CN1174780A - 纤维增强复合材料和由其制造的安全鞋鞋头 - Google Patents

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Abstract

公开一种纤维增强复合材料,其模塑性能优秀,重量轻而强度高,以及公开由此复合材料制造且抗压强度高的安全鞋鞋头。纤维增强复合材料包括一芯层(1),芯层含有用增强纤维的纺织织物或编织网(5a)或用单向增强纤维增强的纤维增强热塑树脂(4a)层(织物垫层)(2);和包括由呈无规形式的增强纤维(5b)增强的纤维增强热塑树脂(4b)层(无规垫层)(3),此层在芯层(1)的两相对表面与芯层整体结合。用于织物垫层的热塑树脂(4a)软化点比用于无规垫层的热塑树脂(4b)的低。

Description

纤维增强复合材料和由其制造的安全鞋鞋头
本发明涉及一种高强度的纤维增强复合材料，尤其涉及一种纤维增强复合材料，它有利于使用于热冲压、高速压塑和制造较厚的具有深拉伸三维形状的成型件和模压件，并适用于需要重量轻和机械强度高的应用。本发明亦涉及通过模压纤维增强复合材料得到的用于鞋子的鞋头或鞋包头(toe cap或boxtoe)，尤其涉及用于诸如鞋和靴(以下统称为“鞋”)的安全鞋类的鞋头，以从结构上增强鞋头和提高其安全性。
迄今，一种用于热冲压或高速压塑的纤维增强热塑树脂模压板材由以增强材料增强的纤维增强热塑树脂成型，增强材料为如短切纤维垫片、长丝垫片或非织造物，各自单独使用。一种用于热冲压模、以由平行增强纤维组成的单向增强材料增强的板材亦已开发。
至于安全鞋的鞋头，迄今着重于鞋的上部强度，以保护穿鞋者的鞋头对抗意外的重冲击。因而，曾专门地采纳钢制鞋头于实际使用中。但是，使用钢制鞋头的安全鞋引起妨碍穿鞋者灵活性的问题，由于使用钢材作鞋头必然增加安全鞋的重量。近来，为了减少安全鞋的重量，提出了用如玻璃纤维这样的增强长纤维增强的热塑树脂制鞋头。
但是，由通常垫片或非织造织物增强的模压板材生产的成型件强度较低，这使成型件不适于用作需要较高强度的安全鞋鞋头。当上述板材受到深拉伸时，成型件有延伸度大的部分。在过度延伸部分，亦延伸了增强材料。这导致不良地降低强度和减少成型件的厚度。在此方面，上述板材亦不适于用作安全鞋鞋头。另一方面，当使用以单向增强材料增强的板材时，自然地在成型件的强度中存在方向性，这使这种板材不适于生产要求没有方向性的较高强度的成型件，例如安全鞋鞋头。
为解决上述问题，已公开的日本专利申请，公开(早期出版物)号(以下简称为“JP-A-”)5-147，146和相应的EP 0 507 322 A2提出一种有夹层结构的模压板材，其结构组成为用增强纤维的纺织织物或编织网增强的一芯层纤维增强热塑树脂层和用无规增强纤维垫增强的两外层纤维增强垫塑树脂层，且每层外层部分结合至芯层的相对部分，或成为一种正相反的结构。
此板材的基本结构的一个实例图示于图1中。将由用如玻璃纤维那样的增强纤维5a的纺织织物或编织网增强的热塑树脂4a的基体得到的纤维增强热塑树脂层2(以下称为“织物垫层”)用作芯层1或增强层，将由用短切增强纤维5b增强的热塑树脂4b得到的两层纤维增强热塑树脂层3(以下称作“无规垫层”)用作表层或流动层，且芯层与表层整体地结合为一个3层结构。在板材情况下图1中示出织物垫层2的数目(层数)是2。上述JP-A-5-147,146还介绍使用同一种基体树脂于芯层1和表层3以成型为板材，这从粘合的观点看是合理的。
通过热冲压或高速压塑技术使用这种结构的板材于三维件成型中，使生产既不含有皱纹亦无折叠且不显示强度方向差别的成型件成为可能。
上述板材重量轻、其强度能满足安全鞋鞋头规格要求〔JIS(日本工业标准)T8101，L级(用于轻负载工人)皮制安全鞋；抗压负荷≥450kg〕。但是，目前对进一步改进安全鞋鞋头质量的兴趣日益增高。使对鞋头能承受大于1,100kg抗压负荷的板材已有需求，此负荷为JIS T8101对S级(用于标准负荷工人)皮制安全鞋鞋头规定的最小负荷。自然，为了使板材达到JIS S级规定的要求，板材本身需具有高水准的强度，从而，增加了材料结构的复杂性，并进一步要求无规垫层和织物垫层掺入更高含量的增强纤维。
当将上述板材用于生产JIS规定的要求较高强度的S级安全鞋鞋头时，在其中需掺入至少8～10层织物垫层才能达到所需强度。当在板材中织物垫层的层数变得显著高于无规垫层的层数时，板材的刚性提高至降低其在金属模具中插入性的程度，同时，因为基体在模压过程中流动性下降，模具中注入量不足的倾向增加。
当增加芯层中的织物垫层层数以改进鞋头的强度时，在制造板材期间卷入空气空隙的频率趋于增长。用这类板材制造的成型件呈现诸如形成气孔、损坏外观这样的缺陷，且强度呈现下降和不均。
当使用尼龙丝这样的对增强纤维具有强粘合力的聚酰胺材料作为板材的基体树脂时，聚酰胺本身的吸水性造成了以下问题，如由于破坏了材料的流动平衡引起在成型件上产生可见焊痕和由于基体中增强纤维织物的错位导致鞋头强度下降和不均，除非在模压板材期间牢固地固定装填于模具中的原织物材料的位置。
因此，本发明的目的是提供一种避免上述各种问题的纤维增强复合材料，具有优良的模塑性、轻重量和高强度，且当在无规垫层或织物垫层中增加增强纤维或减少树脂含量时，可容许成型件的制造不遭受任何强度的下降或任何对外观平整的损坏。
另一个本发明的目的是提供用上述纤维增强复合板材制造的安全鞋鞋头，其重量轻并呈现高抗压负荷，更具体地，安全鞋鞋头具有高强度，可满足对鞋头的规格要求(JIS T8101，S级皮制安全鞋)。
为完成上述目的，本发明提供一种纤维增强复合材料，它将用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层(以下统称为“织物垫层”)与用无规形式增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层(以下统称为“无规垫层”)完整地相结合，其特征为在织物垫层中所用的热塑树脂的软化点较在无规垫层所用的软化点低。
在本发明优选实施方案中，至少有一层织物垫层(一层)是用单向纺织增强纤维或单向纤维增强的纤维增强热塑树脂层，优选的无规垫层中增强纤维的重量含量范围为45～80％。优选的增强纤维是其直径范围为9～23μm而切断长度范围为1/2～2英寸(12.7～50.8mm)的各种纤维，特别是玻璃纤维。
本发明进一步提供了安全鞋鞋头，它在加热和加压下由模压上述纤维增强复合材料制造。
本发明的其他目的、特点和优点将从以下说明结合各图更为明白，其中：
图1为图示常用模压板材结构的部分剖面简图；
图2为图示本发明纤维增强复合材料结构的一个实例的部分剖面简图；
图3为缎纹组织的简单说明图；
图4为图示按照本发明的安全鞋鞋头的一个实例的透视简图；
图5为一曲线图，表明鞋头上作为吸水量百分数函数的抗压负荷的变化，吸水量百分数是在将鞋头顶部的间隙高度压缩至22mm时测定的；和
图6为一曲线图，表明作为吸水量百分数函数的鞋头顶部间隙高度的变化，吸水量百分数是在鞋头受到1,100kg加压负荷时测定的。
本发明的纤维增强复合材料的首要特征为对织物垫层中的热塑树脂使用比无规垫层使用的热塑树脂具有更高的软化性质或更低的软化点的树脂。
在纤维增强热塑树脂的常用多层复合板材中，从确保层间粘合强度的观点出发，一直流行着使用同一种热塑树脂作为织物垫层和无规垫层中的基体树脂的作法。但是，嵌入织物垫层的增强纤维织物(具有纺织织物、编织网或单向垫片形式)压制了增强纤维织物内树脂的流动性，即使在制造多层复合板材期间加热亦无济于事，因为增强纤维是错综缠结的或是制成紧密聚集的。因而，当在织物垫层和无规垫层中使用同一种垫塑树脂作为基体树脂时，减低了树脂的流动性。其结果是在制造多层复合板材期间发生空隙的倾向增大，且用此板材生产的成型件招致种种问题，如生成气孔、呈现差的外观和强度遭受下降和不均。
本发明的发明人在研究后，发现了在通过叠置织物垫层和无规垫层以构成多层复合板材中，特别是在通过形成多层织物垫层芯层并在芯层的相对二表面各设置一层无规垫层而构成的多层复合板材中，织物垫层中所用热塑树脂的软化点要低于无规垫层中所用热塑树脂的软化点时在制造多层复合板材期间增强纤维织物中的树脂能确保流动性，层间产生高粘合强度，同时避免可能发生空隙，而且，因为本发明的多层复合材料允许在其中增加增强纤维的含量，它呈现轻重量和高强度。进而，本发明可生产物理性质具有广泛变化范围的材料，足以用之于须将模塑性和强度放在重要位置来考虑的情况。它大大提高了选择材料的自由度。
当将本发明的纤维增强复合材料用于生产成型件时，所生产的物件不会生成气孔、不具有不良外观或强度遭受下降和不均，因为它在模压过程中显示出良好的流动性。进而，因为本发明的板材的强度不具方向性并含有高含量的增强纤维，它保持均匀的高强度和抑制在模压后由于吸温而产生的强度下降。因此，本发明可制造呈三维形状的成型件，成型件的重量轻，其全容积各部分都呈现出高强度，并给出良好的外观。
特别当用本发明的纤维增强复合板材成型安全鞋鞋头时，所生产的安全鞋鞋头确保抗压负荷不小于JIS T 8101 S级皮制安全鞋规定的1,100kg，此鞋头在穿鞋者的脚在其中出汗而吸湿时，不会导致显著的强度下降，且其重量轻。
以下将参考附图，详细说明本发明。
图2是本发明的纤维增强复合材料的优选层压结构的一个实例。此材料包括芯层1和无规垫层(表层或流动层)3，前者主要给予材料以强度、抗冲击性和低吸水性，并由多层织物垫层2形成，层2具有用增强纤维5a的纺织织物或编织网增强的热塑基体树脂4a；后者主要作用是给予材料流动性和模压性，具有用其含有的成无规构型的增强纤维5b增强的热塑树脂4b，且表层3分别与芯层1的两个相对的表面结合为一体。
图2中示出的材料的层压结构为：无规垫层/芯层(织物垫层)/无规垫层。材料可有完全相反的织物垫层/无规垫层/织物垫层的三层结构或织物垫层/无规垫层的两层结构。从材料的模塑性和成型件外观的观点看，具有更多层无规垫层的无规垫层/织物垫层/无规垫层的层压结构证明是受欢迎的。当因使用的需要，材料可有无规垫层/织物垫层/无规垫层/织物垫层的四层结构、无规垫层/织物垫层/无规垫层/织物垫层/无规垫层的五层结构、完全相反的五层结构或更多层的结构。可适当地设定织物垫层的层数和材料的总厚度以适应使用目的。若织物垫层的层数不适当地多而材料总厚度不适当地厚，材料将趋向破坏流动性和模塑性。适当地，在一个层压层中，织物垫层的层数通常不大于10，最好是5～8层。
可列举以下材料用作织物垫层2和无规垫层3基体的热塑树脂4a、4b的实例：聚酰胺(尼龙6、尼龙66、尼龙12等)、聚酰胺合金、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、和PBT/PC合金。在上述热塑树脂中，尼龙6(PA-6)、聚酰胺合金、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚苯硫(PPS)证明尤为优良。聚酰胺合金可能是几种尼龙品种的混合物，选择各品种的尼龙，以达到其软化点低于尼龙6的软化点。
如同上述，本发明要求这样选择树脂，使得在织物垫层2中使用的热塑树脂4a具有的软化点低于在无规垫层3中使用的热塑树脂4b的软化点。
可列举用于形成织物垫层2中增强纺织织物或编织网的增强纤维类型的实例有：玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、芳酰胺纤维和金属纤维(如钢纤维)。在上述增强纤维中，玻璃纤维是便宜的，且就其生产成本而言是有利的。当在织物垫层中使用增强纺织织物时，最好至少一种所用的织物应是单向纺织织物。单向纺织织物的质量范围最好为170～400g/m2，其一个方向和相对方向(其他的或垂直方向)的纱含量的范围各为总纱重量的70～90％和30～10％。若质量小于170g/m2，则纺织织物会具有不适当的低强度，并不能给出足够的增强效果。反之，若质量超过400g/m2，纺织织物将不被树脂充分浸透。
作为用于纺织织物的组织的实例，可列举缎纹组织、斜纹组织和平纹组织。在上述纺织织物组织中，缎纹组织证明是特别有利的。缎纹组织是这样的，即纬线首先浮于一根经线上，紧接着是多根(2、3、4等)经线，并通过重复相同模式交织，例如如图3所示，通过使一、二、一、二…根经线11浮于各纬线12上纺织。缎纹组织的纤维较通过使一根经线11浮于各纬线上所得织物组织的纤维易于移动。因此，当模压复合材料成三维形状时，最终得到的成型件的质量均匀，因为容许组成纤维有一定程度的移动，并防止其受到不适当的张力。对于织物垫层，可使用以单向增强纤维增强的热塑树脂。例如，通过将增强纤维与树脂纤维彼此成平行排列并在同时应用热和压力下完整地处理它们，可得到用单向纤维增强的织物垫层。通常选择织物垫层中增强纤维重量含量的范围为30～80％，最好为50～65％。
可列举用于增强无规垫层3的无规增强纤维形式的实例有：作为玻璃纸的非织造织物形式、短切纤维垫形式、长丝垫形式和连续单纱形式。在上述不同形式中，从流动性或模塑性的观点看，证明短切纤维垫是特别有利的。也可列举作为形成无规垫层的增强纤维的材料的实例有：玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、芳酰胺纤维和金属纤维。在上述不同增强纤维中，普遍使用玻璃纤维，因其价廉。
当短切纤维垫用作无规垫时，虽然形成此垫的短切纤维组分的长度可适当选择，但最好的范围为1/2～2英寸(12.7～50.8mm)。若短切纤维短于1/2英寸，则无规垫将缺乏增强效果。反之，若其不适当地长于2英寸，则其不易于在树脂基体中均匀分散且无规垫将趋于缺少流动性。若固定增强纤维的长度在1/2～2英寸的范围，在无规垫层3中的增强纤维重量含量范围可增加到45～80％的水平。如上所述，甚至当材料含有如此大量的增强纤维时，若其在模具中多少有些错位，则仍具有高流动性，且含有如此大量的增强纤维的层完成补偿强度不匀的作用。事实上，当增强纤维含量增加时，材料的模塑性在纤维的长度趋向1/2英寸时比在其趋向2英寸时得到更大的改进。
优选的单根增强纤维的直径特别是玻璃纤维的直径范围为9～23μm。若单根增强纤维的直径小于9μm，在纤维量固定下，增强纤维因为直径小而具有较大的表面积。这使得为了改进纤维总表面的可湿性而必须增加树脂量。并且，直径越小，树脂越难渗入纤维间的间隙。结果是空隙易于存留在模压件中。减少层中增强纤维含量和增加残余空隙率将使成型件的强度下降。反之，若单根增强纤维的直径超过23μm，纤维本身的柔性和其流动性下降，纤维将趋于变脆。例如，在成型件为鞋子鞋头时，在其弯曲部分中的增强纤维的分布变得很差，以至此部分中的树脂量变大，这使鞋头难于达到必要的强度。
虽然对本发明的纤维增强复合板材的总厚度要考虑通过模压板材而最终得到的产品所需呈现的厚度、模塑性等来确定，一般说厚度的大致范围为1～15mm，优选为1.5～10mm。表层与芯层之比或无规垫层与织物垫层之比要考虑由模压板材而最终得到的产品所需呈现的质量、模塑性等因素适当地进行选择。
要制备按照本发明的纤维增强复合板材，通常先分别地模压构成每层芯层1的板材和构成每层表层3的板材；然后叠置这些板材，并用压床之类的设备在规定的时间期间压制叠加的板材，其大致的表面压力范围为3～200kg/cm2；同时加热板材至规定的温度(约200～550℃)，由此将板材相结合。在此情况下，为形成每一芯层1或每一表层3而预先模压的板材可能是一种板材，它包括一种完全地用树脂浸透且基本上无空隙的增强材料(增强纤维的纺织织物或编织网、短切纤维垫等)；也可能是另一种板材，其中增强材料和基体树脂适当地互相粘合而其内部尚留有一定的空隙，当使用后一种板材时，在结合过程中，可通过对叠置的板材加压并充分加热而使增强材料完全被树脂浸透。
另外，也可由以下过程生产板材：以规定的顺序叠置规定要成为芯层1和表层3的增强材料和基体树脂薄膜，并对全部叠置的堆积体加压和加热，由此同时整体地将芯层与表层相结合。
指定用作模压板材中之织物垫层2的基体树脂形式的具体实例有：薄膜、粉末和纤维。其中，纤维在价格和易于处理方面是有利的。增强的纺织织物和编织网最好进行适合于基体的表面处理。例如，在玻璃纤维的情况下，表面处理是由常规方法通过使用诸如氨硅烷、环氧硅烷、甲基丙烯基硅烷和氯硅烷这样的硅烷偶合剂而实现的。由增强的纺织织物或编织网和基体树脂组成的板材可这样制备：将基体树脂薄膜叠置于受到上述表面处理的纺织织物或编织网的上面，并在压力下将其加热。制成的板材可用作织物垫层2。
指定用作模压板材中之无规垫层3的基体树脂形式的具体实例有：薄膜、粉末和纤维。其中，纤维在价格和易于处理方面是有利的。当使用纤维状基体树脂制造时，例如将增强纤维与树脂纤维互相平行排列，切断或短切纤维并使之成为垫片形式，将整个垫片在压力下加热成型为含有短切纤维垫和基体树脂的板材。含有增强纤维和基体树脂的长丝垫的板材可这样制备：将增强纤维的短切纤维和基体树脂纤维的短切纤维一起梳理以形成长丝垫，并在压力下加热此垫。由此制备的板材可用作无规垫层3。当使用玻璃纤维作为增强纤维以混合形式与树脂纤维共同使用时，可对纤维加入少量(不超过百分之几)的环氧树脂、诸如γ-氨丙基三环氧硅烷、γ-缩水甘油丙氧基三甲氧硅烷、γ-异丁烯基丙氧基三甲氧硅烷和乙烯基三-β-甲氧乙氧硅烷这样的硅烷偶合剂、或诸如二硬脂酸四亚乙基五胺这样的润滑剂和低分子量的聚乙烯乳化剂，以增强玻璃纤维对树脂的粘合能力和提高树脂的浸透性。
本发明的纤维增强复合材料可用作板材以成型各种产品，例如需要具有轻重量和高强度的安全鞋鞋头和纺机中综框的芯子。它特别适用于涉及深拉成型和需要高强度的应用。典型用途为安全鞋鞋头。
图4是使用本发明的纤维增强复合板材成型的安全鞋鞋头的一个例子。鞋头20具有符合指定覆盖使用者脚趾的安全鞋脚趾部分的曲拱形，鞋头20有一向内弯的边缘部分22，它整体地沿其曲拱部分21的下边成型。可采用任何已知的方法，例如上述JP-A-5-147,146公布的方法作为成型这种结构的安全鞋鞋头的手段。
为使用本发明的材料生产安全鞋鞋头或其他物件，优选的材料组合示于表1。
                                       表1
无规垫层(表层) 织物垫层(芯层) 总厚度(mm)
基体 玻璃纤维 基体 玻璃纤维
直径(μm) 切割长度(英寸) 含量(重量％) 质量(g/m2) 织物层数 织物构型 拉伸强度(kgf/25mm) 织物密度(根线/25mm)
纵向1) 侧向2) 纵向1) 侧向2)
对此材料 尼龙6 9～13 2 45 尼龙6 205～215 不小于8 平纹组织 100 80 42 32 1.5～4
发明材料 1/2～2  45～80 聚酰胺 不小于215 5～8(不小于5) 土耳其缎纹组织或土耳其缎纹组织+经表面处理的平纹组织或单向材料 200～245(不小于200) 36(不小于30) 46～49(不小于40) 25～33(不小于25) 1.5～10
注     1)纵向：从鞋头大趾至小趾侧的方向2)侧向：鞋头的趾缝方向
当使用由可提高材料刚度的纺织玻璃纤维所得的织物或用单向玻璃纤维增强的织物垫层作为增强层以保持材料强度时，在如上述那样将材料模压时，材料的流动性不可避免地会下降。当如同在生产安全鞋鞋头中指定要通过深拉伸成型的材料碰巧具有高刚度时，则不能很轻易地将材料装入模具中。因此，需要采用一种聚酰胺合金的配方以使材料作为一个整体杂化，即由此得到的材料在原料熔化时具有比用作无规垫层基体的尼龙6低的软化点。
在织物垫层中，增强纤维织物的层数关系到材料插入模具中的难易及在成型产品上发生空隙的程度。强度一定时，织物垫层和无规垫层中使用同一种基体树脂(尼龙6)的对比材料需用至少8层增强纤维织物，而本发明的材料只需用5～8(不小于5)层的增强纤维织物，如表1所示。
还有，在织物垫层中增强纤维织物的形式与鞋头需要的特性(特别是由JIS规定的对于S级安全鞋的抗压负荷不小于1,100kg)特别有关。与对比材料的平纹组织织物不同，土耳其缎纹组织织物、土耳其缎纹组织织物与经表面处理(Nitto Boseki有限公司的NKB处理)的平纹组织织物的结合物或由单向材料制成的织物都具有高抗压强度，且能满足JIS对S级规定的要求。因此，要求在芯层中含有的织物垫层至少有一层、最好不少于半数层是用土耳其缎纹组织的织物或用单向增强纤维增强的织物垫层。
如表1所示，在可达到鞋头规定性质的优选的织物垫层(芯层)结构中，形成芯层的单向纺织织物的拉伸强度(kgf/25mm)纵向(鞋头的从大脚趾侧至小脚趾侧的方向)不小于200和在侧向(鞋头的趾缝方向)不小于30，纺织密度(根线/25mm)纵向不小于40和侧向不小于25，玻璃质量不小于215(g/m2)。
以上给出的数据清楚地表明，按照本发明的纤维增强复合材料通过适当改变无规垫层中玻璃纤维的长度和含量(重量％)和织物垫层(芯层)的数目(层数)、其纺织密度(根线/25mm)等等，使成型件的强度可自由变化，并容许制造具有广泛变化和复杂形状的成型件。
以下将列举几个的实例，它们可符合本发明的纤维增强复合材料用作安全鞋鞋头材料时可呈现的物理性质，包括强度和其他特性。当然，本发明并不限于以下实施例。
一种变化的结构具有芯层(织物垫层)被夹于两层无规垫层之间，如以下表2所示，将其装入模具架中，插入至垂直相对的两镜面板间，使其在压床就位，并在约260℃温度和100kg/cm2压力下加热和加压，以制造纤维增强复合板材。
无规垫层用尼龙6作基体，并具有不同含量(重量％)的玻璃纤维，如表2所示。
由此得到的板材的物理性质亦示于表2。
                                               表2
    试验号     1     2     3     4     5     6
    无规垫层中玻璃纤维含量(wt％)     45     55     60     65     50     60
    芯层基体     聚酰胺合金     尼龙共聚物
    7层     6层
    芯层织物类型 平纹组织织物8层   ·经表面处理的平纹织物：4层·土耳其缎纹组织织物：4层玻璃质量：215(g/m2)纱含量：86％纵向和14％侧向拉伸强度(kgf/25mm)：200纵向和36侧向织物密度(根线/25mm)：46纵向和33侧向总计：8层   ·只用土耳其缎纹组织织物玻璃质量：305(g/m2)纱含量：88％纵向和12％侧向拉伸强度(kgf/25mm)：245纵向和36侧向织物密度：(根线/25mm)：49纵向和25侧向
  性质 挠曲强度(kg/mm2)     30     40     42     45     43     42
挠曲模数(kg/mm2)     950   1,300   1,360     1,370     1,340     1,330
然后，对上述板材通过模压生产的鞋头进行试验，在JIS T8101对S级皮制安全鞋规定的1,100kg抗压负荷下测定鞋头顶部间隙的变化。试验结果示于表3。
                                 表3
  试验号     在1,100kg抗压负荷下   22mm间隙高度处的负荷
    间隙(mm)     有无裂缝
    123456     282930302929     有无无无无无     1,7002,0151,9751,9662,0852,000
    注 JIS T8101中规定的S级标准：在1,100kg抗压负荷下，鞋头趾尖处间隙高度不得小于22mm，且不得发生破裂。
由表2和表3的结果可知，通过改变无规垫层中玻璃纤维的含量和增强纤维织物结构，强度明显不同。
对用上述不同板材模压生产的鞋头进行试验，当在负荷下将鞋头顶部的间隙高度压缩至22mm时，测定不同吸水量百分数下的抗压负荷。试验结果示于图5。还对鞋头进行试验，测定在抗压负荷为1,100kg下的间隙高度作为吸水量百分数的函数。此测定结果示于图6。试验号1的最大吸水量为5％，试验号3和试验号5的最大吸水量均为4％。
鞋头的抗压强度由于穿鞋者的脚在安全鞋中出汗而下降，表明其强度随吸水量而显著不同。
由图5和图6可知，试验号3和试验号5的鞋头在总体下玻璃纤维含量高，并在其芯层中含有用土耳其缎纹组织纺织的玻璃纤维之类增强的织物垫层，显示了强度下降比试验号1的鞋头小。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合材料，具有整体结合的用增强纤维的纺织织物或编织网增强的或用单向增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层，和以无规形式的增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层，其特征为：在用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向增强纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层中所用的热塑树脂的软化点低于在以无规形式的增强纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层中所用的热塑树脂的软化点。
2.按照权利要求1的纤维增强复合材料，其中至少有一层用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层是用增强纤维的单向纺织织物或单向增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层。
3.按照权利要求2的纤维增强复合材料，其中上述单向纺织织物的质量范围为170～400g/m2，其一个方向和另一方向的含纱量范围各为总纱重的70～90％和30～10％。
4.按照权利要求1～3的任何一条要求的纤维增强复合材料，其中在以无规形式的增强纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层中增强纤维的重量含量为45～80％。
5.按照权利要求1～3的任何一条要求的纤维增强复合材料，其中在以无规形式的增强纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层中增强纤维的直径范围为9～10μm而其切断长度范围为1/2～2英寸(12.7-50.8mm)。
6.按照权利要求1～3的任何一条要求的纤维增强复合材料，其中用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向增强纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层中的增强纤维重量含量为30～80％。
7.按照权利要求1～3的任何一条要求的纤维增强复合材料，其中用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向增强纤维增强的上述纤维增强热塑树脂层含有用具有缎纹纺织组织的纺织织物增强的纤维增强热塑树脂层。
8.按照权利要求1～3的任何一条要求的纤维增强复合材料，其中含有由多层叠置的用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层和用呈无规形式的增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层的层压制件，且后者在上述层压制件的两个相对表面上与之整体结合。
9.按照权利要求8的纤维增强复合材料，其中上述层压制件包括5～8层用增强纤维的纺织织物或编织网或用单向增强纤维增强的纤维增强热塑树脂层。
10.一种安全鞋的鞋头，用权利要求1～9中的任何一条所提出的纤维增强复合材料通过加压和加热模压制成。
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