鞋类防滑性测试方法的选择与评价指标研究

段晓霞 ， 孙世彧 ， 冯伟宏 ， 卢昌福

（1.广州质量监督检测研究院，广东 广州 510110；2.国家皮革制品质量监督检验中心（广州），广东 广州 510860）

0 引 言

鞋的防滑性直接影响着穿用时的安全性和舒适性。鞋防滑性差，走路时容易打滑摔跤。滑跌摔伤已经被认为是造成工作场所、公共场所和家居环境意外事故的主要原因之一。鞋的防滑性能可以用鞋底与地面的动摩擦系数和静摩擦系数大小来表示，摩擦系数越大，防滑性能越好[1]。关于地面和鞋子的防滑性能，国内外也相继出台了一些法律法规和标准要求，基本都是利用摩擦系数来表示的，但测试方法各不相同，数据缺乏可比性，且很少有关于日常穿用鞋防滑性能的评价指标。因此，有必要选择一种合适的防滑测试方法并建立日常穿用鞋防滑性能的评价指标。

1 防滑测试的基本原理

从力学的角度，两个接触物体之间的滑动摩擦力取决于两个因素，即两个物体接触面的摩擦系数和施加于受力物体上的正压力。两个接触物体之间的防滑性能可以用摩擦系数的大小来表示，根据摩擦学原理μ=f/N，这里μ是摩擦系数，f为摩擦力，N为正压力。可以看出摩擦系数是一个无单位的比值，即物体开始运动时所需要的力和正压力之比。滑动摩擦系数与两相互接触物体的材料、表面光滑程度、干湿程度、表面温度、相对运动速度、物体之间的正压力等都有关系。

2 鞋类防滑测试方法比较

目前国内外现行有效的鞋类防滑性能测试方法，下面将详细介绍这些方法。

2.1 GB/T 3903.6——2005《鞋类通用试验方法防滑性能》

该方法的原理是把试样放在试验平面 （玻璃板）上，以甘油作为润滑剂，加上给定的载荷（25kg），然后通过横向牵引作用力移动试样相对于试验平板做水平方法移动，测量动摩擦力，并计算动摩擦系数[2]。

虽然该方法为鞋类通用试验方法，但存在以下不足：1）计算摩擦系数时，标准规定“垂直载荷=试验楦质量+夹具质量+砝码配重”，不同试样选择的试验楦不同，垂直载荷也不同，而摩擦系数与垂直载荷有关。2）对试验平板的规定不详细，仅规定为表面无划痕的玻璃板，缺乏有效的校准方法以确保试验平板的统一性。3）规定了试样鞋号码为男鞋255、260、265，女鞋 235、240、245，对于鞋号较小的童鞋成品无法测试。4）据文献[3]报道，该方法试验结果重复性较差。

表1 各标准对照情况表

2.2 HG/T 3780——2005《鞋类静态防滑性能试验方法》

该方法的原理是将规定的试样水平放置于标准要求的摩擦面板（毛玻璃）上，试样待测面朝下，施加一定的负荷，用水平拉动的方法以一定的速度拉动试样，测出其最大拉力，并计算静态摩擦系数，以测量试样的静态防滑性能[4]。

该方法存在以下问题：1）仅适用于鞋类外底、鞋跟或相关外底材料的静态防滑性能测试，不能用于整鞋测试。2）虽然对摩擦面板规定为“镜向光泽度为4的浮法毛玻璃”，但实际校准结果表明毛玻璃表面的镜像光泽度不同部位差别较大，很难准确做到均匀的镜向光泽度。3）对于面积较小的跟面，无法满足裁样要求。

2.3 GB/T 28287——2012《足部防护 鞋防滑性测试方法》（ISO 13287：2006，MOD）及同类标准

测试原理为将被测鞋置于测试平面上，施加规定的法向力，并相对于平面水平移动鞋（或相对于鞋水平移动平面），测量摩擦力并计算动态摩擦系数[5]。

与该标准测试原理及仪器基本相同的国外最新标准[6-8]有：ISO 13287：2012、ASTM F2913-11、SATRA TM 144——2011，各标准对照情况如表1所示。

上述方法的主要试验条件如下：3种测试模式，即后跟向前滑动、前掌向后滑动、水平向前滑动，如图1所示。其中，前两种模式中，鞋后跟底部或鞋前掌底部与测试平面之间的夹角为7.0°。滑动速度为0.3m/s。鞋号≥250mm的鞋，法向力为500N，鞋号＜250mm的鞋，法向力为400N。测试平面为标准瓷砖或钢板。

图1 3种测试模式示意图

据资料介绍，ISO 13287由SATRA TM 144演变而来，而ASTM F 2913则完全采用SATRA TM 144的内容。SATRA TM 144方法是建立在大量的滑倒机理研究及实验数据之上的。早在1970年，SATRA就进行了斜坡测试、脚踩力测试及人类滑倒测试等生物力学试验[9]，通过对滑倒瞬间鞋子的多重影像和录像分析，研究发现后跟向前滑倒是最危险的滑倒方式，尽管后跟可以以与地面任意的角度（0°～30°）滑动，但前掌会迅速向地面方向旋转，从而导致滑倒，经常发生在后跟几乎与地平面相接触的时候。因此，低接触角（7.0°）应用于该试验方法中[10]。SATRA还研究了滑动速度与人体斜坡测试结果的关系[11]，研究表明：采用恒定的中等滑动速度（约0.1 m/s）比采用静态或高速滑动得出的测试结果与人体斜坡测试结果具有更强的相关性，更能准确地预见实际穿着条件下的防滑性能。法向力的大小是以成人体重的至少50%（即400～830 N）为依据建立的。Fischer等[12]的研究也表明最大摩擦力发生在法向力为500～600N时。

综合比较，GB/T 28287——2012等同类方法具有以下优势：1）适用范围更广泛，几乎适用于所有整鞋、鞋材、跟面以及地面材料的防滑性测试。2）试验参数设定更科学。其测试条件，即垂直载荷、滑动速度、滑倒方向、接触角度，最大程度地模拟了人在行走过程中真实的滑倒过程。3）测试地面的校准方法和程序更明确，有利于保证测试地面的统一性。4）可以根据具体需要调整地面材料和污染介质，满足各种特殊场合的检测需求。因此选择该方法作为鞋类防滑测试的最佳测试方法。

3 鞋类防滑性能评价指标的建立

统一的测试方法为建立鞋类防滑性评价指标奠定了基础。本文根据大量理论依据及实验数据，建立日常穿用鞋防滑性评价指标，为鞋子制造商评估产品防滑性，选择合适的鞋底材料提供理论依据，并且可为消费者选购防滑鞋提供指导，从而减少滑倒事故发生。

3.1 理论依据

3.1.1 法律法规

目前国内外关于地面产品防滑性能的评估研究比较多，许多国家和地区出台较多的相关法律法规来要求地面的最低摩擦系数。1990年美国101届国会通过的《美国公民意外伤残法案》，强调所有对公共开放的场所，特别是对行走活动的地面、人行道，其水平地面安全摩擦系数要求达到0.6以上，斜坡达到0.8以上[13]。意大利DM 236/89法令要求地面材料动摩擦系数在0.4以上[14]。虽然国内外对于地面产品的防滑性能给出很多评价指标，但各自采用的测试方法不同，数据缺乏可比性，只能作为建立鞋子防滑性评价指标的一个参考依据。

3.1.2 标准要求

国内外关于鞋子防滑系数的标准规定比较少，主要涉及专业运动鞋及个体防护鞋（PPE）等特殊用鞋，如表2所示。而对于日常穿用鞋的防滑性能指标尚无相关标准规定。

3.1.3 文献资料

关于鞋子防滑指标的文献很少。据报道[24]，按照EN ISO 20345——2004/Amd.1——2007（E）附录A要求中仅规定了后跟向前滑动和水平向前滑动这两种测试模式下的指标要求，出口到欧洲的劳保鞋，有防滑测试要求的，均要满足这一指标，而据天祥（广州）质量技术服务公司某月的测试统计，按欧洲标准要求，即38个鞋样在钢板上测试，有30个未达到指标要求，只有8个鞋样通过了测试；在磁砖面上测试，27个鞋样，有21例通过，6例未通过。样品测试结果表明：瓷砖/十二烷基硫酸钠测试面通过率高，而钢板/甘油测试面很难通过。这些可为防滑指标的确定提供参考。Mick Wilson[10]研究发现当鞋子与地面的摩擦系数＜0.3时更易滑倒，且滑倒的几率随摩擦系数的减小而升高，并建议对于日常穿用的鞋，防滑系数至少应达到0.3；对于运动场合和特殊工作场合，由于运动中的加速度、跑跳、转弯和工作中的提、推、搬重物等因素，鞋子的后跟、前掌与地面会产生更高的相互作用力，因此需要更高的摩擦系数。

表2 国内外有关标准[15-23]对鞋类防滑性能的要求

3.2 试验测试数据

3.2.1 试验方法

按照GB/T 28287——2012规定的方法，采用3种模式，分别测试整鞋在钢板、瓷砖1、瓷砖3上，当测试地面为干态、湿态（水）、甘油和洗涤剂状态下的摩擦系数。

表3 摩擦系数（32组数据）

3.2.2 试验仪器及样品

STM603型鞋类防滑性能试验机，SATRA。32份日常穿用鞋，包括男式或女式皮鞋、旅游鞋、休闲鞋、凉鞋、硫化鞋及童鞋。

3.2.3 结果与讨论

32份鞋子的摩擦系数测试数据如表3所示。

测试数据表明：

1）当介质为甘油或洗涤剂，测试平面为钢板或瓷砖1时，所有鞋的摩擦系数都很低，几乎没有防滑性能。因此不宜选择介质为甘油或洗涤剂，测试平面为钢板或瓷砖1作为日常穿用鞋的防滑测试条件。

2）当测试平面为瓷砖3，介质为甘油时，所有鞋的摩擦系数都很低，几乎没有防滑性能；当介质为洗涤剂时，采用前掌向后和水平向前两种测试模式，约有一半的样品测试结果＜0.3。

3）在干态条件下，无论测试面为钢板、瓷砖1或瓷砖3，所有鞋的摩擦系数均＞0.3。

4）在湿态（水）条件下，防滑系数较干态明显下降。在湿的钢板上，绝大多数鞋子防滑系数＜0.3；在湿的瓷砖1或瓷砖3上，有2/3以上的鞋子防滑系数=0.3。

综合考虑日常穿用鞋子的使用环境及产品所能达到的合格率水平，认为干态或湿态（水）的瓷砖地面是最佳测试条件，同时，由于很多鞋底前后材料或花纹不一致，采用不同的测试模式结果不同。因此应采用3种模式进行测试。在上述条件下，测试结果均达到0.3，认为满足基本的防滑指标。

4 结束语

选择GB/T 28287-2012规定的方法作为日常穿用鞋防滑性能的统一测试方法。测试数据表明：日常穿用鞋的防滑性能评价指标为鞋子在干态及湿态（水）的瓷砖地面上采用后跟向前滑动、前掌向后滑动、水平向前滑动3种模式测试，防滑系数均不应小于0.3。

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

[24]仪器信息网.GB/T 28287—2012《足部防护 鞋防滑性测试方法》国家标准介绍[EB/OL].http：//www.instrument.com.cn/netshow/SH102898/news_130179.htm，2014 -05 -03/2014-05-20.