DE4213263A1

DE4213263A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von geschaeumten, geformten thermoplastischen gegenstaenden sowie auf diese weise hergestellte gegenstaende

Info

Publication number: DE4213263A1
Application number: DE4213263A
Authority: DE
Inventors: Thomas M Pontiff
Original assignee: Astro-Valcour Inc
Current assignee: Astro-Valcour Inc
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1992-10-29
Also published as: JPH05162187A; JP3126805B2; US5202069A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf geschäumte, geformte unvernetzte thermoplastische Gegenstände. Insbesondere werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von geschäumtem, geformten, thermoplasti schen Schuhmittelsohlen oder Schuhzwischensohlen offenbart.

Für die Herstellung von geschäumten Gegenständen aus thermoplastischem Harz sind drei Verfahren allgemein bekannt: (1) das Schaumteilchenformverfahren (englisch: "bead molding method"), (2) die Spritzgußtechnik und (3) das Extrusionsverfahren. Beim Schaumteilchenformverfahren werden vorgeschäumte Teilchen in eine Formhöhlung gegeben und zur Unterstützung der weiteren Ex pansion und der Schmelzverbindung der Teilchen erhitzt. Das Schaum teilchenformverfahren ist nachteilig, da es zwei oder mehr Verarbeitungsschritte erfordert und Spuren oder Narben der Schaumteilchen oder -körnchen im gebildeten geformten Gegenstand verbleiben.

Bei der Spritzgußtechnik wird eine geschmolzene Masse eines schäumbaren Hartes in eine Formhöhlung eingespritzt, und das eingespritzte Harz wird in der Form zur Expansion gebracht. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen Einspritzdruck und deshalb eine großdimensionierte und stabile Spritzguß vorrichtung, die diesen Druck aushalten kann. Darüber hinaus kann das Spritzgießen nur für ein Expansionsverhältnis (d. h. Dichteverminderung von Harz zu Schaum) von höchstens etwa 2 verwendet werden.

Beim Extrusionsverfahren wird ein geschmolzenes, expandierbares Harz durch eine Düse oder ein Mundstück extrudiert. Dieses Verfahren kann jedoch nur zur Herstellung von geschäumten Artikeln mit einfacher Gestalt verwendet werden, beispielsweise für folien- oder strangförmige Produkte.

Eine Anwendung, bei der die oben angeführten Probleme bezüglich des Schäu mens/Formens im bekannten Stand der Technik besonders deutlich werden, findet sich bei der Herstellung von Sportschuh-Zwischensohlen (d. h. dem Material zwi schen der oberen und der äußeren, mit dem Boden in Kontakt kommenden Schuhsohle). Schuhzwischensohlen sind als wichtigster Teil der Sport-Fußbe kleidung charakterisiert worden. Die ziemlich starken Kräfte, die von Rennläufern beim Laufen insbesondere in der Ballen-, Vorderfuß- und Fersenregion des Fußes erzeugt werden, müssen größtenteils von der Schuhzwischensohle absorbiert werden. Darüber hinaus ist die Zwischensohle vorzugsweise auch in der Lage, einen signifikanten Anteil der Energie des Läufers/der Läuferin durch seinen/ihren Körper zu reflektieren, wenn der Schuh mit dem Boden in Kontakt kommt, wodurch ein vorteilhaftes Empfinden von Sprungkraft erzeugt wird. Sportschuh-Zwischen sohlen müssen auch in der Lage sein, die große Zahl von Kompressions- und Entspannungszyklen auszuhatten, die beispielsweise von Langläufern ausgeübt werden, ohne die Traglast- und Stoßdampfkapazität der Schuhzwischensohle zu gefährden.

Insbesondere muß Material, das für eine Sportschuh-Zwischensohle verwendet wird, die erforderlichen Werte bezüglich Härte, Elastizität und Druckfestigkeit aufweisen. Die Härte wird im allgemeinen mit Hilfe eines Härtetesters, beispiels weise eines ASKER C-Härtetesters (oder Durometers) gemessen. Der Härtetester berechnet die Härte eines Test-Probestückes aus der gemessenen Eindringtiefe eines Kerbwerkzeuges vorgegebener Geometrie in das Probestück (bis ein Gleichgewichtszustand zwischen der Widerstandskraft des Probestücks und der auf das Kerbwerkzeug aufgebrachten Kraft erreicht ist). Um für den Einsatz als Sportschuh-Zwischensohle geeignet zu sein, muß thermoplastisches geschäumtes Material eine Härte von etwa 30 bis 70 ASKER C aufweisen und besitzt vorzugs weise eine Härte von etwa 40 bis 55 ASKER C.

Die Elastizität eines Materials kann durch Messen des vom Material reflektierten Energieanteils quantifiziert werden. Im allgemeinen wird der Anteil an wieder um gewandelter oder reflektierter Energie erhalten, indem man ein Objekt auf das Material fallen läßt und mißt, wie hoch das Objekt zurückspringt (z. B. würde eine perfekte Feder einen reflektierten Energieanteil von 1,00 aufweisen). Die Meßme thodologie des reflektierten Energieanteils eines Materials wird im einzelnen im US-Patent Nr. 49 84 376 in Sp. 10, Z. 37 bis 64 diskutiert, worauf hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Um für die Verwendung als Sportschuh-Zwischensohle geeignet zu sein, sollte ein Material einen Anteil an reflektierter Energie von min destens 0,20 aufweisen (unter Verwendung der Meßmethode des Anteils an re flektierter bzw. wieder umgewandelter Energie, die in der ASTM-Bekanntmachung (USA) Nr. D-2632-79 offenbart ist). Zum Vergleich sei angeführt, daß bei diesem Testverfahren geschäumtes hitzehärtbares Polyurethan einen Anteil an reflektier ter Energie von etwa 0,25 bis 0,30 und geschäumtes HYTREL® (ein von E.l. du Pont de Nemours und Co. Wilmington, Del. hergestelltes Polyester-Elastomer) einen Anteil an reflektierter bzw. wieder umgewandelter Energie von etwa 0,50 oder mehr aufweisen.

Die Druckfestigkeit wird gemessen, indem eine flache Materialprobe (z. B. ein Würfel mit einer oberen Oberfläche von 10 cm·10 cm (oder 1 inch·1 inch)) nach und nach komprimiert wird und der Druck gemessen wird, der benötigt wird, um die Probe um einen gegebenen Anteil ihrer ursprünglichen Höhe Zusammenzu drücken (z. B. 10%, 25% und 50%). Die Druckfestigkeit wird in Kilopascal (kPa) oder amer. Pfund pro Quadratinch (psi) gemessen. Bevorzugte Materialien für Sportschuh-Zwischensohlen sollten eine Druckfestigkeit von etwa 48 bis 138 kPa (7 bis 20 psi) bei 10%iger Kompression, von etwa 117 bis 207 kPa (17 bis 30 psi) bei 25%iger Kompression und von etwa 248 bis 379 kPa (36 bis 55 psi) bei 50%iger Kompression aufweisen.

Ein weiteres wichtiges Kriterium, das jedes für Sportschuh-Zwischensohlen vorge schlagene Material erfüllen muß, ist das spezifische Gewicht des Materials. Das spezifische Gewicht steht in Beziehung zu den voranstehend diskutierten Eigen schaften und resultiert in gewissem Sinne daraus. Um für die Verwendung als Sportschuh-Zwischensohle geeignet zu sein, muß ein Material ein spezifisches Gewicht von etwa 0,5 g/cm³ oder weniger aufweisen. Bevorzugte Zwischensoh lenmaterialien weisen ein spezifisches Gewicht von etwa 0,3 g/cm³ oder weniger auf. Diese Beschränkung wiederum begrenzt die Verfahren, die für die Formung der Zwischensohle einsetzbar sind. Beispielsweise kann die Spritzgußtechnik typi scherweise nur mit Materialien durchgeführt werden, die höhere spezifische Ge wichte aufweisen als diejenigen, die sich für die Verwendung für Sportschuhzwi schensohlen eignen (z. B. etwa 0,8 g/cm³). Wenn Materialien mit geringerer Dichte spritzgegossen werden, schäumt das Material häufig nicht gleichförmig auf, was zu aufgebrochenen oder zerstörten Zellen innerhalb des geschäumten Produktes führt.

Um diesen Anforderungen zu begegnen, hat die Sportschuhindustrie eine Vielzahl verschiedener Lösungen entwickelt. Beispielsweise werden derzeit viele Schuh zwischensohlen aus vernetztem EVA (Ethylen-Vinylacetat) hergestellt. Vernetztes EVA weist eine große Dauerhaftigkeit auf, aber da es sich dabei um ein vernetztes Material handelt, wird während der Verarbeitung von EVA eine große Menge von nicht wieder verwertbarem Abfallmaterial erzeugt. Darüber hinaus erfordert die Herstellung von Zwischensohlen aus vernetztem EVA üblicherweise eine ganze Reihe von Arbeitsgängen (siehe z. B. US-Patent Nr. 49 00 490, auf welches hiermit Bezug genommen wird). Beispielsweise muß nach der Herstellung einer Platte aus EVA diese Platte gespalten werden (d. h., sie muß entlang ihrer Höhe in zwei oder mehrere einzelne, dünnere Platten geschnitten werden). Danach wird die Platte in Stücke mit der ungefähren Konfiguration der gewünschten Zwischensohle ge schnitten. Die EVA-Stücke werden dann in Formen gegeben und preß- bzw. druckgeformt. Die Stücke werden mit Absicht im Vergleich zur Form ein wenig zu groß geschnitten, um zu fördern, daß sich das Material an jede beliebige innerhalb des Formwerkzeugs vorhandene Konfiguration anpaßt.

Die Stufe des Preß- bzw. Druckformens erneuert auch wieder die Haut über den offenen Zellen des Materials, die durch das Spalten der EVA-Platte an die Ober fläche gekommen waren. Diese Verfahrensmethodologie weist zum ersten eine Vielzahl von Stufen auf und ist zum zweiten zeitaufwendig (z. B. 5 bis 10 min pro Preßzyklus, d. h. Aufheizen, um das gespaltene EVA zu verschließen, und Abküh lenlassen des rekomprimierten EVA).

Andere Verfahren, die derzeit zur Verfügung stehen, weisen ebenfalls eine Reihe von Problemen auf. Beispielsweise ist bei der Herstellung von Schuhzwischen sohlen aus thermoplastischem Material (z. B. aus Polyesterelastomeren) ein viel stufiger Arbeitsgang immer noch die Regel. Zum Beispiel wird ein großdimensio niertes Stück eines thermoplastischen Materials extrudiert. Dann wird das Material gespalten und in Stücke von ungefähr der gewünschten Größe ausgestanzt, wo rauf die Materialstücke einer zweiten Preßformung unterworfen werden, um Muster oder dergleichen in das Material einzuprägen und um eine die Zellen verschlie ßende Haut über den angeschnittenen Bereichen des Schaums auszubilden.

Wenn unvernetzte thermoplastische Materialien verwendet werden, können die großen Mengen an Abfallmaterial, die bei dieser Art von Verfahren erzeugt wer den, wenigstens wieder verwertet werden (bei vernetztem Material kann das über schüssige Material nicht wiederverarbeitet werden und muß verworfen werden), aber auch bei unvernetzten Materialien erzwingen diese vielfachen Arbeitsstufen immer noch, daß für die Herstellung eines jeden geschäumten Gegenstands ein großes Arbeitsvolumen aufgewendet werden muß. Weil das thermoplastische Material normalerweise bereits vollständig aufgeschäumt ist, wenn es der zweiten, die Haut bildenden Preßformung unterworfen wird, ist es darüber hinaus schwierig, Gegenstände mit kompliziert geformten Bereichen und/oder Formen aus erha benem Material (z. B. Firmenlogos an den Seiten der Sportschuh-Zwischensohlen) herzustellen. Bei gängigen Schäumverfahren besteht außerdem noch die Schwie rigkeit, geschäumtes Material mit im wesentlichen gleichförmiger Dichte und Zell struktur durch den gesamten Gegenstand herzustellen (z. B. kann das ex pandierende Material im Expansionsverfahren des US-Patentes Nr. 48 06 293, auf das hiermit Bezug genommen wird, sich über sich selber falten, wobei Furchen oder Falten im fertigen Gegenstand erzeugt werden).

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung vermei den andererseits diese Nachteile, die der Stand der Technik enthält, auf günstige Weise. Die Erfindung sieht ein einstufiges Verfahren zum Herstellen geschäumter Gegenstände mit niedriger Dichte aus unvernetztem (und damit wiederverwert barem) thermoplastischem Material vor, wobei eine gleichförmige Dichte erzielt und aufrechterhalten wird, die Schaumzellen unbeschädigt bleiben und auch kom pliziert geformte Zeichen im Matrizenabschnitt des Formwerkzeugs auf der inneren Schuhsohle reproduziert werden können.

Im allgemeinen kann jedes beliebige thermoplastische Harz, das zu einer niedri gen Dichte aufgeschäumt werden kann (z. B. auf 0,5 g/cm³ oder weniger), als Rohmaterial im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Die Schäum barkeit geeigneter Harze kann alternativ auch durch die Feststellung definiert bzw. quantifiziert werden, daß das Harz in der Lage sein sollte, eine Dichteverringerung von mindestens 0,5 einzugehen (d. h. im Vergleich von ungeschäumten zu ge schäumten Formen des Harzes). Beispiele für geeignete thermoplastische Harze sind Olefine wie z. B. Polyethylene, Polypropylene und Copolymere von diesen, Styrolharze wie z. B. Polystyrole, Polycarbonatharze sowie thermoplastische Po lyurethane und Copolyetherester-Elastomere. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vielzahl von Materialien angewendet werden, wobei die Auswahl eines bestimmten thermoplastischen Harzes für eine bestimmte Anwendung vom jeweiligen zu produzierenden Gegenstand bzw. dessen gewünschten Eigen schaften abhängen wird.

Das oben beispielhaft beschriebene thermoplastische Harz wird bei einer Tempe ratur, die oberhalb der Schmelztemperatur des Harzes liegt, unter Druck mit einem Bläh- oder Treibmittel vermischt, wodurch eine geschmolzene, expandierbare thermoplastische Harzzusammensetzung erhalten wird. Bläh- oder Treibmittel ent weder vom Zersetzungstyp oder vom Lösemittel-Typ können für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispiele für Treibmittel vom Lösemit tel-Typ umfassen Cycloparaffine, wie z. B. Cyclobutan und Cyclopentan, aliphati sche Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Propan, Butane, Pentane, Hexane und Hep tane, sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Trichlorfluormethan, Dichlordifluormethan, Methylchlorid, Methylenchlorid, Dichlortetrafluorethan, Te trafluorethan, Tetrafluorchlorethan, Trifluorchlorethan, Pentafluorethan, Trifluo rethan, Difluorchlorethan, Ethylchlorid, Trifluorpropan, Difluorpropan und Octafluorpropan. Beispiele für Treibmittel vom Zersetzungstyp umfassen Gips, hy dratisierte Tonerde (Aluminiumoxid), Azodicarbonamid, Mischungen von Natrium hydrogencarbonat und Citronensäure sowie Natriumborhydrid. Im allgemeinen kann eine Vielzahl von Treibmitteln erfindungsgemäß verwendet werden, wobei das bestgeeignete Treibmittel für die jeweilige erfindungsgemäße Anwendung von der Art des eingesetzten Harzes und dem Typus des zu formenden Gegenstandes abhängen wird (sowie von den gewünschten Leistungseigenschaften der Gegen stände, z. B. Härte, Elastizität, Kompreßilität und spezifischem Gewicht).

Die geschmolzene, expandierbare Harzzusammensetzung kann weiterhin Nucleie rungsmittel enthalten, z. B., um die Zellgröße innerhalb des Schaums einzuregeln. Geeignete Nucleierungsmittel sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei spielsweise können für die jeweiligen Anwendungen Talcum, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Diatomeenerde (Kieselgur), Magnesiumcarbonat, Magnesiumhy droxid, Magnesiumsulfat, Ton oder Tonerde und Bariumsulfat geeignet sein. Die Nucleierungsmittel werden im allgemeinen in Mengen von etwa 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Harzes, eingesetzt.

Die geschmolzene, expandierbare Harzzusammensetzung kann weiterhin gängige Zusätze in den üblichen Mengen enthalten, beispielsweise Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe, Flammschutzmittel, antistatische Mittel, Stabilisatoren, Gleitmittel, Pla stifizierungsmittel (Weichmacher) und Nucleierungsmittel.

Als nächstes soll die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen genauer erläutert werden.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Extruder-/Sammelbehälter-Vor richtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ge eignet ist.

Fig. 2 ist eine seitlich vertikale Ansicht einer alternativen Extruder-/Sammel behälter-Anordnung mit einem senkrechten Anguß oder Auslaß.

Fig. 3 ist eine erhöhte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Form werkzeug-Vorrichtung, worin die Patrizen- und Matrizen-Teile ge schlossen gezeigt sind.

Fig. 4 ist eine erhöhte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Form werkzeug-Vorrichtung, worin die Patrizen- und Matrizen-Teile offen gezeigt sind.

Fig. 5 ist eine erhöhte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Form werkzeug-Vorrichtung, teilweise im Schnitt, um die im Matrizen-Abschnitt angeordneten (Entlüftungs-Öffnungen zu zeigen, wobei dargestellt ist, wie geschmolzenes, expandierbares thermoplastisches Material heraus gedrückt wird (z. B. aus einem Extruder und/oder Sammelbehälter) und zwischen den Patrizen- und Matrizen-Teilen der Form herunterzu hängen beginnt.

Fig. 6 ist eine erhöhte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Form werkzeug-Vorrichtung, die die Teile des Formwerkzeugs offen zeigt und in der eine Matrize mit darin angeordneten (Entlüftungs-)Öffnungen dargestellt ist.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin eine Vielzahl von Formwerkzeugen auf einem kreisförmigen Karussell angeordnet ist.

Fig. 8 ist eine erhöhte perspektivische Darstellung einer geformten, geschäum ten Zwischensohle, hergestellt mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vor richtung.

Fig. 9 ist eine seitliche Schnittansicht einer geformten, geschäumten Zwischen sohle, hergestellt mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, worin die Gußnaht (der Grat) von Hand entfernt werden kann.

Fig. 10 ist eine seitliche Schnittansicht einer geformten, geschäumten Zwi schensohle, hergestellt mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, worin die Gußnaht auf den untersten Teil der Zwischensohle begrenzt ist.

Das allgemeine Verfahren zur Herstellung geeigneter schäumbarer thermoplasti scher Harze ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die Rohmaterialien, beispiels weise Pellets oder Kügelchen aus thermoplastischem Harz und fakultativ ein Ex pansions-Hilfsstoff, zugegeben durch einen Trichter 2, werden in einer im allge meinen mit 1 bezeichneten Mischzone mit einem durch eine Leitung 2a zugeführ ten Treibmittel vermischt. Das Vermischen wird bei einer Temperatur, die oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Harzes liegt, und unter Druck durch geführt, um eine schäumbare Schmelze zu erhalten. Gängigerweise verwendete Temperaturen und Drücke für das Mischen und Schmelzen von thermoplastischen Harzen (die von den verwendeten Harzen, Treibmitteln, Zusätzen etc. abhängig sind) werden in der vorliegenden Erfindung verwendet. Das Vermischen wird im allgemeinen mit Hilfe eines mit einer Schnecke 4 versehenen Extruders 3 bewirkt. Jedes beliebige Extrusionssystem, das in der Lage ist, Schaum herzustellen, kann in geeigneter Weise eingesetzt werden.

Die auf diese Weise in der Mischzone 1 hergestellte schäumbare Schmelze der expandierbaren Harzzusammensetzung wird durch einen Kanal 6 in einen Sam melbehälter oder Akkumulator 5 eingeführt und darin akkumuliert. Bei einigen Schaumzusammensetzungen kann es vorteilhaft sein, die schäumbare Schmelze in eine Kühlzone zu führen, bevor sie in den Sammelbehälter 5 eingebracht wird. Bei einigen Zusammensetzungen ist das Kühlen vor dem Akkumulieren hilfreich zum Erzielen der optimalen Schäumungstemperatur. Auch kann ein Set von Tandemextrudern (einer für das Mischen und ein zweiter für das Abkühlenlassen vor dem Sammelbehälter) verwendet werden. Alternativ kann zusätzlich zu den Misch- und Schmelzzonen ein Teil des Extruders 3 so konfiguriert sein, daß die Mischung gekühlt wird.

Während der Akkumulierung des geschmolzenen Harzes wird das Innere des Sammelbehälters auf einer Temperatur und einem Druck gehalten, unter wel cher/welchem im wesentlichen keine Expansion des geschmolzenen Harzes be wirkt wird. Im allgemeinen wird die schäumbare Schmelze bei einer Temperatur gehalten, die im wesentlichen identisch ist mit derjenigen der Schmelze, wenn sie den Extruder verläßt und die niedriger ist als diejenige in der Mischzone 1. Beispielsweise wird der Sammelbehälter dann, wenn ein niederdichtes ("low density") Polyethylen verwendet wird, vorzugsweise auf einer Temperatur etwa 88 bis 116°C (190 bis 240°F) und bei einem Druck von 1.034 bis 6.895 kPa (150 bis 1.000 psi) gehalten. Die jeweiligen Temperatur- und Druckbedingungen können jedoch in einem großen Bereich schwanken, in Abhängigkeit von dem Typus des zu schäumenden Materials und dem Typus des herzustellenden Gegenstandes. Heiz- und/oder Kühleinheiten können in den Misch- und/oder Sammelbehälter-Teilen der Vorrichtung eingesetzt werden, um sicherzustellen, daß geeignete Temperaturbedingungen vor dem Schäumen eingehalten werden.

Wenn eine vorgegebene Menge der schäumbaren Schmelze im Sammelbehälter 5 akkumuliert worden ist, wird sie durch eine Öffnung oder Düse 7 schnell aus dem Sammelbehälter in eine Umgebung entlassen, deren Druck niedriger ist als der im Sammelbehälter 5 (im allgemeinen Umgebungsdruck), so daß die extrudierte schäumbare Schmelze 10 zu expandieren beginnt. Um den Austritt der schäumba ren Schmelze zu beschleunigen, ist die Verwendung einer Vorrichtung zum Aus lassen des geschmolzenen Harzes unter einer Kraft bevorzugt. So besitzt in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Sammelbehälter 5 eine zylindrische Form und ist mit einer Blende oder einem Anguß (nicht dargestellt) für das Öffnen und Schließen der Öffnung der Düse 7 sowie mit einem Stempel 8 versehen, der darin hin- und hergleitbar angeordnet ist. Der Stempel 8 ist mit einer Kolbenstange 9 einer hydraulischen Vorrichtung (nicht gezeigt) gesichert. Ein schneller Austritt der akkumulierten schäumbaren Schmelze ist bevorzugt, um sicherzustellen, daß alle Teile des extrudierten Materials in gleicher Weise geschäumt und abgekühlt werden (z. B., um sicherzustellen, daß in einer Sportschuh-Zwischensohle sowohl die Fersen- als auch die Zehenteile des ausgetretenen Materials in gleicher Weise geschäumt und gekühlt werden), und um die vorzeitige Bildung einer Haut auf dem ausgetretenen Material auszuschließen. Vorzugsweise ist der Sammelbehälter 5 in der Lage, Material mit einer Geschwindigkeit von etwa 500 kg/h oder mehr dis kontinuierlich auszugeben.

Der Stempel 8 wird vorzugsweise auf folgende Weise betrieben: Das in der Misch zone 1 gebildete geschmolzene Harz wird kontinuierlich unter Druck durch den Kanal 6 in den Sammelbehälter 5 eingeführt, während die Öffnung der Düse 7 durch die Blende oder den Anguß geschlossen gehalten wird. Der Druck wird auf den Stempel 8 übertragen, so daß der Stempel 8 nach und nach verschoben wird, während sich das geschmolzene Harz innerhalb des Sammelbehälters 5 akkumu liert. Wenn die im Sammelbehälter 5 akkumulierte schäumbare Schmelze ein vorgegebenes Volumen erreicht hat, wird die hydraulische Vorrichtung in Betrieb gesetzt, und gleichzeitig wird die Blende oder der Anguß geöffnet. Dabei wird die Kolbenstange 9 bewegt, um den Stempel 8 in Richtung der Düse 7 zu verschie ben, wobei die akkumulierte schäumbare Schmelze durch die Düse 7 in die Atmo sphäre ausgeworfen wird. Daraufhin wird die Blende oder der Anguß geschlossen, und der Druck der hydraulischen Vorrichtung wird abgelassen, um die Druckkraft des Stempels 8 auf einen vorgegebenen Wert herabzusetzen.

Der Druck innerhalb des Sammelbehälters 5 wird derart eingeregelt, daß er inner halb eines solchen Bereichs bleibt, daß die Schäumung des geschmolzenen Harzes verhindert wird. Dies kann durch Kontrolle des durch die hydraulische Vor richtung ausgeübten und auf den Stempel 8 übertragenen Druckes geschehen.

Alternativ kann das geschmolzene Material direkt aus dem Extruder 3 in die Atmo sphäre ausgeworfen werden (falls ausreichende Auswurfraten erzielt werden, wäh rend das Schäumen des Materials innerhalb der Düse unterbleibt und unter schiedliches Abkühlen des extrudierten Materials vermieden wird, z. B., um unter schiedliches Abkühlen in den Fersen- und Schuhspitzenbereichen der Schuh zwischensohle zu vermeiden). In einer zweiten alternativen Ausführungsform kann das Material (nach Verlassen des Extruders 3) zuerst durch einen zweiten, küh lenden Extruder geführt werden, bevor es in den Sammelbehälter 5 eingebracht wird.

Ein bevorzugtes Beispiel des wie oben beschriebenen Sammelbehälters ist im US-Patent 43 23 528 offenbart, auf dessen Offenbarung hiermit Bezug genommen wird. Fig. 2 zeigt eine alternative Extruder-/Sammelbehälter-Anordnung mit einem horizontalen Anguß oder Schlitz 7, wobei das den Sammelbehälter 5 verlassende Material sich vertikal bewegt.

Nachdem es aus dem Sammelbehälter 5 extrudiert worden ist, beginnt das thermoplastische Material 10 zu schäumen. Wie in Fig. 5 dargestellt, wird das Material vorzugsweise von der Düse 7 weg ungestützt senkrecht hängengelassen. In Fig. 5 ist das Material 10 dargestellt, wie es aus einem Rohr 11 (das z. B. mit ei nem Sammelbehälter 5 verbunden ist) ausgeworfen wird, aber in geeigneten Si tuationen könnte das thermoplastische Material 10 direkt vom Extruder 3 extrudiert werden. Darüber hinaus kann das Rohr 11 waagrecht (wie in den Fig. 5 und 7 dar gestellt) oder senkrecht angeordnet sein (oder das Material kann beispielsweise vom Sammelbehälter 5 direkt senkrecht abwärts extrudiert werden, siehe z. B. Fig. 2). Da das thermoplastische Material 10 jedoch vorzugsweise zwischen die Formwerkzeug-Hälften einer vertikal (senkrecht) ausgerichteten Formwerkzeug-Vor richtung extrudiert wird, ist das das Material ausgebende Rohr 11 vorzugsweise senkrecht ausgerichtet, um die Neigung des ausgeworfenen thermoplastischen Materials 10, sich zu verdrehen, zu begrenzen, (dabei spiegelt sich ein Flußrichtungs-Gedächtnis der nicht-vertikalen Anteile der Bewegung des Materials 10 innerhalb des Rohrs 11).

Die meisten thermoplastischen Materialien 10 werden im wesentlichen sofort nach dem Extrudieren aus dem Sammelbehälter 5 beinahe vollständig geschäumt. Deshalb ist normalerweise kein zweckgerichteter Zeitraum für freien Fall (d. h. zwi schen dem Rohr 11 und dem Formwerkzeug 20) erforderlich. Besser wird das ausgeworfene Material 10 vorzugsweise von den Patrizen- (21) und Matrizen- (22) Teilen des Formwerkzeugs sobald wie möglich nach der Extrusion eingeschlos sen, um die Menge an überschüssigem extrudiertem Material (d. h. der Überschuß im Vergleich zur Menge an Material, die zum Füllen des Formwerkzeugs benötigt wird) zu begrenzen. Das schnelle Einfangen oder Einschließen des ausgeworfe nen Materials innerhalb des Formwerkzeugs 20 ist hilfreich, um die Bildung einer die Schaumzellen abdeckenden "Haut" auf dem extrudierten Material zu verhin dern (da die Haut das Material am Füllen komplizierter Formen in den Formwerk zeug-Teilen verhindern kann), und es ist hilfreich, um einen homogenen Grad an Expansion und Verfestigung innerhalb des extrudierten Materials 10 vor dem For men beizubehalten (z. B. von den Zehen bis zur Ferse einer Schuhzwischensohle). Vom praktischen Standpunkt aus kann es jedoch das beste sein, etwas freien Fall des extrudierten Materials 10 vor dem Formen zuzulassen (d. h. einen Abstand zwischen dem Rohr 11 und dem Formwerkzeug 20 vorzusehen), um das Be schmutzen der Außenseite des Formwerkzeugs 20 durch überschüssiges thermo plastisches Material verhindern zu helfen (da jedoch im erfindungsgemäßen Ver fahren vorzugsweise unvernetztes hitzehärtbares Material verwendet wird, kann eventuell auftretendes überschüssiges Material, z. B. an der Außenseite des Formwerkzeugs, zumindest wiederbearbeitet und wiederverwendet werden). In manchen Situationen (z. B. bei bestimmten Arten von Harzen oder beim Herstellen bestimmter Typen von Gegenständen) kann es jedoch das beste sein, das aus tretende Material einen längeren Zeitraum frei fallen zu lassen, bevor das Formen begonnen wird.

Die Gestalt des extrudierten Materials 10 kann weitgehend durch die Verwendung einer passend geformten Düse oder eines solchen Mundstücks 7 eingeregelt wer den. Beispielsweise kann eine rechteckige Düse verwendet werden, um Material mit im allgemeinen rechteckigem Querschnitt zu extrudieren, und eine runde Düse oder ein solches Mundstück kann verwendet werden, um eine im allgemeinen zy lindrisch geformte Masse an extrudiertem Material zu erzeugen. Es ist besonders bevorzugt, daß die Form der Düse und die Extrusionsgeschwindigkeit koordiniert werden können, um eine extrudierte Masse des Materials 10 mit der gewünschten Gestalt zu bilden. Beispielsweise wird dann, wenn eine runde Düse verwendet wird und der Sammelbehälter 5 so programmiert ist, daß das Material 10 in einer (als Vergleich ausgedrückt) Langsam-Schnell-Langsam-Abfolge extrudiert wird, das Material infolge der Tatsache, daß die meisten thermoplastischen Materialien kräftiger ausschäumen, wenn sie mit höheren Geschwindigkeiten extrudiert werden, eine schmälere-weitere-schmälere zylindrische Masse an Material bilden, die sich für das Formen zu einem Fußball eignet. Verschiedene Düsenkonfigura tionen und Extrusionsgeschwindigkeiten können eingesetzt werden, um extrudierte Materialmassen mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Formen zu bilden.

Wenn die erforderliche Menge an schäumbarem Schmelzmaterial aus dem Rohr 11 (oder alternativ direkt aus dem Sammelbehälter 5 oder aus dem Extruder 3) ausgeworfen worden ist, z. B. etwa 100 bis 150 g für eine Schuhzwischensohle mittlerer Größe, was vorzugsweise innerhalb von etwa 2 Sek. oder weniger Aus trittszeit vonstatten geht (wobei das Gewicht des ausgetretenen Materials und die bevorzugte Austrittszeit von der Dichte des verwendeten schäumbaren Schmelzmaterials abhängen), werden die Formwerkzeug-Teile rund um das aus getretene Material 10 (häufig in der Industrie mit "Vorformling" (und im Englischen mit "parison") bezeichnet) geschlossen. Wenn der Patrizenteil 21 und der Matri zenteil 22 der Form aufeinander zu bewegt worden sind (z. B. hydraulisch oder mit Hilfe eines anderen geeigneten Verfahrens), umschließen sie dabei eine Form höhlung 23 (die beispielsweise die Form der gewünschten Schuhzwischensohle aufweisen kann). Wenn sich die Teile des Formwerkzeugs schließen, schließen sie einen Teil des Vorformlings aus thermoplastischem Material 10 innerhalb der Formhöhlung 23 ein. Alternativ können auch mehr als zwei Formwerkzeug-Teile verwendet werden, um die Formhöhlung 23 zu bilden.

Wie bereits oben dargelegt wird das Material vieler thermoplastischer Kunststoffe beim Auswerfen oder Ausspritzen beinahe vollständig aufgeschäumt, jedoch kann ein kleinerer Anteil an verbliebener Schäum-/Expansionsfähigkeit zu dem Zeit punkt, bei dem das Material innerhalb der Formhöhlung 23 eingeschlossen wird, tatsächlich hilfreich für die Anpassung der Form des thermoplastischen Materials an die Ausformungen der Formhöhlungen 23 sein, insbesondere beim Füllen von eventuell vorhandenen Vertiefungen oder Aussparungen/Hohlraumbereichen in nerhalb des Matrizenteils 22, die beispielsweise Firmenlogos an der Seite der Schuhzwischensohle darstellen. Teilweise wegen des kurzen Zeitraums zwischen dem Austritt und dem Einschließen des Vorformlings aus thermoplastischem Mate rial ist das Material innerhalb der Formhöhlung auch dann noch leicht formbar, wenn es eingeschlossen wird, und es kann durch die Einwirkung der Formwerk zeug-Teile zu einem gewissen Grad komprimiert werden, um die Bildung kompli ziert geformter Formgegenstände weiterhin zu erleichtern.

In einer anderen Ausführungsform (siehe Fig. 5) ist vorzugsweise der Patrizenteil 21 mit einer Vielzahl von Düsen 24 für unter Druck austretende Gase (z. B. Luft) versehen. Das aus diesen Düsen 24 austretende Gas trägt weiter dazu bei, daß das ausgeworfene thermoplastische Material 10 mit Sicherheit alle Hohlräume oder Vertiefungen innerhalb des Matrizenteils 22 vollständig dadurch füllt, daß das Material in den Matrizenabschnitt 22 hineingedrückt wird. Um eine effektive Einwirkung der Düsen 24 auf das Material 10 innerhalb der Formhöhlung 23 zu bewirken (d. h. das Material zu bewegen), sollte die Formhöhlung einen luftdichten Verschluß aufweisen (z. B. gebildet durch Gummidichtungen, die zwischen den Formwerkzeug-Abschnitten angeordnet sind). Die Düsen 24 können auch dazu beitragen, die Bildung von überschüssigem Material (oder "Graten") rund um den geformten Gegenstand (die nach Abschluß des Verfahrens von dem gebildeten Gegenstand abgetrennt werden müssen) zu begrenzen.

In einer zweiten alternativen Ausführungsform (siehe Fig. 5 und insbesondere Fig. 6) ist eine oder sind beide der Formwerkzeug-Teile 21, 22 (vorzugsweise der Matrizenteil 22) mit einer Vielzahl von Entlüftungsöffnungen 25 versehen, durch die Gase entweichen bzw. aus der Formhöhlung 23 abgezogen werden können, während der Vorformling von den zwei Formwerkzeug-Teilen zusammengedrückt wird. Die Entlüftungsöffnungen 25 in dieser Ausführungsform sind deshalb zusätzlich hilfreich dafür, daß das ausgeworfene thermoplastische Material 10 mit Sicherheit alle Zwischen- oder Hohlräume oder Vertiefungen innerhalb der Formwerkzeug-Teile 21, 22 vollständig ausfüllt. Wie bereits oben angemerkt, können die Entlüftungsöffnungen 25 entweder in einem oder in beiden Formwerkzeug-Teilen 21, 22 angeordnet sein, vorzugsweise befinden sie sich jedoch innerhalb des Matrizenabschnittes 22. Die Entlüftungsöffnungen 25 sollten jedoch nicht in einem Formwerkzeug-Teil angeordnet sein, welcher auch Düsen 24 aufweist.

Das geschäumte thermoplastische Material 10 wird vorzugsweise innerhalb der Formhöhlung 23 gehalten, bis sich das thermoplastische Material in der Form des gewünschten Gegenstands verfestigt hat. Wenn der Druck auf das thermoplasti sche Material für einen zu kurzen Zeitraum aufrechterhalten wird (d. h., wenn die Formwerkzeug-Teile zu früh getrennt werden) kann noch nach der Freigabe des Materials Expansion auftreten (wodurch z. B. Zellen innerhalb des Schaums zum Platzen gebracht werden und sich dann im geformten Gegenstand Hohlräume bil den). Wenn jedoch der Druck auf das thermoplastische Material 10 zu lang auf rechterhalten wird, kann der Schaum innerhalb einiger Abschnitte des geformten Gegenstands kollabieren (was zu eingesunkenen Bereichen führt). Der bevorzugte Zeitraum für das Formen wird je nach dem verwendeten Material, der Masse an zu formendem Material und der Art des zu formenden Gegenstandes schwanken. Beispielsweise wird beim Formen einer Sportschuh-Zwischensohle aus HYTREL® das geschäumte Material vorzugsweise etwa 2 bis 3 min. innerhalb des Form werkzeugs gehalten.

Nachdem der thermoplastische Schaum eine geeignet lange Zeit innerhalb der Formhöhlung 23 gehalten wurde, werden die beiden Formwerkzeug-Teile 21, 22 getrennt, und das geformte geschäumte Material (z. B. die Schuhzwischensohle) wird entfernt. Da die aus dem Rohr 11 (oder dem Sammelbehälter 5 oder dem Ex truder 3) ausgeworfenen Material-Vorformlinge immer jeweils geringfügig unter schiedliche Größen aufweisen, ist jeweils etwas überschüssiges Material vorhan den, das von dem gefertigten, geformten Gegenstand abgetrennt werden muß (z. B. weist bei einer Schuhzwischensohle eines gewünschten Endgewichtes von 105 bis 110 g das beim Öffnen des Formwerkzeugs vorhandene geformte Material gängigerweise ein Gesamtgewicht von 135 bis 139 g auf). Dieses Oberschüssige Material, beispielsweise rund um die Kanten des geformten Gegenstands, ist in der Industrie als "Grat" bekannt (beispielsweise in Fig. 8 der Grat 50). Der Grat kann rund um die Kanten der Zwischensohle leicht abgetrennt werden, ohne die äußere Oberfläche oder "Haut" des geformten Gegenstands zu zerstören. Vor zugsweise werden jedoch die Formwerkzeug-Teile 21,22 so angeordnet, daß die Menge an während der Verarbeitung anfallendem Grat möglichst gering gehalten wird, um die Menge an Abfallmaterial zu beschränken. Die Formwerk zeugabschnitte 21, 22 werden vorzugsweise so angeordnet, daß sie beispiels weise am unteren Teil des geformten Gegenstands (z. B. der Schuhzwischensohle) aufeinandertreffen, wodurch der Grat nur von einer Seite (d. h. der Unterseite) des geformten Artikels abgetrennt werden muß (siehe Fig. 9 und 10). Auf diese Art können beispielsweise dann, wenn Düsen 24 verwendet werden, eventuell durch die Düsen 24 auf der Oberfläche des geformten Gegenstands erzeugte Fehler oder Defekte entfernt werden, wenn der Grat abgetrennt wird. Stärker bevorzugt werden die Formwerkzeug-Teile 21, 22 so konfiguriert, daß sie eine flache Ober fläche auf dem Boden des geformten Gegenstands erzeugen, wodurch der Grat mit einem einzigen horizontalen Schnitt abgetrennt werden kann (siehe Fig. 10, sowohl der Grat 50 als auch Fehler oder Defekte am Boden, die z. B. durch die Düsen 24 verursacht sein können, können mit einem Schnitt abgetrennt werden). Am meisten bevorzugt werden die Formwerkzeug-Teile 21, 22 so zusammenge fügt, daß sie eine scharfe Einschnittslinie (oder "Trenn"-Linie, englisch "part" line) zwischen sich bilden (z. B. durch die Verwendung eines Patrizen-Teils mit nur einem kurzen Wulst rund um die Außenseite der Zwischensohle, siehe Fig. 5, wo durch eine Kerbe 51 zwischen der Zwischensohle und dem Grat 50 gebildet wird, die die Trennung von Zwischensohle und Grat erleichtert), wodurch nach der Ent fernung des geformten Gegenstands aus der Formhöhlung 23 der Grat nur noch durch eine dünne Materialverbindung an diesem geformten Gegenstand anhaftet, die leicht mit der Hand durch Abtrennen des Grates vom geformten Gegenstand gelöst werden kann, (siehe Fig. 9). Darüber hinaus kann, da das erfindungsge mäße Verfahren vorzugsweise unvernetztes thermoplastisches Material benutzt, jeder erzeugte Grat wiederverarbeitet/eingeschmolzen und in zukünftige geformte Produkte eingearbeitet werden.

Da der Zeitraum vorgegeben ist, in welchem das Formwerkzeug 20 geschlossen bleiben muß, weil sich der Vorformling aus ausgeworfenem geschäumtem thermo plastischem Material 10 darin verfestigt (d. h. bis zu dem Punkt, an dem jeweils zum einen die nachträgliche Expansion und zum anderen das Kollabieren von Schaumzellen vermieden sind, z. B. etwa 2 bis 3 min. für eine aus HYTREL® gebildete Schuhzwischensohle), wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beson ders bevorzugt derart konfiguriert, daß sie eine kontinuierlichere Ausnutzung des Extruders/Sammelbehälters ermöglicht, d. h., daß eine Vielzahl von Vorformlingen aus thermoplastischem Material während eines einzigen Formungszyklusses aus geworfen werden können. In dieser Hinsicht kann sich eine Vielzahl von Vorrich tungsanordnungen als vorteilhaft erweisen. Beispielsweise zeigen die Fig. 3 bis 5 das Formwerkzeug 20 auf Schienen 30 montiert, wobei nach dem Auswurf eines Vorformlings aus thermoplastischem Material in das Formwerkzeug 20 dieses Formwerkzeug von seiner Position unter dem Rohr 11 des Extru ders/Sammelbehälters weg bewegt werden und ein weiteres (möglicherweise un terschiedlich dimensioniertes oder gestaltetes) Formwerkzeug 20 unterhalb des Rohrs 11 in Position gebracht werden kann, um einen zweiten Vorformling 10 aus thermoplastischem Material aufzunehmen. Der Sammelbehälter 5 kann ebenfalls eingestellt oder vorprogrammiert werden, so daß die pro Vorformling ausgewor fene Materialmenge und/oder die Geschwindigkeit, mit der das Material ausge worfen wird, variiert werden können. In einer anderen bevorzugten Ausführungs form kann eine Vielzahl von Formwerkzeugen 20 auf einem kreisförmigen Karus sell angeordnet werden (siehe Fig. 7). So kann beispielsweise dann, wenn ein be stimmter geformter Gegenstand eine solche Masse aufweist, daß der verfügbare Sammelbehälter zehn Vorformlinge aus dem Material mit der erforderlichen Größe für die Herstellung des Gegenstands pro Minute erzeugen kann und die Gegen stände eine Minute für die Abkühlzeit innerhalb der Formhöhlung für das Verfesti gen benötigen, in vorteilhafter Weise ein Karussell mit zehn Formwerkzeugen ein gesetzt werden. Um auch übereinstimmende bzw. gleichbleibende Formungstem peraturen während des bevorzugten kontinuierlichen Formungsvorganges zu si chern, weist das Formwerkzeug 20 einen damit verbundenen Temperaturkontroll mechanismus 40 für das jeweils erforderliche Heizen oder Kühlen des Formwerk zeugs 20 auf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sollen im folgenden durch die angegebenen Beispiele näher erläutert werden.

Beispiele: Geschäumte Sportschuh-Zwischensohlen Materialien

Ein bevorzugtes thermoplastisches Multiblock-Copolymer-Elastomer, das in ei nigen der Beispiele eingesetzt wurde, war ein Copolyetherester-Elastomer. Beispielhaft hierfür kann das von DuPont unter dem Warenzeichen HYTREL®, Grad 4078W vertriebene stehen. In Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften kann jedoch auch eine Vielzahl von anderen Elastomeren mit der Vorrichtung und im Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise können bei jeweils gegebenen entsprechenden Umständen Ethylen-Vinylacetat (EVA), thermoplastische Elastomere (z. B. SANTOPRENE®, hergestellt von Monsanto, Co.), Styrol-Butadien-Elastomere (z. B. KRATON®, hergestellt von Shell Chemical Co.), thermoplastische Polyurethane (z. B. PELLETHANE, hergestellt von Dow Chemical Co.), und eine Vielzahl von anderen Materialien wie z. B. Copolyetheramidestern verwendet werden. Wie bereits oben dargelegt, ist es jedoch unabhängig vom jeweiligen aufzuschäumenden Material wesentlich, daß die erforderlichen Werte für Härte, Elastizität, Druckfestigkeit und spezifischem Gewicht erreicht werden. Beispielsweise sollte bei der Herstellung von Sportschuh-Zwischensohlen das geschäumte Material eine Härte von etwa 30 bis 70 ASKER C (vorzugsweise etwa 40 bis 55 ASKER C), einen Anteil an reflektierter Energie (d. h. Elastizität) von mindestens etwa 0,20 (nach dem ASTM- Verfahren D-2632-79), eine Druckfestigkeit von etwa 48 bis 138 kPa (etwa 7 bis 20 psi) bei 10%iger Kompression, von etwa 117 bis 207 kPa (etwa 17 bis 30 psi) bei 25%iger Kompression und etwa 258 bis 379 kPa (etwa 36 bis 55 psi) bei 50%iger Kompression aufweisen. Schließlich sollte ein Elastomer, das sich für eine Zwischensohle eignet, auf ein spezifisches Gewicht von etwa 0,5 g/cm³ oder weniger aufschäumen lassen.

In den vorliegenden Beispielen können Treibmittel sowohl vom Zersetzungstyp als auch vom Lösemitteltyp verwendet werden. Gängige Nucleierungsmittel sowie an dere schaumerzeugende Materialien oder weitere Zusätze können ebenfalls ver wendet werden, wie hier im folgenden genauer gezeigt wird.

Schaumherstellung

Die in den folgenden Beispielen beschriebenen Schäume wurden in einem Extru der von 7,62 cm (3 inch) Durchmesser und einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von 48 : 1 hergestellt. Der Extruder war mit einer Vorrichtung zum Einspritzen von schaumerzeugenden Mitteln versehen, und der vordere Teil des Extrudergehäuses war mit einem Mantel zum Kühlen mit zirkulierendem Wasser umgeben. Der Extruder war mit einem Schaumakkumulator, wie er z. B. im US-Patent 43 23 528 beschrieben ist, verbunden. Der Akkumulator oder Sammelbe hälter war mit einem Kolben zum Auswerfen oder Ausspritzen (Extrudieren) der schäumbaren Schmelze durch eine verschließbare Düse bzw. ein derartiges Mundstück ausgerüstet. Die Geschwindigkeit des Kolbens war variabel, um ver schiedene Extrusionsgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Der Einsatz eines Akku mulators oder Sammelbehälters ist nicht notwendig, um mit einem großdimensionierten Extruder Schäume von großen Querschnitten herzustellen. Seine Verwendung war jedoch erforderlich für den in den Beispielen eingesetzten Extruder für relativ geringe Schaummengen, der als solcher nicht in der Lage wäre, Schäume mit großem Querschnitt zu erzeugen. Die Verwendung eines relativ kleinen Extruders würde auch zur Zurückbehaltung von Rohmaterialien füh ren, wenn die schäumbare Schmelze mit Geschwindigkeiten von etwa 454 bis 2.268 kg/h (1.000 bis 5.000 lbs/hr) (vorzugsweise etwa 1.134 kg/h (2.500 lbs/hr)) diskontinuierlich extrudiert werden, während die tatsächliche Ausgabegeschwin digkeit des Extruders etwa 54,4 kg/h (120 lbs/hr) betrug. Innerhalb des Sammelbehälters wird die schäumbare Schmelze vorzugsweise bei etwa 3.448 kPa (500 psi) gehalten.

Beispiel 1

Der Schaumakkumulator wurde mit einer radial konfigurierten Düse versehen, die eine Öffnung mit einer Fadenlänge bzw. "Cord"-Länge von 3,42 cm (1,345 inch), einer Bogenlänge ("Arc"-Länge) von 3,81 cm (1,50 inch) und einen Spalt ("Gap") von 0,279 cm (0,110 inch) aufwies (die Abmessungen der jeweils zu verwendenden Düsenöffnung wird vom herzustellenden Gegenstand, der Art des aufzuschäumenden Materials, der Austrittsgeschwindigkeit des Materials etc. ab hängen). Da die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten thermoplastischen Harze üblicherweise hygroskopisch sind, wurde das Harz (beispielsweise in der Form von Pellets oder Kügelchen) entfeuchtet, bevor es in den Extruder eingege ben wurde. Die Entfeuchtung des Harzes kann im Trichter durchgeführt werden, oder bevor das Harz in den Extruder eingebracht wird. Normalerweise entwässert das Kontaktieren des Harzes mit Luft, die einem Wasser entziehenden Mittel (z. B. Silicagel) ausgesetzt und etwa 2 h auf 93°C (200°F) erhitzt worden ist, das Harz in ausreichender Weise (bei der Verwendung von HYTREL® ist es jedoch bevor zugt, das Harz mit Luft zu entfeuchten, die vorher auf 107°C (225°F) erhitzt worden ist). Das thermoplastische Multiblock-Copolymer-Elastomere HYTREL® 4078W wurde in den Trichter eines einschneckigen Extruders eingemischt. Das Elasto mere wurde mit etwa 0,33% (bezogen auf das Gewicht der gesamten Mischung) HYROCEROL® CF-40 (für die Einstellung der Zellgröße: "Hydrocerol" ist eine verkapselte Mischung von Natriumhydrogencarbonat, Citronensäure und Citro nensäuresalzen, die unter erhöhten Temperaturen im Extruder Kohlendioxid und Wasser freisetzt) und etwa 2,5% (bezogen auf das Gewicht) weißem Farb-Master batch vermischt. Das schaumerzeugende Mittel, Isobutan, wurde mit einer Ge schwindigkeit von etwa 0,32 kg/h (0,7 lbs/hr) in den Extruder injiziert. Die Leistung des Extruders betrug etwa 54,4 kg/h (120 lbs/hr). Nach der Injektion des schau merzeugenden Mittels wurde dieses in das Polymere eingemischt, und dann wurde die Mischung auf die passende Schäumtemperatur, etwa 174°C (etwa 345°F) abgekühlt. Die den Extruder verlassende schäumbare Schmelze wurde unter Druck in den Akkumulator überführt, wo sie gespeichert und mit einer Ge schwindigkeit von 1.134 kg/h (2.500 lbs/hr) diskontinuierlich ausgegeben wurde.

Beim Öffnen der Akkumulatordüse oder -blende wurde ein Vorformling aus dem Material extrudiert. Die extrudierte Menge an Material wird von der Art des zu er zeugenden Gegenstands und davon abhängen, wie gut die Vorrichtung abge stimmt ist. Im Falle einer Schuhzwischensohle ist zu erwarten, daß ungefähr 135 bis 139 g Material zwischen den Formwerkzeughälften der Vorrichtung einge schlossen werden (das bedeutet, daß diese den geformten Artikel und den Grat bilden). Nach der Extrusion begann die schäumbare Schmelze zu schäumen und hing von der Düsenöffnung abwärts nach unten. Das extrudierte Material wurde zwischen dem Patrizen- und dem Matrizenteil eines vertikal ausgerichteten Form werkzeugs eingeschlossen. Die Patrizen- und Matrizen-Teile schlossen das extru dierte Material innerhalb einer Formhöhlung in Form einer Schuhzwischensohle ein. Das extrudierte Material wurde 23/4 min. lang (165 Sek.) in der Formhöhlung gehalten, bis sich die Schuhzwischensohle gebildet hatte. Nachdem der Grat ab getrennt worden war, wog die Zwischensohle etwa 105 bis 110 g.

Beispiel 2

Die gleichen wie in Beispiel 1 verwendeten Materialien wurden auch für dieses Beispiel eingesetzt. Die Vorrichtung, die zur Formung des ausgeworfenen, geschäumten thermoplastischen Harzes verwendet wurde, umfaßte im Patrizen-Teil eine Vielzahl von Düsen. Die Düsen wurden verwendet, um Druckluft (z. B. von etwa 138 kPa (20 psi)) gegen das innerhalb der Formhöhlung eingeschlossene Material zu drücken, wobei sie das Material zwangen, auch kompliziert geformte Vertiefungen oder Ausbuchtungen (z. B. Firmenlogos oder Markenzeichen) inner halb des Matrizenteils zu füllen. Die Formwerk-Teile waren mit Gummi oder Kautschuk abgedichtet, um das Gas am Verlassen der Formwerkzeug-Teile zu hindern. Die Formwerkzeug-Teile waren so ausgestaltet, daß sie nahe der Unter seite der Zwischensohle aufeinandertrafen, wodurch der Grat durch einen einzi gen, horizontalen Schnitt entfernt werden konnte. Insoweit als dieser horizontale Schnitt Zellen innerhalb des geformten Schaummaterials beschädigt, kann dies bei der Herstellung von Sportschuh-Zwischensohlen sogar von Vorteil sein, da diese horizontale Oberfläche anschließend mit anderen Materialien verbunden wird (z. B. der Schuhaußensohle), und die offenen Zellen das sich anschließende Klebver binden unterstützen können.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurden die gleichen Materialien wie in Beispiel 1 verwendet. Die Vorrichtung, die zur Formung des ausgeworfenen, geschäumten thermoplastischen Harzes verwendet wurde, umfaßte im Matrizenabschnitt eine Vielzahl von Öffnungen zum Entlüften oder Abziehen von Gasen aus dem inner halb der Formhöhlung eingeschlossenen Material, wobei sie das Material zwan gen, auch kompliziert geformte Vertiefungen oder Ausbuchtungen innerhalb des Matrizen-Teiles zu füllen.

Die Austritts- oder Entlüftungsöffnungen sind vorzugsweise an eine bestimmte Art von Formwerkzeug angepaßt, wodurch das gesamte überschüssige Gas aus der Formhöhlung entfernt werden kann. Beispielsweise können die Öffnungen im Falle der Bildung einer Sportschuh-Zwischensohle dann, wenn die Formwerkzeug-Teile so angeordnet sind, daß sie auf der Unterseite der Zwischensohle aufeinander treffen (oder eine "Trennlinie" bzw. "part line" bilden), vorzugsweise auf der Ober seite der Zwischensohle und in beliebigen in der Zwischensohle angeordneten Rippen oder Noppen (beispielsweise an den Seiten der Zwischensohle) positio niert sein. Das Entlüften ist besonders hilfreich für eingebuchtete oder genoppte Flächen des Matrizen-Teiles, da ansonsten die Luft leicht in diesen Teilen einge schlossen werden kann und damit das geschäumte Material daran hindert, die vertieften oder ausgebuchteten Stellen zu füllen, wodurch Hohlräume in den Rip pen des fertigen Gegenstands verursacht werden. Auf der anderen Seite kann es jedoch beispielsweise dann, wenn die Trennlinie oder "part line" zwischen den beiden Formwerkzeug-Teilen so konfiguriert ist, daß sie sich auf der Oberfläche der Zwischensohle bildet, unnötig sein, in allen Rippen Öffnungen vorzusehen (d. h., da ein Teil der Luft, der ansonsten in den Entlüftungsöffnungen abgefangen würde, durch die Trennlinie aus der Formhöhlung entweichen kann).

Die Anordnung der Trennlinie und der Einsatz von Entlüftungsöffnungen werden vorzugsweise derart im Gleichgewicht gehalten, daß der Endzweck erreicht wird, die Menge an Gas zu minimieren, die bei der Formung des thermoplastischen Materials in der Formhöhlung eingeschlossen ist. Im allgemeinen erleichtert die Positionierung der Trennlinie an der Unterseite der Zwischensohle das Abtrennen des Grates von der Zwischensohle, während das Positionieren der Trennlinie nahe der Oberseite der Zwischensohle die Anzahl der Entlüftungsöffnungen verringert, die für die Evakuierung des Gases aus der Formhöhlung eingesetzt werden müs sen (da die Trennlinie einen Großteil des Gases, das in den in der Zwischensohle eingelassenen Rippen oder Noppen eingefangen ist, entweichen lassen kann).

Beispiel 4

Auch in diesem Beispiel wurden die gleichen Materialien wie im Beispiel 1 verwendet. Um die Entfernung des Grates zu erleichtern, wurden die Formwerk zeug-Teile so konfiguriert, daß sie direkt oberhalb der Oberseite der Schuh zwischensohle nur eine sehr schmale ("scharfe") Trennlinie bildeten, wodurch der Grat nur sehr schwach mit der geformten Zwischensohle verbunden war. Die ge ringe Abmessung der Trennlinie ermöglichte es, daß der Grat von Hand vom ge formten Gegenstand abgeschält wurde.

Beispiel 5

Die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel 1 wurde in diesem Beispiel ver wendet. Das eingesetzte Elastomer war PELLETHANE®, Serie 21 02-90a, ein von The Dow Chemical Company of Midland, Michigan hergestelltes Polyester- Polycaprolacton. Nachdem das Harz entfeuchtet worden war, indem es zwei Stun den lang mit auf 93°C (200°F) aufgeheizter und durch ein wasserentziehendes Mittel geleiteter Luft in Kontakt gebracht worden war, wurde das PELLETHANE® Serie 21 02-90a mit dem Treibmittel (Isobutan, das etwa 11 Gew.-% der Mischung ausmachte), und dem Nucleierungsmittel (Talkum, das ungefähr 0,5 Gew.-% der Mischung oder weniger ausmachte) gemischt. Die Auslaßleistung des Extruders betrug etwa 50,8 kg/h (112 lbs/hr) an Material. Nachdem das Treibmittel injiziert worden war, wurde es in das Polymere eingemischt, und dann wurde die Mischung auf die geeignete Schäumtemperatur, etwa 204°C bis 207°C (400°F bis 405° F) abgekühlt. Die den Extruder verlassende schäumbare Schmelze wurde unter Druck in den Sammelbehälter überführt, wo sie bei einem Druck von etwa 1.551 bis 1.724 kPa (225 bis 250 psi) gespeichert wurde, und mit einer Geschwin digkeit von etwa 1.315 kg/h (2.900 lbs/hr) diskontinuierlich abgegeben.

Ein Teil des extrudierten thermoplastischen Materials mit einem Gewicht von un gefähr 115 bis 120 g wurde zwischen dem Patrizen- und dem Matrizen-Teil eines vertikal ausgerichteten Formwerkzeugs eingeschlossen. Die Formwerkzeug-Teile umschlossen das ausgeworfene Material innerhalb einer Formhöhlung in Form ei ner Schuhzwischensohle. Das ausgeworfene Material wurde etwa 23/4 min. (165 Sek.) in der Formhöhlung gehalten (die Formhöhlung dieses Beispiels besaß die selbe Größe wie die in Beispiel 1 verwendete), bis sich die Zwischensohle verfe stigt hatte. Nach der Freigabe aus dem Formwerkzeug und nach Abtrennung des Grates wog die Zwischensohle etwa 85 bis 90 g.

Wie auch die in Beispiel 1 hergestellte Zwischensohle (und ebenso wie die in allen anderen Beispielen hergestellten Zwischensohlen) war der durch das erfindungs gemäße Verfahren nach diesem Beispiel hergestellte Gegenstand aus geformtem, thermoplastischem Material geeignet, um als Sportschuh-Zwischensohle zu dienen (d. h., er wies eine ausreichende Härte, Elastizität, Druckfestigkeit und ein ge eignetes spezifisches Gewicht auf). Im Vergleich zur in Beispiel 1 produzierten Zwischensohle wies die Zwischensohle dieses Beispiels eine geringere Dichte, eine geringere Elastizität und eine höhere Härte pro Masse an Material auf. Folg lich können in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des fertigen Ge genstands die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung vorteil haft mit einer Vielzahl von Materialien verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines geschäumten, geformten Gegenstands, um fassend:

a) Herstellen einer geschmolzenen Masse eines schäumbaren thermoplastischen Harzes unter einer Temperatur und einem Druck, bei der diese schäumbare Schmelze am Schäumen gehindert wird,
b) Extrudieren einer bestimmten Menge dieses geschmolzenen thermoplasti schen Harzes durch eine Öffnung in eine Umgebung von geringerem Druck, um es zu einem Schaum zu expandieren,
c) Einschließen von mindestens einem Teil des extrudierten Harzes in eine Form höhlung, während die schäumbare Schmelze zu einem Schaum expandiert und während sie von der Öffnung herabhängt, wobei die Formhöhlung mindestens zwei Formwerkzeug-Teile mit sich gegenseitig ergänzend geformter Gestaltung aufweist und die Formwerkzeug-Teile relativ zueinander beweglich sind, und
d) Komprimieren und Halten des Schaums innerhalb der Formhöhlung, während der Schaum die Vertiefungen innerhalb der Formhöhlung ausfüllt und sich zu einem geschäumten, geformten Gegenstand mit gewünschter Form verfestigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte, geformte Gegenstand eine Schuhzwischensohle ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schäumbare Schmelze in einem Extruder erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die schäumbare Schmelze in einem Extruder erzeugt, in einen Sammelbehälter überführt und dann durch die Öffnung extrudiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß während des Komprimierens gemäß (d) Gas unter Druck durch eine oder mehrere Düsen, die in einem der Formwerkzeug-Teile angeordnet ist/sind, gegen den Schaum gedrückt wird und den Schaum in die Vertiefungen und Höhlungen innerhalb des anderen Formwerkzeug-Teils oder der anderen Formwerkzeug-Teile drückt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß während des Komprimierens gemäß (d) Gas durch eine oder mehrere Öffnungen, die in mindestens einem der Formwerkzeug-Teile angeordnet ist/sind entlüftet oder abgezogen wird und der Schaum in die entgasten Vertiefungen oder Höhlungen innerhalb mindestens eines der Formwerkzeug-Teile gedrückt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß durch die Trennlinie der Formwerkzeug-Teile eventuell entstehende Grate an oder nahe der Unterseite der Schuhzwischensohle gebildet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß das ausgeworfene thermoplastische Harz etwa 2 bis 3 min. lang in der Formhöhlung gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß das thermoplastische Harz geschäumt wird auf:

a) eine Härte von etwa 30 bis 70 ASKER C und/oder
b) einen Anteil an reflektierter Energie (Elastizität) von mindestens 0,20 unter dem Testverfahren der ASTM-Bekanntmachung Nr. D-2632-79 und/oder
c) eine Druckfestigkeit von etwa 48 bis 138 kPa bei 10%iger Kompression, etwa 117 bis 207 kPa bei 25%iger Kompression und/oder 248 bis 379 kPa bei 50%iger Kompression, und/oder
d) ein spezifisches Gewicht von etwa 0,5 g/cm³ oder weniger.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß das thermoplastische Harz ausgewählt ist aus der Polyolefine, Styrole, Polycarbonate, Polyurethane, Copolyetherester-Elastomere, Copolymere davon oder Mischungen davon umfassenden Gruppe.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz unvernetzt ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Extrudieren mit einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 227 kg/h erfolgt.

13. Vorrichtung zum Herstellen eines geschäumten, geformten Gegenstands, um fassend:

a) Mittel zum Herstellen einer geschmolzenen Masse aus einem schäumbaren thermoplastischen Harz bei einer Temperatur und einem Druck, bei denen die schäumbare Schmelze am Schäumen gehindert wird, wobei diese Mittel eine Dü senöffnung umfassen, durch die in geöffneter Stellung ein bestimmter Teil der schäumbaren Schmelze extrudiert wird und ununterstützt herunterhängt,
b) ein zu öffnendes und zu schließendes Formwerkzeug zum Einschließen von mindestens einem Teil der extrudierten schäumbaren Schmelze, wenn das Form werkzeug geschlossen ist, wobei das Formwerkzeug mindestens zwei Formwerk zeug-Teile umfaßt, und wobei die Formwerkzeug-Teile zwischen sich ein abge schlossenes Volumen eingrenzen, welches eine Formhöhlung bildet, wobei die Formhöhlung in der Nähe von mindestens einem Teil des herabhängenden Schaums positionierbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Herstellen der schäumbaren Schmelze einen Extruder umfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Herstellen der schäumbaren Schmelze einen Extruder, einen Sammelbehälter und eine Düsenöffnung umfaßt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiterhin umfassend in (b) eine oder eine Mehrzahl von in mindestens einem der Formwerkzeug-Teile ange ordneten Düsen zum Emittieren eines unter Druck stehenden Gases.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiterhin umfassend in (b) eine oder eine Mehrzahl von in mindestens einem der Formwerkzeugabschnitte angeordneten Entlüftungsöffnungen, durch die Gase aus der Formhöhlung abge zogen oder abgelassen werden können.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem geschäumten, geformten Gegenstand um eine Schuhzwischensohle handelt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Patrizenteil(e) und der/die Matrizenteil(e) des Formwerkzeuges auf oder nahe der Unterseite der Schuhzwischensohle aufeinandertreffen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die Formwerkzeug-Teile in geschlossenem Zustand eng anein ander anliegen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß anstelle des unter (b) genannten Formwerkzeugs eine Mehrzahl von zu öffnenden und verschließbaren Formwerkzeugen vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Formwerkzeuge unter der Extruderöffnung bewegt werden können.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Formwerkzeugen auf einem Karussell angeordnet ist.

24. Geschäumter, geformter Gegenstand, hergestellt aus einem ungeschäumten Harz, worin der geschäumte Gegenstand eine Dichteverminderung von minde stens etwa 0,5, bezogen auf die Dichte des ungeschäumten Harzes, aufweist.

25. Geschäumter, geformter Gegenstand nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine im wesentlichen gleichförmige zelluläre Struktur und Dichte durch den Gegenstand hindurch aufweist.

26. Geschäumter, geformter Gegenstand nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand folgende Eigenschaften aufweist:

27. Geschäumter, geformter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 26, umfassend Einprägungen oder Erhebungen.

28. Geschäumter, geformter Gegenstand nach einem der Ansprüche 24 bis 27, umfassend einen nur durch eine dünne Materialbrücke verbundenen Grat.