Erläuterung des Herstellungsverfahrens für Polyurethan-PU-Sohlen
Das Sohlenmaterial aus mikroporösem Polyurethan (PU) wurde in Europa Ende der 1960er-Jahre industrialisiert, gelangte in den 1970er-Jahren auf den US-amerikanischen Markt und hat sich seit den 1980er-Jahren weltweit rasant entwickelt. Sohlen aus mikroporösem Polyurethan-Elastomer zeichnen sich durch hohe Festigkeit, gute Elastizität, Tragekomfort, Verschleißfestigkeit, Knickfestigkeit, Ölbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, geringes Gewicht und Rutschfestigkeit aus. Sie dämpfen Stöße und sind in verschiedenen Farben erhältlich. Hauptsächlich werden Sohlen für Lederschuhe, Skischuhe, Sandalen, Hausschuhe, Sportschuhe, Reiseschuhe sowie antistatische und ölbeständige Sicherheitsschuhe verwendet.
1. Produktionsprozess
(1). Herstellung von PU-Sohlenrohstoffen:
PU-Sohle Rohstoffe lassen sich in zwei Arten unterteilen: Polyester und PolyetherIn den Anfangsjahren wurde ein Polypropylenglykol-System entwickelt, heute handelt es sich jedoch überwiegend um ein Polyester-System. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften unterscheiden sich auch die Herstellungsverfahren. Die Herstellung von Rohstoffen vom Polyester-Typ erfolgt meist nach dem Präpolymer- oder Halbpräpolymerverfahren und kann im Allgemeinen aus zwei oder drei Komponenten bestehen. Silikon für PU-Schuhsohle XH-1193.
Komponente A besteht aus Polyester, Kettenverlängerer, Schaumstabilisator und Treibmittel und wird durch statische Entgasung nach 40–70-minütigem Mischen gewonnen. In einem rein wasserbasierten Schaumsystem dient Wasser als Treibmittel; der Wassergehalt in Komponente A muss bestimmt werden und liegt üblicherweise bei etwa 0.4 %.
Komponente B ist ein Präpolymer aus isocyanatterminierten Polyesterpolyolen, das durch Reaktion mit Isocyanaten gewonnen wird. Das relative Molekulargewicht des Polyesters sollte zwischen 1500 und 2000 liegen. Das Verhältnis von reinem MDI zu verflüssigtem MDI in Isocyanaten beträgt 19:1. Während der Reaktion muss ein Tausendstel eines Inhibitors zugegeben werden, um Nebenreaktionen zu verhindern. Eine Haltezeit von 2 bis 3 Stunden bei einer bestimmten Temperatur ist ausreichend, wobei der NCO-Gehalt auf etwa 19 % eingestellt wird.
Komponente C ist der Katalysator (nach Zugabe zu Komponente A entsteht eine Zweikomponenten-Stammlösung). Das Dreikomponentensystem eignet sich für zweifarbige Sportschuhe mit geringer Härte und Sandalen mit geringer Dichte.
(2). PU-Sohlenformungsprozess:
PU-Sohlen werden im Allgemeinen durch Niederdruck- oder Hochdruckgießen hergestellt, vereinzelt auch durch Spritzgießen. Die Formanlage ist eine Sohlengießmaschine. Die für Polyester-PU-Formgebung verwendete Gießanlage für atmosphärischen Druck besteht hauptsächlich aus Gießmaschinen, kreisförmigen oder rotierenden Trocknungskanälen und weiteren Vorrichtungen. Aufgrund der intensiven Mischreaktion der Komponenten A und B in der PU-Sohlen-Stammlösung sind die genaue Dosierung der Anlagen und die gleichmäßige Komponentenmischung zwei wichtige Faktoren, die die Produkteigenschaften während des Formgebungsprozesses direkt beeinflussen. Zweifarbige Sohlen werden mit einer Zweifarbengießmaschine geformt, üblicherweise mit einer Form mit zusätzlicher Zwischenplatte, und durchlaufen einen zweiten Gieß- und Aushärtungsprozess.
2. Angelegenheiten, die Aufmerksamkeit erfordern:
(1). Lagerung und Vorbehandlung der Rohstoffe:
Die Rohstoffe für Schuhsohlen werden üblicherweise aus drei Komponenten (A, B und C) hergestellt, die hauptsächlich aus Polyolen, Isocyanaten und Katalysatoren bestehen. Ihre Lagerfähigkeit bei Raumtemperatur und unter verschlossenen Bedingungen beträgt 6 Monate, 3 Monate bzw. 6 Monate. Während der Lagerung ist auf Feuchtigkeits- und Lichtschutz zu achten. Die Einwirkung von Sonnenlicht und Regen ist unbedingt zu vermeiden, und für ausreichende Belüftung ist zu sorgen. Vor der Verwendung nach Ablauf der Haltbarkeitsdauer sind Analysen und Schaumtests durchzuführen, um eventuelle Mängel auszuschließen. Die Rohstoffe müssen vor der Verwendung erhitzt und geschmolzen werden.
(2). Farbabstimmung:
Die Farbpaste sollte vor Gebrauch zu Komponente A gegeben und gründlich verrührt werden, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten. Die Katalysatorkomponente wird üblicherweise in der Produktionsanlage zu Komponente A hinzugefügt. Da organische Katalysatoren jedoch hydrolyseanfällig sind und die Produktionsbedingungen und Umgebungen in verschiedenen Regionen variieren können, kann der Katalysator zur einfacheren Dosierung als separate Komponente behandelt werden. Der Katalysator sollte vor Gebrauch zu Komponente A gegeben werden. Nach mindestens 10–20 Minuten Rühren wird Komponente A in den Arbeitstank der Schäummaschine gegeben.
(3) Verhältnis:
Das korrekte Mischungsverhältnis der Rohstoffe ist entscheidend für die Produktqualität. Daher muss die Dosiergenauigkeit der Schäummaschine täglich geprüft werden. Bei Zugabe neuer Rohstoffe oder starken Schwankungen der Pumpenmesswerte ist die Überwachung und Kontrolle der Mischungsverhältnismessung besonders wichtig. Die Rohstoffdosierung in Schäummaschinen erfolgt hauptsächlich volumenbasiert und ist direkt von der Viskosität und der Temperatur abhängig. Daher müssen im Produktionsprozess der Druck jedes Rohstoffs und die Temperatur innerhalb des vorgegebenen Bereichs streng kontrolliert werden. Andernfalls wird die Genauigkeit der Mischungsmessung erheblich beeinträchtigt.
(4). Form:
Schuhsohlenformen bestehen üblicherweise aus Aluminiumlegierungen und Stahl, in den letzten Jahren werden jedoch vermehrt Harzformen eingesetzt. Das Muster des Formhohlraums muss klar definiert sein, und beim Formdesign ist besonderes Augenmerk auf die Gestaltung tiefer konkav-konvexer Strukturen zu legen. Diese müssen den Abfluss von Luftblasen begünstigen; scharfe Winkel in den konkav-konvexen Strukturen sind zu vermeiden; gegebenenfalls sollte der Übergang in einen Kreisbogen erfolgen. Der optimale Winkel parallel zur Biegerichtung liegt bei etwa 45°. Früher ging man davon aus, dass die fertige Sohle nicht zu dick sein sollte, üblicherweise zwischen 6 und 8 mm und maximal 12 mm. Mittlerweile beherrschen wir jedoch das Gießen von Sohlen mit einer Dicke von über 12 mm. Beim Einsetzen von Einlagen, wie z. B. Holzkernen, müssen diese trocken sein. Die Formtemperatur sollte zwischen 45 und 55 °C liegen.
(5). Messung:
Entsprechend den Form- und Dichteanforderungen der Sohle ist die Menge des eingespritzten Schaummaterials anzupassen. Beim Gießen von Sohlen für High Heels sollte der Fersenbereich beim Einsetzen der Form entsprechend angehoben werden. Beim Gießen wird zunächst ein Teil des Materials im vorderen Bereich und anschließend im Fersenbereich eingefüllt (um eine Konzentration des Schaums in der Mitte zu vermeiden). Die Einspritzmenge sollte zwischen 40 % und 70 % liegen. Beim Gießen von flachen Schuhen empfiehlt es sich, die Sohle der Form leicht anzuheben. Der Winkel der Form in der Produktionslinie ist optimal einzustellen. Passen Sie den Neigungswinkel der Form entsprechend der Form der Schuhsohle an, um Defekte wie Hohlräume und Blasen an der Sohlenoberfläche zu vermeiden.
(6). Bildungszeit:
Die Formgebungszeit der Polyurethansohle beträgt in der Regel 5–7 Minuten. Zu diesem Zeitpunkt hat die Sohle noch nicht ihre optimale Leistungsfähigkeit erreicht, und beim Entformen sollte kein übermäßiger Druck angewendet werden. Das Halbfertigprodukt sollte nach dem Entformen einen Tag lang bei Raumtemperatur gelagert werden. Anhaftende Trennmittelreste sollten innerhalb von 24 Stunden entfernt werden, um die Weiterverarbeitung nach dem Farbsprühen zu erleichtern.
3. Anlagenbedingungen:
(1) Produktionsstätte: 8 m breit, 20 m lang, ca. 160 m², mit entsprechenden Lagern für Rohmaterialien, Halbfertigprodukte und Fertigprodukte. Aufgrund des geringen Gewichts der Anlagen und der großen Grundfläche kann die Anlage im Obergeschoss aufgestellt werden (für eine einfache Montage und einen unkomplizierten Transport werden keine Fundamentschrauben benötigt). Für die Herstellung von PU-Sohlen ist ein Spritzlackierbereich erforderlich. Bei der Produktion von Schuhen mit durchgehendem Obermaterial sind zusätzliche Anlagen und Bereiche zum Nähen und Formen des Obermaterials notwendig.
(2) Materialien: Die Rohstoffe sollten in Mengen von ca. 0.5–1 Tonne vorgehalten werden, wobei Material A 18 kg und Material B 20 kg pro Fass betragen sollte. Obwohl die Menge an Material C gering ist, ist es nicht leicht zu verderben und kann mit ca. 10 kg vorbereitet werden. Zusätzlich werden 50 kg benötigt. Trennmittel, ein großer Eimer Reinigungsmittel (Dichlormethan) und mehrere Farbpasten müssen vorbereitet werden.
(3) Der Stromverbrauch beträgt etwa 50 kW. Benötigt der Ofen der Produktionslinie keine elektrische Heizung, beträgt der Stromverbrauch etwa 20 kW.
(4) Ein Luftkompressor (mit einer Gasfördermenge von 0.6 m³/min, einem Druck von 0.6-0.8 MPa und einer Leistung von 5.5 kW) dient als Hauptluftquelle und zum Versprühen des Trennmittels.
