鞋類防滑性測(cè)試方法的選擇與評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

段曉霞 ， 孫世彧 ， 馮偉宏 ， 盧昌福

（1.廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣東 廣州 510110；2.國(guó)家皮革制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣州），廣東 廣州 510860）

0 引 言

鞋的防滑性直接影響著穿用時(shí)的安全性和舒適性。鞋防滑性差，走路時(shí)容易打滑摔跤?；呀?jīng)被認(rèn)為是造成工作場(chǎng)所、公共場(chǎng)所和家居環(huán)境意外事故的主要原因之一。鞋的防滑性能可以用鞋底與地面的動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)大小來表示，摩擦系數(shù)越大，防滑性能越好[1]。關(guān)于地面和鞋子的防滑性能，國(guó)內(nèi)外也相繼出臺(tái)了一些法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，基本都是利用摩擦系數(shù)來表示的，但測(cè)試方法各不相同，數(shù)據(jù)缺乏可比性，且很少有關(guān)于日常穿用鞋防滑性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，有必要選擇一種合適的防滑測(cè)試方法并建立日常穿用鞋防滑性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1 防滑測(cè)試的基本原理

從力學(xué)的角度，兩個(gè)接觸物體之間的滑動(dòng)摩擦力取決于兩個(gè)因素，即兩個(gè)物體接觸面的摩擦系數(shù)和施加于受力物體上的正壓力。兩個(gè)接觸物體之間的防滑性能可以用摩擦系數(shù)的大小來表示，根據(jù)摩擦學(xué)原理μ=f/N，這里μ是摩擦系數(shù)，f為摩擦力，N為正壓力?？梢钥闯瞿Σ料禂?shù)是一個(gè)無單位的比值，即物體開始運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的力和正壓力之比?；瑒?dòng)摩擦系數(shù)與兩相互接觸物體的材料、表面光滑程度、干濕程度、表面溫度、相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、物體之間的正壓力等都有關(guān)系。

2 鞋類防滑測(cè)試方法比較

目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行有效的鞋類防滑性能測(cè)試方法，下面將詳細(xì)介紹這些方法。

2.1 GB/T 3903.6——2005《鞋類通用試驗(yàn)方法防滑性能》

該方法的原理是把試樣放在試驗(yàn)平面 （玻璃板）上，以甘油作為潤(rùn)滑劑，加上給定的載荷（25kg），然后通過橫向牽引作用力移動(dòng)試樣相對(duì)于試驗(yàn)平板做水平方法移動(dòng)，測(cè)量動(dòng)摩擦力，并計(jì)算動(dòng)摩擦系數(shù)[2]。

雖然該方法為鞋類通用試驗(yàn)方法，但存在以下不足：1）計(jì)算摩擦系數(shù)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“垂直載荷=試驗(yàn)楦質(zhì)量+夾具質(zhì)量+砝碼配重”，不同試樣選擇的試驗(yàn)楦不同，垂直載荷也不同，而摩擦系數(shù)與垂直載荷有關(guān)。2）對(duì)試驗(yàn)平板的規(guī)定不詳細(xì)，僅規(guī)定為表面無劃痕的玻璃板，缺乏有效的校準(zhǔn)方法以確保試驗(yàn)平板的統(tǒng)一性。3）規(guī)定了試樣鞋號(hào)碼為男鞋255、260、265，女鞋 235、240、245，對(duì)于鞋號(hào)較小的童鞋成品無法測(cè)試。4）據(jù)文獻(xiàn)[3]報(bào)道，該方法試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性較差。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照情況表

2.2 HG/T 3780——2005《鞋類靜態(tài)防滑性能試驗(yàn)方法》

該方法的原理是將規(guī)定的試樣水平放置于標(biāo)準(zhǔn)要求的摩擦面板（毛玻璃）上，試樣待測(cè)面朝下，施加一定的負(fù)荷，用水平拉動(dòng)的方法以一定的速度拉動(dòng)試樣，測(cè)出其最大拉力，并計(jì)算靜態(tài)摩擦系數(shù)，以測(cè)量試樣的靜態(tài)防滑性能[4]。

該方法存在以下問題：1）僅適用于鞋類外底、鞋跟或相關(guān)外底材料的靜態(tài)防滑性能測(cè)試，不能用于整鞋測(cè)試。2）雖然對(duì)摩擦面板規(guī)定為“鏡向光澤度為4的浮法毛玻璃”，但實(shí)際校準(zhǔn)結(jié)果表明毛玻璃表面的鏡像光澤度不同部位差別較大，很難準(zhǔn)確做到均勻的鏡向光澤度。3）對(duì)于面積較小的跟面，無法滿足裁樣要求。

2.3 GB/T 28287——2012《足部防護(hù) 鞋防滑性測(cè)試方法》（ISO 13287：2006，MOD）及同類標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試原理為將被測(cè)鞋置于測(cè)試平面上，施加規(guī)定的法向力，并相對(duì)于平面水平移動(dòng)鞋（或相對(duì)于鞋水平移動(dòng)平面），測(cè)量摩擦力并計(jì)算動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)[5]。

與該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試原理及儀器基本相同的國(guó)外最新標(biāo)準(zhǔn)[6-8]有：ISO 13287：2012、ASTM F2913-11、SATRA TM 144——2011，各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照情況如表1所示。

上述方法的主要試驗(yàn)條件如下：3種測(cè)試模式，即后跟向前滑動(dòng)、前掌向后滑動(dòng)、水平向前滑動(dòng)，如圖1所示。其中，前兩種模式中，鞋后跟底部或鞋前掌底部與測(cè)試平面之間的夾角為7.0°。滑動(dòng)速度為0.3m/s。鞋號(hào)≥250mm的鞋，法向力為500N，鞋號(hào)＜250mm的鞋，法向力為400N。測(cè)試平面為標(biāo)準(zhǔn)瓷磚或鋼板。

圖1 3種測(cè)試模式示意圖

據(jù)資料介紹，ISO 13287由SATRA TM 144演變而來，而ASTM F 2913則完全采用SATRA TM 144的內(nèi)容。SATRA TM 144方法是建立在大量的滑倒機(jī)理研究及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之上的。早在1970年，SATRA就進(jìn)行了斜坡測(cè)試、腳踩力測(cè)試及人類滑倒測(cè)試等生物力學(xué)試驗(yàn)[9]，通過對(duì)滑倒瞬間鞋子的多重影像和錄像分析，研究發(fā)現(xiàn)后跟向前滑倒是最危險(xiǎn)的滑倒方式，盡管后跟可以以與地面任意的角度（0°～30°）滑動(dòng)，但前掌會(huì)迅速向地面方向旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致滑倒，經(jīng)常發(fā)生在后跟幾乎與地平面相接觸的時(shí)候。因此，低接觸角（7.0°）應(yīng)用于該試驗(yàn)方法中[10]。SATRA還研究了滑動(dòng)速度與人體斜坡測(cè)試結(jié)果的關(guān)系[11]，研究表明：采用恒定的中等滑動(dòng)速度（約0.1 m/s）比采用靜態(tài)或高速滑動(dòng)得出的測(cè)試結(jié)果與人體斜坡測(cè)試結(jié)果具有更強(qiáng)的相關(guān)性，更能準(zhǔn)確地預(yù)見實(shí)際穿著條件下的防滑性能。法向力的大小是以成人體重的至少50%（即400～830 N）為依據(jù)建立的。Fischer等[12]的研究也表明最大摩擦力發(fā)生在法向力為500～600N時(shí)。

綜合比較，GB/T 28287——2012等同類方法具有以下優(yōu)勢(shì)：1）適用范圍更廣泛，幾乎適用于所有整鞋、鞋材、跟面以及地面材料的防滑性測(cè)試。2）試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定更科學(xué)。其測(cè)試條件，即垂直載荷、滑動(dòng)速度、滑倒方向、接觸角度，最大程度地模擬了人在行走過程中真實(shí)的滑倒過程。3）測(cè)試地面的校準(zhǔn)方法和程序更明確，有利于保證測(cè)試地面的統(tǒng)一性。4）可以根據(jù)具體需要調(diào)整地面材料和污染介質(zhì)，滿足各種特殊場(chǎng)合的檢測(cè)需求。因此選擇該方法作為鞋類防滑測(cè)試的最佳測(cè)試方法。

3 鞋類防滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

統(tǒng)一的測(cè)試方法為建立鞋類防滑性評(píng)價(jià)指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。本文根據(jù)大量理論依據(jù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立日常穿用鞋防滑性評(píng)價(jià)指標(biāo)，為鞋子制造商評(píng)估產(chǎn)品防滑性，選擇合適的鞋底材料提供理論依據(jù)，并且可為消費(fèi)者選購(gòu)防滑鞋提供指導(dǎo)，從而減少滑倒事故發(fā)生。

3.1 理論依據(jù)

3.1.1 法律法規(guī)

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于地面產(chǎn)品防滑性能的評(píng)估研究比較多，許多國(guó)家和地區(qū)出臺(tái)較多的相關(guān)法律法規(guī)來要求地面的最低摩擦系數(shù)。1990年美國(guó)101屆國(guó)會(huì)通過的《美國(guó)公民意外傷殘法案》，強(qiáng)調(diào)所有對(duì)公共開放的場(chǎng)所，特別是對(duì)行走活動(dòng)的地面、人行道，其水平地面安全摩擦系數(shù)要求達(dá)到0.6以上，斜坡達(dá)到0.8以上[13]。意大利DM 236/89法令要求地面材料動(dòng)摩擦系數(shù)在0.4以上[14]。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)于地面產(chǎn)品的防滑性能給出很多評(píng)價(jià)指標(biāo)，但各自采用的測(cè)試方法不同，數(shù)據(jù)缺乏可比性，只能作為建立鞋子防滑性評(píng)價(jià)指標(biāo)的一個(gè)參考依據(jù)。

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)要求

國(guó)內(nèi)外關(guān)于鞋子防滑系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定比較少，主要涉及專業(yè)運(yùn)動(dòng)鞋及個(gè)體防護(hù)鞋（PPE）等特殊用鞋，如表2所示。而對(duì)于日常穿用鞋的防滑性能指標(biāo)尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3.1.3 文獻(xiàn)資料

關(guān)于鞋子防滑指標(biāo)的文獻(xiàn)很少。據(jù)報(bào)道[24]，按照EN ISO 20345——2004/Amd.1——2007（E）附錄A要求中僅規(guī)定了后跟向前滑動(dòng)和水平向前滑動(dòng)這兩種測(cè)試模式下的指標(biāo)要求，出口到歐洲的勞保鞋，有防滑測(cè)試要求的，均要滿足這一指標(biāo)，而據(jù)天祥（廣州）質(zhì)量技術(shù)服務(wù)公司某月的測(cè)試統(tǒng)計(jì)，按歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求，即38個(gè)鞋樣在鋼板上測(cè)試，有30個(gè)未達(dá)到指標(biāo)要求，只有8個(gè)鞋樣通過了測(cè)試；在磁磚面上測(cè)試，27個(gè)鞋樣，有21例通過，6例未通過。樣品測(cè)試結(jié)果表明：瓷磚/十二烷基硫酸鈉測(cè)試面通過率高，而鋼板/甘油測(cè)試面很難通過。這些可為防滑指標(biāo)的確定提供參考。Mick Wilson[10]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鞋子與地面的摩擦系數(shù)＜0.3時(shí)更易滑倒，且滑倒的幾率隨摩擦系數(shù)的減小而升高，并建議對(duì)于日常穿用的鞋，防滑系數(shù)至少應(yīng)達(dá)到0.3；對(duì)于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合和特殊工作場(chǎng)合，由于運(yùn)動(dòng)中的加速度、跑跳、轉(zhuǎn)彎和工作中的提、推、搬重物等因素，鞋子的后跟、前掌與地面會(huì)產(chǎn)生更高的相互作用力，因此需要更高的摩擦系數(shù)。

表2 國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[15-23]對(duì)鞋類防滑性能的要求

3.2 試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

3.2.1 試驗(yàn)方法

按照GB/T 28287——2012規(guī)定的方法，采用3種模式，分別測(cè)試整鞋在鋼板、瓷磚1、瓷磚3上，當(dāng)測(cè)試地面為干態(tài)、濕態(tài)（水）、甘油和洗滌劑狀態(tài)下的摩擦系數(shù)。

表3 摩擦系數(shù)（32組數(shù)據(jù)）

3.2.2 試驗(yàn)儀器及樣品

STM603型鞋類防滑性能試驗(yàn)機(jī)，SATRA。32份日常穿用鞋，包括男式或女式皮鞋、旅游鞋、休閑鞋、涼鞋、硫化鞋及童鞋。

3.2.3 結(jié)果與討論

32份鞋子的摩擦系數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

測(cè)試數(shù)據(jù)表明：

1）當(dāng)介質(zhì)為甘油或洗滌劑，測(cè)試平面為鋼板或瓷磚1時(shí)，所有鞋的摩擦系數(shù)都很低，幾乎沒有防滑性能。因此不宜選擇介質(zhì)為甘油或洗滌劑，測(cè)試平面為鋼板或瓷磚1作為日常穿用鞋的防滑測(cè)試條件。

2）當(dāng)測(cè)試平面為瓷磚3，介質(zhì)為甘油時(shí)，所有鞋的摩擦系數(shù)都很低，幾乎沒有防滑性能；當(dāng)介質(zhì)為洗滌劑時(shí)，采用前掌向后和水平向前兩種測(cè)試模式，約有一半的樣品測(cè)試結(jié)果＜0.3。

3）在干態(tài)條件下，無論測(cè)試面為鋼板、瓷磚1或瓷磚3，所有鞋的摩擦系數(shù)均＞0.3。

4）在濕態(tài)（水）條件下，防滑系數(shù)較干態(tài)明顯下降。在濕的鋼板上，絕大多數(shù)鞋子防滑系數(shù)＜0.3；在濕的瓷磚1或瓷磚3上，有2/3以上的鞋子防滑系數(shù)=0.3。

綜合考慮日常穿用鞋子的使用環(huán)境及產(chǎn)品所能達(dá)到的合格率水平，認(rèn)為干態(tài)或濕態(tài)（水）的瓷磚地面是最佳測(cè)試條件，同時(shí)，由于很多鞋底前后材料或花紋不一致，采用不同的測(cè)試模式結(jié)果不同。因此應(yīng)采用3種模式進(jìn)行測(cè)試。在上述條件下，測(cè)試結(jié)果均達(dá)到0.3，認(rèn)為滿足基本的防滑指標(biāo)。

4 結(jié)束語

選擇GB/T 28287-2012規(guī)定的方法作為日常穿用鞋防滑性能的統(tǒng)一測(cè)試方法。測(cè)試數(shù)據(jù)表明：日常穿用鞋的防滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為鞋子在干態(tài)及濕態(tài)（水）的瓷磚地面上采用后跟向前滑動(dòng)、前掌向后滑動(dòng)、水平向前滑動(dòng)3種模式測(cè)試，防滑系數(shù)均不應(yīng)小于0.3。

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