그림 2는 shoes를 구성하는 parts를 정리한 것이다. 하나하나 상세한 해설을 할애하였으나, 후술하는 기능성 발현, 제화과정의 단축 등 다양한 관점으로부터 거의 최적화된 부분 구성이 되고 있다. 스포츠슈즈의 종류에 따라 다르긴 하나 대략 50~100개 정도의 부분품으로 구성되어 있다.
3. 스포츠슈즈의 요구기능
전술한 스포츠슈즈가 수행해야 하는 역할에 따라 요구기능은 8개 항목으로 분류해 보았다. 표1에 기능성과 구체적 내용, 설계 대상이 되는 부위를 정리하였다.
굴곡성이란 앞부분을 접지시킨 상태에서 뒷굽을 상승시켰을 때 요구되는 기능으로, 어떻게 다리의 굴곡상태를 따라갈 수 있는가가 사용자의 능력을 최대한 이끌어 내는 데에 중요하다.
스포츠슈즈 구입 시에 앞부분의 굴곡강성을 염두에 두는 경우가 많으나, 강성의 대소는 별도의 의미를 갖는다. 앞부분 sole 굴곡강성을 증대시킨 슈즈일수록 주행과 보행에서 피로가 낮다는 것아 밝혀졌다. 안정성과 다양한 상황에서 나오는 발 부위, 다리 관절의 과격한 변형을 억제하는 것이다.
관절의 과격한 변형은 스포츠 장해의 요인이 된다. 이들 변형은 sole 중족부에서 뒤틀림 변형을 수반하는 경우가 많기 때문에 중족부의 뒤틀림 강성을 그림1중의 shank라 부르는 수지부재를 잠입해 향상시키면 효과가 이다.
6분/km의 주행을 예로 든다면, 개인차는 있으나, 뒷굽 접지시에 있어서 체중의 2.5~3배, 공을 찰 때는 체중의 3~4배나 지면반발력이 발생한다. 이처럼 큰 지면반발을 반복해서 받는 것도 장해의 요인이 되기 때문에 이들 지면반발의 완화도 중요한 기능이 된다. 반발력 완화는 운동에너지를 mid sole을 뒤틀림 에너지로 변환, 이 변형의 정도가 심해지기 때문에 변형이 쉬운 sole 구조가 충격환충성에는 유효하다.
25℃ 분위기 하 1시간의 러닝에 있어서 한 쪽 발에서 15cc의 땀이 나는 것으로 일반적으로 알려져 있어, 그 결과 신발 내 온도도 40℃를 넘고 습도도 100%에 도달한다. 고온 다습한 물집 발생요인으로도 알려져 있어, 이를 제어하는 통기성도 중요한 요구기능이라 할 수 있다. 슈즈의 총 중량을 경함시키는 것은 사용자의 피로를 경감시킬 뿐 아니라 사용재료의 감소에 의해 환경부하를 보다 저감시킨다.
내구성을 향상시키는 것도 사용자의 경제적 부담을 줄일 뿐 아니라 환경부하도 저감시킬 수 있기 때문에 중요한 기능이 된다. 사용자의 스킬에 관계없이 모든 aport scene에 있어서 중요한 것은 grip성과 fit 성이다. 전자는 넘어졌을 때 등에 의한 부상방지이고 후자는 쾌적한 호나경을 유지시킬 뿐 아니라 능력의 최대화를 위해서도 중요한 기능이다.
4. 요구기능 발현을 위한 설계
표 1에서와 같이 섬유, 또는 섬유구조체가 주 설계대상이 되는 기능은 통기성과 경량성, fitness 성이다. 본장에서는 각 기능발현을 위한 구조와 재료에 대해 정리한다.
4.1 통기성
신발 내 온도를 제어하기 위해서는 외기와 신발 내에서 공기 순환을 일으킬 필요가 있다. 이 때문에 upper는 통기성이 높고 필요에 따라서는 강도와 강성도 갖는 폴리에스터 섬유를 이용한 랏셀 편물이나 더블랏셀 편직 구조 등이 일반적으로 사용되고 있다. 편직구주에 의한 통기성 향상 뿐 아니라 단섬유 단면을 십자형 또는 편평형으로 함으로서 섬유간 공극을 키워, 경량화에 머무르지 않고 모세관현상을 이용함으로서 높은 흡한속건성을 실현하고 있다. 또한 산화티탄 등의 세리막 분말을 폴리에스터에 혼합하거나 섬유에 가공함으로서 자외선을 방지하고 신발 내의 온도상승을 보다 효율적으로 제어하는 시도도 보인다. Upper 뿐 아니라 다층구조인 sole에 구멍이나 공기 유입경로를 설계한 ventilation system도 효과를 발휘하고 있다.
4.2 경량성
이미 언급한 바와 같이 upper에 사용되고 있는 섬유이 단면을 변화시켜 공극을 키움으로서 신발 중량을 낮추는 시도 이외에 outer sole도 섬유재료를 적용함으로서 중경량감을 설계하고 있다.
그림 3은 rubber성 outer sole의 저중량을 목적으로 개발한 신규 outer sole이다. 폴리에스터 부직포를 base로 rubber와 폴리우레탄 칩을 산발적으로 접착시킨 것으로, grip성을 유지하면서 한층 경량화를 실현한 sole이다. 앞부분의 골곡강성은 sole 재료의 탄성율과 sole 두께에 의존하는 것은 이미 아는 사실이다.
특히 두께는 압축변형을 무시하면 두께의 3승에 비례하기 때문에 굴곡강성의 저감은 outer sole에 굴곡구를 넣음으로서 제어하지 않으면 안 된다. 그러나 본 구조를 outer sole에 적용함으로서 굴곡강성 제어를 보다 간편히 행할 수 있다는 효과도 있다.
4.3 Fitness 성
Fitness 성에 영향을 미치는 인자로 신발 목형과 사용되는 upper의 강성분포를 들 수 있다.
그림 4는 발 길이가 동일하게 하고 폭과 주위 길이를 변화시킴으로서 보다 많은 사람의 fitness 성을 개선하기 위해 개발한 목형의 일례를 보인 것이다. 그림 5는 그림 1에서 보인 신발 upper의 전개도이다. 제단한 섬유부재와 인공피혁을 봉제함으로서 큰 부분품을 제조하고, 이것을 특정의 개소(그림 중 파선부 등)에서 봉제함으로서 2차원 부분품이 3차원적인 upper를 형성한다.
이 형성과정에 있어서 부분품에는 복잡한 응력장이 생기기 때문에 재료선택이 달라질 경우 발에 다라 3차원 upper가 형성될 수 있다.
한편 완성에만 치중할 경우 신발로서의 fitness성이 발현되기 어려운 경우도 있다. 지속적으로 양쪽 모두를 만족시키는 섬유재료의 선택과 신규재료의 개발이 필요하다고 하겠다.
한편 슈즈레이스가 fitness성에 미치는 역할도 무시할 수 없다. 슈즈레이스를 연결시킴으로서 upper에 장력이 생기기 때문에 fitness 성을 조정할 수 있다. 어밀히 말하면, 사용자의 다리 형상은 천차만별하기 때문에 목형 형상의 변화만으로는 모든 사용자에 게 맞는 upper는 실현할 수 없다. 따라서 슈즈레이서의 장력을 각자 조정함으로서 upper에 발생하는 응력장을 조정, 다리와 upper의 공극을 제어할 수 있게 된다.
또 기록을 쫓는 경기에서는 경기 중 슈즈레이스가 풀어지면 안 된다. 따라서 풀어지기 어려운 특성도 슈즈레이스의 중요한 기능이 된다. 그림 6과 같이 다양하게 구성된 구조와 단면형상을 갖는 슈즈레이스가 개발되어, 경기종목에 맞춰 채용하고 있다. 일예로, 경기 중 슈즈레이스의 조정이 어려운, 맺음 부위의 느슨해짐을 피해야 하는 마라톤 슈즈에는 평형 단면을 갖는 슈즈레이스를 채용하고 있다.
5. 섬유재료에 관한 평가
섬유재료가 갖는 주요 기능의 설계요소를 소개하였으나, 마지막으로 그 외 upper용 섬유제품에 대해 많은 평가법 중 견뢰도 시험과 강도시험에 대해 간단히 정리한다.
5.1 견뢰도 시험
견뢰도 시험은 염색, 세탁, 내후 등 다양한 분야에서 행해지고 있다. 염색견뢰도시험이란, 일반적으로 말하는 양말 등에의 이염(오염)을 평가하기 위한 수단이다. 인공땀액에 침적한 upper 재료를 면, 나일론, 폴리에스터 등의 백포와 경질수지판 사이에 적층하고(그림 7(a)), 60℃의 건조기 중에 일정시간 방치한 후 꺼내 백포의 오염정도를 조사함으로서 견뢰도를 평가한다. 또한 세탁시의 이염(오염)이나 변퇴색를 측정하는 세탁법과 일광에 의한 색변화를 측정하는 크세논 광을 이용한 내후시험(그림 7(b) 등도 upper 재료 선택시와 시작 슈즈 평가시에 상시 행해지고 있다.
5.2 각종 강도시험
섬유에 사용되는 섬유제품에는 실 사용환경 하에서 각종 응력을 가한다. 이 때문에 통상의 인장강도 측정 외에 cut strip 법이라고 하는 인열시험, 봉제선 강도를 측정하는 滑脫(활탈) 저항력 시험(그림 8(a)), 국소적 면압에 대응한 파열시험(그림8(b), sole 등과 다른 재료와의 접착강도를 측정하는 접착은 격리시험 등이 행해지고 있어 내구성 향상을 꾀하고 있다.
6. 끝으로
신발에 있어서 섬유와 섬유제품이 담당하고 있는 역할과 요구특성, 또한 섬유제품의 평가방법에 대해 간단히 소개하였다. 그림 9는 전년도에 발매된 마라톤슈즈이다. 발 코에 통기구가 열려 있어 통기성 향상에 노력을 보였다는 것, upper 모두에 균일한 섬유재료로 구성되어있다는 것을 알 수있다.
그림 1과 비교해 알 수 있듯이 섬유의 진화가 신발을 진화시킨다 해도 과언이 아니다. 코스트와 성능의 균형에 우수한 섬유의 개발, 이어 이를 지원할 수 있는 제조기술의 혁신이 요망된다. 신발의 실제 설계에 몸을 담고 있는 사람 입장에서는 섬유제품의 수치해석에 필요한 모델화 수법의 확립이 급선무로 생각된다.
섬유제품은 이방성, 비선형성에 이어 인장강성이 있는 것이 압축강성은 0에 가깝고 굴곡응력을 전달시키지 않는다는 특수한 특징을 갖고 있다. 이를 고려한 수치해설 기법을 확립함으로서 sole과 upper를 통합화한 수치모델에 의한 신발 전체의 시뮬레이션이 가능하게 되어, 싸인 심지와 기능성을 양립시키는 신발이 보다 단기간에 저코스트를 실현할 수 있을 것으로 생각된다.
지금과 같이 섬유구조를 동등의 강성을 갖는 균질요소로 대체함이 없이 섬유의 구조, 조직구조를 직접 고려하려는 모델화가 진행되어 다양한 특성을 갖는 신발을 제공하게 되어, 기술에 중시되지 않고 모든 스포츠를 즐기는 사람들에게 일조하게 된다면 여기에는 확실한 기쁨은 없다.
