[0001] 本发明属于鞋底制造领域，尤其涉及一种刚韧平衡的碳纤维复合板、鞋底及鞋。

[0002] 随着国民经济的持续增长，人民生活水平不断提高，受益于国家政策的推动，我国国民参加运动的广度及深度持续提升，给运动鞋的专业性、功能性及舒适性提出了更高的挑战。

[0003] 碳纤维因具有拉伸强度高、拉伸模量高、密度小(重量轻)、耐高温等一系列优异性能，已经在航空、航天、体育等各领域得到了越来越广泛的应用，在体育产品中的应用目前正处于快速扩张期，碳纤维板(简称“碳板”)已成为高端运动鞋的标配，用以提升运动功能及产品体验。

[0004] 现有碳板在跑鞋领域的应用多是内置于鞋中底部分作为硬质的支撑部件使用，基于碳板轻质和极高刚性的特征，结合碳板的外形结构可以实现杠杆作用原理，在跑步蹬伸过程中到达快速过渡节约能量消耗的效果，但现有技术中也存在如下问题：①纯碳碳板刚性较强、但韧性不足，内置碳板的鞋款在一些应用场景下存在较大角度弯折，碳板容易断裂的情况；②纯碳碳板抗冲击性能较差，部分鞋款的碳板为外露设置，可以直接或间接与地面接触，当穿着过程中碳板受到石子或者尖锐物体的冲击时，易出现碳板脆断的情况，且断口较为锋利，容易误伤穿着者。

[0022] 下面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。

[0023] 聚芳酯纤维相比于碳纤维而言韧性更强、表面硬度更高，但是在具体应用于碳纤维复合板时如何能更好的发挥增韧效果，且不减弱碳纤维板本身的刚性，应用于鞋底时能综合发挥更好的力学性能则是本发明实际研究的难点。本发明通过锐意研究发现，当聚芳酯纤维作为单独编织或混合编织的铺层参与到碳纤维板的铺层结构中得到的碳纤维复合板，更有利于发挥对碳板整体的增韧效果，当铺层位置、编织方式不同时，对于整体碳板的性能影响较大。

[0024] 具体的，本发明的碳纤维复合板包括碳纤维层和聚芳酯层，碳纤维层数量为8～12层，每层碳纤维层间的叠加角度不同，包括：90°、45°、0°、‑45°；单层碳纤维层厚度为0.1～0.2mm。聚芳酯层与碳纤维层总厚度为1～2.5mm。

[0025] 聚芳酯层与碳纤维层叠加设置，聚芳酯层至少设置于碳纤维复合板的最外层(最2 2
上层或最下层)，聚芳酯层的密度为60g/m ‑400g/m 、厚度为0.1mm‑0.2mm；聚芳酯层包括聚芳酯纤维，聚芳酯纤维细度为200D‑3000D。

[0026] 聚芳酯层为聚芳酯纤维编织成的纤维布；或由聚芳酯纤维和碳纤维混合编织成的平纹组织布、斜纹组织布或3D花纹组织布中任一种或多种。

[0027] 实施例1

[0028] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括10层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维编织而成，密度为60g/m，聚芳酯纤维细度为200D。

[0029] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0030] (1)第一层聚芳酯纤维布

[0031] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0032] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0033] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0034] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0035] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0036] (7)第七层90°碳纤维单向带

[0037] (8)第八层‑45°碳纤维单向带

[0038] (9)第九层90°碳纤维单向带

[0039] (10)第十层45°碳纤维单向带

[0040] (11)第十一层90°碳纤维单向带

[0041] (12)第十二层聚芳酯纤维布

[0042] 实施例2

[0043] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括10层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维编织而成，密度为100g/m，聚芳酯纤维细度为400D。

[0044] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0045] (1)第一层聚芳酯纤维布

[0046] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0047] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0048] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0049] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0050] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0051] (7)第七层90°碳纤维单向带

[0052] (8)第八层‑45°碳纤维单向带

[0053] (9)第九层90°碳纤维单向带

[0054] (10)第十层45°碳纤维单向带

[0055] (11)第十一层90°碳纤维单向带

[0056] (12)第十二层聚芳酯纤维布

[0057] 实施例3

[0058] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括10层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维编织而成，密度为200g/m，聚芳酯纤维细度为1000D。

[0059] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0060] (1)第一层聚芳酯纤维布

[0061] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0062] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0063] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0064] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0065] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0066] (7)第七层90°碳纤维单向带

[0067] (8)第八层‑45°碳纤维单向带

[0068] (9)第九层90°碳纤维单向带

[0069] (10)第十层45°碳纤维单向带

[0070] (11)第十一层90°碳纤维单向带

[0071] (12)第十二层聚芳酯纤维布

[0072] 实施例4

[0073] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括9层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维编织而成，密度为250g/m，聚芳酯纤维细度为1500D。

[0074] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0075] (1)第一层聚芳酯纤维布

[0076] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0077] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0078] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0079] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0080] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0081] (7)第七层‑45°碳纤维单向带

[0082] (8)第八层90°碳纤维单向带

[0083] (9)第九层45°碳纤维单向带

[0084] (10)第十层90°碳纤维单向带

[0085] (11)第十一层聚芳酯纤维布

[0086] 实施例5

[0087] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括8层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维编织而成，密度为350g/m，聚芳酯纤维细度为3000D。

[0088] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0089] (1)第一层聚芳酯纤维布

[0090] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0091] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0092] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0093] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0094] (6)第六层45°碳纤维单向带

[0095] (7)第七层90°碳纤维单向带

[0096] (8)第八层‑45°碳纤维单向带

[0097] (9)第九层90°碳纤维单向带

[0098] (10)第十层聚芳酯纤维布

[0099] 实施例6

[0100] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括9层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维和碳纤维混合编织而成平纹组织布，密度为200g/m，聚芳酯纤维细度为1500D、碳纤维细度为1800D。

[0101] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0102] (1)第一层聚芳酯碳纤维布(平纹组织)

[0103] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0104] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0105] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0106] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0107] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0108] (7)第七层‑45°碳纤维单向带

[0109] (8)第八层90°碳纤维单向带

[0110] (9)第九层45°碳纤维单向带

[0111] (10)第十层90°碳纤维单向带

[0112] (11)第十一层聚芳酯碳纤维布(平纹组织)

[0113] 实施例7

[0114] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括9层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维和碳纤维混合编织而成斜纹组织布，密度为200g/m，聚芳酯纤维细度为1500D、碳纤维细度为1800D。

[0115] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0116] (1)第一层聚芳酯碳纤维布(斜纹组织)

[0117] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0118] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0119] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0120] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0121] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0122] (7)第七层‑45°碳纤维单向带

[0123] (8)第八层90°碳纤维单向带

[0124] (9)第九层45°碳纤维单向带

[0125] (10)第十层90°碳纤维单向带

[0126] (11)第十一层聚芳酯碳纤维布(斜纹组织)

[0127] 实施例8

[0128] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括9层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维和碳纤维混合编织而成3D花纹组织布(如图1所示，黑色—
2
聚芳酯纤维、灰色—碳纤维)，密度为200g/m ，聚芳酯纤维细度为1500D、碳纤维细度为
1800D。

[0129] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0130] (1)第一层聚芳酯碳纤维布(3D花纹组织)

[0131] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0132] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0133] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0134] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0135] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0136] (7)第七层‑45°碳纤维单向带

[0137] (8)第八层90°碳纤维单向带

[0138] (9)第九层45°碳纤维单向带

[0139] (10)第十层90°碳纤维单向带

[0140] (11)第十一层聚芳酯碳纤维布(3D花纹组织)

[0141] 实施例9

[0142] 碳纤维复合板厚度为1.8mm，包括10层碳纤维层和2层聚芳酯层，每层厚度为2
0.15mm，聚芳酯层为聚芳酯纤维编织而成纤维布，密度为200g/m ，聚芳酯纤维细度为
1000D。

[0143] 碳纤维复合板铺层方式如下：

[0144] (1)第一层3K碳纤维布

[0145] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0146] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0147] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0148] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0149] (6)第六层聚芳酯纤维布

[0150] (7)第七层聚芳酯纤维布

[0151] (8)第八层‑45°碳纤维单向带

[0152] (9)第九层90°碳纤维单向带

[0153] (10)第十层45°碳纤维单向带

[0154] (11)第十一层90°碳纤维单向带

[0155] (12)第十二层碳纤维3K布

[0156] 对比例1

[0157] 采用纯碳纤维板，厚度为1.8mm，包括12层碳纤维层，每层厚度为0.15mm。

[0158] 碳纤维板铺层方式如下：

[0159] (1)第一层3K碳纤维布

[0160] (2)第二层90°碳纤维单向带

[0161] (3)第三层45°碳纤维单向带

[0162] (4)第四层90°碳纤维单向带

[0163] (5)第五层‑45°碳纤维单向带

[0164] (6)第六层90°碳纤维单向带

[0165] (7)第七层90°碳纤维单向带

[0166] (8)第八层‑45°碳纤维单向带

[0167] (9)第九层90°碳纤维单向带

[0168] (10)第十层45°碳纤维单向带

[0169] (11)第十一层90°碳纤维单向带

[0170] (12)第十二层3K碳纤维布

[0171] 将上述各实施例、对比例的碳纤维复合板/碳纤维板制成试片样品，进行三点弯折性能测试。表1为各实施例、对比例测试结果对比。

[0172] 表1不同碳纤维复合板三点弯折性能对比

[0173]

[0174] 从表中可以看出，实施例1‑5中碳纤维复合板表层为聚芳酯层，最大变形量均优于对比例的纯碳纤维板，说明聚芳酯层的加入对碳纤维板起到了增韧效果。随着聚芳酯纱线的规格从200D到3000D逐渐变粗，与碳纤维的复合后的样片刚性呈现先上升后下降的趋势，其中实施例3(1000D聚芳酯与碳纤维复合)的最大力值与纯碳纤维板接近，弹性系数代表碳板刚性，说明1000D的聚芳酯纤维层对碳板刚性影响较小，聚芳酯的增韧效果最佳，变形量从7.61mm增加到11.29mm，增加48％；且实验发现，在强弯曲下即使碳纤维层断裂后，聚芳酯层仍未断裂。另通过实施例6‑8可以看出，当聚芳酯层采用聚芳酯纤维和碳纤维混织的形式时，不同的花纹方式对刚性和增韧的影响表现为3D花纹＞斜纹＞平纹。实施例9可以看出，聚芳酯层设置于中间层的增韧效果不如设置于表层。

[0175] 进一步地，本发明还提供上述碳纤维复合板的具体使用方式，如图2所示的一种鞋底，包括鞋内底1、第一支撑部2、鞋中底3、第二支撑部4、鞋大底5。鞋内底1、第一支撑部2、鞋中底3、第二支撑部4、鞋大底5依次复合成完整的鞋底；其中鞋中底3优选为分段设置，包括前掌中底3‑1和后掌中底3‑2，以增加鞋底中腰部分的形变空间。

[0176] 鞋内底1、鞋中底3的均为发泡材料制成，硬度为40‑45C，密度为0.12‑0.18g/cm3。

[0177] 第一支撑部2和第二支撑部4采用本发明的碳纤维复合板制成；两层支撑部的设置更有助有发挥对鞋底支撑的稳定性。

[0178] 鞋大底5采用橡塑发泡材料制得，硬度50‑70C，密度为0.20‑0.70g/cm3，干止滑系数≥0.9，湿止滑系数≥0.4。

[0179] 具体的，鞋内底1、鞋中底3、鞋大底5可采用尼龙弹性体、聚氨酯、热塑性聚醚酯弹性体、乙烯‑辛烯共聚物、乙烯‑辛烯嵌段共聚物、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物、高苯乙烯橡胶、溴化丁基橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、异戊橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶中的一种、两种或两种以上材料制成。

[0180] 以下通过更具体的实施例来说明本发明的碳纤维复合板作为鞋底支撑部的实施效果。

[0181] 实施例10

[0182] 鞋底中第一支撑部2和第二支撑部4采用实施例2中碳纤维复合板制成。

[0183] 实施例11

[0184] 鞋底中第一支撑部2和第二支撑部4采用实施例3中碳纤维复合板制成。

[0185] 实施例12

[0186] 鞋底中第一支撑部2和第二支撑部4采用实施例8中碳纤维复合板制成。

[0187] 实施例13

[0188] 鞋底中第一支撑部2和第二支撑部4采用实施例9中碳纤维复合板制成。

[0189] 对比例2

[0190] 鞋底中第一支撑部2和第二支撑部4采用对比例1的碳纤维板制成。

[0191] 对实施例10至对比例2得到的鞋底进行冲击测试(ASTM F1976‑13)，测试结果如表2所示。Peak G峰值加速度代表减震性能，数值越小代表减震性越好；最大变形量反应材料的韧性，能量回弹反应材料的弹性。

[0192] 表2鞋底冲击性能测试对比

[0193]

[0194] 从表中可以看出，采用本发明的碳纤维复合板制成的支撑部在鞋底中相比于纯碳纤维板无论对于缓震性、回弹性、韧性均有不同程度的提升，其中尤其以实施例11(采用实施例3的碳纤维复合板的铺层方式)最为明显，与纯碳纤维板相比鞋子的性能最为优异，后跟缓震性能比对比例2提升9.5％,中腰最大形变量增加22.9％，韧性增加明显，回弹能量增加49.1％、中腰吸震提升19.7％。说明采用1000D聚芳酯纤维制成的聚芳酯层在碳纤维板表层的复合形式，对于整体鞋底的回弹性和减震性有更大的改善作用。

[0195] 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。