基于红外线成像技术的皮鞋散热应用研究

石娜

（浙江工贸职业技术学院，浙江温州325000）

基于红外线成像技术的皮鞋散热应用研究

石娜

（浙江工贸职业技术学院，浙江温州325000）

皮鞋散热性能是影响穿着舒适性能的主要指标之一，本文利用红外线成像设备对脚面和脚底两个部位进行了散热性能测试，根据测试结果，对散热、排汗量大的部位从帮面结构设计、材料选择、鞋底结构设计等方面提出了改善的建议。

红外线成像；散热；透气

鞋类的舒适性包含很多因素，其中温、湿度变化对鞋靴的舒适性影响至关重要。鞋类产品长时间穿着，足部在鞋靴内产生的温度和湿气如果不能及时的通过帮面排出鞋外，就会造成鞋腔内温、湿度过高，从而产生不舒适的感觉。基于红外热成像技术可以感测鞋靴内部温度、湿度的变化，利用红外热成像仪具有不干扰被测试物体运动测量表面温度分布特征的技术优势，能够真实反映鞋-足组合后表面温度变化的规律，从而能更精准的观察鞋靴散热、除湿、保暖等性能，为改善鞋靴舒适度设计具有现实的意义。在该研究基础上，选择合适的材料及结构调整制鞋工艺和设计有利于调高鞋的舒适性，满足消费者的需要。

1　红外成像技术测得的鞋内温度变化情况

在以往的这类研究中，很多受测者是将脚部内外怀作为测试分界来研究。此次研究将脚部分为脚面和脚底两部分分别研究，这类研究结论的提出对鞋类设计中里料及辅料的选择、便于排湿、散热结构的合理设计更有指导意义。

1.1脚面温度变化测试

选取4名受测人员，在静止不穿鞋及穿普通鞋行走半小时后分别利用红外成像技术测试脚面的脚大拇指端点、脚背跖趾部位、脚背跗骨凸点部位的数据。测试前后温度数据变化见表1。

1.2脚底温度变化测试

表1　两种状态下脚面各部位温度变化

表2　两种状态下脚底各部位温度变化

选取4名受测人员，在静止不穿鞋及穿普通正装鞋行走半小时候后，分别利用红外成像技术测试脚底脚趾窝点、前掌突度、腰窝部位及脚踵心部位的数据。测试前后温度数据变化见表2。

从以上两组实验数据来看步行后与静止状态相比脚部温度都有明显升高，对于脚背位置温度升高最高的是跗骨凸点位置，该位置为脚部动脉血管比较集中的位置，行走引起温度的变化比较明显。在脚底部位温度升高最大的是脚趾窝点和腰窝部位，脚趾窝比较密闭，易于在行走中囤积热量难以发散，形成了升温明显区域。

2　基于测试结果对制鞋材料、帮面结构和鞋底结构的分析

2.1制鞋材料选取分析

基于以上实验数据表明脚部不同部位在行走一段时间后温度及湿度的变化是不同的，为了提高鞋的舒适性。在鞋设计中选取不同的材质在不同部位显得尤为重要。正装鞋一般帮面选用真皮材料，真皮材料的吸湿排汗效果比较好，要实现针对不同部位选择材料主要是考虑里料、辅料和与脚底贴合紧密的鞋垫材料的选择。

2.1.1里料的选择

常用鞋里材料有皮革、人工革和棉布，这三种材料中按透气性和吸湿性从高到低的排序为棉布＞皮革＞人工革。为了保证脚部舒适性，在脚部湿度变化大的部位建议选取棉布或皮革材料。棉布材料吸湿排汗性好，但是耐磨性较差，脚跟部位的温度变化是由于在行走中脚部的摩擦引起的升温，因此建议在鞋腔前部即前帮鞋里处选取棉布材质，在脚后跟处选取皮革材质的里料。这样的搭配不但可以满足脚部排汗透气的需求还能满足鞋的穿用效果和时间。

2.1.2辅料的选择

正装皮鞋为了达到外型挺括美观、保型性好的特征，在生产中需要加入较多的辅料。常用辅料为：衬布、海绵、定型化学片、钩心、底芯等等。这些常用辅料中很多材料是合成材料，虽然他们能使鞋挺括、保型性好，但是其透气性和吸湿性较差，甚至很多辅料的存在，已经削弱了帮面真皮的调温、吸湿的作用。在正装鞋制作中尽量选用天然材料作为辅料，比如：真皮的主跟、内包头、帆布衬布、竹木钩心等等，这些材料的选用会大大提高成鞋的调温、吸湿性。

2.2鞋类帮面结构设计分析

由于在行走中鞋腔内部温度变化不均衡，在正装鞋的设计中也可以从结构方面考虑。提高鞋的透气散热性从而起到调整行走中鞋腔温度，提高舒适性的目的。

2.2.1利于跗骨凸点位置的散热性结构设计

无橡筋的舌式鞋（图1）由于跗骨部位没有了部件的层层包裹，而且鞋舌结构相对开放故而易于达到透气散热的目的。在脚部跗骨处凿洞设计的布洛克鞋（图2）由于空洞的存在，提高了鞋腔的散热性。跗骨处无部件或仅有几根条带的凉鞋（图3）脚部皮肤裸露多，非常利于跗骨部位的散热。

2.2.2利于脚窝、腰窝部位的散热性设计

大多数鞋款前头封闭设计导致脚趾窝部位很难实现散热，女鞋中的鱼嘴式鞋（图4），脚趾前部镂空能实现脚窝处的空气流通，达到散热的效果。男鞋中的前帮装饰花孔的布洛克鞋（图5）也能起到在脚趾窝部位散热的作用。女鞋款中的前后满中空式结构的皮鞋（图6）由于腰窝部位设计为镂空，也能很好的达到到散热效果。

图1　无橡筋舌式鞋

图2　跗骨处装饰花孔的布洛克鞋

图3　跗骨无部件凉鞋

图4　鱼嘴鞋

图5　前帮装饰花孔布洛克鞋

图6　前后满中空女鞋

2.3利于鞋底散热的结构设计分析

脚掌是人体汗腺分泌较多的部位，鞋底良好的排气性会使脚汗及时排除，并增加穿鞋的舒适性。现在针对鞋底排气散热的装置很多，例如在鞋底的鞋跟部位上面装置一个凹缺槽，凹槽中放置弹簧，在凹缺上端口贴合胶帽组成一个气腔。在鞋底中有通向气腔的进气管及进气孔，进气管内端口有单向阀，在鞋底中有由气腔通过脚趾和脚掌部位的排气管，各排气管外端口是排气孔，通过脚踩胶帽使气腔吸气和排气，将空气喷向脚趾和脚掌部位带走湿气进行散热，并有保健脚部不得脚气的效果。以著名的运动鞋品牌阿迪达斯为例，其鞋底排气一般出现在运动跑步鞋或训练鞋上。为了运动员穿着舒适，阿迪达斯在底部适当增加了排气孔，其主要功能就是排汗。穿过阿迪达斯鞋底排气的运动鞋的感受是：“排气孔底面，摸上去软软的，排湿效果不错，跑一个多小时也不觉得脚底潮湿”。

鞋底部位增加排气除湿设计，是缓解脚底由于汗湿而产生的不适感的主要手段。但是由于鞋底部位特殊，需要与地面直接接触，因此在此类鞋底的设计过程中，应该考虑灰尘对气孔的堵塞以及地面水汽进入鞋腔。现有的技术手段有两种：一种是采用单向阀，控制脚汗从鞋腔内排出，而避免外界的水汽通过气孔进入鞋腔；第二种是采用气孔加防水透气面料，能够保证内外气体通过气孔进行交换，而水汽由于分子结构大，则被阻绝在鞋腔外。

3　小结

鞋腔内部温度和湿度的变化一直是影响鞋类产品穿着舒适性能的重要因素，利用红外线成像技术可以捕捉到脚部不同部位散热和排湿的程度。将红外线成像设备采集的数据用于鞋类产品的设计，可以帮助生产方进行合理的材料选择、帮面结构和鞋底结构设计，以此提升鞋类产品穿用的舒适度。

［1］石娜.脚型数据库与数字化制鞋［J］.西部皮革，2007，（07）.

［2］邓富泉，弓太生，王小丽.常用制鞋材料热舒适性能初探［J］.中国皮革，2008，（01）.

［3］华学兵.新型防水换气多功能组合鞋底的研究［J］.中国皮革，2011，（18）.

［4］杜少勋，金花，邓富泉.运动鞋材料卫生性能的测试研究［J］.皮革科学与工程，2008，（05）.

［5］阮果清，郑志艺，杨礼，等.跑步运动过程中足底温度变化规律的研究［J］.中国皮革，2011，（06）.

［6］陈大志，陈学灿，毛树禄，等.鞋类生理舒适性研究进展［J］.中国皮革，2013，（06）.

［7］代家群，杜少勋.运动鞋鞋腔温湿度变化研究［J］.皮革科学与工程，2007，（04）.

［8］王清，唐莉萍，欧阳文斌.基于热舒适度的节能型空调控制算法［J］.东华大学学报（自然科学版），2010，（01）.

Research on the Application of Leather Shoes Heat Dissipation Based on Infrared Imaging Technology

SHI Na
（Zhejiang Industry&Trade Vocational College，Wenzhou 325000，China）

Thermal performance of the leather shoes is affecting the wearing comfort is one of the main indicators，in this paper，the author uses the infrared imaging devices for two areas of the instep and sole of the thermal performance test，according to test results，the site of the heat dissipation and the amount of perspirationfromtheupperstructuredesign，materialselection，solestructuredesignproposed recommendations for improvement.

infrared imaging；cooling；ventilation