KR20200060270A - 쿠션 복합체 구조, 및 이를 사용한 신발 패드 및 개인용 보호 장비 - Google Patents

쿠션 복합체 구조, 및 이를 사용한 신발 패드 및 개인용 보호 장비 Download PDF

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KR20200060270A
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KR
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layer
cushion composite
cushion
support layer
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KR1020190148731A
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쓰앙-이앙 쥐
빙-한 시
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티에스엠 스마트 머트리얼스 컴퍼니 리미티드
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Abstract

지지 층 및 직물 층을 포함하는, 복수의 메쉬를 갖는 쿠션 복합체 구조가 제공된다. 지지 층은 지지 구조체 및 중합체 층을 포함한다. 중합체 층은 지지 층 상 및 메쉬 내에 배치되며, 여기서 중합체 층의 융점 Tm은 70℃ 미만이다. 직물 층은 지지 층 상에 배치된다.

Description

쿠션 복합체 구조, 및 이를 사용한 신발 패드 및 개인용 보호 장비{CUSHION COMPOSITE STRUCTURE, AND SHOE PAD AND PERSONAL PROTECTIVE EQUIPMENT USING THE SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2018년 11월 19일에 제출된 대만 특허 출원 번호 107215657에 대한 우선권을 주장하며, 그 전문이 본원에 참조로 통합된다.
기술분야
본 개시의 구현예는 쿠션 복합 구조체, 및 이를 사용한 신발 패드 및 개인용 보호 장비에 관한 것이다.
운동 기구, 의료용 보호 장비(medical protective gear) 등에 사용되는 내충격성을 갖는 쿠션은 통상적으로 단단한 플레이트, 예컨대 목재 플레이트 또는 플라스틱 플레이트로 제조되지만, 이들 플레이트는 부드럽거나 또는 편안하지 않기 때문에 통상의 사용자의 요구사항을 충족시키지 못할 수 있다. 그러나, 부드럽고, 편안하며, 상업적으로 입수가능한 종래 재료를 사용하여 쿠션을 제조하는 경우, 쿠션의 기계적 강도 및 내충격성은 유지되지 않을 수 있다. 또한, 종래의 부드러운 쿠션은 낮은 통기성을 가지며, 통기성을 위해 쿠션 상에 구멍이 형성되는 경우, 쿠션의 기계적 강도는 감소될 수 있고, 충분한 구멍이 형성되지 않는 경우 쿠션의 통기성은 충분하지 않을 수 있다. 또한, 종래 쿠션은 다양한 사용자의 요구사항을 기초로 재형상화될 수 없다.
지지 층 및 직물 층(fabric layer)을 포함하는, 복수의 메쉬(mesh)를 갖는 쿠션 복합 구조체가 제공된다. 지지 층은 지지 구조체 및 중합체 층을 포함한다. 중합체 층은 지지 층 상 및 메쉬 내에 배치되며, 여기서 중합체 층의 결정질 융점 Tm은 70℃ 미만이다. 직물 층은 지지 층 상에 배치된다.
일부 구현예에서, 쿠션 복합 구조체는 지지 층 또는 직물 층 상에 직접 배치되는 국부적 보강 구조체(local reinforcement structure)를 추가로 포함하며, 이는 메쉬 내에 배치된다. 일부 구현예에서, 국부적 보강 구조체는 거리를 두고 서로 분리된 복수의 국부적 보강 유닛을 포함한다. 일부 구현예에서, 국부적 보강 유닛 각각은 스트립(strip) 형상을 갖는다. 일부 구현예에서, 중합체 층은, 결정질 융점 초과로 가열되고 냉각된 후 여전히 결정질 융점을 가지며, 수회의 반복 후 여전히 재생가능하다. 일부 구현예에서, 쿠션 복합 구조체의 쇼어(Shore) 듀로미터(durometer)는 30℃ 하에 45 초과이고, 70℃ 하에 2 미만이다. 일부 구현예에서, 중합체 층은 사슬이 얽힌(chain-entangled) 중합체 재료를 포함한다.
일부 구현예에서, 지지 층은 50% 미만의 수축비를 갖는 메쉬를 포함한다. 일부 구현예에서, 쿠션 복합 구조체는, 지지 층 및 직물 층 사이에 배치된 접착체 층을 추가로 포함하며, 접착체 층은 지지 층의 메쉬와 동일한 형상을 갖는 메쉬를 갖는다. 일부 구현예에서, 직물 층 및 지지 층의 적층(lamination)은 중합체 층을 통해 수행된다. 일부 구현예에서, 쿠션 복합 구조체는 또 다른 직물 층을 추가로 포함하며, 상기 두 개의 직물 층은 지지 층의 대향 측 상에 배치된다. 일부 구현예에서, 지지 층은 실온 하에 108 Pa 초과의 영률(Young's modulus)을 갖는다. 일부 구현예에서, 중합체 층은 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드 또는 폴리올 중 적어도 하나를 포함하는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체를 포함한다.
일부 구현예에서, 쿠션부, 및 쿠션부로부터 아치형을 이루는 아치부(arch portion)를 포함하는, 상기 언급된 쿠션 복합 구조체로부터 제조된 신발 패드가 제공된다.
본 개시의 일부 구현예에서, 상기 언급된 쿠션 복합 구조체로부터 제조된 개인용 보호 장비가 제공되며, 여기서 지지 층의 일부분은 직물 층으로부터 노출된다. 일부 구현예에서, 개인용 보호 장비는 원형 형상을 갖고, 직물 층은 개인용 보호 장비 내부에 위치된다.
본 개시의 측면은 첨부되는 도면과 함께 읽을 때 하기 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업에서의 표준 관행에 따라, 다양한 특징 부분(features)은 축척대로 도시되지 않았음이 이해되어야 한다. 사실상, 다양한 특징 부분의 치수는 논의의 명료성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 상면도이다.
도 1b는 도 1a에서의 쿠션 복합 구조체의 단면도이다.
도 1c는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 단면도이다.
도 2a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 일부분의 단면도이다.
도 2b는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 일부분의 단면도이다.
도 2c는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 일부분의 단면도이다.
도 3a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 상면도이다.
도 3b는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 상면도이다.
도 3c는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 단면도이다.
도 3d는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 단면도이다.
도 3e는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 단면도이다.
도 4a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 상면도이다.
도 4b는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 단면도이다.
도 4c는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 측면도이다.
도 4d는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체의 모식도이다.
도 5는 본 개시의 일부 구현예에서의 신발 패드의 모식도이다.
하기 개시는 제공된 발명대상의 다양한 특징을 구현하기 위한 다수의 다양한 구현예 또는 예를 제공한다. 본 개시를 단순화하기 위해 성분 및 배열의 특정 예가 하기 기술된다. 이들은 물론 단지 예시이며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 하기의 설명에서 제2 특징 위의 또는 제2 특징 상의 제1 특징의 형성은 제1 및 제2 특징이 직접 접촉하는 구현예를 포함할 수 있으며, 또한 추가적인 특징이 제1 및 제2 특징 사이에 배치될 수 있어 제1 및 제2 특징이 직접 접촉하지 않을 수 있도록 하는 구현예를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시는 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 단순성 및 명료성을 위한 것이며, 그 자체가 논의된 다양한 구현예 및/또는 구성 사이의 관계를 지시하지는 않는다. 또한, 하기의 본 개시에서 또 다른 특징 상에 및/또는 또 다른 특징에 연결된 및/또는 또 다른 특징에 커플링된 특징의 형성은 상기 특징들이 직접 접촉하는 구현예를 포함할 수 있으며, 또한 추가적인 특징이 상기 특징들 사이에 개재되도록 배치될 수 있어 상기 특징들이 직접 접촉하지 않을 수 있도록 하는 구현예를 포함할 수 있다. 또한, 공간 상관 용어, 예를 들어 "수직의", "위에", "상에", "아래에", "바닥" 등 뿐만 아니라 이의 파생어 (예를 들어, "하향으로", "상향으로" 등)는 하나의 특징 부분에 대한 다른 특징 부분의 관계의 설명을 용이하게 하기 위해 사용된다. 이러한 공간 상관 용어는 특징 부분을 포함하는 장치의 다양한 방향(orientation)을 포함하도록 의도된다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업계의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전에 정의된 각각의 용어는 본 개시의 관련 기술 및 배경기술 또는 문맥에 부합하는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 하며, 달리 정의되지 않는 한 이상화되거나 또는 지나치게 형식적인 방식으로 해석되어서는 안 된다는 것을 알아야 한다.
용어 제1, 제2, 제3 등이 본원에서 다양한 요소, 성분, 구역, 층, 부분 및/또는 단면을 기술하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소, 성분, 구역, 층, 부분 및/또는 단면은 이들 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 이들 용어는 오직 하나의 요소, 성분, 구역, 층, 부분 또는 단면을 또 다른 요소, 성분, 구역, 층, 부분 또는 단면으로부터 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 하기에 논의된 제1 요소, 성분, 구역, 층, 부분 또는 단면은 본 개시의 교시로부터 벗어나지 않으면서 제2 요소, 성분, 구역, 층, 부분 또는 단면으로 칭해질 수 있다.
용어 "약" 및 "실질적으로"는 전형적으로 언급된 값의 +/- 20%, 보다 전형적으로는 언급된 값의 +/- 10%, 보다 전형적으로는 언급된 값의 +/- 5%, 보다 전형적으로는 언급된 값의 +/- 3%, 보다 전형적으로는 언급된 값의 +/- 2%, 보다 전형적으로는 언급된 값의 +/- 1%, 보다 더 전형적으로는 언급된 값의 +/- 0.5%를 의미한다. 본 개시의 언급된 값은 대략적인 값이다. 구체적인 설명이 없을 때, 언급된 값은 "약" 또는 "실질적으로"의 의미를 포함한다.
또한, 어구 "제1 값 및 제2 값 사이의 범위" 또는 "제1 값 내지 제2 값의 범위"는 상기 범위가 이들 사이의 제1 값, 제2 값 및 다른 값을 포함한다는 것을 나타낸다.
먼저, 도 1a 및 1b를 참조하면, 도 1a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체(1)의 상면도이고, 도 1b는 쿠션 복합 구조체(1)의 측면도이다. 쿠션 복합 구조체(1)는 직물 층(100) 및 지지 층(200)을 포함하며, 여기서 직물 층(100)은 지지 층(200) 상에 배치된다. 도 1a에서, 쿠션 복합 구조체(1)는 복수의 메쉬 H를 가져 우수한 통기성을 달성한다. 일부 구현예에서, 메쉬 H의 형상은 마름모형(rhomboidal)일 수 있다. 도 1a에서의 쿠션 복합 구조체(1)가 막대 형상을 갖지만, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 쿠션 복합 구조체(1)는 요구사항에 따라 시트(sheet) 유사 형상을 가질 수 있다.
이전 구현예에서 직물 층(100)은 오직 쿠션 복합 구조체(1)의 지지 층(200)의 일측 상에 배치되지만, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 1c는 본 개시의 다른 구현예에서의 쿠션 복합 구조체(2)를 나타내며, 여기서 직물 층(300)이 지지 층(200)의 또 다른 측 상에 배치될 수 있다. 결과적으로, 사용자가 요구하는 부드러움 및 편안함이 제공될 수 있다.
도 2a는 직물 층(100)의 단면도이고, 도 2b는 지지 층(200)의 단면도이고, 도 2c는 직물 층(300)의 단면도이다. 일부 구현예에서, 직물 층(100)은 중간 층(102), 및 중간 층(102)의 대향 측 상에 배치된 표면 층(101 및 103)을 포함한다. 표면 층(101 및 103)은 메쉬 (예컨대, 마름모형 메쉬 H)를 가질 수 있고, 중간 층(102)은 합성 중합체 섬유의 단사(mono yarn)를 포함할 수 있으며, 직조에 의해 형성될 수 있다. 표면 층(101 및 103)은 그 안에 형성된 고밀도 네트워크 구조에 의해 지지되어 과도한 변형을 방지할 수 있으므로, 직물 층(100)의 기계적 강도는 향상될 수 있고, 직물 층(100)의 색상 변화 정도는 감소될 수 있다. 또한, 직물 층(100)은 인체와 직접 접촉하여 부드러움 및 편안함을 제공할 수 있다. 또한, 직물 층(100)은 일부 구현예에서 방수 또는 항균성 직물 재료를 포함할 수 있다. 직물 층(300)은 중간 층(302), 및 중간 층(302)의 대향 측 상에 배치된 표면 층(301 및 303)을 포함할 수 있고, 직물 층(300)의 구조 및 재료는 직물 층(100)의 구조 및 재료와 유사하며, 반복되지 않는다.
지지 층(200)은 주로 지지 구조체(202), 및 지지 구조체(202)의 대향 측 상에 배치된 표면 층(201 및 203)을 포함한다. 일부 구현예에서, 표면 층(201), 지지 층(202) 및 표면 층(203)은 동일한 재료로 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 지지 구조체(202)는 네트워크 구조를 가질 수 있고, 중합체 층(204)은 지지 구조체(202)의 표면 상에 코팅될 수 있다. 즉, 도 2b에서, 지지 층(200)의 법선 방향에 수직인 방향에서 봤을 때 (예를 들어, Y 방향에서 봤을 때), 지지 층(200)은 복수의 구멍(205)을 포함할 수 있고, 중합체 층(204)은 지지 층(200)의 빈 공간을 완전히 채우지는 않는다. 결과적으로, 지지 층(200)의 통기성은 향상될 수 있다. 일부 구현예에서, 지지 구조체(202)는 가요성 재료로 형성될 수 있다.
일부 구현예에서, 지지 층(200)은 메쉬 H를 추가로 포함하며, 메쉬 H는 50% 미만, 예컨대 40% 미만, 30% 미만 또는 20% 미만의 수축비를 갖는다. 수축비의 정의는 (중합체 층(204)이 그 위에 형성되기 전의 메쉬 H의 평균 직경) - (중합체 층(204)이 그 위에 형성된 후 메쉬 H의 평균 직경)을 (중합체 층(204)이 그 위에 형성되기 전의 메쉬 H의 평균 직경)으로 나눈 비이다. 결과적으로, 통기성은 추가로 개선될 수 있다.
일부 구현예에서, 중합체 층(204)의 재료는, 예를 들어 폴리에스테르 (예를 들어 폴리카프로락톤 (PCL)), 폴리우레탄 (PU), 폴리아미드 (PA), 폴리올 등의 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 중합체 층(204)의 결정질 융점 (Tm)은 약 70℃ 미만이며, 따라서 중합체 층(204)은 전자레인지 또는 헤어 드라이어 (이는 비교적 낮은 온도에서 작동함)를 통해 이의 결정질 융점 초과의 온도로 가열될 수 있다. 결과적으로, 쿠션 복합 구조체(1)는 통상의 사용자에 의해 취급될 수 있다. 일부 구현예에서, 중합체 층(204)의 결정질 융점은 중합체 층(204)이 우수한 기계적 특성을 갖는 것을 보장하도록 약 65℃ 초과이다. 일부 구현예에서, 중합체 층(204)은 이의 기계적 강도 및 내충격성을 향상시키기 위해 사슬이 얽힌 중합체 재료를 포함한다. 결과적으로, 쿠션 복합 구조체(1)의 기계적 특성은 중합체 층(204)을 지지 구조체(202)의 표면 상에 코팅함으로써 향상될 수 있다.
일부 구현예에서, 중합체 층(204)은, 점도를 감소시키기 위해 중합체 재료를 낮은 분자량 (예컨대, 1000 미만의 Mw)을 갖는 유기 화합물과 블렌딩함으로써 형성되기보다는, 용이한 가공을 위해 중합체 재료를 가열하고, 이어서 중합체 재료를 지지 구조체(202)의 표면 상에 코팅함으로써 (예컨대, 중합체 층(204)을 핫 코팅 공정(hot coating process) (이는 이후에 "가열 방법"으로 지칭됨)에 의해 형성함으로써) 형성될 수 있다. 결과적으로, 낮은 분자량을 갖는 화합물이 중합체 층(204)에 남아있는 것이 방지될 수 있으며, 따라서 중합체 층(204)의 기계적 특성 (예를 들어, 접착력, 최대 응력, 경도 등)은 향상될 수 있고, 사용 동안 낮은 분자량을 갖는 잔류물이 방출되는 것이 방지될 수 있어, 결과적으로 생성되는 환경적 및 안전성 문제점이 또한 방지될 수 있다.
표 1은 일부 구현예에서 가열 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)을 갖는 쿠션 복합 구조체(1)의 기계적 특성을 나타내고, 표 2는 일부 비교 실시예에서 중합체를 저분자량 화합물과 블렌딩함 (이는 이후에 "블렌딩 방법"으로 지칭됨)으로써 형성된 중합체 층(204)을 갖는 쿠션 복합 구조체(1)의 기계적 특성을 나타낸다.
가열 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)을 갖는 쿠션 복합 구조체(1)
시험 항목 / 온도 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃
쇼어 듀로미터 49 23 4 4 1
최대 응력 (MPa) 119.2 79.3 78.1 78.33 75.7
접착력 (MPa) 26.7 1.569 0.066 0.044 0.033
블렌딩 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)을 갖는 쿠션 복합 구조체
시험 항목 / 온도 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃
쇼어 듀로미터 45 17 7 5 4
최대 응력 (MPa) 60.074 53.408 44.63 43.063 40.065
접착력 (MPa) 3.201 0.251 0.115 0.106 0.05
특히, 쇼어 듀로미터 (D)는 쇼어 경도계에 의해 측정될 수 있으며, 상기 쇼어 경도계는 쿠션 복합 구조체에 수직인 방향으로 재료의 표면에 부딪치는 압자(indenter)를 사용한다. 최대 응력은 100mm/min 하에 3cm*10cm 쿠션 복합 구조체를 신장시키는 것으로부터 측정된다. 접착력에 관하여, 2개의 3cm*10cm 쿠션 복합 구조체가 4kg/cm2의 압력으로 함께 압축되며, 상기 쿠션 복합 구조체 각각은, 신장 시험을 위해 또 다른 쿠션 복합 구조체와 결합되지 않은 채로 남아있는 3cm의 공간을 말단에 갖고, 접착력은 쿠션 복합 구조체가 신장 시험 동안 인열될 때의 응력이다. 또한, 직물 층(100) 뿐만 아니라 지지 층(200)은 30℃ 하에 12.09MPa의 최대 응력을 갖는다.
표 1 및 표 2에서의 결과를 비교하여 가열 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)은 블렌딩 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)보다 더 우수한 기계적 특성을 갖는다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 표 1에서, 쿠션 복합 구조체(1)의 쇼어 듀로미터는 30℃ 하에 45 초과이고, 70℃ 하에 2 미만이고, 접착력은 30℃ 하에 20MPa 초과이고, 최대 응력은 30℃ 하에 100MPa 초과이다. 결과적으로, 쿠션 복합 구조체(1)는 보다 높은 온도 (예컨대, 약 65℃ 내지 약 70℃)에서 변형될 수 있고, 쿠션 복합 구조체(1)의 형상은 우수한 접착력 및 내충격성을 가지며 보다 낮은 온도 (예컨대, 실온)에서 고정될 수 있다.
표 3 및 4는 각각 가열 방법 및 블렌딩 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)의 열적 특성을 나타낸다.
가열 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)
Tm1(℃) △Hm1 (J/g) Tm2(℃) △Hm2 (J/g)
66.4 44.1 255.7 17.1
주: 다수회 DSC 측정 후, 중합체 층(204)의 Tm1은 여전히 유지되고, Tm1 및 △Hm1에서 많은 차이가 존재하지 않는다.
블렌딩 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)
Tm1(℃) △Hm1 (J/g) Tm2(℃) △Hm2 (J/g)
61.3 41.2 251.9 18.4
주: 중합체 층(204)의 Tm1 및 △Hm1은 제2 DSC 측정 동안 측정될 수 없으며, 이는, 중합체 층(204)에서의 결정질 구조가 파괴되고, 용이하게 재생되지 않음을 의미한다.
중합체 층(204)의 열적 특성은 시차 주사 열량측정법 (DSC)에 의해 측정된다. 특히, 샘플을 먼저 20℃/min로 30℃로부터 300℃로 가열하고, 5분 동안 300℃에서 유지한 다음, 300℃로부터 30℃로 냉각하여 측정을 종료한다.
표 3 및 표 4에 나타낸 결과로부터, 가열 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)은 블렌딩 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)보다 더 높은 결정질 융점을 갖는다는 것을 주목해야 한다. 재료의 결정질 융점은 강도에 관련되며, 따라서 표 3의 중합체 층(204)의 기계적 강도는 표 4의 것보다 더 우수하다.
또한, 블렌딩에 의해 형성된 중합체 층(204)은, 중합체 층(204)이 남아있는 저분자량 화합물에 의해 방해를 받기 때문에, 일단 가열되고 냉각된 후 이의 결정질 융점을 잃을 수 있으며, 이는 중합체 층(204)이 이의 사슬이 얽힌 구조를 잃고, 이의 기계적 강도가 저하되는 결과를 낳는다. 그러나, 가열 방법에 의해 형성된 중합체 층(204)은, 중합체 층(204)이 사슬이 얽힌 구조를 갖기 때문에, 일단 가열 (예를 들어, 이의 결정질 융점 초과로)되고 냉각된 후 이의 구조 및 결정질 융점을 유지할 수 있다. 예를 들어, 수회 (예를 들어, 30회)에 걸쳐 가열되고 냉각된 후, 중합체 층(204)은 여전히 이의 기계적 강도 및 결정질 융점을 유지한다. 결과적으로, 쿠션 복합 구조체(1)는 재사용을 위해 이를 다수의 횟수로 가열함으로써 변형될 수 있다.
일부 구현예에서, 쿠션 복합 구조체의 기계적 강도를 추가로 향상시키기 위해 국부적 보강 구조체가 직물 층(100) 및/또는 지지 층(200) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체(3A)의 상면도이다. 도 3a에서, 복수의 스트립 형상의 국부적 보강 구조체(400) (국부적 보강 유닛)가 쿠션 복합 구조체(3A) 상에 제공될 수 있다. 국부적 보강 구조체(400)는 직물 층(100) 및/또는 지지 층(200)의 메쉬 내에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 국부적 보강 구조체(400)는 직물 층(100) 및/또는 지지 층(200)과 직접 접촉한다.
국부적 보강 구조체(400)가 스트립 형상을 갖지만, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 3b는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체(3B)의 상면도이다. 도 3b에서, 복수의 플레이트 형상의 국부적 보강 구조체(410) (국부적 보강 유닛)가 쿠션 복합 구조체(3B) 상에 제공될 수 있다. 스트립 형상의 국부적 보강 구조체(400)는 재료 사용을 감소시킬 수 있고, 플레이트 형상의 국부적 보강 구조체(410)는 쿠션 복합 구조체(3B)의 기계적 강도를 추가로 향상시킬 수 있다.
도 3c 내지 3e는 일부 구현예에서의 국부적 보강 구조체(400 또는 410)를 갖는 쿠션 복합 구조체의 단면도이다. 국부적 보강 구조체(400 또는 410)는 직물 층(100)에 인접한 측 상에 (도 3c), 지지 층(200)에 인접한 측 상에 (도 3d), 또는 쿠션 복합 구조체의 대향 측 상에 (도 3e) 배치될 수 있다. 국부적 보강 구조체(400 또는 410)가 직물 층(100) 또는 지지 층(200)으로부터 돌출되지 않고 직물 층(100) 또는 지지 층(200)의 메쉬 내에 배치된다는 것을 주목해야 한다. 즉, 국부적 보강 구조체(400 또는 410)는 직물 층(100) 또는 지지 층(200)과 동일 평면상일 수 있다.
표 5, 6 및 7은 각각, 국부적 보강 구조체가 없는 쿠션 복합 구조체, 국부적 보강 구조체(400)를 갖는 쿠션 복합 구조체(3A), 및 국부적 보강 구조체(410)를 갖는 쿠션 복합 구조체(3B)의 기계적 특성을 나타낸다.
국부적 보강 구조체 없음
최대 강도 (N) 최대 굽힘 응력 (MPa) 굽힘 탄성률 (MPa) 스트링 굽힘 탄성률(string flexural Modulus)
코팅 재료 A (재료 A)
62.6 7.664 310.542 313.966
코팅 재료 B (재료 B)
72.3 8.853 341.662 345.415
국부적 보강 구조체(400)를 가짐
최대 강도 (N) 최대 굽힘 응력 (MPa) 굽힘 탄성률 (MPa) 스트링 굽힘 탄성률
재료 A - 직물 층(100)에 인접한 측 상에 배치됨
68.2 8.348 364.426 358.563
재료 A - 지지 층(200)에 인접한 측 상에 배치됨
92 11.268 360.337 365.297
재료 B - 직물 층(100)에 인접한 측 상에 배치됨
72.1 8.831 348.314 350.617
재료 B - 지지 층(200)에 인접한 측 상에 배치됨
95 11.629 357.098 365.756
국부적 보강 구조체(410)를 가짐
최대 강도 (N) 최대 굽힘 응력 (MPa) 굽힘 탄성률 (MPa) 스트링 굽힘 탄성률
재료 A - 직물 층(100)에 인접한 측 상에 배치됨
68.2 8.348 364.426 358.563
재료 A - 지지 층(200)에 인접한 측 상에 배치됨
102 12.484 330.326 332.644
재료 B - 직물 층(100)에 인접한 측 상에 배치됨
78 9.546 390.887 398.109
재료 B - 지지 층(200)에 인접한 측 상에 배치됨
107 13.099 374.951 379.651
표 5 내지 7에서의 특성은 ASTM D790 표준 시험 방법에 의해 측정된다. 쿠션 복합 구조체(3A 또는 3B)의 기계적 특성 (예컨대, 이의 최대 강도, 최대 굽힘 응력, 굽힘 탄성률 및 스트링 굽힘 탄성률 등)은, 표 5에서의 국부적 보강 구조체가 없는 쿠션 복합 구조체와 비교하는 경우, 국부적 보강 구조체(400 또는 410)가 제공된 후 향상될 수 있다. 결과적으로, 쿠션 복합 구조체(3A 또는 3B)의 국부적 강도는 다양한 요구사항을 충족시키도록 추가로 보강될 수 있다.
일부 구현예에서, 국부적 보강 구조체(400 또는 410)는 폴리카프로락톤, 폴리우레탄 등과 같은 중합체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 국부적 보강 구조체(400 또는 410)의 재료는 쿠션 복합 구조체(3A 또는 3B)의 강도를 용이하게 제어하기 위해 중합체 층(204)의 재료와 동일할 수 있다. 그러나, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 국부적 보강 구조체(400 또는 410) 및 중합체 층(204)은 설계 요구사항에 따라 상이한 재료로 형성될 수 있다.
일부 구현예에서, 추가적인 접착체 층 (미도시됨)이 직물 층(100) 및 지지 층(200) 사이에, 및/또는 직물 층(300) 및 지지 층(200) 사이에 제공될 수 있다. 접착체 층은 메쉬 H와 동일한 메쉬를 포함할 수 있다. 접착체 층은 접착제, 핫 멜트형 접착체(hot-melt adhesive), 예컨대 폴리카프로락톤 또는 폴리우레탄과 같은 중합체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 직물 층(100) 및 지지 층(200)의 적층, 또는 직물 층(300) 및 지지 층(200)의 적층은 중합체 층(204)을 통해 수행될 수 있다.
상기 언급된 쿠션 복합 구조체는 비교적 낮은 온도 (예컨대, 약 65℃ 내지 약 70℃의 온도)에서 가열되어 변형될 수 있고, 실온 (즉, 약 30℃)에서 우수한 기계적 특성을 갖고 (예컨대, 108 Pa 초과의 영률을 가짐), 인체 친화적인 직물 층(100)을 갖는다. 결과적으로, 상기 언급된 쿠션 복합 구조체는 인체와 접촉하는 장치, 예컨대 개인용 보호 장비 및 신발 패드로 제조될 수 있고, 이들은 사용자의 특정한 요구사항을 기초로 통상의 사용자에 의해 용이하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 4a는 본 개시의 일부 구현예에서의 쿠션 복합 구조체(4)의 상면도이고, 도 4b는 쿠션 복합 구조체(4)의 단면도이다. 쿠션 복합 구조체(4)의 지지 층(200)은 직물 층(100)에 의해 완전히 덮히지 않으며, 지지 층(200)의 상부 표면(210)의 일부분은 직물 층(100)으로부터 노출된다는 것을 주목해야 한다. 결과적으로, 도 4c 및 4d에 도시된 바와 같이, 쿠션 복합 구조체(4)는 비교적 낮은 온도 (예컨대, 약 65℃ 내지 약 70℃)에서 가열될 수 있고, 원통형 개인용 보호 장비 (예컨대, 깁스(plaster cast)를 대체하기 위해 사용되는 것)로서 변형될 수 있고, 지지 층(200)의 상부 표면(210)은 지지 층(200)의 하부 표면(220) 상에 배치될 수 있다. 쿠션 복합 구조체(4)가 (예를 들어, 실온으로) 냉각된 후, 상부 표면(210) 및 하부 표면(220)은 함께 부착될 수 있고, 쿠션 복합 구조체(4)의 형상은 고정될 수 있다. 결과적으로, 쿠션 복합 구조체(4)는 다양한 요구사항을 기초로 통상의 기술자에 의해 용이하게 변형될 수 있으며, 따라서 쿠션 복합 구조체(4)는 다양한 사용자에게 적합할 수 있다 (이것이 다양한 상이한 인체 형태에 맞춤되는 점에서). 또한, 쿠션 복합 구조체(4)는 재사용되어 비용을 감소시킬 수 있고, 이것이 사용되지 않을 때는 저장을 위해 요구되는 저장 공간을 감소시키기 위해 납작해질 수 있다. 도 4d에서 쿠션 복합 구조체(4)가 보호 장비로서 작용하는 경우 (예컨대, 헬멧, 경골 보호대(shin bone protector), 목 보호대, 허리 보호대 등임) 직물 층(100)은 내부 (인체 대향 측)를 향하고, 쿠션 복합 구조체(4)는 메쉬를 가지므로, 통기성 및 편안함이 증가될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
일부 구현예에서, 상기 언급된 쿠션 복합 구조체는 신발 패드, 예컨대 도 5에서의 신발 패드(5)로 제조될 수 있다. 신발 패드(5)는 쿠션부(52), 및 쿠션부(52)로부터 아치형을 이루는 아치부(51)를 포함할 수 있다. 신발 패드(5)는 상기 언급된 열 변형가능한 쿠션 복합 구조체로 형성되며, 따라서 아치부(51)의 형상은 상이한 크기의 발에 맞도록, 비교적 낮은 온도에서 가열됨으로써 조정될 수 있다. 또한, 쿠션 복합 구조체는 실온에서 우수한 기계적 특성을 가지며, 따라서 신발 패드(5)의 내구성은 향상될 수 있다. 또한, 쿠션 복합 구조체는 메쉬를 가지며, 따라서 신발 패드(5)의 통기성이 증가되어 사용자를 보다 편안하게 할 수 있다.
요약하면, 본 개시는 쿠션 복합 구조체, 및 이를 사용한 신발 패드 및 개인용 보호 장비를 제공한다. 본 개시는 이에 제한되지 않으며, 비교적 낮은 온도에서 가열된 후 변형가능하고 실온에서 우수한 기계적 강도를 갖는 쿠션 복합 구조체는 다양한 제품으로 제조될 수 있으며, 이는 다양한 사용자 요구사항을 기초로 변형될 수 있고, 상기 제품은 실온에서 우수한 기계적 성능을 갖는다는 것을 주목해야 한다.
본 개시의 구현예 및 이의 이점이 상세하게 기술되었지만, 첨부되는 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 개시의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 치환 및 변경이 본원에 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본원의 범위는 본 명세서에 기술된 공정, 기계, 제조, 및 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정한 구현예에 제한되도록 의도되지 않는다. 당업계의 통상의 기술자가 본 개시내용의 개시로부터 쉽게 알 바와 같이, 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 실질적으로 본원에 기술된 상응하는 구현예와 동일한 결과를 달성하는, 현존하거나 또는 개발될 이후의 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계가 본 개시에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부되는 청구범위는 이러한 공정, 기계, 제조, 및 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계의 이들의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 또한, 각각의 청구항은 개별 구현예를 구성하며, 다양한 청구항 및 구현예의 조합은 본 개시의 범위 내에 있다.

Claims (16)

  1. 하기를 포함하는, 복수의 메쉬(mesh)를 갖는 쿠션 복합 구조체:
    지지 층으로서,
    지지 구조체; 및
    상기 지지 구조체 상 및 상기 메쉬 내에 배치되는 중합체 층을 포함하며, 상기 중합체 층의 결정질 융점은 70℃ 미만인, 지지 층; 및
    상기 지지 층 상에 배치된 직물 층(fabric layer).
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 층 또는 상기 직물 층 상에 직접 배치되며, 상기 메쉬 내에 배치된 국부적 보강 구조체(local reinforcement structure)를 추가로 포함하는 쿠션 복합 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 국부적 보강 구조체가 거리를 두고 서로 분리된 복수의 국부적 보강 유닛을 포함하는, 쿠션 복합 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 국부적 보강 유닛 각각이 스트립(strip) 형상을 갖는, 쿠션 복합 구조체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중합체 층의 결정질 융점이, 상기 결정질 융점 초과로 가열되고 냉각된 후 여전히 유지되고, 수회의 반복 후 여전히 재생가능한, 쿠션 복합 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 쿠션 복합 구조체의 쇼어(Shore) 듀로미터(durometer)가 30℃ 하에 45 초과이고, 70℃ 하에 2 미만인, 쿠션 복합 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중합체 층이 사슬이 얽힌(chain-entangled) 중합체 재료를 포함하는, 쿠션 복합 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 지지 층이 50% 미만의 수축비를 갖는 메쉬를 포함하는, 쿠션 복합 구조체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 지지 층 및 상기 직물 층 사이에 배치된 접착체 층을 추가로 포함하며, 상기 접착체 층은 상기 지지 층의 메쉬와 동일한 형상을 갖는 메쉬를 갖는, 쿠션 복합 구조체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 직물 층 및 상기 지지 층의 적층(lamination)이 상기 중합체 층을 통해 수행되는, 쿠션 복합 구조체.
  11. 제8항에 있어서, 또 다른 직물 층을 추가로 포함하며, 상기 두 개의 직물 층은 상기 지지 층의 대향 측 상에 배치되는, 쿠션 복합 구조체.
  12. 제8항에 있어서, 상기 지지 층이 실온 하에 108 Pa 초과의 영률(Young's modulus)을 갖는, 쿠션 복합 구조체.
  13. 제8항에 있어서, 상기 중합체 층이, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드 또는 폴리올 중 적어도 하나를 포함하는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체를 포함하는, 쿠션 복합 구조체.
  14. 제1항에 따른 쿠션 복합 구조체로부터 제조된 신발 패드로서,
    쿠션부; 및
    상기 쿠션부로부터 아치형을 이루는 아치부(arch portion)
    를 포함하는 신발 패드.
  15. 제1항에 따른 쿠션 복합 구조체로부터 제조된 개인용 보호 장비로서, 상기 지지 층의 일부분이 상기 직물 층으로부터 노출된, 개인용 보호 장비.
  16. 제15항에 있어서, 상기 개인용 보호 장비가 원형 형상을 갖고, 상기 직물 층이 상기 개인용 보호 장비 내부에 위치된, 개인용 보호 장비.
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