TWI656169B - Elastic composite process and its finished products - Google Patents

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Abstract

一種彈性複合材製程及其成品，其以熱塑性聚醯胺彈性體與熱塑性聚氨酯彈性體透過特定比例混合、混煉與發泡後製得，並藉由其內部所分佈的細小氣泡孔使其整體結構具有輕量化，維持一定結構強度之效用，而且有助於控制後續製作鞋底的製作成本。

Description

彈性複合材製程及其成品
本發明是關於熱塑性彈性體的製程與成品，係經混煉、發泡所製備而成，製得彈性複合材的結構具有良好的特性表現，特別是再經發泡應用於鞋底使用上具有保有良好回彈性、材質輕，並具有降低製作成本者。
常見應用於鞋底的材料大致上有聚氯乙烯(PVC)、橡膠、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚氨酯(PU)等。其中以EVA發泡材料在使用上最為廣泛，但EVA發泡材料存在壓縮形變高、回彈性差。而PU發泡材料具有加工過程簡單並有助於實現自動化生產而廣受關注，但存在易黃變、耐老化性能差等缺陷。
隨著材料科學的迅速發展與技術上的突破，已有熱塑性彈性體廣泛應用於鞋底於產品上。熱塑性聚醯胺彈性體(Thermoplastic Polyamide Elastomer，縮寫有TPA、TPAE、TPE-A、PEBA)是剛性聚醯胺(尼龍)鏈段和柔性聚醚或聚酯鏈段組成的嵌段共聚物。比其他熱塑性彈性體具有更廣的應用溫度範圍及硬度，主要應用於其它熱塑性彈性體不適用的低溫環境，亦擁有優異的機械和動態性能、良好的耐化學性和耐磨性、耐高溫，並且不含揮發性或遷移性增塑劑，所以廣泛被使用。但其缺點為具有 易沸水水解、價格昂貴、回收料易變色等缺點，所以仍有改善空間。而熱塑性聚氨酯彈性體(Thermoplastic Polyurethane縮寫TPU)同樣具有優異的耐磨性能、較好的拉伸強度和拉伸率及耐油效果，價格較熱塑性聚醯胺彈性體便宜，且其相容性佳，因此是作為改質熱塑性聚醯胺彈性體首選材料。目前已知相關材料改質先前技術，如台灣發明專利第I564326號之醯胺系彈性體發泡粒子、其製造方法、發泡成形體及其製造方法。
本發明提供一種彈性複合材製程及其成品，其以熱塑性聚醯胺彈性體與熱塑性聚氨酯彈性體透過特定比例混合、混煉與發泡後製得，並藉由其內部所分佈的細小氣泡孔使其整體結構具有輕量化，維持一定結構強度之效用，而且有助於控制後續製作鞋底的製作成本，同時改善單一使用熱塑性聚醯胺彈性體應用上尚有前述之問題者。
本發明彈性複合材製程，包括混合步驟、混煉步驟與發泡步驟。其中：混合步驟，將第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑於混料機經攪拌混合；第一混合物為熱塑性聚醯胺彈性體(TPAE)，其密度為1~1.01g/cm3，硬度為蕭氏A80~A95，加入重量為40~80PHR(組合物之每百份總組分對應之份數)；第二混合物為熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)，其密度為1.1g/cm3~1.2g/cm3，硬度為蕭氏A80~A95，加入重量為20~60PHR；抗氧耐黃變劑加入重量為0.5~1PHR、耐水 解劑加入重量為0.5~1.5PHR、紫外線吸收劑加入重量為0.5~1PHR；混煉步驟，將第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑混合均勻後置入混煉機造粒，製得複合粒子；前述混煉機設定溫度為150℃~170℃；發泡步驟，將前述複合粒子與水分散液、夾帶劑置入高壓釜，並經攪拌混合後，輸入高壓流體至高壓釜並加熱高壓釜，以致複合粒子與高壓流體達到溶解平衡，再經高壓釜釋壓以及灌入水蒸氣與高壓空氣於高壓釜，得到發泡之彈性複合材；前述高壓流體為CO2和N2，且CO2壓力為8~9MPa，而N2壓力為5~7MPa；前述加熱高壓釜溫度為110℃~150℃，且加熱高壓釜時間為0.5hr(小時)~2hr。
一種彈性複合材，其以第一混合物與第二混合物依比例混煉並經發泡成型之固形粒子；該彈性複合材包括有一表皮層，以及由該表皮層完全包覆之一內裡層，該內裡層具有複數氣泡孔，且該複數氣泡孔係部份相連通以及部份不相連通；前述該第一混合物為熱塑性聚醯胺彈性體；前述該第二混合物為熱塑性聚氨酯彈性體；又該彈性複合材所含第一混合物之百分比大於其所含第二混合物百分比。
1‧‧‧彈性複合材
2‧‧‧表皮層
3‧‧‧內裡層
31‧‧‧氣泡孔
第一圖係本發明流程圖。
第二圖係本發明實施例之組成比例與材質特性並與對照組之比較表。
第三圖係本發明彈性複合材立體示意圖。
第四圖係本發明彈性複合材剖面示意圖。
第五圖係第四圖之A區塊局部放大示意圖。
請參閱圖式第一圖所示，本發明彈性複合材製程，包括混合步驟、混煉步驟與發泡步驟。
混合步驟，將第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑於混料機經攪拌混合；第一混合物為熱塑性聚醯胺彈性體(TPAE)，其密度為1~1.01g/cm3，硬度為蕭氏A80~A95，加入重量為40~80PHR(組合物之每百份總組分對應之份數)；第二混合物為熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)，其密度為1.1g/cm3~1.2g/cm3，硬度為蕭氏A80~A95，加入重量為20~60PHR；抗氧耐黃變劑加入重量為0.5~1PHR、耐水解劑加入重量為0.5~1.5PHR、紫外線吸收劑加入重量為0.5~1PHR。
混煉步驟，將第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑混合均勻後置入混煉機造粒，製得複合粒子；前述混煉機設定溫度為150℃~170℃；發泡步驟，將前述複合粒子與水分散液、夾帶劑置入高壓釜，並經攪拌混合後，輸入高壓流體至高壓釜並加熱高壓釜，以致複合粒子與高壓流體達到溶解平衡，再經高壓釜釋壓以及灌入水蒸氣與高壓空氣於高壓釜，得到發泡之彈性複合材；前述高壓流體為CO2和N2，且CO2壓力為8~9MPa，而N2壓力為5~7MPa；前述加熱高壓釜溫度為110 ℃~150℃，且加熱高壓釜時間為0.5hr~2hr。
請配合參閱圖式第二圖所示，圖中表示有對照組以及第一至第三實施例。其中第一實施例係採80PHR的第一混合物(熱塑性聚醯胺彈性體)與20PHR的第二混合物(熱塑性聚氨酯彈性體)。第二實施例係採60PHR的第一混合物(熱塑性聚醯胺彈性體)與40PHR的第二混合物(熱塑性聚氨酯彈性體)。第三實施例係採40PHR的第一混合物(熱塑性聚醯胺彈性體)與60PHR的第二混合物(熱塑性聚氨酯彈性體)。前述第一實施例至第三實施例之第二混合物(熱塑性聚氨酯彈性體，TPU)硬度為蕭氏A85，密度為1.2g/cm3，軟化點為120℃，熔點為155℃。而對照組的熱塑性聚醯胺彈性體是採用PEBAX 4533，硬度為蕭氏A92，密度為1.01g/cm3，軟點為111℃，熔點為147℃，同樣的第一至第三實施例的第一混合物也是採用PEBAX 4533為例。此外，第一混合物亦可採用UBESTA XAP或是VESTAMID E與TPU混煉亦具有相同效果。
特別注意的是第一至三實施例所製得的彈性複合材，經實驗測得的延伸率遠大於對造組的延伸率，而第一、二實施例所測得抗拉強度也高於對造組。其餘硬度、密度、撕裂強度、反彈等材質特性來說，第一至第三實施例相較於對造組來說，大致上差異不大。由此可知本發明透過熔點較高第二混合物(熱塑性聚氨酯彈性體，TPU)進行與與第一混合物之混鍊發泡後，改善原有第一混合物的軟化點以及熔點，並大幅提昇材料延伸率、抗拉強度等特性。
前述彈性複合材製程包括有下列技術特徵。
前述混合步驟進一步包括有滑劑、成核劑，並與第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑於混料機經攪拌混合，滑劑加入重量為0.5~1PHR、成核劑加入重量為2~5PHR。
前述混煉步驟之混煉機為密煉機或單螺桿押出機或雙螺桿押出機，複合粒子的粒徑為1~2mm。
前述發泡步驟之水分散液包括有水與界面活性劑，而夾帶劑為環戊烷、丁烷、乙醇或甲醇任一者，且水與表面活性劑以及夾帶劑的比為1：0.002：0.02至1：0.01：0.05。發泡步驟之溶解平衡包括有浸置0.5~2hr。發泡之彈性複合材粒徑大小為3mm~7mm。
依據前述彈性複合材製程所製得的成品，如第三至五圖所示，彈性複合材1包括有一表皮層2，以及由該表皮層2完全包覆之一內裡層3，該內裡層3具有複數氣泡孔31，且該複數氣泡孔31係部份相連通以及部份不相連通。該彈性複合材1粒徑尺寸為3毫米至7毫米，該表皮層2厚度尺寸為100微米至200微米，氣泡孔31直徑為100~400微米。又該表皮層2的外表面係呈光滑狀。彈性複合材1可製作呈橢圓狀或圓球狀。

Claims (10)

  1. 一種彈性複合材製程，其包括：混合步驟，將第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑於混料機經攪拌混合；第一混合物為熱塑性聚醯胺彈性體，其密度為1~1.01g/cm3，硬度為蕭氏A80~A95，加入重量為40~80PHR(組合物之每百份總組分對應之份數)；第二混合物為熱塑性聚氨酯彈性體，其密度為1.1g/cm3~1.2g/cm3，硬度為蕭氏A80~A95，加入重量為20~60PHR；抗氧耐黃變劑加入重量為0.5~1PHR、耐水解劑加入重量為0.5~1.5PHR、紫外線吸收劑加入重量為0.5~1PHR；混煉步驟，將第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、耐水解劑、紫外線吸收劑混合均勻後置入混煉機，製得複合粒子；前述混煉機設定溫度為150℃~170℃；發泡步驟，將前述複合粒子與水分散液、夾帶劑置入高壓釜，並經攪拌混合後，輸入高壓流體至高壓釜並加熱高壓釜，以致複合粒子與高壓流體達到溶解平衡，再經高壓釜釋壓以及灌入水蒸氣與高壓空氣於高壓釜，得到發泡之彈性複合材；前述高壓流體為CO2和N2，且CO2壓力為8~9MPa，而N2壓力為5~7MPa；前述加熱高壓釜溫度為110℃~150℃，且加熱高壓釜時間為0.5hr~2hr。
  2. 如請求項1所述之彈性複合材製程，混合步驟進一步包括有滑劑、成核劑，並與第一混合物、第二混合物、抗氧耐黃變劑、 耐水解劑、紫外線吸收劑於混料機經攪拌混合，滑劑加入重量為0.5~1PHR、成核劑加入重量為2~5PHR。
  3. 如請求項2所述之彈性複合材製程，其中發泡步驟之水分散液包括有水與界面活性劑，而夾帶劑為環戊烷、丁烷、乙醇或甲醇任一者，且水與表面活性劑以及夾帶劑的比為1：0.002：0.02至1：0.01：0.05。
  4. 如請求項3所述之彈性複合材製程，其中發泡步驟之溶解平衡包括有浸置0.5~2hr。
  5. 如請求項4所述之彈性複合材製程，其中混煉步驟之混煉機為密煉機或單螺桿押出機或雙螺桿押出機，複合粒子的粒徑為1~2mm。
  6. 如請求項1至請求項5中任一項所述之彈性複合材製程，其中發泡之彈性複合材粒徑大小為3mm~7mm。
  7. 一種彈性複合材，其以第一混合物與第二混合物依比例混煉並經發泡成型之固形粒子；該彈性複合材包括有一表皮層，以及由該表皮層完全包覆之一內裡層，該內裡層具有複數氣泡孔，且該複數氣泡孔係部份相連通以及部份不相連通，其中該複數氣泡孔部分連通比例為5%以下，不相連通比例為95%以上；前述該第一混合物為熱塑性聚醯胺彈性體；前述該第二混合物為熱塑性聚氨酯彈性體；又該彈性複合材所含第一混合物之百分比大於其所含第二混合 物百分比。
  8. 如請求項7所述之彈性複合材，其中該第一混合物40至80phr(組合物之每百份總組分對應之份數)，又該第二混合物10至40phr。
  9. 如請求項8所述之彈性複合材，其中該彈性複合材硬度為92A至94A；該彈性複合材密度為1.01g/cm3至1.07g/cm3；該彈性複合材抗拉強度為183.5kg/cm2至243.9kg/cm2；該彈性複合材延伸率為529.83%至727.19%；該彈性複合材撕裂強度為140kg/cm至149kg/cm；該彈性複合材的反彈率為52%至54%。
  10. 如請求項9所述之彈性複合材，其中該彈性複合材粒徑尺寸為3毫米至7毫米，該表皮層厚度尺寸為100微米至200微米，又該表皮層的外表面係呈光滑狀。
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