形成在鞋類中使用的材料的注射成型系統(tǒng)和方法及通過所述系統(tǒng)和方法制成的材料相關申請的交叉引用本申請要求2011年1月27日提交的美國臨時專利申請No.61/436,734的優(yōu)先權和權益，該美國臨時專利申請No.61/436,734的公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。本申請與通過引用整體并入本文的以下美國專利和申請有關：2001年11月27日授權的美國專利No.6,322,347；2003年9月9日授權的美國專利No.6,616,434；2003年12月9日授權的美國專利No.6,659,757；2005年4月26日授權的美國專利No.6,884,823；2005年8月9日授權的美國專利No.6,926,507；2006年12月5日授權的美國專利No.7,144,532；2007年2月6日授權的美國專利No.7,172,333；2007年9月11日授權的美國專利No.7,267,534；2008年1月15日授權的美國專利No.7,318,713；2009年11月10日授權的美國專利No.7,615,170；2010年4月8日公開的美國專利申請公開號2010/0086636。技術領域本發(fā)明總體上涉及注射成型的領域，特別是，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)泡沫零件的方法和系統(tǒng)以及由此形成的零件。

背景技術：
結構性聚合物泡沫材料在聚合物基體中包括多個空隙(也被稱為氣室)。在本領域中已公知若干種用于處理聚合材料以生產(chǎn)泡沫零件的技術。示例性技術可以采用擠出機，所述擠出機通過螺紋件在筒體內(nèi)的旋轉來使聚合材料塑化。在某些工藝中，可以例如穿過形成于擠出機的筒體內(nèi)的發(fā)泡劑端口，向熔融的聚合材料中注射物理發(fā)泡劑，以形成聚合材料和發(fā)泡劑的混合物。該混合物然后可以被處理(例如，擠出、吹塑成型或者注射成型)，以形成所需的聚合泡沫制品。雖然這些方法可以被用于生產(chǎn)各種泡沫零件，但是存在需求來改進與聚合材料的注射成型相關聯(lián)的工藝，所述聚合材料的注射成型用于生產(chǎn)例如在鞋類工業(yè)中使用的各種泡沫零件。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明涉及泡沫零件，以及用于生產(chǎn)泡沫零件的新穎方法和裝置。本發(fā)明的一個方面包括一種形成泡沫零件的方法。所述方法包括提供一種聚合物處理系統(tǒng)，所述聚合物處理系統(tǒng)包括：安裝在筒體內(nèi)以在筒體內(nèi)限定出聚合物處理空間的螺紋件；與聚合物處理空間連通的聚合材料輸送系統(tǒng)；與聚合物處理空間連通的發(fā)泡劑輸送系統(tǒng)；和與聚合物處理空間的遠端部分的流體連通的至少一個噴嘴。所述方法進一步包括：提供具有與所述噴嘴流體連通的至少一個可膨脹模具型腔的模具；在所述聚合物處理空間內(nèi)混合聚合材料和發(fā)泡劑，以生產(chǎn)非發(fā)泡混合物；注射一定體積的聚合材料和發(fā)泡劑的混合物穿過所述噴嘴并進入所述可膨脹模具型腔中；和使所述模具型腔膨脹以形成所述泡沫零件。在多種不同實施例中，所述方法可以生產(chǎn)這樣一種泡沫零件，其具有與未受處理的聚合材料的熔化溫度相差在5℃內(nèi)的估算熔化溫度、具有估算表皮厚度在大約100μm～500μm之間的表皮層、具有在大約0.01μm～50μm之間的平均氣室直徑、和/或具有在大約108～1016個氣室/cm3之間的平均氣室數(shù)量。所述聚合材料可以包括從由聚合物、合成橡膠和熱塑性塑料組成的組中選出的材料。所述聚合材料可以包括以下材料中的至少一種：熱塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、DuPont?Surlyn?（杜邦公司產(chǎn)品）、聚乙烯或者熱塑性橡膠(TPRs)。TPU可以包括或者基本上由以下材料構成：Pellethane?或者Utechllan?中的至少一種，例如，Pellethane?2102-75A、Pellethane?2355-75A或者Utechllan?UT85-APU中的至少一種。在一個實施例中，所述聚合材料包括或者基本上由這樣一種TPU構成：其具有在大約50～90或65～90或65～85之間的ShoreA（肖氏）硬度，或者具有在大約30～90之間的ShoreD（肖氏）硬度。TPR可以包括或者基本上由以下材料構成：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)或者苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)中的至少一種。發(fā)泡劑可以包括或者基本上由以下材料構成：氮氣。在一個實施例中，發(fā)泡劑輸送系統(tǒng)包括計量系統(tǒng)。所述計量系統(tǒng)可適于控制所述發(fā)泡劑的流速和/或待注射的發(fā)泡劑的質量中的至少一種。向聚合物處理空間中注射的發(fā)泡劑的質量可以是非發(fā)泡混合物的按重量計的大約0.1～2%，例如，是非發(fā)泡混合物的按重量計的大約0.4～0.75%。在混合之前所述筒體可以被加熱至升高的筒體溫度。在一個實施例中，聚合材料可以是TPU，并且升高的筒體溫度可以在大約380℉～420℉之間，例如為大約400℉。在一個實施例中，筒體被分割成多個區(qū)域，對于每個區(qū)域設定獨立的溫度。所述噴嘴可以在混合之前被加熱至升高的噴嘴溫度。所述升高的噴嘴溫度可以高于筒體溫度。在一個實施例中，所述聚合材料是TPU，并且所述升高的噴嘴溫度為大約420℉。本發(fā)明方法的一個實施例包括：控制被注射到所述模具型腔中的混合物的體積和/或混合物向所述模具型腔中的注射速率中的至少一種。向模具型腔中注射的混合物的體積是膨脹之前的模具型腔的容積的大約95%～105%。所述方法可以進一步包括：在注射聚合材料之前，將所述可膨脹模具型腔維持在第一模具溫度。第一模具溫度可以例如在大約70℉～130℉之間。所述模具可以包括溫度控制系統(tǒng)，用于加熱模具和/或將模具保持在第一模具溫度。在一個實施例中，第一模具溫度低于注射之前的混合物的溫度。膨脹之后的模具型腔的容積可以是膨脹之前的模具型腔的容積的大約2～12倍，例如，是膨脹之前的模具型腔的容積大約3倍。在多種不同替代實施例中，例如，依據(jù)被處理的材料和/或被形成的泡沫零件的所需性能，膨脹之后的模具型腔的容積可以是膨脹之前的模具型腔的容積的大約2～7倍、大約3～10倍、大約5～12倍或大約2～8倍。在一個實施例中，模具從大約2mm的厚度膨脹至大約6mm的厚度。一般而言，模具可以在其未膨脹位置與膨脹位置之間膨脹達任意適當?shù)谋戎?。可以在膨脹之前將模具型腔保持在未膨脹位置達第一時間周期。第一時間周期可以為大約1～30秒。在聚合材料是TPU的一個實施例中，第一時間周期可以在大約5～15秒之間或者在大約1～20秒之間，例如可以是大約10秒。所述方法還可以包括：在膨脹之后將模具型腔保持在膨脹位置達第二時間周期。第二時間周期可以在大約1～60秒之間，或者達到120秒或更多，并且在聚合材料是TPU的一個實施例中，第二時間周期可以在大約30～40秒之間。在一個實施例中，所述方法可以進一步包括：控制可膨脹模具型腔的膨脹速率。模具型腔的膨脹速率可以快于被注射到模具中的材料的膨脹速率。另一種可選方式是，模具型腔的膨脹速率可以慢于或者基本上類似于被注射到模具中的材料的膨脹速率。在一個實施例中，模具型腔從未膨脹位置膨脹至膨脹位置可以花費小于大約5秒，例如為大約1秒。使模具型腔膨脹可以包括或者基本上由以下方式構成：從第一模具區(qū)段起的第二模具區(qū)段的側向位移和/或經(jīng)由型芯后移技術的模具型腔的第一壁的側向位移。在一個實施例中，所述側向壁位移包括所述模具型腔的第一壁相對于第二壁的不對稱位移。所述模具可以包括單個可膨脹模具型腔或者多個可膨脹模具型腔。由本文所描述的方法形成的泡沫零件可以包括表皮層。所述表皮層可以具有在大約100μm～500μm之間的表皮厚度。在聚合材料是TPU的一個實施例中，所述表皮層可以具有大約300μm的表皮厚度。所述泡沫零件可以具有在大約0.01μm～200μm之間的平均氣室直徑，并且在聚合材料是TPU的情況下，具有在大約0.01μm～50μm之間的平均氣室直徑。所述泡沫零件可以具有在大約108～1016個氣室/cm3之間的平均氣室數(shù)量。所述泡沫零件可以例如形成用于鞋類制品的鞋底夾層或其部件中的至少一種。本發(fā)明的另一方面包括用于形成泡沫零件的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：安裝在筒體內(nèi)以在所述筒體內(nèi)限定出聚合物處理空間的螺紋件；與所述聚合物處理空間連通的聚合材料輸送系統(tǒng)；與所述聚合物處理空間連通的發(fā)泡劑輸送系統(tǒng)；和與所述聚合物處理空間的遠端部分流體連通的至少一個噴嘴，其中，所述聚合物處理空間適于混合聚合材料和發(fā)泡劑以生產(chǎn)非發(fā)泡混合物。所述系統(tǒng)進一步包括：具有與所述噴嘴流體連通的至少一個可膨脹模具型腔的模具；用于將一定體積的非發(fā)泡混合物注射穿過所述噴嘴并進入所述可膨脹模具型腔中的器件；和用于使所述可膨脹模具型腔膨脹以形成所述泡沫零件的器件。本發(fā)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：表皮層，其中所述表皮層具有在大約100μm～500μm之間的表皮厚度；在大約0.01μm～50μm之間的平均氣室直徑；和在大約108～1016個氣室/cm3之間的平均氣室數(shù)量，其中所述泡沫零件的體積是發(fā)泡之前的聚合材料的體積的大約2～4倍。在一個實施例中，所述表皮層具有大約300μm的表皮厚度。在一個實施例中，所述泡沫零件的體積是發(fā)泡之前的聚合材料的體積大約3倍。在一個實施例中，所述泡沫零件具有與發(fā)泡之前的聚合材料的熔化溫度相差在5℃內(nèi)的估算熔化溫度。通過參考以下描述、附圖和權利要求書，在本文所公開的本發(fā)明的這些和其它目的以及優(yōu)點和特征將變得更加清楚明了。此外，應該明白的是，本文所描述的多種不同實施例的特征不是相互排斥的，可以在多種不同組合和置換中存在。附圖說明附圖中，相似附圖標記在所有不同視圖中一般指代相同的零部件。此外，附圖并不一定按比例進行繪制，重點反而是基本上放在示出本發(fā)明的原理上。在以下描述中，參考以下附圖描述了本發(fā)明的多種不同實施例，附圖中：圖1是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于向單個可膨脹模具型腔中注射材料的注射成型系統(tǒng)的示意性側視圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于同時向多個可膨脹模具型腔中注射材料的注射成型系統(tǒng)的示意性側視圖；圖3A是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種示例性泡沫零件的示意性俯視圖；圖3B是穿過截面A-A截取得到的圖3A所示的泡沫零件的側視截面圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于形成泡沫零件的一種示例方法的流程圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于形成多個鞋類鞋底夾層部件的模具型腔和注射成型系統(tǒng)的示意性側視圖；圖6A～6D是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于鞋類制品的示例性泡沫鞋底夾層部件的示意性俯視圖；圖7A和7B是是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于鞋類制品的另一對泡沫前腳鞋底夾層部件的示意性俯視圖；圖8A是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于鞋類制品的后跟部件的示意性俯視圖；圖8B是圖8A所示的后跟部件的側視圖；圖8C是穿過截面A-A截取得到的圖8A所示的后跟部件的側視圖；圖9A是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于鞋類制品的全長泡沫鞋底夾層的示意性俯視圖；圖9B是圖9A所示的鞋底夾層的側視圖；圖10A是依據(jù)本發(fā)明一個實施例的、用于形成泡沫零件的六邊形模具型腔形狀的側視圖；圖10B是圖10A所示的六邊形模具型腔形狀的透視圖；圖10C是使用圖10A所示的六邊形模具型腔形狀形成的泡沫零件的側視圖；和圖10D是圖10C所示的泡沫零件的透視圖。具體實施方式本文所描述的發(fā)明涉及用于生產(chǎn)例如用于鞋類的改進的注射成型聚合物泡沫制品的系統(tǒng)和方法，以及由此形成的所得泡沫零件。本文所描述的系統(tǒng)和方法可以用于生產(chǎn)多種零件，例如但不限于用于鞋類的鞋底夾層或用于它的部件。在一個示例性實施例中，本文所描述的系統(tǒng)和方法能夠用于生產(chǎn)聚合泡沫元件，所述聚合泡沫元件能夠被插入鞋底的鞋底夾層內(nèi)的空腔中，以便為鞋底提供改進的性能。依據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種用于生產(chǎn)微發(fā)泡材料(例如，泡沫零件)的示例性注射成型系統(tǒng)100在圖1中被示出。在本實施例中，注射成型系統(tǒng)100用于注塑聚合材料制品。注射成型系統(tǒng)100包括擠出系統(tǒng)102，所述擠出系統(tǒng)102包括聚合物處理螺紋件104，所述聚合物處理螺紋件104在筒體106內(nèi)是可旋轉的，以在螺紋件104與筒體106之間限定出的聚合物處理空間110內(nèi)沿下游方向108傳輸聚合材料。例如呈粒狀形態(tài)的聚合材料從聚合材料輸送系統(tǒng)112被輸送到聚合物處理空間110中，所述聚合材料輸送系統(tǒng)112例如為但不限于料斗，所述料斗具有與聚合物處理空間110流體連通的輸送端口114。在一個實施例中，筒體106可以被安裝在筒體106的外表面上的一個或多個加熱單元116加熱。另一種可選方式是，加熱單元116可以被安裝在筒體106內(nèi)和/或延伸至少部分地穿過筒體。在混合之前加熱單元116可以用于將筒體106加熱至升高的筒體溫度，并在混合和注射期間將筒體106保持在該升高的溫度。在一個實施例中，加熱單元116能夠將筒體106保持在大約380℉～420℉之間的升高的筒體溫度。在一個示例性實施例中，比如對于使用TPU作為聚合材料的泡沫零件的形成來說，所述升高的筒體溫度可以為大約400℉。在替代實施例中，可以采用更高或者更低的筒體溫度。在一個實施例中，聚合物處理空間110可以包括多個加熱區(qū)域，所述多個加熱區(qū)域從用于聚合材料輸送系統(tǒng)112的輸送端口114向聚合物處理空間110的鄰近出口噴嘴136的遠端部分132延伸。作為結果，聚合物處理空間110內(nèi)的聚合材料和/或發(fā)泡劑的溫度在整個混合和注射工藝中能夠被精確地控制。在一個實施例中，注射成型系統(tǒng)100具有五個在輸送端口114與聚合物處理空間110的遠端部分132之間延伸的加熱區(qū)域，以及處于出口噴嘴136中的第六加熱區(qū)域。在替代實施例中，可以使用更多或者更少數(shù)量的加熱區(qū)域，例如，1個加熱區(qū)域、2個加熱區(qū)域、3個加熱區(qū)域或者4個加熱區(qū)域，不包括出口噴嘴136的加熱區(qū)域。筒體106可以聯(lián)接有一個或多個監(jiān)測元件118(例如，壓力換能器、溫度傳感器、化學傳感器和/或流速監(jiān)測器)，以監(jiān)測聚合物處理空間110內(nèi)的狀態(tài)。聚合材料可以包括或者基本上由以下材料構成：聚合物、彈性體和/或熱塑性塑料。例如，聚合材料可以是熱塑性聚氨酯(TPU)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、DuPont?Surlyn?或者熱塑性橡膠(TPRs)。TPU可以例如包括或者基本上由以下材料構成：Pellethane?或者Utechllan?；和例如Pel...