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，劉麗霞

（蘇州市產品質量監督檢驗院，江蘇 蘇州 215000）

前言

近幾年，國內有很多消費者因為穿鞋不當而滑倒，最后均被證實是因為鞋底防滑性能較差，防滑性能正逐步成為消費者購買鞋類產品關注的重點。據有關報道，在很多歐美發達國家中，有很多事故是由于整鞋防滑性能較差引起的。因此，我國有很多召回的鞋類產品都是因為整鞋本身可能存在防滑性能的缺陷。

整鞋在使用時需要與地面接觸，行走時，人類對整鞋施加向后的作用力，通過整鞋與地面接觸并得到地面產生的與前進方向相反的力量，進而推進人往前行走。在這整個過程中受力和支撐部位包含幫面、鞋墊、內底、中底、外底。分析一下不難發現，幫面只是起到了固定鞋底的作用，使整鞋在行走過程中不至于滑脫；內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的內底；內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。根據整鞋構造，外底通常由多種材料或者單一材料組成，常見的外底有單一橡膠外底或者發泡鞋底，或者由發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，也關系著鞋類的安全性能。摩擦系數是體現防滑性能好壞的主要參數之一。防滑性能越好，其對應的摩擦系數應越高[1]。本論文只對單一橡膠外底進行防滑性能研究。

1 外底防滑性能的定義

為了推進物體往前行走，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，摩擦系數可以直觀地反映出鞋底材料的防滑性能。

人在行走過程中，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成正相關。因此，通常用摩擦系數的高低來評定鞋類防滑性能的好壞，即整鞋防滑性能的好壞評估通常使用鞋底和路面之間的靜摩擦系數（SCOF）[2]。當SCOF 較小時，穿鞋行走過程中就會出現位移，這時就會有動摩擦產生，整鞋與地板之間就會存在動摩擦系數（DCOF）。當DCOF 很大，并可以阻止整鞋出現位移，滑跌摔倒就不會發生。換句話說，該成品鞋防滑性能較好。

2 外底防滑性能的測試方法及原理

2.1 外底防滑性能測試方法

本文中外底防滑性能研究采用《鞋類整鞋試驗方法防滑性能》（GB/T3903.6-2017）[3]國家標準方法，根據標準要求：防滑性能用摩擦系數來表現，具體檢測方法參照下面的測試原理進行展開。

將甘油均勻涂抹于測試摩擦面上，然后將放置好鞋楦的樣品安裝在夾具上，按照標準施加固定的垂直載荷，開啟設備，使摩擦面水平移動，計算機會自動記錄摩擦力值并讀取一定區間內的摩擦系數。該標準適用范圍：該標準檢測各類樣品整鞋，試驗采用整鞋作為測試主體。

2.2 設備式樣

鞋類動態防滑試驗機，設備型號是SATRA STM 603。

2.3 測試原理

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

②試驗面板：采用的玻璃板表面不能存在劃痕。

③摩擦介質：甘油水溶液質量分數為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測試方向：水平測試模式。

⑥測試數據采集區間：0.3～0.6s 之間至少讀取10 個測試數據。

2.4 測試結果的表示

本文采用的設備可以同時讀取到整鞋外底的動態防滑和靜態防滑的摩擦系數，但本文中只采用了動態摩擦系數的數據，也就是設備圖譜中Ave 數據列。

3 測試數據匯總并分析

（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。試驗中外底防滑數據穩定，實際測得的數據均有效，試驗測試圖見圖1。

圖1 外底防滑性能測試圖

從測試結果數據可以看出，外底防滑系數數據測試范圍從0.17～0.55，防滑系數由普通橡膠底平滑過渡到防滑系列橡膠底。其中，普通橡膠底數據范圍涵蓋0.17～0.25，混合外底防滑系數為0.25，防滑系列橡膠底外底防滑系數范圍包含0.25～0.55。基于以上可以看出防滑系列橡膠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。

（2）本次測試樣品共有11 種款式，這也就導致了普通橡膠和防滑性較的摩擦系數分布比較離散，甚至出現普通橡膠的防滑系數最高值和防滑橡膠的防滑系數最低值非常接近，為了規避樣品鞋底款式設計帶來的影響，故在分析數據時增加去除影響因素篩選相同設計款式，選取不同材質的樣品采集數據并做分析。從總數據中篩選出款式2 和款式6 的數據，對試驗數據進行分類匯總，篩選試驗結果見表1。

表1 普通橡膠與防滑系列橡膠摩擦系數對比數據表

從表中數據可以得出，款式2 樣品共有三雙，其中一個是普通橡膠，兩雙是防滑系列橡膠。對比數據發現，樣品13/12 摩擦系數＞樣品8 摩擦系數，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要優于普通橡膠防滑系數；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。從數據中可以看出樣品14/16/18 摩擦系數＞樣品3 摩擦系數。由此可見，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。防滑性能與材質成正相關，防滑性能較好的外底貼片會給整鞋帶來更好的防滑性能體現。

（3）數據可以直觀地反映出防滑系列橡膠防滑性能明顯提高，接下來對相同款式的樣品進行性能提升百分比計算匯總，匯總表見表2。

表2 防滑系列橡膠防滑性能提升參考

通過數據對比發現，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，雖然防滑系列橡膠的防滑系數明顯優于普通橡膠，但是其防滑性能的提升還受制于設計款式的影響，并且對防滑系數的影響超過60%，所以外底貼片的防滑系數不僅僅取決于材質。

4 結論

綜上所述，本次試驗共采用三種材質的表現形式、11 種款式的19個樣品進行防滑性能進行研究，采用GB/T3903.6-2017[3]國家標準的防滑試驗方法。試驗結果分析分為兩部分：整體的普通橡膠底防滑性能和防滑系列橡膠底防滑系數的對比、相同設計款式而材質不同的防滑系數的對比。從數據中可以得出，鞋類外底貼片本身的材質會顯著影響其防滑性能，采用優異防滑性能的材料作為外底貼片的產品防滑性能會更好。

本次防滑研究采集樣本不多，樣品制造過程中可能存在差異，并且設計的試驗并不能覆蓋防滑性能的全部影響因素，試驗中數據表明設計款式也會顯著影響防滑系數，故試驗結果可能存在偏差。