چرا فوم پلی یورتان بهترین انتخاب برای مواد کفشی است؟
در طول سال‌ها، صنعت کفش مواد مختلفی را آزمایش کرده است تا بهترین ماده برای زیره کفش‌های مختلف را پیدا کند. در حالی که بسیاری از این مواد نتایج خوبی را در معیارهای خاص به نمایش گذاشته‌اند، تنها یک ماده وجود دارد که عملکرد فوق العاده‌ای از خود نشان داده است و آن فوم پلی‌یورتان (PU) است. فوم پلی یورتان از زمان ظهور خود محبوبیت زیادی در میان صنعت کفش پیدا کرده است و سفری را برای تبدیل شدن به بهترین ماده کفشی در تاریخ آغاز کرده است. (1)
مواد مورد استفاده در کفش
استفاده گسترده از مواد پلیمری برای ساخت زیره کفش در درجه اول به دلیل قیمت پایین پلیمرهای مورد استفاده در صنعت کفش است که به طور قابل توجهی قیمت محصول نهایی را در مقایسه با کفش‌هایی با زیره‌های ساخته شده از مواد طبیعی کاهش می‌دهد. یکی دیگر از عوامل مهم در رواج کفش‌های زیره پلیمری، خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد این مواد است که از بسیاری جهات نسبت به چرم طبیعی، چوب و غیره برتری دارند. با استفاده از هر نوع پلیمر، موادی با ساختارهای مختلف و با مشخصات فیزیکی و مکانیکی متفاوت تولید می‌شوند. مواد پلیمری مختلف (پلاستیک، مواد لاستیکی، ترکیبی از مواد الاستومری-مواد پلاستیکی، مواد منبسط شده و غیره) برای تولید زیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. دلیل اصلی استفاده از مواد ذکر شده برآورده کردن نیازهای متعدد بازار و مشتریان است. با این حال، قیمت مواد اولیه و تکنولوژی تولید عوامل کلیدی هستند که باید در نظر گرفته شوند. (2،3)
تحقیقات نشان می‌دهند که بالاترین دوام زیره‌های کفش مربوط به زیره‌های پلی‌یورتانی، هم به صورت پلی‌یورتان گرما نرم (TPU) و هم فوم پلی‌یورتان می‌باشد. به طور کلی دوام زیره‌ها تابع چگالی و ساختار شیمیایی آنهاست.
چگالی مواد مختلف جهت تولید زیره کفش در شکل 2 نشان داده شده است. نتایج نشان می‌دهد سبک‌ترین زیره مربوط به EVA و PU است. از طرف دیگر سنگین‌ترین زیره مربوط به مواد لاستیکی و PVC است.
در ادامه مزایا و معایب چهار ماده پرکاربرد اتیلن وینیل استات (EVA)، پلی وینیل کلراید (PVC)، پلی‌یورتان الاستومری گرمانرم (TPU) و فوم پلی‌یورتان (PU) بررسی شده است.
شکل 1. دوام زیره های کفشی با مواد مختلف شکل 2. وزن مخصوص مواد کفشی مختلف
اتیلن وینیل استات (EVA)
این پلیمر از کوپلیمریزاسیون اتیلن و مونومر وینیل استات به دست می‌آید. مقدار وینیل استات خواص فیزیکی-مکانیکی کوپلیمر را تعیین می‌کند. EVA با مقدار 50-10٪ وینیل استات بیشترین استفاده را دارد. این ماده پلیمری دارای ویژگی‌هایی نظیر سبکی، جذب شوک عالی و سطح بالایی از راحتی است. کاربرد اصلی این مواد به علت جذب و توزیع بارهای ضربه‌ای عمدتا در ساخت کفش‌های ورزشی است. اما نقطه ضعف اصلی آنها این است که با گذشت زمان، زیره‌های EVA خاصیت بالشتکی خود را از دست می‌دهند. به این دلیل که دیواره‌های بین منافذ از بین می‌روند و خاصیت الاستیک EVA کاهش چشم‌گیری پیدا می‌کند. همچنین مقاومت پایین EVA در برابر سایش و فشار طولانی مدت از دیگر ضعف‌های این ماده برای استفاده به عنوان یک زیره پرکاربرد می‌باشد. روش غالب ساخت زیره کفش با مواد EVA، قالب گیری فشاری (compression molding) است. (4)
پلی وینیل کلراید (PVC)
پلی وینیل کلراید (PVC) یک ترموپلاستیک همه کاره با طیف گسترده‌ای از کاربردها، تقریباً در تمام زمینه‌های فعالیت انسانی است .دلیل فراگیر شدن استفاده از این پلیمر هزینه پایین، خواص فیزیکی و شیمیایی نسبتا مناسب و مقاومت خوب در برابر شرایط محیطی است. برای استفاده به عنوان زیره کفش، حتما باید از نرم کننده در ساختار PVC استفاده شود. قالب گیری تزریقی (Injection molding)، روش مورد استفاده برای ساخت زیره‌های کفشی است. از مزایای این نوع زیره‌های کفشی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: کمترین قیمت را بین مواد کفشی دارند، مقاومت در برابر سایش رضایت بخش است، قابلیت ترکیب با نرم‌کننده‌های مختلف و دیگر پلیمرها را دارند و هم چنین قابلیت اشتغالزایی ندارند. از معایب آن، می‌توان به وزن نسبتاً زیاد آن اشاره کرد. همچنین، با گذشت زمان، نرم‌کننده‌ها می‌توانند از ساختار ماده خارج شوند که منجر به از دست‌دادن خاصیت ارتجاعی، ظاهر شدن ترک‌ها و کاهش مقاومت در برابر سرما می‌شود. مقاومت در برابر لغزش این نوع زیره‌ها به خصوص در شرایط مرطوب می‌تواند ضعیف باشد.
شکل 3. ساختار شیمیایی پلیمرهای مختلف (1) EVA، (2) PVC و (3) PU
پلی‌یورتان الاستومری گرمانرم (TPU)
پلی‌یورتان نام عمومی پلیمرهایی است که دارای پیوند یورتانی هستند. واکنش الکل و ایزوسیانات منجر به تشکیل پیوندهای یورتانی می‌شود. زیره کفش‌های TPU توسط قالب‌گیری تزریقی ساخته می‌شوند. زیره‌های TPU در برابر سایش بسیار مقاوم هستند، عمر طولانی‌تری نسبت به دیگر زیره‌ها دارند. ساختار شیمیایی پلی‌یورتان‌ها به خصوص جدایی فازی سگمنت‌های نرم و سخت آنها، انعطاف‌پذیری بالا، مقاومت عالی در برابر سایش، پارگی و روغن‌ها را فراهم می‌کند که مخصوصا برای تهیه کفش‌های ایمنی بسیار ایده‌آل باشند اما به علت ساختار متراکم، از وزن پایینی برخوردار نیستند. همچنین به خاطر فرآیند قالب‌گیری تزریقی امکان تغییر چگالی و استفاده از دو نوع چگالی وجود ندارد. (5)
فوم پلی‌یورتان (PU)
فوم پلی یورتان دارای ساختار شیمیایی مشابه TPU است با این تفاوت که به علت وجود گاز در ساختار خود دارای وزن سبک‌تری نسبت به TPU است. از مزایای فوم پلی‌یورتان به عنوان زیره کفش می‌توان به هدایت حرارتی کم (عایق بودن)، جذب آب کم، چسبندگی عالی به طیف وسیعی از مواد، بازه دمایی کارکرد گسترده و خواص مکانیکی بسیار عالی اشاره کرد.
همچنین ساخت به روش قالب‌گیری تزریقی واکنشی (Reaction injection molding) که به علت ماهیت مایع بودن اجزای واکنش و دمای پایین واکنش، این امکان وجود دارد تا از تزریق مستقیم، چگالی‌های مختلف، رنگ درون قالبی و اینسرت‌های مختلف استفاده شود. باید به این نکته اشاره کرد که این نوع مواد قیمت خیلی پایینی ندارند و همچنین فرآیند قالب‌گیری تزریقی واکنشی برای نتایج خوب نیاز به کنترل بسیار دقیق دارد و فرآیند آن پیچیده‌تر از قالب‌گیری تزریقی و فشاری می‌باشد. ولی در کل می‌توان فوم پلی‌یورتان را یک ماده کفشی همه چیز تمام در نظر گرفت.
سعید سالک‌پور
کارشناس فنی و مهندسی و خدمات پس از فروش شرکت فرا پترو پلیمر مهام
