DE102007035729A1

DE102007035729A1 - Verfahren zum Herstellen eines Schuhoberteils

Info

Publication number: DE102007035729A1
Application number: DE102007035729A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Sussmann
Original assignee: Puma AG Rudolf Dassler Sport
Current assignee: Puma SE
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-05
Also published as: EP2182822B1; JP5259712B2; US20100186874A1; BRPI0814827B1; EP2182822A1; BRPI0814827A2; CN101801229A; US8172970B2; CN101801229B; JP2010534535A; WO2009015793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Lage (1) eines Schuhoberteils oder eines Teils eines Schuhoberteils, wobei als Grundmaterial für zumindest einen Abschnitt der Lage (1) des Schuhoberteils ein Vliesstoff (2) aus thermoplastischem Elastomer (TPE) verwendet wird. Um die Materialeigenschaften lokal gezielt und in kostengünstiger Weise beeinflussen zu können, sieht die Erfindung vor, dass zumindest Teilbereiche (3) der Oberfläche des Vliesstoffs von einem Schweißstrahl (4) so beaufschlagt werden, dass in diesen Bereichen (3) zumindest ein teilweises Aufschmelzen des Vliesstoffs (2) erfolgt, um die Dichte des Materials in den aufgeschmolzenen Bereichen (3) zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen zumindest einer Lage eines Schuhoberteils oder eines Teils eines Schuhoberteils, wobei als Grundmaterial für zumindest einen Abschnitt der Lage des Schuhoberteils ein Vliesstoff aus Thermoplastischem Elastomer verwendet wird.
Für den Aufbau eines Schuhs und insbesondere des Schuhoberteils sind verschiedene Materialien bekannt, wobei nicht nur Leder oder Kunstleder zum Einsatz kommen können, sondern auch – wie gattungsgemäß vorgesehen – ein Vliesstoff.
Ein Vliesstoff ist ein Flächengebilde aus einzelnen Fasern. Im Unterschied hierzu werden (textile) Gewebe aus Garnen hergestellt. Die Fasern bestehen vorliegend aus Thermoplastischem Elastomer (TPE). Dies sind Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen, und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigen.
Klassische Elastomere sind chemisch weitmaschig vernetzte Raumnetzmoleküle. Die Vernetzungen können ohne Zersetzung des Materials nicht gelöst werden. Thermoplastische Elastomere haben in Teilbereichen physikalische Vernetzungspunkte (Nebenvalenzkräfte oder Kristallite), die sich bei Wärme auflösen, ohne dass sich die Makromoleküle zersetzen. Daher lassen sie sich wesentlich besser verarbeiten als normale Elastomere. Dies ist allerdings auch der Grund dafür, dass sich die Werkstoffeigenschaften von thermoplastischen Elastomeren nichtlinerar über Zeit und Temperatur verändern.
Nach dem inneren Aufbau unterscheidet man Blockcopolymere und Elastomerlegierungen. Blockcopolymere besitzen innerhalb eines Moleküls Hart- und Weichsegmente. Der Kunststoff besteht also aus einer Molekülsorte, in der beide Eigenschaften verteilt sind. Elastomerlegierungen sind Polyblends, also Zusammenmischungen fertiger Polymere, der Kunststoff besteht also aus mehreren Molekülsorten. Durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse und Zuschlagmittel erhält man spezifische Werkstoffe.
Bei der Fertigung eines Schuhoberteils ist es wünschenswert, die Materialeigenschaften des Schuhoberteilmaterials lokal gezielt beeinflussen zu können. Dabei ist es insbesondere ein Ziel, die Atmungsaktivität des Materials zu beeinflussen und gleichzeitig sicherzustellen, dass ein wirtschaftlicher Prozess möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannt Art zu schaffen, mit dem diese Zielsetzung erreicht werden kann. Demgemäß soll eine einfache und kostengünstige Herstellungsweise möglich sein, wobei gezielt auf die lokalen Materialeigenschaften des Schuhoberteils Einfluss genommen werden können soll.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teilbereiche der Oberfläche des Vliesstoffs von einem Schweißstrahl so beaufschlagt werden, dass in diesen Bereichen zumindest ein teilweises Aufschmelzen des Vliesstoffes erfolgt, um die Dichte des Materials in den aufgeschmolzenen Bereichen zu erhöhen.
Mit dieser Vorgehensweise lassen sich, was noch im Detail zu sehen sein wird, diverse Oberflächeneigenschaften verbessern bzw. beeinflussen.
Der Vliesstoff besteht dabei besonders bevorzugt aus Thermoplastischem Elastomer auf Urethanbasis (TPU).
Der Vliesstoff kann aus einer einzigen Materiallage hergestellt werden. In diesem Falle kann er mittels des Meltblown-Verfahrens hergestellt werden.
Eine Alternative sieht indes vor, dass der Vliesstoff aus mehr als einer Materiallage hergestellt wird. Dabei wird vorzugsweise mindestens eine Materiallage des Vliesstoffs im Meltblown-Verfahren hergestellt und mindestens eine weitere Lage im Spunbond-Verfahren.
Der Vliesstoff kann mit mindestens einer Lage eines Textilmaterials verbunden werden. Eine Lage Textilmaterial kann dabei zwischen zwei Lagen Vliesstoff angeordnet werden.
Bei dem Beaufschlagen mit dem Schweißstrahl auf die beaufschlagten Bereiche des Vliesstoffes kann eine weitere auf dem Vliesstoff aufgelegte Materialschicht mit dem Vliesstoff verbunden werden. Es kann alternativ aber auch mit Vorteil vorgesehen werden, dass nach dem Beaufschlagen mit dem Schweißstrahl auf die beaufschlagten Bereiche des Vliesstoffes eine weitere Materialschicht auf den verfestigten Vliesstoff aufgebracht wird.
Der Schweißstrahl wird vorzugsweise von einer Hochfrequenz-Schweißanlage, von einer Ultraschall-Schweißanlage oder von einer Laser-Schweißanlage erzeugt.
Der Schweißstrahl wird dabei insbesondere so geführt, dass sich definierte Bereiche mit erhöhter Dichte ergeben. Diese Bereiche können streifenförmig oder rippenförmig ausgebildet sein; die streifenförmigen oder rippenförmigen Bereiche können dabei gekrümmt ausgebildet sein. Die definierten Bereiche können weiterhin kreisförmig ausgebildet sein oder sie können eine geschlossene Ringstruktur umfassen.
Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise wird es möglich, ein Schuhoberteil, d. h. einen Schaft eines Schuhs, aus einem atmungsaktiven Material herzustellen, wobei dessen Beschaffenheit und Eigenschaften durch einen Schweißvorgang gezielt beeinflusst werden. Diese Möglichkeit kann insbesondere bei der Herstellung von Sportschuhen für spezifische Sportarten genutzt werden.
Durch das vorgeschlagene Vorgehen kann weiterhin erreicht werden, dass keine Nahtlöcher bei dem Verbindungsprozess entstehen, d. h. der Schuh, der nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt ist, weist eine erhöhte Wasserdichtigkeit auf.
Es kommt zu keinen Verklebungen von Schaftlagen untereinander, was die Aufrechterhaltung der Atmungsaktivität in den nicht verschweißten Bereichen sicherstellt.
Es können vorgeformte Schaftteile verwendet werden, wobei insbesondere an tiefgezogene Formteile aus dem genannten Material gedacht ist. Dies verbessert die Passform des Schuhs.
Der nach dem Verfahren hergestellte Schuh weist weiterhin keine störenden Innennähte auf.
Die Herstellung lässt sich durch das Verfahren wirtschaftlicher gestalten, als es mit herkömmlichen Methoden möglich ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 ein Zuschnitt-Teil für ein Schuhoberteil eines Sportschuhs,
2 den Schnitt A-A gemäß 1 durch das Schuhoberteil,
3 den Schnitt B-B gemäß 1 durch das Schuhoberteil,
4 den Schnitt C-C gemäß 1 durch das Schuhoberteil,
5 den Schnitt D-D gemäß 1 durch das Schuhoberteil und
6 in perspektivischer Ansicht das Einwirken eines Schweißstrahls auf den aus TPE bestehenden Vliesstoff des Schuhoberteils.
In 1 ist ein Zuschnitt-Teil für das Schuhoberteil eines Sportschuhs zu sehen. Dargestellt ist eine Lage 1 eines Schuhoberteils, die nicht zwingend als einzige Lage des Schuhoberteils verwendet werden muss. Es können unter der dargestellten Lage 1 noch weitere Lagen eingesetzt werden.
Die Lage 1 besteht aus einem Vliesstoff 2, der aus Thermoplastischem Elastomer (TPE) gefertigt ist. Im vorliegenden Falle kommt speziell Thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (PTU) zum Einsatz.
Vliesstoffe unterscheiden sich von Geweben, die sich durch vom Herstellverfahren bestimmte Legung der einzelnen Fasern oder Fäden auszeichnen. Vliesstoffe bestehen dagegen aus Fasern, deren Lage sich statistisch ausrichten, d. h. die Fasern liegen wirr im Vliesstoff zueinander. Die typische englische Bezeichnung „nonwoven" (nicht gewebt) grenzt sie von Geweben ab. Vliesstoffe werden unter anderem nach dem Polymer, dem Bindungsverfahren, der Faserart (Stapel- oder Endlosfasern), der Faserfeinheit und der Faserorientierung unterschieden. Die Fasern können dabei definiert in einer Vorzugsrichtung abgelegt werden oder gänzlich stochastisch orientiert sein wie beim Wirrlagen-Vliesstoff. Beim isotropen Vliesstoff haben die Fasern keine Vorzugsrichtung, sind die Fasern in einer Richtung häufiger angeordnet als in einer anderen Richtung, liegt Anisotropie vor.
Im Ausführungsbeispiel kommt als Spinnverfahren für den Vliesstoff das an sich bekannte Verfestigungsverfahren (Bonding) auf thermischer Basis zum Einsatz, das unter der Bezeichnung SMS (spun – melt – spun) bekannt ist. Zur Faserherstellung wird hier ein Polymer in einem Extruder erhitzt und auf einen hohen Druck gebracht. Das Polymer wird in genauer Dosierung mittels Spinnpumpen durch eine Matrize (Spinndüse) gepresst. Das Polymer tritt aus der Düsenplatte als feiner Faden (Filament) noch in geschmolzener Form aus. Durch einen Luftstrom wird es abgekühlt und noch aus der Schmelze gestreckt. Der Luftstrom befördert die Filamente auf ein Förderband, das als Sieb ausgebildet ist. Durch eine Absaugung unter dem Siebband werden die Fäden fixiert. Dieses Fasergelege ist ein Wirrlagen-Vlies, das verfestigt werden muss. Die Verfestigung kann durch zwei beheizte Walzen (Kalander) oder durch einen Dampfstrom erfolgen. An den Kontaktpunkten verschmelzen die Filamente und bilden so den Vliesstoff. Leichtere Vliesstoffe können ausschließlich auf diesem Wege (thermobondiert) hergestellt werden, schwerere Vliesstoffe werden mit einem zweiten eingearbeiteten niedrigschmelzenden Polymer hergestellt, wobei bei einem Durchgang durch einen Fixierofen der Schmelzkleber aufgeschmolzen wird und die Matrixfäden meist an ihren Kreuzungspunkten zusammengeklebt werden, so dass die gewünschten Vliesfestigkeiten gewährleistet sind.
Wie in 1 gesehen werden kann, ist die Oberflächenstruktur der Lage 1 nicht homogen, sondern es sind verschiedene Zonen ausgebildet, die sich in ihren Oberflächeneigenschaften unterscheiden.
Der Vliesstoff 2 im Fersenbereich soll sich durch Weichheit und hinreichende Atmungsaktivität auszeichnen. Demgemäß ist hier vorgesehen – s. den Schnitt A-A gemäß 2 –, dass zwei Materiallagen 2' und 2'' des Vliesstoffs 2 aufeinanderliegen und hier das Schuhoberteil bilden.
Etwas weiter in Richtung Schuhspitze ist ein Teilbereich 3 erwünscht, der im Schnitt B-B gemäß 3 näher dargestellt ist. Hier ist ein fester und dünner Abschnitt gewünscht, der zudem transparent sein soll. Hergestellt wird dieser Bereich mittels eines Schweißstrahls 4, wie er schematisch in 6 illustriert ist.
Der Schweißstrahl 4 (insbesondere erzeugt von einem Ultraschall-Schweißgerät, von einem Hochfrequenz-Schweißgerät oder von einem Laserschweißgerät) wird auf den Vliesstoff 2 gelenkt, wie er in 2 dargestellt ist. Der Schweißstrahl schmilzt das Thermoplastische Elastomer auf Urethanbasis auf, so dass die relativ lockere Struktur mit entsprechend geringer Dichte des Materials gemäß 2 verändert wird. Das Kunststoff-Material wird vielmehr in eine kompakte Struktur umgeformt, die sich nicht nur durch eine deutlich höhere Dichte auszeichnet, sonder auch dadurch, dass das Kunststoffmaterial transparent wird. Dies kann zur Erzeugung gewünschter optischer Erscheinungsbilder des Schuhoberteils vorteilhaft genutzt werden.
Für das feste Verankern von Schlaufen 7 zum Durchfädeln von Schnürsenkeln sind in einem noch weiter vorne liegenden Bereich des Schuhoberteils Bereiche 3 vorgesehen, wie sie durch den Schnitt C-C gemäß 4 ersichtlich werden. Hier ist eine Schicht aus Textilmaterial 5 (angebunden an die Schlaufen 7) zwischen zwei Lagen Vliesstoff 2 angeordnet. Die beiden Lagen des Vliesstoffs 2 sind – wie im Vergleich mit 2 und in der Zusammenschau mit 6 zu erkennen – wiederum mittels des Schweißstrahls 4 verdichtet, d. h. aufgeschmolzen worden, allerdings nicht notwendigerweise auf das Dichteniveau der Lage gemäß dem Schnitt nach 3.
Im vorderen Bereich des Schuhs sind schließlich nochmals andersartige Materialeigenschaften erwünscht. Hier nämlich soll der Schuh einerseits partiell eine hohe Atmungsaktivität aufweisen, andererseits soll auch eine sehr hohe Abriebsfestigkeit vorliegen. Erreicht wird dies dadurch, dass – s. den Schnitt D-D gemäß 5 – Bereiche 3 des Vliesstoffs 2 mittels des Schweißstrahls 4 aufgeschmolzen werden, wobei diese Bereiche dann allerdings mit einer weiteren Materialschicht 6 versehen werden. Diese kann während des Schweißvorgangs aufgebracht werden oder auch zu einem späteren Zeitpunkt auf die Bereiche 3 appliziert, z. B. aufgeklebt. werden.
Die nicht von der Materialschicht 6 abgedeckten, unbehandelten Bereiche des Vliesstoffs 2 sind hoch atmungsaktiv, während die mit der Schicht 6 abgedeckten Bereiche eine sehr hohe Abriebsfestigkeit aufweisen.
Die Erfindung setzt also einen TPE-(TPU-)Vliesstoff ein, der bevorzugt mit dem Meltblown-Verfahren hergestellt ist; genauso kann auch eine Kombination mit Material erfolgen, das im Spunbond-Verfahren gewonnen wurde, d. h. ein SMS-Vliesstoff. Durch das Meltblown-Verfahren erhält man ein dehnbares, abriebsfestes und dennoch atmungsaktives Vliesmaterial, das allerdings keine besonders guten Weiterreißfestigkeiten aufweist. Aus Gewichtsgründen muss das Material relativ dünn gehalten werden (bevorzugte Dicke zwischen 0,6 und 1,2 mm). Somit hat es noch keine ausreichenden elastischen und dämpfenden Eigenschaften, die man z. B. bei einem Fußballschuh im Schussbereich oder bei der Schuhzunge sowie im Fersenbereich als Polsterung benötigt. Um dies zu erreichen, wird bevorzugt das Meltblown-Ausgangsmaterial mit einem Spunbond-Vlies „beschichtet" (s. die obigen Ausführungen zum SMS-Verfahren). Der Spunbond kann aus dem gleichen oder auch aus einem anderen Grundmaterial bestehen (beispielsweise aus PP statt aus TPU). Der Spunbond-Vliesstoff ist an sich dem Meltblown-Vliesstoff sehr ähnlich, kann sich aber wesentlich durch die Festigkeit (bis zum Faktor 10 dickere Fäden) und durch die Dichte unterscheiden.
Das vorgeschlagene Schweißen erzeugt die gewünschten Materialeigenschaften. Das Verschweißen ermöglicht in vorteilhafter Weise auch die Anbindung des Schuhoberteils an angrenzenden Teilen des Schuhs.
Je nach Intensität und Dauer des Schweißvorgangs können dem Grundmaterial unterschiedliche Eigenschaften verliehen werden: Durch sehr intensives und langes Schweißen schmilzt der Vliesstoff auf und wird kompakt und – je nach spezifischem Grundmaterial – transparent. Damit kann eine signifikante Erhöhung der Abriebswerte und allgemein der Festigkeit erzielt werden.
Durch ebenfalls intensives Schweißen von Flächen oder von linien- oder rippenartigen Strukturen kann die Weiterreißfestigkeit erhöht werden. Das Vliesmaterial schmilzt auch in diesem Falle auf und wird stärker kompakt (transparent) oder weniger stark kompakt (halbkompakt – transluzent).
Wird das Schweißen gegebenenfalls nur zum Anbinden des Vliesstoffs an angrenzenden Bauteilen des Schuhs genutzt, bleibt die Atmungsaktivität des Vliesstoffs vollständig erhalten.
Das Schweißen kann auch gezielt zum Erzeugen gewisser Funktionalitäten des Schuhoberteils genutzt werden. Es können beispielsweise durch das Schweißen Lochverstärkungen (als Ersatz für Schnürteile oder Nieten) oder Längs- und Querverstärkungen (als Ersatz für Bänder) realisiert werden.
Wie oben erläutert, können die mechanischen Eigenschaften des Schaftmaterials auch dadurch verbessert werden, dass zusätzliche Textillagen mit eingeschweißt werden. Dies kann direkt auf die Vorder- oder Rückseite des Vliesstoffs oder als Sandwich-Struktur zwischen zwei Lagen Vliesstoff erfolgen.
Durch das erfindungsgemäße Konzept kommt es infolge der Schweißung zu einer Erhöhung der Dichte des Materials, das mit dem Schweißstrahl beaufschlagt wird. Dabei wird bevorzugt die Dicke des Materials auf höchstens 60% der Ausgangsdicke, besonders bevorzugt auf höchstens 50% der Ausgangsdicke reduziert (jeweils gemessen im kompressionsfreien Zustand). Entsprechend erhöht sich die Dichte mindestens um den Faktor 1,67, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 2.

1: Lage eines Schuhoberteils
2: Vliesstoff
2': Materiallage
2'': Materiallage
3: Teilbereich
4: Schweißstrahl
5: Textilmaterial
6: weitere Materialschicht
7: Schlaufe

Claims

Verfahren zum Herstellen zumindest einer Lage (1) eines Schuhoberteils oder eines Teils eines Schuhoberteils, wobei als Grundmaterial für zumindest einen Abschnitt der Lage (1) des Schuhoberteils ein Vliesstoff (2) aus Thermoplastischem Elastomer (TPE) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teilbereiche (3) der Oberfläche des Vliesstoffs (2) von einem Schweißstrahl (4) so beaufschlagt werden, dass in diesen Bereichen (3) zumindest ein teilweises Aufschmelzen des Vliesstoffes (2) erfolgt, um die Dichte des Materials in den aufgeschmolzenen Bereichen (3) zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (2) aus Thermoplastischem Elastomer auf Urethanbasis (TPU) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (2) aus einer einzigen Materiallage hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (2) mittels des Meltblown-Verfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (2) aus mehr als einer Materiallage (2', 2'') hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Materiallage (2') des Vliesstoffs (2) im Meltblown-Verfahren hergestellt wird und mindestens eine weitere Lage (2'') des Vliesstoffs (2) im Spunbond-Verfahren hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff (2) mit mindestens einer Lage eines Textilmaterials (5) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage Textilmaterial (5) zwischen zwei Lagen Vliesstoff (2) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Beaufschlagen mit dem Schweißstrahl (4) auf die beaufschlagten Bereiche (3) des Vliesstoffes (2) eine weitere auf dem Vliesstoff aufgelegte Materialschicht (6) mit dem Vliesstoff (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beaufschlagen mit dem Schweißstrahl (4) auf die beaufschlagten Bereiche (3) des Vliesstoffes (2) eine weitere Materialschicht (6) auf den verfestigten Vliesstoff (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrahl (4) von einer Hochfrequenz-Schweißanlage erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrahl (4) von einer Ultraschall-Schweißanlage erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrahl (4) von einer Laser-Schweißanlage erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrahl (4) so geführt wird, dass sich definierte Bereiche mit erhöhter Dichte ergeben.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Bereiche streifenförmig oder rippenförmig ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenförmigen oder rippenförmigen Bereiche gekrümmt ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Bereiche kreisförmig ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Bereiche eine geschlossene Ringstruktur umfassen.