TWI716917B

TWI716917B - 單相溶液模製系統

Info

Publication number: TWI716917B
Application number: TW108122557A
Authority: TW
Inventors: 傑夫里 E. 達蘭德; 瑞恩阿爾文梅西
Original assignee: 荷蘭商耐克創新有限合夥公司
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2021-01-21
Also published as: CN113843950A; TW201945152A; EP4272922A3; CN110621464B; CN110621464A; US20180345544A1; WO2018222714A1; CN113843950B; US11911936B2; TWI673156B; EP3630440A1; EP4272922A2; TW201902653A; EP3630440B1; US10850434B2; US20210086412A1

Abstract

本發明的觀點提供用於模製由聚合物成分與氣體構成的單相溶液的方法。在模製操作期間使聚合物成分及氣體維持受壓以防止因所述聚合物成分中的溶解氣體跑出溶液而形成多孔式結構。將其中出於模製目的而引入單相溶液的模具空腔增壓至足以使所述單相溶液在所述模具空腔被填充時維持為單相溶液的模具壓力。在單相溶液受壓的條件下填充模具空腔之後，所得製品可固化進而誘陷壓縮氣體，否則所述製品可能經歷降壓而使所誘陷氣體形成多孔式結構。

Description

單相溶液模製系統

發泡製品的生產。

可使聚合物成分發泡以提供各種優點。發泡聚合物可藉由化學或物理發泡劑在模製製程期間分解或揮發時所產生的氣體來形成。因此，模製製程的參數可慮及使得化學發泡劑能夠在模製期間產生足以使聚合物成分發泡的氣體的參數。

本發明的觀點提供用於模製由聚合物成分與氣體構成的單相溶液的方法。在模製操作期間使聚合物成分及氣體維持受壓以藉由防止所述聚合物成分中的溶解氣體跑出溶液來防止形成多孔式結構。將其中出於模製目的而引入單相溶液的模具空腔增壓至足以使所述單相溶液在所述模具空腔被填充時維持為單相溶液的模具壓力。在單相溶液受壓的條件下填充模具空腔之後，所得製品可固化進而將壓縮氣體誘陷於固體製品中，否則所述製品可能經歷突然的降壓而使所誘陷氣體離開溶液（例如，有核的（nucleate））進而形成多孔式結構。

提供此發明內容以闡明而並非限制在下文中完全詳細地提供的方法及系統的範圍。

可藉由發泡劑（例如，起泡劑（blowing agent））來形成發泡聚合物，所述發泡劑可為化學發泡劑或物理發泡劑。兩種類型的發泡劑均藉由在模製製程期間替換例如聚合物等主要材料來進行操作。換言之，發泡劑能夠在材料改變狀態（例如，聚合物模製部分硬化）時藉由發泡製程而在所述材料中產生多孔式結構。聚合物的發泡可減小所得模製聚合物部分的密度，乃因佔用原本將被更緊密的聚合物材料填充的空間的發泡劑會形成空隙（void）。

化學發泡劑可為吸熱的或放熱的，此是指其在產生氣體以進行發泡時經歷的分解的類型。所述分解可為系統中的熱能的結果。吸熱發泡劑吸收能量且通常在分解時釋放氣體（例如二氧化碳）。放熱發泡劑釋放能量且在分解時產生氣體（例如氮氣）。無論所使用的化學發泡劑如何，將所欲模製的聚合物成分的熱變量與所欲分解的發泡劑的熱變量耦合於一起，進而使製程參數被選擇成使得聚合物可進行模製且所述發泡劑可在模製操作的適宜階段處分解。

將化學發泡劑與所欲模製的聚合物耦合於一起會得到對所得發泡部分造成限制的製程參數。舉例而言，為了使化學發泡劑達成適宜的分解而選擇對於聚合物而言可能並不理想的溫度及時間。如此一來，使用化學發泡劑可能向發泡模製操作中引入材料選擇、加工時間、加工溫度、及類似方面的限制。

物理發泡劑的實例包括壓縮氣體元件（例如二氧化碳或氮氣），壓縮氣體元件引入至可發泡聚合物（例如，熔化的或至少高於玻璃轉變溫度）中作為超臨界流體（super critical fluid，SCF）。將聚合物與超臨界流體加以組合（例如在噴射模製螺釘（injection molding screw）中）以形成單相溶液，所述單相溶液在噴射模製設備內維持受到充分的壓力以使聚合物與超臨界流體的單相溶液保持單相。

在自噴射模製設備向模具中進行噴射時，壓力突然且有意地下降至大氣壓使得單相溶液的超臨界流體相變成氣體。此種相變使聚合物隨著所述聚合物的硬化而發泡且在所述聚合物中形成多孔式結構。由於壓力突然降低使得超臨界流體相變（例如，相變成氣體），因此噴射模製機器形成有一或多個閥門以在單相溶液被噴射（例如，射出（shot））至模具中時在噴射模製設備內維持充分的壓力。此外，發生快速發泡時，為了迅速地將單相溶液自所述噴射模製設備排空至模具，噴射模製設備用於要被形成的部分具有相對高的射出體積容量（shot volume capability）。噴射模製設備的噴射端處的大的射出體積及額外的閥門可能提高機器成本且限制生產機會。另外，在熔化溫度與發泡溫度之間存在耦合的加工限制可能限制材料選擇及所得產品特性。

溶解於材料（例如聚合物）中的氣體亦可充當物理發泡劑。可在充分高的壓力下將例如二氧化碳（CO₂ ）或氮氣（N₂ ）等氣體引入至噴射模製（或擠出）設備中的聚合物成分，進而使所述氣體溶解至所述聚合物中進而形成單相溶液。如作為先前提供的物理發泡劑實例的超臨界流體一樣，具有壓縮氣體的單相溶液在足以使氣體維持於溶液中的壓力下被維持為單相溶液。當期望使聚合物成分發泡時，可產生降壓以使氣體跑出溶液來形成由聚合物成分與所述氣體構成的兩部分混合物（two-part mixture）進而形成多孔式泡沫結構。

在處於模具中的同時及在藉由噴射模製設備進行噴射之後維持充分的壓力可達成發泡劑參數與聚合物成分參數的分離。舉例而言，當在模具內維持充分高的壓力時，單相溶液可在聚合物成分硬化、交聯、固化、或以其他方式形成時保持為單相溶液。因此，可設立例如加工時間（例如，射出填充時間、交聯時間、硬化時間）及溫度（例如，模具溫度、部件溫度）等加工參數來達成聚合物成分的結果而無需慮及傳統發泡變化參數。如此一來，可以可接受速率發生充分的交聯而無需慮及發泡劑過度發泡（over foamed）、發泡不足（under foamed）、發泡不完全（incomplete foamed）、及/或過早發泡（prematurely foamed）。

此外，藉由使聚合物成分變化參數自發泡劑變化參數分離而達成的對溫度的控制可使所得的多孔式結構達成更大的均勻性。舉例而言，傳統噴射模製可能得到較緊密的外皮（skin）與較不緊密的內部體積（internal volume）。密度方面的此種矛盾歸因於在充分發泡之前聚合物在模具空腔表面處硬化而導致較緊密的外皮。相似地，內部體積由於聚合物成分的熱質量（thermal mass）而硬化得較慢，此可能導致過度發泡且亦使所形成的外皮含有發泡氣體。因此，在聚合物成分模製製程期間不依賴於發泡劑變量來控制溫度可為所得多孔式結構提供更大的均勻性（例如，藉由對所有被模製的聚合物成分中的熱衰減（thermal decay）進行均衡）。

本發明的觀點預期一種對單相溶液進行模製的方法。所述方法包括例如藉由在噴射模製設備的筒（barrel）（例如，螺釘）中引入增壓氣體及高於玻璃轉變溫度的（例如，熔化的）聚合物成分來形成單相溶液，所述筒有助於藉由受壓的聚合物成分來混合及溶解所述氣體。所述方法繼續將模具的模具空腔增壓至高於大氣壓而達到模具壓力。大氣壓是模具空腔所暴露的環境的壓力（例如，一般環境壓力）。模具壓力至少是使單相溶液維持為單相的壓力。所述方法更包括向經增壓的模具空腔中噴射單相溶液。所述方法亦包括在噴射單相溶液期間在模具空腔中至少維持模具壓力。如此，模具空腔中的壓力防止氣體在自噴射模製設備離開時自溶液跑出而形成二相的混合物（例如，發泡的）。由於壓力得到維持，因此避免在自噴射模製設備噴射聚合物成分時過早發泡，進而使得和發泡劑相關聯的製程參數與和聚合物成分相關聯的製程參數能夠分離。

另一觀點預期包括一種對單相溶液進行模製的方法，所述方法包括將高於聚合物成分的玻璃轉變溫度的所述聚合物成分與高於大氣壓的氣體進行混合以形成所述單相溶液。所述方法包括將模具的模具空腔增壓至高於大氣壓而達到模具壓力。模具壓力至少是使單相溶液維持為同質混合物的壓力。換言之，模具空腔所維持的壓力足以使氣體與聚合物成分一起保持於溶液中。在將模具空腔至少維持在模具壓力的同時，所述方法繼續藉由單相溶液填充模具空腔。換言之，由於模具空腔被維持在模具壓力，因此氣體與聚合物成分一起留在溶液中且因此不轉換成二相的混合物。此外，在將模具空腔至少維持在模具壓力的同時，所述方法包括在處於模具空腔中的同時對聚合物成分進行化學交聯。與同時進行發泡反應與化學交聯的傳統發泡操作不同，本發明方法及時使交聯與發泡分離以達成所得聚合物成分的不同性質。所述方法亦包括將模具空腔減壓至減壓壓力，所述減壓壓力使單相溶液轉換成由聚合物成分與氣體構成的異質混合物。所述異質混合物是其中氣體的至少一部分跑出溶液以形成聚合物成分的多孔式網路來作為發泡製品的二相的混合物。

又一觀點預期一種對單相的聚合物與氣體的溶液進行模製的方法。所述方法包括將高於聚合物成分的玻璃轉變溫度的所述聚合物成分與高於大氣壓的氣體進行混合以形成單相溶液。所述混合可發生於噴射模製設備（例如，筒、料斗）內或他處（例如，其中含有溶解氣體的硬化聚合物成分）。所述方法亦包括將模具的第一模具空腔增壓至高於大氣壓而達到模具壓力。所述模具壓力至少是對於使單相溶液維持為同質溶液而言適合的壓力（例如，氣體與聚合物成分一起以單相成分的原始飽和度的至少50%或高於50%維持於溶液中）。在將第一模具空腔至少維持在模具壓力的同時，所述方法包括向第一模具空腔中噴射單相溶液。所述方法包括將單相溶液冷卻至低於其中溶解有氣體的聚合物成分的玻璃轉變溫度以在第一模具空腔中形成單相固體製品。換言之，實質上防止在聚合物成分固化之前發生發泡反應。因此，溶解氣體被至少局部地維持於具有模具空腔形狀的硬化聚合物製品內。所述方法亦包括在將聚合物成分充分地硬化（例如，冷卻至低於40攝氏度）之後將第一模具空腔減壓至低於模具壓力以使溶解氣體與所述聚合物成分一起維持於溶液中。

所述方法亦可包括將單相固體製品傳遞至具有第二模具空腔的第二模具。第一觀點中的第二模具空腔具有較第一模具空腔的體積大的體積。在替代性觀點中，第二模具的大小相似於第一模具空腔的大小。所述方法亦包括在第二模具空腔內對單相固體製品進行加熱以將所述單相固體製品轉換成發泡製品。換言之，在第二模具空腔內將具有所捕獲增壓氣體的單相製品加熱以使得能夠藉由經加熱的聚合物成分的可鍛條件（malleable condition）而使製品發生發泡。

圖1繪示根據本發明觀點的用於對單相的聚合物與氣體的溶液進行模製的示例性系統100。系統100包括聚合物源102。聚合物源102可為被維持於模製設備（例如噴射模製設備的料斗）中的經選擇的聚合物成分的丸粒。聚合物成分是包括聚合物的成分。聚合物成分亦可包括化學交聯劑、填充物、著色劑（colorant）、及類似物。在如本文所提供的示例性觀點中，聚合物成分不包括數量足以在商業上使所述聚合物成分發泡的化學發泡劑。聚合物成分的實例包括但不限於聚胺基甲酸酯（polyurethane，PU）、熱塑性聚胺基甲酸酯（thermoplastic polyurethane，TPU）、乙烯乙酸乙烯酯（ethylene-vinyl acetate，EVA）、聚烯烴、聚烯烴的共聚物/三元共聚物、丁烷系及辛烷系共聚物、氫化或鹵化聚烯烴、聚醯胺、聚醯胺的嵌段共聚物（block copolymer）、離子聚合物（ionomer）、苯乙烯嵌段共聚物、以及橡膠（例如，乙烯丙烯二烴單體、腈橡膠）。在本文中的各種觀點中預期存在熱塑性聚合物與熱固性聚合物二者。另外，可在聚合物成分中使用可進行交聯或不進行交聯的各種樹脂。各個階段處的交聯量可有所變化。舉例而言，化學交聯及/或物理交聯可發生於向模具中進行噴射期間、進行發泡期間、及/或進行發泡之後。在一個實例中，聚合物成分充分地保持不進行交聯以使得製品能夠重新熔化來進行後續發泡。在發泡之後，交聯可增加至使得難以進行重新熔化或不可能進行重新熔化的程度。預期存在額外的聚合物。舉例而言，聚合物成分包括矽酮。

聚合物成分可呈任何形式，例如丸粒、珠粒（bead）、片材（sheet）、鑄錠（ingot）、及類似形式。系統100中的聚合物成分被加熱元件104引入熱能。加熱元件可合併至例如噴射模製設備等模製設備中。加熱元件104可藉由電、氣體、光（例如，紫外光（UV）、紅外光（IR）、可見光）、超聲波、微波、及其他形式的能量來對聚合物成分進行加熱。聚合物成分被加熱至高於所述聚合物成分的玻璃轉變溫度。玻璃轉變溫度基於聚合物成分而變化，但在示例性觀點中所述溫度足以使得所述聚合物成分能夠例如在處於或高於熔化溫度時呈可流動狀態。在示例性觀點中，聚合物成分被加熱至介於175攝氏度至205攝氏度的溫度範圍。然而，相依於聚合物成分及其他變量，所述溫度可有所變化。

系統100包括混合器106。混合器106起到攪動聚合物成分以達成均勻狀態的作用。舉例而言，若由聚合物源102提供的聚合物成分可為多種元素的異質混合物，則可藉由混合器106利用攪動製程（例如混合）將所述元素物理地加以組合。在此實例中，加熱元件104可使異質混合物達到所述混合物的熔化溫度，進而使混合器106將熔化的元素混合成聚合物成分。在示例性觀點中，混合器106可為噴射模製設備的筒內的螺釘。

系統100更包括氣體源103。氣體源103可為氣體產生器、壓縮機、罐、或類似物。氣體源103有效地提供將用作系統100中的物理發泡劑的氣體。舉例而言，氣體源103可供應CO₂ 或N₂ 。氣體源103亦可例如在混合器106處以一定壓力（例如，高於600磅/平方吋（psi））有效地供應氣體以溶解至聚合物成分中。因此，氣體源103可能夠提供「氣體」的超臨界流體（SCF）狀態。出於本發明的目的，超臨界流體狀態可指與處於此超臨界流體狀態內的旨在於發泡製程期間轉變成氣態的材料有關的「氣體」。舉例而言，超臨界流體CO₂ 可指「氣體」，乃因CO₂ 將在至少發泡操作期間隨著壓力的變化而轉變成氣態。預期壓力高於所選擇氣體的罐壓力。舉例而言，對於N₂ ，所述壓力為600磅/平方吋或高於600磅/平方吋，而商業用罐壓力一般低於600磅/平方吋。在各觀點中，提供高於1,500磅/平方吋的壓力。此種壓力的提高可藉由壓縮機、幫浦、或其他機構來達成。

在示例性觀點中，氣體源103與混合器106進行流體耦合。如此一來，氣體源103可對混合器106提供氣體以與聚合物成分整合於一起。混合器106可將聚合物成分與增壓氣體進行混合以形成單相溶液。單相溶液是其中各處的物理性質皆本質上均勻的溶液。因此，聚合物成分與氣體的單相溶液是具有均勻特性的同質組合物。此與其中存在產生缺乏均勻性的異質混合物的分立材料的二相（或多相）混合物相反。舉例而言，在發泡之後出現聚合物成分與氣體的二相混合物，進而使得可藉由在硬化之後產生的多孔式框架來辨別聚合物成分與氣體。

由於產生單相溶液及壓力降低可使聚合物成分與氣體的單相溶液轉換成二相混合物，因此預期混合器106被配置成維持足以使所述單相溶液維持單相的壓力（例如，在第一觀點中高於600磅/平方吋及在第二觀點中高於1,500磅/平方吋）。舉例而言，若混合器106是噴射模製設備中的筒，則所述筒內的壓力被維持成高於足以使單相溶液維持為單相溶液的壓力。

系統100更包括具有模具空腔110及調節器112的模具108。模具空腔110形成模具表面，聚合物成分圍繞所述模具表面進行造形。模具108被配置成在模具空腔110內維持或產生足以維持單相溶液的壓力。舉例而言，在示例性觀點中，模具108可為壓力密封的（pressure sealed）以維持所引入的壓力。

隨著單相溶液被噴射（例如，引入）至模具空腔110中，所述單相溶液消耗模具空腔110的體積。隨著體積的減小，壓力可繼續增大。壓力的增大可防止模具空腔被完全注滿或完全填滿。因此，本發明的觀點預期調節器112在單相溶液被引入且消耗模具空腔110的體積時使壓力滲出模具空腔110。因此，預期調節器112在模具空腔110內的體積隨著單相溶液的引入而變化時有效地維持例如模具壓力等預設壓力（例如，高於600磅/平方吋）。

由於單相溶液被引入至模具空腔110中，因此模具空腔110的初始壓力應至少為足以使所述單相溶液維持為單相溶液的模具壓力。壓力源116可與模具空腔110進行流體耦合來引入足以防止單相溶液在所述單相溶液被引入至模具空腔110中時發泡的壓力。壓力源116可為罐、壓縮機、或其他壓力儲存器或壓力產生源。壓力源116可為任何流體，例如液體或氣體。在示例性觀點中，壓力源116提供壓縮的大氣，但其可為壓縮的CO₂ 、N₂ 、或其他氣體。

壓力源116可選擇性地與混合器106進行耦合以在混合器106處提供足以使單相溶液維持為單相溶液的壓力。另外或作為另一選擇，混合器106內的壓力可藉由氣體源103來產生。

模具108與混合器106例如藉由來自噴射模製設備的筒的出口埠進行流體耦合以維持對於單相溶液而言充分的壓力。換言之，在一些觀點中，避免自混合器106至模具108的壓力下降以防止單相溶液在所述單相溶液於混合器106至模具108之間傳遞時過早發泡。

系統100中可選擇性地包括熱調處器（thermal manipulator）114。熱調處器114在加工期間有效地調整模具108的溫度（例如，加熱或冷卻）。如此一來，熱調處器114可有效地使聚合物成分的模製製程的循環時間加速。舉例而言，藉由對模具108進行冷卻，模具空腔110中所容納的大量聚合物成分亦被冷卻且在比不存在熱調處器114的情形更快的循環中自可鍛形式（例如，可流動）變成固體形式。由於在本發明的示例性觀點中省略了在受熱持續定義時間下會劣化（且因此產生氣體）的化學發泡劑，因此熱調處器114的使用有助於在不影響發泡劑的條件下減少循環時間。作為另一選擇或另外，熱調處器114為用於對模具108進行加熱以影響單相溶液的固化特性的加熱器。舉例而言，在示例性觀點中，藉由對模具進行加熱，具有不同物理特性的外皮可藉由使單相溶液自模製製品的內部部分至所述模製製品的外部部分達成更均勻的熱衰減而最小化。

在一觀點中，預期多個聚合物珠粒/丸粒被自聚合物源102（例如料斗）遞送至具有加熱元件104及混合器106的系統中。聚合物珠粒被加熱至高於可對所述聚合物珠粒進行模製的溫度，例如高於玻璃轉變溫度（例如，加熱至熔化溫度，但低於劣化溫度）。聚合物珠粒被接著機械地混合以形成同質的聚合物成分集合以進行最終模製。例如CO₂ 或N₂ 等氣體被以一定壓力自氣體源103引入至聚合物成分。所述氣體被維持在足以使所述氣體與聚合物成分合併成單相溶液的壓力。所述合併可發生於混合器106中，且混合器106可被維持在足以維持單相溶液的壓力。單相溶液被接著引入至處於足以防止所述單相溶液發泡的壓力的模具空腔110中。因此，單相溶液可在混合器106與模具108之間進轉變而不經歷會引發成核（nucleation）進而導致發生發泡的突然壓降。當單相溶液被引入至模具108中時，調節器112在當模具空腔110的體積被所述單相溶液填滿時不發生顯著的壓力增大的條件下維持充分的壓力。可針對單相溶液的細節（例如，聚合物成分、氣體）來調整藉由調節器112而維持的壓力。

此時，在系統100中，模製製品可被固化以誘陷及維持經增壓的氣體進而形成單相固體模製製品。或者，作為另一選擇，在模具空腔110被實質地填充之後，可使模具向大氣開放以使得單相溶液內的氣體突然膨脹，此亦被稱作使部件發泡。將論述每一選項。

首先是在模製製品固化之前進行的突然減壓。在此實例中，模製部件尚未確定大小/造形。舉例而言，在發泡之前，模具空腔110被單相溶液填充以形成由模具空腔110的大小/形狀界定的模製製品。在突然減壓之後，尚未完全固化的單相溶液轉換成多部分混合物（例如，由氣體與聚合物成分構成的兩部分混合物）。自單相溶液至二相混合物的此種轉換使模製製品的體積增大（例如，使密度減小）。因此，所得發泡製品較所述所得發泡製品所形成的模具空腔110大。與其中所得發泡部件被確定大小及造形成模具空腔特性的傳統泡沫模製操作不同，本發明觀點由於在初始模製之後發生發泡而偏離所述模具空腔特性。

系統100的一示例性實作方案見於對鞋類組件（例如鞋底）的製造。舉例而言，乙烯乙酸乙烯酯、聚胺基甲酸酯、或熱塑性聚胺基甲酸酯成分可被形成為其中溶解有經壓縮的CO₂ 的單相溶液。單相溶液被接著提供至模具以形成鞋底部分。然而，不針對預期所得鞋底大小來確定模具的大小。而是，所述模具的體積小於預期所得鞋底組件的體積。在此實例中，模具空腔可被單相溶液填充且所述單相溶液被容許進行化學交聯。在進行充分的交聯之後，鞋底組件被自模具移除（或以另一種方式減壓）而使壓縮氣體跑出溶液且使所述部件發泡。發泡反應使鞋底的體積增大至較模具空腔所提供的更大的大小。所得發泡製品可原樣地用於鞋中或者其可經歷後續加工，例如被放置於二次模具（secondary mold）中以進行最終造形及確定大小。

如以上所提供，來自系統100的另一可選輸出是已固化且尚未發泡的單相固體製品。在此實例中，所述製品能夠在模具108內充分地固化以獨立地維持單相溶液的壓縮氣體。在固化之後，模具108可被減壓且單相固體製品118可被自模具空腔110移除。

單相固體製品118是由來自聚合物源102的聚合物成分形成的非發泡製品，所述聚合物成分中含有來自氣體源103的壓縮氣體的同質內含物。後續操作（例如對製品進行加熱）使單相固態製品118的溫度充分抬升以使得所述製品能夠自發泡反應而發生物理變化。在此實例中，製品可被至少加熱至使得所含有的壓縮氣體的壓力能夠膨脹並為所述製品形成多孔式結構的玻璃轉變溫度。氣體的膨脹造成製品的膨脹。

如圖1中所繪示，單相固體製品118可傳至具有第二模具空腔122的第二模具120。第二模具120可包括熱調處器124。熱調處器124可在包含於第二模具空腔122內的同時有效地抬升單相固體製品118的溫度。一旦單相固體製品118的溫度得到充分提高，則由壓縮氣體施加的壓力可在製品中形成多孔式結構進而得到發泡製品126。發泡製品126較單相固體製品118大，乃因在大氣壓下氣體跑出溶液時形成多孔式結構（例如，閉合巢室式結構（closed-cell structure））。舉例而言，在一些實例中，發泡製品126可膨脹至單相固體製品118的兩倍體積（例如，密度為單相固體製品118的一半）。發泡製品126可接著被放置於溫度受控的環境中以控制因對所述發泡製品進行冷卻而造成的收縮。當聚合物成分由於第二模具120操作而重構時發生的自然收縮可使所得製品減小至較藉由第二模具空腔122而形成的發泡製品126小（例如，5%至20%）的大小。控制熱變量及時序（timing）可有助於限制或預測可能發生的收縮。

儘管圖1中繪示具體組件及製程，然而預期所述組件及製程是說明性的而非限制性的。舉例而言，可根據本發明的觀點來對所繪示元件進行省略、添加、或重新排列。亦可併入額外的元件。此外，儘管繪示一些元件，然而無論被作為選項列出還是未被明確列出，該些元件對於所預期的一些觀點而言均是可選的。此外，即便當在一些觀點中未特別說明具有連接時，在元件之間仍可形成有一或多個連接。

另外，單相固態製品118可為用於容納所誘陷氣體的承載容器。舉例而言，其中旨在引入增壓氣體的系統或製程可在閉合體積中提供單相固態製品118。隨著時間的流逝，所誘陷氣體可自單相固態製品118濾出而到達所述系統的閉合體積中以將所述氣體引入至此系統中。

圖2繪示表現根據本發明觀點的用於對單相溶液進行模製的方法200的流程圖。方塊202包括形成包括聚合物成分及壓縮氣體的單相溶液。所述形成單相溶液可在玻璃轉變溫度下（或高於玻璃轉變溫度）、在熔化溫度下（或高於熔化溫度）、及/或在室溫下藉由聚合物成分來形成。本文先前所提供的實例預期使聚合物成分熔化並混合壓縮氣體以形成同質可流動單相溶液（例如，可噴射模製的黏性）。形成單相溶液的另一預期方式包括將固體聚合物成分放置於欲溶解於所述固體聚合物成分中的氣體的增壓環境中。聚合物成分吸收增壓環境中的氣體且接著被提供至製造設備（例如，噴射模製設備），同時被維持於壓力下直至作為單相溶液被模製之後為止。

方塊204表現將模具空腔增壓至高於大氣壓的壓力而達到模具壓力。模具壓力是足以使誘陷於單相溶液內的氣體中的至少一些氣體維持溶解於所述單相溶液中的壓力。舉例而言，模具壓力可為與使單相溶液得以形成的壓力相等的壓力。模具壓力亦可為與使單相溶液噴射至模具空腔中的壓力相等的壓力。無論怎樣，在示例性觀點中，模具壓力均是防止在單相溶液中發生發泡反應的壓力。

方塊206表現向模具空腔中噴射單相溶液。舉例而言，噴射模製設備可在單相溶液被噴射至增壓模具中時在筒中使所述單相溶液維持受壓。如此一來，單相溶液不經歷將會促使在模製製程期間發生成核及發泡的壓差。相反，模製製程可針對聚合物成分的時間及溫度（例如，交聯條件）來進行調整且不與用於使發泡發生的變量耦合。方塊208表現在噴射單相溶液期間在模具空腔中維持至少模具壓力。在示例性觀點中，對壓力的此種維持確保發泡製程發生於模具空腔已被填充（例如被完全填充或被填充至模具空腔體積的至少80%）之後。模具空腔體積是可供聚合物成分在噴射操作期間流入其中或觸及的空間的體積。舉例而言，模具空腔體積中可包括在模製製程期間不受阻礙（例如，不受閘控）的澆道（runner）或澆口（sprue）。然而，若模具空腔的一部分（例如澆道）在聚合物成分行進方面受到阻礙（例如，所述聚合物成分的流動因機械障壁而受到阻礙），則可自模具空腔體積省略所述聚合物成分所不能夠觸及的所述部分。在其他觀點中，當界定製品自身而非所有（或任何）相關聯澆道或澆口的模具空腔體積被填充時，出於本文中的目的，當論及在減壓之前的模具空腔填充體積時，所述模具空腔是被實質地填充。

根據方塊208，可在製品固化之前對模具進行減壓以使得所述製品能夠發泡。或者，可使得製品能夠固化進而將壓縮氣體誘陷於所述製品中。在後續實例中，可隨後將製品暴露至熱能量進而使得壓縮氣體能夠使所述製品膨脹且使所述製品發泡。

使模具減壓的溫度可根據製品的預期結果而變化。舉例而言，單相固態製品預期結果可能夠在對模具進行減壓之前冷卻至50攝氏度或低於50攝氏度。對於旨在於減壓階段處進行發泡的交聯製品，所述製品在減壓時的溫度可高於130攝氏度。對於旨在於減壓時進行發泡的一些交聯聚合物成分，所述溫度可高於150攝氏度（例如，交聯熱塑性聚胺基甲酸酯(TU)或乙烯乙酸乙烯酯(EVA)）。旨在於減壓時進行發泡的非交聯（例如，熱塑性聚胺基甲酸酯離聚材料（TPU ionomeric material））製品的脫膜溫度（demolding temperature）可能更冷，例如介於100攝氏度與135攝氏度之間。

圖3繪示根據本發明觀點的對由聚合物成分與壓縮氣體構成的單相溶液進行模製的方法300。具體而言，方法300預期在對模具空腔進行填充之後且在對製品進行固化之前對所形成的製品進行發泡。因此，方塊302表現將聚合物成分與氣體進行混合以形成單相溶液。在此實例中，在使氣體溶解至聚合物成分中進而形成單相溶液的壓力下形成所述單相溶液。方塊304表現將模具的模具空腔增壓至模具壓力。如方塊306處所繪示，模具壓力足以使單相溶液在模具空腔被所述單相溶液填充時維持為單相溶液。在此實例中，如方塊308中所繪示，在維持模具壓力的同時，在模具空腔中發生化學的及/或機械的交聯。

方塊310表現對模具空腔進行減壓以使單相溶液轉換成異質混合物。換言之，對聚合物成分進行固化之前對模具空腔進行減壓使得能夠由壓縮氣體形成聚合物成分的多孔式結構（例如，閉合巢室式泡沫）。在此實例中，可使模具開放以使得製品能夠膨脹到其可膨脹成的體積。舉例而言，在對模具空腔進行減壓之前，所述模具空腔可被單相溶液完全填充或實質上完全填充。若在不提供膨脹用的額外體積的條件下對模具空腔進行減壓，則可能無法得到均勻的發泡製程。此外，藉由使模具空腔維持受壓，可調整填充時間及交聯操作而不影響最終發泡。

圖4繪示根據本發明觀點的對由聚合物成分與壓縮氣體構成的單相溶液進行模製的方法400。具體而言，根據本發明的觀點，方法400預期形成含有壓縮氣體的單相固體製品，所述單相固體製品隨後進行發泡模製而達到一定大小及形狀。如本文先前所論述，方塊402預期將聚合物成分與壓縮氣體進行混合以形成單相溶液。方塊404表現將第一模具空腔增壓至模具壓力。如先前所論述，模具壓力是足以使單相溶液維持為單相溶液的高於大氣壓的壓力。方塊406表現在將第一模具空腔維持在模具壓力或高於所述模具壓力的同時向所述第一模具空腔中噴射單相溶液。方塊408表現對單相溶液進行冷卻以在模具空腔中形成單相固體製品。在此實例中，壓縮氣體被誘陷於已固化的聚合物成分中。方塊410表現在已對製品進行充分固化以誘陷壓縮氣體之後對第一模具空腔進行減壓。

方塊412繪示將單相固體製品傳遞至第二模具。所述傳遞可立即執行或隨後在任何時間處執行。第二模具具有第二模具空腔。第二模具空腔較單相固體製品大。因此，當單相固體製品發泡並膨脹時，第二模具空腔提供用於形成所得發泡製品的模製體積。

方塊414表現在處於第二模具空腔中的同時對單相固體製品進行加熱。所述加熱可藉由對第二模具自身進行加熱來達成。藉由對單相固體製品進行加熱，聚合物成分藉由由所誘陷氣體施加的壓力而變得可物理變形。此種變形使得所誘陷氣體能夠膨脹並在聚合物成分中形成多孔式結構，形成多孔式結構的聚合物成分可被稱作發泡製品。第二模具空腔可對所得發泡製品進行控制及造形。在發泡之後，可將發泡製品引入至溫度受控的環境（例如，熱隧道（heat tunnel））以控制泡沫製品在發泡之後重新固化時的收縮。

本文所提供製程可用於形成包括單相固體製品及發泡製品的各種製品，所述單相固體製品及發泡製品較在其中形成所述單相固體製品及發泡製品的初始模製空腔大。所得發泡製品可被實作用於各種行業及用途。舉例而言，墊充（padding）、成衣（apparel）、裝備、汽車、電子產品、航空航天（aerospace）、海運（marine）、醫療裝備、及類似行業。

根據前述內容，將看出本發明特別適合於達成本文中以上所述的所有目的及目標以及其他明顯的優點及結構固有的優點。

應理解，某些特徵及子組合具有實用性且可在不參考其他特徵及子組合的情況下使用。此是藉由申請專利範圍的範圍所預期的且處於申請專利範圍的範圍內。

儘管將具體元件及步驟彼此結合來論述，但應理解，預期本文所提供的任何元件及/或步驟均可與任何其他元件及/或步驟進行組合而無論是否明確提及，同時仍處於本文所提供的範圍內。由於可在不背離本發明的範圍的條件下對本發明作出諸多可能的實施例，因此應理解，本文中所述或附圖中所示的所有內容皆被解釋為說明性的而不具有限制性意義。

如本文所用且結合下文所列申請專利範圍請求項，術語「條款中的任一項（any of clauses）」或所述術語的相似變型旨在被解釋成申請專利範圍請求項/條款所述的特徵可以任何組合方式進行組合。舉例而言，示例性條款4可指示條款1至3中任一項所述的方法/設備，此旨在被解釋成條款1所述的特徵與條款4所述的特徵可加以組合，條款2所述的元件與條款4所述的元件可加以組合，條款3所述的元件與條款4所述的元件可加以組合，條款1所述的元件、條款2所述的元件、及條款4所述的元件可加以組合，條款2所述的元件、條款3所述的元件、及條款4所述的元件可加以組合，條款1所述的元件、條款2所述的元件、條款3所述的元件、及條款4所述的元件可加以組合，及/或其他變型。此外，如由以上所提供的實例中的一些實例所指示，術語「條款中的任一項」或所述術語的相似變型旨在包括「條款中的任一者（any one of clause）」或此種術語的其他變型。

以下是本文所預期的且被稱作條款的示例性觀點。

條款1. 一種對單相溶液進行模製的方法，所述方法包括：形成所述單相溶液，其中所述單相溶液由聚合物成分與氣體構成；將模具的模具空腔增壓至高於大氣壓而達到模具壓力，其中所述模具壓力至少是使所述單相溶液維持為單相的壓力；向所述模具空腔中噴射所述單相溶液；以及在所述噴射所述單相溶液期間，在所述模具空腔中維持至少所述模具壓力。

條款2. 如條款1所述的方法，其中形成所述單相溶液包括：在所述聚合物成分至少處於玻璃轉變溫度的同時，藉由所述聚合物成分來溶解所述氣體。

條款3. 如條款1至2中任一項所述的方法，其中形成所述單相溶液包括：在所述聚合物成分低於玻璃轉變溫度的同時，藉由所述聚合物成分來溶解所述氣體。

條款4. 如條款1至3中任一項所述的方法，其中形成所述單相溶液包括：在所述氣體處於超臨界流體狀態的同時，藉由所述聚合物成分來溶解所述氣體。

條款5. 如條款1至4中任一項所述的方法，其中形成所述單相溶液包括：在所述氣體高於大氣壓的同時，藉由所述聚合物成分來溶解所述氣體。

條款6. 如條款1至5中任一項所述的方法，其中所述聚合物成分由選自聚胺基甲酸酯及乙烯乙酸乙烯酯中的一者的聚合物構成。

條款7. 如條款1至6中任一項所述的方法，其中所述氣體選自二氧化碳（CO₂ ）及氮氣（N₂ ）。

條款8. 如條款1至7中任一項所述的方法，其中所述單相溶液不包含化學反應發泡劑。

條款9. 如條款1至8中任一項所述的方法，其中所述單相溶液包含交聯劑。

條款10. 如條款1至9中任一項所述的方法，更包括：在噴射所述單相溶液之前，將所述模具加熱至高於周圍溫度。

條款11. 如條款1至10中任一項所述的方法，其中所述模具包括壓力調節器，所述壓力調節器在向所述模具空腔中噴射所述單相溶液時維持至少所述模具壓力且其中所述模具空腔保持恒定體積。

條款12. 如條款1至11中任一項所述的方法，更包括：在所述單相溶液轉換成二相的聚合物與氣體的混合物之前，藉由所述單相溶液來填充所述模具空腔的模具空腔體積的至少80%。

條款13. 如條款12所述的方法，其中所述單相溶液是同質混合物且所述二相的聚合物與氣體的混合物是異質混合物。

條款14. 如條款1至13中任一項所述的方法，更包括：將所述單相溶液冷卻至低於所述聚合物與氣體的溶液的玻璃轉變溫度以形成單相固體製品。

條款15. 如條款14所述的方法，更包括對所述單相固體製品進行加熱以形成二相的混合物。

條款16. 如條款15所述的方法，其中對所述單相固體製品進行加熱以形成二相的混合物是在第二模具中執行。

條款17. 如條款16所述的方法，其中在將所述單相固體製品形成為所述二相的混合物之前，將所述第二模具增壓至高於大氣壓而達到第二模具壓力。

條款18. 如條款1至17中任一項所述的方法，其中在所述聚合物成分發泡之前對所述聚合物成分進行交聯。

條款19. 一種對單相溶液進行模製的方法，所述方法包括：將高於聚合物成分的玻璃轉變溫度的所述聚合物成分與高於大氣壓的氣體進行混合以形成所述單相溶液；將模具的模具空腔增壓至高於大氣壓而達到模具壓力，其中所述模具壓力至少是使所述單相溶液維持為同質混合物的壓力；在使所述模具空腔至少維持在所述模具壓力的同時，藉由所述單相溶液來填充所述模具空腔；在使所述模具空腔至少維持在所述模具壓力的同時，對所述模具空腔中的所述聚合物成分進行交聯；以及將所述模具空腔減壓至減壓壓力，所述減壓壓力使所述單相溶液轉換成由所述聚合物成分與所述氣體構成的異質混合物。

條款20. 一種對單相的聚合物與氣體的溶液進行模製的方法，所述方法包括：將高於聚合物成分的玻璃轉變溫度的所述聚合物成分與高於大氣壓的氣體進行混合以形成所述單相溶液；將模具的第一模具空腔增壓至高於大氣壓而達到模具壓力，其中所述模具壓力至少是使所述單相溶液維持為同質溶液的壓力；在使所述第一模具空腔至少維持在所述模具壓力的同時，向所述第一模具空腔中噴射所述單相溶液；以及將所述單相溶液冷卻至低於所述玻璃轉變溫度，以在所述第一模具空腔中形成單相固體製品。

條款21. 如條款20所述的方法，更包括：將所述單相固體製品傳遞至具有第二模具空腔的第二模具；以及對所述第二模具空腔內的所述單相固體製品進行加熱，以使所述單相固體製品轉換成發泡製品。

條款22. 如條款21所述的方法，其中所述第二模具空腔具有較所述第一模具空腔的體積大的體積。

以上列出的條款是示例性的且不對本發明的範圍作出限制。

100‧‧‧系統 102‧‧‧聚合物源 103‧‧‧氣體源 104‧‧‧加熱元件 106‧‧‧混合器 108‧‧‧模具 110‧‧‧模具空腔 112‧‧‧調節器 114、124‧‧‧熱調處器 116‧‧‧壓力源 118‧‧‧單相固體製品 120‧‧‧第二模具 122‧‧‧第二模具空腔 126‧‧‧發泡製品 200、300、400‧‧‧方法 202、204、206、208、302、304、306、308、310、402、404、406、408、410、412、414‧‧‧步驟

參照附圖在本文中詳細地闡述本發明，在附圖中：

圖1繪示根據本發明觀點的用於對單相溶液進行模製的系統。

圖2繪示根據本發明觀點的用於對單相溶液進行模製的方法。

圖3繪示根據本發明觀點的對在經增壓的模具空腔中進行模製之後模製發泡的單相溶液的示例性方法。

圖4繪示根據本發明觀點的模製單相溶液以形成在發泡前誘陷壓縮氣體的製品的示例性方法。

100‧‧‧系統

102‧‧‧聚合物源

103‧‧‧氣體源

104‧‧‧加熱元件

106‧‧‧混合器

108‧‧‧模具

110‧‧‧模具空腔

112‧‧‧調節器/壓力調節器

114、124‧‧‧熱調處器

116‧‧‧壓力源

118‧‧‧單相固體製品

120‧‧‧第二模具

122‧‧‧第二模具空腔

126‧‧‧發泡製品

Claims

一種模製單相溶液的系統，所述系統包括：氣體源；混合器，其中所述氣體源與所述混合器流體耦合，且所述混合器適於形成所述單相溶液，其中所述單相溶液由聚合物成分構成且所述單相溶液也包括來自所述氣體源的氣體；模具，具有模具空腔，其中所述模具空腔適於增壓至高於大氣壓而達到模具壓力，其中所述模具壓力是至少使所述單相溶液維持為單相的壓力；以及噴射模製設備，所述噴射模製設備適於向所述模具空腔中噴射所述單相溶液，其中所述噴射模製設備流體耦合所述混合器與所述模具空腔。
如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括聚合物源，所述聚合物源適於遞送所述聚合物成分給所述混合器。
如申請專利範圍第2項所述的系統，更包括加熱元件，其中所述加熱元件定位成接收來自所述聚合物源的所述聚合物成分且遞送所述聚合物成分給所述混合器。
如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述混合器適於在所述聚合物成分至少處於玻璃轉變溫度的同時，使用所述聚合物成分來溶解所述氣體。
如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述混合器適於在所述聚合物成分低於玻璃轉變溫度的同時，使用所述聚合物成分來溶解所述氣體。
如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述混合器適於在所述氣體處於超臨界流體狀態的同時，使用所述聚合物成分來溶解所述氣體。
如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述混合器適於在所述氣體高於大氣壓的同時，使用所述聚合物成分來溶解所述氣體。
如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括聚合物源，所述聚合物源適於遞送所述聚合物成分給所述混合器，且所述聚合物成分由選自聚胺基甲酸酯及乙烯乙酸乙烯酯中的一者的聚合物構成。
如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述氣體源供應選自二氧化碳（CO₂ ）及氮氣（N₂ ）的至少一者給所述混合器。
如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括熱調處器，所述熱調處器適於在噴射所述單相溶液之前，將所述模具加熱至高於周圍溫度。
如申請專利範圍第1項所述的系統，其中所述模具包括壓力調節器，所述壓力調節器適於在向所述模具空腔中噴射所述單相溶液時維持住至少所述模具壓力，且其中所述模具空腔保持恒定體積。
如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括熱調處器，所述熱調處器適於將具有所述單相溶液的所述模具冷卻至一溫度，所述溫度低於具有所述氣體溶解其中的所述聚合物成分的玻璃轉變溫度以形成單相固體製品。
如申請專利範圍第1項所述的系統，更包括第二模具，所述第二模具具有第二模具空腔。
如申請專利範圍第13項所述的系統，更包括第二熱調處器，所述第二熱調處器適於將在所述第二模具空腔中的單相固體製品的溫度上升至少到所述單相固體製品的聚合物成分的玻璃轉換溫度。
如申請專利範圍第13項所述的系統，更包括壓力源，所述壓力源與所述第二模具空腔流體耦合。
如申請專利範圍第13項所述的系統，其中所述第二模具空腔具有較所述模具空腔的體積大的體積。