KR100229887B1 - 폭발 및 파편화에 저항성을 갖는 안전화용의 폴리우레탄 신발창 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 직조된 폴리아라미드(케블러)층(18)으로 구성된 매립된 보호물질을 포함하는 폭발 및 파편화에 저항성을 갖는 폴리에스터 또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄 신발창을 제공한다. 하나 또는 그 이상의 흑연섬유들, 세라믹섬유들, 에스-글래스섬유들 또는 광물성 섬유들이 도한 상기 폴리아라미드층들과 혼직되거나 또는 그들 사이에 위치될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

폭발 및 파편화에 저항성을 갖는 안전화용의 폴리우레탄 신발창

[기술 분야]

본 발명은 신발창의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고에너지 및 고속의 발사체(projectile)에 의하여 상기 신발창에 구멍이 나는 것을 방지하고, 그에 의하여 운동에 과도한 제한없이 개개인의 발을 크게 보호하는 신규의 개량된 안전 신발창에 관한 것이다.

[배경기술]

자크만(Zachman)에게 허여된 미합중국 특허 제 5,237,758 호에는 루프에서 횡단 루프(loop)들을 통과하여 지향된 가요성 봉(flexible rod)들이 횡단하는 인접한 루프의 인접한 웨브들이 횡단하는 반-타원형 영역(semi-ellipical sections)을 사용하여 인접한 웨브(web)의 측면변위(lateral displacement)를 최소화하는 것이 기술되어 있다.

알레벤(Aleven)에게 허여된 미합중국 특허 제 5,285,583 호는 플라스틱으로 구성되며, 그 바닥표면에 접착된 안창판을 갖는 가요성의 전단부와, 보호플라스틱층의 몰딩공정 동안에 그 상부표면에 접착된 섬유라이너(fabric liner)를 포함하는 보호층을 사용하는 것이 기술되어 있다. 알레벤에 의하여 사용된 상기 플라스틱은 최종 부착공정에서 사출되는 용융 플라스틱이다.

제프 에이취(Zepf H)에 의하여 출원되고, 스포츠아티켈페브릭 유에이취엘게엠베하 칼(Sportarticelfabrik UHL GMBH KARL)에게 양도된 국제특허 제 DE 4214802 호에는 바닥면(walking surface), 완충중간안창(damping intermediate sole) 및 상부안창(upper insole)을 갖는 다층신발창이 기술되어 있다. 기저부는 열가소성 성형품이거나, 또는 금속, 세라믹 또는 흑연으로 만들어지고, 그 안에는 다중-필라멘트의 유기 또는 무기질의 강화섬유들이 매트(mat), 직물 또는 편물의 형태로 매립되어 있다. 탄성의 경사를 갖는 부분들이 사출성형 또는 프레싱에 의하여 상기 기저부의 하면 상에 형성된다. 상기 기저부는 단지 직물의 단일층을 포함할 수 있으며, 그 전체 두께는 대략 0.5㎜가 된다.

알레벤은 상기 안창내의 플라스틱판으로부터 강도 및 내충격성을 얻었으며, 직물망(fabric mesh)의 사용은 상기 플라스틱을 강화하기 위한 것이고, 내충격성을 향상시키는 것은 아니다. 제프 에이취는 사출성형 또는 프레싱을 통하여 0.5㎜를 넘지 않는 직조물의 단일층을 얻는 것에 지나지 않는다. 알레벤은 금속, 세라믹 또는 흑연물질들에 대하여는 언급하지 않았다. 아직까지는 신발창의 구성에서 고에너지 및 고속의 발사체들에 의하여 구멍이 나는 것을 방지할 수 있는 두께로 아라미드(aramid), 세라믹 또는 흑연섬유를 사용하는 기술들이 언급되거나 또는 강성 및 접착의 문제점으로 인하여 실행되지 못하였다.

[발명의 요약]

선행기술에서 기술된 신발창들은 모서리들, 구덩이들 및 작은 돌들을 감지하기에 충분한 느낌 또는 감도를 가지면서 달리기, 점프를 가능하게 하고, 줄사다리(rope ladders), 줄오르기(rope climbing), 종종걸음 등과 같은 장애들을 제거하도록 하는 것을 가능하게 하도록 발가락에서 발뒤꿈치까지의 굴곡(flexion)을 유지하고자 하는 경우에는 폭발 및 발사체에 대한 보호가 불충분하였다. 이를 달성하기 위하여, 본 발명은 매립된 보호물질을 포함하며, 여기에서 상기 보호물질이 전체 신발창에 걸쳐 매립되고, 그리고 그 밀도가 적어도 평방야드 당 15온스(oz) 이하인, 적어도 하나의 직조된 폴리아라미드(케블러)층으로 구성되어 폭발 및 파편화에 저항성을 갖는 폴리에스터 및/또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄 신발창을 제공한다. 밀도의 증가 및 직조된 폴리아라미드섬유층들의 부가는 상기한 폭발 및 파편화에 대한 저항성을 증가시킨다.

본 발명의 다른 목적은 폴리아라미드섬유들, 흑연섬유들 및 폴리우레탄들 사이에서의 고유접착력이 낮음에도 불구하고, 여러 폴리아라미드(케블러) 층들 및/ 또는 흑연섬유다발들 사이에서의 양호한 접착력을 갖는 신발창을 제공하는 것이다. 직조 전의 상기 여러 폴리아라미드(케블러) 및/또는 흑연섬유다발들의 극히 얇은 피복으로 인한 및/또는 상기 폴리아라미드(케블러) 섬유들의 상대적으로 느슨한 또는 성긴 직조로 인하여, 상기 폴리우레탄은 상기 섬유들 사이를 침투하여 상기 여러 층들이 서로 잘 접착되도록 하고, 그에 의하여 후속되는 사용에 있어서 상기 신발창이 벗겨지는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면, 폴리아라미드(케블러) 및/또는 흑연섬유들은 이들이 소정의 매트 형태로 직조되기 전에 폴리에스터 또는 폴리에테르 바탕의 폴리우레탄으로 얇게 피복될 수 있으며, 이는 상기 폴리아라미드 및 폴리우레탄 물질들 간의 접착력을 크게 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 폴리에스터 섬유들, 바람직하게는 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(PET) 섬유들이 상기(피복되거나 또는 피복되지 않은) 폴리아라미드(케블러) 섬유들과 함께 또는 그들 사이에 혼직되어(interwoven) 상기 폴리아라미드 및 폴리우레탄 물질 간의 접착력을 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 탄소 흑연섬유들이 상기 폴리아라미드(케블러) 층들과 함께 또는 그들 사이에 혼직되어 상기 신발창을 더 강화시키고, 그리고 경화시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 광물성 섬유들, 특히 세라믹섬유들 또는 에스-글래스 섬유(S-glass fiber)들이 상기 신발창내에 포함되어 815 내지 1,650℃ 사이의 온도를 갖는 고온가스들에 대한 보호를 위한 방호벽으로 작용하도록 할 수 있다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명에 따른 신발창의 첫번째 실시예를 갖는 신발이 도 1 및 도 1a에 참조번호 "10"으로 개략적으로 나타내었다.

상기 신발(10)은 표준 형상의 상부(11) 및 합성 신발창(13)을 갖는다.

상기 합성 신발창(13)은 접지홈(tread)(17)을 갖는 외부 폴리우레탄 바닥창(14)과, 그 내부에 폴리아라미드섬유의 층(18)이 매립되어 있는 중창(15)및 선택적으로 상부창(16)을 포함한다.

상기 합성 안전신발창은 전통적인 다단 금형(multy-stage mould)내에서 제조되며, 이 다단 금형은 폴리우레탄 신발창 공업에서 통상적으로 사용되는 것이다.

상기 폴리에스터 및/ 또는 폴리에테르 바탕의(based) 폴리우레탄은 우선 합성신발창 금형 공동내로 사출되어 바닥창(14)을 그 밀도가 전형적으로 500 내지 2,000 ㎏/㎥ 의 범위가 되도록 형성한다.

상기 바닥창을 제조하기 위한 상기 금형의 상판(top plate)을 제거하고난후, 하나의 두꺼운 폴리아라미드(케블러) 직조물의 층(18)을 여전히 상기금형내에 잔류하고 있는 상기 바닥창(14)에 올려놓는다.

상기 폴리아라미드(케블러) 섬유물질은 직조 전에 폴리에스터 및/ 또는 폴리에테르 바탕의(based) 폴리우레탄으로 사전피복될 수 있다. 폴리우레탄의 피복은 상기 금형 공동내로 사출된 폴리우레탄과의 양호한 접착 및 침투를 용이하게 한다.

상기 폴리아라미드층(18)의 밀도는 직조된 폴리아라미드 물질의 매 층마다 적어도 평방야드 당 5 oz, 바람직하게는 평방야드 당 15 oz가 된다.

이 두꺼운 폴리아라미드층(18)은 바람직하게는 70 내지 90%가 X-Y방향(즉, 발가락에서 발뒤꿈치로의 방향에 대하여 수직방향)으로, 그리고 10 내지 30%가 발가락에서 발뒤꿈치방향으로 배열되는 크로우풋(crowfoot) 또는 리노(leno) 직조된 폴리아라미드의 다발로 구성된다.

상기 폴리아라미드층(18)의 상기 층의 두께는 적어도 0.07인치, 바람직하게는 0.11인치가 될 수 있으며, 43,000 프사이(PSI)의 인장강도와 19밀리언프사이(million psi)의 모듈러스(modulus)를 가지며, 0.07인치 직경의 폴리아라미드 섬유들을 갖는 7,100 데니어 다발의 케블러 49를 사용한다.

폴리아라미드층(18)의 정치 후, 폴리에스터 및/ 또는 폴리에테르 바탕의 폴리우레탄을 상기 신발창의 기저부에 상기 바닥창(14)을 포함하는 상기 금형 공동내로 사출하여 중창(15)을 형성한다. 상기 금형내로 사출한 후, 상기 폴리우레탄은 1,000kg/㎥이하의 밀도를 갖는다.

상기 폴리우레탄의 상기 폴리아라미드층(18)내로 및 그를 통한 침투로 인하여 상기 바닥창(14)과 상기 중창(15)의 사이에 상기 폴리아라미드층(18)이 삽입되도록 하여 양호한 접착이 이루어진다.

이 단계에서, 상기 상부(11)는 상기 바닥창(14) 및 중창(15)을 포함하는 상기 폴리우레탄 합성 신발창(13)에 직접 부착되거나 또는 안락함을 향상시키기 위하여 제3의 상부창(16)이 상기 중창의 상단에 더해질 수 있다. 후자의 경우에서, 상기한 바와 같이 상기 바닥창(14) 및 중창(15)들은 상기 금형 공동내에 잔류하고 그리고 폴리에스터 및/ 또는 폴리에테르 바탕의 폴리우레탄이 상기 금형 공동내로, 직접 상기 중창(15)의 상단으로 사출된다.

상기한 바와 같은 방법에 따라 바람직하게 평방야드 당 15 oz의 밀도를 갖는 폴리아라미드층(18)을 갖도록 제조된 신발창은 1350 fps(feet per second)의 속도를 갖는 60 그레인(grain ; 1grain은 0.0648g)의 중량의 발사체에 대하여 폭발 및 파편화에 저항성을 제공하는데 효과적이다. 또한, 이는 달리기와 점프를 가능하게 하고, 줄사다리, 줄오르기 및 종종걸음 등과 같은 장애들을 제거하도록 하는 것을 가능하게 하는 한편으로 후속되는 사용에 있어서 신발창의 탈층(delaination ; 적층된 층들이 각 층별로 분리되어 벗겨짐)되는 것을 피할 수 있도록 발가락에서 발뒤꿈치까지의 유연성을 양호하게 유지한다.

본 발명에 따른 신발창 구조의 두번째 실시예를 갖는 신발을 도 2 및 도 2a에서 참조번호 "20"으로 나타내었다.

이 실시예에서는, 동일한 특징들은 상기에서 사용한 바와 같은 동일한 참조번호를 사용하였으며, 상기 신발창(13)은 그 안에 포함되어 있는 폴리아라미드섬유물질의 층(18)을 더 포함한다.

도 2a에 나타낸 바와 같이, 상기 바닥창은 2이상의 폴리아라미드섬유의 층(18)들을 가질 수 있다. 상기 중창(15)은 2 내지 6층의 폴리아라미드섬유층을 가질 수 있으며, 바람직하게는 도 2a에 나타낸 바와 같이 3층이 될 수 있다.

도 2 및 도 2a에 나타낸 바와 같은 신발창을 제조하기 위하여는, 2층의 폴리아라미드직물층(18)들을 상기 바닥창(14)을 형성하는 상기 금형 공동내에 위치시킨다.

상기 폴리아라미드층(18)들은 바람직하게는 0.01인치의 직경을 갖는 폴리아라미드섬유들로 이루어진다. 상기 섬유들은 서로 직조되어 0.06인치 이하의 두께, 바람직하게는 0.04인치의 두께를 형성한다.

그 다음에, 폴리에스터 및/또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄이 상기 합성신발창 금형 공동내로 사출되어 상기 바닥창(14)을 그 밀도가 전형적으로 500 내지 2,000 kg/㎥ 의 범위가 되도록 형성한다.

상기 바닥창(14)을 제조하기 위한 상기 금형의 상판을 제거하고 난 후, 계속해서 2 내지 6층의 상기한 바와 동일한 폴리아라미드(케블러) 직조물의 층(18)을 상기 바닥창(14)내에 매립되도록 하여 여전히 상기 금형내에 잔류하고 있는 상기 바닥창(14)에 올려놓는다.

이 단계에서, 폴리에스터 및/또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄이 상기 금형 공동내로 사출되어 상기 폴리우레탄이 1,000kg/㎥ 이하의 밀도를 갖도록 중창(15)을 형성한다.

상기 폴리우레탄의 상기 폴리아라미드층(18)내로 및 그를 통한 침투로 인하여 상기 바닥창(14)과 상기 중창(15)의 사이에 상기 폴리아라미드층(18)이 삽입되도록 하여 양호한 접착이 이루어진다.

이 단계에서, 상기 상부(11)은 상기 바닥창(14) 및 중창(15)을 포함하는 폴리우레탄 합성 신발창(13)에 직접 부착되거나, 또는 안락함을 향상시키기 위하여 제3의 상부폴리우레탄창(16)이 포함될 수 있다. 이는 (상기한 방법에 의하여 제조된) 상기 바닥창 및 중창이 상기 금형 공동 내에 잔류하도록 하고, 그리고 폴리에스터 및/또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄을 상기 중창(15) 상으로 사출시키는 것에 의하여 달성될 수 있다.

상기 방법에 따라 제조된 신발창은 다중의 폴리아라미드층들에 기인하여 상기 첫번째 실시예에 비하여 폭발 및 파편화에 저항성을 제공하는 데 보다 효과적이다.

본 발명의 세번째 실시예에서, 도 1 및 도 2들에 나타낸 신발창들에 대하여 기술된 바와 같이, 상기 폴리아라미드층(18)들은 폴리에스터(PET)섬유들과 혼직되고, 상기 신발창은 상기한 바와 동일한 방법으로 제조되었다.

혼직된 폴리아라미드 및 폴리에스터섬유들의 사용은 상기 폴리우레탄물질의 상기 매립된 층(18)들에 대한 접착력을 더 증가시키는 잇점을 갖는다. 이는 폴리우레탄과 폴리에스터 간의 고유적으로 우수한 접착력에 기인한다.

본 발명의 네번째 실시예에서, 상기한 실시예들에서 기술한 바와 같이 상기 폴리아라미드층(18)들은 12K 토우(TOW) 및 470,000프사이의 인장강도 및 35밀리언프사이의 모듈러스를 갖는 탄소 흑연섬유들과 더 혼직되어, 상기에서 기술된 바와 동일한 방법으로 신발창(13)이 만들어졌다.

혼직된 탄소 흑연섬유들의 사용은 강도와 경화를 더 증가시키며, 또한 내마모성을 증가시키는 잇점을 갖는다.

도 3 및 도 3a에 참조번호 "30"으로 나타낸 본 발명의 또다른 실시예에서, 합성 세라믹/폴리아라미드 섬유(31)들로 직조된 세라믹섬유들의 층이 상기 중창(15)내에 포함되어 있는 것을 제외하고는 신발창(13)이 상기에서 기술된 바와 동일하게 만들어졌다.

상기 직조된 세라믹섬유층은 바람직하게는 70 내지 90%가 X-Y방향(발가락에서 발뒤꿈치로의 방향에 대하여 수직방향)으로, 그리고 10 내지 30%가 발가락에서 발뒤꿈치방향으로 배열되는 크로우풋(crowfoot) 또는 리노(leno)직조된, 0.05인치의 직경의 세라믹섬유들로 구성된다. 이 층은 상기 폴리아라미드(케블러)층(18)들 상의 중창내에 매립된다(도 3a 참조). 다른 배열로서, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 바람직하게 표준의 이방향성 조직으로 구성된 세라믹/폴리아라미드섬유들의 얇은(0.025인치), 합성층(32)들이 상기 상부창(16)내에 매립될 수 있다.

이 세라믹/폴리아라미드섬유(32)들의 합성층을 포함하는 상기 신발창은 폭발의 매우 짧은 시간 동안에 1,650℃의 내열성으로, 고온가스들에 대한 방호를 가능하게 한다.

본 발명의 또다른 실시예의 신발(40)에서, 합성 에스-글래스 섬유의 층이 상기 중창 또는 상부창(14, 15)내로 부가될 수 있다(도 4, 도 4a, 도 4b를 참조).

70 내지 90%가 X-Y방향(발가락에서 발뒤꿈치로의 방향에 대하여 수직방향)으로, 그리고 10 내지 30%가 발가락에서 발뒤꿈치방향으로 배열되는 크로우풋(crowfoot) 또는 리노(leno) 직조된, 0.05인치의 직경의 세라믹섬유들의 층(41)이 상기 폴리아라미드(케블러)섬유(18)들 상의 상기 중창내에 매립될 수 있다(도 4a). 달리 바람직하게 표준 이방향의 공단직물(satin weave)를 갖는 에스-글래스 섬유들의 얇은(0.025인치) 층(42)들이 상기 상부창(16)내에 매립될 수 있다(도 4b).

상기 에스-글래스섬유(41, 42)들의 층과 결합하는 상기 신발창(13)은 폭발의 매우 짧은 시간 동안에 815℃의 내열성으로, 고온가스들에 대한 방호를 가능하게 한다.

본 발명의 용도 및 사용방법에 따라, 상기 설명으로부터 용도와 사용방법이 분명해질 수 있으며, 그에 따라 본 발명의 용도 및 사용방법에 대하여 더이상의 설명을 생략한다.

상기 설명에 의하여, 본 발명의 각 부품들에 대한 최적의 규격관계들과 물질들이 크기, 재료, 형상, 형태 기능상 및 작동상의 방법, 배열 및 용도 등에서 변형들이 포함되도록 하여 당해 기술분야에서 숙련된 자에게 쉽게, 분명하게 그리고 자명하게 이해될 수 있도록 기술하였으며, 명세서의 도면들 및 설명들에서 나타난 것들에 대한 모든 등가관계들을 본 발명에 의하여 파악될 수 있도록 하였다.

따라서, 앞서의 것들은 본 발명의 원리들을 단지 설명하는 것으로 고려되어야 한다. 더욱이, 다양한 변형들 및 변경들이 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게는 쉽게 이루어질 수 있기 때문에, 본 발명이 도시되고, 기술된 정확한 구조 및 동작 등에 한정되는 것은 아니며, 따라서 모든 적절한 변형들 및 등가물들이 본 발명의 범주내에 포함되는 것으로 고려될 수 있다.

[도면의 간단한 설명]

하기의 상세한 설명을 참고로 하여 본 발명은 보다 잘 이해될 수 있으며, 또한 상기에서 규정한 목적들이 분명해질 수 있다. 이러한 설명은 하기에 첨부한 도면들을 참조하여 상술된다.

제1도는 본 발명에 따른 신발창 구조의 첫번째 실시예를 갖는 신발의 수직단면도이다.

제1a도는 제1도의 신발창 구조의 부분확대도이다.

제2도는 본 발명에 따른 신발창 구조의 두번째 실시예를 갖는 신발의 수직단면도이다.

제2a도는 제2도의 신발창 구조의 부분확대도이다.

제3도는 본 발명에 따른 신발창 구조의 세번째 실시예를 갖는 신발의 수직단면도이다.

제3a도는 제3도의 신발창 구조의 부분확대도이다.

제3b도는 제3a도에 나타난 신발창 구조의 변형예의 신발창 구조의 부분확대도이다.

제4도는 본 발명에 따른 신발창 구조의 네번째 실시예를 갖는 신발의 수직단면도이다.

제4a도는 제4도의 신발창 구조의 부분확대도이다.

제4b도는 제4도에 나타난 신발창 구조의 변형예의 신발창 구조의 부분확대도이다.

Claims (10)

1. 매립된 보호물질을 포함하며, 상기 보호물질이 전체 신발창을 통하여 매립되고, 그리고 그 밀도가 평방야드당 15온스(oz)이하인 직조된 하나 이상의 폴리아라미드(케블러)섬유의 층으로 이루어지고, 상기 폴리아라미드층의 직조 전에 상기 폴리아라미드섬유들이 폴리에스터 또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄으로 얇게 코팅됨을 특징으로 하는 폭발 및 파편화에 저항성을 갖는 폴리에스터 또는 폴리에테르-바탕의 폴리우레탄 신발창.
2. 제1항에 있어서, 상기 매립된 보호물질이 두께가 0.07인치이상인 폴리아라미드(케블러)직물층으로 구성됨을 특징으로 하는 상기 신발창.
3. 제2항에 있어서, 상기 폴리아라미드층이 70 내지 90%가 X-Y방향으로, 그리고 10 내지 30%가 발가락에서 발뒤꿈치방향으로 배열되는 크로우풋(crowfoot) 또는 리노(leno) 직조된 폴리아라미드의 다발로 구성됨을 특징으로 하는 상기 신발창.
4. 제1항에 있어서, 상기 매립된 보호물질이 폴리우레탄물질에 의하여 서로 접착되고, 각 층의 두께가 0.06인치 이하인 3개이상의 폴리아라미드(케블러)직물층들을 포함함을 특징으로 하는 상기 신발창.
5. 상기 전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리아라미드(케블러)층들을 포함하는 폴리아라미드섬유들이 폴리에스터(PET)섬유들과 혼직됨을 특징으로 하는 상기 신발창.
6. 제1항에 있어서, 상기 폴리아라미드(케블러)층들을 포함하는 상기 폴리아라미드섬유들이 탄소흑연섬유들과 혼직됨을 특징으로 하는 상기 신발창.
7. 제1항에 있어서, 상기 매립된 보호물질이 탄소흑연섬유들의 층을 포함함을 특징으로 하는 상기 신발창.
8. 제1항에 있어서, 상기 매립된 보호물질이 광물성 섬유들의 하나이상의 층을 포함함을 특징으로 하는 상기 신발창.
9. 제8항에 있어서, 상기 광물성 섬유가 세라믹섬유들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 신발창.
10. 제8항에 있어서, 상기 광물성 섬유가 에스-글래스섬유들로 구성됨을 특징으로 하는 상기 신발창.

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