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弹性复合材料结构失效专利 发明

技术内容

本发明涉及一种弹性复合材料结构,该弹性复合材料结构准备在 二维或三维产品的制造中用作一个柔性的、易弯的薄膜结构,具体是 用于针对切割、穿刺和/或类似情形而提供机械保护。上述类型的弹性 复合材料结构可以被利用在例如纺织产品中与公共医疗卫生服务和健 康护理业相关的应用,以及许多其它的应用范围中。 在现有技术中,例如,专利公开文献EP0,318,415,US5,230,937, US3,974,320,US5,447,594,US4,338,370和JP6278247公开了一些 结构,这些结构基于织物或非织造物结构的材料层。以上这些结构在 其功能上都是不充分的,特别是由于它们缺乏变形或拉伸属性,因此 不适用于制造特别需要弹性的产品。这种缺陷的原因在于使用于这类 产品中的所述织物或非织造物结构仅仅能够提供易弯或柔性的结构, 然而,这种结构实际上是不可延伸的。前述的结构也大量地应用到专 利公开文献JP62297333,JP11172860和JP1096227中的解决方案中, 所有的这些都不必设置一种所谓的织物或非织造物结构作为加固物, 而是例如设置有碳纤维系统等。即使这些解决方案也不能够生产一种2 维或3维的弹性产品,因为这些解决方案仅仅能够产生易弯的结构。所 有的前述的解决方案或许能产生非常高柔性的结构,然而却无能力制 造一维可延伸的结构,更不用说是两维或三维可延伸的结构了,这种 可延伸性是弹性所需要的。 现有技术中还公开了设置有一种尤其是织物为基础的加固结构的 结构,例如在专利公开文献WO9200343或JP60259682中所描述的结 构。即使在其最好的情况,由这些解决方案提供的变形也不足36%,这 大大地限制了这些解决方案在制造需要特殊弹性产品时的使用。这种 与弹性有关的不充分的变形性能和高模量来自于和基于这样的事实, 即,与之连接使用的织物结构与传统的技术相一致。因此,不能获得 足够的弹性,因为在实际应用中,特别是考虑到保健业的要求,最小 的弹性要求最起码为100%左右。 本发明的一个目的就是提供一种弹性复合材料结构,该弹性复合 材料结构能对前文所述的问题提供决定性的改进,从而对当前的现有 技术状态有实质上的改进。为了实现这个目的,本发明的弹性复合材 料结构特征主要描述在直接针对它的两个独立权利要求的特征部分 中。 本发明的弹性复合材料结构所具有的最重要的好处包括其结构简 单,制造简单,这使得它能用来制造具有很高弹性的产品,同时获得 非常好的机械强度性能,特别是针对穿刺、切割以及/或者类似动作而 言。所述具有创造性的弹性复合材料结构可选择地能够具有多种构 造,包含在所述弹性复合材料结构中的加固系统首先可以是由一种混 合纱线制造的织物、机织结构或针织结构,或者也可以是一种由层压 薄片制造的定向排列的薄片加固结构。在一个优选实施例中,所述具 有创造性的织物、机织结构或针织结构例如用一种特别的弹性保护基 质防护起来并且使用一种混合纱线,该混合纱线由硬的和弹性的聚合 物纤维卷绕而成,从而使得在织物、机织结构或针织结构中摩擦点之 间的弹性源最大化。所述具有创造性的构造也能够采用一个或多个硬 聚合物层实现,所述硬聚合物层也整体上具有一种弹性体基质用于产 生弹性结构。也可以通过所谓的组合结构来实施本发明,这是通过沿 着一个弹性体基质同时设置有织物、机织或针织结构的加固层和层压 结构的加固层来实现。 从而,所述具有创造性的弹性复合材料结构提供了一种解决方 案,其本质上不同于传统的解决方案,优于传统的解决方案,其适用 于更高要求的条件下,例如,用于在医院保健等场合穿着的衣服,而 不用分开的、多层的解决方案,这种多层解决方案将一层压着另外一 层穿着。 下文将参照附图对本发明进行详细地描述,其中: 图1a和1b示出用于本发明弹性复合材料结构的一些优选原则,尤 其是针对一个针织结构的加固系统; 图2a-2c示出用于本发明的弹性复合材料结构的一些可选择的结 构,尤其是针对织物、机织或针织的加固系统; 图3a-3c还示出用于本发明弹性复合材料结构的一些优选的可选 择解决方案,尤其是针对一种加固薄片结构的加固系统; 图4a-4d还示出用于本发明弹性复合材料结构的更优选的实施 例,为被称为组合结构的方式: 图5a和5b示出用于本发明弹性复合材料结构的另外一些优选结 构,这些结构通过某些类型的制造技术生产。 本发明涉及一种弹性复合材料结构,该弹性复合材料结构准备在 二维或三维产品的制造中用作一个柔性的、易弯的薄膜结构,具体是 用于针对切割、穿刺和/或类似情形而提供机械保护。所述复合材料结 构首先包括一个弹性体系统1,该弹性体系统由一个或多个品质上不同 的PUR(聚氨酯类树脂)、PUD(聚氨酯类分散体)、SI(硅酮)为基础的弹 性体材料和/或类似物构成,其次所述复合材料结构还包括一种机械上 耐用的加固件系统2,比如由一种或多种柔性混合纱线制成的一个织 物、机织或针织结构2a、由层压薄片y和/或类似物制成的一个定向的 薄片加固结构2c。 在一个具体的优选实施例中,一个织物结构或者针织结构2由一种 混合纱线L制成,该混合纱线L由硬的和弹性的聚合物纤维L1,L2比如 液晶聚合物(LCP)和弹性纤维卷绕形成,具体地是为了在所述织物、机 织或针织结构2;2a中呈现出的摩擦点fp之间的弹性源x最大化,所述的 织物结构或针织结构2以举例的方式在图1a和1b中描述,并被包含在复 合材料结构的加固系统中。这样一来,在摩擦点之间甚至能够获得例 如500%的变形。所述混合纱线L也可以是松弛的,例如通过加热,从而 其被编织成的复丝结构更有效地保持它们的滑架,获得的针织组织具 有均衡的特殊弹性,这种弹性比非松弛性纱线获得的组织的弹性好。 为了实现多种最后要达到的性能,混合纱线的制造可以通过使用各种 纤维材料和系统,比如有机的和无机的纤维、单丝或者复丝。 由所述混合纱线L构成的一种针织结构可以在被涂层之前“过弹 性”,尽管如此,由于在所述涂层的过程中针织物会损失一些弹性, 所以优选的是所述混合纱线和所述针织物在上文所述成形过程中具有 尽可能多的弹性源。当然,混合纱线还可以被用于形成织物、机织物 等等。 在一种优选的应用中,尤其是参照图2a-2c中示出的实施例,包括 在复合材料结构的加固系统中的一个织物2;2a′或针织结构2a局部或 完全地用一种弹性的和柔软的弹性体基质2b预涂层/浸渍,所述的基质 在拉伸变形100%情况下具有弹性模量1.0Mpa或更小,具体是用于保护 所述织物结构、机织结构或针织结构2;2a的混合纱线L和摩擦点fp,或 用于通过在所述柔软的弹性体基质2;2b上形成复合材料结构的实际表 面层1而使所述织物结构、机织结构或针织结构保持最佳的弹性特征。 在另外一个实施例中,所述织物结构2a;2a′、机织结构或针织结构 2a的弹性体基质2;2b通过多组分的原理形成,即首先对所述织物结 构、机织结构或针织结构局部地或完全地用一个第一组分预处理,其 次所述织物结构、机织结构或针织结构进一步涂有一种混合的组分, 比如通过浸渍、喷涂和/或类似的方式,从而,在所述涂层加工过程中, 通过采用包含第二和第三组分的组分混和物,第二组分与所述第一组 分起反应而围绕着所述织物结构、机织结构或针织结构2;2a或在其上 产生一种柔软和弹性的基质2;2b,所述第三组分在所述柔软的弹性体 基质上面产生一种机械上更耐久的表面层1。 关于此点,所述第一组分可以包含例如一种预聚物,所述第二组 分可以包含一种交联剂或一种增链剂/链形成剂,此外,所述第三组分 可以是一种中和的、惰性聚合/弹性体。 当然,上述类型的复合材料结构还可以通过往一个织物、机织物 等上进行如上所述涂覆而获得。所述复合材料结构在所述基质中具有 一个加固件内容物,优选范围为占体积的5-95%。利用一种优化的结 构,能够在所述结构的纵向和横向方向上获得类似的弹性性能。这样 一来,可改变所述的结构的弹性特点,甚至可超过100%-1500%的范围。 另外一方面,本发明涉及一种弹性复合材料结构,该弹性复合材 料结构准备在二维或三维产品的制造中用作一个柔性的、易弯的薄膜 结构,它包括一个加固系统2用于针对切割、穿刺和/或类似情形而提 供机械保护。用于本发明的复合材料结构的加固系统2被制备为一个薄 片加固系统2c,其包括硬的有机和/或无机的材料,具有一些薄片y设 置用来作为一个或多个硬聚合物层,其包含一种弹性体基质2;2b,该 弹性体基质2;2b适合于通过整体的复合而提供所述弹性结构。关于此 点,具体参照图3a-3c,在这些图中所有都包括实际的表面结构1。 在另外一个实施例中,用于本发明复合材料结构的所述薄片加固 物由一种硬的有机和/或无机材料制成,具有的表面面积优选大于 2mm2,厚度处于0.02-1毫米范围,优选地是由一个或多个硬聚合物层 压并优选地为所述层压结构提供额外的加固物,比如一种非常薄和密 的非织造物或织物加固件等等。 这种类型结构的优选应用包括例如下面的方案,其中所述薄片加 固系统2;2c被设计成一种整体和综合性的机械保护层,其中所述薄片 加固系统的一个或者多个结构层的形成是: --通过使用机械和/或人工定向排列将所述薄片y涂敷到一个弹 性体涂层1的表面上; --沿柔软的弹性体涂层2;2b通过用静电喷涂将所述薄片y涂敷 到一个弹性体涂层的表面上; --通过自由定向将所述薄片y涂敷到一个弹性体1的表面上;或 者 --在一个随后形成的弹性体涂层1之前用静电或空气作用涂敷 所述的薄片y以便根据需要将所述薄片y设置成一个所需类型的定向排 列层2c;2c″,这种应用被特别示出在图5a中。 对于上文中所述的内容,薄片y的定向最优选是通过这样一种静电 作用实现,即所述薄片y通过使用一种如图3a或3b中所示被称为鳞状的 结构等或者一种在图3c中示出的自由定向2c;2c′结构而作为一个定向 花纹被极化成所需要的定向。 在图4a-4d中示出的优选实施例中,包括在复合材料结构中的所述 加固系统2由加固物包括织物、机织结构和机织结构2a和所述薄片加固 层2c组合制成。 作为一种更优选的应用,所述薄片加固复合材料2c在这种类型的 实施例中通过一种固定技术而被连接到所述织物机织结构或针织结构 2a上,所述薄片加固物被用一个第一组分处理,所述织物、机织结构 或针织结构各自或者全面地或者局部地被一个第二组分处理以便在所 述织物、机织结构或针织结构与所述薄片加固物之间在一个所需位置 处提供理想的粘接。 具体参照图5b中示出的结构,一个薄片加固物系统2c;2c′被设置 在一个织物、机织结构的或针织结构的层2a上,所述的层2a与一个弹 性体涂层1连接,以便不要约束所述织物、机织或针织结构层的弹性, 这是通过使用一种多组分的原理或类似原理来进行,所述薄片加固物 被一个第三组分处理,该第三组分不会与所述织物、机织或针织结构 2a或者其中使用的纱线L发生粘接。 显而易见,本发明并不仅限于上文描述或示出的应用,而是如下 面公开的那些例子那样,其可以以多种十分不同的变化被应用。因此, 具体地,如图2a-2c中所示的防止切割的结构、以及图3a-3c中特别示 出的防止穿刺的结构、或者如图4a-4c中示出的切割和穿刺都防止的结 构当然可以通过应用多种不同的制造技术而获得,例如,以这样一种 方式制造,使得此类结构被预先设计成一个某种类型的表面质地结 构,比如槽花纹、小结花纹等等。另外,使用适当的制造技术,比如 静电涂层,也能够制造完美的三维的产品,比如手套等,其还以下述 方式提供所谓的完美的合身,即,代替管状形式,该制造工艺开始制 造在其纵向方向上横截面在变化的结构。此外,在图2a和2b中具体示 出的弹性原理类型也可以使用一种加捻的混合纱线在织物、机织物或 纤维网结构的织物组织结构中实施。