鞋底止滑性能的研究概述

1、鞋底的止滑性能

鞋底的止滑性能可以用鞋底与路基的动摩擦系数（ DCOF ）和静摩擦系数（ SCOF ）的大小来表示，摩擦系数越大止滑性能越好。James P. Hanson[2] 在他的研究中指出影响止滑性能的因素非常复杂，概括起来有两大类：环境因素和人为因素。其中环境因素包括行走路面的状况，鞋子（主要是鞋底材料、花纹和鞋跟的不同几何造型），路面上的污染物（介质），倾斜路面的坡度和高度等；人为因素包括对环境因素的感官能力，生物力学，对神经肌肉的控制和信息传递等。而又有研究资料表明材料的性能与温度息息相关，所以推测出温度可能也是影响鞋底止滑性能的因素之一。另一方面不同品种的鞋子对止滑性要求也不尽相同。研究鞋子的止滑性可以为提高鞋子的止滑性减少滑跌事故的发生，为选择使用和开发新的鞋材，为制作不同种类的防滑鞋底提供科学依据。

2、国内外的研究现状

2、1 国内的研究现状

国内目前对鞋底止滑性能的研究主要集中在止滑性能影响因素的探索和鞋底材料、花纹和路面对鞋底止滑性的影响， 所用到的止滑仪大多为台湾 GOTECH 公司生产的 GT-7012-BC 型止滑试验仪。

2、1、1 对鞋底止滑性能影响因素的探索

赵全永，丁绍兰 [9] 用台湾 GOTECH 公司生产的 GT-7012-BC 型止滑试验仪对 PU、PVC 、EVA 、NR、TPR、天然底革六种材料的鞋底在干湿状态的柏油，玻璃，大理石，木板，水泥路面上的止滑性能进行了一系列的试验研究。

试验结果显示：

（ 1）不同材料，不同路面，不同湿度，鞋底的防滑性能不同；

（ 2 ）摩擦系数最大的是 PVC 鞋底在干状态的玻璃路面上，静摩擦系数为 1.1286 ；摩擦系数最低的是EVA 鞋底在湿态的玻璃表面上，动摩擦系数为 0.1948 ；

（ 3）防滑性受材料、湿度影响最大的路面是玻璃；

（ 4）防滑性受路面影响较大的是 TPR 鞋底，最大的是湿态时的 PVC 鞋底。

因此得出结论：影响鞋底止滑性能的因素有鞋底材料、路面和鞋底 —路面之间的介质（路面上污染物，如水，油，沙土等）。但是材料、路面和干湿度对止滑性能影响的显著性和它们之间对止滑性能影响的相关性方面的研究都还没有涉及。

2、1、2 鞋底花纹和材料对止滑性能的影响的研究

张建春，梁高勇等 [10] 在台湾 GOTECH 公司生产的 GT-7012-BC 型止滑试验仪上对相同胶料的三种不同花纹的鞋底（见图 1）进行对比测试。通过试验，发现新型布面胶鞋具有良好的抗滑性，特别是抗湿滑性能极佳。这说明鞋底花纹对防滑性能的影响较大，不仅影响防滑效果和方向，而且对接触面状况的依赖性较大，如干态还是湿态条件。因此，在材料选定之后 ,防滑鞋底的花纹防滑鞋底的花设计就显得十分重要。

表 1 三种棉鞋在玻璃上自由下滑的试验数据 （其中带下标 1 的是不施加重力的试验数据， 带下标 2 的是给鞋底施加 2.5kg 重力的试验数据）

何香芹，王玉倩 [11] 在关于防滑鞋摩擦系数的初步测定及探讨中推导了测定摩擦系数的公式：μ＝h/s ，其中 h 为鞋子从斜坡上滑下的高度， s 为鞋子滑动的距离。由这个公式测得三种不同号型棉鞋在玻璃路面上的摩擦系数，见上表 1。

由表格数据可以看出， 防滑鞋的摩擦系数与施加的重力有关。在不施加任何重力的情况下，细花纹底的摩擦系数大；当在一定重力的情况下，花纹宽的摩擦系数反而增大。也就是说，鞋底的纹路的宽度最好在 5mm 左右。

罗向东，弓太生，杨敏贞等 [12] 在 GT-7012-BC 型止滑试验仪上试验了纵条纹，横条纹，折线纹三种疏密不等的花纹的橡胶鞋底在干湿水泥、柏油、大理石路面上的止滑性，从鞋底花纹的型式和花纹的排列密度两个方面出发，探索了鞋底花纹和止滑性能之间的关系。试验结果证实了张建春等人的结论，还得出结论：在粗糙路面如水泥和柏油路面上和干态大理石路面上花纹中横向因素多的鞋底止滑性较好，但在湿态的大理石路面上试验情况出现异常，花纹中纵向因素多的鞋底的止滑性反而更好。

罗向东 [13] 在他的硕士毕业论文中更进一步研究了鞋底花纹的设计与鞋底止滑性能的关系。他选择了几种典型花纹的橡胶鞋底，分别测试它们在三种路面上的止滑性，不仅发现鞋底花纹的形式和造型对止滑性有影响，也探测到花纹的深度和鞋底与路面的接触面积对止滑性有较大的影响，但是深入的研究没有进行下去，且鞋底材料只局限于橡胶。

2、2 国外的研究现状

国外目前在止滑性方面的研究归纳起来主要集中在止滑性能影响因素的研究和估测鞋子止滑性能标准的研究这两个方面。

2、2、1 鞋底止滑性能影响因素的研究

日本从 1995 年 7 月起开始执行了 PL 法[14] ，于是业内有关人员对鞋底滑动的问题格外关心起来。[15] 在日本现使用的止滑测试仪有日本鞋业协会（ JSMA ）开发的由日本东洋精机制作所生产的 JSMA 滑差计， ASTM D1894 和 oy-pull 滑差计。日本鞋业协会研究了皮革，聚氨脂， PVC，橡胶四种材料的无花纹鞋底在不锈钢、地砖、人造大理石、地毯和油毡路面上的止滑性。发现影响鞋子止滑性能的因素有鞋底材料、花纹、路面状况等。鞋底材料的性能对止滑性的影响较大，且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。

Hylton B. Menz ，Stephen R. Lord 和 Andrew S. McIntosh[16] 用动摩擦力测试仪（DFTD ）[17,18] 测试了不同鞋跟的男式牛津鞋（ Oxford shoes 一种结实的脚背上系鞋带的低腰鞋）和女式时装鞋（见图 2）在家庭浴室地面用瓷砖、人行道水泥地板、乙烯基室内地板和室外赤土色铺路瓷砖上干湿状态下的动摩擦力。将成鞋固定在测试仪的摆上，通过液压传动使鞋子在地板（ D 是在 A 的鞋跟掌面加了一层防滑层， G 和 H 分别是在 E 和 F 的鞋跟掌面加了一层防滑层）上滑动，地板下装有 KistlerTM 三轴式压电测力盘上， DCOF 等于测力盘测得的水平方向的力除以已知的垂直压力。

通过试验发现：1）在干态的路面上，鞋子对止滑性能的影响显著，在湿态下不显著；2）干态下鞋 B 的 DCOF 最低，鞋 C 的止滑性能最好，湿态下各鞋子的止滑性接近；3）干态下，鞋跟粗的女式时装鞋比鞋跟细的止滑性能好，鞋 G 的止滑性能最好，但是 G 和 E 的止滑性接近， F 和 H 的止滑性也接近，湿态下各鞋子的止滑性接近；

4）鞋子与地面的交互作用对鞋子止滑性能有较显著的影响。他们还发现这些民用鞋在湿态下的止滑性能都没有达到安全范围（用该测试仪测试得到的止滑安全范围的最低 DCOF 为0.4[17,19] ），因此呼吁和职业安全鞋一样休闲鞋也要建立相应的安全标准。

April J. Chambers ，Sarah Margerum ，Mark S. Redfern ，Rakie Cham[20] 研究了在行走中对光滑环境无意识，怀疑而警惕和提前知道这三种程度下脚后跟在地面上的滑动的动力学和人体工学。五个测试者行走在干状态和有甘油污染的地板上，改变测试者对路面污染程度和条件的提前认知程度。通过把 5 个 Optotrak LED （发光二极管体）安装在滑动脚上以500HZ 的频率记录脚的运动状况。

研究结果表明：

1）鞋子打滑的情况和测试者对环境的提前认知程度有关，无意识的打滑会导致滑倒，有警惕时发生了打滑但没有滑倒；

2）和警惕时的滑动距离相比， 对环境提前了解时的滑动距离小；

3）滑动时脚的人体工学参数包括鞋后跟冲击地面的速度和它的转动角， 这些参数随着测试者对环境的提前认知程度的变化而变化；

4）和无意识时相比，警惕和提前知道时会提前采取防止滑倒的有效措施。这些研究为设计能够再现打滑时人脚的运动状况的止滑测试仪和制造有关人体工学的摩擦力测试仪提供了研究思路和科学依据。

2、2、2 鞋子止滑性能的估测标准

James P. Hanson ，Mark S. Redfern 和 Mainak. Mazumdar[2] 利用五个身着安全盔甲的测试者穿着测试鞋子走在不同倾斜角度（ 0°、10°和 20°）的干，湿（水）和洒有 1:1 的家庭洗涤用肥皂水溶液的无蜡乙烯基树脂瓷砖和地毯路面上，在计算机可编程止滑测试仪（PSRT ）上测试各种情况下鞋底的动摩擦系数。摩擦系数分为必要摩擦系数（ RCOF ）和可得摩擦系数（ ACOF ），其中 RCOF=FNO-SLIP/ 垂直压力（ FNO-SLIP 是在干状态没有打滑的时候测得的摩擦力） ，ACOF=FFALL/ 垂直压力（FFALL 是在各种路面上滑倒时测得的摩擦力） 。

结果发现：

1）污染物和路面倾斜度对鞋底止滑性能的影响程度大于路面材料对止滑性能的影响；

2）DCOF 和 RCOF 之间的差值 COFdiff （COFdiff=DCOF-RCOF ）可以作为确定所需摩擦力和实际滑倒几率之间关系的基础，负的 COFdiff 可以预见会发生滑跌；

3）建立了滑跌几率的数学模型：

式中 y 是滑跌几率， x 是 COFdiff 值, β0和β1是参数，可以用计算机回归程序计算出来。

和上面的研究类似， Raoul Grnqvista, Simon Matz 和 Mikko Hirvonen[21] 也采用了通过测试者的步行状态来测量鞋子防滑的必要摩擦力，用模拟鞋后跟打滑的测试装置测试了鞋子实际摩擦力， 测试路面选择了涂有甘油润滑剂 （1:10 稀释的甘油水溶液） 的不锈钢板模拟路面。他们指出在有污染物的鞋子 — 地面的接触面上单独测试一种摩擦系数不管是静摩擦系数，动摩擦系数还是处于稳定状态的动摩擦系数的值都不足以作为判断止滑性能和预测滑跌几率的标准，而必要摩擦力和实际摩擦力之间的差值可以作为评判鞋底止滑性的一个有效标准。静摩擦系数的影响现在还不是很清楚，但有资料显示 [22 ，23] ，静摩擦系数值比动摩擦系数值大得越多，滑跌几率越大，止滑性能越差。

3、发展趋势

分析目前国内外已有的研究，预测对鞋底止滑性能的研究将会向以下方面发展：

（ 1）根据不同种类的鞋子研究并制定相应的鞋底止滑性能的检测评估方法和优劣等级， 并且在全球鞋类质量检测中建立统一的标准；

（2）研究更多的影响因素如材料性能、花纹造型、路面状况、路面污染物和温度之间的相关性，找出这些因素同止滑性能之间存在的某些内在规律；

（ 3）就单一因素的研究向更深更理论化发展。如对鞋底花纹的研究，建立鞋底止滑值与花纹中横条纹、纵条纹、方块状，圆点等设计因素所占的面积或花纹深度关系的数学模型，便于更直观地根据花纹中设计因素的面积和深度来推断鞋底止滑性能的大小；

（ 4）研究材料配方中各微量填充物对止滑性能的影响， 寻求特殊材料的微量填充物来提高鞋底的止滑性能；

（ 5）建立鞋底止滑值的数据库查询系统。用户根据需要的止滑值的大小范围、穿着的环境温度和路面状况就可以在数据库中查到参考的鞋底图片包括鞋底材料和花纹，同时用户也可以根据鞋底的材料和花纹查询该鞋底在不同的路面状况和环境温度下止滑值的大小范围。返回搜狐，查看更多