皮革等材料圓形旋轉(zhuǎn)摩擦測試可行性的探討

張素璇，陳潔冰，黃凱旋

1　引言

眾所周知，中國已經(jīng)成為制鞋大國、鞋類貿(mào)易大國、鞋類消費(fèi)大國，鞋子年產(chǎn)量過億雙，約占全球產(chǎn)量的70%[1]。據(jù)報(bào)道[2-3]，2013年，中國皮革鞋靴產(chǎn)量為49.25億雙，僅2013年一季度，累計(jì)出口金額達(dá)115.52億美元，同比增長27.3%。

鞋子是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?，隨著人民生活水平的提高，鞋子已然從遠(yuǎn)古時(shí)期用獸皮、雜草進(jìn)行的簡單編制包裹發(fā)展到如今對穿著審美的考究、對舒適性感知的挑剔，甚至成為身份與時(shí)尚的象征。摩擦色牢度測試是表征摩擦測試中材料抗損傷能力（抗刮傷能力）和材料表面顏色的遷移性[4]。襯里、內(nèi)墊與人腳接觸，反復(fù)摩擦，若材料生產(chǎn)工藝不善導(dǎo)致顏色易遷移，輕則沾污襪子、人腳，倘若材料所用染料（例如游離甲醛、可分解的禁用偶氮染料）對人體有害或穿著者屬于敏感體質(zhì)，輕者紅腫瘙癢，重者會引發(fā)接觸性皮炎、腳趾及指甲發(fā)痛等，甚至可引起病變和誘發(fā)惡性腫瘤物質(zhì)，導(dǎo)致膀胱癌、輸尿管癌、腎盂癌等惡性疾病。

由于皮革、箱包類制品，尤其鞋類產(chǎn)品，其種類繁多、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、部件尺寸大小不一，因此，找到一種能夠快速進(jìn)行小部件摩擦色牢度的方法，迫在眉睫。

2　概述

國家現(xiàn)有的鞋類、箱包類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)所引用的方法標(biāo)準(zhǔn)主要為QB/T2882-2007《鞋類幫面、襯里和內(nèi)墊試驗(yàn)方法摩擦色牢度》A法[4]、QB/T2537-2001《皮革色牢度試驗(yàn)往復(fù)式摩擦色牢度》[5]及QB/T1327-1991《皮革表面顏色摩擦牢度測試方法》[6]。國際上常用的材料摩擦色牢度測試方法有SATRA TM8：2004 《Colour Fastness to circular rubbing》[7]和ISO 11640：2012《Leather-Test for colour fastness-Colour fastness to cycles of to-and-fro rubbing》[8]。就摩擦方式而言，QB/T2537-2001、QB/T2882-2007及ISO 11640：2012的摩擦方式為往復(fù)式摩擦，SATRA TM8：2004為旋轉(zhuǎn)式摩擦。

就適用范圍而言，QB/T2882-2007的適用范圍為各種材料制成的鞋類幫面、襯里和內(nèi)墊；SATRA TM8：2004的適用范圍主要為幫面材料以及各種皮革、塑料和紡織品；QB/T1327-1991的適用范圍為輕革；其余幾個標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍均為皮革[4-8]。其中，QB/T1327-1991參照采用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS K 6547-1976《皮革染色的耐摩擦堅(jiān)牢度試驗(yàn)方法》和NF G 52-301（1983年）《皮革 皮革表面染色牢度試驗(yàn)干擦和濕擦堅(jiān)牢度的測定》，年號較久；且該標(biāo)準(zhǔn)測試試樣面積要求為使用面100 mm*30 mm*2，所需測試面積太大（一般公事包規(guī)格較大，設(shè)計(jì)簡單，該測試方法能夠滿足材料的適宜性評價(jià)，但若要將該測試方法推廣至大多數(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，則測試所需樣品測試面積太大，并不適宜），且常見的引用標(biāo)準(zhǔn)為QB/T2277-1996《公事包》，其他標(biāo)準(zhǔn)鮮少引用，在此不做討論。

研究表明[9]：往復(fù)式摩擦具有取樣方便、測試結(jié)果可綜合反映產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，但不適用于面積比較小的部位，且較難更細(xì)化地找出影響產(chǎn)品耐摩擦性能的根源。而旋轉(zhuǎn)式摩擦可克服上述缺點(diǎn)，測試面積小，且對于多色花型產(chǎn)品，只要有足夠的色塊面，即可獲得每個部位顏色堅(jiān)牢度的準(zhǔn)確評估，是測試小面積產(chǎn)品耐摩擦色牢度指標(biāo)的首選，但國內(nèi)尚無相關(guān)的評價(jià)指標(biāo)的建立研究，本文旨在對旋轉(zhuǎn)摩擦與往復(fù)摩擦評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行試驗(yàn)研究，對旋轉(zhuǎn)摩擦的適用性進(jìn)行探討。

3　試驗(yàn)方案

3.1　測試方法

QB/T 2537-2001皮革色牢度試驗(yàn)往復(fù)式摩擦色牢度

QB/T 2882-2007鞋類幫面、襯里和內(nèi)墊試驗(yàn)方法摩擦色牢度

ISO11640：2012Leather-Test for colour fastness-Colour fastness to cycles of to-and-fro rubbing

SATRA TM8：2004 COLOUR FASTNESS TO CIRCULAR RUBBING

3.2　預(yù)處理

將試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)空氣下恒溫恒濕48h以上，并在此條件下進(jìn)行測試。

3.3　測試設(shè)備

GT-7034-E2摩擦色牢度測試儀；STM462旋轉(zhuǎn)摩擦脫色試驗(yàn)機(jī)；四光源標(biāo)準(zhǔn)光源箱。

3.4　測試對象

易脫色程度不同的光面皮革。

圖1　旋轉(zhuǎn)摩擦不同毛氈重量測試圖片F(xiàn)ig 1　The Photos of different rubbing material mass to circular rubbing

3.5　試驗(yàn)原理

求試樣面積不小于120 mm*20 mm（實(shí)際測試面積為（35 mm～40 mm）*20 mm）[5]；ISO 11640：2012要求試樣面積不小于100 mm*20 mm（實(shí)際測試面積為（35～40 mm）*20 mm）[8]。摩擦頭附加載荷相同，毛氈含水率相同，實(shí)際測試面積相同，因此測試結(jié)果相同。

4.2　旋轉(zhuǎn)式摩擦測試條件探討

按照QB/T2537-2001、QB/T 2882-2007及ISO 11640：2012中規(guī)定的測試方法中的干擦50次、濕擦10次分別進(jìn)行測試，在標(biāo)準(zhǔn)光源下評定沾色等級。由于SATRA TM8：2004未規(guī)定毛氈的含水率，調(diào)整毛氈含水率、摩擦載荷以及摩擦次數(shù)，以期得到相同沾色等級或?qū)?yīng)沾色等級規(guī)律的結(jié)果，得出顏色牢度用圓形旋轉(zhuǎn)摩擦測試小部件替代往復(fù)摩擦是否可行的結(jié)論。

4　試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1　不同往復(fù)式摩擦方法測試結(jié)果比較

按照QB/T2537-2001、QB/T 2882-2007(等同采標(biāo)ISO 11640：2012，因此結(jié)果中未做明示)中規(guī)定的測試方法中的干擦50次、濕擦10次分別進(jìn)行測試，在標(biāo)準(zhǔn)光源下評定沾色等級，評定結(jié)果如下：

由表1可以看出，按照QB/T 2537-2001與QB/T 2882-2007方法測試的試驗(yàn)結(jié)果完全一致。這是因?yàn)椴煌鶑?fù)摩擦測試方法所需樣品試驗(yàn)面積雖有不同，但實(shí)際測試面積基本相同，QB/T2882-2007 A法要求試樣面積不小于120 mm*25 mm（實(shí)際測試面積為（35±2）mm*25 mm）[4]；QB/T2537-2001要

表1　往復(fù)摩擦試驗(yàn)結(jié)果Tab 1　Test result of colour fastness to rubbing

QB/T 2537-2001規(guī)定將毛氈從水中取出，放在四張吸水濾紙中間（上、下各兩張，測試面與濾紙水平接觸），再在濾紙上放置（900±10）g的重物，時(shí)間1min，擠去水分，使毛氈的質(zhì)量達(dá)到1 g左右。由于SATRATM8：2004濕擦未規(guī)定測試毛氈的含水率，且建議的干擦附加載荷為24.5 N，濕擦的附加載荷為7.1 N，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為干擦256轉(zhuǎn)，濕擦為128轉(zhuǎn)；因此采用不同毛氈含水率、附加載荷以及摩擦次數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，測試結(jié)果如下。

經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，附加載荷為7.1 N時(shí)，對于不易掉色的皮革材料，結(jié)果不受影響；對于染料易遷移的皮革，無論毛氈多重、測試次數(shù)增加多少，對比往復(fù)摩擦與旋轉(zhuǎn)摩擦結(jié)果，其沾色等級均偏高，無對照關(guān)系，因此排除此附加載荷。

從圖1可以看出，當(dāng)毛氈質(zhì)量為2.7 g時(shí)，24.5 N附加載荷過大，在毛氈周圍擠壓形成一圈水印，對于染料易遷移性皮革來講，形成的水印易導(dǎo)致染料隨水漬遷移至試驗(yàn)面積之外，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏高。因此本文采用毛氈質(zhì)量為2.3 g左右進(jìn)行測試，具體操作方法為用1 kg砝碼壓1.5分鐘擠出多余水分。

對于顏色不易遷移的皮革，旋轉(zhuǎn)摩擦與往復(fù)摩擦結(jié)果均為4～5，不具說明性，因此，本文采用易掉色皮革作為實(shí)驗(yàn)對象，探討旋轉(zhuǎn)摩擦是否能夠替代往復(fù)摩擦，實(shí)現(xiàn)小部件材料的色牢度考核。表2所用皮革脫色嚴(yán)重。按照QB/T 2537-2001采用A法，干擦測試次數(shù)為50次，其沾色結(jié)果為3～4級；濕擦測試次數(shù)為10次，其沾色結(jié)果為2-3級，如下圖2。

圖2　往復(fù)摩擦試驗(yàn)結(jié)果Fig.2　The test result of color fastness to to-and-fro rubbing

表2　不同摩擦次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果對比Tab 2　The test result comparison of different test times to circular rubbing

表3　不同摩擦次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果對比Tab.3　The test result comparison of different test times to circular rubbing

表4　往復(fù)摩擦與旋轉(zhuǎn)摩擦試驗(yàn)結(jié)果對比Tab.4　The test result comparison of colour fastness to rubbing and circular rubbing

從表2可以看出，隨著干摩擦次數(shù)的增加，旋轉(zhuǎn)摩擦的沾色結(jié)果并未顯著增加，在150次后，基本取得與往復(fù)摩擦一致的結(jié)果。

從表2可以看出，隨著濕摩擦次數(shù)增多，毛氈阻力增大，出現(xiàn)起毛起球、沾色不均的現(xiàn)象，且，旋轉(zhuǎn)摩擦的沾色結(jié)果并未隨著濕摩擦次數(shù)的增加而增加，沾色結(jié)果與往復(fù)摩擦相差2級，無對應(yīng)關(guān)系。另取六組試樣，均取得類似結(jié)果。這是因?yàn)?，旋轉(zhuǎn)摩擦的有效摩擦面積比較小，易遷移的染料本身也較少，當(dāng)隨著摩擦次數(shù)增多，毛氈上的染料增多；到一定程度時(shí)，易遷移的染料全部轉(zhuǎn)移至毛氈上，沾色加重；當(dāng)摩擦次數(shù)繼續(xù)增多時(shí)，沾色情況即無法加重，隨著摩擦次數(shù)增多，摩擦阻力越來越大，毛氈即會出現(xiàn)起毛、起球現(xiàn)象。

4.3　往復(fù)式摩擦與旋轉(zhuǎn)式摩擦探討

從表4可以看出，無論旋轉(zhuǎn)摩擦次數(shù)為多少，其濕摩擦等級在加重至一定程度后，均無法再加重，因此無法取得與往復(fù)摩擦一致的試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)染料極易粘附脫落，極少染料脫落即可導(dǎo)致毛氈沾色至1級/1-2級/2級時(shí)，往復(fù)摩擦與旋轉(zhuǎn)可以達(dá)到相同的沾色結(jié)果，但大多時(shí)候，旋轉(zhuǎn)摩擦與往復(fù)摩擦試驗(yàn)結(jié)果超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的半級允差，因此不具推廣性。

從圖3可以看出往復(fù)摩擦與旋轉(zhuǎn)摩擦的運(yùn)行方式的不同。往復(fù)摩擦要求試樣面積不小于(100～120 mm)*（20～25 mm），實(shí)際測試面積均為（35±2）mm*25 mm；旋轉(zhuǎn)摩擦要求試樣面積為60 mm*60 mm的方形或直徑為60mm的圓形抑或?qū)挾葹?0 mm的條形（實(shí)際測試面積為直徑為25 mm的圓形）[7]。

建立數(shù)學(xué)模型：

式中：S1——摩擦指數(shù)；

S1——試樣的實(shí)際摩擦面積，mm；

S2——毛氈的摩擦面積，mm。

參照上述公式可得，往復(fù)式摩擦的摩擦指數(shù)為2.33；旋轉(zhuǎn)式摩擦的摩擦指數(shù)為1。這意味著旋轉(zhuǎn)摩擦在試驗(yàn)面積上的摩擦力及可遷移的染料均較少，對于深色易掉色的皮革，些微脫色均會造成嚴(yán)重沾色時(shí)，往復(fù)摩擦與圓形旋轉(zhuǎn)摩擦兩者才能達(dá)到相同沾色等級，否則并無規(guī)律可循，因此，圓形旋轉(zhuǎn)摩擦要進(jìn)行大范圍推廣，并不可行。

圖3　往復(fù)摩擦與旋轉(zhuǎn)摩擦試驗(yàn)方式對比Fig 3　The way comparison of colour fastness to rubbing and circular rubbing

5　結(jié)論

皮革摩擦色牢度的考核方法眾多，大體分為兩類，一類是往復(fù)摩擦，一類是旋轉(zhuǎn)摩擦。由于旋轉(zhuǎn)摩擦在我國的檢測領(lǐng)域尚未成熟，其結(jié)果的影響因素較多，通過調(diào)節(jié)其影響因素，比對往復(fù)摩擦試驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：1.對于深色易掉色的皮革，些微脫色均會造成嚴(yán)重沾色時(shí)，圓形旋轉(zhuǎn)摩擦可以達(dá)到往復(fù)摩擦相同的結(jié)果；2.對于淺色且輕微掉色的皮革，圓形旋轉(zhuǎn)摩擦無論如何也難以達(dá)到往復(fù)摩擦相同的結(jié)果。雖然圓形旋轉(zhuǎn)摩擦要求的試樣面積比較小，可以解決小部件產(chǎn)品（如小票夾、皮革飾品等）的摩擦色牢度考核問題，但是其仍有技術(shù)局限。未來，通過比對往復(fù)摩擦試驗(yàn)結(jié)果，大量試驗(yàn)，不斷改進(jìn)儀器，建立旋轉(zhuǎn)摩擦的科學(xué)有效的考核方式，擴(kuò)寬旋轉(zhuǎn)摩擦的適用范圍，解決小部件產(chǎn)品的摩擦色牢度考核問題很有必要。參考文獻(xiàn)：

[1]中國皮革網(wǎng)．中國年產(chǎn)127億雙鞋占世界產(chǎn)量63%[EB/OL]．http：//pige.csc86.com/zixun/todayfocus/2015/1028/13260.html，2015-10-28.

[2]中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)．2013中國皮革鞋靴行業(yè)產(chǎn)量分 析 [EB/OL]．http：//www.chyxx.com/industry/201402/228835.html，2014-2-14.

[3]中商情報(bào)網(wǎng)．2013年3月中國鞋類出口額達(dá)26.97 億美元[EB/OL]．http：//www.askci.com/news/201304/11/1114532371811.shtml，2013-4.11．

[4]QB/T2882-2007鞋類幫面、襯里和內(nèi)墊試驗(yàn)方法摩擦色牢度[S].

[5]QB/T2537-2001皮革色牢度試驗(yàn)往復(fù)式摩擦色牢度[S].

[6]QB/T1327-1991皮革表面顏色摩擦牢度測試方法[S].

[7]SATRA TM8：2004 Colour Fastness to circular rubbing[S].

[8]ISO11640：2012 Leather-Test for colour fastness-Colour fastness to cycles of to-and-fro rubbing[S].

[9]李珊珊，孫世彧，陳宗良．皮革耐摩擦色牢度測試方法對比與分析[J]．西部皮革，2013,35（06）：32-34．