特殊功能鞋范文

特殊功能鞋范文（精选6篇）

特殊功能鞋 第1篇

糖尿病 (Diabetes Mellitus, DM) 已成为21世纪世界范围内的一种流行病, 是继肿瘤、血管病变之后第三大严重威胁人类健康的慢性非传染性疾病, 具有高致死率、高致残率和高医疗花费的特征, 成为当前世界各国共同面对的公共健康问题[1]。糖尿病足 (Diabetic foot, DF) 则是最常见的糖尿病慢性并发症之一, 是因糖尿病患者局部神经异常和下肢远端外周血管病变发生的感染、溃疡和 (或) 深层组织破坏[2]。糖尿病足溃疡的创面中, 由于其渗出物中蛋白及糖的含量高, 有利于细菌和真菌的生长而感染, 是导致糖尿病人致残致死的重要原因[3,4]。据报道[5], 全球约1.5亿糖尿病患者中15%以上将在其生活的某一时间发生足溃疡或坏疽, 造成截肢是非糖尿病患者的15倍, 每年的截肢患者中约50%是糖尿病患者, 而糖尿病足截肢的患者85%以上是足部溃疡恶化造成深部感染或坏疽所致。因此, 预防糖尿病足对糖尿病患者来说具有极其重要的意义。

对于皮革及皮革制品研究者来说, 可以通过两种途径来预防糖尿病足或者是减轻糖尿病足的症状。一是设计适合糖尿病患者脚型特征的特殊功能鞋, 使其足部免受损伤;二是开发能有效抑制糖尿病患者鞋内微生物的抗菌剂, 控制其鞋内微生物的生长, 保持鞋腔中良好的空气状态, 从而减少糖尿病患者受损足部的感染、溃疡, 甚至深层组织破坏的几率。为此, 本实验室与捷克共和国Tomas Bata大学鞋与健康系进行合作研究, 根据中国人及糖尿病患者的脚部特征, 设计适合于中国糖尿病患者的特殊功能鞋, 同时开发高效、低毒、广谱的抗菌剂, 制备出具有抗菌功能的特殊功能鞋鞋材, 如抗菌鞋垫、抗菌衬里布、抗菌衬里革等。

对于抗菌鞋垫的制备, 选择恰当的抗菌剂是关键。临床研究发现, 糖尿病足感染的病原菌主要是细菌, 同时也包括真菌, 不同地区, 其微生物谱会有所差异。例如, 邓家德等人[6]对广州糖尿病足溃疡病原体分布的研究显示, 在405株病原体中革兰阳性菌占57.8%, 革兰阴性菌占37.8%, 真菌占4.3%, 提示糖尿病足感染主要以革兰阳性菌为主。而梁乙安等人[7]报道的108例分泌物标本共培养出病原体127株, 革兰阳性菌60株 (占47.2%) , 革兰阴性菌65株 (占51.2%) , 真菌2株 (占1.6%) 。因此, 选择制备抗菌鞋垫的抗菌剂必须要对细菌和真菌 (包括霉菌和酵母菌) 都有很好的抑制作用, 而具有广谱抗菌作用的复配型抗菌剂则是一种较好的选择。本文使用的复配型抗菌剂是由本实验室合成的2-氨基苯并噻唑/对甲酰基苯氧乙酸锌配合物 (简称Zn (SD) 2) 、尼泊金丁酯和三氯新按一定比例复配而成的, 各组分的结构式如图1所示。为了便于使用, 本文将复配型抗菌剂制成乳液, 并考察了其乳液稳定性。

此外, 抗菌剂在鞋材中的添加方式, 也会对鞋垫的抗菌效果产生影响。本实验室前期的研究工作表明, 采用混炼的方式, 在鞋垫发泡材料的加工过程中加入抗菌剂, 其抗菌效果并不好[8]。这可能是因为大部分抗菌剂完全被鞋垫塑料包覆, 分布在塑料表面的抗菌剂太少, 故而接触抑菌的效果不明显。为此, 本文以浸泡的方式对鞋垫发泡材料进行抗菌处理, 使抗菌剂分布在发泡材料的孔隙中, 以期提高其抗菌效果。同时, 本文对鞋里革也进行了抗菌处理, 并使用含有复配型抗菌剂的白乳胶将其粘附在鞋垫发泡材料上, 制成抗菌鞋垫。考虑到鞋垫在穿着过程中会经历水洗和汗液的作用, 可能会对鞋垫的抗菌性能造成影响, 本文对制备的抗菌鞋垫, 以及经过抗菌处理后的鞋里革和鞋垫发泡材料都进行了耐水洗和耐汗试验, 以全面评价其抗菌持久性能。

1 实验部分

1.1 主要材料和仪器

恒温恒湿箱, MJ-160II, 上海跃进医疗器械厂;水浴振荡器, CHZ-8型, 金坛市富华仪器有限公司;单人双面净化工作台, SW-CJC1F, 苏州净化设备有限公司;立式压力蒸汽灭菌器, CDZX-50KBS, 上海申安医疗器械厂;迷你单桶洗衣机, XPB15-XY, 山东小鸭电器有限公司;猪皮衬里革 (黑色) , 自制;PU发泡材料 (白色) , 自制;2-氨基苯并噻唑/对甲酰基苯氧乙酸锌配合物 (简称Zn (SD) 2) , 自制;尼泊金丁酯 (分析纯) , 成都科龙化工试剂厂;三氯新 ( 分析纯) , 四川省天然气化工研究院;白乳胶, 工业品, 贵州水晶化工股份有限公司。

1.2 供试菌种及培养基

大肠杆菌 (Escherichia coli) 、金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus) 、粘性红圆酵母 (Rhodotorula mucilaginosa) 、青霉 (Penicillium sp.) 和黑曲霉 (Aspergillus niger) , 都是从糖尿病患者所穿的皮鞋和皮凉鞋上分离得到的。牛肉膏蛋白胨培养基用于培养细菌, 马铃薯培养基 (PDA) 用于酵母菌和霉菌的培养[9]。

1.3 抗菌乳液的制备

称1.0 g复配型抗菌剂 (0.1 g Zn (SD) 2, 0.27 g三氯新和0.63 g尼泊金丁酯) , 溶于二亚甲砜和乙醇的混合溶剂中, 加入含Span-80和Tween-80的混合表面活性剂, 搅拌均匀, 制成复配型抗菌剂乳油。然后, 在搅拌条件下, 缓慢地将其加入一定体积的水中, 制成质量浓度为20 g/L的抗菌乳液50 mL, 静置, 记录破乳时间, 优选最佳的溶剂用量, 以及表面活性剂的用量和比例, 得到乳液稳定性较好的抗菌剂乳油配方。

1.4 鞋垫材料的抗菌处理及抗菌鞋垫的制备

1.4.1 鞋里革的抗菌处理

采用喷枪, 将质量浓度为20 g/L的抗菌乳液均匀地喷洒在鞋里革的粒面和肉面, 以皮湿透为宜, 然后晾干。

1.4.2 PU发泡材料的抗菌处理

将PU发泡材料完全浸泡在一定体积的质量浓度为20 g/L的抗菌乳液中, 静置大约12 h, 取出, 晾干。

1.4.3 抗菌鞋垫的制备

按表1的配方制备含复配型抗菌剂的白乳胶粘合剂, 然后, 将经1.4.1和1.4.2步骤抗菌处理后的鞋里革与PU发泡材料粘合在一起, 制成抗菌鞋垫。

1.5 耐洗试验

按照中国国家标准GB 8629-2001 (纺织品试验时采用的家庭洗涤及干燥程序) [10], 用市售的立白洗衣粉配成质量浓度为3 g/L的洗涤液, 在常温下, 按浴比1∶30 (洗涤物质量与洗涤液体积之比) , 将洗涤物放入洗衣机内搅拌洗涤10 min, 然后在清水中漂净, 作为一次洗涤。抗菌处理后的鞋垫、鞋里革和PU发泡材料都分别进行了10次和20次洗涤, 然后取出, 晾干。

1.6 耐汗试验

按照中国国家标准GB/T 3903.11-2005 (鞋类内底、衬里和内垫耐汗性试验方法) [11]进行耐汗性试验。人工汗液的配方为:一水盐酸羟胺5.00 g, 氯化钠5.00 g, 二水磷酸氢二钠2.50 g, 蒸馏水1 L, 并用0.1 mol/L的氢氧化钠调节pH为8.0。将待测的试样和人工汗液放入1000 mL的烧杯中, 通过在试样上添加额外的重物, 使试样完全浸泡在人工汗液中, 然后将烧杯放置在35 ℃的恒温箱中, 静置24 h, 取出试样, 用蒸馏水洗涤, 晾干, 作为一次耐汗试验。抗菌处理后的鞋垫、鞋里革和PU发泡材料都分别进行了3次和6次耐汗试验。

1.7 抗菌性能测试

1.7.1 抑菌圈

采用抑菌圈法测定鞋垫、鞋里革和PU发泡材料的抗菌性能, 试验步骤如下:

(1) 供试菌液的制备

细菌:取1 mL培养24 h左右 (处于稳定期) 的细菌菌悬液, 加入盛100 mL无菌液体牛肉膏蛋白胨培养基的锥形瓶中, 并在常温水浴振荡器中振荡30 min, 制成供试细菌液, 并调节其细菌浓度为106～107cfu/mL。

霉菌:在250 mL的锥形瓶中加入适量的玻璃珠、100 mL生理盐水和4滴聚乙二醇-400, 湿热灭菌25 min, 冷却至常温, 然后, 用接种环从霉菌菌种 (28 ℃下培养7 d) 试管斜面上取1～2环霉菌孢子, 加入无菌生理盐水中, 常温下振荡2～3 h, 制成供试霉菌孢子悬浮液, 并调节菌液浓度为106～107cfu/mL。

酵母菌:酵母菌菌种在28 ℃下培养3 d, 用于制备供试菌悬液, 制备方法同霉菌, 菌液浓度为106～107cfu/mL。

(2) 带菌平板的制备

取0.1 mL供试菌液于无菌平板中央, 并用无菌玻璃涂布器涂布均匀, 制成带菌平板。

(3) 试样的放置及培养

用镊子取直径为16.64 mm的供试鞋垫 (或鞋里革、PU发泡材料) 圆片, 置于带菌平板的中央, 并用无菌棉签轻压, 使其紧贴平板, 然后置于4 ℃的培养箱中过夜, 次日, 将温度升至28 ℃ (霉菌和酵母菌) 或37 ℃ (细菌) 培养一段时间 (细菌1～2 d, 霉菌和酵母菌3～4 d) , 用游标卡尺十字交叉地测量抑菌圈直径。

1.7.2 抑菌率

采用振荡烧瓶法测定抗菌鞋垫分别对大肠杆菌、粘性红圆酵母和黑曲霉的抑菌率, 试验步骤如下:

(1) 供试菌液的制备

与抑菌圈法制备的供试菌液相同, 见1.7.1。

(2) 检样的制备

将抗菌鞋垫剪成约1 cm2的碎片, 称取2.0 g, 装入100 mL的无菌锥形瓶中, 再加入19.8 mL的无菌生理盐水和0.2 mL的供试菌液。

(3) 振荡处理

将锥形瓶固定在水浴振荡器中, 以200 r/min的速度常温振荡2 h。分别取0.5 mL振荡0 h和振荡2 h的样液, 用无菌水做适当稀释后, 取出0.1 mL在无菌平板上, 采用平板菌落计数法进行活菌培养计数, 计算抑菌率, 公式如下:

抑菌率undefined

2 结果与讨论

2.1 抗菌乳液的稳定性

无论是一般的皮鞋, 还是本实验室设计的糖尿病患者特殊功能鞋, 在穿着过程中, 鞋垫都会经历洗涤和汗液的作用, 这就对抗菌鞋垫使用的抗菌剂提出了非水溶性的要求。因为如果其水溶性太好, 很可能在洗涤过程中流失, 鞋垫的抗菌性能会降低, 或者是随汗液进入体内, 对人的健康造成一些不利的影响。但是, 在采用本文的方法 (浸泡和喷洒) 制备抗菌鞋垫的过程, 却要求在水介质中进行, 因为有机溶剂存在价格昂贵、毒性偏大和破坏鞋材的缺点, 相反, 以水为介质则比较经济, 易于工业化生产。所以, 有必要将非水溶性的抗菌剂制备成乳液剂型, 以满足以上两方面的要求。

本文使用的复配型抗菌剂中包含三种组分, 即尼泊金丁酯、三氯新和本实验室合成的2-氨基苯并噻唑/对甲酰基苯氧乙酸锌配合物 (简称Zn (SD) 2) , 它们都不溶于水。其中, 尼泊金丁酯和三氯新易溶于乙醇, 而Zn (SD) 2则易溶于二甲基亚砜。因此, 采用先将复配型抗菌剂溶于乙醇和二甲基亚砜混合溶剂中, 然后加入一定比例的表面活性剂, 再进行乳化, 制备出乳液型的复配型抗菌剂。

1) 表面活性剂的总体积为3 mL, DMSO用量为2 mL, 乙醇8 mL。

根据表面活性剂的应用原理[12], 油溶性和水溶性表面活性剂的协同作用可以使乳液具有较好的稳定性, 因此, 本文选择了Span-80和Tween-80两种非离子表面活性剂进行复配, 表2是二者的复配比例对乳液稳定性的影响。从中可以看出, Span-80和Tween-80的体积比为1∶4时, 破乳时间最长, 抗菌剂乳液稳定性最好。

1) 表面活性剂体积比1∶4, DMSO用量为0.6 mL, 乙醇1.0 mL

表4是两种有机溶剂 (二甲亚砜和乙醇) 用量对抗菌剂乳液稳定性的影响。为了节约成本, 有机溶剂的用量原则是, 在能完全溶解复配型抗菌剂中的三种组分的情况下, 尽量减少其用量。从表4可以看出, 随着两种溶剂用量的减少, 乳液的破乳时间逐渐延长, 当二甲基亚砜的用量为0.6 mL, 乙醇用量为1.0 mL时, 破乳时间最长。但是, 如果再继续减少有机溶剂的用量, 抗菌组分将不能完全溶解。

1) 表面活性剂Span-80用量为0.6 mL, 吐温-80为2.4 mL

固定两种表面活性剂Span-80和Tween-80的体积比为1∶4时, 表面活性剂的总用量对乳液稳定性的影响如表3所示。从中可以看出, 随着表面活性剂总用量从3.0 mL逐渐增大到4.0 mL, 破乳时间急剧延长, 从70 min增加到2 d。考虑到复配型抗菌剂产品以乳油型 (复配组分+有机溶剂+表面活性剂) 为佳, 只是在使用时再加水配成一定浓度的抗菌剂乳液, 那么, 乳液的破乳时间太长, 反而不利于抗菌剂在鞋材中的沉积。因此, 选择表面活性剂的总用量为3.5 mL, 其破乳时间为10 h。

综上所述, 从经济和实用方面考虑, 复配型抗菌剂乳油的最佳配方为:每1.0 g复配型抗菌剂, 有机溶剂二甲基亚砜和乙醇的用量分别为0.6 mL和 1.0 mL, 两种表面活性剂Span-80和Tween-80的总用量为3.4 mL (其中, Span-80和Tween-80的体积比为1∶4) , 此时, 加水配成质量浓度为20 g/L的抗菌乳液时, 其破乳时间能达到10 h。

2.2 鞋里革的抗菌持久性

由于天然皮革具有穿着舒适和透气/汽性好等优点, 故本文选择将其作为鞋垫材料, 粘附在鞋垫发泡材料的表面, 从而与糖尿病患者的足部直接接触。因此, 要发挥鞋垫的抗菌性能, 对鞋里革进行抗菌处理是必不可少的。本文采用喷洒的方式对干的鞋衬里革进行抗菌处理, 与湿加工处理方式相比, 它具有操作简单、经济环保和不改变复配型抗菌剂复配比例等优点。

注:1-大肠杆菌;2-金黄色葡萄球菌;3-粘性红圆酵母;4-青霉;5-黑曲霉

众所周知, 在鞋垫穿着过程中, 表面的鞋里革是被洗涤和被汗液浸渍最多的地方, 因此, 要保持鞋垫的抗菌性能, 首先要保持鞋里革的抗菌持久性能。图2是不同洗涤次数对鞋里革抑菌性能的影响, 从中可以看出, 随着洗涤次数的增加, 鞋里革对各供试菌种的抑菌圈直径都逐渐减小, 但是, 抑菌圈直径减少的幅度却是随洗涤次数的增加而逐渐降低的。洗涤20次后, 鞋里革对各种供试菌的抑菌圈直径都大于圆皮片的直径, 说明此时鞋里革仍然具有良好的抗菌性能。此外, 随洗涤次数的增加, 对于不同的供试菌种, 其抑菌圈直径的减少幅度存在差异。例如, 大肠杆菌和黑曲霉的抑菌圈直径受洗涤的影响主要表现在前10次, 抑菌圈直径的减少幅度较小, 此后, 随着洗涤次数的增加, 其抑菌圈直径变化不大。洗涤10次后, 抑菌圈直径降低幅度最大菌种是粘性红圆酵母, 但是洗涤次数增加到20次后, 其抑菌圈直径变化也不大。造成这种差异的原因可能是不同的菌种对复配型抗菌剂的敏感程度不同。从总体来看, 抗菌处理后的鞋里革对金黄色葡萄球菌和青霉的抑制效果较好, 粘性红圆酵母次之, 黑曲霉和大肠杆菌相对较差。

注:1-大肠杆菌;2-金黄色葡萄球菌;3-粘性红圆酵母;4-青霉;5-黑曲霉

从图3可以看出, 汗液的浸泡也会对鞋里革的抗菌性能产生影响。汗液浸泡3次后, 鞋里革对各供试菌种的抑菌圈直径都有所减小, 但减小幅度不大;而汗液浸泡6次后, 抑菌圈直径几乎没有什么变化。比较图2和图3可以看出, 洗涤对鞋里革抗菌性能的影响显然大于汗液浸泡的影响, 这是因为洗涤实验使用了表面活性剂洗衣粉, 且机械作用较大, 这些作用使得鞋里革中不溶于水的抗菌剂发生部分流失, 从而造成其抑菌圈直径降低幅度较大;但在汗液浸泡试验过程中, 即没有机械作用, 也没有能促使抗菌剂溶于水的表面活性剂, 所以, 鞋里革中的抗菌剂流失得较少, 抑菌圈直径减少幅度不大。

2.3 PU发泡材料的抗菌持久性

对于作为制备鞋垫的主材料PU发泡材料, 本文采用了浸泡的方式对其进行抗菌处理, 水洗和汗液浸泡对其抗菌性能的影响如图4和图5所示。从图4可以看出, 用水洗涤对PU发泡材料的抗菌性能影响很大, 水洗10次后, 其抑菌圈直径急剧减小, 继续洗涤至20次后, 抑菌圈直径也发生了减小, 但减小幅度不大。由于复配型抗菌剂的各组分与PU发泡材料都没有结合作用, 它们只是物理地填充在PU发泡材料的孔隙中, 因此, 在水洗过程中受机械作用的影响, 以及洗衣粉的乳化作用, 大量的抗菌组分被洗出, 使得抑菌圈直径大幅降低。水洗10次后, 大部分分布在PU发泡材料表面孔隙中的抗菌组分被洗出, 剩下的部分抗菌剂在PU发泡材料中分布得较深, 通过水洗的方式很难将其洗出, 所以, 水洗至20次时, 抑菌圈直径的减小速度明显放缓。尽管水洗会迅速降低PU发泡材料的抗菌性能, 但是, 本试验采取的长时间浸泡的处理方式, 仍可以使部分抗菌剂在水洗20次后依旧分布在PU发泡材料中, 从而使得PU发泡材料仍然表现出一定的抗菌作用。从图5可以看出, 汗液浸泡也会降低PU发泡材料的抗菌性能, 但是, 与水洗作用相比, 汗液浸泡的作用显然要小得多。汗液浸泡6次后, PU发泡材料依然表现出很好的抗菌性能。

注:1-大肠杆菌;2-金黄色葡萄球菌;3-粘性红圆酵母;4-青霉;5-黑曲霉

注:1-大肠杆菌;2-金黄色葡萄球菌;3-粘性红圆酵母;4-青霉;5-黑曲霉

2.4 抗菌鞋垫的制备及抗菌持久性

在糖尿病患者特殊功能鞋的鞋垫制备过程中, 使用了设计成型的PU发泡材料和鞋里革两种材料, 采用的胶粘剂为常见的白乳胶, 将二者粘合在一起即可制成鞋垫。为了赋予鞋垫优异的抗菌性能, 本文除了对鞋里革和PU发泡材料进行了抗菌处理外, 还在粘接鞋里革和PU发泡材料的白乳胶中添加了少量复配型抗菌剂, 试图利用白乳胶的固定作用, 避免抗菌剂在洗涤或汗液浸泡过程中大量流失, 从而加强鞋垫的持久抗菌作用。比较图2、图4和图6可以看出, 未水洗时, 鞋垫的对各供试菌种的抑制效果介于PU发泡材料和鞋里革之间, 而不是比二者的抑菌效果都强。这与测定鞋垫抑菌圈的实验方法有关, 抑菌圈是在鞋里革一面贴近带菌平板, 而PU发泡材料朝上进行测定的, PU发泡材料中的抗菌剂很难渗透过鞋里革对供试菌产生抑制作用, 因此, 鞋垫表现出的抗菌性能是鞋里革、白乳胶和PU发泡材料紧贴鞋里革一面上的抗菌剂所表现出的抗菌效果的总和。

注:1-大肠杆菌;2-金黄色葡萄球菌;3-粘性红圆酵母;4-青霉;5-黑曲霉

从图6可以看出, 鞋垫的抗菌效果仍然会随水洗次数的增加而逐渐减弱, 其减弱速度明显比PU发泡材料抗菌效果的减弱速度慢。但是, 水洗20次后, 鞋垫对各供试菌的抑菌圈直径明显要比鞋里革的抑菌圈直径大得多, 说明鞋垫的抗菌持久性比鞋里革更强。因此, 对鞋里革和PU发泡材料都进行抗菌处理, 并在胶粘剂中添加抗菌剂, 这种制备抗菌鞋垫的方法对于提高鞋里革的抗菌持久性能还是有帮助的。

为了能全面地评价鞋垫的抗菌性能, 本文采用了另外一种评价方法抑菌率法, 定量地测定鞋垫的抑菌效果, 试验结果如表5所示。从中可以看出, 未洗的鞋垫对所有的供试菌种, 其抑菌率都达到了100%, 水洗10次后抑菌率为99.99%, 水洗20次后, 抑菌率也都在97%以上。

注:1-大肠杆菌;2-金黄色葡萄球菌;3-粘性红圆酵母;4-青霉;5-黑曲霉

从图7和表6可以看出, 汗液浸泡对鞋垫抗菌性能也有影响, 但抗菌效果的减弱并不不大。汗液浸泡6次后, 鞋垫依然表现出很好的抗菌性能, 对所有供试菌种的抑菌率都在98%以上, 而在抑菌圈法中, 对金黄色葡萄球菌和青霉的抑菌圈直径都在30 mm以上, 对粘性红圆酵母的抑菌圈直径也接近30 mm, 对大肠杆菌和黑曲霉的抑菌圈直径也比其圆片直径大得多。

比较水洗和汗液浸泡对鞋里革、PU发泡材料和鞋垫抗菌性能的影响可以看出, 水洗对抗菌性能的影响显然比汗液浸泡作用强。随着水洗次数的增加, PU发泡材料的抗菌作用降低得最快, 鞋垫和鞋里革次之。假设抗菌鞋垫每月洗涤1次, 那么水洗20次后, 鞋垫的使用时间将会接近两年, 此时, 鞋垫的抑菌效果虽比刚制备时的抑菌效果略低, 但仍然具有很好的抑菌效果。考虑到鞋垫的洗涤频率并没有一般的衣物那么高, 而且糖尿病患者的足部一般比较干燥, 汗液浸泡鞋垫的几率不多, 所以, 采用本文的方法制备的适用于糖尿病患者特殊功能鞋的抗菌鞋垫, 其抑菌持久性是完全能满足要求的。

3 结论

(1) 选用20 g/L的复配型抗菌剂 (含有一定比例的Zn (SD) 2、三氯新和尼泊金丁酯) 乳液, 分别以喷洒和浸泡的方式对鞋里革和设计成型的PU发泡材料进行抗菌处理, 然后采用含少量复配型抗菌剂的白乳胶将二者粘接起来, 可以制备出具有良好抑菌效果的抗菌鞋垫, 作为糖尿病患者特殊功能鞋的一部分。

(2) 鞋垫的抗菌性能随着水洗和汗液浸泡次数的增加而逐渐减弱, 其中, 水洗对鞋垫抗菌性能的影响要比汗液浸泡作用强得多。但是, 鞋垫即使被洗涤了20次以后, 仍然表现出较好的抑菌效果。尽管如此, 为了能长久地保持抗菌鞋垫良好的抗菌性能, 应尽量避免对其进行水洗。

参考文献

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[11]GB/T3903.11-2005.鞋类内底、衬里和内垫试验方法耐汗性[S].

功能鞋设计思路简析 第2篇

在工程设计界, 功能设计指的是对产品功能的创造性设计。功能设计起源于1947年, 美国工程师麦尔斯 (L D Miles) 在进行价值工程研究中得出一个结论:“顾客购买的不是产品本身, 而是产品所具有的功能”[1]。因此在功能鞋的设计中, 我们应以用户的需求作为产品存在的依据, 所以设计的主要原则是:消费者的需求决定功能鞋设计方向。在明确了功能设计的基本原则后, 我们下面将分别从鞋的造型结构和材料两方面进行系统设计, 进而探索出一套适合功能鞋设计的系统方法。

一、功能鞋的功能定义

产品功能一般分为基本功能和辅助功能, 基本功能指的是设计对象最主要的功能, 而辅助功能是在基础功能之上添加的有其他的功能, 这种功能大部分是为了满足某一类人的需要而设计的。根据这一定义, 笔者将功能鞋的功能定义为:在保护脚的属性上添加的满足特定需求的附加功能。可以通过一些例子说明:比如特殊药物的功能鞋, 是针对脚部有某种疾病人群, 添加了特殊材料或物质以治疗为目的的鞋;还有气垫功能鞋, 则是为了起到减震效果而设计的鞋。

1、基本的造型设计

任何设计都离不开三大基本要素, 即造型、材料和工艺, 其中造型为产品最终的表现形式。鞋的功能不同, 其造型也不尽相同。鞋类造型设计一般是从楦型、帮样和底型的变化来实现鞋类新产品的开发, 因此为了功能的实现, 鞋楦、帮样和鞋底部件都应进行相应的配合设计:

(1) 鞋楦设计

鞋楦是鞋的母体, 是鞋的灵魂。鞋楦的设计是以脚的各部位数据为依据进行设计的, 从鞋类设计的角度讲是属于第一位的。楦型设计的好坏, 直接影响成鞋的美观及舒适, 这也是所有功能设计的前提。

功能鞋的鞋楦设计方法和普通鞋的设计方法大致相同, 包括鞋楦底样设计、楦底各特征部位宽度设计、楦体主要部位肉头设计、前掌凸度、踵心凸度和底心凹度设计和楦前后跷度设计等。

(2) 帮样设计

功能鞋设计中的帮样设计和普通鞋中的帮样设计是有区别的, 普通鞋设计重在强调款式的变化, 突出产品造型的美感从而达到满足消费者追求时髦的需求, 有时为了达到这种目的不惜牺牲一定的舒适感和功能;而功能鞋则重在强调产品的人机工程学, 设计的目的是为了满足特殊功能需求。因此两者都是为了满足消费者的需求, 不同的是前者重在形式美感, 而后者则是产品功能。

所谓帮样设计就是指鞋帮的高度、厚度以及和鞋底缝合的综合表现, 是鞋款造型变化的主要方法。功能鞋帮样设计的主要依据是根据功能的需求进行款式变化, 不同的功能对帮样会有不同的要求。例如老年保健鞋的帮样设计除了要考虑一定的款式变化外, 还要从脚部保健功能方面着手, 帮面长度和口门型式要方便穿脱, 鞋的开口处要选用恰当的松紧布结构;再如孕妇功能鞋设计, 考虑到孕妇弯腰不方便, 所以设计穿脱方便的鞋可以考虑尼龙粘扣式结构、整体舌式结构和松紧带或可调整宽度的设计。

总体来讲功能鞋的帮样设计是以脚型规律、足部生理构造与运动机能为依据, 把设计转化为实物的一个环节, 通过帮样设计使设计能顺利地过渡到产品工艺加工阶段, 以便生产符合设计的产品。

(3) 鞋底部件设计

鞋底部件设计包括大底、鞋垫、鞋跟等设计, 主要的功能设计类型有大底的防滑性、耐曲挠度等设计;运动鞋底中的减震、能量回归、稳定性、轻量化和抗扭转抗滑移设计;鞋垫中的按摩保健、防治疾病、除臭增香等多功能设计等等, 鞋的功能不同, 其结构也不尽相同, 为了功能的实现, 大底、中底、饰垫等结构都应进行配合设计, 下面笔者将以运动鞋特殊功能的实现为例进行阐述。

二、功能性设计思路

1、减震功能鞋设计

生物力学的研究表明:运动鞋最主要的功能就是它的减震效果, 人们把鞋底吸收或减低震荡波的能力称为鞋的减震功能。

根据运动鞋的设计趋势来看, 鞋底结构设计的方法主要是气垫技术的运用。气垫按在底部的位置分类大致可以分为大底气垫鞋底、用于中插部位的设计、和鞋垫配套设计。如锐步DMX10气囊流动系统是根据足部结构设计而成, 包括10组内置气囊, 五组气囊分布前脚掌位置的五个着力点处, 另五组气囊分别在脚后掌的受力处, 中间由一系列输气管道连接, 囊内空气随足部运动流动于各气囊之间, 同时将一促超薄的封闭气垫Ipak设置于足部与DMX10气囊之间, 当足部受力, 气体由足跟流动向前脚掌, 分散了压力, 增加了缓震效果, 分散了10组气囊所受到的压力, 使得缓震及稳定性更强。

2、能量回归功能设计

运动鞋能量回归是指:运动鞋底在冲击到地面之后, 由于其受压变形将动能吸收, 在其离地之前会因为形状的恢复而将能量释还给穿着者, 可让穿着者跑得更快或跳得更高。

现在能量回归的主要造型设计有气垫鞋和型鞋垫。前者为气囊形式, 能有效地增大橡胶的弹性和减震功能, 形鞋垫则是在后跟或前掌部位设置两片相对立的有很多梯形锥体的弹性橡胶块。气垫鞋在外形上与普通运动鞋有很大的不同, 形成了崭新的运动鞋整体设计风格, 如鞋底部位呈现出开敞、通透或镂空的形态, 鞋底部分有专门的减震、抗扭力和耐磨性设计、两部分之间的界限更为自由圆融, 这些使运动气垫鞋底的造型外观线条更加流畅美观。

3、控制扭转功能性设计

所谓扭转就是脚掌面绕其垂直方向翻向人体内侧或外侧。在运动中内转和外转都是正常的, 但过度翻转就需要控制, 否则容易造成运动伤害。

控制扭转设计的主要造型设计有足弓部位做隆起状设计和稳定桥设计。足弓部位隆起状设计采用在脚内侧足弓部位设计坡状结构, 由外及里逐渐减小, 可以控制脚部过度内转。如耐克公司将大底的足弓部位增加与其形状相同的梭形中空、且高度从内侧向鞋底中间逐步减小的垫, 这种设计能给足部带来有效的支撑, 控制扭转减震效果好, 而且有较好的稳定性。稳定桥设计是指用硬物体连接前脚掌与后脚跟两部分。分开前后掌, 有助脚力侧面运动时的灵活性, 特别有助于高尔夫运动挥杆动作的完成。

“形式追随功能”是现代主义设计提出的口号, 鞋的造型形态也是为实现功能而设计的。鞋属于服饰, 因而就像服饰一样, 有自身的流行趋势和流行主题。展望未来功能鞋的研究开始从以往片面强调某一功能性, 向着兼收并蓄, 全面发展、更加注重科学化、人性化的方向发展。随着产品人性化需求不断增强, 消费者对功能鞋的舒适度和性能要求越来越多, 功能鞋的款式种类也愈来愈丰富。但不管功能鞋的功能和造型如何变化, 其基本的设计思路和规律是基本相同的。

4、功能性产品材料设计

材料是产品设计的物质基础, 是实现功能鞋功能的重要手段, 每一种新材料的发现和应用都会引起产品设计的创新。从这点出发许多功能无需改变结构即可达到实现功能的目的, 如:抗菌除臭功能鞋、轻量化功能鞋设计、按摩功能鞋设计等等。下面笔者以抗菌除臭功能材料来阐述功能材料设计的思路和方法。

抗菌除臭功能材料主要是用于防止由湿度、温度导致细菌在鞋内繁殖生长而引起的脚癣和脚臭的材料[2]。市面上比较多的抗菌除臭功能鞋材主要有纳米无机抗菌材料、光触媒材料、竹炭纤维材料等, 具体有以下设计方法:

(1) 将抗菌除臭功能的材料做成鞋里材, 如竹炭纤维鞋垫、纳米鞋垫、红外线净化功能鞋里材等等。此种方法的优点是使用寿命较长, 除臭效果良好, 但是价格比较昂贵。

(2) 将具有抗菌除臭功能溶液对鞋材进行喷洒或浸泡, 然后进行处理干燥成膜处理, 使之具有抗菌除臭功能。此种方法的优点是工艺简单、价格便宜, 但是使用寿命较短, 需要经常更换。

(3) 直接将具有抗菌除臭功能的除臭剂放入鞋腔。此种方法的优点是能巧妙地将药物储藏于鞋底中, 不影响鞋子的外观款式, 旨在起到抗菌除臭的功效, 但使用寿命较短。

综上所述, 选择具有特殊功能的材料是实现功能最简单有效的办法, 我们可以通过对鞋主辅料进行一定的工艺处理使之具有我们所需要的功能。

三、结束语

功能设计是一种系统设计的方法, 也是一种最易产生创新构思的方法。未来产品创新的重要手段就是功能创新。设计者要基于扎实而广泛的知识基础上, 融合创新意识、灵活的思维方法、对创造性功能、结构、材料等方面的认识和理解而进行功能创新。

参考文献

[1]刘永翔.产品设计[M].机械工业出版社, 2008, 1.

特殊功能鞋 第3篇

一、LSMZ系列复合减震纳米功能鞋基本原理

1、技术术语

(1) 减震器:该项目中的减震器有两种, 一是皮底前掌减震器, 它是由前掌减震体及前掌减震器外垫所构成;二是皮底跟部的减震器, 它是由跟部防滑垫和跟部减震体所构成。起到减震、防滑性能, 并且耐磨性能良好。

(2) 减震穴:设在前掌减震器外垫下侧, 在减震穴内设有弹柱, 主要作用是固定弹柱。

(4) 弹柱:弹柱设在减震穴内, 缓冲运动的震动冲击。

(5) 防滑凸:防滑凸设在减震穴之间, 起到防滑的作用。

(6) 防滑穴:防滑穴设在防滑垫下侧, 在防滑穴内设有弹柱, 主要是固定弹柱。

2、技术原理

LSMZ系列复合减震纳米功能鞋, 包括皮底、中底、鞋帮, 在皮底的前掌中部设有减震器孔, 在跟部设有减震器;在中底的上部设有减震层;其中前掌减震器镶嵌在皮底前掌中部的减震器孔内;跟部减震器镶嵌在皮底跟部下侧, 与后跟固为一体。

3、减震机理

(1) 减震机理:该二元减震结构皮底功能鞋, 由皮底、中底、鞋帮三部分组成。在皮底的前掌中部设有减震器孔, 在跟部设有减震器;在中底的上部设有减震层;其中前掌减震器镶嵌在皮底前掌中部的减震器孔内;跟部减震器镶嵌在皮底跟部下侧, 与后跟固为一体。

(2) 抗菌机理:采用纳米纳米扩孔技术, 使用硅基氧化物为载体, 将无机银、锌等离子或其它功能离子、分子组装入微容体中进行半封孔, 形成长久广谱抗菌缓解微囊, 该微囊与高表面纳米材料及纳米分子筛等复合, 形成足以使其周围空间产生原子氧, 原子氧具有强氧化性可以杀灭细菌;Ag+可以强烈地吸引细菌体中蛋白酶上的巯基 (-SH) , 迅速与其结合在一起, 使蛋白酶丧失活性, 导致死亡。当细菌被Ag+杀灭后, Ag+又由细菌尸体中游离出来, 再与其它菌落接触, 周而复始的进行上述过程, 达到长效持久的抗菌目的。

二、LSMZ系列复合减震纳米功能鞋的设计原则

1、功能设计原则

(1) 使该产品具有减震、防滑的功能;

(2) 使该产品具有抗菌、除臭的功能;

(3) 使该产品具有导热、吸湿的功能。

2、性价比设计原则

(1) 二元减震器件镶嵌结构皮鞋在皮底的前掌中部设有减震器孔, 在跟部设有减震器;在中底的上部设有减震层, 皮底跟部的减震器是由跟部防滑垫和跟部减震体所构成, 并且在鞋的中底上使用了纳米净化材料, 使其具有减震、防滑、抑菌、除臭的优良性能。效果达到最佳, 成本最低, 其成本增加在3～5元左右。

(2) 纳米净化材料在基材上有很好的覆着力, 处理工艺简单、设备投入少, 制作成本低。

(3) 二元减震器件镶嵌结构皮鞋的鞋底、中底及饰垫的设计结构合理, 技术线路成熟, 适应各种鞋类产品的开发, 减少新产品开发成本。

(4) 提高了科技含量, 增加了产品附加值, 给企业、代理商带来了经济效益。

三、LSMZ系列复合减震纳米功能鞋的技术创新点

1、关键技术

该LSMZ系列复合减震纳米功能鞋, 由皮底、中底、鞋帮三部分组成。在皮底的前掌中部设有减震器孔, 在跟部设有减震器;在中底的上部设有减震层;其中前掌减震器镶嵌在皮底前掌中部的减震器孔内;跟部减震器镶嵌在皮底跟部下侧, 与后跟固为一体。

2、技术创新点

采用该技术方案制作的皮底功能鞋, 具有防滑、减震、美观的功能, 还增加皮鞋的耐磨性, 本实用新型适合于各种皮鞋功能鞋的制作。

四、LSMZ系列复合减震纳米功能鞋的技术工艺路线

1、纳米材料制备 (略)

2、纳米材料制备工艺路线见图1。

3、J2008-JZ二元减震器件镶嵌皮底的制作及工艺图表, 见图2。

五、LSMZ系列复合减震纳米功能鞋的技术指标

1、纳米材料净化层性能指标见表1。

2、双透效应弹性体物理性能指标见表2。

3、减震皮底的技术指标见表3。

4、二元减震器件镶嵌结构皮底功能鞋的结构见图3～6。

(1) 皮底前掌减震器是由前掌减震体, 及前掌减震器外垫所构成, 其中:减震体设在前掌减震器外垫的上部, 并与其固为一体, 在减震体上侧设有若干减震孔;前掌减震器外垫下侧设减震穴, 在减震穴内设有弹柱, 在减震穴之间设有防滑凸, 前掌减震器与皮底固为一体。

(2) 皮底跟部的减震器是由跟部防滑垫和跟部减震体所构成, 其中:跟部减震体镶嵌在后跟中间的外侧, 跟部减震体上设有减震孔, 在跟部减震器与地面接触的一侧, 设有跟部防滑垫, 在防滑垫下侧设防滑穴, 在防滑穴内设有弹柱, 跟部防滑垫、跟部减震器与皮底固为一体。

图中:1.皮底, 11.前掌减震器孔7、前掌减震器, 21.前掌减震体, 211.减震孔;22.前掌减震器外垫, 221.减震穴, 222.弹柱, 223.防滑凸。3、跟部减震器, 31.跟部防滑垫, 311.防滑穴, 312.防滑32.减震体, 321.减震孔, 322.弹柱, 4、减震层, 5、帮面6、中底。

四、LSMZ系列复合减震纳米功能鞋的对比分析

1、国内外同类技术的比较

(1) 国内有减震功能鞋的专利文献报道:其特点是在鞋的内腔置入带有减震柱体的鞋垫, 鞋垫后跟部位的下面有多个均匀拍不的并与鞋垫为一体的柱体, 在鞋底后跟部位的内腔, 有多个隔断组成的空间, 在中底的后跟部位, 鞋垫下面的柱体通过中底后跟部位的孔, 置入到鞋底后跟部位的空间内, 实现了一种利用在鞋内腔置入带有减震柱体的鞋垫, 使鞋子具有减震助步的功能;

(2) 晴天保健省力鞋成果报道:其鞋内设有减震器, 但未见具体技术特征;

(3) 高档真皮减震运动鞋的成果报道:在成鞋鞋垫和外底中间填充EVA微孔材料, 提高鞋的缓冲性能;

(4) 有减震助力保健鞋开发的成果报道:未见有减震技术的具体描述。

(5) 本项目LSMZ系列复合减震纳米功能鞋的特征, 经检索, 国内未见有报道。

(6) LSMZ系列复合减震纳米功能鞋产品与一般皮底鞋的性能对比。

A、主要功能对比见表4。

B、辅助功能对比见表5。

C、价值功能对比见表6。

通过上述性能对比, LSMZ系列复合减震纳米功能鞋明显优于一般皮底鞋类产品。

本文中涉及到一种复合减震纳米功能鞋, 使纳米功能材料与功能鞋结构相结合, 进一步完善和提高了功能鞋的性能。背景技术中的减震鞋技术主要用于运动鞋及休闲鞋的制作, 而一般的真皮鞋减震主要是在底外侧上胶合一层橡胶, 虽然解决了防滑问题, 但重量有所增加, 真皮感下降, 除臭抑菌效果得不到改善, 同时, 也影响了美观和穿着的舒适性。本课题组人员开发的减震功能鞋解决了上述缺点, 其技术特点在中底采用纳米改性弹性体材料, 使鞋内的细菌得到抑制, 异臭分子得到分解, 同时重量减轻, 防震效果更加明显, 穿着更美观、舒适, 而普通减震功能鞋并无此显著效果。

“一鞋多穿”功能鞋的设计与开发 第4篇

在绿色环保越来越重要的21 世纪, 环保有了一种刻不容缓的迹象, 许多产品的开发都会跟其搭上关系。特别是改革开放以来, 在党和政府的高度重视下我国的环境保护事业从无到有, 从小到大, 发展迅速。大多的企业都会本着绿色环保的理念进行其下的产品开发。我们也应该将一件单品物尽其用, 本着绿色环保的理念, 进行新概念的鞋类设计。现在市面上的鞋子, 不管是男鞋女鞋还是童鞋……都是以外观时尚, 穿着舒适为主为卖点, 忽视了21 世纪现代最提倡的环保观念。鞋类产品的科技创新不仅是丰富产品功能品类的主要手段, 同时对解决当前鞋革行业科技落后、产品创新缓慢的现状也能够提供有价值的发展方向。在当前高速发展的经济和生活节奏背景之下, 人们的出行离不开高效、舒适的鞋类产品, 因此, 我认为在基础的鞋款上开发出外观时尚同时兼具“一鞋多穿”特殊功能的新型鞋款, 无论从提倡的环保概念角度还是资金节省角度都是非常有必要的。

1 国内外研究现状和发展趋势

鞋子是人们日常生活中不可或缺的生活必备品, 其功能理念在一开始只是用来保护脚部免受外部环境的伤害, 使行走的安全性得到保障。而随着生活水平的不断提高, 人们更为关注鞋子本身的多样性, 尤其注重鞋子的功能, 一鞋多穿的研究也属于功能鞋的研究领域。目前市面上的一鞋多穿的功能鞋相对较少, 要么只有简单的靴筒折叠功能, 要么只有简单的拆卸功能, 都仅限在靴子靴筒上的变化。

经过深入的市场调查, 目前市场上主要有2 种功能的“一鞋多穿鞋”。其中第一种为简单的靴筒折叠功能, 见图1。

另外一种“一鞋多穿鞋”为高筒靴变矮筒靴, 见图2。

此款按摩鞋根据靴筒的高低设计来体现一鞋多穿的功能, 链接部位为拉链。

以上两种一鞋多穿功能鞋均在帮面上进行结构改变, 直接在外观上进行改变, 总的来说款式单一, 市场受欢迎程度低, 一鞋多穿功能研究不够深入, 也没有多注重穿着者对其时尚的要求, 因此目前市场的一鞋多穿功能鞋还缺乏时尚性, 在日常生活中穿用较少。

如今的社会发展告诉我们, 大多的企业都会本着绿色环保的理念进行旗下的产品开发。预计该新产品帮面拆卸重组鞋, 对于满足这样背景下人们对功能鞋类的破解需求有重要的意义。现在市面上的鞋子都是一贯的一底一面, 在休闲、时尚、潮流日益成为趋势的今天, 帮面拆卸重组鞋将是鞋子中的佼佼者。

2 新产品开发

根据项目内容开发出三个系列“一鞋多穿功能鞋:第一类鞋底不变、款式变化, 通过帮面上加入拉链鞋带或者纽扣的设计, 使单鞋、凉鞋、靴子互变;靴子筒高互变, 帮面可以根据穿用者的需要进行更换变化, 一双鞋可以穿出两种或多种款式;第二类帮面基本结构和款式不变, 通过拉链、纽扣或魔术贴, 可以是单鞋上装饰件进行系列变化也可以靴子上的条带、流苏或拆卸或变化;第三类整个帮面进行更换, 达到一双鞋底配多个帮面, 实现真正的帮面自由变化、一鞋多穿的功能。

2.1 帮面款式变化鞋开发

对帮面款式可变化鞋, 研发出不同的连接方式帮面, 连接工具有拉链, 四合扣, 装饰带等, 各帮部件间可利用这些连接工具实现连接, 拆卸等功能, 用来改变鞋子的款式。如图3 利用拉链实现了凉鞋与靴子的互换, 如图4 利用装饰带实现了靴子与单鞋的互换。

2.2 装饰件更换鞋开发

对帮面装饰件可更换鞋, 研发了带有不同装饰件的鞋款装饰物品, 装饰件包括各式花边, 装饰花, 链条, 流苏等, 此设计是通过装饰部件可拆卸, 拆卸功能一般通过魔术贴、四合扣等来实现, 如图5 所示, 单鞋装饰件通过魔术贴连接, 可随意替换不同装饰件;图6 所示, 装饰链条外怀通过装饰环套入, 内怀利用图示的卡扣可拆卸、可更换;图7所示流苏可通过纽扣可以进行拆卸和更换。

此系列鞋款可以让更多女性在平时上班或更多普通场合穿出不同的搭配风格, 实现鞋的款式风格的可更换性, 从而减少鞋子所占用的资源。可以给她们在忙碌的生活中带来几分自信与成熟的魅力。

2.3 帮面拆卸重组鞋开发

此类鞋的开发重点针对鞋底与帮面连接方式进行研究, 帮面拆卸重组鞋, 顾名思义, 其鞋面与鞋底可自行拆装并重组, 一个鞋底可搭配多个鞋面。在前面研究的基础上, 进行了大量的测试, 发现仍存在以下缺陷:

(1) “一鞋多穿鞋”在鞋类领域技术发展不够成熟, 在市场推广方面存在一定的风险。

(2) 由于在一个鞋底上进行多个帮面交换穿着使用, 会导致一个鞋底的磨损量增加。

(3) 一鞋多穿可拆卸的部位由于经常拆卸更换, 导致更换安装的部位磨损严重。

另外考虑到实际穿用持久性的问题, 进行结构的改良。经过反复实验, 得结构如图8 所示。

包括鞋子主体1、鞋筒2、装饰件3 以及鞋底4, 鞋子主体1上设有穿入口11, 鞋帮2 可拆卸连接穿入口11, 装饰件3 沿穿入口11 外边缘可拆卸式连接, 鞋底4 的周面上均布若干个连接通孔41, 一螺栓5 穿过连接通孔41 与鞋子主体1 底部紧固连接成一体。使得鞋子主体1 可以通过螺栓5 与鞋底4 紧固连接成一体, 非常的牢固, 这样的鞋子可以通过跟换鞋底4 或者鞋子主体1 实现鞋子风格的转变, 还可以增加鞋筒2 和装饰件3 来改变鞋子的款式, 实现鞋的款式风格的可更换性, 从而减少鞋子所占用的资源。

另外重点对鞋底与鞋帮的连接方式进行了研发, 如图9 所示, 鞋底4 鞋跟部位的周面设有方形槽42, 方形槽42 内设有连接通孔41, 一方头螺栓6 穿过方形槽42 中的螺栓5 紧固鞋子主体1, 方头螺栓6 上的方头61 填满方形槽42。由于鞋跟部位是承受身体的大部分重量, 极易使螺栓5 脱落, 方头螺栓6 的使用有效增加螺栓5 垂向的承受力, 使得鞋底4 和鞋子主体1 紧固更加牢靠, 同时, 具有一定的装饰性。连接的承受身体重量和行走产生不规则里, 使得连接的更加牢固。鞋筒2 和穿入口11 通过拉链7 可拆卸式连接, 装饰件3沿穿入口11 外边缘通过魔术贴连接。使得鞋筒2 和装饰件3 更加方便和快捷的实现更换。

在前面结构和功能研发成功的基础上, 进行了该系列鞋的款式开发, 如图10~12 所示。

4 结束语

该技术已经申请国家新型专利, “一鞋多穿”功能鞋的设计与开发, 涉及鞋类专业领域和人机工程学专业知识, 符合国家提倡的绿色环保理念和要求, 市场销售潜力巨大。

参考文献

[1]李彬彬.设计心理学[M].北京:中国轻工业出版社, 2002.

[2]丁玉兰.人机工程学[M].北京:北京理工大学出版社, 2000.

[3]Cheng F T, Perng D B.A systematic approach for developing a foot size information system for shoe last design[J].International Journal Of Industrial Ergonomics, 1999 (25) :171-185.

特殊功能鞋 第5篇

2016年7月7日,英国SA TR A技术主管Steve R ose和亚洲地区专员谢慧锦女士受四川大学生物质与皮革工程系邀请,在四川大学江安校区做了一场关于“成鞋质量及功能要求”的技术讲座。四川大学轻化工程专业学生以及四川省出入境检验检疫局、成都国家鞋类检测中心、四川省纤维检验局、四川皮革研究所等质检机构和际华3514制革制鞋公司、成都大东鞋业、红蜻蜓鞋业成都分公司、成都天履高级定制、成都义广鞋楦等企业共60余人聆听了讲座。Steve在讲座中详细分析了造成鞋类质量问题的原因和因鞋质量而产生的危害以及检测所能够控制的方法,同时,他还以SA TR A标准为案例详细的介绍了目前世界上领先的制鞋企业对鞋的功能性的要求,如防静电、防水、防滑等。

讲座结束后,Steve和谢女士还与学生和企业代表们进行了深入的交流。

智能调温纺织品在功能鞋中的应用 第6篇

随着消费者生活水平的提高与科技的快速发展, 消费者对鞋的要求越来越高, 传统的只能对足部起到保护作用的鞋已不能满足其需求, 具有科技性的功能鞋产品更受推崇与青睐。智能调温纺织品的出现为制作功能服装和鞋品提供了新的思路和途径, 功能鞋作为独立的鞋种, 也已经被专家和消费者认可。

“智能调温鞋”可避免足部在恶劣环境中受到伤害, 为消费者提供更舒适的足部环境, 保证足部健康与舒适。

1 智能调温纺织品概述

智能调温纤维的研究起源于美国。20世纪80年代, 太空总署为登月计划研发出含有相变微胶囊的Outlast腈纶基智能调温纤维, 当环境温度达到一定值后, 微胶囊发生物理形态转化, 实现吸热和放热功能。

Outlast公司试验报告指出:如外界温度在25~39℃变化时, 含有Outlast纤维的织物可以将表面温度控制在30~35℃[1]。温度变化时, 织物吸收外界能量或释放自身存储的热能, 在一定时间内将人体的体表温度稳定在一定范围内, 增强人体对外界温度变化的适应能力。

1.1 调温机理

智能调温纺织品是将相变蓄热材料与纤维织造技术相结合开发出的一种高新技术产品, 主要分为腈纶基智能调温纤维与粘胶基智能调温纤维两种, 它与传统纺织品的区别在于保温机理不同。

传统织物的保温效果主要取决于滞留在织物内部的静止空气量, 而相变材料可根据外界温度高低自动吸收或放出热量。它可为人体提供舒适的“微气候环境”, 通过热调节, 在人体与织物、织物与外界环境之间形成一个自动温度“调节器”, 缓冲外界环境温度的变化[2]。

智能调温纺织品在身体或外界环境温度升高时, 相变材料吸收热量, 由固态变为液态, 降低体表面温度;反之, 外界温度降低, 相变材料放出热量, 由液体变为固体, 减少人体热量放出, 达到保温的作用, 完成“感应-反馈-调节”过程, 使人体保持舒适状态。

1.2 应用现状

智能调温纺织品首先用于制作宇航员服装和保护太空实验精密仪器, 1988年用于时装和床上用品;1998年日本小松精炼公司开发的新型调温材料“Dyna-Live”正式上市销售;2011年天津工业大学成功研制出智能储热调温纤维, 其工艺和产品达到国际先进水平, 并应用于新型飞行服的研制[3]。

智能调温纺织品除了广泛应用于专业领域, 在民用领域也有着不凡的表现, 如英国玛莎集团生产的调温内衣、Mid6生产的智能潜水服、金华新佳家纺的专利产品“天芙棉”等[4]。同时, 它还应用于医疗领域或其他需要调节温度的领域, 为消费者提供舒适性产品与环境。但智能调温纺织品存在着相变材料含量有限, 当相转变完毕会变为普通织物的缺点。不过, 随着开发相变材料技术的进一步完善以及智能调温纺织品加工技术的进步, 其性能也将不断的得到改善。

消费者不仅需要舒适的被服使生活更惬意, 也需要一双能够调节足部温度、改善足部热湿环境的“智能调温鞋”, 来使运动更舒适。

2 智能调温功能鞋研发可行性分析

人们经过长期的研究之后发现, 当人脚皮肤的平均温度为28~33℃, 鞋腔内相对湿度在40%~60%时, 足部处于最舒适状态[5]。

智能调温纺织品的调温范围与人脚最适温度范围基本相同, 穿着含有智能调温纺织品的空调鞋可使足部处于这种舒适的环境中。

智能调温纺织品的调温范围与人脚最适温度范围基本相同, 可根据不同的外界环境, 将不同的智能调温纺织品用于功能鞋制作, 如严寒气候时, 可使用调温范围为18.33~29.44℃的纺织品;温暖气候时, 可使用调温范围为26.67~37.78℃的纺织品;炎热气候或大量运动时, 可使用调温范围为32.22~43.33℃的纺织品[6]。

不同类别的智能调温纺织品具有不同的特点, 如腈纶基智能调温纺织品, 具有良好的耐菌性、弹性、散热性, 但存在吸湿性能差的缺点;粘胶基智能调温纺织品具有良好吸湿性, 纤维柔软, 但抗皱性差, 在保证合理调温效果情况下, 将两种纤维混合纺织, 不仅能够有效调节温度, 还具备良好耐菌性、吸湿放湿性与穿着舒适性, 让材料性能更加完善。将这种高性能的材料与传统的制鞋材料以不同的工艺方法复合成具有调温功能的新材料, 可用于新型“智能调温功能鞋”的制作。

2.1 智能调温功能鞋技术现状

市售的“智能调温鞋”, 也就是所谓的“空调鞋”, 大多通过改善鞋结构设计或设置特殊的装置, 以增加夏季鞋腔内空气的排出或冬季鞋腔内温度的调节, 如运用挤压气囊循环气体的原理, 在鞋底后跟部位内设置腔室, 并安装气囊。鞋跟抬起时, 鞋内浊气进入气囊, 当鞋跟下踏时, 浊气经气囊排出鞋外[7,8], 使鞋腔内保持适宜的温度与湿度, 此种具有空气调节功能鞋底的“空调鞋”适用于炎热夏季穿用 (见图1) 。

为了在寒冷的冬天也起到调温作用, 可在鞋内安装微电脑芯片控制发热, 运用多档位的设计, 调节鞋腔内温度, 满足多季节的功能需求[9] (见图2) 。或是将装有风扇和新型聚合物电池的“核心舱”植入鞋跟部, 设计出符合人体足部曲线的通风管道和导热隔层, 实现通电状态下鞋的制热与通风, 即使在极端天气情况下, 也能让鞋内保持30℃恒温[10]。但这种结构在鞋身上留有导风孔或充电口, 需要考虑在穿着过程中鞋易进水或电子元件易损毁等问题。

2.2 鞋用“控温”材料制作思路

除了从部件结构入手外, 还可以通过改变鞋材的性能来提升鞋的功能性。从材料创新角度来说, 借助功能性材料开发功能性鞋材, 不仅可以保证智能调温鞋的“空调”效果, 还可以提高鞋的舒适性, 降低鞋制作难度。

(1) 纺织法

将智能调温相变微胶囊直接添加到纺丝聚合物溶液中, 充分均匀混合后, 进行溶液纺丝加工, 通过喷丝板挤出, 得到含有相变微胶囊的纤维, 微胶囊直接嵌入纤维内部, 使调温相变物质稳定地存在于纤维中[11], 再将调温纤维通过纺织方法制作成纺织品。该方法制作的材料调温效果明显、应用时间长, 但需根据相变材料的耐温性调整纺丝、纺织加工技术参数。

(2) 涂层法

涂层法是将相变物质固定到织物上的简便易行的办法。配制涂层溶液, 通过平整涂抹的办法, 将调温相变材料固定到织物、皮革肉面或合成革底基上, 烘焙干燥, 温度控制在200℃以内[12], 保证相变材料性质, 然后进行皂洗除去未反应部分。该方法简便易行, 操作性高, 根据成品要求, 还可以进行重涂, 但易影响织物手感和使用中的稳定性[13]。

(3) 混纺法

智能调温纤维属于合成纤维, 具有一定的长度与强度, 可与普通纤维混合纺织, 赋予普通纤维新的性能。为了保证材料的调温效果, 要求智能调温纤维的含量不低于整体的40%[14]。使用该方法制成的功能鞋用材料, 不仅能够保证智能调温效果, 同时降低了生产成本, 并可沿用原有的混纺方法与参数, 降低了加工技术难度。

制作完成的鞋用材料, 用差示扫描量热法 (DSC) 、动态热转换测定法、温度变化测定法3种方法, 测定材料的调温效果, 保证材料性能[15], 确保材料吸热时会产生凉爽效果, 放热时会产生保暖效果。制作“智能调温鞋”时可根据不同的穿着条件、要求、价格, 选用合理的材料, 物尽其用, 充分利用材料性能, 力求节约。

3 智能调温纺织品在功能鞋制作中的应用

结合鞋的制作工艺、结构特点、穿用条件, 将智能调温鞋用材料的应用范围分为主料与辅料两大类, 既可做面材, 又可做里材、垫材与衬材 (见图3) 。

(1) 作为鞋面材料

夏季穿着的鞋多数没有衬里, 为了保证鞋的调温效果, 可以将里层涂覆调温相变材料的智能调温鞋材作为面材, 实现穿着与功能的双重功效。

(2) 作为衬里材料

在大部分穿用鞋的过程中, 直接与脚接触的是鞋的衬里, 用智能调温鞋材代替普通衬里材料, 使鞋具有调温效果, 满足足部的热湿舒适性要求。或将传统的固定式衬里设计成活动式衬里, 在鞋口处采用粘扣、系带等方式, 解决活动衬里的固定问题, 当衬里的调温效果降低时, 更换新衬里。

(3) 作为鞋垫材料

脚心和跖趾关节的汗腺分布最为集中, 分布密度达300~350个/c m2, 因此是足部出汗最多的部位[5]。潮湿的足部微环境会引起足臭、足癣等问题。改变鞋垫材料, 选用含有相变材料的智能调温鞋材实时调整足部的温度变化, 让足部处于最适环境中, 减少足病的发生。由于相变材料的数量、使用寿命有限, 当鞋垫的调温效果降低之后, 可更换新垫, 保证足部舒适性。

(4) 作为内靴材料

单纯的作为衬里或鞋垫材料只能保证部分足部部位享受舒适的鞋内环境, 如脚面或脚底。制成衬里、鞋垫一体的内靴, 不仅可以满足全足的舒适性要求, 还可更换。内靴可以采用粘扣固定, 在增加抱脚性的同时, 提高穿着舒适性。

4 智能调温鞋的优势

与市售的、传统的“空调鞋”相比, 用智能调温纺织品制成的“智能调温鞋”将具有以下优势:

(1) 制作简单

传统的“空调鞋”需要对鞋的结构进行改造, 其后跟部位需要预留安置导气气囊、气孔的位置, 需要对鞋底重新设计与加工, 只有具有一定水平的鞋底厂才可以生产该类鞋底, 并且要修改后期合底、定型阶段的技术参数。微电子元件型空调鞋, 不仅鞋底结构需再设计, 帮面或鞋底外沿要设计充电接口, 还要考虑行走过程中电子元件可承受的压力范围, 防止元件受损, 此外还要考虑漏电等安全问题。使用智能调温纺织品制成的鞋, 在制作与穿着过程中不需要考虑以上问题, 只需按照鞋正常加工顺序生产即可, 降低了生产难度和成本。

(2) 适用范围大

传统的“空调鞋”因有导气口或充电口, 为了不让鞋进水或保证电子元件干燥, 鞋不适于在较潮湿或雨雪天气穿着。应用了智能调温纺织品的“空调鞋”, 可在多种环境下穿着。

(3) 调温效果更舒适

智能调温纺织品的调温范围与足部最佳舒适温度基本相同, 不需要手动调档调温, 可自动感知材料外部温度, 实现真正的智能调节。

(4) 外形更美观

因没有预留导气口或充电口, 鞋可按照流行趋势设计成各种外观, 在满足多种场合穿着需要的同时, 表现出良好的功能性。

5 结语