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成品鞋水汽滲透試驗方法及試驗儀的研制
1、研制的背景
隨著人們生活水平和健康安全意識的提高，消費者對鞋的質(zhì)量要求不只是停留在牢固，耐用的層面上，還注重鞋的健康安全性能。當前，鞋類產(chǎn)品的健康安全性能已成為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。舒適性是鞋類健康安全性能的一個重要組成部分，鞋的舒適性是指消費者在穿著過程中對鞋所產(chǎn)生的生理舒適、心理舒適和審美感受的一個綜合評價，大多數(shù)情況下，在選擇鞋時，人們會首先考慮穿著時鞋的外觀是否美觀、鞋與服裝整體搭配的效果是否協(xié)調(diào)等方面的問題，這可以稱作鞋的外觀舒適性；一般在外觀造型滿足要求的情況下，才會進一步考慮穿著的舒適感覺，也可以稱作內(nèi)在舒適性。
鞋的內(nèi)在舒適性包括：鞋腔的穿著合腳性，鞋腔內(nèi)部的濕熱舒適度，面、里、內(nèi)底、外底的屈撓性，鞋幫、底結(jié)構(gòu)造型的合腳性，鞋底的減震性，鞋底（厚度）所具有的阻隔性，鞋底的防滑效果，整雙鞋靴的重量。其中鞋腔內(nèi)部的濕熱度是影響成鞋舒適性的重要因素之一。據(jù)有關(guān)資料介紹，鞋腔內(nèi)相對濕度超過70%時，腳部皮膚組織呼吸困難，穿著者得腳會感到“悶”，而且?guī)仔r后，內(nèi)底布、鞋襯里皮膚角質(zhì)層被腳汗液飽和而變潮。由于水的導熱率高，腳即感到冷，因腳部神經(jīng)與身體其他器官關(guān)聯(lián)密切，會導致穿著者鼻咽和泌尿生殖器官疾病。在鞋腔內(nèi)空氣相對溫度在25℃-37℃腳部皮膚由于各類細菌的滋生和繁殖，易引起皮膚病。如何提高成鞋的水汽滲透性來保持鞋腔內(nèi)部的溫濕度與外界平衡，從而達到穿用的舒適性已成為了制鞋界研發(fā)的重點課題。鞋類制造業(yè)者會從工藝、技術(shù)、設計、材料等方面入手來提高成鞋的水汽滲透性，但是，目前國內(nèi)外只有鞋材的水汽滲透和水汽吸收的標準和檢測設備。因為成鞋是在選用鞋材，經(jīng)過縫紉、貼合、成型等多道工序而成。由于目前國內(nèi)外對成鞋水汽滲透的測定研究非常少，檢測方法及設備處于空白階段，衡量成鞋的水汽滲透性已經(jīng)成為了一個必須解決的難題。
2、水汽滲透有關(guān)的試驗方法
目前絕大多數(shù)機構(gòu)僅對鞋材的水汽滲透和水汽吸收進行研究和試驗，對成鞋的水汽滲透研究非常少，相關(guān)的試驗方法也是針對鞋材進行測試，如ISO20344：2004《個體防護裝備 鞋的測試方法》標準。我國修改采用該標準的GB/T 20991-2007《個體防護裝備鞋的測試方法》。ISO17699-2003《鞋類 鞋幫和鞋襯的試驗方法 水蒸氣的滲透和吸收》2005年已翻譯申報國家標準（未批）。我國的QB/T1811-1993《皮革透水性的試驗方法》。從以上四個標準來看，QB/T1811因是90年代初期制定得，所以只介紹皮革透水汽性的試驗方法。ISO17699：2003規(guī)定了鞋幫和鞋襯的試驗方法，增加了水蒸氣的滲透和吸收，它的范圍從皮革擴大到鞋幫和鞋襯，內(nèi)容不僅是水汽滲透，而且還增加了水汽吸收。我國的GB/T20991-2007《個體防護裝備 鞋的測試方法》是修改采用ISO20344：2004《個體防護裝備 鞋的測試方法》，該方法較ISO17699:2003增加了鞋材水汽滲透試驗前，試樣必須進行耐折20000次，在計算結(jié)果上增加了水蒸氣系數(shù)測定，更加全面衡量鞋材水汽滲透和吸收性能。
3、方法及儀器研制
3.1 概述
國際標準ISO20344:2004、ISO17699:2003以及我國的GB/T20991-2007和QB/T1811-1993四個標準都是對鞋材的水汽滲透進行測試，從標準內(nèi)容上看是比較成熟，檢測設備也能適應標準要求，標準得到世界鞋業(yè)界內(nèi)外的認可。應該說這四個標準是為成鞋水汽滲透方法及試驗儀器的研制打下了堅實的基礎。
但用水汽滲透性能好的鞋材做成的成品鞋，其水汽滲透性能不一定好。因為一雙成品鞋要由許多種鞋材組合而成，它們往往要經(jīng)過縫紉、貼合、粘合、上膠、冷熱成型等工藝，其原有鞋材的水汽滲透性能發(fā)生了變化，組合制造成的幫面的水汽滲透性也發(fā)生了改變，況且成鞋的水汽滲透性能與本身的款式、結(jié)構(gòu)等存在密切關(guān)系。如何對成品鞋的水汽滲透性進行測定，以幫助評價、提高成鞋的舒適性，滿足消費者需求是本文研究的重點。
經(jīng)過幾年的研究，筆者認為成鞋水汽滲透的試驗環(huán)境和設備條件應與鞋材水汽滲透的試驗環(huán)境條件相同，才能夠準確找出成鞋在加工中水汽滲透變化的情況，ISO20344:2004、ISO17699:2003、GB/T20991-2007和QB/T1811-1993四個標準的環(huán)境條件均是溫度23℃，濕度50%；其儀器中的風扇大小尺寸均是90mm×75mm，轉(zhuǎn)速（1400±100）轉(zhuǎn)/分，其方法中的吸濕條件均是將干燥過的硅膠稱量，裝進測試瓶內(nèi)，瓶口直徑為30mm±1mm，試驗結(jié)束后將硅膠稱量，硅膠增加的質(zhì)量，即是鞋材的水汽滲透量；裝進瓶內(nèi)硅膠略有區(qū)別，QB/T 1811規(guī)定為59g，其他三個標準為半瓶。在試樣安裝上：ISO20344和GB/T 20991均規(guī)定對著腳的一面朝外，ISO17699規(guī)定，如用于評定鞋子幫面材料的滲透性能，即靠近腳的面朝上，QB/T181規(guī)定將試樣正面向內(nèi)固定在瓶口上，總之四個標準都是模擬成鞋水蒸氣要從鞋腔內(nèi)向外滲透的試驗過程，其都是測試水汽從材料反面向正面滲透的性能。
3.2其原理成鞋水汽滲透：將一定溫濕度、一定壓強的水汽連續(xù)的打入鞋腔內(nèi)口，用固定吸收能力的硅膠吸收從鞋腔內(nèi)滲透過來的水蒸氣，計算出成鞋單位體積（cm3）單位時間（h）通過水汽量（mg）。
3.3試驗方法
3.3.1 硅膠的烘干：將顆粒直徑大于2mm，重量為200g的硅膠在（125±5）℃烘箱中連續(xù)烘干16h以上，然后在干燥密閉容器中到冷卻6h。以快的速度取出硅膠并稱重（M1）。將干燥過的硅膠倒在密封袋與鞋幫之間的空間內(nèi)，但在具體操作中，不易操作，試驗結(jié)束后稱量硅膠不容易清理干凈，影響測試結(jié)果。用普通袋子裝硅膠（硅膠可反復使用），在干燥時又不方便，所以研發(fā)小組研發(fā)將硅膠裝在金屬絲網(wǎng)袋內(nèi)。200克分三袋裝，后用金屬線縫上。在試驗時將稱量的裝有干燥過的硅膠袋用單面膠或橡皮帶把硅膠袋固定在鞋幫外，后將試樣裝進塑料收縮袋內(nèi)，在試樣統(tǒng)口上粘上雙面膠用熱風機將收縮袋收縮。
3.3.2成鞋內(nèi)腔體積的測量：將顆粒直徑為1mm的鋼球裝進鞋內(nèi)腔，在震動頻率和幅度一定的震動器上震動2min，并不斷補充鋼球直到鋼球開始溢出，然后將鞋腔內(nèi)的鋼球倒進量杯，在震動器上震動2min后，讀出鋼球的體積，該體積即為成鞋內(nèi)腔體積（V）。
3.3.3試驗步驟：將干燥過的稱量的硅膠裝在試樣鞋幫外的專用密封袋內(nèi)，試樣鞋統(tǒng)口封住，邊上用雙面膠布粘牢以防止水蒸氣從鞋統(tǒng)口外進入硅膠放置處，并保證不影響硅膠在試驗時正常流動。迅速將成鞋固定在轉(zhuǎn)盤上，鞋的統(tǒng)口對準風扇，調(diào)整鞋統(tǒng)口與風扇的距離為15mm，轉(zhuǎn)盤以每分鐘（75±5）轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動，風扇以每分鐘（1400±100）轉(zhuǎn)的速度反方向轉(zhuǎn)動，并開始記錄試驗時間（H），試驗結(jié)束后，用快的速度，將試樣內(nèi)的硅膠倒出稱重（M2）。
3.3.4試驗條件的確定
ISO20344:2004、ISO17699:2003、GB/T20991-2007和QB/T1811-1993四個標準的環(huán)境條件均是溫度23℃，濕度50%；其儀器中的風扇大小尺寸均是90mm×75mm，轉(zhuǎn)速（1400±100）轉(zhuǎn)/分；試驗時間均為8h。本文采用同等條件進行試驗，可以方便的找出鞋材透汽性與成鞋透汽性的對應關(guān)系。
3.3.5結(jié)果計算：采用下面公式計算整鞋水汽滲透性（W1）
其中M1為試驗前硅膠質(zhì)量，單位為g；M2:為試驗后硅膠質(zhì)量，單位為g ；H為試驗時間，單位為h；V為成鞋內(nèi)腔體積，單位為cm3。
3.3.6 結(jié)構(gòu)與特性
儀器的原理和主要結(jié)構(gòu)在3.4.1已做了說明成鞋水汽滲透和水汽吸收試驗儀，其大的特征有三點：
①其試驗的環(huán)境條件均符合鞋材國際標準和國家標準。在研究鞋材水汽滲透和水汽吸收與成鞋的水汽滲透和水汽吸收能緊密聯(lián)系起來。有效提高我國成鞋水汽滲透和水汽吸收的產(chǎn)品質(zhì)量。②成鞋有高、中、低幫不同，又有大號小號之分。本儀器對成鞋體積的計算方法雖然簡單，但對成鞋體積計算上有一突破，成鞋水汽滲透和吸收，成鞋以體積計算比較合理。③該儀器的試驗環(huán)境即（溫度、濕度）可以調(diào)整，可根據(jù)需要進行設置，應用范圍廣泛。④該儀器是在鞋材水汽滲透和水汽吸收標準要求基礎上設計，所以僅需加工一個鞋材水汽滲透專用盤和三個專用瓶子就可以對鞋材水汽滲透進行試驗。取下試樣轉(zhuǎn)盤，本儀器還可以做恒溫恒濕試驗儀。一機三用，大大減輕試驗成本。
4、方法及儀器的有效性驗證
4.1材料水汽滲透性的試驗
按照QB/T1811-1993《皮革透水性試驗方法》，筆者對5張不同款式幫面材料進行了重復性試驗，單張的重復性次數(shù)為10次。具體結(jié)果見表1。
4.2成品鞋水汽滲透性的試驗
首臺成品鞋水汽滲透試驗機是由莆田市海西鞋業(yè)信息中心、標龍設備設計中心共同研究開發(fā)而成。筆者用上述研制方法及相關(guān)儀器對5只不同款式成品鞋進行了重復性試驗，單只的重復性次數(shù)為10次。具體結(jié)果見表2。
