在鞋类中底制造中,超临界流体(SCF) 射出技术使用氮气(N₂) 作为物理发泡剂,在热塑性材料内部创造微细胞发泡结构。对于SCF 射出而言,并没有所谓单一最好的材料。材料的选择取决于氮气溶解度、扩散行为、熔体强度以及发泡过程中的结晶特性。

与传统的EVA 高压釜或化学发泡制程不同,SCF 射出是一种完全的热塑性加工制程。它不涉及化学发泡剂或架桥反应。发泡结构的形成完全由溶解的氮气和受控的压力释放所驱动。

在实际应用上,TPU 与TPEE 是目前SCF 射出中最成熟的材料。ATPU 代表了TPU 朝向更轻量化性能的演进。PEBA 提供了最高的性能潜力,但在射出系统中仍处于开发阶段。 SEBS 用于较柔软、舒适导向的应用,而EVA 的可行性日益增加,但仍在演进中。

一、SCF 射出(氮气系统)的关键材料要求

1、氮气溶解度

氮气溶解度决定了有多少气体可以溶解到聚合物中。较高的溶解度能带来更大的膨胀潜力和更低的密度表现。

2、氮气扩散率

扩散速率控制氮气在熔体中分布的均匀程度。扩散不良会导致成核不一致和密度梯度差异。

3、熔体强度与流变学

由于SCF 射出过程中不发生架桥反应,熔体强度必须完全透过热塑性行为产生。材料必须在压力下降期间支撑气泡生长而不发生塌陷。

4、结晶与固化行为

半结晶材料可以透过结晶作用稳定发泡结构。较快的结晶速度可提高稳定性,但可能会缩短加工窗口。

5、成核敏感性

不同材料在降压过程中的成核难易度有所不同。这会影响泡孔密度、均匀性以及性能。

二、SCF 射出材料逐一对比

 

1、TPU vs ATPU (热塑性聚氨酯vs 脂肪族TPU)

标准TPU 是SCF 射出中最成熟的材料之一。它提供强大的耐用性、良好的回弹力以及相对稳定的加工窗口。然而,与新型超级发泡材料相比,传统TPU 系统通常受到密度的限制。

aTPU 代表了TPU 材料的演进,它在保持TPU 著名的耐用性和回弹力的同时,实现了更低的密度。这使得aTPU 更适合对减重至关重要的专业性能鞋款。

从加工的角度来看,TPU 和aTPU 在SCF 射出中的表现相似。主要差异在于性能结果:TPU 是一种稳定、耐用的主力材料,而aTPU 则在相同的框架内实现了更轻的重量和改进的性能。

与TPEE 相比,TPU 提供了更宽容的加工窗口,但峰值回弹力较低。与PEBA 相比,TPU 和aTPU 更耐用且更易于加工,但无法达到相同水平的轻量化性能。

密度范围(目前):

  • TPU: ~0.18–0.30 g/cm³
  • ATPU: ~0.14–0.24 g/cm³

能量回馈(典型):

  • TPU: ~55–70%
  • aTPU: ~60–75%

优点:

  • 稳定成熟的SCF 制程
  • 高耐用性与抗疲劳性
  • 一致的发泡结构

限制:

  • 相较于PEBA 和先进系统具有较高密度
  • 相较于顶级材料,能量回馈中等 
     

2、TPEE (热塑性聚酯弹性体)

TPEE 是一种由聚酯硬段和聚醚软段组成的半结晶嵌段共聚物。在SCF 射出中,其结晶行为对稳定发泡结构起着关键作用。

与TPU 相比,TPEE 通常提供更高的回弹力,并允许在保持结构完整性的同时实现更低的密度结构。它通常被定位为相对于TPU 的性能升级,特别是在跑步应用中。

与PEBA 相比,TPEE 通常提供更好的耐用性和略微更稳定的加工窗口,但无法达到相同的能量回馈或减重极限。它代表了介于TPU 和PEBA 之间的平衡材料。

然而,TPEE 对热条件的敏感度高于TPU。其较快的结晶速度可能会缩小加工窗口,需要更严格的控制。

密度范围(目前):~0.12–0.22 g/cm³

能量回馈(典型):~60–75%

优点:

  • 高弹性与回弹力d
  • 性能与耐用性的良好平衡
  • 密度潜力低于TPU

限制:

  • 加工窗口较窄
  • 对温度和冷却敏感

3、PEBA (聚醚嵌段酰胺)

PEBA 是一种由聚醯胺(尼龙)硬段和聚醚软段组成的高性能嵌段共聚物。这种结构实现了卓越的弹性、高回弹力以及极低密度发泡结构的潜力。

在SCF 射出中,PEBA 由于其气体溶解度和弹性回复力,展现了强大的技术潜力,允许比TPU 或TPEE 更高的膨胀率。

然而,PEBA 目前尚未在SCF 射出系统中广泛商业化。如今鞋类中使用的大多数PEBA 发泡材料是透过高压釜或珠粒膨胀制程生产的。 PEBA 的SCF 射出仍是一个积极开发的领域。

与TPU 和TPEE 相比,PEBA 提供了最高的性能潜力,但对加工更敏感,且在射出制造中较不成熟。

PEBA 是一系列材料的统称。一个著名的商业例子是Pebax,其他供应商还包括赢创(Evonik) 和宇部兴产(UBE)。

密度范围(目前):~0.08–0.18 g/cm³

能量回馈(典型):~65–85%

优点:

  • 最高的能量回馈潜力
  • 最低密度的能力
  • 轻量化性能

限制:

  • 成本较高
  • 在SCF注射方面较不成熟
  • 处理敏感
     

4、SEBS (苯乙烯嵌段共聚物)

 

SEBS 是一种不结晶的无定形热塑性弹性体。发泡稳定性完全依赖于熔体强度和冷却。

这会产生一种更柔软、更具顺应性的发泡材料,适合舒适型应用。

与TPU 相比,SEBS 更柔软且易于加工,但耐用性较低。与TPEE 和PEBA 相比,它提供的能量回馈较低且性能有限。

密度范围(目前~0.18–0.30 g/cm³

能量回馈(典型~40–60%

优点:

  • 触感柔软
  • 加工稳定
  • 以舒适为导向

限制:

  • 结构性能较低
  • 低密度能力有限
     

5、EVA (乙烯-醋酸乙烯酯)

 

在SCF 射出中,EVA 作为一种不发生架桥反应的热塑性材料进行加工。发泡的形成完全依赖于熔体强度和流变行为。

与TPU 和TPEE 相比,EVA 固有的熔体强度较低,使其对制程条件更加敏感。这可能会在维持均匀泡孔结构方面带来挑战。

然而,EVA 在成本、可用性和熟悉度方面具有优势。与SEBS 相比,它提供更好的结构性能,但需要更严格的控制。

随着配方的改进,EVA 的可行性越来越高,但在SCF 射出中仍不如TPU 和TPEE 成熟。

密度范围(目前SCF) ~0.15–0.25 g/cm³

能量回馈(典型):~50–70%

优点:

  • 具成本效益
  • 容易获得

限制:

  • 熔体强度较低
  • 加工窗口较窄
  • 发展中技术

三、材料选择逻辑
总的来说,在超临界流体(SCF)射出成型中,材料的选择需要在密度、能量回馈、耐用性、加工稳定性与成本之间进行权衡。虽然PEBA提供了最高的能量回馈和最低的密度潜力,但由于价格昂贵且尚未在SCF射出系统中广泛商业化,其可扩展性和制程稳定性仍受限制。
目前,TPU因其加工稳定性、耐用性和一致的发泡成型能力,成为大规模生产中最可靠、使用最广泛的材料;而aTPU则进一步实现了更低密度的发泡结构,同时保持TPU的耐用性与回弹力,更适合轻量化的机能鞋款。
介于TPU和PEBA之间的TPEE,比TPU拥有更高的回弹力和更低的密度,同时比PEBA具备更好的耐用性与加工稳定性,成为理想的中间地带材料。至于传统上广泛应用于鞋类的EVA,在SCF射出中仍需依赖热塑性熔体强度且不发生架桥反应,发泡稳定性较难控制,因此其应用仍在发展中。
SCF射出是一个完全的热塑性工艺,不使用化学发泡剂或架桥反应,而是依靠氮气作为物理发泡剂——在压力下溶解于聚合物中,在成型过程的降压阶段形成微细胞结构。
因此,没有一种材料能同时优化所有性能指标,实际性能取决于配方、加工条件和测试方法,且随着材料与制程的发展,上述密度与能量回馈的代表性范围也将持续演变。
  • 最低重量 → PEBA
  • 最佳平衡 → TPEE
  • 最稳定 → TPU
  • 轻量化TPU → ATPU
  • 柔软舒适→ SEBS
  • 成本导向→ EVA

     

四、SCF 射出材料的未来展望

 

材料开发正聚焦于:

  • SCF 优化共聚物
  • 改进的EVA 系统
  • 更好的成核控制l
  • 增强的制程稳定性

     

来源:天岗精机
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如有演讲意向联系:周小姐18320865613(同微信);展台、资料入袋等其他赞助及参会咨询可联系:李小姐18617020032(同微信)

二、会议议程

日期时间

行程

76日(周一)

上午国内出发

14:00-18:00签到

77日(周二)

7:30-8:50签到;8:50-18:00会议;18:00-19:30晚宴

78日(周三)

参观展会

上午:第26届越南国际鞋类、皮革及工业设备展览会暨越南国际鞋类、皮革制成品展览会( 8-10 日·胡志明市西贡会议展览中心)

下午:拜访1家运动品牌(在胡志明及周边的)

79日(周四)

全天考察 2家鞋材相关企业(在胡志明及周边的)

710日(周五)

上午:考察 1 家鞋材相关企业(在胡志明及周边的)

下午:返程回国

三、报名方式

方式1:加微信并发名片报名

李小姐:18617020032(同微信)

邮  箱:ab019@aibang.com

方式2:在线登记报名

报名链接:https://www.aibang360.com/m/100287?ref=172672

或者识别二维码进入报名页面登记信息

注意:每位参会人员都需要登记信息。

阅读原文,在线报名

作者 808, ab