ITMI20101687A1

ITMI20101687A1 - Calzatura di sicurezza

Info

Publication number: ITMI20101687A1
Application number: IT001687A
Authority: IT
Inventors: Roberto Fenzi; Stefano Roberto Ricci
Original assignee: Lenzi Tecnologie S R L
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-18
Also published as: IT1401940B1

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

"CALZATURA DI SICUREZZA"

La presente invenzione riguarda una calzatura di sicurezza dotata di una soletta antiperforazione allo scopo di proteggere il piede dell'utilizzatore dalla penetrazione di oggetti acuminati.

Le calzature di sicurezza in genere prevedono l'utilizzo di solette antiperforazione costituite da una lamina di metallo che viene inserita in corrispondenza della suola della calzatura. In questo modo, quando un utente calpesta accidentalmente un chiodo od altro oggetto acuminato, questo viene intercettato dalla soletta di metallo che provvede ad arrestare la penetrazione dello stesso all'interno della suola, preservando il piede dell'utente da infortuni.

Questo tipo di solette antiperforazione rende tuttavia la calzatura molto rigida e poco flessibile, con conseguente scarso comfort dell'utilizzatore.

Inoltre, proprio perchÃ© la soletta Ã ̈ di metallo, l'utilizzo prolungato della calzatura, con continui cicli di flessione della suola e quindi della soletta, puÃ² comportare la rottura della soletta per fatica.

Ancora, puÃ² accadere che un corpo acuminato, quale un chiodo, penetri la suola della calzatura e raggiunga comunque il piede dell'utilizzatore senza incontrare la resistenza della soletta. Infatti, poichÃ© la soletta metallica deve essere inserita nella suola della calzatura, Ã ̈ necessario che l'impronta, vale a dire la proiezione in pianta, della soletta metallica sia sempre minore dell'impronta della suola, per garantire che durante la camminata la soletta non fuoriesca dalla suola. Pertanto, in pratica esiste sempre uno spazio libero di larghezza non trascurabile tra il perimetro della soletta ed il perimetro della calzatura, attraverso il quale puÃ² incunearsi il corpo acuminato e quindi causare una ferita invalidante all'utilizzatore.

Sono state recentemente sviluppate solette antinfortunistiche in materiale tessile in grado di superare gli inconvenienti delle solette metalliche sopra citati.

Un primo tipo di solette in materiale tessile antiperforazione prevede l'utilizzo di strutture multistrato in cui ciascuno strato comprende fibre esclusivamente aramidiche. Questo tipo di solette Ã ̈ molto costoso per il fatto che i materiali aramidici, quale ad esempio il Kevlar, sono difficilmente reperibili sul mercato ed inoltre hanno un costo di produzione elevato.

PiÃ¹ recentemente, la Richiedente ha sviluppato solette antiperforazione che non utilizzano fibre aramidiche, le quali comprendono un multistrato costituito da strati di tessuto in fibre ad alta tenacitÃ non aramidiche (in particolare poliestere ad alta tenacitÃ ) aventi armatura a doppia faccia, detti strati di tessuto essendo accoppiati tra loro mediante un film termoplastico o resine adesive. Per effetto della struttura a doppia faccia, ogni strato di tessuto ha un'elevata densitÃ di fili ed una struttura molto serrata, tale da ostacolare la penetrazione di un chiodo o similare. Inoltre, l'accoppiatura tra gli strati realizzata con un film termoplastico od una resina adesiva determina il bloccaggio fra loro dei fili di ordito e trama ed il compattamento della struttura tessile multistrato senza aumentarne in modo eccessivo la rigiditÃ . Le suddette solette antiperforazione possono essere utilizzate in calzature di sicurezza sia come inserti da collocare nella calzatura giÃ formata, sia come vere e proprie solette di montaggio, le quali vengono cucite direttamente alla tomaia durante la fabbricazione della calzatura mediante tecnica Strobel. A tale proposito si vedano ad esempio le domande di brevetto internazionale WO 2006/040679 e WO 2007/049107 a nome della Richiedente.

Le solette antiperforazione di cui sopra soddisfano pienamente le specifiche espresse sia dalla norma EN 12568:2010 che delle norme EN 20344, EN 20345/6/7 relative alle calzature di sicurezza. In particolare, la norma EN 12568:2010 stabilisce i criteri di valutazione per tali materiali nell'uso quali inserti antiperforazione per scarpe di sicurezza. Tale norma prevede di testare i materiali con un punzone metallico a punta tronco-conica del diametro di 4 , 5 mm che penetra nel provino ad una velocitÃ di 10 mm/min con una forza di picco di almeno 1100 N. Da notare che tale normativa differisce in modo sostanziale da quella in uso per valutare la resistenza di materiali tessili alla penetrazione di proiettili e di lame o punteruoli, utilizzati in particolare per la fabbricazione di giubbotti antiproiettile. Infatti, nel settore balistico le protezioni antiperforazione devono essere capaci di fermare corpi che hanno velocitÃ molto elevate, non inferiori a 5 . 000 mm/sec., pari a 300 . 000 mm/minuto, ed elevata energia cinetica, pari ad almeno 24 Joules. Nel settore delle calzature di sicurezza, la velocitÃ di impatto Ã ̈ assai inferiore, tanto che se ne verificano le caratteristiche secondo la suddetta norma EN 12568 : 2010 a velocitÃ di 10 mm/min ± 0,01 mm, e le forze di riferimento vengono espresse in Newtons.

La Richiedente ha ora constatato che le solette antiperforazione in materiale tessile attualmente in commercio presentano un limite di resistenza alla penetrazione quando viene ridotto il diametro degli oggetti perforanti. Tale limite diventa particolarmente evidente quando la resistenza alla penetrazione viene valutata utilizzando i cosiddetti "chiodi da carpentiere". Questi chiodi, che hanno diametri attorno ai 3 mm, presentano la particolaritÃ di una punta piramidale. Gli spigoli della piramide producono un effetto di taglio molto piÃ¹ esasperato rispetto ad un chiodo standard, rendendo cosÃ¬ la capacitÃ di arresto dei normali multistrato tessili inferiore al limite di 1100 N stabiliti dalle norme. E' questo un problema ed un limite. Infatti, la stessa Richiedente, nella commercializzazione delle proprie solette antiperforazione sotto il marchio L-Protection<®>, inserisce un cartellino in cui si avverte il consumatore che la resistenza alla perforazione della lamina composita tessile tende a calare con la riduzione del diametro dell'oggetto perforante.

A fronte di tale problema, la Richiedente si Ã ̈ posta l'obiettivo di trovare una nuova soluzione che consenta non solo di superare i requisiti della norma EN 12568:2010 e EN 20344/5/6/7, ma anche di resistere alla ben piÃ¹ onerosa prova di penetrazione realizzata utilizzando un chiodo da carpentiere avente diametro attorno a 3 mm con punta piramidale. Questo consentirebbe di realizzare calzature con caratteristiche di sicurezza decisamente maggiori a quelle attualmente in commercio, particolarmente adatte all'uso da parte di carpentieri e muratori.

La Richiedente ha cosÃ¬ trovato che tale problema puÃ² essere risolto dotando la calzatura di sicurezza di una soletta comprendente uno strato di feltro in tessuto-non- tessuto che comprende fibre poliolefiniche ad altissimo peso molecolare, la quantitÃ di dette fibre essendo preferibilmente almeno il 50% in peso rispetto al peso complessivo del feltro.

Secondo un primo aspetto, la presente invenzione riguarda pertanto una calzatura di sicurezza che comprende una tomaia ed una suola, in cui, in corrispondenza di detta suola, Ã ̈ presente una soletta che comprende almeno uno strato di feltro in tessutonon-tessuto comprendente fibre poliolefiniche ad altissimo peso molecolare.

Preferibilmente, dette fibre poliolefiniche sono presenti in una quantitÃ pari ad almeno il 50% in peso, piÃ¹ preferibilmente dal 70% al 100% in peso, rispetto al peso complessivo del feltro.

Preferibilmente, dette fibre sono costituite da catene poliolefiniche aventi un peso molecolare medio (Mw, media ponderale) non inferiore a 500.000, piÃ¹ preferÃ¬bilmente da 1.000.000 a 10.000.000.

Secondo una forma preferita di realizzazione, dette fibre sono fibre di polietilene, vale a dire di un omopolimero dell'etilene oppure un copolimero dell'etilene con almeno un 'alfa-olefina C3-C12, ad esempio: propilene, 1-butene, 1-pentene, l-esene, 4-metil pentene, 1-ottene. La quantitÃ di detta almeno un 'alfa-olefina Ã ̈ preferibilmente inferiore al 10% in moli. Prodotti di questo tipo sono noti sul mercato come fibre di Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE), commercializzate ad esempio con i marchi Dyneemaâ„¢ (DSM) e Spectraâ„¢ (Honeywell).

Secondo un'altra forma preferita di realizzazione, dette fibre sono fibre di polipropilene, vale a dire un omopolimero del propilene oppure un copolimero del propilene con almeno un'alfa-olefina C2-C12diversa dal propilene, ad esempio: etilene, 1-butene, 1-pentene, 1-esene, 4-metil-pentene, 1-ottene. La quantitÃ di detta almeno un 'alfa-olefina Ã ̈ preferibilmente inferiore al 10% in moli. Prodotti di questo tipo sono commercializzate ad esempio con il marchio Innegraâ„¢ (Innegrity).

Le fibre poliolef iniche ad altissimo peso molecolare vengono in genere ottenute, nel caso del polietilene, tramite filatura del polimero allo stato di gel o di soluzione (gel spinning oppure solution spinning), mentre nel caso del polipropilene solitamente si utilizza un processo di filatura dal polimero fuso (melt spinning). Dopo raffreddamento, le fibre vengono in genere sottoposte a stiratura (drawing) cosÃ¬ da ottenere un elevato grado di orientamento a livello molecolare. Tale orientamento combinato con l'elevato peso molecolare consente di ottenere fibre aventi eccezionale tenacitÃ , basso peso specifico, alto modulo, elevata resistenza all'impatto ed all'abrasione, ecc.

Per la realizzazione del feltro in tessuto-nontessuto, le fibre poliolefiniche vengono in genere impiegate in forma di fiocco (staple fibers) o di fibra tagliata (cutted treads). Il titolo (o denaratura) delle fibre Ã ̈ in genere da 1 a 10 den, preferibilmente da 2 a 6 den. La lunghezza media delle fibre Ã ̈ in genere da 10 a 200 mm, preferibilmente da 12 mm a 120 mm.

Le fibre poliolefiniche possono essere impiegate da sole, oppure in mischia intima con altre fibre tessili, preferibilmente ad alta tenacitÃ . A titolo esemplificativo, ma non esaustivo, si citano: poliestere, poliammide, polipropilene, fibre paraaramidiche e meta-aramidiche.

In una forma preferita di realizzazione, le fibre poliolefiniche possono essere impiegate in miscela con fibre elettricamente conduttive, ad esempio fibre di carbonio oppure fibre metalliche (ad esempio in rame, argento o acciaio), al fine di ottenere un prodotto che garantisca lo scarico a terra delle cariche elettrostatiche, cosÃ¬ da poter qualificare la calzatura come calzatura antistatica secondo il disposto della norma EN 20345, 6.2.2, testata secondo i metodi di prova stabiliti dalla norma EN 20344, 5.10.

Preferibilmente, le fibre poliolef iniche sono presenti in una quantitÃ pari ad almeno il 50% in peso, piÃ¹ preferibilmente dal 70% al 100% in peso, rispetto al peso complessivo del feltro. Le altre fibre eventualmente presenti possono avere lo scopo di impartire altre proprietÃ al feltro oltre alla tenacitÃ , ad esempio migliorare il comfort della calzatura.

Preferibilmente, il feltro ha un peso specifico da 50 g/m<2>a 5600 g/m<2>, piÃ¹ preferibilmente da 80 g/m<2>a 2000 g/m<2>.

Per realizzare il feltro in tessuto-non-tessuto, le fibre poliolefiniche, eventualmente in mischia con altre fibre come descritto sopra, vengono sottoposte ad un processo di agugliatura, processo di per se ben noto nella tecnica per produrre tessuti-non-tessuti.

Il processo di agugliatura in genere comprende le seguenti fasi:

(a) preparazione della cosiddetta "mischia" delle fibre;

(b) apertura e parallelizzazione delle fibre;

(c) affaldatura in veli sovrapposti di fibre per la formazione della falda o "tappeto" fibroso;

(d) agugliatura (needle punching).

Nella fase (a) di preparazione della mischia, le fibre vengono aperte e mischiate fra loro in modo da avere una omogenea ripartizione delle varie componenti. Generalmente questa fase viene realizzata in apposite "camere di mischia" che stratificano le fibre immesse con un distributore pneumatico nella camera.

Nella fase (b), le fibre vengono immesse in macchinari che devono ripartire un determinato peso a m<2>di fibre in un velo, realizzando inoltre un'azione meccanica sulle fibre in modo da disporle secondo una direzione preferenziale (parallelizzazione). Il sistema abituale Ã ̈ quello della cardatura, in genere cardatura meccanica, in cui una serie di cilindri ricoperti da apposite guarnizioni dentate (rigide a "dente di sega" oppure elastiche) aprono e cardano le fibre, parallelizzandole . Esiste anche la possibilitÃ di realizzare una cardatura pneumatica, in cui, al posto dei cilindri dentati, le fibre vengono aperte e distribuite a forma di velo tramite dispositivi pneumatici .

Nella fase (c), il velo di fibre cosÃ¬ ottenuto viene sovrapposto in strati successivi fino a raggiungere il voluto peso a metro quadro. Tale operazione Ã ̈ nota come "affaldatura".

Nella fase (d) successiva di agugliatura, almeno una macchina detta "agugliatrice" (in genere si tratta di piÃ¹ macchine, fino a 50 , in sequenza), realizza la compattazione della falda realizzata nel passaggio precedente. La compattazione avviene tramite la perforazione ripetuta della falda con appositi aghi, capaci di realizzare una legatura meccanica fra le fibre che compongono la massa di fibre affaldate. In genere possono essere utilizzate densitÃ di agugliatura da 50 a

800 perforazioni (colpi)/cm<2>, ma densitÃ diverse possono portare a risultati ancora accettabili.

II feltro cosÃ¬ ottenuto puÃ² essere successivamente sottoposto a processi di rifinitura che ne migliorano le caratteristiche. Tali lavorazioni possono essere, ad esempio: impregnazione con resine polimeriche, termofissaggio, calandratura a caldo e/o a freddo, ecc. Preferibilmente, il feltro, dopo la fase di agugliatura, viene sottoposto ad una fase di calandratura allo scopo di aumentare la densitÃ del feltro stesso.

Una volta prodotto il feltro, Ã ̈ possibile ottenere le solette da impiegarsi secondo la presente invenzione tramite semplice taglio del feltro secondo le dimensioni e la forma volute (fustellatura).

Il feltro secondo la presente invenzione puÃ² essere impiegato come soletta resistente alla perforazione sia in forma di monostrato, sia in forma di multistrato comprendente almeno due strati di feltro.

E' altresÃ¬ possibile realizzare la soletta antiperforazione associando almeno uno strato di feltro in accordo con la presente invenzione con almeno un altro strato, ad esempio:

- uno o piÃ¹ strati di feltro avente composizione e/o peso differente ;

uno o piÃ¹ strati di tessuto di fibre ad alta tenacitÃ ;

uno o piÃ¹ strati di tessuti diversi aventi composizione varia, allo scopo di migliorare il comfort della calzatura e/o di modificare l'estetica del prodotto .

Nel caso di un multistrato, i vari strati possono essere tra loro uniti tramite tecniche convenzionali, ad esempio tramite l'utilizzo di una resina adesiva, in particolare un poliuretano reattivo "hot-melt" o similari .

La soletta cosÃ¬ ottenuta puÃ² essere impiegata per la fabbricazione della calzatura di sicurezza secondo la presente invenzione sia come inserto, collocato ad esempio all'interno della suola, oppure tra suola e sottopiede di montaggio, oppure tra suola e sottopiede di pulizia, sia direttamente come sottopiede di montaggio. In quest'ultimo caso, la soletta antinfortunistica viene direttamente cucita alla tomaia durante la fabbricazione della calzatura, prima della fase di formatura, ad esempio tramite la tecnica Strobel, la quale prevede la cucitura della soletta alla tomaia tramite appositi macchinari dotati di aghi speciali.

Nel caso in cui la soletta venga utilizzata all 'interno della calzatura a contatto con il piede dell 'utilizzatore, il feltro ha preferibilmente anche la caratteristica di poter assorbire una quantitÃ di acqua e di poterla deassorbire secondo le caratteristiche richieste dalla normativa EN 20345:2003 al punto 5.7.3, misurate secondo i metodi di prova della normativa EN 20344:2003 al punto 7.2. La Richiedente ha constatato che il feltro in accordo con la presente invenzione a base di fibre poliolefiniche Ã ̈ in grado di superare le prove di assorbimento e deassorbimento d'acqua secondo le normative vigenti. Nel caso in cui sia necessario aumentare ulteriormente la capacitÃ di assorbimento e deassorbimento di acqua, Ã ̈ comunque possibile associare il feltro secondo la presente invenzione con almeno uno strato di tessuto o tessuto-non-tessuto realizzato con fibre igroscopiche, oppure alla mischia di fibre poliolef iniche possono essere addizionate fibre igroscopiche , ad esempio fibre a base di cellulosa.

La presente invenzione verrÃ ora ulteriormente illustrata tramite alcuni esempi di realizzazione, i quali vengono forniti a puro scopo esemplificativo ma non limitativo della portata dell'invenzione stessa, con particolare riferimento alla figura allegata alla presente descrizione:

- la Figura 1 Ã ̈ una rappresentazione prospettica in sezione di una forma di realizzazione della calzatura di sicurezza in accordo con la presente invenzione.

La calzatura di sicurezza (100) comprende una tomaia (101) ed una suola (102). La tomaia (101) Ã ̈ associata ad una soletta antiperforazione (103) tramite una cucitura (104) realizzata lungo il bordo della soletta (103). In Figura 1 viene mostrata una tipologia di costruzione che prevede la cucitura cosiddetta a "Strobel", una delle piÃ¹ usate nella tecnica calzaturiera ma non l'unica possibile; infatti altri tipi di costruzione possono essere proficuamente usati per realizzare scarpe di sicurezza applicando solette antiperforazione secondo la presente invenzione. Come illustrato in Figura 1, la calzatura di sicurezza puÃ² inoltre comprendere un puntale rigido antischiacciamento (105), realizzato ad esempio in metallo.

ESEMPIO.

E' stato realizzato un feltro utilizzando fibre del prodotto commerciale Dyneemaâ„¢ (DSM). Tramite cardatura Ã ̈ stato realizzato un velo di fibre del peso di circa 17 g/m<2>, il quale Ã ̈ stato successivamente affaldato in circa 45 strati sovrapposti.

L 'agugliatura Ã ̈ stata realizzata tramite quattro telai di agugliatura posti in sequenza, ciascuno attrezzato con i seguenti tipi di aghi e relativa popolazione :

1°) aghi conici finezza 36, n.9 barbe, la prima a 4,2 mm dalla punta, popolazione 3000 aghi/metro, regolati in modo da ottenere una densitÃ pari a circa 50 colpi/cm<2>;

2°) aghi cilindrici finezza 36, n.9 barbe, la prima a 3,6 mm dalla punta, popolazione 10.000 aghi/metro, regolati in modo da ottenere una densitÃ pari a circa 75 colpi/cm<2>;

3°) aghi cilindrici finezza 38, n.9 barbe, la prima a 3,6 mm dalla punta, popolazione 10.000 aghi/metro, regolati in modo da ottenere una densitÃ pari a circa 75 colpi/cm<2>;

4°) aghi cilindrici finezza 38, n.9 barbe, la prima a 3,6 mm dalla punta, popolazione 5000 aghi/metro, regolati in modo da ottenere una densitÃ pari a circa 90 colpi/cm<2>.

Dopo la fase di agugliatura, il materiale Ã ̈ stato trattato con una calandra idraulica per aumentare la densitÃ del feltro; in questa fase Ã ̈ stata applicata una pressione di 150 bar ad una temperatura di 80 °C.

Il feltro cosÃ¬ prodotto aveva le seguenti caratteristiche:

peso specifico: 700 g/m<2>;

spessore dopo calandratura: 1,1 mm;

densitÃ dopo calandratura: 636 g/dm<3>.

Il feltro Ã ̈ stato utilizzato per produrre una soletta, costituita da tre strati di feltro sovrapposti e tra loro accoppiati tramite un poliuretano reattivo hot-melt .

La soletta cosÃ¬ ottenuta Ã ̈ stata sottoposta ad una serie di test di resistenza alla penetrazione secondo la norma EN 12568:2010, utilizzando un punzone metallico a punta tronco-conica del diametro di 4,5 mm (velocitÃ del chiodo: 10 mm/min). Con una forza applicata pari a 1100 N, la penetrazione del punzone Ã ̈ stata pari a zero (nessuna perforazione).

La medesima soletta Ã ̈ stata quindi sottoposta al medesimo test di perforazione, ma utilizzando chiodi da carpentiere con punta piramidale aventi diametro pari a 3,5 mm e 2,7 mm. I risultati sono stati i seguenti:

(A) chiodo da carpentiere diametro 3,5 mm:

forza massima rilevata: 1234 N

(B) chiodo da carpentiere diametro 2,7 mm:

forza massima rilevata: 857 N.

Quindi, anche nel caso di chiodi da carpentiere con punta piramidale la resistenza alla penetrazione della soletta Ã ̈ stata piÃ¹ che soddisfacente.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Calzatura di sicurezza che comprende una tomaia ed una suola, in cui, in corrispondenza di detta suola, Ã ̈ presente una soletta che comprende un feltro in tessuto-non- tessuto comprendente fibre poliolefiniche ad altissimo peso molecolare.
2. Calzatura di sicurezza secondo la rivendicazione 1, in cui dette fibre poliolefiniche sono presenti nel feltro in una quantitÃ pari ad almeno il 50% in peso, preferibilmente dal 70% al 100% in peso, rispetto al peso complessivo del feltro.
3 . Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette fibre sono costituite da catene poliolefiniche aventi un peso molecolare medio (Mw, media ponderale) non inferiore a 500.000, preferibilmente da 1.000.000 a 10.000.000.
4 . Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette fibre poliolefiniche sono costituite da un omopolimero dell'etilene oppure un copolimero dell'etilene con almeno un 'alfa-olefina C3-C12.
5. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui dette fibre poliolefiniche sono costituite da un omopolimero del propilene oppure un copolimero del propilene con almeno un'alfa-olefina C2-C12diversa dal propilene.
6. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre poliolefiniche hanno un titolo da 1 a 10 den, preferibilmente da 2 a 6 den.
7. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre poliolefiniche hanno una lunghezza media da 10 a 200 mm, preferibilmente da 12 mm a 120 mm.
8. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il feltro ha un peso specifico da 50 g/m<2>a 5600 g/m<2>, preferibilmente da 80 g/m<2>a 2000 g/m<2>.
9. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il feltro Ã ̈ ottenuto tramite un processo di agugliatura.
10. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la soletta Ã ̈ presente come inserto collocato all'interno della suola, oppure tra suola e sottopiede di montaggio, oppure tra suola e sottopiede di pulizia.
11. Calzatura di sicurezza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui la soletta Ã ̈ utilizzata come sottopiede di montaggio.