温度老化试验对防滑性能的影响

（1.广东省惠州市质量计量监督检测所，广东惠州 516000;2.国家鞋材及鞋产品质量监督检验中心（广东），广东惠州 516321）

1 前言

引起滑倒的因素有很多，如接触的地面、不同场景、鞋底种类等等，其中鞋子是在众多因素里保持不变的，所以研究整鞋的防滑性能及其耐侯性具有一定的现实意义。摩擦系数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关，而和接触面积的大小无关。通过温度老化试验，以动摩擦系数来表征其防滑安全性能，对比鞋底材料老化前后的防滑性能的变化，探寻几种鞋底材料在老化试验后防滑性能的影响，参考国内外的相关安全范围的数值，判定鞋子的防滑性能是否达到安全要求。

2 防滑测试方法

国内鞋类防滑性能评价方法主要是动态防滑性能测试方法，国内的只有HG/T 3780-2005[1]测试的是静摩擦系数；而国外现行有效的鞋类防滑性能测试方法主要也都是测试动摩擦系数的，而且动摩擦系数更能模拟现实中的使用过程，所以我们采用动态防滑性能测试方法。目前国内的动态防滑性能测试的方法主要有GB/T 3903.6-2017[2]、GB/T 28287-2012[3]，国外的测试方法主要有ISO 13287:2019[4]、SATRA TM144-2011[5]、ASTM F2913：2011[6]，这些方法是国际上通用的先进方法，标准使用的测试原理和测试仪器要求基本相同，其中包含的测试模式共包含了前掌测试、后跟测试和水平测试（见图1），本试验采用GB/T 3903.6-2017中的前掌测试模式作为测试方法。

图1 三种测试模式示意图

3 试验部分

3.1 材料和仪器

3.1.1 材料

试验材料选择橡胶、EVA、PU三种鞋底材料的整鞋，鞋样直接在同一家网店购买同款鞋子5双，选择260 mm鞋号的鞋子。陶瓷砖介面：由东莞市恒宇仪器有限公司提供，厚度为（10±1）mm，满足GB/T 3903.6-2017附录A的规定。

3.1.2 主要仪器

东莞市恒宇仪器有限公司生产的HY-782PS电脑系统鞋子止滑试验机；高铁检测仪器有限公司生产的GT-7024-E1空气循环烘箱；德国宾得公司的KMF 240恒温恒湿箱。

3.2 动态摩擦系数测定

3.2.1 测试方法

我们选择高温70 ℃和低温-20 ℃作为老化试验温度，防滑测试方法选择GB/T 3903.6-2017中的前掌测试模式，试验速度为（0.30±0.03）m/s，为了减小接触面的测试误差，测试界面选择干态的陶瓷砖界面。

3.2.2 试验条件

测试环境条件依据标准，在恒温恒湿条件下进行：温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%；测试速度为（0.30±0.03）m/s；选择200 N、300 N、400 N、500 N共4种垂直载荷分别进行测试。

3.2.3 测试步骤

在进行温度老化实验前，将样品放置在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%的环境条件下进行48h的调节。环境调节后对鞋样编号，将同种材料的样品分成左脚和右脚两组，其中左脚的一组编为甲组，右脚的一组编为乙组，每组鞋样为5个，并对其动摩擦系数进行测定并记录，每种材料的鞋子测试结果平均值作为测试前的对比值；将甲组试样放入温度为（70±2）℃的温度箱中进行72h的老化试验，乙组试样放入温度（-20±2）℃的温度箱中进行72h的老化试验，两组温度老化测试完成后，在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%的环境条件下恢复1小时以上，再测试这两组的试样的动摩擦系数。三种不同材料的鞋子分别进行上述试验，共进行3次，每种材料的5个样品的摩擦系数平均值作为最后的测试结果。

3.2.4 结果计算

试样的动摩擦系数计算：

其中μ为摩擦系数，F为垂直载荷，f为试样在滑动开始后0.3～0.6 s之间的平均摩擦力。测试结果最后取试样测试测试5次结果的算术平均值，结果保留2位小数。

4 试验结果分析

目前国内对防滑系数的规定大多限于个体防护鞋和专业运动鞋等特殊用途的鞋子，而且规定的都是静摩擦系数，普通穿用的鞋子并没有明确的标准要求，而且产品对于防滑性能方面也没有要求。GB 21536-2008《田径运动鞋》[7]中只对田径非钉鞋有要求，在干态下的玻璃介面的静摩擦系数，马拉松鞋、竞走鞋≥0.70，投掷鞋为0.55～0.75，我们此次考察的是动摩擦系数，不以此作为这次的判定条件。GB/T 24152-2009《篮排球专业运动鞋》[8]中规定的是外底在干态下的玻璃介面的静摩擦系数应≥0.70，HG/T 3086-2011《橡塑凉、拖鞋》[9]中规定外底在干态下的玻璃介面静摩擦系数≥0.35，在湿态下的静摩擦系数≥0.30，不作为这次的判定条件。国内建材行业标准JC/T 1050-2007[10]《地面石材防滑性能等级划分及试验方法》中规定地面石材的防滑性能划分为三个等级：小于0.50为不安全，0.50～0.79为安全，不小于0.80为非常安全，此次我们选择的是陶瓷砖界面，按照该条件来判定是否满足安全要求。

国外的标准中《美国公民意外伤残法案》，对于所有对公共开放的场所，规定水平地面的摩擦系数至少要0.6[11]。美国材料测试学会（ASTM）提供的地面安全性标准，在干燥的地面材料摩擦系数，要求＞0.5[12]，我们的测试界面是陶瓷砖界面，于此测试界面接近，我们在此也参照对比国内外的摩擦系数要求的中值，以动摩擦系数不小于0.5的时候认为安全。

4.1 温度老化测试前

在正压力为500N和400N的时候，动摩擦系数大小依次为：橡胶＞EVA＞PU，最小值为PU材料的0.55；在正压力为300 N和200 N的时候，动摩擦系数橡胶材料最大，EVA材料和PU材料的动摩擦系数非常接近，最小值为EVA材料的0.50。按照我们此次的动摩擦系数不小于0.5来判定，也就是老化测试前，三种材料均达到了安全要求。

4.2 低温老化测试后

表1 温度老化试验前动摩擦系数

表2 -20 ℃低温老化72 h后动摩擦系数

表3 70 ℃高温老化72 h后动摩擦系数

图2 鞋底材料温度老化处理前动摩擦系数

图3 鞋底材料-20 ℃处理后动摩擦系数

图4 鞋底材料70 ℃处理后动摩擦系数

在4种正压力下，三种鞋底材料受低温老化的影响都比较小，EVA材料的动摩擦系数都是比较大的，橡胶材料和PU材料都比较接近，其中最小值为PU材料的0.700。按照我们此次的动摩擦系数不小于0.5来判定，三种材料均达到了安全要求。

4.3 高温老化测试后

橡胶和EVA材料的动摩擦系数都比较大，两者比较接近，而且受高温老化影响比较小；PU材料有随着正压力的减小，动摩擦系数也减小的趋势，其中最小值为PU材料的0.45。按照我们此次的动摩擦系数不小于0.5来判定，橡胶材料和EVA材料均达到了安全要求，而PU材料在正压力400 N和500 N的时候才达到安全要求，在正压力为200 N和300 N的时候，均没达到安全要求，对此，我们认为PU材料比较适用于成人鞋底上，即正压力不小于400 N的使用条件。

5 结语

综上所述，橡胶材料、EVA材料、PU材料在作为鞋底材料的使用上，防滑性能均能达到国内外的安全要求，只有在高温处理后，且正压力不大于300 N的PU材料没有达到摩擦系数0.5这个值。动摩擦系数在这里只是按国内外标准要求的中值来进行判定，在日常使用中，还受使用者体重、鞋底花纹、鞋底硬度等因素影响。此试验样品是针对同种鞋底材料成品鞋进行的对比，在综合了其他因素的影响时，实际结果还需经大量的试验进行研究。在材料的使用上，橡胶材料和EVA材料的防滑性能是相对比较好的，但防滑性能在承受温度环境的影响下，橡胶材料的摩擦系数波动是最小的，所以橡胶材料对环境的适用性也是比较好的。因此在日常选购鞋子的时候，可以偏向选择EVA底和橡胶底的鞋子。整鞋防滑性能的研究，可以提高鞋子出口的整体竞争力，也能提高整鞋穿着的安全性和舒适性，对减少由于鞋子防滑性能导致的摔伤事故具有重要的现实意义。