鞋底防滑的影响因素及改进方法研究

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PROCESS AND TECHNOLOGY

鞋底防滑的影响因素及改进方法研究

刘洋

(武警后勤装备研究所，北京！0267%)

摘要：防滑性能是鞋底功能性的重要指标，本文介绍了部分鞋类防滑指标的考核标准并着重分析了 国内外常见的防滑性能的表征方法，从鞋底材料、结构和花纹设计三个方面详细描述了鞋底防滑性能 的影响因素以及国内外在鞋底防滑性能技术上的改进方法，认为鞋底材料是决定鞋底防滑性能优劣 的基本因素，鞋底结构和花纹设计是影响防滑性能优劣的重要因素，这两者相辅相成，应将二者结合 起来，综合考虑其对防滑性能产生的影响，并指出了该领域未来的发展方向。关键词：鞋底；防滑性能;表征;花纹中图分类号:TS 943.3

文献标识码:A

文章编号：1671-1602(2017)01-0058-05

Studies on the Affecting Factors and the Method of Improving onthe Sole Slip Resistance

(Research Institute of Logistics Equipments for Armed Police? Beijing 102613^ China)

LIU Yang

Abstract： The slip resistance is the important indicator of the sole functionality, the article introduced the

assessment standards of slip ability indicators of part shoes, emphasized analyzing the common characterization of the sole abilities at home and abroad, described the influences and the method of improving at home and abroad on sole slip resistance in detail from three aspects: bottom materials, structure and tread patterns, thought the bottom materials was the basic conclusive factor of the sole slip resistance on merits, the bottom structure and thread patterns were the important factors of the influences of the sole slip resistance on merits, the two things going together. We combined them and considered their influences on slip resistance together, and pointed the direction of the future studies in this field.

Keywords： sole; slip resistance; characterization; pattern

1前言

据卫生部的数据统计，我国 每年因滑倒而摔伤的事件有500 万件左右，因地面湿滑摔倒引起

的纠纷案件约7万件左右，每年 因为滑倒产生意外伤害而导致 住院的人占到了全年住院人数 的35 %以上。据相关报道:在美 国因为滑倒而造成的事故占据

了工伤事故的17%，占据了公共 场所事故的18%，占据了家庭事 故的20%,根据美国安全土程协 会的统计，滑倒事故是引起职业 死亡的第二大因素，减少滑跌事 故的发生变得越来越紧迫。引起 滑倒的因素很且非常复杂，如地 面、环境、鞋子等等，相对而言，

作者简介:刘洋，（1988-)男，山东泰安人，武警后勤装备研究所工程师,主要从事军需被装方 面的研究。

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表1部分鞋类外底的防滑指标

标准号

标准名称田径运动鞋篮排球专业运动鞋

橡胶冷粘鞋橡塑凉、拖鞋轻型登山鞋足球鞋

指标

马拉松多0. 7 竞走鞋彡0.7投掷鞋0. 55-0. 75 静摩擦系数>0.7

干法>0. 5 湿法彡0. 3干法>0. 35 湿法彡0. 3

湿态静摩擦系数>0.3静摩擦系数多0.4

测试方法

GB 21536-2008GB/T 24152—2009HG/T 3085-2011HG/T 3086-2011QB/T 4553-2013GB/T 19706-2015

HG/T 3780-2008中8. 2. 1 干法测试HG/T 3780-2008 中8. 2. 1 干法测试

HG/T 3780-2008

中2005中方法2规定执行HG/T 3780-2008 中2005中方法2规定执行GB/T 3903.6-2005

同上

鞋子的因素更容易控制。因此， 研究鞋底的防滑性能的影响因 素及其改进方法具有十分重要 的现实意义。

12、SATRATM144-2011、ASTM F2913-2011测试的是鞋类的动 摩擦系数。目前国内外现行有效 的鞋类防滑性能测试方法主要 是上述几种，其中，HG/T 3780-2005测试的是静摩擦系 数，其他几个方法测试的是动摩 擦系数，而动摩擦系数更能模似 人真实摔倒过程。从测试原理和 测试仪器看，GB/T 28287-2012、 ASTM F2913-201110 13287: 2012 和 SATRATM 144-2011 基本相同，是国际上通用的先进 方法，推荐采用该原理方法作为 测试防滑性能的统一方法[1。

性能不同[1。曰本鞋业协会利用 JSMA滑差计研究了皮革底鞋、 PU底鞋、橡胶底鞋、EVA底鞋四 种材料在5种地板上的动摩擦 系数，得到的结论为：无论是有 花纹还是无花纹的鞋底，在不同 的地板材料下的动摩擦系数都 是橡胶底的值最大，皮革底的值 最小[1。KaiWay Li等选择了发泡 橡胶、EVA、高耐磨橡胶和天然底 革4种无花纹的鞋底材料和5 种粗糙度不一样的瓷砖，测试了 这4类鞋底材料在干态、湿态和 油态下的防滑性能，结果显示不 样同鞋底材料，摩擦系数值不 同， 发泡橡胶的摩擦系数值最 高，EVA的摩擦系数值最小[1。彭 文利等人用GT-7012-BC型计 算机系统测试橡胶、EVA、PU、 TPR四种材料的无花纹鞋底在 不同温度下干燥玻璃路面上的 摩擦系数，发现在各种温度下， 均显示出橡胶的摩擦系数最大， 防滑性能最好，TPR的防滑性能 较差[1。路正辉选取了天然胶、 TPR、PVC、EVA四种材质的鞋底 进行静摩擦系数的试验，结论

2防滑性能的表征

众所周知，人在行走时，鞋底 与地面之间存在着摩擦力，水平 方向的摩擦力与垂直方向的摩 擦力的比值即为鞋底与地面之 间的摩擦系数，鞋底的防滑性能 可以用摩擦系数来衡量，摩擦系 数越大，鞋底的防滑性能越好[]。

根据“美国保险商试验室 (L)和“美国材料与测试学会 (ASTM)”曾提供的数据：当摩擦 系数M <〇.时，处于非常危险 范围；0.5：Sm矣〇.6时，处于基 本安全范围；M >〇.时，处于非 常安全范围12-31，表1中列举几种 常见鞋的防滑指标。

国内外鞋类防滑性能测试方 法可以分为静态防滑性测试方 法和动态防滑性能测试方法。 HG/T 3780-2005测试的是鞋类 静摩擦系数，GB/T 3903.6-2005、 10 13287:2012、GB/T 28287-20

3鞋底材料对防滑性能的影 响

3.1材料对鞋底防滑性能的影响

世界大牌维布拉姆总结的很 透彻，“胶料+花纹设计=功 能”，防滑性能也不例外。鞋底防 滑性能的优劣直接影响鞋的整 体性能。赵全永等人比较了不同 的鞋底材料在5种路面上的防 滑性能，发现不同材料，不同的 路面，不同的湿度，鞋底的防滑

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为：干态时，四种材料的静摩擦 系数大小依次为：EVA>NR> PVC >TPR;湿态时，四种材料的 静摩擦系数大小依次为：EVA > PVC>NR>TPR[。弓太生等以 橡胶、TPR、PU、PVC和EVA五种 常见的鞋底材料为研究对象，发 现五种底材的防滑性大小为：橡 胶 > TPR >PVC >PU > EVA™。 目前对鞋底材料的研究结果显 示，橡胶底的防滑性能最好。

硬度对鞋底的防滑性能也有 比较显著的影响，鞋底硬度小， 在与地面接触时，会产生比较大 的形变，与接触表面产生微细不 规则的塑性变形，增大接触面 积，防滑性能也随之增加。路正辉 等人选取NR、TPR、PVC、EVA四 种材质的鞋底进行静摩擦系数的 试验，发现NR、EVA材质鞋底的 静态防滑性能均随着鞋底硬度 的逐渐增大而呈下降趋势[]。

3.2鞋用防滑新材料

时，在上述研究的基础上考察了 Si〇2补强橡胶提高防滑性能的最 佳用量比，发现在Si〇2用量为40 phr时，NR/Si〇2复合材料的防滑 性能最好。用化学接枝法将甲苯 二异氰酸酯(TDI)分子引入到白炭 黑表面，结果显示接枝改性后的 NR/Si〇2-g-TDI复合材料在干、 湿状态下的摩擦系数都有较明显 的提高，说明白炭黑表面的改性 对提高白炭黑/NR复合材料的 摩擦系数是有效果的。

青岛亨达集团研制了一种橡 胶与木粉混合的防滑鞋底材料 1121，其特点是由生胶、硫磺、硬脂 酸、促进剂、防老剂、松胶油、松 香、硫酸钙、软化剂、偶联剂和木 粉等按照一定的配比，经过一定 的工艺流程制备的橡胶鞋底材 料，该材料制作的鞋底不仅轻便 防滑，且能够降低成本。

R.Mohan等人1131研究发现， 通过卤化改性可以明显改善橡 胶鞋底的防滑性能，试验结果显 示采用质量分数为0.5%的三氯 异氰酸(TCI) 丁酮溶液对热塑性 橡胶鞋底表面涂刷，使之形成一 层均匀的涂层，由于氯化基团和 氧化基团的引入，材料的表面能、 极性和表面粗糙度均增大，从而 使材料的摩擦系数显著增大。

李鹏等人114采用喷涂聚脲弹 性体技术制备防滑耐磨型聚脲 弹性体，研究了填料对聚脲弹性 体防滑性能的影响，发现弹性体 中加入2%左右的SiC晶须，可

以改变耐磨性和抗湿滑性能，静 摩擦系数提高5.95%，动摩擦系 数提高19.3 %，部氏A硬度值 下降3。

4鞋底设计对防滑性能的影 响

4.1鞋底结构设计

Takeshi Yamaguchi 等人1151 设计了一种新颖的混合胶块结 构，在两块表面光滑的橡胶片 (Ra=0.98 Mm)之间放置一块表 面粗糙的橡胶片（Ra=30.4 Mm)，测试表面粗糙的橡胶片所 占不同比例的鞋底在表面附有 90%甘油水溶液的钢板（Ra = 0.09 Mm)上的摩擦系数。结果 表明，当表面粗糙的橡胶片占整 个鞋底面积的50%时，表现出最 高的摩擦系数，且动静摩擦系数 差别最小。这种结构设计可以有 效改善鞋底在污染地面上的防 滑性能。

Hylton B.Menz 等人1161 系统的研究了几种不同的鞋跟结构 对牛津鞋和时装鞋防滑性能的 影响，其中D是在A的鞋跟掌面 上加了一层防滑层，G和H分别 在E和F的鞋跟掌面上加了防 滑层。研究发现:在干态的地面 上，鞋跟的结构对防滑性能的影 响显者，在湿态下不显者；干态 下鞋B的动摩擦系数最低，鞋C 的防滑性能最好，湿态下各鞋子 的防滑性接近；干态下，鞋跟粗 的女式时装鞋比鞋跟细的防滑

近年来，很多研究者通过物 理或化学手段对材料进行改性 处理，提高材料表面粗糙度、表 面能、极性等性能，从而制备防 滑性能优异的鞋用新材料。

李健等人1111对白炭黑进行接 枝改性，制备了可用作鞋底材料 的NR/Si〇2-g-TDI复合材料，防 滑性能优良。四针状氧化锌晶须 有特殊的立体四针状结构，使其 对高分子复合材料具有完全各向 同性的改性作用，可使复合材料 的防滑性能得到很大的提升。同

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Kai Way Li等人对鞋底花纹 深度、沟槽宽度及花纹方向对摩 擦系数的影响进行了比较深入 的研究121_231。通过对3种花纹沟 槽宽度（3、6、9 mm)、3种方向

图1八种不同鞋跟款式的鞋子

(0。、45。、90。）以及5种花纹 深度(1、2、3、4、5 mm)的大底花 纹进行比较研究，结果表明：花 纹沟槽的设计有助于鞋子和地 面的排水，有助于鞋底与路面相 互接触，鞋底9 mm宽的花纹沟 槽比 3mm 宽的花纹沟槽摩擦 系数值要高;而在相同的花纹深 度下，横纹(0。）和45。的花纹 摩擦系较大，防滑性能较好。Kai Way Li等人还发现鞋底花纹越 深，在湿的和洗涤剂的地面上摩 擦力越大。花纹深度每增加1 mm,平均摩擦系数增加0.018 到0.108。在所有湿的和含有洗 涤剂的地面上，花纹越深，摩擦 系数越高。

SATRA研究人员在鞋子防 滑测试方面做了大量研究，对 500多种不同款式的男女鞋进行 了防滑测试，通过对测试数据及 鞋底花纹的分析，提出了具有指 导意义的鞋底花纹设计参考1241。 优良的底纹设计为花纹宽度应 在3~20mm，户外运动鞋最小 花纹深度为5 mm，以便于将排 幵液体，使底纹与地板有干的接 触面，从而提高防滑性能。凸出 的轮廓分明的向各个方向的边 缘的鞋钉可以有效提高鞋底对 地面的抓握力，中底采用柔软的

性能好，鞋

c

的防滑性能最好，

然界中的一些纹理，如碎石、树 皮、皮革等。特殊花纹则是专门为 一些特殊功能设计的花纹，如登 山攀岩专业鞋的鞋底花纹等1181。

罗向东等1191研究发现在粗糙 的接触面上，方块状花纹的防滑 性 > 小圆点状花纹的防滑性;在 光滑的接触面上，小圆点状花纹 的防滑性 > 方块状花纹的防滑 性，密波浪纹的防滑性优于疏波 浪纹的防滑性。杜少勋和吴洁121 采用TPR作为鞋底材料，研究了 二方连续花纹、四方连续花纹和 防滑块花纹三种花纹的防滑性 能，发现在大理石和木板地面 上，二方连续花纹防滑性能最 好，防滑块花纹防滑性能最差； 在水泥路面上，同样是二方连续 花纹防滑性能最好，防滑性能最 差的则是四方连续花纹。

但是G和E的防滑性接近，F和 H的防滑性能也接近，湿态下各 鞋子的防滑性均相近。

4.2鞋底花纹设计

鞋底花纹作为鞋底的一个重 要组成部分，直接和路面接触， 它决定了鞋底与地面实际接触 面积、鞋底对地面的抓着力与吸 附力以及鞋底排污的能力，所以 鞋底花纹是影响鞋底防滑性能 的重要因素之一1171。

鞋底花纹的设计变万化，归 纳起来主要有普通花纹和特殊 花纹两大类。其中普通花纹又有 规则花纹和自由花纹两种，规则 花纹是由规则的几何图形构成 的鞋底花纹，如折线纹(波浪纹） 点状式、菱形纹等，自由花纹是 一种不规则花纹，通常是仿照自

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弹性结构可增大鞋与地面接触 面积。

5发展趋势

随着全球制鞋业的高速发 展，各种鞋底材料层出不穷，作 为决定鞋底防滑性能的决定性 因素，材料的选择应与鞋底结构 以及大底花纹设计结合起来，三 者相铺相成，综合考虑其对防滑 性能的影响。现阶段，作为鞋子

生产者和设计者需要进一步研 究材料组成、材料性能、花纹和 结构设计等各种因素，以及它们 对鞋底防滑性的交互作用，找到 材料与鞋底设计的最佳结合点， 以实现改善鞋底防滑性技术的 新突破[51。

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