドを出発分子として使用することが可能である。
鎖延長剤は、個別の化合物又は混合物であり得る。好ましくは、鎖延長剤は、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、及び/又は2,3-ブタンジオールを、単独で、又は任意に互いの混合物若しくはさらなる鎖延長剤との混合物で含む。したがって、特に好ましい実施態様において、ジプロピレングリコールは、第2の鎖延長剤、例えば2,3-ブタンジオール、モノ-プロピレングリコール又はジエチレングリコールと共に鎖延長剤として使用される。
好ましくは、架橋剤は、1,2,4-、1,3,5-トリヒドロキシシクロヘキサン、グリセロール及び/又はトリメチロールプロパンである。好ましくは、グリセロールを架橋剤として使用する。
PUフォームの製造に使用される反応混合物は、発泡剤をさらに含んでもよい。発泡剤は、物理的発泡剤又は化学的発泡剤であってもよい。
物理的発泡剤は、出発成分に対して不活性であり、一般に室温で液体であり、かつ、ウレタン反応の条件下で蒸発する化合物である。好ましくは、これらの化合物の沸点は50℃未満である。また、物理的発泡剤には、室温でガス状であり、かつ、圧力下で出発成分に導入又は溶解される化合物、例えば二酸化炭素、低沸点アルカン、フルオロアルカン及びフルオロオレフィンが含まれる。
通常、物理的発泡剤は、少なくとも4個の炭素原子を有するアルカン及びシクロアルカン、ジアルキルエーテル、エステル、ケトン、アセタール、フルオロアルカン、1~8個の炭素原子を有するフルオロオレフィン、並びに、アルキル鎖に1~3個の炭素原子を有するテトラアルキルシラン、特にテトラメチルシランからなる群から選択される。
上記の例としては、プロパン、n-ブタン、イソブタン及びシクロブタン、n-ペンタン、イソペンタン及びシクロペンタン、シクロヘキサン、ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチルブチルエーテル、メチルホルメート、アセトン、並びに、対流圏で分解することができ、したがってオゾン層を損傷しないフルオロアルカン、例えばトリフルオロメタン、ジフルオロメタン、1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2-テトラフルオロエタン、ジフルオロエタン及びヘプタフルオロプロパンが挙げられる。フルオロオレフィンの例は、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン、1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロブテンである。上記の物理的発泡剤は、単独で、又は任意の互いの組合せで使用することができる。好ましくは、1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパンとしてのHoneywell International Inc.製のHFC-245fa、1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペンとしてのHoneywell International Inc.製のHCFO-LBA2又はArkema SA製のAFA-L1、1,1,1,4,4,4-ヘキサフルオロブテンとしてのDupont製のHFO FEA1100を使用する。
物理的発泡剤(c)は、PUフォームの密度が補強材料を考慮せずに、好ましくは約75~約150kg/m、より好ましくは約90~約130kg/m、最も好ましくは約100~約110kg/mの範囲にあるような量で使用される。
化学的発泡剤として、水及び/又はギ酸を使用することができる。これらは、イソシアネート基と反応して、二酸化炭素、又はそれぞれ二酸化炭素及び一酸化炭素を放出する。一実施態様において、好ましくは、水を発泡剤として使用する。好ましくは、水の量は、反応混合物の質量に基づいて、0.1~2.0質量%の範囲にある。
本発明によれば、PUフォームを形成するための反応は、触媒(d)の存在下で行われる。
触媒(d)として、イソシアネート-ポリオール反応を促進する全ての化合物を使用することが可能である。このような化合物は、知られており、例えば「Kunststoffhandbuch,第7巻,PU」,Carl Hanser Verlag,1993年第3版,第3.4.1章に記載されている。これらには、アミン系触媒及び有機金属化合物をベースとする触媒が含まれる。
有機金属化合物をベースとする触媒として、例えば、有機スズ化合物、例えば有機カルボン酸のスズ(II)塩、例えばスズ(II)アセテート、スズ(II)オクトエート、スズ(II)エチルヘキサノエート及びスズ(II)ラウレート、並びに、有機カルボン酸のジアルキルスズ(IV)塩、例えばジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズマレアート及びジオクチルスズジアセテート、並びに、ビスマスカルボキシレート、例えばビスマス(III)ネオデカノエート、ビスマス2-エチルヘキサノエート及びビスマスオクタノエート、又はカルボン酸のアルカリ金属塩、例えば酢酸カリウム若しくはギ酸カリウムを使用することが可能である。
好ましくは、第3級アミン、又は少なくとも1つの第3級アミンを含む混合物を触媒(d)として使用する。通常、これらの第3級アミンは、イソシアネート基に対して反応性である基、例えばOH、NH又はNH基も有することができる化合物である。最も頻繁に使用される触媒の一部は、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル、N,N,N,N,N-ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N-トリエチルアミノエトキシエタノール、ジメチルシクロヘキシルアミン、ジメチルベンジルアミン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ペンタメチルジプロピレントリアミン、ジメチルエタノールアミン、N-メチルイミダゾール、N-エチルイミダゾール、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、トリス(ジメチルアミノプロピル)ヘキサヒドロトリアジン、ジメチルアミノプロピルアミン、N-エチルモルホリン、ジアザビシクロウンデセン及びジアザビシクロノネンである。
本発明によれば、PUフォームを形成するための反応は、1種以上の泡安定剤(e)の存在下で行われる。
泡安定剤という用語は、フォームの形成中に規則的なセル構造の形成を促進する材料を指す。上記の例としては、シリコン含有泡安定剤、例えばシロキサン-オキシアルキレンコポリマー及び他の有機ポリシロキサンが挙げられる。また、脂肪アルコールのアルコキシル化生成物、オキソアルコール、脂肪アミン、アルキルフェノール、ジアルキルフェノール、アルキルクレゾール、アルキルレゾルシノール、ナフトール、アルキルナフトール、ナフチルアミン、アニリン、アルキルアニリン、トルイジン、ビスフェノールA、アルキル化ビスフェノールA、ポリビニルアルコール、並びに、ホルムアルデヒドとアルキルフェノール、ホルムアルデヒドとジアルキルフェノール、ホルムアルデヒドとアルキルクレゾール、ホルムアルデヒドとアルキルレゾルシノール、ホルムアルデヒドとアニリン、ホルムアルデヒドとトルイジン、ホルムアルデヒドとナフトール、ホルムアルデヒドとアルキルナフトール、及びホルムアルデヒドとビスフェノールAの縮合生成物のさらなるアルコキシル化生成物、又はこれらの泡安定剤の2種以上の混合物を使用することができる。
泡安定剤は、PUフォームの総質量に基づいて、好ましくは約0.5~約4質量%、特に好ましくは約1~約3質量%の量で使用される。
一実施態様において、PUフォームを形成するための反応は、さらなる添加剤及び/又は助剤(f)の存在下で行われる。
使用可能な助剤及び/又は添加剤(f)は、この目的のためにそれ自体が知られている物質、例えば界面活性剤、泡安定剤、整泡剤、充填剤、顔料、染料、酸化防止剤、加水分解安定剤、帯電防止剤、静真菌剤及び静菌剤である。
本発明の方法を実行するために使用される出発材料、発泡剤、触媒、並びに、助剤及び/又は添加剤に関するさらなる詳細は、例えば、Kunststoffhandbuch[プラスチックハンドブック],第7巻,「PU」[「PUs」]Carl-Hanser-Verlag Munich,第1版,1966,第2版,1983,及び第3版,1993に見出される。
PUフォームは、強化材料の製造中にその場で形成される。
本発明の3Dファブリック強化PU複合材は、未強化PUフォームよりも、向上した機械的特性を有する。より具体的には、本発明の3Dファブリック強化PU複合材は、向上した引張強度、特に大幅に向上した引裂強度を有する。
より重要なことに、本発明の3Dファブリック強化PU複合材は独特な異方性を有する。本発明において、「異方性」は、3Dファブリック強化PU複合材が異なる方向で異なる性質を有することを意味することを意図している。例えば、スペーサー糸に対して垂直な方向の機械的特性は、それに対して垂直な他の2つの方向よりも優れている。
上記の向上した機械的特性及び異方性により、本発明の3Dファブリック強化PU複合材は履物、特に靴底に有用となる。向上した機械的特性は、ソールの耐用寿命を延ばし、異方性は、歩く又は走っている間に足首を安定させ、快適にさせることに役立つ。また、この複合材の外観は、靴を自由にデザインすることを可能にする。
他の態様において、本発明は、本発明の3Dスペーサーファブリック強化PU複合材の製造方法に関し、ここで、当該方法が、3Dスペーサーファブリック及びPU複合材の出発材料を鋳型に添加して、その後に発泡することを含む。
鋳型に添加する前に、PUフォームの出発材料はまず、混合装置、例えばvollrathミキサーで混合された。
3Dスペーサーファブリック及びPUフォームの混合出発材料の投与順序は重要ではない。実際には、最初にファブリックを鋳型に添加し、その後にPUフォームの出発材料を添加することが可能であるか、又は最初にPUフォームの出発材料を鋳型に添加し、その後にファブリックを添加することが可能であるか、又は鋳型の内表面(上面及び底面)にファブリックを貼り付け、その後にPUフォームの出発材料を添加することが可能である。
特に、3Dスペーサーファブリック強化PU複合材は、PUフォームを製造するための反応混合物を混合して、その後にこの混合物を3Dスペーサーファブリックに注入することによって形成される。より具体的には、第1の工程は、PUフォームを製造するための全ての成分を一緒に均質に混合することである。その後、この混合物は、3Dスペーサーファブリックが既に入れられている鋳型に注入される。注入(infusion)は、真空補助樹脂注入成形(vacuum-assisted resin transfer molding)(VARTM)を使用することによって、又は直接成型(direct casting)によって行われてもよい。これに関して、驚いたことには、本発明のPUフォームの特定の製剤を使用することによって、PUフォームを形成するための原材料が直接に、すなわち、真空補助注入装置のような補助装置を使用せずに、3Dスペーサーファブリックが既に入れられている鋳型に注入することができることが見出された。これは、注入をより容易にし、製造コストを低下させる。
注入は、PUフォームを製造するための反応混合物が3Dスペーサーファブリックによってスペーサー糸方向に流れるように行われることができる。製造中に、鋳型の上面及び底面は、例えば電気又は水浴加熱システムによって加熱することができる。注入の間の温度は、約20~約50℃である。複合材の形成と同時に、PUを発泡させる。発泡を継続させるために、注入後、一定時間内、例えば約5~約30分間、温度を維持する。発泡した後、複合材を鋳型から取り出し、複合材が安定するまで、一定時間、例えば約8~約32時間、好ましくは約10~約24時間、静置する。
本発明の複合材は、向上した機械的性能及び独特な特性、例えば独特な異方性効果を有することが見出された。履物、特に靴底においては、一般に、水平面内で容易に変形しない一方で、足のアーチに対応する部分で容易に上下に曲がることが要求される。したがって、本発明の複合材の独特な異方性効果は、それを履物、特に靴底における使用に非常に適したものにする。さらに、本発明の複合材の向上した機械的性能は、得られる履物、特に靴底に高い機械的性能を付与する。
したがって、さらなる態様において、本発明は、本発明の3Dスペーサーファブリック強化PU複合材を履物、特に靴底に使用する方法に関する。
さらなる態様において、本発明は、本発明による3Dスペーサーファブリック強化PU複合材を含む履物、特に靴底に関する。
靴底を製造する場合には、3Dファブリックを、スペーサー糸の方向が得られる靴底の厚さ方向を構成する一方で、ファブリックの最上層及び底層が、得られる靴底の上層及び下層と平行であるように、鋳型中のPUフォームの原材料に入れる。この場合、歩く又は走るとき、ソールは上下に、すなわちスペーサー糸に対して垂直な方向で曲がるが、他の2つの方向にはソールは容易に変形しない。
本発明のさらなる実施態様は、請求の範囲、明細書及び実施例に記載されている。言うまでもなく、上述の特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれの場合に示されている組合せだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組合せにおいても使用することができる。
以下の実施例によって、本発明の利点を説明する。
1.測定方法
実験中、3Dファブリック強化PU複合材の可撓性、密度、硬度及び機械的特性を測定する。
DPX300 LTE密度分析器を用いて、最上層からソール層までの3Dファブリック強化PU複合材の密度を測定する。試験基準によれば、5cm(長さ)x5cm(幅)x1cm(厚さ)の寸法を有するサンプルを製造し、その後にチャンバー中に入れて、X線でスキャンする。したがって、密度分布チャートが得られる。
KOBUNSHI KEIKI Co,Ltdから購入できるAsker C硬度計を用いて、ASTMD 2240の試験基準に従って、スペーサー糸の方向で、3Dファブリック強化PU複合材の硬度を測定する。
Zwick Roell Instrument & Technology Co,Ltdから購入できるZwick/Roell試験機を用いて、DIN 53504の試験基準に従って、スペーサー糸の方向で、3Dファブリック強化PU複合材の引張強度を測定する。
Zwick Roell Instrument & Technology Co,Ltdから購入できるZwick/Roell試験機を用いて、DIN ISO 34-1方法Aの試験基準に従って、スペーサー糸の方向で、3Dファブリック強化PU複合材の引裂強度を測定する。
Zwick Roell Instrument & Technology Co,Ltdから購入できるZwick/Roell試験機を用いて、DIN 53504の試験基準に従って、スペーサー糸に対して垂直な方向で、3Dファブリック強化PU複合材の伸度を測定する。
3Dファブリック強化PU複合材を手で曲げることによって、可撓性を測定する。試験プレートをスペーサー糸に対して垂直な方向で30°を超えて曲げることができれば、柔軟性は良好である;試験プレートを30°を超えて曲げることができない場合、柔軟性は乏しい。
ポリエステルレシピにおいて、加水分解試験も行う。DIN EN ISO 20344の試験基準に従って、3Dファブリック強化PU複合材の加水分解試験を測定する。
2.複合材の製造手順
表1及び2に示されているA成分(スポーツ系において、A成分を35℃に維持する;チャパル系において、A成分を室温、20℃に維持する)及びB成分を、それぞれに、対応する成分を混合することによって製造した。同時に、鋳型の温度を25~50℃に維持した(スポーツ系において、鋳型温度が23℃である;チャッパル系において、鋳型温度が50℃である)。その後、65gのA成分及び45gのB成分を1つのプラスチックコップ中に入れ、混合装置(EWTHV 0.5型、vollrathミキサー)で7~8秒混合した。62gのAとB成分の混合物を鋳型に入れた。その後、Donghua大学から購入できるPET製の3Dファブリックを、ファブリックの最上層と底層が鋳型の底部と平行であるように混合物中に入れた。ファブリックは鋳型の中心に置いた。その後、鋳型を閉じた。5分後、鋳型を開けてサンプルを取り出し、硬化させるために室温で24時間放置した。
Figure 0007479846000001
Figure 0007479846000002
Figure 0007479846000003
Figure 0007479846000004
得られたプレートに、上記の基準に従って、試験を行い、密度、硬度、引張強度、伸度及び引裂強度を測定した。ポリエステル系において、加水分解前後の機械的特性も測定した。結果はそれぞれ、表3及び4に示している。
Figure 0007479846000005
Figure 0007479846000006
表3及び4から分かるように、3Dファブリックで強化することにより、得られたプレートの引張強度及び引裂強度を大幅に増大した。
両方のレシピから得られた試験プレートは、スペーサー糸に対して垂直な方向で30°を超えて曲げることができるが、それに対して垂直な他の2つの方向でほとんど曲げることができなかった。
複合材の向上した機械的特性はソールの耐用寿命を延ばし、異方性は、歩く又は走っている間に足首を安定させ、快適にさせることに役立つ。さらに、この複合材の外観は、靴を自由にデザインすることを可能にする。

Claims (11)

  1. スペーサー糸を有する3Dスペーサーファブリックによって強化されたポリウレタン(PU)フォームから製造される、靴底製造用の3Dスペーサーファブリック強化PU複合材であって、
    前記ポリウレタンが、
    (a)ジ-又はポリイソシアネート、
    (b)ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオール、及び
    (c)任意に、発泡剤
    を反応させることによって製造され、及び
    スペーサー糸の傾斜角度が、65~75°の範囲であり、
    前記ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの官能価が、1.7~2.5であり、
    前記ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの分子量が、500~6000であることを特徴とする靴底製造用の複合材。
  2. 前記ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールのヒドロキシル価が、50~270mg KOH/gである、請求項に記載の靴底製造用の複合材。
  3. 前記ポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールの多分散指数が、0.8~1.3の範囲内にある、請求項1または2に記載の靴底製造用の複合材。
  4. 前記ファブリックが、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ナイロン又はポリアクリロニトリルから製造される、請求項1からのいずれか一項に記載の靴底製造用の複合材。
  5. 前記3Dスペーサーファブリックの厚さが、2~15mmである、請求項1からのいずれか一項に記載の靴底製造用の複合材。
  6. 請求項1からのいずれか一項に記載の靴底製造用の複合材の製造方法であって、前記3Dスペーサーファブリック及び前記PUフォームの出発材料を鋳型中に添加して、その後に発泡することを含む、方法。
  7. 前記PUフォームを製造するための反応混合物を混合して、その後に、鋳型に入れてある3Dスペーサーファブリックに前記混合物を注入することを含む、請求項に記載の方法。
  8. 前記注入が、真空補助樹脂注入成形(VARTM)を使用することによって、又は直接成型によって行われる、請求項に記載の方法。
  9. 前記注入が、前記反応混合物が前記3Dスペーサーファブリックによってスペーサー糸方向に流れるように行われる、請求項又はに記載の方法。
  10. 請求項1からのいずれか一項に記載の複合材を靴底に使用する方法。
  11. 請求項1からのいずれか一項に記載の複合材を靴底に含む履物。
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