连续玻纤增强热塑性预浸带提升跑鞋鞋垫的性能

跑鞋的鞋底通常有三层：耐用的外底，承受大部分冲击的中底和与脚最直接接触的鞋垫。为了制造重量最轻、耐用性最高的运动鞋，多年来市场上已经出现了许多碳纤维复合材料的中底和其他鞋部件。这些碳纤维复合材料增强鞋通常针对精英运动员，为跑步者提供顶级的步幅和速度。

然而，碳纤维也非常坚硬，这可能会对跑步者的脚、腿和肌肉产生负面影响。Flexi-StiX LLC的总裁 Gordon Brown 表示，对于一般的跑步者来说，玻璃纤维是一种更好、更灵活、更宽容的材料选择，可以通过为跑步者的足部提供更顺畅、持续的能量回馈来提高跑鞋的性能。

Brown 将他在复合材料行业的职业生涯和专业知识扩展到多项运动训练发明中，包括Jump Sticks 运动训练设备，该设备在 PVC 管内使用拉挤玻璃纤维棒来生产半柔性但有抵抗力的动态训练设备。

长期以来，他一直对高性能跑鞋的复合材料感兴趣，多年来，他与 Jeff Milliman 一起研究各种原型和专利，Jeff Milliman 是前职业跑步者、鞋类设计大师和运动用品商店 Greenville Running Co.的经营者。

Milliman花了数十年时间研究和改进跑鞋中的复合材料，创造了他自己的定制鞋来与客户竞争，同时也为客户提供设计。长期以来，他一直认为玻璃纤维是跑鞋的理想材料选择，Milliman注意到玻璃纤维的柔韧性和多功能性，认为采用玻璃纤维的跑鞋很舒适，使穿着者不那么疲劳，而且它们让鞋子更耐用，有很大的潜力。

Brown 和 Milliman 最近开发并商业化了他们的最新创新：一种由两层氯丁橡胶泡沫，和夹在之间的单向、连续的玻璃纤维增强热塑预浸带制成的跑鞋鞋垫，并且在申请专利中。

复合材料体育用品开发商FlexiStiX LLC的最新产品是一系列跑鞋鞋垫，其特点是用单向连续玻璃纤维增强热塑性材料（上图为蓝色氯丁橡胶层下面的白色层）来提升跑步者的舒适度、步幅长度和速度，图片来源：FlexiStiX LLC

这些最新的鞋垫是该领域数十年发展的成果。在 1990 年代，Brown 和 Milliman 开始为跑鞋设计连续的玻璃纤维/环氧树脂中底原型，目标是获得最大的缓震效果和类似弹簧的效果，为跑步者恢复能量。这些中底的形状大致像两个相互叠加的正弦波，湿铺在铝制模具中压制，并在烤箱中固化。

这些中底很灵活，可以加长跑步者步幅，产生了弹簧效应，但它们是劳动密集型的，最终在商业上不可行，因此，该团队决定改用玻璃纤维复合材料鞋垫，目的是在不重新设计整双鞋的情况下为消费者提供具有成本效益的优势。

第一个鞋垫设计涉及沿鞋垫宽度以条纹状排列的微小拉挤玻璃纤维/环氧树脂棒。它们的放置方式使它们能够在中间弯曲，从而实现平稳、动态的滚动运动，从而以更适度的类似弹簧的效果延长步幅。这种设计在实践中也很成功，但制造起来也是劳动密集型的。

Brown 指出，在过去的几年里，单向热塑性塑料胶带的开发和可用性的提高“已经改变了游戏规则。” 他解释说，材料改变游戏规则的性质是双重的。首先，纤维的 UD 和连续取向，如果像最初的拉挤玻璃纤维杆设计那样在鞋的宽度方向上对齐，则可以以延长跑步者步幅的方式进行定向。“对于跑鞋来说，一切都是为了增加向前运动，”Milliman 说。当跑步者用脚踩下鞋垫时，普通的氯丁橡胶鞋垫会吸收施加的能量，而玻璃纤维复合材料鞋垫会将能量反射回跑步者，从而提供更可控的弹簧效果并延长步幅。

其次，使用热塑性塑料而不是热固性树脂可以降低模量，这使得鞋垫对穿着者来说更舒适，也有助于鞋垫贴合脚部。“来自脚部的热量只会稍微加热热塑性塑料，刚好足以使其成型为脚的形状，”Brown说。

在手工制作几个原型后，Brown 和 Milliman 与材料合作伙伴Avient Corp.合作，生产了由三层组成的夹层材料片——一层 Polystrand UD 玻璃纤维/热塑性塑料带夹在两层之间氯丁橡胶泡沫。然后将这些片材模切成与一系列鞋码相匹配的鞋垫，并且可以替换现有鞋垫或放置在现有鞋垫下方。根据客户所需的缓冲，可提供两种不同的厚度（5 或 8 毫米）。