CN109111636B - 功能梯度材料、鞋底基材的制备方法及鞋 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功能梯度材料，其包括：20～40质量份的乙烯醋酸乙烯酯，10～35质量份的乙烯‑辛烯共聚物，10～35质量份的乙烯‑辛烯嵌段共聚物，10～30质量份的乙烯醋酸乙烯酯橡胶，1～3质量份的交联剂，5～20质量份的填料，4～7质量份的发泡剂，3～6质量份的氧化锌，2～5质量份的硬脂酸锌。本发明还公开一种鞋底基材的制备方法及鞋。上述方案能解决目前的功能梯度材料制成的鞋存在减震性能较差及较容易导致用户受伤的问题。

Description

功能梯度材料、鞋底基材的制备方法及鞋
技术领域
本发明涉及鞋类制造技术领域，尤其涉及功能梯度材料、鞋底基材的制备方法及鞋。
背景技术
随着人们生活水平的提高，目前人们对于自身健康越来越重视，随之而来的是，各类运动的兴起，为了较好的进行各种运动，人们需要配备专用的适合运动的装备。鞋是人们进行运动中必不可少的重要装备，运动种类的不同，鞋的种类也不同。鞋能够较好地防护运动者的脚、脚踝等部位，避免在运动中受伤。
为了实现鞋具备较好的防护功效，鞋类生产厂商在研发制造鞋的材料方向投入大量的精力。功能梯度材料(Functional Gradient Materials简写为FGM)是一种优良的制备鞋底的材料，其在制造的过程中，使得构成材料的要素(组成、结构、孔隙率、浓度)沿厚度方向由一侧到另一侧连续变化，进而使得内部没有明显界面，从而使得材料的性能和功能也能够呈现连续变化的一种新材料。与目前常用的复合材料(即一般需要采用胶水将不同的基材粘接在一起的材料)相比，功能梯度材料的组成从材料的厚度方向的一侧向着另一侧呈梯度变化、且无特定界面，从而使得材料的性能平稳变化，因此能缓和材料的表层与底层之间的应力，使得材料的性能更好。
采用功能梯度材料制备的鞋底，能够使得鞋具备优良的特性，但是用来制作鞋的功能梯度材料通常为平整的鞋用材料，而用户在运动的过程中，鞋的鞋底通常与地面有一定的夹角，例如慢跑运动在触地瞬间鞋与地面的夹角大约为20°，再例如，羽毛球蹬步时鞋与地面的夹角可大于40°。在运动的过程中，鞋与地面之间的夹角大小，与跑步速度、运动方式及个人运动水平有非常密切的关系，在触地瞬间后50ms内，因脚部肌肉没能及时接收地面的冲击力，往往被认为是运动损伤的关键因素。但是，目前的功能梯度材料弹性及减震性能无法满足上述的运动需求，较容易导致运动员受伤。
与此同时，目前的功能梯度材料的性能有待提高，例如目前的功能梯度材料的弹性较差，导致功能梯度材料制成的鞋底的减震性能较差。
发明内容
本发明公开一种功能梯度材料，以解决目前的功能梯度材料制成的鞋存在性能较差的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种功能梯度材料，包括：20～40质量份的乙烯醋酸乙烯酯，10～35质量份的乙烯-辛烯共聚物，10～35质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物，10～30质量份的乙烯醋酸乙烯酯橡胶，1～3质量份的交联剂，5～20质量份的填料，4～7质量份的发泡剂，3～6质量份的氧化锌，2～5质量份的硬脂酸锌。
一种鞋底基材的制备方法，包括：
51)将上文所述的功能梯度材料进行混炼，得到基材片；
52)从经过硫化测试后得到的基材片中，筛选密度差值小于或等于设定值的多个所述基材片；
53)采用模压工艺将密度差值小于或等于设定值的多个所述基材片叠加并在模具中压合，从而形成具有坡度的鞋底基材，所述鞋底基材的顶面相对于所述鞋底基材的底面具有设定坡度。
一种鞋，包括鞋底，所述鞋底由上文所述制备方法制成的所述鞋底基材制成，所述鞋底基材包括五层所述基材片、且在所述鞋底基材的顶面向底面延伸的方向，所述鞋底基材的硬度越来越小。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明公开的功能梯度材料以乙烯-醋酸乙烯酯为主基体，加入弹性较好的乙烯-辛烯共聚物能够提升功能梯度材料的弹性，进而能够提高采用本发明实施例公开的功能梯度材料制成的鞋底的弹性。乙烯-辛烯嵌段共聚物具备耐压变性能和弹性均优良的特点，可以作为弹性改性剂。乙烯醋酸乙烯酯橡胶具有阻尼性能良好、耐热和耐候性能良好的特点，密度小而且透气性能良好，可以作为减震改性剂，能够提升功能梯度材料的减震性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例公开的鞋底基材的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
本发明实施例公开一种功能梯度材料，所公开的功能梯度材料包括20～40质量份的乙烯-醋酸乙烯酯，10～35质量份的乙烯-辛烯共聚物，10～35质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物，10～30质量份的乙烯醋酸乙烯酯橡胶，1～3质量份的交联剂，5～20质量份的填料，4～7质量份的发泡剂，3～6质量份的氧化锌，2～5质量份的硬脂酸锌。
本发明实施例公开的功能梯度材料以乙烯-醋酸乙烯酯为主基体，加入弹性较好的乙烯-辛烯共聚物能够提升功能梯度材料的弹性，进而能够提高采用本发明实施例公开的功能梯度材料制成的鞋底的弹性。乙烯-辛烯嵌段共聚物具备耐压变性能和弹性均优良的特点，可以作为弹性改性剂。乙烯醋酸乙烯酯橡胶具有阻尼性能良好、耐热和耐候性能良好的特点，密度小而且透气性能良好，可以作为减震改性剂，能够提升功能梯度材料的减震性能。
在实际的制备过程中，可以通过引入上文所述的改性剂，优化工艺，通过调控不同的组分的配比得到不同弹性及减震性能的功能梯度材料。
交联剂能够提升功能梯度材料其它各组分之间的物理机械性能，交联剂可以包括氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和过氧化氢异丙苯中的至少一种。优选的方案中，交联剂包括氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和过氧化氢异丙苯。
本实施例中，填料能够提升功能梯度材料的其它组分的接触面积，达到后续更好的混合效果。填料可以包括氢氧化镁、碳酸钙、滑石粉、白炭黑和硅灰石中的至少一种。优选的方案中，填料可以包括氢氧化镁、碳酸钙、滑石粉、白炭黑和硅灰石。
发泡剂可以包括偶氮二甲酰胺、4，4′-氧代双苯磺酰肼、N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺、碳酸氢钠和碳酸氢铵中的至少一种。
本发明实施例公开的功能梯度材料以乙烯-醋酸乙烯酯为主基体，加入乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯嵌段共聚物和乙烯醋酸乙烯酯橡胶，进而能够提升功能梯度材料的弹性及抗震性能，进而实现更优的减震支撑及回弹的功能梯度变化，有利于功能梯度材料制成的鞋底的性能，使得由此鞋底制成的鞋具备更优良的运动适应性。
请参考图1，本发明实施例公开一种鞋底基材的制备方法，该鞋底基材采用上文所述的功能梯度材料制备，该制备方法的制备过程如下：
步骤101、混炼工序。
采用上文中不同配比的功能梯度材料进行混炼，得到基材片，基材片用于后续工序中的鞋底基材的制备。一种具体的实施方式中，该步骤中，将不同比例的乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、硬脂酸锌、发泡剂、氧化锌和填料加入到密炼机进行混炼，混炼温度为90℃-120℃，密炼机转子转速约40-70转/分，混炼时间3-5min；混合均匀后，再加入交联剂，混合2-3min后，迅速在90℃-120℃范围内以开炼机辊距1-2mm输出基材片，基材片在室温下停放24小时备用。
在上文所述的功能梯度材料的各个配比范围内，选取不同配比进行基材片的制备。步骤101得到多个基材片，每一种配比的功能梯度材料制备一种基材片。
本发明实施例公开的混炼工序还可以采用开炼机、挤出机等其它设备进行，不局限于混炼机。
步骤102、硫化测试工序。
本步骤中，对步骤S101制备的多个基材片进行硫化测试，具体的，可以采用无转子发泡硫化仪进行硫化及发泡测试，硫化测试后为后续步骤S103筛选出硫化参数一致的基材片进行准备，进而方便后续的多个基材片在同一硫化条件下的一体化模压成型。具体的，硫化测试条件可以为：硫化温度为160℃～180℃，硫化时间为6min～12min。
S103、筛选工序。
硫化测试后进行密度测试，在经过硫化测试后得到的基材片中，筛选参数为密度参数，密度参数的基准为设定值，本步骤中，筛选与设定值之差的绝对值小于或等于设定差值的多个基材片。具体的，设定差值可以为0.05g/cm3，设定值可以为0.205g/cm3，也就是说，此种情况下，筛选的基材片的密度为0.205g/cm3±0.05g/cm3。
S104、模压工序。
采用模压工艺将密度差值小于或等于设定差值的多个基材片叠加并在模具中压合，从而形成具有坡度的鞋底基材，鞋底基材的顶面相对于鞋底基材的底面具有设定坡度。
在具体的操作过程中，可以将步骤S103筛选出的基材片通过裁刀裁剪成与模具形状及尺寸一致、厚度可以为1-2mm的基材片，并将多个基材片按照顺序叠加到带有一定坡度的模具中，从而将叠加在一起的多层基材片压成一体。一种具体的模压条件为：模压温度为160℃-180℃，模压时间可以为6min～12min，模压压力为10～15Mpa，取出模压成型的鞋底基材进行冷却。
具体的，步骤S104形成的鞋底基材的设定坡度可以为10°，也可以为35°-45°，根据运动的种类不同，设定坡度有所差异，生产厂商可以根据所制造的鞋所使用的运动类型，来调整设定坡度的具体数值。
一种具体的实施方式中，基材片的数量可以为五片，五片基材片叠置后通过模压工艺形成一体式结构。
如上文所述，多个基材片采用的功能梯度材料的各个组分配比不同。现在以基材片的数量为五片为例，详细说明一种鞋底基材的制备过程，具体包括：
1、第一基材片的制备。
采用第一种具体配比的功能梯度材料进行第一基材片的制备。具体的，第一基材片采用的功能梯度材料包括：20质量份的乙烯-醋酸乙烯酯、25质量份的乙烯-辛烯共聚物、25质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、30质量份的乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、1.8质量份过氧化二异丙苯、10质量份的滑石粉、5质量份的白炭黑、1质量份偶氮二甲酰胺、2质量份的N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺、3质量份的氧化锌和3质量份的硬脂酸锌。
依据上述配比进行称料，采用上文所述的混炼工艺和模压工艺进行制备，经无转子流变仪测得混炼胶在170℃时的工程正硫化时间为483s，然后在170℃条件下将混炼制得的材料片通过裁刀裁剪成与模具形状一致，采用平板硫化机进行模压成型，得到第一基材片，停放24h后进行性能测试。
2、第二基材片的制备。
采用第二种具体配比的功能梯度材料进行第二基材片的制备。具体的，第二基材片采用的功能梯度材料包括：30质量份的乙烯-醋酸乙烯酯、25质量份的乙烯-辛烯共聚物、25质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、20质量份的乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、1.8质量份的过氧化二异丙苯、10质量份的滑石粉、5质量份的白炭黑，2质量份的偶氮二甲酰胺、2质量份的N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺、4质量份的氧化锌和3质量份的硬脂酸锌。
按上述配比称料，并根据之前所述的混炼工艺和模压工艺进行制备，经无转子流变仪测得混炼胶在170℃时的工程正硫化时间为485s，然后在170℃条件下将混炼制得的材料片通过裁刀裁剪成与模具形状一致，采用平板硫化机进行模压成型，得到第二基材片，停放24h后进行性能测试。
3、第三基材片的制备。
采用第三种具体配比的功能梯度材料进行第三基材片的制备。具体的，第三基材片采用的功能梯度材料包括：40质量份的乙烯-醋酸乙烯酯、25质量份的乙烯-辛烯共聚物、25质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、10质量份的乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、1.8质量份的过氧化二异丙苯、10质量份的滑石粉、5质量份的白炭黑、2.5质量份的偶氮二甲酰胺、2质量份的N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺、5质量份的氧化锌和3质量份的硬脂酸锌。
按上述配比称料，并根据之前所述的混炼工艺和模压工艺进行制备，经无转子流变仪测得混炼胶在170℃时的工程正硫化时间为479s，然后在170℃条件下将混炼制得的材料片通过裁刀裁剪成与模具形状一致，采用平板硫化机进行模压成型，得到第三基材片，停放24h后进行性能测试。
4、第四基材片的制备。
采用第四种具体配比的功能梯度材料进行第四基材片的制备。具体的，第四基材片采用的功能梯度材料包括：30质量份的乙烯-醋酸乙烯酯、30质量份的乙烯-辛烯共聚物、30质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、10质量份的乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、1.8质量份的过氧化二异丙苯、10质量份的滑石粉、5质量份的白炭黑、3质量份的偶氮二甲酰胺、2质量份的N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺、6质量份的氧化锌和3质量份的硬脂酸锌。
按上述配比称料，并根据之前所述的混炼工艺和模压工艺进行制备，经无转子流变仪测得混炼胶在170℃时的工程正硫化时间为485s，然后在170℃条件下将混炼制得的材料片通过裁刀裁剪成与模具形状一致，采用平板硫化机进行模压成型，得到第四基材片，停放24h后进行性能测试。
5、第五基材片的制备。
采用第五种具体配比的功能梯度材料进行第五基材片的制备。具体的，第五基材片采用的功能梯度材料可以包括：20质量份的乙烯-醋酸乙烯酯、35质量份的乙烯-辛烯共聚物、35质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物、10质量份的乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、1.8质量份的过氧化二异丙苯、10质量份的滑石粉、5质量份的白炭黑、3质量份的偶氮二甲酰胺、2.5质量份的N，N′-二亚硝基五亚甲基四胺、6质量份的氧化锌和3质量份的硬脂酸锌。
按上述配比称料，并根据之前所述的混炼工艺和模压工艺进行制备，经无转子流变仪测得混炼胶在170℃时的工程正硫化时间为489s，然后在170℃条件下将混炼制得的材料片通过裁刀裁剪成与模具形状一致，采用平板硫化机进行模压成型，得到第五基材片，停放24h后进行性能测试。
6、多层叠加：
将上述五种混炼胶片(即第一基材片、第二基材片、第三基材片、第四基材片和第五基材片)，按照顺序放入无转子硫化仪中进行硫化测试，在170℃时的正硫化时间为484s，与五种具体配比的功能梯度材料单独测试的正硫化时间相近，从工艺条件角度可实现一体化成型。将上述的五层基材片通过裁刀裁剪成与模具形状一致，根据结构设计材料尺寸相应渐变，每一层厚度为1～2mm，按照功能设计依次叠加到模具中，第一层的一侧标注为A面，第五层的一侧标注为B面，采用平板硫化机进行模压发泡成型，模压温度为：170℃，模压时间为：6min～12min，取出冷却，即制得带有坡度的鞋底基材。停放24h后进行性能测试。
表1 实施例性能指标
Figure BDA0001744731860000091
所制造的鞋底基材(即第一基材片、第二基材片、第三基材片、第四基材片和第五基材片)各项性能指标如表1所示。其中硬度按GB/T531.1-2008进行测试，尺寸收缩率按GB/T3903.13-2005进行测试，冲击回弹率按GB/T1681-2009进行测试，压缩永久变形率按HG/T2876-2009进行测试，密度按GB/T533-2008进行测试。
从表1可以看出，第1～5层的基材片的密度在0.201～0.210g/cm3之间，密度的偏差在±0.05g/cm3，在此范围内，可以实现材料通过一体化成型制备成无翘曲的鞋底基材。冲击回弹在25％-64％之间，Shore C硬度在37-55之间，鞋底基材的两侧表面(即A面和B面)所体现出的弹性和硬度分别介于A材料和B材料单独测试所体现出来的性能之间，说明复合后形成的具有梯度的鞋底基材的性能有平缓向趋中过渡的趋势。从1-5层材料的压缩永久变形逐渐变小，尺寸稳定性也是逐渐变小，复合后形成的具有梯度的鞋底基材同样有趋中的趋势。
在实际的制备过程中，设计人员可以根据鞋的需求，相应地调整基材片的数量及各个基材片生产中所使用的功能梯度材料的具体配比，达到组分及结构上均能够响应调整的目的，从而实现不同的功能的差异化程度，同时也可以通过改变密度实现材料功能性的差异，以满足不同场合的应用要求。
本发明实施例公开的制备方法将第一基材片、第二基材片、第三基材片、第四基材片和第五基材片通过模压制成鞋底基材，相比于现有技术中采用胶水粘接的方式而言，还能避免由于粘接胶水固化后对鞋底弹性及减震性能的不良影响。
综上所述，本发明所制备的坡度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-醋酸乙烯酯可以为台塑公司产品；乙烯-辛烯共聚物和乙烯-辛烯嵌段共聚物可以为美国陶氏化学产品，乙烯-醋酸乙烯酯橡胶可以为朗盛公司产品。
本发明实施例公开一种鞋，所公开的鞋包括鞋底，鞋底由上文所述的制备方法所形成的鞋底基材制成，鞋底基材可以包括五层基材片，在鞋底基材的顶面向底面延伸的方向，鞋底基材的硬度越来越小。
在鞋底基材的顶面向底面延伸的方向上，鞋底基材的硬度越来越小，进而能够提高鞋的后跟的稳定性，此种内侧(靠近顶面的一侧)较硬、外侧(靠近底面的一侧)较软的鞋底结构，能够防止后跟过度外翻及过大的后跟外翻速度，从而能降低运动的损伤风险。
需要说明的是，鞋底基材的顶面指的是能够构成鞋的内腔的顶部表面，鞋底基材的底面指的是形成鞋上接触地面的表面。
鞋底基材具有一定的坡度，能够较好地适应运动落地时的受力角度及稳定性需求。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种利用功能梯度材料制备鞋底基材的方法，其特征在于，所述功能梯度材料包括：20～40质量份的乙烯醋酸乙烯酯，10～35质量份的乙烯-辛烯共聚物，10～35质量份的乙烯-辛烯嵌段共聚物，10～30质量份的乙烯醋酸乙烯酯橡胶，1～3质量份的交联剂，5～20质量份的填料，4～7质量份的发泡剂，3～6质量份的氧化锌，2～5质量份的硬脂酸锌；
所述方法包括：
51)将所述功能梯度材料进行混炼，得到基材片；
52)从经过硫化测试后得到的基材片中，筛选密度差值小于或等于设定值的多个所述基材片；
53)采用模压工艺将密度差值小于或等于设定值的多个所述基材片叠加并在模具中压合，从而形成具有坡度的鞋底基材，所述鞋底基材的顶面相对于所述鞋底基材的底面具有设定坡度；
其中，所述设定坡度为10°或35°-45°，在所述鞋底基材的顶面向底面延伸的方向，所述鞋底基材的硬度越来越小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联剂包括过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和过氧化氢异丙苯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填料包括氢氧化镁、碳酸钙、滑石粉、白炭黑和硅灰石中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发泡剂包括偶氮二甲酰胺、4，4'-氧代双苯磺酰肼、N，N'-二亚硝基五亚甲基四胺、碳酸氢钠和碳酸氢铵中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤51)包括：
采用密炼机将多份不同配比的所述功能梯度材料依次进行混炼，混炼温度为90℃-120℃，所述密炼机转子的转速为40-70转/分，在混炼的过程中，先将乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-辛烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、硬脂酸锌、发泡剂、氧化锌和填料加入到密炼机中进行混炼，混炼时间为3-5min，混合均匀后，再加入所述交联剂，混合2-3min，迅速在90℃-120℃的范围内以开炼机辊距1-2mm输出所述基材片。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材片的数量为五片。
7.一种鞋，其特征在于，包括鞋底，所述鞋底由权利要求1-6中任一项所述方法制成的所述鞋底基材制成，所述鞋底基材包括五层所述基材片、且在所述鞋底基材的顶面向底面延伸的方向，所述鞋底基材的硬度越来越小。
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