橡胶鞋底及其制备材料和方法与流程

本申请总体上涉及包括轻重量的热塑性聚氨酯(“刚性PU”)材料和用于产生能够钉在鞋面(upper)上的橡胶鞋底的内接(inscribed)热塑性聚氨酯(“TPU”)层的橡胶底鞋(rubber soled shoe)。本发明还涉及总体上包括橡胶部分、刚性PU材料和由膨胀(expanding)的刚性PU材料包封的刚性TPU材料的材料。

背景技术：

在传统的木屐式鞋(clog style shoe)的制造中，所述鞋面(upper)被钉在木制或硬质塑料鞋底上。因此，钉鞋的所述条件要求所述鞋底足够刚性从而使所述鞋钉进入所述刚性框架并能保持。因此，具有较低密度的材料如软质泡沫和其它材料的使用，如运动鞋中使用的那些材料，是不适合的，因为它们会妨碍将所述鞋面钉在所述鞋底上的能力。

木屐(Clog)因为其稳定性、耐久性、舒适性和进行清洁的能力而用于许多行业。在医疗行业，以及白天对其脚花费大量时间的其他行业的许多人都穿木屐。因此，木屐或鞋子由白天步行较长距离的人穿着。减轻所述鞋子的重量会降低白天穿木屐的人的总体辛苦。

使用橡胶作为鞋底材料也是有用的，因为与木材和某些硬塑料相比，橡胶具有优异的附着摩擦力(traction)并且具有不同的重量和触感。然而，橡胶在使用时通常必须粘附于鞋底(base sole)上。这对寿命以及所述鞋底的感觉和磨损(wear)都存在一定的问题(无论是在木屐式鞋中或在其他形式的鞋中)。

技术实现要素：

本发明提供了包括具有空心鞋跟和限定体积的凸起边缘(raised edge)的橡胶鞋底的轻重量鞋底；所述体积填充有液态刚性聚氨酯(“刚性PU”)，刚性杆条(shank)和TPU的内接条带(inscribed strip)。在模制所述材料时，所述刚性杆条和所述内接TPU条带嵌入或包封于所述刚性PU中。

一个进一步的实施方式涉及包括橡胶外底的鞋底，所述橡胶外底具有填充有具有第一密度的可膨胀材料(expandable material)的凹形开口；其中所述可膨胀材料包封TPU材料，所述TPU材料具有大于所述第一密度的第二密度，所述TPU材料内接于所述橡胶鞋底周边的所述内边缘的内侧，以及包封于所述鞋底的所述鞋跟和中底(mid-sole)部分之间的刚性构件(rigid member)。

在优选的实施方式中，所述可膨胀材料是密度为0.25g/cm³～0.45g/cm³的刚性聚氨酯(刚性PU)，并且其中所述TPU具有1.15g/cm³～1.40g/cm³的密度。

在优选实施方式中，所述刚性构件由选自由钢，尼龙，金属合金，塑料聚合物或其组合组成的组中的材料制成。

一个进一步的实施方式涉及具有顶部、侧面和底部的材料，其中所述底部和侧面是限定空隙(void)或凹陷(recess)的橡胶材料；其中所述空隙填充有能够膨胀以填充所述空隙并形成所述顶部的可膨胀材料；其中由所述膨胀的高密度材料包封的是至少沿着所述材料的内周边内接的更高密度的TPU材料。

一个进一步的实施方式涉及具有橡胶外层，刚性PU填充物(filling)和内接的接收材料(inscribed receiving material)的材料；所述橡胶外层具有第一密度并限定具有顶部、侧面和底部的凹形容器；所述刚性PU填充物具有比所述橡胶外层的第一密度更低的第二密度，并具有在固化之前膨胀的性质；所述内接的接收材料具有第三密度，所述第三密度是所述第二密度的至少两倍。

在一个优选的实施方式中，具有橡胶外层的所述材料是鞋底，所述橡胶外层限定了鞋尖(toe)，鞋中(midfoot)和鞋跟(heel)部分，并且其中所述鞋进一步包括由所述刚性PU填充物包封的刚性稳定器，所述刚性稳定器从鞋跟部分朝向所述鞋底的鞋尖部分延伸。

在一个优选的实施方式中，所述可膨胀材料是具有密度0.25g/cm³～0.45g/cm³的刚性聚氨酯(刚性PU)，并且所述TPU具有1.15g/cm³～1.40g/cm³的密度。

优选这些材料进一步由硬度(hardness)限定，其中所述可膨胀材料具有85～90的肖氏C硬度，并且其中所述TPU具有50～55的肖氏D硬度。

在一个优选的实施方式中，本文所述的产品的橡胶外层具有0.85～1.00g/cm³的密度和65～70的肖氏A硬度。

在优选实施方式中，代替鞋子，以平面片材制造所述材料。

一种用于制造橡胶鞋底的方法，包括：由橡胶材料模制橡胶外层，所述橡胶外层具有底部，沿着所述外层周边的侧壁和鞋跟部分，所述侧壁和鞋跟限定一个凹形部分；向所述橡胶外层的凹形部分中填充可膨胀材料；将TPU材料和刚性稳定器附接到模具的顶部部分；和用所述橡胶外层模制所述可膨胀材料，其中所述可膨胀材料包封所述TPU材料和所述刚性稳定器。

在进一步的实施方式中，所述模具的顶部部分包括多个突出部(prong)，所述突出部延伸到所述鞋底的凹形部分中，并在所述模制的鞋底中形成凹陷(indentation)。

在进一步的实施方式中，所述橡胶外层具有0.85～1.00g/cm³的密度和65～70的肖氏A硬度；其中所述可膨胀材料是聚氨酯，并具有85～90的肖氏C硬度，并包括0.25g/cm³～0.45g/cm³的密度，并且其中所述TPU具有50～55的肖氏D硬度和1.15g/cm³～1.40g/cm³的密度。

一个进一步的实施方式涉及一种用于制造具有TPU内接条带和刚性PU填料的橡胶跟鞋底(rubber heeled sole)的方法，包括：

a.模制具有接受材料的容积(volume)的橡胶鞋底；

b.用刚性PU材料填充所述容积；

c.将所述橡胶鞋底放入具有底部和顶部模具的模具的底部；

d.在顶部模具上附接TPU条带，所述TPU条带经过定位从而内接所述鞋底的内周边，和沿着所述鞋的纵向轴线(从鞋跟到鞋尖)在鞋中和鞋底之间延伸的刚性杆条；和

e.模制所述鞋底；其中所述刚性PU膨胀从而包封所述TPU和所述刚性杆条；并且其中所述刚性PU和橡胶鞋底机械地和化学地粘合至一起从而形成所述橡胶基鞋底(rubber based sole)。

一个进一步的实施方式涉及包括填充有可膨胀聚氨酯材料的橡胶外底的橡胶鞋底；其中所述可膨胀聚氨酯材料包封沿着所述橡胶鞋底周边的内边缘内接的更高密度TPU条带和包封于所述鞋底的所述鞋跟和中底部分之间的刚性构件。其中，在某些实施方式中，可膨胀聚氨酯材料是刚性聚氨酯(刚性PU)，在形成时具有0.45g/cm³～0.6g/cm³的密度；并且在某些实施方式中，所述TPU具有0.9g/cm³～1.0g/cm³的密度；并且在某些实施方式中，所述刚性构件是钢。

另一个实施方式涉及具有顶部，侧面和底部的材料，其中所述底部和侧面是限定空隙的橡胶材料；其中所述空隙填充有能够膨胀以填充所述空隙并产生所述顶部的可膨胀聚氨酯材料；其中被所述可膨胀聚氨酯材料包封的是至少沿着所述材料的内周边内接的更高密度的TPU材料。在某些实施方式中，所述材料是鞋底，并进一步包括鞋跟、鞋中和鞋尖部分，其中刚性构件被包封于从所述鞋跟延伸通过所述鞋中的可膨胀聚氨酯材料中。在其他实施方式中，以平面片材，如8'×4'片材制造所述材料。

在进一步的实施方式中，某些材料的开发，例如，片状材料(sheet like material)的情况下，它可能适合于具有橡胶基侧面，但其中有必要通过紧固装置将所述材料固定于另一物；所述材料包括橡胶部分，低密度膨胀聚氨酯和内接所述材料内侧周边的刚性TPU；其中所述刚性TPU的密度足以固定直钉(nail)，U型钉(staple)，螺钉(screw)或类似的紧固材料。

附图说明

图1描绘了鞋底的侧面轮廓。

图2描绘了鞋底的顶部轮廓。

图3描绘了鞋底的鞋尖部分处的横截面图。

图4描绘了鞋底的鞋中处的横截面图。

图5描绘了鞋底的鞋跟处的横截面图。

图6描绘了具有用于模制橡胶鞋底的底部和顶部部分的模具。

图7描绘了模制橡胶鞋底的闭合位置的模具。

图8A-图8C描绘了具有刚性PU层和其中内接的TPU的矩形橡胶基结构的侧面轮廓和顶视图。

具体实施方式

正如本文所用，所述术语“刚性PU”是指能够以不同密度模制的浇注聚氨酯材料(poured polyurethane material t)。例如，轻重量的热塑性聚氨酯如BPU。优选实施方式中的所述BPU具有85～90的肖氏C硬度和0.25～0.45g/cm³，优选0.30～0.35g/cm³的密度。

正如本文所用，所述术语“TPU”是指能够注塑或模塑的具有提供支撑和钉合基础的刚性密度的热塑性聚氨酯。所述TPU优选具有50～55的肖氏D和1.15～1.40g/cm³的密度，并优选1.20～1.30g/cm³，更优选约1.22～1.25g/cm³的密度。

正如本文所用，硬度是根据具有包括本文所用的肖氏A，C和D的共12个标度的ASTM标准D2240-00(ASTM scale D2240-00)测定的。每个标度具有0～100的值，较高的值指示较硬的材料。本领域技术人员将认同这套标准。

在制鞋行业(footwear industry)中，并且特别是用于木屐式鞋(clog style shoe)，在鞋底和鞋面之间的钉合构造是常用的构造方法。也就是说，U型钉或直钉通过鞋面压入并进入一部分所述鞋底，这会以牢固的方式固定住所述鞋面。历史上，对于木屐是指木制鞋底(wooden sole)，它容易接受U型钉或直钉，并能牢牢地固定鞋面。更现代的是，也已经使用某些聚氨酯材料。然而，经常用于跑步和运动鞋的某些低密度材料如EVA以及经常用于某些工作靴(work boot)鞋底的橡胶(Rubber)并不具有足够的密度以固定住直钉或U型钉。因此，当使用这种材料时，所述钉合结构通常并非是一种选择。本文中，我们描述了一种鞋底和所述鞋底的制造方法，其允许橡胶鞋底，轻重量刚性PU，以及内接于所述刚性PU内的TPU层，从而产生具有能够与橡胶鞋底一起接受直钉或U型钉的层的鞋底。

本发明的实施方式描述了轻重量橡胶鞋底及其制造方法。所述鞋底包括限定空腔的橡胶外周边，所述空腔随后用所述轻重量刚性PU填充。当所述刚性PU浇注到所述空腔中时，刚性构件和内接TPU的条带被定位从而由所述膨胀刚性PU包封，其中所述材料通过模塑方法被模制至一起并固化从而形成具有模塑至所述刚性PU的橡胶底部和具有内接的TPU条带和由所述刚性PU包封的刚性构件的鞋底。这提供了由于所述TPU的密度能够通过U型钉、直钉或类似物附着到鞋面上，同时还通过使用轻重量刚性PU而减轻所述鞋底/鞋的重量的全新鞋底。

使用橡胶和轻重量或低密度聚氨酯材料的典型问题是每种都不具有足够的密度以固定直钉或U型钉或类似的附接机构。因此，有必要以这样的方式制造所述材料从而将足够高密度的材料嵌入到所述材料中以允许将直钉或U型钉固定于其上。因此，通过采用其中具有空腔的橡胶外部(rubber exterior)，用所述刚性PU(重量轻，但也具有一些刚性)填充所述空腔，并将足以固定住直钉或U型钉的更高密度的材料嵌入到所述刚性PU中，提供一种新的材料。

所述橡胶鞋底，如图1所示，显示了所述鞋底1的横截面图。所述橡胶外底20的鞋尖部分4、鞋中部分3和鞋跟部分2均由在所述部分的底部和外部上的橡胶制成。然而，所述橡胶外底20部分仅是最外层。所述橡胶外底20具有内表面11和外表面10。所述内表面11打开以限定具有可用其他材料填充的体积的空隙或空腔。因此，所述橡胶外底20部分起到仅具有可用其他材料填充的外壳的储仓(reservoir)作用。所述橡胶外底20优选具有65～70的肖氏A硬度和0.85～1.00g/cm³，优选0.90～0.95g/cm³，更优选0.92～0.95g/cm³的密度。

优选所述空腔填充低密度可膨胀材料7。所述材料因为多个原因作出选择。首先，橡胶通常是重的材料，并且如果整个鞋底只是实心橡胶时，则日常的穿着会很沉重。其次，橡胶具有高度的柔韧性，因此没有许多结构。使用具有比橡胶更高刚度(通过肖氏A测量)的材料以及更低密度的材料，既可以增加现在填充的鞋底的结构或刚度，又可以减轻重量。例如，合适的材料包括刚性PU，EVA和其他类似的材料。这些材料具有密度，该密度具有上述针对刚性PU提供的范围。

然而，单独的这些材料并不具有接受U型钉或直钉的必需密度，因此需要另外的材料才能允许这种类型的构造。相比之下，所述TPU具有更大的密度，允许其保留直钉或U型钉。对于密度范围1.20～1.30g/cm³的U型钉，TPU的固定力为约50千克(kg)。通过将TPU条带放入所述刚性PU中，将较高密度材料的小条带模制于所述鞋底中。因此，当将鞋面固定于现在制成的橡胶鞋底上时，U型钉能够被驱动穿过所述鞋面并进入所述TPU条带中从而将所述鞋面固定到位。没有这种TPU条带，所述刚性PU或橡胶的材料将不具有足够的密度从而提供足够的固定力以实现这种构造。

所述鞋底通过首先生成橡胶鞋底外部而制成。例如，第一过程能够将橡胶模制成所述具体结构的形状，并在其中限定待填充的空腔。例如，在图1中，所述侧面轮廓显示了作为所述外部的橡胶外底20，其限定了填充有可膨胀材料7的空腔。在模制所述外部橡胶外底20之后，所述橡胶鞋底优选放置于具有顶部32和底部31部分的模具中(见图6和图7)。固定所述橡胶外底20的所述模具的底部31，经过定位从而允许所述液体可膨胀材料7倾注入所述空隙中。然后，所述模具的顶部32部分包括用于保持TPU 6的条带保持装置和刚性构件5。所述TPU 6正好内接于所述鞋底的内表面11，但不接触所述鞋底的内表面11。因此，所述倾注的可膨胀材料7的小部分8位于所述内表面11和所述TPU 6之间。随着所述倾注的可膨胀材料7膨胀，它将包围所述TPU 6和刚性构件5。图1的所述侧面轮廓描绘了这些特征。

所述刚性构件5具有鞋中端部5A和鞋跟端部5B，其中所述刚性构件的鞋跟端部5B被居中放置于所述鞋跟，并且所述鞋跟端部5B定位于所述鞋跟前部和后部之间约一半之处，并且所述鞋中端部5A大约朝着所述鞋底的足弓(arch)部分的前部延伸。所述通用定位能够在图1和图2中看到。所述刚性构件优选由刚性轻重量材料制成。合适的材料包括金属，尼龙以及能够提供类似于钢的性能的其他塑料或聚合物。这种材料为所述成型的鞋提供挠曲和稳定性。

实际上，图2提供了所述TPU的内接条带6及其在所述鞋底内的放置的自上而下的清晰视图。如图2所示，所述橡胶外底20具有产生所述橡胶鞋底厚度的外边缘10和内表面11。然后，所述浇注的可膨胀材料7的小部分8间隔于所述TPU条带6之间。所述内表面11的所述鞋底内侧的整个部分是具有基于所述鞋底1的尺寸的特定体积的空隙或空腔。

所述体积随着所述鞋底的大小而变化。较大的鞋子需要较大的鞋底，因此较大的鞋底会具有较大的体积。因此，例如，尺码为10的鞋将具有比对应尺码为7(较小尺码)的鞋更大的体积。填充所述体积所需的可膨胀材料7的量能够通过基于所述鞋跟的目标密度的公式而计算。在所述模制过程中，与如果使用更少的材料相比，加入更多的可膨胀材料7能够允许在模制之后更大的生成物密度(resultant density)。实际上，所述可膨胀材料7经过膨胀而在浇注后填充所述空腔并开始所述模制过程。这允许所述可膨胀材料7膨胀并包封由所述模具的顶部保持就位的所述TPU条带6和所述刚性构件5。

所述模具还在所述模制的鞋底的顶部表面上提供孔洞或凹陷(indentation)12。这些凹陷会减轻重量并提供所述鞋底的柔韧性。作为实施例的非限制性列表，基于所述鞋底1的尺寸，对于附加支撑的需要或减轻重量的需要，能够从所述表面添加或去除额外的孔。如图6和图7所示，所述模具30能够格式化(format)从而包括具有不同深度的任何数量的凹陷突出部(indentation prong)33，以辅助减轻重量或改变所述鞋底的柔韧性。

所述结果是，在模塑之后，一些所述可膨胀材料7从所述模具中膨胀出来并可被切除掉。然而，通过允许所述材料的膨胀，所述可膨胀材料7已经完全包封了所述TPU 6和所述刚性构件5，从而使它们被保持于所述鞋底1中。

图3描述了沿着所述鞋底1的横向尺寸的横截面图中所述鞋底的鞋尖部分4。这清楚地描述了所述填充的可膨胀材料7，所述橡胶外底20的外边缘10和内边缘11，和所述TPU条带6。

图4(由图3绘出)是所述鞋底的所述中部3处的横截面图，再次描绘了所述可膨胀材料7，所述橡胶的外边缘10和内边缘11，和所述TPU条带6。然而，还描绘了所述刚性构件5的所述鞋中端部5A。

图5描绘了所述鞋底的鞋跟部分2的横截面图。描绘了所述刚性构件5的鞋跟部分5B，同样的是所述TPU条带6和设置于所述外部橡胶外底20内部的可膨胀材料7。

图6描述了模具30，在所述模具的底部部分31中具有所述外部橡胶外底20。容器34倾入了所述液体可膨胀材料7进入所述橡胶外底20的空隙(void)中。所述模具的顶部部分32显示出多个凹陷突出部33，以及附着于其上的所述TPU材料6和所述刚性构件5。一旦所述可膨胀材料7填充到所述橡胶壳20中，就能够闭合所述模具，如图7所示。

图7显示了处于所述闭合位置的模具。固定部件(holding feature)35将所述刚性构件5保持于合适的位置，而第二固定部件36将所述TPU 6置于合适位置。所示的凹陷突出部33从所述顶部32延伸并延伸进入所述可膨胀材料7中，这就产生了如图2中可见的孔12。在模制后，所述模具能够打开，且所述鞋底准备好用于修剪。某些所述可膨胀材料7可能会溢出并能够修剪掉。最后，鞋面能够贴附于现在完成的鞋底上。本领域技术人员能够修改用于注射或倾注所述可膨胀材料7的模具和容器34的具体类型。

有趣的是，用于制造鞋底的相同技术也能够用于制造具有平面的材料，例如，用于建筑的板或材料，墙板等。这些材料在世界各地有许多工业用途。橡胶提供了在某些情况下使用的机会性材料。首先，橡胶能够从旧轮胎中回收利用，从而形成可以重新模制的颗粒状材料，从而为使用提供充足的原材料。其次，橡胶现在基于其弹性和外观已经在构造中找到了很多用途。然而，在某些情况下，可能有必要对橡胶的性质改性以具有或多或少的刚性，或它可以在其用于构造的能力受到其性能限制的情况下使用。

正如在使用上述鞋底的实施例中那样，能够使用橡胶形成具有拥有可以用高密度材料填充的体积的空隙的模具。根据所述材料的结构，能够利用不同密度的材料增加或减小所述刚度。然而，某些密度材料缺少固定紧固件，如直钉(nail)，U型钉(staple)，螺钉(screw)等的必要密度。通过添加具有足够密度的一条或多条TPU而固定这种紧固件，将会使所述材料由简单的橡胶材料转变成具有显著工业性能的材料。

例如，图8A～图8C描绘了一种平面材料。图8A显示了所述图8B的横截面视图，其具有外部橡胶壳40和内接的TPU层41，可膨胀材料42填充于由具有所述壳的外部43和内部44的所述外部橡胶壳40形成的空隙中。通过加入可膨胀材料42并内接TPU的高密度条带41，就能够大大减轻整个材料的重量，同时提供具有足够上U型钉或直钉的硬度的材料的条带(所述TPU 41)。例如，如果将所述材料模制成典型的8'×4'片材如胶合板(plywood)或干墙(dry wall)，则所述TPU材料41将大大增强其在某些领域内的用途(其中橡胶层(所述外壳40)将提供所述橡胶天然具有的声音，振动，水分或其他性质)。所述TPU41然后将允许进一步的材料钉入所述材料从而快速且容易地通过所述TPU条带41(其内接或以其他方式定位于所述板材上)。

使用具有更高或更低刚度的材料，所述可膨胀材料42将会提供适当的挠曲性，并且能够通过所述材料的特定密度来调整所述重量。

图8C描绘了在所述TPU材料41上具有额外的横向支撑件的一个进一步的实施方式。这提供了用于接收针对所述材料的直钉或U型钉的刚性材料的附加部分。因此，图8C是橡胶材料的板能够钉在墙上，整个周边接受直钉以及所述中间的横条(lateral strip)。