段曉霞 ， 孫世彧 ， 馮偉宏 ， 盧昌福

（1.廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東 廣州 510110；2.國家皮革制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（廣州），廣東 廣州 510860）

0 引 言

鞋的防滑性直接影響著穿用時的安全性和舒適性。鞋防滑性差，走路時容易打滑摔跤?；呀?jīng)被認為是造成工作場所、公共場所和家居環(huán)境意外事故的主要原因之一。鞋的防滑性能可以用鞋底與地面的動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)大小來表示，摩擦系數(shù)越大，防滑性能越好[1]。關(guān)于地面和鞋子的防滑性能，國內(nèi)外也相繼出臺了一些法律法規(guī)和標準要求，基本都是利用摩擦系數(shù)來表示的，但測試方法各不相同，數(shù)據(jù)缺乏可比性，且很少有關(guān)于日常穿用鞋防滑性能的評價指標。因此，有必要選擇一種合適的防滑測試方法并建立日常穿用鞋防滑性能的評價指標。

1 防滑測試的基本原理

從力學的角度，兩個接觸物體之間的滑動摩擦力取決于兩個因素，即兩個物體接觸面的摩擦系數(shù)和施加于受力物體上的正壓力。兩個接觸物體之間的防滑性能可以用摩擦系數(shù)的大小來表示，根據(jù)摩擦學原理μ=f/N，這里μ是摩擦系數(shù)，f為摩擦力，N為正壓力?？梢钥闯瞿Σ料禂?shù)是一個無單位的比值，即物體開始運動時所需要的力和正壓力之比?；瑒幽Σ料禂?shù)與兩相互接觸物體的材料、表面光滑程度、干濕程度、表面溫度、相對運動速度、物體之間的正壓力等都有關(guān)系。

2 鞋類防滑測試方法比較

目前國內(nèi)外現(xiàn)行有效的鞋類防滑性能測試方法，下面將詳細介紹這些方法。

2.1 GB/T 3903.6——2005《鞋類通用試驗方法防滑性能》

該方法的原理是把試樣放在試驗平面 （玻璃板）上，以甘油作為潤滑劑，加上給定的載荷（25kg），然后通過橫向牽引作用力移動試樣相對于試驗平板做水平方法移動，測量動摩擦力，并計算動摩擦系數(shù)[2]。

雖然該方法為鞋類通用試驗方法，但存在以下不足：1）計算摩擦系數(shù)時，標準規(guī)定“垂直載荷=試驗楦質(zhì)量+夾具質(zhì)量+砝碼配重”，不同試樣選擇的試驗楦不同，垂直載荷也不同，而摩擦系數(shù)與垂直載荷有關(guān)。2）對試驗平板的規(guī)定不詳細，僅規(guī)定為表面無劃痕的玻璃板，缺乏有效的校準方法以確保試驗平板的統(tǒng)一性。3）規(guī)定了試樣鞋號碼為男鞋255、260、265，女鞋 235、240、245，對于鞋號較小的童鞋成品無法測試。4）據(jù)文獻[3]報道，該方法試驗結(jié)果重復(fù)性較差。

表1 各標準對照情況表

2.2 HG/T 3780——2005《鞋類靜態(tài)防滑性能試驗方法》

該方法的原理是將規(guī)定的試樣水平放置于標準要求的摩擦面板（毛玻璃）上，試樣待測面朝下，施加一定的負荷，用水平拉動的方法以一定的速度拉動試樣，測出其最大拉力，并計算靜態(tài)摩擦系數(shù)，以測量試樣的靜態(tài)防滑性能[4]。

該方法存在以下問題：1）僅適用于鞋類外底、鞋跟或相關(guān)外底材料的靜態(tài)防滑性能測試，不能用于整鞋測試。2）雖然對摩擦面板規(guī)定為“鏡向光澤度為4的浮法毛玻璃”，但實際校準結(jié)果表明毛玻璃表面的鏡像光澤度不同部位差別較大，很難準確做到均勻的鏡向光澤度。3）對于面積較小的跟面，無法滿足裁樣要求。

2.3 GB/T 28287——2012《足部防護 鞋防滑性測試方法》（ISO 13287：2006，MOD）及同類標準

測試原理為將被測鞋置于測試平面上，施加規(guī)定的法向力，并相對于平面水平移動鞋（或相對于鞋水平移動平面），測量摩擦力并計算動態(tài)摩擦系數(shù)[5]。

與該標準測試原理及儀器基本相同的國外最新標準[6-8]有：ISO 13287：2012、ASTM F2913-11、SATRA TM 144——2011，各標準對照情況如表1所示。

上述方法的主要試驗條件如下：3種測試模式，即后跟向前滑動、前掌向后滑動、水平向前滑動，如圖1所示。其中，前兩種模式中，鞋后跟底部或鞋前掌底部與測試平面之間的夾角為7.0°?；瑒铀俣葹?.3m/s。鞋號≥250mm的鞋，法向力為500N，鞋號＜250mm的鞋，法向力為400N。測試平面為標準瓷磚或鋼板。

圖1 3種測試模式示意圖

據(jù)資料介紹，ISO 13287由SATRA TM 144演變而來，而ASTM F 2913則完全采用SATRA TM 144的內(nèi)容。SATRA TM 144方法是建立在大量的滑倒機理研究及實驗數(shù)據(jù)之上的。早在1970年，SATRA就進行了斜坡測試、腳踩力測試及人類滑倒測試等生物力學試驗[9]，通過對滑倒瞬間鞋子的多重影像和錄像分析，研究發(fā)現(xiàn)后跟向前滑倒是最危險的滑倒方式，盡管后跟可以以與地面任意的角度（0°～30°）滑動，但前掌會迅速向地面方向旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致滑倒，經(jīng)常發(fā)生在后跟幾乎與地平面相接觸的時候。因此，低接觸角（7.0°）應(yīng)用于該試驗方法中[10]。SATRA還研究了滑動速度與人體斜坡測試結(jié)果的關(guān)系[11]，研究表明：采用恒定的中等滑動速度（約0.1 m/s）比采用靜態(tài)或高速滑動得出的測試結(jié)果與人體斜坡測試結(jié)果具有更強的相關(guān)性，更能準確地預(yù)見實際穿著條件下的防滑性能。法向力的大小是以成人體重的至少50%（即400～830 N）為依據(jù)建立的。Fischer等[12]的研究也表明最大摩擦力發(fā)生在法向力為500～600N時。

綜合比較，GB/T 28287——2012等同類方法具有以下優(yōu)勢：1）適用范圍更廣泛，幾乎適用于所有整鞋、鞋材、跟面以及地面材料的防滑性測試。2）試驗參數(shù)設(shè)定更科學。其測試條件，即垂直載荷、滑動速度、滑倒方向、接觸角度，最大程度地模擬了人在行走過程中真實的滑倒過程。3）測試地面的校準方法和程序更明確，有利于保證測試地面的統(tǒng)一性。4）可以根據(jù)具體需要調(diào)整地面材料和污染介質(zhì)，滿足各種特殊場合的檢測需求。因此選擇該方法作為鞋類防滑測試的最佳測試方法。

3 鞋類防滑性能評價指標的建立

統(tǒng)一的測試方法為建立鞋類防滑性評價指標奠定了基礎(chǔ)。本文根據(jù)大量理論依據(jù)及實驗數(shù)據(jù)，建立日常穿用鞋防滑性評價指標，為鞋子制造商評估產(chǎn)品防滑性，選擇合適的鞋底材料提供理論依據(jù)，并且可為消費者選購防滑鞋提供指導(dǎo)，從而減少滑倒事故發(fā)生。

3.1 理論依據(jù)

3.1.1 法律法規(guī)

目前國內(nèi)外關(guān)于地面產(chǎn)品防滑性能的評估研究比較多，許多國家和地區(qū)出臺較多的相關(guān)法律法規(guī)來要求地面的最低摩擦系數(shù)。1990年美國101屆國會通過的《美國公民意外傷殘法案》，強調(diào)所有對公共開放的場所，特別是對行走活動的地面、人行道，其水平地面安全摩擦系數(shù)要求達到0.6以上，斜坡達到0.8以上[13]。意大利DM 236/89法令要求地面材料動摩擦系數(shù)在0.4以上[14]。雖然國內(nèi)外對于地面產(chǎn)品的防滑性能給出很多評價指標，但各自采用的測試方法不同，數(shù)據(jù)缺乏可比性，只能作為建立鞋子防滑性評價指標的一個參考依據(jù)。

3.1.2 標準要求

國內(nèi)外關(guān)于鞋子防滑系數(shù)的標準規(guī)定比較少，主要涉及專業(yè)運動鞋及個體防護鞋（PPE）等特殊用鞋，如表2所示。而對于日常穿用鞋的防滑性能指標尚無相關(guān)標準規(guī)定。

3.1.3 文獻資料

關(guān)于鞋子防滑指標的文獻很少。據(jù)報道[24]，按照EN ISO 20345——2004/Amd.1——2007（E）附錄A要求中僅規(guī)定了后跟向前滑動和水平向前滑動這兩種測試模式下的指標要求，出口到歐洲的勞保鞋，有防滑測試要求的，均要滿足這一指標，而據(jù)天祥（廣州）質(zhì)量技術(shù)服務(wù)公司某月的測試統(tǒng)計，按歐洲標準要求，即38個鞋樣在鋼板上測試，有30個未達到指標要求，只有8個鞋樣通過了測試；在磁磚面上測試，27個鞋樣，有21例通過，6例未通過。樣品測試結(jié)果表明：瓷磚/十二烷基硫酸鈉測試面通過率高，而鋼板/甘油測試面很難通過。這些可為防滑指標的確定提供參考。Mick Wilson[10]研究發(fā)現(xiàn)當鞋子與地面的摩擦系數(shù)＜0.3時更易滑倒，且滑倒的幾率隨摩擦系數(shù)的減小而升高，并建議對于日常穿用的鞋，防滑系數(shù)至少應(yīng)達到0.3；對于運動場合和特殊工作場合，由于運動中的加速度、跑跳、轉(zhuǎn)彎和工作中的提、推、搬重物等因素，鞋子的后跟、前掌與地面會產(chǎn)生更高的相互作用力，因此需要更高的摩擦系數(shù)。

表2 國內(nèi)外有關(guān)標準[15-23]對鞋類防滑性能的要求

3.2 試驗測試數(shù)據(jù)

3.2.1 試驗方法

按照GB/T 28287——2012規(guī)定的方法，采用3種模式，分別測試整鞋在鋼板、瓷磚1、瓷磚3上，當測試地面為干態(tài)、濕態(tài)（水）、甘油和洗滌劑狀態(tài)下的摩擦系數(shù)。

表3 摩擦系數(shù)（32組數(shù)據(jù)）

3.2.2 試驗儀器及樣品

STM603型鞋類防滑性能試驗機，SATRA。32份日常穿用鞋，包括男式或女式皮鞋、旅游鞋、休閑鞋、涼鞋、硫化鞋及童鞋。

3.2.3 結(jié)果與討論

32份鞋子的摩擦系數(shù)測試數(shù)據(jù)如表3所示。

測試數(shù)據(jù)表明：

1）當介質(zhì)為甘油或洗滌劑，測試平面為鋼板或瓷磚1時，所有鞋的摩擦系數(shù)都很低，幾乎沒有防滑性能。因此不宜選擇介質(zhì)為甘油或洗滌劑，測試平面為鋼板或瓷磚1作為日常穿用鞋的防滑測試條件。

2）當測試平面為瓷磚3，介質(zhì)為甘油時，所有鞋的摩擦系數(shù)都很低，幾乎沒有防滑性能；當介質(zhì)為洗滌劑時，采用前掌向后和水平向前兩種測試模式，約有一半的樣品測試結(jié)果＜0.3。

3）在干態(tài)條件下，無論測試面為鋼板、瓷磚1或瓷磚3，所有鞋的摩擦系數(shù)均＞0.3。

4）在濕態(tài)（水）條件下，防滑系數(shù)較干態(tài)明顯下降。在濕的鋼板上，絕大多數(shù)鞋子防滑系數(shù)＜0.3；在濕的瓷磚1或瓷磚3上，有2/3以上的鞋子防滑系數(shù)=0.3。

綜合考慮日常穿用鞋子的使用環(huán)境及產(chǎn)品所能達到的合格率水平，認為干態(tài)或濕態(tài)（水）的瓷磚地面是最佳測試條件，同時，由于很多鞋底前后材料或花紋不一致，采用不同的測試模式結(jié)果不同。因此應(yīng)采用3種模式進行測試。在上述條件下，測試結(jié)果均達到0.3，認為滿足基本的防滑指標。

4 結(jié)束語

選擇GB/T 28287-2012規(guī)定的方法作為日常穿用鞋防滑性能的統(tǒng)一測試方法。測試數(shù)據(jù)表明：日常穿用鞋的防滑性能評價指標為鞋子在干態(tài)及濕態(tài)（水）的瓷磚地面上采用后跟向前滑動、前掌向后滑動、水平向前滑動3種模式測試，防滑系數(shù)均不應(yīng)小于0.3。

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