专利名称：减震橡胶地垫及制造方法 在此将引用的所有美国专利作为参考的并入。如公开的美国专利申请序列号09/374,707，申请于1999年8月13日，和相应的日本专利申请号353345/99，申请于1999年12月13日所述，地垫长期以来被用于方便清洁人们的鞋底，特别是在高行人通行量的地区例如门口。潮湿、污垢和来自门外的碎屑容易粘在这些鞋类上，特别是在恶劣天气下和草地或底泥或类似地区。这些令人讨厌的和潜在的地板着色或脏物需要在进门前从人的鞋上被除去。由于其本身的性质，这些垫子必须经受经常的反复的冲洗和干燥来除去使用中沉积在上面的污垢和碎屑。如下述，这些垫子通常是从服务性的实体中被租借来，该实体从用户那里收回弄脏了的垫子并提供干净的替换垫子。弄脏了的垫子其后在工业清洗过程中(象例如在旋转式清洗和干燥机中)或用手清洗并干燥，然后被送到另一个用户那里来替换新的脏垫子。过去已经生产出含有高密度橡胶、废橡胶、海绵状材料包括PVC、乙烯基聚合物和聚氨酯，还有再生轮胎用橡胶的未铺地毯的抗疲劳控尘垫。由于过重或密度太高(因此会损坏机器或其本身)或太易变质(因为海绵状材料容易被扯开，特别是在旋转式清洗应用中)该垫通常不能在工业清洗应用中(例如旋转式清洗机)清洗。在标准的租赁式洗衣业市场中，这种可洗性是提供一种适宜的地垫制品的关键。因此，生产具有足够的强度以经受住在工业用租赁式洗衣服务业中的高强度洗涤和清洗的未铺地毯的带垫层的地垫是非常困难的。海绵橡胶最近刚刚被利用在控尘垫中作为减少垫子制品的整体重量以易于移动和清洗(例如Nagahama等人的美国专利5,305,565)的一种方式。并且带垫层的垫子也已经被制造出来了，其通常包括含有一体化橡胶的非连续区域的部分垫子，在三个轴线上增加了垫子的表面区域，因此提供了行人可以踩踏的带垫层的区域。然而，除了如前面涉及的美国申请09/374,707和日本申请353345/99中所述的，还没有一种包含一体化橡胶突起的垫子，它不仅允许被反复地工业清洗而不出现垫子结构的明显降低，而且为行人用户提供具有良好减震效果的更舒适的地板和地面覆盖物，同时还为这些行人的鞋提供一个清洁表面。因此，需要提供一种改进的耐用减震控尘垫及方法。
本发明的一个目的是提供一种耐用减震控尘垫，其可以清洁行人的鞋袜。此外，本发明的一个目的是提供一种减震控制尘垫，其减震方面是由至少一层经必要的硫化工艺生产的整体橡胶突起提供的。本发明的再一目的是提供一种减震全橡胶地垫，其保持其减震特性并依应用成形，同时可以在工业用旋转式清洗机中反复清洗而不损害机器或其自身。因此，本发明的一个实施例包括含有至少两个独立橡胶层的橡胶地垫结构，其中所说的至少两层包含由海绵橡胶构成的第一层；和由硬质橡胶构成的第二层；其中在该橡胶垫结构中一体化的至少一个突起表现为具有一个中心部分和一个外表面部分，其中该至少一个突起的中心部分是由该海绵橡胶的第一层构成的，其中该至少一个突起的外表面部分是由该硬质橡胶的第二层构成的，且其中突起是星形的，垫子表面突起的周围地区有棱纹或凹槽为行人的鞋提供额外的清洁。此外，该突起优选按照轮胎外胎面的相似排列或成组和成行的脚印来安排突起群。
第一橡胶层可以由任何标准橡胶组合物构成，包括但不局限于，丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、羧化NBR、羧化SBR、氯化橡胶、含硅橡胶等等，所有这些必须包括一种发泡剂以形成所得到的海绵橡胶的必需的闭孔结构，例如Nagahama等人的美国专利5,305,565。基于成本考虑，优选的橡胶为NBR、SBR及其混合物。
如上所述，海绵橡胶成分在此具有创造性的地垫中是重要的。控尘垫通常出现的问题是由于经常性的清洗和使用环境的严酷引起的。首先，清洗和干燥一个典型地垫所需的能量很重要地依赖于垫子的整体质量。整体质量最主要是来自于垫子中的橡胶的质量。如可预见的那样，地垫整体质量的减轻将会导致在清洗和干燥垫子时所需能量的减少。此外，橡胶质量的相对减轻带来了实质性的好处。因此，重量更轻的橡胶组合物，例如海绵橡胶，在本发明控尘垫的至少一部分中的应用包括一个橡胶背材片，它可以具有比典型的先前地垫的橡胶片轻约25％至35％的比重。因此，本发明垫子的底层和一体化橡胶突出的中心层是海绵橡胶。该海绵橡胶层比硬质橡胶罩(通常)要厚。该第一层的目标厚度约为15至500密耳，优选约为25至400密耳，更优选约为40至350密耳，最优选为75至250密耳。所得到的垫子构造的较轻重量由此转化为在清洁垫子时垫子对清洗或干燥机器的损害或在这种高强度的过程中对其自身的损害的可能性的降低。尽管这种具有创造性的地垫必须经受工业用机器清洗的严酷，但手洗和任何其它清洁方式也是可以应用的。海绵橡胶同样可以在行人连续使用后保持或恢复垫子的初始形状。综上所述，该具有创造性的地垫提供了一种制品，它在很长一段时间内将保持其美观的、令人满意的特性，因此对于消费者来说就转化为费用上的降低了。
第二橡胶层优选含有硬质橡胶组合物。该硬质橡胶可由任何标准类型的橡胶构成，例如丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)或苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、或该丁二烯的羧化衍生物、EPDM等等(即上述那些但不加入发泡剂)，所有这些仅为举例。优选地，第二层由NBR构成。该第二层的目标厚度约为2至50密耳，优选约为5至40密耳，更优选约为10至35密耳，最优选约为15至25密耳。该层优选在硫化前置于海绵橡胶第一层之上来完全覆盖第一层。然而，如果需要的话，该第二层也可以仅覆盖第一层的一部分。将第一和第二层被一起压延，置于皮带上，然后将一个压铸模置于第二层之上，它具有一个开口，硫化和结构加压时熔融橡胶可通过此开口流出。因此，硫化时的高压(约为15至50psi，优选为20至40psi)和高温(约为250至400°F，优选约为320至385°F)便熔化并推进两层中的一定量通过压铸模的开口。在该过程中，较浓的硬质橡胶不允许浓度小的喷出的海绵橡胶突出穿过硬质橡胶层。同样地，所得到的突起具有海绵橡胶中心和硬质橡胶罩。该突起附加于垫子结构上的整个表面，因此，硬质橡胶层在硫化和成型后比最初的放置步骤之后要薄。然而，硬质橡胶层仍保持完整并具有足够的强度以保护海绵橡胶不会接触到行人的鞋袜、大气环境和阳光。因此，所得到的垫子用突起来面对行人。该具有创造性的垫子具有一个附有突起的双层结构。
此外，本领域中存在的一个重要问题涉及在使用和清洁时由于片材在氧化环境中的暴露而引起的橡胶背材片基质中碳碳双键的恶化。特别地，在清洗和干燥过程中垫子在氧化剂中的暴露容易使橡胶片材的碳碳双键断裂，因此将橡胶充分脆化导致在使用压力下裂化。除清洗过程外，随着时间的过去，存放和使用时垫子在大气的或产生的氧气和臭氧中的暴露会导致裂化。因此，本发明的垫子可以包括一种抗臭氧添加剂，例如在Kerr的美国专利5,902,662中所述的乙烯-丙烯-二烯单体橡胶(EPDM)，它为橡胶背材片提供了增强的抗氧保护来充分延长垫子的使用寿命。这种添加剂同样显示出这种橡胶背面的垫子与不同表面，例如混凝土、木材和操作者的皮肤，等接触时着色能力的降低，如Rockwell，Jr的美国专利6,159,576中所讨论的。
术语“一体化橡胶突起”包括橡胶垫片材上任何类型的突起，橡胶垫片材是由必要的两个独立橡胶层的相同橡胶组合物形成的，且不以任何方式附着于结果生成的背材片。因此，这样一种突起会在硫化时通过熔化橡胶组合物生成，并且允许熔融橡胶通过压铸模流至某一位置，在该位置保持到其硫化并凝固。如前所述，垫子构造的大部分(第一层)为含有发泡剂(以生成海绵橡胶)的橡胶，且第二层硬质橡胶覆盖在该发泡胶部分之上。在此种方式中，突起是通过压铸模在硫化过程上同海绵橡胶的中心和硬质橡胶罩一起形成的。因此，单独的突起在该具有创造性的垫子内(特别是较软的海绵橡胶中心)提供松弛压力的不连续区域，这样便为行人提供了比完全扁平的海绵橡胶结构更好的减震作用。
至于塑模，可用能够经受硫化温度(即约在250°F至400°F之间)和压力(即通常约在15psi至50psi之间)的任何材料来构造。因此，可以应用任何金属，例如钢、铝、钛等等。优选地，用钢或铝来制造塑模，通常为正方形或矩形的，并且含有贯穿的孔以最终形成所需突起。优选地，该孔为相同形状的多点星形并贯穿该塑模从一个表面至另一个表面。优选的过程将特别在以下略述。
该具有创造性的垫子提供了一种持久的、工业上可洗的、减震的橡胶地垫，它为使用者提供了舒适性和显著提高了的使用耐久性、美学连贯性和模量强度特性。所有这些对于消费者来说由于生产成本的降低转化为了费用的降低，取代这种垫子的需要比其它抗疲劳、带垫层的垫子产品大大降低了，同时这种同样可以除去行人鞋袜上的污垢和潮湿的特殊的带垫层的垫子的应用也减少了可能的医药和保险的费用。


图1是地垫制造机器和过程的示意图。
图2是该具有创造性的地垫的优选实施例的局部顶视图。
图3是优选塑模的局部底视图。
图4是沿图2的4-4线的局部切面图。
图5是图1、2和4中垫子的底视或后视图。
图6-9分别是本发明其它实施例的塑模或钢板示意性的底视图。
图10-12分别是本发明选择性的突起示意性的放大顶视图。
图13-17分别是本发明选择性实施例的压铸模和相应地垫示意性的顶视图。
图18-20分别是本发明特例的照片。
图21-23是本发明垫子制造方法示意性的侧视图。

当本发明结合某些优选实施例和实践来描述时，本发明并不局限于这些实施例和实践。相反地，如权利要求所限定的所有选择、修改和等同物都将包括在本发明的精神和范围内。
现在来看附图，其中不同附图中出现的相同部件用相同的参考标记来指定，图1显示了生产该具有创造性的控尘垫24的一种地垫制造机器10和方法。该机器10包括一个将垫子成分14、16从初始位置区12传送穿过一个硫化室或压力22的传送带11。这样，第一橡胶层(包括发泡剂)14和第二硬质橡胶层16的压延复合物被置于带11上。接着，将一个金属塑模或钢板18置于层16之上。第一橡胶层14的厚度约为90密耳，而薄很多的第二硬质橡胶层16的厚度约为15密耳(mil)。然后将所得到的包括金属塑模18的合并物20移动到硫化室22中，其具有的热压(未示出)使垫子部件达到约为350℃的温度和约为30psi的压力。硫化后，将塑模18从垫子24中除去。
图2给出了该具有创造性的垫子24更详细的顶视图。垫子24的顶盖是第二硬质橡胶层16(图2和4)。在一个选择性的实施例中，第二硬质橡胶层可以仅覆盖海绵橡胶层(图1和4中的14)的一部分。该具有创造性的垫子24包括从垫子24上突出的一体化星形橡胶突起26。这些突起26如前面更充分描述的为一种抗疲劳地板遮盖物产品提供了减震特效。
抗疲劳垫24进一步包括一个突出的边沿或边缘28。突起26和边沿28之间的垫子24的表面包括多个交叉背脊或肋30。突起26优选高于肋30。
优选的塑模18在图3中更彻底的进行了描述。该塑模优选约为1/10-2英寸高，更优选1/10-1/2英寸高，且用钢或铝制成。任何材料只要能经受硫化温度和压力而不变形或永久性的粘附在图1的垫子产品24上(例如象钢、钛、铝等金属)就可以被用于这种塑模18。优选的塑模18包括多个切口或开口32，其又优选为星形的，直径约为0.1-1英寸，优选约为0.1-0.5英寸且深度为1/10-2英寸，优选为1/10-1/2英寸。通过这些孔32使第一海绵橡胶层(图1中的14)和第二硬质橡胶层(图1中的16)的橡胶组合物最终被压成优选的垫子(图1中的24)顶面上的所需突起(图2和4中的26)。
塑模18也包括多个产生垫子24的交叉肋或背脊30的V形凹槽或凹进34。背脊或肋30的高度可以约为0.1cm。尽管凹槽34和肋30表现为菱形交叉图案，如附图6-9中所示的其它图案50、52、54、56也可以使用。而且，肋30可以用塑模18底部的肋或背脊生成的凹进或凹槽代替。同样，尽管突起26显示为多点星形，突起也可以为附图10-12所示的其它星类形状60、62、64。
图4示出了完成的具有创造性的地垫24的部分切面。已经形成的突起包括来自第一橡胶层14的海绵橡胶中心36和包括第二硬质橡胶层16的罩38。所得到的优选的星形突起每个直径约为0.1-1英寸，优选为0.25英寸，高度约为1/10-2英寸，优选0.12英寸。硬质橡胶层硫化后的厚度由于硫化时的压力和将橡胶组合物14、16压进穿过金属塑模(图1和3中的18)从大约15密耳减少为大约10密耳。
参见附图中的图5，垫子24的背面或下表面40优选具有粗糙的、有纹的、表面微凹的、或类似纺织品的表面结构42。这增强了垫子24的防蠕动。
图13-14和17分别描述了压铸模或钢板100、200和500，图15-16分别描述了具有优选突起图案102、202、302、402、502的地垫300、400，该图案是由分别形成开口108、208、508，和优选为星形的突起308、408的突起群的组104、204、304、404、504和行106、206、306、406、506构成的。
本发明的详细说明如前所述，在本发明的优选实施例中，第一海绵橡胶层的基本材料是丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)或苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。也可以使用的其它材料包括，举例说明，氢化NBR、羧化NBR、EPDM，和通常任何其他可以形成泡沫状态的标准类型的橡胶。从费用观点考虑，使用NBR或SBR是理想的。
本发明使用化学发泡剂添加物以使橡胶材料最终产生一个较轻的橡胶片材。特别地，本发明的橡胶背材片由混有发泡剂的NBR或SBR或这二者构成。橡胶/发泡剂混合物此后作为未硫化的硬质片材被压延。实际操作中，可利用Miles Inc.Rubber Division in Akron，Ohio的NBR原料。SBR可以从Goodyear Tire and Rubber Company inAkron，Ohio买到。也可以在一个优选实施例中加入EPDM来提供抗臭氧和其它特性。
在本发明的优选实践中，聚合物成分的母炼胶首先通过将生胶(NBR或SBR)和抗臭氧聚合物添加剂(EPDM)以所需比率并连同各种稳定剂和加工剂一起混合。各种添加比率的母料示例组合物如表1A给出，其中EPDM与NBR混合，NBR在添加聚合物中的比率为9.0(a列)、2.3(b列)和1.2(c列)。

在优选的实际操作中使用的增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯。稳定剂是Uniroyal Chemical名下商标名为Polyguard的三壬基苯酚磷酸盐。加工助剂是R.T Vanderbilt Company in Norwalk Connecticut出售的且商标名为Vanfree AP-2。抗氧化剂是Uniroyal Chemical出售的且商标名为Octamine。
接下来将母料、固化剂的混合物加入到第二步的混合操作中以形成构成本发明地板遮盖制品背材片的原料橡胶化合物。在此第二步混合操作中的原料橡胶化合物的一个示例组合物在表1B中给出了。

SBR对EPDM不同添加比率的母料示例组合物以与表1A的相似方式在表2A中给出了。

优选将SBR母料、固化剂混合后加入到第二步的混合操作中以形成构成本发明地板遮盖制品背材片的原料橡胶化合物。在此第二步混合操作中的原料橡胶化合物的一个示例组合物在表2B中给出了。

如前所述，第一海绵橡胶层包括在硫化过程中在橡胶内有效形成闭孔气体的发泡剂。因此，第二硬质橡胶优选为与以上所列的那些相同的组合物但不包括附加的发泡剂。这样第二层也优选被压延至厚度远薄于第一海绵橡胶层以形成所需的硬质橡胶罩。第一海绵橡胶层的发泡剂优选为氮化合物有机类型剂，它在正常贮存和混合温度下是稳定的，但在适当地限定的分解温度下能够经受可控制的气体蒸发。仅作为示例而非限定，可以使用的发泡剂包括来自Uniroyal ChemicalInc.in Middlebury Connecticut的偶氮二碳酰胺(Celogen AZ-type发泡剂)和来自Miles Chemical in Akron，Ohio的商标名为PoroforADC-K的改良偶氮二碳酰胺。
已经发现将该发泡剂的添加控制在橡胶组合物原料中约1至5份重量之间的水平能够产生具有约在50％至200％之间的膨胀系数的橡胶片材。在完成稀释操作后，含有EPDM和发泡剂的未硫化的第一橡胶层与前述的置于第一层之上的未硫化的第二硬质橡胶层装配在一起。然后，在第二层上放置前述模。两个橡胶层的硫化至少部分在压力成型设备中实现，其中所施加的压力在20至40psi之间。在高温和高压下，通过发泡剂形成的氮溶解在部分橡胶中。由于高内部气压，当压力从压力成型设备的出口减轻时，在第一橡胶层内形成小的闭孔。在一个选择性的实际操作中，可以使用二次硫化炉完成垫子的硫化并为所得到的产品提供附加的稳定性。
实例通过将表1A中列出的材料在一个标准的橡胶密闭式混合机中以约280F至300F的温度下一起软制化1至2分钟的时间制成两个单独的橡胶片材料。EPDM添加物如表1A所示制作以产生EPDM对NBR的比率为3.0。然后用表1B中给出的固化剂添加物制作两个单独的橡胶片材，然而，第二层不包括发泡剂。包括发泡剂的第一片材为软制化橡胶化合物的未硫化片材，然后将其压延至大约90密耳的厚度，且具有约为3英尺的宽度和约为4.5英尺的长度。然后将同样未硫化的第二片材压延至大约15密耳的厚度和与第一片材相同的尺寸。然后用第二片材将第一片材在其表面上完全覆盖。然后将具有多个开口的压铸模置于第二片材之上。然后将压铸模/橡胶片材合成物在大约350F的温度下、大约40psi的压力下硫化15分钟，并在大约290F的温度下、大气压强下二次硫化5分钟。所得到的地垫在结构的周长上具有一个硬质橡胶加固边沿，同时中间部分包含具有在海绵橡胶中心之上的硬质橡胶罩的多个突起。第一和第二橡胶层便永久性地粘合在了一起。所得到的垫子制品具有明显的减震效能。
根据选择性的特殊实例，本发明的垫子的整体尺寸，例如，约为25.6×35.4×0.2英寸(65×90×0.5cm)、29.5×70.9×0.2英寸(75×180×0.5cm)等等。每个实例中的每个突起具有的整体尺寸约为0.25英寸(0.63cm)宽和0.12英寸(0.3cm)高。
当本发明结合某些优选实施例和过程描述和公开时，并非是将本发明限制在这些特殊的实施例和过程中。更恰当的是，，本发明包括可能属于由权利要求所定义和限定的本发明真实精神和范围内的所有这些选择性的实施例、过程和修改。


本发明涉及一种减震控尘垫或制品，其中所述垫包括至少两个不同的橡胶层，一个含有海绵橡胶，另一个含有硬质橡胶，且其上表面中存在多个星形突起。同时，突起之间的垫子表面是有棱纹的或凹进的。硬质橡胶层存在于垫子上表面的海绵橡胶层之上，其中存在的多个星形橡胶突起提供了减震特性。所述硬质橡胶层作为海绵橡胶层的罩或垫垒，特别是在星形突起之上，以提供一种弹性的垫子，经过大量使用和/或在工业清洗过程中的洗涤后不易降低它的模量强度，特别是经过行人通行量的标准使用后，在星形突起内不会出现明显的破裂或断裂。本发明还提供了这样一种具有创造性的减震地垫制品的生产方法。