องค์ประกอบการออกแบบใดบ้างที่ทำให้เครื่องป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวยสามารถทนต่อหมัดที่มีแรงกระแทกสูงได้

โครงสร้างแบบหลายชั้น: การเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับแรงกระแทกสำหรับเครื่องป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวย

ชั้นนอกสุด: โพลีคาร์บอเนตขั้นสูงและพอลิยูรีเทนเสริมแรงให้ความแข็งแรงของโครงสร้าง เพื่อรองรับหมัดที่มีแรงกระแทกสูงซ้ำๆ

อุปกรณ์ป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวยใช้พอลิคาร์บอเนตที่เสริมด้วยพอลิยูรีเทนเป็นชั้นป้องกันภายนอก สารเคลือบนี้สามารถทนแรงกระแทกได้มากกว่า 1,200 นิวตัน โดยกระจายแรงกระแทกแบบข้างขนานและหลีกเลี่ยงการรับแรงกระแทกจุดเดียวจากกำปั้น พอลิคาร์บอเนตที่เสริมด้วยพอลิเมอร์พอลิยูรีเทนมีความแข็งแกร่งและความต้านทานต่อแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม จึงป้องกันไม่ให้เกิดรอยแตกร้าวแม้ภายหลังการชกซ้ำๆ หลายครั้งในระหว่างการฝึกต่อสู้อย่างหนัก ผู้ผลิตส่วนใหญ่จะปรับความหนาของอุปกรณ์ให้อยู่ในช่วง 2–3 มิลลิเมตร โดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ หากออกแบบให้บางเกินไป อุปกรณ์ป้องกันช่องปากจะไม่มีประสิทธิภาพในการป้องกัน แต่หากชั้นโฟมหนาเกินไป ก็จะทำให้นักมวยรู้สึกไม่สบายบริเวณปากและลำคอขณะหายใจ ระยะเวลารวมที่คาดว่าอุปกรณ์ป้องกันช่องปากที่ผลิตจากวัสดุคอมโพสิตจะใช้งานได้นั้นยาวนานกว่าอุปกรณ์ป้องกันช่องปากแบบชั้นเดียวที่มีราคาถูกกว่ามาก อุปกรณ์ป้องกันช่องปากแบบชั้นเดียวจะเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็ก (micro fractures) ซึ่งสะสมกันเรื่อยๆ และนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างรุนแรงในที่สุด

ชั้นกลางดูดซับแรงกระแทก: โฟม EVA ที่มีความแข็งต่ำเป็นพิเศษ ออกแบบมาเพื่อกระจายพลังงานในการใช้งานเป็นอุปกรณ์ป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวย

โฟมที่มีค่าความแข็งในช่วง Shore A 30–45 เช่น EVA สามารถกระจายพลังงานจากการกระแทกโดยการเปลี่ยนพลังงานเป็นความร้อนผ่านการบีบอัดอย่างควบคุม ซึ่งเป็นพื้นฐานของการออกแบบโฟม ระบบเซลล์เปิดแบบเฉพาะตัวนี้ช่วยยืดระยะเวลาการกระแทกออกอีก 30–50 มิลลิวินาที จึงลดการถ่ายโอนพลังงานโดยตรงสู่กระดูกขากรรไกร ความหนาของวัสดุในอุปกรณ์ป้องกันก็เป็นแนวคิดการออกแบบหนึ่งเช่นกัน อุปกรณ์ที่ออกแบบสำหรับบริเวณฟันกรามจะใช้วัสดุป้องกันหนา 4–5 มม. ในขณะที่บริเวณฟันหน้าจะใช้เพียง 2–3 มม. ในการออกแบบรุ่นใหม่ล่าสุด มีการใช้โฟมที่มีความหนาแน่นแบบค่อยเป็นค่อยไป (graduated density foam) ซึ่งประกอบด้วยโซนที่ใช้กัดที่มีความแข็งแรงสูง ตามด้วยโฟมที่นุ่มลงเรื่อยๆ บริเวณขอบ โครงสร้างอันชาญฉลาดนี้ช่วยยกระดับประสิทธิภาพของโฟมบริเวณขอบที่มีการรองรับ และป้องกันการบาดเจ็บทางทันตกรรมได้โดยขจัดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “bottoming out” ซึ่งเกิดขึ้นกับเครื่องป้องกันช่องปากแบบดั้งเดิมภายใต้แรงกระแทกสูง

ชั้นภายในที่ปรับแต่งให้พอดีกับผู้ใช้: เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ที่มีคุณสมบัติปรับตัวเข้ากับเหงือก ช่วยให้คงตำแหน่งไว้ได้แม้ภายใต้แรงกระแทกแบบไดนามิก

วัสดุเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) มีคุณสมบัติแบบวิสโคอีลาสติกที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งช่วยให้วัสดุสามารถขึ้นรูปได้แนบสนิทกับร่างกายผู้ใช้มากยิ่งขึ้นเมื่อใช้กระบวนการขึ้นรูปด้วยสุญญากาศ วัสดุเหล่านี้จะเริ่มขึ้นรูปได้ที่อุณหภูมิประมาณ 70–80 องศาเซลเซียส และสามารถบรรลุความแม่นยำในการขึ้นรูปตามแนวเหงือกได้สูงถึงประมาณ 98% จากนั้นจะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์เมื่อเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิดังกล่าว วัสดุ TPE ส่วนใหญ่มีค่าความแข็งอยู่ในช่วง 35–45 เดิร์ต (Shore A) และมีความต้านทานการฉีกขาดมากกว่า 40 นิวตันต่อมิลลิเมตร ซึ่งช่วยลดการเคลื่อนตัวของวัสดุขณะเกิดการเคลื่อนไหวของศีรษะอย่างฉับพลันและ/หรือการกัดฟันอย่างรุนแรง ชั้นวัสดุหนาประมาณ 1.5–2 มิลลิเมตรสร้างการยึดเกาะแบบสุญญากาศ/ดูดซับที่ไม่ระคายเคืองโครงสร้างที่ไวต่อการกระตุ้นหรือก่อให้เกิดอาการคลื่นไส้จากการกระตุ้นบริเวณคอหอย การจัดตำแหน่งขากรรไกรล่างให้อยู่ในสถานะคงที่/มั่นคงนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บที่สมอง (concussion) อันเนื่องมาจากการชกแบบอัปเปอร์คัตที่รุนแรง หรือการโจมตีแบบบิดหมุน ซึ่งนักกีฬาในกีฬาต่อสู้อาจประสบได้

การแบ่งโซนตามความหนาแน่นหลายระดับ: การใช้วัสดุที่มีความแข็งและคุณสมบัติในการดูดซับแรงร่วมกันในเครื่องป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวย

การออกแบบเครื่องป้องกันช่องปากประสิทธิภาพสูงสำหรับการชกมวยใช้เทคนิคการแบ่งโซนวัสดุเพื่อจัดการกับปัญหาทางชีวกลศาสตร์ โดยการแบ่งโซนนี้ทำให้สามารถกำหนดระดับความแข็งที่แตกต่างกันสำหรับบริเวณกายวิภาคที่ต่างกันได้ ซึ่งการออกแบบนี้ช่วยให้เกิดการผสมผสานระหว่างการป้องกันการบาดเจ็บแบบเฉพาะจุดและการป้องกันการบาดเจ็บแบบกระจาย ซึ่งจำเป็นต่อการรับแรงกระแทกที่หลากหลายรูปแบบในการชกมวย

โซนการกัดแบบหนาแน่น (ความแข็งตามมาตรวัด Shore A 85–95): การป้องกันแรงกระแทกของโซนหนาแน่น

ขากรรไกรบนและฟันได้รับการป้องกันจากการบาดเจ็บที่เกิดจากการกระแทก ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากขากรรไกรบนและฟันได้รับการป้องกันจากการบาดเจ็บที่เกิดจากการบดเคี้ยวขณะชก ความแข็งแกร่งสูงมากเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับขากรรไกรบนเพื่อป้องกันการบาดเจ็บจากการถูกกระทบโดยตรง แรงกระแทกที่มีค่า 1,000 psi เกิดขึ้นบริเวณขากรรไกรบน/ขากรรไกรล่างในระหว่างการแข่งขันมวย ในการศึกษาเชิงชีวกลศาสตร์แบบอิสระ พบว่าการเคลื่อนตัวตามแนวแกนของขากรรไกรที่บันทึกไว้มีค่าน้อยลง 38% เมื่อเทียบกับการเคลื่อนตัวของขากรรไกรที่เกิดจากการถูกกระทบโดยขากรรไกรบนกระทบลงบนขากรรไกรล่าง ซึ่งแตกต่างจากการกระทบของขากรรไกรที่เกิดจากเกราะป้องกันที่มีความหนาแน่นเท่ากัน

โซนปรับตัวให้เข้ากับเหงือกแบบนุ่ม (ค่าความแข็งตามมาตรา Shore A 30–45): โซนป้องกันการกระแทกแบบหนาแน่น

การใช้โซนป้องกันการกระแทกช่วยลดการบาดเจ็บของเนื้อเยื่ออ่อนลงได้ 30% โดยโซนป้องกันการกระแทกของเกราะนี้ทำหน้าที่ป้องกันการกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขณะเดียวกันก็ช่วยรักษาตำแหน่งของเกราะไว้และลดการบาดเจ็บของเนื้อเยื่ออ่อน

การศึกษาวิจัยชื่อว่า "การป้องกันแบบโครงโค้งคู่และการเสริมความมั่นคงทางชีวกลศาสตร์เพื่อลดความเสี่ยงจากการบาดเจ็บที่สมองจากแรงกระแทก (Concussion)" ชี้ให้เห็นว่า แผ่นป้องกันฟันสำหรับนักมวยที่ออกแบบเป็นโครงโค้งคู่สามารถปกป้องฟันส่วนบนและส่วนล่างได้ โดยทำหน้าที่ "เสมือนโล่เดียว ซึ่งการป้องกันนั้นไม่จำกัดอยู่เฉพาะบริเวณใดบริเวณหนึ่งเท่านั้น" เมื่อมีแรงกระแทกโดยตรงต่อปากของนักกีฬา จะเกิดการยืดหยุ่นและการกระจายแรงไปยังฟันทั้งหมด ซึ่งจะช่วยลดการบาดเจ็บลง งานวิจัยยังเสนอว่า แผ่นป้องกันฟันประเภทนี้ยังช่วยปกป้องขากรรไกรด้วยการป้องกันไม่ให้ขากรรไกรหุบเข้าหากันอย่างรวดเร็วขณะถูกต่อย และอาจส่งผลต่อการลด หรือเพิ่ม การเคลื่อนไหวของศีรษะตามที่งานวิจัยระบุไว้ แผ่นป้องกันฟันนี้ถูกออกแบบมาเพื่อลดการเคลื่อนไหวของขากรรไกร ป้องกันการกระแทกต่อศีรษะ และลดโอกาสในการเกิดการบาดเจ็บที่ศีรษะซึ่งนำไปสู่ภาวะสมองสั่นคลอน (concussion) จากแรงกระแทกที่ขากรรไกร นอกจากนี้ รูปแบบการออกแบบและการสร้างแผ่นป้องกันฟันแบบโครงโค้งคู่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรับแรงกระแทกได้มากขึ้นในสถานการณ์การต่อสู้จริง ซึ่งนักกีฬามีแนวโน้มที่จะกัดแผ่นป้องกันฟันอย่างแข็งแรง

ความต้านทานต่อการเหนื่อยล้าของวัสดุ: เหตุใดการออกแบบแบบความหนาแน่นเดียวจึงล้มเหลวในการใช้งานสำหรับอุปกรณ์ป้องกันช่องปากในกีฬามวยระดับมืออาชีพ

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ป้องกันช่องปากที่ทำจาก EVA แบบโมโนลิธิก (monolithic) และมีความหนาแน่นเดียว มักประสบความล้มเหลวอย่างรุนแรงเมื่อใช้แข่งขันในกีฬามวยระดับมืออาชีพ เนื่องจากต้องรับแรงกระแทกสูงซ้ำๆ กัน ตรงกันข้าม ระบบแบบหลายชั้นและหลายความหนาแน่นสามารถป้องกันปัญหาดังกล่าวได้ เนื่องจากสามารถกระจายและรบกวนแรงเครียดได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม วัสดุที่มีความสม่ำเสมอจะเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็ก (microfractures) ขึ้นภายใต้การโหลดแบบเป็นจังหวะ (cyclic loading) แม้ก่อนที่จะปรากฏความเสียหายใดๆ ให้เห็นด้วยตาเปล่า ซึ่งส่งผลให้ความสามารถในการป้องกันลดลงอย่างเงียบๆ และค่อยเป็นค่อยไป

การพัฒนาของรอยแตกร้าวขนาดเล็กในวัสดุ EVA แบบโมโนลิธิกภายใต้การโหลดแบบเป็นจังหวะ: การประเมินตามมาตรฐาน ASTM F2993-22

การทดสอบแรงกระแทกของอุปกรณ์ป้องกันช่องปากตามมาตรฐาน ASTM F2993-22 แสดงให้เห็นถึงการเสื่อมสภาพแบบค่อยเป็นค่อยไปของอุปกรณ์ป้องกันช่องปากเมื่อใช้งานไปเรื่อย ๆ หากเราจำลองการรับแรงกระแทก 200 ครั้ง ที่ความดัน 900 psi (ซึ่งเป็นแรงมาตรฐานในอุตสาหกรรม) จะเริ่มเกิดรอยแตกร้าวจุลภาคขึ้นทั่วพื้นที่ผิวบริเวณที่สัมผัสกับฟันประมาณ 3/4 ส่วน ภายในเวลาไม่ถึง 15 รอบของการทดสอบ อุปกรณ์ป้องกันช่องปากจะสามารถดูดซับพลังงานจากการกระแทกได้น้อยลงกว่าเดิมถึง 40% น่าสนใจคือ พื้นที่ผิวบริเวณที่สัมผัสกับฟันซึ่งมีแนวโน้มเสียหายมากที่สุดคือบริเวณด้านหลัง เนื่องจากแรงกระแทกถูกส่งผ่านโดยตรงไปยังกระดูกขากรรไกร ซึ่งสอดคล้องกับรายงานความเสียหายที่พบจากนักมวยอาชีพ โดยประมาณ 90% ของอุปกรณ์ป้องกันช่องปากมีรอยแตกร้าวในลักษณะดังกล่าว แล้วการออกแบบรุ่นใหม่แตกต่างจากรุ่นก่อนอย่างไร? คือมีโซนวัสดุหลายความหนาแน่น (Multi-density zones) ซึ่งป้องกันไม่ให้วัสดุมีความสม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้น การปรับปรุงนี้จึงกลายเป็นข้อกำหนดบังคับสำหรับนักกีฬาต่อสู้ระดับแนวหน้า

คำถามที่พบบ่อย

วัสดุใดบ้างที่ใช้เป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ป้องกันช่องปากในการชกมวย?

อุปกรณ์ป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวยแบบมาตรฐานประกอบด้วยวัสดุหลายชนิดร่วมกัน ได้แก่ โพลีคาร์บอเนต โพลียูรีเทนเสริมแรง โฟม EVA และเทอร์โมพลาสติกเอลาสโตเมอร์ เพื่อให้ได้โครงสร้างที่แข็งแรง การดูดซับแรงกระแทก และการสวมใส่ที่เหมาะสมตามมาตรฐานวิชาชีพ

การใช้วัสดุหลายชั้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ป้องกันช่องปากได้อย่างไร?

แต่ละชั้นมีวัสดุที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับแรงกระแทก กระจายแรงกระแทกไปยังชั้นต่าง ๆ ได้ดีขึ้น และดูดซับแรงกระแทกได้ดีขึ้น อีกทั้งยังลดความเสี่ยงต่อการบาดเจ็บลงได้จากการสวมใส่ที่กระชับและเหมาะสมยิ่งขึ้น

เหตุใดการครอบคลุมฟันทั้งสองโค้ง (กรามบนและล่าง) จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์ป้องกันช่องปากสำหรับการชกมวย?

การครอบคลุมฟันทั้งสองโค้งเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อปกป้องฟันบริเวณกรามบนและกรามล่างอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยลดโอกาสการบาดเจ็บของฟันจากการกระจายแรงกระแทกได้ดีขึ้น และยังลดความเสี่ยงต่อการบาดเจ็บที่ศีรษะอันเนื่องมาจากแรงกระแทกที่บริเวณขากรรไกร

การออกแบบแบบแบ่งโซน (Zonal Design) ของอุปกรณ์ป้องกันช่องปากคืออะไร และมีข้อดีอย่างไร?

การออกแบบแบบโซน (Zonal design) ผสานรวมหลายชั้นที่มีความหนาแน่นต่างกัน ทำให้บางพื้นที่มีความแข็งแรง ในขณะที่พื้นที่อื่นสามารถดูดซับแรงกระแทกได้ จึงช่วยป้องกันการบาดเจ็บที่เกิดจากแรงกดทับบริเวณจุดเดียว และยังช่วยกระจายพลังงานจากการกระแทกที่มีพลังงานสูงได้ดียิ่งขึ้น