運動鞋的更新迭代——源自對材料的不懈追求
一雙運動鞋分為三個部分：鞋面，中底，大底。中底是運動鞋的靈魂，也是區(qū)別各大廠商的核心標(biāo)志，立身之本。中底的作用是提供穩(wěn)定性，緩沖和回彈，吸收運動中產(chǎn)生的沖擊力，在運動中提供保護和比較溫和的腳感。
運動鞋的中底，是高科技材料的聚集地。從早期的氣墊，到EVA發(fā)泡，再到后來的TPU、ETPU材料等，一次次的更新?lián)Q代，是我們對于材料不懈的追求。
中底材料的發(fā)展歷史——幾款具有代表性的鞋材
EVA材料：鞋材領(lǐng)域的中堅力量
EVA是乙烯、醋酸乙烯組成的無規(guī)共聚物，其中醋酸乙烯（VA）作為EVA分子鏈中的柔性鏈段，質(zhì)量含量在 26%-40%之間，乙烯作為結(jié)晶鏈段，整體表現(xiàn)出一定的柔軟度和高彈性。
作為鞋上最早使用的發(fā)泡材料，EVA材料的出現(xiàn)顛覆了人們對鞋中底材料的認(rèn)知，純EVA發(fā)泡的回彈性一般在40-45%，遠(yuǎn)比PVC、橡膠等材料回彈性好，且具有材質(zhì)輕、易加工等特點，從而在鞋中底得到大量的應(yīng)用。然而以EVA為基礎(chǔ)的發(fā)泡材料產(chǎn)品耐老化性能、耐屈撓性能、彈性和耐磨性較差，且EVA發(fā)泡材料的填充能力有限，也在一定程度上限制了它的使用。
隨著ETPU的出現(xiàn)，使人們對EVA材料提出了更高的要求，例如更低的硬度、更高的回彈、低壓縮形變等等，因此EVA橡塑并用就成為了目前各廠家的研究熱門。EVA橡塑并用，會加入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(jié)晶性、TPE柔軟性等以達(dá)到共混改性目的，從而提升EVA發(fā)泡性能，回彈性一般可提高到50-55%，甚至更高。由于EVA發(fā)泡材料價格優(yōu)勢，在未來的很長時間仍然是大眾運動鞋最主力的材料選擇 。
ETPU：具有劃時代意義的發(fā)泡鞋材
TPU是熱塑性聚氨酯彈性體的英文簡稱，是一種由二異氰酸酯、擴鏈劑、多元醇組成的嵌段共聚物。其中多元醇組成的軟段表現(xiàn)出柔性和韌性，而二異氰酸酯作為硬段，賦予材料硬度和剛性，并且硬段結(jié)晶后作為物理交聯(lián)點，使TPU表現(xiàn)出高彈性。因此TPU具有拉伸強度高、伸長率大，長期壓縮永久變形率低等顯著優(yōu)點，而發(fā)泡后的TPU即ETPU，會有良好的回彈性。
相比傳統(tǒng)的EVA中底，ETPU中底采用物理發(fā)泡的聚氨酯材料， 成型后呈爆米花狀，具有優(yōu)異的回彈性和形變恢復(fù)性，性能也遠(yuǎn) 超傳統(tǒng)的EVA材質(zhì)。優(yōu)勢：優(yōu)異的耐磨性，低溫性能好，超輕密度，極佳環(huán)保性，耐屈撓性能好，耐黃變，有良好的回彈性。
阿迪達(dá)斯于2013年正式推出以TPU發(fā)泡技術(shù)為核心的Boost中底科技鞋款。它采用了巴斯夫的ETPU，在巴斯夫的內(nèi)部，他們把傳統(tǒng)的TPU顆粒通過發(fā)泡膨脹制成的半成品材料稱之為“Infinergy”，這個發(fā)泡的過程非常像玉米粒變成爆米花的過程。在20帕的壓力下，中底可以壓縮到一半大小。這對于足部減震非常重要。壓縮力消失后，中底可以迅速恢復(fù)到原來的形狀。中底就是通過這樣的方式吸收能量，然后將很大一部分能量回饋給跑步者。此外，它能夠在較大的溫度范圍內(nèi)保持彈性，無論是零下40℃還是零上30℃。換句話說，它能始終保持回彈性能。
在2013年2月的東京馬拉松上，Boost跑鞋首站告捷，在運動界一鳴驚人，因為從來沒有這樣的產(chǎn)品。
PUMA作為首先與巴斯夫接觸研究ETPU材料的企業(yè)，在2011年阿迪達(dá)斯與巴斯夫達(dá)成獨家合作后，不得不尋求亨斯邁的合作，研發(fā)出了NRGY泡沫緩震科技，并在2014年推出了搭載NRGY中底的鞋款。該系列運動鞋售價100美元以上，低于adidas的大部分Boost系列。自此，adidas申請了禁售令，要求PUMA禁止銷售NRGY系列。由于這樁官司，PUMA推遲了NRGY鞋的上市安排。
這一樁官司不僅關(guān)乎adidas和PUMA間的競爭，也關(guān)乎巴斯夫E-TPU材料的專利限制，其他廠家能否生產(chǎn)E-TPU材料。最終，adidas以敗訴告終，也意味著E-TPU專利限制的解禁。
OBCs材料：全新的嘗試
陶氏成功針對運動鞋，特別是跑鞋所需要使用的中底緩震材料，研發(fā)了一種名為INFUSE的烯烴嵌段共聚物（OBCs = Olefin Block Copolymers ），該材料是一種烯烴嵌段共聚物，具有質(zhì)量輕、回彈性好、質(zhì)地柔軟等特性，純OBCs材料的回彈性可達(dá)到65%以上。OBCs與EVA、POE相容性很好，基本每一個EVA橡塑配方里面都會有這三個組合，OBCs質(zhì)量份一般在10-20phr，用于提高整體鞋中底發(fā)泡材料的性能。
它所針對的市場材料競品，就是傳統(tǒng)的EVA和巴斯夫研發(fā)的E-TPU。根據(jù)陶氏化學(xué)的官方測試數(shù)據(jù)：由40%的烯烴泡棉制成的中底在回彈測試中要比100%的EVA材料高7%，同時比40%高彈EVA材料的高5%，不過在這項測試中烯烴泡棉的回彈表現(xiàn)低于TPU材料。但如果是采用100%的烯烴泡棉，它的回彈性比TPU中底高出7%。
PEBAX：高端跑鞋的選擇
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(guān)的韌性和聚醚的彈性相結(jié)合。在反復(fù)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(shù)鞋款可以將能量損耗系數(shù)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(dá)到70%-80%，且堅固性絲毫不會下降。
不過這種材料也并不完美，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(dǎo)致，此外PEBAX發(fā)泡技術(shù)的成本和廢品率都比較高，導(dǎo)致造價昂貴。
ETPU材料——熱潮是否已經(jīng)褪去？
在ETPU解禁之后，中國幾乎所有TPU廠商都把ETPU材料放在了自己的宣傳冊中。而實際上，ETPU在鞋材上的應(yīng)用，并沒有迎來爆發(fā)式的增長。一方面，鞋材緩震科技具有很強的品牌代表性，而ETPU在形式上的創(chuàng)新仍存在一定的局限性，難以脫離阿迪達(dá)斯的標(biāo)簽效應(yīng)。同時，我們也驚喜的發(fā)現(xiàn)，ETPU材料也在發(fā)生一些變化。
彩色ETPU鞋中底
首先是顏色上的改變，在初期ETPU只能被加工成白色，這是由于無機原料不好調(diào)色，直接染色容易發(fā)生界面遷移導(dǎo)致色差，在混合過程中還容易出現(xiàn)團聚、不均勻等問題。現(xiàn)在，我們在市場上可以看到彩色的ETPU顆粒。
研發(fā)人員想到引入染色多元醇來制備彩色TPU顆粒，再進行后續(xù)工藝。該方法步驟為：
①染料(尤其是無機染料)均勻的分散到聚合物多元醇中，制備染色多元醇；
②將染色多元醇與擴鏈劑、異氰酸酯進行共聚合成彩色TPU顆粒；
③用彩色TPU顆粒進行超臨界發(fā)泡、水蒸氣模塑成型，最終制得彩色ETPU鞋中底。
其制得的彩色TPU顆粒特征主要有兩個。
一是染料以分子狀態(tài)的形式均勻地分散到TPU顆粒內(nèi)部，避免了采用染料與固體TPU顆粒直接混合造粒的方式時，染料存在分散差的問題。
二是借助硅烷偶聯(lián)劑的偶合作用，將染料分子嫁接到TPU分子鏈上，實現(xiàn)了在后續(xù)TPU顆粒發(fā)泡過程中染料可以隨著TPU分子鏈的膨脹拉伸進行同步的分子移動，同時避免了在高溫高壓和有水的環(huán)境下染料在TPU顆粒內(nèi)部的界面迀移。
據(jù)稱，因為加入有色多元醇導(dǎo)致設(shè)備不好清洗，就還有對TPU加入色母進行改性的手段，不過該方法沒有更多的公開資料。
微波加熱成型工藝
目前市場上一般都是用水蒸氣加熱進行二次發(fā)泡的成型工藝。首先是將ETPU粒子裝入成型模具，利用水蒸氣加熱二次發(fā)泡，讓相鄰ETPU粒子彼此融合在一起，之后冷卻即可。
一個新的工藝是：微博加熱成型工藝。該工藝根據(jù)ETPU的熱塑性，在成型工藝上運用微波加熱。將ETPU粒子裝入模具，放置在微波爐內(nèi)，經(jīng)過短時間（30秒左右）微波加熱，讓ETPU粒子部分熔融粘在一起，開模后即可得到產(chǎn)品。
相比水蒸氣加熱成型，這種方式更環(huán)保，更節(jié)能。
兩種工藝做成的產(chǎn)品，最本質(zhì)的材質(zhì)還是ETPU材料，所以它們的撕裂強度或者回彈等性能不會有很大不同。不過微波工藝做成的成品密度稍有偏高，針對這個問題，可以對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計來減輕分量，如鞋底的鏤空設(shè)計。
其次，對于復(fù)雜形體的設(shè)計，微波工藝相比水蒸氣工藝，更能復(fù)刻模具表面的紋理，能做出凹凸差較大的設(shè)計，加上相對平整的表面，更能滿足鞋材的設(shè)計自由。
ETPU的全新應(yīng)用領(lǐng)域
有很多廠商嘗試將ETPU材料帶到更為廣泛的下游應(yīng)用中。早期，成功的商業(yè)化應(yīng)用是ETPU塑膠跑道，比較有代表性的企業(yè)是都佰城。
近年來，更多的商業(yè)化應(yīng)用出現(xiàn)在我們的視野中，例如ETPU自行車坐墊、運動防護墊、ETPU兒童爬行墊、自行車頭盔填充、汽車座椅填充等等。
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