浅谈鞋用橡胶的性能及应用

宋鎏 洪晓杰

摘 要：本文介绍了橡胶的概述及特点，对于橡胶的种类进行了分类，并对橡胶的抗拉强度、定伸应力、扯断伸长率、永久变形、撕裂强度、硬度、耐磨性、回弹性、耐老化性、耐寒性、耐臭氧性进行了表征与阐述，此外介绍了鞋用橡胶的在不同鞋类中的应用，以及橡胶鞋的使用和保养技巧，最后对企业原辅料的控制提出了建议。

关键词：橡胶，种类，性能，应用，原辅料

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

我国制鞋行业经过30多年的快速发展，已成为世界瞩目的鞋类生产大国、贸易大国。据不完全统计，我国约有鞋类生产企业2000家，主要分布在福建、浙江、广东、上海、江苏等省市。以福建、浙江、广东等地为主要生产基地，年产量突破30多亿双，连续达到世界总产量的近七成。制鞋生产工艺主要有5种，包括胶粘工艺、热硫化工艺、注塑工艺、模压工艺和缝制工艺。不论使用哪种工艺，鞋用橡胶对于鞋类产品都起到了举足轻重的作用。

1 橡胶的概述

橡胶有天然和合成两大类，它们的共同特点是高弹性，伸长率可达原长的10倍，外力释除后能迅速复原，永久变形极小，有良好的贮能特性等[1]。橡胶的高弹性来自卷曲的长链分子结构，这类线型分子结构物质通过硫化加工可以形成三维网状结构而实现其工程实用价值。

橡胶具有下列特点：弹性模量低，一般软质橡胶约为1 MPa，而金属材料则高达104～105 MPa；橡胶的扯断伸长率可达10 0%～10 0 0%，被拉伸时放热，在一定范围内弹性随温度升高而增大，具有很高的内摩擦，是金属材料的1000倍以上。因此橡胶在变形与复原过程中能将输入的一本分机械能转化为热能，从而产生很高的阻尼效应。

橡胶材料在使用状态下所发生的应力应变行为具有非线性关系，其弹性行为不能单纯用拉伸弹性模量来表述，因为它依赖于温度和变形速度[2]。温度降低时，变形显得呆滞，达到一定低温时成为僵硬的固体，在保持应力不变的条件下，会出现应变随时间延长而增加的蠕变现象。

未硫化橡胶有一定程度的塑性，可以在其中掺入硫磺和其他配合剂，经过加工获得具有各种特殊性能的硫化橡胶，以满足使用要求[3]。还可以与其他材料，如金属、纤维、塑料凳结合，成为兼有两者特性和复合材料的制品。

2 橡胶的种类和性能

2.1 橡胶的种类

按来源分为：天然橡胶和合成橡胶。

按化学组成分为：碳链橡胶、杂链橡胶和无机橡胶。

按应用范围分为：通用橡胶、准通用橡胶和特种橡胶。

此外，按形态不同，有乳胶、干胶、液体胶及粉末胶之分。而近年来出现的热塑性橡胶（TPR），因其常温下具有橡胶的弹性，高温下可塑化成型，加工时不需要经过硫化和添加补强剂即有良好的物理及力学性能，已成为鞋底材料的主要材质[4]。

2.2 橡胶的性能

表征橡胶性能的术语有：

（1）抗拉强度（抗张强度）：是橡胶最主要、最基本的性能指标，数值越大表明强度、韧性越好，一般橡胶约为20～30 MPa。

（2）定伸应力（定伸强度）：试样拉伸到一定长度时单位面积所需要的力。通常反应橡胶的交联程度，数值越大表明强度、韧性越大。

（3）扯断伸长率：试样拉断时伸长部分与原长度的百分比，用以表示橡胶的伸长应变能力，最大可达1000%。

（4）永久变形：试样经一定时间的外力作用后不能恢复的变形，数值越小表明橡胶的弹性复原性越好。

（5）撕裂强度：橡胶抵抗裂口处撕开的性能，以单位长度上的抗撕力表示，单位为kN/m。

（6）硬度：是将一定直径刚性球体压入橡胶试样至一定深度所需的载荷与其弹性模量之比。在工程设计中常用以指示橡胶的弹性模量，也可用以表明橡胶制品生产中判断产品硫化状态。常用国际橡胶硬度（IRHD）和邵氏硬度HA 和HD 表示，一般软质橡胶在IRHD30-80，与HA 值基本相同，硬质和半硬质橡胶多用HD 值表示。

HA与HD两种硬度值可按下式近似地换算：

（7）耐磨性：对滚动动摩擦件（如轮胎）特别重要，通常以阿克隆值表示。其测试方法是将圆盘形橡胶试片定位于阿克隆磨耗试验机上，在一定的压力下与砂轮成一定的倾斜角度（15°）进行相对摩擦，测定其在1.6 km（1英里）的行程内被磨损下来的橡胶粉质量，再用密度换算成体积（单位为cm3/1.6 km）。体积值越小，耐磨性越好。

（8）回弹性：又称冲击弹性，是指橡胶受冲击后的复原程度，通常以回弹率（%）表示。有两种测定方法。落球法：用一定质量的钢球从一定高度落下打在橡胶试样上，测定钢球的回弹高度。摆锤法：用有支点的摆锤撞击橡胶试样，测定回弹幅度。

（9）耐老化性：橡胶在加工、贮存和使用过程中都会发生老化，引起老化的因素有：热、光、臭氧、生物、高能辐射以及屈挠疲劳等。常用的试验方法是热空气人工加速老化，是将橡胶试片悬挂于老化烘箱内，定温、定时老化后测定和计算性能保持率（%）。

（10）耐寒性：通常用脆性温度（℃）表示，脆性温度越低说明适用温度下限越低。测试方法为将保湿瓶内用干冰制冷，待调至所需低温后用夹持器将试样垂直送入，保持3 min后取出，在0.5 s内用冲击器冲击试样，试样出现裂口或折断时的最高温度即脆性温度。

（11）耐臭氧性：橡胶在使用过程中如遇臭氧极为不利，会使橡胶沿应力垂直方向出现龟裂，缩短使用寿命。可在臭老化试验箱内进行试验，从试样出现裂纹和折断的时间以及老化前后抗拉强度的变化情况进行评价。

3 鞋用橡膠的应用和使用

3.1 鞋用橡胶的应用

回顾橡胶鞋的“前世今生”，即是从实用到时尚的转变。橡胶鞋的起源可以追溯到19世纪的英国，常常作为军用作战靴使用。后面随着橡胶技术的推广，才逐渐成为我们所熟知的防雨靴。但在时代的发展中，摇身一变成为了目前的时尚橡胶靴，如图1所示。

鞋用橡胶可用于制作鞋底材料，橡胶鞋底优点是耐磨性佳、防滑、有弹性、不易断裂，柔软度较好、伸延性好、收缩稳定、硬度佳、弯曲性好、防水。缺点是较重，透气性、吸湿性不好，怕油浸泡，不宜在汽车加油站等接触油的地方穿。

橡胶鞋底材料大概可分为天然橡胶鞋底材料或人工合成橡胶鞋底材料。橡胶底具有高弹性，高耐磨性，可经受多次弯曲、拉伸、压缩而不受破坏，提高舒适性和反应速度，还具有耐酸碱性，适宜下雨天穿着。

（1）天然橡胶鞋底材料

天然橡胶的优点就在于它非常的柔软，弹性极佳，能适合于各种运动。室内运动鞋多用天然橡胶，如图2所示。天然橡胶有着绿色环保的作用，因此也常用在安全鞋的底上面，具有强大的防化学品腐蚀性能以和耐物理磨损性能，还能在短期内耐300℃的高温[5]。它是一种高分子化合物，不仅具有高弹性，还具有耐曲挠性，可经受多次弯曲，拉伸，压缩而不受到破坏，绝缘性优良。由于密度较大，做成安全鞋的重量较大，但具有耐磨防滑的效果。

（2）人工合成橡胶鞋底材料

人工合成橡胶是由人工合成的高弹性聚合物，又分为耐磨橡胶、环保橡胶、空气橡胶、粘性橡胶、硬质橡胶、加碳橡胶。

1）耐磨橡胶的具有非常好的耐磨性和韧性，因此非常耐用，这种橡胶材料一般在网球鞋的大底上使用，如图3所示；

2）环保橡胶也被称为回收料橡胶，这种橡胶大底含有的回收橡胶最多为10%，主要的目的是为了环保；

3）空气橡胶里含有空气，具有一定的减震功能，但是耐磨较差，用途并不是很广泛；

4）粘性橡胶的具有较好的柔韧性，且防滑性能好，一般可用在室內的运动鞋上；

5）硬质橡胶是大底橡胶材质里最全面的橡胶，坚韧防滑且耐磨性很好，用途也相当广泛，篮球鞋和多功能鞋大多是用此种橡胶来做大底；

6）加碳橡胶是在普通的橡胶材料里加入了碳元素，使得橡胶更加坚韧耐磨，跑鞋大多使用加碳橡胶，而且在跑鞋鞋底的后掌部分大多会留有BRS的字母标示，以表示大底使用了加碳橡胶。

目前国内关于橡胶鞋的部分检测标准有：

HG/T 2017-2011《普通运动鞋》、HG/T 2016-2001《篮排球运动鞋》、HG/ T 2870-2014《乒乓球运动鞋》、HG/ T 3085-2011《橡胶冷粘鞋》、HG/ T2018-2014《轻便胶鞋》、HG/T 2019-2011《黑色雨靴（鞋）》、HG/T 2020-2019《彩色雨靴（鞋）》、GB 25037-2010《工矿靴》、HG/T 2182-2020《棉胶鞋》、GB/ T 25036-2021《布面童胶鞋》、HG/ T2495-2020《劳动鞋》等。

3.2 鞋用橡胶的使用

在购买橡胶鞋底的鞋子时，往往需分辨鞋底材料是否真的为橡胶。橡胶大底的辨别并不是很困难，由于橡胶较软，有一定的弹性，消费者可以用手挤压下材质试试它有无弹性，也可用鼻子闻一闻材料，看是否有橡胶的味道，还可以将橡胶鞋底折叠弯曲，用指甲掐，若有反弹的迹象，则大致为橡胶材料。橡胶大底作为运动鞋底的最为见材料，其制成的鞋子在日常穿着中还需要注意保养：

（1）为了延长鞋子的使用寿命请，需尽量可能少地清洗，清洗完后使用鞋撑会有助于鞋子恢复原形。或者将硬纸填充在鞋子里，报有一举两得的功效，不仅能有助于恢复鞋子的形状，而且能迅速吸收鞋子里多余的水分。清洗后，不宜长时间曝晒或高温烘烤，应在干燥阴凉处自然晾干。

（2）尽量不要接触油、酸、碱、盐等化学物品，以防腐蚀膨胀变形。一般的胶鞋不能作为耐酸、耐碱、绝缘鞋等鞋使用。

（3）雨鞋之类的表面光亮千万要与表体尖硬物接触，避免挫伤。

4 建立安全有效的原辅材料监控机制

我国在鞋类产品的生产中已将低碳、环保的思路纳入到了产业发展的要素中，对促进我国生态鞋类的发展起到了很好的推进作用。鞋类产品标准涉及的检测项目从最初的耐久性发展到之后的安全性、限量物质，GB 25038-2010《胶鞋健康安全技术规范》[6]、GB 25036-2010《布面童胶鞋》[7]、GB30585-2014《儿童鞋安全技术规范》[8]等强制性标准都对安全性能做出了严格规定。企业是保证产品安全与质量的第一责任人，应将安全、健康、环保和品质的相关要求纳入到原辅料采购信息中，建立内容详实的原辅料监控档案，增加可追溯性。通过行之有效的原辅料监控体系的运作，从源头切断产品安全隐患。

参考文献

郭雨舜，曲禹同，耿海涛.浅析特种橡胶在军工和生活中的应用[J].化工管理，2016（22）：103.

张继川，张同飞，李瑞昀.关于天然橡胶原料多样化的思考[J].中国石油和化工产业观察，2022（12）：38-39.

刘珞晰.橡胶鞋大底穿用特征的特定性与稳定性研究[D].北京：中国人民公安大学，2020.

刘珞晰，罗亚平.橡胶鞋外底表面涂层剥离特征研究[J].表面技术，2017，46（12）：168-174.

刘显奎，王志雄，丁思恩.超轻鞋用发泡橡胶的制备和性能研究[J].中国皮革，2022，51（12）：1-6.

胶鞋健康安全技术规范：GB 25038-2010 [S].

布面童胶鞋：GB 25036-2010 [S].

儿童鞋安全技术规范：GB 30585-2014 [S].

作者简介

宋鎏，硕士，现从事鞋类及皮革制品的检测及研究工作，

（责任编辑：张瑞洋）