สูตรการผลิตโฟม EVA: การวิเคราะห์วัตถุดิบและกระบวนการผลิตสี่ขั้นตอน

สูตรการผลิตโฟม EVA: การวิเคราะห์วัตถุดิบและกระบวนการผลิตสี่ขั้นตอน
EVA (เอทิลีนไวนิลอะซิเตตโคพอลิเมอร์) เป็นวัสดุพอลิเมอร์ชนิดหนึ่ง พื้นรองเท้าชั้นกลางที่ทำจาก EVA มีน้ำหนักเบาและมีคุณสมบัติทางกายภาพที่ดี จึงเป็นวัสดุที่ใช้มากที่สุดในรองเท้าที่มีน้ำหนักเบา รองเท้ากีฬา และรองเท้าลำลอง วันนี้เราจะมาเรียนรู้เกี่ยวกับสูตรการผลิตวัตถุดิบและกระบวนการผลิตโฟม EVA ทั้งสี่ขั้นตอนกัน

ก. สูตรโฟม EVA ของสิ่งเหล่านั้น

โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบของโฟม EVA จะประกอบด้วยวัตถุดิบดังต่อไปนี้: วัสดุหลัก, สารเติมเต็ม, สารทำให้เกิดฟอง, สารเชื่อมประสาน, สารเร่งการเกิดฟอง และสารหล่อลื่น

วัสดุหลักคือ EVA หรือ PE แน่นอนว่า เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของผลิตภัณฑ์ คุณสามารถเพิ่มวัสดุอื่นๆ เช่น ยาง POE (โพลีเอทิลีนออกทีนโคอีลาสโตเมอร์) เป็นต้น หรือแม้แต่เพิ่ม TPR (ซึ่งเป็นการผสมผสานคุณสมบัติของยางและเทอร์โมพลาสติก) เล็กน้อยเพื่อเสริมคุณสมบัติทางกายภาพบางอย่าง

EVA ตัวบ่งชี้หลักคือปริมาณ VA ซึ่งปริมาณ VA สูงและต่ำนั้นมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์โฟม EVA เกือบทั้งหมด แน่นอนว่าบางชนิดก็สามารถทำเป็นโฟมโดยใช้ PE เพียงอย่างเดียวได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับวัสดุหลักและข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์นั้นๆ

สารเติมแต่งในปัจจุบันมักใช้แคลเซียมคาร์บอเนตหรือแป้งทัลคัม ใช้เพื่อลดต้นทุน เพิ่มความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ ฯลฯ และยังมีบทบาทในการนำความร้อนด้วย โดยทั่วไปขนาดอนุภาคเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพ (แน่นอนว่าปริมาณน้ำก็เป็นปัจจัยหนึ่งเช่นกัน) เช่น 120 เมช 400 เมช เป็นต้น โดยหลักการแล้วยิ่งละเอียดก็ยิ่งดี แน่นอนว่าราคาก็จะสูงขึ้นด้วย ปริมาณสูงสุดที่พบในสูตรคือ 40 Phr (ปริมาณนี้เป็นเปอร์เซ็นต์ของวัตถุดิบหลัก)

สารทำให้เกิดฟอง โดยทั่วไปจะใช้สารทำให้เกิดฟองตระกูล AC เช่น AC-3000H สารทำให้เกิดฟองตระกูล AC จัดเป็นสารทำให้เกิดฟองอุณหภูมิสูง โดยมีอุณหภูมิการสลายตัวมากกว่า 220 องศาเซลเซียส

นอกจากนี้ยังมีสารทำให้เกิดฟองอุณหภูมิต่ำ เช่น AD-300 ซึ่งมีอุณหภูมิการสลายตัวที่ 140 องศาเซลเซียส และสารทำให้เกิดฟองอุณหภูมิปานกลาง เนื่องจากราคาไม่แตกต่างกันมากนัก และสารทำให้เกิดฟองอุณหภูมิสูงจะค่อนข้างเสถียร ดังนั้นปัจจุบัน EVA รุ่นเก่าจำนวนมากจึงเปลี่ยนมาใช้สารทำให้เกิดฟองอุณหภูมิสูง รวมถึงการใช้ปริมาณ AC ที่เหมาะสม ขึ้นอยู่กับตัวคูณเฉพาะด้วย

สารเชื่อมประสานที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือ DCP (ได-เซค-ออกทิล ฟทาเลต) ก่อนหน้านี้เคยใช้ TAIC, PL400 เป็นต้น DCP มีครึ่งชีวิต 1 นาทีที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส และ 10 นาทีที่อุณหภูมิ 130 องศาเซลเซียส ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว ในการใช้งานวัสดุนี้ ควรควบคุมอุณหภูมิให้ต่ำกว่า 120 องศาเซลเซียส

ผลิตภัณฑ์บางชนิดที่ต้องการกลิ่นสามารถใช้สารเชื่อมประสานชนิดอื่นได้ เช่น BIPB ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ร่วมกับ TAIC ปริมาณการใช้ DCP อยู่ที่ 0.5-0.6 Phr สำหรับโฟมแบนและโฟมขนาดเล็กแบบขึ้นรูป และ 0.8-1.0 Phr สำหรับโฟมฉีด แต่ก็มีความแตกต่างกันในการใช้งานด้วย

สารเร่งการเกิดฟองมีสองชนิด คือ ผงซิงค์ออกไซด์และผงซิงค์สเตียเรต ซึ่งปัจจุบันนิยมใช้กันมาก เมื่อก่อนเราเคยใช้ทั้งสองชนิดร่วมกัน แต่ปัจจุบันใช้เฉพาะซิงค์ออกไซด์เพียงอย่างเดียว การใช้เพียงชนิดเดียวก็ให้ผลลัพธ์ที่ดี และผลิตภัณฑ์อาจมีความเสถียรกว่าด้วย ซิงค์ออกไซด์ช่วยลดอุณหภูมิการสลายตัวของ AC ลงเหลือประมาณ 160 องศา ทำให้กระบวนการผลิตง่ายขึ้น โดยทั่วไปแล้วปริมาณซิงค์ออกไซด์ไม่ควรเกิน 0.2 Phr เพราะหากใช้มากเกินไป ผลิตภัณฑ์จะหดตัวมาก และหากใช้น้อยเกินไป ความเร็วในการเกิดฟองก็จะช้าเกินไป จึงควรใช้ไม่น้อยกว่า 1.0 ชั่วโมง/ครั้ง

สารหล่อลื่นที่ใช้โดยทั่วไปคือกรดสเตียริก ที่จริงแล้วมันไม่ได้มีผลมากนัก มีไว้เพื่อให้วัสดุที่ใช้ฝึกฝนไม่ติดเครื่อง ไม่ควรใช้มากเกินไป เพราะอาจลดแรงเสียดทานระหว่างจุดต่างๆ ทำให้คุณสมบัติทางกายภาพส่วนใหญ่ลดลง จึงแนะนำให้ใช้ที่ 0.5 Phr

ข. เกี่ยวกับกระบวนการ

โดยทั่วไปแล้ว โฟม EVA มีกระบวนการผลิตอยู่ 4 แบบ ได้แก่ โฟมแผ่นขนาดใหญ่แบบดั้งเดิม โฟมขนาดเล็กในแม่พิมพ์ การฉีดขึ้นรูป และโฟมเหนือวิกฤต

1. กระบวนการฉีด

กระบวนการนี้เป็นกระแสหลักแห่งอนาคต เป็นกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป แต่มีความแม่นยำของแม่พิมพ์สูงกว่า หลักการคล้ายกับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก แต่การฉีดขึ้นรูปจะเปิดแม่พิมพ์ทันที และอุณหภูมิของแม่พิมพ์จะแตกต่างกัน กล่าวคือ การฉีดขึ้นรูป EVA จะต้องปรับอุณหภูมิและเวลาในการเปิดแม่พิมพ์เล็กน้อย ปัจจุบันรองเท้ากีฬาที่รู้จักกันดีส่วนใหญ่ได้เปลี่ยนมาใช้กระบวนการนี้แล้ว ประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับวิธีการอื่นนั้นแตกต่างกันอย่างมาก

2. โฟมแผ่นใหญ่แบบเรียบดั้งเดิม

ปัจจุบัน โรงงานขนาดเล็กส่วนใหญ่ใช้กระบวนการนี้ และต้นทุนของเครื่องจักรและอุปกรณ์ค่อนข้างต่ำ กระบวนการนี้เริ่มต้นจากแผ่นโลหะ แล้วจึงขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ผ่านกระบวนการเจาะ ขัด และอื่นๆ เงื่อนไขการขึ้นรูปค่อนข้างคงที่ อุณหภูมิอยู่ที่ 160-170 องศาเซลเซียส เวลาขึ้นอยู่กับความหนาของแม่พิมพ์ โดยทั่วไปอยู่ที่ 90-110 วินาทีต่อมิลลิเมตร แรงดัน 150 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร

3. โฟมขึ้นรูปขนาดเล็ก

กระบวนการนี้ส่วนใหญ่ใช้ในวัสดุทำรองเท้า โดยเฉพาะรองเท้ากีฬา เพื่อทำโฟมชั้นแรกของพื้นรองเท้าชั้นกลาง โดยนำวัสดุมาบดเป็นเม็ดตามสูตร ชั่งน้ำหนัก แล้วใส่ลงในแม่พิมพ์ จากนั้นจึงขึ้นรูปเป็นโฟมที่มีรูปร่างทั่วไปเหมือนรองเท้า

ความยากของกระบวนการนี้อยู่ที่ความสมมาตรของแม่พิมพ์และสูตรการผลิต มิเช่นนั้นจะควบคุมความหนาแน่นและความแข็งไปพร้อมกันได้ยาก บ่อยครั้งที่ขนาดได้มาตรฐานแต่ความแข็งไม่เพียงพอ และความแข็งเพียงพอแต่ขนาดเล็กเกินไป

สภาวะการเกิดฟองในกระบวนการนี้มีความยืดหยุ่นมากกว่า ขึ้นอยู่กับรูปทรงและโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ โดยหลักแล้วเวลาจะเป็นปัจจัยเปลี่ยนแปลง ส่วนอุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงไม่มากนัก

ก่อนหน้านี้เราได้พูดถึงพื้นรองเท้าชั้นกลางแบบที่สองไปแล้ว และในที่นี้เราจะแนะนำการขึ้นรูปครั้งที่สอง โดยนำเอาโครงสร้างโฟมแบบหยาบๆ จากขั้นตอนแรกมาขัดออก แล้วอัดลงในแม่พิมพ์ที่เสร็จสมบูรณ์ จากนั้นจึงขึ้นรูปผลิตภัณฑ์โดยการให้ความร้อนและทำให้เย็นลงในสองขั้นตอน

อุณหภูมิความร้อนที่เหมาะสมกว่าคือ 125-135 องศาเซลเซียส แรงดัน 50 กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร ให้ความร้อนเป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงทำให้เย็นลงด้วยน้ำ จะได้พื้นรองเท้าชั้นกลางชิ้นที่สอง การอัดขึ้นรูปให้ได้ขนาดที่คงที่มากขึ้นจะทำให้คุณสมบัติทางกายภาพดีขึ้น

4. การเกิดฟองในสภาวะวิกฤตยิ่งยวด

โครงสร้างโมเลกุลของ EVA เป็นเส้นตรง ดังนั้นในกระบวนการขึ้นรูปโฟมจึงมักต้องเติมสารเชื่อมโยงเพื่อใช้โครงสร้างเชื่อมโยงในการกักเก็บก๊าซ ดังนั้น การขึ้นรูปโฟม EVA ในสภาวะวิกฤตยิ่งยวดจึงจำเป็นต้องแก้ปัญหาว่าจะกักเก็บก๊าซได้อย่างไร

จากเอกสารสิทธิบัตรและข้อมูลบริษัทบางส่วน กระบวนการผลิตโฟม EVA ในสภาวะวิกฤตยิ่งยวดโดยพื้นฐานแล้วมีขั้นตอนดังนี้: การผสมอย่างหนาแน่นหลังจากการเชื่อมโยงข้าม การบดเป็นเม็ด การขึ้นรูปเพื่อให้ได้พื้นรองเท้าที่ผ่านการวัลคาไนซ์เบื้องต้น จากนั้นนำพื้นรองเท้าเข้าสู่เครื่องขึ้นรูปโฟมแบบออโตเคลฟ เติมสารขึ้นรูปโฟมลงในหม้อต้ม และใช้วิธีลดความดันเพื่อให้ได้วัสดุพื้นรองเท้าโฟมที่มีรูพรุนขนาดเล็ก

การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของวัสดุ EVA: การทำเม็ด – การฉีดขึ้นรูป / การขึ้นรูปด้วยการฉีด – โฟม – พื้นรองเท้า

กระบวนการขึ้นรูปโฟมดังกล่าวสามารถเข้าใจได้ง่ายๆ ว่าเป็นกระบวนการขึ้นรูปโฟม โดยเปลี่ยนสารทำให้เกิดฟองทางเคมีเป็นสารทำให้เกิดฟองทางกายภาพ บวกกับการลดแรงดันอย่างรวดเร็ว ก็จะได้พื้นรองเท้า EVA โฟมยิ่งยวด หากต้องการให้กระบวนการทั้งหมดเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและสะอาด สามารถแทนที่กระบวนการเชื่อมโยงแบบเดิมด้วยวิธีการเชื่อมโยงทางเคมี เช่น การเชื่อมโยงด้วยรังสี

กระบวนการขึ้นรูปโฟมด้วยของเหลววิกฤตยิ่งยวดได้รับการพัฒนาจนมีความสมบูรณ์มากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงสองปีที่ผ่านมา อุปกรณ์และเทคโนโลยีมีความสมบูรณ์แบบมากขึ้น ซึ่งช่วยควบคุมสูตรและกระบวนการ ทำให้ได้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม และการควบคุมการหดตัวและต้นทุนเป็นกุญแจสำคัญ