CN114161750B - 一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法 - Google Patents

一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其包括以下步骤：准备碳板、TPU足钉内钉、TPU足钉外钉和碳纤维预浸料；在TPU足钉内钉外表面施加第一层碳纤维预浸料，在套状部内表面施加第二层碳纤维预浸料；将套状部套合到TPU足钉内钉外侧，套状部与TPU足钉内钉之间的第一层碳纤维预浸料与第二层碳纤维预浸料贴合；将组合件底端与碳板接触，使得延伸部与碳板接触，经热压工艺得到一体成型的碳纤维运动鞋底。本发明的方法能够提高足钉的强度以及鞋底板与足钉之间的连接强度，避免足钉容易折弯、扭曲、断裂。

Description

一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法
技术领域
本发明涉及鞋底成型方法技术领域，具体涉及一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法。
背景技术
运动鞋底例如足球钉鞋鞋底常常在鞋底板上设有足钉，足钉例如可以采用塑胶、金属及其复合材料等制成，其作用是帮助前脚掌的加力,提高速度,并防止打滑,可以使腿部的力量完全爆发出来。目前市面上的运动鞋底大多是全塑胶注塑成型、注塑成型后胶接碳纤维片材或者是在已成型的鞋底上安装足钉，足钉连接处容易受力不均匀，导致足钉折弯、扭曲甚至断裂。现有的运动鞋底有采用碳纤维来提高鞋底板强度的，但是并不能有效地提高足钉的强度以及鞋底板与足钉之间的连接强度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，该方法能够提高足钉的强度以及鞋底板与足钉之间的连接强度，避免足钉容易折弯、扭曲、断裂。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其包括以下步骤：
步骤一：准备碳板、TPU足钉内钉、TPU足钉外钉和碳纤维预浸料；碳板为未固化的碳纤维树脂预浸材料，TPU足钉内钉包括通向TPU足钉内钉顶端的盲孔，TPU足钉外钉包括套状部和连接在套状部顶端内侧的柱状部；
步骤二：在TPU足钉内钉外表面施加第一层碳纤维预浸料，和/或在套状部内表面施加第二层碳纤维预浸料；
步骤三：将套状部套合到TPU足钉内钉外侧，柱状部与盲孔配合，套状部与TPU足钉内钉之间形成碳纤维预浸料层，得到组合件；碳纤维预浸料层包括从套状部底端和TPU足钉内钉底端之间露出的延伸部；
步骤四：将组合件底端与碳板接触，使得延伸部与碳板接触，经热压工艺得到一体成型的碳纤维运动鞋底。
进一步的技术方案是，在步骤二中，第一层碳纤维预浸料施加到TPU足钉内钉的除盲孔外的所有表面上；在步骤四中，将组合件底端与碳板接触时，TPU足钉内钉底端的第一层碳纤维预浸料与碳板贴合。
进一步的技术方案是，在步骤二中，第二层碳纤维预浸料施加到套状部内侧的除柱状部外的所有内表面上；在步骤三中，第一层碳纤维预浸料与第二层碳纤维预浸料贴合形成一体的碳纤维预浸料层，柱状部与盲孔直接接触地配合。
进一步的技术方案是，在步骤四中，热压工艺的温度高于或等于TPU足钉内钉的表熔温度、高于或等于TPU足钉外钉的表熔温度、高于或等于碳纤维预浸料中树脂的玻璃化转变温度且高于或等于碳板中树脂的玻璃化转变温度。
进一步的技术方案是，TPU足钉内钉和TPU足钉外钉分别具有在140～160℃之间优选150～155℃之间的表熔温度，碳纤维预浸料中树脂和碳板中树脂分别是环氧树脂且具有在120～140℃之间优选130℃的玻璃化转变温度；热压工艺的温度在140～160℃之间优选150～155℃之间。
进一步的技术方案是，在步骤四中，热压工艺的加压压力在50～70kg/cm2之间，优选60kg/cm2。
进一步的技术方案是，在步骤四中，将组合件和碳板放入到模具型腔内，合模后在加热加压的状态下在预设时间内保持恒温恒压，降温后出模。
进一步的技术方案是，在步骤一中，对TPU足钉内钉和TPU足钉外钉进行清洁、干燥处理：将TPU足钉内钉和TPU足钉外钉浸泡于酒精后取出擦拭，然后在烤箱中烘干。
进一步的技术方案是，TPU足钉内钉沿由TPU足钉内钉底端指向TPU足钉内钉顶端的方向横截面尺寸逐渐缩小；套状部沿由套状部底端指向套状部顶端的方向横截面外周长逐渐缩小。
进一步的技术方案是，TPU足钉内钉和TPU足钉外钉的数目相同且均为多个，TPU足钉内钉和TPU足钉外钉一一对应地配合并连接到碳板上。
进一步的技术方案是，在步骤四中，经热压工艺后套状部底端与碳板之间形成圆滑过渡结构。
与现有技术相比，本发明能够取得以下有益效果：
本发明的碳纤维运动鞋底的复合成型方法，通过在TPU足钉内钉和TPU足钉外钉的套状部之间设置碳纤维预浸料得到鞋钉组合件，然后将该组合件与碳板复合热压成型，可以得到一体成型的鞋底。其中TPU足钉内钉和TPU足钉外钉的套状部之间的碳纤维预浸料在成型后形成鞋钉的碳纤维足钉骨架，有效地提高了足钉的强度，且碳纤维预浸料的延伸部与碳板接触后经热压工艺形成由碳纤维网络作为骨架支撑的一个整体结构，TPU足钉内钉和TPU足钉外钉之间以及它们与碳纤维足钉骨架、碳板之间连接成一个整体，有效提高了鞋底板与足钉之间的连接强度。可见本发明能够避免足钉容易折弯、扭曲甚至断裂、脱落。
附图说明
图1是本发明实施例所制得的碳纤维运动鞋底与鞋面配合的结构示意图。
图2是本发明实施例中所使用的TPU足钉内钉的结构示意图。
图3是本发明实施例中所使用的TPU足钉外钉的结构示意图。
图4是本发明实施例中TPU足钉内钉与第一层碳纤维预浸料结合的结构示意图。
图5是本发明实施例中TPU足钉内钉与第二层碳纤维预浸料结合的结构示意图。
图6是本发明实施例中组合件的结构示意图。
图7是本发明实施例中组合件与碳板结合前的结构示意图。
图8是本发明实施例中组合件与碳板结合后的结构示意图。
图9是本发明实施例钉帽拉力测试结果图。
以下结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
实施例
本实施例提供了一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：准备碳板10、TPU足钉内钉20、TPU足钉外钉30和碳纤维预浸料。
其中，碳板10可以是现有碳板，是一种碳纤维复合材料，一般是由环氧树脂和碳纤维复合形成，环氧树脂能够在热压工艺中软化并随模具内腔形状而形成特定的形状，碳板固化后比玻璃钢强度更大。该碳板10是在热压成型之前是未固化的，此处未固化包括完全未固化或者未完全固化等情况。
TPU足钉内钉20的结构如图2所示，TPU足钉外钉30的结构如图3所示。TPU足钉内钉20、TPU足钉外钉30可以采用现有的热塑性聚氨酯TPU制成，加热达到熔点后有一定的可塑性，冷却后可以得到所需的形状。TPU足钉内钉20包括在TPU足钉内钉20顶端具有开口的盲孔21，TPU足钉外钉30包括套状部31和连接在套状部31顶端内侧的柱状部32，套状部31用于套设在TPU足钉内钉21的外侧，套状部31可以只在套状部31底端设有开口，能够从套状部31底端将套状部31套入到TPU足钉内钉20上即可。套状部31顶端可以是封闭的，用于连接柱状部32。套状部31和柱状部32可以是一体成型的，套状部31顶端还可以嵌有其他TPU材质的凸块，共同构成TPU足钉外钉30，凸块可以从套状部31顶端伸出，获得所需的足钉顶端形状。柱状部32用于伸入盲孔21中与盲孔21配合，提高TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30的连接强度。
碳纤维预浸料是碳纤维浸渍树脂的预浸料，例如可以是碳纤维浸渍环氧树脂的预浸料。
TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30可以分别具有在140～160℃之间的表熔温度，在本实施例中TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30的表熔温度分别在150～155℃之间，可以通过选择不同类型、不同分子量的TPU材料从而获得所需表熔温度，表熔温度是指TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30表面熔融的温度，在一些情况下表熔温度可以是TPU材料的熔融温度。当TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30的表熔温度在上述范围时，有利于热压加工成型，且所得足钉具有足够的力学强度。
碳纤维预浸料中环氧树脂和碳板10中环氧树脂分别具有在120～140℃的玻璃化转变温度，在本实施例中，碳纤维预浸料的环氧树脂和碳板10的环氧树脂均为130℃，可以通过选择不同类型、不同分子量的环氧树脂从而获得所需的玻璃化转变温度。采用上述温度能够与TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30，满足热压工艺中环氧树脂的成型需要。
优选地，对TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30进行清洁、干燥处理：将TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30浸泡于酒精后取出擦拭，然后在烤箱中烘干，避免TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30上的杂质影响足钉和鞋底的质量。
优选地，TPU足钉内钉10沿由TPU足钉内钉10底端指向TPU足钉内钉10顶端的方向横截面尺寸逐渐缩小。套状部31沿由套状部31底端指向套状部31顶端的方向横截面外周长逐渐缩小。两者形成足钉后能够得到类似于圆锥台、棱锥台形状的足钉。
步骤2：如图4所示，在TPU足钉内钉20外表面施加第一层碳纤维预浸料40。如图5所示，在套状部31内表面施加第二层碳纤维预浸料50。在本实施例中，施加第一层碳纤维预浸料40和施加第二层碳纤维预浸料50这两个步骤可以按任意先后顺序或者同时进行。采用在TPU足钉内钉20外表面和套状部31内表面同时施加碳纤维预浸料，便于TPU足钉内钉20与套状部31之间粘结贴合。在本发明的其他实施例中，也可以仅在TPU足钉内钉20外表面施加第一层碳纤维预浸料40，或者仅在套状部31内表面施加第二层碳纤维预浸料50，只要当TPU足钉内钉20和套状部31组合时在TPU足钉内钉20外表面和套状部31内表面之间形成碳纤维预浸料层即可。
优选地，第一层碳纤维预浸料40施加到TPU足钉内钉20的除盲孔21外的所有表面上，包括TPU足钉内钉20底端端面、顶端端面以及底端端面和顶端端面之间的侧面。其中顶端端面和顶端端面上的第一层碳纤维预浸料40用于与第二层碳纤维预浸料50接触、贴合形成一个整体，底端端面上的第一层碳纤维预浸料40用于与碳板10贴合，提高粘结强度。
优选地，第二层碳纤维预浸料50施加到套状部31内侧的除柱状部32外的所有内表面上，使得柱状部32外壁与盲孔21内壁能够直接接触地配合，避免碳纤维预浸料导致柱状部32外壁与盲孔21内壁难以配合。
步骤3：如图6所示，将套状部31套合到TPU足钉内钉20外侧，柱状部32与盲孔21配合，套状部31与TPU足钉内钉20之间的第一层碳纤维预浸料40与第二层碳纤维预浸料50贴合从而形成一体的碳纤维预浸料层，得到横向上由内到外依次是TPU足钉内钉20、碳纤维预浸料层、TPU足钉外钉30的组合件。第一层碳纤维预浸料40与第二层碳纤维预浸料50中的至少一个包括从套状部31底端和TPU足钉内钉20底端之间露出的延伸部41，延伸部41例如可以基本与TPU足钉内钉20底端齐平，用于贴合到碳板10上。延伸部41可以超过套状部31的底端，也可以在纵向上与套状部31的底端基本齐平。
步骤4：将组合件底端与碳板10接触，使得延伸部41与碳板10接触。组合件底端就是套状部31底端、TPU足钉内钉20底端和延伸部41所在的组合件的一端。然后经热压工艺得到一体成型的碳纤维运动鞋底。
优选地，热压工艺的温度高于或等于TPU足钉内钉20的表熔温度、高于或等于TPU足钉外钉30的表熔温度、高于或等于碳纤维预浸料中树脂的玻璃化转变温度且高于或等于碳板10中树脂的玻璃化转变温度。例如热压工艺的温度在140～160℃之间，在本实施例中，温度可以是150～155℃之间。采用上述温度能够使得热压过程中第一层碳纤维预浸料40和第二层碳纤维预浸料50粘合、延伸部41与碳板10粘合、柱状部32与盲孔21粘合、第一层碳纤维预浸料40与碳板10粘合、套状部31与碳板10粘合。
优选地，热压工艺的加压压力在50～70kg/cm2之间，在本实施例中热压工艺的加压压力可以是60kg/cm2。加压压力在上述范围时，能够有效促使碳板10、TPU足钉内钉20、TPU足钉外钉30和碳纤维预浸料相互粘合，并且与模具内腔的形状配合，形成所需的鞋底及其足钉的形状。
优选地，热压工艺的具体步骤是，如图7和8所示，将组合件和碳板10放入到模具型腔内，例如可以将组合件放入模具型腔的足钉对应腔内，再在其上放置碳板10，合模后组合件和碳板10接触即可。合模后在加热加压的状态下在预设时间内保持恒温恒压，然后降温后出模。例如可以先对模具加热至150～155℃并保持恒温，将产品放入模具型腔内、合模后，施加压力60kg/cm2，产品在模具内恒温恒压10mi n，使得材料粘合、流动或变形从而形成一体的所需形状的鞋底，然后3mi n内将模具温度降至90℃后产品出模。
优选地，TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30的数目相同且均为多个，TPU足钉内钉20和TPU足钉外钉30一一对应地配合并按上述方法的步骤连接到碳板10上，从而得到具有多个足钉的鞋底。
优选地，经热压工艺后套状部31底端与碳板10之间形成圆滑过渡结构11，进一步避免套状部31底端与碳板10连接处受力时容易应力集中。圆滑过渡结构11可以是套状部31的TPU材料和碳板20的树脂材料相互熔融粘合并与模具型腔中的圆滑过渡形状配合而形成的。
本实施例所得的碳纤维运动鞋底样品能够与鞋面60结合，如图1所示，能够得到运动用鞋，例如足球钉鞋。
将按照上述实施例制得的6个碳纤维运动鞋底样品在万能材料测试机中进行钉帽拉力测试，速度为100mm/mi n，测试结果如图9和如下表1所示。
表1钉帽拉力测试结果
Figure BDA0003378403090000091
由上可见，本发明所制得的碳纤维运动鞋底足钉压力达到1000N以上，本发明能够提高足钉的强度以及鞋底板与足钉之间的连接强度，避免足钉容易折弯、扭曲甚至断裂、脱落。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：准备碳板、TPU足钉内钉、TPU足钉外钉和碳纤维预浸料；所述碳板为未固化的碳纤维树脂预浸材料，所述TPU足钉内钉包括在所述TPU足钉内钉顶端开口的盲孔，所述TPU足钉外钉包括套状部和连接在所述套状部顶端内侧的柱状部；
步骤二：在所述TPU足钉内钉外表面施加第一层碳纤维预浸料，和/或在所述套状部内表面施加第二层碳纤维预浸料；
步骤三：将所述套状部套合到所述TPU足钉内钉外侧，所述柱状部与所述盲孔配合，所述套状部与所述TPU足钉内钉之间形成碳纤维预浸料层，得到组合件；所述碳纤维预浸料层包括从所述套状部底端和所述TPU足钉内钉底端之间露出的延伸部；
步骤四：将所述组合件底端与所述碳板接触，使得所述延伸部与所述碳板接触，经热压工艺得到一体成型的碳纤维运动鞋底；
在所述步骤四中，将所述组合件底端与所述碳板接触时，所述TPU足钉内钉底端的所述第一层碳纤维预浸料与所述碳板贴合；
在所述步骤四中，所述热压工艺的温度高于或等于所述TPU足钉内钉的表熔温度、高于或等于所述TPU足钉外钉的表熔温度、高于或等于所述碳纤维预浸料中树脂的玻璃化转变温度且高于或等于所述碳板中树脂的玻璃化转变温度。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
在所述步骤二中，所述第一层碳纤维预浸料施加到所述TPU足钉内钉的除所述盲孔外的所有表面上。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
在所述步骤二中，所述第二层碳纤维预浸料施加到所述套状部内侧的除所述柱状部外的所有内表面上；
在所述步骤三中，所述第一层碳纤维预浸料与所述第二层碳纤维预浸料贴合形成一体的所述碳纤维预浸料层，所述柱状部与所述盲孔直接接触地配合。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
所述TPU足钉内钉和所述TPU足钉外钉分别具有在140～160℃之间的表熔温度，所述碳纤维预浸料中树脂和所述碳板中树脂分别是环氧树脂且具有在120～140℃之间的玻璃化转变温度；所述热压工艺的温度在140～160℃之间。
5.根据权利要求4所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：所述TPU足钉内钉和所述TPU足钉外钉分别具有在150～155℃之间的表熔温度，所述碳纤维预浸料中树脂和所述碳板中树脂分别是环氧树脂且具有130℃的玻璃化转变温度；所述热压工艺的温度在150～155℃之间。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
在所述步骤四中，所述热压工艺的加压压力在50～70kg/cm2之间。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
在所述步骤四中，将所述组合件和碳板放入到模具型腔内，合模后在加热加压的状态下在预设时间内保持恒温恒压，降温后出模。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
在所述步骤一中，对所述TPU足钉内钉和所述TPU足钉外钉进行清洁、干燥处理：将所述TPU足钉内钉和所述TPU足钉外钉浸泡于酒精后取出擦拭，然后在烤箱中烘干。
9.根据权利要求1至3任一项所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
所述TPU足钉内钉沿由所述TPU足钉内钉底端指向所述TPU足钉内钉顶端的方向横截面尺寸逐渐缩小；所述套状部沿由所述套状部底端指向所述套状部顶端的方向横截面外周长逐渐缩小；
所述TPU足钉内钉和所述TPU足钉外钉的数目相同且均为多个，所述TPU足钉内钉和所述TPU足钉外钉一一对应地配合并连接到所述碳板上。
10.根据权利要求1至3任一项所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：
在所述步骤四中，经热压工艺后所述套状部底端与所述碳板之间形成圆滑过渡结构。
11.根据权利要求6所述的一种碳纤维运动鞋底的复合成型方法，其特征在于：在所述步骤四中，所述热压工艺的加压压力在60kg/cm2。
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