植物性填充材料家居鞋填充量与保暖性能关系研究

李亚娟，王红歌，仝夏平

(河南工程学院 服装学院，河南 郑州 450007)

人体足部距离心脏最远，若是长时间坐着或者站着容易引起足部供血不足，热量不能及时传递到足部，故有“脚暖全身暖”之说.足部温度在28～33 ℃人体最感舒服，如果脚的温度低于22 ℃就会影响局部血液循环，使人感觉不舒服[1].在寒冷的冬季，足部保暖已成为人们关注的重点和焦点.目前，许多专家和学者对鞋子的保暖性能展开了一系列的研究，主要集中在对新型保暖鞋的研发[2-3]、保温材料的研制[4]、保暖鞋的结构[5]、鞋子保暖性能仪器的研发和测试方法的研究[6-9]等方面，大多数研究都是针对军用防寒靴和冬季外穿鞋子的研究，对于冬季家居鞋的研究尚属空白.

本研究针对一种新型功能性家居鞋，目前此种类型的家居鞋国内市场尚未开发.家居鞋内含有颗粒状填充材料，通过一定时间的加热，可保持较长时间的保暖性能.利用客观测试的方法，对颗粒填充物的填充量与保暖可持续时间的关系进行了研究，可为国内企业研发家居鞋相关产品的填充量提供理论依据，为消费者对该类产品的选择和应用提供理论指导，改变消费者对家居鞋的认识，培养一种新的生活观念.

1 实验

1.1 实验样品的选择

图1 实验用样品Fig.1 Sample of the test 注：实验用样品从左到右依次为小米、决明子、荞麦壳、樱桃核和葡萄籽.

资料显示在国外市场上出现了一种具有颗粒状填充物的家居鞋，鞋内所填充的材质为油菜籽，具有保暖和按摩的功能.目前，在国内市场上，颗粒状填充物如荞麦皮、蚕沙、决明子等较多用作枕头的填充材料.为了研究颗粒状填充物的保暖性能，本实验选择了5种颗粒状填充物——葡萄籽、荞麦壳、小米、决明子和樱桃核，这5种颗粒状填充材料不但对脚底有一定的按摩作用，而且还具有一定的医疗保健作用.在5种颗粒状填充物中，荞麦壳属于壳状，作为鞋底的填充材料来说受压性较弱，所以作为对比样来进行测试分析.

1.2 实验用试袋

图2 实验用试袋Fig.2 Sample bag of the test

选用纯棉白坯布作为填充物的样袋，制成大小为10 cm×15 cm的试袋.为了测试数据的准确性和均匀性，在试袋上分别取5点，分别为中心点、中心点上下4 cm的两点、中心点左右2 cm的两点，并分别记为1点、2点、3点、4点和5点.在测试中，试样袋的温度为5点温度的平均值，试袋样品如图2所示.

1.3 试样填充量

每种填充物用相同的试袋，但填充量不同，填充高度分别为1 cm，2 cm和3 cm.样品参数如表1所示.

表1 实验用样品填充量Tab.1 Filling amount of the samples mL

1.4 实验条件

温度为(20±2) ℃，相对湿度控制在(65±2)%，加热时间为60 s.

1.5 实验仪器

微波炉、红外线测温仪、天平、夹子、加热托盘、漏斗、量杯、秒表.

1.6 实验步骤

(1)将1#(1 cm)试袋放入托盘内并用镊子抚平，放在恒温室内平衡24 h，然后测量1#(1 cm)试袋上5点的温度并记录，即初始温度t0.

(2)将1#(1 cm)试袋放入微波炉中加热60 s,迅速取出，快速测量5个点的温度，在前期每隔3 min测量5点温度，15 min后每隔5 min测量一次，直到试袋恢复到初始温度t0为止.然后，将上述试袋继续放在恒温室内平衡24 h.

图3 葡萄籽填充量与保暖性关系曲线Fig.3 Relationship curve between filling amount and the heat retention for grape seeds

(3)将1#(1 cm)试袋第二次加热，测量过程同(2)，测量结束后将上述试袋继续放在恒温室内平衡24 h.

(4)将1#(1 cm)试袋第三次加热，测量过程同(2)，测量结束后将上述试袋继续放在恒温室内平衡24 h.

(5)测量结束后,开始同类试袋的第二个试袋1#(2 cm)和1#(3 cm)的测试，测试过程同(1)～(4)，每种填充物试袋3个,3次测量求平均值.

(6)1#样品做完后，开始2#，3#，4#和5#样品的测试，测试方法同1#试样.

2 实验结果与分析

2.1 葡萄籽填充量与保暖性能关系分析

不同葡萄籽填充量的测试结果如图3所示.

由图3可知，加热时间相同，试样填充量越少，取出温度越高.前50 min，3条曲线相差较大，填充厚度为1 cm的试样散热最快；50 min后，3条曲线趋于平缓，散热速率相差较少.前25 min，厚度为2 cm的试样温度高于厚度为3 cm的试样，25 min后，厚度为3 cm的试样温度高于2 cm的试样.由此可知，加热后，由于热量相互传递，具有不稳定性.加热60 s后，1 cm厚的试样可持续保暖55 min,2 cm厚的试样可持续保暖 70 min,3 cm厚的试样可持续保暖70 min.从取出温度、鞋子质量及经济性等角度考虑，葡萄籽试袋最佳的填充厚度为 2 cm，可持续保暖约70 min.

图4 荞麦壳填充量与保暖性关系曲线Fig.4 Relationship curve between filling amount and the heat retention for buckwheat

2.2 荞麦壳填充量与保暖性能关系分析

不同荞麦壳填充量的测试结果如图4所示.

由图4可知，加热时间相同时，试样填充量越少，取出温度越高.荞麦壳3种厚度加热60 s后，变化最明显的是取出温度.这是由于荞麦壳是壳状，里面有较大的空隙，加热时温度更容易上升的缘故.其后，3条曲线差距不大.在前30 min,厚度为1 cm的试样的散热速率高于2 cm试样，但厚度为 2 cm和3 cm的试样散热速率变化不明显.荞麦壳加热60 s后,厚度为1 cm的试样可持续保暖40 min,厚度为2 cm的试样可持续保暖45 min,厚度为3 cm的试样可持续保暖 45 min.从取出温度、鞋子质量及经济性等角度考虑，荞麦壳试袋最佳的填充厚度为2 cm，可持续保暖45 min.

图5 小米填充量与保暖性关系曲线Fig.5 Relationship curve between filling amount and the heat retention for millet

2.3 小米填充量与保暖性能关系分析

不同小米填充量的测试结果如图5所示.

由图5可知，加热时间相同时，试样填充量越少，取出温度越高.在前60 min，厚度为1 cm的试样温度下降速率明显高于2 cm的试样，60 min后散热速率基本相同.前40 min，2 cm的试样散热速率高于3 cm的试样，40 min后曲线平行，散热速率基本相同.前 20 min，厚度为2 cm的试样温度高于3 cm的试样，20 min后3 cm的试样温度高于2 cm的试样.由此可知，在散热过程中，由于热量相互传递，具有不稳定性.小米加热 60 s后,厚度为 1 cm的试样可持续保暖80 min，厚度为2 cm的试样，可持续保暖110 min，厚度为3 cm的试样可持续保暖120 min.从取出温度、鞋子质量及经济性等角度来考虑，小米试袋最佳的填充厚度为 2 cm，可持续保暖时间为110 min.

图6 决明子填充量与保暖性关系曲线Fig.6 Relationship curve between filling amount and the heat retention for semen cassiae

2.4 决明子填充量与保暖性能关系分析

不同决明子填充量的测试结果如图6所示.

由图6可知，加热时间相同时，试样填充量越少，取出温度越高.厚度为1 cm的试样的散热速率明显高于2 cm的试样，厚度为2 cm的试样曲线与3 cm的试样基本平行，可知两者的散热速率基本相同.3 min后，厚度为3 cm的试样温度高于厚度为2 cm的试样，且在60 min时两者差距最小，为1.8 ℃.由此可知，在散热过程中，厚度为3 cm的试样由于取出温度较高，散热速率与厚度为2 cm的试样基本相同，所以其整体温度要高于2 cm的试样；决明子加热60 s后,厚度为1 cm的试样，可持续保暖时间为60 min,厚度为2 cm的试样可持续保暖90 min,厚度为3 cm的试样可持续保暖110 min.随着决明子填充量的增加，保暖时间虽然延长，但在温度差上与厚度为2 cm的试样相差不大，综合考虑其质量及经济性等因素，可以认为决明子试袋最佳的填充厚度为2 cm，可持续保暖时间为90 min.

图7 樱桃核填充量与保暖性关系曲线Fig.7 Relationship curve between filling amount and the heat retention for cherry pit

2.5 樱桃核填充量与保暖性能关系分析

不同樱桃核填充量的测试结果如图7所示.

由图7可知，加热时间相同时，填充量越少的试样取出温度越高.厚度为1 cm的试样的散热速率明显高于厚度为2 cm的试样，厚度为2 cm的试样与 3 cm的试样的散热速率基本相同.这是由于填充量为1 cm时，试袋没有被填充完全，试袋中的空隙较大，所以加热后其散热速度相对较快.在前15 min，厚度为2 cm的试样的温度高于 3 cm的试样，随后3 cm的试样温度反过来高于 2 cm 的试样.由此可知，在散热过程中，热量的相互传递或多或少会影响散热过程中的温度.樱桃核加热60 s后,厚度为1 cm的试样，可持续保暖时间为40 min;厚度为2 cm的试样，可持续保暖时间为60 min;厚度为3 cm的试样，可持续保暖时间为70 min.从取出温度、鞋子质量及经济性等角度考虑，樱桃核试袋最佳的填充厚度为2 cm，可持续保暖时间为60 min.

3 结论

通过对新型功能性家居鞋内颗粒填充物填充量与保暖性的研究可以看出：

(1)加热时间相同时，填充量的不同会影响取出温度，填充量越少，试样取出温度越高.

(2)填充厚度为1 cm的试样温度下降速率明显高于厚度为2 cm和3 cm的试样，厚度为2 cm和3 cm的试样温度下降速率相差不大.

(3)填充厚度为2 cm和3 cm的试样，在前期会出现温度的反复，但从最后阶段看，都是厚度为3 cm的试样加热相同时间后温度要高于填充量为2 cm的试样.

(4)从取出温度、鞋子质量及经济性等角度考虑，填充物试袋内最佳的填充厚度为2 cm.

参考文献：

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