CN103319776B - 一种功能梯度发泡鞋底材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运动鞋中底材料及其制备方法，特别是一种功能梯度运动鞋中底材料及其制备方法。其主要组成为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、交联剂、填料、发泡剂、发泡促进剂。在EVA、POE发泡的基础上，将两层或多层组成和性能在材料厚度或长度方向准连续变化的非均质可发性混炼胶，通过一次模压发泡成型制备出一种发泡鞋底材料。本发明的优点：(1)制备的发泡鞋底材料的功能性(如回弹性和硬度)沿厚度方向呈现梯度变化。在靠近足底的一侧的发泡材料硬度较小，回弹性较高，有利于能量回输；在贴近外底的一侧的发泡材料硬度较大，弹性较低，以提供足够的支撑，从而最大限度地使发泡鞋底材料穿着更加舒适。(2)与目前市场上较舒适的发泡底材料及其制备方法相比，节省了粘合剂本身的原材料成本，节省了人工费用，缩短了成型周期，有利于保护环境。
Description
(1)技术领域
本发明涉及一种运动鞋中底材料及其制备方法，特别是一种功能梯度型的发泡鞋底材料及其制备方法。
(2)背景技术
功能梯度材料(Functional Gradient Materials简写为FGM)就是在制造过程中，使构成材料的要素(组成、结构、孔隙率、浓度)沿厚度方向由一侧到另一侧呈连续变化，使得内部没有明显界面，从而使材料性质和功能也呈连续变化的一种新材料。与复合材料相比，功能梯度材料的组成从一侧到另一侧呈梯度变化，且无特定界面，从而使得该材料的性能平稳变化，因此缓和了表层与底层间的应力，使性能更好。功能梯度材料概念是在1984年由日本的材料科学家新野正之博士、平井敏雄教授及渡边龙三教授首先提出，随后受到日本和世界材料领域的广泛关注。功能梯度材料首先成功地应用于航天飞机的缓和热应力型超耐热金属/陶瓷复合材料中。关于制备功能梯度材料应用于制鞋领域的研究未见公开报道。
据文献报道，运动鞋重量每增加100克，穿着者的体能消耗将增加1％。同时，鞋的高弹性有利于能量回输，起步轻盈。为了降低体能消耗、提高穿着舒适性，质轻高弹发泡材料成为运动鞋底研制开发的主要方向之一。201110008926.1专利中以乙烯-辛烯共聚物(POE)为基体制备出一种质轻(密度为0.15-0.20g/cm3)、高弹(冲击回弹率为55％-67％)的发泡鞋底材料。然而在上述专利的实施例中不难看出，具有轻量化、高回弹(密度0.17g/cm3，冲击回弹率67％)的POE发泡材料其硬度(Shore C)较小，仅为31度。单独使用上述材料作发泡鞋底，虽然具有优异的回弹性，但硬度较小，走路时不能提供足够的支撑。US6021587A专利中阐述了作为内底的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)发泡材料或聚氨酯(PU)发泡材料的硬度(Shore C)在35±5度穿着较舒适。目前市场上较舒适的休闲鞋类品牌的外底多数采用发泡材料，其硬度(Shore C)为55±5度，穿着较舒适。
为了提高发泡鞋底材料的舒适性(使得在靠近足底的一侧，硬度较小，弹性较高；在贴近外底的一侧硬度较大，弹性较低，以提供足够的支撑)，目前市场上的做法是将两种或者三种不同硬度的发泡材料分别进行发泡，然后加工成一定形状，通过冷粘法将其粘合在一起。这种操作工艺存在的不足：(1)工序较繁琐，生产周期长。不同发泡片都要进行单独发泡，生产周期较长。(2)人工费用大。鞋底冷粘工艺中，每条粘合线需40余人，人工费用开支24万余元/每月/每条粘合线。(3)不利于保护环境。在冷粘过程中产生VOC气体，不利于保护环境。
是否可通过一步成型法得到一种发泡鞋底材料，使得发泡材料的一侧具有弹性好，硬度适中，即在35±5度范围内，而另一侧具有较高的硬度(Shore C)，即在55±5度范围内，从而最大限度的使发泡鞋底材料穿着更加舒适？这将是制鞋行业的研究者们值得思考的问题。
于是进行了前期研究，将两种或三种混炼胶片按预期厚度直接放入模具，将其共硫化发泡，期望通过一次成型法得到上述较舒适的发泡鞋底材料。然而，由于发泡材料的一侧弹性高，硬度小，随着放置时间的延长，收缩率较大；另一侧弹性适中，硬度大，随着放置时间的延长，收缩率较小。不同发泡层收缩率不同，导致发泡材料向收缩率较大的一侧翘曲；而且经多次重复实验还发现，层与层之间硬度、弹性差距越大，发泡材料翘曲越严重。
为了解决上述技术难题，本发明提出一种功能梯度发泡鞋底材料及其制备方法，即将两层或多层组成和性能在材料厚度或长度方向准连续变化的非均质可发性混炼胶，通过一次模压发泡成型制备出一种发泡鞋底材料，实现硬度、回弹性的梯度功能差异化，同时发泡片经长时间放置后保持平整，不产生翘曲。
(3)发明内容
本发明旨在提供一种功能梯度发泡鞋底材料及其制备方法，实现弹性和硬度的梯度功能差异化。
本发明所述的一种功能梯度发泡鞋底材料及其制备方法，其组分及质量比为：
乙烯-醋酸乙烯共聚物 0～100份
乙烯-辛烯共聚物 0～100份
交联剂 1～5份
填料 5～30份
发泡剂 1～10份
发泡促进剂 0～10份
脱模剂 1～5份
本发明所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)、或过氧化苯甲酰(BPO)、或过氧化氢异丙苯(CHP)中的的至少一种。
本发明所述的填料可选用氢氧化镁、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硅灰石中的至少一种。
本发明所述的发泡剂为偶氮二甲酰胺(简称AC)、4，4′-氧代双苯磺酰肼(简称OBSH)、N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺(简称H)、碳酸氢钠或碳酸氢铵其中的至少一种或者两种以上的组合物。
本发明所述的发泡促进剂为氧化锌。
本发明所述的脱模剂采用硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。
本发明还可以加入本领域常用的加工助剂，如抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂、着色剂、抗静电剂等。
本发明所述的制备方法包括混炼工艺和模压工艺两个方面：
(1)混炼工艺：将POE和EVA在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，加料顺序依次为POE，EVA，脱模剂，发泡剂，发泡促进剂，填料，交联剂，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上进行模压成型；
(2)模压工艺：将混炼胶裁剪成与模具形状一致，厚度为1mm，将不同组分的4～8层混炼胶叠加到模具中，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得功能梯度材料。
本发明的优点：(1)本发明在EVA、POE发泡的基础上，将两层或多层组成和性能在材料厚度方向准连续变化的非均质可发性混炼胶，通过一次模压发泡成型制备出一种发泡鞋底材料，实现硬度、回弹性的梯度功能差异化，同时发泡片经长时间放置后保持平整，不产生翘曲；(2)本发明制备的发泡鞋底材料的回弹性和硬度功能沿厚度方向呈现梯度变化。在靠近足底的一侧的发泡材料硬度较小，回弹性较高，有利于能量回输；在贴近外底的一侧的发泡材料硬度较大，弹性较低，以提供足够的支撑，从而最大限度地使发泡鞋底材料穿着更加舒适。
本发明可采用开炼机、密炼机、挤出机进行共混、造粒。采用模压法进行成型加工，其应用领域涉及鞋底及其各类片材制品等。
(4)附图说明
图1是实施例12的图片结构示意图。
图2是实施例13的图片结构示意图。
图3是实施例14的图片结构示意图。
图4是实施例15的图片结构示意图。
(5)具体实施方式
实施例1：
组成(质量比)为：EVA100份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为40％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为60。
实施例2：
组成(质量比)为：EVA90份，POE10份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为42％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为56。
实施例3：
组成(质量比)为：EVA80份，POE20份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为45％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为50。
实施例4：
组成(质量比)为：EVA70份，POE30份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为48％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为51。
实施例5：
组成(质量比)为：EVA60份，POE40份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为50％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为48。
实施例6：
组成(质量比)为：EVA50份，POE50份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为52％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为44。
实施例7：
组成(质量比)为：EVA40份，POE60份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为53％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为44。
实施例8：
组成(质量比)为：EVA30份，POE70份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为55％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为42。
实施例9：
组成(质量比)为：EVA20份，POE80份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为57％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为39。
实施例10：
组成(质量比)为：EVA10份，POE90份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为59％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为32。
实施例11：
组成(质量比)为：POE100份，滑石粉20份，AC3.5份，氧化锌5份，硬脂酸锌3份，交联剂DCP1.5份。
按上述配比称料，在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上，将混炼胶裁剪成与模具长宽尺寸一致，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得发泡。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率为63％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度为32。
实施例12：
组成为：实施例1～6依次叠加。
将实施例1～6混炼好的胶片裁剪成与模具长宽尺寸一致，厚度为1～2mm，将实施例1～6的不同组分的6层材料依次按顺序叠加到模具中，实施例1侧标注为A面，实施例6侧标注为B面，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得功能梯度发泡鞋底材料。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率，A面为44％，B面为49％，梯度差值为5％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度，A面为56，B面为44，梯度差值为12。实施例12的图片结构，见附图1。
实施例13：
组成为：实施例6～11依次叠加。
将实施例6～11混炼好的胶片裁剪成与模具长宽尺寸一致，厚度为1～2mm，将实施例6～11的不同组分的6层材料依次按顺序叠加到模具中，实施例6侧标注为A面，实施例11侧标注为B面，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得功能梯度发泡鞋底材料。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率，A面为54％，B面为60％，梯度差值为6％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度，A面为43，B面为33，梯度差值为10。实施例13的图片结构，见附图2。
实施例14：
组成为：实施例1，实施例3，实施例5，实施例7，实施例9，实施例11依次叠加。
将实施例1、实施例3、实施例5、实施例7、实施例9、实施例11混炼好的胶片裁剪成与模具长宽尺寸一致，厚度为1～2mm，将实施例1、实施例3、实施例5、实施例7、实施例9、实施例11的不同组分的6层材料依次按顺序叠加到模具中，实施例1侧标注为A面，实施例11侧标注为B面，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得功能梯度发泡鞋底材料。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率，A面为51％，B面为55％，梯度差值为4％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度，A面为55，B面为38，梯度差值为17。实施例14的图片结构，见附图3。
实施例15：
组成为：实施例2，实施例4，实施例6，实施例8，实施例10，实施例11依次叠加。
将实施例2、实施例4、实施例6、实施例8、实施例10、实施例11混炼好的胶片裁剪成与模具长宽尺寸一致，厚度为1～2mm，将实施例2、实施例4、实施例6、实施例8、实施例10、实施例11的不同组分的6层材料依次按顺序叠加到模具中，实施例2侧标注为A面，实施例11侧标注为B面，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得功能梯度发泡鞋底材料。将样品在23℃条件下放置24小时以上测试，按GB/T1681-1991标准测试器冲击回弹率，A面为52％，B面为57％，梯度差值为5％；按GB/T531.1-2008标准测试其Shore C硬度，A面为49，B面为35，梯度差值为14。实施例15的图片结构，见附图4。
实施例1～11比较可知，在固定的工艺条件和其他配方组成的前提下，基体中POE的组分比例对发泡材料的最终物理性能影响显著。随着基体中POE的组分比例增加，发泡材料的硬度明显降低，冲击回弹率明显增加。可根据不同的需要选择不同的并用比例。
实施例12～15为实施例1～11以不同的叠加方式制备了系列功能梯度发泡鞋底材料，其截面结构如图1～4所示。从图1～4可看出，不同层之间的界面较清晰，层与层之间没有产生明显的相互渗透现象，充分证明上述实施的功能梯度发泡鞋底材料的制备方案是可行的。从实施例12～15可看出，本发明制备出了系列弹性梯度(44％～49％、54％～60％、51％～55％、52％～57％等范围)、硬度梯度(ShoreC44～56、33～43、38～55、35～49等范围)的运动鞋中底发泡材料。从实施例12～15还可看出，本发明中得到的发泡鞋底材料A、B两面的硬度(Shore C)差在10-17之间，冲击回弹率差值在4-6之间。本发明的创新之处在于提供了一种功能梯度发泡鞋底材料及其制备方法，其功能可根据具体应用需要，通过进行组分上的调节，从而实现不同的功能以及功能的差异化程度，以满足不同场合的应用要求。
本发明的优点：(1)本发明在EVA、POE发泡的基础上，将两层或多层组成和性能在材料厚度方向准连续变化的非均质可发性混炼胶，通过一次模压发泡成型制备出一种发泡鞋底材料，实现硬度、回弹性的梯度功能差异化，同时发泡片经长时间放置后保持平整，不产生翘曲。(2)本发明制备的发泡鞋底材料的回弹性和硬度功能沿厚度方向呈现梯度变化。在靠近足底的一侧的发泡材料硬度较小，回弹性较高，有利于能量回输；在贴近外底的一侧的发泡材料硬度较大，弹性较低，以提供足够的支撑，从而最大限度地使发泡鞋底材料穿着更加舒适。(3)与目前市场上较舒适的发泡鞋底材料及其制备方法相比，节省了粘合剂本身的原材料成本，节省了人工费用，缩短了成型周期，有利于保护环境。
综上所述，本发明所制备的功能梯度发泡鞋底材料具有较好的功能性和穿着舒适性，性价比较高，提升产品的市场竞争力，有良好的经济效益和社会效益，具有良好的发展前景。
本发明所用的原材料和各种助剂均为商品化产品。本发明采用的乙烯-醋酸乙烯共聚物为中国石化北京燕山分公司产品；乙烯-辛烯共聚物为美国陶氏化学产品，此外美国埃克森美孚、美国杜邦公司、韩国LG公司生产的乙烯-辛烯共聚物也适用于该材料的制备。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (1)
1.一种功能梯度发泡鞋底材料的制备方法，其特征在于其组分及质量比为：
所述交联剂为过氧化二异丙苯；
所述填料选用滑石粉；
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺；
所述发泡促进剂为氧化锌；
所述脱模剂采用硬脂酸锌；
其制备方法包括混炼工艺和模压工艺两个方面：
(1)混炼工艺：将乙烯-辛烯共聚物(POE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)在80℃～110℃范围内用密炼机进行混炼，转子转速在30～60转/分，加料顺序依次为POE，EVA，脱模剂，发泡剂，发泡促进剂，填料，交联剂，混合均匀后，迅速在80℃～110℃范围内以开炼机辊距1mm出片，在室温下停放24小时以上进行模压成型；
(2)模压工艺：将混炼胶裁剪成与模具形状一致，厚度为1～2mm，将不同组分的两层及多层的混炼胶叠加到模具中，模压温度为：160℃～190℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，制得功能梯度发泡鞋底材料。
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| CN201310268226.5A CN103319776B (zh) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | 一种功能梯度发泡鞋底材料及其制备方法 |
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Publications (2)
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