CN110652068A - 一种鞋底及碳纤维复合材料 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种鞋底及碳纤维复合材料。该鞋底包括：设置于鞋底的碳纤维复合板，碳纤维复合板包括第一碳纤维编织布铺层、设置于第一碳纤维编织布铺层上的第二铺层、设置于第二铺层上至少一层的中足加强层，以及设置于各中足加强层上的第三铺层，其中：第一碳纤维编织布铺层设于鞋底的全掌区域；第二铺层铺设于鞋底的全掌区域；第三铺层铺设于鞋底的全掌区域；以及，各中足加强层依次层叠铺设于鞋底的中足区域。该鞋底由于碳纤维复合板中，中足加强层与第一碳纤维编织布铺层、第二铺层和第三铺层采用非均质的铺设方式，相对于现有技术中均质中底的鞋底，改善了了鞋底的弯折刚度，从而提高了鞋子的舒适感。

Description

一种鞋底及碳纤维复合材料
技术领域
本申请涉及鞋类领域，尤其涉及一种鞋底及碳纤维复合材料。
背景技术
随着社会的不断发展，生活品质的提高，用户对鞋子舒适感的要求也越来越高，其中，鞋底的弯折刚度对鞋子舒适感影响较大。特别是对于热爱运动的用户而言，在运动过程中，鞋底的弯折刚度过大或过小均会对其舒适感造成很大影响，甚至于引起腿部抽筋现象。因此需要对现有鞋底的弯折刚度进行改进，以提高鞋子的舒适感。
发明内容
本申请实施例提供一种鞋底及碳纤维复合材料，用于对现有鞋底的弯折刚度进行改进。
本申请实施例提供了一种鞋底，包括：设置于鞋底的碳纤维复合板，所述碳纤维复合板包括第一碳纤维编织布铺层、设置于所述第一碳纤维编织布铺层上的第二铺层、设置于所述第二铺层上至少一层的中足加强层，以及设置于各所述中足加强层上的第三铺层；
所述第一碳纤维编织布铺层设于鞋底的全掌区域；
所述第二铺层铺设于鞋底的全掌区域；
所述第三铺层铺设于鞋底的全掌区域；以及，
各所述中足加强层依次层叠铺设于鞋底的中足区域。
优选的，用于制成所述第一碳纤维编织布铺层的复合碳纤维编织布的铺层角度为0度、30度、45度、60度或90度，其中，所述铺层角度具体为所述复合碳纤维编织布的经纱或纬纱与后跟至前掌方向的夹角。
优选的，所述碳纤维复合板包括3层依次层叠设置的中足加强层。
优选的，设置于所述第二铺层上表面的中足加强层中的复合碳纤维单向布的铺层角度为0度；
设置于所述第三铺层上表面的中足加强层中的复合碳纤维单向布的铺层角度为0度；以及，
介于第二铺层表面的中足加强层与第三铺层表面的中足加强层之间的中足加强层中的复合碳纤维单向布的铺层角度为0度。
优选的，所述鞋底还包括中底以及设置于所述中底下表面的外底，其中，所述碳纤维复合板内嵌于所述中底或设置于所述中底的上表面。
优选的，所述第一碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；
所述第二碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；
所述第三碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；以及，
各所述中足加强层的厚度均大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm。
优选的，所述第一碳纤维编织布铺层通过复合碳纤维编织布制成；
所述第二铺层通过复合碳纤维编织布、复合碳纤维单向布或玻璃纤维布制成；
所述第三铺层通过复合碳纤维编织布、复合碳纤维单向布或玻璃纤维布制成；以及，
各所述中足加强层通过复合碳纤维单向布制成。
优选的，所述复合碳纤维编织布中的复合碳纤维中包括碳纤维、玻璃纤维、树脂和/或助剂，其中：碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂的质量比为：(30～70)：(0～30)：(30～70)：(0～10)。
本申请实施例还提供了一种复合碳纤，所述复合碳纤维中包括碳纤维、玻璃纤维、树脂和/或助剂，其中：碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂的质量比为：(30～70)：(0～30)：(30～70)：(0～10)。
优选的，所述助剂具体包括固化剂和/或稀释剂。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
采用本申请实施例所提供的鞋底，该鞋底包括碳纤维复合板，该碳纤维复合板包括第一碳纤维编织布铺层、设置于第一碳纤维编织布铺层上的第二铺层、设置于第二铺层上至少一层的中足加强层，以及设置于各中足加强层上的第三铺层，其中，第一碳纤维编织布铺层设于鞋底的全掌区域，第二铺层铺设于鞋底的全掌区域，第三铺层铺设于鞋底的全掌区域，各中足加强层依次层叠铺设于鞋底的中足区域。该鞋底由于碳纤维复合板中，中足加强层与第一碳纤维编织布铺层、第二铺层和第三铺层采用非均质的铺设方式，相对于现有技术中均质中底的鞋底，改善了了鞋底的弯折刚度，从而提高了鞋子的舒适感。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种鞋底的具体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种鞋底的具体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的鞋底中碳纤维复合板的具体结构示意图；
图4为本申请实施例提供的实际场景下的鞋底的具体结构示意图；
图5为本申请实施例提供的，具有本申请实施例所提供鞋底的鞋子的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的实际场景下鞋底的碳纤维复合板的俯视图；
图7为本申请实施例提供的实际场景下，运动过程中鞋底结构变化示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
如前所述，鞋底的弯折刚度对鞋子舒适感影响较大。目前的鞋底中，通常采用弹性材料来制备均质的中底，使得鞋底各个区域的弯折刚度基本一致。然而，这种具有均质中底的鞋底，其弯折刚度由于受限于中底的制备材料，通常会由于制备材料的原因导致鞋底的弯折刚度过大或过小，比如，过大时可能接近于0.6Nm/Deg，或者过小时接近于0.2Nm/Deg，其中，单位Nm/Deg为牛顿*米/度。因此，需要对现有的这种均质中底的鞋底进行改进，从而改善鞋底的弯折刚度，以提高鞋子的舒适感。
本申请实施例提供了一种鞋底，如图1和图2所示均为该鞋底的结构示意图。该鞋底10可以包括中底11和碳纤维复合板14，并且该鞋底10还可以包括外底15。另外，对于中底11可以由相应材料直接一体化制成，也可以由上部12贴合于下部13而构成。其中，中底11设置于外底15之上，而对于碳纤维复合板14，其内嵌于中底11中。需要说明的是，当中底11由上部12贴合于下部13而构成时，碳纤维复合板14可以如图1所示，内嵌于下部13，从而内嵌于中底11；也可以内嵌于上部12，从而内嵌于中底11；碳纤维复合板14也可以如图2所示，设置于上部12和下部13之间，从而内嵌于中底11；当然也可以同时内嵌于上部12、下部13和上部12和下部13之间，从而设置多个碳纤维复合板14。
对于该碳纤维复合板14的结构可以如图3所示，碳纤维复合板14包括第一碳纤维编织布铺层141、第二铺层142、第三铺层144以及至少一层的中足加强层143。其中，第二铺层142设置于第一碳纤维编织布铺层141之上，各个中足加强层143依次层叠设置于第二铺层142之上，第三铺层144设置于各中足加强层143之上。
对于中足加强层143的数量，其可以是1层、也可以是2层、也可以是3层，也可以是其他数量。实际应用中，在确定中足加强层143的数量时，可以结合鞋子大小、鞋底厚度等因素综合考虑。
对于第一碳纤维编织布铺层141、第二铺层142、第三铺层144以及各个中足加强层143的厚度，第一碳纤维编织布铺层141的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm，比如，第一碳纤维编织布铺层141的厚度为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm或介于0.1mm至0.5mm之间的其他厚度值。
第二碳纤维编织布铺层142的厚度也大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm，比如为0.2mm、0.4mm、0.5mm或其他厚度值；第三碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；各个中足加强层的厚度均大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm。
在图3中，A为前掌区域、B为中足区域、C为后组区域。A、B和C共同组成了全掌区域，并且在图3中，A、B和C长度相同，各占全掌区域的三分之一。
在碳纤维复合板14中，第一碳纤维编织布铺层141设于鞋底的全掌区域，第二铺层铺142设于鞋底的全掌区域，第三铺层144铺设于鞋底的全掌区域，各个中足加强层143依次层叠铺设于鞋底的中足区域B。这样使得在碳纤维复合板14中，中足区域B由于包括至少一层的中足加强层143，因此稍厚于前掌区域A和为后组区域C。
需要说明的是，第一碳纤维编织布铺层141通过复合碳纤维编织布制成，并且用于制成该第一碳纤维编织布铺层141的复合碳纤维编织布，其规格可以为1K、3K、6K、12K或24K。另外，该复合碳纤维编织布由复合碳纤维经过经纬编织而成，在经纬编织过程中，经纬向比例可以为1:1，即经纱和纬纱以1：1的数量比进行编织。
第二铺层142可以通过规格为1K、3K、6K、12K或24K的复合碳纤维编织布制成，也可以由规格为1K、3K、6K、12K或24K的复合碳纤维单向布制成，也可以由玻璃纤维布制成。
第三铺层144可以通过规格为1K、3K、6K、12K或24K的复合碳纤维编织布制成，也可以通过规格为1K、3K、6K、12K或24K的复合碳纤维单向布制成，也可以由玻璃纤维布制成。
对于碳纤维复合板14中的各个中足加强层143，其各自可以分别通过规格为1K、3K、6K、12K或24K的复合碳纤维单向布制成。比如，碳纤维复合板14中包括3层中足加强层143，各自的复合碳纤维单向布的规格分别为3K、6K和12K。
对于制成复合碳纤维单向布和复合碳纤维编织布的复合碳纤维，该复合碳纤维的性能等级可以为T300、T700、T800或T1000。并且，该复合碳纤维中包括碳纤维、玻璃纤维、树脂和/或助剂，其中：碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂的质量比为：(30～70)：(0～30)：(30～70)：(0～10)。比如该复合碳纤维由质量比为40：15：50：5的碳纤维、玻璃纤维、树脂和助剂制成，或者由质量比为70：30：70：10的碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂制成，或者由介于(30～70)：(0～30)：(30～70)：(0～10)之间的其他质量比的碳纤维、玻璃纤维、树脂和助剂制成。
其中，复合碳纤维中所包括的树脂可以为环氧树脂、酚醛树脂、聚碳酸酯、尼龙、热塑性聚氨酯、聚醚醚酮或聚醚酮酮。复合碳纤维中所包括的助剂可以是固化剂和/或稀释剂，其中固化剂选自酸酐类、咪唑类、二氨基二苯甲烷、缩胺环氧类或硫代甲基甲苯二胺，稀释剂可以为环氧丙烷丁基醚。
需要特别说明的是，碳纤维复合板14中，用于制成第一碳纤维编织布铺层141的复合碳纤维编织布的铺层角度可以为0度、30度、45度、60度或90度，其中，铺层角度具体为复合碳纤维编织布的经纱或纬纱，与后跟至前掌方向的夹角。比如，采用3K的复合碳纤维编织布支撑该第一碳纤维编织布铺层141，并且铺层角度为0度。
用于制成第二碳纤维编织布铺层142的复合碳纤维编织布、复合碳纤维单向带、玻璃纤维布的铺层角度也可以为0度、30度、45度、60度或90度，并且可以与第一碳纤维编织布铺层141的复合碳纤维编织布的铺层角度不同，从而使得第二碳纤维编织布铺层142与第一碳纤维编织布铺层141的复合碳纤维编织布之间有一定的角度差，增大摩擦力。其中，复合碳纤维单向带的铺层角度为复合碳纤维单向带的经纱或纬纱，与后跟至前掌方向的夹角；玻璃纤维布的铺层角度为玻璃纤维布的经纱或纬纱，与后跟至前掌方向的夹角。
用于制成第三碳纤维编织布铺层144的复合碳纤维编织布的铺层角度也可以为0度、30度、45度、60度或90度；各个中足加强层143的复合碳纤维单向带的铺层角度也可以分别为0度、30度、45度、60度或90度。比如，碳纤维复合板14中包括3个中足加强层143，其中设置于第二铺层表面142的中足加强层143的铺层角度为0度、设置于第三铺层144下表面的中足加强层143的铺层角度为0度，介于第二铺层表面142的中足加强层143与第三铺层144下表面的中足加强层143之间的中足加强层143的铺层角度为90度。
在实际应用中，为了增加相邻两层之间的摩擦力，在设置第一碳纤维编织布铺层141、第二碳纤维编织布铺层142、第三碳纤维编织布铺层144、以及各个中足加强层143的铺层角度时，通常将相邻两层的铺层角度设置为不同，这样使得第一碳纤维编织布铺层141与第二碳纤维编织布铺层142之间、第二碳纤维编织布铺层142与中足加强层143之间、中足加强层143与中足加强层143之间、中足加强层143与第三碳纤维编织布铺层144之间一定的角度差。
中底11可以采用发泡材料制备，比如可以通过发泡材料一体化制备出中底11，也可以制备出中底11的上部12和下部13，，然后将碳纤维复合板14设置于上部12和下部13之间。在通过发泡材料制备出中底11之后，可以在中底11底部的指定区域贴合外底15，该外底15可以通过耐磨止滑的外底材料来制备。
用于制备中底11的发泡材料可以选自如下任意一种或多种发泡材料：尼龙弹性体、热塑性聚氨酯、浇注型聚氨酯、混炼型聚氨酯、热塑性聚酯弹性体、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、高苯乙烯橡胶、溴化丁基橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶。
用于制备外底15的耐磨止滑外底材料可以选自如下任意一种或多种：顺丁橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、溴化丁基橡胶、热塑性聚氨酯、浇注型聚氨酯、混炼型聚氨酯、尼龙弹性体、热塑性聚酯弹性体。
上述是对本申请实施例所提供的鞋底10的具体说明，下面可以结合具体的示例来对该鞋底10进一步说明。
如图4所示为该示例的鞋底10的结构示意图，如图5所示为包括该鞋底10的鞋子的示意图。在该示例所提供的鞋底10中，中底11包括上部12和下部13，碳纤维复合板14内嵌于上部12和下部13之间，并且在中底11下表面设置有外底15。
中底11的上部12和下部13采用尼龙弹性体发泡材料制备，具有超低的密度及优异的回弹性，密度为0.11-0.14g/cm3，硬度(邵尔C)为42±3，压缩永久变形为13.6％，回弹率(Energy return)为80％。
外底15的采用浇注型聚氨酯材料制备，具有优异的耐磨性能，性能如下：硬度(邵尔A)为62，密度为1.20g/cm3，拉伸强度为13.4MPa，断裂伸长率为632％，直角撕裂强度为59.6N/mm，阿克隆磨耗(1.61km)为0.03cm3，DIN磨耗为11mm3，耐黄变4级，耐老化4级。
其中，如图6所示为碳纤维复合板14的俯视图，碳纤维复合板14中包括第一碳纤维编织布铺层141、第二铺层142、第三铺层144以及3层的中足加强层143，其中，第一碳纤维编织布铺层141、第二铺层142和第三铺层144的铺设区域为全掌，3层中足加强层143依次堆叠设置于中足区域。
第一碳纤维编织布铺层141为3K的复合碳纤维编织布制备。第二碳纤维编织布铺层142为复合碳纤维单向布制备，其铺层角度为90度。第三碳纤维编织布铺层144为复合碳纤维单向布制备，其铺层角度为0度。3层中足加强层143中均为复合碳纤维单向布制备，并且铺层角度均为0度。
用于制备复合碳纤维编织布和复合碳纤维单向布的复合碳纤维，其性能等级为T700，并且碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂的质量比为：64：0：33：3，其中，助剂为固化剂二氨基二苯甲烷和硫代甲基甲苯二胺。
该示例的鞋底的性能测试，以9码跑鞋为例，整鞋的重量为177g。
鞋底的弯折刚度测试结果为：0.31Nm/Deg。
弯折刚度测试表明，该示例中鞋底的弯折刚度为0.31Nm/Deg，介于现有的商用鞋的0.2Nm/Deg和0.6Nm/Deg之间，并且弯折刚度适中，适应于用于人体对鞋底舒适感的要求。
另外，经过止滑测试(SATRA TM144水平模式)，该示例中的鞋底的干式止滑系数为1.07，湿式止滑系数为0.78。相对于现有商用鞋的干式止滑系数为0.7-0.9，湿式止滑系数为0.3-0.4。该实施例1中的鞋底的干式止滑系数和湿式止滑系数均优于现有的商用鞋，因此还提高了止滑性能。
如图7所示为运动过程中，鞋底变化示意图。本申请的鞋底10中，由于碳纤维复合板14包括至少一层设置于中足区域的中足加强层143，还能够适应鞋底不同区域对弯折刚度的差异性需求，保证了前足在蹬地过程中，趾跖关节发生弯曲后，碳纤维复合板14自身形变的恢复力帮助运动员提升蹬伸效果，并对后足落地的稳定性提供一定的帮助，以及足够强度的中足区域支撑。
该示例中，碳纤维复合板14内嵌于中底11上部12和下部13之间，接地的外底15采用浇注型聚氨酯材料制备。内嵌的碳纤维复合板14与中底11发泡材料的结合，保证了跑步运动过程开启了的联动式的力反馈机制，将用户每一步中的能量回收再进行重新释放，既保证了轻盈和高效回弹的属性，又能为穿着者提供动力。外底15同时具备优异的止滑性、耐疲劳磨损性性能，能够用较薄的厚度作为外底，便可以满足实际的运动需求，有效的降低了鞋底厚度及重量，实现鞋子轻量化的功能诉求，提供给穿着者更好的穿着体验。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种鞋底，其特征在于，包括：设置于鞋底的碳纤维复合板，所述碳纤维复合板包括第一碳纤维编织布铺层、设置于所述第一碳纤维编织布铺层上的第二铺层、设置于所述第二铺层上至少一层的中足加强层，以及设置于各所述中足加强层上的第三铺层，其中：
所述第一碳纤维编织布铺层设于鞋底的全掌区域；
所述第二铺层铺设于鞋底的全掌区域；
所述第三铺层铺设于鞋底的全掌区域；以及，
各所述中足加强层依次层叠铺设于鞋底的中足区域。
2.如权利要求1所述的鞋底，其特征在于，
用于制成所述第一碳纤维编织布铺层的复合碳纤维编织布的铺层角度为0度、30度、45度、60度或90度，其中，所述铺层角度具体为所述复合碳纤维编织布的经纱或纬纱与后跟至前掌方向的夹角。
3.如权利要求1所述的鞋底，其特征在于，所述碳纤维复合板包括3层依次层叠设置的中足加强层。
4.如权利要求3所述的鞋底，其特征在于，设置于所述第二铺层上表面的中足加强层中的复合碳纤维单向布的铺层角度为0度；
设置于所述第三铺层上表面的中足加强层中的复合碳纤维单向布的铺层角度为0度；以及，
介于第二铺层表面的中足加强层与第三铺层表面的中足加强层之间的中足加强层中的复合碳纤维单向布的铺层角度为0度。
5.如权利要求1所述的鞋底，其特征在于，所述鞋底还包括中底以及设置于所述中底下表面的外底，其中，所述碳纤维复合板内嵌于所述中底或设置于所述中底的上表面。
6.如权利要求1～5任意一项所述的鞋底，其特征在于，
所述第一碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；
所述第二碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；
所述第三碳纤维编织布铺层的厚度大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm；以及，
各所述中足加强层的厚度均大于或等于0.1mm，且小于或等于0.5mm。
7.如权利要求1所述的鞋底，其特征在于，
所述第一碳纤维编织布铺层通过复合碳纤维编织布制成；
所述第二铺层通过复合碳纤维编织布、复合碳纤维单向布或玻璃纤维布制成；
所述第三铺层通过复合碳纤维编织布、复合碳纤维单向布或玻璃纤维布制成；以及，
各所述中足加强层通过复合碳纤维单向布制成。
8.如权利要求7所述的鞋底，其特征在于，所述复合碳纤维编织布中的复合碳纤维中包括碳纤维、玻璃纤维、树脂和/或助剂，其中：碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂的质量比为：(30～70)：(0～30)：(30～70)：(0～10)。
9.一种复合碳纤，其特征在于，所述复合碳纤维中包括碳纤维、玻璃纤维、树脂和/或助剂，其中：碳纤维、玻璃纤维、树脂以及助剂的质量比为：(30～70)：(0～30)：(30～70)：(0～10)。
10.如权利要求9所述的复合碳纤，其特征在于，所述助剂具体包括固化剂和/或稀释剂。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113545560A (zh) * 2021-07-08 2021-10-26 深圳大学 一种基于碳纤维板的鞋底及其生产方法

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