【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 运动鞋鞋底  防滑性  材料
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正文：

鞋底的防滑性能和花纹的结构设计有密切的关系。已有的研究表明，纵条纹在光滑的路面上防滑性较好，但是在粗糙路面上的防滑性欠佳，且抗纵向滑移性极差。而横条纹在光滑路面上的防滑性欠佳，且抗横向滑移性极差。所以在底花纹的设计中很少单独采用这两种花纹。折线纹和波浪纹是横条纹与纵条纹的结合体，既有横向成分又有纵向成分，具有抗四向滑移的功能，克服了横条纹与纵条纹的设计工学弊端，因此被现代底花纹设计所广泛采用，成为鞋底花纹设计的一般模式。
鞋底花纹设计的基本参数目前还没有统一的标准，一般包括花纹的深度、宽度、花纹的沟槽宽度（即相邻花纹之间的距离）、厚度、角度、横截面的面积形状、有效面积等。这些参数与花纹的寿命、屈挠性能、防滑性、耐热和净化等性能都息息相关。
当路面上有水和油等液体污染物时，污染物对鞋底和路面之间的接触起到了润滑作用，因而摩擦系数会下降。要提高其摩擦力，就需要鞋底花纹具有较高的排水能力，来排开鞋底和路面之间的润滑剂，增大鞋底与路面的实际接触面积和吸附力。鞋底的蓄水和排水功能与鞋底花纹的深度和沟槽宽度有关，设计花纹深度时规定不能超过鞋底厚度的1/2，一般民用鞋的花纹深度在2mm-7mm的范围内，并且沟槽宽度越大，花纹的深度一般也越深。因此要提高鞋子在水、油污染路面上的防滑性能，研究花纹沟槽宽度的大小与摩擦系数的关系是很有意义的。
张建春，梁高勇^[9]等在台湾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1-1）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。因此，在材料选定之后, 防滑鞋底的花纹设计就显得十分重要。


解放鞋  90作训鞋  新型布面胶鞋
图1-1 三种不同花纹的鞋底^[35]
Fig.1-1 Three kinds of soles with different sole tread
何香芹，王玉倩^[10]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型号棉鞋在玻璃路面上的摩擦系数，从试验结果可以看出，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，鞋底花纹的宽度最好在5mm左右。
罗向东，弓太生，杨敏贞等^[11]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、大理石路面上的防滑性，从鞋底花纹的型式和花纹的排列密度两个方面出发，探索了鞋底花纹和防滑性能之间的关系。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防滑性较好，但在湿态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防滑性反而更好。
罗向东^[12]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防滑性能的关系。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防滑性，不仅发现鞋底花纹的形式和造型对防滑性有影响，也探测到花纹的深度和鞋底与路面的接触面积对防滑性有较大的影响，但是深入的研究没有进行下去，且鞋底材料只局限于橡胶。
Valiant^[13]研究不同篮球鞋鞋底花纹对摩擦力的影响，研究对象为9双不同鞋底花纹的篮球鞋，包括：鱼脊纹路、同心圆纹路和平板纹路，地面场地以亮光漆漆成的木地板粘贴在测力板上，利用仪器测试计算篮球鞋向前滑动35cm所得的摩擦力。研究结果发现摩擦力的大小取决于鞋底材料和鞋底花纹的设计，不同的鞋底花纹宽度，花纹设计的位置和方向对线性摩擦力和旋转摩擦力皆有不同的影响。
台北市立体育学院运动科学研究所周中明^[14]选择了5双不同鞋底花纹的慢跑鞋6位动态人体受试者，研究不同慢跑鞋鞋底花纹型式对干湿运动场地摩擦力的影响。这5种鞋底花纹分别为横串形和颗粒，平行交叉和环状，横条和中空U形，方形颗粒和环状，方形颗粒和条状。试验结果说明鞋底花纹以方形颗粒的设计方式确实有较大的摩擦力和抓地力，而运动鞋鞋底花纹设计取决于不同的运动型态和接触地面的材料。而事实上，针对多元场地表面没有任何一种鞋底花纹设计是最佳的，必须视其运动特性和材质特性，相同的鞋底花纹设计在不同的接触地面材质和运动方式下往往相差甚远，因此选择运动鞋鞋底花纹时应该以运动方式和接触地面的材质为依据。
鞋底花纹的型式多种多样，有规则的几何图案和不规则的艺术造型以及两者的组合，因而对鞋底花纹与防滑性能的关系的研究目前还只是停留在不同的花纹型式对防滑性能的影响，没有展开针对花纹的具体设计参数如花纹深度，花纹宽度和花纹沟槽之间的宽度等在一定条件下对防滑性能影响的研究，缺乏针对性、深入性和系统性，不能给防滑鞋鞋底花纹的设计提供最直接有效的理论指导。今后对鞋底花纹的研究方向，笔者认为应该是固定花纹的型式来研究花纹深度、宽度、面积和花纹沟槽宽度等设计参数对防滑性能的影响。
3.2 场地表面光洁度对鞋子防滑性能的影响
通常人们都会认为光滑路面的防滑性比粗糙路面差，事实上很多的试验结果也验证了这一点，很多试验结果和理论研究都证明路面的表面纹理对摩擦系数有显著影响。表面粗糙度是决定表面纹理的最重要的因素，所以经常用来评定路面的表面状况。通常表面粗糙度越高，该表面的摩擦系数也越高^[15]。
路面粗糙度是指路表面的微观几何形状，它包含21个参数，见附表中给出的各表面粗糙度参数的定义。部分参数和摩擦系数的测得值之间存在线性相关性。Grönqvist^[16].指出测得的摩擦系数和路面粗糙度的参数R_a之间的Pearson和Spearman相关系数分别为0.87和0.86，其中p＜0.001。Chang ^[17]提出参数R_pm和动摩擦力有很好的相关性，相关系数高达0.97。
路面粗糙度与COF的线性相关性会受路面污染物的影响。如Chang^[18]在1999年的研究结果显示在干状态的路面上，21个粗糙度参数中R_a和R_3z与COF的线性相关性最好；而在湿态的路面上，R_pk和R_pm的相关性最好。
3.3 运动场地表面介质对鞋子防滑性能的影响
在平常的运动中，人们所处环境的地面上经常会有一些污染物，而正是这些污染物在很大程度上降低了鞋子应有的防滑性能。在室内、外场地上灰尘和细沙是最常见的污染物。在雨后场地上，水是最常见的污染物。从学校食堂，饭店等有油污染的环境经过后，鞋底会覆盖着一层实用油膜。在一定程度都会造成运动伤害事故的潜在危险因素。

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