聚氨酯弹性体鞋材研究及应用

聚氨酯弹性体鞋材研究及应用
聚氨酯弹性体是弹性体中比较特殊的一大类, 其原材料品种繁多, 配方多种多样, 可调范围很大。

由于其结构具有软、硬两个链段，可以对其进行分子设计而赋予材料高强度、韧性好、耐磨、耐油等优异性能，它既具有橡胶的高弹性又具有塑料的刚性，被称之为“耐磨橡胶”。

由于其极其优异的性能而广泛应用于汽车、建筑、矿山开采、航空航天、电子、医疗器械、体育制品等多个领域，成为极具发展前景的合成材料制品聚氨酯弹性体根据其制造方式可分为浇注型聚氨酯弹性体（简称CPU），热塑性弹性体(简称TPU)和混炼型弹性体（简称MPU）。

聚氨酯弹性体在鞋材领域已经普遍应用，由于其具有缓冲性能好、质轻、耐磨、防滑等优点，现已成为制鞋工业中一种重要的配套材料，高尔夫球鞋、棒球鞋、足球鞋、滑雪鞋、旅游鞋、安全鞋等许多鞋的鞋底、鞋跟、鞋头、鞋垫等重要配件都是用聚氯酯弹性体制成的，不仅美观大方，而且舒适耐用，还能提高运动成绩。

近年来开发出许多易加工新品种,如适于双色成型、能增加透明性和高流动、高回收的可提高加工生产效率型的聚氨酯弹性体,扩大了制鞋领域。

1、聚氨酯弹性体鞋底材料的研究进展
通常聚氨酯鞋底材料有聚酯型和聚醚型两种。

一般来说，聚酯型鞋底的耐磨性，抗撕裂型等物理性能较好，但其易水解和生物降解，防菌性差。

而聚醚型聚氨酯鞋底与之恰恰相反，耐水解、耐霉变、耐用性好。

在这一方面，亢茂青等做出了研究。

他们认为聚醚型聚氨酯鞋底物理性能欠佳的问题主要是由于基础原料—聚醚多元醇的品质不高造成的，因此可以通过采用新型低不饱和度、高活性聚醚多元醇和调整配方使聚醚型聚氨酯鞋底的物理性能得到提高。

改用了新型不饱和度聚醚后，在良好的加工工艺条件下，拉伸强度、撕裂强度、永久变形等性能明显提高，达到了前所未有的水平，满足了致谢行业标准的要求，综合性能达到了国际先进水平。

刘玲等研究了新型聚醚聚氨酯微孔弹性体鞋底材料，其原料主要由新型高官能度聚醚多元醇、改性异氰酸酯、符合环保要求的发泡剂以及扩链剂、匀泡剂、催化剂组成。

此外,还可添加着色剂、抗氧剂、光稳定剂、填料、阻燃剂等以满足不同的需求。

新型聚醚聚氨酯鞋底的生产采用半预聚体法，通过链增长反应、发泡反应（细小二氧化碳气泡形成泡沫体）、支联或支化反应三步反应，制得均匀的聚氨酯微孔弹性体。

新配方的
组合、新基础多元醇的开发和采用合适的预聚体大大改进了聚醚基聚氨酯的机械加工性能,已生产出水发泡的高性能的微孔弹性体,成功地用于运动鞋类的
低密度中底和组合整底。

他们同时指出，此种材料的发展趋势是低密度化、多用途化和光稳定性的提升。

刘玲等同时还对微孔聚氨酯弹性体反应体系做出了研究，着重分析了制造鞋底的主要原料：异氰酸酯、聚多元醇、扩链剂、发泡剂、催化剂、匀泡剂的种类及用量对聚氨酯鞋底物理机械性能的影响。

而国外生产聚氨酯鞋底料的厂商对聚酯和聚醚这两类体系的材料不断的进行改性研
究工作，使其在加工和性能上更符合发展的需要，推出了一些用于聚氨酯微孔弹性体鞋底的新的聚酯多元醇和聚醚多元醇系列。

用对位芳纶纤维配制的工程弹性体的研究，也为鞋底材料的改进提供了新的思路。

用传统的补强剂(如炭黑、二氧化硅、树脂)获得较高胶料模量时,一般需要较大的填充量。

填充量较大时,由于胶料粘度升高而使加工过程变得困难,并且分散也成为一个难题。

由于短纤维作为补强剂其补强性能超过一般的颗粒,所以在需要高模量时常常使用短纤维。

对于相同模量的胶料来说,采用芳纶浆粕可以降低胶料的粘度非常有效地提高模量,并且通过采用工程弹性体的方法比较容易地将对位芳纶浆粕分散于橡胶中。

在设计橡胶配方时,它使橡胶化学家获得了超越现有极限的机会。

重新设计用对位芳纶纤维配制工程弹性体，可以提高鞋底的摩擦性、抗滑性,抗撕裂性、耐磨性和抗连续撕裂性能而不损害鞋底胶的柔软性。

此外，孙宏军综合研究了热塑性弹性体（TPE）的应用与发展。

热塑性弹性体可用标准的热塑性塑料加工设备和工艺进行加工成型，如挤出、注射、吹塑等，不需硫化就制造生产橡胶制品，节约投资，能耗低，工艺简单、加工周期缩短，生产效率高，加工费用低，边角废料可回收使用，节省资源，也对环境保护有利。

热塑性弹性体的缺点和不足包括：加工前需进行干燥，在高温下易软化，耐热性不如橡胶，随着温度上升而物性下降幅度较大，因而适用范围受到限制，同时，压缩变形、弹回性、耐久性等同橡胶相比较差，价格上也往往高于同类的橡胶。

但总的说来，TPE 的优点仍十分突出，而缺点则在不断改进之中。

TPU 是热塑性弹性体中最重要的一大类。

TPU 材料是从PU 即聚酯和聚醚两种原材料聚合反应后得到的新一代胶塑材料。

TPU 材料具有极为优越的性能，冲击强度极大，达1000MPa 以上；其拉伸强度达50MPa，拉伸伸长率500％以上；玻璃化温度达150℃；
其磨耗值极低，在0．035％以下；耐油性好，长期在油中浸泡不变质；弹性好，比橡胶高数倍；其表面光洁度好；耐磨损，耐折断好，TPU 的管子可以来回折弯
5 万次不变形，TPU 做鞋底可以折弯2 万次不断裂。

TPU 是继橡胶、PVC、SBS 之后的第四代鞋底材料。

它具有更大的弹性和更出色的机械力学强度，具有更优良的耐磨性、抗斯裂性、弯曲性和更强的磨擦性，已经成为各种要求极高的专用鞋鞋底和鞋面材料，如足球鞋、冰刀鞋、登山鞋、工作鞋等。

王锦成等进一步研究了助剂对抗黄变鞋用热塑性聚氨酯弹性体的影响。

现有的热塑性聚氨酯(TPU)鞋胶被光照射时间过长或被氧化后，粘接边缘就会变黄，这在很大程度上限制了聚氨酯在TPU 鞋胶生产行业中的应用。

他们采用一步法合成了抗黄变鞋用热塑性聚氨酯弹性体，研究了助剂对抗黄变鞋用热塑性聚氨酯弹性体的影响。

结果表明：添加适量助剂可提高鞋用热塑性聚氨酯弹性体的抗黄变性能，并能有效延缓鞋用热塑性聚氨酯弹性体的光老化速度，而对其他性能影响极小。

当热塑性聚氨酯(TPU)的助剂添加量为聚酯二元醇质量的1.5%（助剂加入可减慢TPU 光老化速度。

但助剂添加量不宜过大，其质量分数超过1.5%，虽可提高TPU的黄变等级，但对T P U 胶液的黏度、剥离强度、拉伸强度及断裂伸长率都有很大影响。

），紫外线吸收剂、自由基捕获剂、抗氧剂质量比为4:2:1 时，TPU 的综合性能最佳。

2.2其它聚氨酯弹性体鞋用材料的研究进展
王锦成等研究了聚氨酯弹性体有机蒙脱土纳米复合材料。

他们认为，纳米材料由于其极大的比表面而产生一系列特有效应小尺寸效应、体积效应和量子隧道效应等,为聚氨酯弹性体应用开辟了广阔的前景。

将无机填料添加到聚氨酯弹性体中, 可起到增强和使其耐磨性得到进一步提高的作用, 然而此过程常以损失
材料的加工流动性和物理机械性能为代价。

只有将无机填料的尺寸尽可能细小化, 才能使这种损失得到一定程度上的缓解。

通过比较，他们选择了蒙脱土作为无机填料。

聚氨酯弹性体蒙脱土纳米复合材料具有以下几方面的特点：1.制备工艺经济实用。

一般采用插层复合技术使蒙脱土中的结构片层均匀分散到聚氨酯基体中, 这种技术不需要投资新的昂贵设备, 工艺简单。

2.物理力学性能优异。

插层复合技术能够实现聚氨酯基体与无机物分散相在纳米尺度上的复合, 所得的纳米复
合材料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚氨酯弹性体的韧性、可
加工性及介电性完美结合起来。

3.加工性能优良。

聚氨酯纳米复合材料熔体强度高, 结晶速度快, 熔体粘度低, 因此加工性能优良, 对聚氨醋弹性体蒙脱土纳米复合材料的实用化具有重要意义。

与一般微观复合材料相比, 含有少量蒙脱土的聚氨酯弹性体蒙脱土纳米复合材料表现出优异的综合性能。

良好的性能、简单的加工工艺和低廉的价格使其在制鞋工业中具有广泛的应用前景。

陈罘果等研究了纳米双透效应弹性体鞋材。

目前许多鞋厂所用的弹性体材料大部分采用发泡EVA片材、乳胶海绵、PU发泡材料及橡胶发泡等材质, 这些材料的优点价格低、原料充分缺点是材料本身含有大量的污染因子, 使鞋内环境受到严重污染, 并且没有抗菌、除臭、吸湿、透气的功能。

由于把人们开发新产品的目光直接放在款式、帮面和底纹上, 因此, 近几年来对于垫衬材料的研究没有新的进展。

他们研究了纳米复合材料改性的双透效应弹性体, 研制出了具有透气、吸水性能, 并在自然状态下,使吸附的水份和气体透过高分子聚合体内的微孔通道, 并在受到外力作用时, 产生变形, 若除去外力后, 变形随即消失的纳米双透效应弹性体。

其应用使鞋的附加值提高增加了科技含量，改变鞋内穿着环境, 达到抗菌除奥的卫生目的。

, 因该材料生产旅料和产的限制, 其成本略高,所具有长效抗菌、除奥、吸湿、解吸和减屁功能、都优于EVA、乳胶海绵等材料, 也是EVA等材料的替代材料, 虽然给传统鞋每只增加0.5元的成本,但对鞋的性能给予很大的改善, 对于开发鞋类新产品和高功能有极其重要的意义。