影响鞋底防滑性能的主要因素.pdf

《影响鞋底防滑性能的主要因素.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《影响鞋底防滑性能的主要因素.pdf（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、westleather2009.14 Technique Discussion 鞋技圆桌 行走是人们日常生活中最常见的 运动，而在行走过程中由于路面状况、 行人所穿的鞋子等条件不同， 时常发生 打滑甚至摔倒的现象。较轻的打滑可以 由人体调整自身的行走方式而得到纠 正； 严重的打滑则可造成人体失稳甚至 跌倒。一旦发生跌倒就有可能对人体造 成伤害， 尤其是对于老年人， 由于打滑 而产生的摔倒可使它们的肌肉、 骨骼受 到损伤， 甚至造成死亡事故。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

2、 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%。 因此， 滑摔问题应得到人们的足够 重视， 并需要努力寻找造成这类事故的 主要原因， 以减少它们的发生和严重程 度。 在行走过程中， 鞋子 （脚） 与地之 间存在着摩擦力， 该摩擦力与垂直方向 力的比值构成鞋与地之间的摩擦系数。 通常情况下， 用该摩擦系数的大小来衡 量鞋底的防滑性能。普遍认为， 摩擦系 数越大， 鞋底的防滑性能越好。行走时 鞋底是脚与地面之间的重要界面， 为使 鞋与地之间的相互作用合理， 要求鞋底 具有一定的防滑性能， 如

3、果鞋底的防滑 性能较差， 就有可能使人体在行走时发 生滑摔。影响鞋底防滑性能的因素很 多，本文仅介绍几方面的主要影响因 素。 一、 鞋底花纹对防滑性能的影 响 1、 花纹形式对防滑性能的影响 陕西科技大学罗向东教授等采用 不同花纹的同质橡胶鞋底作为研究对 象， 使用水泥、 柏油、 大理石模拟路面， 用 GT-7102-BC 型计算机系统鞋底止滑 试验机研究了鞋底花纹形式 （图 1 ） 对防 滑性的影响， 结果表明： 在相同路面条 件下， 折线纹的防滑性能优于横条纹和 纵条纹； 密波浪纹的防滑性能优于疏波 浪纹。在柏油路面和水泥路面上， 方块 形花纹的防滑性能优于小圆点花纹， 而 在大理石路面上

4、， 小圆点花纹的防滑性 能反而优于方块形花纹。 2、 花纹宽度对防滑性的影响 Kai Way Li、 Chin Jung Chen 使用 人体行走过程中， 由于所穿的鞋子、 路面状况等条件不同， 使鞋底具有不 同的防滑性能。鞋底的防滑性能与人体行走安全性密切相关， 本文阐述 了影响鞋底防滑性能的主要因素，并提出了增加鞋底防滑性能的措施， 以减少人们在行走过程发生打滑和摔倒的可能性。 河南 / 贾利晓 穆欣 宋联美 影响鞋底防滑性能的主要因素 图 1 鞋底花纹形式 17 westleather2009.14 Brungraber Mark II 止滑试验机研究了 不同鞋底材料在不同地面条件下，

5、鞋底 花纹宽度 （图 2 ） 对防滑性能的影响， 并 根据试验结果建立一个描述测量的摩 擦系数与花纹宽度之间关系的回归模 型。试验中所使用的鞋材有耐欧莱特 （耐磨合成橡胶化合物） 、 皮革、 海绵胶 （BR ） 和乙烯 - 醋酸乙烯脂 （EVA ） 四种， 花纹深度均为 0.7 厘米，花纹宽度分别 为 0、 0.3、 0.6、 0.9 和 1.2 厘米。地板材料 有水磨石、 钢和乙烯三种， 地面条件有 水润滑、水 - 去污剂混合润滑和油润滑 三种， 其中油润滑又包括刷油和注油两 种。 通过正交试验和方差分析， 作者建 立了在不同鞋 / 地面 / 污染条件下， 摩 擦系数与花纹宽度之间关系的线性

6、回 归模型： COF=-0.404X1-0.504X3+3.529X4+ 1.996X5-0.675X7-0.894X8+0.0287X9（1 ） 式中， X1、 X2和 X3是鞋材变量， X4、 X5和 X6是地面条件变量， X7和 X8是 地板材料变量， X9是鞋底花纹宽度。由 该回归模型可见：鞋底花纹宽度越大 （X9） ， 摩擦系数也越大， 防滑性能越好。 同时， 鞋底花纹的防滑效果也与地面条 件、 鞋底材料和地板材料有很大关系。 3、 花纹方向对防滑性的影响 Kai Way Li 等使用水磨石、 钢和乙 烯地材、 耐欧莱特、 海绵胶和乙烯 - 醋酸 乙烯脂鞋材， 在水润滑、 水 - 去

7、污剂混合 润滑和油润滑三种路面条件下研究了 花纹方向（图 2 ） 对鞋底防滑性能的影 响。所用鞋底花纹的深度都是 0.6 cm， 花纹方向有 0、 45和 90三种。结 果表明：花纹方向为 0和 45时， 鞋 地之间的摩擦系数较大， 防滑性好。同 时，鞋底防滑性能的好坏也受鞋材、 地 材和路面条件的影响。 4、 花纹深度对防滑性的影响 文献使用水磨石、钢和乙烯地材， 使用耐欧莱特鞋材研究了花纹深度对 鞋底防滑性能的影响，结果如图 3 所 示。 试验用鞋底的花纹深度分别为 1、 2、 3、 4、 5 mm，花纹宽度都是 3 mm 和 9 mm， 地面条件有水润滑、 水 - 去污剂混 合润滑和油润

8、滑三种。由图可知， 主体 变化趋势为： 花纹深度越大， 摩擦系数 越大； 钢地板、 水润滑条件下， 摩擦系数 最大； 油润滑条件下摩擦系数最小， 水 - 去污剂润滑条件下居中。 罗向东也研究了鞋底花纹深度对 防滑性的影响， 结果表明： 在光滑的干 路面上，花纹深度为 2.3 mm 时防滑性 好， 花纹深度为 3 mm 防滑性次之； 在光 滑的湿态路面上，花纹深度为 1 mm 时 防滑性最好，花纹深度为 2.3 mm 时防 滑性次之； 在粗糙的干、 湿态路面上， 花 纹深度为 3 mm 防滑性最好。 二、 鞋材、 地材和路面条件对 防滑性能的影响 Wen-Ruey Chang 用销盘式试验机 研

9、究了表面粗糙度和地面污染条件对 瓷砖 / 硫化橡胶摩擦副动态摩擦的影 响， 鞋材作销试样， 地材作盘试样。通过 改变所施加的载荷和滑动速度 （见表 1 ） 鞋技圆桌 Technique Discussion 图 2 鞋底花纹的宽度、 深度和方向 图 3 不同条件下摩擦系数与花纹深度的关系 18 westleather2009.14 Technique Discussion 鞋技圆桌 大小来模拟不同阶段人的步态或步态 变化， 采用 7 种喷砂工艺得到具有不同 表面粗糙度的瓷砖表面。通过正交分析 确定喷砂工艺、 地面污染条件 （甘油含 量 30%、 70%、 85%、 99% ） 、滑动速度和 接

10、触载荷对摩擦系数的影响， 结果如图 4 所示。 由图可见： 甘油含量和滑动速度 越高， 摩擦系数越小； 甘油含量越高， 滑 动速度和喷砂工艺对摩擦系数的影响 越小。甘油含量相同时， 载荷对摩擦系 数的影响不明显； 速度越高， 摩擦系数 越小。 Kai Way Li 等也研究了鞋底、 地面 材料和地面条件对摩擦系数的影响。所 使用的鞋底材料有皮革、耐欧莱特、 乙 烯 - 醋酸乙烯脂和海绵胶四种（无花 纹 ） ， 地板材料有乙烯基复合材料、 花岗 岩、 水磨石和两种陶瓷材料， 地面条件 包括干的、 水润滑、 水 - 去污剂混合物 润滑以及食用油和机油润滑五种。研究 结果表明： 不同地材摩擦系数由高

11、到低 的顺序为陶瓷 A 陶瓷 B 花岗岩 乙 烯 水磨石； 不同鞋材摩擦系数由高到 低的顺序为海绵胶 耐欧莱特 皮革 EVA；不同路面条件的摩擦系数为干 路面 湿路面 水 - 去污剂路面 两 种油路面。因此， 地材、 鞋材和路地面条 件对摩擦系数都有显著影响， 且三种因 素之间的相互作用对摩擦系数也有显 著的影响。 Kai Way Li 等还研究了皮革、 橡胶 和聚氯乙烯 （PVC ） 鞋材在水磨石、 陶瓷 和大铺地砖地材上， 在干、 湿和覆砂路 面条件下的防滑性能。结果表明： 1、 除 了 PVC- 大铺地砖组合在干、湿路表面 上的摩擦系数没有明显区别外， 所有鞋 材和地材在干路面上的摩擦系

12、数都高 于其在湿路面上的摩擦系数。2、 9 种鞋 - 地组合中， 有 7 种组合 （皮革 - 陶瓷组 合、 PVC- 水磨石组合除外） 在湿路面上 的摩擦系数显著高于其在覆砂路面上 的摩擦系数， 说明与水相比， 在硬的光 滑地面上砂子对行走更不利。在 3 种地 材中，大铺地砖在 8 种鞋材 - 路面组合 上的摩擦系数都最高；在 3 种鞋材中， 橡胶在 5 种地材 - 路面组合中的摩擦系 数最高。该结果表明大铺地砖地材和橡 胶鞋底的防滑性能较好。 陕西科技大学杜少勋教授等采用 热塑性橡胶（TPR ） 作为运动鞋大底材 料， 研究了路面状况与运动鞋大底花纹 对防滑性能的影响。试验所用的路面材 料包

13、括木板、 水泥和大理石， 鞋底花纹 形式包括二方连续花纹、 四方连续花纹 和止滑块花纹。研究结果表明： 同种花 纹的鞋底在大理石路面防滑性能最好， 木板路面次之， 水泥路面最差； 在不同 表 1 试验用载荷和速度条件 图 4 不同试验条件下鞋地之间的摩擦系数 ? ? ? ? ? ? ? ? ? （a ） 甘油含量为 30% （b ） 甘油含量为 70% （c ） 甘油含量为 85% （d ） 甘油含量为 99% 19 westleather2009.14 鞋技圆桌 Technique Discussion 的路面上， 各种花纹的鞋底防滑性能也 不同。具体表现为： 在大理石路面上， 二 方连续最

14、好， 四方连续次之， 止滑块最 差； 在木板路面上， 二方连续最好， 四方 连续次之， 止滑块最差； 在水泥路面上， 二方连续最好， 止滑块次之， 四方连续 最差。 文献研究了橡胶、 EVA（乙烯 - 醋 酸乙烯共聚物 ） 、 PU （聚氨酯 ） 和 TPR （热 塑性橡胶） 四种鞋底材料对防滑性能的 影响， 结果表明： 在试验所用的四种鞋 底材料中，橡胶的防滑性能最好， TPR 的防滑性能最较差。 文献研究了地面材料对鞋底防滑 性能的影响， 结果表明： 同种花纹的鞋 底在不同路面上的防滑性能不相同。试 验条件下， 在柏油路面上鞋底的防滑性 能最好， 在大理石路面上鞋底的防滑性 能最差， 水泥

15、路面上鞋底的防滑性能居 中。 三、 鞋后跟对防滑性能的影响 D.P.Manning 和 C.Jones.研究了 6 种不同高度的鞋跟在干、湿抛光地板 上的防滑性能， 结果表明： 在干的醋酸 乙烯脂表面上，各种鞋的防滑性能都 相同且最好；在湿的醋酸乙烯脂表面 上， 鞋跟越高， 防滑性越差； 在干、 湿打 蜡的醋酸乙烯脂表面上，高跟鞋的防 滑性区别不大， 但都较小； 平跟鞋在湿 表面上的防滑性比在干表面上的防滑 性能要好。 Kai Way Li 研究了四种常见女鞋 - 独立高跟橡胶底、斜坡高跟聚氨脂 底 PU、 平跟热聚氨脂底 TPU 工作鞋和 平跟聚氯乙烯 PVC 底休闲鞋 （图 5） 在 不同

16、路面上的防滑性。结果表明： 独立 高跟橡胶底的摩擦系数最小，斜坡高 跟聚氨脂底鞋的摩擦系数最大，两种 平跟鞋的摩擦系数居中。但是， 从防滑 性上来说， 平跟鞋最防滑， 而有独立后 跟的高跟鞋最不防滑，且增加小腿负 荷。 四、 路面斜度对防滑性能的影 响 Kai Way Li 等使用耐欧莱特、 海 绵胶和乙烯 - 醋酸乙烯脂 （EVA ） 鞋材， 使用钢、 陶瓷和水磨石地材， 在干路面 和甘油润滑路面两种条件下， 测量了水 平面和倾斜 100 角路面上的摩擦系数。 通过正交试验和方差分析得出了描述 水平面 （COF ） 与坡道上摩擦系数 （ ） 之 间关系的回归模型： COF= f （1;foo

17、twear material/floor tile/surface condition ） =(1X1+2X2+3X3)(4X4+5X5+6X6) (7X7+8X8)1（2 ） 式中， X1、 X2、 X3是鞋材变量， X4、 X5、 X6是地材变量， X7、 X8是路面条件变 量， 是回归系数。由于回归系数 总是 大于 1， 18所以水平路面上的摩擦 系数总是大于坡道上的摩擦系数。也就 是说， 水平路面上比倾斜路面上的防滑 性能好。 TakeshiYamaguchi和Kazuo Hokkirigawa 也研究了路面斜度对防滑 性能的影响， 结果表明： 在上坡和下坡 时， 安全行走不打滑要求的

18、静摩擦系数 都随坡度角的增加而增大。这个结论与 文献的结论是一致的，路面斜度越大， 防滑性能越差。 J.P.Hanson 采用倾斜角度分别为 00、 100、 200 的三种路面， 研究了路面斜 度与发生滑摔可能性的关系，结果表 明： 路面斜度越大， 越容易发生滑摔， 即 防滑性能越差。 五、 人体行走时的运动参数对 防滑性能的影响 Angela Didomenico 等研究了在不 同地板上，行走速度对防滑性能的影 响， 结果表明： 行走速度 （1.5 m/s 慢、 1.8 m/s 中、 2.1 m/s 快 ） 对打滑距离和打滑性 的主观评价没有明显影响。 文献研究了步速和步长对防滑性 能的影

19、响， 结果表明： 1、 在水平路面上， 较小的步长可防止打滑， 而步速对打滑 基本没有影响； 倾斜路面上行走比水平 路面上行走更容易发生打滑。2、 在干路 面上，摩擦系数随步长的增加而增大， 随步速稍有增加或保持常数不变； 干湿 路面上，小步长或快步速都可防止打 滑。 鞋底的防滑性能直接关系到人体 在行走过程中的安全性， 而鞋底的防滑 性能受到多种因素的影响。因此， 在制 鞋业、装饰业和其它相关产业的生产、 销售过程中，应综合考虑这些影响因 素， 尽量采用可靠的材料和技术， 以减 少和防止人体在行走过程中发生滑摔 的可能性，更好地保护人体的安全性。 在对鞋底防滑性能的研究中， 仍存在一 些问题， 如检测方法不统一、 所研究的 路面为固定路面等。因此此问题仍需进 行深入研究。 图 5 试验用的四种女鞋 N ! ! ! ! 作者单位： 洛阳理工学院机电 工程系 20