KR20230066128A - 신발 물품용 완충 부재 및 관련 방법 - Google Patents

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KR20230066128A
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foam
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사미 파코우리
카시디 알. 레비
브라이언 지. 프레보
페이-쥰 린
핑-훙 차이
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나이키 이노베이트 씨.브이.
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Abstract

중합체 폼 재료(302)를 형성하는 방법이 제공되고 제1 두께(Ti)를 갖는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 단계, 및 일축 압축력을 전구체 재료에 인가하여 전구체 재료를 제2 두께(Tf)로 압축하는 단계로서, 압축력은 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴시키는 것인 단계를 포함한다. 방법은 또한 압축력을 인가하면서 전구체 재료를 성형 온도로 제1 기간 동안 가열하는 단계로서, 제1 기간은 전구체 재료를 연화 온도로 가열하기에 충분한 단계, 압축력을 전구체 재료로부터 제거하는 단계, 및 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴된 상태로 유지하는 단계를 포함한다.

Description

신발 물품용 완충 부재 및 관련 방법{CUSHIONING MEMBER FOR ARTICLE OF FOOTWEAR AND RELATED METHODS}
본 특허 출원은 2019년 5월 31일에 출원된 미국 출원 16/427,527 및 2018년 5월 31일에 출원된 미국 가출원 62/678,464를 우선권 주장하는 PCT 국제 출원이다. 이들 선행 출원들의 개시는 본 출원의 개시 일부로 간주되고 이로써 전부 참조로 원용된다.
본 발명은 일반적으로 신발 물품용 완충 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이 섹션은 본 발명에 관련된 배경기술 정보를 제공하고 반드시 종래 기술은 아니다.
신발 물품들은 통상적으로 갑피 및 밑창 구조물을 포함한다. 갑피는 밑창 구조물 상에 발을 수용하고, 고정하며 지지하도록 임의의 적절한 재료(들)로 형성될 수 있다. 발의 바닥면에 근접한, 갑피의 바닥 부분은 밑창 구조물에 부착된다. 밑창 구조물들은 일반적으로 지표면에 대해 내마모성과 견인력을 제공하는 아웃솔(outsole)과 발에 완충작용을 제공하기 위해 아웃솔과 갑피 사이에 배치된 미드솔(midsole) 사이에 연장되는 층상 배열을 포함한다. 인솔(insole)들 및 깔창들과 같은 완충 구성요소들은 착용자의 발에 부가적 지지를 제공하기 위해서 갑피 내에 배치될 수도 있다. 밑창 구조물의 구성요소들 중 하나 이상은 완충성, 지지성, 및 밑창 구조물에 대한 반응성을 제공하기 위해서 폼(foam) 재료로 형성될 수 있다.
폼 재료들은 부드럽고, 압축가능한 성질, 및 경량으로 인해 신발의 중요한 구성요소이다. 이런 특성들은 자연스러운 움직임을 방해하지 않으면서 발을 보호하고 지지한다. 전형적으로, 더 부드러운 폼들은 증가된 편안함을 제공하지만 감소된 내구성을 제공한다. 불량한 내구성은 반복된 사용을 통해 폼의 변형 및 치밀화(예컨대 "패킹 아웃(packing out)")를 나타내어, 편안함에 대한 초기 이점을 약화시킨다. 특히 깔창들에 대한, 산업상 관행은 내구성을 위해 어느 정도의 편안함을 희생시키고, 반복된 주기적 로딩(예컨대, 수백 마일에 달하는 발걸음, 보행 또는 달리기에 해당하는 일상적 사용의 마모 및 인열)을 견딜 수 있는 고 밀도 또는 고 강성 깔창들을 이용하는 것이다.
바람직한 발 하부 촉감을 갖는 폼 재료를 생성하려면 압축하는 동안 폼의 기계적 반응의 조절을 요구한다. 압축시 힘 대 휨은, 사용 중 풋 스트라이크와 유사한 압축 이벤트 중 로딩될 때 폼의 거동을 정량화하는 유용한 방식이다. 압축 중 힘 대 휨은 신발 적용시 실제 사용을 근사화하여 재료의 성능에 대한 정확한 인식을 제공하도록 주기적 동적 테스트에 의해 평가될 수 있다. 전형적으로, 0.5cm, 1cm, 또는 2 cm 두께의 폼 샘플들은 실린더형 터프(tup), 플런저, 또는 인덴터로 압축된다. 예를 들어, 45mm 직경의 실린더형 인덴터 터프를 사용해, 샘플들은 180 밀리초에 5N에서 300N으로 그리고 다시 5N으로 압축된 후, 대략 1.7Hz의 주파수에 대해 400 밀리초의 휴지가 뒤따라, 달리기의 충격 및 카덴스(cadence)를 모방한다. 터프에 의해 인가된 300N의 힘 크기는, 종종 1.2 ~ 2.0kN 정도인, 발의 더 큰 면적에 의해 인가된 체중 하중과 유사한 압력을 제공한다. 폼으로 터프의 휨 및 압축된 폼의 저항력은 각 사이클 전체에 대해 기록된다. 도 7에 나타난 것처럼, 힘 대 휨 테스트는 인가된 힘의 범위에 걸쳐 재료의 압축 퍼센트를 나타내는 힘-변위 곡선으로 나타낸다.
폼 성능을 평가하는 데 다수의 메트릭이 사용된다. 힘-변위 곡선 상의 임의의 지점에서 재료의 강성은 그 지점에서 곡선의 기울기를 측정함으로써 계산될 수 있다. 에너지 입력은 로딩 중 힘-변위 곡선의 필수로서 간주된다. 에너지 출력은 언로딩 중 힘-변위 곡선의 필수로서 간주된다. 효율은 에너지 출력 대 에너지 입력의 비로서 간주된다. 내구성 또는 내피로성(예컨대 반복된 압축 로드/언로드 이벤트 하에 패킹 아웃)은 다수의 (수천 내지 수십만) 반복되는 사이클 동안 이 메트릭 중 임의의 메트릭의 변화에 의해 판단된다.
도 8a 및 도 8b에서, 1cm 슬래브들로 종래의 완충 폼들이 평가되었다. 이 폼들은 깔창들에 일반적이고 거동의 미묘한 차이를 나타낸다. 세 등급은 다른 밀도들(단위: g/cc) 및 경도계들(단위: 아스카 C)을 가졌다. 도 8a에 도시된 대로, 통상적 완충 폼들의 압축력들에 대한 반응은 3개의 스테이지들로 발생한다: (1) 선형 탄성; (2) 플래토; 및 (3) 치밀화. 선형 탄성 영역에서, 폼 셀 벽들의 구조적 무결성이 유지되고, 여기서 셀 벽들은 트러스로서 역할을 하고 탄성 벤딩을 통하여 인가된 하중을 지지한다. 곡선의 선형 탄성 영역에서, 압축은 선형 방식으로 힘을 증가시킴으로써 견딘다. 임계점에서, 셀 벽들은 휘어지고 변형에 대한 최소 저항을 제공하여서, 도 8a 및 도 8b에 나타낸 곡선들의 플래토 영역들에 나타난 것처럼, 힘의 최소 증가로 큰 압축을 가능하게 한다. 마지막으로, 붕괴된 셀들은 결국 서로 충돌하고 재료는 치밀화하여, 치밀화 영역에서 나타낸 힘의 급증에 의해 표시된다.
이런 3-스테이지 반응은 신발 적용에 대해 두 가지 문제점을 발생시킨다. 먼저, 폼의 초기 강성은 압축하는 동안 더 큰 힘을 향해 반응 곡선을 시프트한다. 강성이 상대적으로 낮은 플래토 영역에서도, 추가 압축에 요구되는 힘은 무시할 수 없다. 이것은 착용자에 의해 폼이 더 뻣뻣하고 덜 편안한 것으로 인식되는 결과를 낳는다. 처음에 뻣뻣한 영역은 구체적으로 완충 특성들이 착용자에 의해 실현될 수 있기 전 극복되어야 하는 불편한 "껍질(crust)"과 같은 촉감으로 설명될 수 있다. 추가로, 사용시, 완충 폼들은 종종 셀 붕괴 스테이지를 통하여 사이클링을 반복하게 된다. 셀 벽 휘어짐은 국부적 응력을 유발하는데, 이는 각각의 휘어짐 이벤트로 한정된 양의 소성 변형을 일으킨다. 그 결과, 반복된 사이클로, 셀 벽들이 파괴됨에 따라 폼 반응 곡선은 드리프트하기 시작하고, 폼은 영구 변형된다. 따라서, 의도된 용도에 적절하면서, 개선된 편안함과 내구성을 제공하는 폼 재료에 대한 필요성이 존재한다.
본원에 나타낸 도면들은 모든 가능한 구현예들이 아니라 선택된 실시예들의 단지 예시를 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 원리들에 따른 밑창 구조물을 통합한 신발 물품의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따른 완충 부재를 제조하는 방법의 개략도이다.
도 3은 도 2의 방법에 따라 제조된 완충 부재의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4a는 본 발명의 원리들에 따른 성형 공정의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4b는 본 발명의 원리들에 따른 성형 공정의 다른 예를 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 2의 방법의 적용 전후 전구체 재료의 셀 구조의 일례의 현미경 사진들을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 폐쇄 셀 폼 재료에 대한 압축 효과들을 보여주는 현미경 사진들을 나타낸다.
도 7은 전구체 재료, 종래의 폼 재료, 및 본 발명의 원리들에 따라 형성된 사전 붕괴된 폼 재료에 대한 힘-변위 곡선들을 나타낸 힘-변위 그래프의 일례이다.
도 8a는 종래의 폼 재료들의 3가지 예들에 대한 힘-압축 곡선들을 나타낸 힘-압축 그래프의 일례이다.
도 8b는 종래의 폼들의 3가지 예들 각각에 대한 도 8a의 힘-압축 그래프의 측정된 기울기들을 나타낸 기울기-압축 그래프이다.
도 9a는 종래의 폼 재료들의 3가지 예들 및 본 발명의 원리들에 따라 제조된 사전 붕괴된 폼 재료에 대한 힘-압축 곡선들을 나타낸 힘-압축 그래프의 일례이다.
도 9b는 폼들 각각에 대한 도 9a의 힘-압축 그래프의 측정된 기울기들을 나타낸 기울기-압축 그래프이다.
도 10은 폼들에 수행된 강성 테스트에 대한 일반적인 그래프 힘-휨 곡선의 일례이다.
도 11은 본 발명의 방법의 적용 전후 다양한 폼들에 수행된 강성 테스트들에 대한 힘-휨 곡선들을 나타낸 그래프이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 방법의 적용 전후 다양한 폼들에 대한 푸아송 비와 압축 변형률 사이 관계를 나타낸 그래프들이다.
도 13a 및 도 13b는 재료의 푸아송 비에 대한 본 발명의 방법에 대한 영향의 예를 나타낸 개략도들이다.
도 14a 및 도 14b는 종래의 폼 재료로 형성된 깔창을 갖는 밑창 구조물의 유한 요소 해석 모델들이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 원리들에 따라 제조된 사전 붕괴된 폼으로 형성된 깔창을 갖는 밑창 구조물의 유한 요소 해석 모델들이다.
도 16a 및 도 16b는 사전 붕괴된 폼 대 종래의 폼에 대한 압축 에너지와 최대 변위 사이 관계를 나타낸 그래프들이다.
도 17a 및 도 17b는 사전 붕괴된 폼 및 종래의 폼에 대한 주기적 압축의 결과로서 힘과 변위 사이 관계 변화를 나타낸 그래프들이다.
이하, 예시 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 보다 충분히 설명될 것이다. 예시 실시예들은, 본 개시를 철저히 하고 그 범위를 본 기술분야의 당업자들에게 충분히 전달하도록 제공된다. 특정 구성요소들, 장치들, 및 방법들의 예들과 같은 다수의 구체적인 세부사항들이 제시되어, 본 발명의 실시예들에 대한 철저한 이해를 제공한다. 구체적인 세부사항들을 이용할 필요가 없고, 예시 실시예들은 많은 다른 형태들로 실시될 수 있으며, 둘 다 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점은 본 기술분야의 당업자들에게 분명할 것이다. 일부 예시 실시예들에서, 주지된 공정들, 주지된 장치 구조들, 및 주지된 기술들은 상세히 설명되지 않는다.
본원에 사용된 용어는 단지 특정 예시 실시예들을 설명하기 위한 목적이고 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본원에 사용된 대로, 단수 형태들은 문맥상 명확히 달리 나타내지 않는 한 복수의 형태들도 포함하도록 의도될 수 있다. 용어들 "포함하다," "포함하는," "구비하는," 및 "가지는"은 포괄적인 것이고 따라서 포함된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들 및/또는 구성요소들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 요소들, 구성요소들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다. 본원에 설명된 방법 단계들, 공정들, 및 작동들은 구체적으로 수행 순서로 식별되지 않는 한 논의되거나 나타낸 특정 순서로 반드시 수행해야 하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 부가적 또는 대안적인 단계들을 이용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
요소 또는 시트를 다른 요소 또는 시트 "상에" 있고, "맞물리고," "연결되거나," "결합된" 것으로 언급될 때, 그것은 직접 다른 요소 또는 시트 상에 있고, 맞물리고, 연결되거나, 결합될 수도 있고, 또는 중간 요소들 또는 시트들이 존재할 수도 있다. 반면에, 요소가 다른 요소 또는 시트 "상에 직접" 있고, "직접 맞물리고," "직접 연결되거나," "직접 결합된" 것으로 언급될 때, 중간 요소들 또는 시트들이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 사이 관계를 설명하는데 사용된 기타 단어들도 비슷한 방식으로 해석되어야 한다 (예컨대, "사이" 대 "직접 사이," "인접한" 대 "직접 인접한" 등). 본원에 사용된 대로, 용어 "및/또는"은 연관된 나열 항목들 중 하나 이상의 임의의 모든 조합들을 포함한다.
용어들 제1, 제2, 제3 등은 본원에서 다양한 요소들, 구성요소들, 영역들, 시트들 및/또는 섹션들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이 요소들, 구성요소들, 영역들, 시트들 및/또는 섹션들은 이 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다. 이 용어들은 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 시트 또는 섹션을 다른 영역, 시트 또는 섹션을 구별하는데 사용될 수도 있다. 본원에서 사용될 때 "제1,""제2," 및 기타 수치 용어들과 같은 용어들은 문맥상 명확히 나타내지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 이하 논의되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 시트 또는 섹션은 예시 실시예들의 사상에서 벗어나지 않으면서 제2 요소, 구성요소, 영역, 시트 또는 섹션으로 칭할 수 있다.
공간적으로 상대적 용어들, 예로 "내부," "외부," "밑에," "아래에," "하부," "위에," "상부," 등은 도면들에 도시된 대로 다른 요소(들) 또는 특성부(들)에 대한 하나의 요소 또는 특성부의 관계를 설명하도록 설명의 용이함을 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적 용어들은 도면들에 도시된 배향 이외에 사용시 또는 작동시 장치의 다른 배향들을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면들의 장치를 뒤집으면, 다른 요소들 또는 특성부들 "아래에" 또는 "밑에" 있는 것으로 설명된 요소들은 그러면 다른 요소들 또는 특성부들 "위에" 배향될 것이다. 따라서, 예시 용어 "아래에"는 위와 아래 배향 양자를 포함할 수 있다. 장치는 다르게 배향될 수 있고 (90도 또는 다른 배향으로 회전) 본원에 사용된 공간적으로 상대적 서술자들은 그에 따라 해석될 수 있다.
중합체 폼 재료를 형성하는 방법이 제공되고, (i) 제1 두께를 가지는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 단계, 및 (ⅱ) 일축 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하여 상기 전구체 재료를 제2 두께로 압축하는 단계로서, 상기 압축력은 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 (ⅲ) 압축력을 인가하면서 전구체 재료를 성형 온도로 제1 기간 동안 가열하는 단계로서, 상기 제1 기간은 시차주사 열량 측정법을 통하여 식별될 수 있고 80 ~ 130℃의 범위에 있고, 바람직하게 90 ~ 120℃ 또는 100 ~ 115℃의 범위에 있어야 하는, 융점 또는 유리 전이점에 유사한, 연화 온도를 초과하는 코어 온도로 전구체 재료를 가열하기에 충분한 단계, (ⅳ) 상기 압축력을 상기 전구체 재료로부터 제거하는 단계, 및 (v) 상기 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴된 상태로 유지하는 단계를 포함한다.
일 구성에서, 상기 제1 두께 대 상기 제2 두께의 비는 적어도 1.5:1일 수도 있고, 상기 제2 두께는 3 ㎜ ~ 25 ㎜의 범위에 있거나, 다른 중간 두께일 수 있다. 상기 성형 온도는 120℃ ~ 400℃의 범위에 있을 수 있고, 상기 제1 기간은 120초 ~ 1100초의 범위에 있을 수 있고, 그리고/또는 상기 전구체 재료는 저밀도 개방 셀 폴리우레탄일 수 있다.
상기 방법은 상기 압축력을 인가하면서 제2 기간 동안 냉각 온도로 상기 전구체 재료를 냉각하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 상기 냉각 온도는 상기 연화 온도 미만이다. 일 구성에서, 상기 냉각 온도는 0℃ ~ 10℃의 범위에 있다.
상기 제1 기간은 전구체 재료를 전구체 재료의 연화 온도보다 높게 가열하여서, '파괴'되지 않으면서 유입되고 붕괴된 상태를 취하는 분자 운동을 허용하기에 충분할 수 있고, 상기 제2 기간은 전구체 재료를 연화 온도 미만으로 냉각하여서 새로운 붕괴된 형태로 폼을 동결시키거나 동적으로 트랩하기에 충분할 수 있다. 이는 폼의 미세조직 형태를 변화시킴으로써 강성과 내구성 사이 균형을 깨는 본 발명의 원리를 촉진시키는 역할을 한다.
일 구성에서, 압축력은 대략 30 ㎏/㎠의 압력일 수 있다.
신발 물품용 완충 부재를 형성하는 방법이 제공되고 (i) 제1 두께를 가지는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 단계, 및 (ⅱ) 일축 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하여 상기 전구체 재료를 제2 두께로 압축하는 단계로서, 상기 압축력은 상기 전구체 재료의 셀 구조들을 붕괴된 상태로 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 (ⅲ) 셀 구조들을 붕괴된 상태로 유지하면서 전구체 재료의 연화 온도를 초과하는 제1 온도로 상기 전구체 재료를 가열하는 단계, 및 (ⅳ) 셀 구조들을 붕괴된 상태로 유지하면서 상기 전구체 재료를 전구체 재료의 연화 온도 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계를 추가로 포함한다.
일 구성에서, 상기 제1 두께 대 상기 제2 두께의 비는 적어도 1.5:1일 수도 있고, 상기 제2 두께는 4 ㎜ ~ 6 ㎜의 범위에 있을 수 있고, 상기 전구체 재료는 130℃ ~ 400℃, 보다 특히 140℃ ~ 200℃, 보다 특히 145℃ ~ 185℃의 범위에 있는 성형 온도로 가열될 수 있다. 상기 전구체 재료는 120초 ~ 1100초의 범위에 있는 기간 동안 가열될 수 있고, 상기 전구체 재료는 저밀도의 개방 셀 폴리우레탄일 수 있고, 상기 전구체 재료는 0℃ ~ 10℃의 범위에 있는 냉각 온도로 냉각될 수 있고, 그리고/또는 상기 압축력은 30 ㎏/㎠의 압력일 수도 있다.
상기 방법은 상기 전구체 재료를 깔창, 인솔, 미드솔, 완충 인서트, 및 아웃솔 중 하나의 형상으로 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 완충 부재는 신발 물품에 통합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 신발 물품(10)은 갑피(12) 및 밑창 구조물(14)을 포함한다. 신발 물품(10)은 하나 이상의 영역들로 나누어질 수 있다. 영역들은 전족 영역(16), 중족 영역(18), 및 뒤꿈치 영역(20)을 포함할 수 있다. 갑피(12)는 밑창 구조물(14)에 지지하기 위해 발을 수용해 고정하도록 구성된 내부 보이드(22)를 규정하는 내부면들을 포함한다. 갑피(12)는 내부 보이드(22)를 형성하도록 함께 꿰매거나 접착 본딩되는 하나 이상의 재료들로 형성될 수 있다. 갑피의 적합한 재료들은 메쉬, 직물, 폼, 가죽, 및 합성 가죽을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 재료들은 내구성, 통기성, 내마모성, 유연성, 및 편안함 특성들을 부여하도록 선택되고 위치될 수 있다.
일부 예들에서, 갑피(12)는 밑창 구조물(14)에 대향하는 바닥면 및 내부 보이드(22)의 풋베드를 규정하는 대향하는 상단면을 가지는 스트로벨(24; strobel)을 포함한다. 스티칭 또는 접착제는 스트로벨(24)을 갑피(12)에 고정시킬 수 있다. 풋베드는 발의 바닥면(예컨대, 발바닥)의 프로파일에 맞도록 윤곽을 이룰 수 있다. 선택적으로, 갑피(12)는 또한 스트로벨(24) 상에 배치되고 갑피(12)의 내부 보이드(22) 내에 놓여서 발의 발바닥 면을 수용하여 신발 물품(10)의 편안함을 향상시킬 수 있는 인솔(26) 또는 깔창과 같은 추가 층들을 포함할 수 있다.
뒤꿈치 영역(20)의 발목 개구부(28)는 내부 보이드(22)로 접근을 제공할 수 있다. 예를 들어, 발목 개구부(28)는 발을 수용하여 발을 보이드(22) 내에 고정하고 내부 보이드(22)로 발의 진입 및 제거를 용이하게 할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 패스너들(30)은 갑피(12)를 따라 연장되어서 발 주위 내부 보이드(22)의 맞춤을 조절하고 그로부터 발의 진입 및 제거를 용이하게 할 수 있다. 갑피(12)는 패스너들(30)을 수용하는 패브릭 또는 메쉬 루프들과 같은 아일릿들 및/또는 다른 맞물림 특성부들과 같은 애퍼처들(32)을 포함할 수도 있다. 패스너들(30)은 레이스들, 스트랩들, 코드들, 훅 및 루프, 또는 임의의 다른 적절한 유형의 패스너를 포함할 수 있다. 갑피(12)는 내부 보이드(22)와 패스너들(30) 사이에 연장되는 텅 부분(34)을 포함할 수 있다.
밑창 구조물(14)은 갑피(12)의 스트로벨(24)에 부착되고, 발과 지표면 사이에 계면을 제공하기 위한 하나 이상의 구성요소들(36, 38)을 포함한다. 예를 들어, 밑창 구조물(14)은 미드솔(36) 및 아웃솔(38)을 포함할 수 있다. 미드솔(36)은 완충 및 안정성 특징들을 신발에 제공하도록 구성되고, 폼들, 복합재들, 유체 충전 블래더들, 기계적 댐프너들, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 아웃솔(38)은 밑창 구조물(14)의 지면 맞물림 계면을 제공하도록 구성되고, 내구성 및 그립 특징들을 부여하는 재료로 형성될 수도 있다. 일부 예들에서, 밑창 구조물은 부드러운 지표면들에 맞물리기 위한 클리트들 또는 스터드들과 같은 견인력 요소들을 포함할 수도 있다.
도 2 내지 도 4b를 참조하면, 신발 물품(10)용 폼 완충 부재(300)를 형성하기 위한 방법(200)이 제공된다. 도시된 예시에서, 신발(10)의 인솔(26)로서 완충 부재(300)를 형성하는데 대한 방법(200)이 나타나 있다. 하지만, 방법은 유사하게 신발(10)의 폼 미드솔들, 아웃솔들, 인서트들 또는 다른 완충 부재들의 제조에 적용될 수 있다.
방법(200)의 제1 단계(210)에서, 적절한 전구체 재료(302)가 선택된다. 테스트 중, 개방 셀 폼들이 본 발명에 따른 완충 부재들을 형성하는 데 유리한 특성들을 발휘하는 것을 발견하였다. 특히, 각각의 셀들의 벽들이 압축력을 부여받을 때 붕괴되거나 휘어질 수 있다는 점에서 개방 셀 구조를 가지는 폴리우레탄 폼들이 유리하다. 이러한 폼 재료들은, 셀 벽들의 구조적 무결성이 손상되면 보다 유리한 완충 특징들을 나타낸다.
붕괴식 개방 셀 폼들과 달리, 폐쇄 셀 폼들은 압축력들을 부여받을 때 덜 유리한 완충 특징들을 나타내었다. 구체적으로, 폐쇄 셀 폼들에서 셀 벽들은 압축될 때 붕괴되지 않고, 단지 치밀화되어서 압축된 셀 구조를 형성한다. 폐쇄 셀 폼들의 압축 중, 셀 구조들은 치밀화에도 불구하고 유사한 형태로 유지된다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b는 이완된 상태(즉, 0% 압축) 및 압축된 상태(즉, 65% 압축)에서 폐쇄 셀 폼(예컨대, 에틸렌-비닐 아세테이트)의 셀 구조들의 현미경 사진들을 나타낸다. 나타낸 것처럼, 압축된 상태의 셀들, 폐쇄 셀 폼은 더 조밀하게 패킹되지만, 붕괴된 벽들을 갖지 않는다. 그러므로, 폐쇄 셀 폼들에 대한 힘-휨 곡선들은 개방 셀 폼들에 대해 전술한 대로 "플래토" 영역을 포함하지 않는다.
개방 셀 구조를 갖는 폼을 선택하는 것 이외에, 방법(200)을 위한 적절한 재료들은 50% 압축으로 열성형될 수 있어서, 재료의 변환 비는 80%를 초과하고, 보다 바람직하게, 90%를 초과한다. 본 개시를 위해, 변환 비는 열성형 단계 중 가해진 재료의 압축 높이 대 열성형 24시간 후 재료의 최종 높이의 비로서 규정된다. 예를 들어, 12 ㎜ 두께를 갖는 전구체 재료는 열성형 중 6 ㎜의 높이로 붕괴된 상태로 압축된 후, 압축 제거 전 붕괴된 상태에서 냉각되도록 허용될 수 있다. 적절한 전구체 재료들은 열성형 24시간 후 7.5 ㎜ 미만의 두께(즉, 6.0 ㎜/7.5 ㎜ = 80%)를 유지할 것이고, 보다 바람직하게, 6.67 ㎜ 미만의 두께(즉, 6 ㎜/6.67 ㎜ =90%)를 유지할 것이다. 이하 더 상세히 설명되는 것처럼, 열성형 후 붕괴된 상태로 전구체 재료를 유지하는 것이 바람직하므로, 높은 변환율들을 갖는 재료들은 본원에 설명된 방법(200)에서 사용하기에 유리하다.
추가로, 방법(200)을 이용해 형성된 완충 부재들(300)의 완충 및 내구성 특성들에 영향을 미치는 전구체 재료의 다양한 물성들이 발견되었다. 이하 표 1은 본 발명에 따른 완충 부재들(300)의 형성에 유리한 것으로 발견된 물성들의 목록을 제공한다. 표 2는 적절하게 테스트되고 수행된 재료들의 물성들의 목록을 제공한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
일부 예들에서, 전구체 재료는 슬래브 또는 시트 스톡으로서 제공되고, 여기서 전체 전구체는 전구체 재료로 균질하고 연속적으로 형성된다. 하지만, 일부 예들에서, 전구체 폼 스크랩 시트들 및 조각들은 절단된 복합재 폼 전구체 재료를 형성하기 위해서 재조합될 수 있는 조각들(밀리미터 크기 내지 센티미터 크기의 조각들)로 컷팅되거나 절단될 수 있다. 일부 예들에서, 최대 20%의 그라운드 EVA 폼 또는 폴리우레탄 폼 스크랩 재생 함량은 또한 복합재 폼 제형에 혼합되어 포함될 수 있다.
복합재 전구체 재료를 형성하기 위해서, 폼 조각들은 연화 온도보다 높게 (약 ~ 120 내지 170℃로) 조각들을 가열하고 조각들을 시트들 또는 블록들로 가볍게 압축함으로써 본딩된다. 여기서, 조각들은 대략 10% ~ 50%만큼 압축될 수 있고, 이는 본딩을 용이하게 하기에 충분한 압축이지만 이하 더 상세히 설명되는 다른 특성들을 도출하는 폼의 미세조직 변화를 개시하기 위한 한계 압축에 도달하지 않는다. 절단된 복합재 전구체를 형성할 때, 조각들 사이 부착은 소량의 분무식 접착제 또는 핫멜트(< 1 중량%)를 첨가함으로써 개선될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 다양한 양들의 폴리올 및 이소시아네이트(폴리우레탄 전구체들)는 이 스테이지에서 첨가되어 조각들을 바인딩하거나 부착할 수 있다.
그 후, 절단된 복합재 전구체는 원하는 대로 라미네이팅된 핫멜트 필름 또는 탑 클로스로 일면 또는 양면에 캘린더링 및 코팅되어 절단된 복합재 전구체에 추가 무결성을 제공하는 것을 도울 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 복합재 시트들 또는 폼 블록들은 더 얇은 두께들로 벤 후 캘린더링 및 코팅될 수 있다.
전구체 재료(302)의 초기 두께(TI)는 완충 부재(300)의 원하는 최종 두께(TF) 및 압축 비(CR)를 기반으로 선택된다. 압축 비(CR)는 초기 두께(TI) 대 최종 두께(TF)의 비이고, 완충 부재의 원하는 성능 특징들에 따라 1.5:1 내지 4:1의 범위에 있을 수 있다. 그러므로, 초기 두께(TI)는 성형 공정(240) 중 전구체 폼의 압축을 처리하도록 선택될 것이다. 일부 예들에서, 전구체의 초기 두께(TI)는 일정할 수 있어서, 전체 전구체(302)는 동일한 초기 두께(TI)를 갖는다. 완충 부재(300)의 최종 두께(TF)가 또한 깔창들 또는 인솔들에서처럼 실질적으로 일정한 경우에 일정한 초기 두께(TI)를 갖는 전구체(302)가 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 전구체 재료(302)의 초기 두께(TI)는 완충 부재(300)의 다양한 두께들을 처리하기 위해서 가변적일 수도 있다. 예를 들어, 완충 부재(300)가 미드솔인 경우에, 최종 두께(TF)는 전족 영역(16)에서보다 뒤꿈치 영역(20)에서 더 클 수 있다. 그러므로, 전구체(302)의 초기 두께(TI)는 도 3에 도시된 대로 가변 초기 두께(TI1-3)를 제공하도록 성형 전 윤곽을 이룰 수 있다. 대안적으로, 일정한 초기 두께(TI)를 가지는 전구체(302)는 가변 최종 두께(TF)를 가지는 용도에 사용될 수 있고, 여기서 성형 단계(240) 중 전구체에 적용된 압축 비(CR)는 가변적이다. 예를 들어, 전족 영역(16)은 3.5:1의 압축 비를 부여받을 수 있고 뒤꿈치 영역(20)은 2.3:1의 압축 비를 부여받을 수 있다. 일부 예들에서, 가변 초기 두께(TI1-3)를 갖는 전구체(302)는 도 3에 도시된 대로 가변 최종 두께(TF1-4)를 갖는 완충 부재(300)를 형성하도록 가변 압축 비(CR1-4)와 조합하여 사용될 수 있다.
일단 전구체(302)에 대한 특성들(예컨대, 재료 유형, 구조, 두께)이 선택되면, 전구체(302)는 선택적 라미네이션 단계(220)를 부여받을 수 있어서, 탑 클로스(304)는 전구체(302)의 상부면에 적층되고, 이는 결국 신발(10)과 함께 사용될 때 완충 부재(300)의 풋베드로서 역할을 한다. 탑 클로스(304)는 예를 들어 통기성, 내수축성, 내마모성, 색상 견뢰도, 접착성, 및 내구성의 바람직한 특성들을 갖는 한 가지 이상의 유형들의 패브릭들로 형성될 수 있다. 탑 클로스(304)는 대략 0.15 ㎜의 두께로 전구체의 상부면에 코팅으로 적용되는 핫멜트 접착제 필름, 물로 운반되거나 용제 운반되는 접착제, 또는 시멘트를 사용해 전구체(302)의 상부면에 부착된다. 도 2에서 단계(220)로 나타낸 것처럼, 탑 클로스(304)는 압축 롤링 공정을 이용해 적용될 수 있어서, 적층된 전구체(302) 및 탑 클로스(304)는 롤러들을 통하여 인가된 압력을 부여받아서 탑 클로스(304)를 전구체(302)의 상부면에 고정한다. 일부 예들에서, 탑 클로스(304)는 성형 단계(240) 후 전구체(302)에 적용될 수 있다. 하지만, 성형 단계(240) 후 탑 클로스(304)가 적용되면, 전구체 재료의 연화 온도(tG)보다 높은 적용 및 경화 온도가 사용되지 않을 수 있는데, 이것은 완충 부재(300)의 사전 붕괴된 셀 구조의 이완을 유발할 수 있기 때문이다.
전구체(302) 및 탑 클로스(304)는 재료의 시트, 블록, 또는 롤로서 벌크 형태로 제공되고 라미네이팅될 수 있다. 그러므로, 후술되는 성형 단계(240) 전, 전구체(302) 및 탑 클로스(304)는 몰드들의 캐비티들로 삽입하기에 적절한 크기를 가지는 성형 블랭크들(306)로 절단될 수 있다. 일부 예들에서, 전구체(302) 및 탑 클로스(304)는 라미네이션 단계(220) 전 성형 크기로 제공될 수 있다. 다른 예들에서, 성형 시스템은 벌크 형태로 전구체(302) 및 탑 클로스(304)를 수용하도록 구성될 수 있어서, 어떠한 절단도 필요하지 않다.
일단 준비되면, 전구체(302)는, 도 5에 도시된 대로, 전구체(302)의 셀 구조를 이완된 상태에서 균질하게 붕괴된 상태로 천이하도록 열, 압축, 및 냉각을 함께 전구체(302)에 부여하는 성형 단계(240)로 처리된다. 2개의 다른 성형 공정들(240)은 유리한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌다: (1) 도 4a에 도시된 바와 같은 개방-몰드, 열 프레스 공정(240a); 및 (2) 도 4b에 도시된 바와 같은 밀폐 파일론(Phylon) 성형 공정(240b).
도 4a를 참조하면, 열 프레스 공정(240a)이 도시된다. 열 프레스 공정(240a)에서, 상부 몰드(1002) 및 하부 몰드(1004)를 포함하는 성형 시스템(1000)이 제공된다. 상부 몰드(1002) 및 하부 몰드(1004)는 몰드 면들(1006)을 가지는 압반들(1002, 1004)인 것으로 설명될 수도 있다. 상부 몰드(1002) 및 하부 몰드(1004) 각각은 가열 코일(1008)과 같은 열원에 의해 직접 가열되어서, 몰드 면들(1006)은 능동적으로 가열된다. 몰드 면들(1006)은 평면일 수도 있고, 또는 완성된 완충 부재(300)의 원하는 프로파일에 대응하는 윤곽의 프로파일을 가질 수도 있다. 나타낸 것처럼, 성형 시스템(1000)은 오픈 에어형 성형 시스템(1000)이고, 그리하여 상부 및 하부 몰드들(1002, 1004)은 전구체(302)를 성형하기 위한 밀폐 캐비티를 형성하지 않고, 그 대신 전구체(302)의 측면들이 환경에 노출된 상태로 유지되면서 단지 몰드 면들(1006)에 의해 단축으로 압력을 인가한다. 그러므로, 열은 밀폐 몰드에서보다 더 빠른 속도로 전구체(302)로부터 방출될 수 있다.
열 프레스 공정(240a)의 제1 단계(242a)에서, 전구체(302)가 초기 두께(TI)를 가진 채 전구체(302)는 미압축 상태에서 성형 시스템(1000)으로 로딩된다. 도 5에 도시된 대로, 미압축 상태(CR = 1:1)에서, 셀 벽들의 구조적 무결성을 유지하도록 전구체(302)의 셀 구조는 전구체(302)의 두께(TI) 전체에 걸쳐 붕괴되지 않는다.
상부 몰드(1002) 및 하부 몰드(1004)는 전구체 재료(302)의 연화 온도(tG)보다 높은 성형 온도(tM)로 가열된다. 성형 온도(tM)를 원하는 범위 내에서 유지하는 것은 붕괴된 셀 구조의 균일한 형성 및 유지에 중요하다. 예를 들어, 성형 온도(tM)는 전체 전구체(302)가 재료의 연화 온도(tG)보다 높게 가열될 수 있도록 보장하기에 충분히 높아야 하지만, 전구체(302)의 "스키닝(skinning)"을 최소화하기에 충분히 낮아야 한다. 성형 온도(tM)가 너무 낮으면, 전구체(302)의 셀 구조는 연화 및 재유동하지 않아서 붕괴된 셀들이 붕괴된 상태에서 재성형될 수 있도록 허용할 것이다. 그러므로, 성형 압력이 제거될 때 전구체(302)는 미붕괴 상태로 리바운드되어 되돌아갈 것이다. 한편, 성형 온도(tM)가 너무 높으면, 그것은 연화 온도(tG)가 전체 전구체(302)를 포화시킬 수 있기 전 몰드 면들(1006)에 인접한 전구체(302)의 영역들이 연화 온도(tG)보다 상당히 높게 가열될 수 있도록 할 것이다. 특히, 전구체(302)의 노출된 외주의 가열은, 비교적 차가운 외부 대기로 전구체(302) 외주의 노출로 인해 전구체(302)의 상부면 및 하부면의 가열보다 뒤쳐질 수 있다. 그 결과, 조밀한 "스킨" 층이 몰드 면들(1006)에 인접한 전구체(302)에 형성할 수 있다. 얇은 스킨 층이 적절하고, 또는 경우에 따라서는 더욱 바람직하지만, 스킨은 전형적으로 증가된 셀 밀도 및 강성과 연관되고 완충 부재(300)의 유효 완충 두께를 최소화하므로 과도한 스킨은 완충 부재의 완충 특징들에 악영향을 미칠 수도 있다. 상기 표 2의 재료(A)를 사용한 테스트들에서, 180℃ ~185℃의 성형 온도(tM) 범위는 유리한 결과들을 제공하는 것으로 밝혀져서, 성형된 전구체(302)는 붕괴된 형태로 유지되고 최소 스킨 형성을 가졌다.
여전히 도 4a를 참조하면, 열 프레스 공정(240a)의 성형 단계(244a)에서, 상부 몰드(1002) 및 하부 몰드(1004)는 서로를 향해 이동하여서 전구체(302)에 단축 성형 압력(PM)을 부여받는다. 성형 압력(PM)은 완충 부재(300)의 원하는 압축 비(CR) 및/또는 최종 두께(TF)를 제공하도록 설정된다. 본원에서 논의된 대로, 압축 비(CR)는 완충 부재(300)의 원하는 성능 특징들을 기반으로 선택될 수도 있다. 하지만, 적어도 1.5:1의 압축 비(CR)는 전구체(302)의 전체 두께에 걸쳐 셀 구조의 균일한 붕괴를 보장하는 것으로 밝혀졌다. 일 예시에서, 전구체(302)의 초기 두께(TI)가 12 ㎜이고 최종 두께(TF)가 5.5 ㎜인 경우, 30 ㎏/㎠의 압력은 전체 셀 구조를 붕괴하는 데 충분한 것으로 밝혀졌다. 도 5는 2:1, 2.5:1, 및 3:1의 압축 비들(CR)의 부여 후 재료(A)의 현미경 사진들을 보여준다. 나타낸 것처럼, 각 예시의 셀 구조들은 상단면, 코어, 및 바닥면 각각에서 균일하게 압축되고 붕괴되어서, 전구체(302)는 최종 두께(TF)에 걸쳐 균일하게 붕괴된 셀 구조를 갖는다.
전구체(302)는 성형 온도가 전구체 재료의 연화 온도(tG)보다 높게 전구체의 코어 온도(tP)를 승온시키기에 충분한 기간 동안 성형 압력(PM) 및 성형 온도(tM)를 부여받는다. 위에서 검토한 대로, 성형 시간 및 성형 온도에 대한 레시피는 외부면들의 과열(즉, 스키닝)을 최소화하면서 전체 전구체(302)가 연화 온도(tG)보다 높은 온도로 포화되는 것을 보장하도록 균형을 요구한다. 재료(A)를 사용한 예시들에서, 180℃ ~ 185℃의 성형 온도(tM)에서 120초의 성형 시간은 적어도 30초의 기간 동안 전구체(302)의 코어 온도(tP)를 180℃의 온도로 승온시켜 유지하기에 충분하였다. 성형 시스템(1000) 내 30초 체류 시간은 성형 온도(tM)가 전구체(302)를 포화시키도록 보장하였고, 모든 셀들이 단축 성형 압력(PM)에 의해 부여된 붕괴된 구조를 취할 수 있도록 허용하였다. 일부 예들에서, 더 긴 체류 시간, 예로 60초의 체류 시간이 사용될 수도 있다.
열 및 압력의 적용 후, 전구체(302)는 성형 압력(PM)을 제거하기 전 연화 온도(tG) 미만의 코어 온도(tP)로 냉각하도록 허용된다. 그리하여, 전구체(302)는 경화되고 열 및 압력을 받은 붕괴된 셀 구조는 유지된다. 전술한 대로, 성형 시스템(1000)은 오픈 에어형 성형 시스템이므로, 전구체(302)의 주변은 주위 환경(즉, 외기)에 노출되고 전구체(302)는 압축된 상태로 있으면서 수동적으로 냉각하도록 허용될 수 있다. 대안적으로, 전구체(302) 또는 몰드들(1002, 1004) 중 하나 이상에 냉각 유체를 제공함으로써 전구체(302)는 능동적으로 냉각될 수 있다.
여전히 도 4a를 참조하면, 단계(248a)에서 전구체(302)가 연화 온도(tG) 미만으로 냉각되면 전구체(302)는 성형 시스템(1000)으로부터 제거된다. 여기서, 전구체(302)의 셀 구조는 도 5의 예들에 도시된 대로 붕괴된 상태로 유지되고, 전구체(302)는 이하 더 상세히 논의되는 바와 같이 다양한 마무리 단계들(250, 260, 270)로 진행할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 방법(200)에 적절한 성형 공정(240b)의 대안 예가 제공된다. 도 4a에 대해 위에서 논의된 열 프레스 공정(240a)과 달리, 도 4b의 성형 공정(240b)은 전구체(302)를 수용하여 성형하기 위한 몰드 캐비티(1010)를 협동하여 규정하는 상부 몰드 플레이트(1002a) 및 하부 몰드 플레이트(1004a)를 갖는 밀폐형 성형 시스템(1000a)을 이용한다. 성형 시스템(1000a)은 상업적으로 파일론 성형 공정으로 알려져 있다. 성형 시스템(1000a)의 몰드들(1002a, 1004a)은 캐비티(1010) 내에 미압축 전구체(302)를 수용하도록 구성되고, 그 후 전구체(302) 상에서 몰드들(1002a, 1004a)을 압축하도록 열과 압력을 인가하는 프레스의 가열된 압반들 사이에 배치된다. 따라서, 상부 및 하부 몰드들(1002, 1004)을 통하여 전구체에 열 및 압력을 직접 인가하는, 도 4a의 성형 시스템(1000)과 달리, 열 및 압력은 프레스로부터 몰드들(1002a, 1004a)을 통하여 전구체(302)로 간접적으로 인가된다. 그러므로, 이하 논의되는 바와 같이, 몰드들(1002a, 1004a)을 통하여 열이 전도되어야 하므로, 파일론 성형 공정(240b)을 위한 성형 시간들이 더 길 수도 있다. 몰드들(1002a, 1004a)은 비교적 큰 질량을 가지고 열을 유지하도록 구성되기 때문에, 성형 시간이 만료된 후 몰드들(1002a, 1004a)은 몰드들(1002a, 1004a)을 냉각하기 위한 능동 냉각 시스템(1012)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 성형 시스템(1000a)은 외부 열 교환 시스템(미도시)으로부터 몰드들(1002a, 1004a)로 열 전달 유체(1016)를 제공하기 위한 복수의 도관들(1014)을 포함할 수 있다.
파일론 성형 공정(240b)의 제1 단계(242b)에서, 초기 두께(TI)를 가지는 미압축 전구체(302)는 하부 몰드(1004a)에 의해 규정된 캐비티(1010)의 부분으로 로딩된다. 그 후, 전구체(302)의 상부가 상부 플레이트(1002a)에 의해 규정된 몰드 캐비티(1010)의 부분 내에 수용되도록 상부 몰드(1002a)는 전구체(302) 상단에 위치된다. 일부 예들에서, 상부 및 하부 몰드들(1002a, 1004a)은 프레스(1020)로 삽입 전 수동으로 폐쇄될 수 있다. 하지만, 전구체가 수동 폐쇄를 방지하는 상대적으로 높은 밀도 또는 두께를 가지는 경우에, 상부 및 하부 몰드들(1002a, 1004a)은 프레스(1020)의 압력에 의해 폐쇄될 수도 있다.
파일론 성형 공정(240b)의 성형 단계(244b)에서, 성형 온도(tM) 및 체류 시간은 열 프레스 공정(240a)에 대해 전술한 시간들 및 온도들과 상이할 것이다. 특히, 전술한 공정(240a)이 오픈 에어형 공정이고 전구체(302)로부터 상대적으로 높은 열 방출률을 허용하는 경우에, 파일론 성형 공정(240b)의 밀폐 몰드들(1002a, 1004a)은 상대적으로 낮은 열 방출률을 겪는다. 그러므로, 파일론 성형 공정(240b)에서 사용된 성형 온도(tM) 및 코어 온도(tP)는 열 프레스 공정(240a)에서 사용된 성형 온도(tM) 및 코어 온도(tP)보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 180℃ ~ 185℃의 성형 온도(tM) 및 180℃의 코어 온도가 열 프레스 공정(240a)에서 사용되어서 전체 전구체(302)가 재료(A)의 연화 온도(tG)(예컨대, 113℃)보다 높게 승온되도록 보장하는 경우에, 파일론 성형 공정에서 몰드들(1002a, 1004a)은 140℃의 전구체 코어 온도를 달성하도록 165℃로 가열된다. 밀폐 몰드 캐비티(1010)로부터 유발되는 최소화된 열 방출은, 하부 몰드 온도(tM) 및 코어 온도(tP)에도 불구하고, 전체 전구체(302)가 연화 온도(tG)보다 높게 가열될 수 있도록 허용한다.
열 방출률은 열 프레스 공정(240a)과 비교해 파일론 성형 공정(240b)에서 상대적으로 낮지만, 더 낮은 성형 온도(tM) 뿐만 아니라, 가열되어야 하는 몰드들(1002a, 1004a)의 증가된 질량으로 인해 체류 시간은 더 길다. 재료(A)에 적용된 파일론 성형 공정(240b)의 예에서, 몰드들(1002a, 1004a)은 390초 동안 165℃로 가열되고, 이는 전구체(302)의 코어 온도(tP)가 적어도 60초의 기간 동안 140℃로 가열되어 유지될 수 있도록 허용한다. 파일론 성형 공정(240b)에 사용된 60초 체류 시간은, 붕괴된 상태에서 재성형하기에 충분한 시간이 전구체(302)의 모든 셀들에 제공되도록 보장하기에 적절하다. 일부 예들에서, 성형 시간은 전구체(302)의 재료 유형, 최종 두께(TF), 및/또는 밀도에 따라 실질적으로 390초(예컨대 1100초)보다 길 수 있다.
파일론 성형 공정(240b)은 또한 전구체(302)의 온도를 연화 온도(tG) 미만으로 낮추기 위한 능동 냉각 단계(246b)를 포함한다는 점에서 열 프레스 공정(240a)과 상이하다. 도 4b에 도시된 대로, 단계(246b)에서 냉각 유체(1016)는 도관들(1014)을 통하여 순환되어서 몰드들(1002a, 1004a)을 냉각한다. 재료(A)에 적용된 파일론 성형 공정(240b)의 예에서, 몰드들(1002a, 1004a)은 10℃로 390초 동안 냉각되고, 이는 전구체(302)의 코어 온도(tP)가 냉각되어 30℃로 적어도 60초의 기간 동안 유지된다. 다른 예들에서, 몰드들(1002a, 1004a)은 전구체(302)의 재료 유형, 두께, 및 밀도에 따라 0℃ ~ 10℃ 범위의 온도로 냉각될 수 있다.
열 프레스 공정(240a)과 마찬가지로, 단계(248b)에 나타낸 대로 전체 전구체(302)가 연화 온도(tG) 미만으로 냉각되면 전구체(302)는 성형 시스템(1000a)으로부터 제거된다. 여기서, 전구체(302)의 셀 구조는 도 4b의 예들에 나타낸 것처럼 붕괴된 상태로 유지된다. 이 점에서, 전구체(302)는 이하 더 상세히 논의되는 바와 같이 다양한 마무리 단계들(250, 260, 270)로 진행할 수 있다.
전구체(302)에 걸쳐 보다 균일한 온도 구배를 지속하려는 몰드들(1002a, 1004a)의 경향, 및 열 프레스 공정(240a)에서보다 몰드들(1002a, 1004a)로 더 큰 압축력을 인가할 수 있는 능력 때문에, 파일론 성형 공정(240b)은 열 프레스 공정(240a)보다 더 큰 최종 두께들(TF) 및 압축 비들(CR)을 가지는 완충 부재들을 형성하기에 유리하다. 예를 들어, 열 프레스 공정(240a)은 인솔들 및 깔창들과 같은 최대 7mm의 최종 두께들(TF)을 갖는 완충 부재들(300)에서 이용될 수 있고, 파일론 성형 공정(240b)은 최대 6㎜ 초과의 최종 두께들(TF)을 갖는 완충 부재들을 위해 사용될 수 있다.
재료(A)로 형성되고 12mm의 초기 두께 (TI) 및 4 ㎜ ~ 6 ㎜ 범위의 최종 두께(TF)를 가지는 전구체에 대해 상기 예들이 제공되지만, 성형 온도들(tM) 및 시간들은 재료 유형, 압축 비(CR), 및 최종 두께(TF)에 따라 변할 것이다. 그럼에도 불구하고, 일반적인 성형 레시피는 성형 공정(240), 재료 유형, 압축 비(CR), 또는 최종 두께(TF)에 관계없이 동일하게 유지될 것이고, 다음 단계들을 포함한다: (1) 전체 두께에 걸쳐 셀 구조를 균일하게 붕괴시키도록 전구체의 두께를 따라 단축 압축을 인가하는 단계; (2) 모든 셀들을 붕괴된 상태로 재성형할 수 있도록 미리 정해진 기간 동안 재료 연화 온도(tG)보다 높게 전구체를 가열하는 단계; (3) 셀들을 붕괴된 상태로 경화할 수 있도록 압력을 부여받으면서 미리 정해진 기간 동안 재료 연화 온도(tG) 미만으로 전구체를 냉각하는 단계; 및 (4) 셀 구조가 붕괴된 상태로 유지되도록 압축을 제거하는 단계. 이하, 표 3은 전술한 열 프레스 공정(240a) 및 파일론 공정(240b)을 사용해 상이한 두께들의 완충 부재들을 형성하기 위한 예시 파라미터들을 제공한다.
Figure pat00003
성형 공정들(240a, 240b)은, 전구체(302)가 초기 두께(TI)에서 최종 두께(TF)로 압축되고 일정 기간 동안 성형 온도(tM)로 가열되는 단일 스테이지를 포함하는 것으로 위에서 설명되지만, 일부 예들에서, 성형 공정(240a, 240b)의 성형 단계(244a, 244b)는 다수의 스테이지들로 수행될 수 있다. 예를 들어, 전구체(302)는 처음에 초기 두께(TI)로부터 최종 두께(TF)보다 큰 중간 두께로 압축될 수 있고, 제1 성형 기간 동안 성형 온도(tM)로 유지된다. 제1 성형 기간 후, 전구체(302)는 최종 두께(TF)로 압축되고 제2 성형 기간 동안 성형 온도(tM)로 유지된다. 일부 예들에서, 멀티 스테이지 성형 공정(240a, 240b)은 각각의 성형 기간 사이 지속 기간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 성형 기간 후, 전구체(302)는 냉각되어 연장된 기간(예컨대, 24시간) 동안 이완된 상태(즉, 압력이 인가되지 않음)로 있도록 허용될 수 있다. 지속 기간 후, 전구체(302)는 전구체를 최종 두께(TF)로 천이하는 제2 성형 기간을 부여받는다. 대안적으로, 전구체(302)는 지속 기간 중 중간 두께로 압축된 상태로 유지할 수 있다. 이하, 표 4는 앞서 언급한 멀티 스테이지 성형 공정과 전술한 단일 스테이지 성형 공정 사이 비교 예를 제공한다.
Figure pat00004
성형 공정(240)의 종료 후, 전구체 재료의 물성들(표 1)은 사전 붕괴된 구조로 전구체 재료의 압축 및 변형 결과로 변형된다. 사전 붕괴된 전구체 재료의 재료 특성들 예는 이하 표 5에 제공된다.
Figure pat00005
계속 도 2를 참조하면, 일단 성형 공정(240)이 완료되면, 성형된 완충 부재들(300)은 셰이핑 단계(250)로 진행하여 전구체 블랭크(306)로부터 제거된다. 일부 예들에서, 완충 부재들(300)은 다이 커팅될 수도 있다. 하지만, CNC 커팅 장치들(예컨대, 커터들, 레이저들, 워터제트들 등)과 같은 다른 커팅 방법들이 이용될 수도 있다. 그 후, 완충 부재들(300)은 에지 버핑 단계(260)를 통하여 처리되어서 완충 부재(300)의 외주로부터 결함들을 제거한다. 마지막으로, 방법(200)의 단계(270)에서 완충 부재들(300)은 인쇄되고 패킹된다.
완충 부재들에서 사용된 종래의 폼 재료들에 대해 위에서 제공된 대로, 더 큰 밀도를 갖는 폼들은 반복된 사용으로 치밀화되고 뻣뻣해질 가능성이 더 적지만 발에 덜 관용적이고, 더 낮은 밀도를 갖는 폼들은 더 관용적이지만 시간이 경과함에 따라 열화될 가능성이 더 크기 때문에, 내구성은 개선된 편안함을 제공하기 위해 종종 희생되어야 하고, 그 반대도 마찬가지이다. 폼 재료들에 대한 내구성과 편안함 사이 이런 제로-섬 관계는 전술한 방법(200)에 의해 제거되어서, 버블 또는 셀 레벨에서 폼의 미세조직이 변경되어, 폼의 물성들을 변화시키고 부드럽지만 내구성이 있는 저밀도 폼들을 가능하게 한다. 라운드 또는 다면체 형상들로부터 사전 붕괴된, 힌지된 상태로 폼 셀 구조를 개선하는 것은 반복된 압축 이벤트 하에 주기적 피로에 대한 보다 견고하고, 내구성이 있는 반응을 가능하게 한다. 추가로, 폼을 사전에 붕괴하는 것은 압축시 폼을 이동 또는 변위시키는데 요구되는 힘의 양을 변화시킴으로써 폼의 촉감을 변경한다. 전구체(302)에 전술한 방법(200)을 부여함으로써, 적어도 4가지 주요 목표들이 달성된다: (1) 초기 강성 영역을 제거하여, 증가된 편안함을 위해 더 부드러운 촉감과 더 양호한 순응성 제공; (2) 충분한 지지 및 완충을 위해 폼의 전체 강성 유지; (3) 종래의 폼들이 달성하지 못하는 방식으로 하중 하에 응력 분포를 가능하게 하도록 종래의 양의 값에서 0에 가까운 값으로 푸아송 비 변화; 및 (4) 이용가능한 마모 메커니즘들로부터 셀 붕괴를 제거함으로써 내구성 개선.
개선된 편안함에 대해, 도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b에서 유사한 밀도 및 강성의 종래의 폼들 및 방법(200)에 의해 생성된 폼들을 비교한다. 도 9a의 플롯은, 개시된 방법(200)이. 종래의 폼들에 유사한, 신발 용도에 알맞은 전체 강성 범위를 타겟으로 할 수 있음을 보여준다. 하지만, 압축에 따른 강성을 조사할 때, 도 9b에 나타난 것처럼, 새로운 붕괴된 셀 구조를 나타내는, 본 발명의 폼이 훨씬 더 부드러운 초기 반응을 보여준다는 점이 더 분명해진다. 반응 곡선의 저 변형률 영역에서 더 낮은 강성은 폼의 압축에 요구되는 전체 에너지를 감소시킨다. 이것은, 본 발명의 방법(200)을 사용해 생성된 폼들이 사용 중 종래의 폼들보다 더 압축되어서, 발과 더 큰 접촉을 만들고 더 부드러운 촉감을 유발한다는 점을 의미한다.
전구체 폼의 물성들 변형, 특히 편안함의 개선을 보여주는 다른 방법에서, 종래의 폼들에 대한 사전 붕괴된 폼들의 강성을 비교하기 위해서 추가 테스트가 수행되었다. 테스트들에서, 미드솔 구성요소의 형상으로 절단된 폼 시편들이 사용되었다. INSTRON 5965 머신에서 5㎜ 직경 탭을 사용해 발의 중족지 관절(즉, 볼)에 대응하는 테스트 위치에서 압축력이 인가되었다. 각각의 재료 시편은 최종 압축 전 10 사이클의 프리로딩을 부여받았다. 프리로딩은 50㎜/분으로 삼각파를 이용해 수행되었고, 하중은 300N으로 제한된다. 최종 압축은 100㎜/분의 로딩 속도로 프리로딩 기간 후 수행되었다. 하중이 300N 한계를 충족했을 때 최종 압축은 멈출 것이다.
도 10은 강성 테스트를 위한 테스트 데이터의 일반 예를 보여주는데, 여기서 x-축은 밀리미터(mm) 단위로 전체 휨을 나타내고 y-축은 뉴턴(N) 단위로 인가된 하중을 나타낸다. 곡선을 따라, 곡선 시작부에서 기간(T)은, 하중이 인가되지 않았을 때 프리로딩으로부터 회복 후 초기 기간을 나타낸다. 초기 강성(S1)은 10N ~ 50N의 평균 강성(하중(N)/휨(mm))을 나타낸다. 최종 강성은 230N ~ 280N의 폼 재료의 평균 강성(하중(N)/휨(mm))을 나타낸다.
이제 도 11 및 표 6(이하)을 참조하면, 10개의 재료 샘플들에 대한 테스트 데이터가 제공된다. 도시된 것처럼, 재료들 A 내지 C는, 전구체 재료가 균질한 슬래브 재료 형태로 제공되고 본 발명의 원리들에 따라 처리된 예들을 나타내고, 여기서 재료들의 셀 구조들은 사전에 붕괴되었다. 재료들 D 및 F는, 전구체 재료가 비균질한 복합재 재료 형태로 제공되고 본 발명의 원리들에 따라 처리된 예들을 나타내고, 여기서 재료들의 셀 구조들은 사전 붕괴되었다. 재료들 G 내지 J는 미붕괴된 셀 구조들을 가지는 종래의 폼 재료들의 예들을 나타낸다. 초기 강성(S1) 및 최종 강성(S2)을 참조하면, 표 6은 사전 붕괴된 재료가 슬래브 형태(재료들 A-C)로 제공되는지 또는 복합재 형태(재료 D-F)로 제공되는지 관계없이 사전 붕괴된 폼들(재료들 A-F)이 종래의 폼들(재료들 G-J)보다 실질적으로 낮은 초기 강성을 나타내는 것을 보여준다. 특히, 종래의 폼들 각각은 200N/mm 초과의 초기 강성(S1)을 나타내고, 사전 붕괴된 폼들 각각은 75N/mm 미만의 초기 강성(S1)을 나타낸다. 이것은 도 11에 명확히 도시되어 있고, 여기서 재료들 A 내지 C는 각각 더 낮은 초기 강성들을 나타내는 상대적으로 완만한 곡선들을 따른다.
Figure pat00006
개선된 편안함 이외에, 본 발명의 방법(200)에 따라 제조된 사전 붕괴된 폼 재료들은 종래의 폼들과 비교하여 개선된 순응성을 나타낸다. 방법(200)에 의해 제공되는 붕괴된 셀 구조는 폼을 압축하는 동안 셀 벽들이 변형하는 방식에 영향을 미친다. 이것은 처리 후 폼들의 푸아송 비 변화에 의해 입증된다. 푸아송 비는 변형 중 부피를 유지하려는 재료의 경향성을 나타낸다. 0.5의 푸아송 비는 완전한 부피 보존에 대응한다. 즉, 재료가 일 방향으로 압축된다면, 그것은 부피를 보존하기 위해서 적절히 각각의 다른 방향으로 치수가 증가한다. 0.0의 푸아송 비는, 일 방향으로 변형은 각각의 다른 방향으로 상보적 효과를 발생시키지 않는 것을 나타낸다.
테스트에서, 푸아송 비는 Trilion Quality Systems Inc.에 의해 제조된 ARAMIS 4M Digital Image Correlation(DIC) 시스템을 통하여 얻은 변형률 측정으로부터 계산되었다. 폼 샘플들은 0.4" 내지 1" 두께의 폼 시트들로부터 1.5" 직경의 실린더들로 다이 커팅되었다. DIC 패턴은 스프레이 페인트를 통하여 폼에 적용되고, 대략 0.25㎜의 특성부 크기를 갖는다. 폼 실린더들은 Instron 8511에서 2개의 40㎜ 압축 압반들 사이에서 압축되었다. 변형률 데이터는 1㎐에서 0 ~ 50% 압축으로 5개의 정현파 압축 사이클들에 대해 기록되었다. 푸아송 비는 다음과 같이 제5 압축 사이클에 대응하는 변형률 데이터로부터 계산되었다. 먼저, 실린더의 축(EZ) 및 반경(Er) 방향으로 변형률은 폼의 가시 면에 대해 개별적으로 평균을 낸다. 그러면, 푸아송 비는 평균 축방향 변형률(EZ_Ave)로 나눈 평균 반경방향 변형률(Er_Ave)의 음수로서 간주된다.
푸아송 비 = -(Er_Ave/ EZ_Ave)
도 12a 내지 도 12c는, 종래의 폼 재료들(사각형 데이터 포인트들)이 저 변형률 압축에 대해 0.5 또는 그 근처의 푸아송 비를 나타내는 것을 보여준다. 하지만, 변형률이 증가됨에 따라, 셀 벽들이 붕괴하기 시작하므로 푸아송 비는 감소한다. 이런 내부 붕괴는 압축에서 유발된 외부 변형을 감소시키고 따라서 관찰되는 푸아송 비를 감소시킨다. 반면에, 사전 붕괴된 폼들(삼각형, 원형 및 다이아몬드 데이터 포인트들)은 낮은 변형률에서 높은 변형률까지 영에 가까운 푸아송 비를 나타낸다. 이런 영에 가까운 푸아송 비는, 압축 중 셀들이 즉시 추가 붕괴를 겪을 수 있게 하는 셀들의 사전 붕괴된 구조에 기인한다. 치밀화를 향한 이런 경향성은 영에 가까운 푸아송 비 거동에 책임이 있다.
재료의 푸아송 비는 발바닥과 같은 곡선 면에 맞출 수 있는 능력에 영향을 미친다. 도 13a 및 도 13b는 곡선형 인덴터로 압축된 약 0.5의 푸아송 비(도 13a) 및 약 0.0의 푸아송 비(도 13b)를 갖는 재료들에 대한 변형 거동 차이를 보여준다. 대략 0.5의 푸아송 비에 대해, 인덴터 아래 압축은 부피 보존으로 인해 인덴터로부터 외향 이격되게 재료를 변형시킨다. 약 0.0의 푸아송 비에 대해, 인덴터에 의한 압축은 재료의 반경방향 변형을 유발하지 않아서, 인덴터와 재료 사이 순응성을 촉진한다. 신발에 대해, 이런 증가된 접촉 면적은 더 양호한 착용감을 제공할 것이다.
재료 밀도, F-d 데이터로부터 재료의 변형률 의존 계수, 및 푸아송 비를 알면 재료들이 하중 하에 변형되는 동안 그 거동을 시뮬레이션하기 위해서 수치적으로 모델링될 수 있도록 허용한다. 도 14a 및 도 14b는 대략 0.5의 푸아송 비를 갖는 종래의 폼들을 사용해 형성된 깔창에 대한 유한 요소 해석(FEA) 모델들을 나타내고, 반면에 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 방법(200)을 사용해 제조된 폼들로 형성된 인솔(26)에 대한 FEA 모델들을 나타낸다. 도 14a 내지 도 15b에 도시된 대로, 유한 요소 해석(FEA) 모델들은 도 13a 및 도 13b의 대응하는 도면들에 도시된 정확히 동일한 거동, 즉, 움푹 들어간 면(예컨대, 뒤꿈치, 발가락, 등)을 따르는 더 큰 곡률도 및 더 큰 접촉 면적 및 하중 분산 능력으로 인한 부분적으로 바로 뒤꿈치 아래 응력의 감소를 나타낸다. 그러므로, 본 발명에 따라 제조된 사전 붕괴된 폼들은 현저한 거동 차이를 보여서, 응력을 감소시키고 더 큰 접촉 면적을 제공한다.
본 발명의 방법(200)은 또한 개선된 내구성을 갖는 폼들을 제조한다. 계속 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 종래의 폼들은 셀 붕괴 및 치밀화에 의해 유발된 압축 중 3-스테이지 기계적 반응을 나타낸다. 신발 용도에서 전통적인 폼들에 대해, 정상적인 사용은 수십만 번 붕괴 지점을 지나는 압축을 요구한다. 셀 벽 휨을 통하여 셀 붕괴가 발생하기 때문에, 높은 국부적 변형률들이 셀 벽들에서 발생되고, 이는 중합체 재료의 소성 변형을 유발한다. 이것은, 영구 변형이 발생하고 시간이 경과함에 따라 폼의 형상과 기계적 반응이 드리프트하는 것을 의미한다.
본 발명의 방법(200)에 따라 셀 구조를 사전 붕괴시키면 셀 벽들을 영구적으로 휘게 한다. 따라서, 셀들은 사용 중 휨 상태와 휨 해제 상태 사이에서 왕복하지 않고, 소성 변형이 최소화된다. 이것은 수십만 사이클동안 일관된 기계적 반응으로 더 내구성있는 폼을 유발한다. 내구성은 전술한 절차에 따라 주기적 동적 테스트를 수행함으로써 특징짓는다. 각각의 재료는 500,000 연속 사이클들을 거쳤다. 도 16a는, 방법(200)을 사용해 형성된 폼들(삼각형 데이터 포인트들)은 유사한 밀도 및 강성의 종래의 폼(원형 데이터 포인트들)과 비교해 테스트 동안 최대 변위의 더 작은 드리프트를 겪는 것을 보여준다. 이것은 시간이 경과함에 따라 샘플 두께의 더 작은 변화를 제안한다. 유사하게, 도 16b는, 방법(200)을 사용해 형성된 사전 붕괴된 폼(삼각형 데이터 포인트들)을 타겟 하중으로 압축하는데 필요한 에너지는 유사한 밀도 및 강성을 갖는 종래의 폼 재료(원형 데이터 포인트들)와 비교해 비교적 일정하게 유지되는 것을 보여준다. 표 16B의 데이터는, 힘 대 변위 곡선의 형상이 테스트 중 크게 변하지 않는 것을 나타낸다. 이것은 도 17a 및 도 17b에 명확히 도시되는데, 여기서 도 17a는 종래의 폼 재료에 대한 힘-변위 곡선이 86,000 압축 사이클 동안 크게 시프트하는 반면, 사전 압축된 폼 재료에 대한 힘-변위 곡선은 86,000 압축 사이클 동안 비교적 일정하게 유지되는 것을 보여준다. 속소위, 사전 압축된 폼 재료는 저 변형률에서 고 변형률까지 사용 창 전체에 대해 기계적 반응 또는 "촉감"이 일관되게 유지된다. 개선된 내구성 및 연장된 수명은 테스트 전후 두 재료의 상태에 의해 시각적으로 확인될 수 있다. 종래의 폼 재료가 인덴터에 의해 균열되고 치밀해진 경우에, 본 발명의 사전 붕괴된 폼 재료는 인덴터로부터 단지 미세한 딤플을 보였다.
전술한 방법들 및 공정들은 유리하게도 버블 또는 셀 레벨에서 폼의 미세조직을 변경하여서, 폼 물성들을 변화시키고 부드럽지만 내구성이 있는 저밀도 폼들을 가능하게 한다. 라운드 또는 다면체 형상들로부터 붕괴된, 힌지된 상태로 폼 셀 구조를 개선하는 것은 반복된 압축 이벤트 하에 주기적 피로에 대한 보다 견고하고, 내구성이 있는 반응을 가능하게 하고, 추가로, 압축시 폼을 이동 또는 변위시키는데 요구되는 힘의 양을 변화시킴으로써 폼의 촉감을 변경한다.
하기 조항들은 전술한 대로 신발 물품용 완충 부재 또는 밑창 구조물을 제조하기 위한 예시적 방법들을 제공한다.
조항 1: 중합체 폼 재료를 형성하는 방법으로서, (i) 제1 두께를 가지는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 단계, (ⅱ) 일축 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하여 상기 전구체 재료를 제2 두께로 압축하는 단계로서, 상기 압축력은 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴하는 단계, (ⅲ) 압축력을 인가하면서 전구체 재료를 성형 온도로 제1 기간 동안 가열하는 단계로서, 상기 제1 기간은 전구체 재료를 연화 온도로 가열하기에 충분한 단계, (ⅳ) 상기 압축력을 상기 전구체 재료로부터 제거하는 단계, 및 (v) 상기 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴된 상태로 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
조항 2: 조항 1에 있어서, 상기 제1 두께 대 상기 제2 두께의 비는 적어도 1.5:1인, 방법.
조항 3: 조항 1에 있어서, 상기 제2 두께는 4 ㎜ ~ 6 ㎜의 범위에 있는, 방법.
조항 4: 조항 1에 있어서, 상기 성형 온도는 120℃ ~ 400℃의 범위에 있는, 방법.
조항 5: 조항 1에 있어서, 상기 제1 기간은 120초 ~ 1100초의 범위에 있는, 방법.
조항 6: 조항 1에 있어서, 상기 전구체 재료는 저밀도의 개방 셀 폴리우레탄 폼인, 방법.
조항 7: 조항 1에 있어서, 상기 압축력을 인가하면서 제2 기간 동안 냉각 온도로 상기 전구체 재료를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 냉각 온도는 상기 연화 온도 미만인, 방법.
조항 8: 조항 7에 있어서, 상기 냉각 온도는 0℃ ~ 10℃의 범위에 있는, 방법.
조항 9: 조항 8에 있어서, 상기 제1 기간은 상기 전구체 재료의 연화 온도를 초과하게 전구체 재료를 가열하기에 충분하고, 상기 제2 기간은 상기 전구체 재료를 상기 연화 온도 미만으로 냉각하기에 충분한, 방법.
조항 10: 조항 1에 있어서, 상기 압축력은 대략 30 ㎏/㎠의 압력인, 방법.
조항 11: 신발 물품용 완충 부재를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은 (i) 제1 두께를 가지는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 단계, (ⅱ) 일축 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하여 상기 전구체 재료를 제2 두께로 압축하는 단계로서, 상기 압축력은 상기 전구체 재료의 셀 구조들을 붕괴된 상태로 이동시키는 단계, (ⅲ) 셀 구조들을 붕괴된 상태로 유지하면서 전구체 재료의 연화 온도를 초과하는 제1 온도로 상기 전구체 재료를 가열하는 단계, 및 (ⅳ) 셀 구조들을 붕괴된 상태로 유지하면서 상기 전구체 재료를 전구체 재료의 연화 온도 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
조항 12: 조항 11에 있어서, 상기 제1 두께 대 상기 제2 두께의 비는 적어도 1.5:1인, 방법.
조항 13: 조항 11에 있어서, 상기 제2 두께는 3 ㎜ ~ 25mm의 범위에 있는, 방법.
조항 14: 조항 11에 있어서, 상기 전구체 재료는 140℃ ~ 400℃의 범위에 있는 성형 온도로 가열되는, 방법.
조항 15: 조항 11에 있어서, 상기 전구체 재료는 120 초 ~ 1100 초의 범위에 있는 기간 동안 가열되는, 방법.
조항 16: 조항 11에 있어서, 상기 전구체 재료는 저밀도의 개방 셀 폴리우레탄인, 방법.
조항 17: 조항 11에 있어서, 상기 전구체 재료는 0℃ ~ 10℃의 범위에 있는 냉각 온도로 냉각되는, 방법.
조항 18: 조항 11에 있어서, 상기 압축력은 30 ㎏/㎠의 압력인, 방법.
조항 19: 조항 11에 있어서, 상기 전구체 재료를 깔창, 인솔, 미드솔, 완충 인서트, 및 아웃솔 중 하나의 형상으로 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
조항 20: 조항 19에 있어서, 상기 완충 부재를 신발 물품에 통합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 그것은 완전하거나 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 특정 구성의 개별 요소들 또는 특성부들은 일반적으로 특정 구성에 제한되지 않고, 해당되는 경우, 상호교환이 가능하고 구체적으로 도시되거나 설명되지 않을지라도 선택된 구성으로 사용될 수 있다. 이는 또한 다양한 방식으로 변경될 수도 있다. 이러한 변형은 본 발명에서 벗어나는 것으로 간주되지 않고, 이러한 모든 변형예들은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 중합체 폼 재료를 형성하는 방법으로서,
    제1 두께를 가지는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 것인 단계;
    상기 전구체 재료를 제2 두께로 압축하기 위해 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하는 단계로서, 상기 압축력은 상기 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴된 상태로 붕괴시키는 것인 단계;
    상기 압축력을 인가하면서 상기 전구체 재료를 성형 온도로 제1 기간 동안 가열하는 단계로서, 상기 제1 기간은 상기 전구체 재료를 연화 온도로 가열시키기에 충분한 것인 단계;
    상기 셀 구조를 붕괴된 상태로 유지하기 위해 상기 압축력을 인가하면서 상기 전구체 재료를 냉각 온도로 제2 기간 동안 냉각하는 단계; 및
    상기 압축력을 상기 전구체 재료로부터 제거하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 두께 대 상기 제2 두께의 비는 적어도 1.5:1인 것인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 두께는 3 ㎜ ~ 25 ㎜의 범위에 있는 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 성형 온도는 120℃ ~ 400℃의 범위에 있는 것인, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 기간은 120초 ~ 1100초의 범위에 있는 것인, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전구체 재료는 저밀도의 개방 셀 폴리우레탄인 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 냉각 온도는 상기 연화 온도 미만인 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각 온도는 0℃ ~ 10℃의 범위에 있는 것인, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 기간은 상기 전구체 재료를 상기 전구체 재료의 연화 온도를 초과하여 가열하기에 충분하고, 상기 제2 기간은 상기 전구체 재료를 상기 연화 온도 미만으로 냉각하기에 충분한 것인, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 압축력은 30 ㎏/㎠의 압력인 것인, 방법.
  11. 신발 물품용 완충 부재를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    제1 두께를 가지는 전구체 재료를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 재료는 개방 셀 폼 재료인 것인 단계;
    상기 전구체 재료를 제2 두께로 압축하기 위해 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하는 단계로서, 상기 압축력은 상기 전구체 재료의 셀 구조를 붕괴된 상태로 붕괴시키는 단계;
    상기 셀 구조를 붕괴된 상태로 유지하면서 상기 전구체 재료를 상기 전구체 재료의 연화 온도를 초과하는 제1 온도로 가열하는 단계;
    상기 셀 구조를 붕괴된 상태로 유지하면서 상기 전구체 재료를 상기 전구체 재료의 연화 온도 미만의 제2 온도로 냉각하는 단계; 및
    상기 전구체 재료를 신발 물품에 통합하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 두께 대 상기 제2 두께의 비는 적어도 1.5:1인 것인, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 두께는 3 ㎜ ~ 25mm의 범위에 있는 것인, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 전구체 재료는, 120℃ ~ 400℃의 범위에 있는 성형 온도로 가열되는 것인, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 전구체 재료는, 120 초 ~ 1100 초의 범위에 있는 기간 동안 가열되는 것인, 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 전구체 재료는 저밀도의 개방 셀 폴리우레탄인 것인, 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 전구체 재료는, 0℃ ~ 10℃의 범위에 있는 냉각 온도로 냉각되는 것인, 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 압축력은 30 ㎏/㎠의 압력인 것인, 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 전구체 재료를 깔창, 인솔(insole), 미드솔(midsole), 완충 인서트, 및 아웃솔(outsole) 중 하나의 형상으로 형성하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  20. 제11항에 있어서, 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하는 단계는 일축 압축력을 상기 전구체 재료에 인가하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
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