CN110667222A - 一种多层复合制品及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层复合制品的制备工艺，其采用立式蒸汽模压成型机进行，依次包括以下工序：形成底层：在立式成型机中注入底层材料，进行模压成型，材料部分进行粘合；形成顶层：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入顶层材料，进行模压成型；水冷及开模：顶层形成后，通入冷却液，模具进入水冷阶段，水冷完成后，开模，得到复合成型的多层制品。进一步地，还包括一个或多个形成中间层的工序。本发明还公开了根据上述工艺得到的制品。本发明通过蒸汽模压成型，无需胶水粘合，环保无污染，得到的制品可同时拥有多种性能，在很大的程度上代替了传统单一制品，制品以微发泡材料为基材，密度低、力学性能好，具有良好的高回弹性。

Description

一种多层复合制品及其制备工艺
技术领域
本发明涉及高分子微孔发泡制品成型领域，尤其涉及由一种或多种材料复合而制成的多层制品及其制备工艺。
背景技术
目前由于多层复合产品具有多种材料的性能，很好的弥补了单一材料性能不足所带来的缺点，因此在市场上容易得到人们的青睐。目前，聚合物多层复合制品制备的工艺主要有以下几种：
1、压延复合成型：将塑化好的塑料熔体通过两道或更多间缝挤压延展，连续生产塑料薄膜或片材。制取多层复合制品一般将熔融料与纸、布、皮革等一起通过辊筒的挤压形成壁纸、人造皮革等制品。只适用于分子量较小、熔体流动性好的复合加工，且制品品类较单一；
2、共注射复合成型：使用具有两种或多个注射系统的注射机，将不同的品种或不同色泽的塑料同时或先后注射进入一个或几个模具位的成型方法。该方法可以精准设置物料的冷却时间、注射时间，实现连续生产，可生产外形复杂的复合制品。共注射复合成型这种工艺目前在工业上应用比较广泛，但成本过高；
3、共挤出复合成型：用两台或两台以上单螺旋挤出机或双螺旋挤出机联合共用一个或多层复合机头，来生产复合管材、板材、多层复合薄膜或多层异性材等制品。使用该技术制样，其只适用于热塑性塑料。与其他两种工艺相比，各层厚度的控制和调节较困难，层间界面不够清楚。
综合以上三种工艺可以看出，想要制造成本较低，工艺简单，适合工业化生产的多层制品较难，同时还需考虑制作多层制品所用的几种材料之间的相容性。而由新一代的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料制作制品时，具有多种优异的特点，但因其成型工艺以及材料本身性质的原因，使产品种类单一且制品性能完全依赖材料本身。所以，在微发泡材料制品基础上研发多种性能材料复合制备一种多层的制品尤为重要，不仅可以促进热塑性聚氨酯弹性体制品工艺的成熟，而且也提供了一种制造多层制品工艺，同时也弥补了微发泡材料制品的一些性能不足的问题，对于该材料快速占领市场做了很好的基础。因此，本领域的技术人员致力于开发一种多层的复合制品的成型工艺，且提供该工艺制得的制品。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供在单一产品的基础上具有多种不同材料性能的制品，该制品可以同时具有防护性、高回弹性、缓变、保护等功能，可广泛应用于各种领域，针对应用方向可进行定制设计，使其更好地满足使用要求。
为实现上述目的，本发明提供了一种多层复合制品的制备工艺，其采用立式蒸汽模压成型机进行，具体地，包括以下工序：
形成底层：在立式成型机中注入底层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.18MPa，时间为5-15s，材料部分进行粘合，使注入的材料颗粒不被吹散；
形成顶层：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入顶层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.25MPa，时间为5-50s；
水冷及开模：顶层形成后，通入冷却液，模具进入水冷阶段，水冷时间为30-160s，水冷完成后，开模，得到复合成型的多层制品。
本发明选用的设备为立式蒸汽模压成型机，其配备有独立的入料系统，可在工作期间进行料筒入料切换以满足不同材料的快速注入。相较于普通卧式成型机，立式成型机在成型多层制品过程中不会出现物料被吹散的问题，并且立式成型机可在成型工程中进行人工操作，方便在制品中加入其它材料的制品。该模具采用多层式蒸汽模压成型机模具，可以在保证制品轮廓的前提下对模具形状进行改变以满足不同材料注入形状的改变，通过人工对模具层数进行调整。
进一步地，该制备工艺还包括形成中间层的工序，其位于形成底层之后、形成顶层之前：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入中间层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.18MPa，时间为5-15s。
进一步地，模压成型时的温度为80-130℃。
进一步地，包括若干步形成中间层的工序，用于在底层和顶层之间形成多个中间层。
更进一步地，底层材料和顶层材料为热塑性高分子材料。
在本发明的一个实施例中，底层材料为高硬度热塑性聚氨酯弹性体发泡材料，顶层材料为低硬度的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料。以微发泡材料为基材，密度低力学性能好，颗粒内开口和闭口的泡孔同时存在，使其具有良好的高回弹性
热塑性聚氨酯材料(TPU)具有高耐磨，高弹性，耐化学性等诸多优点，而经过发泡工艺得到的TPU发泡材料质量轻、弹性好，广泛应用于鞋材、汽车内饰等领域，当前的TPU发泡颗粒的层状制品之间通常采用热融胶进行粘合，工艺过程较多，诸多细节处理仍然依赖人工手动完成，自动化程度低下。而本发明的工艺使得上述材料能够实现一体成型，达到高效生产。
在本发明的另一个实施例中，中间层材料为尼龙发泡材料。通过蒸汽模压的方式，使尼龙发泡材料表面微熔，并与顶层材料、底层材料粘合结合，而无需粘合剂。
本发明还提供了一种多层复合制品，其通过上述的制备工艺制得，该多层复合制品的用途包括用于鞋中底、爬爬垫等。
本发明通过蒸汽模压成型法制备得到多层复合制品，
本发明的多层复合制品是通过带有普通模具或多层模具的立式成型机蒸汽模压成型制备，因材料本身经物理发泡而制备，且在成型过程中依靠材料自身微融进行粘合，整个过程无化学反应，环保无污染，所制得的制品同时可拥有多种材料的性能，在很大的程度上代替了传统制品，应用于对制品具有较高要求的领域。
由于该多层复合材料是由一种或多种材料复合而成，可根据使用环境进行设计，可由彩色、超轻、高弹、柔软、抗菌、保护、支撑等材料中进行组合。产品的种类多样化，更好地使该多层的产品被用户接受，广泛地应用于鞋材、汽车、缓震包装材料、运动护具等领域。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明所用的立式成型机的示意图。
图2是本发明的一个实施例的鞋中底制品的结构示意图。
图3是本发明的一个另实施例的鞋中底制品的结构示意图。
图中，1立式成型机，2控制台，3多层模具，4料枪，5料桶，6底层，7中间层，8顶层。
具体实施方式
本发明提供的多层复合制品的制备工艺包括以下工序：
形成底层6：在立式成型机中注入底层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.18MPa，时间为5-15s，材料部分进行粘合；
形成顶层8：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入顶层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.25MPa，时间为5-50s；
水冷及开模：顶层形成后，通入冷却液，模具进入水冷阶段，水冷时间为30-160s，水冷完成后，开模，得到复合成型的多层制品。
本发明选用的设备为立式蒸汽模压成型机，如图1所示，立式成型机1的一侧设有用于控制其运行的控制台2，立式成型机设有多层模具3，料枪4将料桶5中的材料注入到模具间隙中。其配备有独立的入料系统，可在工作期间进行料筒入料切换以满足不同材料的快速注入。
进一步地，该制备工艺还包括形成中间层7的工序，其位于形成底层之后、形成顶层之前：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入中间层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.18MPa，时间为5-15s。
本发明中，关模入料位所指为立式成型机中的一个参数，即模具固移模面板之间的距离，控制关模入料位以控制制品成型的压缩量。
进一步地，模压成型时的温度为80-130℃。上述工序中模压成型时压力是指蒸汽压力，蒸汽压力与温度之间具有如下表所示的关系：
表1：模压成型时蒸汽压力与温度的关系
压力/MPa 温度/℃
0.050 81.3
0.055 83.7
0.060 85.9
0.065 88.0
0.070 90.0
0.075 91.8
0.080 93.5
0.085 95.1
0.090 96.7
0.095 98.2
0.100 99.6
0.110 102.3
0.120 104.8
0.130 107.1
0.140 109.3
0.160 113.3
0.180 116.9
0.200 120.2
0.250 127.4
0.300 133.6
实施例1
本实施例采用不同硬度的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料与尼龙发泡材料进行复合成型，制成三层制品。第一步，将高硬度热塑性聚氨酯弹性体发泡材料注入立式成型机鞋中底模具，关模入料位为5mm，合模进行加热，压力设定为0.075MPa，时间为8s，完成后设备还原；第二步，注入尼龙发泡材料，关模入料位为10mm，合模进行加热，压力设定为0.005MPa，时间为7s，完成后设备还原；最后，注入低硬度的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料，关模入料位为4mm，合模进行加热，压力设定为0.015MPa，时间为15s，完成后进入水冷，水冷时间为75s，开模后得到不同性能的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料与尼龙发泡材料的三层制品。该制品底层为高硬度层，硬度较高，提供较高的支撑及保护性能，中间层为尼龙发泡材料层，具有密度低、高回弹性能，顶层为低硬度抗菌层，柔软缓震且抗菌，如图2所示。
实施例2
本实施例将不同发泡倍率的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料进行复合成型。第一步，将低倍率热塑性聚氨酯弹性体发泡材料注入立式成型机鞋中底模具，关模入料位为10mm，合模进行加热，压力设定为0.12MPa，时间为10s，完成后设备还原；第二步，注入高倍率热塑性聚氨酯弹性体发泡材料，关模入料位为8mm，合模进行加热，压力设定为0.175MPa，时间为20s；第三步，完成后进入水冷，水冷时间为85s，开模后得到不同柔软度的制品，如图3所示，该制品底层是底柔软度的发泡材料层，具有高回弹性能，能更好的保护足底，顶层为高柔软度的发泡材料层，具有柔软、缓震性能，再在上层贴合一层织布，制成双层的爬爬垫，具有较好的柔软性及高回弹性，或在该双层制品的底部粘合橡胶大底后，拥有较好的耐磨、防滑防割性能的鞋底，应用于鞋材。
实施例3
本实施例采用热塑性聚氨酯弹性体发泡材料、尼龙发泡材料及聚丙烯发泡材料进行复合成型，制成三层制品。第一步，将聚丙烯发泡材料注入立式成型机鞋中底模具，关模入料位为5mm，合模进行加热，压力设定为0.075MPa，时间为8s，完成后设备还原；第二步，注入热塑性聚氨酯弹性体发泡材料，关模入料位为10mm，合模进行加热，压力设定为0.005MPa，时间为7s，完成后设备还原；最后，注入尼龙发泡材料，关模入料位为4mm，合模进行加热，压力设定为0.015MPa，时间为15s，完成后进入水冷，水冷时间为75s，开模后得到聚丙烯发泡材料、热塑性聚氨酯弹性体发泡材料与尼龙发泡材料的三层制品，如图2所示。该制品底层为硬度较高聚丙烯发泡材料，硬度较高，提供较高的支撑及保护性能，且其质量轻，整体减轻了该制品的质量；中间层为热塑性聚氨酯弹性体发泡材料，具有良好的耐低温性能，同时也具有较好的回弹性；顶层为尼龙发泡材料，高回弹性、柔软。该三层制品的底部粘合橡胶大底后，形成具有质量轻、弹性高、耐磨的鞋底。
上述实施例的制品，通过蒸汽模压成型制得，无需胶水粘合；该制品可同时拥有多种性能，可根据需要随意调整；该制品以微发泡材料为基材，密度低、力学性能好；进一步地，该制品以微发泡材料为基材，颗粒内开口和(或)闭口的泡孔同时存在，使其具有良好的高回弹性；该制品以微孔发泡材料为原材，几种材料之间的相容性较好，熔融指数一般在70-90g/10min之间，材料原料的极性相近。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多层复合制品的制备工艺，其采用立式蒸汽模压成型机进行，其特征在于，依次包括以下工序：
形成底层：在立式成型机中注入底层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.18MPa，时间为5-15s，材料部分进行粘合；
形成顶层：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入顶层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.25MPa，时间为5-50s；
水冷及开模：顶层形成后，通入冷却液，模具进入水冷阶段，水冷时间为30-160s，水冷完成后，开模，得到复合成型的多层制品。
2.如权利要求1所述的多层复合制品的制备工艺，其特征在于，还包括形成中间层的工序，其位于形成底层之后、形成顶层之前：底层形成后，立式成型机机台复位到待机位，注入中间层材料，进行模压成型，关模入料位控制为3-10mm，压力为0.03-0.18MPa，时间为5-15s。
3.如权利要求2所述的多层复合制品的制备工艺，其特征在于，形成底层、中间层和顶层时，模压成型时的温度优选为80-130℃。
4.如权利要求2所述的多层复合制品的制备工艺，其特征在于，包括若干步形成中间层的工序，用于在底层和顶层之间形成多个中间层。
5.如权利要求1所述的多层复合制品的制备工艺，其特征在于，底层材料和顶层材料为热塑性高分子材料。
6.如权利要求5所述的多层复合制品的制备工艺，其特征在于，底层材料为高硬度热塑性聚氨酯弹性体发泡材料，顶层材料为低硬度的热塑性聚氨酯弹性体发泡材料。
7.如权利要求2或5所述的多层复合制品的制备工艺，其特征在于，中间层材料为尼龙发泡材料。
8.一种多层复合制品，其通过如权利要求6或7所述的制备工艺制得，其特征在于，所述多层复合制品的用途包括用于鞋中底和爬爬垫。
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