鞋底防滑花纹设计的理论初探

张红林，周利强，张文军，张红，朱丽琼

（嘉兴市皮毛和制鞋工业研究所，浙江嘉兴314511）

鞋底防滑花纹设计的理论初探

张红林，周利强，张文军*，张红，朱丽琼

（嘉兴市皮毛和制鞋工业研究所，浙江嘉兴314511）

从理论上分析了鞋底防滑花纹的设计思路。经过测量不同成年人裸脚在不同走姿下受力足的足底压力，分析出受力足压力的主要受力区域及滑动趋势，且依据滑动趋势设计出防滑花纹。并将所设计花纹与传统的横向花纹、纵向花纹进行摩擦系数测量比对。结合文献，最终从理论角度确定使用橡胶作为平跟鞋鞋底时防滑性能最佳的花纹以及在低温环境中使用热塑性橡胶（TPR）材料作为鞋底材料的防滑性能优于传统橡胶材料的结论。

防滑性能；花纹；足底压力；摩擦系数

鞋底的防滑性能直接影响到行走的安全性，鞋底花纹的设计主要目的就是保障鞋底穿着过程的防滑性能。随着我国社会的老龄化日益严重，老人因滑倒而造成的人身伤害的情形屡见不鲜，纵观此类情形大多发生在湿滑的路面上，因此有必要研究一种适用于湿滑路面上防滑性能佳的鞋底，以减少人们尤其是老人滑倒情况的发生。

1实验原理

对实验者在走路时不同姿态下的受力足的足底压力进行测试，统计出足底压力在不同姿态下的主要分布区域，再计算出不同姿态下受力足的滑动趋势，从而根据趋势设计出鞋底花纹，并测量出所设计花纹的摩擦系数μ。

2实验材料及设备

2.1材料

鞋底原材料传统橡胶块若干、TPR材料若干。

2.2设备

GL-18光学式足底压力检测仪，宁波绿康康复科技有限公司；

GT-7012-BC电脑系统鞋子止滑试验机，高铁检测仪器有限公司。

3实验操作

随机选取30位成年人，分别测量以下5个姿态的裸脚足底压力测试图。双脚站立测试图（测试图分为左脚正立测试图和右脚正立测试图）、左脚后单立测试图（左脚在后，右脚在前并离地）、右脚前单立测试图（右脚在前，左脚在后并离地）、右脚后单立测试图（右脚在后，左脚在前并离地）、左脚前单立测试图（左脚在前，右脚在后并离地）。根据测试结果，计算出受力足的滑动趋势，依据罗向东的研究成果［1-2］，鞋底止滑性能的总体顺序为，横向条纹的防滑性能＞折花纹的防滑性能＞纵向花纹的防滑性能，因此选取与滑动趋势方向垂直的横向条纹作为鞋底防滑花纹的设计纹路。

确定设计图后，将橡胶块切割成10 cm×5 cm×1 cm的长方形条状试样各三块，第一块用锋利刀片割出宽度3 mm，深度2 mm的与长边成45°斜条纹4条和135°斜条纹4条（下面统称“斜条纹”）。第二块割出相同宽度厚度的横条纹8条，第三块则割出相同宽度厚度的纵条纹8条，编号分别为①，②，③，将上述三块长方形试样作为模拟鞋底。依据标准GB/T3903.6-2005《鞋类通用试验方法防滑性能》［3］分别测量其滑动摩擦系数μ，测试时，滑动方向与试样长边保持平行。

4分析与讨论

从图1可以看出，双脚站立状态直至完成一套完整的走姿，足底压力分布区域主要在受力足的足底前端和后端。考虑到滑倒的发生大部分是在行走过程中，而行走是由左右脚交替离开地面前进的过程，而滑倒又主要发生在行走时一脚离地，一脚站立时的动作中，例如左脚后单立测试图中的姿态时，受力足足底压力分布主要在右前端，此时根据人体重心位置和足底压力分布区域可以看出左脚滑动的方向大致为左后方。经计算压力分布区域中心点与人体重心，可分析出受力足在此姿态下的滑动趋势方向如图2中d姿态箭头所指方向。其它走姿情况下，受力足滑动趋势的方向也如图2中相应箭头的指示方向。

图1不同走姿下足底压力主要分布图

由于对鞋底止滑的检测均是对鞋底纵向的检测，经查阅还未发现有文献报道对鞋底某一固定角度的止滑研究或检测。虽然文献［1-2］的研究结果与上述测量结果一致，即横向花纹的摩擦系数最大，但本文阐述的“横向花纹”摩擦系数最大，是指花纹方向和滑动方向垂直时摩擦系数最大，因此结合实际穿着过程中滑倒行为发生时受力足滑动趋势方向（图2），可得出如图3所示的“横向花纹”防滑性能最优。

图2不同走姿下受力足滑动趋势分析图

图3鞋底主视图

根据罗向东［4］的研究，在光滑的湿态路面上，沟槽深度为1 mm时防滑性能最好。从杜坚［5］给出的结论中可以看出，在有水的瓷砖的地面上，沟槽宽度大于0.9 cm 的EVA鞋底或沟槽宽度为1.2 cm的TPR鞋底有较好的止滑性能，并从总体性能看，在有介质的路面（有水、有油等）上，花纹沟槽宽度在1.2 cm时，大部分材料的鞋底均能有较为理想的防滑性能。依据陈钊钰［6］、彭文利［7］的研究成果，在室温下，橡胶鞋底的防滑性能最好，在低温下，TPR材料制成的鞋底防滑性能优于目前其他常用鞋底材料。按贾利晓［8］的说法，平跟鞋的防滑性能最优，而有独立后跟的鞋不防滑，且增加小腿负荷。

表1防滑性能

5结论

由于滑倒的发生主要是在行走过程中单脚接触湿滑的地面时，因此从上述实验数据及分析结果可以看出，理论上，使用橡胶材料作为平跟鞋鞋底，并设计出如图3所示的斜条纹，条纹沟槽宽度为1.2 cm，沟槽深度为1 mm时防滑性能最好；但在我国北方寒冷地区，即低温条件下，使用TPR材料制成的鞋底比传统橡胶材料有更优的防滑性能。

［1］罗向东，弓太生，杨敏贞.鞋底花纹与止滑性能间的关系（一）［J］.中国皮革，2004，（04）：154-155.

［2］罗向东，弓太生，杨敏贞.鞋底花纹与止滑性能间的关系初探（二）［J］.中国皮革，2004，（10）：117-119.

［3］G B/T 3903.6-2005，鞋类通用试验方法防滑性能［S］.

［4］罗向东，弓太生，汤运启，等.鞋底花纹的深度对其止滑性能影响的研究［J］.中国皮革，2007，（02）：128-131.

［5］杜坚，丁绍兰，陈钊钰，等.多因子交互作用对鞋子止滑性能影响的研究［J］.皮革科学与工程，2010，19（06）：22-27.

［6］陈钊钰.温度、鞋底花纹和路面介质对鞋子止滑性能影响的研究［J］.陕西科技大学，2006.

［7］彭文利，蒙桂丽，陈钊玉，等.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（04）：68-73.

［8］贾利晓，穆欣，宋联美.影响鞋底防滑性能的主要因素 ［J］.西部皮革，2009，31（14）：17-20.

The Theoretical Study of the Slippliness Pattern Design

ZHANG Hong-lin，ZHOU Li-qiang，ZHANG Wen-jun*，ZHANG Hong，ZHU Li-qiong
（Jiaxing Fur and Footwear Industry Research Institute，Jiaxing 314511，China）

In this paper，the design ideas of non-slip soles pattern are analyzed theoretically.By measuring the foot plantar pressure which under different adults barefoot in the different walk，analysed main stress area and sliding trend of the foot pressure，and designed the non-slip pattern on the basis of sliding trend.The friction coefficients of these three kinds pattern such as the new designed pattern，the traditional horizontal pattern and the traditional vertical pattern were measured and compared.Combined with the literature finally determined the pattern of best non-slip performance when use the rubber as flat shoes sole，and draw the following conclusions in theory：Using thermoplastic rubber（TPR）material as the sole non-slip performance is superior to the traditional rubber material in low temperature environment.

slippliness；pattern；plantar pressure；the coefficient of friction

TS 943.4

A

1671-1602（2016）09-0066-03

张红林，本科，工程师。
*

张文军，研究生，高级工程师，Tel：（086）0573-88380311。E-mail：txzhwj@hotmail.com。