摘要：文章首先通過對當前運動襪市場進行調查研究，發現大部分運動襪的功能設計比較薄弱，難以滿足消費者越来越專業化的穿著需求；其次，基於對足部骨骼、關節、肌肉等3個方面生理構造的分析和討論，並結合足部運動步態、熱濕分布等運動生理狀態，細化了運動力學和熱濕舒適的功能訴求；最終根據常用運動襪的針織組織結構的特點，進行運動襪功能分區組合的優化設計。
1 運動襪簡介
隨著人們生活水平的提高，運動從專業化向大眾化普及，成為一種新興的時尚生活方式。消費者越来越專業化，對運動襪的舒適性和功能性提出了更高的要求。
1.1 運動襪的市場現狀
襪子是人們生活的必需品，也是消耗品，一般每人每年消費襪子約 6～10雙。中商產業研究院統計數據顯示，2016年我國襪子行業市場規模約580.7億元，增長0.75%。
運動襪作為襪品的一大分支，其產業格局目前還是外資品牌充斥，國内運動襪市場興起時間並不長。義大利X-Socks、瑞士Compressport、美國Under Armour、德國CEP等國際高端運動襪生產企業主要給專業運動員提供在比賽和競技時穿著的各類運動襪，此外還有NIKE、REEBOK、ADIDAS、PUMA等知名運動品牌，這些外資品牌占據了高檔的運動襪市場。
當下的運動襪市場，其賣點主要是功能設計和外觀設計。高端運動襪企業擅長通過結構設計結合功能材料使用以實現功能性，如Smartwool的功能襪的羊毛含量高達83%，其利用了美利奴羊毛天然的水氣處理、除臭控制和氣温調節等功能；號稱世界技術含量最高的XSocks在運動襪結構設計上擁有如空氣調節系統、X型束帶等28項專利（圖1）。運動已成為一種時髦的生活方式，充滿設計感的個性運動襪也成為追求時尚的消費者展示獨特品味的一種方式，如Stance的運動襪款式個性時尚，搭配圖案、明亮色調和結合流行文化元素的設計，深受年輕消費者的喜愛（圖2）。
1.2 運動襪的針織技術
襪子多為緯編針織物的成形產品，市場上的襪品主要有單針筒襪、雙針筒襪和提花襪。常用的圓襪機分為單針筒及雙針筒兩大類，它們分別又有素襪機、繡花襪機、提花襪機等。單針筒襪機中的毛圈襪機可以編織毛圈而常用於運動襪，其中任意毛圈襪機可以實現毛圈的任意編織，使毛圈組織設計不受位置、大小、形狀的限制。我國襪機的進線路數大部分為單路和兩路、三路進線機型僅極個別企業有生產。選針器一般均為 6 組，而國外已達到10組。
運動襪常用的組織有緯平組織、羅紋組織、添紗組織、襯墊組織、抽條組織、網眼組織、毛圈組織等。每一種組織外觀效果和對應織物的物理機械性能及特點各不同，例如：緯平組織縱橫向彈性和延伸性都很好，但橫向延伸性大於縱向；羅紋組織的延伸性會隨著完全組織的增加而變小，織物的寬度也會隨著完全組織的增加而變寬等；抽條組織具有獨特的凹凸效應。只有掌握這些組織的特點，才能根據襪子功能和款式的需要采用相應的組織。
一般非專業運動員的運動襪品的材料占比大致為：棉和再生纖維素纖維約占60～70%，PET或NYLON占30 ～40%，PU占2～ 6%。這是因為棉或再生纖維素纖維有較好的吸濕性和舒適性；PET或NYLON有優良的耐疲勞性、耐磨損性和耐化學藥品性；PU有一定的彈性，能夠貼身合體。
因此在設計特定功能襪品時，要同時考慮織物組織和紗線原料的選擇。
1.3 運動襪的結構設計
襪子的基本結構如圖 3 所示，主要由襪口、襪筒、高跟、襪跟、襪底、襪面、襪頭等部分組成。市面上的運動襪在結構設計上基本有以下共性：防脱襪口設計、X區域壓力加固補償系統設計、足背緩衝設計、防磨導流系統、足弓穩固設計、足底加厚設計、Y跟立體設計等。
運動襪可以按照原料、襪筒高低、運動類型等多種方法分類，而新修訂的《針織運動襪》標準一改以往用材料進行分類的方法，將運動襪分為踝下運動襪、短筒運動襪、中筒運動襪、長筒運動襪等。短筒襪一般指總長低於40 cm的襪子，中筒襪的總長一般介於40～ 60cm，長筒襪的總長一般大于60 cm。
目前中國運動襪市場魚龍混雜，一些運動襪以圖案或花型在視覺上給人以功能性結構分區設計的錯覺，實際上並沒有真正的功能。還有一些企業直接照以國際品牌的設計而不加以研究和改進，缺乏系統科學的功能設計，導致很多運動襪並不能真正滿足消費者的需求，因此對運動襪的功能訴求進行分析並進行科學系的功能設計很有必要。
2 運動襪的功能訴求
足部是人體承重和活動的重要器官，要研究襪子應具有的性能和功能，首先要了解腳部的生理特徵。
2.1 足部力學功能分析
2.1.1 足部生理構造
如圖4所示，腳的骨骼包括趾骨、跖骨和跗骨三大部分。跟骨和跖骨的骨突出造成運動時著地次數最多，趾骨次之，從而增加了腳底前部和跟部的摩擦力；第五和第一跖骨在足部的兩側比較突出，在運動時會增大摩擦。跖趾關節是足部活動最為頻繁的關節，在運動過程中趾骨借助跖趾關節向上或向下做延伸運動，給予襪頭部位向上、向下以及向前的衝擊力，使得襪頭容易被腳趾頂破（圖5）。踝關節和足弓也是運動中容易受傷的部位，可以通過施加壓力提高關節韌帶的承重能力，從而起到保護作用，比如舒張圈設計可以提供支撐和緊迫感，起到固定保護的作用。
襪的伸縮性會直接作用於肌肉，從而影響腳部舒適度：過於緊繃會壓迫腳趾、腳背，導致肌肉受到擠壓而產生不適；而過於鬆散會與腳的貼附不夠緊密，襪子容易向前滑脱。因此襪子整體設計要有貼附性並鬆緊合適，避免滑脱的發生且符合壓力舒適性的設計。
2.1.2 足部步態
腳和地面的一次接觸過程如圖6所示。首先，腳跟著地會對襪跟產生一个瞬間的由前至後的作用力，相對應的襪跟處就會對腳產生一個由後至前的摩擦力，這個力會迫使襪跟向前滑脱。腳跟著地後，足底快速彎曲，沿著長軸側面和地面接觸，襪底外側摩擦力會較大。之後腳跟抬起，腳的附載區域依次減少到前腳掌和跖骨，最終由趾骨進行終端推進，腳趾會先给襪頭一個向下的瞬間衝力，接著抬離地面又會產生一個向上的衝力。因此，襪跟部要增大摩擦、減震耐磨，襪底的外側和前部要耐磨和防滑，襪頭要抗頂破。
2.2 足部熱濕功能分析
人體足部是離心臟最遠、血液最難到達的器官，同時汗腺發達，足部各區域在運動過程中温濕度的變化規律是設計足部運動裝備的重要參考依據。
2.2.1 熱分布
安靜狀態下，足部各區域的温度存在顯著性差異。橫向比較，足底外側温度最低，内側和足背接近；而由縱向比較:腳中部、足弓部位和腳背動脈處温度較高，其次是前掌部位，腳趾和腳跟部位的温度值相對較低。
隨著運動的進行，各區域體表温度逐步增加，各部位温差減小。足部的骨骼構造和步態變化導致不同部位的摩擦程度不同，並導致不同部位温度變化的差異。各部位温度平均值的比較中，前足掌温度最高，其次是足中部，足跟部最低。同一時段，由於足底内側關節活動範圍大、周圍肌肉收縮力度强、血管分布多，足底各分區内側温度高於外側。而足底因血管分布較多、與地面摩擦擠壓，其平均温度和變化率要高於足背。綜上，足部主要的散熱區是前足掌内側、足中内側、足背内側。
2.2.2 濕分布
靜止狀態時足部各部位的初始濕度不同，足底的中足掌内側平均初始濕度最高，其次是前足掌。足背的初始濕度較足底低，其中前足背内側最高。隨著運動速度的提高，由於中足掌部位血管和汗腺的分布較多，血液微循環較快導致出汗較多，因此足底的中足掌内側濕度變化率最高，其次是腳趾和前足掌，足跟最小。足底的初始濕度、濕度變化趨勢和平均濕度都大於足背，内側濕度和濕度變化率要高於外側。綜上，足部主要排汗區是中足掌内側、腳趾、前足掌。
3 運動襪功能分區設計
通過以上分析，運動襪的功能訴求主要表現在當腳部與地面接觸時具有良好的力學舒適性能，以及在不同溫溼度環境時具有良好的熱濕舒適性。因此針對這兩方面對運動襪進行功能分區設計。
3.1 力學功能分區設計
襪頭要抗頂破、減震、耐磨，可以通過組織及密度的選取達到功能訴求，比如毛圈組織減震耐磨，通過編織加固圈提高其抗頂破性。前足掌和襪跟要緩衝抗震、防滑和耐磨，跖骨兩側、足底外側和高跟部分要耐磨，減少與皮膚摩擦擠壓產生的疼痛。目前耐磨的設計通常採用“夾底”，即加入加固線的方式，跖骨兩側可以從襪底前部延伸到襪面做一些耐磨的設計。
足弓部位提供支撑和包覆感，可以使用舒張圈的設計，即添加橡筋或使用特殊的編織材料增加抱合，減少摩擦，從而起到固定、保護的作用。
腳踝可以通過施加壓力來提升防護功能，通過特殊結構設計如繃帶設計或舒張圈設計，可以提高襪子對腳踝的抱合力和包覆性，穩固腳踝，保護韌帶。
襪口要鬆緊合適，不緊繃、不滑脱。襪子整體壓力設計要有貼附性並鬆緊合適，避免滑脱的發生且符合壓力舒適性的設計。
3.2 熱濕功能分區設計 綜合人體足部在運動狀態下的熱濕分布變化，足部汗液及熱量產生最多的部位是足中内側、前足掌内側、腳趾、足背内側等區域。以右腳足背和足底的散熱區和排汗區的分布分别如圖7和圖8所示，足部主要散熱區是前足掌内側、足中内側、足背内側等；主要排汗區是足中内側、腳趾、前足掌等。
3.3 綜合功能分區設計
一款運動襪的功能設計應该兼具運動力學性能和熱濕舒適功能，是兩者平衡的結果。在運動襪各部位組合運動力學和熱濕舒適的功能訴求，設計出不同材質和組織結構拼接的襪子，得到優化的組合設計，更加符合腳部熱濕分布不均狀況，使人體在著襪運動時更加舒適。
運動襪各部位功能訴求及材料與組織的組合設計如表1所示。
4 總結
我國在運動功能襪領域起步較晚，大部分產品的功能設計還比較薄弱，難以滿足消費者越來越專業的需求。通過對足部生理構造、運動步態、熱濕變化的分析，運動襪的功能性應該兼具良好的力學舒適性和熱濕舒適性。根據運動襪的結構確定細化的運動力學和熱濕舒適的功能訴求，進行科學系統的分區設計，並根據功能訴求組合具備不同特性的紗線材料和織物組織結構，得到優化的運動襪功能分區組合設計，如此得到的運動功能襪兼具力學功能和熱濕功能，使人們在運動中穿著襪子更加舒適。