TWM641771U - 一種具減震性之熱塑發泡材料 - Google Patents

Abstract

本新型提供一種具有減震性的熱塑發泡材料，其包含：一第一組份包含聚乙二醇與二氧化矽顆粒；以及為熱塑性材料的一第二組份，該熱塑發泡材料一减速度值(g值)介於6至13之間一泡孔密度介於0.12(g/cm ³)至0.30(g/cm ³)之間，一熱收縮率於百分之9以下，透過內部具有芯層結構、達到具有減震性、輕量化以及泡孔均勻性等特徵，具體的改善目前既有技術減震性不佳的問題。

Description

一種具減震性之熱塑發泡材料

一種熱塑發泡材料，特別是一種具有心鞘結構且具減震性能的熱塑發泡材料，特別是一種具有減震性能且可有芯層的發泡材料。

本新型所提供的具有減震性熱塑發泡材料，以下將以鞋材，例如鞋底或鞋墊為應用並加以詳加敘述，但其僅為本新型的其一實施範例而已，並非用以限定本新型的應用範圍，本新型所提供的材料可應用於任何需求彈性與減震的相關產品，於此不限定。

現代人愈發注重身心靈的健康，自飲食的均衡營養到運動風氣的逐漸盛行，如何養成健康生活習慣正逐步地影響著這世代人。運動不僅可以鍛鍊體態外，更能夠使人的心情愉快輕鬆，是維持良好身心靈狀態的不二法門。隨著運動風氣的帶動以及運動明星的加持下，鞋業也獲得蓬勃的發展，機能型鞋業更無疑是為鞋工業更上一層樓的技術推手。

隨著科技的蓬勃發展，對於特定運動的運動員姿態與習慣研究成為一門專業熱門科目。以跑步運動為例，通過對跑步運動者足部運動特點進行長期研究分析，藉此改良跑步鞋的結構設計與機能，不僅可使跑步運動者跑步過程減少運動傷害，甚至能讓跑步運動者的表現突破極限。

透過前述方法改良的運動鞋一般又可稱為機能鞋，泛指鞋部件具有順應特定使用者使用習慣的鞋種，由於不同的使用者會有自己運動習慣或者跑步時腳底著地的位置，例如有些人跑步的時候是腳掌先著地，有些人則是腳 跟的部位先著地，兩種跑步姿態在腳跟部位需要的吸震係數不同，不同步行習慣或者體重配重的人的腳踩地面施力的重量分佈也各不相同。

然而，現在市面上多數機能鞋款的鞋底或鞋墊一般是以塑膠高分子材料製成，透過塑膠高分子材料發泡後產生的彈性提供使用者腳踏時反彈回饋力量，但此種塑膠高分子材料的反彈力主要是透過發泡泡孔壓縮所產生，除了產品品質受限於塑膠高分子材料本身材質特性外，更是依賴於發泡生產工藝的好壞，而通常為了能提升鞋底或鞋墊的彈性而可能會導致減震的效果降低，因此有必要提供一種同時具有彈性與減震效果的材料以克服前揭問題。

為了解決既有塑膠高分子材料彈性與減震能力無法有效兼顧的問題，本新型提供一種具有減震性的熱塑發泡材料，其包含由聚乙二醇以及二氧化矽顆粒組成之一第一組份以及包含熱塑性材料的一第二組份，其中：該熱塑發泡材料為由一芯層以及包覆於該芯層外周圍的一鞘層所形成之一芯鞘結構，且該鞘層所構成之複數個鞘層泡孔與該芯層所構成之複數個鞘層泡孔之間的一泡孔大小差異比介於50至95%之間，以及該芯層12厚度>1mm。

藉由上述說明可知，本新型具有以下優點與優勢：

1.本新型透過第一組份與第二組份的材料選用以及發泡製程的調控，成功製出具有減震性的發泡材料，不僅發泡均勻且不易破泡，能夠具體的改善目前既有技術減震性不佳的問題。

2.本新型的材料除了能夠直接導入物理性發泡技術外，更以熱塑性材料，在不添加架橋劑的成分下，成功以化學性發泡技術發泡為發泡成型體， 成功突破熱塑性材料需要架橋劑才得以成功發泡的窘境，且沒有發泡劑的熱塑性材料廢棄後可以整體回收再利用，本新型提供了一種新穎又環保的發泡材料。

11:鞘層

111:鞘層泡孔

12:芯層

121:芯層泡孔

A:發泡結構

圖1為本新型該第一組份不同實施例的剪切黏度圖。

圖2為本新型較佳實施例的Tan δ變化圖。

圖3為本新型較佳實施例掃描電子顯微鏡圖(SEM)。

圖4為本新型較佳實施例剖面圖。

為能詳細瞭解本新型的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。

本新型提供一種具有減震性的熱塑發泡材料，其由芯鞘結構所組成，其中，該熱塑發泡材料包含一第一組份10~90wt%以及一第二組份10~90wt%，其中：

該第一組份成分包含：聚乙二醇(分子量為200~600)50wt%~80wt%與微米級以下二氧化矽顆粒(SiO₂)20wt%~50wt%，粒徑較佳10~2500nm。

該第二組份為熱塑性材料，包含聚胺基甲酸酯(Thermoplastic polyurethanes,TPU)、聚乙烯對苯二甲酸酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、聚酯熱塑性彈性體(Thermoplastic polyether ester elastomer,TPEE)及聚乳酸(Polylactic Acid、Polylactide,PLA)等高分子塑料的其一或組合。

其中，該第二組份中依據需求可進一步包含一改質劑。該改質劑主要功能包含提升熱塑發泡材料之熔體強度，使其後續加工發泡過程可承受張力，而避免破泡或泡孔聚集，並提升發泡成型物之抗縮性。

該芯鞘結構中包含有一鞘層11以及一芯層12，其中，該鞘層11包覆於該芯層12外周圍，且該鞘層11以及該芯層12皆為一發泡結構A，該鞘層11所構成有複數個鞘層泡孔111且該芯層12構成有複數個芯層泡孔121。該芯鞘結構其特徵在於該鞘層泡孔111與該芯層泡孔121，之間的一泡孔大小差異比介於50至95%，以及該芯層12厚度>1mm。

進一步地，不同該改質劑種類如下表1所示，第a~f項屬反應型改質劑，透過特定官能基可與該熱塑性材料之OH及COOH進行鏈結或接枝反應，功能類似於擴鏈劑，以改善本質之熔體強度及發泡成型物之抗縮性，而添加量可為0.1~2.0wt%；第g~h項添加型改質劑，藉由材料之機械性能，以提升發泡成型物之抗縮性，而添加量可為1~10wt%。

前述本新型所提供的該第一組份中不同的二氧化矽含量會產生不同的黏彈行為變化，如下表2與對應之圖1所示，透過流變儀檢測材料之黏彈性，其各曲線隨剪切頻率提高而材料之年度隨之提升，由此可見，材料因吸收外來衝擊能量而產生黏彈行為變化，故可適用於減震性材料之開發。

本新型所提供具有減震性的熱塑發泡材料可以透過共擠出或是射出或是含浸等物理發泡製程配合溫度、含氣量以及壓力之控制，於模具中形成具有該芯鞘結構的熱塑發泡材料。以透過共擠出之方式舉例，於製作過程時，設定該鞘層11以及該芯層12不同的一含氣量，如該芯層12之含氣量小於0.5%；及該鞘層11之含氣量為0.5至2%。或是，以含浸發泡成型該具有減震性的熱塑發泡材料為例，一含浸氣體量設定為小於10%，該鞘層11以及該芯層12透過不同的該含浸氣體量之設定，以控制該熱塑發泡材料於含浸時氣體滲透的程度，使得成品展現該芯鞘結構。

進一步地，本新型利用射出技術作為具有減震性的熱塑發泡材料的製作方法之實施例，其步驟包含： 步驟1：將該第一組份中材質混合均勻，較佳可以透過行星式攪拌機或超音波震盪機均混；步驟2：將均勻混合之該第一組份材料加入該第二組份中混練，同時依據需求可添加該改質劑，混練溫度較佳為160~210℃；步驟3：將前述混練完成的該第一組份與該第二組份發泡為芯鞘結構的一熱塑發泡材料。其中，該發泡過程可以是物理性發泡。

其中，前述步驟3中物理性發泡過程中，可採用上述共擠出或是射出或是含浸等物理發泡製程，本新型進一步提供以一微細發泡射出成型，或是以一含浸發泡成型作為該物理性發泡之方式，以及相關的發泡製程參數如下表3。其中，於共擠出時，該該鞘層11以及該芯層12以不同的密度呈現，以產生該芯鞘結構；於含浸時進一步利用含浸時間的差異，亦可達到該芯鞘結構的形成。

<實施例>

接著，以下表4為利用前述表2中該第一組份樣品3(STF3)條件，進一步添加不同含量的該熱塑性材料(第二組份)TPEE與TPU後製成的熱塑發泡材料之各種不同實施例。其中，對照組TPEE1以及TPU1無添加任何該第二組份以作為後續熱塑發泡材料物性對照。

其中，前述TPEE1~4與TPU1~4組別中，可依據需求添加該改質劑，包含ADR 0.1~2.0wt%及/或PMMA 1~10wt%。

請參考圖2，其為對應前述表4中不同實施例所做的Tan δ變化圖，主要是透過動態機械分析儀(DMA)檢測材料之黏彈性，由阻尼值(Tan δ)之變化，該熱塑發泡材料因該第一組份材料之導入而其阻尼值提升，顯示材料受應力後之損失模數提升所致，因此可推出本新型確實展現出減震之特性。

請參考下表5，其為本新型利用物理性發泡成型後，熱塑發泡材料特性測試，因該第一組份之導入，經衝擊驗證顯示其g值降低，故熱塑發泡材料具減震特性。另一方面，由於該第一組份之導入，經過該改質劑中ADR改質後，熱塑發泡材料展現良好的該發泡結構A，如圖3中掃描電子顯微鏡圖所示。

表5。SATRA TM142：1992，衝擊高度50mm。

請參考下表6，其為本新型利用物理性發泡成型後，進一步利用前述TPEE3之材料組份製作具有芯鞘結構之熱塑發泡材料(TPEE3-1~TPEE3-3)，其中，具有芯鞘結構之熱塑發泡材料TPEE3-1、TPEE3-2以及TPEE3-3間不同處在於，該芯層12厚度分別為1mm、2mm以及5mm。經由與無該芯層12結構之TPEE3比對後可知，具有芯鞘結構之熱塑發泡材料TPEE3-2以及TPEE3-3的因內部具備該芯層12結構的該熱塑發泡材料，尤其是芯層厚度>1mm，經衝擊驗證顯示其g值明顯降低，並且介於6至13之間，顯示具有芯鞘結構之熱塑發泡材料可以良好的減震特性，該內部如圖4中掃描電子顯微鏡圖所示。

請參考表7，其為本新型利用物理發泡成型技術所得之熱塑發泡材料特性。本新型導入該第一與第二組份的熱塑發泡材料進一步的比對以ADR或PMMA改質後之熱收縮性，其中，以經由ADR改質後的熱塑發泡材料表現優異的低熱收縮性。

表7。

以上所述僅為本新型的較佳實施例而已，並非用以限定本新型主張的權利範圍，凡其它未脫離本新型所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本新型的申請專利範圍內。

11:鞘層

111:鞘層泡孔

12:芯層

121:芯層泡孔

Claims (6)

1. 一種具減震性的熱塑發泡材料，包含由聚乙二醇以及二氧化矽顆粒組成之一第一組份以及包含熱塑性材料的一第二組份，其中：該熱塑發泡材料為由一芯層以及包覆於該芯層外周圍的一鞘層所形成之一芯鞘結構，且該鞘層所構成之複數個鞘層泡孔與該芯層所構成之複數個鞘層泡孔之間的一泡孔大小差異比介於50至95%之間，以及該芯層厚度>1mm。
2. 如請求項1的具減震性的熱塑發泡材料，該熱塑發泡材料的一减速度值介於6至13之間，一密度介於0.12(g/cm³)至0.30(g/cm³)之間，以及一熱收縮率於9%以下。
3. 如請求項1的具減震性的熱塑發泡材料，其中：該第一組份佔比介於10~40wt%之間，且成分包含：聚乙二醇50wt%~80wt%與二氧化矽顆粒20wt%~50wt%；該第二組份佔比介於60~90wt%之間，且成分包含聚胺基甲酸酯、聚乙烯對苯二甲酸酯及聚酯熱塑性彈性體的其一或組合，以及一改質劑，該改質劑為一反應型改質劑0.1~2.0wt%或是一添加型改質劑1~10wt%，其中該反應型改質劑包含環氧化(合)物、異氰酸酯化合物、二酸酐、噁唑啉、碳二亞胺或亞磷酸鹽；以及該添加型改質劑包含聚甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
4. 如請求項1的具減震性的熱塑發泡材料，其中，該聚乙二醇的分子量為200~600，該二氧化矽顆粒粒徑為10~2500nm。
5. 如請求項1至3任一項的具減震性的熱塑發泡材料，其中，該芯層結構的厚度大於1.0mm。
6. 如請求項4的具減震性的熱塑發泡材料，其中，該熱塑發泡材料為物理性發泡。

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