淺談鞋用橡膠的性能及應用

宋鎏 洪曉杰

摘 要：本文介紹了橡膠的概述及特點，對于橡膠的種類進行了分類，并對橡膠的抗拉強度、定伸應力、扯斷伸長率、永久變形、撕裂強度、硬度、耐磨性、回彈性、耐老化性、耐寒性、耐臭氧性進行了表征與闡述，此外介紹了鞋用橡膠的在不同鞋類中的應用，以及橡膠鞋的使用和保養技巧，最后對企業原輔料的控制提出了建議。

關鍵詞：橡膠，種類，性能，應用，原輔料

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.11.034

我國制鞋行業經過30多年的快速發展，已成為世界矚目的鞋類生產大國、貿易大國。據不完全統計，我國約有鞋類生產企業2000家，主要分布在福建、浙江、廣東、上海、江蘇等省市。以福建、浙江、廣東等地為主要生產基地，年產量突破30多億雙，連續達到世界總產量的近七成。制鞋生產工藝主要有5種，包括膠粘工藝、熱硫化工藝、注塑工藝、模壓工藝和縫制工藝。不論使用哪種工藝，鞋用橡膠對于鞋類產品都起到了舉足輕重的作用。

1 橡膠的概述

橡膠有天然和合成兩大類，它們的共同特點是高彈性，伸長率可達原長的10倍，外力釋除后能迅速復原，永久變形極小，有良好的貯能特性等[1]。橡膠的高彈性來自卷曲的長鏈分子結構，這類線型分子結構物質通過硫化加工可以形成三維網狀結構而實現其工程實用價值。

橡膠具有下列特點：彈性模量低，一般軟質橡膠約為1 MPa，而金屬材料則高達104～105 MPa；橡膠的扯斷伸長率可達10 0%～10 0 0%，被拉伸時放熱，在一定范圍內彈性隨溫度升高而增大，具有很高的內摩擦，是金屬材料的1000倍以上。因此橡膠在變形與復原過程中能將輸入的一本分機械能轉化為熱能，從而產生很高的阻尼效應。

橡膠材料在使用狀態下所發生的應力應變行為具有非線性關系，其彈性行為不能單純用拉伸彈性模量來表述，因為它依賴于溫度和變形速度[2]。溫度降低時，變形顯得呆滯，達到一定低溫時成為僵硬的固體，在保持應力不變的條件下，會出現應變隨時間延長而增加的蠕變現象。

未硫化橡膠有一定程度的塑性，可以在其中摻入硫磺和其他配合劑，經過加工獲得具有各種特殊性能的硫化橡膠，以滿足使用要求[3]。還可以與其他材料，如金屬、纖維、塑料凳結合，成為兼有兩者特性和復合材料的制品。

2 橡膠的種類和性能

2.1 橡膠的種類

按來源分為：天然橡膠和合成橡膠。

按化學組成分為：碳鏈橡膠、雜鏈橡膠和無機橡膠。

按應用范圍分為：通用橡膠、準通用橡膠和特種橡膠。

此外，按形態不同，有乳膠、干膠、液體膠及粉末膠之分。而近年來出現的熱塑性橡膠（TPR），因其常溫下具有橡膠的彈性，高溫下可塑化成型，加工時不需要經過硫化和添加補強劑即有良好的物理及力學性能，已成為鞋底材料的主要材質[4]。

2.2 橡膠的性能

表征橡膠性能的術語有：

（1）抗拉強度（抗張強度）：是橡膠最主要、最基本的性能指標，數值越大表明強度、韌性越好，一般橡膠約為20～30 MPa。

（2）定伸應力（定伸強度）：試樣拉伸到一定長度時單位面積所需要的力。通常反應橡膠的交聯程度，數值越大表明強度、韌性越大。

（3）扯斷伸長率：試樣拉斷時伸長部分與原長度的百分比，用以表示橡膠的伸長應變能力，最大可達1000%。

（4）永久變形：試樣經一定時間的外力作用后不能恢復的變形，數值越小表明橡膠的彈性復原性越好。

（5）撕裂強度：橡膠抵抗裂口處撕開的性能，以單位長度上的抗撕力表示，單位為kN/m。

（6）硬度：是將一定直徑剛性球體壓入橡膠試樣至一定深度所需的載荷與其彈性模量之比。在工程設計中常用以指示橡膠的彈性模量，也可用以表明橡膠制品生產中判斷產品硫化狀態。常用國際橡膠硬度（IRHD）和邵氏硬度HA 和HD 表示，一般軟質橡膠在IRHD30-80，與HA 值基本相同，硬質和半硬質橡膠多用HD 值表示。

HA與HD兩種硬度值可按下式近似地換算：

（7）耐磨性：對滾動動摩擦件（如輪胎）特別重要，通常以阿克隆值表示。其測試方法是將圓盤形橡膠試片定位于阿克隆磨耗試驗機上，在一定的壓力下與砂輪成一定的傾斜角度（15°）進行相對摩擦，測定其在1.6 km（1英里）的行程內被磨損下來的橡膠粉質量，再用密度換算成體積（單位為cm3/1.6 km）。體積值越小，耐磨性越好。

（8）回彈性：又稱沖擊彈性，是指橡膠受沖擊后的復原程度，通常以回彈率（%）表示。有兩種測定方法。落球法：用一定質量的鋼球從一定高度落下打在橡膠試樣上，測定鋼球的回彈高度。擺錘法：用有支點的擺錘撞擊橡膠試樣，測定回彈幅度。

（9）耐老化性：橡膠在加工、貯存和使用過程中都會發生老化，引起老化的因素有：熱、光、臭氧、生物、高能輻射以及屈撓疲勞等。常用的試驗方法是熱空氣人工加速老化，是將橡膠試片懸掛于老化烘箱內，定溫、定時老化后測定和計算性能保持率（%）。

（10）耐寒性：通常用脆性溫度（℃）表示，脆性溫度越低說明適用溫度下限越低。測試方法為將保濕瓶內用干冰制冷，待調至所需低溫后用夾持器將試樣垂直送入，保持3 min后取出，在0.5 s內用沖擊器沖擊試樣，試樣出現裂口或折斷時的最高溫度即脆性溫度。

（11）耐臭氧性：橡膠在使用過程中如遇臭氧極為不利，會使橡膠沿應力垂直方向出現龜裂，縮短使用壽命。可在臭老化試驗箱內進行試驗，從試樣出現裂紋和折斷的時間以及老化前后抗拉強度的變化情況進行評價。

3 鞋用橡膠的應用和使用

3.1 鞋用橡膠的應用

回顧橡膠鞋的“前世今生”，即是從實用到時尚的轉變。橡膠鞋的起源可以追溯到19世紀的英國，常常作為軍用作戰靴使用。后面隨著橡膠技術的推廣，才逐漸成為我們所熟知的防雨靴。但在時代的發展中，搖身一變成為了目前的時尚橡膠靴，如圖1所示。

鞋用橡膠可用于制作鞋底材料，橡膠鞋底優點是耐磨性佳、防滑、有彈性、不易斷裂，柔軟度較好、伸延性好、收縮穩定、硬度佳、彎曲性好、防水。缺點是較重，透氣性、吸濕性不好，怕油浸泡，不宜在汽車加油站等接觸油的地方穿。

橡膠鞋底材料大概可分為天然橡膠鞋底材料或人工合成橡膠鞋底材料。橡膠底具有高彈性，高耐磨性，可經受多次彎曲、拉伸、壓縮而不受破壞，提高舒適性和反應速度，還具有耐酸堿性，適宜下雨天穿著。

（1）天然橡膠鞋底材料

天然橡膠的優點就在于它非常的柔軟，彈性極佳，能適合于各種運動。室內運動鞋多用天然橡膠，如圖2所示。天然橡膠有著綠色環保的作用，因此也常用在安全鞋的底上面，具有強大的防化學品腐蝕性能以和耐物理磨損性能，還能在短期內耐300℃的高溫[5]。它是一種高分子化合物，不僅具有高彈性，還具有耐曲撓性，可經受多次彎曲，拉伸，壓縮而不受到破壞，絕緣性優良。由于密度較大，做成安全鞋的重量較大，但具有耐磨防滑的效果。

（2）人工合成橡膠鞋底材料

人工合成橡膠是由人工合成的高彈性聚合物，又分為耐磨橡膠、環保橡膠、空氣橡膠、粘性橡膠、硬質橡膠、加碳橡膠。

1）耐磨橡膠的具有非常好的耐磨性和韌性，因此非常耐用，這種橡膠材料一般在網球鞋的大底上使用，如圖3所示；

2）環保橡膠也被稱為回收料橡膠，這種橡膠大底含有的回收橡膠最多為10%，主要的目的是為了環保；

3）空氣橡膠里含有空氣，具有一定的減震功能，但是耐磨較差，用途并不是很廣泛；

4）粘性橡膠的具有較好的柔韌性，且防滑性能好，一般可用在室內的運動鞋上；

5）硬質橡膠是大底橡膠材質里最全面的橡膠，堅韌防滑且耐磨性很好，用途也相當廣泛，籃球鞋和多功能鞋大多是用此種橡膠來做大底；

6）加碳橡膠是在普通的橡膠材料里加入了碳元素，使得橡膠更加堅韌耐磨，跑鞋大多使用加碳橡膠，而且在跑鞋鞋底的后掌部分大多會留有BRS的字母標示，以表示大底使用了加碳橡膠。

目前國內關于橡膠鞋的部分檢測標準有：

HG/T 2017-2011《普通運動鞋》、HG/T 2016-2001《籃排球運動鞋》、HG/ T 2870-2014《乒乓球運動鞋》、HG/ T 3085-2011《橡膠冷粘鞋》、HG/ T2018-2014《輕便膠鞋》、HG/T 2019-2011《黑色雨靴（鞋）》、HG/T 2020-2019《彩色雨靴（鞋）》、GB 25037-2010《工礦靴》、HG/T 2182-2020《棉膠鞋》、GB/ T 25036-2021《布面童膠鞋》、HG/ T2495-2020《勞動鞋》等。

3.2 鞋用橡膠的使用

在購買橡膠鞋底的鞋子時，往往需分辨鞋底材料是否真的為橡膠。橡膠大底的辨別并不是很困難，由于橡膠較軟，有一定的彈性，消費者可以用手擠壓下材質試試它有無彈性，也可用鼻子聞一聞材料，看是否有橡膠的味道，還可以將橡膠鞋底折疊彎曲，用指甲掐，若有反彈的跡象，則大致為橡膠材料。橡膠大底作為運動鞋底的最為見材料，其制成的鞋子在日常穿著中還需要注意保養：

（1）為了延長鞋子的使用壽命請，需盡量可能少地清洗，清洗完后使用鞋撐會有助于鞋子恢復原形。或者將硬紙填充在鞋子里，報有一舉兩得的功效，不僅能有助于恢復鞋子的形狀，而且能迅速吸收鞋子里多余的水分。清洗后，不宜長時間曝曬或高溫烘烤，應在干燥陰涼處自然晾干。

（2）盡量不要接觸油、酸、堿、鹽等化學物品，以防腐蝕膨脹變形。一般的膠鞋不能作為耐酸、耐堿、絕緣鞋等鞋使用。

（3）雨鞋之類的表面光亮千萬要與表體尖硬物接觸，避免挫傷。

4 建立安全有效的原輔材料監控機制

我國在鞋類產品的生產中已將低碳、環保的思路納入到了產業發展的要素中，對促進我國生態鞋類的發展起到了很好的推進作用。鞋類產品標準涉及的檢測項目從最初的耐久性發展到之后的安全性、限量物質，GB 25038-2010《膠鞋健康安全技術規范》[6]、GB 25036-2010《布面童膠鞋》[7]、GB30585-2014《兒童鞋安全技術規范》[8]等強制性標準都對安全性能做出了嚴格規定。企業是保證產品安全與質量的第一責任人，應將安全、健康、環保和品質的相關要求納入到原輔料采購信息中，建立內容詳實的原輔料監控檔案，增加可追溯性。通過行之有效的原輔料監控體系的運作，從源頭切斷產品安全隱患。

參考文獻

郭雨舜，曲禹同，耿海濤.淺析特種橡膠在軍工和生活中的應用[J].化工管理，2016（22）：103.

張繼川，張同飛，李瑞昀.關于天然橡膠原料多樣化的思考[J].中國石油和化工產業觀察，2022（12）：38-39.

劉珞晰.橡膠鞋大底穿用特征的特定性與穩定性研究[D].北京：中國人民公安大學，2020.

劉珞晰，羅亞平.橡膠鞋外底表面涂層剝離特征研究[J].表面技術，2017，46（12）：168-174.

劉顯奎，王志雄，丁思恩.超輕鞋用發泡橡膠的制備和性能研究[J].中國皮革，2022，51（12）：1-6.

膠鞋健康安全技術規范：GB 25038-2010 [S].

布面童膠鞋：GB 25036-2010 [S].

兒童鞋安全技術規范：GB 30585-2014 [S].

作者簡介

宋鎏，碩士，現從事鞋類及皮革制品的檢測及研究工作，

（責任編輯：張瑞洋）