新型竹原纖維鞋墊材料的開發

(福建鑫華股份有限公司，晉江，362241)

鞋是人們日常生活的必需品，隨著消費者對舒適、健康和專業化要求的提升，鞋業廠商開發的鞋品逐漸向輕質、彈性、透氣、吸水和健康方面發展，而鞋墊作為鞋整體的一個重要組成部分，應具有良好的透氣、吸濕、維持腳底環境清潔等功能，尤其是在劇烈運動過程中，足部新陳代謝加速，汗液、脂肪等排泄物增加，選用專業性的鞋墊及鞋墊材料，對保持足部舒適具有很大作用。

目前市場上主流的鞋墊材料主要以乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)發泡材料和聚氨酯(PU)發泡材料為基材。EVA材料以價格低廉的優勢占據了中低端產品市場，而PU材料則是以良好的透氣性和吸水性占據了中高端產品市場。由于這些材料還存在一定的缺陷，如EVA材料吸水透氣性差，穿著時容易“悶腳”而導致感染腳氣，PU材料的透氣性能和吸水性能比EVA材料有所提高，但是PU材料的強力很差，長時間穿著后會出現粉碎現象;鞋墊使用的EVA和PU都是發泡材料，生產過程中需添加化學助劑，為使其具有抑菌功能也要通過添加化學助劑，因此存在一定的隱患。

為了解決傳統鞋墊材料存在的問題，對鞋墊的物理性能和功能性需求進行了研究分析，設計通過非織造針刺技術開發新型鞋墊材料。抑菌功能通過添加竹纖維實現，整個產品加工過程不使用化學黏合劑，以確保產品的安全性。

1 纖維原料的選取

1.1 竹纖維

竹纖維具有良好的抑菌性能和吸附性能，且沒有副作用，是天然抑菌產品的首選。目前市場上竹纖維分為竹漿纖維、竹炭纖維和竹原纖維三類，其生產工藝如圖1所示。

竹漿纖維的生產工藝與黏膠纖維的生產工藝相似，即通過化學溶劑溶解竹纖維素，然后通過濕法紡絲生產。

竹炭纖維的生產是通過竹片燒結成竹炭，并研磨成納米級粉體，在聚合物紡絲過程中將竹炭粉體加入到聚合物熔體中，竹炭纖維的主要成分是聚合物，竹炭是添加物。

竹原纖維的化學成分主要是纖維素、半纖維素和木質素，總量占纖維干質量的90%以上，其次是蛋白質、脂肪、果膠、單寧、色素和灰分等［1］。

圖1 竹纖維的生產流程

通過三種竹纖維生產流程的對比可見，竹原纖維的生產過程不用經過溶解或化學紡絲，保持了竹子原有性能，符合開發新型鞋墊產品不添加化學助劑的要求，因此選用竹原纖維作為抑菌主體原料。

1.2 其他纖維

為了使鞋墊材料獲得較好的彈性和模壓性能，選用15.5 dtex三維卷曲滌綸，并配合2.7 dtex滌綸作為獲得彈性的主體原料，選用150℃皮芯型低熔點纖維作為獲得模壓熱熔性能的原料。兩者按照適當比例進行混合。

2 竹原纖維鞋墊材料生產工藝

為了獲得良好的彈性和厚度，竹原纖維鞋墊材料采用非織造針刺法［3］和熱定型工藝生產。針對竹原纖維長度不勻率和線密度不勻率高，含水不均，且纖維在梳理過程中容易折斷或粉碎的特點，對纖維混合開松、梳理喂入、成網以及針刺工藝的調整均有較高的要求。竹原纖維鞋墊材料的生產流程是:

混合開松→梳理→鋪網→預針刺→主刺1→主刺2→熱定型卷繞。

2.1 混合開松

針對竹原纖維的特點，按工藝比例將竹原纖維、滌綸和熱熔纖維采用手工加濕混合并結合機器混合的方式進行開松混合。該混合方式一方面是能夠提高竹原纖維在纖維團中的均勻性，另一方面是在梳理過程中合成纖維能夠對竹原纖維有一定的保護作用。

2.2 梳理鋪網

由于竹原纖維的密度比普通纖維大，在梳理過程中可能因離心力造成纖維分布不勻。為了提高輸出纖網及后道鋪網的均勻性，可采用以下措施:①調低梳理喂入量，降低主錫林速度，以減少對竹原纖維的損傷;②調整道夫后道雜亂比，以提高橫縱向均勻性;③采用低面密度單層纖網多層鋪網的形式鋪網。

2.3 針刺

針刺工藝參數見表1。纖網通過預針刺初步纏結，預針刺工藝參數根據刺針的規格控制針刺深度，達到纖網不分層即可;在第一道主刺時可以復合聚丙烯(PP)紡粘非織造布，起加固竹原纖維的作用，第一道主刺的工藝參數也需要根據刺針的規格控制針刺深度;第二道主刺則以控制產品厚度為主，適當調整針刺深度和針刺頻率。

將枸杞樣品稱取10g，打漿過濾后三等分，加入10ml 0.2mol/l pH分別為6.0、7.0、8.0的PBS緩沖液，過夜靜置后以8000r/min離心10min，取上清液備用。

表1 針刺工藝參數

2.4 熱定型卷繞

熱定型溫度為180℃，線速度4 m/min。由于竹原纖維鞋墊材料中含有熱熔纖維，在熱定型過程中熱熔纖維融化，與相鄰的纖維黏結，可提高產品的強力和增加彈性。

3 竹原纖維鞋墊性能及與傳統鞋墊性能的比較

3.1 性能測試標準

(1)面密度:GB/T 24218.1—2009-T《紡織品非織造布試驗方法 第1部分:單位面積質量的測定》;

(2)厚度:GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗方法第2部分:厚度的測定》;

(3)透氣性:GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》;

(4)吸水性:GB/T 14577—1993《織物拒水性測定邦迪斯門淋雨法》;

(5)撕裂強力:GB/T 3917.3—2009《紡織品織物撕破性能 第3部分:梯形試樣撕破強力的測定》。

3.2 性能測試結果

竹原纖維鞋墊與傳統鞋墊的性能測試結果見表2。

表2 鞋墊材料性能測試結果

3.3 性能測試結果分析

3.3.1 重量

鞋墊材料的重量在運動鞋中雖然所占比例不大，但是隨著很多輕質鞋樣的開發，輕質鞋墊材料在減輕鞋子重量，提升穿著體驗上也能發揮一定作用。

根據表2中面密度和厚度數據，可以計算得到單位厚度(以毫米計)鞋墊材料的面密度。計算結果是:竹原纖維鞋墊材料、EVA鞋墊材料和PU鞋墊材料的數值分別為135.5、74.8和222.7 g/(m2·mm)。由上可見，EVA鞋墊材料最輕，竹原纖維鞋墊材料次之(比EVA材料高出約80%)，PU鞋墊材料最重(比EVA材料高出約200%，比竹原纖維材料高出約60%)。對于減少運動鞋重量的效果依次是EVA材料、竹原纖維材料和PU材料。

3.3.2 透氣性能

由于每個人足部汗腺情況和行走運動量等不一樣，甚至在精神緊張、情緒激動時交感神經處于高度興奮狀態，汗腺也會隨之大量分泌汗液，因此每個人足部出汗情況差異很大。為了提升穿著舒適性，在運動鞋設計時對透氣性能往往有一定要求，能夠將分泌的汗水及時蒸發擴散。鞋墊材料位于腳底，其透氣性能對腳底舒適性有很大影響。透氣性的測定結果表明，EVA材料的透氣率為“零”，采用發泡技術生產的PU材料其透氣率為327 mm/s，而竹原纖維鞋墊材料的透氣率是PU材料的兩倍多，透氣性能最佳。

3.3.3 吸水性能

依據GB/T 14577—1993《織物拒水性測定 邦迪斯門淋雨法》方法測定，1級為不拒水，即吸水性能最強，2級為有吸水性，以此類推，5級為完全拒水，吸水性能最弱。測試結果表明，EVA材料為3級，PU材料和竹原纖維材料均為1級，吸水性能好。從表2的噴淋吸收率可以看到，竹原纖維材料吸水性能最好，PU材料次之，EVA材料最差。圖2是三種鞋墊材料的吸水效果照片。

圖2 不同鞋墊材料的吸水效果照片

3.3.4 撕裂強力

在行走或運動的過程中，鞋墊與腳底、鞋墊與中底之間均會相互摩擦，因此鞋墊材料應有一定的強力，否則容易產生變形和破損。三種鞋墊材料中，PU材料的撕裂強力最差，僅為5.84 N，EVA材料為20.76 N，而竹原纖維材料的強力達到300 N以上，遠遠超過前面兩種材料，具有很好的力學性能。

4 抑菌性能測試

抗菌功效一般是指持續的殺菌、消毒或抑菌作用，而天然材料的抗菌功效主要是抑菌作用(不能殺滅細菌，但能抑制細菌繁殖，使細菌數減少)［4］。傳統的抗菌產品是通過抗菌材料將細菌殺滅，實現抗菌效果。這種方式風險較高，可能對腳底皮層細胞產生一定影響，而竹原纖維鞋墊材料主要是抑菌效果，即通過抑制細菌的繁殖而達到消滅細菌的目的。

根據GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價》標準對竹原纖維鞋墊材料進行抗菌性能測試。結果表明，竹原纖維鞋墊材料能有效抑制細菌繁殖，抑菌率達到99%，具有很好的抑菌效果。表3是竹原纖維鞋墊材料的抑菌率測試報告。

表3 竹原纖維鞋墊材料的抑菌率檢測結果 (單位:%)

5 結語

竹原纖維鞋墊材料是具有更高透氣性、吸濕性和優異抑菌效果的新型鞋墊材料，符合鞋品逐漸向輕質、彈性、透氣、吸水和健康方面發展的要求。各項性能指標的測試結果表明，竹原纖維鞋墊材料的透氣性、吸濕性和力學性能均超過目前市場上的EVA材料和PU材料等主流鞋墊材料。利用竹原纖維天然抑菌的特性，不用添加化學助劑就能有效抑菌，使產品更環保、舒適和安全。因此，竹原纖維鞋墊材料是一種新型的具有革命性的鞋墊材料，將會有廣闊的市場前景。

［1］ 藍曉寧.淺談竹纖維的開發.科技創新導報［J］，2011(4):40.

［2］ 周湘祁.竹原纖維的性能研究和產品開發［J］.紡織科技進展，2005(6):12.

［3］ 郭秉臣.非織造布學［M］.2002:77.

［4］ 趙曉芳.竹纖維的發展與應用［J］.科技情報開發與經濟，2009(2):153-154.