篮球鞋用合成革材料性能优势与生产工艺分析

SeTe郑

?

SeTe郑

对当前篮球鞋用合成革材料进行分类，着重针对超细纤维合成革在篮球鞋制备领域的性能优势与制备工艺等进行分析，认为超细纤维合成革的线密度通常低于0.55 dtex，远低于普通合成革;透水汽量为400 mg/（10 cm·24 h）左右，同样优于一般合成革。对超细纤维合成革制备过程中生成的二甲基甲酰胺、甲苯等污染物的回收利用工艺进行归纳，旨在提高超细纤维制备环保性，降低该材料使用过程中对环境的负面影响。

籃球运动是一项对运动员所穿着篮球鞋性能要求极高的运动类型。在进行篮球训练或高水平竞技时，篮球鞋需要承担运动员由于剧烈的跑、跳、急停等动作所带来的极高的压力，篮球鞋需要有较高的抗扭转能力、良好的舒适性以及良好的防护性能等。此外，由于运动员在进行剧烈运动时会产生大量的热量和汗液，篮球鞋还需要具备良好的透气性和防湿滑能力等。长期以来，篮球鞋的鞋面材料多以牛皮为主，其优点为坚固、透气性良好、穿着舒适性高等。随着合成革材料生产工艺的不断优化，以无纺布为基底，聚氨酯（PU）等材料为涂层所制备的合成革材料逐渐具备了天然牛皮具备的坚固性、舒适性等优势;同时，还能够为篮球运动员提供更加轻便的穿着感，因而其逐渐取代天然皮革成为篮球鞋制备领域所使用的主要材料[1-2]。本文针对当前篮球运动鞋类常用合成革材料的性能优势进行分析，对可以进行优化的合成革制备工艺进行总结，旨在为篮球鞋制备领域合成革材料的发展提供借鉴。

SeTe郑

1篮球鞋用合成革分类

1.1篮球鞋用合成革基本结构

传统的篮球鞋鞋面是以牛皮为主的天然皮革制备而成。篮球鞋用合成革为模仿传统篮球鞋的穿着感，在进行结构设计和产品加工时也多以模拟天然皮革的结构为主要设计方向。如图1所示，为一种典型模拟天然皮革状态下的篮球鞋用PU合成革结构。其中，1层为聚氨酯基人造革层，采用聚氨酯基制备而成，为篮球鞋鞋面的最表层;内侧的2层为纤维毛层，采用无纺布制备而成，是合成革材料的最重要基体材料之一;内侧3层同样为聚氨酯基材料，主要作用为连接内侧4层的纤维毛层;5层为橡胶层，主要用于提升篮球运动员的穿着舒适性。

1.2合成革分类

当前篮球鞋领域所使用的合成革材料基本均是基于PU材料或者聚氯乙烯材料（即PVC材料）等基体材料，在无纺布、超细纤维基质材料中通过添加有机溶剂、增塑剂等制备而成。图2所示为当前篮球运动鞋鞋面最常用的合成革材料分类情况。

1.2.1PU合成革

PU合成革是目前篮球运动鞋制备领域最常用的合成革材料之一;同时也是造价较为低廉的普通篮球鞋用材料[3]。PU合成革采用聚氨酯与无纺布材料复合加工而成，质地柔软、富有弹性，表面可以进行加工。

1.2.2PVC合成革

PVC合成革同样也是篮球鞋领域应用较为成熟的合成革材料之一。PVC合成革的使用成本与PU合成革相比更为低廉，但质地差、不耐寒、不耐折，仅见于某些低端篮球鞋领域。现在已普遍不使用PVC合成革作为中高端篮球鞋鞋面材料，或必须经过复杂处理以后才会进行使用。

1.2.3乙烯-醋酸乙烯共聚物合成革

乙烯-醋酸乙烯共聚物合成革即EVA合成革，它是一种使用乙酸乙烯共聚物高分子材料为基体制备而成的合成革。EVA材料原本多应用于篮球鞋的中底部位，具有轻便、弹性好、可塑性良好等优势。后因研发人员使用EVA材料经辐射交联处理后制备了合成革，代替了传统的PU、PVC材料与基布进行复合加工，使材料的环保性能、回弹性能等得到了提升。

SeTe郑

1.2.4超细纤维合成革

超细纤维合成革是一种将头层牛皮的边角料进行破碎处理以后，按照一定的质量比例加入锦纶超细纤维和聚氨酯经过充分混合处理形成皮浆后，采用机械压延的方法制成的类似“皮坯”的物质，然后，再经不同颜料的涂饰或经过湿法、干法覆合上PU薄膜加工而成。超细纤维合成革具有典型的三维网络结构特征，是当前篮球运动鞋领域性能最接近天然牛皮，且与天然牛皮相比质量更轻、结构更均匀、弹性更有规律的合成革材料之一，已广泛应用于中高端篮球鞋或职业篮球鞋制备领域。有学者认为，超细纤维合成革是一种代替天然皮革用于鞋类等制造的最佳材料，具有广阔的应用前景和发展潜力[4]。

2超细纤维合成革材料性能优势分析

2.1最接近天然皮革的穿着感

与传统的PU/PVC合成革相比，超细纤维合成革材料最大的区别在于所使用的纤维材料为超细纤维而一般合成革使用的为普通纤维。超细纤维的线密度低于0.55分特，而普通合成革所使用的纤维线密度一般要高于1.1分特[5]。在如此低的线密度条件下，超细纤维合成革材料制备的篮球鞋鞋面质地柔软、耐折性强，能够为运动员提供最为接近天然皮革的穿着感。这一点远优于一般的PU/PVC合成革。同时，超细纤维合成革材料还能够克服一般牛皮篮球鞋面体形部位差、厚度不均匀、无法水洗或水洗后变硬等问题。因此，超细纤维合成革材料篮球鞋从穿着感角度来说，能够接近或超越天然牛革篮球鞋。

2.2比一般合成革更加优异的透气性

篮球鞋大量应用皮革材料做为鞋面主要材料的原因之一，在于皮革材料能够为篮球运动员的足部提供优异的透气性和吸湿性，在减少鞋内产生异味的同时，能够改善篮球鞋内部微气候。吸湿性是表征运动鞋用纤维材料性能的重要指标，然而大部分的合成革所使用的纤维材料均缺乏或没有足够的吸湿性亲水基，导致制备的合成革篮球鞋面缺乏充分的吸湿性。超细纤维合成革的透水汽量为400 mg/（10 cm2·24 h）左右，与天然的皮革的透水汽量800 mg/（10 cm·24 h）相比仍存在一定差异;但与PU合成革80 mg/（10 cm·24 h）相比存在巨大的透气性优势[6]。因此，采用超细纤维合成革制备而成的篮球鞋能够为运动员提供更加理想的透气性，进一步提升篮球运动员穿着舒适性，保障运动员足部健康。

SeTe郑

2.3较高的弹性模量

以锦纶超细纤维合成革为例。该材料中的锦纶纤维与聚氨酯材料紧密连接，锦纶部分以三维网络状进行交联，为合成革提供了骨架和支撑作用。与天然皮革相比，锦纶超细纤维的编织密度更小，基布整体呈空、松状态，锦纶超细纤维基布通过支状交缠形成的三维网络状结构与一般天然皮革纤维中的弯曲线状纤维形成的立体结构相比具有更高的弹性模量[7]。这种较高的弹性模量能够保证超细纤维合成革拥有更高的材料刚性，从而为篮球运动员提供更为理想的抗扭转能力和保护性等。

2.4料加工环节对天然皮革的依赖性更低

与天然皮革相比，超细纤维合成革所使用的皮革材料多为天然皮革加工剩余的边角料，对自然界的伤害也更低[8]。同时，超细纤维合成革的生产过程中不会产生固体废弃物，整体而言，超细纤维皮革材料具有一定的环保性。但是，由于超细纤维合成环节大多需要应用的合成材料，基本均建立在化工原料生产基础上，在各个生产环节仍然会产生一定量的固体废弃物、废水、废气等，需要通过后续的生产工艺改良进行优化，从而使超细纤维合成革材料具有更高的环保性能和应用前景。

3超细纤维合成革生产工艺优化

3.1生产工艺

超细纤维的生产工艺基本包括：①共混纤维法，也被称为不定岛纤维法。其优点是易生产极细的纤维;缺点是需要用溶剂溶解纤维，溶解去除的“海”部分PS将损耗，且“海”的比例高，制革时用的聚氨酯比例也高[9]。②海岛纤维法。其优点是纤维线密度均匀，但如果是PET/PS组分，也需用溶剂处理;如果是PA/CoPET组分，则“海”的部分CoPET也将损耗[9]。③直接紡法。其无污染、无损耗，且PET部分可循环使用。④涤锦复合法。人工皮革中保留2种成分，无污染，但是难以完好地分裂2种成分。由于色牢度的原因，涤锦复合法不适合做麂皮绒;另外，生产制备后的合成革中含有PA，不适合工业应用。本文将以共混纤维法为例对当前篮球鞋制备领域最常用的超细纤维合成革制备工艺进行优化分析。

SeTe郑

一般共混纤维法制备超细纤维合成革生产工艺主要包括纤维材料制备、树脂材料制备以及合成革材料的制备等多个步骤，具体如图3所示。

由图3可知，较容易产生污染的生产工艺环节主要集中在制备超细纤维合成革所排出的含有二甲基甲酰胺的废水（浸渍环节）以及不定岛锦纶纤维在进行海岛分离时所使用的热甲苯等（抽出环节）。因此，超细纤维合成革生产工艺的优化基本围绕这2点展开。

3.2生产工艺优化

3.2.1二甲基甲酰胺回收

在超细纤维合成革中生成的二甲基甲酰胺主要利用精馏塔（主要为泡罩塔板结构蒸馏塔）等设备通过蒸馏、脱水等方法进行分离。粗二甲基甲酰胺中的固体成分在经过蒸馏塔脱水后会生成水、精二甲基甲酰胺以及固体成分等，蒸馏水可以直接排放或经过泡罩塔板进入水循环系统。精二甲基甲酰胺在紫外线照射仪发出光线的作用下会被分解成二甲胺和甲醛，加热到350 ℃左右会分解成二甲胺和一氧化碳[10]。固体成分的处理则较为复杂，主要可分为：①对可溶性固体成分的处理，通常采用逐段浓缩的方法，对不可溶固体成分进行3次以上浓缩后进入蒸发罐中进行处理;②对不溶性的悬浮物的处理则采用过滤法进行处理，处理后的溶液进入蒸发罐加热蒸发，再次蒸发，进入蒸馏塔进行脱水等工艺后排入蒸发罐进行处理。

3.2.2甲苯的回收循环利用

甲苯的回收循环利用方法主要包括3个主要部分：①甲苯蒸发，利用甲苯和水的高挥发性，通过甲苯蒸发器对抽出工序所得到的废水在加热蛇管中进行加热，使大部分甲苯能够被直接冷凝回收，实现甲苯的粗分离，此时的甲苯溶液中含有大量的水分。②甲苯残渣蒸发，将第①步处理以后得到的混合聚乙烯以及不挥发甲苯的残渣打入甲苯残渣蒸发罐中再次进行加热，使残渣中的甲苯继续进行挥发回收，此时包含聚乙烯等的残渣可以直接排出。③水-甲苯蒸馏，甲苯与水蒸发冷凝后得到的混合液，在组成条件适当时可在85 ℃以下形成共沸物，可以利用蒸馏器将甲苯与水的混合液在低于100 ℃条件下实现沸腾气化这一特征[9];在甲苯与水的混合液中的甲苯将会以甲苯-水共沸物的生成并馏出，经甲苯残渣气液分离器液化以后甲苯与水互不相溶，此时可根据二者之间密度的不同进行分离。

上述2种关于超细纤维制备过程污染物处理方法已经在我国部分制革企业中得到了应用。例如，福建可利盛超细纤维有限公司，2013年该企业引入了包括上述二甲基甲酰胺回收和甲苯的回收循环利用工艺等在内的超细纤维三废污染物处理工艺，大大提升了企业在合成革生产过程中生成污染物的处理效率，解决了超细纤维生产过程废水零排放的技术瓶颈，可以生产出环境友好型、高质量的定岛型超细纤维合成革产品[11]。

SeTe郑

篮球运动所使用篮球鞋对鞋面材料的性能要求极高。随着现代合成革工艺的不断发展，利用PU、PVC等材料制备而成的篮球鞋鞋面由于穿着舒适度不够、易折损、透气性差等问题逐渐不再受消费者青睐。本文对篮球鞋用合成革的分类情况进行分析，着重针对超细纤维合成革的性能优势和生产工艺进行研究，并针对超细纤维合成革制备工艺中容易产生污染环节的优化进行了理论性分析，旨在为篮球鞋用超细纤维合成革的环保性开发提供借鉴。