超臨界發(fā)泡現在在鞋材應用方面還比較熱門(mén),今天一起來(lái)深入了解下這個(gè)工藝,主要整理內容包括超臨界發(fā)泡簡(jiǎn)介、不同發(fā)泡劑對比、與化學(xué)發(fā)泡對比、鞋材常見(jiàn)工藝及產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)等,閱讀本文前,歡迎加入鞋材行業(yè)群一起交流。

一、超臨界發(fā)泡簡(jiǎn)介

超臨界流體(SCF)指的是壓力、溫度都高于臨界點(diǎn)的流體。
在CO2相圖(圖1)中,O為三相點(diǎn),此時(shí)三相平衡態(tài)共存。C點(diǎn)為氣、液兩相平衡線(xiàn)終點(diǎn),稱(chēng)為臨界點(diǎn)。此時(shí)的溫度、壓力分別為臨界溫度、臨界壓力。

SCF保持著(zhù)氣體的性能,同時(shí)也有類(lèi)似液態(tài)的性質(zhì)。其擴散系數為液體的 10~100 倍。滲透、流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)性能極佳,故對很多物質(zhì)有很強的溶解能力,能在較低的溫度下提取和分離難揮發(fā)物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)。
例如超臨界二氧化碳(scCO2)就是溫度和壓力高于臨界溫度 31.1 ℃和臨界壓力 7.38 MPa 的 CO2,此時(shí)CO2擁有氣體和液體的雙重特性,傳質(zhì)性能也得到提升 。
鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡

不同發(fā)泡劑的對比

發(fā)泡劑種類(lèi) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
CO2 在聚合物里的溶解度和擴散速度較快,在其他條件一樣時(shí),二氧化碳能產(chǎn)生更多的氣泡,同時(shí)產(chǎn)品密度較低 擴散系數和空氣相差較大,產(chǎn)品的收縮較 N2明顯
N2 擴散系數的和空氣差不多,產(chǎn)品尺寸穩定,不易收縮 聚合物中的擴散速率低、溶解度低,導致聚合物發(fā)泡時(shí)間較長(cháng),或需要較高的飽和壓力,導致生產(chǎn)效率下降,或設備投資成本增加


二、超臨界發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡的比較

 

超臨界發(fā)泡:二氧化碳、氮氣等氣體經(jīng)高溫高壓處理后的超臨界流體充當發(fā)泡劑,超臨界流體在常溫常壓條件下變成氣體的過(guò)程是物理變化。
鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡
超臨界發(fā)泡特點(diǎn)
  • 超臨界發(fā)泡制備純凈的發(fā)泡材料,具有食品安全等級,可與皮膚有良好的相容性。
  • 同化學(xué)發(fā)泡相比,超臨界發(fā)泡具有更精細的泡孔結構和更穩定的性能。
  • 超臨界發(fā)泡的泡沫的抗沖擊強度更大,具有更好的熱穩定性、韌性、良好的隔音性能,更低的導熱系數和熱導率。
  • 飽和時(shí)間長(cháng)會(huì )影響生產(chǎn)效率,快速升溫或快速泄壓對能源和設備安全性要求比較高。

鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡圖 超臨界片材發(fā)泡工藝

化學(xué)發(fā)泡:偶氮二甲酰胺、碳酸氫鈉等化學(xué)發(fā)泡劑,以偶氮二甲酰胺(又叫AC發(fā)泡劑)為例,它在受熱分解時(shí)產(chǎn)生氮氣、一氧化碳、二氧化碳和氨氣,這個(gè)過(guò)程是化學(xué)變化。
鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡
化學(xué)發(fā)泡(以偶氮二甲酰胺為例)特點(diǎn):
  • 發(fā)氣量最大,泡孔比較均勻,性能優(yōu)越,用途廣泛。
  • 分解溫度可調節,不影響固化和成型速度,工藝非常成熟。
  • AC發(fā)泡劑是黃色晶體,并且分解易產(chǎn)生較多的副產(chǎn)物,比如粒徑不夠精細會(huì )導致較多副產(chǎn)物產(chǎn)生,導致制品有味道,顏色有偏差。

鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡圖 EVA片材化學(xué)發(fā)泡工藝

三、鞋材應用中常見(jiàn)的超臨界發(fā)泡工藝

目前鞋材行業(yè)中,常見(jiàn)的超臨界發(fā)泡工藝有:珠粒、片材、小發(fā)大(注塑+模壓)??偟脕?lái)說(shuō),它們都具有以下相通點(diǎn):
  • 充分利用了超臨界流體在聚合物中的較快的擴散速率和較大的溶解度。
  • 發(fā)泡時(shí)聚合物處于半固態(tài),熔融區使得泡孔可以生長(cháng),而未熔融區則提供了熔體強度,維持了泡孔結構。
  • 極快速泄壓,誘導形成極高的成核速率,確保形成具有微納米尺寸、高孔密度的泡孔結構。
鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡固態(tài)發(fā)泡機理

1、超臨界流體珠粒發(fā)泡工藝

珠粒發(fā)泡其實(shí)又可以分兩種:釜式和擠出,這里不做特別說(shuō)明的話(huà),都是以比較常見(jiàn)的釜式發(fā)泡為例,所以珠粒發(fā)泡的工藝簡(jiǎn)化流程是:

  • 聚合物顆粒放置在高壓釜內;
  • 通入超臨界流體,超臨界流體在高溫高壓條件下溶脹擴散進(jìn)入聚合物基體;
  • 然后通過(guò)泄壓閥門(mén)快速泄壓實(shí)現微孔發(fā)泡。

常見(jiàn)的超臨界發(fā)泡顆粒如ETPU,又被稱(chēng)為爆米花。在得到超臨界發(fā)泡顆粒后,還要經(jīng)過(guò)水蒸氣成型工藝來(lái)做成最終的鞋底。

2、超臨界流體片材發(fā)泡工藝

超臨界片材發(fā)泡的工藝可以用釜式,也可以用模壓工藝,這里就簡(jiǎn)單介紹下模壓的工藝流程:

  • 將模壓機上的發(fā)泡模具升溫,
  • 待達到發(fā)泡溫度后,將聚合物放入模具,模壓機合模,模具密封,
  • 向模具內充入超臨界流體,超臨界流體向聚合物溶脹擴散30?180分鐘,
  • 然后模壓機開(kāi)模泄壓發(fā)泡,即可得到泡孔尺寸和密度可控的聚合物微孔發(fā)泡片材。

得到超臨界發(fā)泡片材后,再經(jīng)過(guò)裁剪,就可以得到鞋底了。

 

3、小發(fā)大(注塑+超臨界模壓發(fā)泡)

小發(fā)大,又叫胚模發(fā)泡,其特點(diǎn)就是小的胚模在經(jīng)過(guò)模壓發(fā)泡后變大,其工藝流程為:

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  • 將材料進(jìn)行混煉;
  • 清理模具,進(jìn)行射出成型,得到小的鞋底胚模;
  • 再將鞋底胚模放進(jìn)模具中,經(jīng)過(guò)超臨界流體發(fā)泡后得到大的鞋底。

四、超臨界發(fā)泡鞋材產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)

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這里簡(jiǎn)單羅列下超臨界發(fā)泡鞋材相關(guān)的企業(yè),主要涉及運動(dòng)品牌、鞋底廠(chǎng)、設備商、材料企業(yè)等。

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運動(dòng)品牌:幾乎全部上線(xiàn)了超臨界發(fā)泡的鞋款,各種氮氣加持的中底科技層出不窮,比如安踏、李寧、特步、中喬體育、匹克、361°、阿迪達斯、耐克、鴻星爾克、回力等等。

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超臨界發(fā)泡鞋底廠(chǎng):主要是指發(fā)泡中底企業(yè),如晉江國盛、青島韓義、東莞國立、東莞海瑞斯、大毛牛、蘇州申賽、廣東奔迪、東莞兆陽(yáng)、泰亞、東駿、茂泰、鋒特新材、福建嘉怡、禾懋股份、福建鑫瑞新材等。

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超臨界發(fā)泡設備廠(chǎng):泰安實(shí)力機械、開(kāi)原化工、無(wú)錫錦和、德陽(yáng)四創(chuàng )、天一精機、新元化工機械等。

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材料廠(chǎng)商:主要是指其材料有被用于這塊發(fā)泡的,主要材料種類(lèi)是EVA、TPU、PEBA、TPEE等,如塞拉尼斯、贏(yíng)創(chuàng )、萬(wàn)華化學(xué)、華峰、新元化學(xué)、??松梨诘?。

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來(lái)源:艾邦綜合整理

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原文始發(fā)于微信公眾號(艾邦高分子):鞋材熱門(mén)工藝—超臨界發(fā)泡

作者 808, ab

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