CN107073768A - 用于形成在鞋履中使用的材料的注塑成型方法和通过所述方法制造的材料 - Google Patents

用于形成在鞋履中使用的材料的注塑成型方法和通过所述方法制造的材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于产生发泡零件的系统和方法。示例方法包括提供聚合物加工系统（100）、提供具有与聚合物加工系统（100）流体连通的至少一个可扩张模具腔（152）的模具（150）、在聚合物加工系统（100）内混合聚合物材料和起泡剂以产生未发泡的混合物、将一定体积的聚合物材料和起泡剂的混合物从聚合物加工系统（100）注射并注入可扩张的模具腔（152）内，以及使模具腔（152）扩张以在模具腔（152）内使未发泡的混合物扩张并形成发泡预成型件。此后，可将发泡预成型件插入压缩模具内，以将发泡预成型件压制成型为成品零件。

Description

用于形成在鞋履中使用的材料的注塑成型方法和通过所述方 法制造的材料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年8月6日提交的美国临时专利申请序列第62/033, 921号的优先权和权益，其公开的全部内容特此通过引用并入本文。本申请涉及以下美国专利和申请，其全部内容特此通过引用并入本文：2001年11月27日授权的美国专利第6,322,347号；2003年9月9日授权的美国专利第6,616,434号；2003年12月9日授权的美国专利第6,659,757号；2005年4月26日授权的美国专利第6,884,823号；2005年8月9日授权的美国专利第6,926,507号；2006年12月5日授权的美国专利第7,144,532号；2007年2月6日授权的美国专利第7,172,333号；2007年9月11日授权的美国专利第7,267,534号；2008年1月15日授权的美国专利第7,318,713号；2009年11月10日授权的美国专利第7,615,170号；2010年4月8日公开的美国专利公开第2010/0086636号；2011年1月27日提交的美国临时专利申请第61/436,734号；2012年1月27日提交并公开为美国专利公开第US. 2012-0196115 A1的美国专利申请第13/360,229号；以及2013年3月15日提交的美国专利申请第13/835,859号。
技术领域
本发明总体上涉及注塑成型领域，并且更具体地涉及用于生产发泡零件的方法和系统，以及由此形成的零件。
背景技术
结构聚合物发泡材料在聚合物基质中包括多个空隙，也被称为泡孔。用于加工聚合物材料以生产发泡零件的许多技术是本领域已知的。示例技术可利用通过螺钉在筒内的旋转来塑炼聚合物材料的挤压机。在某些工艺中，例如可以通过在挤压机的筒内形成的起泡剂端口将物理起泡剂注入熔融聚合物材料内，以形成聚合物材料和起泡剂的混合物。然后可加工（例如，挤压、吹塑成型或注塑成型）该混合物以形成期望的聚合物发泡制品。
虽然这种方法可被用于生产各种发泡零件，但仍存在对于在例如用于在鞋履工业中使用的各种发泡零件的生产中与聚合物材料的注塑成型相关联的改进工艺的需要。
发明内容
本发明涉及发泡零件和用于生产发泡零件的新颖的方法和装置。
本发明的一个方面包括形成发泡零件的方法，所述方法包括提供包括聚合物加工空间的聚合物加工系统；在聚合物加工空间内混合聚合物材料和起泡剂以产生未发泡的混合物；提供具有至少一个可扩张模具腔的模具，该至少一个可扩张模具腔与聚合物加工空间流体连通；将一定体积的聚合物材料和起泡剂的混合物从聚合物加工空间注入可扩张模具腔内；以及使模具腔扩张以形成发泡预成型件。该方法还包括将发泡预成型件插入压模腔内，并在压模腔内压制成型发泡预成型件以形成一体的成品零件。
在一个实施例中，该方法还包括在将发泡预成型件插入压模腔内之前对发泡预成型件进行切割、抛光或刮削。聚合物材料可以包括TPU，或基本上由TPU构成。在一个实施例中，压模腔被加热到发泡预成型件的熔融温度以下的温度，并且例如加热到约155℃至约160℃之间的温度。
在一个实施例中，压制成型发泡预成型件包括压模腔的第一壁部分相对于压模腔的第二壁部分的横向位移。横向位移可包括通过第一壁部分相对于第二壁部分的旋转引起的压模腔的第一壁部分相对于压模腔的第二壁部分的不对称横向位移。能够通过机械、气动、液压、电磁致动机构和/或任何其它适当的致动机构致动该横向位移。由此形成的一体的成品零件可具有大致恒定的密度或者包括具有第一密度的第一区和具有第二密度的第二区。区与区之间的密度变化可以是突然的或者可以逐渐地变化。
压模腔的至少一个壁的至少一部分能够包括曲率或其它表面特征。例如，压模腔的第一壁部分和第二壁部分中的至少一者可包括一个或多个弯曲的壁部分。在一个实施例中，压模腔的一个或多个壁部分上的表面特征能够包括凸起特征和/或凹入特征中的至少一者。
可扩张模具腔的大小和形状可适合于形成在至少一个方面上厚度变化的发泡预成型件。例如，用于形成鞋履制品的中底的发泡预成型件可形成有更厚的足跟区和更薄的前足区。发泡零件的不同区之间的厚度的差异可以是突然的或逐渐的。在一个实施例中，可扩张模具腔的至少一个壁的至少一部分能够包括曲率和/或其它表面特征。可扩张模具腔中的至少一个表面特征能够包括例如一个或多个凸起特征和/或凹入特征。
在一个实施例中，使可扩张模具腔扩张包括可扩张模具腔的第一壁部分相对于可扩张模具腔的第二壁部分的横向位移。该横向位移可以包括通过第一壁部分相对于第二壁部分的旋转引起的扩张模具腔的第一壁部分相对于扩张模具腔的第二壁部分的不对称横向位移。
在一个实施例中，该方法还包括将至少一个第二预成型件插入带有发泡预成型件的压模腔内，并且在压模腔内压制成型发泡预成型件和第二预成型件，以形成多元件一体成品零件。第二预成型件能够包括发泡元件和/或未发泡元件，或基本上由其构成。例如，第一预成型件能够包括鞋履制品的鞋底的第一部分（例如，第一层），并且第二预成型件能够包括鞋底的第二部分（例如，第二层）。在一个实施例中，第一预成型件和第二预成型件能够具有不同的物理性质，以在成品零件上赋予不同的和有益的性能优点。
一体的成品零件能够包括用于鞋履制品的中底和/或外底，或者形成用于结合到鞋履制品的中底和/或外底内的元件，或者基本上由上述元件构成。本发明的另一方面包括用于通过本文所述的方法形成的鞋履制品的发泡元件。
本发明的另一方面包括形成发泡零件和例如发泡预成型件的方法。该方法包括提供聚合物加工系统，该系统包括安装在筒内的螺钉以在筒内限定聚合物加工空间；与聚合物加工空间连通的聚合物材料输送系统；与聚合物加工空间连通的起泡剂输送系统；以及与聚合物加工空间的远端部分流体连通的至少一个喷嘴。该方法还包括提供模具，该模具具有与喷嘴流体连通的至少一个可扩张的模具腔；在聚合物加工空间内混合聚合物材料和起泡剂以产生未发泡的混合物，将通过喷嘴注射一定体积的聚合物材料和起泡剂的混合物并将其注入可扩张的模具腔内，并且使模具腔扩张以形成发泡零件。在各种实施例中，该方法可产生发泡零件，其具有在未加工的聚合物材料的熔融温度的5℃内的估计熔融温度，具有带有在约100 μm和500 μm之间的估计表皮厚度的表层，具有在约0.01 μm和50 μm之间的平均泡孔直径，和/或具有在约108和1016个泡孔/cm3之间的平均泡孔数量。
聚合物材料可以包括选自由聚合物、弹性体和热塑性塑料构成的集合的材料。聚合物材料可以包括热塑性聚氨酯（TPU）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、DuPontTM Surlyn®、聚乙烯或热塑性橡胶（TPR）中的至少一种。TPU可以包括Pellethane®或Utechllan®中的至少一种和例如Pellethane®2102-75A、Pellethane®2355-75A或Utechllan®UT85-APU中的至少一种，或基本上由上述材料构成。在一个实施例中，聚合物材料包括具有在约50-90或65-90或65-85之间的肖氏A硬度，或者具有在约30-90之间的肖氏D硬度的TPU，或基本上由上述材料构成。TPR可以包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯（SEBS）中的至少一种，或基本上由上述材料构成。起泡剂可以包括氮或基本上由氮构成。
在一个实施例中，起泡剂输送系统包括计量系统。计量系统可适于控制待注入的起泡剂的流动速率和/或起泡剂的质量中的至少一者。注入聚合物加工空间内的起泡剂的质量可以在未发泡混合物的重量的约0.1％至2％之间，例如在未发泡混合物的重量的约0.4％至0.75％之间。
在混合之前，可以将筒加热到升高的筒温度。在一个实施例中，聚合物材料可以是TPU，并且升高的筒温度可以在约380°F和420°F之间，例如约400°F。在一个实施例中，筒被分成多个区域，并且每个区域带有单独的温度设置。在混合之前，也可以将喷嘴加热到升高的喷嘴温度。升高的喷嘴温度可以高于筒温度。在一个实施例中，聚合物材料是TPU，并且升高的喷嘴温度为约420°F。
该方法的一个实施例包括控制被注入模具腔内的混合物的体积和/或将混合物注入模具腔内的速率中的至少一者。被注入模具腔内的混合物的体积在扩张之前可以在模具腔的体积的约95％至约105％之间。
该方法还可以包括在注入聚合物材料之前维持可扩张模具腔处于第一模具温度下。第一模具温度可以例如在约70°F和130°F之间。模具可包括用于加热模具和/或保持模具处于第一模具温度下的温度控制系统。在一个实施例中，第一模具温度低于注入之前混合物的温度。
扩张之后的模具腔的体积可以在扩张之前的模具腔的体积的约2-12倍之间，例如，是扩张之前的模具腔的体积的约3倍。在各种替代性实施例中，例如根据被加工的材料和/或形成的发泡零件的期望性质，扩张之后的模具腔的体积可以在扩张之前的模具腔的体积的约2-7倍成品部件、约3-10倍成品部件、约5-12倍成品部件，或约2-8倍之间。在一个实施例中，模具从约2 mm的厚度扩张到约6 mm的厚度。通常，模具可以扩张其未扩张位置和扩张位置之间的任何适当比率。
在扩张之前可以将模具腔保持在未扩张位置第一时间段。第一时间段可在约1-30秒之间。在一个实施例中，当聚合物材料是TPU时，第一时间段可在约5至15秒之间或约1-20秒之间，并且可以例如为约10秒。该方法也可以包括在扩张之后将模具腔保持在扩张位置第二时间段。第二时间段可在约1-60秒之间，或者高达120秒或更多，并且在聚合物材料是TPU的一个实施例中，第二时间段可以在约30-40秒之间。
在一个实施例中，该方法还可以包括控制可扩张模具腔的扩张速率。模具腔的扩张速率可以比注入模具内的材料的扩张速率更快。替代性地，模具腔的扩张速率可以比注入模具内的材料的扩张速率更慢，或大致类似于材料的扩张速率。在一个实施例中，模具腔从未扩张位置到扩张位置的扩张可以花费少于约5秒，例如约1秒。
使模具腔扩张可以包括经由型芯回退（core back）技术的第二模具区段从第一模具区段的横向位移和/或模具腔的第一壁的横向位移，或者基本上由上述位移构成。在一个实施例中，横向壁位移包括模具腔的第一壁相对于第二壁的不对称位移。模具可包括单个可扩张模具腔或多个可扩张模具腔。
由本文所描述的方法形成的发泡零件可包括表层。表层可以具有在约100 μm和500 μm之间的表皮厚度。在聚合物材料是TPU的一个实施例中，表层可具有约300 μm的表皮厚度。发泡零件可以具有在约0.01 μm和200 μm之间的平均泡孔直径，并且在聚合物材料是TPU的情况下具有在约0.01 μm和50 μm之间的平均泡孔直径。发泡零件可以具有在约108和1016个泡孔/cm3之间的平均泡孔数量。
发泡零件可以例如形成用于鞋履制品的中底或其部件中的至少一者。
本发明的另一方面包括一种用于形成发泡零件的系统。该系统包括安装在筒内以限定筒内的聚合物加工空间的螺钉、与聚合物加工空间连通的聚合物材料输送系统、与聚合物加工空间连通的起泡剂输送系统，以及与聚合物加工空间的远端部分流体连通的至少一个喷嘴，其中，聚合物加工空间适于混合聚合物材料和起泡剂以产生未发泡的混合物。该系统还包括具有与喷嘴流体连通的至少一个可扩张模具腔的模具、用于通过喷嘴注射一定体积的未发泡混合物并将其注入可扩张模具腔内的器件，以及用于使可扩张模具腔扩张以形成发泡零件的器件。
本发明的又一方面包括包含发泡聚合物材料的注塑成型零件。该零件包括表层，其中所述表层具有在约100 μm和500 μm之间的表皮厚度，在约0.01 μm和50 μm之间的平均泡孔直径，以及在约108和1016个泡孔/cm3之间的平均泡孔数量，其中发泡零件的体积为发泡前聚合物材料的体积的约2至4倍。在一个实施例中，表层具有约300 μm的表皮厚度。在一个实施例中，发泡零件的体积为发泡前聚合物材料体积的约3倍。在一个实施例中，发泡零件具有发泡前聚合物材料的熔融温度的5℃内的估计的熔融温度。
通过参考以下描述、附图和权利要求，本文所公开的本发明的这些和其它目的以及优点和特征将变得更加显而易见。此外，应当理解的是，本文所描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且能够以各种组合和排列存在。
附图说明
在附图中，同样的附图标记贯穿不同视图总体上指代相同的零件。而且，附图不一定按比例绘制，而是重点通常放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本发明的各种实施例，附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的用于将材料注入单个可扩张模具腔内的注塑成型系统的示意性侧视图；
图2是根据本发明的一个实施例的用于将材料同时注入多个可扩张模具腔内的注塑成型系统的示意性侧视图；
图3A是根据本发明的一个实施例的示例发泡零件的示意性平面视图；
图3B是图3A的发泡零件通过截面A-A的横截面侧视图；
图4是根据本发明的一个实施例的用于形成发泡零件的示例方法的流程图；
图5是根据本发明的一个实施例的用于形成多个鞋履中底部件的注塑成型系统和模具腔的示意性侧视图；
图6A至6D是根据本发明的一个实施例的用于鞋履制品的示例发泡中底部件的示意性平面图；
图7A和7B是根据本发明的一个实施例的用于鞋履制品的另一对发泡的前足中底部件的示意性平面视图；
图8A是根据本发明的一个实施例的用于鞋履制品的鞋跟部件的示意性平面视图；
图8B是图8A的鞋跟部件的侧视图；
图8C是图8A的鞋跟部件通过截面A-A的侧视图；
图9A是根据本发明的一个实施例的用于鞋履制品的全长发泡中底的示意性平面视图；
图9B是图9A的中底的侧视图；
图10A是根据本发明的一个实施例的用于形成发泡零件的六边形模具腔形状的侧视图；
图10B是图10A的六边形模具腔形状的透视图；
图10C是使用图10A的六边形模具腔形状形成的发泡零件的侧视图；
图10D是图10C的发泡零件的透视图；
图11A和11B是根据本发明的一个实施例的由发泡预成型件形成发泡压缩成型零件的方法的示意图；
图11C是通过图11A和11B的方法形成的发泡压缩成型零件的示意性侧视图；
图12A和12B是根据本发明的一个实施例的由发泡预成型件形成发泡压缩成型零件的另一方法的示意图；
图12C是通过图12A和12B的方法形成的发泡压缩成型零件的示意性侧视图；
图13A是根据本发明的一个实施例的发泡中底预成型件的平面视图；
图13B是图13A的发泡中底预成型件的侧视图；
图13C和13D是由图13A和13B的发泡中底预成型件形成发泡压缩成型中底的方法的示意图；
图13E是通过图13C和13D的方法形成的发泡压缩成型中底的示意性侧视图；
图14A是根据本发明的一个实施例的另一个发泡中底预成型件的平面视图；
图14B是图14A的发泡中底预成型件的侧视图；
图14C是图14A的发泡中底预成型件在使其前部分渐缩之后的侧视图；
图14D和14E是由图14C的发泡中底预成型件形成发泡压缩成型中底的方法的示意图；和
图14F是通过图14D和14E的方法形成的发泡压缩成型中底的示意性侧视图。
具体实施方式
本文所描述的本发明涉及用于生产用于例如在鞋履中使用的改进的注塑成型的聚合物发泡制品的系统和方法，以及由此形成的所得的发泡零件。本文所描述的系统和方法可被用于制造用于鞋履的零件，诸如但不限于中底或用于其的部件。在一个示例实施例中，本文所描述的系统和方法能够被用于生产能够被插入鞋底的中底内的腔内以为鞋底提供改进的性能的聚合物发泡元件。
根据本发明的一个实施例，用于生产微孔材料（例如，发泡零件）的示例注塑成型系统100在图1中示出。在该实施例中，注塑成型系统100被用于注塑成型聚合物材料制品。注塑成型系统100包括挤压系统102，挤压系统102包括聚合物加工螺钉104，聚合物加工螺钉104能够在筒106内旋转以在限定于螺钉104和筒106之间的聚合物加工空间110内沿下游方向108传输聚合物材料。将聚合物材料（例如，以颗粒化形式）从聚合物材料输送系统112馈送至聚合物加工空间110内，所述聚合物材料输送系统112（诸如但不限于喂料斗（hopper））具有与聚合物加工空间110流体连通的输送端口114。在一个实施例中，筒106可由安装在筒106的外表面上的一个或多个加热单元116加热。替代性地，加热单元116可安装在筒106内和/或至少部分地延伸穿过该筒。
（多个）加热单元116可被用于在混合之前将筒106加热至升高的筒温度，并且在混合和注入期间将筒106保持在该升高的温度下。在一个实施例中，（多个）加热单元116能够将筒106保持在大约380°F和420°F之间的升高的筒温度下。在一个示例实施例中，诸如对于使用TPU作为聚合物材料形成发泡零件，升高的筒温度可以是约400°F。在替代性实施例中，可以使用更高或更低的筒温度。
在一个实施例中，聚合物加工空间110可包括从用于聚合物材料输送系统112的输送端口114延伸到接近出口喷嘴136的聚合物加工空间110的远端部分132的多个加热区域。因而，可贯穿整个混合和注入过程精确地控制聚合物加工空间110内的聚合物材料和/或起泡剂的温度。在一个实施例中，注塑成型系统100具有在输送端口114和聚合物加工空间110的远端部分132之间延伸的五个加热区域，并且在出口喷嘴136中具有第六加热区域。在替代性实施例中，可以使用不包括出口喷嘴136加热区域的更多或更少数量的加热区域，例如1个加热区域、2个加热区域、3个加热区域或4个加热区域。
筒106可具有联接于其的一个或多个监测元件118（例如，压力换能器、温度传感器、化学传感器和/或流速监测器），以监测聚合物加工空间110内的条件。
聚合物材料可以包括聚合物、弹性体和/或热塑性材料。例如，聚合物材料可以是热塑性聚氨酯（TPU）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、DuPontTM Surlyn®或热塑性橡胶（TPR），或基本上由上述材料构成。
TPU可以例如包括Pellethane®或Utechllan®和例如Pellethane® 2102-75A、Pellethane® 2355-75A、Utechllan® UT75、Utechllan® U80A和/或Utechllan® U85A中的至少一种，或基本上由上述材料构成。TPR可以是例如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯（SEBS）。可以选择材料（例如，TPU）为具有在约60-90或65-90或65-85之间的肖氏A硬度值，或具有在约30-90之间的肖氏D硬度。在替代性实施例中，取决于所得的发泡零件的具体期望的结构特性，可使用具有更大或更小肖氏A硬度值的材料。
起泡剂输送系统180被用于将起泡剂引入挤压机102中的聚合物加工空间110内的聚合物材料内，并且其中筒106包括通过其引入起泡剂的端口120。在美国专利公开第2010/0086636号中描述了一种示例起泡剂输送系统，其公开的全部内容通过引用并入本文。
起泡剂输送系统180可包括诸如但不限于起泡剂的源（例如，储存单元）182、一个或多个泵、用于控制起泡剂注入的控制系统184、用于监测和控制由源182供应的起泡剂的流动速率和/或体积的计量装置186，以及用于将起泡剂从源182运送到联接到端口120的注入器阀190的至少一个导管188的元件。
在一个实施例中，起泡剂输送系统180包括定位在源182和端口120之间的旁通阀192。当旁通阀192处于关闭构造时，起泡剂从源182到端口120的流动通过旁通阀192转向，并且在一些情况下，通过旁通通路194。起泡剂可例如通过旁通通路194转向，并且或者被释放到大气中，再引入到源182，或者在泵之前被再循环回到系统180内。当旁通阀192处于打开构造时，起泡剂可从源182流动到端口120。例如，当期望具有来自源192的恒定的起泡剂流和进入聚合物材料的起泡剂的不连续流（例如，在诸如注塑成型的不连续塑化过程期间）时，旁通阀192可以是有用的。在某些实施例中，系统100可以不包括旁通阀和/或旁通通路。
在一个实施例中，起泡剂输送系统180包括定位在源182和端口120之间的一个或多个注入器阀190。当注入器阀190处于关闭构造时，停止起泡剂从源182到挤压机102中的聚合物材料的流动。当注入器阀190处于打开构造时，容许来自源182的起泡剂流过阀190并进入挤压机102中的聚合物材料内。因此，注入器阀190可被用于选择性地控制起泡剂进入系统100中的聚合物材料内的引入。在一些实施例中，起泡剂输送系统180包括注入器阀190和旁通阀192两者以控制起泡剂引入。在这些实施例中，可例如使用控制系统184将注入器阀190的操作与旁通阀192的操作联接。在一个实施例中，注入器阀190可与旁通阀192组合成单个装置。
在操作中，起泡剂输送系统180能够通过控制系统184控制起泡剂进入挤压机102的聚合物加工空间110内的引入。能够被控制的起泡剂输送的参数包括但不限于注入速率、注入的起泡剂的量、在注入期间维持起泡剂所处的压力、注入起泡剂的时间和注入的持续时间。
起泡剂通常被引入聚合物材料内，以便为混合物提供期望的起泡剂水平。期望的起泡剂水平取决于具体的工艺，并且通常小于聚合物材料和起泡剂混合物的重量的约15％。在许多实施例中，起泡剂水平小于约3％，并且在一些实施例中，小于约1％。在一个示例实施例中，起泡剂水平在0.1％至2％之间，或在0.3％至0.9％之间，或更具体地在0.4％至0.75％之间。在替代性实施例中，起泡剂水平可以小于聚合物材料和起泡剂混合物的重量的约0.1％，或甚至更低。
起泡剂可以包括本领域普通技术人员已知的任何合适类型的物理起泡剂，诸如但不限于氮气、二氧化碳、烃（例如丙烷）、氯氟烃、惰性气体和/或其混合物，或者基本上由上述起泡剂构成。在一个示例实施例中，起泡剂包括氮或基本上由氮构成。可以以任何可流动的物理状态（诸如气体、液体或超临界流体）供应起泡剂。根据一个实施例，起泡剂源提供在注入挤压机内时处于超临界流体状态的起泡剂（例如氮气）。
如具体方法所需的那样，起泡剂输送系统180可包括控制和/或计量系统，以在具体条件（诸如但不限于起泡剂的具体注入速率或待被注入的起泡剂的质量）下将起泡剂引入挤压机102内的聚合物材料内。例如，在一个实施例中，诸如对于使用TPU作为聚合物材料形成发泡零件而言，起泡剂质量流动速率可以在0.001 lbs/hr和约100 lbs/hr之间，在一些情况下在约0.002 lbs/hr和60 lbs/hr之间，并且在一些情况下在约0.02 lbs/hr至约10lbs/hr之间。也可酌情使用更高或更低的流动速率。
螺钉104能够包括诸如但不限于定位在起泡剂端口120上游的限制元件122、定位在起泡剂端口120处或紧接起泡剂端口120下游的擦拭区段（wiping section）124，和/或处于起泡剂端口120下游的混合区段126的元件。
当螺钉104安装在筒106内时，限制元件122可定位在起泡剂端口120上游，以在将聚集的聚合物材料和起泡剂混合物注入模具150内时限制混合物在聚合物加工空间110中向上游流动。限制元件122因此能够被用于维持聚合物加工空间110中的混合物的压力，以防止起泡剂过早地从溶液中出来。在各种实施例中，限制元件122可贯穿整个注入循环维持限制元件122下游的聚合物材料处于至少约1000 psi的压力下；在其它情况下，维持在至少约2000 psi；或贯穿整个注入循环维持在至少约3000 psi。
在一个实施例中，限制元件122是阀，其在处于打开构造时容许聚合物材料通过其向下游流动，并且在处于关闭构造时限制聚合物材料通过其向上游流动。当阀下游的聚合物材料的压力超过阀上游的聚合物材料的压力时，阀可例如从关闭构造运动到打开构造。合适的限制元件设计在美国专利第6,322,347号中描述，其公开的全部内容通过引用并入本文。
当螺钉104安装在筒106中时，擦拭区段124可定位在限制元件122下游和混合区段126上游，并且例如大致处于端口120处。擦拭区段124可例如包括在起泡剂端口120（包括孔口，如果存在）下方通过的不间断螺旋叶片（screw flight），以当将起泡剂引入聚合物材料内时增强起泡剂的分散。在一个实施例中，擦拭区段124具有在螺钉104的直径的大约一半和大约三倍之间的长度。在替代性实施例中，根据需要，擦拭区段124的长度可以更短或更长。
当螺钉104安装在筒106中时，混合区段126能够定位在限制元件122下游，并且通常定位在端口120下游。混合区段126增强起泡剂和聚合物材料的混合；混合能够是分布式的或分散式的或这两者的任何组合。增强的混合使得能够形成聚合物材料和起泡剂的单相溶液，这对于微孔加工而言可以是令人期望的。在一个实施例中，混合区段126包括间断的螺旋叶片128。然而，应当理解的是，混合区段126也可以具有其它已知设计，诸如但不限于，马多克（Maddock）、菠萝式、销、齿轮和揉捏混合器（和/或其组合）。混合区段126的长度可以是或任何适当的长度，这取决于具体系统。在一个实施例中，例如，混合区段126可具有在螺钉直径的约两倍至约六倍的长度，但是也预想到更长和更短的混合区段长度。
在一个实施例中，螺钉104包括定位在螺钉104的下游端部处的尖端阀（tipvalve）130。可在混合期间打开尖端阀130以容许聚合物材料和起泡剂混合物在聚合物加工空间110的远端部分132中聚集，并且可在注入期间关闭尖端阀130以防止聚集的混合物向上游流动。因此，尖端阀130维持混合物在远端部分132中的压力，以防止起泡剂过早地从溶液中出来。尖端阀130能够包括任何合适的阀设计，诸如但不限于滑动活塞设计和/或滑动环检查设计（sliding ring check design），或基本上由上述设计构成。尖端阀130可通过压力、弹簧作用或其它机械器件关闭，并且可具有一级或多级关闭动作。尖端阀130还可包括混合和泵送能力，以帮助形成起泡剂和熔融聚合物的单相溶液。在各种实施例中，尖端阀可被设计成平衡关闭速度以与中心压力限制元件122的关闭速度协调。
在一个实施例中，系统100包括位于挤压机102的出口喷嘴136和附接的模具150之间的截流（shut-off）喷嘴阀134。一个或多个加热单元140可定位在出口喷嘴136处，以控制来自挤压机102的混合物的温度。（多个）加热单元140可被用于在混合之前将出口喷嘴136加热到升高的喷嘴温度，并且在混合和注入期间保持出口喷嘴136处于该升高的温度下。在一个实施例中，（多个）加热单元140可保持出口喷嘴136处于高于提高的筒温度的升高的喷嘴温度下。在一个示例实施例中，诸如对于使用TPU作为聚合物材料形成发泡零件而言，升高的喷嘴温度可以为大约420°F。
在操作中，由螺钉驱动元件138（例如，电动马达）使螺钉104旋转，以塑化聚合物材料并将聚合物材料传送到螺钉104下游的筒106内的远端部分132内。起泡剂被引入聚合物加工空间110内，以在沿螺钉104的长度向下游朝向远端部分132传送聚合物材料时以受控的方式将其与聚合物材料混合，从而在聚合物加工空间110中形成聚合物材料和起泡剂的混合物。混合物在螺钉104的混合区段126中混合以形成均匀的混合物，其在螺钉104下游的远端部分132中聚集。在一个实施例中，所得的混合物是单相溶液，其中起泡剂溶解在聚合物材料中。在一个实施例中，混合物在远端部分132中的聚集产生了压力，该压力可以沿筒106的上游方向轴向地迫动螺钉104。在替代性实施例中，在该过程期间不使螺钉104轴向运动。
在聚集期间，可以关闭截流喷嘴阀134以维持聚集的量（charge）内的压力足够高，以防止过早成核、发泡或气体溶解（dissolution）。在已经聚集了足够量的混合物之后，螺钉104可停止旋转。然后，打开截流喷嘴阀134或任何其它合适的流动控制元件以将聚合物材料和起泡剂的混合物注入模具150的一个或多个模具腔152内。限制元件122和/或尖端阀130可限制或大致防止在注入期间聚集的混合物回流（即，沿上游方向流动），以维持压力并防止材料的过早成核、发泡或气体溶解。此外，限制元件122可减少或防止起泡剂经过起泡剂端口120的上游和流出输送端口114。在一个实施例中，截流阀134和/或位于出口喷嘴136内或其出口处的另一单独阀可以被用于通过例如控制被注入模具腔152内的混合物的体积和/或被注入模具腔152内所处的速率中的至少一者来控​​制材料进入模具腔152内的注入。在一个示例实施例中，注入模具腔内的混合物的体积在扩张之前模具腔的体积的约95％至105％之间。
当从挤压机102的出口喷嘴136离开时，聚合物材料和起泡剂的混合物被驱动通过一个或多个流体运送通道148进入定位在模具150内的一个或多个模具腔152内。在一个实施例中，模具150包括单个模具腔152，如图1中所示。在替代性实施例中，模具250可具有由注入的混合物同时填充的多个模具腔152，如图2和5中所示。在另一替代性实施例中，模具150包括由注入的混合物顺序地（in series）填充的多个模具腔152。例如，模具150能够围绕中央轴线旋转以允许一个或多个模具腔152暴露于挤压机102以便注入聚合物材料和起泡剂，同时使一个或多个其它模具腔152旋转离开挤压机102以便卸载成品发泡零件、为接收额外材料注射做准备、移除和更换限定具体腔形状的插入件，和/或维护。
由于混合物中的压力差，在注入模具腔152内时，溶解在聚合物材料中的起泡剂从溶液中出来以使多个微泡孔位点成核。成核位点生长成微泡孔，并且在模具150内冷却该制品。然后可以打开模具150以产生所需的微孔泡沫制品。可重复该循环以形成额外的模制微孔制品。为了控制泡孔成核或泡孔生长的正时，如果期望，则在一些实施例中能够使用模具中的机械或气体反压力中的任一者。在各种实施例中，系统100能够被构造为在将混合物注入模具150内期间和之后但在模具150扩张之前控制混合物的发泡的量。例如，在模具150的扩张之前，相比于注入之前的固体材料，被注入模具150内的材料（例如，包括TPU和氮的混合物）可具有小于约10％，和例如小于7％、小于5％、小于3％，或甚至大致为0％的密度减小。在替代性实施例中，可利用扩张之前更大的密度减小（例如，从10-20％或更多）。
在一个实施例中，模具150包括用于例如通过以下方式来控制模具150内的温度的温度控制系统：在注入材料之前将模具腔152加热到升高的温度，在注入期间保持模具腔152处于升高的模具温度，和/或在注入期间和/或注入之后冷却模具腔152的温度。可以将模具腔保持在升高的温度（相对于周围大气）下，该温度低于离开挤压机102的出口喷嘴136的混合物的注入温度。在一个实施例中，诸如对于使用TPU作为聚合物材料形成发泡零件而言，在注入期间保持模具腔处于约70°F和130°F之间的升高的模具温度下。模具可例如由铝制成。
在一个实施例中，模具150包括一个或多个扩张元件154，其适于使模具腔152的一个或多个壁156运动，以在注入过程期间增加模具腔152的体积。例如，在控制模具腔152内的发泡材料的扩张以产生具有所期望的性质（诸如但不限于质量、泡孔数量、泡孔直径、表皮厚度，和/或密度）的所得的发泡零件时，这可以是有益的。在一个实施例中，诸如对于使用TPU作为聚合物材料形成发泡零件而言，扩张之后模具腔152的体积可以是扩张之前模具腔152的体积的约2-4倍，更具体地，在一个实施例中，扩张之后模具腔152的体积是扩张之前模具腔152的体积的约3倍。在各种替代性实施例中，扩张之后模具腔152的体积可以具有任何适当的大小，诸如但不限于，高达扩张之前模具腔152的体积的约2至12倍之间。例如，可以通过将聚合物材料和起泡剂的混合物注入具有约2 mm的厚度的模具腔152内来形成发泡零件，并且其中在发泡期间模具腔152扩张直到模具腔152在扩张之后具有约6 mm的厚度。在替代性实施例中，模具腔152可以在扩张之前具有在约0.5 mm至约10 mm之间的任何合适的厚度，在扩张之后具有在约2 mm至20 mm之间或更大的厚度。在各种实施例中，取决于所制造的具体零件和所利用的具体材料，在加工期间模具腔152可以扩张任何适当的体积比，直到甚至大于十的扩张比。
模具腔152可以具有任何适当的形状和大小。在一个实施例中，具有多个模具腔152的模具150可被用于制成多个等同的发泡零件或多个形状不同的发泡零件。在一个实施例中，模具腔152的大小和形状适合于形成用于作为鞋中底中的插入件而插入的发泡零件。在替代性实施例中，模具腔152的大小和形状适合于形成完整的或大致完整的发泡的中底。
扩张元件154（例如，限定模具腔152的一个壁的可滑动板）可附接于适于使扩张元件154运动的一个或多个驱动系统157。在各种实施例中，可由任何适当的驱动元件（诸如但不限于电磁马达、气动驱动元件、液压驱动元件和/或磁性驱动元件）使扩张元件154运动。模具150可包括一个或多个温度控制系统160，以便在注入混合物之前、期间和之后控制模具腔152的温度。温度控制系统160可包括能够将模具150升高到设定温度并且在注塑成型期间保持模具150处于或大致处于该温度下的任何合适的流体和/或电磁温度控制元件。示例温度控制系统160包括多个流体通道，其中温度受控的导热流体被驱动通过所述多个流体通道。
模具150的操作可以由模具控制系统158控制，模具控制系统158可以控制模具150的操作特征，诸如但不限于模具腔152的扩张速率、扩张的开始和停止时间、模具腔152扩张的体积以及模具的温度。在一个实施例中，模具控制系统158也可以控制模具的打开和关闭，以促进成品发泡零件的回收（recovery）。在一个实施例中，模具控制系统158还能够控制模具温度控制系统160的功能。
在一个实施例中，在使模具腔152扩张到其扩张位置之前，在注入聚合物材料和起泡剂混合物期间和/或之后，可以保持模具腔152处于未扩张位置设定的时间长度。例如，在一个实施例中，在开始扩张之前在注入材料混合物之后，可以保持模具腔152处于未扩张位置约1至30秒或1至20秒之间，或者在聚合物材料是TPU的一个实施例中，保持5至15秒，和例如10秒。此后可以保持模具腔152在扩张之后并且在释放（release）模具以取回成品零件之前处于其扩张位置第二时间段（例如，约1至60秒之间，或10至60秒之间，或更具体地35至40秒之间）。在替代性实施例中，第二时间段可高达约120秒或更长。
在一个实施例中，还可控制可扩张模具腔152的扩张速率。例如，在一个实施例中，模具腔可在约1-5秒，和例如约1秒内从其未扩张位置扩张到其扩张位置。在一个实施例中，模具可以以比发泡混合物的自由扩张速率更快的速率扩张。在替代性实施例中，模具可以以比发泡混合物的自由扩张速率更慢的速率或与其大致相同的速率扩张。
由本文所描述的方法和系统所产生的所得的发泡零件包括围绕发泡芯的外表层。示例发泡零件300在图3A和3B中示出。发泡零件300包括由外表层304包围的发泡内部部分302。表层的具体厚度和性质由注入期间注入的材料的性质和模具内的条件控制。在一个实施例中，可选择控制参数以产生具有表皮厚度306在约100 μm和500 μm之间的表层的发泡零件，并且在一个具体的示例实施例中，诸如对于使用TPU作为聚合物材料形成发泡零件而言，表皮厚度306为约300 μm。可由本文所描述的系统和方法控制的所得的发泡零件的其它参数包括但不限于熔融温度、密度、质量、平均泡孔数量和/或平均泡孔直径。例如，示例发泡零件的平均泡孔直径可以在约0.01 μm和50 μm之间，并且示例发泡零件的平均泡孔数量可以在约108和1016个泡孔/cm3之间。所得的发泡零件的厚度308取决于模具腔152的扩张厚度。在某些实施例中，所得的发泡零件的估计熔融温度与聚合物材料的熔融温度大致相同或大致相似。在一个实施例中，可以形成具有在聚合物材料的熔融温度的5℃内的估计熔融温度的发泡零件。
在一个实施例中，所得的发泡零件的估计熔融温度不受本文所描述的发泡工艺影响，或最小地受其影响。例如，在聚合物材料基本上由TPU构成的一个实施例中，发泡零件的估计熔融温度在未加工的聚合物材料的熔融温度的5℃内。
在一个实施例中，单个控制系统能够控制系统100的多种功能，包括但不限于挤压系统102和/或模具的各种元件的操作。例如，可以使用单个控制系统来控制通过例如控制元件的操作来将聚合物材料和起泡剂的所需混合物输送到模具内所必须的挤压系统102的所有功能，其中所述元件包括但不限于聚合物材料输送系统112、起泡剂输送系统180、（多个）筒加热单元116、螺钉驱动元件138、喷嘴加热单元140和/或截流喷嘴阀134（和/或控制通过出口喷嘴136的材料的流动所必须的其它阀元件）。控制系统还能够通过例如控制元件的操作来控制模具150的功能，其中所述元件包括但不限于模具控制系统158和/或模具温度控制系统160。在替代性实施例中，多个控制系统能够通信以控制模制工艺或独立地操作以控制模制工艺的某些部分。
由本文所描述的方法和系统产生的发泡零件可以有利地例如被利用在鞋底内，并且更具体地被用作中底或中底的组成零分。更具体地，使用本文所描述的方法和系统形成鞋中底或者鞋内底的可插入部件（例如，用于在鞋内底的鞋跟和/或前足部分处定位在鞋内底的中央部分内的插入件）可产生具有比使用现有技术方法形成的中底实质上改善的性能特性的鞋。例如，通过本文所描述的方法和系统产生的发泡零件能够被用于形成具有用于运动鞋（例如跑鞋）的有益柔顺特性（compliance characteristic）（例如，机械冲击评分）同时仍然维持足够的耐久性（例如，压缩形变）以确保长期使用和稳定性的鞋底。此外，对于比可通过现有技术方法实现的中底部件轮廓（profile）更低的中底部件（即，更薄的中底），这种发泡零件可以被用于生产具有对于运动鞋而言令人期望的缓冲特性的中底。
本文所描述的方法还可以被用于比传统发泡方法所能实现的更快速且有效地生产用于在鞋底中使用的发泡零件，并且与传统发泡方法能够生产的相比，该工艺可能以更低的成本生产品质优异的零件。此外，通过利用诸如但不限于TPU（其能够被重熔和重新使用）的材料，本文所描述的方法和系统可以被用于生产可回收的鞋底或鞋底部件。
图4中示出生产发泡零件的示例方法。该方法包括提供联接到可扩张模具404的聚合物加工系统402。聚合物加工系统包括：（i）安装在筒内以在筒内限定聚合物加工空间的螺钉；（ii）与聚合物加工空间连通的聚合物材料输送系统；（iii）与聚合物加工空间连通的起泡剂输送系统；和（iv）与聚合物加工空间的远端部分流体连通的至少一个喷嘴。通过聚合物材料输送系统将聚合物材料插入聚合物加工系统内406，并且通过起泡剂输送系统将起泡剂插入聚合物加工系统408。然后将聚合物材料和起泡剂在聚合物加工空间内混合410以产生未发泡的混合物，然后通过喷嘴注射其412并将其注入可扩张模具腔内。然后使模具腔扩张414以形成发泡零件，然后能够将其从模具移除416。
图5中示出用于形成鞋中底的部件的示例模具500。模具500包括多个可扩张模具腔502。模具500可包括多个冷却线512以允许冷却流体被驱动通过模具500，从而在操作期间控制模具的温度。
在一个实施例中，可以通过例如型芯回退方法通过每个模具腔502的第一壁504的横向位移使模具腔502扩张。每个腔502的活动壁504均可由驱动壁控制元件506的液压供能的底板运动机构供能。在各种替代性实施例中，每个模具腔502均可由相同或单独的壁控制元件506驱动，和/或壁控制元件506可由任何适当的供能的底板运动机构（包括但不限于气动、电磁、机械和/或磁性系统）驱动
在另一个实施例中，可通过第二模具区段508从第一模具区段510横向位移而使模具腔502扩张。在该实施例中，在发泡期间第二模具区段508从第一模具区段510的运动将使模具腔502通向周围环境。然而，由于发泡混合物在模具腔502内例如沿固定的第一模具区段510的方向的快速扩张速率，这导致所得的发泡零件的仅最小扩张超过模具腔502的边缘。当使用型芯回退扩张方法时，模具腔502不暴露于大气直到完成模制之后，并且因此，所得的发泡零件在扩张之后形成为带有模具腔502的确切或大致确切的尺寸。
在一个实施例中，可通过利用裂纹成型（crack molding）工艺来形成发泡零件，由此第二模具区段508以足够的速度和/或通过足够的位移使模具腔502通向周围环境，以允许模具中的材料沿远离固定的第一模具区段510的方向没有约束地扩张。该工艺允许在发泡过程期间发泡零件更加无限制地扩张，从而允许产生更复杂的三维发泡零件。图10A至10D中示出使用这种裂纹成型工艺形成的示例结构，并且其中图10A和10B示出在模具扩张之前的六边形模具腔形状630，图10C和10D示出在六边形模具腔形状630扩张之后通过裂纹成型工艺形成的发泡零件632。在各种实施例中，取决于所得的发泡零件所需的结构和材料性质，可以利用任何大小和形状的模具腔。
在一个具体的示例实施例中，通过使用TPU作为聚合物材料和使用氮作为起泡剂形成发泡零件。如上文所描述的那样，在多腔模具中形成零件，并且其中通过第二模具区段从第一模具区段的横向位移来执行模具腔的扩张。所得的发泡零件包括用于左脚602和右脚603的前足部插入件，如图6A和6B中所示，以及用于左脚604和右脚605的足跟部插入件，如图6C和6D中所示，以便插入运动鞋的中底内。在各种实施例中，取决于所需的具体设计和功能特性，可以形成任何适当大小和形状的插入件。形成用于鞋底的左脚606和右脚608的替代性前足插入件的示例发泡零件在图7A和7B中示出。
形成发泡零件的方法包括根据以下参数控制注塑成型系统：
TPU材料 Pellethane® 2355-75A Utechllan® U75A Utechllan® U80A Utechllan® U85A
混合物中起泡剂的体积百分比（%） 0.48 0.72 0.59 0.59
起泡剂注入速率（in/s） 4 2.5 1.1 3
区域A温度（°F） 350 350 350 350
区域B温度（°F） 370 370 370 370
区域C温度（°F） 390 390 390 390
区域D温度（°F） 420 420 420 420
区域E温度（°F） 420 420 420 420
喷嘴温度（°F） 420 420 420 420
模具温度（°F） 120 100 100 100
表1：用于形成TPU零件的控制参数。
根据这些参数执行本文所描述的方法，用以下参数形成发泡零件：
表2：用于TPU零件的发泡材料参数。
所得的前足部插入件602和足跟部插入件604被形成有产生针对运动鞋的有利性能特性的结构性质。
在一个实施例中，横向壁位移可以包括一个或多个模具腔502的第一壁504相对于模具腔502的第二壁的不对称位移。例如，可以在拉回第一壁504或其一部分时使其围绕枢转点旋转，从而在模具腔502的一侧处比另一侧拉离模具腔502的相对壁更大的量。在一个实施例中，可在第一壁504的宽度上使用线性行进和不对称行进的任何适当组合，以产生具有复杂的三维形状的发泡零件，并且其中发泡零件的厚度沿其长度和/或宽度变化。
图8A-8C中能够看到具有不对称厚度的示例发泡零件610，该不对称厚度通过在发泡过程期间模具腔的一个壁的不对称位移产生。在该示例中，发泡零件610可以形成鞋中底的足跟部件的一部分。在该实施例中，模具腔的运动壁在发泡过程期间拉回并枢转，从而导致发泡零件610在零件610的一侧上具有第一厚度612，和在零件610的另一侧上具有更小的第二厚度614。在各种实施例中，壁可在发泡过程期间枢转或以其它方式位移以产生具有任何适当的三维轮廓的零件。在各种实施例中，模具腔可以包括多个可枢转的壁部分，从而允许发泡零件在发泡时形成多种复杂的三维形状。
在一个实施例中，模具腔的一个或多个壁可以包括一个或多个膜元件，其在模制过程期间充气和/或放气以在模制零件的至少一侧上提供复杂的三维表面。在该实施例中，膜可以例如包括在充气时保持膜处于第一形状的结构元件。当使膜放气时，比如在模制过程期间，膜可以坍塌到第二形状或完全坍塌到固体背衬表面上，并且其中所得的模制零件在形状上符合膜第二形状或背衬表面的形状。
在一个实施例中，本文所描述的系统和方法可以被用于生产全长中底部件，其可以形成鞋底的中底的一部分或整个中底。这种全长中底部件可以形成有简单的大致平面的表面，或者形成有一个或多个复杂的多面表面。图9A和9B中能够看到具有下表面622的示例全长中底部件620，其中下表面622具有从其延伸的多个成形突起624。在该实施例中，突起624可通过使用具有其中带有成形腔的壁的模具腔形成，并且其中成形腔符合突起624的形状。
在一个实施例中，一个或多个成形腔的远壁可适于以不同的速度和/或以不同于模具腔壁的其余部分的量收缩（retract），从而允许腔中的材料在发泡期间扩张比其余材料更大或更小的量。因此，可形成具有与发泡部件的其余部分相同或不同的材料性质（例如，更大、更小或相同的密度）的突起624。在各种替代性实施例中，能够使用本文所描述的一个或多个方法和系统形成部件或任何大小、形状和/或复杂性。
在一个实施例中，可以在发泡过程之前将一个或多个凸耳或插入件放置到一个或多个模具腔内，从而允许发泡材料在发泡过程期间围绕插入件扩张和/或扩张到插入件内，进而形成具有嵌入其中的插入件的成品发泡零件。这可以例如允许形成具有将一体地嵌入在发泡零件内的一种或多种不同材料的结构元件（例如，强化元件或加强元件、用于接收夹板（cleat）或尖钉的螺纹元件等）的发泡零件。
在本发明的一个实施例中，本文所描述的方法和设备可以被用于形成预成型件（或“阻挡件（blocker）”）元件，其随后能够被压制或压缩模制以形成成品中底或其部分。在一个实施例中，预成型件可以被压模成型以形成具有大致均匀的密度和硬度的一体的成品零件。在另一个实施例中，预成型件可以在压模腔内压模成型，以形成具有包括不同密度和硬度的区的一体结构的成品鞋底元件。在美国专利申请第13/835,859号中描述了压制成型预成型件以产生具有不同密度和硬度的成品鞋底元件或其部分的示例方法，其公开的全部内容通过引用并入本文并作为附录A附于本文。
在操作中，一旦已经产生发泡聚合物材料（例如TPU）预成型件，就能够将预成型件插入压模腔内以进行压制成型模制以形成成品零件。能够仔细地选择压模的结构和动作，以为预成型件的各个区提供任何适当的压缩程度，从而产生具有出于其预期目的的适当密度和硬度的成品零件。压制成型的模具可包括一个或多个壁，其向下压入压制成型的模具腔内以减小腔内的体积并压缩位于其中的发泡聚合物材料预成型件。可以致动壁（或多个壁）以通过任何适当的机械、气动、液压、电磁和/或其它适当的机构来压缩预成型件。
在各种实施例中，形成预成型件能够包括致动壁相对于预成型件模具腔的运动，以使预成型件模具腔扩张并形成发泡预成型件。致动壁能够相对于相对的静止壁垂直运动，以形成发泡预成型件。在替代性实施例中，致动壁或其一部分能够相对于相对的静止壁不对称地运动或位移（例如，枢转或旋转）和/或拉回，以为发泡预成型件的不同部分提供不同水平的扩张和/或产生在不同区中具有不同厚度的预成型件。
类似地，在某些实施例中，压模的致动壁能够相对于压模的相对的静止壁垂直地运动，以压缩预成型件。在替代性实施例中，致动壁或其一部分能够不对称地向前运动至模具腔内，并相对于相对的静止壁运动或位移（例如，枢转或旋转），以为预成型件的不同部分提供不同水平的压缩和/或产生在不同区中具有不同厚度的成品零件。
在一个实施例中，压模腔的一个或多个壁或其一部分或多个部分能够包括形状和大小适合于在成品零件上产生美学和/或结构表面特征的表面特征。这些表面特征能够包括但不限于具有任何合适的大小、形状、深度、取向和/或图案的弯曲部分、纹理部分和/或凹部和/或延伸部。在美国专利申请第14/620,539号中描述了能够在成品零件的一个或多个表面上形成的示例表面特征，其公开的全部内容通过引用并入本文。
类似地，用以产生发泡预成型件的可扩张模具腔的一个或多个壁或者壁部分能够在其上具有一个或多个表面特征以产生成形和/或有纹理的发泡预成型件。发泡预成型件上的形状和成纹理可对应于或不同于压模腔上的成形和成纹理。例如，在一个实施例中，预成型件能够形成有一个或多个延伸部和/或凹部，其相应地配合于压模腔中的凹部和/或延伸部内。替代性地，或另外地，能够在预成型件中形成不与压模腔中的对应特征匹配的延伸部和/或凹部，以便增加或减少压制成型腔的某些区中的材料的量，以及因此在预成型件的压缩模制之后增加或降低不同区中成品零件的密度。
在一个实施例中，能够将一个或多个额外元件或结构插入带有发泡预成型件的压制成型模具内，从而导致由压缩模制成一体结构的多个元件形成的成品零件。这些额外元件能够包括但不限于结构元件、美学特征、着色元件、涂层、覆盖物等。例如，对于构造成形成鞋的鞋底或其一部分的成品零件，能够将诸如扭杆、稳定结构、柔性板、楔子（cleat）或其它牵引元件或其它支撑元件的结构元件放置在压制形成的模具中以与压缩的预成型件一起模制并且并入成品零件内。
额外元件可以是由任何合适的金属、陶瓷、塑料、橡胶和/或聚合物材料（诸如但不限于热塑性聚氨酯（TPU）、乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、DuPontTM Surlyn®，或聚乙烯）形成的未发泡元件。替代性地或另外地，发泡元件能够包括发泡元件和例如由本文所描述的任何聚合物材料形成的单独的发泡预成型元件，或基本上由上述元件构成。额外的（多个）发泡元件能够由与第一发泡预成型件相同或不同的材料形成，并且可以具有相同或不同的颜色、密度、硬度和/或其它结构或美学性质。
在一个实施例中，能够通过在压模腔内的发泡预成型件上方和/或下方插入一个或多个额外元件来形成具有多层的成品鞋底元件。这些额外层可例如由具有与第一发泡预成型件不同的密度的发泡或未发泡的预成型件形成，以为鞋底提供额外的缓冲。替代性地或另外地，能够将一个或多个外底元件（例如，橡胶外底牵引元件）放置在压模中的第一预成型件下方，以在压缩模制时产生具有中底和外底两者的成品鞋底。
在一个实施例中，第一预成型件能够在其中形成有一个或多个凹陷部（indentation）或腔，并且其中在压模之前将第二预成型元件插入第一预成型件中的腔内。这些预成型插入件能够例如具有不同的密度、回弹性、柔性或其它结构性质，以向保持插入件的鞋底的部分赋予具体的性能益处。
可以将压模腔加热到被压缩模制的发泡阻断剂（blocker）的熔点以下的任何适当温度。例如，对于具有近似在190-205℃之间的熔融温度的TPU阻断剂，在必要时，在压缩模制工艺中使用的压模可适于保持模具腔处于约140-180℃之间，或约150-170℃之间，或约155-160℃之间的温度下。在该实施例中，必须将发泡预成型件保持在预成型件材料的熔点以下的温度下，以防止预成型件在压缩模制期间液化并丧失其发泡状态。
在各种实施例中，根据所需的压缩模制零件的具体要求，发泡预成型件可以具有任何合适的大小和形状。例如，发泡预成型件可以形成整个发泡中底预成型件，其可以相应地形成完整的一体压缩模制的发泡中底。替代性地，可以压缩模制发泡预成型件以形成鞋底的任何部分（例如，鞋中底的一部分），以便与其它鞋底构件组合以形成成品鞋底。此外，压模腔可以被形成为具有任何适当的形状和大小，以产生具有任何合适的大小、形状、密度、硬度和其它物理性质的成品压缩模制零件。
由例如通过本文所描述的型芯回退注塑成型技术产生的发泡预成型件形成压缩模制的发泡零件的各种示例方法在图11A至14F中示出。例如，图11A示出压模700，其包括压模腔部分705和压模壁部分710，以及在压缩之前被插入压模腔部分705内的发泡预成型件715。图11B示出通过闭合压模700并且向压模700提供压缩力720来形成压缩模制的发泡零件的压模700，且图11C示出由此形成的成品压缩模制的发泡零件725。
取决于成品零件所需的具体形状、大小和物理性质，（多个）压模腔部分705和（多个）压模壁部分710的内部的尺寸可以具有任何合适的大小和形状。在各种实施例中，例如，（多个）压模腔部分705的一个或多个壁和/或（多个）压模壁部分710可包括一个或多个凸起部分和/或凹入部分，以向成品发泡压缩模制零件的一个或多个表面提供美学和/或结构特征，该凸起部分和/或凹入部分诸如但不限于凹槽、沟槽或零件的一个或多个壁中（例如，在其上表面和/或下表面上）的其它凹入部，或者从零件的壁的一个或多个部分延伸的一个或多个凸起部分。在于2014年2月12日提交的美国临时专利申请第61/938,999号中描述了在其一个或多个壁中具有凹陷部和/或延伸部的示例鞋元件，其公开的全部内容通过引用并入本文。例如，图12A和12B中示出压模腔部分705的侧壁中包括凹入部730的压模700，其中凹入部730允许形成具有从其侧壁延伸的延伸部735的压缩模制发泡零件725。
如图13A和13B中所示，本发明的一个实施例包括形成中底阻滞器（blocker）750，其可在压模700中压缩模制以形成完全压缩模制的发泡中底755。压模700包括具有压模腔部分705的腔760，所述压模腔部分705带有弯曲的壁部分765，该壁部分765的形状适合于产生成品压缩模制的发泡中底755中的弯曲的或锥形的部分770。
在一个实施例中，可在插入压制成型模具内之前切割、刮削、抛光或以其它方式处理发泡预成型件。例如，在改变预成型件的形状和大小以辅助形成在压缩模制零件的各种区中具有适当密度和硬度值的成品零件时，这可以是有利的。例如，在一个实施例中，发泡中底预成型件阻挡件750的前足区可被切割775以在其前部处形成锥形部分780，从而当相比于非锥形的中底预成型件时，在压缩模制时降低前足区的密度和硬度。图14A至14F中示出在压缩模制之前切割预成型件的示例方法。
应当理解的是，在实施例或替代实施例的构型中使用的替代性实施例和/或材料也适用于本文所描述的所有其它实施例。
在不偏离本发明的精神或本质特性的情况下，可以以其它具体形式实现本发明。因此，前述实施例将在所有方面被认为是说明性的而不是限制本文所描述的发明。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述描述指示，并且落在权利要求的等效物的含义和范围内的所有改变均旨在被包括在其中。

Claims (20)

1.一种形成发泡零件的方法，所述方法包括：
提供包括聚合物加工空间的聚合物加工系统；
在所述聚合物加工空间内混合聚合物材料和起泡剂，以产生未发泡的混合物；
提供具有至少一个能够扩张的模具腔的模具，所述至少一个能够扩张的模具腔与所述聚合物加工空间流体连通；
将一定体积的聚合物材料和起泡剂的混合物从所述聚合物加工空间注射并注入所述能够扩张的模具腔内；
使所述模具腔扩张以形成发泡预成型件；
将所述发泡预成型件插入压模腔内；和
在所述压模腔内压制成型所述发泡预成型件，以形成一体的成品零件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述发泡预成型件插入所述压模腔内之前，切割、抛光或刮削所述发泡预成型件的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料包括热塑性聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压模腔被加热到低于所述发泡预成型件的熔融温度的温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述压模腔被加热到大约155℃至大约160℃之间的温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，压制成型所述发泡预成型件包括所述压模腔的第一壁部分相对于所述压模腔的第二壁部分的横向位移。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述横向位移包括通过所述压模腔的第一壁部分相对于所述压模腔的第二壁部分的旋转引起的所述第一壁部分相对于所述第二壁部分的不对称横向位移。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，通过机械、气动、液压或电磁致动机构中的至少一者致动所述横向位移。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述压模腔的所述第一壁部分和所述第二壁部分中的至少一者包括弯曲的壁部分。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压模腔的至少一个壁的至少一部分包括至少一个表面特征。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述压模腔的所述至少一个表面特征包括凸起特征和凹入特征中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能够扩张的模具腔的大小和形状适合于形成在至少一个方面厚度变化的发泡预成型件。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能够扩张的模具腔的至少一个壁的至少一部分包括至少一个表面特征。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述能够扩张的模具腔中的所述至少一个表面特征包括凸起和凹入特征中的至少一者。
15. 根据权利要求1所述的方法，还包括：
将至少一个第二预成型件插入带有所述发泡预成型件的所述压模腔内；和
在所述压模腔内将所述发泡预成型件和所述第二预成型件压制成型，以形成多元件的一体的成品零件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二预成型件包括发泡元件和未发泡元件中的至少一者。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体的成品零件包括用于鞋履制品的中底和外底中的至少一者。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体的成品零件包括用于并入鞋履制品的中底内的鞋底元件。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一体的成品零件包括具有第一密度的第一区和具有第二密度的第二区。
20.一种用于通过权利要求1所述的方法形成的鞋履制品的发泡元件。
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