鞋底防滑性能的影響因素及其分析

孫辰逸，夏新興，黃小凱（.浙江理工大學材料與紡織學院，浙江杭州30000；2.國家鞋類質量監督檢驗中心（溫州），浙江溫州325000）

鞋底防滑性能的影響因素及其分析

孫辰逸1，2，夏新興1，黃小凱1
（1.浙江理工大學材料與紡織學院，浙江杭州310000；2.國家鞋類質量監督檢驗中心（溫州），浙江溫州325000）

為研究鞋底防滑性能的影響因素，對樣品鞋進行了防滑性能的測試，得出鞋底接觸面積，鞋底材料，鞋底花紋，接觸液體，接觸面種類及溫度對防滑性能有重要的影響，并對這些因素做相應的分析。

鞋底；防滑性能；影響因素；分析

前言

生活中，我們穿著鞋子在地面上行走，奔跑，跳躍，如此自如，歸功于鞋底的防滑性能。利用防滑達到安全性與舒適性，是人對鞋底不可或缺的要求。防滑效果不理想，容易使人感到腳底不適，穿著感覺別扭，甚至造成人滑倒或跌倒，事故導致人受傷，有可能會造成巨大的花費，對于品牌形象，也有可能造成一定程度的傷害。防滑簡單的定義就是一種材料在特殊環境下克服滑倒問題的性能［1］。

為了使穿著者更舒適也更安全，防滑性能的提高是必經之路。在考慮防滑性時，就不能忽視一項重要的物理性質——摩擦力。人能行走、繩能綁緊，都是因為有摩擦力存在的緣故。據報道：在美國因為滑跌摔傷造成的事故，占工傷事故的17%，占公共場所事故的18%，占家庭事故的20%；在英國，滑跌摔傷事故占工傷事故的20%（每年約4萬起）；芬蘭的制造業、建筑業和交通行業，每年因為滑跌摔傷而造成的工傷事故，分別占總工傷事故的34%，28%和21%［2］。因此，滑摔問題應得到人們的足夠重視，并要努力去尋找造成類似事故的主要原因，以減少它們的發生。

1實驗部分

《GB/T 28287一2012足部防護鞋防滑性測試方法》，該方法 與ASTMF2913-11、IS0 13287：2012等類似，被國際上許多國家廣泛采用，是目前較為科學的防滑測試方法［3］。本文通過該方法對成鞋防滑實驗的研究來探討影響防滑性能的因素。試驗所用儀器為英國SATRA公司的STM603電腦止滑試驗機，所用接觸面為標準壓制陶瓷地板磚。

表1防滑實驗動摩擦系數數據

現對試樣鞋進行如下防滑實驗：將鞋牢固地裝在鞋楦上并接至測試裝置上，再將鞋下降到測試平面上，施加500 N法向力進行測試，用測量裝置記錄摩擦力，確定測量時間內的平均摩擦力，并由裝置計算平均摩擦力與法向力的比值即平均摩擦系數。在所選的防滑方式組合上，為確保數據更加真實有效，所選鞋子碼數均為250 mm，每只鞋重復測量5次。計算每個條件下摩擦系數的算術平均值并保留到小數點后兩位為最終結果值。

在實驗中，我們對5種不同的鞋子分別進行了如下幾種不同情況下的防滑實驗。

本文實驗部分研究方式（見圖1～3）為：整鞋向前平滑，后跟向前滑動，前掌向后滑動。人在行走的時候，先是腳后跟部分著地，再過渡到整個鞋底，然后再前掌著力處。因為在鞋底剛接觸地面的時候，在水平方向上鞋底后跟部位是給接觸面一個水平向前的作用力，故后跟部位在水平方向上是受到一個水平向后的作用力，所以選擇后跟的滑動方向為向前滑動。在過渡到整個鞋底的時候，鞋底與接觸面的相對運動作用狀況與后跟類似，在水平方向上鞋底是繼續給接觸面一個水平向前的作用力，故此時鞋底在水平方向上是受到一個水平向后的作用力。最后前掌的時候，由于要給人一個繼續向前的力，在腳掌將要離開接觸面的時候，有個往后蹬踏的動作，此時，在水平方向上鞋底是給接

圖1水平向前滑動

圖2后跟向前滑動

圖3前掌向后滑動

注：圖2、圖3中的角度為5°時未標注。F——法向力；B——鞋相對于測試平面向后移動；V——鞋相對于測試平面向前移動。觸面一個水平向后的作用力，鞋底在水平方向上是受到接觸面對它的一個反作用力，即一個水平向前的作用力。這樣就很好地解釋了為什么此次研究是采用水平向前滑動、后跟向前滑動、前掌向后滑動這三種研究方式了。為了使研究的內容多樣化，分別對樣品進行了干式防滑、濕式防滑，還對前掌和后跟防滑采用了5°角和7°角不同角度下的防滑形式。

2影響因素及分析

2.1鞋底接觸面積的影響

根據以上實驗我們可以發現，相同鞋子的向前平滑，后跟向前滑動，前掌向后滑動的摩擦系數各不相同。相同的鞋子，在同樣為干燥的陶瓷地板磚上的滑動，發現這幾組數據中，除了樣品5，其余樣品當中，平滑的摩擦系數均為最大。細細觀察，發現樣品1到4當中，向前平滑的時候與瓷磚的接觸面積是最大的，而為何樣品5平滑系數比后跟滑動時要小，但比前掌滑動時要大？原來樣品5的鞋底構造采取波浪式構造，平滑時只有局部后跟和局部前掌處與瓷磚有接觸，而后跟向前滑動時，由于后跟處后部有一定的倒角斜度，故在后跟向前滑動時，后跟部位相對較充分與瓷磚相接觸，所以向前平滑時的接觸面積反而要比后跟滑動時要小。平滑與前掌的比較也是類似原理。接觸表面積越大的鞋底，摩擦系數越大。在后跟向前滑動的過程中，發現后跟后側接觸瓷磚處有圓角的鞋子摩擦系數較高，因為人在行走的時候，腳步的向前邁出是帶有一定角度的，在鞋子與地面剛一接觸的瞬間，鞋底后跟后側部位是第一時間與地面接觸的部位，后跟處設計成圓弧狀，正是為了與人體工學相適應，增大后跟向前防滑效果的同時，也是為了讓人在行走的時候更加的舒服。

在前掌向后滑動的過程中，前掌與瓷磚接觸面大的樣品摩擦系數相對較大。在試驗時，特地對前掌處和后跟處的防滑做了5°角和7°角的試驗。首先，做個簡單的介紹，把試驗鞋的鞋底看作是一個平面（很多鞋底不止一個平面），前掌或后跟處通過楔形角來達到一定的角度，如上所述的5°角和7°角。根據以上的測試數據，前掌和后跟的5°角和7°角的摩擦系數大小基本相近，某些時候5°角的大，某些時候7°角的大。結合試樣觀察，同種試樣的5°角和7°角的摩擦系數的大小，取決于在相應角度下鞋底與摩擦面的接觸面積，接觸面積大的摩擦系數就越大。

2.2鞋底材料的影響

不同的鞋底材料，防滑效果相差很大。對做完防滑試驗的樣品，先用刀片切去接觸部位比較深的花紋，再用磨輪把表面進一步磨光滑平整，把去掉花紋后的鞋子重新做在干燥的壓制陶瓷地板磚上的水平向前滑動試驗（見表1的K行防滑數據）。在表1的K行中，樣品1動摩擦系數為1.01，樣品2為0.72，樣品3 為0.60，樣品鞋底材料依次為橡膠，聚氨酯，EVA。故耐磨性能，橡膠＞聚氨酯＞EVA。常用鞋底材料的種類有PU、PVC、EVA、橡膠、TPR、天然皮革等，防滑性能受路面影響較大的是TPR鞋底。有研究表明，無論何種地面材料其動摩擦系數均顯示橡膠底的值最大，皮革底的值最小。鞋底材料對防滑性能的影響還會因污染物的不同而變化，在干狀態，橡膠的止滑性能遠遠大于其它幾種材料的防滑性能。另外，材料的硬度對鞋底的防滑性能也有一定的影響，但有研究證實硬度和鞋底的摩擦系數之間不存在線性相關性，因此硬度不能作為影響鞋底防滑性能的理想參數值［4］。

我們平時所穿的拖鞋很多都是EVA發泡材料的，在干燥的地面上走路時，防滑效果尚可，但在有水的地方行走我們總是小心翼翼，生怕滑倒。生活中，我們穿著這種拖鞋在濕漉漉的衛生間里走過時，總是躡手躡腳的，就是這個道理。其實生活中也可以把防滑性能差的拖鞋變成防滑拖鞋。把一些廢舊的橡膠手套剪下來一小片，用強力防水膠粘到拖鞋的腳掌和腳跟部分。這樣就可以做成一個很實用的防滑拖鞋了。這個原理就是不同的鞋材有不同的防滑性能，或者說在濕漉地面上時，橡膠的防滑性能要好于EVA。不僅不同的鞋材有截然不同的防滑效果，干燥條件下和潮濕條件下的防滑效果也往往相差甚遠。有些鞋材在干燥的情況下防滑性能不錯，但在有水的情況下其性能就會差很多很多。如EVA發泡鞋底：干式防滑尚可，濕式防滑極不理想，通常都用鞋底紋設計以增加其防滑性能。所以想要從材料方面提高防滑性能，不僅要考慮在干燥的情況下，還要考慮在有水的情況下的防滑效果，在某些特殊場合，甚至還要考慮在有油或者肥皂水等的情況下的防滑效果。如TPR鞋底：干式防滑性能好，濕式防滑性能卻不理想。材料對防滑性能的影響是先天性的，若要從材料上改變其對防滑性能的影響，就要研究相應的添加劑來改善材料的防滑性能。

2.3鞋底花紋的影響

花紋對防滑性能的影響比較復雜，首先，沒有花紋的鞋底肯定防滑效果不太好。越光滑的鞋底面與地面的摩擦力是越小的，花紋越多往往所產生的摩擦力也就越大。但是怎么樣的花紋與接觸面接觸，產生的摩擦力比較大，花紋的形狀形形色色，可以成千上萬種，哪樣的花紋防滑效果更好，也沒有確切的結論。總體上來說，花紋可以極大地增加摩擦系數。在生活中，我們很少發現沒有花紋的鞋底，即使鞋底有部分是沒有花紋的，但也是在非直接接觸地面的位置上，很多鞋底光滑部位也是在鞋腰上的。鞋底花紋作為鞋底的一個重要組成部分，直接和路面接觸，它決定鞋底與路面實際接觸面積的大小、鞋底對地面的抓著與吸附能力、鞋底排開路面污染物的能力等與防滑性能相關的諸多因素，所以鞋底花紋是影響鞋底防滑性能的重要因素［1］。

觀察表1中A行及K行的防滑數據，發現K行的摩擦系數小于A行的摩擦系數，說明有花紋的鞋底的防滑效果要好于無花紋的鞋底。為了提高鞋底的防滑性能，有很多企業在花紋上想盡心思，設計出來了吸盤式，阻力式，排水式等花紋。優良的底紋設計為花紋寬度最小3 mm，最大20 mm，崎嶇環境下的戶外運動鞋最小花紋深度為5 mm，以便于將液體排開，使底紋與地板有干的接觸面，從而提高抗濕滑性。凸出的鞋釘與地面接觸平整，且具有輪廓分明的向各個方向的邊緣，可以有效提高鞋底對地面的抓握力，中底采用柔軟的彈性結構可使鞋與地面接觸面最大化［5］。

對于細而淺的鞋底花紋（鞋底紋路呈現細小而密集的花紋），往往具有輕巧而易于彎曲等優點，花紋較為密集，接觸面積也較大，且一般采用細花紋的鞋底材料較為柔軟，擁有良好的防滑性能。紋路細小而淺的鞋底紋路，大底的厚度一般比較薄，適合柏油路、水泥地，磁磚等較為平整的接觸面。但太細的花紋與接觸面的接觸感觸也比較明顯，如果遇到不平或者凹凸狀的路面，會讓腳底部產生不舒服的感覺。在支撐人體時，也容易磨損，造成防滑效果的減弱。粗而深的鞋底紋路，花紋以大塊狀的分布，鞋底材料加硬，采用含碳成份較高的橡膠底材料，支撐性能良好，對于粗糙的地面及不平整的接觸面，提供更理想的抓地力性能。優點：鞋底支撐性佳，對足部的保護性良好，鞋底耐磨性佳，容易適應多種不平整的特殊地面，如出去郊游，山嶺區碎石，不平整之路面，對于粗糙地面的抓地力表現理想，而且這樣的底部在鋪滿石子的路上行走，腳底不會有石子路刺到不舒服的感覺。缺點：穿著舒適性稍差，但可以對鞋底材料的改良，或者增加外中底等以改善足部舒適性。

一般生活環境中所接觸到的地面可能具有光滑、粗糙、不平、地面含水、含油、清潔劑等各種狀況，鞋底底紋的粗糙及高低不平，可以有效增加實質的接觸面積，以及增加有水地面的排水性，避免打滑的現象。底紋的粗細與深度，是關鍵的影響因素。利用鞋底紋路的形狀，可增加鞋底與接觸面的摩擦力，提高鞋底的防滑效果。紋路的粗細跟深淺，有不同的防滑效果和用途，面對各種不同的接觸面或地面，往往需要不同的鞋底紋路設計，來符合多樣的實際狀況。

2.4接觸液體的影響

在我們的生活環境之中，干式防滑和濕式防滑是我們最迫切需要了解的防滑效果，包括常接觸到的瓷磚、水泥地、柏油路、玻璃、人造地磚等等。對干燥情況下和有水情況下的數據做一一比較，無論是鞋底平滑，前掌向后，或是后跟向前的滑動，發現在有水的情況下的摩擦系數均要比在干燥情況下的摩擦系數要小。這結論可以很清晰地根據以上的實驗數據可以得出：樣品1到樣品5當中，任何一種形式的防滑，其在有水的條件下所測得的摩擦系數均比在干燥條件下的摩擦系數要小很多。這就很好地直觀驗證了雨天為什么容易摔滑跌倒的現象。

路面上若有水，那么水就會削減鞋底與路面的摩擦作用，因為水會阻止鞋底與路面之間接觸及發生分子間結合，并且鞋底在潮濕路面上滑動時，由于水的潤滑作用，其與路面間的摩擦系數將會顯著下降［6］。當鞋底與接觸面之間有水的存在時，鞋底紋路無法將水有效的排除至底紋溝槽及鞋底兩側，水將存在鞋底與接觸面之間，造成鞋底無法有效與接觸面接觸，彼此之間的摩擦力將嚴重降低，甚至造成打滑的現象。日常生活當中，在有水的地面上行走的時候我們總是會相對小心謹慎點，地面濕滑容易摔倒。在某些部分較特殊的工作環境或生活環境里，地面上存在的，可能就不只是一般的水，常常還有油脂，甚至是油和水共同存在，或者是肥皂水。因此就有了油式防滑和油加水的防滑及肥皂水的防滑，另外鞋子經常接觸含有油的環境下，還必須考慮鞋底材料是否具有良好的耐油性質，避免鞋底因接觸油而膨脹，造成鞋底基本的物理性能及安全性能受到嚴重的影響。

2.5接觸面種類及溫度的影響

防滑性能與接觸面種類有關。本文上述實驗研究是在標準瓷磚上進行的，如在玻璃，鋼板，柏油路或水泥路上等進行測試，又會有不一樣的測試數據。摩擦面的種類為外界因素，我們不能控制。陜西科技大學的杜少勛等人［7］用二方連續，四方連續，止滑塊三種試樣分別在木板，水泥，大理石三種不同路面上作止滑性能的研究。實驗中，大理石表面最光滑，花紋接觸地面面積最大，分子與分子間的吸附作用也最強，因而地面與鞋底之間的摩擦力最大，止滑性能最好。

關于溫度對鞋底止滑性能的影響，陜西科技大學的彭文利等人［8］分別對四種常用材料（橡膠，EVA，PU，TPR）的無花紋鞋底在不同溫度下的干燥玻璃路面上進行了摩擦實驗，測得了鞋底在玻璃路面上的摩擦系數。實驗結果顯示：雖然不同材料防滑性能受溫度的影響不盡相同，但隨溫度的升高，材料的防滑性能總體上呈上升趨勢（研究溫度范圍為-30～40℃）。我們所生活的地區溫度基本上在這溫度范圍，可以認為大部分鞋底材料在炎熱非洲地區的防滑性能要好于在嚴寒地區的防滑性能。

3結論

通過以上防滑性能的研究探討，影響防滑因素主要為以下幾個方面：鞋底接觸面積，鞋底材料，鞋底花紋，接觸液體，接觸面種類及溫度。為了得到更好的防滑性能，從鞋底方面，可以增大鞋底接觸面積；選用止滑性能優異的材料，如橡膠；增加并改善花紋，如設計為多方向花紋。從環境因素方面，鞋底不接觸液體（水、肥皂水、油等）；選用防滑性能好的路面；不在過低溫度下行走。

［1］李晶.鞋類防滑性能影響因素及評價研究進展 ［J］.皮革科學與工程，2014，24（5）：27-31.

［2］賈利曉.影響鞋底防滑性能的主要因素［J］.西部皮革，2009，14：17-20.

［3］林楓，路正輝.防滑測試方法及橡膠外底防滑性能研究［J］.TEC H N O LO G Y AN D M AR KET，2015，22（2）：80-82，84.

［4］翟蘇迪.三款品牌乒乓球鞋的止滑與減震性能研究［D］.寧波：寧波大學體育學院，2012.

［5］段曉霞.改善鞋底防滑性能的研究新進展［J］.皮革科學與工程，2015，25 （3）：38-42.

［6］陳釗鈺.溫度和材料對鞋底防滑性能影響的研究 ［J］.中國皮革，2006，（2）：126-129.

［7］杜少勛.地面狀況與運動鞋大底花紋功能關系的研究［N］.陜西科技大學學報，2004，22（3）：169-174.

［8］彭文利.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（4）：68-73.

The influence factors and analysis of sole slip resistance

SUN Chen-yi1，2，XIA Xin-xing1，HUANG Xiao-kai1
（1.College of Materials and Textiles，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310000，China；2.National Footwear Quality Supervision and Inspection Center（Wenzhou），Wenzhou 325000，China）

For the study of the influence factors of sole slip resistance，slip resistance of sample shoes is now tested.It is concluded that the sole contact area，the sole material，shoe sole pattern，the contact liquid，contact types and temperature have important effects on slip resistance，and the analysis of these factors accordingly.

sole；slip resistance；influence factors；analysis

孫辰逸（1986.12-），男，助理工程師，在讀碩士，在溫州市質量技術監督檢測院工作，多年從事于鞋子，皮革，人造革，箱包等項目的檢測工作。負責國家級、省級、市級各項監督抽查檢測，工商監督抽查，企事業單位及個人委托檢測等。聯系電話：13057732578。