基于紅外熱成像技術(shù)的鞋類散熱、保暖性能指標(biāo)體系的構(gòu)建

石娜(浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江溫州325003)

基于紅外熱成像技術(shù)的鞋類散熱、保暖性能指標(biāo)體系的構(gòu)建

石娜
(浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江溫州325003)

皮鞋散熱性能是影響穿著舒適性能的主要指標(biāo)之一?，F(xiàn)利用紅外線成像設(shè)備對(duì)腳面和腳底兩個(gè)部位進(jìn)行了散熱性能測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)散熱、排汗量大的部位從幫面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、鞋底結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了改善的建議。

紅外線成像；散熱；透氣

1　指標(biāo)體系制定的背景和意義

鞋類的舒適性包含很多因素，其中溫濕度變化對(duì)鞋靴的舒適性影響至關(guān)重要。鞋類產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間穿著，足部在鞋靴內(nèi)產(chǎn)生的溫度和濕氣如果不能及時(shí)的通過(guò)幫面排出鞋外，就會(huì)造成鞋內(nèi)溫濕度過(guò)高，從而產(chǎn)生不舒適感覺(jué)。目前，皮鞋生產(chǎn)工藝依然離不開膠水的使用，為了使鞋幫面造型挺拔，增強(qiáng)穿著時(shí)的強(qiáng)度，幫面要刷膠固定襯布和里皮，這就嚴(yán)重削弱了幫面結(jié)構(gòu)的透氣性能，從而使本應(yīng)具有天然透氣性能的真皮皮鞋透氣性大打折扣。

在以往的研究中很多學(xué)者使用溫濕度測(cè)量?jī)x對(duì)鞋靴的舒適性能進(jìn)行測(cè)試，溫濕度測(cè)量?jī)x的弊端在于其不能實(shí)時(shí)的對(duì)鞋靴的溫濕度變化進(jìn)行監(jiān)控，而只有當(dāng)試穿者脫下鞋子后才能測(cè)試，并且測(cè)試溫度僅在鞋內(nèi)，而不能確定具體位置，這些因素必然造成鞋內(nèi)溫濕度變化測(cè)試誤差較大，以此得到的相關(guān)數(shù)據(jù)的可信程度也受到質(zhì)疑。為了提供評(píng)價(jià)鞋靴散熱、保暖性能的標(biāo)準(zhǔn)體系，研究影響這些性能的參數(shù)指標(biāo)，探尋一種非接觸式實(shí)時(shí)監(jiān)控鞋靴溫度變化的設(shè)備顯得尤為重要。

基于紅外熱成像技術(shù)的鞋靴散熱、保暖性能指標(biāo)的研究，利用紅外熱成像儀具有不干擾被測(cè)試物體運(yùn)動(dòng)測(cè)量表面溫度分布特征的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠真實(shí)反映鞋足組合后表面溫度變化的規(guī)律，從而能更精準(zhǔn)的觀察鞋靴散熱、保暖性能，為改善鞋靴舒適度設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)的意義。

2　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)對(duì)紅外熱成像技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，到80年代初，我國(guó)在長(zhǎng)波紅外元件的研制和生產(chǎn)技術(shù)上有了一定進(jìn)展。80年代末和90年代初，我國(guó)已經(jīng)研制成功了實(shí)時(shí)紅外成像樣機(jī)，其靈敏度、溫度分辨率都達(dá)到很高的水平。進(jìn)入90年代，我國(guó)在紅外成像設(shè)備上使用低噪音寬頻帶前置放大器，微型致冷器等關(guān)鍵技術(shù)方面有了進(jìn)展，并且從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用。目前紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，較為典型的有能源行業(yè)、建筑行業(yè)、電力監(jiān)測(cè)、醫(yī)療行業(yè)及部分制造業(yè)等，且其應(yīng)用領(lǐng)域也正逐步擴(kuò)展中。

目前，紅外熱成像技術(shù)在制鞋領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，據(jù)資料顯示在國(guó)外運(yùn)動(dòng)鞋功能研發(fā)中使用紅外熱成像技術(shù)的僅是德國(guó)阿迪達(dá)斯一例，阿迪達(dá)斯研發(fā)人員為了研發(fā)一款具有超乎尋常的透氣功能鞋，借助紅外熱成像儀對(duì)幫面材料透氣孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)針對(duì)足部的散熱特點(diǎn)，有針對(duì)性的選擇透氣孔開設(shè)位置，有效地提升了產(chǎn)品的透氣性能，至今這款科技研發(fā)產(chǎn)品仍然在市場(chǎng)中暢銷（如圖1、圖2所示）。

圖1　Adidas紅外測(cè)試效果圖　

圖2　Adidas紅外熱成像測(cè)試圖

3　指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1構(gòu)建原則

在充分分析腳部升溫、散熱狀況、鞋材散熱保暖指標(biāo)、鞋類結(jié)構(gòu)與各自獨(dú)特性的基礎(chǔ)上，遵循以下原則選擇建立指標(biāo)體系。

3.1.1科學(xué)性性原則

指標(biāo)的選擇從腳部溫度變化指標(biāo)入手，因?yàn)檫@能夠充分體現(xiàn)基于行走狀態(tài)的腳部溫度變化、散熱情況及外界溫度變化狀態(tài)下達(dá)到腳部保暖所應(yīng)選取材料的情況。在指標(biāo)研究方面包括腳部熱量分布、鞋材散熱與保暖、鞋類結(jié)構(gòu)與散熱保暖的關(guān)系三大方面，以及各種系統(tǒng)下子項(xiàng)目的針對(duì)性、獨(dú)特性。

3.1.2整體性原則

指標(biāo)的選擇，能夠涵蓋腳部溫度變化、鞋材應(yīng)用及鞋類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，覆蓋了基于溫度變化情況下鞋舒適度的指標(biāo)和應(yīng)用。包括直接觀測(cè)指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)指標(biāo)和調(diào)查指標(biāo)。

3.1.3通用性原則

基于紅外線成像技術(shù)的鞋類散熱保暖指標(biāo)的選擇，能夠整體適用于不同地域范圍的不同類型的鞋，而非部分適用并且不局限于某個(gè)特定區(qū)域。

3.1.4應(yīng)用性原則

基于紅外線成像技術(shù)的鞋類散熱保暖指標(biāo)的選擇，能夠在信息服務(wù)中做到獲取方便，加工程序簡(jiǎn)單，產(chǎn)品服務(wù)方向明晰，易操作，并付諸實(shí)際應(yīng)用。

3.2基于紅外熱成像技術(shù)的鞋類散熱、保暖性指標(biāo)體系（如圖3所示）

4　各項(xiàng)指標(biāo)分析

4.1腳部溫度變化

以往的腳部溫度變化研究中，很多被試者是將腳部?jī)?nèi)外踝作為測(cè)試分界來(lái)研究。此次指標(biāo)設(shè)定將腳部分為腳面和腳底兩部分分別研究，這種分區(qū)方式便于整體性、綜合性反饋腳部溫度變化。指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)鞋類設(shè)計(jì)中面、里料及輔料的選擇、便于排濕、散熱結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)更有指導(dǎo)意義。

4.1.1腳背部位溫度測(cè)定

腳的各關(guān)節(jié)靜止和行走一段時(shí)間之后，腳背部位的熱量分布出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。借助紅外熱成像技術(shù)測(cè)定腳背各特征部位溫度，腳背溫度測(cè)定點(diǎn)為：SP1～SP5腳趾關(guān)節(jié)、SP6第一跖趾關(guān)節(jié)、SP7第五跖趾關(guān)節(jié)、SP8跗骨凸點(diǎn)。圖4所示的是紅外熱成像下的腳背圖。

圖3　基于紅外熱成像技術(shù)的鞋類散熱、保暖性指標(biāo)體系

圖4　紅外熱成像下的腳背圖

4.1.2腳底部位溫度測(cè)定

腳底肉頭分布較多，在行走一段時(shí)間后，腳底各部位出現(xiàn)升溫不均勻現(xiàn)象。借助紅外熱成像技術(shù)測(cè)定腳底各特征部位溫度，腳底溫度測(cè)定點(diǎn)為：SP1～SP5腳趾、SP6腳趾窩、SP7腳掌突度、SP8腰窩部位、SP9后跟踵心。圖5是紅外熱成像下的腳底圖。

4.2鞋材散熱、保暖性能

制鞋用鞋材，在考慮影響其散熱、保暖性方面，主要集中在幫面材料、鞋里材料、制鞋輔料方面。制鞋常用幫面材料中人工革在散熱保暖性能方面明顯低于天然皮革材料，此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)人工革材料不列入測(cè)試范圍。主要從鞋用皮革面料豬皮、牛皮、羊皮三大類入手進(jìn)行指標(biāo)檢測(cè)。鞋里材料主要有皮革、帆布、人造里料，里料在鞋的制作中起到吸汗、保暖的作用，里料的加入會(huì)對(duì)鞋的散熱性降低。在制鞋中除了幫面和里料之外，在面里之間添加的輔料對(duì)鞋的散熱和保暖也有很大的影響。常見的制鞋輔料有：定型化學(xué)片、海綿、底芯、內(nèi)底板等。以上材料的檢測(cè)指標(biāo)分散熱性檢測(cè)和保暖性檢測(cè)兩個(gè)方面進(jìn)行。

圖5　紅外熱成像下的腳底圖

4.2.1幫面、鞋里材料的散熱保暖性

散熱性。分別用豬、牛、羊皮制成同款無(wú)鞋里和有鞋里皮鞋（分別制作帆布里、皮革里、人造革里三種鞋），通過(guò)試穿者穿鞋前及行走30分鐘后鞋幫表面溫度、濕度及內(nèi)腔溫度、濕度的分別測(cè)定確定皮革、里料的散熱性能指標(biāo)。

保暖性。分別用豬、牛、羊皮制成同款無(wú)鞋里和有鞋里皮鞋（分別制作帆布里、皮革里、人造革里三種鞋）皮鞋。被測(cè)者在室溫10℃狀況下赤足靜止15分鐘測(cè)試腳部溫度，通過(guò)測(cè)試穿不同鞋后30分鐘的腳部溫度變化判定不同類型皮革、里料的保暖性。

4.2.2制鞋輔料的散熱保暖性

在幫面和鞋底兩部位進(jìn)行測(cè)試，幫面添加不同輔料：主跟、內(nèi)包頭、刷膠、海綿添加后及鞋底添加不同輔料：內(nèi)底、半內(nèi)底、填芯、鞋墊。被試者初期腳背、腳底溫度及行走30分鐘后腳部溫度的變化以此來(lái)判定鞋幫、鞋底不同輔料的散熱保暖性。

4.3鞋類結(jié)構(gòu)與散熱保暖的關(guān)系

4.3.1鞋幫結(jié)構(gòu)與散熱保暖

根據(jù)腳部溫度變化部位，分別在腳跗背、腳腰窩、腳趾窩部位采取不同的鏤空形式做成相同面料、里料、輔料，不同鞋幫結(jié)構(gòu)的成品鞋讓被試者試穿行走30分鐘，通過(guò)感覺(jué)試驗(yàn)和紅外線測(cè)溫試驗(yàn)判定不同結(jié)構(gòu)鞋的散熱性。通過(guò)改變鞋的結(jié)構(gòu)減少鏤空的方法，設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)，采用相同材料制作的鞋。被試者在室溫10℃狀況下裸足靜止15分鐘測(cè)試腳部溫度，通過(guò)測(cè)試穿不同鞋后30分鐘的腳部溫度變化，及感覺(jué)試驗(yàn)結(jié)果判定不同結(jié)構(gòu)鞋的保暖性。

4.3.2鞋底結(jié)構(gòu)與散熱、保暖

通過(guò)在鞋底裝置凹缺槽、氣腔、打排氣孔等形式將空氣噴向腳趾和腳掌部位帶走濕氣進(jìn)行散熱。制做不同排氣結(jié)構(gòu)的鞋底并制成同幫面、里料、輔料材質(zhì)的鞋，讓被試者穿不同結(jié)構(gòu)鞋底的鞋行走30分鐘后測(cè)定腳底溫度的變化判定不同鞋底結(jié)構(gòu)的散熱性。

通過(guò)在鞋底添加升溫裝置和動(dòng)能升溫儀的形式，增加腳底保暖是當(dāng)前比較超前的鞋底保暖結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)尚在實(shí)驗(yàn)階段，無(wú)法進(jìn)行指標(biāo)確定。

[1]花卉,柯寶珠,王彬清.基于紅外熱成像技術(shù)的腳部溫度分布測(cè)試[J].上海工程科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,29(2):119-123.

[2]李云紅,孫曉剛,劉颯.基于紅外成像技術(shù)的碳纖維織物導(dǎo)熱性能研究[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào),2009,23(3):55-58.

[3]宴虹,朱威,陳旭峰,黃雅莉.基于紅外熱成像系統(tǒng)的鞋類散熱性能研究[J].中國(guó)皮革,2014(3):113-115.

（責(zé)任編輯：盧行芳）

Research on theApplication of Leather Shoes Heat Dissipation Based on Infrared Imaging Technology

SHI Na
(Zhejiang Industry＆Trade Vocational College,Wenzhou,325003,China)

Thermal performance of the leather shoes is one of the main indicators to affect the wearing comfort.In this paper,the author uses the infrared imaging devices for two areas of the instep and sole of the thermal performance test.According to test results, the author proposes recommendations for improvement concerning the site of the heat dissipation and the amount of perspiration from the upper structure design,material selection,sole structure design,etc.

infrared imaging;cooling;ventilation

TS943.1

A

1672-0105(2015)04-0038-04

10.3969/j.issn.1672-0105.2015.04.010

2015-10-01

石 娜，碩士，浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，主要研究方向：鞋類設(shè)計(jì)。