CN103120440A

CN103120440A - 基于e-PTFE膜材料的功能鞋底及其工艺

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Publication number: CN103120440A
Application number: CN2012105962865A
Authority: CN
Inventors: 杨治安
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-05-29

Abstract

以简单的结构与工艺，应用e-ptfe膜材料，予鞋底显著有效的透气、防臭、防水功能。而克服e-ptfe膜固有脆弱持性成为关键所在。首先，把e-ptfe膜以塑料或橡胶膜复合为透气的e-ptfe膜面和总体强度显著高于e-ptfe膜的复合结构膜，且以相应结构予尤其e-ptfe透气膜面及其边缘少受拉伸应力作用和碰擦，以保证e-ptfe于鞋底正常功能下的有效结合；其次，于结构透气通道内充填松软透气的活性碳吸附材料，予鞋底持久有效的防除臭功能；同时，对复合e-ptfe膜结构、以及相关结构件厚度、材料、充许超声波、激光加工的相关环节，均应用这些加工方式以提高鞋底结构品质和工效。

Description

基于e-PTFE膜材料的功能鞋底及其工艺

领域鞋

背景技术众所周知，当前市场主流产品皮鞋运动鞋(以下未另指其它即均为此指)实质上几乎是不透气的。因为鞋底实质不透气。鞋底不透气，也即鞋底不透气，不仅穿着不舒适且易产生令人讨厌的酸臭异味。

于鞋底不具防水特性下予鞋底实质有效的透气防臭功能，以简单结构与材料的结合即可有效解决，比如把当前的鞋底设置均匀、密集小通孔并于其内充填松软透气的活性碳吸附材料，而要与此同时予鞋底防水特性，仅以单一结构、构造，或仅以单一材料则显然难以实现。

透气防臭但不能防水的鞋底可有简单有效方法实现，但因在鞋业长久一直以来其一无例外的防水特性鞋产品下，公众长久一直以来不得不默认和接受其一无例外的实质不透气鞋产品，从而形成对鞋底、鞋产品防水特性难以或缺的固有观念，短时期显然难以改变。

透气防水膜材料e-PTFE为鞋底的透气防水功能提供了现实材料基础。

e-PTFE膜材料应用于服装面料领域通常予其两面覆合有适于缝、胶加工和起增强作用的纤维材料以克服其作为膜的强度脆弱性，但覆合环节通常以50％上下覆盖率涂胶，这于其作为通常汗气不多且有足够总透气面下的冰雪环境之用不存在问题，而若用于面积本已显见有限的鞋底透气之用则显然不宜。鞋底透气之用e-PTFE以其单一结构材料为宜。

e-PTFE膜材料系氟材经特殊工艺拉伸为密集网络纤维层微孔从而具其透气防水功能，其功能特性因膜厚不同而可不同，通常为几十个微米厚，其在不超过一定水压下能以其微小的网络纤维微孔并于水分子表面张力作用下阻断水分子穿越过膜层，而其透气特性通常则与普通纤维面料材料相当。

把e-PTFE用于鞋底并成其结构体的固有部分，且要保证其与鞋底基材结合下必须具备的结合强度、耐久度，从而予鞋底以其应有的特别是防水特性，有其显见的作为膜材料通常固有的强度脆弱性，比如膜层不能过厚以增加总体强度，否则透气特性下降以至失去其功能，比如膜厚方向抗剥离强度差，通常不及通常塑料膜。但于当前无更好解决鞋底透气、防水防臭特性技术下，应用其透气前提下的防水特性，并与相关结构和材料组合而得到透气、防水、防除臭的功能鞋底产品，不仅技术上可行，虽也有其相应不足，但相较结构虽可简单、且透气防除臭但却不防水的鞋底及其产品，显然前者更易于为市场认同和接受。

发明内容结构虽可简单的具显著透气特性且防除臭的鞋底却不能防水。为克服公众长期形成的、短期难以改变的固有观念，也为予鞋底及其产品更好的穿着实用便利性，以相关工艺与结构克服e-PTFE膜材料其固有强度脆弱特性，有效应用于鞋底及其产品，以予其显著透气功能下的防除臭与防水特性功能。

因鞋底的应用环境和状态，单一结构的e-PTFE材料不宜直接应用于鞋底结构，否则其脆弱薄膜于鞋底结构内的交变应力与碰擦下，难以保证其不受损伤与破坏，其轻微但长期的碰擦即可导致损伤而失去防水特性。为此，为予e-PTFE正常、有效应用于鞋底结构，一方面可显著提高其自身总体强度和抗剥离强度，一方面以结构、以及结构材料特性保证其于鞋底基材结构内不受、或仅受其强度限度内的微应力应变，以及对其的磨擦，同时最大限度提高其与相关基材的结合强度。

为显著提高其e-PTFE总体强度，可于其两面各覆一层其上均布有占有其面20-50％孔洞、0.1-0.2mm厚的含氟或非含氟塑料或橡胶膜，当然覆层也可是厚一些比如约1mm上下的相应材料。以热压、热熔或粘合剂方式，或以超声波、激光结合方式，复合为除其孔洞部分外总体综合强度显著高于e-PTFE的复合结构膜，或膜结构(以下均简称结构膜)，经此工艺，不仅显著增加了其一体化膜厚，更为重要的是，尤其经热压热熔方式得到的复合膜体，几乎以完全的一体化微观结构和组织取代了e-PTFE其松散、脆弱的网络纤维层组织，材料组织结构致密性显著增大，显著改变和增强了e-PTFE微观组织结构特性，为其与鞋底基材的结合，为其抵抗鞋内的交变应力以及磨擦作用提供了有利前提条件。同时，复合后膜体强度的增加，也克服了e-PTFE于相关环节加工中因其薄而延伸率高难于保持其不变的形态和尺寸，便于相关环节的加工。

而增加与此复合e-PTFE膜结合的鞋底基材其抗拉强度和弹性模量，从而减小其结合处的应力应变对e-PTFE膜的作用，有利于保护结合处e-PTFE结构，这可于鞋底基材内添加相关比如玻纤、碳纤、硼纤、以及诸如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二脂或芳香聚酰胺等有机纤维材料得以实现。

经复合后的e-PTFE膜，以张拉塑性形变方式予其于膜孔中的e-PTFE膜面保持松驰状态，以其预应力处理对鞋底于实际活动中的形变对其的应力应变作用。

为此，在结构上，把鞋底构造为以透气通道上下、内外贯通关联的三个结构层。

第一结构层，为缓冲层。由三个相关子结构层构成，为缓冲人体重力，减小对其下方e-PTFE膜结构层及其e-PTFE透气膜面以及其膜面边缘的磨擦。

复合e-PTFE膜结构层上方其纤维层上方，设置1-2mm厚的松软透气活性碳纤维软垫。其内可有与鞋底基体上表面突起的结构定位柱一致的孔洞；

此活性碳纤维软垫上表面，设置1-3mm厚、与其下方e-PTFE膜孔一致的含氟或非含氟塑料或橡胶层，以其内透气通道的厚度阻止足部组织下陷而引起其下方e-PTFE膜面以及膜面边缘的磨擦和损伤；其通道内可充填松软透气的活性碳材料；其可有与鞋底主体基材上表面突起结构定位柱一致的孔洞；

再于此层之上设置一层约1mm上下、分布有与其下层相应孔洞的含氟或非含氟塑料或像胶层，并与其下层结合，用以均衡足部压力；其通孔内可充填松软透气的活性碳材料。

第二结构层，为复合e-PTFE膜结构层，由五个相关子结构层构成。

e-PTFE经与其两面覆合材料复合为复合e-PTFE膜结构。

为进一步充分保护e-PTFE透气膜面不受磨擦和损伤，可于复合e-PTFE膜面各再覆以增强纤维材料，其间可置有松软透气的比如棉纤维薄垫。

此结构层既可以是不超过0.5mm的厚膜结构，也可以是超过0.5-1mm的结构体，比如把e-PTFE或复合e-PTFE膜复合于0.5-1mm厚上下的覆合材料上；或把复合e-PTFE膜层或单一e-PTFE膜直接结合于鞋底主体层基材膜孔外缘和/或内壁，而单一结构的e-PTFE膜面下沉于通道内壁，以加强鞋底结构的一体化程度，有利于进一步保护膜面且可减少加工环节。

以粘合剂粘合方式得到的复合e-PTFE膜结构，因粘合剂结合体其抗剥离强度通常不高，虽然服装面料领域其复合e-PTFE面料产品不少于十年的正常应用足以证明粘合剂方式的有效性，且广泛应用于各领域的高性能或结构型粘合剂其通常不低于20-70Mpa的抗剪粘合强度更能保证复合e-PTFE膜结构的相关复合强度，但最大限度提高其相关复合强度和使用耐久牢度，依然是有益的。

从结构上予以e-PTFE不受或仅受微应力应变、少受或不受挤压与磨擦的内部结构环境，当然对保护e-PTFE结构尤应如此。这可以其复合e-PTFE膜与其结合的鞋底主体基材透气通道上表面其通道外缘、和/或通道内壁为结合面，而除去其它膜材，比如以8mm透气孔以其两相邻外缘为5mm间距，通道表面和/或通道内壁覆合约1mm上下环状结合面而除去其余膜材，此时则可得到占鞋底基面65％上下的无e-PTFE膜的结构体基面，这部分鞋底主体基面可用于不影响e-PTFE膜材下与其上缓冲结构层的粘合剂结合，这种方式较之以鞋底主体基面或需设置占用透气通道的突起结构定位柱与缓冲结构层结合，则更有利于其结合强度。当然，这种复合e-PTFE膜与基体结构层的分体结合方式，不限于e-PTFE或复合e-PTFE膜的粘合剂方式，其它诸如热压热熔方式也当然适用。

第三结构层，为鞋底主体层。其间有与其上方复合e-PTFE膜结构层一致、贯通其上下面的透气通道；为充分利用结构，在对透气不产生实质影响下，通道内可充填松软透气活性碳材料，不仅具持久有效的防除臭作用，同时还绝热保暖。

其基本上表面可设置有突起的结构定位柱，用以穿过其上下两层结构层并与缓冲层结合为一体；

为避免地面细小杂物进入、堵塞通道，鞋底防滑花纹基部层设置包括金属纤维在内的增强防护网，同时还具加强鞋底总体强度作用；

为求得鞋底平贴地面时也具透气作用，鞋底以透气通道为单位的防滑花纹上设置有沟通任两相邻透气通道并相应延伸至鞋底外缘的沟道；

为提高产品使用寿命，于防滑花纹磨损后倘若其它部分完好，则磨平鞋底面后以新的、作为独立结构体存在的防滑花纹结构层备件，粘合后仍可继续使用，以节约社会资源；

因鞋底减少20-50％可用于触及地面的防滑花纹截面，耐磨特性因此下降，为此，可于防滑花纹作为一个相对鞋底主体层为独立存在的结构件下，于其内添加抗磨比如铁、刚玉、碳化硅微粉材料；当然，微粉的添加也可以把其与鞋底主体结构作为一体时，通过相应加工设备和加工工艺控制，分步而一次性得到。这样不仅可克服结构上的不足，还可得到优于当前无添加的鞋底其耐磨品质。

因各结构层内均有占其面20-50％的透气通道，因而存在应力集中，不利于结构强度。为此，可于各基体材料内添加高抗拉强度、高弹性模量的比如玻纤、碳纤、硼纤或诸如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二脂或芳香聚酰胺有机纤维，不仅可克服结构上的应力集中，还可得到优于当前无添加的鞋底其材料品质；

因核心功能材料e-PTFE构成为氟，而通常微观组织结构相同相近材料结合强度优于其非相同相近材料，此系微观组织结构相同相近材料较其非相同相近材料间有相对更高的理化亲和特性，故为获得鞋底最大限度的一体化结构强度，各结构层材料可由氟或含氟材料构成；

而广泛应用于尤其是金属加工的超声波、激光加工技术，经调整其相关输出参数和工作状态，可单独、或以与常规粘合剂方式、或以与常规热压热熔方式相结合，用于与e-PTFE的复合相关环节加工结合。与通常无温度热作用、静态的粘合剂粘合相较，这些加工方式既有温度的热作用，也有微幅强振动或冲击作用，可加速和加强结合层间材料的微观运动与熔合，故这些加工方式不仅可提高e-PTFE膜的覆合品质，且因其加工时间相对粘合剂方式可以显著缩短，还可提高工效。

此三个独立结构层以粘合剂结合为具显著透气功能下的防除臭防水功能鞋底。

这里还存在一个关于鞋底20-50％的“空洞”与公众固有观念问题。

鞋底以20-50％的透气通道为前提，予鞋底以显著的透气特性且保留了鞋其长期一贯的防水特性，而要获得鞋实质性的透气功能，于当前、于本方案，鞋底不可能不存在用以透气、用以鞋底汗气扩散、交换于鞋外的通道、以至“大面积”通道。但是，鞋底这一外在形式上与当前鞋底显著不同的尤其是“大面积空洞”，相对公众长期一贯以来在鞋底一无例外均无“空洞”的固有观念下，明显认为这种鞋底对足部的保护不如当前无“空洞”鞋底。尽管“空洞”处有包括金属纤维网层材料的防护，也尽管极大多数公众并不了解当前鞋底不计花纹层也仅为1-2mm的像胶或塑料层防护。此两者于极端尖锐硬物下于足部所能提供的防护，实质上实在等同相当。

同时也应看到，假如避免于鞋底“空洞”、尤其是看似“大面积空洞”的同时，能做到鞋底实质性透气作用，且换来比金属纤维网更好的防护，那当然是有效的，尽管于实际上其防护作用和效果可能等同相当，以至不及高强高模金属纤维网材料，且受制于相关实际因素，难以有与鞋底透气方式效果相当的其它方式。为克服公众固有观念，可于透气通道设置于鞋底层外缘，而鞋底层面则可不设置e-PTFE材料，除与足掌活动关节相应的弯曲变形部位外，于通常情况下几乎不受任何应力应变作用，这显然有利于e-PTFE膜材料与鞋底基材的结合耐久度。

为把透气通道设置于鞋底外缘，鞋底主体基材层其约10mm上下宽的外缘部分，设置从最外缘其1-5mm处由内向外方向的方或圆透气通道；通道外缘处基面以及伸出基面1-5mm的其上下层基体基面，构成复合e-PTFE膜结构覆合面；此复合e-PTFE膜结构，以鞋底外缘透气通道和基面布局相应一致、于柔软透气薄纤维保护垫和相应的纤维保护网层、以及最外层的金属纤维网层、与其外周边框以塑料或橡胶一并加工为一体化膜结构，且其上可有与鞋底外缘相应位置一致的定位突梢结构体；而鞋底主体层其外缘部分以内，以各自独立分布的圆柱体构成，柱体间的空间系共同透气通道，其间可充填松软透气的活性碳材料；柱体及鞋底上部外缘端面上覆合一层约1-2mm厚、有相应透气通道的缓冲层。

为提高透气效果，鞋底主体层内其柱体由鞋首至鞋尾可由薄至厚，鞋底外缘透气通道厚度以及其它相关结构，也由此相应一致。

这种鞋底外缘透气方式，因其有效透气截面与鞋底层厚度直接相关，而过厚的鞋底通常则不利于鞋产品有关其形成流畅、动感线条的美学设计，故其透气作用与效果通常不及鞋底透气方式。

当然，若把鞋底及其外缘透气方式结合起来，则可相应减少鞋底透气“空洞”，也有利于鞋底强度和耐磨特性，同时为进一步优化e-PTFE膜与鞋基体的设置提供了可能，对克服公众其固有观念也有利。

附图说明图1为鞋底构造剖视示意图，图2为鞋底横切面剖视示意图，图3为鞋底底面局部图，图4为鞋底花纹其沟道剖视图，图5为鞋底外缘透气方式其构造剖视示意图，图6为鞋底外缘透气方式其鞋底横切面剖视示意图，图7为e-PTFE膜的分体覆膜方式示意图。

其中，1.缓冲结构层最上方的覆层；2.缓冲结构层中间层，也即缓冲主体层；3.缓冲结构层最下方的活性碳纤维垫层；4.复合e-PTFE膜结构层或e-PTFE膜层；5和6.透气增强纤维层；7.鞋底主体基材层；8.鞋底主体层透气通道；9.缓冲结构层主体透气通道；10.透气增强纤维防护层；11.鞋底主体层上的柱体；12.透气通道上的e-PTFE膜面；13.透气通道外缘上的复合e-PTFE膜层或e-PTFE膜层。

具体实施方式复合e-PTFE膜结构：

e-PTFE膜两面各覆一约0.1-0.2mm厚、其上相应开有占其面20-50％孔洞的含氟或非含氟塑料或橡胶膜材料，以热压、热熔或以粘合剂、或以和以超声波、激光方式结合为除其孔洞内e-PTFE膜面以外的复合e-PTFE膜。

复合e-PTFE膜结构，也可以是约0.5-2mm厚的相应覆合材料复合而来。

鞋层构造：复合e-PTFE膜层(4)或e-PTFE膜，通过热压、热熔或粘合剂、或以超声波或激光单独或同以上方式相结合的方式，与鞋底主体层(7)基面结合，结合面可设置透气增强纤维材料层(5、6)，结合后以下沉张拉作用使e-PTFE膜面(12)保持其塑性形变下的松驰状态；对分体覆膜方式，则以基体通道表面外缘1-2mm圆环面(13)和/或通道内壁0.5-2mm圆环面为复合e-PTFE膜或e-PTFE膜(4)的结合面，结合时以0.3-0.5mm厚、分布有与其上下层一致孔洞的不锈钢薄板，置于-PTFE膜面下，结合后以带维度不锈钢棒剪切下其余膜材。

为最大限度于结构内减少对e-PTFE膜面、尤其通道边缘的碰擦，于覆膜时，以复合e-PTFE膜以塑性形变方式下沉于通道内壁约1mm上下并结合于通道，或复合e-PTFE膜或e-PTFE膜覆合于约1mm上下的塑料或橡胶基层，之后与鞋底主体层结合。

复合e-PTFE膜(4)与鞋底基材(7)以热压热熔或粘合剂结合后，其上置一层1-2mm厚、鞋底主体层(7)基面上的突起结构定位柱穿过其间的活性碳纤维材料垫层(3)；再其上可置一层1-3mm厚，与e-PTFE膜(4)有一致通道的橡胶或塑料层(2)，其通道(9)内可充填松软透气的活性碳材料，活性碳纤维或微粉以透气无纺纤维材料先封包为与通道相宜形式；于缓冲主体层(2)之上，最后覆合约1mm上下、与其下方缓冲主体层(2)相应、相宜透气孔洞的覆层(1)，比如孔洞占其面的20-50％，其透气通道内同样可置入活性碳材料。

为阻止缓冲结构层于鞋底主体结构层(7)面上的滑动，鞋底主体层(7)基面可设置若干突起的结构定位柱，或于分体覆膜方式下覆膜面(13)外的基面，以粘合剂稳固缓冲结构层(1和2)；当然，因复合e-PTFE膜面边缘可下沉于其通道内壁，故鞋底主体层(7)与缓冲结构层(1和2)间的些微相对错动可不致损伤e-PTFE膜面及其边缘，故缓冲层(1和2)亦可直接平铺于鞋底主体层(7)之上，而可不设置突起的结构定位柱，其上的活性碳纤维垫层(3)亦可不置孔洞；而此时缓冲层(2)与其上的缓冲覆层(1)可合并为一体化结构，并使其通道在相关制约因素下尽可能小于e-PTFE膜面通道，比如e-PTFE膜面通道为6-8mm，其通道则可取2-3mm或1-2mm，这样可进一步避免缓冲层于e-PTFE膜及其边缘的损伤。

为予e-PTFE与鞋底主体结构有更好的结合耐久性，最大限度减缓其覆合处的失效，可增加其与结合基面的结合面积。为此，亦可把复合e-PTFE其复合膜壁下沉至距鞋底主体基层透气通道下端，以求得尽可能大的结合面。比如鞋底主体层厚3-6mm，则可把复合e-PTFE其复合膜壁下沉至距基体通道下端1-2mm处。

对鞋底层外缘透气方式的鞋底构造，可以相应加工工艺得到鞋底主体层(7)结构，其内柱体(11)间的空间内充填松软透气的活性碳材料，其上覆一层与下方柱体(11)间有相应透气通道的覆层(1)，构成鞋底主体结构层；复合e-PTFE膜结构，以鞋底外缘透气通道和基面布局相应一致、于柔软透气保护纤维薄垫和相应的纤维保护网层(5或6)、以及最外层的金属纤维网层(10)，和其外周边框以塑料或橡胶一并加工为一体化膜结构，其上可有与鞋底外缘相应位置一致的稳固、定位突梢，结合于鞋底外缘相应沟道内。

对鞋底主体层内的防护纤维网层(10)，可于其相关加工中先预置而一并得到；也可把鞋底主体结构层(7)分为两相应、相对独立的结构体，然后以粘合剂结合为一体，而防护纤维层于其结合时置入。

复合e-PTFE膜结构，不仅可以超声波、激光方式加工，复合e-PTFE膜与其结合的基面、以及鞋底相关加工环节允许、适宜其加工方式的，均可应用这些加工方式以提高覆合环节的复合品质及工效。

Claims

1.基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，鞋底基材是橡胶或塑料，其特征是，含玻纤、或碳纤、或硼纤、或聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二脂、芳香聚酰胺纤维材料、由含氟或非含氟橡胶或塑料基材彼此独立且贯通联系的相关结构层构成。

2.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，透气通道设置于鞋底和/或鞋底层外缘。

3.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，复合e-ptfe膜结构除其透气膜面部分外是由含氟或非含氟的塑料或橡胶膜、或其厚膜、或其与其1mm上下薄板复合而成。

4.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，结构体内的复合e-ptfe膜结合于基材通道内壁、和/或其通道外缘。

5.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，结构体内的e-ptfe透气膜面为塑性形变下的松驰状态。

6.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，结构体内有包括金属纤维在内的增强纤维材料层。

7.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，结构体下表面防滑花纹结构层内含铁、刚玉、碳化硅耐磨微粉。

8.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，以独立结构体为存在方式的防滑花纹结构层，用于替换磨损的鞋底。

9.根据权利要求1所述基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，结构体透气通道内充填有松软透气的活性碳材料。

10.基于e-ptfe膜材料的功能鞋底及其工艺，其特征是，复合e-ptfe膜结构、及其与基材的结合，以超声波或激光单独、或与粘合剂以及热压热熔方式相结合加工。