CN109275983B - 一种高柔性鞋垫及其制备方法 - Google Patents

一种高柔性鞋垫及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高柔性鞋垫及其制备方法，涉及鞋垫制造技术领域。该高柔性鞋垫及其制备方法，通过在打印材料中加入特定的粘度触变剂多面体低聚倍半硅氧烷和热塑性弹性体，使得多面体低聚倍半硅氧烷与热塑性弹性体聚合物基体形成氢键，使得制备得到的成品鞋垫翘曲变形小，打印过程中无拉丝现象，且具有高柔性、高回弹性等优点，对儿童问题脚及成人问题脚有改善作用，本发明还能实现高柔性鞋垫的高质量私人定制，减少传统鞋垫制备的繁琐工序，同时减少原料消耗，有效提高鞋垫生产效率，大大节约成本。

Description

一种高柔性鞋垫及其制备方法
技术领域
本发明涉及鞋垫制造技术领域，特别涉及一种高柔性鞋垫及其制备方法。
背景技术
3D打印技术是近年来制造领域的新兴技术又称为“增材制造技术”，利用三维设计数据在一台设备逐层堆积快速而精确地制造出与三维模型完全一致的制品。解决许多过去难以制造的复杂结构制品的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，而且越是复杂结构的制品，其制造的速度作用越显著。由于具有加工精度高、制造周期短、经济便利、并可实现个人定制的优点，3D 打印技术被广泛应用于许多个性化产品定制领域。
鞋垫是鞋的重要组成部分，与人体足部紧密接触，其主要功能是改善人体脚底受力状态，其他功能包括防止脚掌在鞋内滑动、提高步伐稳定性、缓冲减震、提高脚部穿着舒适度、减少疲劳及提供矫形功能等。随着人们生活水平的日益提高及对自身足部健康的关注度提升，越来越多的普通人及患有足部疾病的人群对鞋垫有特殊的个人定制要求。
目前鞋垫的个性化定制主要通过传统的手工石膏模型制作、计算机软件辅助设计、最终通过数控机床加工完成。传统工艺需要耗费大量的人力、物力且制备成本高、时间周期长。近年来，随着3D打印技术的发展，有许多企业和研究机构开展了鞋垫的3D打印制作。但是3D打印制作鞋垫普遍存在打印制品的柔性不足导致穿着舒适不足，制品层间粘结性能差导致制品力学性能差，制品打印过程中存在拉丝、成品存在翘曲度高影响外观等缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高柔性鞋垫及其制备方法。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种高柔性鞋垫的制备方法，所述方法包括：
采集目标用户的足部数据，所述足部数据包括足部尺寸数据及所述目标用户活动时的足部应力集中点数据；
将所述足部尺寸数据输入至三维建模软件中，形成目标用户的个人足部模型，再输入足部应力集中点数据，将个人足部模型在三维建模软件中转化为个人鞋垫模型后，并输入3D打印机；
向所述3D打印机加入热塑性弹性体、粘度触变剂和添加剂作为原材料，根据所述个人鞋垫模型进行3D打印，得到高柔性鞋垫，3D打印参数包括：用FDM成形设备对热塑性弹性体丝材进行逐层沉积并堆积打印成产品，打印温度200～260℃，打印速度20～200 mm/s，打印厚度0.1～0.5 mm，模型填充度30%-80%；所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酯弹性体和热塑性聚酰胺弹性体中的一种或多种；所述热塑性弹性体的硬度范围在肖氏硬度30～90 A之间，所述粘度触变剂为多面体低聚倍半硅氧烷，其结构简式为(RSiO1.5)n，n的值为6、8或10，其中至少有一个官能团R为羧基、羟基和氨基中的至少一种，剩余官能团R为惰性，为H、烷基、芳基、环戊基、 环己基、 苯基、 异丁基中的至少一种；所述热塑性弹性体、所述粘度触变剂和所述添加剂的重量比值依次为85～99.5%：0.2～14%：0.1～1%；
对所述高柔性鞋垫进行修整，得到高柔性鞋垫成品。
在一个优选的实施例中，所述足部尺寸数据的采集方法，包括：
使用手机摄像头或照相设备对目标用户的足部进行至少三个预设角度的图像拍摄，获取所述目标用户的足部尺寸数据；和/或，
使用扫描仪器对目标用户的足部进行扫描，获取所述目标用户的足部尺寸数据；和/或，
使用扫描仪器扫描目标用户足部踩踏过的印泥，获取所述目标用户的足部尺寸数据。
在一个优选的实施例中，所述足部应力集中点数据的采集方法，包括：
获取目标用户在设有传感器的印泥上踩踏时的足部压力数据，根据所述足部压力数据确定足部应力集中点数据。
在一个优选的实施例中，所述添加剂包括热稳定剂和光稳定剂，所述热稳定剂为受阻苯酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类中的至少一种，所述光稳定剂为三唑类、受阻胺类中的至少一种，所述光稳定剂在所述添加剂中的含量不大于40 wt%。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种高柔性鞋垫，所述高柔性鞋垫由上述任一所述的高柔性鞋垫的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明提供的一种高柔性鞋垫及其制备方法具有以下优点：
本发明提供的一种高柔性鞋垫及其制备方法，通过在打印材料中加入特定的粘度触变剂多面体低聚倍半硅氧烷和热塑性弹性体，使得多面体低聚倍半硅氧烷与热塑性弹性体聚合物基体形成氢键，使得制备得到的成品鞋垫翘曲变形小，打印过程中无拉丝现象，且具有高柔性、高回弹性等优点，对儿童问题脚及成人问题脚有改善作用，本发明还能实现高柔性鞋垫的高质量私人定制，减少传统鞋垫制备的繁琐工序，同时减少原料消耗，有效提高鞋垫生产效率，大大节约成本。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种高柔性鞋垫的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例（但不限于所举实施例)与附图详细描述本发明，本实施例的具体方法仅供说明本发明，本发明的范围不受实施例的限制，本发明在应用中可以作各种形态与结构的修改与变动，这些基于本发明基础上的等价形式同样处于本发明申请权利要求保护范围。
实施例1
图1是根据一示例性实施例示出的一种高柔性鞋垫的制备方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤101，采集目标用户的足部数据，所述足部数据包括足部尺寸数据及所述目标用户活动时的足部应力集中点数据。
步骤102，将所述足部尺寸数据输入至三维建模软件中，形成目标用户的个人足部模型，再输入足部应力集中点数据，将个人足部模型在三维建模软件中转化为个人鞋垫模型后，并输入3D打印机。
步骤103，向所述3D打印机加入热塑性弹性体、粘度触变剂和添加剂作为原材料，根据所述个人鞋垫模型进行3D打印，得到高柔性鞋垫。
其中，3D打印参数包括：用FDM成形设备对热塑性弹性体丝材进行逐层沉积并堆积打印成产品，打印温度200～260℃，打印速度20～200 mm/s，打印厚度0.1～0.5 mm，模型填充度30%-80%；所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酯弹性体和热塑性聚酰胺弹性体中的一种或多种；所述热塑性弹性体的硬度范围在肖氏硬度30～90 A之间，所述粘度触变剂为多面体低聚倍半硅氧烷，其结构简式为 (RSiO1.5)n，n的值为6、8或10，其中至少有一个官能团R为羧基、羟基和氨基中的至少一种，剩余官能团R为惰性，为H、烷基、芳基、环戊基、 环己基、 苯基、 异丁基中的至少一种；所述热塑性弹性体、所述粘度触变剂和所述添加剂的重量比值依次为85～99.5%：0.2～14%：0.1～1%。
步骤104，对所述高柔性鞋垫进行修整，得到高柔性鞋垫成品。
需要说明的是，为了使得制备的高柔性鞋垫的防翘变性能更佳，热塑性弹性体原材料的硬度范围在肖氏硬度50～80 A之间。
其中，多面体低聚倍半硅氧烷是一种纳米尺寸的以二维Si-O短链形成的无机骨架（内核）和完全覆盖其的有机取代基（外壳）组成的杂化材料，因此其与热塑性弹性体聚合物基体具有良好的相容性。此外，由于其官能团R为羧基、羟基或氨基能够与热塑性弹性体聚合物分子链形成氢键作用，一方面能够有效提高多面体低聚倍半硅氧烷在树脂基体中的分散性，使其对热塑性弹性体聚合物基体的硬度影响不大，保证打印制品的柔性和韧性；另一方面在无剪切作用下能够形成网络结构，提高树脂基体的熔体粘度，从而保证了材料3D打印成型过程中抵抗内应力作用引起变形和翘曲的能力，同时有效的消除了3D打印过程中的拉丝现象。
在一个优选的实施例中，所述足部尺寸数据的采集方法，包括：
使用手机摄像头或照相设备对目标用户的足部进行至少三个预设角度的图像拍摄，获取所述目标用户的足部尺寸数据；和/或，
使用扫描仪器对目标用户的足部进行扫描，获取所述目标用户的足部尺寸数据；和/或，
使用扫描仪器扫描目标用户足部踩踏过的印泥，获取所述目标用户的足部尺寸数据。
在一个优选的实施例中，所述足部应力集中点数据的采集方法，包括：
获取目标用户在设有传感器的印泥上踩踏时的足部压力数据，根据所述足部压力数据确定足部应力集中点数据。
在一个优选的实施例中，所述添加剂包括热稳定剂和光稳定剂，所述热稳定剂为受阻苯酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类中的至少一种，所述光稳定剂为三唑类、受阻胺类中的至少一种，所述光稳定剂在所述添加剂中的含量不大于40 wt%。
综上所述，本发明提供的一种高柔性鞋垫及其制备方法，通过在打印材料中加入特定的粘度触变剂多面体低聚倍半硅氧烷和热塑性弹性体，使得多面体低聚倍半硅氧烷与热塑性弹性体聚合物基体形成氢键，使得制备得到的成品鞋垫翘曲变形小，打印过程中无拉丝现象，且具有高柔性、高回弹性等优点，对儿童问题脚及成人问题脚有改善作用，本发明还能实现高柔性鞋垫的高质量私人定制，减少传统鞋垫制备的繁琐工序，同时减少原料消耗，有效提高鞋垫生产效率，大大节约成本。
实施例2
步骤201，使用手机摄像头或照相设备对目标用户的足部进行至少三个预设角度的图像拍摄，获取所述目标用户的足部尺寸数据。
步骤202，获取目标用户在设有传感器的印泥上踩踏时的足部压力数据，根据所述足部压力数据确定足部应力集中点数据。
步骤203，将足部尺寸数据输入至三维建模软件中，形成目标用户的个人足部模型，再输入足部应力集中点数据，将个人足部模型在三维建模软件中转化为个人鞋垫模型后，并输入3D打印机。
步骤204，向所述3D打印机加入热塑性弹性体、粘度触变剂和添加剂作为原材料，根据所述个人鞋垫模型进行3D打印，得到高柔性鞋垫。
其中，3D打印参数包括：用FDM成形设备对热塑性弹性体丝材进行逐层沉积并堆积打印成产品，打印温度200℃，打印速度50 mm/s，打印厚度0.10 mm，模型填充度30%；所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性弹性体的硬度为肖氏硬度60A，所述粘度触变剂为多面体低聚倍半硅氧烷，其结构简式为 (RSiO1.5)6，其中至少有一个官能团R为羧基，剩余官能团R为烷基；所述热塑性弹性体、所述粘度触变剂和所述添加剂的重量比值依次为93%： 6.7%： 0.3%；
步骤205，对所述高柔性鞋垫进行修整，得到高柔性鞋垫成品。
其中，多面体低聚倍半硅氧烷是一种纳米尺寸的以二维Si-O短链形成的无机骨架（内核）和完全覆盖其的有机取代基（外壳）组成的杂化材料，因此其与热塑性弹性体聚合物基体具有良好的相容性。此外，由于其官能团R为羧基、羟基或氨基能够与热塑性弹性体聚合物分子链形成氢键作用，一方面能够有效提高多面体低聚倍半硅氧烷在树脂基体中的分散性，使其对热塑性弹性体聚合物基体的硬度影响不大，保证打印制品的柔性和韧性；另一方面在无剪切作用下能够形成网络结构，提高树脂基体的熔体粘度，从而保证了材料3D打印成型过程中抵抗内应力作用引起变形和翘曲的能力，同时有效的消除了3D打印过程中的拉丝现象。
所述添加剂包括热稳定剂和光稳定剂，所述热稳定剂为受阻苯酚类，所述光稳定剂为三唑类，所述光稳定剂在所述添加剂中的含量为20 wt%。
实施例3
步骤301，使用扫描仪器对目标用户的足部进行扫描，获取所述目标用户的足部尺寸数据。
步骤302，获取目标用户在设有传感器的印泥上踩踏时的足部压力数据，根据所述足部压力数据确定足部应力集中点数据。
步骤303，将足部尺寸数据输入至三维建模软件中，形成目标用户的个人足部模型，再输入足部应力集中点数据，将个人足部模型在三维建模软件中转化为个人鞋垫模型后，并输入3D打印机。
步骤304，向所述3D打印机加入热塑性弹性体、粘度触变剂和添加剂作为原材料，根据所述个人鞋垫模型进行3D打印，得到高柔性鞋垫。
其中，3D打印参数包括：用FDM成形设备对热塑性弹性体丝材进行逐层沉积并堆积打印成产品，打印温度230℃，打印速度100 mm/s，打印厚度0.30 mm，模型填充度50%；所述热塑性弹性体为热塑性聚酯弹性体；所述热塑性弹性体的硬度为肖氏硬度60 A，所述粘度触变剂为多面体低聚倍半硅氧烷，其结构简式为 (RSiO1.5)8，其中至少有一个官能团R为羧基、羟基和氨基中的至少一种，剩余官能团R为惰性，为H、烷基、芳基、环戊基、环己基、苯基、异丁基中的至少一种；所述热塑性弹性体、所述粘度触变剂和所述添加剂的重量比值依次为90%： 9.9%：0. 1%；
步骤305，对所述高柔性鞋垫进行修整，得到高柔性鞋垫成品。
其中，多面体低聚倍半硅氧烷是一种纳米尺寸的以二维Si-O短链形成的无机骨架（内核）和完全覆盖其的有机取代基（外壳）组成的杂化材料，因此其与热塑性弹性体聚合物基体具有良好的相容性。此外，由于其官能团R为羧基、羟基或氨基能够与热塑性弹性体聚合物分子链形成氢键作用，一方面能够有效提高多面体低聚倍半硅氧烷在树脂基体中的分散性，使其对热塑性弹性体聚合物基体的硬度影响不大，保证打印制品的柔性和韧性；另一方面在无剪切作用下能够形成网络结构，提高树脂基体的熔体粘度，从而保证了材料3D打印成型过程中抵抗内应力作用引起变形和翘曲的能力，同时有效的消除了3D打印过程中的拉丝现象。
所述添加剂包括热稳定剂和光稳定剂，所述热稳定剂为受阻苯酚类，所述光稳定剂为三唑类，所述光稳定剂在所述添加剂中的含量为30 wt%。
实施例4
步骤401，使用扫描仪器扫描目标用户足部踩踏过的印泥，获取所述目标用户的足部尺寸数据。
步骤402，获取目标用户在设有传感器的印泥上踩踏时的足部压力数据，根据所述足部压力数据确定足部应力集中点数据。
步骤403，将足部尺寸数据输入至三维建模软件中，形成目标用户的个人足部模型，再输入足部应力集中点数据，将个人足部模型在三维建模软件中转化为个人鞋垫模型后，并输入3D打印机。
步骤404，向所述3D打印机加入热塑性弹性体、粘度触变剂和添加剂作为原材料，根据所述个人鞋垫模型进行3D打印，得到高柔性鞋垫。
其中，3D打印参数包括：用FDM成形设备对热塑性弹性体丝材进行逐层沉积并堆积打印成产品，打印温度260℃，打印速度200 mm/s，打印厚度0.50 mm，模型填充度80%；所述热塑性弹性体为热塑性聚酯弹性体；所述热塑性弹性体的硬度为肖氏硬度90 A，所述粘度触变剂为多面体低聚倍半硅氧烷，其结构简式为 (RSiO1.5)10，其中至少有一个官能团R为羧基、羟基和氨基中的至少一种，剩余官能团R为惰性，为H、烷基、芳基、环戊基、环己基、苯基、异丁基中的至少一种；所述热塑性弹性体、所述粘度触变剂和所述添加剂的重量比值依次为99.5%：0.2%：0. 3%。
步骤405，对所述高柔性鞋垫进行修整，得到高柔性鞋垫成品。
其中，多面体低聚倍半硅氧烷是一种纳米尺寸的以二维Si-O短链形成的无机骨架（内核）和完全覆盖其的有机取代基（外壳）组成的杂化材料，因此其与热塑性弹性体聚合物基体具有良好的相容性。此外，由于其官能团R为羧基、羟基或氨基能够与热塑性弹性体聚合物分子链形成氢键作用，一方面能够有效提高多面体低聚倍半硅氧烷在树脂基体中的分散性，使其对热塑性弹性体聚合物基体的硬度影响不大，保证打印制品的柔性和韧性；另一方面在无剪切作用下能够形成网络结构，提高树脂基体的熔体粘度，从而保证了材料3D打印成型过程中抵抗内应力作用引起变形和翘曲的能力，同时有效的消除了3D打印过程中的拉丝现象。
所述添加剂包括热稳定剂和光稳定剂，所述热稳定剂为受阻苯酚类，所述光稳定剂为三唑类，所述光稳定剂在所述添加剂中的含量为40 wt%。
将上述实施例2、3、4示出的高柔性鞋垫的制备方法所制备得到的高柔性鞋垫与现有鞋垫的各项性能进行对比测试，得到表一示出的鞋垫测试结果：
实施例2 实施例3 实施例4 现有鞋垫
厚度（cm) 1.2 1.5 1.8 2
保暖性（%） 76.2 63.2 72.9 0
耐磨性（转） 7960 7243 7549 光滑
硬度值 5 8 6 1
表一
从表一的数据可以看出，本发明实施例提供的高柔性鞋垫的硬度值在5-8之间，而现有鞋垫的硬度值为1，由于硬度值越小材料硬度越大，因此本发明提供的高柔性鞋垫相对现有鞋垫的柔软度更高，此外，本发明提供的高柔性鞋垫的保暖性和耐磨性也明显优于现有鞋垫，因而具有非常良好的市场应用前景。
虽然，前文已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之进行修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明的后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (5)

1.一种高柔性鞋垫的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
采集目标用户的足部数据，所述足部数据包括足部尺寸数据及所述目标用户活动时的足部应力集中点数据；
将所述足部尺寸数据输入至三维建模软件中，形成目标用户的个人足部模型，再输入足部应力集中点数据，将个人足部模型在三维建模软件中转化为个人鞋垫模型后，并输入3D打印机；
向所述3D打印机加入热塑性弹性体、粘度触变剂和添加剂作为原材料，根据所述个人鞋垫模型进行3D打印，得到高柔性鞋垫，其中，3D打印参数包括：用FDM成形设备对热塑性弹性体丝材进行逐层沉积并堆积打印成产品，打印温度200～260℃，打印速度20～200 mm/s，打印厚度0.1～0.5 mm，模型填充度30%-80%；所述热塑性弹性体为热塑性聚氨酯弹性体、热塑性聚酯弹性体和热塑性聚酰胺弹性体中的一种或多种；所述热塑性弹性体的硬度范围在肖氏硬度30～90 A之间，所述粘度触变剂为多面体低聚倍半硅氧烷，其结构简式为(RSiO1.5)n，n的值为6、8或10，其中至少有一个官能团R为羧基、羟基和氨基中的至少一种，剩余官能团R为惰性，为H、烷基、芳基、环戊基、 环己基、 苯基、 异丁基中的至少一种；所述热塑性弹性体、所述粘度触变剂和所述添加剂的重量比值依次为85～99.5%：0.2～14%：0.1～1%；
对所述高柔性鞋垫进行修整，得到高柔性鞋垫成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述足部尺寸数据的采集方法，包括：
使用手机摄像头或照相设备对目标用户的足部进行至少三个预设角度的图像拍摄，获取所述目标用户的足部尺寸数据；和/或，
使用扫描仪器对目标用户的足部进行扫描，获取所述目标用户的足部尺寸数据；和/或，
使用扫描仪器扫描目标用户足部踩踏过的印泥，获取所述目标用户的足部尺寸数据。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述足部应力集中点数据的采集方法，包括：
获取目标用户在设有传感器的印泥上踩踏时的足部压力数据，根据所述足部压力数据确定足部应力集中点数据。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括热稳定剂和光稳定剂，所述热稳定剂为受阻苯酚类、亚磷酸酯类、硫代酯类中的至少一种，所述光稳定剂为三唑类、受阻胺类中的至少一种，所述光稳定剂在所述添加剂中的含量不大于40 wt%。
5.一种高柔性鞋垫，其特征在于，所述高柔性鞋垫由权利要求1-4任一所述的高柔性鞋垫的制备方法制备得到。
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