热塑性弹性体软木复合材料

文档序号:704256 发布日期:2021-04-13 浏览:48次 >En<

阅读说明:本技术 热塑性弹性体软木复合材料 (Thermoplastic elastomer cork composite material ) 是由 迈克尔·巴克 约旦·帕默尔 于 2019-08-01 设计创作,主要内容包括:制造软木复合材料的方法和软木复合材料。所述方法可以包括提供位于空间中的多个软木颗粒并向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体以提供热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物。所述方法可以包括搅拌软木颗粒和/或热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物,以及加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物。所述方法可以包括使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却。所述方法的步骤一起可以使得多个经涂覆的软木颗粒涂覆在热塑性弹性体的第一层中。(A method of making a cork composite and a cork composite. The method can include providing a plurality of cork particles positioned in a space and adding a dispersion of a thermoplastic elastomer to the space to provide a mixture of the dispersion of thermoplastic elastomer and the cork particles. The method can include agitating the cork particles and/or the dispersion of the thermoplastic elastomer and the mixture of cork particles and heating the mixture of thermoplastic elastomer and cork particles. The method may include cooling the mixture of thermoplastic elastomer and cork particles. The steps of the method together may result in a plurality of coated cork particles being coated in a first layer of thermoplastic elastomer.)

热塑性弹性体软木复合材料

相关申请的引用

本申请要求2018年8月2日提交的题为THERMOPLASTIC ELASTOMER CORKCOMPOSITE的美国申请第62/713,979号的优先权,其在此通过引用并入本文。就美国而言,本申请根据35 U.S.C.§119要求2018年8月2日提交的题为THERMOPLASTIC ELASTOMER CORKCOMPOSITE的申请第62/713,979号的权益。

技术领域

本申请涉及软木复合材料。更具体地,本发明的方面涉及热塑性弹性体软木复合材料。

背景技术

软木是多用途的天然材料。未加工的软木是轻量的、弹性的、柔性的、不可渗透气体或液体的以及不可腐烂的。未加工的软木是良好的电、热、声、和振动的绝缘体。软木的这些独特的特性源自其封闭的单元结构。软木的单元填充有类似于空气的气体混合物,其有助于软木的性能在压缩之后恢复。软木的这些机械特性与其为天然的、可再生的、和可回收的材料组合使软木可期望用于各种应用。

在其未加工的形式中,可能无法以期望的形状和尺寸获得软木。此外,在其未加工的形式中,可能不容易操控软木以形成期望的形状和尺寸。因此,通常采用由结合在一起的天然软木颗粒构成的软木聚集体。然而,对于许多应用,由聚集的软木制造的通常的制品倾向于太脆、太过刚性、太硬、和/或太重。另外,几乎没有能力控制和/或调节给定的软木复合材料的密度水平或缓冲特性。

现有的粘合剂通常以这样的方式与软木结合:使得复合材料和由这样的复合材料制造的最终部件的所得机械特性取决于且受限于软木自身的机械特性,而没有从聚合物基体材料的机械特性受益。因此,最终部件的机械特性不比完全由固体软木制成的相同形式的部件更好。

相反,现有的粘合剂可以以这样的方式与软木粘合:使得复合材料和由这样的复合材料制造的最终部件的所得机械特性取决于且受限于聚合物基体本身的机械特性,而没有从软木的机械特性受益。因此,最终部件的机械特性可能不比完全由固体聚合物制成的相同形式的部件更好。

聚氨酯软木复合材料可以是低密度或高密度的。低密度基于聚氨酯的软木复合材料通常容易损坏或破裂,并且是软且脆的。另一方面,基于高密度聚氨酯的软木复合材料不那么脆,但因此是刚性的。

基于胶乳的软木复合材料通常使用最少量的未加工的软木。因此,最终复合材料和由这样的复合材料制造的最终部件的机械特性很大程度上取决于聚合物基体的机械特性。此外,硫化的胶乳是深色的并且仅是适度半透明的,使得最终制品可能无法在视觉上识别为软木。

普遍期望软木复合材料是易于制造的、可模制的,并且具有期望的和可控制的机械特性(例如密度、强度、弹性等)。普遍期望软木复合材料比天然软木更软、更柔、更耐久。普遍期望软木复合材料至少大致与例如鞋类中使用的合成泡沫同样软、柔和耐久。

相关技术的前述实例和与其相关的限制旨在为说明性的而不是排他性的。在阅读本说明书和研究附图后,相关技术的其他限制对于本领域技术人员将变得明显。

发明内容

结合意在为示例性和说明性的而非限制范围的系统、工具和方法来描述和说明以下实施方案和其方面。在多种实施方案中,减少或消除了上述问题中的一者或更多者,而另一些实施方案针对其他改进。

本发明的一个方面提供了制造软木复合材料的方法。所述方法可以包括:(a)提供位于空间中的多个软木颗粒;(b)向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体以提供热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物;(c)搅拌热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物;(d)加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物;以及(e)使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却。步骤(a)、(b)、(c)、(d)和(e)一起可以使得多个经涂覆的软木颗粒涂覆在热塑性弹性体的第一层中。

在一些实施方案中,所述方法可以包括:(f)向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体以提供热塑性弹性体的分散体和经涂覆的软木颗粒的混合物;(g)搅拌热塑性弹性体的分散体和经涂覆的软木颗粒的混合物;(h)加热热塑性弹性体和经涂覆的软木颗粒的混合物;以及(i)使热塑性弹性体和经涂覆的软木颗粒的混合物冷却。步骤(f)、(g)、(h)和(i)一起可以使得多个经涂覆的软木颗粒涂覆在热塑性弹性体的第二层中。

在一些实施方案中,所述方法包括:对于多个经涂覆的软木颗粒,重复步骤(f)、(g)、(h)和(i)直至软木复合材料具有30重量%至80重量%热塑性弹性体的组成。在一些实施方案中,所述方法包括:对于多个软木颗粒,重复步骤(f)、(g)、(h)和(i)直至软木复合材料具有软木复合材料为60重量%至80重量%热塑性弹性体的组成。在一些实施方案中,所述方法包括:对于多个软木颗粒,重复步骤(f)、(g)、(h)和(i)直至软木复合材料具有软木复合材料为70体积%至90体积%软木颗粒的组成。在一些实施方案中,所述方法包括:对于多个软木颗粒,重复步骤(f)、(g)、(h)和(i)直至软木复合材料具有75体积%至85体积%软木颗粒的组成。

在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者的最大尺寸为0.5mm至2.0mm。在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者的最大尺寸为0.5mm至1.0mm。在一些实施方案中,按颗粒的数量计的90%的多个软木颗粒的最大尺寸为0.5mm至2.0mm。在一些实施方案中,按颗粒的数量计的90%的多个软木颗粒的最大尺寸为0.5mm至1.0mm。在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者已通过具有圆形孔的筛,所述圆形孔各自具有小于或等于2.0mm的直径。在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者已通过具有圆形孔的筛,所述圆形孔各自具有小于或等于1.0mm的直径。

在一些实施方案中,每个软木颗粒包封在5层至12层的热塑性弹性体中。在一些实施方案中,每个软木颗粒包封在10层至20层的热塑性弹性体中。

在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含生物聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含基于玉米的生物聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含基于藻油的生物聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含基于乙醇的生物聚合物。

在一些实施方案中,所述方法包括向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体,包括将热塑性弹性体的分散体喷洒到所述空间中。

在一些实施方案中,所述空间由转筒的腔限定,以及搅拌热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物包括将热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物在转筒中混合。

在一些实施方案中,热塑性弹性体的分散体包括热塑性弹性体的水性分散体。在一些实施方案中,热塑性弹性体的分散体包括热塑性弹性体的基于油的分散体。在一些实施方案中,热塑性弹性体的分散体包括热塑性弹性体的基于溶剂的分散体。

在一些实施方案中,加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物包括将热塑性弹性体和软木颗粒的混合物加热到至少60℃。在一些实施方案中,加热热塑性弹性体和软木颗粒包括将热塑性弹性体和软木颗粒的混合物加热到至少65℃。在一些实施方案中,加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物包括将热塑性弹性体和软木颗粒的混合物加热到至少70℃。在一些实施方案中,加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物包括加热热塑性弹性体的混合物直至所述空间中的湿度低于10%。在一些实施方案中,加热热塑性弹性体的混合物和软木颗粒的混合物包括加热热塑性弹性体直至所述空间中的湿度低于5%。

在一些实施方案中,使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却包括使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却到低于55℃。在一些实施方案中,使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却包括使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却到低于50℃。在一些实施方案中,使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却包括通过将空气吹到所述空间中来主动冷却热塑性弹性体和软木颗粒的混合物。

在一些实施方案中,所述方法包括在向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体的同时搅拌热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物。在一些实施方案中,所述方法包括在加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物的同时持续搅拌热塑性弹性体和软木颗粒的混合物。在一些实施方案中,所述方法包括在使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却的同时持续搅拌热塑性弹性体和软木颗粒的混合物。

在一些实施方案中,向软木颗粒中添加热塑性弹性体的分散体的混合物包括以软木颗粒比热塑性弹性体的分散体按重量计为1.25:1至5:1的比例向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体的混合物。

在一些实施方案中,对于步骤(b),向所述空间中添加第一量的热塑性弹性体的分散体,以及对于步骤(f),向所述空间中添加第二量的热塑性弹性体的分散体,其中第二量小于第一量。在一些实施方案中,第二量比第一量小12重量%至40重量%。

本发明的另一个方面提供了用于制造一件鞋类(a piece of footwear)的中底的至少一部分的方法。所述方法可以包括如本文中所述的制造软木复合材料的方法。在一些实施方案中,所述方法包括将多个经涂覆的软木颗粒引入到模具中以形成一件鞋类的中底的至少一部分。在一些实施方案中,所述方法包括向模具中的多个经涂覆的软木颗粒施加压力。在一些实施方案中,所述方法包括向模具中的多个经涂覆的软木颗粒施加热。

本发明的另一个方面提供了软木复合材料。软木复合材料可以包含多个软木颗粒,其中每个软木颗粒包封在热塑性弹性体中。

在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者的最大尺寸为0.5mm至2.0mm。在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者的最大尺寸为0.5mm至1.0mm。在一些实施方案中,按软木颗粒的数量计的90%的多个软木颗粒的最大尺寸为0.5mm至2.0mm。在一些实施方案中,按软木颗粒的数量计的90%的多个软木颗粒的最大尺寸为0.5mm至1.0mm。在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者已通过具有圆形孔的筛,各个孔具有小于或等于2.0mm的直径。在一些实施方案中,多个软木颗粒中的每一者已通过具有圆形孔的筛,各个孔具有小于或等于1.0mm的直径。

在一些实施方案中,软木复合材料的组成为50重量%至80重量%热塑性弹性体。在一些实施方案中,软木复合材料的组成为70重量%至80重量%热塑性弹性体。在一些实施方案中,软木复合材料的组成为70体积%至90体积%软木颗粒。在一些实施方案中,软木复合材料的组成为75体积%至85体积%软木颗粒。

在一些实施方案中,每个软木颗粒包封在热塑性弹性体的多个层中。在一些实施方案中,每个软木颗粒包封在10层至20层的热塑性弹性体的层中。在一些实施方案中,每个软木颗粒包封在5层至12层的热塑性弹性体的层中。

在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含苯乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含生物聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含基于玉米的生物聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含基于藻油的生物聚合物。在一些实施方案中,热塑性弹性体包含基于乙醇的生物聚合物。

在一些实施方案中,软木复合材料的硬度为20Asker C至80Asker C。在一些实施方案中,软木复合材料的硬度为40Asker C至80Asker C。在一些实施方案中,软木复合材料的平均弹性模量为1.0MPa至5.0MPa。在一些实施方案中,软木复合材料的平均弹性模量为1.41MPa至4.06MPa。在一些实施方案中,软木复合材料的比重为0.20gm/cm-3至0.47gm/cm-3。在一些实施方案中,软木复合材料的比重为0.29gm/cm-3至0.47gm/cm-3。在一些实施方案中,软木复合材料的能量返回百分比为43%至46%。

除了上述示例性方面和实施方案之外,另外的方面和实施方案将通过参照附图并通过研究以下详细描述而变得明显。

附图说明

在附图的参照图中示出了示例性实施方案。旨在将本文中公开的实施方案和附图视为说明性而非限制性的。

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的软木复合材料颗粒体的截面的示意图。

图2是根据本发明的一个示例性实施方案的用于制造软木复合材料的方法的流程图。

图3A是根据本发明的一个示例性实施方案的用于制造软木复合材料的方法的一个或更多个步骤的示意图。图3B是用于实施图2的方法的部分或全部的自动化系统的示意图。

图4是根据本发明的一个示例性实施方案的用于制造软木复合材料的方法的示意图。

图5是根据本发明的一个示例性实施方案的软木复合材料被拉伸的截面的示意图。

图6是示出通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的比重的条形图。

图7是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的应力-应变图。

图8A是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的初始弹性模量λo的条形图。图8B是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的平均弹性模量λavg的条形图。

图9A是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的可压缩性的条形图。图9B是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的负载能力的条形图。

图10A是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的按体积计的能量容量的条形图。图10B是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的按重量计的能量容量的条形图。

图11A是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的峰值缓冲效率的条形图。图11B是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的峰值重量效率的条形图。

图12A是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的能量返回的条形图。图12B是通过第三方测试确定的示例性软木复合材料样品和示例性泡沫样品的非线性的条形图。

具体实施方式

在以下描述中阐述了具体细节以向本领域技术人员提供更透彻的理解。然而,可能没有示出或详细描述公知的要素以避免不必要地使本公开内容模糊。因此,描述和附图应被认为是说明性的而非限制性的含义。

本发明的一个方面提供了软木复合材料。在一些实施方案中,软木复合材料包含涂覆或包封在热塑性弹性体中的多个软木颗粒。在一些实施方案中,软木复合材料包含多个软木复合材料颗粒体,其中每个软木复合材料颗粒体包含涂覆或包封在热塑性弹性体中的软木颗粒。在一些实施方案中,软木复合材料包含嵌入在热塑性弹性体基体中的多个软木颗粒。

本发明的另一个方面提供了用于制造软木复合材料和/或软木复合材料颗粒体的方法。在一些实施方案中,所述方法包括:(a)提供位于空间中的多个软木颗粒;(b)向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体以提供热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物;(c)搅拌热塑性弹性体的分散体和软木颗粒的混合物;(d)加热热塑性弹性体和软木颗粒的混合物;以及(e)使热塑性弹性体和软木颗粒的混合物冷却。步骤(a)、(b)、(c)、(d)和(e)一起可以使得多个经涂覆的软木颗粒涂覆在热塑性弹性体的第一层中。在一些实施方案中,所述方法可以包括:(f)向所述空间中添加热塑性弹性体的分散体以提供热塑性弹性体的分散体和经涂覆的软木颗粒的混合物;(g)搅拌热塑性弹性体的分散体和经涂覆的软木颗粒的混合物;(h)加热热塑性弹性体和经涂覆的软木颗粒的混合物;以及(i)使热塑性弹性体和经涂覆的软木颗粒的混合物冷却。步骤(f)、(g)、(h)和(i)一起可以使得多个经涂覆的软木颗粒涂覆在热塑性弹性体的第二层中。

本发明的方面提供了包含多个软木复合材料颗粒体10(在图1中示意性地描绘了其中之一)的软木复合材料5。每个软木复合材料颗粒体10包含涂覆或包封在聚合物14中的软木颗粒12。图1是包含通过聚合物14涂覆或包封的软木颗粒12的示例性软木复合材料颗粒体10的截面的示意性描绘。应理解,虽然软木颗粒12的截面被描绘为圆形,但这是示意性表示并且不是强制性的。软木颗粒12可以具有任何截面形状。此外,软木颗粒12的外表面不一定如所描绘的那样光滑,并且可以在纹理和表面粗糙度方面具有变化。类似地,应理解,虽然软木复合材料颗粒体10的聚合物14涂层的截面被描绘为圆形,但这是示意性表示并且不是强制性的。软木复合材料颗粒体10可以具有任何截面形状。此外,软木复合材料颗粒体10的外表面不一定如所描绘的那样光滑,并且可以在纹理和表面粗糙度方面具有变化。

软木复合材料5可以包含嵌入在聚合物14的基体22中的多个软木颗粒12(如图4的示意性描绘所示)。在一些实施方案中,软木复合材料颗粒体10(例如,如图1所示)是在制造包含嵌入在聚合物14的基体22中的多个软木颗粒12的软木复合材料5的过程中的中间步骤的产物。

软木复合材料5和/或其颗粒体10可以使用多种方法来制造。软木颗粒12可以通过化学方法(例如,使用溶剂)、物理化学方法或物理方法涂覆在聚合物14中。例如,用于将聚合物14涂覆到软木颗粒12上的物理方法的非限制性实例包括空气悬浮(例如,在流化床反应器中)、喷雾干燥、喷雾凝结、造粒或锅包衣(例如基于分散体的锅包衣或热熔喷涂)。

图2描绘了根据特定示例性实施方案的用于制造软木复合材料颗粒体10的方法100。在步骤110中,提供软木颗粒12。在步骤110中,可以将软木颗粒12提供(例如,引入)到空间18中。在一些实施方案中,如图3A示意性地描绘的,空间18由容器20的腔限定。例如,容器20可以包括锅包衣滚筒、水泥混合滚筒、一些其他形式的旋转和/或枢转滚筒等。空间18可以由能够支撑软木颗粒12的至少一个表面来限定(或部分限定)。例如,空间18可以由容器20(例如,如图3A所描绘)、托盘、传送带的表面和/或任何其他合适的表面至少部分地限定。虽然如本文所述的方法100是指在空间18中发生的一系列步骤,但空间18的具体实例可以在整个方法100中改变。例如,应理解,方法100的一个或更多个步骤可以在一个或更多个不同的空间中实施(同时地或顺序地)。例如,对于方法100的一个或更多个步骤,可以将空间18的内容物移动至不同的空间18,或者对于方法100的一个或更多个步骤,可以将空间18的内容物分成多个空间18(或者反之亦然)。

在一些实施方案中,软木颗粒12可以在步骤110中和/或在步骤110之前任选地被处理。这样的预处理步骤未在图2中明确示出。例如,在一些实施方案中,可以将软木颗粒12用水(例如,蒸馏水)或醇(例如,异丙醇)洗涤。在一些实施方案中,可以将软木颗粒12用表面活性剂预处理以改善聚合物14与软木颗粒12之间的粘附性。在一些实施方案中,可以将软木颗粒12预处理以具有期望的表面粗糙度,这可以帮助改善聚合物14与软木颗粒12之间的粘附性。软木颗粒12的这样的预处理不是强制性的。

软木颗粒12可以包含未加工的软木颗粒。例如,软木颗粒12可以包含处理未加工的软木的副产物。另外地或替代地,软木颗粒12可以包含回收的软木。

软木颗粒12可以具有各种尺寸。在一些实施方案中,软木颗粒12具有大于0.3mm的最长尺寸(最大尺寸)d,使得软木复合材料12从软木颗粒12的单元结构受益,该结构可以不存在于最大尺寸小于0.3mm的软木的颗粒中。在一些实施方案中,软木颗粒12具有0.3mm至3.0mm的最大尺寸d。在一些实施方案中,软木颗粒12具有0.3mm至1.2mm的最大尺寸d。在一些实施方案中,软木颗粒12具有0.5mm至1.0mm的最大尺寸d。在一些实施方案中,至少90%的软木颗粒12(按颗粒的重量、体积或数量计)具有0.5mm至3.0mm的最大尺寸d。在一些实施方案中,至少90%的软木颗粒12(按颗粒的重量、体积或数量计)具有0.5mm至1.0mm的最大尺寸d。在一些实施方案中,至少95%的软木颗粒12(按颗粒的重量、体积或数量计)具有0.5mm至1.0mm的最大尺寸d。在一些实施方案中,软木颗粒12通过具有圆形孔(所述圆形孔各自具有小于或等于1.0mm的直径)或矩形孔(所述矩形孔各自具有小于或等于1.0mm的对角的角至角间距)的筛(例如,机械筛)来分类。在一些实施方案中,软木颗粒12通过具有圆形孔(所述圆形孔各自具有小于或等于2.0mm或3.0mm的直径)或矩形孔(所述矩形孔各自具有小于或等于2.0mm或3.0mm的对角的角至角间距)的筛(例如,机械筛)来分类。

在一些实施方案中,软木颗粒12包含低密度软木。软木颗粒12的密度可以为45kg/m3至65kg/m3。软木颗粒12的密度可以为51kg/m3至57kg/m3。在一些实施方案中,至少90%的软木颗粒12(按颗粒的重量、体积或数量计)具有51kg/m3至57kg/m3的密度。在一些实施方案中,至少95%的软木颗粒12(按颗粒的重量、体积或数量计)具有51kg/m3至57kg/m3的密度。

在一些实施方案中,软木颗粒12的湿度为5%至11%。

在步骤120中,向存在有软木颗粒12的空间18中添加聚合物14的分散体16以形成软木颗粒12和分散体16的混合物。可以使用多种技术向其中存在有软木颗粒12的空间18中添加聚合物14的分散体16。在一些实施方案中,如图3A所示,将聚合物14的分散体16喷洒(例如,用压力喷洒器)到空间18中。

在一些实施方案中,聚合物14包含热塑性弹性体或由其组成。例如,聚合物14可以包含苯乙烯嵌段共聚物或由其组成。在一些实施方案中,聚合物14可以包含苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物或由其组成。在一些实施方案中,聚合物14包含以下或由以下组成:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物、苯乙烯-丁烯-苯乙烯聚合物(例如,RAPLANTM)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯聚合物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯聚合物、热塑性烯烃聚合物、热塑性聚氨酯、一些其他合适的热塑性弹性体和/或这样的热塑性弹性体的组合。

在一些实施方案中,聚合物14包含生物聚合物或由其组成。例如,在一些实施方案中,聚合物14包含以下或由以下组成:基于玉米的聚合物、基于藻油的聚合物、基于乙醇的聚合物、一些其他合适的生物聚合物和/或这样的生物聚合物的组合。在一些实施方案中,聚合物14包含生物聚合物热塑性弹性体或由其组成。在一些实施方案中,聚合物14包含以下或由以下组成:Dryflex GreenTM、TerrapreneTM、一些其他合适的生物聚合物热塑性弹性体和/或这样的生物聚合物热塑性弹性体的组合。

在一些实施方案中,聚合物14是软触感的、磨砂加工的、无光泽的或缎面加工的热塑性弹性体。

在一些实施方案中,聚合物14能够在失效(例如破裂)之前伸长其原始长度的200%至300%。在一些实施方案中,聚合物14能够在失效(例如破裂)之前伸长其原始长度的大于500%。在一些实施方案中,聚合物14能够在失效(例如破裂)之前伸长其原始长度的大于1000%。在一些实施方案中,聚合物14能够在失效(例如破裂)之前伸长其原始长度的大于1300%。

在一些实施方案中,聚合物14可以基于软木复合材料5的期望的特性来选择。例如,可以选择聚合物14以调节软木复合材料5的硬度、弹性、压缩强度、拉伸强度、密度、缓冲效率、能量返回、冲击吸收、减振、耐久性、刚性、模制温度等。

聚合物14的分散体16可以包括任何合适的分散体。例如,聚合物14的分散体16可以为基于溶剂的(例如,基于甲苯的)分散体、基于油的(例如,基于矿物油的)分散体和/或基于水的分散体。聚合物14的分散体16可以以任何合适的方式制造。在一些实施方案中,出于环境原因,采用基于水的分散体。

聚合物14的分散体16可以通过化学过程或机械过程来制造。例如,用于制造分散体16的非限制性示例性化学过程包括采用溶剂以溶解聚合物14使得可以将聚合物14与水混合。然后可以从混合物中除去或去除溶剂以留下基于水的分散体。或者,用于制造分散体16的非限制性示例性机械过程包括使用高剪切分散体混合。任选地,可以通过在线均化器处理聚合物14的分散体16以进一步减小颗粒尺寸和均化。

在一些实施方案中,可以采用组成为40重量%至60重量%水和40重量%至60重量%聚合物14的聚合物14的水性分散体16。在一些实施方案中,可以采用组成为45重量%至55重量%水和45重量%至55重量%聚合物14的聚合物14的水性分散体16。在一些实施方案中,可以采用组成为约50重量%水和50重量%聚合物14的聚合物14的水性分散体16。

在步骤120中添加到包含软木颗粒12的空间18中的聚合物14的分散体16的量可以取决于各种因素。例如,在步骤120中添加到软木颗粒12中的聚合物14的分散体16的量可以取决于是否已向软木颗粒12中添加任何的聚合物14的分散体16、软木复合材料5的期望组成、空间18或容器20内部的温度、添加到软木颗粒12中的聚合物14的先前层的水分含量等。在一些实施方案中,向软木颗粒12中添加聚合物14的分散体16直至软木颗粒12开始不期望地结块在一起而形成团簇。

团簇可以包含一起成组并用聚合物14涂覆作为整体代替单独涂覆或加上单独涂覆的多个软木颗粒12。团簇可以在方法100的各个步骤中形成。可以通过(自动地和/或手动地)监测和调节过程温度、材料流量、水分/湿度水平等来使团簇100的出现最小化。

在一些实施方案中,在方法100期间(例如,在步骤130、140、150中的一者或更多者之后或期间)或者在方法100结束时除去团簇。例如,可以使方法100的最终产物(或者方法100在步骤130、140、150中的一者或更多者中的中间产物)通过网筛(或筛),使得除去团簇。在一些实施方案中,网筛可以具有孔,所述孔具有1.0mm、2.0mm、2.5mm或3.0mm的直径(圆形孔)或角至角的对角尺寸(矩形孔)。网筛的孔的尺寸可以取决于方法100中采用的软木颗粒12的尺寸和在方法100期间涂覆在软木颗粒12上的聚合物14的量。如果在方法100期间的中间步骤中除去团簇,则可以期望调节在随后的步骤中添加的聚合物14分散体的量和/或向空间18或容器20中添加替代颗粒体10以适应被除去的团簇。

如本文进一步描述的,在除去之后,可以对团簇进行再处理、再利用和/或回收。

在步骤130中,搅拌软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物。在一些实施方案中,步骤130的搅拌可以在步骤120之前开始,使得在添加聚合物14的分散体16之前和/或同时搅拌软木颗粒12。这不是强制性的。步骤130可以在步骤120期间或之后开始。可以使用各种技术来搅拌软木颗粒12和/或聚合物14的分散体16。例如,可以将空间18或容器20旋转、振动、往复枢转和/或摇动以搅拌软木颗粒12和聚合物14的分散体16。替代地或另外地,可以迫使气体(例如空气)流过空间18或容器20以搅拌软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物。在通过锅包衣滚筒提供空间18的情况下,可以将滚筒旋转或往复枢转以搅拌软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物。软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物的搅拌可以在步骤140之前结束,或者可以继续贯穿步骤140、150和160中的一者或更多者。例如,在一些实施方案中,在方法100期间持续搅拌软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物。

在步骤140中,可以加热软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物。可以采用各种热源以加热软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物。例如,容器20可以包括加热线圈或者可以位于加热线圈、燃烧器或另外的合适的热源上方。或者,可以使用一个或更多个鼓风机、风扇等迫使经加热的气体(例如空气)流过空间18或容器20。

可以将软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物加热到在一些实施方案中至少60℃,在一些实施方案中至少65℃,或者在一些实施方案中至少70℃的温度。在一些实施方案中,可以将软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物加热到60℃至75℃的温度。混合物被加热到的温度可以取决于聚合物14的组成。例如,混合物被加热到的温度可以取决于聚合物14的玻璃化转变温度和/或熔化温度。特别地,可以期望混合物被加热到的温度低于聚合物14的硬质相的玻璃化转变温度。在一些实施方案中,期望容器20自身的表面(例如,限定空间18的表面)不超过软木颗粒和聚合物14的分散体16的混合物的温度。

随着软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物被加热,来自水性分散体16的水(或溶剂)可以蒸发,从而使得空间18中(例如,容器20的腔中)的湿度暂时增加或保持为相对高。随着软木颗粒12和分散体16的混合物中的来自水性分散体16的水的量减少(并且随着水分离开空间18),空间18中的湿度可以降低。空间18中的湿度降低可以表明已经从软木颗粒12和分散体16的混合物中除去了足够的来自分散体16的水。从软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物中除去所有或基本上所有的水可以产生涂覆或包封在聚合物14中的软木的经涂覆的颗粒12。在一些实施方案中,加热软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物直至所有或基本上所有的水从混合物中蒸发。在一些实施方案中,加热软木颗粒12和聚合物14的分散体16的混合物直至空间18或容器20中的湿度低于阈值(例如,10%、5%、2%或1%的湿度)或处于阈值(例如10%、5%、或0%的湿度)。例如,可以提供湿度传感器以确定空间18或容器20内的局部湿度,当湿度传感器读取到湿度已经达到或低于阈值时,可以关闭热源或将其从容器20移除。

在步骤150中,使软木的经涂覆的颗粒12冷却。在一些实施方案中,使软木的经涂覆的颗粒12冷却到低于55℃或低于50℃。在一些实施方案中,使软木的经涂覆的颗粒12冷却到40℃至55℃的温度。在一些实施方案中,使软木复合材料颗粒体10冷却至室温。可以使用任何合适的技术,例如合适的被动技术或合适的主动技术来使软木的经涂覆的颗粒12冷却。在一些实施方案中,软木的经涂覆的颗粒12通过穿过空间18或在空间18中的空气流来冷却。在一些实施方案中,软木的经涂覆的颗粒12在被搅拌的同时通过空气流来冷却。

在一些实施方案中,软木复合材料5的每个软木颗粒12的外表面完全(例如,100%)覆盖、涂覆或包封在聚合物14中。在一些实施方案中,通过重复步骤120至150,软木颗粒12覆盖、涂覆或包封在聚合物14的多个层中直至在步骤160中满足阈值。层可以限定为在步骤120至150的单次发生期间涂覆在软木颗粒12上的聚合物14的不连续量。在一些实施方案中,在方法100之后,单个层在视觉上(和/或以其他方式)是可辨别的。在另一些实施方案中,多个层中的每一者与其他层在视觉上(和/或以其他方式)是不可辨别的。在一些实施方案中,软木颗粒12覆盖、涂覆或包封在5层至12层的聚合物14中。在一些实施方案中,软木颗粒12覆盖、涂覆或包封在10层至20层的聚合物14中。在一些实施方案中,软木颗粒12覆盖、涂覆或包封在不同聚合物14的多个层中。例如,聚合物的每一层可以包含前述聚合物中的任一者。此外,聚合物的一些内层(例如,不是颗粒体10的聚合物的最外层)可以包含热固性聚合物或另外的合适的聚合物。

在步骤160中,确定是否:(1)满足阈值并且方法100完成;或者(2)不满足阈值并且方法100返回到步骤120以开始在聚合物14的另外的层中涂覆软木颗粒12。在一些实施方案中,步骤160中的阈值至少部分地基于软木复合材料5的期望组成。例如,框160的阈值可以为软木材料5的期望组成或者涂覆在每个软木颗粒12上的聚合物14的期望厚度。

在一些实施方案中,框160的阈值可以为70体积%至90体积%软木颗粒12的软木复合材料5组成。在一些实施方案中,框160的阈值可以为75体积%至85体积%软木颗粒12的软木复合材料5组成。在一些实施方案中,框160的阈值可以为软木复合材料5的组成为80体积%至90体积%软木颗粒12。在一些实施方案中,框160的阈值可以为软木复合材料5的组成为50重量%至80重量%聚合物14。在一些实施方案中,框160的阈值可以为软木复合材料5的组成为70重量%至80重量%聚合物14。

在一些实施方案中,为了框160的阈值而采用的软木复合材料5的组成可以基于软木复合材料5的期望特性来选择。例如,可以选择软木复合材料5的组成以调节软木复合材料5的硬度、弹性、压缩强度、拉伸强度、密度、缓冲效率、能量返回、冲击吸收、减振、耐久性、刚性、模制温度等。

在一些实施方案中,框160的阈值可以为以聚合物14的厚度t涂覆每个软木颗粒12。例如,聚合物14的这样的阈值厚度t可以为例如100μm至350μm、100μm至125μm、150μm至200μm、150μm至300μm、或200μm至250μm。

在一些实施方案中,在方法100中步骤120的每次出现时,可以向软木颗粒12中添加一致量的聚合物14的分散体16。这不是强制性的。在另一些实施方案中,对于方法100中步骤120的不同出现,添加到软木颗粒12中的聚合物14的分散体16的量可以是可变的。在一些实施方案中,对于方法100中步骤120的顺序出现,添加到软木颗粒12中的聚合物14的分散体16的量可以减少(例如连续地或以阶梯方式)。

例如,在一种示例性非限制性情形下,可以期望具有组成为70重量%聚合物14和30重量%软木颗粒12的10kg软木复合材料5。在该示例性情形下,聚合物14的分散体16是50重量%水和50重量%聚合物14。在该示例性情形下,向软木颗粒12中添加14kg的聚合物14的分散体16以实现期望的组成。虽然在步骤120至150的十次重复中的每一次期间可以向软木颗粒12中添加1.4kg的聚合物14的分散体16,但这不是强制性的。例如,可以根据以下计划向软木颗粒12中添加聚合物14的分散体16:

表1:聚合物分散体的添加计划

可以按照该计划,直至添加聚合物14的分散体16的全部总重量(例如14kg)并且满足步骤160中的阈值。值得注意地,在步骤120的最后一次出现期间,根据剩余多少,可行的是可以添加聚合物14的分散体16的总重量的小于5%。然而,应理解,虽然表1中提供了在每次步骤120中添加到软木颗粒12中的聚合物14的分散体16的量的计划的一个实例,但不同的计划是可行的并且是可能的。具体地,在步骤120中添加到软木颗粒12中的聚合物14的分散体16的量的任何计划可以取决于软木复合材料5的期望组成、聚合物14的组成、软木颗粒12的尺寸、空间18或容器20内部的温度、向软木颗粒12中添加聚合物14的分散体16的速率、观察到的结块程度、在方法100期间从空间18中除去的团簇的量、混合物的饱和点等。

方法100可以手动地、自动地或者通过手动和自动过程的一些组合来实施。图3B是用于实施方法100的部分或所有步骤的自动化系统200的示意图。系统200包括控制器210。控制器210可以接收来自连接至空间18的多个传感器的反馈。例如,控制器210可以接收来自以下中的一者或更多者的反馈:监测空间18中的湿度的湿度传感器220、监测空间18的物理搅拌的搅拌传感器230、测量空间18(和/或软木颗粒12和/或颗粒体10和/或分散体16)的温度的温度传感器240。控制器210可以根据本文中的方法100来处理这样的反馈以向热源250中的一者或更多者提供指令以加热(或冷却)空间18的内容物,以及向搅拌源260提供指令以搅拌空间18的内容物(例如,以实施步骤130)。虽然未描绘,但在一些实施方案中,系统200可以包括用于滤出团簇、用于预处理软木颗粒12、用于向空间18中添加聚合物14的分散体16、用于使经涂覆的颗粒冷却等的自动化部件。

在一些实施方案中,在步骤140中,控制器210可以使热源250运作并监测湿度传感器220和温度传感器240中的一者或二者。如果控制器210确定空间18中的湿度处于或低于阈值,则控制器210可以根据方法100的步骤140向热源250发出信号以关闭。作为另一个实例,在步骤150中控制器210可以监测来自温度传感器240的反馈以确定软木颗粒12和分散体16的混合物是否充分冷却。类似地,控制器210可以确定是否满足步骤160的阈值。如果满足步骤160的阈值,则控制器210可以根据步骤120使自动化系统开始向空间18中添加分散体16,或者控制器210可以根据步骤120向操作者提供应添加分散体16的视觉和/或听觉信号。

在方法100结束时,可以提供多个软木复合材料颗粒体10。软木复合材料颗粒体10可以被加工以制造各种结构。例如,软木复合材料5可以用于(例如使用合适的热模制技术)鞋类(例如中底、内底、外底等);用于家具的座垫;运动器材(例如自行车座椅、无气自行车轮胎、自行车手柄握把、高尔夫球杆握把、滑雪杖握把、网球拍握把、壁球等);配件(例如腕带、表带、皮带、用于背包的衬垫、手机壳、用于可穿戴设备的衬垫或缓冲器等);耳机;护目镜;眼镜等。软木复合材料5也可以用于汽车工业或航空航天工业中。

在一些实施方案中,可以使用热模制、加热压缩模制等来加工软木复合材料5或软木复合材料颗粒体10以制造各种结构。有利地,可以在与传统热固性塑料相似的条件下使用这样的加工方法来加工软木复合材料5。具体地,本发明人发现,在温度和加热循环时间相对于通常用于制造基于胶乳和聚氨酯的软木复合材料的现有标准生产方法和设备改善(例如,降低)的情况下,可以使用通常用于制造基于胶乳和聚氨酯的软木复合材料的现有标准生产方法和设备来加工软木复合材料5。

例如,如图4示意性地描绘的,可以将包含包封在聚合物14中的软木颗粒12的多个颗粒体10插入模具24中。通过向模具24内部的颗粒体10施加热和/或压力,形成经模制的软木复合材料26。经模制的软木复合材料26可以包含嵌入在聚合物14的聚合物基体22中的软木颗粒12。经模制的软木复合材料26的密度和经模制的软木复合材料26的相关特性(例如,硬度、弹性、压缩强度、拉伸强度、缓冲效率、能量返回、冲击吸收、减振、耐久性、刚性/柔性、模制温度等)可以通过增加或减少放置在模具中的软木复合材料颗粒体10的质量来改变。例如,通过增加放置在模具中的软木复合材料颗粒体10的质量,可以增加经模制的软木复合材料26的密度和硬度。类似地,通过减少放置在模具中的软木复合材料颗粒体10的质量,可以降低经模制的软木复合材料26的密度和硬度。

聚合物基体22和软木颗粒12可以一起起作用以提供具有期望特性的软木复合材料5。用于参照,下表提供了未加工的软木和热塑性弹性体的通常材料特性。

表2:软木和热塑性弹性体的材料特性

材料特性 软木 热塑性弹性体
拉伸强度(MPa) 1至1.2 2至30
压缩强度(MPa) 1至26 2至38
伸长(%) 6至8 50至1300
弹性模量(MPa) 15至40 1至50
密度(g/cm<sup>3</sup>) 0.05至0.24 0.7至1.1

软木复合材料5可以表现出可至少部分归因于软木颗粒12的低密度、良好的能量吸收、良好的压缩强度、期望的美观性(例如类似软木的美观性)和/或良好的弹性。同时,软木复合材料5可以表现出可至少部分归因于聚合物基体22的良好的柔性和耐久性。例如,如图5可以看出的,当软木复合材料在x方向上被拉伸时,具有期望的弹性特性(例如,与天然软木相比,相对低的弹性模量和高的弹性)的聚合物基体22被拉伸,而软木颗粒12没有损坏。

有利地,软木复合材料5(包含本文中讨论的不期望的团簇)可以被回收和/或再利用。例如,通过将软木复合材料5加热到高于聚合物14的熔化温度,可以使软木复合材料5返回成软木复合材料颗粒体10和/或根据期望重新模制成软木复合材料5。另外地或替代地,通过将软木复合材料5加热到高于聚合物14的熔化温度并搅拌软木复合材料5(例如,使用离心机),可以根据期望将软木颗粒12从聚合物14机械分离以回收。任选地,回收的软木颗粒12可以经受真空减压和/或加热以降低这样的回收的软木颗粒12的密度。

已发现,使用方法100制造的软木复合材料5比传统的软木复合材料和天然软木材料更柔、更耐久且更软。具体地,已发现,使用方法100制造的软木复合材料5表现出与通常用于鞋类中的合成泡沫材料相当的柔性、耐久性和柔软性。

聘请第三方测试公司以承担软木复合材料5的初始样品和通常用作鞋类的中底的多种合成泡沫的一些测试。图6至12B呈现了对于硬度为40Asker C、50Asker C、60Asker C、70Asker C和80Asker C的软木复合材料5样品以及第一EVA泡沫、PEBA泡沫、TPU泡沫和第二EVA泡沫的这样的第三方测试的结果。

图6是示出各样品的比重的条形图。如从图6可以看出的,软木复合材料5样品(在图6中称为“参照软木”)比第一EVA泡沫、PEBA泡沫、TPU泡沫和第二EVA泡沫(在图5中统称为“参照”,随后在本文中称为“参照泡沫”)具有更高的比重。

图7示出了各样品的应力-应变图。如可以看出的,软木复合材料5样品的应力-应变曲线与参照泡沫的应力-应变曲线具有相似的形状。然而,在给定应变下,由软木复合材料5样品表现出的应力高于参照泡沫的应力。

图8A是样品的初始弹性模量λo的条形图。初始弹性模量被定义为低应变(线性弹性)范围内应力-应变曲线的初始斜率。如从图8A可以看出的,较低硬度软木复合材料5样品的初始弹性模量与参照泡沫的初始弹性模量相当。图8B是样品的平均弹性模量λavg的条形图。平均弹性模量被定义为直至密实化开始的应力-应变曲线的平均斜率。

图9A是样品的可压缩性的条形图。如从图9A可以看出的,软木复合材料5样品的可压缩性与参照泡沫的可压缩性相当。

图9B是样品的负载能力的条形图。如从图9B可以看出的,软木复合材料5样品的负载能力高于参照泡沫的负载能力。

图10A是样品的按体积计的能量容量的条形图。如从图10A可以看出的,软木复合材料5样品的按体积计的能量容量高于参照泡沫的按体积计的能量容量。

图10B是样品的按重量计的能量容量的条形图。如从图10B可以看出的,除PBA泡沫之外,软木复合材料5样品的按重量计的能量容量与参照泡沫的按重量计的能量容量相当。

图11A是样品的峰值缓冲效率的条形图。如从图11A可以看出的,软木复合材料5样品的峰值缓冲效率与参照泡沫的峰值缓冲效率相当。缓冲系统需要在保持产生的负载尽可能低的同时吸收尽可能多的能量。如图11A所示,缓冲效率被定义为每吸收能量产生的应力。图11B是样品的峰值重量效率的条形图。

图12A是样品的能量返回的条形图。能量返回被定义为当材料恢复或回弹时返回的能量输入的百分比。图12B是样品的非线性的条形图。非线性是材料的刚度或弹性模量在不同压缩程度下如何改变的描述信息。

用于鞋类的最佳缓冲方案可以包含可以为特定应用而映射或调节的材料。换言之,不一定存在对于所有鞋类缓冲方案都是理想的一组材料特性。相反,期望能够根据需要来调节材料以适合不同的缓冲方案。如从图6至图12A可以看出的,测试的软木复合材料5的各种版本表现出相似但不同的特性。因此,通过改变如本文中讨论的软木复合材料5的密度,可以调节软木复合材料5的特性。以这种方式,可以调节或映射软木复合材料5以为各种缓冲应用提供最佳的缓冲方案。

为了说明的目的,本文中已描述了系统、方法和设备的具体实例。这些仅是实例。本文中提供的技术可以应用于除上述示例性系统之外的系统。在本发明的实践中,许多改变、修改、添加、省略和排列是可能的。本发明包括对于本领域技术人员明显的对描述的实施方案的变化,包括通过以下获得的变化:用等同的特征、要素和/或动作代替特征、要素和/或动作;来自不同实施方案的特征、要素和/或动作的混合和匹配;将来自如本文中所述的实施方案的特征、要素和/或动作与其他技术的特征、要素和/或动作组合;和/或省略来自描述的实施方案的组合的特征、要素和/或动作。

各种特征在本文中描述为存在于“一些实施方案”中。这样的特征不是强制性的,并且可以不存在于所有实施方案中。本发明的实施方案可以包括这样的特征中的零者、任一者或者两者或更多者的任意组合。在本领域普通技术人员不可能构造组合有这样的不相容特征的实际实施方案的意义上,这仅限于这样的特征中的某一者与这样的特征中的另一者不相容的程度。因此,“一些实施方案”具有特征A以及“一些实施方案”具有特征B的描述应被解释为本发明人也考虑了组合有特征A和B的实施方案的明确指示(除非描述另有说明或者特征A和B是根本不相容的)。

虽然以上已讨论了许多示例性方面和实施方案,但本领域技术人员将认识到其某些修改、排列、添加和子组合。因此,旨在将以下所附的权利要求和此后引入的权利要求解释为包括所有这样的修改、排列、添加和子组合以与本说明书的最宽泛的解释一致作为整体。

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