加氢石油树脂在橡胶鞋底中的止滑性能与弹性调控

加氢石油树脂（Hydrogenated Petroleumresin，HPR）是石油裂解副产物（如C5、C9馏分）经聚合、加氢改性制成的低分子量热塑性树脂，具有低气味、耐老化、相容性好等特性，近年在橡胶鞋底领域的应用快速拓展。橡胶鞋底的核心性能需求是“止滑性”（确保行走安全）与“弹性”（提升穿着舒适度、延长使用寿命），而加氢石油树脂可通过与橡胶基体的协同作用，从“界面摩擦调节”“交联网络优化”双维度精准调控这两大性能，同时解决传统橡胶鞋底（如纯丁苯橡胶、天然橡胶鞋底）止滑与弹性难以兼顾的痛点。本文从它的结构特性切入，系统剖析其对橡胶鞋底止滑性能与弹性的调控机制，结合应用参数优化，为高性能橡胶鞋底的配方设计提供理论支撑。

一、结构特性与橡胶基体的相容性基础

加氢石油树脂的结构特性是其实现性能调控的核心前提，其与橡胶基体的良好相容性则是功能发挥的关键，具体可从分子结构与物理性能两方面解析：

（一）分子结构：低分子量、饱和键与极性基团的协同优势

加氢石油树脂的分子主链以饱和烷烃结构为主（加氢改性使不饱和双键转化率＞95%），侧链连接少量烷基、环烷基或极性基团（如羟基、酯基，根据原料与工艺调整），分子量集中在1000-5000Da（低分子量特性），这种结构赋予其三大优势：

低玻璃化转变温度（Tg）：加氢石油树脂的 Tg 通常在-20℃至20℃之间（C5基HPRTg 更低，约-20℃至 0℃；C9基HPRTg 略高，约 5℃至20℃），低于橡胶鞋底的常规使用温度（-10℃至 40℃），在使用环境下呈“半柔性”状态，可避免因树脂刚性过强导致鞋底变硬、弹性下降；

弱极性与相容性：加氢石油树脂的分子极性与橡胶基体（如丁苯橡胶 SBR、顺丁橡胶 BR、异戊橡胶 IR）接近（均为弱极性或非极性），根据“相似相溶”原理，可均匀分散于橡胶基体中，不产生相分离（电镜观察显示，HPR添加量≤20份时，分散粒径＜5μm），避免因分散不均导致鞋底性能波动；

可调节的黏性：低分子量特性使加氢石油树脂在橡胶硫化过程中具有一定黏性，可填充橡胶基体的微观空隙，同时与橡胶分子链形成弱相互作用（如范德华力），为后续止滑与弹性调控奠定结构基础。

（二）与橡胶基体的相容性：避免相分离，确保性能稳定

橡胶鞋底的基体多为“通用合成橡胶+补强剂+硫化剂”的复合体系（如 SBR/BR 共混橡胶，配合炭黑、白炭黑补强），加氢石油树脂与这类体系的相容性主要体现在两方面：

与橡胶分子链的互容：加氢石油树脂的饱和烷烃主链可与橡胶分子链（如 SBR 的丁二烯链段、苯乙烯链段）形成链间缠绕，且无强极性基团导致的排斥作用，硫化后可均匀嵌入橡胶交联网络，成为网络的“柔性填充单元”；

与补强剂的协同：加氢石油树脂可吸附在炭黑、白炭黑颗粒表面，通过弱极性作用降低补强剂颗粒间的团聚，同时改善补强剂与橡胶基体的界面结合（减少界面空隙），避免因补强剂分散不均导致的弹性下降或止滑性能波动。实验证实，在 SBR/BR 共混橡胶中添加10份C5基HPR，橡胶复合材料的拉伸强度保留率达 95%（未添加组为 90%），且断面无明显相分离痕迹，相容性优异。

二、对橡胶鞋底止滑性能的调控机制

橡胶鞋底的止滑性能本质是“鞋底与接触面（如地面、瓷砖）的界面摩擦力”，主要包括“黏着摩擦力”（鞋底材料与接触面的分子黏附）和“滞后摩擦力”（鞋底形变后恢复产生的阻力）。加氢石油树脂通过“提升界面黏附性”“优化鞋底微观形变”“增强湿态摩擦稳定性”三大途径，显著提升止滑性能，尤其解决传统橡胶鞋底“干态止滑不足”“湿态易打滑”的痛点。

（一）提升界面黏着摩擦力：增强鞋底与接触面的分子黏附

加氢石油树脂在橡胶鞋底表面的“微渗出”特性是提升黏着摩擦力的关键：

表面黏性调节：HPR的低分子量与半柔性特性使其在橡胶硫化后，会缓慢向鞋底表面迁移（微渗出），在表面形成一层薄的“黏性膜”—— 这层膜可与接触面（如瓷砖、水泥地）的微观凸起形成分子级黏附（范德华力作用），增加界面黏着摩擦力。实验显示，添加15 份C5基HPR的 SBR 鞋底，干态下与瓷砖的黏着摩擦力较未添加组提升 35%-45%，行走时的“抓地感”显著增强；

表面微观粗糙度优化：加氢石油树脂的加入可轻微改变橡胶鞋底的表面微观形貌 ——HPR在硫化过程中因收缩率与橡胶基体存在微小差异（HPR收缩率约1.5%-2%，橡胶收缩率约2%-2.5%），会在鞋底表面形成纳米级的“微凸结构”（高度 50-200nm），这种结构可增加鞋底与接触面的实际接触面积（接触面积提升15%-20%），进一步强化黏着摩擦效果。

（二）优化滞后摩擦力：匹配鞋底形变与恢复速度

滞后摩擦力与橡胶材料的“滞后损耗”相关（滞后损耗越大，形变恢复时产生的阻力越大，止滑性越好，但弹性可能下降），加氢石油树脂可通过调控橡胶交联网络的滞后损耗，实现“止滑性与弹性的平衡”：

柔性填充，提升滞后损耗：加氢石油树脂作为“柔性填充单元”嵌入橡胶交联网络后，可增加网络的“微观形变能力”—— 当鞋底与地面接触时，其分子链的柔性结构允许橡胶网络产生更大的局部形变（如压缩、弯曲），形变过程中分子链间的摩擦（内耗）增加，滞后损耗提升（动态力学分析显示，添加10份加氢石油树脂的橡胶体系，tanδ 值（滞后损耗指标）在25℃时从 0.25 提升至 0.32），滞后摩擦力随之增强；

避免过度内耗，保护弹性：与传统增塑剂（如邻苯二甲酸酯）相比，加氢石油树脂的饱和结构使其分子链间的作用力更稳定，不会因过度内耗导致弹性急剧下降 —— 实验中，添加15 份加氢石油树脂的鞋底，回弹率（弹性指标）仅下降 5%-8%（从 65% 降至 60%），而添加同等份数增塑剂的鞋底，回弹率下降15%-20%，证明加氢石油树脂可在提升滞后摩擦力的同时，很大程度保留弹性。

（三）增强湿态止滑稳定性：减少界面水膜影响

湿态环境下（如雨天、地面有水），鞋底与接触面间会形成“水膜”，阻碍分子黏附，导致止滑性能骤降。加氢石油树脂可通过“疏水调节”与“表面结构优化”减少水膜影响：

提升鞋底表面疏水性：加氢石油树脂的饱和烷烃主链具有疏水性，微渗出至鞋底表面后可降低表面亲水性（接触角从 75° 提升至 95°-105°），减少水分在表面的铺展，避免形成连续水膜；

促进水膜排出：加氢石油树脂诱导形成的表面微凸结构可作为“排水通道”，当鞋底与地面接触时，微凸间的缝隙可快速排出界面水膜，恢复鞋底与地面的直接接触。实验证实，添加12 份加氢石油树脂的橡胶鞋底，湿态下（瓷砖表面有水）的摩擦系数（COF）较未添加组提升 50%-60%（从 0.28 提升至 0.42），远高于行业安全标准（COF≥0.3），湿滑风险显著降低。

三、对橡胶鞋底弹性的调控机制

橡胶鞋底的弹性主要依赖橡胶交联网络的“形变恢复能力”，加氢石油树脂通过“优化交联网络结构”“减少应力集中”“提升耐疲劳性”，在确保止滑性能的同时，进一步增强弹性与使用寿命。

（一）优化交联网络结构：提升形变恢复效率

加氢石油树脂可作为“交联网络调节剂”，改善橡胶硫化过程中的交联均匀性：

促进硫化剂分散：加氢石油树脂的黏性可吸附硫化剂（如硫磺、过氧化物），避免硫化剂团聚，使交联点在橡胶基体中均匀分布（交联点密度变异系数从15% 降至 8% 以下），减少因交联不均导致的“刚性区域”（刚性区域易阻碍形变恢复）；

柔性交联点补充：加氢石油树脂分子链可与橡胶分子链形成“弱交联点”（通过范德华力或氢键），这类交联点的强度低于化学交联点（如 S-S 键），但可在形变时产生“可逆拉伸”，既增强网络的柔性，又提升形变后的恢复速度。动态力学测试显示，添加8份加氢石油树脂的橡胶体系，形变恢复时间从 0.8 秒缩短至 0.5 秒，弹性响应更快。

（二）减少应力集中：保护橡胶基体结构

橡胶鞋底在行走过程中会反复承受“压缩-拉伸”应力，若应力集中在局部（如补强剂颗粒周围、交联点密集区域），易导致分子链断裂，弹性逐渐下降。加氢石油树脂可通过“界面缓冲”减少应力集中：

填充微观空隙：加氢石油树脂的低分子量特性使其可填充橡胶基体中的微观空隙（如橡胶与补强剂间的界面空隙），这些空隙是应力集中的主要位点，填充后可使应力均匀传递至整个网络；

柔性界面层构建：加氢石油树脂吸附在补强剂表面后，会形成一层“柔性界面层”（厚度10-20nm），当应力传递至补强剂颗粒时，界面层可通过形变吸收部分应力，避免应力直接作用于橡胶分子链。实验中，添加10份加氢石油树脂的鞋底，经过10万次往复压缩测试后，弹性形变保留率达 85%（未添加组为 70%），应力集中导致的弹性衰减显著减少。

（三）提升耐疲劳性：延长弹性使用寿命

橡胶鞋底的弹性衰减与“疲劳老化”密切相关（反复形变导致分子链断裂、交联网络破坏），加氢石油树脂的耐老化特性可延缓这一过程：

抗氧性保护：加氢石油树脂的饱和结构使其具有优异的抗氧性（氧化诱导期较未加氢树脂延长 3-5 倍），可减少橡胶基体中自由基的产生（自由基会加速分子链断裂），延缓疲劳老化；

网络修复辅助：加氢石油树脂的弱交联点在疲劳过程中若发生断裂，可通过分子链的热运动重新形成（可逆性），对受损的交联网络起到“修复”作用，维持弹性稳定。长期使用测试显示，添加HPR的橡胶鞋底，在日常穿着 6 个月后，回弹率仍保持初始值的 90% 以上（未添加组仅为 75%），弹性使用寿命显著延长。

四、在橡胶鞋底中的应用参数优化

为最大化HPR的止滑与弹性调控效果，需结合鞋底类型（如休闲鞋、运动鞋、雨鞋）优化HPR的“类型选择”“添加量”与“配方协同”：

（一）类型选择：匹配鞋底性能定位

止滑优先型鞋底（如雨鞋、户外鞋）：选择C5基HPR（Tg-20℃至 0℃，柔性更强），其表面黏性与疏水性更优，可显著提升湿态止滑性能；

弹性优先型鞋底（如运动鞋、休闲鞋）：选择C5/C9共聚基HPR（Tg 0℃至10℃，刚性与柔性平衡），在保证弹性的同时，兼顾干态止滑性；

耐低温型鞋底（如冬季鞋）：选择高加氢度C5基HPR（双键转化率＞98%），其低温柔韧性好（-30℃仍保持弹性），避免低温下鞋底变硬、止滑性下降。

（二）添加量控制：平衡止滑与弹性

加氢石油树脂的添加量需控制在 5-20份（以橡胶基体100份计），具体根据需求调整：

低添加量（5-10份）：适用于弹性需求高、止滑需求中等的场景（如慢跑鞋），可提升弹性10%-15%，止滑性提升20%-25%；

中添加量（10-15 份）：适用于止滑与弹性均衡需求的场景（如日常休闲鞋），止滑性提升 35%-45%，弹性保留率＞90%；

高添加量（15-20份）：适用于止滑需求极高的场景（如雨鞋、防滑工作鞋），湿态止滑性提升 50%-60%，但弹性会下降 8%-12%，需搭配少量弹性助剂（如聚异戊二烯树脂）弥补。

（三）配方协同：与其他成分优化搭配

与补强剂协同：加氢石油树脂与白炭黑（10-15 份）复配，可进一步提升鞋底的湿态止滑性（白炭黑的多孔结构可吸附水分，它的疏水性可减少水膜），摩擦系数较单独添加它再提升10%-15%；

与硫化剂协同：选择过氧化物硫化体系（如 DCP，1-1.5 份）替代传统硫磺体系，可增强加氢石油树脂与橡胶分子链的结合，避免它过度渗出导致的表面发黏，同时提升弹性与耐老化性；

与增塑剂协同：少量添加环氧大豆油（2-3 份）与加氢石油树脂复配，可降低橡胶体系的玻璃化转变温度，进一步提升低温弹性，同时不影响止滑性能。

加氢石油树脂凭借与橡胶基体的优异相容性，通过“界面黏附增强、微观形变优化、湿态水膜调控”实现橡胶鞋底止滑性能的精准提升，同时通过“交联网络均匀化、应力集中缓解、耐疲劳性增强”保障弹性稳定，有效解决传统橡胶鞋底止滑与弹性难以兼顾的问题。在实际应用中，通过优化HPR类型（C5基、C5/C9共聚基）、添加量（5-20份）及配方协同（与白炭黑、过氧化物硫化剂复配），可满足不同场景下鞋底的性能需求。未来，随着加氢石油树脂改性技术的升级（如引入极性基团提升黏附性、纳米复合增强耐疲劳性），其在高性能橡胶鞋底（如智能防滑鞋底、环保可降解鞋底）中的应用将进一步拓展，为橡胶制鞋行业的性能升级提供关键支撑。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/