CN112549411B - 一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法和设备。该设备包括模框、移模可独立移动的模具以及料枪。该方法包括步骤：1)闭合模框形成密闭气室，然后将每个独立安装在气室内的模具的移模分别打开至预定程度；2)将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具的模腔中；3)采用具有第一压力的水蒸气通入到模腔中并保持一定时间，使模腔内的热塑性聚氨酯发泡珠粒膨胀并进行熔结；4)采用具有第二压力的水蒸气通入到模腔中并保持一定时间，同时移模在一定时间内移动至模具完全闭合，使已经膨胀熔结的发泡热塑性聚氨酯的表面受到挤压作用从而具有与模具相同的纹路；5)将模具冷却，脱模，得到发泡热塑性聚氨酯鞋中底。

Description

一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法和设备

技术领域

本发明涉及发泡热塑性聚氨酯鞋中底，具体涉及一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法和设备。

背景技术

聚合物泡沫材料通常是以塑料，橡胶或热塑性弹性体为基体，通过物理或化学方法在基体材料内部形成大量气泡，其具有密度低、隔热隔音、比强度高、缓冲等一列优点，因此在包装业、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天工业以及日用品等领域具有广泛的应用。热塑性聚氨酯弹性体(简称TPU)具有较宽泛的硬度范围，优异的耐磨性、机械强度、耐水、耐油、耐化学腐蚀、耐霉菌，对环境友好，可回收利用等优点。通过将TPU发泡珠粒填充到模具中，利用水蒸气进行加热成型可得到模塑泡沫制品。此种制品在保留原基体材料优异的性能之外，同时拥有优异的回弹性，低密度，可以在较宽的温度范围内使用。基于上述优点，发泡热塑性聚氨酯模塑泡沫制品已经在鞋材领域具有广泛的应用，例如Adidas的Boost产品系列。

专利CN105848847A公开了一种制备粒子泡沫的方法，该工艺包括将泡沫粒子，尤其是聚氨酯基泡沫粒子(ETPU)加入到模具的模腔中，在蒸汽的供应下，对模具中的泡沫粒子进行热塑性熔接，以形成粒子泡沫体，其中所述的蒸汽的压力根据预定的渐升式曲线在设定的时间内从初始值逐步增加到终值。

专利CN108497619A公开了一种用于制造鞋的鞋底的方法，特别是运动鞋的鞋底，该方法包括将模具的可移动部分打开至预定的程度，将膨胀的热塑性聚氨酯颗粒装载进模具，然后根据要制造的鞋底的形状减小模具的体积，最后将蒸汽供给膨胀的热塑性聚氨酯。

此外，在专利CN103371564A、CN108497613A、CN103371564A、CN103978620A、CN103976505A等也都公开了热塑性聚氨酯发泡鞋底的制备方法，总体上所采用的工艺通常是将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到预先打开一定缝隙的模腔中，然后闭合模腔并通入一定压力的水蒸气保温一定时间，最后冷却脱模得到发泡热塑性聚氨酯鞋中底制品。

除了上述公开的由热塑性聚氨酯发泡珠粒，即ETPU珠粒制备粒子泡沫体制品或鞋中底制品的专利技术，对于在本领域技术人员熟知的制备过程中，由于鞋底具有不同尺码的要求，为降低模具费用和提高生产效率，目前ETPU水蒸气模塑成型设备的气室内通常设计有6双或8双甚至12双的模穴用于安装模具，在生产过程中通常是将同一款型的不同尺码的模具安装在同一设备的气室中。但是上述所公开的专利技术以及在实际生产过程中仍存在蒸汽能耗高，特别是针对厚度较大的鞋底款型时鞋中底内部发泡珠粒间熔结存在缺陷，表面无法清晰完整的体现出模具的设计纹路，特别时针对表面纹路复杂的设计图案。

针对上述技术问题，专利CN108381961A公开了一种利用E-TPU粒子制备高回弹性材料的二次成型工艺，该工艺包括先通过蒸汽模压成型工艺制得E-TPU粗胚，并在所得的粗坯上预留处配件的位置，然后将经上胶处理的E-TPU粗坯和配件对应放入模具内，先通过蒸汽或电热模压成型工艺后冷却定型即得成品，虽然此工艺技术对产品多样性设计空间局限有大幅度改善，但此工艺需要依次使用初胚模具和最终具有设计图案的模具，模具投资成本高并且生产过程不连续会造成生产效率低，另外需要指出的是E-TPU粗坯再次经过后续蒸汽或电热模压成型工艺时会导致E-TPU制品的尺寸产生较大的收缩，从而导致制品的密度升高，回弹性等物理性能降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前发泡热塑性聚氨酯鞋底生产技术存在的蒸汽能耗高，鞋中底内部发泡珠粒间融接存在缺陷，表面无法清晰完整的体现出模具的设计纹路的问题，本发明提供一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法，具有蒸汽能耗低，发泡珠粒间熔结强度高，力学性能优异等优点，同时能够较好的体现出模具的设计纹路。

一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法，包括步骤：

(1)闭合模框形成密闭的气室，然后将每个独立的安装在气室内的模具的移模通过伺服电机驱动分别打开至预定的程度；

(2)将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具的模腔中；

(3)采用具有第一压力P1的水蒸气通入到模腔中并保持一定的时间，使模腔内的热塑性聚氨酯发泡珠粒膨胀并进行熔结；所述第一压力P1为0.5-3.5bar；

(4)采用具有第二压力P2的水蒸气通入到模腔中并保持一定的时间t1，在此过程中同时通过伺服电机驱动使移模在一定的时间t2内移动至模具完全闭合，使已经膨胀熔结的发泡热塑性聚氨酯的表面受到挤压作用从而具有与模具相同的纹路；所述第二压力P2比第一压力P1大0.1-1bar；所述t2不大于t1；

(5)将模具冷却，脱模，得到最终的发泡热塑性聚氨酯鞋中底。

本发明的构思主要体现在：

1、现有技术中模具完全随模框移动而移动，其结果为一次性完整闭合，而且也无法根据鞋尺寸进行适应性调节，导致进料量总是存在偏多浪费或偏少不合格等问题，进而导致最终鞋底尺寸明显偏差。

本发明方法中，将模具中的移模设计成可在模框闭合形成密闭气室后再单独移动，从而可以根据同一气室内模具鞋码尺寸的大小分别设计各个模具预定打开的程度，保证了同一气室内不同号码模具所生产的鞋底尺寸的稳定性，且使得用料更为准确。

2、现有技术方案中模具一次性完整闭合且后续不会再移动，这就导致热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具中随后会被压缩至紧实的状态，水蒸气穿透发泡珠粒间缝隙的阻力会非常大，进而导致水蒸气在穿透热塑性聚氨酯发泡珠粒过程中压力降低明显，制品内层的热塑性聚氨酯发泡珠粒局部受热不均匀，出现熔结缺陷问题。

本发明方法中，模具采用二次闭合的方式，首先第一次在留有空隙的情况下热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具中后其初始状态是松散自由堆积的，因此在通入第一压力水蒸气过程中，水蒸气穿透发泡珠粒间缝隙的阻力降低，所需水蒸气能耗降低，降低生产成本。而且，第一次通入水蒸气时水蒸气更容易穿透发泡珠粒间缝隙，制品内层的热塑性聚氨酯发泡珠粒受热均匀，发泡珠粒间熔结强度高，进而使得最终得到的发泡热塑性聚氨酯鞋中底力学性能更为优异。

3、本发明通过采用第一压力水蒸气使热塑性聚氨酯发泡珠粒在模具内膨胀熔结，使得发泡热塑性聚氨酯鞋底与模具表面贴合紧密，然后在第二压力水蒸气作用下使发泡热塑性聚氨酯鞋底表面进一步软化，同时逐渐闭合模具，在模压闭合过程中会使得发泡热塑性聚氨酯鞋底表面受到挤压作用，从而与模具表面贴合更加紧密，最终制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底相比于现有一次发泡技术具有更清晰的模具设计纹路。

本发明方法中，所述模框的闭合可通过与其相连接的液压系统或电机等进行驱动。

步骤(1)中，所述预定的程度根据每个模具对应的鞋码尺寸、鞋底密度和鞋底硬度确定。

作为优选，步骤(1)中，所述打开至预定的程度为移模倒退10-25mm。

步骤(2)中，将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具的模腔中的方式包括负压入料、常压入料、加压入料、预压入料。

本发明中，负压入料通常是通过与气室相连接的真空装置将气室内的压力降到-0.1至-1bar，放置于料罐中的热塑性聚氨酯发泡珠粒通过输料管输送至料枪处，随后进入模具的模腔中；常压入料是通过重力作用下使得热塑性聚氨酯发泡珠粒自然流入模具的模腔中；加压入料是通过使用压缩空气提高料罐中的压力，通过带有一定压力的压缩空气将热塑性聚氨酯发泡珠粒由料罐压入模具的模腔中；预压入料通常是首先将热塑性聚氨酯发泡珠粒在预压罐中预压一定的压力和时间后，提高热塑性聚氨酯发泡珠粒的内压，然后采用与常压入料或加压入料相结合的方式将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具的模腔中。

作为优选，所述加压入料采用的压缩空气的压力为0.01-0.8bar。

作为优选，步骤(3)中，采用具有第一压力P1的水蒸气通入到模腔中并保持5-50s。

通常情况下可以先对模具进行一定的预热，预热时间优选为5-10秒，将蒸汽通过入口蒸汽阀门通入到气室中将模具升温，冷却的冷凝水通过与气室下端相连接的冷凝水阀门排走。在将第一压力的水蒸气通入模具中时，水蒸气的压力优选按照一定的速率值由起始压力值逐渐增加至设定的第一压力数值，优选的速率值范围为0.01-0.5bar/秒。其中，水蒸气第一压力P1的数值与所使用的热塑性聚氨酯发泡珠粒的密度，软化温度以及鞋中底的厚度有关。

作为优选，步骤(4)中，所述t1为10-50s。

作为优选，步骤(5)中，所述冷却的温度不高于70℃，时间不低于50s。

本发明还提供了一种适用于所述的方法的制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的优选设备，包括：

模框，包括移模模框和固模模框，二者闭合后形成密闭的气室，所述气室连接有入口蒸汽阀门和出口冷凝水阀门；

独立的安装在所述气室内的若干模具，所述每个模具均包括移模和固模，所述移模安装在所述移模模框上，可独立于所述移模模框单独由伺服电机驱动移动，所述固模安装在所述固模模框上；

安装在所述固模上的料枪，通过输送管路与热塑性聚氨酯发泡珠粒料罐连接。

作为优选，所述的设备还包括：

用于驱动所述移模模框的模框驱动系统；

与所述入口蒸汽阀门连接、用于提供水蒸气的蒸汽发生系统；

用于冷却所述模具的真空冷却系统；

用于控制各装置和系统的电控系统。

所述模框驱动系统可以是液压系统或电机等。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

1)现有技术方案中同一气室内不同号码的鞋模在生产过程中模具打开的程度是相同的，在进料过程中导致不同号码的鞋模的实际进料量总会比理论所需的进料量偏多或偏少，导致最终鞋底尺寸出现明显偏差，本技术方案通过在每个模具的移模部分安装伺服电机，可以根据同一气室内模具鞋码尺寸的大小分别设计各个模具预定打开的程度，保证了同一气室内不同号码模具所生产的鞋底尺寸的稳定性。

2)本技术方案中热塑性聚氨酯发泡珠粒在模具中的初始状态是松散自由堆积的，因此在通入第一压力水蒸气过程中，水蒸气穿透发泡珠粒间缝隙的阻力降低，而现有技术方案中热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具中随后会被压缩至紧实的状态，水蒸气穿透发泡珠粒间缝隙的阻力增大。因此相比于现有技术方案，本技术方案中所需水蒸气能耗降低，降低生产成本。

3)由于本技术方案中水蒸气更容易穿透发泡珠粒间缝隙，制品内层的热塑性聚氨酯发泡珠粒受热均匀，而现有技术方案中水蒸气穿透发泡珠粒间缝隙的阻力增大，水蒸气在穿透热塑性聚氨酯发泡珠粒过程中压力降低，制品内层的热塑性聚氨酯发泡珠粒局部受热不均匀。因此相比于现有技术方案，本技术方案具有发泡珠粒间熔结强度高的优点。

4)本技术方案通过采用第一压力水蒸气使热塑性聚氨酯发泡珠粒在模具内膨胀熔结，使得发泡热塑性聚氨酯鞋底与模具表面贴合紧密，然后在第二压力水蒸气作用下使发泡热塑性聚氨酯鞋底表面进一步软化，同时逐渐闭合模具，在模压闭合过程中会使得发泡热塑性聚氨酯鞋底表面受到挤压作用从而与模具表面贴合更加紧密，最终制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底具有清晰的模具设计纹路。

附图说明

图1为本发明的一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的设备的结构示意图；

图中：1模框，2气室，3.1移模，3.2固模，4蒸汽，5入口蒸汽阀门，6出口冷凝水阀门，7伺服电机，8料枪，9料罐，10热塑性聚氨酯发泡珠粒。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本发明的一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的设备结构如图1所示，包括模框1、模具、料枪8。

模框1包括移模模框和固模模框，二者闭合后形成密闭的气室2，气室2连接有入口蒸汽阀门5和出口冷凝水阀门6。

模具独立的安装在气室2内，每个模具均包括移模3.1和固模3.2，移模3.1安装在移模模框上，与伺服电机7连接，可在随移模模框一起移动之后再通过伺服电机7驱动独立于移模模框单独移动，固模3.2安装在固模模框上。

料枪8安装在固模3.2上，通过输送管路与装有热塑性聚氨酯发泡珠粒10的料罐9连接。

所述设备还包括：

用于驱动移模模框的模框驱动系统；

与入口蒸汽阀门5连接、用于提供水蒸气的蒸汽发生系统；

用于冷却模具的真空冷却系统；

用于控制各装置和系统的电控系统。

实施例1

使用上述设备制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法，包括步骤：

(1)闭合模框1形成密闭的气室2，然后将独立的安装在气室2内的模具的移模3.1通过伺服电机7驱动向后移动15mm；

(2)将料罐9内的热塑性聚氨酯发泡珠粒10(牌号为

F815，来自美瑞新材料股份有限公司)通过0.7bar的压缩空气通过料枪8加入到模具的模腔中；

(3)开启入口蒸汽阀门5，采用2bar的水蒸气通入到模腔中并保持20s，使模腔内的热塑性聚氨酯发泡珠粒膨胀并进行熔结；

(4)采用2.5bar的水蒸气通入到模腔中并保持30s，在此过程中同时通过伺服电机7驱动使移模3.1在20s内匀速移动至模具完全闭合，使已经膨胀熔结的发泡热塑性聚氨酯的表面受到模具的挤压作用，具有与模具相同的纹路；

(5)采用冷却水将模具冷却85s，脱模，得到最终的发泡热塑性聚氨酯鞋中底。

将所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋中底在室温下放置72小时后，测试其性能，汇总于表1中。

对比例1

与实施例1相比，对比例1按照现有的技术方案制备发泡热塑性聚氨酯鞋底，具体包括如下步骤：

(1)将ETPU水蒸气模塑成型设备的模框预先打开至15mm；

(2)将料筒内的热塑性聚氨酯发泡珠粒(牌号为

F815，来自美瑞新材料股份有限公司)通过0.7bar的压缩空气通过料枪加入到模具的模腔中，然后移动模框使模腔完全闭合；

(3)采用2bar的水蒸气依次从模具的移模方向和固模方向依次通入模具中，分别保持通入时间为40秒，使模内的热塑性聚氨酯发泡珠粒膨胀和熔结；

(4)采用2.5bar的水蒸气同时从模具的移模和固模方向通入模具中，保持通入的时间为40秒；

(5)采用冷却水将模具冷却85秒，脱模，得到最终的发泡热塑性聚氨酯鞋中底。

将所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋中底在室温下放置72小时后，测试其性能，汇总于表1中。

表1

性能	测试方法	单位	实施例1	对比例1
					密度	ASTM D792	g/cm<sup>3</sup>	0.21	0.21
拉伸强度	ISO179：2008	MPa	2	1.1
					断裂伸长率	ISO1798：2008	％	200％	150％
表面效果等级	—	—	A	B

注：1)密度测试时选取所制备的鞋底厚度为2厘米处进行测试。2)表面效果等级是通过肉眼对比所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底表面纹路与所使用的模具设计纹路的相似度，其中所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底表面纹路与所使用的模具设计纹路的相似度在90％以上，记为A；所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底表面纹路与所使用的模具设计纹路的相似度在80％-90％，记为A-；所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底表面纹路与所使用的模具设计纹路的相似度在70％-80％，记为B；所制备的发泡热塑性聚氨酯鞋底表面纹路与所使用的模具设计纹路的相似度在60％-70％，记为B-。

通过实施例1和对比例1的比较以及表1结果可知，本发明方法制备鞋中底用时短、效率高、蒸汽能耗小、成本低，且产品力学性能更优，能够非常好的体现出模具的设计纹路。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)闭合模框形成密闭的气室，然后将每个独立的安装在气室内的模具的移模通过伺服电机驱动分别打开至预定的程度；

(2)将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具的模腔中；

(3)采用具有第一压力P1的水蒸气通入到模腔中并保持一定的时间，使模腔内的热塑性聚氨酯发泡珠粒膨胀并进行熔结；所述第一压力P1为0.5-3.5bar；

(4)采用具有第二压力P2的水蒸气通入到模腔中并保持一定的时间t1，所述t1为10-50s，在此过程中同时通过伺服电机驱动使移模在一定的时间t2内移动至模具完全闭合，使已经膨胀熔结的发泡热塑性聚氨酯的表面受到挤压作用从而具有与模具相同的纹路；所述第二压力P2比第一压力P1大0.1-1bar；所述t2不大于t1；

(5)将模具冷却，脱模，得到最终的发泡热塑性聚氨酯鞋中底。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预定的程度根据每个模具对应的鞋码尺寸、鞋底密度和鞋底硬度确定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述打开至预定的程度为移模倒退10-25mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，将热塑性聚氨酯发泡珠粒加入到模具的模腔中的方式包括负压入料、常压入料、加压入料、预压入料。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加压入料采用的压缩空气的压力为0.01-0.8bar。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用具有第一压力P1的水蒸气通入到模腔中并保持5-50s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述冷却的温度不高于70℃，时间不低于50s。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用制备发泡热塑性聚氨酯鞋中底的设备，所述设备包括：

模框，包括移模模框和固模模框，二者闭合后形成密闭的气室，所述气室连接有入口蒸汽阀门和出口冷凝水阀门；

独立的安装在所述气室内的若干模具，所述每个模具均包括移模和固模，所述移模安装在所述移模模框上，可独立于所述移模模框单独由伺服电机驱动移动，所述固模安装在所述固模模框上；

安装在所述固模上的料枪，通过输送管路与热塑性聚氨酯发泡珠粒料罐连接。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设备还包括：

用于驱动所述移模模框的模框驱动系统；

与所述入口蒸汽阀门连接、用于提供水蒸气的蒸汽发生系统；

用于冷却所述模具的真空冷却系统；

用于控制各装置和系统的电控系统。

Images