成品鞋水汽渗透试验方法及试验仪的研制

1、研制的背景
随着人们生活水平和健康安全意识的提高，消费者对鞋的质量要求不只是停留在牢固，耐用的层面上，还注重鞋的健康安全性能。当前，鞋类产品的健康安全性能已成为衡量产品质量的重要指标。舒适性是鞋类健康安全性能的一个重要组成部分，鞋的舒适性是指消费者在穿着过程中对鞋所产生的生理舒适、心理舒适和审美感受的一个综合评价，大多数情况下，在选择鞋时，人们会首先考虑穿着时鞋的外观是否美观、鞋与服装整体搭配的效果是否协调等方面的问题，这可以称作鞋的外观舒适性；一般在外观造型满足要求的情况下，才会进一步考虑穿着的舒适感觉，也可以称作内在舒适性。

鞋的内在舒适性包括：鞋腔的穿着合脚性，鞋腔内部的湿热舒适度，面、里、内底、外底的屈挠性，鞋帮、底结构造型的合脚性，鞋底的减震性，鞋底（厚度）所具有的阻隔性，鞋底的防滑效果，整双鞋靴的重量。其中鞋腔内部的湿热度是影响成鞋舒适性的重要因素之一。据有关资料介绍，鞋腔内相对湿度超过70%时，脚部皮肤组织呼吸困难，穿着者得脚会感到“闷”，而且几小时后，内底布、鞋衬里皮肤角质层被脚汗液饱和而变潮。由于水的导热率高，脚即感到冷，因脚部神经与身体其他器官关联密切，会导致穿着者鼻咽和泌尿生殖器官疾病。在鞋腔内空气相对温度在25℃-37℃脚部皮肤由于各类细菌的滋生和繁殖，易引起皮肤病。如何提高成鞋的水汽渗透性来保持鞋腔内部的温湿度与外界平衡，从而达到穿用的舒适性已成为了制鞋界研发的重点课题。鞋类制造业者会从工艺、技术、设计、材料等方面入手来提高成鞋的水汽渗透性，但是，目前国内外只有鞋材的水汽渗透和水汽吸收的标准和检测设备。因为成鞋是在选用鞋材，经过缝纫、贴合、成型等多道工序而成。由于目前国内外对成鞋水汽渗透的测定研究非常少，检测方法及设备处于空白阶段，衡量成鞋的水汽渗透性已经成为了一个必须解决的难题。

2、水汽渗透有关的试验方法
目前绝大多数机构仅对鞋材的水汽渗透和水汽吸收进行研究和试验，对成鞋的水汽渗透研究非常少，相关的试验方法也是针对鞋材进行测试，如ISO20344：2004《个体防护装备 鞋的测试方法》标准。我国修改采用该标准的GB/T 20991-2007《个体防护装备鞋的测试方法》。ISO17699-2003《鞋类 鞋帮和鞋衬的试验方法 水蒸气的渗透和吸收》2005年已翻译申报国家标准（未批）。我国的QB/T1811-1993《皮革透水性的试验方法》。从以上四个标准来看，QB/T1811因是90年代初期制定得，所以只介绍皮革透水汽性的试验方法。ISO17699：2003规定了鞋帮和鞋衬的试验方法，增加了水蒸气的渗透和吸收，它的范围从皮革扩大到鞋帮和鞋衬，内容不仅是水汽渗透，而且还增加了水汽吸收。我国的GB/T20991-2007《个体防护装备 鞋的测试方法》是修改采用ISO20344：2004《个体防护装备 鞋的测试方法》，该方法较ISO17699:2003增加了鞋材水汽渗透试验前，试样必须进行耐折20000次，在计算结果上增加了水蒸气系数测定，更加全面衡量鞋材水汽渗透和吸收性能。

3、方法及仪器研制
3.1 概述
国际标准ISO20344:2004、ISO17699:2003以及我国的GB/T20991-2007和QB/T1811-1993四个标准都是对鞋材的水汽渗透进行测试，从标准内容上看是比较成熟，检测设备也能适应标准要求，标准得到世界鞋业界内外的认可。应该说这四个标准是为成鞋水汽渗透方法及试验仪器的研制打下了坚实的基础。
但用水汽渗透性能好的鞋材做成的成品鞋，其水汽渗透性能不一定好。因为一双成品鞋要由许多种鞋材组合而成，它们往往要经过缝纫、贴合、粘合、上胶、冷热成型等工艺，其原有鞋材的水汽渗透性能发生了变化，组合制造成的帮面的水汽渗透性也发生了改变，况且成鞋的水汽渗透性能与本身的款式、结构等存在密切关系。如何对成品鞋的水汽渗透性进行测定，以帮助评价、提高成鞋的舒适性，满足消费者需求是本文研究的重点。

经过几年的研究，笔者认为成鞋水汽渗透的试验环境和设备条件应与鞋材水汽渗透的试验环境条件相同，才能够准确找出成鞋在加工中水汽渗透变化的情况，ISO20344:2004、ISO17699:2003、GB/T20991-2007和QB/T1811-1993四个标准的环境条件均是温度23℃，湿度50%；其仪器中的风扇大小尺寸均是90mm×75mm，转速（1400±100）转/分，其方法中的吸湿条件均是将干燥过的硅胶称量，装进测试瓶内，瓶口直径为30mm±1mm，试验结束后将硅胶称量，硅胶增加的质量，即是鞋材的水汽渗透量；装进瓶内硅胶略有区别，QB/T 1811规定为59g，其他三个标准为半瓶。在试样安装上：ISO20344和GB/T 20991均规定对着脚的一面朝外，ISO17699规定，如用于评定鞋子帮面材料的渗透性能，即靠近脚的面朝上，QB/T181规定将试样正面向内固定在瓶口上，总之四个标准都是模拟成鞋水蒸气要从鞋腔内向外渗透的试验过程，其都是测试水汽从材料反面向正面渗透的性能。

3.2其原理成鞋水汽渗透：将一定温湿度、一定压强的水汽连续的打入鞋腔内口，用固定吸收能力的硅胶吸收从鞋腔内渗透过来的水蒸气，计算出成鞋单位体积（cm3）单位时间（h）通过水汽量（mg）。

3.3试验方法
3.3.1 硅胶的烘干：将颗粒直径大于2mm，重量为200g的硅胶在（125±5）℃烘箱中连续烘干16h以上，然后在干燥密闭容器中到冷却6h。以快的速度取出硅胶并称重（M1）。将干燥过的硅胶倒在密封袋与鞋帮之间的空间内，但在具体操作中，不易操作，试验结束后称量硅胶不容易清理干净，影响测试结果。用普通袋子装硅胶（硅胶可反复使用），在干燥时又不方便，所以研发小组研发将硅胶装在金属丝网袋内。200克分三袋装，后用金属线缝上。在试验时将称量的装有干燥过的硅胶袋用单面胶或橡皮带把硅胶袋固定在鞋帮外，后将试样装进塑料收缩袋内，在试样统口上粘上双面胶用热风机将收缩袋收缩。

3.3.2成鞋内腔体积的测量：将颗粒直径为1mm的钢球装进鞋内腔，在震动频率和幅度一定的震动器上震动2min，并不断补充钢球直到钢球开始溢出，然后将鞋腔内的钢球倒进量杯，在震动器上震动2min后，读出钢球的体积，该体积即为成鞋内腔体积（V）。

3.3.3试验步骤：将干燥过的称量的硅胶装在试样鞋帮外的专用密封袋内，试样鞋统口封住，边上用双面胶布粘牢以防止水蒸气从鞋统口外进入硅胶放置处，并保证不影响硅胶在试验时正常流动。迅速将成鞋固定在转盘上，鞋的统口对准风扇，调整鞋统口与风扇的距离为15mm，转盘以每分钟（75±5）转的速度转动，风扇以每分钟（1400±100）转的速度反方向转动，并开始记录试验时间（H），试验结束后，用快的速度，将试样内的硅胶倒出称重（M2）。

3.3.4试验条件的确定

ISO20344:2004、ISO17699:2003、GB/T20991-2007和QB/T1811-1993四个标准的环境条件均是温度23℃，湿度50%；其仪器中的风扇大小尺寸均是90mm×75mm，转速（1400±100）转/分；试验时间均为8h。本文采用同等条件进行试验，可以方便的找出鞋材透汽性与成鞋透汽性的对应关系。
3.3.5结果计算：采用下面公式计算整鞋水汽渗透性（W1）

其中M1为试验前硅胶质量，单位为g；M2:为试验后硅胶质量，单位为g ；H为试验时间，单位为h；V为成鞋内腔体积，单位为cm3。

3.3.6 结构与特性
仪器的原理和主要结构在3.4.1已做了说明成鞋水汽渗透和水汽吸收试验仪，其大的特征有三点：
①其试验的环境条件均符合鞋材国际标准和国家标准。在研究鞋材水汽渗透和水汽吸收与成鞋的水汽渗透和水汽吸收能紧密联系起来。有效提高我国成鞋水汽渗透和水汽吸收的产品质量。②成鞋有高、中、低帮不同，又有大号小号之分。本仪器对成鞋体积的计算方法虽然简单，但对成鞋体积计算上有一突破，成鞋水汽渗透和吸收，成鞋以体积计算比较合理。③该仪器的试验环境即（温度、湿度）可以调整，可根据需要进行设置，应用范围广泛。④该仪器是在鞋材水汽渗透和水汽吸收标准要求基础上设计，所以仅需加工一个鞋材水汽渗透专用盘和三个专用瓶子就可以对鞋材水汽渗透进行试验。取下试样转盘，本仪器还可以做恒温恒湿试验仪。一机三用，大大减轻试验成本。

4、方法及仪器的有效性验证
4.1材料水汽渗透性的试验
按照QB/T1811-1993《皮革透水性试验方法》，笔者对5张不同款式帮面材料进行了重复性试验，单张的重复性次数为10次。具体结果见表1。

4.2成品鞋水汽渗透性的试验
    首台成品鞋水汽渗透试验机是由莆田市海西鞋业信息中心、标龙设备设计中心共同研究开发而成。笔者用上述研制方法及相关仪器对5只不同款式成品鞋进行了重复性试验，单只的重复性次数为10次。具体结果见表2。