【复材资讯】碳纤维/热塑性复合材料成就运动鞋高性能表现

　　Carbitex的柔性碳纤维/热塑性复合材料板采用了创新性的工程设计，从而消除了运动鞋的设计缺陷。

　　增强高性能运动鞋

　　华盛顿初创公司Carbitex的碳纤维/热塑性复合材料产品旨在消除鞋类应用中稳定性和柔韧性方面的材料冲突做出的让步。

图为Carbitex的DFX产品

　　多年来，碳纤维中底板，铁芯和其他组件一直在提高性能并减轻顶级运动鞋的重量。 但是，相关人员解释说，即使使用复合材料，制鞋开发商在选择中底板的材料时通常也必须做出妥协：在足够坚硬的材料之间进行选择。尽管脚可能不灵活，笨重，或者是重量轻且柔软但不能提供足够支撑的材料，但在所需的活动过程中可以支撑脚。 无论是选择哪种方法，还是采用介于两者之间的折衷材料，都会使鞋子（以及穿着者）固有地效率低下，此公司表示，通过开发柔性碳纤维/热塑性复合材料产品线，已经能够克服这一问题。

　　但是，相关人员指出，他最初并未打算改变制鞋业。大约10多年前，通过在汽车行业工作而了解了碳纤维复合材料，他考察了行李箱市场，想知道为什么箱包制造商试图用弹道尼龙和其他织物来模仿碳纤维的美学，而不是使用真正的碳纤维。由于找不到一家能生产出适合箱包市场的柔软、柔韧的碳纤维产品的公司，他决定亲自动手制造。

　　专注于鞋类

　　在过去的几年中，Carbitex发布了两种新的复合技术，称为AFX和DFX。相关人员认为，与“典型复合材料”的刚度由纤维取向和层长度控制的不同，Carbitex碳纤维片材的硬度在整个长度上都是均匀的。他说，在其他复合材料可能由一种树脂系统和纤维组成的情况下，Carbitex的材料更加复杂，涉及复杂的聚合物片层和织物层，以实现所需的柔韧性。他说：“我们的AFX材料的非常简单的版本可能将两种不同类型的碳纤维夹在另外两种或三种不同类型的聚合物之间。” “这是一个复杂的分层系统，您必须了解如何将这些层合并在一起以实现属性。”

　　通常，制造过程首先将可以用粘合剂或其他织物处理方法处理过的织物和聚合物片层合到面板中。尽管汗表示，Carbitex的大多数产品都包含美国公司生产的纤维，并且经常使用Hexcel生产的丝束织物，但仍使用来自不同供应商的各种纤维。聚合物也因应用而异，但通常具有热塑性，以提供柔韧性和可成型性，“尽管有时根据应用的不同，它不是完全热塑性的，”他补充道。

　　这些面板在热压机中合并在一起；一旦移除，将通过水刀切割并成型单个零件。研究人员说，与传统的叠层相比，采用面板制造而不是单个零件叠层可以提高产量。

　　制造工艺

　　首先，将特定的机织织物，预浸料和聚合物薄膜层堆叠在一起形成面板。

　　接下来，将面板在加热压机中固结。

通过喷水从固化的面板上切下特定的组件

　　Carbitex说，避免单独的零件叠置可以提高生产率。

　　所得的碳纤维复合材料中底（图中为DFX组件）将组装到最终的鞋类应用中。

　　但是，除了要兼顾刚性和柔韧性之外，开发鞋类还面临另一个挑战：人的脚只能在一个方向弯曲而不会过度伸展或折断，因此鞋材需要具有在某些方向弯曲的多功能性，而在其他方向则没有弯曲性。相关人员说，Carbitex通过控制层压板的弯曲或弯曲来实现这一目标。相关人员说：“通常在复合材料中，“屈曲”一词归因于失败，但我们想出了使纤维屈曲而不断裂的方法。” 他补充说，这项发明最初是偶然产生的，因为一位同事意识到纤维和聚合物层的某种组合导致一种材料仅在一个方向上弯曲。我们意识到这样做必须有某种好处，因此我们开始剥离这些层，了解它是如何发生的，然后了解我们如何有目的地做到这一点。

　　屈曲设计

　　根据脚部的形状限制，AFX材料的设计只能沿一个方向弯曲。

　　生成的产品称为AFX，其中的“ AF”代表“非对称柔性（Asymmetrically Flexible）”，表示它在一个方向上弯曲而在另一个方向上完全刚性。Carbitex的AFX产品包括机织织物层，预浸料坯层以及在它们之间的至少一个聚合物层，它们组合成一个组件，然后进行成型和固化。该专利说：“分层结构在第一方向上具有较高的抵抗力，而在相反的第二方向上具有较低的抵抗力。”

　　“我们的技术可在您想要的方向上实现一定程度的刚度和保护，” 相关人员补充道。例如，装有AFX碳纤维中底的远足靴，具有保护脚部以防止在不平坦或垂直地形上以错误的方式弯曲所需的支撑力和刚度，但“当您弯曲脚以在平坦的地面上行走时，靴子就像跑鞋一样灵活。”他说。AFX还比通常用于加固远足靴的木板和橡胶材料轻。

　　Carbitex的第三种产品称为DFX，它是AFX的衍生产品，代表“动态灵活性”，这意味着鞋子中材料的刚度会随着脚的移动而变化。借助DFX，“您可以拥有一种鞋子，它在某些角度将具有超强的柔韧性，然后在更大的角度将变得越来越硬或呈指数变硬，”相关人员说。“在鞋类中，这与性能直接相关。”DFX至少由三层组成，并固化成一个层压板：粘合剂增强的柔性机织织物层；较硬的机织织物层；至少一层聚合物层。

　　相关人员指出，当运动员在田径场上行走时，跑步鞋或防滑钉可能会柔软而有弹性，然后，一旦跑步者起飞并且脚开始以更大的角度弯曲，则鞋子会变得更硬以支撑 运动。“公司不再需要折中并选择特定的中足硬度-我们可以确定给定活动的不同功能，并设计相应的硬度。”

　　“另一种看待它的方式是，DFX增强了脚的性能，就像肌肉或韧带一样起作用，取决于它们被拉伸的方式而变得灵活或僵硬。AFX材料的行为更像是肘部或脚踝等关节，其设计可以使单向弯曲得非常好。”他补充说。

　　动态灵活性

　　在足球鞋防滑鞋和类似应用中，DFX材料可根据穿着者的运动提供可变的灵活性。

　　到目前为止，每种材料迭代都是针对特定性能范围和确定的适用于行业的制造集成水平而专门设计的，在此范围内还可以进行自定义，例如特定的刚度或耐用性要求。该公司还向潜在客户提供定制样品。“我们不断收集有关复合材料及其工作方式和原因的数据，并建立了自己的建模系统，可以根据需要快速转换不同的版本。通常，在接到询盘后的一两天内，我们就可以制作定制样品并送货上门了。