CN111372541A - 义足足底用橡胶组合物和义足足底 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在所有天气条件下表现高抓地性能且耐久性优异的义足足底用橡胶组合物和义足足底。所述义足足底用橡胶组合物和所述义足足底包括选自天然橡胶和合成二烯系橡胶的至少一种橡胶组分以及选自碳黑和无机填料的至少一种填料，其中所述填料的总量为50质量份以上且150质量份以下。
Description
技术领域
本发明涉及义足足底，更具体地涉及义足足底用橡胶组合物和义足足底。
背景技术
穿戴义足的人期望可以安心行走和跑步的义足。具有板弹簧的义足是已知的(例如，参见专利文献1和专利文献2)。然而，在穿戴具有板弹簧的义足的情况下，板弹簧自身的抓地性能低，因此，转用市售的鞋的一部分或剪切并粘贴市售的橡胶片(rubber sheet)来确保对路面的咬着性(biting property)(抓地性)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP 2017-35324 A
专利文献2：JP 2017-515525 T
发明内容
发明要解决的问题
在对足底施加的负荷大的义足用途中，必须表现足够的抓地性能，具体地，必须表现对由雨等造成的湿路面(湿润环境)的足够的抓地性能。
因此，本发明的目的是提供在所有天气条件下表现高抓地性能且耐久性优异的义足足底用橡胶组合物和义足足底。
用于解决问题的方案
本发明人已发现，通过混入特定填料来获得在所有天气条件下表现高抓地性能且耐久性优异的义足足底用橡胶组合物和义足足底，从而完成本发明。
本发明提供以下[1]至[6]。
[1]一种义足足底用橡胶组合物，其包括：选自天然橡胶和合成二烯系橡胶的至少一种橡胶组分；和选自碳黑和无机填料的至少一种填料，其中所述填料的总量相对于100质量份的所述橡胶组分为50质量份以上且150质量份以下。
[2]根据[1]所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述填料含有0质量份以上且90质量份以下的所述碳黑、和10质量份以上且100质量份以下的所述无机填料。
[3]根据[1]或[2]所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述无机填料选自二氧化硅和氢氧化铝的至少一种。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述橡胶组分含有选自天然橡胶和苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的至少一种。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述碳黑具有30m2/g以上且200m2/g以下的氮吸附比表面积。
[6]一种义足足底，其包括根据[1]至[5]中任一项所述的义足足底用橡胶组合物。
发明的效果
根据本发明，可以提供在所有天气条件下表现高抓地性能且耐久性优异的义足足底用橡胶组合物和义足足底。
附图说明
图1是说明使用根据本发明的实施方案的义足足底用橡胶组合物的义足的示意图(部分1)。
图2是说明使用根据本发明的实施方案的义足足底用橡胶组合物的义足的示意图。
图3是说明使用根据本发明的实施方案的义足足底用橡胶组合物的义足的示意图(部分2)。
具体实施方式
[义足足底用橡胶组合物]
将详细描述根据本发明的实施方案的义足足底用橡胶组合物。
根据本发明的实施方案的义足足底用橡胶组合物包括选自天然橡胶和合成二烯系橡胶的至少一种橡胶组分、和选自碳黑和无机填料的至少一种填料，其中填料的总量相对于100质量份的橡胶组分为50质量份以上且150质量份以下。
关于义足足底用橡胶组合物的动态储能弹性模量，从高度表达低温(5℃至20℃)下的耐磨耗性、干路面抓地性能、和湿路面抓地性能的观点来看，作为5℃至20℃的平均值的低温假定动态储能弹性模量(E1’)优选5.0MPa以上且80.0MPa以下、更优选20.0MPa以上且65.0MPa以下、且仍更优选40.0MPa以上且50.0MPa以下。当低温假定动态储能弹性模量(E1’)的值过小时，低温(5℃至20℃)下的耐磨耗性劣化，并且当该值过大时，低温(5℃至20℃)下的抓地性能劣化。规定5℃至20℃的平均值的原因是为了评价性能而不受到外界气温或路面温度的影响。
关于义足足底用橡胶组合物的动态储能弹性模量，从高度表达高温(20℃至50℃)下的耐磨耗性、干路面抓地性能、和湿路面抓地性能的观点来看，作为20℃至50℃的平均值的高温假定动态储能弹性模量(E2’)优选5.0MPa以上且60.0MPa以下、更优选10.0MPa以上且45.0MPa以下、且仍更优选20.0MPa以上且30.0MPa以下。当高温假定动态储能弹性模量(E2’)的值过小时，高温(20℃至50℃)下的耐磨耗性劣化，并且当该值过大时，高温(20℃至50℃)下的抓地性能劣化。规定20℃至50℃的平均值的原因是为了评价性能而不受到外界气温或路面温度的影响。
根据JIS K6253-3(型A)测量义足足底用橡胶组合物的橡胶硬度(Hd)，从改善耐久性的观点来看，优选为50度以上且70度以下、更优选52度以上且68度以下、且仍更优选54度以上且66度以下。
根据JIS K6251测量义足足底用橡胶组合物的300％伸长率下的拉伸应力(Md300)，从改善耐久性的观点来看，优选为8.0MPa以上且15.0MPa以下、更优选10.5MPa以上且14.5MPa以下、且仍更优选11.0MPa以上且14.0MPa以下。
(橡胶组分)
橡胶组分的实例包括天然橡胶(NR)和合成二烯系橡胶。合成二烯系橡胶的具体实例包括聚丁二烯橡胶(BR)、合成聚异戊二烯橡胶(IR)、丁基橡胶(IIR)、溴化丁基橡胶(Br-IIR)、氯化丁基橡胶(Cr-IIR)、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)、和苯乙烯-异戊二烯共聚物橡胶(SIR)。橡胶组分可以单独使用或使用两种以上的组合。橡胶组分可为改性的或未改性的。
从改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)和对干燥路面的抓地性能(干路面抓地性能)的观点来看，橡胶组分优选含有苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)，更优选仅含有苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)。
(填料)
填料的实例包括碳黑和无机填料。作为填料，可以使用一种碳黑或一种无机填料。从表现碳黑和无机填料的各自的效果的观点来看，填料优选使用碳黑和无机填料的组合。
在本说明书中，无机填料中不包括碳黑。
从改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)和对干燥路面的抓地性能(干路面抓地性能)以及改善耐久性的观点来看，填料的混合量的总量相对于100质量份的橡胶组分，优选为50质量份以上、更优选60质量份以上、且仍更优选70质量份以上。从分散性的观点来看，填料的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为150质量份以下、更优选130质量份以下、且仍更优选120质量份以下。
<碳黑>
通过混合碳黑作为填料，可以获得高弹性且可改善耐磨耗性。
碳黑没有特别限制，并且优选使用例如高、中或低结构SAF、ISAF、IISAF、N339、HAF、HAF-HS、FEF、GPF或SRF级碳黑、特别是SAF、ISAF、IISAF、HAF、HAF-HS或FEF级碳黑。碳黑可以单独使用或使用两种以上的组合。
作为碳黑，例如，可以使用市售品如Tokai Carbon Co.Ltd.制造的商品名“Seast9”和“Seast 3H”。
根据JIS K 6217-2:2001测量碳黑的氮吸附比表面积(N2SA)，并且优选为30m2/g以上且200m2/g、更优选40m2/g以上且180m2/g以下、且仍更优选60m2/g以上且160m2/g以下。
从改善橡胶的增强性及耐磨耗性的观点来看，碳黑的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为1质量份以上、更优选3质量份以上、且仍更优选5质量份以上。此外，从分散性的观点来看，碳黑的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为90质量份以下、更优选85质量份以下、且仍更优选80质量份以下。然而，在制备表现黑色以外的任何颜色的橡胶的情况下，碳黑的量可为0质量份。
<无机填料>
通过混合无机填料作为填料，可改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)和耐磨耗性。
无机填料的实例包括二氧化硅和氢氧化铝(Al(OH)3)。无机填料优选为选自二氧化硅和氢氧化铝的至少一种。
从改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)和耐磨耗性的观点来看，无机填料的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为10质量份以上、更优选15质量份以上、且仍更优选20质量份以上。从分散性的观点来看，无机填料的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为95质量份以下、更优选90质量份以下、且仍更优选85质量份以下。
(二氧化硅)
通过混合二氧化硅作为无机填料，可以改善对湿润路面的抓地性能和耐磨耗性。
二氧化硅没有特别限制，并且其实例包括湿式二氧化硅(含水硅酸)、干式二氧化硅(无水硅酸)、硅酸钙、和硅酸铝，其中，优选湿式二氧化硅。二氧化硅可以单独使用或使用两种以上的组合。
二氧化硅的实例包括由Tosoh Silica Corporation制造的商品名“Nipsil AQ”(BET比表面积＝205m2/g)以及由Degussa Corporation制造的商品名“Ultrasil VN-3”(BET比表面积＝175m2/g)。
根据ISO 5794/1测量二氧化硅的BET比表面积，并且优选在40m2/g以上且350m2/g以下的范围内、更优选在80m2/g以上且350m2/g以下的范围内、且仍更优选在120m2/g以上且350m2/g以下的范围内。当二氧化硅的BET比表面积在上述范围内时，可以实现橡胶增强性和二烯系橡胶中的分散性。
从改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)和耐磨耗性的观点来看，二氧化硅的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为40质量份以上、更优选45质量份以上、且仍更优选50质量份以上。从耐磨耗性和分散性的观点来看，二氧化硅的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为100质量份以下、更优选95质量份以下、且仍更优选90质量份以下。
(氢氧化铝)
通过混合氢氧化铝作为无机填料，可改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)。
氢氧化铝没有特别限制，并且三水铝石和三羟铝石的任意者均可使用。
氢氧化铝的实例包括商品名“Hygilite H-43M”(平均粒径：0.75μm)、“HygiliteH-43”(平均粒径：0.75μm)、“Hygilite H-42M”(平均粒径：1.1μm)、“Hygilite H-42”(平均粒径：1.1μm)、“Hygilite H-32”(平均粒径：8μm)、“Hygilite H-31”(平均粒径：20μm)、“Hygilite H-21”(平均粒径：26μm)、“Hygilite H-10”(平均粒径：55μm)、和“Hygilite H-10A”(平均粒径：50μm)，其全部由Showa Denko K.K.制造。另外，氢氧化铝的实例包括商品名“B1403”(平均粒径：1μm)、“B703”(平均粒径：2μm)、“B103”(平均粒径：8μm)、“B153”(平均粒径：15μm)、“B303”(平均粒径：30μm)、和“B53”(平均粒径：50μm)，其全部由Nippon LightMetal Company,Ltd.制造。此外，氢氧化铝的实例包括由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造的“C301”(平均粒径：2μm)、“C303”(平均粒径：3μm)、和“C308”(平均粒径：8μm)。
从改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)的观点来看，氢氧化铝的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为1质量份以上、更优选5质量份以上、且仍更优选15质量份以上。从分散性的观点来看，氢氧化铝的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为40质量份以下、更优选35质量份以下、且仍更优选30质量份以下。
<其他配混剂>
根据本发明所述的义足足底用橡胶组合物可通过适当地选择橡胶工业通常使用的配混剂(不包括填料)来混合。这样的配混剂的实例包括防老剂、软化剂(油)、蜡、硅烷偶联剂、例如硬脂酸等的硫化促进剂、例如氧化锌等的硫化促进剂助剂、和例如硫磺等的硫化剂。作为配混剂，可适当地使用市售品。
从改善磨耗性能的观点来看，软化剂(油)的混合量相对于100质量份的橡胶组分，优选为100质量份以下、更优选10质量份以上且75质量份以下、且仍更优选20质量份以上且50质量份以下。当软化剂(油)的混合量为100质量份以下时，可防止湿路面抓地性能和干路面抓地性能的劣化。
当橡胶组分含有苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)时，从与苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)的兼容性的观点来看，优选使用芳香油作为软化剂(油)。作为软化剂(油)，从重视低温(5℃至20℃)下的耐磨耗性的观点来看，优选使用环烷系油、或石蜡系油等。
<义足足底用橡胶组合物的制造方法>
通过混炼前述组分来得到本发明的义足足底用橡胶组合物。混炼方法可根据本领域技术人员通常实施的方法来进行，例如，使用班伯里密炼机、布拉本德、捏合机、或高剪切型混合机等在100℃至200℃下混炼除了硫磺、硫化促进剂和氧化锌以外的全部组分(在使用硫化迟延剂的情况中，进一步包括硫化迟延剂)，然后添加硫磺、硫化促进剂和氧化锌(必要时还包括硫化迟延剂)并使用混炼辊机等在60℃至130℃下混炼。
[义足足底]
如图1所示，根据本发明的实施方案的义足足底10被设置在义足20与路面接触的位置。
将义足足底10附接至义足20的方法没有特别限制，例如，使用粘合剂的固定方法或可采用使用紧固件的紧固方法。当采用紧固方法时，容易更换义足足底10。用于紧固方法的紧固件的实例包括螺丝、带、绳(string)、紧固件、和插扣。
根据本发明的实施方案的义足足底10是由上述义足足底用橡胶组合物形成的。义足足底10的形成方法没有特别限制，并且其可通过常规公知方法来形成。
如图2所示，义足足底10设置有足底图案11，从而可改善排水功能且可改善对湿润路面的抓地性能(湿路面抓地性能)。足底图案11没有特别限制，并且其实例包括圆形图案、矩形图案、多边形图案、和毘沙门龟甲(Bishamon kikko，毘沙門亀甲)图案(基于与3个六边形组合的图案)。足底图案11可以是单一图案或两种以上的图案的组合。作为足底图案11，可使用单一尺寸的图案，或可以组合使用两种以上的尺寸的图案。从改善湿路面抓地性能和改善缓冲性能(柔软性)的观点来看，优选在足底设置多个足底图案11，并且更优选在足底的整个表面上设置多个足底图案11。
如图3所示，根据本发明的实施方案的义足足底10优选在义足足底10和义足20之间设置有干涉层30。干涉层30可干涉来自路面的冲击并且改善缓冲性能(柔软性)。
干涉层30没有特别限制，并且可使用例如聚氨酯树脂材料等的弹性材料。
<义足足底的制造方法>
首先，通过辊成形、或压延成形等将上述义足足底用橡胶组合物加工成橡胶片。然后，将所得的橡胶片根据需要通过例如模具来成形、并在130℃以上的硫化温度下硫化来得到义足足底10。
实施例
以下，将参考实施例更加详细地描述本发明，但本发明不限于以下实施例。
<动态储能弹性模量>
制备具有40mm长度、5mm宽度、和2mm厚度的样品。使用由Toyo Seiki Seisaku-shoLtd.制造的光谱仪在160g初始负荷、1％动态应变、和52Hz的频率的测量条件下、从-45℃至63℃以3℃/min的升温速度测量该样品的动态储能弹性模量(E’)。
根据所得数据，确定低温假定动态储能弹性模量(E1’)，其是5℃至20℃的平均值。另外，根据所得数据确定高温假定动态储能弹性模量(E2’)，其是20℃至40℃的平均值。
低温假定动态储能弹性模量(E1’)和高温假定动态储能弹性模量(E2’)的值越低，缓冲性能(柔软性)越好。
<橡胶硬度>
根据JIS K6253-3(型A)测量橡胶硬度(Hd)。
<300％伸长率下的拉伸应力>
根据JIS K6251测量300％伸长率下的拉伸应力(Md300)。
<湿路面抓地性能>
对于实施例1和2，通过负荷传感器检测当将具有40mm长径、20mm短径、和2mm厚度的硫化橡胶压在固定的湿润铁板路面上并往复运动时产生的摩擦力来计算动摩擦系数。对于比较例1至3，在与实施例1和2中相同的条件下测量动摩擦系数。在15℃下进行测定。
对于各例，以比较例1为100作为指数表示。指数值越大，湿路面抓地性能越好。
<干路面抓地性能>
对于实施例1和2，通过负荷传感器检测当将具有40mm长径、20mm短径、和2mm厚度的硫化橡胶压在固定的干燥混凝土路面上并往复运动时产生的摩擦力来计算动摩擦系数。对于比较例1至3，在与实施例1和2中相同的条件下测量动摩擦系数。在室温下进行测定。
对于各例，以比较例1为100作为指数表示。指数值越大，干路面抓地性能越好。
<磨耗评价>
使用由NIPPO LTD.制造的DF试验机测定实施例1和2的磨耗量，并且计算磨耗量。对于比较例1至3，在与实施例1和2中的那些相同的条件下计算磨耗量。在30℃下进行测定。
对于各例，以比较例1为100作为指数表示。指数值越小，耐磨耗性越好。
[实施例1和2]
在实施例1和2中，根据表1中所示混合内容来制备义足足底用橡胶组合物。其后，在160℃下在硫化机中硫化混合物15分钟来得到硫化橡胶。
如上所述评价实施例1和2的义足足底用橡胶组合物，结果如表1所示。
[比较例1至3]
在比较例1至3中，根据表1中所示混合内容来制备义足足底用橡胶组合物。其后，在160℃下在硫化机中硫化混合物15分钟来得到硫化橡胶。
如上所述评价比较例1至3的义足足底用橡胶组合物，结果如表1所示。
表1
[注]
*1：苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶，JSR Corporation制造，商品名“JSR0150”(34.0份，充油)
*2：商品名“Seast 9”、SAF(N2SA：145m2/g)，Tokai Carbon Co.,Ltd.制造。
*3：商品名“Seast 3H”、HAF-HS(N2SA：80m2/g)，Tokai Carbon Co.,Ltd.制造。
*4：商品名“Nipsil AQ”(BET表面积205m2/g)，Tosoh Silica Corporation制造。
*5：“Hygilite H-43M”(平均粒径：0.75μm)，Showa Denko K.K.制造。
*6：微晶蜡，商品名“OZOACE-0280”，Nippon Seiro Co.,Ltd.制造。
*7：N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对苯二胺，商品名“Nocrack 6C”，OuchiShinko Chemical Industries Co.Ltd.制造。
*8：商品名“ABC-856”，Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造。
由表1可知，实施例1和2的义足足底用橡胶组合物在动态储能弹性模量、橡胶硬度、300％伸长率下的拉伸应力、湿路面抓地性能、干路面抓地性能、和磨耗评价的各个评价中均为良好的。
<湿路面抓地性能(摩擦系数)>
对于实施例3和4，切出具有毘沙门龟甲图案的硫化橡胶以适应具有40mm长径和20mm短径的测量夹具，并且通过负荷传感器检测当将硫化橡胶压在固定的湿润铁板路面上且往复运动时产生的摩擦力来计算动摩擦系数。对于比较例4，切出具有毘沙门龟甲图案的热塑性聚氨酯以适应具有40mm长径和20mm短径的测量夹具，并且通过负荷传感器检测当将热塑性聚氨酯压在固定的湿润铁板路面上且往复运动时产生的摩擦力来计算动摩擦系数。在15℃下进行测定。
对于各个实施例，以比较例4为100作为指数表示。指数值越大，湿路面抓地性能越好。
<湿路面抓地性能(感官评价)>
将制造的义足足底附接至义足穿戴者的义足上，通过在例如人孔(manhole)等的湿润铁板路面、人行横道的白线、和铺石路面上跑步来进行感官评价。没有感到有滑动的不安的那些评价为“A”，略微感到有滑动的不安的那些评价为“B”，并且感到有因滑动而失衡的恐惧的那些评价为“C”。
[实施例3]
使用实施例1的义足足底用橡胶组合物制造实施例3的义足足底。在该义足足底中，在足底的整个表面设置毘沙门龟甲图案作为足底图案。
表2显示对实施例3的义足足底进行上述评价的结果。
[实施例4]
使用实施例2的义足足底用橡胶组合物制造实施例4的义足足底。在该义足足底中，在足底的整个表面设置毘沙门龟甲图案作为足底图案。
表2显示对实施例4的义足足底进行上述评价的结果。
[比较例4]
由热塑性聚氨酯制成的具有毘沙门龟甲图案的市售鞋底用作比较例4。在该义足足底中，在足底的整个表面设置毘沙门龟甲图案作为足底图案。
表2显示对比较例4的义足足底进行上述评价的结果。
表2
由表2可知，实施例3和4的义足足底用橡胶组合物在湿路面抓地性能的各个评价中为良好的。
产业上的可利用性
本发明的义足足底用橡胶组合物适合用作义足的足底材料，特别地适合用作板弹簧状的竞技用义足的足底材料。
附图标记说明
10：义足足底
11：足底图案
20：义足
30：干涉层
Claims (6)
1.一种义足足底用橡胶组合物，其包括：选自天然橡胶和合成二烯系橡胶的至少一种橡胶组分；和选自碳黑和无机填料的至少一种填料，其中所述填料的总量相对于100质量份的所述橡胶组分为50质量份以上且150质量份以下。
2.根据权利要求1所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述填料含有0质量份以上且90质量份以下的所述碳黑、和10质量份以上且100质量份以下的所述无机填料。
3.根据权利要求1或2所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述无机填料选自二氧化硅和氢氧化铝的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述橡胶组分含有选自天然橡胶和苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的义足足底用橡胶组合物，其中所述碳黑具有30m2/g以上且200m2/g以下的氮吸附比表面积。
6.一种义足足底，其包括根据权利要求1至5中任一项所述的义足足底用橡胶组合物。
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