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  我國(guó)是全球最大的運(yùn)動(dòng)鞋生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2014年僅福建晉江地區(qū)出口的運(yùn)動(dòng)鞋高達(dá)25億雙。EVA和PU泡沫是重要的運(yùn)動(dòng)鞋緩沖發(fā)泡材料。EVA發(fā)泡材料采用化學(xué)發(fā)泡的方法來(lái)制備，發(fā)泡過(guò)程中涉及高分子鏈的交聯(lián)；PU發(fā)泡材料采用反應(yīng)發(fā)泡的方法來(lái)制備，發(fā)泡過(guò)程中也涉及分子鏈的交聯(lián)。具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物發(fā)泡材料無(wú)法熔融回收，物理填埋和焚燒均易導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題。因此，制備具有非交聯(lián)結(jié)構(gòu)、可以熔融回收、回彈性能優(yōu)異、壓縮永久形變低的聚合物柔性發(fā)泡材料受到鞋材行業(yè)的廣泛關(guān)注。

  早在2011年，中科院寧波材料所超臨界流體綠色加工團(tuán)隊(duì)的翟文濤研究員開(kāi)展了熱塑彈性體的超臨界流體微發(fā)泡行為研究，探索超臨界流體法制備聚烯烴彈性體、聚氨酯彈性體、聚酯彈性體、苯乙烯類彈性體等發(fā)泡材料的可能性以及微發(fā)泡結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)泡材料性能的影響。2013-2014年間，中科院寧波材料所與晉江國(guó)盛新材料科技有限公司（簡(jiǎn)稱國(guó)盛新材料）達(dá)成合作，建立了“環(huán)保型高彈性ETPU鞋材技術(shù)工程中心”，該中心重點(diǎn)針對(duì)TPU，開(kāi)展了超臨界流體微發(fā)泡技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐。

  研究人員選擇高硬度聚酯型TPU樹(shù)脂，以超臨界CO2流體為發(fā)泡劑，通過(guò)釜壓發(fā)泡技術(shù)，制備了具有微孔結(jié)構(gòu)、泡孔結(jié)構(gòu)分布均勻的TPU發(fā)泡珠粒材料；通過(guò)專用模具和專用水蒸氣成型設(shè)備，制備了TPU發(fā)泡成型制件。運(yùn)動(dòng)鞋終端品牌測(cè)試了TPU發(fā)泡中底材料經(jīng)1000次連續(xù)壓縮后的能量效率和動(dòng)態(tài)壓縮永久形變，并與現(xiàn)有鞋用發(fā)泡材料進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1。如表所示，TPU發(fā)泡中底具有最低的模量，最高的能量效率和較低的動(dòng)態(tài)壓縮永久形變，高的能量效率即高的能量存儲(chǔ)，意味著跑步過(guò)程中運(yùn)動(dòng)鞋可以把更多的能量反饋給跑者，使跑步的每一步都更加輕盈。

表1. 三類中底發(fā)泡鞋材的動(dòng)態(tài)性能，數(shù)據(jù)由終端品牌提供

  2015年初，全球著名慢跑鞋品牌Saucony（索康尼）通過(guò)了TPU珠粒泡沫中底的應(yīng)用性測(cè)試，并在2015-2016年度設(shè)計(jì)制造了“TRIUMPH ISO2”（見(jiàn)圖1）、“KINVARA 7”等多款含TPU泡沫的高彈性中底插件。2016年11月，TRIUMPH ISO2被國(guó)際著名的運(yùn)動(dòng)鞋權(quán)威評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)“RUNER''S WORLD”評(píng)為2016年度全球最好的運(yùn)動(dòng)鞋。2016-2017年度，索康尼將TPU泡沫材料覆蓋到整個(gè)中底，設(shè)計(jì)了“FREEDOM ISO”（見(jiàn)圖1），該款9碼男鞋重量?jī)H為256克，F(xiàn)REEDOM ISO 落地時(shí)，前腳至腳后跟平穩(wěn)的過(guò)渡，讓踏出的每一步都非常舒適輕松。該款運(yùn)動(dòng)鞋獲得著名運(yùn)動(dòng)鞋評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)“OUTSIDE” 2017年夏季購(gòu)鞋指南的“年度裝備”獎(jiǎng)（Gear of the year）。

圖1、美國(guó)索康尼公司開(kāi)發(fā)的包含有TPU發(fā)泡中底的專業(yè)慢跑鞋

  研究團(tuán)隊(duì)注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局，在寧波材料所科研團(tuán)隊(duì)的協(xié)助下，國(guó)盛新材料圍繞發(fā)泡技術(shù)、配方體系、成型技術(shù)、制品外觀修飾等方面設(shè)計(jì)了美國(guó)專利1項(xiàng)、國(guó)際專利1項(xiàng)，中國(guó)發(fā)明專利12項(xiàng)，形成了較為完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。2016年5月，寧波材料所與國(guó)盛新材料的合作項(xiàng)目“新型高回彈鞋材用熱塑性聚氨酯微發(fā)泡珠粒關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”通過(guò)了由中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的成果鑒定（圖2），由來(lái)自行業(yè)和學(xué)術(shù)界組成的專家鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為：“成果具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性，其技術(shù)和產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平”。

圖2、成果鑒定會(huì)現(xiàn)場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書(shū)

  2016年8月，寧波材料所與國(guó)盛新材料合作申請(qǐng)的“千噸級(jí)新型高性能ETPU材料的規(guī)�；苽�、成型和鞋材應(yīng)用”項(xiàng)目得到中科院-福建省STS計(jì)劃項(xiàng)目的資助。在市場(chǎng)應(yīng)用端的需求牽引下，在政府科研項(xiàng)目的大力支持下，國(guó)盛新材料設(shè)計(jì)搭建了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了2000噸/年發(fā)泡珠粒材料和3萬(wàn)雙/天發(fā)泡珠粒中底的量產(chǎn)能力。

  TPU發(fā)泡材料質(zhì)地柔軟、回彈性能優(yōu)異、壓縮永久形變小、溫度適應(yīng)性高，非常適于制備運(yùn)動(dòng)鞋的中底。當(dāng)前，運(yùn)動(dòng)鞋市場(chǎng)對(duì)TPU發(fā)泡材料中底極為推崇，國(guó)際運(yùn)動(dòng)鞋品牌和國(guó)內(nèi)運(yùn)動(dòng)鞋知名品牌已在紛紛批量使用這種新型環(huán)保型高性能發(fā)泡材料。2017年以來(lái)，國(guó)盛新材料成功實(shí)現(xiàn)了彩色TPU發(fā)泡珠粒的規(guī)�；苽洹⒊尚�，在確保材料優(yōu)異性能的同時(shí)賦予材料豐富的顏色。彩色TPU發(fā)泡材料具有多彩的外觀，這極大地拓展了TPU發(fā)泡中底的可設(shè)計(jì)性。

  TPU發(fā)泡材料質(zhì)地柔軟、彈性極佳，不但適合制作運(yùn)動(dòng)鞋中底，還適合用于抗反復(fù)沖擊、運(yùn)動(dòng)防護(hù)、阻尼、家居用品、低載荷免充氣輪胎等多個(gè)領(lǐng)域。研究團(tuán)隊(duì)希望多方資源盡快介入，一起拓寬新型高彈性輕量化TPU發(fā)泡材料的下游應(yīng)用領(lǐng)域。

  本項(xiàng)目得到“環(huán)保型高彈性ETPU鞋材技術(shù)工程中心”項(xiàng)目、中科院/福建省STS計(jì)劃項(xiàng)目的支持。