成品鞋功能性測試研究

胡浩平，陳志村

(上海天祥質量技術服務有限公司，上海200233)

0 前言

成品鞋的功能性測試越來越受到關注。為滿足日常穿著的安全性或在特殊環(huán)境下防止摔倒，防滑性能鞋類產品的選擇增多。為滿足慢跑或日常健步的需求，選擇具有減震功能的鞋款對于保護膝蓋和腳踝具有一定的積極意義。從衛(wèi)生學角度來看，具有一定透氣性的成品鞋，有利于鞋腔內外氣體的交換[1]，改善穿著的舒適性。在戶外活動或遠足中，鞋類的防水功能必不可少，另外在冬季或釣魚等活動場景下，鞋品的保暖性能也成為關注點。

功能性鞋類的品質不能僅靠外觀來判斷，針對鞋類設計的相關技術因素選擇合理的性能測試方法十分重要。從多項功能性測試中，挑選出五種

收稿日期：2022-04-27

作者簡介：胡浩平（1966—），男，本科，高級經理，主要從事鞋類和皮革的檢測和技術研究工作。較常見的測試項目，即防滑性能、減震性能、透氣性、防水性和保暖性測試,并對其進行闡述和介紹。

1 防滑性能測試

防滑性能對成品鞋穿用時的安全性有重要影響。防滑性能的測試方法主要有兩類，一類為成品鞋測試法，另一類為取樣測試法。

1.1 相關標準

1.1.1 成品鞋測試法

目前，常用的成品鞋防滑性檢測方法有GB/T 3903.6—2017《鞋類通用試驗方法-防滑性能》，GB/T 28287—2012《足部防護 鞋防滑性測試方法》和ASTM F2913—2019《使用整鞋試驗器檢測鞋具和測試平面/地板防滑性能而進行評估用的測量摩擦系數的標準試驗方法》等。

1.1.2 取樣測試法

我國現(xiàn)行的取樣方法有HG/T 3780—2005《鞋類靜態(tài)防滑性能試驗方法》。國外取樣測試的方法較多，如ASTM F1977—2005《便攜式可傾斜鉸接支柱滑動試驗機（PIAST）使用的標準試驗方法》，ASTM F489-96e1《詹姆斯機器使用的標準試驗方法》，ASTM F609-05—2013《使用側向牽引滑動計（HPS）的試驗方法》等，雖然以上ASTM 標準已作廢，但是國外很多客戶還在堅持采用相關方法。

與成品鞋測試方法相比，取樣測試法操作相對容易、設備結構較簡單、測試成本較低廉，但測試周期短，因此適合用于工廠自測質量控制，或用于對交期有嚴格要求的客戶。

1.2 方法介紹

1.2.1 原理

上述4 種不同的成品鞋測試方法所用設備基本一致，以SATRA TM 144鞋子止滑試驗機為例，介紹防滑性能的測試。

該方法模擬人行走過程中，后跟先著地，前掌后離地的模式，對前掌和后跟進行測試。同時，對于可能以整鞋水平著地的方式行走的嬰幼兒或其他特殊情況，也會考核其整鞋水平模式的防滑性能。

測試原理為：鞋底和測試界面接觸，在短時間內受到規(guī)定垂直力的靜態(tài)接觸，然后以恒定的速度相對于另一個水平面移動。在運動開始后的某一時間測量水平摩擦力，并以此計算動摩擦系數。

1.2.2 測試模式

根據SATRA TM 144-2021《鞋類防滑性測試方法》，分為前掌模式、后跟模式和水平滑動模式，測試模式見圖1。

圖1 防滑性測試模式圖

前掌模式是指與行走過程一樣，前掌向后相對滑動，如圖1（a）所示。后跟模式是指與行走過程一樣，后跟向前相對滑動，如圖1（b）所示。水平滑動模式是指與行走過程一樣，整鞋水平向前相對滑動，如圖1（c）所示。

1.2.3 測試界面和介質

常用的測試界面有方磚（或稱紅磚）和陶瓷磚。根據鞋的用途，標準中也提供其他相應界面。比如，對于室內拖鞋，除了以上兩種界面，還可以選用木地板（拋光或不拋光）、PVC板、地毯等；對冬天穿用的鞋，提供了模擬冰面防滑界面；對特殊環(huán)境穿用的鞋，可以選擇不銹鋼板和混凝土界面等。

常規(guī)測試中，選擇無測試介質和三級水，即干態(tài)測試和濕態(tài)測試。對于特殊用途的鞋款，可以選用十二烷基硫酸鈉溶液、水油混合溶液等介質。

1.3 測試結果和要求

防滑性能測試方法計算的是鞋底與測試界面接觸滑動后0.1 s 時垂直方向的施加力和水平方向的摩擦力的比值，即為此時的摩擦因數，可以用μ表示。

依據商業(yè)標準，常規(guī)穿用的鞋款，無論是前掌還是后跟，干態(tài)和濕態(tài)的摩擦系數要求定為不小于0.30。對于童鞋，一些客戶會增加平掌測試，其要求定為μ≥0.40 或μ≥0.50。有些客戶，會有更高的要求，如干態(tài)μ≥0.70 或μ≥0.50，濕態(tài)μ≥0.30 等。對于安全鞋，則需遵循ISO 20345—2021《個人防護設備—安全鞋》中的要求。

2 減震性能測試

減震系統(tǒng)是運動鞋中最重要的組成部分。運動狀態(tài)下當腳落地時，會產生相當大的沖擊力。有研究發(fā)現(xiàn)，使用減震性差的鞋子在劇烈運動后會明顯地造成關節(jié)損傷[2]。

2.1 相關方法

評估減震性能的方法有SATRA TM 142—1992《落錘減震試驗》和GB/T 30907—2014《膠鞋 運動鞋減震性能試驗方法》等。

2.2 方法介紹

以SATRA TM 142 為例，其減震性能測試原理為，將具有球形下表面的固定質量的沖擊錘從預定高度做垂直自由落體運動，下落到試驗試樣上。在沖擊過程中，記錄沖擊頭的最大減速度和材料的壓縮深度。最大減速度越小，材料的減震性能越好。同時也測量沖擊頭的初始反彈高度，并以此計算能量回返數據。

2.3 結果表達和要求

最大減速度，其單位為m/s2。最大減速度反映鞋的緩沖性能。其數值越大，材料的緩沖性能越差，鞋品在穿著使用時受到的沖擊也越大。數值越小，緩沖性能越好，不同用途的鞋款對其要求也不同。以對減震性能要求較高的慢跑鞋為例，依據行業(yè)標準，其前掌的最大減速度≤250 m/s2，后跟

≤180 m/s2。

材料壓縮深度，其單位為mm，表示材料的軟硬度。數值越大，材料越柔軟，反之說明材料越硬。慢跑鞋的要求一般為前掌6~8 mm，后掌8~10 mm。由于慢跑鞋要求鞋底（包括內底、中底、外底）不能太硬，否則影響長距離跑步的腳感；也不能太軟，否則影響跑步發(fā)力。

能量回彈，其計算方式為第一個反彈高度與初始下落高度的百分比。該數值越大，測試樣的彈性就越好，反之則越差。以慢跑鞋為例，前掌的能量回彈≥35%，后掌的能量回彈≥40%。

3 透氣性性能測試

鞋子穿著過程中，腳部會產生一定的濕氣，排濕透氣性好的鞋類給人身心愉悅的享受，否則不但影響人的生理舒適感受度，同時也降低了消費者對品牌的忠誠程度。因此，透氣性的客觀評估是影響品牌口碑的重要因素。

3.1 相關方法

3.1.1 整鞋測試法

國內外均有評估整鞋透氣性的相關方法，如SATRA TM 376—2009《新式水分管理測試》和GB/T 30397—2013《皮鞋整鞋吸濕性、透濕性試驗方法》。

這一類測試，以SATRA 方法為例，將標準襪套到腳模上，并穿在測試鞋上，腳模保持穩(wěn)定的溫度，并以規(guī)定速度泵水，使水從腳模表面滲出，模仿出汗。在一定時間后，確定每個單獨的部件（鞋、鞋墊、標準襪）的吸濕量，并計算蒸發(fā)到周圍環(huán)境中的水分的質量，以此來衡量成品鞋的透氣性。

這種方法能夠直觀地判斷整鞋的透氣性能。對于追求高質量的高端鞋類，可以作為一種營銷手段。但是鑒于當前的設備情況，不同廠家生產的腳模（鞋楦）規(guī)格較難統(tǒng)一，其導熱性無法進行有效控制，不同的機器測試結果存在差異，從而導致測試結果平行性較差。進口設備價格高，測試成本較高，因此暫時沒有得到廣泛應用。

3.1.2 材料測試法

材料測試法有ISO 20344—2021《個人防護設備.鞋類的試驗方法》和GB/T 20991—2007《個體防護裝備鞋的測試方法》水蒸氣滲透性的測定。

對材料如鞋面、襯里和鞋墊分別進行材料測試。雖然在制作為成品鞋的過程中，不同部位對鞋品整體的透氣性有影響，但是由于材料相同，能夠反映成品鞋的透氣性。因此，本文以材料測試法介紹鞋類的透氣性。

3.2 測試原理

測試前，先對試樣進行一定次數的曲折前處理。然后在曲折后的試樣上取樣。測試樣品固定在一個含有固體干燥劑的測試瓶口，固定時，貼近腳的一面方向向外。在標準測試環(huán)境下［溫度：（23±2）℃；相對濕度：（50±5%）］，將測試瓶放入較強氣流中。轉動測試瓶，干燥劑通過容器的旋轉而保持運動，測試瓶內的空氣不斷受到干燥劑的攪動。在試驗開始和結束時稱取測試瓶質量，根據差值確定干燥劑吸收的水分質量。

3.3 測試結果表達和要求

該方法以水蒸氣滲透率Pwv來衡量透氣性能。透氣性能計算見式（1）。

式中：?m——試驗開始和結束時測試瓶的質量差，mg；

d——測試瓶口直徑，mm；

t——測試時間，min；

7 639——常數，由π、半徑換算成直徑以及分鐘換算成小時計算得出[3]。

依據行業(yè)內的標準，鞋面的水蒸氣滲透率≥0.8mg(mm2?h)；而對于襯里，其水蒸氣滲透率≥2.0mg(mm2?h)[4]。

4 防水性能測試

成品鞋的防水性能不良，易使水滲入到鞋體內部，污染鞋內空間，造成腳部極大的不舒適影響。

4.1 相關標準

4.1.1 動態(tài)防水

動態(tài)防水測試主要模擬成品鞋的日常穿著狀況，測試其在彎折運動狀態(tài)下的防水性能表現(xiàn)。廣泛應用的方法有GB/T 16641—2019《鞋類整鞋試驗方法動態(tài)防水性能》和SATRA TM 77—2017《整鞋防水曲折測試》等。

4.1.2 靜態(tài)防水

靜態(tài)防水測試主要測定成品鞋在靜止狀態(tài)下的防水性能。測試方法有HG/T 3664—2015《膠面膠靴（鞋）耐滲水試驗方法》和ISO 2023—1994《橡膠鞋工業(yè)硫化橡膠襯里鞋規(guī)范》等。

4.2 方法介紹

4.2.1 動態(tài)防水

（1）國標方法

國標方法為GB/T 16641—2019《鞋類 整鞋試驗方法動態(tài)防水性能》，該方法將成品鞋放在水箱內進行彎折，檢查鞋內水的滲入情況。

測試時將成品鞋安裝到動態(tài)防水性能試驗機上，水箱中加入水，方法中給出了三種水位線的高度，可以根據需要選擇。水位線達到規(guī)定高度后，試驗機以一定角度和頻率（曲折角度45°±1°，曲折頻率60次/min），推動鞋的前掌彎曲，模擬行走狀態(tài)進行試驗，測定水從鞋外透入鞋內所需的透水時間和彎曲次數。

（2）SATRA方法

SATRA 方法中常用的防水曲折測試為SA?TRA TM 77—2017《整鞋防水曲折測試》。該方法與GB/T 16641—2019的主要區(qū)別在于，GB/T 16641—2019 的曲折方式為后跟固定，抬起前掌反復曲折。而SATRA 方法為，固定前掌，后跟反復抬起做曲折運動。除此之外，其曲折頻率規(guī)定為（140±10）次/min。曲折角度標準中未具體規(guī)定，建議以實際穿著曲折角度為準。關于水位線的高度，標準中對不同鞋款，給出了建議，如對于日常穿著用鞋，水位線在鞋口位置即可；若是防水鞋，建議水位線的高度為鞋口線以上5 mm。

4.2.2 靜態(tài)防水

常用的方法有HG/T 3664—2015《膠面膠靴（鞋）耐滲水試驗方法》，ISO 2023—1994《橡膠鞋有襯里工業(yè)靴》條款6，兩種方法大同小異。本文以HG/T 3664—2015來介紹靜態(tài)防水。

（1）充氣法

在該方法中，用膠輪將鞋口密封，保證密封鞋腔內充入足夠壓縮空氣，當鞋內空氣壓力達到（10±1）kPa 后，將鞋浸入水槽中進行測試（水面距離鞋口40~75 mm），并使壓力穩(wěn)定（30±2）s，觀察成鞋表面是否有氣泡冒出。

（2）浸泡法

浸泡法測試中的主要測試流程是將試驗用成鞋膠面直接浸入到水中，保證水面距離鞋口距離大約25~30 mm 左右，在經過（16±0.5）h 浸泡后取出，檢查成鞋滲水程度。

4.3 結果表達和要求

4.3.1 國標方法

以透水時的彎曲次數或時間表達測試結果。在行業(yè)標準中，對于具有防水功能的鞋款，規(guī)定10 000次曲折不透水[5]。

4.3.2 SATRA方法

以透水時的彎曲次數作為測試結果，還需報告透水面積和透水部位。在很多客戶的技術手冊中，要求曲折15 000次無透水。

4.3.3 充氣法

測試過程中，如果沒有氣泡冒出，即為通過測試。

4.3.4 浸泡法

測試后，檢查鞋內是否有透水，沒有透水即為通過測試。

5 保暖性能測試

鞋類保暖性能是評價棉鞋優(yōu)劣的重要指標之一，其保暖性能參數能否滿足國家標準要求將直接影響到成鞋的產品質量和消費者的權益。目前有兩類保暖測試方法，一種采用腳模法，另一種采用鋼珠法。

5.1 腳模法

常用方法為SATRA TM 436—2010《鞋類整鞋保暖值和冷等級的測定》和GB/T 33393—2016《鞋類整鞋試驗方法穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》。

以SATRA 方法為例，將標準襪套到腳模上，并穿在測試鞋上，腳模的中心裝有加熱線圈。鞋/襪組合的保暖性通過測量維持腳模處于高于周圍環(huán)境的穩(wěn)定溫度所需的電能、維持腳與周圍環(huán)境之間的溫差以及腳模的表面積來確定。此外，參考一系列活動水平相關的預定熱損失值，該方法還引入了保暖等級的概念。

這種方法模擬日常穿著出汗情況，更加趨近于實際使用狀態(tài)。但是由于該方法所使用的設備造價高昂，不同廠家的耗材（腳模、標準襪等）存在差異，所以導致該法難以得到推廣。

5.2 鋼珠法

常用方法遵循GB/T 21284—2015《鞋類整鞋試驗方法保溫性》條款6.1和ISO 20877—2011《鞋類成鞋試驗方法保暖性》條款6.1。相較于腳模法，鋼珠法所使用的設備價格更低廉，且不同廠家耗材差異小，所以鋼珠法一直作為主流測試方法而被廣泛采用。

本文以此方法來介紹保暖性能。

5.3 方法介紹

將熱電偶的一端安裝在內墊的前掌位置，以鋼珠作為熱導體，填充到鞋腔內。鋼珠可以較好地適應不同的鞋款內腔，并模擬人腳的足部溫度變化。鞋腔內填充4 kg鋼珠，如果鞋面高度不足，可在鞋領口裝一項圈以增加高度，將鞋領口密封，記錄此時熱電偶的溫度示值。預先把低溫箱的溫度設置為-17 ℃，達到該溫度后，放入測試鞋，30 min后記錄熱電偶的溫度示值，以此過程中熱電偶的溫度變化來評價鞋的保暖性。

除了標準中規(guī)定的-17 ℃，在嚴寒地區(qū)或極端環(huán)境中穿著的鞋，部分客戶會選擇更加嚴苛的測試溫度，如-30 ℃或-40 ℃。

5.4 結果表達和要求

該方法以30 min 內測試樣鞋腔內的溫度降低值作為最終的測試結果。行業(yè)標準要求30 min 內鞋腔內的溫度降低幅度不超過10 ℃[6]。

（▼）（▲）

6 結論

闡述了多種成品鞋功能性測試的方法，既包括現(xiàn)行廣泛應用的測試標準，也有雖作廢但客戶堅持采用的行業(yè)標準。通過對防滑性、減震性、透氣性和保暖性等功能性測試方法特點的分析，為研究鞋類測試領域的相關人員提供相應建議，也可為制鞋廠或品牌商提供不同功能性鞋款測試種類的選擇提供參考。