CN109531904B - 生产模制件的方法和模制件 - Google Patents

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Abstract

一种生产模制件(105)，特别是运动商品的部件的方法(100)，其包含下面的步骤：提供聚合物熔体和发泡剂的混合物(120)，将所述混合物(120)注入模具(110)中，不发泡而凝固模制件(105)的至少第一部分(130)，和在模具(110)内发泡后凝固模制件(105)的至少第二部分(140)，其中该混合物(120)包含平均分子量对应于粘度值≥130ml/g，优选≥170ml/g，更优选≥190ml/g和最优选≥225ml/g的聚合物，其中所述粘度值是通过溶液粘度测定法根据ISO307标准测定的。

Description

生产模制件的方法和模制件
1.技术领域
本发明涉及一种生产模制件，特别是运动商品的方法，和涉及根据所述方法生产的模制件，鞋底板，鞋底和鞋。
2.技术背景
模制聚合物件被用于现代制造和技术的许多领域。更具体地，已知的是有不同的方法来生产包含发泡聚合物的模制件来获得部件，其与非发泡的模制件相比是更轻的，同时具有优异的机械性能。一些加工聚合物发泡材料来用于制造运动鞋的方法例如是从US2016/0039162，CA 2367077，US 6,613,811，CN 203040882U和WO 2006090221已知的。
但是，现有技术公开的方法具有不同的缺点：例如，发泡件在一些情况中生产，以使得它们不具有期望的功能性或者仅仅是有限程度。例如，在鞋底设计中，在柔韧性前足区域和更大刚性的足中区域之间会需要渐变。在给出的现有技术的教导中，这样的渐变难以实施，并且需要复杂的模具来在模制件的某些部分中形成多个增强条。可选择地，所述鞋底可以由多个子部件来组装，其是由不同的材料和/或不同的制造方法来生产的。两种方案都导致生产困难和因此导致高成本。同样，所形成的部件不够稳定和在峰值负荷下断裂。
本发明所以基于该问题来进一步改进发泡材料的生产方法，来至少部分地克服现有技术的一种或多种上述缺点。
3.发明内容
上述问题是至少部分地通过本申请所提供的方法解决的。所述方法优选的实施方案在下文中描述和根据这些方法生产的优选的模制件例如鞋底也在下文中描述。最后，本发明还提出了一种新模具设计，其配置来用于生产根据本发明提供的方法的模制件。
在第一实施方案中，本发明提供一种生产模制件，特别是运动商品的部件的方法，其包含步骤：提供聚合物熔体和发泡剂的混合物，将所述混合物注入模具，不发泡而凝固所述模制件的至少第一部分，和在模具中发泡后凝固所述模制件的至少第二部分，其中所述聚合物熔体包含平均分子量对应于粘度值≥130ml/g，优选≥170ml/g，更优选≥190ml/g和最优选≥225ml/g的聚合物，其中所述粘度值是通过溶液粘度测定法根据ISO307标准规定的方法测定的，并且提供了聚合物分子量的间接测量。
这种实施方案确保了模制件表面的一定区域可以以受控方式，不发泡而凝固，而该模制件的一个或多个部分，典型地是所述模制件的内部，在微泡孔泡沫结构形成后凝固。使用聚合物熔体包含具有高的平均分子量(如上面规定范围的大的粘度值所指示的)的聚合物的聚合物熔体从而能够避免在微泡孔泡沫中形成空隙。
以此方式，可以提供具有优异的机械、触觉和/或结构性能的轻量模制件。实际的例子包括具有优异抗弯强度的平板，其包含夹层结构，其中基本上无空隙的发泡芯层设置在基本上非发泡的顶层和非发泡的底层之间，并且与之整体相连。包含例如组合物的模制件可以容易地整合成不同类型的运动商品例如鞋，足球靴，护胫，冰鞋，滑雪板和许多其他类型。
具体地，所述聚合物熔体可以包含聚酰胺例如高等级聚酰胺12。与表现出较低分子量(如较低粘度值和因此形成的较低熔体强度所指示的)聚合物相比，所述高等级聚酰胺12表现出较高的分子量，如较高的粘度值所指示的，并且相应地表现出更高的熔体强度和更高的发泡水平(即包含较小体积的泡沫泡孔和在模制件中更均匀分布的泡沫泡孔)。
例如，已经确定了粘度值是195-225ml/g的聚酰胺12的熔体强度比粘度值108-126ml/g的聚酰胺12的熔体强度高了100％以上。这些聚合物熔体的熔体强度已经通过伸长流变学进行确定。表现出较高熔体强度的材料所赋予的某些更高的发泡水平，产生了这样的模制聚合物件，其包含更均匀的微泡孔泡沫结构。结果，存在很少的不期望的空隙，该空隙会降解模制件的结构完整性，并且可以制造表现出优异的刚度重量比的模制件。
在本发明的另一实施方案中，所述混合物在该混合物注入模具过程中保持在它的非发泡态。
这种实施方案允许在发泡之前，用非发泡混合物完全填充简单或者复杂的模具。因此，发泡可以在该模具用混合物填充后以受控方式引起，产生对于制造过程中模制件的机械和/或结构性能更高的控制度。
在本发明的另一实施方案中，所述发泡剂包含超临界气体和特别是超临界N2。虽然通常也可以使用其他发泡剂例如CO2或者合适的化学发泡剂或者其组合，但是所述实施方案允许完全避免使用这样的试剂，其是潜在有毒的，并且会引起明显的环境损害。具体地，发泡剂N2是非常丰富可利用的，具有低的价格，无毒，不引起环境污染和易于存储和加工。
在本发明的另一实施方案中，所述混合物的发泡是通过降低模具内的压力来引起的。
这种实施方案能够精确定时发泡的开始。与包含不同区域的模具设计(其中压力可以单个控制)相组合，不同区域内的发泡度可以随意调节。这允许通过单模制加工来制造多个不同形状和不同发泡度的模制件。例如，包含多个材料结合层(例如外底，中底和内底)的鞋底部件(其中每个层必须表现出不同的发泡度)可以通过单模制加工来生产，由此降低了制造周期时间和成本。
在本发明的另一实施方案中，发泡是通过增加模具体积来引起的，或者模具体积是在发泡过程中增加的。
这个方面允许与发泡所述发泡部分相比，进一步降低给定模制件的发泡部分的密度，而不增加模具体积。此外，在发泡之前和/或之中还可以将模具中的压力控制和增加模具体积相组合，这在制造模制件时产生了甚至更大的自由度。对于本发明的一些实施方案，模具体积的增加(其可以是0.1％-500％，优选1％-150％，更优选10％-100％和最优选25％-75％)会产生这样的模制件，其与非发泡的模制件相比和与其中发泡是不增加模具体积而进行的模制件相比，表现出优异的机械性能。
在本发明的另一实施方案中，所述模具包含至少第一腔室和第二腔室，其中所述混合物在第一腔室中至少部分地凝固，而所述混合物在第二腔室中至少部分地经历了发泡。
这种实施方案允许生产整合的模制件，其在所述模制件的不同部分中表现出不同的机械性能。具体地，可以在单模制步骤中生产改进的足球靴鞋底板，其中所述鞋底板包含薄的，非发泡的和因此柔韧性的前足区域，其与较厚的足中区域(其表现出夹层结构，包含非发泡的顶层和底层，包封着发泡材料芯)连续合并。以此方式构建的足中区域表现出比前足区域明显更高的抗弯强度，这是足球靴所期望的。
对于本发明的一些实施方案，所述混合物在注入模具之前的温度保持在150℃-300℃，优选180℃-280℃和最优选240℃-260℃。
对于本发明的一些实施方案，所述模具至少所述区域的温度保持在20℃-120℃，优选40℃-90℃和最优选50℃-70℃。
上述加工参数单个或者共同允许提供轻量模制件，其与用不同的方法和/或不同的加工参数所生产的模制件相比表现出优异的机械和/或触觉性能。
根据上述本发明所生产的模制件可以是用于鞋底的鞋底板，特别是足球靴。所述鞋底板可以包含非发泡的前足区域和至少部分发泡的足中区域，其中所述足中区域的厚度可以大于前足区域，并且可以提供比非发泡的前足区域更高的抗弯强度。
例如，包含这样的鞋底板的足球靴表现出柔韧性前足区域(其对于带球和过人过程中控制足球是重要的)和刚性足中区域(其同时在踢球时稳定了足球选手的足部)。
一种专用模具设计，其配置来生产根据上述本发明的模制件，其中可以增加所述模具内部的一部分的体积来实现混合物这个部分中的局部发泡。
例如，所述局部发泡可以通过这样的模具来实现，其包含至少第一区域和至少第二区域，其中所述部分的体积可以通过移动第二区域来增加。
当生产用于运动商品的模制件例如用于足球靴的鞋底板时，这样的模具设计可以产生甚至更大的灵活性，其包含期望来表现出不同发泡度的不同的部分。
4.附图说明
本发明的方面是在下面通过参考附图来详细描述的。这些图显示了：
图1：显示了根据本发明方法的一种实施方案的图；
图2：显示了根据本发明方法的另一实施方案的图；
图3：通过根据本发明一种实施方案的方法所生产的示例性聚合物件的横截面的显微照片；
图4：一种示例性鞋底板的示意性俯视图；
图5：一种示例性鞋底板的示意性横截面图；
图6a-6b：用于足球靴的鞋底板的俯视图(图6a)和仰视图(图6b)的照片；和
图7：一种示例性模具的示意性横截面图，其包含可移动区域。
5.附图详细说明
在下面，参考具体的微泡孔泡沫模制方法例如诸如所谓的
Figure GDA0002943538280000051
注塑方法，来更详细地描述本发明的生产模制件的方法的示例性实施方案。但是，应当理解本发明不限于这样的具体方法，而是还可以应用于其他生产模制件的方法，例如这样的泡沫模制方法，其使用了至少一种化学发泡剂或者一种或多种物理和一种或多种化学发泡剂的组合。
此外，虽然下面参考本发明的某些实施方案描述了特定特征的组合，但是应当理解发明不限于这样的实施方案。换言之，并非全部所述的特征必须存在来用于实现本发明，并且所述实施方案可以通过将一种实施方案的某些特征与另一实施方案的一种或多种特征组合来进行改变。
图1图示了根据本发明一种实施方案的生产模制件105的方法100。首先，将混合物120，其可以压缩，其中所述混合物120包含聚合物熔体(其包含例如热塑性聚氨酯(TPU)和/或聚醚嵌段酰胺(PEBA)和/或聚酰胺12(PA12)和/或适于注塑的任何其他聚合物)和至少一种物理(例如N2或者CO2)和/或至少一种化学发泡剂，注入模具110中，同时所述混合物120可以保持在它的非发泡态或者预发泡态。在混合物120注入模具110之前和/或在注入过程中和/或注入之后，模具110的壁或者模具110的壁的至少一个区域的温度可以调节，以使得模具110中的一部分的混合物120凝固和形成至少一部分的实心，基本上非发泡的材料130。
根据图1所示的实施方案，存在设置在模制件105外表面的两部分的实心材料130。但是，应当理解这样的模具构造是能够想到的，即，其允许不发泡而凝固仅仅单个或多于两部分的模制件105表面或甚至凝固设置在模制件105内部的模制件105的部分。
所述一个部分130或多个部分130的厚度在模制方法100过程中可以通过调节模具110的壁的温度和/或通过调节注入模具中的聚合物熔体的注入体积来控制。
在某个保持时间之后或者在混合物120刚刚注入模具110之中或之后，可以在混合物120的非凝固部分140中引起发泡。根据本发明的实施方案，发泡是通过将混合物120穿过喷嘴进入模具110中膨胀，由此将混合物120的压力降低到低于发泡的临界值来引起的。发泡度可以通过调节注入模具110中的混合物120的注入体积来控制。根据本发明的另一实施方案，发泡还可以通过压力控制和/或自发或受控的化学反应或适于在聚合物熔体或具有物理和/或化学发泡剂的聚合物熔体的混合物120中引起发泡的任何其他方法来引起。
在上述方法的一种示例性实施方案中，发泡的芯140中的聚合物材料的密度与具有相同尺寸的相同材料的非发泡样品相比可以降低高达45％。如果所述聚合物包含例如非发泡密度是1010kg/m3的聚酰胺12，则模制件105的发泡芯140的密度可以是仅仅566kg/m3。
在发泡完成后或者甚至至少一部分的模制件105仍然在发泡过程中，模制件105可以冷却和从模具110中除去。所形成的模制件105可以表现出夹层结构，其中至少部分地发泡的内部分140夹入非发泡实心材料的底部和顶部部分130之间。根据本发明这种实施方案的模制件105可以是运动鞋或足球靴的外底或鞋底板或外底或鞋底板的部件或者任何其他可想到的运动商品例如滑雪板，溜冰板和许多其他商品。
图2图示了根据本发明另一实施方案的生产模制件205的方法200。首先，将混合物220，其可以压缩，其中所述混合物220包含聚合物熔体(其包含例如热塑性聚氨酯(TPU)和/或聚醚嵌段酰胺(PEBA)和/或聚酰胺12(PA12)和/或适于注塑的任何其他聚合物)和至少一种物理(例如N2或CO2)和/或至少一种化学发泡剂，注入模具210中，同时所述混合物220可以保持在它的非发泡态或者预发泡态。在混合物220注入模具210之前和/或在注入过程中和/或注入之后，模具210的壁或模具210的壁的至少一个区域的温度可以调节，以使得模具210中的一部分的混合物220凝固和形成至少一部分的实心，非发泡的材料230。
同样，在某些保持时间之后或在混合物220刚刚注入模具210之中或之后，可以在注入模具210中并且尚未凝固的混合物220的部分240中引起发泡。但是，在这种实施方案中可以通过例如在模具210壁的部分区域向后或者横向位移，来增加模具210的体积来引起发泡。如前所述，该发泡还可以另外通过将聚合物熔体穿过喷嘴进入模具中膨胀，降低注入的混合物220的压力来引起，和/或通过自发或者受控的化学反应或者适于在聚合物熔体或者聚合物熔体和物理和/或化学发泡剂的混合物220中引起发泡的任何其他手段来引起。
在所述的本发明的包括增加模具体积的实施方案中，发泡芯240中的聚合物材料的密度与具有相同尺寸的相同材料的非发泡样品相比可以降低高到70％。例如，如果该聚合物包含非发泡密度是1010kg/m3的聚酰胺12，则模制件的发泡芯240的密度可以是大约355kg/m3。
在发泡完成后或者甚至仍然在模制件205的其余非发泡的部分240发泡过程中，模制件205可以冷却和从模具210中除去。同样，模制件205可以表现出夹层结构，其中至少部分地发泡的内部分240夹入非发泡实心材料的底部和顶部部分230之间。如果模制件205具有基本上圆形的形状，则还会存在单个的连续实心表面部分，其包围着发泡的内部。
图3显示了穿过根据本发明一种实施方案所生产的模制件300的横截面的显微照片。在这个例子中，模制件300包含高等级聚酰胺12，其表现出粘度值≥190ml/g。在这种实施方案中，聚酰胺12已经与作为发泡剂的超临界N2混合。在该混合物注入立方体形模具或者任何不同几何形状的模具之后，形成实心非发泡的顶层310和底层320，而发泡是在模制件300的芯层330内发生的，同时来增加模具体积。在这种具体情况中，模具体积增加了大约150％。
图3所示的所形成的模制件300的厚度是大约1000μm和包含厚度是大约800μm的发泡的内芯330。内芯330是通过非发泡材料的表面层包封的，其包含顶层310和底层320，每个的厚度是大约100μm。内芯330表现出均匀的微泡孔泡沫，并且整体和连续连接到顶层310和底层320。因此形成了夹层结构，如运动鞋的足中区域和许多其他运动商品中的其他应用所期望的。在这个例子中，发泡的内芯330的密度比包含非发泡的聚酰胺12的相同体积的模制件的密度低了大约70％。根据本发明，顶层310和底层320的厚度可以通过调节模具的与模具内混合物的顶部和底部接触的部分的温度来调节和/或通过调节在引起发泡之前在模具内的保持时间来调节。
图4显示了根据本发明的一种实施方案，用于运动鞋例如足球靴的示例性鞋底板400的示意性顶视图。鞋底板400可以包含多个区域，例如前足区域410，足中区域420和后跟区域430。对于本发明的一些实施方案，如足球靴的鞋底板，令人期望的是前足区域410可以设计为薄的和挠性的，而足中区域420设计为厚于前足区域410和表现出抗弯强度大于前足区域410。这可以用根据本发明的生产方法，通过仅仅使用单个模具和单注塑方法来实现。
为此目的，所述模具可以配置，以使得它包含至少前足区域410和足中区域420，其是彼此流体连通的。在注塑过程中，该聚合物熔体在前足区域410内凝固，而主要的发泡仅仅发生在足中区域420内。为了获得用于鞋底板400的足中区域420的高抗弯强度，模具的足中区域的温度可以调节，以使得实心，非发泡的表面层与足中区域420的发泡的芯层相邻来形成。
图5显示了根据本发明一种实施方案所生产的用于足球靴的鞋底板500的示意性横截面图。鞋底板500可以由单个材料例如TPU或者优选由具有大的分子量和/或熔体强度的聚酰胺12来构建。当然，也可以使用任何其他适于注塑方法的材料。可选择地，该鞋底板500可以由多个不同的材料来构建。鞋底板500可以包含前足区域512，其可以设计成薄的和挠性的。前足区域512可以包含整合的防滑条514或者其他元件(未示出)。鞋底板500还可以包含足中区域520，其可以包含非发泡的顶层522和非发泡的底层，其可以包封包含较低密度的发泡材料的内芯524。
在图5的实施方案中，足中区域经由过渡区526连续转变成非发泡的前足区域512。鞋底板的后跟区域530可以在足中区域520的背侧连接。后跟区域530可以包含与足中区域520相同类型或者不同类型的非发泡的材料和/或发泡的材料。后跟区域530可以经由与足中区域520和前足区域512相同的生产方法来生产或者可以不同的方法来生产，并且可以经由合适的结合方法连接到足中区域520。
很显然，本发明的生产方法允许用单模制方法生产整合的鞋底板500，其包含至少前足区域512和足中区域520，其包含不同密度和不同发泡度的材料，对于每个区域产生不同的机械性能，因为它是足球靴的鞋底板所期望的。
图6a-6b以顶视图(图6a)和底视图(图6b)显示了用于足球靴的鞋底板的两张照片，其中该鞋底板已经根据本发明方法生产，并且表现出上图5所图示的组成。
在这些照片中，可以清楚地观察到足中区域620和后跟区域630包含基本上完全发泡的聚合物材料，而前足区域610没有经历明显的发泡而凝固。如上所述，足球靴的鞋底板的这种轻量构造是以单注塑方法来制造的，并且产生了这样的鞋底板，其适当地表现出期望的机械和结构性能。该薄的和基本上非发泡的前足区域610表现出明显高于硬的足中区域620和后跟区域630的挠性，其表现出高的抗弯强度和优异的刚度重量比，如通过低密度微泡孔泡沫结构所提供的。
图7显示了一种新模具设计700的示意性横截面，其配置来根据本发明所提供的方法进行生产运动商品的模制件例如鞋底板的方法。
模具700可以包含至少第一区域710(它的位置可以在模制件生产过程中固定)和第二区域730(它相对于模具的第一区域710的位置可以在模制件生产过程中调节)。
这种构造允许在模具的可移动区域730处于第一位置时，将聚合物混合物720注入模具中。在注塑过程中或者在模具已经用聚合物混合物720填充后，该模具的第二区域730可以移动到第二位置和由此在发泡之前和/或之中，可以增加模具700的内部的部分740的体积。
结果，可以增加与模具的可移动零件730相邻的模制件的部分内的发泡度，其潜在地产生了较高抗弯强度和/或较低密度的模制件740的与模具的可移动零件730相邻的部分。
以此方式，可以精确控制模制件的部分740中的发泡度和所以响应不同类型的运动商品例如足球靴的鞋底板，跑鞋的鞋底和许多其他商品的不同要求来调节。

Claims (28)

1.一种生产鞋底板(105)的方法(100)，其包含下面的步骤：
a.提供聚合物熔体和发泡剂的混合物(120)，
b.将所述混合物(120)注入模具(110)中；和
c.不发泡而凝固鞋底板(105)的至少第一部分(130)，和在模具(110)中发泡后凝固鞋底板(105)的至少第二部分(140)，
d.其中所述混合物(120)包含平均分子量对应于粘度值≥130ml/g的聚合物，其中所述粘度值是通过溶液粘度测定法根据ISO307标准测定的；
e.其中所述模具(110，210)包含至少第一腔室和第二腔室，其中所述混合物(120，220)在第一腔室中至少部分地凝固，而所述混合物(120，220)在第二腔室中至少部分地经历发泡，并且其中发泡是通过增加模具(210)的至少一个区域的体积来引起的；或者模具(210)至少一个区域的体积在发泡过程中是增加的。
2.根据权利要求1的方法，其中所述混合物(120)包含平均分子量对应于粘度值≥170ml/g的聚合物。
3.根据权利要求1的方法，其中所述混合物(120)包含平均分子量对应于粘度值≥190ml/g的聚合物。
4.根据权利要求1的方法，其中所述混合物(120)包含平均分子量对应于粘度值≥225ml/g的聚合物。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述混合物(120，220)包含聚酰胺。
6.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述混合物(120，220)包含聚酰胺12。
7.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述混合物(120)在步骤b过程中保持在其未发泡态。
8.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中所述发泡剂包含超临界气体。
9.根据权利要求8的方法，其中所述超临界气体是N2。
10.根据权利要求1至4中任一项的方法，其中发泡是通过降低模具(110)内的压力来引起的。
11.根据权利要求1-4中任一项的方法(200)，其中模具(210)的体积增加是0.1％-500％。
12.根据权利要求1-4中任一项的方法(200)，其中模具(210)的体积增加是1％-150％。
13.根据权利要求1-4中任一项的方法(200)，其中模具(210)的体积增加是10％-100％。
14.根据权利要求1-4中任一项的方法(200)，其中模具(210)的体积增加是25％-75％。
15.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述混合物(120，220)在注入模具(110，210)之前的温度保持在150℃-300℃。
16.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述混合物(120，220)在注入模具(110，210)之前的温度保持在180℃-280℃。
17.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述混合物(120，220)在注入模具(110，210)之前的温度保持在240℃-260℃。
18.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中至少模具(110，210)所述区域保持在20℃-120℃的温度。
19.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中至少模具(110，210)所述区域保持在40℃-90℃的温度。
20.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中至少模具(110，210)所述区域保持在50℃-70℃的温度。
21.用于鞋的鞋底板(400，500)，其是由根据权利要求1-20中任一项的方法生产的，其中该鞋底板(400，500)包含基本上非发泡的前足区域(410，512)和至少部分地发泡的足中区域(420，520)。
22.根据权利要求21的鞋底板(400，500)，其中所述鞋是足球靴。
23.根据权利要求21的鞋底板(400，500)，其中所述足中区域(420，520)的厚度大于前足区域(410，512)的厚度。
24.根据权利要求21-23中任一项的鞋底板(400，500)，其中所述足中区域(420，520)用于提供比前足区域(410，512)更高的抗弯强度。
25.鞋底，其包含根据权利要求21-24中任一项的鞋底板(400，500)。
26.根据权利要求25的鞋底，其中所述鞋底是足球靴鞋底。
27.鞋，其包含根据权利要求25的鞋底。
28.根据权利要求27的鞋，其中所述鞋是足球靴。
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