通常一雙運動鞋分為三個部分:鞋面(Upper),中底(Midsole),大底(Outsole)。中底的作用是提供緩沖和回彈,吸收運動中產生的沖擊力,提供保護以及溫和舒適的腳感。可以說,中底是運動跑鞋的靈魂,中底的材料和發(fā)泡技術,也就是區(qū)別各大廠牌核心科技的標志。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)是鞋中底最早使用的發(fā)泡材料,純EVA發(fā)泡的回彈性一般在40-45%,遠比PVC、橡膠等材料回彈性好,且具有材質輕、易加工等特點。在鞋材領域,EVA的化學發(fā)泡工藝一般來說有三種:傳統(tǒng)平板大發(fā)泡、模內小發(fā)泡和注射交聯發(fā)泡。
目前,注射交聯發(fā)泡是鞋材加工大廠的主流工藝。為了進一步提升EVA制品的物理性能,各廠家還會在EVA原料中加入EPDM、POE、OBCs、TPE如SEBS充油等彈性體共混使用,利用EPDM橡膠性、POE高彈性、OBCs柔軟結晶性、TPE柔軟性等以達到改性目的,比如加入POE彈性體后,制品的回彈性通常可提高到50-55%,甚至更高。
總的來說,我國鞋材領域的化學發(fā)泡技術已發(fā)展相對成熟,得益于EVA發(fā)泡材料價格的優(yōu)勢,目前,EVA化學發(fā)泡鞋材仍然會是大眾運動鞋的主力選擇,但新的技術、更具性價比優(yōu)勢的材料也在不斷破局 。
2013年,阿迪達斯推出了以“爆米花”(E-TPU)為核心的Boost中底科技鞋款,并在整個鞋材領域引起轟動。此后,以巴斯夫“爆米花”(E-TPU)發(fā)泡技術為代表的物理發(fā)泡也在鞋材領域得到了迅速發(fā)展。

我們將溫度及壓力均處于臨界點以上的液體稱為超臨界流體,超臨界流體是介于液體和氣體之間的一種結構,它既會像氣體一樣充滿整個空間,其黏度和擴散系數均更接近氣體,但其密度又類似液體。
超臨界流體一般以CO2或N2為主,因為CO2和N2的化學性質穩(wěn)定且價格低廉,無毒無害,對環(huán)境較友好。其次,超臨界CO2和N2的臨界壓力及溫度較為溫和,容易實現,且對聚合物溶解性較好、擴散能力較強、易于控制。
超臨界流體微孔發(fā)泡的過程可以分為4個階段:

▲制得聚合物發(fā)泡珠粒后,后續(xù)鞋材的成型工藝通常有兩種:水蒸氣成型和PU膠粘。受到環(huán)保、減重等因素影響,目前的成型工藝基本以水蒸氣成型為主
與傳統(tǒng)化發(fā)泡法工藝相比(泡孔密度通常在10^4~10^6個/cm3,泡孔直徑在50~200mm),超臨界流體發(fā)泡技術所得的微孔材料泡孔密度一般為10^9~ 10^15個/cm3,泡孔直徑小于10mm。
因此,對于密度相同的泡沫材料,基于超臨界流體發(fā)泡技術所得的微孔材料具有更高的泡孔密度以及更小的泡孔尺寸,并表現出更優(yōu)異的力學性能:泡孔的存在并不會降低材料的強度,相反,裂紋在應力條件下擴展時,微孔能夠使裂紋尖端鈍化,阻止了裂紋的進一步擴展,不但不會造成材料力學性能的損失,還可以改善材料的部分性能。
并且,隨著工藝的不斷提升,目前在鞋材領域,超臨界流體微孔發(fā)泡技術可適用的聚合物基體也已經從最開始的熱塑性聚氨酯(TPU)擴展到熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、嵌段聚醚酰胺彈性體(PEBAX)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)等一種或多種混合物。比如耐克的ZoomX系列采用的就是PEBAX發(fā)泡中底,361°的Q彈超跑鞋中底材質為EVA+TPU,喬丹的巭PRO中底為TPE,斯凱奇的Hyper Burst中底為EVA。




近兩年,超臨界流體微孔發(fā)泡技術在國內發(fā)展已越來越快,但相關設備和技術投資成本大,而國產相關設備及技術起步相對較晚,有待進一步完善,存在加工效率低和產品性能批次不穩(wěn)定等問題。但基于超臨界流體微孔發(fā)泡材料“更輕”“更彈”“更耐磨”的優(yōu)勢,業(yè)內各大品牌普遍明確:未來,將用超臨界物理發(fā)泡材料替代現有的化學發(fā)泡市場。
PEBAX彈性體是一款極高性能熱塑性聚合物,是由剛性聚酰胺嵌段和軟聚醚嵌段組成的嵌段共聚物。
這些獨特聚合物保持延續(xù)了傳統(tǒng)概念中聚酰胺相關的韌性和聚醚的彈性相結合。在反復彎曲過程中,PEBAX彈性體可以提供極其高效能量回收。穿著PEBAX中底技術鞋款可以將能量損耗系數降到更低,且擁有極強的抗冷沖擊性。此外PEBAX彈性體在熱性塑料品類中的重量是最低的,要比很多的低密度聚合物輕20%,回彈率可以達到70%-80%,且堅固性絲毫不會下降。
不過這種材料也并非完美,如果各位手中有PEBAX鞋款會發(fā)現,即使是新品中底部分依然有大量褶皺。這是由于PEBAX的分子之間支撐性能不好所導致,此外PEBAX發(fā)泡技術的成本和廢品率都比較高,導致造價昂貴。廢品率高到Nike可以用他的廢料再做一款鞋子。

▲用ZoomX廢料做的Vista Grind 圖源:Nike
來源:發(fā)泡材料與技術
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