概述
鞋底配料使用沉淀法二氧化硅作为主要补强填料。技术源自 1990 年代"绿色轮胎"革命 —— 当时米其林证明用二氧化硅替换炭黑可使轮胎滚动阻力降低 20-30% 同时保持抓地力。同样化学被改造到运动鞋鞋底,成为性能鞋类标准。
今天,二氧化硅 30-50 phr 是以下场景的补强:
- EVA 中底(运动跑鞋、生活方式运动鞋)
- SBR/SBR 共混外底(跑鞋、登山靴、工作靴)
- TPU 外底(高端运动、耐用工作鞋)
- 橡胶拖鞋底(日常拖鞋、凉鞋、足底筋膜炎鞋垫)
- 餐厅防滑工作鞋(专用抓地化合物)
- 碳板跑鞋(高端跑步、碳纤维板 + 反应型泡沫化合物)
本 hub 涵盖鞋底配料的二氧化硅选型。相关鞋业化学品(硫化剂与抗氧剂)的商业供货见 chemzip.com。
为什么二氧化硅 vs 炭黑
典型 SBR 外底化合物,选二氧化硅补强给出:
| 属性 | 炭黑 50 phr | 二氧化硅 50 phr |
|---|---|---|
| 滚动阻力(每周能量损失) | 高 | 低(改善 20-30%) |
| 湿抓地(湿路面 μ) | 中等 | 高(改善 10-20%) |
| 耐磨(DIN cm³ 损耗) | 120-180 | 80-130(二氧化硅胜) |
| 重量(化合物密度) | 较高 | 较低(鞋轻 15-25%) |
| 滞后(发热) | 高 | 低 |
| 每千克成本 | 较低 | 较高 |
成本溢价由运动 + 高端段的性能收益证明。大众鞋(拖鞋、凉鞋、基础工作鞋),炭黑因成本仍是标准。
鞋类用二氧化硅牌号
| 用例 | 二氧化硅牌号 | 添加量 | 对标品牌 |
|---|---|---|---|
| 高端运动跑鞋 | 高分散性(HD-硅) | 40-50 phr | Solvay Z-1165 MP / Evonik Ultrasil 7000 |
| 标准运动外底 | 标准沉淀 | 35-45 phr | Solvay Z-115 / Evonik Ultrasil VN3 |
| 生活方式运动鞋中底(EVA) | 标准沉淀 | 25-35 phr | Solvay Z-115 |
| 登山/工作靴外底 | 标准沉淀 | 35-50 phr | Solvay Z-115 |
| 足底筋膜炎鞋垫 | 标准沉淀 | 30-40 phr | Solvay Z-115 |
| 防滑工作鞋 | 标准 + 硅烷处理(KH-580 巯基) | 40-50 phr | Solvay Z-115 + 硅烷 |
东方材料供应匹配鞋业标准规格的沉淀法二氧化硅牌号(行业典型目标 BET ~120 m²/g,吸油值 200-250 ml/100g,鞋底补强聚集体尺寸 30-100 μm)。
化合物配方实例 — EVA 中底
| 组分 | phr |
|---|---|
| EVA(30% 醋酸乙烯) | 100 |
| 沉淀法二氧化硅 | 30 |
| ZnO | 5 |
| 硬脂酸 | 1 |
| 硫 | 0.5 |
| 过氧化物交联剂(DCP) | 0.5 |
| 发泡剂(ADC) | 0.3-1.5(视发泡密度) |
| 抗氧剂(Irganox 1010) | 0.5 |
| 着色剂 | 0.5-3 |
120-140°C 两段密炼机混炼,压延片材,切片定尺,160-170°C 压缩成型化学发泡。最终中底密度 0.15-0.40 g/cm³(视泡孔结构)。
化合物配方实例 — 防滑工作鞋外底
商用厨房、医院地板、食品加工厂 —— 湿油表面摩擦系数(CoF)> 0.30 是采购规格。
| 组分 | phr |
|---|---|
| SBR 1502 | 70 |
| BR(高顺式聚丁二烯) | 30 |
| 沉淀法二氧化硅 | 45 |
| 炭黑 N550 | 5(仅 UV 保护) |
| 硅烷 KH-580(巯基) | 1.5(填料-橡胶键合) |
| 塑化剂(矿物油) | 15 |
| ZnO | 5 |
| 硬脂酸 | 1 |
| 硫 | 1.8 |
| 促进剂(TMTD + CBS) | 0.7 + 0.5 |
| 抗氧剂 | 1 |
| 蜡(抗静电) | 1 |
硅烷 KH-580 把二氧化硅键合到橡胶基体;无它,二氧化硅不化学附着,会在磨损下脱落。最终胎面化合物耐磨:DIN 80-100 cm³ 损耗。湿 CoF:0.35-0.45。
足底筋膜炎鞋垫化合物
专用应用 —— 需要缓冲(能量吸收) + 足弓支撑(模制形状的几何刚度) + 舒适(长期使用后低压缩永久变形)。
| 组分 | phr |
|---|---|
| 聚氨酯(PU)— 软段 + 硬段共混 | 100 |
| 沉淀法二氧化硅 | 25-35 |
| 塑化剂(TXIB 或 Mesamoll) | 10-15 |
| 抗氧剂 | 0.5 |
| UV 稳定剂(HALS) | 0.3 |
相比运动外底添加量更低,因为缓冲优先于耐磨。几何足弓支撑来自模具几何,非材料模量单独。
碳板运动跑鞋
近期(2020+)运动鞋技术,碳纤维复合板在两层泡沫间层压获能量回弹。此构造中二氧化硅:
- 上泡沫(板上):PEBAX 或改性 EVA 加 25-30 phr 沉淀法二氧化硅,做缓冲 + 轻量
- 下泡沫(板下):同或略不同配方,做地面接触 + 抓地
碳板本身是复合材料,与二氧化硅无关。泡沫化合物是二氧化硅相关的采购决策。
采购备注
鞋类标准沉淀法二氧化硅:MOQ 1 托盘(1.0 t)。上海 FOB 交期 4-6 周。年用量 >50 t 的鞋配料厂,12 个月预测合同供货可获得低于现货价 8-12% 的价格,上海港滚动库存。
HD-硅(高分散性)高端牌号:MOQ 1.0 t,交期 5-7 周。HD-硅比标准沉淀贵 ~20-30%。
常见问题
为什么 HD-硅对跑鞋更好?
HD(高分散性)硅具有受控的聚集体尺寸分布,在橡胶基体中均匀混合无大团块。结果:更低滞后(更少能量损失为热 = 每步反馈给跑步者更多能量)、更好湿抓地、更平顺感受。"绿色轮胎"二氧化硅化学的 20-30% 滚动阻力改善以相同方式应用于跑鞋。
二氧化硅如何改善防滑?
多个机制。二氧化硅在接触表面创造微粗糙度,破坏水膜滑动。二氧化硅的亲水性吸引水膜,打破鞋底与地板间的润滑层。硅烷键合的二氧化硅增加化合物刚度,降低负载下接触面积形状变化。
气相二氧化硅与沉淀法二氧化硅鞋类有什么不同?
不同价位。气相二氧化硅(HJSIL)鞋类大量应用太贵 —— 在硅酮橡胶与胶黏剂化学中以微量(0.5-2%)使用。沉淀法二氧化硅橡胶配料 30-50 phr 经济。两者在不同化学中扮演不同角色。
含二氧化硅补强的鞋能 100% 回收吗?
可回收性受橡胶 + 交联剂体系约束,非二氧化硅。标准硫硫化橡胶化合物(多数鞋外底)难以机械回收。脱硫化技术正改进。二氧化硅本身可在新化合物中作为二氧化硅填料完全回收。
相关材料系列
- HJSIL® 气相二氧化硅 —— 更高性能硅酮基鞋类应用
- 涂料应用 Hub —— 鞋类涂层 + 饰面化学
- 电线电缆绝缘用沉淀法二氧化硅 —— 邻近沉淀法二氧化硅应用
- 硅油系列 —— 皮革鞋面软化(纺织-皮革混合构造)
姊妹站交叉引用
鞋配料中的硫化促进剂(TMTD、CBS、MBT)与抗氧剂(Irganox、TMQ),见 chemzip.com。填料-橡胶键合的硅烷偶联剂(KH-580 巯基),见 chemzip.com/zh/products/silane-couplers/。
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