CN101803806B - 弹性护具 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种弹性护具，适合穿戴在一使用者的身体部位以防止受伤，包含至少一层能够沿至少一方向伸缩的弹性织物层，及一层形成层片状并结合在该弹性织物层上的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体层，该水性聚氨酯发泡体层是由一发泡原料所制成，该发泡原料包括一能够分散于水溶液中的水性聚氨酯。其中，该聚氨酯发泡体层的厚度大于等于1mm，并具有200％～450％的最大延伸率、19.6～68.6N/cm2(2～7kgf/cm2)的弹性模数、大于等于39.2N/cm2(4kgf/cm2)的拉力强度，及180～600g/l的密度。
Description
技术领域
本发明涉及一种弹性护具，特别是涉及一种用于穿套保护与支撑一个使用者的身体部位的弹性护具(resilent protective wrap)。
背景技术
现有的弹性护具，例如，腕带(wrist band)、手部护具(hand braces)、腰带(waist band)及踝关节支撑护具(ankle support)等，能够在一个使用者进行治疗、活动身体、运动及其他活动时用来穿套包覆该使用者的身体特定部位以保护肢体，尤其是用以保护关节部位。现有的弹性护具通常是由多数层的织物材质所制成，并具有二层可伸缩的织物层，及一层夹设在所述织物层间而由合成橡胶或氯丁橡胶所制成的橡胶层。该橡胶材质具有高弹性而能够提供伸缩性，并能够表现较佳的回复性(restoring force)以顺应该使用者的身体部位提供足够的压缩性，此外，该橡胶材质还能通过高拉力强度提供较高的耐用性。然而，使用橡胶材质为原料及其制程具有容易造成环境污染的缺点，而不易散热与不透气及重量较重的性质也导致使用者在穿戴使用该护具时较不舒服。
水性聚氨酯(water-based polyurethane)为不含溶剂且环保的材质。以水性聚氨酯所制出的具开放式泡孔结构的发泡体具有透气性，并已广泛应用于合成皮革制品及其他不需具备高弹性与良好回复性的纺织产品上。目前，以水性聚氨酯所制出的具开放式泡孔结构的发泡体通常被制成厚度小于1mm涂覆层使用。
由此可见，上述现有的弹性护具在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的弹性护具，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种环保并具有良好的散热与透气性的弹性护具。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种弹性护具，适合穿戴在一个使用者的身体部位以防止受伤，包含至少一层能够沿至少一个方向伸缩的弹性织物层，及一层形成层片状并结合在该弹性织物层上的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体层，该水性聚氨酯发泡体层是由一发泡原料所制成；该发泡原料包括一能够分散于水溶液中的水性聚氨酯，且该聚氨酯发泡体层的厚度大于等于1mm，并具有200％～450％的最大延伸率(largest elongateion)、19.6～68.6N/cm2(2～7kgf/cm2)的弹性模数(modulus of elasticity)、大于等于39.2N/cm2(4kgf/cm2)的拉力强度(tensile strength)，及180～600g/1的密度(density)。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的弹性护具，其中该聚氨酯发泡体层的最大延伸率为250％～350％。
较佳地，前述的弹性护具，其中该聚氨酯发泡体层的拉力强度大于等于58.8N/cm2(6kgf/cm2)。
较佳地，前述的弹性护具，其中该聚氨酯发泡体层的弹性模数为29.4～58.8N/cm2(3～6kgf/cm2)。
较佳地，前述的弹性护具，其中该聚氨酯发泡体层的密度为200～450g/1。
较佳地，前述的弹性护具，其中该聚氨酯发泡体层的厚度为1～6mm。
较佳地，前述的弹性护具，其中制成该聚氨酯发泡体层的发泡原料还包括一个发泡剂组份、一个交联剂组份及一个填充剂组份。
较佳地，前述的弹性护具，其中该填充剂组份中含有云母颗粒。
较佳地，前述的弹性护具，其中该填充剂组份中含有纳米粒子。
较佳地，前述的弹性护具，其中该弹性织物层为单向伸缩性织物，并沿该弹性护具的一个长度方向伸缩。
较佳地，前述的弹性护具，其中该弹性织物层为双向伸缩性织物，并同时沿该弹性护具的一个长度方向与一个宽度方向伸缩。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体，是由一发泡原料所制成；该发泡原料包括一能够分散于水溶液中的水性聚氨酯，且该聚氨酯发泡体的厚度大于等于1mm，并具有200％～450％的最大延伸率、19.6～68.6N/cm2(2～7kgf/cm2)的弹性模数、大于等于39.2N/cm2(4kgf/cm2)的拉力强度，及180～600g/1的密度。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体，其中该发泡原料还包括一个发泡剂组份、一个交联剂组份及一个填充剂组份。
较佳地，前述的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体，该填充剂组份中含有云母颗粒。
较佳地，前述的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体，该填充剂组份中含有纳米粒子。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明弹性护具至少具有下列优点及有益效果：
1、本发明的弹性护具借由结合该弹性织物层与该具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体层，仍然能够通过由该弹性织物层提供弹性伸缩特性，并利用该发泡体的延伸率、弹性模数与拉力强度等特性，使该弹性护具仍然具有符合实用的性能，而该发泡体层的的开放性泡孔结构则使该弹性护具有较佳的散热性与透气性且重量轻，而能提供较舒适的穿戴感受，此外，由于该发泡体层是由不含溶剂的水性PU所制成，使本发明具有材质较环保的特性。
2、本发明的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体借由将该发泡体制成预定厚度的制品，并赋予该发泡体预定的延伸率、弹性模数与拉力强度等材质特性，使该发泡体具有耐用且能制成实用制品的经济价值，此外，由于该发泡体层是由不含溶剂的水性PU所制成，而兼具有符合环保需求的特性。
综上所述，本发明一种环保并具有良好的散热与透气性的弹性护具。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是一个使用示意图，说明本发明弹性护具的一个第一较佳实施例是制成一个膝部护具的型式；
图2是一个沿图1中的线A-A所取的剖面图；及
图3是一个使用示意图，说明本发明弹性护具的一个第二较佳实施例是制成一个腕部护具的型式。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
在本发明被详细描述以前，要注意的是，以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1与图2，为本发明弹性护具的一个第一较佳实施例，在本实施例中，该弹性护具是被制成一个膝部护具1的型式，该膝部护具1包含由一层上织物层10与一层下织物层10所形成的多数层织物结构，及一个形成层状结构且位于该上、下织物层10间的具开放式泡孔结构的聚氨酯发泡体层20。
该上、下织物层10是由具伸缩性的织物材质所制成，该织物可以是梭织布或针织布。其中，所述织物层10可以是单向伸缩性织物，并能够沿该膝部护具1的一个长度方向伸缩，也可以是双向伸缩性织物，并同时沿该膝部护具1的一个长度方向与一个宽度方向伸缩。
该具开放式泡孔结构的聚氨酯发泡体层20是由一发泡原料所制成，该发泡原料包括一能够分散于水溶液中的水性聚氨酯(polyurethane，简称为PU)。在本发明中所用的水性PU能够经由一多元醇成分与一交联剂制备而成。该多元醇成分可以包括一聚醚多元醇或一聚酯多元醇。该交联剂可以包括一胺类树脂(amine resin)或异氰胺类化合物(isocyanane compound)。但是，该多元醇与该交联剂的种类不应受限，任何适合用于制备成水性PU的多元醇成分或交联剂都能在本发明中使用。
除了水性PU外，该具开放式泡孔结构的聚氨酯发泡体层20的发泡原料还包括其他组成物，例如，一个发泡剂组份(foaming agent)、一个发泡稳定剂组份(foam stabilizer)、一个增稠剂组份(thickener)、一个色料组份(pigment)及一个填充剂组份(filler或extender)等。该发泡剂组份、发泡稳定剂组份、增稠剂组份、色料组份及填充剂组份可以选用一般用于制备PU发泡成型体中的该类组成物。在本发明中所使用的填充剂组份可以是木粉(wood flour)、碳酸钙或云母等。且较佳地，该填充剂组份为纳米粒子。
该水性聚氨酯发泡体层20能够以现有的方式制成。在本实施例中，该发泡原料的组成物是通过一造泡机(foaming mixer)进行混合与发泡。最后，借由现有的层压法(lamination method)使已经发泡过的发泡体初胚以层片状型式结合在该织物层10上。例如，能够将该发泡体初胚铺设在随着一部输送机(conveyor)导入的该织物层10的其中一个表面上，而且，当随着该输送机继续移动时，能够借由加热移除该发泡体初胚中的水分。由于水分是以渐进升温方式逐渐移除，所以能够在该发泡体初胚变成半固体(semisolid)状态时，将另一层织物层10铺设于该发泡体初胚的表面。接着，再继续对该发泡体初胚加热直到其完全熟成硬化。借此，待该发泡体初胚冷却后，就能在不使用粘结剂的情形下形成同时与该上、下织物层10相结合的聚氨酯发泡体层20。
在制造过程中，能够利用一刮刀(doctor blade)控制铺设在该织物层10上的发泡体初胚的厚度。较佳地，该聚氨酯发泡体层20的厚度是大于等于1mm，更佳地，该聚氨酯发泡体层20的厚度为1～6mm，最佳地，该聚氨酯发泡体层20的厚度为2～5mm。
该聚氨酯发泡体层20的发泡程度或密度能够经由控制该造泡机或该发泡原料的发泡时间而进行调整。通常，当该聚氨酯发泡体层20的密度降低时，其最大延伸率会增大，但其拉力强度与该弹性模数将减少。当该聚氨酯发泡体层20的密度增加时，则其拉力强度与该弹性模数会增大，但其最大延伸率会减少。因此，该聚氨酯发泡体层20的密度较佳是控制在180～600g/1的范围内，更佳则是控制在200～450g/1的范围内。
当该弹性护具被穿戴在一个使用者身上时，为了使该弹性护具能够对该使用者提供较佳的紧密性与足够的压缩性，需使该聚氨酯发泡体层20具有19.6～68.6N/cm2(2～7kgf/cm2)的弹性模数，较佳地，该弹性模数的范围为29.4～58.8N/cm2(3～6kgf/cm2)，更佳地，该弹性模数的范围为39.2～53.9N/cm2(4.0～5.5kgf/cm2)。若该聚氨酯发泡体层20的弹性模数值低于19.6N/cm2(2kgf/cm2)，将导致该弹性护具过于松弛而无法对该使用者提供较佳的紧密性与足够的包覆保护与穿套压力。若该聚氨酯发泡体层20的弹性模数值高于68.6N/cm2(7kgf/cm2)，将导致该弹性护具过于紧绷而造成该使用者穿戴时较不舒服。
该聚氨酯发泡体层20的最大延伸率的较佳范围为200％～450％，更佳则为250％～350％。若最大延伸率低于200％，则该聚氨酯发泡体层20将无法提供足够的伸缩弹性，并会导致该弹性护具在穿戴使用时过于紧绷。若最大延伸率高于450％，则该聚氨酯发泡体层20的伸缩弹性过高，使该弹性护具无法提供足够的紧密性，如此，当将该弹性护具穿戴在该使用者的特定关节部位时，将无法对该关节部位提供足够的支撑保护。
为了使该聚氨酯发泡体层20具有足够的耐用性，较佳是使其拉力强度大于等于39.2N/cm2(4kgf/cm2)，更佳则是使其拉力强度大于等于58.8N/cm2(6kgf/cm2)。
参阅图3，为将本发明弹性护具的一个第二较佳实施例，在本实施例中，该弹性护具是被制成一个腕部护具3的型式。该腕部护具3同样包含由二层织物层10所形成的多数层织物结构，及一层聚氨酯发泡体层20。
进一步地，将由下列实施例进一步说明该具开放式泡孔结构的弹性发泡体层20。惟以下所述者仅为明确说明本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。
实施例
用于制备具开放式泡孔结构的弹性发泡体的发泡原料
配方(1)
取100重量份的聚醚多元醇(包含40重量份的Impranil LP RSC 1380与60重量份的Impranil DLU(皆购自拜耳(Bayer)，粒径为200～300nm，固形份(solid content)含量为60％)与下列组成物混合：
以该多元醇的总固形份的重量为基准，2～8重量份的交联剂(TDIDesmodur N3900，购自拜耳)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，2～6重量份的发泡剂(琥珀酸酯，Stockal SR，购自Bozzetto Group)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，2～8重量份的发泡稳定剂(Stockal STA，购自Bozzetto Group)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，1～5重量份的增稠剂(BorchiGel ALA，购自OMG Borchers Gmbh)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，3～6重量份的白色色料；及
1～4重量份的填充剂。
配方(2)
取100重量份的聚酯型多元醇(包含70重量份的Impranil LP RSC 1554与30重量份的Impranil LP RSC 1537(皆购自拜耳，粒径为200～300nm，固形份含量为60％)与下列组成物混合：
以该多元醇的总固形份的重量为基准，2～8重量份的交联剂(TDIDesmodur N3900，购自拜耳)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，5～10重量份的发泡剂(Dicrylan FLN，购自Huntsman)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，1～5重量份的增稠剂(Mirox Am，购自Bozzetto Group)；
以该多元醇的总固形份的重量为基准，3～6重量份的白色色料；及
1～4重量份的填充剂。
实施例1～12
实施例1～12为使用配方(1)制备，并分别使用表1～3中所列的不同种类填充剂。其中，实施例1及实施例5～12是使用粒径5～20nm的云母颗粒作为其填充剂。
制造聚氨酯发泡体
将实施例1～12中的各组成物分别投料到一造泡机中进行混合与发泡。将每一个实施例已发泡过的混合物初胚铺设在一个离型基材上以形成一个发泡体层，并以渐进升温方式逐渐加热到温度约140℃以使水分完全自该发泡体初胚中移除。铺设在该离型基材上的发泡体层的厚度是使用一刮刀(doctor blade)控制。
由实施例1～12所制得的样品以CNS-3553标准方法进行拉力强度、最大延伸率与弹性模数的测试。所述样品的性质如表1～3所示。
表1
表2
表3
表1的结果显示实施例1的拉力强度与弹性模数高于实施例2～4。据此说明实施例1的样品能蜩提供较佳的紧密性与压缩性，而且不会造成使用者使用上的不舒服。
表2的结果显示，当该聚氨酯发泡体的密度增加时，其拉力强度与弹性模数也随着增加，而最大延伸率则随着减少。
表3的结果显示，添加在该聚氨酯发泡体中的云母含量会影响该聚氨酯发泡体的性质。
归纳上述，本发明的弹性护具包含具开放性泡孔结构的聚氨酯发泡体所形成的发泡体层，因此，相较于现有以不具透气性的橡胶所制成的腕部护具或足踝支撑保护用品，能够提供较佳的散热性与透气，并有质轻效果。此外，由于制造该聚氨酯发泡体的材料不含溶剂，使本发明的弹性护具还具有符合环保的优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种弹性护具，适合穿戴在一个使用者的身体部位以防止受伤，包含至少一层能够沿至少一个方向伸缩的弹性织物层，及一层形成层片状并结合在该弹性织物层上的具开放式泡孔结构的水性聚氨酯发泡体层，该水性聚氨酯发泡体层是由一发泡原料所制成；其特征在于：
该发泡原料包括一能够分散于水溶液中的水性聚氨酯，且该聚氨酯发泡体层的厚度介于2～5mm，并具有200％～450％的最大延伸率、19.6～68.6N/cm2的弹性模数、大于等于39.2N/cm2的拉力强度，及180～600g/l的密度。
2.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：该聚氨酯发泡体层的最大延伸率为250％～350％。
3.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：该聚氨酯发泡体层的拉力强度大于等于58.8N/cm2。
4.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：该聚氨酯发泡体层的弹性模数为29.4～58.8N/cm2。
5.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：该聚氨酯发泡体层的密度为200～450g/l。
6.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：制成该聚氨酯发泡体层的发泡原料还包括一个发泡剂组份、一个交联剂组份及一个填充剂组份。
7.如权利要求6所述的弹性护具，其特征在于：该填充剂组份中含有云母颗粒。
8.如权利要求6所述的弹性护具，其特征在于：该填充剂组份中含有纳米粒子。
9.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：该弹性织物层为单向伸缩性织物，并沿该弹性护具的一个长度方向伸缩。
10.如权利要求1所述的弹性护具，其特征在于：该弹性织物层为双向伸缩性织物，并同时沿该弹性护具的一个长度方向与一个宽度方向伸缩。
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