朱世杰

(中國石油化工集團有限公司健康安全環(huán)保管理部,北京 100728)

0 前言

國家個體防護裝備配備規(guī)范將個體防護裝備分為頭部防護、眼面防護、聽力防護、呼吸防護、防護服裝、手部防護、足部防護、墜落防護、其他防護9大類。足部防護用品是指防止生產過程中有害物質和能量損傷勞動者足部的護具,通常人們稱勞動防護鞋,也叫安全鞋。安全鞋按防護功能分為防塵鞋、防水鞋、防寒鞋、防沖擊鞋、防靜電鞋、防高溫鞋、防酸堿鞋、防油鞋、防燙腳鞋、防滑鞋、防穿刺鞋、電絕緣鞋、防震鞋等[1]。由于工貿企業(yè)生產環(huán)境復雜,普遍存在酸堿、高溫、潮濕、油污、低溫、金屬碎屑等各種危害,因此對安全鞋安全防護性能及技術指標提出很高的要求[2]。

安全鞋作為基本個體防護裝備,在工貿企業(yè)中廣泛配備和使用。以石化行業(yè)某企業(yè)為例,安全鞋普遍使用橡膠外底,少量使用聚氨酯外底,主要問題有:①產品質量不合格較多。根據某石化企業(yè)安全簡報通報,某次專項抽查35批次安全鞋,其中不合格產品22批次,總體合格率僅為37%。理化性能合格率74.3%,主要是鞋幫撕裂性能、鞋幫拉伸性能、外底耐折性能、耐油性能不合格。導致不合格率居高的主要原因是工藝原材料的問題。②安全鞋穿著者滿意度較低。某石化企業(yè)滿意度調查涉及到安全鞋的舒適度、配發(fā)、質量等11項具體指標,為分析出各項指標的滿意度變化情況,企業(yè)每年均進行滿意度調查。安全鞋滿意度較低的問題集中在勞保鞋配發(fā)年限(39%)、鞋底硬(57%)、防水性差(32%)、捂腳(29%)、成鞋重(30%)等幾個方面。其中,配發(fā)年限、鞋底太硬等項目較往年滿意度有所下降,防水性、防滑性、保暖性、產品質量、是否磨腳、捂腳以及成鞋重量的滿意度有所上升。

本文將對高分子材料在安全鞋底材料的應用特點進行分析,比較各自優(yōu)缺點,重點介紹聚氨酯新材料的改進和提升,說明在安全鞋底的應用方向。

1 安全鞋底材料分類及應用進展

安全鞋底材料種類較多,早期天然材料使用較為廣泛,包括動物皮革、棉麻等纖維織物和天然橡膠等。隨著科技進步及功能需求提升,對鞋底材料性能從單一的防護保暖轉變到舒適、輕便、耐久、美觀、科技等復合型需求。現代的鞋底材料除皮革和天然橡膠以外,主要使用復合合成材料,包括合成橡膠、塑料及熱塑性彈性體等高分子材料及其改性材料[3]。

1.1 橡膠材料

橡膠是使用最廣泛的鞋底材料,可作為皮鞋、運動鞋、膠鞋等的底材。橡膠因具有一些特定功能性,比如耐磨、止滑、耐折、輕量化等在鞋底中不可缺少[4]。橡膠作為鞋底材料已經應用了較長時間,近年來基本沒有創(chuàng)新性進步。橡膠鞋材的缺點是比重大,鞋子穿著舒適性差,且容易發(fā)硬老化,目前呈被取代的趨勢。但是橡膠底材料在特定的鞋類,如籃球鞋、勞保鞋等,仍具有較多應用。

1.2 塑料材料

1.2.1 聚氯乙烯

聚氯乙烯(PVC)是通用塑料之一,具有價格低廉、來源廣泛、物理性能優(yōu)異的特點,添加不同助劑提升性能、方便加工,曾經大量用于制鞋產業(yè)[5]。但是作為鞋底材料,其耐寒性、耐久性、防滑性差,穿著舒適性欠佳。近年,由于用PVC材料制作的安全鞋底防滑性能和舒適性能差,且存在廢舊鞋材不可重復利用從而造成環(huán)境污染的問題,因此在市場上,所占份額逐年下降。

1.2.2 乙烯-醋酸乙烯共聚物

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是由乙烯和醋酸乙烯酯單體(VA)經過共聚得到的熱塑性材料,目前運動鞋的中底大多是由EVA及其共混物發(fā)泡而成[6]。鞋用EVA材料加工分為模壓發(fā)泡和注塑發(fā)泡定型兩種。模壓發(fā)泡成型生產效率低,產生的邊角料多;注塑發(fā)泡成型所得發(fā)泡EVA底料的性能好于模壓制品,邊角料少,且EVA鞋底雖然存在易吸水、易臟、硬度差、耐磨差、長時間使用后會發(fā)硬、開膠等問題,但在改性后仍有較大規(guī)模的應用和較好的發(fā)展前景。

1.3 熱塑性彈性體材料

1.3.1 SBS嵌段共聚物

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)分子結構上具有塑性嵌段(硬段)和橡膠嵌段(軟段),是目前世界上生產量最大、成本最低的一種熱塑性彈性體材料,其50%以上產量用于制鞋產業(yè)。由于SBS鞋底材料具有較好的回彈性能、透氣性能,并且可重復加工、無需硫化過程等優(yōu)點,SBS作為世界標準性環(huán)保材料,研究人員不斷對其材料混合配方進行修改調整,提升SBS 鞋底材料的性能及使用范圍[7]。

1.3.2 聚烯烴彈性體

聚烯烴彈性體(POE)是乙烯和辛烯在一定條件下共聚制成的聚合物,具有良好的彈性和透明性,且其耐老化性和耐候性都較為優(yōu)異[8]。熱塑性彈性體具有環(huán)保、無毒、安全等特點,并且其硬度范圍較廣,有良好的著色能力、柔軟觸感、耐久性、抗疲勞性以及加工性能。雖然熱塑性彈性體價格較高,但其具有循環(huán)使用的特性,能夠大大降低成本,既可以二次注塑成型,也可以單獨成型,因此廣泛應用在鞋底材料中,具有較大發(fā)展前景。

2 新型聚氨酯安全鞋材制備及性能分析

根據多元醇的不同,聚氨酯可分為聚酯型和聚醚型兩種類型。用于鞋材的聚氨酯材料有澆注型微孔彈性體及熱塑性聚氨酯彈性體等[9]。聚氨酯微孔彈性體是含有重復氨基甲酸酯結構單元的軟硬段交替的多嵌段共聚物,具有質輕、耐磨、耐酸堿性強、高承載支撐性、彈性佳等優(yōu)點,被廣泛應用于鞋材、泡沫、發(fā)泡輪胎等。通過對聚氨酯原料進行發(fā)泡處理,可降低自重,使鞋輕量化,提升人們的穿著舒適度[10]。聚氨酯作為先進鞋材開展的相關研究較多,雖然其在安全鞋領域應用廣泛,但受限其易風化水解、易斷底、防滑性能差、不耐高溫等缺點,在實際運用中仍存在較多的限制性因素。

本文介紹一種新材料聚氨酯(簡稱NPU),可以廣泛應用在安全鞋面、中底、外底,具有透明時尚、創(chuàng)新高效、綠色環(huán)保、性能卓越的核心優(yōu)勢。

2.1 新型聚氨酯安全鞋材制備工藝

傳統(tǒng)的橡膠RB、熱塑性聚氨酯TPU等底片工藝,底片生產需經過底片生成→底片處理→底片壓機,部分上色還需要人工噴漆。NPU外底制作工藝簡單,采用自動化程序,從連幫工藝和大底工藝兩方面對生產技術進行革新。NPU在模具里直接澆注,蓋上一層彩布,再直接蓋上模具后進行熟化,工藝過程省去了底片涂抹處理劑、底片刷膠、壓機3個環(huán)節(jié)。中底粘連方面,傳統(tǒng)工藝是中外底粘合后,再根據需要考慮進行噴漆,并且后續(xù)還需涂膠與幫面粘合,NPU直接在底片上澆注中底料,蓋上帶有幫面的鞋楦模具,等待熟化完成后,大底、中底、幫面一體成型,簡單高效,傳統(tǒng)工藝與創(chuàng)新工藝對比如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)工藝與創(chuàng)新工藝對比

2.2 新型聚氨酯安全鞋材性能分析

NPU與傳統(tǒng)材料性能對比見表1。結果表明,耐磨性是傳統(tǒng)橡膠的2～3倍,而且同花紋情況下止滑性比傳統(tǒng)橡膠更佳,且生產成品溫硬變化很小,相比RB/PU等材質具有極佳的低溫手感。

表1 NPU與傳統(tǒng)材料性能對比

新材料聚氨酯NPU綜合性能見表2。結果表明,NPU性能優(yōu)越,低溫、低低溫性能沒有明顯變化,極限耐折實驗數據突出。

表2 NPU綜合性能

新材料聚氨酯NPU耐磨、止滑性能見表3。結果表明,NPU作為安全鞋領域新型的鞋底材料,其高耐磨、高止滑解決了傳統(tǒng)安全鞋鞋底耐磨性能差、高油污作業(yè)環(huán)境及機械內維修防滑性能差的缺點,從而直接減少因滑性作業(yè)環(huán)境而產生的工人滑倒受傷事故。

表3 NPU耐磨、止滑性能

3 新材料聚氨酯安全鞋的創(chuàng)新設計

新時代消費者在追求鞋底性能優(yōu)越的同時,越來越注重彰顯個性化,對款式、設計、顏色提出了更多更高的要求。新材料聚氨酯NPU在原本透明鞋底的基礎上,采用新型圖案貼合技術,使原有的透明單調的鞋底,增加色彩及圖案變化,給設計師有了更多的想象發(fā)揮空間。對款式設計進行創(chuàng)新,可以結合時下潮流文化,設計多種組合樣式或者不同主題系列,符合新時代消費需求。這些設計有助于改變人們對安全鞋傳統(tǒng)刻板的印象,安全鞋采購群體還可以更多的加入企業(yè)文化元素、安全元素,使安全鞋自主性更強,不同款式的鞋底如圖2所示。

圖2 不同款式鞋底示意

4 結語

聚氨酯NPU作為新型鞋底材料的發(fā)展方向之一,在引領安全鞋新潮流及推動制鞋領域自動化發(fā)展過程中具有優(yōu)勢,其多變的外觀形態(tài)及良好的耐磨性、耐折性及防滑性能充分展現了安全鞋的新時尚;其穩(wěn)定的物理性能簡化了傳統(tǒng)生產工藝,在安全鞋制造自動化進程中起到了很好的推動作用,其超薄的形態(tài)及超輕的形體讓安全鞋穿著者更舒適。新材料聚氨酯作為新型鞋底材料在安全鞋領域的運用將大有可為。