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材料摩擦系數(shù)的正確檢測及注意事項（二）
2.2 摩擦系數(shù)試驗的注意事項
2.2.1 溫度
隨著溫度的升高，部分薄膜的摩擦系數(shù)會表現(xiàn)出上升的趨勢，一方面這是由高分子材料自身的特性決定的，另一方面與薄膜制造時所采用的潤滑劑有關(guān)（潤滑劑很有可能已經(jīng)接近其熔點(diǎn)而變得粘結(jié)），溫度升高后，測力曲線波動幅度增大，直至出現(xiàn)“粘滑”現(xiàn)象。
筆者對5種試樣進(jìn)行了動靜摩擦系數(shù)的升溫試驗，使用測試速度為100mm/min，使用設(shè)備Pubtester COF-01摩擦系數(shù)儀，測試溫度范圍18℃～60℃。部分試驗數(shù)據(jù)詳見表1。
表1. 不同溫度下的摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)
試樣名稱 | 試樣 厚度 | 試驗 數(shù)據(jù)1 | 試驗溫度 | 備注 | |||||
18℃ | 23℃ | 30℃ | 40℃ | 50℃ | 60℃ | ||||
AL（鋁箔） | 25μm | μs | 0.384 | 0.465 | 0.45 | 0.4 | 0.446 | 0.432 |
|
μk | 0.371 | 0.456 | 0.399 | 0.381 | 0.429 | 0.416 | |||
BOPP | 25μm | μs | 0.342 | 0.329 | 0.343 | 0.355 | 0.409 | 0.496 |
|
μk | 0.323 | 0.328 | 0.345 | 0.321 | 0.377 | 0.442 | |||
復(fù)合膜 1＃ | 75μm | μs | 0.238 | 0.238 | 0.247 | 0.289 | 0.305 | 0.353 | 進(jìn)行60℃試驗時，試樣受熱有點(diǎn)變形。 |
μk | 0.189 | 0.198 | 0.192 | 0.234 | 0.22 | 0.252 | |||
復(fù)合膜 2＃ | 90μm | μs | 0.174 | 0.197 | 0.206 | 0.247 | 0.249 |
| 進(jìn)行60℃試驗時，試驗出現(xiàn)粘滑現(xiàn)象，50℃后試樣受熱變形。 |
μk | 0.106 | 0.117 | 0.104 | 0.136 | 0.141 |
| |||
PE黑白膜 | 100μm | μs | 0.302 | 0.384 | 0.417 | 0.416 | 0.464 | 0.484 | 進(jìn)行50℃、60℃試驗時，試樣受熱有點(diǎn)變形。 |
μk | 0.214 | 0.312 | 0.297 | 0.331 | 0.389 | 0.464 | |||
注：1. μs是靜摩擦系數(shù)，μk是動摩擦系數(shù)。
由表1中數(shù)據(jù)可以看出，對于試樣BOPP、復(fù)合膜1＃、復(fù)合膜2＃以及PE黑白膜來講（這4種試樣都是高分子聚合物材料），隨著溫度的上升，材料的動靜摩擦系數(shù)都有一定增長，但是增長的幅度并不一樣。由表1中的部分?jǐn)?shù)據(jù)繪制圖2，其中有AL（鋁箔）、復(fù)合膜2＃、PE黑白膜的摩擦系數(shù)隨溫度的變化曲線。溫度變化對高分子材料的摩擦系數(shù)有一定的影響，然而并非所有材料的摩擦系數(shù)受溫度的影響都很顯著，復(fù)合膜2＃的摩擦系數(shù)隨溫度的變化就比較小。溫度對摩擦系數(shù)的影響是高分子聚合物的一個特點(diǎn)，而溫度對金屬等材料的影響就非常小，如圖2中AL（鋁箔）的摩擦系數(shù)隨溫度的上升基本保持穩(wěn)定。
圖2. 摩擦系數(shù)隨溫度的變化曲線
在自動包裝過程中，設(shè)備的實際溫度由于元件運(yùn)轉(zhuǎn)散熱會比室溫高出一些，因此有必要在實際的包裝環(huán)境溫度下檢測薄膜的摩擦系數(shù)。例如用煙膜包裝香煙時，薄膜外面在下膜通道、成型輪槽、折疊板、烙鐵、導(dǎo)軌等金屬部件上滑動運(yùn)行，應(yīng)該將薄膜外面對金屬的摩擦系數(shù)控制在較低的水平上。由于這些金屬部件大都是在50℃以上的高溫條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，所以控制高溫條件下的薄膜對金屬的摩擦系數(shù)更加重要，這樣才能確保薄膜在熱金屬部件上滑動運(yùn)行順暢。因此需要在高溫條件下檢測薄膜外面對金屬的摩擦系數(shù)，僅憑借常溫下的摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)來判斷高溫環(huán)境下的摩擦性能是不可取的。
2.2.2 試樣的制備
如果試樣正反兩面的摩擦性質(zhì)不同，應(yīng)分別進(jìn)行試驗。
對于試樣取向的選擇應(yīng)特別注意，標(biāo)準(zhǔn)中對于試樣的測試取向要求非常嚴(yán)格，尤其是在進(jìn)行數(shù)據(jù)比對時，否則可能會對試驗結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。通常情況下，試樣的長度方向（即試驗方向）應(yīng)平行于樣品的縱向（機(jī)械加工方向），當(dāng)然滑塊放置在試驗板上后，滑塊上試樣的方向應(yīng)該和之前固定在操作臺上的試樣取向一致。
這種檢測方法并不適用于黏性材料的摩擦系數(shù)檢測，而且對于出現(xiàn)“粘滑現(xiàn)象”的試樣，在檢測動摩擦系數(shù)時需要使用金屬絲代替尼龍絲，并將材料的動靜摩擦系數(shù)分開檢測。
對于試樣尺寸的要求各個標(biāo)準(zhǔn)之間存在一定的差異，操作人員需要按照所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)或者要求進(jìn)行采樣及試樣的預(yù)處理。
2.2.3 摩擦系數(shù)和接觸時間的關(guān)系
有文獻(xiàn)指出，在兩物體剛剛接觸后的一段時間內(nèi)，摩擦系數(shù)和摩擦力隨接觸時間的延長而變化。一方面是由于隨著接觸時間的延長，在一定的正壓力下兩物體表面的實際接觸面積會增大，而且接觸面的彈性形變越劇烈，更有指出接觸時間會影響塑性形變的。其實接觸時間的增加不僅會影響兩材料之間的摩擦系數(shù)，平常我們所使用的塑料薄膜，如果兩層薄膜貼在一起時間較長，在分離的時候也會存在難度，當(dāng)然這主要還是材料本身的特性以及在生產(chǎn)過程中使用的添加劑所起的作用。然而摩擦系數(shù)對接觸時間的依賴關(guān)系具有飽和性。當(dāng)接觸時間延長到使接觸面的彈性形變和塑性形變都達(dá)到zui大限度后，zui大靜摩擦力乃至靜摩擦系數(shù)也相應(yīng)達(dá)到飽和值，之后就不再隨接觸時間的延長而增大了。飽和接觸時間的長短和接觸面的質(zhì)料有密切的關(guān)系。
鑒于接觸時間的長短會對材料的摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響，而且這種影響會因材料的不同而有所改變，因此在進(jìn)行摩擦系數(shù)檢測時需要統(tǒng)一將滑塊放置到試驗板上到開始試驗的時間間隔，ISO 8295（GB 10006等效采用ISO 8295）中要求這段時間間隔為15s。
2.2.4 動摩擦系數(shù)與靜摩擦系數(shù)
通常我們所檢測的試樣都是動摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)，但是在進(jìn)行塑料的摩擦系數(shù)試驗時會發(fā)現(xiàn)對于部分塑料（如聚四氟乙烯），其動摩擦系數(shù)會與靜摩擦系數(shù)近似相等，甚至大于靜摩擦系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1894中就在TABLE1中給出了一個試樣M3（PE）的摩擦試驗結(jié)果，其動摩擦系數(shù)大于靜摩擦系數(shù)，不過僅相差0.01，數(shù)據(jù)非常接近。
3 總結(jié)
理想情況下，對于一定的摩擦副來講，動摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)都是常數(shù)，與物體的接觸面積無關(guān)，也與相對滑動的速度無關(guān)。但是由于實際檢測中的測試條件總不是*一致，而且材料均勻性不一，所以不同試驗室間的測試數(shù)據(jù)存在差異也是正常的。
摩擦系數(shù)合適與否不但會影響薄膜的生產(chǎn)和使用，也會對包裝物的易開啟性產(chǎn)生影響，因而是包裝材料的基礎(chǔ)檢測項目之一。雖然這項檢測的普及率非常高而且檢測原理簡單易懂，但是一些試驗注意事項仍需要試驗人員特別留意。本文中所列出的檢測方法特點(diǎn)及注意事項僅是結(jié)合眾測實驗室的材料檢測進(jìn)行的總結(jié)，如果您有任何檢測技術(shù)上的問題也可以與我們進(jìn)行探討。請關(guān)注Pubtester眾測：http://www.pubtester。。ｃｏｍ
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