鞋底防滑花紋設計的理論初探

張紅林，周利強，張文軍，張紅，朱麗瓊

（嘉興市皮毛和制鞋工業研究所，浙江嘉興314511）

鞋底防滑花紋設計的理論初探

張紅林，周利強，張文軍*，張紅，朱麗瓊

（嘉興市皮毛和制鞋工業研究所，浙江嘉興314511）

從理論上分析了鞋底防滑花紋的設計思路。經過測量不同成年人裸腳在不同走姿下受力足的足底壓力，分析出受力足壓力的主要受力區域及滑動趨勢，且依據滑動趨勢設計出防滑花紋。并將所設計花紋與傳統的橫向花紋、縱向花紋進行摩擦系數測量比對。結合文獻，最終從理論角度確定使用橡膠作為平跟鞋鞋底時防滑性能最佳的花紋以及在低溫環境中使用熱塑性橡膠（TPR）材料作為鞋底材料的防滑性能優于傳統橡膠材料的結論。

防滑性能；花紋；足底壓力；摩擦系數

鞋底的防滑性能直接影響到行走的安全性，鞋底花紋的設計主要目的就是保障鞋底穿著過程的防滑性能。隨著我國社會的老齡化日益嚴重，老人因滑倒而造成的人身傷害的情形屢見不鮮，縱觀此類情形大多發生在濕滑的路面上，因此有必要研究一種適用于濕滑路面上防滑性能佳的鞋底，以減少人們尤其是老人滑倒情況的發生。

1實驗原理

對實驗者在走路時不同姿態下的受力足的足底壓力進行測試，統計出足底壓力在不同姿態下的主要分布區域，再計算出不同姿態下受力足的滑動趨勢，從而根據趨勢設計出鞋底花紋，并測量出所設計花紋的摩擦系數μ。

2實驗材料及設備

2.1材料

鞋底原材料傳統橡膠塊若干、TPR材料若干。

2.2設備

GL-18光學式足底壓力檢測儀，寧波綠康康復科技有限公司；

GT-7012-BC電腦系統鞋子止滑試驗機，高鐵檢測儀器有限公司。

3實驗操作

隨機選取30位成年人，分別測量以下5個姿態的裸腳足底壓力測試圖。雙腳站立測試圖（測試圖分為左腳正立測試圖和右腳正立測試圖）、左腳后單立測試圖（左腳在后，右腳在前并離地）、右腳前單立測試圖（右腳在前，左腳在后并離地）、右腳后單立測試圖（右腳在后，左腳在前并離地）、左腳前單立測試圖（左腳在前，右腳在后并離地）。根據測試結果，計算出受力足的滑動趨勢，依據羅向東的研究成果［1-2］，鞋底止滑性能的總體順序為，橫向條紋的防滑性能＞折花紋的防滑性能＞縱向花紋的防滑性能，因此選取與滑動趨勢方向垂直的橫向條紋作為鞋底防滑花紋的設計紋路。

確定設計圖后，將橡膠塊切割成10 cm×5 cm×1 cm的長方形條狀試樣各三塊，第一塊用鋒利刀片割出寬度3 mm，深度2 mm的與長邊成45°斜條紋4條和135°斜條紋4條（下面統稱“斜條紋”）。第二塊割出相同寬度厚度的橫條紋8條，第三塊則割出相同寬度厚度的縱條紋8條，編號分別為①，②，③，將上述三塊長方形試樣作為模擬鞋底。依據標準GB/T3903.6-2005《鞋類通用試驗方法防滑性能》［3］分別測量其滑動摩擦系數μ，測試時，滑動方向與試樣長邊保持平行。

4分析與討論

從圖1可以看出，雙腳站立狀態直至完成一套完整的走姿，足底壓力分布區域主要在受力足的足底前端和后端。考慮到滑倒的發生大部分是在行走過程中，而行走是由左右腳交替離開地面前進的過程，而滑倒又主要發生在行走時一腳離地，一腳站立時的動作中，例如左腳后單立測試圖中的姿態時，受力足足底壓力分布主要在右前端，此時根據人體重心位置和足底壓力分布區域可以看出左腳滑動的方向大致為左后方。經計算壓力分布區域中心點與人體重心，可分析出受力足在此姿態下的滑動趨勢方向如圖2中d姿態箭頭所指方向。其它走姿情況下，受力足滑動趨勢的方向也如圖2中相應箭頭的指示方向。

圖1不同走姿下足底壓力主要分布圖

由于對鞋底止滑的檢測均是對鞋底縱向的檢測，經查閱還未發現有文獻報道對鞋底某一固定角度的止滑研究或檢測。雖然文獻［1-2］的研究結果與上述測量結果一致，即橫向花紋的摩擦系數最大，但本文闡述的“橫向花紋”摩擦系數最大，是指花紋方向和滑動方向垂直時摩擦系數最大，因此結合實際穿著過程中滑倒行為發生時受力足滑動趨勢方向（圖2），可得出如圖3所示的“橫向花紋”防滑性能最優。

圖2不同走姿下受力足滑動趨勢分析圖

圖3鞋底主視圖

根據羅向東［4］的研究，在光滑的濕態路面上，溝槽深度為1 mm時防滑性能最好。從杜堅［5］給出的結論中可以看出，在有水的瓷磚的地面上，溝槽寬度大于0.9 cm 的EVA鞋底或溝槽寬度為1.2 cm的TPR鞋底有較好的止滑性能，并從總體性能看，在有介質的路面（有水、有油等）上，花紋溝槽寬度在1.2 cm時，大部分材料的鞋底均能有較為理想的防滑性能。依據陳釗鈺［6］、彭文利［7］的研究成果，在室溫下，橡膠鞋底的防滑性能最好，在低溫下，TPR材料制成的鞋底防滑性能優于目前其他常用鞋底材料。按賈利曉［8］的說法，平跟鞋的防滑性能最優，而有獨立后跟的鞋不防滑，且增加小腿負荷。

表1防滑性能

5結論

由于滑倒的發生主要是在行走過程中單腳接觸濕滑的地面時，因此從上述實驗數據及分析結果可以看出，理論上，使用橡膠材料作為平跟鞋鞋底，并設計出如圖3所示的斜條紋，條紋溝槽寬度為1.2 cm，溝槽深度為1 mm時防滑性能最好；但在我國北方寒冷地區，即低溫條件下，使用TPR材料制成的鞋底比傳統橡膠材料有更優的防滑性能。

［1］羅向東，弓太生，楊敏貞.鞋底花紋與止滑性能間的關系（一）［J］.中國皮革，2004，（04）：154-155.

［2］羅向東，弓太生，楊敏貞.鞋底花紋與止滑性能間的關系初探（二）［J］.中國皮革，2004，（10）：117-119.

［3］G B/T 3903.6-2005，鞋類通用試驗方法防滑性能［S］.

［4］羅向東，弓太生，湯運啟，等.鞋底花紋的深度對其止滑性能影響的研究［J］.中國皮革，2007，（02）：128-131.

［5］杜堅，丁紹蘭，陳釗鈺，等.多因子交互作用對鞋子止滑性能影響的研究［J］.皮革科學與工程，2010，19（06）：22-27.

［6］陳釗鈺.溫度、鞋底花紋和路面介質對鞋子止滑性能影響的研究［J］.陜西科技大學，2006.

［7］彭文利，蒙桂麗，陳釗玉，等.溫度和材料對鞋底止滑性能的影響［J］.皮革科學與工程，2006，16（04）：68-73.

［8］賈利曉，穆欣，宋聯美.影響鞋底防滑性能的主要因素 ［J］.西部皮革，2009，31（14）：17-20.

The Theoretical Study of the Slippliness Pattern Design

ZHANG Hong-lin，ZHOU Li-qiang，ZHANG Wen-jun*，ZHANG Hong，ZHU Li-qiong
（Jiaxing Fur and Footwear Industry Research Institute，Jiaxing 314511，China）

In this paper，the design ideas of non-slip soles pattern are analyzed theoretically.By measuring the foot plantar pressure which under different adults barefoot in the different walk，analysed main stress area and sliding trend of the foot pressure，and designed the non-slip pattern on the basis of sliding trend.The friction coefficients of these three kinds pattern such as the new designed pattern，the traditional horizontal pattern and the traditional vertical pattern were measured and compared.Combined with the literature finally determined the pattern of best non-slip performance when use the rubber as flat shoes sole，and draw the following conclusions in theory：Using thermoplastic rubber（TPR）material as the sole non-slip performance is superior to the traditional rubber material in low temperature environment.

slippliness；pattern；plantar pressure；the coefficient of friction

TS 943.4

A

1671-1602（2016）09-0066-03

張紅林，本科，工程師。
*

張文軍，研究生，高級工程師，Tel：（086）0573-88380311。E-mail：txzhwj@hotmail.com。