可加压的封套和方法

本发明涉及内部可加压的多层封套，尤其涉及一种改进的多层加压的、包含气体的封套，这种封套特别适合于作为诸如鞋袜中的内底和其它部件之类的缓冲垫使用。

以前，在提供具有平的或均匀弯曲的支撑面的、内部可加压的多层封套方面经历过相当大的困难，其中的封套要具有能加压到相对较高水平的能力。从前，因为要求将这种物品包封在起缓冲体作用的粘塑泡沫中以便寻求期望的平滑的或弯曲的表面，所以许多被吸收的、重新分布的以及被储存的碰撞/冲击能量都损失掉了，不能以有用的方式返回去。

完全不可能提供其中构成这种产品的大部分（大于60%）的负荷支撑材料为在一定压力下的气体的产品。对于以前的产品，以有益的、有效的和适的方式返回的这种结构的碰撞能量不到40%，该能量的剩余部分以热的方式被吸收和耗散掉。本设计方案能够以有用的方式将按其它方式要浪费的能量最多返回达92%。此外，还提供了高级的缓冲性和柔顺性，这就使冲击振动负荷对脚和腿的损伤大大减少，可减少至12个G的水平。

研制这种新产品的原因是，以前的产品在制造这种具有高度弹性和柔顺性的、用于鞋袜类等的、重量轻、寿命长、充气压力高的结构的过程中已经碰到了困难，在这种新产品中，在碰撞时被吸收、重新分配和贮存的能量要能作为有用的能量、以平滑的方式、以等于或大于从该产品上移去所加负荷的速率、被有效地返回去。这种新产品的成功取决于以下几个基本问题的解决：1）在拉紧件（带有落线的织物层）和含气的隔层之间在遭受长期重复的疲劳状态的强负荷情况下脱开（分层，2）落线的缓冲、磨损、和弯曲疲劳断裂，3）落线的水解变质断裂，4）隔层的霉菌、细菌和水解应力破裂，5）在受到高负荷和弯曲以及扭曲作用时，紧靠布的剪切边缘的拉紧件的散裂，6）隔膜的穿孔和磨损断裂，7）由于自拉紧布侧面伸出的纤维细丝落入并跨过周边的隔层封口从而产生能缓慢泄漏加压气体的微小泄漏路径而引起的在周边封口处的加压气体泄漏。

除了以上问题而外，更困难的问题之一是要提供一种密封的、可永远充气的缓冲件，和管状的或圆形的腔室相对照，这种缓冲件的表面是平的，并且可做得较厚从而可实现100%的空气支撑和缓冲，并且该缓冲件要具有足够大的抗疲劳强度从而能在使用中承受无数次压缩循环。就消费品而言，尤其是鞋袜，几年的使用寿命是非常重要的。进而，这种产品必须能维持其独特的和有益的缓冲性质，这些性质在其整个使用寿命期间都无显著的变劣，很明显，在一个时期内压力的显著减少或增加都是不能接受的，尤其对消费品而言更是如此。还期望提供一种能经得住较高局部负荷而压不瘪的充气产品，例如在体育活动中一般遇到的负荷。

例如，在涉及跑或跳的竟赛或其它体育比赛项目中，在脚跟撞击或蹬出期间就存在着基本上是局部的负荷。如果缓冲件瘪了，那么缓冲的整个目的就破灭了。对于所碰到的大多数情况而言，为了防止缓冲件压瘪，或者将这种产品制造得足够厚，或者充的压力很高，或者两者兼有之。另一个能满足 需要的办法是使用较低压力下充气的较小腔室，将它置于负荷承受面的下方，因此就存在很小的、或者根据不存在空气可能逃入的储气空间。如果没有用泡沫包围着具有圆形管状腔室的压力较高的已有技术充气物品，或者没有将这种已有技术充气物品同某种其它类型的表面/外形缓冲件一起使用，那么这种已有技术的充气物品就要产生一种不舒适感。

这种拉紧的产品的负荷/挠曲曲线显示出以前的其它已有技术负荷缓冲件从来未有的全新、独特和有益的缓冲特性。

我的早期发明（专利号4，183，156）的负何挠曲特性提供了小负荷情况下的极其柔软的缓冲支撑。然后随着负荷的逐渐加大，支撑力也随之成直线地或指数地增加。这种类型的负荷挠曲特性适合于许多场合。但是还存在着另外一些应用，在这些应用中非常期望这种加压充气缓冲件自小的压力负荷至中等压力负荷区间的一开始就能展示出一种极稳定的缓冲支撑，其支撑度大于所加负荷的面积与内部工作压力的乘积。因此，在加上了较大的压力负荷时，缓冲件就在一个预定的负荷处从这个稳定的板状缓冲支撑状态开始自动地发生变化，并且在该充气物品的整个可利用的位移范围内展示出一种软的、比较一致的并且水平逐渐增加的缓冲支撑。

这种类型的缓冲支撑包含和已有技术相比有很大不同的崭新技术。现在可以得到使用已有技术不可能得到的崭新和非常有用的产品。

因此，需要一种改进的、优于已有技术充气产品的、基本上是永久性预加压的产品。同样也很明显的是，存在着能够比较便宜地并且较大批量地制造出质量极高的这些产品的一些实际方面的考虑，这些产品的质量要能保证，即使在将它们作为鞋袜类的一种永久性的整体部分制造时该产品也不会漏气并且有一个可以接受的使用寿命。它的另一个优点是提供一种气体加压的负荷支撑缓冲件，这种缓冲件可被制成各种各样的形状，厚度和外形。

按照本发明已经克服了已有技术的这些和其它一些困难。本发明提供了一种气体加压的充气结构，它包括一个严密密封的外覆盖隔层，如下面将要介绍的那样，该隔层牢固地粘结在基本上是整个的双壁式的内部织物结构的外表面上。该双壁式的织物结构包括第一和第二外织物层，这两个织物层一般相互分开一个预定的距离、落线（或更确切地说的落纱），最好是多丝纱的形式，包括许多单根的、在各个织物层的相邻或相对表面之间内部延伸的纤维。只有这种产品才使用多丝落纱。落纱的长丝形成了拉紧的限制部件，并且这些长丝被固定到各个织物层上。一般可将该限制部件或落纱安排成垂直于第一和第二织物层，或者将它们安排成一个三角形形状。值得注意的是，组成了落线或限制部件的纱可以和组成第一和第二织物层的纱分开、并且不相同，也就是说，用于第一和第二织物层的纱可能和落线或限制部件的纱完全不同，这取决于应用场合与使用环境。这些限制部件的作用就是，使加压充气结构维持平直的或倾斜平面的形状，将外部覆盖层粘到各织物层的这侧或露出来的外表面上就能防止外部覆盖层从该远端表面脱落或分开、并形成一个“疙瘩”。从一个织物层伸向另一个织物层的落纱作为最佳限制部件按纯拉紧方式起作用，并且这些落纱以大批量的形式出现，足以将这种结构保持在期望的平面形式同时又没有给两个外层的相互压缩提供明显的阻力。也就是说，该限制部件的压缩强度极小，但拉紧强度极大，因此这种限制部件对外部施加的负荷没有提供任何明显的压缩支撑;故能展示出极大的疲劳寿命。正是由于这种加压气体部件才能对极大的长时间循环压缩负荷提供100%的缓冲支撑。这种加压的气体确确实实有一个无限的疲劳寿命。因此，通过按这种方式分隔开该物品所包含的各个部件的压缩负荷与拉紧负荷，即得到了一个极其独特的有益结果。最终产品的疲劳寿命比用其它方式可能得到的产品寿命大许多倍。在织物层的邻近表面之间的区域有足够大的敞开空间让加压气体穿过加压腔室运动。

用来充气的严密密封的外部隔层最好由一种复合的弹性半可渗透材料组成，这种材料对那些基本上非极化的以及分子大小极大的气体基本上是不可渗透的。借助于隔层的弹性组分中的结晶成分的百分组成，该外部隔层还能控制周围空气的N2、O2以及其它组分气体的向内和向外扩散的速率。因此，这个外部隔层能提供第二个极为重要的功能，即它能略微渗透一点诸如氧气之类的某些其它气体。对于这种材料，能产生一种氧气从周围空气有选择性的向内的扩散，借助于这种扩散产生的部分压力，这种扩散有增加已加压的外壳中的总压力 的趋势。这一点在例如下述专利中作了较详细地描述：Rudy，美国专利第4，340，626号，批准日期：1982年7月20日;Rudy等人，美国专利第4，183，156号，批准日期：1980年7月15日;以及Rudy等人，美国专利第4，219，945号，批准日期：1980年9月2日。请您注意这些专利中对于隔层膜、加压气体以及和通过半可渗透隔层的扩散抽吸和气体的激活扩散有关的物理现象的描述，这些专利在这里被参考引入。

按照本发明的这些结构是非常独特的，并且特别适合于在要求这些结构能在一定限定的空间里吸收和缓冲冲击负荷、然后以有用的方式将这种按其它方式要浪费掉的能量返回的场合中使用。这种结构由于和已有技术结构相比其质量明显减少，所述还另有优点，由此即能提供在扭曲时滞后能量损失很小的限压壁或限压件。至少加压到2磅/英寸2并且最好大于15磅/英寸2的一种（或多种）气体的效果很好，能以优质舒适、有效逼真和有益的方式返回被贮存的能量。当将本发明的结构加压到超过40至50磅/英寸2的水平时，这种结构就能返回高达92%的冲击能量。

因此，如果将一个模拟典型人脚在足跟撞击时的速度、质量和形状的重物从2米左右的高度跌落到按照本发明的经适当设计的结构上，即该结构被加压到55磅/英寸2左右，则该重物将首先得到对该冲击力的良好的缓冲，在重物上的重力范围为9-12个G。在这一循环的向下压缩部分的期间，在该物品内被吸收，重新分配和贮存的几乎全部冲击能量（即92%左右）将被极有效地返回到该重物上，使该重物回弹到起始跌落高度的92%左右，或者为22英寸高。使用柔顺性这个词来表示以下两种因素的组合：缓冲性和弹性。认为同时显示最大的缓冲性的最大的有用能量返回（或弹性）的产品具有好的柔顺性。当然，柔顺性差，其情况相反。

本发明专门适用于以最小的厚度和空间（即外形小）能实现上等的和/或最大的缓冲舒适、支撑和冲击保护的鞋袜类和其它类似缓冲应用场合。在Rudy的专利第4，183，156中公开的较厚的物品大都不太适合于这种类型的应用。早期的产品凸凹不平，再加上需要包上某种类型的泡沫层或缓冲体来取得光滑舒适的支撑面，因此，适于这种应用的产品比较厚和笨重。

本发明的平直或倾斜的、平面形状的负荷承受面在空气缓冲的弹性支撑上获得了全新的和独特的100%程度的漂浮，获得了前所未有的舒适和保护。本发明不再需要泡沫包层。但在某些情况下还期望使用泡沫将这种产品制成鞋袜底，来吸附湿气并进一步增加这种充气加压产品的使用寿命。使用泡沫还可以控制或消除在该缓冲产品弯成尖角时发生弯断的趋势。

在本发明中，形成一个或多个“疙瘩”，就能导致断裂。在隔层材料从双壁织物层的远端或外部表面脱开时，或者在由于落纱的断裂而引起的脱层存在时，都可能产生这种“疙瘩”。这种落纱断裂可能由落纱的弯曲疲劳和/或磨损疲劳引起，一般称之为原纤维化型疲劳。图30表示的是落纱拉紧的织物在高级运动鞋中穿用六个月左右后在足球作用下的典型原纤维化疲劳的电子显微镜图像。正如下边要讨论的，本发明解决了有关产品寿命的这些问题。

以前就已经提出过使用按拉紧的形式发挥作用以限制和定形隔层表面的双壁结构中的落纱。例如，在Cross的美国专利第3，205，106号中（批准日期：1965年9月7日）就描述了在落纱的强度不够大并且谨慎小心地使用落纱时可能产生的这种“疙瘩”的一个实例。该专利的这种产品完全是作为一种结构件发挥作用的，既没有产生缓冲作用，又没有解决本发明所解决的在缓冲产品中本身就有的这些问题。Cross既没有找到为了实现永久性的充气而必须解决的问题，又没有试图以像在本发明中所描述的那种有用的独特方式去使用或控制扩散的抽吸。

例如Tungseth的美国专利第3，616，126号（批准日期：1971年10月26日）和Giese等人的美国专利第4，005，532号（批准日期：1977年2月1日）就已经建议在双壁结构中使用落纱和长丝作为结构压缩缓冲件或加固件。这些已有的结构由编成了一个坚硬的三维的压缩负荷支撑垫的一股重的（即大直径的，0.003至0.025英寸直径）塑料单丝组成。Tungsefh的3，616，126号专利描述了这种类型的产品，它完全依赖于在该编织结构中所选直径的塑料单丝的弯曲特性，并且为了吸收压缩冲击负荷将该塑料单丝置于压缩状态中。在 Tuohgsefh的3，616，126号专利中根本没有提供气动支撑。

Giese的第4，005，532号专利同样也是一个坚硬的压缩负荷支撑垫，用一股0.010英寸直径的塑料单丝编织而成，因此能为鞋袜类物品形成绝热的嵌入层;其中描述到“分层材料（即塑料单丝）的强度很大，在承受穿鞋者的重量时能防止网状织物彼此间变形”。这种情况对Tungsfh而言也是相同的。该实施例要求用隔层材料复盖该支撑垫，并将该支撑垫封闭起来以形成一个严密密封的腔室。按一种方式，可以将空气留在该室内以形成一个孤立的、静止空气空间，按另一种方式，可将空气从该腔室抽空或用诸如CO2之类的气体代换，使其热传导系数低于周围的空气。这些结构是此冲击吸收能力极差的物品，返送回使用者的冲击能量即使有的话也极少，冲击能量以内部摩擦热的形式浪费并耗散掉。我们的试验揭示出这些大直径的压缩负荷支撑的塑料单丝的快速疲劳断裂，它们能产生易于刺破封套膜的尖锐的、突起来的塑料碎屑，结果失去了真空或者失去了特殊的低热传导的气体。这些尖锐的碎屑同样还能穿透、弄痛和划破脚部的皮肤，引起疼痛、不适和可能的感染。

其它的已有专利包括1983年10月11日发表的Pehr的第4，409，271号美国专利，该专利涉及重量轻的结构件。Pehr的结构由一种未加梳理的柔软织物构成，这种织物在其上、下织网之间有竖直的绒毛。通过用硫化橡胶涂敷使这种织物不透空气，用接缝将织物连接在一起。可以用气体、液体或泡沫来填充Pehr的产品。没有将Pehr产品像本发明的情况那样用作缓冲或冲击吸收部件的尝试。

Mauney等人在1956年5月1日发表的第2，743，510号美国专利和Pehr的产品类似。使用的织物未经拉伸，因此在受热或被拉紧时，这种织物就要伸长。

Cross的1965年9月7日的第3，205，106号美国专利也公开了一种结构，其中出现了落线。使用这种落线的目的是通过提供一个凸出部分来提高产品的强度。这实际上就产生了一个“疙瘩”，本发明所寻求避免的正是这种情况。

还有，Lea等人的第4，261，776号美国专利描述了虽然感兴趣但又和这里公开的产品完全不同的产品。Lea等人的产品是一个自充气的气垫。

按本发明，这种落纱由许多极细的卷曲变形的或膨化变形的分开的长丝（不是上述已有技术中的单个的单丝）组成，和已有技术相比每一个长丝都有一个高拉紧强度和一个极小的断面直径，因此它们不能起Euler柱状压缩件的作用，完全不能靠自己来支撑任何大的压缩负荷。

如果这些丝发生断裂，则最终的产品不会产生尖锐的可能刺破或以其它方式损伤隔层封套的碎屑。因此，本发明的负荷支撑机构完全不同于已有技术，并且具有极高级的高压力容器、负荷携带能力、冲击吸收性、疲劳寿命、弹性、长期的永久充气性能、以及有益的、栩栩如生的能量储存和返回特性，这些都是上述已有技术远远不可能达到的。

各种含气的泡沫材料事先被密封在一个气密室内，例如参见Rosenberg的第4，590，689号美国专利（批准日期：1986年5月27日）和Striegel的第3，914，881号美国专利（批准日期：1975年10月28日）。即使用高级气体加压这种类型的泡沫产品（Rudy的第4，183，156号美国专利）也没有取得成功，其原因在于存在如下几个问题：（1）即使是最好的、带有开口气室的泡沫材料的强度和可靠性都不够，不足以在按这种方式在鞋袜类物品中使用的产品的整个寿命期前支撑必要的充气压力;（2）在大的重复压缩负荷下，其典型情况是走或跑时脚撞击的负荷，组成了泡沫结构的一个个气室的壁在它们彼此间移动时发生了磨损和撕裂，因此迅速断裂，结果产生了一个“疙瘩”和/或随后发生的压力损失。

据了解，质量可能是最高的泡沫在被用作诸如跑鞋之类的运动鞋袜中的缓冲负荷支撑压缩件（即中间的前掌或内底）时，只要跑几英里就会损失它的起始缓冲性的一个相当大的百分数，在跑150英里左右，就要损失约75%的起始缓冲性。缓冲性的损失归因于上述的泡沫气室壁的内部断裂。按这种用法，由于上述的泡沫的断裂，这种鞋袜就变成了普通的鞋袜了。因此，穿用者就完全暴露于被减少的缓冲件上（以及很差的脚部支撑上），因此受到的冲击力大得多。至于充气加压结构，泡沫结构的断裂在脚的下方导致凸起的“疙瘩”或鼓胀的形成。即使这种类型的最小的断裂（即，直径最小）也能在脚下引起疼痛，因此这种产品也是不可使用 的。

为提供期望和必要程度的支撑和弹性所要求的比较高的压力存在着很大问题，即外部隔层可能会从双壁织物的远端表面或外部表面剥落或脱层。因此按本发明的重要问题是，在每一个织物层的外表面和封套的相对表面或隔层之间要进行强力粘合。换句话说，剥落强度或使被粘结的各层脱开所需要的力在整个产品寿命期间都要极大。

按照本发明已经发现，用于形成双壁织物的和产生隔层的纤维界面加固的纱按某种方式被膨化变形、卷曲变形或法兰绒化，或由至少20%的不连续长丝制成，因此这种纱的开放程度很大，并且存在许许多多环形和/或螺旋形的小直径卷须或其它的卷须和凸起，它们由长丝材料构成，它们自织物层的远端表面略微伸出一点，因此极大地改善了粘合特性。实际上，这些卷须是从由纤维材料构成的较大直径纱上伸出来的。例如，通过擦磨双壁织物的远端表面、通过卷曲构成纱的个个长丝、通过在制造纱的过程中采用假捻或空气膨化热定形卷曲变形步骤，如此等等，来进行卷曲变形。这样一个表面或膨化处理，在这里称之为纤维界面加强技术表面处理。还期望使用一种纱，其中的长丝表面和光亮相对照是暗淡的或半光亮的。因此在最佳实施例中，要对构成了双壁织物的纱进行处理，使得在最终的产品中纱的开放程度很大，并且各织物层的远端侧面呈现出许许多多微小的环结或向外的凸起。在最佳实施例中，一个个的长丝在本质上看可能是连续的，从而使这些环结在两端都被固定住了。卷曲的长丝在组合成纱时也适合于按本发明使用。在某些情况下，还可以期望有一个被卷曲变形的纤维包围的、由竖直的纤维构成的纱芯。还有，除了圆形截面而外的纤维在为了粘结的目的而增加表面积方面也是有用的;这样一些纤维的截面是椭圆形、十字形、哑铃形或Y形。已经发现，在将纱置于卷曲变形/膨化变形的条件下进行适当的热定形时，就能得到最佳结果。

大量环形和其它形状的卷须的存在显著地增加了粘合强度，它超过了迄今工业上已经达到的粘合强度水平，从而在隔层封套材料和相对的织物层之间提供了异乎寻常强的粘合。一个因素是卷须的存在显著地增加了固定部件的表面积。另一因素是纤维的里面的加强固定部件的分布基本上是均匀的和广泛的，因此就保证了织物和外部封套件的整个配合表面上的强粘合。还有另一个因素是，纱的开放性允许有一个能小心仔细控制的连接材料穿透入其面对的布料件的穿透程度。

形成了充气产品的有卷须的负荷支撑部分的布或织物结构可按任何已知的工艺完成，包括编织、纺织、缝合、缠结、等等。最好将落线牢固地固定到织物层上，例如通过连锁缝，由此即能防止沿织物层的边缘出现布面小圈“疙瘩”。双针床拉舍尔编织材料非常适合于本发明使用，因为这种材料能对织物层进行连锁缝。用连锁缝编织的材料也适合于使用。大量的有许多不同形状的复杂外形的和/或锥形表面的产品可以使用用高速计算计控制的复式缝合技术，该产品中的每一个落线或限制件的长度和角度都和相邻的限制件的长度和角度不同。落纱或卷须件可以自织物层垂直伸出，或者可以处于剪切力平衡角度。在某些情况下，其中涉及到横向负荷（和垂直于产品表面相对照的情况），卷须纱的相反的和垂直的角度取向在支撑剪切负荷方面是有优越性的，当然，这种剪切负荷是不能由加压的气体支撑的。重要的是，成品布或织物结构是没有润滑剂和加工助剂的，它们对实现织物的长丝和连接材料之间的强力粘合是有害的。

构成连接双壁织物的落线的纱必须由高拉紧强度的材料制成，这种材料在制造和使用的期望的条件下都必须是稳定的。可以使用各种各样的合成纱材料。但是由于在两个外织物层、在比较长时期受到重复负荷作用的情况下彼此间发生了移动时产生的弯曲和磨损，所以使用如下所述的具有良好的磨损性质和抗弯曲疲劳能力的纤维是很重要的。

一般来说，在按本发明的纱中使用的长丝的旦尼尔数目为每根长丝约为1-20，其中的最佳范围约为2-5。一般而言，各个长丝的拉伸强度（韧度）为每旦尼尔2-10克，最佳范围为每旦尼尔4-6克左右。一般而言，每股纱的长丝数目范围为1-300左右，最佳范围为40-200左右。一般来说，每股或每束中约有1-8根纱，最佳范围为每股1-3根纱。最佳的织物是用每平方英寸织物含约50-1000股（或束）的纱编织成的，最好为每平方英寸织物约有400-500股纱。因此，一般而言织物的松密度范围为5，000-150，000根纤维/英寸2。

重要的是要对成品布（除起始的纱而外）进行热定形处理，从而使双壁织物中的落纱趋向于竖直立起，使一个织物层上的一个指定点趋向于和与其相对的织物层上的同一个指定点轴向排齐。这样做在结构方面是有益的。最好在制造过程中就使落纱向上竖起，因此在上下表面织物层之间就不会出现明显的排不齐的情况。落纱的卷曲变形能阻止各个长丝在任何情况下都作为欧拉柱状压缩件用。

制造按本发明的内部可加压的多层封套是从选择一种适当的双壁织物开始的，该织物中加有落线，这些落线在各织物层的相邻表面之间伸出。对各织物层的外侧和经过仔细计量数量的连接材料一起进行浸渍。在这样做时，先浸泡大张或大卷的织物材料，而后加入连接材料。然后可从这些大张或大卷的经过预处理的材料切割下适当形状的物品。这一步骤的优点下面再进行描述。

一般而言，连接材料是如下面所述的一种产品，1）它能穿透并粘合到外部织物材料上，其深入的深度能被小心控制，但又不超过所说表面布件的厚度，2）它的作用是一种半可渗透的弹性填质，能穿过纱束并和组成外织物层部件的纤维牢固地粘结合在一起，以及3）它与半可渗透的弹性外部隔层材料或封套也形成一种强粘合。

可用常规的填加方法来填加连接材料，例如包括热板压、挤压、或碾压、喷洒和印花刮刀刮。

但是一般来说，最佳的填加方法是提供0.002至0.008英寸厚的片状连接材料（最佳厚度是0.004英寸），并且将熔化的片状材料熔化压制成织物层的外侧。将一张连接材料置于织物的上部和下部，并且将一张脱膜介质放在连接材料和压机的热板之间，使织物在压机的上下热板间移动。使用这样一些适当脱模介质（脱模器）片来防止连接材料片粘结到压机的上、下热模板上。将这堆织物和连接材料片放在压机的热模板之间，其压力较小（约5-3磅/英寸2），温度范围340°F-400°F，压制6-25秒。当用热塑的聚氨酯作连接材料时，温度要提高到足以软化和熔化该连接材料、但又不能高到能损伤或皱缩该织物的程度。对于这个过程用的供料系统，或者可以是一种间歇式系统（使用进一出推送器），或者是一个连续的供料过程，即用一个适当的弛张器和分度器传送机构，使用成卷的织物和成卷的连接材料在一个间歇性动作的基座上移动。压板尺寸通常为14英寸×18英寸，30英寸×30英寸，或36英寸×36英寸，在0.002英寸误差范围内将压板磨成平直和相互平行。温度均匀性应该是成形点的正或负5°F。压机的结构倾斜不得超过0.002英寸至0.004英寸。用于冷冻该热连接材料的冷压机在60至120°F范围内工作。冷压机的向上和向下运动的定时顺序和热压机相同。由于在这个过程中某些织物在被加热时趋向于产生一些皱缩，因此在编织或纺织该布料时使用预先皱缩的纤维是有益的。在某些情况下，在填加连接材料期间给织物施加纵向或横向张力是有利的。按这种方式，在该织物的上表面和下表面上都获得了加工好了的光滑表面。

准确的温度、压力和时间控制是很重要的，只有这样才能在织物和连接材料之间实现良好粘连，同时还能避免驱使连接材料一直穿过织物，伤及落线的柔性，或者按最坏的情况，将相对的织物层粘在一起，这种产品就不可能再充气和加压。在最佳实施例中，通过控制加到织物上的连接材料片的厚度来控制可用来穿透织物的连接材料的数量。还有，要极其精确地控制和调节热量，从而就不会发生热斑，穿透的深度也不会由于连接剂流动性的变化从织物的一个区域变化到另一个区域。在这个连接材料填加步骤之后，详细介绍目前使用的最高级的优选方法。

织物的外表面必须有一个被控制的和均匀的紧密度，或编织密度。该密度应该足够均匀使得该织物挡住一个光源时不能检测到不连续光线的穿透。在任何区域，该密度都不应该太松散，也不应该太紧密，用下边所述的几种方法来实现这样的密度控制：1）控制每平英寸的纱的数目，2）控制每根纱中的长丝数，3）控制膨化变形、卷曲变形或FIRTEC处理的数量，4）例如控制编织过程中在拉舍尔（Raschel）机中的张力。因此，这种连接介质就仅能穿透纱束和表面布件的断面厚度至一个可控的深度，并且能把组成织物外表面的纱有效地粘结在一起。

在织物制造期间另一个要控制的因素是使用在制造纤维、纱和织物期间的润滑剂或加工助剂。它们对实现强力粘合可能是有害的。硅润滑剂和聚四氟乙烯加工助剂尤其有害。在制造纤维、纱和织物期间应将这样一些润滑剂的使用减至最小程度，或 者完全不使用。如在织物的表面上留有任何一点这样的润滑剂，就应该在填加连接介质之前先清洗（洗涤）或适当干洗这样的织物。

预先把连接材料固定到织物上的优点之一是，在冲切被粘结的织物半成品时它实际上消除了纤维的自由的和横向的伸展。消除这样一些横向的纤维在随后的密封操作中是很重要的，在密封操作中要在产品的周围的适当区域将隔层连接在一起以便产生能用气体加压的一个包壳。实际上，消除了横向伸展的纤维，就阻止了在周围的密封连接点区内或织物边缘的侧向封套部分内泄漏路径的生成。存在横向伸展的并且跨过周围密封点的小纤维，即使是一个小纤维，也要形成一个潜在的泄漏区域，这种区域非常小，用通常的质量控制检查方法寻找它是极其困难的。其结果是产生了一个极其缓慢的、实际上是不可探测的泄漏，在两个或三个月的期间才能产生压力损失。

连接材料还可以作为半熔态的粘胶纤维膜通过使用加热、冷却以及在连续供料过程中的滚筒，被挤压到表面织物层（一层或两层）。

填加连接材料还有另一个方法，就是挤压或喷晒一种经适当配制的多元醇-异氰酸酯混合物（它是一种粘胶部分固化液体）到表面织物层，然后进行印制刮刀处理，这样就随着滚筒和排放材料把连接材料（也称连接介质）驱送至经仔细控制的必要深度。但这并不是最佳的技术，因为这种混合的剩余反应性可能会和拉紧的纱起反应，使纱变软、变脆。再有，这种技术的粘合强度一般比上述的用热压板处理能够达到的粘合强度差得多。

下一步将经连接材料浸渍的织物切割成期望的形状，切割时要仔细，切口处没有横向伸展的纤维或长丝。然后将经连接材料浸渍的织物放在半可渗透的弹性外膜封套中，半可渗透的膜被牢固地粘结到连接材料浸渍过的上下织物层的外表面，最好是通过射频加热进行上述处理。对于用来实现这些叠层的模具的温度，最好要进行调节，使得连接材料和隔膜的内表面之间的界面处发生熔化，而其它部位则不发生熔化。最好对射频功率大小、预密封、密封、冷却周期、模具温度、以及模具的散热器进行选择，使织物和隔膜受的热量最小。这时尚未进行外膜周围的密封。

另一个可用来将隔层膜粘结到织物（用连接材料浸渍过的）上的处理方法是利用辐射热源（如红外加热器）和大气压力来施加所需的粘结压力。为此，可围绕织物的边缘密封两层隔层膜（使用适当的夹紧机械），然后在被密封的封套内抽真空。这样，就利用了周围的大气压力给隔层的外表面（当它们变成熔化状态并流入布层时）施加了适当的叠层/粘结压力。

将半可渗透的外膜粘合到连接材料浸渍过的表面织物件的远端，将由此得到的这部分均匀附着上粘合剂，这种粘接又被由纱的环结或卷须组成多个微小的连接点所加强，因此半可渗透膜附着到织物上，它们基本上是连续地穿过上下表面织物膜，完全没有可能跨过隔层封套的（自内表面至外表面的）纱的纤维或长丝。外隔层也必须完全没有针眼。这种结果表现出来的剥落强度很高;即超过20磅/英寸，在经受典型的英斯特朗电子强力测试检验时，一般都超过拉紧纱的极限拉紧强度。

通过熔接或密封外膜封套材料的适当部位（该材料伸出来并超过被浸渍的内部（布）件的部位），将该缓冲物品制成可加压的产品。如果外膜材料由两张膜组成，则在靠近该内部浸渍布件的整个周边进行熔接。如果隔层封套是部分预成形的，例如挤压、吹模、真空/热成形、热定型浇铸、或硫化，则可在上一个步骤期间部分地或全部地完成这一周边的密封。

通常，周边密封也可通过常规的技术完成，例如射频熔接、热脉冲密封、粘结合、超声熔接、磁粒子密封、硫化、等等。这里，不存在横向伸展的纤维变得很重要。如果这样一些纤维存在，那么它们在周边密封操作期间就趋向于被熔接到周边焊缝内，并且形成了一条潜在的泄漏路径。如果这种纤维一直伸展到外周边，就极为可能产生缓慢的和不可探测的泄漏。如果这种纤维只部分延伸，则它即构成了一个可能发生泄漏的薄弱地带，尤其在较大的和重复的负荷作用下更是如此。通过如前所述的填加连接材料，使随后的切割操作成为一种清洁的切割，即消除了自由横向伸向伸展的纤维存在的可能性。

尽管目前可能还不是最佳的制造方法，但仍旧可以使用可硫化的和/或热定形的弹性体，而不使用上边描述过的热塑氨基甲酸乙酯，但是仍要求对弹性体穿透入上部和下部布或织物层的深度和数量 进行相同精度的控制。

最后一步，对在双壁织物两壁间确定的腔室用一种适当的气体加压，最好是大分子非极化气体，例如高级气体。按最佳方式，气体通常是通过使用带有一个注射嘴的针（不带任何布或纤维材料）被注入的，完成加压操作后将注射嘴密封住。还可以使用充气/排气阀。例如，在Rudy的第4，340，626号美国专利（批准日期：1982年7月20日）中就描述了伴随充气和扩散发行的物理现象，请您注意这个专利公开的内容。

在早此时候曾提及，本发明的物品对于控制扩散抽吸的速率提供了一种新颖的和重要的方法。这种控制的一个目的是，在较长时间保持该产品在设计的充气压力上，比用其它方法能保持的时间都要长。由于在许多应用场合该物品是厚的，因此被包含的充气流体体积小。因此面积与体积之比极大。这可能对通过扩散的快速压力损失有影响。但是，可在隔层中增加一些晶状气体隔层部件，它们极为独特的和有价值的功能是计量和控制向内和向外扩散的速率，尤其是在将它加到环境空气中O2和N2分子上时的情况。

将晶状气体隔层材料加入到物品的弹性封套中还有另外的优点。按照我的早期专利制造的、并且在全世界使用的许许多多常用的多室气体加压鞋袜部件（美国专利第4，183，156号）中的大部分，是由酯基聚氨基甲酸乙酯膜制作的，这是因为这种配方在用一种高级气体充气时的气体可渗透性较醚基聚氨基甲酸乙酸配方低的缘故。但是和酯基膜相比，醚基膜的缺点是，潮湿和水分都对醚基膜有不利的影响（能够损害物理性质的水解不稳定性），尤其是温度高于100-110°F时霉菌和细菌对其的不利影响更大。因此，对这些用于鞋袜类的常用气体加压的气体产品要进行保护，即将它们包封在泡沫内垫里，但这样做的费用很高;这种泡沫消弱并损伤了加压鞋袜类产品的有益的弹性。另一方面，本发明的物品可利用渗透气体更多的酯基膜的理想特性，并且，通过在该结构的外隔层中嵌入晶状部件可控制向外的扩散速率，使其达到接受的低水平，同时还能从周围空气的氮和氧分子的向内极缓慢的扩散得到好处，这就补偿了高级气体的损失，因此其使用寿命可达三年或三年以上。因此，泡沫包层是不必要的。空气缓冲性能得到了极大的改善，同时成本和重量减至最小。

由上述可知，对该产品的外部隔层而言，或者使用薄膜、或者使用低弹性模量的膜有时是有益的。这种改动会带来比较柔软的、比较柔顺的感觉，并具有较大的总柔性。通过控制或改变弹性模量，可改变最终产品的负荷挠曲特性。较低的弹性模量的材料更加舒适，而弹性模量较高的材料则提供较好的能量返回性质。通过加入织物的被扭曲的晶状纤维，同样可抵消在使用这种材料时可能存在的较快的扩散速率。在某些情况下，在织物的外表面使用弹性的（双向伸长的）纤维作为背面经纱也可以增强柔软感。

因为该物品的体积在一定压力作用下不可能显著增加（绒头、或界面或纱中的张力把物品厚度维持限制成基本上不变的量），把空气扩散抽吸到物品内很容易使产品在充气的头2-12月期间过压。当N2扩散到本发明的产品的加压物品中时，上述的过压就是本发明产品的一个潜在的问题，需要予以解决。按照本发明解决或消除这个潜在问题的办法是，在加压包壳的半可渗透弹性隔层中嵌入晶状气体隔层纱或散料元件。这一技术能够限制、减少和控制从周围空气向内扩散的氮气的部分压力（大约12磅/英寸2），在两年期间保持在接近零的压力，并且这一技术还能极大地减少和精确控制从周围空气向内扩散的氧气的部分压力。

对扩散抽吸的控制还有一些实际的限制。即使在织物的外表面有一个非常致密的背面经纱织纹，也将发生一些扩散，也不可能将渗透性减到零。但是，对最好的结构而言，对于最感兴趣的气体（包括氮气）的扩散进行有效控制是实际可行的。但氧气的扩散可能比氮气快得多。使用这种扩散控制技术，可在4至12个月的期望期间内（在工厂经充气和密封以后）把氧气扩散到包壳内。

环境空气中氧气的部分压力约为2磅/英寸2（由14.7磅/英寸2的总压力中分出的一部分）。因此，氧气进入包壳的反向扩散仅能将包壳中的总压力升高2磅/英寸2，这是一个最大值。如果期望，可对此进行补偿，即开始时充的高级气体（或者是高级气体和氮气的混合物，或者是高级气体和空气的混合物）略有不足。但是在某些情况下这种欠压的加压并不是必要的;2磅/英寸2的增量在充气压力规定的允许变化范围之内。再有，随着老 化和使用，该物品的体积的确略有增加。为了补偿物品体积的这个小的增量，O2的这个增加的部分压力几乎刚好合适，这样就在产品整个寿命期间提供了一个极其均匀的充气压力。

如果成本具有很大的重要性，所充的气体可以是100%的氮气;氧气的向内扩散也将发生，这有助于维持设计的充气压力，补偿氮气的缓慢向外扩散。在物品的外层的断面的大部分包含晶状材料的某些情况下，可使用空气和氮气的混合物。这样做可能是十分有益的，因为氮气的成本是六氟乙烷（高级气体）的成本的1/10左右，氮气的重量是高级气体的重量的1/5左右。

按照本发明的加压结构在所有的各种各样的鞋袜类物品中都享有广泛的实用性，包括靴、运动鞋、日用便鞋、礼服鞋、工作鞋、替换鞋/物品、袜衬以及包括头盔和保护用品（用于足球、曲棍球、英式足球、棒球和赛马）在内的其它物品。还可以将本发明用于娱乐、军事、航海、工业和宇航方面，包括自行车车把手柄、风锤手柄、链锯、锤、球拍等，以及自行车、摩托车和骑手用的座垫和马鞍。游艺场、运动垫、地板、工作台缓冲垫、手套、救生衣等是本发明的另一些市场。由于高级气体是电和热的高级绝缘体，因此在需要将缓冲与电和/或热的绝缘体一道使用时这种物品是很有用的。进一步还应注意到，按本发明制造的并充以高级气体的和缓冲产品具有独特的选择性地吸收和衰减有潜在损伤性的高频声能的能力，还能同时传送低频能量波。

至少在以下各方面本发明的物品是独一无二的：

（1）通过新颖的技术，有选择性地控制自周围空气析出的扩散抽吸速率即可实现基本上是永久性的充气。

（2）使用卷曲变形、膨化变形、环结、卷须和/或自由单纱，极大地增加了连接件和织物之间的粘着，又将织物粘着到有关的弹性外封套材料上，因此所得到的粘合剥落强度比用其它常规方法可能得到的大好几倍。

（3）为了把含气的封套粘结到织物上要分两步进行，从而实现必要的高强度粘合;

（a）为了得到所说连接材料穿透到上部和下部相对的织物层的必要的、和精确的穿透程度和质量，应对加到该连接材料上的热量、压力、以及在该压力下的冷却（冷冻）、以及时间进行仔细地控制;

（b）弹性的、半可渗透的外封套材料的内表面到织物材料的外表面的短期、高功率射频叠层处理。

（4）使用特殊的纱和纤维，它们具有良好的抗磨损、抗原纤维化和抗弯曲疲劳的性质，并且有足够大的绒头纤维松密度。

（5）在布上使用一种连接材料，它能消除横向伸展的纤维，因此能排除这样一些纤维刺入和封入周边的密封盖因此跨过该密封，从而成为充入的气体的泄漏路径。

（6）能够制造的各种各样的有独特缓冲性的产品，尤其是比较薄的和基本上是平直的或等高的产品，它们有各种各样的形状和结构形态。

（7）能够控制表面形状的产品结构。

（8）具有高内部压力、长耐用性、耐久性使用寿命、高可靠性、和优秀的抗疲劳断裂性的充气产品结构。

（9）使用了由长丝组成的织物材料，长丝由牢固地嵌入半可渗透的弹性封套中的气体隔层材料构成，以减少和精确控制来自周围空气的O2和N2向比较薄的产品中的向内的扩散，这些较薄的产品一般有一个高的面积与体积之比，因此对压力损失非常灵敏。

（10）在任何指定的封装限制内，能实现最佳水平的缓冲和能量返回或弹性（即柔顺性）的产品。

（11）能有选择地衰减、转换和慢化有潜在伤害性的高频声振动、同时又能传送低频声振动的产品。

（12）即使周围是高湿环境也能同时进行缓冲和提供优秀的电和热绝缘。

现有详细公开的内容使其它一些新颖的特性也变很明显了。

因此，本发明的一个目的是提供一种改进的、空气缓冲型物品，在一种可能是比较薄的并且可能是有基本上平直的和平行的或等高表面的充气物品内，该物品能产生优良的舒适感、比较有效的缓冲、有潜在伤害性的冲击负荷的衰减、能量的贮存和返回。

本发明的另一个目的是提供所述类型的、气体充入式空气缓冲型产品，在要求结构精良、抗疲劳性好的应用场合，在产品受到重复施加的剧烈重复负荷作用时，该产品具有所需要的可靠性，耐用性和使用寿命。

本发明的第三个目的是选择性地控制和慢化充入气体的向外流动，从而能在适当的充气压力水平下、在一个密封的、比较高的面积与体积比的物品内、在比较长的时期内（即5年或更长）、保持均匀的内部压力。

本发明的第四个目的是慢化和精确控制在加压的早期阶段（2-12个月）周围空气进入空气缓冲件的反向（向内）的流动，由此即消除了产品的过压趋势，和我的早期发明对照，本发明的产品在加压时的体积增长基本上是零。

本发明的第五个目的是允许使用比较容易得到的、重量较小的、价格较便宜的充入气体。

本发明第六个目的是提供一种实用的充气缓冲产品，它能由空气、或氮气、或它们的组合物加压，并且还有一个至少两年的可接受的使用寿命。

本发明的其它一系列优点通过下面的描述将变得更加明显，从前边的描述也应该导出下边的描述内容，下边的结合附图的描述介绍并图示出本发明的各种形式的实施例。

图1是按本发明的鞋袜类物品的一个内底的平面图;

图2是本发明产品的部件在最后组装前的分解图，一部分是剖面图，一部分是下视图;

图2a类似于图2，表示部分组装好的形态结构，其中连接层已浸渍到织物层的外表面;

图2b类似于图2，表示完全组装好的形态结构，并代表沿图1的线2b-2b取的剖面;

图3a、3b、3c类似于图2、2a、2b，表示本发明的产品，其中的限制件或落线被定位成三角形布置;

图4a是一个单纤维的放大图，图解式地表示出卷须和粘结点;

图4b的视图，部分是沿图4a的线4b-4b取剖面图，部分是正视图;

图4c是一个放大的分解示意图，表示按本发明的在织物和连接介质浸入的封套之间的粘结;

图5是一短截平直的、未卷曲变形的纱;

图6是由图5的平纱编织或纺织成的一部分织物的图形表示;

图7是一短截纱的示图，该纱已通过假捻、摩擦捻、填塞箱、刀口卷曲变形、或类似类型的卷曲变形法进行了卷曲变形;

图8是使用如图7所示的卷曲变形纱编织或纺织成的织物的一部分的图形表示;

图9是一短截纱的放大图，它是用一种特殊的方法，即空气膨化热定型法，卷曲变形的纱;

图10是使用图9的特殊的卷曲变形纺织或编织成的织物的一部分;

图11是具有法兰绒化和/或被摩擦的表面的织物的一部分;

图12是一短截纱的示意图，这种纱是使用连续纤维和不连续纤维的组合物纺出来的，其中的不连续纤维在总纤维量中占大约30%。

图13部分是本发明的组合结构的剖面图，部分是其正视图，该结构装在一个射频密封压机内并且定位在上下两台叠层模具之间;

图14是一个平面图和整个长度的充气元件的纵向剖面图，该充气元件的厚度可变，按本发明是用一个锥形体部分将较厚的后跟部分同较薄的前掌部分结合在一起;

图14a是一个沿图14的线14a-14a取的剖面图;

图15是一个按本发明的后跟平面图;

图16是一个按本发明的眼镜蛇形垫式缓冲的后跟稳定衬垫;

图17是按本发明的另一种眼镜蛇形垫衬;

图17a是沿图17的线17a-17a取的、部分是剖面图，部分是正视图;

图18是按本发明的多层、多室的产品的视图，部分是剖面图，部分是正视图;

图19是一个按本发明的后跟视图，其中的封套是通过注模、吹模、凹模等预成型的，其中的织物用连接介质浸渍，然后热定型到该预成型封套的内表面;

图19b是从图19的左方观察的透视图;

图19c是沿图19的线19c-19c取的剖面图;

图19d是沿图19的线19d-19d取的剖面图;

图20对充气到一个平均压力水平的已有技术 的标准管状充气元件与本发明的新缓冲物品的支撑力-挠曲特性进行了比较;

图21对充气到高于平均压力的压力水平的已有技术的标准管状充气元件和本发明的新缓冲物品的支撑力-挠曲特性进行了比较;

图22是本发明的缓冲件的支撑力-挠曲特性图，表示由有鼓形头性质的物品支撑的负荷部分和由有热动力性的加压空气介质支撑的负荷部分;

图23a是一个示意剖面图，本发明的缓冲件的向量力曲线受到一个负荷（一只脚）的压缩，这是负荷与缓冲件刚开始接触时的情况;

图23b是一个示意剖面图，表示出本发明缓冲件的内部压力和隔层封套内的力的向量曲线，说明该物品是如何工作以提供这个新的缓冲件的独特的鼓形头效应和独特的支撑力-挠曲特性的;

图24比较已有技术的常用的泡沫包封的、管状缓冲和加压的鞋袜底以及由泡沫、Serbarthane、凝胶等制成的非充气的内底的支撑力-挠曲特性和柔顺性和本发明的充气到平均压力的充气件的支撑力-挠曲特性的柔顺特性;

图25表示充气压力水平的差别如何影响本发明缓冲件的支撑力-挠曲特性;

图26表示缓冲垫内表面的不同结构的物品（如突起、条带等）是如何能影响和改变本发明物品的支撑力-挠曲、反弹速率特性的;

图26a是按本发明的具有突起和类似物的产品的平面图;

图26b是沿图26a的线26b-26b取的剖面图;

图27a是本发明的物品的示意断面，该产品安装在一个特殊的Kim扭曲试验机上，从而提供该充气物品的加速弯曲疲劳检验，该示意图表示处于部分扭曲条件下的充气件;

图27b是和图27a相同的物品的示意断面，该充气件处于完全扭曲的、压瘪的条件下;

图28a是一个高倍放大的、处于拉紧状态的三种不同类型纤维的示意图，1）平直、未经卷曲变形的纤维，2）经常规卷曲变形的纤维，3）特殊的、空气膨化变形的、热定型纤维;

图28b是和图28a的相同的三种纤维的示意图，处于部分压缩、或松弛的条件下;

图28c是和图28b的相同的三种纤维经几百万次扭曲后处于接近压瘪的条件下的示意图，比实际大小放大了1，000倍;

图29a是一束平直的未经卷曲变形的纤维的平面示意图，它是纱束的一部分，在横向负荷条件的作用下;

图29b是图29a纤维束的剖面图;

图29c是图29a纤维束中的单个平直纤维的放大剖面图，表示横向负荷条件如何能够使单根纤维内的分子链束（或组）开始分开以及随后发生断裂，引起单根纤维的原纤维化型断裂（也参见图30），这种情况是在横向负荷重复加上和卸去后发生的;

图29d类似于29a，是一个空气膨化变形的、热定型的纤维束的实例;

图29e类似于图29a，是一个空气膨化变型的、热定型的纤维束的实例;

图30是一个扫描电子显微镜照片，它是由一个单绒头双罗纹纤维得到的，比实际大小大1000倍，即该照片是在本发有的这些拉紧件纤维当中的一根在经受由100万次左右的压缩、相关连的磨损、弯曲、扭曲疲劳产生的原纤维化型断裂后得到的;

图31表示体积或平面形状的差别是如何能影响本发明的充气物品的支撑力-挠曲特性、缓冲特性的，图31a、31b、31c、和31d图示出由图31代表的几何形状;

图32是本发明的两个充气的缓冲件的平面图和剖面图，为了制作具有缓冲性的物品，在它们的周边有不同的、弹性的、可变形的压力积累体积;

图33是本发明物品的平面图和横向剖面图，是具有正比于负荷的、动态的、自动纵向拱形支撑的综合设计图形，其中的一个图比较了带有和不带有拱形支撑积累体积的该物品的负荷-挠曲特性;

图34是本发明的双压、双室缓冲物品的两个剖面图，一个图表示负荷的起始冲击，另一个图表示部分受压的缓冲件的瞬时缓冲特性;

图35是本发明缓冲物品的一个平面图和一个剖面图，有侧向扭曲缝纫线以改进在走路、跑步和其它体育比赛期间该物品的弯曲柔性;

图36a是一个放大了20倍的长丝的平面示意图，该长丝当在隔层膜中进行周边密封时已被嵌入 到一个周边封口内;

图36b是图36a的剖面图，表示在纤维周围的潜在泄漏路径，当使用了不正确的制造或质量控制步骤时，通过这些路径就可使充入的气体慢慢从该物品泄漏出去;以及

图36c是在本发明物品的织物的外层中的一组纤维的断面，已经放大了500-1000倍，这组纤维已由熔化的连接介质材料浸渍并包围，当纤维冷却时连接材料皱缩并且在每一个纤维的周围形成了一个致密的皱缩圈，由此即消除了潜在的充气泄漏路径。

现在着重参照表示本发明最佳形式的附图，在图1中一般用10表示按本发明的一个充气产品，为了进行说明，该产品可以是一个鞋垫（即内底）。进一步如图2、2a、和2b表示，鞋垫10是一个复合的结构，其中一个外部半可渗透的弹性隔层12确定了一个压力密封腔室，在腔室内定位一个拉紧负荷支撑结构，该结构由一般用14表示的双壁线（纱）连接织物组成。双壁线连接织物结构14包括第一织物层16、第二织物层18和落纱20（绒头交织纱），落纱20的专门作用是作为拉紧元件用，在该封套被加压和密封时它们处于拉紧状态。织物层的材料可以和落纱的材料不同。在这些图中还指示出连接材料层23和24，环和卷须29和36分别自远端表面32和34处向外伸出。

显然，图2、2a和2b的顺序就是制造本发明产品的一般的顺序。如图2所示并且如这里详细描述的，连接介质23和24被粘结到织物14的外露表面16和18。因此，隔层材料12被组装和粘结到连接材料上以及下面的织物16和18上，从而即形成了一个组合的连接层35，该隔层按接缝熔接，如38所示，从而即形成了一个封套壳体。然后用任何一种气体或所述气体的组合物对该封套加压。

封套12的材料最好是在上述的Rudy的专利中提到过的弹性材料中的一种。最佳材料是聚氨基甲酸乙酯，例如聚酯或聚醚基的聚氨基甲酸乙酯弹性体，或聚酯弹性体，当然，本发明并不局限于这些特殊的材料。根据使用该产品的最恶劣的环境，这些材料中的一种可能比另一种更好些。例如，热、湿和细菌在一段时间内都有产生问题的趋势。如果产品不是在这种类型的环境中使用，那么聚酯氨基甲酸乙酯材料会是相当好的。如果环境是热、湿和细菌都可能出问题的环境，则宁愿使用聚醚氨基甲酸乙酯材料。后者略微贵一些，并且在最终产品制造过程中需更加仔细些。至于聚醚氨基甲酸乙酯，它对于高级气体的较大的扩散速率，由于下面将要讨论的理由，并不是本发明新产品中的一个严重问题。应该认识到，在该封套的外表面最好粘结上一层比较薄的织物材料。

已经讨论过的织物材料可以是聚酰胺材料（如著名的尼龙材料）、或聚酯纱、或诸如按商标DACRON可得到的材料。聚酰胺材料趋向于有较大的拉紧强度和较大的抗磨损和抗原纤维化性能（同所述其它材料相比较而言），但在生产中需更加仔细，尤其是如果使用射频熔接技术的话就更需如此。一般而言，和其它类型的热密封相比，使用短期高射频能量是令人满意的。当然，众所周知的是，射频能量是能够十分精确控制的。

在相对的纱16和18组合成的连接层35以及封套的半可渗透弹性隔层12之间的剥落强度至少必须是18磅/英寸，最佳值在25/35磅/英寸之间。而常规的粘结技术能够实现的最大剥落强度仅为8至15磅/英寸。

图3a、3b和3c和图2、2a和2b类似，只是在织物14a中落纱20a是按一定角度定向的。所有其它方面，两个结构基本相同。

本发明的重要特征之一是在隔层材料和相对的织物材料之间进行强力粘合。

现在参照图4a和4b，其中示出了一个分解的剖面，织物层16和18每一个都包括纤维40，从纤维40上伸出卷须42和46。最好，连接材料和隔层12由相同材料组成，从而形成一种最佳的粘合。连接材料23和24仅穿过织物层16（和20），并不穿透到拉紧件20内。这样，连接介质不侵入层16和18之间由拉紧件20占据的区域，因此允许拉紧件自由地发挥作用没有任何限制。此外，弹性连接材料35牢牢地将拉紧纱20锁定在相对层16和18内部，所以在要切成期望的产品的大小和形状时它们在靠近织物的切割边缘处并不松散开。在拉紧的落纱20没有按其它方式固定在相对的布层16和18内时上述特点尤其重要（例如在一种纺织的三维织物内）。但是，制造三维布的最佳方法是双针床拉舍乐（Rasohel）编织。

各个纤维的卷曲的和扭结的几何形状使它们的作用类似于微型的弹簧。这样，所加的负荷就比较均匀地分布在纱的所有纤维上，因此纱的极限拉紧强度近似等于各个纤维的极限拉紧强度乘以纱中的纤维数目;在非卷曲变形的纱中，纱的极限拉紧强度仅仅等于各个纤维的极限拉紧强度与每个纱中的纤维数目的乘积中一小部分。这是由于应力最大的各个纤维的“多米诺断裂”（“Domino    Failure”）作用的结果。除了磨光整理外，对聚酯长丝还应使用特殊的整理（即半消光、消光、等）。这将增加其粘合强度并且增加半可渗透弹性连接体35的剥落强度。但是对本发明的加压产品，这样作时必须小心仔细，因为这样作还消弱了落线拉紧纤维20的拉紧强度和磨损强度。

还可以使用诸如Dow    Corning    Silane    Q1-6106或PAPI50这样一些粘合介质;但是至今的试验表明，当对非卷曲变形的聚酯或尼龙66布使用它们时，剥落强度的改善小于15%。

还可使用除圆形而外的断面的长丝（即十字形、哑铃形，等）来改善连接层35的粘合强度，但如果对拉紧的落纱使用，则可能使拉紧强度和抗磨性能变低，并且有成本更高的趋势。平直带型长丝在控制被激励的扩散过程方面比较有效。

为了实现一种能抗疲劳脱层断裂的粘合，纤维界面加固（嵌入连接层内的相对的纱）是很重要的。这可以通过法兰绒化、擦磨、卷曲成型来实现。可利用各种卷曲成型方法，即假捻、摩擦捻、填塞箱法、刀口卷曲、和空气膨化。假捻和热定型空气膨化较好，如下面将要描述的，两种方法中以热定型空气膨化为最好。

在布的相对层12中的背面经纱和绒头纱的外表面有如下所述的主要特性：必须使卷曲成型的和/或法兰绒化的纱股的各个长丝扭曲或弯曲、或者制成环形，并且/或者选择性地将其弄断并从纱表面突出出来。平直的基纱的直径和体积都扩大了，这使上部和下部的相对的布件上产生了一个外表面，在该外表面内，平常存在在织物的各纱股重叠交错处的空间就被环结、纱、或变形的长丝填入和/或覆盖。

因此，重要的是要注意到，适当的卷曲变形组成上、下相对布件的纱和组成拉紧的落纱的纱，对能够实现在别处曾说明过的所要求的产品耐用性和疲劳强度，是根本性的措施。同样也很重要但并非根本的是，卷曲成型的纱还有整理过的三维布都要进行适当的热定型。

上述的表面特性是极其重要的。此外，重要的是，弹性连接层35的连接材料的分子量要大（100，000至500，000，理想情况为170，000-350，000）并且是一种长链的分子。再有，在将聚氨基甲酸乙酯连接件加入到上下相对织物的最佳方法中，根本的要求是在整个表面的热量输入要均匀，加热压板的温度在规定的极限范围内（对聚氨基甲酸乙酯而言为350°F-390°F）要仔细控制。对时间和热量的精确控制能保证，在加上机械的或气体的压力以驱使连接材料进入织物的上、下层16和18时，该连接材料有一个正确的粘性。如果粘性太大，连接材料将不能充分地穿透到纱束的断面深度。如果粘性正确，则半可渗透的连接材料将移动的上、下相对的织物中，并且包围、围绕并粘结到包括每一根纱在内的各个长丝上，同时堵塞并限制连接材料对某一深度的继续穿透，使其不超过上或下相对布件16和18的总厚度。极其重要的是，连接层35的穿透不得扩展到织物相对层的内表面，否则将干扰落纱拉紧件20的自由移动。发生这种情况的条件是：1）连接材料不具有充分均匀的高分子量，2）连接介质的温度不在温度-粘性曲线的正确位置上，3）没有如上一段落所述正确构造织物的外表面（对此，在对附图的描述中还要进一步讨论），4）在适当温度下的时间不正确，5）所加压力不正确，6）在除去脱模纸之前没有将该复合产品冷冻（冷却）到室温附近。相对的布16和18的这种结构有效地构成了一种连接介质穿透控制机构。高分子量、长链分子组成的半可渗透的连接材料盖住了经卷曲变形和法兰绒化的纱中的极其细微的长丝，后者形成了一个用于控制和限制连接材料35穿入上、下相对布层16和18的深度的过滤器。

讨论至此，重要的是要进一步讨论织物表面所需要的特性。图5示出了单个的平纱50（未经卷曲变形），其中的各个纤维或长丝基本上是直的，并且在一个比较紧密的束内平放在一起。在长丝之间有很小的开放的空间。连接层35的材料不可能穿透到这种纱的断面内，并且只附着在纱束的外表面上。这是不能接受的，因为（1）粘合太弱， （2）开放的纱束加速了向外激励的扩散，而不能限制和控制它。

图6说明了平纱织物的附加问题。开放的空间在被完成的三维织物的各个重叠的纱之间存在着，这就会使连接材料基本上不受阻挡地穿过布的相对层16和18进入织物的绒头区域。绒头（拉紧的）纱20因此变成被粘在一起，因此空气缓冲件将不均匀地充气到适当的厚度。在极端情况下，上部的和下部的相对布层16和18被粘结在一起，即不可能再进行任何充气。

图7表示一根典型的卷曲成型纱。环结、卷须、和长丝50自纱的表面突出出来。一个个纤维扭结或缠绕，因此不再是直的。这种纱被抖松或膨化变形，和相应的平纱比其直径较大。在一个致密的结构内，纤维并不平躺在一起。在各个纤维之间存在相当大的空间和开口，能让连接材料穿透进纱内。连接材料能轻易穿透纱的整个断面，将各个高强度纤维在弹性的半可渗透体内（聚氨酯甲酸乙酯）固定在一块，从而形成一种极强的复合材料。由于纤维的扭结几何形状以及在纤维间弹性体的全深度的穿透，使纱和弹性体之间的剥落强度极高。

图8示意地说明了使用如图7所示的卷曲变形纱构成的织物55。这种织物在重叠的纱件55a和55b之间没有任何开放的空间，开放的空间可能会使聚氨酯甲酸乙酯连接材料35产生过多的穿透，这就是使用平纱制造图6织物的情况。即使对于卷曲变形纱，在编织或纺织织物时也必须遵循正确的方法步骤，才能保证在编织或纺织期间在纱上有正确的（不是过大的）张力，才能在织物的所有部分提供具有均匀密度的织物表面。按这种方式坚持使用大分子过滤器穿透控制技术，这种技术在实现连接物质35的期望精度的穿透方面是非常有效的。

图9是一个单纱60的图形表示，该单纱已用极特殊的工艺卷曲变形。它是一种空气膨化纱。这种纱不仅比其它的卷曲变形纱更松散，而且在卷曲变形过程中可得到更加持久的热定型。这种热定型操作固定住环结、卷须和扭结56，即使在诸如编织和整理产品期间在张力下被拉直和放松多次后，它们在移去张力负荷时也能返回到它们原来的卷曲变形状态。这种永久性的像弹簧一样的性质即使在数百万次拉紧和松弛后也能存在，这就大大提高了绒头（拉紧的）纤维20的抗弯曲疲劳性和抗磨损性。下面对此还要进一步讨论。现在可以说，空气膨化热定型的卷曲变形对于协助连接材料35的大分子穿透控制也是极为令人满意的一种方法。

图10表示的是使用图9的空气膨化纱制作的一种织物65。这样一种织物优于图8的织物。显然，重要的是，该织物层没有任何可通向该织物层的中心部分或芯部的直接的、不受阻碍的通路或路径。

还可以使用通过处理织物表面以增加粘合强度的另外一些方法，当然它们并不是最佳的方法。这些方法包括擦磨织物表面或使织物表面法兰绒化，从而产生了环结、或卷须、或突起的断纤维丝。这些卷须和断裂的长丝覆盖住重叠的纱之间的可能开放的空间，从而实现了至少是部分的、连接材料的大分子穿透控制。

另一种较差的一点的优选方法是使用不连续的纤维，将其纺入至少包含70%连续长丝的纱中。这样，断的、不连续纤维或卷须即从纱的表面伸出，它们的另一端被固定在纱/纤维束中，如图12所示。

现在再次参照图2，由于刚刚讨论过的长丝和纱的结构，如图2所示，在织物层的各远端或外表面32和34上提供有许许多多的微小卷须或环结，它们形成了粘结场所或粘结点29和30。为了进行说明，在图2中将它们以自远端表面向外伸出的形式表示出来，应该理解，将来它们要被粘结在如图4c所示的连接材料里，在图4c中再次使用了以前曾使用过的参考标号。卷须是构成了织物的长丝的一部分，这些卷须提供了这些粘结点。

现在再次参照图4a和4b，纱束40包括多个卷须42，卷须42自该纱束的表面部分伸出。卷须可能是些环结44或断纤维束46，或者是两者的结合。已经讨论过形成这样一些卷须的过程。如前边所述，卷须的功能是大大增加粘结表面积。卷须在各个方向上伸出，这依赖于形成卷须所使用的方法。如图所示，在纤维束的上表面存在着卷须，最好在纱束整个外表面的周围都有卷须。

在例如由图4c表示的完成的结构内，为了和例如连接介质23进行粘合，使外部的半可渗透隔层12的内表面68熔化，这也使交界平面69熔化。最好对制作期间加到该封套的热量进行控制，这就使熔化区35和各纤维层内的连接介质的对应 区域是变成熔化状态的该结构的唯一一些部分。这个熔化层在隔层内和在连接介质层内的深度都受到了限制（即深度为0.001英寸至0.002英寸）。

射频的电介质加热（和散热片一道使用）对选择性的焦中热量输入、和控制什么该加热、什么不该加热方面，是极为有用的。图13表示的是对控制隔层膜12和连接介质35的叠层非常有效的设备。上和下叠层70和71由硬黄铜制成并用水冷却，它们的结构形状要和冲压的织物的周边吻合。它们的高度为1英寸至2英寸，这样就能把最大射频能量输入区域集中在织物的水平中心平面。因为织物的介电常数小，因此织物得不到热量。另一方面，隔层模12和连接层23和24的材料都高度极化，因此在界面处很快被射频能量加热。冷却的叠层模起散热片作用，将热量从隔层膜外的表面吸走。结果是热量集中在隔层膜12的内表面和连接材料层之间的局部分界面上。这一区域迅速被加热到350°F-390°F左右，如图13中的温度刻度所示。在此温度下，隔层膜和连接层在叠层模压力作用下以分子形式紧紧固定在一起。实现这一过程的最佳条件是：在可能作到的最短的时间间隔进行最大的实际射频能量输入。

一旦封套层12（图2b）如上所述和被涂敷的织物材料表面连接在一起，连接层的材料就趋向于和封套材料熔合成一个粘连的结构，该结构中的纤维被牢牢地固定住。由于封套材料被结合到连接材料上，并且连接材料又有效地包围、覆盖、封闭和穿透几乎所有的比较大的纱和比较小的纤维和丝线，因此粘合强度异乎寻常地大，比只用连接介质可能得到的大得多。显然，由于内部气体压力而产生的脱层不会出现在两种材料之间的界面上，产生脱层的原因完全是由于纤维和卷须相对于连接材料35的拉曳或断裂。换言之，所说的超过该比较高的剥落强度的脱开不是两个不同层之间的脱层，将两个片状材料粘性地结合或叠层在一起本来是可能发生两个不同层之间的脱层的情况的。

通过熔接点38（图2b）将隔层12严密地密封起来，熔接点38围绕着该结构的整个周边，从而获得了一个压力密封壳。最好，在熔接点处的结构周边是两个片状隔层材料起始断面厚度的一半左右。熔合点38一般来讲距双壁织物14的边缘要可尽可能地近，在熔接点本身里面没有夹住任何一点织物材料或纱线。任何一点陷入熔合点中的长丝都将可能引起物品的泄漏，下面还要详细描写这一点。如早些时候曾说过的，可首先通过将连接材料加到织物材料上来实现在熔合区域内消除织物或纱束。但在某些情况下，还希望将熔合点定位在距布的边缘有一个指定距离的位置上以便产生一个稳定器件和蓄压管（一个或多个）或部分（图32，32a-c）。如果将织物材料加到该封套的外表面上，即加到除了形成周边熔接点的表面上，则织物或盖布的那部分中就没有任何一点能被定位到该熔接点内。

如果需要的话，可用诸如硅烷或硅橡胶材料（DOWQ1-6106）之类的化学粘合剂来处理织物的远端以改善粘接。但是已经发现，要提供必要的剥落强度，单用化学粘合剂是不够的。

在一个较差的优选方法中，对织物14的远端进行火焰处理，从而使表面氧化并提供出多个粘结点。但是已经发现，火焰处理可能会降低织物的强度至不再令人满意的水平。

按照本发明的、具有范围为0.100英寸至0.500英寸的充气厚度的结构已经成功地充气到大于180磅/英寸2，并且已经将这个压力保持了九个月而不失效。按照本发明还可能提供具有可变充气厚度的产品，它有一个可控的表面轮廓，即该产品的一部分织物较薄，另一部分织物较厚。图14和14a示出了一个鞋垫75，其中的已经描述过的织物76被纺织或编织成有连续的厚度77（后跟部）和较薄部分79（前脚部分），它们由一个楔形的斜台部分80分开并连接在一起。按这种形式，也说明了一个充气/排气的物品。给织物涂敷连接材料，然后进行冲切，厚的织物形成后跟部分，薄的织物形成前脚部分，楔形部分组成了该加压产品的主要区域。

一般而言，隔层膜材料是聚氨基甲酸乙酯，这种材料在上边介绍已有的Rudy的美国专利时已经描述过，但也可使用在先前提到过的专利中介绍的其它弹性隔层膜。这种连接材料习惯上和外部隔层使用的氨基甲酸乙酯相同。织物由热定型长丝组成，因此各个织物层在处理和制造期间彼此之间都保持排齐对准的关系。使用下述长丝得到了极其满意的结果，该长丝的拉紧强度为3克/旦尼尔，每一根纱含40左右根长丝，每股纱有1至3根纱，每平方英寸的织物约由440股纱组成。当使用射 频加热来将半可渗透的弹性体层粘合到用连接介质涂敷的双壁织物的远端时，我们发现，在将压模加热到约100°F和150°F之间并使用27.12MH2的射频的情况下就能实现期望的粘合而不伤害其余的结构。

最佳的充气气体是高级气体，但本发明并不限于此。空气扩散到封套里的速率以及高级气体从封套扩散出来的降低速率都和扩散可能发生的表面面积有关。稍微详细一点参照例如在图2、2a和2b中描述的结构还是有用的。可以看出，该物品的外层的大部分断面是由嵌入连接材料35的弹性材料以及嵌入弹性隔层（压力闭合封套）膜12中的纤维所占据，包括织物的远端表面在内。织物的纤维是由变形很大的晶状气体隔层材料（例如聚酯或尼龙）构成。穿过这种材料的扩散速率极小。因此，在产品的外部的、复合的、连接隔层内存在着大量变形的晶状聚脂，通过被激励的扩散过程，就能对气体的运动形成有效的控制或堵塞，即或者让气体进入充气物品，或者让气体离开充气物品。通过改变织物外表面的结构或密度，即改变构成织物的背面部分的纤维和纱，就能控制扩散的速率和抽吸的速率。如果需要的话，织物的背面表面可进行和绒头（交织）部分20无关的改变，这里所说的部分20是在织物的外表面之间伸展的并且连接了织物的外面。这种新颖的安排，通过有选择性的在连接层和弹性包壳内加入晶状元件，能保持该包壳弹性材料的所期望和所需要的性质，并且同时还能享受控制扩散速率和扩散抽吸的益处。其直接的效果是，对于高级气体，显著地减少了本来就比较慢的离开封套的扩散速率。实际的效果是，能使高级气体维持的时间更加长得多。在按本发明的薄型物品中这一点尤其重要，这种薄型物品的表面与体积之比很大。例如，按本发明的薄型物品的表面积，和含气体积的每一个相应的单位相比，可能比用于气体扩散的表面积大40个单位。这比先前介绍的Rudy的专利中的典型的管状的膨松的气垫大4倍左右，因此在所说的期望寿命期间在产品中保持期望的均匀充气压力的问题就严重了4倍。

这个第二种效果是允许在充气的初期使用除高级气体而外的气体或大量的其它气体。例如，众所周知，氧气通过弹性隔层材料的扩散速率很大。氮气的扩散速率低得多，高级气体的扩散速率更低。由于织物的作用是减少可利用的弹性气体的扩散通路面积，因此扩散更慢些的气体可被用作充气气体，即那些扩散速率比氧气小的气体。因为空气包含约78%的氮气和约21%的氧气，其余部分是微量气体，由于用于扩散的表面积减少所以氮气的扩散比较缓慢，虽然氧气扩散速率较大但氧气占气体组分的21%（2.5磅/英寸2），故在适当构成的物品内可用空气作充气气体。这样，开始时用空气充气，充到比较高的水平，压力随时间的损失就比较小。显然，使用空气或其它的有效扩散速率比氧气低的气体有一些实际的优点。织物材料的扩散性质和以分子形式受压、变形的、以及强烈结晶的织物材料有关。在每种情况下，粘连的能量密度就是用作气体隔层的织物材料的密度。

当要求阻挡几乎是100%的扩散时，先用一层高温度熔点的氮基甲酸乙酯浸渍致密编织的布（已经成功地使用了塔夫绸），然后再和一个低温度熔点的氨基甲酸乙酯的第二层叠在一起。使用这种组合的布作隔层封套12的材料（代替了氨基甲酸乙酯膜）。使用射频能量的叠层操作成功地将低温度层粘结到织物远端表面上的连接介质48上。在这种情况下，晶状件不仅由芯部织物表面内的加固纤维提供，而且由塔夫绸布外隔层的晶状纤维提供。按这种布置，物品的整个表面向外到周边熔接缝并且包括该熔接缝在内都是由这种特殊的隔层材料构成，它对周围空气环境中的氧气能有选择地渗透，它对周围环境中的氮气起一个隔层的作用。

使上述的、有关熔化由弹性组分和晶状组分的组合体组成的复合材料的某些概念具体化的一个良好方式是将弹性材料看成是将晶状元件粘结在一起的组合体。弹性组分提供了良好的抗扭曲疲劳性能和一些期望的物理性质：弹性模量、伸长性，可制造加工性、以及可热密封性。结晶组分提供了均衡的扩散阻滞性。按这种方式，一直到该结构的弹性件和晶状件之间都存在该复合结构的弹性。这样，晶状材料就受到了保护，不受有害的疲劳应力的伤害。在该复合的隔层产品的弹性的内表面部分里实现了热稳定性。对于在隔层产品的周边内部接合处的熔接点要保证，没有任何布纤维会受到内部加压气体的作用。否则将会产生泄漏路径。

本发明的另一个优点是可能形成的形状非常多。例如，图15表示了一个后跟垫90，其中的 上、下表面都是平面形的，它们是互相平行的并且分开一定距离。由于它的表面是平面形的，而已有技术是管状或松散的物品，因此这种后跟垫和已有技术的后跟垫不同。由于本发明的后跟垫比较薄，压力可加到很高，并且重量轻，因此比已有技术的后跟垫有更明显的优点，因为鞋袜类物品的后跟的外形可以做得更薄些，因此能在许多类型的鞋中使用，其中包括男女室外用鞋或礼服鞋。后跟垫90的结构是已经描述过的结构。

图16表示一种按本发明的充气垫95，由于它的形状，有时称其为眼镜蛇垫。该物品的内部结构就是先前已经讨论过的结构。该物品可以包括一个中腿97和一个横向略短的腿99，在两个腿和后部101的前方之间有一开放区100。将该物品95插入鞋袜内，使中腿97在腿的中部，而开放区100一般在脚跟骨之下。该中腿在脚拱之下，并且在后部101如图所示发生弯曲时提供脚拱的支撑以便适应脚跟的一般轮廓。其上、下表面平直、并且是成平面形的，两个表面一般隔开一定距离，相互平行。该物品趋向于使脚稳定并提供缓冲和脚拱的支撑。

现在参照图17和17a，它是充气的稳定物品110的变形图，它也是眼镜蛇形式的垫，带有中腿112和横腿113。其内部结构就是已经描述过的结构。其中腿和横腿相互分开并且都连到后部114，后部114是弯的以适应后跟的轮廓。按这种形式，在后部114的前方和两腿之间有一个分开的充气室115。这一充气部分的结构是球形的（如图17a所示）从而就能提供一个位于腿跟下的特殊缓冲件。该环形部分的表面在邻近的腿的表面之上方。按所示的方式，热密封熔接缝一直围绕着该充气室的周边伸展，该充气室是一个和垫的外部分开的腔室。这样一来，可以将垫的外部加压至一个水平，而将腔室115加压至另一个水平，为舒适和缓冲起见，其压力较低。还可以将其中心部分连到外部，起一个蓄压器的作用，从而在气垫内可提供不同的负荷-挠曲性质。

应该理解，该分开的腔室115不仅仅是一个充气环形室，还可以用三维织物材料制作。按这种变形，室115的织物材料可比中腿和横向腿的材料厚些以增加缓冲性，并且室115的充气压力较低以便在跟骨下方得到柔软性。

图18和34a-b表示一个充气结构120，其中有由三个隔层片125、126和127形成的多个腔室122和124。隔层片由已描述过的弹性材料组成，在相邻的片之间容纳已经描述过的织物材料128和129。本发明的这种特殊形式可以是一种产品，在该产品中一个腔室是全长度的鞋垫，其上部呈后跟垫或缓冲体的形式。再有，为了和产品的底部相比，提供一个比较柔软的上部缓冲垫，给该产品的上部加压的压力要比对其下部加压的压力低些，给产品下部加压高一些能防止压瘪。

按图18的形式，上部腔室表面积可以比下部腔室的小些，也就是说上部和下部勿需同时伸展。对于某些产品，可以期望使用比下部的压力高的后跟垫，这是因为可以将下部放置在后跟内的一个空腔内而上部起一全长袜衬的作用。显然，本发明提供出各种各样可能的结构及其变形。

借助于实例可知，这种加压物品或可作为全长的衬里使用或者作为部分长的袜衬使用。可以将其制成能提供衬里类的拱形支撑或者能置入鞋袜内。可以在制造期间通过将其放入前掌或鞋袜中其它部位的一个凹形空腔内将其安装在鞋袜内。可以用泡沫将其全部或部分地包围起来放在前掌或鞋袜中的其它部位。

应该理解，这些片状产品可能具有不同的气体扩散特性。因此，只有表面层需要对气体是半可渗透的，其它部分是不可渗透的。实际上，全部的要求只是，在该结构中至少存在一个半可渗透区。尽管最好要使织物表面能均匀地粘合到隔层材料的相对表面上，但是可能还存在另一种情况，即一个表面的指定区域不被粘结，或者不存在任何织物组分。图17、17a、33a给出了一个典型的这样的结构。很显然地还有，该封套可以由初始的材料而不是由片状材料制成。还可以使用其它技术（例如吹模或注模）来形成封套，接着再使封套和织物组分结合，然后再加压。图19-19d示出了这样一种方法。其中，后跟垫130包括一个较厚的后壁部分132，和较厚的侧壁133和134，如图所示。还有织物物材料14。附加的处理方法可能包括真空成型、空心铸造、转轮凹版铸模、吹模、硫化、开口浇铸、等等。

讨论至此，重要的是要再次强调该新型充气物品所提供的这种独特的柔顺性。如早些时候曾经说 过的，一个最佳的缓冲产品应该吸收最大的可能的冲击输入能量并且返回该能量的最大可能的百分数;同时还能衰减该冲击力至最低可能的水平。这样一种最佳的缓冲物品被定义为有最高级的柔顺性。

研究图20、21、22、23、24，就可以看出本发明的产品能提供良好柔顺性的方式。本发明的气垫由于它的图20的负荷-挠曲线150的独特形状，能够吸收最大的冲击输入能量，并且有最大的缓冲性（在最大的可允许的挠曲中的良好冲击衰减）。曲线150的形状接近矩形形状，和曲线152相比它是一个理想的形状，曲线152代表已有技术的多室充气物品的负荷-挠曲曲线。图21表示已有技术产品的能量吸收（由曲线155表示），本发明的产品的能量吸收由曲线156表示，本发明的产品厚度约为已有技术的产品厚度的一半。

图22、23a、23b表示的是如何实现这一点的。在图23a中表示出脚开始冲击气垫160的情况。由图可见，物品内的压力可能作用在脚底部的整个负荷支撑表面面积上，在明显的挠曲发生之前瞬时产生一个大的支撑力。因为脚进一步下沉到气垫内（如图23b所示），上部远端在张力作用下像一个鼓形头并且借助于该张力的垂直分量在该上部远端内增加了第二个支撑力（由向量图162指示），这里提到的上部远端是一个复合结构，由嵌入聚氨基甲酸乙酯连接介质的织物外层和隔层膜组成。在这个附加的支撑力在图22中被交叉的阴影区165表示出来。

由1）鼓形头效应，2）充气流体的极其有效的、基本是完美的气体热动力学性质，3）本发明的缓冲件勿需泡沫包壳就可置入鞋袜或其它缓冲物品中（有泡沫包壳，将大大干扰能量返回能力）的事实，即组成了本发明的有效能量返回特性，因此本发明的产品和传统的泡沫包封的、气体加压的产品、泡沫前垫、桑巴森（Sorbathane）、凝胶等相比，能返回被缓冲的冲击能量中的大部分，上述传统产品以热的形式浪费和消耗掉大部分这种能量。在图24中，17c表示被传统的泡沫包封的包有技术产品吸收的能量曲线，曲线172表示该产品的能量返回（有效值，约40%）;曲线175代表被本发明产品吸收的能量曲线，曲线176代表这种产品的能量返回（有效值，50%到90%）;曲线177是泡沫产品的能量返回（有效值，30%），曲线179是桑巴森（Sorbathane）、凝胶型产品的能量返回（2%，有效值）。

和我的早期的管状加压产品（已有技术）相比，使用本发明的产品能够在小得多的位移空间里吸收指定数量的冲击能量。例如，图21表示出，本发明的产品在传统的加压产品的二分之一位移距离内吸收了相同的冲击能量，并且还有优异的总缓冲性（即，有可接受的程度那么低的冲击负荷）。

充气压力是主要因素（但不是唯一因素），可利用它来改变本发明产品的支撑力-挠曲性质。图25表示出三个不同的垫在三种不同的压力下的曲线，即中压力曲线180、高压力曲线182、和低压力曲线184。由图可见，高压力物品能在受限制很大的空间（或挠曲大的空间）吸收多得多的能量。图25的曲线182等同于图21的曲线156。低压力物品有一个较软的感觉，但在某些情况下容易压瘪。

在某些情况下，负荷-挠曲曲线起始处的尖锐上升是有害的。这种情况发生在穿着舒适具有首要的重要性并且冲击负荷低的鞋中，如室外鞋、女式工作鞋以及某些类型的行路鞋。有许多方法能产生起始的较软感觉（不是减少空气压力）。在图26及其相关的图26a和26b中就示出了其中的某些方法。例如在缓冲体底部设置凸起190、条带191或蛋形格图案192就能通过改变鼓形头的负荷/挠曲特性（见该负荷-挠曲曲线的各个虚线部分）来得到这种效果。该缓冲体和本发明的气垫一道使用，该缓冲体经过点缀的这个面和气垫的背面接触。此外，纱的类型、织物的结构、隔层膜的弹性模量等都能改变该物品的穿着舒适性的负荷/挠曲特性。

讨论在六年的开发研究期间遇到的众多的棘手问题中的一个问题的解决办法是没有价值的。经过这六年的开发使这种新型气垫处于准备投放市场的可靠产品的状态。

这个问题涉及到拉紧长丝（落线）在长期受到多次弯曲、扭曲、弯折、摩擦后的疲劳断裂。由许许多多世界级别的运动员穿着几百双运动鞋跑了几千英里，在对这些充气件进行检验的期间碰到了上述这些断裂（以及脱层断裂）。尽管这些断裂的速度还没有超出鞋的其它部件的断裂速度，但对这种 类型的高压充气物品而言，其可靠性必须要比这些其它部件大，这是因为它一旦断裂，整个产品就要变成基本上不能使用的了。

在运动鞋中使用的气垫除了要受到和简单的上下运动有关的负荷而外，还要经受许多其它类型的负荷作用。例如，由转弯和停止引起的剪切力、当脚从后跟蹬击移至脚趾离地的旋转运动时的纵向扭曲、在俯和仰期间的横向扭曲和弯转。还使用了模拟鞋内工作循环的极为特殊的检验机器来加速这种气垫的质量控制检验。这些机器以较高的速度运行，并且使气垫在两天内经受多次负荷作用，相当于一个运动员积累了2至3年的检验。此外，这些试验的负荷类型恶劣得多，使得我们称之为Kim扭曲试验机的两天的检验事实上近似等于3，500哩的马拉松赛跑。典型的制造精良的跑鞋不会经受超过800-1，400哩左右的距离。因此，经过两天的这种检验的物品所经历的时间一般超过普通鞋袜的两倍以上。图27a和27b表示一个典型的气垫210，它安装在活动的检验头212的下方，并且由滚轮213形式的固定导轨支撑，在这些特殊的“Kim”扭曲试验机中的一个试验机的检验头的每一边都有一个滚轮213。由图可见，气垫210由于检验头212的上下运动而同时滚轮保持不动，要经受恶劣的上下压力负荷和弯曲/扭曲作用以及某种剪切作用。如图25b所示，由检验头212提供压力，迫使气垫靠紧外形为圆柱形的底座215。为了将各种断裂方式分开要进行许多这样一些试验。这种试验能准确迅速地复制出在实际的磨损试验中能碰到的断裂方式。

落线的唯一目的和功能是起拉紧件的作用，这些拉紧件包含加压介质，并能维持期望的几何形状以及该物品的结构整体性。因此，不期望所说的断裂问题发生在落纱不受张力以及不发挥有用作用的工作循环期间。落纱在不受张力以及不支撑压力负荷时不发挥作用，因此不干扰将要支撑压力负荷的加压介质的主要功能。

一个好的设计应该在约束空间中有尽可能大的挠曲，这样才能使加压介质完全支撑和衰减冲击负荷，并且尽可能多的返回按其它方式可能要浪费的能量。一旦落纱摆脱张力（图28b），它们就开始弯曲、结圈、折叠。当向下运动继续时，它们就进一步按随机的方式弯曲、折叠，还要相互摩擦。在这一部分工作循环期间，沿着纱束并且在纱束之间存在着相当大的运动。通过加到气垫上的剪切负荷（与停止和转弯有关），并且通过该气垫的纵向和横向的弯曲和扭曲，将要加剧这种运动，这种情况是在运动员进行各种体育比赛时有时要进行极为激烈的运动的情况下发生的。这样的落纱弯曲和扭曲在各纤维的外部产生疲劳应力。当纤维扭曲和相互间移动时可能发生磨损伤害。在负荷极大的条件下（即，该产品的正常时间/有效的工作时间一般小于2%），产品被压瘪了，把拉紧纤维夹住，并且使拉紧纤维相互挤压，拉紧纤维还和与其相对的复合层相互挤压（图28c）。经过许多次这样的弯曲后，拉紧纱的长丝疲劳和原纤维化疲劳就可能产生，它是在压瘪发生时的反复挤压拉紧纤维的结果（图29c和30）。某些纤维变弱，并且随后不能再拉紧。在其余的纤维中的拉紧应力增加了，并且当连续的纤维不能再拉紧时就产生了波纹效应。最后产生了一个“疙瘩”。空气膨化热定型的卷曲变形纤维在控制和防止这种类型的断裂方面是有效的，下面再予以介绍。

由于大多数这种类型的缓冲物品都被设计成接近它们的压瘪极限，为了在最小的空间提供最大的缓冲，压瘪的情况的确是会发生的，这就使这种断裂问题更加严重。

为了解决这个问题，需要进行大量的断裂分析和实验室检验。通过较详细地参照图28和29所示的系列图，很好地描述了断裂的机理和被设计用来解决这些问题的解决办法。图28的系列图表示了三种类型的纤维在向下扭曲期间、尤其是对于压瘪的情况下发挥不同作用的方式，这三种纤维是：1）平直纤维200，2）传统的卷曲变形纤维201，3）空气膨化热定型纤维202。如图28a所示，在拉紧状态下所有三种类型的纤维都伸展开来形成一根竖直的直线，在张力负荷作用下，三者的作用方式全相同。但是，一旦加上了外部压力负荷，气垫向下挠曲，并且落纱的纤维立即摆脱了张力作用而进行松弛状态（图28b）。直的（未经卷曲变形的）纤维200的反应很像一个欧拉柱，开始弯曲。传统的卷曲变形纤维201（由图可以看出，它比直纤维膨松一些）的长度缩短了。像一个弹簧一样。空气膨化热定型的纤维202（它比传统卷曲变形纤维更加膨松一点）也以类似的方式像弹簧一样 发生了长度皱缩。图28c示出了在几百万次上下扭曲后的压瘪状态。由图可见，直纤维200弯向它自身。空气膨化纤维202被压成膨松的柔顺束，该柔顺束由打圈的、相互混杂的纤维组成，这些纤维本身也有各种方向的随机而成的圆圈。传统的卷曲成形纤维201由于多次拉紧和弯曲已经恢复返回到它的起始的预卷曲成形状态，即它现在已是直纤维了，并且照这样它以和其它直纤维一样的方式自己又弯回来。经受多次这样的作用后，这种纤维就将趋于断裂，这一点下面再予以说明。

图29a表示包含直纤维的纱的一部分，它处于压瘪的形态（实际大小的40倍）。由图可见，这些纤维紧紧地堆在一起，成平行、排齐、并列的状态。如图29a和剖面图29b所示，压力负荷加到该纱束的侧面。这些纤维彼此间正在施加横向负荷。每一根纱都由一种聚酯制成，长链分子的取向一般沿纤维的纵向轴线。在工作循环的向上和向下部分期间的长期弯曲和扭曲以后，再加上该循环的压瘪部分的横向负荷和擦磨、扭曲的作用，在单个直纤维的内部就可能发生各分子链束之间的横向脱层。图29c说明了这种断裂的方式，图29c是一个纤维束（图29b）的单个纤维的放大剖面图（实际大小的1000倍）。由图可见，横向压力负荷加到直纤维上，该纤维趋向于在水平中心线平面上向外突出来，在纤维的侧面出现拉紧的脱开的应力，趋向于把各个分子链束一个个拉开和脱开。该纤维裂开，变成一个个分子链束。最终，这些的分子链束因疲劳而变弱，拉紧或弯曲都能很快使其折断和断裂。在图30中可以看到这种状态，图30是这种类型的断裂的一个电子显微镜照片（放大了1，000倍左右）。从中可看出单纤维脱开成的各个分子链束。

另一方面，空气膨化热定型纤维（图29d和29e）的行为和直纤维不同。空气膨化的纤维在压瘪的状态下已经被压成大量相互缠绕在一起的、具有环结的和波浪状的长丝。纤维材料的这样一种堆积就起到一个缓冲件的作用（非常像一个毡垫），由此即就缓解了作用在任何一个单丝上的压缩应力，将这些力分配在整个纤维体积上。

作为刚刚描述的这种类型的试验分分析结果，我们认定，为控制或消除这种类型的断裂需要考虑的几个因素是很重要的。第一，重要的是要有一种具有可能是最长的分子链的纤维，该纤维的取向尽可能沿着长丝的纵向轴线。第二，重要的是要使用具有高级抗磨性的多聚物，例如Dupont的工业聚酯68L。还要好些的由尼龙66族、尤其是CORDURA尼龙（具有极长的分子链）制成的纤维。

第三，落线长丝的卷曲变性的必要性是为了改善摩擦、扭曲疲劳和抗原纤维化使用，这是通过协助缓冲加在任何一根纤维上的负荷、防止长纱在这些纱彼此相靠移动时经受锐折而实现的。在这一方面，Cordura是极为优越的，其原因在于它是空气膨化变形型的热定型卷曲变形，这种卷曲变形曲于它是在卷曲变形状态下被热定型的，因此不仅能提供更加蓬松的纱，而且能提供在长期的从拉紧状态至松弛状态、折叠状态、再回到拉紧状态的循环后还能保持它们的像弹簧一样的卷曲变形状态的纤维。其它类型的卷曲变形长纱在受到反复的加负荷和卸负荷的产品工作循环后（还有制造期间的加热）将要失去它们的卷曲形状并且回到它们起始的未经卷曲变形的直纱形态。正是因为这个原因，这种由考德拉（Cordura）尼龙制作的新型气垫的使用寿命比标准卷曲变形尼龙66纱好一个数量级左右。再有，标准变曲变形纱的使用寿命比未经卷曲变形的拉紧直纱也要好一个数量级左右。

为了将这些断裂减至最小还有第四个重要的考虑。为了进一步缓冲摩擦和横向负荷力，尤其是那些和气垫的平面表面的侧向负荷剪切挤压和弯曲有关的负荷力，我们发现提供足够的每单位面积落线中的纤维数目是很必要的。在这方面，每平方英寸中的落纱纤维的最低数目约为5，000，最大数约为80，000。

在图31和与其相关的图31a-31d中表示了本发明的其它几个实施例，其目的是为了强调在同样的充气压力下对几种不同类型的设计可能得到的不同的缓冲性质。在图31a中，垫220的支撑力随着挠曲的增加表现出一个陡峭的升起220a，这是因为包含在垫中的气体体积小的缘故（即该物品的大部分负荷支撑体积落在负荷面积之下）。全长设计的各小室221、222、223的情况与上述相同（220a），和全长设计的图31d的缓冲产品225相比（见225a），上述小室提供了一种较坚硬的感觉。图31c的形状227（哑铃形结构）提供的支撑 主要在脚的负荷承受部分的下面（为了节省成本起见），并且具有一个中等的力-挠曲曲线227a。

现在参照图32和32a-32c，影响和控制缓冲特性的另一种方法是提供一个蓄气体积，充气气体在负荷作用下可以大量地从该物品的一个部分被输送至另一部分，进入该蓄气体积。一个这样的蓄气输送体积可以围绕周边230，如图32、32a和32b所示。当然，图32c-32e的较大的体积233能提供较柔软的感觉。有两种方法可实现这种柔软感：1）在负荷面积外面的额外体积（图32e）提供一个在负荷作用下移入充气气体的一个空间，2）包围该蓄气体积的弹性膜可以根据负荷加上时的气体压力变化弹性地膨胀和收缩，由此进一步增加了蓄气体积和物品的柔软响应缓冲性质。这个较大的管状部分起第二个动态的、和负荷成正比的作用，将脚容纳在鞋的中间。

图33表示提供蓄气体积的另一种有益的独特方式。为此，让按本发明的一个综合性产品250（其中包括一个标准的气垫系统）在拱形区加入一个管状部分251，如图33b、33c和按本发明的一个部分252所示。图33b表示一个通过拱形区的剖面图，未加负荷。图33c是一个同样的剖面图，但处于有负荷的状态。图33d是负荷-挠曲曲线，如图所示，这些管的大小（直径）在负荷被加上和移去时正比于所加负荷弹性地胀缩，并且在该物品内的最终瞬时压力发生了变化。对加上了负荷的气垫部分（后跟区和前掌）提供了较柔软件的感觉。在脚的纵向拱形部分还产生一种适应穿着者需要的自动动态拱形支撑，因此有助于作为一个矫正物品去进行俯卧时的控制。在脚趾离地时，这种拱形支撑自动地从与脚的支撑接触点处退回，因此它们在脚趾离地期间伸展时并不刺激脚底部的腱。

另一种令人感趣的结构涉及到一个多层的加压产品。这种产品示于图34a、34b和18中，其中的参考标号相同。可用两个分开的拉紧气垫物品来实现两个（或多个）加压层，一个在另一个的上方，周边的熔接缝也分开，所有这些都已经描述过。另一种方法是在一次操作中进行叠层，并且在一次操作中密封围绕周边的三张隔层膜。为了得到最大的舒适感，上部的充气压力可比底部室低。这样，压力较低的上部比下部更容易挠曲，更容易符合于脚的底部的平面形的表面;因此就能得到高度的起始接触柔软性。压力较高的底部室能防止该物品在高负荷下压瘪，并且能返回较大比例的、按其它方法要损失浪费的冲击能量。

在鞋的某些应用场合，期望脚趾的弯曲程度能更大些，如行路鞋中的情况。为此，可在鞋中加入两个或多个分开的垫，一个用于后跟，一个用于前脚，并且可能一个用于拱形/中部区。另一种方法涉及缝线260，该缝线穿过模切的织物坯料横向延伸，然后再进行最终的步骤，即将隔膜叠层到适当位置，如图35a和35b所示。这样的缝线将织物向下拉了一个规定的距离（织物厚度的1/2至3/4），缝纫时要小心，不要完全封住该织物，由此即可禁止空气穿过缝线移动，否则将在脚下产生一系列不适。另一种方法是在缓冲体的底部的一些期望产生弯曲的区域设置一些凸起或条带，如图26a所示。

为了较好的理解泄漏问题，应参照图36a、36b和36c，泄漏问题被发现是一个重要的问题，这个问题已为本发明解决。在图36a和36b中，示出了一个熔接部分275，它由层275a和275b组成，其中压力侧为276。单个长丝277穿过熔接部分275自压力侧276伸展到外部环境压力侧278。在膜或层275a和275b中的剩余应力趋向于从长丝277拉开，结果是沿层275a和275b与长丝相结合的横向侧出现泄漏路径279a和279b。如图所示，长丝277一直穿过该熔接部分伸展，这代表了最坏的情况。即使长丝没有一直穿过该熔接部分伸展，由于长丝末端和熔接部分外部之间的距离可能是足够小，使在这个区域发生的扩散比在膜的其它区域发生的扩散更快，因此也可能发生泄漏。

图36c表示本发明的另一个特点，它是为减少沿纤维290的泄漏而填加的连接介质的结果。例如，纤维290是一个落线，并且位于本发明充气的产品的气体压力侧295上。在填加连接介质期间，连接介质被熔化并且围绕该纤维流动（如297所示），这样，就用连接介质有效地包裹住所有的或一部分的纤维外表面。这就有效地防止或极大地减少了沿纤维或沿纤维外表面以及在纤维外表面和隔层膜材料之间的空气的通路。

已经描述的是一些最佳实施例和改进，可以对它们加以变化而不脱离所附的权利要求书的范围和构思。