邓成亮，沈光来，王嘉乐，刘炫皓

（1.广州广检技术发展有限公司，广东 广州，510800；2.广州检验检测认证集团有限公司，广东 广州 511400）

0 引言

足部被称为人体的第二个心脏，寒冷环境下足部能否保暖直接关系着人体健康。作为身体末端，足部离心脏距离最远，受供血能力影响，相比于身体其他部位，足部往往更“怕冷”[1]。研究表明，人感觉不舒适大多始于足部的不舒适，足部温度在28～33 ℃时人体感觉舒服，足部皮肤在25 ℃时，人开始感觉到有点冷，如果脚的温度低于22 ℃就会影响局部的血液循环，使人感觉不舒服[2]，到21 ℃以下时，会明显感觉到冷，并伴有不舒适甚至痛感[3]。而当脚的温度下降到7 ℃以下时就会有冻伤的危险[1]。因此，在寒冷的冬季，面对市面上良莠不齐的鞋靴，如何选择一双真正保暖的鞋来保护脚部不受寒冷侵袭成为消费者极为关心的问题。市场监管部门及第三方检测机构如何科学准确地测试及评估防寒鞋靴的保暖性能，保护消费者的权益不受侵害，显得尤为重要。

研究整鞋保暖性测试方法主要包括主观测试和客观测试两个方向，目前国内外关于整鞋保暖性测试形成标准的方法并不多[4]，主要有GB/T 21284-2015《鞋类 整鞋试验方法 保温性》[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《个体防护装备鞋的测试方法防寒性的测定》[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中关于整鞋保暖性测试采用了ISO 20344:2011中的方法；而GB/T 20991-2007则是修改采用了ISO 20344:2011的上一个版本。实际上GB/T 21284-2015/ISO 20877:2011的样品制备和试验操作是采用ISO 20344:2011，所以这四个标准的测试原理和方法是相同的[4,10]，由于测试过程中需在鞋内腔加入不锈钢珠导热，简称其为钢珠法。SATRA TM436:2010在测试时使用了人造脚模，简称其为脚模法。本研究选取了10双棉鞋（靴）分别按钢珠法和脚模法进行了保暖性测试，并进行了保暖性主观试穿评价，分析了三种测试方法之间的相关性，为今后整鞋保暖性测试方法的进一步改进、保暖分级指标的确定等提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器及样品信息

STM567型整鞋舒适性能测试仪，英国SATRA测试仪器公司；STM472型鞋类防寒性能试验机，英国SATRA测试仪器公司；lk-14-20型步入式冷库，广州东之旭试验设备有限公司。

样品：市场上购买的棉鞋，共10双，编号为样品1～样品10。

1.2 实验方法简介

1.2.1 钢珠法

按GB/T 21284-2015《鞋类整鞋试验方法保温性》中附录A.2对样品1～样品10中的左鞋进行冷隔绝性测试，鞋内腔加入4 kg直径为5 mm的不锈钢球，测试前在（23±2）℃环境中至少调节3 h。然后将整鞋放入低温箱内，低温箱温度为（-17±2）℃，帮面上口用合适的塞子小心塞紧，记录内垫和前帮衬里处30 min内温度降低值，取二者降低值的最大值作为该次的测试结果，测试3次，取3次测试的平均值作为该样品温降值的最终结果（此处相比GB/T 21284-2015，增加了对前帮衬里处温降值的测试，以期取得更合理的表征结果），记为ΔT，单位为℃。

1.2.2 脚模法

按SATRA TM 436:2010对样品1～样品10中的左鞋进行保暖性测试，测试前在标准环境[温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%]中至少预处理48 h。测试时在脚模上穿上“皮肤”和标准长筒袜及试验鞋，脚模温度为38 ℃，风速（1.10±0.15）m/s，试验在标准环境条件下进行，测试周期为3 h。记录3 h测试周期内为维持脚模温度恒定需消耗的能量P，并计算出热阻值R，测试3次，取3次测试的平均值作为该样品热阻值的最终结果，记为Rm，单位为m2℃W-1。此外，根据公式（1）计算出该样品的御寒等级，记为C，单位为℃。其中A为脚模表面积，单位为m2；Tr为目标最低脚温，单位为℃，是选来代表这个水平以上穿着者可能会因为热量流失而开始不舒服，一般取20 ℃；H为相关活动级别的热损耗率，单位为W，为了与下面的主观试穿试验的活动等级相匹配，在计算御寒等级C时我们取H=5。（标准中对H的取值说明为：H=4对应活动级别非常低；H=8对应活动级别中下；H=12对应活动级别高；由于主观试穿测试时以静坐（对应H=4）为主，配以少量走动，故此处取值H=5，与主观试穿测试的活动级别相匹配）

1.2.3 主观试穿评价法

整鞋保暖性能的主观试穿试验采取Goldmans的五点标尺，分别对应于脚部感受为：非常不保暖（非常冷，甚至无法坚持完成测试）、不保暖（较冷）、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 主观评分赋值表Tab.1 Subjective evaluation score table

主观试穿试验步骤如下：

（1）选择试穿人员，确定13名身体健康、无脚病、有较强主观感受和表达能力，年龄在20～35周岁之间的年轻人作为试穿人员，测量每位试穿人员的脚长和脚宽，确保脚型符合样品鞋号型。

（2）对试穿人员进行试验前主观感受反应能力培训，使他们熟悉主观感受等级描述术语的含义，确保试验开展时能够正确理解保暖性能具体感受并给出相应的等级及评分。

（3）设计问卷调查表格和指导语，建立相应心理感觉标尺。

（4）试穿人员按规定试验方法将样品1～样品10共10双棉鞋逐一试穿，并根据主观感受分别如实填写问卷调查表。同一试穿人员两次试穿间隔应不少于10 min，以确保身体和脚部温度恢复到正常状态。

（5）统计问卷调查表数据，以每双鞋所有试穿人员评分的平均值作为该双鞋的最终主观评分。

主观试穿试验方案设计如下：试穿者换上统一净色的厚棉袜（100%棉，双层厚度1.2 mm，白色，普通款式），穿上测试鞋，在室温（23 ℃）下适应10 min。然后穿上厚羽绒服（保证在测试期间上身和腿部不冷），进入冷库（0 ℃）20 min，期间以静坐及少量走动为主。完成后对测试鞋（因脚模法测试的是左鞋，此处以左鞋感受为准）进行总体保暖性能评价。

2 结果与讨论

对样品1～样品10分别按钢珠法、脚模法和主观试穿评价法的顺序进行保暖性测试。钢珠法记录温降值ΔT，脚模法记录热阻值Rm及御寒等级C（H=5），主观试穿评价法记录主观评分。测试结果汇总见表2。其中主观评分越低，代表主观试穿评价的结果越差，保暖性能也越差，评分赋值代表的主观感受及保暖舒适性等级见表1。

表2 保暖性测试结果汇总Tab.2 Summary of thermal insulation test results

为了分析这3种测试方法之间的相关性，分别对热阻值Rm与温降值ΔT、热阻值Rm与主观评分、御寒等级C（H=5）与温降值ΔT、御寒等级C（H=5）与主观评分及温降值ΔT与主观评分之间作散点图并进行线性预测，分别见图1～图5。

图1 热阻值Rm与主观评分关系图Fig.1 Relationship between thermal resistance value and subjective evaluation score

图1是SATRA TM436测试中得到的热阻值Rm与主观试穿评分之间的线性趋势图。从图1中可以看出，热阻值Rm与主观评分之间的相关性一般，相关系数为0.752，虽然随着热阻值增大，主观评分也基本上是上升趋势，但样品3与样品5、样品4与样品6、样品8与样品9之间均存在明显的热阻值高而主观评分低的现象。可能原因如下：热阻值是单位时间内鞋子内外温度差与维持该温度差所需提供热源功率的比值，测试是一个静态的过程，因此Rm也是一个静态的数据，而主观评分测试是一个动态的过程，测试结果不仅与鞋子本身有关，还与试穿者在测试过程中的活动等级有关。

图2是SATRA TM436测试中得到御寒等级C（H=5）与主观评分之间的线性趋势图，相关系数达到0.921 7，是这5组数据之间最高的，说明御寒等级C（H=5）与主观评分之间具有高度相关性。从御寒等级C的计算公式中可以看出，相比于热阻值Rm，御寒等级C考虑到了活动水平对人们穿鞋保暖性的影响，很好地解决了静态测试数据与人们实际穿鞋情况的匹配问题。考虑到主观试穿试验过程中测试人员的活动水平，在计算御寒等级C时，我们选择了与之相匹配的低活动等级，取H=5。御寒等级C（H=5）与主观评分之间的高度相关性结果也证实了这种想法是合理的。

图2 御寒等级（H=5）与主观评分关系图Fig.2 Relationship between cold rating value(H=5)and subjective evaluation score

图3是热阻值与温降值之间的线性趋势图，相关系数为0.6196，为5组关系之间最低的，二者之间没有体现出明显的相关性。这与前面的分析可能存在一定的关系：采用GB/T 21284-2015钢珠法测试的是在低温环境下鞋内腔温度的下降值，而主观试穿法是人为评价在低温环境下脚的冷暖感受，二者测试的原理和过程是基本相通和类似的，因此如果从前面得出的热阻值与主观评分之间相关性一般的结论推断出热阻值与温降值之间的相关性也一般的结论，与此处是完全一致的。

图3 热阻值与温降值关系图Fig.3 Relationship between thermal resistance value and temperature decrease

图4是御寒等级C（H=5）与温降值之间的线性趋势图，随着御寒等级C（H=5）增加，温降值也随之增大，二者相关系数达到0.863 4，说明二者虽然测试原理不同，但在评估整鞋保暖性结果上具有高度相关性。图5是温降值与主观评分之间的线性趋势图，相关系数为0.854 8，同样具有高度相关性。

图4 御寒等级（H=5）与温降值关系图Fig.4 Relationship between cold rating value(H=5)and temperature decrease

图5 温降值与主观评分关系图Fig.5 Relationship between temperature decrease and subjective evaluation score

3 结论

（1）采用SATRA TM436:2010脚模法测试整鞋的保暖性，使用御寒等级C（H=5）时作为测试结果时与采用主观试穿评价法及GB/T 21284-2015钢珠法的测试结果具有高度相关性，相关系数分别达到0.921 7和0.863 4，以御寒等级C来表征整鞋保暖性是完全可行的。

（2）采用GB/T 21284-2015钢珠法测试结果与主观试穿评分同样具有较高相关性，相关系数达到0.854 8，说明此方法也是比较科学合理的。现行国行标产品标准保暖性能多采用钢珠法测试，保暖指标一般设定为30 min测试时间内鞋腔温降值以10 ℃为界限，低于此值为合格，高于此值则不合格，测试结果直观易于理解。

（3）采用SATRA TM436:2010脚模法测试整鞋的保暖性，使用热阻值Rm作为测试结果时与采用主观试穿评价法及GB/T 21284-2015钢珠法的测试结果相关性均一般，可能原因是使用Rm作为评价指标时未考虑到穿着者实际的活动等级。

希望通过本研究对三种整鞋保暖性测试方法相关性的分析，能给今后明确脚模法评价指标分级及相关标准制定提供依据，为整鞋保暖性测试方法的进一步改进提供参考，推动整鞋保暖性测试及评价向更科学、合理、全面的方向发展。