植物性填充材料家居鞋填充量與保暖性能關(guān)系研究

李亞娟，王紅歌，仝夏平

(河南工程學(xué)院 服裝學(xué)院，河南 鄭州 450007)

人體足部距離心臟最遠(yuǎn)，若是長(zhǎng)時(shí)間坐著或者站著容易引起足部供血不足，熱量不能及時(shí)傳遞到足部，故有“腳暖全身暖”之說.足部溫度在28～33 ℃人體最感舒服，如果腳的溫度低于22 ℃就會(huì)影響局部血液循環(huán)，使人感覺不舒服[1].在寒冷的冬季，足部保暖已成為人們關(guān)注的重點(diǎn)和焦點(diǎn).目前，許多專家和學(xué)者對(duì)鞋子的保暖性能展開了一系列的研究，主要集中在對(duì)新型保暖鞋的研發(fā)[2-3]、保溫材料的研制[4]、保暖鞋的結(jié)構(gòu)[5]、鞋子保暖性能儀器的研發(fā)和測(cè)試方法的研究[6-9]等方面，大多數(shù)研究都是針對(duì)軍用防寒靴和冬季外穿鞋子的研究，對(duì)于冬季家居鞋的研究尚屬空白.

本研究針對(duì)一種新型功能性家居鞋，目前此種類型的家居鞋國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚未開發(fā).家居鞋內(nèi)含有顆粒狀填充材料，通過一定時(shí)間的加熱，可保持較長(zhǎng)時(shí)間的保暖性能.利用客觀測(cè)試的方法，對(duì)顆粒填充物的填充量與保暖可持續(xù)時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了研究，可為國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)家居鞋相關(guān)產(chǎn)品的填充量提供理論依據(jù)，為消費(fèi)者對(duì)該類產(chǎn)品的選擇和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，改變消費(fèi)者對(duì)家居鞋的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)一種新的生活觀念.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品的選擇

圖1 實(shí)驗(yàn)用樣品Fig.1 Sample of the test 注：實(shí)驗(yàn)用樣品從左到右依次為小米、決明子、蕎麥殼、櫻桃核和葡萄籽.

資料顯示在國(guó)外市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種具有顆粒狀填充物的家居鞋，鞋內(nèi)所填充的材質(zhì)為油菜籽，具有保暖和按摩的功能.目前，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，顆粒狀填充物如蕎麥皮、蠶沙、決明子等較多用作枕頭的填充材料.為了研究顆粒狀填充物的保暖性能，本實(shí)驗(yàn)選擇了5種顆粒狀填充物——葡萄籽、蕎麥殼、小米、決明子和櫻桃核，這5種顆粒狀填充材料不但對(duì)腳底有一定的按摩作用，而且還具有一定的醫(yī)療保健作用.在5種顆粒狀填充物中，蕎麥殼屬于殼狀，作為鞋底的填充材料來說受壓性較弱，所以作為對(duì)比樣來進(jìn)行測(cè)試分析.

1.2 實(shí)驗(yàn)用試袋

圖2 實(shí)驗(yàn)用試袋Fig.2 Sample bag of the test

選用純棉白坯布作為填充物的樣袋，制成大小為10 cm×15 cm的試袋.為了測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和均勻性，在試袋上分別取5點(diǎn)，分別為中心點(diǎn)、中心點(diǎn)上下4 cm的兩點(diǎn)、中心點(diǎn)左右2 cm的兩點(diǎn)，并分別記為1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)、4點(diǎn)和5點(diǎn).在測(cè)試中，試樣袋的溫度為5點(diǎn)溫度的平均值，試袋樣品如圖2所示.

1.3 試樣填充量

每種填充物用相同的試袋，但填充量不同，填充高度分別為1 cm，2 cm和3 cm.樣品參數(shù)如表1所示.

表1 實(shí)驗(yàn)用樣品填充量Tab.1 Filling amount of the samples mL

1.4 實(shí)驗(yàn)條件

溫度為(20±2) ℃，相對(duì)濕度控制在(65±2)%，加熱時(shí)間為60 s.

1.5 實(shí)驗(yàn)儀器

微波爐、紅外線測(cè)溫儀、天平、夾子、加熱托盤、漏斗、量杯、秒表.

1.6 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)將1#(1 cm)試袋放入托盤內(nèi)并用鑷子撫平，放在恒溫室內(nèi)平衡24 h，然后測(cè)量1#(1 cm)試袋上5點(diǎn)的溫度并記錄，即初始溫度t0.

(2)將1#(1 cm)試袋放入微波爐中加熱60 s,迅速取出，快速測(cè)量5個(gè)點(diǎn)的溫度，在前期每隔3 min測(cè)量5點(diǎn)溫度，15 min后每隔5 min測(cè)量一次，直到試袋恢復(fù)到初始溫度t0為止.然后，將上述試袋繼續(xù)放在恒溫室內(nèi)平衡24 h.

圖3 葡萄籽填充量與保暖性關(guān)系曲線Fig.3 Relationship curve between filling amount and the heat retention for grape seeds

(3)將1#(1 cm)試袋第二次加熱，測(cè)量過程同(2)，測(cè)量結(jié)束后將上述試袋繼續(xù)放在恒溫室內(nèi)平衡24 h.

(4)將1#(1 cm)試袋第三次加熱，測(cè)量過程同(2)，測(cè)量結(jié)束后將上述試袋繼續(xù)放在恒溫室內(nèi)平衡24 h.

(5)測(cè)量結(jié)束后,開始同類試袋的第二個(gè)試袋1#(2 cm)和1#(3 cm)的測(cè)試，測(cè)試過程同(1)～(4)，每種填充物試袋3個(gè),3次測(cè)量求平均值.

(6)1#樣品做完后，開始2#，3#，4#和5#樣品的測(cè)試，測(cè)試方法同1#試樣.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 葡萄籽填充量與保暖性能關(guān)系分析

不同葡萄籽填充量的測(cè)試結(jié)果如圖3所示.

由圖3可知，加熱時(shí)間相同，試樣填充量越少，取出溫度越高.前50 min，3條曲線相差較大，填充厚度為1 cm的試樣散熱最快；50 min后，3條曲線趨于平緩，散熱速率相差較少.前25 min，厚度為2 cm的試樣溫度高于厚度為3 cm的試樣，25 min后，厚度為3 cm的試樣溫度高于2 cm的試樣.由此可知，加熱后，由于熱量相互傳遞，具有不穩(wěn)定性.加熱60 s后，1 cm厚的試樣可持續(xù)保暖55 min,2 cm厚的試樣可持續(xù)保暖 70 min,3 cm厚的試樣可持續(xù)保暖70 min.從取出溫度、鞋子質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性等角度考慮，葡萄籽試袋最佳的填充厚度為 2 cm，可持續(xù)保暖約70 min.

圖4 蕎麥殼填充量與保暖性關(guān)系曲線Fig.4 Relationship curve between filling amount and the heat retention for buckwheat

2.2 蕎麥殼填充量與保暖性能關(guān)系分析

不同蕎麥殼填充量的測(cè)試結(jié)果如圖4所示.

由圖4可知，加熱時(shí)間相同時(shí)，試樣填充量越少，取出溫度越高.蕎麥殼3種厚度加熱60 s后，變化最明顯的是取出溫度.這是由于蕎麥殼是殼狀，里面有較大的空隙，加熱時(shí)溫度更容易上升的緣故.其后，3條曲線差距不大.在前30 min,厚度為1 cm的試樣的散熱速率高于2 cm試樣，但厚度為 2 cm和3 cm的試樣散熱速率變化不明顯.蕎麥殼加熱60 s后,厚度為1 cm的試樣可持續(xù)保暖40 min,厚度為2 cm的試樣可持續(xù)保暖45 min,厚度為3 cm的試樣可持續(xù)保暖 45 min.從取出溫度、鞋子質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性等角度考慮，蕎麥殼試袋最佳的填充厚度為2 cm，可持續(xù)保暖45 min.

圖5 小米填充量與保暖性關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve between filling amount and the heat retention for millet

2.3 小米填充量與保暖性能關(guān)系分析

不同小米填充量的測(cè)試結(jié)果如圖5所示.

由圖5可知，加熱時(shí)間相同時(shí)，試樣填充量越少，取出溫度越高.在前60 min，厚度為1 cm的試樣溫度下降速率明顯高于2 cm的試樣，60 min后散熱速率基本相同.前40 min，2 cm的試樣散熱速率高于3 cm的試樣，40 min后曲線平行，散熱速率基本相同.前 20 min，厚度為2 cm的試樣溫度高于3 cm的試樣，20 min后3 cm的試樣溫度高于2 cm的試樣.由此可知，在散熱過程中，由于熱量相互傳遞，具有不穩(wěn)定性.小米加熱 60 s后,厚度為 1 cm的試樣可持續(xù)保暖80 min，厚度為2 cm的試樣，可持續(xù)保暖110 min，厚度為3 cm的試樣可持續(xù)保暖120 min.從取出溫度、鞋子質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性等角度來考慮，小米試袋最佳的填充厚度為 2 cm，可持續(xù)保暖時(shí)間為110 min.

圖6 決明子填充量與保暖性關(guān)系曲線Fig.6 Relationship curve between filling amount and the heat retention for semen cassiae

2.4 決明子填充量與保暖性能關(guān)系分析

不同決明子填充量的測(cè)試結(jié)果如圖6所示.

由圖6可知，加熱時(shí)間相同時(shí)，試樣填充量越少，取出溫度越高.厚度為1 cm的試樣的散熱速率明顯高于2 cm的試樣，厚度為2 cm的試樣曲線與3 cm的試樣基本平行，可知兩者的散熱速率基本相同.3 min后，厚度為3 cm的試樣溫度高于厚度為2 cm的試樣，且在60 min時(shí)兩者差距最小，為1.8 ℃.由此可知，在散熱過程中，厚度為3 cm的試樣由于取出溫度較高，散熱速率與厚度為2 cm的試樣基本相同，所以其整體溫度要高于2 cm的試樣；決明子加熱60 s后,厚度為1 cm的試樣，可持續(xù)保暖時(shí)間為60 min,厚度為2 cm的試樣可持續(xù)保暖90 min,厚度為3 cm的試樣可持續(xù)保暖110 min.隨著決明子填充量的增加，保暖時(shí)間雖然延長(zhǎng)，但在溫度差上與厚度為2 cm的試樣相差不大，綜合考慮其質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性等因素，可以認(rèn)為決明子試袋最佳的填充厚度為2 cm，可持續(xù)保暖時(shí)間為90 min.

圖7 櫻桃核填充量與保暖性關(guān)系曲線Fig.7 Relationship curve between filling amount and the heat retention for cherry pit

2.5 櫻桃核填充量與保暖性能關(guān)系分析

不同櫻桃核填充量的測(cè)試結(jié)果如圖7所示.

由圖7可知，加熱時(shí)間相同時(shí)，填充量越少的試樣取出溫度越高.厚度為1 cm的試樣的散熱速率明顯高于厚度為2 cm的試樣，厚度為2 cm的試樣與 3 cm的試樣的散熱速率基本相同.這是由于填充量為1 cm時(shí)，試袋沒有被填充完全，試袋中的空隙較大，所以加熱后其散熱速度相對(duì)較快.在前15 min，厚度為2 cm的試樣的溫度高于 3 cm的試樣，隨后3 cm的試樣溫度反過來高于 2 cm 的試樣.由此可知，在散熱過程中，熱量的相互傳遞或多或少會(huì)影響散熱過程中的溫度.櫻桃核加熱60 s后,厚度為1 cm的試樣，可持續(xù)保暖時(shí)間為40 min;厚度為2 cm的試樣，可持續(xù)保暖時(shí)間為60 min;厚度為3 cm的試樣，可持續(xù)保暖時(shí)間為70 min.從取出溫度、鞋子質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性等角度考慮，櫻桃核試袋最佳的填充厚度為2 cm，可持續(xù)保暖時(shí)間為60 min.

3 結(jié)論

通過對(duì)新型功能性家居鞋內(nèi)顆粒填充物填充量與保暖性的研究可以看出：

(1)加熱時(shí)間相同時(shí)，填充量的不同會(huì)影響取出溫度，填充量越少，試樣取出溫度越高.

(2)填充厚度為1 cm的試樣溫度下降速率明顯高于厚度為2 cm和3 cm的試樣，厚度為2 cm和3 cm的試樣溫度下降速率相差不大.

(3)填充厚度為2 cm和3 cm的試樣，在前期會(huì)出現(xiàn)溫度的反復(fù)，但從最后階段看，都是厚度為3 cm的試樣加熱相同時(shí)間后溫度要高于填充量為2 cm的試樣.

(4)從取出溫度、鞋子質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)性等角度考慮，填充物試袋內(nèi)最佳的填充厚度為2 cm.

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