TW202337670A - 製造可撓性發泡體之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示用於製造用於使用在鞋類組件、座位組件、保護裝置組件、及水上運動附件中的可回收射出模製成形的微氣孔發泡體之製程。前述製程包括以下步驟：提供熱塑性聚合物，前述熱塑性聚合物包含源自於解聚合消費後塑膠的至少一個單體；將流體插入模製成形設備之桶中。前述流體在溫度及壓力條件下引入以產生超臨界流體。前述製程進一步包括混合前述熱塑性聚合物及超臨界流體以便產生單相溶液；及在氣體反壓力下將前述單相溶液注射至射出模製成形機之模具中。前述製程進一步包括藉由控制前述模具內之熱及溫度條件來使前述單相溶液發泡。
Description
[相關申請案之交互參照]
本申請案主張標題名稱為「RECYCLABLE AND CHEMICAL-FREE INJECTION MOLDED MICROCELLULAR FLEXIBLE FOAMS, AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME」且在2019年5月29日申請之美國臨時專利申請案第62/853,805號之優先權及權益，且為2019年5月21日申請之標題名稱為「BIODEGRADABLE AND INDUSTRIALLY COMPOSTABLE INJECTION MOLDED MICROCELLULAR FLEXIBLE FOAMS, AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME」之專利申請案第16/418,968之部分連續案，該專利申請案主張標題名稱為「BIODEGRADABLE AND INDUSTRIALLY COMPOSTABLE INJECTION MOLDED MICROCELLULAR FLEXIBLE FOAMS, AND A METHOD OF MANUFACTURING THE SAME」且在2018年5月21申請之美國臨時專利申請案第62/674,544號之優先權及權益，該等專利申請案之揭示內容全部以引用方式整體整體併入本文中以用於所有目的。
本揭示案係關於用於由用於使用在例如鞋類組件、座位組件、保護裝置組件及水上運動附件中的可回收或生物可降解、工業上可合成之生物衍生熱塑性聚合物射出模製成形的微氣孔發泡各種可撓性發泡體組成的製程。
藉由堆肥之降解係用於再生使用在生產製成品中的資源之重要製程。然而，當彼等製成品涉及發泡體時，分解可能成為問題。具體而言，存在可撓性發泡體製造之依照慣例已知方法之若干缺點。例如，此類缺點包括不可再生聚合物、化學發泡劑，及化學添加劑之選擇及使用，該等不可再生聚合物、化學發泡劑、及化學添加劑如在發泡體製造工業及固有的處理程序中所利用的，通常不能生物降解，且該等不可再生聚合物、化學發泡劑、及化學添加劑通常被視為有害於環境。此生物降解之缺乏意味許多習知可撓性發泡體材料及與該等習知可撓性發泡體材料一起含有的產品數十年至數百年地終止於任何地方之掩埋場中。
此亦成為問題的，因為當今世界上掩埋場之過度使用具有對環境及經濟兩者之直接負面衝擊。例如，掩埋場為美國甲烷排放之第三大來源。此外，慣例可撓性發泡體中所使用的前面提到的生物不可降解聚合物及化學品尤其衍生自非再生資源。
此等材料並非天然可再生的，如生物衍生原料之狀況，且因此，該等材料之真實產生為環境的淨損失，因為其材料通常經取得、使用，且然後不可持續地丟棄。此外，即使可再生聚合物經選擇來用於使用在可撓性發泡體製造之按照慣例已知方法中，但化學發泡劑及彼等方法之交聯將可能以並不生物降解或堆肥的添加劑污染可再生聚合物。因而，使其為零和增益。仍然進一步地，生物聚合物之交聯將亦可能防礙用於生物降解或堆肥之任何合適的壽命終止解決方案，因為前驅物組分不能分離，藉此導致更多廢棄物產生及去往掩埋場的更多材料。
因此，儘管堆肥及回收為提供可再生且可持續未來中的重要製程，但其在製造工業中之整合為非常有限的。然而，若可使製成材料為可合成的，則該製程將為例如對於環境非常有用的。例如，可撓性發泡體材料之堆肥及生物降解產生表示對於環境及經濟之淨效益的廢棄物處置之機會。例如，藉由將此等材料堆肥，將可能減少傳送至掩埋場及大量燃燒焚化爐的廢棄物之總量。
除減少廢棄物之外，堆肥製程將亦產生可用產品，該可用產品為富有營養的且可用來改良貧瘠土壤以生長糧食或對花園施肥。因此，將可撓性發泡體堆肥及生物降解之真實概念無論如何新穎，可使整個價值鏈發生巨大變化，同時堅持所謂的循環經濟之原則。存在兩個典型的堆肥形式：工業堆肥及家庭堆肥。此等堆肥方法論中兩者具有效益及缺點。
工業堆肥為經設計以處置非常大體積的有機廢棄物的大規模堆肥形式。工業堆肥係以介於50℃至60℃之間的溫度在大規模設施中實施。家庭堆肥係處置來自一個家庭之有機廢棄物的堆肥形式。特定而言，家庭堆肥係指以相對較低溫度的堆肥，如可見於家庭後院堆肥堆中的彼等堆肥，因此標題「家庭」。與工業堆肥相反，家庭堆肥涉及諸如庭院剪屑、廚房廢料、木刨花、卡紙板、及紙的有機材料或廢棄物之冷卻器需氧分解。在家庭堆肥中處置的體積顯著地小於在工業堆肥中且堆肥通常使用在私人花園中。此製程通常在小規模堆肥器及堆中實施。在此方法中，溫度通常在低溫(0℃至20℃)至中溫(20℃至45℃)範圍內(如以下解釋)。因此，不同的技術存在，但是一般處理為相同的：後面是固化的活性堆肥之受控制製程。
活性堆肥期間通常持續至少21天。在此等條件下，微生物在有機廢棄物上生長，從而將有機廢棄物分解成CO
2及水，使用該有機廢棄物作為營養素。在堆肥期間，有機廢棄物聚積在反應堆內，且因此堆肥之能量之部分作為熱釋放。當堆肥反應堆之溫度增加時，微生物族群移位：適應周圍溫度的微生物例如嗜中溫生物停止其活動、相繼死去，且由適應生活在高溫處的微生物例如嗜熱生物替代。出於衛生化目的，對於家庭堆肥，溫度應維持在60℃以上持續至少一週，以便消除病原微生物。相比之下，工業堆肥之固化期間使分解速率減緩至一致步調，且堆肥在低於40℃之較低中溫範圍內的溫度處成熟。
工業堆肥之主要問題在於輸入原料應適當地安置以便經有效地處理。亦即，後勤挑戰為障礙，因為需要適當的收集、分類、及至工業堆肥設施之運輸。美國的組合堆肥及回收轉換率為約35%，此狀況指示在大多數基礎設施在廢棄物轉換上「關閉環路」之前，社會有很遠的路要走。克服此損失之一個方法將較好地教育終端使用者且建立進料至較大收回方案的收回方案之局部網路。目標將發展足夠的便利性及可及性，使得工業堆肥變得正規化且始終存在於日常生活中。
同樣地，家庭堆肥中之盛行缺點為所涉及的努力量。所需要的堆肥原料材料中之全部需要經運載及/或傳遞至堆肥反應堆。一旦堆肥堆大到足以開始產生能量，且藉此產生熱，需要轉向使分解更快速且更徹底，此可為費力的工作。當有機物質經充分分解時，家庭堆肥必須經運走以用於使用在土壤改良中。家庭堆肥之另一缺點為普通人可在家庭環境中產生的有限數量的可用堆肥。有限量的所產生堆肥可能給出有限使用方式，且因而，普通人投入家庭堆肥之努力的動機可為低的。
由於此等缺點，傳統上，製造工業已避免具有生物降解或堆肥之可能性的原始材料及前驅物成分之使用。另外，此在傳統上已經避免，因為此等材料之所需要的技術效能性質通常劣於習知生物不可降解且不可合成變種之彼性質。例如，一些但並非所有可合成前驅物成分之限制因素可為此等成分在產品之可用壽命之終止之前分解及/或降解之趨勢。此之一實例將為紫外線敏感性產品，藉此生物可降解及可合成前驅物可藉由重複日光暴露攻擊且變弱，在終端使用者即將丟棄產品之前，此最終亦可導致產品故障。
在使用化石燃料產生的塑膠、熱塑性塑膠及其他產品之上下文中，回收按照慣例涉及機械地切碎製成品、使切碎的內容物熔化、及然後造粒所得材料以用於稍後使用在製造中。儘管回收降低對化石燃料之需要且將產品自掩埋場轉移，但回收可由於污染或添加至原料的雜質而導致回收聚合物之品質損失，且大多數塑膠及熱塑性產品僅可回收有限的次數。此外，使用在習知可撓性發泡體之製造中的化學發泡劑、交聯聚合物、及化學添加劑導致終端產品，該等終端產品可能並不分解成其構成聚合物以用於稍後使用在製造回收產品中。因此，當產品已到達其可用壽命之終止時，按照慣例製成的可撓性發泡體產品為不可回收的。
另外，用於現代製造的當前關注為關於排放量及廢棄物的淨中性的、關於使用在製造製程中的材料的可持續的，且關於產品及其材料之壽命終止的可再生的。如此，除最終產品之可合成性之外，諸如關於CO
2排放量的淨中性已在選擇用於使用在消費品產品之製造中之適當材料中變得重要。
因此，與目前呈現的更傳統製造製程相比，其為用於本文所揭示之目前製造製程之關鍵驅動器，因為製造商生產考慮環境的終端產品，且如此，謹慎地考慮使用在該等終端產品之製造中使用的材料，且平衡彼材料與產品之預定可用壽命為有用的。在生產其間此等考慮應該但未解決的挑戰產品之實例為利用發泡體的諸如緩衝器(諸如用於家具)之生產中的標準製成品，及/或諸如用於跑步鞋之製造的發泡體產品。
例如，跑步鞋為在相當大量的時間內暴露於諸如衝擊、磨損及所有環境暴露方式的重複濫用的高技術產品；取決於使用頻率而可能為1年至3年。當考慮用於使用在製造用於家具或用於鞋底、中底之緩衝器，及/或用於跑步鞋之鞋內底之緩衝器中的可持續材料時，考慮以上要求為重要的。在故障之前不能處置重複濫用的材料將不會生一對滿意的跑步鞋。另外，在預定壽命終止之前，在正常產品使用期間具有分解或減弱至故障點之可能性的任何材料將為不可接受的。
為解決此問題，技術者必須找出具有技術效能性質及諸如具有管理的壽命終止解決方案之可堆肥性的可持續性態樣之正確平衡的特殊化材料，該管理的壽命終止解決方案為關於有害排放量淨中性的(或負面的)。具體而言，因為家具緩衝墊為龐大的且跑步鞋為苛求的產品，所以家庭堆肥材料並非使用在其製作中的合適的解決方案，因為較低的分解溫度將轉移至家具或跑步鞋，該跑步鞋將傾向於在其預定壽命終止很久以前破碎。在此實例中，工業堆肥的材料為好得多的選擇權，因為該等材料可處置較高的溫度挑戰且提供接近等於或等於其非工業上可合成且不可生物降解之對應物的較大技術效能性質。實質上，以工業上可合成之材料製造的家具或一雙跑步鞋將對於產品之可用壽命很好地起作用，且僅在產品可用壽命終止處，材料具有經導向至用於「封閉迴路」廢棄物轉換之工業堆肥設置中的選擇權。
因此，在可能的情況下，為減少經常伴隨於製造製程的破壞性覆蓋區，材料及製造製程應以使得在產品之壽命之終止之後允許準備堆肥的方式加以配製。然而，如以上所指示，此係困難的，因為存在商業可利用的非常有限的生物可降解且可合成的前驅物。不存在的彼等未必經設計且能夠解決效能及長期可用性之組合挑戰中之全部，而在其可用壽命終止時容易在受控制的設置中堆肥且生物降解。解決前面提到的挑戰中之一些的彼等前驅物未能解決其他挑戰且此導致消費者中的驚恐可能及含有該等前驅物的產品之可能不良審查。儘管此等顯著缺點，可在工業設施處或在家庭中堆肥的材料理論上將用於在可再生、可持續，及綠色製造中開始產品。
本製造製程之另一態樣係關於可撓性發泡體之生產。可撓性發泡體為藉由將氣包捕獲在液體或固體中形成的一類型物件，藉此所得發泡體部分由於其展性而據稱為可撓性的。可撓性發泡體通常使用在諸如鞋類、家具、墊料及其他運動商品之緩衝應用中。可撓性發泡體通常分成兩個種類：封閉氣孔可撓性熱塑性聚合物發泡體及開放氣孔可撓性聚氨酯發泡體。此等發泡體類型中每一個具有非常不同的製造方法。
封閉氣孔可撓性熱塑性聚合物發泡體通常在乾式製程中生產，其中合適的人工聚合物經選擇且與各種化學添加劑、交聯劑及化學發泡劑摻和以用於生產「麵糰」，該麵糰然後揉合且擠製成平坦薄板。薄板然後堆疊在彼此之頂部上且在受控制的壓力下置放於熱壓機中。材料及化學發泡劑之此混合物在熱壓機空腔內側反應且膨脹。結果為然後經切片至厚度的封閉氣孔可撓性發泡體「圓髻」或「方塊」。相反，開放氣孔可撓性聚氨酯發泡體通常生產於液體澆注製程或液體模製成形製程中，其中人工聚醇、異氰酸鹽化學品及其他化學添加劑在經澆鑄或注射成模製成形形狀諸如「圓髻」或「方塊」時一起反應。結果為然後切片至厚度的開放氣孔可撓性發泡體。
與以上內容一致，現今市場上目前可利用的可撓性發泡體之問題中之一個在於該等可撓性發泡體在其製造中幾乎僅使用不可再生材料及有害化學物品。此外，部分由於發生在製造習知可撓性發泡體之以上所描述的方法中的化學交聯，彼等可撓性發泡體之物理結構不能堆肥、生物降解，或回收。此在很大程度上由於其設計之化學組成及其不能分離回成其根前驅物構成。亦即，在習知可撓性發泡體壽命終止時，該習知可撓性發泡體沒有進一步使用且不能以任何已知的商業上可利的方法成功地重新處理成新材料。
因此，鑒於以上內容，本文所呈現的是可撓性發泡體及製造製程，該等可撓性發泡體及製造製程可經利用來生產終端產品，該等終端產品為可再生的、可持續的及/或環境上可解釋的，該等材料及終端產品能夠持續使用，無斷裂，但在壽命終止之後快速降解且堆肥。可撓性發泡體及半可撓性發泡體兩者可包括在相同種類的可撓性發泡體下，因為其兩者源自於具有低於其服務溫度之玻璃轉變(Tg)之聚合物，該服務溫度通常在室溫處。以下在伴隨描述中且關於所呈現圖式及其特徵闡述一或多個實施例之細節。其他特徵及優點將自說明書、圖式兩者及且自申請專利範圍顯而易見。
本文件呈現用於由生物可降解且工業上可合成之熱塑性樹脂修改射出模製成形微氣孔發泡各種可撓性發泡體組成之製程。目前，世界上幾乎所有已知的可撓性發泡體源自於不可再生原料，且若非全部，大多數可撓性發泡體並不生物降解或工業堆肥。本發明之目的將生產可撓性發泡體，該等可撓性發泡體引起最少量的環境危害，但亦擁有等於或大於習知生物不可降解石化可撓性發泡體之彼技術效能性質的顯著技術效能性質。藉由選擇生產生物聚合物的工廠衍生原料，本發明有助於自大氣螫合溫室氣體，大大地降低對不可再生石油之依賴性，且顯著地減少每年終止於掩埋場中的生物不可降解廢棄物。
在各種實施例中，由此生產的可撓性發泡體可經組配來工業上堆肥，而非家庭堆肥，但設想家庭堆肥在一些實例中可具有用途，取決於市場。在各種實例中，工業堆肥係有用的，因為其確保可撓性發泡體將持續該可撓性發泡體功能化成且在成品內在使用中不斷裂或破碎的所得產品之可用壽命。例如，一個人購買僅由本發明之可撓性發泡體製成以使發泡體在鞋之可用壽命終止之前的正常使用期間降解的一雙鞋將為有害的。
因此，在一個態樣中，製造生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體(無論開放氣孔或封閉氣孔)之製程可在本文中經提供且可包括以下步驟中一或多個：生產用於發泡的熱塑性生物聚合物摻和母料；將熱塑性生物聚合物摻合物射出模製成形成具有惰性氮氣之合適的模具形狀；使用動態模具溫度控制來確保最佳氣孔結構；控制生物聚合物熔體、壓力及時間，使得合意的可撓性發泡體經形成；以及利用射出模製成形製程中之氣體反壓力來確保具有發泡零件外側上的最少量外表缺陷及少量直至無塑膠表皮的最佳發泡體結構。
與謹慎選擇的生物衍生、可再生的且可回收原料一致，本揭示案之製造進程導致環境友好的閉環製程。此閉環製程始於材料選擇。例如，第三方證明可合成的惰性且快速可再生聚合物原料之選擇確保堅持循環經濟之原理。出於此等目的，選定的快速可再生聚合物原料作為可再生植物或礦物質之形式開始其壽命。一旦轉換成合適的聚合物，此等環境上可解釋的前驅物可與其他環境上可解釋的前驅物及成分組合，用於功能化成定製生物聚合物化合物，該定製生物聚合物化合物可經利用於所揭示的製造製程中。
具體而言，一旦合適的生物聚合物化合物經產生，其在本揭示案之無化學品製造方法中經處理。所得可撓性發泡體係無交聯的，且在許多實例中，為生物可降解且可合成的。因此，在其可用壽命終止時，此等生產的發泡體可經謹慎地磨碎成小塊且在限定的設施中工業堆肥以用於將其組成物分解(例如，100%)回成可用生物質。此可用生物質然後可用來生長更惰性且快速可再生的聚合物原料材料，且製程循環迴路地繼續。因此，此文件描述生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體及製造該生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體之方法。發泡體可為封閉氣孔發泡體，但亦可能形成為開放氣孔發泡體。
在各種實行方案中，生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體可經使得具有習知石化乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate; EVA)發泡體等等之相同性質及特性，且仍含有高百分比的生物質碳含量。例如，可撓性EVA發泡體係現今使用在工業中的普存材料。使得EVA發泡體如此盛行的事物係其相對低的成本及處理之容易性，同時維持用於給定產品之通常可接受的技術效能性質。EVA發泡體使用之下側為許多。材料通常源自於不可再生原料，且其與化學發泡劑化學交聯以用於生產並非容易地生物可降解、可合成或可回收的可撓性發泡體。
存在可取決於所要的物理性質及產品之預定最終使用面利用的許多組態及實施例，該等組態及實施例不應受本揭示案限制。
使本文呈現的進步如此有用的一個因素在於生物可降解發泡體以類似於EVA的方式執行，且如此，其技術效能性質類似於EVA之彼技術效能性質而無化學添加劑及交聯。結果為商業上可接受的可撓性發泡體，該可撓性發泡體可為用於普存EVA之偶入替換，但彼可撓性發泡體提供大大降低的環境衝擊及環境上可解釋的受管理的壽命終止解決方案。
因此，在一個態樣中，提供用於製造生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體模製成形產品之方法。在各種實例中，方法可包括以下步驟中一或多個。例如，方法可包括引入熱塑性生物聚合物摻和母料以用於發泡至模製成形設備之桶中。方法可另外包括在溫度及壓力條件下將流體引入桶中以生產超臨界流體，該超臨界流體在與熱塑性生物聚合物摻和母料接觸時生產熱塑性發泡熔體。此外，方法可包括將熱塑性發泡熔體注射至合適的模具形狀之空腔中，及將氣體反壓力施加至空腔。最後，空腔可經冷卻以生產模製成形的產品。
在各種實例中，熱塑性生物聚合物母料中一或多個之引入係藉由澆口襯套，諸如其中熱塑性生物聚合物摻和母料藉由雙螺桿擠出機生產。在一個實施例中，熱塑性生物聚合物摻和母料包括聚乳酸(polylactide acid；PLA)、聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate；PHA)、乙酸纖維素(cellulose acetate；CA)、澱粉，及石油衍生熱塑性塑膠中一或多個。在各種實例中，流體係藉由計量單元引入桶中。在具體實例中，超臨界流體包括氮及二氧化碳中一或多個。超臨界流體可在壓力下且在溫度處引入，諸如其中壓力範圍自約150巴至約300巴，且溫度範圍自約150℃至約350℃。同樣地，氣體反壓力範圍自約5巴至約50巴，施加介於1秒至25秒之間的時間長度。在某些實例中，溫度可藉由動態模具溫度控制加以控制。
另外，在另一態樣中，提供用於生產生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體模製成形的產品之射出模製成形設備。在各種實例中，射出模製成形設備可包括以下中一或多個。可包括漏斗，諸如其中漏斗經組配來用於將複數個熱塑性生物聚合物接收且引入模製成形設備中，諸如其中熱塑性生物聚合物形成將要摻和的母料。
可包括計量單元，諸如其中計量單元經組配來用於接收流體，且在條件下將所接收流體引入模製設備中以便在該引入後生產超臨界流體。模製成形設備可包括桶，該桶具有第一空腔，該第一空腔經組配來用於接收摻和熱塑性生物聚合物母料及流體，使得當它們經引入桶時，當超臨界流體接觸桶之空腔內的摻和熱塑性生物聚合物母料時，熱塑性發泡熔體經生產。氣體反壓力輸送單元亦可經包括，其中GCP經組配來用於將氣體反壓力輸送至第一空腔以便控制發泡熔體之膨脹。另外，亦可包括具有與桶之空腔流體連通的空腔之模具，其中模具之空腔經組配來用於接收發泡熔體且當熔體經冷卻時生產可撓性發泡體模製成形的產品。
在各種實施例中，射出模製成形設備可包括往復螺桿，該往復螺桿經組配來壓縮桶之空腔內之發泡熔體，且將壓縮發泡熔體運送至模具之空腔中。因此，可存在桶之空腔與模具之空腔之間的導管，其中導管包括噴嘴，該噴嘴具有澆口襯套以便在桶與模具之間形成密封件。
因此，射出模製成形設備可包括以下中一或多個：漏斗，熱塑性材料以小丸之形式供應至鑄模機。射出模製成形機上的漏斗保持此等小丸。小丸可經由漏斗喉道自漏斗重力進料至桶及螺桿總成中。亦可包括桶，其中射出模製成形機之桶支撐往復增塑螺桿，且可藉由電加熱器帶材加熱。
往復螺桿亦可存在，其中往復螺桿用來壓縮、熔化，且運送材料。往復螺桿可包括三個區帶：進料區帶、壓縮(或轉變)區帶、及計量區帶。亦可存在噴嘴，其中噴嘴將桶連接至模具之澆口襯套且在桶與模具之間形成密封件。噴嘴之溫度可經設定至材料之熔融溫度或僅低於該熔融溫度。當桶處於其完全向前處理位置中時，噴嘴之半徑可嵌套且密封在具有定位環之澆口襯套中之凹形半徑中。在桶之清洗期間，桶可自澆口收回，如此沖洗化合物可自噴嘴自由降落。
另外，亦可提供模具及液壓系統。模具系統可包括綁帶條、固定及移動平台，以及容置空腔的模製成形板(基底)、澆口及澆道系統、射出器插腳、加熱及冷卻通道、及溫度感測器及壓力感測器。模具實質上為熱交換器，其中熔融熱塑性塑膠固化至所要的形狀及藉由空腔限定的尺寸細節。液壓系統亦可存在於射出模製成形機上，以便提供功率以打開且關閉模具，構建且保持夾持噸數，轉動往復螺桿，驅動往復螺桿，且激發射出器插腳及移動模具核心。需要許多液壓組件以提供此功率，該等液壓組件包括泵、閥、液壓馬達、液壓配件、液壓管道及液壓儲器。
亦可提供控制系統。控制系統可經組配來在機器操作中提供一致性及可重複性。控制系統監視且控制處理參數，包括溫度、壓力、超臨界流體(supercritical fluid；SCF)配料、射出速度、螺桿速度及位置、及液壓位置。製程控制可具有對最終零件品質及製程之經濟性之直接影響。製程控制系統範圍可自簡單轉播接通/斷開控制至極其複雜的基於微處理器之閉環控制。
亦可提供夾持系統。夾持系統可經組配來打開且關閉模具，支撐且運載模具之構成零件，且產生充分的力以防止模具打開。夾持力可藉由機械(雙態觸變)鎖、液壓鎖，或兩個基本類型之組合產生。亦可提供輸送系統。提供用於熔融塑膠自機器噴嘴至零件空腔之通路的輸送系統通常包括：澆口、冷料井、主澆道、分支澆道、閘等等。
因此，在又一態樣中，提供用於生產生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體模製成形的產品之系統。系統可包括用於生產如以上所描述之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體模製成形的產品之射出模製成形設備。系統另外可包括超臨界氣體配料系統，該超臨界氣體配料系統經組配來用於接收流體且在條件下將所接收流體引入桶之第一空腔中，以便在該引入後生產超臨界流體，當超臨界流體接觸第一空腔內之摻和熱塑性生物聚合物母料時，超臨界流體生產發泡熔體。系統可進一步包括動態溫度控制系統，該動態溫度控制系統經組配來用於控制第一空腔及第二空腔中一或多個內之溫度。經組配來用於將氣體反壓力輸送至第一空腔以便控制發泡熔體之膨脹的氣體反壓力輸送單元亦可經包括。另外，可包括具有一或多個微處理器之控制單元，其中控制單元經組配來用於根據一或多個系統參數控制射出模製成形設備、超臨界氣體配料系統、動態溫度控制系統、及氣體反壓力輸送單元。
具體而言，系統組件可包括射出模製成形機系統，該射出模製成形機系統包括漏斗、桶、往復螺桿、噴嘴、模具系統、液壓系統、控制系統、夾持系統、及輸送系統。SCF氣體配料系統可經包括且包括諸如氮的惰性氣體之罐、空氣壓縮機、SCF計量及控制裝置、SCF噴射器、及特別設計的往復螺桿，及前單向閥及後單向閥兩者。動態溫度控制系統亦可經提供且包括加熱單元、冷卻單元、順序閥、及電腦控制。另外，存在位於模具之主體內的加熱元件及冷卻通道，該等加熱元件及冷卻通道藉由動態溫度控制系統進料，加熱介質或冷卻介質藉由該動態溫度控制系統循環。其功能為模具表面上之溫度調節。且可提供氣體反壓力系統，其中該氣體反壓力系統包括例如惰性氣體諸如氮的氣體之罐、空氣壓縮機、氣體泵、氣體釋放閥、氣體壓力感測器、及電腦控制。
系統及/或其任何子系統可包括一或多個感測器，諸如包括溫度、壓力、加速度計、迴轉儀及定向感測器，諸如其中一或多個感測器經組配來用於與諸如射出模製成形設備之一或多個空腔內的射出模製成形裝置之其他組件中一或多個通訊地定位。在各種實施例中，感測器可為智慧感測器且包括通訊模組，諸如具有網路連接，以便執行無線通訊。因此，系統及/或其各種零件中之任何零件可包括通訊模組，該通訊模組可耦接至控制模組、超臨界氣體配料系統、動態控制溫度系統、及氣體反壓力控制單元中一或多個，諸如其中通訊模組經組配來用於執行一或多個無線通訊協定包括WIFI、藍牙、低能藍牙，及3G、4G，及5G蜂巢式通訊。
在另一態樣中，本揭示案描述可回收微氣孔可撓性發泡體及產生該可回收微氣孔可撓性發泡體之方法。發泡體較佳地為封閉氣孔發泡體，但亦可能形成為開放氣孔發泡體。產生可回收微氣孔可撓性發泡體結構始於合適的高效能聚合物，諸如聚醯胺起源之彼等，等等。合適的聚合物之非限制實例為由Ascend Performance Materials, LLC, Houston, TX以Vydyne之商標名行銷的聚醯胺66共聚物。合適的聚合物之其他非限制實例包括許多聚醯胺嵌段共聚物，諸如聚醚-嵌段-醯胺(polyether-block-amide；PEBA)、PAE、TPA、TPE-A、COPA等等。前面提到的熱塑性聚合物已表明在形成本發明之最佳微氣孔可撓性發泡體結構中的有利技術性質。增強的技術性質中之一些包括異常老化性質、優良伸長、拉伸強度、及壓縮變形，以及其他效益。此外，回收原料可經利用於本發明之合適的可回收聚合物或聚合物摻合物之製造中。例如，在一個態樣中，可回收可撓性發泡體熱塑性聚合物包含源自於消費後或工業後回收的原料的至少一個單體或聚合物，該消費後或工業後回收的原料諸如己內醯胺、回收聚醚嵌段醯胺聚合物等等。藉由說明之方式，己內醯胺可藉由解聚合含有聚醯胺的工業後或消費後材料源自於此類回收的原料，該工業後或消費後材料諸如捕魚網、地毯纖維，或工業廢棄物。解聚合的消費後或工業後回收的己內醯胺之一些非限制實例包括由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia提供的ECONYL®己內醯胺，無論呈片狀、液體或或熔融。熱塑性聚合物可另外或替代地包含源自於經收集、分類、熔化且再處理的工業後或消費後聚醯胺地毯纖維的聚醯胺聚合物。此之實例將使用經收集、分類、熔化，且再處理成升級再造(upcycled)的可用聚醯胺材料的工業後聚醯胺地毯纖維等等。源自於工業後地毯纖維的示範性聚醯胺聚合物為由the Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia製造的Econyl。另外，聚醯胺廢棄物以捕魚網或類似者之形式在世界海洋中或在世界海洋周圍收集，然後可經分類、熔化，且再處理成升級再造的可用聚醯胺材料。源自於所收集工業後捕魚網的示範性聚醯胺聚合物為由Koninklijke DSM N.V., Heerlen, the Netherlands製造的Akulon Repurposed。本發明之目的將在任何可能的情況下使用回收的聚合物原料。
最佳聚醯胺單獨不能在無合適的發泡劑及發泡製程的情況下生產可回收可撓性發泡體。現今使用的最廣泛已知的發泡劑為稱為偶氮二甲醯胺(azodicarbonamide；ADA)之化學品。ADA通常經預先浸漬至用於使用在習知射出模製成形發泡體製程中的習知熱塑性母料樹脂中。不幸地，ADA不是環境友好的，且其為可疑致癌物。此外，使用ADA的習知發泡製程在製造製程期間交聯且因此產生不可回收的可撓性發泡體之類型。為達成可回收可撓性發泡體，將惰性氮氣或二氧化碳用作修改後射出模製成形製程中之物理發泡劑。修改後物理發泡製程與合適的熱塑性聚合物或摻合聚合物母料一致地利用，使得聚合物或摻合聚合物及發泡劑針對可回收且可撓性發泡體協調地工作。本發明之較佳射出模製成形製程利用當聚合物及超臨界流體(SCF)之單相溶液經由射出閘傳送至修改後射出模製成形機之模具空腔中時發生的均質氣孔成核。在溶液進入模具時，壓力下降，使SCF自溶液出來，從而產生氣孔核。氣孔然後生長直至材料填充模具，且SCF之膨脹能力耗盡。此製造製程在射出模製成形機上運行，該等射出模製成形機已經修改以允許將SCF計量、輸送且混合至聚合物中以產生單相溶液。動態模具溫度控制(Dynamic mold temperature control; DMTC)經利用來確保膨脹聚合物熔體內之一致氣孔結構。DMTC可最佳地描述為位於模具之主體內的加熱元件及冷卻通道，該等加熱元件及冷卻通道藉由動態溫度控制系統進料，加熱介質或冷卻介質藉由該動態溫度控制系統循環。其功能為模具表面上之溫度調節。氣體反壓力(Gas counter pressure；GCP)亦在製程中利用來確保具有所得可撓性發泡體上之少量直至無表皮之最佳發泡體結構。GCP可最佳地描述為包括以氮氣注射以抵抗熔體內之氣體之膨脹的加壓模具空腔的製程。在反壓力經釋放時，將按照慣例突破表面的氣體氣泡經捕獲在內側，從而產生光滑表皮。GCP藉由表面品質、發泡體結構及表皮厚度控制發泡。
其中SCF完全溶解且均勻地分散在熔融聚合物中的單相溶液之產生在謹慎控制的製程條件下發生在射出桶之內側：SCF必須經精確地質量流量計量至聚合物中持續固定量的時間。且在配料週期之期間，必須在桶內建立正確的溫度、壓力及剪力條件。背壓、螺桿速度及桶溫度控制、以及氣體反壓力及SCF輸送系統全部在建立產生單相溶液的製程條件中起作用。
用來製造可回收且無化學品的可撓性發泡體的熱塑性聚合物可任擇地由許多聚醯胺或聚醯胺共聚物等等產生。合適的聚合物之非限制實例包括聚醯胺6、聚醯胺6/6-6、及聚醯胺12。替代地，熱塑性聚合物可包含許多聚醯胺嵌段共聚物，諸如聚醚-嵌段-醯胺(PEBA)、PAE、TPA、TPE-A、COPA等等。任何合適的聚合物類型可利用於本發明中，只要其滿足所需要的硬度、適度熔體流動、高伸長，及可再利用性。
另外，二或更多個熱塑性聚合物之摻和物提供在單個熱塑性聚合物中未發現的性質及價格之組合。存在用以成功地將聚合物摻和在一起的許多方式。一個方法可使用雙螺桿擠製以使二或更多個聚合物樹脂熔融在一起且然後將熔融聚合物樹脂摻合物擠製成股，該股經冷卻且進料至造粒機中用於生產稱為母料的一系列造粒件。聚合物樹脂摻和之另一方法將使用增容劑來在聚合物摻合物中將不同化學成分接合在一起。此可使用雙螺桿擠製等等來在以上描述的非限制熱塑性聚合物類型中將增容劑及二或更多個聚合物熔融在一起。
在一個實施例中，方法包括藉由將發泡體解聚合成一或多個單體來回收前述可撓性發泡體之步驟。解聚合製程包括以下步驟：將可回收發泡體之熱塑性聚合物與廢棄物機械地分離，將解聚合催化劑引入至分離的熱塑性聚合物，加熱熱塑性聚合物及催化劑以產生餾出物，將水及所得單體與其他副產品分離，氧化含水單體，濃縮氧化含水單體，純化濃縮單體，及再聚合單體以產生用於使用在製作可回收可撓性發泡體之方法中的熱塑性聚合物。所得單體可包括己內醯胺或可再聚合成熱塑性聚合物的其他單體。
取決於應用，添加劑亦可經利用於聚合物配方中。例如，填料諸如沉澱碳酸鈣、鮞狀霰石、澱粉、生物質等等可經利用來降低零件成本，同時維持完成可撓性發泡體之可回收完整性。
再者，用於使用在聚合物配方中之額外添加劑可包含以下中一或多個。可包括成核劑，諸如微葉片狀滑石或高深寬比鮞狀霰石。此類成核劑可藉由防止氣孔聚結、降低塊體密度，且改良回彈性以及其他有益地增強之屬性大大地改良所得可撓性發泡體之關鍵性質。用於使用在生產可回收且無化學品的射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之成核劑之若干非限制實例為由Imerys Talc America Inc., Houston, Texas作為Mistrocell®行銷的微葉片狀滑石及由Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabama作為OceanCal®行銷的高深寬比鮞狀霰石。
亦可包括著色劑、染料及顏料。例如，各種著色劑諸如染料或顏料可使用在本發明之聚合物配方中。若干非限制實例為已經定製來用於特定類型的熱塑性聚合物使用的顏料，諸如由Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany提供的寬範圍或由Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana提供的彼等。
一或多個實施例之細節在以下伴隨描述中闡述。其他特徵及優點將自描述且自申請專利範圍顯而易見。
此文件描述生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體、可回收微氣孔可撓性發泡體及製造該生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體、該可回收微氣孔可撓性發泡體之方法。發泡體較佳地為封閉氣孔發泡體，但亦可能形成為開放氣孔發泡體。在各種實行方案中，生物可降解且工業上可合成且可回收可撓性發泡體可經使得具有習知石化乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體等之相同性質及特性，且仍含有高百分的生物量碳含量。
[生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體及用於製造所述生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之方法]
本揭示案係關於用於生產生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體之製程及製造所述生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體之方法。如以上所論述，發泡描述涉及液體或固體中之氣包之捕獲的製程。通常，工業使用發泡來生產輕質聚合物材料。此為用於許多類型的產品之有利解決方案，因為發泡材料給予大量附加價值，諸如軟式緩衝、舒適度，及衝擊保護等。
在各種實例中，發泡材料呈微氣孔發泡體形式為有用的。微氣孔發泡體係特定地製造以含有許多(例如，數十億)微小氣泡的製成塑膠之形式，該等微小氣泡在大小方面小於約50微米。此類型的發泡體係藉由使氣體在高壓下溶解至各種類型的聚合物中以產生氣體氣泡之均勻佈置形成，該溶解通常被稱為成核。用於控制及調整微氣孔發泡體之密度的主要驅動器為用來產生該等微氣孔發泡體的氣體。取決於使用的氣體，發泡體之密度可在預處理生物塑膠之約5%至約99%之間的任何地方。
因此，在各種實例中，發泡體係封閉氣孔發泡體為有用的。封閉氣孔發泡體通常已知為總體上由其壁包圍且因此不與其他氣孔互連的氣孔。此類型的材料係有用的，因為其有效地減少來自流過氣孔的液體及氣體流。諸如根據本文揭示之方法生產的封閉氣孔發泡體為對於其中液體阻力係關鍵的工業有用的，諸如緩衝器、鞋類、船舶、HVAC、及汽車使用。
然而，在各種實例中，發泡體是開放氣孔發泡體可為有用的。當其氣孔之超過一半為開放的且與其他氣孔互連時，開放氣孔發泡體通常分類為「開放氣孔」。可在本文揭示之方法中生產且利用的此類型的發泡體可為有用的，因為該類型的發泡體操作起來比封閉胞發泡體更像彈簧，從而在壓縮之後容易地返回至其原始狀態。「彈性」藉由無約束空氣移動及化學補給引起。
在特定實例中，根據所描述方法，產生的發泡體及由發泡體生產的產品以與可撓性乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體類似的方式起作用。特定而言，可撓性EVA發泡體是如今使用在製造工業中的普存材料。使得EVA發泡體如此盛行的事物是其相對低的成本及處理之容易性，同時維持用於給定產品之通常可接受的技術效能性質。因此，以本文揭示之方式生產的發泡體可以相對低的成本加以生產，具有製造之容易性，同時不僅維持可接受，而且通常維持優越的技術效能產品，而同時為環境友好的。
更特定而言，如以上所指示，EVA發泡體使用之缺點有許多。材料源自於不可再生原料且與化學發泡劑化學交聯，該等化學發泡劑為不容易生物可降解的、可合成的，或可回收的。然而，不同於可撓性EVA發泡體，本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體不含有化學品或交聯劑，且當將適當生物衍生聚合物使用在其製造中時，該等生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體為容易地生物可降解的且工業上可合成的。
例如，在各種實行方案中，本文呈現的係可使得具有習知石化乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體等之類似性質及特性，但含有高百分比的生物量碳含量的生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體。特定而言，在各種實施例中，將生物可降解、淨中性，且工業上可合成之發泡體前驅物使用在諸如以環境友好方式製作生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體中。為達成此等目標，任何數目的合適生物衍生熱塑性原料可經選擇來供使用，且可來源自通常不與動物飼料或人類糧食競爭的迅速可再生原料。有利地，如所指示，精心選擇的生物衍生熱塑性泡沫塑料前驅物具有與按照慣例使用的EVA之技術效能性質近似等效或等效的技術效能性質。
具有與習知不可再生EVA之技術效能性質近似等效或等效技術效能性質的用於使用在製作本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體中的此合適熱塑性原料之非限制實例為生物衍生PBAT共聚酯，如本文以下所描述。因此，在各種實例中，本裝置、系統、及其使用方法可經利用，以便生產可由生物可降解且工業上可合成之生物衍生熱塑性樹脂的生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體。
更特定而言，根據所揭示方法為有用的發泡體前驅物可為任何合適的類型的熱塑性樹脂，諸如由快速可再生原料生產的生物衍生熱塑性樹脂或生物衍生熱塑性化合物。此類熱塑性樹脂為當加執時熔化且變成液體，且當冷卻時硬化且變成固體的原始、未成形聚合物。
熱塑性塑膠之產生不是簡單的任務。需要複雜的化學及機械製程以便製作最終產品。以其最簡單形式，熱塑性塑膠由聚合物組成且彼等聚合物由化合物組成。為了生產製作聚合物且然後製作熱塑性塑膠所需要的化合物，不同類型的分子必須分解且分離。通常，藉由將發泡體前驅物以粒狀形式進料至合適的射出模製成形機中來使用該等發泡體前驅物。顆粒藉由射出模製成形機處理，其中該等顆粒經液化且射注至預成形模具空腔中。在射注完成後，模製成形零件經冷卻且以固態自模具噴出，以下在本文中更詳細地論述如本實施例中實行的此製程。
生物衍生熱塑性塑膠可藉由類描述。生物基熱塑性塑膠前驅物及生物質之盛行類。存在兩個類型的生物聚酯：聚乳酸(PLA)及聚羥基脂肪酸酯(PHA)。PLA為藉由細菌發酵製作的一個類型的熱塑性塑膠。PLA實際上係許多乳酸分子之長鏈。僅舉幾個例子，存在用於生產PLA之許多不同生物衍生原料，諸如甘蔗、玉米、甜菜、及木質廢材。PHA通常藉由天然發生的細菌及食物廢棄物生產。存在稱為聚羥基丁酸酯(polyhydroxybutyrate；PHB)的PHA之子類，其為亦可廣泛利用的一類PHA。
在一些實例中，澱粉或纖維素填料等可任擇地包括在生物聚酯摻合物之形成中，因為其包括使得摻和物更經濟，且在一些實例中，其使用增強分解速率。額外類型的生物衍生熱塑性塑膠已知為乙酸纖維素(CA)。CA係衍生自可見於工廠之每個部分中的纖維素的合成產品。僅舉幾個例子，用於製作CA之目前使用原料係棉花、木材、及作物廢棄物。更進一步，澱粉係又一類型的熱塑性塑膠材料。通常，澱粉以熱、水及增塑劑處置以生產熱塑性塑膠。為給予強度，澱粉通常與由其他材料製成的填料組合。用於生產澱粉之目前可利用原料為玉蜀黍、小麥、馬鈴薯、及木薯。亦已知可為生物可降解的若干石油衍生熱塑性塑膠。常見類型為聚丁烯琥珀酸酯(polybutylene succinate；PBS)、聚己內酯(polycaprolactone；PCL)、及聚己二酸對苯二甲酸丁二酯(polybutyrate adipate terephthalate；PBAT)、及聚乙烯醇(PVOH/PVA)。前面提到的石油衍生熱塑性塑膠可以生物衍生多樣性加以生產。用於生產PBS、PCL、PBAT、及PVOH/PVA之新生物衍生原料正經生產，且由於技術進步及突破正變得越來越可商購獲得。此等前驅物中之一或多個可根據本文揭示之方法加以產生且利用。
一旦前驅物已經產生，該等前驅物可經發泡且用來製作一或多個終端產品，諸如藉由射出模製成形製程，如本文所揭示。例如，在各種實例中，生物衍生熱塑性塑膠前驅物可諸如藉由射出模製成形發泡且利用於終端產品生產製程中。在亦稱為直接射出膨脹發泡體模製成形的習知發泡體射出模製成形中，首先熔化熱塑性聚合物。當熱塑性聚合物均勻地熔化時，化學發泡劑分散至聚合物熔體中以使射出化合物為可發泡的。
均質聚合物化合物然後經注射至模具中以製作發泡體產品。通常，射出聚合物化合物未經分類為發泡體，直至加熱模具空腔中之吸熱反應使化學發泡劑活化，從而產生膨脹發泡體零件。因此，模具空腔大小必須小於最終零件大小。實際零件膨脹是在熱塑性聚合物配方內產生，使得當零件自模具噴出時，該零件生長至所需要的零件大小。
一旦實現所需要的零件大小，在其冷卻下來時，其亦收縮或縮減，此通常需要二次模製成形操作以獲得精確的冷卻零件大小。因此，管理習知射出模製成形發泡體之膨脹-收縮之製程可被視為冗長、耗費時間且複雜的。此射出模製成形技術可經利用來生產前驅物及發泡體，以及藉此生產的產品，如本文所論述。然而，在特定實例中，習知射出模製成形機可經修改，如本文所揭示，以便更好地實現生物可降解、淨中性發泡體前驅物之使用，該等生物可降解、淨中性發泡體前驅物可經利用於修改後製程中，以便產生環境友好的發泡體，該等環境友好的發泡體可經利用於生產發泡體產品中，該等發泡體產品諸如家具緩衝器、鞋組件、運動設備等等。
因此，儘管習知製程可為在生產發泡產品中有用的，但在某些實例中，該習知製程可遭受一些缺點，尤其關於可合成微氣孔可撓性發泡體之生產。例如，在各種實例中，典型的射出模製成形製程當使用可合成生物衍生熱塑性樹脂來生產可合成可撓性發泡體時可以各種不同方式存在不足。例如，以上提到的習知無修改發泡體注射模製成形製程可為對於生產生物可降解且可合成可撓性發泡體不足的且及不合適的。用於此之主要原因起源於其中聚合物化合物在其製造期間交聯的習知無修改發泡體注射模製成形之真實本性。
如以上所指示，交聯可經描述為隨機發生的將若干聚合物鏈之部分保持在一起的共價鍵之形成。結果為發泡體基質內的互連鏈之隨機三維網路。此交聯發泡體不能容易地不交聯，且因而，各種前驅物成分不能容易地被分離回至其單獨類型且經生物降解或堆肥。因此，目前揭示的優點並非在不改變發泡設備及其在製造中之使用方法的情況下可容易達成的。因此，本文呈現製造機器及使用該製造機器來以適合於將無交聯前驅物利用於射出模製成形製程中的方式產生發泡體的製程。
因此，在一個態樣中，本文所呈現的是新射出模製成形機。模製成形機可經配置以便利用各種可撓性發泡體組成，包括生物衍生熱塑性塑膠前驅物，該等可撓性發泡體組成可藉由將前驅物施加至新射出模製成形機中來以生產可合成微氣孔可撓性發泡體結構的方式發泡，該新射出模製成形機然後可用來生產一或多個可撓性發泡體產品。因此，在一個態樣中，本文所提供的是新射出模製成形機。
設定本揭示案之製造機器分離的因素中之一些為特殊化輔助設備之使用，該特殊化輔助設備與可附著的微氣孔氣體配料系統耦接並藉此修改且改良標準射出模製成形機。實質上，如本文所呈現，標準射出模製成形機已經全面改革且重組以用於根據本揭示案使用之合適方式起作用。用於修改之一般方法始於變換射出模製成形機上之射出模製成形螺桿以能夠處置超臨界惰性氣體，諸如氮、CO
2、及/或無抗及/或惰性氣體。
氣體配料系統然後可經裝配至射出模製成形機，用於諸如在射出至溫度控制的模具空腔中之前將適當氣體以適當量配料至螺釘內之聚合物熔體中。另外，可利用特殊化模具空腔，其中模具之熱溫度循環可更好地控制所得發泡體外皮織理及表皮厚度，並且減少用於零件生產之循環時間。此外，輔助氣體反壓力系統可經裝配至射出模製機以用於將惰性氣體推回至模具中以抵抗正射注至模具中的液體聚合物熔體。
此反壓力為對於確保熔化射出射注實質上(若未完全)填充模具空腔且防止零件翹曲及收縮，以及控制氣孔分佈及氣孔密度有用的。此外，適當的反壓力具有對零件之表皮織理及表皮厚度之有益影響。因此，當零件自模具空腔噴出時，不存在可辨別的皺縮且不存在立即使用模製成形的發泡體零件所需要的二次步驟。有益地，零件未交聯，且因此，該零件可生物降解或堆肥，只要將合適的生物衍生聚合物化合物使用在發泡體產生中。
鑒於以上內容，在一個態樣中，本揭示案針對產生生物可降解且可合成(例如，工業上)的微氣孔可撓性發泡體結構。特定而言，在一個實施例中，製程始於合適的生物聚合物或生物聚合物摻和物。例如，在各種實例中，生物聚合物可為諸如由自然資源生產的一或多個聚合物，由生物材料化學合成或藉由活機體完全生物合成。
主要存在兩種類型的生物聚合物，一種生物聚合物是自活生物體獲得且另一種生物聚合物是由可再生資源生產但需要聚合作用。藉由活生物體產生的彼等生物聚合物包括蛋白質及碳水化合物。不同於合成聚合物，生物聚合物具有明顯標誌的結構。此類型的聚合物是基於其化學結構加以區分。使本揭示案之生物聚合物尤其有用的事物在於該生物聚合物就技術效能性質而言緊密地模擬不可再生EVA。
同樣地，在特定實例中，生物聚合物摻和物可經利用於生產發泡體結構中，諸如其中生物聚合物摻和物可為二或更多個生物聚合物之定製化合物。若干無限類型的生物聚合物為糖基生物聚合物、澱粉基生物聚合物、基於合成材料的生物聚合物、及纖維素基生物聚合物。生物聚合物摻和物組合之典型比率將取決於正製造的產品之類型及所得零件之所需要的技術性質。
更特定而言，在一特定實施例中，可用作發泡體前驅物的生物聚合物摻和物包括複數個樹脂，諸如可諸如在固化之後添加至聚合物之熔體的一或多個固體或黏性材料。因此，在聚合作用或固化之後，樹脂形成聚合物。例如，合適的樹脂可為以下中一或多個：脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯起源。一般而言，脂肪族或脂族化合物係指或指示其中碳原子形成開放鏈而非芳環的有機化合物。同樣地，合適的脂肪族-芳香族化合物通常為碳原子(脂肪族部分)及原子之穩定環或多個環(芳香族部分)之開放鏈之隨機組合。
通常，鏈中之芳香族酸之量低於49%，但最近的技術進步已表明用於增加此且進一步幫助生物降解的大承諾。脂肪族-芳香族之實例為可由任何數目的不可再生及可再生原料生產的脂肪族-芳香族共聚酯(aliphatic-aromatic copolyester；AAPE)，但可再生來源的AAPE尤其是有用的。因此，在各種實施例中，此等脂肪族及/或脂肪族中一或多個可具有共聚酯起源。當聚酯經修改時，產生此類共聚酯。例如，當將多於一個二酸或二醇使用在聚合作用過程中時，共聚酯經生產。在脂肪族-芳香族共聚酯之狀況下，使得前驅物變化之組合實質上雜交或「橋接」脂肪族-芳香族鏈且在聚合作用過程中組合多於一個額外前驅物。
合適的生物聚合物摻和物之非限制實例為聚乳酸(PLA)及聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯)(poly(butylene adipate-co-terephthalate)；PBAT)。聚乳酸(PLA)為衍生自可再生生物質的生物可降解熱塑性脂肪族聚酯。使用在PLA之產生中的典型原料包括發酵工廠澱粉諸如玉米、木薯、甘蔗、甜菜渣，及在較小程度上木質素廢材。同樣地，聚己二酸對苯二甲酸丁二酯(PBAT)為生物可降解隨機共聚物，特定而言，通常衍生自己二酸、1,4-丁二醇及對苯二甲酸的共聚酯。使用可再生來源的PBAT而非來源於不可再生石油來源之PBAT為有利的。在各種實例中，此等組分中一或多個可經摻和。
二或更多個熱塑性生物聚合物之摻和物提供在單個聚合物或共聚物中未發現的性質及價格之組合。存在用以成功地將生物聚合物摻和在一起的許多方式。常見方法將使用雙螺桿擠製來將二或更多個生物聚合物樹脂熔化在一起且然後將熔化生物聚合物樹脂摻合物擠製成股，該股經冷卻且進料至造粒機中以用於生產稱為母料的一系列造粒件。生物聚合物樹脂摻和之另一方法將使用增容劑(compatibilizing agent)在生物聚合物摻和物中將不同化學面分接合在一起。通常，此亦使用雙螺桿擠製或類似者來在以上所描述之製程中將增容劑及二或更多個生物聚合物熔融在一起。
因此，本文中已決定前面提到的摻和熱塑性生物聚合物樹脂表明在形成本揭示案之最佳微氣孔可撓性發泡體結構中的有利技術性質。增強的技術性質中之一些包括：可接受的老化性質、優良伸長、及異常壓縮變形，以及其他效益。例如，如本文所揭示，使用生物聚合物摻和物之優點為由給定生物聚合物摻和物之形成及使用產生的增強技術效能性質。特定而言，當生物聚合物及/或生物聚合物-增容劑摻和物之正確組合經實現時，增強性質諸如改良的伸長、拉伸強度、衝擊強度及熔流等可全部經實現。
因此，可根據本文揭示之方法及機器利用此等樹脂，以便生產發泡劑。因此，在一個態樣中，本揭示案針對發泡製程。如以上所描述，本文揭示之機器及製程可經配置來用於執行發泡操作，藉此將氣包捕獲在液體或固體中，該發泡可用來生產輕質聚合物材料。此為用於許多類型的產品之有利解決方案，因為發泡材料給予大量的附加價值諸如軟式緩衝、舒適度、技術運動裝置，包括鞋組件、及衝擊保護等。然而，在各種實例中，前面提到的最佳脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯生物聚合物或生物聚合物摻和物單獨為對於生產可撓性發泡體有用的，在各種實例中，其在可撓性發泡體之生產中之使用可藉由將合適的發泡劑包括在發泡製程內增強。
例如，現今使用的廣泛已知的發泡劑為稱為偶氮二甲醯胺(ADA)的化學品。偶氮二甲醯胺通常經預先浸漬至用於使用在習知射出模製成形發泡體製程中的石化熱塑性母料樹脂中。特定而言，化學發泡劑諸如ADA之預先浸漬通常在發泡之前包括在生物塑膠摻和物中。用於此之原因在於需要諸如ADA之化學發泡劑之預先浸漬，因為習知射出模製發泡不允許發泡體模製成形可變性之定製。亦即，化學發泡劑諸如ADA在其在製造點期間修改或影響發泡製程之實體態樣之能力方面受限制。
相反地，本揭示案之特殊化發泡製程受益於鈍氣或惰性氣體諸如氮提供的物理發泡。在此製程中，氣體(例如，氮)配料可在生物聚合物熔體內在濃度方面加以調整，且此具有對發泡結果之直接影響，此可視為定製所得發泡體之特定態樣的主要優點。儘管存在已知為生物可降解且工業上可合成的若干石化衍生熱塑性塑膠，諸如PBAT共聚酯，但使用可再生來源的原料諸如純PBAT共聚酯之線路為有利的。
例如，在生產發泡劑中，首先生產諸如生物塑膠摻和物的定製母料可為有用的，該生物塑膠摻和物適合於生產用於給定產品類型之給定類型的生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體。例如，不同類型的定製母料化合物可經生產來用於不同類型的產品應用。此可藉由指示何物為製作例如一雙鞋中之特定類型的發泡體可不同於需要何物來用於製作諸如用於使用在製作一件家具中的特定類型的發泡體加以解釋。此外，定製母料可各自含有用於給定產品使用之不同著色劑。另外在此，不同的產品類型需要不同的定製態樣，且唯一地生產單獨母料之能力為對於此等特定使用高度有利的。
不幸地，ADA不是環境友好的，且其為人類健康之可疑致癌物。因此，其在本方法及藉此生產的產品中之使用在其優點方面為有限的。此外，習知石化熱塑性母料樹脂不是生物可降解的，亦不是工業上可合成的，且因而，其優點亦受限制。鑒於ADA及習知石化品對於生產母料之使用中的此等不足，本文所呈現的是可用來生產用於產生生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體之母料的生物可降解、工業上可合成、熱塑性生物聚合物樹脂。
在各種實例中，如以上所論述，為達成用於使用在例如以環境排放中立方式製造模製成形的終端產品中的更佳生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體，超臨界流體可藉由系統注射至模製成形製程中。特定而言，超臨界流體為處於其臨界溫度(Tc)及臨界壓力(Pc)以上的狀態中的物質(液體或氣體)。在此臨界點處，氣體及液體共存，且超臨界流體表明例如在標準條件下不同於液體或氣體之彼等性質的獨特性質。使用諸如處於超臨界流體狀態中的惰性超臨界流體諸如氮、CO
2、He、Ne、Ar、Xe及其他此類惰性氣體為有利的，可根據本文揭示之方法利用該等氣體作為發泡製程中之發泡劑。
前面提到的超臨界流體藉由溶解在射出模製成形機桶內的聚合物基質中工作。在特殊化射出模製成形製程在受控制的壓力及溫度下將液體生物塑膠化合物注射至射出模具空腔中時，氣體推動聚合物熔體以完全展開至模具空腔之最大限制。在此製程中，氣體為對於在發泡製程內最大化聚合物基質之胞狀結構有用的。特殊化發泡製程之此最大化確保最小化最終發泡零件內的不合需要的縮痕或翹曲。此非常不同於習知化學發泡劑生產的可撓性發泡體，因為習知發泡劑不受相同類型的超臨界狀態或壓力，且因此按照慣例生產的發泡體在最終發泡零件中缺乏一致性，且其可含有不合需要的縮痕及翹曲。
更特定而言，在各種實例中，可在超臨界流體狀態中配製惰性氣體諸如氮或二氧化碳，該惰性氣體然後可用作物理發泡劑，諸如在本文所論述之新穎射出模製成形機及製程中。在此實例中，所揭示的修改後物理發泡製程可與以下各者一起使用：合適的熱塑性生物聚合物或可為摻和生物聚合物母料，使得生物聚合物或生物聚合物摻和物及發泡劑協調地工作，以用於生產最佳生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體。
本揭示案之合適的生物聚合物、生物塑膠、及生物塑膠摻和物可源自於可再生資源，該等可再生資源諸如不與動物飼料及人類糧食競爭的彼等資源、及源自於可再生資源之廢棄物流的彼等資源。在生產生物聚合物或生物聚合物摻和物中找到使用的合適的生物聚合物之非限制實例由以下各者組成：聚乳酸(PLA)、聚L乳酸(poly(L-lactic acid)；PLLA)、聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯)(PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚丁烯琥珀酸酯(PBS)、聚己內酯(PCL)、聚丁烯琥珀酸酯已二酸( polybutylene succinate adipate；PBSA)、聚丁烯已二酸(polybutylene adipate；PBA)、及熱塑性澱粉(thermoplastic starch；TPS)。本揭示案之合適的生物聚合物摻和物為以上所列生物聚合物及生物塑膠類型之任何組合，以及由含生物質聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯)(PBAT)組成的任何混合生物聚合物摻和物。此狀況之非限制實例將為含木質素PBAT摻和物，其中木質素來源於廢木材且PBAT來源於可再生資源。
因此，在各種實施例中，本文揭示之射出模製成形裝置及其使用方法為對於生產具有均勻氣孔成核的發泡體有用的。如所論述，本文揭示之設備及其使用方法可用來生產均質氣孔成核以便生產發泡體，藉此發泡體核經隨機地且自發地產生，且因而不可逆地生長於具有極少直至無雜質的單相溶液系統中。例如，如以下本文中所闡述，在一個態樣中，提供製造可撓性及/或剛性發泡體之製程。方法可經實行，以便衍生開放氣孔或封閉氣孔發泡體，諸如其中發泡體具有固有可合成、抗微生物及/或耐燃性質。
在某些實例中，方法可包括形成母料之步驟中之一或多個，諸如包括摻和一或多個樹脂，例如，共聚物載體樹脂，及各種發泡成分。在後續步驟中，方法可包括添加抗微生物化合物，使得發泡體材料可使用在抗微生物、抗菌及/或抗病毒的鞋類組件、家具組件、瑜珈墊、服裝、運動商品組件、醫療裝置，及/或耐燃製品，及其他合適的使用之生產中。特定而言，根據本文揭示之方法，所生產產品可經使用在一大系列應用中，且通常其生產方法可分解成三個相異階段。第一，製作塊體聚合物產品。接下來，使聚合物暴露於各種處理步驟。最後，將聚合物變換成其最終產品，諸如服裝、抗微生物地毯、家具、汽車組件、瑜珈墊、鞋組件，包括鞋底、中底、鞋內底等等。
具體而言，此單相溶液可經利用，以便生產成核位點，其中氣孔生長且藉由氣體擴散至氣泡中膨脹。本文揭示之機器及製程為對於引發發泡製程尤其有用的，該發泡製程以使得小氣泡均勻地分散在發泡體基質內的方式導致均質氣孔成核之產生。特定而言，不同於習知發泡，本揭示案之超臨界流體形成的可撓性發泡體受益於可直接歸因於小氣泡大小的大大地改良之機械性質。更特定而言，本文揭示之裝置及方法經組配來生產大約100微米或更大至約1微米或更少，諸如約50微米至約10微米，或更少，諸如自約20微米至約40微米，包括約30微米的氣泡直徑，且該等氣泡直徑係藉由使用熱力學不穩定性，且全部在發泡體之產生中不使用習知化學發泡劑的情況下生產。
例如，在特定實施例中，系統可經組配來用於將本文揭示之本新穎射出模製成形機使用於生產生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體，該生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體具有當生物聚合物或生物聚合物摻和物及超臨界流體(SCF)之單相溶液穿過射出閘傳送至射出模製成形機之模具空腔中時可發生的均質氣孔成核。特定而言，如本文以下更詳細地解釋，本射出模製成形機經組配來用於生產熔融材料，諸如藉由將模具前驅物注射至用於生產製成零件或組件零件的模具中。射出模製成形機可包括材料漏斗、射出撞鎚或螺桿式柱塞，及加熱單元。此類射出模製成形機就噸位而言經定額，此表達機器可施加的夾緊力之量。
因此，製程可始於藉由強制撞鎚將粒狀生物塑膠化合物自漏斗進料至加熱桶中。在顆粒藉由特殊化往復螺桿式柱塞緩慢向前移動時，藉由單獨超臨界計量輔助機器經由噴射器引入超臨界流體，該單獨超臨界計量輔助機器可直接連接至進料至螺桿中的射出模製成形設備。因此，超臨界流體在螺桿旋轉期間在生物聚合物熔體內飽和且此產生單相溶液。
熔融混合物然後以高背壓推動至加熱腔室中，其中該熔融混合物在藉由電腦介面控制的溫度處熔化。在柱塞前進時，推動熔融生物塑膠化合物穿過噴嘴，該噴嘴抵靠模具，從而允許該熔化生物塑膠化合物穿過閘進入模具空腔。因此，本發泡製程可經組配來用於使聚合物材料經受熱及壓力藉以在有發泡劑的情況下施加至聚合物材料的機械或物理製程。發泡劑可具有化學起源，如習知封閉氣孔EVA發泡之狀況，或該發泡劑可具有惰性起源，如本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體之狀況。因此，鑒於前述內容，在溶液進入模具時，壓力下降，此舉使SCF從產生氣孔核的溶液出來。
具體而言，超臨界流體在螺桿旋轉期間在生物聚合物熔體內飽和，且此在一定溫度及壓力下產生單相溶液。熔融混合物以高背壓推動至加熱模具腔室中，且單相溶液之壓力自微氣孔製程壓力下降至大氣壓力，因此快速壓力減負載發生。成核現象由於自混合物分離出來的氣體而發生。此時，核生長至穩定氣泡中。氣泡大小藉由全部可藉由本系統及方法控制的飽和、微氣孔製程壓力，及混合物溫度決定。因此，當數百萬的核經產生且核為穩定的時，氣泡生長開始。
氣泡形態學藉由SCF濃度以及射出模製成形製程參數決定。因此，此等參數可經選擇來用於由系統控制，以便生產有用及/或決定的氣泡形態學。在零件之模製成形結束時，模具經冷卻且熔體溫度降低，此迫使熔體凍結且固化。另外，此等參數可藉由系統緊密地控制，諸如取決於將要生產的終端產品。特定而言，此時，氣泡停止生長且所得零件之形狀經固定。氣孔然後生長直至材料填充模具，且SCF之膨脹能力耗盡。
因此，在此製程中，熔融生物聚合物及SCF摻和物經可控制地射注至加熱模具空腔中，且經歷突然壓降。數百萬的微小氣泡由核生長生產，且此等氣泡物理地迫使熔融混合物膨脹至模具空腔之最大約束。在熔融混合物膨脹至最大物理可能時，材料在模具內快速冷卻且氣泡停止形成，熔融混合物停止膨脹，且最終固化零件經形成。所有此舉在射出模製成形系統內發生在幾秒內。
如所指示，此製造製程在以上描述的射出模製成形機上運行，該等射出模製成形機已經修改以精細地控制：計量、輸送、混合、溫度、壓力、射出、速度等等。例如，輔助計量單元可用來控制用於將精確的SCF氣體配料輸送至聚合物熔體中的計量。特定而言，合適的氣體配料輔助機器可經組配來將惰性氣體轉換成超臨界流體狀態，且計量輸送至射出模製成形機中的SCF輸送之配料，諸如藉由電腦控制機構。
例如，操作者或適當組配的微控制器可將氣體配料輔助機器程式設計至預先決定的SCF氣體配料量。實質上，氣體配料輔助機器為SCF輸送系統，該SCF輸送系統可電子地及/或實體地耦接至射出模製成形機。特定而言，用於使用在本揭示案中之合適的SCF氣體配料輔助機器可經組配來生產氣體配料系統之線路，該等氣體配料系統經設計以將工業級氮或其他惰性氣體轉換成超臨界流體。氣體配料設備可經組配來以高達且甚至超過275巴之壓力將SCF準確地配料且注射至射出模製成形機中。
為操作氣體配料設備，操作者可利用相關聯的計算裝置，諸如桌上型或膝上型計算裝置，該相關聯的計算裝置經組配來用於生產用於控制系統設備及各別控制參數諸如配料設備之圖形化使用者介面(graphical user interface；GUI)。例如，操作者可將選定的參數，例如，所要的SCF氣體配料射注參數，輸入至GUI中。系統之處理元件然後即時地計算所有子參數且最佳化輸送至射出模製成形機中的SCF輸送。因此，系統之控制單元確保氣體配料系統及射出模製成形機一起協作地工作，諸如藉由電腦控制之網路。因此，此氣體配料系統係本揭示案之獨特屬性，因為超臨界惰性氣體可代替使用在習知可撓性發泡體中的化學反應性發泡劑而不費力地用作用於生產本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體之物理發泡劑。對將SCF混合至生物聚合物中之此控制為對於產生單相溶液有用的。
此外，在本揭示案之射出模製成形製程期間，SCF經注射至聚合物熔體中。聚合物-SCF混合溶液之單相係在射出模製成形機螺桿及桶內之明確溫度及壓力下獲得。溫度及壓力可為可變可控制的，且直接涉及正生產的可撓性發泡體之類型及終端產品將使被使用的應用之類型。在此級段中，SCF之濃度藉由飽和、微氣孔製程壓力，及混合溫度決定。實例可經提供來用於製作用於使用在製作發泡家具、汽車、運動、及/或鞋零件，特定而言鞋中底中的本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體。用於使用在此非限制實例中的合適的生物聚合物摻和物之非限制實例為形成至生物聚合物化合物中的可快速再生的PBAT生物聚酯。
因此，顆粒狀生物聚合物化合物首先經由漏斗進料至射出模製成形機中。接下來，當特定SCF氣體配料經引入且均質地混合至現在熔融的生物聚合物化合物中，從而使該熔融生物聚合物化合物完全飽和時，生物聚合物緩慢地穿過射出模製成形機螺桿及桶移動。熔融生物聚合物化合物及SCF現在為單相溶液。初始SCF氣體濃度之非限制實例可為Co = 0.25%，具有介於176℃與250℃之間的熔融溫度範圍，且更佳地在180℃之範圍內。
另外，在各種實施例中，可與壓力一起精細地控制模具內的溫度，諸如在動態模具溫度控制(DMTC)協定中。例如，DMTC製程可經利用來確保膨脹生物聚合物熔體內的一致氣孔結構。具體而言，DMTC可經組配以便包括射出填充級段期間的模具溫度及/或壓力之快速變化及控制。此藉此在有或無壓力的情況下就熱及冷熱循環兩者而言動態地控制模具溫度及/或壓力。
例如，系統之控制模組可經組配，以便在射出填充級段期間控制模具溫度，例如，在此類實例中，可利用動態模具溫度控制。更具體而言，與按照慣例已知的射出模製成形製程相比，本文所利用的動態模具溫度控制之重要特性在於模具溫度自身可經動態地控制。在單相溶液之熔體射出之前，模具可首先經加熱至預設上限。在熔體填充級段期間，模具空腔表面之溫度可保持高於上限以防止熔體過早地固化。當熔體填充製程已結束時，模具快速冷卻至下限(噴出溫度)，且然後模製成形的發泡體零件經噴出模具空腔。
如本文實行的動態模具溫度控制(DMTC)依賴基於快速電氣桿加熱及快速水冷卻的控制方法。具體而言，由本揭示案利用的DMTC由五個主要組件組成：空氣壓縮機、閥交換裝置、電腦控制的模具溫度控制單元、電氣加熱模具、及冷卻塔。冷卻塔可用來將充分的水冷卻供應至模具。空氣壓縮機用來生產壓縮空氣作為氣動閥之驅動氣體且用來在冷卻之後排除殘餘冷卻水以免進入模具。閥交換裝置用來切換閥以將不同介質自管線傳遞至模具，諸如熱及冷熱循環。
因此，在各種實例中，本文機器及製程可包括用於反應材料之傳送的管道及其他導管，該等導管與一或多個熱交換單元相關聯，以便在反應物經泵送至導管及管道中且/或穿過導管及管道時加熱且/或冷卻了反應物。在此實例中，交換器可經控制以將溫度調整至反應水平。在管道之一個末端上可包括分配頭，該分配頭可與一或多個閥相關聯。此外，分配頭可向上鉤掛至處理線路。電氣加熱模具用於模製成形發泡零件之最終形狀。模具溫度控制之功能將控制模具之加熱及冷卻；所有此舉藉由電腦控制與射出模製成形機協調。
同樣地，如所指示，壓力亦可諸如藉由氣體反壓力(GCP)協定精細地控制。例如，GCP協定可經利用於製造製程中，以便更好地確保終端產品之最佳發泡體結構，且以在所得可撓性發泡體上存在極小直至無表皮的方式進行此舉。例如，使用此GCP製程，可以SCF注射加壓模具空腔，該SCF單獨且一起可起作用以抵抗熔體內之氣體之膨脹。具體而言，在反壓力經釋放時，將按照慣例突破表面的氣體氣泡經捕獲在內側，從而產生光滑表皮。
在發泡零件經形成時，此氣體反壓製製程防止氣體氣泡接觸且穿透發泡材料之表面。此係藉由抵抗壓力達成，該抵抗壓力係藉由GCP系統在熔融單相溶液射出射注及保持時間的相同時間或圍繞該相同時間施加至模具空腔中。惰性氣體氣泡經受巨大的力，且因此熔融單相溶液在正形成時未被給予將所捕獲氣泡釋放至發泡結構外側的機會。結果為模製成形發泡體零件於零件外側上形成具有美觀外表光滑之表皮。
因此，如本文實行的，系統之控制器可實行氣體反壓力(GCP)程序，該氣體反壓力程序經組配來藉由在發泡體注射模製成形之熔體射出級段施加不同的氣體壓力來改良發泡製程之控制。例如，藉由控制系統之各種組件，控制系統可經組配來施加變化的螺桿含有的SCF單相溶液壓力及GCP壓力，諸如與適當射注大小、射注保持時間、熔體溫度、及模具溫度一致。
以此方式，產生可藉以生產高品質且商業上可接受的生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體零件的整個系統。特定而言，GCP壓力之微小變化影響發泡體之表面品質。例如，在不使用GCP的情況下，位於模具空腔內的聚合物熔體中之所形成氣泡可釋放且所得發泡零件之外表外觀可並非可接受的。另外，在不使用GCP的情況下，表皮厚度可為不合需要地厚的，因為在熔融單相溶液膨脹至模具中時，不存在反壓力來抵抗熔融單相溶液之快速冷卻。具體而言，單相溶液將在射出射注期間碰撞鋼模邊界，且立即固化，具有對於大多數商業應用為不可接受的不合需要的厚表皮。總之，製程參數具有對最終零件品質之可論證衝擊。因此，以此等方式，可以控制發泡的方式實行GCP製程，諸如藉由表面品質、發泡體結構、表皮厚度等等中之一或多個。
因此，在各種實施例中，系統可經組配以便以一方式生產SCF以便形成單相溶液。具體而言，在各種實施例中，產生單相溶液，其中SCF可經：完全溶解且均勻分散在熔融生物聚合物中，此在謹慎控制的製程條件下發生在射出桶內側。例如，如所論述，單相溶液之形成係對於生產本揭示案之一致可大量生產的模製成形發泡體零件關鍵的。
因此，射出模製成形系統製程應經組配為以非常一致的方式可控制且可重複的。為達成此舉，第一防線將確保生物聚合物化合物及SCF經同質地混合至單相溶液中，諸如其中單相溶液完全飽和且分散在射出模製成形機桶內的生物聚合物熔體內。一旦達成單相溶液，系統可以可靠地輸入所要的射注重量、射注保持時間、及GCP氣體配料，以用於以時間最佳化且可大量生產的方式定製不斷可再生的模製成形發泡體零件。
如此，SCF應經精確地質量流量計量至生物聚合物中持續固定量的時間。例如，系統控制模組可經組配，使得在配料週期期間，在桶內建立以下正確條件：溫度、壓力及剪力。同樣地，背壓、螺桿速度及桶溫度可藉由系統之一或多個控制元件精細地控制。另外，SCF輸送系統可經調變，以便建立產生最佳單相溶液的製程條件。
例如，如以上所論述，控制模組可經可通訊地耦接至系統相關聯的質量流量計量裝置，該系統相關聯的質量流量計量裝置經組配來量測穿過系統之一或多個容器(例如，管材)行進的流體之質量流率。質量流率為每單位時間行進經過固定點的流體之質量。在其涉及本揭示案時，質量流計量之原理經實行來確保發泡體模製成形製程中之一致可重複性。特定而言，如以上所描述，特別設計的噴射器耦接至射出模製成形桶，該射出模製成形桶能夠藉由系統之處理器之電腦控制的程式設計控制。因此，系統可經組配來實行輸送至生物聚合物熔體中的特定SCF氣體配料輸送，且電腦控制的程式可基於來自質量流率之即時資料之收集來最佳化輸送，諸如藉由來自一或多個系統感測器之回饋。質量流量計量之此使用確保用於本發明之單相溶液之最多最佳製程控制。
因此，在配料週期期間，遍及系統(諸如桶內)的溫度可經控制以便介於100℃與600℃之間，諸如介於200℃與500℃之間，例如，介於300℃與400℃之間，且更具體而言，介於320℃與380℃之範圍之間，包括桶內介於360℃與380℃之間。同樣地，SCF輸送壓力可經精細地控制，以便在介於1,000 PSI與8,000 PSI之間的範圍內，諸如在1,500 PSI與6,000 PSI之間，例如，在2,000 PSI與5,500 PSI之間，具體而言，在3,000 PSI與4,000 PSI之間，且更具體而言在2,600 PSI與2,800 PSI之範圍之間。
以此方式，控制模組可經組配，使得溫度及壓力一致地工作以產生最佳核及生物聚合物熔體內之所得氣泡及所得發泡基質。另外，關於剪力，當熔融生物聚合物之層相對於彼此流動時，在桶內建立剪力。因此，在射出期間，可使熔融生物聚合物化合物流過桶噴嘴之熔體輸送通道，諸如在如噴泉進入模具之前。
剪切為旋轉螺桿與固定桶之間的生物聚合物之伸展，從而使熱在材料內顯現。因此，應在射出模製成形製程中控制剪力。因此，系統之一或多個控制單元可經組配，諸如用於控制射出速度、填充時間、及其中的公差，以便在給定射出模製成形機大小的情況下，且在給定射出模製成形機螺桿及桶大小的情況下，達成用於生產給定生物聚合物化合物之正確條件。
背壓亦可經控制。例如，背壓為射出模製成形機內的當生物聚合物注射至模具中時由該生物聚合物施加的壓力。特定而言，背壓為在射出螺桿收回以裝載射注至模具中的下一生物聚合物時施加至射出螺桿的阻力。如以上所指示，系統之各種參數可經組配以便控制且/或調變背壓。
此外，系統之控制器可經組配來控制且調變螺桿速度。螺桿速度可藉由電腦控制加以控制。如所指示，在射出模製成形操作之初始階段期間，螺桿在桶內旋轉以與SCF氣體一致地使熔融生物聚合物化合物混合物均質。本揭示案之螺桿速度之非限制實例可為自1 rpm或5 rpm或10 rpm至75 rpm或100 rpm或200 rpm，例如，自20 rpm、25 rpm，或30 rpm至40 rpm、50 rpm或60 rpm。
系統可包括加熱及/或冷卻控制單元，該加熱及/或冷卻控制單元可與桶相關聯，以便控制其中的溫度。因此，控制模組可經組配來控制桶溫度。因此，桶溫度可經控制以便根據發泡製程之需要使其中的溫度更熱或更冷。
因此，鑒於以上內容，SCF輸送系統可包括控制單元，該控制單元經組配來控制SCF輸送壓力及SCF劑量重量之組合，該SCF劑量重量通常以克為單位量測。SCF壓力及劑量可以一方式控制以便影響單相溶液。亦即，SCF劑量越小，生物聚合物熔體內的SCF飽和需求越小，而SCF劑量越大，熔體內的SCF飽和需求越大。同樣地，SCF輸送壓力越小，飽和之攝取越低，且因此可生長以在熔融生物聚合物熔體內形成氣泡的核之生長越低。同樣地，SCF輸送壓力越大，飽和之攝取越大，且因此可生長以在熔融熔體內形成氣泡的核之生長越大。
關於飽和，系統及設備經組配來用於在一溫度及一壓力下將氣體輸送至熔體腔室，使得超臨界流體在生物聚合物熔體內形成且飽和，諸如在螺桿旋轉期間。因此，在受控制的溫度及壓力下產生單相溶液。特定而言，聚合物-SCF混合溶液之單相在本文中可在射出模製成形機螺桿及桶內之明確溫度及壓力下獲得。更特定而言，系統控制器可以取決於正生產的可撓性發泡體之類型及正生產的終端產品用於何類型的方式可變地控制溫度及壓力。
在此級段中，SCF之濃度可諸如藉由回饋迴路決定且控制，藉此諸如藉由感測器決定飽和量，該感測器評估飽和製程進展且然後基於達成用於飽和水平之決定設定點來調變微氣孔製程壓力及混合溫度。在此實例中，超臨界流體(SCF)在螺桿旋轉期間在生物聚合物熔體內可控制地飽和，且此在明確的溫度及壓力下產生單相溶液。SCF為兩部分熔融生物聚合物化合物混合物之一個部分，且其在存在本射出模具中之明確的壓力及溫度的情況下用作物理發泡劑。
因此，鑒於以上內容，在一個態樣中，本文提供的是機器及將該機器使用於生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體之生產的方法。具體而言，在一個實例中，發泡體經生產及/或使用在發泡產品之生產中，諸如藉由微氣孔射出模製成形(microcellular injection molding；MuCell)製程，例如，MuCell製造。MuCell製造利用超臨界流體，如以上所描述，該超臨界流體經受極高壓力且溶解至製造工具之螺桿桶內之聚合物熔體中，諸如以下所描述，該製造工具經組配來用於最佳化SCF配料以用於產生熔融生物聚合物之目的，該熔融生物聚合物經加熱至液態。
因此，在射出模製成形機之中心部處為含於其中的射出模製成形機桶及螺桿，該射出模製成形機桶及螺桿兩者通常由工具鋼製成。桶為用於本單相溶液在經計量且然後按壓或「射注」至動態溫度控制的模組件中之前的主要輸送入口。因此，生物聚合物熔體藉由射出模製成形機漏斗輸送至桶中。且系統控制器將給定量的粒狀生物塑膠小丸進料至漏斗中，作為射出模具機器操作中之第一步驟中之一個。
特定而言，在射出期間，SCF蒸發且變成氣體氣泡，例如，呈完成模製成形零件之形式的發泡體。因為氣泡達到微米大小，所以製程生產微氣孔發泡。本文所描述之製程為相對於習知射出技術有利的，因為該製程導致生成產品，該生成產品證實以下各者中之一或多個：較少皺縮、輕重量產品，具有少數縮痕，且可藉由低成本前驅物產生。更具體而言，關於較少皺縮，皺縮可藉由理解體積皺縮係由熱收縮引起加以控制，該熱收縮影響所有聚合物，且因而，可藉由經由系統感測器追蹤皺縮進展，且精細地控制桶條件以便調變皺縮製程來避免皺縮。
實質上，皺縮描述在材料自液體改變至固體時材料體積變化的程度。在習知射出模製成形中，模具在壓力下未經溫度控制，因此由習知方法使用的熔融聚合物在與射出模具之冷工具鋼接觸時收縮，且此引起皺縮。在本機器及系統中，皺縮可經控制，且通常由於確保熔融生物聚合物在沒有過早冷卻的情況下填充模具內側之最大表面區域的溫度受控制的加壓模具，以及在此方面進一步輔助的加壓模具空腔自身之所施加均勻應力而沒有問題。
關於作為一般規則的輕重量產品之生產，聚合物膨脹得越多，重量之減少越大。然而，本系統經組配來用於藉由經由適當壓力、溫度及時間之施加調變條件來最佳化單相溶液，使得可達成輕型發泡體之最優品質。此對於需要輕型發泡體的產品應用適用，諸如例如在緩衝墊、鞋類發泡體，及用來生產運動設備的發泡體中。同樣地，關於在習知可撓性發泡體製造中控制縮痕，縮痕及孔隙係在當零件正冷卻時無充分補償的情況下厚區段處的材料之局部化皺縮引起。
具體而言，縮痕通常發生在與支腳或肋狀物相反及/或鄰接支腳或肋狀物的表面上。此由於不平衡的熱移除及/或類似因素而發生。在發泡零件之外側上的材料已冷卻且固化之後，核心材料開始冷卻。其皺縮向內拉動主壁之表面，從而引起縮痕。若表皮為足夠剛性的，則表皮之變形可藉由核心中之孔隙之形成替換。
不同於習知可撓性發泡體模製成形面臨的縮痕及孔隙挑戰，機器組態及本系統參數是可控制的，以便生產本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體，該生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體最小化此等問題之遭遇。具體而言，在本製程中，以一方式控制SCF氣體，以便調變，例如，最大化，發泡製程內之聚合物基質之氣孔結構。特殊化發泡製程之此最大化更好地確保在最終發泡零件內不存在不合需要的縮痕或孔隙。
另外，如所指示，本系統之有用效益在於其利用低成本材料，且所生產終端產品具有較少翹曲。具體而言，出於以上所論述之許多原因，本揭示案受益於其中SCF氣體負責最大化發泡製程內之聚合物基質之氣孔結構的製程。特殊化發泡製程之此最大化確保在最終發泡零件內存在最少翹曲。
本系統之另一效益在於其可經組配以便控制公差。例如，系統可經組配來用於執行緊密公差可撓性發泡射出模製成形。具體而言，如本文呈現的緊密公差可撓性發泡射出模製成形可經利用以便生產零件，該等零件一起平滑地工作且有助於產品之總體較低的故障率。
為使產品可靠地且如預期工作，其零件中之全部必須平滑地配合在一起。因此，本設備及其組件零件已經設計以緊密地控制公差。通常，此等零件係以可能的最佳公差生產。存在可接受公差之不同範圍；例如，非常緊密公差為+/- 0.001”。有時，甚至幾千分之一吋可意味配合的零件與未配合的零件之間的差異。
因此，早期在設計階段中識別緊密公差為有用的。此是因為設計工程師必須將用於發泡零件幾何形狀、總發泡零件大小，及發泡零件壁厚度之要求納入考慮，該發泡零件幾何形狀、該總發泡零件大小，及該發泡零件壁厚度中之全部具有對公差控制之影響，且該發泡零件幾何形狀、該總發泡零件大小，及該發泡零件壁厚度中之全部若未謹慎地管理，則可加重縮痕、翹曲，及不一致零件公差。本系統及設備克服大多數此等設計挑戰，而仍然使用最佳設計實踐，因為SCF氣體在發泡製程內負責最大化聚合物基質之氣孔結構。同樣地，系統可經組配以便在模具內更快速地冷卻。
作為前文之結果，大大地減少縮痕、翹曲及公差之不一致性。此在很大程度上係由於發泡體基質內的均勻大小且均勻分佈的顯微氣孔。因此，為達成此等利益，應精細地控制微氣孔發泡製程。例如，如所指示，當發泡沿著熔體前面發生時，前進可在模製成形表面上引入條痕及流痕，藉此引起瑕疵。
除上文所述之外，此等瑕疵可在本文中藉由利用共射出及模內裝飾技術中之一或多個進一步最小化。然而，在許多實例中，此可為成本過高的。然而，本系統藉由選擇高級產品機會克服此類成本過高的實例，其中本揭示案之附加價值可經接受且瞭解。
應注意，在各種實例中，可存在SCF發泡之缺點，如在一些實例中，其可引起熔體黏度及其他實質性質之變化。具體而言，當將SCF均勻地擴散至聚合物熔體中時，單相溶液藉由藉由增加自由體積降低聚合物之黏度而充當可逆增塑劑。此效應亦降低聚合物之玻璃轉變溫度以及聚合物之拉伸強度。此可導致不均勻的氣泡大小。
不均勻的氣泡大小可能導致具有遍及零件的不一致技術效能性質以及可能不合意的外表問題的模製成形發泡體零件之生產。當試圖生產在大量生產期間自零件至零件含有相同技術效能性質的一致可再生之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體時，此兩者為問題。本系統經組配來克服此等困難。
因此，如以上所論述，為克服此等缺點，且為更精細地控制微氣孔發泡製程，利用以上論述的氣體反壓力(GCP)。如以上所論述，氣體反壓力經精細地控制，使得在發泡零件經形成時，氣體氣泡經調節以免接觸且穿透發泡材料之表面。此藉由抵抗壓力達成，該抵抗壓力是藉由GCP系統施加至模具空腔中，此舉可在熔融單相溶液經注射的相同時間或大約相同時間，同時控制模具內之保持時間。模具溫度及壓力亦可經精細地控制以用於此等目的。
一旦注射，惰性氣體氣泡經受巨大的力，且因此熔融單相溶液未被給予在經形成時將所捕獲氣泡釋放至發泡結構外側的機會。同樣地，施加於單相溶液上的巨大的力幫助將數百萬的微小氣泡分佈在模具內側的發泡結構內，並且幫助氣泡大小一致性。結果為模製成形發泡體零件，該模製成形發泡體零件具有形成於零件外側上的外表光滑之表皮，及在大量生產期間自零件至零件的可重複技術效能性質的一致氣泡大小。
例如，系統可經組配以便允許GCP之引入以控制發泡製程，諸如藉由在不同熔體射出級段處施加不同的氣體壓力及/或溫度。因此，GCP經引入模具空腔內之發泡製程中，該模具空腔安放在射出模製成形機內。首先，惰性氣體係藉由氣體壓縮機及氣體泵經由氣體控制閥泵送至模具空腔中。氣體壓力感測器將來自氣體控制值之即時資料饋送回至電腦控制器。
系統藉由在電腦系統內設定配料參數及保持時間來引發至模具空腔中的GCP配料。電腦系統然後引發至模具空腔中之惰性GCP射注之適當配料。在不使用GCP的情況下，生物聚合物熔體將進入模具空腔且立即開始發泡，從而產生不均勻的氣體氣泡，該等不均勻的氣體氣泡突破表面且在發泡體之外部上產生不合需要的渦流標記，此狀況為成問題的。
同樣地，射出速度亦可經精細地控制，諸如其中射出速度可藉由螺桿壓力(Pscrew)與氣體壓力(Pgas)之間的差異決定。特定而言，當Pscrew稍微高於Pgas，且兩者參數為足夠高的時，SCF溶解熔體流動至模具空腔中而未發泡。設定高於Pgas的Pscrew及低於臨界壓力的Pgas導致局部發泡。最後，Pscrew、Pgas，及與動態模具溫度組合的壓力差之適當選擇致能氣泡大小之更精確控制。因此，藉由微調此等參數，流動誘發的條痕若未完全消除則可經最小化。
特定而言，此等參數可部分地藉由流動行為之考慮決定。例如，在一個實施例中，流變(流動)係以聚合物熔體之行為生產，在不同模具溫度(185℃、195℃、205℃)、射出速度(5 mm/s、10 mm/s、15 mm/s螺桿速度)，及GCP (50巴、100巴、200巴及300巴)下，該聚合物熔體已以N
2之0.4wt% SCF溶解。在此實例中，量測剪切速率在3000-11000s-1範圍內，且當GCP為300巴時，玻璃轉變溫度Tg自96℃降低至50℃。同樣地，在此實例中，與習知射出模製成形相比，當GCP自50巴增加至200巴時，熔體黏度下降約30%。
特定而言，當GCP為300巴時，無任何發泡的單相射出熔體之黏度可降低多至50%，取決於射出條件。此係有用的，因為其降低壓力要求及溫度要求，此舉藉此降低製造成本，特定而言能量成本，且在生產期間亦降低發泡零件循環時間。因此，此等系統參數由於較低的壓力及溫度要求，及較少循環時間而全部用於較大的能量節省，此狀況轉化至更快地生產且用於較少金錢之更多零件，諸如藉由選擇正確的生物聚合物化合物且定製製程溫度、壓力，及保持時間以配合材料機械性質。
另外，如所指示，本機器及系統之重要特徵在於其可經組配來用於控制氣泡大小以便為更均勻的。如以上所論述，此可部分地藉由控制溫度、壓力、SCF配料控制、GCP、DMTC及以上論述之其他參數實現。此等屬性中之全部一致地工作來確保最佳、最均勻氣泡大小及其在發泡基質內之最佳均質分散。此外，可藉由控制流體沿著熔體前面之漂移改良表面品質。
如其名稱表明，熔體前面為熔融單相溶液進入模具空腔所在之點。熔體前面速度為熔體前面前進速度。對於具有複雜空腔幾何形狀的任何模具，空腔之部分可比其他區域填充得更快。藉由控制熔體前面速度，諸如藉由控制溫度、壓力，及SCF配料控制，以及控制其他參數，可達成更均勻的模具空腔填充速度，且此確保所得發泡體零件之表面品質可為外表可接受的。
因此，一旦單相溶液已經產生，如以上所描述，修改後射出模製成形機將溶液維持在加壓狀態中，直至射出開始。例如，機器可經組配來藉由關斷噴嘴及螺桿位置控制之組合努力達成此舉，如以上所指示。具體而言，關斷噴嘴可經組配以便充當增塑桶(具有往復螺桿)與模具之間的連接。此類關斷噴嘴可經自我控制或外部控制，且其可用來避免熔融注射之間的熔體之流淌且因而防止洩壓及至模具中之過早發泡。
因此，關斷噴嘴防止洩壓及至模具中之過早發泡。例如，在無關斷噴嘴的情況下，單相溶液將不具有模具空腔內之充分壓力，且所要的模製成形發泡體零件將未生產。同樣地，主動或被動螺桿位置控制可經利用來藉由螺桿之向後移動防止洩壓。
具體而言，系統可經組配以便實行主動螺桿位置控制，諸如其中螺桿之位置經連續地監視，且施加至螺桿之背部的壓力經調節以維持決定的位置設定點或保持在螺桿之背部上的恆定壓力。例如，在被動位置控制中，防止用來調節背壓力的油在螺桿復原之終點處排至其槽。此殘油阻止螺桿由於單相溶液之壓力而向後移動。
另外，如以上所指示，適當的模具設計幫助維持單相溶液。特定而言，在其中模具包括熱澆道系統的彼等實例中，一或多個閥閘可經包括且控制，以便防止材料自噴嘴滴漏，諸如在模具開放時。更具體而言，熱澆道系統(hot runner system)可在本文中使用於射出模製成形設備中，且可包括零件系統，該等零件經物理加熱，使得該等零件可更有效地用來將熔融塑膠自機器之噴嘴傳遞至模具工具空腔。例如，可使用「冷澆道」或「熱澆道」，諸如其中冷澆道為未加熱的實體通道，該未加熱的實體通道經利用來在熔融塑膠離開噴嘴之後將熔融塑膠導向至模具空腔中，且熱澆道經加熱而冷澆道不加熱。
同樣地，在各種實例中，設備可包括噴嘴斷路器，該噴嘴斷路器經組配來在正常操作期間斷開與澆口襯套之接觸。此組態為在堆疊或串聯模具中有用的，該等堆疊或串聯模具利用澆口襯套上之關斷。具體而言，澆口襯套可經組配來接受機器噴嘴且藉此允許熔融生物聚合物化合物進入模具。在機器噴嘴必須自與澆口襯套進行接觸脫離的情況下，熔融生物聚合物化合物可自澆口襯套向後流淌，且模具之洩壓可發生。任何熔融流淌廢棄物可增加生產成本，不利地影響熔體之下一射注，且甚至可防止模具之適當關閉，此將可能引起甚至更多問題。
為克服此，可利用選擇具有關斷之澆口襯套。否則，來自熱澆道之壓力將藉由澆口襯套解除。具體而言，當澆口襯套需要關斷時，除以上提到的其他效益之外，關斷防止組合模內壓力逸出。模具之任何洩壓將可能防止熔融零件之發泡，且因此所要的模製成形零件將未經形成。
如以上所指示，各種發泡劑可經利用於生物可降解且工業上可合成之微氣孔發泡體之射出模製成形。在具體實例中，此等發泡劑可包括惰性氣體及/或鈍性氣體，諸如惰性氮氣或二氧化碳或能夠轉換成超臨界流體(SCF)狀態的其他氣體。根據本文揭示之設備、系統，及其使用方法，SCF可經引入(例如，注射)至機器中，例如，諸如藉由特別設計的電腦控制的噴射器引入(例如，注射)至熔體桶，該特別設計的電腦控制的噴射器可耦接，例如，附著至射出模製成形機桶，諸如用於將發泡劑進料至桶內之熔融生物聚合物熔體中。射出模製成形機控制器可經程式設計來將特定SCF氣體配料量(氮或二氧化碳等等)輸送至生物聚合物熔體中，該輸送可藉由系統控制器最佳化。
因此，前面提到的SCF發泡劑中每一者具有其地位，取決於正生產的最終零件之技術要求。具體而言，如所指示，有用的SCF為處於其超臨界狀態中之二氧化碳，二氧化碳在相同壓力處比氮更稠密但具有高得多的熱容。實驗已表明超臨界狀態中之二氧化碳生產可為在某些緩衝應用中有用的稠密發泡體。相反，超臨界氮可用來生產具有較小氣孔之低密度發泡零件，該低密度發泡零件為對於本揭示案之鞋類及運動商品應用有用的。
因此，用於生產運動商品諸如鞋的有用發泡劑為SCF氮氣，因為SCF氮氣以相較於SCF二氧化碳的低得多的重量百分比提供改良之重量減少及精細氣孔結構，但是對於家具及汽車使用，有用的發泡劑為二氧化碳，二氧化碳生產大得多的氣孔結構，即使處於較大的大小及/或重量處。特定而言，在各種實例中，發泡零件之增強的重量減少為用於需要最少量的重量之產品應用之有用特性。作為一非限制實例，持續需要跑鞋含有非常輕型且表明承受重複濫用之能力的可撓性發泡體。
藉由提供前面提到的實例中之具有精細氣孔結構的增強之重量減少，射出模製成形可撓性發泡體零件將由於其藉由製作可接收輕型鞋提高跑步者之效率的能力而被依賴。此外，前面提到的發泡體之精細氣孔結構將確保具有組件零件之非常耐用的跑步鞋，該等組件零件將能夠處置由跑步者引起的重複衝擊力，當在加速運動中時，該跑步者不斷地將壓力及衝擊施加至鞋之發泡零件上。
實際上，SCF氮水平將通常比達成可比較零件所需要的SCF二氧化碳水平低至少75%。如此，當大量生產如在製作鞋組件中利用的本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體時，大大降低的SCF氮水平要求當與SCF二氧化碳相比時確保最佳材料節省及時間節省。然而，SCF二氧化碳在各種具體情形下為有用的發泡劑，諸如當黏度降低為主要處理目標時，及/或當應用不能忍受SCF氮之更侵略性的發泡動作時。
在某些實例中，SCF二氧化碳係合適的發泡劑，具體而言在半可撓性發泡體中。可撓性發泡體及半可撓性發泡體兩者可包括在相同種類的可撓性發泡體下，因為其兩者源自於具有低於其服務溫度之玻璃轉變(Tg)之聚合物，該服務溫度通常在室溫處。在具有物理發泡劑之物理發泡製程期間，看到玻璃轉變中之凹陷。氮及二氧化碳發泡劑之有效性之此等差異起源於其在生物聚合物熔體中之行為。
例如，在31.1攝氏溫度及72.2巴處變成SCF流體的二氧化碳比在-147攝氏溫度及34巴處變成超臨界流體的氮更可溶於生物聚合物中4倍至5倍。例如，未填充生物聚合物中之飽和點為約1.5重量%至2重量%之氮，取決於溫度及壓力條件，而二氧化碳之飽和水平較接近於8重量%。二氧化碳亦展現生物聚合物中之較大遷移率，從而允許二氧化碳比氮遷移至現有氣泡中更遠。自氣孔成核之觀點，較大溶解度及遷移率意味較少的氣孔將成核，且成核的彼等氣孔將傾向於為較大的。
然而，當目標為黏度降低時，溶解度變成優點。溶解在生物聚合物中的SCF充當增塑劑，從而降低生物聚合物之黏度。因為黏度降低部分地隨添加至生物聚合物的SCF之量而變且因為二氧化碳具有相較於氮的較高溶解度極限，所以以二氧化碳降低黏度之能力為較大的。當生產零件所需要的氮量低至使得不可能一致地處理零件時，二氧化碳亦為有用的。
因為二氧化碳為侵略性小得多的發泡劑，所以存在較容易運行低水平的二氧化碳之時機。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳與小於0.05%的極低氮水平相比。如先前實例中所指示的實例主要在軟材料及具有厚橫截面之零件的情況下發生。因此，物理發泡劑(其為SCF氮或SCF二氧化碳或其他SCF)在最終發泡零件及將含有該物理發泡劑的最終產品中起到有用的作用。
首先，選擇相容生物聚合物或生物聚合物化合物及相關聯SCF氣體之適當組合是有用的。其次，藉由最佳配料重量及壓力適當地利用SCF氣體為關鍵的，以確保單相溶液內之最大飽和，且用於確保用於生產發泡基質內之數百萬均勻氣泡的核之最佳產生。另外，最終結果，同質地形成的射出模製成形可撓性發泡體零件，依賴於SCF及GCP氣體配料製程之所有態樣，該等態樣與射出模製成形機溫度、壓力及保持時間協作地工作，以用於達成商業上可接受的模製成形發泡零件，如以上所解釋。
如所指示，在一個態樣中，提供製造生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體(無論開放氣孔或封閉氣孔)之製程。在各種實例中，製造製程包括以下步驟中之一或多個。第一，可將熱塑性生物聚合物摻合至母料中用於發泡。作為一非限制實例，所涉及母料可藉由雙螺桿擠出機生產，其中二或更多個生物聚合物、填料及/或添加劑可經同質地摻合至諸如擠製桶內之單個聚合物熔體中。熔融生物聚合物摻和物然後經成股擠製、冷卻，且造粒成稱為母料的顆粒，該等顆粒然後可如以上所描述地經處理。合適的生物聚合物、生物塑膠、填料、添加劑及著色劑之任何組合可經併入母料生產中。因此，一旦生產，熱塑性生物聚合物摻和物可經射出模製成形成具有SCF諸如惰性氮或二氧化碳氣體之合適的模具形狀。
如以上所描述，本射出模製成形可利用在用於藉由將熔融物料注射至產品模具中生產零件的製造製程中。在本揭示案中，選擇合適的生物聚合物或生物聚合物摻和化合物，諸如呈顆粒形式。前面提到的顆粒可在輔助小丸乾燥器中預乾燥以確保移除任何潛在濕氣。預乾燥小丸然後可經引入射出模製成形機漏斗中。操作者然後選擇射出模製成形機之最佳桶溫度、噴嘴溫度，及模具溫度，且藉由電腦控制輸入此等值。
此外，最佳SCF氣體配料百分比及壓力以及最佳GCP氣體配料及壓力可經定標且此等值可經輸入至系統控制單元中或以其他方式藉由系統控制單元決定，例如，動態地。一旦系統經適當地組配，射出模製成形機準備好操作。顆粒可以藉由電腦控制指定的量釋放至射出模製成形機之螺桿及桶中，其中該等顆粒在特定溫度或溫度設定處熔融。
SCF氣體係在受控制的壓力及劑量大小下藉由電腦控制經由SCF噴射器引入射出模製成形機桶中。SCF使現在熔融的顆粒飽和且單相溶液經產生。然後，在適當背壓力及螺桿定位的情況下，射出模製成形機將單相溶液之量測射注發送至動態溫度控制的模具空腔中。熔體內經歷核生長，且數百萬微氣孔氣泡形成於生物聚合物熔體內。實質上同時地，GCP系統藉由電腦控制將反壓力氣體之預先計量的劑量發送至模具中，該電腦控制最佳化氣孔之均勻性且調節用於最佳外表外觀之表面織理。動態溫度控制的模具溫度然後可經切換至水冷卻，且氣泡之形成及熔體之膨脹停止。此時，可撓性發泡體模製成形零件現在經形成且其自模具噴出。
具體而言，如以上所指示，系統可經組配以便實行動態模具溫度控制，該動態模具溫度控制可用來生產最佳氣孔結構。例如，如所描述，動態模具溫度控制(DMTC)實行快速電氣桿加熱及快速水冷卻。更具體而言，本文利用之DMTC程序可包括以下五個主要組件中一或多個：空氣壓縮機、閥交換裝置、電腦控制的模具溫度控制單元、電氣加熱模具、及冷卻塔。冷卻塔經組配來將水冷卻提供至模具，用於冷卻操作之執行，而適當地組配的空氣壓縮機產生壓縮空氣以驅動氣體穿過氣動閥以便排除任何殘餘冷卻水以免在冷卻之後進入模具。一或多個閥交換裝置可經組配且利用來使閥切換以將來自不同機器管線之不同介質傳遞至模具，諸如用於熱執循環及冷熱循環。電氣控制的加熱元件可經包括且組配來用於模製成形發泡零件之最終形狀。水塔及加熱元件可一起起作用，以便精細地控制模具溫度，使得模具之加熱及冷卻可在模製成形製程之執行中快速加熱及/或冷卻。
所有此舉藉由適當組配的電腦處理器與射出模製成形機協調。例如，本發明之DMTC系統之冷卻水溫度控制之非限制實例可為15℃至30℃，且DMTC系統之加熱元件溫度範圍之進一步非限制實例可在60℃與150℃之間，且可在90℃與130℃之範圍內，且可為其間之任何溫度。以此等方式，生物聚合物熔體、壓力、及時間可經控制，使得形成合意的可撓性發泡體。
具體而言，在本揭示案之射出模製成形製程期間，SCF經注射至聚合物熔體中。聚合物-SCF混合溶液之單相係在射出模製成形機螺桿及桶內之明確溫度及壓力下獲得。溫度及壓力可藉由電腦控制可變地控制，且直接涉及正生產的可撓性發泡體之類型及終端產品應用用於何類型。藉由施加變化的螺桿含有的SCF單相溶液壓力及GCP壓力，與適當射注大小、射注保持時間、熔體溫度、及模具溫度一致，整個系統經產生，高品質且商業上可接受的生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體零件可藉由該整個系統生產，諸如藉由將氣體反壓力利用於射出模製製程中，以便確保具有最少外觀缺陷及在發泡零件外側上幾乎沒有甚至沒有塑膠表皮的最佳發泡體結構。
如所指示，根據本文揭示之裝置、系統及其方法生產的產品之有用效益在於該等產品可為生物可降解及/或可合成的，諸如在家庭或工業堆肥協定中。具體而言，生產經組配來用於在工業堆肥體系中分解的商品確保可撓性發泡體將持續所得產品之可用壽命，諸如藉由以使得該所得產品在成品內在使用中不斷裂或破碎的方式使該所得產品功能化。例如，一個人購買僅由本揭示案之可撓性發泡體製成以使發泡體在產品可用壽命終止之前，在正常使用期間降解的家具、一雙鞋或其他運動裝備將為有害的。
更具體而言，本揭示案受益於惰性物理發泡劑及生物可降解且工業上可合成之生物聚合物或生物聚合物化合物之使用。此等兩個態樣一起達到形成在特殊化可撓性發泡體射出模製成形系統內功能化的單相溶液。結果為用於使用在許多類型的終端產品之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體；該等生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體之非限制實例為用於使用在製作鞋的鞋類發泡體。所得可撓性發泡體為無交聯的、無化學品的，且環境有益的。
在生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體壽命之終止處，該生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體可藉由廢棄物轉向重新導向至適當的工業堆肥設施，藉此發泡體經磨碎且工業堆肥成可用生物質。最終結果生產藉以堅持所謂的循環經濟之態樣的系統。本揭示案之可撓性發泡體作為「廢屑-至-廢屑」開始且結束，從而意味天然生物製程已經調適來製作具有最少量的環境衝擊之用於人類使用之材料及產品。此等可撓性發泡體即不在其可用壽命期間的技術效能性質上，亦不在其環境意識設計上折衷。
如本文以上所論述，本文裝置、系統、及其使用方法可經利用於生產一或多個模製成形終端產品之目的，諸如用於使用在鞋類、座位、汽車、保護裝置，及/或運動裝置中的組件。因此，在各種實施例中，本文所提供的是在鞋諸如其鞋底、中底及/或鞋內底之構造中有用的一或多個組件，諸如其中鞋底形成鞋之基底，且經組配來用於與地面接觸，中底形成中間結構及緩衝元件，且鞋內底經組配來用於插入鞋內且藉此提供緩衝及/或對鞋之支撐。
在某些實施例中，鞋組件可包括本文生產之發泡體材料，該發泡體材料可為環境友好的、生物可降解的，且可合成的。在各種實例中，每個單獨組件可構成自複數個層包括基底層及緩衝層，諸如其中緩衝層。例如，在具體實施例中，可包括支撐構件諸如耦接至基底層的支撐構件，且在組件為鞋內底的情況下，可包括弓形接觸部分或足跟接觸部分中一或多個。
具體而言，在各種實施例中，可生產發泡體材料，諸如其中發泡體材料可使用在緩衝墊、緩衝家具、鞋組件諸如其鞋內底、墊、纖維、織物等之生產中。其他有用產品可包括填隙諸如聚矽氧填隙、聚矽氧醫用手套、用於藥物輸送系統之聚矽氧管路、聚矽氧黏合劑、聚矽氧潤滑劑、聚矽氧塗料、及其他合適的聚矽氧產品，例如保險套。在各種實施例中，發泡體產品可以發泡體材料可具有一或多個抗微生物、抗細菌、抗真菌、抗病毒、及/或抗易燃性質的方式加以生產。
更具體而言，在一個態樣中，本揭示案可一般地針對用於家具製造之製程，該家具諸如裝軟墊家具及/或其緩衝墊，諸如包括發泡體或以其他方式由發泡體組成的家具，例如，該發泡體係生物可降解及/或可合成的。因此，本揭示案之發泡體為對於使用在包括如此生產的發泡體插入物的家具之製造中有利的。樹脂及所生產且利用的發泡體已證明為對於用作緩衝材料有利的，諸如用於枕頭、長椅、床、座墊，或用於其他裝軟墊家具等等。
例如，根據以上本文所揭示之方法，可生產發泡體之小至大塊體之模具，以便形成發泡體插入物，諸如用於使用在家具或汽車附件組件中。方塊發泡體然後可基於正生產的家具之類型及形式而經切割成所要的尺寸及形狀之較小方塊。特定而言，經設定尺寸且切割的方塊然後可經施加至或以其他方式配合在家具或車架或其他界限材料內，該等各者一起可經覆蓋以生產最終家具產品，該最終家具產品為枕頭、沙發、緩衝墊，例如，沙發或汽車緩衝墊等等。另外，在需要的情況下，外罩殼或界限材料可經附接至框架材料，諸如藉由釘住及/或縫接，或以其他方式緊固至將要裝軟墊的製品之框架且以織品或其他材料覆蓋。
因此，在各種實施例中，當製造裝軟墊家具諸如長椅或汽車座椅時，框架可經生產。家具之各種內部(例如結構)組件可安裝在框架內，諸如彈簧等等，且然後根據以上本文揭示之方法生產的發泡薄板可經定位在彈簧中、在彈簧上，且在彈簧周圍，諸如用於緩衝及/或隔離。當然，可包括其他材料，諸如棉花層、羊毛層、毛氈層、橡膠基產品層等等，且然後可添加覆蓋材料以便覆蓋框架且完成產品製造。
特定而言，本發泡體與本文揭示之其他材料可一起充當襯墊料或填充料，在覆蓋材料在框架上伸展時，該襯墊料或填充料可在覆蓋物下方成形、調整且褶起。另外，如所指示，在各種實例中，由於多種原因，本文生產之發泡體產品可用於本領域已知的發泡體產品中及之外，其中最重要的是典型的PU及/或EVA發泡體並非以任何方式生物可降解的，而本文生產之發泡體之組件為生物可降解的。因此，在各種實施例中，提供在開放框架上構造家具之方法。例如，在一個實例中，方法可包括以下步驟中一或多個。
具體而言，方法可包括提供框架，框架限定背部、複數個側壁、及底座部分，諸如其中後框架部分大致上垂直地延伸，且底座部分以使得底座部分橫切垂直部分的方式相對於彼此大致上水平地延伸。方法可進一步包括將平坦發泡體薄板切割至適當大小及形狀以提供用於背部及底座及/或側壁部分之襯墊料，將平坦覆蓋材料切割至適當大小及形狀以完成背部、底座及/或側壁部分，在間隔位置處將發泡體薄板及覆蓋材料附接在一起，及壓縮發泡體以在其外表面中形成波狀預定設計，且形成大致上平坦的次總成，其中發泡體薄板及覆蓋材料在附接位置中間自由地相對移動，及將次總成成形且附接至框架。用於發泡體緩衝墊或緩衝墊製品的覆蓋可為通常使用在裝軟墊家具中且覆蓋裝飾枕頭等的任何合適的覆蓋材料，諸如編織紡毛織物、編織耐綸織物，或由各種合成纖維以及諸如皮革等之材料編織的織物。
此外，在另一態樣中，本揭示案一般針對用於諸如鞋之鞋底、中底及/或鞋內底的鞋組件之製造的製程，該等鞋組件諸如包括發泡體或以其他方式由發泡體組成的鞋組件，該發泡體例如可合成發泡體。特定而言，在具體實施例中，提供用於製作鞋底、中底、鞋內底、及/或其他鞋插入物的方法。例如，本發明之鞋插入物可為緩衝裝置之形式，該緩衝裝置適於插入或以其他方式配合在例如跑步鞋或運動鞋的鞋內，該鞋可經組配以便降低在跑步或步行時碰撞表面(例如，地面)的腳之衝擊，藉此吸收對腳之震動及/或使對腳之震動減弱。
具體而言，鞋底組件包括中底及插入物可包括一個層或許多層。例如，在一些實例中，可提供基底層、發泡體層及/或織物層。特定而言，可包括相對彈性材料之基底層，及/或例如安置在基底層上的發泡體層，及/或安置在發泡體層上的織物層。因此，方法可包括將基底層、發泡體層及織物整體地形成為三層板薄板。在各種實例中，支撐層可安置至少一足跟區域，該支撐層可由諸如相較於積層之彼密度的較高密度之剛性材料構造。黏合劑、膠或其他附接機構可經提供且利用於附接且形成具有支撐層之三層板。
更具體而言，在其他實例中，用於製作鞋組件諸如插入物之方法可包括以下步驟：提供發泡體層及/或提供織物層；加熱發泡體層；接合發泡體及織物層；提供基底層，例如，具有關於發泡體層之相同、較大，或較小密度之密度的基底層；以及加熱基底層及發泡體層中之至少一個以便耦接基底層與發泡體層以便形成雙層板或三層板。
方法可進一步包括提供預形成支撐構件，諸如，弓形支撐件及/或足跟構件，該等構件可具有相較於發泡體層之密度實質上相同，或較小，或較大的密度。在具體實例中，支撐構件可由壓縮發泡體材料形成，以便獲得較大密度，及因而與發泡體層之彼剛性相比的較大剛性。另外，熱及/或壓力可反應黏合劑可經施加在支撐及/或足跟構件與積層之間。模製成形壓力然後可經施加至組成物，以便引起將三層板形成及/或成形為支撐及/或足跟構件，以便形成整體一件式鞋插入物，其中預形成的足跟構件形成後部分及/或支撐構件形成成品鞋插入物之底部表面之中間部分，例如，在其中間及/或足跟區域處，且基底層形成其前方區域處的成品鞋插入物之底部表面。
然而，應注意，支撐及/或足跟構件不必包括在內，且在一些實例中，可經添加積層組件中一或多個可經排除或其他積層層。進一步應注意，在某些實施例中，發泡體層可為更可撓性及/或緩衝的，例如，具有相較於基底層的較大硬度計，該基底層轉而可為更可撓性的及/或緩衝的，例如，具有相較於支撐構件的較大硬度計。因此，更可撓性發泡體及基底層可為相對彈性的且在形狀上符合所要的鞋大小及組態，而支撐層(多個)可為相對更剛性的。
具體而言，如所指示，發泡體層及/或支撐層中一或多個可由本文揭示的生物可降解及/或環境友好發泡體材料構造。特定而言，支撐層可具有稠密發泡體，因而使得支撐層為更剛性的。因此，在各種實施例中，發泡體層可具有約2磅/立方英尺或約3磅/立方英尺或約5磅/立方英尺至約10磅/立方英尺或更大之密度，諸如在介於約4磅/立方英尺至6磅/立方英尺之間的範圍內之密度。另外，發泡體層可具有1/8” +或-5%之厚度，諸如在約3/32”-5/32”之厚度範圍內。
同樣地，基底層亦可具有約2磅/立方英尺或約3磅/立方英尺或約5磅/立方英尺至約10磅/立方英尺或更大之密度，諸如在介於約4磅/立方英尺至6磅/立方英尺之間的範圍內之密度。基底層之厚度可為大約5/16”+或-10%。然而，在各種實例中，基底層之厚度在厚度方面範圍可自約1/4”或更少至約7/16”。關於支撐層，該支撐層可主要形成在插入物之弓形及/或足跟區域處，該支撐層亦可由本文揭示之生物可降解且/或可合成發泡體製成。
然而，支撐層可藉由經壓縮使得最終密度為大約22磅/立方英尺至23磅/立方英尺製成。織物層可由任何合適的材料例如棉花、聚酯或聚丙烯針織物構造。在各種實例中，材料及發泡體層可藉由火焰膠合技術積層在一起，該火焰膠合技術利用導向至發泡體層的裸火。裸火產生表面上之充分的熱以引起平坦薄板發泡體層之熔化。一旦熔化，織物層可與其接合且兩個夾層在一起的層可在淬冷輥輪之間延伸，同時充分的壓力施加在輥輪之間，使得兩個層接合在一起。
在製程中之此時，此等層仍然維持呈平坦薄板形式。此等整合層然後接下來亦藉由火焰膠合接合至基底層。先前整合的材料及發泡體層可經接合至支撐層，且此等多層壓層然後可在淬冷輥輪之間延伸。在階段之此級段處，此等層仍然維持呈平坦薄板形式。至此層壓的層因而然後準備好模製成形。此可藉由將層壓層加熱至近似250 F之模製成形溫度，諸如持續約1分鐘至約5分鐘或更多，例如，約225秒之週期來執行。此充分地加熱先前層壓的層，以允許該等層壓層插入模具中。
以下為參考所附圖式的本揭示案之各種實行方案之描述。因此，在一個態樣中，提供鞋類組件。具體而言，如圖1中所例示，本揭示案之實施例為鞋類組件，亦即由生物可降解且工業上可合成之熱塑性生物聚合物摻和物(可撓性發泡體102)製成的微氣孔可撓性發泡體鞋中底100。
特定而言，生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體鞋中底係由生物聚合物及生物聚合物摻和物諸如包括熱塑性生物聚合物中一或多個製成。具體而言，用來製造生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體的熱塑性生物聚合物或生物聚合物摻和物可任擇地自任何數目的脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯等等產生。
在生產生物聚合物或生物聚合物摻和物中找到使用的合適的生物聚合物之非限制實例由以下各者組成：聚乳酸(PLA)、聚L乳酸(PLLA)、聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯)(PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚丁烯琥珀酸酯(PBS)、聚己內酯(PCL)、聚丁烯琥珀酸酯已二酸(PBSA)、聚丁烯已二酸(PBA)、及熱塑性澱粉(TPS)。另外，混合生物聚合物摻和物可經利用在生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之製造中。混合生物聚合物摻和物之非限制實例由含藻類聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯)(PBAT)組成。
在所提供實例中，混合生物聚合物之藻類部分由呈乾燥粉末形式的藻類之任何合適物種組成。合適的藻類物種之若干非限制實例包括藍綠藻、綠藻、紅藻、褐藻，及矽藻、及其組合。前面提到的乾燥藻類粉末可以PBAT生物聚合物在標準設備上雙螺桿擠製，使得藻類粉末變性成PBAT之聚合物鏈。此藉此形成用於使用在本揭示案之生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之製造中的混合生物聚合物。
所生產發泡體產品可包括或以其它方式併入許多以下成分：填料粉末及/或一或多個添加劑。具體而言，取決於應用，添加劑亦可經利用於生物聚合物配方中。例如，寡聚聚(天冬氨酸-丙交酯)(poly(aspartic acid-co-lactide)；PAL)可任擇地化合成用於加速生物降解之母料。另外，填料諸如來自霰石、澱粉等等的沉澱碳酸鈣可經利用來降低零件成本，同時維持完成可撓性發泡體之可再生且生物可降解的完整性。
此外，用於使用在生物聚合物配方中的額外添加劑可由以下中一或多個組成。成核劑諸如微葉片狀滑石或高深寬比鮞狀霰石可經包括。此類成核劑可藉由防止氣孔聚結、降低塊體密度，且改良回彈性以及其他有益地增強之屬性大大地改良所得可撓性發泡體之關鍵性質。用於使用在生產生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之成核劑之若干非限制實例為由Imerys Talc America Inc., Houston, Texas作為Mistrocell®行銷的微葉片狀滑石及由Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabama作為OceanCal®行銷的高深寬比鮞狀霰石。
亦可包括著色劑、染料及顏料。例如，各種著色劑諸如染料、顏料或生物顏料可任擇地使用在本發明之生物聚合物配方中。若干非限制實例為已經定製來用於生物聚合物使用的植物來源之天然顏料，諸如由Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany提供的寬範圍或由Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana提供的彼等。
存在可取決於以下各者而利用的許多組態及實施例：所要的物理性質，及鞋中底100之預定終端使用、其用於工作、遊憩、水上使用等，彼不應受此等實例限制。
系統之合適的裝置200可例證於圖2中且可經利用於如以上本文所提示之發泡體材料之生產中。例如，在使用中，生物聚合物母料202經進料至任何合適的射出模製成形機206之漏斗204中。生物聚合物母料在經由射出模製成形機螺桿208運輸時藉由加熱液化。氮或CO
2氣體210經注射至生物聚合物熔體212且混合。此外，生物聚合物氣體混合物處於壓力下且經注射至射出模製成形工具214中與生物聚合物氣體射出一致，氣體反壓力系統216藉由氣體控制閥220將計量氮或CO
2氣體218之劑量發送至加壓模製成形工具中。
此後不久，動態模具溫度控制系統(DMTC) 222控制且調整模製成形工具214內側之溫度。模製成形工具214然後經充分地冷卻且所得生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體零件自射出模製成形機噴出。
圖3提供用以例示生產生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之方法300。在步驟302處，生物聚合物混合物經選擇，且在步驟304處，混合物藉由材料漏斗抽吸至射出模製成形機中。在步驟306處，生物聚合物混合物在藉由射出模製成形機螺桿運輸時液化且均質化。在步驟308處，氮或CO
2氣體經注射至生物聚合物熔體中。在步驟310處，生物聚合物氣體混合物處於壓力下且經注射至射出模製成形工具中。在步驟312處，射出模製成形工具溫度經動態地控制以確保最佳氣孔結構。在步驟314處，氣體反壓力之最佳劑量經施加至射出模製成形工具持續充分量的時間，以確保具有最小表皮厚度之理想發泡體結構。在步驟316處，射出模製成形工具經充分地冷卻了，且所得模製成形的發泡體零件自射出模製成形機噴出。
在一些實行方案中，且在不將限制給予本文揭示內容的情況下，生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體製造製程包括以下概括的步驟。製程裝設程序環繞將受控制的SCF配料建立至射出桶中：在導致單相溶液的螺桿速度、溫度及壓力條件下。
確保滿足SCF配料之基本條件，主要存在七個製程設定點以調整：SCF輸送壓力：設定生物塑膠壓力，SCF抵抗該生物塑膠壓力而在螺桿旋轉期間配料。此係指螺桿復原期間的特定生物聚合物背壓力且亦係指螺桿閒置期間的螺桿位置控制。作為非限制實例，用於生物聚合物輸送之壓力設定點可在2,000 psi與3,000 psi之範圍內，且更佳地在2,700 psi與2,800 psi之範圍內。此設定點設定SCF配料開始所在的螺桿位置，此舉然後可將SCF噴射器設定至開放或封閉位置。位置應經設定，以便在螺桿復原期間桶中之壓力已在配料開始之前變得穩定。作為非限制實例，開放位置可在0.3吋與0.4吋之範圍內。
射注大小及SCF之百分比亦可經控制。此控制在每個循環期間配料的SCF之實際質量。作為非限制實例，射注大小可在100克至300克之範圍內，且更佳地為200克。SCF百分比之非限制實例可在0.45%與0.75%之範圍內，且更佳地為0.5%。系統亦可經組配來用於最佳化配料。此藉由最大化配料時間且最小化流動速率(預計量壓力與輸送壓力之間的壓力差)實現。配料時間之非限制實例在1秒至2秒之間，且更佳地為1.7秒。
動態模具溫度控制(DMTC)亦可經實行。此為涉及模具溫度在射出填充級段期間之快速變化及控制以便藉此就熱熱循環及冷熱循環而言動態地控制模具溫度的製程。在熔體射出之前，模具首先經加熱至預設上限。在熔體填充級段期間，模具空腔表面之溫度可保持高於上限以防止熔體過早地固化。
當熔體填充製程已結束時，模具快速冷卻至稱為噴出溫度的下限，該噴出溫度為零件噴出模具空腔的溫度。本揭示案之最佳模具溫度範圍之非限制實例在40℃與150℃之間，其中冷卻速度在每秒1℃與每秒15℃之間，且更佳地為每秒11℃。本發明之模型冷卻時間之非限制實例在80秒與100秒之間。
同樣地，氣體反壓力(GCP)亦可經控制。此為包括以氮氣注射以抵抗熔體內之氣體之膨脹的加壓模具空腔的製程。在反壓力經釋放時，將按照慣例突破表面的氣體氣泡經捕獲在內側，從而產生光滑表皮。GCP藉由表面品質、發泡體結構及表皮厚度控制發泡。本發明之氣體反壓力之非限制實例為0巴/10巴/30巴/50巴，並且保持時間在1秒與25秒之間，且更佳地為5秒。本發明之平均微氣孔氣孔直徑之非限制實例可以微米(µm)量測為介於1微米與100微米之間，且更佳地為40微米。
鑒於以上內容，在一些實行方案中，生產合適的熱塑性生物聚合物摻和物。一旦熱塑性摻和物經生產，熱塑性生物聚合物摻和物可經射出模製成形為合適的模具形狀，諸如在添加惰性氣體諸如氮氣的情況下。另外，壓力亦可經精細地控制。
例如，可實行在射出模製成形製程中利用氣體反壓力。此亦為對於進一步確保具有最少量的外表缺陷，及發泡零件外側上的少量直至無塑膠表皮的最佳發泡體結構有用的，此為在製作發泡產品中重要的，該發泡產品可基於模具形狀而具有多個最終使用。模製成形製程可包括動態模具溫度控制之實行方案。例如，在各種實施例中，動態地控制模製成形製程之溫度為對於達成最佳氣孔結構有用的。可控制的模製成形製程之其他元素：生物聚合物熔體、壓力，及時間，使得形成合意的可撓性發泡體。
因此，鑒於以上內容，本揭示案係關於用於由用於使用在例如鞋類組件、座位組件、保護裝置組件及水上運動附件的生物可降解且工業上可合成之生物衍生熱塑性樹脂射出模製成形的微氣孔發泡各種可撓性發泡體組成之製程。
產生生物可降解且工業上可合成之微氣孔可撓性發泡體結構始於合適的生物聚合物或生物聚合物摻和物諸如脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯起源之彼等。合適的生物聚合物摻和物之非限制實例為聚乳酸(PLA)及聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯)(PBAT)。前面提到的摻和熱塑性生物聚合物樹脂已表明在形成本發明之最佳微氣孔可撓性發泡體結構中的有利技術性質。增強的技術性質中之一些包括：可接受的老化性質、優良伸長，及異常壓縮變形，以及其他效益。
最佳脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯生物聚合物或生物聚合物摻和物在無合適的發泡劑及發泡製程的情況下不能單獨生產可撓性發泡體。現今使用的最廣泛已知的發泡劑為稱為偶氮二甲醯胺(ADA)之化學品。偶氮二甲醯胺通常經預先浸漬至用於使用在習知射出模製成形發泡體製程中的石化熱塑性母料樹脂中。不幸地，ADA不是環境友好的，且其為人類健康之可疑致癌物。此外，習知石化熱塑性母料樹脂既非生物可降解的，亦非工業上可合成的。為達成用於前面提到的發明之大多數最佳生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體，將超臨界流體狀態中之惰性氮氣或二氧化碳用作修改後射出模製成形製程中之物理發泡劑。修改後物理發泡製程與合適的熱塑性生物聚合物或摻和生物聚合物母料一致地利用，使得生物聚合物或生物聚合物摻和物及發泡劑協調地工作，用於生產大多數最佳生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體。
本揭示案之射出模製成形製程依賴於當生物聚合物或生物聚合物摻和物及超臨界流體(SCF)之單相溶液經由射出閘傳送至模具空腔中時發生的均質氣孔成核。在溶液進入模具時，壓力下降，使SCF自溶液出來，從而產生氣孔核。氣孔然後生長直至材料填充模具，且SCF之膨脹能力耗盡。此製造製程在射出模製成形機上運行，該等射出模製成形機已經修改以允許將SCF計量、輸送且混合至生物聚合物中以產生單相溶液。動態模具溫度控制(DMTC)經利用來確保膨脹生物聚合物熔體內之一致氣孔結構。DMTC可經最佳地描述為射出填充級段期間的模具溫度之快速變化及控制；此藉此就熱熱循環及冷熱循環兩者而言動態地控制模具溫度。氣體反壓力(GCP)亦在製造製程中利用來確保具有所得可撓性發泡體上之少量直至無表皮之最佳發泡體結構。GCP可最佳地描述為包括以SCF注射以抵抗熔體內之氣體之膨脹的加壓模具空腔的製程。在反壓力經釋放時，將按照慣例突破表面的氣體氣泡經捕獲在內側，從而產生光滑表皮。GCP藉由表面品質、發泡體結構及表皮厚度控制發泡。
其中SCF完全溶解且均勻地分散在熔融生物聚合物中的單相溶液之產生在謹慎控制的製程條件下發生在射出桶內側：SCF必須經精確地質量流量計量至生物聚合物中持續固定量的時間。且在配料週期期間，可在桶內建立正確的溫度、壓力及剪力條件。背壓、螺桿速度及桶溫度控制，以及SCF輸送系統全部在建立產生單相溶液的製程條件中起作用。
一旦單相溶液已經產生，修改後射出模製成形機將溶液維持在加壓狀態中，直至射出開始。機器藉由關斷噴嘴及螺桿位置控制之組合努力達成此舉。關斷噴嘴防止洩壓及過早發泡至模具中。主動或被動螺桿位置控制藉由螺桿之向後移動防止洩壓。在主動螺桿位置控制期間，螺桿之位置經連續地監視，且施加至螺桿之背部的壓力經調節以維持位置設定點或在螺桿之背部上保持恆定壓力。在被動位置控制中，防止用來調節背壓力的油在螺桿復原之終點處排至其槽。此殘油阻止螺桿由於單相溶液之壓力而向後移動。
適當的模具設計亦幫助維持單相溶液。具有熱澆道系統之模具需要閥閘來防止材料在模具開放時自噴嘴滴漏。機器噴嘴斷路器在正常操作期間與澆口襯套接觸的模具，諸如在堆疊或串聯模具的情況下，需要澆口襯套上的關斷。否則，來自熱澆道之壓力將藉由澆口襯套解除。
利用於射出模製成形生物可降解及工業上可合成之微氣孔發泡體的發泡劑為處於超臨界流體(SCF)狀態中之惰性氮氣或二氧化碳。前面提到的發泡劑中每一者具有其地位，取決於正生產的最終零件之技術要求。
用於本發明之有用發泡劑為SCF氮氣，因為該SCF氮氣以相較於SCF二氧化碳的低得多的重量百分比提供改良之重量減少及精細氣孔結構。實際上，SCF氮水平將通常比達成可比較零件所需要的SCF二氧化碳水平低至少75%。然而，SCF二氧化碳為以下兩個情形中之較佳發泡劑：當黏度降低為主要處理目標時或當應用不能忍受SCF氮之更侵略性發泡動作時。
兩個成泡劑之有效性之差異起源於其在生物聚合物熔體中之行為。例如，在31.1攝氏溫度及72.2巴處變成SCF流體的二氧化碳比在-147攝氏溫度及34巴處變成超臨界流體的氮更可溶於生物聚合物中4倍至5倍。例如，未填充生物聚合物中之飽和點為約1.5至2重量%之氮，取決於溫度及壓力條件，而二氧化碳之飽和水平較接近於8重量%。二氧化碳亦展現生物聚合物中之較大遷移率，從而允許二氧化碳比氮遷移至現有氣泡中更遠。自氣孔成核之觀點，較大溶解度及遷移率意味較少的氣孔將成核，且成核的彼等氣孔將傾向於為較大的。
然而，當目標為黏度降低時，溶解度變成優點。溶解在生物聚合物中的SCF充當增塑劑，從而降低生物聚合物之黏度。因為黏度降低部分地隨添加至生物聚合物的SCF之量而變且因為二氧化碳具有相較於氮的較高溶解度極限，所以以二氧化碳降低黏度之能力為較大的。
當生產零件所需要的氮量低至使得不可能一致地處理零件時，二氧化碳亦為較佳的。因為二氧化碳為侵略性小得多的發泡劑，所以存在較容易運行低水平的二氧化碳之時機。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳與小於0.05%的極低氮水平相比。如先前實例中所指示的實例主要在軟材料及具有厚橫截面之零件的情況下發生。
[可回收射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體及製造該等可回收射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之方法]
圖4及圖6例示根據本揭示案之可回收射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體402及製作該可回收射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之方法。參考圖4，可撓性發泡體402較佳地為封閉氣孔發泡體，但亦可能形成為開放氣孔發泡體。在各種實行方案中，可使得可撓性發泡體402具有至少近似類似於習知不可回收乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體等等之彼等的性質及特性。
如以下更詳細地論述，可回收可撓性發泡體402係藉由使用圖5中所例示之射出模製成形機處於熱塑性聚合物製成。用來製造可回收可撓性發泡體402的熱塑性聚合物可任擇地由許多聚醯胺基熱塑性聚合物、聚醯胺共聚物等等產生。在本發明中找到使用的合適的聚合物之非限制實例由聚醯胺6、聚醯胺6/6-6、聚醯胺12組成。替代地，熱塑性聚合物可包含許多聚醯胺嵌段共聚物，諸如聚醚-嵌段-醯胺(PEBA)、PAE、TPA、TPE-A、COPA等等。合適的聚合物及共聚物之其他非限制實例包括由Ascend Performance Materials, LLC, Houston, TX以Vydyne之商標名行銷的聚醯胺66共聚物。前面提到的熱塑性聚合物樹脂已表明在形成本發明之最佳微氣孔可撓性發泡體結構中的有利技術性質。增強的技術性質中之一些包括異常老化性質、優良伸長、拉伸強度，及壓縮變形，以及其他效益。
另外，二或更多個熱塑性聚合物之摻和物提供在單個熱塑性聚合物中未發現的性質及價格之組合。存在用以成功地將熱塑性聚合物摻和在一起的許多方式。如以下更詳細地論述，雙螺桿擠製用以使二或更多個熱塑性聚合物熔融在一起且然後將熔融聚合物樹脂摻合物擠製成股，該股經冷卻且進料至造粒機中以用於生產稱為母料的一系列造粒件。聚合物樹脂摻和之另一方法將使用增容劑來在聚合物摻合物中將不同化學成分接合在一起。通常，此亦使用雙螺桿擠製等等來在以上描述的非限制熱塑性聚合物類型中使增容劑及二或更多個聚合物熔融在一起。
在一個實施例中，熱塑性聚合物包含源自於消費後或工業後回收的原料的至少一個單體或聚合物。例如，熱塑性聚合物可包含己內醯胺、回收的聚醚嵌段醯胺聚合物等等。藉由說明之方式，己內醯胺可藉由解聚合含有聚醯胺的工業後或消費後材料源自於回收的原料，該工業後或消費後材料諸如捕魚網、地毯纖維，或工業廢棄物。解聚合的消費後或工業後回收的己內醯胺之非限制實例包括由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia提供的ECONYL®己內醯胺，無論呈片狀、液體或或熔融。熱塑性聚合物可另外或替代地包含源自於經收集、分類、熔化且再處理的工業後或消費後聚醯胺地毯纖維的聚醯胺聚合物。源自於工業後地毯纖維的一個此聚醯胺聚合物為由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia製造的Econyl。另外，聚醯胺廢棄物以捕魚網或類似者之形式在世界海洋中或在世界海洋周圍收集，然後可經分類、熔化，且再處理成升級再造的可用聚醯胺材料。源自於所收集工業後捕魚網的示範性聚醯胺聚合物為由Koninklijke DSM N.V., Heerlen, the Netherlands製造的Akulon Repurposed。
取決於應用，添加劑亦可經利用於聚合物配方中。例如，填料諸如沉澱碳酸鈣、鮞狀霰石、澱粉、生物質等等可經利用來降低零件成本，同時維持完成可撓性發泡體之可回收完整性。
此外，用於使用在聚合物配方中的添加劑可由以下中一或多個組成。成核劑諸如微葉片狀滑石或高深寬比鮞狀霰石可經包括。此類成核劑可藉由防止氣孔聚結、降低塊體密度，且改良回彈性以及其他有益地增強之屬性大大地改良所得可撓性發泡體之關鍵性質。用於使用在生產可回收射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體中之成核劑之若干非限制實例為由Imerys Talc America Inc., Houston, Texas作為Mistrocell®行銷的微葉片狀滑石及由Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabama作為OceanCal®行銷的高深寬比鮞狀霰石。
著色劑、染料及顏料亦可經包括。例如，各種著色劑諸如染料、顏料或顏料可任擇地使用在本發明之聚合物配方中。若干非限制實例為已經定製來用於特定類型的熱塑性聚合物使用的顏料，諸如由Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany提供的寬範圍或由Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana提供的彼等。
回收原料對於產生微氣孔可撓性發泡體之使用減少環境衝擊，該環境衝擊通常藉由尋找可持續材料的來源與膨脹熱塑性聚合物發泡體之產生相關聯。如以下更詳細地論述，用於產生本揭示案之微氣孔可撓性發泡體之方法增加使用回收原料之環境效益，因為所得產品可進一步回收成熱塑性聚合物，該等熱塑性聚合物隨後可利用來產生來自微氣孔可撓性發泡體的新產品或替代地利用熱塑性聚合物的其他產品。
[製作可撓性發泡體之方法]
圖5及圖6例示用於製造圖4中所示之回收可撓性發泡體402的射出模製成形機506及方法600。因此，在一個態樣中，本揭示案針對發泡熱塑性聚合物之方法。如以下更詳細地描述，方法可經利用來由可撓性發泡體402產生許多終端產品中之任何終端產品，諸如包括鞋組件的技術運動裝置，及需要諸如緩衝、衝擊保護、舒服及其他之特徵的其他產品。
如圖5中所圖示500，射出模製成形機506包括漏斗504，該漏斗經組配來用於將複數個熱塑性聚合物502接收且引入射出模製成形機506中。桶507連接至漏斗504且經組配來用於接收熱塑性聚合物502且包括特殊化往復螺桿型柱塞508。桶507亦包括溫度控制單元(未示出)以加熱且冷卻桶507之內容。如圖5中所示，具有溫度及壓力量測裝置505的電腦控制器503經組配來感測桶507內之溫度及壓力。氣體配料系統509流體地連接至桶507且包括計量單元512，該計量單元經組配來用於將流體510接收且引入桶507中。氣體配料系統509將流體510維持在臨界溫度及壓力(分別為Tc及Pc)以產生超臨界流體(SCF) 510。在本揭示案之方法中，SCF 510用作替代可撓性發泡體生產之習知方法中所利用的諸如偶氮二甲醯胺(ADA)之化學發泡劑的物理發泡劑。藉由實例之方式，SCF 510可包含惰性氣體或鈍氣諸如氮、二氧化碳、氦、氖、氬或氙。本揭示案之方法與習知可撓性發泡體模製成形方法相比不僅藉由自製程消除環境有害且可疑致癌物ADA且以惰性SCF或鈍SCF替代該環境有害且可疑致癌物ADA來改良環境衝擊，而且如以下將進一步詳細地論述，本揭示案之可撓性發泡體402可作為本文所描述之方法之結果而在該等可撓性發泡體之有用壽命之終點處經回收。
參考圖6，用於製造可回收可撓性發泡體 102之方法可始於步驟602：選擇熱塑性聚合物502且將熱塑性聚合物502供應至射出模製成形機506之漏斗504。隨後，在步驟604中，熱塑性聚合物502然後自漏斗504進料至桶507中且經加熱。在步驟606中，在螺桿型柱塞508移動熱塑性聚合物502穿過射出模製成形機506時，加熱桶507使熱塑性聚合物502熔融。此外，控制器503可經組配來控制且調變螺桿速度。
在步驟608中，SCF 510藉由噴射器511經由連接至射出模製成形機506的計量單元512引入桶507中，且SCF 510溶解在熔融熱塑性聚合物502中以產生單相溶液。SCF 510可在熔體內之濃度方面經調整，此影響獲得的發泡程度。參考圖5，計量系統512經組配來用於將SCF以適當量配料至熔融熱塑性聚合物502中。初始SCF氣體濃度之非限制實例可為Co = 0.25%，並且熔體溫度範圍在176℃與250℃之間，且更佳地在180℃之範圍內。此外，控制器503控制SCF 510藉由SCF噴射器引入桶507中的壓力。SCF 510使熔融熱塑性聚合物502飽和，從而產生單相溶液。此外，螺桿型柱塞508以使熱塑性聚合物502及SCF 510均質且產生單相溶液所必需的的速度在桶507內旋轉。螺桿508可在桶507內在1 rpm至200 rpm之間，且較佳地，自近似20 rpm至近似60 rpm旋轉。
關於飽和，射出模製成形機506經組配來用於在溫度及壓力下將氣體輸送至桶507，以在螺桿旋轉期間使熔融熱塑性聚合物502飽和。特定而言，控制器503經組配來控制SCF輸送壓力及SCF劑量重量之組合。SCF壓力及劑量可以一方式控制以便影響單相溶液。亦即，SCF劑量越小，生物聚合物熔體內的SCF飽和需求越小，而SCF劑量越大，熔體內的SCF飽和需求越大。同樣地，SCF輸送壓力越小，飽和之攝取越低，且因此可生長以在熔融生物聚合物熔體內形成氣泡的核之生長越低。此外，SCF輸送壓力越大，飽和之攝取越大，且因此可生長以在熔融熔體內形成氣泡的核之生長越大。
控制器503以取決於正生產的可撓性發泡體之類型及正生產的終端產品用於何類型的方式可變地控制溫度及壓力。特定而言，遍及系統(諸如桶507內)的溫度可經控制以便介於100℃與600℃之間，諸如介於200℃與500℃之間，例如，介於300℃與400℃之間，且更具體而言，介於320℃與380℃之範圍之間，包括桶內介於360℃與380℃之間。同樣地，SCF輸送壓力可經精細地控制，以便在介於1,000 PSI與8,000 PSI之間的範圍內，諸如在1,500 PSI與6,000 PSI之間，例如，在2,000 PSI與5,500 PSI之間，具體而言，在3,000 PSI與4,000 PSI之間，且更具體而言在2,600 PSI與2,800 PSI之範圍之間。
在圖5中所例示之實施例中，控制器503使用感測器來決定且控制SCF 510濃度，該感測器決定飽和之量且評估飽和製程進展且調變壓力及溫度。SCF 510在往復螺桿508之旋轉期間可控制地使熔融熱塑性聚合物502飽和，以在明確的溫度及壓力下產生單相溶液。SCF為兩部分熔融熱塑性聚合物化合物混合物之一個部分，且其在存在本射出模具中之明確的壓力及溫度的情況下用作物理發泡劑。
如以下更詳細地論述，SCF 510發泡劑可基於最終可撓性發泡體402產品之技術要求而選自以上所列舉的鈍流體及惰性流體之列表。例如，處於其超臨界狀態中之二氧化碳在相同壓力處比氮稠密但具有較高熱容。處於超臨界狀態中之二氧化碳生產可使用於某些緩衝應用中的稠密發泡體。相反，超臨界氮可用來生產當產生用於鞋類及運動商品之可撓性發泡體402時可使用的具有較小核之密度低發泡零件。
然而，當目標為黏度降低時，溶解度變成優點。溶解在可回收熱塑性聚合物502中的SCF充當增塑劑，從而降低熱塑性聚合物502之黏度。因為黏度降低部分地隨添加至可回收熱塑性聚合物502的SCF之量而變且因為二氧化碳具有相較於氮的較高溶解度極限，所以以二氧化碳降低黏度之能力為較大的。當生產零件所需要的氮量低至使得不可能一致地處理終端產品時，二氧化碳亦為有用的。
因為二氧化碳為侵略性較小的發泡劑，所以存在較容易運行低水平的二氧化碳之時機。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳與小於0.05%的極低氮水平相比。如先前實例中所指示的實例主要在軟材料及具有厚橫截面之零件的情況下發生。因此，無論物理發泡劑為氮、二氧化碳，或以上列舉的其他惰性及惰性氣體中之一者，物理發泡劑在最終發泡零件及將含有該等物理發泡劑的最後產品中起到有用的作用。
選擇相容熱塑性聚合物或熱塑性聚合物化合物及相關聯SCF氣體之適當組合為有用的。其次，藉由最佳配料重量及壓力適當地利用SCF氣體提供單相溶液內之較佳飽和水平，且影響核之產生(發泡體基質內之許多均勻氣泡之生產，如以下將更詳細地描述)。另外，終端結果，同質地形成的射出模製成形可撓性發泡體零件，依賴於SCF氣體氣體配料製程之所有態樣及與射出模製成形機溫度、壓力及保持時間協作地工作，以用於達成商業上可接受的模製成形發泡零件的氣體反壓力之使用。
參考圖5，往復螺桿508進一步經組配來壓縮且移動桶507之空腔內之熔融熱塑性聚合物502。氣體反壓力(GCP)系統516經組配來用於將氣體反壓力輸送至桶507，以便控制熔融熱塑性聚合物502之膨脹。在圖5中所例示之實施例中，GCP系統516包括氣體泵515、氣體儲器518包括惰性氣體諸如氮或二氧化碳、壓縮機517、壓力感測器519，及氣體控制閥520。往復螺桿型柱塞508及桶507亦經組配來提供背壓力且將熱塑性聚合物502輸送至具有空腔的模具514中，該空腔與桶507流體連通地安置，且經組配來接收熔融熱塑性聚合物502 (以下更詳細地描述)。在圖5中所示之實施例中，螺桿型柱塞508及桶507經組配來施加在近似2,000 psi與近似3,000 psi之間，且更佳地在2,700 psi與2,800 psi之範圍內。螺桿型柱塞508及桶507之組態亦設定SCF 510配料開始所在的位置，且此舉然後可將SCF噴射器設定至開放或封閉位置。位置應經設定，以便在螺桿復原期間桶中之壓力在SCF 510配料開始之前變得穩定。作為非限制實例，開放位置可在0.3吋與0.4吋之範圍內。
除GCP系統之外，圖5中所例示之射出模製成形機506包括動態模具溫度控制(DMTC) 522，該動態模具溫度控制經組配來控制模具514內之溫度。DMTC 522可與GCP系統516一致地利用來確保膨脹熱塑性聚合物502內之一致氣孔結構。DMTC 522可經組配以便在射出填充級段期間影響模具溫度及/或壓力之快速變化及控制，且在有或沒有反壓力的情況下藉由熱熱循環及冷熱循環之使用動態地控制模具溫度及/或壓力。
繼續參考圖5，控制器503經組配以便在射出級段610期間藉由DMTC 522控制模具514溫度。更具體而言，與按照慣例已知的射出模製成形製程相比，本文所利用的動態模具溫度控制之重要特性在於模具溫度自身可經動態地控制。圖5中所例示之DMTC 522利用快速電氣桿加熱及快速水冷卻。特定而言，DMTC 522包括五個主要組件：空氣壓縮機(未示出)、閥交換裝置526、電腦控制的模具溫度控制單元(安置在控制器503內)、電氣加熱桿(安置在模具514內)，及冷卻塔532。冷卻塔532可用來將充分的水冷卻供應至模具。空氣壓縮機用來生產壓縮空氣作為氣動閥之驅動氣體且用來在冷卻之後排除殘餘冷卻水以免進入模具。在圖5中所示之實施例中，水加熱單元534亦經包括，且閥交換裝置526用來切換閥以將來自管線之不同介質傳遞至模具514，從而提供熱熱循環及冷熱循環。例如，DMTC 522可提供介於近似15℃與近似30℃之間的範圍內之水冷卻，且電氣加熱桿可將模具加熱至介於近似60℃與近似150℃之間，且可最佳地將模具加熱至90℃至130℃之範圍內。
圖5中所描繪之射出模製成形機506包括管道及用於反應材料之傳送的其他導管，該等導管與一或多個熱交換單元相關聯，以便在反應物經泵送至導管及管道中及/或穿過導管及管道時加熱且/或冷卻該等反應物。在此實例中，交換器可經控制以將溫度調整至反應水平。在管道之一個末端上可包括分配頭，該分配頭可與一或多個閥相關聯。此外，分配頭可向上鉤掛至處理線路。電氣加熱模具用於模製成形發泡零件之最終形狀。模具溫度控制之功能將控制模具之加熱及冷卻；所有此舉藉由電腦控制與射出模製成形機協調。
因此，如本文所實行，控制器503實行氣體反壓力以藉由在射出級段施加不同的氣體壓力來改良發泡製程之控制，如以下所描述。控制器503經組配來操縱GCP系統516及DMTC 522，以調節溫度及壓力且藉此控製成核及熔融熱塑性聚合物502內之所得氣泡及所得發泡基質。
如圖6中所例示，在步驟610中，熱塑性柱塞508前進，從而推動熔融熱塑性聚合物502穿過噴嘴(未示出)，該噴嘴抵靠模具514且該噴嘴將熱塑性聚合物502注射至模具514中。射出模製成形機506將單相熱塑性聚合物502之量測射注發送至動態溫度控制的模具514空腔中。在射出步驟610之前，DMTC 522將模具514加熱至預設上限。在射出步驟610期間，DMTC 522將模具514空腔之溫度維持為高於上限，以防止熔融熱塑性聚合物502過早地固化。GCP系統516輸送模具514內之氣體反壓力以控制核生長，從而在發泡零件經形成時防止氣體氣泡接觸且突破塑性聚合物502之表面。此藉由抵抗壓力達成，該抵抗壓力係藉由GCP系統516在熱塑性聚合物502單相溶液經注射至模具514空腔中的相同時間或大約相同時間施加至模具空腔中。惰性氣體氣泡經受足以在射出步驟610期間將SCF 510保持在熱塑性聚合物502內的力。
參考圖6，在步驟612及步驟614中，控制器503操縱模具514內之壓力及溫度，以控制熱塑性聚合物502之物理發泡。儘管動態地控制模具612之溫度及將氣體反壓力施加至模具614之步驟在圖6之流程圖中例示為單獨步驟，但步驟612及614可同時或相繼地實施，使得控制器503控制模具內之溫度及壓力。在步驟612及614中，在熔融熱塑性聚合物502內經歷核生長且形成許多微氣孔氣泡。在控制器503 (圖5)在步驟612中使溫度上升且下降時，SCF 510蒸發且變成氣體氣泡，從而使熱塑性聚合物502在模具514內發泡。在步驟614中，GCP系統516藉由電腦控制將反壓力氣體之預計量劑量發送至模具中以產生實質上均勻的氣泡，且氣體反壓力調節用於最佳外表外觀之表面織理。氣體氣泡生長，直至熱塑性聚合物502填充模具514，且SCF 510之膨脹能力耗盡。因為氣泡達到微米大小，所以製程生產微氣孔發泡。SCF 510濃度可影響氣體氣泡之結構。因此，控制器503選擇溫度及氣體反壓力參數，以便生產有用的及/或決定的氣體氣泡結構。在零件之模製成形結束時，模具冷卻且熱塑性聚合物固化。在圖6中所描繪之實施例中，在步驟616中，動態地溫度控制的模具溫度經切換至水冷卻，且氣體氣泡之形成及熱塑性聚合物502之膨脹減緩且停止。DMTC 522將模具514快速冷卻至下限(噴出溫度)，可撓性發泡體402模製成形零件現在經形成且其自模具噴出。
[可回收射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體產品]
圖4示出本揭示案之鞋類組件。更特定而言，可回收微氣孔可撓性發泡體鞋中底400，其係由可回收可撓性發泡體402製成。
如以上簡要地論述，用於製造以上所論述之可回收物之方法強化利用自回收的原料開發的單體及聚合物之環境上有益的效應，因為所得產品可進一步回收成單體，該等單體可再聚合成熱塑性聚合物以用於使用在製作新的其他塑膠材料中。具體而言，生產經組配來用於回收的商品確保可撓性發泡體將持續所得產品之可用壽命，諸如藉由以使得該所得產品在成品內在使用中不斷裂或破碎的方式使該所得產品功能化。例如，一個人購買僅由本揭示案之可回收可撓性發泡體製成以使發泡體在產品可用壽命終止之前，在正常使用期間降解的家具、一雙鞋或其他運動裝備將為有害的。
更具體而言，本揭示案受益於以上列舉的惰性物理發泡劑及熱塑性聚合物化合物之使用，該等惰性物理發泡劑及熱塑性聚合物化合物在製造製程期間不交聯。所得可回收可撓性發泡體402為非交聯的，無有害化學發泡劑諸如ADA的，且環境友好的。此外，可回收可撓性發泡體 402可使用在許多類型的終端產品中，該終端產品諸如用於使用在製作鞋中的鞋類發泡體。
可回收可撓性發泡體402可在產品使用壽命之終點處藉由廢棄物轉向重新導向至適當回收設施。因為可回收可撓性發泡體402不使用諸如ADA之化學發泡劑，且因為本文所描述之方法不利用在其製造期間交聯的熱塑性聚合物，所以可回收可撓性發泡體402可經磨碎、預處理且解聚合成一或多個單體。一個此解聚合單體為藉由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia提供的己內醯胺諸如ECONYL®己內醯胺，無論呈片狀、液體或熔體，或藉由DSM Engineering Plastics Americas, Troy Michigan提供的解聚合己內醯胺，無論薄片、液體或熔體。
參考圖7，本揭示案之方法涵蓋利用熱及化學解聚合製程回收可回收可撓性發泡體402之方法700，根據該方法，使聚合物諸如PEBA之溫度上升至超過最高溫度，且許多化學試劑或催化劑中之任何化學試劑或催化劑經利用來解聚合成其構成單體。在圖7中所例示之實施例中，解聚合製程始於步驟702，該步驟機械地將可回收可撓性發泡體402之熱塑性聚合物與任何廢棄物分離。在步驟704中，將解聚合催化劑引入至分離的熱塑性聚合物。解聚合催化劑之非限制實例包括諸如磷酸及硼酸的酸。在步驟706中，諸如藉由過熱蒸汽施加熱，該過熱蒸汽可作用來蒸餾己內醯胺及任何其他揮發性化合物且生產含有己內醯胺單體的餾出物。施加的溫度範圍可自約100℃至約325℃。在步驟708中，餾出物經分餾以將水及己內醯胺與解聚合方法之其他副產品分離。在步驟710中，將氧化劑引入至分離的含水己內醯胺。氧化劑之一些非限制實例包括過錳酸鉀、氫、氧、重鉻酸鉀、次氯酸鈉或次氯酸鉀、高氯酸鹽或過硼酸。在步驟712中，諸如藉由蒸發濃縮氧化含水己內醯胺。在步驟714中，諸如藉由真空蒸餾純化濃縮己內醯胺單體。
在步驟714中之己內醯胺單體之純化之後，解聚合單體可經再聚合成熱塑性聚合物且利用來製作更可回收的可撓性發泡體402。因而，與使用新原始化石燃料或其他不可再生原料相反，本揭示案之方法建立循環製程，藉此工業產品可經分解，製造成新產品，且重新插入商業流中。此外，本揭示案之可回收可撓性發泡體402既不折衷該等可回收發泡體之可用壽命期間的技術效能性質，亦不折衷其環境意識設計。
如本文以上所論述，裝置、系統，及其使用方法可經利用於生產一或多個模製成形終端產品之目的，諸如用於使用在鞋類、座位、汽車、保護裝置，及/或運動裝置中的組件。因此，在各種實施例中，本文所提供的是在鞋諸如其鞋底、中底及/或鞋內底之構造中有用的一或多個組件，諸如其中鞋底形成鞋之基底，且經組配來用於與地面接觸，中底形成中間結構及緩衝元件，且鞋內底經組配來用於插入鞋內且藉此提供緩衝及/或對鞋之支撐。
在某些實施例中，鞋組件可包括根據本文揭示之方法600生產的可回收可撓性發泡體402，該可回收發泡體可為環境友好的且可回收的。在各種實例中，各單獨組件可構成自包括基底層及緩衝層的複數個層。例如，在具體實施例中，支撐構件諸如耦接至基底層的支撐構件可經包括，且在組件為鞋內底的情況下，具有弓形接觸部分或足跟接觸部分中一或多個。
具體而言，在各種實施例中，可生產發泡體材料，諸如其中發泡體材料可使用在緩衝墊、緩衝家具、鞋組件諸如其鞋內底、墊、纖維、織物等之生產中。其他有用產品可包括填隙諸如聚矽氧填隙、聚矽氧醫用手套、用於藥物輸送系統之聚矽氧管路、聚矽氧黏合劑、聚矽氧潤滑劑、聚矽氧塗料，及其他合適的聚矽氧產品，例如保險套。在各種實施例中，發泡體產品可以發泡體材料可具有一或多個抗微生物、抗細菌、抗真菌、抗病毒，及/或抗易燃性質的方式加以生產。
更具體而言，在一個態樣中，本揭示案可一般地針對用於家具製造之製程，該家具諸如裝套墊家具及/或其緩衝墊，諸如包括發泡體或以其他方式由發泡體組成的家具，例如，該發泡體係生物可降解且/或可合成的。因此，本揭示案之回收發泡體為對於使用在包括如此生產的發泡體插入物的家具之製造中有利的。根據本揭示案之方法生產的可回收發泡體已證明為對於用作緩衝材料有利的，諸如用於枕頭、長椅、床、座墊，或用於其他裝軟墊家具等等。
例如，方法600可用來生產可回收可撓性發泡體402之小至大方塊，以便形成用於使用在家具或汽車附件組件中的發泡體插入物。方塊發泡體然後可基於正生產的家具之類型及形式而經切割成所要的大小及形狀之較小方塊。特定而言，定大小且切割的方塊然後可經施加至或以其他方式配合在家具或車架或其他界限材料內，該等各者一起可經覆蓋以生產最終家具產品，該最終家具產品為枕頭、沙發、緩衝墊，例如，沙發或汽車緩衝墊等等。另外，在需要的情況下，外罩殼或界限材料可經附接至框架材料，諸如藉由釘住及/或縫接，或以其他方式緊固至將要裝軟墊的製品之框架且以織品或其他材料覆蓋。
因此，在各種實施例中，當製造裝軟墊家具諸如長椅或汽車座椅時，框架可經生產。家具之各種內部(例如結構)組件可安裝在框架內，諸如彈簧等等，且然後可回收可撓性發泡體402之薄板可經定位在彈簧中，彈簧上及彈簧周圍，諸如用於緩衝及/或隔離。當然，可包括其他材料，諸如棉花層、羊毛層、毛氈層、橡膠基產品層等等，且然後可添加覆蓋材料以便覆蓋框架且完成產品製造。
特定而言，本揭示案之可回收發泡體與本文揭示之其他材料一起可充當襯墊料或填充料，在覆蓋材料在框架上伸展時，該襯墊料或填充料可在覆蓋物下方成形、調整且褶起。另外，如所指示，在各種實例中，本文生產之可回收發泡體出於許多原因而為在此項技術中已知的彼等中及上有用的，其中最重要的是典型的PU及/或EVA發泡體並非可回收的，而本文生產之發泡體之組件為可回收的。因此，在各種實施例中，提供在開放框架上構造家具之方法。
此外，在另一態樣中，本揭示案一般針對用於諸如鞋之鞋底、中底及/或鞋內底的鞋組件之製造的製程，該等鞋組件諸如包括習知發泡體或以其他方式由習知發泡體組成的鞋組件。特定而言，在具體實施例中，提供用於製作可回收鞋底、中底、鞋內底，及/或其他鞋插入物的方法。例如，本鞋插入物可為緩衝裝置之形式，該緩衝裝置適於插入或以其他方式配合在例如跑步鞋或運動鞋的鞋內，該鞋可經組配以便降低在跑步或步行時碰撞表面(例如，地面)的腳之衝擊，藉此吸收對腳之震動且/或使對腳之震動減弱。
具體而言，鞋底組件包括中底及插入物可包括一個層或許多層。例如，在一些實例中，基底層、可回收發泡體層及/或織物層可經提供。特定而言，可包括相對彈性材料之基底層，及/或例如安置在基底層上的可回收發泡體層，及/或安置在可回收發泡體層上的織物層。因此，方法可包括將基底層、可回收發泡體層及織物整體地形成為三層板薄板。在各種實例中，支撐層可安置足跟區域處，該支撐層可由諸如相較於積層之其他組件之彼密度的較高密度之剛性材料構造。黏合劑、膠或其他附接機構可經提供且利用於附接且形成具有支撐層之三層板。
更具體而言，在其他實例中，用於製作鞋組件諸如鞋內底之方法可包括以下步驟：提供可回收發泡體層，提供織物層，加熱可回收發泡體層，接合可回收發泡體及織物層，提供基底層，例如，具有與可回收發泡體層之彼密度相比的相同、較大，或較小密度之密度的基底層；以及加熱基底層及發泡體層中之至少一個以便耦接基底層與可回收發泡體層以便形成雙層板或三層板。
方法可進一步包括提供預形成支撐構件，諸如，弓形支撐件及/或足跟構件，該等構件可具有相較於發泡體層之密度實質上相同，或較小，或較大的密度。在具體實例中，支撐構件可由壓縮發泡體材料形成，以便獲得與可回收發泡體層之彼相比的較大密度，及因而較大剛性。另外，熱及/或壓力可反應黏合劑可經施加在支撐及/或足跟構件與積層之間。模製成形壓力然後可經施加至組成物，以便引起將三層板形成及/或成形為支撐及/或足跟構件，以便形成整體一件式鞋插入物，其中預形成的足跟構件形成後部分且/或支撐構件形成成品鞋插入物之底部表面之中間部分，例如，在其中間及/或足跟區域處，且基底層形成其前方區域處的成品鞋插入物之底部表面。
然而，應注意，支撐及/或足跟構件無需經包括，且在一些實例中，積層組件中一或多個可經排除或其他積層層可經添加。進一步應注意，在某些實施例中，可回收發泡體層可為更可撓性且/或緩衝的，例如，具有相較於基底層的較大硬度計，該基底層轉而可為更可撓性的及/或緩衝的，例如，具有相較於支撐構件的較大硬度計。因此，更可撓性發泡體及基底層可為相對彈性的且在形狀上符合所要的鞋大小及組態，而支撐層(多個)可為相對更剛性的。
特定而言，支撐層可具有較稠密的可回收發泡體，因而使得支撐層為更剛性的。因此，在各種實施例中，可回收發泡體層可具有約2磅/立方英尺或約3磅/立方英尺或約5磅/立方英尺至約10磅/立方英尺或更大之密度，諸如在介於約4磅/立方英尺至6磅/立方英尺之間的範圍內之密度。另外，可回收發泡體層可具有近似1/8”之厚度，諸如在約3/32”至5/32”之厚度範圍內。
同樣地，基底層亦可具有約2磅/立方英尺或約3磅/立方英尺或約5磅/立方英尺至約10磅/立方英尺或更大之密度，諸如在介於約4磅/立方英尺至6磅/立方英尺之間的範圍內之密度。基底層之厚度可為大約5/16”+或-10%。然而，在各種實例中，基底層之厚度在厚度方面範圍可自約1/4”或更少至約7/16”。關於支撐層，該支撐層可主要形成在插入物之弓形及/或足跟區域處，該支撐層亦可由本文揭示之可回收發泡體製成。
然而，支撐層可藉由壓縮可回收可撓性發泡體402使得最終密度為大約22磅/立方英尺至23磅/立方英尺製成。織物層可由任何合適的材料例如棉花、聚酯或聚丙烯針織物構造。在各種實例中，材料及可回收發泡體層可可能藉由火焰膠合技術積層在一起，該火焰膠合技術利用裸火，該裸火產生充分的熱以使可回收發泡體層之表面熔融。一旦熔融，織物層經接合至回收的發泡體層及淬冷輥輪，使得兩個層經接合在一起。
在製程中之此時，此等層仍然維持呈平坦薄板形式。此等整合層然後接下來亦藉由火焰膠合接合至基底層。先前整合的材料及發泡體層可經接合至支撐層，且此等多積層層然後可在淬冷輥輪之間延伸。在階段之此級段處，此等層仍然維持呈平坦薄板形式。至此積層的層因而然後準備好模製成形。此可藉由將積層層加熱至近似250 F之模製成形溫度，諸如持續約1分鐘至約5分鐘或更多，例如，約225秒之週期來執行。此充分地加熱先前積層的層，以允許該等積層層插入模具中。
如以上提到的，SCF物理發泡劑可取決於終端產品之所要的特性而選擇。在31.1攝氏溫度及72.2巴處變成SCF流體的二氧化碳比在-147攝氏溫度及34巴處變成超臨界流體的氮更可溶於熱塑性聚合物502中4倍至5倍。例如，未填充的可回收熱塑性聚合物中之飽和點為約1.52重量%至2重量%之氮，取決於溫度及壓力條件，而二氧化碳之飽和水平較接近於8重量%。二氧化碳亦展現生物聚合物中之較大遷移率，從而允許二氧化碳比氮遷移至現有氣泡中更遠。自氣孔成核之觀點，較大溶解度及遷移率意味較少的氣孔將成核，且成核的彼等氣孔將傾向於為較大的。
在以上論述之實施例中，其中方法600用來生產運動商品諸如鞋，SCF 510包含處於臨界狀態中之氮。氮在相較於SCF二氧化碳的低得多的重量百分比處提供改良之重量降低及精細核。SCF 510氮水平比達成可比較的零件所需要的SCF二氧化碳水平低至少75%。如此，當大量生產如利用於製作鞋組件中的本揭示案之生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體時，當與SCF二氧化碳相比時，大大地降低的SCF氮水平要求確保最佳材料節約及時間節約。
雖然二氧化碳為較重的，但其在某些應用中可為合適的發泡劑，諸如當黏度降低為製程之目標時，及/或當終端產品不能忍受SCF氮之更侵略性的發泡動作或在半可撓性發泡體中時。例如，當方法600用來生產家具及汽車產品時，SCF 510包含呈臨界狀態的二氧化碳，因為二氧化碳生產大得多的氣孔結構，即使處於較大的大小及/或重量處。在具有物理發泡劑之物理發泡製程期間，看到玻璃轉變中之凹陷。
如以上簡要地論述，當生產零件所需要的氮量低至使得不可能一致地處理零件時，超臨界狀態中之二氧化碳可經利用為物理發泡劑。因為二氧化碳為侵略性較小的發泡劑，所以在一些應用中，較容易運行低水平的二氧化碳。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳(與小於0.05%處的氮水平相比)可經利用來生產具有厚橫截面的軟材料及零件。
儘管以上已詳細描述少數實施例，但其他修改為可能的。其他實施例可在以下申請專利範圍之範疇內。
100:鞋中底
102:可撓性發泡體
200:裝置
202:生物聚合物母料
204:漏斗
206:射出模製成形機
208:射出模製成形機螺桿
210:氮或CO
2氣體
212:生物聚合物熔體
214:模製成形工具
216:氣體反壓力系統
218:計量氮或CO
2氣體
220:氣體控制閥
222:動態模具溫度控制系統(DMTC)
300、600、700:方法
302～316、602～614、702～716:步驟
400:可回收微氣孔可撓性發泡體鞋中底
402:可撓性發泡體
500:圖示
502:熱塑性聚合物
503:控制器
504:漏斗
505:溫度及壓力量測裝置
506:射出模製成形機
507:桶
508:柱塞
509:氣體配料系統
510:流體(SCF)
511:噴射器
512:計量單元
514:模具
515:氣體泵
516:氣體反壓力系統(GCP)系統
517:壓縮機
518:氣體儲器
519:壓力感測器
520:氣體控制閥
522:動態模具溫度控制(DMTC)
526:閥交換裝置
532:冷卻塔
534:水加熱單元
現將參看以下圖式詳細地描述此等及其他態樣。
圖1示出發泡鞋類組件，亦即根據本揭示案之一實行方案之鞋中底。
圖2例示用於生產適合於鞋類的生物可降解且工業上可合成之可撓性發泡體之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體系統的示意圖。
圖3為用於製造生物可降解且工業上可合成之射出模製成形的微氣孔可撓性發泡體之方法的流程圖。
圖4示出射出模製成形以產生用於運動鞋之中底的根據本揭示案之可回收可撓性發泡體。
圖5示出用於生產圖4中所描繪之可回收可撓性發泡體之射出模製成形機的示意圖。
圖6為用於製造圖4之可回收微氣孔可撓性發泡體之方法的流程圖
圖7為示出與圖6之用於製造可回收微氣孔可撓性發泡體之方法之實施例相結合回收可撓性發泡體之步驟的流程圖。
在各個圖中，相同參考符號指示相同元件。
200:裝置
202:生物聚合物母料
204:漏斗
206:射出模製成形機
208:射出模製成形機螺桿
210:氮或CO2氣體
212:生物聚合物熔體
214:模製成形工具
216:氣體反壓力系統
218:計量氮或CO2氣體
220:氣體控制閥
222:動態模具溫度控制系統/DMTC
Claims (20)
- 一種用於製造可撓性發泡體之方法，其包含以下步驟： 從熱塑性母料形成熔融聚合物，前述熱塑性母料包含一或多種可回收熱塑性聚合物； 將超臨界流體與前述熔融聚合物混合以產生單相溶液； 將前述單相溶液引入射出模製成形設備的模具空腔中，前述射出模製成形設備具有至少一個壓力感測器，用於感測前述射出模製成形設備中的壓力； 藉由使前述超臨界流體自溶液出來，使前述單相溶液在前述模具空腔中發泡，從而形成可撓性發泡體；及 在前述單相溶液發泡期間用反壓力氣體對前述模具空腔加壓，其中前述反壓力氣體在前述模具空腔中的劑量和保持時間由從至少一個前述壓力感測器接收資料的電腦控制器控制。
- 如請求項1所述之方法，其中前述一或多種可回收熱塑性聚合物包含一或多種聚醯胺或聚醯胺嵌段共聚物。
- 如請求項2所述之方法，其中前述一或多種聚醯胺或聚醯胺嵌段共聚物包含聚醯胺6、聚醯胺6/6、聚醯胺12、熱塑性聚醯胺(TPA)、聚醚-嵌段-醯胺(PEBA)或其組合中的一或多種。
- 如請求項1所述之方法，其中前述一或多種可回收熱塑性聚合物中的至少一部分衍生自解聚合的消費後或工業後塑料。
- 如請求項4所述之方法，其中前述解聚合的消費後或工業後塑料包含己內醯胺。
- 如請求項1所述之方法，其中前述一或多種可回收熱塑性聚合物在前述可撓性發泡體的製造期間不交聯。
- 如請求項1所述之方法，其中前述超臨界流體包含超臨界氮。
- 如請求項1所述之方法，其中前述超臨界流體包含超臨界二氧化碳。
- 如請求項1所述之方法，其中在約150巴至約300巴之範圍的壓力下引入前述超臨界流體。
- 如請求項1所述之方法，其中用前述反壓力氣體加壓前述模具空腔防止氣體氣泡在前述單相溶液發泡期間突破前述可撓性發泡體的表面。
- 如請求項1所述之方法，其中加壓前述模具空腔包含用前述反壓力氣體在約5巴至約50巴之範圍對前述模具空腔加壓介於1秒至25秒之間的時間長度。
- 如請求項1所述之方法，其中將前述單相溶液引入前述射出模製成形設備的前述模具空腔包含使前述模具空腔的表面與前述單相溶液接觸。
- 如請求項12所述之方法，其進一步包含用配置成提供熱及冷熱循環的動態模具溫度控制系統控制前述模具空腔的前述表面的溫度。
- 如請求項13所述之方法，其中前述動態模具溫度控制系統包含耦接到前述射出模製成形設備之一或多個加熱元件及一或多個冷卻元件。
- 如請求項1所述之方法，其中前述可撓性發泡體具有約2磅/立方英尺至約10磅/立方英尺之範圍的密度。
- 如請求項1所述之方法，其中前述模具空腔具有使得前述可撓性發泡體能在前述模具空腔中成形為鞋組件之形狀的形狀。
- 如請求項16所述之方法，其中前述鞋組件選自鞋底、鞋中底或鞋內底中的一或多種。
- 如請求項1所述之方法，其中前述可撓性發泡體不包含交聯的熱塑性聚合物。
- 如請求項18所述之方法，其中前述可撓性發泡體包含熱塑性聚合物，可使用熱及/或化學解聚合製程將前述熱塑性聚合物解聚合成單體。
- 如請求項19所述之方法，其中前述單體包含己內醯胺。
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