透水汽性（精选3篇）
透水汽性 篇1
引言
成鞋的吸湿、透湿性与鞋的卫生性、舒适性密切相关,穿着透湿性不好的鞋,会造成如脚气、脚部湿疹、皮炎等诸多的脚部疾病,给人们的日常生活和学习工作带来诸多不便[1]。因此,成鞋的透水汽性和吸水汽性研究显得非常必要。
成鞋透水汽性是指成鞋使水蒸气从湿度较大的空气,透到湿度较小的空气中的能力。成鞋吸水汽性指的是鞋容纳水汽尤其是汗液的能力。
成鞋的透水汽和吸水汽过程要比单一材料和复合材料的过程更复杂,影响成鞋透水汽性和吸水汽性的因素包括鞋面材料、鞋底材料、胶粘剂、内包头、结构设计、制鞋工艺等,单纯鞋用材料的透水汽性和吸水汽性不能真实反映成鞋的这一性能[2]。
国外有关成鞋透水汽性测试仪的研制较早,早在20世纪70年代,美国专家初步设计了简单成鞋透水汽性测试仪,该装置的原理是在密闭鞋腔中通入水蒸气,使用电阻丝加热控制鞋腔内部温度,在恒定的温度、湿度条件下,通过精密的称重后,再计算得出成鞋的透水汽量。
国内有关透水汽和吸水汽性的研究大多针对制鞋材料[3,4,5],以单一材料为主,即使是组合材料,也仅仅通过胶粘剂将几种材料粘合在一起。针对相关测试装置的研究也很少,研制原理还是基于国外专家的早期研究,一般是在一定温度条件下,向密闭的鞋腔内通入具有一定湿度、压力的水汽,通过对成鞋的称重,计算出成鞋透水汽和吸水汽量[6,7]。然而,水蒸气温度较高,与人体排汗温度相差甚远;输送压力较高,不易密封;输送过程易冷凝成水滴,势必会减弱测试数据的合理性。
香港理工大学研制的暖体出汗假人“Walter”[8],用防水透湿型微孔膜织物,将位于身体中心区域的水循环系统进行密封,水循环系统按一定比例,将热水分配到身体的躯干部位,以模拟人体的整个温度分布[9]。采用这种方式模拟人体出汗,压力低、便于密封,且测试过程更接近人体穿着时的状态。
在暖体出汗假人的基础上,本文提出:利用含有微孔结构的防水透湿织物模拟出汗皮肤,自制“出汗假脚”测试装置,对成鞋透水汽性和吸水汽性测试方法进行研究。
“出汗假脚”包括假脚体、假脚皮肤、温控装置及水循环系统。起支撑作用的假脚体是具有一定弹性的带孔橡胶制成的中空脚模,便于测试不同款式、鞋跟高度、楦型的成鞋;假脚皮肤由含有微孔结构的防水透湿织物制成,将其穿在假脚体上,并在脚体内装满蒸馏水,此时假脚皮肤内侧的相对湿度为100%,水汽通过微孔膜扩散到鞋腔,更接近人脚状态;温控装置控制蒸馏水的温度,以模拟人脚温度;水循环系统控制蒸馏水在脚体内循环,使人脚温度分布均匀。
通过将“出汗假脚”穿入成鞋,并置于恒温、恒湿箱内的电子天平上,测试假脚和成鞋总质量随时间的变化,获得成鞋透水汽量;通过计算成鞋自身的增重,获得成鞋吸水汽量。该测试装置适用于测试不同环境条件下、不同类型成鞋的透水汽性和吸水汽性,操作简单、易实现。
1 试验部分
1.1 主要仪器和设备
BTH-150M8可控式恒温、恒湿试验箱,东莞市贝尔实验设备有限公司;电子天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;TES-1341热线式风速计,泰仕电子工业股份有限公司;自制成鞋透水汽性和吸水汽性测试装置,见图1。
1-恒温恒湿箱;2-测试成鞋;3-电子天平;4-密封盖;5-水分保持附件;6-硅胶管(出水口);7-硅胶管(入水口);8-导线;9-水泵;10-温度控制器;11-出汗皮肤;12-加热棒;13-温度传感器1-constant temperature and humidity chamber;2-shoe for test;3-electronic scales;4-sealed cap;5-water maintenance accessories;6-silicone tube(outlet);7-silicone tube(inlet);8-wires;9-water pump;10-temperature controller;11-sweating skin;12-heating rod;13-temperature sensor
A-穿入试样鞋及覆盖吸湿性面料、隔水性薄膜的“出汗假脚”;B-加热控制和水泵控制器A-“artificial sweaty foot”wearing with the shoe sample and wrapped with hygroscopic fabrics and waterproof membrane;B-heating and pump controller
1.2 试验方法
试验前,按GB/T 22049-2008的规定[10],将成鞋试样在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下,调节26h以上,称取待测试样鞋的初始质量,记为m0。
打开恒温、恒湿箱开关,设定箱内温度、相对湿度和风速,待箱内温湿度稳定后,将自制“出汗假脚”(见图2),穿入待测试样鞋内。
用吸湿性面料将“出汗假脚”未被试样鞋覆盖的部分包裹,并在上面覆盖隔水性薄膜(统称为水分保持附件),见图3A。“水分保持附件”可以吸收未被试样鞋覆盖部分的“出汗假脚”皮肤扩散出的水分,并阻止其向外排出,相当于被“水分保持附件”遮挡的部位不出汗(吸收、保持而不外排),因此,该设备适用于满帮及浅口成鞋的测试。
打开“出汗假脚”上面螺旋紧固盖,装满低于“出汗假脚”设置温度3℃左右的蒸馏水后盖紧,将“出汗假脚”连同试样鞋放进恒温、恒湿箱内的电子天平上,设置“出汗假脚”温度为35℃,打开加热控制开关和水泵开关,见图3B。待温度恒定后,记录不同时间“出汗假脚”和试样的整体质量。
待试验结束后将假脚取出,称取试样鞋的质量记为m1。对于有些透水汽性、吸水汽性较差的成鞋,若内侧有积水,应将其擦去后再进行称量。
成鞋表面积的测量方法:采用胶布敷贴于整个鞋帮面,裁剪后利用有1cm×1cm网格的垫板,采用割补法计算面积。
透水汽量W1=Δm/(Δt×A0),其中Δm是试样的透水汽性到达稳定状态后,Δt时间段内“出汗假脚”和试样总质量的变化值,A0是试样鞋帮面表面积。
吸水汽量W2=(m1-m0)/A1,其中A1是试样鞋帮面和内垫的总表面积。
1.2.1 测试时间的确定
透水汽性和吸水汽性是在水蒸气分压梯度作用下实现的,受纤维对水汽吸附和解吸能力的影响。
由于“出汗假脚”皮肤的微孔膜结构,水汽通过微孔膜扩散到鞋腔,成鞋纤维吸收一部分水汽,并将部分水汽排出鞋体以外,成鞋的透水汽性和吸水汽性逐步处于平衡状态。当试验达到平衡时,由“出汗假脚”—成鞋—环境构成的温度梯度和湿度梯度处于一个稳定状态,在此状态下,成鞋的透水汽量和吸水汽量也处于一个稳定状态。
选择4种不同款式和材质组合的成鞋(1号单鞋,帮面为人造革,衬里和内垫为人造革;2号短靴,帮面人造革,衬里和内垫为织物绒;3号短靴,帮面为全粒面牛革,衬里和内垫为织物绒;4号单鞋,帮面为全粒面牛革,衬里和内垫为人造革),这4种成鞋帮面和衬里材质组合分别为人造革-人造革、人造革-织物、牛革-织物、牛革-人造革,具有一定代表性。
考察在一定温度、湿度条件下,这4种成鞋透水汽量随时间的变化规律,以确定试验的时间,见图4。
由图4可知,随着时间的延长,4种成鞋的透水汽量均逐渐增大,经过一段时间后,趋于平稳,透水汽量不再继续增大;不同鞋达到稳定状态的时间略有差异,但在120min后,基本都已达到稳定状态。
120min后,由于成鞋透水汽性和吸水汽性已经达到稳定状态,此时,成鞋单位时间的透水汽量保持恒定,因此,透水汽量的试验数据可以从120min后开始采集,在180min,即采集开始后60min,停止试验,将120~180min这段时间成鞋的透水汽量,作为评价成鞋透水汽性大小的依据。
该方法的稳定态是通过测试成鞋透水汽量的数据进行判定,测试时间以进入稳定态后透水汽性测试时间为依据。由于吸水汽的大小需要将假脚取出后测量成鞋的自身增重,因此以试验开始到进入相对稳定状态一段时间后,即180min时成鞋的吸水汽量(试验结束测量的成鞋自身单位面积的增重),作为成鞋吸水汽性大小的评价依据。
1.2.2 测试方法精密度验证
为了评价在相同试验条件下,成鞋透水汽性和吸水汽性测试方法所得到的试验结果的一致性,在“出汗假脚”温度为35℃、环境温度为23℃、相对湿度为50%、风速为0.43m/s的条件下,选择1只鞋(该鞋为单鞋,帮面、衬里和内垫均为人造革)进行6次重复性试验,得到成鞋的透水汽量和吸水汽量测试结果,见表1。
对表1中的测试结果进行统计分析,见表2。
表2中的RSD(相对标准偏差),通常用来表示测试结果的精密度;重复性限是指在重复性条件下,2个测试结果数值的绝对差小于或等于此数的概率为95%。根据GB/T 6379.6-2009[11],重复性限计算公式为:r=2.8σr,其中σr是重复性测试条件下的标准偏差。
由表2可知,6次重复试验条件下,成鞋的透水汽量的RSD为7.3%、吸水汽量的RSD为5.2%,表明所建立的成鞋透水汽性和吸水汽性方法具有较好的精密度。
由表2还可以看出,成鞋透水汽量和吸水汽量的重复性限均大于试验极差,同样证明所建立的测试方法精密度较好,适用于成鞋透水汽性和吸水汽性的测试。
2 结果与讨论
选取几种不同帮面材料、衬里材料和内垫材料组合的,且款式接近的成鞋作为试样,采用已建立的成鞋透水汽性和吸水汽性测试方法,对不同材质组合的成鞋透水汽性和吸水汽性能进行测试,每种成鞋重复测试2次,2次独立测试的成鞋透水汽量和吸水汽量相对偏差(相对偏差=(单次测定值-平均值)/平均值×100%)均<5%,因此将其平均值作为检测结果,以分析比较材质对成鞋透水汽性和吸水汽性的影响,见表3。
2.1 鞋帮面、衬里材质对成鞋透水汽性的影响
由表3可知,1号和3号成鞋的衬里材质相同,帮面材质略有差异,与3号牛全粒面革帮面成鞋相比,1号羊绒面革帮面成鞋的透水汽量较大。
2号~5号成鞋帮面材质均为牛全粒面革,衬里材质依次为无衬里、猪里革、织物绒里、合成革,成鞋透水汽量依次降低,表明在成鞋帮面材质相同的条件下,成鞋衬里材质对成鞋透水汽性影响较大;与衬里材质为合成革的成鞋相比,衬里材质为猪里革和织物绒里的成鞋透水汽量较大。
通过对衬里材质均为合成革的5号~7号成鞋分析可知,与人造革帮面成鞋相比,牛全粒面革和牛修面革帮面成鞋的透水汽量均较高,且牛全粒面革帮面的5号成鞋,比牛修面革帮面的6号成鞋的透水汽量略高。7号和8号成鞋帮面均为人造革,但与衬里为合成革的7号成鞋相比,衬里为织物绒里的8号成鞋透水汽性更好。
注:4号成鞋与1.2.1中的3号短靴相同,8号成鞋与1.2.1中的2号短靴相同。Note:No.4 shoe is the same as No.3 ankle boot in 1.2.1,and No.8 shoe is the same asNo.2 ankle boot in 1.2.1.
比较8号和9号成鞋可知,当鞋帮面和衬里均为织物绒时,成鞋的透水汽性有显著的提高,甚至比帮面和衬里均为皮革的1号和2号成鞋透水性还好。
通过上述分析可知,材质为皮革或织物绒的成鞋,比材质为人造革或合成革的成鞋透水汽性更好,这与所采用材料本身的透水汽性能吻合。
皮革中含有丰富的亲水基团,其胶原纤维特殊的编织方式所形成的微孔结构,能使其透水汽性能大大提高。布的纤维之间的孔隙较大、数量较多,因此透水汽性也较好。此外,鞋帮面和衬里均由透水汽性较好的材质构成时,成鞋的透水汽性也较好;无论鞋帮面和衬里,有一种材质透水汽性较差,就会影响成鞋的透水汽性。
2.2 鞋帮面、衬里和内垫材质对成鞋吸水汽性的影响
由表3可知,与成鞋透水汽性相比,成鞋吸水汽量的大小与所用鞋材的相关性不大,这可能与成鞋的构造和生产过程有一定关系。但可以发现,鞋帮面、衬里和内垫均为皮革的成鞋吸水汽量均较高。这是由于皮革特殊的胶原纤维编织结构和亲水性,使其具有较好的吸水汽性。
织物绒为鞋材的成鞋吸水汽性有高有低,这可能与织物绒的材质和种类有关,一般而言,纯棉织物的吸水汽性比合成纤维好。
6号成鞋帮面为牛修面革,衬里、内垫分别为合成革和人造革,吸水汽量为15.33mg/cm2,与其他成鞋相比,其吸水汽量很高,且经多次测量,测试结果一致。这可能与成鞋的款式和所用材料的种类以及制鞋生产工艺有关,如6号成鞋帮面、衬里之间所使用的粘合剂用量较小,因此粘胶剂对成鞋吸水汽量影响较其他鞋小。此外,由于6号成鞋的款式为内增高鞋,皮革帮面较软,使用了较大面积的吸湿性补强材料和衬托,也使得成鞋吸水汽量较高。
综上所述,成鞋的吸水汽性与鞋帮面、衬里和内垫材质、制鞋生产工艺以及成鞋的款式,均有一定关系。
3结论
本研究通过自制“出汗假脚”,研制了一套成鞋透水汽性和吸水汽性测试装置,并初步探讨了稳定状态下成鞋透水汽性和吸水汽性测试方法。该成鞋透水汽性和吸水汽性测定方法更接近人脚和汗液温度,以及人体出汗方式,能够准确表征成鞋的透水汽性和吸水汽性,并适合于不同款式、鞋跟高度、楦型的成鞋透水汽性和吸水汽性的检测。
参考文献
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[10]GBT 22049-2008鞋类鞋类和鞋类部件环境调节及试验用标准环境[S].
[11]GB/T 6379.6-2009测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第6部分:准确度值的实际应用[S].
透水汽性 篇2
随着社会文明和科学技术的迅猛发展，人类生活水平不断提高。鞋，这个人们每日穿在脚上，行走天下的必备品早已经从过去御寒、护脚和耐用的基本要求发展到今天美观、舒适和功能化的更高要求。然而，鞋的舒适性能却还有待更多的提高和改进。本研究针对吸水汽性、透水汽性与舒适性密切相关，进行了表征鞋类吸水汽性、透水汽性的探讨。
透水汽性与鞋的卫生性、舒适性密切相关，成鞋透水汽性是影响鞋类卫生性能和舒适性的重要因素[1]。然而，目前国内外对于成鞋透水汽性的研究很少，而鞋材的透水汽性又不能完全代表或反映成鞋的透水汽性。正是从这一意义上来讲，研制成鞋透水汽性测试仪以及建立起成鞋的透气性定性评价标准是很必要的，也是很重要的。
本研究根据重量法原理，首先自主研发了成鞋透水汽性测试仪，其次利用其对成鞋吸水汽、透水汽性进行测试与验证，探讨了成鞋吸水汽性和透水汽性的测试方法，初步提出表征鞋类产品吸水汽性、透水汽性的性能的量化指标。有效揭示了各种材料、工艺、结构对成鞋吸水汽性和透水汽性的影响，有利于鞋类产品设计水平和生产水平的提高和改进，更重要的是可以促进成鞋产品质量的提高，同时可以使我国的制鞋行业进一步由大向强转换，为国家经济建设做出贡献。
1 成鞋透水汽、吸水汽机理
成鞋的透水汽性能，是指鞋让水蒸气从湿度较大的空气透到湿度较小的空气中的能力。吸水汽性指的是鞋容纳水汽尤其是汗液的能力[2]。成鞋的透水汽和吸水汽过程要比单一材料和复合材料透水汽及吸水汽过程更复杂。鞋材选择的不同，成鞋的结构、附件选择的不同都会影响成鞋的透水汽性和吸水汽性[3]。成鞋吸水汽、透水汽性能是影响舒适性的重要因素，因此良好的吸水汽、透水汽性能是健康鞋腔环境的重要保障。
成鞋中的水蒸汽传递主要有两条途径:一是通过鞋-脚-袜环境与外界空气的缝隙直接进行湿传递，尤其是人脚在行走或运动过程中足部发生弯曲，汗液蒸汽分子通过空隙传递;二是通过鞋帮面、鞋垫、鞋底的表面或其内部的纤维孔隙进行湿传递。它是在水蒸汽分压梯度作用下实现的，受纤维对水蒸汽的吸附和解吸能力的影响。
本文是以成鞋吸水汽性和透水汽性机理为基础，应用自主研发的透水汽性测试仪对成鞋的吸水汽性和透水汽性测试作了初步的探讨。
2 试验部分
2.1 试验主要设备和仪器
PT-2090A型恒温恒湿试验箱，宝大国际仪器股份有限公司;JY10002型分析天平，上海台衡仪器仪表有限公司;自制的成鞋透水汽性测试仪(如图1)。
1-统口密封件2-分析天平3-蒸汽输送管道4-蒸汽流量显示屏5-蒸汽发生装置6-开关按钮7-蒸汽发生速率调节
2.2 试验材料和方法
本次试验主要测试运动鞋的吸水汽、透水汽性能，选取运动鞋作为实验研究对象。本文选取了滑板鞋、网布鞋、劳保鞋、休闲鞋款等18个样品，每个样品鞋进行3次平行实验，取其平均值，进行吸水汽、透水汽性能测试。
2.2.1 成鞋透水汽性实验步骤
1)微观透水汽性实验步骤:称量样品鞋和统口密封件的质量记为m0，称量加湿器的初始质量为M0用导管连通加湿器、样品鞋，打开加湿器向鞋腔通入蒸汽加湿10 min;关闭加湿器，称量样品鞋和统口密封件的质量记为m1，称量加湿器的质量记为M1，两个小时后称量样品鞋和密封件的质量，记为m2。微观透水汽性=m2-m1，单位:(g)。
2)宏观透水汽性的实验步骤:将样品鞋放置在天平1上，安装统口密封件，称量其质量为m1;将加湿器放置在天平2上，称量其质量为M1;连接鞋、密封件和加湿器，打开加湿器开关;向鞋腔内以一定的速率缓慢通入蒸汽10 min，关闭加湿器;称量安装有密封件的样品鞋质量为m2，称量加湿器的质量记为M2;宏观透水汽性=M2-M1-(m2-m1)，单位:(g)。
2.2.2 成鞋吸水汽性实验步骤
打开恒温恒湿箱开关，设定箱内温度为32℃，相对湿度为90%，待箱内温湿度稳定后将待测鞋样品放进箱内;解开样品鞋的鞋带，使鞋尽可能松弛，称取待测样品鞋的质量记为m0，将样品鞋放入恒温恒湿箱内，使得样品鞋充分与箱内环境接触;每隔15 min后，将鞋子迅速取出，依次称重记为m1,m2,m3,m4,m5...;鞋子吸湿两个小时后称重结束，读出此时鞋子的质量。
3 结果与讨论
3.1 成鞋吸水汽性和透水汽性结果的研究
3.1.1 成鞋吸水汽性测试结果的研究
1)成鞋吸水汽性随时间变化的规律
这里主要是指成鞋鞋放置于恒温恒湿箱一段时间的吸水汽量，图2是样品鞋的吸水汽量随时间的变化趋势。实验中也发现其他样品的吸水汽性也有同样的变化规律，只是不同的鞋吸水汽量增加幅度不同而已。样品鞋在最开始的15 min内吸水汽很快，后面越来越慢。吸水汽增长率越来越小，最后趋近于0增长，即饱和状态。本试验的样品鞋在2个小时内吸水汽均未达到完全饱和状态，鞋腔内也无凝固水珠。
2)成鞋2 h内吸水汽量
样品鞋放置在温度为32℃、相对湿度为90%的恒温恒湿试验箱里2 h，如图3所示，18只样品鞋的吸水汽量在0.49～6.55 g范围之内，其中吸水汽性最好的是12号鞋。12号鞋采用绒面革做鞋面，并且鞋里和泡棉补强件都很厚，吸水汽性也很优良。样品鞋5号、6号、9号吸水汽性较好，这几款鞋有一共同点，就是中后帮、鞋舌用泡棉很厚，样品鞋看似也很厚重，吸水汽量较大;2号、4号、8号、16号样品鞋采用PU合成革作帮面，鞋用泡棉很薄，鞋里是合成纤维类，吸水汽性较差，所以导致成鞋的吸水汽性很差。
由于本试验采用的均是满帮低腰鞋，并且帮面几乎没有任何金属或塑料装饰件，也不存在大面积镂空，仅有少部分成鞋在鞋头部位开几个小孔，所以可以认为不同样品鞋的结构基本相似，这样成鞋的吸水汽性主要取决于各种鞋材经过胶黏剂粘合后的综合吸水汽性能。此外，恒温恒湿箱内温度不同，相对湿度不同，成鞋的吸水汽量也不同。一般认为，相对湿度越大，成鞋的吸水汽量也越大，然而具体湿度对成鞋吸水汽量的影响程度还有待于进一步考究。综合以上，可以知道影响低腰满帮运动鞋吸水汽性的主要因素是鞋用泡棉的相关参数、鞋面、鞋里等材质的吸水汽性以及恒温恒湿箱的温湿度状态。
3.1.2 成鞋微观透水汽性测试结果的研究
由图4可以看出，样品鞋的重量并没有改变。采用非接触式温湿度测试仪测试，发现鞋腔的相对湿度有所变化，说明仍有一部分水蒸汽以微观透水汽的方式扩散到外界环境中。在这个过程中空气也与之发生了气体交换，鞋腔的水蒸汽通透出去，外界的空气进到鞋腔里面，这样可能导致样品鞋的重量并不发生改变，所以成鞋透水汽性测试仪主要对宏观透水汽性进行测试。
3.1.3 成鞋宏观透水汽性测试结果的研究
1)不同样品鞋的宏观透水汽性比较
本文对18只样品鞋采用同样的方法，测试其成鞋的宏观透水汽性以比较其性能差异，如图5所。宏观透水汽性在2.76～6.82 g范围，宏观透水汽性最小的是样品鞋7号、9号、13号，最大的是样品鞋1号、3号、4号、12号。宏观透水汽性较大的几款鞋子，主要是成鞋所用材料比较单薄，而且帮面使用较大面积的网布，尤其是1号和4号鞋鞋头部位是网布，而且帮面、帮里之间没有安装内包头，所以表现出来的宏观透水汽性较大。而透水汽性较差的几款鞋子，主要是滑板鞋，帮面全部采用PU合成革，后帮、鞋舌部位采用厚度较大的泡棉，这些在很大程度上阻碍水汽的扩散，特别是7号登山鞋，特别厚重，透水汽性较差。该数据与前文所分析的帮套透水汽性基本一致。同时建议在炎热的夏天，由于人脚出汗较多，建议不要穿着厚重的滑板鞋，以免大量汗液滞留在鞋腔，产生臭味。
2)通入鞋腔蒸汽的时间不同对成鞋吸水汽、透水汽性测试的影响
图6提到的透水汽性是在通入鞋腔蒸汽时间为10 min的数据，本文为探讨通蒸汽时间对透水汽性的影响，选用其中几款鞋子，测试在5 min、10 min、15 min、20 min甚至更长时间下的透水汽性变化。从图中我们可以看出，吸水汽性、透水汽性、通入蒸汽量均随时间而增加。通入鞋腔的蒸汽时间越长，成鞋的透水汽量就越大，同时鞋腔内的蒸汽压力也越大，所以进入鞋腔的蒸汽速度会下降，图中也显示增加的幅度是越来越小，但效果不是很明显，还需要更多的试验数据来支撑和验证。在实际穿着过程中，人脚的出汗也是一个动态的过程，脚不断地从汗腺分泌汗液，成鞋不断地将汗液传递出去，当两者速率达到一个平衡的时候，就没有多余的蒸汽滞留在鞋腔，从而可以保证鞋腔有很好的环境。所以如何用这种静态的测试方法来表征成鞋动态的透水汽性能，并通入多长时间的蒸汽进行实验最能反映其性能，这个问题需要做进一步的探究。
3)不同蒸汽发生速率不同对成鞋吸水汽、透水汽性的影响
通入鞋腔的蒸汽量不仅取决于蒸汽产生时间，也受蒸汽发生速率的影响。本文在同样的试验条件下改变蒸汽发生速率，即改变加湿器调节蒸汽产生速率的转数，转数越大，单位时间内产生的蒸汽量越大，反之，则越小。本文设计了四组试验，保证同样的样品鞋在同样的温湿度环境下，同样的重量下将加湿器的转数设置在5格、10格、15格、20格，测试不同转数下成鞋的透水汽性，如图7所示。
由图7可以看出，成鞋的宏观吸水汽性和透水汽性随蒸汽发生速率的增大而增大。蒸汽发生速率越大，鞋腔内蒸汽密度就越大，鞋腔内外的蒸汽压差也就越大，从而迫使蒸汽更快地从鞋腔扩散到外界环境。然而人脚在短时间内出汗量较少，所以要选择合适的蒸汽发生速率，以最好的试验条件来反映成鞋的吸水汽、透水汽性能。
3.2 成鞋吸水汽、透水汽测试结果的综合探讨
单位:g
表1所示是采用透水汽性测试仪对18只样品鞋测试所得的平均数据。从中可以看出，宏观透水汽性和吸水性与通入鞋腔的蒸汽量线性相关，这说明成鞋吸水汽性越好，宏观透水汽性越好，同样时间通入到鞋腔的蒸汽量也越多，同时也说明不同结构、款式、材料及工艺的鞋子，宏观透水汽性和吸水汽性有明显的差异。但具体差异还有待进一步试验证明。
4 结论
目前，成鞋的吸水汽、透水汽性的好坏多数以鞋子单层或复合材料的吸水汽性和透水汽性好坏进行表征。其一般从成品鞋上取样进行测试，这样不但破坏了成鞋的完整性，而且其可信度显然不及直接对成品鞋进行检验。本论文通过自主研制的成鞋透水汽仪器对成鞋的吸水汽、透水汽性能进行了测试，并对测试数据进行分析，已经初步探讨了成鞋吸水汽性和透水汽性的测试方法。同时通过对成鞋吸水汽性和透水汽性测试结果的分析，得到了成鞋吸水汽、透水汽综合性能参数的表征方法，并讨论得出不同成鞋吸水汽、透水汽性能的差异以及相关影响因素。
本次论文的测试结果基本符合成鞋吸水汽性和透水汽性一般规律，同时与实际鞋腔透水汽性和吸水汽性大小基本相近。成鞋透水汽性测试仪已从过去的定性分析有条件的转移到了定量分析，可以对成鞋透水汽性进行定量化表征。对此仪器的研究使成鞋的透水汽性的定性分析和定量分析相结合，为进一步完善成鞋的透水汽性的研究奠定了坚实基础。
参考文献
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透水汽性 篇3
随着经济发展,人们生活水平不断提高,鞋不仅要满足最基本的护脚和保暖功能要求,舒适性和卫生性能要求也越来越受到行业人士和消费者的重视。
为了尽量保持鞋腔内微气候的平衡,使人脚达到较好的舒适效果,鞋必须具有良好的透气、透水汽和吸水汽性能等。
迄今为止,国内市场表征成鞋吸湿、透湿性能的测试仪器及评价方法还很少,对鞋用单一材料,其鞋材的检测方法及标准相对比较成熟,但尚未制定并执行统一的鞋材透湿、吸湿性能指标。
然而,成鞋透水汽性是检测鞋类产品卫生性能的重要物理指标之一,其中相关检测方法及性能指标等的研究与建立,更是必不可少。
2007年,杜少勋教授自发研制成功了成鞋透水汽性测试仪。在不对成鞋做破坏性试验的情况下,该仪器不仅能够测量成鞋透水汽性,同时也能测量成鞋的吸水汽性。
该试验仪器最初只是简单的组装仪器,并没有详细的检测条件,尤其是对检测过程中周围环境条件和水汽通入流量大小等,均无详细说明。
本试验主要针对该检测设备水汽通入量,进行研究,以提高检测结果的准确性,使设备能够更加完善。目前,该检测设备已研发成功,并申报了国家实用新型专利。
本研究中提到的蒸汽发生器,是该成鞋透水汽测试仪设备中一部分。成鞋透水汽检测过程为,将蒸汽发生器产生的水蒸气,通入到测试鞋鞋腔内,利用成鞋透出和吸收水汽前后的质量之差,计算成鞋的透水汽和吸水汽量。由于水蒸气通入鞋腔内的流量大小将直接影响到试验结果的准确性,所以必须找到最佳通水汽流量。
1 试验原理
1.1 成鞋透水汽测试仪原理
成鞋透水汽测试仪结构,见图1。
从图1可以看出,成鞋透水汽测试仪主要包括7部分。检测时,在第2称重装置2上放置成鞋8,统口密封装置3连接到鞋口,密封统口,统口密封装置3呈圆柱形,上口连接导管到蒸汽发生器,下口朝向鞋腔,下口与鞋舌内面、鞋帮面以及鞋后帮统口紧密接触。
当成鞋8统口直径稍大于统口密封装置3的统口直径时,统口密封装置3装入鞋统口后,可适当移动位置,并用鞋带系住。
第2称重装置2的称重为m0;蒸汽发生装置6注入蒸馏水,此时第1称重装置的称重为M0。
1-第1称重装置;2-第2称重装置;3-统口密封装置;4-中央调控台;5-蒸汽输送管道;6-蒸汽发生装置;7-温湿度传感器;8-成品鞋1-No.1 weighing device;2-No.2 weighing device;3-sealing device of chute;4-control panel;5-delivery pipe of water vapor;6-steam generating device;7-temperature and humidity sensor;8-shoes
打开蒸汽发生装置6,通过其上的阀,来控制水汽在成鞋8内的通入量和通入时间。
为了精确控制,在成鞋8中放置温湿度传感器7,来监测成鞋8中的温度和湿度,当成鞋8中温度为35℃、湿度为90%时,为最佳测试条件。
1.2 最佳通入水汽条件
在试验过程中,成鞋吸水汽和透水汽的过程离不开蒸汽源。因此,本次试验将利用蒸汽发生器产生的水蒸气,模拟人脚出汗情况[1,2]。
研究发现,人脚皮肤虽然只占人体皮肤表面的7%,但人体汗腺的40%却集中分布在脚部。
人们在行走或劳动过程中,人脚在鞋中排汗约0.8~1.8g/min,激烈运动时所积累的汗液超过100g。
通过模拟人脚出汗量,同时为保证试验结果的准确性,通水汽流量被定为4个档次(80、160、240、320m L/h),进行试验;分别得出4种不同水汽流量条件下的试验结果,最后经过对比,得到最佳通入水汽流量,即最佳试验条件。
2 试验仪器及材料
2.1 试验仪器
由于试验条件有限,本次试验仪器采用的是组装式简易透水汽测试仪,以加湿器作为蒸汽发生器。
加湿器S30C-AE,美的(西安)有限公司,额定功率105W,额定加湿量≥320m L/h;温湿度表,西安瑞洁电子设备有限公司,精确度:1℃、5%相对湿度(RH);分析天平JY10002,上海台衡仪器仪表有限公司,量程:5 000g,精确度:0.1g;分析天平JY10002,上海台衡仪器仪表有限公司,量程:1 000g,精确度:0.01g。
2.2 试验材料
考虑到制鞋工艺和辅助材料也有可能会影响试验结果的准确性,本次试验采用的是5双相同鞋号,且款式、材料基本相同的男式安踏运动滑板鞋(以下简称成鞋)。尽量保证制鞋的工艺和辅助材料的统一,以减小不确定性因素对试验结果的影响,提高试验的准确性。
3 试验步骤
3.1 试验条件
本次试验主要采用的是称重法,考虑到周围环境温度、湿度及空气流动等,可能造成天平显示数字产生大幅度波动,因此整个试验在温度、湿度及空气流动大小相对较稳定的封闭式实验室中完成。
试验条件如下:
(1)试验室温、湿度保持在(23±2)℃、(40±5)%,同时整个实验室相对较封闭,以保证空气流动量不变。
(2)试验前,成鞋要在实验室内静止24h,以确保成鞋和周围环境的温湿度相同。试验后,成鞋要求先烘干,然后放置实验室内24h后,再进行下次试验。
(3)每双成鞋要求进行3次平行试验,以确保试验的准确性,减小试验误差。
3.2 测试步骤
(1)将加湿器注入一定量的水,输出导管插入到加湿器出水汽口中,然后将导管的另一端用塑料塞塞好,称量加湿器和输出导管的总质量M0(g)。
(2)将密封装置大口朝向鞋腔方向,插入到鞋口内,另一端同样用塑料塞塞好,称量其总质量m0(g)。
(3)除掉导管和密封装置上的塑料塞,将导管和密封装置相连接,同时将成鞋放置在精度为0.01g的分析天平2上。
(4)打开加湿器,调到相应水汽流量,并开始计时,每1min记录1次分析天平2上的数据。
(5)通入水汽10min后,关闭加湿器,并立即断开导管和密封装置相连处,用塑料塞塞住导管和密封装置,分别称量成鞋和密封装置的质量m1(g),蒸汽发生器和导管的质量M1(g)。
(6)将导管上的塑料塞拔出,使得导管内积聚的水流出。
(7)将成鞋和密封装置静止放置2h,称量其总质量为m2(g)。
4 试验结果及分析
4.1 试验现象
试验过程中,主要对成鞋在通入水汽10min过程中,其表面、周围湿度的变化、分析天平2的数值变化以及静置2h后,成鞋鞋腔内部变化等,进行观察。
具体现象如下:
(1)向成鞋鞋腔内通入80m L/h流量水汽时:1)1~2min时,鞋眼、鞋舌等非密封处,出现白雾,且雾量逐渐加大,2min时,鞋周围湿度开始小幅度波动;3~5min时,统口密封处,开始有白雾出现;10min后,鞋周围湿度40%左右;2)通入水汽开始时,分析天平2的数值出现一定的波动,以下降为主;5~7min时,分析天平2的数值逐渐趋于稳定;3)成鞋静置2h后,发现鞋腔内无明显变化。
(2)向成鞋鞋腔内通入160m L/h流量水汽时:1)1min左右时,鞋眼、鞋舌等非密封处,出现白雾,且雾量逐渐加大,同时鞋周围湿度开始小幅度波动;2~3min时,统口密封处,开始有白雾出现;10min后,鞋周围湿度40%~50%左右;2)通入水汽开始时,分析天平2的数值出现一定的波动,以上升为主,但上升较缓慢;7min左右时,分析天平2的数值逐渐趋于稳定;3)成鞋静置2h后,发现鞋腔内有潮湿感。
(3)向成鞋鞋腔内通入240m L/h流量水汽时:1)通入水汽开始时,鞋眼、鞋舌等非密封处,有少量白雾出现,1min后,雾量加大,同时鞋周围湿度开始较大幅度波动;1min时,统口密封处,开始有白雾出现;10min后,鞋周围湿度50%~65%左右;2)通水汽开始时,分析天平2的数值出现较大幅度的波动,以上升为主,上升速度相对较快;3)成鞋静置2h后,发现鞋腔内有少量水珠出现。
(4)向成鞋鞋腔内通入320m L/h流量水汽时:1)通入水汽开始时,鞋眼、鞋舌等非密封处,有大量白雾出现,同时鞋周围湿度开始大幅度波动;0~1min时,统口密封处,有大量白雾出现;10min后,鞋周围湿度55%~75%左右;2)通入水汽开始时,分析天平2的数值出现大幅度的波动,以上升为主,并快速上升;3)成鞋静置2h后,发现鞋腔内有大量水珠出现。
观察通入不同流量水汽条件下出现的试验现象,是本研究不可缺少的部分,其直接影响到试验结论的准确性。
4.2 试验结果
由于试验数据量较大,略去了2号-5号成鞋的相关数据,而只列出1号成鞋的数据。
通入不同时间及流量水汽时,2号天平读数变化情况,见表1。
通入不同流量水汽1号成鞋透水汽量、吸水汽量和吸水汽率变化情况,见表2。
5 试验现象及结果分析与讨论
为保证试验结果的准确性,对不同水汽流量条件下得到的试验现象和试验结果,进行对比分析,得出最佳通汽条件。
5.1 试验现象分析与讨论
通入鞋腔内的水汽流量不同,出现的试验现象有明显的差异。对试验现象进行详细的分析和讨论,进而推导出合理结论。
(1)当水汽流量为80m L/h时:分析天平2的数值波动以下降为主,分析原因是由于鞋面孔隙较大,水汽从鞋腔内扩散到外界环境的速度大于水汽通入鞋腔的速度,故推测鞋腔内吸收的水汽没有达到饱和状态。
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注:考虑到在整个试验中,密封装置、输送管道的质量是恒定的,不会影响成鞋质量的变化,故实际成鞋质量=(初始成鞋质量+通入鞋内水汽质量)-从鞋内扩散到外界环境水汽质量=表中数据-(密封装置质量+输送管道质量)。Note:The data don't affected mass change of shoe because of steam pipeline and sealing device mass are constant.Mass of the shoe=(initial mass of shoe+input mass of water vapor)-output mass of water vapor=data in the table-(mass of sealing device+mass of steam pipeline).
(2)当水汽流量为160m L/h时:通入水汽过程中,由鞋腔内透出的宏观透水汽量在逐渐增加,且较为明显;鞋腔内的水蒸气产生量在逐渐增加;鞋腔内吸收的水汽基本达到饱和状态。
(3)当水汽流量为240m L/h时:通入水汽过程中,由鞋腔内透出的宏观透水汽量在逐渐增加,且较为明显;鞋腔内的水蒸气产生量在逐渐增加;鞋腔内吸收的水汽已经完全达到饱和状态。
(4)水汽流量为320m L/h时:通入水汽过程中,由鞋腔内透出的宏观透水汽量在迅速增加;鞋腔内的水蒸气产生量在逐渐增加;鞋腔内吸收的水汽处于过饱和状态。
经过上述试验现象分析,相比于其它2种水汽流量,当通入水汽流量为160m L/h和240m L/h时,试验过程中,成鞋周围的湿度变化幅度及成鞋质量变化情况更加规律和稳定。
由于成鞋周围的湿度受到鞋腔里透出的水汽量的影响,该湿度值稳定,说明水汽透出量较稳定,即均匀透出水蒸气;同时观察放置2h后的成鞋发现,鞋腔出现潮湿感或明显水珠,由此得出,当水汽流量为160m L/h和240m L/h条件下,鞋腔内吸水汽量达到饱和状态。
5.2 结果与讨论
(1)当水汽流量为80m L/h时,成鞋的质量呈现下降趋势或质量变化很小。造成这一结果的原因主要有2方面:一方面,称重过程中导管和密封装置是相连接的,由于导管的影响,使得天平的数值波动不大;另一方面,是因为通入水汽流量过少,使得成鞋吸收水蒸气变得缓慢,从而造成其质量变化不明显。因此,在通入80m L/h流量水汽时,成鞋质量呈下降趋势或质量变化较小。
注:初始成鞋和密封装置质量m0,通入水汽10min后成鞋和密封装置质量m1,静置2h后成鞋和密封装置质量m2,初始加湿器和导管质量M0,通入水汽10min后加湿器和导管质量M1,水汽输出总质量M0-M1,微观透水汽量m1-m2,微观吸水汽量m2-m0,宏观透水汽量M0-M1-(m1-m2)-(m2-m0);吸水汽率(m2-m0)/(M0-M1)×%。Note:m0means the initial mass of the shoes and sealing device,m1means the mass of the shoes and sealing device after 10min,m2means the mass of the shoes and sealing device after 2h,M0means the initial mass of steam humidifier and tube,M1means the mass of steam humidifier and tube after 10min,M0-M1means output mass of water vapor,m1-m2means the mass of microscopic water vapor permeability,m2-m0means the mass of microscopic water vapor absorption,M0-M1-(m1-m2)-(m2-m0)means the mass of macroscopic water vapor permeability;(m2-m0)/(M0-M1)×%means the rate of water vapor absorption.
(2)当水汽流量为160、240、320m L/h时,成鞋质量呈上升趋势,此时成鞋可以较好且充分的吸收水汽。但如果仔细观察就不难发现,相较其他2种水汽流量,当水汽流量为320m L/h时,成鞋质量增加较快。
通过对上述试验结果的分析与讨论可以看出,当水汽流量为160m L/h和240m L/h时,成鞋的质量基本呈现上升且平缓增加趋势。
6 结论
在结果分析与讨论部分,将试验现象和试验结果分别进行了分析,最终得到2个相同的结论,当对相同款式运动鞋进行透水汽验测试时,水汽流量160~240m L/h为最佳试验条件。
参考文献
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