专利名称：安全鞋用轻型鞋头衬材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装入安全鞋脚尖部分的鞋头衬材。
安全鞋的鞋头衬材是保护穿鞋人的脚尖部分免受因重物落下等的压迫及冲击等的外部负荷。因此，要求该鞋头衬材的性能，如强度与刚性是极其重要的。
所述鞋头衬材，已由日本工业标准(JIS T8101)作了如下规定，即作为重作业用(H种)及普通作业用(S种)革制安全鞋，应使用钢(SK7)或与钢具有同等以上强度的金属材料。还有，作为轻作业用(L种)革制安全鞋，使用金属材料或塑性材料，一般说来，使用钢的，最多。
然而，使用这些材料，存在下列问题，即钢制的鞋头衬材重量重，从而使整个安全鞋变重，长时间穿着，使穿鞋人感到疲倦，不利于作业等。
还有，最近，要求这种鞋也要有新的设计性，提供运动鞋型的安全鞋。然而，尽管对于鞋底和鞋面材料的轻量化下了工夫，但由于鞋头衬材仍然直接使用钢制的，所以脚尖的重量重，鞋的重量失衡，因而存在着难于行走，且易于疲劳的问题。
现在的实际情况是，为了解决上述问题，迄今已提出过用各种树脂制或用纤维增强树脂复合材料制鞋头衬材的方案，但仍未得到满意的材料。
据文献报导，作为纤维增强树脂复合材料制的安全鞋头衬材，有使用由玻璃纤维等增强纤维制成的织物、编织物和毡网状物等与热固性树脂或热塑性树脂经复合而制成的纤维增强复合材料，通过加压成形等制成安全鞋头衬材。
例如，在(1)实开昭54-171947号公报中，报导了利用以碳纤维和玻璃纤维或有高弹性的有机纤维作为增强材料的合成树脂复合材料作为保护脚尖部分的安全鞋。
还有，在(2)实公昭61-42402号公报中，报导了将以热塑性树脂母体复合玻璃长纤维而制成的基材经过加热加压制成安全鞋的鞋头衬材，该种衬材是一种在鞋头衬材的脚面前端形成向外凸出的薄部分的复合增强树脂制的安全鞋头衬材。
还有，在(3)实开昭62-64304号公报中，报导了鞋头衬材部分是由长纤维增强树脂制成的安全鞋。
还有，在(4)特开平5-147146号公报中，报导了将以增强纤维制成的织物或编织物增强的纤维增强热塑性树脂层与无规纤维毡网状物增强的纤维增强热塑性树脂层制成夹层状结构的成形用板材，经加热加压成形而制成安全鞋鞋头衬材。
还有，在(5)特开平5-269002号及特开平6-141908号公报中，报导了利用含有在一个方向上相一致的长纤维的树脂薄板，并将该树脂薄板沿多方向重叠，从而以整体构成由多层结构、多方向增强的树脂板制成纤维增强树脂鞋头衬材。
还有，在(6)6-245804号公报中，报导了制造在由增强纤维与热塑性树脂组成的复合材料的中心部分或两面具有7-200筛孔的金属网的基材，并以该基材制成安全鞋头衬材。
然而，在所有上述已有的纤维增强树脂复合材料制的安全鞋头衬材中，留有如下课题。在上述(1)、(2)、(3)的实用新型中，虽然报导了利用长纤维增强的树脂复合材料而制得的鞋头衬材，但是只不过都是使用长纤维增强的树脂复合材料。利用这种材料所制成的安全鞋头衬材无法充分满足日本工业标准的革制安全鞋(JIS T8101)的普通作业用S种规格所规定的性能，尤其强度与刚性。
也即是说，在所述的(1)、(2)、(3)的说明书中，均未明确地指出纤维增强树脂复合材料的制法。因此，可认为所述各种纤维增强树脂复合材料，在其申请时，是采用已知的常规方法制作的。
上述的所谓常规方法，系指如该专业人员所了解的那样，用树脂浸渍由增强纤维所制成的织物、编织物或无规纤维毡网状物(短玻璃纤维毡网、旋涡毡网等)，制得板状纤维增强树脂复合材料的方法。
在作为所述树脂使用热固性树脂时，由于该热固性树脂可在广泛范围内调节其粘度，所以利用所述的常规方法可比较简单地得到板状纤维增强树脂复合材料。
然而，热固性复材料与热塑性复合材料相比，性脆，且冲击强度差，因此，不适于用作安全鞋用的鞋头衬材。还有，从缩短成型周期，再循环容易以及作业环境的净化等观点来看，热塑性树脂的复合材料比热固性树脂的复合材料更有希望。
另一方面，在作为纤维增强树脂复合材料的树脂使用热塑性树脂时，用常规方法使该热塑性树充分浸渍在由增强纤维制的织物、编织物或无纤维毡纲状物中，是极端困难的。这是因为该热塑性树脂熔融时的粘度高的原因所致。
例如，若使用称之为薄膜积层方法的常规方法，使热塑性树脂充分浸渍增强纤维，则需要极高的成形压力和较长的成形时间，成本变得非常高。还有，使用这种方法难于使增强纤维的含有率变高。也就是说，使用这种方法不能够同时满足降低成本及提高浸渍性的双方。因此，欲使成本方面优先，则只能得到热塑性树脂的浸渍状态不充分的纤维增强热塑性树脂复合材料，从而也不能满足形成该复合材料的安全鞋用鞋头衬材的机械特性。
还有，作为使热塑性树脂浸渍增强纤维的另一种常规方法，即让增强纤维间载有树脂粉末，并在这种状态下使该树脂熔融的浸渍方法。然而，该方法为使树脂作成粉末而导致成本上升。还有，使由增强纤维制的织物、编织物以及无规纤维毡网状物均匀地持有粉末树脂，是非常因难的。因而，尤其是增强纤维的纵向间容易产生树脂附着量的差异，用这种复材料制成的安全鞋用鞋头衬材不能满足对其机械特性的要求。
再有，在所述(2)实公昭61-42402号的实施例中，报导了在平均厚度2.5mm的脚面的前端设置的薄部分的鞋头衬材具有600kg的压迫破坏强度，可与钢制的鞋头衬材强度相媲美。
然而，JIS T8101所要求的鞋头衬材性能，不是破坏强度，而是在负载给定负荷的状态下保护脚尖所需的鞋头衬材的低面与弓形后端部分变位最大部位的间隙(以下将其称为残留高度)。即是说，在JIS T8101中，用于普通作业用的S种的鞋头衬材在负载1100kgf的载重的情况下，需要所述残留高度为22mm以上，用于轻作业用的L种的鞋头衬材在负载450kg的负荷的情况下，需要所述残留高度为22mm以上。因而，破坏负荷已超出这些数值，所以残留高度不限于确保22mm以上。
这样，已有的发明与设计方案所涉及的，仅以破坏强度为对象。还有，若所述的(1)、(2)及(3)实用新型中所述的鞋头衬材考虑申请时的常规方法，则其物性是不充分的。因而，很显然，所述已有的鞋头衬材均难以满足JIS T8101所规定的普通作业的S种和轻作业用的L种的规格。
为了解决这些物性问题，所述(4)的特开平5-147146号公报提出，将由增强纤维制成的织物或编织物增强的纤维增强热塑性树脂层，和由无规纤维毡网状物增强的纤维增强热塑性树脂层，作成夹层结构而进行成形用的板材，再经过加热、加压而制成安全鞋的鞋头衬材。根据该公报报导，利用已有的毡网或无纺布增强的成形用板状材制成的成形品强度低，不适于作安全鞋鞋头衬材所要求的高强度的用途。因此，提出将由增强纤维制的织物或编织物增强的纤维增强热塑性树脂层，与由无规纤维毡网状物增强的纤维增强热塑性树脂层作成夹层结构的材料。
然而，在制成这样的复合结构时，不仅需要花费制夹层(复合)的工夫，而且还由于使用织物等而成本变高。还有，在成形时，为了使织物增强材料不发生折痕或摺皱，需要复杂形状的进料材料。因此，在将板材切成这样的材料时，材料损失多，从而便发生导致增加鞋头衬材成本的问题。还有，该公报报导的鞋头衬材是为满足L种规格的。因而，具有这种复杂夹层结构的材料只可满足L种规格，距满足S种规格的性能要求，相差甚远。
在(5)的特开平5-269002号及特开平6-141908号公报中，报导了将含有与一个方向相一致的长纤维的树脂薄板沿多方向复合，制成由整体形成的具有多层结构、多方向性的增强树脂板构成的纤维增强树脂的鞋头衬材。在该公报中记载如下，即只由长纤维增强的树脂鞋头衬材在强度上对JIS T8101所规定的L种或S种来说，都是不充分的。就这一点而言，该公报所记载的鞋头衬材，在将单向增强型的树脂板材经多向复合之后，在进行鞋头衬材成形时，在其侧壁面上倾斜的长纤维面向垂直方向。因此，可使强度增大。
然而，在进行鞋头衬材成形时，由于将增强树脂板材加热到树脂熔融点以上，便产生如下问题。即，在进行鞋头衬材成形时，树脂对增强纤维无约束力，成形时，通过树脂的流动，增强纤维的排列发生混乱。这意味着，在板材的状态下，增强纤维是按一定方向排列的，而在成形品鞋头衬材的阶段下，增强纤维的排列则无法控制。因而，该公报所述的鞋头衬材，性能不稳定，也影响成品率，其结果导致成本高的问题。还有，该公报所述的鞋头衬材也提出以满足L种规格为目的。因而，即使可满足如L种的规格，但距满足S种的规格，仍相差甚远。
还有，在(6)的特开平6-245804号公报中，提出在由增强纤维与热塑性树脂组成的复合材料的中心部分或两面形成具有7-200筛孔金属网层的基材，将该基材加热、加压制成安全鞋的鞋头衬材。该公报所述的鞋头衬材是以满足S种规格为目的。该公报指出，只以纤维增强热塑性树脂，不可能得到满足S种规格的高强度的鞋头衬材，因此需用给定筛孔的金属网来对其增强。
然而，由于放入金属网，使纤维增强热塑树脂的制造工艺复杂，并且由于金属网价格贵，所以成本提高了。还有，如上所述，在进行鞋头衬材成形时，树脂处于熔融状态，因此，纤维增强热塑性树脂流动。另一方面，由于所述金属网不流动。因此，金属网不能遍及到成形品的各个角落，从而成形品的特性不稳定。
再有，金属网突破熔融态的纤维增强热塑性树脂，并在成形品表面上露出，而有伤损模具的问题。另外，还有金属网变形而无法效仿鞋头衬材的深拉的形状，从而成形变得非常困难。还有，该公报中只有记载压迫强度超过1100kgf，没有谈及残留高度能否达到22mm。从而，该公报所述的鞋头衬材末必满足S种的规格。
如上所述，由已有技术制的鞋头衬材，只是根据强迫强度来检查强度。若根据所述各公报的记载，则不能认为这些鞋头衬材可满足JIST8101所规定的普通作业用S种规格的性能。
为了满足所述S种的规格，负载1100kgf的负荷时的残留高度应为22mm以上，而且要求不能引起致命的破坏。这里所谓的致命破坏，系指发生在鞋头衬材上的这样的破坏，即再继续加超过上述的负荷，负荷值也不上升。于是，导致该致命破坏的负荷，是以前所说的压迫强度。因而，作为满足所述S种的规定所需的鞋头衬材压迫强度，必然要比1100kgf具有相当高的强度。
本发明的目的在于，提供一种解决上述已有的问题，满足安全鞋鞋头衬材的JIS T8101的普通作业用S种规格所规定的性能，同时与已有的钢制鞋头衬材相比可达到大幅度轻量化的安全鞋用的轻型鞋头衬材。
本发明人鉴于上述情况，进行锐意研究，其结果发现了一种可供制造大幅度减轻重量、且作业性能优良的安全鞋用鞋头衬材的材料。
本发明具有如下构成。
1)一种安全鞋用轻型鞋头衬材，装在安全鞋内，以保护穿鞋人免受外部的负荷，其特征在于，由纤维增强热塑性复合材料所构成，满足JIS T8101的革制安全鞋普通作业用S种规格所规定的性能，且其每一个重量为45克以下。
2)本安全鞋用轻型鞋头衬材，按照JIS T8101鞋头衬材单体的压迫试验，在负载1100kgf时的鞋头衬材的底面与弓形后端最大的变位处的间隙为25mm以上。
3)本安全鞋用轻型鞋头衬材，在鞋头衬材的厚度分布中，与鞋头上升部分的厚度相比，由上升部分向顶部过渡的肩部的厚度变厚。
4)本安全鞋用轻型鞋头衬材，所使用的纤维增强热塑性树脂复合材料是单层的，而且该复合材料中的增强纤维为非定向分布。
5)本安全鞋用轻型鞋头衬材，所使用的纤维增强热塑性树脂复合材料中的增强纤维的平均纤维长度为10mm-50mm。
6)本安全鞋用轻型鞋头衬材，所使用的纤维增强热塑性树脂复合材料中的增强纤维体积含有率为40％-60％。
7)本安全鞋用轻型鞋头衬材，所使用的纤维增强热塑性树脂复合材料中的增强纤维为玻璃纤维。
8)本安全鞋用轻型鞋头衬材，所使用的纤维增强热塑性树脂复合材料中的热塑性树脂为尼龙6、聚丙烯或聚丙烯共聚物、或含异构体的聚烯烃类的树脂。
9)本安全鞋用轻型鞋头衬材，所使用的纤维增强热塑性树脂复合材料是将带状的纤维增强热塑性树脂复合材料切成长度10mm-50mm，使其非定向地分散开并堆积，并将其加热及加压成形而制成板状，然后，通过压模成形将板状的纤维增强热塑性树脂复合材料制成鞋头衬材。
以下对附图作简单说明。
图1为本发明一实施例中的安全鞋用鞋头衬材剖面的略图。
图2为已有的复合材料制安全鞋用轻型鞋头衬材剖面略图。
以下对附图中符号说明。
1-顶部；2-上升部分；3-肩部；4-弓形后端；5-底面。
本发明的实施方式如下。
鞋头衬材的性能由其构成的材料强度、弹性模量以及耐冲击性能等的性能与鞋头衬材形状所左右。即使使用材料物性低的材料，也可得到满足JIS所规定的S种规格的鞋头衬材，但是厚度非常厚，达不到使用树脂的最大目的—轻量化，而且从设计上来说，亦不适用。
为了改善安全鞋的前后重量平衡，提供一种容易行走，且不易疲倦的安全鞋，对于现在所使用的钢制的鞋头衬材，至少使其重量减轻25％，需要规定其每一个的重量为45克以下。若超过这个重量以上，则会使脚尖感到重，难于行走，易于疲倦。为了获得行走轻松的感觉，其重量最好在40克以下，25克-40克更好。
为了使鞋头衬材重量变轻，最好是把鞋头衬材的厚度作薄，但是，若做薄，则易变形，因而无法满足所述JIS中对S种规定所规格的性能。所谓该S种规格所规定的性能，在鞋头衬材单体的压迫性能方面，负载1100kgf时的鞋头衬材的底面与弓形后端变位最大处的间隙为22mm以上。但是，与此同时，作为实际问题，在鞋中装入鞋头衬材的安全鞋状态的性能，是重要的。按照要求安全鞋状态的性能为负载1100kgf时安全鞋的残留高度(中底上面与鞋头衬材顶部下面的间隙)为15mm以上。
本发明人经过锐意研究，结果发现安全鞋状态的残留高度对于鞋的结构，尤其对鞋底结构有极大影响。在鞋底的厚度薄时，负载1100kgf时的鞋头衬材的嵌入小，所以容易确保鞋状态的残留高度，但穿着的感觉变坏。另一方面，若使鞋底的厚度变厚，则穿着的感觉变好。反之，由于负载1100kgf时鞋头衬材的嵌入变大，则难于确保鞋状态的残留高度。特别是最近，为了改善安全鞋的穿着感觉，鞋底的材料变柔软，就更难于确保鞋状态的残留高度。
考虑到上述这些情况，则可推荐在鞋头衬材的压迫性能方面，负载1100kgf时的残留高度为25mm以上。28mm以上是理想的，28mm到35mm更好，可在鞋底设计上有变化，可提供一种穿着感觉良好的安全鞋。
可认为，作为确保鞋状态的残留高度的简易方法，是提高鞋头衬材自身的高度，若过度地提高其高度，不仅会损坏设计性(美感)，也会使鞋头衬材的重量变重。因而，重要的是，不使鞋头衬材的高度变高，并使其重量保持在45克以下，同时尤其在鞋头衬材单体的压迫性能方面，使负载1100kgf时的残留高度确保为25mm以上。
为了达到这一目的，如上所述，用于鞋头衬材的材料性能和鞋头衬材的形状及其厚度分布即成为重要的因素。在负载负荷时，能合理分散鞋头衬材上所发生的应力，将发生最高应力的部分的厚度作厚，而在没有发生这样大应力的部分的厚度作薄，通过采用此种厚度偏差结构，可最小限度地控制鞋头衬材重量的增加，并使负载负荷时的变形小，可提供一种设计性能优良的鞋头衬材。具体地说，如图1所示，将发生应力最高的部分鞋头衬材肩部3的厚度作得最厚，而且由于该鞋头衬材肩部3的变形而变位量变得最大，而将自身无太大变形的顶部1的厚度作得薄，这种制法是理想的。
在这一点上，已有的鞋头衬材，如前所述，只是把提高压迫破坏强度作为重点，因此，如图2所示，一般是鞋头衬材的上升部分2的厚度为最厚，而由肩部3至顶部1的厚度是逐渐减少。
然而，重要的是，将鞋头衬材重量的增加控制到最小限度，同时可使变位量变小。即是说，如图2所示的已有鞋头衬材那样，支撑负荷的鞋头衬材升起部分的厚度，尤其脚尖的升起部分2的厚度作得厚，可提高鞋头衬材的压迫强度，但是这不能控制顶部1的变位量变小。为了使顶部1的变位量变小，如图1所示，与其让升起部2的厚度变厚，莫如让肩部3的厚度变厚更为有效。
为了采用上述的厚度偏差结构，在进行鞋头衬材成形时，需要材料有良好的流动性。为此，在本发明中采用纤维增强热塑性树脂复合材料。本发明人推荐本发明安全鞋用轻型鞋头衬材为单层，并推荐其增强纤维为非定向分散的、所谓无规增强型的。如前面已有技术部分所述那样，作为解决物性问题的简易方法，也可使用连续增强纤维，但是，据此可考虑产生板状材料的制造成本或鞋头衬材成形问题等其他的问题。
也即是说，例如通过织物与无规纤维毡网状物的复合，提高材料的物性。反之，在板状材料的制造工艺过程中，由于复合不同增强形态的材料而导致制造成本的上升。还有，在进行鞋头衬材成形时，材料向模具中送料是困难的，且容易发生使织物起皱等成形上的问题。与此相反，如前所述，作为板状材料，若使用无规增强型单层，由于其成形流动性良好，容易将鞋头衬材形状制成厚度偏差的结构，因此，鞋头衬材的合理设计成为可能，从而可制得重量轻、性能好的鞋头衬材。
还有，该增强纤维最好是无捻的，这是因为热塑性树脂容易向该增强纤维上浸渍。
还有，为了达到本发明的目的，需要使用具有高物性的材料。具体说来，推荐本发明人曾申请的特开平7-164439号公报所示的纤维增强热塑性树脂复合材料。这种板状纤维增强热塑性树脂复合材料是一种将带状的纤维增强热塑性树脂复合材料切成长度10mm-50mm，使其非定向分散而堆积，并将其加热、加压所得到的无规增强型板状材料。所述的带状材料有各种尺寸，例如，可使用宽度为5mm-30mm，最好是5mm-20mm，而且厚度为0.1mm-0.5mm，最好是0.1mm-0.2mm的材料。
这样，就可以通过采用预见制成带状的纤维增强热塑性树脂复合材料，制成用已有的方法(即将增强纤维织物、编织物或无规纤维毡状物浸渍热塑性树脂的方法)无法制作的、高纤维含有率的板状材料，而且可得到浸渍状态良好的材料。因而，将这样的板状材料成形而得到安全鞋用鞋头衬材，并提高使得其性能。
上述的无规增强型板状材料，从其制造方法可知，是单层的。这里所谓的单层系指无增强形不同纤维增强热塑性树脂复合材料复合的明显层或不同种材料的混入。例如，织物增强与无规增强型复合的，或者将一方向增强进行多方向复合的，等等，由于具有复合的明显层而不是单层。还有，在纤维增强热塑性树脂复合材料中，设有以增强为目的金属网等不同种材料的，也不是单层。本发明的将上述单层板状材料加热及加压成形而制得的安全鞋用轻型鞋头衬材，无疑是单层的。
上述板状材料及其经加热和加压成形而制得的本发明的安全鞋用轻型鞋头衬材中的增强纤维的平均长度，最好是10mm-50mm。若纤维长度低于10mm，则其增强效果小，因此得不到性能优良的鞋头衬材。反之，若为提高其性能，而使其厚度变厚，则达不到大幅度轻量化的目的。另一方面，若纤维长度超过50mm而制造板状材料时，在将切成带状的材料进行非定向分散和堆积的工艺过程中，难于非定向均匀地进行分散。因此，如像安全鞋用鞋头衬材那样，在进行制造较小尺寸的成形品时，则成形品中增强纤维的排列状态发生偏差，从而不可能得到性能稳定的鞋头衬材。
上述板状材料及其经加热和加压成形而制得的安全鞋用鞋头衬材中的增强纤维占有率，按体积计算，最好是40％-60％。若纤维含有率低于40％，则其增强效果小，因此得不到性能优良的鞋头衬材。反之，若为提高其性能而使其厚度变厚，则达不到大幅度轻量化的目的。另一方面，若纤维含有率超过60％，在用板状材料制造安全鞋用鞋头衬材时，材料的流动性极差，便产生了所谓的贴边部分强度低的成形品，在最坏的时候，由于短射还会造成不能形成正规成形品的形状。因而，在考虑鞋头衬材性能与成形流动性的平衡时，上述纤维含有率45％-55％为更好。
上述板状材料及其经加工和加压成形而制得的安全鞋用鞋头衬材所使用的增强纤维，例如有玻璃纤维、碳纤维或以芳族酰胺纤维为代表的具有高弹性的有机纤维等，但是，这里并不受上述纤维的限制。在上述的纤维中，主要是使用玻璃纤维，在玻璃纤维中并用碳纤维或芳族酰胺纤维也很好。尤其应指出，在重视成本的情况下，只使用玻璃纤维会更好。为了使热塑性树脂容易向该增强纤维上浸渍，最好使增强纤维尽可能地不要捻。还有，为了使增强纤维与热塑性树脂容易粘接，最好进行表面处理。
虽然上述增强纤维中所浸渍的热塑性树脂没有特别的限制，但从其物性、成形性能及成本等观点来看，可列举聚丙烯及其共聚物以及含其异构体等的聚烯烃类树脂，尼龙6、尼龙66或尼龙12等聚酰胺类树脂，聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酸以及含有其共聚物等的聚酯类树脂，聚碳酸酯、聚苯硫化物，或将上述热塑性树脂两种以上并用的聚合物合金等，作为最佳实施例。在上述树脂中，从成形性、成本及重量轻的观点来看，可推荐尼龙6、聚丙烯及聚丙烯共聚物或含异构体等的聚烯烃类树脂。还有，在上述热塑性树脂中，根据使用目的，可添加抗氧剂、防水解剂等各种添加剂、各种填料及颜料等。
作为由上述板状材料制成本发明的安全鞋用轻型鞋头衬材的方法，可列举通常的压制成形和压模成形等方法。压模成形是一种成形周期极短的成形方法，可最好使用。所谓该压模成形方法，就是将所使用的材料切成由所述板状材料制成安全鞋用鞋头衬材所需的形状(进料形)，然后用红外加热器等加热方法加热到构成板状材料的热塑性树脂软化点或熔点以上的温度，并迅速地将其送入模具，利用合模而制得安全鞋用鞋头衬材。所述模具温度保持在所述热塑性树脂软化点或熔点以下的温度，在模具内成型品被冷却和固化。还有，模具温度因所使用的热塑性树脂不同而不同，可选择适于各种树脂的温度。
实施例以下列举实施例，具体说明本发明，但本发明不局限于这些实施例。还有，对实施例评价如下。
安全鞋及安全鞋用鞋头衬材的压迫试验，是根据JIST8101普通作业用S种规格，利用万能精密型拉伸试验机负载压迫负荷，通过胶泥测定了1100kgf负载时的残留高度。
实施例1通过模具得到使连续的玻璃纤维束浸渍熔融聚丙烯、宽度20mm、厚度0.13mm、纤维体积含有率50％的带状纤维增强热塑性树脂复合材料。利用闸刀式剪切机对其进行剪切，切成长度20mm，并使其非定向分散而堆积在模具之中，用加热冷却压，在成形温度220℃、成形压力10kgf/cm2、成形时间5分钟的条件下，进行加热熔融。此后，冷却到100℃，得到厚度3.5mm的无规增强型板状材料。
将所述板状材料切成给定形状，通过红外线加热器将聚丙烯加热到完全熔融的220℃，将其迅速地送到模具中，在模具温度100℃、成形压力70kgf/cm2、成形时间30秒的条件下，进行压模成形，得到安全鞋用鞋头衬材。厚度分布如图1所示，成为厚度偏差的结构，其重量为37g/个，在负载1100kgf条件下鞋头衬材单体的残留高度为29.2mm。
将所得到的轻型鞋头衬材装入安全鞋内，通过注射法制得安全鞋。在装入鞋内状态下的残留高度为17.5mm，充分满足了JIS中S种规格所规定的性能。尤其，对该规定的性能尚有余地，从而可以说，这是一种可进一步改善穿着感觉的优良鞋头衬材。
实施例2通过模具得到使连续的玻璃纤维束浸渍熔融尼龙6、宽度20mm、厚度0.13mm、纤维体积含有率50％的带状纤维增强热塑性树脂复合材料。与实施例1相同，将该材料切成长度20mm，并使其非定向分布而堆积在模具之中，用加热冷却压，在成形温度250℃、成形压力10kgf/cm2、成形时间5分钟的条件下，加热熔融。此后，冷却到150℃，得到厚度3.5mm无规增强型板状材料。
将所述板状材料切成给定形状，通过红外加热器将尼龙6加热到完全熔融的250℃，将其迅速地送入模具中，在模具温度150℃、成形压力70kgf/cm2、成形时间30秒的条件下，进行压模成形，得到安全鞋用鞋头衬材。厚度与实施例1相同，其重量为39克/个。在1100kgf绝对干状态下的鞋头衬材单体的残留高度为29.7mm。如所周知，尼龙6是容易吸湿的树脂，一吸湿，物性就降低。其吸湿量以公定含水率为标准，在尼龙6的情况下，为4.5％。因此，在对鞋头衬材的树脂部分吸温4.5％，对吸湿后的残留高度进行评价时，为28.6mm。
分别在绝对干的状态和吸湿4.5％吸湿状态下，将所得到的轻型鞋头衬材装入安全鞋内，通过注射法制成作安全鞋，在装入鞋内状态下的残留高度，绝对干的状态为18.7mm，4.5％吸湿率的状态为16.7mm。无论绝对干状态或者是吸湿状态均充分地满足所述JIS中S种规格所规定的性能，尤其，对该规定的性能还有余地，从而可以说，这是一种可进一步改善穿着感觉的鞋头衬材。
对比例1作为已有的无规增强型成形材料，准备了在玻璃纤维毡网上浸渍聚丙烯的所谓冲压板。玻璃纤维的含有率按重量计算为40％，按体积计算为19％。还有，该板的厚度为3.8mm。利用该板，进行与实施例1相同的压模成形，得到安全鞋用鞋头衬材。在与实施例1相同的厚度方面，由于不能满足JIS中S种规格所规定的性能，所以缓缓地增加进料量，直至使厚度增加到可满足该规定的性能为止。
将所得到的鞋头衬材装入鞋内，通过注射法制成安全鞋。测定了鞋头衬材单体及装入鞋内状态下的残留高度，分别为26.3mm、15.5mm，虽然满足了所述JIS中S种规格所规定的性能，但其另方面，鞋头衬材重量为50g/个，没有达到轻量化的目的。
对比例2将实施例1所使用的带状纤维增强热塑性树脂复合材料切成长度5mm，在与实施例1相同的条件下，得到厚度3.5mm无规增强型板状材料。使用该材料，进行与实施例1相同的压模成形，得到安全鞋用鞋头衬材。在与实施例1相同的厚度方面，由于不能满足JIS中S种规格所规定的性能，所以缓缓地增加进料量，直至使厚度增加到可满足该规定的性能为止。
将所得到的鞋头衬材装入鞋内，通过注射法制成安全鞋。测定了鞋头衬材单体及装入鞋内状态下的残留高度，分别为27.5mm及16.0mm，虽然满足了JIS中S种规格所规定的性能，但其另一方面，鞋头衬材重量为47g/个，没达到轻量化化的目的。
对比例3使实施例1所使用的带状纤维增强热塑性树脂复合材料体积含有率为30％，除此之外，与实施例1相同，得到了厚度为3.5mm的无规增强型板状材料。利用该材料，进行与实施例1相同的压模成形，得到安全鞋用鞋头衬材。在与实施例相同的厚度方面，由于不能满足JIS中S种规格所规定的性能，所以缓缓增加进料量，直至使厚度增加到可满足该规定的性能为止。
将所得到的鞋头衬材装入安全鞋内，通过注射方法制成安全鞋。测定了鞋头衬材单体及装入鞋内状态下的残留高度，分别为27.8mm及16.5mm，虽然满足了JIS中S种规格所规定的性能，但另一方面，鞋头衬材重量为48g/个，没有达到轻量化的目的。
对比例4使实施例1所使用的带状纤维增强热塑性树脂复合材料的纤维体积含有率为65％，除此之外，在与实施例1相同的条件下，得到了厚度为3.5mm的无规增强型板状材料。使用该材料，进行与实施例1相同的压模成形时，由于短射而不能得到安全鞋用鞋头衬材。
本发明的效果如下。
根据本发明，利用纤维增强热塑性树脂复合材料制成安全鞋用鞋头衬材，能够满足过去无法得到的，即按JIS T8101革制安全鞋普通作业用S种安全鞋规格所规定的性能，而且可获得每个重量为45g以下的鞋头衬材，这与已有的钢制的鞋头衬材相比，可达到大幅度轻量化的目的。其结果，所提供的安全鞋不仅有助于整个鞋的轻量化，也改善了安全鞋前后重量的平衡，便于行走，即使长时间穿着亦不感疲倦。
还有，按JIS T8101的鞋头衬材的压迫试验，负载1100kgf时鞋头衬材的底面与弓形后端的变拉最大部位的间隙为25mm以上，该材料适用于柔软鞋底的安全鞋，也可满足所述JIS的规格，并可进一步提高设计上的自由度。
还有，与鞋头衬材上升部分的厚度相比，若使由该上升部分向顶部分过渡的肩部厚度变厚，则可最小限度地控制鞋头衬材重量的增加，同时还可控制负载负荷时的变位量。因而，也可提高设计的自由度。
还有，若将所述纤维增强热塑性树脂复合材料作成增强纤维非定向分散的无规增强型单层，则该复合材料制造工艺简单，因此，可谋求材料制造成本低廉。还有，该复合材料由于在制造鞋头衬材时的流动性良好，可容易得到厚度不同的结构，因此重量轻而且可提高高性能鞋头衬材的设计自由度。
还有，若将所述的增强纤维的平均纤维长度制成10mm-50mm，则可得到大的增强效果，同时可使得增强纤维非定向地均匀分散，从而可提高产品的成品率。
还有，若将所述的增强纤维的体积含有率定为40％-60％，则可得到大的增强效果，并保持由板状材料制造安全鞋用鞋头衬材时材料的流动性，能高效率地制造鞋头衬材。
还有，所述的增强纤维，使用玻璃纤维，则可谋求低廉的制造成本。
还有，若所述的热塑性树脂，使用尼龙6、聚丙烯或聚丙烯共聚物或含异构体的聚烯轻类树脂，则可提高成形性能，降低成本并可减轻重量。
还有，所述纤维增强热塑性树脂复合材料，是将带状纤维增强热塑性树脂复合材料切成长度10mm-50mm，使其非定向地分散并堆积，并将其加热及加压制成板状，通过压模成形将该板状纤维增强热塑性树脂复合材料制成鞋头衬材，则可提高所述复合材料中的纤维含有率，并且也可使浸渍状态良好，从而提高了由这样的板状材料所制得的安全鞋用鞋头衬材的性能。
权利要求
1.一种安全鞋用轻型鞋头衬材，装在安全鞋内，以保护穿鞋人免受外部负荷，其特征在于，由纤维增强热塑性树脂复合材料所构成，满足JIS T8101的革制安全鞋普通作业用S种规格所规定的性能，且其每一个重量为45克以下。
2.根据权利要求1所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，按照JIS T8101鞋头衬材单体的压迫试验，在负载1100kgf时鞋头衬材的底面与弓形后端最大的变位处的间隙为25mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，在鞋头衬材的厚度分布中，与鞋头衬材上升部分的厚度相比，由上升部分向顶部过渡的肩部的厚度变厚。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，所述的纤维增强热塑性树脂复合材料为单层，而且该复合材料中的增强纤维为非定向分布。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，所述的纤维增强热塑性树脂复合材料中的增强纤维的平均纤维长度为10mm-50mm。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂复合材料中的增强纤维体积含有率为40％-60％。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂复合材料中的增强纤维为玻璃纤维。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂复合材料中的热塑性树脂为尼龙6、聚丙烯或聚丙烯共聚物、或含异构体的聚烯烃类的树脂。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的安全鞋用轻型鞋头衬材，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂复合材料是将带状的纤维增强热塑性树脂复合材料切成长度10mm-50mm，使其非定向地分散并堆积，并将其加热及加压成形而制成板状，然后通过压制成形将板状的纤维增强热塑性树脂复合材料制成鞋头衬材。
全文摘要
本发明提供一种安全鞋用轻型鞋头衬材,易于行走,且长期穿着而无疲倦之感。该轻型鞋头衬材系由纤维增强热塑性树脂复合材料所构成,满足JIS T8101的革制安全鞋普通作业用S种规格所规定的性能,且其每一个重量为45克以下。
文档编号A43B17/00GK1201631SQ9810237
公开日1998年12月16日 申请日期1998年6月10日 优先权日1997年6月11日
发明者山根正睦, 小野修, 名合聪, 樱井祥雅 申请人:东洋纺织株式会社, 绿安全株式会社