CN101745235A - 高反弹结构体:天空球 - Google Patents

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Abstract

具有垂直至少20英尺并且垂直高达50或75英尺的高反弹能力的游戏球由固态弹性体热塑性聚氨酯形成，具有3-5mm的壁厚，容纳有压力优选高于0.65kfg/cm2的气体。

Description

高反弹结构体:天空球
技术领域
本发明涉及具有高反弹能力的商业制品，包括游戏球和鞋底，即鞋跟和/或鞋底。
背景技术
充满加压空气的球，包括充气至介于7.5到8.5psig(0.53-0.60kg/cm2)之间的足球、篮球，充气至介于4到6psig(0.28-0.42kg/cm2)之间的橄榄球、排球，以及水皮球，全部具有非弹性外壳，当然是众所周知的，并且用于指定运动的那些球必须不被过度充气。某些已知的游戏球，特别是小孩的游戏球具有弹性体外壳，所述弹性体外壳由例如天然和人造橡胶、聚氯乙烯(PVC)塑料形成，或甚至在某些情况下由具有适宜的柔性和回弹性的其它塑料形成。
对于某些类型的已知球类，适宜的是这种球具有反弹的能力，并且已知当充气至更高的压力时，球反弹得更高。然而，由于所讨论的运动的要求，或由于外壳材料不能在高压下避免断裂，充气压力受到限制。
通常被称为超级球(super ball)并且由聚丁二烯制成的具有较小直径，即至多约5cm的实心球具有反弹至比任何已知的充气球高得多的程度的异常能力(参见Stingley UPS 3,241,834)。这种超级球尺寸有限，因为如果大于约3cm，则它们对于一般游戏而言太重，并且可能给孩子带来危险。如果可以制造具有超级球的反弹能力的空心球，则这是适宜的。
近年来，已经开发出这样的鞋，尤其是运动鞋，其中鞋底和/或鞋跟含有机械弹簧或空气，从而给这种鞋提供比普通鞋更大的减震和“反弹”。这些构造中有许多是非常复杂的，例如，参见Peng UPS 4,680,876、Kilgore等USP 5,343,639，和McMahon等USP 4,342,158。然而，这种鞋的鞋底的反弹程度是非常有限的。
发明内容
本发明的一个目的是克服一个或多个如上所述的现有技术的缺陷。
另一个或另外的目的是提供“反弹”更大的制品，尤其是充气的空心球和鞋。
根据本发明，这些和/或其它目的是通过提供固态弹性体聚氨酯，尤其是基于亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)的高弹性的热塑性聚氨酯的外壳而实现的，所述外壳具有至少3mm的壁厚、充有处于高充气压力下的合适气体，所述气体为空气、氦、氧或氧化氮(NO)。
具体实施方式
在称为“天空球(Sky Ball)”的球的情况下，球形外壳由固态弹性体聚氨酯形成，具有3-5mm的壁厚，能够经受200-300℃的温度，在一个实施方案中，具有约9.2cm的直径。所述球注入有处于0.5-0.8kfg/cm2、优选高于0.65kfg/cm2的高充气压力下的气体，优选空气，并且发现当以足够的力向下投掷到硬表面上时，其垂直反弹高达75英尺。一般的成年人可以容易地使这种球反弹到50英尺以上。
对高反弹能力有贡献的重要因素有多个，包括(1)对球外壳合适的弹性体的选择，(2)外壳的壁厚，(3)外壳内的气体，和(4)外壳内的气体的压力。对于壁厚，已经发现厚度小于3mm的壁是不令人满意的，而3-5mm的壁厚是最佳的。厚度大于5mm的壁增加不必要的重量，并且还不利地影响反弹性能以及总成本。小于3mm的壁厚不容许对球的高反弹能力有贡献的充分高的充气压力。
合适的外壳材料的选择是尤其重要的。已经尝试了PVC以及各种聚氨酯，但没有成功。然而，已经发现无毒、无色并且透明的、柔软的、增塑的、高弹性的、聚酯基固态热塑性聚氨酯树脂是合适的。这种聚氨酯是亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)与多元醇的反应产物，所述反应产物由约25重量％的MDI和约70重量％的多元醇以及约5重量％的分子量为约50至约800的增链剂形成，所述多元醇含至少两个OH官能团并且分子量为1000至10,000，所述增链剂含至少两个OH官能团或至少两个NH2官能团。所得到的高弹性、固态、热塑性的聚氨酯树脂具有约1.1至约1.2g/cm3、优选约1.1g/cm3的密度，220℃的熔点和约70至约90的肖氏A硬度。
尤其合适的是由俄亥俄州克里夫兰的Lubrizol Advanced Materials，Inc.以商标
Figure G2009101646299D0000031
58070出售的这种聚酯基热塑性聚氨酯树脂(TPU)。
Figure G2009101646299D0000032
58070具有72的肖氏A硬度、1.17的比重或密度、45MPa的拉伸强度、700％的极限伸长率、在100％伸长率下为约4MPa的拉伸应力、在300％伸长率下为约6MPa的拉伸应力、7.9kg/mm的Graves撕裂强度，和-52℃的玻璃化转变温度Tg。
可以对其他弹性材料的适宜性进行常规测试，标准是容纳处于相当大压力下的气体的能力，以及所得到的球在用力向下投掷时反弹到相当大的垂直高度，即至少20英尺、优选至少35英尺，并且更优选至少50英尺的能力。
橡胶状且有弹性的外壳还适宜地为透明或清澈的，或至少半透明，但是这并非必需的。如果是清澈或半透明的，则可以将所述外壳着色或充入各种装饰元件如闪光物。此外，当外壳的材料较透明时，可以将闪光物加入到充入气体的空腔中以提供额外的装饰效果。
上述具体实施方案的描述如此充分地揭示了本发明的总体本质，使得他人可以在不进行过多的实验并且不偏离一般概念的情况下，通过应用当前的知识，为了各种应用容易地修改和/或改变这些具体实施方案，因此，这种改变和修改应当并且意在包括于所公开的实施方案的等价物的含义和范围内。应当理解，在此所使用的措辞或术语用于描述而非限制性目的。在不偏离本发明的情况下，用于实现各种所公开的功能的手段、材料和步骤可以采取各种备选形式。
因此，后面是功能性描述的表达“…的手段”和“用于…的手段”或任何方法步骤的语言(可以在上面的说明书中和/或在以下的权利要求中找到)意在限定和覆盖现在或将来可能存在的、实现所述功能的任何结构、物理、化学或电气元件或结构体或任何方法步骤，而不论是否精确地等同于在上面的说明书中所公开的一个或多个实施方案，即，可以使用实现相同功能的其他手段或步骤；并且意在对这些表达进行它们最宽泛的解释。

Claims (9)

1.一种娱乐球，所述娱乐球包括固态、橡胶状且有弹性的材料的空心外壳，
所述空心外壳的壁厚为3-5mm，
所述球充有处于0.5-0.8kgf/cm2的压力下的气体，并且
所述球的特征在于具有反弹能力，使得在向下投掷时它能够垂直反弹至20英尺以上。
2.权利要求1所述的娱乐球，其特征在于所述娱乐球能够垂直向上达到35英尺以上。
3.权利要求1所述的娱乐球，其特征在于所述娱乐球能够垂直向上达到50英尺以上。
4.权利要求1所述的娱乐球，其中所述外壳由柔软的、增塑的、高弹性的聚酯基热塑性聚氨酯树脂形成。
5.权利要求1所述的娱乐球，所述娱乐球充气至高于0.65kgf/cm2的压力。
6.权利要求1所述的娱乐球，其中所述外壳由亚甲基二苯基二异氰酸酯与多元醇的反应产物形成，所述反应产物包含约25重量％的所述亚甲基二苯基二异氰酸酯和70重量％的所述多元醇，以及任选的约5重量％的分子量为50-800的增链剂，所述多元醇的分子量为1000-10,000，所述聚氨酯反应产物具有约1.1至约1.2g/cm3的密度和70-90的肖氏A硬度。
7.权利要求1所述的娱乐球，其中所述外壳由聚酯/MDI基热塑性聚氨酯树脂形成，所述聚酯/MDI基热塑性聚氨酯树脂具有至少约45MPa的拉伸强度和至少约700％的极限伸长率。
8.权利要求1所述的娱乐球，其中所述外壳由聚酯基热塑性聚氨酯树脂形成，所述聚酯基热塑性聚氨酯树脂具有72的肖氏A硬度、1.17的比重、45MPa的拉伸强度、和700％的极限伸长率、在100％伸长率下为4MPa的拉伸应力、在300％伸长率下为6MPa的拉伸应力、7.9kg/mm的Graves撕裂强度、和-52℃的玻璃化转变温度Tg。
9.一种鞋，所述鞋包括鞋底，所述鞋底具有高弹性聚酯基热塑性聚氨酯的空心外壳，以及3-5mm的外壳壁厚，充有处于0.5-0.8kgf/cm2的压力下的气体，其特征在于所述充气的鞋底具有增强的反弹能力。
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