材料的勝利！細數跑鞋中的彈性體發泡材料！
來源：DT新材料
2019年10月12日，是馬拉松歷史上值得永遠紀念的一天。基普喬格在維也納以1小時59分40秒02的成績突破了馬拉松2小時大關，盡管這一成績不被國際田聯認可，但仍然激起了大家對馬拉松破2的興趣。但隨后不久，多位馬拉松選手聯合向國際田聯和運動誠信組織投訴稱：以耐克Zoom AlphaFly為首的Vaporfly跑鞋會讓一些馬拉松精英跑者成績提高快2分鐘，不符合公平競爭的原則。
而上一次有鞋子在體育賽事中被禁用還是NBA被禁用的球鞋APL籃球鞋，而相比APL在鞋子中底直接加入彈簧的“作弊行為”，這次Vaporfly跑鞋則完全可以稱之為“材料的勝利”。
跑鞋的歷史，就是材料的歷史
一雙跑鞋，都有哪些結構？
●一雙跑鞋分為三個部分：鞋面(Upper)，中底(Midsole)，大底(Outsole)。中底是跑鞋的靈魂，也是區別各大廠商的核心標志，立身之本。中底的作用是提供穩定性，緩沖和回彈，吸收運動中產生的沖擊力，在運動中提供保護和比較溫和的腳感。
而跑鞋的中底，則是高科技的聚集地。
相比近年又是限量，又是聯名的AJ，DUNK，在拋去奢侈品屬性之后，剩下的卻是數十年前的鞋底科技，拿炒賣價較高的AJ1來說，該鞋型還在使用的Air sole氣墊，首發于1985年。而拋去二級市場炒出的天價，科技方面，跑鞋完全可以站在鄙視鏈的最尖端——因為每一次跑鞋的更新換代，都來自材料人的不懈追求。
EVA-引發革命的發泡鞋材
EVA是乙烯、醋酸乙烯組成的無規共聚物，其中醋酸乙烯（VA）作為EVA分子鏈中的柔性鏈段，質量含量在 26%-40%之間，乙烯作為結晶鏈段，整體表現出一定的柔軟度和高彈性。
作為鞋上最早使用的發泡材料，EVA材料的出現顛覆了人們對鞋中底材料的認知，純EVA發泡的回彈性一般在40-45%，遠比PVC、橡膠等材料回彈性好，且具有材質輕、易加工等特點，從而在鞋中底得到大量的應用。然而以EVA為基礎的發泡材料產品耐老化性能、耐屈撓性能、彈性和耐磨性較差，且EVA發泡材料的填充能力有限，也在一定程度上限制了它的使用。
另外，ETPU的出現也使得人們對EVA材料提出了更高的要求，例如更低的硬度、更高的回彈、低壓縮形變等等，因此EVA橡塑并用就成為了目前各廠家的研究熱門。EVA橡塑并用，會加入EPDM、POE、OBCs、TPE如SEBS充油等彈性體共混使用，利用EPDM橡膠性、POE高彈性、OBCs柔軟結晶性、TPE柔軟性等以達到共混改性目的，從而提升EVA發泡性能，回彈性一般可提高到50-55%，甚至更高。由于EVA發泡材料價格優勢，在未來的很長時間仍然是大眾運動鞋最主力的材料選擇 。
斯凱奇的Hyper Burst是其研發出的EVA中底材料，它輕達181克（6.4盎司），具有超輕量、高回彈、更強耐磨耗等。與當今市場上的大多數其他EVA發泡材料大不相同，其輕質中底使用了斯凱奇獨家特殊配方的EVA發泡材料，這個技術是以超臨界狀態的氮氣或二氧化碳，作為發泡劑，經過精確計量后，與熱塑性塑料熔體充分混合均勻，形成均勻的熔膠/發泡劑均相體系，潛能更優。該材料還運用在斯凱奇2019年推出的GORUN Razor 3 Hyper 跑鞋、2020年5月推出的GOMEB SPEED 6 HYPER 競賽型輕質跑鞋等
ETPU-半路殺出的中堅力量
TPU是熱塑性聚氨酯彈性體的英文簡稱，是一種由二異氰酸酯、擴鏈劑、多元醇組成的嵌段共聚物。其中多元醇組成的軟段表現出柔性和韌性，而二異氰酸酯作為硬段，賦予材料硬度和剛性，并且硬段結晶后作為物理交聯點，使TPU表現出高彈性。因此TPU具有拉伸強度高、伸長率大，長期壓縮永久變形率低等顯著優點，而發泡后的TPU即ETPU，會有良好的回彈性，一般泡沫落球回彈值可達到60%。
●相比傳統的EVA中底，ETPU中底采用物理發泡的聚氨酯材料， 成型后呈爆米花狀，具有優異的回彈性和形變恢復性，性能也遠 超傳統的EVA材質。優勢：優異的耐磨性，低溫性能好，超輕密度，極佳環保性，耐屈撓性能好，耐黃變，有良好的回彈性，一般泡沫落球回彈值可達到60%。
Adidas于2013年正式推出以TPU發泡技術為核心的Boost中底科技鞋款，給在死亡線掙扎的adidas注入一針強心劑。隨后包括UB、NMD、YEEZY等鞋款銷量爆棚風靡世界，adidas憑借Boost中底科技將銷量提升至北美市場第二名。在此之后，包括PUMA IGNITE，索康尼everun，altra的Ego以及Salomon的VIBE也都是以TPU發泡為核心研發的中底技術，贏得了很多跑者的信任。
阿迪達斯的Boost科技——全片式地采用了巴斯夫的ETPU，在巴斯夫的內部，他們把傳統的TPU顆粒通過發泡膨脹制成的半成品材料稱之為“Infinergy”，這個發泡的過程非常像玉米粒變成爆米花的過程。一般來說，一顆5mm的TPU顆粒經過加熱和加壓的處理器后，可以直接膨脹直徑增加。在研發出“Infinergy”半成品材料之后，adidas和巴斯夫通過專利合作的方式，共同研發了三年，最后成功把它變成了視覺沖擊力極強的BOOST顆粒，將BOOST顆粒通過加壓的方式連接在一起，就變成了我們看到了BOOST中底的樣子。BOOST中底研發出來不久，adidas就推出了他的第一雙BOOST中底跑鞋“Energy BOOST”。
●巴斯夫官網的測試資料顯示：“在ISO 8307（球回彈測試）和DIN 53512（使用預先設定的擺錘）的彈性測試中，BOOST的回彈高度可以高達約55％。另外還測試了BOOST在連續負載下的表現，使用每秒5個循環的動態負載和250千帕的恒定壓力的高頻測試，材料的性能比EPE（Expandable Polyethylene 可發性聚乙烯）好75％。40000次加載循環后，原本厚40mm的BOOST的厚度變成了37mm，作為對比測試的EPE則直接被壓扁了，同樣40mm的EPE測試完之后變成了9mm。還在零下20℃的極低溫度下進行了測試，BOOST仍然非常柔軟，有彈性，還沒有變硬。
以上可以看得出來BOOST中底出色的緩沖和回彈表現，在adidas把BOOST中底發光發熱的同時，TPU發泡技術也變得更加成熟，也有越來越多的品牌開始選擇這種材料并且研發自己的中底技術。
PUMA作為首先與巴斯夫接觸研究“infinergy”材料的企業，在2011年adidas與巴斯夫達成大家合作后，不得不尋求Huntsman Corp的合作，研發出了NRGY泡沫緩震科技，并在2014年推出了搭載NRGY中底的鞋款（比UltraBOOST第一代正式推出還早），這其中與adidas的官司糾紛，在此就不再贅述。
●跑鞋品牌Saucony在2016年推出了自己的全新中底材料EVERUN，同樣由TPU材料發泡而成，在形狀上和性能上都和BOOST比較接近。根據Saucony的實驗室數據，由EVERUN科技構成的的觸地區域可提供出色的沖擊防護，持續緩震時間比普通的EVA長3倍，同時提供83%的能量回饋。
●美國的跑步品牌Altra，他們在2017年研發出了全新的Ego中底，也是由TPU材料發泡而成。
●越野跑品牌Salomon，他們研發出了Opal技術，這種用TPU發泡制成的材料能夠很好地提升中底的緩沖和回彈性能。
總的來說，TPU作為常用鞋材彈性體，其爆發式增長一方面是因為阿迪Boost系列的巨大產量以及顛覆性影響，另一方面其優異性能吸引著眾多鞋材上下游廠家去進行研究。TPU彈性體的發展前景廣闊！
OBCS-不太一般的開創嘗試
陶氏成功針對運動鞋，特別是跑鞋所需要使用的中底緩震材料，研發了一種名為INFUSE的烯烴嵌段共聚物（OBCs = Olefin Block Copolymers ），該材料是一種烯烴嵌段共聚物，具有質量輕、回彈性好、質地柔軟等特性，純OBCs材料的回彈性可達到65%以上。OBCs與EVA、POE相容性很好，基本每一個EVA橡塑配方里面都會有這三個組合，OBCs質量份一般在10-20phr，用于提高整體鞋中底發泡材料的性能。
它所針對的市場材料競品，就是傳統的EVA和巴斯夫研發的E-TPU。在陶氏化學做出這個產品之前，有業界報道是這么描述的：“在聚烯烴彈性體化學領域，從未有人能夠實現軟性高分子和硬質高熔點高分子的混合。”可見，這是完全一個新的化學原料，實現了做高彈耐用鞋材的突破口，與以往的PU聚氨酯和EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物都不一樣了。下圖中表示，OBC的彈力比E-TPU，也就是BOOST的原型產品，更加好。
而Under Armour與陶氏化學合作，找到了不一樣的道路，他們在2018年推出了全新的中底材料HOVR，HOVR的原材料不是TPU，采用的是聚烯烴材料。這種烯烴材料制成的中底泡棉具備高回彈性、快速恢復、低收縮性的特點。根據陶氏化學的官方測試數據：由40%的烯烴泡棉制成的中底在回彈測試中要比100%的EVA材料高7%，同時比40%高彈EVA材料的高5%，不過在這項測試中烯烴泡棉的回彈表現低于TPU材料。但如果是采用100%的烯烴泡棉，它的回彈性比TPU中底高出7個百分點。
PEBAX-閃亮登場的嶄新未來
回到我們一開始說的PEBAX，PEBAX彈性體是一款極高性能熱塑性聚合物，是由剛性聚酰胺嵌段和軟聚醚嵌段組成的嵌段共聚物。
這些獨特聚合物保持延續了傳統概念中聚酰胺相關的韌性和聚醚的彈性相結合。在反復彎曲過程中，PEBAX彈性體可以提供極其高效能量回收。穿著PEBAX中底技術鞋款可以將能量損耗系數降到更低，且擁有極強的抗冷沖擊性。此外PEBAX彈性體在熱性塑料品類中的重量是最低的，要比很多的低密度聚合物輕20%，回彈率可以達到70%-80%，且堅固性絲毫不會下降
不過這種材料也并非完美，如果各位手中有PEBAX鞋款會發現，即使是新品中底部分依然有大量褶皺。這是由于PEBAX的分子之間支撐性能不好所導致，此外PEBAX發泡技術的成本和廢品率都比較高，導致造價昂貴。廢品率高到Nike可以用他的廢料再做一款鞋子。
PEBAX盡管優秀，但現在僅適用于高端跑鞋，售價頗高，且不耐用。而TPU材料做中底的跑鞋幾乎適合所有人，從剛入門的跑者到職業跑者，到頂級選手均可使用。不管怎樣，一雙好的跑鞋，離不開材料研發人員的不懈努力！而彈性體發泡材料能做到的，還有很多。
