Инновационные разработки в области материалов и технологий производства, используемых для спортивного текстиля

03.04.2025

Производители спортивной одежды, с усовершенствованием технологий, не только сосредоточились на тенденциях рынка, но и на диверсификации материалов. Эксплуатационные характеристики напрямую влияют на уровень комфорта и результаты во время занятий спортом или активного отдыха. Различные типы одежды для занятий спортом (перчатки, футболки, куртки, брюки, кепки, носки, обувь и т. д.) требуют различных эксплуатационных характеристик. Те же самые требования сейчас предъявляются для различных аксессуаров (шлемы, капы, налокотники/плечевые накладки, щитки для голени и т. д.). Соответствующее управление влажностью и теплом являются ключевыми факторами для обеспечения необходимого уровня физиологического комфорта. Спортивный текстиль играет важную роль в существовании и производительности спортсменов.

В начале 19 века спортсмены носили одежду из серой льняной ткани, но к 1880-м годам в спортивном секторе появились окрашенные хлопковые рубашки с разными цветами для идентификации команд. С изобретением синтетических волокон форма спортсменов изготавливалась из нейлона, полиэстера и спандекса, для лучшей прочности и эластичности. Ткань, изготовленная из этих синтетических волокон, была не вполне комфортной и удобной для ношения. Поэтому были проведены различные исследования по оптимизации механических и химических свойств для придания наибольшего комфорта спортивной одежде. С ростом популярности занятий на открытом воздухе и в помещении, потребность в ней также увеличилось, а качество изменилось.

Рынок текстильных изделий, связанных с занятиями спортом, подразделяется на несколько категорий:

• профессиональные текстильные изделия и обувь предназначены для повышения производительности и функциональности. Они производятся в небольших объёмах, но имеют более высокое качество и цену.
• базовая спортивная одежда дешевле и производится в массовых потребительских объемах.
• экипировка, обувь, одежда для активного отдыха и туризма, как правило, по свойствам более похожа на профессиональную спортивную, но предлагается по более низким ценам и выпускается в больших количествах.

Дизайн и функциональность спортивной одежды различается для разных видов спорта, а также в зависимости от погодных условий, степени активности (физической нагрузки), необходимой для этого конкретного вида. Разработка для каждого из видов спорта требует огромных исследований, которые сейчас проводятся с привлечением многих специалистов смежных отраслей – с привлечением специальных конструкторских программ, искусственного интеллекта, использованием больших вычислительных мощностей новейших выделенных серверов или облачных сервисов. И это только малая часть инновационных технологий, которые задействуются для конструирования экипировки профессиональных спортсменов.

Чтобы удовлетворить спрос, необходимо производить новые волокна, ткани и отделку для улучшения целого набора функций, порой противоположных. В этой области разработка различных искусственных волокон внесла большой вклад в превращение простой спортивной одежды в высокотехнологичную. Например, излишне комфортные свойства формы для активных видов спорта (футбол, баскетбол, теннис, регби и др.) могут отрицательно влиять на эксплуатационные характеристики при высочайших физических нагрузках. В таком спортивном текстиле эксплуатационные характеристики определяются такими параметрами, как прочность при малом весе, растяжимость, регулирование температуры, общая способность управления влажностью, водо- и ветроустойчивость, шершавая или гладкая поверхность. Механизм функциональности формы для профессионального спорта — это интерфейс между самим одеянием и человеческим телом, предоставляющий информацию о том, является ли она физиологически подходящей или нет. Чтобы избежать теплового стресса, из-за высокой физической активности, вырабатываемое телом тепло, должно рассеиваться через однослойные или многослойные ткани. Жаркий и влажный микроклимат может вызывать дополнительные проблемы с комфортом, а поэтому необходимо, чтобы имелись уникальные пути для отвода паров пота от тела во внешнюю среду.

Тепло, выделяемое высоким уровнем метаболической активности в организме спортсменов во время высокоактивных видов спорта, таких как футбол, может производить тепло в диапазоне 800–1300 Вт. Это количество тепла может вызвать повышение температуры тела на 1,5–2 °C. Таким образом, при этом типе высокой физической активности тепловой стресс является основной проблемой. Выработка пота в организме спортсмена может достигать 2,5 л/час, поэтому основным техническим требованием в этом отношении является поглощение пота тела и его быстрое высыхание для обеспечения охлаждающего эффекта. Поэтому необходимо разрабатывать одежду с оптимизированным переносом паров влаги и поддерживать теплоизоляцию. Существует четыре способа переноса тепла для регулирования температуры человеческого тела: проводимость, конвекция, тепловое излучение и испарение. Термофизиологический комфорт можно оценить по общей способности одежды управлять влажностью и воздухопроницаемости.

В некоторых видах спорта лёгкость движения различных частей тела очень важна. Более высокая эффективность спортсменов во время игры требует более высокой степени движения и гибкости. Для этой цели большой объем или большой вес одежды будут отрицательно влиять на гибкость. Жёсткость ткани также является существенным фактором, определяющим скованность движений. Таким образом, спортивная одежда должна быть лёгкой и гибкой, чтобы обеспечить высокую подвижность. Этот комфорт также известен как эргономический. Он в основном зависит от эластичности ткани, параметров конструкции и дизайна - одежда для спорта не должна ограничивать свободу движений владельца, в противном случае ненужное давление на тело/одежду приведёт к дискомфорту для владельца. Используя специальную компрессионную одежду, которая обеспечивает оптимальную компрессию и анатомическую форму для человека, спортсмены демонстрируют более высокую скорость бега на дистанции более 10 км с уменьшенной болезненностью мышц и более низкой частотой сердечных сокращений.

Характеристики спортивной одежды можно разделить на функциональные и эстетические требования, оба из которых имеют важное значение для определения производительности и потребительской приемлемости. Она должна соответствовать эстетическим требованиям (мягкость, текстура поверхности, удобство, блеск и цвет) и функциональным требованиям (лёгкий вес, низкое сопротивление жидкости, высокая прочность, растяжимость, терморегуляция, защита от ультрафиолета, паропроницаемость, поглощение и выделение пота). Технические материалы с отличной передачей паров и жидкости создают сухой микроклимат для тех, кто занимается интенсивной физической активностью в жарких и влажных условиях. Ткани, предназначенные для этого, должны тщательно учитывать геометрию, плотность упаковки и структуру волокон компонента для эффективного рассеивания тепла и влаги. Отличные характеристики управления влажностью можно найти в спортивной одежде, изготовленной из определённых волокон, пряжи и структур ткани. В результате дизайнеры и производители экспериментируют с различными формами поперечного сечения волокон, факторами формы и удельной площадью поверхности, переменными самой ткани (тип плетения, пористость, линейная плотность, структура). Используются также различные типы трикотажа - плакированные и эластановые ткани, а также те, которые созданы с использованием концепций биомиметики.

В последние годы, с изобретением инновационных функциональных полимеров, волокон, пряжи, тканей и производственных технологий, дизайн активной спортивной одежды становится предметом исследований для удовлетворения требований потребителя. Правильный выбор сырья является большой проблемой на рынке спортивного текстиля. В спортивной одежде используются различные типы натуральных, синтетических и специальных волокон в зависимости от конечного применения продукта. Среди параметров волокна поперечное сечение напрямую связано с управлением влажностью, лучшим влагоотведением и свойствами быстрого высыхания. Канальная структура, такая как тетра, гекса, тридольное, треугольное или пятилистное поперечное сечение волокна, демонстрирует большую площадь поверхности для передачи жидкого пота по сравнению с круглым поперечным сечением. Химическая структура волокон, используемых в спортивном текстиле, в основном содержит гидроксильные, амидные и эфирные связи. Наличие этих функциональных групп обеспечивает отличные тепловые характеристики и свойства управления испарением потоотделения.

В 1986 году инженеры-текстильщики компании Dupont разработали модифицированное полиэфирное волокно под названием Coolmax. Это волокно было специально разработано для индустрии спортивной одежды, с целью обеспечения охлаждающего эффекта во время занятий активными видами спорта. Связи эфиров, присутствующие в химической структуре, не поглощают влагу, а переносят её в окружающую среду через поверхность нити. Поперечное сечение волокна имеет слегка продолговатую форму (а не круглую) с продольными канавками на его поверхности. Это обеспечивает пользователю ощущение прохлады, сухости и свежести.

Технология термолитового волокна (Thermolite) — это согревающая технология, которая обеспечивает превосходное сохранение тепла без увеличения объёма в зимней спортивной одежде. Оно имеет уникальную конструкцию полого волокна, которая обеспечивает теплоизоляцию, удерживая воздух внутри и между волокнами. Самая большая площадь поверхности волокон отводит влагу от кожи для более быстрого испарения. Крошечные воздушные карманы в структуре обеспечивают терморегуляцию. Доступны пять различных типов термолитов со специальными характеристиками, которые приведены ниже:

1. ThermoLite active — обеспечивает теплоизоляцию при интенсивной активности и движении;
2. ThermoLite extra — тепло и мягкость для активных прогулок на свежем воздухе;
3. ThermoLite micro — обладает тепло- и водонепроницаемыми свойствами;
4. ThermoLite plus — обеспечивает тепло и комфорт в сырую погоду;
5. ThermoLite extreme — обладает значительным коэффициентом сохранения тепла и долговечностью.

Микрофибра - это искусственные волокна, которые синтезируются с очень низкой линейной плотностью, т. е. 0,4–0,9 dtex, что делает их чрезвычайно лёгкими. Текстильные изделия на основе этих микроволокон обладают исключительной прочностью, долговечностью, воздухопроницаемостью и мягкостью. На рынке широко представлены типы микрофибры на основе полиэстера, полиамида, акрила, полипропилена и целлюлозы, которые обладают высокопористой структурой, улучшенным впитыванием воды и превосходными свойствами терморегулирования благодаря очень тонкой линейной плотности волокон.

Для высокоактивных спортивных текстильных изделий требуются ткани, обладающие высокими влагопоглощающими и влагоотводящими свойствами. Чтобы удовлетворить эту потребность, исследователи разработали структуру на основе ядра и оболочки, состоящую из полимера с высокой влагопоглощающей способностью в качестве сердцевинной части и нейлона в качестве оболочки. Это волокно известно, как волокно Hygra. Гидрофильный полимер ядра поглощает воду в 35 раз больше своего веса с быстрыми водоотводящими свойствами. Нейлон в оболочке обеспечивает высокую прочность на разрыв, долговечность и размерную стабильность. Hygra также проявляет антистатические свойства даже в условиях низкой влажности.

Усовершенствованное вискозное волокно Viloft имеет плоское поперечное сечение и зубчатую поверхность, демонстрируя быстрые водоотталкивающие и высыхающие свойства. Гидроксильная группа в химической структуре обеспечивает впитывание влаги/пота. Viloft используется в спортивной одежде путём комбинации с некоторыми натуральными и синтетическими волокнами, для достижения определённых функциональных свойств. Оно придаёт натуральным тканям комфортные свойства, отлично регулируя характеристики влажности и температуры. На рынке доступны функциональные ткани Viloft spirit, Viloft thermal, Viloft micro и Viloft active.

Полая нейлоновая нить «Killat N» в поперечном сечении которой доля пустот составляет 33%. Полая структура обеспечивает превосходное поглощение влаги и теплоизоляционные свойства. Двухкомпонентные филаментные волокна на основе нейлона и полиэстера изготавливаются с использованием растворимого полиэфирного сополимера в качестве сердцевины и нейлона в качестве оболочки. Затем эту двухкомпонентную нить обрабатывают щелочным раствором, в котором полиэфирный сополимер растворяется, и получается полость внутри нити.

Компания «Aquafil» выпустила пригодное для вторичной переработки полипропиленовое микроволокно «Dryarn». Благодаря своим чрезвычайно лёгким и комфортным характеристикам оно используется во многих видах одежды для профессионального спорта. Кроме того, волокно обладает высокой термостойкостью и быстро сохнет. Очень гладкая поверхность волокна препятствует накоплению бактерий на поверхности и позволяет избежать неприятных запахов во время занятий.

Терморегулируемые волокна поддерживают пониженную температуру тела в зависимости от температуры окружающей среды. Волокна содержат материалы с фазовым переходом (PCMS), которые изменяют своё физическое состояние при нагревании или охлаждении. Материалы с фазовым переходом обладают свойствами поглощать или выделять определённое количество энергии в виде скрытого тепла. В настоящее время на рынке представлено более 500 материалов на такой основе. Среди них материалы на основе парафина, которые используются в текстильной промышленности. Благодаря своим превосходным терморегулирующим свойствам терморегулирующие волокна используются в спортивной одежде. Outlast является хорошо известным примером терморегулирующего волокна, в основе технологии которого микрокапсулы PCM внедряются в акриловую/вискозную нить. Ткань обеспечивает тепловой комфорт владельцу, поглощая, сохраняя или отдавая тепло в соответствии с требованиями. Во время активных занятий спортом или в условиях жаркого климата организм вырабатывает избыточное количество тепла. Это тепло поглощается долговечным волокном и передаётся организму по мере необходимости (при понижении температуры воздуха).

Бамбуковое волокно — это натуральное волокно, которое производится из бамбуковых растений. Бамбуковое волокно известно своей мягкостью, впитываемостью и антимикробными свойствами. Бамбуковое волокно часто используется в спортивной одежде, поскольку оно помогает спортсменам сохранять прохладу и комфорт, отводя влагу. Однако бамбуковое волокно менее прочное, чем некоторые другие варианты.

Существует множество различных вариантов волокон/тканей, из которых можно выбирать, когда дело касается спортивной одежды. У каждого есть свои плюсы и минусы. Лучший вариант — это тот, который зависит от ваших потребностей и предпочтений. Для одежды, которая долговечна и проста в уходе, даже дешёвые полиэстер или нейлон могут быть хорошим вариантом. В конечном счёте, лучшая ткань для спортивной одежды — это та, которая отвечает конкретным потребностям наиболее эффективным способом.