基于红外热成像技术的鞋类散热、保暖性能指标体系的构建

石娜(浙江工贸职业技术学院，浙江温州325003)

基于红外热成像技术的鞋类散热、保暖性能指标体系的构建

石娜
(浙江工贸职业技术学院，浙江温州325003)

皮鞋散热性能是影响穿着舒适性能的主要指标之一。现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

1　指标体系制定的背景和意义

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，就会造成鞋内温湿度过高，从而产生不舒适感觉。目前，皮鞋生产工艺依然离不开胶水的使用，为了使鞋帮面造型挺拔，增强穿着时的强度，帮面要刷胶固定衬布和里皮，这就严重削弱了帮面结构的透气性能，从而使本应具有天然透气性能的真皮皮鞋透气性大打折扣。

在以往的研究中很多学者使用温湿度测量仪对鞋靴的舒适性能进行测试，温湿度测量仪的弊端在于其不能实时的对鞋靴的温湿度变化进行监控，而只有当试穿者脱下鞋子后才能测试，并且测试温度仅在鞋内，而不能确定具体位置，这些因素必然造成鞋内温湿度变化测试误差较大，以此得到的相关数据的可信程度也受到质疑。为了提供评价鞋靴散热、保暖性能的标准体系，研究影响这些性能的参数指标，探寻一种非接触式实时监控鞋靴温度变化的设备显得尤为重要。

基于红外热成像技术的鞋靴散热、保暖性能指标的研究，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、保暖性能，为改善鞋靴舒适度设计具有现实的意义。

2　国内外研究现状和发展趋势

国内对红外热成像技术的研究始于20世纪70年代，到80年代初，我国在长波红外元件的研制和生产技术上有了一定进展。80年代末和90年代初，我国已经研制成功了实时红外成像样机，其灵敏度、温度分辨率都达到很高的水平。进入90年代，我国在红外成像设备上使用低噪音宽频带前置放大器，微型致冷器等关键技术方面有了进展，并且从实验走向应用。目前红外热成像技术应用较为广泛，较为典型的有能源行业、建筑行业、电力监测、医疗行业及部分制造业等，且其应用领域也正逐步扩展中。

目前，红外热成像技术在制鞋领域的应用尚处于起步阶段，据资料显示在国外运动鞋功能研发中使用红外热成像技术的仅是德国阿迪达斯一例，阿迪达斯研发人员为了研发一款具有超乎寻常的透气功能鞋，借助红外热成像仪对帮面材料透气孔结构进行改进，同时针对足部的散热特点，有针对性的选择透气孔开设位置，有效地提升了产品的透气性能，至今这款科技研发产品仍然在市场中畅销（如图1、图2所示）。

图1　Adidas红外测试效果图　

图2　Adidas红外热成像测试图

3　指标体系的构建

3.1构建原则

在充分分析脚部升温、散热状况、鞋材散热保暖指标、鞋类结构与各自独特性的基础上，遵循以下原则选择建立指标体系。

3.1.1科学性性原则

指标的选择从脚部温度变化指标入手，因为这能够充分体现基于行走状态的脚部温度变化、散热情况及外界温度变化状态下达到脚部保暖所应选取材料的情况。在指标研究方面包括脚部热量分布、鞋材散热与保暖、鞋类结构与散热保暖的关系三大方面，以及各种系统下子项目的针对性、独特性。

3.1.2整体性原则

指标的选择，能够涵盖脚部温度变化、鞋材应用及鞋类结构设计的全过程，覆盖了基于温度变化情况下鞋舒适度的指标和应用。包括直接观测指标、实验指标和调查指标。

3.1.3通用性原则

基于红外线成像技术的鞋类散热保暖指标的选择，能够整体适用于不同地域范围的不同类型的鞋，而非部分适用并且不局限于某个特定区域。

3.1.4应用性原则

基于红外线成像技术的鞋类散热保暖指标的选择，能够在信息服务中做到获取方便，加工程序简单，产品服务方向明晰，易操作，并付诸实际应用。

3.2基于红外热成像技术的鞋类散热、保暖性指标体系（如图3所示）

4　各项指标分析

4.1脚部温度变化

以往的脚部温度变化研究中，很多被试者是将脚部内外踝作为测试分界来研究。此次指标设定将脚部分为脚面和脚底两部分分别研究，这种分区方式便于整体性、综合性反馈脚部温度变化。指标数据对鞋类设计中面、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。

4.1.1脚背部位温度测定

脚的各关节静止和行走一段时间之后，脚背部位的热量分布出现不均匀现象。借助红外热成像技术测定脚背各特征部位温度，脚背温度测定点为：SP1～SP5脚趾关节、SP6第一跖趾关节、SP7第五跖趾关节、SP8跗骨凸点。图4所示的是红外热成像下的脚背图。

图3　基于红外热成像技术的鞋类散热、保暖性指标体系

图4　红外热成像下的脚背图

4.1.2脚底部位温度测定

脚底肉头分布较多，在行走一段时间后，脚底各部位出现升温不均匀现象。借助红外热成像技术测定脚底各特征部位温度，脚底温度测定点为：SP1～SP5脚趾、SP6脚趾窝、SP7脚掌突度、SP8腰窝部位、SP9后跟踵心。图5是红外热成像下的脚底图。

4.2鞋材散热、保暖性能

制鞋用鞋材，在考虑影响其散热、保暖性方面，主要集中在帮面材料、鞋里材料、制鞋辅料方面。制鞋常用帮面材料中人工革在散热保暖性能方面明显低于天然皮革材料，此标准对人工革材料不列入测试范围。主要从鞋用皮革面料猪皮、牛皮、羊皮三大类入手进行指标检测。鞋里材料主要有皮革、帆布、人造里料，里料在鞋的制作中起到吸汗、保暖的作用，里料的加入会对鞋的散热性降低。在制鞋中除了帮面和里料之外，在面里之间添加的辅料对鞋的散热和保暖也有很大的影响。常见的制鞋辅料有：定型化学片、海绵、底芯、内底板等。以上材料的检测指标分散热性检测和保暖性检测两个方面进行。

图5　红外热成像下的脚底图

4.2.1帮面、鞋里材料的散热保暖性

散热性。分别用猪、牛、羊皮制成同款无鞋里和有鞋里皮鞋（分别制作帆布里、皮革里、人造革里三种鞋），通过试穿者穿鞋前及行走30分钟后鞋帮表面温度、湿度及内腔温度、湿度的分别测定确定皮革、里料的散热性能指标。

保暖性。分别用猪、牛、羊皮制成同款无鞋里和有鞋里皮鞋（分别制作帆布里、皮革里、人造革里三种鞋）皮鞋。被测者在室温10℃状况下赤足静止15分钟测试脚部温度，通过测试穿不同鞋后30分钟的脚部温度变化判定不同类型皮革、里料的保暖性。

4.2.2制鞋辅料的散热保暖性

在帮面和鞋底两部位进行测试，帮面添加不同辅料：主跟、内包头、刷胶、海绵添加后及鞋底添加不同辅料：内底、半内底、填芯、鞋垫。被试者初期脚背、脚底温度及行走30分钟后脚部温度的变化以此来判定鞋帮、鞋底不同辅料的散热保暖性。

4.3鞋类结构与散热保暖的关系

4.3.1鞋帮结构与散热保暖

根据脚部温度变化部位，分别在脚跗背、脚腰窝、脚趾窝部位采取不同的镂空形式做成相同面料、里料、辅料，不同鞋帮结构的成品鞋让被试者试穿行走30分钟，通过感觉试验和红外线测温试验判定不同结构鞋的散热性。通过改变鞋的结构减少镂空的方法，设计不同结构，采用相同材料制作的鞋。被试者在室温10℃状况下裸足静止15分钟测试脚部温度，通过测试穿不同鞋后30分钟的脚部温度变化，及感觉试验结果判定不同结构鞋的保暖性。

4.3.2鞋底结构与散热、保暖

通过在鞋底装置凹缺槽、气腔、打排气孔等形式将空气喷向脚趾和脚掌部位带走湿气进行散热。制做不同排气结构的鞋底并制成同帮面、里料、辅料材质的鞋，让被试者穿不同结构鞋底的鞋行走30分钟后测定脚底温度的变化判定不同鞋底结构的散热性。

通过在鞋底添加升温装置和动能升温仪的形式，增加脚底保暖是当前比较超前的鞋底保暖结构。由于该结构尚在实验阶段，无法进行指标确定。

[1]花卉,柯宝珠,王彬清.基于红外热成像技术的脚部温度分布测试[J].上海工程科技大学学报,2015,29(2):119-123.

[2]李云红,孙晓刚,刘飒.基于红外成像技术的碳纤维织物导热性能研究[J].西安工程大学学报,2009,23(3):55-58.

[3]宴虹,朱威,陈旭峰,黄雅莉.基于红外热成像系统的鞋类散热性能研究[J].中国皮革,2014(3):113-115.

（责任编辑：卢行芳）

Research on theApplication of Leather Shoes Heat Dissipation Based on Infrared Imaging Technology

SHI Na
(Zhejiang Industry＆Trade Vocational College,Wenzhou,325003,China)

Thermal performance of the leather shoes is one of the main indicators to affect the wearing comfort.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 author proposes recommendations for improvement concerning the site of the heat dissipation and the amount of perspiration from the upper structure design,material selection,sole structure design,etc.

infrared imaging;cooling;ventilation

TS943.1

A

1672-0105(2015)04-0038-04

10.3969/j.issn.1672-0105.2015.04.010

2015-10-01

石 娜，硕士，浙江工贸职业技术学院副教授，主要研究方向：鞋类设计。