TWI804765B - 一種提升加熱均勻性的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種提升加熱均勻性的方法，其步驟包含：將待加熱物引入模具的容置空間中；利用機械力使該容置空間縮小並壓縮該待加熱物；及施加加熱源使該模具中的該待加熱物加熱；其中，本發明利用機械力對該待加熱物處理壓縮的過程，能使該待加熱物間的壓縮與壓力處於較為均一的狀態，避免後續加熱時發泡程度與壓力不同，而導致成型品外觀品質不佳的問題，而採用機械壓縮力進行壓縮的方法，使得製程中無須增添高壓水蒸氣設備與相關管線佈置，提供一種過程快速步驟簡單，能夠有效的降低生產成本與加工時間的方法。
Description
本發明涉及一種加熱方法，特別是一種能夠提升加熱均勻性的方法。
本發明所提供的加熱方法首先使用於發泡加熱成型技術上，並且以下將以此為實施範例加以說明，但本發明並不侷限於此一應用上，任何形式的被加熱物皆可適用於本發明所提供的加熱方法，不離本發明所欲宣稱之技術範圍。
發泡珠粒自德國巴斯夫公司開創發明後，以迅雷不及掩耳的速度席捲了發泡產品加工製造業。其中首要應用於鞋中底的製造，發泡珠粒的成型性與成品回彈性賦予了鞋子更優越的性能與機能性的提升，帶領發泡材料與相關加工產業進入一個嶄新的紀元。
目前發泡珠粒的加工成型工藝上，依然多採用類似保麗龍顆粒成型方式，概略首先以高溫、高壓水蒸氣將發泡珠粒引入於封閉的模具中，利用水蒸氣將發泡珠粒於模具中浸漬與通透數小時，使發泡珠粒的粒子與粒子間得相互達到溶解平衡，接著將水蒸氣洩壓後，再次通入高溫高壓水蒸氣使發泡粒子得以再次發泡成型。
前述方法所得的發泡成品具有在外觀上平滑且顆粒感較不明顯的優點，但此種製程方法需要搭配高壓水蒸氣設備以及長時間的水蒸氣浸潤，整體加工設備門檻高且加工耗時長，也連帶影響最終發泡產品的成本與售價提高的問題。發泡珠粒目前依然處在應用於較為高端但量少的產品市場，反而一般發泡產品所大量需求的填充材、緩衝材市場，因不符成本而無法順利推廣應用。
有鑑於此，目前缺少一種相對簡易且加工時間短，又無需額外增設高壓水蒸氣設備的發泡珠粒成型方法，在維持發泡珠粒的壓縮性與耐久性下，使發泡珠粒的加工成本下降並能引入一般發泡產品的市場，拓展發泡珠粒的應用層面。
需注意的是，本發明前述所提的任何技術並非承認其即為本領域基礎知識或公知常識的全部或一部份。
為了解決目前發泡珠粒加工成型所需高門檻的加工設備以及耗時又費工的加工步驟，以致於發泡珠粒現階段僅能應用於高端的發泡產品小眾市場，不能順利推廣到一般發泡產品面的窘境，為此本發明提供一種提升加熱均勻性的方法，以解決前揭技術問題。
請參考圖1，一種提升加熱均勻性的方法，其步驟包含：
將一待加熱物引入一模具內的一容置空間；
利用一機械力使該容置空間縮小並壓縮該待加熱物；以及
施加一加熱源於該模具，使該模具中的該待加熱物受熱。
其中，該待加熱物具有可壓縮性。
其中，該待加熱物為未發泡、半發泡或已發泡材料。
其中，該待加熱物為發泡珠粒。
其中，該模具包含一上蓋與一下蓋並於其中形成該容置空間，該上蓋頂抵於該待加熱物表面並下壓使該容置空間縮小以及壓縮該待加熱物。
其中，該機械力包含電動、氣動、油壓機對該上蓋或該下蓋施加壓力並壓縮該容置空間，或該機械力包含壓縮之常溫氣體對該待加熱物於該容置空間中直接壓縮。
其中，該加熱源包含外部加熱源或內部加熱源的一種或組合。
其中，該外部加熱源包含熱水加熱、蒸氣加熱、電阻加熱元件加熱、火力加熱、導電加熱、感應電磁加熱、電容介電加熱、電熱管加熱、熱風加熱或熱油加熱。
其中，該內部加熱源包含輻射加熱，例如紅外線加熱、射頻輻射加熱或微波加熱。
藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：
1. 本發明利用機械力對該發泡珠粒之待加熱物處理壓縮的過程中，能使該發泡珠粒每顆粒子間的壓縮與壓力處於較為均一的狀態，避免後續加熱時，每顆發泡珠粒的發泡程度與其內壓力不同，而導致成型品外觀品質不佳的問題，也大幅改善了既有的發泡珠粒加工成型的複雜製程與高昂設備成本的問題。
2. 本發明的發泡成型品外觀顆粒感較明顯，適合作為需要顆粒質感的產品或是作為填充材、緩衝材使用，由於採用機械壓縮力的方式，不需要額外增添高壓水蒸氣設備與相關管線佈置，且過程快速步驟簡單，能夠有效的降低生產成本與加工時間，對於成品的成本價格有顯著的貢獻。
為了能更為詳細瞭解本發明的技術特徵及其實用功效，並可依照說明書的內容具以實施，進一步如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如下。
請參考圖1，其為本發明所提供的一種提升加熱均勻性的方法較佳實施例流程示意圖，本實施例係首先以發泡珠粒為加工對象，並以下將以此詳細解說。本發明的步驟包含：
步驟1: 將一待加熱物10引入一模具20內的一容置空間21；
步驟2: 利用一機械力30使該容置空間21縮小並壓縮該待加熱物10；以及
步驟3: 施加一加熱源40於該模具20，使該模具20中的該待加熱物10受熱。
具體而言，本實施例所述之該待加熱物較佳具有壓縮特性，例如半發泡或已發泡之材料，可能部分具有可壓縮性之未發泡材料也屬於本發明可採用之範圍。例如發泡珠粒是一種可能已經呈現半發泡狀態的顆粒，材質常見為熱塑性聚氨酯彈性體(E-TPU)、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚醯胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚苯醚(PPE)、熱可塑性彈性體(TPE)、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、聚烯烴系彈性體(TPO)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)所形成的顆粒狀發泡珠粒。本實施例所述之該模具20較佳至少包含有一上蓋22與一下蓋23並於其間形成該容置空間21。當該待加熱物10(即發泡珠粒，以下稱該發泡珠粒10)引入該模具20內部時，該模具20可能是處於封閉或未封閉的狀態，而執行本發明的步驟是將該上蓋22頂抵並貼附於該發泡珠粒10的表面，並以該上蓋22往該模具20內部下壓，使該容置空間21縮小並施加該機械力30於該發泡珠粒，此時，由於該發泡珠粒10具有可壓縮特性，即可能於該模具20內部被壓縮為更為緊密的狀態，粒子與粒子之間緊密的接觸或接觸面積大幅提升，當該發泡珠粒10被壓縮到加工預設狀態時，即對該模具20施加該加熱源40，由於粒子與粒子之間的接觸面積增加，能使熱量更為均勻且快速的擴散到每顆粒子間，如此無須額外使用任何高溫蒸氣設備的長時間浸潤平衡的處理步驟，即可得到發泡加工成型品。
進一步地，本發明利用該機械力30對該發泡珠粒10之待加熱物處理壓縮的過程中，也能使該發泡珠粒10每顆粒子間的壓縮與壓力處於較為均一的狀態，避免後續加熱時，每顆發泡珠粒10的發泡程度與其內壓力不同，而導致成型品外觀品質不佳的問題。
前述之該機械力30包含電動、氣動或油壓機直接對該上蓋22或該下蓋23施加壓力並壓縮該容置空間21，進一步地，該機械力30也可以是使用空壓機壓縮常溫空氣(即不需特別加熱高溫)，壓縮空氣同時將該發泡珠粒輸送至該模具20中，過程中也可達到壓縮的效果。前述之該加熱源40包含外部加熱源或內部加熱源的一種或組合，該外部加熱源包含熱水加熱、蒸氣加熱、電阻加熱元件加熱、火力加熱、導電加熱、感應電磁加熱、電容介電加熱、電熱管加熱、熱風加熱、熱油加熱；以及該內部加熱源為輻射加熱，包含紅外線(IR)加熱、射頻輻射(RF)加熱、微波(MW)加熱。對於本發明較佳的情況下，優選的是採用內部加熱源，例如微波加熱方法對該待加熱物進行加熱成型，由於微波會使該待加熱物的分子間震動繼而從內部產生熱量，能具有好的加熱均勻性與成型性。
本發明的發泡成型品外觀顆粒感較明顯，適合作為需要顆粒質感的產品或是作為填充材、緩衝材使用，由於採用機械壓縮力的方式，不需要額外增添高壓水蒸氣設備與相關管線佈置，且過程快速步驟簡單，能夠有效的降低生產成本與加工時間，對於成品的成本價格有顯著的貢獻。
為了證實本發明所提供的製程方法相對於既有複雜製程所製得發泡成型品的機械性能並無差異，也就是維持了發泡成型品機械性能的效果，以下表1是利用前述本發明較佳實施例製得之發泡成型品的性能測試。所使用的該發泡珠粒10為熱塑性聚氨酯發泡珠粒(E-TPU)，平均粒子重量為25±10mg，所製得的測試試片厚度為10mm，密度為250kg/cm
3。加工過程中，本發明於步驟2所使用該機械力30壓縮使該發泡珠粒壓縮比為2，該加熱源40以功率100%之微波加熱180秒成型，取出前靜置冷卻即得到該測試試片。
表1
| 測試性能 | 測試標準 | 數值 |
| 抗拉強度 Tensile strength | DIN EN ISO 1798 | 500 kPa |
| 斷裂延伸率 Elongation at break | DIN EN ISO 1798 | 63 % |
| 壓縮形變率 Compression set 22hrs/23°C/50% | DIN EN ISO 1856 | 7 % |
| 回彈性 Rebound resilience | DIN 53512 | 54 % |
| 熱傳導性 Heat Conductivity | DIN EN 12667 | 50 mW/m*K |
| 吸水性 Water absorption (1 day) | DIN 53428 | 小於2 Vol.-% |
進一步地，本發明利用所提供的製程方法，以步驟2所施用該機械力30壓縮使該發泡珠粒壓縮比為1～3，該加熱源40以功率50～100%之微波加熱120～240sec秒成型之數個該測試試片經檢測後，皆相對於相同規格下的以他種成型方式所得的試片具有相同或更為優異的機械特性。
本發明所提供的提升加熱均勻性的方法可適用於製造微發泡、低發泡或高發泡等各式發泡產品，包含地墊、鞋墊或床墊等等，該加熱方法也可拓及於其他加熱需求上，例如食品加熱領域。以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的主張權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭露的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的申請專利範圍內。
10:待加熱物、發泡珠粒
20:模具
21:容置空間
22:上蓋
23:下蓋
30:機械力
40:加熱源
圖1為本發明較佳實施例流程示意圖。
10:待加熱物、發泡珠粒
20:模具
21:容置空間
22:上蓋
23:下蓋
30:機械力
40:加熱源
Claims (7)
- 一種提升加熱均勻性的方法，其步驟包含：將一待加熱物引入一模具內的一容置空間，該待加熱物為具有可壓縮性之發泡珠粒；利用一機械力使該容置空間縮小並壓縮該待加熱物至壓縮比大於1，其中：將該加熱物引入模具與壓縮時不對該模具加熱；以及再施加一加熱源於該模具，使該模具中的該待加熱物受熱。
- 如請求項1所述的提升加熱均勻性的方法，其中，該模具包含一上蓋與一下蓋並於其中形成該容置空間，該上蓋頂抵於該待加熱物表面並下壓使該容置空間縮小以及壓縮該待加熱物。
- 如請求項2所述的提升加熱均勻性的方法，其中，該機械力包含電動、氣動、油壓機對該上蓋或該下蓋施加壓力並壓縮該容置空間，或該機械力包含壓縮之常溫氣體對該待加熱物於該容置空間中直接壓縮。
- 如請求項1所述的提升加熱均勻性的方法，其中，該加熱源包含外部加熱源或內部加熱源的一種或組合。
- 如請求項4所述的提升加熱均勻性的方法，其中，該外部加熱源包含熱水加熱、蒸氣加熱、電阻加熱元件加熱、火力加熱、導電加熱、感應電磁加熱、電容介電加熱、電熱管加熱、熱風加熱或熱油加熱。
- 如請求項4或5所述的提升加熱均勻性的方法，其中，該內部加熱源包含輻射加熱。
- 如請求項6所述的提升加熱均勻性的方法，其中，該輻射加熱包含紅外線加熱、射頻輻射加熱或微波加熱。
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