鞋底防滑花紋設(shè)計(jì)的理論初探

張紅林，周利強(qiáng)，張文軍，張紅，朱麗瓊

（嘉興市皮毛和制鞋工業(yè)研究所，浙江嘉興314511）

鞋底防滑花紋設(shè)計(jì)的理論初探

張紅林，周利強(qiáng)，張文軍*，張紅，朱麗瓊

（嘉興市皮毛和制鞋工業(yè)研究所，浙江嘉興314511）

從理論上分析了鞋底防滑花紋的設(shè)計(jì)思路。經(jīng)過(guò)測(cè)量不同成年人裸腳在不同走姿下受力足的足底壓力，分析出受力足壓力的主要受力區(qū)域及滑動(dòng)趨勢(shì)，且依據(jù)滑動(dòng)趨勢(shì)設(shè)計(jì)出防滑花紋。并將所設(shè)計(jì)花紋與傳統(tǒng)的橫向花紋、縱向花紋進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)量比對(duì)。結(jié)合文獻(xiàn)，最終從理論角度確定使用橡膠作為平跟鞋鞋底時(shí)防滑性能最佳的花紋以及在低溫環(huán)境中使用熱塑性橡膠（TPR）材料作為鞋底材料的防滑性能優(yōu)于傳統(tǒng)橡膠材料的結(jié)論。

防滑性能；花紋；足底壓力；摩擦系數(shù)

鞋底的防滑性能直接影響到行走的安全性，鞋底花紋的設(shè)計(jì)主要目的就是保障鞋底穿著過(guò)程的防滑性能。隨著我國(guó)社會(huì)的老齡化日益嚴(yán)重，老人因滑倒而造成的人身傷害的情形屢見(jiàn)不鮮，縱觀此類(lèi)情形大多發(fā)生在濕滑的路面上，因此有必要研究一種適用于濕滑路面上防滑性能佳的鞋底，以減少人們尤其是老人滑倒情況的發(fā)生。

1實(shí)驗(yàn)原理

對(duì)實(shí)驗(yàn)者在走路時(shí)不同姿態(tài)下的受力足的足底壓力進(jìn)行測(cè)試，統(tǒng)計(jì)出足底壓力在不同姿態(tài)下的主要分布區(qū)域，再計(jì)算出不同姿態(tài)下受力足的滑動(dòng)趨勢(shì)，從而根據(jù)趨勢(shì)設(shè)計(jì)出鞋底花紋，并測(cè)量出所設(shè)計(jì)花紋的摩擦系數(shù)μ。

2實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

2.1材料

鞋底原材料傳統(tǒng)橡膠塊若干、TPR材料若干。

2.2設(shè)備

GL-18光學(xué)式足底壓力檢測(cè)儀，寧波綠康康復(fù)科技有限公司；

GT-7012-BC電腦系統(tǒng)鞋子止滑試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司。

3實(shí)驗(yàn)操作

隨機(jī)選取30位成年人，分別測(cè)量以下5個(gè)姿態(tài)的裸腳足底壓力測(cè)試圖。雙腳站立測(cè)試圖（測(cè)試圖分為左腳正立測(cè)試圖和右腳正立測(cè)試圖）、左腳后單立測(cè)試圖（左腳在后，右腳在前并離地）、右腳前單立測(cè)試圖（右腳在前，左腳在后并離地）、右腳后單立測(cè)試圖（右腳在后，左腳在前并離地）、左腳前單立測(cè)試圖（左腳在前，右腳在后并離地）。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，計(jì)算出受力足的滑動(dòng)趨勢(shì)，依據(jù)羅向東的研究成果［1-2］，鞋底止滑性能的總體順序?yàn)?，橫向條紋的防滑性能＞折花紋的防滑性能＞縱向花紋的防滑性能，因此選取與滑動(dòng)趨勢(shì)方向垂直的橫向條紋作為鞋底防滑花紋的設(shè)計(jì)紋路。

確定設(shè)計(jì)圖后，將橡膠塊切割成10 cm×5 cm×1 cm的長(zhǎng)方形條狀試樣各三塊，第一塊用鋒利刀片割出寬度3 mm，深度2 mm的與長(zhǎng)邊成45°斜條紋4條和135°斜條紋4條（下面統(tǒng)稱(chēng)“斜條紋”）。第二塊割出相同寬度厚度的橫條紋8條，第三塊則割出相同寬度厚度的縱條紋8條，編號(hào)分別為①，②，③，將上述三塊長(zhǎng)方形試樣作為模擬鞋底。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3903.6-2005《鞋類(lèi)通用試驗(yàn)方法防滑性能》［3］分別測(cè)量其滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ，測(cè)試時(shí)，滑動(dòng)方向與試樣長(zhǎng)邊保持平行。

4分析與討論

從圖1可以看出，雙腳站立狀態(tài)直至完成一套完整的走姿，足底壓力分布區(qū)域主要在受力足的足底前端和后端?？紤]到滑倒的發(fā)生大部分是在行走過(guò)程中，而行走是由左右腳交替離開(kāi)地面前進(jìn)的過(guò)程，而滑倒又主要發(fā)生在行走時(shí)一腳離地，一腳站立時(shí)的動(dòng)作中，例如左腳后單立測(cè)試圖中的姿態(tài)時(shí)，受力足足底壓力分布主要在右前端，此時(shí)根據(jù)人體重心位置和足底壓力分布區(qū)域可以看出左腳滑動(dòng)的方向大致為左后方。經(jīng)計(jì)算壓力分布區(qū)域中心點(diǎn)與人體重心，可分析出受力足在此姿態(tài)下的滑動(dòng)趨勢(shì)方向如圖2中d姿態(tài)箭頭所指方向。其它走姿情況下，受力足滑動(dòng)趨勢(shì)的方向也如圖2中相應(yīng)箭頭的指示方向。

圖1不同走姿下足底壓力主要分布圖

由于對(duì)鞋底止滑的檢測(cè)均是對(duì)鞋底縱向的檢測(cè)，經(jīng)查閱還未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)鞋底某一固定角度的止滑研究或檢測(cè)。雖然文獻(xiàn)［1-2］的研究結(jié)果與上述測(cè)量結(jié)果一致，即橫向花紋的摩擦系數(shù)最大，但本文闡述的“橫向花紋”摩擦系數(shù)最大，是指花紋方向和滑動(dòng)方向垂直時(shí)摩擦系數(shù)最大，因此結(jié)合實(shí)際穿著過(guò)程中滑倒行為發(fā)生時(shí)受力足滑動(dòng)趨勢(shì)方向（圖2），可得出如圖3所示的“橫向花紋”防滑性能最優(yōu)。

圖2不同走姿下受力足滑動(dòng)趨勢(shì)分析圖

圖3鞋底主視圖

根據(jù)羅向東［4］的研究，在光滑的濕態(tài)路面上，溝槽深度為1 mm時(shí)防滑性能最好。從杜堅(jiān)［5］給出的結(jié)論中可以看出，在有水的瓷磚的地面上，溝槽寬度大于0.9 cm 的EVA鞋底或溝槽寬度為1.2 cm的TPR鞋底有較好的止滑性能，并從總體性能看，在有介質(zhì)的路面（有水、有油等）上，花紋溝槽寬度在1.2 cm時(shí)，大部分材料的鞋底均能有較為理想的防滑性能。依據(jù)陳釗鈺［6］、彭文利［7］的研究成果，在室溫下，橡膠鞋底的防滑性能最好，在低溫下，TPR材料制成的鞋底防滑性能優(yōu)于目前其他常用鞋底材料。按賈利曉［8］的說(shuō)法，平跟鞋的防滑性能最優(yōu)，而有獨(dú)立后跟的鞋不防滑，且增加小腿負(fù)荷。

表1防滑性能

5結(jié)論

由于滑倒的發(fā)生主要是在行走過(guò)程中單腳接觸濕滑的地面時(shí)，因此從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果可以看出，理論上，使用橡膠材料作為平跟鞋鞋底，并設(shè)計(jì)出如圖3所示的斜條紋，條紋溝槽寬度為1.2 cm，溝槽深度為1 mm時(shí)防滑性能最好；但在我國(guó)北方寒冷地區(qū)，即低溫條件下，使用TPR材料制成的鞋底比傳統(tǒng)橡膠材料有更優(yōu)的防滑性能。

［1］羅向東，弓太生，楊敏貞.鞋底花紋與止滑性能間的關(guān)系（一）［J］.中國(guó)皮革，2004，（04）：154-155.

［2］羅向東，弓太生，楊敏貞.鞋底花紋與止滑性能間的關(guān)系初探（二）［J］.中國(guó)皮革，2004，（10）：117-119.

［3］G B/T 3903.6-2005，鞋類(lèi)通用試驗(yàn)方法防滑性能［S］.

［4］羅向東，弓太生，湯運(yùn)啟，等.鞋底花紋的深度對(duì)其止滑性能影響的研究［J］.中國(guó)皮革，2007，（02）：128-131.

［5］杜堅(jiān)，丁紹蘭，陳釗鈺，等.多因子交互作用對(duì)鞋子止滑性能影響的研究［J］.皮革科學(xué)與工程，2010，19（06）：22-27.

［6］陳釗鈺.溫度、鞋底花紋和路面介質(zhì)對(duì)鞋子止滑性能影響的研究［J］.陜西科技大學(xué)，2006.

［7］彭文利，蒙桂麗，陳釗玉，等.溫度和材料對(duì)鞋底止滑性能的影響［J］.皮革科學(xué)與工程，2006，16（04）：68-73.

［8］賈利曉，穆欣，宋聯(lián)美.影響鞋底防滑性能的主要因素 ［J］.西部皮革，2009，31（14）：17-20.

The Theoretical Study of the Slippliness Pattern Design

ZHANG Hong-lin，ZHOU Li-qiang，ZHANG Wen-jun*，ZHANG Hong，ZHU Li-qiong
（Jiaxing Fur and Footwear Industry Research Institute，Jiaxing 314511，China）

In this paper，the design ideas of non-slip soles pattern are analyzed theoretically.By measuring the foot plantar pressure which under different adults barefoot in the different walk，analysed main stress area and sliding trend of the foot pressure，and designed the non-slip pattern on the basis of sliding trend.The friction coefficients of these three kinds pattern such as the new designed pattern，the traditional horizontal pattern and the traditional vertical pattern were measured and compared.Combined with the literature finally determined the pattern of best non-slip performance when use the rubber as flat shoes sole，and draw the following conclusions in theory：Using thermoplastic rubber（TPR）material as the sole non-slip performance is superior to the traditional rubber material in low temperature environment.

slippliness；pattern；plantar pressure；the coefficient of friction

TS 943.4

A

1671-1602（2016）09-0066-03

張紅林，本科，工程師。
*

張文軍，研究生，高級(jí)工程師，Tel：（086）0573-88380311。E-mail：txzhwj@hotmail.com。