История защитных элементов специализированной обуви

Заключительная часть истории расскажет о защитных элементах, которыми снабжается специализированная обувь. Некоторые из них ведут свою летопись еще с древнейших времен, но широкое распространение получили лишь в XIX веке. Основная часть защитных элементов была изобретена в начале-середине XX века, когда разразившиеся войны и появившийся рынок спецобуви стали «двигателем прогресса» обувной промышленности.
Обувь с защитным подноском
Металлоподносок

Происхождение обуви с защитным подноском не прослеживается вплоть до начала XX века, когда безопасность на производстве приобрело приоритетный характер. Американское правительство начало проводить регулирование отношений между работодателем и работником, приняв законодательные акты о порядке выплат компенсаций. Прежде замена травмированного рабочего стоила дешевле, чем ввод мер безопасности.

В 1920-х годах требование опережающего роста производительности труда по отношению к зарплате стало основой политики заработной платы и, соответственно, коллективных договоров. Важным пунктом в коллективных договорах было снабжение производственной и специальной одеждой. Предоставление работникам спецодежды и спецобуви составляло часть неденежных выплат. Для рабочих эти выдачи имели важное психологическое значение, подтверждая заботу о них со стороны предприятия.

После принятия закона крупные компании стали заинтересованы в инвестировании средств в безопасное производство, в связи с возникшей ответственностью и существенными расходами.

Компания Red Wing Shoes в 30х годах запустила конвейер по изготовлению обуви со стальным подноском. Кроме того, некоторые немецкие походные сапоги, которые использовались унтер-офицерами во время Второй мировой войны, были усилены металлическими подносками.

В 1944 году военное министерство Великобритании направило эмиссара Джорджа Дентона в Америку, для того, чтобы встретиться с Артуром Уильямсом из «Goodwill Shoe Company» — эксцентричным американцем, изобретателем металлических подносков для обуви. За игрой криббидж, было достигнуто важное соглашение, которое изменило жизнь тысячам рабочих в Великобритании.

В течение XX века металлоподносок неоднократно менял свою форму и химический состав сплава. Современная металлическая защита носа ботинка регулируется многочисленными стандартами и нормами.
Подносок из композитных материалов

Композиционный материал (композитный) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними.

Первый искусственный армированный пластик — бакелит, был создан в 1907 году. Произведя реакцию поликонденсации фенола и формальдегида, ученый Лео Бакеланд сначала получил термопластичную фенолоформальдегидную смолу, которая отверждалась только в присутствии отвердителей. В 1909 году Лео Бакеланд сообщил о полученном им материале, который он назвал «бакелитом». Данный материал был первым синтетическим реактопластом — пластиком, который не размягчался при высокой температуре.

Пионером применения защитных подносков из сплава смолы и стекловолкна (фибер, фибергласс) является французская компания «Jallatte», которая в начале 1990-х обеспечила свою обувь защитой максимальной ударной нагрузкой 100Дж.

В 1992 году австралийская компания «Oliver Footwear» впервые применила подноски из углеродистого волокна (карбона).

Другой материал, впоследствии заменивший подноски из металлических сплавов, был кевлар, полученный группой Стефани Кволек из компании DuPont в 1964 году. Кевлар обладает высокой прочностью (в пять раз прочнее стали), поэтому его используют как армирующее волокно в композитных материалах, которые получаются прочными и лёгкими. Впервые (в обувной промышленности) кевлар применила компания Nike, включив его в состав шнурков и передней части баскетбольных ботинок из модельного ряда «Elite Series II». Одновременно кевлар использовался и военной промышленности. Изготовление бронежилетов с кевларовыми включениями наладил Ричард Дэвис, основатель «Second Chance Body Armor».

Имя основателя производства защитных подносков с кевларовыми нитями неизвестно. Однако история возникновения такой обуви прослеживается (как и обуви из других популярных композитных материалов) с начала 90-х годов XX века.
Обувь с антипрокольной стелькой
Металлическая антипрокольная стелька

5 апреля 1864 года Джордж Грисволд получил патент на продукт под названием «METALLIC BOOT», характеристики которого обеспечивали безопасность ног шахтеров и рабочих, чей труд был связан с опасностью поражения нижних конечностей. Суть изобретения состоял в креплении чугунной подошвы к кожаному верху.

В 1882 году Уильямом Шенком была изобретена первая сменная стелька из тонкой гладкой кожи с расширением в пяточной части. В тексте патента указано, что изобретатель уже знаком с металлическими стельками, поэтому будем условно считать, что этот защитный элемент появился в конце XIX века.

В 1927 году Альфред Глидден и Томас Ноуленд предложили совершенно новый способ реализации антипрокольной защиты, посредством металлического листа, включенного во внутрь резиновой подошвы.

В 1939 году Клэренс Уильям Паркер развил идею металлической стельки и предложил защиту для рабочих сапог от битого стекла, гвоздей и строительного мусора в качестве гибкого листа, имеющего загиб в зоне пальцев ноги.

В 1989 года Дуглас Эштон предложил стельки, конструкция которых состояла из нескольких слоев металла и сетчатого материала, распределяющих нагрузку при проколе. Также конструкция позволяла изымать стельки из ботинка и использовать их сразу в нескольких парах обуви.

Множественные модификации антипрокольной защиты продолжались весь XX век и продолжаются до сих пор. Постепенно решаются главные проблемы этого элемента: дороговизна изготовления, невозможность повторного применения металлической стельки, тяжелый вес, коррозия и низкий уровень комфорта.
Неметаллическая антипрокольная стелька

В 1987 году Алан Ганнибал запатентовал антипрокольные стельки из композитных материалов, состоящие из нескольких слоев. Часть из них выполняла роль защиты, другая часть поддерживала амортизирующие свойства подошвы, верхняя мягкая часть предназначалась для повышения комфорта. Стельки выдерживали проколы и с боковых сторон подошвы. Волокна углеродистого химического сплава располагались под углом 40 и 90 градусов. Такая стелька стала принципиальной заменой металлической антипрокольной защиты.

В 1989 года Грант Мейер предложил антипрокольные стельки из композиционных материалов, армированными кевларовыми нитями. Такая конструкция позволила значительно снизить вес, повысить прочность, а также увеличить устойчивость стелек к точечным ударным нагрузкам. Кроме того, форма стельки подбиралась с учетом ортопедических особенностей ступни человека.
Подошва защитной обуви

В прошлых статьях мы уже неоднократно рассказывали об истории возникновения тех или иных видов или материалов спецобуви, подробно останавливаясь о первых упоминаниях применения подошв. Растительные компоненты, кожа и дерево являлись приоритетными материалами на заре существования человечества. Такая картина оставалась неизменной вплоть до изобретения резины, которая своим появлением изменила (в то время, еще очень молодые) рынки специализированной и повседневной обуви.

Индейцы, издревле обитающие в тропических лесах Амазонии, обмакивали ноги в стекающий млечный сок (латекс) дерева гевея, после обсыхания которого образовывалась эластичная пленка. Густая масса так плотно покрывала ноги, что вода не могла попасть во внутрь этих своеобразных «галош». Индейцы активно этим пользовались и назвали полученный сок «као-чу», что в переводе значит «слезы дерева». Так была получена первая основа современного каучука — высокомолекулярного углеводорода.

Значительно позже в Южной Америке появились первые европейцы, которые наряду с местными жителями научились добывать сок и пропитывать им одежду. Завезенный в Европу каучук не получил должного применения и стал использоваться только в качестве ластика для стирания записей на бумаги. Но в 1823 году Чарлз Макинтош обнаруживает водонепроницаемые свойства этого материала, отмывая пятно от раствора каучука на рукаве своего пиджака после химических опытов. Чуть позже он предложит пропитывать куски ткани этим полимером, которые впоследствии сшивались в обычную, но уже не подверженную проникновению жидкостей одежду. Идея была успешно запатентована, и химик открыл компанию «Макинтош» по производству непромокаемых изделий. К сожалению, одежда имела и обратную сторону медали — материал становился «дубовым» и неэластичным на морозе, а в жаркую погоду плавился. Ученый-химик так и не дожил до устранения этих недостатков, но всемирная слава уже не позволила отличной идее «сыграть в ящик».

В 1839 году Чарльз Гудьир искал способ сделать каучук нечувствительным к изменениям температуры. Многократные опыты требовали денег, и в итоге исследователь оказался в долговой тюрьме; именно там, продолжая опыты, он обнаружил, что липкость исчезает, если посыпать каучук серой и высушить его. Уже выйдя из тюрьмы, Гудьир, опять же по рассеянности, положил кусочек каучука с серой не на стол, а на горячую плиту. Ошибка оказалась открытием, потому что на плите Гудьир обнаружил не липкую смесь, а сухой мягкий упругий кусок… уже резины. Под действием серы при умеренном нагревании каучук приобретал большую прочность, твердость, становился менее чувствительным к переменам температуры. Процесс назвали вулканизацией, а вулканизированный каучук — резиной. Изделия из резины начали быстро завоевывать рынок, а в конце XIX века в период повсеместной электрификации резина стала использоваться и как хороший изолятор.

Процесс, с помощью которого резиновые подошвы присоединялись к кожаному верху, был запатентован Вэйтом Вебстером в 1832 году. Уже в 1860-х годах появились первые ботинки на резиновой подошве. Ходьба в них была настолько тихой, что обувь получила название «sneakers» (от англ. «sneak» — «красться»), что в переводе на русский означает «кроссовки».

На массовый рынок кроссовки попали лишь в 1917 году, когда компания US Rubber выпустила спортивную обувь Keds, называемые в России «кедами».

В 1909 году Джоном Добертом был предложен первый энергопоглощающий каблук, снабженный различными материалами (преимущественно, резиной) различной плотности, которые позволяли достичь лучшей амортизации ботинка.

В 1926 году Перцивал Флойд из компании «Wright & Ditsonvictor» получил патент на новый рисунок протектора подошвы футбольных ботинок. Одна из главных проблем — налипание большого количества грязи — была решена путем замены шипов на резиновые конические элементы, каждый из которых выполнял свою роль.

В 1935 г. известный горный проводник и член итальянского альпийского клуба Витале Брамани во главе группы альпинистов собирался покорить несколько вершин в Альпах. Благоприятная погода во время восхождения на пик Расика сменилась сильной и затяжной метелью. В тот период альпинисты для передвижения по ровной местности использовали тяжелые ботинки с жесткой подошвой, подбитой специальными гвоздями. Профессионалы были обуты в легкие ботинки с тонкой и гибкой фетровой подошвой. Благодаря им отлично чувствовался скальный рельеф. Их главным недостатком была недостаточная защита от влаги и холода. А после промокания и в условиях отрицательной температуры фетр покрывался льдом и скользил по скалистой поверхности, что делало спуск и восхождение просто невозможными. Именно по этой причине шесть членов группы погибли в горах из-за обморожения.

Этот случай подтолкнул Брамани задуматься о разработке более совершенной подошвы для альпинистской обуви. В идеале она должна была получиться гибкой, тонкой, а также хорошо защищать от влаги и холода и надежно держаться на скальном рельефе. Поэтому Брамани использовал в своей разработке вулканизированную резину. Год ушел на подбор состава материала, который обладал бы нужной жесткостью, стойкостью к истиранию и имел рисунок, прочно держащийся на любой поверхности.

В 1937 г. Витале Брамани получил патент на свое изобретение. Эту резиновую подошву он назвал Carrarmato (с итал. — «напролом»). При содействии шинной компании Pirelli Tire Company он начала выпуск новой продукции. Известный альпинист обозначил свою торговую марку Vibram (от сокращенных инициалов Vitale Bramani).

13 ноября 1937 года немецкий химик Отто Байер получил на свое новое изобретение официальный патент под номером 728 981. Его новым изобретением и был полиуретан — продукт реакции изоцианата и полиола, который спустя десятки лет приобрел тысячи разновидностей и нашел множество применений во всех сферах деятельности человека. В 40-х годах появились первые полиуретановые подошвы.

Резина с середины XX века успешно используется в качестве подошвенного материала. Сапоги и ботинки, юфтевые на резиновой подошве с гвоздевым креплением поступили на вооружение РККА еще в Финскую войну. С обувью «на резиновом ходу» наш солдат прошел всю Великую отечественную. Практически все армии мира использовали в качестве подошвы спецобуви резиновые материалы.

Качество, износостойкость и защитные свойства резиновой подошвы определяют вулканизированный каучук и примененные в ней добавки.

В 1954 году Эдвард Спригг предложил принципиально новую подошву, разработанную специально для защитной обуви. Сложная и многослойная структура протектора этой разработки позволяла обеспечивать безопасность человека при ходьбе по пересеченной местности и скользкой поверхности. Изобретатель предлагал снабжать резиновой подошвой как военную, так и рабочую обувь.

Спецобувь на резиновой подошве так же эффективно защищает и работников различных специальностей. Например, Heckel Securite с 1970 года, успешно разрабатывает и применяет новые поколения резиновых подошвенных материалов для специальной защитной обуви под торговой маркой MAC для всех отраслей промышленности и производства.

Патент, полученный в 1974 году изобретателями Шожи Ока и Такаши Вакабаяши гласил о новом методе крепления вспененного полиуретана контролируемой плотности к верху обуви.

В 1986 году французский изобретатель Кристиан Вермонет предложил новую структуру подошв из эластомера. В 1996 году Дэниэл Коугар регистрирует патент на резиновую подошву для кровельщиков с крупными порами (для лучшего сцепления со скользкой поверхностью). В 2003 Клаус Бречт, Ганс-Детлеф Арнз и Бернард Джон из Германии зарегистрировали новый полиэфир-полиуретановый состав, из которого предполагалось изготовлять подошвы защитной спецобуви. Наконец, в 2007 году Сэлли Чэнг из Тайваня получает патент на многослойные подошвы из полиуретана и эвапласта. Такая конструкция улучшает воздухопроницаемость и устойчивость обуви к истираниям.
Антистатическая и электрическая защита

Диэлектриками называются вещества, которые в обычных условиях практически не проводят электрический ток, их удельное сопротивление в несколько раз больше, чем у металлов. Согласно представлениям классической физики, в диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда, которые могли бы под действием электрического поля создавать ток проводимости. К диэлектрикам относятся все газы; некоторые жидкости (дистиллированная вода, масла, бензол); твердые тела (стекло, фарфор, слюда). Термины «диэлектрик» и «диэлектрическая постоянная» были введены в науку в 1837 г. M. Фарадеем.

Диэлектрическая обувь (в обувной сфере) тесно связана с развитием резиновой и полимерной промышленностью. Диэлектрические боты возникли в середине XX века и с успехом используются до сих пор. В 1989 году Клайд Батарст и Джеймс Форт предложили модернизированные диэлектрические боты с использованием двухслойной резины. А в 1997 году Джеффри Купер и Рэй Хансен запатентовали всесторонне защищенные ботинки (в том числе и от поражения электрическим током), изготовленные из бутилового каучука, неопрена, поливинилхлорида, нитрила и их комбинаций.

Антистатическая обувь возникла сравнительно недавно. Цели и задачи этой продукции сводится к препятствованию накоплению статического электричества с помощью рассеивающих электропроводящих материалов. Антистатическая обувь предназначена для использования людьми, работающими с высокоточным оборудованием (разряд тока может испортить аппарат), сотрудниками химических лабораторий, врачами-хирургами (для предотвращения поражения статическим электричеством оперируемых больных через металлический инструмент) и т. д.

В 1968 году Карл Остерхельд запатентовал подошвы со вставкой металлического электропроводящего материала, задачей которого являлось рассеивание электростатики. Подразумевалось, что подошвы будут снабжаться «заземлением» в виде проволоки или покрытия из фольги.

В 1981 году Марвин Товсенд опубликовал патент на специальные подошвы, которые предотвращают накопление статического электричества при ходьбе человека по напольным покрытиям, например, коврам. Изобретатель предлагал изготавливать подошвы из материла, схожего по химической структуре с материалом покрытия.

В 1994 году Андрю и Роберт Парнелл запатентовали подошвы, включающие в себя полиуретановые основу с электрическим сопротивлением около 40 МОм в сухих уловиях и около 20 МОм во влажных условиях среды. Тесты проводились в соответствии с британским стандартом 2050. Резиновый слой подошвы, располагающийся рядом с внешним слоем, обладал с электрическим сопротивлением около 1 МОм.
Обувь с защитой от экстремальных температур

Низкие или высокие температуры воздуха всегда относились к приоритетным проблемам, с которыми сталкивался любой человек. Древние люди, изготавливавшие обувь из шкур животных или растений, руководствовались практическим опытом использования подобной обуви: теплый мех хорошо сохранял тепло ног, а легкая обувь из коры деревьев и листьев обеспечивала комфортную температуру при особо жаркой погоде. Аналогично поступали и древние цивилизации, изготавливавшие обувь в соответствии с наиболее характерными для своей местности погодными явлениями и климатическими особенностями.

Шумерская цивилизация была богата мастерами. Люди носили одежду из шерсти и шкур. Однако многие шумеры предпочитали вообще ходить босиком. Археологические раскопки доказали, что 3000 лет до н. э. уже существовала обувь для знати. Сандалии были сделаны из окрашенной кожи, имели каблук или высокую подошву, петлю для крепления обуви к пальцам, а также пяточную часть для защиты ноги.

Ассирийцы носили сандалии, полуботинки и ботинки. Ассирийские цари носили кожаные сандалии на толстой подошве с пяточной частью, украшенной жемчугом. Ремешок оборачивался вокруг большого пальца.

В античной Греции широко использовались легкие сандалии, подошва которых позволяла ходить по разогретой почве, а ременное крепление не задерживало воздух. Многие народы взяли греческие сандалии за основу своей обуви.

Викинги использовали полусапоги из толстой воловьей кожи. Алеуты и другие народы севера использовали ботинки из кожи, утепленные натуральным мехом. Валенки — традиционная зимняя русская обувь из свалянной овечьей шерсти, происходят от войлочных сапог кочевников Великой Степи (в том числе Южной Руси), история которых насчитывает более 1,5 тысячи лет. Канадские аборигены носили муклуки из шкуры лосей или тюленей с мехом бобра, медведя, белки. Эвенки изготавливали сапоги из шкуры оленя с заячьим или песцовым мехом, которые называются «унты» (с эвенкийского — «обувь»). В советские годы унты получили развитие в виде кирзового сапога на резиновой подошве с собачьим мехом.

Мы не станем заново пересказывать всю последующую историю обуви, уже описанную в прошлых статьях, которая, так или иначе, протекала в условиях борьбы человечества с холодом или жаркой погодой. Остановимся лишь на XX веке, когда эта борьба впервые получила помощь науки.

В 50-е годы XX века во время корейской войны были разработаны так называемые «Bunny boots» — армейские ботинки с войлочной и шерстяной изоляцией между слоев резины, успешно используемые при температуре -53.8°C. Сейчас такая обувь очень популярна на Аляске.

Работы над технологией производства микроволокна были начаты компанией 3 М в 60-х годах по заказу NASA на разработку утеплителя для костюмов и обуви космонавтов. В 1978 году 3 М выпустила утелитель Тинсулейт для производства утеплённой одежды и обуви. С того времени сфера применений этого микроволоконного утеплителя существенно расширилась, а утеплитель Thinsulate продолжает наращивать свою популярность и в наши дни.

Современная обувь для особо низких температур состоит из различных комбинаций новейших синтетических и традиционных натуральных материалов. Формами и конструкциями, используемые народами Севера, снабжаются и новейшие ботинки и сапоги.

Обувь для особо высоких температур изготавливается с использованием различных мембран, активно выпускающих горячий воздух изнутри ботинка. Также предусматриваются использование перфораций, либо формы сандалий. Материалы, предназначенные для иных целей, к примеру, ограничивающие попадание воды, обеспечиваются и вентилирующими свойствами.

Обувь с защитой от радиации

С потребностью в защите от радиации человечество столкнулось относительно недавно. Ликвидаторы ЧАЭС использовали костюмы химической защиты и обыкновенную резиновую обувь.

Современная обувь, защищающая от ионизирующего облучения, также выпускается на основе полимерных и резиновых материалов. Обычно является частью полноценного одноразового костюма. Иногда, в частном порядке, используется одежда, снабженная металлическими вставками. В свете недавних событий, произошедших в префектуре Фукусима, японские фирмы наладили выпуск вкладных стелек, выполненных из свинца.
Метадарсальная защита — защита плюсневых костей

Защита плюсневых костей стопы — одно из важных направлений развития защитной обуви. Подноски, сохраняющие в безопасности лишь носочную часть ноги, в некоторых случаях, дополняются плотной накладкой, которая закрывает остальное пространство верхней части ступни.

В 1977 году Рирд Адамс предложил оснащение ботинок пластинами из сплава крепких пластиков. Указывая на особую уязвимость верхней части стопы, изобретатель предлагал защиту, равномерно распределяющую силу ударной нагрузки.

Следующие изобретения незначительно изменяли форму и расположение пластины. Современная метадарсальная защита изготавливается из различных новейших материалов и сплавов.
Защита от разреза бензопилой

В 1991 году Винсент Диаз зарегистрировал патент на специальную оболочку обуви для людей, работающих с бензопилой: лесорубов, плотников, рабочих и т. д. Оболочка состояла из нескольких слоев волокнистого вещества. Остальные элементы: ремни, крепежные детали выполняли функцию защиты ноги.

Последующие разработки обуви, защищающей от разреза бензопилой, сводились к различным комбинациям переплетений материалов и тканей, многослойной структуре, а также использовании кевлара и других армирующих волокон.

---

Уважаемые клиенты компании «РАТ»! Этой статьей завершается цикл публикаций об истории развития спецобуви. При составлении данного материала мы постарались систематизировать разрозненные знания, которые лишь изредка встречаются в специализированной литературе и сети интернет. Наши статьи не претендуют на абсолютное соответствие настоящей истории — пусть это останется задачей профессиональных археологов, историков, искусствоведов и публицистов. Надеемся, что наше начинание будет поддержано.

Читайте все статьи из цикла «Истории спецобуви» от компании «РАТ»:

История спецобуви: вступление История спецобуви: часть 1 История спецобуви: часть 2 — возникновение и использование материалов спецобуви История защитных элементов специализированной обуви.