防滑鞋底及其成型模具

唐孝先 編譯

該防滑鞋底在接地面部分設置了多個由橡膠彈性體組成的各自獨立的突起狀鞋釘。這些突起狀鞋釘平滑地接觸地面。與此同時，向上突起的鞋釘?shù)那氨谙鄬τ诘孛嬗殖手苯菭畹脑卵佬瓮黄穑ㄒ妶D1）。這些呈月牙形突起曲面壁朝著鞋底腳指前端的方向按一定的間隔距離排列開，呈月牙形突起部的寬面由中間部位開始向上端逐漸變窄。同時，鞋釘端部向上立起的前壁沿著長度方向成平面，這就是防滑鞋底的特征。該防滑鞋底的另一個特征是月牙形突起部由硬度為45～60（根據(jù)日本工業(yè)標準）的橡膠、聚氯乙烯或聚氨酯制成，突起鞋釘高度為1.5～4.5 mm（從鞋底的跟部算起），突起部的中心寬度為3～9 mm、橫向長度為20～35 mm。因而，該防滑鞋地底的防滑效果倍佳。為了成型一種鞋底，即在鞋上設置了多個且相互獨立地接觸地面的鞋釘，在鞋底成型模具上設計了模具本體，本體上設有上下貫通的中空部；設計了嵌入模具和中空部下部的底部模具；設計了堵住模具本體中空部上部的上蓋。在鞋底部模具與上蓋之間形成了鞋底成型用空間。在底部模具的成型面上設置了嵌合用溝槽，在鞋底橫向上排列著多個波紋狀嵌合突起部，而在縱向上設置了多個直線狀嵌合突起部。以上這些都交叉地設置在波紋狀突起部的頂峰和谷底的中間部位。突出其相互嵌合的突起部的上部（即高于成型面）再將兩個相互嵌合的突起部的突出面與成型面垂直相對。使波紋狀嵌合突起部的突起寬面從頂峰和谷底開始向著其中間部位漸漸擴展開來。把多個鞋釘突起成型用月牙形凹陷部配置在底部模具的成型面上。以上就是該鞋底成型用模具的特點。

圖1 防滑鞋底大底

以前，人們就防滑鞋底及其成型模具，及如何提高其防滑性已提出了不少專利和解決方案。

文中的防滑鞋底，把設置在鞋底與地面接觸面上的月牙形突起部的前后豎立壁面作為曲面，把曲面的內(nèi)壁朝著鞋底的長度方向配置。這樣，所有部份都面對著滑動方向相互垂直。月牙形突起部的端部壁面，相對于沿長度方向的面（即橫向）幾乎成垂直狀態(tài)，夾持力分別有效地防止向正前方、斜前方、橫向和后方滑動，從而使穿著者可以平穩(wěn)地步行。月牙形突起部的突起幅度從其中心部位開始，朝著鞋底前端的端部逐漸地狹窄起來，這樣，便形成了可保持彈性，并使彈性有序發(fā)生變化的結構。夾持力從地面開始，作用于月牙形突起部上，力集中在月牙形突起部曲面內(nèi)壁的角緣上，咬住地面。在地面干燥的狀態(tài)下，防滑鞋底被牢牢地夾持住。如果地面被水弄濕，或者布滿了油，此時地面上的水膜或油膜被切斷，如此便能去除地面上的水或者油污。即使是走在有一定坡度的斜坡上，或者下坡都能夠咬住地面，穿著防滑鞋者行走穩(wěn)健。

上文提及的月牙形突起部其開放部位被纏住，它端部的位置從突起中心部位開始左右分岔，并移動到跟前。所以，夾持力作用于突起部的中心部位上，即使產(chǎn)生了暫時的變形，拉伸力仍可從其端部開始作用。在這一點上突起部的彈性得以恢復，突起部處于與地面接觸的狀態(tài)，防止了突起部倒塌，并一直保持住這種狀態(tài)，從而進一步提高了防滑功能。防滑鞋底把它的底面與中底的外周下緣合在一起（高度同等）。防滑鞋底的底面埋入中底的凹陷處。采用這樣的一種結構后不會像以前的鞋底那樣，使垃圾和細小石子等固體物散布開來，而是使它們集中在橫向的波紋溝和縱向的直線溝里，因此很容易用刷子將這些固體物清除掉。再者，防滑鞋底通過中底還獲得了緩沖（減振）性能[1]。

文中涉及的另一個話題就是成型防滑鞋底用的模具。在底模的成型面上，把縱向的直線狀嵌合突起部與橫向的波紋狀嵌合突起部組合起來，使成型鞋底突起部用的凹陷部上所有的角都成為嵌合結構。由此，在鞋底成型過程中，空氣從嵌合部的間隙逸出，而不致滯留在拐角或棱角處。因此，用這種模具成型出來的鞋底可以隔斷地面上的水膜或油膜，有效地防滑。上述模具的成型鞋底用凹陷部結構簡單，容易制作，故整個模具的制造成本低廉。

與文中防滑鞋底有關的圖如下所示。

圖2 圖1中A-A剖面圖

圖3 放大的月牙形突起部

圖4 圖3中B-B的剖面圖

圖5 防滑鞋底成型模具平面圖

圖6 圖5中C-C的剖面圖

圖7 圖5中D-D的剖面圖

至于可用來制造防滑鞋底的原材料，不外乎天然橡膠和合成橡膠兩大類。例如，丁二烯橡膠（BR）、丁苯橡膠（SBR）及丁腈橡膠（NBR）等二烯類橡膠。除此以外，還可采用聚氨酯、聚氯乙烯等合成樹脂來制造。上述橡膠原材料中還需添加眾多配合劑（例如硫化劑、促進劑、著色劑、增塑劑等）。防滑鞋底的硬度為45～60[根據(jù)JIS-A（日本工業(yè)標準）在20 ℃溫度條件下測得]，這樣可以更有效地抑制滑動。再者，如果硬度低于45，突起部的變形會增大；反之，硬度若高于60，鞋底會變硬，人的腳踩在地面上，輕漂無力容易產(chǎn)生滑動。

制備鞋底用膠料系將填充劑、硫化劑、促進劑、防老劑和著色劑等配合劑加入丁腈橡膠，經(jīng)開煉機混煉而得。把鞋底膠料裝入鞋底成型模具，經(jīng)硫化制得防滑鞋底。硫化前，由于膠料中配合了硫化劑、促進劑、填充劑等，膠料硬度可設定為53（根據(jù)JIS-A標準）。成型后的防滑鞋底通過發(fā)泡EVA（乙烯醋酸乙烯酯）中底與鞋幫粘接成一個整體。鞋底成型用模具把鞋底作為一個支點，再把兩個支點組合成一個整體。

月牙形突起部的曲面外壁（3b）的半徑為20 mm，曲面內(nèi)壁（3c）的半徑為23 mm，突起部中心寬幅（w1）為6 mm，突起部的長度L為31.5 mm。月牙形突起部的前端端部（3d）從其中心部位開始其寬度逐漸減小，端部的縱向?qū)挾龋╳2）為4.6 mm。防滑鞋底月牙形突起部的高度（h1）為3 mm，底部厚度（h2）為2.5 mm，整體厚度5.5 mm。沿防滑鞋底縱向設置的月牙形突起部之間的橫向溝槽寬度約3 mm左右；沿防滑鞋底橫向設置的月牙形突起部之間的縱向溝槽的寬度為3.5 mm。在鞋底上設置的月牙形突起部，其具體排列為鞋底中心長度方向上設置了32排，寬度方向上設置了3排。

防滑鞋底成型模具的結構如下：在波紋狀頂峰（25a）與谷底（25b）的中間部位（25c）上，交叉排列著鞋底橫向上的多個波紋狀嵌合突起部（25）和縱向上的多個直線狀嵌合突起部（26）。這些突起部嵌入底模（22）的成型面（22a）上，然后連同底模（22）一起，整體與模具（21）嵌合。再如同成型面（22a）那樣，直立安裝了兩個嵌合突起部的壁面，于是，在底模（22）的成型面（22a）上便形成了多個月牙形的凹陷部（28）。

從月牙形凹陷部（28）的中心部位開始，朝著其前端端部（8）使突起的寬度漸漸變窄。為了形成這樣一種結構的月牙形突起部（3），把排列在橫向上的波紋狀嵌合突起部（25）的突起幅度逐漸加寬。再把月牙形凹陷部（28）的底面加工成平滑狀，使其表面粗糙度（凸凹高度之差）達到2 μm。

如圖6所示，成型防滑鞋底時，將鞋底成型空隙（24）的高度設定為5.5 mm，將這一高度作為防滑鞋底的厚度。波紋狀嵌合突起部（25）和直線狀嵌合突起部（26），比底模（22）的成型面（22a）高3 mm，把它作為月牙形突起部的高度（h1），底部的厚度（h2）設定為2.5 mm。橫向上的波紋狀嵌合突起部（25）突起的寬度約為3 mm，把這一寬度作為溝槽的寬度。把波紋狀嵌合突起部之間頂峰上的溝槽間隔距離設定為6 mm，把這一距離作為月牙形突起部的中心寬度（w1）；把中間部位的溝槽寬度設定為4.6 mm，將這一寬度作為月牙形突起部端部的幅度（w2）?？v向上的直線狀嵌合突起部的突起寬度為3.5 mm，將此寬度作為溝槽的寬度。從不接觸地面部位開始，向腳指前方和腳后跟方向彎曲延伸的“<”字形平行的兩條線剪切開來，兩條線的直線狀嵌合突起部（26）的間距為31.5 mm，將這一距離作為月牙形突起部的寬度L。這樣，在鞋底成型模具的波紋狀嵌合突起部（25）和直線狀嵌合突起部（26）之間便形成了被圍起來的月牙形凹陷部（28）。

防滑鞋底的試驗方法是，分別在干燥狀態(tài)、潮濕狀態(tài)和涂布色拉油狀態(tài)下，對鞋施加負荷（5 kg），并以30 cm·min-1的拉伸速度于斯泰靈萊斯（ステレンレス）試驗臺上測定防滑鞋底的動摩擦系數(shù)。裝配了防滑鞋底的鞋與原來的鞋（突起鞋釘呈正方形）的測試結果列于表1。防滑鞋底的動摩擦系數(shù)分別為：干燥狀態(tài)下為1.55，潮濕狀態(tài)下為1.45；涂布油的狀態(tài)下為1.25。這些數(shù)據(jù)表明，在任何狀態(tài)下與原來的鞋相比，防滑鞋底都具有穩(wěn)定的防滑效果。對其功能的評價結果是，穿著者在30°傾斜度的斯泰靈萊斯（ステレンレス）板上行走，6名穿著者的平均試驗結果是，以5作為最佳結果的五個檔次中，原來的鞋為1～3，裝配了文中的防滑鞋底的鞋為4～5。

表1 由防滑試驗測試動摩擦系數(shù)μ

[1]五野啓、金子久光、大中啓彰, 等. 耐滑靴底及びとの靴底成型金型: 日本, 2012217678[P]. 2012-11-12.