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    可在冰面行走的橡膠鞋:含玻璃纖維可防滑

    時間:2016-06-13 11:13:14  作者:   來源:

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    加拿大科學家研發了一種價廉有效的方法將玻璃纖維埋入彈力橡膠中,該新型材料可用來制成冬天的防滑鞋。

    2015年3月17日華盛頓—在今年的二月,暴風雪在美國東海岸和其他地區創下紀錄,所到之處使公路,人行道冰雪覆蓋,隱患重重。最近加拿大科學家研發了一些新方法可用來大規模生產防滑材料,這種材料有助于行人在雪后的冰面安全步行。

    該材料是由玻璃纖維埋入柔韌的彈力橡膠中制成,有望在將來的某天用來制作冬季防滑鞋底。 研究者們將制作過程發表在美國物理聯合會出版的《應用物理快報》中。

    研究者們在一個新型封閉實驗室中測試了該材料。實驗室的地板被覆蓋上冰雪,整個實驗室可被吊起在空中,傾斜成一定角度,實驗志愿者穿上用這種材料制成的鞋子在地板上行走,研究者們將實驗室的角度不斷傾斜直到志愿者的鞋子開始打滑。(該實驗室配有氣墊墻和安全帶用以避免可能出現的危險跌倒和受傷)。

    “我想每個曾在冬天冰面上跌倒過的人都會知道那是一種怎樣痛苦的體驗,” 多倫多康復所的博士后研究員Reza Rizvi這樣說,他一直在研發能夠在冰面上更好防滑的材料。“想想看因為滑倒而造成的骨折或者殘疾—這些都是冰面覆蓋的人行道和馬路上所存在的隱患,這樣的跌跤有可能改變人的一生。尤其對于老年人來說, 在冰面滑倒所造成的髖骨折可以是致命的。”

    該研究團隊的領導者多倫多康復所的Tilak Dutta 指出滑倒也只是危害之一。“同樣嚴重的危害是,許多老年人因為害怕冬天跌倒而選擇長時間呆在室內。缺乏運動和封閉會對健康產生更大的危害。因此我們需要給老年人研制一種更好的防滑鞋,好讓他們在冬天可以放心外出,保證正常的活動頻率。”

    冰面是非常危險的,Rizvi說,當溫度接近零攝氏度時,冰表面的液態水會很容易形成一種薄滑層。而高花紋底的鞋子可以穿過冰表面的薄滑層攫住固態的冰,從而使鞋子具有更好的防滑能力,Rizvi說。但花紋底也存在一定的危險性,比如當鞋子的紋路卡在冰里無法拔出。 另外,高花紋底的鞋子在堅硬潮濕的大理石或者瓷磚表面是很易滑的,因此需要研發一種更好的材料用來制作冬季的防滑鞋,研究人員說。

    把橡膠轉化成砂紙

    Rizvi和他的同事,包括來自多倫多大學智能材料與適應性系統實驗室的Hani Naguib,共同研究出了一種方法,生產出的橡膠可以微觀地“攫住”冰面。

    該材料是由一種叫做熱塑性聚氨酯的橡膠塑料制成,成千上萬的玻璃纖維被埋入其中伸展到橡膠外如一個個微小的釘子,使橡膠有如細砂紙般的感覺。

    該材料看似普通的橡膠,亦可拉伸變形,Rizvi說。在干燥的表面,如大鋪地磚上,該材料的功能如普通橡膠一樣。但是在冰面上,這種混合了玻璃纖維的橡膠則展示出明顯優于普通橡膠的防滑能力。

    “據觀察,這種復合材料的摩擦系數可用來減少人行道的滑倒事件,”Rizvi說。“將這種材料用于我們的日常生活可減少冬季因滑倒而造成的受傷。”

    現有的制作這種材料的方法是將玻璃纖維平行地擠壓進橡膠板,然后重新切割定向使得玻璃纖維暴露出橡膠表面如同針墊上的突出的針。

    “制作這種高摩擦系數的混合材料并不昂貴,但是切割和重新定向的過程不是那么容易擴展的,”Rizvi說。研究組已經找到一種使生產過程自動化的方法以便大規模價廉地生產這種材料。

    研究組強調下一步的研究工作將在于進一步提高材料的耐磨性。他們的測試表明該材料的防滑性能會隨著使用次數的增加而損耗,因此還不適用于商業化制作鞋類,它的耐用性需要提高。

    “我很開心我們的研究能夠解決冬季里安全的一個重要社會問題,”Rizvi說。

    “這項工作有潛力對由冬季跌滑而引起的大量昂貴的公共健康問題產生真正有意義的影響,也會顯著提高居住在北方寒冷氣候中居民的生活質量。”Dutta補充道。


     

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