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安全鞋底耐磨和耐折强度的测试方法

发布时间:2019-5-8 9:27:56  浏览:

 安全鞋是安全类鞋和防护类鞋的统称,一般指在不同工作场合穿用的具有保护脚部及腿部免受可预见的伤害的鞋类。

随着安全鞋产品和产量的增加,具有不同性能的鞋底新材料不断涌现,为开发功能性、舒适性等鞋类产品提供了保证。特别是对于具有某些特殊功能的鞋(如防静电鞋、电绝缘鞋、耐高温鞋等)而言,鞋底的功能对成鞋的整体质量起着决定性的作用。

1 相关标准

1.1 产品标准

鞋的外底撕裂强度是表征鞋底质量和性能优劣的重要指标之一,国家强制性产品标准GB21146-2007《个体防护装备 职业鞋》、GB 21147-2007《个体防护装防护鞋》和GB21148-2007《个体防护装备 安全鞋》均对鞋的外底的耐撕裂性能作出了明确的要求,并指定引用GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》对鞋外底的撕裂强度进行检测。

1.2 测试方法标准

目前我国涉及鞋外底撕裂强度的测试方法标准主要有GB/T 20991-2007《个体防护装备  鞋的测试方法》、GB2941-2006《橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序》、GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》、HG2726-1995《微孔鞋底材料撕裂强度试验方法》、GB/T 3903.12-2005《鞋类 外底试验方法 撕裂强度》等。

外底撕裂强度测试试验方法很多,有无割口和有割口两种,所用试样形状也各不相同,有裤形、直角形和新月形等几种,相应则有裤形撕裂强度、无割口直角撕裂强度、割口直角撕裂强度和割口新月形撕裂强度等。由于撕裂强度与试样的形状、拉伸的速度、试验的温度等有关,使得不同的试验方法所得到的试验结果之间存在着一定的差异。

参照GB/T20991-2007《个体防护装备 鞋的测试方法》,并根据1.1中相关产品标准的规定,本研究采用GB/T529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样)》标准所规定的裤型试样的试验方法。

2 试验方法

我们推荐使用恒宇仪器生产的大底耐折试验机,安全鞋耐折试验机,鞋底耐磨试验机之一进行试验,大底耐折试验机为橡胶制品,鞋底,PU等材料之直角耐折试验,试片经本断伸缩,弯曲后,检视其减衰,受损及龟裂程度。

大底耐折试验机

鞋底耐磨试验机适用于检验成品鞋鞋底和成型底(片)的耐磨性能,其原理是将旋转的磨轮垂直在试样上以一定的负荷,一定的速度,一定时间对试验进行磨耗试验,测量试验痕长度,具有断电记忆功能。

安全鞋耐折试验机

2.1 试样制备

将鞋底样品放在温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)% 环境中调节3h。调节后,将鞋底样品厚度打磨至(2.0±0.2)mm,并在温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)%环境中至少调节16h,再在打磨调节的样品上裁取5个100mm×15mm的裤形试样,并沿试样宽度中心线割一条长度为(40±5)mm的割口,如图1所示。

鞋底耐磨试验机

割口的最后1mm必须用锋利的刀片切割,且须准确的垂直切口,因为如出现偏差,对试验结果的影响会很大。

将试样置于拉力试验夹持器上,如图2所示,拉力试验机以(100±10)mm/min的拉伸速度对试样进行拉伸,直至试样断裂,记录撕裂过程中所有的力值。

 

撕裂强度由以下公式计算得出:

Ts=F / D

Ts—撕裂强度,单位 kN/m;

F—试样撕裂时所需的力,单位 N;

D—试样的厚度,单位 mm。

依据GB/T5723-1993《硫化橡胶或热塑性橡胶 试验用试样和制品尺寸的测定》的规定测量试样撕裂区域的厚度,不得少于3点,取中位数作为试样撕裂区域的厚度D,厚度值不得偏离所取数值的2%。

取5个试样测试结果的中位数作为最终的检测结果,数值准确到整数位。

对于安全鞋的外底撕裂强度的测定,GB/T 20991-2007《个体防护装备 鞋的测试方法》描述的很简单,仅为“按照GB/T 529方法A测定非皮革外底的撕裂强度”、“如有可能,试样应在鞋腰区域对着纵向轴线横向切取”。

在试验中发现,由于橡胶材料存在着压延效应,橡胶材料外底的撕裂强度与试样的裁取方向有关。

所 谓压 延 效 应是指胶料在压延过程中,由于橡胶和各向异性的配合剂在压延力作用下,沿着压延方向做定向排列,以致胶片的纵横方向物理机械性能不同的现象。即沿纵方向受力(压延方向)的拉伸强度大而伸长小、收缩性大的特点,而横方向受力(垂直方向)的拉伸强度小而伸长大、收缩性小。这种纵、横方向的物理机械性能差异现象称作“压延效应”。

橡胶材料一旦产生裂口后,撕裂扩展的方向常是沿着与压延、压出平行的方向进行的。因此,本研究切取纵向、横向两个方向的裤型样品进行测试。

2.2 合格判定

按照安全鞋产品标准规定:对于密度>0.9 g/cm3的非皮革外底材料,撕裂强度不应<8 kN/m;对于密度≤0.9 g/cm3的非皮革外底材料,撕裂强度不应<5 kN/m。若测试结果满足标准要求,则判定为合格;反之,则判定为不合格。

3 结果与讨论

3.1 鞋底试样撕裂强度测定结果

按照相关标准的要求制备4组试样,并将试样放入规定的相对温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)%的条件下处理16h后,用测厚仪测得各试样割口处的厚度,并进行撕裂强度的测定,取中位数作为最终测试结果。测试结果见表1。

鞋底试样撕裂强度测定结果

3.2 割口方向对测定结果的影响

从表1可以看出,对于裤型试样,纵向(平行于压延方向)的撕裂强度>横向(垂直于压延方向)的撕裂强度。此外,试验还发现,割口方向与压延方向一致时,则撕裂在整个试样上进行;割口方向如垂直于压延方向,则撕裂只在试样割口处的局部进行,试验结果如图3所示。

 割口方向对测定结果的影响

导致上述结果的原因是由于橡胶材料在压延、压出的过程中,橡胶分子及针状和片状的填料经压延后产生了取向排列,此时的取向表现为各向异性,结果经常是在取向的方向上,力学性能得到了增强。

GB/T 20991-2007规定:“如有可能,试样应在鞋腰区域对着纵向轴线横向切取”,因而,对于橡胶材料类鞋底,应在标准中规定裁取试样时,裁刀撕裂角等分线的方向(割口方向)与胶料压延、压出方向之间的关系。

 

3.3 试样制备对测定结果的影响

首先是在试样的制备上,试样应该取鞋底最外层的致密表层,还是取发泡层,还是两者皆取,相关对此标准尚未有明确规定。

由于双密度聚氨酯鞋底最外层的致密表层极薄,其厚度一般远远<2mm,且部分工艺制作的鞋底甚至不能将致密表层和发泡层完全进行分隔,因此该试样在制备中存在着一定的难度,甚至不能制成完全满足标准要求的试样尺寸;如果将致密表层和发泡层视为一体进行取样,则存在各自的取样比例问题。

取样比例的不同,会导致试样密度的变化;而密度的差异,会导致判定标准有所差异,即试样密度如果>0.9 g/cm3,外底撕裂强度不应<8 kN/m;如果密度≤0.9 g/cm3的材料,非皮革外底撕裂强度则不应<5 kN/m。

由于聚氨酯鞋底具有优异的减震、耐磨性能、密度低、穿着舒适轻便等诸多优点,现已被广泛应用于安全鞋。聚氨酯鞋底又可简单的分为单密度聚氨酯鞋底和双密度聚氨酯鞋底,其中双密度聚氨酯材料鞋底为当今最常用的材料组合方式。

双密度聚氨酯材料鞋底的最外层通常为一层较薄的、且十分致密的表层,如图4所示。该致密表层的密度通常都>1g/cm3,且厚度一般在3mm以下,部分工艺生产的鞋底,甚至将该致密表层厚度控制在1mm以下。而鞋底发泡层的密度通常都在0.4~0.6 g/cm3之间,且较致密表层要厚得多。

双密度聚氨酯类鞋底的结构,既不同于传统意义上的聚氨酯鞋底,同时也不能将其视为多层外底。对于此类结构的鞋外底撕裂强度测定,至今仍存在着一定的异议。

4 结论

通过对安全鞋外底撕裂强度测试方法进行试验和研究发现,橡胶材料的纵向撕裂强度大于横向的撕裂强度,因此建议标准对于橡胶材料类外底鞋的鞋底撕裂强度测试,应明确试样的长度方向与压延、压出方向的关系;而对于聚合材料类外底鞋的撕裂强度测试,还应进一步明确试样取样的部位及要求,这样才能保证在标准规定的测试条件下,测试结果的可靠性、唯一性和可重复性。

此外,目前我国安全鞋标准中未涉及外底拉伸强度的检测项目。事实上,外底拉伸强度低的产品会降低抗冲击、抗拉与耐磨性能,导致产品穿着寿命低。

我国对于普通商品类鞋的鞋底是有抗张强度和伸长率要求的,而作为特殊防护的安全鞋,其产品质量标准应该覆盖普通商品类鞋标准的主要检测项目,且应不低于普通商品类鞋的标准。因此,建议在以后的标准制修订中,应对外底拉伸强度有所要求,从而保证安全鞋产品质量。

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