DE2827059A1

DE2827059A1 - Brandsohle und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2827059A1
Application number: DE19782827059
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kogo; Takashi Toyama
Original assignee: Toho Beslon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1979-01-11
Also published as: IT7849916A0; CA1099097A; US4231169A; FR2400856A1; GB2000433A; NL7806461A

Description

PATENTANWÄLTE fc V 4 / V Q

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER- DR.-INS. ANNEKÄTE WEISERT DIPU-INS. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-BOOO MÜNCHEN 71 · TELEFON OB9/797O77-797O78 · TELEX O5-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1911 WK/rm

TOHO BESLON CO., LTD. Tokyo / Japan

Brandsohle und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine leichte Brandsohle bzw. Einlegesohle mit einem hohen Elastizitätsmodul, die ein Gelenk aus einer faserverstärkten Harzplatte besitzt. Sie wird in der Weise hergestellt, daß ein Gelenkelement auf ein Brandsohlenelement aufgebracht wird und daß unter Druck erhitzt wird, um die Platte zu verformen und die Platte mit dem Brandsohlenelement zu verkleben.

Das auf die Brandsohle bzw. Einlegesohle eines Schuhes aufgebrachte Gelenk hält die Gestalt des Schuhes aufrecht und wirkt als Feder während des Gehens. Das Gelenk übt einen wichtigen Einfluß auf die Eigenschaften und die Lebensdauer der Schuhe aus. Die Eigenschaften, die für ein Gelenk erforderlich sind, sind folgendet

(1) Das Gelenk sollte eine geeignete Biegestarrheit haben;

(2) das Gelenk sollte eine hohe Zertrümmerungefestigkeit haben}

(3) wenn das Gelenk gebogen und sodann wieder freigesetzt wird, dann sollte der ursprüngliche Zustand des Gelenks sofort wieder hergestellt werden)

(4) das Gelenk sollte ein geringes Gewicht haben.

Im allgemeinen wird ein Brandsohlenelement (diese Bezeichnung wird hierin dazu verwendet, um eine Brandsohle vor dem Auflegen eines Gelenks zu bezeichnen), insbesondere seine rückwärtige Hälfte, die den Fersen-Nichttrittell-Trlttell umfaßt, aus Preßpappe, Holz, nicht-gewebtem Gewebe, Gewebe oder mit

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einem Bindemittel imprägniertem Leder unter Erhärten in der Weise durch Erhitzen verformt, daß eine gekrümmte oberfläche gebildet wird, die mit der Gestalt eines Schuhs übereinstimmt. Sodann werden die rückwärtige Hälfte dieses Brandsohlenelements und ein Gelenk miteinander verbunden, um eine Brandsohle bzw. Einlegesohle zu erzeugen.

Bislang ist hauptsächlich Eisen oder Stahl als Rohmaterial für ein solches Gelenk verwendet worden. Bei einem Gelenk aus Eisen oder Stahl ist es jedoch schwierig, die Anpassung an die Krümmung eines Schuhes herzustellen. Ein Zweistufenverfahren ist angewendet worden, bei dem das Gelenk und das Brandsohlenelement gesondert hergestellt werden und diese sodann vereinigt werden. Es ist jedoch sehr schwierig, die Verformung in der Weise vorzunehmen, daß die Vorderseite des Fersen-Nichttrlttteil-Tritteil des Brandsohlenelements und die Vorderseite des Gelenks die gleiche Krümmung haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein· neue Brandsohle zur Verfügung zu stellen. Durch die Erfindung soll insbesondere eine leichte Brandsohle mit einem hohen Elastizitätsmodul zur Verfügung gestellt werden· Durch die Erfindung soll auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Brandsohle bzw. Einlegesohle zur Verfügung gestellt werden.

Durch die Erfindung wird nun eine Brandsohle bzw. Einlegesohle zur Verfügung gestellt, die ein Gelenk hat, das aus einer faserverstärkten Harzplatte bzw. -folie besteht bzw. eine solche Platte bzw. Folie enthält. Die erfindungsgemäße Brandsohle wird vorzugsweise in der Welse hergestellt, daß man ein Gelenkelement aus einer zusammengesetzten Faser-Harzplatte bzw. -folie auf ein Brandsohlenelement aufbringt und das Ganze unter Druck erhitzt, um die Platt· bzw. Folie zu verformen und mit dem Brandsohlenelement zu verkleben.

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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brandsohle; Fig. 2 einen Längsschnitt der in Figur 1 gezeigten Brandsohle;

Fig. 3 einen Querschnitt der in Figur 1 gezeigten Brandsohle, aufgenommen entlang der Linie A - A*;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Brandsohle mit Öffnungen in dem Brandsohlenelement;

Fig. 5 und 6 jeweils Längsschnitte des in Figur 4 gezeigten Brandsohlenelements; und

Fig. 7 einen Längsschnitt einer Brandsohle und einen Teil einer Testvorrichtung zur Bestimmung der Spannung der Brandsohle.

In den Figuren 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 6 ein Brandsohlenelement. 1 ist ein Fersenteil, 2 ein Nichttritteil, 3 ein Tritteil und 4 ein Zehenteil. Gewöhnlich wird ein Gelenk 5 auf das Fersenteil 1, das Nichttritteil 2 und das Tritteil 3 aufgebracht.

In jeder Zeichnung zeigt (a) ein verwendetes Gelenk in Form eines langen Streifens, (b) zeigt ein Gelenk, das auf die gesamte rückwärtige Hälfte eines Brandsohlenelements mit Einschluß der Ferse aufgebracht worden ±ß% und (c) zeigt die rückwärtige Hälfte der Brandsohle mit Einschluß der Ferse, die integral bzw. einteilig mit einem faserverstärkten Harz gebildet lsi; und das Vorderteil mit Einschluß des Tritteiis, das direkt daran gebunden ist. Der Schnitt entlang der Linie A-A¹ in Figur 1 ist als Figur 3 dargestellt.

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FUr die Zwecke der Erfindimg können Brandsohlenelemente verwendet werden, die herkömmlicherweise eingesetzt werden. So können z.B. Preßpappe, zerkleinertes Holz, nicht-gewebtes Tuch oder Lederstücke als Rohmaterialien verwendet werden. Das Rohmaterial wird mit einem Bindemittel, wie Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Leim etc., imprägniert, um ein Brandsohlenelement zu bilden.

Fasern in dem faserverstärkten Harz, die erfindungsgemäß verwendet werden können, sind solche mit einem hohen spezifischen

Elastizitätsmodul, z.B. etwa 6 χ 1Cr mm oder mehr, und einer

«7 hohen spezifischen Festigkeit, z.B. *twa 5 x 10 mm oder mehr.

So können z.B. anorganische Fasern, wie z.B. Kohlenstoffasern (mit Einschluß von Graphitfasern), Glasfasern, Aluminiumoxidfasern, Siliciumcarbidfasem, oder Borfasern etc., Metallfasern, wie z.B. Edelstahlfasern etc., und organische Fasern mit einem hohen spezifischen Elastizitätsmodul, z.B. Fasern aus einem aromatischen Polyamid, erhalten durch Kondensation von p-Phenylendiamin mit Terephthalsäure oder durch Kondensation von p-Aminobenzoesäure etc., verwendet werden. Kohlefasern, die gewöhnlich aus Reyon- oder Polyacrylnitrilfasern als Rohmaterialien erhalten werden, werden zur Verwendung in dem Gelenkelement bevorzugt, da sie einen hohen spezifischen Elastizitätsmodul (etwa 13,7 x 10' mm) und eine hohe spezifische Festigkeit (etwa 171 x 10 mm) haben. Obgleich Glasfasern im Vergleich zu Kohlefasern einen schlechteren spezifischen Elastizitätsmodul haben, werden Glasfasern zur Verwendung mit Materialien, die ausgezeichnete Eigenschaften haben, wie z.B. Kohlenstoffasern, bevorzugt. Andere Fasern können ebenfalls als Kombination von zwei oder mehreren Typen davon verwendet werden. Eine derartige Kombination enthält vorzugsweise mehr als etwa 10 Vol.-56 Kohlefasern. Hinsichtlich der anderen Fasern als der Kohlefasern wird es bevorzugt, daß sie in einem faserverstärkten Harz zwischen Kohlenstoffasem sandwichartig eingelegt sind.

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Ein geeigneter Durchmesser für die verwendeten Faserfilamente ist im allgemeinen etwa 1 bis 100 um.

Gewebe, nicht-gewebte Gewebe, Matten oder Bündel von Fasern, die aus diesen Fasern erhalten worden sind und in einer Richtung orientiert (angeordnet) sind, können ebenfalls als Verstärkungsmaterialien verwendet werden. Wenn eine Fasermatte oder nicht-gewebtes Tuch als Verstärkungsfasern verwendet wird, dann ist eine geeignete Faserlänge etwa 2 bis 150 mm, vorzugsweise Mehr als 10 am. Wenn ein gewebtes Tuch bzw. Gewebe oder ein Faserbündel verwendet wird, dann werden kontinuierliche Filamente verwendet. Längere Fasern werden bevorzugt.

Ein wärmehärtendes Harz oder ein thermoplastisches Harz wird als Harzmatrix des faserverstärkten Harzes verwendet. Geeignete wäraehärtende Harze, die verwendet werden können, sind z.B. Epoxyharze (z.B. Epoxyharze vom Bisphenol-A-Typ, Harze, hergestellt durch Umsetzung eines Novolakharzes, s.B. eines Phenolnovolakharzes oder eines Cresolnovolakharies, alt s^lchlorhydrin etc.), ungesättigte Polyesterharze (z.B. Harze vom Isophthalsäuretyp, Harze vom Orthophthalsäuretyp, wobei die Glycolkomponente dieser Polyester Äthylenglycol, Propylenglycol, Diäthylenglycol, Dipropylenglycol, Triäthylenglycol, Butandiol etc. ist) oder Phenolharze (wie z.B. Harze vom Resoltyp, Harze vom Novolaktyp etc.), Vinylesterharze (beispielsweise Harze vom Novolaktyp, erhalten durch Umsetzung einer Verbindung oder eines Harzes mit Epoxygruppen in der chemischen Struktur mit einer Carbonsäure mit einer Vinylgruppe, wie es z.B. in der US-PS 3 006 112 beschrieben wird, etc.), Polyimide (z.B. Polyimide, erhalten durch Kondensationsreaktion von beispielsweise Pyromellitsäuredianhydrid mit 4,4^I-Diaminodiphenyläther, oder Polyimide, erhalten durch AddLtionspolymerisation von beispielsweise Bismaleimid, ^,^»-Diaminodiphenylmethan, ^A'-Diaminodiphenyläther oder 1,4-Phenylendiamin, etc.), und geeignete

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thermoplastische Harze, die verwendet werden können, wie z.B. Polyamide (z.B. Nylon), Polyacetale, Polysulfone, Polycarbonate, Polyäthylen, Polyvinylidenchlorid etc.

Die zusammengesetzte Faser-Harzplatte bzw. -folie, die unter Verwendung dieser Harze als Harzmatrix hergestellt wird, kann nach bekannten herkömmlichen Methoden erzeugt werden. So kann z.B. ein Faserbündel, das in einer Richtung orientiert ist, ein Tuch bzw. Stoff, eine nicht-gewebte Platte oder Folie oder eine Matte in ein geschmolzenes Harz oder eine Lösung eines Harzes eingetaucht werden, üb das Faserbündel etc. ait den Harz zu imprägnieren. Geeignete Methoden werden genauer beispielsweise in der GB-PS 1 319 275, der FR-PA 2 067 053 sowie in den JA-OS· en 105 772/75 und 126 260/76 beschrieben. Wenn die Platte bzw. Folie unter Druck erhitzt wird, dann kann ein faserverstärktes Harz erhalten werden. Weiterhin kann eine zuaammengesetzte Faser-Harzplatte bzw. -folie ait einen Faserbündel, einen Tuch bzw· Stoff, einen nicht-gewebten Tuch bzw. Stoff oder einer Matte, da· bzw. die ein gemischtes zusammenlesetztes Produkt aus Verstlrkungsfasern und Fasern aus einen thermoplastischen Harz nit einen niedrigeren Schmelzpunkt als der oben beschriebenen Fasern ist, verwendet werden. Wenn die Platte bzw. Folie unter Druck zun Aufschmelzen des thermoplastischen Harzes erhitzt wird und sodann das thermoplastische Harz durch Abkühlen erhärtet wird, dann kann ein faserverstärktes Harz nit einer Harzmatrix, die aus den thermoplastischen Harz zusammengesetzt ist, hergestellt werden. Diese Methode wird in der JA-PA 148 561/76 (entsprechend der ÜS-PA SN 859 634 vom 12. Dezember 1977) beschrieben. Auch ein wärmehSrtendes Harz kann anstelle des thermoplastischen Harzes in dem oben beschriebenen zusammengesetzten Produkt verwendet werden. In diesem Falle sollte der Fließpunkt oder der Schmelzpunkt des Harzes niedriger sein als der Schmelzpunkt der Verstärkungsfasern.

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Die auf diese Weise hergestellte faserverstärkte zusammengesetzte Harzplatte bzw. -folie kann erfindungsgemäß als Gelenkelement verwendet werden.

Das Volumenverhältnis der Fasern in dem faserverstärkten zusammengesetzten Harzprodukt ist im allgemeinen etwa 30 bis etwa 85 Vol.-%. Wenn der Anteil der Fasern weniger als etwa 30 Vol.-% beträgt, dann hat das Gelenk einen nicht-ausreichenden Elastizitätsmodul. Wenn der Anteil der Fasern mehr als etwa 85 Vol.-# beträgt, dann hat das Gelenk eine nicht-ausreichende Zerstörungsfestigkeit. Eine bevorzugte Menge der Fasern ist 50 bis 75 Vol.-9ό. Der Biegemodul und die Biegefestigkeit sind besonders gut, wenn, im Falle, daß die Fasern in einer Richtung orientiert sind, der Faseranteil etwa 65 bis 75 V0I.-96 beträgt, und im Falle, daß ein Tuch bzw. Gewebe bzw. Stoff vorliegt, der Faseranteil etwa 50 bis 65 V0I.-96 beträgt.

Wenn die Fasern als Matte oder als nicht-gewebte Platte bzw. Folie davon verwendet werden, dann wird das Gelenkelement voluminös und es hat eine schlechtere Verformungseigenschaft. Es ist daher schwierig, ein ausgezeichnetes Verhalten zu erzielen. Wenn andererseits die Fasern als Tuch bzw. Stoff oder Gewebe oder als Bündel von orientierten Fasern verwendet werden, dann sind die Formeigenschaften ausgezeichnet und es werden leicht sehr gute Eigenschaften erhalten. Ein Zweck der Verstärkung der Brandsohle mit dem Gelenk besteht darin, der Brandsohle in Längsrichtung eine hohe Starrheit und eine hohe Festigkeit zu verleihen. Demgemäß ist es für die Fasern in dem Harz am wirksamsten, daß diese in Form eines Tuches bzw. Stoffes oder Gewebes und insbesondere eines Satingewebestoffes vorliegen oder daß sie in einer Richtung orientiert sind.

Das erfindungsgemäß verwendete Gelenk hat vorzugsweise etwa 20 bis etwa 80 Fasern in Richtung der Dicke. Obgleich die Dicke

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des auf die Brandsohle aufgelegten Gelenks vom Verhältnis Fasern zu Harz abhängt, ist die Dicke im allgemeinen mehr als etwa 0,14 mm. In den meisten Fällen beträgt die Dicke etwa 0,28 bis etwa 0,64 mm. Die Dicke kann zwar größer als etwa 0,64 mm sein, doch ist dies für den Zweck des Gelenks nicht notwendig.

Obgleich im allgemeinen ein Gelenk in Form eines längen Streifens verwendet wird, kann die Gestalt des Gelenks in geeigneter Weise ausgewählt werden, z.B. als eine elliptische Gestalt, als die gleiche Gestalt wie die rückwärtige Hälfte der Brandsohle mit Einschluß der Ferse und dergleichen. Die Größe des Gelenks kann nahezu die gleiche sein, wie sie herkömmlicherweise angewendet wird. So kann beispielsweise eine Größe von 15 mm (Breite) χ 100 mm (Länge) verwendet werden, wenn ein mit monoaxial orientierten Kohlefasern verstärktes Harz, das Fasern in einer Menge von 150 g/m enthält, als Gelenk für Herrenschuhe verwendet wird. Naturgemäß kann die Größe entsprechend beispielsweise je nach der Gestalt der Schuhe und den erforderlichen Eigenschaften variiert werden.

Ein oder zwei Gelenke können auf einer Seite oder beiden Seiten des Brandsohlenelements vorgesehen sein. Die Anzahl der verwendeten Platten bzw. Folien kann so bestimmt werden, daß die notwendige Starrheit erhalten wird. Venn zwei Gelenke verwendet werden, dann kann eine höhere Starrheit erhalten werden, wenn man ein Gelenk auf jede Seite der Brandsohle aufbringt, als in dem Fall, daß man beide Gelenke auf eine Seite der Brandsohle aufbringt. Weiterhin kann das Gelenk aus zwei oder mehreren, vorzugsweise bis zu 5, Platten bzw. Folien des Gelenkelements zusammengesetzt sein. Im allgemeinen liegt die Gesamtdicke des Elements im Bereich von etwa 0,28 bis etwa 0,64 mm.

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Das Gewicht des erfindungsgemäßen Gelenks, das erforderlich ist, um die gleiche Starrheit wie im Falle eines Stahlgelenks zu erhalten, beträgt etwa 1/10 bis 1/5 von demjenigen des Stahlgelenks. Da weiterhin die bekannten Gelenke aus Eisen oder Stahl eine Dicke von etwa 1 mm haben, treten auf der Brandsohle Ungleichmäßigkeiten auf, wenn diese auf das Brandsohlenelement aufgebracht werden, und es wird notwendig, ein Einsatzelement zwischen die Brandsohle und die Sohle einzusetzen, um diese Ungleichmäßigkeiten zu entfernen. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gelenks ist jedoch ein derartiges Einsatzelement kaum erforderlich, weil das erfindungsgemäße Gelenk eine geringe Dicke hat.

Die Verklebung des Gelenkelements mit dem Brandsohlenelement kann nach allen beliebigen herkömmlichen Methoden durchgeführt werden. Solche Methoden sind z.B. (1) ein Verfahren, bei dem gesondert ein geschnittenes Gelenkelement und ein geschnittenes Brandsohlenelement (in der Weise, daß eine Krümmung gebildet wird) verformt werden und hierauf die beiden Elemente aufeinandergelegt und miteinander verbunden werden, (2) ein Verfahren, bei dem ein Brandsohlenelement in der Weise geformt wird, daß zuvor ein Gelenkelement auf das Brandsohlenelement aufgelegt wird und das Brandsohlenelement gleichzeitig mit der Verbindung des Gelenkelements mit dem Brandsohlenelement verformt wird, und (3) ein Verfahren, bei dem beide Elemente, die keinerlei Krümmung haben, aufeinandergelegt werden und sie gleichzeitig unter Verbinden verformt werden. Die Methoden werden vorzugsweise in einer Vorrichtung durchgeführt, die dazu imstande ist, zur gleichen Zeit zu erhitzen und einen Druck auszuüben, beispielsweise eine Heißpresse oder ein Autoklav etc. Weiterhin kann auch ein Vakuumbeutelverfahren angewendet werden. Das Verfahren (1) wird bevorzugt, wenn das Harz in dem Gelenkelement ein thermoplastisches Harz ist.

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Zum Erhalt der Verklebimg werden erforderlichenfalls Klebstoffe verwendet. So werden z.B. Klebstoffe eingesetzt, wenn die Viskosität des wärmehärtenden Harzes zu hoch ist, als daß das Brandsohlengrundmaterial damit imprägniert werden könnte, oder wenn der Gehalt des wärmehärtenden Harzes in dem Gelenkelement nicht ausreichend ist, daß das Gelenkelement mit dem Brandsohlenelement verklebt wird, oder wenn ein thermoplastisches Harz als Matrixharz in dem zusammengesetzten Faser-Harzprodukt verwendet wird.

Geeignete Klebstoffe sollten eine gute Klebkraft gegenüber der Harzmatrix haben, sie sollten die Verformung der Harzmatrix nicht behindern und sie sollten dazu imstande sein, bei niedriger Temperatur und vorzugsweise unterhalb 120⁰C verwendet werden zu können, so daß das Brandsohlenelement beim Erhitzen nicht nachteilig beeinflußt wird, und sie sollten gute Eigenschaften zur Imprägnierung des Brandsohlenelements haben. Es werden daher Klebstoffmaterialien bevorzugt, die vom gleichen Typ wie das Material der Harzmatrix sind und die eine niedrige Viskosität haben. Beispiele für solche Klebstoffmaterialien sind Lösungen der oben beschriebenen Harze, z.B. von Epoxyharzen, Phenolharzen etc. Die bevorzugte Viskosität der Lösungen 1st etwa 10 cps bis 10 ps. Ein wärmehärtendes Harz mit einer niedrigen Viskosität kann so, wie es 1st, verwendet werden, d.h. es kann ohne ein Lösungsmittel eingesetzt werden.

Wenn die rückwärtige Hälfte mit Einschluß der Ferse der erfindungsgemäßen Brandsohle mit einem faserverstärkten Harz gebildet wird, dann können die gleichen Verfahren (1) bis (3), wie oben beschrieben, verwendet werden.

Die folgenden zwei Verfahren sind nun entwickelt worden, um die Verklebung des Gelenks mit dem Brandsohlengrundmaterial zu verbessern. (1) Zwei oder mehr öffnungen werden auf dem

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Brandsohlenelement gebildet und die Löcher werden mit einem Klebstoff so gefüllt, daß der Klebstoff bis zu der Rückseite der Brandsohle (rückwärtige Seite zu der Seite, die das Gelenk aufweist) hindurchgeht.

Figur 4 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brandsohle, bei der die Bezugszeichen 5 und 6 jeweils die im Zusammenhang mit der Figur 1 beschriebene Bedeutung haben und 7 und 7* jeweils eine öffnung darstellen. Die Figuren 5 und 6 sind Teillängsschnitte der in Figur 4 gezeigten Brandsohle, wobei 8 ein Klebstoff ist. Der Klebstoff in den öffnungen nach dem Verfestigen ist sehr wirksam, um das Gelenk fest mit dem Brandsohlenelement zu fixieren, wie es beim Vernieten der Fall ist. Wie in Figur 6 gezeigt ist, kann, wenn der Klebstoff so aufgebracht wird, daß er auf die äußeren Teile der öffnung herausfließt, der Fixierungseffekt weiter verbessert werden. Viele öffnungen oder Löcher mit einer Größe eines Nadellochs oder dergleichen können angewendet werden oder es können mindestens eine öffnung, gewöhnlich 2 bis 50 öffnungen, jeweils mit einem Durchmesser von etwa 0,3 bis etwa 2 mm, verwendet werden.

(2) Wenn ein Gelenkelement mit einem Klebstoff mit dem Brandsohlenelement verklebt wird, dann wird eine weitere Fläche als diejenige des Gelenks mit dem Klebstoff imprägniert. Durch dieses Verfahren kann eine Abtrennung des Gelenks durch den verklebten Teil des Brandsohlenelements von dem Brandsohlenelement verhindert werden. Obgleich, je größer die imprägnierte Fläche ist, desto größer der erhaltene Effekt ist, ist es doch vorteilhaft, die Ränder für die Ränder des Brandsohlenelements so zuzuschneiden, daß ein Raum mit einer Breite von etwa 5 bis 15 mm vorliegt, der nicht imprägniert ist. Im allgemeinen wird die Imprägnierung vorzugsweise in der Weise durchgeführt, daß ein Raum imprägniert wird, der etwa 5 bis 10 mm (in der Breite) breiter 1st als das Gelenk. Obgleich das Brandsohlenelement

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mit dem Klebstoff vollständig in Richtung der Dicke des Brandsohlenelements imprägniert werden kann, wird in der Praxis im allgemeinen eine Imprägnierung von bis zu etwa 1/2 der Dicke angewendet.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Brandsohle treten, wenn das Gelenkelement mit dem Brandsohlenelement nach einem der oben beschriebenen Verfahren (1) bis (3) verklebt wird, Probleme auf, weil die Härtung des Matrixharzes in dem zusammengesetzten Faser-Harzprodukt eine lange Zeit erfordert, eine definierte Temperatur eingehalten werden sollte, bis die Verformung des Harzes vervollständigt ist, und verschiedene Arten von Formen verwendet werden sollten, da die Art und Größe der Schuhe verschieden sind.

Als Ergebnis von Untersuchungen zur Ellminierung der oben beschriebenen Probleme wurde nun ein Verfahren zur Herstellung einer Brandsohle aufgefunden, bei dem man so vorgeht, daß man eine Vielzahl von zusammengesetzten Produkten (vorläufige Brandsohlen), die in der Weise gebildet worden sind, daß mindestens ein ungeformtes Brandsohlenelement auf eine Seite oder beide Seiten des geformten Brandsohlenelements aufgebracht worden ist, so aufstapelt, daß eine Übereinstimmung mit der Gestalt des Schuhes oder des ungeformten Produkts erfolgt, und daß man das Ganze unter Druck erhitzt, um beide Elemente zu vereinigen. Dieses Verfahren wird bevorzugt, wenn das Harz in dem Gelenkelement ein wärmehärtendes Harz ist, da das Harz bei Temperaturen von weniger als etwa 120⁰C gehärtet und verformt werden kann.

Wenn man das Gelenkelement auf das Brandsohlenelement aufbringt, dann wird vorzugsweise eine vorläufige Brandsohle hergestellt, indem man erforderlichenfalls einen Klebstoff aufbringt. Beim Aufstapeln einer Vielzahl dieser vorläufigen Brandsohlen wird

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vorzugsweise ein Trennmaterial zwischen den vorläufigen Brandsohlen verwendet. Die aufeinandergelegten vorläufigen Brandsohlen werden unter Druck erhitzt, um das Gelenkelement oder das Gelenkelement und das Brandsohlenelement zu verformen. Auf diese Weise werden das Gelenkelement und das Brandsohlenelement miteinander verklebt und unter Bildung der Brandsohle vereinigt.

Wenn die Brandsohle nach diesem Verfahren hergestellt wird, dann können zur gleichen Zeit viele Brandsohlen der gleichen Gestalt und Größe hergestellt werden. Verschiedene Probleme, die durch nicht-effiziente Verwendung der Form bei bekannten Methoden entstanden sind, können hierdurch eliminiert werden.

Die aufeinandergelegten vorläufigen Brandsohlen mit der gleichen Größe und Gestalt werden z.B. auf eine Temperatur von etwa 20⁰C oder mehr unter Druck in einem Heizofen erhitzt, um sie zu verformen. Eine geeignete Temperatur ist im allgemeinen etwa 120⁰C oder weniger, wenn ein wärmehärtendes Harz in dem Gelenkelement verwendet wird. Eine geeignete Erhitzungstemperatur bei der Verwendung eines thermoplastischen Harzes ist die Erweichungstemperatur. Obgleich die angewendete Temperatur von der Wärmebeständigkeit des Brandsohlenelemente abhängt, ist ein geeigneter Druck etwa 0,5 bis 7 kg/cm , wenn das Matrixharz ein wärmehärtendes Harz 1st. Wenn das Matrixharz ein thermoplastisches Harz ist, dann ist ein geeigneter Druck etwa 10 bis 200 kg/cm², gewöhnlich 30 bis 100 kg/cm². Bei Verwendung einer ungeformten Brandsohle ist ein erheblich größerer Druck notwendig. Eine geeignete Verformungszeit 1st etwa 90 bis 120 min, wenn die Temperatur 12O⁰C ist. Trennmaterialien, wie z.B. Trennpapier (z.B. Papier, das mit Polyäthylen oder Ton behandelt worden ist und mit einem Siliconharz beschichtet worden ist), Filme, wie Harzfilme vom Vinylfluoridtyp oder Harzfilme vom Siliconkautschuktyp, etc., werden vorzugsweise zwischen die vorläufigen Brandsohlen eingesetzt, so daß die vorläufigen

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Brandsohlen aneinander während der Härtungsreaktion nicht haften. Wenn weiterhin ein Tuch bzw. Stoff, z.B. ein Nylontuch bzw. -stoff, so aufgeschichtet wird, daß der ausgebreitete Klebstoff bedeckt wird, und wenn sodann ein Trennpapier etc. daraufgegeben wird, dann können Variationen bei der Aufbringung und eine Störung der Orientierung der Fasern in dem Gelenkelement verhindert werden. Die aufeinandergelegten vorläufigen Brandsohlen werden an beiden Seiten unter Verwendung einer Form gepreßt, so daß sie während des Verformens des Harzes nicht deformiert werden. Die Anzahl der aufeinandergelegten vorläufigen Brandsohlen ist vorzugsweise bis zu 1.0 Stück, da, wenn die Anzahl zu groß ist, eine gleichförmige Wärmebehandlung nur mit Schwierigkeiten durchführbar ist. Wenn jedoch Metallblätter, z.B. aus Aluminium oder Edelstahl, mit einer Dicke von 1,5 bis 3 mm und der gleichen Krümmung wie die Brandsohle; welche mit einem Trennmittel vom Silicontyp beschichtet sind, zwischen alle 5 bis 10 Stück des Trennmaterials eingesetzt werden, dann kann eine große Anzahl von vorläufigen Brandsohlen, nämlich etwa 30 vorläufige Brandsohlen, im aufeinandergelegten Zustand bearbeitet werden, da die Metallblätter eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit haben und eine Deformation verhindern. Nach diesem Verfahren können Brandsohlen wirksam hergestellt werden.

In den Beispielen wird die Erfindung näher erläutert. In den Beispielen wurde der Verstärkungseffekt in der folgenden Weise gemessen.

Bei Brandsohlen ist es wichtig, daß diese eine hohe Zerstörungsfestigkeit und eine hohe Biegestarrheit haben. Unter Verwendung eines Instron-Universal testers wurde ein 3-Punkt-Biegetest durchgeführt. Die Zerstörungsfestigkeit wurde als das Gewicht gemessen, bei dem die Brandsohle zerstört wurde. Die Biegestarrheit wurde in der Weis· gemessen, daß ein Deforma-

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tionsmeBgerät auf die Brandsohle aufgeklebt wurde, eine definierte Last aufgebracht wurde und die Deformation gemessen wurde.

In der Figur 7 bezeichnet das Bezugszeichen 6 ein Brandsohlenelement, 5 ein Gelenk, 9 und 9* sind jeweils ein Auflagepunkt, 10 ist ein Preßstreifen und 11 ist ein Deformationsmeßgerät. Der Abstand zwischen 9 und 9* betrug 80 mm. Die Geschwindigkeit, mit der die Last auf den Preß streifen aufgebracht wurde, betrug 2 mm/min. Der Preßstreifen war so vorgesehen, daß der Druck des Preßstreifens auf die Mitte zwischen beiden Auflagepunkten aufgebracht wurde. In den Beispielen ist die Deformation als Mikrοdeformation angegeben.

Die Biegestarrheit und die Spannung stehen wie folgt miteinander in Beziehung.

D = EI

5 = 6/ε

Darin bedeutet:

D = Biegestarrheit

E = Modul (der Elastizität)

I = Sekundärschnittmoment (bei Materialien mit der gleichen Gestalt und Größe ist das Trägheitsmoment der Fläche das gleiche)

6 = Spannung, die der Last zur Messung der Deformation

entspricht

ε = Deformation bei definierter Last D = (ο/ε)Ι

Dieser Fall zeigt, daß 0*1 begrenzt ist und daß die Biegestarrheit groß wird, wenn ε klein wird. Die Tatsache, daß die Deformation gering ist, wenn die gleiche Last bei den gleichen

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Bedingungen aufgebracht wird, bedeutet, daß die Biegestarrheit groß ist.

Beispiel 1

Ein Gelenkelement mit einer Dicke von 0,3 mm und einem Harzgehalt von 55 Gew.-# wurde hergestellt, indem ein Stoff bzw. Tuch aus Kohlefaserbündeln, bestehend aus 3000 Monofilamenten jeweils mit einem Durchmesser von 7 /im, mit einem Epoxyharz vom Bisphenol-Α-Typ imprägniert wurde. Zwei Platten des Gelenkelements wurden so zugeschnitten, daß sie mit der rückwärtigen Hälfte einer Brandsohle Übereinstimmten, und sie wurden auf den rückwärtigen halben Streifen eines geformten Brandsohlenelements aufgebracht, das aus mit Polyvinylacetat imprägnierter Preßpappe bestand. Die Zusammenstellung wurde durch 60-minütiges Erhitzen auf 130⁰C in einem Autoklaven verformt. Der Verformungsdruck betrug in diesem Fall 5 kg/cm .

Das resultierende Gelenk auf dem rückwärtigen Halbstreifen der Brandsohle hatte eine Dicke von 0,4 mm.

Die Deformation wurde in der Weise bestimmt, daß eine Last angelegt wurde, die auf einen Punkt konzentriert war. Die Last wurde auf das so erhaltene rückwärtige Halbteil der Brandsohle, die mit dem kohlefaserverstärkten Harz verstärkt worden war (15 mm (Breite) χ 100 mm (Länge)), und auf ein herkömmliches Stahlgelenk (15 mm (Breite) χ 100 mm (Länge) χ 1 mm (Dicke)) aufgebracht. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.

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Tabelle I

Deformation des verstärkten rückwärtigen Halbstreifens

der Brandsohle

Verstärkungsmaterial Last, die auf einen Deformation

Punkt konzentriert (us) war (kg) '

mit Kohlefasern verstärktes Harz 10 292

mit Kohlefasern verstärktes Harz 20 665

Stahl . 10 1474

Stahl 20 3253

Die Ergebnisse der Tabelle I zeigen, daß die Deformation des rückwärtigen Halbteils, das mit kohlefaserverstärktem Harz verstärkt worden war, etwa 1/5 der Deformation entspricht, die bei einem herkömmlichen Gelenk auftrat.

Beispiel 2

Ein Gelenkelement mit einem Harzgehalt von 40 Gew.-# wurde hergestellt, indem 6000 monoaxial orientierte Kohlefasern, Je weils mit einem Filamentdurchmesser von 7 lim, mit einem Epoxy harz vom Bisphenol-A-Typ imprägniert wurden. Das Gelenkelement wurde zu einer Größe von 15 mm χ 100 mm zugeschnitten. 3 Stück solcher Gelenkelemente wurden aufeinandergeschichtet. Sodann wurd· «in Epoxyherzkl«bstoff vom Bisphenol-A-Typ in Aceton aufgelöst, wobei di· Lösung ·1η· Viskosität von 1 ps oder dergleichen hatte. Der Klebstoff wurd· auf das Brandsohleiielement (bestehend aus mit Polyvinylacetat imprägnierter Preßptppe) aufgebracht, um das Brandsohlenelement in einer Meng· von 0,3 g/cn² und in Jeder Richtung 7 ■» breiter als die Auf bringungsseite des Gelenks zu imprägnieren. Sodann wurde ein zuvor hergestelltes Laminat des ablenkelement· vorläufig auf-

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gebracht. Ein Nylontuch wurde auf die Oberfläche des Gelenkelements aufgebracht, so daß es die Fläche bedeckte, wo der Klebstoff aufgebracht worden war. Sodann wurde ein Harzfilm vom Vinylfluoridtyp mit einer Dicke von 0,03 mm aufgebracht. 10 Stück so erhaltene vorläufige Brandsohlen wurden aufgeschichtet. Beide Seiten wurden mit einem Druck von 1 kg/cm so verpreßt, daß keine Deformation erfolgte, und sodann 4 h in einem Heizofen auf 110⁰C erhitzt, um das Harz auszuhärten.

Nach dem Abkühlen wurde der Druck weggenommen und der Trennfilm und das Nylontuch wurden entfernt. Es trat keine Störung der Fasern des Gelenkelements der resultierenden Brandsohle auf. Es wurde eine gute Verklebung erhalten. Die Dicke des Gelenks betrug 0,5 mm.

Die Deformation wurde in der Weise gemessen, daß eine auf einen Punkt konzentrierte Last auf die so resultierende Brandsohle mit dem zusammengesetzten kohlefaserverstärkten Gelenk und eine herkömmliche Brandsohle mit einem Stahlgelenk der gleichen Größe aufgebracht wurde. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten. Weiterhin hatten die erfindungsgemäßen Brandsohlen eine gute Qualität.

Tabelle II

Gelenk

Gewicht (g) Dicke (um) Last (kg) Deformation

gemäß der Erfindung 1,2 0,5 Vergleich 10,5 1,0

10	1520
20	3530
10	1450
20	3150

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Aus den obigen Ergebnissen geht hervor, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gelenks das Gewicht sehr gering ist, die Dicke sehr klein ist und daß nahezu die gleichen Charakteristiken wie im Falle der Verwendung eines herkömmlichen Stahlgelenks erhalten werden.

Beispiel 3

Es wurde ein Test durchgeführt, wobei eine Brandsohle für Herrenschuhe verwendet wurde. Ein Gelenkelement mit einem Harzgehalt von 40 Gew.-% und mit 150 g/m Kohlefasern wurde hergestellt, indem monoaxial orientierte Kohlefasern Jeweils mit einem Filamentdurchmesser von 7 Jim mit einem Epoxyharz vom Bisphenol-A-Typ als Matrixharz imprägniert wurden. Sodann wurde dieses Element zu einer Größe von 15 mm in der Breite und 100 mm in der Länge (die Längsrichtung war die gleiche wie die Orientierungsrichtung der Fasern) zugeschnitten und auf ein Brandsohlenelement aus mit einem Melaminharz imprägniertem Leder aufgebracht, um ein Einschichtlaminat und ein Zweischichtlaminat herzustellen. Sodann wurde ein Epoxyharzklebstoff vom Eisphenol-A-Typ mit einer Viskosität von 1 ps so aufgebracht,

daß in einer Menge von 0,02 g/cm und in einer 1,5 cm breiteren Fläche als die Seite, wo das Gelenk aufgebracht wurde, imprägniert wurde. Das oben beschriebene Gelenkelement wurde auf eine Seite des Brandsohlenelements für entweder ein einschichtiges oder zweischichtiges Element oder auf beide Seiten für entweder ein einschichtiges oder zweischichtiges Element aufgebracht, um 10 vorläufige Brandsohlen herzustellen. Ein Nylontuch wurde aufgebracht, um die Fläche zu bedecken, wo der Klebstoff aufgebracht worden war. Weiterhin wurde ein Tetrafluoräthylenharzfilm aufgebracht. 10 Stück so erhaltene vorläufige Brandsohlen wurden aufeinandergeschichtet und die Zusammenstellung wurde in der Weise zusammengeklammert, daß die Gestalt der Elemente nicht gestört wurde. Die Zusammenstellung wurde k h

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in einem Heizofen auf 110⁰C erhitzt, um eine Erhärtung und Verklebung zu bewirken. Nach dem Abkühlen wurden die Klammern entfernt und die Trennfilme und die Nylontücher vurden entfernt. Es wurde keine Störung der Fasern in dem Gelenkteil der Brandsohle beobachtet. Es wurde ein gutes Aussehen erhalten.

Die Deformation und die Zerstörungslast wurden in der Weise gemessen, daß eine Last auf die geformte Brandsohle, die mit dem kohlefaserverstärkten Harz verstärkt worden war, und eine herkömmliche Brandsohle, die mit einem Stahlgelenk verstärkt worden war, aufgebracht wurde. Es wurde eine 3-Punkt-Biegemethode angewendet. Ein Deformationsmeßgerät wurde zur Messung der Deformation verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III

Probe Beziehung zwischen Last Zerstörungs- Gewicht des und Deformation (um De- last (kg) Gelenks (g) formation) '
10 kg 20 kg 30 kg

Stahlgelenk* 1740 4130 8100 37 8,7

mit Kohlefasern verstärktes Harz

eine Seite, •inschichtig 2300 6190 10500

eine Seite, zweischichtig 1700 4200 7700

beide Seiten, einschichtig 1590 3670 6800

beide Seiten, zweischichtig 880 1880 2470

* 15 mm χ 100 mm χ 1 mm

31	0,4
38	0,8
40	0,8
	1,6

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Die Ergebnisse der Tabelle III zeigen, daß eine mit dem zweischichtigen Gelenk gemäß der Erfindung verstärkte Brandsohle die gleichen Eigenschaften hat wie bei Verwendung eines Stahlgelenks. Weitere verbesserte Eigenschaften werden erhalten, wenn die Anzahl der Schichten erhöht wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WElSERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 10 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON Ο8Θ/797Ο77-78 7O78 ■ TELEX OB-212166 kpat d TELEGRAMM KRAUSPATENT Patentansprüche

1. Brandsohle, dadurch gekennzeichnet,

daß sie ein Gelenk aufweist, welches eine Platte bzw. ein Blatt aus einem mit Fasern verstärkten Kunstharz enthält bzw. daraus besteht.

2. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Kohlenstoffasern sind.

3. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Kombination von Kohlefasern mit Glasfasern oder aromatischen Polyamidfasern sind.

4. Brandsohle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination mindestens 10 VoI.-% Kohlefasern enthält.

5. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines Tuchs bzw. Stoffs vorliegen.

6. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in einer Richtung orientiert sind.

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ORIGINAL INSPECTED

7. Brandsohle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Glasfasern sind, die sandwichartig zwischen die Kohlefasern eingelegt sind.

8. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandsohle weiterhin auf jeder Seite der Brandsohle ein Gelenk enthält.

9. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtige Hälfte der Brandsohle mit Einschluß der Ferse integral bzw. einteilig mit einem mit Fasern verstärkten Kunstharz gebildet ist.

10. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brandsohle ein Brandsohlenelement mit einer oder mehreren Öffnungen enthält und daß die Öffnungen mit einem Klebstoff ftir ein Gelenkelement und das Brandsohlenelement in der Weise gefüllt sind, daß der Klebstoff durch die Öffnungen hindurchgeht.

11. Brandsohle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieBrandsohle ein Brandsohlenelement enthält, wobei das Brandsohlenelement mit einem Klebstoff für das Brandsohlenelement und ein Gelenkelement in einer breiteren Fläche als die Fläche des Gelenks imprägniert ist.

12. Verfahren zur Formung von Brandsohlen, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von vorläufigen Brandsohlen, hergestellt durch Aufbringen von mindestens einer Platte bzw. eines Blatts eines unverformten Gelenkelements auf eine Seite oder beide Selten eines Brandsohlenelements, das entweder ungeformt oder geformt sein kann, in der Weise aufschichtet, daß eine Übereinstimmung mit der Gestalt eines Schuhes erhalten wird, und daß man die Vielzahl der

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vorläufigen Brandsohlen unter Druck erhitzt, um das Gelenkelement und das Brandsohlenelement zu vereinigen.

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