（皮革化学与工程专业论文）成品鞋透气性测试的研究.pdf

成品鞋透气性测试的研究 摘要 透气性是成品鞋卫生性和舒适性的重要性能指标。从卫生学角度来看， 成品鞋具有一定的透气性，有利于鞋腔内外气体的交换，有利于人体皮肤 的新陈代谢。可以预防和减少比如脚癣、脚汗、脚臭等常见脚部顽疾。医 学研究表明，足部多汗潮湿或鞋袜不通气等都可诱发脚气。引发脚疾的真 菌喜温暖潮湿，其最适生长温度2 2 至3 6 ，相对湿度( r h ) 9 5 - 1 0 0 。 成品鞋的透气性良好，则可以降低鞋腔温湿度，在一定程度上抑制真菌生 长繁殖，有效预防脚部疾病的发生。从舒适性角度来看，成品鞋要有一定 的透气性，因为人体皮肤每时每刻也在进行呼吸，和外界进行气体的交换， 成品鞋透气性良好则人脚不会感到憋闷和不舒适；同时透气性好有利于鞋 腔内热量的散发，可以调节人脚部热量平衡，从而保证脚部在鞋腔内感到 良好的热舒适性。总的说来，透气性与鞋靴的卫生性与舒适性密切相关， 成品鞋透气性是影响鞋类卫生性能和舒适性的重要因素。 目前关于成品鞋透气性的研究较少，对于成品鞋透气性影响因素的认 识停留在理论层面，缺乏实验研究。在透气性己经成为制约成鞋质量提高 的重要因素的情况下，在鞋类产品开发、科学研究、质量检测等不同领域 都急需对成鞋透气性有一种科学、准确的测试手段和评价标准。国内外在 表征鞋子透气性方面尚无一套科学的标准，也没有相应的测试方法和仪器。 一般都是用鞋材的透气性表征鞋子的透气性。而成鞋的透气性一方面与鞋 材有关，一方面也与成鞋的结构设计和加工工艺有关，不同的制鞋材料透 气性不同，它们之间采用不同的搭配组合或者采用不同的加工工艺制作出 成品鞋后都可能产生不同的透气性能。可见对于成鞋透气性，传统的表征 方式并不准确，而且还可能误导消费者。 本文提出通过成品鞋透气性定量测试来表征成品鞋透气性的好坏。依 据压差法原理设计研制了成品鞋透气性测试仪。 研制成品鞋透气性测试仪的目的是获得一种有效的手段测试和表征成 品鞋透气性的好坏，进而探索影响成品鞋透气性的因素，为改进成品鞋透 气性提供科学依据。本文通过成品鞋透气性影响因素测试实验，分析了成 品鞋透气性影响因素。指出影响成品鞋透气性的因素在于成品鞋的材料、 结构及加工工艺，对于企业改进成品鞋透气性能，提高鞋类产品质量有着 积极意义。 标准是检测的依据，是产品性能合格与否的依据。掌握标准的制定， 就具备了竞争的优势。成品鞋透气性评价尚无任何标准，本文对探索和制 定成品鞋透气性评定标准作了初步研究，通过初步的测试实验和实际穿着 实验综合考虑成品鞋透气性评价标准的建立，为进一步研究和建立成品鞋 透气性评价标准提供了理论依据和数据参考，具有较好的现实意义。 实验结果证明本文提出的测试方法，理论正确，测试结果比较可信， 具有较好实际意义和价值。 关键词：成品鞋，透气性，测试仪，评价标准 s t u d yo n t h et e s to ff i n i s h e ds h o e s a i r p e r m e a b i l i t y a b s t r a c t f r o mt h ep o i n to fv i e wo fh y g i e n e ，c e r t a i na i rp e r m e a b i l i t yi sf a v o r a b l et o i n t e r n a la n de x t e r n a le x c h a n g eo fg a sf o rs h o e sa n dt h em e t a b o l i s mo ft h e h u m a ns k i n c o m m o nf o o tp e r s i s t e n c ea i l m e n ts u c ha sr i n g w o r mo ft h ef o o t , f o o ts w e a t ，b a ds m e l lo ff e e te t ca r ea l lr e l e v a n tw i t hw h e t h e ra i rp e r m e a b i l i t yo f s h o e sa r eg o o do rn o t t h eb e r i b e r ii sak i n do fe x t r e m e l yc o m m o nf u n g ia n d i n f e c t i o n ss k i nd i s e a s e 7 0 8 0 o fa d u l t sh a v et h i sd i s e a s ea n dj n s tt h ed e g r e ei s d i f f e r e n t t h i sd i s e a s eo f t e na g g r a v a t e si ns u m m e ra n dl i g h t e n si nw i n t e r , s o m e o n ed o e sn o th e a l p e r e n n i a l l ye i t h e r b e r i b e r i i se a n s e db ys k i nt i n e f u n g u s ( c a l l e df u n g io rm o u l d ) m e d i c a lr e s e a r c hi n d i c a t e df o o th u m i d i t yo r s o c k sf i o w s yc a nb r i n go u tt h eb e r i b e r it ok e 印i nt o u c hw i t h t h ef u n g il i k e s w a r ma n dm o i s te n v i r o n m e n t ，t h em o s tr i g h tt e m p e r a t u r et og r o wi sb e t w e e n2 2 - 3 6 c ，r e l a t i v eh u m i d i t y9 5 - 1 0 0 ，p h5 0 6 g o o da i rp e r m e a b i l i t yo f f i n i s h e ds h o e sc a nr e d u c eh e a ta n dh u m i d i t yo fs h o e s ，s u p p r e s st h ef u n g it o g r o wt oag r e a te x t e n t a n dp r e v e n tt h ee m e r g e n c eo f t h ef 0 0 td i s e a s ee f f e c t i v e l y f r o mt h ep o i n to fv i e wo fc o m f o r t a b l e n e s s ，s h o e ss h o u l dh a v ec e r t a i na i r p e r m e a b i l i t y ，b e c a u s et h eh u m a n s k i ni sb r e a t h i n ga l lt h et i m ea n dc a r r i e so nt h e e x c h a n g eo fg a sw i t ht h eo u t s i d eo fs h o e s ；g o o da i rp e r m e a b i l i t yo ff i n i s h e d s h o e sm a k e st h ef e e tn o tf e e lt o m f o r t a b l e ；m e a n w h i l ea i rp e r m e a b i l i t yh e l p s b o d yh o td i s p e r s i n ga n dr e g u l a t eh e a tb a l a n c eo ff o o t ，t h u sg u a r a n t e et h e c o m f o r to ff o o to nt e m p e r a t u r e f r o mt h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s e si tc a l lb e k n o w nt h a ta i rp e r m e a b i l i t yi sc l o s e l yr e l a t e dt oh y g i e n ea n dc o m f o r t a b l e n e s so f s h o e sw h i c hi st h ei m p o r t a n tf a c t o ri n f l u e n c i n gt h eh y g i e n ep e r f o r m a n c ea n d c o m f o r t a b l e n e s so fs h o e s n o w ，c o n s u m e r sp a i da t t e n t i o nt oa i rp e r m e a b i l i t yo fs h o e sm o r ea n dm o r e ， a n ds h o ef a c t o r i e sb e g i nt ot h i n km u c ho fr e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gs h o e s w i t hg o o da i rp e r m e a b i l i t y ，t o o h o w e v e r , p r o f e s s i o n a lt e s t e ro ff i n i s h e ds h o e s i i i a i rp e r m e a b i l i t yi ss t i l l i nt h eb l a n kb o t ha th o m ea n da b r o a d i nas i t u a t i o nt h a t a i rp e r m e a b i l i t ya sa b o t t l e n e c k r e s t r i c t ss h o eq u a l i t yt oi m p r o v e ，s u c hf i e l d sa s t h ep r o d u c td e v e l o p m e n t , s c i e n t i f i cr e s e a r c h ，q u a l i t yt e s t i n ge r e a l ln e e dak i n d o fs c i e n t i f i c ，a c c u r a t et e s tm e a n sa n de v a l u a t i o nc r i t e r i o no ff i n i s h e ds h o e s a i r p e r m e a b i l i t y h o w e v e r ，t h e r ei sn o tas e to fs c i e n t i f i cs t a n d a r di ns i g n i f y i n g s h o e s a i rp e r m e a b i l i t ya n dc o r r e s p o n d i n gm e t h o do ft e s t i n ga n di n s t r u m e n t d o m e s t i c a l l ya n di n t e r n a t i o n a l l yy e t a i rp e r m e a b i l i t yo ff i n i s h e ds h o e si s u s u a l l ys i g n i f i e db yt h ea i rp e r m e a b i l i t yo fs h o em a t e r i a l s ，f i n i s h e ds h o e s a i r p e r m e a b i l i t yn o to n l yr e l a t e st os h o em a t e r i a l s ，b u tr e l a t e st os h o es t r u c t u r ea n d p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y d i f f e r e n ts h o em a t e r i a l sh a v ed i f f e r e n ta i rp e r m e a b i l i t y ， w h i c ho ff i n i s h e ds h o e sm i g h tb ed i f f e r e n tw h e nm a t e d a l sa r ea r r a n g e d d i f f e r e n t l ya n dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e sa r ed i f f e r e n ti ti so b v i o u st h a tt r a d i t i o n a l s i g n i f y i n gw a yi sn o tf i tf o rf i n i s h e ds h o e s a i rp e r m e a b i l i t y ，a n dm a ya l s o m i s l e a dc o n s u m e r s h o wt oq u a l i t a t i v e l ya n dq u a n t i t a t i v e l ys i g n i f yf i n i s h e d s h o e s a i rp e r m e a b i l i t ya c c u r a t e l yi sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hd i r e c t i o no fs h o e s a t p r e s e n t ，a l lk i n d so fa i rp e r m e a b i l i t ye q u i p m e n t sa r em a i n l yu s e di nt h ef i e l d so f f a b r i c ，l e a t h e r ，p a c k a g i n g ，b u i l d i n gm a t e r i a l se t c ，b u tt h e r ea r en o tp r o f e s s i o n a l i n s t r u m e n t so fa i rp e r m e a b i l i t yt e s to fs h o e sa n ds t a n d a r dm e t h o d sd o m e s t i c a l l y s o ，t h er e s e a r c ha b o u ta i rp e r m e a b i l i t yt e s to ff i n i s h e ds h o e si sar e a l i s t i c p r o b l e m ”t h ee s t a b l i s h m e n to fs t a n d a r d s a n dc r e a t ea na d v a n t a g e ”i s 锄j m p o r t a n t w a yo fp i o n e e r i n ga n di n n o v a t i v ea d v a n c e si m p o r t a n t t h r o u g hc l a s s i f i c a t i o n e x p e r i m e n t ，e x p l o r ed i f f e r e n ts h o e s t e s t i n ge v a l u a t i o ns t a n d a r d sa n d t e s t c o n d i t i o n s ，s ow ec a nc o n c l u d e daw i d er a n g eo fa c c u r a t es c i e n t i f i cr e s e a r c h r e s u l t s e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ep r o p o s e dt e s tm e t h o d s ，t h e o r i e sa r ec o r r e c t ， c r e d i b l ea n dh a sg o o dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dv a l u e k e y w o r d s ：f i n i s h e ds h o e ，p e r m e a b i l i t y , t e s te q u i p m e n t ，e v a l u a t i o nc r i t e r i o n i v 成品鞋透气性测试的研究 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：一酉垒蓟塑 日期：至q qz 生! 旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：鲜导师签名：墨班期：垫尘乙生血 l 绪论 1 1 课题的背景及意义 随着社会文明和科学技术的迅猛发展，人类生活水平不断提高，人们在吃、 穿、用、住、行各个方面的要求越来越高。鞋，这个人们每日穿在脚上，行走 天下的必备品也被赋予更高的要求，鞋的功能和性能早已经从过去御寒、护脚 和耐用的基本要求发展到今天美观、舒适和功能化的更高要求。 随着制鞋材料和制鞋工艺的发展，鞋类产品的外观质量和耐用性能都得到 了很大提高。然而，鞋的舒适性能却还有待更多的提高和改进。就皮鞋而言， 人们为了更加突出鞋面的质感，大量的合成材料、金属盐进入皮革内部，真皮 假做形成半天然半合成的合成材料。结果是天然真皮的外观，合成或全合成产 品的内在。导致成品鞋的透气性、透湿性大大下降，舒适性和卫生性很差。 就运动鞋而言，由于使用更多合成材料加上帮面厚度比皮鞋加大许多，因此透 气性、透湿性更差。由于缺乏有效的检测手段和衡量标准，鞋的透气性不佳成 了一个人们抱怨很多，但却无法投诉的成品鞋质量问题。下面进一步分析成品 鞋透气性的重要性。 1 1 1 成品鞋透气性的主要作用 成品鞋透气性的主要作用可以分为三点。 a 】排泄脚汗 成品鞋在通透空气的过程中，鞋腔内的一部分脚汗以水气的形式排出，外 界的干空气进入鞋腔形成一定的湿平衡从而保持鞋腔干爽、舒适、卫生。 b 1 散发热量 鞋腔内外形成空气流通的时候鞋腔里的热量也随之散出，鞋腔形成一定的 热平衡使人脚不会感觉太热。 c 1 置换空气 人脚皮肤不仅排泄脚汗，皮肤也进行呼吸排出二氧化碳。成品鞋通透空气 的时候可以排出鞋腔的二氧化碳，使鞋腔空气保持新鲜，人脚也不会感觉憋闷。 因此，透气性是衡量成品鞋卫生性和舒适性的一个重要指标。 1 1 2 成品鞋透气性与脚部卫生性 从卫生学角度来看，成品鞋具有一定的透气性，有利于鞋腔内外气体的交 换，有利于人体皮肤的新陈代谢。脚癣、脚汗、脚臭等常见脚部顽疾也都与鞋 的透气性不佳有关。脚气是一种极常见的真菌感染性皮肤病。成人中7 0 8 0 的人有脚气，只是轻重不同而己。常在夏季加重，冬季减轻，也有人终年不愈。 陕西科技大学硕士学位论文 脚气是由皮肤癣菌( 真菌或称霉菌) 所引起的。医学研究表明，足部多汗潮湿或 鞋袜不通气等都可诱发脚气。真菌喜温暖潮湿，最适生长温度在2 2 3 6 之 间，相对湿度9 5 1 0 0 ，最适生长p h 值5 。0 6 。5 。成品鞋的透气性良好，则 可以降低鞋腔温湿度，在很大程度上抑制真菌生长繁殖，有效预防脚部疾病的 发生。因此，从脚部卫生学也可以判断透气性应该是衡量成品鞋质量性能的一 个重要指标。图1 1 是脚部疾病一例。 图1 - 1 脚部疾病一例 f i g u r ei - las a m p l eo f f o o ts i c k 1 1 3 成品鞋透气性与脚部舒适性 从舒适性角度来看，成品鞋要有一定的透气性，因为人体皮肤每时每刻也 在进行呼吸，和外界进行气体的交换，成品鞋透气性良好则人脚不致感到闷气 和不舒适；对于“气”，脚部要通过鞋排出的废气主要是二氧化碳。有研究表 明，如果服装微气候内二氧化碳的含量超过o 0 8 时1 2 ，人体就会有不适感， 而鞋腔微气候内二氧化碳的含量同样不能过高。同时透气性有利于体热的发 散，可以调节人脚部热量平衡，从而保证脚部对于温度上的舒适感。有研究表 明：当外界气温高于体温时( 一般指3 5 以上) ，水分蒸发是散失体热的唯一途 径pj ，而水分蒸发之后透过鞋帮的方式和空气透过鞋帮的方式是一致的。当然， 外界气候环境是随着季节变化的。对于防寒鞋来说透气性要小，以免脚部热量 过快地散失，从而有效地保温，达到御寒的目的；凉鞋则要求透气性好，以加 快鞋腔内外空气的交换速率，脚部热量尽快散发，使人脚处于热湿平衡、舒适 卫生的状态之中。 从上面的理论分析可知，透气性与鞋靴的卫生性与舒适性密切相关，成品 鞋透气性是影响鞋类卫生性能和舒适性的重要因素。而在对于社会人群的调查 也表明，人们普遍反映透气性良好的鞋子穿着舒适感良好。 成品鞋透气性测试的研究 传统上，透气性是服装、制鞋材料卫生性能优良与否的重要评价指标，透 气性当然也应该是服装和成品鞋卫生性和舒适性优良与否的重要评价指标。然 而，目前国内外对于成品鞋透气性特别是成品鞋透气性测试的研究较少，而鞋 材透气性又不能完全反映成品鞋的透气性。因此本论文从成品鞋透气性的重要 性、测试方法及评价标准着手进行研究和探讨，拟研制成品鞋透气性定量测试 的仪器、建立不同种类成品鞋的透气性定性评价标准。能够为企业进行成品鞋 透气性检测提供科学方法和仪器，还可以为科研人员和产品开发人员研究成品 鞋的透气性提供先进的测试手段和一定的理论参考。研究成品鞋透气性及其测 试的预期成果还可作为相关质量检测部门的检测手段和鉴定依据，也为制定成 品鞋卫生性标准提供一定理论参考，从而为促进鞋类产品透气性和卫生性改善 做出贡献。 1 2 成品鞋透气性研究现状 1 2 1 国外研究现状 通过查阅资料发现，关于成品鞋透气性研究很少。国外开展了一些关于成 品鞋吸湿、透水气性的定性研究。有人对鞋用革的透气性进行了研究，但对其 透气的机理却没有明确的阐述【4 】。有人研究了鞋内的相对湿度和空气温度与时 间的关系，认为鞋腔内部温湿度在成品鞋穿着两小时后即达到一个动态平衡， 透气性在这个平衡状态下对成品鞋的舒适性不再起主要作用 j 。h e n r y 提出热 湿在服装间的传递作用是耦合的。2 0 世纪9 0 年代初，日本的原田隆司博士提。 出了衣内微气候理论，把服装与皮肤间微小空间内的温度、湿度和风速作为评 估服装热湿舒适性能的重要指标【6 】。 国外很多制鞋企业在积极地开发透气性良好的鞋款，比如阿迪达斯2 0 0 2 年就开始投放市场的c l i m a c o o l 清风系列透气鞋。经过查阅资料，国外有做过 成品鞋透水汽性的测试研究但是没有实际应用和推广【7 1 ，荷兰制革制鞋研究院 创制了一种名为t n o 舒适实验仪的测量仪器，可以测量成品鞋的透水汽性和 吸水汽性。他们对几种鞋的前帮部位进行了测试，证明皮革的透水汽性最好， 赛利合成革测之，聚氯乙稀合成革最差，但在吸水汽性方面聚氯乙稀比合成革 和皮革都要高。没有查到关于成品鞋透气性定量测试的相关测试仪和标准。 1 2 2 国内研究现状 国内在定性、定量研究方面研究了缝制工艺对于成品鞋透气性的影响，也 有人研究了常用制鞋材料的透气性能。陕西科技大学的弓太生、金鑫对鞋类穿 用舒适性影响因素做过一些研究发现，原材料的薄厚、柔软度、透水汽性、透 陕两科技大学硕士学位论文 气性和吸水性对成鞋穿用舒适性影响较大，他们认为皮革面料的厚度在 1 2 1 8 m m 之间，帮套厚度在1 9 2 3 m m 之间，面料的柔软度范围为2 0 - 3 5 邵氏硬度之间，而帮套的柔软度范围i 5 2 5 邵氏硬度之间，皮革面料的透气 性在15 m l c m 2 h 以上而帮套的透气性在8 m l l c m 2 h 以上的时候，成鞋的穿 用舒适性是良好的哺j 。 国内更多的研究是关于服装透气性与穿着舒适性，有研究认为：织物的透 气性从几方面影响着服装的舒适性。首先，织物如果容易通透空气，则水蒸汽 与液态水通常也能通透。因而织物的透湿气性与透气性密切相关。其次，织物 的隔热性能主要取决于织物内所包含的静止空气，所以织物的透气性与隔热性 也有一定的关系。服装透气性与舒适性的研究对于成品鞋透气性研究具有一定 的参考作用。 现在，消费者越来越重视鞋子的透气性，由于市场需求，成品鞋生产厂商 也开始注意研发透气性良好的鞋子，比如“a t h l e t i c ”亚礼德、安踏等企业开 发出透气性良好的跑步鞋。在成品鞋透气性定量测试的研究方面处于空白。 1 2 3 成品鞋透气性研究趋势 在透气性作为影响成品鞋质量高低的一个重要因素的情况下，在鞋类产品 开发、科学研究、质量检测等不同领域都急需对成品鞋透气性有一种科学、准 确的测试手段和评价标准。但是，国内外在表征鞋子透气性方面尚无一套科学 的标准，也没有相应的测试方法和仪器。一般都是用鞋材的透气性表征鞋子的 透气性。而成品鞋的透气性一方面与鞋材有关，一方面也与成品鞋的结构设计 和加工工艺有关，不同的制鞋材料透气性不同，它们之间采用不同的搭配组合 或者采用不同的加工工艺制作出成品鞋后都可能产生不同的透气性能。可见对 于成品鞋透气性，传统的表征方式并不准确，而且还可能误导消费者。如何更 加准确的定性、定量研究成品鞋的透气性是鞋类科研重要的发展方向。目前， 各类透气性检测设备主要使用在织物、皮革、包装、建材等领域，经过文献查 新，国内外尚没有成品鞋透气性测试的专业仪器和标准方法。因此，成品鞋透 气性测试的研究是一个现实问题。 1 3 主要研究工作 ( 1 ) 初步研究成品鞋透气性测试方法 对于成品鞋来说，测定其单个组成材料的透气性比较简单，但若测定成品 鞋，则难度较大。因为成品鞋是不规则的复杂曲面体，要保证测试气密性较为 困难；而且透气性受外界温度、湿度等多种因素影响，如何确定和控制相关测 试条件也较为困难：而且成品鞋透气性存在宏观和微观两个方面，到底是宏观 4 成品鞋透气性测试的研究 透气性对成品鞋的性能影响大还是微观透气性对成品鞋的性能影响大尚无定 论，如何综合评价二者关系也是本文要研究的问题之一。 针对鞋的复杂形状，本研究拟采用模拟人脚的楦体为测试探头，在鞋的统 口位置设置夹紧装置以保证气密性。通过在不同温度、湿度、压差下的对比实 验，探索接近人脚生理状况的测试条件。成品鞋透气性测试应该依据成品鞋透 气机理，成品鞋在穿着过程中，一方面，随着鞋腔内温湿度的升高，鞋腔内气 体压强也相应增大，与外界形成了一定的气压差；另一方面，由于脚的运动， 导致鞋腔不断挤压变形，从而形成局部“高压”。上述“压差”是促进鞋腔内外气 体通透的原因所在。因此，我们计划研制的成品鞋透气性测试仪，基于压差法 原理，透气量的计量采用高精度电子计量仪器，以保证测试的准确性和测试精 度。 ( 2 ) 探索成品鞋透气性影响因素 在获得成品鞋透气性测试手段后，要进行大量的实际测试实验。研究影响 成品鞋透气性的主要因素，以便为改进成品鞋透气性提供依据。 ( 3 ) 研究成品鞋透气性评价标准 有可行的实验测试手段，有大量可靠的实验测试数据，下一步的工作就是 建立相关的标准，以标准来推进制鞋企业对成品鞋透气性能的提升。以标准来 促进国内制鞋行业的强大。本研究初步研制了成品鞋透气性测试仪，对成品鞋 透气性评价标准进行了初步探索。 1 4 理论意义与实用价值 透气性是成品鞋卫生性、舒适性的重要衡量指标，本文初步探讨了成品鞋 透气性的重要性，并积极探索和研究成品鞋透气性测试仪器；本文提出了建立 成品鞋透气性评价标准的建议，进一步的研究也将重点探索成品鞋透气性评价 标准的建立。相信在不久的将来，成品鞋的透气性及其测试会受到更多的关注， 希望在所有制鞋科技工作者的共同努力下，早日建立起成品鞋透气性的测试与 评价标准。 1 5 本论文的创新点 目前国内外对影响成品鞋的舒适性因素的研究多数停留在定性的概念上。 众所周知，透气性是影响成品鞋舒适性的一个关键因素。但是目前还没有专业 的成品鞋透气性测试仪，也没有一个定量的指标来评定鞋的透气性的好坏。本 研究将填补国内外的空白。 陕两科技大学硕士学位论文 本研究的创新之处在于： ( 1 ) 进行成品鞋透气性测试研究； ( 2 ) 研制出成品鞋透气性的专业测试仪器； ( 3 ) 提出和探讨建立成品鞋透气性检测及评价标准。 6 成品鞋透气性测试的研究 2 成品鞋透气机理分析 2 1 空气特性的概述 研究成品鞋的透气性，需要了解成品鞋所处环境一空气的相关特性。 2 1 1 空气的组成和性质 地球表面附近l5 k m 以内的空气的组分可以认为是恒定的，氮气7 8 0 3 ， 氧气2 0 9 3 ，o 9 8 稀有气体，二氧化碳o 0 3 ，水气等o 0 3 。空气的密度 随空气温度的升高而降低。自然界中的空气是一种混合气体，它是由干空气和 水蒸气所组成，可以称为湿空气。其中干空气通常是一个不变的整体；而水蒸 气来自各类水源的蒸发，比如鞋腔微气候内的水蒸气来自人脚皮肤的汗水蒸 发。在常温常压下，大气中水蒸气的分压力很小，且远离液态，所以湿空气可 以作为理想气体看待【9 j 。 2 1 2 空气分子运动的特点 在常温、常压下，气体分子之间的平均距离比液体及固体的约大一个数量 级。因此，对于实际气体来说，虽然分子之间在不碰撞时也有相互吸引作用， 但作用力非常弱，分子在两次碰撞之间基本上可以自由地匀速运动。所以气体 能充满它所能达到的空间，它既没有一定的体积，也没有一定的形状。 在常温、常压下，虽然气体中的分子分布远比液体或固体稀疏，但每立方 厘米气体中仍含有数千亿个分子。大量分子永不停息地运动，分子间必定不断 地发生碰撞，1 秒钟内一个气体分子与其他气体分子的碰撞竟可达几十亿次。 使得每个分子的速度大小和方向频繁地改变，造成气体分子做杂乱无章的热运 动。 虽然气体分子做无规则的热运动，但对大量分子整体来说，分子的运动却 表现出一定的规律。在分子运动方向方面，正是因为大量分子在碰撞中( 包括 分子间和分子与器壁间) 的运动状况十分混乱，因此在同一时刻向任何一个方 向运动的分子都有，可以认为在任意时刻分子沿各方向运动的机会均等。也就 是说，沿任何一个取向的等大的截面范围内在同一时间间隔内通过的热运动分 子数应是相等的。这里所说的“数目相等”是对大量分子用统计方法得到的一个 统计平均数。分子数越多，所得结果跟实际情况符合得越好。 在分子运动速率大小的分布方面也表现出统计的规律。研究表明，对于大 量气体分子所做的热运动来说，有的快，有的慢，但在某一时刻，其中的大多 数分子的速率都在某个数值附近，离开这个数值越远，分子数越少，形成“中 间多( 中等速率区间的分子数所占有比例最大) ，两头少( 速率很大和很小的区间 陕两科技大学硕士学位论文 分子数所占比例都很小1 ”的渐变的分布规律。而且随着温度的升高，分布的统 计规律虽然不变，但是与分子数所占有比例最大的速率区间却移向速率大的一 方。或者说，所有分子的速率的平均值随温度的升高而加大，说明温度越高， 分子的热运动越激烈。 气体的扩散现象是指空气中的各个部分的成分含量不均匀的时候，即使温 度不变也会发生扩散现象，即某种气体成分，从含量高的地方向含量低的地方 迅速地扩散。成品鞋的透气存在气体的扩散现象，人体皮肤会排出二氧化碳， 脚体皮肤也一样会排出二氧化碳，鞋腔微气候内二氧化碳含量高于外界的时候 就会发生向外扩散的现象。 大量的实验事实表明：在没有外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时 间变化的状态叫做平衡态。否则，称为非平衡态。这里说的没有外界影响，是 指外界对系统既不做功又不传热，即系统与外界没有任何形式的能量交换。 平衡态是一个理想的概念，在实际中并不存在完全不受外界影响、而且宏 观状态绝对保持不变的系统。系统处于平衡态时，其宏观状态虽然不随时间变 化，但从微观方面看，组成系统的分子仍在运动着，只不过大量分子运动的平 均效果不随时间改交，因此气体的平衡态称为热动平衡态。 当系统处于平衡态时，系统的宏观性质可用一些确定的宏观物理量来描 述，这些物理量称为状态参量。对于一定量的气体，一般可用气体的体积v 、 压强p 、温度t ( 或t ) 三个状态参量来描述它的宏观状态。描述宏观状态的物理 量称为宏观量。 2 2 成品鞋透气机理分析 透气性是成品鞋卫生性和舒适性的重要影响因素，但是目前关于成品鞋透 气性的研究较少，所以没有成品鞋透气性的严格概念。本文把成品鞋透气性分 为宏观透气性和微观透气性，宏观透气性指的是成品鞋在穿着过程中从鞋统口 与脚缝隙、鞋眼、气孔等处通透空气的性能；微观透气性指的是成品鞋帮面与 鞋里自身纤维组织问通透空气的性能。宏观透气性与微观透气性在成品鞋透气 性中往往是同时存在并且共同影响成品鞋的透气性。 成品鞋透气机理可以从宏观和微观两个方面分析，一方面。人脚在穿着鞋 子后，由于脚部不断释放热量和排泄脚汗导致鞋腔温度、湿度都相应增加，有 研究表明l l 们，在较湿热的夏季，穿满帮鞋在静止状态下，鞋腔内温湿度分别在 5 0 r a i n 和3 0 m i n 左右达到稳定，而在行走状态下，鞋腔内温湿度达到稳定时 的数据分别为3 0m i n 和1 0m i n ；在较干冷的冬季，穿满帮鞋在静止状态下， 成品鞋透气性测试的研究 鞋腔内温湿度分别在9 0m i n 和6 0 m i n 左右达到稳定，而在行走状态下，鞋腔 内温湿度达到稳定时的数据分别为6 0 r a i n 和4 5m i n 左右。鞋腔微气候内空气 的分子运动也随着温度升高热加剧，从而使鞋腔内部气压高于外界，在这个鞋 腔内外的气压差作用下，鞋腔内外空气通过成品鞋统口和人脚之间的缝隙、鞋 眼、气孔形成宏观透气；而鞋腔内外气体透过成品鞋帮面材料形成交流可以称 为微观透气，之所以称为微观透气，是因为材料本身的透气量比起成品鞋通口、 鞋眼等处的透气量往往是个比较小的值。但是微观透气却是不可忽略的；一方 面，大量透气孔的设计只能应用于凉鞋，大量的通风透气可以带走脚体热量， 保持脚体在炎热季节的热舒适性，但是鞋腔内鞋帮和脚体的接触部位又形成了 一个个更加微小的微气候，如果材料本身的透气性不好，仍然会形成局部不透 气和不舒适。另一方面，除了凉鞋以外其他种类的鞋子多数要有一定的保暖作 用，如果设计太多比较大的透气孔。会导致脚体热量散失过快也不舒适，特别 是风霜雨雪的天气更要减少宏观透气但是仍然要保证微观透气，否则鞋腔内部 空气得不到置换也会导致不舒适和不卫生。而另一方面，人脚在穿鞋运动的时 候，由于运动导致鞋腔不断因挤压变形产生鞋腔内气流流动从而与外界发生气 体的动态交流。在行走或者奔跑的时候鞋帮面与外界空气或者风由于相对运动 也会形成一定的压差而使空气透过鞋帮进入鞋腔。 一 成品鞋透气方式可以分为宏观透气和微观透气。宏观透气是鞋腔内外空气 从成品鞋统口，鞋带眼等孔径较大的地方相互通透。微观透气是鞋腔内外空气 从鞋材自身微孔通透。透气孔直径不同，其透气方式也不同。 透气材料透气性的主要影响因素是微孔孔径、单位面积孔数、厚度和通道 的曲折系数】在稳定扩散状态下，气体通过这些孔道扩散的理论透气量与通道 的厚度呈反比，与两侧压差呈正比，同时如果空隙通道的弯曲越多，相应扩散 体分子与孔壁碰撞的机会也越多，阻力也越大，理论透气量越小；微孔孔径越 大，气体扩散的自由截面积也越大，理论透气量越大：单位面积孔数越多，理 论透气量也越大。 从量化的角度来看宏观透气量占主要成分，然而从透气方式的重要性来 看，宏观透气和微观透气都是很重要的，对于夏季的单鞋而言由于夏季气温较 高透气的主要作用是散发脚部热量和鞋腔湿气，以保持脚部湿热平衡和舒适。 这就要求透气好以便于外界空气容易进入鞋腔而鞋腔空气容易排出鞋腔，人们 在设计夏季凉鞋时一般也比较注重设计宏观透气孔，然而如果选择了自身微观 透气性能不好的鞋材，那么鞋材和脚接触部位形成的微气候仍然让穿用者感觉 憋闷、潮湿不舒适。对于棉鞋而言，主要的功能是保暖，但是仍然需要透气， 9 陕西科技大学硕士学位论文 如果透气太快则容易散失脚部热量，所以棉鞋透气要以微观透气为主，所选用 鞋材要能够阻止冷风吹进鞋里，也能够透出鞋腔里面的空气。 1 0 成品鞋透气性测试的研究 3 成品鞋透气性测试仪的研制 3 1 成品鞋透气性测试的作用 检测是科学的认识各种现象的基础性的方法和手段，检测技术是科学技术 的重要分支。随着科学技术的进步和社会经济的发展，检测技术也在迅速的发 展，而检测技术的发展往往又进一步促进科技水平、生产水平和产品质量的提 高【12 1 。 利用成品鞋透气性测试，可以有效的揭示出各种材料、工艺、结构对于成 品鞋透气性的影响，有利于设计水平和生产水平的不断提高和改进，更重要的 是可以促进成品鞋产品质量的提高，提高人们的生活水平。可以使我国制鞋行 业迸一步由大向强转换，为国家经济建设做出贡献。目前成品鞋透气性不佳是 一个人们抱怨较多的问题，质检部门和研究部门以及鞋类产品生产企业都面临 这样一个问题就是缺乏检测成品鞋透气性的有效手段，从而难以给成品鞋透气 性好坏一个量化指标，在成品鞋透气性改进时也没有快速有效的测试手段来验 证改进的成果到底如何，因此，开发研制成品鞋透气性测试仪是一个有很好实 际意义的课题。 成品鞋透气性测试的设想提出后，如何测试，如何评价测试结果是本研究 的主要内容。压差法是国内外通行的材料气体阻隔性测试方法。成品鞋的透气 性也可以看成是成品鞋的气体阻隔性，所以本研究设想借鉴压差法原理，给鞋 腔通入空气，使得鞋腔内外形成一定压差，测试在规定压差下的透气量来表征 成品鞋的透气性。 3 2 成品鞋透气性测试数学模型的建立 本论文前面章节分析了成品鞋透气机理。本章节探讨设计成品鞋透气性测 试装置。随着现代测试技术的发展，自动化、集成化较高的测试系统成为检测 系统的发展方向和必然要求。在本次成品鞋透气性测试仪的设计中，借鉴了现 代检测方法及控制理论，首先通过理论分析建立测试过程的数学模型。 3 1 1 建立数学模型的方法 建立数学模型的方法，通常采用： ( 1 ) 解析法解析法又称机理演绎法，根据控制的内在机理，运用己知的静 态和动态平衡关系，用数学推理的方法建立过程的数学模型。 ( 2 ) 实验辨识法实验辨识法又称为系统辨识与参数估计法。该方法是根据 过程输入、输出的实验测试数据，通过过程辨识和参数估计建立过程的数学模 陕西科技大学硕士学位论文 型。 ( 3 ) 混合法即用上述两种方法的结合建立过程的数学模型。首先通过机理 分析确定过程模型的结构形式，然后利用实验测试数据来确定模型中各个参数 的大小。 而单输入一单输出过程的模型使用实验辨识法建立的结构比较简单，常用 如下两种形式： 1 ) 线性时间连续型：( 可用微分或传递函数表示) a n y 扣( ，) + a n l y “。p ) + + a j y l ( f ) + y ( f ) = b u ”( f f ) + 屯_ “。1 ( t f ) + + b j u 。( t f ) + b o u ( t f ) 或 吣，= 器+ - 高等等篇e 1 式中，y 为输出量：u 为输入变量；r 为时延时间。 2 ) 线性时间离散型( 可用差分方程或脉动传递函数表示) a y ( k n ) + a n l y ( k r t 1 ) + + q y ( k 一】) + 灭嘉) = 6 ，u ( k r a d ) + + b l u ( k 一1 一d ) + b o u ( k d ) 或 v 舻崔瘩戋辩q - a u c k ， 式中d 为时延时间( 采样周期的整数倍) ；q 。为后项差分算符，与z 变换中 z - 相当；k 为采样次数。上式中等式两边的项数越多，n 和m 越大。对于大多数过程， 一般m 和n 取值在1 - 3 之间。此外差分方程描述数学模型时，采样周期般取 过程时间的1 1 1 0 1 2 0 2 1 。 3 1 2 本研究成品鞋透气性测试模型的建立 本研究设计的成品鞋透气性测试仪，测试目的是尽量反映成品鞋的真实透 气性能，所以要尽量模拟实际，但是也要符合现有科技水平，依据成品鞋透气 机理知道，成品鞋透气量与鞋腔内外压差成正比，与鞋材孔径、孔率成正比， 与鞋材厚度成反比，与鞋材结构紧密度和复杂度成反比。在实际测试时，我们 不能改变成品鞋所用鞋材自身已有的性质，所以透气度测试时就只能以鞋腔内 外压差作为控制条件之一，此时压差ap 和透气量q 就是可以控制和测试的两 个量。谁是被控量，谁是过程量，可以做进一步分析。显然，在鞋腔内外压差 p 一定的情况下，单位时间内透气流量