材料的摩擦系數(shù)與溫度

本文介紹了溫度變化對材料摩擦系數(shù)的影響，并分析了實際應(yīng)用中對薄膜摩擦系數(shù)的實際檢測要求。
1、摩擦系數(shù)
    摩擦系數(shù)是對兩表面摩擦力的一種量度，它表征了材料的摩擦行為。薄膜表面的摩擦系數(shù)取決于薄膜表面的粘著性（表面張力和結(jié)晶度）、添加劑（爽滑劑、顏料等）、以及表面拋光。在進(jìn)行以下操作工序時需要嚴(yán)格控制材料的摩擦系數(shù)，如當(dāng)薄膜越過自由轉(zhuǎn)輥、袋成型、產(chǎn)品纏繞膜、以及包裝袋及其它容器的堆放。除了材料的內(nèi)部可變因素能夠影響材料的摩擦系數(shù)，環(huán)境因素（如機器運轉(zhuǎn)的速度、溫度、靜電積累、以及濕度）也能影響摩擦系數(shù)的試驗結(jié)果。
2、溫度對摩擦系數(shù)的影響
    高分子材料分子運動狀態(tài)的改變按照動力學(xué)的觀點稱作松弛。溫度升高時，一方面可提高各運動單元的熱運動能力，另一方面由于熱膨脹，分子間距離增加，即高聚物內(nèi)部的自由體積增加，這就增大了各運動單元活動空間，有利于分子運動，使松弛時間縮短，松弛過程加快。伴隨著高聚物的松弛，它的熱力學(xué)性質(zhì)、粘彈性能和其它物理性質(zhì)會發(fā)生急劇地改變。而材料的摩擦系數(shù)作為最常用的一項力學(xué)指標(biāo)，同樣也受到了溫度升高的影響。一般來講， 隨著環(huán)境溫度的升高，材料表面的摩擦系數(shù)會有一定的變化，但變化的大小因材料而異。
3、升溫試驗
    為了驗證溫度變化對摩擦系數(shù)值的影響，筆者特地選擇了幾組有一定代表性的材料在不同溫度下測定它們的摩擦系數(shù)。以下是其中 2 組試驗的詳細(xì)試驗信息及結(jié)果：
    試樣： PC 膜、鋁箔復(fù)合膜
    試驗設(shè)備：Pubtester COF-01摩擦系數(shù)儀（可實現(xiàn)室溫到 99.9℃之間的自控溫）
    試驗溫度：室溫～ 90.0℃
    試驗數(shù)據(jù)：
表 1. PC 膜摩擦試驗數(shù)據(jù)表

注 1 ：試驗數(shù)據(jù)為多組試驗平均值。 2 ：粘滑現(xiàn)象。
表 2. 鋁箔復(fù)合膜摩擦試驗數(shù)據(jù)表

注 1 ：試驗數(shù)據(jù)為多組試驗平均值。2 ：粘滑現(xiàn)象。
    試驗數(shù)據(jù)隨溫度升高而升高如圖 1 所示。
 
圖 1. 摩擦系數(shù)隨溫度升高而升高的圖像
      從圖 1 可以看出試驗溫度的升高明顯影響了材料的摩擦系數(shù)，但對于不同的試樣，溫度的影響效果不同；而且對于同一試樣，隨溫度的上升，動摩擦系數(shù)的變化趨勢很可能也不同于靜摩擦系數(shù)。例如對于 PC 膜，靜摩擦系數(shù)隨溫度升高的增長趨勢比較穩(wěn)定，但動摩擦系數(shù)的變化趨勢的波動就很大，不過動摩擦系數(shù)的整體趨勢也是增長的。對于鋁箔復(fù)合膜，摩擦系數(shù)的增長趨勢就不如 PC 膜，而且其動摩擦系數(shù)隨溫度的上升基本保持穩(wěn)定。需要說明的一點是，在進(jìn)行 74℃以上的摩擦試驗時，試驗過程中出現(xiàn)了明顯的粘滑現(xiàn)象，即滑動現(xiàn)象 是不平穩(wěn)的、間歇性的。
4、實際要求
    在實際包裝過程中的摩擦力常常既是拖動力又是阻力，因此必須有效地控制摩擦系數(shù)的大小，使它在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
自動包裝用卷材，一般要求內(nèi)層摩擦系數(shù)比較小，而外層摩擦系數(shù)適中。內(nèi)層摩擦系數(shù)不能過小，否則有可能引起制袋成型時疊料不穩(wěn)定而產(chǎn)生錯邊。外層摩擦系數(shù)太大會引起包裝過程中阻力過大致使材料拉伸變形，太小可能又會引起拖動機構(gòu)打滑造成電眼跟蹤和切斷定位不準(zhǔn)。內(nèi)層材料的開口劑和爽滑劑的含量以及薄膜的挺度、平滑度等因素都會影響復(fù)合膜摩擦系數(shù)的大小。
5、在研究材料的摩擦系數(shù)時，應(yīng)特別注意溫度對摩擦系數(shù)的影響。如之前所述，溫度不同會導(dǎo)致摩擦系數(shù)的顯著變化，需要通過實際檢測獲得實測數(shù)據(jù)。某種材料的摩擦系數(shù)可能會隨著溫度的變化出現(xiàn)明顯的增長或減少，也可能保持了一定的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性?？紤]到生產(chǎn)線的實際運轉(zhuǎn)溫度往往不能很好的控制在室溫附近，因此不僅要測量包裝材料在常溫下的摩擦系數(shù)，還應(yīng)考察在實際使用環(huán)境溫度下的摩擦系數(shù)。要完成這項試驗，可以改變實驗室的環(huán)境溫度（當(dāng)所需溫度與 室溫相差不大時還是可取的），也可以借助檢測設(shè)備的自控溫功能，如Pubtester COF-01 就可以將試驗溫度控制在室溫到 99.9℃之間，方便試驗操作。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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