新型竹原纖維鞋墊材料的開發(fā)

(福建鑫華股份有限公司，晉江，362241)

鞋是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，隨著消費者對舒適、健康和專業(yè)化要求的提升，鞋業(yè)廠商開發(fā)的鞋品逐漸向輕質(zhì)、彈性、透氣、吸水和健康方面發(fā)展，而鞋墊作為鞋整體的一個重要組成部分，應(yīng)具有良好的透氣、吸濕、維持腳底環(huán)境清潔等功能，尤其是在劇烈運動過程中，足部新陳代謝加速，汗液、脂肪等排泄物增加，選用專業(yè)性的鞋墊及鞋墊材料，對保持足部舒適具有很大作用。

目前市場上主流的鞋墊材料主要以乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)發(fā)泡材料和聚氨酯(PU)發(fā)泡材料為基材。EVA材料以價格低廉的優(yōu)勢占據(jù)了中低端產(chǎn)品市場，而PU材料則是以良好的透氣性和吸水性占據(jù)了中高端產(chǎn)品市場。由于這些材料還存在一定的缺陷，如EVA材料吸水透氣性差，穿著時容易“悶?zāi)_”而導(dǎo)致感染腳氣，PU材料的透氣性能和吸水性能比EVA材料有所提高，但是PU材料的強力很差，長時間穿著后會出現(xiàn)粉碎現(xiàn)象;鞋墊使用的EVA和PU都是發(fā)泡材料，生產(chǎn)過程中需添加化學(xué)助劑，為使其具有抑菌功能也要通過添加化學(xué)助劑，因此存在一定的隱患。

為了解決傳統(tǒng)鞋墊材料存在的問題，對鞋墊的物理性能和功能性需求進(jìn)行了研究分析，設(shè)計通過非織造針刺技術(shù)開發(fā)新型鞋墊材料。抑菌功能通過添加竹纖維實現(xiàn)，整個產(chǎn)品加工過程不使用化學(xué)黏合劑，以確保產(chǎn)品的安全性。

1 纖維原料的選取

1.1 竹纖維

竹纖維具有良好的抑菌性能和吸附性能，且沒有副作用，是天然抑菌產(chǎn)品的首選。目前市場上竹纖維分為竹漿纖維、竹炭纖維和竹原纖維三類，其生產(chǎn)工藝如圖1所示。

竹漿纖維的生產(chǎn)工藝與黏膠纖維的生產(chǎn)工藝相似，即通過化學(xué)溶劑溶解竹纖維素，然后通過濕法紡絲生產(chǎn)。

竹炭纖維的生產(chǎn)是通過竹片燒結(jié)成竹炭，并研磨成納米級粉體，在聚合物紡絲過程中將竹炭粉體加入到聚合物熔體中，竹炭纖維的主要成分是聚合物，竹炭是添加物。

竹原纖維的化學(xué)成分主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，總量占纖維干質(zhì)量的90%以上，其次是蛋白質(zhì)、脂肪、果膠、單寧、色素和灰分等［1］。

圖1 竹纖維的生產(chǎn)流程

通過三種竹纖維生產(chǎn)流程的對比可見，竹原纖維的生產(chǎn)過程不用經(jīng)過溶解或化學(xué)紡絲，保持了竹子原有性能，符合開發(fā)新型鞋墊產(chǎn)品不添加化學(xué)助劑的要求，因此選用竹原纖維作為抑菌主體原料。

1.2 其他纖維

為了使鞋墊材料獲得較好的彈性和模壓性能，選用15.5 dtex三維卷曲滌綸，并配合2.7 dtex滌綸作為獲得彈性的主體原料，選用150℃皮芯型低熔點纖維作為獲得模壓熱熔性能的原料。兩者按照適當(dāng)比例進(jìn)行混合。

2 竹原纖維鞋墊材料生產(chǎn)工藝

為了獲得良好的彈性和厚度，竹原纖維鞋墊材料采用非織造針刺法［3］和熱定型工藝生產(chǎn)。針對竹原纖維長度不勻率和線密度不勻率高，含水不均，且纖維在梳理過程中容易折斷或粉碎的特點，對纖維混合開松、梳理喂入、成網(wǎng)以及針刺工藝的調(diào)整均有較高的要求。竹原纖維鞋墊材料的生產(chǎn)流程是:

混合開松→梳理→鋪網(wǎng)→預(yù)針刺→主刺1→主刺2→熱定型卷繞。

2.1 混合開松

針對竹原纖維的特點，按工藝比例將竹原纖維、滌綸和熱熔纖維采用手工加濕混合并結(jié)合機器混合的方式進(jìn)行開松混合。該混合方式一方面是能夠提高竹原纖維在纖維團中的均勻性，另一方面是在梳理過程中合成纖維能夠?qū)χ裨w維有一定的保護作用。

2.2 梳理鋪網(wǎng)

由于竹原纖維的密度比普通纖維大，在梳理過程中可能因離心力造成纖維分布不勻。為了提高輸出纖網(wǎng)及后道鋪網(wǎng)的均勻性，可采用以下措施:①調(diào)低梳理喂入量，降低主錫林速度，以減少對竹原纖維的損傷;②調(diào)整道夫后道雜亂比，以提高橫縱向均勻性;③采用低面密度單層纖網(wǎng)多層鋪網(wǎng)的形式鋪網(wǎng)。

2.3 針刺

針刺工藝參數(shù)見表1。纖網(wǎng)通過預(yù)針刺初步纏結(jié)，預(yù)針刺工藝參數(shù)根據(jù)刺針的規(guī)格控制針刺深度，達(dá)到纖網(wǎng)不分層即可;在第一道主刺時可以復(fù)合聚丙烯(PP)紡粘非織造布，起加固竹原纖維的作用，第一道主刺的工藝參數(shù)也需要根據(jù)刺針的規(guī)格控制針刺深度;第二道主刺則以控制產(chǎn)品厚度為主，適當(dāng)調(diào)整針刺深度和針刺頻率。

將枸杞樣品稱取10g，打漿過濾后三等分，加入10ml 0.2mol/l pH分別為6.0、7.0、8.0的PBS緩沖液，過夜靜置后以8000r/min離心10min，取上清液備用。

表1 針刺工藝參數(shù)

2.4 熱定型卷繞

熱定型溫度為180℃，線速度4 m/min。由于竹原纖維鞋墊材料中含有熱熔纖維，在熱定型過程中熱熔纖維融化，與相鄰的纖維黏結(jié)，可提高產(chǎn)品的強力和增加彈性。

3 竹原纖維鞋墊性能及與傳統(tǒng)鞋墊性能的比較

3.1 性能測試標(biāo)準(zhǔn)

(1)面密度:GB/T 24218.1—2009-T《紡織品非織造布試驗方法 第1部分:單位面積質(zhì)量的測定》;

(2)厚度:GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗方法第2部分:厚度的測定》;

(3)透氣性:GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》;

(4)吸水性:GB/T 14577—1993《織物拒水性測定邦迪斯門淋雨法》;

(5)撕裂強力:GB/T 3917.3—2009《紡織品織物撕破性能 第3部分:梯形試樣撕破強力的測定》。

3.2 性能測試結(jié)果

竹原纖維鞋墊與傳統(tǒng)鞋墊的性能測試結(jié)果見表2。

表2 鞋墊材料性能測試結(jié)果

3.3 性能測試結(jié)果分析

3.3.1 重量

鞋墊材料的重量在運動鞋中雖然所占比例不大，但是隨著很多輕質(zhì)鞋樣的開發(fā)，輕質(zhì)鞋墊材料在減輕鞋子重量，提升穿著體驗上也能發(fā)揮一定作用。

根據(jù)表2中面密度和厚度數(shù)據(jù)，可以計算得到單位厚度(以毫米計)鞋墊材料的面密度。計算結(jié)果是:竹原纖維鞋墊材料、EVA鞋墊材料和PU鞋墊材料的數(shù)值分別為135.5、74.8和222.7 g/(m2·mm)。由上可見，EVA鞋墊材料最輕，竹原纖維鞋墊材料次之(比EVA材料高出約80%)，PU鞋墊材料最重(比EVA材料高出約200%，比竹原纖維材料高出約60%)。對于減少運動鞋重量的效果依次是EVA材料、竹原纖維材料和PU材料。

3.3.2 透氣性能

由于每個人足部汗腺情況和行走運動量等不一樣，甚至在精神緊張、情緒激動時交感神經(jīng)處于高度興奮狀態(tài)，汗腺也會隨之大量分泌汗液，因此每個人足部出汗情況差異很大。為了提升穿著舒適性，在運動鞋設(shè)計時對透氣性能往往有一定要求，能夠?qū)⒎置诘暮顾皶r蒸發(fā)擴散。鞋墊材料位于腳底，其透氣性能對腳底舒適性有很大影響。透氣性的測定結(jié)果表明，EVA材料的透氣率為“零”，采用發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)的PU材料其透氣率為327 mm/s，而竹原纖維鞋墊材料的透氣率是PU材料的兩倍多，透氣性能最佳。

3.3.3 吸水性能

依據(jù)GB/T 14577—1993《織物拒水性測定 邦迪斯門淋雨法》方法測定，1級為不拒水，即吸水性能最強，2級為有吸水性，以此類推，5級為完全拒水，吸水性能最弱。測試結(jié)果表明，EVA材料為3級，PU材料和竹原纖維材料均為1級，吸水性能好。從表2的噴淋吸收率可以看到，竹原纖維材料吸水性能最好，PU材料次之，EVA材料最差。圖2是三種鞋墊材料的吸水效果照片。

圖2 不同鞋墊材料的吸水效果照片

3.3.4 撕裂強力

在行走或運動的過程中，鞋墊與腳底、鞋墊與中底之間均會相互摩擦，因此鞋墊材料應(yīng)有一定的強力，否則容易產(chǎn)生變形和破損。三種鞋墊材料中，PU材料的撕裂強力最差，僅為5.84 N，EVA材料為20.76 N，而竹原纖維材料的強力達(dá)到300 N以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前面兩種材料，具有很好的力學(xué)性能。

4 抑菌性能測試

抗菌功效一般是指持續(xù)的殺菌、消毒或抑菌作用，而天然材料的抗菌功效主要是抑菌作用(不能殺滅細(xì)菌，但能抑制細(xì)菌繁殖，使細(xì)菌數(shù)減少)［4］。傳統(tǒng)的抗菌產(chǎn)品是通過抗菌材料將細(xì)菌殺滅，實現(xiàn)抗菌效果。這種方式風(fēng)險較高，可能對腳底皮層細(xì)胞產(chǎn)生一定影響，而竹原纖維鞋墊材料主要是抑菌效果，即通過抑制細(xì)菌的繁殖而達(dá)到消滅細(xì)菌的目的。

根據(jù)GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價》標(biāo)準(zhǔn)對竹原纖維鞋墊材料進(jìn)行抗菌性能測試。結(jié)果表明，竹原纖維鞋墊材料能有效抑制細(xì)菌繁殖，抑菌率達(dá)到99%，具有很好的抑菌效果。表3是竹原纖維鞋墊材料的抑菌率測試報告。

表3 竹原纖維鞋墊材料的抑菌率檢測結(jié)果 (單位:%)

5 結(jié)語

竹原纖維鞋墊材料是具有更高透氣性、吸濕性和優(yōu)異抑菌效果的新型鞋墊材料，符合鞋品逐漸向輕質(zhì)、彈性、透氣、吸水和健康方面發(fā)展的要求。各項性能指標(biāo)的測試結(jié)果表明，竹原纖維鞋墊材料的透氣性、吸濕性和力學(xué)性能均超過目前市場上的EVA材料和PU材料等主流鞋墊材料。利用竹原纖維天然抑菌的特性，不用添加化學(xué)助劑就能有效抑菌，使產(chǎn)品更環(huán)保、舒適和安全。因此，竹原纖維鞋墊材料是一種新型的具有革命性的鞋墊材料，將會有廣闊的市場前景。

［1］ 藍(lán)曉寧.淺談竹纖維的開發(fā).科技創(chuàng)新導(dǎo)報［J］，2011(4):40.

［2］ 周湘祁.竹原纖維的性能研究和產(chǎn)品開發(fā)［J］.紡織科技進(jìn)展，2005(6):12.

［3］ 郭秉臣.非織造布學(xué)［M］.2002:77.

［4］ 趙曉芳.竹纖維的發(fā)展與應(yīng)用［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2009(2):153-154.