当前位置塑胶包装知识 >> 用PU材料打造防震运动鞋

　　 随着社会经济和科技的发展，运动鞋的内涵已不断扩大。运动不仅在竞技场上如火如荼的演绎，更是渗透大众的业余休闲生活中。现代科技作用于体育设备，可以促使运动后果更为明显，运动程度更为优良。　

　　 因此，作为最基础的运动设备——运动鞋已实实在在地渗透到每一项体育运动中。广义上的运动鞋(包含专业运动鞋和普通运动鞋)在一些体育和经济发达国家的鞋类花费总量中已占1/3。现代运动鞋已不只是满足耐用舒适的功用，而是从不同运动中寻找运动特点、最佳防震性能和最佳稳固性。其中运动鞋的防震系统又成为众多要素中的焦点标题。　

　　 一、运动防震鞋的种类及生物力学分析 

　　 1.材料的力学特征　

　　 制鞋材料的力学特征包含弹性、质量和强度等。特别是鞋底的前脚掌部分材料和防震系统材料的弹性对跑、跳等运动将产生很大的影响。在蹬地时相，材料受到冲击载荷的作用，将被压缩。落地缓冲时相，材料又受到冲击而再次压缩。其力学意义有两个方面：(1)由于鞋底为地面与人体之间的中间体，因而对人体而言，由于鞋底的弹性，地面对人体的冲击力将得到有效的缓冲。可使下肢肌群让步性工作适当减少，以利于后蹬阶段肌群的克制性工作。(2)从能量转换的角度分析，由于弹性，可储存部分弹性势能，实现能量的二次利用，增加后蹬时的后蹬力。　

　　 鞋的质量大小亦对运动才能产生影响，鞋是人体的附加物，鞋的质量越大，在运动过程中耗费的能量累积也越大，在保证足部运动安全保护的条件下，适当减小鞋重是非常有效的。耐克公司为百米女飞人琼斯特别设计的无后跟跑鞋就应证了这一点。　

　　 2.鞋足系统的整和性　

　　 鞋足系统的整和性重要指鞋的内部结构、外形与人体足部结构与外形的匹配标题。特别是运动时足部的变形特点以及蹬离和落处所法不同，从而对鞋内不同部分的作用力有明显的运动项目特点和人体个性特点。另外，为了使运动时蹬伸更有力，落地缓冲时足部受压更小，鞋子防震系统设计往往越来越复杂，但这就轻易增加增加鞋底的高度，使得鞋足之间的稳固性降落从而使足部受到运动创伤。最后，在运动时鞋内部的温度也影响运发动的舒适感，由于运动时足部开释大批的热和汗，一般性运动时，足每小时产生15毫升左右的汗水，激烈运动时，足每小时产生30毫升左右的汗水。假如制鞋材料的透气性不佳，热和汗将无法及时散开而造成水泡、脚藓等疾病。鞋足系统假如在以上提及的任何一处不和谐，都将影响运动鞋的舒适感，进而对运动动作结构产生不利影响从而影响成绩。此外就是能量回回，运动中当脚落地冲击地面时，鞋通过受压变形而接收能量，当人举步离地时鞋又能将能量回输给穿鞋人，此称为“能量回输”，这种能量回输能强化动作，使跑步更快，跳跃更高，人更省力。根据这一理论，请求鞋底具有双重特征——减震和回弹。　

　　 3.运动防震鞋的种类及力学分析　

　　 (1)美国最大运动品牌---耐克(NIKE)　

　　 AIRMAX气垫防震系统是以高压方法将一种特别气体灌进一个坚韧合成的橡胶层内，气垫中的气体不会因外来冲击力而流失，气垫内不同压力的气室，供给不同MAXAIR，针对不同运动的需要。ZOOMAIR气垫防震系统是气室内放置弹性功效佳的尼龙立体织物，没有任何接缝，表面光滑。能使脚更贴近地面，以下降重心增加稳固性。超薄外型减少应用中底材料，且应用PHYLON为中底，比应用PU中底轻。气垫表面无接缝，比其他多50%容量，减少空间以换取更大避震后果。TUBULARAIR气垫防震系统是以八脚章鱼般的管状气室设计赌气室互相流通，使脚下作用力更为顺畅，增加落地时的稳固度。SHOX防震是在鞋跟部位装了数个COLUMNS(回力柱)，这些回力柱采用的特别高弹性发泡材料与一级方程式赛车的悬挂系统的概念如出一辙，而且质地轻盈、接收地面传来的冲击力，受压初期敏捷压缩以缓和足部动作，然后敏捷恢复到本来高度的过程中再开释出动力，保护腿部各关节并同时下降脑部受到震动的迫害。　

　　 (2)美国最早的运动鞋生产商---锐步(REEEBOK)　

　　 蜂窝式气垫防震系统是由若干个如同小蜂室的吝啬囊组成，各自是独立的气室，整块气垫如同蜂窝，各个气室能蒙受运动时足部不同的分压，从而疏散对足部的压力而得到缓冲。DMX活力垫防震系统是运动鞋前脚掌拥有一个大气室，后脚掌除配有一个大气室外，更附加了后脚跟及侧边气垫，可以防止足部侧翻。其中缓冲式的空气调节阀使空气流通更稳固，保护足弓肌肉。此外，为避免扭伤足踝，舒缓脚后跟的反作用力，避免脊椎、膝盖受到的压迫，鞋后跟采用弧型斜脚设计，使后跟足部先着地，再借由TPU支撑片将稳固性提高，通过活力垫气室中空气的流通，施展吸震、抗压与舒适的功效。　

　　 (3)德国体育用品元老---阿迪达斯(ADIDAS)　

　　 扭力系统是基于该公司于20世纪80年代提出的“改正跑步扭偏”的理论。根据该理论，鞋底的前掌和后跟被扭力槽分隔成两个部分，断开的部分称为扭力槽(或扭力条)连接。由于扭力槽的存在，脚可以根据跑步姿势的需要，顺其自然的产生扭动而产生扭力，并在扭力的作用下，有效的把持扭转角度，把扭幅把持在必定的范畴内。当跑步离地时，扭力条因脚的摆动而曲折，产生杠杆力，把持扭转角度，可以在必定程度上加大跑步的能量，又可以补偿因腿的扭摆所带来的迫害。当扭力产生时，若鞋底不足以禁止扭力造成的脚踝“外倾”或“内倾”，必定使脚步曲折，这样就失往了对脚的保护，且能量不能有效的回回腿部，致使能量耗费增大，影响运动程度的施展。　

　　 (4)德国体育用品商---彪马(PUMA)。它在足球鞋的制作上独树一帜，1954年防滑球鞋和保护脚踝的鞋出生;1960年开创硫化粘合鞋面和鞋底;70年代，PUMA推出PU多功效钉鞋底及可拆除的防滑片，令足球鞋更富弹性、耐用、轻便;80年代首推可换钉的多功效足球鞋，它的吸震EVA广泛成为业内尺度;90年代，PUMA在鞋面参加KELVAR物料，采用金属防滑片，在鞋头及易损耗的鞋钉上加上摩擦系数更大的氧化铝,以便提高足球鞋的耐用性。 

　　 (5)意大利斐乐(FILA)　

　　 FILA拥有3A专利(3ACTION系统)，它满足了直向及横向运动的需要。前掌3ACTION警惕保护脚趾，同时供给适当柔软度。后跟地位的3ACTION能保护脚跟在着地时受到的冲击。脚跟独立的3ACTION更能包容不同步态带来的震动，防止脚外倾，下降扭伤。透明封闭式气囊接收低频率冲击，创新外形有效接收高频率冲击。气囊+核心能供给持久减震、超级稳固和有效的能量回回。在其他方面FILA还有类似F1赛车式的流线性外体鞋型，以减少空气阻力。压缩橡胶(CMR)中底、脚窝模胶以加强稳固性。　

　　 (6)日本美津浓(MIZUNO)　

　　 MIZUNO采用创新的波浪防震技巧，即鞋的前脚掌和后脚跟由一块压缩橡胶(CMR)制成的波浪型，而且中空的鞋掌和鞋底与全部鞋底胶合，从而充分利用压缩橡胶的柔韧性有效缓冲运动中落地时对脚的冲击。　

　　 (7)美国匡威(CONVERSE)　

　　 CONVERSE采用REACT减压避震系统，可有效疏散冲击力，仅中底部的油包(内容物是胶固体)就能蒙受1800磅的垂直冲击力。此外CONVERSE还独创稀有气体氦气填充的氦气垫。氦气则比空气轻7倍(空气质量是氦气的7倍)，因此全部防震系统就减轻了鞋本身的重量负荷，以提高轻便性。　

　　 (8)其他品牌。　

　　 茵宝(UMBRO)、乐途(LOTTO)、王子(PRINCE)、威克多(VICTOR)、李宁(LINING)等其他运动厂商在各自擅长的范畴，如足球、网球、羽毛球、体操都有各自不同的研究与贡献，但回纳起来不过乎以上所涉及的类型。　

　　 (9)除“美津浓”和“匡威”以外，各类防震技巧都不同情势的采用了气垫技巧防震，就像高级轿车的安全气囊一样，达到不同程度、情势和请求的脚步冲击力缓解、能量回回和足部保护的功效。其中不少运动鞋厂商也采用了“鞋中鞋”技巧，即内鞋由柔软舒适、透气性好的面料制成并配有防震体，外鞋由供给保护和耐磨的TPU框架及尼龙网布构成。由于各种气垫鞋在保护足部的同时不可避免地使脚底离地面的高度相对提高，从而使得运动时轻松自如的把持才能相对下降，且脚的稳固性不同程度的下降，“鞋中鞋”技巧使脚底离地面的间隔比普通鞋减少了25%，有利于脚在运动时更贴近地面，更自如的转变运动方向而不扭伤脚踝。“美津浓”波浪防震和“匡威”油包防震设计避免了气囊式运动鞋轻易被尖利物品刺破而失效的弱点，这两种设计满足了不同运动场地条件下运动的避震保护效用。　

　　 二、足部性能解剖特征与鞋足防震系统的结构分析　

　　 1.踝关节(距小腿关节)在冠状轴上除可作背屈、跖屈运动外，当跖屈时，距骨滑车较窄的后部进进宽大的关节囊，故可在垂直方向上可作稍微的侧向(收、展)运动，收展运动角度均离中位20度。跗骨间关节多为微动关节，有距跟关节、距跟船关节和跟股关节等，其中前二关节在运动时能使足内翻和外翻踝关节，内翻、外翻角度均离中位35度。运动时，内翻通常伴有跖屈，外翻通常伴有背屈，因此，运动中踝关节内翻时，脚底平面与地面的夹角是35度，踝关节外翻时脚底平面与地面的夹角是15度。所以在运动鞋防震系统的设计上必需遵守这一生懂得剖特点。足内翻时防震体在受到压力压缩缓冲过程中，鞋内底内侧和外侧受到的冲击不同，因而防震体的变形度大相径庭，鞋内底受到不同压力而变形(内侧高，外侧低)后的倾斜面与地面夹角不得大于35度，否则踝关节必将在运动中因防震系统自身的毛病而损伤韧带。从性能解剖上看，踝关节外侧副韧带较内侧单薄，足内翻肌群较外翻肌群肥厚，所以在足踝激烈运动时，轻易产生踝关节内翻过度，导致外侧副韧带损伤。同样，在足外翻时，鞋内底受压变形(内侧低，外侧高)后形成的倾斜面的平面与地面夹角不得大于15度，以防止内侧副韧带损伤。 

　　 2.跖趾关节的运动范畴在程度脚面的高低45度内，因此，运动鞋前端位于跖趾关节处应留心曲折度不得大于45度，否则运动时的一些意外损害中，跖趾关节将很有可能被扭伤。　

　　 3.足弓部位的鞋型设计要符合生物力学原理。足弓部位鞋垫较为高突的设计有利于保持足跟部运动的稳固性，防止跗中部、足跟因形成局部承重点所导致的运动时或运动后的疼痛和跖腱膜炎的产生。 

　　 在鞋型设计上有足弓垫崛起的状态下，人体前足的均匀压力是无足弓垫崛起状态下的56.12%，减少了43.88%，体重百分比减少了13.1%;人体足弓部分受的均匀压力是无足弓垫崛起的226.86%，增加了126.86%，体重百分比增加了30.3%;人体后足部分受的均匀压力是无足弓垫崛起的66.22%，减少了33.78%，体重百分比减少了17.2%。所以足弓垫崛起的设计，有利于疏散人体对前足和后足压力，转移一部分压力至足弓部分。它能减轻前、后足负重，加强足纵弓的支撑力，缓解跖腱膜的牵张力，对于防治足跟部运动创伤而引起后遗症是一种符合生物力学规律的设计方法。　

　　 4.鞋尖适度外翘，以减少鞋尖的着地面积，起到保护足尖的作用。跟部加厚，在鞋楦设计上加大后翘(12mm—15mm)而形成必定的坡度，使运动时身材前倾，有助于减少踵腱受伤，鞋跟部每升高1mm足踵腱松弛率是8%。　

　　 5.人体正常站立时，在足与地面接触的部分，足跟约蒙受负荷的50%，其余50%由1-5跖骨蒙受。但由站立转向步行、跑、跳等运动时，足跟提起，身材重心前移，负荷集中于第2跖骨头和第2近节趾骨底上。因此，运动鞋设计必需遵守这一性能解剖学的特点，在防震系统设计上要按照上述特点，在受力点上应设计缓冲后果更佳的弹性或气垫材料，以便缓冲运动中地面对足部这些受力点的压力，保护运发动的足部。　

　　 三、实验研究分析　

　　 1.陆毅琛等，采用中国国家体育科学研究所设备-德国novelpedar足底压力散布测试系统对人体足部三种不同状态下(即***足、穿着普通防震运动鞋、穿着全掌气垫防震运动鞋)被试持续纵跳过程进行脚底压力、压强的散布解析。　


　　 2.实验研究成果分析　

　　 可以明显地定性看出人体在纵跳时，***足状态下在足部各个重要落地点即前脚掌各个跖骨点以及拇趾和第2、3远节趾骨点的均匀压力值明显高于足部其他部位，特别拇趾是足部均匀压力最高的部位，各点均匀压力散布差别性大，这与人体纵跳过程中，落地缓冲力和起跳时地面对足部的反作用力大部分作用于如上所言的作用点，符合自然条件下运动生物力学规律。通过定性分析，可以发明前脚掌各个跖骨点以及拇趾和第2、3远节趾骨点的均匀压力值较高于足部其他部位，拇趾还是足部均匀压力最高的部位，但是各点均匀压力有所减小，散布差别性明显变小。可以知道足底均匀压力散布情况有所类似，但是从均匀压力散布区域来看，脚弓以及足跟部位压力散布范畴更加大，均匀压力值更加趋于平衡。　

　　 3.实验研究总结通过对***足和不同类型防震运动鞋的状态下人体持续纵跳过程中足底均匀压力散布特点的定性分析与比拟研究，可以发明防震运动鞋可以有效减低纵跳时外界对人体足部的冲击，对减少对足部各个部分的损害，下降肌肉、肌腱以及神经、血管的受压力，提高运动竞技巧力有着不小的功效。此外，不同类型的防震运动鞋对人体足部的防震功效又有着特别的差别性。　

　　 四、结论　

　　 1.运动鞋的功效请求。对运动鞋性能请求应着重于两方面：一是满足运动的功效;二是在下降运发动体能耗费的同时对足部骨骼肌腱起保护功效。其中包含运动鞋的：(1)轻质化：确保鞋坚固的条件下减轻质量，减少能耗。(2)透气：鞋要有良好的透气、透水性。为此一方面从材料着手，另一方面是采用主动进行吸气冲刷的循环底等结构。(3)弹性：鞋需具有良好的弹性，不仅有助于获得良好的弹跳，还可起到节能、蓄能的作用。(4)减震：利用减震系统的减震功效可减少运动对人体的冲击强度。鞋腔和足部外形达到吻合，更可提高减震后果。 

　　 2.运动鞋的制鞋材料请求。　

　　 (1)大底：运动鞋大底的功效是保护脚底，同时起到助弹跳、制动、防滑和减震等作用。常用的材料是全胶、全塑、橡胶及PU等。(2)内底：大多内底材料一直延用以EVA为主体的微孔体。(3)防震系统：一般材料包含气体(空气、氦气等)、液体、塑胶、全塑、全胶等。(4)帮衬：重要应用的材料有自然革、棉帆布、尼龙织物、合成革、复合面料等。　

　　 3.运动鞋的弊病　

　　 运动鞋和旅游鞋鞋底较平坦，可塑性大，富有弹性，对青少年跑、跳起到必定的缓冲作用，由于相当青少年学生爱好。但长期穿着的弊病是：由于鞋内温度和湿度的提高，脚部的韧带轻易变松拉长，脚掌逐渐变宽，久而久之变成平足。运动鞋的用料大多是橡胶、塑料、海绵、尼龙、帆布等，透气性较差，汗脚长时间在这“封闭”环境下，易引起脚藓、皮炎、湿疹等皮肤病。　

　　 运动鞋或是旅游鞋几乎是无跟平底鞋，它不能保证人体重心均匀散布在全脚掌，不能使身材肌韧带、骨骼和脊柱保持正常的地位和工作状态，青少年穿着后由于身材重心的转变，脚部作用力呈现分配不均，会影响步法，如长期处于这种不良环境下，将影响青少年的身材发育。