鞋底防滑性能的影響因素及其分析

孫辰逸，夏新興，黃小凱（.浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，浙江杭州30000；2.國(guó)家鞋類質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（溫州），浙江溫州325000）

鞋底防滑性能的影響因素及其分析

孫辰逸1，2，夏新興1，黃小凱1
（1.浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，浙江杭州310000；2.國(guó)家鞋類質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（溫州），浙江溫州325000）

為研究鞋底防滑性能的影響因素，對(duì)樣品鞋進(jìn)行了防滑性能的測(cè)試，得出鞋底接觸面積，鞋底材料，鞋底花紋，接觸液體，接觸面種類及溫度對(duì)防滑性能有重要的影響，并對(duì)這些因素做相應(yīng)的分析。

鞋底；防滑性能；影響因素；分析

前言

生活中，我們穿著鞋子在地面上行走，奔跑，跳躍，如此自如，歸功于鞋底的防滑性能。利用防滑達(dá)到安全性與舒適性，是人對(duì)鞋底不可或缺的要求。防滑效果不理想，容易使人感到腳底不適，穿著感覺別扭，甚至造成人滑倒或跌倒，事故導(dǎo)致人受傷，有可能會(huì)造成巨大的花費(fèi)，對(duì)于品牌形象，也有可能造成一定程度的傷害。防滑簡(jiǎn)單的定義就是一種材料在特殊環(huán)境下克服滑倒問題的性能［1］。

為了使穿著者更舒適也更安全，防滑性能的提高是必經(jīng)之路。在考慮防滑性時(shí)，就不能忽視一項(xiàng)重要的物理性質(zhì)——摩擦力。人能行走、繩能綁緊，都是因?yàn)橛心Σ亮Υ嬖诘木壒?。?jù)報(bào)道：在美國(guó)因?yàn)榛斐傻氖鹿剩脊鹿实?7%，占公共場(chǎng)所事故的18%，占家庭事故的20%；在英國(guó)，滑跌摔傷事故占工傷事故的20%（每年約4萬(wàn)起）；芬蘭的制造業(yè)、建筑業(yè)和交通行業(yè)，每年因?yàn)榛斐傻墓鹿?，分別占總工傷事故的34%，28%和21%［2］。因此，滑摔問題應(yīng)得到人們的足夠重視，并要努力去尋找造成類似事故的主要原因，以減少它們的發(fā)生。

1實(shí)驗(yàn)部分

《GB/T 28287一2012足部防護(hù)鞋防滑性測(cè)試方法》，該方法 與ASTMF2913-11、IS0 13287：2012等類似，被國(guó)際上許多國(guó)家廣泛采用，是目前較為科學(xué)的防滑測(cè)試方法［3］。本文通過該方法對(duì)成鞋防滑實(shí)驗(yàn)的研究來(lái)探討影響防滑性能的因素。試驗(yàn)所用儀器為英國(guó)SATRA公司的STM603電腦止滑試驗(yàn)機(jī)，所用接觸面為標(biāo)準(zhǔn)壓制陶瓷地板磚。

表1防滑實(shí)驗(yàn)動(dòng)摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)

現(xiàn)對(duì)試樣鞋進(jìn)行如下防滑實(shí)驗(yàn)：將鞋牢固地裝在鞋楦上并接至測(cè)試裝置上，再將鞋下降到測(cè)試平面上，施加500 N法向力進(jìn)行測(cè)試，用測(cè)量裝置記錄摩擦力，確定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的平均摩擦力，并由裝置計(jì)算平均摩擦力與法向力的比值即平均摩擦系數(shù)。在所選的防滑方式組合上，為確保數(shù)據(jù)更加真實(shí)有效，所選鞋子碼數(shù)均為250 mm，每只鞋重復(fù)測(cè)量5次。計(jì)算每個(gè)條件下摩擦系數(shù)的算術(shù)平均值并保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位為最終結(jié)果值。

在實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)5種不同的鞋子分別進(jìn)行了如下幾種不同情況下的防滑實(shí)驗(yàn)。

本文實(shí)驗(yàn)部分研究方式（見圖1～3）為：整鞋向前平滑，后跟向前滑動(dòng)，前掌向后滑動(dòng)。人在行走的時(shí)候，先是腳后跟部分著地，再過渡到整個(gè)鞋底，然后再前掌著力處。因?yàn)樵谛讋偨佑|地面的時(shí)候，在水平方向上鞋底后跟部位是給接觸面一個(gè)水平向前的作用力，故后跟部位在水平方向上是受到一個(gè)水平向后的作用力，所以選擇后跟的滑動(dòng)方向?yàn)橄蚯盎瑒?dòng)。在過渡到整個(gè)鞋底的時(shí)候，鞋底與接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)作用狀況與后跟類似，在水平方向上鞋底是繼續(xù)給接觸面一個(gè)水平向前的作用力，故此時(shí)鞋底在水平方向上是受到一個(gè)水平向后的作用力。最后前掌的時(shí)候，由于要給人一個(gè)繼續(xù)向前的力，在腳掌將要離開接觸面的時(shí)候，有個(gè)往后蹬踏的動(dòng)作，此時(shí)，在水平方向上鞋底是給接

圖1水平向前滑動(dòng)

圖2后跟向前滑動(dòng)

圖3前掌向后滑動(dòng)

注：圖2、圖3中的角度為5°時(shí)未標(biāo)注。F——法向力；B——鞋相對(duì)于測(cè)試平面向后移動(dòng)；V——鞋相對(duì)于測(cè)試平面向前移動(dòng)。觸面一個(gè)水平向后的作用力，鞋底在水平方向上是受到接觸面對(duì)它的一個(gè)反作用力，即一個(gè)水平向前的作用力。這樣就很好地解釋了為什么此次研究是采用水平向前滑動(dòng)、后跟向前滑動(dòng)、前掌向后滑動(dòng)這三種研究方式了。為了使研究的內(nèi)容多樣化，分別對(duì)樣品進(jìn)行了干式防滑、濕式防滑，還對(duì)前掌和后跟防滑采用了5°角和7°角不同角度下的防滑形式。

2影響因素及分析

2.1鞋底接觸面積的影響

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，相同鞋子的向前平滑，后跟向前滑動(dòng)，前掌向后滑動(dòng)的摩擦系數(shù)各不相同。相同的鞋子，在同樣為干燥的陶瓷地板磚上的滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)這幾組數(shù)據(jù)中，除了樣品5，其余樣品當(dāng)中，平滑的摩擦系數(shù)均為最大。細(xì)細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)樣品1到4當(dāng)中，向前平滑的時(shí)候與瓷磚的接觸面積是最大的，而為何樣品5平滑系數(shù)比后跟滑動(dòng)時(shí)要小，但比前掌滑動(dòng)時(shí)要大？原來(lái)樣品5的鞋底構(gòu)造采取波浪式構(gòu)造，平滑時(shí)只有局部后跟和局部前掌處與瓷磚有接觸，而后跟向前滑動(dòng)時(shí)，由于后跟處后部有一定的倒角斜度，故在后跟向前滑動(dòng)時(shí)，后跟部位相對(duì)較充分與瓷磚相接觸，所以向前平滑時(shí)的接觸面積反而要比后跟滑動(dòng)時(shí)要小。平滑與前掌的比較也是類似原理。接觸表面積越大的鞋底，摩擦系數(shù)越大。在后跟向前滑動(dòng)的過程中，發(fā)現(xiàn)后跟后側(cè)接觸瓷磚處有圓角的鞋子摩擦系數(shù)較高，因?yàn)槿嗽谛凶叩臅r(shí)候，腳步的向前邁出是帶有一定角度的，在鞋子與地面剛一接觸的瞬間，鞋底后跟后側(cè)部位是第一時(shí)間與地面接觸的部位，后跟處設(shè)計(jì)成圓弧狀，正是為了與人體工學(xué)相適應(yīng)，增大后跟向前防滑效果的同時(shí)，也是為了讓人在行走的時(shí)候更加的舒服。

在前掌向后滑動(dòng)的過程中，前掌與瓷磚接觸面大的樣品摩擦系數(shù)相對(duì)較大。在試驗(yàn)時(shí)，特地對(duì)前掌處和后跟處的防滑做了5°角和7°角的試驗(yàn)。首先，做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，把試驗(yàn)鞋的鞋底看作是一個(gè)平面（很多鞋底不止一個(gè)平面），前掌或后跟處通過楔形角來(lái)達(dá)到一定的角度，如上所述的5°角和7°角。根據(jù)以上的測(cè)試數(shù)據(jù)，前掌和后跟的5°角和7°角的摩擦系數(shù)大小基本相近，某些時(shí)候5°角的大，某些時(shí)候7°角的大。結(jié)合試樣觀察，同種試樣的5°角和7°角的摩擦系數(shù)的大小，取決于在相應(yīng)角度下鞋底與摩擦面的接觸面積，接觸面積大的摩擦系數(shù)就越大。

2.2鞋底材料的影響

不同的鞋底材料，防滑效果相差很大。對(duì)做完防滑試驗(yàn)的樣品，先用刀片切去接觸部位比較深的花紋，再用磨輪把表面進(jìn)一步磨光滑平整，把去掉花紋后的鞋子重新做在干燥的壓制陶瓷地板磚上的水平向前滑動(dòng)試驗(yàn)（見表1的K行防滑數(shù)據(jù)）。在表1的K行中，樣品1動(dòng)摩擦系數(shù)為1.01，樣品2為0.72，樣品3 為0.60，樣品鞋底材料依次為橡膠，聚氨酯，EVA。故耐磨性能，橡膠＞聚氨酯＞EVA。常用鞋底材料的種類有PU、PVC、EVA、橡膠、TPR、天然皮革等，防滑性能受路面影響較大的是TPR鞋底。有研究表明，無(wú)論何種地面材料其動(dòng)摩擦系數(shù)均顯示橡膠底的值最大，皮革底的值最小。鞋底材料對(duì)防滑性能的影響還會(huì)因污染物的不同而變化，在干狀態(tài)，橡膠的止滑性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它幾種材料的防滑性能。另外，材料的硬度對(duì)鞋底的防滑性能也有一定的影響，但有研究證實(shí)硬度和鞋底的摩擦系數(shù)之間不存在線性相關(guān)性，因此硬度不能作為影響鞋底防滑性能的理想?yún)?shù)值［4］。

我們平時(shí)所穿的拖鞋很多都是EVA發(fā)泡材料的，在干燥的地面上走路時(shí)，防滑效果尚可，但在有水的地方行走我們總是小心翼翼，生怕滑倒。生活中，我們穿著這種拖鞋在濕漉漉的衛(wèi)生間里走過時(shí)，總是躡手躡腳的，就是這個(gè)道理。其實(shí)生活中也可以把防滑性能差的拖鞋變成防滑拖鞋。把一些廢舊的橡膠手套剪下來(lái)一小片，用強(qiáng)力防水膠粘到拖鞋的腳掌和腳跟部分。這樣就可以做成一個(gè)很實(shí)用的防滑拖鞋了。這個(gè)原理就是不同的鞋材有不同的防滑性能，或者說(shuō)在濕漉地面上時(shí)，橡膠的防滑性能要好于EVA。不僅不同的鞋材有截然不同的防滑效果，干燥條件下和潮濕條件下的防滑效果也往往相差甚遠(yuǎn)。有些鞋材在干燥的情況下防滑性能不錯(cuò)，但在有水的情況下其性能就會(huì)差很多很多。如EVA發(fā)泡鞋底：干式防滑尚可，濕式防滑極不理想，通常都用鞋底紋設(shè)計(jì)以增加其防滑性能。所以想要從材料方面提高防滑性能，不僅要考慮在干燥的情況下，還要考慮在有水的情況下的防滑效果，在某些特殊場(chǎng)合，甚至還要考慮在有油或者肥皂水等的情況下的防滑效果。如TPR鞋底：干式防滑性能好，濕式防滑性能卻不理想。材料對(duì)防滑性能的影響是先天性的，若要從材料上改變其對(duì)防滑性能的影響，就要研究相應(yīng)的添加劑來(lái)改善材料的防滑性能。

2.3鞋底花紋的影響

花紋對(duì)防滑性能的影響比較復(fù)雜，首先，沒有花紋的鞋底肯定防滑效果不太好。越光滑的鞋底面與地面的摩擦力是越小的，花紋越多往往所產(chǎn)生的摩擦力也就越大。但是怎么樣的花紋與接觸面接觸，產(chǎn)生的摩擦力比較大，花紋的形狀形形色色，可以成千上萬(wàn)種，哪樣的花紋防滑效果更好，也沒有確切的結(jié)論?？傮w上來(lái)說(shuō)，花紋可以極大地增加摩擦系數(shù)。在生活中，我們很少發(fā)現(xiàn)沒有花紋的鞋底，即使鞋底有部分是沒有花紋的，但也是在非直接接觸地面的位置上，很多鞋底光滑部位也是在鞋腰上的。鞋底花紋作為鞋底的一個(gè)重要組成部分，直接和路面接觸，它決定鞋底與路面實(shí)際接觸面積的大小、鞋底對(duì)地面的抓著與吸附能力、鞋底排開路面污染物的能力等與防滑性能相關(guān)的諸多因素，所以鞋底花紋是影響鞋底防滑性能的重要因素［1］。

觀察表1中A行及K行的防滑數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)K行的摩擦系數(shù)小于A行的摩擦系數(shù)，說(shuō)明有花紋的鞋底的防滑效果要好于無(wú)花紋的鞋底。為了提高鞋底的防滑性能，有很多企業(yè)在花紋上想盡心思，設(shè)計(jì)出來(lái)了吸盤式，阻力式，排水式等花紋。優(yōu)良的底紋設(shè)計(jì)為花紋寬度最小3 mm，最大20 mm，崎嶇環(huán)境下的戶外運(yùn)動(dòng)鞋最小花紋深度為5 mm，以便于將液體排開，使底紋與地板有干的接觸面，從而提高抗?jié)窕?。凸出的鞋釘與地面接觸平整，且具有輪廓分明的向各個(gè)方向的邊緣，可以有效提高鞋底對(duì)地面的抓握力，中底采用柔軟的彈性結(jié)構(gòu)可使鞋與地面接觸面最大化［5］。

對(duì)于細(xì)而淺的鞋底花紋（鞋底紋路呈現(xiàn)細(xì)小而密集的花紋），往往具有輕巧而易于彎曲等優(yōu)點(diǎn)，花紋較為密集，接觸面積也較大，且一般采用細(xì)花紋的鞋底材料較為柔軟，擁有良好的防滑性能。紋路細(xì)小而淺的鞋底紋路，大底的厚度一般比較薄，適合柏油路、水泥地，磁磚等較為平整的接觸面。但太細(xì)的花紋與接觸面的接觸感觸也比較明顯，如果遇到不平或者凹凸?fàn)畹穆访?，?huì)讓腳底部產(chǎn)生不舒服的感覺。在支撐人體時(shí)，也容易磨損，造成防滑效果的減弱。粗而深的鞋底紋路，花紋以大塊狀的分布，鞋底材料加硬，采用含碳成份較高的橡膠底材料，支撐性能良好，對(duì)于粗糙的地面及不平整的接觸面，提供更理想的抓地力性能。優(yōu)點(diǎn)：鞋底支撐性佳，對(duì)足部的保護(hù)性良好，鞋底耐磨性佳，容易適應(yīng)多種不平整的特殊地面，如出去郊游，山嶺區(qū)碎石，不平整之路面，對(duì)于粗糙地面的抓地力表現(xiàn)理想，而且這樣的底部在鋪滿石子的路上行走，腳底不會(huì)有石子路刺到不舒服的感覺。缺點(diǎn)：穿著舒適性稍差，但可以對(duì)鞋底材料的改良，或者增加外中底等以改善足部舒適性。

一般生活環(huán)境中所接觸到的地面可能具有光滑、粗糙、不平、地面含水、含油、清潔劑等各種狀況，鞋底底紋的粗糙及高低不平，可以有效增加實(shí)質(zhì)的接觸面積，以及增加有水地面的排水性，避免打滑的現(xiàn)象。底紋的粗細(xì)與深度，是關(guān)鍵的影響因素。利用鞋底紋路的形狀，可增加鞋底與接觸面的摩擦力，提高鞋底的防滑效果。紋路的粗細(xì)跟深淺，有不同的防滑效果和用途，面對(duì)各種不同的接觸面或地面，往往需要不同的鞋底紋路設(shè)計(jì)，來(lái)符合多樣的實(shí)際狀況。

2.4接觸液體的影響

在我們的生活環(huán)境之中，干式防滑和濕式防滑是我們最迫切需要了解的防滑效果，包括常接觸到的瓷磚、水泥地、柏油路、玻璃、人造地磚等等。對(duì)干燥情況下和有水情況下的數(shù)據(jù)做一一比較，無(wú)論是鞋底平滑，前掌向后，或是后跟向前的滑動(dòng)，發(fā)現(xiàn)在有水的情況下的摩擦系數(shù)均要比在干燥情況下的摩擦系數(shù)要小。這結(jié)論可以很清晰地根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：樣品1到樣品5當(dāng)中，任何一種形式的防滑，其在有水的條件下所測(cè)得的摩擦系數(shù)均比在干燥條件下的摩擦系數(shù)要小很多。這就很好地直觀驗(yàn)證了雨天為什么容易摔滑跌倒的現(xiàn)象。

路面上若有水，那么水就會(huì)削減鞋底與路面的摩擦作用，因?yàn)樗畷?huì)阻止鞋底與路面之間接觸及發(fā)生分子間結(jié)合，并且鞋底在潮濕路面上滑動(dòng)時(shí)，由于水的潤(rùn)滑作用，其與路面間的摩擦系數(shù)將會(huì)顯著下降［6］。當(dāng)鞋底與接觸面之間有水的存在時(shí)，鞋底紋路無(wú)法將水有效的排除至底紋溝槽及鞋底兩側(cè)，水將存在鞋底與接觸面之間，造成鞋底無(wú)法有效與接觸面接觸，彼此之間的摩擦力將嚴(yán)重降低，甚至造成打滑的現(xiàn)象。日常生活當(dāng)中，在有水的地面上行走的時(shí)候我們總是會(huì)相對(duì)小心謹(jǐn)慎點(diǎn)，地面濕滑容易摔倒。在某些部分較特殊的工作環(huán)境或生活環(huán)境里，地面上存在的，可能就不只是一般的水，常常還有油脂，甚至是油和水共同存在，或者是肥皂水。因此就有了油式防滑和油加水的防滑及肥皂水的防滑，另外鞋子經(jīng)常接觸含有油的環(huán)境下，還必須考慮鞋底材料是否具有良好的耐油性質(zhì)，避免鞋底因接觸油而膨脹，造成鞋底基本的物理性能及安全性能受到嚴(yán)重的影響。

2.5接觸面種類及溫度的影響

防滑性能與接觸面種類有關(guān)。本文上述實(shí)驗(yàn)研究是在標(biāo)準(zhǔn)瓷磚上進(jìn)行的，如在玻璃，鋼板，柏油路或水泥路上等進(jìn)行測(cè)試，又會(huì)有不一樣的測(cè)試數(shù)據(jù)。摩擦面的種類為外界因素，我們不能控制。陜西科技大學(xué)的杜少勛等人［7］用二方連續(xù)，四方連續(xù)，止滑塊三種試樣分別在木板，水泥，大理石三種不同路面上作止滑性能的研究。實(shí)驗(yàn)中，大理石表面最光滑，花紋接觸地面面積最大，分子與分子間的吸附作用也最強(qiáng)，因而地面與鞋底之間的摩擦力最大，止滑性能最好。

關(guān)于溫度對(duì)鞋底止滑性能的影響，陜西科技大學(xué)的彭文利等人［8］分別對(duì)四種常用材料（橡膠，EVA，PU，TPR）的無(wú)花紋鞋底在不同溫度下的干燥玻璃路面上進(jìn)行了摩擦實(shí)驗(yàn)，測(cè)得了鞋底在玻璃路面上的摩擦系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：雖然不同材料防滑性能受溫度的影響不盡相同，但隨溫度的升高，材料的防滑性能總體上呈上升趨勢(shì)（研究溫度范圍為-30～40℃）。我們所生活的地區(qū)溫度基本上在這溫度范圍，可以認(rèn)為大部分鞋底材料在炎熱非洲地區(qū)的防滑性能要好于在嚴(yán)寒地區(qū)的防滑性能。

3結(jié)論

通過以上防滑性能的研究探討，影響防滑因素主要為以下幾個(gè)方面：鞋底接觸面積，鞋底材料，鞋底花紋，接觸液體，接觸面種類及溫度。為了得到更好的防滑性能，從鞋底方面，可以增大鞋底接觸面積；選用止滑性能優(yōu)異的材料，如橡膠；增加并改善花紋，如設(shè)計(jì)為多方向花紋。從環(huán)境因素方面，鞋底不接觸液體（水、肥皂水、油等）；選用防滑性能好的路面；不在過低溫度下行走。

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［7］杜少勛.地面狀況與運(yùn)動(dòng)鞋大底花紋功能關(guān)系的研究［N］.陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，22（3）：169-174.

［8］彭文利.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（4）：68-73.

The influence factors and analysis of sole slip resistance

SUN Chen-yi1，2，XIA Xin-xing1，HUANG Xiao-kai1
（1.College of Materials and Textiles，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310000，China；2.National Footwear Quality Supervision and Inspection Center（Wenzhou），Wenzhou 325000，China）

For the study of the influence factors of sole slip resistance，slip resistance of sample shoes is now tested.It is concluded that the sole contact area，the sole material，shoe sole pattern，the contact liquid，contact types and temperature have important effects on slip resistance，and the analysis of these factors accordingly.

sole；slip resistance；influence factors；analysis

孫辰逸（1986.12-），男，助理工程師，在讀碩士，在溫州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院工作，多年從事于鞋子，皮革，人造革，箱包等項(xiàng)目的檢測(cè)工作。負(fù)責(zé)國(guó)家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)各項(xiàng)監(jiān)督抽查檢測(cè)，工商監(jiān)督抽查，企事業(yè)單位及個(gè)人委托檢測(cè)等。聯(lián)系電話：13057732578。