皮革等材料圓形旋轉摩擦測試可行性的探討

張素璇，陳潔冰，黃凱旋

1　引言

眾所周知，中國已經成為制鞋大國、鞋類貿易大國、鞋類消費大國，鞋子年產量過億雙，約占全球產量的70%[1]。據報道[2-3]，2013年，中國皮革鞋靴產量為49.25億雙，僅2013年一季度，累計出口金額達115.52億美元，同比增長27.3%。

鞋子是人們日常生活的必需品，隨著人民生活水平的提高，鞋子已然從遠古時期用獸皮、雜草進行的簡單編制包裹發展到如今對穿著審美的考究、對舒適性感知的挑剔，甚至成為身份與時尚的象征。摩擦色牢度測試是表征摩擦測試中材料抗損傷能力（抗刮傷能力）和材料表面顏色的遷移性[4]。襯里、內墊與人腳接觸，反復摩擦，若材料生產工藝不善導致顏色易遷移，輕則沾污襪子、人腳，倘若材料所用染料（例如游離甲醛、可分解的禁用偶氮染料）對人體有害或穿著者屬于敏感體質，輕者紅腫瘙癢，重者會引發接觸性皮炎、腳趾及指甲發痛等，甚至可引起病變和誘發惡性腫瘤物質，導致膀胱癌、輸尿管癌、腎盂癌等惡性疾病。

由于皮革、箱包類制品，尤其鞋類產品，其種類繁多、結構設計復雜、部件尺寸大小不一，因此，找到一種能夠快速進行小部件摩擦色牢度的方法，迫在眉睫。

2　概述

國家現有的鞋類、箱包類產品標準所引用的方法標準主要為QB/T2882-2007《鞋類幫面、襯里和內墊試驗方法摩擦色牢度》A法[4]、QB/T2537-2001《皮革色牢度試驗往復式摩擦色牢度》[5]及QB/T1327-1991《皮革表面顏色摩擦牢度測試方法》[6]。國際上常用的材料摩擦色牢度測試方法有SATRA TM8：2004 《Colour Fastness to circular rubbing》[7]和ISO 11640：2012《Leather-Test for colour fastness-Colour fastness to cycles of to-and-fro rubbing》[8]。就摩擦方式而言，QB/T2537-2001、QB/T2882-2007及ISO 11640：2012的摩擦方式為往復式摩擦，SATRA TM8：2004為旋轉式摩擦。

就適用范圍而言，QB/T2882-2007的適用范圍為各種材料制成的鞋類幫面、襯里和內墊；SATRA TM8：2004的適用范圍主要為幫面材料以及各種皮革、塑料和紡織品；QB/T1327-1991的適用范圍為輕革；其余幾個標準的適用范圍均為皮革[4-8]。其中，QB/T1327-1991參照采用日本工業標準JIS K 6547-1976《皮革染色的耐摩擦堅牢度試驗方法》和NF G 52-301（1983年）《皮革 皮革表面染色牢度試驗干擦和濕擦堅牢度的測定》，年號較久；且該標準測試試樣面積要求為使用面100 mm*30 mm*2，所需測試面積太大（一般公事包規格較大，設計簡單，該測試方法能夠滿足材料的適宜性評價，但若要將該測試方法推廣至大多數產品標準，則測試所需樣品測試面積太大，并不適宜），且常見的引用標準為QB/T2277-1996《公事包》，其他標準鮮少引用，在此不做討論。

研究表明[9]：往復式摩擦具有取樣方便、測試結果可綜合反映產品質量等優點，但不適用于面積比較小的部位，且較難更細化地找出影響產品耐摩擦性能的根源。而旋轉式摩擦可克服上述缺點，測試面積小，且對于多色花型產品，只要有足夠的色塊面，即可獲得每個部位顏色堅牢度的準確評估，是測試小面積產品耐摩擦色牢度指標的首選，但國內尚無相關的評價指標的建立研究，本文旨在對旋轉摩擦與往復摩擦評價指標的相關性進行試驗研究，對旋轉摩擦的適用性進行探討。

3　試驗方案

3.1　測試方法

QB/T 2537-2001皮革色牢度試驗往復式摩擦色牢度

QB/T 2882-2007鞋類幫面、襯里和內墊試驗方法摩擦色牢度

ISO11640：2012Leather-Test for colour fastness-Colour fastness to cycles of to-and-fro rubbing

SATRA TM8：2004 COLOUR FASTNESS TO CIRCULAR RUBBING

3.2　預處理

將試樣放置在標準空氣下恒溫恒濕48h以上，并在此條件下進行測試。

3.3　測試設備

GT-7034-E2摩擦色牢度測試儀；STM462旋轉摩擦脫色試驗機；四光源標準光源箱。

3.4　測試對象

易脫色程度不同的光面皮革。

圖1　旋轉摩擦不同毛氈重量測試圖片Fig 1　The Photos of different rubbing material mass to circular rubbing

3.5　試驗原理

求試樣面積不小于120 mm*20 mm（實際測試面積為（35 mm～40 mm）*20 mm）[5]；ISO 11640：2012要求試樣面積不小于100 mm*20 mm（實際測試面積為（35～40 mm）*20 mm）[8]。摩擦頭附加載荷相同，毛氈含水率相同，實際測試面積相同，因此測試結果相同。

4.2　旋轉式摩擦測試條件探討

按照QB/T2537-2001、QB/T 2882-2007及ISO 11640：2012中規定的測試方法中的干擦50次、濕擦10次分別進行測試，在標準光源下評定沾色等級。由于SATRA TM8：2004未規定毛氈的含水率，調整毛氈含水率、摩擦載荷以及摩擦次數，以期得到相同沾色等級或對應沾色等級規律的結果，得出顏色牢度用圓形旋轉摩擦測試小部件替代往復摩擦是否可行的結論。

4　試驗結果與分析

4.1　不同往復式摩擦方法測試結果比較

按照QB/T2537-2001、QB/T 2882-2007(等同采標ISO 11640：2012，因此結果中未做明示)中規定的測試方法中的干擦50次、濕擦10次分別進行測試，在標準光源下評定沾色等級，評定結果如下：

由表1可以看出，按照QB/T 2537-2001與QB/T 2882-2007方法測試的試驗結果完全一致。這是因為不同往復摩擦測試方法所需樣品試驗面積雖有不同，但實際測試面積基本相同，QB/T2882-2007 A法要求試樣面積不小于120 mm*25 mm（實際測試面積為（35±2）mm*25 mm）[4]；QB/T2537-2001要

表1　往復摩擦試驗結果Tab 1　Test result of colour fastness to rubbing

QB/T 2537-2001規定將毛氈從水中取出，放在四張吸水濾紙中間（上、下各兩張，測試面與濾紙水平接觸），再在濾紙上放置（900±10）g的重物，時間1min，擠去水分，使毛氈的質量達到1 g左右。由于SATRATM8：2004濕擦未規定測試毛氈的含水率，且建議的干擦附加載荷為24.5 N，濕擦的附加載荷為7.1 N，旋轉轉速為干擦256轉，濕擦為128轉；因此采用不同毛氈含水率、附加載荷以及摩擦次數進行試驗，測試結果如下。

經試驗發現，附加載荷為7.1 N時，對于不易掉色的皮革材料，結果不受影響；對于染料易遷移的皮革，無論毛氈多重、測試次數增加多少，對比往復摩擦與旋轉摩擦結果，其沾色等級均偏高，無對照關系，因此排除此附加載荷。

從圖1可以看出，當毛氈質量為2.7 g時，24.5 N附加載荷過大，在毛氈周圍擠壓形成一圈水印，對于染料易遷移性皮革來講，形成的水印易導致染料隨水漬遷移至試驗面積之外，導致試驗結果偏高。因此本文采用毛氈質量為2.3 g左右進行測試，具體操作方法為用1 kg砝碼壓1.5分鐘擠出多余水分。

對于顏色不易遷移的皮革，旋轉摩擦與往復摩擦結果均為4～5，不具說明性，因此，本文采用易掉色皮革作為實驗對象，探討旋轉摩擦是否能夠替代往復摩擦，實現小部件材料的色牢度考核。表2所用皮革脫色嚴重。按照QB/T 2537-2001采用A法，干擦測試次數為50次，其沾色結果為3～4級；濕擦測試次數為10次，其沾色結果為2-3級，如下圖2。

圖2　往復摩擦試驗結果Fig.2　The test result of color fastness to to-and-fro rubbing

表2　不同摩擦次數試驗結果對比Tab 2　The test result comparison of different test times to circular rubbing

表3　不同摩擦次數試驗結果對比Tab.3　The test result comparison of different test times to circular rubbing

表4　往復摩擦與旋轉摩擦試驗結果對比Tab.4　The test result comparison of colour fastness to rubbing and circular rubbing

從表2可以看出，隨著干摩擦次數的增加，旋轉摩擦的沾色結果并未顯著增加，在150次后，基本取得與往復摩擦一致的結果。

從表2可以看出，隨著濕摩擦次數增多，毛氈阻力增大，出現起毛起球、沾色不均的現象，且，旋轉摩擦的沾色結果并未隨著濕摩擦次數的增加而增加，沾色結果與往復摩擦相差2級，無對應關系。另取六組試樣，均取得類似結果。這是因為，旋轉摩擦的有效摩擦面積比較小，易遷移的染料本身也較少，當隨著摩擦次數增多，毛氈上的染料增多；到一定程度時，易遷移的染料全部轉移至毛氈上，沾色加重；當摩擦次數繼續增多時，沾色情況即無法加重，隨著摩擦次數增多，摩擦阻力越來越大，毛氈即會出現起毛、起球現象。

4.3　往復式摩擦與旋轉式摩擦探討

從表4可以看出，無論旋轉摩擦次數為多少，其濕摩擦等級在加重至一定程度后，均無法再加重，因此無法取得與往復摩擦一致的試驗結果，當染料極易粘附脫落，極少染料脫落即可導致毛氈沾色至1級/1-2級/2級時，往復摩擦與旋轉可以達到相同的沾色結果，但大多時候，旋轉摩擦與往復摩擦試驗結果超出行業標準規定的半級允差，因此不具推廣性。

從圖3可以看出往復摩擦與旋轉摩擦的運行方式的不同。往復摩擦要求試樣面積不小于(100～120 mm)*（20～25 mm），實際測試面積均為（35±2）mm*25 mm；旋轉摩擦要求試樣面積為60 mm*60 mm的方形或直徑為60mm的圓形抑或寬度為60 mm的條形（實際測試面積為直徑為25 mm的圓形）[7]。

建立數學模型：

式中：S1——摩擦指數；

S1——試樣的實際摩擦面積，mm；

S2——毛氈的摩擦面積，mm。

參照上述公式可得，往復式摩擦的摩擦指數為2.33；旋轉式摩擦的摩擦指數為1。這意味著旋轉摩擦在試驗面積上的摩擦力及可遷移的染料均較少，對于深色易掉色的皮革，些微脫色均會造成嚴重沾色時，往復摩擦與圓形旋轉摩擦兩者才能達到相同沾色等級，否則并無規律可循，因此，圓形旋轉摩擦要進行大范圍推廣，并不可行。

圖3　往復摩擦與旋轉摩擦試驗方式對比Fig 3　The way comparison of colour fastness to rubbing and circular rubbing

5　結論

皮革摩擦色牢度的考核方法眾多，大體分為兩類，一類是往復摩擦，一類是旋轉摩擦。由于旋轉摩擦在我國的檢測領域尚未成熟，其結果的影響因素較多，通過調節其影響因素，比對往復摩擦試驗結果得出以下結論：1.對于深色易掉色的皮革，些微脫色均會造成嚴重沾色時，圓形旋轉摩擦可以達到往復摩擦相同的結果；2.對于淺色且輕微掉色的皮革，圓形旋轉摩擦無論如何也難以達到往復摩擦相同的結果。雖然圓形旋轉摩擦要求的試樣面積比較小，可以解決小部件產品（如小票夾、皮革飾品等）的摩擦色牢度考核問題，但是其仍有技術局限。未來，通過比對往復摩擦試驗結果，大量試驗，不斷改進儀器，建立旋轉摩擦的科學有效的考核方式，擴寬旋轉摩擦的適用范圍，解決小部件產品的摩擦色牢度考核問題很有必要。參考文獻：

[1]中國皮革網．中國年產127億雙鞋占世界產量63%[EB/OL]．http：//pige.csc86.com/zixun/todayfocus/2015/1028/13260.html，2015-10-28.

[2]中國產業信息網．2013中國皮革鞋靴行業產量分 析 [EB/OL]．http：//www.chyxx.com/industry/201402/228835.html，2014-2-14.

[3]中商情報網．2013年3月中國鞋類出口額達26.97 億美元[EB/OL]．http：//www.askci.com/news/201304/11/1114532371811.shtml，2013-4.11．

[4]QB/T2882-2007鞋類幫面、襯里和內墊試驗方法摩擦色牢度[S].

[5]QB/T2537-2001皮革色牢度試驗往復式摩擦色牢度[S].

[6]QB/T1327-1991皮革表面顏色摩擦牢度測試方法[S].

[7]SATRA TM8：2004 Colour Fastness to circular rubbing[S].

[8]ISO11640：2012 Leather-Test for colour fastness-Colour fastness to cycles of to-and-fro rubbing[S].

[9]李珊珊，孫世彧，陳宗良．皮革耐摩擦色牢度測試方法對比與分析[J]．西部皮革，2013,35（06）：32-34．