CN101385576A - 保护垫及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在各个方向上都有很好的弯曲性能从而能够很好地与被保护部位贴合的保护垫及其制造方法，所述保护垫包括：外层，所述外层是柔软且具有拉伸性能的弹性薄膜材料；中间层，所述中间层由多个缓冲单元构成，所述多个缓冲单元之间相互独立，并且呈交错排列；基材，所述基材是柔软且具有拉伸性能的弹性薄膜材料；其中，所述多个缓冲单元中的每个缓冲单元的两端分别与所述外层和所述基材粘合。所述保护垫还可包括涂敷在所述基材的朝外一侧的不干胶，用于将所述保护垫固定到需要保护的部位。

Description

保护垫及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种保护垫及其制造方法，具体地讲，涉及一种在各个方向上都有很好的弯曲性能从而能够很好地与被保护部位贴合的保护垫及其制造方法。
背景技术
保护垫类产品中，尤其是身体保护垫类产品中，能起到吸收外部冲击、摩擦作用的是具有回弹性能的缓冲材质。上述的缓冲材质在受到外力后，其体积会被压缩，从而吸收外部的能量，起到保护的目的，而当外力撤去后，缓冲材质能够回复原有的体积，因此能够长时间、反复的起保护作用。
但是，回弹性好的材料，往往无法很好地贴合需要保护的部位，如身体表面，这是因为，身体表面通常呈不规则的弧形，甚至，在如肩、肘、踝等关节部位，身体表面的弧度会随着人体运动而不断改变。如果保护垫的缓冲层采用回弹性很强的材料，虽然能够起到很好的保护效果，但是却会阻碍身体的活动，使使用者产生不适感，甚至难以保持保护垫和身体表面的良好贴合。
在US 20060199456号美国专利中公开了一种复合结构，以改进单纯缓冲材质的柔软性差的问题。这种结构的制作方式是：先将缓冲材料的片材与基材热粘合，再将缓冲片材模切分割，然后拉伸基材，利用基材的拉伸性能，将缓冲片材分离成一组独立的缓冲体。这种方式做成的保护垫，缓冲体之间的间隙十分有限，而且，它只能够向一个方向弯曲，这与传统的切割线方式所达到的效果差别不大。
在WO 2006036072号国际申请中公开了一种阵列式的缓冲材料。其中，作规则排列的缓冲体是通过模切缓冲片材而制成的，但是每个缓冲体之间都是相互联结的，整个缓冲材料实质上是连续一体的。这种形式能够改善缓冲材料的柔软性，且向内和向外的弯曲性能相当，但是，当缓冲材料的厚度增加时，其柔软性受到很大的影响。
在FR 2797154号法国专利申请中公开了一种利用模具在缓冲材料表面形成沟槽，从而将缓冲材料分割成一系列独立的缓冲体单元的身体保护垫。其中，中心位置的缓冲单元高度较低，这样，保护垫弯曲时，能够和身体的关节部位更好的贴合。沟槽部位的厚度小，能够改善缓冲材料的弯曲性能。缓冲单元的高度大，能够保证保护作用。但是，这种方案对于模具加工的要求较高，尤其对于缓冲单元小，分布密度高的产品，模具的加工难度很高。而且，由于厚度小的沟槽部位强度低，且透气性差。
在FR 2879078号法国专利申请中公开了一种与FR 2797154号法国专利申请中相似的保护垫，其不同之处在于缓冲单元分布于两面。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题的至少一个方面。根据本发明的一方面，提供了一种保护垫，包括：外层，所述外层是柔软且具有拉伸性能的弹性薄膜材料；中间层，所述中间层由多个缓冲单元构成，所述多个缓冲单元之间相互独立，并且呈交错排列；基材，所述基材是柔软且具有拉伸性能的弹性薄膜材料；其中，所述多个缓冲单元中的每个缓冲单元的两端分别与所述外层和所述基材粘合。
当所述保护垫在使用中被弯曲时，所述多个缓冲单元中相邻两行或相邻两列的缓冲单元之间互不干涉。并且，所述外层在所述缓冲单元之间的部分可以自由地弯曲和拉伸。
所述保护垫可以进一步包括涂敷在所述基材的朝外一侧的不干胶，用于将所述保护垫固定到需要保护的部位。
所述外层与所述缓冲单元之间可以通过压敏胶粘合，并且所述压敏胶只被涂在所述缓冲单元的端部而没有连续涂敷在所述外层的表面上。相似地，所述基材与所述缓冲单元之间可以通过热熔胶粘合，并且所述热熔胶只被涂在所述缓冲单元的端部而没有连续涂敷在所述基材的表面上。
优选地，所述缓冲单元由发泡材料制成。并且所述发泡材料优选为闭孔发泡材料。所述闭孔发泡材料可以为闭孔的聚烯烃发泡材料，例如低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯/醋酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物等。
所述缓冲单元可以为柱状体，并且其截面形状可以为正方形、圆形或多边形，所述缓冲单元的大小和形状不要求完全相同。
所述缓冲单元的设置应满足条件：S％≥(P×A)/B，其中，S％表示缓冲单元在单位面积内的覆盖率，P表示单位面积的所述保护垫承受的负荷，A表示压头的面积，B表示根据GB10807方法测定的所述发泡材料在工作状态下的最大允许压缩率下的抗压应力。
优选地，所述缓冲单元之间的最小距离大于1mm。在水平方向上，相邻两个所述缓冲单元的水平间距大于或等于相邻的所述缓冲单元的水平宽度；在竖直方向上，相邻两个所述缓冲单元的竖直间距大于或等于相邻的所述缓冲单元的竖直宽度。
所述热熔胶的工作温度不高于所述发泡材料的热变形温度，但高于实际使用时的温度上限。
所述热熔胶优选为EVA类低熔点胶。
所述基材可以为水刺无纺布或聚氨酯薄膜，所述外层可以为聚氨酯薄膜，弹性织物，或弹性无纺布材料。
根据需要，所述基材和所述外层可由透气性好的材料形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造保护垫的方法，包括以下步骤：a)准备缓冲片材，在所述缓冲片材的一面上涂敷压敏胶，并将所述压敏胶膜与离型纸贴合；b)使用热轧机将热熔胶膜复合于所述缓冲片材的没有涂敷所述压敏胶的一面上，其中，所述热熔胶膜的工作温度低于所述缓冲片材的热变形温度；c)用预先加工好的刀模对上述步骤b)所得的半成品进行模切，其中，刀口需切断所述热熔胶膜、所述缓冲片材和所述热敏胶，但不得切穿所述离型纸；d)将连在一起的废料排除，从而形成按设计位置排列在所述离型纸上的相互独立的缓冲单元；e)使用热轧机将基材与上述步骤d)所得的缓冲单元热压复合，然后冷却，将所述离型纸去除；f)将步骤e)所得的半成品与外层复合，并利用所述缓冲单元的一端的所述压敏胶进行粘合固定。
根据所设计的所述缓冲单元的大小和截面形状来制作所述预先加工好的刀模。
通过采用本发明中的上述方案，通过从结构和制造工艺上进行改进，在保证抗冲击性的同时，根据本发明的保护垫在各个方向上都具有很好的弯曲性能，改善了保护垫的柔软性。同时，还可以提高保护垫的透气性，从而提高了使用舒适性。
从下面对本发明实施例的详细描述中，本发明的其它目标和优点将变得更加明显。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明的保护垫的复合结构的侧视图；
图2、图3和图4示出了根据本发明的保护垫的复合结构的俯视图；
图5示出了根据本发明的保护垫处于使用状态下的示意图；
图6A、图6B和图6C具体示出了根据本发明的保护垫的缓冲单元的截面和布局设计；
图7、图8和图9示出了根据本发明的制造保护垫的方法的步骤。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的保护垫100的复合结构的侧视图。如图1所示，保护垫100为三层结构：外层1是柔软且具有拉伸性能的弹性纤维或薄膜材料；中间层2是由一系列交错排列的独立缓冲单元4所组成的缓冲层；基材3是质地柔软的纤维或薄膜材料。
外层1的材质使用具有良好拉伸性能且十分柔软的弹性材料，例如聚氨酯薄膜、弹性织物或弹性无纺布材料。外层1与中间的缓冲单元4的一端粘合，外层1的在缓冲单元4之间的部分可以自由地弯曲和拉伸。因此，当保护垫100受弯曲时，外层1的未与缓冲单元4粘合的部分(即在缓冲单元4之间的部分)能够随着缓冲单元4的各个顶端相互之间的距离的增大和缩小而进行相应的拉伸和褶皱，这确保了使用保护垫100的部位的运动(例如，使用者的身体活动)不受限制。
基材3通常由质地柔软、容易弯曲的透气材料制成，如水刺无纺布、聚氨酯薄膜。它用来支撑中间层2，给缓冲单元4提供必需的强度，并且在保护垫100弯曲时不能影响其弯曲性能。基材3的朝外一侧可以涂敷不干胶，以便于做成贴类产品，方便地贴于需要保护的部位，例如身体的某一部位。
缓冲单元4由发泡材料制成。由于闭孔发泡材料的抗冲击性好，所以缓冲单元4通常由闭孔发泡材料制成，优选的闭孔发泡材料为闭孔的聚烯烃发泡材料，但是也可以使用其它具有类似缓冲性质的材料。合适的聚烯烃发泡材料包括：低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯/醋酸乙酯共聚物(EVA)、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物(EMA)等。上述聚烯烃类发泡材料具有不吸水、不易孳生微生物的特点，且通常情况下对人体皮肤没有刺激性和致敏性，因此，比较适合作为中间层2的缓冲单元4的材料。此外，缓冲单元4通常为柱状体。
图2、图3和图4示出了根据本发明的保护垫100的复合结构的俯视图。从图2、图3和图4中可以看出保护垫100中的缓冲单元4的示例性布局，其截面形状可以设计成正方形(图2)、圆形(图3)、多边形(图4)等。该复合结构的显著特征在于，每个缓冲单元4之间相互独立，并且呈交错排列。需要指出的是，虽然图中示出了在同一结构中缓冲单元4的大小和形状均相同，但是在一些实施例中缓冲单元4的形状和大小可以不相同(如图6C所示)。
图5示出了根据本发明的保护垫100处于使用状态下的示意图。如图5所示，根据本发明的保护垫100可以向内弯曲，也可以向外弯曲。此外，可以看到当保护垫100被弯曲时，相邻两行或相邻两列缓冲单元4之间互不干涉。
下面参照图6A、图6B和图6C来具体描述根据本发明的保护垫100的缓冲单元4的截面和布局设计。
首先，在水平方向上，相邻两个缓冲体的水平间距大于或等于与之相邻的缓冲体的水平宽度；在竖直方向上，相邻两个缓冲体的竖直间距大于或等于与之相邻的缓冲体的竖直宽度。如图6A、图6B和图6C所示，以10个缓冲单元4为例，说明其尺寸关系。
在图6A中，每个正方形截面边长为4mm；每一行中，相邻两个正方形的间距为4mm；每一列中，相邻两个正方形的间距为6mm。
在图6B中，每个圆形截面的直径为4mm，以行/列的形式交错排列，相邻两行共享一条水平切线，相邻两列共享一条竖直切线；每一行中，相邻两个圆的边缘竖直切线距离为4mm；每一列中，相邻两个圆的边缘水平切线距离为4mm。
在图6C中，3mm直径的圆形截面和5mm直径的圆形截面以行/列的形式交错排列，相邻两行共享一条水平切线，相邻两列共享一条竖直切线；每一行中，相邻两个3mm圆的边缘竖直切线距离为5mm，相邻两个5mm圆的边缘竖直切线距离为3mm；每一列中，相邻两个3mm圆的边缘水平切线距离为5mm，相邻两个5mm圆的边缘水平切线距离为3mm。
在一种优选实施例，两个缓冲单元4之间的最小距离大于1mm，这样能更加有效地保证在制造过程中排废时，废料不断裂。
此外，缓冲单元4在单位面积内的覆盖率S％，可根据保护垫的负荷要求以及材料性能计算。假设要求单位面积的保护垫承受负荷P，所用发泡材料在工作状态下的最大允许压缩率为a％，根据GB10807方法测定a％的抗压应力为B，设测试用压头的面积为A，则缓冲单元4在单位面积内的覆盖率应满足条件S％≥(P×A)/B。如果按上述方法计算出的S％≥1，则说明所选材料不符合要求。
缓冲单元4的大小和形状不要求完全相同，设计时还需综合考虑模切工艺的可行性和经济性。
图7、图8和图9示出了根据本发明的制造保护垫的方法的步骤。
参照图7，首先准备缓冲片材5，将缓冲片材5的一面覆压敏胶6，并与离型纸7贴合。然后将热熔胶膜9用热轧机8复合于缓冲片材5无胶的一面上，重要的是，热熔胶膜9的工作温度需低于缓冲片材5的热变形温度。
参照图8，然后用预先加工好的刀模10对半成品进行模切，刀口需切断热熔胶膜层9、缓冲片材5和压敏胶层6，但是不得切穿离型纸7。完成模切后，将连在一起的废料排除，只留下独立的缓冲单元4按设计位置排列在离型纸7上。
参照图9，接着用热轧机8将基材3与缓冲单元4热压复合，冷却后，将离型纸7除去。此时，基材3上的缓冲单元4之间的相对位置已固定。最后，将半成品与外层1复合，利用缓冲单元4一端的压敏胶进行粘合固定。
所得的产品，可按照需要裁切成一定的尺寸。
在制造过程中，所述方法具有以下优点：(1)虽然所有的缓冲单元4都是相互离散的(这与传统的层状粘合完全不同)，但是根据本发明的方法能够很好地保证缓冲单元4之间的相对位置，保证缓冲单元4组成的阵列不被破坏，同时达到满意的生产效率；(2)根据本发明的方法只将粘合剂涂敷在基材3和外层1与缓冲单元4结合的地方，所以粘合剂的使用对外层1和基材3的柔软度影响很小，提高了使用舒适性；(3)外层1和基材3不发生粘连；如果简单地将粘合剂连续涂敷在基材3和外层1上，那么在生产和使用过程中，基材3和外层1的没有与缓冲单元4结合的部分，会发生相互的粘连，导致原结构失效。
具体地讲，压敏胶在模切、复合过程中起到定位作用。模切后，连续的缓冲片材5废料被排去，离散的缓冲单元4在压敏胶的作用下被固定在离型纸7上，并保持相互之间的距离。然后，用不易拉伸变形的基材3与缓冲单元4上层粘合，将其从离型纸7上取下。此时，各个缓冲单元4的相对位置已固定。热熔胶膜预覆在缓冲片材5的一面，避免了在基材3(或外层1)上直接涂胶，从而不会导致粘连。热熔胶膜的特性是只有在工作温度以上才体现出粘性。利用这一性质，我们可以在胶膜的工作温度以下进行模切，此时，胶膜不会与刀口发生粘连；当与基材3复合时，只需要在工作温度以上，进行压合，就可以发挥热熔胶的粘合能力。需要注意的是，热熔胶膜的工作温度不能高于所选发泡材料的热变形温度，同时，必须高于实际使用时的温度上限。在一种实施例中，EVA类的低熔点胶膜为优选。
从上面的描述中，可以清楚地看到，根据本发明的保护垫与现有的保护垫相比，结构上具有显著的优点，并由此在使用上带来更好的效果。在保证具有一定的抗冲击性的前提下具有很好的弯曲性和柔软性，同时透气性也得到了改善。另外，如果特定应用(如体育运动)对保护垫的透气性有更高的要求，则外层和基材可以选择透气性好的材料来进一步提高透气性。
另外，本发明所揭示的结构除了应用于保护产品之外，也能通过改变原材料的特性，用于其他领域：
(1)绝缘领域本发明可视作用一组离散发泡单元支撑起一定的厚度的绝缘结构。由于发泡材料本身具有良好的绝缘性能，这样的一层复合结构也会有很好的绝缘性。同时，由于柔软性好，能够适应各种形状的表面，这种结构可以用于特殊形状表面的绝缘防护。
(2)防寒、隔热领域泡沫材料和空气都是热的不良导体，这样的一层复合结构能够有效的阻止热传导，起到防寒、隔热的作用。
(3)节能密封领域节能密封材料一般用于居室门窗缝隙的密封，能够有效的防止室内外热交换，减少空调的耗电，从而起到节能作用。本发明所述的结构与一般使用的泡棉胶带相比，柔软性更好，更易应用于表面起伏不平的区域。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出变化和修改，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (21)

1.一种保护垫，包括：
外层，所述外层是柔软且具有拉伸性能的弹性薄膜材料；
中间层，所述中间层由多个缓冲单元构成，所述多个缓冲单元之间相互独立，并且呈交错排列；
基材，所述基材是柔软且具有拉伸性能的弹性薄膜材料；
其中，所述多个缓冲单元中的每个缓冲单元的两端分别与所述外层和所述基材粘合。
2.根据权利要求1所述的保护垫，其中，当所述保护垫在使用中被弯曲时，所述多个缓冲单元中相邻两行或相邻两列的缓冲单元之间互不干涉。
3.根据权利要求2所述的保护垫，其中，所述外层在所述缓冲单元之间的部分可以自由地弯曲和拉伸。
4.根据权利要求3所述的保护垫，进一步包括涂敷在所述基材的朝外一侧的不干胶，用于将所述保护垫固定到需要保护的部位。
5.根据权利要求3所述的保护垫，其中，所述外层与所述缓冲单元之间通过压敏胶粘合，并且所述压敏胶只被涂在所述缓冲单元的端部而没有连续涂敷在所述外层的表面上。
6.根据权利要求3所述的保护垫，其中，所述基材与所述缓冲单元之间通过热熔胶粘合，并且所述热熔胶只被涂在所述缓冲单元的端部而没有连续涂敷在所述基材的表面上。
7.根据权利要求6所述的保护垫，其中，所述缓冲单元由发泡材料制成。
8.根据权利要求7所述的保护垫，其中，所述发泡材料为闭孔发泡材料。
9.根据权利要求8所述的保护垫，其中，所述闭孔发泡材料为闭孔的聚烯烃发泡材料。
10.根据权利要求9所述的保护垫，其中，所述闭孔的聚烯烃发泡材料包括：低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯/醋酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
11.根据权利要求7所述的保护垫，其中，所述缓冲单元为柱状体，并且其截面形状为正方形、圆形或多边形，并且所述缓冲单元的大小和形状不要求完全相同。
12.根据权利要求11所述的保护垫，其中，所述缓冲单元的设置满足S％≥(P×A)/B，其中，S％表示缓冲单元在单位面积内的覆盖率，P表示单位面积的所述保护垫承受的负荷，A表示压头的面积，B表示根据GB 10807方法测定的所述发泡材料在工作状态下的最大允许压缩率下的抗压应力。
13.根据权利要求12所述的保护垫，其中，所述缓冲单元之间的最小距离大于1mm。
14.根据权利要求13所述的保护垫，其中，在水平方向上，相邻两个所述缓冲单元的水平间距大于或等于相邻的所述缓冲单元的水平宽度；在竖直方向上，相邻两个所述缓冲单元的竖直间距大于或等于相邻的所述缓冲单元的竖直宽度。
15.根据权利要求7所述的保护垫，其中，所述热熔胶的工作温度不高于所述发泡材料的热变形温度，但高于实际使用时的温度上限。
16.根据权利要求15所述的保护垫，其中，所述热熔胶为EVA类低熔点胶。
17.根据权利要求3所述的保护垫，其中，所述基材为水刺无纺布或聚氨酯薄膜。
18.根据权利要求3所述的保护垫，其中，所述外层为聚氨酯薄膜，弹性织物，或弹性无纺布材料。
19.根据权利要求3所述的保护垫，其中，所述基材和所述外层由透气性好的材料形成。
20.一种制造保护垫的方法，包括以下步骤：
a)准备缓冲片材，在所述缓冲片材的一面上涂敷压敏胶，并将所述压敏胶膜与离型纸贴合；
b)使用热轧机将热熔胶膜复合于所述缓冲片材的没有涂敷所述压敏胶的一面上，其中，所述热熔胶膜的工作温度低于所述缓冲片材的热变形温度；
c)用预先加工好的刀模对上述步骤b)所得的半成品进行模切，其中，刀口需切断所述热熔胶膜、所述缓冲片材和所述热敏胶，但不得切穿所述离型纸；
d)将连在一起的废料排除，从而形成按设计位置排列在所述离型纸上的相互独立的缓冲单元；
e)使用热轧机将基材与上述步骤d)所得的缓冲单元热压复合，然后冷却，将所述离型纸去除；
f)将步骤e)所得的半成品与外层复合，并利用所述缓冲单元的一端的所述压敏胶进行粘合固定。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，根据所设计的所述缓冲单元的大小和截面形状来制作所述预先加工好的刀模。
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