防静电鞋的电性能质量分析及使用建议

贾永超

（广东产品质量监督检验研究院，广东 广州 510663）

在日常生活中，静电给人们带来的困扰无处不在。在干冷的冬季，人们常常因静电的侵扰而内心抓狂；在易燃易爆的场所中，静电花火极易造成人身伤亡和财产损失；在电子产品的生产中，静电脉冲极易烧毁敏感的电子元器件[1]。为了避免静电给人们带来的危害，人们会在特定的工作领域使用防静电装备来消除静电，其中防静电鞋的使用是将人体积累的电荷传导给大地的重要途径之一[2]。而目前市场上防静电鞋的种类繁多，其设计理念与原材料的选用各不相同，防静电鞋的质量也良莠不齐。由于其质量状况影响着国民经济的发展以及劳动者的身体健康，因此国家有关部门在历年的产品监督抽查过程中对于劳保鞋的产品质量尤为重视。

本次研究通过分析防静电鞋的检测方法及质量现状，从产品的构成、材料、配件多角度进行防静电鞋的电性能研究，对导电涂料、导电纤维以及防静电鞋垫在鞋类产品中的应用进行了性能的探究。

1 测试方法及合格率情况

目前国家针对防静电鞋的强制性标准为GB 21148-2020《足部防护安全鞋》，标准要求其在干燥与潮湿的环境中调节7天后，电阻值应在100 KΩ 和1000 MΩ 之间[3]。其电阻值测试是依据GB/T 20991-2007《个体防护装备鞋的测试方法》中5.10 的规定进行，主要原理是通过在经预处理的鞋子内部和鞋底间施加100 V 的直流电压，测试其电阻值，该项目所采用的电阻测量装置如图1 所示[4]。

图1 电阻测试仪器

近年来上海市、浙江省以及广东省防静电鞋的电性能的合格率统计情况见表1、表2。

表1 近年来浙江省、上海市防静电鞋电性能抽查情况

表2 近年来广东省防静电鞋电性能检测情况

结合近年来上海市、浙江省以及广东省内的防静电鞋抽检情况来看，在监督抽查过程中，防静电鞋产品的防静电性能合格率在80%以上，其中部分抽查批次中，合格率可达到100%。结合近年来所承担的劳保产品抽检任务，分析其原因主要有两方面，一方面是抽检任务的样本数量较小，因此该产品的合格率会存在与真实值偏离的情况；另一方面是所抽产品主要是在正规门店销售的产品或在生产企业的待销产品中抽取的有产品质量检验合格证明或者以其他形式表明合格的产品，因此产品的质量相对更有保障。

然而在近年来的委托检测过程中，产品的合格率情况虽逐年上升，但相比抽样检测的合格率则仍然偏低，结合近年来所跟进的各类防静电鞋情况来看，其不合格原因有两方面：1.生产企业在产品的制造过程中对于标准的理解不够充分，把不具备防静电功能的鞋子当做防静电鞋送检，其结果是显然不合格的，这种情况在近年来多次出现，尤其是企业把具备电绝缘功能的鞋子按照防静电鞋进行检测，其充分体现了企业在标准的理解以及产品的工作原理方面存在认识不足，因此需要不断加强学习并提高产品质量意识，才能更好地提高产品的质量；2.对于产品的设计及构造不到位，导致防静电鞋虽然采用较为昂贵的鞋材，但由于鞋品部件的搭配不合理，未采用具备防静电性能的鞋垫或鞋类中底为绝缘材料且未进行防静电处理而导致产品的整体电阻值偏高，严重超过防静电鞋所规定的1000 MΩ 的要求，因此企业应注意鞋材的选用以及各部件之间的设计搭配。

2 防静电鞋的工作原理与设计分析

防静电鞋的工作原理是通过穿防静电鞋使人体和大地相连，从而传导电荷，降低人体电位至安全值范围，与传统的导电鞋相比，其电阻值的要求设置是考虑到防静电鞋既要能够消除人体静电的积聚，又要能在一定环境下防止250 V 以下的电源电击。因此整鞋的电阻值应大于100 KΩ 且小于或等于1000 MΩ[3]。

在防静电鞋的制作过程中为使其具备优异的传导电荷能力，通常会在外底、中底、内底及配套鞋垫中添加导电元素。例如在外底的制作过程中添加导电炭黑；在中底与内底层间缝合有导电布、导电线，并通过导电胶水涂覆粘结；在防静电鞋垫的前掌着力部位编织有防静电纤维[5]。通过各部件的相连，使鞋垫和鞋底最终形成静电泄放通道，从而确保人们不会带电工作。各部件设计如图2 所示。

图2 防静电鞋横截面示意图

防静电鞋的组成是多部件的，其中任何一个部件出现问题都可能导致整鞋的防静电性能不符合标准要求。因此通过分析防静电鞋的整个设计部件，来解析影响防静电鞋不合格的原因。

2.1 鞋底部件

目前常见的防静电鞋，鞋底主要分为橡胶底、聚合材料底以及复合外底这三大类。

橡胶底与聚合材料底由于其用料单一，因此在鞋底的制作过程中除了注意鞋底材料耐用性方面的物理性能之外，可以通过添加导电炭黑等导电助剂来实现鞋底的整体电阻保持在标准区间。

复合外底则分为橡胶外底与聚合材料中底、聚合材料外底与聚合材料中底两大类型。其中橡胶外底与聚合材料中底的搭配容易出现防静电性能不合格的现象，其原因是虽然橡胶外底部件的性能优异，但是中底部件含有的导电助剂较少或未添加助剂，造成了外底与内底之间的隔离，从而导致电荷的传导不畅，整体的电性能不合格。针对现象可以从两方面进行整改，一方面打通外底与内底之间的电荷传导通道，可以借助在中底钻孔等方式，在中底缝隙间注入导电涂料或导电纤维，然后在中底两侧涂抹一定面积的导电涂料，最终实现外底与内底的相连，但是这一方式的选择应注意鞋子在使用过程中可能出现的导电纤维断裂等问题，因此要增加多处连接，保证鞋子即便经过长时间的弯折依旧能够保持整体的连接性。另一方面则是更换中底，通过调整中底制作配方和工艺，采用导电助剂增加中底的导电性，从而避免因为环境干燥而影响中底性能的现象出现。不同鞋底种类的防静电鞋电性能不合格数据情况见表3。

由表3 可知，不同类型鞋底在干燥和潮湿环境中调节后，电阻差异较大，其中橡胶类鞋底的电阻值变化在20 倍左右，聚合材料及复合材料鞋底的电阻值变化在100 倍左右，其原因是橡胶类鞋底材料的电阻受湿度变化的影响较小，而聚氨酯等发泡材料的鞋底，其发泡材料中存在空隙，容易受到湿度的调节而导致电阻值变化较大，其中潮湿环境下，电阻容易满足标准要求，但在干燥条件[（20±2）℃，相对湿度（30±5）%]，鞋底材料中的水分减少，因此电阻值升高幅度较大。因此在加工生产聚氨酯中底以及聚氨酯外底时应注意测试环境的温湿度，工厂的检测往往在室温环境中进行，对于温湿度的控制往往不够，尤其是潮湿的南方气候，空气中的湿度往往达到65%左右，因此在不经环境调节的情况下测量电阻值往往比在标准的干燥环境中测得的电阻值偏小，因此造成结果失真。

表3 不同种类鞋底的电性能情况

2.2 鞋垫部件

防静电鞋的鞋垫分为可移动鞋垫及非移动鞋垫两种类型，其中非移动鞋垫类型的产品合格率较高，而可移动鞋垫类型的产品的合格率情况相对偏低，其原因是由于鞋垫的质量好坏同样影响着鞋的导电性能。这是目前生产企业以及消费者极易忽视的一点。结合业内已有研究表明，在防静电鞋的电阻测试中发现，大部分企业生产的防静电鞋的鞋底电性能都可以符合标准要求但是标准的测试过程中，如果鞋装有活动垫时，应给予保留，这就造成部分产品不装配鞋垫测试电阻能够满足标准要求，而添加不具备导电性能的鞋垫后，电阻值则明显升高甚至超出标准要求[6]。因此为确定鞋垫对成鞋防静电性能影响，分别对比观察了5 个批次的防静电鞋在装配鞋垫与否的情况下的电阻值情况。详细数值如表4 所示。

目前防静电鞋标准要求电阻值应在100 KΩ 到1000 MΩ之间，从表四可以发现，由于环境湿度对静电积聚的影响很大，同批次的鞋子在潮湿环境中调节后的合格率远高于干燥环境中调节，且鞋子的电阻值变化受是否装配鞋垫的影响较小。

在干燥环境中测得的装配鞋垫与否的数据发现，鞋垫对成鞋的电阻值影响较大，去除鞋垫后的2、3 号样品电阻值变为合格，4、5 号样电阻值虽然没有由不合格变为合格，但其电阻降低仍然幅度较大。

试验发现1 号样品的电阻值变化相差较小，可以推测其鞋垫的导电性能相对优异。因此通过选用1 号样品的鞋垫代替2、3、4、5 号样品鞋垫进行进一步验证鞋垫对于整鞋电阻的影响。具体数据如表5 所示。

由表5 和表4 分析发现，是否安装鞋垫以及安装鞋垫的质量均会对整鞋的电阻值在干燥环境中产生较大的影响，因此鞋垫的防静电性能能够极大地影响成鞋防静电性能的合格与否。

表4 不同状态下防静电鞋的电阻值/MΩ

表5 采用防静电鞋垫前后的电阻值/MΩ

目前市面上常见的防静电鞋垫有2 种，分别是皮革、纺织及聚合材料鞋垫通过前掌或全掌加缝金属导电丝纤维制作而成，另一种则是聚合材料混入抗静电剂冲压热压成型。但最终目的均为提高鞋垫正反两面的连通性从而增加导电性，避免电荷的积聚。目前常见鞋垫款式如图3 所示。

图3 含有导电纤维与无导电纤维的鞋垫

2.3 鞋底制作分析

目前的聚氨酯底、橡胶底以及PVC 底等鞋底在制作过程中都会涉及到抗静电剂的使用，一种是加入导电炭黑，另一种是加入抗静电剂ASA。导电炭黑中性能较为优异的是乙炔炭黑，而抗静电剂分子具有极强的极化能力，可以吸附并极化空气中的水分从而降低材料的电阻值，但是其作用原理对于环境的湿度依赖较大，因此环境湿度变化较大时，其电阻值的变化也相对较大[5]。

鞋底成型除了鞋材的选用之外，还涉及到胶黏剂的粘接、如果操作不当，涂刷过多则可能因为胶黏剂成膜而隔离了鞋垫与外底之间的连通。因此目前市场销售较多的聚氨酯底防静电皮鞋，一般会在鞋的前掌部位或中底及后跟部分区域预留孔，然后将鞋底聚氨酯材料与抗静电剂混合注塑，从而使中底贯通起到防静电的作用。

结合防静电鞋的测试及导电原理，可以发现防静电鞋的作用机理是通过导电介质将人体积累的电荷传导出去，其整个过程由上到下、由里到外依次为防静电服、防静电袜、防静电鞋垫以及鞋底中底传导电荷至外底，最终将人体的静电导入大体，从而避免静电火花及脉冲的产生。

3 选购建议及使用指南

目前市面流通的防静电鞋种类繁多，其作为石油、化工、电子、军工等行业为避免静电产生损失而采购使用的劳动防护用品，其产品质量关乎企业的发展以及人们的生命财产安全，因此通过了解防静电鞋的合格率情况以及影响其防静电性能的因素，可以促进生产企业提高产品的质量，避免因某一细节的不足，而导致产品的质量不过关，不仅给防静电鞋生产企业带来效益上的损失，更给社会中各个需要避免静电的行业带来安全隐患，因此生产企业及消费者均需要提高安全意识，生产并选用合格的防静电鞋是保障长远发展的重要一环。

最后为消费者在选购防静电鞋时提供几点建议。

（1）查看标识。产品标识是了解产品信息的重要途径，正规厂家生产的防静电鞋应具有产品名称（防静电安全鞋等字样）、生产厂家名称或供货商名称、生产日期以及执行标准编号（如GB 21148-2020）等信息。通过观察产品的标识，可以了解生产企业对于细节的把握，如果连产品的标识都不能够充分体现，那很难相信其在产品的细节制作上用足料，用够心。

（2）查看外观。鞋类产品虽然不像快消品那样要求保质期，但聚氨酯等材料会随着时间的推移而发生水解，霉变等现象。因此在选购产品时应注意观察产品的鞋底是否存在老化现象，可以通过手指揪底观察是否有小块脱落，摸上去是否有鞋底发粘等现象以及观察鞋上生产日期的标识来观察产品是否为近期生产的，通常应选用近一年内生产的且有产品质量合格证的产品。

（3）检查配件。由于鞋垫对产品的防静电性能影响很大，因此消费者在购买鞋子过程中，可以抽出鞋垫，观察鞋垫正反两面是否有金属导电纤维以及导电缝线是否缝合整齐、牢固而可靠，另一方面注意防静电导线是否存在断线、缺陷或缝线过疏的情况。

（4）足部防护用品不仅仅只具备单一的防静电功能，在选购防静电鞋时可根据作业场景的需要，亦可选用多功能的防静电鞋产品，诸如具备鞋头防砸、耐压及鞋底防刺穿功能的复合型产品。

通过了解防静电鞋的工作原理，该产品在发挥其功能的同时也应考虑工作场景的环境情况，因此在使用防静电鞋的过程中亦应注意以下几点。

（1）防静电鞋应避免接触绝缘物质，如绝缘的油漆、粘稠的油污等。因为绝缘污渍的污染会影响防静电鞋与地面的接触，无法发挥其应有的导电性能。因此在日常穿着过程中，应做好防静电鞋底的清洁工作。

（2）防静电鞋应与防静电服配套使用，虽然防静电鞋可以通过连接地面导走人体携带的大部分静电，但通过穿着防静电服可以进一步地减少静电在人体的产生和聚集。

（3）防静电鞋严禁用绝缘毛料袜或鞋垫。冬季保暖的绝缘毛料衬里通常为化纤或毛皮材质，这类物质具有较强的绝缘性。人体与其接触不仅阻碍了静电通过防静电鞋向地面的传导，更容易在行走过程中产生电子的转移进而产生静电。从而使防静电鞋的性能大打折扣。因此在穿着防静电鞋时应选用配套的防静电鞋垫以及舒适的棉袜，使得人体与大地进行有效的连接，从而达到疏导电荷的作用[1]。