一種質(zhì)輕耐磨密度梯度發(fā)泡鞋底材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)及休閑鞋底材料及其制備方法，特別是一種密度梯度型的發(fā) 泡鞋底材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 功能梯度材料（Functional Gradient Materials簡(jiǎn)寫(xiě)為FGM)就是在制造過(guò)程 中，使構(gòu)成材料的要素(組成、結(jié)構(gòu)、孔隙率、濃度）沿厚度方向由一側(cè)到另一側(cè)呈連續(xù)變化， 使得內(nèi)部沒(méi)有明顯界面，從而使材料性質(zhì)和功能也呈連續(xù)變化的一種新材料。與復(fù)合材料 相比，功能梯度材料的組成從一側(cè)到另一側(cè)呈梯度變化，且無(wú)特定界面，從而使得該材料的 性能平穩(wěn)變化，因此緩和了表層與底層間的應(yīng)力，使性能更好。功能梯度材料概念是在1984 年由日本的材料科學(xué)家新野正之博士、平井敏雄教授及渡邊龍三教授首先提出，隨后受到 日本和世界材料領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。功能梯度材料首先成功地應(yīng)用于航天飛機(jī)的緩和熱應(yīng)力 型超耐熱金屬/陶瓷復(fù)合材料中。關(guān)于制備功能梯度材料應(yīng)用于制鞋領(lǐng)域的研究未見(jiàn)公開(kāi) 報(bào)道。
[0003] 關(guān)于功能梯度鞋底材料的報(bào)道，常素芹，王旭等人在2013102682265通過(guò)EVA和 POE發(fā)泡的基礎(chǔ)上，將兩層或多層組成可發(fā)性混煉膠，通過(guò)一次模壓發(fā)泡成型制備出一種沿 著厚度方向彈性和硬度漸變的發(fā)泡鞋底材料。該發(fā)明通過(guò)調(diào)控發(fā)泡倍率，使得每一層材料 發(fā)泡倍率相同，從而避免了材料的翹曲問(wèn)題。該發(fā)明未涉及密度不同的密度梯度材料。
[0004] 對(duì)于發(fā)泡鞋底而言，發(fā)泡材料的密度越大，耐磨性越好，但較重；而對(duì)于較輕的鞋 底，則其耐磨性又明顯惡化，為此本發(fā)明開(kāi)發(fā)質(zhì)輕耐磨梯度型橡膠發(fā)泡鞋底材料。該鞋底可 以實(shí)現(xiàn)在與地面接觸的一側(cè)，有較高的密度，確保有良好的耐磨性能，在與腳貼近的一側(cè)， 有較小的密度，使得盡量輕量化。從而在同一雙鞋底中實(shí)現(xiàn)質(zhì)輕、耐磨性能的最大化。而不 同的密度，必定導(dǎo)致材料的發(fā)泡倍率不一致，如果不能精確控制，便會(huì)導(dǎo)致材料向發(fā)泡倍率 較大的一側(cè)翹曲。
[0005] 為了解決上述技術(shù)難題，本開(kāi)發(fā)的功能梯度鞋底材料為質(zhì)輕耐磨梯度型橡膠發(fā)泡 鞋底的開(kāi)發(fā)；其制備方法：將兩層或多層組成和性能在材料厚度方向準(zhǔn)連續(xù)變化的非均質(zhì) 混煉膠，通過(guò)一次模壓成型制備出密度漸變型鞋底材料，通過(guò)精確控制密度，實(shí)現(xiàn)的應(yīng)力均 勻分散，制備出較平整的密度梯度材料，從而實(shí)現(xiàn)硬度、密度、耐磨性等功能沿材料厚度方 向呈現(xiàn)梯度差異化。
[0006] 本發(fā)明開(kāi)發(fā)的密度梯度鞋底材料，其重點(diǎn)是提升鞋底的舒適性，使鞋底各部位的 物理性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)功能最大化，同時(shí)還有省去冷粘工藝、減少人工成本、利于保護(hù)環(huán)境的優(yōu) 勢(shì)，是未來(lái)國(guó)內(nèi)外鞋類(lèi)產(chǎn)品及其相關(guān)鞋部件研究的重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在提供一種質(zhì)輕耐磨密度梯度發(fā)泡鞋底材料及其制備方法，實(shí)現(xiàn)密度、 硬度和耐磨性的梯度功能差異化。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種質(zhì)輕耐磨密度梯度發(fā)泡鞋底材料，其特征在于，其成分 和質(zhì)量份數(shù)包括： 三元乙丙橡膠（EPDM) 40~70份 乙烯-辛烯共聚物（POE) 30~50份 低密度聚乙烯（LDPE) 10~15份 交聯(lián)劑 1~3份 填料 5~20份 發(fā)泡劑 4~7份 氧化鋅（ZnO) 3~6份 硬脂酸鋅（Znst) 2~5份。
[0009] 所述的交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯、或過(guò)氧化苯甲酰、或過(guò)氧化氫異丙苯中的的至 少一種。
[0010] 所述的填料可選用氫氧化鎂、碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅、硅灰石中的至少一種。
[0011] 所述的發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺、4,4' -氧代雙苯磺酰肼、Ν，Ν' -二亞硝基五亞甲基 四胺、碳酸氫鈉或碳酸氫銨其中的至少一種或者兩種以上的組合物。
[0012] 一種所述的質(zhì)輕耐磨密度梯度發(fā)泡鞋底材料制備方法，其特征在于，包括依次進(jìn) 行的混煉工序、硫化測(cè)試和模壓工序： (1) 混煉工序：將三元乙丙橡膠（EPDM)、乙烯-辛烯共聚物（Ρ0Ε)、低密度聚 乙烯（LDPE)、硬脂酸鋅、發(fā)泡劑、氧化鋅和填料加入到密煉機(jī)進(jìn)行混煉，混煉溫度為 90°C ~110°C，密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速約50-70轉(zhuǎn)/分，混煉時(shí)間3-5min ;混合均勻后，再加入交聯(lián) 劑，混合2-3min后，迅速在90°C -IKTC范圍內(nèi)以開(kāi)煉機(jī)輥距l(xiāng)_2mm輸出材料片，材料片在 室溫下停放24小時(shí)以上備用；該混煉工序制出多種EPDM、發(fā)泡劑和氧化鋅含量不同的材料 片，由于材料的密度與發(fā)泡劑和氧化鋅的含量成反比關(guān)系，與EPDM成正比關(guān)系，故制出的 多種材料片的密度不同； (2) 硫化測(cè)試： 硫化條件的篩選：采用無(wú)轉(zhuǎn)子發(fā)泡流化儀進(jìn)行硫化及發(fā)泡測(cè)試，篩選出硫化條件 一致的材料片，以便多層材料在同一個(gè)硫化條件下的一體化成型；篩選的硫化溫度為 160°C ~180°C，硫化時(shí)間為6min~12min ;將硫化儀測(cè)試后制得的試樣進(jìn)行密度測(cè)試，篩選出 密度差值在〇. 2g/cm3-0. 3g/cm3的范圍內(nèi)的材料片，作為模壓工序選擇不同密度層，制備密 度梯度材料的參考依據(jù)； (3) 模壓工序：將篩選的不同密度的材料片裁剪成與模具形狀及尺寸一致、厚度為 1~2_的模壓片，并將密度依次增加0. 03-0. 04 g/cm3的多個(gè)模壓片疊加到同一模具中，從 而組成密度逐漸變化的組合體；然后加壓，模壓溫度（即篩選的硫化溫度）為160°C ~180°C， 模壓時(shí)間（即篩選的硫化時(shí)間）為6min~12min,模壓壓力為8-14Mpa ;取出模壓成型的復(fù)合 體進(jìn)行冷卻，從而通過(guò)一體化模壓成型制得密度梯度發(fā)泡鞋底材料。
[0013] 所述的混煉工序中的密煉機(jī)還可采用開(kāi)煉機(jī)或擠出機(jī)進(jìn)行共混、造粒；然后采用 模壓法進(jìn)行成型加工。
[0014] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)為了得到耐磨性能良好的鞋底，本發(fā)明采用耐磨性能優(yōu)良的三元乙丙橡膠（EPDM)， 但三元乙丙橡膠的發(fā)泡材料作為鞋底，存在密度較大，鞋底較重，彈性不佳，尺寸穩(wěn)定性差 等不足；通過(guò)引入彈性極好更易于發(fā)泡的乙烯辛烯共聚物（POE)來(lái)進(jìn)一步改善鞋底的彈 性，調(diào)控鞋底的密度；引入低密度聚乙烯（LDPE)提高發(fā)泡鞋底的尺寸穩(wěn)定性，從而開(kāi)發(fā)出 一種集耐磨、質(zhì)輕、高彈、高尺寸穩(wěn)定性于一體的新型發(fā)泡鞋底。
[0015] (2)將多層組成和性能在材料厚度方向準(zhǔn)連續(xù)變化的非均質(zhì)可發(fā)性混煉膠，通過(guò) 嚴(yán)格控制發(fā)泡倍率及每一層材料的密度差值，采用一次模壓發(fā)泡成型制備出一種發(fā)泡鞋底 材料，實(shí)現(xiàn)密度、硬度、耐磨性的功能梯度化差異，密度梯度達(dá)到〇. 22g/cm3。由于密度的漸 變性，應(yīng)力集中緩和，制備的材料不產(chǎn)生翹曲。
[0016] (3)本發(fā)明制備的發(fā)泡鞋底材料的密度、硬度和耐磨性功能沿厚度方向呈現(xiàn)梯度 變化。在靠近足底的一側(cè)的發(fā)泡材料耐磨性要求不高，硬度較小，密度較低；在貼近外底的 一側(cè)的發(fā)泡材料密度較高，硬度較大，耐磨性較好，從而最大限度地使發(fā)泡鞋底材料穿著更 加舒適。
[0017] (4)與目前市場(chǎng)上較舒適的發(fā)泡鞋底材料及其制備方法相比，是通過(guò)一體化成型 制備的發(fā)泡鞋底，節(jié)省了傳統(tǒng)制鞋中底和大底之間的粘合劑成本，及粘合工藝的成本，節(jié)省 了人工費(fèi)用，縮短了成型周期，有利于保護(hù)環(huán)境。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的截面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中截面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 1、第一層材料的制備： 組成(質(zhì)量比）為：三元乙丙橡膠70份，乙烯-辛烯共聚物20份，低密度聚乙烯10份， 過(guò)氧化二異丙苯2份，滑石粉10份，白炭黑5份，偶氮二甲酰胺1份，N，N'_二亞硝基五亞 甲基四胺2份，氧化鋅3份，硬脂酸鋅3份。
[0020] 按上述配比稱(chēng)料，并根據(jù)所述的混煉工藝和模壓工藝進(jìn)行制備，經(jīng)無(wú)轉(zhuǎn)子流變儀 測(cè)得混煉膠在170°c時(shí)的工程正硫化時(shí)間為523s，然后在170°C條件下將混煉制得的材料 片裁剪成與模具長(zhǎng)寬尺寸一致，采用平板硫化機(jī)進(jìn)行模壓成型，停放24h后進(jìn)行性能測(cè)試。
[0021] 2、第二層材料的制備： 組成(質(zhì)量比）為：三元乙丙橡膠60份，乙烯-辛烯共聚物30份，低密度聚乙烯10份， 過(guò)氧化二異丙苯2份，滑石粉10份，白炭黑5份，偶氮二甲酰胺2份，N，N'_二亞硝基五亞 甲基四胺2份，氧化鋅4份，硬脂酸鋅3份。
[0022] 按上述配比稱(chēng)料，并根據(jù)之前所述的混煉工藝和模壓工藝進(jìn)行制備，經(jīng)無(wú)轉(zhuǎn)子流 變儀測(cè)得混煉膠在170°C時(shí)的工程正硫化時(shí)間為517s，然后在170°C條件下將混煉制得的 材料片裁剪成與模具長(zhǎng)寬尺寸一致，采用平板硫化機(jī)進(jìn)行模壓成型，停放24h后進(jìn)行性能 測(cè)試。
[0023] 3、第三層材料的制備： 組成(質(zhì)量比）為：三元乙丙橡膠55份，乙烯-辛烯共聚物30份，低密度聚乙烯15份， 過(guò)氧化二異丙苯2份，滑石粉10份，白炭黑5份，偶氮二甲酰胺2.5份，N，N'_二亞硝基五 亞甲基四胺2份，氧化鋅5份，硬脂酸鋅3份。
[0024] 按上述配比稱(chēng)料，并根據(jù)之前所述的混煉工藝和模壓工藝進(jìn)行制備，經(jīng)無(wú)轉(zhuǎn)子流 變儀測(cè)得混煉膠在170°C時(shí)的工程正硫化時(shí)間為532s，然后在170°C條件下將混煉制得的 材料片裁剪成與模具長(zhǎng)寬尺寸一致，采用平板硫化機(jī)進(jìn)行模壓成型，停放24h后進(jìn)行性能 測(cè)試。
[0025] 4、第四層材料的制備： 組成(質(zhì)量比）為：三元乙丙橡膠50份，乙烯-辛烯共聚物35份，低密度聚乙烯15份， 過(guò)氧化二異丙苯2份，滑石粉10份，白炭黑5份，偶氮二甲酰胺3份，N，N'