微孔發泡材料外底耐磨性能關鍵點分析

王亞萍

（北京市產品質量監督檢驗院，北京 100025）

鞋底的耐磨性能是鞋類產品內在品質的重要性能指標之一，它直接反映出成鞋質量品質的優劣。隨著鞋類流行趨勢的發展，人們越來越追求自我，追求更舒適的穿著體驗，這就使得微孔發泡底的成鞋被大量開發使用，并在不斷地更新換代。而人們在追求更輕便、回彈性能更好的同時，也看到這種材料的缺點，即防滑性能和耐磨性能略差，影響成鞋的使用壽命。因此，本文選取微孔發泡材料鞋底進行耐磨性能分析，數據更具代表性。

目前國際耐磨試驗法GB/T 3903.2-2017《鞋類整鞋試驗方法耐磨性能》[1]在我國鞋類標準體系中被廣泛應用，如GB/T15107-2013《旅游鞋》[2]、QB/T4331-2012《兒童旅游鞋》[3]等。本文針對微孔發泡鞋底的耐磨性能，改變此方法的試驗參數，對測試方法進行優化，以期得到更為準確的試驗結果。試驗使用耐磨試驗機對微孔發泡鞋底的耐磨性能進行測試，通過對不同打磨深度、施加于樣品的壓力、磨耗角度、磨耗時間及測量時間的比較分析，得出鞋類外底耐磨性能的關鍵點。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

GB/T 3903.2-2017《鞋類整鞋試驗方法耐磨性能》[1]是以耐磨性能來表征鞋子在穿用過程中人體對鞋底的磨損程度的。旋轉的磨輪壓在試樣上，在特定條件下對試樣進行磨耗試驗，測量的試樣磨痕長度用來表示試樣的耐磨性能。

1.2 儀器與設備

耐磨試驗機，東莞銘禹電子科技有限公司，型號MY-5212-GB；雙頭試料磨平機，東莞市恒宇儀器有限公司；游標卡尺，至少精確至0.02 mm。

1.3 試驗方法

選取可滿足試驗要求且具有代表性的微孔發泡成鞋5 雙，試樣在室溫條件下放置4 小時。將試驗機各部位調節正常，每次試驗前，磨輪空轉5 min。試樣固定在耐磨試驗機上，鞋底朝上，調節磨輪位置使其對準磨耗部位。將磨輪施加在試樣上的壓力與磨耗時間調至規定值開始試驗。試驗停機后，用游標卡尺測量磨痕長度。若磨痕為梯形，則長邊與短邊相差不應大于短邊的10%，否則應重新進行試驗；若數據均小于5.0 mm，則不對數據偏差進行要求。

2 試驗結果與討論

2.1 打磨深度對耐磨性能的影響

打磨深度是影響微孔發泡底耐磨性結果的重要因素之一。試驗提供了四種不同打磨深度，分別為未打磨（打磨深度0.0 mm）、打磨深度0.5 mm、打磨深度1.0 mm 和打磨深度2.0 mm。將打磨好的試驗樣品固定于耐磨試驗機上，使外底與水平面平行，在4.90 N 的壓力下磨耗20 min，試驗結束5 min 后測量磨痕長度。表1 為四種打磨深度測試的試驗結果，磨痕長度越大，表示樣品的耐磨性能越差[4]。由表1可知樣品的磨痕長度隨打磨深度的增加而增大，磨痕長度的增大趨勢隨著打磨深度的增加而變緩，當打磨深度達到一定數值后，磨痕長度不再隨打磨深度增加而變化。

表14 種打磨深度測試的試驗結果Tab.1 Test results of four grinding depth tests

圖1 更清晰地反映出打磨深度對磨痕長度的影響。由圖可知，樣品未打磨（打磨深度0.0 mm）與打磨深度0.5 mm 之間的磨痕長度變化最為明顯。這是由于鞋類外底在生產過程中會使用脫模劑，而脫模劑多以蠟和有機化合物為原料，這就使得外底表面很光滑，在試驗時，磨輪對樣品的摩擦力減弱，從而直接影響耐磨試驗結果。未打磨的試樣表面有致密層，此結構有更好的抗拉力性能，磨輪的齒尖不容易破壞致密層，耐磨數據偏小，而在實際穿用中，致密層可以更好地保護鞋底不被磨損[5]。因此試驗中除必要情況外，選擇不打磨試樣進行試驗最為合理。若必須打磨，打磨深度也應以剛好去除花紋為準。

圖14 種打磨深度對磨痕長度影響對比圖Fig.1 Comparison of the influence of four grinding depths on the length of wear marks

2.2 壓力對耐磨性能的影響

對5 雙微孔發泡外底進行打磨預處理，以剛好去除花紋為標準。將打磨好的試驗樣品固定于耐磨試驗機上，使外底與水平面平行，分別施加0.49 N、0.98 N、2.45 N、4.90 N、7.35 N 的壓力，磨耗時間20 min，測量試驗結束后5 min 的磨痕長度，并對測試結果進行分析。如圖2 所示，當施加于樣品的壓力逐漸增大時，5 雙微孔發泡外底的磨痕長度均隨著壓力的增大而變長，同一雙微孔發泡外底的磨痕長度：0.49 N＜0.98 N＜2.45 N＜4.90 N＜7.35 N。結合試驗結果分析，施加在外底上的壓力增大時，根據摩擦力計算公式f =μ N ，即摩擦力等于摩擦系數與壓力的乘積，摩擦系數為常數，所以壓力增大，外底與磨輪間的摩擦力隨之增大，使外底的磨損程度變強，直接反映為磨痕長度變長。微孔發泡鞋底的彈性較強，壓力增大時，磨輪更深地陷入外底，磨輪與外底接觸了更多的齒尖，使磨耗量變大，磨痕長度變長。由圖2可知，當壓力較小時，5 雙鞋底均表現出較好的耐磨性能，而當壓力為7.35 N 時，對于耐磨性能較差的樣品磨輪桿會壓到樣品，不能真正地反映出樣品的耐磨性能。綜合考慮實驗室的實際情況，選擇壓力4.90 N 時容易操作。

圖25 種壓力對磨痕長度影響對比圖Fig.2 Comparison of the influence of pressure on the length of wear marks

2.3 磨耗角度對耐磨性能的影響

對5 雙微孔發泡外底進行打磨預處理，以剛好去除花紋為標準。將打磨好的試驗樣品固定于耐磨試驗機上，分別在0.0° 、7.5° 、15° 、30° 四種不同磨耗角度下進行耐磨實驗，對樣品施加4.9 N 的壓力，磨耗時間20 min，測量試驗結束后5 min 的磨痕長度，得到磨耗角度與磨痕長度的關系圖（圖3）。從圖3 中可以直觀看出，微孔發泡外底與水平面產生的磨耗角度增加時，5 雙外底的磨痕長度隨著這種變化均減小，即磨耗角度與磨痕長度成負相關。外底與水平面平行時，施加于外底的壓力垂直于被測樣品，當外底與水平面產生角度時，垂直向下的力產生了分力，外底所受的壓力減小。根據2.2 中分析的壓力對耐磨性能的影響可知，磨痕長度隨壓力的減小而變短，不能正確地反映出耐磨性能的好壞。綜上所述，試驗中要保證外底與水平面平行，才能正確地反映出樣品的耐磨性能。

圖34 種角度對磨痕長度影響對比圖Fig.3 Comparison of the influence of four wear angles on the length of wear marks

2.4 磨耗時間對耐磨性能的影響

對5 雙微孔發泡外底進行打磨預處理，以剛好去除花紋為標準，將5 雙鞋以只為單位編號，樣品編號為1#～10#。將打磨好的試驗樣品固定于耐磨試驗機上，使外底與水平面平行，對樣品施加4.9 N的壓力，為了更明顯地反映磨耗時間對耐磨性能的影響，特別選取三種不同磨耗時間10 min、20 min 和30 min，測量試驗結束后5 min 的磨痕長度，通過改變磨耗時間來探討其對耐磨性能的影響。經過對同一雙微孔發泡鞋底的多次測量發現，磨痕長度隨磨耗時間的延長而增大，而磨耗時間為10 min 和20 min 時磨痕長度相差不多，但是20 min 與30 min的磨痕長度差距變大。這是由于壓力使磨輪陷入外底，隨著磨痕的變大，磨輪陷入外底的部分變大，增大了摩擦面積，被磨耗掉的外底也就隨之增多[6]，使得磨痕長度跳躍式變大（見圖4）。磨耗時間為10 min 時，樣品的差異性表現不明顯，而磨耗時間為30 min 時，對于耐磨性能差的樣品，會出現磨輪桿壓到樣品的現象，不能更好地區分出樣品的差異。為了更好地辨別出耐磨性能的優劣，選取試驗時間為20 min 最為合理。

圖4 磨耗時間對磨痕長度影響對比圖Fig.4 Comparison diagram of the influence of wear time on the length of wear marks

2.5 測量時間對耐磨性能的影響

對同一雙微孔發泡材料外底進行打磨預處理，以剛好去除花紋為標準。將打磨好的試驗樣品固定于耐磨試驗機上，使外底與水平面平行，對樣品施加4.9 N 的壓力，磨耗時間為20 min，平行6 次進行耐磨性能測試，試驗結束后，分三次測量磨痕長度，放置時間分別為1 min、5 min 和10 min。圖5 為測量時間與磨痕長度的對應關系圖。試驗完成后1 min 測量磨痕長度，得到的數值相對于試驗完成后5 min和10 min 的數值偏大，而5 min 與10 min 的測量數據幾乎沒有差別。由于微孔發泡材料結構的特殊性，將磨輪壓在外底上，會有一定的壓痕產生，試驗完成后立即測量，壓痕也會被計入磨痕長度數據內，當放置5 min 后壓痕逐漸消失，此時測量長度為真實磨痕長度，當放置時間延長到10 min 時，測量的數據與5 min 幾乎相同，所以在試驗結束5 min 后磨痕長度達到穩定。對于一些表面致密層光滑的外底，磨輪無法進入樣品進行磨耗，試驗結束后外底表面僅有很小的痕跡，過一段時間以后，很難辨認出耐磨測試點的邊緣，甚至找不到測試點。GB/T 3903.2 中給出了統一方法，在1 h 之內用游標卡尺測量，可有效地避免上述情況的發生。

圖5 測量時間對磨痕長度影響對比圖Fig.5 Comparison diagram of the influence of measurement time on the length of wear marks

3 結 論

試驗對5 雙微孔發泡鞋底的耐磨試驗方法進行研究，通過改變試驗過程的關鍵參數對試驗過程中的關鍵點進行分析，并找到試驗過程中的最佳方案，以保證試驗數據的真實可靠。

（1）樣品的預處理階段盡量選擇原樣進行測試，且找到平整部位，以不打磨鞋底為宜。若必須打磨，打磨深度應以剛好去除花紋為準，避免過度打磨影響磨痕長度。

（2）天平調平衡后，施加于樣品上的壓力以4.90 N 為最佳，既可以有效地區分出樣品的優劣，也不會因為壓力太大使磨輪桿壓到樣品，綜合考慮實驗室的實際情況，壓力4.90 N 時也更容易操作。在試驗中要保證外底與水平面平行，才能正確地反映出樣品的耐磨性能。

（3）為了更好地反映出樣品耐磨性能的差異性，選取試驗時間為20 min 最為合理。

（4）在試驗結束后，將樣品取下放置5 min 后，磨痕長度趨于穩定，在1 h 之內用游標卡尺測量，可以得到準確的磨痕長度，反映出樣品的耐磨性能。