鞋靴轻量化

文 / 严自力 (总后勤部军需装备研究所)

鞋靴是每个人都离不开的生活必需品,出于舒适性的考虑,生活中人们更愿意选择轻一些的鞋靴。对于在特殊环境下生活或工作的人来说,鞋子必须具有相应的防护功能,而对某些防护功能的要求,会带来鞋靴重量的增加,这势必消耗穿着者更多的能量,并降低其工作能效。脚研究表明,脚上增加1g的重量所消耗的能量,相当于身上增加6~7g重量所消耗的能量。可见,无论对日常生活用鞋、还是防护鞋,鞋靴轻量化都有重要的意义。

1 鞋靴重量组成分析

鞋靴重量组成取决于其性能要求，性能要求越多、越高，对材料和工艺的限制越多，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，对其重量影响较大，出于耐用性考虑，一般用厚重织物（如帆布）和皮革为主，外底采用足够厚的密实塑料或橡胶。皮鞋的保形性由内底、半托、勾心、主跟及包头提供，冬季鞋更有一定的保暖性，可采用羊毛皮、毛毡等作为保暖层。以上这些都会在一定程度上增加鞋靴重量。

GB12623-90《防护鞋通用技术条件》对防护鞋的性能进行了分类，包括：防滑、防刺、防砸、防油、防水、防静电、防腐蚀等。一般来说，防滑、防刺、防砸能要求带来重量上的明显增加，因为提高防滑的措施之一是通过增加花纹深度来提高鞋底抓地性，防刺需要采用特殊材料如钢板，防砸一般采用钢头来实现。

2 鞋靴轻量化途径

鞋靴轻量化需要通过材料、工艺等途径来实现：

(1) 合成革

人们生活水平的提高大大增加了对皮革的需求，天然皮革的供应不能满足这种需求，人造革和合成革应运而生，而且已经经历了从仿形到仿真的不同阶段，发展到目前的束状超细纤维合成革，无论是外观、手感及穿着舒适感与各项物理性能指标，均接近或超过天然皮革（表1），且表观密度小于天然皮革，表中所列超细纤维合成革的表观密度比牛皮革低40%。

(2) 合成革保形材料

在合成革用于皮鞋保形之前，多用皮革作为皮鞋的保形材料，如内底、半托及主跟等，其密度一般在 0.9~1.1 g/cm³。一种新型涤纶纤维内底革和化学片，其密度范围为 0.5~0.7 g/cm³，它以涤纶纤维为主体，由浸含有轻质填料的树脂溶液制成，对于减重会起一定的作用；通过特殊设计的纤维内底革，还具有吸湿快干和抗菌性强的特点。

(3) 新型保暖材料

保暖防护是冬季用鞋所必需的，按照保暖原理，保暖材料包含的静止空气越多，其保暖性越高。毛皮和毛毡是传统的鞋用保暖材料,但两者保暖性都没有达到**:皮板在毛皮的重量中占较大比例,但对保暖性的贡献却不大;毛毡一般选用的是价格低廉的粗毛(毛纤维直径40 µm)。目前保暖材料所用纤维朝着超细化(纤维直径小于8 µm)和中空化方向发展,3M棉(商品名Thinsulate)是超细化保暖材料的典范,具有**的保暖量/重量比,四种保暖材料的性能见表2。

(4) 高强度复合材料

鞋底防刺是作战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术条件及试验方法》所列的防护等级,可以分为特级、一级和二级,抗穿刺性能指标分别为1100、780、490N。厚5.8mm的天然皮革抗刺穿力为570N,当防护等级要求为二级时,可以用它做防刺材料;对于更高的防刺性能要求,通常采用钢板,缺点是重且不易弯曲。一种新型高强度复合材料内含高强纤维,其抗穿刺性能可以达到特级（1100N）的水平,重量远轻于天然皮革,相对于钢板减重60%以上。

(5) 中底发泡

鞋底重量与成鞋工艺密切相关,要把鞋底做轻,必须降低鞋底材料的密度,一般采取发泡中底和密实外底组合的形式,它可以兼顾牢度和重量两方面的性能要求。其工艺途径包括:一是先将发泡底和密实底单独成型,然后冷粘组合,在运动鞋和皮鞋上都有应用。运动鞋中底多采用EVA发泡,密度可低达0.22g/cm³,皮鞋一般为橡塑共混发泡,密度范围为0.3~0.6g/cm³;二是直接连帮成型,主要用于工作鞋和军靴等防护鞋。在这方面DESMA公司拥有最全面的技术,它们采用连帮注射成型的方式,技术包括PU/PU、PU/TPU、PU/橡胶、橡胶/橡胶,其机型和加工产品见表4。

(6) 其它

在鞋底重量组成中,后跟重量往往占不小的比例,不同的鞋有不同的减重方式。运动鞋通常在后跟处嵌入气囊,它可以同时达到减重和增加后跟缓冲性的作用;冷粘皮鞋在后跟部位乃至整个鞋底采用网格支撑,既保证了后跟高度和底厚,又减少了密实橡胶和塑料的用量,因而可以达到减重的目的;模压鞋由于其工艺限制,气囊减重和网格减重均不可行,目前采取的方式是在后跟处填充内底板的边角、硬杂木等耐压耐温材料。

3 结语

虽然上述材料、工艺等方面的技术进步已经在一定程度上减轻了鞋靴重量，但特种防护鞋偏重仍然是人们所普遍抱怨的问题，因此鞋靴轻量化、超轻化仍将是鞋靴材料和工艺技术进步所关注的一个方向。