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TWI519401B - 發泡鞋材製作方法 - Google Patents

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TWI519401B
TWI519401B TW103135383A TW103135383A TWI519401B TW I519401 B TWI519401 B TW I519401B TW 103135383 A TW103135383 A TW 103135383A TW 103135383 A TW103135383 A TW 103135383A TW I519401 B TWI519401 B TW I519401B
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foamed shoe
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foamed
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戴漢能
蕭勝榮
曹志椿
梁文忠
劉信助
吳志郎
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寶成工業股份有限公司
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Description

發泡鞋材製作方法
本發明為一種鞋材製作方法，特別是一種不需要添加化學藥劑的發泡鞋材的製作方法。
傳統鞋類為了達到吸震的效果，多是利用橡膠作為鞋底的材料，但是大量的使用橡膠也導致鞋類的重量大幅增加。因此，橡膠鞋底多應用於一般鞋類，而不常應用在具有輕量化需求的運動專用鞋款。
為了達到運動鞋款輕量化的需求，目前市面上常見將乙烯醋酸乙烯酯(Ethylene-vinyl acetate，以下簡稱為EVA)發泡成型，作為鞋底的材料。由於EVA發泡而成的鞋底不但具有吸震的效果，更保有柔軟舒適及質量輕穎等特性。因此，近年來EVA鞋底不僅僅只是應用於運動鞋款，更大量地使用於休閒鞋款中。但是在EVA發泡的過程中，會依照製程的需求添加發泡劑、交聯劑或是其他功效的化學藥劑。添加這些化學藥劑不但會直接影響現場操作人員的健康，發泡過程中所揮發的化學藥劑更會增加自然環境的負 擔。而發泡後的EVA常有上述化學藥劑的殘留物，更需要經過再次加工來去除殘留物。
為了減輕對自然環境的影響及化學藥劑的殘留，出現超臨界流體發泡熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethane，以下簡稱TPU)的技術。但是利用上述技術而獲得TPU發泡材料後，仍然需要多道加工程序(如尺寸量測及材料裁切)，方能獲得符合設計尺寸與樣式的成品。
因此，本發明之一目的是提供一種發泡鞋材製作方法，利用超臨界流體發泡熱塑性聚氨酯作為發泡鞋材，而熱塑性聚氨酯發泡而成的發泡鞋材不需要後續的加工程序，即可符合設計的尺寸與樣式。
此外，本發明之另一目的是提供一種發泡鞋材製作方法，是利用超臨界流體的物理特性來產生發泡效果，不需要添加化學藥劑。可以避免化學藥劑殘留的問題，而且超臨界流體更可以透過管路回收再利用，可以降低對自然環境所造成的影響。
本發明一實施方式提供一種發泡鞋材製作方法，包含以下步驟：(a)形成一板狀雛型，其中板狀雛型是由熱塑性聚氨酯組成。(b)利用一超臨界流體發泡板狀雛型以形成一發泡鞋材，其中發泡鞋材具有多數個微孔結構，而且上述微孔結構之平均孔徑小於100微米。
藉由上述實施方式，步驟(a)可以先行確定熱塑性聚 氨酯鞋材的尺寸與樣式。而在步驟(b)中，利用超臨界流體幾乎沒有表面張力的特性，可以將超臨界流體溶入板狀雛型中。隨後經過降溫及洩壓，溶入板狀雛型內的超臨界流體會膨脹揮發，進而達到發泡板狀雛型的功效。而經過發泡後的板狀雛型即形成符合設計尺寸與樣式的發泡鞋材。因此，本實施方式不會在發泡鞋材上殘留化學藥劑，而且發泡中所揮發的超臨界流體可以透過管路回收再利用，可以降低對自然環境所造成的影響。
上述實施方式之一實施例中，步驟(a)是利用射出成型形成板狀雛型，除了可以確定鞋材的基本尺寸與樣式，更可以有效控制鞋材的製造良率。
上述實施方式之另一實施例中，步驟(b)的超臨界流體的壓力維持在1000~3000psi之間，而且超臨界流體的溫度維持於100~160℃之間，藉此讓超臨界流體可以均勻的溶入板狀雛型中，讓發泡鞋材內具有均勻一致的微孔結構，並且讓上述微孔結構的平均孔徑小於100微米。
上述實施方式其他可行實施例如下：在步驟(a)中可以利用押出成型、熱壓成型或鑄模成型等技術來形成板狀雛型。在步驟(b)中，發泡板狀雛型的溫度為100~160℃。超臨界流體可以為二氧化碳、水、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮或氮。發泡鞋材的比重小於0.3。發泡鞋材之回彈性大於50%。
本發明另一實施方式提供一種發泡鞋材製作方法，包含以下步驟：(a)加熱一熱塑性聚氨酯顆粒以形成一 液態熱塑性聚氨酯。(b)將液態熱塑性聚氨酯注入一塑型模具，使液態熱塑性聚氨酯形成一板狀雛型。(c)移動板狀雛型至一發泡模具。(d)通入一超臨界流體至發泡模具內，而且等待超臨界流體溶入板狀雛型內。(e)冷卻發泡模具且洩出超臨界流體，使板狀雛型發泡形成一發泡鞋材。
藉由上述另一實施方式，在步驟(b)時就可以確定發泡鞋材的尺寸與樣式，而後經過步驟(e)後可以完成發泡鞋材的立體架構。因此，發泡鞋材不需要經過量測尺寸及材料裁切等後續加工程序，可以節省生產製造的時間以及降低材料裁切中所產生的損耗。此外，更可以確保發泡鞋材品質的一致性。
上述另一實施方式之一實施例，板狀雛型相對應於塑型模具，藉此控制鞋材的基本尺寸與樣式。因此僅需要更換塑型模具即可量產不同尺寸與樣式的鞋材。
上述另一實施方式之另一實施例，發泡鞋材相對應於發泡模具，藉此控制鞋材的立體架構。因此僅需要改變發泡模具就可獲得不同立體架構的發泡鞋材。
上述另一實施方式其他可行實施例如下：在步驟(d)中，發泡模具的溫度維持在100~160℃間。在步驟(d)的超臨界流體的壓力為維持在1000~3000psi之間，而且超臨界流體的溫度維持在100~160℃之間。超臨界流體可以為二氧化碳、水、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮或氮。發泡鞋材的比重小於0.3。發泡鞋材之回彈性大於50%。發泡鞋材具有多數個微孔結構，而且上述微孔結構的 平均孔徑小於100微米。
以上所述之超臨界流體是指在特定的溫度與壓力後，物質的氣相與液相密度會趨於相同，可以視為一均勻相的狀態，而且超臨界流體的性質介於氣相與液相之間。而回彈性是指材料壓縮後恢復量與材料壓縮量的比值。而所謂的恢復量及壓縮量可以是體積、長度或是彎曲角度。
101、102‧‧‧步驟
202‧‧‧板狀雛型
203‧‧‧超臨界乙醇
204‧‧‧發泡鞋材
210‧‧‧塑型模具
211‧‧‧塑型上蓋
212‧‧‧塑型主體
401‧‧‧液態熱塑性聚氨酯
402‧‧‧板狀雛型
403‧‧‧超臨界二氧化碳
404‧‧‧發泡鞋材
410‧‧‧塑型模具
411‧‧‧塑型上蓋
412‧‧‧塑型主體
213‧‧‧注入通道
220‧‧‧發泡模具
221‧‧‧發泡上蓋
222‧‧‧發泡主體
223‧‧‧進氣通道
224‧‧‧洩壓通道
225‧‧‧冷卻通道
301~305‧‧‧步驟
413‧‧‧注入通道
420‧‧‧發泡模具
421‧‧‧發泡上蓋
422‧‧‧發泡主體
423‧‧‧進氣通道
424‧‧‧洩壓通道
425‧‧‧冷卻通道
第1圖係繪示本發明一實施方式之流程圖。
第2A圖至第2C圖係繪示第1圖之實施例的細部製造過程示意圖。
第3圖係繪示本發明另一實施方式之流程圖。
第4A圖至第4E圖係繪示第3圖之實施例的細部製造過程示意圖。
請參照第1圖，第1圖係繪示本發明一實施方式之流程圖。本發明一種發泡鞋材製作方法，包含以下步驟：
步驟101，形成一板狀雛型，其中板狀雛型是由熱塑性聚氨酯組成。
步驟102，利用一超臨界流體發泡板狀雛型以形成一發泡鞋材，其中發泡鞋材具有多數個微孔結構，而且上述微孔結構的平均孔徑小於100微米。
詳細的製造過程，請參照第2A圖至第2C圖。第2A圖至第2C圖係繪示第1圖一實施例的細部製造過程示意圖。首先如第2A圖，利用一塑型模具210形成一板狀雛型202。塑型模具210包含一塑型上蓋211、一塑型主體212及一注入通道213。將加熱至190℃的液態熱塑性聚氨酯經由注入通道213送入塑型模具210中，隨後冷卻上述液態熱塑性聚氨酯至室溫，就可以形成板狀雛型202。
接著如第2B圖，將板狀雛型202置入發泡模具220中，並且通入超臨界乙醇203。發泡模具220包含一發泡上蓋221、一發泡主體222、一進氣通道223、一洩壓通道224及一冷卻通道225。而在此一過程中發泡模具220溫度維持在250℃，發泡模具220內的壓力維持在1000psi，並且持續15分鐘，使超臨界乙醇203可以溶入板狀雛型202中。
最後如第2C圖，在冷卻通道225中通入冷卻液降低發泡模具220溫度，並且開啟洩壓通道224釋放發泡模具220內部壓力。由於壓力及溫度下降，超臨界乙醇203轉換成氣態乙醇，而溶入板狀雛型202內的超臨界乙醇203亦會膨脹揮發，進而使板狀雛型202發泡膨脹並且形成發泡鞋材204。發泡鞋材204會因為超臨界乙醇203膨脹揮發而具有多數個微孔結構，而且上述微孔結構的平均孔徑小於100微米。
上述實施例利用溫度及壓力的改變，轉換乙醇物理狀態進而達到發泡效果，不需要額外添加化學藥劑。因此不需要擔心發泡鞋材204上會殘留化學藥劑。而發泡過程 中所揮發的乙醇更可以藉由洩壓通道224進行回收，再次利用，更可以避免環境污染。此外，利用本實施例製成的發泡鞋材204比重小於0.3，而且回彈性大於50%。
請參照第3圖，第3圖係繪示本發明另一實施方式之流程圖。本發明一種發泡鞋材製作方法，包含以下步驟：
步驟301，加熱一熱塑性聚氨酯顆粒以形成一液態熱塑性聚氨酯。
步驟302，將液態熱塑性聚氨酯注入一塑型模具，使液態熱塑性聚氨酯形成一板狀雛型。
步驟303，移動板狀雛型至一發泡模具。
步驟304，通入一超臨界流體至發泡模具內，而且等待超臨界流體溶入板狀雛型內。
步驟305，冷卻發泡模具且洩出超臨界流體，使板狀雛型發泡形成一發泡鞋材。
詳細的製造過程，請參照第4A圖至第4E圖。第4A圖至第4E圖係繪示第3圖之實施例的細部製造過程示意圖。而製造過程中使用一塑型模具410及一發泡模具420。塑型模具410包含一塑型上蓋411、一塑型主體412及一注入通道413。發泡模具420包含一發泡上蓋421、一發泡主體422、一進氣通道423及一洩壓通道424。
首先如第4A圖，將熱塑性聚氨酯顆粒加熱至230℃，使其形成液態熱塑性聚氨酯401。
接著如第4B圖，利用注入通道413將液態熱塑性聚氨酯401注入塑型模具410，隨後等待液態熱塑性聚氨酯 401冷卻即可形成一板狀雛型402。而板狀雛型402相對應於塑型模具410。
隨後如第4C圖所示，將板狀雛型402移至發泡模具420中，此時可先行預熱發泡模具420並且維持在100~160℃。
接著如第4D圖，將超臨界二氧化碳403通入發泡模具420中，發泡模具420內部超臨界二氧化碳403的壓力維持於1000~3000psi之間，發泡模具420溫度保持在100~160℃之間，並且持續15~60分鐘。藉此讓超臨界二氧化碳403均勻地溶入板狀雛型402中。
最後如第4E圖，在冷卻通道425中通入冷卻液降低發泡模具420的溫度，並且開啟洩壓通道424釋放發泡模具220內部超臨界二氧化碳403壓力。而由於壓力及溫度的下降，溶入板狀雛型402的超臨界二氧化碳403轉化為氣態二氧化碳，讓板狀雛型402發泡膨脹進而形成發泡鞋材404。發泡鞋材404會相對應於發泡模具420。發泡鞋材404內部因超臨界二氧化碳403膨脹揮發，而留下多數個微孔結構。
上述實施例更具有多個實驗例，實驗例藉由調整製造參數，而改變發泡鞋材404的特性。各實驗例的製造參數，請參閱下列表一。
表一、實驗例的製造參數
而上述各實驗例的發泡鞋材404特性，請參閱以下表二。其中，回彈性測試的方式為ASTM D-2632。比重測試的方式為ASTM D-297。硬度測試的方式為ASTM D-2240。以上所述之ASTM D-2632、ASTM D-297及ASTM D-2240是美國材料和試驗協會(ASTM International，簡稱ASTM)所制定的材料標準測試方式。
上述實施例中，發泡鞋材404內部微孔結構的平均孔徑小於100微米。發泡鞋材404的比重小於0.3，而且發泡鞋材404的回彈性大於50%。此外，更可以利用塑型模 具410來確定發泡鞋材404的尺寸與樣式，利用發泡模具420來確定發泡鞋材404的立體架構。因此，不再需要對發泡鞋材404進行額外的加工程序，可以節省生產製造的時間以及降低材料裁切中所產生的損耗。
綜合以上所述實施例，本發明發泡鞋材製作方法具有以下優點：1.不需要對發泡後的熱塑性聚氨酯進行裁切等後續加工程序，可以節省發泡鞋材製作時間及材料的損耗。2.利用超臨界流體的物力特性達到發泡功效，不需要額外添加化學藥劑，可以避免化學藥劑的殘留。3.發泡過程所使用的超臨界流體可以回收再利用，減少自然環境的負擔。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
301~305‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種發泡鞋材製作方法，包含以下步驟：(a)形成一板狀雛型，其中該板狀雛型是由熱塑性聚氨酯組成；以及(b)利用一超臨界流體發泡該板狀雛型以形成一發泡鞋材；其中該發泡鞋材具有多數個微孔結構，該些微孔結構之平均孔徑小於100微米，且該發泡鞋材之比重小於0.3。
  2. 如請求項1所述之發泡鞋材製作方法，其中步驟(a)形成該板狀雛型是利用射出成型、押出成型、熱壓成型或鑄模成型。
  3. 如請求項1所述之發泡鞋材製作方法，其中步驟(b)發泡該板狀雛型的溫度為100~160℃。
  4. 如請求項1所述之發泡鞋材製作方法，其中步驟(b)之該超臨界流體的壓力為1000~3000psi，且該超臨界流體的溫度為100~160℃。
  5. 如請求項1所述之發泡鞋材製作方法，其中該超臨界流體為二氧化碳、水、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮或氮。
  6. 如請求項1所述之發泡鞋材製作方法，其中該發泡鞋材之回彈性大於50%。
  7. 一種發泡鞋材製作方法，包含以下步驟：(a)加熱一熱塑性聚氨酯顆粒以形成一液態熱塑性聚氨酯；(b)將該液態熱塑性聚氨酯注入一塑型模具，使該液態熱塑性聚氨酯形成一板狀雛型；(c)移動該板狀雛型至一發泡模具；(d)通入一超臨界流體至該發泡模具內，且等待該超臨界流體溶入該板狀雛型內；以及(e)冷卻該發泡模具且洩出該超臨界流體，使該板狀雛型發泡形成一發泡鞋材；其中，該發泡鞋材之比重小於0.3。
  8. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中該板狀雛型相對應於該塑型模具。
  9. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中該發泡鞋材相對應於該發泡模具。
  10. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中步驟(d)之該發泡模具的溫度為100~160℃。
  11. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中步驟(d)之該超臨界流體的壓力為1000~3000psi，且該超臨界流體的溫度為100~160℃。
  12. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中步驟(d)該超臨界流體為二氧化碳、水、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮或氮。
  13. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中該發泡鞋材之回彈性大於50%。
  14. 如請求項7所述之發泡鞋材製作方法，其中該發泡鞋材具有多數個微孔結構，且該些微孔結構之平均孔徑小於100微米。
TW103135383A 2014-10-13 2014-10-13 發泡鞋材製作方法 TWI519401B (zh)

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