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創新材料賦能運動鞋

2022/8/29 8:02:55 來源:聚風傳媒 關鍵詞:聚風塑料網



運動,今天已經不再是運動員的專利,人人都是運動員,人人都愛運動。一雙好的、適合自己的運動鞋,對于愛運動的人們來說是重要的。無論是跑步、打籃球或是進行其他活力十足的活動,消費者都希望自己的鞋兼具舒適、時尚和性能優異的特點。



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跑鞋的性能在很大程度上取決于設計,同時也取決于材料選擇?,F代制鞋業的發展,引發了材料和工藝的革命,其中材料的選擇是制造一雙好鞋的關鍵環節。人們對運動鞋的要求越來越高,隨之加速了材料革新的速度。近幾年,如NIKE、ADIDAS、李寧、安踏等一些國內外知名品牌在相繼爭先恐后的開發新材料,一方面說明了運動鞋行業競爭的激烈,另一方面說明了材料及與其工藝對運動鞋的重要性。


大致來說,運動鞋的構造分為鞋面、中底和外底(大底)三個部分,三者的選材是不同的。

 

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鞋面可為運動鞋提供支持性、保護、透氣性和鞋的外觀表現,同時從外層鎖定中底和外底,并確保腳放置于正確的位置。鞋面材料大致有超細纖維、天然皮、PU革、牛巴、網眼布等幾大類,


外底(outsole)提供運動中良好的耐磨及防滑抓地性,并提供運動鞋在運動中的最外層的支持,是外部沖擊的第一道防線。外底的材料主要是各種橡膠。


中底(Midsole)是鞋子中最為重要的部分,作用是為運動鞋提良好的緩震性、穩定性和彎曲性。彈性緩震的塑料材料是鞋材制造商和品牌商在設計生產運動鞋中底時的首選特性材料,可以在很大程度上吸收和緩沖一部分地面沖擊力。本文將著重探討中底用橡塑材料在緩震方面的技術進步。


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中底材料力求減震


減震是運動鞋最為核心的功能,具有減震功能的中底是跑鞋的靈魂,也是區別各大廠商的核心標志、立身之本。如今跑圈里流行一個特別搞笑的詞 - “踩屎感”,就是指踩下去軟軟的,腳感很舒服,甚至模糊了腳與地面之間的感覺,其本質就是鞋的緩震性能。為了尋找兼顧回彈力和“踩屎感”(柔軟度)、又輕量化的中底材料,國內外各大運動鞋廠家可謂絞盡了腦汁,使出了渾身解數,研發出很多科技含量很高的緩震材料。中底材料的趨勢是不斷加大厚度從而實現充分緩震,但同時重量卻變得越來越輕。目前市面上的跑鞋大多是以EVA和PU材質為主。


EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物泡沫材料,用EVA塑膠粒子先加熱再發泡而成,表面粗糙,常用于慢跑、慢步、休閑鞋、足訓鞋中底。美國第一專業跑鞋品牌Brooks最早將EVA發泡材料應用于跑鞋中底,而現在幾乎所有運動鞋都廣泛用發泡EVA做為緩震層。


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盡管EVA材料性能良好,特別適用于運動鞋,但其同樣存在先天缺陷,一雙EVA中底的跑鞋在跑上一定里程經過反復踩踏之后,泡沫中的空氣被擠出去,就會導致EVA無法恢復到原來形狀,緩沖性能就會明顯下降,帶來的直觀感覺是腳感變得變硬。所以,研發新型材料,比如PU(含TPU),或者將EVA、TPU與其他材料經過合成改造,從而形成了各式各樣名稱復雜炫酷的中底材料,這些材料就具備了既能緩沖又能回彈的良好性能。


PU(聚氨脂)泡溶成膠狀再灌入模型加熱使發泡,表面光滑,且有一種橡膠的質感,時間久會變黃及腐蝕,提供避震及穩定性。PU在中底材料中是最堅韌、強度最高的,在中底中利用最廣泛的材料,也是最重要的材料。因為在這個材料本身的基礎上由自身衍變或是與其他材料的結合,而產生出了新的材料。所以這個材料對于運動鞋制造工藝是非常重要的。


阿迪達斯Boost系列跑鞋已暢銷全球多年,具有卓越彈性和減震特性,穿過的跑者都知道,其中底有著明顯的顆粒感,感覺像泡沫。沒錯,Boost的前身就是德國巴斯夫(BASF)公司研發的Infinergy發泡微球,由世界首款發泡熱塑性聚氨酯 (E-TPU) 構成,將TPU的特性與泡沫的優勢融為一體,讓跑鞋更舒適,締造卓越的跑步體驗。經過加壓加熱預處理后,原來5毫米大小的顆??梢韵癖谆ㄒ粯优蛎?。在這個過程中,內含微型密閉氣泡的橢圓形微球的體積將增大10倍。這些密閉氣泡在壓縮力比如著地沖擊作用之下,可以最多壓縮至原來一半大小,這對于足部減震非常重要。而壓縮力消失后,泡沫可迅速恢復到原來的形狀,這就是所謂的回彈效果。每只阿迪達斯Boost跑鞋中含有2500顆泡沫微球,組合起來就能提供比較強大的彈性和緩震功能。中底就是通過這樣的方式吸收能量,然后將很大一部分能量反饋給跑步者。


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采用Infinergy發泡微球的阿迪達斯Boost跑鞋


帝斯曼(DSM)公司推出的一種新型材料據稱在性能方面可以秒殺EVA和PU,這就是熱塑性聚酯彈性體發泡材料(E-TPEE)。經測試,采用Arnitel E-TPEE發泡材料中底的跑鞋,兼顧了柔軟、緩震、回彈、輕質和耐久性。與前述的E-TPU材料相比,Arnitel E-TPEE具有更佳的回彈性,可達到75%以上,比E-TPU的回彈性高10-15%,從而使跑步者感覺跑起來更加省力,極大提升跑步者的運動體驗,也更能保護其免受震動帶來的傷害。Arnitel E-TPEE兼具優異的緩震性能與回彈性,不會像傳統的EVA材質那樣在穿著一段時間后腳感就會變差。Arnitel E-TPEE經過40000次的壓力測試,耐疲勞性優異,用其制成的中底經反復踩踏后,仍可長久保持柔軟、緩震性能與回彈性。


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運動鞋材踏上可持續之路


運動器材的制造正在對環境產生嚴重影響,其中就包括運動鞋。作為一個價值超過1250億美元的全球產業,運動鞋的制造過程所產生的溫室氣體排放和垃圾填埋場污染,格外受到政府和消費者的關注。運動鞋生產商正想方設法滿足運動鞋質量、性能、環??沙掷m三效合一的消費需求,可持續性正成為影響運動鞋購買決策的重要因素之一。2021年的一項研究表明,近三分之二的美國消費者愿意花更多錢購買具有環??沙掷m特性的鞋類。對Adidas、Nike和New Balance等領先運動品牌的行業研究表明,到2030年,全球環保跑鞋市場價值將超過130億美元。這意味著運動鞋在很大程度上是由環保材料制成的,其中大部分是回收材料或更可持續的棉物,與此同時,生物基合成材料等創新材料和更可持續生長的天然材料已經被小規模使用,并將在未來變得越來越重要。


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就在上周的8月16日,由北京化工大學主辦、彤程新材料集團有限公司協辦的首批全生物降解鞋新聞發布會在北京化工大學舉行。此次發布的全生物基可降解鞋由北京化工大學材料科學與工程學院先進彈性體材料研究中心研制。鞋底創新利用北化自主開發的生物基可降解聚酯橡膠材料,鞋面是生物基可降解的大麻纖維或竹纖維材料,鞋墊、鞋帶和鞋膠也選擇了生物基可降解材料??蓪崿F在日常環境中保持穩定,在堆肥條件下快速降解,130天內降解率達到70%以上。

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北化師生獲贈第一批可生物降解鞋


設計公司Maddy Plant聯合巴斯夫打造一款完全采用可持續材料制成的運動休閑概念鞋系列“MADGAMMA - Intertekk Saturn”。該鞋展示出成功的創意,使鞋類兼具可持續性及高性能,合作雙方的目標是將這些先進技術引入到主流鞋類生產之中。


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對于看重環保性能的消費者和品牌商來說,之前提及的帝斯曼Arnitel E-TPEE也是一款更為適合的材料。與PU或EVA化學發泡中底相比,由于傳統發泡過程中需要使用化學發泡劑,該發泡劑降解副產物會殘留在發泡材料中,將對人體和環境產生危害。另外,PU和EVA發泡中底采用架橋劑,屬熱固性材料,所以無法回收利用。而帝斯曼的Arnitel E-TPEE是全球首個采用二氧化碳物理發泡工藝的聚酯彈性體,零有害化學物質殘留,符合服裝和鞋類供應鏈危險化學品零排放(Zero Discharge of Hazardous Chemicals,ZDHC)規范;同時,Arnitel為熱塑性彈性體,可以實現閉環回收再利用,其環保性能無可挑剔,成為行業環保的楷模和領導者。


3D打印為運動鞋帶來新可能


運動鞋是快速發展的行業,擁有持續不斷的創新動力,每年都有大量新的鞋款設計和材料涌入市場?,F在,隨著越來越多的消費者希望投資購買高質量個人裝備,運動鞋行業正在尋求從大規模生產到大規模定制的轉型路徑。運動員在幾分鐘內就能買到為其雙足定制的跑鞋,這個夢想可能很快變成現實,因為越來越多的運動鞋制造商開始采用3D打印解決方案。


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通過打印某種結構,可以調節鞋底每個部分的形狀和硬度。由此可以制作出在所需部位完全支撐腳部的鞋子,為跑步者提供舒適、安全的跑步體驗。


對于定制生產而言,3D打印是前景非常光明的選擇。包括更高速度的打印機和新打印技術在內的進步使3D打印正在逐漸擺脫生產前技術的狀態。3D打印或增材制造不再只是快速原型設計工具,如今正用于制造實際產品,如運動鞋類的定制鞋底夾層。


這種變化能力讓3D打印與注塑或壓縮成型工藝區分開來,后兩種技術無法在同一結構內實現特性變化。借助增材制造還可以生產全新高復雜幾何體。例如,復雜的晶格結構可以具備空間變化粘彈性,以實現緩沖和回彈性的優異平衡。


看完了我們的文章,那么接下來,您要不是趕緊選擇一雙適合您的跑鞋,在運動場揮灑汗水,盡享運動之樂呢?


附: 作為資深跑者的筆者為粉絲們送上最后的小福利,總結如下幾條選購運動鞋的小貼士:

  • 不要去普通超市隨便買雙運動鞋,要去專業運動品商店去找專業店員購買對應的運動鞋。

  • 設計再精巧的運動鞋,但如果穿著感到不舒適,也不要選擇。

  • 在下午晚上或者運動之后去買鞋,此時你腳的尺寸最大。

  • 試鞋的時候穿上運動襪。

  • 尋找鞋型時不要只看鞋的尺碼大小,還要注意鞋子前端的形狀和鞋子的寬度。

  • 考慮可能存在的足部畸形,選擇有加強固定作用的鞋型。

  • 結合自己跑步的姿勢和習慣,選擇具有對應的減震方法和位置的鞋子。




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