鞋類橡膠底防滑性能的研究與分析

季文華，張猛，汪保川，郁強(qiáng)，劉麗霞

（蘇州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，江蘇 蘇州 215000）

前言

近幾年，國(guó)內(nèi)有很多消費(fèi)者因?yàn)榇┬划?dāng)而滑倒，最后均被證實(shí)是因?yàn)樾追阑阅茌^差，防滑性能正逐步成為消費(fèi)者購(gòu)買鞋類產(chǎn)品關(guān)注的重點(diǎn)。據(jù)有關(guān)報(bào)道，在很多歐美發(fā)達(dá)國(guó)家中，有很多事故是由于整鞋防滑性能較差引起的。因此，我國(guó)有很多召回的鞋類產(chǎn)品都是因?yàn)檎旧砜赡艽嬖诜阑阅艿娜毕荨?/p>

整鞋在使用時(shí)需要與地面接觸，行走時(shí)，人類對(duì)整鞋施加向后的作用力，通過(guò)整鞋與地面接觸并得到地面產(chǎn)生的與前進(jìn)方向相反的力量，進(jìn)而推進(jìn)人往前行走。在這整個(gè)過(guò)程中受力和支撐部位包含幫面、鞋墊、內(nèi)底、中底、外底。分析一下不難發(fā)現(xiàn)，幫面只是起到了固定鞋底的作用，使整鞋在行走過(guò)程中不至于滑脫；內(nèi)墊的作用是隔絕鞋底與腳掌，使腳掌不至于直接接觸到硬質(zhì)的內(nèi)底；內(nèi)底的作用是固定鞋底大致形狀；中底的作用是吸收人體施加的力量并傳導(dǎo)至外底，而真正起到防滑作用的部件是外底，與地面直接接觸的外底。根據(jù)整鞋構(gòu)造，外底通常由多種材料或者單一材料組成，常見(jiàn)的外底有單一橡膠外底或者發(fā)泡鞋底，或者由發(fā)泡部分和橡膠或其他材料貼片組成。外底防滑性能是反映外底材料防滑性能的重要參數(shù)，也關(guān)系著鞋類的安全性能。摩擦系數(shù)是體現(xiàn)防滑性能好壞的主要參數(shù)之一。防滑性能越好，其對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)應(yīng)越高[1]。本論文只對(duì)單一橡膠外底進(jìn)行防滑性能研究。

1 外底防滑性能的定義

為了推進(jìn)物體往前行走，物體本身需要克服摩擦力。鞋底與地面之間存在與行走方向相反的摩擦力，而摩擦系數(shù)就等于水平方向的摩擦力與垂直方向的重力之間的比值，摩擦系數(shù)可以直觀地反映出鞋底材料的防滑性能。

人在行走過(guò)程中，人體重量是恒定的，也就是垂直方向的壓力是固定的，那么外底所受的摩擦力與摩擦系數(shù)成正相關(guān)。因此，通常用摩擦系數(shù)的高低來(lái)評(píng)定鞋類防滑性能的好壞，即整鞋防滑性能的好壞評(píng)估通常使用鞋底和路面之間的靜摩擦系數(shù)（SCOF）[2]。當(dāng)SCOF 較小時(shí)，穿鞋行走過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)位移，這時(shí)就會(huì)有動(dòng)摩擦產(chǎn)生，整鞋與地板之間就會(huì)存在動(dòng)摩擦系數(shù)（DCOF）。當(dāng)DCOF 很大，并可以阻止整鞋出現(xiàn)位移，滑跌摔倒就不會(huì)發(fā)生。換句話說(shuō)，該成品鞋防滑性能較好。

2 外底防滑性能的測(cè)試方法及原理

2.1 外底防滑性能測(cè)試方法

本文中外底防滑性能研究采用《鞋類整鞋試驗(yàn)方法防滑性能》（GB/T3903.6-2017）[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求：防滑性能用摩擦系數(shù)來(lái)表現(xiàn)，具體檢測(cè)方法參照下面的測(cè)試原理進(jìn)行展開(kāi)。

將甘油均勻涂抹于測(cè)試摩擦面上，然后將放置好鞋楦的樣品安裝在夾具上，按照標(biāo)準(zhǔn)施加固定的垂直載荷，開(kāi)啟設(shè)備，使摩擦面水平移動(dòng)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)記錄摩擦力值并讀取一定區(qū)間內(nèi)的摩擦系數(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍：該標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)各類樣品整鞋，試驗(yàn)采用整鞋作為測(cè)試主體。

2.2 設(shè)備式樣

鞋類動(dòng)態(tài)防滑試驗(yàn)機(jī)，設(shè)備型號(hào)是SATRA STM 603。

2.3 測(cè)試原理

①試驗(yàn)公式：防滑系數(shù)的計(jì)算公式是μ=f/n，μ：摩擦系數(shù)，f：拉力機(jī)記錄的摩擦力，（牛頓、N)，n：豎直方向載荷[試驗(yàn)垂直載荷400 N（鞋碼≥250 mm）/350N（鞋碼＜250 mm）]。

②試驗(yàn)面板：采用的玻璃板表面不能存在劃痕。

③摩擦介質(zhì)：甘油水溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.3%～92.6%，黏度為0.2±0.1 Pa·s（200±100cP）。

④摩擦速度：0.3 m/s。

⑤測(cè)試方向：水平測(cè)試模式。

⑥測(cè)試數(shù)據(jù)采集區(qū)間：0.3～0.6s 之間至少讀取10 個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)。

2.4 測(cè)試結(jié)果的表示

本文采用的設(shè)備可以同時(shí)讀取到整鞋外底的動(dòng)態(tài)防滑和靜態(tài)防滑的摩擦系數(shù)，但本文中只采用了動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)，也就是設(shè)備圖譜中Ave 數(shù)據(jù)列。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)匯總并分析

（1）本次外底貼片防滑性能研究共采用19 雙樣品，其中包含11 種款式鞋底試樣，鞋底貼片材質(zhì)分為單一普通橡膠底、單一防滑系列橡膠底和防滑系列橡膠底+普通橡膠底三種存在。樣品鞋碼均大于250 mm，所以垂直載荷均為400 N。試驗(yàn)中外底防滑數(shù)據(jù)穩(wěn)定，實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)均有效，試驗(yàn)測(cè)試圖見(jiàn)圖1。

圖1 外底防滑性能測(cè)試圖

從測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，外底防滑系數(shù)數(shù)據(jù)測(cè)試范圍從0.17～0.55，防滑系數(shù)由普通橡膠底平滑過(guò)渡到防滑系列橡膠底。其中，普通橡膠底數(shù)據(jù)范圍涵蓋0.17～0.25，混合外底防滑系數(shù)為0.25，防滑系列橡膠底外底防滑系數(shù)范圍包含0.25～0.55?；谝陨峡梢钥闯龇阑盗邢鹉z底防滑性能普遍大于普通橡膠底防滑性能，這是摩擦性能的總體趨勢(shì)。

（2）本次測(cè)試樣品共有11 種款式，這也就導(dǎo)致了普通橡膠和防滑性較的摩擦系數(shù)分布比較離散，甚至出現(xiàn)普通橡膠的防滑系數(shù)最高值和防滑橡膠的防滑系數(shù)最低值非常接近，為了規(guī)避樣品鞋底款式設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響，故在分析數(shù)據(jù)時(shí)增加去除影響因素篩選相同設(shè)計(jì)款式，選取不同材質(zhì)的樣品采集數(shù)據(jù)并做分析。從總數(shù)據(jù)中篩選出款式2 和款式6 的數(shù)據(jù)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總，篩選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 普通橡膠與防滑系列橡膠摩擦系數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)表

從表中數(shù)據(jù)可以得出，款式2 樣品共有三雙，其中一個(gè)是普通橡膠，兩雙是防滑系列橡膠。對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，樣品13/12 摩擦系數(shù)＞樣品8 摩擦系數(shù)，所以可以得出相同款式2 的情況下防滑系列橡膠底防滑系數(shù)要優(yōu)于普通橡膠防滑系數(shù)；分析款式6 樣品，款式6 樣品共有4 雙樣品，其中一雙為普通橡膠，三雙為防滑系列橡膠。從數(shù)據(jù)中可以看出樣品14/16/18 摩擦系數(shù)＞樣品3 摩擦系數(shù)。由此可見(jiàn)，款式相同的樣品，其防滑性能的走向是：帶有防滑系列橡膠底樣品的防滑性能＞帶有普通橡膠底樣品的防滑性能。防滑性能與材質(zhì)成正相關(guān)，防滑性能較好的外底貼片會(huì)給整鞋帶來(lái)更好的防滑性能體現(xiàn)。

（3）數(shù)據(jù)可以直觀地反映出防滑系列橡膠防滑性能明顯提高，接下來(lái)對(duì)相同款式的樣品進(jìn)行性能提升百分比計(jì)算匯總，匯總表見(jiàn)表2。

表2 防滑系列橡膠防滑性能提升參考

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，款式2 的情況下，防滑系列橡膠防滑性能提升了13.04%；款式6 情況下，防滑系列橡膠的防滑性能提升了100%。由此可見(jiàn)，雖然防滑系列橡膠的防滑系數(shù)明顯優(yōu)于普通橡膠，但是其防滑性能的提升還受制于設(shè)計(jì)款式的影響，并且對(duì)防滑系數(shù)的影響超過(guò)60%，所以外底貼片的防滑系數(shù)不僅僅取決于材質(zhì)。

4 結(jié)論

綜上所述，本次試驗(yàn)共采用三種材質(zhì)的表現(xiàn)形式、11 種款式的19個(gè)樣品進(jìn)行防滑性能進(jìn)行研究，采用GB/T3903.6-2017[3]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的防滑試驗(yàn)方法。試驗(yàn)結(jié)果分析分為兩部分：整體的普通橡膠底防滑性能和防滑系列橡膠底防滑系數(shù)的對(duì)比、相同設(shè)計(jì)款式而材質(zhì)不同的防滑系數(shù)的對(duì)比。從數(shù)據(jù)中可以得出，鞋類外底貼片本身的材質(zhì)會(huì)顯著影響其防滑性能，采用優(yōu)異防滑性能的材料作為外底貼片的產(chǎn)品防滑性能會(huì)更好。

本次防滑研究采集樣本不多，樣品制造過(guò)程中可能存在差異，并且設(shè)計(jì)的試驗(yàn)并不能覆蓋防滑性能的全部影響因素，試驗(yàn)中數(shù)據(jù)表明設(shè)計(jì)款式也會(huì)顯著影響防滑系數(shù)，故試驗(yàn)結(jié)果可能存在偏差。