CN1471875A - 由树脂制成的安全型鞋头套 - Google Patents

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Abstract

一种由含有强化纤维的热塑性树脂制成的树脂型安全鞋头套，其特征在于：这种树脂型安全鞋头套由多个突出部分、一个顶部部分6和一个底部部分5构成，而突出部分又由一个前端突出部分1、一个大拇趾侧突出部分2和一个小拇趾侧突出部分3组成，其中大拇趾侧突出部分2的厚度被制造成大于小拇趾侧突出部分3的厚度的结构形式。此外，大拇趾侧突出部分2和小拇趾侧突出部分3通过多个具有不同曲率的弧形表面4与前端突出部分1连接在一起，而且多个突出部分被制造成能够沿大体垂直底部部分的方向向上隆起的结构形式。这种树脂型安全鞋头套不仅满足JIS T 8101的L级和S级所规定的性能要求，而且满足JIS T 8101中H级和CEN标准中安全鞋标准所规定的对冲击阻力和抗压强度性能的要求，另外还不会降低与鞋子和穿鞋者的脚的配合性。

Description

由树脂制成的安全型鞋头套
技术领域
本发明涉及一种安全型鞋头套，这种鞋头套可被应用到鞋子、靴子或类似物上，目的是提高鞋头的结构强度，从而增加安全性。
背景技术
就安全型鞋头套而言，鞋子上部的强度对于防止重物掉落来说非常重要，因此使许多钢制的鞋头套得以广泛应用。但是，由于带有钢制鞋头套的鞋子非常重，因此就给穿戴这种鞋子的人员带来了麻烦。为此，近年来，为使安全鞋的重量更轻，已经有人开发出用带有加强纤维(例如玻璃纤维)的热塑性树脂制成的鞋头套。
在由含有加强纤维的热塑性树脂制成的传统型安全鞋头套中，其所用的材料已经是公知的，例如日本专利公开No.2000-238142。日本专利公开No.2000-238142公开了一种能够满足L级和S级所需强度要求的安全型鞋头套，而上述的级别用于根据JIS(日本工业标准)的劳动部门对安全鞋进行分类。但是，尽管日本专利公开No.2000-238142所公开的鞋头套满足JIS T 8101中L级和S级所需的强度水平，但却不能满足JIS T 8101中强度水平更高的H级的强度要求，而且CEN标准中的安全鞋标准(用于应付200焦耳的冲击能)不能仅仅满足材料方面的要求，因为在该标准中还对加强纤维的含量作出了限制。
如登记号为2574860的日本实用新型中的附图1、2和5所示，安全型鞋头套具有一种能够将鞋头套的前端头移动到大拇趾侧的形状，这样就能够将鞋头套很好地套在脚上；另外，该文件还涉及到需要安装鞋头套的鞋子的外部形状。但是，如果鞋头套受到更大的力或载荷的作用，那么上述鞋头套的形状就会因为强度因素而产生力量失衡，即大拇趾侧将受到较大的载荷作用，这样就会导致大拇趾的突出部分受伤。
此外，如登记号为2598209的日本实用新型中的附图3所示，一种安全型鞋头套按照下述方式构造而成：使鞋头部分能够相对底部从前端侧向后端侧逐渐扩张，这样就能够将其很好地套装在脚上；此外，该文件还涉及到安装鞋头套的鞋子的外形。但是，当鞋头套受到更大的力或载荷的作用时，介于前端突出部分和顶部之间的连接部分就会由于上述鞋头套的形状而受到很大的载荷作用，从而使该连接部分受损。为解决该问题，采取了下述改进措施：使连接部分的厚度大于其它部分(前端凸起部分和顶部)的厚度，但该措施在鞋头套套装到鞋子和脚上时仍然存在一定的局限性。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种不仅能够满足JIS T 8101中L级和S级所需的性能要求，而且能够满足JIS T 8101中H级和CEN标准中的安全鞋标准所规定的冲击阻力和压缩阻力要求的安全型鞋头套。此外，本发明的目的还在于提供一种既具有上述的强度，又不削弱与鞋子和脚的配合性的安全型鞋头套。
为解决上述问题，本发明构造如下。
(1)一种由含有加强纤维的热塑性树脂制成的安全型鞋头套，其中鞋头套满足用于JIS T 8101中重劳动条件下的H级安全鞋标准所规定的冲击阻力和压力阻力性能。
(2)一种由纤维加强的热塑性树脂制成的安全型鞋头套，其中鞋头套满足在作为欧洲统一标准的CEN标准中有关安全鞋标准所规定的冲击阻力和压缩阻力性能。
(3)根据上述(1)或(2)的由树脂制成的安全型鞋头套，其中树脂型安全鞋头套由突出部分、顶部和底部构成，突出部分由前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分构成；其中大拇趾侧突出部分的厚度大于小拇趾侧突出部分的厚度。
(4)根据(3)所述的树脂型安全鞋头套，其中大拇趾侧的突出部分和小拇趾侧的突出部分通过多个具有不同曲率的弧形表面部分与前部突出部分和后部突出部分连接在一起，而且大拇趾侧的突出部分和小拇趾侧的突出部分的厚度至少在弧形表面部分上互不相同。
(5)根据上述(1)或(2)的树脂型安全鞋头套，其中树脂型安全鞋头套由多个突出部分、一个顶部和一个底部构成，而突出部分又由前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分构成；其中突出部分由前部突出部分和后部突出部分组成，大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分被制造成能够沿大体垂直底部的方向向上隆起的结构形式。
(6)根据上述(1)或(2)的树脂型安全鞋头套，其中树脂型安全鞋头套由多个突出部分、一个顶部和一个底部构成，而多个突出部分又由前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分构成；而且，顶部相对底部的高度变化量不大于7mm。
(7)根据上述(1)或(2)的树脂型安全鞋头套，其中加强纤维为玻璃纤维，而热塑性树脂为至少一种从下述这组材料中选出的树脂：尼龙、聚丙烯和热塑性聚氨脂。
(8)根据上述(1)或(2)的树脂型安全鞋头套，其中加强纤维的直径介于0.2至5mm之间、其长度介于10至80mm之间，加强纤维在纤维加强型热塑性树脂中的重量百分比为45至75％。
这样，安全鞋头套就采用了一种混有加强纤维的热塑性树脂，而且这种安全鞋头套还满足冲击阻力和抗压强度方面的要求，同时当对鞋子、靴子或类似物施加载荷时，这种鞋头套还可以保护鞋子，从而提高其安全性。
附图说明
图1为本发明一个实例的透视图；
图2为图1所示的实施例的剖视图；
图3为图1所示的实施例的后视图；
图4为沿图2中的剖面线IV-IV的剖视图；
图5为用于说明实例5的纵向剖视图；
图6为一个对比实例的剖视图。
具体实施方式
在本发明中，一种树脂安全鞋头套包括一种含有加强纤维的热塑性树脂，其特征在于：其满足在JIS T 8101中用于高强度作业的H级标准所规定的冲击阻力和抗压强度性能，或者满足在欧洲统一标准CEN的安全鞋标准中所规定的冲击阻力和抗压强度性能。这里，对于在JIST 8101中规定的关于高强度劳动的H级标准而言，对冲击阻力性能的要求为：当100焦耳(10.2kgf.m)的冲击能作用于鞋套上时，净空高度至少为一个预定值，而且还不能存在允许光线穿过的裂缝；此外，对抗压强度性能的要求为：当一个1531kgf的压缩载荷作用于鞋头套上时，净空高度至少为一个预定值，而且还不能存在允许光线透过的裂缝。另一方面，在欧洲统一标准CEN标准的安全鞋标准中，对冲击阻力性能的要求为：当一个200焦耳(20.4kgf.m)的冲击能作用于鞋头套上时，净空高度至少为一个预定值，而且还不能有允许光线透过的裂缝。此外，对压缩阻力性能的要求为：当一个数值为1530kgf的压力作用于鞋头套上时，净空高度至少为一个预定值，而且不能有允许光线透过的裂缝。在上文中，对于至少是一个预定值的净空高度而言，规定的净空高度是随着安全鞋的尺码的不同而变化的；例如，根据这些规定，如果安全鞋的尺码为23.5到24.5cm，那么净空高度必须至少为13cm，如果安全鞋的尺码为25至25.5cm，那么净空高度必须至少为13.5cm，如果安全鞋的尺码为26至27cm，那么净空高度必须至少为14cm。
此外，在本发明中，通过使大拇趾侧突出部分的厚度大于小拇趾侧突出部分的厚度，就可以提供一种安全型鞋头套，这种鞋头套的形状非常适合于套在脚上，而且其形状与需要安装这种鞋头套的鞋子的外形相一致；即使前端部分的尖端移动到大拇趾侧，这种鞋头套也能够克服由于形状因素而产生的力量失衡问题，因此比现有的鞋头套更具有使用价值，同时还不削弱与鞋子和脚的配合性，这正是本发明的一个目的所在。
此外，为了在鞋头套受到一个巨大的载荷作用时，令一个将使鞋头套的后端部分(开口部分)产生变形的力由鞋头套的前端侧来承受，最好使大拇趾侧的突出部分的厚度至少在弧形的表面部分处大于小拇趾突出部分的厚度；为了能够使厚度产生这种变化，而且为了释放由于鞋头套的后端侧(开口部分)朝前端突出部分之尖端的变形而产生的集中载荷，最好在前端突出部分和大拇趾侧突出部分及前端突出部分与小拇趾侧突出部分之间设置具有不同曲率的弧形表面部分，而不是使其具有相同的弧形表面。
另外，在本发明中，通过将突出部分制造成包括前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分，以使大体沿垂直底部的方向向上隆起的结构形式，就可以将鞋头套上的载荷直接作用于前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分上，这样就能够提供一种在强度上适用的鞋头套。
此外，通过使顶部相对底部的高度变化量不大于7mm的方式来减小鞋头套的后端侧(开口部分)的变形量，而且在变形的初始阶段，载荷可由前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分来承受，因此将可以提供一种在强度上适用的鞋头套。在上文中，变化量表示顶部的后端和顶部的尖端之间的高度差；顶部的尖端位于将顶部与弧形表面部分连接在一起的顶部侧面上，而弧形表面部分又形成于顶部和前端突出部分之间。此外，对于顶部上高度最大的位置和高度最小的位置之间的变化量不大于7mm。
尽管现有的纤维加强型热塑性树脂和纤维加强型的热固性树脂可用作制造本发明的树脂型安全鞋头套所用的材料，但出于可模塑等因素的考虑，纤维加强型的热塑性树脂是最佳的材料。本发明所采用的纤维加强型热塑性树脂包括加强纤维和热塑性树脂；对于加强纤维没有特别的限制，例如玻璃纤维、碳纤维、芳香尼龙纤维等都可以使用，如果考虑到成本等因素时，使用玻璃纤维是最佳的选择。对于热塑性树脂也没有特别的限制，例如可以适当方式采用聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚对苯二甲酸亚戊基酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、AS(丙烯腈-苯乙烯)树脂、ABS(丙稀腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、PPS(聚苯硫醚)、PEI(聚醚酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)、热塑性聚氨酯等等。
如果需要，除玻璃纤维外，还可以在这些热塑性树脂中适当加入公知的添加剂，例如着色剂、改性剂和填料；这些添加剂按照下述传统方法进行混合和使用。在上文中，出于对可塑性、成本等因素的考虑，最好采用尼龙、聚丙烯或热塑性聚氨酯。
作为制造本发明的树脂型安全鞋头套的方法，可以首先准备含有加强纤维的热塑性树脂薄板材料，然后将薄板材料切割成与待制鞋头套的形状相一致的形状，接着，通过加热使被切割下来的薄板材料熔化/软化，而加热操作例如可以采用远红外加热炉来完成；接下来，将被熔化/软化的材料装入模具内并进行压模，在加压的情况下同时加热。此外，还可以通过将纤维加强型热塑性树脂球装入准模具内，通过在加热的情况下对树脂球进行挤压而将其初步模压成鞋头套型坯，将得到的鞋头套型坯装入一个用于制造所需安全鞋头套的模具内并通过在施加压力的情况下进行加热的方式将型坯模压成安全鞋头套。后面的这种方法比前面的那种方法更好，因为后面的方法能够制造出强度波动较小的产品，而且无需薄板切割和薄板熔化/软化步骤就能够有效地完成制造工序。在下文中涉及到的对方法的说明均是针对后一种制造方法进行的。
在本发明中，含有加强纤维的热塑性树脂球例如可通过将由多个粗纱拉出的加强纤维束穿过一个预热炉，然后将这些加强纤维束导入一个模具，以用于将加强纤维接合到树脂内，接着将已被挤压机加热并搅拌好的熔融树脂进送到上述模具内，从而在模具内用热塑性树脂将加强纤维束浸透，然后冷却，接下来利用树脂料切碎机将浸透有热塑性树脂的加强纤维束切割成预定的长度。对加强纤维的直径和长度没有特别的限制，但是为实现自动称重和塑化，直径介于0.2至5mm比较合适，而长度介于10至80mm之间为宜。直径最好不要小于0.2mm，因为在这种情况下，树脂球本身就会很轻，这样就很难实现自动称重。另一方面，如果直径超过5mm，那么塑化时间就会很长。对于产品的长度而言，如果其长度小于10mm，那么就不能实现加强的作用，因此就不可能得到高强度的鞋头套；如果长度超过80mm，那么就不能容易地进行模压操作，因此上述的范围是最佳的；这同样适用于上述的薄板材料。
在上述含有加强纤维的热塑性树脂中，加强纤维的重量百分比最好为45至75％(体积百分比为27至58％)；如果加强纤维的重量百分比小于45％，那么加强纤维的含量就不够，这样就很难形成高强度的鞋头套；如果加强纤维的重量百分比超过75％，那么树脂相对加强纤维的数量就会过低，这样就会产生强度失衡，从而导致强度下降，而且也难以进行模压操作。
要制造的安全鞋头套的重量决定于安全鞋的尺码，一般介于20至120克之间。
下面将通过实例对本发明进行说明；但是，本发明并非局限于下述的实例。在下面的实施例中，除非另有说明，强化纤维的含量都是根据所用纤维和热塑性树脂的总重量由重量百分比表示的。
实例1
首先，称量出由直径约为0.5mm并被切割成长度为20mm的纤维来提高强度的热塑性树脂球(聚氨酯中玻璃纤维的重量百分比为60％)，通过在准模具中进行加热完成塑化的方式进行初步模制(在施加一个0.5kg/cm2的压力，并在210℃的温度条件下，使操作进行0.5分钟)，这样就制备了一个鞋头套的型坯。接着，该型坯被放入一个鞋头套的压模内，并在一个400kg/cm2的压力作用下，在135℃进行压模，这样就制成了一个用于尺码为26cm的安全鞋上的鞋头套。
被制造成形的鞋头套的结构形式如图1至4所示。如图2所示，这种结构设置有一个前端突出部分1，一个大拇趾侧的突出部分2和一个小拇趾侧的突出部分3，而前端突出部分又包括一个复合的弧形表面，该复合的弧形表面在大拇趾侧的曲率半径为18mm、在小拇趾侧的曲率半径为22mm。如图2所示，在包括有弧形表面部分4的结构形式中，大拇趾侧突出部分2的厚度大于小拇趾侧突出部分3的厚度。此外，如图3所示，大拇趾侧的突出部分2和小拇趾侧的突出部分3沿大体垂直的方向由底部5向上隆起。另外，如图4所示，其具有下述结构：顶部6相对底部5的高度变化量约为0。
实例2
除了采用在尼龙6中含有重量百分比为60％的玻璃纤维的纤维强化型热塑性树脂球外，可按照与上述实例1相同的方法来制造鞋头套。制成的鞋头套的结构形式也与实例1相同。
实例3
除了采用在聚丙烯中含有重量百分比为75％的玻璃纤维的纤维强化型热塑性树脂球外，鞋头套仍然按照与实例1相同的方法制造。制成的鞋头套的结构形式也与实例1相同。
在冲击能量为200焦耳的情况下，测量在实例1至3中得到的上述鞋头套的净空高度。这种测量要按照CEN标准中的测量方法进行。在该标准中规定的标准值为：当冲击能量为200焦耳(20kg×100cm)时，净空高度为14mm，而且不能存在允许光线透过鞋头套的裂缝。结果如表1所示。
                                表1
             冲击能为200焦耳(20kg×100cm)时的净空高度
                         (尺码为26cm的安全鞋)
    实例1     实例2     实例3
样本编号     聚氨酯GF的重量百分比为60％     尼龙6GF的重量百分比为60％     聚丙烯GF的重量百分比为75％
    1     16     15     15
    2     20     18     17
    3     18     17     17
    4     17     18     17.5
    5     18.5     17.5     16.5
  标准值                             14.0
  最大值     20     18     17.5
  最小值     16     15     15
  平均值     17.9     17.1     16.6
 是否存在裂缝     没有     没有     没有
  评价     合格     合格     合格
GF：玻璃纤维
对于本发明的鞋头套而言，上述的测量结果是针对五个冲击试验样本进行的，这些样本分别是按照实例1至3所述的方式制成的；在所有的情况下，都超过了标准值，而且没有产生裂缝，就是说，满足CEN标准对安全鞋头套所规定的冲击强度要求。
实例4
除了采用在聚氨脂中含有数量可变的玻璃纤维的纤维强化型热塑料树脂球外，鞋头套仍然按照与上述实例1相同的方法制造。制造出来的各个鞋头套的结构形式也与实例1相同。
就实例4而言，我们对玻璃纤维的含量与压缩强度之间的关系进行了研究。我们按照CEN标准中规定的测量方法对强度进行测定。该标准所规定的标准值为：  当施加一个1530kg的压力时，净空高度为14mm，而且没有允许光线透过的裂隙。
如表2所示，测量结果为：当玻璃纤维的含量(重量百分比)介于45至75％之间时，已经超出了CEN标准所规定的标准值，而且即使施加一个大于CEN标准所规定的压力的力时，仍然没有裂缝，就是说，所有的鞋头套都满足CEN标准中对安全鞋头套的抗压强度的要求。
                              表2
           玻璃纤维含量(重量百分比wt.％)和抗压强度(kg)
玻璃纤维的含量(wt.％)     小于45％(vf：小于27％)        45～75％(vf：27～57.4％)        大于75％(vf：大于57.4％)
抗压强度(kg)        小于1450        1640～2430        小于1380模塑性差，重量大
对比实例1
按照与上述实例1相同的方法制造一种鞋头套。所用材料也与实例1相同。制造出来的鞋头套的结构形式与实例1不同，如图6所示。对于图6所示的鞋头套而言，前端突出部分11的尖端部分被移动到大拇趾侧，其外形是一种半径为32.5mm的简单弧形表面，而且大拇趾侧的突出部分12和小拇趾侧的突出部分13具有相同的厚度。
当冲击能量为200焦耳(Joule)时，对实例1和对比实例1的净空高度进行测定，测定结果为：本发明的鞋头套超出了CEN标准所规定的标准值，因此满足CEN标准中对安全鞋头套的冲击强度的要求，而对比实例1的鞋头套其净空高度低于CEN标准中所规定的标准值，而且在鞋头套上出现了裂缝。这些结果如表3所示。
                      表3
   鞋头套的形状及冲击能量为200焦耳时的净空高度
    实例1(图2) 净空高度(mm)     18.5     合格
是否出现裂缝     没有
    对比实例1(图6) 净空高度(mm)     13.8     不合格
是否出现裂缝     有
    标准值 净空高度(mm)           14.0
实例5
按照与实例1相同的方法制造多个鞋头套。所用的材料也与实例1相同。在该实例中，制造出多个具有相同截面形状的鞋头套，如图5所示，而且顶部相对底部的高度变化量(H)是变化的。
当冲击能量为200焦耳时，对这些成品鞋头套的净空高度进行测定，结果如下：对于高度变化量等于或小于7mm的鞋头套而言，满足CEN标准中当冲击能量为200焦耳时对冲击强度的要求，而对于高度变化量为8mm的鞋头套而言，净空高度低于该标准中所规定的标准值。结果如表4所示。
                    表4
 鞋头套的形状及冲击能量为200焦耳时的净空高度
在图5中的尺寸H(mm)     净空高度(mm)     评价
    2     18.4     合格
    4     18.2     合格
    6     16.3     合格
    7     15.8     合格
    8     13.8     不合格
    标准值               14.0
根据本发明的安全型树脂鞋头套，能够提供一种安全鞋头套，其不仅满足JIS T 8101的L级和S级所规定的性能，而且满足JIS T 8101中H级所规定的对冲击阻力和抗压强度性能的要求和CEN标准中安全鞋标准的要求，另外还不降低与鞋子和穿戴者的脚的配合性。

Claims (8)

1、一种由纤维加强的热塑性树脂制成的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述鞋头套满足JIS T 8101中对用于高强度作业的H级安全鞋所规定的冲击阻力和抗压强度方面的要求。
2、一种由纤维加强的热塑性树脂制成的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述鞋头套满足在CEN标准的安全鞋标准中所规定的冲击阻力和抗压强度方面的要求，其中CEN标准是统一的欧洲标准。
3、根据权利要求1或2的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述树脂型安全鞋头套由多个突出部分、一个顶部部分和一个底部部分构成，所述多个突出部分又由一个前端突出部分、一个大拇趾侧突出部分和一个小拇趾侧突出部分组成，其中所述大拇趾侧突出部分的厚度被制造成大于所述小拇趾侧突出部分的厚度的结构形式。
4、根据权利要求3的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分通过多个具有不同曲率的弧形表面与前端突出部分连接在一起，而且所述大拇趾侧突出部分的厚度和小拇趾侧突出部分的厚度至少在所述弧形表面部分处不同。
5、根据权利要求1或2的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述树脂型安全鞋头套由多个突出部分、一个顶部部分和一个底部部分构成，所述多个突出部分由一个前端突出部分、一个大拇趾侧突出部分和一个小拇趾侧突出部分组成，其中由所述前端突出部分、大拇趾侧突出部分和小拇趾侧突出部分组成的所述突出部分被制造成能够沿大体垂直底部部分向上隆起的结构形式。
6、根据权利要求1或2的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述树脂型安全鞋头套由多个突出部分、一个顶部部分和一个底部部分构成，所述多个突出部分由一个前端突出部分、一个大拇趾侧突出部分和一个小拇趾侧突出部分组成，其中所述顶部部分相对所述底部部分的高度变化量不大于7mm。
7、根据权利要求1或2的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述加强纤维为玻璃纤维，所述热塑性树脂是至少一种从下述这组材料中选出的树脂：尼龙、聚丙烯和热塑性聚氨酯。
8、根据权利要求1或2的树脂型安全鞋头套，其特征在于：所述加强纤维的纤维直径为0.2至5mm，长度为10至80mm，加强纤维在纤维加强型热塑性树脂中的重量百分比为45至75％。
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