天壹消防 TIANYIXIAOFANG
鞋靴輕量化文 / 嚴自力 (總后勤部軍需裝備研究所) 鞋靴是每個人都離不開的生活必需品,出于舒適性的考慮,生活中人們更愿意選擇輕一些的鞋靴。對于在特殊環(huán)境下生活或工作的人來說,鞋子必須具有相應的防護功能,而對某些防護功能的要求,會帶來鞋靴重量的增加,這勢必消耗穿著者更多的能量,并降低其工作能效。腳研究表明,腳上增加1g的重量所消耗的能量,相當于身上增加6~7g重量所消耗的能量。可見,無論對日常生活用鞋、還是防護鞋,鞋靴輕量化都有重要的意義。 1 鞋靴重量組成分析鞋靴重量組成取決于其性能要求，性能要求越多、越高，對材料和工藝的限制越多，重量就越大。 日常生活用鞋所要求的耐穿性、保形性和保暖性，對其重量影響較大，出于耐用性考慮，一般用厚重織物（如帆布）和皮革為主，外底采用足夠厚的密實塑料或橡膠。皮鞋的保形性由內(nèi)底、半托、勾心、主跟及包頭提供，冬季鞋更有一定的保暖性，可采用羊毛皮、毛氈等作為保暖層。以上這些都會在一定程度上增加鞋靴重量。 GB12623-90《防護鞋通用技術條件》對防護鞋的性能進行了分類，包括：防滑、防刺、防砸、防油、防水、防靜電、防腐蝕等。一般來說，防滑、防刺、防砸能要求帶來重量上的明顯增加，因為提高防滑的措施之一是通過增加花紋深度來提高鞋底抓地性，防刺需要采用特殊材料如鋼板，防砸一般采用鋼頭來實現(xiàn)。 |
材料類型 | 厚度mm | 表觀密度g/cm3 | 拉伸負荷,N（經(jīng)） | 拉伸負荷,N（緯） | 斷裂率%（經(jīng)） | 斷裂率%（緯） | 斷裂負荷,N（經(jīng)） | 斷裂負荷,N（緯） |
牛皮革1 | 1.75 | 0.79 | 382 | 305 | 99 | 125 | 139 | 125 |
牛皮革2 | 1.64 | 0.67 | 212 | 192 | 94 | 76 | 71 | 74 |
合成革1 | 1.85 | 0.43 | 306 | 288 | 87 | 155 | 102 | 110 |
合成革2 | 1.64 | 0.45 | 244 | 215 | 88 | 143 | 133 | 113 |
(1) 合成革
人們生活水平的提高大大增加了對皮革的需求，天然皮革的供應不能滿足這種需求，人造革和合成革應運而生，而且已經(jīng)經(jīng)歷了從仿形到仿真的不同階段，發(fā)展到目前的束狀超細纖維合成革，無論是外觀、手感及穿著舒適感與各項物理性能指標，均接近或超過天然皮革（表1），且表觀密度小于天然皮革，表中所列超細纖維合成革的表觀密度比牛皮革低40%。
(2) 合成革保形材料
在合成革用于皮鞋保形之前，多用皮革作為皮鞋的保形材料，如內(nèi)底、半托及主跟等，其密度一般在 0.9~1.1 g/cm3。一種新型滌綸纖維內(nèi)底革和化學片，其密度范圍為 0.5~0.7 g/cm3，它以滌綸纖維為主體，由浸含有輕質(zhì)填料的樹脂溶液制成，對于減重會起一定的作用；通過特殊設計的纖維內(nèi)底革，還具有吸濕快干和抗菌性強的特點。
(3) 新型保暖材料
保暖防護是冬季用鞋所必需的，按照保暖原理，保暖材料包含的靜止空氣越多，其保暖性越高。毛皮和毛氈是傳統(tǒng)的鞋用保暖材料,但兩者保暖性都沒有達到**:皮板在毛皮的重量中占較大比例,但對保暖性的貢獻卻不大;毛氈一般選用的是價格低廉的粗毛(毛纖維直徑40 μm)。目前保暖材料所用纖維朝著超細化(纖維直徑小于8 μm)和中空化方向發(fā)展,3M棉(商品名Thinsulate)是超細化保暖材料的典范,具有**的保暖量/重量比,四種保暖材料的性能見表2。
性能指標 | 羊毛氈 | 羊毛皮 | 中空絮片 | 3M棉 |
厚度, mm | 5.5 | 11.7 | 7.2 | — |
重量, g/m2 | 1100 | 1130 | 380 | 400 |
保暖量, clo | 0.82 | 1.55 | 0.85 | 1.80 |
(4) 高強度復合材料
鞋底防刺是作戰(zhàn)和森林防火用鞋所要求的重要性能,按照GB12017-1989《防刺穿鞋的抗刺穿技術條件及試驗方法》所列的防護等級,可以分為特級、一級和二級,抗穿刺性能指標分別為1100、780、490N。厚5.8mm的天然皮革抗刺穿力為570N,當防護等級要求為二級時,可以用它做防刺材料;對于更高的防刺性能要求,通常采用鋼板,缺點是重且不易彎曲。一種新型高強度復合材料內(nèi)含高強纖維,其抗穿刺性能可以達到特級（1100N）的水平,重量遠輕于天然皮革,相對于鋼板減重60%以上。
材料種類 | 厚度, mm | 重量, g/m2 | 抗穿刺力, N |
天然皮革 | 5.8 | 6400 | 570 |
特種鋼 | 0.6 | 4680 | 1300 |
65錳鋼 | 0.6 | 4680 | 1100 |
高強度復合材料 | 1.3 | 1560 | 1200 |
(5) 中底發(fā)泡
鞋底重量與成鞋工藝密切相關,要把鞋底做輕,必須降低鞋底材料的密度,一般采取發(fā)泡中底和密實外底組合的形式,它可以兼顧牢度和重量兩方面的性能要求。其工藝途徑包括:一是先將發(fā)泡底和密實底單獨成型,然后冷粘組合,在運動鞋和皮鞋上都有應用。運動鞋中底多采用EVA發(fā)泡,密度可低達0.22g/cm3,皮鞋一般為橡塑共混發(fā)泡,密度范圍為0.3~0.6g/cm3;二是直接連幫成型,主要用于工作鞋和軍靴等防護鞋。在這方面DESMA公司擁有最全面的技術,它們采用連幫注射成型的方式,技術包括PU/PU、PU/TPU、PU/橡膠、橡膠/橡膠,其機型和加工產(chǎn)品見表4。
機型 | 可加工鞋底材料 | 中底密度, g/cm3 | 大底密度, g/cm3 | 加工產(chǎn)品 |
D522 | PU/PU | 0.55~0.65 | 0.80~1.0 | 休閑鞋、工作鞋 |
D622 | PU/TPU/PU/PU | 0.55~0.65 | 0.85~1.0 | 休閑鞋、工作鞋 |
D822 | PU/橡膠/PU/PU | 0.55~0.65 | 0.85~1.2 | 安全鞋、軍靴 |
D922 | 橡膠/橡膠/PU/橡膠 | 0.60~0.70 | 0.85~1.2 | 軍靴、安全鞋 |
(6) 其它
在鞋底重量組成中,后跟重量往往占不小的比例,不同的鞋有不同的減重方式。運動鞋通常在后跟處嵌入氣囊,它可以同時達到減重和增加后跟緩沖性的作用;冷粘皮鞋在后跟部位乃至整個鞋底采用網(wǎng)格支撐,既保證了后跟高度和底厚,又減少了密實橡膠和塑料的用量,因而可以達到減重的目的;模壓鞋由于其工藝限制,氣囊減重和網(wǎng)格減重均不可行,目前采取的方式是在后跟處填充內(nèi)底板的邊角、硬雜木等耐壓耐溫材料。
3 結(jié)語
雖然上述材料、工藝等方面的技術進步已經(jīng)在一定程度上減輕了鞋靴重量，但特種防護鞋偏重仍然是人們所普遍抱怨的問題，因此鞋靴輕量化、超輕化仍將是鞋靴材料和工藝技術進步所關注的一個方向。
