Критерии оценки качества подошв из термоэластопластов

DOI:

Обувная индустрия демонстрирует стабильный рост. По прогнозам, к 2027 году мировой рынок обуви будет оцениваться в 365,5 млрд долларов США. Такой значительный рост может быть связан с высоким спросом на обувь в различных отраслях промышленности. Для повышения глобальной конкурентоспособности обувной промышленности важно максимально повышать качество продукции (Chuenyindee et al., 2022).

Одним из важнейших эксплуатационных свойств обуви является износ деталей низа. Износ монолитной подошвы заключается, прежде всего, в потере толщины в определённых зонах: в пяточной и носочно-пучковой. Износ подошвенных материалов обычно выражают потерей толщины подошвы Δh (мм) за время изнашивания τ (дни, часы). Удельные давления γ (кгс/см²), возникающие в зоне контакта подошвы с опорой при ходьбе и беге, являются основным фактором при её изнашивании (Закатова и Михеева, 1966). На износ подошв при эксплуатации обуви большое влияние оказывают вес человека и особенности его походки, а также характер опорной поверхности и материал, из которого она изготовлена.

Износ полимерных подошв при эксплуатации связан не только с потерей толщины, но и проявляется в виде изломов и выкрашиваний. Излом обычно наблюдается в носочно-пучковой части изгиба подошвы, т. е. в участке наибольших деформаций, и возникающих при этом напряжений в структуре материалов. Однако до излома образуются трещины по всей площади носочно-пучковой части подошвы при многократно чередующихся деформациях изгиба и растяжения. Выкрашивание полимерных подошв происходит, как правило, в каблучной части подошвы в виду больших значений удельного давления, сочетающегося с ударными нагрузками.

В прошлом столетии советскими учёными такие работы проводились системно путём испытаний обуви в опытной носке с одновременными исследованиями в лабораторных условиях материалов и подошв через определённые периоды эксплуатации (Михеева, Мореходов, Швецова, 1989). Эти работы проводились на базе лабораторий ЦНИИКПа и имели большие выборки при испытаниях: от сотен до десятков тысяч пар обуви. Достаточно хорошо были изучены эксплуатационные свойства резин и натуральных кож для подошв обуви. Результаты проведённых работ послужили основой для создания методов, позволяющих в лабораторных условиях оценивать устойчивость материалов к разрушающим воздействиям в процессе носки обуви.

Основными дефектами (или видами износа) низа обуви клеевого метода крепления согласно «Обзорной информации. Пошив и ремонт обуви и кожгалантерейных изделий по заказам населения» (Любич, Маковская и Семенова, 1971), являлись: истирание подошвы (29,1 %, в том числе 13,9 % приходилось на истирание до дыр), выкрашивание (0,3 %), истирание профилактической подмётки (1,5 %), излом подошвы (0,9 %), износ набойки (33,9 % от общего количества дефектов).

Как отмечает Долган М. И. в своей публикации (Долган, Коновалов, 2011) в общей массе предоставленной в ремонт обуви около половины связаны с установлением профилактики вследствие её износа, а также устранением иных дефектов подошв обуви (трещин, переломов, расслоением и выкрашиванием фрагментов подошв). Таким образом, проблема дефектов, связанных с деталями низа обуви является актуальной до сих пор.

На рынке появилось достаточное количество новых полимерных материалов для низа обуви. Однако проблемы качества выпускаемой продукции не потеряли своего значения (Нейфельд, Буркин и Долган, 2025). Ассортиментный ряд материалов всё расширяется и в настоящее время наиболее часто используемыми материалами при производстве обуви являются: термоэла-стопласты, полиуретаны, термополиуретаны и другие.

В создании рациональных методов анализа свойств материалов, разработке обоснованных требований к ним и в повышении качества готовой обуви большую роль играет всесторонее исследование процесса износа новых подошвенных полимерных материалов. Износ обуви необходимо рассматривать как сложный процесс биомеханики ходьбы человека, в системе «стопа – обувь – опора». По проведённым исследованиям в 2005 году (Oleson, Adler and Goldsmith, 2005) было определено, что жёсткость носочно-пучковой части обуви относительно постоянна в процессе носки и значительно варьируется в зависимости конструктивных особенностей моделей обуви. Авторы статьи также предполагают, что колебания жёсткости обуви на изгиб могут быть некритичными для бега. Стоит отметить, что в данном исследовании объектом была обувь спортивного стиля, а для данной обуви характерно использование легкого и в большинстве случаев пористого или двухслойного (монолитно-пористого) материала. Поэтому распространять результаты данного исследования на все виды обуви и, в частности, на повседневную обувь, полностью нельзя.

Исследователями (Al-Shamsi, Farooq, Al-Raisi and AlSenoy, 2026) было установлено, что различные виды обуви оказывают влияние на биомеханику ходьбы. Соответственно можно наблюдать разнообразные адаптации походки в зависимости от носимого типа обуви.

Исследователями в статье (Reints et al., 2017; Chen et al., 2014; Kouwenhove L. van et al., 2021) проведён анализ влияния жёсткости на изгиб обуви с подошвой, имеющей приподнятую носочную часть (рисунок 1).

Плечо момента силы (рычага) зависит от положения голеностопного сустава, центра давления, направления силы реакции опоры и тыльного сгибания пальцев ног.

Стоит отметить, что большинство зарубежных исследований рассматривает процесс взаимодействия в системе «стопа – обувь – опора» с применением элементов исследования в экспериментальной носке, т. е. с привлечением испытателей.

Тем не менее, количественные методы качества подошв должны учитываться при постановке продукции на производство и выборе материалов.

В связи с вышесказанным целью исследования является обоснование критериев для оценки качества подошв обуви и оценки их значений по шкале желательности.

Материал и средства исследований

Объектами исследования в данной статье являлись подошвы из термоэлатопласта (рисунок 2). Они имеют монолитную и пористую структуру и использовались при производстве обуви в 2021–2023 годах для повседневной обуви осенне-весеннего периода носки мужского и женского ассортимента.

Перед тем как приступить к испытаниям, было проведено анкетирование среди сотрудников УО «ВГТУ»,

а б (b)

Рисунок 1 – Схематическое изображение фазы отталкивания при ходьбе в обуви: а – с низким усилием на стопу; б – с высоким усилием на стопу

Figure 1 – Schematic representation of the pushing phase when walking in shoes: a – with low force on the foot; b – with high force on the foot

Рисунок 2 – Внешний вид объектов исследования Figure 2 – Appearance of the objects under study

которое позволило выявить наиболее значимые показатели для оценки качества подошв. Опрашиваемым была предложена анкета, где они должны были расставить ранги, где 1 – наиболее важный показатель, а 7 – наименее важный. Распределение мнений по сумме рангов для монолитных образцов было следующим:

• 1)    сопротивление многократному изгибу;

• 2)    сопротивление истиранию;

• 3)    условная прочность при растяжении;

• 4)    твёрдость;

• 5)    плотность;

• 6)    относительная остаточная деформация после разрыва;

• 7)    остаточное удлинение при разрыве.

Для пористых подошв распределение было следующим:

• 1)    сопротивление истиранию;

• 2)    сопротивление многократному изгибу;

• 3)    твёрдость;

• 4)    условная прочность при растяжении;

• 5)    плотность;

• 6)    относительная остаточная деформация после разрыва;

• 7)    остаточное удлинение при разрыве.

Эксплуатационные показатели, такие как сопротивление многократному изгибу и сопротивление истиранию, являются наиболее важными для прогнозирования срока службы при непосредственной носке. Поэтому основными критериями для оценки качества подошв выбраны сопротивление многократному изгибу и сопротивление истиранию.

При исследовании эксплуатационных свойств ГОСТ 7926-75 устанавливает использование следующих методик: для определения сопротивления истиранию при скольжении – ГОСТ 426-77, для определения сопротивления многократному растяжению – по ГОСТ 261-74 для пористых материалов, для определения сопротивления многократному изгибу – по ГОСТ 422-75 для непористых и кожеподобных материалов. В настоящее время для определения многократного изгиба вне зависимости от структуры подошв предлагается использовать методику по ГОСТ ISO 17707-2016 «Обувь. Методы испытания подошв. Устойчивость к многократному изгибу».

Для проведения испытания отобранные подошвы склеивали с картонной стелькой соответствующей формы и размеру подошвы с помощью клея и выдерживали в течение 24 часов. На образцах размечали продольную ось подошвы и линию сгиба, после чего они закреплялись в приборе (рисунок 3) и производили прокол (рисунок 4).

После чего прибор запускается на определённое количество циклов изгибания, которое задано стандартом (30000 циклов) или заказчиком испытания. По завершению испытания фиксируют длину разрастания трещины

а

Рисунок 3 – Внешний вид установки для испытания с закреплёнными образцами подошв: а – вид спереди; б – вид сбоку

Figure 3 – Appearance of the testing device with fixed sole samples: a – front view; b – side view

б (b)

Рисунок 4 – Схема прокола образца Figure 4 – Sample puncture diagram

и отмечают появления самопроизвольных трещин.

Изгиб – это один из факторов, вызывающих износ, и проявляющихся, в большинстве случаев, в образовании трещин на подошвах. Однако износ также может проявляться в появлении утончённых участков на поверхности подошвы и сквозных отверстий. В лабораторных условиях он определяется показателем – сопротивление истиранию при скольжении по ГОСТ 426-77. Конечно, как и на любое другое лабораторное испытание влияет множество факторов и это испытание не исключение. В данном случае оказывают влияние следующие факторы: окружающая среда, скорость скольжения и темпе-

BULLETIN of Vitebsk State Technological University, 2026, № 2 (56)

ж 37

ратуры, геометрия и теплофизические свойства истирающей поверхности, режимы испытания и др.

Испытания проводились по усовершенствованной нами методике (Нейфельд, Буркин, 2024; Нейфельд, Буркин, 2025), которая заключалась в определённой последовательности подготовки образцов к испытанию и его проведении, которое заключалось в изменении положения образцов через 150 секунд испытания.

Результаты исследований

Для шести видов подошв (3 монолитных и 3 пористых (рисунок 2)) особо сложной конструкции как внутреннего пространства, так и рифлений были проведены испытания по оценке показателя сопротивление многократному изгибу и сопротивление истиранию. В результате проведённых исследований установлено, что все отобранные подошвы отвечают требованиям стандартов, а именно выдерживают 30000 циклов (по ГОСТ ISO 17707-2016) и имеют сопротивление истиранию более 2,5 Дж/мм3 (по ГОСТ 12632-79 «Пластины и детали резиновые пористые для низа обуви» и по ГОСТ 10124-76 «Пластины и детали резиновые непористые для низа обуви»).

Если показатель сопротивление истиранию по ГОСТ 426-77 имеет установленные границы значения критерия его оценки, то касаемо сопротивления многократному изгибу все не так однозначно. В ГОСТ 10124-76 и ГОСТ 12632-79 даются следующие нормативные значения: 13000 циклов (для монолитных) и 8500 циклов (для пористых). Как говорилось ранее, определение данного показателя зависело от структуры материала и соответственно сравнивать результаты полученных данных было невозможно. Методика по ГОСТ ISO 17707-2016 позволяет проводить испытания и оценивать подошвы как монолитной, так и пористой структуры, считая их равнозначными с точки зрения эксплуатации. Однако достаточно ли 30000 циклов для оценки, если потребитель в праве заявить претензию к качеству обуви в течение двух лет, согласно статье 20 Закона Республики Беларусь «О защите прав потребителей». В среднем человек проходит в день от 5000 до 10000 шагов, и испытания на лабораторной установке жёстче, так как угол изгиба составляет около 90°, а при ходьбе около 25°. С этой целью испытание на многократный изгиб в данном эксперименте проводился до 100000 циклов с проверкой образцов через 30000 и 60000.

Для комплексной оценки качества подошв был использован критерий D , в данном случае критерии d₁

и d₂ равнозначные и безразмерные (1):

D = ^d i ^d₂ ^ max , (1)

где d₁ – безразмерные значения показателя сопротивления истиранию; d₂ – безразмерные значения показателя сопротивление многократному изгибу.

В основе построения лежит принцип преобразования натуральных значений показателей в безразмерную шкалу желательности. При построении шкалы желательности можно пользоваться таблицами соответствия между отношениями предпочтения в эмпирической и психологической системах (Адлер, Маркова и Грановский, 1976; Буркин и Шеремет, 2017). Расчётные данные для построения приведены в таблице 1. Их визуальные представления на рисунке 5.

Функция желательности описывается уравнениями вида:

d i = eip{-l/(0.085 + 0.366/?)} , (2)

d₂ = exp{-1/(-0,491429 + 0.00004971Л?)} . (3)

В таблице 2 представлены данные по оценке качества подошв, включая результаты, полученные при испытании образцов на сопротивление истиранию, которые свидетельствуют о достаточном уровне показателей их эксплуатационных свойств.

Ни у одного образца не произошло разрастание трещин и все отобранные образцы выдержали испытания в 100000 циклов. Показатель сопротивления истиранию варьировался от 3,62 до 3,68 у монолитных образцов и от 4,25 до 7,09 Дж/мм3 – у пористых.

По полученным данным сотрудники предприятия должны принимать компромиссное решение о постановке продукции на производство даже в том случае, если при многократном изгибе свыше 30000 произошло незначительное разрастание прокола и появились самопроизвольные трещины.

Выводы

Для оценки качества подошв были выбраны следующие критерии: сопротивление многократному изгибу и сопротивление истиранию, которые позволяют достоверно оценить эксплуатационные свойства.

Проведённая оценка по шкале желательности и значения критерия позволяют использовать данные подошвы в производстве обуви. Однако стоит отме-

Таблица 1 – Данные для построения шкалы желательности

Table 1 – Data for constructing a desirability scale

Желательность значения критерия	Оценка по шкале желательности d1 , d2	β , Дж/мм3	N , циклы
Очень хорошо	0,80–1,00	>12,0	>100000
Хорошо	0,63–0,80	5,8–12,0	54000–100000
Удовлетворительно	0,37–0,63	2,5–5,8	30000–54000
Плохо	0,20–0,37	1,5–2,5	22000–30000
Очень плохо	0,00–0,20	<1,5	<22000

а                                                              б (b)

Рисунок 5 – Шкала желательности для показателей: а – сопротивление истиранию; б – сопротивление многократному изгибу Figure 5 – Desirability scale for indicators: a – resistance to abrasion; b – resistance to repeated bending

Таблица 2 – Преобразование и обобщение отклика

Table 2 – Response transformation and summarization

Монолитные Пористые № d1 d2 Оценка по шкале желательности, D Желательность значения критерия № d1 d2 Оценка по шкале желательности, D Желательность значения критерия 1 0,49 0,8 0,626 Удовлетворительно 1 0,54 0,8 0,657 Хорошо 2 0,49 0,8 0,626 Удовлетворительно 2 0,65 0,8 0,721 Хорошо 3 0,50 0,8 0,632 Хорошо 3 0,69 0,8 0,743 Хорошо тить, что монолитные подошвы под номером 1 и 2 имеют достаточно близкие значения к границе «хорошо» по обобщённой оценке желательности, поэтому решение о постановке данных подошв на производство обуви должно приниматься ответственными сотрудниками предприятий.

Оценивая результаты испытания на многократный изгиб, можно сделать вывод, что ресурс испытуемых подошв значительно больше, чем норма, установленная в стандарте, так как они выдержали до 100000 циклов испытаний. Для получения более объективной информации о последующем поведении подошв в процессе эксплуатации целесообразно проводить испытания до

100000 циклов. Это может минимизировать количество отказов обуви по данному дефекту в течение первых двух лет эксплуатации обуви, за счёт правильного решения о пригодности подошвы к тому или иному виду обуви.

Подобный подход к оценке свойств известных ТЭП может быть в дальнейшем использован при разработке новых материалов по схеме «состав – свойства», а также использован для других полимерных материалов, так как границы желательности значения критерия были выбраны не случайно, а по анализу литературных источников от 60-х годов XX века и заканчивая современными представлениями о свойствах полимерных материалов.