CN1787857A - 含有一种聚合物泡沫的比赛用球 - Google Patents

Abstract

公开了一种比赛用球，其包含一个聚合物泡沫层，所述聚合物泡沫层以一种惰性液体发泡剂如氮制成。聚合物泡沫可能是一种聚烯烃材料，例如聚乙烯、聚丙烯、和聚醋酸乙烯，惰性液体发泡剂可能具有相对高的纯度。聚合物泡沫可能的生产工艺包括将惰性液体发泡剂注入聚合物，通过将聚合物加热到高于聚合物的软化温度膨胀聚合物，降低聚合物周围的液体温度，以及冷却聚合物。比赛用球可能是例如足球、橄榄球、或排球，作为例子，其包含聚合物层。

Description

含有一种聚合物泡沫的比赛用球

发明领域

本发明涉及应用于比赛用球的构造的材料。本发明关于，更具体地，一种比赛用球，其包含一种聚合物泡沫，其以一种惰性液体发泡剂如氮制成。

现有技术的描述

足球比赛是在一块大约100米长的草地区域上进行，球门位于这块区域的相对端。比赛队伍试图沿着区域的长边以相反方向运送一个英式足球，也指一个橄榄球，而不用手抓或者以其它方式影响足球的移动。足球比赛的目标是一队的队员们合作运球，把球放置进入指定的球门，由此得分。同时，另一队试图合作阻碍运球以重新获得足球并把足球运送到相对的球门。

国际足球协会联合会(FIFA)颁布标准把足球分为许可级或测试级。许可级的足球通常认为符合国际比赛需要的质量，而测试级的足球可能适用于较低等级的比赛或练习。为了达到许可级的质量，足球必须符合一个狭窄的耐性范围，该耐性范围是基于以下性能如重量、表面积、球形度、压力损失、吸水性、反弹、及形状和尺寸保持力。

FIFA制定的标准通常涉及足球的物理特性和性能而不是足球的特定结构或应用于足球不同组分的材料。因此，足球制造商通常调整市售足球的结构和材料以试图加强足球的物理特性。然而，一般来说，现代足球有一种总体常规的结构，如以下讨论的。

一种常规的足球是总体球形的，有层状的构造包括一个表层、一个支持结构内衬、和一个可充气的内胆。表层通常由多个坚固、耐磨的片沿相邻的边缝合以形成一个闭合表面。常规的足球表层是模制在一个规则的、平截二十面体上，因此包括二十个六边形片和十二个五边形片，以及多个其它片形也通常被应用。尽管表层可以由全皮制成，常规足球的表层通常由聚氨基甲酸乙酯或聚氯乙烯材料制成。内衬通常位于表层和内胆之间，以抵御内胆造成的向外的压力，从而保持球形和尺寸固定的形状。根据制造者，内衬可以由天然棉纺织品、聚酯纺织品或含有棉纤维和聚酯纤维的纺织品形成。除了纺织品，内衬也可以含有一个乳胶层，例如。内胆是常规足球的最内层，其由一种能基本不透空气的材料形成，例如天然橡胶、丁基橡胶、和聚氨基甲酸乙酯。内胆通常包括一个阀门开口，穿过表层可以接近，以利于引入空气。充气时，内胆膨胀并对内衬和表层形成一个均匀的向外压力，从而使足球形成一个总体球形的形状。

除了表层、内衬和内胆以外，足球也可能含有一个聚合物泡沫层以增强柔韧度和减震性能。泡沫层通常厚度为1至2毫米，位于表层和内衬之间。适用于泡沫层的材料包括大多数聚烯烃泡沫，其以烯烃作为单体的聚合反应而制备。聚烯烃泡沫的例子包括聚乙烯、聚丙烯和聚醋酸乙烯。

通常采用的第一种制造工艺以生产适用于常规足球的聚烯烃泡沫是应用含氯氟烃、含氢氟烃或挥发性烃类作为发泡剂。所得到的聚烯烃泡沫不是交联的，可能会释放对全球环境有害的化学物质。一种类似的化学物质的释放也可能因为制造工艺本身的错误。

通常采用的第二种制造工艺以生产适用于常规足球的聚烯烃泡沫是应用一种化学发泡剂，其通过分解反应膨胀。在制造泡沫时，一种化学物质如偶氮二甲酰胺被合成到聚烯烃树脂中。偶氮二甲酰胺的分解反应随后由加热起始并产生气体，诸如氮气、一氧化碳、二氧化碳和氨气。不同的气体使聚烯烃树脂膨胀，从而产生聚烯烃泡沫。然而，偶氮二甲酰胺的大部分都作为残余物保留在所得到的聚烯烃泡沫里。根据聚烯烃泡沫的密度，大约10％的泡沫重量可能归因于偶氮二甲酰胺残余物。因此，只有90％的聚烯烃泡沫重量用于促进聚烯烃泡沫的机械性能。进一步地，如果含有聚烯烃泡沫的足球暴露在高的环境温度中，那么偶氮二甲酰胺的分解反应可能重新起始，从而改变足球内聚烯烃泡沫的性能。

发明概要

本发明是一种比赛用球，其包含一种聚合物泡沫，其以氮发泡剂制成。如在前述的发明背景里讨论的，一种常用的泡沫通常合成到比赛用球里，例如足球。常用的泡沫可能是用含氯氟烃、含氢氟烃或挥发性烃类作为发泡剂，其对环境有害。可选地，常用的泡沫可能是由一种化学的发泡剂形成的，如偶氮二甲酰胺，其在所得到的泡沫中留下残余物。与常用的泡沫相比，本发明的比赛用球采用的聚合物泡沫是由一种氮发泡剂形成，其并不危害环境或留下大量化学残留物。可选地，各种其它通常惰性液体也可以被采用作为发泡剂，例如包括氦、氖、或氩。

在形成聚合物泡沫时，采用氮发泡剂以注入聚合物材料，其可能是聚烯烃例如聚乙烯、聚醋酸乙烯或聚丙烯。注入氮的聚合物材料随后被加热，聚合物材料周围的压力降低，从而导致氮膨胀。一旦冷却，膨胀的聚合物材料固化并形成所得到的聚合物泡沫。不同纯度的氮适用于发泡剂。然而，至少99.9％纯度的氮，通常被采用在氮发泡的聚合物泡沫的制造中。

氮发泡的聚合物泡沫可能被合成到各种比赛用球类型中，例如包括足球、排球、或橄榄球。这种比赛用球通常包括一个表层，其由多个的片沿相邻的边结合以形成。氮发泡的聚合物泡沫位于表层内、包括一个纺织物层和内胆的其它层可能位于聚合物泡沫内。

本发明的新颖性的优点和特性在附带的权利要求中特别地指出。然而，为了更好的理解新颖性的优点和特性，可以参考下述的描述和附图，其描述和说明了有关本发明的不同实施例和概念。

附图说明

结合附图将更好地理解本发明的前述概要，及下述详细描述。

附图1是根据本发明的足球的透视图。

附图2是剥开所选层的足球的透视图。

附图3是表明不同常规足球与足球模型的实验分析数据的表格。

本发明的详细描述

以下的讨论和附图公开了本发明的一种比赛用球。比赛用球被讨论和描述为一种足球，其包含一种聚合物泡沫，该聚合物泡沫是以一种氮发泡剂制成。可选地，各种其它通常的惰性液体也可以被采用作为发泡剂，例如包括氦、氖、或氩。下述的讨论特定为足球，以说明含有聚合物泡沫的比赛用球模型的结构和特性。然而，相关领域的普通技术人员将会明白，此处公开的原理同等地适用于其它类型的比赛用球，例如包括排球和橄榄球。

附图1和附图2里描述了一种有足球结构的比赛用球10。球10的主要元件是表层20、一个泡沫层30、一个乳胶层40、一个织物层50、及一个内胆60。表层20是由二十个六边形片21和十二个五边形片22形成，其沿着相邻的边缝合以形成球10的外表面。不同的片21和22被描述为形状是等边六边形和五边形。在进一步的实施例中，片21和22可能有不等边的形状；挑选出的片21和22可能与相邻的片21和22整体形成以形成桥形片，以减少需要缝合的接缝数；或者片21和22可能有其它形状，以棋盘-类型方式组合形成表层20。选用于表层20的材料可能是皮革、聚氨基甲酸乙酯、聚氯乙烯材料、或其它既坚固又耐磨的材料。

泡沫层30位于临近表层20内表面的地方，加强球10的整体柔韧度和减震性能。泡沫层30的厚度可以在从0.5毫米到4.5毫米的范围内。适用于泡沫层30的材料包括各种聚合物泡沫，例如聚烯烃泡沫，其由一种氮发泡剂制成。例如，聚烯烃泡沫的例子包括，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、和聚醋酸乙烯。可选地，各种其它通常的惰性液体也可以被采用作为发泡剂，例如包括氦、氖、或氩。

如上述发明背景里讨论的，一种聚烯烃泡沫通常合成到常规足球里。聚烯烃泡沫可能应用含氯氟烃、含氢氟烃或挥发性烃类作为发泡剂制成，其对环境有害。可选地，聚烯烃泡沫可能是由一种化学的发泡剂形成的，如偶氮二甲酰胺，其在所得到的聚烯烃泡沫中留下残余物。残余物对聚烯烃泡沫和常规足球的重量有影响，但并不对聚烯烃泡沫的机械性能做出贡献。进一步地，偶氮二甲酰胺可能在聚烯烃层合成到常规足球之后继续分解。进一步的分解可能增大聚烯烃泡沫内的小室尺寸，从而改变泡沫的特性。

为了解决常用聚烯烃泡沫材料的问题，本发明的泡沫层30合成了以氮发泡剂制成的聚合物层。这种泡沫，下文中称为氮发泡的聚合物泡沫，市售于英国Croyden的Zotefoams联合公司，商品名称为PLASTAZOTE，其是一种闭合小室的、交联的聚乙烯泡沫；商品名称为EVAZOTE和SUPAZOTE，其是一种闭合小室的、交联的乙烯共聚物泡沫；商品名称为PROPOZOTE，其是一种闭合小室的聚丙烯共聚物泡沫。与含氯氟烃、含氢氟烃或挥发性烃类通常用于常用聚合物泡沫生产的发泡剂相比，氮天然丰富地存在于大气中而且通常认为是惰性的，因此促进全球环境的良好，及氮发泡聚合物泡沫的生产者和使用者的健康。另外，氮发泡的聚合物泡沫并不包含化学残留物，如由偶氮二甲酰胺的分解作用发泡得到的聚合物泡沫那样。因此，与常用的聚合物泡沫相比，氮发泡的聚合物泡沫无化学残留物，提高了每单位重量的机械性能。

氮发泡的聚合物泡沫的一个进一步的优点是关于泡沫内所形成的小室，或称充气的腔。常用的聚合物泡沫含有尺寸范围很宽的小室。相反，氮发泡的聚合物泡沫的小室尺寸总体上更加一致，从而向整个泡沫传递更一致的性能。这并不意味着氮发泡的聚合物泡沫没有变化的小室尺寸。更确切地说是，氮发泡聚合物泡沫改变小室尺寸的频率显著低于常用的聚合物泡沫。因此，氮发泡聚合物泡沫的小室尺寸的标准偏差小于常用的聚合物泡沫的小室尺寸的标准偏差。

氮发泡的聚合物泡沫通常用一个三步的工艺制造，包括挤压、注入、和膨胀。在挤压步骤中，一种基础树脂和附加成分混合并进入一个挤压器，附加成分包括例如色素、耐火剂、或塑化剂。基础树脂和附加成分随后被挤压成希望的形状以形成一种交联塑料。交联可能由例如照射或一种化学物质作用而得到。在注入步骤中，挤压过的塑料被置于一个高压蒸气器中，并被加热到超过软化温度的温度。塑料随后被灌入相对高压的非常纯的氮中，以使氮溶解进入被加热的塑料材料。塑料随后被冷却，从而将氮限制或锁定在塑料中。在膨胀步骤中，注入氮的塑料被置于一个低压蒸气器中，并再次被加热到超过软化温度的温度。加热期间塑料周围的适中的气压降低，以使塑料中的氮膨胀，从而以一致的模式使塑料泡沫化。于是，只有氮被采用作为发泡剂，而不是含氯氟烃、含氢氟烃、挥发性烃类、或偶氮二甲酰胺，这些物质对环境或聚合物泡沫本身有不利的影响。

在上述讨论的工艺里不同纯度的氮都适用于作发泡剂。然而，高纯度的氮，通常用于氮发泡的聚合物泡沫的制造。对本申请来说，纯度为99.9％的氮认为是具有高纯度的。使用高纯度氮气的优点是关于高纯度氮在不同压力-温度组合时的可预测的膨胀性能。随着其它气体的引入，膨胀的可预测性将降低，这是因为其它气体在不同压力-温度组合时的膨胀性能不同。因此，使用高纯度的氮提供了聚合物的可预测膨胀性，并形成均一的最终泡沫。如果采用别的惰性液体发泡剂，则别的惰性液体发泡剂采用99.9％的高纯度。

在制造球10时，表层20、泡沫层30、乳胶层40、和织物层50联结在一起以形成一种单层的材料。可能使用加热、加压、和/或粘合剂的方法以联结这些组件。单独的片21和22从单层材料上模切下并联在一起。内胆60接着被置于联结的组件内，从而基本完成球10的制造。

除了表层20和泡沫层30以外，球10还包含乳胶层40、织物层50、和内胆层60。乳胶层40可能用于球10内，位于临近泡沫层30和相对表层20的地方。乳胶层40的目的是提供能量返回。织物层50位于乳胶层40和内胆层60之间，可能由天然棉织物、聚酯织物、或含有棉纤维和聚酯纤维的织物形成。内胆60是球10的最内层。形成内胆60的材料基本上不透空气，可能包括天然橡胶、丁基橡胶、或聚氨基甲酸乙酯。内胆60可能包括一个阀门开口(未示出)，其穿过织物层50、乳胶层40、泡沫层30、和表层20以利于引入空气。可选地，阀门开口可能略微凹进低于表层20。以适当压力充气时，内胆60膨胀，从而使球10形成一个总体球形的形状。

一个实验分析比较了常规足球与几个具有球10结构的足球模型的物理特性和性能。作为实验分析中的控制措施，常规足球与足球模型的整体结构是基本相同的，除了应用在泡沫层的聚合物泡沫以外。尽管常规足球含有厚度为2毫米的聚乙烯泡沫，足球模型采用厚度为2毫米的氮发泡聚合物泡沫。因此，常规足球与足球模型的区别通常归因于不同类型的泡沫。

制备了3种足球模型以进行实验分析，下文中被称为足球模型A、B、和C。足球模型A含有氮发泡的聚乙烯泡沫，而足球模型B和C采用两种不同类型的氮发泡的乙烯共聚物泡沫。其中关于许可级的FIFA标准要求足球具有420至445克之间的重量和68.5至69.5克之间的周长。所有的足球，不论常规的或模型，都表现出FIFA许可级标准范围内的重量和周长。

对常规足球和足球模型进行了回弹、尺寸膨胀、球形度偏差、气压损失、及吸水性测试，这些测试也包含在FIFA标准里。此外，足球还测试了磨耗损失。实验分析的结果在附图3的表格里展示。总的来说，足球模型A、B、和C性能优于常规足球，同时所有足球在所有测试中都符合FIFA的许可级标准。回弹测试包括从2米的高度落下不同的足球到一块钢板上，然后测量回弹的高度。足球模型A、B、和C的回弹高度都超过常规足球。尺寸膨胀、球形度偏差、气压损失以及磨损损失测试是通过以大约50千米每小时的速度将球推向一块钢板2000个循环进行的。足球模型A、B、和C都比常规足球表现出较小的环向膨胀、较少的压力损失、和较少的磨损，足球模型B比常规足球表现出较小的球形度偏差。吸水性测试是通过把不同足球浸没在水中一段预设的时间，然后测量导致的重量改变进行的，足球模型A和C表现较少的整体吸收。因此，对足球的实验分析证实，具有球10结构的足球，其含有一种氮-发泡的聚合物泡沫，通常表现出超过常规足球的性能。

足球模型A、B、和C比常规足球通常加强的性能，可能要归于关于氮发泡的聚合物泡沫的不同因素。如以上讨论的，常规泡沫材料可能有比较不均一的小室结构、可能含有化学残留物，其增加泡沫的重量，却并不有利于泡沫的机械性能。常用泡沫材料的小室结构和残留物重量，单独地或组合地，可以解释足球模型A、B、和C的加强的性能。

如上所述的球10的特定构造可能在本发明的范围内改变。例如，乳胶层40和织物层50可以被省略。球10公开为一种足球，公开的表层20的特定构造是特指足球的。然而，本发明的旨在包括排球和橄榄球，其含有一种氮-发泡的聚合物泡沫。因此，在进一步的实施例里，球10可能是例如排球或橄榄球，其有一种非常不同的表层构造，而且，在橄榄球的情况下，具有非常不同的结构。因此，可以对球10的结构做不同调整而不脱离本发明的范围。

本发明公开在上述描述以及参考不同实施例的附图中。然而，公开的目的是提供涉及本发明的不同特性和概念的例子，并非限制本发明的范围。相关领域的技术人员将能明白，可以对上述实施例做大量的变动和修改而不脱离本发明的范围，如附带的权利要求书所限定的。

Claims (43)

1、一种比赛用球，其含有：

外层，其形成比赛用球的外部表面；以及

内层，其位于所述外层的内部，所述内层是由氮发泡剂制成的聚合物泡沫。

2、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述氮发泡剂是含有至少99.9％氮的高纯度氮。

3、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述泡沫是由包括以下步骤的工艺制造：

挤压出一种聚合物；

向所述聚合物注入高纯度的氮发泡剂；以及

通过将所述聚合物加热到超过所述聚合物的软化温度，降低所述聚合物周围的液体压力，以及冷却所述聚合物，而膨胀所述聚合物。

4、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述泡沫是一种聚烯烃。

5、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述泡沫是选自由低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和聚醋酸乙烯组成的组。

6、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述泡沫包含大量闭合小室。

7、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述泡沫是交联的。

8、如权利要求1所述的比赛用球，进一步包括一个可充气的内胆，所述内胆位于所述至少一个内层里。

9、如权利要求1所述的比赛用球，其中所述外层是由多个沿着相邻的边结合的片形成的。

10、如权利要求9所述的比赛用球，其中所述比赛用球是足球而且所述片包括二十个六边形的片和十二个五边形的片。

11、一种比赛用球包括：

第一层，其形成所述比赛用球的外表面；

第二层，其位于所述第一层里面，所述第二层是闭合小室的、交联的、聚烯烃泡沫，所述聚烯烃泡沫由高纯度的氮发泡剂制成；以及

第三层，其位于第二层的里面，所述第三层包含一个可充气的内胆。

12、如权利要求11所述的比赛用球，其中所述高纯度的氮发泡剂含有至少99.9％的氮。

13、如权利要求11所述的比赛用球，其中所述泡沫是由包括以下步骤的工艺制造：

挤压出一种聚合物；

向所述聚合物注入高纯度的氮发泡剂；以及

通过将所述聚合物加热到超过所述聚合物的软化温度，降低所述聚合物周围的液体压力，以及冷却所述聚合物，而膨胀所述聚合物。

14、如权利要求11所述的比赛用球，其中所述泡沫是选自由低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和聚醋酸乙烯组成的组。

15、如权利要求11所述的比赛用球，其中所述第一层是由多个沿着相邻的边结合的片形成的。

16、如权利要求15所述的比赛用球，其中所述比赛用球是足球而且所述片包括二十个六边形的片和十二个五边形的片。

17、一种足球，其包含：

表层，其形成所述足球的外表面，所述表层包括多个沿着相邻的边结合的片；

泡沫层，其位于所述表层里面，所述泡沫层包括闭合小室的、交联的泡沫，所述泡沫由高纯度的氮发泡剂制成，所述泡沫由包括以下步骤的工艺制造：

提供一种聚合物，

向所述聚合物注入纯度至少为99.9％的氮发泡剂，以及

通过将所述聚合物加热到超过所述聚合物的软化温度，降低所述聚合物周围的液体压力，以及冷却所述聚合物，而膨胀所述聚合物；

织物层，其位于所述泡沫层里面，所述织物层包括至少一种织物材料；以及

可充气的内胆，位于所述织物层里面。

18、如权利要求17所述的足球，其中所述聚合物是聚烯烃。

19、如权利要求17所述的足球，其中所述聚合物是选自由低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和聚醋酸乙烯组成的组。

20、如权利要求17所述的足球，其中所述片包括二十个六边形的片和十二个五边形的片。

21、一种制造比赛用球的方法，所述方法包括以下步骤：提供一种泡沫材料，所述泡沫材料通过以下工艺制造：

向所述聚合物注入纯度为至少99.9％的氮发泡剂，以及

通过将所述聚合物加热到超过所述聚合物的软化温度，降低所述聚合物周围的液体压力，以及冷却所述聚合物，而膨胀所述聚合物；将所述泡沫材料加入到所述比赛用球中。

22、如权利要求21所述的方法，进一步包括用一个表层密封所述泡沫材料的步骤，所述表层包括多个沿其相邻的边结合到一起的片。

23、如权利要求22所述的方法，其中所述密封所述泡沫材料的步骤包括制造所述片，以包括二十个六边形的片和十二个五边形的片。

24、如权利要求21所述的方法，进一步包括将织物层和内胆放置在所述泡沫材料中的步骤。

25、一种比赛用球，其包含：

外层，其形成所述比赛用球的外表面；以及

内层，其位于所述外层的内部，所述内层是由惰性液体发泡剂形成的聚合物泡沫。

26、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述惰性液体发泡剂是氮。

27、如权利要求26所述的比赛用球，其中所述氮是含有至少99.9％氮的高纯度氮。

28、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述惰性液体发泡剂具有至少99.9％的纯度。

29、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述惰性液体发泡剂是由氦、氖、和氩组成的组中的一种。

30、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述泡沫是聚烯烃。

31、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述泡沫包括多个闭合小室。

32、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述泡沫是交联的。

33、如权利要求25所述的比赛用球，进一步包括一个可充气的内胆，所述内胆位于所述至少一个内层的里面。

34、如权利要求25所述的比赛用球，其中所述外层是由多个沿着相邻的边结合的片形成的。

35、如权利要求34所述的比赛用球，其中所述比赛用球是足球，所述片包括二十个六边形的片和十二个五边形的片。

36、一种制造比赛用球的方法，所述方法包括以下步骤：

提供一种泡沫材料，所述泡沫材料通过包括以下步骤的工艺制造：

向所述聚合物注入一种惰性液体发泡剂，以及

通过将所述聚合物加热到超过所述聚合物的软化温度，降低所述聚合物周围的液体压力，以及冷却所述聚合物，而膨胀所述聚合物；

将所述泡沫材料加入到所述比赛用球中。

37、如权利要求36所述的方法，进一步包括选择所述惰性液体发泡剂为氮的步骤。

38、如权利要求36所述的方法，进一步包括选择所述惰性液体发泡剂为含有至少99.9％的氮的高纯度氮的步骤。

39、如权利要求36所述的方法，进一步包括选择所述惰性液体发泡剂为具有至少99.9％的纯度的步骤。

40、如权利要求36所述的方法，进一步包括选择所述惰性液体发泡剂为由氦、氖、和氩组成的组中之一的步骤。

41、如权利要求36所述的方法，进一步包括用一个表层密封所述泡沫材料的步骤，所述表层包括多个沿其相邻的边结合到一起的片。

42、如权利要求41所述的方法，其中所述密封所述泡沫材料的步骤包括制造所述片，以包括二十个六边形的片和十二个五边形的片。

43、如权利要求36所述的方法，进一步包括将织物层和内胆放置在所述泡沫材料内的步骤。

Images