溫度老化試驗對防滑性能的影響

（1.廣東省惠州市質量計量監(jiān)督檢測所，廣東惠州 516000;2.國家鞋材及鞋產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心（廣東），廣東惠州 516321）

1 前言

引起滑倒的因素有很多，如接觸的地面、不同場景、鞋底種類等等，其中鞋子是在眾多因素里保持不變的，所以研究整鞋的防滑性能及其耐侯性具有一定的現(xiàn)實意義。摩擦系數(shù)是指鞋底材料在介面的摩擦力和作用在其上的垂直力之比值，它是和表面的粗糙度有關，而和接觸面積的大小無關。通過溫度老化試驗，以動摩擦系數(shù)來表征其防滑安全性能，對比鞋底材料老化前后的防滑性能的變化，探尋幾種鞋底材料在老化試驗后防滑性能的影響，參考國內外的相關安全范圍的數(shù)值，判定鞋子的防滑性能是否達到安全要求。

2 防滑測試方法

國內鞋類防滑性能評價方法主要是動態(tài)防滑性能測試方法，國內的只有HG/T 3780-2005[1]測試的是靜摩擦系數(shù)；而國外現(xiàn)行有效的鞋類防滑性能測試方法主要也都是測試動摩擦系數(shù)的，而且動摩擦系數(shù)更能模擬現(xiàn)實中的使用過程，所以我們采用動態(tài)防滑性能測試方法。目前國內的動態(tài)防滑性能測試的方法主要有GB/T 3903.6-2017[2]、GB/T 28287-2012[3]，國外的測試方法主要有ISO 13287:2019[4]、SATRA TM144-2011[5]、ASTM F2913：2011[6]，這些方法是國際上通用的先進方法，標準使用的測試原理和測試儀器要求基本相同，其中包含的測試模式共包含了前掌測試、后跟測試和水平測試（見圖1），本試驗采用GB/T 3903.6-2017中的前掌測試模式作為測試方法。

圖1 三種測試模式示意圖

3 試驗部分

3.1 材料和儀器

3.1.1 材料

試驗材料選擇橡膠、EVA、PU三種鞋底材料的整鞋，鞋樣直接在同一家網(wǎng)店購買同款鞋子5雙，選擇260 mm鞋號的鞋子。陶瓷磚介面：由東莞市恒宇儀器有限公司提供，厚度為（10±1）mm，滿足GB/T 3903.6-2017附錄A的規(guī)定。

3.1.2 主要儀器

東莞市恒宇儀器有限公司生產(chǎn)的HY-782PS電腦系統(tǒng)鞋子止滑試驗機；高鐵檢測儀器有限公司生產(chǎn)的GT-7024-E1空氣循環(huán)烘箱；德國賓得公司的KMF 240恒溫恒濕箱。

3.2 動態(tài)摩擦系數(shù)測定

3.2.1 測試方法

我們選擇高溫70 ℃和低溫-20 ℃作為老化試驗溫度，防滑測試方法選擇GB/T 3903.6-2017中的前掌測試模式，試驗速度為（0.30±0.03）m/s，為了減小接觸面的測試誤差，測試界面選擇干態(tài)的陶瓷磚界面。

3.2.2 試驗條件

測試環(huán)境條件依據(jù)標準，在恒溫恒濕條件下進行：溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%；測試速度為（0.30±0.03）m/s；選擇200 N、300 N、400 N、500 N共4種垂直載荷分別進行測試。

3.2.3 測試步驟

在進行溫度老化實驗前，將樣品放置在溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的環(huán)境條件下進行48h的調節(jié)。環(huán)境調節(jié)后對鞋樣編號，將同種材料的樣品分成左腳和右腳兩組，其中左腳的一組編為甲組，右腳的一組編為乙組，每組鞋樣為5個，并對其動摩擦系數(shù)進行測定并記錄，每種材料的鞋子測試結果平均值作為測試前的對比值；將甲組試樣放入溫度為（70±2）℃的溫度箱中進行72h的老化試驗，乙組試樣放入溫度（-20±2）℃的溫度箱中進行72h的老化試驗，兩組溫度老化測試完成后，在溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的環(huán)境條件下恢復1小時以上，再測試這兩組的試樣的動摩擦系數(shù)。三種不同材料的鞋子分別進行上述試驗，共進行3次，每種材料的5個樣品的摩擦系數(shù)平均值作為最后的測試結果。

3.2.4 結果計算

試樣的動摩擦系數(shù)計算：

其中μ為摩擦系數(shù)，F(xiàn)為垂直載荷，f為試樣在滑動開始后0.3～0.6 s之間的平均摩擦力。測試結果最后取試樣測試測試5次結果的算術平均值，結果保留2位小數(shù)。

4 試驗結果分析

目前國內對防滑系數(shù)的規(guī)定大多限于個體防護鞋和專業(yè)運動鞋等特殊用途的鞋子，而且規(guī)定的都是靜摩擦系數(shù)，普通穿用的鞋子并沒有明確的標準要求，而且產(chǎn)品對于防滑性能方面也沒有要求。GB 21536-2008《田徑運動鞋》[7]中只對田徑非釘鞋有要求，在干態(tài)下的玻璃介面的靜摩擦系數(shù)，馬拉松鞋、競走鞋≥0.70，投擲鞋為0.55～0.75，我們此次考察的是動摩擦系數(shù)，不以此作為這次的判定條件。GB/T 24152-2009《籃排球專業(yè)運動鞋》[8]中規(guī)定的是外底在干態(tài)下的玻璃介面的靜摩擦系數(shù)應≥0.70，HG/T 3086-2011《橡塑涼、拖鞋》[9]中規(guī)定外底在干態(tài)下的玻璃介面靜摩擦系數(shù)≥0.35，在濕態(tài)下的靜摩擦系數(shù)≥0.30，不作為這次的判定條件。國內建材行業(yè)標準JC/T 1050-2007[10]《地面石材防滑性能等級劃分及試驗方法》中規(guī)定地面石材的防滑性能劃分為三個等級：小于0.50為不安全，0.50～0.79為安全，不小于0.80為非常安全，此次我們選擇的是陶瓷磚界面，按照該條件來判定是否滿足安全要求。

國外的標準中《美國公民意外傷殘法案》，對于所有對公共開放的場所，規(guī)定水平地面的摩擦系數(shù)至少要0.6[11]。美國材料測試學會（ASTM）提供的地面安全性標準，在干燥的地面材料摩擦系數(shù)，要求＞0.5[12]，我們的測試界面是陶瓷磚界面，于此測試界面接近，我們在此也參照對比國內外的摩擦系數(shù)要求的中值，以動摩擦系數(shù)不小于0.5的時候認為安全。

4.1 溫度老化測試前

在正壓力為500N和400N的時候，動摩擦系數(shù)大小依次為：橡膠＞EVA＞PU，最小值為PU材料的0.55；在正壓力為300 N和200 N的時候，動摩擦系數(shù)橡膠材料最大，EVA材料和PU材料的動摩擦系數(shù)非常接近，最小值為EVA材料的0.50。按照我們此次的動摩擦系數(shù)不小于0.5來判定，也就是老化測試前，三種材料均達到了安全要求。

4.2 低溫老化測試后

表1 溫度老化試驗前動摩擦系數(shù)

表2 -20 ℃低溫老化72 h后動摩擦系數(shù)

表3 70 ℃高溫老化72 h后動摩擦系數(shù)

圖2 鞋底材料溫度老化處理前動摩擦系數(shù)

圖3 鞋底材料-20 ℃處理后動摩擦系數(shù)

圖4 鞋底材料70 ℃處理后動摩擦系數(shù)

在4種正壓力下，三種鞋底材料受低溫老化的影響都比較小，EVA材料的動摩擦系數(shù)都是比較大的，橡膠材料和PU材料都比較接近，其中最小值為PU材料的0.700。按照我們此次的動摩擦系數(shù)不小于0.5來判定，三種材料均達到了安全要求。

4.3 高溫老化測試后

橡膠和EVA材料的動摩擦系數(shù)都比較大，兩者比較接近，而且受高溫老化影響比較小；PU材料有隨著正壓力的減小，動摩擦系數(shù)也減小的趨勢，其中最小值為PU材料的0.45。按照我們此次的動摩擦系數(shù)不小于0.5來判定，橡膠材料和EVA材料均達到了安全要求，而PU材料在正壓力400 N和500 N的時候才達到安全要求，在正壓力為200 N和300 N的時候，均沒達到安全要求，對此，我們認為PU材料比較適用于成人鞋底上，即正壓力不小于400 N的使用條件。

5 結語

綜上所述，橡膠材料、EVA材料、PU材料在作為鞋底材料的使用上，防滑性能均能達到國內外的安全要求，只有在高溫處理后，且正壓力不大于300 N的PU材料沒有達到摩擦系數(shù)0.5這個值。動摩擦系數(shù)在這里只是按國內外標準要求的中值來進行判定，在日常使用中，還受使用者體重、鞋底花紋、鞋底硬度等因素影響。此試驗樣品是針對同種鞋底材料成品鞋進行的對比，在綜合了其他因素的影響時，實際結果還需經(jīng)大量的試驗進行研究。在材料的使用上，橡膠材料和EVA材料的防滑性能是相對比較好的，但防滑性能在承受溫度環(huán)境的影響下，橡膠材料的摩擦系數(shù)波動是最小的，所以橡膠材料對環(huán)境的適用性也是比較好的。因此在日常選購鞋子的時候，可以偏向選擇EVA底和橡膠底的鞋子。整鞋防滑性能的研究，可以提高鞋子出口的整體競爭力，也能提高整鞋穿著的安全性和舒適性，對減少由于鞋子防滑性能導致的摔傷事故具有重要的現(xiàn)實意義。