CN116056859A - 通过在高压釜中预处理来制造模制发泡鞋部件 - Google Patents

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Abstract

制造模制发泡鞋部件的方法，其包括以下步骤：a.提供聚合物组合物；b.预处理所述聚合物组合物，其包括在高压釜中在第一压力和第一温度下将物理发泡剂结合到聚合物组合物上或聚合物组合物中；使预处理的聚合物组合物发泡，其包括将聚合物组合物熔化以制造熔融聚合物组合物和通过物理发泡剂的膨胀使熔融聚合物组合物发泡。

Description

通过在高压釜中预处理来制造模制发泡鞋部件
技术领域
本发明涉及制鞋技术领域，特别是发泡鞋部件，以及涉及制造模制发泡鞋部件的方法。
现有技术
模制发泡材料在发泡材料中具有大量的孔隙或泡孔，由此使得模制发泡材料特别适合作为缓冲元件，例如鞋底。通常，此类泡沫通过发泡剂添加剂制成。聚合物材料，通常热塑性聚合物，例如热塑性聚氨酯，在此在挤出机中熔化。发泡剂添加剂通常混入到聚合物材料中，该发泡剂添加剂在预定条件下膨胀并且在此可以在模制发泡材料中形成孔隙或泡孔。在发泡剂添加剂的情况下，通常区分化学发泡剂和物理发泡剂。物理发泡剂是能直接通过改变诸如压力和温度之类的物理参数而膨胀或从液态或固态聚集态转变为气态的发泡剂。已知的物理发泡剂是CO2、氮气、水、烃如丙烷、丁烷、戊烷或己烷，以及烃衍生物，特别是卤代衍生物如二氯甲烷、氯仿或碳氟化合物。化学发泡剂是可在预定条件下通过化学反应原位释放出发泡剂的发泡剂。它们包括例如重氮化合物(释放N2)、金属氢化物(释放H2)和碳酸盐(释放CO2)。
可作为超临界流体(SCF)存在的发泡剂已被确立为物理发泡剂中的特例。使用SCF的最有名工艺是所谓的
Figure BDA0004124128040000011
方法。在此，聚合物组合物在挤出机中与SCF混合以形成单相混合物，然后注射到模具中。通过模具中的压降，发泡剂从聚合物溶液中分离并蒸发，由此形成微孔。在此，CO2或氮气通常用作SCF。
发明介绍
使用发泡剂添加剂进行模制发泡的一个问题是控制泡沫中的孔径。此外，尽管用SCF发泡经常用于热塑性聚氨酯，但在其它材料，特别是聚酰胺及其共聚物的情况下仍然存在问题。恰好对于鞋部件，特别是跑鞋领域中的鞋部件而言，控制泡沫的孔径特别重要，因为一方面应实现尽可能低的密度以减轻鞋的总重量，另一方面必须确保高稳定性。
因此，普遍目的是进一步研发制造发泡鞋部件的现有技术，并且优选地完全或部分地克服现有技术的上述缺点中的一个或多个。在一个有利的实施方案中，提供了一种方法，其中可以更精确地控制孔隙形成，特别是发泡材料的孔径。在另一个有利的实施方案中，提供了一种方法，该方法可以制造具有低密度但同时确保高稳定性的发泡鞋部件。在另一个实施方案中，提供了一种与现有技术相比更节能的制造模制发泡鞋部件的方法。
所述普遍目的由独立权利要求的主题实现。其它的有利实施方案从从属权利要求和整个公开中出现。
第一方面涉及制造模制发泡鞋部件的方法，其包括步骤a.提供聚合物组合物；b.预处理所述聚合物组合物，其包括在高压釜中在第一压力和第一温度下将物理发泡剂结合到聚合物组合物上或聚合物组合物中；和c.使预处理的聚合物组合物发泡，其包括将聚合物组合物熔化以制造熔融聚合物组合物和通过物理发泡剂的膨胀使熔融聚合物组合物发泡。在高压釜中预处理聚合物组合物使得能够制造低密度，特别是密度为0.05g/cm3至0.5g/cm3，优选0.1g/cm3至0.3g/cm3的鞋部件。
用发泡剂预处理聚合物组合物可包括例如浸渍。在此，第一发泡剂可以结合到聚合物组合物的表面上。这既可以包括第一发泡剂结合在外表面上，也可以包括结合在聚合物组合物内，其中发泡剂扩散到聚合物组合物中。预处理的优点尤其在于，所述模制发泡部件与未根据步骤b.在高压釜中预处理的模制发泡部件相比在制造后表现出更低的材料收缩和变形。
聚合物组合物通常可以具有一定的孔隙率，以使得发泡剂可以更好地渗透到单个聚合物颗粒中。通常，第一压力和第一温度大于常压(1巴)或高于室温(25℃)。本领域技术人员理解，除非另有说明，否则名称第一压力和第一温度(或第二压力、第二温度等)还可以包括这些参数保持在其内的温度或压力范围。与没有步骤b.的方法相比，根据本发明的方法能够制造在泡沫中具有更小孔隙并且孔隙在整个模制发泡部件上具有明显更均匀分布的模制发泡鞋部件。此外，减轻模制发泡部件的重量，这对跑步者来说是有利的，因为他不会较快疲劳。无需进一步预处理即可直接使用的合适市售聚合物组合物的典型实例是聚醚嵌段酰胺，例如PEBAX 2533(CAMPUSplastics)、PEBAX3533(CAMPUSplastics)、PEBAX 35R53(CAMPUSplastics)，或聚酰胺，例如RILSAN BZMNO(CAMPUSplastics,PA11)、VESTAMID E40-S3(Evonik Industries AG,PA12)、VESTAMID E47-S1(Evonik Industries AG,PA12)。
在此，聚合物组合物例如可以根据DIN 62具有0.8至1.2的吸水率。聚合物组合物的密度根据ISO 1183通常为0.9至1.1g/cm3。
发泡剂通常由于压降而膨胀，所述压降可能例如在将熔融聚合物组合物注射或进料到模具的空腔中已发生，和/或也可以在注射或进料之后例如通过扩大模具空腔的体积和/或通过打开模具的阀门而触发。
通常，步骤c.直接在步骤b.的预处理之后进行。此外，步骤b.可以是该方法的其中使用发泡剂，特别是物理发泡剂的唯一步骤。特别地，步骤c.和/或步骤a.在没有进一步的额外发泡剂的情况下进行。
在一些实施方案中，发泡剂选自CO2、N2及其混合物。CO2优选用于发泡剂，因为它特别是由于其物理化学性质而通常更易溶于聚合物组合物，并且更好结合。当使用极性热塑性弹性体如聚氨酯、聚酰胺或其衍生物时，这尤其适用。
在一些实施方案中，在步骤b.中的预处理中，基于聚合物组合物计的3至8重量％，优选5至6重量％的CO2结合在聚合物组合物上或聚合物组合物中。由此，可以实现具有约0.1至0.3g/cm3的有利密度的模制发泡鞋部件。
在一些实施方案中，发泡完全或部分地直接在用于步骤b.的高压釜中进行。在此，特别是在步骤b.期间或之后，可以通过降低高压釜中的压力来引起发泡剂的膨胀。部分发泡意味着例如可以还进行另一发泡过程，特别是在单独的模具中。
在一些实施方案中，发泡完全或部分地通过模压或通过注射成型在与高压釜分开的模具中进行。通常，在步骤b.中预处理的聚合物组合物因此在预处理后从高压釜中移除并引入相应的单独模具中。这可以全自动、半自动或手动完成。
在另外的实施方案中，模具可以具有体积可扩大的空腔，该空腔的体积在发泡过程中扩大。在此，通常在注射或引入聚合物组合物过程中和/或在发泡过程中扩大空腔体积。例如，这可以通过模具的至少一个可移动壁来实现，该壁可以在控制单元的控制下以受控方式移动，从而增加空腔体积。
在一些实施方案中，步骤a.中的聚合物组合物用另一模具，特别是通过注射成型来提供。例如，聚合物颗粒，特别是聚酰胺、聚醚嵌段酰胺、热塑性聚氨酯、PET或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或它们的混合物因此可以用作聚合物组合物的起始材料。特别地，可以从聚合物颗粒开始通过注射成型提供聚合物组合物。
在一些实施方案中，在步骤a.中提供聚合物组合物包括制造鞋部件，特别是鞋底的前体。在这样的实施方案中，步骤b.中的聚合物组合物因此可作为前体存在。优选地，在步骤a.中制成的前体已对于待制造的鞋部件而言分份，即待制造的鞋部件所需的聚合物材料量对应于其中一个前体的聚合物材料量。
聚合物组合物或前体优选在步骤b.中的预处理之前作为聚合物块存在。例如，如上所述，其可以通过步骤a.中的注射成型来提供。
在另外的实施方案中，步骤b.中的第一压力为25巴至55巴。与此无关，步骤b.中的第一温度可为0℃至150℃，特别是40℃至120℃。第一温度优选高于室温，因为由此加速物理发泡剂在聚合物组合物上和聚合物组合物中的结合。尤其，由此增加发泡剂在聚合物组合物颗粒中的渗入深度。这是有利的，因为已渗入聚合物组合物中的发泡剂保持结合明显更久。浸渍的聚合物组合物因此可以储存更久并且更容易操作，特别是转移，而不会损失明显量的物理发泡剂。另一方面，所选的第一温度不能太高，因为由此使得聚合物材料，特别是热塑性材料，例如聚酰胺或聚醚嵌段酰胺
Figure BDA0004124128040000041
可部分分裂或降解。这对于用于鞋领域中是有问题的，因为这种部分降解的材料会在鞋的使用过程中迅速导致缓冲不足，这在穿着时会导致膝盖、臀部和脚踝疼痛。
在一些实施方案中，聚合物组合物在步骤b.之前通过加热到30至130℃，特别是60℃至120℃，特别是50℃至90℃进行干燥，由此使得聚合物组合物中吸收或可吸收的发泡剂量增加。在此，干燥可进行至最大0.02％的残留水分含量。
在另外的实施方案中，第一压力和第一温度以这样的方式选择或调节，以使得步骤b.中的发泡剂作为超临界流体存在。
在另外的实施方案中，模具配备有气体反压装置，借助所述气体反压装置，至少在注射的部分时期和/或在发泡的部分时期，将反压，优选＞0巴至40巴，特别是1巴至40巴的反压施加到所述聚合物组合物上。通过施加反压，可以减缓或减弱发泡剂的膨胀。由此可以更好地控制模制发泡部件的孔径和泡孔结构，以及实现更均匀的分布。
在另外的实施方案中，步骤b.中的聚合物组合物在第一压力和第一温度下保持2小时至8小时，优选2小时至5小时。通常，该时间段足以在聚合物组合物上或聚合物组合物中结合足够量的第一发泡剂。
在一些实施方案中，在步骤b.之后，步骤b.中预处理的聚合物组合物在第二压力下引入模具中。该第二压力在此可以优选为第一压力的至少50％，特别是至少75％，特别是至少90％，特别是至少95％，特别是至少100％。由此确保在转移到模制发泡系统的过程中没有明显量的结合发泡剂解吸。在此已经发现，仅为第一压力的50％的压力已经足以基本上阻止解吸。第二压力通常不大于第一压力的200％，特别是不大于150％，特别是不大于100％。
在进一步的实施方案中，聚合物组合物具有70至85的肖氏硬度。在一些实施方案中，聚合物组合物的密度为0.9g/cm3至1.5g/cm3，优选1.0g/cm3至1.2g/cm3。聚合物组合物被设计为越致密，结合的发泡剂量通常越低。在此，使用聚酰胺和聚醚嵌段酰胺作为聚合物组合物在物理发泡剂，特别是CO2的摄取和吸收方面特别有利。
在一些实施方案中，聚合物组合物包含热塑性弹性体，特别是聚酰胺、聚醚嵌段酰胺或热塑性聚氨酯。替代地，聚合物组合物可由热塑性弹性体，特别是聚酰胺、聚醚嵌段酰胺或热塑性聚氨酯组成。
在另外的实施方案中，鞋部件是鞋底，特别是中底。这样的鞋底可以通过设计模具的空腔以使得在步骤c.中的模制发泡中形成鞋底来提供。
在一些实施方案中，步骤c.中制成的鞋部件是鞋部件的坯体，其在随后的方法步骤中加工成成品鞋部件。例如，这可以是鞋底的坯体，该坯体然后通过(进一步)模压而压制成成品底，或然后对其进行着色或以其它方式的表面处理。
另一方面涉及通过根据在此公开的实施方案的方法制成的模制发泡鞋部件，特别是鞋底。
在一些实施方案中，模制发泡鞋部件具有0.05g/cm3至0.5g/cm3，优选0.1g/cm3至0.3g/cm3的密度。
在进一步的实施方案中，模制发泡鞋部件可具有45至65的Asker C硬度。

Claims (19)

1.制造模制发泡鞋部件的方法，其包括以下步骤：
a.提供聚合物组合物；
b.预处理所述聚合物组合物，其包括在高压釜中在第一压力和第一温度下将物理发泡剂结合到聚合物组合物上或聚合物组合物中；
c.使预处理的聚合物组合物发泡，其包括将聚合物组合物熔化以制造熔融聚合物组合物和通过物理发泡剂的膨胀使熔融聚合物组合物发泡。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物理发泡剂选自CO2、N2及其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中发泡完全或部分地直接在用于步骤b.的高压釜中进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中发泡完全或部分地通过模压或通过注射成型在与高压釜分开的模具中进行。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述模具具有体积可扩大的空腔，其体积在发泡过程中扩大。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤a.中的聚合物组合物用另一模具，特别是通过注射成型提供。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物组合物在步骤b.中的预处理之前以聚合物块形式存在。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b.中第一压力为35巴至55巴，和/或第一温度为0℃至150℃，优选40℃至120℃。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物组合物在步骤b.之前通过加热到30至130℃进行干燥。
10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其中步骤b.中的发泡剂作为超临界流体存在。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述模具配备有气体反压装置，借助所述气体反压装置，至少在注射的部分时期和/或在发泡的部分时期，将反压，优选＞0巴至40巴的反压施加到所述聚合物组合物上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b.中将聚合物组合物在第一压力和第一温度下保持2小时至8小时，优选2小时至5小时。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物组合物具有70至85的肖氏硬度，和/或0.9g/cm3至1.5g/cm3，优选1.0g/cm3至1.2g/cm3的密度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物组合物包含热塑性弹性体，特别是聚酰胺、聚醚嵌段酰胺或热塑性聚氨酯。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述鞋部件是鞋底，特别是中底，并且其中鞋底优选地在附加步骤中与鞋帮连接，以使得制造鞋，特别是跑鞋。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在通过发泡剂的膨胀使熔融聚合物组合物发泡之后，通过模压对制成的模制发泡鞋部件进行后成型。
17.通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法制成的模制发泡鞋部件，特别是鞋底。
18.根据权利要求17所述的模制发泡鞋部件，特别是鞋底，其密度为0.05g/cm3至0.5g/cm3，优选0.1g/cm3至0.3g/cm3。
19.根据权利要求17或18的模制发泡鞋部件，特别是鞋底，其具有45至65的AskerC硬度。
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