鞋底防滑的影響因素及改進(jìn)方法研究

王華杰

（上海澳翔鞋業(yè)有限公司，上海 211006）

0.引言

在生活中工作中，我們穿著鞋子在地板上走、跳，因為鞋底有抵抗滑的能力。這是使用防滑設(shè)備以確保安全和舒適的必要條件。防滑的簡單定義是指用于戰(zhàn)勝特殊環(huán)境中滑動狀況的物理特性。為了使載體更方便、更安全，在考慮滑動阻力時，不能忽略一個重要的物理特性：摩擦力。防滑是指標(biāo)質(zhì)量的重要物理要素之一，包括健康、舒適和安全。相關(guān)機構(gòu)認(rèn)為鞋子對滑動阻力不足將對購買者的生命財產(chǎn)安全造成威脅。鞋類和運動設(shè)施的復(fù)雜變化，以及各種鞋底的變化，到目前為止，在因素研究、影響穩(wěn)定性的因素以及相關(guān)的識別和評價標(biāo)準(zhǔn)方面取得了一些進(jìn)展，但在命名和完整性方面仍存在重大缺陷，必須全方位了解影響鞋類防滑能力的因素及其具體作用形式，這也是提升鞋類防滑的一個重要前提。對于不同類型的防滑鞋，檢查其抗防滑性能測試指標(biāo)和方法，指導(dǎo)鞋的設(shè)計，改進(jìn)生產(chǎn)工藝[1]。

1.研究方法

我們都知道當(dāng)一個人運動時，鞋底和地板之間會有摩擦。水平摩擦力與垂直方向的壓力之比，我常稱之為鞋底與表面的靜摩擦因數(shù)。沿鞋底的滑動阻力可通過摩擦系數(shù)測量。將鞋牢固地固定在裝置上，然后將鞋放在試驗表面上，使用500N方法進(jìn)行摩擦試驗，并使用測量裝置記錄摩擦，以確定一段時間內(nèi)的平均摩擦力，計算摩擦力與法向力的平均比值，即平均摩擦系數(shù)。在任何情況下，計算摩擦系數(shù)的算術(shù)平均值，并將其保留為有限值。在本實驗中，我們通過五種不同的場合對不同的鞋子進(jìn)行了實驗：本部分的研究方法是：整只鞋子向前滑動，行走時前后腳向后滑動。人們先用高跟鞋走路，然后換成全底，再換成高跟鞋。因為如果鞋底只接觸地面，鞋跟水平方向上的鞋跟是向前撞擊地面的水平力，因此，當(dāng)移動到整個鞋底時，鞋跟承受水平方向上的水平反彈力，鞋底和接觸面之間的相對接觸運動具有與后接觸面相同的狀態(tài)，并且鞋底繼續(xù)在水平方向上向前移動。如果最后一只前腳給人向前移動的動力，如果腳必須脫離接觸，就會向后移動。當(dāng)水平鞋底水平接觸力面時，水平鞋底是對力面的反作用力，即水平向前力[2]。

2.影響因素

2.1 鞋底材料

最常用的材料包括PU、PVC、EVA、橡膠、天然皮革制品等。無論材料的類型如何，動態(tài)摩擦系數(shù)均顯示橡膠地板的最大值和皮革地板的最小值。單一材料對滑動能力的影響也因污染物而異。材料的硬度會影響鞋底的防滑性，但一些研究已經(jīng)證實，鞋底硬度與摩擦系數(shù)之間沒有線性關(guān)系，因此，硬度不能作為影響鞋底防滑性的理想?yún)?shù)[3]。

2.2 單一模型對側(cè)向阻力的影響

唯一的模型是與涂層的直接接觸，這決定了許多與防滑性相關(guān)的因素。在粗糙的涂層上，如瀝青涂層和干大理石涂層，圖案中的交叉因子在鞋底上具有良好的防滑性能，但濕大理石涂層試驗異常，因此，在材料選擇后具有防滑鞋底圖案非常重要。鞋底上有各種花紋，包括幾何花紋，目前對單模型與防滑性能關(guān)系的研究主要集中在不同花紋對防滑性能的影響上。在某些情況下，即缺乏充分性、深度和系統(tǒng)性，以及缺乏具體的模型設(shè)計參數(shù)，如樣本深度，樣本寬度和樣本線寬之間的抗滑性能不能為抗滑模型的構(gòu)建提供最直接的理論指導(dǎo)[4]。

2.3 接觸面積

根據(jù)以上經(jīng)驗，我們可以看到同一雙鞋的前后摩擦系數(shù)與前腳向后滑動的摩擦系數(shù)不同，發(fā)現(xiàn)相同的鞋在相同的磚制干燥陶瓷地板上滑動，平滑摩擦系數(shù)最大，只有腳跟和前腳的一部分接觸瓷磚，然后向前滑動，由于背面有一定的后切，最好在向前引導(dǎo)后觸摸背面的瓷磚。因此，向前平滑的接觸面積必須小于后滑塊。與前腳的平滑度相比，有一個類似的原理。如果你來回移動，你會發(fā)現(xiàn)與背面接觸的瓷磚背面有很大的角摩擦系數(shù)。如果鞋頭剛接觸地面，鞋底后部是接觸地面的一部分時間，腳跟后部設(shè)計成圓拱，以適應(yīng)人體，增加前后推的效果，讓人行走更舒適。

2.4 與液體接觸的影響

在我們的生活中，干濕抗滑效果是最迫切需要了解的，如普通瓷磚和水泥石、玻璃、人造磚等。與干濕條件下的數(shù)據(jù)相比，無論是鞋底光滑、前腳向后還是前后滑動，有水時的摩擦系數(shù)將低于干燥狀態(tài)下的摩擦系數(shù)。如果路面上有水，水會減少鞋底和涂層之間的摩擦，因為水會防止鞋底和涂層之間的接觸和分子粘附。如果鞋底在水潤滑的濕層上滑動，它們之間的摩擦系數(shù)會大大降低。如果鞋底和接觸面之間有水，則唯一的紋理無法有效去除深槽和鞋底兩側(cè)的水，則鞋底和接觸面之間會有水，導(dǎo)致鞋底之間無法有效接觸，并且兩者之間的摩擦力顯著減小甚至滾動。在一些更具體的工作或生活條件下，不僅可以有普通水，還可以有脂肪，甚至油和水或肥皂水[5]。

3.對策

3.1 鞋用防滑新材料

近年來，許多研究人員通過物理或化學(xué)手段對材料進(jìn)行改性，以改善材料的表面粗糙度，復(fù)合材料可用作鞋底，具有優(yōu)異的防滑性能。四針狀氧化鋅晶體應(yīng)具有特殊的三維結(jié)構(gòu)，使復(fù)合材料的防滑性能得到了極大的提高。采用化學(xué)移植法將甲苯二異氰酸酯引入到白炭黑表面，復(fù)合材料落地后在干濕條件下摩擦系數(shù)明顯增加，這種材料的鞋底不僅輕便防潮，而且可以降低成本。

3.2 單回路設(shè)計

唯一的模式已經(jīng)改變，可以分為一般和特殊類別。有兩種常見模式：正常模式和自由模式。普通圖案是由標(biāo)準(zhǔn)幾何圖案組成的獨特圖案，自由圖案是不規(guī)則的，它通常模仿自然界中的一些紋理，如礫石、樹皮、皮革等。特殊圖案是為特定功能而專門設(shè)計的，如攀巖和鞋底攀巖。結(jié)果表明，在粗糙接觸面上，方形花紋的抗滑性能優(yōu)于淺圓形花紋；在光滑接觸面上，小圓模式的滑動阻力優(yōu)于二次模式，密集波模式的滑動阻力優(yōu)于稀疏波。連續(xù)雙面花紋在大理石上具有較好的防滑性能，其中防滑花紋最弱；在水泥涂層上的防滑效果最好[6]。

SATRA研究人員在鞋子防滑測試方面做了大量研究，對500多種不同款式的男女鞋進(jìn)行了防滑測試通過對測試數(shù)據(jù)及鞋底花紋的分析提出了具有指導(dǎo)意義的鞋底花紋設(shè)計，優(yōu)良的底紋設(shè)計為花紋寬度應(yīng)在3mm～20mm，戶外運動鞋最小花紋深度為5mm，以便于將排開液體使底紋與地板有干的接觸面，從而提高防滑性能。凸出的輪廓分明的向各個方向的邊緣的鞋釘可以有效提高鞋底對地面的抓握力，中底采用柔軟的彈性結(jié)構(gòu)可增大鞋與地面接觸面積。

4.結(jié)語

隨著全球鞋業(yè)的快速發(fā)展，各種鞋底材料的不均勻性是影響鞋底抗滑性能的決定性因素。材料的選擇必須與鞋底的設(shè)計和鞋底的大圖案相結(jié)合。兩者相輔相成，并考慮它們對抗滑性能的影響。在這個階段，作為鞋制造商和設(shè)計師，我們需要進(jìn)一步研究材料組成、材料性能、圖案和結(jié)構(gòu)等因素，以及它們與抗滑鞋底的相互作用，尋找材料與鞋底的最佳組合，在提高鞋底抗滑技術(shù)方面取得新突破。