专利名称：改进的模制系统、方法以及由其形成的制品的制作方法
技术领域：
本公开涉及模制材料的系统和方法以及由其形成的制品。相关案例本申请是2006年12月23日提交的美国申请11，644，266号和2009年4月14日提交的美国申请12，423，174号的部分继续申请，上述两份美国申请在此以其全文引为参考；并且在本文中要求2010年I月18日提交的美国临时专利申请61/294716号的优先权，所述美国临时专利申请在此以其全文引为参考。相关技术许多不同类型的产品得益于包含有提供缓冲的材料，其尤其用于减轻冲击和振 动，抵抗压缩、偏转，降低摩擦等。对于具有非平面和/或复杂形状的物体来说，难以将缓冲材料的形状定制成顺应所述物体的形状。此外，许多频繁使用的物体包含对人的接触来说太硬或在布置得倚靠人体时、特别是在重复运动中引起摩擦的材料。例如，许多频繁使用的物体包含对人的接触来说太硬或在布置得倚靠人体时、特别是在重复运动中引起摩擦的材料。通过例如降低压力和/或摩擦使这样的物体的身体接触区域尽可能软，以便使它们对用户来说用起来更舒适，一般被认为是理想的。当在本文中使用时，“身体接触”是指接触用户的皮肤和/或衣服。为了制造这样的物体或使这样的物体的身体接触区域对用户来说更舒适，已作出了许多尝试。在现有技术中，对于制造聚合物制品的改进方法，存在着需求。发明简述本公开涉及一种模制方法，所述方法包括提供模具，所述模具包含彼此隔开的模具盖和模具基底，所述模具基底和模具盖各自包含匹配表面，并且所述模具基底和模具盖中至少一个包含模具腔；将稳定层布置在所述模具盖的匹配表面上；将第一部分聚合物前体分配在所述模具基底上；将所述模具盖以第一速率并花费预定量的时间从第一选定位置移动到第二选定位置；将所述模具盖以第二速率并花费预定量的时间从所述第二选定位置移动到第三选定位置；以及允许前体在封闭的模具中固化。本公开还涉及用于便于上述方法等的系统，以及由其模制的制品。
下面的本公开非限制性实施方案的详细描述当与示意性并且不打算按比例绘制的附图结合在一起考虑时，本公开的优点、新特点和用途将变得更加明显。在所述图中，在不同图中显示的每个相同或基本上相似的部件典型用单一数字或符号表示。为简便起见，当图示对于使本技术领域的普通专业人员理解本公开来说不是必需时，不是每个图中的每个部件都被标出，并且不是本公开的每个实施方案的每个部件都被示出。在所述图中图I是本公开的模制系统的展开的部分透视图，其显示了模制台和处于模制机机体近侧的第一位置“X”处的可移动模具支撑组件；图2是图I的模制系统的展开的部分透视图，其显示了处于模制机机体远侧的第二位置“Y”处、并位于材料混合和分配系统的分配头下方的可移动模具支撑系统；图3是图I的模制系统的展开的部分透视图，其显示了可移动模具支撑系统返回到第一位置，并且上板和下板处于关闭位置中；图4是形成模制系统的一部分的材料混合和分配系统的示意图；图5是可用于本公开的方法的示例性模具基底的顶视图，所述模具基底被构造成模制两(2)个矩形条片；图6是图5中示出的模具基底通过线条6-6的横截面示意图，其显示了用于两个条片的模具的横截面；图7是带有修圆的边缘“R”的模具基底、和模具盖的节段的横截面示意图，其显示 了向模具基底施加阻挡层和向模具盖施加稳定层；图8是图7中示出的模具的横截面示意图，其显示了向阻挡层施加前体和模具开始闭合；图9是图8中示出的模具的横截面示意图，其显示了模具进一步闭合以及前体在模具基底与模具盖之间的展开；图10是图9中示出的模具的横截面示意图，其显示了阻挡层和前体被抽入模具腔，并且不产生空气泡或凹陷；图11是图10中示出的模具的横截面示意图，其显示了阻挡层被抽入与模具腔相接触并且前体与阻挡层相接触，而不存在空气泡；图12显示了闭合和前体聚合之后的模具；图13显示了含有互连条片的片材的一部分在从模具中取出之后并在沿着假想线冲切之前的横截面侧视图；图14显示了图13中示出的条片在冲切以除去条片的互连材料部分之后的横截面侧视图；图15是图14中示出的条片的一部分的展开图，其显示了条片的边缘部分；图16是图15中示出的条片的顶部透视图；图17是在模具基底和模具盖两者的模具表面上包含模具腔的模具区段的横截面图，所述模具用于模制具有非平面相对表面的制品；和图18是流程图，其显示了用于模制本发明的制品所使用的一个示例性工序。详细描述本公开涉及用于模制各种类型的材料的系统和方法，以及由其制造的制品。所述系统和方法可用于连续模制已知难以模制、特别是在连续工艺中难以模制的材料，例如发泡泡沫。该系统和方法也可用于模制相对低粘度或低硬度的聚合材料例如聚合凝胶材料，特别是粘弹性聚合材料(在后文中称为“凝胶”)。具有相对低硬度的凝胶例如粘弹性凝胶可能极其发粘，使得它们难以或不能用于商业化过程技术例如注射模制中，因为该材料能够附着于模具。应该理解，本发明的系统和方法不限于上述材料，并且其他材料也可以使用本发明的系统和方法来模制(例如非发泡塑料、复合材料等)。除了克服与发泡泡沫和发粘凝胶材料的连续模制相关的困难之外，本发明的系统和方法有利地便于从上述凝胶和/或发泡泡沫材料模制非常厚的制品(例如厚度高达约3英寸或以上)，包括含有多个非常厚的“柱状物”(例如厚度高达约3英寸或以上)并在柱状物之间具有窄至千分之二英寸(O. 002")的间隔区、并且间隔区的厚度低至约O. 005〃的制品。同样，应该理解其他材料也可以用本发明的系统和方法模制。本发明的系统和方法包括以足够缓慢和/或参差速率将聚合物压缩模制成所需形状，以避免在模具的边缘和/或角落形成气泡，以在模具中提供基本上不含空气泡的相对厚的、均匀的聚合物预制品。正如将在后文中更详细讨论的，作为将边缘修圆的结果，模具的结构也便于消除或减少这样的缺陷。通过以选定的速率关闭模具盖，并在模具关闭中包括一个或多个延迟，在模具角落上的湍流被显著减少或消除，这进而显著减少或消除了角落处的气泡形成，所述气泡形成是引起制品性能差和可见瑕疵的缺陷。所述系统、方法和模具可用于形成包含上述隔开的柱状物的材料片，其可以被切割以顺应现有制品的形状。或者，所述方法可用于模制包含上述隔开的柱状物的各种日用品，例如鞋垫、座垫等。用于制造这样的材料的材料和方法描述在上面提到的申请’ 266和’ 174中。 图1-4合在一起显不了本公开的模制系统500的部分视图。模制系统500包含模制机600、与模制机600操作性相连的材料混合和分配系统700 (参见图4)、以及一个或多个可编程控制器800，可以操作所述控制器以控制和调节所有上述系统以及上述系统的部件。在本实施方案中，模制机600是旋转模制机，其包含彼此隔开并与机器中心分隔开的一个或多个模制台602。尽管在本文中图示为旋转机器，但应该理解，本发明的系统可以被改造成用于旋转模制机之外的其他模制机。每个模制台602包含用于支撑模具基底10的底板604，并且模具基底10可以通过本技术领域的专业人员已知的各种方式、例如通过螺栓等与所述底板相连。同样地，每个模制台602包含用于支撑模具盖IOa的盖板606，并且模具盖IOa可以通过与模具基底与底板相连的相同方式与所述盖板相连。底板604承载在一对平行的、分隔开的滑块608a、b上，可以操作所述滑块以将底板604和连接到底板604的模具基底10从模制机机体近侧的第一起始位置“X”，移动到模制机机体的一个或多个选定位置“Y”。底板604相对于模制机和/或分配头的移动可以手动控制或使用可编程控制器自动控制。材料混合和分配系统700包含与混合室730流体连通的两个再循环子系统“A”和“B”;分配头740与所述混合室流体连通。混合室730与两个再循环系统A和B以及压缩气体源流体连通。子系统A和B各自包含分别与贮罐A和B可操作相连的热交换器和正排量泵，以便当阀门A和B关闭时，可以操作子系统将来自于贮罐的材料以受调节的、预选的温度和流速在分开的闭合环路中循环。在使用中，当阀门M和N关闭时，可以操作系统700将发泡泡沫的组分以受调节的温度和流速在闭合环路中循环。当阀门M和N打开时，可以操作系统700以允许材料组分与来自于压缩气体源的压缩气体一起流入混合室730。材料组分在室730中混合在一起并与压缩气体混合，以形成有孔发泡泡沫材料制剂。材料径向流过布置在混合室730中的静止和旋转的叶片网络(未示出)，使得材料在流过混合器所花费的时间中多次混合。通过布置在混合器中的冷却水夹套(未示出)将热量从混合物中移除。泡沫孔径和结构通过改变化学物质和压缩气体的流速以及混合器中叶片的旋转速度来控制。当阀门B和C打开时，发泡泡沫制剂可以从混合室分配至分配头740。当阀门B和C关闭并且阀门A打开时，发泡泡沫制剂可以被导向废液。各个阀门、热交换器、泵、压缩气体的流动控制器的操作，以及分配头相对于安装在底板上的模具基底的位置，都可以手动控制或使用可编程控制器自动控制。分配头740相对于底板/模具基底的位置可以手动控制或使用可编程控制器自动控制。因此，分配头740与模制机600操作性相连，以移动和/或调节分配头740相对于底板604和/或模具基底10的位置。 前述子系统的各个部件可以手动控制或使用可编程控制器自动控制。所述系统便于模制材料的方法，所述方法包括选择适合的模具，并通过用螺栓将模具连接到板上，将模具安装在底板和/或盖板上。在模具安装后进行适当调整，以设定模具基底相对于盖的高度，调平模具，并设定模具基底与模具盖之间的间距。上述设置由各种因素决定，包括但不限于模具能够成型的制品的类型和数量、制品的所需厚度、制品中的厚 度变异、所使用的材料类型、材料导入到模具中的方式(即通过开放式倾倒、注入等)，等等。模具基底10和模具盖IOa各自包含相应/匹配的模具表面，所述表面与热源(未示出)和真空源(未示出)可操作连接。热源和真空源的操作可以手动控制或使用可编程控制器自动控制。因此，作为模制过程中的选项，可以在一个或多个相应/匹配的模具表面上整体或部分地抽真空，和/或可以对模具表面进行整体或部分加热。在模具已安装并且选定的模具设置已设定后，正如上面讨论的，可以对控制器进行编程，以设定最初起始位置、下降速率和停留时间、待分配的材料的量和速率、待分配的材料的图案、是否以及何时在模具区段上使用热和/或真空等。控制模具闭合的速度可以通过伺服控制、气动技术、液压技术或运动控制领域的专业人员已知的其他方法来实现。图5-12合在一起说明了适用于所需制品的模具5。正如所示，模具5包含模具基底10和模具盖10a。模具基底10可以包含相反的上下表面12、14。正如所示，模具基底10可以包含限定在模具上表面12中的凹进区16，其从上表面12凹进的深度为“D/’。应该理解，在本文中使用的术语“底部”和“顶部”和/或“上部”和“下部”，除非另有注明，否则仅仅是出于描述方便的目的，而不限于任一位置或空间取向。此外应该理解，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、数量或重要性，而是用于区分一个要素与另一个要素，并且本文中的术语“a”和“an”不表示数量限制，而是表示存在至少一个所指称项。此外，除非另有定义，否则在本文中使用的技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的专业人员所通常理解的相同的意义。本发明的示例性模具基底10包含限定在凹进区16中的两(2)个独立的模具单元18，每个所述模具单元对应于所需最终模制品19的形状和尺寸，所述模制品在这种情况下是矩形条片。尽管在本文中出于方便起见以矩形条片为例进行说明，但应该理解可以使用本发明的方法模制各种制品。两(2)个独立的模具单元18中的每个包含由区域16a分隔开的多个小室18a。每个小室18a包含底面18b和基本上垂直于底面18b和模具基底10的上表面12延伸的侧壁18c，并在底面18b与侧壁18c之间延伸有修圆的边缘“R”。修圆的边缘“R”协助在最终制品中提供冲击和震动衰减。每个小室18a从上表面12凹进深度“D2”，所述深度对应于最终模制品19的所需厚度。根据需要或要求，小室18a可以具有各种不同的形状、尺寸和构造。
模具基底10还可以包含布置在凹进区16与模具基底10的周缘“Q”之间的垫圈凹槽23，垫圈20可以布置在其中。或者，尽管在本文中没有图示，但垫圈20可以直接布置在模具基底10的上表面12上。垫圈20可以提供足以限制聚合物从模具基底10流出的密封件。垫圈20或模具基底10可以包含周期性垫圈开口 22 (参见图1)，以允许被夹带的空气在模制过程期间流出模具基底10。任选地，模具基底10可以包含一个或多个配准引导件24 (例如销钉、螺柱等)。如图7中所示，在选择适合的模具5后，方法可以包括将阻挡层26布置在模具基底10上并跨过模具腔，使得阻挡层26不与模具腔接触。阻挡层26可以作为与模具表面12和垫圈20物理接触、但不与模具腔(即独立小室18a)物理接触的材料片布置在模具基底10上。结果，在模制过程的初始阶段中空气保留在模具腔中。阻挡层26也可以包含与模具基底10中的配准引导件24相对应的配准引导件(例如孔、贯穿孔等)，以帮助其与模具基底10和后续的层对齐。如果需要，可以使用剥离涂层(未示出)协助阻挡层26从模具基底10的上表面12上剥离。
尽管该方法被显示为使用了施加到模具基底10的阻挡层，但是为了实践所述方法不是必需如此。例如，可以不使用真空将前体直接布置在不存在阻挡层的模具基底上。如图7中所示，在将前体28分配到阻挡层26上之后，可以将稳定层30布置为与模具盖IOa的表面相接触的片材。任选地，模具盖IOa可以包含模具腔，用于模制如图17中所示的具有非平面相对表面18b的更复杂形状。如果模具基底10包含配准引导件24，那么稳定层30也可以包含相应的配准引导件(未示出)，以帮助其与模具基底10和任何后续的层对齐。如图8中所示，在如上所述将阻挡层26布置在模具基底10上之后，可以将聚合物前体材料28分配到阻挡层26上。当在本文中使用时，“聚合物前体”是指尚未聚合形成聚合物的聚合前体材料，包括本技术领域中称为“发泡泡沫”的聚合材料。当在本文中使用时，“发泡泡沫”是指有孔泡沫制品，其孔通过将气体(例如氮气、二氧化碳、氩气等)机械掺入到固化性聚合物系统中来形成。已经从许多聚合物系统例如SBR乳胶、PVC塑性溶胶、聚烯烃和聚氨酯制备了发泡泡沫。可以使用各种技术，例如但不限于倾倒、注射等，将前体28布置在阻挡层26上。分配前体28可以包括倾倒足够量(例如体积)的前体以填充两(2)个独立模具单元18中的每一个。本发明的方法可以包括在单个模制周期中将前体28分配到阻挡层26上(例如单次“倾倒”)以提供足够量的前体28来填充所有模具单元18。一总而不是分开分配前体28，与其他方法相比，可以显著减少本发明的方法的制造时间。或者，可以通过模具顶板中的运行系统将聚合物射入到部分闭合的模具中。在将聚合物注射到部分闭合的模具中之后，它移动到另一个站点，在那里模具可以闭合。如图5-8合在一起时所示，在将前体布置在阻挡层上之后，可以从初始开放位置P1启动模具闭合。模具闭合的速率可以手动调节，或通过例如伺服控制、气动技术、液压技术或本技术领域的专业人员已知的其他方法自动调节。如图9中所示，当模具闭合到中间位置P2时，前体28可以在阻挡层和稳定层之间流入由垫圈20限定的模具5的所有区域。在模具闭合的初始阶段中，空气保留在模具腔18a中，并且阻挡层26保持基本上与模具盖IOa平行。
在模具进一步闭合至中间位置P3后，前体28可以在阻挡层与稳定层之间进一步铺展，并且可以施加真空(例如约15至29in Hg (英寸汞柱))以将阻挡层26拉向模具腔的表面，如图10中所示。然而，真空可以在该过程的任何时间施加到下部阻挡层的底部，以便能够形成部件。此外，可以将真空系统分成区段，以便允许在加工周期中的不同时间在特定区域上抽真空。在将模具进一步闭合到中间位置P4并将阻挡层26抽向并抽入模具腔之后，前体28与阻挡层一起被抽入模具腔，夹带的空气从模具腔被除去，如图11所示。在该阶段中，前体基本上保持与阻挡层接触，从而避免在阻挡层与前体之间形成空气凹陷。任选地，在将阻挡层布置到模具基底10上之前或之后，可以使用各种技术包括但不限于辐射加热、热力加热等对阻挡层进行预加热。阻挡膜如果存在的话，可以通过热成形机加热器和/或通过模具加热器加热。尽管在膜加热后施加真空典型是有利的，但可以在 向膜施加热量后的任何时间开动真空。此外，如果需要，可以在整个模制过程中使用热和/或真空。模具在该站点中的时间是后面的时间、前一站点的加热器时间或射入时间(shottime)加延迟时间中的最长时间。如图12中所示，在将阻挡层抽入与模具腔相接触、并且模具完全闭合后，可以允许前体28聚合预定的时间段(例如30秒至5分钟)，以在闭合的模具5中形成聚合物29。模制过程典型地可以包括约60psi的压力，但是正如上面提到的，如果需要，在固化期间可以出于各种原因，例如增加加工速度、提高最终材料的质量、改变聚合物的表面特性等，向模具施加追加的压力、热和/或真空。结果，用于生产多个模制品19的整体加工时间与其他方法例如注射模制相比，可以显著减少。此外，由于用于分配前体28的时间与其他方法相比减少，因此可以通过改变多种因素例如压力、温度、催化剂浓度(当使用时)等来增加固化速度。当待成型的制品需要更多定界例如底切等时，在模制过程中使用热、压力和/或真空可能是合乎需要的。当真空成型或热成型时，利用至少部分从多孔复合材料形成的模具可能是理想的，其允许在模制品中形成复杂的细节和表面图案，并消除模具中有排气孔的必要性。这种多孔复合材料的一个实例是透气性铝，其可以用商品名METAP0R 商购到。如图13中所示，在固化后，可以将模具5打开，并且可以将包含模制品19(其在这种情况下是条片)的片材32 (示出了部分区段)从模具基底10上取下。正如所示，每个模制品19包含多个柱状物21。正如上面提到的，柱状物的尺寸、形状和构造可以变化。由于聚合物29被阻挡层26和稳定层30包封,层26、30的存在可以便于片材32的操作,这在聚合物29具有粘合性质(例如聚合凝胶材料)时是有利的，否则将使它附着于表面，例如模具表面、用户的手等。片材32包含配制在柱状物21之间并将所述柱状物互连的多个相对薄的区域29a。聚合物的区域29a可以具有厚度“ \”，其对应于模具基底10的凹进区16的深度D115为了最小化浪费，或者当需要区域29a的厚度T1尽可能薄时，可以将凹进区16的深度D1选择成尽可能小，并同时仍允许前体28不受限制地流入由垫圈20所限定的区域中。因此，如图13中所示，最小化区域29a中的聚合物厚度，可以使厚度T1略大于阻挡层和稳定层的合并厚度。可以通过切穿阻挡层26、聚合物区域29a和稳定层30 (例如冲切等)，将模制品19与片材32分开并彼此分开。可以在聚合物区域29与29a之间和/或通过聚合物区域29对模制品19进行冲切。当聚合物29具有粘合性质时，通过聚合物区域29的与聚合物区域29a相邻的部分进行冲切，以使模制单元19的侧面包含暴露的聚合物区域，可能是理想的。此外，区域29a的暴露的边缘足够薄，以在不想要或不需要的情况下避免或最小化制品19的边缘与相邻表面粘附。在冲切期间，稳定层30的存在阻止或最小化聚合物29和阻挡层26收缩，从而使模制品19的尺寸基本上保持与模具单元18的尺寸相当。由于模制品19的收缩可以被最小化，因此在模具设计中可以不需考虑在使用其他方法时可能必需考虑的收缩因素。任选地，可以在任何上述层之间，例如在稳定层30与聚合物29之间和/或聚合物29与阻挡层26之间，布置相同或不同材料的附加层34。任选地，也可以例如通过将前体28的第一部分布置在阻挡层26上，将层34布置在前体28的第一部分上，并将前体28的第二部分布置在层34上，而将层34布置在区域29中。层34可以包含各种合成和/或非合成的材料，包括但不限于纸、织物、塑料膜、金属箔等，以及复合材料和/或包含至少一种上述材料的组合。当层34包含织物层时，织物可以是针织物、纺织物、无纺织物、合成织物、非合 成织物，以及包含至少一种上述织物的组合。将织物层作为层34布置可能是有利的，因为织物层能够捕获并分散否则可能形成在层中或层之间的空气泡，为最终模制品19产生更好的外观。层34也可以包含颜色、图形和/或标志，包括文字。当其他层由无色和/或透明材料形成时，布置在层34上的颜色、图形和/或标志可以透过这些其他层，出于美观和成本原因，这可能是合乎需要的。此外，如果需要，层34可以是可透流体的。当在本文中使用时，“可透流体的”是指形成层34的材料对于流体材料例如前体的通过或进入来说是开放的。任选地，也可以使用层34代替稳定层30。如果层34代替稳定层30，那么它可以通过与上面对稳定层30所述的相同方式来施加。在某些情况下，可能希望能够将模制品19附着于各种表面。因此，任选地，可以将粘合剂(未示出)布置在最终模制品19的一个或多个表面上。任选地，也可以布置粘合剂和/或布置在层26、28、30和34的一个或多个表面上。例如，可以将粘合剂布置在表面30b上，并且所述粘合剂可以由剥离和/或支撑层(未示出)承载。一些可能的粘合剂可以包括压敏粘合剂、热塑性粘合剂等，以及包含至少一种上述粘合剂的组合。适合的粘合剂的实例包括可以从3M公司作为产品号7026获得的材料。在某些情况下，聚合物29可以具有足够的粘合强度，以在不存在另外的粘合剂的情况下附着于表面。在这样的情况下，可能希望稳定层30能够从聚合物29上手动剥离。因此，任选地，稳定层30可以包含布置在表面30a上的剥离涂层(未示出)例如有机硅，其可以协助稳定层30从聚合物29上手动剥离。在上述方法中可以使用各种材料来制造上述模制品19。阻挡层26可以包含能够具有下列性质的任何材料提供足够的弹性，以便在向其施加力时防止撕裂和/或伸长；足够的结构完整性，以便被造型成预定形状；以及能够承受计划使用它的环境而没有显著降解。阻挡层26也可以被选择，以利于聚合物层的操作，其在某些情况下可以包含粘合特性。因此，在模制后，可以选择阻挡层26包含相对非粘性的表面和相对光滑的人触碰感。用于阻挡层26的一些可能的材料包括聚烯烃、聚苯乙烯、PVC、乳胶橡胶和热塑性弹性体(TPE)等，以及包含至少一种上述材料的组合。一些可能的TPE材料包括聚氨酯、有机硅等，以及包含至少一种上述材料的组合。阻挡层26可以具有约百分之(％)100至约1500%、更特别为约200%至约1000%、更加特别为约300%至约700%的伸长率。应该理解，修饰词“约”当与数量相连使用时，包含了所陈述的值并具有由背景情况所决定的意义(例如包括与特定量的测量相关的误差度)。用于阻挡层26的其他可能的材料包括但不限于织物、纸、塑料(例如聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)等)、金属、金属化塑料等，以及包含至少一种上述材料的组合。阻挡层26可以具有能够允许制品被模制而不粘附于模具的任何厚度。阻挡层26的厚度可以随着应用而变，并且对于特定应用来说的理想厚度可以由本技术领域的普通专业人员使用常规实验来确定。阻挡层26可以具有约O. 2毫英寸(在后文中称为“mil”)至约60mil、更特别约O. 5mil至约30mil、更特别约I. Omil至约15mil范围内的厚度。例如，在制品的手感重要的情况下，发现这可以使用相对薄的阻挡层26来实现。因此，在这样的制品中，使用不牺牲耐久性的尽可能最薄的阻挡层，可能是理想的。例如，对于希望阻挡层26相对薄的应用来说,它可以具有约O. 2毫英寸至约6mil、更特别约O. 5mil至约3mil、更特别约O. 6mil至约2mil范围内的厚度。当聚合层29的硬度使得其发粘时，如果阻挡层被刺穿，发粘的材料可能暴露，使得制品难以操作。在这样的情况下，可能希望使用较厚的阻挡层26，其与较薄的阻挡层相比能够提供增加的耐久性。例如，当本发明的材料被用于减震应用时，阻挡层26的厚度为约50至约60mil可能是理想的。当本发明的制品使用热成型工艺来成型时，使用高达约1/2英寸的厚度，以及如果想要或需要，在某些情况下甚至更厚的厚度，可能是理想的。已发现，对于厚度高达6mil或以上的阻挡层来说，通过在热成型过程中施加热和/或真空，可以维持非常软的柔韧性。正如上面提到的，阻挡层26可以在模制过程中作为材料片施加。在片状形式下，特别是当阻挡层相对薄时，阻挡层材料可能是非常柔性的，并且在操作期间可能非常容易皱褶和/或折叠。因此，阻挡层26也可以包含帮助材料进行操作的支撑层(未示出)。如果阻挡层26包含这样的支撑层，那么支撑层可以被布置成与模具基底10的上表面12相邻，使阻挡层材料背对着上表面12，如果希望或需要，支撑层可以在冲切之前被除去。正如上面提到的，前体可以在不存在阻挡层的情况下直接布置在模具基底上。如果希望，阻挡层26可以在模制过程中或其后作为材料涂层施加。如果在模制过程后施加，那么可以在模制单元18形成后，通过例如手动涂抹、喷涂、刷涂等，将阻挡层布置在前体28上。当阻挡层26在模制过程中不作为片材布置或不作为涂层布置，那么可以将前体28直接布置在模具基底10的上表面12上，这可能需要在上表面12上使用脱膜剂。聚合物29、29a可以包含具有足够的结构完整性以便被成型为预定形状的任何聚合材料，包括泡沫聚合材料和发泡泡沫聚合材料；并且所述材料能够承受打算使用它的环境而没有显著降解。可以对材料(例如聚合物材料)的硬度进行选择，以提供具有预定硬度的制品和/或制品区域，所述预定硬度可以针对特定缓冲和/或耐磨应用进行定制。聚合物29、29a可以具有约30Shore 000至约88Shore D范围内的硬度。聚合物的硬度可以由本技术领域的普通专业人员使用诸如硬度计或针入度计的工具来测定。适合的聚合材料的实例包括但不限于热固性聚合材料、弹性聚合材料、热塑性材料包括热塑性弹性材料，以及包含至少一种上述材料的组合。一些可能的聚合材料包括但不限于聚氨酯、有机硅等，以及包含至少一种上述材料的组合。其他材料的实例包括但不限于复合材料等。一种适合的材料是可以在名称PORON 下商购的聚氨酯发泡泡沫。
前体28的形成可以通过本技术领域的专业人员已知的各种方法来进行。例如，聚氨酯凝胶的形成可以包括将适合的预聚物前体材料进行反应，例如将多元醇与异氰酸酯在催化剂存在下反应。任选地，可以通过使用发泡机向反应混合物机械添加发泡剂来制备发泡泡沫，所述发泡机是将发泡剂注入混合物并同时搅拌混合物的机械装置。上述方法的一个实例是向多元醇-异氰酸酯混合物加入空气。可以使用其他气体，包括但不限于二氧化碳、氮气等，以及上述气体的组合。在某些情况下，可能希望聚合物具有足够的柔软性和/或柔韧性以提供身体倚靠的舒适性。在这样的情况下，聚合物可以具有约30Shore000至低于或等于约70Shore A、更特别约30Shore 000至低于或等于约70Shore 00、更特别约30Shore 000至低于或等于约60Shore 00范围内的硬度。在某些实施方案中，可能希望聚合物具有足够的粘合强度以附着于所选表面(例如鞋的内表面)，这样能够消除另行用粘合剂将模制单元粘附于所需表面的需要。可以通过例如改变用于形成层的材料的硬度，来改变聚合物的粘合强度。在这样的情况下，聚合物可·以包含例如硬度为约30Shore 000至约85Shore 00的聚合物。这种相对低的硬度范围内的凝胶材料可以具有胶冻状稠度。具有这样的粘合特性的一种可能材料是硬度在约IOShore00至约70Shore 00范围内的聚氨酯凝胶，其能够提供足够的粘合强度以粘附于所需表面，例如鞋的内表面或刚性塑料例如聚丙烯的表面。同样地，尽管在本文中用聚合物进行说明，但其他材料也可用于形成层和/或区域29、29a，例如复合材料。聚合物29和/或阻挡层26可以包含一种或多种添加剂，例如但不限于改性剂、着色剂、稳定剂、相变材料、紫外线抑制剂和/或活性剂，以及包含至少一种上述添加剂的组合。添加剂的浓度可以随着添加剂的所需功效而变。一种可能的相变材料可以包含相变微球(可以在产品名Outlast下获得)，其包含能够在接近体温时相变的材料。结果，热能可以储存在阻挡层中，产生可以感到凉爽或温暖的制品。适合的添加剂可以包括托萘酯、十一烯酸、烯丙基胺类、氯、铜、小苏打、吡啶硫酮钠、吡啶硫酮锌、唑类、银等，以及包含至少一种上述添加剂的组合。例如，银可以提供抗真菌/抗细菌效果。出于经济和功效的目的，已发现当使用时，在阻挡层26中包含活性剂是有利的。由于阻挡层26与聚合物29相比相对薄，将这样的活性剂布置在阻挡层26中允许与较厚的层相比使用总量更少的活性剂来获得相近的有效浓度，从而降低了与添加剂相关的成本。此外，将这样的活性剂布置在阻挡层26中，确保了所述剂被布置在制品的最外层、即身体接触区中，而不是远离用户的区域中，这可以提高活性剂的有效性。包含这样的活性剂的一种可能的阻挡层26是可以从Omniflex, Inc公司获得的Vacuflex 18411AG。在某些情况下，可能希望对阻挡层、聚合物和稳定层的每一个都使用无色材料，这对于美观原因来说可能是理想的。在另一个实施方案中，当结构中包括层34，并且所述层包括颜色、图形和/或标志时，使用无色和/或透明的材料也可能是理想的，因为将可以透过所述层看见所述颜色、图形和/或标志。稳定层30可以包含如下功效的材料能够在加工期间和之后显著最小化阻挡层26、前体28和/或聚合物29的收缩；能够为聚合物29提供支撑；并且能够便于聚合物29和阻挡层26的操作。稳定层30可以包含与聚合物29相比基本上无弹性的任何材料，以便能够在加工期间和之后为片材32和/或模制品19提供尺寸稳定性。用于稳定层30的一些可能材料包括但不限于织物、纸、塑料(例如聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)等)、金属、金属化塑料等，以及包含至少一种上述材料的组合。稳定层30可以具有特定应用所需的任何厚度，所述厚度可以由本技术领域的专业人员确定。例如，在一些实施方案中，稳定层30可以具有约O. 2mil至约IOmiI、更特别约O. 5mil至约5mil、更加特别约Imil至约3mil范围内的厚度。在上述厚度范围内可以获得的一种可能材料是定向聚酯膜，其可以从各种来源并在各种不同产品名(例如MYLAR )下商购。在其他实施方案中，稳定层30可以具有约I毫米(mm)至约8mm、更特别约2mm至约6mm、更加特别约3mm至约4mm范围内的厚度。具有上述范围内的厚度的一种可能材料是可以在名称PORON 下商购的聚氨酯泡沫。上述方法和材料可以便于聚合物制品和/或制品区域的制造，其对于美观和/或最小化磨损和/或摩擦来说可能是理想的。所述方法可用于形成具有任何尺寸、厚度或几何形状的聚合物制品和/或制品区域。可以对制品和/或制品部分的尺寸、厚度、几何形状、柔软度和粘合强度进行选择，以便优化它计划使用的条件。可以使用上述聚合材料的制品 的实例包括但不限于个人护理物品例如发刷、牙刷和剃须刀的把手；医用装置例如面罩、拐杖和绷带；家用物品例如扫帚的把手；行李、背包、公事包和钱包的带子；衣服例如骑行短裤、内衣和鞋；实用物品例如鼠标垫、键盘垫；消费品例如瓶子和/或盒子的把手和/或带子，衣物洗涤剂提手；运动物品设备和附件例如球拍手柄、球棒把手、鱼竿手柄、枪、自行车手把等。此外，制品可以包含标志例如具有颜色、文字和/或图形的标签等。下面的非限制性实例进一步说明本文所述的各种实施方案。工作实施例实施例I鞋垫的形成。选择限定了三十六(36)个后跟贴的金属模具用于Desma机器中。模具包含约O. 020〃的凹进区以及与模具边缘的周缘和凹进区两者分隔开的垫圈。36个模具单元每一个的尺寸为约4英寸乘约1/2英寸，并且模具单元的深度是统一的。将厚度为0.004〃的TPU片(Deerfield Urethane PS3110)安装在压力机上，并伸展过模具顶部。将TPU片在加热器下以430 T加热14秒，然后将凝胶前体分配到TPU片上。然后将阻挡层置于凝胶前体的顶部上。启动模具盖闭合周期，其向凝胶前体施加压力，使其开始在模具中横向铺展。当凝胶前体到达模具的边缘时，向TPU片的底侧施加真空，以将其抽入模具腔中，所述真空的施加在模具闭合周期启动后约六(6)秒开始。完整的模具盖闭合周期约为十(10)秒。然后如上所述让部件固化。对使用本发明的方法在闭合时使用真空和相对较慢的模具闭合速率模制的部件，与不使用真空并使用相对较快的模具闭合速率制造的部件进行目测比较。使用本发明的方法制造的二十(20)片部件(对应于140个部件)具有三(3)个缺陷部件(缺陷率为2. 1%)，对比的缺陷率为6. 3%。实施例2凝胶座垫的形成。诜择限定了单个座垫的金属樽具用于Desma机器中。座垫为16〃长、13〃宽和1/4"厚，并包含约190个荚囊。在将厚度为O. 004〃的TPU片例如DeerfieldUrethane PS3110安装在压力机上之后，TPU膜被伸展过模具顶部，并在加热器下以430 T加热14秒。然后将凝胶前体分配到TPU片上。然后将稳定层置于凝胶前体的顶部上。启动模具盖闭合周期，其向凝胶前体施加压力，使其开始在模具中横向铺展。当凝胶前体到达模具的边缘时，向TPU片的底侧施加真空，以将其抽入模具腔中，所述真空的施加在模具闭合周期启动后约六(6)秒开始。完整的模具盖闭合周期约为十(10)秒。然后如上所述让部件固化。实施例3发泡泡沫护肘的形成。选择限定了 4个护肘的金属模具用于Desma旋转模制机中，并用螺栓固定于每个模制台的支撑板。每个护肘为8. 5"长、6〃宽和O. 25"厚，并包含约11个荚囊。在安装模具基底后，将厚度为O. 004〃的TPU片例如Deerfield Urethane PS3110，在第一模制台处伸展过模具基底的顶部，并加热至约205 T。在材料混合和分配系统中，将聚氨酯泡沫的组分(Poron XRD,可以从RogersCorporation获得)在子系统A和B中循环，然后打开阀门M和N，允许多元醇和异氰酸酯与来自于压缩气体源的压缩氮气一起流入混合室730。将材料组分机械混合在一起并与压缩氮气混合，以形成密度在14-181b/ft范围内的有孔发泡泡沫材料制剂。将模具基底从模制机向外移动，直到它被布置在材料混合和分配系统700的分配头740的下方(位置“Y”)。打开阀门B和C，然后将预定量的发泡泡沫制剂从分配头740分配到TPU片上。然后关闭阀门B和C并打开阀门A，让发泡泡沫制剂被导向废液或再利用。然后将模具基底朝向模制机移回到初始位置(“X”)中，然后将稳定层置于发泡泡沫前体的顶部上方。启动模具盖闭合周期，其向发泡泡沫前体施加压力，使其开始在模具中横向铺展。当TPU和稳定片之间的空间的体积近似等于模具腔的体积时(即当片之间的间隔约为1/8英寸时)，向TPU片的底侧施加真空，以将其与发泡泡沫前体一起抽入模具腔中。完整的模具盖闭合周期约为四十(40)秒。然后如上所述让部件固化。在Desma机器的每个模制台处重复该过程，从而提供机械发泡泡沫部件的连续压缩模制。
本公开的系统和方法可以包含至少一个或多个下述优点1)在挤出法之外的连续方法中模制机械发泡泡沫部件的能力；2)由于缺陷减少而提高部件质量；3)荚囊或柱状物的片可以被模制并缠绕或折叠在三维物体周围，以提供缓冲；4)相对于横截面增加部件的厚度；5)控制聚合物前体在模具上的流动，提供了模制以前不可能模制的部件、特别是机械发泡泡沫的能力；以及6)从凝胶或机械发泡泡沫以及其他材料模制缓冲材料的厚的柱状物或荚囊的能力。在整个本申请中，应该指出，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何次序或重要性，而是用于区分一个要素与另一个要素，并且本文中的术语“a”和“an”不表示数量限制，而是表示存在至少一个所指称项。同样地，应该指出，在本文中使用的术语“底部”和“顶部”，除非另有注明，否则仅仅是出于描述方便的目的，而不限于任何位置或空间取向。此夕卜，修饰词“约”当与数量相连使用时，包含了所陈述的值并具有由背景情况所决定的意义(例如包括与特定量的测量相关的误差程度)。化合物使用标准命名法来描述。例如，没有被指定基团取代的任何位置被理解为其化合价被所标出的键、或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的短线被用于指示取代基的连接点。例如，-CHO通过羰基的碳连接。除非在本文中另有定义，否则本文中的所有百分率都是指重量百分数(“Wt. %”)。此外，本文中公开的所有范围都是包含性和可组合的(例如“高达约25重量百分数(wt. %),理想地约5wt. %至约20wt. %,更理想约IOwt. %至约15wt. %”的范围，包含了所述范围的终点和所有中间值，例如“约5wt. %至约25wt. %，约5wt.%至约15被.％”等)。表示法“+/_10%”意味着所指示的测量值可以是从所陈述值的减去10%的量到加上10%的量。最后，除非另有定义，否则在本文中使用的技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的专业人员所通常理解的相同的意义。尽管已经参考示例性实施方案对本公开进行了描述，但本技术领域的专业人员应该理解，可以进行各种变化并可以用等效物取代其要素，而不背离本公开的范围。此外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适合于本公开的讲授而不背离其基本范围。因此，不 打算将本公开局限于作为为执行本公开所设想的最佳方式而公开的具体实施方案，相反，本公开包括落于随附的权利要求书的范围之内的所有实施方案。
权利要求
1.一种模制方法，所述方法包括 提供模具，所述模具包含彼此隔开的模具盖和模具基底，所述模具基底和模具盖各自包含匹配表面，所述模具基底包含模具腔； 将稳定层布置在所述模具盖的匹配表面上； 将第一部分聚合物前体分配在所述模具基底上； 将所述模具盖以第一速率和预定量的时间从第一选定位置移动到第二选定位置； 将所述模具盖以第二速率和预定量的时间从所述第二选定位置移动到第三选定位置；以及 让所述前体在封闭的模具中聚合。
2.权利要求I的方法，其中在所述第三选定位置中，所述模具是封闭的。
3.权利要求I的方法，其还包括在分配所述聚合物前体之前在所述模具基底的匹配表面上布置阻挡层。
4.权利要求3的方法，其还包括在将所述阻挡层布置到所述模具基底上之前，对所述阻挡层进行加热。
5.权利要求3的方法，其还包括通过所述模具腔抽真空以将所述阻挡层抽入所述模具腔。
6.权利要求3的方法，其还包括在分配所述前体后通过所述模具腔抽真空，以将所述阻挡层和前体抽入所述模具腔，在所述阻挡层与前体之间基本上没有缺陷。
7.权利要求4的方法，其还包括在移动所述模具盖时通过所述模具腔抽真空，以将所述阻挡层和前体抽向模具腔。
8.权利要求5的方法，其中在将所述阻挡层布置到所述模具基底上之前，对所述阻挡层进行加热。
9.权利要求I的方法，其还包括将粘合材料布置在所述前体和所述稳定层之间。
10.权利要求I的方法，其中所述聚合材料是硬度在约30Shore000至约75Shore00范围内的聚氨酯凝胶。
11.权利要求I的方法，其中所述聚合材料是聚氨酯发泡泡沫。
12.权利要求11的方法，其中所述阻挡层包含厚度约O.004"的热塑性弾性(TPE)材料。
13.权利要求12的方法，其中所述TPE包含活性剤，所述活性剂选自银、托萘酷、十一烯酸、烯丙基胺类、氯、铜、小苏打、批唳硫酮钠、批唳硫酮锌、唑类以及包含至少ー种前述物质的组合。
14.权利要求12的方法，其中所述TPE选自热塑性聚氨酯(TPU)、有机硅以及包含至少ー种前述物质的组合。
15.权利要求I的方法，其中所述模具盖包含模具腔。
16.—种缓冲部件，其通过权利要求I的方法形成。
17.ー种使用权利要求16的缓冲部件的方法，所述方法包括从所述制品上手动移除稳定膜，并将所述缓冲部件附着到表面上。
全文摘要
本发明公开了一种模制系统，其通过控制模具闭合的速率和/或中断模具闭合，以便于从诸如凝胶和/或机械发泡泡沫的材料来模制基本上没有可见缺陷例如空气泡的非常厚的产品。
文档编号A43B13/38GK102843925SQ201180013473
公开日2012年12月26日 申请日期2011年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者理查德·B·福克斯, 詹姆斯·E·高迪特 申请人:宝立沃克斯公司