Современные полимерные материалы и эргономические свойства обуви

Л. Л. Никитина, О. Е. Гаврилова СОВРЕМЕННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБУВИ

Ключевые слова: полимерные материалы, эргономические свойства, обувь.

Эргономичность обуви является одним из основных требований, предъявляемых к ней в настоящее время. Решение задачи обеспечения и/или улучшения эргономических свойств обуви является актуальной и требует комплексного подхода. В статье рассматриваются эргономические свойства обуви и современные полимерные материалы, используемые для обуви, и возможность их модификации и создании материалов, способных в значительной степени обеспечить эргономичность обуви.

Keywords: polymeric materials, ergonomic properties, shoes.

Ergonomic footwear is one of the main requirements for it now. Achieving and / or improve the ergonomic properties of the shoe is an urgent and requires an integrated approach. The article deals with the ergonomic properties of shoes and modern polymeric materials used for footwear, and the possibility of modifying and creating materials that can pretty much ensure that ergonomic shoes.

Вступление в России в ВТО, стремление отечественных производителей выйти на международный рынок товарной продукции ставит перед обувной промышленностью задачу повышения конкурентоспособности изделий. Как показывают многочисленные маркетинговые исследования, в паре «эстетические-

эргономические» свойства обуви на первый план выходят эргономические.

Эргономические свойства обуви (фр. propriétés ergonomiques; англ. ergonomics properties; нем. ergonomische Eigenschaften) - свойство обуви беречь человеческую энергию (снижать усилия, затрачиваемые на ношение, обувание/снимание и т.д.) [1]. Эргономические свойства обуви

определяются соотношением ее

антропометрических, биомеханических и гигиенических свойств.

Антропометрические свойства обуви характеризуются ее соответствием размерам и форме стопы и голени, т.е. впорностью. Впорность обуви зависит от обувной колодки, особенностей модели и конструкции. Обувь не должна сдавливать стопу, нарушать крово- и лимфообращение, вызывать деформацию стопы, приводить к появлению потертостей и мозолей.

Биомеханические свойства обуви определяются в основном показателями параметров амортизационных и фрикционных свойств 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.

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

Гигиенические свойства обеспечивают оптимальные условия при эксплуатации обуви. Поддержание определенных условий комфортности для потребителя предусматривает создание

необходимого микроклимата внутриобувного пространства, поддержание оптимальных режимов температуры, вентилируемости воздуха (пота), напряженности магнитного, электрического и электромагнитного полей. Эти свойства зависят от природы материала, характера поверхности, пористости, электризуемости, а так же конструкции и формы обуви, технологии изготовления.

Как показывает краткая характеристика свойств обуви, во многом эргономичность обуви обеспечивается оптимальным подбором материалов для деталей низа и верха обуви и рациональной формой колодки и конструкций верха и низа обуви. Обеспечение эргономичности обуви является комплексной задачей, которая решается на всех этапах проектирования обуви и начинается с проектирования колодок или их подбора, выбора пакета материалов на детали низа и верха обуви.

Важным для обеспечения эргономичности конструкции обуви является ранжирование показателей свойств эргономичности. Установление наиболее важных показателей эргономических свойств обуви осуществлялось нами экспертным методом, который показал, что из групп свойств, обеспечивающих эргономичность обуви, являются наиболее важными антропометрические, которые во многом определяются соответствием следа внутренней формы обуви форме плантарной (опорной) поверхности стопы, биомеханические и гигиенические свойства обуви.

Стопа в течение дня изменяет свои исходные размеры и, следовательно, размеры плантарной поверхности, особенно в передней области следа. Форма следа колодки для обуви массового производства в большинстве своем выполняется уплощенной. С появлением новых видов материалов, а также технологий, позволяющих получать формованные узлы и детали низа обуви, отпала необходимость в уплощенной форме следа колодки.

Для обеспечения соответствия внутреннего следа обуви плантарной поверхности стопы в обуви используются колодки с анатомическим следом, профилированные стелечные узлы или вкладные приспособления (межстелечный слой, который

располагается между основной и вкладной стельками, профилированная вкладная стелька).

Профилированную вкладную стельку, изготовленную по средним значениям плантограмм, нельзя в полной мере применить на все типы стоп, даже для одного размера, ввиду индивидуальности опорной поверхности стопы каждого человека. В этой связи требуются нетрадиционные решения по созданию внутренних вкладных деталей обуви, которые не зависят от особенностей строения плантарной части стопы человека, ее опорной поверхности, и позволяют добиться максимального эффекта по распределению давления стопы на опору.

При решении задачи обеспечения рациональной формы и размеров обувной колодки и внутренних деталей обуви, обеспечивающих соответствие внутриобувного пространства форме стопы, основополагающую роль играют достоверные антропометрические параметры стоп. Существуют контактные и бесконтактные способы обмера стоп и голени. В настоящее время в институте технологии легкой промышленности, моды и дизайна проводятся обмеры тела человека, осуществляемые как контактным, так и бесконтактным способом с помощью современного лазерного боди-сканера. К его преимуществам можно отнести возможность обрабатывать огромное количество информации за короткий период времени. Это позволяет использовать бесконтактные методы получения информации о размерных характеристиках объекта, с применением современных технологий. Бесконтактными методами достигается отображение поверхности при использовании световых, звуковых, электромагнитных волн или других излучений, либо с помощью плоскостной фотограмметрии, стереофотограмметрии или фотопрофилографии. Современными инструментами для бесконтактной оцифровки являются сканеры различных принципов действия, в которых на основе информации об отражении заданной поверхности вычисляются координаты точек трехмерной модели.

Сцепление низа обуви с грунтом и способность воспринимать динамические и статические нагрузки (биомеханические свойства) зависят во многом от материала подошвы и набойки, вида грунта, рационального рифления подошвы, опорной поверхности каблука и др.

Наиболее часто в современной обуви в качестве материала для подошвы используются синтетические полимерные материалы,

отличительной особенностью которых являются: 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.

Возможность изменять и задавать определенные свойства полимерным материалам делает использование данных материалов наиболее привлекательными для использования на детали

обуви с улучшенными эргономическими свойствами. Так, межстелечные слои изготавливают на основе полихлорвинила, полистирола, полиэтилена, полиуретана и других искусственных смол с добавлением порообразующих веществ для образования пористой структуры.

Комбинирование различных полимерных материалов для подошвы значительно улучшает эргономические свойства обуви и при этом подошве придаются свойства, присущие материалу нижнего (ходового) слоя, в зависимости от ее назначения. Например, сложная подошва из полиуретана (ПУ) и термопластичного полиуретана (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 этиленвинилацетата (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.

Равномерного перераспределения давления стопы на опору при различных динамических нагрузках можно добиться комбинированием материалов на различных участках (зонах) подошвы, имеющих различные значения упругих деформаций, т.к. нагрузка на стопу во время ходьбы распределяется неравномерно, а по нескольким различным участкам носочной и пяточной частях. Такие подошвы называют антишоковыми

подошвами. 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. [2].

В качестве материала для отдельных «шоковых» зон подошвы можно использовать современный инновационный материал на полиуретановой основе Techno gel, который обладает трехмерной деформацией. Его составляющие могут разделяться и перемещаться,

не вызывают дезагрегации вещества. Он не твердеет и не изнашивается, сохраняет механические свойства и упругость формы [3].

Существует ряд методов определения гибкости и истираемости обуви и ее деталей. Методы определения гибкости основаны на сообщении обуви изгиба в пучках на заданный угол и определении усилий, затраченных на изгиб. В наших исследованиях испытания проводятся в статических условиях с применением приспособлений к разрывной машине, которая позволяет проводить испытания на растяжение, выдерживание под нагрузкой, определение коэффициента вытяжки, прочность швов сварки, прочность на раздир, отслаивание, прокол и т.д., позволяет определять физико-механические свойства различных материалов и готовых изделий из них. Истираемость определяется механическим воздействием абразива, осуществляющего вращательные движения в горизонтальной плоскости. Проведенные тесты подтверждают, что Technogel выдерживает более 300000 циклов давления без деформации.

Конструкция обуви должна способствовать снятию зарядов статического электричества и обеспечить своевременное удаление пота, паров, влаги, газа и тепла из внутриобувного пространства. Гигиенические свойства обуви во многом обеспечиваются показателями паро-,

воздухопроницаемости, влагопоглощением и т.п. свойств материалов верха. Наилучшим материалом верха для обеспечения гигиенических свойств обуви считается натуральная хорошо выдубленная кожа. При использовании для верха обуви искусственных материалов при выборе материалов для подкладки и промежуточных материалов важным становится способность материалов аккумулировать в себе влагу и обеспечение ее вывода во внешнюю среду за счет конструкции верха и низа обуви.

В настоящее время широкое использование в обуви нашли мембранные материалы, обладающие высокой сопротивляемостью проникновению воды, паропроницаемостью, сорбцией

сконденсированного пота; сопротивление мпродуванию ветром.

Мембрана - это тонкослойное покрытие внутренней поверхности разнообразных тканей. Различают два типа мембран: микропористые и гидрофильные. Размер микропористой мембраны в 20000 раз меньше капли воды, но в 700 раз больше молекулы пара (капли воды не проникают внутрь обуви, пары телесной влаги легко испаряются). Гидрофильные мембраны представляют собой плотную пленку без пор, которая за счет открытых связей специальных химических соединений выводит молекулы водяного пара на внешнюю поверхность ткани. В отличие от микропористых мембран гидрофильные хорошо тянутся и не забиваются грязью.

Существуют двухслойные мембранные ткани, которые представляют собой базовую ткань, на которую изнутри нанесен слой материала с микропорами, а также и трехслойные ткани, где

добавлен третий слой - тонкий ворсовый утеплитель, препятствующий образованию конденсата [4].

Уникальные свойства мембранных материалов обеспечивают их широкое применение при создании качественной детской обуви. Например, верхний слой зимних сапог австрийской марки SuperFit выполнен из мембранной ткани Gore-TEX. Известны также инновационные разработки и системы KING-ТЕХ, SPIRA-TEX, BAUXITE, Teflon Du Pont и др., обеспечивающих благоприятный климат внутриобувного

пространства и блокирующих проникновение влаги снаружи.

Главное отличие мембран разных производителей заключается в материале самой мембраны, размере отверстий, их плотности на квадратный миллиметр, способе соединения мембраны с материалом верха обуви.

Обувь, выполненная из мембранных тканей, должна иметь минимальное количество проклеенных швов или применение специальных самозатягивающихся тканей (отсутствие отверстий, оставляемых швейной иглой). При построении конструкции верха обуви необходимо учитывать недопустимость перекрытия мембранных тканей друг другом. Внешняя ткань должна быть обработана специальными пропитками, которые способствуют объединению капель воды в более крупные и скатыванию их с поверхности обуви, не успевая проникнуть в структуру ткани и заблокировать отвод испарений.

В институте технологии легкой промышленности, моды и дизайна осуществляются исследования, в которых предлагаются оптимальные решения конструкций верха обуви из различных текстильных материалов,

обеспечивающих наилучшие гигиенические свойства обуви. Сборка заготовок верха обуви осуществляется на специальном оборудовании лаборатории института (Jack T-801, Jack 6658 и т.д.).

Широкое использование для создания обувных текстильных материалов нашли волокна на основе ароматических полиамидов. Известны волокна Aramide, эластичное волокно Lycra, Schoeller Keprotec, которые обеспечивают легкий вес обуви, ее водостойкость, высокую прочность. Как правило подобные текстильные материалы используются для верха спортивной, горной и треккинговой обуви и обуви для активного отдыха. Так высокотехничная текстильная ткань на основе волокон полиамида с лайкрой Schoeller Dynamic позволяет обеспечить водостойкость, эластичность и прочность верха обуви. Другим примером высокотехнологических решений для обеспечения эргономических свойств является

высокотехнологичная синтетическая кожа Loicra, сделанная из очень маленьких волокон, мягкая, прочная, «дышащая» и водоотталкивающая. [2].

Для обеспечения вентилируемости обуви и ее охлаждении при ношении в условиях высоких температур предлагаются различные конструкции подошв. В одной из 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. В другой конструкции 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. [2]

Таким образом, для решения задачи обеспечения и/или улучшения эргономических свойств обуви могут использоваться различные конструктивные решения, которые основываются на результатах антропометрических и

биомеханических исследований и знаний морфологической структуры и свойств материалов. Использование полимерных материалов, свойства которых определяются соотношением входящих в

их состав компонентов, дает возможность обеспечить или улучшить эргономические свойства обуви в широких пределах, варьируя компонентами, входящими в их состав. Наиболее перспективными полимерными материалами, позволяющими модифицировать свойства обуви, являются, в первую очередь, полиуретаны, термоэластопласты, резины, используемые для подошвы, и полиамиды -для текстильных материалов для верха обуви.

Литература

1. Росслово [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rosslovo.ru/glossary/fashion/footwear/obuv_228 9.html, свободный

2. Никитина Л.Л. Полимерные материалы в обуви с улучшенными эргономическими характеристиками/ Л.Л.Никитина, Т.В.Жуковская, Р.М.Галялутдинова // Вестник Казанского технологического университета. -2012. - №7 - С.121-124.

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. О мембранных тканях [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://maxxisport.ru/page50, свободный

© Л. Л. Никитина - доц. каф. конструирования одежды и обуви КНИТУ, О. Е. Гаврилова - ст. преп. каф. конструирования одежды и обуви КНИТУ, naik@bk.ru.