Carbitex的柔性碳纖維/熱塑性復合材料板采用了創新性的工程設計，從而消除了運動鞋的設計缺陷。
增強高性能運動鞋
華盛頓初創公司Carbitex的碳纖維/熱塑性復合材料產品旨在消除鞋類應用中穩定性和柔韌性方面的材料沖突做出的讓步。圖為Carbitex的DFX產品
多年來，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運動鞋的重量。 但是，相關人員解釋說，即使使用復合材料，制鞋開發商在選擇中底板的材料時通常也必須做出妥協：在足夠堅硬的材料之間進行選擇。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，但在所需的活動過程中可以支撐腳。 無論是選擇哪種方法，還是采用介于兩者之間的折衷材料，都會使鞋子（以及穿著者）固有地效率低下，此公司表示，通過開發柔性碳纖維/熱塑性復合材料產品線，已經能夠克服這一問題。
但是，相關人員指出，他最初并未打算改變制鞋業。大約10多年前，通過在汽車行業工作而了解了碳纖維復合材料，他考察了行李箱市場，想知道為什么箱包制造商試圖用彈道尼龍和其他織物來模仿碳纖維的美學，而不是使用真正的碳纖維。由于找不到一家能生產出適合箱包市場的柔軟、柔韌的碳纖維產品的公司，他決定親自動手制造。
專注于鞋類
在過去的幾年中，Carbitex發布了兩種新的復合技術，稱為AFX和DFX。相關人員認為，與“典型復合材料”的剛度由纖維取向和層長度控制的不同，Carbitex碳纖維片材的硬度在整個長度上都是均勻的。他說，在其他復合材料可能由一種樹脂系統和纖維組成的情況下，Carbitex的材料更加復雜，涉及復雜的聚合物片層和織物層，以實現所需的柔韌性。他說：“我們的AFX材料的非常簡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?！?“這是一個復雜的分層系統，您必須了解如何將這些層合并在一起以實現屬性?！?/span>
通常，制造過程首先將可以用粘合劑或其他織物處理方法處理過的織物和聚合物片層合到面板中。盡管汗表示，Carbitex的大多數產品都包含美國公司生產的纖維，并且經常使用Hexcel生產的絲束織物，但仍使用來自不同供應商的各種纖維。聚合物也因應用而異，但通常具有熱塑性，以提供柔韌性和可成型性，“盡管有時根據應用的不同，它不是完全熱塑性的，”他補充道。
這些面板在熱壓機中合并在一起；一旦移除，將通過水刀切割并成型單個零件。研究人員說，與傳統的疊層相比，采用面板制造而不是單個零件疊層可以提高產量。
制造工藝首先，將特定的機織織物，預浸料和聚合物薄膜層堆疊在一起形成面板。接下來，將面板在加熱壓機中固結。通過噴水從固化的面板上切下特定的組件Carbitex說，避免單獨的零件疊置可以提高生產率。所得的碳纖維復合材料中底（圖中為DFX組件）將組裝到最終的鞋類應用中。
但是，除了要兼顧剛性和柔韌性之外，開發鞋類還面臨另一個挑戰：人的腳只能在一個方向彎曲而不會過度伸展或折斷，因此鞋材需要具有在某些方向彎曲的多功能性，而在其他方向則沒有彎曲性。相關人員說，Carbitex通過控制層壓板的彎曲或彎曲來實現這一目標。相關人員說：“通常在復合材料中，“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?！?他補充說，這項發明最初是偶然產生的，因為一位同事意識到纖維和聚合物層的某種組合導致一種材料僅在一個方向上彎曲。我們意識到這樣做必須有某種好處，因此我們開始剝離這些層，了解它是如何發生的，然后了解我們如何有目的地做到這一點。
屈曲設計
根據腳部的形狀限制，AFX材料的設計只能沿一個方向彎曲。
生成的產品稱為AFX，其中的“ AF”代表“非對稱柔性（Asymmetrically Flexible）”，表示它在一個方向上彎曲而在另一個方向上完全剛性。Carbitex的AFX產品包括機織織物層，預浸料坯層以及在它們之間的至少一個聚合物層，它們組合成一個組件，然后進行成型和固化。該專利說：“分層結構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?！?/span>
“我們的技術可在您想要的方向上實現一定程度的剛度和保護，” 相關人員補充道。例如，裝有AFX碳纖維中底的遠足靴，具有保護腳部以防止在不平坦或垂直地形上以錯誤的方式彎曲所需的支撐力和剛度，但“當您彎曲腳以在平坦的地面上行走時，靴子就像跑鞋一樣靈活。”他說。AFX還比通常用于加固遠足靴的木板和橡膠材料輕。
Carbitex的第三種產品稱為DFX，它是AFX的衍生產品，代表“動態靈活性”，這意味著鞋子中材料的剛度會隨著腳的移動而變化。借助DFX，“您可以擁有一種鞋子，它在某些角度將具有超強的柔韌性，然后在更大的角度將變得越來越硬或呈指數變硬，”相關人員說?！霸谛愔校@與性能直接相關。”DFX至少由三層組成，并固化成一個層壓板：粘合劑增強的柔性機織織物層；較硬的機織織物層；至少一層聚合物層。
相關人員指出，當運動員在田徑場上行走時，跑步鞋或防滑釘可能會柔軟而有彈性，然后，一旦跑步者起飛并且腳開始以更大的角度彎曲，則鞋子會變得更硬以支撐 運動?！肮静辉傩枰壑胁⑦x擇特定的中足硬度-我們可以確定給定活動的不同功能，并設計相應的硬度?！?/span>
“另一種看待它的方式是，DFX增強了腳的性能，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節，其設計可以使單向彎曲得非常好?！彼a充說。
動態靈活性
在足球鞋防滑鞋和類似應用中，DFX材料可根據穿著者的運動提供可變的靈活性。
到目前為止，每種材料迭代都是針對特定性能范圍和確定的適用于行業的制造集成水平而專門設計的，在此范圍內還可以進行自定義，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。“我們不斷收集有關復合材料及其工作方式和原因的數據，并建立了自己的建模系統，可以根據需要快速轉換不同的版本。通常，在接到詢盤后的一兩天內，我們就可以制作定制樣品并送貨上門了。
文章來源：CompositesWorld
原標題：《【復材資訊】碳纖維/熱塑性復合材料成就運動鞋高性能表現》
