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鞋靴輕量化

文 / 嚴(yán)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(yīng)的防護(hù)功能,而對某些防護(hù)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(dāng)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(hù)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(shí)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(hù)鞋通用技術(shù)條件》對防護(hù)鞋的性能進(jìn)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?yàn)樘岣叻阑拇胧┲皇峭ㄟ^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(shí)現(xiàn)。

2 鞋靴輕量化途徑

鞋靴輕量化需要通過材料、工藝等途徑來實(shí)現(xiàn)：

材料類型	厚度mm	表觀密度g/cm3	拉伸負(fù)荷,N（經(jīng)）	拉伸負(fù)荷,N（緯）	斷裂率%（經(jīng)）	斷裂率%（緯）	斷裂負(fù)荷,N（經(jīng)）	斷裂負(fù)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(yīng)不能滿足這種需求，人造革和合成革應(yīng)運(yùn)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(xì)纖維合成革，無論是外觀、手感及穿著舒適感與各項(xiàng)物理性能指標(biāo)，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(xì)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(xué)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(shè)計(jì)的纖維內(nèi)底革，還具有吸濕快干和抗菌性強(qiáng)的特點(diǎn)。

(3) 新型保暖材料

保暖防護(hù)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(dá)到**:皮板在毛皮的重量中占較大比例,但對保暖性的貢獻(xiàn)卻不大;毛氈一般選用的是價(jià)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(xì)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(xì)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(biāo)	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(qiáng)度復(fù)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(shù)條件及試驗(yàn)方法》所列的防護(hù)等級,可以分為特級、一級和二級,抗穿刺性能指標(biāo)分別為1100、780、490N。厚5.8mm的天然皮革抗刺穿力為570N,當(dāng)防護(hù)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(diǎn)是重且不易彎曲。一種新型高強(qiáng)度復(fù)合材料內(nèi)含高強(qiáng)纖維,其抗穿刺性能可以達(dá)到特級（1100N）的水平,重量遠(yuǎn)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(qiáng)度復(fù)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(guān),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(shí)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(shí)底單獨(dú)成型,然后冷粘組合,在運(yùn)動鞋和皮鞋上都有應(yīng)用。運(yùn)動鞋中底多采用EVA發(fā)泡,密度可低達(dá)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(hù)鞋。在這方面DESMA公司擁有最全面的技術(shù),它們采用連幫注射成型的方式,技術(shù)包括PU/PU、PU/TPU、PU/橡膠、橡膠/橡膠,其機(jī)型和加工產(chǎn)品見表4。

機(jī)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(yùn)動鞋通常在后跟處嵌入氣囊,它可以同時達(dá)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(shí)橡膠和塑料的用量,因而可以達(dá)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。