TWI792463B - 減震材料之製造方法及含有該減震材料之高分子加工方法 - Google Patents

Abstract

本發明所提供的減震材料之加工方法乃係將預定比例之粉末狀無機物與多元醇混合成一混合物，並經初步攪拌後，將該混合物置入一超音波水浴機中以高於室溫之水溫進行一間歇性的重覆超音波震盪後，再於低壓環境下除去氣體，以獲得具有剪切增稠流體性質之減震材料。

Description

減震材料之製造方法及含有該減震材料之高分子加工方法

本發明係與高分子有關，特別是關於一種減震材料之製造方法以及將該減震材料作為原料之高分子加工方法。

為提高運動之舒適程度，並降低腳部運動時所受之反作用力傷害，增加鞋底緩衝減震能力之技術除了透過結構上的設計來達成外，利用高分子加工技術將原料進行發泡後所形成之氣室空間，亦得以提供緩衝避震之功效。

而就習知技術中被廣泛使用作為鞋底製造原料之乙烯-醋酸乙烯酯共聚物而言，雖其製造成本相對較低，但因其變形率較大，在耐久性上並不理想，容易產生永久變形而不利於對使用者提供穩定的減震避震功效

而同樣被廣泛作為鞋底製造原料之聚氨酯原料，雖其因變形率較小而可提供較佳的耐久效果，但其在減震的功效上仍然未達卓越之程度，仍有再提昇之必要。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種減震材料之加工方法，其係可製得具有剪切增稠流體性質之減震材料，以之作為緩衝減震物品之原料時，可據以獲得高效之減震緩衝功效。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供的減震材料之加工方法乃係依據重量百分比例10：90至30：70的關係將粉末狀無機物與多元醇混合成一混合物，並經初步攪拌後，將該混合物置入一超音波水浴機中以介於攝氏50度至70度之間的水溫進行一間歇性的重覆超音波震盪後，再於低壓環境下除去氣體，以獲得具有剪切增稠流體性質之減震材料。

其中，該無機物係為二氧化矽、碳黑或碳酸鈣，多元醇選自聚丙二醇、聚氧乙基聚氧基甘油醚、聚四氫呋喃二醇其中一者或其組成物。

其中，該間歇性的重覆超音波震盪，係以超音波震盪一第一預定時間長度後靜置一第二預定時間長度之方式重覆進行，其重覆之次數則可依實際條件進行調整，例如在該第一預定時間長度為十分鐘、該第二預定時間長度為一分鐘，其重覆之次數可為六。

而依上述方法所製成之該減震材料則可作為加工原料之成分，並以射出、擠出或其他習知之高分子加工方法進行模製成型加工，換言之，該加工原料之組成係至少以該減震材料與多元醇之混合物作為一第一原料，並以異氰酸酯作為第二原料，再將該第一原料與該第二原料進行混合成為該加工原料後，以習知之高分子成型方法進行模製成型。

其中，異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯。

於本發明一較佳實施例中所提供減震材料之製造方法，其係包含有下述步驟：

a.將如二氧化矽、碳黑或碳酸鈣等粉末狀之無機結晶物，與多元醇以介於10：90至30：70之重量比例混合為一混合物；其中，多元醇可為但不限於聚醚多元醇(例如聚丙二醇)、聚氧乙基聚氧基甘油醚、聚四氫呋喃二醇等任其中一者或其組成物，二氧化矽的顆粒尺寸為14奈米至200奈米，碳黑的顆粒尺寸為5奈米至30奈米，碳酸鈣的顆粒尺寸為40奈米至80奈米。在同樣的混合比例狀況下，顆粒尺寸越小，其成品的吸震效果更卓越，但會造成使用量增大與加工處理時間提高等間題。此外，在該混合物中，還可適量地添加額外的添加物，該添加物可為但不限於聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯、甘油聚氧丙烯聚氧乙烯醚、苯乙烯或丙烯腈其中一者或其組合，其中，為確保該混合物製備的合成產率，通常會提高多元醇所佔的重量比，故添加物需微量或少量地添加，具體來說，該混合物中無機結晶物、多元醇及添加物的混合重量比例介於10：89：1至30：68：2。

b.將該混合物先以慢速進行初步攪拌至大致上均勻。

c.將經初步攪拌之該混合物置入一超音波水浴機中，以介於攝氏50度至70度之水溫、40kHz之超音波頻率，進行一間歇性的重覆超音波震盪，使該無機物與該多元醇間形成有分子間作用力，尤其是氫鍵反應，使得兩者間的結構關係更為穩定，其中，該間歇性的重覆超音波震盪係以超音波震盪一第一預定時間長度後靜置一第二預定時間長度之方式重覆預定之次數，於本實施例中，該第一預定時間長度為十分鐘、該第二預定時間長度為一分鐘、該重覆之預定次數為六次。

d.經完成該間歇性的重覆超音波震盪之該混合物，係再被置入一低壓或真空環境中進行除氣。

e.該d步驟之除氣完成後，即可獲得具有剪切增稠流體性質(Shear Thickening Fluid,STF)之減震材料。

經上述方法所獲得之該減震材料，係可作為例如鞋墊、鞋中底、鞋大底、鞋內緩衝元件或護具等運動用品或其他物品之製造加工原料之組成成分，茲即再舉另一實施例說明以該減震材料作為加工原料成分之高分子加工方法。

該高分子加工方法係包含有下述步驟：

a’.將前述實施例所製得之該減震材料與多元醇、交聯劑、整泡劑、催化劑與發泡劑，在室溫下，於大氣或惰性氣體環境下進行機械性之攪拌至混合均勻成為一第一原料，其中，該第一原料之組成中，各組成成分間之重量百分比例係為，該減震材料係介於1%至10%，該多元醇係介於70%至80%、該交聯劑係介於10%至15%、該整泡劑係介於1%至5%、該催化劑係介於0.1%至1%、該發泡劑係介於0.1%至1%。多元醇可為但不限於聚醚多元醇(例如聚丙二醇)、聚氧乙基聚氧基甘油醚、聚四氫呋喃二醇等任其中一者或其組成物，交聯劑可為但不限於有机過氧化物(例如過氧化二異丙苯(dicumyl peroxide,DCP)、過氧化苯甲醯(BPO)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧基)己烷)，催化劑可為但不限於二月桂酸二丁基錫(DBTDL)或三乙烯二氨(DBACO)，該整泡劑可為但不限於有機類矽化合物或矽油(Silicone Oil)其中一者或其混合物，其中，有機類矽化合物為1,1,3,3-四甲基-1,3-二乙烯基二矽氧烷、三乙基矽烷、三甲基矽烷、三苯基氯矽烷、二(三甲基矽基)氨基钠、二甲基矽烷、二矽烯、二苯基矽二醇、六甲基乙矽烷、四甲基矽烷、烯醇矽醚或聚二甲基矽氧烷。

b'.以一或多種不同之異氰酸酯作為第二原料。其中，異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯。

c'.將該第一原料與該第二原料以重量百分比介於100：40至100：60之比例混合為加工原料，在均勻混合後，以習知加工技術送入一模具內，使該加工原料於模具中進行反應並受模具所模製成型為對應形狀之物品，並於開模取出該物品後，置於室溫中以完成熟化。其中，該加工原料可為但不限於以聚丙二醇與二苯基甲烷二異氰酸酯所合成封閉端異氰酸酯預聚體。此外，為了保持鞋材該有之基本物性，例如硬度(Type C)、比重(g/cm³)、抗拉強度(Kgf/cm²)、延伸率(%)、撕裂強度(Kgf/cm)與壓縮永久形變率(%)等，係對應該第二原料進一步調整該減震材料的比例關係，以調整其成品之能量吸收G值與物性的結果，而下表更表示了無機結晶物為二氧化矽的前提下，不同比例的減震材料所製成的成品之具體試驗數據。

藉此，該減震材料即可被均勻地分布於所製成之物品中，以進一步地提高物品對於物理力的吸收，從而獲得高效的減震緩衝之功效，以提高對於人體所能提供之保護效果。

Claims (9)

1. 一種減震材料之製造方法，係依據重量百分比例10：90至30：70的關係將粉末狀無機物與多元醇混合成一混合物，並經初步攪拌後，將該混合物置入一超音波水浴機中以介於攝氏50度至70度之間的水溫進行一間歇性的重覆超音波震盪後，再於低壓環境下除去氣體；其中，該無機物係為二氧化矽、碳黑或碳酸鈣，多元醇選自聚丙二醇、聚氧乙基聚氧基甘油醚、聚四氫呋喃二醇其中一者或其組成物。
2. 如請求項1所述減震材料之製造方法，其中，該超音波水浴機之超音波之頻率約為40kHz。
3. 如請求項1所述減震材料之製造方法，其中，該間歇性的重覆超音波震盪係以超音波震盪一第一預定時間長度後靜置一第二預定時間長度之方式重覆進行，該第一預定時間長度為十分鐘，該第二預定時間長度為一分鐘。
4. 如請求項3所述減震材料之製造方法，其中，該間歇性的重覆超音波震盪之重覆次數為六。
5. 如請求項1所述減震材料之製造方法，其中，該低壓環境係為真空環境。
6. 一種高分子加工方法，係包含有下述步驟：a.至少將依請求項1至5中任一項所述製造方法所製成之減震材料與多元醇混合為第一原料；b.將異氰酸酯作為第二原料；其中，異氰酸酯為二苯基甲烷二異氰酸酯；c.將該第一原料與該第二原料混合均勻後，送入一模具中進行反應並受模製成型。
7. 如請求項6所述之高分子加工方法，其中，該第一原料更包含有交聯劑、整泡劑、催化劑與發泡劑，而該第一原料的各組成成分間之重量百分比例係該減震材料為1wt%至10wt%、該多元醇為70wt%至80wt%、該交聯劑為10wt%至15wt%、該整泡劑為1wt%至5wt%之、該催化劑為0.1wt%至1wt%與該發泡劑為0.1wt%至1wt%。
8. 如請求項6所述之高分子加工方法，其中，該第一原料與該第二原料之混合重量百分比例係介於100：40至100：60之間。
9. 如請求項6所述之高分子加工方法，其中，經該c步驟所模製成型之物品係為鞋材。