Kontaktperson Viveca Wallqvist 2016-08-03 TRV 2014/77290 1 (26) SP Kemi, Material och Ytor 010-516 60 76 viveca.wallqvist@sp.se Mönsterutformningens och mönsterdjupets påverkan på skors friktion mot markyta Sammanfattning Rapporten är framtagen med ekonomiskt bidrag från Trafikverkets skyltfond. Ståndpunkter och slutsatser i rapporten reflekterar författaren och överensstämmer inte med nödvändighet med Trafikverkets ståndpunkter och slutsatser inom rapportens ämnesområde. Skornas mönstring har stor inverkan på friktionen på is. Finstruktur är gynnsam för god friktion, men kan vara känslig för slitage, varför även de fina strukturerna bör förses med ett större mönsterdjup. En avvägning bör dock ske med avseende på vätsketransport och snöackumulering. Mönstring vinkelrätt rörelseriktningen bidrar gynnsamt till friktionen. När sulans mönstring slits kommer friktionen till allt större del bero av sulans komposition. I denna studie framstod butadien-/isopren-/naturgummi med fyllmedlet SiO 2 som en sammansättning som ger hög friktion. När sulan slits ökar kontaktarean på bekostnad av antalet kanter. Syftet med projektet Efter att egenskaper som komfort, gång, friktion och kemi undersökts för skosulor, har detta projekt vidareutvecklat modellen för säkra skor genom att undersöka mekanismerna för friktion med och utan mönstring. Vidare har mönstringens utformning och dess koppling till vägbanans struktur undersökts för att hitta begränsande faktorer för säkert väggrepp. Dessa utgör pusselbitar till att riktlinjer för utformning av säkra sulor kan utformas i sammarbete med fabrikanterna. Bakgrund Under åren 2010 till 2012 skadade sig i genomsnitt drygt 25 000 fotgängare per år i halkolyckor till följd av snö och is. Med skada menas här att skadan varit så allvarlig att vederbörande uppsökt en akutmottagning. Av de skadade var drygt 15 000 kvinnor [1]. Två släta ytor som i kontakt som dras mot varandra genererar friktion främst genom adhesion, dock när ytorna är oregelbundna spelar hysteres en stor roll för uppkomst av friktion [2]. En modell utvecklad för sko-golv friktion förutsäger att adhesion förutom för slätare ytor också ökar för minskad hastighet mellan ytorna, samt att hysteres förutom för ojämnare ytor också ökar för mjukare skosulor [3]. Skosulor tillverkas oftast av olika typer av gummi. Trots den stora influensen av mönstringens utformning på gångens säkerhet ser man på marknaden en stor spridning på såväl mönsterdimensioner som mönsterdjup, där det centrala ofta är rent estetiska parametrar. Postadress Besöksadress Tfn / Fax / E-post Detta dokument får endast återges i sin helhet, om inte SP i förväg SP Box 5607 114 86 STOCKHOLM Drottning Kristinas väg 45 114 28 STOCKHOLM 010-516 50 00 08-20 89 98 info@sp.se skriftligen godkänt annat.
2016-08-03 TRV 2014/77290 2 (26) I litteraturen finns en del studier om skornas mönstring, främst rörande arbetsplatsolyckor inomhus på blöta golv som identifierats som en situationen då många arbetsrelaterade fallolyckor inträffar [4] 42% av de arbetsrelaterade fallolyckorna uppges beror på halkning. I en studie visar man att mönstrets djup för styren-butadien standardgummi (neolite) är en signifikant faktor som påverkar friktionen mot golvytor vid närvaro av vatten eller vattenrengöringsmedelsblandningar. Studien visade att friktionskoefficienten varierade mellan 0.018 till 0.108 när mönsterdjupet ökades millimetervis, men att värdet också berodde på mönsterbredd, golvtyp och behandling. Däremot på oljiga golv hittade man i studien ingen koppling till mönsterdjup [5]. Studier har också genomförts för mönsterbredd och orientering, och i dessa studier har man funnit att bredare mönstring resulterar i högre friktion samt att mönstring i vinkel mot rörelseriktningen ökar friktionskoefficienten [6]. En skosula och ett golv kan inte komma i kontakt om en vätska finns mellan dem om inte vätskan pressas ut. På grund av detta har man funnit att mönstret måste vara långt nog för att transportera vätskan från kontaktytans maximala tryckpunkter [7]. Inom arbetsskor har förslag till utformning för sulor presenterats [8], se exempel i Figur 1. Figur 1. Design av skosula, rekommenderade egenskaper för arbetsskor [8]. Man påpekar dock att en skosula kan betecknas som halkpreventiv, men aldrig som halkfri då halkning under vissa förhållanden är oundvikligt. Viktigt att ta i beaktande är också att rekommendationerna i Figur 1 är framtagna för de vanligaste situationerna för arbetsplatsolyckor, alltså släta golv som är kontaminerade med vatten eller olja. En studie som gjordes på brevbärare i UK visade att mönstringen på skorna kunde graderas som dålig eller mycket dålig för 75% av undersökta halkningar [9]. Man kan också konstatera att äldre personer har en annat gångmönster än yngre personer och studier har visat att äldre lägger ett lägre tryck under häl, mellanfot och hallux än yngre [10]. En studie illustreras i Figur 2, där man kan se att det normaliserade maxtrycket för äldre är lägre på alla ytor än för yngre men att återfinns just i häl- och halluxregionerna [11].
2016-08-03 TRV 2014/77290 3 (26) Figur 2. Tryckdistribution efter anatomisk region [11]. Ojämn belastning på skornas sulor kan leda till ojämnt slitage, vilket i sin tur påverkar bland annat friktion och gångstabilitet. Ett område där sulans grepp på is är mycket viktigt är inom curlingsporten. Hör använder man oftast en sula som är designad för att glida bra på is (slider) och en sula som tvärtom ska ha bästa grepp på is (gripper). Sulorna kan ibland vara konstruerade som galoscher och kan träs över en existerande sko eller som diskar som sätts fast under skon. Även inom sporten broomball används skor med sulor gjorda för att ha hög friktion mot is. Figur 3 visar några exempel [12]. Asham slider och gripper (rubber) Asham 2-tone slam slider och gripper Goldline legacy gripper och slider Goldline gripper Atkins Tournament Gripper (TPR) Olson Black Hexa Gripper (Rubber) DINOS Footwear factory gripper ACACIA Blitzen Stick Curling Shoes
2016-08-03 TRV 2014/77290 4 (26) Slider/ gripper pods för Akacia curling shoes D-Gel Gripper Broomball Shoe ACACIA Grip-Inator Broomball Shoes ACACIA Spider-Gel Broomball Shoes Figur 3. Skor för curling och broomball. Skorna i Figur 3 har stor variation mellan mönstringens storlek och utseende. För de småmönstrade har kunder ibland uppgett att de fungerar bra ett par år men att de blir hala när mönstringen slits. Det finns också på marknaden speciella grip pads som är till för vanlig gång och är tillverade för att förhindra skorna från att halka på blöta, isiga eller mattbeklädda golv. Figur 4 visar några exempel. Även grip pads skiljer sig åt i utformning och mönstring. Heartstoppers (PVC) Bissell (rubber) DIY (rubber) Lumberjack DIY (rubber) Lumberjack Figur 4. Friktionshöjande skotillägg. I en studie har man jämfört sex olika skomaterial (nitrilgummi, DDPU, TPU, styrengummi, gummi/glasfiber/crepegummi, MPU) och funnit att crepegummit uppvisade bäst friktion mot is [13]. Crepegummi tillverkas av koagulerad latex och återfinns till exempel under Clarks klassiska Wallabees, dock kan olika komposition av materialet ha starkt varierande hårdheter och egenskaper. Till nackdelar som nämns med crepegummisulor hör dålig kemikalie- och oljeresistens, högt slitage, samt att sulan blir för klistrig och börjar samla upp skräp. Studien visade också att mönstring ger effekt på is vid låg temperatur (torr), men inte på smältande is vid 0 C samt att friktionen mot torr is är högre för sulor som utsatts för slitage än för helt nya sulor, vilket ligger i linje med rekommendationer om att sandpappra nya skor undertill för att öka initialt grepp. För de andra undersökta materialen visade sig MPU fungera bäst på oljiga och blöta golv och TR på torr is. Tyvärr saknas i studierna ofta exakt materialkomposition exempelvis i form av tvärbindningsgrad, fyllmedelstyp och fyllmedelshalt och enbart kännedom om materialfamiljen ger inte tillräckligt med information för att kunna förutsäga skosulors halkegenskaper.
2016-08-03 TRV 2014/77290 5 (26) Metod och material Material Som underlag användes dels asfalt för att illustrera gc-bana samt marksten för att illustrera trottoar. Under ett tidigare projekt utfört av Glenn Berggård vid LTU i samarbete med FiOH har ett urval av skor, de flesta anpassade för vinterbruk, köpts in från reguljära återförsäljare [4]. Dessa skor har sedan använts vid paneltester på is och packad snö (LTU) samt för friktionstester på is och hårdhetstester (FiOH). Skorna som undersöktes var 60% damskor i storlek 38 och 40% herrskor i storlek 42. Urvalet täckte in olika typer av skor som används under vintersäsongen exempelvis: vinterkängor, curlingkängor, sneakers, skor med inbyggda utfällbara halkskydd, vinterskor som är populära samt tunnelbaneskor. En lista över de undersökta skorna presenteras i Tabell 1. Tabell 1 Undersökta skor. Nr Märke Modell Herr/Dam 1 Clarks Originals Jez Ice Dam 2 Ecco Expedition II Dam 3 Pomarfin Dam 4 Timberland Authentic Dam 5 Rieker Eike Dam 6 Din Sko Sneakers Dam 7 Eskimo Quebec Brown Dam 8 Vagabond Elba Dam 9 Taupage Dam 10 Anna Field Dam 11 Ten Points Bella Dam 12 Canada Snow Quebec Premium Dam 13 Clarks Originals Jez Ice Herr 14 Ecco Expedition II Herr 15 Pomarfin Herr 16 Timberland 6 in Premium Herr 17 DC Ignite 2 Herr 18 Vagabond Davy Herr 19 Canada Snow Quebec Premium Herr 20 Crispi Summit Herr Mönsterutformning och mönsterdjup Mönsterutformning och mönsterdjup undersöktes genom bildanalys av avtryck av sko 1-20 vid den totala vikten av 3 kg inklusive skons vikt. Tre mätningar gjordes per sko. Total yta i kontakt med underlag har inverkan på friktion men även mönstringens djup och riktning enligt genomgång i föregående stycke. För bildanalysen användes mjukvaran ImageJ och de parametrar som utvärderades var kontaktarean och strukturernas form (genom att beräkna cirkularitet) samt strukturernas antal (vilket avspeglades i strukturernas omkrets). Mönsterdjupen uppmättes med skjutmått för olika punkter på skorna. För skor med heterogent djup gjordes fyra mätningar och för övriga gjordes 5-8 mätningar beroende på graden av heterogenitet. Figur 5 visar en illustration på bildbehandling i ImageJ. Figur 5. Bildanalys i ImageJ. Vänster: sulans area. Höger: strukturernas omkrets och numrering.
2016-08-03 TRV 2014/77290 6 (26) Ytstruktur Ytans struktur uppmättes med profilometri för representativa material och underlag. Tre mätningar gjordes för varje prov och fem representativa skor valdes ut samt asfalt med ABT8 respektive ABT16. De skor som mättes var 1, 4, 6, 9 och 12. Instrumentet, en ZYGO NewView 5010 optisk profilometer använder vitljusinterferometri för att undersöka topografi för ytor i icke-kontakt mode. Höjdupplösningen ges av den motoriserade stegmotorn med en steglängt på 20 nm. I normala fall ges höjdupplösningen av en piezoelektriskt z-skanner som i princip är obegränsad (0.1 nm). Maximala z-området för denna skanner är 100 µm, alltså måste den totala höjdvariationen hållas under denna nivå för att uppnå maximal känslighet och exakthet. Eftersom några av de uppmätta områdena hade höjdvariationer på mer än 100µm uppmättes alla prover med stegmotorn. För alla prover vara samma instrumentparametrar använda för att möjliggöra direkt jämförelse, dessa var: objektivinställning på 20x lins med zoom 0,8, vilket gav en förstoring på 320x. Kameran sattes till 640*480 30 Hz vilket gav 307200 pixlar per bild. Varje uppmätt area var alltså 0,44 mm x 0,33 mm, över vilken den laterala upplösningen var 1 µm och den högsta uppmäta lutningen är 12. Över denna maximala vinkel varierar topografin för mycket för att instrumentet ska kunna uppmätta den lokala höjden, vilket resulterar i saknade pixlar (som visas som svarta punkter på bilderna) och alltså är totala antalet uppmätta punkter mindre än det maximala 307200. För att vara statistiskt säker måste 95% av pixlarna uppmätas för att använda parametrar som Rq och Ra. Optiska profilometrar kräver att proverna har optiska konstanter som inte varierar över den uppmätta ytan eftersom olikheter i fasändringen vid reflektion kommer att konverteras till höjdändringar. De två måtten på ytråhet som erhölls från bilderna och som visas är r.m.s., Rq och medelabsoluta Ra, ytråhet som definieras som: 1 R q MN M N i 1 j 1 1 2 z ij z i,ref 2, R a 1 MN M N i 1 j 1 z ij z i,ref PV (Peak-to-Valley) är avståndet mellan de högsta och de lägsta punkterna på mätytan, PV kallar också Rt. Friktionsmätningar Friktionsmätningar utfördes med en SP-2000 från Imass med inställningarna 54 mm/s, 115,7 mm förflyttning, medelvärdesberäkning under 2 s med fördröjning på 0,1 s. Friktionsmätningar utfördes mellan sko 1-20 vid den totala vikten av 3 kg inklusive skons vikt och asfalt samt marksten. Underlagen användes kalla, blöta samt istäckta. Detta gav totalt sex system per sko, alltså 120 system totalt. Varje friktionsmätning upprepades fem gånger, totala antalet friktionsmätningar för skorna med mönstring uppgick alltså till 600 mätningar. På grund av det stora antalet mätningar redovisas endast mätningarna på is i denna rapport, då det har högst relevans för frågeställningen. För att vidare undersöka mönstringens inverkan på friktionen avlägsnades mönstringen från de skor det var möjligt utan att förändra kontaktmaterial eller blotta ihåligheter. Skor 1, 3, 4, 6, 7, 9, 12 och 18 slipades och friktionen uppmättes här mot asfalt med ispåväxt samt marksten med ispåväxt då detta scenario bedömdes påverkas mest av den avlägsnade mönstringen. Eftersom kanteffekter är det som tillförs vid mönstring, kan skillnaden i friktionen per areaenhet mellan
2016-08-03 TRV 2014/77290 7 (26) mönstrade och omönstrade skor sägas var ett mått på mönstringens inverkan. Därför har friktionsvärde normaliserats med kontaktarea. Resultat Mönsterutformning och mönsterdjup I Figur 6 visas bilder på sulornas struktur. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Figur 6. Strukturbild samtliga skosulor utan dubb. I figuren framgår att vissa ytor saknar finstruktur, medan andra kombinerar grovstruktur med finstruktur. Några av sulorna har endast finstruktur och sula nr 9 saknar struktur. Mönsterutformningen uppmättes genom avtryck och bildanalys. Mönstringens totala täckningsgrad anpassad till plan sula visas i Tabell 2. Tabell 2. Mönstringens totala kontaktgrad anpassad till plan. Sula 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Täckningsgrad (%) 28 51 39 35 27 36 41 34 65 36 42 23 32 34 21 28 35 30 25 17 I Tabellen kan noteras att även då sulan anpassas till ett plan mot en slät yta så är kontakten endast 17-65% med ett medelvärde på 34%. Till detta tillkommer i det verkliga fallet också ytans mikrostruktur samt kurvatur. För den kurvade sulan är kontaktarean lägre, vilket visas iv Figur 7.
2016-08-03 TRV 2014/77290 8 (26) Sko Area Omkrets Cirkulär 1 x 12mm Σ 1794 mm 2 x 46 mm Σ 2959 mm x 0,13 mm 2 x 100 mm Σ 3111 mm 2 x 69 mm Σ 2151 mm x 0,25 mm 3 x 8,99 mm Σ 1934 mm 2 x 33 mm Σ 7003 mm x 0,1 mm 4 x 68 mm Σ 2099 mm 2 x 66 mm Σ 2051 mm x 0,22 mm 5 x 20 mm Σ 950 mm 2 x 34 mm Σ 1641 mm x 0,24 mm 6 x 16 mm Σ 2550 mm 2 x 32 mm Σ 4943 mm x 0,25 mm 7 x 52 mm Σ 3127 mm 2 x 59 mm Σ 3524 mm x 0,31 mm
2016-08-03 TRV 2014/77290 9 (26) 8 x 60 mm Σ 2165 mm 2 x 83 mm Σ 2989 mm x 0,13 mm 9 x 196 mm Σ 3916 mm 2 x 102 mm Σ 2030 mm x 0,2 mm 10 x 67 mm Σ 1821 mm 2 x 79 mm Σ 2125 mm x 0,16 mm 11 x 32 mm Σ 1882 mm 2 x 46 mm Σ 2682 mm x 0,18 mm 12 x 31 mm Σ 1712 mm 2 x 58 mm Σ 3260 mm x 0,11 mm 13 x 11 mm Σ 3077 mm 2 x 47 mm Σ 13328 x 0,11 mm 14 x 85 mm Σ 3141 mm 2 x 82 mm Σ 3020 mm x 0,15 mm
2016-08-03 TRV 2014/77290 10 (26) 15 x 25 mm Σ 2040 mm 2 x 40 mm Σ 3324 mm x 0,17 mm 16 x 53mm Σ 2512 mm 2 x 65 mm Σ 3074 mm x 0,14 mm 17 x 39 mm Σ 3457 mm 2 x 85 mm Σ 7595 mm x 0,09 mm 18 x 107 mm Σ 3627 mm 2 x 110 mm Σ 3730 mm x 0,1 mm 19 x 28 mm Σ 1869 mm 2 x 44 mm Σ 2923 mm x 0,18 mm 20 x 68 mm Σ 1704 mm 2 x 70 mm Σ 1759 mm x 0,13 mm Figur 7. Avtryck samtliga skosulor utan dubb Som man kan se i figuren har samtliga skor både med och utan klack områden runt hålfoten som inte är i kontakt med underlaget. Även tåpartiet saknar kontakt vid lateral belastning. Mönsteringen går från endast grovmönstrad som exempelvis sula nr 2 till endast finmönstrad som exempelvis sula nr 7. Som tidigare noterats saknar nr 9 mönstring, utan har endas klack. De sulor som har samma mönsterutformning kommer från samma tillverkare, men är undersökta som herr- respektive dammodell. Här kan noteras att 1-13 och 12-19 som herrrespektive dammodell har i stort sett samma dimensioner på mönstringen, vilket sammantaget med olikheterna i ytarea ger fler topografiska strukturer på herrmodellen. För nr 2 14 och 4-16 har mönstringen dimensionerats om för att passa dammodellen. Alla enskilda strukturer är där alltså mindre på dammodellen än på herrmodellen, men antalet är detsamma (utom korsen
2016-08-03 TRV 2014/77290 11 (26) på 4-16, där herrmodellen har ett extra i vardera häl- respektive tådel). Plana sulor uppvisar större areor och sulor med sammanhängande strukturer har större omkretsar. Cirkulariteten blir störst för de sulor som har strukturer som har relativt samma längd mellan kant och medelpunkt på strukturen (exempelvis en kvadrat har högre cirkulariet än en rektangel). Mönsterdjupen uppmättes med skjutmått för olika punkter på skorna och finns listade i Tabell 3. Fler mätningar gjordes för heterogena sulor med stora variationer mellan olika områden. Om man jämför herr- och damskor här kan man även här notera att 1-13 och 12-19 uppvisar liknande mönsterdjup, medan framför allt 2-14 har stora skillnader. Att beakta är att dessa modeller är storlek 38 respektive 42, alltså med bara fyra storlekars skillnad. Tabell 3. Mönsterdjup i mm. Sula medel std av "Hålfot" Klack utan/med mönster m1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 1 2,4 0,4 0 2,8 1,8 2,5 2,4 2,7 2,1 2 4,2 1,3 10,4 4,6 3,2 2,6 4,2 4,1 6,2 2,8 5,8 3 2,7 1,6 3,5 3,8 4,2 3,1 3,6 0,6 0,6 4 4,7 1,0 11,3 8,4 /13,7 4,8 4,2 4,5 3,0 5,4 6,0 5 3,2 0,9 3,0 3,8 2,9 2,9 4,0 1,6 3,5 4,0 6 1,4 0,1 0,0 1,4 1,4 1,6 1,2 1,5 1,4 1,4 7 <1 2,0 <1 <1 <1 <1 8 2,0 0,1 18,8 15,1/17,7 2,0 2,1 1,9 2,1 1,9 9 <1 12,9 13,2/13,2 <1 <1 <1 <1 10 2,4 0,1 16,9 14,9/17,6 2,5 2,5 2,3 2,3 2,5 11 1,4 0,1 36 36 <1 1,4 1,3 1,5 1,5 <1 12 1,6 0,0 2,6 1,6 1,6 1,6 13 1,9 0,5 0,0 2,1 2,2 1,1 2,2 14 4,8 1,2 11,4 4,7 5,6 4,9 3,0 5,6 5,6 5,8 2,8 15 3,1 1,5 6,8/15 4,8/7,5/11,5 4,1 <1 3,0 1,0 4,1 16 6,9 0,1 17,0 11,7/18 7,0 6,9 6,8 6,8 7,0 17 3,2 0,3 0,0 3,1 3,0 3,0 3,5 3,5 <1 18 4,1 1,3 22,7 19/23,5 3,1 3,0 2,6 5,4 5,3 3,8 5,8 19 1,6 0,0 3,5 1,6 1,6 1,6 20 5,7 0,5 12,5 12 5,7 6,1 5,7 6,2 4,9 Ytstruktur Exempel på de topografiska bilderna från profilometri finns i Figur 8. Rq värden uppvisar stor variation beroende på var på ytan man mäter, men i dessa mätningar uppvisar sko 1, 4 och 12 samt ABT 8 liknande Rq medan sko 9 och ABT 16 har högre värden. I nedre högra hörnet i Figur 8 finns en bild som illustrerar en profiler över sko 1 och asfaltytan över 4 µm sträckning. På grund av ytornas mikroskopiska oregelbundenhet i tillägg till den makroskopiska mönstringen utgör den totala kontaktarean en mindre del av total ytarea, vilket man också tidigare sett i utvärderingar av bildäck, där kontaktarean uppskattats till 1% av ytarean [14]. Resultat från samtliga profilometermätningar som utförts finns i appendix.
2016-08-03 TRV 2014/77290 12 (26) Sko 1 Sko 4 Sko 6 Sko 9 Rq: 3,8 µm Rq: 3,2 µm Rq: 11 µm Rq: 11 µm Sko 12 ABT 8 ABT16 Sko 1 ABT 8 Rq: 3,2 µm Rq: 3,9 µm Rq: 11 µm Figur 8. Ytornas topografi Friktionsmätningar Genomsnittliga friktionsvärden samt friktionsvärden per areaenhet för alla sulor utan dubb på is visas i storleksordning i Figur 9. Figur 9. Friktion på is. Vänster: per kontaktarea. Höger: utan normalisering. I Figuren visas att en sula nr 5 som har en låg absolut friktion, har den högsta friktionen per areaenhet på grund av den glesa mönstringen som dock har finstruktur. Det finns också sulor som ligger relativt högt i båda graferna, exempelvis nr 11och nr 1 som båda har finstruktur och de som ligger lågt, exempelvis nr 2 och 19 som saknar finstruktur. För jämförelse damskoherrsko ligger exempelvis 1 och 13 väldigt när varandra i friktion, vilket gör att normalisering med kontaktarean ger en stor olikhet. Att damskon då trots mindre antal strukturer på skon och mindre kontaktyta uppnår samma friktion som herrskon kan eventuellt härledas till en ökad vikt per kontaktareaenhet eftersom den total belastningen är samma för alla försök. Även 4-16 har något högre friktion för herrmodellen för att vid normalisering ändras till dammodellen. I detta fall kan man i Figur 7 notera att dammodellen verkar ha kontakt med något fler strukturer vinkelräta mot rörelseriktningen, vilket kan vara en förklaring till detta. Intressant vid jämförelsen är att 2-14 som ligger i undre delen av friktionsspannet, vid normalisering båda placerar sig väldigt lågt. I Figur 7 ser man att de har ungefär samma kontaktarea trots den glesa mönstringen och damskons mindre strukturer. Detta kan återigen vara ett tecken på det högre
2016-08-03 TRV 2014/77290 13 (26) trycket per areaenhet som i detta fall kanske leder till en mer sammanhängande kontakt över strukturerna för damskon. I Figur 10 visas hur skorna där mönstringen avlägsnats förändrar sitt friktionsvärde per areaenhet. Detta kan sägas vara ett mått på kanternas (mönstringens) effekt. Figur 10. Procentuell friktionsförlust per kontaktareaenhet vid avlägsnande av mönstring Figuren visar att sula nr 3 förlorar 80% av sin friktion per areaenhet då mönstringen avlägsnas, medan sula nr 9 tvärtom ökar sin friktion med 80% areaenhet. I figuren är det tydligt att mönstringen har ett stort bidrag till en sulas friktion. Dock måste man ha i åtanke att vissa sulor har olika komposition på ytskikt och bulk, så en viss kompositionsförändring kan också ha skett utöver den topografiska. Sammanfattningsvis kan man konstatera att grov och gles mönstring inte förbättrar greppet på is i samma utsträckning som tätare och finare mönstring, vilket också illustreras i Figur 7. Detta stämmer också överens med mönstringsval på issportskorna som visades i Figur 3. Sula nr 4 har en bra friktion även utan mönstring, vilket tyder på att sulans komposition är gynnsam för friktion. I rapport TRV2014/16680 kan utläsas att sula 4 består av butadien-/isopren-/naturgummi men med en fyllmedelshalt (SiO 2) på ca 24%. Av de testade skorna är nr 4 och motsvarande herrsko nr 16 ensamma om att använda endast SiO 2 som fyllmedel och det är den enda av de undersökta kompositionsparametrarna som avviker från genomsnittet av de övriga. Således verkar SiO 2 som fyllmedel vara gynnsamt för friktion och fungera även då ytan är slät. Avtrycket för sula nr 18 är snarlik 4 och 16, men denna sula förlorar med i friktion när mönstringen avlägsnas. Skillnaden i komposition är här att nr 18 är hårdare än nr 4, innehåller kimrök utöver SiO 2 samt också har en högre totalhalt av fyllmedel. Sula nr 3 som förlorar mest
2016-08-03 TRV 2014/77290 14 (26) på avlägsnandet av friktionen är en sula av SBS/SIS med lägst hårdhet och fyllmedelshalt av de slipade sulorna. I denna sula är kimrök enda fyllmedel. Att hårdheten inte är ännu lägre med tanke på den låga fyllmedelshalten kan bero på en relativt hög tvärbindningsgrad. Sulans struktur ger här skon bra friktionsegenskaper, men eftersom den fina strukturen endas är 0,6 mm kan slitage göra att sulan blir hal. Dock bör beaktas att finstrukturer enligt tidigare avsnitt och Figur 1 kan motverka vätsketransport samt enligt TTRV 2015/16008 kan bidra till ackumulering av snö. Slutsatser Skornas mönstring har stor inverkan på friktionen på is. Finstruktur är gynnsam för god friktion, men kan vara känslig för slitage, varför även de fina strukturerna bör förses med ett större mönsterdjup. En avvägning bör dock ske med avseende på vätsketransport och snöackumulering. Mönstring vinkelrätt rörelseriktningen bidrar gynnsamt till friktionen. När sulans mönstring slits kommer friktionen till allt större del bero av sulans komposition. I denna studie framstod butadien-/isopren-/naturgummi med fyllmedlet SiO 2 som en sammansättning som ger hög friktion. När sulan slits ökar kontaktarean på bekostnad av antalet kanter. Ekonomisk redovisning Vid rapporteringsdatumet har i detta projekt förbrukats: Provning: 257344 kr Projektledning: 41538 kr Resor, logi, frakt och material: 1620 kr Summa: 300502
2016-08-03 TRV 2014/77290 15 (26) Referenser 1. Schyllander, J., Fotgängare och halkolyckor. 2013, MSB myndigeten för samhällsskydd och beredskap. 2. Persson, B.N.J., et al., On the nature of surface roughness with application to contact mechanics, sealing, rubber friction and adhesion. J. Phys.: Condens. Matter, 2005. 17: p. 1-82. 3. Moghaddan, S.R.M., M.S. Redfern, and K.E. Beschorner, A Microscopic Finite Element Model of Shoe Floor Hysteresis and Adhesion Friction. Tribol Lett, 2015. 59(42): p. 1-10. 4. Strandberg, L., The effect of conditions underfoot on falling and overexertion accidents. Ergonomics, 1985. 28(1): p. 131-147. 5. Li, K.W., H.H. Wu, and Y.-C. Lin, The effect of shoe sole tread groove depth on the friction coefficient with different tread groove widths, floors and contaminants. Applied Ergonomics, 2006. 37: p. 743-748. 6. Li, K.W. and C.J. Chen, The effect of shoe soling tread groove width on the coefficient of friction with different sole materials, floors, and contaminants. Appl. Ergon., 2004. 35: p. 499-507. 7. Tisserand, M., Progress in the prevention of falls caused by slipping. Ergonomics, 1985. 28(7): p. 1027-1042. 8. Wilson, M.P., Development of SATRA SLip Test and Tread Pattern Design Guidelines, in Slips, Stumbles, and Falls: Pedestrian Footwear and Surfaces, E. Gray, Editor. 1990, ASTM: Baltimore. 9. Bentely, T.A. and R.A. Haslam, Identification of risk factors and countermeasures for slip, trip and fall accidents during the delivery of mail. Appl. Ergon., 2001. 32: p. 127-134. 10. Morag, E. and R.R. Cavanagh, Structural and functional predictors of regional peak pressures under the foot during walking. J. Biomech., 1999. 32: p. 359-370. 11. Hessert, M.J., et al., Foot pressure distribution during walking in young and old adults. BMC Geriatrics, 2005. 5(8). 12. Puaulley, G. Curling shoes: choosing a slider 2011 [cited 2016; Available from: http://glennpaulley.ca/curling/2011/05/22/curling-shoes-choosing-a-slider/. 13. Gao, C., et al., The effect of footwear sole abrasion on the coefficient of friction on melting and hard ice. International Journal of Industrial Ergonomics, 2003. 31: p. 323-330. 14. Klüppel, M. and G. Heinrich, Rubber Friction on Self-Affine Road Tracks. Rubber Chemistry and Technology, 2000. 73: p. 578-606.
2016-08-03 TRV 2014/77290 16 (26) Appendix Profilometri
2016-08-03 TRV 2014/77290 17 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 18 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 19 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 20 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 21 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 22 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 23 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 24 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 25 (26)
2016-08-03 TRV 2014/77290 26 (26)