鞋底防滑性能的影响因素及其分析

孙辰逸，夏新兴，黄小凯（.浙江理工大学材料与纺织学院，浙江杭州30000；2.国家鞋类质量监督检验中心（温州），浙江温州325000）

鞋底防滑性能的影响因素及其分析

孙辰逸1，2，夏新兴1，黄小凯1
（1.浙江理工大学材料与纺织学院，浙江杭州310000；2.国家鞋类质量监督检验中心（温州），浙江温州325000）

为研究鞋底防滑性能的影响因素，对样品鞋进行了防滑性能的测试，得出鞋底接触面积，鞋底材料，鞋底花纹，接触液体，接触面种类及温度对防滑性能有重要的影响，并对这些因素做相应的分析。

鞋底；防滑性能；影响因素；分析

前言

生活中，我们穿着鞋子在地面上行走，奔跑，跳跃，如此自如，归功于鞋底的防滑性能。利用防滑达到安全性与舒适性，是人对鞋底不可或缺的要求。防滑效果不理想，容易使人感到脚底不适，穿着感觉别扭，甚至造成人滑倒或跌倒，事故导致人受伤，有可能会造成巨大的花费，对于品牌形象，也有可能造成一定程度的伤害。防滑简单的定义就是一种材料在特殊环境下克服滑倒问题的性能［1］。

为了使穿着者更舒适也更安全，防滑性能的提高是必经之路。在考虑防滑性时，就不能忽视一项重要的物理性质——摩擦力。人能行走、绳能绑紧，都是因为有摩擦力存在的缘故。据报道：在美国因为滑跌摔伤造成的事故，占工伤事故的17%，占公共场所事故的18%，占家庭事故的20%；在英国，滑跌摔伤事故占工伤事故的20%（每年约4万起）；芬兰的制造业、建筑业和交通行业，每年因为滑跌摔伤而造成的工伤事故，分别占总工伤事故的34%，28%和21%［2］。因此，滑摔问题应得到人们的足够重视，并要努力去寻找造成类似事故的主要原因，以减少它们的发生。

1实验部分

《GB/T 28287一2012足部防护鞋防滑性测试方法》，该方法 与ASTMF2913-11、IS0 13287：2012等类似，被国际上许多国家广泛采用，是目前较为科学的防滑测试方法［3］。本文通过该方法对成鞋防滑实验的研究来探讨影响防滑性能的因素。试验所用仪器为英国SATRA公司的STM603电脑止滑试验机，所用接触面为标准压制陶瓷地板砖。

表1防滑实验动摩擦系数数据

现对试样鞋进行如下防滑实验：将鞋牢固地装在鞋楦上并接至测试装置上，再将鞋下降到测试平面上，施加500 N法向力进行测试，用测量装置记录摩擦力，确定测量时间内的平均摩擦力，并由装置计算平均摩擦力与法向力的比值即平均摩擦系数。在所选的防滑方式组合上，为确保数据更加真实有效，所选鞋子码数均为250 mm，每只鞋重复测量5次。计算每个条件下摩擦系数的算术平均值并保留到小数点后两位为最终结果值。

在实验中，我们对5种不同的鞋子分别进行了如下几种不同情况下的防滑实验。

本文实验部分研究方式（见图1～3）为：整鞋向前平滑，后跟向前滑动，前掌向后滑动。人在行走的时候，先是脚后跟部分着地，再过渡到整个鞋底，然后再前掌着力处。因为在鞋底刚接触地面的时候，在水平方向上鞋底后跟部位是给接触面一个水平向前的作用力，故后跟部位在水平方向上是受到一个水平向后的作用力，所以选择后跟的滑动方向为向前滑动。在过渡到整个鞋底的时候，鞋底与接触面的相对运动作用状况与后跟类似，在水平方向上鞋底是继续给接触面一个水平向前的作用力，故此时鞋底在水平方向上是受到一个水平向后的作用力。最后前掌的时候，由于要给人一个继续向前的力，在脚掌将要离开接触面的时候，有个往后蹬踏的动作，此时，在水平方向上鞋底是给接

图1水平向前滑动

图2后跟向前滑动

图3前掌向后滑动

注：图2、图3中的角度为5°时未标注。F——法向力；B——鞋相对于测试平面向后移动；V——鞋相对于测试平面向前移动。触面一个水平向后的作用力，鞋底在水平方向上是受到接触面对它的一个反作用力，即一个水平向前的作用力。这样就很好地解释了为什么此次研究是采用水平向前滑动、后跟向前滑动、前掌向后滑动这三种研究方式了。为了使研究的内容多样化，分别对样品进行了干式防滑、湿式防滑，还对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影响因素及分析

2.1鞋底接触面积的影响

根据以上实验我们可以发现，相同鞋子的向前平滑，后跟向前滑动，前掌向后滑动的摩擦系数各不相同。相同的鞋子，在同样为干燥的陶瓷地板砖上的滑动，发现这几组数据中，除了样品5，其余样品当中，平滑的摩擦系数均为最大。细细观察，发现样品1到4当中，向前平滑的时候与瓷砖的接触面积是最大的，而为何样品5平滑系数比后跟滑动时要小，但比前掌滑动时要大？原来样品5的鞋底构造采取波浪式构造，平滑时只有局部后跟和局部前掌处与瓷砖有接触，而后跟向前滑动时，由于后跟处后部有一定的倒角斜度，故在后跟向前滑动时，后跟部位相对较充分与瓷砖相接触，所以向前平滑时的接触面积反而要比后跟滑动时要小。平滑与前掌的比较也是类似原理。接触表面积越大的鞋底，摩擦系数越大。在后跟向前滑动的过程中，发现后跟后侧接触瓷砖处有圆角的鞋子摩擦系数较高，因为人在行走的时候，脚步的向前迈出是带有一定角度的，在鞋子与地面刚一接触的瞬间，鞋底后跟后侧部位是第一时间与地面接触的部位，后跟处设计成圆弧状，正是为了与人体工学相适应，增大后跟向前防滑效果的同时，也是为了让人在行走的时候更加的舒服。

在前掌向后滑动的过程中，前掌与瓷砖接触面大的样品摩擦系数相对较大。在试验时，特地对前掌处和后跟处的防滑做了5°角和7°角的试验。首先，做个简单的介绍，把试验鞋的鞋底看作是一个平面（很多鞋底不止一个平面），前掌或后跟处通过楔形角来达到一定的角度，如上所述的5°角和7°角。根据以上的测试数据，前掌和后跟的5°角和7°角的摩擦系数大小基本相近，某些时候5°角的大，某些时候7°角的大。结合试样观察，同种试样的5°角和7°角的摩擦系数的大小，取决于在相应角度下鞋底与摩擦面的接触面积，接触面积大的摩擦系数就越大。

2.2鞋底材料的影响

不同的鞋底材料，防滑效果相差很大。对做完防滑试验的样品，先用刀片切去接触部位比较深的花纹，再用磨轮把表面进一步磨光滑平整，把去掉花纹后的鞋子重新做在干燥的压制陶瓷地板砖上的水平向前滑动试验（见表1的K行防滑数据）。在表1的K行中，样品1动摩擦系数为1.01，样品2为0.72，样品3 为0.60，样品鞋底材料依次为橡胶，聚氨酯，EVA。故耐磨性能，橡胶＞聚氨酯＞EVA。常用鞋底材料的种类有PU、PVC、EVA、橡胶、TPR、天然皮革等，防滑性能受路面影响较大的是TPR鞋底。有研究表明，无论何种地面材料其动摩擦系数均显示橡胶底的值最大，皮革底的值最小。鞋底材料对防滑性能的影响还会因污染物的不同而变化，在干状态，橡胶的止滑性能远远大于其它几种材料的防滑性能。另外，材料的硬度对鞋底的防滑性能也有一定的影响，但有研究证实硬度和鞋底的摩擦系数之间不存在线性相关性，因此硬度不能作为影响鞋底防滑性能的理想参数值［4］。

我们平时所穿的拖鞋很多都是EVA发泡材料的，在干燥的地面上走路时，防滑效果尚可，但在有水的地方行走我们总是小心翼翼，生怕滑倒。生活中，我们穿着这种拖鞋在湿漉漉的卫生间里走过时，总是蹑手蹑脚的，就是这个道理。其实生活中也可以把防滑性能差的拖鞋变成防滑拖鞋。把一些废旧的橡胶手套剪下来一小片，用强力防水胶粘到拖鞋的脚掌和脚跟部分。这样就可以做成一个很实用的防滑拖鞋了。这个原理就是不同的鞋材有不同的防滑性能，或者说在湿漉地面上时，橡胶的防滑性能要好于EVA。不仅不同的鞋材有截然不同的防滑效果，干燥条件下和潮湿条件下的防滑效果也往往相差甚远。有些鞋材在干燥的情况下防滑性能不错，但在有水的情况下其性能就会差很多很多。如EVA发泡鞋底：干式防滑尚可，湿式防滑极不理想，通常都用鞋底纹设计以增加其防滑性能。所以想要从材料方面提高防滑性能，不仅要考虑在干燥的情况下，还要考虑在有水的情况下的防滑效果，在某些特殊场合，甚至还要考虑在有油或者肥皂水等的情况下的防滑效果。如TPR鞋底：干式防滑性能好，湿式防滑性能却不理想。材料对防滑性能的影响是先天性的，若要从材料上改变其对防滑性能的影响，就要研究相应的添加剂来改善材料的防滑性能。

2.3鞋底花纹的影响

花纹对防滑性能的影响比较复杂，首先，没有花纹的鞋底肯定防滑效果不太好。越光滑的鞋底面与地面的摩擦力是越小的，花纹越多往往所产生的摩擦力也就越大。但是怎么样的花纹与接触面接触，产生的摩擦力比较大，花纹的形状形形色色，可以成千上万种，哪样的花纹防滑效果更好，也没有确切的结论。总体上来说，花纹可以极大地增加摩擦系数。在生活中，我们很少发现没有花纹的鞋底，即使鞋底有部分是没有花纹的，但也是在非直接接触地面的位置上，很多鞋底光滑部位也是在鞋腰上的。鞋底花纹作为鞋底的一个重要组成部分，直接和路面接触，它决定鞋底与路面实际接触面积的大小、鞋底对地面的抓着与吸附能力、鞋底排开路面污染物的能力等与防滑性能相关的诸多因素，所以鞋底花纹是影响鞋底防滑性能的重要因素［1］。

观察表1中A行及K行的防滑数据，发现K行的摩擦系数小于A行的摩擦系数，说明有花纹的鞋底的防滑效果要好于无花纹的鞋底。为了提高鞋底的防滑性能，有很多企业在花纹上想尽心思，设计出来了吸盘式，阻力式，排水式等花纹。优良的底纹设计为花纹宽度最小3 mm，最大20 mm，崎岖环境下的户外运动鞋最小花纹深度为5 mm，以便于将液体排开，使底纹与地板有干的接触面，从而提高抗湿滑性。凸出的鞋钉与地面接触平整，且具有轮廓分明的向各个方向的边缘，可以有效提高鞋底对地面的抓握力，中底采用柔软的弹性结构可使鞋与地面接触面最大化［5］。

对于细而浅的鞋底花纹（鞋底纹路呈现细小而密集的花纹），往往具有轻巧而易于弯曲等优点，花纹较为密集，接触面积也较大，且一般采用细花纹的鞋底材料较为柔软，拥有良好的防滑性能。纹路细小而浅的鞋底纹路，大底的厚度一般比较薄，适合柏油路、水泥地，磁砖等较为平整的接触面。但太细的花纹与接触面的接触感触也比较明显，如果遇到不平或者凹凸状的路面，会让脚底部产生不舒服的感觉。在支撑人体时，也容易磨损，造成防滑效果的减弱。粗而深的鞋底纹路，花纹以大块状的分布，鞋底材料加硬，采用含碳成份较高的橡胶底材料，支撑性能良好，对于粗糙的地面及不平整的接触面，提供更理想的抓地力性能。优点：鞋底支撑性佳，对足部的保护性良好，鞋底耐磨性佳，容易适应多种不平整的特殊地面，如出去郊游，山岭区碎石，不平整之路面，对于粗糙地面的抓地力表现理想，而且这样的底部在铺满石子的路上行走，脚底不会有石子路刺到不舒服的感觉。缺点：穿着舒适性稍差，但可以对鞋底材料的改良，或者增加外中底等以改善足部舒适性。

一般生活环境中所接触到的地面可能具有光滑、粗糙、不平、地面含水、含油、清洁剂等各种状况，鞋底底纹的粗糙及高低不平，可以有效增加实质的接触面积，以及增加有水地面的排水性，避免打滑的现象。底纹的粗细与深度，是关键的影响因素。利用鞋底纹路的形状，可增加鞋底与接触面的摩擦力，提高鞋底的防滑效果。纹路的粗细跟深浅，有不同的防滑效果和用途，面对各种不同的接触面或地面，往往需要不同的鞋底纹路设计，来符合多样的实际状况。

2.4接触液体的影响

在我们的生活环境之中，干式防滑和湿式防滑是我们最迫切需要了解的防滑效果，包括常接触到的瓷砖、水泥地、柏油路、玻璃、人造地砖等等。对干燥情况下和有水情况下的数据做一一比较，无论是鞋底平滑，前掌向后，或是后跟向前的滑动，发现在有水的情况下的摩擦系数均要比在干燥情况下的摩擦系数要小。这结论可以很清晰地根据以上的实验数据可以得出：样品1到样品5当中，任何一种形式的防滑，其在有水的条件下所测得的摩擦系数均比在干燥条件下的摩擦系数要小很多。这就很好地直观验证了雨天为什么容易摔滑跌倒的现象。

路面上若有水，那么水就会削减鞋底与路面的摩擦作用，因为水会阻止鞋底与路面之间接触及发生分子间结合，并且鞋底在潮湿路面上滑动时，由于水的润滑作用，其与路面间的摩擦系数将会显著下降［6］。当鞋底与接触面之间有水的存在时，鞋底纹路无法将水有效的排除至底纹沟槽及鞋底两侧，水将存在鞋底与接触面之间，造成鞋底无法有效与接触面接触，彼此之间的摩擦力将严重降低，甚至造成打滑的现象。日常生活当中，在有水的地面上行走的时候我们总是会相对小心谨慎点，地面湿滑容易摔倒。在某些部分较特殊的工作环境或生活环境里，地面上存在的，可能就不只是一般的水，常常还有油脂，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，另外鞋子经常接触含有油的环境下，还必须考虑鞋底材料是否具有良好的耐油性质，避免鞋底因接触油而膨胀，造成鞋底基本的物理性能及安全性能受到严重的影响。

2.5接触面种类及温度的影响

防滑性能与接触面种类有关。本文上述实验研究是在标准瓷砖上进行的，如在玻璃，钢板，柏油路或水泥路上等进行测试，又会有不一样的测试数据。摩擦面的种类为外界因素，我们不能控制。陕西科技大学的杜少勋等人［7］用二方连续，四方连续，止滑块三种试样分别在木板，水泥，大理石三种不同路面上作止滑性能的研究。实验中，大理石表面最光滑，花纹接触地面面积最大，分子与分子间的吸附作用也最强，因而地面与鞋底之间的摩擦力最大，止滑性能最好。

关于温度对鞋底止滑性能的影响，陕西科技大学的彭文利等人［8］分别对四种常用材料（橡胶，EVA，PU，TPR）的无花纹鞋底在不同温度下的干燥玻璃路面上进行了摩擦实验，测得了鞋底在玻璃路面上的摩擦系数。实验结果显示：虽然不同材料防滑性能受温度的影响不尽相同，但随温度的升高，材料的防滑性能总体上呈上升趋势（研究温度范围为-30～40℃）。我们所生活的地区温度基本上在这温度范围，可以认为大部分鞋底材料在炎热非洲地区的防滑性能要好于在严寒地区的防滑性能。

3结论

通过以上防滑性能的研究探讨，影响防滑因素主要为以下几个方面：鞋底接触面积，鞋底材料，鞋底花纹，接触液体，接触面种类及温度。为了得到更好的防滑性能，从鞋底方面，可以增大鞋底接触面积；选用止滑性能优异的材料，如橡胶；增加并改善花纹，如设计为多方向花纹。从环境因素方面，鞋底不接触液体（水、肥皂水、油等）；选用防滑性能好的路面；不在过低温度下行走。

［1］李晶.鞋类防滑性能影响因素及评价研究进展 ［J］.皮革科学与工程，2014，24（5）：27-31.

［2］贾利晓.影响鞋底防滑性能的主要因素［J］.西部皮革，2009，14：17-20.

［3］林枫，路正辉.防滑测试方法及橡胶外底防滑性能研究［J］.TEC H N O LO G Y AN D M AR KET，2015，22（2）：80-82，84.

［4］翟苏迪.三款品牌乒乓球鞋的止滑与减震性能研究［D］.宁波：宁波大学体育学院，2012.

［5］段晓霞.改善鞋底防滑性能的研究新进展［J］.皮革科学与工程，2015，25 （3）：38-42.

［6］陈钊钰.温度和材料对鞋底防滑性能影响的研究 ［J］.中国皮革，2006，（2）：126-129.

［7］杜少勋.地面状况与运动鞋大底花纹功能关系的研究［N］.陕西科技大学学报，2004，22（3）：169-174.

［8］彭文利.温度和材料对鞋底止滑性能的影响 ［J］.皮革科学与工程，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

孙辰逸（1986.12-），男，助理工程师，在读硕士，在温州市质量技术监督检测院工作，多年从事于鞋子，皮革，人造革，箱包等项目的检测工作。负责国家级、省级、市级各项监督抽查检测，工商监督抽查，企事业单位及个人委托检测等。联系电话：13057732578。