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国内耐水解吐霜试验机的未来发展

发布时间:2019-9-24 15:47:4  浏览:

    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,鞋作为人们生活中行走天下的必备品,早已经从过去御寒、护脚和耐用的基本用品发展到今天美观、舒适和功能化的个性化产品。

    制鞋材料和制鞋工艺的发展,使得鞋类产品的外观质量和耐用性能都得到了很大提高。然而,鞋的舒适性能却还有待更多的提高和改进。人们袍怨鞋腔内太湿、脚体不舒服,希望其透水汽性为单向的,即由内向外,透水汽性要高;而由外部向内,透水汽性要低。这样脚产生的汗气及时排出鞋外,从而保持了鞋内的干爽,同时外部水分又很难进入鞋内。

    从生理学上来讲,脚只有处于热湿平衡的状态才感到舒适,鞋腔温度过高湿度太大直接影响舒适性。因此,透水汽性与鞋的舒适性密切相关,成鞋的透水汽性是影响鞋类舒适性的重要指标,目前国内外对于成鞋透水汽性的仪器研究较少,而鞋材的透水汽性又不能反映成鞋的透水汽性。因此,研制耐水解吐霜试验机以及建立成鞋透水汽性定性测试的指标非常必要。

耐水解吐霜试验机

1、成鞋透水汽性的表述

    成鞋的透水汽性是指成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,也指单位时间内所透过成鞋的水蒸气的量,但它并不是一个简单的物理过程,当水分子进入试样时,由于水分子是有极性的,所以就会与亲水基发生化学反应,形成氢键,使水分子的进入和透出达到动态平衡。

    从宏观的角度来看,透水汽性测试是物理与化学相结合的过程,它是“渗”和“透”的结合过程,其透湿测试是一个扩散过程,成鞋内侧也就是靠近人体脚一侧水蒸气浓度高、温度也高,水蒸气分子就会在浓度差温度差的梯度力推动下,从成鞋内侧高浓度高温度的区域向成鞋外侧低浓度低温度的区域流动,从鞋材的一个孔移动至另一个孔,在鞋材内梯度扩散,最后在蒸发到浓度和温度低的成鞋外面。但在一定条件下测定成鞋的透水汽性时,水分传递速度还取决于鞋材厚度、成鞋的结构、表面整饰方式、空气介质的温度和相对湿度、粒面气流速度和空气运动条件等。透水汽性能指标是指在标准温湿度下,经一定时间通过单位面积材料的水汽量,以mg/(10·cm2·24h)表示。

 

2、国内外的研究现状

    国内外对织物的吸湿、透湿性能研究较多,但对成鞋的透水汽性研究却很少。

   2.1国内的研究现状

    技术人员对不同鞋面革、鞋里材料单层和复合试样的透水汽性进行了测试研究,量取30mL水置于试验皿内,依次放上像皮垫、圈、试样,将铝质螺旋盖上紧,使不漏气,再于天平上称重。然后将试验皿放入盛有干噪剂(硅胶粒)的干噪器中(干噪器的直径为250mm),再将干燥器置于(20±1)℃的空气中,静置24h,称量试验皿的重量,计算试样的透水汽性。试验发现皮革及其它鞋用材料的透水汽性存在差异,复合试样的透水汽性受组成复合试样的单层材料的透水汽性的大小、孔率、亲水性、表面状态和组合方式的影响。这种方法虽然能很好的测出皮革及其它鞋用材料的透水汽性,但在鞋类产品的生产过程中,会因结构和工艺选择的不同而使其受到影响,所以说耐水解吐霜试验机的研制是非常有必要的。

    技术人员自行研制的评价鞋靴热湿传递性能的设备一出汗假脚,并用其对鞋靴的热湿舒适性进行了测试与评价。出汗假脚选择ISMATEC蠕动泵作为供水控制器件,通过不同的蠕动管和转速控制其流量,对出汗模拟设备采用恒温法,给假脚提供热量,通过不断地供热和散热来使皮肤温度保持恒定不变。对三种不同的鞋靴(布鞋、皮靴、胶鞋)用出汗假脚进行测试,用鞋靴的干热阻、修正热阻、湿阻、蒸发率、透湿指数、蒸发效能指数来评价其热湿舒适性。结果表明,胶鞋的热湿舒适性最好,布鞋次之,皮靴最差。此出汗假脚在小出汗量的条件下能较好的评沽鞋靴的热湿传递性能但当出汗量较大时,由于鞋靴的润湿程度不同,汗液的蒸发过程发生变化,这一热湿传递过程的测试与评价有待于进一步研究。

    恒宇仪器自制了一种耐水解吐霜试验机,测试并探讨了环境因素对天然皮革的透水汽性的影响,通过在暖手宝(约500g)的电路接线中安装一个恒温调节装置来控制稳定的温度,待温度恒定后,在暖手宝外面包上一层有一定湿度(绝不能出现滴水现象)的布,模拟人体出汗。再在外面包好测试试样,每隔一定时间,称量一次包括暖手宝、湿布和试样的总质量。当温度、透过面积、试样相对湿度差(水蒸气分压差)一定,一定时间内的透湿量可以由称重法直接测定。这种方法也可以考虑用来进行成鞋透水汽性的测试,暖手包可以改装成出汗假脚放人成鞋中,最终运用称重法来测定成鞋的透水汽性能。

    恒宇仪器首次提出并初步研制出耐水解吐霜试验机,仪器主要由蒸汽发生装置、称重装置、统口密封装置、蒸汽输送装置构成。仪器对18种样品鞋进行了测试,实验表明测试受通入鞋腔蒸汽速率、通入鞋腔蒸汽时间、统口密封操作等因素影响,需要确定最佳的蒸汽速率和时间,测试数据随蒸汽通入量、通蒸汽时间、蒸汽产生速率增加而增加,并与成鞋吸湿量负相关。此研究为进一步优化并完善耐水解吐霜试验机提供了理论依据。

2.2国外的研究现状

    国外鞋业发展比较早,制鞋研究步伐也领先于中国,研究已不仅局限于鞋面革上,在成鞋卫生性能方面也有所突破,而且在耐水解吐霜试验机的研制方面以及改善鞋腔卫生性能方面也取得一定的成果。

    早在20世纪70年代,美国的专家初步设计了简单耐水解吐霜试验机,该仪器由密封箱组成,在箱中放置做好的鞋,鞋中引入导管,并接通蒸汽发生器,在箱中建立类似外界环境的条件(25℃、相对湿度50%),电阻丝加热使鞋内部气温达26~28℃,使鞋在箱中停留10小时,然后精密称重。通过该仪器测得成鞋的渗透系数与由各种材料制作成鞋的试验结果做对比,找出舒适性好的制鞋材料。该仪器的设计原理对以后研发耐水解吐霜试验机起到了积极作用。

    技术人员研发出一种测量成鞋的水汽传输速率的设备,它是由自我辅助材料做成的一个脚的空心体(空心体分布许多孔),防水而又能透过水蒸气的材料制成的袜子,传感器,还有空调装置(提供了取暖的空心体的水预设恒温)和称重装置组成。该设备主要是衡量成鞋水汽的传输能力。仪器能在动态条件下模拟脚的运动,模拟出鞋内产生的小气候,来测量鞋与脚接触所产生的水蒸气吸收量和蒸发量。仪器虽然能很好的评沽和测量水汽的传输,但在水蒸气传输率的测试过程中,必须始终结合红外线热像和湿度测试,以提供正确的数据。

    技术人员研发出一个测量成鞋舒适性的装置,包含一个复制脚的轮廓的钢架结构,它要分成至少三个隔热区,为了方便测试,把这个钢架结构加热到预设的温度,至少有一个可以渗透液体的软材料层,吸水并把它分布到整个结构的表层,还要有一个传感器用来传感覆盖区域和轮廓区的温度,一个定量泵用来提供水和一个电能计量仪。

该装置在实践中被证明可以准确地测试鞋的舒适性,但缺点在测试过程中插入鞋中的袜子容易破裂,造成的液体的损失,影响蒸汽的产生量,且无法适用不同檀型鞋的测量。

    科学研究所研制的一种成鞋舒适性测试仪,是将相对较高的空气压力(42毫巴)和温度(35℃)的水蒸汽通入鞋内部,但最大问题是样品制备非常费时。最近几年,他们还提出了一种整个鞋舒适性评价方法(WSCR法),该方法所用到的装置丰要为可透过水蒸气但不透水的袜子、加热器、温度传感器和搅拌器。具体操作室在温度20℃和相对湿度65%的环境下,测出成鞋水蒸气吸收的量(WVA)和水蒸气渗透率(WVP),最后得出透湿量(WVT)为:WVT=WVP+WVA。

技术人员运用WSCR方法对不同类型的鞋进行透水汽性的测试,结果表明该方法适用于测试不同气候条件下、不同类型鞋吸收和透出的水蒸气的量。

    英国SATRA鞋革检测实验室研制出成鞋透湿仪器,其测试原理是通过脚模模拟鞋控微环境(鞋腔温度和相对湿度),根据人脚不同区域散热、发汗量不同,将蒸汽通过导管通入脚模的表面,并将模拟人脚穿上标准的袜子放置在鞋腔内进行试验,测试鞋腔内的温湿度变化,以评价成鞋的透湿性能。

3发展趋势

    参考国内外专家对耐水解吐霜试验机已有的研究,推断国内耐水解吐霜试验机的研究会向以下方面发展。

   (1)自主研发出汗假脚。实际生活中,人脚各部位出汗量是不均匀的,而目前出汗假脚只能模拟均匀出汗,所以,研制未来的出汗假脚应能更加真实地模拟人脚出汗过程、真实地反应脚出汗情况,同时可以通过无线方式实现出汗假脚和外部控制系统的数据传输,这样便于将出汗假脚用于任何环境测试。

   (2)成鞋透水汽性测试技术的标准化发展。在耐水解吐霜试验机器的研制上,应根据大量的试验确定最佳的蒸汽时间、蒸汽速率等,并对密封件进行技术改良,减少系统误差和人为操作误差。现在国内市场还没有科学的测试仪器及评价方法来表征成鞋的透水汽性能,且尚未制定并执行统一的成鞋透水汽性性能指标,因此在研究时应制定相应的耐水解吐霜试验机的检测评佑方法和优劣等级标准,这样才能规范企业的生产行为。

   (3)广泛了解国外鞋类产品检验领域标准和检测设备,并应用正确有效的方洲各其运用到国内成鞋透水汽性测仪研制过程中,以提高检测结果精度,更好地服务于鞋类产品出口。

    总之,耐水解吐霜试验机的研究应符合人类工效学,缩短实验周期,降低实验成本,提高测试精确度与重复性。


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