聚氨酯弹性体成形方法及由该法制成的运动安全防护用品的制作方法
【专利摘要】提供一种发泡聚氨酯弹性体树脂的成形方法，包括：混合不同密度的发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料；将粒料注入发泡成形机的料缸，然后推入模内并将模内注满；对模内的粒料进行压料处理；对经压料处理的粒料进行蒸汽加热处理，形成热熔一体化预成形体；对预成形体进行冷却处理，然后脱模成形，最后进行干燥定形处理，得到发泡聚氨酯弹性体树脂成形体。还提供根据所述方法制成的发泡聚氨酯弹性体树脂运动安全防护用品。根据本发明方法制成的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体的回弹性与EVA材料相比明显提高，从而增强了其制品的安全保护性能。
【专利说明】 聚氨酯弹性体成形方法及由该法制成的运动安全防护用品
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种聚氨酯材料的成形方法，具体涉及一种发泡聚氨酯弹性体树脂的成形方法以及由该方法制成的运动安全防护用品。
【背景技术】
[0002]EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)是一种常用的运动安全防护材料，特别是作为鞋底材料，EVA材料一般通过加热使其粒料转变为液态再注入模内而成形，但由该法成形的EVA材料制成的运动安全防护用品特别是鞋底在反复使用、经受冲击的过程中，缓冲性、回弹性会逐渐下降，从而可能对人体造成伤害。为此，近年来，已广泛应用质轻、耐磨、具有良好弹性的发泡聚氨酯弹性体树脂作为鞋底材料以及其他运动防护材料。常规的发泡聚氨酯成形方法是在成形机中混合、搅拌多元醇成分与异氰酸酯成分，然后注入成形模具并进行发泡，由此使聚氨酯弹性体树脂成形。例如CN1414026公开了一种聚氨酯泡沫塑料及制造方法，该方法将多元醇成分和异氰酸酯成分的温度调至约40° C，然后注入发泡机进行反应，所形成的聚氨酯泡沫塑料的成形密度为0.3?1.0g/cm3。然而，由于应用于鞋底及其他运动防护领域涉及人身安全保护的特殊性，因此目前仍需进一步改进聚氨酯弹性体树脂的成形方法，来降低材料密度，提高材料回弹性，以增强其成形制品的安全保护性。
【发明内容】
[0003]为解决上述问题，本发明提出一种改进的发泡聚氨酯弹性体树脂成形方法，通过改进成形工艺过程，进一步降低聚氨酯弹性体树脂的密度，提高其冲击回弹性，从而获得回弹性、保护性提高的鞋底及其他运动安全防护用品。
[0004]因此，一方面，本发明提供一种发泡聚氨酯弹性体树脂的模内发泡成形方法，该方法包括以下步骤:
[0005](I)混合不同密度的发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料；
[0006](2)将所述预发泡粒料注入发泡成形机的料缸，然后推入模内并将模内注满；
[0007](3)对所述模内的预发泡粒料进行压料处理；
[0008](4)对所述经压料处理的预发泡粒料进行蒸汽加热处理，形成热熔一体化预成形体；
[0009](5)对所述热熔一体化预成形体进行冷却处理，然后脱模成形，最后进行干燥定形处理，得到发泡聚氨酯弹性体树脂成形体。
[0010]在本发明方法的一种实施方式中，所述发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料的成形密度为80?170g/l。
[0011]在本发明方法的另一种实施方式中，所述压料处理的压料距离为10?18mm。
[0012]在本发明方法的另一种实施方式中，所述蒸汽加热处理的蒸汽温度为110?130° C，蒸汽压力为0.1?0.4MPa，处理时间为150?250秒。
[0013]在本发明方法的另一种实施方式中，所述冷却处理以20?40° C的水冷温度进行180 ?220 秒。
[0014]在本发明方法的另一种实施方式中，所述干燥定形处理是在65?75° C下干燥
3.5?4.5小时，然后再在40?50。C下干燥1.5?2.5小时。
[0015]在本发明方法的另一种实施方式中，在步骤(2)中还包括将所述预发泡粒料注入发泡成形机的料缸时以10?50ml/min的速度向料缸中添加水。
[0016]在本发明方法的另一种实施方式中，在步骤(5)中还包括在所述冷却处理之后进行真空排水。
[0017]在本发明方法的另一种实施方式中，在步骤(2)中还包括将装饰件或增强件置于所述模内，与所述预发泡粒料一体成形。
[0018]在本发明方法的另一种实施方式中，所述装饰件或增强件由注塑胶件、复合材料、布料或金属制成。
[0019]在本发明方法的另一种实施方式中，在步骤(2)中还包括将RFID(电子标签)或GPS(全球定位系统)晶片组件置于所述模内，与所述预发泡粒料一体成形。
[0020]在本发明方法的另一种实施方式中，在步骤(5)之后对所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体进行表面加强处理。
[0021]在本发明方法的另一种实施方式中，所述表面加强处理是将所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体固定于吸塑成形机内与表面加强吸塑片材一体成形。
[0022]在本发明方法的另一种实施方式中，在步骤(5)之后对所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体进行表面贴片保护处理。
[0023]在本发明方法的另一种实施方式中，所述表面贴片保护处理是将所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体置于热压机将热压片材热压贴合于其表面，然后进行修边。
[0024]另一方面，本发明还提供根据上述成形方法制成的发泡聚氨酯弹性体树脂运动安全防护用品。
[0025]在本发明的一种实施方式中，所述运动安全防护用品的回弹性为55%以上。
[0026]在本发明的另一种实施方式中，所述运动安全防护用品为鞋底。
[0027]本发明采用发泡热塑性聚氨酯弹性体树脂的预发泡粒料作为原料，注入发泡成形机经料缸进入模内，然后进行蒸汽加热，使预发泡粒料之间在所有方向上相互结合，从而牢固地热熔一体化。由于采取蒸汽加热，使得在粒料内充入空气，从而提高了发泡热塑性聚氨酯弹性体树脂的回弹性，进而增强由其制成的鞋底及其他运动安全防护用品的保护性。
[0028]此外，根据本发明的方法，在预发泡粒料投入发泡成形机的料缸时向料缸中加入适量的水，使粒料得到润滑，降低了粒料表面粘性，有利于减少粒料推送进入发泡成形机模内的过程中出现管道堵塞和入料困难。
[0029]另外，根据本发明的方法，在成形时还可在模内加入装饰件、增强件、RFID或GPS与聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料一体成形，从而增加装饰功能、增强成形体的耐用性或增加定位追踪功能。根据本发明的方法，还可在成形之后对聚氨酯弹性体树脂成形体进行表面加强处理和/或表面贴片保护处理，进一步增强耐用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]结合附图参照下述详细说明，本领域技术人员将更好地理解本发明的上述及诸多其他特征和优点，其中:
[0031]图1为本发明的发泡聚氨酯弹性体树脂的模内发泡成形方法的流程图；
[0032]图2为根据本发明包括增强件的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体的结构示意图；
[0033]图3为根据本发明包括RFID或GPS晶片组件的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体的结构示意图；
[0034]图4为根据本发明包括表面加强吸塑片材或热压片材的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体的结构示意图。
[0035]其中，附图标记说明如下:
[0036]I发泡聚氨酯弹性体树脂成形体
[0037]2增强件
[0038]3 RFID或GPS晶片组件
[0039]4表面加强吸塑片材或热压片材
【具体实施方式】
[0040]下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
[0041]本发明提供了一种发泡聚氨酯弹性体树脂的模内发泡成形方法，如图1所示，该方法包括以下步骤:(I)混合不同密度的发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料；(2)将所述预发泡粒料注入发泡成形机的料缸，然后推入模内并将模内注满；(3)对所述模内的预发泡粒料进行压料处理；(4)对所述经压料处理的预发泡粒料进行蒸汽加热处理，形成热熔一体化预成形体；(5)对所述热熔一体化预成形体进行冷却处理，然后脱模成形，最后进行干燥定形处理，得到发泡聚氨酯弹性体树脂成形体。
[0042]根据本发明，优选将成形密度为80?170g/l的商购聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料抽入发泡成形机的料缸，其中如本文所用，所述“聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料”是指聚氨酯弹性体树脂经发泡工艺处理而得到的密度和体积增大而重量不变的粒料，所述“发泡成形机”是指通过蒸汽加热而将原料表面熔接在一起的成形设备。当料粒注满模内后，进行压料处理，压料距离优选为10?18mm，由此减少料粒之间的空隙，使空气从模具上的气孔排出。压料处理完成后，进行蒸汽加热处理，蒸汽温度优选在110?130° C之间，蒸汽压力优选为0.1?0.4MPa，处理时间优选为150?250秒，蒸汽的热力可使粒料之间在所有方向上相互熔接而牢固地热熔一体化。如本文所用，“热熔一体化”是指料粒注满模具后蒸汽从模具背面透过气孔传入并穿透料粒表面而使料粒熔接成为一体。料粒在热熔一体化后仍具有一定热量，为避免发泡材料在剩余热量作用下继续膨胀，而不能达到所需的成形尺寸，需进行冷却定形处理，通常采用水冷方式，优选在20?40° C的水冷温度下进行180?220秒，冷却至40° C以下之后进行脱模。脱模后的成形品仍含有一定量的水分，未完全收缩定形，因而需进一步干燥，优选的是，先于65?75° C干燥3.5?4.5小时，再于35?45° C干燥1.5?2.5小时，更优选的是，先在70° C干燥4小时，然后再降至45° C干燥2小时。
[0043]由于聚氨酯弹性体树脂的表面粘性较大，在进料管道内推送时易于造成管道堵塞，因而，根据本发明，优选在粒料进料时以10?50ml/min的速度在料缸中加入适量的水，降低粒料表面粘性，使料粒在加压推入模内时得到润滑，从而降低了入料困难、减少了管道堵塞。在进料加水的情况下，需在成形体冷却之后进行真空排水，然后再进行脱模。
[0044]由于发泡聚氨酯弹性体树脂粒料成形为一体后，整体上为软弹性，在活动方向过大时易于损伤或损坏。根据本发明，在成形时还可在发泡成形机的模具内加入例如由注塑胶件、复合材料、布料或金属等制成的增强件与粒料进行一体成形，制成如图2所示包括增强件2的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体I。使用者在穿着或佩戴所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形制品活动时，所加入的增强件2与一体化的发泡聚氨酯弹性体树脂同步活动或向不同方向弯曲，从而增强发泡聚氨酯弹性体树脂成形体的弯曲回弹力、强化整体结构、增强耐用性。此外，还可采用相同的方法在模内加入装饰件与粒料一体成形，对成形体进行装饰。
[0045]另外，根据本发明，在成形过程中还可在发泡成形机的模具内加入RFID或GPS晶片组件与注入的发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料进行一体成形，从而制成如图3所示包括RFID或GPS晶片组件3而具备追踪功能的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体I。如本文所用，术语“RFID(Rad1 Frequency Identificat1n) ”即射频识别，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。如本文所用，术语“GPS (Global Posit1ningSystem) ”即全球定位系统，是以定位人造卫星为基础向全球各地全天候提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。在所述成形体中加入RFID可作为产品出入仓库及生产来源的追踪，GPS可用于产品用户进行安全性追踪。
[0046]为进一步增强发泡聚氨酯弹性体树脂成形体的耐用性，根据本发明，还可在干燥成形之后，对成形体进行表面加强处理或表面贴片保护处理，例如在表面增加吸塑片材或热压片材，从而制成如图4所示包括表面吸塑片材或热压片材4的发泡聚氨酯弹性体树脂成形体I。在本发明的一种实施方式中，在步骤(5)之后，将所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体固定于吸塑成形机内与表面加强吸塑片材一体成形。首先，将工装设定于吸塑机的平台之上，工装上可设置有多个针孔，在吸塑机抽真空时可利用真空吸力将成形体固定于工装之上。然后，在成形体固定之后，将表面加强吸塑片材置于吸塑机的压片架，利用发热板将所述片材加热软化，软化后使固定有成形体的工装上升接触压片架，随后抽真空使软化的吸塑片材粘附于成形体之上，最后对成品进行修边检查。可用于本发明的吸塑片材为任意遇热加温后可拉伸成型的材料，例如:聚碳酸酯、聚氯乙烯，热塑性聚氨酯弹性体橡胶。在本发明的另一种实施方式中，在步骤(5)之后，将所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体置于热压机内，将热压片材例如塑料或复合材料片材热压贴附于其表面。首先，将成形体固定于热压机活动平台的工装之上，使塑料或复合材料片材覆盖成形体表面，然后将加热滚筒降至片材之上，滚筒在片材之上进行滚动热压，活动平台同时移动，滚筒上的热量传递至片材，从而使片材受热熔接贴附于成形体之上，最后对成品进行修边检查。可用于本发明的热压片材为任意高温加热后可变软并通过相对压力成型或附着于另一产品之上的材料，例如:碳纤维、玻璃纤维。
[0047]本发明还提供了根据上述成形方法制成的发泡聚氨酯弹性体树脂运动安全防护用品。如上所述，本发明采用发泡热塑性聚氨酯弹性体树脂的预发泡粒料作为原料，在发泡成形机的模内进行蒸汽加热，从而使预发泡粒料之间在所有方向上相互结合，从而牢固地热熔一体化，由于采取蒸汽加热，使得在粒料内充入空气，粒料密度降低，从而提高了发泡热塑性聚氨酯弹性体树脂成形体的回弹性，相应地，增强了由此制成的鞋底及其他运动安全防护用品的保护性。在本发明的一种实施方式中，所述运动安全防护用品为鞋底，常规EVA鞋底的回弹性一般为20%，而根据本发明的成形方法制成的发泡聚氨酯弹性体树脂鞋底的回弹性达到55%以上，由于回弹性明显提高，从而能够使穿着者更为省力，特别是能够更好地抗冲击，从而增强安全保护性。
[0048]如本文所用，术语“回弹性”是指导致物体形变的外力撤除后，物体迅速回复其原来形状的能力。回弹性通常用应变试样在应力消除后快速回复时的输出能与使试样应变时的输入能之比来表征，并使用弹性回能测试仪如下进行测量:首先取标准试样(尺寸直径为29?53mm，厚度为12.5mm);然后将试样夹紧，使摆锤以水平位置于试样的同一部位敲打三次，对试样的机械性能进行调校；接着再使摆锤敲击试样三次，记录各次敲击得到的弹性读数，计算平均值，得到产品的回弹性数值。
[0049]根据本发明的发泡聚氨酯弹性体树脂成形方法制成的运动安全防护用品除鞋底以外还包括在运动过程中对人体各部分进行安全保护的各种用具，本发明对此没有特殊限制。
[0050]除非另作限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。
[0051]以下通过实施例对本发明作进一步地详细说明。
[0052]实施例
[0053]按照1:1的重量比分别称取密度为110g/l和120g/l的聚氨酯预发泡粒料(BASF)，利用混料机(深圳华伟信机械设备有限公司制造)进行混合。将50kg经混合的聚氨酯预发泡粒料注入发泡成形机(K813型，Kurtz制造)的料缸,并以30ml/min的速度向料缸中加入水。将粒料经由进料管道推至发泡成形机中预留有压料位的模具内，由于加入了适量的水，聚氨酯粒料表面粘度降低，进料过程顺畅且未出现进料管道粘附。在粒料注满模具之后，进行压料处理，压料距离为15mm。接着打开成形机的蒸汽阀，使蒸汽温度达到120° C，蒸汽压力达到0.22MPa，对粒料进行200秒的蒸汽加热处理，使粒料热熔一体化。经过蒸汽加热后，利用水温为30° C的冷却水对热熔一体化成形制品进行200秒的水冷处理。经过冷却定形制品温度降至25° C后，进行脱模。随后将成形体放入烘箱，在70° C下干燥4小时，然后将温度降至45° C干燥2小时，得到干燥收缩定形制品。
[0054]对尺寸为257.9mmX98.5mmX 12mm的所得发泡聚氨酯成形体进行称量，得到其重量为84g，由此计算出其成形密度为0.275g/cm3。使用弹性回能测试仪(GT-7042-RE型，高铁检测仪器(东莞)有限公司制造)测得本实施例制得的发泡聚氨酯成形体的回弹性达到63%。
[0055]由此可见，按照本发明的成形方法制成的发泡聚氨酯成形体与EVA材料相比，密度减小，而回弹性明显提高，从而有利于增强其鞋底制品及其他运动安全防护用品的安全保护性能。
[0056]本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种发泡聚氨酯弹性体树脂的模内发泡成形方法，包括以下步骤: (1)混合不同密度的发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料； (2)将所述预发泡粒料注入发泡成形机的料缸，然后推入所述发泡成形机的模具内并将模具内注满； (3)对所述模具内的预发泡粒料进行压料处理； (4)对所述经压料处理的预发泡粒料进行蒸汽加热处理，形成热熔一体化预成形体； (5)对所述热熔一体化预成形体进行冷却处理，然后脱模成形，最后进行干燥定形处理，得到发泡聚氨酯弹性体树脂成形体。
2.如权利要求1所述的成形方法，其中所述发泡聚氨酯弹性体树脂预发泡粒料的密度为 80 ?170g/l。
3.如权利要求1所述的成形方法，其中所述压料处理的压料距离为10?18mm。
4.如权利要求1所述的成形方法，其中所述蒸汽加热处理的蒸汽温度为110?130° C，蒸汽压力为0.1?0.4MPa，处理时间为150?250秒。
5.如权利要求1所述的成形方法，其中所述冷却处理以20?40°C的水冷温度进行180 ?220 秒。
6.如权利要求1所述的成形方法，其中所述干燥定形处理是在65?75°C下干燥3.5?4.5小时，然后再在35?45。C下干燥1.5?2.5小时。
7.如前述任一项权利要求所述的成形方法，其中所述方法还包括:在步骤(2)中，将所述预发泡粒料注入发泡成形机的料缸时以10?50ml/min的速度向料缸中添加水。
8.如权利要求7所述的成形方法，其中所述方法还包括:在步骤(5)中，在所述冷却处理之后进行真空排水。
9.如权利要求8所述的成形方法，其中所述方法还包括:在步骤(2)中，将装饰件或增强件置于所述模内，与所述预发泡粒料一体成形。
10.如权利要求9所述的成形方法，其中所述装饰件或增强件由注塑胶件、复合材料、布料或金属制成。
11.如权利要求9所述的成形方法，其中所述方法还包括:在步骤(2)中，将RFID或GPS晶片组件置于所述模内，与所述预发泡粒料一体成形。
12.如权利要求11所述的成形方法，其中所述方法还包括:在步骤(5)之后，对所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体进行表面加强处理。
13.如权利要求12所述的成形方法，其中所述表面加强处理是将所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体固定于吸塑成形机内与表面加强吸塑片材一体成形。
14.如权利要求11所述的成形方法，其中所述方法还包括:在步骤(5)之后，对所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体进行表面贴片保护处理。
15.如权利要求14所述的成形方法，其中所述表面贴片保护处理是将所述发泡聚氨酯弹性体树脂成形体置于热压机将热压片材热压贴合于其表面，然后进行修边。
16.根据前述任一项权利要求所述的成形方法制成的发泡聚氨酯弹性体树脂运动安全防护用品。
17.如权利要求16所述的运动安全防护用品，其中所述运动安全防护用品的回弹性为55%以上。
18.如权利要求17所述的运动安全防护用品，其中所述运动安全防护用品为鞋底。
【文档编号】B29C71/00GK104227904SQ201310249830
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】梁冠华 申请人:梁冠华