一文详细了解碳纤维增强热塑性复合材料在足部矫形器/球鞋领域的典型应用

东丽高性能材料公司（Toray Performance Materials Corporation，TPMC）起步于是一家成立于1986年的医疗材料公司Medical Materials Corporation (MMC)，MMC的主要市场是医用足部矫形器。自成立以来，公司已经生产了数千万种热塑性复合材料组件，用于包括运动鞋、医疗和骨科、汽车、消费电子、娱乐和工业等各种应用。2018年7月，东丽公司收购MMC后公司名称改为TPMC。

TPMC是连续纤维增强热塑性复合材料（continuous fiber-reinforced thermoplastic，CFRT）的领先供应商。截止目前，全球超过1亿双高端运动鞋都使用了Toray CFRT®连续纤维增强热塑性复合材料。该复合材料在提高鞋类性能超过25年的应用中，不但减轻了鞋子的重量，同时提高了生物力学稳定性。CFRT®复合材料可根据特定的灵活性需求进行调整，是鞋类工程的理想材料，使设计师能够通过纤维更换、树脂选择和部件设计来定制足部运动范围。

复合材料可提供最大的强度重量比，使材料在鞋类中得到最有效的使用。而CFRT®热塑性复合材料是鞋类工程的理想选择，它可根据特定的灵活性需求进行调整，是鞋类工程的理想材料，使设计师能够通过纤维更换、树脂选择和部件设计来定制足部运动范围。

热塑性塑料可回收，并且具有类似于注塑成型的循环时间的特性，可用于大批量生产。热塑性塑料还具有更大的冲击性和耐化学性，加工成本相对较低。

由于材料的独特弹性，CFRT®热塑性层压板能够以类似弹簧的方式反复抵抗异常运动。CFRT®层压板能够在每次脚部撞击时有效、舒适地减速异常运动，并在脚部离开地面时返回类似弹簧的能量。

随着时间的推移，足部的粘弹性组织屈服于长期的压力和负荷，效率下降，最终产生功能障碍和疼痛。复合材料，在正确的配置下，可以恢复足部功能，提高效率，提高性能。

2.1 Toray Cetex®SL2000/SuperLam碳纤维热塑性复合材料

Toray Cetex®SL2000/SuperLam连续纤维增强热塑性塑料（CFRT®）复合材料层压板，采用编织碳纤维和改性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）树脂。它将热塑性聚合物基体的优点与碳纤维以斜纹或平纹编织方式融合在一起，以提高性能，它是为鞋类和溜冰鞋设计的。

产品主要优势包括：

• 3K碳纤维的斜纹或平纹组织
  

• 轻薄单层
  

• 有天然黑色（碳色）可选
  

• 根据客户规格从910 ×1220毫米的板材上切割

   

2.2 Toray Cetex®TL-2100碳纤维热塑性复合材料

Toray Cetex®TL-2100是一种连续纤维增强热塑性塑料(CFRT®)复合材料层压板，含有碳纤维和改性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂，专为矫形器设计。

所有等级的Toray Cetex®TL-2100都由相同的树脂成分、碳纤维和夹层结构层压概念组成。碳纤维可以提供强度、刚度和耐久性。Toray Cetex®TL-2100有四款产品Semi-Flex、Semi-Rigid、Rigid和Ultra，它们仅在使用的碳纤维体积和板材厚度方面有所不同。TL-2100的定制设计编织可提供高强度的碳纤维在纵向矫形。

该材料的主要优势体现在：

• 轻薄，可在不抬高脚的情况下在鞋内实现适当贴合

• 定制设计的编织物在矫正器的纵向上使用高强度的碳纤维矫正以提高稳定性
  

• 一端有一个完整的半径，用于增强足跟杯的成型，便于分布到足部实验室
  

• 在干燥的预切割矩形板中生产和销售，装在防潮袋中，为制造成矫形器做足前期准备

3.1 弹簧或推进板

利用CFRT®热塑性材料，弹簧或推进板延伸到第一和第二跖骨中，以增加弹簧和弹性。设计的灵活性使刚度与顺应性达到平衡，并在吸收台阶冲击的同时增加了内侧/外侧控制。

3.2 脚跟稳定板外侧/内侧

可适用于跑鞋，CFRT®材料有助于在脚跟撞击时稳定脚跟，并最大限度地减少内旋和后旋。

3.3 草皮板

在草坪鞋中很常见，CFRT®复合材料取代了弹簧钢，限制了大脚趾的延伸。CFRT®专为该应用而开发，可减少从草皮到穿着者脚部的热量传递。

3.4 柄板

CFRT®精心打造的小腿位于足弓区域用于支撑，在愈合和前掌之间架起一座桥梁。无论是埋在足弓下还是作为暴露的扭转增强物，CFRT®胫骨板都能减轻鞋子的重量，同时提供更大的生物力学支撑。

3.5 袜子衬垫或鞋垫

无论是售后市场还是作为一种设计特色，CFRT®复合材料鞋垫都能提供额外的支撑。CFRT®材料已被证明可以减少足部疲劳、提高稳定性和增加舒适度。材质轻薄，可进行热调节以进行定制。

文章来源：碳纤维及复合材料技术 钱 鑫 博士

原文来源于东丽官网https://www.toraytac.com/markets/consumer/footwear

原文始发于微信公众号（艾邦复合材料网）：一文详细了解碳纤维增强热塑性复合材料在足部矫形器/球鞋领域的典型应用