NO310541B1 - Eksplosjons- og fragmentresistent polyuretan-stövelsåle for sikkerhetsskotöy - Google Patents

Description

Område for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en eksplosjons-og fragmentresistent polyester- eller polyeterbasert polyuretanstøvelsåle omfattende innstøpte beskyttende materialer, hvor materialet er innstøpt i hele sålen og er sammensatt av minst ett vevd polyaramid(Kevlar)sjikt som har en tetthet på mindre enn 508 g/m<2> (15 oz pr. kvadrat yard).

Bakgrunn oa teknikkens stilling

US patent 5.237.758, av Zachman, beskriver anvendelse av semi-elliptiske seksjoner som krysser hverandre ved sløyfer med tilgrensende vever av tilgrensende sløyfer som krysser med fleksible staver som er posisjonert (styrt) gjennom de kryssende sløyfer for å redusere sideveis for-skyvning av tilgrensende vever.

US patent 5.285.583, av Aleven, beskriver anvendelse av et beskyttende sjikt fremstilt av plast og som inkluderer, under prosessen for forming av det beskyttende plastsjikt, et fleksibelt forparti som har en bunnsåleplate bundet til dets nedre overflate og et tekstilinnlegg bundet til dets øvre overflate. Plasten som anvendes ifølge nevnte patent er smeltet plast som injiseres i den siste binde-prosess.

DE 4214802, av Zepf H, beskriver en flersjikts støvel-såle som har en gåsåle, en dempende mellomsåle og en øvre binnsåle. Underlaget er en termoplastisk pressmasse, eller er konstruert av metall, keramisk- eller grafittmateriale, hvori flerfilamentige organiske eller uorganiske for-sterkningsfibre er innebygd/innstøpt i form av en matte, eller vevd eller strikket inn i strukturen. De elastisk profilerte partier er formet på undersiden av underlaget ved injiseringsforming eller pressing. Underlaget kan kun inneholde ett enkelt sjikt av vevde fibre, og dets totale tykkelse er ca. 0,5 mm.

US 4,958,338 beskriver et innlegg for en såle som omfatter en remse av et høyelastisk material ordnet mellom en ytre såledel og en indre såledel. Remsen strekker seg fra det ytre hælområdet til skoen til det store tåområdet til skoen. Remsen danner en nedre rulledel som vugger den første fremre metatarsaldelen av foten til brukeren. Rulle-punktet til den nedre rulledelen er ordnet i et område fra tåovergangen, på omtrent 2.5 cm bak tåovergangen til brukeren.

Oppfinnelsen ifølge Aleven oppnår styrke og slagfasthet med en plastplate i sålen, og en tekstiltrådduk ble anvendt for å forsterke plasten, og ikke for å frembringe slagfasthet. ZEPF H kan bare oppnå ett enkelt sjikt, på ikke mer enn 0,5 mm tykkelse, av vevde fibre ved injek-sjonsforming eller pressing. Aleven beskriver ikke anvendelse av metall, keramiske eller grafittmaterialer. Til nå har teknikker som anvender aramid, keramiske- eller grafittfibre i konstruksjonen av en støvelsåle i sjiktene for å hindre punktering av sålen ved prosjektiler av høy energi eller høy hastighet ikke blitt beskrevet eller vært gjennomførbare på grunn av problemer forbundet med rigidi-tet og sammenbinding.

Foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved karakteristikken i det etterfølgende selvstendige krav 1, mens foretrukne utførelser er kjennetegnet ved de uselv-stendige krav 2-9.

Støvelsålene beskrevet ifølge teknikkens stilling er ikke tilstrekkelig som eksplosjons- og prosjektilbeskyt-telse idet det samtidig er ønskelig å opprettholde tå-til-hel-fleksibilitet for å kunne løpe, hoppe og passere hindre, så som taustiger, tauklatring og små trinn, og samtidig ha tilstrekkelig følelse eller sensitivitet til å føle kanter, hull og små steiner. For å oppnå dette frembringer foreliggende oppfinnelse en eksplosjons- og fragmentsikker polyester- og/eller polyesterbasert polyuretan-støvelsåle omfattende innebygde/innstøpte beskyttende materialer som er innebygd/innstøpt i hele sålen og som er sammensatt av minst ett vevd polyaramid(Kevlar)sjikt med en tetthet som er mindre enn eller lik 508 g/m<2> (15 oz pr. kvadrat yard). Økende tetthet og ytterligere sjikt av vevde polyaramidfibre øker eksplosjons- og fragmentmot-standen.

Det er også et formål ifølge foreliggende oppfinnelse å frembringe en støvelsåle med god adhesjon mellom de forskjellige polyaramid(Kevlar)sjikt og/eller grafittfiberbunter til tross for den svake egenadhesjon mellom polyaramidf ibrene , grafittfibrene og polyuretan. På grunn av den ekstremt tynne belegging av de forskjellige polyaramid (Kevlar) og/eller grafittfiberbunter før veving og/eller på grunn av den relativt løse eller grove veving av polyaramid(Kevlar) fibrene, er polyuretan i stand til å penetrere mellom fibrene, noe som medfører at de forskjellige sjikt blir godt bundet sammen, noe som dermed hindrer at sålen løsner ved den påfølgende bruk.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan polyaramid-(Kevlar)fibrene og/eller grafittfibrene belegges med et tynt sjikt av polyester- eller polyeterbasert polyuretan, før de veves til den nødvendige matteform, idet dette sterkt vil forbedre adhesjonen mellom polyaramid og polyuretanmaterialet.

Ytterligere, ifølge foreliggende oppfinnelse, kan polyesterfibre, fortrinnsvis poly(etylentereftalat) (PET)-fibre sammenveves med eller mellom de (belagte eller ikke belagte) polyaramid(Kevlar)fibre for å forbedre adhesjon mellom polyaramid- og polyuretanmaterialet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse kan også karbongrafittfibre sammenveves med eller mellom polyaramid-

(Kevlar)sjiktene for ytterligere å forbedre styrken og for å stive av sålen.

Ifølge oppfinnelsen kan også et vevd sjikt av mineralfibre, fortrinnsvis keramiske fibre eller S-glassfibre, inkluderes i støvelsålen for fungere som en brannvegg til beskyttelse mot varme gasser med temperaturer mellom 815 og 1.650 grader Celsius.

Kort beskrivelse av figurene

Oppfinnelsen vil klarere fremgå, og ytterligere formål vil fremgå av den påfølgende detaljerte beskrivelse, med henvisning til de medfølgende figurer, hvori: Fig. 1 er et vertikalt tverrsnitt av en såle som viser et første utførelseseksempel av sålekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen. Fig. 1-A er et forstørret riss av sålekonstruksjonen ifølge fig. 1. Fig. 2 er et vertikalt tverrsnitt av en støvel som viser et andre utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen. Fig. 2A er et forstørret riss av sålekonstruksjonen ifølge fig. 2. Fig. 3 er et vertikalt tverrsnitt av en støvel som viser et tredje utførelseseksempel av sålekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen. Fig. 3A er et forstørret riss av sålekonstruksjonen ifølge fig. 3. Fig. 3B er et forstørret riss av en alternativ såle-konstruksjon til den som er avbildet i fig. 3A. Fig. 4 er et vertikalt tverrsnitt av en støvel som viser et fjerde utførelseseksempel av sålekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen. Fig. 4A er et forstørret riss av sålekonstruksjonen ifølge fig. 4. Fig. 4B er et forstørret riss av en alternativ såle-konstruksjon til den som er avbildet i fig. 3A.

Et første utførelseseksempel av sålekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen er generelt vist som 10 i fig. 1 og IA.

Støvelen 10 har et standardformet øvre parti 11 og en sammensatt såle 13. Den sammensatte såle 13 omfatter en ytre polyuretansåle 14 som har en slitebane 17, en mellomsåle 15, hvori det er anordnet et sjikt av polyaramidfibre 18, og valgfritt en øvre såle 16.

Den sammensatte sikkerhetsstøvelsåle er konstruert i en tradisjonell flertrinns støpning som vanligvis anvendes innen industrien for polyuretanskosåler.

Det polyester- og/eller polyeterbaserte polyuretan injiseres først inn i en støpningsform for sammensatte såler for å forme den ytre (nedre) såle 14 slik at dens tetthet er typisk i området fra 500 til 2000 kg/m<3>.

Etter fjerning av topplaten av støpeformen for den ytre (nedre) såle plasseres et tykt sjikt av polyaramid-(Kevlar)vevd fibermateriale 18 på den ytre (nedre) såle 14 som forblir i støpeformen.

Polyaramid(Kevlar)fibermaterialet kan på forhånd belegges med polyester- og/eller polyeterbasert polyuretan, før veving. Belegget av polyuretan fremmer god adhesjon med, og penetrering av polyuretan som injiseres til støpe-formen .

Tettheten av polyaramidsjiktet 18 er minst 169 g/m<2>

(5 oz pr. kvadrat yard) for hvert sjikt av vevd polyaramid-materiale.

Dette tykke polyaramidsjikt 18 omfatter fortrinnsvis bunter av polyaramid i en vevning av typen "crowfoot" eller "leno", med 70-90% i X til Y retningen (dvs. vinkelrett i forhold til tå-til-hæl-retningen), og 10-30% i tå-til-hæl-retningen.

Tykkelsen på sjiktet av polyaramidsjiktet 18 er minst 0,18 cm (0,07 tommer), mer fortrinnsvis 0,38 cm (0,11 tommer), ved å anvende Kevlar 4 9 i 7100 dernier-bunter med en strekkfasthet på 43.000 PSI og en modul på 19 millioner PSI med en 0,18 cm (0,07 tommer) diameter polyaramidfibre.

Etter at polyaramidsjiktet 18 er plassert, injiseres polyester- og/eller polyeterbasert polyuretan inn i støpe-formen, inneholdende den ytre (nedre) såle 14 ved bunnen av salen, for å danne mellomsålen 15. Polyuretanet har etter injisering til formen en typisk tetthet på < 1000 kg/m<3>.

På grunn av penetrering av polyuretan inn i og gjennom polyaramidsjiktet 18 oppnås god adhesjon mellom den ytre (nedre) såle 14 og mellomsålen 15, med polyaramidsjiktet 18 sammenklemt derimellom.

Ved dette trinn kan det øvre parti 11 direkte festes til den sammensatte polyuretansåle 13, omfattende den ytre (nedre) såle 14 og mellomsåle 15, eller en tredje øvre såle 16 kan i tillegg festes til toppen av mellomsålen for å forbedre komforten. I dette siste tilfelle forblir den ytre

(nedre) såle 14 og mellomsålen 15 i støpeformen og polyester- og/eller polyuretan injiseres i støpeformen, direkte på topp av mellomsålen 15.

En skosåle 13, fremstilt i samsvar med fremgangsmåten ovenfor hvor det foretrukne sjikt 18 har en størrelse på 508 g/m<2> (15 oz pr. kvadrat yard) er effektiv i å frembringe eksplosjons- og fragmentresistens mot et prosjektil med en vekt på 60 grain og med en hastighet på 411 m/s

■ (1350 fps). Den bevirker også god tå-til-hæl fleksibilitet for å muliggjøre løping og hopping, samt for å klare hindre, så som taustiger, klatring i tau eller mindre trinn, uten at sålen løsner ved bruk.

Et andre utførelseseksempel av sålekonstruksjonen ifølge foreliggende oppfinnelse er avbildet som 2 0 i fig. 2 og 2A.

I dette utførelseseksempel har like trekk de samme henvisningstall som anvendt ovenfor, idet sålen 13 har ytterligere flere sjikt 18 av polyaramidfibermaterialet inkorporert deri.

Som avbildet i fig. 2A kan den ytre såle ha opp til to sjikt av polyaramidfibre 18. Mellomsålen 15 vil typisk ha mellom 2 og 6 sjikt polyaramidfibre, og der 3 sjikt som vist i fig. 2A er det typiske antall.

For å fremstille sålen som avbildet i fig. 2 og 2A plasseres sjikt av de polyaramidvevde sjikt 18 i støpe-formen som former den ytre (nedre) sålen 14.

Polyaramidsjiktene 18 består fortrinnsvis av polyaramidfibre med en diameter på 0,025 cm (0,01 tommer). Fibrene er vevd sammen for å forme et sjikt med en tykkelse på mindre enn 0,15 cm (0,06 tommer), og mer typisk 0,10 cm (0,04 tommer).

Et polyester- og/eller polyeterbasert polyuretan injiseres deretter inn i støpeformen for den sammensatte skosåle for å forme den ytre (nedre) såle 14 slik at dets tetthet er typisk i området 500 til 2000 kg/m<3>.

Etter fjerning av topplaten fra formen for den ytre såle 14 plasseres ytterligere 2-6 sjikt av det samme polyaramid (Kevlar) vevde materiale 18, som ble innstøpt i den ytre (nedre) såle 14, på den ytre (nedre) såle 14 som forblir i bunnen av støpeformen.

Ved dette trinn injiseres en polyester- og/eller polyeterbasert polyuretan til støpeformen for å forme mellomsålen 15 slik at polyuretanet har en typisk tetthet på

< 1000 kg/m<3>.

På grunn av penetrering av polyuretanet inn i og gjennom polyaramidsjiktene 18 oppnås god adhesjon mellom den ytre (nedre) såle 14 og mellomsålen (15), med poly-aramids j iktene sammenklemt derimellom.

Ved dette trinn kan det øvre parti 11 direkte festes til den sammensatte polyaramidsålen 13 omfattende den ytre (nedre) såle 14 og mellomsålen 15, eller en tredje, øvre polyuretansåle 16 kan inkluderes for å forbedre komforten. Dette oppnås ved at den ytre såle og mellomsålen (fremstilt ifølge fremgangsmåten over) forblir i støpeformen og ved å injisere polyester- og/eller polyeterbasert polyuretan på mellomsålen 15.

En skosåle fremstilt i samsvar med ovennevnte frem-gangsmåte er enda mer effektiv til å frembringe motstand mot eksplosjon og fragmenter enn det første utførelses-eksempel på grunn av flere polyaramidsjikt.

I et tredje utførelseseksempel ifølge foreliggende oppfinnelse er polyaramidsjiktene 18, som beskrevet i forhold til sålene som er avbildet i fig. 1 og 2, sammenvevd med polyester(PET)fibre og støvelsålen er fremstilt på samme måte som ovenfor.

Anvendelse av sammenvevd polyaramid- og polyester-(PET)fibre har den fordel at det ytterligere øker adhesjonen av polyuretanmaterialet til de(t) innstøpte sjikt 18. Dette på grunn av den svært gode adhesjon mellom polyuretan og polyester.

I et fjerde utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen er polyaramidsjiktet 18, som beskrevet i utførelseseksetnplet ovenfor, ytterligere sammenvevd med grafittfibre, som har 12 K TOW og en strekkfasthet på 470.000 PSI og en modul på 35 millioner PSI,' med støvelsålen 13 fremstilt på samme måte som beskrevet ovenfor.

Anvendelse av innvevde karbonfibre har den fordel at det ytterligere øker styrken og stivheten, samt øker vann-motstand.

I et ytterligere utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen, generelt avbildet som 30 i fig. 3 og 3A, er støvel-sålen 13 fremstilt som beskrevet ovenfor med unntak av at den i tillegg har inkludert et sjikt av vevde keramiske fibre av sammensatte keramiske-/polyaramidf ibre 31 i mellomsålen 15.

Det vevde keramiske fibersjikt omfatter fortrinnsvis keramiske fibre med en diameter på 0,13 cm (0,05 tommer) med 70-90 % av de keramiske fibre vevd inn i en vevning av typen "crowfoot" eller "leno" i X-Y-retningen (vinkelrett til tå-til-hæl-retningen) og med 10-30% keramiske fibre i tå-til-hæl-retningen. Dette sjikt er innstøpt i mellomsålen ovenfor polyaramid(Kevlar)sjiktet(ene) 18, (se fig. 3A) . I et alternativt arrangement, som avbildet i fig. 3B, kan et tynt (0,06 cm (0,025 tommer)) sammensatt sjikt av keramisk/polyaramidfibre, fortrinnsvis bestående av en standard

toveis vev, innstøpes i den øvre såle 16.

Støvelsålen som har inkorporert dette sammensatte sjikt av keramisk/polyaramidfibre 32 frembringer beskyttelse mot varme gasser, med en temperaturmotstand på 1.650 grader Celsius under eksplosjonens svært korte varigheten.

I et ytterligere utførelseseksempel 40 ifølge oppfinnelsen kan et sjikt av sammensatte S-glassfibre til-

) settes til mellomsålen 14 eller til den øvre såle 15, (se fig. 4, 4A og 4B).

Et sjikt 41, med en diameter på 0,13 cm (0,05 tommer) , av keramiske fibre, hvor 70-90% av S-glassfibrene er vevd

inn i en vev av typen "crowfoot" eller "leno" i X-Y-retningen (vinkelrett på tå-til-hæl-retningen) og med 10-3 0% av S-glassfibre i tå-til-hæl-retningen er innstøpt i

mellomsålen over polyaramid(Kevlar)sjiktet(ene) 18 (fig. 4A). Alternativt kan et tynnere (0,06 cm (0,025 tommer))

sjikt 42 av S-glassfibre, som fortrinnsvis har en standard toveis satinvevning, kan innstøpes i den øvre såle 16, (fig. 4B).

Støvelsålen 13 som har inkorporert sjiktet av S-glassfibre 41,42 frembringer beskyttelse mot gasser med en temperaturmotstand på 815 grader Celsius under eksplosjonens korte varighet.

Anvendelsesmåte og bruk av foreliggende oppfinnelse skulle fremgå av beskrivelsen ovenfor, og dermed skulle det ikke være behov for en ytterligere beskrivelse av anvendelsesmåte og bruk.

I forhold til beskrivelsen ovenfor fremgår det at de optimale dimensjonsforhold og materialer for de forskjellige deler ifølge oppfinnelsen inkluderer variasjon i størrelse, materialervalg, form, funksjon og anvendelsesmåte, samt sammensetting og anvendelse, og skulle være innlysende for en fagkyndig, idet alle ekvivalente forhold til de som er illustrert skal være omfattet av foreliggende oppfinnelse.

Claims (9)

1. Eksplosjons- og fragmentresistent polyester- eller polyeterbasert polyuretanstøvelsåle (13) omfattende innstøpte beskyttende materialer, hvor materialet er innstøpt i hele sålen og er sammensatt av minst ett vevd polyaramid(Kevlar)sjikt (18) som har en tetthet på mindre enn 508 g/m<2> (15 oz pr. kvadrat yard), karakterisert ved at det innstøpte materiale består av ett tykt polyaramid(Kevlar)vevd sjikt (18) med en tykkelse på minst 0,18 cm (0,07 tommer), og at det tykke polyara-mids j ikt omfatter bunter av polyaramid i en vevning av typen satengvevnad, så som "crowfpot", eller slyngvevnad, så som "leno", med 70-90% i X-til-Y retningen og 10-30% i tå-til-hæl retningen.

2. Såle i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det innstøpte materialet inkluderer minst 3 polyaramid(Kevlar)vevde sjikt, idet hvert sjikt har en tykkelse på mindre enn 0,15cm (0,06 tommer), bundet sammen av polyuretanmaterialet.

3. Såle i samsvar med et av kravene 1-2, karakterisert ved at polyaramidfibrene omfattende polyaramid(Kevlar)sjiktene er sammenvevd med polyester-(PET)fibre.

4. Såle i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at polyaramidfibrene, før veving, er belagt med et tynt sjikt av polyester- og/eller polyeterbasert polyuretan.

5. Såle i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at polyaramidfibrene omfattende polyaramid(Kevlar)sjiktene er sammenvevd med karbongrafittfibre.

6. Såle i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at det innstøpte materiale inkluderer minst ett sjikt av karbongrafittfibre.

7. Såle i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at det innstøpte materiale inkluderer minst ett sjikt av mineralfibre.

8. Såle i samsvar med krav 7, karakterisert ved at mineralfibrene består av keramiske fibre.

9. Såle i samsvar med krav 8, karakterisert ved at mineralfibrene består av S-glassfibre.