随着人们对运动健康的关注，跑步成为当下热爱的运动之一。因为，它是一种极其简单的运动方式，只要一双鞋、一条路就可以。但是，大家是否有过跑步后膝盖疼痛不适的经历呢？这是因为，膝盖往往承受运动过程中极大的负荷，如果准备不充分或者过度运动，很容易损伤膝盖。除了掌握正确的跑步姿势，拥有一双具有良好缓震性能的跑鞋对于运动防护也是至关重要的。今天就和大家介绍一下良好跑鞋背后的材料故事。
  
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 认识鞋底
我们简单看一下，跑鞋的组成：大底、中底以及鞋面。其中，中底是决定了跑鞋缓冲回弹性的关键部分，极大的影响着运动员的表现力。大家平时应该注意到中底是由多孔的弹性聚合物组成，因为这样的鞋中底是轻盈、柔软以及Q弹，最大程度上缓冲人体运动时地面的反作用力，就如同生活中常见的撒尿牛丸、奶茶珍珠。
对此，世界各大鞋厂通过材料选择、加工技术等革新，带给用户更优异的跑鞋缓震科技。这里加工技术主指发泡技术，使原来的块体材料变成多孔轻材料，进一步提升材料的缓冲回弹性能。如，阿迪近些年的Boost系列中底，耐克推出的React和Zoom系列中底，前不久李宁发布的?（beng 第四声）系列中底。
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 材料选择
目前，鞋底主要材料有三种：EVA系、TPU系、PEBAX系。这三种材料的力学性能都是逐步提升，而市场占有率则逐步减少。
EVA系列
EVA系列，即乙烯醋酸乙烯酯共聚物，是鞋材上最早使用的发泡材料，也是目前应用最广的鞋底材料。这种发泡材料表现出了良好的柔软度和高弹性。当初EVA发泡材料的出现，颠覆了人们对鞋中底材料的认识。纯EVA材料发泡材料的回弹性一般在40%-45%，远比PVC（聚氯乙烯）与橡胶等材料回弹性好。然而，以EVA为基础的发泡材料产品耐老化性能、耐屈挠性能、弹性和耐磨性较差。因此，人们通过添加橡塑并用来改善EVA的性能，例如添加EPDM（三元乙丙橡胶）来提高材料的回弹性，添加SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）来使材料具有更加优异的手感。
TPU系列
TPU系列，即热塑性聚氨酯，是德国巴斯夫公司和阿迪达斯公司在2010-2013年期间开发。其制成的中底是大家熟知的爆米花中底，表现出了优异的回弹性、极低的压缩永久形变以及良好的穿着感，因此受到了市场的广泛追捧。Saucony（圣康尼）的顶级缓震系跑鞋 Triumph 系列的 EVERUN 缓震中底同样采用了 TPU 材料，测试数据显示EVERUN 缓震中底可以给予跑者 83%的能量回馈以及比 EVA 泡沫多 3 倍的耐用性。简单来说，穿着它跑起来更舒服、更快，还耐穿。
PEBAX系列
PEBAX系列，即聚醚酰胺嵌段共聚物（尼龙弹性体），是近几年备受鞋材行业关注的新兴材料。相比于E-TPU中底，PEBAX中底具有更低的密度、更高的回弹和能量反馈速率。近日，李宁推出的飞电、天马跑鞋使用的就是PEBAX材料发泡珠粒成型的中底。由于原材料目前主要由法国阿科玛公司控制生产，该系列跑鞋价格比较昂贵。
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 加工技术
中底的加工技术主要是指其发泡技术，涉及到大发泡、小发泡、注射发泡以及釜压发泡。其中，主流的技术是注射发泡、釜压发泡，前者主要用于EVA系的发泡，后者主要用于TPU系和PEBAX系的发泡。传统的制备工艺，例如大发泡、小发泡以及注射发泡，都是化学发泡的工艺。它们是在基体中添加化学发泡剂（多为有机发泡剂），在一定温度下使发泡剂分解产生气体，从而形成泡孔。就好比我们平时做的馒头的面粉是基体，酵母是发泡剂，在发酵的过程中形成泡孔面团膨胀。同时，在化学发泡的过程中，基体也还会发生交联反应。注塑交联发泡则是将注塑和发泡结合在一起，将熔融料注射到模具中，真空硫化发泡后直接得到发泡中底。这种工艺生产效率高、一次成型，几乎没有边角料，但由于尺寸收缩会导致成品精确性有所出入。用于TPU和PEBAX的釜压发泡，相比其他发泡技术，是一种绿色环保无毒无害无残留的发泡技术。因为，它是使用CO2或N2作为发泡剂的物理发泡技术。这种技术跟传统做爆米花方法有些类似。TPU颗粒或PEBAX颗粒在一定温度和气氛压力下进行饱和或浸渍，随后通过减压的方式得到发泡珠粒。后续，再通过水蒸汽成型工艺将珠粒成型得到鞋材中底。该工艺做出来的鞋材中底各项性能极佳，且设备工艺相对简单。相较于前面提到的化学发泡（注塑交联发泡），物理发泡（釜压发泡）中所用的原材料是非交联弹性体，可以熔融回收。同时，整个制备过程无需化学发泡及不会导致化学试剂残留，不易对人体、环境造成危害或污染。可以说，釜压发泡所代表的物理发泡技术是符合绿色环保、无毒无害等要求的加工技术。
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 国内现状
在阿迪达斯推出Boost系列跑鞋之后，在国内强大需求的牵引下，中科院宁波材料所郑文革课题组、中山大学翟文涛课题组与晋江国盛新材料科技有限公司合作，解决了TPU发泡材料收缩率高，聚醚型TPU树脂发泡过程易水解、易黄边等问题，优化了装备和工艺过程实现了ETPU的规模化制备，于2016年便实现了2000吨/年发泡珠粒材料和3万双/天发泡珠粒中底的生产能力，并将产品应用于美国运动鞋品牌FILA和全球著名跑鞋品牌Saucany，填补了国内空白，整体技术达到了国际领先水平。目前，PEBAX的泡沫定位是在于高端跑鞋，制备PEBAX泡沫的企业还不多，国内少之又少。这里不仅仅有原材料生产难题，也有加工技术瓶颈。例如利用釜压发泡制备PEBAX中底时存在珠粒粘结强度不够，导致中底的撕裂强度较低，在使用的过程中容易发生破裂。针对这些问题，研究者也在积极寻找解决方案，希望能绿色跑鞋更好地进入日常生活，穿得舒心、跑得放心。再也不用担心跑步运动，带来膝盖磨损疼痛等问题。
 | 本文由宁波大学硕士生郑皓受邀撰写