Модернизация беговых кроссовок

Термопластичные композиционные материалы, армированные непрерывным волокном, в компонентах высококачественной спортивной обуви.

При разработке дизайна спортивной обуви, как и спортивного инвентаря в целом, качество стоит на первом месте. Множество факторов влияет на качество обуви, а требования зависят от ее назначения; к беговым кроссовкам предъявляются иные требования, нежели чем, например, к баскетбольным. Беговые кроссовки легкие, пружинящие и должны смягчать и стабилизировать нагрузку при долгом беге, в то время как баскетбольные кроссовки рассчитаны на обеспечение устойчивости лодыжки и амортизацию ударных нагрузок при внезапном изменении направления движения.

То, как беговые кроссовки позволяют бегуну приземляться и отталкиваться с каждым шагом, является предметом постоянного анализа инженеров-технологов, особенно с появлением новых технологий. Такие высококачественные материалы, как, например, углеродное волокно, могут обеспечить жесткость, не добавляя веса в таких элементах обуви, как межподошва, носок и хвостовик (опорная конструкция, расположенная под сводом стопы).

Китайская стартап-компания Bmai (Пекин, Китай), занимающаяся спортивной одеждой, поставила перед собой цель создать высококачественные кроссовки для марафона по доступной для потребителей цене, воспользовавшись преимуществами легкости и жесткости углеродного волокна.

«Один из ключевых факторов развития в мире обуви — это появление новых материалов», — говорит Асис Лю, ведущий дизайнер компании Bmai. «Технологии материалов развивались семимильными шагами в последние пару десятилетий. Теперь существует множество материалов, из которых можно выбирать, но на более легкие материалы, обеспечивающие лучшую опору, стабильность и качество, большой спрос, поскольку производители брендовой обуви полагаются на них, стремясь получить конкурентные преимущества».

Результаты разработки

Хвостовик для беговых кроссовок из термопластичного композиционного материала, армированного непрерывным волокном › Достигнут желаемый вес хвостовика толщиной 1-1,2 мм, при этом он достаточно прочный и отвечает требованиям к сопротивлению скручиванию › Ориентация волокна оптимизирована для обеспечения высокой стабильности хвостовика при скручивании › Совместимость материалов, обеспечивающая качественное соединение с другими компонентами обуви

Углеродное волокно используется в высококачественной обуви с 1990-х годов, а такие ведущие производители, как Nike и Adidas, применяют его в своей элитной спортивной обуви.

Стоимость беговых кроссовок с углеродным волокном варьируется от 160 до 250 долларов. К примеру, розничная цена модели беговых кроссовок Nike ZoomX Vaporfly с пластиной из углеродного волокна по всей длине межподошвы составляет около 250 долларов. Если считать, что беговые кроссовки нужно заменять после каждых 300-500 пройденных миль, то есть раз в 4-6 месяцев для бегунов, проходящих в среднем 20 миль в неделю, траты будут быстро накапливаться. Компания Bmai хотела вывести на массовый рынок кроссовки, обладающие высоким качеством, но при этом доступные, эстетически привлекательные и недорогие.

«Одно из главных преимуществ бега заключает в том, что для него вам нужна только пара хороших, качественных кроссовок», — говорит Лю. «Мы не хотим, чтобы высокая стоимость обуви встала у вас на пути».

Компания выпустила прототип хвостовика из углеродного волокна в ограниченной серии свои флагманских беговых кроссовок Mile 42K, дизайн которых предназначен для любительских марафонов. Главной целью был поиск решения, которое позволило бы компании Bmai производить коммерческую обувь с розничной ценой около 399 юаней (56 долларов США). Компания также стремилась снизить вес, при этом обеспечивая сопротивление скручиванию и органичный внешний вид, что отлично удается при использовании углеродного волокна.

ПРИДАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

В октябре 2018 года компания Covestro (Леверкузен, Германия; Шанхай, Китай) представила новый бренд углепластика Maezio. Линейка продуктов включает однонаправленные ленты и листы, изготовленные из углеродного волокна, пропитанного поликарбонатной матрицей.

По словам представителей компании Covestro, углепластику можно придавать определенные характеристики и внешний вид, кроме того, он обеспечивает экономию при увеличении масштабов производства и может использоваться в широком спектре отраслей промышленности.

Линейка продуктов на основе термопластичного полиуретана недавно появилась в ассортименте спортивной обуви. Maezio можно подвергать термоформованию с высокой производительностью, сокращенным временем цикла и более низкими затратами в объеме нескольких миллионов изделий в год. Можно также задействовать другие производственные технологии, такие как многокомпонентное формование, автоматизированная выкладка лент и волокна. Компания рассматривает Maezio как материал для крупносерийного производства в широком спектре областей применения.

«Мы считаем, что бренд Maezio может открыть двери для нового поколения продуктов во всех отраслях промышленности, сочетая в себе легкость, повышенную прочность и внешний вид, которые пока недоступны даже самым передовым материалам», — говорит Лиза Кетелсен, руководитель отделения термопластичных композиционных материалов в компании Covestro.

Главное преимущество Maezio — это его адаптивность. Однонаправленные ленты толщиной всего 120 микрон можно укладывать под разными углами для формирования листов, отвечающих самым разным требованиям к качеству и механическим свойствам. Получаемые листы обладают прочностью, жесткостью, легкостью и естественным внешним видом, характерным для однонаправленных материалов.

К тому же, термопластичные композиционные материалы, армированные непрерывным волокном, пригодны к переработке.

Сопротивление скручиванию

Хвостовик из углеродного волокна от компании Covestro располагается под сводом стопы кроссовок для марафона от компании Bmai. Источник: компания Covestro

ВСЕГДА ВПОРУ

Новый дизайн спортивной обуви требует высокой степени адаптивности конструкции и материалов. Внесение изменений – неотъемлемая часть процесса моделирования, и зачастую требуется немало испытаний и последовательных улучшений.

«Характеристики обуви напрямую зависят от их назначения», — говорит Арне Бетчер, менеджер по расширению рынка для бренда Maezio. «Вам нужен материал, который можно адаптировать под определенные требования и для определенного вида спорта. Maezio — ваш идеальный вариант».

В компании Bmai заявляют, что Maezio идеально подходит для обуви Bmai, поскольку, помимо жесткости при низкой плотности, материал также обладает хорошей адаптивностью.

«В зависимости от метода укладки лент, материалу можно придавать различную жесткость или степень сопротивления скручиванию в соответствии с определенными требованиями к конкретной обуви», — объясняет Кетелсен.

Чтобы обеспечить легкий вес обуви Bmai, хвостовик должен быть тонким, но достаточно прочным для соблюдения требований к сопротивлению скручиванию. Помня об этом, команда уделила особое внимание определению количества слоев для хвостовика. Хотя в компании Covestro не уточняют точное количество слоев или ориентацию волокон, известно, что стандартная толщина хвостовика 1-1,2 мм, и предполагается, что ориентация волокон под углом 45 градусов обеспечит необходимое сопротивление скручиванию при заданной толщине. Исходя из этого, компания Covestro испытывала и меняла различные варианты укладки.

По словам Кетелсена, ключевым фактором в достижении оптимального решения для компании Bmai был цикл внесения оперативных изменений, который включал мозговые штурмы, адаптацию продукта, моделирование различных составов, создание образцов на основе такого моделирования, придание им формы и отправка опытных образцов в Bmai для получения замечаний.

Компания Covestro использует программу ABAQUS (ABAQUS Inc., Потакет, штат Род-Айленд, США) для структурного моделирования и программу MOLDFLOW (Autodesk, Сан-Рафаэль, штат Калифорния, США) для моделирования реологических свойств.

Тонкий, но прочный

Толщина хвостовиков, как правило, составляет от 1 до 1,2 мм. Источник: компания Covestro

«Существуют определенные параметры, которые мы можем моделировать самостоятельно», — говорит Кетелсен. «Мы проводим моделирование и у нас есть предприятия в Германии, США и Китае, где мы выполняем сборку определенных элементов, проводим физические испытания и анализ данных, а затем возвращаемся к производству и применяем полученную информацию».

В ходе проекта компания Covestro применяла метод итераций, многократно повторяя цикл, анализировала данные и результаты, а затем вносила изменения в конструкцию. Важную роль сыграло тесное сотрудничество между компанией Bmai и центром компании Covestro, APAC Innovation Experience Center, в Шанхае, где проводились различные испытания, включая испытания на изгиб и усталость, а также качественный анализ экологической безопасности и эксплуатационных характеристик. Компания постоянно передавала результаты в Bmai, обсуждая, какие изменения следует внести в продукт.

«Нельзя просто сидеть и придумывать дизайн, нужно проводить испытания и вносить изменения», — добавляет Бетчер. «Такие компании, как Bmai, больше привыкли к методу проб и ошибок… испытания, неудачи, новые испытания».

Внесение изменений и обмен мнениями

Ведущий дизайнер компании Bmai Асис Лю работает с командой компании Covestro в центре APAC Innovation Experience Center в Шанхае. Источник: компания Covestro

По мере внесения многочисленных изменений, компания Covestro стремилась находить баланс между несколькими дополнительными факторами, включая адгезионную совместимость компонента с другими материалами обуви. Тем не менее, времени до выпуска было не так много, учитывая высокую конкуренцию на рынке спортивной обуви, где постоянно появляются новые модели. По словам Бетчера, при производстве опытных образцов важную роль сыграли скорость работы и оперативность внесения изменений.

КАКИЕ УРОКИ МЫ ИЗВЛЕКЛИ

Модель кроссовок 42K Lite от компании Bmai была представлена в прошлом году и полностью отвечала требованиям компании к сопротивлению скручиванию, внешнему виду и общим характеристикам. В компании Covestro заявляют, что процесс создания этой модели позволил оценить, как компания сможет работать с Maezio на других рынках.

«Ключевым фактором является взаимодействие с дизайнерами и людьми, принимающими решения», — говорит Кетелсен. «Что нам удалось сделать на примере этих кроссовок и что мы хотим предложить и другим отраслям, так это выдвинуть идею о том, что считаем важным, а затем испытывать ее и вносить в нее изменения совместно с нашими клиентами».

В компании Covestro заявляют, что, помимо использования в области спортивного инвентаря и спортивной обуви, материал Maezio также привлекает внимание представителей электротехнической и электронной промышленности, автомобилестроительной и медицинской отраслей, сектора потребительских товаров (бытовые приборы, мебель, чемоданы, сумки и пр.). Для проведения дальнейших исследований в июле 2019 года компания Covestro запустила новую производственно-исследовательскую линию в Германии.

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Первая грузовая платформа из термопластичного композиционного материала
Первая грузовая платформа из термопластичного композиционного материала
Рубленое углеродное волокно, полиамид и инновации меняют представление о грузовых платформах современных пикапов. CarbonPro, первая…
Пегги Малнати
31.08.2021
160
Умное автокресло с использованием композитов
Умное автокресло с использованием композитов
Амортизирующее автокресло обеспечивает комплексный подход к безопасности благодаря материалам из углеродного волокна и D3O, а…
26.01.2023
14
Восстановление мостов вдвое быстрее и дешевле их замены
Восстановление мостов вдвое быстрее и дешевле их замены
Вместо того, чтобы сносить и заново отстраивать мосты, компания SUREbridge удваивает прочность и долговечность существующих…
Джинджер Гардинер
22.08.2022
119
15-я международная специализированная выставка «КОМПОЗИТ-ЭКСПО»
15-я международная специализированная выставка «КОМПОЗИТ-ЭКСПО»
С 28 по 30 марта 2023 года Выставочная Компания «Мир-Экспо» проводит 15-ю Международную специализированную выставку…
31.10.2022
56
Складной велосипед из композиционных материалов
Складной велосипед из композиционных материалов
Улучшенный велосипед для пассажиров, использующих различные виды транспорта. Для городских жителей, которые вынуждены пересаживаться с…
Пегги Малнати
17.05.2021
378
Камера сгорания ракетного двигателя из нескольких композиционных материалов
Камера сгорания ракетного двигателя из нескольких композиционных материалов
Компания Black Engine использует новую микропористую огневую стенку камеры из композиционных материалов с керамической матрицей…
Джинджер Гардинер
05.10.2022
116
Инвестиции в квалификационную программу для препрега Toray
Инвестиции в квалификационную программу для препрега Toray
Крупнейший в мире поставщик аэрокосмической промышленности воспользовался возможностью разработать собственные спецификации для препрега из углеродного…
Джефф Слоан
29.06.2021
261
Натуральные волокна в основе электрических фургонов для доставки посылок
Натуральные волокна в основе электрических фургонов для доставки посылок
Новый проект транспортного средства для доставки посылок предполагает использование препрегов из натурального волокна для обеспечения…
Элизабет Х. Лоу
16.06.2021
170
Переработанное углеродное волокно на железных дорогах
Переработанное углеродное волокно на железных дорогах
Прототип вагонной тележки из переработанного углеродного волокна был создан с целью получения более легких и…
Карен Мейсон
07.07.2020
462