成品鞋功能性测试研究

胡浩平，陈志村

(上海天祥质量技术服务有限公司，上海200233)

0 前言

成品鞋的功能性测试越来越受到关注。为满足日常穿着的安全性或在特殊环境下防止摔倒，防滑性能鞋类产品的选择增多。为满足慢跑或日常健步的需求，选择具有减震功能的鞋款对于保护膝盖和脚踝具有一定的积极意义。从卫生学角度来看，具有一定透气性的成品鞋，有利于鞋腔内外气体的交换[1]，改善穿着的舒适性。在户外活动或远足中，鞋类的防水功能必不可少，另外在冬季或钓鱼等活动场景下，鞋品的保暖性能也成为关注点。

功能性鞋类的品质不能仅靠外观来判断，针对鞋类设计的相关技术因素选择合理的性能测试方法十分重要。从多项功能性测试中，挑选出五种

收稿日期：2022-04-27

作者简介：胡浩平（1966—），男，本科，高级经理，主要从事鞋类和皮革的检测和技术研究工作。较常见的测试项目，即防滑性能、减震性能、透气性、防水性和保暖性测试,并对其进行阐述和介绍。

1 防滑性能测试

防滑性能对成品鞋穿用时的安全性有重要影响。防滑性能的测试方法主要有两类，一类为成品鞋测试法，另一类为取样测试法。

1.1 相关标准

1.1.1 成品鞋测试法

目前，常用的成品鞋防滑性检测方法有GB/T 3903.6—2017《鞋类通用试验方法-防滑性能》，GB/T 28287—2012《足部防护 鞋防滑性测试方法》和ASTM F2913—2019《使用整鞋试验器检测鞋具和测试平面/地板防滑性能而进行评估用的测量摩擦系数的标准试验方法》等。

1.1.2 取样测试法

我国现行的取样方法有HG/T 3780—2005《鞋类静态防滑性能试验方法》。国外取样测试的方法较多，如ASTM F1977—2005《便携式可倾斜铰接支柱滑动试验机（PIAST）使用的标准试验方法》，ASTM F489-96e1《詹姆斯机器使用的标准试验方法》，ASTM F609-05—2013《使用侧向牵引滑动计（HPS）的试验方法》等，虽然以上ASTM 标准已作废，但是国外很多客户还在坚持采用相关方法。

与成品鞋测试方法相比，取样测试法操作相对容易、设备结构较简单、测试成本较低廉，但测试周期短，因此适合用于工厂自测质量控制，或用于对交期有严格要求的客户。

1.2 方法介绍

1.2.1 原理

上述4 种不同的成品鞋测试方法所用设备基本一致，以SATRA TM 144鞋子止滑试验机为例，介绍防滑性能的测试。

该方法模拟人行走过程中，后跟先着地，前掌后离地的模式，对前掌和后跟进行测试。同时，对于可能以整鞋水平着地的方式行走的婴幼儿或其他特殊情况，也会考核其整鞋水平模式的防滑性能。

测试原理为：鞋底和测试界面接触，在短时间内受到规定垂直力的静态接触，然后以恒定的速度相对于另一个水平面移动。在运动开始后的某一时间测量水平摩擦力，并以此计算动摩擦系数。

1.2.2 测试模式

根据SATRA TM 144-2021《鞋类防滑性测试方法》，分为前掌模式、后跟模式和水平滑动模式，测试模式见图1。

图1 防滑性测试模式图

前掌模式是指与行走过程一样，前掌向后相对滑动，如图1（a）所示。后跟模式是指与行走过程一样，后跟向前相对滑动，如图1（b）所示。水平滑动模式是指与行走过程一样，整鞋水平向前相对滑动，如图1（c）所示。

1.2.3 测试界面和介质

常用的测试界面有方砖（或称红砖）和陶瓷砖。根据鞋的用途，标准中也提供其他相应界面。比如，对于室内拖鞋，除了以上两种界面，还可以选用木地板（抛光或不抛光）、PVC板、地毯等；对冬天穿用的鞋，提供了模拟冰面防滑界面；对特殊环境穿用的鞋，可以选择不锈钢板和混凝土界面等。

常规测试中，选择无测试介质和三级水，即干态测试和湿态测试。对于特殊用途的鞋款，可以选用十二烷基硫酸钠溶液、水油混合溶液等介质。

1.3 测试结果和要求

防滑性能测试方法计算的是鞋底与测试界面接触滑动后0.1 s 时垂直方向的施加力和水平方向的摩擦力的比值，即为此时的摩擦因数，可以用μ表示。

依据商业标准，常规穿用的鞋款，无论是前掌还是后跟，干态和湿态的摩擦系数要求定为不小于0.30。对于童鞋，一些客户会增加平掌测试，其要求定为μ≥0.40 或μ≥0.50。有些客户，会有更高的要求，如干态μ≥0.70 或μ≥0.50，湿态μ≥0.30 等。对于安全鞋，则需遵循ISO 20345—2021《个人防护设备—安全鞋》中的要求。

2 减震性能测试

减震系统是运动鞋中最重要的组成部分。运动状态下当脚落地时，会产生相当大的冲击力。有研究发现，使用减震性差的鞋子在剧烈运动后会明显地造成关节损伤[2]。

2.1 相关方法

评估减震性能的方法有SATRA TM 142—1992《落锤减震试验》和GB/T 30907—2014《胶鞋 运动鞋减震性能试验方法》等。

2.2 方法介绍

以SATRA TM 142 为例，其减震性能测试原理为，将具有球形下表面的固定质量的冲击锤从预定高度做垂直自由落体运动，下落到试验试样上。在冲击过程中，记录冲击头的最大减速度和材料的压缩深度。最大减速度越小，材料的减震性能越好。同时也测量冲击头的初始反弹高度，并以此计算能量回返数据。

2.3 结果表达和要求

最大减速度，其单位为m/s2。最大减速度反映鞋的缓冲性能。其数值越大，材料的缓冲性能越差，鞋品在穿着使用时受到的冲击也越大。数值越小，缓冲性能越好，不同用途的鞋款对其要求也不同。以对减震性能要求较高的慢跑鞋为例，依据行业标准，其前掌的最大减速度≤250 m/s2，后跟

≤180 m/s2。

材料压缩深度，其单位为mm，表示材料的软硬度。数值越大，材料越柔软，反之说明材料越硬。慢跑鞋的要求一般为前掌6~8 mm，后掌8~10 mm。由于慢跑鞋要求鞋底（包括内底、中底、外底）不能太硬，否则影响长距离跑步的脚感；也不能太软，否则影响跑步发力。

能量回弹，其计算方式为第一个反弹高度与初始下落高度的百分比。该数值越大，测试样的弹性就越好，反之则越差。以慢跑鞋为例，前掌的能量回弹≥35%，后掌的能量回弹≥40%。

3 透气性性能测试

鞋子穿着过程中，脚部会产生一定的湿气，排湿透气性好的鞋类给人身心愉悦的享受，否则不但影响人的生理舒适感受度，同时也降低了消费者对品牌的忠诚程度。因此，透气性的客观评估是影响品牌口碑的重要因素。

3.1 相关方法

3.1.1 整鞋测试法

国内外均有评估整鞋透气性的相关方法，如SATRA TM 376—2009《新式水分管理测试》和GB/T 30397—2013《皮鞋整鞋吸湿性、透湿性试验方法》。

这一类测试，以SATRA 方法为例，将标准袜套到脚模上，并穿在测试鞋上，脚模保持稳定的温度，并以规定速度泵水，使水从脚模表面渗出，模仿出汗。在一定时间后，确定每个单独的部件（鞋、鞋垫、标准袜）的吸湿量，并计算蒸发到周围环境中的水分的质量，以此来衡量成品鞋的透气性。

这种方法能够直观地判断整鞋的透气性能。对于追求高质量的高端鞋类，可以作为一种营销手段。但是鉴于当前的设备情况，不同厂家生产的脚模（鞋楦）规格较难统一，其导热性无法进行有效控制，不同的机器测试结果存在差异，从而导致测试结果平行性较差。进口设备价格高，测试成本较高，因此暂时没有得到广泛应用。

3.1.2 材料测试法

材料测试法有ISO 20344—2021《个人防护设备.鞋类的试验方法》和GB/T 20991—2007《个体防护装备鞋的测试方法》水蒸气渗透性的测定。

对材料如鞋面、衬里和鞋垫分别进行材料测试。虽然在制作为成品鞋的过程中，不同部位对鞋品整体的透气性有影响，但是由于材料相同，能够反映成品鞋的透气性。因此，本文以材料测试法介绍鞋类的透气性。

3.2 测试原理

测试前，先对试样进行一定次数的曲折前处理。然后在曲折后的试样上取样。测试样品固定在一个含有固体干燥剂的测试瓶口，固定时，贴近脚的一面方向向外。在标准测试环境下［温度：（23±2）℃；相对湿度：（50±5%）］，将测试瓶放入较强气流中。转动测试瓶，干燥剂通过容器的旋转而保持运动，测试瓶内的空气不断受到干燥剂的搅动。在试验开始和结束时称取测试瓶质量，根据差值确定干燥剂吸收的水分质量。

3.3 测试结果表达和要求

该方法以水蒸气渗透率Pwv来衡量透气性能。透气性能计算见式（1）。

式中：∆m——试验开始和结束时测试瓶的质量差，mg；

d——测试瓶口直径，mm；

t——测试时间，min；

7 639——常数，由π、半径换算成直径以及分钟换算成小时计算得出[3]。

依据行业内的标准，鞋面的水蒸气渗透率≥0.8mg(mm2∙h)；而对于衬里，其水蒸气渗透率≥2.0mg(mm2∙h)[4]。

4 防水性能测试

成品鞋的防水性能不良，易使水渗入到鞋体内部，污染鞋内空间，造成脚部极大的不舒适影响。

4.1 相关标准

4.1.1 动态防水

动态防水测试主要模拟成品鞋的日常穿着状况，测试其在弯折运动状态下的防水性能表现。广泛应用的方法有GB/T 16641—2019《鞋类整鞋试验方法动态防水性能》和SATRA TM 77—2017《整鞋防水曲折测试》等。

4.1.2 静态防水

静态防水测试主要测定成品鞋在静止状态下的防水性能。测试方法有HG/T 3664—2015《胶面胶靴（鞋）耐渗水试验方法》和ISO 2023—1994《橡胶鞋工业硫化橡胶衬里鞋规范》等。

4.2 方法介绍

4.2.1 动态防水

（1）国标方法

国标方法为GB/T 16641—2019《鞋类 整鞋试验方法动态防水性能》，该方法将成品鞋放在水箱内进行弯折，检查鞋内水的渗入情况。

测试时将成品鞋安装到动态防水性能试验机上，水箱中加入水，方法中给出了三种水位线的高度，可以根据需要选择。水位线达到规定高度后，试验机以一定角度和频率（曲折角度45°±1°，曲折频率60次/min），推动鞋的前掌弯曲，模拟行走状态进行试验，测定水从鞋外透入鞋内所需的透水时间和弯曲次数。

（2）SATRA方法

SATRA 方法中常用的防水曲折测试为SA⁃TRA TM 77—2017《整鞋防水曲折测试》。该方法与GB/T 16641—2019的主要区别在于，GB/T 16641—2019 的曲折方式为后跟固定，抬起前掌反复曲折。而SATRA 方法为，固定前掌，后跟反复抬起做曲折运动。除此之外，其曲折频率规定为（140±10）次/min。曲折角度标准中未具体规定，建议以实际穿着曲折角度为准。关于水位线的高度，标准中对不同鞋款，给出了建议，如对于日常穿着用鞋，水位线在鞋口位置即可；若是防水鞋，建议水位线的高度为鞋口线以上5 mm。

4.2.2 静态防水

常用的方法有HG/T 3664—2015《胶面胶靴（鞋）耐渗水试验方法》，ISO 2023—1994《橡胶鞋有衬里工业靴》条款6，两种方法大同小异。本文以HG/T 3664—2015来介绍静态防水。

（1）充气法

在该方法中，用胶轮将鞋口密封，保证密封鞋腔内充入足够压缩空气，当鞋内空气压力达到（10±1）kPa 后，将鞋浸入水槽中进行测试（水面距离鞋口40~75 mm），并使压力稳定（30±2）s，观察成鞋表面是否有气泡冒出。

（2）浸泡法

浸泡法测试中的主要测试流程是将试验用成鞋胶面直接浸入到水中，保证水面距离鞋口距离大约25~30 mm 左右，在经过（16±0.5）h 浸泡后取出，检查成鞋渗水程度。

4.3 结果表达和要求

4.3.1 国标方法

以透水时的弯曲次数或时间表达测试结果。在行业标准中，对于具有防水功能的鞋款，规定10 000次曲折不透水[5]。

4.3.2 SATRA方法

以透水时的弯曲次数作为测试结果，还需报告透水面积和透水部位。在很多客户的技术手册中，要求曲折15 000次无透水。

4.3.3 充气法

测试过程中，如果没有气泡冒出，即为通过测试。

4.3.4 浸泡法

测试后，检查鞋内是否有透水，没有透水即为通过测试。

5 保暖性能测试

鞋类保暖性能是评价棉鞋优劣的重要指标之一，其保暖性能参数能否满足国家标准要求将直接影响到成鞋的产品质量和消费者的权益。目前有两类保暖测试方法，一种采用脚模法，另一种采用钢珠法。

5.1 脚模法

常用方法为SATRA TM 436—2010《鞋类整鞋保暖值和冷等级的测定》和GB/T 33393—2016《鞋类整鞋试验方法稳态条件下热阻和湿阻的测定》。

以SATRA 方法为例，将标准袜套到脚模上，并穿在测试鞋上，脚模的中心装有加热线圈。鞋/袜组合的保暖性通过测量维持脚模处于高于周围环境的稳定温度所需的电能、维持脚与周围环境之间的温差以及脚模的表面积来确定。此外，参考一系列活动水平相关的预定热损失值，该方法还引入了保暖等级的概念。

这种方法模拟日常穿着出汗情况，更加趋近于实际使用状态。但是由于该方法所使用的设备造价高昂，不同厂家的耗材（脚模、标准袜等）存在差异，所以导致该法难以得到推广。

5.2 钢珠法

常用方法遵循GB/T 21284—2015《鞋类整鞋试验方法保温性》条款6.1和ISO 20877—2011《鞋类成鞋试验方法保暖性》条款6.1。相较于脚模法，钢珠法所使用的设备价格更低廉，且不同厂家耗材差异小，所以钢珠法一直作为主流测试方法而被广泛采用。

本文以此方法来介绍保暖性能。

5.3 方法介绍

将热电偶的一端安装在内垫的前掌位置，以钢珠作为热导体，填充到鞋腔内。钢珠可以较好地适应不同的鞋款内腔，并模拟人脚的足部温度变化。鞋腔内填充4 kg钢珠，如果鞋面高度不足，可在鞋领口装一项圈以增加高度，将鞋领口密封，记录此时热电偶的温度示值。预先把低温箱的温度设置为-17 ℃，达到该温度后，放入测试鞋，30 min后记录热电偶的温度示值，以此过程中热电偶的温度变化来评价鞋的保暖性。

除了标准中规定的-17 ℃，在严寒地区或极端环境中穿着的鞋，部分客户会选择更加严苛的测试温度，如-30 ℃或-40 ℃。

5.4 结果表达和要求

该方法以30 min 内测试样鞋腔内的温度降低值作为最终的测试结果。行业标准要求30 min 内鞋腔内的温度降低幅度不超过10 ℃[6]。

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6 结论

阐述了多种成品鞋功能性测试的方法，既包括现行广泛应用的测试标准，也有虽作废但客户坚持采用的行业标准。通过对防滑性、减震性、透气性和保暖性等功能性测试方法特点的分析，为研究鞋类测试领域的相关人员提供相应建议，也可为制鞋厂或品牌商提供不同功能性鞋款测试种类的选择提供参考。