بررسي عددي و تجربي عملكرد مواد لاستيك استايرن‌بوتادين، پلي‌اورتان و پلي‌وينيل-كلرايد در ساخت زيره‌ي كفش

Numerical and Experimental Investigation of Performance of Styrene Butadiene Rubber, Polyurethane, and Polyvinyl Chloride in Outsoles Fabrication

كفش به ‌منظور محافظت از پاي انسان در برابر نيروهاي وارده از سوي زمين در فعاليت‌هاي روزانه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يكي از مهم‌ترين قسمت‌هاي كفش كه نيروهاي وارده را به خود جذب مي‌كند، زيره‌ي آن است. هدف تحقيق حاضر بررسي كارايي سه جنس متفاوت در ساخت زيره‌ي كفش است. بدين منظور زيره‌هايي از جنس‌هاي لاستيك استايرن‌بوتادين، پلي‌اورتان و پلي‌وينيل‌كلرايد با هندسه مشابه و فاقد آج ساخته شدند و توسط سيستم پدار آزمايش گرديدند تا فشاري كه به كف پا توسط هر زيره منتقل مي‌شود، تعيين گردد. علاوه‌‌‌بر اين، هر 3 ماده توسط آزمون‌هاي خستگي، سختي‌سنجي و فشار تك‌محوره مورد آزمايش قرار گرفتند و پس از مدل‌سازي، توسط نرم-افزار المان محدود مورد تحليل قرار گرفتند. نتايج سيستم پدار نشان داد كه در حالت استاتيكي و ديناميكي، زيره‌ كفش از جنس‌هاي PVC، SBR و PU به‌طور متوسط تقريباً فشار را به ترتيب 44%، 65%، و 59% نسبت به حالت پابرهنه كاهش مي‌دهند. نتايج تحليل المان محدود نيز نشان دادند كه SBR در تنش (در حالت استاتيكي و ديناميكي) و كرنش (در حالت استاتيكي و ديناميكي) به‌طور متوسط به ترتيب 39/6% و 98/75% عملكرد بهتري نسبت به PVC دارد. نتايج تحليل المان محدود نيز نشان دادند كه SBR در تنش (حالت‌هاي استاتيكي و ديناميكي) و كرنش (حالت‌هاي استاتيكي و ديناميكي) به‌طور متوسط به ترتيب 3/45% و 8/5% عملكرد بهتري نسبت به PU دارد. نتايج تحقيق حاضر نشان دادند كه براي ساخت زيره كفش بايد از زيره‌هاي چند لايه استفاده شود تا بتوان به‌طور هم‌زمان از خواص مثبت چندين مواد بهره برد.

Shoes are used in daily activities to protect the human foot against applied forces from the ground. One of the most important parts of shoes which absorb the incoming forces is the outsole. The aim of the present research is to investigate the efficiency of three different materials in fabricating outsoles. Outsoles made of styrene butadiene rubber (SBR), polyurethane (PU), and polyvinyl chloride (PVC) were fabricated with the same geometry and without shoe treads. Then, they were tested by the PEDAR system in order to determine the plantar pressure exerted by each outsole, and they were also tested in terms of fatigue, hardness, and uniaxial compression tests, and after the modeling they were analyzed by finite element method (FEM) software. In static and dynamic states, the outsole made of PVC, SBR, and PU reduces the pressure by 44%, 65%, and 59%, respectively on average compared to barefoot posture. SBR in stress (in static and dynamic states) and strain (in static and dynamic states) have 39.06% and 98.75% better performance on average respectively compared to PVC. In addition, SBR outperformed PU in stress (in static and dynamic states) and strain (in static and dynamic states) by 3.45% and 8.5% respectively. To fabricate outsoles, multilayer outsoles should be used in order to concurrently benefit from the positive characteristics of several materials.