形成在鞋类中使用的材料的注射成型系统和方法及通过所述系统和方法制成的材料与制造工艺

形成在鞋类中使用的材料的注射成型系统和方法及通过所述系统和方法制成的材料相关申请的交叉引用本申请要求2011年1月27日提交的美国临时专利申请No.61/436,734的优先权和权益，该美国临时专利申请No.61/436,734的公开内容通过引用整体并入本文。本申请与通过引用整体并入本文的以下美国专利和申请有关：2001年11月27日授权的美国专利No.6,322,347；2003年9月9日授权的美国专利No.6,616,434；2003年12月9日授权的美国专利No.6,659,757；2005年4月26日授权的美国专利No.6,884,823；2005年8月9日授权的美国专利No.6,926,507；2006年12月5日授权的美国专利No.7,144,532；2007年2月6日授权的美国专利No.7,172,333；2007年9月11日授权的美国专利No.7,267,534；2008年1月15日授权的美国专利No.7,318,713；2009年11月10日授权的美国专利No.7,615,170；2010年4月8日公开的美国专利申请公开号2010/0086636。技术领域本发明总体上涉及注射成型的领域，特别是，本发明涉及用于生产泡沫零件的方法和系统以及由此形成的零件。

背景技术：
结构性聚合物泡沫材料在聚合物基体中包括多个空隙(也被称为气室)。在本领域中已公知若干种用于处理聚合材料以生产泡沫零件的技术。示例性技术可以采用挤出机，所述挤出机通过螺纹件在筒体内的旋转来使聚合材料塑化。在某些工艺中，可以例如穿过形成于挤出机的筒体内的发泡剂端口，向熔融的聚合材料中注射物理发泡剂，以形成聚合材料和发泡剂的混合物。该混合物然后可以被处理(例如，挤出、吹塑成型或者注射成型)，以形成所需的聚合泡沫制品。虽然这些方法可以被用于生产各种泡沫零件，但是存在需求来改进与聚合材料的注射成型相关联的工艺，所述聚合材料的注射成型用于生产例如在鞋类工业中使用的各种泡沫零件。

技术实现要素：
本发明涉及泡沫零件，以及用于生产泡沫零件的新颖方法和装置。本发明的一个方面包括一种形成泡沫零件的方法。所述方法包括提供一种聚合物处理系统，所述聚合物处理系统包括：安装在筒体内以在筒体内限定出聚合物处理空间的螺纹件；与聚合物处理空间连通的聚合材料输送系统；与聚合物处理空间连通的发泡剂输送系统；和与聚合物处理空间的远端部分的流体连通的至少一个喷嘴。所述方法进一步包括：提供具有与所述喷嘴流体连通的至少一个可膨胀模具型腔的模具；在所述聚合物处理空间内混合聚合材料和发泡剂，以生产非发泡混合物；注射一定体积的聚合材料和发泡剂的混合物穿过所述喷嘴并进入所述可膨胀模具型腔中；和使所述模具型腔膨胀以形成所述泡沫零件。在多种不同实施例中，所述方法可以生产这样一种泡沫零件，其具有与未受处理的聚合材料的熔化温度相差在5℃内的估算熔化温度、具有估算表皮厚度在大约100μm～500μm之间的表皮层、具有在大约0.01μm～50μm之间的平均气室直径、和/或具有在大约108～1016个气室/cm3之间的平均气室数量。所述聚合材料可以包括从由聚合物、合成橡胶和热塑性塑料组成的组中选出的材料。所述聚合材料可以包括以下材料中的至少一种：热塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、DuPont™Surlyn®（杜邦公司产品）、聚乙烯或者热塑性橡胶(TPRs)。TPU可以包括或者基本上由以下材料构成：Pellethane®或者Utechllan®中的至少一种，例如，Pellethane®2102-75A、Pellethane®2355-75A或者Utechllan®UT85-APU中的至少一种。在一个实施例中，所述聚合材料包括或者基本上由这样一种TPU构成：其具有在大约50～90或65～90或65～85之间的ShoreA（肖氏）硬度，或者具有在大约30～90之间的ShoreD（肖氏）硬度。TPR可以包括或者基本上由以下材料构成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)或者苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)中的至少一种。发泡剂可以包括或者基本上由以下材料构成：氮气。在一个实施例中，发泡剂输送系统包括计量系统。所述计量系统可适于控制所述发泡剂的流速和/或待注射的发泡剂的质量中的至少一种。向聚合物处理空间中注射的发泡剂的质量可以是非发泡混合物的按重量计的大约0.1～2%，例如，是非发泡混合物的按重量计的大约0.4～0.75%。在混合之前所述筒体可以被加热至升高的筒体温度。在一个实施例中，聚合材料可以是TPU，并且升高的筒体温度可以在大约380℉～420℉之间，例如为大约400℉。在一个实施例中，筒体被分割成多个区域，对于每个区域设定独立的温度。所述喷嘴可以在混合之前被加热至升高的喷嘴温度。所述升高的喷嘴温度可以高于筒体温度。在一个实施例中，所述聚合材料是TPU，并且所述升高的喷嘴温度为大约420℉。本发明方法的一个实施例包括：控制被注射到所述模具型腔中的混合物的体积和/或混合物向所述模具型腔中的注射速率中的至少一种。向模具型腔中注射的混合物的体积是膨胀之前的模具型腔的容积的大约95%～105%。所述方法可以进一步包括：在注射聚合材料之前，将所述可膨胀模具型腔维持在第一模具温度。第一模具温度可以例如在大约70℉～130℉之间。所述模具可以包括温度控制系统，用于加热模具和/或将模具保持在第一模具温度。在一个实施例中，第一模具温度低于注射之前的混合物的温度。膨胀之后的模具型腔的容积可以是膨胀之前的模具型腔的容积的大约2～12倍，例如，是膨胀之前的模具型腔的容积大约3倍。在多种不同替代实施例中，例如，依据被处理的材料和/或被形成的泡沫零件的所需性能，膨胀之后的模具型腔的容积可以是膨胀之前的模具型腔的容积的大约2～7倍、大约3～10倍、大约5～12倍或大约2～8倍。在一个实施例中，模具从大约2mm的厚度膨胀至大约6mm的厚度。一般而言，模具可以在其未膨胀位置与膨胀位置之间膨胀达任意适当的比值。可以在膨胀之前将模具型腔保持在未膨胀位置达第一时间周期。第一时间周期可以为大约1～30秒。在聚合材料是TPU的一个实施例中，第一时间周期可以在大约5～15秒之间或者在大约1～20秒之间，例如可以是大约10秒。所述方法还可以包括：在膨胀之后将模具型腔保持在膨胀位置达第二时间周期。第二时间周期可以在大约1～60秒之间，或者达到120秒或更多，并且在聚合材料是TPU的一个实施例中，第二时间周期可以在大约30～40秒之间。在一个实施例中，所述方法可以进一步包括：控制可膨胀模具型腔的膨胀速率。模具型腔的膨胀速率可以快于被注射到模具中的材料的膨胀速率。另一种可选方式是，模具型腔的膨胀速率可以慢于或者基本上类似于被注射到模具中的材料的膨胀速率。在一个实施例中，模具型腔从未膨胀位置膨胀至膨胀位置可以花费小于大约5秒，例如为大约1秒。使模具型腔膨胀可以包括或者基本上由以下方式构成：从第一模具区段起的第二模具区段的侧向位移和/或经由型芯后移技术的模具型腔的第一壁的侧向位移。在一个实施例中，所述侧向壁位移包括所述模具型腔的第一壁相对于第二壁的不对称位移。所述模具可以包括单个可膨胀模具型腔或者多个可膨胀模具型腔。由本文所描述的方法形成的泡沫零件可以包括表皮层。所述表皮层可以具有在大约100μm～500μm之间的表皮厚度。在聚合材料是TPU的一个实施例中，所述表皮层可以具有大约300μm的表皮厚度。所述泡沫零件可以具有在大约0.01μm～200μm之间的平均气室直径，并且在聚合材料是TPU的情况下，具有在大约0.01μm～50μm之间的平均气室直径。所述泡沫零件可以具有在大约108～1016个气室/cm3之间的平均气室数量。所述泡沫零件可以例如形成用于鞋类制品的鞋底夹层或其部件中的至少一种。本发明的另一方面包括用于形成泡沫零件的系统。所述系统包括：安装在筒体内以在所述筒体内限定出聚合物处理空间的螺纹件；与所述聚合物处理空间连通的聚合材料输送系统；与所述聚合物处理空间连通的发泡剂输送系统；和与所述聚合物处理空间的远端部分流体连通的至少一个喷嘴，其中，所述聚合物处理空间适于混合聚合材料和发泡剂以生产非发泡混合物。所述系统进一步包括：具有与所述喷嘴流体连通的至少一个可膨胀模具型腔的模具；用于将一定体积的非发泡混合物注射穿过所述喷嘴并进入所述可膨胀模具型腔中的器件；和用于使所述可膨胀模具型腔膨胀以形成所述泡沫零件的器件。本发明的再一方面包括：包括泡沫聚合材料的注射成型零件。所述零件包括：表皮层，其中所述表皮层具有在大约100μm～500μm之间的表皮厚度；在大约0.01μm～50μm之间的平均气室直径；和在大约108～1016个气室/cm3之间的平均气室数量，其中所述泡沫零件的体积是发泡之前的聚合材料的体积的大约2～4倍。在一个实施例中，所述表皮层具有大约300μm的表皮厚度。在一个实施例中，所述泡沫零件的体积是发泡之前的聚合材料的体积大约3倍。在一个实施例中，所述泡沫零件具有与发泡之前的聚合材料的熔化温度相差在5℃内的估算熔化温度。通过参考以下描述、附图和权利要求书，在本文所公开的本发明的这些和其它目的以及优点和特征将变得更加清楚明了。此外，应该明白的是，本文所描述的多种不同实施例的特征不是相互排斥的，可以在多种不同组合和置换中存在。附图说明附图中，相似附图标记在所有不同视图中一般指代相同的零部件。此外，附图并不一定按比例进行绘制，重点反而是基本上放在示出本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述了本发明的多种不同实施例，附图中：图1是依据本发明一个实施例的、用于向单个可膨胀模具型腔中注射材料的注射成型系统的示意性侧视图；图2是依据本发明一个实施例的、用于同时向多个可膨胀模具型腔中注射材料的注射成型系统的示意性侧视图；图3A是依据本发明一个实施例的一种示例性泡沫零件的示意性俯视图；图3B是穿过截面A-A截取得到的图3A所示的泡沫零件的侧视截面图；图4是依据本发明一个实施例的、用于形成泡沫零件的一种示例方法的流程图；图5是依据本发明一个实施例的、用于形成多个鞋类鞋底夹层部件的模具型腔和注射成型系统的示意性侧视图；图6A～6D是依据本发明一个实施例的、用于鞋类制品的示例性泡沫鞋底夹层部件的示意性俯视图；图7A和7B是是依据本发明一个实施例的、用于鞋类制品的另一对泡沫前脚鞋底夹层部件的示意性俯视图；图8A是依据本发明一个实施例的、用于鞋类制品的后跟部件的示意性俯视图；图8B是图8A所示的后跟部件的侧视图；图8C是穿过截面A-A截取得到的图8A所示的后跟部件的侧视图；图9A是依据本发明一个实施例的、用于鞋类制品的全长泡沫鞋底夹层的示意性俯视图；图9B是图9A所示的鞋底夹层的侧视图；图10A是依据本发明一个实施例的、用于形成泡沫零件的六边形模具型腔形状的侧视图；图10B是图10A所示的六边形模具型腔形状的透视图；图10C是使用图10A所示的六边形模具型腔形状形成的泡沫零件的侧视图；和图10D是图10C所示的泡沫零件的透视图。具体实施方式本文所描述的发明涉及用于生产例如用于鞋类的改进的注射成型聚合物泡沫制品的系统和方法，以及由此形成的所得泡沫零件。本文所描述的系统和方法可以用于生产多种零件，例如但不限于用于鞋类的鞋底夹层或用于它的部件。在一个示例性实施例中，本文所描述的系统和方法能够用于生产聚合泡沫元件，所述聚合泡沫元件能够被插入鞋底的鞋底夹层内的空腔中，以便为鞋底提供改进的性能。依据本发明一个实施例的一种用于生产微发泡材料(例如，泡沫零件)的示例性注射成型系统100在图1中被示出。在本实施例中，注射成型系统100用于注塑聚合材料制品。注射成型系统100包括挤出系统102，所述挤出系统102包括聚合物处理螺纹件104，所述聚合物处理螺纹件104在筒体106内是可旋转的，以在螺纹件104与筒体106之间限定出的聚合物处理空间110内沿下游方向108传输聚合材料。例如呈粒状形态的聚合材料从聚合材料输送系统112被输送到聚合物处理空间110中，所述聚合材料输送系统112例如为但不限于料斗，所述料斗具有与聚合物处理空间110流体连通的输送端口114。在一个实施例中，筒体106可以被安装在筒体106的外表面上的一个或多个加热单元116加热。另一种可选方式是，加热单元116可以被安装在筒体106内和/或延伸至少部分地穿过筒体。在混合之前加热单元116可以用于将筒体106加热至升高的筒体温度，并在混合和注射期间将筒体106保持在该升高的温度。在一个实施例中，加热单元116能够将筒体106保持在大约380℉～420℉之间的升高的筒体温度。在一个示例性实施例中，比如对于使用TPU作为聚合材料的泡沫零件的形成来说，所述升高的筒体温度可以为大约400℉。在替代实施例中，可以采用更高或者更低的筒体温度。在一个实施例中，聚合物处理空间110可以包括多个加热区域，所述多个加热区域从用于聚合材料输送系统112的输送端口114向聚合物处理空间110的邻近出口喷嘴136的远端部分132延伸。作为结果，聚合物处理空间110内的聚合材料和/或发泡剂的温度在整个混合和注射工艺中能够被精确地控制。在一个实施例中，注射成型系统100具有五个在输送端口114与聚合物处理空间110的远端部分132之间延伸的加热区域，以及处于出口喷嘴136中的第六加热区域。在替代实施例中，可以使用更多或者更少数量的加热区域，例如，1个加热区域、2个加热区域、3个加热区域或者4个加热区域，不包括出口喷嘴136的加热区域。筒体106可以联接有一个或多个监测元件118(例如，压力换能器、温度传感器、化学传感器和/或流速监测器)，以监测聚合物处理空间110内的状态。聚合材料可以包括或者基本上由以下材料构成：聚合物、弹性体和/或热塑性塑料。例如，聚合材料可以是热塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、DuPont™Surlyn®或者热塑性橡胶(TPRs)。TPU可以例如包括或者基本上由以下材料构成：Pellethane®或者Utechllan®；和例如Pel...