鞋类橡胶底防滑性能的研究与分析

季文华，张猛，汪保川，郁强，刘丽霞

（苏州市产品质量监督检验院，江苏 苏州 215000）

前言

近几年，国内有很多消费者因为穿鞋不当而滑倒，最后均被证实是因为鞋底防滑性能较差，防滑性能正逐步成为消费者购买鞋类产品关注的重点。据有关报道，在很多欧美发达国家中，有很多事故是由于整鞋防滑性能较差引起的。因此，我国有很多召回的鞋类产品都是因为整鞋本身可能存在防滑性能的缺陷。

整鞋在使用时需要与地面接触，行走时，人类对整鞋施加向后的作用力，通过整鞋与地面接触并得到地面产生的与前进方向相反的力量，进而推进人往前行走。在这整个过程中受力和支撑部位包含帮面、鞋垫、内底、中底、外底。分析一下不难发现，帮面只是起到了固定鞋底的作用，使整鞋在行走过程中不至于滑脱；内垫的作用是隔绝鞋底与脚掌，使脚掌不至于直接接触到硬质的内底；内底的作用是固定鞋底大致形状；中底的作用是吸收人体施加的力量并传导至外底，而真正起到防滑作用的部件是外底，与地面直接接触的外底。根据整鞋构造，外底通常由多种材料或者单一材料组成，常见的外底有单一橡胶外底或者发泡鞋底，或者由发泡部分和橡胶或其他材料贴片组成。外底防滑性能是反映外底材料防滑性能的重要参数，也关系着鞋类的安全性能。摩擦系数是体现防滑性能好坏的主要参数之一。防滑性能越好，其对应的摩擦系数应越高[1]。本论文只对单一橡胶外底进行防滑性能研究。

1 外底防滑性能的定义

为了推进物体往前行走，物体本身需要克服摩擦力。鞋底与地面之间存在与行走方向相反的摩擦力，而摩擦系数就等于水平方向的摩擦力与垂直方向的重力之间的比值，摩擦系数可以直观地反映出鞋底材料的防滑性能。

人在行走过程中，人体重量是恒定的，也就是垂直方向的压力是固定的，那么外底所受的摩擦力与摩擦系数成正相关。因此，通常用摩擦系数的高低来评定鞋类防滑性能的好坏，即整鞋防滑性能的好坏评估通常使用鞋底和路面之间的静摩擦系数（SCOF）[2]。当SCOF 较小时，穿鞋行走过程中就会出现位移，这时就会有动摩擦产生，整鞋与地板之间就会存在动摩擦系数（DCOF）。当DCOF 很大，并可以阻止整鞋出现位移，滑跌摔倒就不会发生。换句话说，该成品鞋防滑性能较好。

2 外底防滑性能的测试方法及原理

2.1 外底防滑性能测试方法

本文中外底防滑性能研究采用《鞋类整鞋试验方法防滑性能》（GB/T3903.6-2017）[3]国家标准方法，根据标准要求：防滑性能用摩擦系数来表现，具体检测方法参照下面的测试原理进行展开。

将甘油均匀涂抹于测试摩擦面上，然后将放置好鞋楦的样品安装在夹具上，按照标准施加固定的垂直载荷，开启设备，使摩擦面水平移动，计算机会自动记录摩擦力值并读取一定区间内的摩擦系数。该标准适用范围：该标准检测各类样品整鞋，试验采用整鞋作为测试主体。

2.2 设备式样

鞋类动态防滑试验机，设备型号是SATRA STM 603。

2.3 测试原理

①试验公式：防滑系数的计算公式是μ=f/n，μ：摩擦系数，f：拉力机记录的摩擦力，（牛顿、N)，n：竖直方向载荷[试验垂直载荷400 N（鞋码≥250 mm）/350N（鞋码＜250 mm）]。

②试验面板：采用的玻璃板表面不能存在划痕。

③摩擦介质：甘油水溶液质量分数为85.3%～92.6%，黏度为0.2±0.1 Pa·s（200±100cP）。

④摩擦速度：0.3 m/s。

⑤测试方向：水平测试模式。

⑥测试数据采集区间：0.3～0.6s 之间至少读取10 个测试数据。

2.4 测试结果的表示

本文采用的设备可以同时读取到整鞋外底的动态防滑和静态防滑的摩擦系数，但本文中只采用了动态摩擦系数的数据，也就是设备图谱中Ave 数据列。

3 测试数据汇总并分析

（1）本次外底贴片防滑性能研究共采用19 双样品，其中包含11 种款式鞋底试样，鞋底贴片材质分为单一普通橡胶底、单一防滑系列橡胶底和防滑系列橡胶底+普通橡胶底三种存在。样品鞋码均大于250 mm，所以垂直载荷均为400 N。试验中外底防滑数据稳定，实际测得的数据均有效，试验测试图见图1。

图1 外底防滑性能测试图

从测试结果数据可以看出，外底防滑系数数据测试范围从0.17～0.55，防滑系数由普通橡胶底平滑过渡到防滑系列橡胶底。其中，普通橡胶底数据范围涵盖0.17～0.25，混合外底防滑系数为0.25，防滑系列橡胶底外底防滑系数范围包含0.25～0.55。基于以上可以看出防滑系列橡胶底防滑性能普遍大于普通橡胶底防滑性能，这是摩擦性能的总体趋势。

（2）本次测试样品共有11 种款式，这也就导致了普通橡胶和防滑性较的摩擦系数分布比较离散，甚至出现普通橡胶的防滑系数最高值和防滑橡胶的防滑系数最低值非常接近，为了规避样品鞋底款式设计带来的影响，故在分析数据时增加去除影响因素筛选相同设计款式，选取不同材质的样品采集数据并做分析。从总数据中筛选出款式2 和款式6 的数据，对试验数据进行分类汇总，筛选试验结果见表1。

表1 普通橡胶与防滑系列橡胶摩擦系数对比数据表

从表中数据可以得出，款式2 样品共有三双，其中一个是普通橡胶，两双是防滑系列橡胶。对比数据发现，样品13/12 摩擦系数＞样品8 摩擦系数，所以可以得出相同款式2 的情况下防滑系列橡胶底防滑系数要优于普通橡胶防滑系数；分析款式6 样品，款式6 样品共有4 双样品，其中一双为普通橡胶，三双为防滑系列橡胶。从数据中可以看出样品14/16/18 摩擦系数＞样品3 摩擦系数。由此可见，款式相同的样品，其防滑性能的走向是：带有防滑系列橡胶底样品的防滑性能＞带有普通橡胶底样品的防滑性能。防滑性能与材质成正相关，防滑性能较好的外底贴片会给整鞋带来更好的防滑性能体现。

（3）数据可以直观地反映出防滑系列橡胶防滑性能明显提高，接下来对相同款式的样品进行性能提升百分比计算汇总，汇总表见表2。

表2 防滑系列橡胶防滑性能提升参考

通过数据对比发现，款式2 的情况下，防滑系列橡胶防滑性能提升了13.04%；款式6 情况下，防滑系列橡胶的防滑性能提升了100%。由此可见，虽然防滑系列橡胶的防滑系数明显优于普通橡胶，但是其防滑性能的提升还受制于设计款式的影响，并且对防滑系数的影响超过60%，所以外底贴片的防滑系数不仅仅取决于材质。

4 结论

综上所述，本次试验共采用三种材质的表现形式、11 种款式的19个样品进行防滑性能进行研究，采用GB/T3903.6-2017[3]国家标准的防滑试验方法。试验结果分析分为两部分：整体的普通橡胶底防滑性能和防滑系列橡胶底防滑系数的对比、相同设计款式而材质不同的防滑系数的对比。从数据中可以得出，鞋类外底贴片本身的材质会显著影响其防滑性能，采用优异防滑性能的材料作为外底贴片的产品防滑性能会更好。

本次防滑研究采集样本不多，样品制造过程中可能存在差异，并且设计的试验并不能覆盖防滑性能的全部影响因素，试验中数据表明设计款式也会显著影响防滑系数，故试验结果可能存在偏差。