СВЕРХЭЛАСТИЧНАЯ ПРОКЛАДКА
SUPERELASTIC GASKET

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая заявка является частичным продолжением заявки на патент США №12/345,215, поданной 29 декабря 2008 г., и настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/017,447, поданной 28 декабря 2007 г., ссылка на которую означает, что ее содержание полностью включено в текст настоящего описания.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к выполненной с возможностью сверхсжатия эластичной структуре с превосходной сжимаемостью и упругостью для различных применений, таких как, например, спортивная обувь, обычная обувь, ботинки, напольные коврики, ковровые прокладки, спортивные покрытия и т.д.
Структура сама по себе может быть конечным продуктом, или структура может быть компонентом другой структуры. Возможные применения включают, но этим не ограничиваются: автомобильные детали и другие композиционные материалы, напольное покрытие, черновые полы, в частности в гимнастических залах или на других спортивных аренах, покрытия подушки гладильного пресса, пуленепробиваемую ткань, такую как бронежилет или защиту на окна от урагана, подкладку для спортивного оборудования, такую как протектор грудной клетки принимающего в бейсболе, защитные наколенники/налокотники для бегунов, гонщиков, конькобежцев, волейболистов, щитки для голени/наколенники для крикета, набедренные щитки для футболистов, стеновые покрытия для стадионов, гимнастических залов, спортивных арен; обувные стельки и ортопедические средства; задники/подошвы для спортивной обуви, например кроссовок, упругий слой для постельного белья, автомобильных сидений, подушек и другие промышленные применения, где требуется сжимаемость и упругость в направлении толщины.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В то время как композиционные материалы обычно являются армированной волокнами смоляной матрицей и являются жесткими и несжимаемыми во всех направлениях, в некоторых применениях, таких как автомобильные бамперы, требуется некоторая упругость и амортизирующая способность плюс способность возвращаться к первоначальной форме после удара. Аналогично, в прокладках, использующихся в спортивной обуви, напольных ковриках, напольных покрытиях в гимнастических залах и т.д., требуются структуры, имеющие высокую степень сжимаемости и упругости, так что они могут пружинить обратно к своей первоначальной форме и размеру после снятия приложенной нагрузки.
В подошвах/задниках спортивной обуви, обычно изготовленных из твердых вязкоупругих материалов, предпринято несколько попыток улучшить «амортизацию» с формованием, например, «воздушных каналов или карманов». Однако жесткость формованного материала такова, что амортизирующие свойства ограничены. В соответствующей области техники, в патенте США №3,553,857, выданном Pettit, описана подошва, изготовленная из эластомерного подошвенного материала, отличающегося от термопластичной смолы и нанесенной клейкой ленты из высушенной пленки полиуретана или полихлорпрена, содержащей растворитель, наложенной на галогенизированную поверхность подошвы.
В патенте США №3,733,721, выданном Clemens, описана эластичная прокладка, например, изготовленная из вспененного эластомерного материала с прокладкой, по существу облегающей для установки на нижней части обуви, как, например, ботинка и т.п. Прокладка содержит чувствительное к давлению клейкое вещество на верхней стороне, так что оно может быть приклеено также к нижней части обуви для обеспечения смягчения, в то же время при необходимости прокладку можно легко удалить.
В патенте США №4,608,768, выданном Cavanagh, описана спортивная обувь, содержащая амортизирующую беговую подошву, содержащую по меньшей мере одни промежуточные поддерживающие средства, проходящие по меньшей мере почти параллельно главной плоскости беговой подошвы. Промежуточные трикотажные поддерживающие средства расположены в мягкой эластичной средней подошве между стелькой и подошвой.
Патент США №5,480,646, выданный Vu, относится к прокладке для вложения лекарственных средств в обувь, такой как старая стелька, с нанесенной смесью порошков корицы, алое вера и зерен аниса, имеющей неплотную поверхность для того, чтобы контактировать с кожей и обнажать кожу для воздействия порошков. Прокладка имеет камеры, содержащие части порошка и обеспечивающие равномерное распределение порошка, как он нанесен на прокладку. Также см. патенты, рассмотренные в разделе «Уровень техники» патента «'646».
Однако эти структуры не обеспечивают достаточную сжимаемость подошвы в направлении толщины и способность пружинить обратно. Включение «эластичных» (в направлении толщины или радиальном направлении) средств в подошвы повлияло на некоторую степень упругости или способность пружинить обратно при снятии перпендикулярной нагрузки. Далее, с использованием этих средств сжимаемость и способность пружинить обратно ограничены максимум частью толщины этих средств.
Следовательно, создание прокладки с превосходной упругостью под действием нагрузки с высокой степенью восстановления в направлении толщины будет являться движением вперед в данной области техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении раскрыта «амортизирующая прокладка», в которой используется уникальная структура, обеспечивающая очень высокую степень упругости под действием нагрузки и восстановления при снятии этой нагрузки в направлении толщины. В структуре согласно настоящему изобретению используются полые упругие в любом направлении средства, позволяющие всей структуре "складываться" самой в себя благодаря, в первую очередь, упругости этих средств и способности структуры адаптироваться под давлением, таким образом обеспечивая такое уникальное свойство.
Одним вариантом реализации изобретения является сверхэластичная прокладка для использования в спортивной обуви, кроссовках, стандартной обуви, ботинках и т.д. Структура может быть тканым или нетканым материалом, содержащим функциональные нити в продольном направлении или в направлении утка, лежащие выше и ниже слоя полых упругих средств, уложенных слоями в поперечном направлении или направлении основы. Полые упругие средства, используемые в поперечном направлении, могут быть сделаны из полиуретана, резины, Lycra, Estane или любого деформируемого материала, имеющего превосходную эластичность, как, например, сжимаемость и упругость, а также прочность для того, чтобы позволить структуре сжиматься и восстанавливаться или «пружинить обратно». Структура в целом может быть соединена вместе при помощи «уточной связующей нити» или нити, вплетенной в структуру для соединения структуры вместе для ее последующей обработки. Несмотря на то, что в настоящем описании упомянуты уточные связующие нити, связующие нити также могут проходить в поперечном направлении или в обоих направлениях, продольном и поперечном. Для соединения структуры также могут использоваться другие средства, как, например, клеи, сварка или сварка лазером.
Согласно одному варианту реализации изобретением является сверхэластичная «ковровая прокладка» для использования в напольных ковриках, спортивных покрытиях, напольных покрытиях и т.д. Структура может быть тканым или нетканым материалом, содержащим функциональные нити в продольном направлении или в направлении утка, лежащие выше и ниже полых упругих средств, уложенных слоями в поперечном направлении или направлении основы. Полые упругие средства, используемые в поперечном направлении или в направлении основы, могут быть сделаны из полиуретана, резины, Lycra, Estane или любого деформируемого материала, имеющего превосходную эластичность, а также прочность для того, чтобы позволить структуре сжиматься и восстанавливаться или «пружинить обратно». Структура в целом может быть соединена вместе при помощи «уточной связующей нити» или нити, вплетенной в структуру для соединения структуры вместе для ее последующей обработки. Несмотря на то, что в настоящем описании упомянуты уточные связующие нити, связующие нити могут проходить также в поперечном направлении или в обоих направлениях, продольном и поперечном. Для соединения структуры также могут использоваться другие средства, как, например, клеи, сварка или сварка лазером.
Задачей изобретения является создание структуры, имеющей улучшенные свойства восстанавливаться по сравнению с обладающими эффектом памяти формы вспененными материалами, гелями, пружинными системами и т.д.
Другой задачей изобретения является создание гладкой и однородной поверхности поверх прокладки для улучшения поддержки обуви и стопы.
Другой задачей изобретения является создание «плоской», лишенной пересечений структуры с улучшенной поддержкой материала ковра/материала спортивного пола/материала пола.
Другой задачей изобретения является обеспечение превосходныго сохранения характеристик восстановления/демпфирования благодаря «полному» восстановлению материала полых упругих элементов внутри структуры, противодействующему прямому сжатию материалов. Это достигнуто благодаря структуре, обеспечивающей поддержание между участками материала полых упругих элементов, которое позволяет избежать «перенапряжения» материала, сохраняя его в рабочем состоянии, в результате это дает более длительный срок службы.
Другой задачей изобретения является обеспечение превосходной влагостойкости или устойчивости против проблем, связанных с удержанием воды, в некоторых применениях вследствие эффекта самоочистки благодаря сжатию с последующим восстановлением.
Другой задачей изобретения является обеспечение отличного отношения восстановления после сжатия к весу, что обеспечивает способность к значительному демпфированию при малом весе на структуры.
Другой задачей изобретения является обеспечение превосходной «воздухопроницаемости» амортизирующей структуры, обеспечивающей испарение и/или удаление пота или другой влаги при сжатии.
Соответственно, раскрыта выполненная с возможностью сжатия эластичная прокладка, содержащая структуру, содержащую: параллельные нити, ориентированные в поперечном направлении или направлении основы, и параллельные нити, ориентированные в продольном направлении или в направлении утка, в которой только нити утка или только нити основы, или и те, и другие, состоят из полых упругих элементов (в направлении толщины, или радиальном, направлении и в продольном, или осевом, направлении) с превосходной сжимаемостью и упругостью. Структура содержит первый слой параллельных нитей, проходящих или в направлении основы, или в направлении утка, второй слой параллельных нитей на одной стороне первого слоя, нити второго слоя, проходящие в направлении основы или в направлении утка, отличающиеся от нитей первого слоя и содержащие полые упругие элементы, и третий слой параллельных нитей на противоположной стороне второго слоя, как первый слой, и проходящие в таком же направлении, как нити первого слоя. Параллельные нити третьего слоя выровнены, так что они оказываются вставлены между промежутками, образованными между параллельными нитями первого слоя. Другими словами, такая структура может быть классифицирована как «лишенная пересечений», так как нити или элементы в направлении основы и нити в направлении утка друг с другом не переплетаются, а уложены стопой перпендикулярно друг другу и лежат в разных плоскостях. Кроме того, структура может содержать систему связующих нитей. Связующие нити могут быть в направлении основы, или в направлении утка, или в обоих направлениях, в направлении основы и в направлении утка. В прокладке количество нитей в третьем слое может быть меньше, чем количество нитей в первом слое. Нити второго слоя могут быть перпендикулярны нитям первого и третьего слоев. Второй слой может быть расположен под углом меньше 90° по отношению к первому и третьему слоям, например под углом 45°.
Структура прокладки может содержать четвертый слой параллельных элементов в таком же направлении, как второй слой, нитей, содержащих полые упругие элементы, и пятый слой параллельных нитей в таком же направлении, как первый слой, причем нити пятого слоя выровнены в той же вертикальной плоскости в направлении толщины, как первый слой.
В другом варианте реализации раскрыта выполненная с возможностью сжатия эластичная прокладка, содержащая структуру, содержащую: нити основы, нити утка, причем неограниченное количество нитей утка, нитей основы и полых упругих элементов взаимно переплетены для формирования тканой структуры; и неограниченное количество этих нитей выполнены из полых элементов, упругих в осевом и радиальном направлениях. Кроме того, прокладка может содержать систему связующих нитей. В одном варианте реализации прокладка может быть выткана в 2-8-зевном рисунке.
Следует заметить, что в каждом из вариантов реализации, описанных в настоящем описании, полые упругие элементы могут быть встроены в каждом или в обоих направлениях, в направлении основы и в направлении утка, для придания структуре заданных характеристик сжимаемости и упругости. Кроме того, неограниченное количество слоев может содержать неограниченное количество полых упругих элементов при условии, что по меньшей мере один слой конечной структуры полностью состоит из полых упругих элементов. Полые упругие элементы могут иметь любые формы, соответствующие применению, и могут быть, например, моноволокном, волокном с несколькими нитями, крученым моноволокном или крученым волокном с несколькими нитями, элементом, изготавливаемым свертыванием из разных материалов, многокомпонентным элементом, трикотажным элементом, скрученным элементом или плетеным элементом. Полые упругие элементы могут частично состоять из эластичного материала, как, например, многокомпонентный элемент, в котором один компонент является эластичным материалом, или полый упругий элемент может полностью состоять из эластичного материала. Полый упругий элемент может иметь поперечное сечение круглой или некруглой формы. Формы некруглых поперечных сечений могут включать, но этим не ограничиваются, квадратную, прямоугольную, треугольную, эллиптическую, трапециевидную, многоугольную и дольчатую формы. Полый упругий элемент может содержать одно или более отверстий, проходящих в его продольном или осевом направлении, а сами отверстия могут иметь поперечное сечение круглой или некруглой формы, включающей квадратную, прямоугольную, треугольную, эллиптическую, трапециевидную, многоугольную и дольчатую формы, и могут иметь любой подходящий диаметр. Примеры хороших эластичных материалов включают, но этим не ограничиваются, полимеры, как, например, полиуретан, резину или материал, который продается под торговыми марками Lycra Invista или Estane Lubrizol.
В описании и вариантах реализации изобретения структура прокладки может быть слоистой. Слоистая структура может содержать два независимо вытканных слоя ткани с ламинированным между ними слоем полых упругих элементов. Кроме того, слоистая структура может содержать систему связующих нитей, вплетенную между слоями слоистой структуры.
Кроме того, в описании и вариантах реализации изобретения прокладка может содержать структуру, в которой система связующих нитей и полые упругие элементы ориентированы в одном направлении. Направление полых упругих элементов и связующих нитей может быть направлением основы или направлением утка. Такая структура может содержать слой полых упругих элементов, расположенных внутри двухслойной структуры. В прокладке структура может содержать полые упругие элементы, сформированные из более грубых (более крупных) нитей основы, и связующие нити, формированные из нитей основы меньшего размера, чем полые упругие элементы.
В описании и вариантах реализации изобретения в прокладке структура может быть конечным продуктом или структура может быть компонентом другой структуры. Прокладка может быть включенной в состав изделий или может быть выбрана из группы изделий, содержащей: обувь; спортивную обувь; ботинки; напольное покрытие; напольные коврики; ковровые подкладки; спортивные полы; автомобильные детали; композиционные материалы; черновые полы; черновые полы в гимнастических залах; черновые полы на спортивных аренах; покрытия подушки гладильного пресса; пуленепробиваемую ткань; бронежилет; защитную ткань на окна от урагана; подкладку; подкладку для спортивного оборудования; протекторы грудной клетки принимающего в бейсболе; защитные наколенники/налокотники; защитные набедренные щитки; стеновые покрытия; обувные стельки и ортопедические средства; задники/подошвы для спортивной обуви; упругий слой для постельного белья и автомобильных сидений. Структура может также содержать материал, обеспечивающей возможность смены поверхности; материал может быть нитью для ткани типа липучка.
Например, автомобильный бампер с предлагаемой структурой в качестве слоя, причем внутри слоя этой структуры не содержится смолы, что позволяет обеспечивать требуемое движение, является улучшенным в сравнении с известными. Кроме того, настоящее изобретение может использоваться для обувных или ортопедических стелек, которые обычно являются формованными из твердой смолы. Включение слоя сверхэластичной прокладки согласно настоящему изобретению улучшает их амортизирующие свойства. Включение сверхэластичной прокладки согласно настоящему изобретению как слоя в монолитную структуру, не содержащего смолы, для обеспечения движения существенно улучшает амортизирующие свойства спортивной обуви/кроссовок.
В описании и вариантах реализации изобретения слои структуры могут содержать некоторое количество прилегающих слоев, содержащих полый упругий материал.
Для лучшего понимания изобретения, целей и преимуществ, получаемых благодаря его использованию, сделана ссылка на прилагаемый текстовый материал, в котором иллюстрированы предпочтительные, но не ограничивающие варианты реализации изобретения.
Термины «содержащий» и «содержит», использованные в настоящем описании, могут означать то же самое, что и термины «включающий в себя» и «включает в себя» или могут иметь значение, данное для этого термина в Патентном Законе США. Термины «по существу содержащий» или «содержит по существу», использованные в формуле изобретения, имеют значение, данное для этого термина в Патентном Законе США. Другие аспекты изобретения описаны или очевидны из последующего описания (в пределах объема изобретения).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены для лучшего понимания изобретения, являются неотъемлемой частью настоящего описания. Представленные в настоящем описании чертежи вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения. На чертежах:
на фиг.1 изображена сверхэластичная прокладка согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг.2 изображено размещение сверхэластичной прокладки внутри обуви согласно одному варианту реализации изобретения;
на фиг.3 изображена тканая структура согласно одному варианту реализации изобретения;
на фиг.4 изображено формирование структуры согласно одному варианту реализации изобретения;
на фиг.5А и 5В изображены вид сбоку и вид в профиль еще одного варианта реализации обладающей признаками изобретения прокладки соответственно;
на фиг.6 изображен еще один этап формирования структуры согласно одному варианту реализации изобретения;
на фиг.7 изображена тканая структура согласно одному варианту реализации изобретения;
на фиг.8 изображена другая структура согласно другому варианту реализации изобретения;
на фиг.9 изображен вариант реализации изобретения, содержащий многокомпонентную спирально намотанную нить, содержащую полый упругий элемент;
на фиг.10А изображен вариант реализации слоистой структуры;
на фиг.10В изображена тканая «лишенная пересечений» структура;
на фиг.11 изображен вариант реализации изобретения, содержащий пятислойную выполненную с возможностью сжатия эластичную ткань, содержащую основную связующую нить;
на фиг.12 изображен другой вариант реализации изобретения, содержащий вплетенные нити основы;
на фиг.13А-13Е изображен другой вплетенный вариант реализации ткани;
на фиг.14 изображены различные поперечные сечения полого упругого элемента согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному варианту реализации изобретением является амортизирующая прокладка, в которой используется уникальная структура, обеспечивающая сверхэластичное поведение прокладки под действием перпендикулярно приложенной сжимающей нагрузки с высокой степенью восстановления толщины. Такая сверхэластичная структура с превосходной сжимаемостью и упругостью может быть использована для различных применений, как, например, спортивная обувь, стандартная обувь, ботинки, напольные коврики, ковровые прокладки, спортивные покрытия и т.д. Структура сама по себе может быть конечным продуктом, или структура может быть компонентом другой структуры. Возможные применения включают, но этим не ограничиваются: автомобильные детали и другие композиционные материалы; напольное покрытие; черновые полы, в частности в гимнастических залах или на других спортивных аренах, покрытия подушки гладильного пресса, пуленепробиваемую ткань, такую как бронежилет или защиту на окна от урагана, подкладку для спортивного оборудования, такую как протектор грудной клетки принимающего в бейсболе, защитные наколенники/налокотники для бегунов, гонщиков, конькобежцев, волейболистов, щитки для голени/наколенники для крикета, набедренные щитки для футболистов, стеновые покрытия для стадионов, гимнастических залов, спортивных арен; обувные стельки и ортопедические средства; задники/подошвы для спортивной обуви, например кроссовок, упругий слой для постельного белья, автомобильных сидений, подушек и другие промышленные применения, где требуется сжимаемость и упругость в направлении толщины.
В такой структуре используется полый упругий элемент в одном направлении тканой или нетканой структуры ткани, который позволяет целой структуре «складываться» самой в себя благодаря упругости этого элемента и способности структуры адаптироваться под давлением и затем восстанавливаться по существу до той же самой первоначальной формы и толщины, таким образом обеспечивая уникальное свойство.
Полый упругий элемент определяется как эластичный в направлении толщины или радиальном направлении и продольном или осевом направлении и требуется для вариантов реализации, рассмотренных в настоящем описании. Полый упругий элемент может иметь любую форму, соответствующую применению, и может быть, например, одиночным моноволокном, волокном с несколькими нитями, крученым моноволокном или крученым волокном с несколькими нитями, элементом, изготавливаемым свертыванием из разных материалов, многокомпонентным элементом, трикотажным элементом, спирально навитым элементом или плетеным элементом. Полые упругие элементы могут частично состоять из эластичного материала, как, например, многокомпонентный элемент, в котором один компонент является эластичным материалом, или полый упругий элемент может полностью состоять из эластичного материала. Полый упругий элемент может иметь поперечное сечение круглой или некруглой формы. Формы некруглых поперечных сечений могут включать, но этим не ограничиваются, квадратную, прямоугольную, треугольную, эллиптическую, трапециевидную, многоугольную и дольчатую формы. Полый упругий элемент может содержать одно или более отверстий, проходящих в его продольном или осевом направлении, а сами отверстия могут иметь поперечное сечение круглой или некруглой формы, включающей квадратную, прямоугольную, треугольную, эллиптическую, трапециевидную, многоугольную и дольчатую формы, и могут иметь любой подходящий диаметр. Некоторые не ограничивающие примеры форм поперечного сечения для полого упругого элемента изображены на фиг.14. Следует заметить, что полый упругий элемент согласно настоящему изобретению весит меньше и сжимается больше (в направлении толщины), чем полый упругий элемент такого же наружного диаметра, но без какого-либо отверстия(й), проходящего в его продольном или осевом направлении. Примеры нескольких хороших эластичных материалов включают, но этим не ограничиваются, полимеры, как, например, полиуретан, резину или материал, который продается под торговыми марками Lycra Invista или Estane  Lubrizol.
Один вариант реализации изобретения изображен на фиг.1, который является прокладкой 10 для использования в такой обуви, как, например, спортивная обувь, кроссовки, стандартная обувь, ботинки и т.д. На фиг.2 изображен пример размещения прокладки 10 внутри обуви. На фиг.3 изображен «вид сверху» структуры согласно одному варианту реализации изобретения, также известной как ткань основания, глядя на ткань сверху. На фиг.3 иллюстрировано использование функциональных нитей 20, 30 в одном направлении, например в продольном направлении или направлении утка, уложенных рядами выше и ниже слоя полых упругих элементов 40 в поперечном направлении или в направлении основы. Здесь полые упругие элементы 40 приспосабливаются по форме к вставке функциональных нитей 20, 30 и изгибаются и сплющиваются/вытягиваются вокруг функциональных нитей 20, 30. Функциональные нити могут включать любой тип нитей (как, например, одиночные моноволокна, волокна с несколькими нитями, текстурированные волокна с несколькими нитями и т.д.) или комбинированные структуры (спирально навитые, дублированные, вязаные, плетеные из неограниченного количества материалов и т.д.), известные специалистам в данной области.
Полый упругий элемент 40 может быть полимером, как, например, полиуретан, резина или материал, который продается под торговыми марками Lycra Invista или Estane Lubrizol, или любым деформируемым материалом, имеющим достаточную упругость, а также прочность для того, чтобы позволить структуре сжиматься и восстанавливаться или «пружинить обратно». Структура 10 может быть изготовлена способом, меняющим под углом 90° продольные и поперечные нити. Следует заметить, что нити/материал/полосы/шнуры/ носители 20, 30 являются взаимозаменяемыми в целой структуре 10 для создания продольных участков для того, чтобы почти полностью сжиматься друг с другом, без наложения друг на друга, с формированием плоской структуры еще с открытым участком, так что обеспечивается проницаемость. Целая структура 10 может быть «соединена» вместе при помощи «уточных связующих нитей» 50, как показано на фиг.3, или другой нити, вплетенной в структуру для соединения структуры вместе, для обеспечения последующей обработки «ткани основания». Несмотря на то, что в настоящем описании упомянуты «уточные связующие нити», связующие нити могут проходить также в направлении основы или в обоих направлениях, направлении основы и направлении утка. Для соединения нитей структуры вместе также могут использоваться другие средства, как, например, клеи, сварка или сварка лазером.
При приложении сжимающей нагрузки полые упругие элементы 40 будут вытягиваться, позволяя нитям 20 и 30 двигаться навстречу друг другу и "вставляться" между друг другом по существу в одной плоскости, как показано на фиг.6. В этом состоянии полые упругие элементы 40 приобретают форму согласно этой вставке, изгибаются и сплющиваются/вытягиваются вокруг нитей 20, 30 в верхнем и нижнем слоях. При снятии сжимающей нагрузки вследствие их упругости они заставляют нити 20 и 30 двигаться в сторону друг от друга или «пружинить обратно», возвращая ткань к требуемой толщине и пористости, как изображено на фиг.4. Следовательно, прокладка, имеющая полную толщину, равную толщине нитей 20 плюс толщина нитей 30 плюс толщина полого упругого элемента 40 в несжатом перпендикулярно состоянии, оказывается выполнена с возможностью сжатия и эластичной почти по всей толщине нити, т.е. потеря толщины составляют некоторую часть полого упругого элемента 40, и ткань может быть почти такой же тонкой, как диаметр нитей 20 или 30 большей величины, в сжатом состоянии. Важно отметить, несмотря на то, что функциональные нити 20, 30 изображены на некоторых чертежах с квадратным поперечным сечением, они могут иметь любой размер, форму, материал, соответствующий конкретному применению.
В другом варианте реализации, похожем на вышеуказанный, слои нитей 20 и 30 имеют такое же положение и относительную ориентацию/размещение с определенным промежутком, как в вышеуказанном варианте, но слой полых упругих элементов 40 ориентирован под углом меньше 90° по отношению к верхнему и/или нижнему слоям, предпочтительно под углом 45°.
Кроме того, может быть более чем два слоя функциональных нитей и более чем один слой полых упругих элементов, как изображено на фиг.5А. Если имеются три слоя функциональных нитей, например, два слоя из трех должны быть расположены на расстоянии друг от друга с обеспечением вставки. Например, верхний и средний слои могут быть ориентированы таким образом, что нити в среднем слое можно разместить в промежутке между двумя соседними нитями верхнего слоя, а нити в нижнем слое уложены стопой в вертикальной ориентации с или верхним слоем или средним слоем. Кроме того, оба слоя в поперечном направлении могут содержать полые упругие элементы, или только один слой может содержать полые упругие элементы, а другой слой может содержать функциональные нити. Далее, нити в верхнем, среднем и нижнем слоях могут быть одинаковыми или могут отличаться друг от друга по форме, материалу и т.д.
На фиг.5В изображен вид сбоку структуры 35, содержащей пять слоев, по существу, в параллельных плоскостях, в которой каждый слой содержит параллельные нити/элементы. Нити первого, третьего и пятого слоев (т.е. слоев 12, 16 и 22) ориентированы, например, в продольном направлении, в то время как полые упругие элементы второго и четвертого слоев (т.е. слоев 14 и 18) ориентированы, например, в поперечном направлении. Как изображено на чертежах, функциональные нити 30 в третьем слое 16 расположены на расстоянии друг от друга выше описанным способом, так что они расположены между нитями 20 первого слоя 12 и пятого слоя 22, посредством этого обеспечивая вышеуказанную «вставку». Второй слой 14 и четвертый слой 18 содержат полые упругие элементы 40. Связующие нити 50 (не показаны) расположены, например, в поперечном направлении, хотя они могут быть расположены в продольном направлении тоже. Несмотря на то, что описанные в настоящем описании варианты реализации содержат первый, третий и пятый слои, ориентированные в продольном направлении, и полые упругие элементы второго и четвертого слоев, ориентированные в поперечном направлении, слои могут быть использованы по принципу взаимозаменяемости при условии, что имеется по меньшей мере один слой полых упругих элементов. Например, первый и пятый слои могут быть ориентированы в поперечном направлении, а полые упругие элементы второго и четвертого слоев в комбинации с функциональными нитями третьего слоя могут быть ориентированы в продольном направлении. Аналогично, связующие нити 50 могут быть распложены в любом или в обоих направлениях, как требуется.
Слои 12, 14, 16, 18 и 22 не переплетаются, как изображено на фиг.5. Вместо этого для соединения слоев вертикально вместе используются одна или более относительно тонких нитей или связующие нити 50. Данный тип структуры гарантирует, что отдельные нити слоев не сдвигаются вбок. Связующие нити могут чередоваться от одного ряда к другому, при этом каждый ряд проходит, например, в поперечном направлении.
Кроме того, степень сжатия/упругости регулируется упругостью требуемых упругих элементов, количеством слоев упругих элементов, размером, формой, их количеством в каждом слое упругих элементов и, конечно, цельностью самой структуры. Кроме того, структура согласно изобретению может быть частью слоистого материала с прикрепленными к ней другими наборами нитей или тканями основания. Структура может иметь слой покрытия на одной или обеих сторонах, и покрытие может частично или полностью герметизировать или пропитывать целую структуру. Кроме того, покрытие/пропитывающее вещество может быть сетчатым или несетчатым вспененным материалом.
Любая из продольных нитей может быть одиночной по природе (как в одиночных моноволокнах, волокнах с несколькими нитями, текстурированных волокнах с несколькими нитями и т.д.) или комбинированными структурами (спирально навитыми, дублированными, вязаными, плетеными из неограниченного количества материалов и т.д.), как известно специалистам в данной области. Они могут быть проницаемые или непроницаемые для текучих сред. Они могут быть изготовлены из полимеров, как, например, полиэфиры, полиуретаны, полиамиды, полиолефины, или металлов, резины и т.д., или их комбинации.
При необходимости ткань может быть прошита волоконными нитями для создания гладкой поверхности и может быть покрыта вспененными материалами, покрытиями или частицами. Другие формы включают мембрану, набор нитей, или к ткани может быть припрессована другая ткань. Структура, содержащая данные полые упругие элементы, должна быть конструирована с достаточной степенью сжимаемости, а также с достаточной упругостью и прочностью для того, чтобы позволить структуре восстанавливаться или «пружинить обратно». Способность структуры к сжатию и восстановлению имеет следующие преимущества:
1. улучшенные характеристики восстановления в сравнении с эффектом памяти формы вспененных материалов, гелей, пружин и т.д.,
2. ровные и однородные характеристики поверхности, например, в изделиях, имеющих «плоскую», «лишенную пересечений» структуру (например, для обеспечения улучшенной поддержки обуви и ноги),
3. сохранение отличных характеристик восстановления/демпфирования благодаря «полному» восстановлению материала полых упругих элементов внутри структуры (противоположному вертикальному сжатию материалов). Это происходит благодаря структуре, обеспечивающей поддержание между участками материала полых упругих элементов, которое позволяет избежать «перенапряжения» материала полых упругих элементов, сохраняя его в «рабочем состоянии», в результате это дает более длительный срок службы,
4. превосходная влагостойкость или устойчивость против проблем, связанных с удержанием воды вследствие эффекта самоочистки из-за сжатия и восстановления;
5. отличное отношение восстановления после сжатия к весу, что обеспечивает способность к значительному демпфированию при малом весе структур;
6. обеспечение превосходной воздухопроницаемости амортизирующей структуры, обеспечивающей испарение и/или удаление пота или другой влаги при сжатии.
Структура 35 может быть выткана гладкой, бесконечной или формированной другим известным способом. Позиционирование указанных продольных слоев (или поперечных слоев, если выткана в другом направлении) может быть критичным, так как интервалы структуры должны обеспечивать равномерное прижатие нитей одного слоя в другой, таким образом, обеспечивая одинаковое поведение структуры по всей длине и ширине. Следует заметить, что структура также может быть формирована без ткачества, последовательно укладывая указанные нити/элементы перпендикулярно друг другу, как изображено на фиг.4, и 5, и обеспечивая правильное позиционирование, с целью получения конечной структуры. Данные нити/элементы могут быть закреплены на месте с использованием клеев, методов сварки (например, лазерной и/или ультразвуковой) или с использованием других способов сварки или склеивания. Слои также могут быть уложены стопой перпендикулярно или под углом поверх друг друга с формированием более толстой, даже более сжимающейся структуры.
Согласно одному варианту реализации изобретением является «ковровая прокладка», в которой используется уникальная структура 60, обеспечивающая чрезвычайно эластичное поведение под действием нагрузки с высокой степенью восстановления толщины. В данной структуре 60, изображенной, например, на фиг.7, используется полый упругий элемент 140 в одном направлении ткани, который позволяет структуре складываться самой в себя благодаря, в первую очередь, упругости этого элемента и способности структуры адаптироваться под давлением, таким образом обеспечивая такое уникальное свойство.
На фиг.7 изображен «вид сверху» структуры согласно изобретению, также называемой тканью основания, глядя на ткань сверху. Нити 120, 130 использованные в одном направлении, например в продольном, уложены рядами выше и ниже полого упругого элемента 140 в поперечном направлении. Полый упругий элемент 140 может быть сделан из полиуретана, резины, Lycra, Estane или любого деформируемого материала, имеющего достаточную эластичность, а также прочность для того, чтобы позволить структуре восстанавливаться или «пружинить обратно». Структура 60 может быть изготовлена способом, меняющим под углом 90° продольные и поперечные нити. Следует заметить, что нити/полосы/шнуры 120, 130 являются взаимозаменяемыми в пределах всей структуры 60 для создания продольных участков для того, чтобы почти полностью сжиматься друг с другом без наложения друг на друга с формированием плоской структуры, еще с открытым участком, так что обеспечивается проницаемость. Вся структура 60 может быть «соединена» вместе при помощи «уточных связующих нитей» 150, как показано на фиг.7, или другой нити, вплетенной в структуру для ее соединения вместе для ее последующей обработки. Несмотря на то, что в настоящем описании упомянуты уточные связующие нити, связующие нити могут проходить также в направлении основы или в обоих направлениях, направлении основы и направлении утка. Для соединения нитей структуры вместе также могут использоваться другие средства, как, например, клеи, сварка или сварка лазером.
Любая из продольных нитей может быть одиночной по природе (как в моноволокнах/ волокнах с несколькими нитями, текстурированных волокнах с несколькими нитями и т.д.) или комбинированными структурами (спирально навитыми, дублированными, вязаными и т.д.). Они могут быть проницаемые или непроницаемые для жидкостей. Они могут быть изготовлены из полимеров, как, например, полиэфиры, полиуретаны, полиамиды, полиолефины, или металлов, резины, Lycra, Estane и т.д. или их комбинации. При необходимости ткань может быть прошита волоконными нитями для создания гладкой поверхности и/или может быть покрыта вспененными материалами, покрытиями или частицами. Структура, содержащая полые упругие элементы, должна позволять структуре сжиматься и восстанавливаться или «пружинить обратно». Структура обладает следующими преимуществами:
1. улучшенные характеристики восстановления в сравнении с эффектом памяти формы вспененных материалов, гелей, пружин и т.д.,
2. ровные и однородные характеристики поверхности благодаря «плоской», лишенной пересечений» структуре (например, для обеспечения улучшенной поддержания ковра/спортивного покрытия/ напольного покрытия),
3. сохранение отличных характеристик восстановления/демпфирования благодаря «полному» восстановлению материала полых упругих элементов внутри структуры (противоположному вертикальному сжатию материалов). Это происходит благодаря структуре, обеспечивающей поддержание между участками материала полых упругих элементов, которое позволяет избежать «перенапряжения» материала полых упругих элементов, сохраняя его в «рабочем состоянии», в результате это дает более длительный срок службы,
4. превосходная влагостойкость или устойчивость против проблем, связанных с удержанием воды вследствие эффекта самоочистки из-за сжатия.
Структура 60 может быть выткана гладкой, бесконечной или формированной другим известным способом. Позиционирование указанных продольных слоев (или поперечных слоев, если выткана в другом направлении) может быть критичной, так как интервалы структуры должны обеспечивать равномерное прижатие нитей одного слоя в другой, таким образом обеспечивая одинаковое поведение структуры по всей длине и ширине. Следует заметить, что структура также может быть формирована без ткачества, последовательно укладывая указанные нити/элементы перпендикулярно друг другу, как изображено на фиг.4, и 5, и обеспечивая правильное позиционирование, с целью получения конечной структуры. Данные нити/элементы могут быть закреплены на месте с использованием клеев, методов сварки (например, лазерной и/или ультразвуковой) или с использованием других способов сварки или склеивания. Слои также могут быть уложены стопой перпендикулярно или под углом поверх друг друга с формированием более толстой, даже более сжимающейся структуры.
Еще в одном варианте реализации каждый слой ткани может быть сформирован смешением различных раппортов переплетения или зевных рисунков. Способом, известным из уровня техники, в гладком ткачестве, нить основы галевом ремизки проходит в гребенку основовязальной машины, и рисунок плетения формируется поднятием и опусканием положения галевы ремизки для каждой нити в направлении основы перед тем, как уточная нить будет вставлена в зев, созданный поднятием и опусканием нитей основы. Количество нитей, скрещивающихся перед раппортами рисунка плетения, называется зевом. Далее, в гладком ткачестве используют, например, два зева в ткацком станке для изменения положений нитей основы, и, следовательно, рисунок плетения может называться «2-зевным». Соответственно, ткань согласно настоящему изобретению может быть конструирована с использованием 2-, 4-, 6- и 8-зевных рисунков плетения и т.д.
На фиг.8 изображен «2-зевный» рисунок плетения с уточной нитью шириной 0,35 мм; на чертежах изображены две различные плотности для полого упругого элемента 40 и связующей нити 50. Для плетения двухзевной поверхности, например, пятислойной ткани с полым упругим элементом 40 может быть использован рисунок с использованием 16 ремизок (16/4=4, 4/2=2 зева). В другом примере двухслойная, с рисунком плетения 4/8 зева, ткань может иметь в качестве уточной нити 4 пряди полых упругих элементов из таких полимеров, как Lycra или Estane.
Для иллюстрации других вариантов реализации структуры на фиг.9 изображена многокомпонентная спирально навитая нить, содержащая полый упругий элемент 40 для многослойной ткани, имеющей двухслойную структуру. На фиг.10А и 10В изображены варианты реализации слоистых структур ткани. На фиг.10А изображена ткань основания с полым упругим элементом 40 и функциональными нитями 20, 30, прослоенными между двумя слоями ткани.
На фиг.10В изображено тканое «лишенное пересечений» основание. Основание имеет полый упругий элемент 40 и функциональные нити 20, 30, а также связующую нить 50. Кроме того, предложены другие варианты реализации, в которых полый упругий элемент может быть трикотажной, крученой нитью или нитью для ткани типа липучка.
Для варианта реализации, в котором используется нить для ткани типа липучка, ткань может быть приспособлена, например, к легкому прикреплению и замене поверхностей ткани, изношенных вследствие напряжений, которым подвергаются прокладки и структуры. В другом примере ткань может содержать поверхности, выполненные с возможностью замены и таким образом обеспечивающие использование одной и той же ткани для различных задач, как, например, спортивный пол, где требуются различные поверхности для разных видов спорта.
В другом варианте реализации на фиг.11 изображена пятислойная выполненная с возможностью сжатия эластичная ткань, содержащая основную связующую нить 50. Набор 116, содержащий полые упругие элементы 40, проходящие в направлении основы, расположен между первым набором 112 и третьим набором 122. Четвертый слой 126, содержащий полые упругие элементы 40, содержит нити, расположенные в чередующихся промежутках в вертикальной плоскости от параллельных полых упругих элементов второго слоя 116. Нити 20 пятого слоя 128 расположены в той же вертикальной плоскости, как нити 20 первого слоя 112. Как изображено на чертежах, каждая связующая нить 50, проходящая в направлении основы, поочередно переплетается выше и ниже трех параллельных нитей в первом и пятом слоях и расположена на расстоянии от другой нити в направлении утка, так что каждая из нитей 20 первого слоя 112 и пятого слоя 128 образует длинные перекидные петли. Как изображено на чертежах, полые упругие элементы расположены внутри двухслойной тканой структуры, использующей 16 ремизок для бесконечного ткачества или 8 ремизок для гладкого ткачества. В ткани, вытканной согласно варианту реализации, могут быть использованы нити основы одиночного моноволокна, или нити с 4 прядями, или нити другого типа. Кроме того, можно использовать нити основы двух различных типов, более грубые (более крупные) нити основы, содержащие полый упругий элемент 40, и нити основы меньшего размера для связующей нити 50. Структура ткани, как изображено на фиг.11, также может быть сформирована с использованием двух отдельных основных стержневых элементов, например более грубая основа, содержащая полый упругий элемент 40 на одном на одном стержневом элементе, и основа меньшего размера, содержащая связующую нить 50 на другом стержневом элементе. Однако, если нежелательно иметь два основных стержневых элемента, связующие нити меньшего размера могут чередоваться с полыми упругими основными элементами на том же самом стержневом элементе.
Однако плетение должно быть таким, что полые упругие элементы могут вытягиваться и сжиматься, и основание сжимается под действием перпендикулярной нагрузки, а затем «пружинит обратно» после снятия этой нагрузки.
На фиг.12 изображен другой вариант реализации. Как изображено на чертеже, четыре конца нитей 20 первого слоя 112, проходят в переплетении выше слоев 116, 122, 126 полых упругих элементов 40, переходят в двухслойное связующее каждый второй раппорт, а четыре конца нитей 20, проходящие в переплетении ниже слоев 16, 20, 26, переходят в двухслойное связующее каждый второй раппорт. Необязательно, чтобы каждый слой состоял из полых упругих элементов. Однако структура ткани должна содержать по меньшей мере один слой полых упругих элементов для того, чтобы демонстрировать требуемую способность "пружинить обратно".
Другой вариант реализации ткани изображен на фиг.13А-13Е, со структурой ткани, содержащей витки, ориентированные приблизительно в продольном направлении, и полые упругие элементы во внутренних слоях. На чертежах изображено три слоя 212, 216, 220, содержащие полые упругие элементы 40; верхний слой 212 и нижний слой 220, проходящие в поперечном направлении, и средний слой 216, расположенный по длине в продольном направлении. Связующие нити 50 проходят или переплетаются через структуру, как иллюстрировано, где на верхней поверхности нити 50 проходят выше двух полых упругих элементов 40 верхнего слоя 212, ориентированного в поперечном направлении, и проходят вниз к петле ниже одного полого упругого элемента 40 в нижнем слое 220 полых упругих элементов, после этого нить проходит снова вверх. Как изображено, связующие нити 50 формированы витками 230 с образованием на верхней поверхности ткани длинных перекидных петель и небольших мест пересечения на нижней стороне ткани. Однако переплетение и расположение полых упругих элементов должно быть таким, что они могут сжиматься и вытягиваться под действием нагрузки (давления), приложенной перпендикулярно к поверхности ткани основания, и ткань основания «пружинит обратно» при снятии этой нагрузки.
На основе данного описания различные модификации к настоящему изобретению будут очевидны для специалистов в данной области, но они должны быть выполнены в пределах объема изобретения, ограниченного прилагаемой формулой изобретения.