CN1705560A - 改进的下衬垫系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进的下衬垫系统，用于各种类型表面覆盖物、如合成草皮、地毯、涂层、弹性地砖等的下方。该下衬垫系统包括由具备不同密度和厚度的各种组分材料制成的三层，通过夹层的受压移动来吸收冲击。

Description

改进的下衬垫系统
技术领域
本发明涉及一种改进的下衬垫(underpad)系统，用于各种类型表面覆盖物下，该下衬垫系统包括由具备不同密度和厚度的各种组分材料制成的三层。
背景技术
在英式足球或任何其他户外运动中，场地的性质在运动或是训练期间会影响运动人员所经受的大量物理应力。恰当的硬度和轻微的粘性表面会给运动人员提供更好的稳定性，但是也会增加大量的有害力和抵抗力转送给肌肉与骨骼系统，从而导致受伤害，如草皮脚趾或脚锁(foot lock)，即称作配对脚(couple)。另一方面，太软的表面会引起过早疲劳，会降低运动人员脚部接触地面引起撞击的吸收能力。用在英式足球的有效和安全的运动场地必须具备几个关键特性(吸收性、恢复性、稳定性、粘性和球的情况等等)，这对年轻的初学者和对成为精英人群的成人都一样。
有研究显示英式足球61％-90％的伤害是对下肢，特别是对膝盖和足踝的伤害。大部分这种伤害通常是因对某一特定点的过度压力直接导致的，或者因为数月或数年反复的物理应力的一种延迟反映。有20％的短期足球伤害韧带，而长期足球伤害从慢性炎症引发的腿部伤害，有时还会导致恶化(腱炎)。在所有的运动人员中，那些承受过韧带问题的人员在相同的点发生再次伤害的危险多两倍。一种倾向认为这些类型的伤害仅仅是对高水平的职业运动员。但是，一份包括600名运动人员和41个球队的瑞典的研究发现，不考虑运动人员的水平和年龄，英式足球运动中大约每1000小时就发生2个伤害。
很多因素影响到伤害的程度，包括运动人员间的相互作用，他们的身体条件、所穿鞋子的类型以及运动表面的性质。后一种因素总是采用适合该运动的运动设计。在英式足球的情况下，表面的性质在运动和训练期间会影响运动人员所经受的大量物理应力，因为所穿的鞋子限制了吸收冲击能力。很硬的表面会让运动人员在运动情况下有更好的稳定性，但是也增大了传递给肌肉和骨骼系统的力量。有建议说与另一运动人员接触不会引起伤害而是因靠近了有关的运动表面，并且对太硬表面的重复撞击会导致伤害，如骨关节炎的展开和软骨的恶化。另一方面，如果表面太软，会导致运动人员过早疲劳，而降低他们的脚击打在表面上时发生的撞击的吸收能力。
安全和有效的运动表面必须具备几个关键特性(吸收性、恢复性、稳定性和紧握性等)，这对年轻的初学者和对成为精英人群的成人都一样。篮球、英式足球、足球和棒球引起了超过5200多个对14岁或以下年龄孩子的伤害，在1998年加拿大的15个医院中结束了生命。这些统计显示对青少年和成人来说在进行他们喜爱的运动时都需要安全的运动设备。
过去，很多运动场地是用橡胶颗粒和砂子混合物制成的，以给运动员提供吸收性和稳定性，表面耐久性，还有适应球的运动性的均匀性以及的仿造自然表面。随着时间和反复的使用，橡胶颗粒和砂子表面由于颗粒的偏移使得表面不均匀。这种不稳定性使得球的运动变得不一致、不可预期，并且很不满意。
其他的运动场地表面或者地面系统，结合下衬垫系统的概念对在多层情况下提供缓冲垫或冲击吸收表面在过去已经有所发展。例如，Rone的专利(US4,199,639)中提出一种三明治结构的双层地板覆盖物，包括一聚乙烯下层和一由合成聚合物纤维制成的上层。还有，DiGeronimo的专利(US5,605,721)中用不同材料制成的三层结构，能对人造运动表面方法来制造的该组分提供冲击吸收衬垫物。
在Jones等人的专利(US5,947,918)中，由合成橡胶制成的顶层和由膨胀聚四氟乙烯(PTFE)制成的底层能提供撞击能量吸收合成材料，该合成材料能控制层的厚度。
这种改进的下衬垫系统通过在从轻到很重的冲击之间提供不同等级的吸收，获得较高的缓冲和吸收冲击的产品性能，并且对使用的人的足踝和膝盖保存了很高的舒适稳定性，给出一种“垂直悬垂感”而提供保护(骨骼外伤保护，降低疲劳分散垂直冲击)，并且能按照所要求的正常运动能力对竞赛返回能量。
该下衬垫系统的吸收性能获得了相当稳定的表面，适用于各种年龄或各种重量的人员，仅仅用本申请的该下衬垫系统就能达到。它还可用于机器设备，如直升机的着陆表面支持，因为对直升机很好或者有更多困难着陆的情况下，这种“三明治”式系统获得了很好的吸收冲击的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的下衬垫，其由有不同密度和厚度的各种组分制成的三层材料构成。
该改进的下衬垫系统提供很高的缓冲衬垫性能，可用于任意类型的表面下，给这些表面提供比任意存在的表面包括不丢失任何稳定性和能量的自然草地更超级的吸收冲击能力。
因此提供一种加强撞击和冲击吸收能力的下衬垫系统，包括：
一顶层，由具有第一厚度和第一密度的第一可压缩材料制成；
一中间层，由具有第二厚度和第二密度的第二可压缩材料制成；
一底层，由具有第三厚度和第三密度的第三可压缩材料制成；
其中，所述中间层在小的撞击和冲击下在顶层和所述底层前受到压缩，并且所述第一厚度和所述第三厚度保持相同。
还提供一种能增强撞击和冲击吸收性能的下衬垫系统，其包括：
一顶层，由具有第一厚度和第一密度的伸长的聚丙烯制成；
一中间层，由具有第二厚度和第二密度的聚氨酯泡沫体制成；
一底层，由具有第三厚度和第三密度的伸长的聚丙烯制成。
本发明的其他方面和优点参照附图和下面的描述会更好地理解，相同的标记符号表示图中相同的元件。
本发明的特征相信具备新颖性，在附后的权利要求书中具体阐述。
附图说明
图1a为按照本发明改进的下衬垫系统的立体图；
图1b为图1中下衬垫系统三明治结构的侧视图；
图2a为英式足球滚在如图1所示的下衬垫系统顶层上的侧视图；
图2b为英式足球从如图1所示的下衬垫系统的顶层弹起的侧视图；
图3a为在一个现有技术的系统的顶层上跑动的状态下，踢足球者的足部的侧视图；
图3b为在如图1所示的下衬垫系统的顶层上跑动的状态下，踢足球者的足部的侧视图；
图4a为在一个现有技术的系统的顶层上侧向移动的状态下，踢足球者的足部的侧视图；
图4b为在如图1所示的下衬垫系统的顶层上侧向移动的状态下，踢足球者的足部的侧视图；
图5a为在一个现有技术的系统的顶层上以侧向和旋转移动的状态下，踢足球者的足部的侧视图；
图5b为在如图1所示的下衬垫系统的顶层上侧向和选择移动的状态下，踢足球者的足部的侧视图。
具体实施方式
本发明的新的下衬垫系统为一“三明治”式的设计，其包括三层由不同密度、厚度和下面缓冲垫和吸收材料中任一类型的组分构成的层，例如但不限制于：EPP产品(膨胀和/或挤压聚丙烯闭合小室空心珠模铸成开放的小室结构)，泡沫产品、EPE产品(膨胀和/或挤压)、EPDM产品、粒状生胶轮胎产品、塑料产品、自然和或合成橡胶产品和聚氨酯产品。
如图1a和1b所示，该下衬垫系统100包括一顶层110，一中间层120和一底层130。人造草皮140固定在该顶层110的最上面。
该顶层110和底层130由比中间层120较高密度和较大刚性的材料制成，以使得顶层110能被部分或者全部压向底层130，这样能增加由顶层110向底层130的压缩运动产生的冲击的吸收能力。顶层110有一厚度112和一密度，它们可以根据所利用的情况和所需要的冲击吸收品质与底层130的厚度132和密度相同，也可以不相同。顶层110本身必需具备某种挠度性质，以便吸收轻的冲击能保持足够的稳固，而在结合所需的站立和行走的感觉后还获得很高的稳定性。
中间层120具有较轻和较软的质地，但是中间层120需依据所利用的该下衬垫系统100而定，它的厚度122和密度会特别设计为允许顶层110具有恰当的速度和压缩量以及反射量，使得顶层110按需要达到如上所述特定缓冲效果。
底层130依据所利用的情况和所需要的缓冲品质也具有不同的密度和厚度132。底层130本身必须具备优越的性能，对于整个系统而言，能够整个完全吸收某一重冲击最后的能量，并足够稳固且能获得相当高质量的结构。
在第一实施例中，下衬垫系统100能被用于人造英式足球场地。三明治结构(110、120和130)构成为：顶层110由中等密度(每立方英尺1.9磅)产品EPP制成，并且其厚度(112)为15mm；中间层120由厚度(122)为10mm的开放小室聚氨酯泡沫体(每立方英尺1.9磅)制成；并且最后，底层130同顶层110一样，由中等密度(每立方英尺1.9磅)产品EPP制成，并且其厚度(112)为15mm。
顶层110和底层130被设计为能以最佳的多方向吸收地面上的跑动或掉落的冲击。它们能在整个赛季和比赛中对足踝提供始终如一的稳定性。层(110、120或130)的密度能够调节，以便为很多其他运动如美式橄榄球、橄榄球和所有运动员重量和身材的类型定制层的表面。中间层120具有相对低的密度和抵抗系统，其被设计为单独吸收球的反弹的冲击而不必干扰顶层和底层(110和130)。另外，当运动员接触该表面时，这层120就因为其低的抵抗性而完全压缩。运动员因接触顶层和底层(110和130)其安稳性得到保证。
这样的结合给选手正确的安稳性，在最小的能量下保护选手的足踝、膝盖、肘部不受伤害。该下衬垫系统100的性能在重冲击下能提供比包括自然草地在内的其他表面更好的(对成人(15％-20％)、对孩子或十几岁的青少年(超过30％))冲击吸收性能。
这种三明治式的组合层(110、120和130)的新设计采用恰当的不同种类已有的缓冲垫材料。这些材料各自结合在一起，能有最大的吸收能力而不影响表面的稳定性，也不会导致任何增加的能量消耗。通常，正好的吸收表面是用恰当柔软的产品制成的，但该产品对通常的行走、跑动和玩耍是不恰当的，因为它很不稳定并且很软。这些产品因为该产品的偏转太多地消耗更多的能量，其能够与在沙滩上行走和在自然的地面上行走的情况相比较。
图2a和2b显示了当该下衬垫系统100安装到足球场上时英式足球怎样运动的情况。在足球150滚到人造草皮140上时，任意层(110、120或130)既没有结构上的偏移也不会发生压缩。当足球150以某一角度冲击草皮140时，球弹回并压缩中间层120的一个区域125，因为该层的抵抗性低。
聚丙烯对运动着的足部多个方向的吸收性和稳定能力如图3b所示。压缩区域135吸收了从运动着的足部160的冲击产生的能量，顶层110和中间层120被压缩且短暂变形，但底层130仅轻微变形。图3a所示为现有技术的系统的一种情况，小颗粒发生偏移，而不是受压缩，丢失了所有的吸收能力和稳定性。
图4a和5a以侧面运动加或不加旋转运动的方式，显示了足球选手的足部在一种现有技术包括小颗粒的场地系统顶部的情况。图4b和5b以相同的侧面运动加或不加旋转运动的方式，显示了该下衬垫系统100的多方向吸收能力和稳定性能力。在两种情况下，该足球选手的足部(170、180)产生压缩区域(145和155)，吸收了顶层110和中间层120的短暂变形以及底层130的部分变形产生的能量。
本发明的优选实施例已经在这里描述，显然在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可进行各种变化和改进。

Claims (9)

1.一种能增强撞击和冲击吸收性能的下衬垫系统，其包括：
一顶层，由具有第一厚度和第一密度的第一可压缩材料制成；
一中间层，由具有第二厚度和第二密度的第二可压缩材料制成；
一底层，由具有第三厚度和第三密度的第三可压缩材料制成；
其中，所述中间层在小的撞击和冲击下在顶层和所述底层前压缩，并且所述第一厚度和所述第三厚度保持相同。
2.根据权利要求1所述的下衬垫系统，其特征在于，所述第一和第三材料是相同的。
3.如权利要求2所述的下衬垫系统，其特征在于，所述第二材料比所述第一材料和所述第三材料更容易被压缩。
4.如权利要求1所述的下衬垫系统，其特征在于，所述顶层在所述底层被压缩前受到压缩。
5.如权利要求1所述的下衬垫系统，其特征在于，所述底层能吸收没被所述中间层和所述顶层吸收的剩余的撞击和冲击。
6.一种能增强撞击和冲击吸收性能的下衬垫系统，其包括：
一顶层，由具有第一厚度和第一密度的伸长的聚丙烯制成；
一中间层，由具有第二厚度和第二密度的聚氨酯泡沫体制成；
一底层，由具有第三厚度和第三密度的伸长的聚丙烯制成。
7.根据权利要求6所述的下衬垫系统，其特征在于，所述第一厚度等于所述第三厚度。
8.根据权利要求6所述的下衬垫系统，其特征在于，所述第一密度等于所述第三密度。
9.如权利要求6所述的下衬垫系统，其特征在于，所述顶层与所述底层相同。
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