一、超级跑鞋的概念

超级跑鞋是一种专门为提升效率而设计的跑鞋，结合了轻量泡棉、高能量回弹以及能将储存能量转化为推进力的强化结构。

不同于传统主要使用EVA 泡棉的训练鞋，超级跑鞋融合了透过SCF 技术发泡的先进聚合物、能加硬并塑形中底的碳纤维板，有时还配合气垫系统。其目标是尽量减少能量因热量与形变流失，同时保有舒适与耐用性。超级跑鞋的表现来自几个关键属性：

泡棉密度必须非常低，通常接近或低于0.12 g/cm³，以减轻重量。

能量回弹需超过80%，让跑者能回收大部分落地时的能量。

硬度的平衡非常重要，太软会感觉不稳定像踩在棉花上，太硬则让人觉得吃力且低效。

抗撕裂与耐磨性必须足以应对长跑中的反复弯折与地面摩擦。

泡棉需要与碳纤维板等结构结合，才能在步态循环中引导能量转换。

超级跑鞋的进步，直接来自于超临界流体（SCF）发泡与复合材料的结合。透过SCF 射出与高压釜制程，工程师可以制造出极低密度、高回弹力，并且硬度可精准调校的中底。这些泡棉有时会搭配碳纤维板或气垫结构，定义了现今顶级跑鞋的性能，让材料科学直接转化为跑步经济性的提升。

二、不同材料SCF发泡的性能分析

中底泡棉的密度是性能核心，因为它决定了重量。

1、EVA

透过SCF 发泡，传统EVA 可达到0.20–0.25 g/cm³ 的密度、55–65% 的回弹率、10 万次压缩后20–25% 的形变，以及2.0–4.0 kg/cm 的抗撕裂强度。 EVA 虽然容易用SCF 发泡，但回弹与耐疲劳性有限，因此多用于成本敏感或混合材料的应用。

2、PEBA

PEBA（聚醚嵌段酰胺）是高性能SCF 泡棉的标竿。透过高压釜发泡，PEBA 可达到0.10–0.12 g/cm³ 的密度、超过85% 的回弹率、压缩形变低于10%、抗撕裂约2.0 kg/cm。虽然抗撕裂强度一般，耐磨性较差（DIN 损失>400 mm³），但极低密度与高回弹的结合，让它成为马拉松竞速鞋中底的首选材料。

3、TPU

芳香族TPU 经SCF 发泡后，可达0.15–0.18 g/cm³ 的密度、70–75% 的回弹率、约15% 的压缩形变，以及3.0–3.6 kg/cm 的抗撕裂强度。其耐磨性DIN 值通常低于300 mm³，因此TPU 泡棉适合应用于需要承受高磨耗的部位。但与PEBA 相比，重量较大仍是主要缺点。

ATPU（脂肪族TPU）是最新的SCF 发泡研究焦点。高压釜发泡的ATPU 可达到低至0.08 g/cm³ 的密度，媲美PEBA 的轻量。其回弹率约65–72%，压缩形变15–18%，抗撕裂2.9–3.3 kg/cm。

但其问题在于硬度：这么低密度的SCF-ATPU 通常比运动员偏好的范围软约10 Asker C，降低了尺寸稳定性，脚感过软，并在受力时有较大横向变形。因此ATPU 虽具潜力成为超轻中底材料，但仍需改进硬度调控才能广泛应用于菁英竞速鞋。

4、TPEE

TPEE（热塑性聚酯弹性体）透过SCF 射出发泡后，可达到0.14–0.16 g/cm³ 的密度、65–75% 的回弹率、12–15% 的压缩形变，以及2.5–3.0 kg/cm 的抗撕裂。 TPEE 的高弯曲模数让它在相同密度下比PEBA 更坚挺且稳定，但脚感上却较缺乏避震与回弹感。

5、POE

POE（聚烯烃弹性体）也适合SCF 发泡。高压釜发泡后，POE 的密度可达0.12–0.16 g/cm³，回弹率60–70%，压缩形变12–15%，抗撕裂2.0–2.5 kg/cm。虽然回弹不及PEBA，但它具有韧性与柔软度，常与EVA 混合应用于成本较敏感的轻量中底。

6、 耐用性与取舍

SCF 发泡能实现极端低密度，但取舍依然存在。 PEBA 回弹优异，但耐磨损失超过400 mm³；TPU 耐磨仅300 mm³ 以下，但重量较高；ATPU 密度低至0.08 g/cm³，但硬度不足影响稳定性；TPEE 更坚挺稳定，但避震与回弹不足；POE 与EVA/POE 混合提供韧性与经济性，但牺牲回弹。不过，SCF 制程能更精确控制气孔形态与硬度，较化学发泡更能平衡这些缺点。

三、聚合物混合与复合系统

SCF 发泡让混合材料能达到化学发泡难以实现的性能，在SCF 发泡条件下，混合泡棉比化学发泡更轻、更稳定，也能让像PEBA 这样的高端材料进入更广泛应用。

高压釜发泡的EVA/POE 混合材料密度0.15–0.20 g/cm³，回弹率60–70%，压缩形变约15%，抗撕裂1.8–2.2 kg/cm。 

EVA/TPU 混合则兼具EVA 的轻量与TPU 的耐磨，抗撕裂可达2.5–3.0 kg/cm。

EVA/PEBA 混合虽较少见，但能降低成本同时保持回弹超过75%，抗撕裂约2.5–3.5 kg/cm。

四、超临界流体发泡制程

在SCF 射出成型中，聚合物会在150–250 bar 的压力下与CO₂ 或N₂ 饱和，然后射入模具，快速降压会诱导10⁶–10⁸ 个/cm³、直径约50–150 µm 的气泡成核。这能降低40–60% 的密度，同时保持结构均匀。

在高压釜发泡中，聚合物块会在超过300 bar、80–100 °C 的条件下与SCF 饱和，再快速降压，能生产出PEBA 与ATPU 密度低至0.08 g/cm³ 的高均匀气孔结构。这些泡棉块可再经压缩成型或CNC 加工成中底。选择射出或高压釜取决于需求：复杂形状适合射出，极低密度大板材则适合高压釜。

五、结构强化：碳板、气垫与支撑片

SCF 泡棉提供避震与能量储存，而强化材料则负责导引与放大推进力。

嵌入发泡中底的碳纤维板，通常能提供10–15 N·mm/deg 的弯曲刚性，相较于塑胶支撑片的<5 N·mm/deg，差异明显。纤维方向决定性能：单向碳纤维能最大化前进推进力，交叉铺设则能提升抗扭转。板材厚度与曲率则根据需求调校，以在进攻性与稳定性间取得平衡。

气垫系统通常包裹或夹在TPU 或TPEE 薄膜中，气压充填至15–30 psi，以可压缩体积取代实心泡棉，减轻重量并增加弹簧般的回馈。

玻纤强化尼龙支撑片结合SCF 泡棉中底时，能提供比碳板低成本的中等刚性，让性能鞋款能更具规模化。

六、结论

超级跑鞋正因SCF 发泡与复合材料的整合而快速进步。 PEBA 经高压釜发泡后，仍是黄金标准：密度0.10–0.12 g/cm³、回弹超过85%、压缩形变低于10%、抗撕裂小于2.0 kg/cm。

TPU 与ATPU 经SCF 射出与高压釜发泡后，密度0.08–0.19 g/cm³，抗撕裂2.9–3.6 kg/cm，其中ATPU 是最新焦点，但受限于低硬度与稳定性不足。

TPEE 提供较高稳定性，抗撕裂约2.5–3.0 kg/cm；POE 与EVA/POE 混合则在1.8–2.5 kg/cm 之间，兼具韧性与成本效益。

透过将SCF 泡棉与碳板、气垫与外底结合，工程师能设计出能量有效导流的跑鞋。持续改良SCF 制程、聚合物混合与结构强化，将推动超级跑鞋性能的持续进化。

来源：博詹咨询