Полимерные материалы в обуви с улучшенными эргономическими характеристиками

Л. Л. Никитина, Т. В. Жуковская, Р. М. Галялутдинова

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ОБУВИ С УЛУЧШЕННЫМИ ЭРГОНОМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Ключевые слова: полимерные материалы, эргономические свойства, обувь, подошва, межстелечный слой.

Эксплуатационные свойства полимерных материалов и их способность к модификации позволяют создавать материалы для обуви, способные в значительной степени обеспечить эргономические свойства обуви. В статье рассматриваются эргономические свойства обуви и современные полимерные материалы, используемые для обуви, предлагаются решения для обеспечения эргономичности современной обуви.

Keywords: polymeric materials, ergonomic properties, shoes, sole, mezhstelechny layer.

The performance properties of polymeric materials and their ability to modifymaterials to enable you to create shoes that can pretty much ensure that the ergonomic properties of the shoe. The article deals with the ergonomic properties of shoes and modern polymeric materials used for footwear, offers ergonomicsolutions for today's shoes.

Полимерные материалы позволяют изменять свойства изделий в необходимых или заданных приделах. В обуви используют полимеры, как натурального, так и искусственного происхождения. Натуральная, искусственная и синтетическая кожи применяются для деталей верха обуви; резины, полиуретаны (ПУ), поливинилхлориды (ПВХ), термоэластопласты (ТЭП), этиленвинилацетат (ЭВА) - для формованных деталей низа обуви; картоны, термопластичные материалы - для каркасных деталей, клеи - для основного и вспомогательного крепления [1].

Все возрастающие требования потребителей к качеству обуви заставляют производителей искать новые решения для обеспечения эргономических свойств обуви, т. е. решения ее способности удовлетворять потребности человека в удобстве и комфорте на этапе эксплуатации в системе «человек-изделие-среда». Эргономические свойства обуви определяются ее соответствием антропометрическим, биомеханическим и гигиеническим особенностям стопы.

Соответствие изделия размерам и форме тела человека и отдельных его частей характеризуется антропометрическими свойствами. В обуви антропометрические свойства в полной мере характеризуются ее впорностью, которая определяется соотношением формы и размеров обуви и стопы. Она не должна сдавливать стопу, нарушать крово- и лимфообращение, вызывать деформацию стопы, приводить к появлению потертостей и мозолей. Впорность обуви зависит от обувной колодки, особенностей модели и конструкции.

Для обеспечения соответствия плантарной поверхности стопы и профилактики деформаций стопы в обуви может использоваться межстелечный слой, который располагается между основной и вкладной стельками. Межстелечные слои изготавливают из различных материалов, в том числе из пенопластов, композиционных материалов на основе пробковой крошки, пористой резины [2].

Пенопласты изготовляют на основе полихлорвинила, полистирола, полиэтилена,

полеуретана и других искусственных смол с добавлением порообразующих веществ для образования пористой структуры. Широко применят такие материалы, как полихлорвинил ПХВ-Э, ПХВ-1-115, пенополиэтилен ППЭ-Р, ППЭ-РЛ. Предлагаются межстелечные слои из пенорезины и полиуретана. Недостатками этих материалов являются значительная остаточная деформация, особенно у пенополиэтилена, отсутствие воздухопроницаемости и недостаточное

влагопоглощение. [2]

Биомеханические свойства обуви в основном определяются показателями параметров амортизационных и фрикционных свойства низа обуви. Амортизационные свойства низа обуви характеризуют способность деталей низа ослаблять ударные нагрузки при ходьбе человека и рассредоточивать давление стопы на опорную поверхность, фрикционные свойства - устойчивость обуви на скользкой поверхности.

Низ обуви, воспринимая динамическую нагрузку, частично ее поглощает и частично передаёт опорной поверхности. Чем лучше амортизационная способность низа обуви, тем меньшая нагрузка передается на опорную поверхность, меньшие усилия действуют на стопу, уменьшая утомляемость в процессе движения. Амортизационная способность низа обуви также существенно влияет на износостойкость подошв.

Способность обуви противостоять скольжению в значительной степени влияет на утомляемость при ходьбе. Сцепление низа обуви с грунтом зависит от материала подошвы и набойки, вида грунта, рационального рифления подошвы, опорной поверхности каблука и др.

Амортизационные свойства низа обуви зависят от вида и свойств материалов подошвы, простилки, стельки, степени их влагосодержания, конструкции деталей низа обуви. Фрикционные свойства обуви зависят от материала и конструкции подошвы.

Современные подошвы можно рассматривать как сложные системы, обладающие

характеристиками, значительно улучшающими эргономические свойства обуви.

Подошва для современной обуви производится из натуральных и синтетических материалов. Отличительной особенностью полимерных подошв является: хорошая

термостойкость при воздействии высоких температур и сохранение эластичности при низких; стойкость к воздействию растворителей, щелочей, кислот, света, микроорганизмов; высокая степень электроизоляции; высокая прочность при разрыве и устойчивость к многократному изгибу. Конкретный полимерный синтетический материал, применяемый для подошвы, имеет свои характеристики, которые обеспечивают различные эргономические свойства обуви.

Для обеспечения фрикционных свойств обуви при выборе материалов для подошвы необходимо обращать внимание на следующие показатели свойств материала: сцепление с мокрым грунтом и снегом, морозостойкость, термостойкость, устойчивость к многократному изгибу.

Для изготовления подошв, как правило, используются резины, ПУ, ПВХ, ТЭП, ЭВА. Наибольшее распространение получили подошвы из ПУ на основе сложных полиэфиров. Основными преимуществами данного материала являются: хорошая теплоизоляция, устойчивость к истиранию, многократному изгибу и растяжению, воздействию масла, нефти и нефтепродуктов [1]. Подошвы из полиуретана отличаются своей легкостью и эластичностью, что обеспечивает высокие эргономические свойства обуви в целом. Однако до недавнего времени полиуретановые подошвы не использовались для зимней обуви ввиду их низкой морозостойкости.

В последнее время, ведущими производителями полиуретана предлагаются зимние полиуретановые системы, способные выдерживать сорокоградусные морозы. Для улучшения потребительских свойств обуви подошва может состоять из двух слоев: монолитного (нижнего слоя) и вспененного (промежуточного). Выпускается в виде формованных подошв, а также в жидком виде (для производства обуви литьевого метода) [1].

Другим популярным в нашей стране материалом, используемым для подошвы, является ТЭП, который сочетает в себе эластичность каучука с термопластичностью термопласта. ТЭП обеспечивают хорошее сцепление подошвы с мокрым грунтом и снегом, обладают меньшей плотностью, чем ПВХ. При эксплуатации обуви ТЭП теряют некоторую часть твердости, приобретенной в процессе переработки в изделия, становятся эластичнее. Характеристики ТЭП позволяют его широко использовать для обуви с улучшенными эргономическими свойствами. Недостатком подошв из ТЭП является невысокая термоустойчивость: при температуре 50-70°С они могут деформироваться в процессе носки.

Использование подошв из ПВХ ограниченно его низкими показателями эксплуатационных

свойств: низкой морозостойкостью, большой

массой, определенными трудностями в обеспечении надежности клеевого крепления.

В настоящее время производители полимерных материалов в основном работают над улучшением различным свойств материалов для обуви. Так на рынке появился современный материал группы полимеров (полиуретанов) -термопластичный полиуретан (ТПУ), выполненный на основе сложных полиэфиров, и спецполиуретан или резиноподобный полиуретан (СПУ), который обладает высокой плотностью и вязкостью, как и ТПУ. Подошвы из ТПУ устойчивы к истиранию, разрыву, воздействию агрессивных сред и низких температур, обладают высоким коэффициентом сцепления с поверхностью, высоким

сопротивлением проколу, быстро восстанавливают форму после деформации. СПУ хорошо

сопротивляется скольжению, морозостойкий,

крепкий и прочный, устойчив к истиранию. СПУ как материал является более дорогим, чем ПУ, но дешевле, чем ТПУ.

Еще более современный материал -

вспененный ТПУ, который также служит материалом для промежуточного слоя (в

комбинациях с монолитным). Выпускается в виде формованных подошв, а также в гранулированном виде (для производства обуви литьевого метода).

Для улучшения фрикционных и амортизационных свойств подошв производителями предлагается использование различных состояний материала: монолитного и пористого, в

конструкциях подошв.

Так, например, производятся двухслойные подошвы из ПУ, состоящие из пористого внутреннего и монолитного наружного слоев. Двухслойные подошвы могут также изготавливаться с использованием двух различных материалов, например, ПУ и резины, ПУ и ТПУ и т.д., при этом промежуточный слой из пористого (вспененного) материала, а ходовой из монолитного. Монолитный ТПУ имеет высокую плотность и, как следствие, повышенный вес изделия, пониженные эластичность и теплоизоляцию, поэтому его используют для ходовой поверхности подошвы. Толщина ходового слоя подошвы из ТПУ может быть не более 2 - 3 мм.

Использование комбинаций материалов для подошвы улучшает потребительские свойства обуви и при этом подошве придаются свойства, присущие материалу нижнего (ходового) слоя, в зависимости от ее назначения. Например, сложная подошва из ПУ и ТПУ устойчива к истиранию, обладает повышенным сцеплением со скользкой поверхность, отличается повышенной легкостью, прочностью, низкой теплопроводностью и морозоустойчивостью. Подошвы с низом из резины и промежуточным слоем из вспененного полиуретана позволяют снизить вес и улучшить амортизацию.

Использование ЭВА в качестве промежуточного слоя подошвы позволяет добиться необходимой легкости, мягкости и эластичности подошвы,

надежного скрепления ее с верхом обуви. Благодаря пенообразному составу, обувь на ЭВА-подошве хорошо пружинится, легко восстанавливает свои формы при обратной деформации, сохраняет тепло, не пропускает холод, но, через некоторое время, подошва потеряет амортизирующие

характеристики. Для промежуточного слоя подошвы может использоваться материал по названием «Salpa», содержащий не менее 75% волокон кожи, которые связаны резиновым латексом и спрессованы в листы различной толщины.

Другим решением для обеспечения эргономичности обуви являются антишоковые подошвы, позволяющие равномерно

перераспределять давление стопы на опору при различных динамических нагрузках. Известно, нагрузка на стопу во время ходьбы распределяется неравномерно, а по нескольким различным участкам носка и пятки.

Система антишоковой подошвы способна не только поглощать, но также мгновенно передавать давление с одного участка подошвы на другой. Как правило, антишоковая подошва состоит из нескольких зон, благодаря которым, во-первых, поглощается основной удар о поверхность земли, во-вторых, равномерно распределяется остаточное воздействие по всей поверхности стопы. Таким образом, антишоковая подошва способствует снижению воздействия на стопу, и тем самым снимает излишнюю нагрузку не только на мышцы и суставы нижних конечностей, но и на позвоночник.

Отдельные (шоковые) зоны подошвы представляют собой участки, состоящие из материалов, обладающих амортизационными свойствами. Например, современный

инновационный материал на полиуретановой основе Technogel обладает трехмерной деформацией, в результате чего, давление в нем распределяется равномерно, что обеспечивает снятие нагрузки и способствует улучшению циркуляции крови стопы.

Составляющие Technogel могут разделяться и перемещаться, не вызывают дезагрегации вещества. Он не твердеет и не изнашивается, сохраняет механические свойства и упругость формы. Тесты показали, что материал выдерживает более 300000 циклов давления без деформации. Он также имеет отличную гибкость при низкой температуре и высокой компенсации движения [3].

Оптимальные условия при эксплуатации обуви обеспечиваются гигиеническими свойствами. Поддержание определенных условий комфортности для потребителя предусматривает создание необходимого микроклимата, поддержание оптимальных режимов температуры,

вентилируемости воздуха (пота), напряженности магнитного, электрического и электромагнитного полей. Нарушение допустимых уровней может отрицательно сказываться на самочувствии человека, вызывать дискомфорт, приводить к быстрой утомляемости. Эти свойства зависят от природы материала, характера поверхности,

пористости, электризуемости, конструкции и формы обуви, технологии изготовления.

Наилучшим материалом верха для обеспечения гигиенических свойств обуви считается натуральная хорошо выдубленная кожа. Искусственные и синтетические материалы, применяемые для деталей обуви, особенно деталей верха, должны быть химически стабильными. Конструкция обуви должна способствовать снятию зарядов статического электричества и обеспечить своевременное удаление пота, паров, влаги, газа и тепла из внутриобувного пространства.

Для обеспечения вентилируемости обуви и ее охлаждении при ношении в условиях высоких температур в конструкции подошвы располагаются ячейки, которые исполняют функции насоса. Каждая из ячеек заполняется пористым полимерным материалом и с помощью воздуховода соединяется с атмосферой через носочную часть обуви. В процессе ходьбы воздух закачивается в обувь и производит ее охлаждение, после чего теплый воздух выбрасывается в атмосферу.

Другая конструкция, обеспечивающая вентилируемость обуви, предусматривает наличие полостей с воздуховодами, имеющими клапаны, например в каблуке. Один конец воздуховода

находится внутри обуви, другой выходит в атмосферу. Механизм вентиляции простой -

полость при ходьбе наполняется воздухом из

атмосферы и затем прокачивается через обувь при сжатии каблука.

Современные синтетические материалы для верха обуви позволяют улучшить эргономические свойства обуви. Например, волокно Aramide на

основе ароматических полиамидов очень легкое по весу, очень прочное, не рвется и не растягивается, эластичное волокно Lycra сохраняет свои

эластичные свойства и держит форму на

протяжении длительного времени. Schoeller

Keprotec - высокотехнологичное волокно полиамида, усиленное волокнами Aramide, имеют легкий вес обуви, водостойкость, высокую

прочность. Данные волокна используются для создания текстильных материалов для верха обуви спортивной, горной и треккинговой обуви и обуви для активного отдыха. Другим примером

высокотехнологических решений для обеспечения эргономических свойств является

высокотехнологичная синтетическая кожа Loicra, сделанная из очень маленьких волокон, мягкая, прочная, «дышащая» и водоотталкивающая.

Высокотехничная текстильная ткань на основе волокон полиамида с лайкрой Schoeller Dynamic позволяет обеспечить водостойкость, эластичность и прочность верха обуви [4].

Таким образом, вопрос обеспечения и/или улучшения эргономических свойств обуви является, в основном, материаловедческим вопросом. Использование полимерных материалов в производстве обуви расширяет границы ее использования и дает возможность изменять свойства обуви в широких пределах. Наиболее

перспективными полимерными материалами, позволяющими модифицировать свойства обуви, являются, в первую очередь, полиуретаны, термоэластопласты, резины, используемые для подошвы, а также полиамиды - для текстильных материалов для верха обуви.

Свойства полимерных материалов определяются соотношением входящих в их состав мягчителей, наполнителей, порообразователей, стабилизаторов, красителей и т.п. Варьируя данными компонентами можно получить широкий ассортимент материалов, отвечающих тем или иным требованиям, и обеспечивающих улучшенные эргономические свойства обуви.

Литература

1. Никитина Л.Л. Современные полимерные материалы, применяемые для низа обуви / Л.Л.Никитина, Г.И.Гарипова, О.Е.Гаврилова // Вестник

технологического университета. - 2011. - Т. 14, №6 -С.150-155.

2. Характеристика анатомо-биомеханического состояния стопы: Методическое пособие. Часть II - М.: МГАЛП, 1998.

3. Technogel - We make products to make your life more

comfortable: Heel cups [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www. technogel/cle/index/php?: d=218,

свободный

4. Рабочая книга La Sportiva [Электронный ресурс]. -

Режим доступа: http://www. shagall.ru/izobreteniya-i-

novshestva-v-sovremennoy-obuvi.html, свободный

© Л. Л. Никитина - канд. пед. наук, доц. каф. конструирования одежды и обуви КНИТУ, naik@bk.ru; Т. В. Жуковская - ст. препод. той же кафедры, 8арг415@mail.ru; Р.М. Галялутдинова - магистр той же кафедры.