高性能高品質安全鞋底
- 編輯：zxb 修改時間：2011-04-26 11:21:26 來源：本站原創
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- 本文摘要:聚氨酯類彈性體在高性能鞋類應用已有將近40年的歷史。這段期間內，因其在鞋底應用中配方多樣化、低重量選擇和超乎尋常的耐用性等特點，這類材料越來越被人們所接受。
- 聚氨酯類彈性體在高性能鞋類應用已有將近40年的歷史。這段期間內，因其在鞋底應用中配方多樣化、低重量選擇和超乎尋常的耐用性等特點，這類材料越來越被人們所接受。在20世紀90年代中期，因使用熱塑性聚氨酯等新式應用而使聚氨酯的選擇范圍有了明顯的增長。過去我們報道了Huntsman公司的先鋒性行動 — 引進新式、更加柔軟的聚氨酯產品和新式生產方法，如雙密度聚氨酯/熱塑性聚氨酯鞋底解決方法，我們也簡要地描述了那時的新式低密度、注塑式熱塑性聚氨酯等系列產品。
此后，研發工作使新品的隊伍不斷壯大，包括柔軟、不含增塑劑、以及帶多種特性和加工選擇性的改良型發泡熱塑性聚氨酯材料。最為重要的是，Huntsman公司為制鞋工業提供了穩定的，成分單一的復合物，通過簡化搬運、存儲和物流，使熱塑性聚氨酯產品在眾多高品質、高性能鞋底及相關應用中獲得更多的接受與認可。本文的目的為回顧發泡熱塑性聚氨酯領域的最重要的成就，描述其特色及優勢并展示這些產品的獨特品質，以闡述Huntsman公司對制鞋業的變革與發展所做的努力。
產品描述
在詳細介紹之前，讓我們先來看看這些新材料。Huntsman公司的發泡熱塑性聚氨酯產品線一直使用SmartLite(r)品牌。表1顯示了SmartLite(r)系列產品的典型特性。從表中可知，自90年代末首次問世以來，其密度和硬度范圍都有了明顯的擴大。而且，這些材料的加工范圍也有不少增大，現在可對它們進行注塑、熱成型及擠壓成片或其它形狀的加工操作。在擠壓片材的應用中，其密度可低至0.4克/立方厘米。不同等級產品的化學成分也擴展到聚醚和聚酯類產品。所有聚氨酯材料的典型之處是: 它們與其它建筑材料可以非常良好地兼容，并且無須前期或后期處理操作即可擁有附著力。
除了這些材料的優越特性使之成為受人歡迎的鞋底材料外，其漂亮的外觀也使它們在鞋類應用中日益被認可，其柔軟、天鵝絨般的材質、重量輕和設計自由。因為上述原因而選擇SmartLite(r)發泡熱塑性聚氨酯材料做成的鞋底，在多種應用中生產出高品質的鞋子。
獨特的產品性能
◆ 耐用性
鞋底材料的耐用性通常通過耐磨性（即DIN53516）測得。從表1中可看到，這些材料顯示了典型的聚氨酯材料的磨損量低值。具體摩擦值取決于加工材料種類，但令人可以接受的是：對于鞋底材料而言，磨損量值不超過200mm3就是很不錯的。通過對比，典型的聚氨酯的磨損量值為100mm3或更低，而在相似的測試條件下，熱塑性橡膠（TPR）等鞋底材料多次顯示磨損量大于300mm3。
我們也針對鞋底成品進行了特殊的耐久性測試，從圖1中可以看出：熱塑性聚氨酯材料比多數鞋底產品優越。據觀察：SmartLite(r)熱塑性聚氨酯和EVA是微孔狀特性，我們也觀察到，發泡聚氯乙烯同復合型產品的耐久性特點相似，而發泡熱塑性橡膠則傾向于失去耐磨性，其耐磨值取決于被澆鑄的濃度。
在混凝土的表面，進行了12000轉的模擬磨損測試，測試鞋底的重量的質量損失。我們同英國SATRA公司共同合作獲得這些結果。從表中可以看出，以SmartLite(r)熱塑性聚氨酯材料制成的鞋底與常規的二種成分聚氨酯制品的磨損特性相類似。
◆ 防滑性
防滑性是所有種類鞋底材料的評估中一個關鍵領域。設計和材料等因素可影響鞋底的防滑性能。過去我們曾詳細討論過影響聚氨酯類鞋底產品的防滑性的因素。為對比不同的產品，曾進行SATRA PM144測試，它顯示：發泡熱塑性聚氨酯與兩種成分的常規聚氨酯泡沫特性相近，其微孔狀材料在磨損后的防滑性有所改善。在本文中，我們已進一步研究了這些現象并發現，實際上，經過一段時間的磨損后，在濕地板條件下，微孔狀熱塑性聚氨酯泡沫的阻力有所改善。
我們確信：同其它堅硬的鞋底材料，例如硫化橡膠比，SmartLite(r)熱塑性聚氨酯產品的防滑性保留是因其表面粗糙度增加使其在濕狀條件下能獲得更好的表面抓取性所致。圖2對此有所解釋。硫化橡膠的
表面(比重1.15)
經過了3個月的磨損后，表面較平坦，粗糙度較低
（ca.3mm），而多孔狀的SmartLite(r)熱塑性聚氨酯的表面則更為粗糙（ca.18mm）。防滑測試證實，這些樣品在泥土瓦片上的干摩擦系數類似，但在濕地板狀態條件下，發泡熱塑性聚氨酯產品的摩擦系數下降了12%，而硫化橡膠則下降了47%。從干到濕的過程中，兩種材料的新鞋底顯示出類似的變化（ca.兩種情況中的摩擦系數下降了25%）。
我們已針對多種不同鞋底材料進行了上述測試。。除了干濕條件對比外，也在冰凍泥土瓦片上測試了防滑性（摩擦系數）。正如預期，冰凍狀態條件下所有材料的摩擦系數都很低，但SmartLite(r)熱塑性聚氨酯產品的值最高，并且摩擦系數變化最小。在這些測試條件下，聚氯乙烯的性能最差，而在從干到冰凍環境條件中，非常柔軟的熱塑性橡膠的變化最大。
◆ 粘合特點
粘合是獲得可靠的鞋子品質的關鍵因素。聚氨酯材料的標準粘合系統的兼容性一向很好，無須一些準備性的操作，如涂底漆或電暈處理等。這些新式發泡熱塑性聚氨酯產品也不例外。SmartLite(r)熱塑性聚氨酯制成的鞋底的粘合測試獨立于皮質鞋面進行（SATRA測試法TM401和TM402），在多種配制條件下在溶劑型和水性標準聚氨酯粘合劑中進行。測試發現: 除粘合劑系統或包括溶劑揩擦/表面加粗等傳統技術的準備條件之外的所有情況中（>10N/mm），鞋底獲得了很高的粘合強度。先前未進行過準備的試驗品與預先處理過的樣品結果類似。圖5中顯示了水性聚氨酯粘合劑情況的結果
聚醚型產品的一般特性
Huntsman公司針對不同應用開發出多種產品，它們的硬度、目標模制密度各有千秋，最近則基于不同的軟嵌段主鏈。為一些聚醚型SmartLite(r)熱塑性聚氨酯產品的特性總結。如人們預期，這些新材料具有優越的水解和抗微生物性，并能用改良UV穩定性進行表達。其成品柔軟，性能再現性非常高。
◆ 撓曲性能
由SmartLite(r)熱塑性聚氨酯材料制成的鞋底具有非常優越的抗撓曲破裂性。至今，近1000萬雙鞋底并未因鞋底破裂而被退回，而鞋底破裂卻是其他類鞋底材料的通病。用Bennewart鞋底曲折試驗儀在-25℃下進行撓曲測試，在鞋底中央割開一個2mm的切口，SmartLite(r)熱塑性聚氨酯未見開口變化，而其它產品的切口都或多或少地增長。
◆ 加工
這些新式低密度的熱塑性聚氨酯材料多種多樣，可用多種方法進行加工，包括：注塑、擠出和熱成型等。為聚醚型產品（SmartLite(r)680）的擠出或注塑的典型加工條件。理想的注塑機應為常規的帶背壓裝置的往復螺桿式注射機，加熱能力至少為180℃，精密的溫控，單向閥以避免轉筒中的泡沫擴張，關閉式噴嘴以防止氣泄露，并且有精確的15℃至50℃的模具溫控以最小化表面擴張或泡沫微孔變形。實際上，據觀察，在某些條件下，這些材料也可以在其它設備中進行加工。
◆ 加工模擬
這些新式發泡熱塑性聚氨酯產品都基于一種具所有權技術（歐洲專利申請號116567）而制，這種技術可使成品重量輕，品質高。與常規的全密度熱塑性聚氨酯產品件的注塑不同的是，這種情況下的注塑涉及模槽的部分填充，隨后是有模槽完全填充的發泡過程。取決于部件的幾何形狀，注入點的位置，澆注構造等因素，材料和部件的密度分布可能會有較大差異。因此，如沒有可替代性技術，新品的加工調整可能會是一個費體力、耗時而又花費不菲的過程。
傳統的制模填充模擬過程未考慮熔體流動及氣泡膨脹及此部分的冷卻的復雜情況。認識到這些限制，我們與德國Aachem的塑料加工學院（IKV）及Simcon — 一家專業從事注塑模擬的德國軟件開發商展開合作以開發出一套軟件包，此軟件包考慮了泡沫膨脹的模具填充的物理特性、材料特性的變化和部件冷卻以預測密度分布，和模擬的模內流動性以預測出入口之位置、模具設計調整及其它泡沫細節問題。此優化工具的高精確性已在眾多情況中得以正實，并發現所做預測的準確度很高。實際上，此模擬包的完全細節超出了現在工作的范圍。圖6所示為某種鞋底設計的密度分布的典型輸出。
結論
本文中，我們介紹并顯示了幾種發泡熱塑性聚氨酯產品的關鍵特色。這些產品為制鞋和其它應用而研制并且使用SmartLite(r)品牌。這些新產品擴大了人們對高品質、高性能鞋底及成分應用的選擇。我們可以列舉這些新材料的某些重要特色：
1、在相似應用中，比替代產品的重量更輕；
2、在模擬磨損測試中具有優越的耐用性；
3、同替代產品比，具有優越的防滑性，在濕或冰凍條件下，防滑性可以很好地得以保持；
4、非常高質的部件整飾，質地柔軟且設計細節可重現；
5、可在常規設備中簡便操作，尤其是有新穎加工模擬技術的輔助；
6、與樹脂相結合的一種成分系統及通過有所有權的粘合技術。
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