鞋用复合材料的制作方法

1.本发明关于一种复合材料，尤指一种鞋用复合材料。


背景技术：

2.市面上的鞋材大多是以环氧树脂(epoxy resin)或热塑性聚胺酯(thermoplastic polyurethane，tpu)为主体，此二种材料已被长期用于作为鞋底材料长达将近二十年。环氧树脂及/或tpu的鞋材因可舒缓脚部承受的压力、提升穿着舒适度，更被广泛应用于各种运动的专用鞋，例如高尔夫球鞋、篮球鞋、足球鞋、自行车鞋、及慢跑鞋。
3.然而，当上述传统鞋材使用一阵子之后，容易因冷热变化、湿度变化或阳光照射等环境因素而变质或老化；若又受到超出可承受强度外力的磨擦、撞击或弯折时，则可能发生鞋板或鞋跟断裂的问题。如此一来，使用者可能会因鞋板或鞋跟的断裂导致在运动的过程中受伤。因此，目前市面上的鞋材仍有待改善之处。


技术实现要素：

4.有鉴于上述问题，本发明的目的为提供一种鞋用复合材料，其具有良好的可弯性以及较佳的耐磨耗性，借此改善鞋材品质及延长使用寿命，以提升穿着者的使用安全。
5.为达上述目的，本发明的鞋用复合材料包括：一第一碳纤维层，其含浸一第一树脂的一第一碳纤维布，其中该第一碳纤维布包括碳纤维；一第二碳纤维层，其含浸一第二树脂的一第二碳纤维布，其中该第二碳纤维布包括碳纤维，且该第二碳纤维层设置于该第一碳纤维层上；及一中间层，其含浸一第三树脂的一液晶高分子纤维布，其中该液晶高分子纤维布包括液晶高分子纤维，且该中间层设置于该第一碳纤维层与该第二碳纤维层之间；其中该第一碳纤维布及该第二碳纤维布分别包含一碳纤维单向布、一碳纤维编织布、或其组合；其中该碳纤维编织布包含一平纹碳纤维编织布、一斜纹碳纤维编织布、或其组合；且其中该斜纹碳纤维编织布的碳纤维的排列方式为与一参考轴呈 45度或-45度的角度排列、与该参考轴呈 60度或-60度的角度排列、或其组合。
6.借由上述技术手段，第一碳纤维层及第二碳纤维层中的碳纤维具有较佳的机械强度，可维持鞋材的结构稳定，以达到保护使用者脚部的功效；而位于第一碳纤维层与第二碳纤维层之间的中间层具有良好缓冲及高耐磨的特性，可作为辅助提升鞋用复合材料的可弯曲度及缓冲效果。
7.在一些实施态样中，本发明的鞋用复合材料可进一步包括一树脂体，该树脂体选择性地包覆于该第一碳纤维层、该第二碳纤维层、及该中间层之外。较佳地，该树脂体由一第四树脂所构成，该第四树脂包括聚酰胺树脂(polyamide resin，pa)、热塑性聚胺酯树脂(thermoplastic polyurethane resin，tpu)、聚醚酰亚胺树脂(polyetherimide resin，pei)、聚砜树脂(polysulfone resin，psu)、聚亚苯基砜树脂(polyphenylene sulfone resin，ppsu)、聚乙烯树脂(polyethylene resin，pe)、聚碳酸酯树脂(polycarbonate resin，pc)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(acrylonitrile-butadiene-styrene resin，
abs)、或其组合。
8.更具体而言，聚酰胺树脂可进一步包括聚酰胺6(由ε-己内酰胺开环聚合而成，又称尼龙6)和聚酰胺66(由等量的己二胺与己二酸经聚缩合而成，又称尼龙66)。
9.本发明的鞋用复合材料可依据后端应用的鞋材类型进行调整，以不同碳纤维的排列方式、混用不同碳纤维或使用不同的树脂来强化鞋用复合材料的抗张力、结构稳定性、弹性或硬度等等；例如，篮球鞋需具有良好的避震性、稳定性以及弹性；跑步鞋需具有一定的可挠性和良好的弹性；冰刀鞋需具有一定的硬度以预防冰刀反插等等。
10.当该第一碳纤维层或该第二碳纤维层需包括其他种类的纤维来强化或改善鞋用复合材料的性质时，可以混织或混纺的方式使该第一碳纤维布或该第二碳纤维布另包括其他种类的纤维，例如玻璃纤维或是芳香族聚酰胺纤维(aramid fiber，即聚间苯二甲酰间苯二胺(poly-metaphenylene isophthalamide，mpia)，简称芳纶)。
11.在一些实施态样中，该第一碳纤维层可另外包括如玻璃纤维的无机纤维。在一些实施态样中，该第一碳纤维层亦可另外包括芳香族聚酰胺纤维。类似地，该第二碳纤维层可另外包括如玻璃纤维的无机纤维、或可另外包括芳香族聚酰胺纤维。在该第一碳纤维层及/或该第二碳纤维层中，前述另外包括的纤维的量等于或小于碳纤维的量。
12.具体而言，该第一碳纤维布可进一步包括玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、或其组合。类似地，该第二碳纤维布亦可进一步包括玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、或其组合。
13.较佳地，该第一碳纤维布及该第二碳纤维布的密度可分别为45克/平方米(grams per square meter，gsm)至272gsm。
14.较佳地，该第一树脂及该第二树脂可分别包括：聚酰胺树脂(polyamide resin，pa)；聚胺酯树脂(polyurethane resin，pu)，诸如热塑性聚胺酯树脂(thermoplastic polyurethane resin，tpu)；聚砜树脂(polysulfone resin，psu)；聚亚苯基砜树脂(polyphenylene sulfone resin，ppsu)；或其组合。较佳地，该聚胺酯树脂为热塑性聚胺酯树脂(thermoplastic polyurethane resin，tpu)。该第一树脂及该第二树脂可为相同或不同。
15.在一些实施态样中，本发明鞋用复合材料中的该第一树脂及该第二树脂的组合(以第一树脂/第二树脂的形式表示)选自由下列所组成的群组：pa/pa、pa/pu、pa/tpu、pa/psu、pa/ppsu、pu/pa、pu/pu、pu/tpu、pu/psu、pu/ppsu、tpu/pa、tpu/pu、tpu/tpu、tpu/psu、tpu/ppsu、psu/pa、psu/pu、psu/tpu、psu/psu、psu/ppsu、ppsu/pa、ppsu/pu、ppsu/tpu、ppsu/psu、及ppsu/ppsu。
16.较佳地，以该第一碳纤维层的总重量(取决于该第一碳纤维层的厚度)为基准，该第一树脂的含量可为38重量百分比(wt％)至55wt％，诸如38wt％、40wt％、42wt％、50wt％、或55wt％。较佳地，以该第二碳纤维层的总重量(取决于该第二碳纤维层的厚度)为基准，该第二树脂的含量可为38wt％至55wt％，诸如38wt％、40wt％、42wt％、50wt％、或55wt％。
17.在一些实施态样中，该中间层可进一步包括芳香族聚酰胺纤维，该芳香族聚酰胺纤维的量等于或小于该液晶高分子纤维的量。
18.具体而言，该液晶高分子纤维布可进一步包括芳香族聚酰胺纤维，该芳香族聚酰胺纤维的量等于或小于该液晶高分子纤维的量。
19.较佳地，该第三树脂可包括该第一树脂及该第二树脂，其中该第一树脂及该第二
树脂可为相同或不同。
20.根据本发明，使该中间层含浸树脂的步骤可于制造本发明鞋用复合材料的过程的期间发生。
21.在一实施例中，该中间层的一下表面或一上表面可分别加以改质。该中间层的经改质的下表面及/或上表面分别对该第一碳纤维层及该第二碳纤维层有良好的抓合力。换句话说，该中间层的经改质的表面对相邻的该第一碳纤维层及该第二碳纤维层具有较佳的黏合度。
22.在一些实施态样中，该第一碳纤维布及该第二碳纤维布可分别包括一碳纤维单向(uni-directional，ud)布、一碳纤维编织布、或其组合。
23.在一实施例中，该第一碳纤维布可为一碳纤维单向布，该碳纤维单向布的碳纤维的排列方式可为单向性，亦即，该碳纤维单向布的碳纤维的排列方式可为相互平行排列。
24.在一实施例中，该第一碳纤维布可包括一或多层碳纤维单向布，其中该一或多层碳纤维单向布的每一层的碳纤维有其各自的方向，亦即，该一或多层碳纤维单向布的碳纤维的方向可为彼此相同或不同。此外，包含该一或多层碳纤维单向布的该第一碳纤维布的密度可为45gsm至160gsm。
25.在另一实施例中，该第一碳纤维布可为一碳纤维编织布，该碳纤维编织布可包括一平纹碳纤维编织布、一斜纹碳纤维编织布、或其组合。
26.根据本发明，该第一碳纤维布的碳纤维的排列方式可为多向性，亦即，该第一碳纤维布的碳纤维可以多种不同的方向排列。举例而言，该第一碳纤维布可为一平纹碳纤维编织布，其中碳纤维的排列方式可为相互垂直(即与参考轴呈0或90度的角度)；或者，该第一碳纤维布可为一斜纹碳纤维编织布，其中碳纤维的排列方式可与参考轴呈 45度或-45度的角度、与参考轴呈 60度或-60度的角度、或其组合。于此，参考轴指布的输出方向。此外，包含碳纤维编织布的该第一碳纤维布的密度可为160gsm至272gsm，诸如160gsm、180gsm、190gsm、200gsm、210gsm、220gsm、240gsm、或272gsm。
27.类似地，该第二碳纤维布可为一碳纤维单向布，该碳纤维单向布的碳纤维的排列方式可为单向性，亦即，该碳纤维单向布的碳纤维的排列方式可为相互平行排列。
28.在一实施例中，该第二碳纤维布可包括一或多层碳纤维单向布，该一或多层碳纤维单向布的每一层的碳纤维有其各自的方向，亦即，该一或多层碳纤维单向布的碳纤维的方向可为彼此相同或不同。此外，包含该一或多层碳纤维单向布的该第二碳纤维布的密度可为45gsm至160gsm。
29.在另一实施例中，该第二碳纤维布可为一碳纤维编织布，该碳纤维编织布可包括一平纹碳纤维编织布、一斜纹碳纤维编织布、或其组合。
30.根据本发明，该第二碳纤维布的碳纤维的排列方式可为多向性，亦即，该第二碳纤维布的碳纤维可以多种不同的方向排列。举例而言，该第二碳纤维布可为一平纹碳纤维编织布，其中碳纤维的排列方式可为相互垂直(即与参考轴呈0或90度的角度)；或者，该第二碳纤维布可为一斜纹碳纤维编织布，其中碳纤维的排列方式可与参考轴呈 45度或-45度的角度、与参考轴呈 60度或-60度的角度、或其组合。于此，参考轴指布的输出方向。此外，包含该碳纤维编织布的该第二碳纤维布的密度可为160gsm至272gsm，诸如160gsm、180gsm、190gsm、200gsm、210gsm、220gsm、240gsm、或272gsm。
31.具体而言，「碳纤维与参考轴呈 45度或-45度的角度排列」表示相邻二碳纤维间的夹角为90度或270度；「碳纤维与参考轴呈 60度或-60度的角度排列」表示相邻二碳纤维间的夹角为120度或240度。
32.更佳地，该第一碳纤维布或该第二碳纤维布可包括选自由下列所组成的群组的至少两织物：一碳纤维单向布(其中碳纤维相互平行排列)、一平纹碳纤维编织布(其中碳纤维相互垂直排列)、碳纤维与参考轴呈 45度或-45度的相交方式排列的一斜纹碳纤维编织布、碳纤维与参考轴呈 60度或-60度的相交方式排列的一斜纹碳纤维编织布、及其组合。如此，本发明的鞋用复合材料可因应不同类型鞋材需具备的特性。此外，本发明的鞋用复合材料符合鞋材可因应不同受力方式或不同受力程度所需的特性要求。
附图说明
33.图1是本发明鞋用复合材料的一实施例的侧视剖面图。
34.图2是本发明鞋用复合材料的另一实施例的侧视剖面图。
35.主要组件符号说明：
36.10:第一碳纤维层
37.20:中间层
38.30:第二碳纤维层
39.40:树脂体
具体实施方式
40.以下，列举数种实施例说明本发明的鞋用复合材料的实施方式，本领域技术人员可借由下方实施例的内容轻易理解本发明能达到的优点及效果。应当理解的是，本说明书所列举的实施例仅用于示范性说明本发明的实施方式，并非用于局限本发明的范围，本领域技术人员可根据其通常知识在不悖离本发明的精神下进行各种修饰、变更，以实施或应用本发明的内容。
41.具有树脂体的鞋用复合材料
42.请参阅图1，本发明的鞋用复合材料包括一第一碳纤维层10、一中间层20、一第二碳纤维层30、及一树脂体40，其中该中间层20设置于该第一碳纤维层10及该第二碳纤维层30之间；该树脂体40包覆于该第一碳纤维层10、该中间层20、及该第二碳纤维层30之外。
43.该第一碳纤维层10的主材料为碳纤维，将碳纤维预制成型为一第一碳纤维布。该中间层20的主材料为芳香族聚酰胺纤维，将芳香族聚酰胺纤维预制成型为一芳香族聚酰胺纤维布，该中间层20可用以增加鞋用复合材料使用时的可弯曲度，以补足碳纤维刚性较强但可弯曲度较低的缺点。该第二碳纤维层30的主材料为碳纤维，将碳纤维预制成型为一第二碳纤维布。
44.在另一实施例中，该第一碳纤维层可进一步包含玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、或其组合。类似地，该第二碳纤维层亦可进一步包含玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、或其组合。
45.接着，使该第一碳纤维层10、该中间层20、及该第二碳纤维层30依序设置于一模具中并预热该模具，再注入聚酰胺6树脂以使聚酰胺6树脂包覆并固定该第一碳纤维层10、该中间层20、及该第二碳纤维层30，待该聚酰胺6树脂冷却成型为树脂体40后，即可获得本发
明的鞋用复合材料。
46.在另一实施例中，聚酰胺6树脂可以下列树脂取代：诸如聚酰胺66的聚酰胺树脂、热塑性聚胺酯树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂、聚亚苯基砜树脂、聚乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、或其组合。
47.此外，为了满足鞋用复合材料外观上的需求，鞋用复合材料亦可另外包括其他无机纤维或有机纤维。此外，鞋用复合材料的颜色、外形或特性可进行调整。
48.不具树脂体的鞋用复合材料
49.请参阅图2，本发明的另一鞋用复合材料包括一第一碳纤维层10、一中间层20、及一第二碳纤维层30，其中该中间层20设置于该第一碳纤维层10及该第二碳纤维层30之间。
50.该第一碳纤维层10的主材料为碳纤维及一第一树脂，该第一树脂选自于pa、pu、tpu、psu、或ppsu，将碳纤维预制成型为一第一碳纤维布并含浸于该第一树脂。该中间层20的主材料为液晶高分子纤维，将液晶高分子纤维预制成型为一液晶高分子纤维布，该中间层20可用以增加鞋用复合材料使用时的可弯曲度，以补足碳纤维刚性较强但可弯曲度较低的缺点。该第二碳纤维层30的主材料为碳纤维及一第二树脂，该第二树脂选自于pa、pu、tpu、psu、或ppsu，将碳纤维预制成型为一第二碳纤维布并含浸于该第二树脂。
51.该第一碳纤维布及/或该第二碳纤维布包含一碳纤维单向布、碳纤维编织布、或其组合。该碳纤维编织布是一平纹碳纤维编织布、碳纤维与参考轴呈 45度或-45度的相交方式排列的一斜纹碳纤维编织布、碳纤维与参考轴呈 60度或-60度的相交方式排列的一斜纹碳纤维编织布、或其组合。
52.当该第一及/或该第二碳纤维布包含一或多层碳纤维单向布，该第一及/或该第二碳纤维布的密度为45gsm至160gsm。当该第一及/或该第二碳纤维布包含碳纤维编织布，该第一及/或该第二碳纤维布的密度为160gsm至272gsm。
53.以该第一碳纤维层的总重量为基准，该第一树脂的含量为38wt％至55wt％。类似地，以该第二碳纤维层的总重量为基准，该第二树脂的含量为38wt％至55wt％。
54.该第一碳纤维布可进一步包括玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、或其组合。类似地，该第二碳纤维布亦可进一步包括玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、或其组合。
55.该中间层的下表面及/或上表面可进一步加以改质，该中间层的经改质的下表面及/或上表面分别对该第一碳纤维层及该第二碳纤维层有良好的抓合力。
56.该第一碳纤维层10(亦即，经该第一树脂含浸的该第一碳纤维布)、该液晶高分子纤维布、及该第二碳纤维层30(亦即，经该第二树脂含浸的该第二碳纤维布)依序设置于一模具中，并在特定压力下加热该模具以获得本发明的鞋用复合材料。在加热过程期间，该第一树脂及该第二树脂浸入该液晶高分子纤维布并使该液晶高分子纤维布含浸于该第一树脂及该第二树脂以形成中间层20，该中间层20经该第一树脂及该第二树脂含浸的液晶高分子纤维布。
57.此外，为了满足鞋用复合材料外观上的需求，鞋用复合材料亦可另外包括其他无机纤维或有机纤维。此外，鞋用复合材料的颜色、外形或特性可进行调整。
58.弯折测试
59.如图2所示的不具树脂体的鞋用复合材料根据satra tm92及iso 5423标准进行弯折测试。传统的鞋用材料在历经平均约7万至10万个弯折循环后即会断裂。然而，将如图2所
示的鞋用复合材料进行弯折测试，当其中第一树脂及第二树脂是tpu时，该鞋用复合材料历经平均约21万个弯折循环后才断裂；而当其中第一树脂及第二树脂是pa时，该鞋用复合材料历经平均约17万个弯折循环后才断裂；且当其中第一树脂及第二树脂是psu或ppsu时，该鞋用复合材料历经约30万个以上的弯折循环后才会断裂。
60.此外，当有芳香族聚酰胺纤维以等于或小于液晶高分子纤维的量添加至中间层20时，亦可得到类似的结果。
61.综上所述，本发明的鞋用复合材料借由第一碳纤维层10和第二碳纤维层30的高机械强度而达到高耐磨耗的性质，并借由中间层20达到补强整体鞋用复合材料的可弯程度，以提供较佳的缓冲效果。而在以树脂体40固定第一碳纤维层10、中间层20和第二碳纤维层30并使其稳定的情况下，本发明的鞋用复合材料可达到将所受应力转移至碳纤维的效果。另外，在第一碳纤维层10、中间层20和第二碳纤维层30中也可混入其他种类的纤维，以因应不同鞋种的外观需求，并可依使用需求使用不同的树脂，以配合不同运动种类所需的鞋材性质。