TWI773892B - 用物理性製造的發泡鞋部件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種鞋部件包括發泡體，發泡體包括熱塑性材料及混合材料，熱塑性材料的重量百分比為90wt%~99wt%，而混合材料與熱塑性材料彼此混合，且混合材料的重量百分比為10wt%~1wt%。一種鞋部件的製造方法亦在此揭露。

Description

用物理性製造的發泡鞋部件及其製造方法
本發明係與鞋部件及其製造方法有關；特別是指一種微發泡鞋部件及其製造方法。
一般發泡鞋部件的組成材料大多為醋酸乙烯共聚物(EVA)及熱可塑性聚氨酯(TPU)，其中醋酸乙烯共聚物具有輕巧、柔軟、防震、隔熱等特性，且相較於熱可塑性聚氨酯，醋酸乙烯共聚物的價格低廉，故鞋子的中底(midsole)常以醋酸乙烯共聚物製成。
雖然醋酸乙烯共聚物具有上述優點，但利用醋酸乙烯共聚物製作的發泡鞋部件，例如中底，在物性表現上不佳，例如鞋部件在耐久性或壓縮永久變形的表現較差，且射出成形後的鞋部件尺寸穩定性差。除此之外，醋酸乙烯共聚物係利用化學發泡製程，其製程步驟繁瑣，以至於製程時間冗長。再者，由於醋酸乙烯共聚物射出發泡製程需要加入化學發泡劑與架橋劑(例如，過氧化二異丙苯DCP)，而化學發泡劑及架橋劑會造成鞋部件不易分解腐壞，且不能回收再利用，因此不屬於環保材料。另外，化學發泡劑及架橋劑大多為環境賀爾蒙，對於人體及環境皆有毒害。
因此，相關業界開發出熱可塑性聚氨酯的物理性發泡製程製作發泡鞋部件，以取代上述醋酸乙烯共聚物的化學性發泡製程。然而，目前熱可塑性聚氨酯的物理性發泡製程所做出的發泡鞋部件存在比重高及發泡材厚的問題。除此之外，以目前鞋部件物理性發泡的射出成形製程來說，製造出來的成品，多為平板狀的發泡體，難以製造出與模具容積比例為1：1，具曲面的立體發泡材，且因發泡的孔洞尺寸均勻度難以掌控，而造成生產效率低劣。
綜上可知，一般發泡鞋部件及其製造方法仍未臻完善，尚有待改進之處。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種鞋部件及其製造方法，其藉由超臨界流體的微發泡製程，改善傳統化學性發泡製程可能造成的環境危害，並且進一步改善傳統發泡材品質不均的問題。依本發明所提供的鞋部件，適合做成各種鞋部件，包括但不限於：鞋中底、鞋大底、鞋面或鞋底的飾片、鞋墊。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種鞋部件包括發泡體。發泡體包括熱塑性材料及混合材料，其中熱塑性材料的重量百分比為90wt%~99wt%，而混合材料與熱塑性材料彼此混合，且混合材料的重量百分比為10wt%~1wt%。
除此之外，本發明提供一種鞋部件的製造方法，其至少包括後續步驟。使一模具內具有預定的氣體壓力值；注入預定劑量的熱可塑性發泡流體材料於模具內；洩除模具內的氣體壓力值；以及自模具取得上述鞋部件。
本發明之效果在於，藉由超臨界流體的微發泡製程，物理性製造發泡鞋部件，使本發明所提供的發泡鞋部件具有緻密且均勻的發泡孔洞，以提升發泡鞋部件的整體機械強度；進一步來說，本發明所提供的發泡鞋部件相較於一般發泡鞋部件具有更佳的物理性質(例如：發泡孔徑較小、較大的彈性、較低的壓縮永久變形比例及較佳的撕裂強度)。
102、104、106、108:步驟
20:模具
210:第一模件
220:第二模件
F1、F2:外力
D1、D3:第一距離
D2、D4:第二距離
圖1為本發明一較佳實施例的鞋部件的製造方法的流程圖；圖2為本發明第一實施例的模具示意圖，其中模具位於第一位置；圖3為本發明第一實施例的模具示意圖，其中模具位於第二位置；圖4為本發明第二實施例的模具示意圖，其中模具位於第一位置；圖5為本發明第二實施例的模具示意圖，其中模具位於第二位置。
為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例、第一實施例以及並配合圖式詳細說明如後。請參圖1所示，為本發明一較佳實施例之用物理性製造的發泡鞋部件的製造方法的流程圖，其中包括有以下步驟：步驟102，使模具內具有一預定的氣體壓力值；步驟104，注入預定劑量的熱可塑性發泡流體材料於模具內；步驟106，洩除模具內的氣體壓力值；步驟108，自模具取得鞋部件。
在本發明實施例中，步驟108所述之鞋部件為一發泡鞋部件。該鞋部件包括一發泡體，且根據本發明實施例，該鞋部件的發泡體具有介於Asker C 40至70的硬度範圍，該鞋材的發泡體具有介於Asker C 50至60的較佳硬度範圍。又該鞋部件的發泡體包含複數個氣泡孔，且每一氣泡孔的孔徑範圍係為0.1μm~100μm。根據本發明之一較佳實施例，每一氣泡孔的孔徑範圍係較佳為0.1μm~50μm。根據本發明之一更佳實施例，每一氣泡孔的孔徑範圍係更佳為0.1μm~10μm。氣泡孔孔徑範圍越小，會有較佳的整體緻密度。
除此之外，利用本發明一較佳實施例的鞋部件的製造方法所製造之鞋部件的發泡體，具有大於或等於0.1g/cm3的比重；根據本發明之一較佳實施例，該發泡體的比重範圍係介於0.2~0.5g/cm3。根據本發明另一較佳實施例，發泡體具有介於0.1~0.3g/cm3的比重範圍。
另一方面，利用本發明一較佳實施例的鞋部件的製造方法所製造之鞋部件的發泡體，具有大於或等於40%的反彈力(依ASTM D-2632之測試方法)；根據本發明之一較佳實施例，該發泡體的反彈力範圍係50%~80%。在本發明實施例中，該發泡體的壓縮永久變形比例係小於50%(依ASTM D-395B之測試方法)。在本發明實施例中，該發泡體的撕裂強度係介於10~30kg/cm(依ASTM D-624之測試方法)。
值得一提的是，一般物理發泡製程除了難以製作具有緻密且均勻發泡孔洞的發泡材，亦難以製作出結構較為複雜的立體發泡材。然而，利用本發明實施例的鞋部件的製造方法可製作具有平面或立體結構，且具緻密而均勻發泡孔洞的發泡體，而且利用此具有立體結構的發泡體所製作出的鞋部件成品係具有曲面輪廓。因此，本發明一較佳實施例所提供的鞋部件的製造方法可顯著提升發泡材在本發明所屬技術領 域的實際應用範圍；舉例來說，本發明實施例所提供的製造方法除了可用於製作需要高彈性及功能性的鞋類(例如運動鞋類)之鞋部件，也適合製作一般的休閒鞋及拖鞋等鞋類之鞋部件。前述之鞋部件包括但不限於：鞋中底、鞋大底、鞋面或鞋底的飾片、鞋墊。
在本發明實施例中，該發泡體包括熱塑性材料及混合材料，其中熱塑性材料的重量百分比為90wt%~99wt%，而混合材料與熱塑性材料彼此混合，且混合材料的重量百分比為10wt%~1wt%。
根據本發明實施例，熱塑性材料包含熱可塑性聚氨酯、聚醯胺(polyamide)、聚酯(polyester)、離子樹脂(ionomer)或其組合；在本發明實施例中，熱塑性材料之分子量係介於30,000~100,000，較佳為50,000~80,000。若熱塑性材料之分子量低於30,000，會造成材料的結構強度不足，無法有效維持緻密的氣泡孔，因此較容易發生氣泡破裂，造成氣泡孔的緻密度較難以控制；若熱塑性材料之分子量高於100,000，材料的強度較高，會抑制緻密氣泡的產生。
根據本發明實施例，混合材料包括一填充材料，填充材料包含礦物纖維、碳酸鈣、矽土(silica)、滑石粉、碳酸氫鈉或其組合。在本發明實施例中，礦物纖維包含礦渣纖維、岩石纖維或其組合，其中礦渣纖維例如可為礦渣棉，而岩石纖維例如可為岩石棉。根據本發明另一實施例，混合材料包括一物理發泡材料，物理發泡材料為一熱膨脹中空材料。在本發明實施例中，熱膨脹中空材料例如可為中空塑膠微球(例如Expancel，可由AkzoNobel公司購得)。
請復參考圖1，在本發明實施例的步驟102中，預定的氣體壓力值係介於5~50bar。在本發明實施例的步驟104中，預定劑量為該模具之空腔容積的10%~50%。在本發明一較佳實施例的步驟102中， 預定的氣體壓力值係介於20~50bar。在本發明另一較佳實施例的步驟102中，預定的氣體壓力值係介於5~20bar。
在本發明實施例的步驟104中，熱可塑性發泡流體材料包括上述的熱塑性材料、上述的混合材料及超臨界流體彼此均勻混鍊，其中超臨界流體包含氮氣的超臨界流體或二氧化碳的超臨界流體。在本發明一較佳實施例中，熱可塑性發泡流體材料包括上述的熱塑性材料、上述的填充材料及超臨界流體彼此均勻混鍊，其中超臨界流體包含氮氣的超臨界流體或二氧化碳的超臨界流體。在本發明另一較佳實施例中，熱可塑性發泡流體材料包括上述的熱塑性材料、上述的物理發泡材料及超臨界流體彼此均勻混鍊，其中超臨界流體包含氮氣的超臨界流體或二氧化碳的超臨界流體。
根據本發明第一實施例，如圖2及圖3所示，模具20包括第一模件210及第二模件220，其中第二模件220係與第一模件210相對應結合，且第一模件210可受外力F1帶動而相對第二模件220移動。在圖1的步驟106中，洩除模具內的氣體壓力值之步驟係發生於第一模件210受外力F1推動由第一位置(如圖2所示)移動至第二位置(如圖3所示)的過程之中。在圖2中，當第一模件210位於第一位置時，第一模件210與第二模件220的最短距離為第一距離D1。在圖3中，當第一模件210位於第二位置時，第一模件210與第二模件220的最短距離為第二距離D2，第一距離D1係大於第二距離D2。在本發明實施例中，當第一模件210受外力F1推動由第一位置移動至第二位置時，因模具20的空腔容積變小，可以壓縮發泡材料，使位於模具20內的發泡鞋部件的比重增加，並且提升發泡鞋部件的發泡孔洞的緻密程度，進而得到與模具20的空腔容積較 為一致的發泡鞋部件體積。在本發明實施例中，模具20的空腔容積與鞋部件的體積之比例為1：0.98~1：1.02。
根據本發明第二實施例，如圖4及圖5所示，模具20包括第一模件210及第二模件220，其中第二模件220係與第一模件210相對應結合，且第一模件210可受外力F2帶動而相對第二模件220移動。在圖1的步驟106中，洩除模具內的氣體壓力值之步驟係發生於第一模件210受外力F2拉動由第一位置(如圖4所示)移動至第二位置(如圖5所示)的過程之中。藉由第一模件210向第二模件220拉動，可以增加模具內可供發泡的空間，進一步降低發泡材料的密度。
在圖4中，當第一模件210位於第一位置時，第一模件210與第二模件220的最短距離為第一距離D3。在圖5中，當第一模件210位於第二位置時，第一模件210與第二模件220的最短距離為第二距離D4，第一距離D3係小於第二距離D4。在本發明實施例中，當第一模件210受外力F2拉動由第一位置移動至第二位置時，因模具20的空腔容積變大，因而增加模具20內可供發泡的空間，可使位於模具20內的發泡鞋部件的比重減少，並且使發泡鞋部件的發泡孔洞的孔徑變大。在本發明的第一及第二實施例中，第一模件210係以1~20m/s的位移速率，由第一位置移動至第二位置。
在本發明的實施例中，當洩除模具20內的氣體壓力值時，模具20內的壓力值減小，甚至該壓力值會歸零。值得一提的是，在本發明實施例中，模具20具有洩壓孔(未繪示)，用以洩除模具20內的氣體壓力，使模具20內的壓力值減小，並且使熱可塑性發泡流體中的超臨界流體產生氣相分離，以產生許多微小氣泡，進而製成發泡鞋部件。洩除模具20內的氣體壓力值係於0.2~12秒內將模具20由氣體壓力值降至0 bar。根據本發明實施例，將模具20由氣體壓力值降至0bar的時間設定為1、5或10秒。在本發明的實施例中，在鞋部件的製造過程中，模具20的溫度係保持在20~60℃。
當如圖1的步驟108所述，自模具20取得發泡鞋部件後，模具20的空腔容積與鞋部件的體積之比例為1：0.98~1：1.02，例如可為1：0.98、1：0.99、1：1、1：1.01或1：1.02。由此可知，利用本發明一較佳實施例的鞋部件的製造方法所製造之鞋部件具有與模具20的空腔容積大致相同體積，因此本發明實施例所提供的鞋部件係可透過模具20的空腔設計而精確達到預設體積，進而避免因後續切削鞋部件產生殘料而造成材料的浪費。據此，利用本發明實施例所提供的鞋部件製造方法所製造的鞋部件可精確控制鞋部件體積，以達到減少切削鞋部件產生殘料，因而具備節能減廢的環保目的。
綜上所述，藉由超臨界流體的微發泡製程，物理性製造發泡鞋部件，使本發明所提供的發泡鞋部件具有緻密且均勻的發泡孔洞，以提升發泡鞋部件的整體機械強度；進一步來說，本發明所提供的發泡鞋部件相較於一般發泡鞋部件具有更佳的物理性質(例如：發泡孔徑較小、較高的彈性及較低的壓縮永久變形比例及較佳的撕裂強度)。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明的發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
102、104、106、108:步驟

Claims (19)

  1. 一種用物理性製造的發泡鞋部件，具有介於0.1~0.3g/cm3的比重範圍，是以包含有一熱塑性材料、一混合材料及一超臨界流體經混煉而成一熱可塑性發泡流體材料，且該熱可塑性發泡流體材料注入內部具有5~50bar預定的氣體壓力值之一模具內，該模具經洩除氣體壓力後，使得該熱可塑性發泡流體材料中的超臨界流體產生氣相分離，而製成該發泡鞋部件，且該模具的一空腔容積與該發泡鞋部件的一體積之比例為1：0.98~1：1.02；其中，該發泡鞋部件具有50%-80%的反彈力、壓縮永久變形比例係小於50%，且撕裂強度介於10~30kg/cm之物性；其中，前述熱塑性材料的重量百分比為90wt%~99wt%，前述混合材料的重量百分比為10wt%~1wt%，而該熱塑性材料之分子量係介於30,000~100,000。
  2. 如請求項1所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該熱塑性材料包含熱可塑性聚氨酯、聚醯胺、聚酯、離子樹脂或其組合。
  3. 如請求項1所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該發泡鞋部件具有介於Asker C 40至70的硬度範圍。
  4. 如請求項1所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該熱塑性材料之分子量係介於50,000~80,000。
  5. 如請求項1所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該混合材料包括一填充材料，該填充材料包含礦物纖維、碳酸鈣、矽土、滑石粉、碳酸氫鈉或其組合。
  6. 如請求項1所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該混合材料包括一物理發泡材料，該物理發泡材料為一熱膨脹中空材料。
  7. 如請求項1所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該發泡體包含複數個氣泡孔，且該些氣泡孔的孔徑範圍為0.1m~100m。
  8. 如請求項7所述之用物理性製造的發泡鞋部件，其中該發泡鞋部件為鞋中底。
  9. 一種發泡鞋部件的製造方法，包括：使一模具內具有一預定的氣體壓力值，其中該預定的氣體壓力值係介於5~50bar；注入一預定劑量的一熱可塑性發泡流體材料於該模具內，其中該熱可塑性發泡流體材料包括一熱塑性材料、一混合材料及一超臨界流體彼此均勻混鍊；該熱塑性材料之分子量，係介於30,000~100,000；洩除該模具內的該氣體壓力值；以及自該模具取得如請求項1所述之發泡鞋部件，其中，該模具的一空腔容積與該發泡鞋部件的一體積之比例為1：0.98~1：1.02。
  10. 如請求項9所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該預定的氣體壓力值係介於20~50bar。
  11. 如請求項9所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該預定的氣體壓力值係介於5~20bar。
  12. 如請求項9所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該預定劑量為該模具之一空腔容積的10%~50%。
  13. 如請求項9所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該混合材料包括一填充材料，該填充材料包含礦物纖維、碳酸鈣、矽土、滑石粉、碳酸氫鈉或其組合。
  14. 如請求項9所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該混合材料包括一物理發泡材料，該物理發泡材料為一熱膨脹中空材料。
  15. 如請求項9所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該模具包括一第一模件及與該第一模件相對應結合的一第二模件；該第一模件可受一外力帶動而相對該第二模件移動。
  16. 如請求項15所述之發泡鞋部件的製造方法，其中洩除該模具內的該氣體壓力值之步驟係發生於該第一模件係受該外力帶動由一第一位置移動至一第二位置的過程之中。
  17. 如請求項16所述之發泡鞋部件的製造方法，其中該第一模件係以1m/s~20m/s的一位移速率，由該第一位置移動至該第二位置。
  18. 如請求項17所述之發泡鞋部件的製造方法，其中當該第一模件位於該第一位置時，該第一模件與該第二模件的最短距離為一第一距離；當該第一模件位於該第二位置時，該第一模件與該第二模件的最短距離為一第二距離，該第一距離係大於該第二距離。
  19. 如請求項17所述之發泡鞋部件的製造方法，其中當該第一模件位於該第一位置時，該第一模件與該第二模件的最短距離為一第一距離；當該第一模件位於該第二位置時，該第一模件與該第二模件的最短距離為一第二距離，該第一距離係小於該第二距離。
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