鞋材热门工艺—超临界发泡

鞋材热门工艺—超临界发泡

超临界发泡技术近年来在鞋材领域备受关注，其独特的物理发泡原理和优异的性能表现，使其成为替代传统化学发泡工艺的重要选择。本文将从超临界发泡的基本原理出发，对比化学发泡工艺，详细介绍鞋材中常见的超临界发泡工艺，并梳理相关产业链企业，帮助读者全面了解这一热门鞋材工艺。

超临界发泡简介

超临界流体（SCF）指的是压力、温度都高于临界点的流体。在CO2相图中，O为三相点，此时三相平衡态共存。C点为气、液两相平衡线终点，称为临界点。此时的温度、压力分别为临界温度、临界压力。

SCF保持着气体的性能，同时也有类似液态的性质。其扩散系数为液体的 10~100 倍。渗透、流动、传热、传质性能极佳，故对很多物质有很强的溶解能力，能在较低的温度下提取和分离难挥发物质和热敏性物质。

例如超临界二氧化碳（scCO2）就是温度和压力高于临界温度 31.1 ℃和临界压力 7.38 MPa 的 CO2，此时CO2拥有气体和液体的双重特性，传质性能也得到提升 。

不同发泡剂的对比

超临界发泡和化学发泡的比较

超临界发泡

二氧化碳、氮气等气体经高温高压处理后的超临界流体充当发泡剂，超临界流体在常温常压条件下变成气体的过程是物理变化。

• 超临界发泡制备纯净的发泡材料，具有食品安全等级，可与皮肤有良好的相容性。
• 同化学发泡相比，超临界发泡具有更精细的泡孔结构和更稳定的性能。
• 超临界发泡的泡沫的抗冲击强度更大，具有更好的热稳定性、韧性、良好的隔音性能，更低的导热系数和热导率。
• 饱和时间长会影响生产效率，快速升温或快速泄压对能源和设备安全性要求比较高。

图 超临界片材发泡工艺

化学发泡

偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠等化学发泡剂，以偶氮二甲酰胺（又叫AC发泡剂）为例，它在受热分解时产生氮气、一氧化碳、二氧化碳和氨气，这个过程是化学变化。

• 发气量最大，泡孔比较均匀，性能优越，用途广泛。
• 分解温度可调节，不影响固化和成型速度，工艺非常成熟。
• AC发泡剂是黄色晶体，并且分解易产生较多的副产物，比如粒径不够精细会导致较多副产物产生，导致制品有味道，颜色有偏差。

鞋材应用中常见的超临界发泡工艺

目前鞋材行业中，常见的超临界发泡工艺有：珠粒、片材、小发大（注塑+模压）。总得来说，它们都具有以下相通点：

• 充分利用了超临界流体在聚合物中的较快的扩散速率和较大的溶解度。
• 发泡时聚合物处于半固态，熔融区使得泡孔可以生长，而未熔融区则提供了熔体强度，维持了泡孔结构。
• 极快速泄压，诱导形成极高的成核速率，确保形成具有微纳米尺寸、高孔密度的泡孔结构。

固态发泡机理

1. 超临界流体珠粒发泡工艺

珠粒发泡其实又可以分两种：釜式和挤出，这里不做特别说明的话，都是以比较常见的釜式发泡为例，所以珠粒发泡的工艺简化流程是：

• 聚合物颗粒放置在高压釜内；
• 通入超临界流体，超临界流体在高温高压条件下溶胀扩散进入聚合物基体；
• 然后通过泄压阀门快速泄压实现微孔发泡。

常见的超临界发泡颗粒如ETPU，又被称为爆米花。在得到超临界发泡颗粒后，还要经过水蒸气成型工艺来做成最终的鞋底。

2. 超临界流体片材发泡工艺

超临界片材发泡的工艺可以用釜式，也可以用模压工艺，这里就简单介绍下模压的工艺流程：

• 将模压机上的发泡模具升温，
• 待达到发泡温度后，将聚合物放入模具，模压机合模，模具密封，
• 向模具内充入超临界流体，超临界流体向聚合物溶胀扩散30〜180分钟，
• 然后模压机开模泄压发泡，即可得到泡孔尺寸和密度可控的聚合物微孔发泡片材。

得到超临界发泡片材后，再经过裁剪，就可以得到鞋底了。

3. 小发大（注塑+超临界模压发泡）

小发大，又叫胚模发泡，其特点就是小的胚模在经过模压发泡后变大，其工艺流程为：

• 将材料进行混炼；
• 清理模具，进行射出成型，得到小的鞋底胚模；
• 再将鞋底胚模放进模具中，经过超临界流体发泡后得到大的鞋底。

超临界发泡鞋材产业链相关企业

这里简单罗列下超临界发泡鞋材相关的企业，主要涉及运动品牌、鞋底厂、设备商、材料企业等。

• 运动品牌：几乎全部上线了超临界发泡的鞋款，各种氮气加持的中底科技层出不穷，比如安踏、李宁、特步、中乔体育、匹克、361°、阿迪达斯、耐克、鸿星尔克、回力等等。
• 超临界发泡鞋底厂：主要是指发泡中底企业，如晋江国盛、青岛韩义、东莞国立、东莞海瑞斯、大毛牛、苏州申赛、广东奔迪、东莞兆阳、泰亚、东骏、茂泰、锋特新材、福建嘉怡、禾懋股份、福建鑫瑞新材等。
• 超临界发泡设备厂：泰安实力机械、开原化工、无锡锦和、德阳四创、天一精机、新元化工机械等。
• 材料厂商：主要是指其材料有被用于这块发泡的，主要材料种类是EVA、TPU、PEBA、TPEE等，如塞拉尼斯、赢创、万华化学、华峰、新元化学、埃克森美孚等。