PL231755B1 - Nagolennik piłkarski i sposób wytwarzania nagolennika - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest nagolennik piłkarski o zwiększonym stopniu absorbowania energii i sposób wytwarzania nagolennika.

Współczesne nagolenniki np. firmy PUMA składają się z odpowiednio wyprofilowanej, pasującej do nogi piłkarza (goleni) zewnętrznej tarczy wykonanej najczęściej z polipropylenu i wewnętrznej elastycznej pianki, najczęściej z kopolimeru etylenu z octanem winylu (EVA). Podobnie zbudowane są nagolenniki firmy Adidas - twarda przednia płytka zapewnia wysoki poziom ochrony, a wewnętrzna warstwa wykonana jest z miękkiej w dotyku pianki EVA. Ochraniacze firmy Storelli zawierają wewnętrzną warstwę w postaci wiskoelastycznej pianki poliuretanowej typu Poron XDR charakteryzującej się ujemnym współczynnikiem Poissona. W ostatnich latach firma Diadora Gamma Carbonic wprowadziła na rynek jednoczęściowe ochraniacze piłkarskie wykonane z cienkiego kompozytu z włóknem węglowym. Charakteryzują się one małą masą oraz zwiększonym zakresem ochrony - osłaniają nie tylko goleń, ale nogę poniżej kolana łącznie z częścią łydki. Wadą takiego rozwiązania jest niewielki stopień absorbowania energii oraz bardzo wysoka cena.

Znany z opisu patentowego US 6654960 ochraniacz piłkarski zbudowany jest z elastycznej ażurowej konstrukcji zapewniającej dobrą wentylację oraz łatwe odparowywanie potu. Zewnętrzna sztywna płytka zawiera otwory o przekroju trójkątnym, a wewnętrzna część wykonana jest z elastycznej pianki dobrze dopasowującej się do nogi i zawiera również otwory o takim samym przekroju.

Rozwiązanie typu Mercurial Flylite zastosowane przez firmę Nike charakteryzuje się małą masą, a przy tym oferuje tę samą lub lepszą ochronę w stosunku do tradycyjnych nagolenników. Składa się z twardej płytki i odsuniętej od wewnętrznej powierzchni, za pomocą występów, drugiej elastycznej płytki z otworami o różnym kształcie i wielkości, dobranych do ryzyka urazu ochranianej części ciała. Taka ażurowa konstrukcja zapewnia dobrą wentylację i wysoki komfort użytkowania.

Nagolennik utrzymywany jest we właściwej pozycji różnymi sposobami: a) za pomocą tasiemek przymocowanych do nagolennika, b) za pomocą mocowania typu „splitloop” przytwierdzonego do powierzchni nagolennika i wewnętrznej powierzchni skarpety piłkarskiej (US 3465364), c) za pomocą elastycznej skarpety (US 3465364, US 5581817, US 4669126, US 5405312). Zgodnie z amerykańskim opisem patentowym US 5926844 nagolenniki utrzymywane są we właściwej pozycji za pomocą elastycznych taśm przymocowanych od góry i od dołu wierzchniej części płytki, zapinanych na tzw. rzepy.

Z opisu patentowego US6253376 znane są ochraniacze kolan, w których, pomiędzy warstwą wewnętrzną i zewnętrzną, są umieszczone komory wypełnione płynem, takim jak np. półstały żel, woda lub powietrze. Komory są wyposażone w środki umożliwiające napełnianie komór płynem i opróżnianie ich. Warstwa zewnętrzna jest wykonana z materiału o wysokiej wytrzymałości, np. tkaniny aramidowej. Pomiędzy komorą wypełnioną płynem a warstwą zewnętrzną może być umieszczona warstwa pianki. Komory zawierające płyn są wykonane z materiału odpornego na przekłucie, takiego jak np. gruba, elastyczna guma. Wymagany jest materiał stabilny, wytrzymujący wysokie ciśnienie powstające w komorze przy obciążeniu podczas upadku, uderzenia lub pracy na kolanach. Ochraniacz kolana może zawierać jedną lub większą liczbę komór z płynem, połączonych lub nie, rozmieszczonych w dowolnym pożądanym kształcie i wzorze, np. o strukturze plastra miodu, jako równoległe komory cylindryczne, podłużne współosiowe toroidy o różnej średnicy, itp.

Znane są ciecze zagęszczane ścinaniem, zwane także cieczami dylatancyjnymi. Ciecze zagęszczane ścinaniem należą do reostabilnych cieczy nienewtonowskich. W warunkach stałej temperatury lepkość cieczy dylatancyjnych rośnie wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Gwałtowny wzrost lepkości następuje po przekroczeniu krytycznej szybkości ścinania. Ciecze te pod wpływem zewnętrznego bodźca zachowują się w sposób przewidywalny. Łączą w sobie cechy czujnika, procesora i aktywatora, dlatego możemy zaliczyć je do grupy materiałów inteligentnych.

Najczęściej ciecze dylatancyjne wytwarza się w postaci mieszaniny glikolu polietylenowego oraz krzemionki. Znane są z literatury przedmiotu ciecze dylatancyjne, w których proszki krzemionkowe zastąpione zostały przez cząstki z polimetakrylanu metylu) i kaolinu [Lee Y., Wetzel E., Wagner N.J, Journal of Materials Science 2003, 38, 2825; Dennis P. Kalman, Richard L. Merrill, Norman J. Wagner, and Eric D. Wetzel, Applied Materials & Interfaces, 2009, 1, 2602; Brian A. Rosen, Caroline H. Nam Laufer, Dennis P. Kalman, Eric D. Wetzel, and Norman J. Wagner, Multi-threat performance of kaolinbased shear thickening fluid (STF)- treated fabrics, Proceedings of SAMPE 2007. Baltimore, MD. 3-7 June 2007; J. L. Park, B. Yoon, J. G. Paik and T. J. Kang, Textile Research Journal, 2012, 82, 527.]

PL 231 755 B1

Bardzo często ciecze zagęszczane ścinaniem znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie podczas normalnej eksploatacji wymagana jest elastyczność materiału, natomiast w przypadku nagłych zderzeń lub groźby urazu wymagane jest usztywnienie struktury np. przez gwałtowne utwardzenie się cieczy.

Ze względu na swoją naturę ciecze zagęszczane ścinaniem nie mogą być zastosowane jako osobno występujący materiał konstrukcyjny ponieważ nie są w stanie utrzymać w długim przedziale czasowym nadanego im kształtu (rozpływają się po powierzchni, spływają itp.). Z tego względu zastosowanie cieczy zagęszczanych ścinaniem wymaga trwałego osadzenia ich na elemencie nośnym lub zamknięcia w jakiejś strukturze.

Jednym ze sposobów zastosowania cieczy zagęszczanych ścinaniem jest ich osadzenie (impregnacja) na różnego typu materiałach włóknistych. Z opisu zgłoszenia patentowego US 2006/0234577 znana jest impregnacja włókien aramidowych lub innych o podobnych właściwościach wytrzymałościowych. Impregnacja tego typu włókien cieczami zagęszczanymi ścinaniem pozwala na zwiększenie ich właściwości ochronnych, co może być wykorzystane w produkcji kamizelek kuloodpornych. Z opisu patentowego US 4425080 znana jest impregnacja różnego typu elastycznych tkanin w postaci taśmy, co pozwala otrzymać materiały o zwiększonych właściwościach tłumienia drgań mające zastosowanie w okładzinach turbin silników odrzutowych. W zależności od składu masy zagęszczanej ścinaniem i jej lepkości można zastosować różne sposoby impregnacji. Jednym z nich jest dodanie do cieczy lotnego rozpuszczalnika o niskiej temperaturze wrzenia, który jest obojętny w stosunku do składników cieczy i z nimi nie reaguje. Najczęściej stosuje się do tego alkohol etylowy. Maty nasącza się mieszaniną cieczy w dodatkowym rozpuszczalniku, po czym nadmiar cieczy usuwa poprzez odciśnięcie. Następnie maty poddawane są działaniu podwyższonej temperatury w celu odparowania dodanego rozpuszczalnika [Decker, M.J., Haibach C.J., Nama C.H., Wagner N.J., Wetzel E.D., Composites Science and Technology, 2007, 67, 565; patent US 7 498 276 B2; zgłoszenia patentowe: US 2014/0143927, US 2013/0160638 i WO 2007146703. Innym sposobem na impregnację materiału, znanym z publikacji [Tan V.B.C., Tay T.E., Teo W.K., International Journal of Solids and Structures, 2005, 42, 1561], jest zastosowanie cieczy zagęszczanej ścinaniem z fazą dyspergującą dobrze zwilżającą włókna maty. Włókna amidowe impregnowane były za pomocą cieczy dylatancyjnych bazujących na układach wodnych zawiesiny proszków SiO2. Badania wykazały, że materiał aramidowy zaimpregnowany zawiesiną zagęszczaną ścinaniem zwiększał swoje zdolności ochronne.

Innym sposobem immobilizowania cieczy zagęszczanych ścinaniem znanym z amerykańskich opisów patentowych [US 4503952, US 3833952 i US 4759428], jest ich zamknięcie pomiędzy dwoma pracującymi elementami. Z reguły jeden z elementów jest nieruchomy. W momencie zmiany położenia jednego z elementów względem drugiego (np. obrót lub przesuw) generuje się naprężenie ścinające powodujące skokowy wzrost lepkości cieczy zagęszczanej ścinaniem wypełniającej przestrzeń pomiędzy tymi elementami, przeciwdziałający ruchowi elementów. Tego typu rozwiązania stosuje się przy produkcji różnego typu amortyzatorów.

Z amerykańskich zgłoszeń patentowych US 2013/0061739 i US 2006/0234572 znane jest rozwiązanie polegające na zamknięciu cieczy zagęszczanych ścinaniem w porowatym materiale o porach otwartych lub zamkniętych. Jako materiał porowaty wykorzystuje się różnego typu pianki o dużej porowatości otwartej z porami przelotowymi. Jeżeli powierzchni nasączonego materiału porowatego nie pokryje się innym materiałem zamykającym pory, to w takim przypadku mówimy o materiale o porach otwartych. Jednak w trakcie użytkowania ciecz zagęszczana ścinaniem może wypływać przez niezabezpieczone pory, co powoduje że otrzymany materiał nie zachowuje swoich właściwości w czasie i jego właściwości użytkowe są mocno ograniczone. Dlatego przeważnie na porowaty materiał nasączony cieczą zagęszczaną ścinaniem nakłada się różnego typu powłoki uszczelniające z gumy czy też z innych materiałów polimerowych. W ten sposób skutecznie zamyka się ciecz zagęszczaną ścinaniem w materiale porowatym. Znane są także metody polegające na zdyspergowaniu cieczy zagęszczanej ścinaniem w matrycy polimerowej o odpowiednich właściwościach termoplastycznych pozwalających na wytłaczanie takiej mieszaniny lub tworzenie z niej pokryć. Takiego typu materiały kompozytowe i metody osadzania stosuje się np. do produkcji wewnętrznych lub zewnętrznych warstw składających się na osłonę kabli [zgłoszenie patentowe WO2008079584].

Znany z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US 2006/0234572 jest również sposób immobilizacji cieczy zagęszczanych ścinaniem z wykorzystaniem polimeryzacji emulsyjnej. W tym przypadku wykorzystuje się efekt niemieszalności cieczy. W przypadku cieczy zagęszczanych ścinaniem opartych na glikolach nierozpuszczalnikiem może być olej silikonowy. Podczas mieszania tworzy się dyspersja

PL 231 755 B1 w postaci drobnych kropel cieczy zagęszczanej ścinaniem w oleju silikonowym. Dyspersja taka jest często stabilizowana dodatkiem środków powierzchniowo czynnych. Następnie dodaje się reagenty wywołujące polimeryzację oleju silikonowego, w wyniku której drobne krople cieczy zagęszczanej ścinaniem są więzione w strukturze polimeru. Zamiast reakcji polimeryzacji wykorzystuje się także związki, które twardnieją w wyniku chłodzenia lub innej reakcji chemicznej.

Ciecze zagęszczane ścinaniem zostały wykorzystane w rehabilitacyjnych ochraniaczach kolan przedstawionych w opisie wzoru użytkowego CN201640523. Ochraniacz według wzoru ma kształt cylindryczny, składa się z warstwy zewnętrznej i wewnętrznej, pomiędzy którymi umieszczona jest wkładka ochronna z jednej lub większej liczby warstw tkaniny nasączonej cieczą zagęszczaną ścinaniem. Nakolannik według wzoru jest miękki i elastyczny w stanie normalnym, natomiast przy np. uderzeniu lub gwałtownym ruchu usztywnia się, dzięki czemu zapobiega uszkodzeniu chronionego kolana.

Zgodnie z wynalazkiem ciecz zagęszczana ścinaniem została wykorzystana do wytworzenia ochraniaczy piłkarskich charakteryzujących się dużym stopniem absorpcji energii.

Nagolennik piłkarski o kształcie pasującym do goleni według wynalazku stanowi płytka z wytrzymałego mechanicznie i lekkiego polimeru, korzystnie polipropylenu lub polietylenu, połączona od strony wewnętrznej z kieszenią wykonaną z materiału o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, korzystnie z polietylenu o ultra wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE), polichloroprenu lub tkaniny aramidowej, w której umieszczony jest wkład w postaci tkaniny przestrzennej wypełnionej pianką poliuretanową z umieszczonymi wewnątrz formami silikonowymi wypełnionymi cieczą zagęszczaną ścinaniem.

Korzystnie wyprofilowana do kształtu goleni płytka ma grubość 2-3 mm, wysokość 18-22 cm oraz szerokość na górze 14-16 cm i na dole 9-11 cm.

Korzystnie tkanina przestrzenna jest wykonana z polimeru termoplastycznego, takiego jak polietylen, polipropylen lub poli(tereftalan etylenu). Korzystnie tkanina przestrzenna charakteryzuje się gęstością w przedziale od 500 do 800 kg/m³ i grubością od 0,3 do 1,5 cm.

Korzystnie silikon, z którego wykonane są formy napełnione cieczą zagęszczaną ścinaniem, charakteryzuje się wytrzymałością na rozciąganie powyżej 3,5 MPa i wydłużeniem przy zerwaniu powyżej 400%.

Formy silikonowe mają dowolny obły kształt niezawierający w płaszczyźnie poziomej kątów ostrych, korzystnie kształt walca, korzystnie o średnicy od 2 do 5 cm i wysokości od 0,3 do 1,5 cm. Korzystnie są one ułożone w rzędach równolegle lub z przesunięciem co drugiego rzędu o połowę odległości między formami. Korzystnie odległość między formami silikonowymi wynosi od 0,2 do 1 cm, w zależności od wielkości form. Korzystnie w nagolenniku znajduje się od 5 do 20 form silikonowych w zależności od ich wielkości i rozmieszczenia.

Pianka poliuretanowa korzystnie ma gęstość od 48 do 400 kg/m³. Korzystnie jest to pianka o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 80 kPa, wydłużeniu przy zerwaniu powyżej 100% i o sile potrzebnej do ugięcia pianki o 25% w zakresie od 200 do 700 N wg normy ASTM D3574.

Zarówno silikon, jak i pianka poliuretanowa mogą być wypełnione mikrosferami polimerowymi w celu obniżenia gęstości układu. Mikrosfery korzystnie mają gęstość od 0,03 do 0,10 g/cm³.

Poza formami silikonowymi ciecz zagęszczana ścinaniem może znajdować się także w piance poliuretanowej, w celu wzmocnienia właściwości protekcyjnych nagolennika. Pianka poliuretanowa może zawierać także środek bakteriobójczy, taki jak nanosrebro, dichlorofenol i heksachlorofenol, korzystnie w ilości od 0,01 do 0,2%.

Korzystnie nagolennik od strony wewnętrznej zawiera system kanalików wentylacyjnych zapewniających dobrą wentylację oraz łatwe odparowanie potu. Korzystnie kanaliki mają głębokość i szerokość 2-3 mm i rozmieszczone są równomiernie pomiędzy formami silikonowym wzdłuż i/lub wszerz całego nagolennika.

Korzystnie jako ciecz zagęszczaną ścinaniem stosuje się zawiesinę ceramiczną, w której krzemionka jest zdyspergowana w ciekłym związku organicznym, korzystnie w glikolu, takim jak np. glikol polietylenowy, polipropylenowy, etylenowy.

Korzystnie stosuje się ciecz zawierającą mieszaninę nanokrzemionki i elastycznych, suchych polimerowych mikrosfer ekspandowanych wypełnionych gazem, o średniej wielkości cząstek od 15 do 85 μm, oraz o gęstości od 25 do 70 kg/m³, przy czym udział krzemionki wynosi od 7 do 40% obj. W stosunku do objętości całej zawiesiny ceramicznej, a całkowite stężenie fazy stałej w zawiesinie wynosi od 15 do 70% obj. Taka ciecz dylatancyjna jest znana z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.405332.

PL 231 755 B1

Jako ciecz dylatancyjną można także stosować ceramiczną masę, w której fazę stałą stanowi mieszanina krzemionki i polimerowych mikrosfer ekspandowanych gazem, przy czym stężenie fazy stałej wynosi od 45 do 75% obj., stężenie krzemionki wynosi powyżej 40% obj., udział procentowy mikrosfer polimerowych wynosi od 1 do 50% obj., zaś mikrosfery polimerowe mają gęstość od 0,01 do 0,10 g/cm³ i wielkość od 1 do 100 μm.

Nagolenniki według wynalazku otrzymuje się w ten sposób, że w tkaninie przestrzennej o wymiarach odpowiednich dla wykonywanego nagolennika wycina się otwory, w których umieszcza się formy silikonowe wypełnione cieczą zagęszczaną ścinaniem, następnie tkaninę z formami silikonowymi umieszcza się w formie odwzorowującej kształt nagolennika, której dno zawiera występy nadające kształt kanałom po wewnętrznej stronie wkładu, wypełnia się pianką i pozostawia do usieciowania.

Formy silikonowe wypełnione cieczą zagęszczaną ścinaniem otrzymuje się w ten sposób, że bazę silikonową oraz katalizator, w odpowiednim stosunku, umieszcza się w dwuczęściowej formie o kształcie odpowiednim do kształtu formy silikonowej, wykonanej np. z polimetakrylanu metylu). Po usieciowaniu, puste miejsca w otrzymanej formie silikonowej napełnia się cieczą zagęszczaną ścinaniem oraz zalewa się kolejną warstwą silikonu, która włączy się z dolną częścią formy silikonowej uniemożliwiając wypłynięcie cieczy zagęszczanej ścinaniem.

Otrzymany materiał kompozytowy zawierający ciecz zagęszczaną ścinaniem wkłada się od góry do kieszeni przymocowanej do płytki polimerowej. Umożliwia to pranie i dezynfekcję nagolennika.

Korzystnie kieszeń jest połączona z płytką za pomocą szwu umieszczonego w odległości 1-3 mm od krawędzi płytki.

Nagolennik według wynalazku zapewnia większy stopień absorbowania energii i tym samym siły uderzenia w znacznie mniejszym stopniu przenoszone są na goleń. Zapewnia to większą ochronę nogi przed urazami. Poza tym odznacza się wysoką elastycznością, dzięki czemu dobrze przylega do kończyny dolnej, tym samym zwiększając komfort użytkowania.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach i na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematyczny widok nagolennika z przekrojami, Fig. 2 przedstawia równoległe ułożenie form silikonowych, Fig. 3 przedstawia ułożenie form silikonowych z przesunięciem co drugiego rzędu o połowę odległości między formami, Fig. 4 przedstawia rozmieszczenie kanalików wentylacyjnych, Fig. 5 przedstawia schemat otrzymywania form silikonowych.

P r z y k ł a d 1

Do wytworzenia nagolennika użyto cieczy zagęszczanej ścinaniem przygotowanej jak opisano poniżej, zamkniętej w formie z silikonu formierskiego firmy Blik (MM922), elastycznej pianki poliuretanowej FlexFoam-IT 17 firmy Smooth-On o gęstości 270 kg/m³ oraz poliestrowej tkaniny przestrzennej o grubości 1,0 cm firmy Baltex (M8180).

Do wytworzenia 150 cm³ cieczy zagęszczanej ścinaniem użyto 147,0 g krzemionki sferycznej o wielkości ziarna 0,1-0,2 μm i gęstości równej 1,96 g/cm³ oraz 75,4 g glikolu polipropylenowego o masie molowej 2000 g/mol. Stosunek fazy stałej do fazy ciekłej wynosił 50:50% obj. Proces homogenizacji trwał 3 godziny. W ten sposób uzyskano jednorodną zawiesinę o właściwościach reologicznych stabilnych w funkcji czasu. Otrzymany układ charakteryzował się wzrostem lepkości od wartości 743 Pa-s do 6050 Pa-s, dając skok lepkości równy ok. 5307 Pa-s. Gęstość zawiesiny wynosiła 1,48 g/cm³ pozbawionych jednej podstawy krążków silikonowych w kształcie walca o wysokości 0,8 cm, średnicy 3,0 cm i grubości ścianek 2,5 mm zawierających ciecz zagęszczaną ścinaniem uzyskano poprzez zmieszanie bazy silikonowej (MM922) oraz katalizatora (MM kat. B-5) w stosunku 100:5 i umieszczenie ich w formie wykonanej z polimetakrylanu metylu) o odpowiednim kształcie, jak pokazano na Fig. 5. Po usieciowaniu, krążki napełniono cieczą zagęszczaną ścinaniem oraz zalano warstwą silikonu o grubości 2,5 mm zamykającą krążek od góry.

W celu przygotowania nagolennika w tkaninie przestrzennej w kształcie trapezu o wymiarach: górna podstawa - 15 cm, dolna podstawa - 11 cm, wysokość - 21 cm wycięto wykrojnikiem 12 otworów o średnicy 3 cm, w których zostały umieszczone wcześniej przygotowane silikonowe krążki wypełnione cieczą zagęszczaną ścinaniem. Tak przygotowaną tkaninę umieszczono w formie silikonowej, której dno zawierało występy nadające kształt kanałom wentylacyjnym po wewnętrznej stronie wkładu. Następnie składnik A i składnik B kompozycji do wytwarzania pianki poliuretanowej FlexFoam-IT 17 zmieszano w stosunku 1:2 oraz dodano 0,01% środka bakteriobójczego - nanosrebra. Składniki mieszano intensywnie przez 8 sekund (800 obr/min) i wlano do formy wyłożonej tkaniną przestrzenną. Po utwardzeniu się pianki poliuretanowej otrzymano materiał kompozytowy przedstawiony na Fig. 4.

PL 231 755 B1

Do polipropylenowej, wyprofilowanej do kształtu goleni płytki o grubości 2 mm, wysokości 21 cm oraz szerokości na górze 15 cm i na dole 11 cm przyszyto szwem umieszczonym w odległości 2 mm od krawędzi płytki kieszeń wykonaną z neoprenu. W kieszeni umieszczono przygotowany wkład kompozytowy.

Tak wykonany nagolennik został zbadany na stanowisku do badania zdolności pochłaniania siły uderzenia wykonanym na podstawie brytyjskiej normy: BS 7971-4:2002.

Wyniki przedstawiono na wykresie (Fig. 6), obrazującym procentową ilość zaabsorbowanej siły uderzenia dla nagolennika według przykładu 1 (STF = Shear Thickening Fluid z ang. ciecz zagęszczana ścinaniem) oraz nagolennika dostępnego na rynku, składającego się z zewnętrznej płytki wykonanej z polipropylenu i wewnętrznej elastycznej pianki z kopolimeru etylenu z octanem winylu. Nagolennik według wynalazku pochłaniał 51% siły uderzenia.

P r z y k ł a d 2

Nagolennik w przykładzie 2 wytworzono analogicznie jak nagolennik w przykładzie 1, przy czym na etapie przygotowania pianki poliuretanowej do składnika A (polioli) dodano 20% wagowych w stosunku do składnika A cieczy zagęszczanej ścinaniem przygotowanej według przykład u 1, w celu wzmocnienia właściwości protekcyjnych nagolennika. Mieszaninę homogenizowano przez 60 s z prędkością 400 obr/min. Następnie dodano składnik B (izocyjanianowy) w stosunku 1A:2B, mieszano intensywnie przez 8 sekund (800 obr/min) i wlano do formy wyłożonej tkaniną przestrzenną. Po utwardzeniu piany otrzymano nagolennik, który został przebadany na stanowisku do badania zdolności pochłaniania siły uderzenia wykonanym na podstawie brytyjskiej normy: BS 7971-4:2002.

Wyniki przedstawiono na wykresie Fig. 7, obrazującym procentową ilość zaabsorbowanej siły uderzenia dla nagolennika według przykładu 2 (STF) oraz nagolennika dostępnego na rynku, jak w przykładzie 1. Nagolennik według wynalazku pochłaniał 54% siły uderzenia.

P r z y k ł a d 3

Nagolennik w przykładzie 3 wytworzono analogicznie jak nagolennik w przykładzie 1, przy czym na etapie przygotowania pianki poliuretanowej do składnika A (polioli) dodano 1% wagowy w stosunku do składnika A mikrosfer polimerowych o gęstości 0,03 g/cm³ i wielkości sfer 55-85 μm firmy AkzoNobel (920DE80d30), w celu obniżenia gęstości układu. Mieszaninę homogenizowano przez 60 s, z prędkością 400 obr/min. Następnie dodano składnik B (izocyjanianowy) w stosunku 1A:2B, mieszano intensywnie przez 8 sekund (800 obr/min) i wlano do formy wyłożonej tkaniną przestrzenną. Po utwardzeniu piany otrzymano nagolennik, który został przebadany na stanowisku do badania zdolności pochłaniania siły uderzenia wykonanym na podstawie brytyjskiej normy: BS 7971-4:2002.

Wyniki przedstawiono na wykresie Fig. 8, obrazującym procentową ilość zaabsorbowanej siły uderzenia dla nagolennika według przykładu 3 (STF) oraz nagolennika dostępnego na rynku, jak w przykładzie 1. Nagolennik według wynalazku pochłaniał 53% siły uderzenia.

P r z y k ł a d 4

Nagolennik w przykładzie 4 wytworzono analogicznie jak nagolennik w przykładzie 1, przy czym na etapie przygotowania form silikonowych do bazy silikonowej dodano mikrosfer polimerowych o gęstości 0,07 g/cm³ i wielkości sfer 15-25 μm firmy AzkoNobel (461DE20d70) w celu obniżenia gęstości układu. Stosunek bazy silikonowej do mikrosfer wynosił 20:1. Mieszaninę homogenizowano przez 60 s, z prędkością 400 obr/min. Następnie dodano katalizatora (stosunek bazy silikonowej do katalizatora wynosił 100:5), mieszano intensywnie przez 30 sekund (800 obr/min) i wlano do formy wykonanej z poli(metakrylanu metylu) o odpowiednim kształcie. Po usieciowaniu, puste miejsca w formie silikonowej napełniono cieczą zagęszczaną ścinaniem oraz zamknięto kolejną warstwą silikonu z dodatkiem mikrosfer.

Po utwardzeniu piany otrzymano nagolennik, który został przebadany na stanowisku do badania zdolności pochłaniania siły uderzenia wykonanym na podstawie brytyjskiej normy: BS 7971-4:2002. Wyniki przedstawiono na wykresie Fig. 9, obrazującym procentową ilość zaabsorbowanej siły uderzenia dla nagolennika według przykładu 4 (STF) oraz nagolennika dostępnego na rynku, jak w przykładzie 1. Nagolennik według wynalazku pochłaniał 53% siły uderzenia.

P r z y k ł a d 5

Nagolennik w przykładzie 5 wytworzono analogicznie jak nagolennik w przykładzie 1, przy czym do budowy nagolennika wykorzystano krążki silikonowe o różnej grubości, 0,8 cm (środkowy pas) i 0,5 cm (dwa skrajne pasy).

Na Fig. 10 przedstawiono procent zaabsorbowanej siły uderzenia ochraniacza wykonanego według przykładu 5, w porównaniu z nagolennikiem komercyjnym, jak we wcześniejszych przykładach.

PL 231 755 B1

Badania wykonano na stanowisku do badania zdolności pochłaniania energii uderzenia wykonanym na podstawie brytyjskiej normy: BS 7971-4:2002. Nagolennik według wynalazku pochłaniał 52% siły uderzenia.

P r z y k ł a d 6

Nagolennik w przykładzie 6 wytworzono analogicznie jak nagolennik w przykładzie 1, przy czym do budowy ochraniacza użyto piankę poliuretanową FlexFoam-IT 17 firmy Smooth-On o gęstości 48 kg/m³, co umożliwiło zwiększenie elastyczności nagolennika.

Na Fig. 11 przedstawiono procent zaabsorbowanej siły uderzenia ochraniacza wykonanego według przykładu 6, w porównaniu z nagolennikiem komercyjnym, jak we wcześniejszych przykładach. Badania wykonano na stanowisku do badania zdolności pochłaniania siły uderzenia wykonanym na podstawie brytyjskiej normy: BS 7971-4:2002. Nagolennik według wynalazku pochłaniał 51% siły uderzenia.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (21)

1. Nagolennik piłkarski o kształcie pasującym do goleni składający się z warstwy wewnętrznej i zewnętrznej, pomiędzy którymi znajdują się komory wypełnione płynem oraz pianka, znamienny tym, że warstwę zewnętrzną stanowi płytka z wytrzymałego mechanicznie i lekkiego polimeru, korzystnie z polipropylenu lub polietylenu, a warstwę wewnętrzną stanowi kieszeń wykonana z materiału o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, w której umieszczony jest wkład w postaci tkaniny przestrzennej wypełnionej pianką poliuretanową z umieszczonymi wewnątrz formami silikonowymi wypełnionymi cieczą zagęszczaną ścinaniem.

2. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że tkanina przestrzenna jest wykonana z polimeru termoplastycznego i charakteryzuje się gęstością od 500 do 800 kg/m³ i grubością od 0,3 do 1,5 cm.

3. Nagolennik według zastrz. 3, znamienny tym, że polimerem termoplastycznym jest poli(tereftalan etylenu), polietylen lub polipropylen.

4. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że formy silikonowe są wykonane z silikonu charakteryzującego się wytrzymałością na rozciąganie powyżej 3,5 MPa i wydłużeniem przy zerwaniu powyżej 400%.

5. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że formy silikonowe mają obły kształt, korzystnie kształt walca, korzystnie o średnicy od 2 do 5 cm i wysokości od 0,3 do 1,5 cm.

6. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że formy silikonowe są ułożone w rzędach równolegle.

7. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że formy silikonowe są ułożone w rzędach z przesunięciem co drugiego rzędu o połowę odległości między formami.

8. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że odległość między formami silikonowymi wynosi od 0,2 do 1 cm.

9. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że w nagolenniku znajduje się od 5 do 20 form silikonowych.

10. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że pianka poliuretanowa charakteryzuje się gęstością od 48 do 400 kg/m³, wytrzymałością na rozciąganie powyżej 80 kPa, wydłużeniem przy zerwaniu powyżej 100, siłą potrzebną do ugięcia pianki o 25% zakresie od 200 do 700 N według normy ASTM D3574.

11. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że silikon i/albo pianka poliuretanowa są wypełnione mikrosferami polimerowymi, korzystnie o gęstości od 0,03 do 0,10 g/cm³.

12. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że od strony wewnętrznej posiada system kanalików wentylacyjnych, korzystnie o głębokości i szerokości 2-3 mm.

13. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ciecz zagęszczaną ścinaniem formy silikonowe zawierają zawiesinę ceramiczną, w której krzemionka jest zdyspergowana w ciekłym związku organicznym, korzystnie w glikolu, takim jak glikol polietylenowy, polipropylenowy, etylenowy.

14. Nagolennik według zastrz. 1 albo 13, znamienny tym, że formy silikonowe zawierają ciecz zagęszczaną ścinaniem zawierającą mieszaninę nanokrzemionki i elastycznych, suchych polimerowych mikrosfer ekspandowanych wypełnionych gazem, o średniej wielkości cząstek od

PL 231 755 B1

15 do 85 nm. oraz o gęstości od 25 do 70 kg/m³, przy czym udział krzemionki wynosi od 7 do 40% obj. w stosunku do objętości całej zawiesiny ceramicznej, a całkowite stężenie fazy stałej w zawiesinie wynosi od 15 do 70% obj.

15. Nagolennik według zastrz. 1 albo 13, znamienny tym, że formy silikonowe zawierają ciecz zagęszczaną ścinaniem, w której fazę stałą stanowi mieszanina krzemionki i polimerowych mikrosfer ekspandowanych gazem, przy czym stężenie fazy stałej wynosi od 45 do 75%obj., stężenie krzemionki wynosi powyżej 40% obj., udział procentowy mikrosfer polimerowych wynosi od 1 do 50% obj., zaś mikrosfery polimerowe mają gęstość od 0,01 do 0,10 g/cm³ i wielkość od 1 do 100 nm.

16. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że poza formami silikonowymi ciecz zagęszczana ścinaniem znajduje się także w piance poliuretanowej.

17. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że pianka poliuretanowa zawiera środek bakteriobójczy, taki jak nanosrebro, dichlorofenol i heksachlorofenol, korzystnie w ilości od 0,01 do 0,2%.

18. Nagolennik według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem o wysokiej wytrzymałości mechanicznej jest polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE), polichloropren lub tkanina aramidowa.

19. Sposób wytwarzania nagolennika określonego w zastrzeżeniu 1, znamienny tym, że w tkaninie przestrzennej o wymiarach odpowiednich dla wykonywanego nagolennika wycina się otwory, w których umieszcza się formy silikonowe wypełnione cieczą zagęszczaną ścinaniem, i następnie tkaninę z formami silikonowymi umieszcza się w formie odwzorowującej kształt nagolennika, której dno zawiera występy nadające kształt kanałom po wewnętrznej stronie wkładu, wypełnia się składnikami tworzącymi piankę poliuretanową i pozostawia do usieciowania, po czym tak otrzymany materiał kompozytowy wkłada się od góry do kieszeni przymocowanej do płytki polimerowej.

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że stosuje się formy silikonowe wypełnione cieczą zagęszczaną ścinaniem otrzymane tak, że bazę silikonową oraz katalizator, w odpowiednim stosunku, umieszcza się w dwuczęściowej formie o odpowiednim do kształtu formy silikonowej, i po usieciowaniu puste miejsca w otrzymanym walcu silikonowym pozbawionym górnej podstawy napełnia się cieczą zagęszczaną ścinaniem oraz zalewa się kolejną warstwą silikonu.

21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że kieszeń jest połączona z płytką za pomocą szwu umieszczonego w odległości 1-3 mm od krawędzi płytki.