运动鞋的更新迭代——源自对材料的不懈追求

一双运动鞋分为三个部分：鞋面，中底，大底。中底是运动鞋的灵魂，也是区别各大厂商的核心标志，立身之本。中底的作用是提供稳定性，缓冲和回弹，吸收运动中产生的冲击力，在运动中提供保护和比较温和的脚感。
运动鞋的中底，是高科技材料的聚集地。从早期的气垫，到EVA发泡，再到后来的TPU、ETPU材料等，一次次的更新换代，是我们对于材料不懈的追求。

中底材料的发展历史——几款具有代表性的鞋材

EVA材料：鞋材领域的中坚力量

EVA是乙烯、醋酸乙烯组成的无规共聚物，其中醋酸乙烯（VA）作为EVA分子链中的柔性链段，质量含量在 26%-40%之间，乙烯作为结晶链段，整体表现出一定的柔软度和高弹性。

作为鞋上最早使用的发泡材料，EVA材料的出现颠覆了人们对鞋中底材料的认知，纯EVA发泡的回弹性一般在40-45%，远比PVC、橡胶等材料回弹性好，且具有材质轻、易加工等特点，从而在鞋中底得到大量的应用。然而以EVA为基础的发泡材料产品耐老化性能、耐屈挠性能、弹性和耐磨性较差，且EVA发泡材料的填充能力有限，也在一定程度上限制了它的使用。
随着ETPU的出现，使人们对EVA材料提出了更高的要求，例如更低的硬度、更高的回弹、低压缩形变等等，因此EVA橡塑并用就成为了目前各厂家的研究热门。EVA橡塑并用，会加入EPDM、POE、OBCs、TPE如SEBS充油等弹性体共混使用，利用EPDM橡胶性、POE高弹性、OBCs柔软结晶性、TPE柔软性等以达到共混改性目的，从而提升EVA发泡性能，回弹性一般可提高到50-55%，甚至更高。由于EVA发泡材料价格优势，在未来的很长时间仍然是大众运动鞋最主力的材料选择 。

ETPU：具有划时代意义的发泡鞋材

TPU是热塑性聚氨酯弹性体的英文简称，是一种由二异氰酸酯、扩链剂、多元醇组成的嵌段共聚物。其中多元醇组成的软段表现出柔性和韧性，而二异氰酸酯作为硬段，赋予材料硬度和刚性，并且硬段结晶后作为物理交联点，使TPU表现出高弹性。因此TPU具有拉伸强度高、伸长率大，长期压缩永久变形率低等显著优点，而发泡后的TPU即ETPU，会有良好的回弹性。
相比传统的EVA中底，ETPU中底采用物理发泡的聚氨酯材料， 成型后呈爆米花状，具有优异的回弹性和形变恢复性，性能也远 超传统的EVA材质。优势：优异的耐磨性，低温性能好，超轻密度，极佳环保性，耐屈挠性能好，耐黄变，有良好的回弹性。

阿迪达斯于2013年正式推出以TPU发泡技术为核心的Boost中底科技鞋款。它采用了巴斯夫的ETPU，在巴斯夫的内部，他们把传统的TPU颗粒通过发泡膨胀制成的半成品材料称之为“Infinergy”，这个发泡的过程非常像玉米粒变成爆米花的过程。在20帕的压力下，中底可以压缩到一半大小。这对于足部减震非常重要。压缩力消失后，中底可以迅速恢复到原来的形状。中底就是通过这样的方式吸收能量，然后将很大一部分能量回馈给跑步者。此外，它能够在较大的温度范围内保持弹性，无论是零下40℃还是零上30℃。换句话说，它能始终保持回弹性能。

在2013年2月的东京马拉松上，Boost跑鞋首站告捷，在运动界一鸣惊人，因为从来没有这样的产品。

PUMA作为首先与巴斯夫接触研究ETPU材料的企业，在2011年阿迪达斯与巴斯夫达成独家合作后，不得不寻求亨斯迈的合作，研发出了NRGY泡沫缓震科技，并在2014年推出了搭载NRGY中底的鞋款。该系列运动鞋售价100美元以上，低于adidas的大部分Boost系列。自此，adidas申请了禁售令，要求PUMA禁止销售NRGY系列。由于这桩官司，PUMA推迟了NRGY鞋的上市安排。

这一桩官司不仅关乎adidas和PUMA间的竞争，也关乎巴斯夫E-TPU材料的专利限制，其他厂家能否生产E-TPU材料。最终，adidas以败诉告终，也意味着E-TPU专利限制的解禁。

OBCs材料：全新的尝试

陶氏成功针对运动鞋，特别是跑鞋所需要使用的中底缓震材料，研发了一种名为INFUSE的烯烃嵌段共聚物（OBCs = Olefin Block Copolymers ），该材料是一种烯烃嵌段共聚物，具有质量轻、回弹性好、质地柔软等特性，纯OBCs材料的回弹性可达到65%以上。OBCs与EVA、POE相容性很好，基本每一个EVA橡塑配方里面都会有这三个组合，OBCs质量份一般在10-20phr，用于提高整体鞋中底发泡材料的性能。
它所针对的市场材料竞品，就是传统的EVA和巴斯夫研发的E-TPU。根据陶氏化学的官方测试数据：由40%的烯烃泡棉制成的中底在回弹测试中要比100%的EVA材料高7%，同时比40%高弹EVA材料的高5%，不过在这项测试中烯烃泡棉的回弹表现低于TPU材料。但如果是采用100%的烯烃泡棉，它的回弹性比TPU中底高出7%。

PEBAX：高端跑鞋的选择

PEBAX弹性体是一款极高性能热塑性聚合物，是由刚性聚酰胺嵌段和软聚醚嵌段组成的嵌段共聚物。
这些独特聚合物保持延续了传统概念中聚酰胺相关的韧性和聚醚的弹性相结合。在反复弯曲过程中，PEBAX弹性体可以提供极其高效能量回收。穿着PEBAX中底技术鞋款可以将能量损耗系数降到更低，且拥有极强的抗冷冲击性。此外PEBAX弹性体在热性塑料品类中的重量是最低的，要比很多的低密度聚合物轻20%，回弹率可以达到70%-80%，且坚固性丝毫不会下降。
不过这种材料也并不完美，即使是新品中底部分依然有大量褶皱。这是由于PEBAX的分子之间支撑性能不好所导致，此外PEBAX发泡技术的成本和废品率都比较高，导致造价昂贵。
ETPU材料——热潮是否已经褪去？

在ETPU解禁之后，中国几乎所有TPU厂商都把ETPU材料放在了自己的宣传册中。而实际上，ETPU在鞋材上的应用，并没有迎来爆发式的增长。一方面，鞋材缓震科技具有很强的品牌代表性，而ETPU在形式上的创新仍存在一定的局限性，难以脱离阿迪达斯的标签效应。同时，我们也惊喜的发现，ETPU材料也在发生一些变化。

彩色ETPU鞋中底

首先是颜色上的改变，在初期ETPU只能被加工成白色，这是由于无机原料不好调色，直接染色容易发生界面迁移导致色差，在混合过程中还容易出现团聚、不均匀等问题。现在，我们在市场上可以看到彩色的ETPU颗粒。
研发人员想到引入染色多元醇来制备彩色TPU颗粒，再进行后续工艺。该方法步骤为：
①染料(尤其是无机染料)均匀的分散到聚合物多元醇中，制备染色多元醇；
②将染色多元醇与扩链剂、异氰酸酯进行共聚合成彩色TPU颗粒；
③用彩色TPU颗粒进行超临界发泡、水蒸气模塑成型，最终制得彩色ETPU鞋中底。
其制得的彩色TPU颗粒特征主要有两个。
一是染料以分子状态的形式均匀地分散到TPU颗粒内部，避免了采用染料与固体TPU颗粒直接混合造粒的方式时，染料存在分散差的问题。
二是借助硅烷偶联剂的偶合作用，将染料分子嫁接到TPU分子链上，实现了在后续TPU颗粒发泡过程中染料可以随着TPU分子链的膨胀拉伸进行同步的分子移动，同时避免了在高温高压和有水的环境下染料在TPU颗粒内部的界面迀移。
据称，因为加入有色多元醇导致设备不好清洗，就还有对TPU加入色母进行改性的手段，不过该方法没有更多的公开资料。
微波加热成型工艺

目前市场上一般都是用水蒸气加热进行二次发泡的成型工艺。首先是将ETPU粒子装入成型模具，利用水蒸气加热二次发泡，让相邻ETPU粒子彼此融合在一起，之后冷却即可。

一个新的工艺是：微博加热成型工艺。该工艺根据ETPU的热塑性，在成型工艺上运用微波加热。将ETPU粒子装入模具，放置在微波炉内，经过短时间（30秒左右）微波加热，让ETPU粒子部分熔融粘在一起，开模后即可得到产品。

相比水蒸气加热成型，这种方式更环保，更节能。

两种工艺做成的产品，最本质的材质还是ETPU材料，所以它们的撕裂强度或者回弹等性能不会有很大不同。不过微波工艺做成的成品密度稍有偏高，针对这个问题，可以对产品结构设计来减轻分量，如鞋底的镂空设计。
其次，对于复杂形体的设计，微波工艺相比水蒸气工艺，更能复刻模具表面的纹理，能做出凹凸差较大的设计，加上相对平整的表面，更能满足鞋材的设计自由。
ETPU的全新应用领域

有很多厂商尝试将ETPU材料带到更为广泛的下游应用中。早期，成功的商业化应用是ETPU塑胶跑道，比较有代表性的企业是都佰城。

近年来，更多的商业化应用出现在我们的视野中，例如ETPU自行车坐垫、运动防护垫、ETPU儿童爬行垫、自行车头盔填充、汽车座椅填充等等。