一、摩擦系數(shù)
物體放置在水平面上，以水平力F拉它，如圖1所示，只要F的大小不超過一定值，物體仍保持靜止，這個與F大小相同，方向相反的力就是摩擦力f。它隨F的增大而增大，當(dāng)物體處于將動未動的臨界狀態(tài)時，靜摩擦力最大，如圖2所示。如果F再增大，物體開始滑動，此時阻礙滑動的力就是動摩擦力。摩擦系數(shù)是指兩表面間的摩擦力和垂直于兩接觸面的力P（法向力）之比值。
圖1 物體受力示意圖 圖2 摩擦狀態(tài)示意圖
摩擦系數(shù)是各種材料的基本性質(zhì)之一，低速包裝的摩擦系數(shù)影響小，通常采用經(jīng)驗判定法，即隨機抽取的樣品裁成合適大小，正面對正面，正面對背面，用大拇指與中指輕輕夾住并搓動，感覺兩表面相互移動時的滑爽程度，生產(chǎn)與檢測人員憑借經(jīng)驗進行判定。隨著紙機不斷提速，摩擦系數(shù)影響也越來越大，在生產(chǎn)過程出現(xiàn)拉斷、打滑，導(dǎo)致包裝線斷流的事件時有發(fā)生，給包裝生產(chǎn)、印刷企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。摩擦系數(shù)已經(jīng)成為影響上機質(zhì)量的一個重要因素。材料的摩擦性能可以通過材料的動、靜摩擦系數(shù)來表征。紙張在紙機的走紙，最底部的一張包裝紙在分離時，是印刷面與反面進行摩擦，此時產(chǎn)生的摩擦是靜摩擦；紙張在紙機運行時，產(chǎn)生的摩擦是動摩擦。靜摩擦系數(shù)反映一疊紙中單張紙離開整體力的大小，動摩擦系數(shù)反映單張紙在傳送帶上良好的滑動性能。
二、參考方法標(biāo)準(zhǔn)
T/CAB 0174-2022、T/CAB 0122—2021、GB/T 10006、ISO 8295
三、檢測原理
靜摩擦系數(shù)：兩試驗表面平放在一起，在一定的接觸壓力下，使兩表面相對移動，記錄所需的力，并計算靜摩擦系數(shù)。
動摩擦系數(shù)：兩試驗表面平放在一起，在一定的接觸壓力下，使兩表面相對勻速移動，記錄所需的力，并計算動摩擦系數(shù)。
四、檢測設(shè)備
試驗裝置由水平試驗臺、滑塊、硬件電路、傳感器、顯示屏及WiFi聯(lián)網(wǎng)模塊部件組成。摩擦系數(shù)測定儀（以PN-COF智能機型為例）外形結(jié)構(gòu)如圖3所示。
1－打印機 2－鎖緊螺釘 3－滑塊 4－試驗臺 5－鎖緊螺母 6－顯示屏
圖3 PN-COF 摩擦系數(shù)測定儀
水平試驗臺的表面應(yīng)平滑，由非磁性金屬材料制成。
法向力由滑塊產(chǎn)生，滑塊應(yīng)具有40cm2面積的正方形底面（邊長63mm)，為使壓力均勻分布。滑塊底部應(yīng)覆蓋毛氈等彈性材料，彈性材料不得使試樣產(chǎn)生“壓紋”。滑塊的總質(zhì)量應(yīng)為200g士2g，以產(chǎn)生1.96N士0.02N的法向力。
驅(qū)動機構(gòu)無振動，兩試驗表面以100mm/min±10mm/min 的速度相對移動。牽引方向應(yīng)與摩擦平面保持平行并在一條直線上。
對于測量靜摩擦力，測力系統(tǒng)的彈性系數(shù)應(yīng)通過適當(dāng)?shù)膹椈烧{(diào)節(jié)到2N/cm±1N/cm。在滑粘情況下測量動摩擦力時，由剛性連接替代彈簧。
五、測試過程
（一）測試環(huán)境
溫度應(yīng)為（23±1）℃，相對濕度應(yīng)為（50±2）%。
（二）試樣制備
將被檢測樣品裁切成：63mm×63mm，80mm×200mm。
應(yīng)在樣品面積中均勻裁取試樣。通常試樣的試驗方向應(yīng)與樣品在包裝設(shè)備的運動方向相同。如果樣品正反面或不同方向的摩擦性質(zhì)不同，應(yīng)分別進行試驗。裁取的試樣表而應(yīng)平整、無皺紋、無傷痕和可能改變表而性質(zhì)的外來物質(zhì)，試樣邊緣應(yīng)光滑。
（三）測試
將尺寸為80mm×200mm的待檢測樣品固定在試驗臺上，測試面朝上。
將尺寸為63mm×63mm的待檢測樣品用雙面膠帶固定到滑塊上，測試面朝下。將固定有試樣的滑塊無沖擊地放在水平試驗臺的測試位置，試樣的試驗方向應(yīng)與滑動方向平行且測力系不受力。
按“測試”鍵，啟動15s倒計時，然后開始測試，當(dāng)兩接觸面間相對移動6cm時停止測試。測定此過程中靜摩擦力和動摩擦力，并計算靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)。
圖4 摩擦系數(shù)測試設(shè)備
六、結(jié)果計算及分析
（一）結(jié)果計算
?靜摩擦系數(shù)
按式（1）計算靜摩擦系數(shù)：
式中：
? 動摩擦系數(shù)
按式（2）計算動摩擦系數(shù)：
式中：
（二）結(jié)果分析
從測試曲線可以看出，最大靜摩擦力大于動摩擦力。對于自動包裝用卷材一般要求有較小的內(nèi)摩擦系數(shù)和合適的外層摩擦系數(shù)。外層摩擦系數(shù)若太大，會引起包裝過程中阻力過大，引起材料拉伸變形；若太小，可能又會引起拖動機構(gòu)打滑，造成定位不準(zhǔn)。但內(nèi)層摩擦系數(shù)有時也不能太小，有些包裝機在內(nèi)層摩擦系數(shù)太小時，會造成制袋成型時材料不穩(wěn)定，產(chǎn)生錯位。
摩擦系數(shù)的影響因素：①與材料本身的粗糙度有關(guān)；②與基材接觸面有關(guān)，在進紙、包裝過程中，所接觸的基材面是不同的，進紙時，接觸的基材面是同類基材的反面；在包裝時，接觸的基材面是鐵塊。③環(huán)境的溫濕度條件，因為紙張纖維具有吸水潤脹、失水收縮的特性，當(dāng)環(huán)境溫濕度改變時，紙張就會發(fā)生細小的改變，特別是濕度的影響，隨著濕度的增大摩擦系數(shù)也增大；④生產(chǎn)工藝的影響等。
七、可能的錯誤操作及誤差來源
（一） 可能的錯誤操作
（1）開機直接測
本儀器屬于電子儀器，測量前要預(yù)熱30min以上。
（2）放上試樣直接測試
國標(biāo)規(guī)定，靜止15s再啟動測試。
（3）試樣的測試面放置有誤
同種材料，正反面或不同方向，摩擦系數(shù)是不同的，所以試樣的測試面放置有誤將影響測試結(jié)果。
（二） 主要誤差來源
（1）測量系統(tǒng)校準(zhǔn)不準(zhǔn)確
本儀器高精密電子產(chǎn)品，使用一段時間后，因為電子元器件及傳感器的性能會發(fā)生變化，從而影響測試結(jié)果，所以要定期進行校準(zhǔn)。
（2）紙張本身的粗糙度
紙張材料本身的粗糙度直接影響摩擦系數(shù)。
（3）滑塊質(zhì)量的準(zhǔn)確性
滑塊的質(zhì)量直接參與摩擦系數(shù)的計算，它的準(zhǔn)確性直接影響測試結(jié)果。
（4）接觸時間
靜摩擦力通常會隨表面接觸時間延長而升高，所以國標(biāo)規(guī)定試樣放置好，靜置15s啟動測試。
本文2024年8月，發(fā)表于《紙箱世界》雜志
