CN104987525A - 一种tpu颗粒材料发泡工艺 - Google Patents

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秦柳
陈承涛
张艳娜
虞华春
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Abstract

本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺，包括如下步骤物料准备阶段、发泡阶段，其中发泡阶段包括超临界流体加压,保压和卸压发泡，超临界流体加压为将TPU物料颗粒经超临界流体加压至饱和稳定；保压为稳定后保压得到加压料；卸压发泡为将加压料经卸压后再经加热发泡得到发泡颗粒，其中加热发泡为在温度70℃-180℃，发泡时间为1-10min。本发明技术方案能够克服TPU原料重量大、硬度高、减震性能差等方面的缺点，发泡产品具有绿色环保、高耐磨耐折性、质量轻、高弹性、抗水解性能、抗化学品性能、抗油性能、抗紫外线性能，应用性好。

Description

一种TPU颗粒材料发泡工艺
技术领域
本发明主要涉及一种热塑性塑料发泡工艺，特别是一种TPU颗粒材料发泡工艺。
背景技术
TPU具有高模量、高强度、高伸长和高弹性，优良的耐磨、耐油、耐低温、耐老化性能。同时也因其具有环保概念，日益受到人们的欢迎。随着北京成功申办2008年奥运会，越来越多的中国人开始热衷于各种体育运动，高性能的运动鞋也就成为紧俏产品。作为继橡胶、PVC、SBS之后的第四代鞋底材料，TPU(热塑性聚氨酯弹性体)具有更优良的弹性、耐磨性、抗撕裂性和弯曲性，是各种要求极高的专用鞋如足球鞋、冰刀鞋、登山鞋等的鞋底首选材料之一。
尽管近年来TPU鞋底由于其优越性能和环保概念，日益受到人们的欢迎，但是它自身具有的材料硬度和重量大、价格高等缺点限制了巿场的发展。传统的TPU发泡技术是以过氧化物架桥，再以化学发泡剂发泡，形成独立泡体的发泡材料。故而现行技术中，发泡剂消耗量大，发泡剂无法循环利用，而且加工复杂、对设备要求高、对环境有危害，生产废弃物多。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种TPU颗粒材料发泡工艺，能够克服TPU原料重量大、硬度高、减震性能差等方面的缺点，发泡产品具有绿色环保、高耐磨耐折性、质量轻、高弹性、抗水解性能、抗化学品性能、抗油性能、抗紫外线性能，应用性好。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺，包括如下步骤物料准备阶段(物料准备阶段预处理以去除物料中的水汽、低挥发分物质及其它包括杂质在内的对发泡产品质量有害的物质，以提高发泡的稳定性)、发泡阶段，
其中发泡阶段包括超临界流体加压,保压和卸压发泡，
所述超临界流体加压为将TPU物料颗粒经超临界流体加压至饱和稳定(饱和所需条件为超临界流体充分溶入TPU物料颗粒，使物料颗粒在超临界流体中保持内外压力一致)；
保压为稳定后保压得到加压料；
卸压发泡为将加压料经卸压后再经加热发泡得到发泡颗粒，其中加热发泡为在温度70℃-180℃，发泡时间为1-10min。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，超临界流体为超临界CO2。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，物料超临界流体饱和时加压压力为7-15MPa，温度为32℃-45℃。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，物料经超临界流体加压至饱和所需条件，保持加压压力和温度1-15h。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，加压料卸压时卸压速度为9MPa/min-30MPa/min。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，发泡颗粒中的孔密度为1万-3万个/cm3，孔径为30-300微米。孔在发泡颗粒中形成密闭气泡，能够赋予发泡颗粒以优异的弹性和回弹效果。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，TPU颗粒材料发泡工艺还包括选料和热压成型，所述热压成型为将发泡后的发泡颗粒加入模具进行模压成型，所述模压成型的温度为100℃-250℃，成型时间为1min-10min。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺的一种改进，选料为以发泡颗粒的比重为依据选定不同含气量和发泡率的泡沫颗粒。
本发明公开的TPU颗粒材料发泡工艺制得的颗粒材料柔软度更高、重量更轻、透气性更强，能够克服TPU原料重量大、硬度高、减震性能差等方面的缺点，绿色环保、高耐磨耐折性、质量轻、高弹性、抗水解性能、抗化学品性能、抗油性能、抗紫外线性能，不黄变，是鞋材行业的新型材料。同时本发明还具有操作方便，安全性好，无污染，发泡剂可以循环利用，发泡成本低，发泡均匀，稳定性好，发泡颗粒质量稳定。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
对TPU颗粒的物料准备
1、将TPU颗粒经烘箱干燥170℃下5小时后冷却。
2、将TPU颗粒经烘箱干燥160℃下6小时后冷却。
3、将TPU颗粒经烘箱干燥150℃下7小时后冷却。
4、将TPU颗粒经烘箱干燥140℃下8小时后冷却。
5、将TPU颗粒经烘箱干燥130℃下9小时后冷却。
6、将TPU颗粒经烘箱干燥120℃下10小时后冷却。
以上方案中干燥温度还可以为125、135、145、155、165以及120-170℃范围内的其它任意值；干燥温度还可以为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5以及5-10小时范围内的其它任意值。以上对TPU颗粒的物料准备均适用于以下实施例中TPU颗粒材料发泡技术方案的实施。
本发明方案在实际操作中实施时，可以选用如下操作方案：
(1)先将TPU颗粒取出，放置烘箱或其他干燥设备中干燥5-10小时，干燥温度120℃-170℃。
(2)将干燥后的TPU颗粒取出，放置透气容器内。
(3)将TPU材料放入反应釜中，密闭釜盖。打开超临界流体装置，开始往釜体内部通入CO2。
(4)逐渐向釜体内部加入CO2，升高釜体的温度，一般饱和压力控制在7MPa-15MPa之内，饱和温度范围为32℃-45℃，直至达到工艺要求。随后关闭增压设备及相关阀门。
(5)维持该工艺参数中的饱和压力，饱和温度持续达一定的饱和时间，一般该饱和时间控制在1h-15h之间。在该饱和时间内，超临界流体渗透整个TPU材料。
(6)以一定的卸压速率，卸除釜体内部的压力，卸压速率一般控制在9MPa/min-30MPa/min，然后打开釜盖，取出内部的饱和TPU颗粒。
(7)卸压前，将加热发泡设备加热至预设温度，预设温度是发泡温度，该温度一般控制在70℃-180℃范围内。
(8)将从釜体中的TPU颗粒加入发泡设备中进行升温发泡，得到TPU发泡材料。根据不同的需求控制不同的发泡倍率及颗粒材料性能，发泡倍率主要由发泡温度和发泡时间决定，比如发泡温度150℃，发泡时间5min。
(9)将发泡好的颗粒进行筛选分类，将比重差别较大的颗粒分开收放，分为不同的等级类型。比重大小由发泡倍率决定，而这些又反应了发泡颗粒内部饱含的气体量，不同等级的材料含气量就不同。
(10)根据鞋材的尺寸及重量要求，将分类的颗粒材料进行按比例称重，称重后将发泡颗粒加入模压模具中，称重是为了达到相同的比重，成型制品有较好的一致性。
(11)对模具进行升温，模压成型，其成型温度及时间根据不同要求的参数而定。模压成型温度一般控制在100℃-250℃，成型时间一般为1min-10min。
(12)开模取出制品，对模压发泡后的鞋材进行检查修整和入库。
实施例1
本实施例中，TPU颗粒材料发泡工艺为将经过物料准备阶段预处理后的TPU颗粒料，置于容器中，通入超临界二氧化碳，保持超临界二氧化碳压力15MPa，温度43℃，使超临界二氧化碳渗透入TPU颗粒中，并最终使TPU颗粒中超临界二氧化碳达到平衡状态，成为加压料；加压料保持该温度和压力1h，而后卸除加压料压力，泄压速度为17MPa/min；再将颗粒材料进行加热发泡，发泡条件为温度180℃，发泡时间为1min；发泡完成的颗粒料，经过筛选(以比重法进行，发泡倍量接近的颗粒料其比重相近，性能也相近)，可以进行模压成型(如成型为鞋)，模压成型的温度为180℃，成型时间为1min。
实施例2
本实施例中，TPU颗粒材料发泡工艺为将经过物料准备阶段预处理后的TPU颗粒料，置于容器中，通入超临界二氧化碳，保持超临界二氧化碳压力12MPa，温度37℃，使超临界二氧化碳渗透入TPU颗粒中，并最终使TPU颗粒中超临界二氧化碳达到平衡状态，成为加压料；加压料保持该温度和压力15h，而后卸除加压料压力，泄压速度为22MPa/min；再将颗粒材料进行加热发泡，发泡条件为温度100℃，发泡时间为10min；发泡完成的颗粒料，经过筛选(以比重法进行，发泡倍量接近的颗粒料其比重相近，性能也相近)，可以进行模压成型(如成型为鞋)，模压成型的温度为230℃，成型时间为10min。
实施例3
本实施例中，TPU颗粒材料发泡工艺为将经过物料准备阶段预处理后的TPU颗粒料，置于容器中，通入超临界二氧化碳，保持超临界二氧化碳压力8MPa，温度35℃，使超临界二氧化碳渗透入TPU颗粒中，并最终使TPU颗粒中超临界二氧化碳达到平衡状态，成为加压料；加压料保持该温度和压力5h，而后卸除加压料压力，泄压速度为12MPa/min；再将颗粒材料进行加热发泡，发泡条件为温度120℃，发泡时间为8min；发泡完成的颗粒料，经过筛选(以比重法进行，发泡倍量接近的颗粒料其比重相近，性能也相近)，可以进行模压成型(如成型为鞋)，模压成型的温度为200℃，成型时间为6min。
实施例4
本实施例中，TPU颗粒材料发泡工艺为将经过物料准备阶段预处理后的TPU颗粒料，置于容器中，导入超临界二氧化碳，保持超临界二氧化碳压力7MPa，温度43℃，使超临界二氧化碳渗透入TPU颗粒中，并最终使TPU颗粒中超临界二氧化碳达到平衡状态，成为加压料；加压料保持该温度和压力7h，而后卸除加压料压力，泄压速度为9MPa/min；再将颗粒材料进行加热发泡，发泡条件为温度150℃，发泡时间为5min；发泡完成的颗粒料，经过筛选(以比重法进行，发泡倍量接近的颗粒料其比重相近，性能也相近)，可以进行模压成型(如成型为鞋)，模压成型的温度为250℃，成型时间为9min。
实施例5
本实施例中，TPU颗粒材料发泡工艺为将经过物料准备阶段预处理后的TPU颗粒料，置于容器中，通入超临界二氧化碳，保持超临界二氧化碳压力10MPa(本处压力还可以为8.8、9、10.3、11、12.3、13、14以及7MPa-15MPa范围内其他任意值)，温度32℃(33、34、35.2、36、37.5、38、39、40、41、42、43.9、44以及32℃-45℃范围内其他任意值)，使超临界二氧化碳渗透入TPU颗粒中，并最终使TPU颗粒中超临界二氧化碳达到平衡状态，成为加压料；加压料保持该温度和压力12h(2、3、4、5.3、6、7.4、8、9、10、11、12.6、13、14以及1-15h范围内其他任意值)，而后卸除加压料压力，泄压速度为30MPa/min(10、11、12.5、13、14、15、16、17.6、18、19、20、21、22.1、23、24、25、26、27、28、29以及9MPa/min-30MPa/min范围内其他任意值)；再将颗粒材料进行加热发泡，发泡条件为温度110℃(70、75、82、89、93.5、101、107、110.5、113、117、120.5、124、128、135、137、140、147、149、152、158、163、165、171、177以及100℃-180℃范围内的其它任意值)，发泡时间为3min(1.3、2、3.5、4、5.4、6、7、8.2、9以及1-10min范围内其他任意值)；发泡完成的颗粒料，经过筛选(以比重法进行，发泡倍量接近的颗粒料其比重相近，性能也相近)，可以进行模压成型(如成型为鞋)，模压成型的温度为100℃(103、109、116、124、135、141、147、153、155、162、167、177、179、180.4、189、192、196、203、208、212、214、221、226、232、236、247、249以及100℃-250℃范围内的其它任意值)，成型时间为3min(2、3.1、4、5、6.2、7、8、9.3以及1min-10min范围内的其它任意值)。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：包括如下步骤物料准备阶段、发泡阶段，
其中发泡阶段包括超临界流体加压,保压和卸压发泡，
所述超临界加压为将TPU物料颗粒经超临界流体饱和加压至饱和稳定；
所述保压为稳定后保压得到加压料；
所述卸压发泡为将加压料经卸压后再经加热发泡得到发泡颗粒，其中加热发泡为在温度70℃-180℃，发泡时间为1-10min。
2.根据权利要求1所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述超临界流体为超临界CO2。
3.根据权利要求1所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述物料经超临界流体饱和时加压压力为7-15MPa，温度为32℃-45℃。
4.根据权利要求1所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述物料经超临界流体饱和时，保持加压压力和温度1-15h。
5.根据权利要求1所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述加压料卸压时卸压速度为9MPa/min-30MPa/min。
6.根据权利要求1所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述发泡颗粒中的孔密度为1万-3万个/cm3，孔径为30-300微米。
7.根据权利要求1所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述TPU颗粒材料发泡工艺还包括选料和热压成型，所述热压成型为将发泡后的发泡颗粒加入模具进行模压成型，所述模压成型的温度为100℃-250℃，成型时间为1min-10min。
8.根据权利要求7所述的TPU颗粒材料发泡工艺，其特征在于：所述选料为以发泡颗粒的比重为依据选定不同含气量和发泡率的泡沫颗粒。
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