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运动鞋专用爆米花料ETPU国内最新动态:紧追巴斯夫&阿迪达斯

:鞋材行业需要转型,需要创新,而这个过程中材料是一切设计和创新的基础,如果材料和工艺不能实现,那么再好的设计都是空中楼阁;本篇文章作者从ETPU,俗称“爆米花”料的前身今身讲起,描述了巴斯夫和阿迪达斯合作推出Boost讲起,到作者自身的一些研究工作以及国产化并迈向市场的过程,非常值得推荐,请看正文;



01我国制鞋行业进入行业转型阵痛期

我国是全球最大的运动鞋生产和消费大国,据海关统计,2014年仅福建晋江地区出口的运动鞋高达25亿双。制鞋业在我国经过三十多年的粗放式发展,行业产能严重过剩,随着我国劳动力成本的逐年攀升,以及近年来国际市场的萎缩,多家中小型鞋企倒闭,多家外资鞋企转移至东南亚,我国制鞋行业进入行业转型阵痛期。


02传统三种发泡材料:EVAPU,橡胶的缺点:

EVA泡沫、橡胶泡沫、PU泡沫是重要的运动鞋缓冲泡沫材料。

EVA是热塑性树脂,但其发泡过程中需要交联,导致发泡材料无法熔融回收;

其次,橡胶和EVA发泡过程中发泡剂的分解产物甲酰胺具有生殖毒性,生产和使用过程中危害较大;

此外,EVA和橡胶发泡材料还存在弹性较差和永久形变较大的问题。

PU发泡材料发泡过程中存在对人体有害的异氰酸酯残留物,由于分子链结构交联,发泡材料无法回收利用。 


03巴斯夫ETPU研发以及市场应用过程:

热塑性聚氨酯(TPU)是一种耐磨、耐撕裂、止滑性能优异的热塑弹性体材料,广泛应用于鞋材领域。


2007年,德国巴斯夫公司以TPU树脂为原料,采用物理发泡技术,成功开发了非交联TPU发泡珠粒材料(ETPU)。


2010-2013年期间,德国巴斯夫公司联合阿迪达斯公司开发了以ETPU中底鞋材的跑鞋品牌Energy Boost。


ETPU鞋材具有优异的回弹性、极低的压缩永久形变、良好的穿着感,加工过程环保、高效,受到市场的广泛追捧,2015年Boost跑鞋市场销售量达到1000万双。


阿迪达斯公司在新品发布会上宣传,ETPU是发泡鞋材领域的“革命性材料”,代表新型发泡鞋材的发展方向。该公司在未来10年内逐渐推广这种材料在跑鞋、休闲鞋、篮球鞋等领域的应用。

 

1. 阿迪达斯公司开发的Boost系列跑鞋(上图为2013年主推款式)


04ETPU项目得到国家重视:

高性能环保型ETPU发泡鞋材是我国鞋材行业转型升级的重要方向。我国在十三五重点研发计划“重点基础材料技术提升与产业化”重点专项中明确指出,支持TPU超临界流体微发泡轻量化技术研究开发,制备高性能ETPU发泡材料,形成行业产业化生产示范。


05中科院宁波材料爆料:ETPU紧追巴斯夫&阿迪达斯

早在2011年,中科院宁波材料所超临界流体绿色加工团队就在翟文涛研究员的领导下开展了TPU超临界流体微发泡的研究,探索超临界流体法制备TPU发泡材料的可能性以及微发泡结构对TPU发泡材料弹性的影响。


2013-2014年间,中科院宁波材料所与晋江国盛新材料科技有限公司(国盛新材料)达成合作协议,建立“环保型高弹性ETPU鞋材技术工程中心”,开展TPU超临界流体微发泡技术的研究开发和应用实践。研究人员先后开发了适于TPU超临界流体微发泡的树脂配方体系、发泡装备和适当的操作工艺。


2015年1月,研究团队成功设计搭建了300吨/年的产业化中试示范装备,实现了30吨/月的生产能力,相关技术已经获得PCT专利1项,中国发明专利授权4项,公开专利3项,着手申请美国和欧洲专利各1项,初步形成了完整的自主知识产权。目前,中科院宁波所/国盛新材料是全球第二家拥有ETPU发泡材料规模化生产技术的单位。如图2所示,所开发的ETPU表观光洁完整、膨胀倍率5-10倍可控、泡孔尺寸为50-100mm。 

 

2. TPU发泡珠粒和发泡珠粒泡孔结构电镜照片

TPU发泡珠粒可以通过水蒸气成型机来实现模压成型,制备ETPU鞋材中底以及其他成型体材料。


2013年12月以来,研究团队联合水蒸气成型机生产商对现有成型机设备进行改造,联合模具厂进行鞋材模具设计,先后解决了模框/模具设计与安装、发泡珠粒稳定注入、模具轧花工艺设计、模具排气效果设计等多个难题,实现了ETPU成型体材料的收缩率控制、多种复杂轧花效果的实现,同时有效地避免了成型材料表面缺陷的产生。如图3所示,所开发的ETPU成型体材料可以具有复杂的表面结构和实现了精细的印纹效果。

   

3. 宁波材料所-国盛新材料联合开发的ETPU鞋材中底样品

2015年3月以来,研究团队联合国外运动鞋品牌推广ETPU发泡鞋材,先后获得美国运动鞋品牌的订单,成为全球第二家具有稳定生产ETPU中底鞋材的单位。图4所示为量产ETPU中底鞋材和运动鞋照片。目前,市场反馈良好,客户正在追加订单以及设计新的款式,多个国际运动鞋品牌正在讨论实质性合作。 

4. 美国运动鞋品牌委托生产的量产ETPU鞋材中底和运动鞋照片

ETPU成型体材料不但质地柔软、弹性极佳,而且加工过程环保、高效,发泡制品可以100%熔融回收,代表柔性高分子发泡材料的发展方向,是一种“革命性”材料。ETPU成型体材料不但适合制作运动鞋中底和内底,还适用于抗反复冲击、运动防护、阻尼、家居用品、低载荷免充气轮胎等多个领域。

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