МНОГОСЛОЙНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОБУВИ
MULTILAYER MATERIAL FOR FOOTWEAR

Заявленное изобретение относится к легкой промышленности, а именно к многослойному материалу, который может быть использован во внутреннем пространстве обуви в виде подкладки, задника, вкладной и/или втачной стельки, а также съемных вкладных деталей в виде чулка или сапожка. Детали для обуви, изготовленные из заявленного материала, могут быть использованы в повседневной, спортивной, в военной или рабочей обуви. Технической задачей изобретения является повышение комфорта при длительном и агрессивном использовании обуви со встроенными деталями из заявленного материала, подразумевающего улучшение потребительских качеств материала, таких как гигиенические и антибактериальные свойства, механическая прочность, воздухопроницаемость, влагостойкость, гибкость, сохранение тепла.
Из уровня техники известен материал для обувных вкладок, состоящий из двух слоев, один из которых выполнен из волокнистого холста, состоящего из смеси льняных и усадочных синтетических волокон при содержании последних в холсте 30-40%, а второй слой выполнен из ткани или нетканого термоскрепленного полотна из неусадочных волокон, при этом слои соединены методом иглопрокалывания с термообработкой материала в среде нагретого воздуха, причем материал пропитан водной дисперсией или эмульсией сополимера и проведен через отжим и сушку при температуре 100-120°С до содержания связующего в материале 9-35%, а также каландрирован, причем пропитка включает отдушку-ароматизатор (RU 2219815, 27.12.2003). Недостатком известного технического решения является его водопроницаемость, что способствует впитыванию влаги, конденсированной на внутренних стенках обуви и как следствие, к ухудшению комфорта пользователя при эксплуатации обуви с внутренними деталями из такого материала. Также в известном материале не предусмотрена возможность потоотведения. Причем пропитка водной дисперсией или эмульсией сополимера, не обеспечивает прочного закрепления антибактериальных реагентов на волокнах материала, вследствие чего его антимикробное действие непродолжительно, что в совокупности с образованием сырости вокруг ступни, а также отсутствия блокировки проникновения влаги в область ее контакта с внутренней деталью обуви создает условия для интенсивного развития болезнетворных бактерий.
Из уровня техники известен материал для внутренних деталей обуви в состав которого входит синтетическая комплексная нить из полиэфира с антимикробной добавкой, представляющей собой ионы серебра (RU 83389, 10.06.2009). Наличие ионов серебра в составе полиэфирных нитей, используемых для изготовления известного материала, значительно повышает антимикробный эффект, что способствует существенному замедлению роста болезнетворных бактерий и микроорганизмов на поверхности деталей обуви из такого материала. Однако известный материал является проницаемым для влаги, не обеспечивает отведение испарений пота, а также не обеспечивает сохранение тепла, что значительно снижает комфорт от его использования в обуви.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является многослойный материал для обувной вставки, включающий три слоя, а именно первый текстильный слой, мембрану и второй текстильный слой, причем оба слоя и мембрана соединены между собой посредством клея и/или термоскреплением, а на поверхность первого или второго текстильного слоя может быть нанесено стойкое к истиранию покрытие, при этом текстильные слои могут состоять из таких материалов, как, хлопок, вискоза, нейлон, полиэстер, шелк, лайкра, спандекс, эластан и их смеси, а мембрана представляет собой водонепроницаемую и одновременно проницаемую для водяного пара плотную или пористую полимерную пленку выбранную из группы, состоящей из полиуретана (PU), полиэтилена (РЕ), полиэфира (PES), полипропилена (РР), полиакрилонитрила (PAN), полистирола, полиамида, полибензимидазола (PBI), поликарбоната, сополимер полиэтилена и винилацетата (PEVA), поливинилхлорида (PVC), ацетат целлюлозы, полиимида, а также их блок-сополимеров и статистических сополимеров (US 2019/0261731, 29.08.2019, прототип). Благодаря включению в структуру известного материала водонепроницаемой и одновременно проницаемой для водяного пара полимерной мембраны обеспечивается вентиляция и предотвращается скопление влаги в области контакта ступни с первым текстильным слоем, что существенно повышает комфорт пользователя и в некоторой мере предохраняет от интенсивного развития бактерий. Однако при длительном использовании деталей из такого материала, в обуви создаются благоприятные условия для развития патогенных микроорганизмов, как в области контакта ступни с первым текстильным слоем, так и под нижним текстильным слоем, а также в толще материала.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение вышеперечисленных недостатков, выявленных при анализе технических решений, известных из предшествующего уровня техники.
Технический результат заключается в повышении комфорта при длительном и агрессивном использовании обуви со встроенными деталями, выполненными из заявленного материала. В контексте описания заявленного изобретения, повышение комфорта следует трактовать как синергетический эффект, полученный в результате взаимодействия совокупности нескольких характеристик, присущих заявленному материалу, которые относятся к обеспечению бактериостатических свойств, воздухопроницаемости, водонепроницаемости и сохранению тепла. При исключении любой из перечисленных характеристик материала, комфорт от использования изготовленной из него детали в обувном изделии не может быть достигнут.
Кроме того, заявленное изобретение направлено на расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.
Достижение заявленного технического результата обеспечивает многослойный материал для обуви включающий, по меньшей мере, два текстильных слоя и, по меньшей мере, один слой, выполненный в виде полимерной мембраны, при этом слои соединены между собой посредством клея и/или термоскреплением, а мембрана представляет собой водонепроницаемую и одновременно проницаемую для водяного пара полимерную пленку, характеризующийся тем, что
первый, ближайший к ступне, слой представляет собой износостойкую трикотажную ткань, а второй, следующий за ним, слой выполнен с возможностью проявления бактериостатического эффекта и представлен в виде нетканого термоскрепленного материала в состав которого входит смесь бикомпонентных волокон, силиконизированных полиэфирных волокон, а также волокон с серебряным покрытием, причем третий слой является утеплительным и выполнен из полиэфирного иглопробивного материала, а полимерная мембрана расположена под третьим утеплительным слоем.
2
Согласно заявленному изобретению, поверхностная плотность второго слоя составляет от 30 до 40 г/м, а его толщина может быть в пределах 1-2 мм.
Согласно заявленному изобретению, радиус действия бактериостатического эффекта второго слоя составляет не менее 1 см.
Согласно заявленному изобретению, содержание нейлоновых волокон с серебряным покрытием в смеси второго слоя находится в пределах 30% - 50% от его общего объема.
Согласно заявленному изобретению, второй слой представляет собой смесь волокон, которая содержит, масс. %:
бикомпонентное волокно
с линейной плотностью не более 0,48 текс
39-41
силиконизированное полиэфирное волокно
с линейной плотностью не более 0,84 текс
19-21
нейлоновое волокно
с серебряным покрытием
39-41
2
Согласно заявленному изобретению, третий утеплительный слой представляет собой полиэфирный иглопробивной нетканый материал толщиной от 2 до 10 мм, с плотностью от 100 до 1000 г/м.
Согласно заявленному изобретению, полимерная мембрана представляет собой плотную или пористую пленку.
Изобретение поясняется рисунком, схематично отражающим взаиморасположение слоев в заявленном материале.
На Фиг. 1 представлен фрагмент заявленного многослойного материала.
Многослойный материал для обуви включает первый, ближайший к ступне слой 1, представляющий собой износостойкую трикотажную ткань. Второй слой 2 заявленного материала выполнен с возможностью проявления бактериостатического эффекта и представлен в виде нетканого термоскрепленного материала, полученного из смеси бикомпонентных волокон, силиконизированных полиэфирных волокон и нейлоновых волокон с серебряным покрытием. Третий слой 3 является утеплительным и выполнен из полиэфирного иглопробивного материала. Четвертый слой выполнен в виде полимерной мембраны 4 и представляет собой водонепроницаемую и одновременно проницаемую для водяного пара плотную или пористую полимерную пленку.
2
Заявленный многослойный материал, может быть использован во внутреннем пространстве обуви в виде подкладки, вкладной и/или втачной стельки, а также в виде съемных вкладных деталей. В качестве предпочтительного, но не ограничивающего примера заявленный материал может быть использован для изготовления вкладных деталей для обуви, выполненных в виде чулка или сапожка для использования в спец обуви, рассчитанных на длительное и агрессивное использование в процессе эксплуатации. При этом заявленное изобретение направлено на обеспечение комфорта при эксплуатации изготовленных из него деталей обуви при интенсивном потоотделении ступней пользователя, перепадах температур, а также в условиях повышенной влажности. При разработке заявленного изобретения была принята во внимание необходимость обеспечения бактериостатических свойств материала, а также улучшения паропроницаемости, влагонепроницаемости и сохранения тепла. Для решения поставленной технической задачи был разработан многослойный материал, состоящий по меньшей мере, из четырех слоев. При этом первый, ближайший к ступне слой 1 представляет собой износостойкую трикотажную ткань типа «елка», в состав которой входят полиамидные волокна (ПА) в диапазоне 40-60% и полиэфирные волокна (ПЭ) в диапазоне 40-60%. Предпочтительное соотношение волокон в составе первого слоя может составлять 50% ПА волокон и 50% ПЭ волокон. Поверхностная плотность слоя 1 составляет 135-150 г/м. Толщина слоя 1 может составлять до 1,5 см. Слой 1 выполняет функцию защиты материала от истираний, предотвращает пиллингуемость и блокирует миграцию волокон нижних слоев, тем самым поддерживая комфорт при эксплуатации и продлевая срок службы изделия.
2
Второй слой в конструкции заявленного многослойного материала выполняет бактериостатическую функцию и направлен на нейтрализацию развития патогенных бактерий как в волокнистой структуре самого материала, так и в зонах контакта его поверхностей со ступней пользователя, а также с внутренней поверхностью обуви. Указанный результат может быть достигнут благодаря составу второго слоя, который включает смесь полимерных волокон, объединенных в полотно термическим скреплением. При этом смесь второго слоя 2 включает бикомпонентное волокно типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением, силиконизированное полиэфирное волокно и нейлоновое волокно, полностью покрытое слоем серебра. При этом бикомпонентное волокно выполняет функцию связующего в смеси волокон второго слоя. Полимер оболочки бикомпонентного волокна может быть выбран из низших полиолефинов (например, полиэтилен высокого давления, полипропилен) или сополимеров низших олефинов (например, сополимер полиэтилена или сополиэтилентерефталат) с температурой плавления 110-180°С, а полимер ядра представляет собой полиэтилентерефталат с температурой плавления 230-270°С. Связующее в производстве нетканых материалов используется как для образования связей между волокнами, так и для перераспределения нагрузки между волокнами, то есть для обеспечения возможности согласованной работы волокнистых элементов при нагрузках, вызывающих деформацию нетканого материала. В качестве неограничивающего примера, ядро занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна. В качестве силиконизировнного полиэфирного волокна может быть выбрано полиэфирное регулярное волокно или полиэфирное конжгуейтное волокно или их смесь. Специалисту в данной области известно, что волокно регулярное представляет собой извитое волокно, а волокно конжугейтное представляет собой высокоизвитое волокно с трехмерной равномерной извитостью волокон, что делает его более объемным по сравнению с регулярным. Наличие двух различных типов силиконизированных волокон, в составе второго слоя - регулярного и конжугейтного, обеспечивает пустоты разного объема и извитости, что позволяет повысить площадь контакта воздушных полостей с материалом и тем самым повысить теплоизоляционные свойства, а именно суммарное тепловое сопротивление материала в целом. Таким образом структура слоя 2 также влияет на улучшение утеплительных свойств материала. При этом, волокно с серебряным покрытием включает нейлоновую сердцевину с нанесенным на нее слоем серебра. Серебряное покрытие может иметь чистоту не менее 99%, предпочтительно не менее 99,9%. Длина нейлонового волокна, полностью покрытого слоем серебра, может иметь величину 2,5-80 мм, предпочтительна длина 5-60 мм, наиболее предпочтительна длина 10-30 мм. Линейная плотность указанного волокна может иметь величину 0,05…0,48 текс, в наиболее предпочтительном варианте - не более 0,22 текс (от 0,18 текс до 0,22 текс). Массовое содержание серебра в общей массе нейлонового волокна с серебряным покрытием может быть выбрано из диапазона 3-75%, предпочтительно 9-60%, наиболее предпочтительна величина 12-30%. Главное свойство волокна, покрытого серебром - это обеспечение бактериостатических свойств заявленного материала. Ионы серебра способны проникать сквозь клеточные мембраны патогенных бактерий, что лишает их возможности нормально существовать и воспроизводиться. В зависимости от процентного содержания данных волокон можно придать разную интенсивность антибактериальной активности заявленного материала. Так же от процентного содержания зависит, будет ли материал проявлять антимикробную активность для того или иного штамма. В процентном соотношении, слой 2 включает смесь волокон, которая содержит, масс. %: бикомпонентное волокно с линейной плотностью не более 0,48 текс - 39-41; силиконизированное полиэфирное волокно с линейной плотностью не более 0,84 текс - 19-21; нейлоновое волокно с серебряным покрытием - 39-41. Согласно предпочтительному варианту, упомянутая смесь может содержать, масс. %: бикомпонентное волокно с линейной плотностью не более 0,48 текс - 40; силиконизированное полиэфирное волокно с линейной плотностью не более 0,84 текс - 20; нейлоновое волокно с серебряным покрытием - 40. Специалисту будет понятно и очевидно, что строгое массовое содержание в составе второго слоя 40% бикомпонентного волокна, 20% силиконизированного полиэфирного волокна, 40% нейлонового волокна с серебряным покрытием, по существу, подразумевает некоторые расхождения, например, с округлением до целого числа массового содержания в процентах, или плюс-минус 1-3% от массового содержания. Высокий антибактериальный эффект будет достигнут также и при массовом содержании в составе второго слоя указанных волокон около указанных величин, а именно, при 39-41% бикомпонентного волокна, 19-21% силиконизированного полиэфирного волокна, 39-41% нейлонового волокна с серебряным покрытием (с включением граничных значений в эти диапазоны). При этом поверхностная плотность второго слоя составляет от 30 до 40 г/м, а его толщина может быть в пределах 1-2 мм, причем колебания приведенных величин в указанных диапазонах, существенного влияния на заявленный результат не имеют и являются технологическими допусками, предусмотренными на производстве.
2
Третий слой 3 представляет собой полиэфирный иглопробивной нетканый материал толщиной от 2 до 8 мм, с плотностью от 100 до 1000 г/м, основная функция которого является утеплительной. При этом толщина и плотность третьего слоя могут быть выбраны из указанного диапазона, согласно характеристикам климатической зоны. Для наиболее холодных климатических зон может быть выбрана большая поверхностная плотность, для обеспечения повышенных теплозащитных характеристик. Кроме того, в частных случая реализации изобретения, заявленный материал может включать несколько объединенных сегментов с различными толщиной и плотностью третьего слоя для усиленного утепления той или иной зоны внутри обуви. Технология изготовления полотен для утеплительного слоя 3 включает несколько последовательных операций, а именно осуществляют приготовление замасливающей эмульсии, готовят волокна к смешиванию путем их замасливания и осуществляют смеску, после чего поэтапно производят двойное иглопрокалывание, холстообразование, чесание, резку и намотку готового материала.
Основные технологические требования к материалу для утеплительного слоя 3 представлены в таблице 1.
Полученный таким образом материал для третьего утеплительного слоя может иметь различные технические характеристики, обусловленные требованиями к утеплительным материалам в соответствующих климатических зонах. Технические характеристики третьего утеплительного слоя представлены в Таблице 2.
Четвертый слой 4 выполнен в виде дышащей полиуретановой мембраны, которая обеспечивает пароотведение образующихся внутри изделия образований пота в процессе активного использования обуви, а также препятствует проникновению влаги внутрь третьего, второго и первого слоев с внешней стороны изделия. Мембрана может иметь гидрофобную структуру, состоящую из множества микропор менее 1 мкм в диаметре. В качестве дополнительного варианта реализации изобретения, мембрана 4 может иметь прочную структуру из гидрофильных групп, которые привлекают молекулы водяного пара, переходящие от одной гидрофильной группы в другую, позволяя материалу дышать, рассеивая пот. При этом такая мембрана сохраняет всегда высокую водонепроницаемость. Таким образом, благодаря включению в заявленный материал четвертого слоя из полиуретановой мембраны, все остальные слои, а также внутренне пространство изделия, всегда остаются сухими, что также влияет на усиление бактериостатического эффекта материала и повышает комфорт при его эксплуатации в обувных изделиях. Толщина слоя 4, в зависимости от необходимых характеристик мембраны, может быть от 12 до 55 мкм. Перечисленные слои скрепляют между собой посредством известных из уровня техники средств, например путем термоскрепления или с помощью клеевого соединения. При этом, указанная очередность слоев является существенным признаком, без соблюдения которой достижение заявленного технического результата не представляется возможным.
Поученное таким образом полотно используют для изготовления различных съемных деталей, предназначенных к использованию во внутреннем пространстве обуви в виде подкладки, задника, вкладной и/или втачной стельки, а также съемных вкладных деталей в виде чулка или сапожка.
2
2
Для подтверждения бактериостатического эффекта, заявленный материал был испытан в лабораторных условиях при условии использования третьего утеплительного слоя с максимальной толщиной (до 8 мм) и максимальной поверхностной плотностью до 1000 г/м. При этом были использованы образцы изделия с поверхностной плотностью второго слоя изделия 30 г/м и различным содержанием в нем волокон с серебряным покрытием, от 10 до 40%. В таблице 3 приведены результаты испытаний, из которых можно сделать вывод, что при использовании в заявленном материале максимально плотного и толстого утеплительного слоя 3, бактериостатический эффект достигается при содержании серебряных волокон во втором слое изделия начиная с 39%.
При изготовлении заявленного материала для более теплых климатических зон с меньшей толщиной и поверхностной плотностью третьего слоя изделия, процентное соотношение волокон с серебряным покрытием в составе второго слоя может быть снижено, но не менее чем до 30% от общего объема. Для усиления бактериостатического эффекта в заявленном материале, содержание волокон с серебряным покрытием в составе второго слоя может быть увеличено до 50%, однако увеличение их содержания выше указанного значения является не целесообразным, поскольку, как показали измерения, даже при их содержании 39-41% во втором слое, и максимально плотном и толстом слое 3, радиус действия бактериостатического эффекта второго слоя составляет не менее 1 см.
Таким образом, каждый из используемых в изобретении слоев оказывает влияние на достижение общего технического результата, заключающегося в повышении комфорта при длительном и агрессивном использовании обуви со встроенными деталями, выполненными из заявленного материала.