轻质高弹气囊模块及其制作方法和鞋

技术领域

本发明涉及缓冲材料领域，尤其涉及一种轻质高弹气囊模块及其制作方法和鞋。

背景技术

Air sole形态的气垫，其原理是以高压气体充入橡胶或者弹性体囊内，使之密闭，形成一个柔软的气囊。

Zoom形态的气垫则更薄，更贴近地面，可提供更快的反应速度。在Nike品牌的气垫中，Zoom形态气垫的弹性较好，经常会被安放在篮球鞋的前掌部分，与其他缓震科技搭配使用。

Reebok也使用了较多气垫，其核心缓震科技DMX就是一种气垫技术，分为多个气室，彼此之间是相通的，在运动中气室之间的气体会相互流动，以起到缓震和分压的效果。

目前的鞋用气垫材料通常采用TPU、PVC、橡胶等材质，虽然缓震效果较好，但也存在长时间穿着容易漏气，材料偏硬，回弹性不高、脚感舒适性差等缺陷。

具体表现为：(1)气垫内气体压力多为0.06-0.1MPa，气压不能太高，否则气垫容易凸起变形，导致气垫漏气，降低回弹性；(2)如果需要增加气垫内气压，为避免气垫变形就需要采用高强度纤维材料复合在气垫壁层内，给上下层气垫壁提供支撑力，但复合难度较大、成本高，且内部气压提升有限；(3)一般的气垫内气体没有阻隔，在受压不均匀的情况下气体容易产生流动，使气垫变形不均衡导致鞋底稳定性下降；(4)对于在气垫内单独设置阻隔层的气垫而言，气体阻隔性仍然不够好，穿着一段时间后，还是容易在阻隔层上产生裂纹等问题，存在气体逃逸，气垫的气压变小，回弹力下降，逐渐丧失支撑性等缺陷。

发明内容

针对现有技术中鞋用气垫存在长时间穿着容易漏气，材料偏硬，回弹性不高、脚感舒适性差等缺陷，本发明提供一种轻质高弹气囊模块及其制作方法和鞋。所述轻质高弹气囊模块加工方式简单，性能提升明显。

本发明的技术方案为：一种轻质高弹气囊模块，包括：外层和内层，外层为复合共挤膜，由复合共挤膜围成封闭的内腔，内层为超临界发泡材料，超临界发泡材料填充在内腔中；所述复合共挤膜中包括乙烯乙烯醇共聚物层；所述超临界流体发泡材料每立方厘米体积内有10

进一步地，复合共挤膜包括5-11层共挤膜，乙烯乙烯醇共聚物层设置在复合共挤膜的中间位置。

进一步地，共挤膜还包括聚烯烃树脂层、聚酰胺层中至少一种；聚烯烃树脂包括聚丙烯、聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物中至少一种。

进一步地，复合共挤膜总厚度为50-300μm，其中乙烯乙烯醇共聚物层厚度为2-20um，复合共挤膜拉伸强度≥15MPa、裂伸长率≥500％、雾度≤25，摩擦系数≤0.5、润湿张力≥38、热封温度120-150℃、热封强度≥15MPa、氧气透过率≤3.0cc/m

进一步地，所述超临界发泡材料包括脂肪族热塑性聚氨酯或者芳香族热塑性聚氨酯、聚醚酯弹性体、聚酰胺弹性体、乙烯醋酸乙烯共聚物及其共混改性材料中至少一种。

本发明还提供上述轻质高弹气囊模块的制作方法，包括如下步骤：

S1、将选用的膜材料在加热模具吸塑成型，制得复合共挤膜；

S2、将选用的聚合物材料经超临界发泡后，置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块。

本发明还提供一种包含轻质高弹气囊模块的鞋。气囊模块设置在鞋底部位。

进一步地，鞋底包括气囊模块层，气囊模块层具体包括前掌气囊区和后掌气囊区，用以容置性能上述气囊模块；前掌气囊区内的气囊模块突出回弹性能，后掌气囊区内的气囊模块突出减震性能。

进一步地，气囊模块层上方设置有支撑模块层，支撑模块层的材料为硬质材料，支撑模块层依据气囊模块层的形状设置有相应大小的孔用以嵌在气囊模块的不同分区外侧，气囊模块层形成支撑。

进一步地，气囊模块层下方为鞋大底，鞋大底的形状依据气囊模块层的形状设置成容置不同气囊模块的外壳，以保证单一气囊区域独立发挥作用。

进一步地，气囊模块层下方、鞋大底上方还设置有支撑模块层。

本发明的优势在于：气囊模块具有更强的锁气能力，不易变形，回弹性更佳，稳定性更优异，可以满足更多专业运动场景的功能诉求；克服单独的气垫材料存在气体逃逸，气垫的气压变小，回弹力下降等问题，也以较为简单的方式提升了超临界发泡材料的固有性能。

气囊模块由于整体性能可调节范围较普通气垫的更广，因此使用范围上较传统气垫的使用区域更为广泛，可以适用于不同用途的鞋底或鞋底局部。

附图说明

图1为单一气囊模块结构示意图一

图1(a)为气囊模块主视图，图1(b)为气囊模块剖视图；

图2为单一气囊模块结构示意图二；

图3为包含多个气囊模块的整鞋示意图；

图4为包含多个气囊模块的鞋底示意图；

图5为包含多个气囊模块的整鞋爆炸图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用气密性优异、高强度的复合共挤膜与超临界发泡材料进行复合贴体成型，超临界流体发泡材料每立方厘米体积内通常有10

复合共挤膜包括5-11层共挤膜，复合共挤膜总厚度为50-300μm，区别于传统鞋用气垫的800-1200μm，更为轻薄；共挤膜中乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)层设置在中间位置，具有较高的气体阻隔性；其余共挤膜则包括聚烯烃树脂层、聚酰胺(PA)层中至少一种类型；聚烯烃树脂包括：聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、乙烯-辛烯共聚物(POE)中至少一种。

将采用上述材质的膜经5-11层共挤复合吹塑成复合共挤膜；EVOH在最中间层时，能更好的发挥阻气性能优良、贴体性能卓越、透明度高、封口性能优异等特点。

得到的复合共挤膜整体物性如下：厚度50-300um，其中EVOH层厚度2-20um，复合共挤膜拉伸强度≥15MPa、断裂伸长率≥500％、雾度≤25、摩擦系数≤0.5、润湿张力≥38、热封温度120-150℃、热封强度≥15MPa、氧气透过率≤3.0cc/m

本发明中用于超临界发泡的材料包括：脂肪族热塑性聚氨酯或者芳香族热塑性聚氨酯(TPU)，聚醚酯弹性体(TPEE)，聚酰胺弹性体(PEBA)，乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)及其共混改性材料其中至少一种。对于具体的超临界发泡工艺，本发明不做特殊限定，本发明的原理主要是利用超临界发泡形成将气体包裹在内形成均匀排列的泡孔结构，超临界发泡相比于普通发泡工艺得到的材料密度更轻、回弹性更好。本发明正是锐意研究发现，带有EVOH中间层的复合共挤膜直接与超临界发泡材料贴体成型后的气囊结构具有远优于两者单独的物性，用于鞋中底所发挥的实际性能更优；克服单独的气垫材料存在气体逃逸，气垫的气压变小，回弹力下降等问题，也以较为简单的方式提升了超临界发泡材料的固有性能。

如图1、2所示，气囊模块包括外层1和内层2，外层1采用上述复合共挤膜，由复合共挤膜围成内腔，超临界发泡材料填充在内腔中作为内层2。

具体的，轻质高弹气囊模块的制备方法为：

S1、将选用的膜材料在加热模具吸塑成型，制得复合共挤膜；

S2、将选用的聚合物材料经超临界发泡后，置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块。

本发明的气囊模块可以通过膜材料、超临界发泡材料、超临界发泡工艺等多个方面共同调节最终气囊模块的性能，所得气囊模块由于整体性能可调节范围较普通气垫的更广，因此使用范围上较传统气垫的使用区域更为广泛，可以适用于不同用途的鞋底或鞋底局部。

对此，本发明还提供一种包含所述气囊模块的鞋，如图3、4所示，鞋底包括气囊模块层3，气囊模块层具体包括前掌气囊区31和后掌气囊区32，前掌气囊区31分为内侧311和外侧312两部分，后掌气囊区32分为内侧321和外侧322两部分。前掌气囊区31主要突出回弹性能，后掌气囊区32主要突出减震性能。前掌气囊区31和后掌气囊区32的内外两侧也可以设计略有差异的功能参数，安置不同的气囊，也即整个鞋底部位可以有多种气囊的组合方式，用以满足不同的运动需求。

图5为含气囊模块的鞋爆炸图，在气囊模块层3上方设置有一层平铺的支撑模块层4，支撑模块层4可以为碳板或其他硬质材料，该支撑模块层4位于气囊模块层上方，对气囊模块层3形成有利支撑，以更好的发挥多个气囊模块的作用效果，支撑模块层4可以依据需要和气囊模块层3一体设置，支撑模块层4的形状可以依据下层气囊模块3设计为不同的形状，例如：设置相应大小的孔用以嵌在气囊模块3的不同分区外侧，来保证发挥单独气囊模块的作用机制。气囊模块4下方为鞋大底5，大底材质可以为聚氨酯大底或其他鞋用大底材料，鞋大底5的形状依据气囊模块4的形状进行调整，设置成容置不同气囊模块4的外壳形状，以保证单一气囊区能够发挥出其作用。

此外，也可以在气囊模块4下方，鞋大底5上方再增设一层支撑模块层4，以加强对气囊模块层3的整体支撑效果，以达到更好的减震和回弹效果。

以下通过多组具体实施例来说明本发明的气囊模块性能。

实施例及对比例的测试中均采用如图1所示规格的气囊模块。测试内容包括：密度、硬度、能量回归、峰值加速度；适当的硬度表明支撑性，能量回归、峰值加速度分别代表回弹性、减震性；能量回归和峰值加速度通过ASTM1976标准进行测试，能量回归EnergyReturn数值越大，回弹性越好，峰值加速度Peak G代表减震性，数值越小越好。

实施例1

所采用的复合共挤膜包括5层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/POE/EVOH/POE/EVA，其中在第三层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为2μm，复合共挤膜总体厚度为50μm。

用于超临界发泡的材料为PEBA，得到的发泡材料密度0.07g/cm

将得到的PEBA发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.5MPa，密度0.08g/cm

实施例2

所采用的复合共挤膜包括7层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PA/POE/EVOH/POE/PA/EVA，其中在第四层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为4μm，复合共挤膜总体厚度为100μm。

用于超临界发泡的材料为PEBA，得到的发泡材料密度0.07g/cm

将得到的PEBA发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.6MPa，密度0.09g/cm

实施例3

所采用的复合共挤膜包括9层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PE/PA/POE/EVOH/POE/PA/PE/EVA，其中在第五层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为8μm，复合共挤膜总体厚度为150μm。

用于超临界发泡的材料为PEBA，得到的发泡材料密度0.07g/cm

将得到的PEBA发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.7MPa，密度0.11g/cm

实施例4

所采用的复合共挤膜包括11层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PE/PP/PA/POE/EVOH/POE/PA/PP/PE/EVA，其中在第六层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为20μm，复合共挤膜总体厚度为300μm。

用于超临界发泡的材料为PEBA，得到的发泡材料密度0.07g/cm

将得到的PEBA发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.8MPa，密度0.15g/cm

实施例5

所采用的复合共挤膜包括7层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PA/POE/EVOH/POE/PA/EVA，其中在第四层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为4μm，复合共挤膜总体厚度为100μm。

用于超临界发泡的材料为脂肪族TPU，得到的发泡材料密度0.09g/cm

将得到的TPU发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.6MPa，密度0.11g/cm

实施例6

所采用的复合共挤膜包括7层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PA/POE/EVOH/POE/PA/EVA，其中在第四层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为8μm，复合共挤膜总体厚度为150μm。

用于超临界发泡的材料为脂肪族TPU，得到的发泡材料密度0.09g/cm

将得到的TPU发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.7MPa，密度0.11g/cm

实施例7

所采用的复合共挤膜包括7层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PA/POE/EVOH/POE/PA/EVA，其中在第四层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为4μm，复合共挤膜总体厚度为100μm。

用于超临界发泡的材料为TPEE，得到的发泡材料密度0.12g/cm

将得到的TPU发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，包覆后的功能模块，内部气压0.6MPa，密度0.15g/cm

实施例8

所采用的复合共挤膜包括7层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PA/POE/EVOH/POE/PA/EVA，其中在第四层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为4μm，复合共挤膜总体厚度为100μm。

用于超临界发泡的材料为EVA/PEBA/SEBS/POE共混，得到的发泡材料密度0.13g/cm

将得到的EVA/PEBA/SEBS/POE共混发泡材料置于两片复合共挤膜内，与复合共挤膜一同热压并吸塑成型，将边缘用高周波或者热压工艺密封；得到气囊模块经测试，内部气压0.6MPa，密度0.15g/cm

对比例1

所采用的复合共挤膜包括7层共挤膜，各层共挤膜从外向内的材质排列顺序为:EVA/PA/POE/EVOH/POE/PA/EVA，其中在第四层含有EVOH的高气体阻隔层，厚度为4μm，复合共挤膜总体厚度为100μm。

将上述各层共挤膜通过模具制备成如图1所形状的气囊，在其中充入的气体为空气或氮气。得到的气囊最大压力0.1MPa，气囊通过ASTM1976测试，冲击测试结果如下：硬度20-25C，能量回归Energy Return 65.35％。

对比例2

无气囊结构，用于超临界发泡的材料为PEBA，得到的发泡材料密度0.07g/cm

对比例3

无气囊结构，用于超临界发泡的材料为脂肪族TPU，得到的发泡材料密度0.09g/cm

对比例4

无气囊结构，用于超临界发泡的材料为TPEE，得到的发泡材料密度0.12g/cm

对比例5

无气囊结构，用于超临界发泡的材料为EVA/PEBA/SEBS/POE共混，得到的发泡材料密度0.13g/cm

以上实施例可以看出，本发明的气囊模块，相比于单纯的气体填充的气垫，整体的硬度、能量回归值较高，说明支撑性和回弹性能较好；复合共挤膜与超临界发泡材料复合后，相比于原有的超临界发泡的材料，密度、硬度均有一定程度的增加，均在要求范围内，但重要的对于能量回归数值提升，Peak G数值下降，说明回弹性能和减震性能均有进一步提升。

从实施例1-4还可以看出，当复合共挤膜厚度增加时，气囊模块硬度增加越明显，能量回归数值呈先增加后降低的趋势，在复合共挤膜总体厚度为100um时，对于能量回归提升最大，同时密度增加较少。

实施例9

一种采用实施例2气囊参数设置的鞋，其中包含气囊模块31部分的鞋底测得能量回归为85.1％，气囊气压0.7Mpa；包含气囊模块32部分的鞋底测得Peak G为8.51，气囊气压0.6Mpa。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。