CN114102961A - 均匀加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀加热方法，其步骤包含：将一待加热物引入一模具中；该模具依序包含可相互结合的一上盖、一中盖与一下盖，其中：该上盖与该下盖、该中盖与该下盖或该上盖与该中盖间为凹凸配合并于其中形成一容置空间，该待加热物引入该容置空间中，该模具包含一内部加热源可通透的部分；对该待加热物施予该内部加热源于特定加工时间后；以及待该待加热物冷却后得到一被加热物成品；本发明所提供的加热制程与模具搭配下，能够改善既有技术容易加热不均匀的问题，改善既有技术单一加热源或内外两种加热源的搭配依然无法有效地成型发泡体的问题。

Description

均匀加热方法

技术领域

本发明提供一种加热方法，特别是涉及一种均匀加热的方法。

本发明所提供的加热方法是首先运用于发泡成型技术与食品加热领域上，并以下详细说明其技术内容与实施方式，但本发明并不因此而局限于此一应用或所制的成品，任何形式的等效改变或所制产品均落入或不超出本发明所揭露的范围。

背景技术

传统发泡成型方式多以外部加热形式加工，以电热方式加热为例，通过在成型模具外部施加电热加热源，在以高温高压的方式进行发泡成型，由于是自外部施加加热源的方式，所以要等热量通透到整体材料所需加热时间长，对于部分结晶或结晶型发泡材料以及物理型发泡材料来说，易造成发泡材料因高压、加热过度或加热不足等种种因素，而对发泡成型产生不良影响。通过外部热源的加热传导，促使发泡材料中的发泡剂发泡的加热方式，主要依靠自材料的外部向内部传导，容易加热不均匀导致发泡材料的质量难以控制。

以近年来相当热门的膨胀热塑性聚氨酯(ETPU或发泡珠粒)发泡材料成型为垫体的技术为例，以外部加热模具与发泡材料后，其发泡体的剖面状况系以越接近模具的发泡材料，越容易受外部加热的温度影响而黏结成型，其温度随着离模具距离越远，发泡材料接受到的温度越低，其成型多为假性成型，黏结强度低，且易受外力影响而剥离，而位于模具中心点的发泡材料，因热传导性不足，成型的机率相对更低，因此多为假性成型或无成型。基于此，目前亟需一种能够均匀加热物质的加工制程与适配的模具，以解决或至少提供一种能够改善的替代方案。

需注意的是，本发明上述所提的任何技术并非承认其即为本领域基础知识或公知常识的全部或一部分。

发明内容

为了解决上述现有的单一外部加热源无法有效且均匀地成型发泡体的问题，本发明提供一种均匀加热方法，以解决上述技术问题。

本发明公开了一种均匀加热方法，其步骤包含：

将一待加热物引入一模具中；

该模具依序包含可相互结合的一上盖、一中盖与一下盖，其中：该上盖与该下盖、该中盖与该下盖或该上盖与该中盖间为凹凸配合并于其中形成一容置空间，该待加热物引入该容置空间中，该模具包含一内部加热源可通透的部分；

对该待加热物施予该内部加热源于特定加工时间后；以及

待该待加热物冷却后得到一被加热物成品。

其中，对该待加热物施予该内部加热源于特定加工时间后，进一步施予另一内部加热源或一外部加热源于另一特定加工时间。

其中，施予该内部加热源及/或该外部加热源同时施加一加热辅助能量，该加热辅助能量为静电场。

其中，施予该内部加热源后执行一冷却步骤；或施予该内部加热源及/或该外部加热源后执行一冷却步骤。

其中，该外部加热源为热水加热、蒸气加热、电阻加热组件加热、火力加热、导电加热、感应电磁加热、电容介电加热、电热管加热、热风加热、热油加热；以及该内部加热源为辐射加热，包含红外线(IR)加热、射频辐射(RF) 加热、微波(MW)加热。

其中，该待加热物包含一发泡材料或一食品，该发泡材料为无发泡、微发泡、已发泡状态。

其中，该模具的该中盖与该上盖或含该下盖为凹凸配合关系包含螺纹旋合结构、可伸缩结构，以压缩该容置空间中所容纳该待加热物的空间大小。

其中，该模具材质为塑料、橡胶、硅胶、硅橡胶、玻璃，陶瓷、金属或复合合金材质。

其中，该模具进一步包含一温度监控装置。

通过上述说明可知，本发明具有以下优点与优势：

1.本发明所提供的加热制程与模具搭配下，能够改善既有技术容易加热不均匀的问题，改善既有技术单一加热源或内外两种加热源的搭配依然无法有效地成型发泡体的问题。

2.本发明进一步可以通过模具锁模、高压充填或加压动作，先使发泡材料与模具更紧密接触，并排除材料间的空气或孔隙后，利用外部加热方式使发泡材料的表层成型，而内部假性成型，再通过内部加热方式，使其内部的发泡材料黏结成型；或也可先通过内部加热使发泡材料内部成型，再通过外部加热方式，使发泡体表层成型，达到更为均匀发泡效果，进而改善上述的问题。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例流程图；

图2为本发明第二较佳实施例流程图；

图3为本发明适用模具的第一较佳实施例示意图；

图4为本发明适用模具的第二较佳实施例示意图；

图5A～5B为本发明所提供的发泡方法所制成的该发泡成型体剖面SEM 图(图5A为放大倍率50、图5B为放大倍率100)；

图6A～6B为以既有单一加热源所制的发泡不足的发泡成型体剖面SEM 图(图6A为放大倍率50、图6B为放大倍率100)；

图7A～7B为以既有单一加热源所制的发泡过度的发泡成型体剖面SEM 图(图7A为放大倍率50、图7B为放大倍率100)。

符号说明：

S1～S5 发泡成型步骤 11 上盖

111 上盖螺纹

13 下盖

131 下盖螺纹

14 中盖

21 可伸缩部件

具体实施方式

为了能更为详细了解本发明的技术特征及其实用功效，并可依照说明书的内容具以实施，进一步如图式所示的较佳实施例，详细说明如下。

<第一较佳实施例>

请参考图1，本发明第一较佳实施例是使用待加热物为发泡珠粒进行发泡成型的加热方法，其步骤包含：

S1、将一发泡材料(或又可称为待加热物)，例如本实施例所采用的发泡珠粒引入一模具中；

S2、对该发泡材料施予一第一加热能量；

S3、待该第一加热能量冷却或稍加冷却后施予一第二加热能量；

S4、待该第二加热能量冷却后得到一发泡成型体(或又可称为被加热物)；以及

S5、将该发泡成型体自该模具上取下。

其中，上述的该第一加热能量与该第二加热能量可以分别为外部加热源、内部加热源，或内部加热源、外部加热源的搭配。该外部加热源的种类可以包含但不限于热水加热、蒸气加热、电阻加热组件、火力、导电加热(奥姆加热)、感应加热(电磁加热)、电容加热(介电加热)、电热管加热、热风加热、热油加热等等。该内部加热源的较佳实施例为红外线(IR)加热、射频辐射(RF)加热、微波(MW)加热等形式。对本发明其他有益情况下，上述施予该第一、第二加热能量时，可同时施予一加热辅助能量，例如施加静电场，可以是低压或高压静电场，提高被加热物中所含液体(如水分)的蒸发效率，使液体蒸发后的雾滴/蒸气粒径减小及/或外部加热源而来的加热蒸气的粒径尺寸更小，并更均匀分布于待加热物之间，在搭配加热作用下，将有助于缩短制程时间，以及提高加热均匀性。

本发明最优选的情况下，是首先采用该内部加热源进行加热，接着再使用另一种内部加热源或选用外部加热源的方式进行加热，达到均匀加热的效果，而本发明所适用的模具则至少包含可使内部加热源通透的材质，其它部分则可使用相对耐用的材质，例如高强度塑料或金属。

于本实施例中，若首先将该第一加热能量选用为该外部加热源，该第二加热能量为该内部加热源时，主要的发泡加热机制是先利用该外部加热源将该发泡珠粒表面加热并形成连续结合的皮层，内部的该发泡珠粒则可能部分假性黏结或无黏结，接着再利用该第二加热能量为该内部加热源对内部的该发泡珠粒进行发泡成型。如此即可使该发泡成型体具有均匀的发泡效果，改善既有技术的假性成型或无成型的问题。本实施例也可将上述该第一加热能量选用为该外部加热源以及该第二加热能量为该内部加热源的顺序置换，依然能够得到发泡效果均匀的该发泡成型体。

<第二较佳实施例>

请参考图2，本发明的第二较佳实施例同样以待加热物为发泡珠粒作为发泡材料，并以两阶段加热能量但不同的加热时机呈现方式加以叙述，本实施例的步骤包含：

S1、将该发泡材料引入该模具中；

S2、施加该第一加热能量予该发泡材料一特定加工时间后；

S3、接着施加该第二加热能量予该发泡材料另一特定加工时间；

S4、待该第一加热能量与该第二加热能量皆冷却后得到该发泡成型体；

S5、将该发泡成型体自该模具上取下。

本实施例中S2、S3所谓的特定加工时间是依据每次该发泡材料的特性以及所欲成型的状态而定，通常加工时间越久能得到发泡倍率更高的产品，或发泡珠粒间熔融黏合/结合状态更高的产品。本实施例同上述第一较佳实施例般，通过两阶段的加热能量施予于该发泡材料，达到均匀加热的效果，但与上述第一较佳实施例不同的是，本发明的该第一加热能量与该第二加热能量施予的过程中，有部分重叠的加热时间，如此可以提供更高强度的加热方式，适用于需要较为高强度加热能源的发泡材料。同样地，本实施例于施加该第一加热能量与该第二加热能量时，一样可以施用加热辅助能量来提升能量的分布均匀性

本实施例所使用的该第一加热能量与该第二加热能量可为外部加热源与内部加热源的搭配选用，依据所欲成型的发泡材料特性，适应性的选用不同加热源并以两阶段，甚至是多阶段方式进行加热成型，达到改善假性成型或无成型的问题，提供一种更为均匀的发泡成型效果。

进一步地，本发明的该发泡材料引入该模具中时，可以通过模具锁模后高压充填或加压动作，先使发泡材料与模具更紧密接触，并排除材料间的空气或孔隙后再执行本发明两阶段或多阶段的加热步骤，如此能够使热能更为均匀地传导于该发泡材料。上述的模具除了通过锁模后的高压填充或加压动作，使发泡材料与模具更为紧贴外，如图3所示，也可通过模具设计具有可螺纹旋合结构，或是图4般具有可伸缩结构，对该发泡材料额外施加压力使得该模具中容纳该发泡材料的空间更为压缩，以达到使发泡材料更紧贴模具的相同效果。

上述的模具详细而言，如图3所示的具有可螺纹旋合结构可具有一上盖 11与一下盖13，该上盖11的外表面具有一上盖螺纹111，对应该下盖13的外表面同样具有一下盖螺纹131，该上盖螺纹111与该下盖螺纹131可以相互旋合使其内部容纳该发泡材料的容置空间大小改变，继而增进该发泡材料的热量传导效果。更优选的是，该上盖11与该下盖13具有凹凸配合的结构关系，例如该上盖11的底部较佳系外凸并可盖合于该下盖13的内凹部位并形成该容置空间。进一步地，另外优选的方案是，该上盖11与该下盖13间也可以选择性的增设一中盖14，此时该上盖11可以选择性地不具有外凸的结构，而改以该中盖14具有外凸的结构，以该中盖14与该下盖13形成该容置空间，同样可以改变模具内部容纳该发泡材料的密闭空间大小，对该发泡材料达到不同程度的加压。同样优选的方案是以上述的该模具所包含的配件，该上盖 11与该中盖14间同样包含容置空间，该待加热物也可选择性地放入该上盖 11与该中盖14间所形成的容置空间进行加热，基于施用者的需求而选用，于此不限定。

如图4所示的具有可伸缩结构模具的设计，其于该上盖11与该下盖13 对应盖合后，进一步设置可于模具内部伸缩并改变其空间大小的一可伸缩部件21，通过外部施加压力于该可伸缩部件21即可对应缩小模具内部的空间，并对该发泡材料施加压力，达到使发泡材料更紧贴模具与更好的热量传输效果。

本发明适用于上述该发泡材料发泡成型的模具，材质较佳可以选用塑料/ 树脂(包含含氟树脂，例如铁氟龙)、橡胶、硅胶、硅橡胶、玻璃，陶瓷、金属、复合合金材质或上述材料的搭配，用以搭配所选用的不同加热源形式。将该发泡材料放置于该上盖11、该中盖14及/或该下盖13凹凸配合所形成的该容置空间中，通过该上盖11或该中盖14凸出部分可以压住固定该发泡材料，使其可以均匀贴覆该下盖13，达到更为均匀受热的效果。该上盖11或该中盖 12可以通过气动式、电动式或油压式等外部机械力加压，使其能有效盖合于该下盖13。

进一步地，本发明该上盖11外表面与该下盖分13的内表面有搭配的螺纹结构(111,131)时，较佳是搭配使用该中盖12，且该中盖12装置于该下盖 13后不会与该上盖11连动旋转，因此可以成型为非圆形或其他非对称结构，且可通过该上盖11旋转下压的程度来调控受热均匀性与成型效果。

进一步地，本发明该下盖13可装设有温度监控设备，可于制程中实时监控加热温度。

另外，对应上述制程与模具，本发明使用的发泡材料基本可分为三种，其一是加入模具前无发泡过的状态，其二则是进入模具前未完全发泡或微发泡的状态，其三则是进入模具前已发泡的状态。所谓无发泡过的状态是指该发泡材料在导入本发明所提供的加热制程前的混练步骤并无发泡产生；而未完全发泡或则系该发泡材料导入本发明所提供的加热制程前的混练步骤已有发泡产生，但发泡未完全(或可称微发泡)，例如发泡剂未完全反应或添加两种以上高低温发泡剂，此种发泡材料可以是小颗粒的微发泡体状态呈现；而已发泡则系该发泡材料在导入本发明所提供的加热制程前已有发泡产生，例如以高压流体为物理发泡剂，通过连续熔融压出造粒/板材、高压流体浸渍、溶解平衡、一次加热发泡、二次加热发泡、载压处理等技术产生发泡材料，例如较佳的可以是通过如超临界流体发泡形成发泡珠粒，或是发泡热塑性聚氨酯(E-TPU)，而型态较佳可为珠粒、板材、条状、星型或其他型态。

本发明所提供的发泡成型技术适用于物理型发泡材料或化学型发泡材料，且其中可针对所选用的加热源种类不同，而对应添加能够导致热量传输、传导更迅速与均匀的添加剂。举例而言，若发泡材料的加热源选用的内部加热源为微波时，该发泡材料中可以添加能够产生微波共振加热的成分，例如水或液体，如此即可提升本发明加热发泡成型时的热量更为均匀地传输，得到更优异的发泡成型效果。该发泡材料除了上述二较佳实施例所述的发泡珠粒外，也可以是常态熔融的发泡材料，也可以是已经成半发泡状态的发泡材料，于此不限定。

经过本发明加热方法处理后的该发泡成型体则可分为连续发泡结构与非连续发泡结构，所谓的连续发泡结构指得是由无发泡过的该发泡材料加入模具中进行发泡，所得的该发泡成型体的发泡结构连续；而所谓的非连续发泡结构则是指使用上述未完全发泡/微发泡以及已完全发泡的该发泡材料，利用本发明所提供的加热制程完成该发泡成型体，使未完全发泡的该发泡材料能再次发泡成型或已发泡的该发泡材料相互黏合得到该发泡成型体。

<第三较佳实施例>

利用上述该模具，本发明提供同样能达到均匀加热效果的第三较佳实施例，其步骤包含：

将一待加热物，例如本实施例所采用的发泡珠粒引入一模具中；

该模具依序包含上述可相互结合的该上盖11、该中盖14与该下盖13，其中：该上盖11与该下盖13、该中盖14与该下盖13或该上盖11与该中盖 14间，可同时或分别形成凹凸配合并于其中形成该容置空间，该待加热物引入该容置空间中；

于本实施例中，该模具较佳包含有可使内部加热源通透的部分，例如可以是该上盖11与该中盖14包含能使该内部加热源通透的部分，接着对该发泡材料施予该内部加热源一段时间后，通过该模具配件间紧密配合与热量效率地传导下，该待加热物也同样能够被均匀加热，可以无须如同上述施用两种加热源或多阶段加热步骤即可达到相同均匀加热效果。

请接着参考图5A～5B、图6A～6B与图7A～7B，其为本发明所提供的发泡方法所制成的该发泡成型体剖面SEM图(图5A为放大倍率50、图5B为放大倍率100)，以既有单一加热源所制的发泡不足的发泡成型体剖面SEM图(图 6A为放大倍率50、图6B为放大倍率100)，以及发泡过度的发泡成型体剖面 SEM图(图7A为放大倍率50、图7B为放大倍率100)。首先，图5A～5B的本发明发泡成型体泡孔均匀且小，表示加热均匀与成型性佳。反观图6A～6B、图7A～7B的发泡成型体，虽然成品外表与本发明无异，但剖面内部在相同倍率下，发泡泡孔大且不均，表示溃缩越严重，成型不足或过度成型，主要是因为内部温度过高而使气体团聚所致。由此可知，利用本发明所提供的加热方法，确实能够达到相较于一般既有的加热技术更为均匀与优异的发泡效果。

本发明所提供的均匀加热方法可适用于制造微发泡、低发泡或高发泡等各式发泡产品，包含地垫、鞋垫或床垫等等，该加热方法也可拓及于其他加热需求上，例如食品加热领域。以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的主张权利范围，凡其它未脱离本发明所揭露的精神所完成的等效改变或修饰，均应包括在本发明的申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种均匀加热方法，其特征在于，其步骤包含：

将一待加热物引入一模具中；

该模具依序包含可相互结合的一上盖、一中盖与一下盖，其中：该上盖与该下盖、该中盖与该下盖或该上盖与该中盖间为凹凸配合并于其中形成一容置空间，该待加热物引入该容置空间中，该模具包含一内部加热源可通透的部分；

对该待加热物施予该内部加热源于特定加工时间后；以及

待该待加热物冷却后得到一被加热物成品。

2.如权利要求1所述的均匀加热方法，其特征在于，对该待加热物施予该内部加热源于特定加工时间后，进一步施予另一内部加热源或一外部加热源于另一特定加工时间。

3.如权利要求2所述的均匀加热方法，其特征在于，施予该内部加热源及/或该外部加热源同时施加一加热辅助能量，该加热辅助能量为静电场。

4.如权利要求1所述的均匀加热方法，其特征在于，施予该内部加热源后执行一冷却步骤。

5.如权利要求2或3所述的均匀加热方法，其特征在于，施予该内部加热源及/或该外部加热源后执行一冷却步骤。

6.如权利要求2或3所述的均匀加热方法，其特征在于，该外部加热源为热水加热、蒸气加热、电阻加热组件加热、火力加热、导电加热、感应电磁加热、电容介电加热、电热管加热、红外线加热、热风加热、热油加热；以及该内部加热源为辐射加热，包含红外线加热、射频辐射加热、微波加热。

7.如权利要求1、2、3或4所述的均匀加热方法，其特征在于，该待加热物包含一发泡材料或一食品，该发泡材料为无发泡、微发泡、已发泡状态。

8.如权利要求1、2、3或4所述的均匀加热方法，其特征在于，该模具所形成的凹凸配合关系包含螺纹旋合结构、可伸缩结构，以压缩该容置空间中所容纳该待加热物的空间大小。

9.如权利要求8所述的均匀加热方法，其特征在于，该模具材质为塑料、橡胶、硅胶、硅橡胶、玻璃，陶瓷、金属或复合合金材质。

10.如权利要求1、2、3或4所述的均匀加热方法，其特征在于，该模具进一步包含一温度监控装置。

Images