防靜電鞋的電性能質量分析及使用建議

賈永超

（廣東產品質量監督檢驗研究院，廣東 廣州 510663）

在日常生活中，靜電給人們帶來的困擾無處不在。在干冷的冬季，人們常常因靜電的侵擾而內心抓狂；在易燃易爆的場所中，靜電花火極易造成人身傷亡和財產損失；在電子產品的生產中，靜電脈沖極易燒毀敏感的電子元器件[1]。為了避免靜電給人們帶來的危害，人們會在特定的工作領域使用防靜電裝備來消除靜電，其中防靜電鞋的使用是將人體積累的電荷傳導給大地的重要途徑之一[2]。而目前市場上防靜電鞋的種類繁多，其設計理念與原材料的選用各不相同，防靜電鞋的質量也良莠不齊。由于其質量狀況影響著國民經濟的發展以及勞動者的身體健康，因此國家有關部門在歷年的產品監督抽查過程中對于勞保鞋的產品質量尤為重視。

本次研究通過分析防靜電鞋的檢測方法及質量現狀，從產品的構成、材料、配件多角度進行防靜電鞋的電性能研究，對導電涂料、導電纖維以及防靜電鞋墊在鞋類產品中的應用進行了性能的探究。

1 測試方法及合格率情況

目前國家針對防靜電鞋的強制性標準為GB 21148-2020《足部防護安全鞋》，標準要求其在干燥與潮濕的環境中調節7天后，電阻值應在100 KΩ 和1000 MΩ 之間[3]。其電阻值測試是依據GB/T 20991-2007《個體防護裝備鞋的測試方法》中5.10 的規定進行，主要原理是通過在經預處理的鞋子內部和鞋底間施加100 V 的直流電壓，測試其電阻值，該項目所采用的電阻測量裝置如圖1 所示[4]。

圖1 電阻測試儀器

近年來上海市、浙江省以及廣東省防靜電鞋的電性能的合格率統計情況見表1、表2。

表1 近年來浙江省、上海市防靜電鞋電性能抽查情況

表2 近年來廣東省防靜電鞋電性能檢測情況

結合近年來上海市、浙江省以及廣東省內的防靜電鞋抽檢情況來看，在監督抽查過程中，防靜電鞋產品的防靜電性能合格率在80%以上，其中部分抽查批次中，合格率可達到100%。結合近年來所承擔的勞保產品抽檢任務，分析其原因主要有兩方面，一方面是抽檢任務的樣本數量較小，因此該產品的合格率會存在與真實值偏離的情況；另一方面是所抽產品主要是在正規門店銷售的產品或在生產企業的待銷產品中抽取的有產品質量檢驗合格證明或者以其他形式表明合格的產品，因此產品的質量相對更有保障。

然而在近年來的委托檢測過程中，產品的合格率情況雖逐年上升，但相比抽樣檢測的合格率則仍然偏低，結合近年來所跟進的各類防靜電鞋情況來看，其不合格原因有兩方面：1.生產企業在產品的制造過程中對于標準的理解不夠充分，把不具備防靜電功能的鞋子當做防靜電鞋送檢，其結果是顯然不合格的，這種情況在近年來多次出現，尤其是企業把具備電絕緣功能的鞋子按照防靜電鞋進行檢測，其充分體現了企業在標準的理解以及產品的工作原理方面存在認識不足，因此需要不斷加強學習并提高產品質量意識，才能更好地提高產品的質量；2.對于產品的設計及構造不到位，導致防靜電鞋雖然采用較為昂貴的鞋材，但由于鞋品部件的搭配不合理，未采用具備防靜電性能的鞋墊或鞋類中底為絕緣材料且未進行防靜電處理而導致產品的整體電阻值偏高，嚴重超過防靜電鞋所規定的1000 MΩ 的要求，因此企業應注意鞋材的選用以及各部件之間的設計搭配。

2 防靜電鞋的工作原理與設計分析

防靜電鞋的工作原理是通過穿防靜電鞋使人體和大地相連，從而傳導電荷，降低人體電位至安全值范圍，與傳統的導電鞋相比，其電阻值的要求設置是考慮到防靜電鞋既要能夠消除人體靜電的積聚，又要能在一定環境下防止250 V 以下的電源電擊。因此整鞋的電阻值應大于100 KΩ 且小于或等于1000 MΩ[3]。

在防靜電鞋的制作過程中為使其具備優異的傳導電荷能力，通常會在外底、中底、內底及配套鞋墊中添加導電元素。例如在外底的制作過程中添加導電炭黑；在中底與內底層間縫合有導電布、導電線，并通過導電膠水涂覆粘結；在防靜電鞋墊的前掌著力部位編織有防靜電纖維[5]。通過各部件的相連，使鞋墊和鞋底最終形成靜電泄放通道，從而確保人們不會帶電工作。各部件設計如圖2 所示。

圖2 防靜電鞋橫截面示意圖

防靜電鞋的組成是多部件的，其中任何一個部件出現問題都可能導致整鞋的防靜電性能不符合標準要求。因此通過分析防靜電鞋的整個設計部件，來解析影響防靜電鞋不合格的原因。

2.1 鞋底部件

目前常見的防靜電鞋，鞋底主要分為橡膠底、聚合材料底以及復合外底這三大類。

橡膠底與聚合材料底由于其用料單一，因此在鞋底的制作過程中除了注意鞋底材料耐用性方面的物理性能之外，可以通過添加導電炭黑等導電助劑來實現鞋底的整體電阻保持在標準區間。

復合外底則分為橡膠外底與聚合材料中底、聚合材料外底與聚合材料中底兩大類型。其中橡膠外底與聚合材料中底的搭配容易出現防靜電性能不合格的現象，其原因是雖然橡膠外底部件的性能優異，但是中底部件含有的導電助劑較少或未添加助劑，造成了外底與內底之間的隔離，從而導致電荷的傳導不暢，整體的電性能不合格。針對現象可以從兩方面進行整改，一方面打通外底與內底之間的電荷傳導通道，可以借助在中底鉆孔等方式，在中底縫隙間注入導電涂料或導電纖維，然后在中底兩側涂抹一定面積的導電涂料，最終實現外底與內底的相連，但是這一方式的選擇應注意鞋子在使用過程中可能出現的導電纖維斷裂等問題，因此要增加多處連接，保證鞋子即便經過長時間的彎折依舊能夠保持整體的連接性。另一方面則是更換中底，通過調整中底制作配方和工藝，采用導電助劑增加中底的導電性，從而避免因為環境干燥而影響中底性能的現象出現。不同鞋底種類的防靜電鞋電性能不合格數據情況見表3。

由表3 可知，不同類型鞋底在干燥和潮濕環境中調節后，電阻差異較大，其中橡膠類鞋底的電阻值變化在20 倍左右，聚合材料及復合材料鞋底的電阻值變化在100 倍左右，其原因是橡膠類鞋底材料的電阻受濕度變化的影響較小，而聚氨酯等發泡材料的鞋底，其發泡材料中存在空隙，容易受到濕度的調節而導致電阻值變化較大，其中潮濕環境下，電阻容易滿足標準要求，但在干燥條件[（20±2）℃，相對濕度（30±5）%]，鞋底材料中的水分減少，因此電阻值升高幅度較大。因此在加工生產聚氨酯中底以及聚氨酯外底時應注意測試環境的溫濕度，工廠的檢測往往在室溫環境中進行，對于溫濕度的控制往往不夠，尤其是潮濕的南方氣候，空氣中的濕度往往達到65%左右，因此在不經環境調節的情況下測量電阻值往往比在標準的干燥環境中測得的電阻值偏小，因此造成結果失真。

表3 不同種類鞋底的電性能情況

2.2 鞋墊部件

防靜電鞋的鞋墊分為可移動鞋墊及非移動鞋墊兩種類型，其中非移動鞋墊類型的產品合格率較高，而可移動鞋墊類型的產品的合格率情況相對偏低，其原因是由于鞋墊的質量好壞同樣影響著鞋的導電性能。這是目前生產企業以及消費者極易忽視的一點。結合業內已有研究表明，在防靜電鞋的電阻測試中發現，大部分企業生產的防靜電鞋的鞋底電性能都可以符合標準要求但是標準的測試過程中，如果鞋裝有活動墊時，應給予保留，這就造成部分產品不裝配鞋墊測試電阻能夠滿足標準要求，而添加不具備導電性能的鞋墊后，電阻值則明顯升高甚至超出標準要求[6]。因此為確定鞋墊對成鞋防靜電性能影響，分別對比觀察了5 個批次的防靜電鞋在裝配鞋墊與否的情況下的電阻值情況。詳細數值如表4 所示。

目前防靜電鞋標準要求電阻值應在100 KΩ 到1000 MΩ之間，從表四可以發現，由于環境濕度對靜電積聚的影響很大，同批次的鞋子在潮濕環境中調節后的合格率遠高于干燥環境中調節，且鞋子的電阻值變化受是否裝配鞋墊的影響較小。

在干燥環境中測得的裝配鞋墊與否的數據發現，鞋墊對成鞋的電阻值影響較大，去除鞋墊后的2、3 號樣品電阻值變為合格，4、5 號樣電阻值雖然沒有由不合格變為合格，但其電阻降低仍然幅度較大。

試驗發現1 號樣品的電阻值變化相差較小，可以推測其鞋墊的導電性能相對優異。因此通過選用1 號樣品的鞋墊代替2、3、4、5 號樣品鞋墊進行進一步驗證鞋墊對于整鞋電阻的影響。具體數據如表5 所示。

由表5 和表4 分析發現，是否安裝鞋墊以及安裝鞋墊的質量均會對整鞋的電阻值在干燥環境中產生較大的影響，因此鞋墊的防靜電性能能夠極大地影響成鞋防靜電性能的合格與否。

表4 不同狀態下防靜電鞋的電阻值/MΩ

表5 采用防靜電鞋墊前后的電阻值/MΩ

目前市面上常見的防靜電鞋墊有2 種，分別是皮革、紡織及聚合材料鞋墊通過前掌或全掌加縫金屬導電絲纖維制作而成，另一種則是聚合材料混入抗靜電劑沖壓熱壓成型。但最終目的均為提高鞋墊正反兩面的連通性從而增加導電性，避免電荷的積聚。目前常見鞋墊款式如圖3 所示。

圖3 含有導電纖維與無導電纖維的鞋墊

2.3 鞋底制作分析

目前的聚氨酯底、橡膠底以及PVC 底等鞋底在制作過程中都會涉及到抗靜電劑的使用，一種是加入導電炭黑，另一種是加入抗靜電劑ASA。導電炭黑中性能較為優異的是乙炔炭黑，而抗靜電劑分子具有極強的極化能力，可以吸附并極化空氣中的水分從而降低材料的電阻值，但是其作用原理對于環境的濕度依賴較大，因此環境濕度變化較大時，其電阻值的變化也相對較大[5]。

鞋底成型除了鞋材的選用之外，還涉及到膠黏劑的粘接、如果操作不當，涂刷過多則可能因為膠黏劑成膜而隔離了鞋墊與外底之間的連通。因此目前市場銷售較多的聚氨酯底防靜電皮鞋，一般會在鞋的前掌部位或中底及后跟部分區域預留孔，然后將鞋底聚氨酯材料與抗靜電劑混合注塑，從而使中底貫通起到防靜電的作用。

結合防靜電鞋的測試及導電原理，可以發現防靜電鞋的作用機理是通過導電介質將人體積累的電荷傳導出去，其整個過程由上到下、由里到外依次為防靜電服、防靜電襪、防靜電鞋墊以及鞋底中底傳導電荷至外底，最終將人體的靜電導入大體，從而避免靜電火花及脈沖的產生。

3 選購建議及使用指南

目前市面流通的防靜電鞋種類繁多，其作為石油、化工、電子、軍工等行業為避免靜電產生損失而采購使用的勞動防護用品，其產品質量關乎企業的發展以及人們的生命財產安全，因此通過了解防靜電鞋的合格率情況以及影響其防靜電性能的因素，可以促進生產企業提高產品的質量，避免因某一細節的不足，而導致產品的質量不過關，不僅給防靜電鞋生產企業帶來效益上的損失，更給社會中各個需要避免靜電的行業帶來安全隱患，因此生產企業及消費者均需要提高安全意識，生產并選用合格的防靜電鞋是保障長遠發展的重要一環。

最后為消費者在選購防靜電鞋時提供幾點建議。

（1）查看標識。產品標識是了解產品信息的重要途徑，正規廠家生產的防靜電鞋應具有產品名稱（防靜電安全鞋等字樣）、生產廠家名稱或供貨商名稱、生產日期以及執行標準編號（如GB 21148-2020）等信息。通過觀察產品的標識，可以了解生產企業對于細節的把握，如果連產品的標識都不能夠充分體現，那很難相信其在產品的細節制作上用足料，用夠心。

（2）查看外觀。鞋類產品雖然不像快消品那樣要求保質期，但聚氨酯等材料會隨著時間的推移而發生水解，霉變等現象。因此在選購產品時應注意觀察產品的鞋底是否存在老化現象，可以通過手指揪底觀察是否有小塊脫落，摸上去是否有鞋底發粘等現象以及觀察鞋上生產日期的標識來觀察產品是否為近期生產的，通常應選用近一年內生產的且有產品質量合格證的產品。

（3）檢查配件。由于鞋墊對產品的防靜電性能影響很大，因此消費者在購買鞋子過程中，可以抽出鞋墊，觀察鞋墊正反兩面是否有金屬導電纖維以及導電縫線是否縫合整齊、牢固而可靠，另一方面注意防靜電導線是否存在斷線、缺陷或縫線過疏的情況。

（4）足部防護用品不僅僅只具備單一的防靜電功能，在選購防靜電鞋時可根據作業場景的需要，亦可選用多功能的防靜電鞋產品，諸如具備鞋頭防砸、耐壓及鞋底防刺穿功能的復合型產品。

通過了解防靜電鞋的工作原理，該產品在發揮其功能的同時也應考慮工作場景的環境情況，因此在使用防靜電鞋的過程中亦應注意以下幾點。

（1）防靜電鞋應避免接觸絕緣物質，如絕緣的油漆、粘稠的油污等。因為絕緣污漬的污染會影響防靜電鞋與地面的接觸，無法發揮其應有的導電性能。因此在日常穿著過程中，應做好防靜電鞋底的清潔工作。

（2）防靜電鞋應與防靜電服配套使用，雖然防靜電鞋可以通過連接地面導走人體攜帶的大部分靜電，但通過穿著防靜電服可以進一步地減少靜電在人體的產生和聚集。

（3）防靜電鞋嚴禁用絕緣毛料襪或鞋墊。冬季保暖的絕緣毛料襯里通常為化纖或毛皮材質，這類物質具有較強的絕緣性。人體與其接觸不僅阻礙了靜電通過防靜電鞋向地面的傳導，更容易在行走過程中產生電子的轉移進而產生靜電。從而使防靜電鞋的性能大打折扣。因此在穿著防靜電鞋時應選用配套的防靜電鞋墊以及舒適的棉襪，使得人體與大地進行有效的連接，從而達到疏導電荷的作用[1]。