加氫石油樹脂（Hydrogenated Petroleumresin，HPR）是石油裂解副產(chǎn)物（如C5、C9餾分）經(jīng)聚合、加氫改性制成的低分子量熱塑性樹脂，具有低氣味、耐老化、相容性好等特性，近年在橡膠鞋底領(lǐng)域的應(yīng)用快速拓展。橡膠鞋底的核心性能需求是“止滑性”（確保行走安全）與“彈性”（提升穿著舒適度、延長使用壽命），而加氫石油樹脂可通過與橡膠基體的協(xié)同作用，從“界面摩擦調(diào)節(jié)”“交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化”雙維度精準(zhǔn)調(diào)控這兩大性能，同時解決傳統(tǒng)橡膠鞋底（如純丁苯橡膠、天然橡膠鞋底）止滑與彈性難以兼顧的痛點。本文從它的結(jié)構(gòu)特性切入，系統(tǒng)剖析其對橡膠鞋底止滑性能與彈性的調(diào)控機制，結(jié)合應(yīng)用參數(shù)優(yōu)化，為高性能橡膠鞋底的配方設(shè)計提供理論支撐。

一、結(jié)構(gòu)特性與橡膠基體的相容性基礎(chǔ)

加氫石油樹脂的結(jié)構(gòu)特性是其實現(xiàn)性能調(diào)控的核心前提，其與橡膠基體的良好相容性則是功能發(fā)揮的關(guān)鍵，具體可從分子結(jié)構(gòu)與物理性能兩方面解析：

（一）分子結(jié)構(gòu)：低分子量、飽和鍵與極性基團的協(xié)同優(yōu)勢

加氫石油樹脂的分子主鏈以飽和烷烴結(jié)構(gòu)為主（加氫改性使不飽和雙鍵轉(zhuǎn)化率＞95%），側(cè)鏈連接少量烷基、環(huán)烷基或極性基團（如羥基、酯基，根據(jù)原料與工藝調(diào)整），分子量集中在1000-5000Da（低分子量特性），這種結(jié)構(gòu)賦予其三大優(yōu)勢：

低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）：加氫石油樹脂的 Tg 通常在-20℃至20℃之間（C5基HPRTg 更低，約-20℃至 0℃；C9基HPRTg 略高，約 5℃至20℃），低于橡膠鞋底的常規(guī)使用溫度（-10℃至 40℃），在使用環(huán)境下呈“半柔性”狀態(tài)，可避免因樹脂剛性過強導(dǎo)致鞋底變硬、彈性下降；

弱極性與相容性：加氫石油樹脂的分子極性與橡膠基體（如丁苯橡膠 SBR、順丁橡膠 BR、異戊橡膠 IR）接近（均為弱極性或非極性），根據(jù)“相似相溶”原理，可均勻分散于橡膠基體中，不產(chǎn)生相分離（電鏡觀察顯示，HPR添加量≤20份時，分散粒徑＜5μm），避免因分散不均導(dǎo)致鞋底性能波動；

可調(diào)節(jié)的黏性：低分子量特性使加氫石油樹脂在橡膠硫化過程中具有一定黏性，可填充橡膠基體的微觀空隙，同時與橡膠分子鏈形成弱相互作用（如范德華力），為后續(xù)止滑與彈性調(diào)控奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

（二）與橡膠基體的相容性：避免相分離，確保性能穩(wěn)定

橡膠鞋底的基體多為“通用合成橡膠+補強劑+硫化劑”的復(fù)合體系（如 SBR/BR 共混橡膠，配合炭黑、白炭黑補強），加氫石油樹脂與這類體系的相容性主要體現(xiàn)在兩方面：

與橡膠分子鏈的互容：加氫石油樹脂的飽和烷烴主鏈可與橡膠分子鏈（如 SBR 的丁二烯鏈段、苯乙烯鏈段）形成鏈間纏繞，且無強極性基團導(dǎo)致的排斥作用，硫化后可均勻嵌入橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，成為網(wǎng)絡(luò)的“柔性填充單元”；

與補強劑的協(xié)同：加氫石油樹脂可吸附在炭黑、白炭黑顆粒表面，通過弱極性作用降低補強劑顆粒間的團聚，同時改善補強劑與橡膠基體的界面結(jié)合（減少界面空隙），避免因補強劑分散不均導(dǎo)致的彈性下降或止滑性能波動。實驗證實，在 SBR/BR 共混橡膠中添加10份C5基HPR，橡膠復(fù)合材料的拉伸強度保留率達 95%（未添加組為 90%），且斷面無明顯相分離痕跡，相容性優(yōu)異。

二、對橡膠鞋底止滑性能的調(diào)控機制

橡膠鞋底的止滑性能本質(zhì)是“鞋底與接觸面（如地面、瓷磚）的界面摩擦力”，主要包括“黏著摩擦力”（鞋底材料與接觸面的分子黏附）和“滯后摩擦力”（鞋底形變后恢復(fù)產(chǎn)生的阻力）。加氫石油樹脂通過“提升界面黏附性”“優(yōu)化鞋底微觀形變”“增強濕態(tài)摩擦穩(wěn)定性”三大途徑，顯著提升止滑性能，尤其解決傳統(tǒng)橡膠鞋底“干態(tài)止滑不足”“濕態(tài)易打滑”的痛點。

（一）提升界面黏著摩擦力：增強鞋底與接觸面的分子黏附

加氫石油樹脂在橡膠鞋底表面的“微滲出”特性是提升黏著摩擦力的關(guān)鍵：

表面黏性調(diào)節(jié)：HPR的低分子量與半柔性特性使其在橡膠硫化后，會緩慢向鞋底表面遷移（微滲出），在表面形成一層薄的“黏性膜”—— 這層膜可與接觸面（如瓷磚、水泥地）的微觀凸起形成分子級黏附（范德華力作用），增加界面黏著摩擦力。實驗顯示，添加15 份C5基HPR的 SBR 鞋底，干態(tài)下與瓷磚的黏著摩擦力較未添加組提升 35%-45%，行走時的“抓地感”顯著增強；

表面微觀粗糙度優(yōu)化：加氫石油樹脂的加入可輕微改變橡膠鞋底的表面微觀形貌 ——HPR在硫化過程中因收縮率與橡膠基體存在微小差異（HPR收縮率約1.5%-2%，橡膠收縮率約2%-2.5%），會在鞋底表面形成納米級的“微凸結(jié)構(gòu)”（高度 50-200nm），這種結(jié)構(gòu)可增加鞋底與接觸面的實際接觸面積（接觸面積提升15%-20%），進一步強化黏著摩擦效果。

（二）優(yōu)化滯后摩擦力：匹配鞋底形變與恢復(fù)速度

滯后摩擦力與橡膠材料的“滯后損耗”相關(guān)（滯后損耗越大，形變恢復(fù)時產(chǎn)生的阻力越大，止滑性越好，但彈性可能下降），加氫石油樹脂可通過調(diào)控橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的滯后損耗，實現(xiàn)“止滑性與彈性的平衡”：

柔性填充，提升滯后損耗：加氫石油樹脂作為“柔性填充單元”嵌入橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后，可增加網(wǎng)絡(luò)的“微觀形變能力”—— 當(dāng)鞋底與地面接觸時，其分子鏈的柔性結(jié)構(gòu)允許橡膠網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生更大的局部形變（如壓縮、彎曲），形變過程中分子鏈間的摩擦（內(nèi)耗）增加，滯后損耗提升（動態(tài)力學(xué)分析顯示，添加10份加氫石油樹脂的橡膠體系，tanδ 值（滯后損耗指標(biāo)）在25℃時從 0.25 提升至 0.32），滯后摩擦力隨之增強；

避免過度內(nèi)耗，保護彈性：與傳統(tǒng)增塑劑（如鄰苯二甲酸酯）相比，加氫石油樹脂的飽和結(jié)構(gòu)使其分子鏈間的作用力更穩(wěn)定，不會因過度內(nèi)耗導(dǎo)致彈性急劇下降 —— 實驗中，添加15 份加氫石油樹脂的鞋底，回彈率（彈性指標(biāo)）僅下降 5%-8%（從 65% 降至 60%），而添加同等份數(shù)增塑劑的鞋底，回彈率下降15%-20%，證明加氫石油樹脂可在提升滯后摩擦力的同時，很大程度保留彈性。

（三）增強濕態(tài)止滑穩(wěn)定性：減少界面水膜影響

濕態(tài)環(huán)境下（如雨天、地面有水），鞋底與接觸面間會形成“水膜”，阻礙分子黏附，導(dǎo)致止滑性能驟降。加氫石油樹脂可通過“疏水調(diào)節(jié)”與“表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化”減少水膜影響：

提升鞋底表面疏水性：加氫石油樹脂的飽和烷烴主鏈具有疏水性，微滲出至鞋底表面后可降低表面親水性（接觸角從 75° 提升至 95°-105°），減少水分在表面的鋪展，避免形成連續(xù)水膜；

促進水膜排出：加氫石油樹脂誘導(dǎo)形成的表面微凸結(jié)構(gòu)可作為“排水通道”，當(dāng)鞋底與地面接觸時，微凸間的縫隙可快速排出界面水膜，恢復(fù)鞋底與地面的直接接觸。實驗證實，添加12 份加氫石油樹脂的橡膠鞋底，濕態(tài)下（瓷磚表面有水）的摩擦系數(shù)（COF）較未添加組提升 50%-60%（從 0.28 提升至 0.42），遠高于行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)（COF≥0.3），濕滑風(fēng)險顯著降低。

三、對橡膠鞋底彈性的調(diào)控機制

橡膠鞋底的彈性主要依賴橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的“形變恢復(fù)能力”，加氫石油樹脂通過“優(yōu)化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)”“減少應(yīng)力集中”“提升耐疲勞性”，在確保止滑性能的同時，進一步增強彈性與使用壽命。

（一）優(yōu)化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：提升形變恢復(fù)效率

加氫石油樹脂可作為“交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)劑”，改善橡膠硫化過程中的交聯(lián)均勻性：

促進硫化劑分散：加氫石油樹脂的黏性可吸附硫化劑（如硫磺、過氧化物），避免硫化劑團聚，使交聯(lián)點在橡膠基體中均勻分布（交聯(lián)點密度變異系數(shù)從15% 降至 8% 以下），減少因交聯(lián)不均導(dǎo)致的“剛性區(qū)域”（剛性區(qū)域易阻礙形變恢復(fù)）；

柔性交聯(lián)點補充：加氫石油樹脂分子鏈可與橡膠分子鏈形成“弱交聯(lián)點”（通過范德華力或氫鍵），這類交聯(lián)點的強度低于化學(xué)交聯(lián)點（如 S-S 鍵），但可在形變時產(chǎn)生“可逆拉伸”，既增強網(wǎng)絡(luò)的柔性，又提升形變后的恢復(fù)速度。動態(tài)力學(xué)測試顯示，添加8份加氫石油樹脂的橡膠體系，形變恢復(fù)時間從 0.8 秒縮短至 0.5 秒，彈性響應(yīng)更快。

（二）減少應(yīng)力集中：保護橡膠基體結(jié)構(gòu)

橡膠鞋底在行走過程中會反復(fù)承受“壓縮-拉伸”應(yīng)力，若應(yīng)力集中在局部（如補強劑顆粒周圍、交聯(lián)點密集區(qū)域），易導(dǎo)致分子鏈斷裂，彈性逐漸下降。加氫石油樹脂可通過“界面緩沖”減少應(yīng)力集中：

填充微觀空隙：加氫石油樹脂的低分子量特性使其可填充橡膠基體中的微觀空隙（如橡膠與補強劑間的界面空隙），這些空隙是應(yīng)力集中的主要位點，填充后可使應(yīng)力均勻傳遞至整個網(wǎng)絡(luò)；

柔性界面層構(gòu)建：加氫石油樹脂吸附在補強劑表面后，會形成一層“柔性界面層”（厚度10-20nm），當(dāng)應(yīng)力傳遞至補強劑顆粒時，界面層可通過形變吸收部分應(yīng)力，避免應(yīng)力直接作用于橡膠分子鏈。實驗中，添加10份加氫石油樹脂的鞋底，經(jīng)過10萬次往復(fù)壓縮測試后，彈性形變保留率達 85%（未添加組為 70%），應(yīng)力集中導(dǎo)致的彈性衰減顯著減少。

（三）提升耐疲勞性：延長彈性使用壽命

橡膠鞋底的彈性衰減與“疲勞老化”密切相關(guān)（反復(fù)形變導(dǎo)致分子鏈斷裂、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)破壞），加氫石油樹脂的耐老化特性可延緩這一過程：

抗氧性保護：加氫石油樹脂的飽和結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的抗氧性（氧化誘導(dǎo)期較未加氫樹脂延長 3-5 倍），可減少橡膠基體中自由基的產(chǎn)生（自由基會加速分子鏈斷裂），延緩疲勞老化；

網(wǎng)絡(luò)修復(fù)輔助：加氫石油樹脂的弱交聯(lián)點在疲勞過程中若發(fā)生斷裂，可通過分子鏈的熱運動重新形成（可逆性），對受損的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)起到“修復(fù)”作用，維持彈性穩(wěn)定。長期使用測試顯示，添加HPR的橡膠鞋底，在日常穿著 6 個月后，回彈率仍保持初始值的 90% 以上（未添加組僅為 75%），彈性使用壽命顯著延長。

四、在橡膠鞋底中的應(yīng)用參數(shù)優(yōu)化

為最大化HPR的止滑與彈性調(diào)控效果，需結(jié)合鞋底類型（如休閑鞋、運動鞋、雨鞋）優(yōu)化HPR的“類型選擇”“添加量”與“配方協(xié)同”：

（一）類型選擇：匹配鞋底性能定位

止滑優(yōu)先型鞋底（如雨鞋、戶外鞋）：選擇C5基HPR（Tg-20℃至 0℃，柔性更強），其表面黏性與疏水性更優(yōu)，可顯著提升濕態(tài)止滑性能；

彈性優(yōu)先型鞋底（如運動鞋、休閑鞋）：選擇C5/C9共聚基HPR（Tg 0℃至10℃，剛性與柔性平衡），在保證彈性的同時，兼顧干態(tài)止滑性；

耐低溫型鞋底（如冬季鞋）：選擇高加氫度C5基HPR（雙鍵轉(zhuǎn)化率＞98%），其低溫柔韌性好（-30℃仍保持彈性），避免低溫下鞋底變硬、止滑性下降。

（二）添加量控制：平衡止滑與彈性

加氫石油樹脂的添加量需控制在 5-20份（以橡膠基體100份計），具體根據(jù)需求調(diào)整：

低添加量（5-10份）：適用于彈性需求高、止滑需求中等的場景（如慢跑鞋），可提升彈性10%-15%，止滑性提升20%-25%；

中添加量（10-15 份）：適用于止滑與彈性均衡需求的場景（如日常休閑鞋），止滑性提升 35%-45%，彈性保留率＞90%；

高添加量（15-20份）：適用于止滑需求極高的場景（如雨鞋、防滑工作鞋），濕態(tài)止滑性提升 50%-60%，但彈性會下降 8%-12%，需搭配少量彈性助劑（如聚異戊二烯樹脂）彌補。

（三）配方協(xié)同：與其他成分優(yōu)化搭配

與補強劑協(xié)同：加氫石油樹脂與白炭黑（10-15 份）復(fù)配，可進一步提升鞋底的濕態(tài)止滑性（白炭黑的多孔結(jié)構(gòu)可吸附水分，它的疏水性可減少水膜），摩擦系數(shù)較單獨添加它再提升10%-15%；

與硫化劑協(xié)同：選擇過氧化物硫化體系（如 DCP，1-1.5 份）替代傳統(tǒng)硫磺體系，可增強加氫石油樹脂與橡膠分子鏈的結(jié)合，避免它過度滲出導(dǎo)致的表面發(fā)黏，同時提升彈性與耐老化性；

與增塑劑協(xié)同：少量添加環(huán)氧大豆油（2-3 份）與加氫石油樹脂復(fù)配，可降低橡膠體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，進一步提升低溫彈性，同時不影響止滑性能。

加氫石油樹脂憑借與橡膠基體的優(yōu)異相容性，通過“界面黏附增強、微觀形變優(yōu)化、濕態(tài)水膜調(diào)控”實現(xiàn)橡膠鞋底止滑性能的精準(zhǔn)提升，同時通過“交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)均勻化、應(yīng)力集中緩解、耐疲勞性增強”保障彈性穩(wěn)定，有效解決傳統(tǒng)橡膠鞋底止滑與彈性難以兼顧的問題。在實際應(yīng)用中，通過優(yōu)化HPR類型（C5基、C5/C9共聚基）、添加量（5-20份）及配方協(xié)同（與白炭黑、過氧化物硫化劑復(fù)配），可滿足不同場景下鞋底的性能需求。未來，隨著加氫石油樹脂改性技術(shù)的升級（如引入極性基團提升黏附性、納米復(fù)合增強耐疲勞性），其在高性能橡膠鞋底（如智能防滑鞋底、環(huán)?？山到庑祝┲械膽?yīng)用將進一步拓展，為橡膠制鞋行業(yè)的性能升級提供關(guān)鍵支撐。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://xawydig.cn/