两种整鞋热阻与湿阻测试方法的对比与适用性研究

两种整鞋热阻与湿阻测试方法的对比与适用性研究

宋寒冰1，胡勇开2*，邵力军3，徐有强1，陈磊1，周长虹4

（1.四川省皮革研究所有限公司，四川 成都 610081；2.浙江红蜻蜓鞋业股份有限公司，浙江 温州3251053；

3.中轻检验认证有限公司，四川 成都 610066；4.成都吴大叔科技有限公司，四川 成都 610200）

摘 要

：为对比GB/T 33393-2023标准中两种整鞋热阻与湿阻测试方法的评价效果与适用性，选取20款不同鞋样进行平行测试。方法1通过测量稳态下加热功率与出汗量计算热阻和湿阻；方法2则通过测定180分钟内水汽吸收、透过质量及能耗来表征性能。结果表明，两种方法在样品舒适性排序上高度一致，方法1的湿阻值与方法2的透水汽性呈负相关，两者热阻变化趋势也基本吻合，但方法2数值普遍偏高，且对尖头鞋等特殊鞋型适用性有限。综上，方法1更贴近真实穿着状态，方法2结果更直观易读，实际应用中可根据评价目标和产品类型选择适用方法。

关键词

：鞋类舒适性；热阻；湿阻；吸湿透水汽性；测定方法

A Comparative Study on the Applicability of Two Methods for Testing Thermal Resistance and Moisture Resistance in Whole Footwear

SONG Hanbing1, HU Yongkai2*, SHAO Lijun3, XU Youqiang1, CHEN Lei1, ZHOU Changhong4

(1.Sichuan Leather Research Institute Co., Ltd., Chengdu 610081, China; 2.Zhejiang Red Dragonfly Shoes Co., Ltd., Wenzhou 325105, China; 3.Sinolight Inspection & Certification Co., Ltd., Chengdu 610066, China; 4.Chengdu WUDASHU Technology Co., Ltd., Chengdu 610200, China)

Abstract

: To compare the evaluation effectiveness and applicability of two whole-shoe thermal resistance and moisture resistance testing methods specified in GB/T 33393-2023, this study conducted parallel testing on 20 different shoe samples. Method 1 calculates thermal resistance and moisture resistance by measuring steady-state heating power and perspiration output; Method 2 characterises performance by determining water vapour absorption, mass transmission, and energy consumption over 180 minutes. Results demonstrate high consistency between methods in comfort ranking. Method 1's moisture resistance values correlate inversely with Method 2's water vapour permeability, while thermal resistance trends broadly align. However, Method 2 yields generally elevated readings and exhibits limited applicability for specialised footwear such as pointed-toe styles. In summary, Method 1 more closely approximates real-world wear conditions, whereas Method 2 provides more intuitive results. Practical selection should be guided by evaluation objectives and product type.

Keywords

: footwear comfort; thermal resistance; moisture resistance; moisture absorption and water vapour permeability; test methods

基金项目

：四川省科技计划项目“表征成鞋舒适性热阻湿阻测试装置的成果转化”（2023JDZH0031）

第一作者简介

：宋寒冰（1971－），男，高级工程师，研究方向为皮革化工、革制品质量检测。

*

通信作者

：胡勇开（1980－），男，浙江红蜻蜓鞋业股份有限公司品控中心总监，主要从事轻工鞋类产品的质检管理与企业鞋类CNAS实验室管理工作。

0 引言

鞋类湿热舒适性是决定穿着体验与足部健康的关键性能指标之一[1]。良好的湿热舒适性能够有效维持鞋腔内微气候的稳定，避免因湿气积聚和温度不适引发的足部不适甚至皮肤疾病。随着消费者对鞋类产品功能性要求的提高，湿热舒适性已成为影响市场竞争力的重要因素。

传统上，对鞋类舒适性的评估多依赖于对鞋帮、内里等局部材料的测试。然而，整鞋是由多种材料通过复杂工艺构成的立体结构，其整体湿热传递性能并非各局部材料性能的简单叠加[2]。因此，建立能够模拟真实穿着状态、直接针对整鞋的客观测试方法，以科学评价其湿热舒适性至关重要。

为满足这一需求，我国于2016年发布了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》[3]，引入了基于“出汗假脚”的测试方法（本研究称为方法1）。该方法通过模拟足部在稳态下的发热与出汗过程，能够定量测定整鞋的热阻和湿阻，评价结果综合性强、模拟度高。然而，该方法对进口设备依赖较强，测试周期较长，操作也相对复杂。为丰富测试手段、提升标准适用性，在修订后的2023版标准[4]中，在优化方法1的同时，新增了一种原理不同的测试方法——吸湿透水汽/保暖性能法（本研究称为方法2）。优化后的方法1测试更为简便，效率更高，一次性即可完成热阻与湿阻两个指标的测试；方法2则需进行两次试验才能获得热阻和透水汽性能及吸湿透水汽性指标，以直观表征其保暖性能、吸湿以及透湿性能。

选取20款涵盖不同品类、材质与结构的鞋样，采用方法1与方法2进行平行测试。旨在通过对比测试结果，呈现两种方法的性能评价趋势，并明确其各自的优缺点与适用场景，以期为行业提供清晰的方法选择依据与实践参考。

1 试验部分

1.1 主要仪器与设备

BTH-150MB可程式恒温恒湿试验箱、自制成鞋热阻和湿阻测试装置、XFA-186-W空气循环扇、电子天平、水箱与蒸馏水供给系统、计算机测试系统、整鞋吸湿透汽性能测试仪、分区硅胶假脚、模拟发汗控制装置、温度控制装置、试验箱与定位夹具、能量记录装置、标准长筒袜。

1.2 方法1

1.2.1 原理

整鞋湿阻热阻测试原理图，如图1所示。假脚—整鞋—环境处于一个动态的湿热交换过程，当假脚—整鞋—环境构成的温度梯度和湿度梯度处于稳定状态时，整鞋的吸湿量便处于稳定状态，假脚的补水量等于整鞋的透汗量，假脚的发热量等于整鞋向环境的散热量[5]。通过加热功率、出汗量，即可计算整鞋湿阻与热阻。

1.2.2 试验步骤

试验前需选取不少于2只同款整鞋，按GB/T 22049规定在温度(23±2) ℃、相对湿度(50±5)%的标准环境下调节至少24小时，并预先测定模拟皮肤湿阻作为系统本底值。本研究中每款样品均测试两只鞋，表1中数据为两次测试结果的平均值。

试验开始时，将待测鞋穿至假脚上，首先调节测试箱温度至(23±2) ℃、相对湿度至(50±5)%，空气流速控制在(1.00±0.15) m/s。随后将假脚加满符合GB/T 6682—2008[6]要求的三级水，排出空气后密封，开启循环水泵、加热系统和供水系统，设置假脚中心温度和水箱温度为(35.0±0.3) ℃，变异系数为5%～10%。用风扇以大于4.00 m/s的风速吹拂假脚表面以去除附面空气层，待系统稳定后开始自动采集数据，每分钟记录假脚温度、补水量、电流、电压等参数，连续记录至少30次测定值且达到预设变异系数后自动结束试验。

1.2.3 试样湿阻的测定

根据1.2.2试验数据，按照公式（1）计算试样湿阻。

式中：

Re——成鞋及其附面层空气的湿阻（Pa·㎡/W）；

A ——脚体的体表面积(m2)；

Psi ——脚体皮肤内侧在皮肤温度ts下的饱和蒸汽压(Pa)；

RHsi——皮肤内侧的水汽相对湿度，该处为100%；

Pa ——温度Ta下环境的饱和蒸汽压(Pa)；

RHa ——测试环境的相对湿度(%)；

He ——透过成鞋的湿热量；

Res——皮肤湿阻(Pa·m2/W)。

He＝λ·Q（2）

式中：

He——透过成鞋的湿热量(W)；

λ——水的汽化热（J/g）；

Q ——假脚蒸发出汗量（g/h）。

1.2.4 试样热阻的测定

根据2.2.1试验数据，按照公式（3）计算试样热阻。

式中：

Rt——成鞋热阻(℃·㎡/W)；

A ——脚体的体表面积(m2)；

Ts——脚体皮肤温度(℃)；

Ta——测试环境温度(℃)；

Hd——透过成鞋的干热(W)。

Hd＝Hs-He

式中：

Hd——透过成鞋的干热(W)；

Hs——假脚加热元件的产热量(W)；

He——透过成鞋的湿热量(W)。

1.3 方法2

1.3.1 原理

吸湿透水汽性能：使用假脚模拟足部在鞋内穿着时的状态，将人造模拟皮肤、标准长筒袜和鞋穿至假脚上，控制并保持假脚温度稳定，通过水泵以规定速度把水从供水容器泵进假脚内部并均匀分流到假脚的各个区后渗出假脚表面以模拟足部出汗状态，在固定时间内通过测量各部件（鞋、鞋垫、标准长筒袜、模拟皮肤）质量变化情况来表征整鞋的吸湿透水汽性能；

保暖性能（热阻）：使用假脚模拟足部在鞋内的穿着状态，假脚与测试箱保持恒定温差，记录规定时间内维持假脚恒定温度所需提供的电能，结合假脚表面积及假脚与测试箱温差计算整鞋的热阻来表征整鞋的保温性能[7]。

1.3.2 试验步骤

（1）透水汽性能及吸湿透水汽性能的测定：本方法通过模拟足部穿着状态，在180分钟测试周期内测定整鞋的吸湿透水汽性能。试验时先将假脚固定于测试箱夹具，依次穿着未经预处理的模拟皮肤和标准长筒袜，并排除供水管路空气。用电子天平（精度0.01 g）分别称量预处理后的模拟皮肤、标准长筒袜、样品鞋、鞋垫及供水容器C1、控制容器C2和C3的初始质量m1-1、m2-1、m3-1、m4-1、m5-1、m6-1、m7-1。设置供水流速(5.0±0.3)cm3/h，假脚温度35℃，测试周期180 min。预热完成后，更换为已称重组件，调整至正常穿着状态，确保鞋头与风扇距离(450±10)mm，启动测试程序。测试结束后立即称量各组件最终质量m1-2、m2-2、m3-2、m4-2、m5-2、m6-2、m7-2。计算实际供水量m5=m5-1-m5-2，平均水分蒸发量m8=(m6-1-m6-2+m7-1-m7-2)/2，泵入总水量m180=m5-m8。各组件吸水量m1=m1-2-m1-1、m2=m2-2-m2-1、m3=m3-2-m3-1、m4=m4-2-m4-1经修正系数15/m180校正得m1*、m2*、m3*、m4*。最终透水汽性能T180*=(m180-m1-m2-m3-m4)×(15/m180)，吸湿透水汽性能XT180*=T180*+m3*+m4*，结果取两次测试平均值，保留两位小数。

（2）热阻的测定：通过测量维持假脚与测试环境恒定温差所需消耗的能量来计算整鞋的热阻值。测定时，首先用不透水胶带密封假脚上的微径管道以防止水分蒸发导致的热量损失，然后在假脚上依次穿上经调节的模拟皮肤、标准长筒袜及样品鞋（含鞋垫），并确保鞋的穿着状态自然，鞋头距离风扇(450±10)mm。设置假脚表面温度为(38±1)℃（或其他规定温度），测试箱环境温度为(23±2)℃，测试周期为(180±1)min（实际连续测试2个周期共360 min）。开启风扇和温度控制器，待假脚温度稳定后，系统自动开始计时并记录为维持假脚恒温所消耗的能量P（单位千焦，精确至0.1 kJ）。随后计算180 min周期内单位时间的热量消耗Q = (P / t) × 1000（单位瓦，t为测试时长秒数），并记录该周期内假脚表面平均温度Tf及测试箱内环境平均温度Tc。最终通过公式 R = S × (Tf- Tc) / Q 计算整鞋的热阻值R（单位平方米摄氏度每瓦，m2·℃/W），其中S为假脚表面积。试验结果取两次测试结果的平均值，保留三位小数。

2 结果与讨论

本研究选取20款涵盖运动鞋、皮鞋、休闲鞋及户外鞋等典型品类的整鞋样品，系统对比方法1与方法2的测试结果。样品材质包括皮革、合成革、织物及其复合材料，均按标准条件完成环境调节，确保数据可比性。以下从湿阻—透湿性及热阻—保暖性两个维度展开分析。

2.1 湿阻与透湿性对比

如表1所示，两种方法在评价样品透湿性时趋势一致。具体而言，方法1的湿阻值较低时，方法2的透水汽性通常较高。例如，样品5（布鞋）在方法2中透水汽性最高（11.45 g），在方法1中湿阻最低（9.61 Pa·m2/W），均表明其透湿性优；样品2（短靴）和样品9（防水户外鞋）在两种方法中均表现较差。个别样品存在差异，如样品12（牛皮女鞋）在方法2中透水汽性低（3.23 g），方法1湿阻中等（10.82 Pa·m2/W），这一差异可能与方法2包含材料吸湿性，而方法1侧重稳态透湿阻力有关。此外，样品13与14在方法2中无有效数据，正是由于鞋筒过高或鞋头过尖导致假脚无法正常穿着或密封，验证了该方法在特殊鞋型应用上的局限性。

2.2热阻与保暖性对比

根据表1数据可知，两种方法对保暖性的评价趋势基本吻合。样品1（雪地靴）在方法1（0.114 m2·℃/W）和方法2（0.181 m2·℃/W）中均显示最高热阻，保暖性最好；轻型鞋款（如样品10、11、20）在两种方法中均表现为低热阻。

在本研究测试的20个样品中，有18个样品的方法2热阻值高于方法1。这可能是由于方法2在干态下测试，反映单纯隔热性能；而方法1在出汗状态下测试，水分蒸发带来的冷却效应可能导致其综合热阻计算结果偏低。

综上所述，本研究中两种方法在鞋类湿热舒适性排序上表现出基本一致的趋势，均具良好区分度。方法1模拟真实穿着状态，综合性强；方法2分离吸湿、透湿与保暖，结果直观，但对特殊鞋型适用性受限。实际应用中可根据评价目标选择合适方法。

3 结论

本研究系统对比了GB/T 33393-2023标准中两种整鞋热阻与湿阻测试方法（方法1与方法2）的性能评价效果。对20款鞋样测试数据的比较表明，两种方法在舒适性排序上趋势一致，均能有效区分不同鞋款性能。由于原理差异，方法1通过动态稳态测量更综合地反映真实穿着状态，而方法2通过静态累积测量更直观地表征吸湿与透湿能力，这导致本研究中大部分样品的方法2热阻值高于方法1。在适用性方面，本研究发现方法2对高跟、尖头等特殊鞋型的适应性受限，而方法1普适性更佳。实际应用中，建议根据评价目标选择方法：如需快速且综合评价真实穿着舒适性，推荐采用方法1；若吸湿透湿性能且鞋型为标准款式，则可选用方法2。

参考文献：

[1]赵丽雪，徐淑波，杨孟云，等.多材料融合在鞋类设计中的应用与趋势[J].西部皮革，2023，45（24）：22-24.

[2]李琛，孙卫华，高吉仁.一种耐湿热抗菌改性运动服新材料制备及性能分析[J].粘接，2023，50（12）：111-114.

[3]全国制鞋标准化技术委员会（SAC/TC 305）.鞋类 整鞋试验方法 稳态条件下热阻和湿阻的测定：GB/T 33393—2016[S].中国标准出版社，2016.

[4]全国制鞋标准化技术委员会（SAC/TC 305）.鞋类 整鞋试验方法 热阻和湿阻的测定：GB/T 33393—2023[S].中国标准出版社，2023.

[5]陈磊，冯军芳，徐有强，等.成鞋热阻和湿阻测试方法的研究[J].皮革科学与工程，2018，28（01）：46-50+60.

[6]全国化学标准化技术委员会化学试剂分会（SAC/TC 63/SC 3）.分析实验室用水规格和试验方法：GB/T 6682—2008[S].中国标准出版社，2008.

[7]徐有强，陈磊，冯军芳，等.影响成鞋透水气和吸水气性因素探索[J].皮革科学与工程，2018，28（02）：68-71.

原载：《西部皮革》杂志2025年10月第20期

编辑：

王兰英

审核：

冉雪晖