防靜電鞋的電性能質(zhì)量分析及使用建議

賈永超

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 廣州 510663）

在日常生活中，靜電給人們帶來(lái)的困擾無(wú)處不在。在干冷的冬季，人們常常因靜電的侵?jǐn)_而內(nèi)心抓狂；在易燃易爆的場(chǎng)所中，靜電花火極易造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中，靜電脈沖極易燒毀敏感的電子元器件[1]。為了避免靜電給人們帶來(lái)的危害，人們會(huì)在特定的工作領(lǐng)域使用防靜電裝備來(lái)消除靜電，其中防靜電鞋的使用是將人體積累的電荷傳導(dǎo)給大地的重要途徑之一[2]。而目前市場(chǎng)上防靜電鞋的種類繁多，其設(shè)計(jì)理念與原材料的選用各不相同，防靜電鞋的質(zhì)量也良莠不齊。由于其質(zhì)量狀況影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及勞動(dòng)者的身體健康，因此國(guó)家有關(guān)部門在歷年的產(chǎn)品監(jiān)督抽查過程中對(duì)于勞保鞋的產(chǎn)品質(zhì)量尤為重視。

本次研究通過分析防靜電鞋的檢測(cè)方法及質(zhì)量現(xiàn)狀，從產(chǎn)品的構(gòu)成、材料、配件多角度進(jìn)行防靜電鞋的電性能研究，對(duì)導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電纖維以及防靜電鞋墊在鞋類產(chǎn)品中的應(yīng)用進(jìn)行了性能的探究。

1 測(cè)試方法及合格率情況

目前國(guó)家針對(duì)防靜電鞋的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)為GB 21148-2020《足部防護(hù)安全鞋》，標(biāo)準(zhǔn)要求其在干燥與潮濕的環(huán)境中調(diào)節(jié)7天后，電阻值應(yīng)在100 KΩ 和1000 MΩ 之間[3]。其電阻值測(cè)試是依據(jù)GB/T 20991-2007《個(gè)體防護(hù)裝備鞋的測(cè)試方法》中5.10 的規(guī)定進(jìn)行，主要原理是通過在經(jīng)預(yù)處理的鞋子內(nèi)部和鞋底間施加100 V 的直流電壓，測(cè)試其電阻值，該項(xiàng)目所采用的電阻測(cè)量裝置如圖1 所示[4]。

圖1 電阻測(cè)試儀器

近年來(lái)上海市、浙江省以及廣東省防靜電鞋的電性能的合格率統(tǒng)計(jì)情況見表1、表2。

表1 近年來(lái)浙江省、上海市防靜電鞋電性能抽查情況

表2 近年來(lái)廣東省防靜電鞋電性能檢測(cè)情況

結(jié)合近年來(lái)上海市、浙江省以及廣東省內(nèi)的防靜電鞋抽檢情況來(lái)看，在監(jiān)督抽查過程中，防靜電鞋產(chǎn)品的防靜電性能合格率在80%以上，其中部分抽查批次中，合格率可達(dá)到100%。結(jié)合近年來(lái)所承擔(dān)的勞保產(chǎn)品抽檢任務(wù)，分析其原因主要有兩方面，一方面是抽檢任務(wù)的樣本數(shù)量較小，因此該產(chǎn)品的合格率會(huì)存在與真實(shí)值偏離的情況；另一方面是所抽產(chǎn)品主要是在正規(guī)門店銷售的產(chǎn)品或在生產(chǎn)企業(yè)的待銷產(chǎn)品中抽取的有產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)合格證明或者以其他形式表明合格的產(chǎn)品，因此產(chǎn)品的質(zhì)量相對(duì)更有保障。

然而在近年來(lái)的委托檢測(cè)過程中，產(chǎn)品的合格率情況雖逐年上升，但相比抽樣檢測(cè)的合格率則仍然偏低，結(jié)合近年來(lái)所跟進(jìn)的各類防靜電鞋情況來(lái)看，其不合格原因有兩方面：1.生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品的制造過程中對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的理解不夠充分，把不具備防靜電功能的鞋子當(dāng)做防靜電鞋送檢，其結(jié)果是顯然不合格的，這種情況在近年來(lái)多次出現(xiàn)，尤其是企業(yè)把具備電絕緣功能的鞋子按照防靜電鞋進(jìn)行檢測(cè)，其充分體現(xiàn)了企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)的理解以及產(chǎn)品的工作原理方面存在認(rèn)識(shí)不足，因此需要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)并提高產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)，才能更好地提高產(chǎn)品的質(zhì)量；2.對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及構(gòu)造不到位，導(dǎo)致防靜電鞋雖然采用較為昂貴的鞋材，但由于鞋品部件的搭配不合理，未采用具備防靜電性能的鞋墊或鞋類中底為絕緣材料且未進(jìn)行防靜電處理而導(dǎo)致產(chǎn)品的整體電阻值偏高，嚴(yán)重超過防靜電鞋所規(guī)定的1000 MΩ 的要求，因此企業(yè)應(yīng)注意鞋材的選用以及各部件之間的設(shè)計(jì)搭配。

2 防靜電鞋的工作原理與設(shè)計(jì)分析

防靜電鞋的工作原理是通過穿防靜電鞋使人體和大地相連，從而傳導(dǎo)電荷，降低人體電位至安全值范圍，與傳統(tǒng)的導(dǎo)電鞋相比，其電阻值的要求設(shè)置是考慮到防靜電鞋既要能夠消除人體靜電的積聚，又要能在一定環(huán)境下防止250 V 以下的電源電擊。因此整鞋的電阻值應(yīng)大于100 KΩ 且小于或等于1000 MΩ[3]。

在防靜電鞋的制作過程中為使其具備優(yōu)異的傳導(dǎo)電荷能力，通常會(huì)在外底、中底、內(nèi)底及配套鞋墊中添加導(dǎo)電元素。例如在外底的制作過程中添加導(dǎo)電炭黑；在中底與內(nèi)底層間縫合有導(dǎo)電布、導(dǎo)電線，并通過導(dǎo)電膠水涂覆粘結(jié)；在防靜電鞋墊的前掌著力部位編織有防靜電纖維[5]。通過各部件的相連，使鞋墊和鞋底最終形成靜電泄放通道，從而確保人們不會(huì)帶電工作。各部件設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 防靜電鞋橫截面示意圖

防靜電鞋的組成是多部件的，其中任何一個(gè)部件出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致整鞋的防靜電性能不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因此通過分析防靜電鞋的整個(gè)設(shè)計(jì)部件，來(lái)解析影響防靜電鞋不合格的原因。

2.1 鞋底部件

目前常見的防靜電鞋，鞋底主要分為橡膠底、聚合材料底以及復(fù)合外底這三大類。

橡膠底與聚合材料底由于其用料單一，因此在鞋底的制作過程中除了注意鞋底材料耐用性方面的物理性能之外，可以通過添加導(dǎo)電炭黑等導(dǎo)電助劑來(lái)實(shí)現(xiàn)鞋底的整體電阻保持在標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間。

復(fù)合外底則分為橡膠外底與聚合材料中底、聚合材料外底與聚合材料中底兩大類型。其中橡膠外底與聚合材料中底的搭配容易出現(xiàn)防靜電性能不合格的現(xiàn)象，其原因是雖然橡膠外底部件的性能優(yōu)異，但是中底部件含有的導(dǎo)電助劑較少或未添加助劑，造成了外底與內(nèi)底之間的隔離，從而導(dǎo)致電荷的傳導(dǎo)不暢，整體的電性能不合格。針對(duì)現(xiàn)象可以從兩方面進(jìn)行整改，一方面打通外底與內(nèi)底之間的電荷傳導(dǎo)通道，可以借助在中底鉆孔等方式，在中底縫隙間注入導(dǎo)電涂料或?qū)щ娎w維，然后在中底兩側(cè)涂抹一定面積的導(dǎo)電涂料，最終實(shí)現(xiàn)外底與內(nèi)底的相連，但是這一方式的選擇應(yīng)注意鞋子在使用過程中可能出現(xiàn)的導(dǎo)電纖維斷裂等問題，因此要增加多處連接，保證鞋子即便經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的彎折依舊能夠保持整體的連接性。另一方面則是更換中底，通過調(diào)整中底制作配方和工藝，采用導(dǎo)電助劑增加中底的導(dǎo)電性，從而避免因?yàn)榄h(huán)境干燥而影響中底性能的現(xiàn)象出現(xiàn)。不同鞋底種類的防靜電鞋電性能不合格數(shù)據(jù)情況見表3。

由表3 可知，不同類型鞋底在干燥和潮濕環(huán)境中調(diào)節(jié)后，電阻差異較大，其中橡膠類鞋底的電阻值變化在20 倍左右，聚合材料及復(fù)合材料鞋底的電阻值變化在100 倍左右，其原因是橡膠類鞋底材料的電阻受濕度變化的影響較小，而聚氨酯等發(fā)泡材料的鞋底，其發(fā)泡材料中存在空隙，容易受到濕度的調(diào)節(jié)而導(dǎo)致電阻值變化較大，其中潮濕環(huán)境下，電阻容易滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但在干燥條件[（20±2）℃，相對(duì)濕度（30±5）%]，鞋底材料中的水分減少，因此電阻值升高幅度較大。因此在加工生產(chǎn)聚氨酯中底以及聚氨酯外底時(shí)應(yīng)注意測(cè)試環(huán)境的溫濕度，工廠的檢測(cè)往往在室溫環(huán)境中進(jìn)行，對(duì)于溫濕度的控制往往不夠，尤其是潮濕的南方氣候，空氣中的濕度往往達(dá)到65%左右，因此在不經(jīng)環(huán)境調(diào)節(jié)的情況下測(cè)量電阻值往往比在標(biāo)準(zhǔn)的干燥環(huán)境中測(cè)得的電阻值偏小，因此造成結(jié)果失真。

表3 不同種類鞋底的電性能情況

2.2 鞋墊部件

防靜電鞋的鞋墊分為可移動(dòng)鞋墊及非移動(dòng)鞋墊兩種類型，其中非移動(dòng)鞋墊類型的產(chǎn)品合格率較高，而可移動(dòng)鞋墊類型的產(chǎn)品的合格率情況相對(duì)偏低，其原因是由于鞋墊的質(zhì)量好壞同樣影響著鞋的導(dǎo)電性能。這是目前生產(chǎn)企業(yè)以及消費(fèi)者極易忽視的一點(diǎn)。結(jié)合業(yè)內(nèi)已有研究表明，在防靜電鞋的電阻測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，大部分企業(yè)生產(chǎn)的防靜電鞋的鞋底電性能都可以符合標(biāo)準(zhǔn)要求但是標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試過程中，如果鞋裝有活動(dòng)墊時(shí)，應(yīng)給予保留，這就造成部分產(chǎn)品不裝配鞋墊測(cè)試電阻能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而添加不具備導(dǎo)電性能的鞋墊后，電阻值則明顯升高甚至超出標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。因此為確定鞋墊對(duì)成鞋防靜電性能影響，分別對(duì)比觀察了5 個(gè)批次的防靜電鞋在裝配鞋墊與否的情況下的電阻值情況。詳細(xì)數(shù)值如表4 所示。

目前防靜電鞋標(biāo)準(zhǔn)要求電阻值應(yīng)在100 KΩ 到1000 MΩ之間，從表四可以發(fā)現(xiàn)，由于環(huán)境濕度對(duì)靜電積聚的影響很大，同批次的鞋子在潮濕環(huán)境中調(diào)節(jié)后的合格率遠(yuǎn)高于干燥環(huán)境中調(diào)節(jié)，且鞋子的電阻值變化受是否裝配鞋墊的影響較小。

在干燥環(huán)境中測(cè)得的裝配鞋墊與否的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鞋墊對(duì)成鞋的電阻值影響較大，去除鞋墊后的2、3 號(hào)樣品電阻值變?yōu)楹细瘢?、5 號(hào)樣電阻值雖然沒有由不合格變?yōu)楹细?，但其電阻降低仍然幅度較大。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1 號(hào)樣品的電阻值變化相差較小，可以推測(cè)其鞋墊的導(dǎo)電性能相對(duì)優(yōu)異。因此通過選用1 號(hào)樣品的鞋墊代替2、3、4、5 號(hào)樣品鞋墊進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證鞋墊對(duì)于整鞋電阻的影響。具體數(shù)據(jù)如表5 所示。

由表5 和表4 分析發(fā)現(xiàn)，是否安裝鞋墊以及安裝鞋墊的質(zhì)量均會(huì)對(duì)整鞋的電阻值在干燥環(huán)境中產(chǎn)生較大的影響，因此鞋墊的防靜電性能能夠極大地影響成鞋防靜電性能的合格與否。

表4 不同狀態(tài)下防靜電鞋的電阻值/MΩ

表5 采用防靜電鞋墊前后的電阻值/MΩ

目前市面上常見的防靜電鞋墊有2 種，分別是皮革、紡織及聚合材料鞋墊通過前掌或全掌加縫金屬導(dǎo)電絲纖維制作而成，另一種則是聚合材料混入抗靜電劑沖壓熱壓成型。但最終目的均為提高鞋墊正反兩面的連通性從而增加導(dǎo)電性，避免電荷的積聚。目前常見鞋墊款式如圖3 所示。

圖3 含有導(dǎo)電纖維與無(wú)導(dǎo)電纖維的鞋墊

2.3 鞋底制作分析

目前的聚氨酯底、橡膠底以及PVC 底等鞋底在制作過程中都會(huì)涉及到抗靜電劑的使用，一種是加入導(dǎo)電炭黑，另一種是加入抗靜電劑ASA。導(dǎo)電炭黑中性能較為優(yōu)異的是乙炔炭黑，而抗靜電劑分子具有極強(qiáng)的極化能力，可以吸附并極化空氣中的水分從而降低材料的電阻值，但是其作用原理對(duì)于環(huán)境的濕度依賴較大，因此環(huán)境濕度變化較大時(shí)，其電阻值的變化也相對(duì)較大[5]。

鞋底成型除了鞋材的選用之外，還涉及到膠黏劑的粘接、如果操作不當(dāng)，涂刷過多則可能因?yàn)槟z黏劑成膜而隔離了鞋墊與外底之間的連通。因此目前市場(chǎng)銷售較多的聚氨酯底防靜電皮鞋，一般會(huì)在鞋的前掌部位或中底及后跟部分區(qū)域預(yù)留孔，然后將鞋底聚氨酯材料與抗靜電劑混合注塑，從而使中底貫通起到防靜電的作用。

結(jié)合防靜電鞋的測(cè)試及導(dǎo)電原理，可以發(fā)現(xiàn)防靜電鞋的作用機(jī)理是通過導(dǎo)電介質(zhì)將人體積累的電荷傳導(dǎo)出去，其整個(gè)過程由上到下、由里到外依次為防靜電服、防靜電襪、防靜電鞋墊以及鞋底中底傳導(dǎo)電荷至外底，最終將人體的靜電導(dǎo)入大體，從而避免靜電火花及脈沖的產(chǎn)生。

3 選購(gòu)建議及使用指南

目前市面流通的防靜電鞋種類繁多，其作為石油、化工、電子、軍工等行業(yè)為避免靜電產(chǎn)生損失而采購(gòu)使用的勞動(dòng)防護(hù)用品，其產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)乎企業(yè)的發(fā)展以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此通過了解防靜電鞋的合格率情況以及影響其防靜電性能的因素，可以促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，避免因某一細(xì)節(jié)的不足，而導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不過關(guān)，不僅給防靜電鞋生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)效益上的損失，更給社會(huì)中各個(gè)需要避免靜電的行業(yè)帶來(lái)安全隱患，因此生產(chǎn)企業(yè)及消費(fèi)者均需要提高安全意識(shí)，生產(chǎn)并選用合格的防靜電鞋是保障長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的重要一環(huán)。

最后為消費(fèi)者在選購(gòu)防靜電鞋時(shí)提供幾點(diǎn)建議。

（1）查看標(biāo)識(shí)。產(chǎn)品標(biāo)識(shí)是了解產(chǎn)品信息的重要途徑，正規(guī)廠家生產(chǎn)的防靜電鞋應(yīng)具有產(chǎn)品名稱（防靜電安全鞋等字樣）、生產(chǎn)廠家名稱或供貨商名稱、生產(chǎn)日期以及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)（如GB 21148-2020）等信息。通過觀察產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)，可以了解生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于細(xì)節(jié)的把握，如果連產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)都不能夠充分體現(xiàn)，那很難相信其在產(chǎn)品的細(xì)節(jié)制作上用足料，用夠心。

（2）查看外觀。鞋類產(chǎn)品雖然不像快消品那樣要求保質(zhì)期，但聚氨酯等材料會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生水解，霉變等現(xiàn)象。因此在選購(gòu)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意觀察產(chǎn)品的鞋底是否存在老化現(xiàn)象，可以通過手指揪底觀察是否有小塊脫落，摸上去是否有鞋底發(fā)粘等現(xiàn)象以及觀察鞋上生產(chǎn)日期的標(biāo)識(shí)來(lái)觀察產(chǎn)品是否為近期生產(chǎn)的，通常應(yīng)選用近一年內(nèi)生產(chǎn)的且有產(chǎn)品質(zhì)量合格證的產(chǎn)品。

（3）檢查配件。由于鞋墊對(duì)產(chǎn)品的防靜電性能影響很大，因此消費(fèi)者在購(gòu)買鞋子過程中，可以抽出鞋墊，觀察鞋墊正反兩面是否有金屬導(dǎo)電纖維以及導(dǎo)電縫線是否縫合整齊、牢固而可靠，另一方面注意防靜電導(dǎo)線是否存在斷線、缺陷或縫線過疏的情況。

（4）足部防護(hù)用品不僅僅只具備單一的防靜電功能，在選購(gòu)防靜電鞋時(shí)可根據(jù)作業(yè)場(chǎng)景的需要，亦可選用多功能的防靜電鞋產(chǎn)品，諸如具備鞋頭防砸、耐壓及鞋底防刺穿功能的復(fù)合型產(chǎn)品。

通過了解防靜電鞋的工作原理，該產(chǎn)品在發(fā)揮其功能的同時(shí)也應(yīng)考慮工作場(chǎng)景的環(huán)境情況，因此在使用防靜電鞋的過程中亦應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）防靜電鞋應(yīng)避免接觸絕緣物質(zhì)，如絕緣的油漆、粘稠的油污等。因?yàn)榻^緣污漬的污染會(huì)影響防靜電鞋與地面的接觸，無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有的導(dǎo)電性能。因此在日常穿著過程中，應(yīng)做好防靜電鞋底的清潔工作。

（2）防靜電鞋應(yīng)與防靜電服配套使用，雖然防靜電鞋可以通過連接地面導(dǎo)走人體攜帶的大部分靜電，但通過穿著防靜電服可以進(jìn)一步地減少靜電在人體的產(chǎn)生和聚集。

（3）防靜電鞋嚴(yán)禁用絕緣毛料襪或鞋墊。冬季保暖的絕緣毛料襯里通常為化纖或毛皮材質(zhì)，這類物質(zhì)具有較強(qiáng)的絕緣性。人體與其接觸不僅阻礙了靜電通過防靜電鞋向地面的傳導(dǎo)，更容易在行走過程中產(chǎn)生電子的轉(zhuǎn)移進(jìn)而產(chǎn)生靜電。從而使防靜電鞋的性能大打折扣。因此在穿著防靜電鞋時(shí)應(yīng)選用配套的防靜電鞋墊以及舒適的棉襪，使得人體與大地進(jìn)行有效的連接，從而達(dá)到疏導(dǎo)電荷的作用[1]。