保護墊及其製造方法

2023-09-12 22:07:15

專利名稱：保護墊及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種保護墊及其製造方法，具體地講，涉及一種在各個方 向上都有很好的彎曲性能從而能夠很好地與被保護部位貼合的保護墊及 其製造方法。
背景技術：
保護墊類產品中，尤其是身體保護墊類產品中，能起到吸收外部衝擊、
摩擦作用的是具有回彈性能的緩衝材質。上述的緩衝材質在受到外力後，
其體積會被壓縮，從而吸收外部的能量，起到保護的目的，而當外力撤去
後，緩衝材質能夠回復原有的體積，因此能夠長時間、反覆的起保護作用。 但是，回彈性好的材料，往往無法很好地貼合需要保護的部位，如身
體表面，這是因為，身體表面通常呈不規則的弧形，甚至，在如肩、肘、
踝等關節部位，身體表面的弧度會隨著人體運動而不斷改變。如果保護墊
的緩衝層採用回彈性很強的材料，雖然能夠起到很好的保護效果，但是卻
會阻礙身體的活動，使使用者產生不適感，甚至難以保持保護墊和身體表
面的良好貼合。
在US 20060199456號美國專利中公開了一種複合結構，以改進單純緩 衝材質的柔軟性差的問題。這種結構的製作方式是先將緩衝材料的片材 與基材熱粘合，再將緩衝片材模切分割，然後拉伸基材，利用基材的拉伸 性能，將緩衝片材分離成一組獨立的緩衝體。這種方式做成的保護墊，緩 衝體之間的間隙十分有限，而且，它只能夠向一個方向彎曲，這與傳統的 切割線方式所達到的效果差別不大。
在WO 2006036072號國際申請中公開了一種陣列式的緩衝材料。其
中，作規則排列的緩衝體是通過模切緩衝片材而製成的，但是每個緩衝體 之間都是相互聯結的，整個緩衝材料實質上是連續一體的。這種形式能夠
改善緩衝材料的柔軟性，且向內和向外的彎曲性能相當，但是，當緩衝材 料的厚度增加時，其柔軟性受到很大的影響。
在FR 2797154號法國專利申請中公開了一種利用模具在緩衝材料表 面形成溝槽，從而將緩衝材料分割成一系列獨立的緩衝體單元的身體保護 墊。其中，中心位置的緩衝單元高度較低，這樣，保護墊彎曲時，能夠和 身體的關節部位更好的貼合。溝槽部位的厚度小，能夠改善緩衝材料的彎 曲性能。緩衝單元的高度大，能夠保證保護作用。但是，這種方案對於模 具加工的要求較高，尤其對於緩衝單元小，分布密度高的產品，模具的加 工難度很高。而且，由於厚度小的溝槽部位強度低，且透氣性差。
在FR 2879078號法國專利申請中公開了一種與FR 2797154號法國專
利申請中相似的保護墊，其不同之處在於緩衝單元分布於兩面。

發明內容
本發明旨在解決現有技術中存在的上述問題的至少一個方面。根據本 發明的一方面，提供了一種保護墊，包括外層，所述外層是柔軟且具有 拉伸性能的彈性薄膜材料；中間層，所述中間層由多個緩衝單元構成，所 述多個緩衝單元之間相互獨立，並且呈交錯排列；基材，所述基材是柔軟 且具有拉伸性能的彈性薄膜材料；其中，所述多個緩衝單元中的每個緩衝 單元的兩端分別與所述外層和所述基材粘合。
當所述保護墊在使用中被彎曲時，所述多個緩衝單元中相鄰兩行或相 鄰兩列的緩衝單元之間互不幹涉。並且，所述外層在所述緩衝單元之間的 部分可以自由地彎曲和拉伸。
所述保護墊可以進一步包括塗敷在所述基材的朝外一側的不乾膠，用 於將所述保護墊固定到需要保護的部位。
所述外層與所述緩衝單元之間可以通過壓敏膠粘合，並且所述壓敏膠 只被塗在所述緩衝單元的端部而沒有連續塗敷在所述外層的表面上。相似 地，所述基材與所述緩衝單元之間可以通過熱熔膠粘合，並且所述熱熔膠 只被塗在所述緩衝單元的端部而沒有連續塗敷在所述基材的表面上。
優選地，所述緩衝單元由發泡材料製成。並且所述發泡材料優選為閉 孔發泡材料。所述閉孔發泡材料可以為閉孔的聚烯烴發泡材料，例如低密
度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯/醋酸乙酯共聚物、乙烯/ 丙烯酸甲酯共聚物等。
所述緩衝單元可以為柱狀體，並且其截面形狀可以為正方形、圓形或 多邊形，所述緩衝單元的大小和形狀不要求完全相同。
所述緩衝單元的設置應滿足條件S%S(PxA)/B，其中，SQ/。表示緩衝 單元在單位面積內的覆蓋率，P表示單位面積的所述保護墊承受的負荷， A表示壓頭的面積，B表示根據GB 10807方法測定的所述發泡材料在工作 狀態下的最大允許壓縮率下的抗壓應力。
優選地，所述緩衝單元之間的最小距離大於lmm。在水平方向上，相 鄰兩個所述緩衝單元的水平間距大於或等於相鄰的所述緩衝單元的水平 寬度；在豎直方向上，相鄰兩個所述緩衝單元的豎直間距大於或等於相鄰 的所述緩衝單元的豎直寬度。
所述熱熔膠的工作溫度不高於所述發泡材料的熱變形溫度，但高於實 際使用時的溫度上限。
所述熱熔膠優選為EVA類低熔點膠。
所述基材可以為水刺無紡布或聚氨酯薄膜，所述外層可以為聚氨酯薄 膜，彈性織物，或彈性無紡布材料。
根據需要，所述基材和所述外層可由透氣性好的材料形成。
根據本發明的另一方面，提供了一種製造保護墊的方法，包括以下步 驟a)準備緩衝片材，在所述緩衝片材的一面上塗敷壓敏膠，並將所述 壓敏膠膜與離型紙貼合；b)使用熱軋機將熱熔膠膜複合於所述緩衝片材 的沒有塗敷所述壓敏膠的一面上，其中，所述熱熔膠膜的工作溫度低於所 述緩衝片材的熱變形溫度；c)用預先加工好的刀模對上述步驟b)所得的 半成品進行模切，其中，刀口需切斷所述熱熔膠膜、所述緩衝片材和所述 熱敏膠，但不得切穿所述離型紙；d)將連在一起的廢料排除，從而形成 按設計位置排列在所述離型紙上的相互獨立的緩衝單元；e)使用熱軋機 將基材與上述步驟d)所得的緩衝單元熱壓複合，然後冷卻，將所述離型 紙去除；f)將步驟e)所得的半成品與外層複合，並利用所述緩衝單元的 一端的所述壓敏膠進行粘合固定。
根據所設計的所述緩衝單元的大小和截面形狀來製作所述預先加工
好的刀模。
通過採用本發明中的上述方案，通過從結構和製造工藝上進行改進， 在保證抗衝擊性的同時，根據本發明的保護墊在各個方向上都具有很好的 彎曲性能，改善了保護墊的柔軟性。同時，還可以提高保護墊的透氣性， 從而提高了使用舒適性。
從下面對本發明實施例的詳細描述中，本發明的其它目標和優點將變 得更加明顯。


現在將參照附圖描述本發明的實施例，其中
圖l示出了根據本發明的保護墊的複合結構的側視圖2、圖3和圖4示出了根據本發明的保護墊的複合結構的俯視圖5示出了根據本發明的保護墊處於使用狀態下的示意圖6A、圖6B和圖6C具體示出了根據本發明的保護墊的緩衝單元的截 面和布局設計；
圖7、圖8和圖9示出了根據本發明的製造保護墊的方法的步驟。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的保護墊100的複合結構的側視圖。如圖1所示， 保護墊100為三層結構外層l是柔軟且具有拉伸性能的彈性纖維或薄膜材 料；中間層2是由一系列交錯排列的獨立緩衝單元4所組成的緩衝層；基材
3是質地柔軟的纖維或薄膜材料。
夕卜層1的材質使用具有良好拉伸性能且十分柔軟的彈性材料，例如聚
氨酯薄膜、彈性織物或彈性無紡布材料。外層1與中間的緩衝單元4的一 端粘合，外層1的在緩衝單元4之間的部分可以自由地彎曲和拉伸。因此， 當保護墊100受彎曲時，外層1的未與緩衝單元4粘合的部分(即在緩衝 單元4之間的部分)能夠隨著緩衝單元4的各個頂端相互之間的距離的增 大和縮小而進行相應的拉伸和褶皺，這確保了使用保護墊100的部位的運 動(例如，使用者的身體活動)不受限制。
基材3通常由質地柔軟、容易彎曲的透氣材料製成，如水刺無紡布、
聚氨酯薄膜。它用來支撐中間層2，給緩衝單元4提供必需的強度，並且 在保護墊100彎曲時不能影響其彎曲性能。基材3的朝外一側可以塗敷不 幹膠，以便於做成貼類產品，方便地貼於需要保護的部位，例如身體的某 一部位。
緩衝單元4由發泡材料製成。由於閉孔發泡材料的抗衝擊性好，所以 緩衝單元4通常由閉孔發泡材料製成，優選的閉孔發泡材料為閉孔的聚烯 烴發泡材料，但是也可以使用其它具有類似緩衝性質的材料。合適的聚烯 烴發泡材料包括低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高 密度聚乙烯(HDPE)、乙烯/醋酸乙酯共聚物(EVA)、乙烯/丙烯酸甲酯共 聚物(EMA)等。上述聚烯烴類發泡材料具有不吸水、不易孳生微生物的特 點，且通常情況下對人體皮膚沒有刺激性和致敏性，因此，比較適合作為 中間層2的緩衝單元4的材料。此外，緩衝單元4通常為柱狀體。
圖2、圖3和圖4示出了根據本發明的保護墊100的複合結構的俯視 圖。從圖2、圖3和圖4中可以看出保護墊100中的緩衝單元4的示例性 布局，其截面形狀可以設計成正方形(圖2)、圓形(圖3)、多邊形(圖4) 等。該複合結構的顯著特徵在於，每個緩衝單元4之間相互獨立，並且呈 交錯排列。需要指出的是，雖然圖中示出了在同一結構中緩衝單元4的大 小和形狀均相同，但是在一些實施例中緩衝單元4的形狀和大小可以不相 同(如圖6C所示)。
圖5示出了根據本發明的保護墊100處於使用狀態下的示意圖。如圖 5所示，根據本發明的保護墊100可以向內彎曲，也可以向外彎曲。此外， 可以看到當保護墊IOO被彎曲時，相鄰兩行或相鄰兩列緩衝單元4之間互 不幹涉。
下面參照圖6A、圖6B和圖6C來具體描述根據本發明的保護墊100 的緩衝單元4的截面和布局設計。
首先，在水平方向上，相鄰兩個緩衝體的水平間距大於或等於與之相 鄰的緩衝體的水平寬度；在豎直方向上，相鄰兩個緩衝體的豎直間距大於 或等於與之相鄰的緩衝體的豎直寬度。如圖6A、圖6B和圖6C所示，以 10個緩衝單元4為例，說明其尺寸關係。
在圖6A中，每個正方形截面邊長為4mm;每一行中，相鄰兩個正方
形的間距為4mm;每一列中，相鄰兩個正方形的間距為6mm。
在圖6B中，每個圓形截面的直徑為4mm，以行/列的形式交錯排列， 相鄰兩行共享一條水平切線，相鄰兩列共享一條豎直切線；每一行中，相 鄰兩個圓的邊緣豎直切線距離為4mm;每一列中，相鄰兩個圓的邊緣水 平切線距離為4mm。
在圖6C中，3mm直徑的圓形截面和5mm直徑的圓形截面以行/列的 形式交錯排列，相鄰兩行共享一條水平切線，相鄰兩列共享一條豎直切線； 每一行中，相鄰兩個3mm圓的邊緣豎直切線距離為5mm，相鄰兩個5mm 圓的邊緣豎直切線距離為3mm;每一列中，相鄰兩個3mm圓的邊緣水平 切線距離為5mm，相鄰兩個5mm圓的邊緣水平切線距離為3mm。
在一種優選實施例，兩個緩衝單元4之間的最小距離大於lmm，這 樣能更加有效地保證在製造過程中排廢時，廢料不斷裂。
此外，緩衝單元4在單位面積內的覆蓋率S。/。，可根據保護墊的負荷 要求以及材料性能計算。假設要求單位面積的保護墊承受負荷P,所用發 泡材料在工作狀態下的最大允許壓縮率為a%,根據GB 10807方法測定 aQ/。的抗壓應力為B，設測試用壓頭的面積為A，則緩衝單元4在單位面積 內的覆蓋率應滿足條件S%^(PxA)/B。如果按上述方法計算出的S%^1， 則說明所選材料不符合要求。
緩衝單元4的大小和形狀不要求完全相同，設計時還需綜合考慮模切 工藝的可行性和經濟性。
圖7、圖8和圖9示出了根據本發明的製造保護墊的方法的步驟。
參照圖7，首先準備緩衝片材5，將緩衝片材5的一面覆壓敏膠6，並 與離型紙7貼合。然後將熱熔膠膜9用熱軋機8複合於緩衝片材5無膠的 一面上，重要的是，熱熔膠膜9的工作溫度需低於緩衝片材5的熱變形溫 度。
參照圖8，然後用預先加工好的刀模IO對半成品進行模切，刀口需切 斷熱熔膠膜層9、緩衝片材5和壓敏膠層6，但是不得切穿離型紙7。完成 模切後，將連在一起的廢料排除，只留下獨立的緩衝單元4按設計位置排 列在離型紙7上。
參照圖9，接著用熱軋機8將基材3與緩衝單元4熱壓複合，冷卻後，
將離型紙7除去。此時，基材3上的緩衝單元4之間的相對位置已固定。 最後，將半成品與外層l複合，利用緩衝單元4一端的壓敏膠進行粘合固 定。
所得的產品，可按照需要裁切成一定的尺寸。
在製造過程中，所述方法具有以下優點(1)雖然所有的緩衝單元4 都是相互離散的(這與傳統的層狀粘合完全不同)，但是根據本發明的方 法能夠很好地保證緩衝單元4之間的相對位置，保證緩衝單元4組成的陣 列不被破壞，同時達到滿意的生產效率；(2)根據本發明的方法只將粘合 劑塗敷在基材3和外層1與緩衝單元4結合的地方，所以粘合劑的使用對 外層1和基材3的柔軟度影響很小，提高了使用舒適性；(3)外層1和基 材3不發生粘連；如果簡單地將粘合劑連續塗敷在基材3和外層1上，那 麼在生產和使用過程中，基材3和外層1的沒有與緩衝單元4結合的部分， 會發生相互的粘連，導致原結構失效。
具體地講，壓敏膠在模切、複合過程中起到定位作用。模切後，連續 的緩衝片材5廢料被排去，離散的緩衝單元4在壓敏膠的作用下被固定在 離型紙7上，並保持相互之間的距離。然後，用不易拉伸變形的基材3與 緩衝單元4上層粘合，將其從離型紙7上取下。此時，各個緩衝單元4的 相對位置已固定。熱熔膠膜預覆在緩衝片材5的一面，避免了在基材3 (或 外層l)上直接塗膠，從而不會導致粘連。熱熔膠膜的特性是只有在工作 溫度以上才體現出粘性。利用這一性質，我們可以在膠膜的工作溫度以下 進行模切，此時，膠膜不會與刀口發生粘連；當與基材3複合時，只需要 在工作溫度以上，進行壓合，就可以發揮熱熔膠的粘合能力。需要注意的 是，熱熔膠膜的工作溫度不能高於所選發泡材料的熱變形溫度，同時，必 須高於實際使用時的溫度上限。在一種實施例中，EVA類的低熔點膠膜為 優選。
從上面的描述中，可以清楚地看到，根據本發明的保護墊與現有的保 護墊相比，結構上具有顯著的優點，並由此在使用上帶來更好的效果。在 保證具有一定的抗衝擊性的前提下具有很好的彎曲性和柔軟性，同時透氣 性也得到了改善。另外，如果特定應用(如體育運動)對保護墊的透氣性 有更高的要求，則外層和基材可以選擇透氣性好的材料來進一步提高透氣
性。
另外，本發明所揭示的結構除了應用於保護產品之外，也能通過改變 原材料的特性，用於其他領域-
(1) 絕緣領域本發明可視作用一組離散發泡單元支撐起一定的厚 度的絕緣結構。由於發泡材料本身具有良好的絕緣性能，這樣的一層複合 結構也會有很好的絕緣性。同時，由於柔軟性好，能夠適應各種形狀的表 面，這種結構可以用於特殊形狀表面的絕緣防護。
(2) 防寒、隔熱領域泡沫材料和空氣都是熱的不良導體，這樣的 一層複合結構能夠有效的阻止熱傳導，起到防寒、隔熱的作用。
(3) 節能密封領域節能密封材料一般用於居室門窗縫隙的密封， 能夠有效的防止室內外熱交換，減少空調的耗電，從而起到節能作用。本 發明所述的結構與一般使用的泡棉膠帶相比，柔軟性更好，更易應用於表 面起伏不平的區域。
雖然本總體發明構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術 人員將理解，在不背離本總體發明構思的原則和精神的情況下，可對這些 實施例做出變化和修改，本發明的範圍以權利要求和它們的等同物限定。
權利要求
1. 一種保護墊，包括外層，所述外層是柔軟且具有拉伸性能的彈性薄膜材料；中間層，所述中間層由多個緩衝單元構成，所述多個緩衝單元之間相互獨立，並且呈交錯排列；基材，所述基材是柔軟且具有拉伸性能的彈性薄膜材料；其中，所述多個緩衝單元中的每個緩衝單元的兩端分別與所述外層和所述基材粘合。
2. 根據權利要求l所述的保護墊，其中，當所述保護墊在使用中被彎 曲時，所述多個緩衝單元中相鄰兩行或相鄰兩列的緩衝單元之間互不幹 涉。
3. 根據權利要求2所述的保護墊，其中，所述外層在所述緩衝單元之 間的部分可以自由地彎曲和拉伸。
4. 根據權利要求3所述的保護墊，進一步包括塗敷在所述基材的朝外 一側的不乾膠，用於將所述保護墊固定到需要保護的部位。
5. 根據權利要求3所述的保護墊，其中，所述外層與所述緩衝單元之 間通過壓敏膠粘合，並且所述壓敏膠只被塗在所述緩衝單元的端部而沒有 連續塗敷在所述外層的表面上。
6. 根據權利要求3所述的保護墊，其中，所述基材與所述緩衝單元之 間通過熱熔膠粘合，並且所述熱熔膠只被塗在所述緩衝單元的端部而沒有 連續塗敷在所述基材的表面上。
7. 根據權利要求6所述的保護墊，其中，所述緩衝單元由發泡材料製成。
8. 根據權利要求7所述的保護墊，其中，所述發泡材料為閉孔發泡材料。
9. 根據權利要求8所述的保護墊，其中，所述閉孔發泡材料為閉孔的 聚烯烴發泡材料。
10. 根據權利要求9所述的保護墊，其中，所述閉孔的聚烯烴發泡材 料包括低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯/醋酸乙酯 共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
11. 根據權利要求7所述的保護墊，其中，所述緩衝單元為柱狀體， 並且其截面形狀為正方形、圓形或多邊形，並且所述緩衝單元的大小和形 狀不要求完全相同。
12. 根據權利要求ll所述的保護墊，其中，所述緩衝單元的設置滿足S%^(PxA)/B，其中，SM表示緩衝單元在單位面積內的覆蓋率，P表示單 位面積的所述保護墊承受的負荷，A表示壓頭的面積，B表示根據GB 10807 方法測定的所述發泡材料在工作狀態下的最大允許壓縮率下的抗壓應力。
13. 根據權利要求12所述的保護墊，其中，所述緩衝單元之間的最小 距離大於lmm。
14. 根據權利要求13所述的保護墊，其中，在水平方向上，相鄰兩個 所述緩衝單元的水平間距大於或等於相鄰的所述緩衝單元的水平寬度；在 豎直方向上，相鄰兩個所述緩衝單元的豎直間距大於或等於相鄰的所述緩 衝單元的豎直寬度。
15. 根據權利要求7所述的保護墊，其中，所述熱熔膠的工作溫度不 高於所述發泡材料的熱變形溫度，但高於實際使用時的溫度上限。
16. 根據權利要求15所述的保護墊，其中，所述熱熔膠為EVA類低熔點膠。
17. 根據權利要求3所述的保護墊，其中，所述基材為水剌無紡布或 聚氨酯薄膜。
18. 根據權利要求3所述的保護墊，其中，所述外層為聚氨酯薄膜， 彈性織物，或彈性無紡布材料。
19. 根據權利要求3所述的保護墊，其中，所述基材和所述外層由透 氣性好的材料形成。
20. —種製造保護墊的方法，包括以下步驟a) 準備緩衝片材，在所述緩衝片材的一面上塗敷壓敏膠，並將所述 壓敏膠膜與離型紙貼合；b) 使用熱軋機將熱瑢膠膜複合於所述緩衝片材的沒有塗敷所述壓敏 膠的一面上，其中，所述熱熔膠膜的工作溫度低於所述緩衝片材的熱變形 溫度；c) 用預先加工好的刀模對上述步驟b)所得的半成品進行模切，其中， 刀口需切斷所述熱熔膠膜、所述緩衝片材和所述熱敏膠，但不得切穿所述 離型紙；d) 將連在一起的廢料排除，從而形成按設計位置排列在所述離型紙 上的相互獨立的緩衝單元；e) 使用熱軋機將基材與上述步驟d)所得的緩衝單元熱壓複合，然後 冷卻，將所述離型紙去除；f) 將步驟e)所得的半成品與外層複合，並利用所述緩衝單元的一端 的所述壓敏膠進行粘合固定。
21.根據權利要求20所述的方法，其中，根據所設計的所述緩衝單元 的大小和截面形狀來製作所述預先加工好的刀模。
全文摘要
本發明公開了一種在各個方向上都有很好的彎曲性能從而能夠很好地與被保護部位貼合的保護墊及其製造方法，所述保護墊包括外層，所述外層是柔軟且具有拉伸性能的彈性薄膜材料；中間層，所述中間層由多個緩衝單元構成，所述多個緩衝單元之間相互獨立，並且呈交錯排列；基材，所述基材是柔軟且具有拉伸性能的彈性薄膜材料；其中，所述多個緩衝單元中的每個緩衝單元的兩端分別與所述外層和所述基材粘合。所述保護墊還可包括塗敷在所述基材的朝外一側的不乾膠，用於將所述保護墊固定到需要保護的部位。
文檔編號B32B5/00GK101385576SQ200710148910
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月12日 優先權日2007年9月12日
發明者蔣未來 申請人:3M創新有限公司