DE102017216814A1

DE102017216814A1 - Verfahren zum Herstellen eines Formteils und Formteil

Info

Publication number: DE102017216814A1
Application number: DE102017216814.5A
Authority: DE
Inventors: Christopher Edward Holmes; Daniel Stephen Price; Giridharan Kirupanantham; Rowan John BOYD
Original assignee: Adidas AG
Current assignee: Adidas AG
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-03-28
Also published as: JP2019058661A; US12491670B2; EP3459723A1; JP6777702B2; EP3459723B1; US20190090581A1; CN109531904A; US11161284B2; CN109531904B; US20220016813A1

Abstract

Ein Verfahren (100) zum Herstellen eines Formteils (105), insbesondere einer Komponente einer Sportware, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Mischung (120) einer Polymerschmelze und eines Schaummittels, Einspritzen der Mischung in eine Gießform (110), Verfestigen von zumindest einem ersten Teil (130) des Formteils (105) ohne Schäumen und von zumindest einem zweiten Teil (140) des Formteils (105) nach Schäumen innerhalb der Gießform (110), wobei die Mischung (120) ein Polymer mit einer gemittelten molekularen Masse, die einer Viskositätszahl ≥ 130 ml/g, vorzugsweise ≥ 170 ml/g, weiter vorzugsweise ≥ 190 ml/g und insbesondere vorzugsweise ≥225 ml/g entspricht, umfasst, wobei die Viskositätszahl durch Lösungsviskosimetrie gemäß dem ISO 307 Standard ermittelt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils, insbesondere einer Sportware und ein Formteil hergestellt nach dem Verfahren, eine Sohlenplatte, eine Schuhsohle und ein Schuh.
Technischer Hintergrund
Polymer-Formteile werden auf vielen Gebieten der modernen Herstellung und Technologie verwendet. Konkret sind verschiedene Verfahren bekannt, um Formteile herzustellen, die geschäumte Polymere umfassen, um Komponenten zu erhalten, die leichter sind und überlegene mechanische Eigenschaften im Vergleich zu nichtgeschäumten Formteilen haben. Manche Verfahren zum Verarbeiten von polymeren geschäumten Materialen zur Anwendung in der Herstellung von Sportschuhen sind bekannt, beispielsweise aus der US 2016/0039162 , der CA 2367077, der US 6,613,811 , der CN203040882U und der WO2006090221 .
Jedoch haben die Verfahren, die im Stand der Technik offenbart sind, verschiedene Nachteile: Beispielsweise werden die geschäumten Teile in manchen Fällen so hergestellt, dass sie nicht die gewünschten funktionellen Eigenschaften oder diese nur zu einem begrenzten Ausmaß besitzen. Zum Beispiel kann für das Design einer Schuhsohle ein gradueller Übergang zwischen einem flexiblen Vorderfußabschnitt und einem festeren Mittelfußabschnitt benötigt sein. Angesichts der Lehren des Stands der Technik ist ein solcher gradueller Übergang schwierig zu implementieren und erfordert komplexe Gießformen, um eine Vielzahl von Verstärkungsleisten in einigen Teilen des Formteils zu formen. Alternativ kann die Schuhsohle aus einer Vielzahl an Unterbauteilen zusammengesetzt werden, die aus verschiedenen Materialien und/oder mit verschiedenen Herstellungsverfahren hergestellt sind. Beide Ansätze führen zu Produktionsschwierigkeiten und daher hohen Kosten. Auch können die resultierenden Teile nicht ausreichend stabil sein und unter Belastungsspitzen brechen.
Die vorliegende Erfindung basiert daher auf dem Problem, das Herstellungsverfahren von geschäumten Materialien weiter zu verbessern, um zumindest teilweise eines oder mehrere der oben genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Das oben genannte Problem wird zumindest teilweise durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 1 der vorliegenden Anmeldung gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in abhängigen Ansprüchen 2-11 beschrieben und bevorzugte Formteile, wie Schuhsohlen, die gemäß diesen Verfahren hergestellt sind, sind in abhängigen Ansprüchen 12-18 beschrieben. Schließlich wird ein neues Gießformdesign, das konfiguriert ist, zum Herstellen eines Formteils gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11 verwendet zu werden, in Ansprüchen 19 und 20 dargestellt.
In einer ersten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils, insbesondere einer Komponente einer Sportware, bereit, umfassend die Schritte des Bereitstellens einer Mischung einer Polymerschmelze und eines Schaummittels, des Einspritzens der Mischung in eine Gießform; und des Verfestigens von zumindest einem erstem Teil des Formteils ohne Schäumen und von zumindest einem zweiten Teil des Formteils nach Schäumen innerhalb der Gießform, wobei die Mischung ein Polymer mit einer gemittelten molekulare Masse, die einer Viskositätszahl ≥ 130 ml/g, vorzugsweise ≥ 170 ml/g, weiter vorzugsweise ≥ 190 ml/g und insbesondere vorzugsweise ≥225 ml/g entspricht, umfasst, wobei die Viskositätszahl durch Lösungsviskosimetrie gemäß dem ISO 307 Standard ermittelt ist und eine indirekte Messung für die molekulare Masse des Polymers bereitstellt.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass ein Abschnitt der Oberfläche des Formteils auf eine kontrollierte Weise ohne Schäumen verfestigt wird, während ein oder mehrere Teile des Formteils, typischerweise innere Teile des Formteils, sich verfestigen, nachdem sich eine mikrozelluläre Schaumstruktur gebildet hat. Die Verwendung einer Polymerschmelze umfassend ein Polymer, das eine hohe molekulare Masse hat, wie es durch eine hohe Viskositätszahl in den oben spezifizierten Bereichen angegeben ist, erlaubt es, die Bildung von Lücken innerhalb des mikrozellulären Schaums zu vermeiden.
Auf diese Weise können Formteile mit geringem Gewicht und überlegenen mechanischen, haptischen und/oder strukturellen Eigenschaften bereitgestellt werden. Praktische Beispiele umfassen Platten mit überlegener Biegefestigkeit, die eine Sandwich-Struktur aufweisen, in der ein im Wesentlichen lückenfreier geschäumter Kern in der Mitte angeordnet ist und integral mit einer im Wesentlichen nichtgeschäumten oberen und einer nichtgeschäumten unteren Lage verbunden ist. Formteile, die eine solche Zusammensetzung umfassen, können in verschiedene Arten von Sportwaren integriert werden, wie zum Beispiel Schuhe, Fußballschuhe, Schienbeinschützer, Skates, Skier und viele andere.
Insbesondere kann die Polymerschmelze ein Polyamid, wie hochwertiges Polyamid 12 umfassen. Das hochwertige Polyamid 12 hat eine höhere molekulare Masse, wie es durch eine höhere Viskositätszahl angezeigt wird, und hat entsprechend eine höhere Schmelzstärke und einen höheren Grad des Schäumens (d.h. umfasst Schaumzellen von kleinerem Volumen und eine homogenere Verteilung der Schaumzellen innerhalb der Formteils) im Vergleich zu Polymeren, die eine geringere molekulare Masse aufweisen, wie es durch eine niedrigere Viskositätszahl angegeben wird und was in einer geringeren Schmelzstärke resultiert.
Beispielsweise wurde die Schmelzstärke von einem Polyamid 12 mit einer Viskositätszahl von 195-225 ml/g auf mehr als 100% höher als die Schmelzstärke eines Polyamids 12 mit einer Viskositätszahl von 108-126 ml/g bestimmt. Die Schmelzstärke dieser Polymerschmelzen wurde mittels Dehnströmungs-Rheologie bestimmt. Das deutlich höhere Level an Schäumen, das durch ein Material ermöglicht wird, das eine höhere Schmelzstärke aufweist, resultiert in Polymer-Formteilen, die eine homogenere mikrozelluläre Schaumstruktur aufweisen. Im Ergebnis gibt es weniger ungewünschte Lücken, die die strukturelle Integrität des Formteils abschwächen, und Formteile können hergestellt werden, die ein überlegenes Steifigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Mischung in ihrem nichtgeschäumten Zustand während des Einspritzens der Mischung in die Gießform beibehalten.
Diese Ausführungsform erlaubt es, einfache oder komplexe Formteile mit der nichtgeschäumten Mischung vor dem Schäumen zu füllen. Dadurch kann das Schäumen in einer kontrollierten Weise induziert werden, nachdem die Gießform mit der Mischung gefüllt wurde, was in einem höheren Maß an Kontrolle über die mechanischen und/oder strukturellen Eigenschaften des Formteils während der Herstellung resultiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schaummittel ein superkritisches Gas, vorzugsweise superkritisches N2.Während generell auch andere Schaummittel verwendet werden können, zum Beispiel CO₂ oder ein geeignetes chemisches Schaummittel oder eine Kombination davon, erlaubt es die beschriebene Ausführungsform, auf solche Mittel zu verzichten, die potentiell toxisch sind und erheblichen Umweltschaden anrichten können. Insbesondere ist das Schaummittel N2 reichlich vorhanden, hat einen geringen Preis, ist nicht toxisch, verursacht keine Umweltverschmutzung und ist einfach zu lagern und zu verarbeiten.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Schäumen durch Reduzieren des Drucks innerhalb der Gießform induziert.
Diese Ausführungsform erlaubt ein präzises Timing für den Beginn des Schäumens. In Kombination mit Gießformdesigns, die verschiedene Abschnitte umfassen, in denen der Druck individuell kontrolliert werden kann, kann der Grad des Schäumens innerhalb der verschiedenen Abschnitte nach eigenen Vorstellungen adjustiert werden. Dies erlaubt das Herstellen einer Vielzahl von Formteilen verschiedener Formen und mit verschiedenen Graden an Schäumen in einem einzelnen Formverfahren. Beispielsweise können die Komponenten einer Schuhsohle, die eine Vielzahl von verbundenen Materiallagen umfasst (z.B. Außensohle, Mittelsohle und Innensohle), wobei jede Lage einen unterschiedlichen Schäumungsgrad umfasst, in einem einzigen Formverfahren hergestellt werden, wodurch die Herstellungsdauer und Kosten reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Schäumen durch Erhöhen des Volumens der Gießform induziert, oder das Volumen der Gießform wird während des Schäumens erhöht.
Dieser Aspekt erlaubt es, die Dichte des geschäumten Teils einer vorgegebenen Form im Vergleich zum Schäumen des geschäumten Teils ohne Erhöhen des Volumens der Gießform weiter zu reduzieren. Weiterhin ist es auch möglich, die Druckkontrolle in der Gießform und das Erhöhen des Volumens der Gießform vor und/oder während des Schäumens zu kombinieren, was in einem noch größeren Freiheitsgrad beim Herstellen von Formteilen resultiert. Für einige Ausführungsformen der Erfindung kann eine Erhöhung des Volumens der Gießform, die zwischen 0.1% und 500%, vorzugsweise zwischen 1% und 150%, weiter vorzugsweise zwischen 10% und 100% und insbesondere vorzugsweise zwischen 25% und 75% liegt, in Formteilen resultieren, die überlegene mechanische Eigenschaften im Vergleich zu nichtgeschäumten Formteilen und im Vergleich zu Formteilen, bei denen das Schäumen ohne Erhöhung des Volumens der Gießform durchgeführt wurde, aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Gießform zumindest einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum, wobei die Mischung zumindest teilweise innerhalb des ersten Hohlraums verfestigt wird, während die Mischung zumindest teilweise innerhalb des zweiten Hohlraums geschäumt wird.
Diese Ausführungsform erlaubt es, integrale Formteile herzustellen, die unterschiedliche mechanische Eigenschaften in verschiedenen Teilen des Formteils aufweisen. Insbesondere ist es möglich eine verbesserte Sohlenplatte eines Fußballschuhs in einem einzigen Formgebungsschritt herzustellen, wobei die Sohlenplatte einen dünnen, nichtgeschäumten und daher flexiblen Vorderfußabschnitt aufweist, der kontinuierlich mit einem dickeren Mittelfußabschnitt fusioniert, wobei letzterer eine Sandwich-Struktur umfassend eine nichtgeschäumte obere Lage und untere Lage, die einen Kern an geschäumtem Material umschließen, umfasst. Ein Mittelfußabschnitt, der auf diese Weise konstruiert ist, weist eine deutlich höhere Biegesteifigkeit als der Vorderfußabschnitt auf, wie es bei einem Fußballschuh gewünscht ist.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung wird die Mischung bei einer Temperatur zwischen 150°C und 300°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 280°C, insbesondere vorzugsweise zwischen 240°C und 260°C vor dem Einspritzen in die Gießform gehalten.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung wird zumindest der Bereich der Gießform bei einer Temperatur zwischen 20°C und 120°C, vorzugsweise zwischen 40°C und 90°C, und insbesondere vorzugsweise zwischen 50°C und 70°C gehalten.
Die oben genannten Verfahrensparameter erlauben einzeln oder zusammen, dass Formteile mit geringem Gewicht bereitgestellt werden können, die überlegene mechanische und/oder haptische Eigenschaften im Vergleich zu Formteilen, die mit anderen Verfahren und/oder anderen Verfahrensparametern hergestellt werden, aufweisen.
Ein Formteil, das gemäß der oben beschriebenen Erfindung hergestellt ist, kann eine Sohlenplatte für die Sohle eines Schuhes, insbesondere eines Fußballschuhes sein. Die Sohlenplatte kann einen nichtgeschäumten Vorderfußabschnitt und einen zumindest teilweise geschäumten Mittelfußabschnitt aufweisen, wobei der Mittelfußabschnitt eine größere Dicke als der Vorderfußabschnitt hat und eine höhere Biegefestigkeit als der Vorderfußabschnitt aufweisen kann.
Beispielweise weist ein Fußballschuh umfassend eine solche Sohlenplatte einen flexiblen Vorderfußabschnitt auf, was zur Kontrolle des Fußballs während des Dribbelns und Passens wichtig ist, und einen steifen Mittelfußabschnitt, der gleichzeitig den Fuß des Fußballspielers stabilisiert, wenn dieser einen Ball schießt.
Ein spezialisiertes Gießformdesign, das dazu konfiguriert ist, ein Formteil gemäß der oben beschriebenen Erfindung herzustellen, wobei das Volumen eines Teils des Innenbereichs der Gießform erhöht werden kann, um lokalisiertes Schäumen der Mischung innerhalb dieses Bereichs zu erreichen.
Zum Beispiel kann lokalisiertes Schäumen durch eine Gießform ermöglicht werden, die zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei das Volumen des Teils durch Bewegen des zweiten Abschnitts erhöht werden kann.
Ein solches Gießformdesign resultiert in einer noch höheren Flexibilität, wenn Formteile für Sportwaren, wie zum Beispiel Sohlenplatten für Fußballschuhe hergestellt werden, die verschiedene Bereiche, die unterschiedliche Grade an Schäumen aufweisen sollen, umfassen.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden in weiterem Detail mit Bezug zu den beigefügten Figuren nachfolgend beschrieben. Diese Figuren zeigen:

1: eine schematische Illustration einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;
2: eine schematische Illustration einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung;
3: eine Aufnahme eines Querschnitts eines beispielhaften Polymerteils, das durch das Verfahren nach einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde;
4: eine schematische Draufsicht einer beispielhaften Sohlenplatte;
5: eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Sohlenplatte;
6: Fotografien einer Sohlenplatte für einen Fußballschuh in Draufsicht (6a) und Unteransicht (6b); und
7: eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Gießform umfassend einen beweglichen Abschnitt.

Detaillierte Beschreibung der Figuren
Im nachfolgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eines Verfahrens zum Herstellen eines Formteils in weiterem Detail mit Bezug zu konkreten mikrozellulären Spritzgießverfahren, wie zum Beispiel das sogenannten MuCell^® Spritzgießverfahren, erläutert. Es soll jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen solch konkretisierten Prozess limitiert ist, sondern auf andere Herstellungsverfahren für Formteile angewendet werden kann, zum Beispiel Spritzgießverfahren, die zumindest ein chemisches Schaummittel oder eine Kombination von einem oder mehreren physikalischen und einem oder mehreren chemischen Schaummitteln verwenden.
Weiterhin soll verstanden werden, dass, während spezifische Merkmalskombinationen im Folgenden mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, die Offenbarung nicht auf solche Ausführungsformen limitiert ist. Mit anderen Worten müssen nicht alle beschriebenen Merkmale vorhanden sein, um die Erfindung zu realisieren und die Ausführungsformen können durch Kombinieren von bestimmten Merkmalen einer Ausführungsform mit einem oder mehreren Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden.
1 zeigt schematisch ein Verfahren 100 zum Herstellen eines Formteils 105 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zuerst wird eine Mischung 120, die unter Druck gesetzt sein kann, wobei die Mischung 120 eine Polymerschmelze, beispielsweise umfassend ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) und/oder ein Polyether-Block-Amid (PEBA) and/oder ein Polyamid 12 (PA12) und/oder irgendein anderes Polymer, das zum Spritzgießen geeignet ist, und zumindest ein physikalisches (z.B. N2 oder CO₂) und/oder zumindest ein chemisches Schaummittel umfasst, in eine Gießform 110 eingespritzt, während die Mischung 120 in ihrem nichtgeschäumten Zustand oder ihrem Zustand vor dem Schäumen behalten wird. Vor dem Einspritzen der Mischung 120 in die Gießform 110 und/oder während des Einspritzens und/oder nach dem Einspritzen kann die Temperatur der Wände der Spritzform 110 oder zumindest eines Abschnitts der Wände der Gießform 110 adjustiert werden, so dass ein Teil der Mischung 120 innerhalb der Gießform 110 verfestigt wird und zumindest einen Teil eines verfestigten, im Wesentlichen nichtgeschäumten Materials 130 bildet. Gemäß der Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, gibt es zwei Teile von verfestigtem Material 130, die an den äußeren Oberflächen des Formteils 105 angeordnet sind. Es soll jedoch verstanden werden, dass Gießformkonfigurationen vorstellbar sind, die das Verfestigen ohne Schäumen von nur einem oder mehr als zwei Teilen der Oberfläche des Formteils 105 oder sogar von Teilen des Formteils 105, die innerhalb des Formteils 105 angeordnet sind, erlauben.
Die Dicke des Teils oder der Teile 130 kann während des Formverfahrens 100 durch Adjustieren der Temperatur der Wände der Gießform 110 und/oder durch Adjustieren des Einspritzvolumens der Polymerschmelze, die in die Gießform eingespritzt wird, kontrolliert werden.
Nach einer gewissen Haltezeit oder unmittelbar während oder nach dem Einspritzen der Mischung 120 in die Gießform 110 kann das Schäumen in dem nicht verfestigten Teil 140 der Mischung 120 induziert werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Schäumen durch Expansion der Mischung 120 durch eine Spritzdüse in die Gießform 110 induziert, wodurch der Druck der Mischung 120 unter einen kritischen Wert für das Schäumen fällt. Der Grad des Schäumens kann durch Adjustieren des Einspritzvolumens der Mischung 120, die in die Gießform 110 eingespritzt wird, kontrolliert werden. Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Schäumen auch durch Druckkontrolle und/oder eine spontane oder kontrollierte chemische Reaktion oder ein anderes geeignetes Mittel, das zum Induzieren des Schäumens innerhalb einer Polymerschmelze oder einer Mischung 120 von einer Polymerschmelze mit einem physikalischen und /oder chemischen Schaummittels geeignet ist, induziert werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens kann die Dichte des Polymermaterials innerhalb des geschäumten Kerns 140 um bis zu 45% im Vergleich zu einer nicht geschäumten Probe des gleichen Materials mit den gleichen Dimensionen reduziert werden. Falls das Polymer zum Beispiel ein Polyamid 12 mit einer nicht geschäumten Dichte von 1010kg/m³ umfasst, kann die Dichte des geschäumten Kerns 140 eines Formteils 105 nur 566kg/m³ betragen.
Nachdem das Schäumen abgeschlossen ist oder auch während des Schäumens von zumindest einem Teil des Formteils 105 kann das Formteil 105 gekühlt und von der Gießform 110 entfernt werden. Das sich ergebende Formteil 105 kann eine Sandwich-Struktur aufweisen, in der ein zumindest teilweise geschäumter innerer Teil 140 durch einen unteren und einen oberen Teil 130 von nicht geschäumten verfestigten Material umgeben ist. Das Formteil 105 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann eine Außensohle oder eine Sohlenplatte oder eine Komponente einer Außensohle oder einer Sohlenplatte eines Sportschuhs oder eines Fußballschuhs oder einer anderen vorstellbaren Sportware, wie zum Beispiel ein Ski, ein Skateboard und vieles andere sein.
2 zeigt schematisch ein Verfahren 200 zum Herstellen eines Formteiles 205 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird eine Mischung 220, die unter Druck gesetzt sein kann, wobei die Mischung 220 eine Polymerschmelze, beispielsweise umfassend ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) und/oder ein Polyether-Block-Amid (PEBA) and/oder ein Polyamid 12 (PA12) und/oder irgendein anderes Polymer, das zum Spritzgießen geeignet ist, und zumindest ein physikalisches (z.B. N2 oder CO₂) und/oder zumindest ein chemisches Schaummittel umfasst, in eine Gießform 210 eingespritzt werden, während die Mischung 220 in ihrem nichtgeschäumten Zustand oder ihrem Zustand vor dem Schäumen behalten wird. Vor dem Einspritzen der Mischung 220 in die Gießform 210 und/oder während des Einspritzens und/oder nach dem Einspritzen kann die Temperatur der Wände der Gießform 210 oder zumindest eines Abschnitts der Wände der Gießform 210 adjustiert werden, so dass ein Teil der Mischung 220 innerhalb der Gießform 210 verfestigt wird und zumindest einen Teil eines verfestigten, im Wesentlichen nicht-geschäumten Materials 230 bildet.
Wieder kann nach einer gewissen Haltezeit oder unmittelbar während oder nach dem Einspritzen der Mischung 220 in die Gießform 210 das Schäumen in dem nicht verfestigten Teil 240 der Mischung 220 induziert werden. Jedoch kann in dieser Ausführungsform das Schäumen durch Erhöhen des Volumens der Gießform 210 induziert werden, beispielsweise durch rückwärtiges oder seitliches Verschieben eines Abschnittes der Wände der Gießform 210. Wie zuvor bereits erwähnt, kann das Schäumen zusätzlich durch Reduzieren des Druckes der eingespritzten Mischung 220, durch Expansion der Polymerschmelze durch eine Spritzdüse in die Gießform und /oder durch spontane oder kontrollierte chemische Reaktion oder ein anderes geeignetes Mittel, das zum Induzieren des Schäumens innerhalb einer Polymerschmelze oder einer Mischung 120 von einer Polymerschmelze mit einem physikalischen und /oder chemischen Schaummittels geeignet ist, induziert werden.
In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, die ein Erhöhen des Volumens der Gießform umfasst, kann die Dichte des Polymermaterials innerhalb des geschäumten Kerns 240 um bis zu 70% im Vergleich zu einer nicht geschäumten Probe des gleichen Materials mit den gleichen Dimensionen reduziert werden. Falls das Polymer zum Beispiel ein Polyamid 12 mit einer nicht geschäumten Dichte von 1010kg/m³ umfasst, kann die Dichte des geschäumten Kerns 240 eines Formteils ca. 355kg/m³ betragen.
Nachdem das Schäumen abgeschlossen ist oder auch während des Schäumens des verbliebenen Teils 240 des Formteils 205 kann das Formteil 205 gekühlt werden und von der Gießform 210 entfernt werden. Das sich ergebende Formteil 205 kann wieder eine Sandwich-Struktur aufweisen, in der ein zumindest teilweise geschäumter innerer Teil 240 durch einen unteren und einen oberen Teil 230 von nicht geschäumtem verfestigten Material umgeben ist. Falls das Formteil 205 eine im Wesentlichen runde Form hat, kann es auch einen einzigen, kontinuierlichen verfestigten Oberflächenteil, der den inneren geschäumten Teil umgibt, geben.
3 zeigt eine Aufnahme eines Querschnittes durch ein Formteil 300, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. In diesem Beispiel umfasst das Formteil 300 ein hochwertiges Polyamid 12, das eine Viskositätszahl ≥ 190ml/g aufweist. In dieser Ausführungsform wurde das Polyamid 12 mit superkritischem N2 als Schaummittel vermengt. Nachdem die Mischung in eine quaderförmige Gießform oder eine andere Gießform mit einer anderen Geometrie eingespritzt wurde, bildeten sich eine verfestigte nicht geschäumte obere Lage 310 und untere Lage 320, während das Schäumen innerhalb der Kernlage 330 des Formteils 300 gleichzeitig stattfindet, um das Formvolumen zu erhöhen. In diesem speziellen Fall wurde das Formvolumen um ca. 150% erhöht.
Das sich ergebene Formteil 300, das in 3 gezeigt ist, hat eine Dicke von ca. 1000µm und umfasst einen geschäumten inneren Kern 330 mit einer Dicke von ca. 800µm. Der innere Kern 330 ist durch eine Oberflächenlage von nicht geschäumten Material umfassend eine obere 310 und untere Lage 320 umschlossen, wobei jede Lage eine Dicke von ca. 100 µm aufweist. Der innere Kern 330 weist einen homogenen mikrozellulären Schaum auf und ist integral und kontinuierlich mit der oberen 310 und unteren Lage 320 verbunden. Dadurch ist eine Sandwich-Struktur geformt, wie sie zum Beispiel für Mittelfußabschnitte von Sportschuhen oder eine andere Anwendung in vielen anderen Sportwaren gewünscht ist. In diesem Beispiel ist die Dichte des geschäumten inneren Kerns 330 um ca. 70% kleiner als die Dichte eines Formteils des gleichen Volumens umfassend nicht geschäumtes Polyamid 12. Gemäß der Erfindung kann die Dicke der oberen 310 und unteren Lage 320 durch Adjustieren der Temperatur der Abschnitte der Gießform, die in Kontakt mit den oberen und unteren Teilen der Mischung innerhalb der Gießform sind, und/oder durch Adjustieren der Haltezeit innerhalb der Gießform vor dem Induzieren des Schäumens adjustiert werden.
4 zeigt eine schematische Draufsicht einer beispielhaften Sohlenplatte 400 für einen Sportschuh, wie zum Beispiel einen Fußballschuh, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Sohlenplatte 400 kann eine Vielzahl von Abschnitten umfassen, zum Beispiel einen Vorderfußabschnitt 410, einen Mittefußabschnitt 420 und einen Fersenabschnitt 430. Für manche Ausführungsformen der Erfindung, zum Beispiel die Sohlenplatte eines Fußballschuhs, kann es gewünscht sein, dass der Vorderfußabschnitt 410 dünn und flexibel designt ist, wohingegen der Mittelfußabschnitt 420 dicker als der Vorderfußabschnitt 410 designt ist und eine größere Biegefestigkeit als der Vorderfußabschnitt 410 aufweist. Dies kann mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht werden, indem eine einzige Gießform und ein einziges Spritzgießverfahren angewendet wird.
Diesbezüglich kann die Gießform so konfiguriert sein, dass sie zumindest einen Vorderfußabschnitt 410 und einen Mittelfußabschnitt 420 umfasst, welche in fließender Kommunikation miteinander stehen. Während des Spritzgießens wird die Polymerschmelze innerhalb des Vorderfußabschnittes 410 verfestigt, während das Schäumen im Wesentlichen nur in dem Mittefußabschnitt 420 stattfindet. Um eine hohe Biegefestigkeit für den Mittefußabschnitt 420 der Sohlenplatte 400 zu erreichen, kann die Temperatur des Mittefußabschnitts der Gießform adjustiert werden, so dass eine verfestigte nicht geschäumte Oberflächenlage neben dem geschäumten Kernbereich des Mittefußabschnitts 520 gebildet wird.
5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Sohlenplatte 500 für einen Fußballschuh, hergestellt nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Sohlenplatte 500 kann aus einem einzigen Material, wie zum Beispiel TPU oder vorzugsweise ein Polyamid 12 mit hoher molekularen Masse und /oder Schmelzstärke gebildet werden. Natürlich kann auch jedes andere Material, das für ein Spritzgießverfahren geeignet ist, verwendet werden. Alternativ kann die Sohlenplatte 500 aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialien gebildet werden. Die Sohlenplatte 500 kann einen Vorderfußabschnitt 512 umfassen, der so designt werden kann, dass er dünn und flexibel ist. Der Vorderfußabschnitt 512 kann integrierte Stollen 514 oder andere Elemente (nicht gezeigt) umfassen. Die Sohlenplatte 500 kann auch einen Mittelfußabschnitt 520 umfassen, der eine nicht geschäumte obere 522 und nicht geschäumte untere Lage 523 umfasst, die einen inneren Kern 524, der ein geschäumtes Material mit geringerer Dichte umfasst, umschließen.
In der Ausführungsform von 5 geht der Mittelfußabschnitt 540 kontinuierlich über eine Übergangszone 526 in den nicht geschäumten Vorderfußabschnitt 512 über. Ein Fersenabschnitt 530 der Sohlenplatte kann an der Rückseite des Mittelfußabschnitts 520 befestigt sein. Der Fersenabschnitt 530 kann ein nicht geschäumtes Material und/oder ein geschäumtes Material des gleichen Typs wie der Mittelfußabschnitt 520 oder eines anderen Typs umfassen. Der Fersenabschnitt 530 kann über das gleiche Herstellungsverfahren wie der Mittelfußabschnitt 520 und der Vorderfußabschnitt 512 oder über ein anderes Verfahren hergestellt sein und kann mit dem Mittefußanschnitt 520 über geeignete Verbindungsverfahren befestigt werden.
Es ist klar, dass das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung das Herstellen einer integrierten Sohlenplatte 500 mit einem einzigen Formverfahren erlaubt, umfassend zumindest einen Vorderfußabschnitt 512 und einen Mittelfußabschnitt 520, die ein Material mit unterschiedlicher Dichte und unterschiedlichem Grad der Schäumung umfassen, was in unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften für jeden der Abschnitte resultiert, wir es für die Sohlenplatte eines Fußballschuhs gewünscht ist.
6 zeigt zwei Fotografien einer Sohlenplatte für einen Fußballschuh in Draufsicht (6a) und Untenansicht (6b), wobei die Sohlenplatte gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde und eine Zusammensetzung aufweist, wie sie in 5 oben gezeigt ist.
In diesen Fotografien kann deutlich erkannt werden, dass der Mittefußabschnitt 620 und der Fersenabschnitt 640 ein im Wesentlichen vollständig geschäumtes Polymermaterial umfassen, während der Vorderfußabschnitt 610 verfestigt wurde, ohne signifikantes Schäumen zu erfahren. Wie oben erklärt wurde, wurde diese leichtgewichtige Konstruktion einer Sohlenplatte für einen Fußballschuh in einem einzigen Spritzgießverfahren hergestellt und resultierte in einer Sohlenplatte, die genau die gewünschten mechanischen und strukturellen Eigenschaften aufweist. Der dünne und im Wesentlichen nicht geschäumte Vorderfußabschnitt 610 weist eine signifikant höhere Flexibilität als der steife Mittelfußabschnitt 620 und der Fersenabschnitt 630 auf, welche eine höhere Biegefestigkeit und überlegenes Steifigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis, gegeben durch die mikrozelluläre Schaumstruktur mit geringer Dichte, aufweisen.
7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines neuartigen Gießformdesigns 700, das dazu konfiguriert ist, das Herstellungsverfahren für ein Formteil einer Sportware, wie zum Beispiel eine Sohlenplatte, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Die Gießform 700 kann zumindest einen ersten Abschnitt 710 umfassen, dessen Position während der Herstellung des Formteils fixiert werden kann, und einen zweiten Abschnitt 730, dessen Position relativ zum ersten Abschnitt 710 der Gießform während der Herstellung des Formteils adjustiert werden kann.
Diese Konfiguration erlaubt es, die Polymermischung 720 in die Gießform einzuspritzen, während der bewegliche Abschnitt 730 der Gießform in einer ersten Position ist. Während des Einspritzens oder nachdem die Gießform mit der Polymermischung 710 gefüllt wurde, kann der zweite Abschnitt 730 der Gießform in eine zweite Position bewegt werden und dadurch kann das Volumen eines Teils 740 des Innenbereichs der Gießform 700 vor und/oder während des Schäumens erhöht werden.
Im Ergebnis kann der Grad des Schäumens innerhalb des Bereichs des Formteils neben dem beweglichen Teil 730 der Gießform erhöht werden, was potentiell in einer höheren Biegefestigkeit und/oder geringeren Dichte des Teils des Formteils 740 neben dem beweglichen Teil 730 der Gießform resultiert.
Auf diese Weise kann der Grad des Schäumens in dem Bereich 740 des Gießteils präzise kontrolliert und in Antwort auf sich verändernde Anforderungen für verschiedene Typen an Sportwaren, zum Beispiel Sohlenplatten für Fußballschuhe, Schuhsohlen für Laufschuhe und viele andere adjustiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0039162 [0002]
US 6613811 [0002]
CN 203040882 U [0002]
WO 2006090221 [0002]

Claims

Verfahren (100) zum Herstellen eines Formteils (105), insbesondere einer Komponente einer Sportware, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen einer Mischung (120) einer Polymerschmelze und eines Schaummittels, b. Einspritzen der Mischung in eine Gießform (110); und c. Verfestigen von zumindest einem ersten Teil (130) des Formteils (105) ohne Schäumen und von zumindest einem zweiten Teil (140) des Formteils (105) nach Schäumen innerhalb der Gießform (110), d. wobei die Mischung (120) ein Polymer mit einer gemittelten molekularen Masse, die einer Viskositätszahl ≥ 130 ml/g, vorzugsweise ≥ 170 ml/g, weiter vorzugsweise ≥ 190 ml/g und insbesondere vorzugsweise ≥225 ml/g entspricht, umfasst, wobei die Viskositätszahl durch Lösungsviskosimetrie gemäß dem ISO 307 Standard ermittelt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung (120, 220) ein Polyamid umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung (120, 220) ein Polyamid 12 umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung (120) in ihrem nichtgeschäumten Zustand während des Schrittes b beibehalten ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaummittel ein superkritisches Gas umfasst, vorzugsweise N2.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schäumen durch Reduzieren des Drucks innerhalb der Gießform (110) induziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-6, wobei das Schäumen durch Erhöhen des Volumens von zumindest einem Abschnitt der Gießform (210) induziert wird; oder das Volumen von dem zumindest einen Abschnitt der Gießform (210) wird während des Schäumens erhöht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Erhöhung des Volumens der Gießform (210) zwischen 0.1% und 500% beträgt, vorzugsweise zwischen 1% und 150%, weiter vorzugsweise zwischen 10% und 100%, und besonders vorzugsweise zwischen 25% und 75%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gießform (110, 210) zumindest einen ersten und einen zweiten Hohlraum umfasst, wobei sich die Mischung (120, 220) zumindest teilweise innerhalb des ersten Hohlraums verfestigt, während die Mischung (120, 220) zumindest teilweise innerhalb des zweiten Hohlraums geschäumt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung (120, 220) bei einer Temperatur zwischen 150°C und 300°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 280°C, insbesondere vorzugsweise zwischen 240°C und 260°C vor der Einspritzen in die Form (110, 210) gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest der Abschnitt der Gießform (110, 210) bei einer Temperatur zwischen 20°C und 120°C, vorzugsweise zwischen 40°C und 90°C, und insbesondere vorzugsweise zwischen 50°C und 70°C gehalten wird.
Formteil (105, 205, 300), hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Sohlenplatte (400, 500) für einen Schuh, insbesondere für einen Fußballschuh, wobei die Sohlenplatte (400, 500) ein Formteil (105, 205, 300) nach Anspruch 12 umfasst.
Sohlenplatte (400, 500) nach Anspruch 13, wobei die Sohlenplatte (400, 500) einen im Wesentlichen nichtgeschäumten Vorderfußabschnitt (410, 512) und einen zumindest teilweise geschäumten Mittelfußabschnitt (420, 520) umfasst.
Sohlenplatte (400, 500) nach Anspruch 14, wobei der Mittelfußabschnitt (420, 520) eine größere Dicke als der Vorderfußabschnitt (410, 512) hat.
Sohlenplatte (400, 500) nach einem der Ansprüche 13-15, wobei der Mittelfußabschnitt (420, 520) eingerichtet ist eine höhere Biegefestigkeit aufzuweisen als der Vorderfußabschnitt (410, 512).
Schuhsohle, insbesondere für einen Fußballschuh, umfassend eine Sohlenplatte (400, 500) gemäß einem der Ansprüche 13-16.
Schuh, insbesondere Fußballschuh, umfassend eine Schuhsohle gemäß Anspruch 17.
Gießform, konfiguriert zum Herstellen eines Formteils gemäß einem der Ansprüche 12-18, wobei das Volumen eines Teils (740) des Innenbereichs der Gießform erhöht werden kann, um lokalisiertes Schäumen der Mischung (720) innerhalb des Teils (740) zu erzielen.
Gießform nach Anspruch 20, umfassend zumindest einen ersten Abschnitt (710) und zumindest einen zweiten Abschnitt (730), wobei das Volumen des Teils (740) durch Bewegen des zweiten Abschnitts (730) erhöht werden kann.