多功能针织护膝产品开发现状与应用前景_徐婷.pdf

应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术纺织导报 China Textile Leader 2023 No.253多功能针织护膝产品开发现状与应用前景作者简介：徐婷，女，2001年生，研究方向为纺织工艺与产品设计。通信作者：丛洪莲，教授，E-mail：cong-。作者单位：江南大学针织技术教育部工程研究中心。文|徐婷王景景魏波丛洪莲Abstract:With the improvement of living standards in recent years,people are more willing to do physical exercise,and knee joint injuries are followed.Multifunctional knitted knee pads are soft,elastic,breathable and comfortable,which can be used to protect knee joints and have broad application prospects.This paper expounds on the functional requirements of multifunctional knitted knee pads.Based on the developed products,the paper introduces the types and processes of multifunctional knitted knee pads,such as that for protective purposes,and health care purposes,and analyzes related features,functions,and means of realization.In the end,based on user needs and research hotspots,the paper analyzes the future development trend of knitted knee pads,namely,crossover research,digital design,green production and diversified functions.Key words:knitted knee pads;multifunctional;development prospects;protection;health care用纱线捻度较小，具有良好的柔软性；线圈串套结构使护膝内部形成空气袋，具有良好的透气性和保暖性；当护膝受外力作用时线圈可以转移，具有良好的抗皱性。相较于其他普通护膝，针织护膝产品具有手感柔软、弹性优良、吸湿排汗、透气舒适等优点，贴合人体腿部曲线，服用性能极佳，为人们所喜爱。为了更有效地减少膝关节损伤，适应大众对针织护膝产品的功能需求，目前市场上针对不同受众群体的功能性针织护膝产品层出不穷，主要从材料选择、组织结构设计等方面进行工艺设计。另外，随着针织全成形技术的发展，针织护膝产品生产越来越便捷，织坯下机后无需裁缝，一体成形生产效率较高，并且目前已经实现Development Status and Application Prospects of Multifunctional Knitted Knee Pads摘要：近年来，随着生活水平的提高，人们体育锻炼的意愿加强，膝关节的损伤也难以避免。多功能针织护膝产品手感柔软、弹性优良、透气舒适，可用以保护膝关节，具有广阔的应用前景。文章阐述了多功能针织护膝产品的功能需求，结合已开发的产品介绍了多功能针织护膝产品的类型与工艺，包括防护型、保健型和其他多功能针织护膝产品，分析了其产品特征、功能效果以及实现手段。最后根据用户需求和研究热点，分析了未来新型针织护膝产品研究交叉化、设计数字化、生产绿色化、功能多样化的发展趋势。关键词：针织护膝；多功能；发展前景；防护；保健中图分类号：TS186 文献标志码：A膝关节几乎承担了人类下肢的全部运动，是人体发病率最高的关节之一。苏珊等针对户外运动人群的调查研究显示，被调查的197位人员中有75人曾在户外运动的过程中有膝关节疼痛或损伤的经历。且研究表明我国目前约 1 亿人患有骨性关节炎。护膝具有防护作用和保健作用，合理佩戴护膝可以有效减少膝关节损伤。针织护膝采用针织结构制作，由线圈串套而成，线圈伸缩余地大，具有良好的弹性；针织组织松弛且所DOI:10.16481/ki.ctl.2023.02.006应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术54纺织导报 China Textile Leader 2023 No.2计算机辅助设计，可以最大化地满足多功能针织护膝产品的设计要求。1针织护膝产品的功能需求针织护膝产品作为一种便携、实用的护具，可以有效地保护膝盖，减少膝盖损伤，缓解膝关节疼痛，预防膝关节疾病。随着生活水平的提高和科技的发展，人们对护膝产品提出了更多需求，更加关注护膝的穿着舒适性、多功能性及智能化。1.1运动防护需求蔡继云在针对高校大学生的膝关节运动损伤的调查研究中指出，学生会因身体素质差、技术动作问题等原因使膝关节损伤。为缓解运动过程中的膝关节损伤，佩戴护膝尤为重要。天津科技大学张峻霞等从运动生物力学的角度对护膝防护作用的研究结果表明，穿戴护膝可以减轻人体在跑步过程中的肌肉消耗，对膝关节额状面和矢状面的保护作用明显，有利于减少足弓区域的疲劳和损伤，预防足弓塌陷等疾病。因此防护效果优良的护膝产品极具市场价值。衡量护膝的运动防护效果主要从以下两个方面进行：一是制动性能，通过紧固膝关节，减少运动过程中膝关节过度扭转造成韧带、半月板等损伤；二是抗冲击性能，通过在护膝关节部位填充缓冲材料，减少运动过程中的外力冲击。1.2保暖理疗需求中老年人由于膝关节生理功能退化，过度劳累或长期劳损，都容易膝关节酸痛。遇到阴雨季节，膝盖很容易受凉，因为膝盖表面没有肌肉包裹，脂肪少，寒冷天气容易导致膝关节疼痛，诱发关节疾病，合理地穿戴护膝可以保护膝关节。因此保暖效果好的护膝具有广阔的市场需求。针对已经患有骨关节炎等相关疾病的人群，开发具有理疗作用的护膝产品，在护膝产品中添加药理辅助，可以达到针对性的保健理疗效果。目前我国人口老龄化形势严峻，为缓解老年人膝关节病痛，减轻社会压力，体现人文关怀与技术实用性，具有理疗功能的护膝也有较大的市场需求空间。1.3多功能和智能化需求随着科技发展，人们对于护膝产品的需求不仅仅局限于防护与保健的基础作用，而是希望有更多的附加功能提升其使用效果。如在运动过程中可以帮助运动训练，监测运动效果，提升运动的安全性与科学性。在日常生活中，人们不仅希望护膝具有吸湿排汗、抗菌抑菌、防紫外线等功能提升服用效果，还希望其能促进血液循环、缓解肌肉酸痛，提升舒适性。智能化方面，随着互联网技术和人工智能技术的发展和普及，人们希望护膝可以根据外部环境及体温智能调温，结合腿部穴位智能按摩，智能识别腿部运动姿态并进行运动姿势不当的智能预警提示等。多种多样的功能性及智能化需求为护膝产品提供了更高的市场价值。2针织护膝产品的工艺2.1纱线原料为了实现针织护膝不同的功能效果，可以选择具有不同功能的纤维材料。如为了增强护膝的吸湿透气性，可以选择棉纤维、麻纤维或Coolmax纤维、Sophista纤维等功能性导湿纤维材料；为了增强护膝的保暖效果，可以采用包芯纱、中空纤维或远红外纤维、碳纤维等功能纤维材料。同时也可以通过采用具有特殊功能如防紫外线（涤纶、腈纶等化纤）、抗菌抑菌（木棉纤维、壳聚糖纤维、麻纤维、竹原纤维）等作用的纤维材料或纱线，赋予针织护膝多功能性。2.2组织结构不同的组织结构应用在不同的针织护膝产品上，可以赋予其不同的功能效果。如选用珠地网眼组织，可以使针织护膝产品手感柔软，表面有近似于网孔的凹凸结构，使其与皮肤之间形成点接触，加速汗液从皮肤到外层的传输，有利于透气和散热，穿着舒适性优于一般汗布组织。如图 1 为双珠地网眼组织编织图，其网眼比单珠地更为明显。图 1双珠地网眼组织典型的针织组织也可以用来增强护膝的导湿透气性。如采用罗纹型或双罗纹型针织两面派组织，护膝内层采用疏水性较强的化学纤维，外层采用亲水性较好的纤维，由于疏水性纤维的毛细管芯吸效应，人体表面的汗液被快速传导至外层，外层亲水性纤维借助较好的吸水性，迅速吸收汗液并蒸发，使人体皮肤保持干爽舒适。在织物组织结构的选择上，可以采用网眼组织，有利于增加护膝的透气性。图 2 为一种 6 路涤盖棉织物，具有两面派的效果，图 3 为一种蜂巢网眼组织，其上下第 1 路 第 2 路 第 3 路 第 4 路应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术纺织导报 China Textile Leader 2023 No.255针之间采用集圈连接，使用不同的原料还可以赋予产品两面派效果。图 26 路涤盖棉 图 3蜂巢网眼组织3针织护膝产品的类型随着针织全成形技术的发展，护膝产品的开发也越来越便捷。现有的多功能针织护膝产品主要包含防护型、保健型和其他多功能护膝。防护型针织护膝有助于在锻炼中紧固膝关节，减少运动冲击；保健型针织护膝主要通过保暖和智能理疗方式，保护膝关节，缓解相关病痛；其他多功能针织护膝产品将自发热、智能传感技术等应用于护膝研究，符合绿色、智能、多元的发展观念，有利于拓宽护膝产品的功能效果。3.1防护型护膝产品防护型护膝主要针对年轻用户，有助于在锻炼中紧固膝关节，减少运动冲击。目前，越来越多的年轻人注重户外运动和身体锻炼，但是由于膝关节结构复杂，在日常生活与运动锻炼中经常会受到来自各个方向的外力作用，造成不同程度的损伤。佩戴护膝可对膝关节起到一定的防护作用。3.1.1制动防护型护膝产品市面上常见的制动防护型护膝通常使用金属材料、绑带、支撑条等紧固膝关节。具有良好制动性能的护膝能够减缓膝盖部位韧带过度拉扯和髌骨的滑动，从而强化关节部位的支撑，减少运动过程中因膝关节部位过度拉伸或扭转造成的关节损伤。浙江理工大学刘青青等采用三维动态捕捉系统分析篮球运动过程中膝关节最大屈曲角、最大外展角、最大外旋角的变化，发现佩戴具有紧固膝关节作用的制动防护型护膝，可以加强对膝关节冠状面和矢状面的支撑和控制。DU等基于可穿戴设备的互联网技术，使用微型传感器识别投篮过程中运球、跳跃、转身 3 个动作，研究通过监测篮球运动起到预防作用的功能护膝产品，以减少篮球运动过程中膝关节损伤。制动防护型护膝主要起支撑和固定作用。四川成都电子科技大学魏郭文等设计了一款智能穿戴式可双向锁死的护膝，大腿和小腿护架采用弧形板和绑带固定，起支撑作用。护膝上装有智能控制系统，通过传感器对运动状态进行监测，发生摔倒时，双向锁死装置可以锁定关节运动，减少膝关节损伤。护具品牌LP销量最高的一款产品LP733双弹簧支撑型护膝如图 4 所示，其采用合成橡胶材质，两侧各有一条较硬的弹簧支撑条，髌骨采用开口垫片设计，可以有效预防半月板、髌骨以及韧带等损伤，缓解膝部压力。图 4双弹簧支撑型护膝3.1.2抗冲击防护型护膝产品抗冲击防护型护膝产品主要通过在护膝中加入海绵、聚氨酯等填充材料实现良好的抗冲击性能和缓冲效果。GUSHIKEN等使用Vicon Nexus 1.8.5软件记录摔跤过程中佩戴厚护膝、薄护膝和不佩戴护膝对膝部冲击力的效果，结果表明佩戴厚护膝可以提升膝部抗冲击力和负荷率。但是护膝过厚可能会造成运动不便，影响运动效果。目前护膝产品的开发主要通过在膝关节部位填充物质来实现。天津工业大学匡丽赘等设计了一种袋状空气层组织，并使用聚苯乙烯泡沫（EPS）作为护膝内部填充材料，制成了一款弹性好、质量轻、缓冲性能好的柔性针织护膝。图 5（a）为知名护具品牌McDavid（迈克达威）官网公布的一种运动防护护膝，原料使用聚酰胺、聚氨