Carbitex的柔性碳纖維/熱塑性復(fù)合材料板采用了創(chuàng)新性的工程設(shè)計(jì)，從而消除了運(yùn)動(dòng)鞋的設(shè)計(jì)缺陷。
增強(qiáng)高性能運(yùn)動(dòng)鞋
華盛頓初創(chuàng)公司Carbitex的碳纖維/熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品旨在消除鞋類應(yīng)用中穩(wěn)定性和柔韌性方面的材料沖突做出的讓步。圖為Carbitex的DFX產(chǎn)品
多年來(lái)，碳纖維中底板，鐵芯和其他組件一直在提高性能并減輕頂級(jí)運(yùn)動(dòng)鞋的重量。 但是，相關(guān)人員解釋說(shuō)，即使使用復(fù)合材料，制鞋開發(fā)商在選擇中底板的材料時(shí)通常也必須做出妥協(xié)：在足夠堅(jiān)硬的材料之間進(jìn)行選擇。盡管腳可能不靈活，笨重，或者是重量輕且柔軟但不能提供足夠支撐的材料，但在所需的活動(dòng)過(guò)程中可以支撐腳。 無(wú)論是選擇哪種方法，還是采用介于兩者之間的折衷材料，都會(huì)使鞋子（以及穿著者）固有地效率低下，此公司表示，通過(guò)開發(fā)柔性碳纖維/熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品線，已經(jīng)能夠克服這一問(wèn)題。
但是，相關(guān)人員指出，他最初并未打算改變制鞋業(yè)。大約10多年前，通過(guò)在汽車行業(yè)工作而了解了碳纖維復(fù)合材料，他考察了行李箱市場(chǎng)，想知道為什么箱包制造商試圖用彈道尼龍和其他織物來(lái)模仿碳纖維的美學(xué)，而不是使用真正的碳纖維。由于找不到一家能生產(chǎn)出適合箱包市場(chǎng)的柔軟、柔韌的碳纖維產(chǎn)品的公司，他決定親自動(dòng)手制造。
專注于鞋類
在過(guò)去的幾年中，Carbitex發(fā)布了兩種新的復(fù)合技術(shù)，稱為AFX和DFX。相關(guān)人員認(rèn)為，與“典型復(fù)合材料”的剛度由纖維取向和層長(zhǎng)度控制的不同，Carbitex碳纖維片材的硬度在整個(gè)長(zhǎng)度上都是均勻的。他說(shuō)，在其他復(fù)合材料可能由一種樹脂系統(tǒng)和纖維組成的情況下，Carbitex的材料更加復(fù)雜，涉及復(fù)雜的聚合物片層和織物層，以實(shí)現(xiàn)所需的柔韌性。他說(shuō)：“我們的AFX材料的非常簡(jiǎn)單的版本可能將兩種不同類型的碳纖維夾在另外兩種或三種不同類型的聚合物之間。” “這是一個(gè)復(fù)雜的分層系統(tǒng)，您必須了解如何將這些層合并在一起以實(shí)現(xiàn)屬性。”
通常，制造過(guò)程首先將可以用粘合劑或其他織物處理方法處理過(guò)的織物和聚合物片層合到面板中。盡管汗表示，Carbitex的大多數(shù)產(chǎn)品都包含美國(guó)公司生產(chǎn)的纖維，并且經(jīng)常使用Hexcel生產(chǎn)的絲束織物，但仍使用來(lái)自不同供應(yīng)商的各種纖維。聚合物也因應(yīng)用而異，但通常具有熱塑性，以提供柔韌性和可成型性，“盡管有時(shí)根據(jù)應(yīng)用的不同，它不是完全熱塑性的，”他補(bǔ)充道。
這些面板在熱壓機(jī)中合并在一起；一旦移除，將通過(guò)水刀切割并成型單個(gè)零件。研究人員說(shuō)，與傳統(tǒng)的疊層相比，采用面板制造而不是單個(gè)零件疊層可以提高產(chǎn)量。
制造工藝首先，將特定的機(jī)織織物，預(yù)浸料和聚合物薄膜層堆疊在一起形成面板。接下來(lái)，將面板在加熱壓機(jī)中固結(jié)。通過(guò)噴水從固化的面板上切下特定的組件Carbitex說(shuō)，避免單獨(dú)的零件疊置可以提高生產(chǎn)率。所得的碳纖維復(fù)合材料中底（圖中為DFX組件）將組裝到最終的鞋類應(yīng)用中。
但是，除了要兼顧剛性和柔韌性之外，開發(fā)鞋類還面臨另一個(gè)挑戰(zhàn)：人的腳只能在一個(gè)方向彎曲而不會(huì)過(guò)度伸展或折斷，因此鞋材需要具有在某些方向彎曲的多功能性，而在其他方向則沒(méi)有彎曲性。相關(guān)人員說(shuō)，Carbitex通過(guò)控制層壓板的彎曲或彎曲來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。相關(guān)人員說(shuō)：“通常在復(fù)合材料中，“屈曲”一詞歸因于失敗，但我們想出了使纖維屈曲而不斷裂的方法。” 他補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)明最初是偶然產(chǎn)生的，因?yàn)橐晃煌乱庾R(shí)到纖維和聚合物層的某種組合導(dǎo)致一種材料僅在一個(gè)方向上彎曲。我們意識(shí)到這樣做必須有某種好處，因此我們開始剝離這些層，了解它是如何發(fā)生的，然后了解我們?nèi)绾斡心康牡刈龅竭@一點(diǎn)。
屈曲設(shè)計(jì)
根據(jù)腳部的形狀限制，AFX材料的設(shè)計(jì)只能沿一個(gè)方向彎曲。
生成的產(chǎn)品稱為AFX，其中的“ AF”代表“非對(duì)稱柔性（Asymmetrically Flexible）”，表示它在一個(gè)方向上彎曲而在另一個(gè)方向上完全剛性。Carbitex的AFX產(chǎn)品包括機(jī)織織物層，預(yù)浸料坯層以及在它們之間的至少一個(gè)聚合物層，它們組合成一個(gè)組件，然后進(jìn)行成型和固化。該專利說(shuō)：“分層結(jié)構(gòu)在第一方向上具有較高的抵抗力，而在相反的第二方向上具有較低的抵抗力。”
“我們的技術(shù)可在您想要的方向上實(shí)現(xiàn)一定程度的剛度和保護(hù)，” 相關(guān)人員補(bǔ)充道。例如，裝有AFX碳纖維中底的遠(yuǎn)足靴，具有保護(hù)腳部以防止在不平坦或垂直地形上以錯(cuò)誤的方式彎曲所需的支撐力和剛度，但“當(dāng)您彎曲腳以在平坦的地面上行走時(shí)，靴子就像跑鞋一樣靈活。”他說(shuō)。AFX還比通常用于加固遠(yuǎn)足靴的木板和橡膠材料輕。
Carbitex的第三種產(chǎn)品稱為DFX，它是AFX的衍生產(chǎn)品，代表“動(dòng)態(tài)靈活性”，這意味著鞋子中材料的剛度會(huì)隨著腳的移動(dòng)而變化。借助DFX，“您可以擁有一種鞋子，它在某些角度將具有超強(qiáng)的柔韌性，然后在更大的角度將變得越來(lái)越硬或呈指數(shù)變硬，”相關(guān)人員說(shuō)。“在鞋類中，這與性能直接相關(guān)。”DFX至少由三層組成，并固化成一個(gè)層壓板：粘合劑增強(qiáng)的柔性機(jī)織織物層；較硬的機(jī)織織物層；至少一層聚合物層。
相關(guān)人員指出，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在田徑場(chǎng)上行走時(shí)，跑步鞋或防滑釘可能會(huì)柔軟而有彈性，然后，一旦跑步者起飛并且腳開始以更大的角度彎曲，則鞋子會(huì)變得更硬以支撐 運(yùn)動(dòng)。“公司不再需要折中并選擇特定的中足硬度-我們可以確定給定活動(dòng)的不同功能，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬度。”
“另一種看待它的方式是，DFX增強(qiáng)了腳的性能，就像肌肉或韌帶一樣起作用，取決于它們被拉伸的方式而變得靈活或僵硬。AFX材料的行為更像是肘部或腳踝等關(guān)節(jié)，其設(shè)計(jì)可以使單向彎曲得非常好。”他補(bǔ)充說(shuō)。
動(dòng)態(tài)靈活性
在足球鞋防滑鞋和類似應(yīng)用中，DFX材料可根據(jù)穿著者的運(yùn)動(dòng)提供可變的靈活性。
到目前為止，每種材料迭代都是針對(duì)特定性能范圍和確定的適用于行業(yè)的制造集成水平而專門設(shè)計(jì)的，在此范圍內(nèi)還可以進(jìn)行自定義，例如特定的剛度或耐用性要求。該公司還向潛在客戶提供定制樣品。“我們不斷收集有關(guān)復(fù)合材料及其工作方式和原因的數(shù)據(jù)，并建立了自己的建模系統(tǒng)，可以根據(jù)需要快速轉(zhuǎn)換不同的版本。通常，在接到詢盤后的一兩天內(nèi)，我們就可以制作定制樣品并送貨上門了。
文章來(lái)源：CompositesWorld
原標(biāo)題：《【復(fù)材資訊】碳纖維/熱塑性復(fù)合材料成就運(yùn)動(dòng)鞋高性能表現(xiàn)》
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