宋鎏 洪曉杰

摘 要：本文介紹了橡膠的概述及特點(diǎn)，對(duì)于橡膠的種類進(jìn)行了分類，并對(duì)橡膠的抗拉強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、扯斷伸長(zhǎng)率、永久變形、撕裂強(qiáng)度、硬度、耐磨性、回彈性、耐老化性、耐寒性、耐臭氧性進(jìn)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(yīng)用，以及橡膠鞋的使用和保養(yǎng)技巧，最后對(duì)企業(yè)原輔料的控制提出了建議。

關(guān)鍵詞：橡膠，種類，性能，應(yīng)用，原輔料

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

我國(guó)制鞋行業(yè)經(jīng)過(guò)30多年的快速發(fā)展，已成為世界矚目的鞋類生產(chǎn)大國(guó)、貿(mào)易大國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約有鞋類生產(chǎn)企業(yè)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(chǎn)基地，年產(chǎn)量突破30多億雙，連續(xù)達(dá)到世界總產(chǎn)量的近七成。制鞋生產(chǎn)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(duì)于鞋類產(chǎn)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(diǎn)是高彈性，伸長(zhǎng)率可達(dá)原長(zhǎng)的10倍，外力釋除后能迅速?gòu)?fù)原，永久變形極小，有良好的貯能特性等[1]。橡膠的高彈性來(lái)自卷曲的長(zhǎng)鏈分子結(jié)構(gòu)，這類線型分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)通過(guò)硫化加工可以形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)其工程實(shí)用價(jià)值。

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

橡膠材料在使用狀態(tài)下所發(fā)生的應(yīng)力應(yīng)變行為具有非線性關(guān)系，其彈性行為不能單純用拉伸彈性模量來(lái)表述，因?yàn)樗蕾囉跍囟群妥冃嗡俣萚2]。溫度降低時(shí)，變形顯得呆滯，達(dá)到一定低溫時(shí)成為僵硬的固體，在保持應(yīng)力不變的條件下，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的蠕變現(xiàn)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(jīng)過(guò)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(jié)合，成為兼有兩者特性和復(fù)合材料的制品。

2 橡膠的種類和性能

2.1 橡膠的種類

按來(lái)源分為：天然橡膠和合成橡膠。

按化學(xué)組成分為：碳鏈橡膠、雜鏈橡膠和無(wú)機(jī)橡膠。

按應(yīng)用范圍分為：通用橡膠、準(zhǔn)通用橡膠和特種橡膠。

此外，按形態(tài)不同，有乳膠、干膠、液體膠及粉末膠之分。而近年來(lái)出現(xiàn)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(shí)不需要經(jīng)過(guò)硫化和添加補(bǔ)強(qiáng)劑即有良好的物理及力學(xué)性能，已成為鞋底材料的主要材質(zhì)[4]。

2.2 橡膠的性能

表征橡膠性能的術(shù)語(yǔ)有：

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

（2）定伸應(yīng)力（定伸強(qiáng)度）：試樣拉伸到一定長(zhǎng)度時(shí)單位面積所需要的力。通常反應(yīng)橡膠的交聯(lián)程度，數(shù)值越大表明強(qiáng)度、韌性越大。

（3）扯斷伸長(zhǎng)率：試樣拉斷時(shí)伸長(zhǎng)部分與原長(zhǎng)度的百分比，用以表示橡膠的伸長(zhǎng)應(yīng)變能力，最大可達(dá)1000%。

（4）永久變形：試樣經(jīng)一定時(shí)間的外力作用后不能恢復(fù)的變形，數(shù)值越小表明橡膠的彈性復(fù)原性越好。

（5）撕裂強(qiáng)度：橡膠抵抗裂口處撕開(kāi)的性能，以單位長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(chǎn)中判斷產(chǎn)品硫化狀態(tài)。常用國(guó)際橡膠硬度（IRHD）和邵氏硬度HA 和HD 表示，一般軟質(zhì)橡膠在IRHD30-80，與HA 值基本相同，硬質(zhì)和半硬質(zhì)橡膠多用HD 值表示。

HA與HD兩種硬度值可按下式近似地?fù)Q算：

（7）耐磨性：對(duì)滾動(dòng)動(dòng)摩擦件（如輪胎）特別重要，通常以阿克隆值表示。其測(cè)試方法是將圓盤形橡膠試片定位于阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)上，在一定的壓力下與砂輪成一定的傾斜角度（15°）進(jìn)行相對(duì)摩擦，測(cè)定其在1.6 km（1英里）的行程內(nèi)被磨損下來(lái)的橡膠粉質(zhì)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(fù)原程度，通常以回彈率（%）表示。有兩種測(cè)定方法。落球法：用一定質(zhì)量的鋼球從一定高度落下打在橡膠試樣上，測(cè)定鋼球的回彈高度。擺錘法：用有支點(diǎn)的擺錘撞擊橡膠試樣，測(cè)定回彈幅度。

（9）耐老化性：橡膠在加工、貯存和使用過(guò)程中都會(huì)發(fā)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(yàn)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(nèi)，定溫、定時(shí)老化后測(cè)定和計(jì)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(shuō)明適用溫度下限越低。測(cè)試方法為將保濕瓶?jī)?nèi)用干冰制冷，待調(diào)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(nèi)用沖擊器沖擊試樣，試樣出現(xiàn)裂口或折斷時(shí)的最高溫度即脆性溫度。

（11）耐臭氧性：橡膠在使用過(guò)程中如遇臭氧極為不利，會(huì)使橡膠沿應(yīng)力垂直方向出現(xiàn)龜裂，縮短使用壽命?？稍诔衾匣囼?yàn)箱內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，從試樣出現(xiàn)裂紋和折斷的時(shí)間以及老化前后抗拉強(qiáng)度的變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 鞋用橡膠的應(yīng)用和使用

3.1 鞋用橡膠的應(yīng)用

回顧橡膠鞋的“前世今生”，即是從實(shí)用到時(shí)尚的轉(zhuǎn)變。橡膠鞋的起源可以追溯到19世紀(jì)的英國(guó)，常常作為軍用作戰(zhàn)靴使用。后面隨著橡膠技術(shù)的推廣，才逐漸成為我們所熟知的防雨靴。但在時(shí)代的發(fā)展中，搖身一變成為了目前的時(shí)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(yōu)點(diǎn)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(wěn)定、硬度佳、彎曲性好、防水。缺點(diǎn)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(jīng)受多次彎曲、拉伸、壓縮而不受破壞，提高舒適性和反應(yīng)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(yōu)點(diǎn)就在于它非常的柔軟，彈性極佳，能適合于各種運(yùn)動(dòng)。室內(nèi)運(yùn)動(dòng)鞋多用天然橡膠，如圖2所示。天然橡膠有著綠色環(huán)保的作用，因此也常用在安全鞋的底上面，具有強(qiáng)大的防化學(xué)品腐蝕性能以和耐物理磨損性能，還能在短期內(nèi)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(jīng)受多次彎曲，拉伸，壓縮而不受到破壞，絕緣性優(yōu)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(huán)保橡膠、空氣橡膠、粘性橡膠、硬質(zhì)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(wǎng)球鞋的大底上使用，如圖3所示；

2）環(huán)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(huán)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(nèi)的運(yùn)動(dòng)鞋上；

5）硬質(zhì)橡膠是大底橡膠材質(zhì)里最全面的橡膠，堅(jiān)韌防滑且耐磨性很好，用途也相當(dāng)廣泛，籃球鞋和多功能鞋大多是用此種橡膠來(lái)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(jiān)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(huì)留有BRS的字母標(biāo)示，以表示大底使用了加碳橡膠。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于橡膠鞋的部分檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有：

HG/T 2017-2011《普通運(yùn)動(dòng)鞋》、HG/T 2016-2001《籃排球運(yùn)動(dòng)鞋》、HG/ T 2870-2014《乒乓球運(yùn)動(dòng)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(dòng)鞋》等。

3.2 鞋用橡膠的使用

在購(gòu)買橡膠鞋底的鞋子時(shí)，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(fèi)者可以用手?jǐn)D壓下材質(zhì)試試它有無(wú)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(yùn)動(dòng)鞋底的最為見(jiàn)材料，其制成的鞋子在日常穿著中還需要注意保養(yǎng)：

（1）為了延長(zhǎng)鞋子的使用壽命請(qǐng)，需盡量可能少地清洗，清洗完后使用鞋撐會(huì)有助于鞋子恢復(fù)原形。或者將硬紙?zhí)畛湓谛永?，?bào)有一舉兩得的功效，不僅能有助于恢復(fù)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(zhǎng)時(shí)間曝曬或高溫烘烤，應(yīng)在干燥陰涼處自然晾干。

（2）盡量不要接觸油、酸、堿、鹽等化學(xué)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(wàn)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(jiān)控機(jī)制

我國(guó)在鞋類產(chǎn)品的生產(chǎn)中已將低碳、環(huán)保的思路納入到了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要素中，對(duì)促進(jìn)我國(guó)生態(tài)鞋類的發(fā)展起到了很好的推進(jìn)作用。鞋類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)涉及的檢測(cè)項(xiàng)目從最初的耐久性發(fā)展到之后的安全性、限量物質(zhì)，GB 25038-2010《膠鞋健康安全技術(shù)規(guī)范》[6]、GB 25036-2010《布面童膠鞋》[7]、GB30585-2014《兒童鞋安全技術(shù)規(guī)范》[8]等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)安全性能做出了嚴(yán)格規(guī)定。企業(yè)是保證產(chǎn)品安全與質(zhì)量的第一責(zé)任人，應(yīng)將安全、健康、環(huán)保和品質(zhì)的相關(guān)要求納入到原輔料采購(gòu)信息中，建立內(nèi)容詳實(shí)的原輔料監(jiān)控檔案，增加可追溯性。通過(guò)行之有效的原輔料監(jiān)控體系的運(yùn)作，從源頭切斷產(chǎn)品安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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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(shù)，2017，46（12）：168-174.

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膠鞋健康安全技術(shù)規(guī)范：GB 25038-2010 [S].

布面童膠鞋：GB 25036-2010 [S].

兒童鞋安全技術(shù)規(guī)范：GB 30585-2014 [S].

作者簡(jiǎn)介

宋鎏，碩士，現(xiàn)從事鞋類及皮革制品的檢測(cè)及研究工作，

（責(zé)任編輯：張瑞洋）