 |
| 图1、热塑性材料加工装置原理 |
 |
| 图6、由于更换颜料而浪费的材料 |
最近几年的发展表明，消费品各种不同市场产品种类与款式范围增加、而批量则更小。结果生产成本更高，客户直接对最终产品设计的影响更大。这种所谓的“批量定制”正在逐步进入各种市场。对于此类产品的制造商，避免出现市场问题只有一种方式：采用更高的灵活性经济方式生产。
 |
| 表1、传统和DESMA直接颜料注射系统之间的比较 |
在热塑性塑料产品的特定生产中，灵活性受到材料进料工艺的限制。一般来说，材料经过预着色，或者使用母料着色原理，将特定量的液态或固态颜料添加到螺杆料斗进料顶部的中性颜色微粒之中。热塑性材料加工装置的一般设计原理参见图1。
TPU着色工艺是现代鞋类工业成本最贵的生产步骤之一。更换颜料需要耗费大量TPU和大量时间。特别是在批量定制的今天，已经不能再承受这种情况产生的代价。为此，DESMA以最经济的方式开发了用于TPU着色的新型TPU颜料配料装置。由于更改产品的颜色更加频繁，材料节约工艺为鞋类工业带来了新的可能性，因而可以提高生产灵活性。
一般来说，采用母料着色原理进行热塑性材料着色，将特定量的液态或固态颜料添加到螺杆料斗进料顶部的中性颜色微粒之中。DESMA的新设计理念使用液态颜料。在材料塑化期间，液态颜料糊剂被注入发烫的热塑性材料相之内。通过特殊配料系统以恒定百分比计量颜料的容量。采用这种颜料配料装置，可以在四种不同颜料和TPU的自然颜料之间转换。注射装置和颜料罐之间的颜料循环可以保证不含空气且状况稳定。将液态颜料注入热塑性材料之后，DESflow工艺将发烫的TPU分配到开放模腔之中。DESflow将分布均匀的热塑性材料传送到模具之内，在模腔内部进行的后期材料冲压形成着色最佳的外底。
传统和DESMA直接颜料注射系统之间的比较参见表1。
 |
| 图2、DESMA热塑性材料加工装置 |
技术说明
首先，将在区分颜料配料种类之后描述热塑性材料TP和热塑性材料聚氨酯的加工工艺。
◆ 热塑性材料和TPU的加工工艺
DESMA提供两种不同的工艺。在人们通常熟悉的注射工艺之中，增加了鞋类工业今天极为常见的一种工艺，即以DESflow为注册商标的工艺。标准DESMA热塑性塑料加工装置参见图2。
DESflow工艺基于注入打开模具并在模腔内部执行后期冲压和分配材料这一原理，但是在将材料压入模具边缘之前真正将发烫的液态热塑性塑料浇注到模具底板。图3显示鞋类工业的这种工艺作为一个应用示例。
一般来说，TPU在加工期间对高摩擦和广泛加热比较敏感。在不影响流道时，不会出现摩擦热，另外，材料应力也降到最低。其中最重要的两个优点是由于没有流道而降低浪费数量以及夹紧力更低，因此采用的机器和模具等加工设备更便宜。可以采用铝模具取代钢模具工作。
 |
| 图3、DESflow工艺 |
另外，由于材料在模具内预分配更佳，不是通过细流道系统进行注射，因此减少流痕。
DESMA使用特殊的TPU螺杆均匀加热和增塑。解决了只有持续转换双螺纹区域的特殊设计长螺杆才能实现的快速、均匀加工问题。
◆ 颜料加工
生产中需要不同类型的加工颜料。对于用户来说，最简便的方式是使用预着色热塑性材料作为母料直接在机器上加工，且不使用任何添加剂。
 |
| 图4、母料颜料微粒配料装置 |
 |
| 图5、母料液态颜料配料装置 |
加工颜料的常用方式是直接从供应商获取预混合母料，或者自己使用翻转搅拌机或大型混合容器配制。
使用越来越多的技术是直接在机器上用固态或液态颜料对材料着色。图4显示了将母料固态微粒直接用于机器的装置。
带有不同类型泵的装置使用相同原理但是采用液态颜料。图5所示的装置设计用于采用软管泵将最高5%的液态颜料直接加入进料料斗之中。
添加的颜料数量取决于配料类型。以下标准数值可以作为一般建议。颜料浓度取决于添加的颜料数量。
TPU配料建议如下：
颜料颗粒 1.0～4.0%
颜料糊剂 0.5～1.0%
颜料粉剂 0.2～0.5%
 |
| 图7、DESflow工艺浇注 |
 |
| 图9、混合区域和喷嘴 |
现在所有的技术存在更换颜料浪费时间和材料的重大缺点，因为在可以采用新颜料开始加工之前，必须排空装有已着色材料的所有材料进料装置。
如果母料与液态或固态颜料一起使用，则必须通过螺杆从料斗进料到注射器喷嘴清洁整个注射装置。采用这种操作时，通常使用特殊的昂贵清洁微粒，以保证真正清洁螺杆和喷嘴边缘。以前使用和任何少量颜料将在使用下一颜料的部件之中作为细流纹或阴影显现出来。在生产优质部件时，这样会造成出现次品或生产浪费。图6显示了必须清洁的注射器内部区域。
另外，浪费时间也是优化更换颜料的一个争论点。中断正常生产需要花费大量资金。今天，热塑性材料生产机器不需要配备操作人员，但是需要配备颜料更换操作人员，另外至少需要损失30分钟的生产时间。
如果有人计算更换颜料的经济因素，应用本工艺的结果会令工艺的所有负责人员感到兴奋。
◆ 双注射器原理
从这一方面讲，则不应忘记TPU加工中管理颜料的各种不同可能性的一种替代方法：即使用第二注射器。如果颜料限制于少量，则这种替代方法是一种优良的解决方案，组织可以采用任何注射器定期喷射的方式完成。如果不能保证定期喷射，则材料的属性将变化，因为每次注射之间的加热和等待时间不同。如果生产管理人员可以排除这些情况，则生产同样运行良好，但是双注射器投资更高。必须使用每种颜料的注射器解决颜料限制。与今天集成最多四种颜料的颜料注射DESMA技术相比，投资一个以上注射器将达不到经济效果，存在每个注射器生产效率低下以及更多材料问题的缺点。另外，所有后续成本都在上升，例如能耗、维护成本以及其它成本。
◆ DESMA的新颜料注射
 |
| 图8、DESMA的TPU颜料配料装置原理。 |
该原理基于最接近模具腔孔位置配给颜料。采用常见方式完成中性颜料热塑性材料的塑化。DESMA使用特殊的24D/65毫米螺杆均匀加热和塑化。现在采用DESflow原理加工材料，但是也使用已知技术注射。材料被浇入模具的开放腔孔进入底板之上，例如图7。
采用特殊设计的专利装置完成颜料注射。这种装置负责确切配给添加剂。在塑化相之后，颜料被注入发烫的液态热塑性材料之后混合两相。
原理参见图8。每个热塑性材料注射器最多可以装入四种颜料。颜料经过不断循环，以在管道和软管之内达到稳定的状况。使用的颜料为轻微改性的颜料，其粘度更高，通常用于液态聚氨酯加工。
喷嘴区域的颜料注射器必须能够抵抗热塑性塑料注射时的强大压力。颜料的配料行程被偶合到热塑性塑料的行程，以确保达到确切数量的颜料。
 |
| 图10、颜料更换材料示例 |
材料流过混合区域，然后通过注射器端部的喷嘴浇入开放模具。
混合和喷嘴区域参见图9。该部件的长度约为450毫米，是接触着色材料的唯一部件。
注射器后面混合和喷嘴区域包括的材料数量约为200克。这样可以将该区域的冲洗降到最低。因此更换颜料时浪费更少，耗时更低。
在正确安排必要的部件容量之后，损失可以降低到250～400克，取决于开始更换的颜料。经验表明，从白色更换为红色的损失数量为350克，反之，则需要损失大约1500克。浪费时间取决于注射器容量。采用螺杆直径为65毫米的标准DESMA注射器时需要20至240秒之间。
图10显示从白色更换为红色以及之后从红色更换为白色的颜料变化情况。每条斑纹的重量约为500克，需要大约15秒钟浇注到板上。
对于使用诸如黑色、棕色、深绿色和其它颜色的颜料改变来说，由红色改到白色显得十分关键，其变化的作用与经济性会更高。
表2显示TPU着色的现有可能性之间的比较。显然，DESMA的TPU颜料配料具有更多优点。
结论
 |
| 表2、现有TPU颜料系统比较表 |
颜料注射新技术可以为热塑性材料产品的生产带来巨大优点。
主要争论焦点是更换颜料时损失材料的数量和时间降低。图11和图12明显表明了使用母料（图11）和DESMA技术（图12）时材料消耗的差异。由于采用母料着色原理，必须清洁整个螺杆，而不只是DESMA颜料喷射技术的喷嘴。
 |
| 图11、采用母料逐渐去除颜色的清洁法造成较大浪费 |
 |
| 图12、DESMA技术清洁螺杆大大节省原料消耗 |
The process of coloring TPU is one of the most expensive production steps in the modern footwear industry. The change of color consumes a massive amount of TPU and also a huge time requirement. Especially today, this circumstances cannot be afforded any longer. For that reason, DESMA developed the new TPU Color dosing unit for coloring TPU in the most economic way. The material saving process gives the shoe industry new possibilities by changing the colors of the articles more often and therefore increases the production flexibility.
作者简介
Christian Decker
Christian Decker于1997年加盟DESMA公司，管理关于重组以及整合ERP和设计工具的不同项目。1999年，他负责DESMA所有产品的机械设计。2001年任设计经理职位并将最新技术集成于产品之中。2004年，他全面负责聚氨酯、热塑性材料和橡胶工艺的开发。2009年初，Christian Decker荣升为DESMA公司的董理总经理。
Bjoern Dormann
Bjoern Dormann拥有鞋类工业机器和生产系统开发、应用与保养的丰富经验。1990年加盟DESMA公司，在服务部工作两年以上，拥有在全球安装DESMA机器的丰富经验。他曾在应用部工作两年开发鞋类工业的新技术机器人系统。自2003年开始，Bjoern Dormann荣升为DESMA技术部经理。(完)
(本文已被浏览 次） |
