鄧成亮，沈光來(lái)，王嘉樂，劉炫皓

（1.廣州廣檢技術(shù)發(fā)展有限公司，廣東 廣州，510800；2.廣州檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引言

足部被稱為人體的第二個(gè)心臟，寒冷環(huán)境下足部能否保暖直接關(guān)系著人體健康。作為身體末端，足部離心臟距離最遠(yuǎn)，受供血能力影響，相比于身體其他部位，足部往往更“怕冷”[1]。研究表明，人感覺不舒適大多始于足部的不舒適，足部溫度在28～33 ℃時(shí)人體感覺舒服，足部皮膚在25 ℃時(shí)，人開始感覺到有點(diǎn)冷，如果腳的溫度低于22 ℃就會(huì)影響局部的血液循環(huán)，使人感覺不舒服[2]，到21 ℃以下時(shí)，會(huì)明顯感覺到冷，并伴有不舒適甚至痛感[3]。而當(dāng)腳的溫度下降到7 ℃以下時(shí)就會(huì)有凍傷的危險(xiǎn)[1]。因此，在寒冷的冬季，面對(duì)市面上良莠不齊的鞋靴，如何選擇一雙真正保暖的鞋來(lái)保護(hù)腳部不受寒冷侵襲成為消費(fèi)者極為關(guān)心的問題。市場(chǎng)監(jiān)管部門及第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)如何科學(xué)準(zhǔn)確地測(cè)試及評(píng)估防寒鞋靴的保暖性能，保護(hù)消費(fèi)者的權(quán)益不受侵害，顯得尤為重要。

研究整鞋保暖性測(cè)試方法主要包括主觀測(cè)試和客觀測(cè)試兩個(gè)方向，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于整鞋保暖性測(cè)試形成標(biāo)準(zhǔn)的方法并不多[4]，主要有GB/T 21284-2015《鞋類 整鞋試驗(yàn)方法 保溫性》[5]、ISO 20877:2011 Footwear-Test methods for whole shoe-Thermal insulation[6]、SATRA TM436:2010 Determination of Whole Shoe -Thermal Insulation Value and Cold Rating[7]、GB/T 20991-2007 5.13《個(gè)體防護(hù)裝備鞋的測(cè)試方法防寒性的測(cè)定》[8]和ISO 20344:2011 Personal protective equipment-Test methods for footwear[9]。

其中，GB/T 21284-2015 等同采用ISO 20877:2011，ISO 20877:2011中關(guān)于整鞋保暖性測(cè)試采用了ISO 20344:2011中的方法；而GB/T 20991-2007則是修改采用了ISO 20344:2011的上一個(gè)版本。實(shí)際上GB/T 21284-2015/ISO 20877:2011的樣品制備和試驗(yàn)操作是采用ISO 20344:2011，所以這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試原理和方法是相同的[4,10]，由于測(cè)試過程中需在鞋內(nèi)腔加入不銹鋼珠導(dǎo)熱，簡(jiǎn)稱其為鋼珠法。SATRA TM436:2010在測(cè)試時(shí)使用了人造腳模，簡(jiǎn)稱其為腳模法。本研究選取了10雙棉鞋（靴）分別按鋼珠法和腳模法進(jìn)行了保暖性測(cè)試，并進(jìn)行了保暖性主觀試穿評(píng)價(jià)，分析了三種測(cè)試方法之間的相關(guān)性，為今后整鞋保暖性測(cè)試方法的進(jìn)一步改進(jìn)、保暖分級(jí)指標(biāo)的確定等提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及樣品信息

STM567型整鞋舒適性能測(cè)試儀，英國(guó)SATRA測(cè)試儀器公司；STM472型鞋類防寒性能試驗(yàn)機(jī)，英國(guó)SATRA測(cè)試儀器公司；lk-14-20型步入式冷庫(kù)，廣州東之旭試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

樣品：市場(chǎng)上購(gòu)買的棉鞋，共10雙，編號(hào)為樣品1～樣品10。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

1.2.1 鋼珠法

按GB/T 21284-2015《鞋類整鞋試驗(yàn)方法保溫性》中附錄A.2對(duì)樣品1～樣品10中的左鞋進(jìn)行冷隔絕性測(cè)試，鞋內(nèi)腔加入4 kg直徑為5 mm的不銹鋼球，測(cè)試前在（23±2）℃環(huán)境中至少調(diào)節(jié)3 h。然后將整鞋放入低溫箱內(nèi)，低溫箱溫度為（-17±2）℃，幫面上口用合適的塞子小心塞緊，記錄內(nèi)墊和前幫襯里處30 min內(nèi)溫度降低值，取二者降低值的最大值作為該次的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試3次，取3次測(cè)試的平均值作為該樣品溫降值的最終結(jié)果（此處相比GB/T 21284-2015，增加了對(duì)前幫襯里處溫降值的測(cè)試，以期取得更合理的表征結(jié)果），記為ΔT，單位為℃。

1.2.2 腳模法

按SATRA TM 436:2010對(duì)樣品1～樣品10中的左鞋進(jìn)行保暖性測(cè)試，測(cè)試前在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境[溫度（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%]中至少預(yù)處理48 h。測(cè)試時(shí)在腳模上穿上“皮膚”和標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)筒襪及試驗(yàn)鞋，腳模溫度為38 ℃，風(fēng)速（1.10±0.15）m/s，試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下進(jìn)行，測(cè)試周期為3 h。記錄3 h測(cè)試周期內(nèi)為維持腳模溫度恒定需消耗的能量P，并計(jì)算出熱阻值R，測(cè)試3次，取3次測(cè)試的平均值作為該樣品熱阻值的最終結(jié)果，記為Rm，單位為m2℃W-1。此外，根據(jù)公式（1）計(jì)算出該樣品的御寒等級(jí)，記為C，單位為℃。其中A為腳模表面積，單位為m2；Tr為目標(biāo)最低腳溫，單位為℃，是選來(lái)代表這個(gè)水平以上穿著者可能會(huì)因?yàn)闊崃苛魇Ф_始不舒服，一般取20 ℃；H為相關(guān)活動(dòng)級(jí)別的熱損耗率，單位為W，為了與下面的主觀試穿試驗(yàn)的活動(dòng)等級(jí)相匹配，在計(jì)算御寒等級(jí)C時(shí)我們?nèi)=5。（標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)H的取值說(shuō)明為：H=4對(duì)應(yīng)活動(dòng)級(jí)別非常低；H=8對(duì)應(yīng)活動(dòng)級(jí)別中下；H=12對(duì)應(yīng)活動(dòng)級(jí)別高；由于主觀試穿測(cè)試時(shí)以靜坐（對(duì)應(yīng)H=4）為主，配以少量走動(dòng)，故此處取值H=5，與主觀試穿測(cè)試的活動(dòng)級(jí)別相匹配）

1.2.3 主觀試穿評(píng)價(jià)法

整鞋保暖性能的主觀試穿試驗(yàn)采取Goldmans的五點(diǎn)標(biāo)尺，分別對(duì)應(yīng)于腳部感受為：非常不保暖（非常冷，甚至無(wú)法堅(jiān)持完成測(cè)試）、不保暖（較冷）、一般保暖（基本不冷）、保暖（不冷）和非常保暖（完全不冷），如表1所示。

表1 主觀評(píng)分賦值表Tab.1 Subjective evaluation score table

主觀試穿試驗(yàn)步驟如下：

（1）選擇試穿人員，確定13名身體健康、無(wú)腳病、有較強(qiáng)主觀感受和表達(dá)能力，年齡在20～35周歲之間的年輕人作為試穿人員，測(cè)量每位試穿人員的腳長(zhǎng)和腳寬，確保腳型符合樣品鞋號(hào)型。

（2）對(duì)試穿人員進(jìn)行試驗(yàn)前主觀感受反應(yīng)能力培訓(xùn)，使他們熟悉主觀感受等級(jí)描述術(shù)語(yǔ)的含義，確保試驗(yàn)開展時(shí)能夠正確理解保暖性能具體感受并給出相應(yīng)的等級(jí)及評(píng)分。

（3）設(shè)計(jì)問卷調(diào)查表格和指導(dǎo)語(yǔ)，建立相應(yīng)心理感覺標(biāo)尺。

（4）試穿人員按規(guī)定試驗(yàn)方法將樣品1～樣品10共10雙棉鞋逐一試穿，并根據(jù)主觀感受分別如實(shí)填寫問卷調(diào)查表。同一試穿人員兩次試穿間隔應(yīng)不少于10 min，以確保身體和腳部溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)。

（5）統(tǒng)計(jì)問卷調(diào)查表數(shù)據(jù)，以每雙鞋所有試穿人員評(píng)分的平均值作為該雙鞋的最終主觀評(píng)分。

主觀試穿試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下：試穿者換上統(tǒng)一凈色的厚棉襪（100%棉，雙層厚度1.2 mm，白色，普通款式），穿上測(cè)試鞋，在室溫（23 ℃）下適應(yīng)10 min。然后穿上厚羽絨服（保證在測(cè)試期間上身和腿部不冷），進(jìn)入冷庫(kù)（0 ℃）20 min，期間以靜坐及少量走動(dòng)為主。完成后對(duì)測(cè)試鞋（因腳模法測(cè)試的是左鞋，此處以左鞋感受為準(zhǔn)）進(jìn)行總體保暖性能評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

對(duì)樣品1～樣品10分別按鋼珠法、腳模法和主觀試穿評(píng)價(jià)法的順序進(jìn)行保暖性測(cè)試。鋼珠法記錄溫降值ΔT，腳模法記錄熱阻值Rm及御寒等級(jí)C（H=5），主觀試穿評(píng)價(jià)法記錄主觀評(píng)分。測(cè)試結(jié)果匯總見表2。其中主觀評(píng)分越低，代表主觀試穿評(píng)價(jià)的結(jié)果越差，保暖性能也越差，評(píng)分賦值代表的主觀感受及保暖舒適性等級(jí)見表1。

表2 保暖性測(cè)試結(jié)果匯總Tab.2 Summary of thermal insulation test results

為了分析這3種測(cè)試方法之間的相關(guān)性，分別對(duì)熱阻值Rm與溫降值ΔT、熱阻值Rm與主觀評(píng)分、御寒等級(jí)C（H=5）與溫降值ΔT、御寒等級(jí)C（H=5）與主觀評(píng)分及溫降值ΔT與主觀評(píng)分之間作散點(diǎn)圖并進(jìn)行線性預(yù)測(cè)，分別見圖1～圖5。

圖1 熱阻值Rm與主觀評(píng)分關(guān)系圖Fig.1 Relationship between thermal resistance value and subjective evaluation score

圖1是SATRA TM436測(cè)試中得到的熱阻值Rm與主觀試穿評(píng)分之間的線性趨勢(shì)圖。從圖1中可以看出，熱阻值Rm與主觀評(píng)分之間的相關(guān)性一般，相關(guān)系數(shù)為0.752，雖然隨著熱阻值增大，主觀評(píng)分也基本上是上升趨勢(shì)，但樣品3與樣品5、樣品4與樣品6、樣品8與樣品9之間均存在明顯的熱阻值高而主觀評(píng)分低的現(xiàn)象?？赡茉蛉缦拢簾嶙柚凳菃挝粫r(shí)間內(nèi)鞋子內(nèi)外溫度差與維持該溫度差所需提供熱源功率的比值，測(cè)試是一個(gè)靜態(tài)的過程，因此Rm也是一個(gè)靜態(tài)的數(shù)據(jù)，而主觀評(píng)分測(cè)試是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，測(cè)試結(jié)果不僅與鞋子本身有關(guān)，還與試穿者在測(cè)試過程中的活動(dòng)等級(jí)有關(guān)。

圖2是SATRA TM436測(cè)試中得到御寒等級(jí)C（H=5）與主觀評(píng)分之間的線性趨勢(shì)圖，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.921 7，是這5組數(shù)據(jù)之間最高的，說(shuō)明御寒等級(jí)C（H=5）與主觀評(píng)分之間具有高度相關(guān)性。從御寒等級(jí)C的計(jì)算公式中可以看出，相比于熱阻值Rm，御寒等級(jí)C考慮到了活動(dòng)水平對(duì)人們穿鞋保暖性的影響，很好地解決了靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)與人們實(shí)際穿鞋情況的匹配問題?？紤]到主觀試穿試驗(yàn)過程中測(cè)試人員的活動(dòng)水平，在計(jì)算御寒等級(jí)C時(shí)，我們選擇了與之相匹配的低活動(dòng)等級(jí)，取H=5。御寒等級(jí)C（H=5）與主觀評(píng)分之間的高度相關(guān)性結(jié)果也證實(shí)了這種想法是合理的。

圖2 御寒等級(jí)（H=5）與主觀評(píng)分關(guān)系圖Fig.2 Relationship between cold rating value(H=5)and subjective evaluation score

圖3是熱阻值與溫降值之間的線性趨勢(shì)圖，相關(guān)系數(shù)為0.6196，為5組關(guān)系之間最低的，二者之間沒有體現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。這與前面的分析可能存在一定的關(guān)系：采用GB/T 21284-2015鋼珠法測(cè)試的是在低溫環(huán)境下鞋內(nèi)腔溫度的下降值，而主觀試穿法是人為評(píng)價(jià)在低溫環(huán)境下腳的冷暖感受，二者測(cè)試的原理和過程是基本相通和類似的，因此如果從前面得出的熱阻值與主觀評(píng)分之間相關(guān)性一般的結(jié)論推斷出熱阻值與溫降值之間的相關(guān)性也一般的結(jié)論，與此處是完全一致的。

圖3 熱阻值與溫降值關(guān)系圖Fig.3 Relationship between thermal resistance value and temperature decrease

圖4是御寒等級(jí)C（H=5）與溫降值之間的線性趨勢(shì)圖，隨著御寒等級(jí)C（H=5）增加，溫降值也隨之增大，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.863 4，說(shuō)明二者雖然測(cè)試原理不同，但在評(píng)估整鞋保暖性結(jié)果上具有高度相關(guān)性。圖5是溫降值與主觀評(píng)分之間的線性趨勢(shì)圖，相關(guān)系數(shù)為0.854 8，同樣具有高度相關(guān)性。

圖4 御寒等級(jí)（H=5）與溫降值關(guān)系圖Fig.4 Relationship between cold rating value(H=5)and temperature decrease

圖5 溫降值與主觀評(píng)分關(guān)系圖Fig.5 Relationship between temperature decrease and subjective evaluation score

3 結(jié)論

（1）采用SATRA TM436:2010腳模法測(cè)試整鞋的保暖性，使用御寒等級(jí)C（H=5）時(shí)作為測(cè)試結(jié)果時(shí)與采用主觀試穿評(píng)價(jià)法及GB/T 21284-2015鋼珠法的測(cè)試結(jié)果具有高度相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.921 7和0.863 4，以御寒等級(jí)C來(lái)表征整鞋保暖性是完全可行的。

（2）采用GB/T 21284-2015鋼珠法測(cè)試結(jié)果與主觀試穿評(píng)分同樣具有較高相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.854 8，說(shuō)明此方法也是比較科學(xué)合理的?，F(xiàn)行國(guó)行標(biāo)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)保暖性能多采用鋼珠法測(cè)試，保暖指標(biāo)一般設(shè)定為30 min測(cè)試時(shí)間內(nèi)鞋腔溫降值以10 ℃為界限，低于此值為合格，高于此值則不合格，測(cè)試結(jié)果直觀易于理解。

（3）采用SATRA TM436:2010腳模法測(cè)試整鞋的保暖性，使用熱阻值Rm作為測(cè)試結(jié)果時(shí)與采用主觀試穿評(píng)價(jià)法及GB/T 21284-2015鋼珠法的測(cè)試結(jié)果相關(guān)性均一般，可能原因是使用Rm作為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)未考慮到穿著者實(shí)際的活動(dòng)等級(jí)。

希望通過本研究對(duì)三種整鞋保暖性測(cè)試方法相關(guān)性的分析，能給今后明確腳模法評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定提供依據(jù)，為整鞋保暖性測(cè)試方法的進(jìn)一步改進(jìn)提供參考，推動(dòng)整鞋保暖性測(cè)試及評(píng)價(jià)向更科學(xué)、合理、全面的方向發(fā)展。