塑料薄膜测定摩擦系数的重要性分析与研究

摘要：众所周知，塑料软包装行业在近几年突飞猛进的发展，与此同时，越来越多的质量问题也凸显出来，使用单位关于包装膜拉断、打滑、包装生产线断流等的投诉问题不断增多。许多塑料软包装材料厂、印刷厂因此而造成了巨大损失，追根究底造成这种现象的原因在于塑料软包装材料的摩擦系数性能。本文重点从塑料薄膜测定摩擦系数的重要性上进行分析研究，以帮助广大用户正确进行测试，提高效率与质量。

　　关键词：塑料薄膜，摩擦系数，系数测定

　　一：前言

　　薄膜的内外表面应当具有良好的爽滑性，以确保其在高速自动灌装机上能够顺利地进行灌装，因此，薄膜表面的动静摩擦系数要比较低，一般要求为0.2～0.4。薄膜的爽滑性主要是通过添加爽滑剂来实现的，在薄膜成型后，爽滑剂从薄膜内迁移到表面，聚积成均匀的薄层，能够显著地降低薄膜的摩擦系数，使薄膜具有良好的爽滑效果。

　　二：薄膜为什么要测试摩擦系数性能？

　　1.理论研究需要

　　摩擦系数是考察塑料包装薄膜的一项重要指标。因为在包装过程中的摩擦力常常既是动力又是阻力，因而其大小应控制在适当的范围内。薄膜的内外表面摩擦系数一般要求在0.2-0.4之间，且外/外摩擦系数>内/内摩擦系数。薄膜或片材试样在其本身或在另一种物质上滑动时，也可以测量其摩擦性能。

　　摩擦系数与塑料薄膜的滑爽性有关，滑爽性在包装薄膜中广受关注。通过测定塑料薄膜的摩擦系数，能够进一步加强对塑料薄膜特别是对包装用薄膜的滑爽性的测定。这种方法得到薄膜生产控制用的经验数据。例如，滑爽性是塑料薄膜如聚乙烯中的助剂产生的。助剂与薄膜基材的相容性不同，有些助剂起霜或渗到薄膜表面上，润滑薄膜，使其更滑爽。薄膜表面上各处起霜不总是均匀，所以测试得到的值的重复性受到限制。此外，一些滑爽剂的起霜与时间有关。因此，有时比较不同时间生产的薄膜或片材的滑爽性和摩擦性能毫无意义，除非这种方法就是设计用于研究这种效果的。

　　2.生产需要

　　现如今塑料薄膜和薄片、橡胶、纸张、输送带、轮胎等材料滑动时的静摩擦系数和动摩擦系数等都需要测量。在薄膜和塑料包装袋生产中，塑料薄膜的摩擦系数是一项重要的指标，一方面它和薄膜抗粘连性能一起成为塑料薄膜开口性的量化评定指标，另一方面又可作为自动包装机器运行速度、张力调节、薄膜运行磨损的参考数据之一。随着现代生产设备自动化程度越来越高，对薄膜的摩擦系数提出了更高的要求，精确测定塑料薄膜的摩擦系数成为薄膜及软包装厂家的必需项目之一。通过测量材料的摩擦系数性能，可以有效控制调节材料生产质量工艺指标，来满足产品使用要求。诸多现象和实验结果表明塑料包装材料的摩擦系数性能对生产至关重要，通过对塑料包装材料摩擦系数的测试可以有效地解决广大用户遇到的问题。

　　三：薄膜摩擦系数性能如何检测？

　　1. 摩擦系数定义

　　按照运动的性质，摩擦系数可以分为动摩擦系数和静摩擦系数。静摩擦力是两接触表面在相对移动开始时的最大阻力，其与法向力之比就是静摩擦系数；动摩擦力是两接触表面以一定速度相对移动时的阻力，其与法向力之比就是动摩擦系数。在实验仪器行业里的摩擦系数是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值，和接触面积的大小无关。

　　若两相互接触且相互挤压，而又相对静止的物体，在外力作用下如只具有相对滑动趋势，而又未发生相对滑动，则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力，谓之静摩擦力，除非破坏了这结合力才能使一表面对另一表面运动。破坏结合的力-运动前的力-对其一表面的垂直力之比值就是静摩擦系数us，F=usN(N为垂直力)。

　　薄膜表面的摩擦性能对薄膜在包装机器上的性能和袋的码放性能有很大作用。常将滑爽剂加到薄膜中改善其摩擦行为。但含助剂的薄膜在助剂向其表面扩散时常常要花很长时间才能充分发挥其性能，所以薄膜生产出来后必须慎重选择时间进行测试。ASTM D 1894—95[41]给出了特定测试条件下薄膜和其他物质之间相对滑动时塑料薄膜和片材的起始和滑动摩擦系数的测量测试可以使用静止的滑板与运动的平滑薄膜，或者是运动的滑板与静止的平滑薄膜。静态或启动摩擦系数(μs)与表面彼此开始相互滑动的力有关。动态或滑动摩擦系数(μk)与保持这一运动所需的力有关。

　　由于各向异性或挤出作用，塑料薄膜(厚度小于0.245mm)和片材(厚度 大于0.245mm)在其各自的主要方向上会表现出不同的摩擦性能。所测试样的长尺寸可以在纵向(机器方向)，也可以在横向，但比较普遍的是测试试样平行 于机器方向的长尺寸方向。被测试样的表面一定不能有灰尘、棉花绒、指痕或者是任何可能改变试样表面性能的外来杂质。静态和动态摩擦系数(分别为μS和μk)按下式计算：

　　μs=As/B (1.1)

　　μk=Ak/B (1.2)

　　式中 As——运动刚开始时的初始比例尺读数，g;

　　Ak——在薄膜表面均匀滑动过程中得到的平均比例尺读数，g；

　　B——滑板质量，g。

　　2.薄膜摩擦系数测定方法分类

　　塑料薄膜摩擦系数测定方法早在1988年5月1日,由原中华人民共和国轻工业部批准实施的《GB 10006-88塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法》中,就规定了测试塑料薄膜摩擦系数的两种方法:一是购买单独的摩擦系数检测仪;二是将拉力试验机一机多用,通过增加特殊装置实现塑料薄膜摩擦系数的测定。

　　3. 摩擦系数测定注意事项

　　对于摩擦系数试验有以下几点需要说明：

　　首先，对于薄膜摩擦系数的检测方法标准以GB 10006等为主，其中，对试验板(又称试验台)的制作工艺要求很高，不但要保证台面的水平及光滑，并且要求用非磁性材料制作。标准不同，对于试验条件的要求也不相同。例如对于试验速度的选择，ASTM D1894中要求是150±30mm/min，但是ISO 8295(GB 10006等效采用ISO 8295)中要求是100mm/min，试验速度不同会明显影响试验结果。

　　第二，加温试验可以实现，需要注意的是在进行加温试验时要保证滑块的温度是室温，仅对试验板进行升温，这点在ASTM D1894标准中有明确说明。

　　第三，同样的测试结构也可以用来检测金属以及纸张等材料的摩擦系数，但是对于不同的试验对象，滑块的重量、行程、速度等参数都是不同的。

　　第四，采用这种方法时需要注意由于运动物体的惯性给试验带来的影响。

　　第五，通常，材料的摩擦系数是小于1的，但是有些文献中也提到了摩擦系数大于1的情况，例如橡皮与金属间的动摩擦系数就在1～4之间。

　　四：MXS-05型摩擦系数仪

　　济南三泉中石实验仪器有限公司研制出MXS-05型摩擦系数仪，就目前来说三泉中石在摩擦系数仪的研制技术方面已经游刃有余，其摩擦系数仪的技术特征：

　　1. 同时自动显示动静摩擦系数

　　2. 可选控制软件，可打印滑块运动曲线与试验报告

　　3. 液晶显示，微电脑控制系统

　　4. RS232接口，随时打印测试数据

　　5. 进口传感器，测量精度更高，更稳定

　　技术原理：

　　在测量摩擦系数时(把实验仪器放在工作台上)三泉中石通常采用的方法就是采用高精度传感器，将条状试验样品用夹样器夹住，同时用待测样包住滑块，然后将滑块安放在传感器的挂孔上，在一定的接触压力下，通过电机带动齿条使传感器移动，也就是使两试验表面相对移动。传感器所测得的力信号经过集成器ICL7650放大，送入记录器，通过单片机等程序进行计算，同时分别记录动摩擦系数和静摩擦系数，打印出滑块运动曲线与试验报告。