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鞋材中底常用弹性体及发展趋势
关键词:EVA弹性体PU缓震料PU缓震料超临界材料制造改性
中底是一双运动鞋的核心部件,如果将一双运动鞋比喻一辆车,则鞋面是车身,鞋底是轮胎,鞋中底就是悬挂系统,其重要性不言而喻。
对消费者来说,鞋中底可提供良好的稳定性、缓冲回弹性,从而很好地保护脚。对各大鞋品牌厂商来说,鞋中底是最能发挥科技效用且影响运动表现较大的部位,可直接影响其核心竞争力。
鞋中底材料都会用到弹性体,那么目前鞋中底常用的弹性体都有哪些?鞋中底的发展趋势又是什么呢?我们一起来看一下。
一、2019鞋中底常用弹性体分类
1. TPU
TPU是热塑性聚氨酯弹性体的英文简称,是一种由二异氰酸酯、扩链剂、多元醇组成的嵌段共聚物。
其中多元醇组成的软段表现出柔性和韧性,而二异氰酸酯作为硬段,赋予材料硬度和刚性,并且硬段结晶后作为物理交联点,使TPU表现出高弹性。
因此TPU具有拉伸强度高、伸长率大,长期压缩永久变形率低等显著优点,而发泡后的TPU即ETPU,会有良好的回弹性,一般泡沫落球回弹值可达到60%。
鞋材应用最为典型的例子便是阿迪达斯的Boost科技——全片式地采用了巴斯夫的ETPU,又俗称爆米花,可给人带来传说中的“踩屎感”穿着体验。
但因为一方面阿迪达斯品牌效应太重,会有抄袭嫌疑,另一方面ETPU加工设计难度大,限制了设计自由度,造成款式较单一,所以别的鞋品牌对ETPU中底热情度不是很高。
总的来说,TPU作为常用鞋材弹性体,其爆发式增长一方面是因为阿迪Boost系列的巨大产量以及颠覆性影响,另一方面其优异性能仍吸引着众多鞋材上下游厂家去进行研究。
比如传统物理发泡的ETPU会存在硬度较低的缺陷,通过控制发泡条件、复配不同硬度的TPU、引入密度低、弹性佳的其他弹性体等方案,可获得硬度提高的超轻高回弹ETPU鞋中底,与超轻高回弹EVA制品相比,还具有较高的回弹率、较低的压缩永久形变以及较佳的拉伸强度等特点。
2. EVA
EVA是乙烯、醋酸乙烯组成的无规共聚物,其中醋酸乙烯(VA)作为EVA分子链中的柔性链段,质量含量在 26%-40%之间,乙烯作为结晶链段,整体表现出一定的柔软度和高弹性。
当初EVA材料的出现也是颠覆了人们对鞋中底材料的认知,纯EVA发泡的回弹性一般在40-45%,远比PVC、橡胶等材料回弹性好,并且其还具有材质轻、易加工等特点,从而在鞋中底得到大量的应用。
然而以EVA为基础的发泡材料产品耐老化性能、耐屈挠性能、弹性和耐磨性较差,且EVA发泡材料的填充能力有限。
另外,ETPU的出现也使得人们对EVA材料提出了更高的要求,例如更低的硬度、更高的回弹、低压缩形变等等,因此EVA橡塑并用就成为了目前各厂家的研究热门。
EVA橡塑并用,会加入EPDM、POE、OBCs、TPE如SEBS充油等弹性体共混使用,利用EPDM橡胶性、POE高弹性、OBCs柔软结晶性、TPE柔软性等以达到共混改性目的,从而提升EVA发泡性能,回弹性一般可提高到50-55%,甚至更高。
3. EPDM
EPDM是三元乙丙橡胶的英文名,是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物,其主链是由化学稳定的饱和烃组成,只在侧链中含有不饱和双键,故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异。
而它在鞋中底的应用主要是EVA橡塑并用,因为其含有乙烯组分,所以与EVA相容性较好,它可在一定程度上改善EVA的结晶度,从而提升EVA发泡的回弹性,并带来耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能,其用量一般在15-25phr。
4. SEBS
SBS为苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物,SEBS是SBS经饱和加氢的产品,它们均属于苯乙烯类热塑性弹性体。
SBS防滑性、耐低温性、绝缘性、加工性能都良好、拉伸强度大,加氢后,SEBS的紫外线稳定性、抗氧化性、热稳定性都比较强,抗冲强度也大幅度提高。
目前在鞋中底上也是主要用于EVA橡塑并用,可带来良好的柔软性,让EVA更富有橡胶触感,且更轻,其用量一般在15-35phr。另外SEBS的吸油性非常好以及充填性不错,可成为降成本的手段之一。
5. POE
POE是乙烯、辛烯无规共聚的热塑性弹性体,属于聚烯烃弹性体的一类,是陶氏化学以茂金属为催化剂合成的具有窄相对分子质量分布和均匀短支链分布的弹性体材料,牌号是ENGAGE。
这种弹性体从2000年开始被应用于鞋材行业,目前在鞋中底的应用也主要是EVA橡塑并用,它比EVA更轻质,可带来良好的拉伸强度,更好的触感,本身的耐寒性、耐老化性、耐臭氧性、耐化学品性能都较优,用量一般在20phr左右。
6. OBCs
OBCs是基于陶氏专利Chain Shuttling System 技术合成的半结晶热塑性聚烯烃弹性体,牌号为Infuse。
它是一种烯烃嵌段共聚物,具有质量轻、回弹性好、质地柔软等特性,纯OBCs材料的回弹性可达到65%以上。
OBCs与EVA、POE相容性很好,基本每一个EVA橡塑配方里面都会有这三个组合,OBCs质量份一般在10-20phr,用于提高整体鞋中底发泡材料的性能。
OBCs除了在EVA橡塑并用中充当改性剂的作用,还可作为鞋中底的主要成分,含量可高达80phr,比如UA(安德玛)的HOVR中底科技便是以OBCs为主,相比起传统 EVA 发泡材质,其在承受冲击后能给予更多回馈能量,同时在动态压缩测试下 HOVR 受力形变后回复程度也更好。
7. 其他
除了以上几种弹性体,近期在鞋材中出现频率较高的还有尼龙弹性体、丙烯基弹性体等,特别是尼龙弹性体,其作为全片式鞋中底的有耐克ZoomX科技,美津浓、彪马、李宁等都有将其应用到鞋中底上。
但尼龙弹性体由于技术门槛高,目前绝大多数产能仍在国外厂家手里,如阿科玛、赢创、日本宇部兴产等,也限制了它主要应用于专业跑鞋等高端鞋品。
丙烯基弹性体目前主要有三个牌号,分别是陶氏的versify、埃克森美孚的vistamaxx和三井的tafmer,其添加在鞋材中会赋予鞋材良好的止滑性能和肤触感,适合做居家拖鞋等。另外在保证一定的添加量前提下,作为鞋中底材料,也是可以满足各项性能要求的。
二、2019鞋中底发展趋势
不管是ETPU还是EVA橡塑并用,它们主要都是奔着三个目标去的:更轻、更高回弹、更低压缩形变,都是追寻一个更好的性能平衡点,就比如密度低了是有利于轻质,但不利于回弹性、硬度等力学性能,怎么使得更轻的同时还有良好的力学性能,是一个非常值得思考的问题。
1. 更轻
有研究表明,跑步过程中,膝盖所受到的冲击力大约是体重的3到5倍,而鞋子的重量每增加1克,人每跑 100米就会多消耗8%的体能,鞋子每减轻1克重量,就相当于减轻560克的重力负担。
而一双鞋子的重量主要取决于鞋中底的重量。目前一般鞋中底的发泡密度在0.2-0.3g/cm3,如果可以进一步降低这个密度,鞋中底的重量就可以进一步减轻。
除了从材料上进行变革,通过不同弹性体的复配也是一个不错的减重途径,而且成本也较新材料低。
比如特步的一份尼龙发泡鞋材专利通过加入尼龙共混物,使得整个鞋材能够进行更大倍率的发泡,从而能够减轻鞋材的比重,其相比传统的EVA发泡体系,比重能够降低至50%,拉伸强度可提升15%左右,另外POE的加入保证了鞋材的弹性。
2. 更高回弹
回弹性对于运动鞋来说是非常重要的一项力学性能,特别是篮球鞋,其良好的回弹性可助力篮球运动员有更出色的表现。
目前典型的鞋中底回弹性一般在55%-60%之间,通过改善混合物的结晶度,可有效提高最终发泡材料的回弹性,比如安踏的一份高反弹材料专利通过引入适当配方量的异戊橡胶、三元乙丙橡胶等橡胶组分,经过一次发泡成型工 艺,能获得反弹能力在70%以上的发泡材料,且各项力学性能良好。
3. 更低压缩形变
压缩形变是鞋中底疲劳性的体现,比如早期的EVA鞋中底,普遍存在一个穿久了会从软变硬、发生较大永久形变的现象,非常影响消费者穿着体验。
早期EVA鞋中底的压缩形变量一般在35-40%,而通过弹性体复配,目前EVA橡塑并用鞋中底的典型压缩形变量<35%。
综上,2019鞋中底的发展趋势主要是更轻、更高回弹、更低压缩形变。
以上就是2019鞋中底常用弹性体分类和发展趋势分析结论,仅供参考,如您有不同意见或有所补充,欢迎进群一起交流探讨!
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