鞋類防滑性測試方法的選擇與評價指標研究

段曉霞 ， 孫世彧 ， 馮偉宏 ， 盧昌福

（1.廣州質量監督檢測研究院，廣東 廣州 510110；2.國家皮革制品質量監督檢驗中心（廣州），廣東 廣州 510860）

0 引 言

鞋的防滑性直接影響著穿用時的安全性和舒適性。鞋防滑性差，走路時容易打滑摔跤。滑跌摔傷已經被認為是造成工作場所、公共場所和家居環境意外事故的主要原因之一。鞋的防滑性能可以用鞋底與地面的動摩擦系數和靜摩擦系數大小來表示，摩擦系數越大，防滑性能越好[1]。關于地面和鞋子的防滑性能，國內外也相繼出臺了一些法律法規和標準要求，基本都是利用摩擦系數來表示的，但測試方法各不相同，數據缺乏可比性，且很少有關于日常穿用鞋防滑性能的評價指標。因此，有必要選擇一種合適的防滑測試方法并建立日常穿用鞋防滑性能的評價指標。

1 防滑測試的基本原理

從力學的角度，兩個接觸物體之間的滑動摩擦力取決于兩個因素，即兩個物體接觸面的摩擦系數和施加于受力物體上的正壓力。兩個接觸物體之間的防滑性能可以用摩擦系數的大小來表示，根據摩擦學原理μ=f/N，這里μ是摩擦系數，f為摩擦力，N為正壓力。可以看出摩擦系數是一個無單位的比值，即物體開始運動時所需要的力和正壓力之比。滑動摩擦系數與兩相互接觸物體的材料、表面光滑程度、干濕程度、表面溫度、相對運動速度、物體之間的正壓力等都有關系。

2 鞋類防滑測試方法比較

目前國內外現行有效的鞋類防滑性能測試方法，下面將詳細介紹這些方法。

2.1 GB/T 3903.6——2005《鞋類通用試驗方法防滑性能》

該方法的原理是把試樣放在試驗平面 （玻璃板）上，以甘油作為潤滑劑，加上給定的載荷（25kg），然后通過橫向牽引作用力移動試樣相對于試驗平板做水平方法移動，測量動摩擦力，并計算動摩擦系數[2]。

雖然該方法為鞋類通用試驗方法，但存在以下不足：1）計算摩擦系數時，標準規定“垂直載荷=試驗楦質量+夾具質量+砝碼配重”，不同試樣選擇的試驗楦不同，垂直載荷也不同，而摩擦系數與垂直載荷有關。2）對試驗平板的規定不詳細，僅規定為表面無劃痕的玻璃板，缺乏有效的校準方法以確保試驗平板的統一性。3）規定了試樣鞋號碼為男鞋255、260、265，女鞋 235、240、245，對于鞋號較小的童鞋成品無法測試。4）據文獻[3]報道，該方法試驗結果重復性較差。

表1 各標準對照情況表

2.2 HG/T 3780——2005《鞋類靜態防滑性能試驗方法》

該方法的原理是將規定的試樣水平放置于標準要求的摩擦面板（毛玻璃）上，試樣待測面朝下，施加一定的負荷，用水平拉動的方法以一定的速度拉動試樣，測出其最大拉力，并計算靜態摩擦系數，以測量試樣的靜態防滑性能[4]。

該方法存在以下問題：1）僅適用于鞋類外底、鞋跟或相關外底材料的靜態防滑性能測試，不能用于整鞋測試。2）雖然對摩擦面板規定為“鏡向光澤度為4的浮法毛玻璃”，但實際校準結果表明毛玻璃表面的鏡像光澤度不同部位差別較大，很難準確做到均勻的鏡向光澤度。3）對于面積較小的跟面，無法滿足裁樣要求。

2.3 GB/T 28287——2012《足部防護 鞋防滑性測試方法》（ISO 13287：2006，MOD）及同類標準

測試原理為將被測鞋置于測試平面上，施加規定的法向力，并相對于平面水平移動鞋（或相對于鞋水平移動平面），測量摩擦力并計算動態摩擦系數[5]。

與該標準測試原理及儀器基本相同的國外最新標準[6-8]有：ISO 13287：2012、ASTM F2913-11、SATRA TM 144——2011，各標準對照情況如表1所示。

上述方法的主要試驗條件如下：3種測試模式，即后跟向前滑動、前掌向后滑動、水平向前滑動，如圖1所示。其中，前兩種模式中，鞋后跟底部或鞋前掌底部與測試平面之間的夾角為7.0°。滑動速度為0.3m/s。鞋號≥250mm的鞋，法向力為500N，鞋號＜250mm的鞋，法向力為400N。測試平面為標準瓷磚或鋼板。

圖1 3種測試模式示意圖

據資料介紹，ISO 13287由SATRA TM 144演變而來，而ASTM F 2913則完全采用SATRA TM 144的內容。SATRA TM 144方法是建立在大量的滑倒機理研究及實驗數據之上的。早在1970年，SATRA就進行了斜坡測試、腳踩力測試及人類滑倒測試等生物力學試驗[9]，通過對滑倒瞬間鞋子的多重影像和錄像分析，研究發現后跟向前滑倒是最危險的滑倒方式，盡管后跟可以以與地面任意的角度（0°～30°）滑動，但前掌會迅速向地面方向旋轉，從而導致滑倒，經常發生在后跟幾乎與地平面相接觸的時候。因此，低接觸角（7.0°）應用于該試驗方法中[10]。SATRA還研究了滑動速度與人體斜坡測試結果的關系[11]，研究表明：采用恒定的中等滑動速度（約0.1 m/s）比采用靜態或高速滑動得出的測試結果與人體斜坡測試結果具有更強的相關性，更能準確地預見實際穿著條件下的防滑性能。法向力的大小是以成人體重的至少50%（即400～830 N）為依據建立的。Fischer等[12]的研究也表明最大摩擦力發生在法向力為500～600N時。

綜合比較，GB/T 28287——2012等同類方法具有以下優勢：1）適用范圍更廣泛，幾乎適用于所有整鞋、鞋材、跟面以及地面材料的防滑性測試。2）試驗參數設定更科學。其測試條件，即垂直載荷、滑動速度、滑倒方向、接觸角度，最大程度地模擬了人在行走過程中真實的滑倒過程。3）測試地面的校準方法和程序更明確，有利于保證測試地面的統一性。4）可以根據具體需要調整地面材料和污染介質，滿足各種特殊場合的檢測需求。因此選擇該方法作為鞋類防滑測試的最佳測試方法。

3 鞋類防滑性能評價指標的建立

統一的測試方法為建立鞋類防滑性評價指標奠定了基礎。本文根據大量理論依據及實驗數據，建立日常穿用鞋防滑性評價指標，為鞋子制造商評估產品防滑性，選擇合適的鞋底材料提供理論依據，并且可為消費者選購防滑鞋提供指導，從而減少滑倒事故發生。

3.1 理論依據

3.1.1 法律法規

目前國內外關于地面產品防滑性能的評估研究比較多，許多國家和地區出臺較多的相關法律法規來要求地面的最低摩擦系數。1990年美國101屆國會通過的《美國公民意外傷殘法案》，強調所有對公共開放的場所，特別是對行走活動的地面、人行道，其水平地面安全摩擦系數要求達到0.6以上，斜坡達到0.8以上[13]。意大利DM 236/89法令要求地面材料動摩擦系數在0.4以上[14]。雖然國內外對于地面產品的防滑性能給出很多評價指標，但各自采用的測試方法不同，數據缺乏可比性，只能作為建立鞋子防滑性評價指標的一個參考依據。

3.1.2 標準要求

國內外關于鞋子防滑系數的標準規定比較少，主要涉及專業運動鞋及個體防護鞋（PPE）等特殊用鞋，如表2所示。而對于日常穿用鞋的防滑性能指標尚無相關標準規定。

3.1.3 文獻資料

關于鞋子防滑指標的文獻很少。據報道[24]，按照EN ISO 20345——2004/Amd.1——2007（E）附錄A要求中僅規定了后跟向前滑動和水平向前滑動這兩種測試模式下的指標要求，出口到歐洲的勞保鞋，有防滑測試要求的，均要滿足這一指標，而據天祥（廣州）質量技術服務公司某月的測試統計，按歐洲標準要求，即38個鞋樣在鋼板上測試，有30個未達到指標要求，只有8個鞋樣通過了測試；在磁磚面上測試，27個鞋樣，有21例通過，6例未通過。樣品測試結果表明：瓷磚/十二烷基硫酸鈉測試面通過率高，而鋼板/甘油測試面很難通過。這些可為防滑指標的確定提供參考。Mick Wilson[10]研究發現當鞋子與地面的摩擦系數＜0.3時更易滑倒，且滑倒的幾率隨摩擦系數的減小而升高，并建議對于日常穿用的鞋，防滑系數至少應達到0.3；對于運動場合和特殊工作場合，由于運動中的加速度、跑跳、轉彎和工作中的提、推、搬重物等因素，鞋子的后跟、前掌與地面會產生更高的相互作用力，因此需要更高的摩擦系數。

表2 國內外有關標準[15-23]對鞋類防滑性能的要求

3.2 試驗測試數據

3.2.1 試驗方法

按照GB/T 28287——2012規定的方法，采用3種模式，分別測試整鞋在鋼板、瓷磚1、瓷磚3上，當測試地面為干態、濕態（水）、甘油和洗滌劑狀態下的摩擦系數。

表3 摩擦系數（32組數據）

3.2.2 試驗儀器及樣品

STM603型鞋類防滑性能試驗機，SATRA。32份日常穿用鞋，包括男式或女式皮鞋、旅游鞋、休閑鞋、涼鞋、硫化鞋及童鞋。

3.2.3 結果與討論

32份鞋子的摩擦系數測試數據如表3所示。

測試數據表明：

1）當介質為甘油或洗滌劑，測試平面為鋼板或瓷磚1時，所有鞋的摩擦系數都很低，幾乎沒有防滑性能。因此不宜選擇介質為甘油或洗滌劑，測試平面為鋼板或瓷磚1作為日常穿用鞋的防滑測試條件。

2）當測試平面為瓷磚3，介質為甘油時，所有鞋的摩擦系數都很低，幾乎沒有防滑性能；當介質為洗滌劑時，采用前掌向后和水平向前兩種測試模式，約有一半的樣品測試結果＜0.3。

3）在干態條件下，無論測試面為鋼板、瓷磚1或瓷磚3，所有鞋的摩擦系數均＞0.3。

4）在濕態（水）條件下，防滑系數較干態明顯下降。在濕的鋼板上，絕大多數鞋子防滑系數＜0.3；在濕的瓷磚1或瓷磚3上，有2/3以上的鞋子防滑系數=0.3。

綜合考慮日常穿用鞋子的使用環境及產品所能達到的合格率水平，認為干態或濕態（水）的瓷磚地面是最佳測試條件，同時，由于很多鞋底前后材料或花紋不一致，采用不同的測試模式結果不同。因此應采用3種模式進行測試。在上述條件下，測試結果均達到0.3，認為滿足基本的防滑指標。

4 結束語

選擇GB/T 28287-2012規定的方法作為日常穿用鞋防滑性能的統一測試方法。測試數據表明：日常穿用鞋的防滑性能評價指標為鞋子在干態及濕態（水）的瓷磚地面上采用后跟向前滑動、前掌向后滑動、水平向前滑動3種模式測試，防滑系數均不應小于0.3。

[1] 霍洪峰，趙煥彬，王海濤，等.運動鞋性能指標及測試方法研究[J].天津體育學院學報，2007，22（1）：9-11.

[2] GB/T 3903.6—2005鞋類通用試驗方法 防滑性能[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3] 施一葦.鞋類止滑性能和檢測設備的研究與探討[J].中國皮革，2011（20）：105-109.

[4] HG/T 3780—2005鞋類靜態防滑性能試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2005.

[5]GB/T 28287—2012足部防護 鞋防滑性測試方法 [S].北京：中國標準出版社，2012.

[6] ISO 13287-2012 （E） Personal protective equipmentfootwear-test method for slip resistance[S].

[7] ASTM F2913-11 Standard test method for measuring the coefficient of friction for evaluation of slip performance of footwear and test surfaces/flooring using a whole shoe tester[S].

[8] SATRA TM 144-2011 Friction （slip resistance） of footwear and floorings[S].

[9] Perkins P J，Wilson M P.Evaluation of a slip-resistance test for shoes[J].Ergonomics，1985，26（1）：1081-1085.

[10]Wilson M.Slip resistancecharacteristicsoffootwear solingsassessed using the SATRA friction tester[J].Journal of Testing and Evaluation，1996，24（6）：377-385.

[11]Wilson M.Development of SATRA slip test and tread pattern design guidelines[J].Gray，B.E.（Ed.）， Slips，Stumbles， and Falls：Pedestrian Footwear and Surfaces,ASTM STP 1103.American SocietyforTestingand Materials,Philadelphia，1990：113-123.

[12]Fischer H， Kirchberg S， Moessner T.Biomechanical gait analysis for the extraction of slip resistance test parameters[J].Industrial Health，2009（47）：617-625.

[13]陳國本.淺議我國研究和制定地面防滑標準的迫切性[J].石材，2008（1）：33-36.

[14]肖景紅，梁柏清，袁芳麗，等.陶瓷地磚防滑性能的測試與評價[J].標準與檢測，2009（45）：54-56.

[15]GB 21536—2008田徑運動鞋[S].北京：中國標準出版社，2008.

[16]GB/T 19706—2005足球鞋[S].北京：中國標準出版社，2005.

[17]GB/T 24152—2009籃排球專業運動鞋[S].北京：中國標準出版社，2009.

[18]HG/T 3086—2011橡塑涼、拖鞋[S].北京：中國質檢出版社，2011.

[19]ISO 20344—2011（E） Personal protective equipment-test methods for footwear[S].

[20]ISO 20346—2014 （E） Personal protective equipmentprotective footwear[S].

[21]ISO 20347—2012 （E） Personal protective equipmentoccupational footwear[S].

[22]ISO/TR 20573—2006 Footwear-performance requirements for components for footwear-heels and top pieces[S].

[23]ISO/TR 20880—2007 Footwear-performance requirements for components for footwear-outsoles[S].

[24]儀器信息網.GB/T 28287—2012《足部防護 鞋防滑性測試方法》國家標準介紹[EB/OL].http：//www.instrument.com.cn/netshow/SH102898/news_130179.htm，2014 -05 -03/2014-05-20.