專利名稱：帶控制擴散泵浦作用的改進的阻擋層材料的荷載的減震裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及荷載的減震裝置，具體地涉及一種改進的充氣減震裝置，這種充氣減震裝置采用一種有選擇地控制氮的擴散并且在允許含在空氣的其它氣體的有控制的擴散的同時阻止特種氣體(supergas)的擴散。
本申請涉及題為“可加壓的包封套與方法”的在1988年2月5日提交的美國專利申請07/147，131號以及與本案同日提交的美國專利申請(申請?zhí)朹)，其公開內(nèi)容結(jié)合到本申請中。
本申請是1989年2月19日提交的美國專利申請07/298，899號的繼續(xù)申請。
本申請是先期美國專利-包括題為“鞋類物品的鞋墊(insole)結(jié)構(gòu)”的在1983年1月15日頒發(fā)的美國專利4，183，156號，題為“產(chǎn)品與物件的彈性體減震裝置”的在1981年9月1日頒發(fā)的美國專利4，287，250號，和題為“擴散泵浦作用裝置自充氣裝置”的在1982年7月20日頒發(fā)的美國專利4，340，626號-的改進。
美國專利4，183，156描述了一種鞋類物品的減震裝置，這種減震裝置含有一種彈性體薄膜包封外套，最好是熱封合的并且是在制造過程中永久性地充了氣和加了壓。專利4，287，250更為通用一點，并且應(yīng)用在如減震器、包裝襯墊、頭盔、門窗密封件、運動墊席、褥墊、個人防護襯墊等等的其它形式的減震產(chǎn)品上。這些先期產(chǎn)品采用帶有所述物理特性的彈性塑料薄膜并用新型充灌氣體、即其中描述的“特種氣體”充氣以實現(xiàn)在較高的壓力下長期保壓。在先前的美國專利4，340，626中詳細描述了一種新穎的擴散泵浦作用的方法，采用這種方法可以在產(chǎn)品的有用壽命中實現(xiàn)這種基本上是永久性的充脹狀態(tài)。
永久性充脹的一些形式與技術(shù)相對于充氣產(chǎn)品或空氣減震構(gòu)件用于鞋上的商業(yè)接受性是重要的。例如(1)所有閥裝置即使在新的時候都有一定程度的泄漏，用臟以后泄漏程度更增大。由于充脹部分容積很小，即使很微小的泄漏都會引起壓力的不可接受的降低與同時發(fā)生的減震作用、彈性與支承作用的降低。
(2)合適的減震作用要求空氣減震墊或充氣產(chǎn)品維持一個相當精確地控制著的壓力水平、即維持在所需壓力值的幾磅壓力偏差之內(nèi)。
(3)使用者一般不耐煩并且不愿花時間或那份麻煩來維持合適的充脹壓力。
(4)具有閥裝置的空氣減震墊或產(chǎn)品的成本必定會是昂貴的。不但是閥的成本，而且使用者必須配備一個泵和一個壓力計，兩者都會是昂貴的。
(5)空氣減震墊或充氣裝置很容易會被使用者加壓過頭而招致?lián)p壞或破坯。
(6)不適當?shù)募訅夯蚯穳憾紩o使用者帶來傷害。
(7)泵與壓力計在使用者需要時可能找不到。
(8)在諸如鞋的減震構(gòu)件的小容積的減震裝置中，容積是這樣小和壓力是這樣高，用典型的布爾登管式壓力計來取壓力讀數(shù)的方法會將壓力降低2至5磅。這樣，使用者必須記著在取讀數(shù)前過充氣2至5磅。這可能是一個復(fù)雜的程序，尤其是對小孩來說。
(9)制成一種在層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)含有某種阻擋層的多層薄膜層狀結(jié)構(gòu)的努力總是失敗，這是由于靠近焊接部位或在高撓曲應(yīng)力部位發(fā)生離層。
對這些裝置，重要的是應(yīng)用擴散泵浦作用，這是因為，要制成一個實用的長期充壓的減震墊，在以前就需要采用一種熱塑性彈性包封套薄膜，這種薄膜具有一定的特定物理特性，即，好加工性能、好熱封合性能、在較高頻率的周期性負荷的重復(fù)作用下的優(yōu)良的耐疲勞性能，以及合適的抗拉強度、耐戳穿性能、抗撕裂強度與彈性。由于這些實際考慮優(yōu)先于薄膜的阻擋層性能(對充脹氣體向外擴散的阻力)，在以前就需要用特種氣體充氣并用空氣進行擴散泵浦作用來協(xié)助將內(nèi)部壓力維持在設(shè)計極限內(nèi)。當時希望有好的阻擋層材料來維持充脹壓力，但是這些材料必定地是結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因而具有非常差的和不可接受的物理特性，尤其是涉及到熱封合性能、耐疲勞性能和彈性。因此，這些材料不能用于這些使用場合。換句話說，在選擇阻擋層薄膜材料時考慮因素之一是，用諸如上面提及的特種氣體這樣的較大分子直徑的充脹氣體作為充脹劑，而且薄膜材料是那些能夠保持住特種氣體但讓諸如那些存在在空氣里的較小分子直徑的氣體擴散，這些較小分子直徑的氣體在空氣中的成份為氮(78%)，氧(20.9%)，二氧化碳(0.033%)，氬(0.934%)，和其它的加起來占環(huán)境空氣30ppm的氣體(氖、氦、氪、氙、氫、甲烷和氧化亞氮)。
在先期美國專利4，340，626中對擴散泵浦作用作以下的描述。一對彈性的、可有選擇地滲透的片子在所需間隔沿著焊接線封合在一起以形成一個或多個腔室，這些腔室隨后用一種氣體或一種氣體混合物充脹到一個規(guī)定的高于大氣壓力的壓力。所選用的一種或多種氣體對穿過可滲透的片子擴散到腔室外面去的擴散率非常低，而周圍空氣中的氮、氧和氬對穿過片子進入腔室的擴散率比較高，在腔室內(nèi)就由于擴散泵浦作用而產(chǎn)生總壓力(位能級)的增高，這是由于空氣中的氮、氧和氬的分壓力加到原來在腔室內(nèi)的氣體的分壓力上而造成的。
由于以特種氣體作為充脹劑的擴散泵浦作用依賴于空氣中的氣體組份擴散進入包封套，內(nèi)部壓力達到穩(wěn)態(tài)需要一段時間。例如，氧氣通常比較快地在幾個星期內(nèi)擴散進入包封套內(nèi)。效果是將內(nèi)部壓力增高約每平方英寸2.5磅。隨著幾個月內(nèi)，氮氣將擴散進入包封套內(nèi)，結(jié)果是逐漸將壓力增高一個約為每平方英寸12磅的增量。
第二個效應(yīng)是由于薄膜的彈性特性引起發(fā)生的，這就是張力弛張或有時稱作蠕變。壓力的逐漸增高導(dǎo)致包封套的體積在達到穩(wěn)態(tài)以前比原有形狀的體積增長了約20%。最終結(jié)果是，經(jīng)過一段時間，內(nèi)部壓力增長了約每平方英寸14磅，包封套的幾何尺寸脹大了，體積變了。實際上，這些幾何形態(tài)的變化通過控制制造工藝來補償以提供一個有效的產(chǎn)品。然而，幾何形態(tài)的變化妨礙了那些幾何形狀尺寸一定要控制得很嚴的充氣產(chǎn)品的設(shè)計。
要記住目的是要提供一種這樣的充氣產(chǎn)品，這種產(chǎn)品除了在先期專利提及的其它優(yōu)點之外還要提供一種減震墊的減覺。過度充氣導(dǎo)致產(chǎn)生一種硬的產(chǎn)品，而不是一種減震墊。為了補償日后內(nèi)部壓力的增長而充氣不足，這就會導(dǎo)致產(chǎn)品“貼了底”，不起減震墊作用。根據(jù)壓力在幾個月的時間內(nèi)的增長來考慮，起始時用一種特種氣體跟空氣的混合物充灌包封套以提供一個不過度充氣的產(chǎn)品，這樣來在起始時提供所需的減震墊感覺。但是，這樣并不能消除由于張力弛張所導(dǎo)致的體積增大。為了提供減震墊感覺所需而將預(yù)定份量的特種氣體與空氣混合，將使制造過程復(fù)雜化。
本申請人的先前的擴散泵浦作用技術(shù)的經(jīng)已完成的目的是在研制一個特別耐久的、可靠的、耐疲勞的與長壽命的、提取包含有環(huán)境空氣的充脹劑氣體的分壓力能量的裝置并使之完善，并將此位能使用或轉(zhuǎn)化以在各種產(chǎn)品中完成有用的工作。
盡管使用特種氣體與彈性體非結(jié)晶狀薄膜材料的擴散泵浦作用在滿意地工作著，還是希望有一種改進的產(chǎn)品。例如，在過去10年中經(jīng)已在美國及全球銷售了幾百萬雙由奈克(Nike)鞋公司出產(chǎn)的“AIRSOLE”與其它商標的鞋具。奈克鞋公司的這些產(chǎn)品是按一個或多個以前鑒定的專利制造出來的，并且被普遍認為是優(yōu)質(zhì)的鞋具，這些鞋具具有一種充氣的、使用壽命長的提供超越有競爭性的鞋具產(chǎn)品的實際優(yōu)點的構(gòu)件的所有好處。包括意外破裂在內(nèi)的所有原因造成的損壞率，相信是在0.001%以下。即使是這樣，在上述各專利發(fā)明的現(xiàn)有商品形式中，還有改進的余地，這將要進行討論。
在本領(lǐng)域中，都熟悉使用對氧氣或二氧化碳的擴散是不滲透的一些類型的塑料。這些材料典型地有用于飲料工業(yè)的塑料瓶的聚碳酸酯材料、或賽綸(Saran)或聚醋酸乙烯酯(PVAC)或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。聚碳酸酯與相似的全不透氣塑料的問題是它們的比較低的耐疲勞性和難以形成高頻焊道。例如，當用這些材料制造的充氣并充壓的產(chǎn)品經(jīng)受嚴峻的撓曲疲勞，該部份就會使用幾分鐘或幾個鐘頭后損壞。為了要封接這樣的材料，一般需要將面對的塑料加熱到熔點使之稍帶流動性。情況是，即使不是不可能、也是很難保持一個預(yù)定的幾何狀態(tài)和很難用熱融合來取得嚴密的與良好的焊道。這些材料不是極性的，一般不能成功地進行高頻焊。
如果使用高度耐疲勞的、易焊的、可熱封合的和可硫化的彈性體，并且充壓氣體是空氣或諸如氮、二氧化碳、氬、氙或常規(guī)氟里昂致冷劑氣體的其它氣體，后者會快速地擴散通過這些材料。這問題通過先有技術(shù)擴散泵浦作用技術(shù)和使用“特種氣體”與彈性體阻擋層材料來解決，好處是氧氣與氮氣從周圍空氣擴散進入構(gòu)件內(nèi)。在一段時間內(nèi)，由彈性體阻擋層材料的張力弛張性質(zhì)引起的構(gòu)件容積的擴大幾乎得到完美的補償。但是，如果構(gòu)件要加壓到一個比較低的充脹壓力，像在時髦的鞋具的情況，跟工作鞋具不一樣，在開頭的那段時間內(nèi)，周圍空氣的擴散泵浦作用導(dǎo)致一個不可接受地大的壓力變化(增大)。本發(fā)明就是要解決這個問題與其它的問題。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一個這樣的充氣減震裝置，這裝置在設(shè)計內(nèi)壓下具有較長的工作壽命，并且可以準確地控制穩(wěn)態(tài)內(nèi)壓與幾何狀態(tài)。
本發(fā)明的另一個目的是要將包封薄膜的張力弛張?zhí)卣鞲鷼怏w的外流更緊密地配合起來，從而有助于在產(chǎn)品的工作壽命期間維持更恒定的充脹劑壓力。
另一個目的是要在早期的擴散泵浦作用期間(6至24個月)減緩周圍空氣的向內(nèi)流動，從而降低一些類型的裝置的過壓或幾何狀態(tài)的逐漸的、不希望有的變化的趨勢。
本發(fā)明的又一個目的是使用比較容易取得的、較輕的、較便宜的氣體作為捕留氣體(captivegas)。
又一個目的是在一些應(yīng)用中允許使用優(yōu)質(zhì)的與/或較便宜的、選定的包封套薄膜。
又另一個目的是提供一種實用的充氣減震裝置，這種裝置可以用空氣或氮氣或其組合來充壓，并且在這類減震產(chǎn)品承擔負荷的整個工作壽命期間保持住充脹的特性。
因此本發(fā)明涉及荷載的減震裝置(壓氣包封)，這種荷載的減震裝置帶來具有所要求的熱塑性彈性體薄膜的物理特性并加上相對于氮氣與特種氣體的改進的阻擋層性能的特征的新型包封套薄膜。這些薄膜配制成這樣來有選擇地控制一些諸如氮氣的捕留氣體與特種氣體通過包封套的外向擴散率，以及其它氣體、即諸如氧氣、二氧化碳與其它提到的存在在周圍空氣里的活動氣體(mobilegas)的向內(nèi)進入加壓裝置的擴散泵浦作用。
按本發(fā)明可用的典型的阻擋層材料最好是熱塑性的、彈性體的并且是極性的、并能加工制成所要討論的各種幾何形態(tài)的產(chǎn)品。本發(fā)明的阻擋層材料應(yīng)將捕留氣體包含在包封套內(nèi)一個相當長的有用壽命的時間間隔、即兩年或更多一些。例如在兩年的時間間隔內(nèi)，包封套不應(yīng)損失超過起始充氣氣壓的20%。這實際上意味著這些起始充氣充到穩(wěn)態(tài)壓力20至22psig的產(chǎn)品應(yīng)將壓力保持在約16至18psig的范圍內(nèi)。
此外，阻擋層材料應(yīng)是撓性的、比較軟的、貼服的、并且應(yīng)是耐疲勞的，而且能夠被焊接以形成典型地由高頻焊實現(xiàn)的、基本上是一種分子交聯(lián)的有效的密封。特別重要的是這種阻擋層材料、特別是在薄膜厚度在約5密耳到約50密耳的范圍內(nèi)的情況下承受高周期性負荷而不損壞的能力。結(jié)晶質(zhì)的薄膜材料不大具備耐疲勞性，盡管其阻擋層性能一般是相當良好的。阻擋層薄膜材料的另一個重要性能是，它必須能夠用大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)來加工成各種形狀。本領(lǐng)域熟悉的加工技術(shù)有吹塑成型、注塑成型、中空模塑、真空成型、旋轉(zhuǎn)成型、轉(zhuǎn)移模塑和壓力成型，這里只提到一小部分。這些加工方法產(chǎn)生一種這樣的產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的壁具有基本上是薄膜的特性，其橫截面尺寸可以在產(chǎn)品的不同部份上不同，但總的基本上是薄膜的性質(zhì)。
除了上述的對有效地使用形成包封套的阻擋層材料是重要的特性，最重要的特性是控制住活動氣體擴散通過薄膜以及將捕留氣體保持住在包封套內(nèi)。通過本發(fā)明，不但可用特種氣體作為捕留氣體，而且還由于阻擋層的改進了的性能，氮氣也可以用作捕留氣體。主要的活動氣體是比較快通過阻擋層的氧氣，與除氮氣以外的存在在空氣中的其它氣體。提供一種用氮氣作為捕留氣體的阻擋層材料的實際效果是很顯著的。
例如，包封套在起始充氣時可以用氮氣或一種氮氣與一種或多種特種氣體或空氣的混合物來充氣。如果充以氮氣或一種氮氣與一種或多種特種氣體的混合物，壓力升高的增量是由于主要是氧氣比較快速擴散進入包封套內(nèi)形成的，因為捕留氣體基本上被保持在包封套內(nèi)。這個增量有效地相當于一個高出起始充氣壓力不大于約2.5psi的壓力升高，并且使包封套的容積產(chǎn)生了一個隨起始壓力而定的1至5%的比較小的增大。
如果空氣用作充脹劑氣體，氧氣將會擴散出包封套外，而氮氣被保留住作為捕留氣體。在這種情況下，氧氣擴散出去而氮氣留在包封套內(nèi)，這就導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)壓力降到起始充氣壓力以下。例如，如果起始用空氣充到26psig的壓力，壓力降將約為4psig以平衡在阻擋層包封套壁每側(cè)上的氧氣的分壓力。壓力降也會導(dǎo)致相對于張力弛張或蠕變的早期穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，這是因為內(nèi)壓不會再增高，因而蠕變就降低了或消除了。
因而，提供一種有效地具有如前面描述的同樣的希望有的特性、但又具有作為氮氣的阻擋層這一添加特征的阻擋層材料，在本發(fā)明的實踐中是重要的。原來已注意到，對氧氣也起阻擋層作用的塑性材料、或?qū)訅夯蚬矓D出的塑性材料的組合大多會是結(jié)晶性的并且大多會缺乏本發(fā)明設(shè)想的產(chǎn)品所需的耐疲勞性，這些產(chǎn)品要在比較長時間間隔內(nèi)承受比較高的周期性負荷。
具有希望有的阻擋層性能和其它按本發(fā)明要求的性能的阻擋層材料是那些基本上是彈性的和極性的，并且具有比較柔韌的性質(zhì)和高的耐疲勞性，同時也具有足夠的結(jié)晶質(zhì)特性以防止氮氣與特種氣體擴散通過包封套。這些結(jié)晶質(zhì)特性可以以包括機械式結(jié)晶質(zhì)阻擋層與分子式結(jié)晶質(zhì)阻擋層的幾種方式中的任一種來賦予，以阻止捕留氣體的擴散，并且將對幾種這類的薄膜和其它類型的材料進行詳細的描述。
因此很明顯，本發(fā)明具有多種優(yōu)點超越現(xiàn)有技術(shù)和前面參照過的先有專利。
本發(fā)明具有很多其它的優(yōu)點和其它的目的，從對實施這些優(yōu)點和目的的各種結(jié)構(gòu)形式的研究中將會清楚地顯示出來。這些結(jié)構(gòu)形式在附圖中示出，構(gòu)成本發(fā)明的組成部分。這些結(jié)構(gòu)形式將進行詳細的描述，目的是說明本發(fā)明的普遍原理;但應(yīng)當理解到這些詳細的說明不能看作是限制性的。


圖1是本發(fā)明的、例如用于鞋類物品并在包封外套的母體彈性薄膜內(nèi)埋進一種結(jié)晶質(zhì)的稀松織物或網(wǎng)狀材料的充氣后跟墊的平面圖;
圖2是類似于圖1的裝置的平面圖，只是使用了間隔比較密的結(jié)晶質(zhì)的稀松織物材料;
圖3是類似于圖2的裝置的平面圖，使用了間隔更為緊密的結(jié)晶質(zhì)的稀松織物材料;
圖4是埋入母體包封套薄膜的結(jié)晶質(zhì)線狀材料的示意平面圖;
圖4A是沿圖4的4A-4A線切取的截面圖;
圖5是埋入母體包封套薄膜的、線間距離較近的結(jié)晶質(zhì)線狀材料的示意平面圖;
圖5A是沿圖5的5A-5A線切取的截面圖;
圖6A與圖6B是示出一個早期的、不成功的、將一層阻擋層薄膜疊合在一層彈性薄膜上用于加壓減震裝置的嘗試的裝置的截面圖;
圖7是示出本發(fā)明的在母體彈性材料內(nèi)含有一種粒狀結(jié)晶質(zhì)材料的另一種形式的示意平面圖;
圖7A是沿圖7的7A-7A線切取的截面圖;
圖8是按本發(fā)明的用真空成型或吹塑成型或中空模塑的后跟墊的平面圖，示出從模子里拿出的成品;
圖8A是沿圖8的8A-8A線切取的截面圖;
圖8B是沿圖8的8B-8B線切取的截面圖;
圖8C是沿圖8的8C-8C線切取的截面圖;
圖8D是沿圖8的8D-8D線從端部看的視圖;
圖8E是沿圖8的8E-8E線看的側(cè)視圖;
圖9是圖8的后跟墊在完成熱封合和去邊后的成品的平面圖;
圖9A是沿圖9的9A-9A線切取的截面圖;
圖9B是沿圖9的9B-9B線切取的截面圖;
圖9C是沿圖9的9C-9C線切取的截面圖;
圖9D是沿圖9的9D-9D線從端部看的視圖;
圖10是類似于圖9的后跟墊的平面圖，只是示出了一種第三薄膜在熱封合時加入以形成一種三成份墊子;
圖10A是沿圖10的10A-10A線切取的截面圖;
圖11是類似于圖8的、在最后周邊熱封合前加入張力構(gòu)件裝配到墊子里的后跟墊的平面圖;
圖11A是沿圖11的11A-11A線切取的截面圖;
圖11B是沿圖11的11B-11B線切取的截面圖;
圖11C是圖11A所示的組件的一部份的局部放大圖;
圖11D是沿圖11的11D-11D線看的端面視圖;
圖12是按本發(fā)明的一個全長墊的平面圖，示出從模子里拿出的成品;
圖12A是沿圖12的12A-12A線切取的截面圖;
圖12B是沿圖12的12B-12B線切取的截面圖;
圖12C是沿圖12的12C-12C線切取的截面圖;
圖12D是沿圖12的12D-12D線切取的截面圖;
圖12E是從圖12左面看的視圖;
圖13是圖12的墊子在熱封合后成為完成的全長墊的平面圖，尚未去邊;
圖13A是沿圖13的13A-13A線切取的截面圖;
圖14是按本發(fā)明的一種可用例如注塑成型或吹塑成型方法制造的產(chǎn)品的平面圖，模具經(jīng)過改進以有助于將零件從芯胎上取下;
圖14A是沿圖14的14A-14A線切取的截面圖;
圖14B是沿圖14的14B-14B線切取的截面圖;
圖14C是沿圖14的14C-14C線從端面看的視圖;
圖14D是沿圖14的14D-14D線看的視圖;
圖15是按本發(fā)明的一種可用注塑成型或吹塑成型的方法制造的全長墊的平面圖，后跟部分與前足部份之間有厚度變化，在中腰部位有一傾斜過渡段;
圖15A是沿圖15是15A-15A線切取的截面圖;
圖15B是沿圖15的15B-15B線切取的截面圖;
圖15C是沿圖15的15C-15C線切取的截面圖;
圖15D是沿圖15的15D-15D線看的側(cè)視圖;
圖16是按本發(fā)明的一種可用吹塑成型或真空成型或中空模塑的方法制出的全尺寸墊的另一個形式的平面圖，帶有高后跟部份與側(cè)面凹槽以增加側(cè)向彎曲的撓性;
圖16A是沿圖16的16A-16A線切取的截面圖;
圖16B是沿圖16的16B-16B線切取的截面圖;
圖16C是沿圖16的16C-16C線切取的截面圖;
圖16D是沿圖16的16D-16D線切取的截面圖;
圖16E是沿圖16的16E-16E線看的側(cè)視圖;
圖16F是為側(cè)向撓性而設(shè)的側(cè)面凹槽的透視圖;
圖17是示出先有擴散泵浦技術(shù)的壓力對時間的走勢的曲線圖;
圖18是示出按本發(fā)明的擴散泵浦技術(shù)的壓力對時間的走勢的曲線圖;
圖19是將圖17與圖18的曲線疊置以作比較的曲線圖;
圖20是按本發(fā)明的擴散泵浦技術(shù)的壓力對時間的走勢的曲線圖，其中氮氣作為捕留氣體而氧氣作為活動氣體;
圖21是將圖20的數(shù)據(jù)跟圖17與圖18的一部份數(shù)據(jù)疊置的曲線圖;
圖22是按本發(fā)明的一種改進的阻擋層薄膜的放大圖解式截面圖，在其中結(jié)晶質(zhì)材料跟彈性材料牢固地結(jié)合著;
圖23是類似于圖22的視圖，在其中結(jié)晶質(zhì)材料埋設(shè)在彈性材料內(nèi);
圖24是按本發(fā)明一種改進的阻擋層薄膜的放大圖解式截面圖，在彈性薄膜內(nèi)含有薄壁空心小球;
圖25是按本發(fā)明的一種改進的充壓的裝置的放大的圖解式截面圖，其中阻擋層薄膜材料是由一種復(fù)合的結(jié)晶質(zhì)無定形彈性阻擋層材料構(gòu)成。
參看說明本發(fā)明的優(yōu)選的形式的附圖，圖1示出本發(fā)明的一個充氣后跟墊子10。如圖所示，該后跟墊子是一種含有一種充脹劑捕留氣體的密封包封套的形式。包封套壁是由一種讓活動氣體擴散穿過薄膜、同時有效地防止捕留氣體擴散穿過的阻擋層薄膜材料的所構(gòu)成。在這個形式中，一種結(jié)晶質(zhì)的阻擋層材料埋設(shè)在極性的、彈性的熱塑料母體薄膜材料里以形成保壓包封套來提供增強的阻擋層性能。內(nèi)部壓力可以在從每平方英寸幾磅到30磅或更高一些的表壓的很寬的范圍內(nèi)變化。這種后跟墊可以整個地或部份地灌封在發(fā)泡鞋墊內(nèi)，或者粘接就位在鞋墊的預(yù)制出的腔穴內(nèi)，或者整個地或部份地灌封在鞋類物品的中底內(nèi)。當然，如制鞋領(lǐng)域所知，這種墊子可以有其它的設(shè)置位置與設(shè)置方式，也可以采用鞋類的其它減震墊構(gòu)件。
相當數(shù)量的、實際上幾百萬對的具有如圖1所示的幾何形態(tài)的后跟墊已經(jīng)按先有的專利制造出來并且已經(jīng)在商業(yè)上用上。但是這些先有技術(shù)的墊子是用一種不起空氣氣體阻擋層作用的100%彈性材料制造，捕留氣體是一種或多種特種氣體。用來做先有技術(shù)的特種氣體充脹的產(chǎn)品的包封套的材料，典型地包括有聚氨酯彈性體材料、聚酯彈性體、氟彈性體、聚氯乙烯彈性體、等等。聚氨酯彈性體材料，由于具有優(yōu)良的熱封合性質(zhì)、良好的而撓曲疲勞強度、合適的彈性模量、良好的抗張強度與抗撕裂強度、和良好的耐磨性而成為優(yōu)選的商用材料。當然這些特性也存在在本發(fā)明的改進的阻擋層材料中。其它的材料包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET9)、的確良56等等。
跟先有技術(shù)的充注特種氣體的產(chǎn)品的包封套材料對比，本發(fā)明的包封套材料包括有數(shù)量大得多的結(jié)晶質(zhì)材料，并且具有比先有技術(shù)的包封套材料低得多的對流體與氣體的滲透性。這種結(jié)晶質(zhì)材料，不論是甚么類型或是甚么樣的結(jié)合方式，都有效地堵住充脹劑氣體在穿過薄膜向外轉(zhuǎn)移時必須擴散通過的流通通道。可用的高度結(jié)晶材料典型地有聚酯材料、尼龍材料、聚丙烯材料、石墨、玻璃、凱夫拉、金屬與實際上任何結(jié)晶材料?？梢杂糜诒景l(fā)明的產(chǎn)品的這些類型的材料以很多種形式出現(xiàn)線狀纖維，單絲，短纖維，稀松織物與網(wǎng)，或均勻分布的粒狀或片狀結(jié)晶材料，各種編織、機織與非織造布，可膨脹織物，須晶等等?？捎玫钠渌牧嫌袩o定形石墨布、單絲或須晶;云母;聚芳基酰胺或凱夫拉布、單絲或須晶;金屬的、例如鋼的或鋁的布、單絲或須晶。這些材料在增強塑料工業(yè)中是很熟悉地用于其它應(yīng)用場合里。但是應(yīng)當注意到，按照本發(fā)明，使用結(jié)晶材料的主要目的不是作增強用，因為很多種可用的材料以及這些材料的形狀并不顯著地有助于薄膜的強度。
圖2與圖3的后跟墊12與14跟圖1的后跟墊是相同的，只是依次地一個比一個含有多一些的阻擋層結(jié)晶材料。阻擋層材料間距的影響在圖4與4A、圖5與5A中顯示更加清楚，在這些圖中圖解地示出了線狀阻擋層材料15埋設(shè)在母體熱塑性彈性體薄膜17內(nèi)。如圖所示阻擋層材料15設(shè)置在薄膜的兩個相對表面19與20之面。在這種結(jié)構(gòu)中，兩個表面主要地并完全地是母體彈性材料，并因而可以很快地用高頻率焊接或類似的焊接方法熱封合以形成一個密封的包封套。如果線狀阻擋層材料出現(xiàn)在表面上，如果包封套是由預(yù)成型片子構(gòu)成的話，要把包封套封合起來就會有些困難。
圖5的阻擋層材料的在薄膜17內(nèi)的纖維15的距離近了一些(70%結(jié)晶纖維)，因而其流通阻塞率比圖4的阻擋層材料(55%結(jié)晶纖維)的高一些。因此在圖5的實施例里的活動氣體的擴散率與擴散泵浦作用要比在圖4的實施例里的低一些。也可以改變纖維的直徑和橫截面幾何形態(tài)來調(diào)節(jié)擴散率。另外，設(shè)計所選用的阻擋層材料的種類能夠影響擴散泵浦作用的速率。例如，石墨稀松織物的擴散就要比聚酯稀松織物的低一些。從圖4A與5A可看出，將結(jié)晶材料靠近薄膜的外表面設(shè)置，但要在薄膜表面之下，以使在表面上那部分的彈性材料盡可能大以在薄膜片子之間取得可能最好的熱封合接頭或焊接。可以理解到，結(jié)晶纖維可能只從一個表面上部分地突出，從而實質(zhì)上提供了一種有兩種側(cè)面的薄膜。在這種情況下，封合一定要在纖維沒有伸出來的那一側(cè)的表面上進行。按照本發(fā)明，阻擋層材料最好是只有一種側(cè)面的，即是，結(jié)晶材料應(yīng)當完全埋入在薄膜內(nèi)。這樣就不需要在將片狀材料制成包封套時要弄清楚要進行面對面接觸的薄膜材料的正確表面。
使彈性材料充分包圍著結(jié)晶材料以使兩者緊密地結(jié)合在一起從而避免兩種材料在使用時分離也是很重要的。這種分離在本發(fā)明的早期研制進程中確實出現(xiàn)過。在這種情況下，試驗過用將兩種類型的塑料共同擠出或共同層壓的方法來將結(jié)晶材料跟彈性材料結(jié)合在一起。圖6A與6B-不代表本發(fā)明的形式-說明了這樣一種方法的令人遺憾的結(jié)果。一部份的充壓的氣體向外擴散穿過內(nèi)層彈性薄膜25，被外層阻擋層薄膜26阻擋住。壓向外層26的壓力導(dǎo)致兩層分離，如圖6B所示，結(jié)果是阻擋層在部位28向外起泡，從而導(dǎo)致破裂或形成一個大皰。
因此就需要改進這個方法，將結(jié)晶材料完全浸放入或埋置在母體彈性層內(nèi)。開始時，通過將熱塑性材料擠出在一個基本上是松疏的10×10(每邊每英寸10線)編織尼龍網(wǎng)上而將一種稀松織物埋置在一種商品上稱為MP-1790AE氨基甲酸乙酯(Uniroyal公司的XPR-396)的氨基甲酸酯類材料內(nèi)，結(jié)果相當好。但是，稀松織物的彈性模量相對于母體模量來說是太高了，即是，塑料薄膜伸長超過稀松織物。這導(dǎo)致這種復(fù)合薄膜在熱封合時與充氣時會起皺與變形。這種變形導(dǎo)致了在充了氣的包封套內(nèi)有應(yīng)力集中，并且降低了構(gòu)件的耐撓曲疲勞壽命。疲勞破裂發(fā)生在應(yīng)力最高的部位，即靠進熱封合的焊接部位。
對按本發(fā)明采用布、稀松織物或網(wǎng)的充氣減震產(chǎn)品，重要的是(1)結(jié)晶質(zhì)纖維的物理特性(特別是彈性模量、應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜度、和屈服應(yīng)力)，(2)結(jié)晶質(zhì)構(gòu)件本身的幾何狀態(tài)與密度，(3)纖維在彈性材料內(nèi)的布置(距離與走向)，要成這樣使得在應(yīng)力最高的部位的結(jié)晶質(zhì)單體、在設(shè)計內(nèi)部壓力強度(應(yīng)力強度)下受力超過了屈服點。這樣的屈服(超過了彈性范圍)在充氣產(chǎn)品的整個包封外套上重新分配負荷并將負荷拉勻。應(yīng)有將近20%的纖維受力超過了屈服點。沒有彈性材料超過屈服點工作。
在前述的早期試驗后，研究了一種減震產(chǎn)品并成功地進行了試驗，并將提到過的一些設(shè)計特征結(jié)合在內(nèi)。在這個例子中，所用的結(jié)晶質(zhì)網(wǎng)是由直徑小一些的與低旦數(shù)的纖維織成的密一些的織物。當充氣至設(shè)計壓力時，網(wǎng)的一些部分(靠近圍繞著焊接部位的高應(yīng)力部位)屈服了，形成一些永久性的定形。這種特定產(chǎn)品將所要求的氣壓保持住一個非常長的時間(約超過10年)并且測量不出有壓力損失。耐疲勞性良好，減震墊的充了氣的形狀絕佳，包封套沒有不適宜的變形。
圖7示出了本發(fā)明的另一種形式，其中，彈性材料30包括有多個分立的、以片晶形式出現(xiàn)的結(jié)晶質(zhì)單體32基本上均勻地彌散在整個母體彈性體內(nèi)。在這個實施例中，平的小片晶跟彈性體聚合物混合并一起擠出或吹出成薄膜片子。這些片子的厚度在0.005至0.050英寸的范圍內(nèi)。在這個加工過程中，片晶32平行于薄膜表面來排列，如圖7B所示，從而更有效地形成一個阻擋層結(jié)構(gòu)。
各種將一種結(jié)晶質(zhì)單體埋置入母體薄膜內(nèi)的技術(shù)包括(1)將母體材料擠出到一種稀松織物或網(wǎng)上，(2)用母體材料涂布在由結(jié)晶質(zhì)纖維制成的布上(通常是兩面都涂布)，(3)用各種形式的阻擋層材料(即，干片坯料、線狀纖維、短纖維、須晶等等)跟母體薄膜的聚合物混合并將混合物擠出或吹出成薄膜或片子，(4)將彈性聚合物跟結(jié)晶質(zhì)材料均質(zhì)共混或共聚。這些過程有些已經(jīng)討論過，其它的將在下面討論。
在這點上探索用于按本發(fā)明的充氣裝置的受控制擴散的實際應(yīng)用限度是很重要的。對這種類型的產(chǎn)品，考慮實際商業(yè)實用性，重要的和根本性的問題是要在(1)以最小活性擴散率為一方面和(2)以諸如耐疲勞性、加工性能與熱封合性的物理性能為另一方面之間找出一個合適的與最佳的平衡。由于需要達成這樣一個折衷方案，要求這樣一個高積聚度的結(jié)晶質(zhì)材料以形成一個100%的防止所有氣體擴散的阻擋層可能是不實際的。主要的例外是氧氣。包括氮氣與特種氣體的其它氣體可以被有效地阻止穿過充氣裝置的包封外套擴散，但仍然維持住阻擋層包封套材料的基本的耐彈性疲勞特性。
氧能夠擴散穿過包封套不成一個問題，并且事實上是一個期求的與獨特的好處。這是本發(fā)明的一個重要的、新穎的構(gòu)思。例如，產(chǎn)品可用一種氮與/或特種氣體的混合物充脹。在用氮與/或特種氣體充脹以后，周圍環(huán)境中的氧能夠通過擴散泵浦作用的機理擴散進入包封套內(nèi)。這樣氧的分壓力就加到已經(jīng)含在包封套內(nèi)的氮與/或特種氣體的分壓力上，結(jié)果是產(chǎn)品的總壓力升高了。環(huán)境大氣內(nèi)的氧的分壓力約為2.5psia(以海平面總壓力為14.7psia為計算基礎(chǔ))。這樣，氧氣逆向擴散進入包封套將造成壓力最大升高約2.5psia。這種壓力的升高對補償包封套的實質(zhì)的張力弛張(帶有由此而產(chǎn)生的包封內(nèi)部容積的增長)有用，包封套張力弛張會讓空氣的所有組分擴散進入包封套。這樣，本發(fā)明的一個新穎的特點是包封套的復(fù)合材料，對空氣里的氣體、除了氮以外、是一種半滲透性的膜，因而不是一種完全的氣體阻擋層。實際的優(yōu)點是因為壓力相對于起始充氣壓力的最大增長或變化只是氧的分壓力，產(chǎn)品的最大容積與尺寸變化在3%與5%之間。
如果成本作為最重要的因素，充脹劑氣體可以是100%的氮，氧氣逆向擴散進入包封套的現(xiàn)象同樣會發(fā)生。在某些應(yīng)用場合，也可以使用氮加進2.5psia的氧的混合物。另外，可以用100%的空氣。在這種情況下，如果裝置內(nèi)的氧的分壓力超過2.5psia，那就需要在起始時將裝置過充脹來補償差異的增量，這差異是在包封內(nèi)的氧的實際分壓力與2.5psia之間的壓力損失。
控制在充脹彈性裝置內(nèi)的擴散泵浦作用的速率有很多優(yōu)點。充脹彈性裝置包括鞋類的組成件、用于包裝與運輸目的的減震器與減震構(gòu)件、頭盔與運動保護用品/襯墊、軍用靴，等等。一個優(yōu)點是將產(chǎn)品的設(shè)計充脹壓力保持住的時間比其它條件可能達到的時間要長。例如，行銷全球的最近制出的充氣鞋具組成件是用酯型聚氨酯薄膜，因為它對特種氣體的滲透性比醚型聚氨酯薄膜的低，因而具有一個滿意的長的鞋具使用壽命。但是酯型聚氨酯薄膜具有一個缺點，它受潮氣的不利影響(水解不穩(wěn)定性)比醚型聚氨酯大得多。在現(xiàn)在的商用鞋具形式中，防潮的措施是通過將充氣組成件灌封在一個發(fā)泡中底內(nèi)來實現(xiàn)。這個方法很昂貴，并且中底的泡沫物，在提高復(fù)合產(chǎn)品的耐疲勞壽命的同時，會損害充氣產(chǎn)品的有利的減震與能量回饋(energyreturn)性能，并大大增加了鞋的重量。在阻擋層薄膜、例如醚型聚氨酯薄膜中賦予結(jié)晶質(zhì)性質(zhì)，醚型聚氨酯薄膜就可以用于具有長壽命的鞋具，并且受潮退化的問題就大部分消除了。
本發(fā)明的改進的阻擋層薄膜材料的優(yōu)點的另一個例子是“冷裂”問題。先有技術(shù)的充特種氣體的產(chǎn)品，當暴露在低于約10°F的環(huán)境溫度下，會在彈性薄膜上產(chǎn)生疲勞裂縫而跑了氣?？梢匝兄铺厥獾谋∧げ牧蟻斫档屠淞褑栴}的影響。但是，適用于低溫度的這些薄膜材料在室溫下更易于滲充壓氣體。滲透率可以通過本發(fā)明來降低，通過將結(jié)晶成份或分子鏈段結(jié)合到彈性薄膜內(nèi)來收復(fù)由于要降低冷裂效應(yīng)而同時引起的增大了的氣體滲透率的那部分滲透率方面的損失。
控制滲透率與擴散泵浦作用的實際優(yōu)點之一涉及將產(chǎn)品的張力弛張性質(zhì)跟由于保持住捕留氣體并讓活動氣體擴散而引起的壓力變化匹配起來。例如，在一些產(chǎn)品中希望使用一種彈性模量低一些的或薄一些的薄膜來使減震裝置提供比較軟一些的感覺。薄一些或彈性模量低一些的薄膜就很容易讓捕留氣體穿過薄膜擴散出去。為了補償這樣的損失，這種裝置可以稍微過充氣一些。但是，由于薄膜較薄或彈性模量較低，包封套會比用較厚的或彈性模量較高的薄膜的擴大得多一些。這些增大了的膨脹、張力弛張或蠕變，會使產(chǎn)品的幾何形態(tài)不理想或隨時間改變。將一種結(jié)晶質(zhì)材料加進薄膜材料內(nèi)，增大了彈性模量并同時降低了捕留氣體的流動，產(chǎn)品就能夠在形狀變化較小的情況下保持住充脹劑壓力，不需要過充氣。
另一方面，有一些類型的產(chǎn)品，諸如以前提到過的應(yīng)用中的、如圖11、11A與11B所示的張力型(tensiletype)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品要在充氣的頭3至6個月中保持過充氣，這是由于這種產(chǎn)品的特性決定了包封套只有非常小的脹大。由于這種產(chǎn)品的內(nèi)部容積不能跟其它產(chǎn)品一樣地變化，空氣擴散進入彈性的與非結(jié)晶質(zhì)的包封套引起過壓。盡管可以將這些產(chǎn)品貯存3至12個月來達致一個穩(wěn)態(tài)充脹壓力，但從商業(yè)觀點來看是不切實際的。如果將結(jié)晶質(zhì)分子鏈段包括在或加進用來構(gòu)成張力型產(chǎn)品的材料內(nèi)，就可以使用比較便宜的捕留氣體，并且也可以用比較輕的和比較便宜的包封套材料。下表將兩種特種氣體跟按本發(fā)明的有效地起特種氣體作用的比較便宜的捕留氣體進行比較。
在25psig與40°F下一立方英尺的氣體或蒸汽。
在25psig與70°F$/磅蒸汽或氣體的磅/英尺2六氟乙烷$1.00/磅$7.19/磅(特種氣體)六氟化硫$1.05/磅$5.90/磅(特種氣體)氮$0.19/磅$0.09/磅空氣$0.20/磅0雖然沒有區(qū)分為特種氣體，空氣與氮被加進上述表內(nèi)，這是因為從可獲得性、價格與重量的觀點來看，它都是充氣劑的極佳的選擇對象。為了盡量采用這些氣體，包封套薄膜的重量占70%以上的材料是結(jié)晶質(zhì)的。這樣，母體熱塑性材料的重量就會相應(yīng)地降低。但是，應(yīng)當理解到使用非常小的百分數(shù)的結(jié)晶的材料以控制氧氣與氮氣的擴散，也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，由于兩者都是活動氣體。將結(jié)晶質(zhì)材料加進昂貴的彈性材料內(nèi)能夠產(chǎn)生一種比例如用100%的聚氨酯價格便宜得多的復(fù)合材料。
將一些使用一種含有彈性的與結(jié)晶質(zhì)的組分或鏈段的復(fù)合材料的上述構(gòu)思具體化的好方法是將彈性材料作為將結(jié)晶體組分結(jié)合在一起的基體。彈性材料提供良好的耐疲勞性以及所需的彈性模量、伸長率、加工性能與熱封合性能等物理性能。結(jié)晶質(zhì)材料提供增強的氣體擴散阻擋層。這樣，復(fù)合結(jié)構(gòu)的彈性性質(zhì)一直存在到結(jié)構(gòu)的彈性的與結(jié)晶質(zhì)的組分的分界上。這樣，結(jié)晶質(zhì)材料不需要顯著地彎曲或撓曲，并且不承受疲勞應(yīng)力。熱封合是在復(fù)合材料的彈性部分內(nèi)實現(xiàn)。
下一步，要參看示出本發(fā)明的各種充氣產(chǎn)品的圖8至圖16F。圖8至圖8E示出一個后跟楔形件50從形成包封套53的模具中取出時的形狀。楔形件50包括一個跟頂?shù)妆?6與57整體制出的弧形后壁54，頂?shù)妆诒群蟊诒∫恍┮栽黾訙p震性與柔軟性。側(cè)壁58與59跟頂?shù)着c后壁整體制出，側(cè)壁包括比頂?shù)妆诤褚恍┑牟糠?8a與59a。如圖所示，包封套的厚一些的部分通過過渡段連接到薄一些的部分上。側(cè)壁的部分58b與59b比部分58a與59a薄一些。如圖所示，后壁54沿其外緣表面54a稍微帶一點角度以增進強度、后腳支承以及穩(wěn)定性。減震產(chǎn)品的外觀也是一個重要的銷售考慮點。當從模具中取出時，楔形件的前端62是敞開的。不言而喻，包封套的材料含有如所述的彈性的與結(jié)晶質(zhì)的材料。
在圖9至圖9D中示出的下一步操作中，包封套50被加工形成多個用一種捕留氣體充注并封住的腔室。如圖9與9A所示，腔室61至66伸展在側(cè)壁之間并連接到沿著邊壁伸展的腔室67與68(見圖9C)。各腔室用高頻焊成形，在相鄰腔室間形成腹筋70。但是應(yīng)當理解到本領(lǐng)域的熟知的熱封合的其它方式都可以用。高頻焊是優(yōu)選的。
在一些情況下(如在吹塑成型中)，希望取消分立的高頻焊工序。這是通過將模具的側(cè)面部分在模制過程中往里移動來形成腹筋70。這樣，減震裝置的相對面的包封套材料在半熔化的、粘稠的或發(fā)粘的狀態(tài)下成形并壓在一起。整潔的、半熔化的、發(fā)粘的彈性內(nèi)表面在壓力下接觸在一起，直到材料熔接在一起并冷卻。這個工藝過程替代了前述的高頻焊。發(fā)現(xiàn)到如果要連接的表面通過將一種諸如陶氏公司的硅烷X16106蒸汽的連接劑噴射到吹塑工藝所用的加壓氣體內(nèi)進行打底，就能夠顯著地改進這些焊道的可靠性。對某些非常嚴峻的耐疲勞要求的應(yīng)用場合，可以在制造過程中加上一道輔助的高頻焊工序以形成一種比相鄰的母體薄膜更耐久的焊道。
前端也用高頻焊來形成一個密封前端72，并且修去部分72a與72b?？梢园幢绢I(lǐng)域熟悉的方法用一根未示出的充氣管連到腔室66上以便用一種所述的捕留氣體充氣，然后封死。各腔室可以全部相互流體連通，以提供一種用于鞋具的充氣減震后跟楔形件。但是，各腔室也可以是獨立的腔室，以不同的壓力強度充壓。在起始充氣后的跟著的幾個月內(nèi)，氧氣將從環(huán)境空氣擴散進入密封著的包封套內(nèi)，將壓力提高約2.5psi。起始壓力強度大部分決定于所要求的減震程度。典型的最終穩(wěn)態(tài)壓力在20至30psig之間是滿意的。在一些情況下，可能希望起始充氣充到高一些或低一些的壓力，最終穩(wěn)態(tài)壓力比原始壓力高出約2.5psi。
本發(fā)明的重要優(yōu)點之一從圖9的裝置看就很明顯。如以前提到的，在擴散泵浦作用期間，包封套基本上沒有膨脹。包封套總尺寸變化保持在原始尺寸的約3到5%之間。因此，這構(gòu)件的形狀與幾何狀態(tài)從起始充氣開始，經(jīng)過擴散泵浦作用時期，在產(chǎn)品的整個使用壽命期間都維持著基本上固定不變。
圖10與圖10A示出了上述的后跟楔形件的一種變型，楔形件75主要由三部分構(gòu)成，第三部分78是所述類型的薄膜材料，用熱封合方法附著在片子79與80的各部分上。用彈性材料制成的第三或中間片78在焊接之前放置在先前制出的部件的阻擋層構(gòu)件79與80之間。在這個結(jié)構(gòu)中，一些焊道81a、82、83、84與85在上部份，而其它焊道81、86、87與88在下部分。也有一個周緣腔室，所有腔室相互連通。本發(fā)明的這個特殊結(jié)構(gòu)也顯示出比較復(fù)雜的部件與產(chǎn)品也可以按本發(fā)明制造出來。在制造剛才描述的部件時，需要按順序預(yù)先制出焊道81a、82、83、84與85，或者在合適的部位采用脫離劑，使三片中只有兩片會連接在一起。
圖11至11D示出一種張力型的后跟楔形件90，含有單一的一個腔室，但其中裝有一個張力構(gòu)件92。這種類型的產(chǎn)品的優(yōu)點在前面詳細地描述先有技術(shù)的應(yīng)用時描述過。在那些優(yōu)點之外，本發(fā)明的張力型產(chǎn)品比先有技術(shù)的張力型產(chǎn)品優(yōu)越。張力構(gòu)件92可以是尼龍或聚酯材料制成的，具有第一與第二表面部分94、95，有張力線(tensilefilament)96在兩者之間伸展?？墒褂玫拇硇钥椢锸侨S的、鎖式線跡的(lockstitch)或機織的、或拉舍爾雙面經(jīng)編針織產(chǎn)品。外包封套98可以是這里描述過的任一種改進的阻擋層材料，張力構(gòu)件的分隔開的表面部分94與95固定到包封套的頂壁和底壁上。前端99被封住，包封套用提到過的任一種捕留氣體作起始充氣。張力構(gòu)件92將充氣產(chǎn)品的頂、底壁保持著基本上平行或成形的關(guān)系。在擴散泵浦作用期間，氧氣擴散穿過包封套將內(nèi)壓提高約2.5psi，但頂、底壁保持平行或成形關(guān)系。本發(fā)明的張力產(chǎn)品比前述的優(yōu)越的地方在于張力弛張的影響大部分被控制住。構(gòu)件的尺寸容差非常穩(wěn)定，并且產(chǎn)品不要過充脹。
這種產(chǎn)品比描述過的其它產(chǎn)品獨特之處在于它實現(xiàn)100%氣力支承而沒有損害到在支承負荷部位將上下阻擋層表面連起來的非支承性焊道。
這種張力產(chǎn)品的充脹尺寸、形狀與幾何形態(tài)是非常精確地控制著的，即使在加壓到不尋常高的壓力、即100到200psig的情況下也不能有顯著的脹大。擴張泵浦作用同樣被精確地控制著。完工的產(chǎn)品因此能夠容易地適應(yīng)高速的“成套”(“turnkey”)自動化制造程序。這種產(chǎn)品承受極端制造條件的能力比現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品高得多。此外，這種張力產(chǎn)品在其整個比起現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品顯著地延長了的使用壽命中保持住了精確的所要求的水平的減震作用、貼服性與彈性。
假定用特種氣體或氮來作起始充脹劑捕留氣體，穩(wěn)態(tài)內(nèi)壓在幾個月內(nèi)達到，并且強度高出起始壓力約2.5psi。如果用空氣來作起始充脹劑氣體，壓力就如早些時候討論過的那樣會下降。重要的事實是，這種產(chǎn)品的形狀或尺寸并不顯著地起變化，并且在一個比較短的時間內(nèi)達到所要求的穩(wěn)態(tài)充氣壓力。后者對鞋具的制造從商業(yè)角度和使用自動化設(shè)備來說是重要的。
圖12到12E示出一個從模具拿出來的本發(fā)明的全長與充氣的鞋底構(gòu)件。后壁102如已經(jīng)描述過那樣是弧狀并帶斜面的，并且是比頂、底壁103與105稍為厚一些。側(cè)壁106與107沿著中段的部分比前端部分厚一些，如圖12D所示。另外，在腳內(nèi)側(cè)的側(cè)壁部分109比在腳外側(cè)的側(cè)壁部分110厚一些，如圖12C所示。前端112是敞開的，整個結(jié)構(gòu)基本上是平的，而不是帶斜度的。在圖12E所示的敞開端112是鐘形口的形狀以讓芯胎抽出，如果是用注塑成型的話。但是，如果用吹塑成型，這就不需要。
圖13與13A示出包括形成多個由多個腹筋114分開的隔開設(shè)置的腔室113的熱封合工序的后加工。前端也是沿周緣密封住，并且將部分115a與115b修去以提供一個整圓的前端。包封套然后按前述方式用一種捕留氣體進行起始充氣，并將充氣段密封住。當裝到鞋具上時，可以讓全底構(gòu)件的腔室通過側(cè)壁看到，即是一個可見的充氣減震墊。
可以理解到，這些裝置可以按任何要求的排列方式分隔成小腔室，每個分立的腔室可以加以同樣的壓力強度或者加以按要求的任意的不一樣的壓力強度。相反地，有些或全部腔室可用聲速文氏管或類似的流率限制通道連接起來。
圖14至14D示出起始時可用注塑成型或吹塑成型的全底產(chǎn)品125。總的來說，這個產(chǎn)品類似于圖13的產(chǎn)品，只是在側(cè)壁之間有一個凹陷部分127(見圖14A)，并且鞋底具有一個帶斜度的構(gòu)形。凹陷可以向外讓開以讓芯胎抽出。在初步成型后，這個產(chǎn)品隨著按圖15到15D所示進行加工，以提供一個減震裝置。
加工好的產(chǎn)品被充氣，它包括有一個不同厚度的外形，最厚部分130在后跟段，前腳部分135最薄，兩者通過一個斜的過渡段137連接起來。各附圖還示出多個橫向伸展并跟周緣腔室140與141連通的腔室138，腔室138之間有腹筋139。
圖16至16F示出本發(fā)明的一個產(chǎn)品，可以用吹塑成型或真空成型技術(shù)、或者用分開制成的片狀材料來制成。但是吹塑成型技術(shù)是優(yōu)選的。本發(fā)明的這個結(jié)構(gòu)形式的薄膜厚度，不管是怎樣成型的，跟其它結(jié)構(gòu)形式的最薄薄膜厚度一樣，可以是從5密耳至50密耳，但最好是在20至25密耳的范圍內(nèi)。
全長充氣鞋底150包括在后跟部分155的大致是橫向的腔室151和大致是縱向的腔室153。后跟部分比前腳部分156厚，兩者用一個帶斜度的過渡段158連接起來。如經(jīng)已描述過的一樣，各個腔室通過焊帶160分開。在有些情況下，焊道是比較短的節(jié)段162，如圖15D所示。在前腳區(qū)域內(nèi)的大致是橫向的焊道與腔室是要加強撓性，而后跟部分不需要這樣的撓性。為了加強前腳部分與側(cè)向撓性，設(shè)有截切孔口形狀的側(cè)壁撓性槽口165，帶有如圖所示的相互相鄰的小直徑端。上述兩個措施都是降低中底橫截面的慣性矩，使鞋子在跑步時腳尖離地那段時間容易彎曲。
跟本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)形式一樣，充氣產(chǎn)品是由一個包封套制成的，如前面提到的那樣，該包封套對捕留氣體來說是一個改進的阻擋層，對活動氣體來說是一個可滲透的阻擋層。跟其它結(jié)構(gòu)形式一樣，在中間與側(cè)面有周緣腔室，并且所有各種腔室相互連通。
盡管示出的各種結(jié)構(gòu)形式都是相互連通的腔室的形式，捕留氣體與活動氣體在腔室之間基本上自由流動，但是應(yīng)當理解到各個腔室可以部分地用限制流動的通道相連，或者產(chǎn)品可以由完全相互獨立的腔室來構(gòu)成，這些獨立的腔室可以按不同的壓力強度來充氣，產(chǎn)品也可以是像圖11的張力產(chǎn)品一樣、只有單一的一個腔室的充氣減震墊。
在這些圖中描繪的各種產(chǎn)品是設(shè)計來用作鞋類物品、主要是運動鞋和便鞋的中底。在這樣的應(yīng)用場合中，這些充氣產(chǎn)品可以用在幾個不同實施例中的任一種之中(1)整個灌封在一個合適的中底發(fā)泡件內(nèi)，(2)只在裝置的頂部進行灌封以填滿與弄平不平坦的表面使腳下增加一些舒服感，(3)在底部灌封以有助于外底的貼附，(4)頂部和底部都灌封住，只為著裝飾性及銷售的原因露出周邊側(cè)面，(5)跟(4)一樣，只是露出裝置側(cè)面的選定部份，(6)用一個模制的“腳型墊”(“Footbed”)封裝在頂部，(7)不進行任何灌封。
除了將結(jié)晶質(zhì)材料加進母體彈性體內(nèi)以外，可以用其它技術(shù)來賦予結(jié)晶性能。一種方法是將不同的材料層壓在一起，但一定要小心防止組成件發(fā)生層離。例如，層壓產(chǎn)品經(jīng)已用在包裝工業(yè)中以防止氧氣進入密封包裹內(nèi)。這些包裝用的層壓材料對本發(fā)明來說普遍是不滿足要求的，因為這些復(fù)合材料的熱封合性能差，或者是在疲勞負荷下很快開裂而失效。
一種用起來滿意的工藝是將聚偏二氯乙烯共聚物與一種氨基甲酸酯彈性體薄膜層壓在一起。用這種材料做的充氣減震墊具有滿意的阻擋層性能，但是這種復(fù)合物會在壓力下發(fā)生層離。當時發(fā)現(xiàn)如果使用一種諸如硅氧烷Q16106或PAPI50的中間粘合劑，在層壓過程中遵守正確的時間-溫度關(guān)系，效果就會有所改進。這樣的時間與溫度控制包含使用一個加壓平板式壓機，結(jié)合一個能夠在壓力下將不同材料凝結(jié)在一起的冷壓合機。
除了描述過的通過混入離散的粒狀結(jié)晶質(zhì)材料、或通過將彈性材料連接到結(jié)晶質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)性構(gòu)件上來提高母體彈性體薄膜的結(jié)晶體含量的方法，還有其它方法。一種方法，上面提過，是在分子規(guī)模進行的。這種方法涉及將母體彈性體聚合物跟高度結(jié)晶的聚合物共混或共聚合。高度結(jié)晶的聚合物有例如，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，丙烯酸共聚物彈性體，含有密集排列纖維狀分子鏈的超薄液晶，聚氨酯-尼龍共混物和其它聚氨酯共混物。
其它的方法包含使用在一層超薄柔性PET層上真空沉積玻璃，沉積厚度小于500 ，跟一種聚氨酯彈性體薄膜材料結(jié)合;在彈性體基體內(nèi)的超薄液晶共聚物層，含有密集排列纖維狀分子鏈;丙烯酸酯跟氨基甲酸酯的聚合物;彈性體與結(jié)晶體的摻合聚合物;玻璃填充的熱塑性氨基甲酸酯，如BASF公司的“Elastollon”;玻璃纖維填充或增強的熱塑性氨基甲酸酯;熱塑性聚氨酯的硬結(jié)晶體鏈段和熱塑性彈性體的共聚多酯;具有適當比例的軟橡膠狀成份的熱塑性彈性體跟硬的玻璃狀結(jié)晶材料結(jié)合，如(1)諸如軟橡膠狀聚合物鏈段的交替嵌段共聚物的聚醚類和醚類與硬的玻璃狀結(jié)晶PET聚合物鏈段的熱塑性共聚物，(2)苯乙烯(結(jié)晶狀)/丁二烯(橡膠狀)/苯乙烯(結(jié)晶狀)嵌段聚合物;熱塑性聚烯烴彈性體，包括乙烯-丙烯橡膠與結(jié)晶狀的聚丙烯的共混物;氯化聚乙烯(結(jié)晶狀)與乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)(橡膠狀);氯丁基橡膠(橡膠狀)與聚丙烯(結(jié)晶狀);聚醚類和胺類的共聚物;諸如聚氨酯與尼龍的聚氨酯高共混物(hyperblends);苯乙烯嵌段共聚物跟諸如(1)聚丁二烯、(2)聚異戊二烯、(3)丁烯-丁二烯共聚物、(4)諸如KratonD與KratonG的乙烯-丙烯共聚物的不同的彈性中鏈段(mid-segments)結(jié)合。其它材料包括聚酯類、人造絲、凱夫拉(Kevlar)、丙烯酸類材料、各種類型的尼龍、聚丙烯、所有類型的聚酯、棉、羊毛，以及它們的混合物。
再者，另一種實現(xiàn)一種用來控制擴散泵浦作用的改進的阻擋層包封的方法是用真空金屬化或真空沉積的方法將薄金屬層加到彈性體構(gòu)件的一個表面上或雙表面上。這樣一種金屬層只需要有一英寸的百萬分之幾的厚度就有效。金屬可以沉積在薄膜的外表面或內(nèi)表面上，以內(nèi)表面為優(yōu)選。而且，它可以作為兩片彈性體片之間的疊片。除了高頻粘結(jié)技術(shù)，用常規(guī)的粘結(jié)工藝方法可以在配對的彈性體層之間實現(xiàn)好的粘結(jié)。
在本發(fā)明的早期研制中，將結(jié)晶質(zhì)的與彈性體的材料混合成共聚物來控制充氣產(chǎn)品的擴散。這些通過分子共混的方法賦予結(jié)晶性的嘗試并不完全成功，這是由于產(chǎn)生的產(chǎn)品不具備對本發(fā)明的實踐認為是重要的一些性能。例如，聚氯乙烯與彈性體的氨基甲酸酯共混，生產(chǎn)出對高頻焊有良好介電性能并具有良好耐疲勞性的薄膜，其對氣體的擴散率比單一的氨基甲酸酯的好。問題出在張力弛張或蠕變上，充脹產(chǎn)品在壓力下逐漸脹大，并最后爆破，在熱的氣候條件下尤其是如此。
聚乙烯被看作是一種好的阻擋層材料，但是當跟聚氨酯共混時起一種潤滑劑的作用。在聚乙烯與彈性體氨基甲酸酯之間存在有滑動平面。很明白，在結(jié)晶質(zhì)成份與彈性體成分之間沒有足夠的交聯(lián)。由于張力弛張，結(jié)果是控制不住的與過量的伸長率。隨后的試驗指示出，至少需要有10%交聯(lián)來防止這些問題發(fā)生，并提供其擴散泵浦作用是著重用來維持壓力的充氣減震墊可用的材料。這樣，現(xiàn)在就可得到按本發(fā)明可用的材料。
聚氨酯經(jīng)已證明是一種極佳的熱塑性彈性體薄膜;在過去10年期間，Nike鞋公司制造了幾億件充氣產(chǎn)品并行銷全球，就是用了這種聚氨酯的薄膜。因此，將它跟一個如PET的結(jié)晶體聚合物共混或共聚合是一個最佳的選擇。這種聚氨酯的物理特性如下所示硬度80A至100A抗張強度(psi)7，000至10，000斷裂時伸長率(%)350在100%伸長率時的彈性模量(psi)2，000至3，000抗撕裂強度(psi)500泰伯磨耗量44介質(zhì)熱合性極佳耐撓曲疲勞性2(磅/英寸) 極佳1.泰伯ASTMD-1044CS17輪，1000克負荷，5000周。
2.ASTMD-1044
聚氨酯是一種帶有交替嵌段共聚物的熱塑性彈性體，交替嵌段共聚物具有20%的鏈段的一個硬的高度極化或結(jié)晶的材料，跟80%的鏈段的在正常使用溫度下呈橡膠狀的無定形彈性體材料(聚酯類或聚醚類)鍵合。硬與軟的鏈段沿著聚合物鏈交替。硬嵌段典型地含有2，4-二異氰酸甲苯酯與2，6-二異氰酸甲苯酯的混合物，用丁二醇擴鏈。在加熱時，硬鏈段熔化，該材料成流體。被冷卻后，鏈段再硬化并跟軟鏈段鍵合以給出一種類似于熱塑性橡膠的固態(tài)結(jié)構(gòu)。由于這些聚合物在熔化過程中不保留相分離或相結(jié)構(gòu)，它們是很容易加工的。由于軟彈性體鏈段是極性的，它們是相當容易熱封合的，特別是用高頻介質(zhì)熱封合。它們的優(yōu)越的耐撓曲疲勞特性經(jīng)已在實驗室內(nèi)用耐疲勞試驗機在幾萬次嚴峻的試驗中顯示出來，也經(jīng)已在幾千萬雙運動鞋與便鞋中得到證實。
為了保持住上述的基本機械特性與制造優(yōu)點，同時降低薄膜對特種氣體與氮的滲透率，就需要將這種聚合物跟其它極性聚合物共混。特別重要的是跟聚對苯二甲酸乙二酯(PET)這樣的聚酯共混。它是將對鄰苯二甲酸二甲酯跟乙二醇反應(yīng)而生成的縮聚物。雙軸向取向PET薄膜有很廣闊的用途。由于PET的極低的吸濕性，其機械性能基本上不受濕度影響。新型的加韌等級的PET可取得更大的抗沖擊強度。這些材料是基于PET/彈性體的摻合聚合物。增強PET也可以得到并且很有用。
另一種能夠跟結(jié)晶質(zhì)單體共混或共聚合的熱塑性彈性體母體材料是“海特利爾”(“Hytrel”-杜邦公司商品名)。海特利爾也可以用常規(guī)熱塑性工藝技術(shù)來加工。有幾種配方具有必需的熔點、抗張強度、伸長率、撓曲模量、耐疲勞性與抗撕裂強度等物理特性。海特利爾具有40至80%硬鏈段和60至20%軟鏈段。盡管水解不穩(wěn)定性可能是一個問題，但是通過加進Stiboxol就可以降低到可接受的水平。軟硬的海特利爾配方具有極佳的低的氣體擴散率，但是用于空氣減震墊就太硬了。比較軟的配方(例如肖氏硬度40D的海特利爾4056)具有良好的抗撓曲特性，但是缺乏低的滲透性這個特點。用本申請中列出的方法，可以通過跟結(jié)晶質(zhì)的聚合物共混或共聚合來矯正。
又另一種良好的熱塑性母體材料是“Riteflex”(Cellanese公司的商品名)。Riteflex540與Tieflex547，其硬度分別為40D與47D，是典型的選擇物，它們可以在常規(guī)的注塑成型與擠出成型設(shè)備上加工。這些材料是30至40%結(jié)晶狀的。其熔化溫度比海特利爾稍為低一些，在380-420°F的范圍內(nèi)。
應(yīng)當理解到本發(fā)明并不限于用本申請中討論的熱塑性彈性體配方作為母體包封套材料，所包括的這些材料應(yīng)從廣義上來理解。所指的熱塑性材料可以是熱塑性的，也可以是熱固性的。同樣的歸納的結(jié)果適用于跟母體聚合物共混或共聚合以實現(xiàn)所需的對擴散泵浦作用的速率與滲透的速率的控制的更高度結(jié)晶的單體。
為了更好地理解本發(fā)明的與現(xiàn)有技術(shù)的擴散泵浦技術(shù)之間的差別以及本發(fā)明的優(yōu)點，圖17至19給出參考資料。圖17的曲線A示出在一個理想的限定的情況下的壓力對時間的走勢，這個理想的限定的情況是，在一個具有一個恒定容積(包封套材料不擴張)的、并且是用一種在包封套內(nèi)具有一個恒定的分壓力的特種氣體(氟里昂116)充氣充到20psi的密封包封套內(nèi)。如曲線所示，內(nèi)壓繼續(xù)升高，直到在34.7psig的壓力強度下達到穩(wěn)定。這個壓升是由于氮氣的擴散泵浦作用，在圖17的曲線C上則是氧氣的擴散泵浦作用，在曲線D上則是從周圍環(huán)境空氣的擴散泵浦作用。曲線A是曲線C與D之和加上起始充氣的20psi，如曲線A所示。例如，在6個月后，有足夠的氮氣經(jīng)已擴散進入包封套內(nèi)以產(chǎn)生一個10.8psi的氮氣分壓力。同樣地，氧氣的分壓力將是3.1psi。這兩個壓力之和加上起始的充壓，給出在6個月后曲線A上的數(shù)值為33.9psig。
但是，圖17的曲線A是一個理想的情況，它提供了一個方便的方式來跟曲線C與D聯(lián)系起來描述先有技術(shù)的擴散泵浦技術(shù)。一個充氣的荷載的裝置的擴散泵浦作用的真實情況顯示在圖17的曲線B上。這條曲線B跟美國專利4，340，626的圖9上和美國專利4，287，250的圖13上的曲線A是完全一樣的，這是一個使用聚氨酯薄膜并用F116特種氣體充壓的實際的空氣鞋底的情況。將理想曲線A跟實際裝置的曲線B進行比較，可以看出在曲線B上的壓力比理想情況低相當多。壓力差異是由于薄膜的張力弛張、或擴張、以及有些特種氣體向外擴散的損失而引起的。如圖所示，曲線B在頭4個到6個月的充脹期間由于氧氣與氮氣通過擴散向內(nèi)泵入而相當快地上升。
圖18示出本發(fā)明的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，也是壓力對時間的走勢。曲線E、F、G與H分別相應(yīng)于圖17的曲線A、B、C與D。曲線E是本發(fā)明的一個理想情況(恒定容積與恒定特種氣體內(nèi)部分壓力)。曲線G是通過擴散泵入裝置內(nèi)的氮氣的分壓力，而曲線H則是通過擴散泵入裝置內(nèi)的氧氣的分壓力。將曲線G與H跟曲線C與D進行比較，可以看出，采用本發(fā)明的改進的阻擋層薄膜，氧氣與氮氣的向內(nèi)擴散進行得比較慢。例如，在6個月后，氮氣的分壓力只有3.1psi，而氧氣的分壓力是2.9psi。氧氣的擴散泵浦作用比氮氣快。這些分壓力加到20psi的起始充氣壓力上，將給出在曲線E上的總壓力26psi。
此外，可以看出，本發(fā)明的荷載的裝置的真實數(shù)據(jù)曲線F的壓力比理想曲線E低。但是，本發(fā)明的真實數(shù)據(jù)曲線與理想曲線之間的差異比圖17的數(shù)據(jù)差異小。這是由于本發(fā)明的改進的阻擋層薄膜材料進一步降低了特種氣體的通常已經(jīng)是低的外向擴散，并且本發(fā)明的改進的薄膜材料降低了張力弛張。結(jié)果是，本發(fā)明的產(chǎn)品的充脹容積對時間來說保持相對地恒定。曲線E與F之間的差異主要是由于薄膜的張力弛張而引起的，因為特種氣體的長期壓力損失是非常微小的。
圖19將來自圖17與18的數(shù)據(jù)疊置起來并將標度從2.5年擴展到14年以顯示本發(fā)明的改進的壓力維持度。將曲線B跟F進行比較，可以看出曲線B的壓力在頭4個月之后下降相當急劇，在頭4個月中，由于氧氣與氮氣快速擴散泵入包封套內(nèi)(曲線C與D)，壓力實際上相當快速地上升。壓力隨著時間繼續(xù)下降，因此在2.5年后，壓力已經(jīng)下降回到20psi的起始充氣壓力上。在4年之后，壓力下降到17psig并繼續(xù)下降。
與之對比，代表本發(fā)明的曲線F的壓力從不下降，而事實上壓力持續(xù)地緩緩地上升，直到在約7年之后拉平到一個28psig的穩(wěn)態(tài)恒定值。來自兩個真實的荷載的裝置的曲線B與F的數(shù)據(jù)可以列出表來更有效地示出本發(fā)明的優(yōu)點。
時間曲線B(psi)曲線F(psi)改進百分比1年22.826.215%2年21.027.129%3年18.227.350%5年14.527.590%7年12.027.7130%這些數(shù)據(jù)顯示出按本發(fā)明可能取得的長期充壓的改進。長期試驗進一步肯定了使用F116、空氣與氮氣的新的并獨特的長期結(jié)果，如由線圖所示。因此用次一些的、比較便宜的特種氣體，或者在限定情況下用空氣或氮氣充氣，能夠?qū)崿F(xiàn)滿意的充壓。
圖19的曲線F代表本發(fā)明的改進的阻擋層材料的情況，其中，氧氣是活動氣體，在一年的時間達到3.1psi的完全的分壓力，氮氣是半活動氣體，在12年的時間達到11.6psi的完全的分壓力。如從曲線F所示，在按本發(fā)明的一個包封套內(nèi)，可能獲致非常長期的永久充脹。但是，一個可能的缺點是，壓力在兩年后上升到27psi，比起始充氣壓力高出7psi(約高出1/3)。這可以通過在起始充氣時用一種空氣與特種氣體的混合物來進行充氣來調(diào)節(jié)，或者通過使用次一些的特種氣體中之一種、即擴散得快一些的一種來充氣來調(diào)節(jié)。
按本發(fā)明的一種好一些的和優(yōu)選的技術(shù)解決方案是用100%的氮氣來進行起始充氣。圖20的曲線K代表按本發(fā)明用100%氮氣進行起始充壓的產(chǎn)品的壓力對時間的關(guān)系曲線。曲線I示出逆擴散進入包封套內(nèi)的活動氧氣的分壓力，而曲線J是在包封套內(nèi)的氮氣的分壓力。曲線K是曲線I與J之和。如圖所見，曲線K的壓力“上沖”只有起始充氣壓力的10%，是相當滿意的。而且，起始壓力約在5.5年之后才開始下降到20psi的起始充氣壓力之下。這被視為極佳的長期永久性充脹，并且這是通過用一種可取得的、便宜的并無害的氣體-氮氣充氣來實現(xiàn)的。
圖21是經(jīng)已在上述曲線圖描繪的三種類型的擴散泵浦作用的綜合圖。曲線B是用一種特種氣體的先有技術(shù)擴散泵浦作用。曲線F是使用特種氣體與活動的氧氣與捕留的氮氣的按本發(fā)明的擴散泵浦作用。曲線K跟曲線F一樣，只是使用了純氮氣代替特種氣體在20psig下進行起始充氣。
圖22至24示出了按本發(fā)明的各種結(jié)構(gòu)以更好地理解所描述的擴散現(xiàn)象。在圖22中，示出的結(jié)晶質(zhì)單體放大了約1000倍，并且是牢固地粘附到改進的阻擋層的彈性體材料上。在所示的構(gòu)造形式中，結(jié)晶質(zhì)材料可以是用粘結(jié)的、機械的或分子的連接方式牢固地結(jié)合到彈性體材料上的結(jié)晶質(zhì)的網(wǎng)子或纖維狀織物材料。小箭頭顯示充脹劑介質(zhì)的流動(活性擴散)或環(huán)境空氣逆擴散穿過阻擋層材料。在活性擴散中，充脹劑氣體首先凝聚在阻擋層薄膜的外表面上，然后以液態(tài)遷移穿過薄膜，在薄膜的相對面上冒出，然后再蒸發(fā)成氣體。如圖22所示，結(jié)晶質(zhì)單體有效地對充脹劑介質(zhì)穿過阻擋層包封套與空氣的逆擴散形成一道阻塞或流通限制。這用圖解方式來解說，彎曲的箭頭沖擊結(jié)晶質(zhì)材料的表面，從而使介質(zhì)流沿著結(jié)晶質(zhì)單體偏移，結(jié)果，當充脹劑介質(zhì)繼續(xù)運動通過包圍著結(jié)晶質(zhì)材料的彈性體材料時將介質(zhì)流堆擠在結(jié)晶質(zhì)單體的相鄰部份的狹窄通道內(nèi)。
在圖22所示的結(jié)構(gòu)形式中，大部分的阻擋層薄膜截面被結(jié)晶質(zhì)材料所占據(jù)，基本上不讓充脹劑介質(zhì)流動。這個，加上彈性體材料基本上是一個對特種氣體擴散的相當良好的阻擋層，結(jié)果產(chǎn)生一個對控制擴散泵浦作用的非常有效的機構(gòu)，因而在一個大得多的時間間隔內(nèi)實現(xiàn)精確得多與穩(wěn)定得多的充脹壓力，從而提供一個有較大改進的優(yōu)越的產(chǎn)品。
圖23所示的結(jié)構(gòu)形式類似于圖22的結(jié)構(gòu)形式，只是結(jié)晶質(zhì)單體僅僅埋入彈性體材料里，而不是像圖22所示的那樣通過使用包括實現(xiàn)一種良好的機械的或化學的連結(jié)所需的溫度、壓力與時間的合適的粘接或連接的工藝程序而跟彈性體牢固地結(jié)合在一起。如果結(jié)合不好，如圖23所示，圍繞著結(jié)晶質(zhì)單體或構(gòu)造有空隙存在。為了解說的目的，在圖23中示出的空隙是圍繞著理想化的結(jié)晶質(zhì)單體的同心環(huán)或同心間隙。指示充脹劑介質(zhì)運動的箭頭移動進入空隙內(nèi)并有選擇地很容易地與很快地遷移通過空隙提供的阻力最小的路徑。比圖22的箭頭長度長一些的箭頭表示充脹劑介質(zhì)的遷移由于結(jié)晶質(zhì)材料的相鄰部分之間的狹窄通道內(nèi)的堆擠與壓縮程度降低了而比較省力。因此，生產(chǎn)一種用來有效地控制擴散泵浦作用的復(fù)合結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)彈性體材料與結(jié)晶質(zhì)材料或單體之間的良好結(jié)合是很重要的。實現(xiàn)滿意的、長期耐撓曲疲勞強度和壽命也是重要的。
圖24所示的結(jié)構(gòu)形式包括有隨機直徑范圍在50到200微米或以上之間的薄壁的、玻璃球形空心微珠的結(jié)晶質(zhì)單體。用多種直徑的微珠比用單一直徑的微珠成本低，雖然后者也可以用。跟圖22與圖23一樣，充脹劑介質(zhì)通過復(fù)合的改進的阻擋層材料的遷移用箭頭表示。此視圖放大了100，000倍。弄鈍了并變了形的箭頭表示沖擊微珠的表面從而沿著微珠偏移進入相鄰微珠之間的限流通道的介質(zhì)流。應(yīng)當理解，結(jié)晶狀微珠也可能是較大尺寸的、實心的而不是空心的、用結(jié)晶質(zhì)材料而不是用玻璃制造的。
圖25示出本發(fā)明的一種使用一種改進的阻擋層薄膜200來形成要充壓的包封套的結(jié)構(gòu)形式。在這個結(jié)構(gòu)形式中，阻擋層薄膜以一種復(fù)合的結(jié)晶的無定形彈性體阻擋層材料的形式出現(xiàn)，其中母體材料202是一種其結(jié)晶度是通過可能是高度變形的、拉長的或整平的硬的結(jié)晶質(zhì)鏈段或單體203的存在而提高了的無定形彈性體材料。這些硬的結(jié)晶質(zhì)鏈段或單體最好是在整個母體材料內(nèi)均勻分布。這可以通過合適的交聯(lián)與接枝或其它聚合技術(shù)來實現(xiàn)。變形可以通過在晶體生長時將該材料拉伸或壓縮來實現(xiàn)。這種變形有效地給在母體材料內(nèi)的單體203的晶體結(jié)構(gòu)施加應(yīng)力，結(jié)果是內(nèi)聚能密度有了提高，并且這些結(jié)晶質(zhì)單體遠比那些沒有經(jīng)過變形的結(jié)晶質(zhì)單體有效。側(cè)面204是包封套的內(nèi)壁，側(cè)面205是包封套的外側(cè)或環(huán)境空氣側(cè)。
在這個結(jié)構(gòu)形式中，該阻擋層材料對活動氣體是可滲透的、對選定的捕留氣體是半可滲透性的，對特種氣體則是基本上不滲透的。示出的規(guī)模是在一個電子顯微鏡下可看到的景象。此外，箭頭表示活動氣體通過阻擋層薄膜的流動。在此結(jié)構(gòu)形式中，母體材料含有軟的彈性體鏈段或區(qū)，而結(jié)晶質(zhì)鏈段或區(qū)則是硬的結(jié)晶質(zhì)材料。
熟悉本領(lǐng)域的人們現(xiàn)在應(yīng)當明白，本發(fā)明的產(chǎn)品可以用于各種各樣的產(chǎn)品內(nèi)，盡管描述集中在鞋具上。例如，按本發(fā)明的產(chǎn)品可以用在用于運動、軍用、建筑、工業(yè)、摩托車、自行車、或其它用途的頭盔內(nèi);用在鞍座與座墊內(nèi);用在手套或保護用具內(nèi);用在門、窗、飛機、航天器的密封墊內(nèi)，以及工業(yè)用與油田用的密封墊內(nèi);用在褥墊與枕頭內(nèi);用在網(wǎng)球拍、風鎬、動力手鋸的把手上;用在各種類型的減震裝置和產(chǎn)生震動的裝置上;以及用在熟悉能量吸收與能量回饋裝置和減震與彈性裝置的本領(lǐng)域的內(nèi)行人所明了的以及從上面的詳細的公開中明了的任何的各式各樣裝置或用途。
權(quán)利要求
1.一種荷載的、氣體充壓的減震裝置，其特征在于包含有一個具有至少一個由至少是用薄膜狀材料制成的、分隔開設(shè)置的壁部分構(gòu)成的腔室的封合的包封套；所述薄膜狀材料是塑性的與極性的與彈性體的，并具有部份結(jié)晶質(zhì)的薄膜材料的氣體擴散特性；所述包封套被至少一種捕留氣體起始充壓到一個預(yù)定壓力，相對于該捕留氣體，該薄膜狀材料作為一個阻擋層來阻止捕留氣體擴散通過該阻擋層；所述薄膜材料的特性是將所述捕留氣體保持住以維持該裝置至少部分充壓并讓活動氣體擴散通過該薄膜材料的能力；所述包封套的內(nèi)壓是活動氣體的和捕留氣體的分壓力之和。
2.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述捕留氣體是氮氣。
3.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述捕留氣體包括至少一種特種氣體。
4.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)性質(zhì)由一種包含在所述薄膜狀材料內(nèi)的結(jié)晶質(zhì)材料提供。
5.按權(quán)利要求4的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種纖維狀材料。
6.按權(quán)利要求4的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種結(jié)晶質(zhì)小片材料。
7.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述薄膜狀材料是一種彈性體的聚氨酯聚合物。
8.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于減震裝置是鞋具的組成件。
9.按權(quán)利要求8的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述減震裝置是一種后跟墊。
10.按權(quán)利要求8的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述減震裝置是一種全長鞋底組成件。
11.按權(quán)利要求8的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述減震裝置的長度小于鞋具的長度。
12.按權(quán)利要求4的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種高度結(jié)晶的稀松織物。
13.按權(quán)利要求8的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述減震裝置是至少部分地用泡沫灌封。
14.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述封合的包封套是由至少兩片薄膜材料構(gòu)成的。
15.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是以選自細絲、粉末、小片、布、小珠與微球體中的一種形式出現(xiàn)的一種金屬或金屬合金。
16.按權(quán)利要求4的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是鎖式線跡(lock stitched)材料。
17.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述封合的包封套是由多個分開封合的腔室構(gòu)成的。
18.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述封合的包封套是由至少兩個相互連接著的腔室構(gòu)成的。
19.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述包封套的內(nèi)壓高于大氣壓力。
20.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述包封套包括有至少一個周緣接縫。
21.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)性質(zhì)由一個連接到所述薄膜材料的至少一個表面上的結(jié)晶質(zhì)材料提供。
22.按權(quán)利要求21的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種薄金屬層。
23.按權(quán)利要求4的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種結(jié)晶質(zhì)聚合材料。
24.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述薄膜狀材料是一種聚合物材料的混合物，其中至少一種是結(jié)晶質(zhì)材料。
25.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)性質(zhì)由一種聚對苯二甲酸乙二酯類聚合物材料提供。
26.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述薄膜狀材料至少部分是由一種熱塑性彈性體構(gòu)成的。
27.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述薄膜狀材料至少部份是由一種熱塑性聚酯類彈性體構(gòu)成的。
28.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于所述活動氣體包括空氣的、除氮氣以外的至少一種氣體成分。
29.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于捕留氣體包括空氣、氮氣、或特種氣體，而活動氣體包括氧氣。
30.按權(quán)利要求1的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于捕留氣體是氮氣，活動氣體包括氧氣。
31.一種制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于包含有以下的步驟提供一個具有至少一個至少是用薄膜狀材料制成的、分隔開設(shè)置的壁部分構(gòu)成的腔室的包封套;所述薄膜狀材料是塑性的與彈性體的，并具有部份結(jié)晶質(zhì)材料的氣體擴散特性;將所述包封套用至少一種氣體進行起始充壓充到一個預(yù)定壓力，相對于該至少一種氣體該薄膜狀材料作為一個阻擋層來阻止該一種氣體擴散通過該阻擋層;所述薄膜材料的特性是將所述一種氣體保持住以維持該裝置至少部分充壓并讓活動氣體擴散通過該薄膜材料的能力;封合所述包封套以容裝該一種氣體;將該封合了的包封套暴露到周圍空氣中，從而使在該周圍空氣中的一種活動氣體擴散進入該封合了的包封套，使得該包封套的內(nèi)壓是該一種氣體的和活動氣體的分壓力之和。
32.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述一種氣體是氮氣。
33.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述一種氣體是特種氣體。
34.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述包封套是由平的片狀材料制備的。
35.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述包封套是用吹塑成型、注射成型、中空模塑、真空成型、旋轉(zhuǎn)成型、轉(zhuǎn)移模塑和壓力成型等成型方法中之任一種或組合成形的。
36.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述包封套是用一種熱塑性材料制成的。
37.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述包封套是用一種熱固性材料制成的。
38.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述包封套是通過將其上的壁的至少一部分焊在一起，并在所述焊接工序前將壁的內(nèi)表面用一種打底劑進行處理。
39.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述減震裝置裝配到一種鞋類物品上。
40.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述活動氣體包括空氣的、除氮氣以外的至少一種氣體成分。
41.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述一種氣體是一種包括空氣、或氮氣、或特種氣體、或其混合物的捕留氣體、并且所述活動氣體是氧氣。
42.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于起始充壓的步驟包括充壓到一個高于大氣壓力的內(nèi)壓。
43.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于部份結(jié)晶質(zhì)材料的所述氣體擴散特性由一種包含在所述薄膜狀材料內(nèi)的結(jié)晶質(zhì)材料提供。
44.按權(quán)利要求43的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種纖維狀材料。
45.按權(quán)利要求44的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述纖維狀材料是一種鎖式線跡材料。
46.按權(quán)利要求43的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種結(jié)晶質(zhì)小片材料。
47.按權(quán)利要求43的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種高度結(jié)晶的稀松織物。
48.按權(quán)利要求43的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是以選自細絲、粉末、小片、布、小珠與微球體中的一種形式出現(xiàn)的一種金屬或金屬合金。
49.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述制備一個包封套的步驟包括在該包封套內(nèi)形成多個分開的腔室，并對每個所述腔室充壓，然后將其封合住。
50.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)性質(zhì)由一種連接到所述薄膜材料的至少一個表面上的結(jié)晶質(zhì)材料提供。
51.按權(quán)利要求50的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種薄金屬層。
52.按權(quán)利要求50的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)材料是一種結(jié)晶質(zhì)聚合材料。
53.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述薄膜狀材料是一種聚合物材料的混合物，其中至少一種是結(jié)晶質(zhì)材料。
54.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述結(jié)晶質(zhì)性質(zhì)由一種聚對苯二甲酸乙二酯類聚合物材料提供。
55.按權(quán)利要求31的制造一種荷載的、氣體充壓的與彈性的減震裝置的方法，其特征在于所述薄膜狀材料是一種聚氨酯材料。
56.一種荷載的、氣體充壓的減震裝置的方法，其特征在于包含有一個具有至少一個由至少是用薄膜材料制成的、分隔開設(shè)置的壁部分構(gòu)成的腔室的封合的包封套;所述薄膜狀材料是一種復(fù)合的結(jié)晶的無定形彈性體阻擋層材料;所述包封套被至少一種氣體起始充壓到一個預(yù)定壓力，相對于該一種氣體，該薄膜狀材料作為一個阻擋層來阻止捕留氣體擴散通過該阻擋障;所述薄膜材料的特性是在所述彈性體材料內(nèi)具有硬的結(jié)晶質(zhì)鏈段或單體以增強所述阻擋層材料的活性擴散，增強將該一種氣體保持住以維持該裝置至少部份充壓并讓活動氣體擴散通過該薄膜材料的能力;所述包封套的內(nèi)壓是該至少一種氣體與該捕留氣體的分壓力之和。
57.按權(quán)利要求56的荷載的、充壓的減震裝置，其特征在于使所述硬的結(jié)晶質(zhì)鏈段或單體變形以增強所述阻擋層材料的活性擴散特性。
全文摘要
一種用含結(jié)晶質(zhì)材料的熱塑性薄膜制成的減震裝置產(chǎn)品的制造時被充氣到較高壓力并封合。應(yīng)用自充氣擴散泵浦現(xiàn)象保持內(nèi)壓，活動氣體是氮以外的空氣的氣體成分。這改進的新型減震裝置使用新材料作能有選擇地控制擴散泵浦速率的包封外套的薄膜，從而允許這種新型減震裝置的設(shè)計有更寬的撓性和更高的精確度來改進性能和降低成本，消除了先前產(chǎn)品的一些缺點?？捎玫蚩諝膺@樣容易取得的氣體給某些類型新裝置永久性充氣，氮作為捕留氣體。
文檔編號A43B13/20GK1044897SQ9010046
公開日1990年8月29日 申請日期1990年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月19日
發(fā)明者馬里恩·富蘭克林·魯?shù)?申請人:馬里恩·富蘭克林·魯?shù)?br>