材料的摩擦系數(shù)與溫度的關(guān)系

材料的摩擦系數(shù)與溫度的關(guān)系
摘要： 本文介紹了溫度變化對(duì)材料摩擦系數(shù)的影響，并分析了實(shí)際應(yīng)用中對(duì)薄膜摩擦系數(shù)的實(shí)際檢測(cè)要求。 溫度計(jì)| 溫度表| 風(fēng)速計(jì)| 照度計(jì)| 噪音計(jì)| 輻照計(jì)| 聲級(jí)計(jì)| 溫濕度計(jì)| 紅外線測(cè)溫儀| 溫濕度儀| 紅外線溫度計(jì)|

1、摩擦系數(shù) 

摩擦系數(shù)是對(duì)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)行以下操縱工序時(shí)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(jī)器運(yùn)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(yàn)結(jié)果。

2、溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響 

高分子材料分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變按照動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)稱作松弛。溫度升高時(shí)，一方面可進(jìn)步各運(yùn)動(dòng)單元的熱運(yùn)動(dòng)能力，另一方面由于熱膨脹，分子間間隔增加，即高聚物內(nèi)部的自由體積增加，這就增大了各運(yùn)動(dòng)單元活動(dòng)空間，有利于分子運(yùn)動(dòng)，使松弛時(shí)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(huì)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(xiàng)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(huì)有一定的變化，但變化的大小因材料而異。

3、升溫試驗(yàn) 

為了驗(yàn)證溫度變化對(duì)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(cè)定它們的摩擦系數(shù)。以下是其中 2 組試驗(yàn)的具體試驗(yàn)信息及結(jié)果： 

試樣： PC 膜、鋁箔復(fù)合膜 

試驗(yàn)設(shè)備： Labthink FPT-F1 摩擦系數(shù) / 剝離試驗(yàn)機(jī)（可實(shí)現(xiàn)室溫到 99.9℃之間的自控溫） 

試驗(yàn)溫度：室溫～ 90.0℃ 

試驗(yàn)數(shù)據(jù)： 
表 1. PC 膜摩擦試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

注 1 ：試驗(yàn)數(shù)據(jù)為多組試驗(yàn)均勻值。
2 ：粘滑現(xiàn)象。
表 2. 鋁箔復(fù)合膜摩擦試驗(yàn)數(shù)據(jù)表 

注 1 ：試驗(yàn)數(shù)據(jù)為多組試驗(yàn)均勻值。
2 ：粘滑現(xiàn)象。


試驗(yàn)數(shù)據(jù)隨溫度升高的走勢(shì)如圖 1 所示。 

圖 1. 摩擦系數(shù)隨溫度升高的走勢(shì)圖
從圖 1 可以看出試驗(yàn)溫度的升高明顯影響了材料的摩擦系數(shù)，但對(duì)于不同的試樣，溫度的影響效果不同；而且對(duì)于同一試樣，隨溫度的上升，動(dòng)摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)很可能也不同于靜摩擦系數(shù)。例如對(duì)于 PC 膜，靜摩擦系數(shù)隨溫度升高的增長(zhǎng)趨勢(shì)比較穩(wěn)定，但動(dòng)摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)的波動(dòng)就很大，不過動(dòng)摩擦系數(shù)的整體趨勢(shì)也是增長(zhǎng)的。對(duì)于鋁箔復(fù)合膜，摩擦系數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)就不如 PC 膜，而且其動(dòng)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(diǎn)是，在進(jìn)行 74℃以上的摩擦試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了明顯的粘滑現(xiàn)象，即滑動(dòng)現(xiàn)象 是不平穩(wěn)的、間歇性的。

4、實(shí)際要求 

在實(shí)際包裝過程中的摩擦力經(jīng)常既是拖動(dòng)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(dòng)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(shí)疊料不穩(wěn)定而產(chǎn)生錯(cuò)邊。外層摩擦系數(shù)太大會(huì)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(huì)引起拖動(dòng)機(jī)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(huì)影響復(fù)合膜摩擦系數(shù)的大小。

在研究材料的摩擦系數(shù)時(shí)，應(yīng)特別留意溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。如之前所述，溫度不同會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)的明顯變化，需要通過實(shí)際檢測(cè)獲得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。某種材料的摩擦系數(shù)可能會(huì)隨著溫度的變化出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)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(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)溫度往往不能很好的控制在室溫四周，因此不僅要丈量包裝材料在常溫下的摩擦系數(shù)，還應(yīng)考察在實(shí)際使用環(huán)境溫度下的摩擦系數(shù)。要完成這項(xiàng)試驗(yàn)，可以改變實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度（當(dāng)所需溫度與 室溫相差不大時(shí)還是可取的），也可以借助檢測(cè)設(shè)備的自控溫功能，如 Labthink FPT-F1 就可以將試驗(yàn)溫度控制在室溫到 99.9℃之間，方便試驗(yàn)操縱。