飞织鞋面材料耐磨性能测试方法研究

本文来自：中国纤检

作者/王敏

制鞋行业在我国轻工业行业中占有举足轻重的地位。2017年全球鞋类产量达到235亿双，其中中国共生产了135.23亿双，占全球总量的57.5%[1]。

从2012年耐克公司研发出电脑横机编织鞋面（Computerized Flat Knitting Upper）并命名为大家所熟知的Flyknit (飞织）开始，这项原本用于织毛衣的技术通过机器的改良迅速地运用于运动鞋产业。2014年起国内各大运动鞋品牌迅速跟进推出了同类产品。飞织鞋面凭借轻盈、贴合、透气、舒适、花纹设计性强、原料损耗低等诸多优点，迅速成为制鞋行业的一大热点，至今仍风靡全球[2]。

在追求极限轻盈性、舒适性的情况下，飞织鞋面材料被设计得越来越轻薄，厚度的减小势必引起了部分物理性能的下降，比如作为鞋面材料重要耐用性能之一的耐磨性。为此，从业人员需研究和分析这种材料耐磨性能的测试方法及指标，在保障最低耐磨性能的前提下再提高其轻盈性。本文就这种情况，重点研究了3种典型厚度的飞织鞋面材料在几种耐磨性能测试方法中的适用性和参数选择。

1 试验

1.1 试验方法选择

1.1.1 马丁代尔（MARTINDALE）耐磨法

马丁代尔耐磨法在国内常用于纺织品起毛起球或耐磨性能的测试和评价。其中，等效采用ISO 17704:2004[3]的国家标准GB/T 3903.16—2008[4]《鞋类 帮面、衬里和内垫试验方法 耐磨性能》规定了采用马丁代尔法测试鞋类材料的测试方法。

1）马丁代尔耐磨法的主要原理为：在恒定压力下用标准摩擦织物或标准砂纸摩擦试样。摩擦织物或砂纸和试样之间进行一个相对复杂的利萨如图形的相对运动，产生所有方向上的摩擦。完成规定的摩擦次数后评定试样变色和损坏程度。

2）主要试验步骤：在磨台上依次安装好羊毛毡和摩擦织物，在磨头上依次安装好聚氨酯泡沫塑料和试样。将磨头装在仪器上，试样与磨料相接触，对磨头施加（12±0.2）kPa的正压力。启动仪器直到规定摩擦次数，将磨头取下，在光线充足不直射的条件下检查试样的受损程度。用符合GB/T 250—2008[5]的灰色样卡评定试样变色情况；用GB/T 4802.1—2008[6]中的评级方法评定试样表面起毛起球情况；使用以下描述：无、十分轻微、中等、严重、几乎完全和完全来描述试样受损情况。

3）试验参数：试样直径38mm，每种织物裁切2片，采用干摩擦，试验压力（12±0.2）kPa。采用羊毛摩擦织物时的摩擦次数为25600次和51200次。采用No.600水砂纸磨料时的摩擦次数为100次和200次。

4）试验仪器：900 SERIES型马丁代尔耐磨仪，英国JAMES HEAL公司生产。

1.1.2 泰伯（TABER）耐磨法

泰伯耐磨法涉及的主要标准有：等效采用ISO 5470—1:1999[7]的国家标准GB/T 30314—2013[8]《橡胶或塑料涂覆织物 耐磨性的测定 泰伯法》我国轻工行业标准QB/T 4545—2013[9]《鞋用材料耐磨性能试验方法(Taber耐磨试验机法)》，美国标准 ASTM D 3884—2009(2017)[10]《Standard Guide for Abrasion Resistance of Textile Fabrics(Rotary Platform Double-Head Method)》。

1）泰伯耐磨法的主要原理为：被测试样放置在一个旋转平台上，通过其上方的两个异向滚动的摩擦轮在一定负荷下与试样进行旋转摩擦来磨损试样。一个摩擦轮朝外，另一个摩擦轮朝内摩擦试样，最终形成一个圆环形的磨损痕迹。经过规定的摩擦次数后通过评估外观变化或计算质量损耗来评定试样的磨损程度。

2）主要试验步骤：在试样背面粘贴厚度为1mm的试样固定片，以保持试样的硬挺度和平整度。将试样固定于转盘上并压平。在仪器摇臂上安装规定型号的磨轮和通过加荷砝码调节磨轮的负荷至规定值。设定转数计数器后，把磨轮轻放至试样表面，启动仪器直到规定转数。取下试样，在光线充足不直射的条件下检查试样的受损程度。用符合GB/T 250—2008的灰色样卡评定试样变色情况；用GB/T 4802.1—2008中的评级方法评定试样表面起毛起球情况；使用以下描述：无、十分轻微、中等、严重、几乎完全和完全来描述试样受损情况。

3）试验参数：仪器转速为（72±5）r/min，试样直径为（106±1）mm，中心孔直径为6 mm，每种织物裁切2片，H18磨轮，负荷1000g，试验次数300次和500次。

4）试验仪器：5155ABRASER型TABER耐磨试验机，美国TABER公司生产。

1.1.3 STROLL耐磨法

STROLL耐磨法涉及的主要标准有：我国纺织行业标准FZ/T 01121—2014[11]《纺织品 耐磨性能试验 平磨法》，美国标准 ASTM D 3886—1999(2015)[12]《Standard Test Method for Abrasion Resistance of Textile Fabrics(Inflated Diaphragm Apparatus》。

1）STROLL耐磨法的主要原理为：试样放置在具有恒定气压的充气橡胶膜片上，使用指定型号的砂纸对试样进行摩擦。经过规定的摩擦次数后通过外观评估试样的磨损程度。

2）主要试验步骤：在旋转平台上安装平磨夹具，将试样测试面朝上放在橡胶片上一起夹入平磨夹具。将水砂纸夹持于磨料夹持装置。打开气泵设置规定的充气压力，并保持充气压力恒定。将摩擦加压重锤放置于摩擦板上部，放下摩擦板使砂纸与试样接触。启动仪器直到规定次数。取下试样，在光线充足不直射的条件下检查试样的受损程度。用符合GB/T 250—2008的灰色样卡评定试样变色情况；用GB/T 4802.1—2008中的评级方法评定试样表面起毛起球情况；使用以下描述：无、十分轻微、中等、严重、几乎完全和完全来描述试样受损情况。

3）试验参数：圆形试样面积100cm2，每种织物裁切2片，往复速度（125±5）次/min，动程（25±2）mm，充气压力28kPa，摩擦压力（450±5）g，磨料为No.600水砂纸，试验次数200次和300次。

4）试验仪器：CAT-125型多用途耐磨试验机，日本大荣公司生产。

1.2 试样选择

试样选取典型的薄型、中型、厚型3种飞织鞋面，主要参数见表1。

表1 3种试样主要参数

1.3 调湿和试验环境

应将样品放置在温度（20±2）℃、相对湿度（65±4）%的环境中调节24h，并在此环境条件下进行试验。

2 试验结果

为便于方法的比较和分析，3种方法试验结果统一采用变色、起毛起球和磨损程度3种考核方式进行表述。详细试验结果见表2。

3 讨论与分析

3.1 测试方法适用性讨论

3.1.1 马丁代尔耐磨法

1）优点：运行轨迹为利萨如曲线摩擦异向性较好，摩擦区域较广，试验重复性较好，可以随时停机检查试样受损情况；由于马丁代尔耐磨法常用于服用纺织品的测试，所以试验结果可以较好地与服用纺织品进行比较；本方法可以进行湿试验。

表2 3种试样耐磨性能试验结果

2）缺点：由于GB/T 3903.16—2008仅规定了羊毛摩擦织物一种磨料，在试验中发现试样与磨料之间摩擦较为轻柔，试样磨损程度较轻；本次试验最高摩擦次数为51200次，约需在机台上运行18小时，试验耗时长；试验前准备步骤较为繁琐，厚型试样安装较为费劲，羊毛磨料只能单次使用，耗材成本较高。

3）适用性：由于羊毛摩擦织物与试样摩擦磨损程度较小，所以准确反映飞织鞋面材料的耐磨性能存在局限性，对于使用羊毛织物磨料的马丁代尔法并不太适用于飞织鞋面材料耐磨性能的考核。为此，本试验在其他条件不变的情况下，延伸研究了使用符合FZ/T 01121—2014规定的No.600水砂纸标准磨料进行试验，根据试验结果可知，使用No.600水砂纸标准磨料的马丁代尔法摩擦效果明显加重，能够较好反映飞织鞋面材料的耐磨性能。

3.1.2 泰伯耐磨法

1）优点：旋转平台依靠试样与砂轮间的摩擦力带动砂轮旋转，试验测试面积较大，操作简便，耗时短；砂轮品种较多，可通过灵活调节砂轮、负荷、转数等试验参数迅速确定合适的试验条件，且适用于各种厚度的材料。泰伯法常用于皮革、合成革等材料的耐磨性能测试，所以飞织鞋面材料使用泰伯法测试便于与鞋用皮革、合成革等材料的耐磨性能进行比较。设备有吸尘装置。

2）缺点：砂轮边缘较为锐利，测试区域边缘附近往往容易提前破损，所以边缘部分不宜纳入考核范围；砂轮表面容易受到样品污染，需进行打磨清洁，打磨过程较为繁琐和耗时；采用强力吸尘装置，试验时噪音较大。

3）适用性：由于条件参数可选性强，可以根据材料的厚度和预估的耐磨性能迅速选定合适的试验参数，相对于马丁代尔法耗时较短，试验结果直观明了。因此，泰伯法是比较理想的考核方法。

3.1.3 STROLL耐磨法

1）优点：采用砂纸摩擦试样效果明显；负重砝码可选性强；试验操作简便，耗时短；弧形摩擦面比较接近于鞋面材料的最终使用状态。

2）缺点：摩擦区域较小，仅是鼓膜鼓起部位与砂纸摩擦，摩擦结果均匀性不高；虽然平台有一定的转动（试样台每往复移动100次，平磨夹具绕其中心轴转一圈），但转动缓慢，所以摩擦异向性较差；作业时粉尘碎屑较多，无实时除尘装置。

3）适用性：由于鼓膜充气压力的局限，较厚型的材料往往顶起的高度和弧度不理想，造成摩擦面积增大，摩擦面积成为变量，造成不同样品测试结果可比性下降。所以该方法不适用于较厚型鞋面材料的测试，用于较薄鞋面材料的测试较为合适。

3.2 试验结果分析

1）从表2可知，用马丁代尔法测试薄、中、厚型3种飞织鞋面材料经过25600次和51200次两个阶段的测试后，3种样品变色均为4～5级，起毛起球最差也仅为4级，磨损程度也均为十分轻微。在51200次这样高摩擦次数的情况下，3种样品在变色、起毛起球、磨损程度上变化也都不大。可见，GB/T 3903.16—2008中规定条件的马丁代尔法摩擦程度较轻，所以该标准不太适用于考核飞织鞋面材料。为此，本试验在其他条件不变的情况下，使用了符合FZ/T 01121—2014规定的No.600水砂纸标准磨料代替羊毛摩擦织物进行对比试验。

从表2可知，水砂纸对试样的摩擦明显加重。薄型试样经100次摩擦后变色和起毛起球均已达到3级，表面几乎完全磨损；厚型试样经200次摩擦后变色为4级，起毛起球3级，表面中等磨损；中型试样的测试结果介于薄型和厚型之间。改进后的马丁代尔法试验时间明显缩短、测试效果明显增强，通过合理设计摩擦次数，可以较好考核飞织鞋面材料的耐磨性能。不过，由于马丁代尔法夹持头较小，厚型试样装载比较困难，装样后试样边缘凹陷严重，摩擦面中心突起，一定程度上改变了试验本质，所以马丁代尔法不太适用于厚型材料的测试。薄型试样经100次摩擦后便已磨损严重，所以改进后的马丁代尔法也不太适用于薄型材料。综上，改进后的马丁代尔法比较适合于中等厚度飞织鞋面材料耐磨性能的考核。

2）用泰伯法测试薄、中、厚型3种飞织鞋面材料经过300次和500次两个阶段的测试后，薄型试样变色和起毛起球最低都达到了2级，表面完全磨损，损毁非常严重。厚型试样经过两个阶段的测试变色3～4级、起毛起球3级、表面中等磨损。中型试样的测试结果介于薄型和厚型之间。泰伯法测试飞织鞋面材料效果明显。由于夹持结构的关系，厚型试样也能较好地被夹持；薄型试样也能利用背面粘贴固定片的方式保证试样的硬挺度和平整性。综上，泰伯法测试摩擦次数适中，测试结果准确，适合于各种厚度飞织鞋面材料耐磨性能的考核。

3）用STROLL法测试薄、中、厚型3种飞织鞋面材料经过200次和300次两个阶段的测试后，薄型试样变色最低达到2级，起毛起球最低3～4级，表面完全磨损，损毁非常严重。厚型试样经过两个阶段的测试变色3～4级、起毛起球3级、表面严重磨损。由于摩擦接触面较小和采用水砂纸为磨料的缘由，STROLL法耐磨测试结果偏重。飞织鞋面材料表面的孔隙较大，纱线磨损情况也较难判断。综上，STROLL法并不太适合于飞织鞋面这类纺织材料的耐磨性能考核。

4 结论

3种典型飞织鞋面材料经过马丁代尔、泰伯、STROLL3种测试方法的测试后，经分析总结出以下结论：

1）薄、中、厚型3种典型飞织鞋面材料在3种方法的测试中，结果表现出了一致性，即耐磨性能：厚型＞中型＞薄型。表明飞织鞋面材料的耐磨性能与材料厚度成正向关系。

2）采用羊毛摩擦织物的马丁代尔法由于摩擦较轻柔不太适用于飞织鞋面材料耐磨性能的测试；改用No.600水砂纸为磨料的马丁代尔法较适合于厚度为中型的飞织鞋面材料耐磨性能的测试。

3）泰伯法由于测试参数调整灵活，试样固定方式合理，起效果的摩擦次数适中，兼具测试的时效性和准确性，所以泰伯法适合于各种厚度飞织鞋面材料耐磨性能的考核。

4）STROLL法由于摩擦接触面较小和采用水砂纸为磨料的缘由，试样表面磨损严重，摩擦次数少，测试结果偏重。所以STROLL法并不太适合于飞织鞋面这类纺织材料的耐磨性能考核。